TWI850350B - 固體攝像裝置及電子機器 - Google Patents

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Abstract

本發明係抑制解析度降低且穩定地產生雪崩放大。實施形態之固體攝像裝置具備：光電轉換區域(102)，其設置於半導體基板(101)中以溝槽分劃之元件區域內；第1半導體區域(104)，其包圍上述光電轉換區域；第1接點(108)，其於上述溝槽之底部與上述第1半導體區域接觸；第2半導體區域(105)，其設置於與上述第1半導體區域相接之區域，且具備與上述第1半導體區域相同之第1導電型；第3半導體區域(106)，其設置於與上述第2半導體區域相接之區域且上述第2半導體區域與第1面之間，並具備與上述第1導電型相反之第2導電型；及第2接點(107)，其以與上述第3半導體區域相接之方式設置於上述第1面；且上述第1接點距離上述第1面之高度與上述第3半導體區域距離上述第1面之高度不同。

Description

固體攝像裝置及電子機器
本揭示係關於一種固體攝像裝置及電子機器。
近年來，已開發出藉由雪崩倍增(亦稱為雪崩放大)將以光電轉換產生之電荷放大，並作為電性信號輸出之SPAD(Single Photon Avalanche Diode：單光子雪崩二極體)。雪崩放大係藉由重複PN接合之雜質擴散區域中因電場而加速之電子與晶格原子碰撞而切斷其之共價鍵，並使由此新產生之電子進而與其他晶格原子碰撞，切斷其之共價鍵，而使電流倍增的現象。
此種SPAD可應用於根據自發光部出射之光被物體反射回來之時間，而測定與物體之距離之測距裝置、或將入射光之光量轉換成電性信號之固體攝像裝置等。
為了將因雪崩放大產生之大電流自SPAD像素內排出，期望形成低電阻且歐姆接觸之接點。作為形成相對於半導體基板所形成之雜質擴散區域低電阻且歐姆接觸之接點之形成方法，一般已知有於接觸部形成高濃度雜質區域。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-41746號公報
此處，為了獲得如產生雪崩放大之程度之電場強度，必須對PN接合施加反偏壓方向之高電壓，但若PN接合區域至接點之距離較近，則於該等之間形成強電場而產生穿隧效應。若產生此種穿隧效應，則藉由光電轉換產生之電子-電洞對因穿隧電流立即再耦合，故存在無法產生雪崩放大之問題。
又，為了避免產生穿隧效應，可考慮擴大2個接點間之距離之方法，但該情形時，像素尺寸變大，而產生解析度降低之問題。
因此，本揭示中，提案一種可抑制解析度降低且穩定產生雪崩放大之固體攝像裝置及電子機器。
為了解決上述問題，本揭示之一形態之固體攝像裝置具備：第1半導體基板，其具備設置於第1面之柵格狀之第1溝槽、及沿上述第1溝槽之底部設置之第2溝槽；及複數個光電轉換元件，其設置於上述第1半導體基 板；上述光電轉換元件各自具備：光電轉換區域，其設置於上述第1半導體基板中以上述第1溝槽及上述第2溝槽分劃之元件區域內，對入射光進行光電轉換而產生電荷；第1半導體區域，其於上述元件區域內包圍上述光電轉換區域；第1接點，其於上述第1溝槽之底部與上述第1半導體區域接觸；第1電極，其於上述第1溝槽內與上述第1接點接觸；第2半導體區域，其設置於上述元件區域內且與上述第1半導體區域相接之區域，並具備與上述第1半導體區域相同之第1導電型；第3半導體區域，其設置於上述元件區域內與上述第2半導體區域相接之區域且上述第2半導體區域與上述第1面之間，並具備與上述第1導電型相反之第2導電型；第2接點，其以與上述第3半導體區域相接之方式設置於上述第1面；及第2電極，其與上述第2接點相接；且上述第1接點距離上述第1面之高度與上述第3半導體區域距離上述第1面之高度不同。
1:電子機器
10:固體攝像裝置
11:SPAD陣列部
12:驅動電路
13:輸出電路
15:時序控制電路
20:SPAD像素
20a:SPAD像素
20b:SPAD像素
20c:SPAD像素
20d:SPAD像素
20B:SPAD像素
20G:SPAD像素
20R:SPAD像素
20Z:SPAD像素
21:光電二極體
22:讀出電路
23:淬滅電阻
24:選擇電晶體
25:數位轉換器
26:反相器
27:緩衝器
30:攝像透鏡
40:記憶部
50:處理器
60:彩色濾光片陣列
61:單位圖案
71:受光晶片
72:電路晶片
101:半導體基板
102:光電轉換區域
103:N-型半導體區域
104:P型半導體區域
104a:P型半導體區域
105:P+型半導體區域
105A:P+型半導體區域
106:N+型半導體區域
106A:N+型半導體區域
107:陰極接點
108:陽極接點
108A:陽極接點
109:絕緣膜
109A:絕緣膜
109B:絕緣膜
109D:絕緣膜
110:元件分離部
111:遮光膜
112:絕緣膜
113:扎釘層
114:平坦化膜
115:彩色濾光片
115B:彩色濾光片
115G:彩色濾光片
115R:彩色濾光片
116:晶載透鏡
120:配線層
121:陰極電極
122:陽極電極
123:層間絕緣膜
124:配線
125:連接墊
126:配線
127:連接墊
130:配線層
131:層間絕緣膜
132:配線
135:連接墊
141:半導體基板
142:電路元件
152:配線
220:SPAD像素
251:電阻
252:NMOS電晶體
261:PMOS電晶體
262:NMOS電晶體
310:元件分離部
311:遮光膜
312:絕緣膜
320:SPAD像素
408:陽極接點
420:SPAD像素
508:陽極接點
510:元件分離部
511:遮光膜
512:絕緣膜
520:SPAD像素
620B:SPAD像素
620G:SPAD像素
620R:SPAD像素
710:絕緣膜
7000:車輛控制系統
7010:通信網路
7100:驅動系統控制單元
7110:車輛狀態檢測部
7200:車體系統控制單元
7300:電池控制單元
7310:二次電池
7400:車外資訊檢測單元
7410:攝像部
7420:車外資訊檢測部
7500:車內資訊檢測單元
7510:駕駛者狀態檢測部
7600:整合控制單元
7610:微電腦
7620:通用通信I/F
7630:專用通信I/F
7640:定位部
7650:信標接收部
7660:車內機器I/F
7670:聲音圖像輸出部
7680:車載網路I/F
7690:記憶部
7710:揚聲器
7720:顯示部
7730:儀表板
7750:外部環境
7760:車內機器
7800:輸入部
7900:車輛
7910:攝像部
7912:攝像部
7914:攝像部
7916:攝像部
7918:攝像部
7920:車外資訊檢測部
7922:車外資訊檢測部
7924:車外資訊檢測部
7926:車外資訊檢測部
7928:車外資訊檢測部
7930:車外資訊檢測部
8201:攝像裝置
8202:光學系統
8203:快門裝置
8204:固體攝像元件
8205:驅動電路
8206:信號處理電路
8207:監視器
8208:記憶體
11000:內視鏡手術系統
11100:內視鏡
11101:鏡筒
11102:相機頭
11110:手術器械
11111:氣腹管
11112:能量處置器械
11120:支持臂裝置
11131:施術者
11132:患者
11133:病床
11200:台車
11201:CCU
11202:顯示裝置
11203:光源裝置
11204:輸入裝置
11205:處置器械控制裝置
11206:氣腹裝置
11207:記錄器
11208:印表機
11400:傳送電纜
11401:透鏡單元
11402:攝像部
11403:驅動部
11404:通信部
11405:相機頭控制部
11411:通信部
11412:圖像處理部
11413:控制部
a:攝像範圍
A-A:面
A1:開口
A2:開口
A3:開口
b:攝像範圍
c:攝像範圍
d:攝像範圍
LD:像素驅動線
LS:輸出信號線
M1:遮罩
M2:遮罩
M3:遮罩
M4:遮罩
N1:連接點
N2:連接點
N3:連接點
T1:第1溝槽
T2:第2溝槽
T3:溝槽
T4:溝槽
T5:溝槽
T11:溝槽
V_OUT:檢測信號
V_QCH:淬滅電壓
V_SEL:選擇控制電壓
V_SPAD:反偏壓電壓
VDD:電源電壓
圖1係顯示搭載有第1實施形態之固體攝像裝置之電子機器之概略構成例之方塊圖。
圖2係顯示第1實施形態之影像感測器之概略構成例之方塊圖。
圖3係顯示第1實施形態之SPAD像素之概略構成例之電路圖。
圖4係顯示第1實施形態之彩色濾光片之佈局例之圖。
圖5係顯示第1實施形態之影像感測器之積層構造例之圖。
圖6係顯示第1實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖7係顯示圖6之A-A面之剖面構造例之水平剖視圖。
圖8係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其1)。
圖9係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其2)。
圖10係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其3)。
圖11係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其4)。
圖12係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其5)。
圖13係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其6)。
圖14係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其7)。
圖15係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其8)。
圖16係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其9)。
圖17係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其10)。
圖18係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其11)。
圖19係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖 (其12)。
圖20係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖(其13)。
圖21係顯示第1實施形態之第1變化例之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖22係顯示第1實施形態之第2變化例之SPAD像素之與光入射面並行之面之剖面構造例的水平剖視圖。
圖23係顯示第1實施形態之第3變化例之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖24係顯示第1實施形態之第4變化例之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖25係顯示第1實施形態之針對陽極之連接配線之一例之圖。
圖26係顯示第1實施形態之第5變化例之針對陽極之連接配線之一例之圖。
圖27係顯示第1實施形態之第5變化例之針對陽極之連接配線之另一例之圖。
圖28係顯示第1實施形態之第5變化例之針對陽極之連接配線之進而另一例之圖。
圖29係顯示第2實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖30係顯示第3實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖31係顯示第4實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面 構造例的垂直剖視圖。
圖32係顯示第5實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖33係顯示第6實施形態之SPAF像素之平面佈局例之俯視圖。
圖34係顯示第6實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖35係顯示第7實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖36係顯示第8實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
圖37係說明利用適用本技術之固體攝像元件之攝像裝置及電子機器之構成之圖。
圖38係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。
圖39係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
圖40係顯示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。
圖41係顯示相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。
以下，基於圖式，針對本揭示之一實施形態詳細地進行說明。另，以下之實施形態中，藉由對同一部位標註同一符號而省略重複說明。
又，按照以下所示之項目順序說明本揭示。
1.第1實施形態
1.1 電子機器
1.2 固體攝像裝置
1.3 SPAD像素
1.4 SPAD像素之概略動作例
1.5 彩色濾光片之佈局例
1.6 固體攝像裝置之積層構造例
1.7 SPAD像素之剖面構造例
1.8 陽極接點與陰極接點及/或N+型半導體區域之位置關係
1.9 製造方法
1.10 作用、效果
1.11 變化例
1.11.1 第1變化例
1.11.2 第2變化例
1.11.3 第3變化例
1.11.4 第4變化例
1.11.5 第5變化例
2.第2實施形態
3.第3實施形態
4.第4實施形體
5.第5實施形態
6.第6實施形態
7.第7實施形態
8.第8實施形態
9.對電子機器之適用例
10.對移動體之應用例
11.對內視鏡手術系統之應用例
1.第1實施形態
首先，參照圖式，針對第1實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細地進行說明。
1.1 電子機器
圖1係顯示搭載有第1實施形態之固體攝像裝置之電子機器之概略構成例之方塊圖。如圖1所示，電子機器1具備例如攝像透鏡30、固體攝像裝置10、記憶部40及處理器50。
攝像透鏡30係將入射光聚光，並將其之像成像於固體攝像裝置10之受光面之光學系統之一例。受光面可為固體攝像裝置10中之光電轉換元件排列之面。固體攝像裝置10對入射光進行光電轉換，產生圖像資料。又，固體攝像裝置10對產生之圖像資料執行雜訊去除或白平衡調整等特定之信號處理。
記憶部40以例如快閃記憶體或DRAM(Dynamic Random Access Memory：動態隨機存取記憶體)或SRAM(Static Random Access Memory：靜態隨機存取記憶體)等構成，記錄自固體攝像裝置10輸入之圖像資料等。
處理器50使用例如CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)等構成，可包含操作系統或執行各種應用程式軟體等之應用程式處理器，或GPU(Graphics Processing Unit：圖形處理單元)或基帶處理器等。處理器50對自固體攝像裝置10輸入之圖像資料或自記憶部40讀出之圖像資料等，執行對應於需要之各種處理、或執行對使用者之顯示、或經由特定之網路向外部發送。
1.2 固體攝像裝置
圖2係顯示第1實施形態之CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor：互補金屬氧化物半導體)型固體攝像裝置(以下，簡稱為影像感測器)之概略構成例之方塊圖。此處，CMOS型影像感測器係應用或部分使用CMOS製程而作成之影像感測器。另，本實施形態中，例示半導體基板中之與元件形成面相反側之面為光入射面之所謂背面照射型影像感測器10，但不限於背面照射型，亦可為元件形成面為光入射面之所謂正面照射型。
如圖2所示，影像感測器10具備：SPAD陣列部11、時序控制電路15、驅動電路12及輸出電路13。
SPAD陣列部11具備矩陣狀排列之複數個SPAD像素20。對複數個SPAD像素20按每行連接像素驅動線LD(圖式中之上下方向)，按每列連接輸出信號線LS(圖式中之左右方向)。像素驅動線LD之一端連接於與驅動 電路12之各行對應之輸出端，輸出信號線LS之一端連接於與輸出電路13之各列對應之輸入端。
驅動電路12包含移位暫存器或位址解碼器等，所有像素同時或以行單位等驅動SPAD陣列部11之各SPAD像素20。因此，驅動電路12至少包含對SPAD陣列部11內之選擇行之各SPAD像素20施加後述之淬滅電壓V_QCH之電路、及對選擇行之各SPAD像素20施加後述之選擇控制電壓V_SEL之電路。且，驅動電路12對讀出對象行所對應之像素驅動線LD施加選擇控制電壓V_SEL，藉此以行單位選擇用以檢測光子之入射之SPAD像素20。
自由驅動電路12選擇掃描之行之各SPAD像素20輸出之信號(稱為檢測信號)V_OUT通過輸出信號線LS之各者，被輸入至輸出電路13。輸出電路13將自各SPAD像素20輸入之檢測信號V_OUT作為像素信號，輸出至外部之記憶部40或處理器50。
時序控制電路15包含產生各種時序信號之時序產生器等，基於時序產生器所產生之各種時序信號，控制驅動電路12及輸出電路13。
1.3 SPAD像素
圖3係顯示第1實施形態之SPAD像素之概略構成例之電路圖。如圖3所示，SPAD像素20具備作為受光元件之光電二極體21、及檢測光子入射於光電二極體21之讀出電路22。光電二極體21於其之陽極與陰極間被施 加擊穿電壓(Breakdown Voltage)以上之反偏壓電壓V_SPAD之狀態下，光子入射時，產生雪崩電流。
讀出電路22具備：淬滅電阻23、數位轉換器25、反相器26、緩衝器27及選擇電晶體24。淬滅電阻23以例如N型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金屬氧化物半導體場效電晶體。以下稱為NMOS電晶體)構成，其之汲極連接於光電二極體21之陽極，其之源極經由選擇電晶體24接地。又，為了使該NMOS電晶體作為淬滅電阻發揮作用，將預先設定之淬滅電壓V_QCH自驅動電路12經由像素驅動線LD，施加於構成淬滅電阻23之NMOS電晶體之閘極。
本實施形態中，光電二極體21為SPAD。SPAD係對其之陽極與陰極間施加擊穿電壓(Breakdown Voltage)以上之反偏壓電壓時，以蓋革模式動作之雪崩光電二極體，且可檢測1個光子之入射。
數位轉換器25具備電阻251與NMOS電晶體252。NMOS電晶體252之汲極經由電阻251連接於電源電壓VDD，源極接地。又，對NMOS電晶體252之閘極施加光電二極體21之陽極與淬滅電阻23之連接點N1之電壓。
反相器26具備P型MOSFET(以下，稱為PMOS電晶體)261與NMOS電晶體262。PMOS電晶體261之汲極連接於電源電壓VDD，其之源極連接於NMOS電晶體262之汲極。NMOS電晶體262之汲極連接於PMOS電晶體261之源極，其之源極接地。對PMOS電晶體261之閘極及NMOS電晶體 262之閘極分別施加電阻251與NMOS電晶體252之汲極之連接點N2之電壓。將反相器26之輸出輸入至緩衝器27。
緩衝器27係用於阻抗轉換之電路，若自反相器26輸入輸出信號，則對該輸入之輸出信號進行阻抗轉換，並作為檢測信號V_OUT輸出。
選擇電晶體24為例如NMOS電晶體，其之汲極連接於構成淬滅電阻23之NMOS電晶體之源極，其之源極接地。選擇電晶體24連接於驅動電路12，若經由像素驅動線LD對選擇電晶體24之閘極施加來自驅動電路12之選擇控制電壓V_SEL，則自斷開狀態變為接通狀態。
1.4 SPAD像素之概略動作例
圖3所例示之讀出電路22例如如下動作。即，首先，自驅動電路12對選擇電晶體24施加選擇控制電壓V_SEL，選擇電晶體24為接通狀態之期間，對光電二極體21施加擊穿電壓(Breakdown Voltage)以上之反偏壓電壓V_SPAD。藉此，允許光電二極體21動作。
另一方面，不自驅動電路12對選擇電晶體24施加選擇控制電壓V_SEL，選擇電晶體24為斷開狀態之期間，由於未對光電二極體21施加反偏壓電壓V_SPAD，故禁止光電二極體21動作。
選擇電晶體24為接通狀態時，若對光電二極體21入射光子，則光電二極體21中產生雪崩電流。藉此，淬滅電阻23中流動雪崩電流，連接點 N1之電壓上升。若連接點N1之電壓高於NMOS電晶體252之接通電壓，則NMOS電晶體252為接通狀態，連接點N2之電壓自電源電壓VDD變為0V。並且，若連接點N2之電壓自電源電壓VDD變為0V，則PMOS電晶體261自斷開狀態變為接通狀態，且NMOS電晶體262自接通狀態變為斷開狀態，連接點N3之電壓自0V變為電源電壓VDD。其結果，自緩衝器27輸出高位準之檢測信號V_OUT。
其後，若連接點N1之電壓繼續上升，則施加於光電二極體21之陽極與陰極間之電壓小於擊穿電壓，藉此，雪崩電流停止，連接點N1之電壓降低。且，若連接點N1之電壓低於NMOS電晶體252之接通電壓，則NMOS電晶體252為斷開狀態，自緩衝器27輸出檢測信號V_OUT停止(低位準)。
如此，讀出電路22對光電二極體21入射光子，產生雪崩電流，藉此，NMOS電晶體252為接通狀態之時序起至雪崩電流停止，NMOS電晶體252為斷開狀態之時序之期間，輸出高位準之檢測信號V_OUT。將輸出之檢測信號V_OUT輸入至輸出電路13。
1.5 彩色濾光片之佈局例
如上所述，對於各SPAD像素20之光電二極體21，配置使特定波長之光選擇性透過之彩色濾光片。圖4係顯示第1實施形態之彩色濾光片之佈局例之圖。
如圖4所示，彩色濾光片陣列60具備例如將彩色濾光片排列中重複單位之圖案(以下，稱為單位圖案)61二維柵格狀排列之構成。
各單位圖案61具備例如由選擇性透過紅色(R)波長成分光之彩色濾光片115R、選擇性透過綠色(G)波長成分光之2個彩色濾光片115G、及選擇性透過藍色(B)波長成分光之彩色濾光片115B之合計4個彩色濾光片構成之所謂拜耳排列之構成。
另，本揭示中，彩色濾光片陣列60不限於拜耳排列。可採用各種彩色濾光片排列，例如單位圖案為3×3像素之X-Trans(註冊商標)型彩色濾光片排列、4×4像素之四拜耳排列、或除RGB三原色各者之彩色濾光片外，還包含對可見光區域具有寬闊之光透過特性之彩色濾光片(以下亦稱為透明或白色)之4×4像素之白色RGB型彩色濾光片排列等。
1.6 固體攝像裝置之積層構造例
圖5係顯示第1實施形態之影像感測器之積層構造例之圖。如圖5所示，影像感測器10具備將受光晶片71與電路晶片72上下積層之構造。受光晶片71係例如具備光電二極體21排列之SPAD陣列部11之半導體晶片，電路晶片72係例如圖3所示之讀出電路22排列之半導體晶片。另，亦可於電路晶片72，配置時序控制電路15、或驅動電路12、或輸出電路13等周邊電路。
受光晶片71與電路晶片72之接合可使用例如將各者之接合面平坦 化，並以電子間力將兩者貼合之所謂直接接合。但不限於此，亦可使用例如將形成於彼此之接合面之銅(Cu)製電極墊彼此接合之所謂Cu-Cu接合或其他之凸塊接合等。
又，受光晶片71與電路晶片72經由例如貫通半導體基板之TSV(Through-Silicon Via：矽通孔)等連接部而電性連接。使用TSV之連接可採用例如將設置於受光晶片71之TSV與自受光晶片71設置至電路晶片72之TSV之2個TSV以晶片外表面連接之所謂雙TSV方式、或以自受光晶片71貫通至電路晶片72之TSV將兩者連接之所謂共用TSV方式等。
然而，對受光晶片71與電路晶片72之接合使用Cu-Cu接合或凸塊接合之情形時，經由Cu-Cu接合部或凸塊接合部將兩者電性連接。
1.7 SPAD像素之剖面構造例
圖6係顯示第1實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。圖7係顯示圖6之A-A面之剖面構造例之水平剖視圖。另，圖6中，著眼於光電二極體21之剖面構造。
如圖6所示，SPAD像素20之光電二極體21設置於例如構成受光晶片71之半導體基板101。半導體基板101藉由例如自光入射面所見之形狀為柵格狀之元件分離部110，被分劃成複數個元件區域(例如參照圖7)。光電二極體21設置於藉由元件分離部110分劃之各元件區域。另，元件分離部110亦可包含後述之第1溝槽內之陽極電極122及絕緣膜109。
各光電二極體21具備：光電轉換區域102、P型半導體區域104、N-型半導體區域103、P+型半導體區域105、N+型半導體區域106、陰極接點107、及陽極接點108。
光電轉換區域102係例如包含N型井區域或低濃度施體之區域，對入射光進行光電轉換，產生電子-電洞對(以下，稱為電荷)。
P型半導體區域104係例如包含P型受體之區域，如圖6及圖7所示，設置於包圍光電轉換區域102之區域。該P型半導體區域104對後述之陽極接點108施加反偏壓電壓V_SPAD，藉此形成用以將光電轉換區域102所產生之電荷引導至N-型半導體區域103之電場。
N-型半導體區域103係例如包含濃度高於光電轉換區域102之施體之區域。該N-型半導體區域103如圖6及圖7所示，配置於光電轉換區域102之中央部分，提取光電轉換區域102所產生之電荷，並引導至P+型半導體區域105。另，N-型半導體區域103並非必要之構成，亦可予以省略。
P+型半導體區域105係例如包含濃度高於P型半導體區域104之受體之區域，其之一部分與P型半導體區域104接觸。又，N+型半導體區域106係例如包含濃度高於N-型半導體區域103之施體之區域，與P+型半導體區域105接觸。
該等P+型半導體區域105及N+型半導體區域106形成PN接合，並作為將流入之電荷加速而產生雪崩電流之放大區域發揮功能。
陰極接點107係例如包含濃度高於N+型半導體區域106之施體之區域，且設置於與N+型半導體區域106接觸之區域。
陽極接點108係例如包含濃度高於P+型半導體區域105之受體之區域。該陽極接點108設置於與P型半導體區域104之外周接觸之區域。陽極接點108之寬度可為例如40nm(奈米)左右。如此，藉由使陽極接點108遍及P型半導體區域104之外周全體接觸，可於光電轉換區域102形成均一之電場。
又，陽極接點108如圖6及圖7所示，於半導體基板101之正面(圖式中為下表面)側，設有沿元件分離部110柵格狀設置之溝槽(以下，將其稱為第1溝槽)之底面。藉由此種構造，如後所述，陽極接點108之形成位置不相對於陰極接點107及N+型半導體區域106之形成位置，於高度方向偏移。
半導體基板101之正面(圖式中為下表面)側由絕緣膜109覆蓋。第1溝槽內之絕緣膜109之膜厚(基板寬度方向之厚度)雖依存於施加至陽極-陰極間之反偏壓電壓V_SPAD之電壓值，但亦可為例如150nm左右。
於絕緣膜109，設有使半導體基板101正面之陰極接點107及陽極接點 108露出之開口，於各個開口，設有與陰極接點107接觸之陰極電極121及與陽極接點108接觸之陽極電極122。
分劃各光電二極體21之元件分離部110設置於對半導體基板101自正面貫通至背面之溝槽(以下，將其稱為第2溝槽)內。第2溝槽於半導體基板101之正面側與第1溝槽相連。第2溝槽之內徑窄於第1溝槽之內徑窄，於因此而形成之階差部分，形成有陽極接點108。
各元件分離部110具備覆蓋第2溝槽之內側面之絕緣膜112、及埋入第2溝槽內之遮光膜111。絕緣膜112之膜厚(基板寬度方向之厚度)雖依存於施加至陽極-陰極間之反偏壓電壓V_SPAD之電壓值，但亦可為例如10nm~20nm左右。又，遮光膜111之膜厚(基板寬度方向之厚度)雖依存於遮光膜111所用之材料等，但亦可為例如150nm左右。
此處，對遮光膜111及陽極電極122使用具有遮光性之導電材料，藉此，可以同一步驟形成遮光膜111與陽極電極122。再者，亦對陰極電極121使用與遮光膜111及陽極電極122相同之導電材料，藉此，可以同一步驟形成遮光膜111、陽極電極122及陰極電極121。
此種具有遮光性之導電材料可使用例如鎢(W)等。但不限於鎢(W)，若為鋁(Al)、或鋁合金或銅(Cu)等具有反射或吸收可見光或每元件所需之光之性質的導電材料，則可進行各種變更。
然而，第2溝槽內之遮光膜111不限於導電材料，亦可使用例如具備折射率高於半導體基板101之高折射率材料、或折射率低於半導體基板101之低折射率材料等。
又，由於陰極電極121所用之材料不要求遮光性，故亦可使用銅(Cu)等導電材料代替具有遮光性之導電材料。
另，本實施形態中，例示第2溝槽自正面側貫通半導體基板101之所謂FFTI(Front Full Trench Isolation：正面全溝槽隔離)型元件分離部110，但不限於此，亦可採用第2溝槽自背面及/或正面側貫通半導體基板101之FTI(Full Trench Isolation：全溝槽隔離)型、或第2溝槽自半導體基板101之正面或背面形成至中間之DTI(Deep Trench Isolation：深溝槽隔離)型或RDTI(Reverse Deep Trench Isolation：反向深溝槽隔離)型元件分離部。
將第2溝槽設為自背面側貫通半導體基板101之FTI型之情形時，亦可自半導體基板101之背面側對第2溝槽內埋入遮光膜111之材料。
陰極電極121及陽極電極122之上部突出於絕緣膜109之正面(圖式中為下表面)。於絕緣膜109之正面(圖式中為下表面)，設有例如配線層120。
配線層120具備層間絕緣膜123、及設置於層間絕緣膜123中之配線 124。配線124例如與突出於絕緣膜109之正面(圖式中為下表面)之陰極電極121接觸。另，圖6中雖予以省略，但於配線層120中亦設有與陽極電極122接觸之配線。
例如，銅(Cu)製連接墊125露出於配線層120之正面(圖式中為下表面)。該連接墊125亦可為配線124之一部分。於該情形時，配線124亦為銅(Cu)製。
配線層120之表面與電路晶片72中之配線層130接合。配線層130具備層間絕緣膜131、及設置於層間絕緣膜131中之配線132。配線132與形成於半導體基板141之讀出電路22等之電路元件142電性連接。因此，半導體基板101之陰極電極121經由配線124、連接墊125及135、以及配線132，連接於圖3所示之讀出電路22。
又，例如銅(Cu)製連接墊135露出於配線層130之正面(圖式中為上表面)。將該連接墊135與露出於受光晶片71之配線層120正面之連接墊125接合(Cu-Cu接合)，藉此，受光晶片71與電路晶片72電性及機械性連接。
該連接墊135亦可為配線132之一部分。於該情形時，配線132亦為銅(Cu)製。
又，於半導體基板101之背面(圖式中為上表面)，設有扎釘層113與平坦化膜114。再者，於平坦化膜114上，對每SPAD像素20設有彩色濾光 片115及晶載透鏡116。
扎釘層113係例如由包含特定濃度之受體之氧化鉿(HfO2)膜或氧化鋁(Al2O3)膜構成之固定電荷膜。平坦化膜114係例如以氧化矽(SiO2)或氮化矽(SiN)等絕緣材料構成之絕緣膜，且係用以將形成上層之彩色濾光片115或晶載透鏡116之面平坦化之膜。
如以上之構造中，若對陰極接點107與陽極接點108間施加擊穿電壓以上之反偏壓電壓V_SPAD，則因P型半導體區域104與N+型半導體區域106間之電位差，而形成將光電轉換區域102所產生之電荷朝N-型半導體區域103引導之電場。此外，於P+型半導體區域105與N+型半導體區域106間之PN接合區域，形成使進入之電荷加速而產生雪崩電流之強電場。藉此，允許光電二極體21之作為雪崩光電二極體之動作。
1.8 陽極接點與陰極接點及/或N+型半導體區域之位置關係
接著，針對本實施形態之陽極接點108與陰極接點107及/或N+型半導體區域106之位置關係進行說明。
如上所述，本實施形態中，陽極接點108配置於形成於半導體基板101之正面側之第1溝槽之底部。藉此，本實施形態中，陽極接點108配置於自半導體基板101之表面(圖式中為下表面)起較陰極接點107及N+型半導體區域106更深之位置。即，本實施形態中，以半導體基板101之表面(圖式中為下表面)為基準之情形時，陽極接點108之形成位置相對於陰極 接點107及N+型半導體區域106之形成位置，於高度方向上偏移。
換言之，陽極接點108距離半導體基板101之表面之高度與N+型半導體區域106距離半導體基板101之表面之高度不同。具體例中，陽極接點108距離半導體基板101之表面之高度高於N+型半導體區域106距離半導體基板101之表面之高度。
如此，藉由將陽極接點108之形成位置與陰極接點107及N+型半導體區域106之形成位置於高度方向上偏移，可不增大SPAD像素20之橫向(與入射面平行之方向)之尺寸，而延長陽極接點108至陰極接點107及/或N+型半導體區域106之距離。
藉此，可不增加像素尺寸而抑制穿隧效應產生，故可抑制解析度降低且穩定地產生雪崩放大。
1.9 製造方法
接著，參照圖式，針對本實施形態之影像感測器10之製造方法詳細地進行說明。另，以下之說明中，著眼於受光晶片71之製造方法。
圖8~圖20係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之製程剖視圖。
本製造方法中，首先，如圖8所示，對包含全體低濃度之施體之半導 體基板101中之特定區域適當進行施體及受體之離子注入，藉此形成分劃光電轉換區域102之P型半導體區域104之一部分(P型半導體區域104a)、N-型半導體區域103、P+型半導體區域105及N+型半導體區域106。另，離子注入可自例如半導體基板101之表面(圖式中為上表面)進行。又，亦可於離子注入後，一次或分複數次執行用以恢復離子注入時之損傷及改善注入之摻雜物分佈之退火。
接著，如圖9所示，於半導體基板101之正面，形成具有柵格狀開口A1之遮罩M1，自該遮罩M1之上方藉由例如RIE(Reactive Ion Etching：反應離子蝕刻)等異向性乾蝕刻刻入半導體基板101，而形成沿相鄰之SPAD像素20之邊界部分之柵格狀第1溝槽T1。另，第1溝槽T1之深度可為使其之底面至少位於較P+型半導體區域105之下表面更深之位置，且到達P型半導體區域104a之深度。
另，較佳為第1溝槽T1距離半導體基板101正面之深度愈深，愈確保陽極接點108至N+型半導體區域106及陰極接點107之距離。然而，若第1溝槽T1過深，則可能製程精度惡化良率降低。因此，第1溝槽T1之深度較佳於可確保必要以上之製程精度之範圍內設定為較深。
接著，如圖10所示，去除遮罩M1後，使用例如濺鍍或CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沈積)法等成膜技術，藉此形成覆蓋半導體基板101之正面及第1溝槽T1之內表面之絕緣膜109A。另，絕緣膜109A可使用氧化矽(SiO2)、或氮化矽(SiN)、或碳化矽(SiC)或氧化 鋁(Al2O3)等絕緣材料。又，絕緣膜109A可為單層構造，亦可為積層構造。如上所述，由於對陽極電極122施加高電壓之反偏壓電壓V_SPAD，故鑑於對絕緣膜109A要求高耐壓性能之情況，絕緣膜109A之材料較佳使用氧化矽(SiO2)等具備高耐壓性能之絕緣材料。
接著，如圖11所示，於基板厚度方向刻入第1溝槽T1內之絕緣膜109A表面所形成之溝槽T11之底面，藉此形成自半導體基板101之正面側到達至背面附近之第2溝槽T2。另，可對第2溝槽T2之形成使用例如能相對於半導體基板101獲得充分高之選擇比之異向性乾蝕刻。藉此，可將形成於第1溝槽T1之內側面及半導體基板101之上表面之絕緣膜109A作為遮罩使用，且蝕刻形成有半導體基板101中之元件分離部110之柵格狀區域。
接著，如圖12所示，將第1溝槽T1內之絕緣膜109A以例如濕蝕刻等之等向性蝕刻而薄膜化，藉此，使P型半導體區域104a之外周部分露出於第1溝槽T1之底部。此時，亦可將半導體基板101之正面上之絕緣膜109A薄膜化。
接著，如圖13所示，於絕緣膜109A上，形成於N+型半導體區域106之上方具有開口A2之遮罩M2，自該遮罩M2之上方藉由例如RIE等異向性乾蝕刻蝕刻絕緣膜109A，藉此形成使半導體基板101上表面之一部分露出之開口A3。
接著，如圖14所示，去除遮罩M2後，使用例如CVD法等成膜技術，藉此等向性形成覆蓋絕緣膜109A上、開口A3之內側面及底面、以及第1溝槽T1及第2溝槽T2之內表面之絕緣膜109B。以下之說明中，將絕緣膜109A與絕緣膜109B統一設為絕緣膜109。又，將開口A3內之絕緣膜109B表面所形成之溝槽設為溝槽T4，將溝槽T3內之絕緣膜109B表面所形成之溝槽設為溝槽T5。
另，絕緣膜109B亦可省略。省略絕緣膜109B之情形時，關於其之詳情於後述之第1變化例中提及，但除陽極接點108外，第2溝槽T2內亦可使陽極電極122與P型半導體區域104a接觸，故可實現低電阻之接點。
另一方面，形成絕緣膜109B之情形時，可藉由後述接點形成時之離子注入，減低半導體基板101受到之損傷。
接著，如圖15所示，形成覆蓋位於N+型半導體區域106上方之溝槽T4之遮罩M3，自該遮罩M3及絕緣膜109上方高濃度地離子注入受體。此時，遮罩M3及絕緣膜109作為遮罩發揮功能，藉此，於絕緣膜109之膜厚較薄之區域即溝槽T5之底部，換言之，P型半導體區域104之上部外周(例如參照圖7)，形成包含高濃度之受體之陽極接點108。
接著，如圖16所示，去除遮罩M3後，形成例如覆蓋柵格狀形成之溝槽T5之遮罩M4，自該遮罩M4及絕緣膜109上方高濃度地離子注入施體。此時，遮罩M4及絕緣膜109作為遮罩發揮功能，藉此，於絕緣膜109之膜 厚較薄之區域即溝槽T4之底部，換言之，位於N+型半導體區域106上方之半導體基板101之一部分，形成包含高濃度施體之陰極接點107。
另，陽極接點108及陰極接點107之形成不限於離子注入法，亦可使用固相擴散或電漿摻雜等各種方法。
接著，如圖17所示，去除遮罩M4後，例如全面回蝕絕緣膜109之表面，藉此，去除溝槽T4底部之絕緣膜109，使陰極接點107露出，且去除溝槽T5底部之絕緣膜109，使陽極接點108露出。
此時，關於其之詳情於後述之第2變化例中提及，但亦可使用光微影等預先形成具有特定開口圖案之遮罩，藉此限制去除絕緣膜109使陽極接點108露出之區域。
全面回蝕絕緣膜109之情形時，由於可確保陽極接點108與陽極電極122之接觸面積，故可形成低電阻之接點。又，由於可以包圍P型半導體區域104a外周之方式，使陽極接點108與陽極電極122接觸，故可於光電轉換區域102形成均一電場。
另一方面，限制去除絕緣膜109之區域之情形時，由於可控制陽極接點108與陽極電極122之接觸部分，故可控制形成於光電轉換區域102之電場分佈。
另，本實施形態中，將絕緣膜109薄膜化後殘留於第2溝槽T2內之絕緣膜109作為元件分離部110之絕緣膜112利用。
接著，於陰極接點107及陽極接點108露出之表面，成膜例如鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)膜，並於該狀態下進行500℃~800℃左右之退火。藉此，於陰極接點107及陽極接點108之各者露出之表面，矽(Si)與鈦(Ti)反應，形成矽化鈦層。
如此，藉由將陰極接點107及陽極接點108之表面(接觸面)設為矽化物，可使陰極接點107與陰極電極121之接觸、及陽極接點108與陽極電極122之接觸設為歐姆接觸，故可使該等之連接低電阻化。藉此，可縮小陽極接點108與陽極電極122之接觸面積，故可縮小像素尺寸，提高解析度。
另，亦可使用Co/TiN膜代替Ti/TiN膜。於該情形時，由於在陰極接點107及陽極接點108各者之表面(接觸面)形成矽化鈷層，故可使陰極接點107與陰極電極121、及陽極接點108與陽極電極122歐姆接觸。
此外，使用矽化鎳等各種矽化物代替矽化鈦或矽化鈷之情形時，亦可使陰極接點107與陰極電極121、及陽極接點108與陽極電極122歐姆接觸。
接著，如圖18所示，藉由使用例如剝離法等，於第1溝槽T1內形成遮 光膜111，且於溝槽T4內形成與陰極接點107接觸之陰極電極121，進而於第2溝槽T2內形成與陽極接點108接觸之陽極電極122。
遮光膜111、陰極電極121及陽極電極122之材料如上所述，除鎢(W)以外，可使用鋁(Al)、或鋁合金或銅(Cu)等具有反射或吸收可見光或每元件所需之光之性質之各種導電材料。
對遮光膜111、陰極電極121及陽極電極122使用相同材料之情形時，可將其等一併形成。另一方面，對遮光膜111、陰極電極121及陽極電極122使用不同材料之情形時，先形成遮光膜111，其後使用剝離法等，形成陰極電極121及陽極電極122。
接著，於形成有陰極電極121及陽極電極122之絕緣膜109上，形成包含連接於陰極電極121之配線124、連接於陽極電極122之配線126、及層間絕緣膜123之配線層120。又，形成露出於層間絕緣膜123之表面之銅(Cu)製之連接墊125及127。
接著，如圖19所示，將半導體基板101自背面薄化，藉此以第2溝槽T2內之遮光膜111到達至半導體基板101之背面之方式，使第2溝槽T2貫通。可對半導體基板101之薄化使用例如CMP(Chemical Mechanical Polishing：化學機械研磨)等。
接著，對半導體基板101之背面全體離子注入受體。藉此，如圖20所 示，包圍光電轉換區域102之P型半導體區域104完成。
其後，於半導體基板101之背面，依序形成扎釘層113、平坦化膜114、彩色濾光片115及晶載透鏡116，藉此形成影像感測器10中之受光晶片71。接著，藉由將另外準備之電路晶片72與受光晶片71貼合，製作具備如圖6所例示之剖面構造之影像感測器10。
1.10 作用、效果
如上所述，本實施形態中，使陽極接點108之位置與陰極接點107及/或N+型半導體區域106之位置於高度方向上偏移。藉此，根據本實施形態，可不增大SPAD像素20之橫向(與入射面平行之方向)尺寸，而延長陽極接點108至陰極接點107及/或N+型半導體區域106之距離。其結果，可不增加像素尺寸而抑制產生穿隧效應，故可抑制解析度降低且穩定地產生雪崩放大。
1.11 變化例
接著，列舉若干具體例，針對第1實施形態之SPAD像素20之變化例進行說明。
1.11.1 第1變化例
圖21係顯示第1變化例之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
如圖21所示，第1變化例之SPAD像素20a中，與第1實施形態中使用圖6等說明之剖面構造同樣之構造中，省略第2溝槽(相當於第2溝槽T2)內之絕緣膜112(相當於絕緣膜109B)。
如此，藉由省略元件分離部110中之絕緣膜112，而如第1實施形態中亦言提般，除陽極接點108外，於第2溝槽內，亦可使陽極電極122與P型半導體區域104a接觸，故可實現低電阻之接點。
1.11.2 第2變化例
圖22係顯示第2變化例之SPAD像素之與光入射面並行之面之剖面構造例的水平剖視圖。另，圖22係對應於圖7之面。
如圖22所示，第2變化例之SPAD像素20b在與第1實施形態中使用圖7等說明之剖面構造同樣之構造中，陽極接點108A之形成區域以於P型半導體區域104外周之一部分與P型半導體區域104接觸之方式受限制。具體例中，陽極接點108A之形成區域被限制於由元件分離部110隔開之矩形區域之四個角部。
如此，藉由限制陽極接點108A之形成區域，如第1實施形態中亦提及般，由於可控制陽極接點108與陽極電極122之接觸部分，故可控制形成於光電轉換區域102之電場分佈。
1.11.3 第3變化例
圖23係顯示第3變化例之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
如圖23所示，第3變化例之SPAD像素20c中，在與第1實施形態中使用圖6等說明之剖面構造同樣之構造中，P+型半導體區域105A及N+型半導體區域106A擴展至與形成於第1溝槽內之絕緣膜109相接。
如此，藉由將P+型半導體區域105A及N+型半導體區域106A擴大至由第1溝槽所夾之區域全體，可擴大產生雪崩放大之區域，故可提高量子效率。
又，藉由將P+型半導體區域105A擴大至由第1溝槽所夾之區域全體，可防止於陽極接點108附近產生之電荷直接流入至N+型半導體區域106A或陰極接點107，故亦可減少無益於雪崩放大之電荷，而提高量子效率。
1.11.4 第4變化例
圖24係顯示第4變化例之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。
如圖24所示，第4變化例之SPAD像素20d中，在與第1實施形態中使用圖6等說明之剖面構造同樣之構造中，藉由將第1溝槽擴徑，而將第1溝槽內之絕緣膜109D至少擴展至與P+型半導體區域105A相接之程度。
如此，藉由將第1溝槽擴徑，使絕緣膜109D與P+型半導體區域105A接觸，可防止於陽極接點108附近產生之電荷流入至N+型半導體區域106A或陰極接點107，故可減少無益於雪崩放大之電荷，而提高量子效率。
1.11.5 第5變化例
第5變化例中，就上述實施形態及其變化例中針對陽極之連接配線列舉若干例。另，以下之說明中，為了簡化而例示基於第1實施形態之情形。
圖25係顯示第1實施形態之針對陽極之連接配線之一例之圖。如圖25所示，第1實施形態中，對各SPAD像素20陽極電極122，一對一地連接有用以施加反偏壓電壓V_SPAD之配線152。
然而，例如如參照圖7亦可知，陽極電極122於複數個SPAD像素20間連續。例如，排列於SPAD陣列部11之所有SPAD像素20中電性相連。
因此，對各SPAD像素20陽極電極122一對一設置配線152之構成並非必須。
例如亦可拉開配線152之配置，如圖26所例示，對每隔1個之SPAD像素20設置配線152，或如圖27所例示，對每隔2個之SPAD像素20設置配線 152等。
或，如圖28所例示，亦可構成為對位於SPAD陣列部11之最外周之SPAD像素20Z中之至少1個設置配線152，對其他之SPAD像素20及20Z不設置配線152。
如此，藉由拉開配線152，可簡化配線圖案，故可實現簡化製造製程或削減製造成本等。
另，上述之實施形態及其變化例中，已例示將陰極設為N型，將陽極設為P型之情形，但不限於此種組合，亦可進行各種變化如將陰極設為P型，將陽極設為N型等。
2.第2實施形態
接著，參照圖式，針對第2實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細地進行說明。
上述之第1實施形態及其變化例之SPAD像素20、20a、20b、20c及20d不限於作為取得彩色圖像等圖像資料之攝像裝置之電子機器1，亦可用於例如作為測定至物體之距離之測距裝置之電子機器。
圖29係顯示第2實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。如圖29所示，SPAD像素220具備在與第1實施形態 中使用圖6等說明之剖面構造同樣之構造中，省略彩色濾光片115之構造。
如此，將SPAD像素220用於作為測距裝置之電子機器之情形時，亦與第1實施形態同樣，藉由使陽極接點108之位置與陰極接點107及/或N+型半導體區域106之位置於高度方向上偏移，可不增大SPAD像素220之橫向(與入射方向平行之方向)尺寸，而延長陽極接點108至陰極接點107及/或N+型半導體區域106之距離。其結果，可不增加像素尺寸而抑制產生穿隧效應，故可抑制解析度降低且穩定地產生雪崩放大。
由於其他之構成、動作及效果亦可與上述之實施形態及其變化例同樣，故此處省略詳細之說明。
3.第3實施形態
接著，參照圖式，針對第3實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細地進行說明。
上述之實施形態及其變化例中，已例示第2溝槽對半導體基板101自正面側貫通至背面側之FFTI型之元件分離部110，但如上所述，元件分離部110並非限定於FFTI型。
圖30係顯示第3實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。如圖30所示，SPAD像素320具備在與第1實施形態中使用圖6等說明之剖面構造同樣之構造中，將FFTI型元件分離部110置 換成DTI型元件分離部310之構造。
DTI型元件分離部310於形成為不自半導體基板101之正面側(圖式中為下表面側)到達至背面之程度之第2溝槽內，具備覆蓋第2溝槽之內側面及底面之絕緣膜312、及埋入內表面被絕緣膜312覆蓋之第2溝槽內之遮光膜311。
此種元件分離部310可藉由例如較淺地形成第2溝槽，或使用較厚之半導體基板101而實現。
如此，根據本實施形態，使用自半導體基板101之正面側形成之DTI型元件分離部310。藉此，可易於自背面側薄化半導體基板101之步驟。
又，藉由使用自半導體基板101之正面側形成之DTI型元件分離部310，而成為半導體基板101之背面側中，不按每SPAD像素320分離P型半導體區域104之構造。藉此，抑制因P型半導體區域104與陽極接點108間之接點電阻之不均所致之每SPAD像素320之電場施加不均，使每SPAD像素320之電場平均化，故亦可提高影像感測器10之良率。
由於其他之構成、動作及效果可與上述實施形態及其變化例同樣，故此處省略詳細之說明。
4.第4實施形態
接著，參照圖式，針對第4實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細地進行說明。
圖31係顯示第4實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。如圖31所示，SPAD像素420具備於例如與第3實施形態中使用圖30說明之SPAD像素320同樣之構成中，於第2溝槽之底部設有陽極接點408之構造。
根據此種構造，與陽極電極122電性連接之遮光膜311經由第2溝槽底部之陽極接點408，於半導體基板101之背面側，與P型半導體區域104電性連接。藉此，可進而減少P型半導體區域104與陽極接點108間之接觸電阻，且亦可抑制接觸電阻之不均，故可進而抑制每SPAD像素320之電場施加之不均。其結果，由於每SPAD像素320之電場被進而平均化，故可進而提高影像感測器10之良率。
由於其他之構成、動作及效果可與上述實施形態及其變化例相同，故此處省略詳細之說明。
5.第5實施形態
接著，參照圖式，針對第5實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細地進行說明。
上述之第3及第4實施形態中，已例示設置於自半導體基板101之正面 側形成之第2溝槽內之DTI型元件分離部310。相對於此，第5實施形態中，例示設置於自半導體基板101之背面側形成之第2溝槽內之RDTI型元件分離部。
圖32係顯示第5實施形態之SPAD像素之與光入射面垂直之面之剖面構造例的垂直剖視圖。如圖32所示，SPAD像素520具備於例如與第3實施形態中使用圖30說明之剖面構造同樣之構造中，將FFTI型元件分離部110置換成RDTI型元件分離部510，且將陽極接點108置換成陽極接點508之構造。
RDTI型元件分離部510於形成為未自半導體基板101背面側(圖式中為上表面側)到達至正面之程度之第2溝槽內，具備覆蓋第2溝槽之內側面及底面之絕緣膜512、及埋入內表面被絕緣膜512覆蓋之第2溝槽內之遮光膜511。
根據此種構造，由於陽極電極122與元件分離部510分離，故可於陽極電極122之背面全體形成陽極接點508。藉此，由於可進而減少P型半導體區域104與陽極接點108間之接點電阻，故可實現特性更良好之SPAD像素520。
又，由於可自半導體基板101之背面側形成第2溝槽，故例如與第3或第4實施形態之形成DTI型元件分離部310之情形相比，可易於形成元件分離部510之步驟。
由於其他之構成、動作及效果可與上述實施形態及其變化例同樣，故此處省略詳細之說明。
6.第6實施形態
接著，參照圖式，針對第6實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細地進行說明。
上述實施形態及其變化例中，已例示例如對構成拜耳排列之彩色濾光片陣列60之1個彩色濾光片115R、115G或115B，設有1個光電二極體21之情形。然而，使用雪崩光電二極體進行光子計數之情形時，即使於一次雪崩放大時複數個光子入射於1個光電二極體21，但該等光子之入射亦計數為一次量。因此，為了更正確地計數入射之光子數，較佳縮小1個光電二極體所佔之面積。又，照度較高之情形時，藉由縮小1個光電二極體所佔之面積，可擴大各SPAD像素20之動態範圍。
因此，第6實施形態中，如圖33所例示，將SPAD像素20R、20G及20B(以下，不區分SPAD像素20R、20G及20B之情形時，將其之符號設為20)分別分割成複數個(本例中為2×2像素之4個)SPAD像素620R、620G及620B(以下，不區分SPAD像素620R、620G及620B之情形時，將其之符號設為620)。或，以複數個SPAD像素620、620G或620B共用1個彩色濾光片115R、115G或115B。
如此，藉由將1個SPAD像素20分割成複數個SPAD像素620，可縮小每1個SPAD像素620之面積，故可更正確地計數入射之光子數。又，由於1個光電二極體所佔面積縮小，故亦可擴大各SPAD像素20之動態範圍。
另，如圖34所例示，亦可不於分割1個SPAD像素20之SPAD像素620間，設置元件分離部110。於該情形時，可取代元件分離部110，而將P型半導體區域104配置於SPAD像素620間。藉此，與設置元件分離部110之情形相比，由於可縮小像素間距，故可將影像感測器10更小型化。
由於其他之構成、動作及效果可與上述實施形態及其變化例相同，故此處省略詳細之說明。
7.第7實施形態
接著，參照圖式，針對第7實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細地進行說明。
上述之第6實施形態中，已例示於自1個SPAD像素20分割之複數個SPAD像素620間配置有P型半導體區域104之情形，但不限於此種構造。
例如，如圖35所例示，亦可設為於相鄰之SPAD像素620設置溝槽，並以絕緣膜710埋入該溝槽內之構造。
根據此種構造，由於可抑制相鄰之SPAD像素620間之光之串擾，故 可更正確地計數入射之光子數。
由於其他之構成、動作及效果可與上述實施形態及其變化例相同，故此處省略詳細之說明。
8.第8實施形態
接著，參照圖式，針對第8實施形態之固體攝像裝置及電子機器詳細說明。
上述之實施形態及其變化例中之元件分離部110及510例如如圖36所例示，不限於半導體基板101，亦可貫通至例如彩色濾光片115上。
如此，藉由將元件分離部110設為貫通彩色濾光片115並突出至其上部之構造，可減少相鄰之SPAD像素20間之串擾。
由於其他之構成、動作及效果可與上述實施形態及其變化例相同，故此處省略詳細之說明。
9.對電子機器之適用例
上述之固體攝像裝置可適用於例如數位靜態相機或數位攝影機等攝像裝置、具備攝像功能之行動電話、或具備攝像功能之其他機器等各種電子機器。
圖37係顯示作為適用本技術之電子機器之攝像裝置之構成例之方塊圖。
圖37所示之攝像裝置8201構成為具備光學系統8202、快門裝置8203、固體攝像元件8204、驅動電路8205、信號處理電路8206、監視器8207及記憶體8208，且可拍攝靜止圖像及動態圖像。
光學系統8202構成為具有1片或複數片透鏡，將來自被攝體之光(入射光)導光至固體攝像元件8204，使其成像於固體攝像元件8204之受光面。
快門裝置8203配置於光學系統8202及固體攝像元件8204間，根據驅動電路1005之控制，控制向固體攝像元件8204照射光之期間及遮光期間。
固體攝像元件8204由包含上述之固體攝像元件之封裝構成。固體攝像元件8204根據經由光學系統8202及快門裝置8203成像於受光面之光，於一定期間內蓄積信號電荷。蓄積於固體攝像元件8204之信號電荷根據自驅動電路8205供給之驅動信號(時序信號)而傳送。
驅動電路8205輸出控制固體攝像元件8204之傳送動作及快門裝置8203之快門動作之驅動信號，驅動固體攝像元件8204及快門裝置8203。
信號處理電路8206對自固體攝像元件8204輸出之信號電荷實施各種信號處理。將藉由信號處理電路8206實施信號處理所得之圖像(圖像資料)供給於監視器8207並顯示、或供給於記憶體8208並記憶(記錄)。
如此構成之攝像裝置8201中，亦可藉由適用固體攝像裝置10來代替上述固體攝像元件8204，而於全像素中實現低雜訊之攝像。
10.對移動體之應用例
本揭示之技術可應用於各種製品。例如，本揭示之技術亦可作為搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、自行車、個人移動載具、飛機、無人機、船舶、機器人、建設機械、農業機械(拖拉機)等任一種類之移動體之裝置而實現。
圖38係顯示可適用本揭示之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統7000之概略構成例之方塊圖。車輛控制系統7000具備經由通信網路7010連接之複數個電子控制單元。於圖38所示之例中，車輛控制系統7000具備驅動系統控制單元7100、車體系統控制單元7200、電池控制單元7300、車外資訊檢測單元7400、車內資訊檢測單元7500、及整合控制單元7600。連接該等複數個控制單元之通信網路7010可為例如依據CAN(Controller Area Network：控制器局域網路)、LIN(Local Interconnect Network：局部互聯網路)、LAN(Local Area Network，局域網路)、或FlexRay(註冊商標)等任意規格之車載通信網路。
各控制單元具備：微電腦，其根據各種程式進行運算處理；記憶部，其記憶由微電腦執行之程式或各種運算所用之參數等；及驅動電路，其驅動各種控制對象之裝置。各控制單元具備用以經由通信網路7010與其他控制單元間進行通信之網路I/F，且具備用以與車內外之裝置或感測器等間藉由有線通信或無線通信進行通信之通信I/F。圖38中，作為整合控制單元7600之功能構成，圖示有微電腦7610、泛用通信I/F7620、專用通信I/F7630、定位部7640、信標接收部7650、車內機器I/F7660、聲音圖像輸出部7670、車載網路I/F7680及記憶部7690。其他控制單元亦同樣地具備微電腦、通信I/F及記憶部等。
驅動系統控制單元7100根據各種程式，控制與車輛之驅動系統關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元7100作為內燃機或驅動用馬達等用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等之控制裝置發揮功能。驅動系統控制單元7100亦可具有作為ABS(Antilock Brake System：防鎖死剎車系統)或ESC(Electronic Stability Control：電子穩定控制)等之控制裝置之功能。
於驅動系統控制單元7100，連接有車輛狀態檢測部7110。車輛狀態檢測部7110包含例如用以檢測車體之軸旋轉運動之角速度之陀螺儀感測器、檢測車輛之加速度之加速度感測器、或檢測加速踏板之操作量、剎車踏板之操作量、方向盤之轉向角、引擎轉速或車輪之旋轉速度等之感測器中之至少一者。驅動系統控制單元7100使用自車輛狀態檢測部7110輸入 之信號進行運算處理，控制內燃機、驅動用馬達、電動動力轉向裝置或剎車裝置等。
車體系統控制單元7200根據各種程式，控制車體所裝備之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元7200作為無鑰匙門禁系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或頭燈、尾燈、剎車燈、方向燈或霧燈等各種燈具之控制裝置發揮功能。於該情形時，可對車體系統控制單元7200輸入自代替鑰匙之可攜帶式機器發送之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元7200受理該等電波或信號之輸入，控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈具等。
電池控制單元7300根據各種程式，控制驅動用馬達之電力供給源即二次電池7310。例如，自具備二次電池7310之電池裝置，對電池控制單元7300輸入電池溫度、電池輸出電壓或電池剩餘電量等之資訊。電池控制單元7300使用該等信號進行運算處理，進行二次電池7310之溫度調節控制、或電池裝置所裝備之冷卻裝置等之控制。
車外資訊檢測單元7400檢測搭載有車輛控制系統7000之車輛外部之資訊。例如，於車外資訊檢測單元7400，連接有攝像部7410及車外資訊檢測部7420中之至少一者。攝像部7410包含ToF(Time Of Flight：飛時測距)相機、立體相機、單眼相機、紅外線相機及其他相機中之至少一者。車外資訊檢測部7420包含例如用以檢測當前之天候或氣象之環境感測器、或用以檢測搭載有車輛控制系統7000之車輛周圍之其他車輛、障礙 物或行人等之周圍資訊檢測感測器中之至少一者。
環境感測器可為例如檢測雨天之雨滴感測器、檢測霧之霧感測器、檢測日照程度之日照感測器、及檢測降雪之雪感測器中之至少一者。周圍資訊檢測感測器可為超音波感測器、雷達裝置及LIDAR(Light Detection and Ranging(光檢測及測距)、Laser Imaging Detection and Ranging(雷射成像檢測與測距))裝置中之至少一者。該等攝像部7410及車外資訊檢測部7420可作為分別獨立之感測器或裝置而配備，亦可作為將複數個感測器或裝置合併之裝置而配備。
此處，圖39係顯示攝像部7410及車外資訊檢測部7420之設置位置之例。攝像部7910、7912、7914、7916、7918設置於例如車輛7900之前保險桿、側視鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部中之至少一個位置。前保險桿所具備之攝像部7910及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部7918主要取得車輛7900前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部7912、7914主要取得車輛7900側方之圖像。後保險桿或後門所具備之攝像部7916主要取得車輛7900後方之圖像。車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部7918主要用於檢測前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標識或車道線等。
另，圖39中顯示各個攝像部7910、7912、7914、7916之攝像範圍之一例。攝像範圍a表示設於前保險桿之攝像部7910之攝像範圍，攝像範圍b、c分別表示設於側視鏡之攝像部7912、7914之攝像範圍，攝像範圍d表 示設於後保險桿或後門之攝像部7916之攝像範圍。例如，藉由將攝像部7910、7912、7914、7916所拍攝之圖像資料重疊，可獲得自上方觀察車輛7900之俯瞰圖像。
設置於車輛7900之前、後、側方、角部及車廂內之擋風玻璃之上部之車外資訊檢測部7920、7922、7924、7926、7928、7930可為例如超音波感測器或雷達裝置。設置於車輛7900之前保險桿、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部之車外資訊檢測部7920、7926、7930可為例如LIDAR裝置。該等車外資訊檢測部7920~7930主要用於檢測前方車輛、行人或障礙物等。
返回至圖38繼續說明。車外資訊檢測單元7400使攝像部7410拍攝車外之圖像，且接收拍攝到之圖像。又，車外資訊檢測單元7400自連接之車外資訊檢測部7420接收檢測資訊。車外資訊檢測部7420為超音波感測器、雷達裝置或LIDAR裝置之情形時，車外資訊檢測單元7400發送超音波或電磁波等，且接收收到之反射波之資訊。車外資訊檢測單元7400可基於接收到之資訊，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。車外資訊檢測單元7400亦可基於接收到之資訊，進行辨識降雨、霧或路面狀況等之環境辨識處理。車外資訊檢測單元7400亦可基於接收到之資訊，算出與車外物體之距離。
又，車外資訊檢測單元7400亦可基於接收到之圖像資料，進行辨識人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之圖像辨識處理或距離檢測處 理。車外資訊檢測單元7400可對接收到之圖像資料進行失真校正或對位等處理，且合成由不同之攝像部7410拍攝之圖像資料，產生俯瞰圖像或全景圖像。車外資訊檢測單元7400亦可使用由不同之攝像部7410拍攝之圖像資料，進行視點轉換處理。
車內資訊檢測單元7500檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元7500，連接由例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部7510。駕駛者狀態檢測部7510可包含拍攝駕駛者之相機，檢測駕駛者之身體資訊之身體感測器或收集車廂內之聲音之麥克風等。身體感測器例如設置於座位或方向盤等，檢測乘坐於座位之搭乗者或手握方向盤之駕駛者之身體資訊。車內資訊檢測單元7500可基於自駕駛者狀態檢測部7510輸入之檢測資訊，算出駕駛者之疲勞程度或注意力集中程度，亦可判別駕駛者是否在打瞌睡。車內資訊檢測單元7500可對收集到之聲音信號進行雜訊消除處理等處理。
整合控制單元7600根據各種程式，控制車輛控制系統7000內之動作全體。於整合控制單元7600連接有輸入部7800。輸入部7800藉由例如觸控面板、按鈕、麥克風、開關或操作桿等可由搭乗者輸入操作之裝置實現。亦可對整合控制單元7600輸入藉由聲音辨識由麥克風輸入之聲音所得之資料。輸入部7800可為例如利用紅外線或其他電波之遠程控制裝置，亦可為對應於車輛控制系統7000之操作之行動電話或PDA(Personal Digital Assistant：個人數位助理)等外部連接機器。輸入部7800可為例如相機，於該情形時，搭乗者可藉由手勢輸入資訊。或，亦可輸入藉由檢測 搭乗者穿戴之可穿戴裝置之移動所得之資料。再者，輸入部7800亦可包含例如使用上述輸入部7800基於由搭乘者等輸入之資訊，產生輸入信號，並輸出至整合控制單元7600的輸入控制電路等。搭乗者等藉由操作該輸入部7800，而對車輛控制系統7000輸入各種資料或指示處理動作。
記憶部7690可包含記憶由微電腦執行之各種程式之ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)、及記憶各種參數、運算結果或感測器值等之RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)。又，記憶部7690亦可由HDD(Hard Disc Drive：硬碟驅動器)等磁性記憶器件、半導體記憶器件、光記憶器件或光磁記憶器件等實現。
通用通信I/F7620為中介與外部環境7750存在之各種機器間之通信之通用通信I/F。通用通信I/F7620可安裝GSM(註冊商標(Global System of Mobile communications：全球移動通信系統)、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access：全球互通微波存取)(註冊商標)、LTE(註冊商標)(Long Term Evolution：長期演進)或LTE-A(LTE-Advanced：進階長期演進)等蜂窩通信協議、或無線LAN(亦稱為Wi-Fi(註冊商標)、Bluetooth(藍牙)(登記商標)等其他之無線通信協議。通用通信I/F7620亦可經由例如基地台或存取點，連接於外部網路(例如網際網路、雲端網路或業者固有之網路)上存在之機器(例如應用程式伺服器或控制伺服器)。又，通用通信I/F7620亦可使用例如P2P(Peer To Peer：點對點)技術，連接於車輛附近存在之終端(例如駕駛者、行人或店鋪之終端，或MTC(Machine Type Communication：機器類型通信)終端)。
專用通信I/F7630係支持以使用車輛為目的而策定之通信協議之通信I/F。專用通信I/F7630可安裝例如下階之IEEE802.11p與上階層之IEEE1609之組合即WAVE(Wireless Access in Vehicle Environment：車載環境之無線存取)、DSRC(Dedicated Short Range Communications：專用短距離通信)、或蜂窩通信協議等之標準協議。專用通信I/F7630典型而言，遂行包含車車間(Vehicle to Vehicle)通信、車與基礎設施間(Vehicle to Infrastructure)通信、車與家間(Vehicle to Home)通信及車與行人間(Vehicle to Pedestrian)通信中之一個以上之概念之V2X通信。
定位部7640例如接收來自GNSS(Global Navigation Satellite System：全球導航衛星系統)衛星之GNSS信號(例如來自GPS(Global Positioning System：全球定位系統)衛星之GPS信號)並執行定位，產生包含車輛之緯度、經度及高度之位置資訊、另，定位部7640可藉由與無線存取點交換信號，而特定當前位置，或亦可自具有定位功能之行動電話、PHS(Personal Handy phone：個人手機)或智慧型手機等終端取得位置資訊。
信標接收部7650例如接收自設置於道路上之無線電台等發送之電波或電磁波，取得當前位置、擁堵、禁止通行或耗費時間等資訊。另，信標接收部7650之功能亦可包含於上述之專用通信I/F7630中。
車內機器I/F7660係中介微電腦7610與車內存在之各種車內機器7760 間之連接之通信介面。車內機器I/F7660可使用無線LAN、Bluetooth(登記商標)、NFC(Near Field Communication：近場通信)或WUSB(Wireless USB：無線USB)等無線通信協議，確立無線連接。又，車內機器I/F7660亦可經由未圖示之連接端子(及若有必要則為電纜)，確立USB(Universal Serial Bus：通用串列匯流排)、HDMI(註冊商標)(High-Definition Multimedia Interface：高畫質多媒體介面)、或MHL(Mobile High-definition Link：移動高畫質鏈接)等之有線連接。車內機器7760亦可包含例如搭乗者具有之移動機器或可穿戴機器、或搬入至或安裝於車輛之資訊機器中之至少一者。又，車內機器7760可包含進行至任意目的地之路徑搜索之導航裝置。車內機器I/F7660與該等車內機器7760間交換控制信號或資料信號。
車載網路I/F7680係中介微電腦7610與通信網路7010間之通信之介面。車載網路I/F7680依據由通信網路7010支持之特定協議，收發信號等。
整合控制單元7600之微電腦7610基於經由通用通信I/F7620、專用通信I/F7630、定位部7640、信標接收部7650、車內機器I/F7660及車載網路I/F7680中之至少一者取得之資訊，根據各種程式，控制車輛控制系統7000。例如，微電腦7610可基於取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，且對驅動系統控制單元7100輸出控制指令。例如，微電腦7610亦可進行以實現包含避開車輛碰撞或緩和衝擊、基於車間距離之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告或 車輛偏離車道警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System：先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。又，微電腦7610亦可藉由取得之車輛周圍之資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而進行以不依據駕駛者之操作而自律行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
微電腦7610亦可基於經由通用通信I/F7620、專用通信I/F7630、定位部7640、信標接收部7650、車內機器I/F7660及車載網路I/F7680中之至少一者取得之資訊，產生車輛與周邊之構造物或人物等物體間之三維距離資訊，作成包含車輛之當前位置之周邊資訊之局部地圖資訊。又，微電腦7610亦可基於取得之資訊，預測車輛碰撞、行人等之靠近或進入至禁止通行之道路等危險，並產生警告用信號。警告用信號可為例如用以產生警告音、或點亮警告燈之信號。
聲音圖像輸出部7670向可對車輛之搭乘者或車外視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置發送聲音及圖像中之至少一者之輸出信號。於圖38之例中，作為輸出裝置，例示有擴音器7710、顯示部7720及儀表板7730。顯示部7720可包含例如車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。顯示部7720可具有AR(Augmented Reality：增強實境)顯示功能。輸出裝置亦可為該等裝置以外之頭戴式耳機、搭乘者佩戴之眼鏡式顯示器等可穿戴器件、投影儀或燈等其他裝置。輸出裝置為顯示裝置之情形時，顯示裝置以文字、影像、表格、圖表等各種形式，視覺性顯示由微電腦7610進行之各種處理所得之結果或自其他控制單元接收到之資訊。又，輸出裝置為聲音輸出裝置之情形時，聲音輸出裝置將包含播放之聲音資料或音響資料等之聲頻 信號轉換成類比信號，並視覺性輸出。
另，圖38所示之例中，經由通信網路7010連接之至少兩個控制單元亦可作為一個控制單元一體化。或，各個控制單元可由複數個控制單元構成。再者，車輛控制系統7000亦可具備未圖示之其他控制單元。又，上述說明中，亦可使其他控制單元具備由任一控制單元擔負之功能之一部分或全部。即，若經由通信網路7010收發資訊，則亦可由任一控制單元進行特定之運算處理。同樣地，可將連接於任一控制單元之感測器或裝置連接於其他控制單元，且將複數個控制單元經由通信網路7010互相收發檢測資訊。
另，亦可將用以實現使用圖1說明之本實施形態之電子機器1之各功能之電腦程式安裝於任一控制單元等。又，亦可提供存儲有此種電腦程式之電腦可讀取之記錄媒體。記錄媒體係例如為磁碟、光碟、磁光碟、快閃記憶體等。又，上述電腦程式亦可不使用記錄媒體，而經由例如網路傳送。
以上說明之車輛控制系統7000中，使用圖1說明之本實施形態之電子機器1可適用於圖38所示之應用例之整合控制單元7600。例如，電子機器1之記憶部40及處理器50相當於整合控制單元7600之微電腦7610、記憶部7690、車載網路I/F7680。但不限於此，車輛控制系統7000亦可相當於圖1中之主機80。
又，使用圖1說明之本實施形態之電子機器1之至少一部分構成要素亦可於圖38所示之整合控制單元7600用之模組(例如，以一個裸晶構成之積體電路模組)中實現。或，使用圖1說明之本實施形態之電子機器1亦可藉由圖38所示之車輛控制系統7000之複數個控制單元實現。
11.對內視鏡手術系統之應用例
又，本揭示之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本揭示之技術亦可應用於內視鏡手術系統。
圖40係顯示可適用本揭示之技術(本技術)之內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。
圖40中，圖示施術者(醫生)11131使用內視鏡手術系統11000，對病床11133上之患者11132進行手術之情況。如圖所示，內視鏡手術系統11000由內視鏡11100、氣腹管11111或能量處置器械11112等之其他手術器械11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120、及搭載有內視鏡下手術用之各種裝置之台車11200構成。
內視鏡11100由將距離末端特定長度之區域插入至患者11132之體腔內之鏡筒11101、及連接於鏡筒11101之基端之相機頭11102構成。圖示之例中，圖示作為具有硬性鏡筒11101之所謂硬性鏡構成之內視鏡11100，但內視鏡11100亦可作為具有軟性鏡筒之所謂軟性鏡構成。
於鏡筒11101之末端，設有嵌入有接物透鏡之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光藉由於鏡筒11101內部延設之光導而被導光至該鏡筒之末端，經由接物透鏡朝患者11132體腔內之觀察對象照射。另，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於相機頭11102之內部設有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統而聚光於該攝像元件。藉由該攝像元件對觀察光進行光電轉換，並產生對應於觀察光之電性信號，即對應於觀察像之圖像信號。該圖像信號作為RAW資料被發送至相機控制器單元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU11201由CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit：圖形處理單元)等構成，總括地控制內視鏡11100及顯示裝置11202之動作。再者，CCU11201自相機頭11102接收圖像信號，並對該圖像信號實施例如顯像處理(解馬賽克處理)等之用以顯示基於該圖像信號之圖像之各種圖像處理。
顯示裝置11202藉由來自CCU11201之控制，顯示基於由該CCU11201實施圖像處理後之圖像信號之圖像。
光源裝置11203例如由LED(Light Emitting Diode：發光二極體)等光源構成，且將拍攝手術部等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204為針對內視鏡手術系統11000之輸入介面。使用者可經由輸入裝置11204，對內視鏡手術系統11000進行各種資訊之輸入或指示輸入。例如，使用者輸入變更內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦距等)之主旨的指示等。
處置器械控制裝置11205控制用以組織之燒灼、切開或血管之密封等之能量處置器械11112之驅動。氣腹裝置11206係基於確保利用內視鏡11100之視野及確保施術者作業空間之目的，為了使患者11132之體腔鼓起，而經由氣腹管11111對該體腔內送入氣體。記錄器11207係可記錄手術相關之各種資訊之裝置。印表機11208係可以文字、圖像或圖表等各種形式印刷手術相關之各種資訊之裝置。
另，對內視鏡11100供給拍攝手術部時之照射光之光源裝置11203可由例如LED、雷射光源或由該等之組合構成之白色光源構成。藉由RGB雷射光源之組合構成白色光源之情形時，由於可高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故光源裝置11203中可進行攝像圖像之白平衡之調整。又，於該情形時，分時對觀察對象照射來自RGB雷射光源各者之雷射光，與該照射時序同步控制相機頭11102之攝像元件之驅動，藉此，亦可分時拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即使不於該攝像元件設置彩色濾光片，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203亦可以每隔特定時間變更輸出之光之強度之方式 控制其之驅動。藉由與該光強度之變更時序同步控制相機頭11102之攝像元件之驅動，分時取得圖像，並合成該圖像，可產生無所謂之欠曝及過曝之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可構成為能供給對應於特殊光觀察之特定波長頻帶之光。特殊光觀察中，進行例如窄頻帶光觀察(Narrow Band Imaging)，即，利用身體組織中光吸收之波長依存性，照射與通常觀察時之照射光(即白色光)相比更窄頻帶之光，藉此以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定組織。或，特殊光觀察中，亦可進行藉由因照射激發光產生之螢光獲得圖像之螢光觀察。螢光觀察中，可對身體組織照射激發光，觀察來自該身體組織之螢光(自螢光觀察)，或將吲哚青綠(ICG)等試劑局部注入至身體組織，且對該身體組織照射對應於該試劑之螢光波長之激發發光而獲得螢光像等。光源裝置11203可構成為能供給對應於此種特殊光觀察之窄頻帶光及/或激發光。
圖41係顯示圖40所示之相機頭11102及CCU11201之功能構成之一例之方塊圖。
相機頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404、及相機頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像處理部11412、及控制部11413。相機頭11102與CCU11201藉由傳送電纜11400可互相通信地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。自鏡筒11101之末端提取之觀察光被導光至相機頭11102，入射於該透鏡單元11401。透鏡單元11401組合包含變焦透鏡及聚焦透鏡之複數個透鏡而構成。
攝像部11402以攝像元件構成。構成攝像部11402之攝像元件可為1個(所謂單板式)，亦可為複數個(所謂多板式)。攝像部11402以多板式構成之情形時，例如藉由各攝像元件產生與RGB各者對應之圖像信號，亦可藉由合成該等而獲得彩色圖像。或，攝像部11402亦可構成為具有用以分別取得對應於3D(Dimensional：維)顯示之右眼用及左眼用圖像信號之1對攝像元件。藉由進行3D顯示，施術者11131可更正確地掌握手術部之身體組織之深度。另，攝像部11402以多板式構成之情形時，亦可對應於各攝像元件，設置複數個透鏡單元11401。
又，攝像部11402未必設置於相機頭11102。例如，攝像部11402亦可於鏡筒11101之內部設置於接物透鏡之正後方。
驅動部11403由致動器構成，藉由來自相機頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之變焦透鏡及聚焦透鏡沿光軸僅移動特定距離。藉此，可適當調整攝像部11402之攝像圖像之倍率及焦點。
通信部11404由用以與CCU11201間收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11404將自攝像部11402獲得之圖像信號作為RAW資料，經由傳送 電纜11400發送至CCU11201。
又，通信部11404自CCU11201接收用以控制相機頭11102之驅動之控制信號，並供給至相機頭控制部11405。該控制信號中包含有例如指定攝像圖像之訊框率之主旨之資訊、指定攝像時之曝光值之主旨之資訊、以及/或指定攝像圖像之倍率及焦點之主旨之資訊等攝像條件相關之資訊。
另，上述訊框率或曝光值、倍率、焦點等之攝像條件可由使用者適當指定，亦可基於取得之圖像信號由CCU11201之控制部11413自動設定。後者之情形時，將所謂AE(Auto Exposure：自動曝光)功能、AF(Auto Focus：自動聚焦)功能及AWB(Auto White Balance：自動白平衡)功能搭載於內視鏡11100。
相機頭控制部11405基於經由通信部11404接收到之來自CCU11201之控制信號，控制相機頭11102之驅動。
通信部11411由用以與相機頭11102間收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11411自相機頭11102接收經由傳送電纜11400發送之圖像信號。
又，通信部11411對相機頭11102發送用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電通信或光通信等發送。
圖像處理部11412對自相機頭11102發送之RAW資料即圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行利用內視鏡11100之手術部等之攝像、及藉由手術部等之攝像所得之攝像圖像之顯示相關之各種控制。例如，控制部11413產生用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於由圖像處理部11412實施圖像處理後之圖像信號，使顯示裝置11202顯示手術部等映射之攝像圖像。此時，控制部11413可使用各種圖像辨識技術辨識攝像圖像內之各種物體。例如，控制部11413藉由檢測攝像圖像所含之物體之邊緣形狀或顏色等，可辨識鉗子等手術器械、特定之身體部位、出血、使用能量處置器械11112時之霧氣等。控制部11413使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，亦可使用該辨識結果，使各種手術支援資訊與該手術部之圖像重疊顯示。藉由重疊顯示手術支援資訊，並對施術者11131提示，可減輕施術者11131之負擔，施術者11131可確實地進行手術。
連接相機頭11102及CCU11201之傳送電纜11400係對應於電性信號通信之電性信號電纜、對應於光通信之光纖、或該等之複合電纜。
此處，圖示之例中，使用傳送電纜11400以有線進行通信，但亦可以無線進行相機頭11102與CCU11201之間的通信。
以上，已針對可適用本揭示之技術之內視鏡手術系統之一例進行說明。本揭示之技術可適用於以上說明之構成中之例如內視鏡11100、或相機頭11102之攝像部11402等。藉由對攝像部11402等適用本揭示之技術，可抑制解析度降低且取得高亮度之圖像資料。
另，此處，已針對內視鏡手術系統作為一例進行說明，但本揭示之技術亦可適用於除此以外之例如顯微鏡手術系統等。
以上，已針對本揭示之實施形態進行說明，但本揭示之技術範圍並非限定於上述實施形態者，於不脫離本揭示之主旨之範圍內可進行各種變更。又，亦可適當組合跨及不同之實施形態及變化例之構成要素。
又，本說明書所記載之各實施形態之效果僅為例示，並非限定者，亦可有其他效果。
另，本技術亦可採取如下之構成。
(1)
一種固體攝像裝置，其具備：第1半導體基板，其具備設置於第1面之柵格狀之第1溝槽、及沿上述第1溝槽之底部設置之第2溝槽；及複數個光電轉換元件，其等設置於上述第1半導體基板；且上述光電轉換元件各自具備：光電轉換區域，其設置於上述第1半導體基板中以上述第1溝槽及上 述第2溝槽分劃之元件區域內，對入射光進行光電轉換而產生電荷；第1半導體區域，其於上述元件區域內包圍上述光電轉換區域；第1接點，其於上述第1溝槽之底部與上述第1半導體區域接觸；第1電極，其於上述第1溝槽內與上述第1接點接觸；第2半導體區域，其設置於上述元件區域內且與上述第1半導體區域相接之區域，並具備與上述第1半導體區域相同之第1導電型；第3半導體區域，其設置於上述元件區域內與上述第2半導體區域相接之區域且上述第2半導體區域與上述第1面之間，並具備與上述第1導電型相反之第2導電型；第2接點，其以與上述第3半導體區域相接之方式設置於上述第1面；及第2電極，其與上述第2接點相接；且上述第1接點距離上述第1面之高度與上述第3半導體區域距離上述第1面之高度不同。
(2)
如上述(1)記載之固體攝像裝置，其中上述第1接點距離上述第1面之上述高度高於上述第3半導體區域距離上述第1面之上述高度。
(3)
如上述(1)或(2)記載之固體攝像裝置，其中上述第1接點與上述第1電極形成歐姆接觸。
(4)
如上述(3)記載之固體攝像裝置，其進而包含設置於上述第1接點與上述第1電極之接觸部分的矽化物層。
(5)
如上述(1)至(4)中任一項記載之固體攝像裝置，其中上述第1接點以包圍上述第1半導體區域之外周之方式與上述第1半導體區域接觸。
(6)
如上述(1)至(4)中任一項記載之固體攝像裝置，其中上述第1接點於上述第1半導體區域外周之一部分，與該第1半導體區域接觸。
(7)
如上述(1)至(6)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備設置於上述第2溝槽之內部的遮光膜。
(8)
如上述(7)記載之固體攝像裝置，其中上述遮光膜為與上述第1電極相同之材料。
(9)
如上述(7)或(8)記載之固體攝像裝置，其中上述遮光膜與上述第1半導體區域接觸。
(10)
如上述(7)或(8)記載之固體攝像裝置，其進而具備設置於上述遮光膜與上述第1半導體區域間的絕緣膜。
(11)
如上述(7)至(10)中任一項記載之固體攝像裝置，其中上述第2溝槽自上述第1溝槽之底面到達至上述第1半導體基板中與上述第1面為相反側之第2面，且上述遮光膜自上述第1溝槽之上述底面到達至上述第1半導體基板之 上述第2面。
(12)
如上述(7)至(10)中任一項記載之固體攝像裝置，其中上述第2溝槽自上述第1溝槽之底面朝向上述第1基板中與上述第1面相反側之第2面而設置，且上述第2溝槽之底部與上述第2面隔開。
(13)
如上述(12)記載之固體攝像裝置，其進而具備：第3接點，其設置於上述第2溝槽之上述底部，於上述第1半導體基板之上述第2面側，與上述第1半導體區域接觸，且上述遮光膜於上述第2溝槽之上述底部，與上述第3接點接觸。
(14)
如上述(7)至(10)中任一項記載之固體攝像裝置，其中上述第2溝槽自上述第1半導體基板中與上述第1面相反側之第2面朝上述第1溝槽之底部而設置，且上述第2溝槽之底部與上述第1溝槽之底部隔開。
(15)
如上述(1)至(14)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備一對一連接於上述複數個光電轉換元件之上述第1電極的複數條配線。
(16)
如上述(1)至(14)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備連接於上述複數個光電轉換元件中一部分之光電轉換元件之上述第1電極的配線。
(17)
如上述(1)至(14)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備連接於上述複數個光電轉換元件中位於最外周之光電轉換元件之上述第1電極的配線。
(18)
如上述(1)至(17)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備：晶載透鏡，其於上述第1半導體基板中與上述第1面相反之第2面側按每一上述元件區域設置，將入射光聚光於上述光電轉換區域。
(19)
如上述(1)至(18)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備：彩色濾光片，其於上述第1半導體基板中與上述第1面相反之第2面側按每一上述元件區域設置，且透過特定之波長。
(20)
如上述(1)至(18)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備：彩色濾光片，其設置於上述第1半導體基板中與上述第1面相反之第2面側，並透過特定之波長；且上述彩色濾光片由2個以上之上述元件區域共用，上述第2溝槽設置於不共用上述彩色濾光片之元件區域之間。
(21)
如上述(20)記載之固體攝像裝置，其進而具備：絕緣膜，其埋入設置於不共用上述彩色濾光片之元件區域間之第3溝槽內。
(22)
如上述(7)記載之固體攝像裝置，其進而具備： 彩色濾光片，其於上述第1半導體基板中與上述第1面相反之第2面側按每一上述元件區域設置，並透過特定之波長；且上述遮光膜貫通上述彩色綠光片。
(23)
如上述(1)至(22)中任一項記載之固體攝像裝置，其進而具備：讀出電路，其連接於上述光電轉換元件各者之上述第2電極，且讀出上述光電轉換元件各者所產生之電荷。
(24)
如上述(23)記載之固體攝像裝置，其中上述讀出電路設置於與上述第1半導體基板不同之第2半導體基板，且上述第1半導體基板與上述第2半導體基板貼合。
(25)
一種電子機器，其具備：固體攝像裝置；光學系統，其將入射光成像於上述固體攝像裝置之受光面；及處理器，其控制上述固體攝像裝置；且上述固體攝像裝置具備：第1半導體基板，其具備設置於第1面之柵格狀第1溝槽、及沿上述第1溝槽之底部設置之第2溝槽；及複數個光電轉換元件，其等設置於上述第1半導體基板；且上述光電轉換元件各自具備：光電轉換區域，其設置於上述第1半導體基板中以上述第1溝槽及上 述第2溝槽分劃之元件區域內，對入射光進行光電轉換而產生電荷；第1半導體區域，其於上述元件區域內包圍上述光電轉換區域；第1接點，其於上述第1溝槽之底部與上述第1半導體區域接觸；第1電極，其於上述第1溝槽內與上述第1接點接觸；第2半導體區域，其設置於上述元件區域內且與上述第1半導體區域相接之區域，並具備與上述第1半導體區域相同之第1導電型；第3半導體區域，其設置於上述元件區域內與上述第2半導體區域相接之區域且上述第2半導體區域與上述第1面之間，並具備與上述第1導電型相反之第2導電型；第2接點，其以與上述第3半導體區域相接之方式，設置於上述第1面；及第2電極，其與上述第2接點相接；且上述第1接點距離上述第1面之高度與上述第3半導體區域距離上述第1面之高度不同。
20:SPAD像素
21:光電二極體
71:受光晶片
72:電路晶片
101:半導體基板
102:光電轉換區域
103:N-型半導體區域
104:P型半導體區域
105:P+型半導體區域
106:N+型半導體區域
107:陰極接點
108:陽極接點
109:絕緣膜
110:元件分離部
111:遮光膜
112:絕緣膜
113:扎釘層
114:平坦化膜
115:彩色濾光片
116:晶載透鏡
120:配線層
121:陰極電極
122:陽極電極
123:層間絕緣膜
124:配線
125:連接墊
130:配線層
131:層間絕緣膜
132:配線
135:連接墊
141:半導體基板
142:電路元件
A-A:面

Claims (19)

  1. 一種固體攝像裝置，其具備： 第1半導體基板，其具備設置於第1面之柵格狀第1溝槽、及沿上述第1溝槽之底部設置之第2溝槽；及 複數個光電轉換元件，其等設置於上述第1半導體基板； 上述光電轉換元件各自具備： 光電轉換區域，其設置於上述第1半導體基板中以上述第1溝槽及上述第2溝槽分劃之元件區域內，對入射光進行光電轉換而產生電荷； 第1半導體區域，其於上述元件區域內包圍上述光電轉換區域； 第1接點，其於上述第1溝槽之底部與上述第1半導體區域接觸； 第1電極，其於上述第1溝槽內與上述第1接點接觸； 第2半導體區域，其設置於上述元件區域內且與上述第1半導體區域相接之區域，並具備與上述第1半導體區域相同之第1導電型； 第3半導體區域，其設置於上述元件區域內與上述第2半導體區域相接之區域且上述第2半導體區域與上述第1面之間，並具備與上述第1導電型相反之第2導電型； 第2接點，其以與上述第3半導體區域相接之方式設置於上述第1面；及 第2電極，其與上述第2接點相接；且 上述第1接點距離上述第1面之高度與上述第3半導體區域距離上述第1面之高度不同。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述第1接點距離上述第1面之上述高度高於上述第3半導體區域距離上述第1面之上述高度。
  3. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述第1接點與上述第1電極形成歐姆接觸。
  4. 如請求項3之固體攝像裝置，其進而包含設置於上述第1接點與上述第1電極之接觸部分的矽化物層。
  5. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述第1接點以包圍上述第1半導體區域之外周之方式與上述第1半導體區域接觸。
  6. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述第1接點於上述第1半導體區域外周之一部分，與該第1半導體區域接觸。
  7. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而具備設置於上述第2溝槽之內部的遮光膜。
  8. 如請求項7之固體攝像裝置，其中上述遮光膜為與上述第1電極相同之材料。
  9. 如請求項7之固體攝像裝置，其中上述遮光膜與上述第1半導體區域接觸。
  10. 如請求項7之固體攝像裝置，其進而具備設置於上述遮光膜與上述第1半導體區域間的絕緣膜。
  11. 如請求項7之固體攝像裝置，其中 上述第2溝槽自上述第1溝槽之底面到達至上述第1半導體基板中與上述第1面為相反側之第2面，且 上述遮光膜自上述第1溝槽之上述底面到達至上述第1半導體基板之上述第2面。
  12. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而具備一對一連接於上述複數個光電轉換元件之上述第1電極的複數條配線。
  13. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而具備連接於上述複數個光電轉換元件中一部分之光電轉換元件之上述第1電極的配線。
  14. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而具備連接於上述複數個光電轉換元件中位於最外周之光電轉換元件之上述第1電極的配線。
  15. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而具備：晶載透鏡，其於上述第1半導體基板中與上述第1面相反之第2面側按每一上述元件區域設置，將入射光聚光於上述光電轉換區域。
  16. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而具備：彩色濾光片，其於上述第1半導體基板中與上述第1面相反之第2面側按每一上述元件區域設置，且透過特定之波長。
  17. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而具備：讀出電路，其連接於上述光電轉換元件各者之上述第2電極，並讀出上述光電轉換元件各者所產生之電荷。
  18. 如請求項17之固體攝像裝置，其中 上述讀出電路設置於與上述第1半導體基板不同之第2半導體基板，且 上述第1半導體基板與上述第2半導體基板貼合。
  19. 一種電子機器，其具備： 固體攝像裝置； 光學系統，其將入射光成像於上述固體攝像裝置之受光面；及 處理器，其控制上述固體攝像裝置；且 上述固體攝像裝置具備： 第1半導體基板，其具備設置於第1面之柵格狀之第1溝槽、及沿上述第1溝槽之底部設置之第2溝槽；及 複數個光電轉換元件，其等設置於上述第1半導體基板；且 上述光電轉換元件各自具備： 光電轉換區域，其設置於上述第1半導體基板中以上述第1溝槽及上述第2溝槽分劃之元件區域內，對入射光進行光電轉換而產生電荷； 第1半導體區域，其於上述元件區域內包圍上述光電轉換區域； 第1接點，其於上述第1溝槽之底部與上述第1半導體區域接觸； 第1電極，其於上述第1溝槽內與上述第1接點接觸； 第2半導體區域，其設置於上述元件區域內且與上述第1半導體區域相接之區域，並具備與上述第1半導體區域相同之第1導電型； 第3半導體區域，其設置於上述元件區域內與上述第2半導體區域相接之區域且上述第2半導體區域與上述第1面之間，並具備與上述第1導電型相反之第2導電型； 第2接點，其以與上述第3半導體區域相接之方式，設置於上述第1面；及 第2電極，其與上述第2接點相接；且 上述第1接點距離上述第1面之高度與上述第3半導體區域距離上述第1面之高度不同。
TW109108922A 2019-03-29 2020-03-18 固體攝像裝置及電子機器 TWI850350B (zh)

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