WO2025100321A1 - 光検出装置 - Google Patents

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WO2025100321A1
WO2025100321A1 PCT/JP2024/038747 JP2024038747W WO2025100321A1 WO 2025100321 A1 WO2025100321 A1 WO 2025100321A1 JP 2024038747 W JP2024038747 W JP 2024038747W WO 2025100321 A1 WO2025100321 A1 WO 2025100321A1
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WO
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semiconductor layer
insulating film
photodetector
pixel
gate portion
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克規 平松
幸一郎 嵯峨
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors

Definitions

  • This disclosure relates to a light detection device.
  • photodetector device that includes a semiconductor layer in which a photodiode is provided, a floating diffusion provided inside the surface side of the semiconductor layer, and a transfer gate that extends from the surface side of the semiconductor layer toward the inside of the semiconductor layer (see, for example, Patent Document 1).
  • the photodiode photoelectrically converts the received light into a signal charge (e.g., electrons) that corresponds to the amount of light.
  • a signal charge e.g., electrons
  • the photodetector detects light by transferring the signal charge from the photodiode to the floating diffusion.
  • the photodetector transfers electrons that exist regardless of photoelectric conversion to the floating diffusion as signal charge, which can result in erroneous detection of light.
  • This disclosure therefore proposes a photodetector device that can reduce the electric field that occurs between the floating diffusion and the transfer gate.
  • the photodetector according to the present disclosure includes a semiconductor layer, a floating diffusion, a transfer gate, and an insulating film or an air gap.
  • the semiconductor layer has a photodiode provided therein.
  • the floating diffusion is provided inside one surface side of the semiconductor layer.
  • the transfer gate includes a vertical gate portion and a horizontal gate portion.
  • the vertical gate portion extends from the one surface side toward the inside of the semiconductor layer.
  • the horizontal gate is provided outside the one surface side of the semiconductor layer, extends in a direction parallel to the surface direction of the semiconductor layer, and is connected to the vertical gate portion.
  • An insulating film or an air gap is provided between the horizontal gate portion and the semiconductor layer.
  • the insulating film is thicker than a gate insulating film covering the vertical gate.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating the light detection device according to the first example of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram taken along line AA in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of a light detection device according to a second example of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a light detection device according to a third example of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a light detection device according to a fourth example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 5A to 5C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • 11A to 11C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a third example of the first embodiment.
  • 11A to 11C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a third example of the first embodiment
  • 11A to 11C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a third example of the first embodiment.
  • 11A to 11C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a third example of the first embodiment.
  • 11A to 11C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a third example of the first embodiment.
  • FIG. 11A to 11C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a third example of the first embodiment
  • FIG. 13 is a plan view illustrating a light detection device according to a first example of a second embodiment.
  • FIG. 24 is an explanatory cross-sectional view taken along line AA in FIG. 23.
  • 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the second embodiment.
  • 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the second embodiment.
  • 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the second embodiment.
  • 11A to 11C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the second embodiment
  • 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the second embodiment.
  • 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of the photodetector according to the first example of the second embodiment.
  • 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a second example of the second embodiment 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a second example of the second embodiment 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process for a photodetector according to a second example of the second embodiment.
  • 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process of a photodetector according to a second example of the second embodiment 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process for a photodetector according to a second example of the second embodiment.
  • FIG. 13A to 13C are explanatory diagrams of a manufacturing process for a photodetector according to a second example of the second embodiment.
  • 24 is an explanatory cross-sectional view taken along line BB in FIG. 23.
  • FIG. 24 is an explanatory cross-sectional view taken along line BB in FIG. 23.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating a light detection device according to a third example of the second embodiment.
  • FIG. 40 is an explanatory cross-sectional view taken along line BB in FIG. 39.
  • FIG. 40 is an explanatory cross-sectional view taken along line CC in FIG. 39.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating a light detection device according to a fourth example of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a CMOS solid-state imaging device.
  • 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an imaging element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 45 is a diagram illustrating an example of a sensor pixel and a readout circuit of FIG. 44.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an electronic device.
  • 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system.
  • 2 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a camera head and a CCU.
  • Fig. 1 is a plan view of a light detection device 1 according to a first example of the first embodiment
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in Fig. 1.
  • the photodetector 1 is provided in a pixel array that converts light from a subject into an electrical signal according to the amount of light received in a solid-state imaging device such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • a plurality of photodetector devices 1 are arranged in a matrix on the light receiving surface of the pixel array. Each photodetector device 1 captures one pixel of the captured image.
  • Figures 1 and 2 show one photodetector device 1 corresponding to one pixel.
  • the photodetector 1 includes a semiconductor layer 11, a floating diffusion (hereinafter referred to as "FD") 13, and a transfer gate (hereinafter referred to as "TG") 14.
  • the semiconductor layer 11 is, for example, a layer in which a silicon substrate is doped with a P-type impurity such as boron.
  • the semiconductor layer 11 has a photodiode (hereinafter, referred to as "PD") 12 formed by doping with an N-type impurity such as phosphorus inside.
  • PD 12 is provided, for example, in the center of the semiconductor layer 11 in a plan view.
  • the semiconductor layer 11 is partitioned for each pixel by a pixel isolation region 10.
  • the pixel isolation region 10 is, for example, a deep trench isolation (DTI) or shallow trench isolation (STI) formed of silicon oxide.
  • DTI deep trench isolation
  • STI shallow trench isolation
  • FD13 is formed by doping one surface side of the semiconductor layer 11 with an N-type impurity such as phosphorus.
  • FD13 is provided, for example, in one of the four corners of the semiconductor layer 11 separated by the pixel isolation region 10 in a plan view.
  • TG14 is formed of, for example, polysilicon. TG14 is provided, for example, between PD12 and FD13 in a plan view. Specifically, as shown in FIG. 2, TG14 includes a vertical gate portion 14A and a horizontal gate portion 14B.
  • the vertical gate portion 14A is provided so as to extend from one surface (the upper surface in FIG. 2) of the semiconductor layer 11 toward the inside of the semiconductor layer 11.
  • a sidewall 16 is provided on the side surface of the vertical gate portion 14A located on the surface side of the semiconductor layer 11.
  • the sidewall 16 is formed of, for example, silicon nitride. Furthermore, the side surface of the portion of the semiconductor layer 11 deeper than the portion of the vertical gate portion 14A where the sidewall 16 is provided is covered with a gate insulating film 15.
  • the horizontal gate portion 14B is provided on the outside (upper side in FIG. 2) of one surface (upper surface in FIG. 2) of the semiconductor layer 11.
  • the horizontal gate portion 14B extends in a direction parallel to the surface direction of the semiconductor layer 11 and is connected to the vertical gate portion 14A.
  • the surface of the horizontal gate portion 14B is covered with an insulating film 17.
  • the insulating film 17 is made of, for example, silicon nitride.
  • the horizontal gate portion 14B is embedded inside an interlayer insulating film 18 that is laminated on the semiconductor layer 11.
  • the horizontal gate portion 14B is connected to the wiring 20 by a single metal contact 19 that penetrates the interlayer insulating film 18 in the thickness direction.
  • each vertical gate portion 14A is connected to the wiring 20 by a single metal contact 19.
  • the photodetector 1 photoelectrically converts light incident on the semiconductor layer 11 into a signal charge of an amount corresponding to the amount of light received by the PD 12.
  • a predetermined voltage is applied to the TG 14 from the wiring 20 via the metal contact 19, a channel is formed between a pair of vertical gate portions 14A, and this channel becomes the transfer path 12A for the signal charge, transferring the signal charge from the PD 12 to the FD 13. In this way, the photodetector 1 detects the light incident on the semiconductor layer 11.
  • the photodetector 1 if the horizontal gate portion 14B and the semiconductor layer 11 are too close to each other, the distance between the horizontal gate portion 14B and the FD 13 becomes short, and when a voltage is applied to the horizontal gate portion 14B, the electric field formed between the horizontal gate portion 14B and the FD 13 becomes strong. As a result, the photodetector 1 transfers even electrons that are present in the semiconductor layer 11, regardless of photoelectric conversion, to the FD 13 as signal charges, which may cause unnecessary white spots to appear in the captured image.
  • the photodetector 1 is therefore provided with a configuration that reduces the electric field generated between the FD 13 and the TG 14.
  • the photodetector 1 is provided with an insulating film 21 between the horizontal gate portion 14B and the semiconductor layer 11, the insulating film 21 being thicker than the gate insulating film 15 that covers the vertical gate portion 14A.
  • the insulating film 21 may be composed of, for example, an insulating film 17 that covers the surface of the TG 14, and an interlayer insulating film 18 that fills a cavity created when the insulating film 17 is formed.
  • the photodetector 1 can separate the horizontal gate portion 14B and the semiconductor layer 11 with the insulating film 21, which is thicker than the gate insulating film 15, and can reduce the electric field generated between the FD 13 and the TG 14. Therefore, the photodetector 1 can suppress the occurrence of unnecessary white spots in the captured image.
  • the horizontal gate portion 14B and the semiconductor layer 11 are separated by the insulating film 21, which is thicker than the gate insulating film 15, so the capacitance formed by the horizontal gate portion 14B and the FD 13 is small. This allows the photodetector 1 to suppress deterioration in the transfer efficiency of the signal charge.
  • an insulating film 21, which is thicker than the gate insulating film 15, is provided on the surface of the semiconductor layer 11 between adjacent vertical gate portions 14A. This allows the horizontal gate portion 14B, which is farther from the PD 12 than the vertical gate portion 14A in the TG 14 and does not contribute to the formation of the signal charge transfer path 12A, to be moved away from the semiconductor layer 11, thereby mitigating the electric field between the horizontal gate portion 14B and the FD 13.
  • the vertical gate portion 14A which is closer to the PD 12 than the horizontal gate portion 14B and contributes to the formation of the signal charge transfer path 12A, is covered with a gate insulating film 15 that is thinner than the insulating film 21. This allows the photodetector 1 to form a signal charge transfer path 12A with good transfer efficiency by the vertical gate portion 14A to which a predetermined voltage is applied, while suppressing deterioration of the signal charge transfer efficiency due to the electric field between the horizontal gate portion 14B and the FD 13.
  • a sidewall 16 made of an insulating film such as silicon nitride is provided on the side of the portion of the vertical gate portion 14A that is located on the surface side of the semiconductor layer 11. As shown in FIG. 2, the sidewall 16 is thicker than the gate insulating film 15.
  • the portion of the vertical gate portion 14A that is farther from the PD 12 than the tip portion and that is located on the surface side of the semiconductor layer 11 and does not contribute to the formation of the transfer path 12A is covered by an insulating sidewall 16 that is thicker than the gate insulating film 15.
  • the photodetector 1 can reduce the electric field generated between the portion of the vertical gate portion 14A located on the surface side of the semiconductor layer 11 and the FD 13, thereby preventing unnecessary white spots from appearing in the captured image.
  • FIG. 3 is a cross-sectional explanatory diagram of a photodetector 1A according to a second example of the first embodiment. As shown in Fig. 3, the photodetector 1A includes an air gap 21A instead of the thick insulating film 21 included in the photodetector of the first example.
  • the photodetector 1A has an air gap 21A between the horizontal gate portion 14B and the semiconductor layer 11, which is thicker than the gate insulating film 15 that covers the vertical gate portion 14A.
  • the air gap 21A has a lower dielectric constant than the semiconductor, similar to the insulating film 21 of the first embodiment.
  • the photodetector 1A can separate the horizontal gate portion 14B and the semiconductor layer 11 by an air gap 21A that is thicker than the gate insulating film 15, and can reduce the electric field generated between the FD 13 and the TG 14. Therefore, the photodetector 1A can prevent unnecessary white spots from appearing in the captured image.
  • the horizontal gate portion 14B and the semiconductor layer 11 are separated by an air gap 21A that is thicker than the gate insulating film 15, so the capacitance formed by the horizontal gate portion 14B and the FD 13 is small. This allows the photodetector 1A to suppress deterioration in the transfer efficiency of signal charges.
  • FIG. 4 is a cross-sectional explanatory diagram of a photodetector 1B according to a third example of the first embodiment. As shown in Fig. 4, the photodetector 1B does not have the sidewall 16 that is provided in the photodetector 1A of the second example, but the other configurations are similar to those of the photodetector 1A of the second example.
  • the vertical gate portion 14A and the FD 13 are designed to be sufficiently far apart, and the pixel size is such that white spots do not appear in the captured image even without the sidewall 16, then it is possible to suppress the occurrence of white spots even without the sidewall 16, as in the case of the photodetection device 1B.
  • the photodetector 1B has an air gap 21A between the semiconductor layer 11 and the horizontal gate portion 14B, similar to the photodetector 1A of the second embodiment.
  • the photodetector 1B may have an insulating film 21 thicker than the gate insulating film between the semiconductor layer 11 and the horizontal gate portion 14B, similar to the photodetector 1 of the first embodiment. This allows the photodetector 1B to suppress deterioration in the transfer efficiency of signal charges, similar to the photodetector devices 1 and 1A.
  • FIG. 5 is a plan view of a photodetector 1C according to a fourth example of the first embodiment.
  • the semiconductor layer 11 is divided into unit pixels (one pixel) by a pixel isolation region 10 (first pixel isolation region).
  • each semiconductor layer 11 corresponding to a unit pixel is divided into a pair of phase difference pixels by a pixel isolation region 10A (second pixel isolation region).
  • the photodetection device 1C is applied to, for example, an imaging device that performs autofocus control by utilizing the difference between the phase of light incident on one of a pair of phase difference pixels and the phase of light incident on the other.
  • Each of the pair of phase difference pixels provided in the photodetection device 1C is provided with the FD 13, TG 14, and thick insulating film 21 or air gap 21A provided in any of the photodetection devices 1, 1A, and 1B according to the first to third examples of the first embodiment.
  • each phase difference pixel can suppress the occurrence of white spots in a captured image while suppressing deterioration in the transfer efficiency of signal charges, similar to the photodetection devices 1, 1A, and 1B according to the first to third examples of the first embodiment.
  • Manufacturing process of the photodetector according to the first and second embodiments> 6 to 16 are explanatory diagrams of the manufacturing process of the photodetector according to the first example of the first embodiment.
  • a silicon substrate is doped with a P-type impurity such as boron to form a semiconductor layer 11, as shown in Fig. 6.
  • the semiconductor layer 11 is partitioned into pixels by pixel isolation regions 10 (see Fig. 2, for example).
  • PD 12 is formed inside semiconductor layer 11 by ion-implanting N-type impurities such as phosphorus into each semiconductor layer partitioned into pixels and performing heat treatment.
  • the surface of semiconductor layer 11 is oxidized to form silicon oxide film 22, and silicon nitride film 23 is formed on the surface of silicon oxide film 22, thereby generating a hard mask consisting of silicon oxide film 22 and silicon nitride film 23 on semiconductor layer 11.
  • a photoresist 24A is formed on the hard mask, and the photoresist 24A is patterned so that the surface of the hard mask is exposed at a location corresponding to the position where the vertical gate portion 14A is to be formed.
  • dry etching is performed using the photoresist 24A as a mask to remove the hard mask and the semiconductor layer 11 from the area corresponding to the position where the vertical gate portion 14A will be formed, and the photoresist 24A is peeled off. At this time, the semiconductor layer 11 is excavated to a depth where the sidewall 16 (see FIG. 10) will be formed later.
  • a silicon oxide film 25 and a silicon nitride film 26 are sequentially formed on the hard mask and the exposed surface of the semiconductor layer 11. Furthermore, as shown in FIG. 10, sidewalls 16 are formed by, for example, performing etch-back using wet etching.
  • dry etching is performed using a hard mask including sidewalls 16 as a mask to excavate the semiconductor layer 11 to a depth for forming the vertical gate portion 14A.
  • polysilicon 24 is filled into the holes formed in the semiconductor layer 11, and a layer of polysilicon 24 is further formed on the hard mask to form the vertical gate portion 14A and the horizontal gate portion 14B.
  • photoresist 24B is formed on the surface of the polysilicon 24 layer, and the photoresist 24B is patterned so that only the portion to be left as the horizontal gate portion 14B remains. Then, as shown in FIG. 14, dry etching is performed using the photoresist 24B as a mask to remove unnecessary portions of the polysilicon 24, and the photoresist 24B is peeled off.
  • an interlayer insulating film 18 is formed by, for example, TEOS (tetraethoxysilane) on the semiconductor layer 11 on which the silicon oxide film 22 has been formed.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • a thick insulating film 21 can be formed between the semiconductor layer 11 and the horizontal gate portion 14B.
  • the interlayer insulating film 18 is formed by a deposition method such as CVD (Chemical Vapor Deposition) that does not provide as good coverage as ALD, a thick air gap 21A can be formed between the semiconductor layer 11 and the horizontal gate portion 14B.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • a contact hole is formed that reaches the horizontal gate portion 14B from the upper surface of the interlayer insulating film 18 shown in FIG. 16, and a metal material such as tungsten is filled into the contact hole to form a metal contact 19 (see FIG. 1).
  • the wiring 20 is formed on the metal contact 19, thereby completing the photodetector 1 of the first embodiment shown in FIG. 2.
  • the photodetector 1A of the second embodiment shown in FIG. 3 is completed by forming the metal contact 19 and the wiring 20.
  • Manufacturing process of the photodetector according to the third embodiment> 17 to 22 are explanatory diagrams of the manufacturing process of a photodetector according to a third example of the first embodiment.
  • the steps shown in Fig. 6 to 7 are similar to the steps of manufacturing the photodetector 1 of the first example. However, the subsequent steps are different from the steps of manufacturing the photodetector 1 of the first example.
  • the photodetector 1B of the third embodiment dry etching is performed using the photoresist 24A (see FIG. 7) as a mask.
  • the semiconductor layer 11 is excavated from the surface of the hard mask to a depth at which the vertical gate portion 14A is to be formed, and then the photoresist 24A is peeled off.
  • polysilicon 24 is filled into the holes formed in the semiconductor layer 11, and a layer of polysilicon 24 is also formed on the hard mask to form the vertical gate portion 14A and the horizontal gate portion 14B.
  • photoresist 24B is formed on the surface of the polysilicon 24 layer, and the photoresist 24B is patterned so that only the portion to be left as the horizontal gate portion 14B remains. Then, as shown in FIG. 20, dry etching is performed using the photoresist 24B as a mask to remove unnecessary portions of the polysilicon 24, and the photoresist 24B is peeled off.
  • an interlayer insulating film 18 is formed by, for example, TEOS (tetraethoxysilane) on the semiconductor layer 11 on which the silicon oxide film 22 has been formed.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • the interlayer insulating film 18 by forming the interlayer insulating film 18 by a deposition method such as CVD that does not provide as good coverage as ALD, a thick air gap 21A can be formed between the semiconductor layer 11 and the horizontal gate portion 14B.
  • a deposition method such as CVD that does not provide as good coverage as ALD
  • a thick insulating film 21 can be formed between the semiconductor layer 11 and the horizontal gate portion 14B.
  • a contact hole is formed that reaches the horizontal gate portion 14B from the upper surface of the interlayer insulating film 18 shown in FIG. 22, and a metal material such as tungsten is filled into the contact hole to form a metal contact 19 (see FIG. 1).
  • wiring 20 is formed on the metal contact 19 to complete the photodetector 1B of the third embodiment shown in FIG. 4.
  • a thick insulating film 21 may be formed instead of the thick air gap 21A.
  • TG14 has two vertical gate portions 14A
  • Fig. 23 is a plan view of the light detection device 2 according to a first example of the second embodiment
  • Fig. 24 is a cross-sectional view taken along line AA in Fig. 23.
  • the photodetector 2 is provided in a pixel array that converts light from a subject into an electrical signal according to the amount of light received in a solid-state imaging device such as a CMOS image sensor.
  • a plurality of photodetector devices 2 are arranged in a matrix on the light receiving surface of the pixel array. Each photodetector device 2 captures one pixel of the captured image.
  • Figures 23 and 24 show one photodetector device 2 corresponding to one pixel.
  • the photodetector 2 includes a semiconductor layer 11, an FD 13, a TG 14, and a well (hereinafter, referred to as "well") 30.
  • the semiconductor layer 11 is, for example, a layer in which a silicon substrate is doped with a P-type impurity such as boron.
  • the semiconductor layer 11 is provided with a PD 12 (see FIG. 24) formed by doping an N-type impurity such as phosphorus inside.
  • the PD 12 is provided, for example, in the center of the semiconductor layer 11 in a plan view.
  • the semiconductor layer 11 is partitioned for each pixel by a pixel isolation region 10.
  • the pixel isolation region 10 is, for example, a deep trench isolation (DTI) or shallow trench isolation (STI) formed of silicon oxide.
  • DTI deep trench isolation
  • STI shallow trench isolation
  • FD13 is formed by doping an N-type impurity such as phosphorus inside one surface side of the semiconductor layer 11.
  • FD13 is provided, for example, in one of the four corners separated by pixel isolation regions 10 in the semiconductor layer 11 in a planar view.
  • Well 30 is formed by doping a P-type impurity such as boron on the opposite side of the semiconductor layer 11 from FD13 across TG14.
  • TG14 is formed of, for example, polysilicon. TG14 is provided, for example, in a plan view, on PD12 at a position a predetermined distance away from FD13. As shown in FIG. 24, TG14 includes a vertical gate portion 14A.
  • the vertical gate portion 14A is provided so as to extend from one surface (the upper surface in FIG. 24) of the semiconductor layer 11 toward the inside of the semiconductor layer 11.
  • a sidewall 14C is provided on the side surface of the portion of the TG 14 located above the semiconductor layer 11.
  • the sidewall 14C is formed of, for example, silicon nitride.
  • the side surface of the vertical gate portion 14A is covered with a gate insulating film 15.
  • the photodetector 2 photoelectrically converts light incident on the semiconductor layer 11 into a signal charge of an amount corresponding to the amount of light received by the PD 12.
  • a predetermined voltage is applied to the TG 14, the photodetector 2 forms a channel between the PD 12 and the FD 13, and this channel becomes the transfer path 12A for the signal charge, transferring the signal charge from the PD 12 to the FD 13. In this way, the photodetector 2 detects the light incident on the semiconductor layer 11.
  • the photodetector 2 may transfer even electrons present in the semiconductor layer 11 as signal charges to the FD 13, regardless of photoelectric conversion, which may cause unnecessary white spots to appear in the captured image.
  • the photodetector 2 tends to cause unnecessary white spots to appear in the captured image.
  • the FD13 is formed by self-alignment using the top of the TG14 and the sidewall 14C provided on its side as a mask, the distance between the TG14 and the FD13 is further reduced, and the electric field between the TG14 and the FD13 is further strengthened.
  • the photodetector 2 is therefore provided with a configuration that reduces the electric field generated between FD 13 and TG 14.
  • the photodetector 2 is provided with an insulating film 31 on the surface of the semiconductor layer 11 between FD 13 and TG 14, the insulating film 31 being thicker than the insulating film 32 formed on the surface of FD 13.
  • the insulating films 31 and 32 are formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.
  • the thickness of the insulating film 31 is preferably, for example, about 100 nm.
  • the insulating film 31 is a hard mask that is patterned to define the position where the FD 13 is to be formed in the manufacturing process described below. In other words, in the photodetector 2, the shape of the insulating film 31 defines the distance from the FD 13 to the TG 14.
  • the photodetector 2 separates FD13 and TG14 to an extent that does not generate a strong electric field, and maintains a constant distance between FD13 and TG14. Therefore, with the photodetector 2, FD13 is separated from TG14 by an appropriate distance, and the distance between FD13 and TG14 does not vary, so that the electric field generated between FD13 and TG14 can be mitigated, and white spots can be prevented from appearing in the captured image.
  • the gate insulating film 15 covering the side surface of the vertical gate portion 14A of the TG 14 is thicker the shallower the depth position in the semiconductor layer 11. In other words, the gate insulating film 15 is thinner the deeper the depth position in the semiconductor layer 11.
  • the thickness W1 of the gate insulating film 15 at a shallower depth in the semiconductor layer 11 is preferably about 25 nm to 50 nm.
  • the thickness W2 of the gate insulating film 15 at a deeper depth in the semiconductor layer 11 is preferably about 6 nm.
  • a relatively thick gate insulating film 15 is provided in the portion of the vertical gate portion 14A that is located on the surface of the semiconductor layer 11 close to the FD 13, so that the electric field generated between the FD 13 and the TG 14 can be reduced.
  • a gate insulating film 15 with a relatively thin thickness is provided in the vertical gate portion 14A close to the PD 12 and deep in the semiconductor layer 11 that contributes to forming a signal charge transfer path, so that a signal charge transfer path with high transfer efficiency can be formed.
  • Manufacturing process of the photodetector according to the first embodiment> 25 to 30 are explanatory diagrams of the manufacturing process of the photodetector 2 according to the first example of the second embodiment.
  • a silicon substrate is doped with a P-type impurity such as boron to form a semiconductor layer 11, as shown in Fig. 25.
  • the semiconductor layer 11 is partitioned into pixels by pixel isolation regions 10 (see Fig. 23, for example).
  • PD 12 is formed inside semiconductor layer 11 by ion-implanting N-type impurities such as phosphorus into each semiconductor layer partitioned for each pixel and performing heat treatment.
  • insulating film 32 such as a silicon oxide film and insulating film 31 are sequentially stacked on the surface of semiconductor layer 11 to form a hard mask.
  • the hard mask is patterned to remove the insulating film 31 from the area where the FD 13 will be formed and the area where the vertical gate portion 14A will be formed, thereby exposing the surface of the insulating film 32.
  • the insulating film 31 is patterned so that the distance from the location where the vertical gate portion 14A will be formed to the location where the FD 13 will be formed is, for example, 100 nm to 200 nm.
  • the hard mask is thermally oxidized, and then ions of N-type impurities such as phosphorus are implanted into the semiconductor layer 11 from the exposed surface of the insulating film 32, thereby forming FD13 inside the semiconductor layer 11.
  • photoresist 33 is formed on the hard mask, and as shown in FIG. 27, the photoresist 33 is removed from the portion corresponding to the location where TG14 is to be formed. Then, the hard mask is opened by performing dry etching using the photoresist 33 as a mask.
  • the semiconductor layer 11 is excavated in the portion where the vertical gate portion 14A is to be formed, to form a hole for forming the vertical gate portion 14A.
  • the hole is formed so that the hole diameter becomes smaller as the depth position of the semiconductor layer 11 becomes deeper.
  • the photoresist 33 is peeled off, and a silicon oxide film is formed on the inner side of the hole for forming the vertical gate portion 14A to form the gate insulating film 15.
  • polysilicon 34 is embedded in the hole with the gate insulating film 15 formed on the inner side, and a layer of polysilicon 34 is also formed on the hard mask to form the vertical gate portion 14A.
  • a sidewall 14C is formed, for example, from a silicon nitride film on the side of the portion of the TG 14 that protrudes upward from the hard mask, and an oxide film is formed on the surface, completing the photodetector 2 shown in FIG. 24.
  • the gate insulating film 15 may have a constant thickness regardless of the depth position in the semiconductor layer 11.
  • a manufacturing process for the photodetector 2A of the second embodiment having a gate insulating film with a constant thickness regardless of the depth position in the semiconductor layer 11 will be described.
  • FIGS. 31 to 36 are explanatory diagrams of the manufacturing process of the photodetector 2A according to the second example of the second embodiment.
  • a silicon substrate is doped with a P-type impurity such as boron to form a semiconductor layer 11.
  • the semiconductor layer 11 is partitioned into pixels by pixel isolation regions 10 (see FIG. 23, for example).
  • PD 12 is formed inside semiconductor layer 11 by ion-implanting N-type impurities such as phosphorus into each semiconductor layer partitioned for each pixel and performing heat treatment.
  • insulating film 32 such as a silicon oxide film and insulating film 31 are sequentially stacked on the surface of semiconductor layer 11 to form a hard mask.
  • the hard mask is patterned to remove the insulating film 31 from the area where the FD 13 will be formed and the area where the vertical gate portion 14A will be formed, thereby exposing the surface of the insulating film 32.
  • the insulating film 31 is patterned so that the distance from the location where the vertical gate portion 14A will be formed to the location where the FD 13 will be formed is, for example, 100 nm to 200 nm.
  • the hard mask is thermally oxidized, and then ions of N-type impurities such as phosphorus are implanted into the semiconductor layer 11 from the exposed surface of the insulating film 32, thereby forming FD13 inside the semiconductor layer 11.
  • photoresist 33 is formed on the hard mask, and as shown in FIG. 33, the photoresist 33 is removed from the portion corresponding to the location where TG 14 is to be formed.
  • dry etching is performed using the photoresist 33 as a mask to excavate the semiconductor layer 11 in the portion where the vertical gate portion 14A is to be formed, thereby forming a hole for forming the vertical gate portion 14A.
  • the hole is formed so that the hole diameter is constant regardless of the depth of the semiconductor layer 11.
  • the photoresist 33 is peeled off, and a silicon oxide film is formed on the inner circumferential side of the hole for forming the vertical gate portion 14A, thereby forming a gate insulating film 15A with a uniform thickness regardless of the depth of the semiconductor layer 11.
  • polysilicon 34 is embedded in the hole with the gate insulating film 15A formed on the inner circumferential side, and a layer of polysilicon 34 is also formed on the hard mask, thereby forming the vertical gate portion 14A.
  • a sidewall 14C is formed, for example, from a silicon nitride film on the side of the portion of the TG 14 that protrudes upward from the hard mask, and an oxide film is formed on the surface, completing the photodetector 2A.
  • FIGS 37 and 38 are cross-sectional explanatory views taken along line B-B in Figure 23.
  • the photodetector 2 of the first embodiment has one vertical gate portion 14A extending in the depth direction from the surface to the inside of the semiconductor layer 11.
  • this TG 14 configuration is only one example, and various modifications are possible.
  • a configuration may be used that includes a TG14 that includes two vertical gate portions 14A that extend in the depth direction from the surface of the semiconductor layer 11 to the inside.
  • a predetermined voltage is applied to the two vertical gate portions 14A, making it possible to form a signal charge transfer path with high transfer efficiency in the region of the semiconductor layer 11 sandwiched between the two vertical gate portions 14A.
  • Such a photodetector 2 also includes an insulating film (hard mask) between the FD13 and TG14 that is thicker than the insulating film provided on the FD13, so that the electric field between the FD13 and TG14 can be alleviated.
  • FIG. 39 is a plan view of a light-detecting device 2C according to a third example of the second embodiment.
  • Fig. 40 is a cross-sectional view taken along line BB in Fig. 39.
  • Fig. 41 is a cross-sectional view taken along line CC in Fig. 39.
  • the TG14 of the photodetector 2C is provided on the outside of one surface side of the semiconductor layer 11 and includes a horizontal gate portion that sandwiches the FD13 in a C-shape on a plane parallel to the surface direction of the semiconductor layer, and a vertical gate portion 14A that extends from each of the portions of the horizontal gate portion that sandwich the FD13 in a C-shape toward the inside of the semiconductor layer 11.
  • the vertical gate portions 14A of the third embodiment are arranged along a straight line connecting the center of the PD 12 and the center of the FD 13 in a planar view, on both sides of the straight line connecting the center of the PD 12 and the center of the FD 13 in a planar view. This makes it possible for the photodetector 2C to form a signal charge transfer path with even higher transfer efficiency in the region of the semiconductor layer 11 sandwiched between the pair of vertical gate portions 14A by applying a predetermined voltage to the pair of vertical gate portions 14A.
  • FIG. 42 is a plan view illustrating a photodetector 2D according to a fourth example of the second embodiment.
  • the semiconductor layer 11 is divided into unit pixels (one pixel) by a pixel isolation region 10 (first pixel isolation region).
  • each semiconductor layer 11 corresponding to a unit pixel is divided into a pair of phase difference pixels by a pixel isolation region 10A (second pixel isolation region).
  • the photodetector 2D is applied to, for example, an imaging device that performs autofocus control by utilizing the difference between the phase of light incident on one of a pair of phase difference pixels and the phase of light incident on the other.
  • Each of the pair of phase difference pixels of the photodetector 2C is provided with the FD 13, TG 14, and insulating film 31 provided in any of the photodetectors 2, 2A, and 2B according to the first to second examples of the second embodiment.
  • each phase difference pixel can suppress the occurrence of white spots in a captured image while suppressing deterioration in the transfer efficiency of signal charges, similar to the photodetection devices 1, 1A, and 1B according to the first and second examples of the second embodiment.
  • CMOS solid-state imaging device The technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to a CMOS solid-state imaging device.
  • FIG. 43 shows a schematic configuration of an example of a CMOS solid-state imaging device.
  • the photodetector 101 of this example is configured to have a pixel section (so-called imaging region) 103 in which pixels 102 including a plurality of photoelectric conversion elements are regularly arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate 111, for example, a silicon substrate, and a peripheral circuit section.
  • a photodetector for example, the photodetector 1, etc.
  • the pixel 102 is configured to have, for example, a PD serving as a photoelectric conversion element, and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors).
  • the plurality of pixel transistors can be configured, for example, of three transistors, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor. In addition, it can be configured to have four transistors by adding a selection transistor.
  • the equivalent circuit of the unit pixel is the same as in the normal case, so a detailed description will be omitted.
  • the pixel 102 can also have a shared pixel structure. This pixel sharing structure is configured to have a plurality of PDs, a plurality of transfer transistors, one shared FD, and one other shared pixel transistor each.
  • the peripheral circuit section is composed of a vertical drive circuit 104, a column signal processing circuit 105, a horizontal drive circuit 106, an output circuit 107, a control circuit 108, etc.
  • the control circuit 108 receives an input clock and data that commands the operating mode, etc., and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device. That is, the control circuit 108 generates clock signals and control signals that serve as the basis for the operation of the vertical drive circuit 104, column signal processing circuit 105, horizontal drive circuit 106, etc., based on the vertical synchronization signal, horizontal synchronization signal, and master clock. These signals are then input to the vertical drive circuit 104, column signal processing circuit 105, horizontal drive circuit 106, etc.
  • the vertical drive circuit 104 is, for example, configured with a shift register, selects a pixel drive wiring, supplies a pulse for driving the pixel to the selected pixel drive wiring, and drives the pixel on a row basis. That is, the vertical drive circuit 104 selects and scans each pixel 102 of the pixel section 103 in the vertical direction row by row, and supplies a pixel signal based on a signal charge generated according to the amount of light received in, for example, a PD that serves as a photoelectric conversion element of each pixel 102 to the column signal processing circuit 105 via a vertical signal line 109.
  • the column signal processing circuit 105 is arranged, for example, for each column of pixels 102, and performs signal processing such as noise removal on the signals output from one row of pixels 102 for each pixel column. That is, the column signal processing circuit 105 performs signal processing such as CDS for removing fixed pattern noise specific to the pixels 102, signal amplification, and AD conversion.
  • a horizontal selection switch (not shown) is provided at the output stage of the column signal processing circuit 105 and connected between it and the horizontal signal line 110.
  • the horizontal drive circuit 106 is, for example, configured with a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 105 in turn, causing each of the column signal processing circuits 105 to output a pixel signal to the horizontal signal line 110.
  • the output circuit 107 processes and outputs signals supplied sequentially from each of the column signal processing circuits 105 through the horizontal signal line 110.
  • the output circuit 107 may only perform buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, etc.
  • the input/output terminal 112 exchanges signals with the outside.
  • FIG. 44 shows an example of a schematic configuration of an imaging element 201 according to the present disclosure.
  • the imaging element 201 includes three substrates (a first substrate 210, a second substrate 220, and a third substrate 230).
  • the imaging element 201 has a three-dimensional structure formed by bonding together the three substrates (the first substrate 210, the second substrate 220, and the third substrate 230).
  • the first substrate 210, the second substrate 220, and the third substrate 230 are stacked in this order.
  • the first substrate 210 has a plurality of sensor pixels 212 that perform photoelectric conversion on a semiconductor substrate 211.
  • a photodetector having any of the above-described configurations (for example, the photodetector 1, etc.) is applied as the sensor pixel 212.
  • the plurality of sensor pixels 212 are arranged in a matrix in a pixel region 213 on the first substrate 210.
  • the second substrate 220 has, on a semiconductor substrate 221, a readout circuit 222 that outputs a pixel signal based on the charge output from the sensor pixel 212, one for every four sensor pixels 212.
  • the second substrate 220 has a plurality of pixel drive lines 223 extending in the row direction and a plurality of vertical signal lines 224 extending in the column direction.
  • the third substrate 230 has, on a semiconductor substrate 231, a logic circuit 232 that processes pixel signals.
  • the logic circuit 232 has, for example, a vertical drive circuit 233, a column signal processing circuit 234, a horizontal drive circuit 235, and a system control circuit 236.
  • the logic circuit 232 (specifically, the horizontal drive circuit 235) outputs to the outside an output voltage Vout for each sensor pixel 212.
  • a low-resistance region made of silicide formed by using a salicide (self aligned silicide) process such as CoSi2 or NiSi may be formed on the surface of the impurity diffusion region in contact with the source electrode and the drain electrode.
  • the vertical drive circuit 233 sequentially selects a plurality of sensor pixels 212 by row.
  • the horizontal drive circuit 235 for example, sequentially outputs the pixel data held in the column signal processing circuit 234 to the outside.
  • FIG. 45 shows an example of a sensor pixel 212 and a readout circuit 222.
  • a case will be described in which four sensor pixels 212 share one readout circuit 222, as shown in FIG. 45.
  • “shared” refers to the outputs of the four sensor pixels 212 being input to a common readout circuit 222.
  • Each sensor pixel 212 has components in common.
  • an identification number (1, 2, 3, 4) is added to the end of the reference number of the component of each sensor pixel 212.
  • an identification number is added to the end of the reference number of the component of each sensor pixel 212, but when it is not necessary to distinguish the components of each sensor pixel 212 from one another, the identification number at the end of the reference number of the component of each sensor pixel 212 is omitted.
  • Each sensor pixel 212 has, for example, a photodiode PD, a transfer transistor TR electrically connected to the photodiode PD, and a floating diffusion FD that temporarily holds the charge output from the photodiode PD via the transfer transistor TR.
  • the photodiode PD corresponds to a specific example of a "photoelectric conversion element" in this disclosure.
  • the photodiode PD performs photoelectric conversion to generate a charge according to the amount of light received.
  • the cathode of the photodiode PD is electrically connected to the source of the transfer transistor TR, and the anode of the photodiode PD is electrically connected to a reference potential line (for example, ground).
  • the drain of the transfer transistor TR is electrically connected to the floating diffusion FD, and the gate of the transfer transistor TR is electrically connected to the pixel drive line 223.
  • the transfer transistor TR is, for example, a CMOS transistor.
  • the floating diffusions FD of the sensor pixels 212 sharing one readout circuit 222 are electrically connected to each other and to the input terminal of the common readout circuit 222.
  • the readout circuit 222 has, for example, a reset transistor RST, a selection transistor SEL, and an amplification transistor AMP.
  • the selection transistor SEL may be omitted as necessary.
  • the source of the reset transistor RST (the input terminal of the readout circuit 222) is electrically connected to the floating diffusion FD, and the drain of the reset transistor RST is electrically connected to the power supply line VDD and the drain of the amplification transistor AMP.
  • the gate of the reset transistor RST is electrically connected to the pixel drive line 223 (see Figure 44).
  • the source of the amplification transistor AMP is electrically connected to the drain of the selection transistor SEL, and the gate of the amplification transistor AMP is electrically connected to the source of the reset transistor RST.
  • the source of the selection transistor SEL (the output terminal of the readout circuit 222) is electrically connected to the vertical signal line 224, and the gate of the selection transistor SEL is electrically connected to the pixel drive line 223 (see FIG. 44).
  • the transfer transistor TR When the transfer transistor TR is turned on, it transfers the charge of the photodiode PD to the floating diffusion FD.
  • the reset transistor RST resets the potential of the floating diffusion FD to a predetermined potential.
  • the reset transistor RST When the reset transistor RST is turned on, it resets the potential of the floating diffusion FD to the potential of the power supply line VDD.
  • the selection transistor SEL controls the output timing of the pixel signal from the readout circuit 222.
  • the amplification transistor AMP generates a pixel signal having a voltage corresponding to the level of the charge held in the floating diffusion FD.
  • the amplification transistor AMP constitutes a source follower type amplifier and outputs a pixel signal having a voltage corresponding to the level of the charge generated in the photodiode PD.
  • the amplification transistor AMP When the selection transistor SEL is turned on, the amplification transistor AMP amplifies the potential of the floating diffusion FD and outputs a voltage corresponding to the potential to the column signal processing circuit 234 via the vertical signal line 224.
  • the reset transistor RST, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL are, for example, CMOS transistors.
  • the above-described photodetector device can be applied to various electronic devices, such as imaging systems such as digital still cameras and digital video cameras, mobile phones with imaging functions, or other devices with imaging functions.
  • FIG. 46 is a block diagram showing an example of the configuration of an electronic device.
  • the imaging device 301 includes an optical system 302, a photodetector 303, and a DSP (Digital Signal Processor) 304.
  • the DSP 304, a display device 305, an operation system 306, a memory 308, a recording device 309, and a power supply system 310 are connected via a bus 307, and the imaging device 301 is capable of capturing still and moving images.
  • the optical system 302 is composed of one or more lenses, and guides image light (incident light) from the subject to the light detection device 303, forming an image on the light receiving surface (sensor section) of the light detection device 303.
  • the light detection device 303 As the light detection device 303, a light detection device having any of the configuration examples described above (for example, the light detection device 1, etc.) is applied. In the light detection device 303, electrons are accumulated for a certain period of time according to the image formed on the light receiving surface via the optical system 302. Then, a signal according to the electrons accumulated in the light detection device 303 is supplied to the DSP 304.
  • the DSP 304 performs various signal processing on the signal from the light detection device 303 to obtain an image, and temporarily stores the image data in the memory 308.
  • the image data stored in the memory 308 is recorded in the recording device 309 or supplied to the display device 305 to display the image.
  • the operation system 306 accepts various operations by the user and supplies operation signals to each block of the imaging device 301, and the power supply system 310 supplies the power necessary to drive each block of the imaging device 301.
  • Fig. 47 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied.
  • an operator (doctor) 11131 is shown using an endoscopic surgery system 11000 to perform surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133.
  • the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, the tip of which is inserted into the body cavity of the patient 11132 at a predetermined length, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may also be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel.
  • the tip of the tube 11101 has an opening into which an objective lens is fitted.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 11101, and is irradiated via the objective lens towards an object to be observed inside the body cavity of the patient 11132.
  • the endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
  • An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the object being observed is focused onto the image sensor by the optical system.
  • the image sensor converts the observation light into an electric signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image.
  • the image signal is sent to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
  • CCU Camera Control Unit
  • the CCU 11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the overall operation of the endoscope 11100 and the display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), in order to display an image based on the image signal.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 under the control of the CCU 11201, displays an image based on the image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode) and supplies the endoscope 11100 with irradiation light when photographing the surgical site, etc.
  • a light source such as an LED (light emitting diode)
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • a user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) of the endoscope 11100.
  • the treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc.
  • the insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure a working space for the surgeon.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to the surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to the surgery in various formats such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 that supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, so that the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 11203.
  • the light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals.
  • the image sensor of the camera head 11102 may be controlled to acquire images in a time-division manner in synchronization with the timing of the change in the light intensity, and the images may be synthesized to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blackout and whiteout.
  • the light source device 11203 may be configured to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependency of light absorption in body tissue, a narrow band of light is irradiated compared to the light irradiated during normal observation (i.e., white light), and a predetermined tissue such as blood vessels on the surface of the mucosa is photographed with high contrast, so-called narrow band imaging is performed.
  • fluorescent observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • excitation light is irradiated to the body tissue and the fluorescence from the body tissue is observed (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and excitation light corresponding to the fluorescent wavelength of the reagent is irradiated to the body tissue to obtain a fluorescent image.
  • the light source device 11203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 48 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in FIG. 47.
  • the camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other via a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at the connection with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 may include one imaging element (a so-called single-plate type) or multiple imaging elements (a so-called multi-plate type).
  • each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by combining these.
  • the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D (dimensional) display. By performing 3D display, the surgeon 11131 can more accurately grasp the depth of the biological tissue in the surgical site.
  • multiple lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101, immediately after the objective lens.
  • the driving unit 11403 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be adjusted appropriately.
  • the communication unit 11404 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 also receives control signals for controlling the operation of the camera head 11102 from the CCU 11201, and supplies them to the camera head control unit 11405.
  • the control signals include information on the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value during imaging, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.
  • the above-mentioned frame rate, exposure value, magnification, focus, and other imaging conditions may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal.
  • the endoscope 11100 is equipped with so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 also transmits to the camera head 11102 a control signal for controlling the operation of the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, etc.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing operations on the image signal, which is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
  • the control unit 11413 also causes the display device 11202 to display the captured image showing the surgical site, etc., based on the image signal that has been image-processed by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc., by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image. When the control unit 11413 causes the display device 11202 to display the captured image, it may use the recognition result to superimpose various types of surgical support information on the image of the surgical site. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.
  • various image recognition techniques such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc.
  • the transmission cable 11400 that connects the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable that supports electrical signal communication, an optical fiber that supports optical communication, or a composite cable of these.
  • communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.
  • the technology disclosed herein can be applied to, for example, the endoscope 11100, the camera head 11102, and the like, among the configurations described above.
  • the light detection device 1 in FIG. 1 can be applied to the imaging unit 10402.
  • the technology disclosed herein to the imaging unit 10402, the occurrence of white spots in the surgical site image can be suppressed by suppressing erroneous detection of light, thereby enabling the surgeon to reliably confirm the surgical site.
  • the technology according to the present disclosure may be realized as an apparatus mounted on any type of moving body, such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, or a robot.
  • FIG. 49 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an inside vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • Also shown as functional components of the integrated control unit 12050 are a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (Interface) 12053.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 functions as a control device for a drive force generating device for generating the drive force of the vehicle, such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to the wheels, a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle, and a braking device for generating a braking force for the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, tail lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps.
  • radio waves or signals from various switches transmitted from a portable device that replaces a key can be input to the body system control unit 12020.
  • the body system control unit 12020 accepts the input of these radio waves or signals and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image capturing unit 12031 is connected to the outside-vehicle information detection unit 12030.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 causes the image capturing unit 12031 to capture images outside the vehicle and receives the captured images.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, characters on the road surface, etc. based on the received images.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of light received.
  • the imaging unit 12031 can output the electrical signal as an image, or as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light, or may be invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects information inside the vehicle.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the state of the driver is connected.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 may calculate the driver's degree of fatigue or concentration based on the detection information input from the driver state detection unit 12041, or may determine whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 can calculate the control target values of the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, and output a control command to the drive system control unit 12010.
  • the microcomputer 12051 can perform cooperative control aimed at realizing the functions of an ADAS (Advanced Driver Assistance System), including avoiding or mitigating vehicle collisions, following based on the distance between vehicles, maintaining vehicle speed, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 can also perform cooperative control for the purpose of autonomous driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on the driver's operation, by controlling the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on information about the surroundings of the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040.
  • the microcomputer 12051 can also output control commands to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030. For example, the microcomputer 12051 can control the headlamps according to the position of a preceding vehicle or an oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and perform cooperative control aimed at preventing glare, such as switching from high beams to low beams.
  • the audio/image output unit 12052 transmits at least one output signal of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying the occupants of the vehicle or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • Figure 50 shows an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided at the front nose and the imaging unit 12105 provided at the upper part of the windshield inside the vehicle cabin mainly acquire images of the front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided at the side mirrors mainly acquire images of the sides of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided at the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12105 provided at the upper part of the windshield inside the vehicle cabin is mainly used to detect leading vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
  • FIG. 50 shows an example of the imaging ranges of the imaging units 12101 to 12104.
  • Imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door.
  • an overhead image of the vehicle 12100 viewed from above is obtained by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera consisting of multiple imaging elements, or an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 can obtain the distance to each solid object within the imaging ranges 12111 to 12114 and the change in this distance over time (relative speed with respect to the vehicle 12100) based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can extract as a preceding vehicle, in particular, the closest solid object on the path of the vehicle 12100 that is traveling in approximately the same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (e.g., 0 km/h or faster). Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance that should be maintained in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic braking control (including follow-up stop control) and automatic acceleration control (including follow-up start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving, which runs autonomously without relying on the driver's operation.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 classifies and extracts three-dimensional object data on three-dimensional objects, such as two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can use the data to automatically avoid obstacles.
  • the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk, which indicates the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or exceeds a set value and there is a possibility of a collision, it can provide driving assistance for collision avoidance by outputting an alarm to the driver via the audio speaker 12061 or the display unit 12062, or by performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the image captured by the imaging units 12101 to 12104. The recognition of such a pedestrian is performed, for example, by a procedure of extracting feature points in the image captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and a procedure of performing pattern matching processing on a series of feature points that indicate the contour of an object to determine whether or not it is a pedestrian.
  • the audio/image output unit 12052 controls the display unit 12062 to superimpose a rectangular contour line for emphasis on the recognized pedestrian.
  • the audio/image output unit 12052 may also control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to, for example, the imaging unit 12031, etc., of the configurations described above.
  • the light detection device 1 of FIG. 1 can be applied to the imaging unit 12031.
  • the present technology can also be configured as follows. (1) a semiconductor layer in which a photodiode is provided; A floating diffusion provided inside one surface side of the semiconductor layer; a transfer gate including a vertical gate portion extending from the one surface side toward the inside of the semiconductor layer, and a horizontal gate portion provided outside the one surface side of the semiconductor layer, extending in a direction parallel to a surface direction of the semiconductor layer and connected to the vertical gate portion; an insulating film provided between the horizontal gate portion and the semiconductor layer and having a thickness greater than that of a gate insulating film covering the vertical gate portion, or an air gap.
  • the thick insulating film or the air gap is The photodetector according to any one of claims 1 to 4, wherein the vertical gate portion is provided on a surface of the semiconductor layer between adjacent vertical gate portions.
  • the horizontal gate portion is The photodetector according to (2) above, which is connected to an external wiring by a single metal contact.
  • the semiconductor layer is The pixel is divided into unit pixels by pixel isolation regions, The floating diffusion, the transfer gate, and the thick insulating film or the air gap are The photodetector according to any one of (1) to (3), wherein the photodetector is provided for each unit pixel.
  • the semiconductor layer is divided into unit pixels by a first pixel isolation region, Each semiconductor layer corresponding to the unit pixel is The second pixel isolation region divides the pixel into a pair of phase difference pixels,
  • the floating diffusion, the transfer gate, and the thick insulating film or the air gap are The photodetector according to any one of (1) to (3), wherein the phase difference pixel is provided for each of the phase difference pixels.
  • a semiconductor layer in which a photodiode is provided A floating diffusion provided inside one surface side of the semiconductor layer; a transfer gate extending from the one surface side toward the inside of the semiconductor layer; an insulating film provided on a surface of the semiconductor layer between the floating diffusion and the transfer gate, the insulating film having a thickness greater than that of an insulating film formed on a surface of the floating diffusion.
  • the semiconductor layer is The pixel is divided into unit pixels by pixel isolation regions, The floating diffusion, the transfer gate, and the thick insulating film are The photodetector according to any one of (6) to (8), wherein the photodetector is provided for each unit pixel.
  • the semiconductor layer is divided into unit pixels by a first pixel isolation region, Each semiconductor layer corresponding to the unit pixel is The second pixel isolation region divides the pixel into a pair of phase difference pixels, The floating diffusion, the transfer gate, and the thick insulating film are The photodetector according to any one of (6) to (8), wherein a phase difference pixel is provided for each of the phase difference pixels.
  • the transfer gate is a horizontal gate portion provided outside the one surface side of the semiconductor layer and sandwiching the floating diffusion in a C-shape on a plane parallel to a surface direction of the semiconductor layer; and vertical gate portions extending from each of the portions of the horizontal gate portion that sandwich the floating diffusion in a C-shape toward an inside of the semiconductor layer.
  • Photodetector 10 10A Pixel isolation region 11
  • Semiconductor layer 12 PD 12A Transfer path 13 FD 14 T.G. 14A
  • Vertical gate portion 14B Horizontal gate portion 14C, 16 Sidewall 15, 15A Gate insulating film 21, 31 Insulating film 21A Air gap 30 Well

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本開示に係る光検出装置は、半導体層と、フローティングディフュージョンと、転送ゲートと、絶縁膜、または、エアギャップとを備える。半導体層は、内部にフォトダイオードが設けられる。フローティングディフュージョンは、半導体層における一方の表面側の内部に設けられる。転送ゲートは、垂直ゲート部、および、水平ゲート部を含む。垂直ゲート部は、一方の表面側から半導体層の内部に向けて延伸する。水平ゲートは、半導体層における一方の表面側の外部に設けられ、半導体層の表面方向と平行な方向に延伸して垂直ゲート部に接続される。絶縁膜、または、エアギャップは、水平ゲート部および半導体層の間に設けられる。絶縁膜は、垂直ゲートを被覆するゲート絶縁膜よりも膜厚が厚い。

Description

光検出装置
　本開示は、光検出装置に関する。
　フォトダイオードが設けられる半導体層と、半導体層における表面側の内部に設けられるフローティングディフュージョンと、半導体層における表面側から半導体層の内部に向けて延伸する転送ゲートとを備える光検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。
　フォトダイオードは、受光する光を光量に応じた信号電荷（例えば、電子）に光電変換する。光検出装置は、転送ゲートに所定の電圧が印加されると、フォトダイオードからフローティングディフュージョンへ信号電荷を転送することによって光を検出する。
特開２０１８－１４８１１６号公報
　しかしながら、光検出装置は、フローティングディフュージョンと転送ゲートとの間に発生する電界が強まると、光電変換とは無関係に存在する電子を信号電荷としてフローティングディフュージョンに転送してしまい、光を誤検出するおそれがある。
　そこで、本開示では、フローティングディフュージョンと転送ゲートとの間に発生する電界を緩和できる光検出装置を提案する。
　本開示に係る光検出装置は、半導体層と、フローティングディフュージョンと、転送ゲートと、絶縁膜、または、エアギャップとを備える。前記半導体層は、内部にフォトダイオードが設けられる。前記フローティングディフュージョンは、前記半導体層における一方の表面側の内部に設けられる。転送ゲートは、垂直ゲート部、および、水平ゲート部を含む。前記垂直ゲート部は、前記一方の表面側から前記半導体層の内部に向けて延伸する。前記水平ゲートは、前記半導体層における前記一方の表面側の外部に設けられ、前記半導体層の表面方向と平行な方向に延伸して前記垂直ゲート部に接続される。絶縁膜、または、エアギャップは、前記水平ゲート部および前記半導体層の間に設けられる。前記絶縁膜は、前記垂直ゲートを被覆するゲート絶縁膜よりも膜厚が厚い。
第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の平面説明図である。 図１のＡ－Ａ線による断面説明図である。 第１実施形態の第２実施例に係る光検出装置の断面説明図である。 第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の断面説明図である。 第１実施形態の第４実施例に係る光検出装置の平面説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置の平面説明図である。 図２３のＡ－Ａ線による断面説明図である。 第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。 図２３のＢ－Ｂ線による断面説明図である。 図２３のＢ－Ｂ線による断面説明図である。 第２実施形態の第３実施例に係る光検出装置の平面説明図である。 図３９のＢ－Ｂ線による断面説明図である。 図３９のＣ－Ｃ線による断面説明図である。 第２実施形態の第４実施例に係る光検出装置の平面説明図である。 ＣＭＯＳ固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。 本開示の一実施の形態に係る撮像素子の概略構成の一例を表す図である。 図４４のセンサ画素および読み出し回路の一例を表す図である。 電子機器の構成例を示すブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
＜１．第１実施形態＞
＜１－１．第１実施例に係る光検出装置＞
　図１は、第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置１の平面説明図である。図２は、図１のＡ－Ａ線による断面説明図である。
　光検出装置１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）イメージセンサ等の個体撮像装置において被写体からの光を受光量に応じた電気信号に変換する画素アレイに設けられる。光検出装置１は、画素アレイの受光面に行列状に複数配置される。各光検出装置１は、撮像画像の１画素を撮像する。図１および図２には、１画素に対応する１個の光検出装置１を図示している。
　図１に示すように、光検出装置１は、半導体層１１と、フローティングディフュージョン（以下、「ＦＤ」と記載する）１３と、転送ゲート（以下、「ＴＧ」と記載する）１４とを備える。半導体層１１は、例えば、シリコン基板にボロンなどのＰ型の不純物がドープされた層である。
　半導体層１１は、内部に、例えば、リンなどのＮ型の不純物がドープされて形成されるフォトダイオード（以下、「ＰＤ」と記載する）１２が設けられる。ＰＤ１２は、例えば、平面視において半導体層１１の中央部に設けられる。
　半導体層１１は、画素毎に画素分離領域１０によって区画される。画素分離領域１０は、例えば、酸化シリコンによって形成されるＤＴＩ（Deep　Trench　Isolation）または、ＳＴＩ（Shallow　Trench　Isolation）である。
　また、ＦＤ１３は、半導体層１１における一方の表面側の内部に、例えば、リンなどのＮ型の不純物がドープされることによって形成される。ＦＤ１３は、例えば、平面視において半導体層１１における画素分離領域１０によって区切られた四隅のうちの１か所に設けられる。
　ＴＧ１４は、例えば、ポリシリコンによって形成される。ＴＧ１４は、例えば、平面視において、ＰＤ１２とＦＤ１３との間に設けられる。具体的には、図２に示すように、ＴＧ１４は、垂直ゲート部１４Ａと、水平ゲート部１４Ｂとを含む。
　垂直ゲート部１４Ａは、半導体層１１の一方の表面（図２では、上面）側から半導体層１１の内部に向けて延伸するように設けられる。垂直ゲート部１４Ａにおける半導体層１１の表面側に位置する部分の側面には、サイドウォール１６が設けられる。サイドウォール１６は、例えば、窒化シリコンによって形成される。また、垂直ゲート部１４Ａにおけるサイドウォール１６が設けられる部分よりも半導体層１１の深い部分は、側面がゲート絶縁膜１５によって被覆される。
　水平ゲート部１４Ｂは、半導体層１１における一方の表面（図２では、上面）側の外部（図２では上方）に設けられる。そして、水平ゲート部１４Ｂは、半導体層１１の表面方向と平行な方向に延伸して垂直ゲート部１４Ａに接続される。
　水平ゲート部１４Ｂは、表面が絶縁膜１７によって被覆される。絶縁膜１７は、例えば、窒化シリコンによって形成される。水平ゲート部１４Ｂは、半導体層１１に積層される層間絶縁膜１８の内部に埋設される。水平ゲート部１４Ｂは、層間絶縁膜１８を厚さ方向に貫通する１本のメタルコンタクト１９によって配線２０と接続される。
　これにより、光検出装置１は、各垂直ゲート部１４Ａが、それぞれ１本のメタルコンタクト１９によって配線２０と接続される構成に比べて配線レイアウトの簡略化が可能になる。
　光検出装置１は、半導体層１１に入射する光をＰＤ１２によって受光量に応じた量の信号電荷に光電変換する。そして、光検出装置１は、配線２０からメタルコンタクト１９を介してＴＧ１４に所定の電圧が印加されると、一対の垂直ゲート部１４Ａの間にチャネルが形成され、このチャネルが信号電荷の転送経路１２Ａとなって、ＰＤ１２からＦＤ１３へ信号電荷を転送する。こうして、光検出装置１は、半導体層１１に入射する光を検出する。
　かかる光検出装置１は、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１とが近接しすぎると、水平ゲート部１４ＢとＦＤ１３とによって形成される容量が大きくなり、容量に信号電荷が保持されやすくなるので、信号電荷の転送効率が劣化する。
　また、光検出装置１は、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１とが近接しすぎると、水平ゲート部１４ＢとＦＤ１３との距離が短くなり、水平ゲート部１４Ｂに電圧が印加される際に、水平ゲート部１４ＢとＦＤ１３との間に形成される電界が強くなる。その結果、光検出装置１は、光電変換とは無関係に半導体層１１内に存在する電子まで、信号電荷としてＦＤ１３へ転送してしまい、撮像画像に不要な白点を生じさせるおそれがある。
　そこで、光検出装置１は、ＦＤ１３とＴＧ１４との間に発生する電界を緩和する構成を備える。具体的には、光検出装置１は、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１との間に、垂直ゲート部１４Ａを被覆するゲート絶縁膜１５よりも膜厚が厚い絶縁膜２１を備える。絶縁膜２１は、例えば、ＴＧ１４の表面を被覆する絶縁膜１７と、絶縁膜１７の成膜時にできた空洞を埋める層間絶縁膜１８とによって構成されてもよい。
　これにより、光検出装置１は、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１との間を、ゲート絶縁膜１５よりも膜厚が厚い絶縁膜２１によって隔てることができるので、ＦＤ１３とＴＧ１４との間に発生する電界を緩和することができる。したがって、光検出装置１によれば、撮像画像に不要な白点が生じることを抑制できる。
　また、光検出装置１は、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１との間がゲート絶縁膜１５よりも膜厚が厚い絶縁膜２１によって隔てられるので、水平ゲート部１４ＢとＦＤ１３とによって形成される容量が小さくなる。これにより、光検出装置１は、信号電荷の転送効率の劣化を抑制できる。
　また、ゲート絶縁膜１５よりも膜厚が厚い絶縁膜２１は、隣り合う垂直ゲート部１４Ａの間における半導体層１１の表面に設けられる。これにより、ＴＧ１４の中で垂直ゲート部１４ＡよりもＰＤ１２から遠く、信号電荷の転送経路１２Ａの形成に寄与させない水平ゲート部１４Ｂが半導体層１１から遠ざけられるので、水平ゲート部１４ＢおよびＦＤ１３間の電界を緩和できる。
　しかも、水平ゲート部１４ＢよりもＰＤ１２に近く、信号電荷の転送経路１２Ａの形成に寄与させる垂直ゲート部１４Ａは、絶縁膜２１よりも膜厚が薄いゲート絶縁膜１５によって被覆される。これにより、光検出装置１は、水平ゲート部１４ＢとＦＤ１３との電界による信号電荷の転送効率の劣化を抑制しつつ、所定の電圧が印加される垂直ゲート部１４Ａによって、転送効率が良好な信号電荷の転送経路１２Ａを形成できる。
　また、前述したように、光検出装置１は、垂直ゲート部１４Ａにおける半導体層１１の表面側に位置する部分の側面に、窒化シリコン等の絶縁膜によって形成されるサイドウォール１６が設けられる。図２に示すように、サイドウォール１６は、ゲート絶縁膜１５よりも膜厚が厚い。
　このように、光検出装置１は、垂直ゲート部１４Ａのなかで先端部に比べてＰＤ１２からの距離が遠く、転送経路１２Ａの形成に寄与させない半導体層１１の表面側に位置する部分が、ゲート絶縁膜１５よりも厚い絶縁性のサイドウォール１６によって被覆される。
　これにより、光検出装置１は、垂直ゲート部１４Ａにおける半導体層１１の表面側に位置する部分とＦＤ１３との間に生じる電界を緩和することによって、撮像画像に不要な白点が生じることを抑制できる。
＜１－２．第２実施例に係る光検出装置＞
　図３は、第１実施形態の第２実施例に係る光検出装置１Ａの断面説明図である。図３に示すように、光検出装置１Ａは、第１実施例の光検出装置が備える膜厚が厚い絶縁膜２１に代えて、エアギャップ２１Ａを備える。
　つまり、光検出装置１Ａは、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１との間に、垂直ゲート部１４Ａを被覆するゲート絶縁膜１５よりも厚いエアギャップ２１Ａを備える。エアギャップ２１Ａは、第１実施例の絶縁膜２１と同様に、半導体に比べて誘電率が低い。
　これにより、光検出装置１Ａは、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１との間を、ゲート絶縁膜１５よりも厚いエアギャップ２１Ａによって隔てることができるので、ＦＤ１３とＴＧ１４との間に発生する電界を緩和することができる。したがって、光検出装置１Ａによれば、撮像画像に不要な白点が生じることを抑制できる。
　また、光検出装置１Ａは、水平ゲート部１４Ｂと半導体層１１との間がゲート絶縁膜１５よりも厚いエアギャップ２１Ａによって隔てられるので、水平ゲート部１４ＢとＦＤ１３とによって形成される容量が小さくなる。これにより、光検出装置１Ａは、信号電荷の転送効率の劣化を抑制できる。
＜１－３．第３実施例に係る光検出装置＞
　図４は、第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置１Ｂの断面説明図である。図４に示すように、光検出装置１Ｂは、第２実施例の光検出装置１Ａが備えるサイドウォール１６を備えておらず、その他の構成は第２実施例の光検出装置１Ａと同様である。
　例えば、設計上、垂直ゲート部１４ＡとＦＤ１３とが十分離れており、サイドウォール１６がなくても、撮像画像に白点が生じないような画素サイズであれば、光検出装置１Ｂのように、サイドウォール１６を備えていなくても白点の発生を抑制できる。
　しかも、光検出装置１Ｂは、第２実施例の光検出装置１Ａと同様に、半導体層１１と水平ゲート部１４Ｂとの間にエアギャップ２１Ａを備える。なお、光検出装置１Ｂは、第１実施例の光検出装置１と同様に、半導体層１１と水平ゲート部１４Ｂとの間に、ゲート絶縁膜よりも膜厚が厚い絶縁膜２１が設けられてもよい。これにより、光検出装置１Ｂは、光検出装置１，１Ａと同様に、信号電荷の転送効率の劣化を抑制できる。
＜１－４．第４実施例に係る光検出装置＞
　図５は、第１実施形態の第４実施例に係る光検出装置１Ｃの平面説明図である。図５に示すように、光検出装置１Ｃは、半導体層１１が画素分離領域１０（第１の画素分離領域）によって単位画素（１画素）毎に分割される。さらに、光検出装置１Ｃは、単位画素に対応する各半導体層１１が画素分離領域１０Ａ（第２の画素分離領域）によって一対の位相差画素に分割される。
　かかる光検出装置１Ｃは、例えば、一対の位相差画素の一方に入射する光の位相と、他方に入射する位相との差を利用して、オートフォーカス制御を行う撮像装置に適用される。光検出装置１Ｃが備える一対の各位相差画素には、第１実施形態の第１～第３実施例に係る光検出装置１，１Ａ，１Ｂのいずれかが備えるＦＤ１３、ＴＧ１４、および、厚い絶縁膜２１、または、エアギャップ２１Ａが設けられる。
　これにより、例えば、各位相差画素は、第１実施形態の第１～第３実施例に係る光検出装置１，１Ａ，１Ｂと同様に、信号電荷の転送効率の劣化を抑制しつつ、撮像画像に白点が発生することを抑制できる。
＜１－５．第１および第２実施例に係る光検出装置の製造工程＞
　図６～図１６は、第１実施形態の第１実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。第１実施例の光検出装置１を製造する場合には、図６に示すように、例えば、シリコン基板にボロンなどのＰ型の不純物をドープして半導体層１１を形成する。続いて、半導体層１１を画素分離領域１０（例えば、図２参照）によって画素毎に区画する。
　その後、画素毎に区画された各半導体層に、例えば、リンなどのＮ型の不純物をイオン注入し、熱処理を施すことによって、半導体層１１の内部にＰＤ１２を形成する。続いて、半導体層１１の表面を酸化させてシリコン酸化膜２２を成膜し、シリコン酸化膜２２の表面にシリコン窒化膜２３を成膜することによって、半導体層１１上にシリコン酸化膜２２およびシリコン窒化膜２３からなるハードマスクを生成する。
　その後、図７に示すように、ハードマスク上にフォトレジスト２４Ａを成膜し、ハードマスクにおける垂直ゲート部１４Ａの形成位置に対応する箇所の表面が露出するように、フォトレジスト２４Ａをパターニングする。
　続いて、図８に示すように、フォトレジスト２４Ａをマスクとして使用したドライエッチングを行うことによって、垂直ゲート部１４Ａの形成位置に対応する箇所のハードマスクおよび半導体層１１を除去し、フォトレジスト２４Ａを剥離する。このとき、後にサイドウォール１６（図１０参照）を形成する深さまで、半導体層１１を掘削する。
　その後、図９に示すように、ハードマスク、および、露出した半導体層１１の表面にシリコン酸化膜２５およびシリコン窒化膜２６を順次成膜する。さらに、図１０に示すように、例えば、ウェットエッチングによるエッチバックを行うことによって、サイドウォール１６を形成する。
　続いて、図１１に示すように、サイドウォール１６を含むハードマスクをマスクとして使用したドライエッチングを行うことによって、垂直ゲート部１４Ａを形成する深さまで半導体層１１を掘削する。その後、図１２に示すように、半導体層１１に形成された孔にポリシリコン２４を埋め込み、さらに、ハードマスク上にもポリシリコン２４の層を形成することによって、垂直ゲート部１４Ａおよび水平ゲート部１４Ｂを形成する。
　続いて、図１３に示すように、ポリシリコン２４の層の表面にフォトレジスト２４Ｂを成膜し、水平ゲート部１４Ｂとして残す部分だけ残るようにフォトレジスト２４Ｂをパターニングする。そして、図１４に示すように、フォトレジスト２４Ｂをマスクとして使用したドライエッチングを行うことによって、不要な部分のポリシリコン２４を除去し、フォトレジスト２４Ｂを剥離する。
　その後、図１５に示すように、例えば、ウェットエッチングによってハードマスクを剥離し、図１６に示すように、シリコン酸化膜２２が形成された半導体層１１上に、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）によって層間絶縁膜１８を成膜する。これにより、水平ゲート部１４Ｂが層間絶縁膜１８の内部に埋設される。
　このとき、例えば、ＡＬＤ（Atomic　Layer　Deposition）等のカバレッジが良好な成膜方法によって層間絶縁膜１８を成膜することによって、半導体層１１と水平ゲート部１４Ｂとの間に厚い絶縁膜２１を形成できる。
　一方、例えば、ＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）等のＡＬＤほどカバレッジが良好でない成膜方法によって層間絶縁膜１８を成膜すれば、半導体層１１と水平ゲート部１４Ｂとの間に厚いエアギャップ２１Ａを形成できる。
　その後、図１６に示す層間絶縁膜１８の上面から水平ゲート部１４Ｂにまで到達するコンタクトホールを形成し、コンタクトホールに、例えば、タングステン等の金属材料を埋め込むことによってメタルコンタクト１９（図１参照）を形成する。
　最後に、メタルコンタクト１９上に配線２０を形成することによって、図２に示す第１実施例の光検出装置１が完成する。なお、図１６に示す工程において、厚い絶縁膜２１に代えて、厚いエアギャップ２１Ａを形成していた場合には、メタルコンタクト１９および配線２０を形成することによって、図３に示す第２実施例の光検出装置１Ａが完成する。
＜１－６．第３実施例に係る光検出装置の製造工程＞
　図１７～図２２は、第１実施形態の第３実施例に係る光検出装置の製造工程の説明図である。第３実施例の光検出装置１Ｂを製造する場合、図６～図７に示す工程は、第１実施例の光検出装置１を製造する工程と同様である。ただし、その後の工程が第１実施例の光検出装置１を製造する工程とは異なる。
　具体的には、第３実施例の光検出装置１Ｂを製造する場合、フォトレジスト２４Ａ（図７参照）をマスクとして使用したドライエッチングを行う。こうして、図１７に示すように、ハードマスクの表面から、垂直ゲート部１４Ａを形成する深さまで、半導体層１１を掘削し、その後、フォトレジスト２４Ａを剥離する。
　その後、図１８に示すように、半導体層１１に形成された孔にポリシリコン２４を埋め込み、さらに、ハードマスク上にもポリシリコン２４の層を形成することによって、垂直ゲート部１４Ａおよび水平ゲート部１４Ｂを形成する。
　続いて、図１９に示すように、ポリシリコン２４の層の表面にフォトレジスト２４Ｂを成膜し、水平ゲート部１４Ｂとして残す部分だけ残るようにフォトレジスト２４Ｂをパターニングする。そして、図２０に示すように、フォトレジスト２４Ｂをマスクとして使用したドライエッチングを行うことによって、不要な部分のポリシリコン２４を除去し、フォトレジスト２４Ｂを剥離する。
　その後、図２１に示すように、例えば、ウェットエッチングによってハードマスクを剥離し、図２２に示すように、シリコン酸化膜２２が形成された半導体層１１上に、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）によって層間絶縁膜１８を成膜する。これにより、水平ゲート部１４Ｂが層間絶縁膜１８の内部に埋設される。
　このとき、例えば、ＣＶＤ等のＡＬＤほどカバレッジが良好でない成膜方法によって層間絶縁膜１８を成膜することによって、半導体層１１と水平ゲート部１４Ｂとの間に厚いエアギャップ２１Ａを形成できる。一方、例えば、ＡＬＤ等のカバレッジが良好な成膜方法によって層間絶縁膜１８を成膜すれば、半導体層１１と水平ゲート部１４Ｂとの間に厚い絶縁膜２１を形成できる。
　その後、図２２に示す層間絶縁膜１８の上面から水平ゲート部１４Ｂにまで到達するコンタクトホールを形成し、コンタクトホールに、例えば、タングステン等の金属材料を埋め込むことによってメタルコンタクト１９（図１参照）を形成する。
　最後に、メタルコンタクト１９上に配線２０を形成することによって、図４に示す第３実施例の光検出装置１Ｂが完成する。なお、図２２に示す工程において、厚いエアギャップ２１Ａに代えて、厚い絶縁膜２１を形成してもよい。
　なお、第１実施形態では、ＴＧ１４が２本の垂直ゲート部１４Ａを備える場合について説明したが、これは一例であり、ＴＧ１４は、１本の垂直ゲート部１４Ａを備える構成であってもよく、３本以上の垂直ゲート部１４Ａを備える構成であってもよい。
＜２．第２実施形態＞
＜２－１．第２実施例に係る光検出装置＞
　図２３は、第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置２の平面説明図である。図２４は、図２３のＡ－Ａ線による断面説明図である。
　光検出装置２は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ等の個体撮像装置において被写体からの光を受光量に応じた電気信号に変換する画素アレイに設けられる。光検出装置２は、画素アレイの受光面に行列状に複数配置される。各光検出装置２は、撮像画像の１画素を撮像する。図２３および図２４には、１画素に対応する１個の光検出装置２を図示している。
　図２３に示すように、光検出装置２は、半導体層１１と、ＦＤ１３と、ＴＧ１４と、ウェル（以下、「Ｗｅｌｌ」と記載する）３０とを備える。半導体層１１は、例えば、シリコン基板にボロンなどのＰ型の不純物がドープされた層である。
　半導体層１１は、内部に、例えば、リンなどのＮ型の不純物がドープされて形成されるＰＤ１２（図２４参照）が設けられる。ＰＤ１２は、例えば、平面視において半導体層１１の中央部に設けられる。
　半導体層１１は、画素毎に画素分離領域１０によって区画される。画素分離領域１０は、例えば、酸化シリコンによって形成されるＤＴＩ（Deep　Trench　Isolation）または、ＳＴＩ（Shallow　Trench　Isolation）である。
　また、ＦＤ１３は、半導体層１１における一方の表面側の内部に、例えば、リンなどのＮ型の不純物がドープされることによって形成される。ＦＤ１３は、例えば、平面視において半導体層１１における画素分離領域１０によって区切られた四隅のうちの１か所に設けられる。Ｗｅｌｌ３０は、半導体層１１におけるＴＧ１４を挟んでＦＤ１３とは反対側に、例えば、ボロンなどのＰ型の不純物がドープされることによって形成される。
　ＴＧ１４は、例えば、ポリシリコンによって形成される。ＴＧ１４は、例えば、平面視において、ＰＤ１２上であって、ＦＤ１３から所定距離離れた位置に設けられる。図２４に示すように、ＴＧ１４は、垂直ゲート部１４Ａを含む。
　垂直ゲート部１４Ａは、半導体層１１の一方の表面（図２４では、上面）側から半導体層１１の内部に向けて延伸するように設けられる。ＴＧ１４における半導体層１１よりも上側に位置する部分の側面には、サイドウォール１４Ｃが設けられる。サイドウォール１４Ｃは、例えば、窒化シリコンによって形成される。また、垂直ゲート部１４Ａの側面は、ゲート絶縁膜１５によって被覆される。
　光検出装置２は、半導体層１１に入射する光をＰＤ１２によって受光量に応じた量の信号電荷に光電変換する。そして、光検出装置２は、ＴＧ１４に所定の電圧が印加されると、ＰＤ１２およびＦＤ１３の間にチャネルが形成され、このチャネルが信号電荷の転送経路１２Ａとなって、ＰＤ１２からＦＤ１３へ信号電荷を転送する。こうして、光検出装置２は、半導体層１１に入射する光を検出する。
　かかる光検出装置２は、画素の微細化に伴ってＴＧ１４とＦＤ１３とが近接すると、ＴＧ１４とＦＤ１３との間に強電界が生じる場合がある。この場合、光検出装置２は、光電変換とは無関係に半導体層１１内に存在する電子まで、信号電荷としてＦＤ１３へ転送してしまい、撮像画像に不要な白点を生じさせるおそれがある。光検出装置２は、ＴＧ１４とＦＤ１３との位置合わせにおいてばらつきが大きいと、撮像画像に不要な白点が生じる傾向がある。
　また、光検出装置２は、例えば、ＴＧ１４の頭頂部と、その側面に設けられるサイドウォール１４ＣをマスクとしたセルフアラインによってＦＤ１３が形成されると、ＴＧ１４とＦＤ１３との距離がさらに縮まり、ＴＧ１４およびＦＤ１３間の電解がさらに強まる。
　そこで、光検出装置２は、ＦＤ１３とＴＧ１４との間に発生する電界を緩和する構成を備える。具体的には、光検出装置２は、ＦＤ１３およびＴＧ１４の間における半導体層１１の表面に、ＦＤ１３の表面に形成される絶縁膜３２よりも膜厚が厚い絶縁膜３１を備える。絶縁膜３１および絶縁膜３２は、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜によって形成される。絶縁膜３１の膜厚は、例えば、１００ｎｍ程度が望ましい。
　かかる絶縁膜３１は、後述する製造工程において、ＦＤ１３を形成する位置を規定するためにパターニングされるハードマスクである。つまり、光検出装置２では、絶縁膜３１の形状によって、ＦＤ１３からＴＧ１４までの距離が規定される。
　これにより、光検出装置２は、ＦＤ１３とＴＧ１４とが強電界を生じない程度に離され、かつ、ＦＤ１３とＴＧ１４との距離が一定に保たれる。したがって、光検出装置２によれば、ＦＤ１３がＴＧ１４から適切な距離だけ離され、ＦＤ１３とＴＧ１４との距離がばらつくこともないため、ＦＤ１３とＴＧ１４との間に発生する電界を緩和でき、撮像画像に白点が生じることを抑制することができる。
　また、ＴＧ１４における垂直ゲート部１４Ａの側面を被覆するゲート絶縁膜１５は、半導体層１１における深さ位置が浅くなるほど膜厚が厚くなっている。換言すれば、ゲート絶縁膜１５は、半導体層１１における深さ位置が深くなるほど膜厚が薄くなっている。
　ゲート絶縁膜１５の半導体層１１における深さ位置が浅い部分の膜厚Ｗ１は、例えば、２５ｎｍ～５０ｎｍ程度が望ましい。また、ゲート絶縁膜１５の半導体層１１における深さ位置が深い部分の膜厚Ｗ２は、例えば、６ｎｍ程度が望ましい。
　このように、光検出装置２では、垂直ゲート部１４ＡのなかでＦＤ１３に近い半導体層１１の表層部に位置する部分には、比較的膜厚の厚いゲート絶縁膜１５が設けられるので、ＦＤ１３とＴＧ１４との間に発生する電界を緩和できる。
　一方、光検出装置２では、垂直ゲート部１４ＡのなかでＰＤ１２に近く、信号電荷の転送経路の形成に寄与する半導体層１１における深い位置の部分には、比較的膜厚の薄いゲート絶縁膜１５が設けられるので、転送効率の高い信号電荷の転送経路を形成できる。
＜２－２．第１実施例に係る光検出装置の製造工程＞
　図２５～図３０は、第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置２の製造工程の説明図である。第２実施形態の第１実施例に係る光検出装置２を製造する場合には、図２５に示すように、例えば、シリコン基板にボロンなどのＰ型の不純物をドープして半導体層１１を形成する。続いて、半導体層１１を画素分離領域１０（例えば、図２３参照）によって画素毎に区画する。
　その後、画素毎に区画された各半導体層に、例えば、リンなどのＮ型の不純物をイオン注入し、熱処理を施すことによって、半導体層１１の内部にＰＤ１２を形成する。続いて、半導体層１１の表面に、例えば、シリコン酸化膜などの絶縁膜３２および絶縁膜３１を順次積層してハードマスクを形成する。
　続いて、ハードマスクをパターニングすることにより、後にＦＤ１３を形成する箇所と、後に垂直ゲート部１４Ａを形成する箇所に対応する箇所の絶縁膜３１を除去して絶縁膜３２の表面を露出させる。
　このとき、後に垂直ゲート部１４Ａを形成する箇所から後にＦＤ１３を形成する箇所までの距離が、例えば、１００ｎｍ～２００ｎｍとなるように絶縁膜３１をパターニングする。
　その後、ハードマスクを熱酸化させた後、表面が露出している絶縁膜３２の箇所から、半導体層１１の内部に、例えば、リン等のＮ型の不純物をイオン注入することによって、半導体層１１の内部にＦＤ１３を形成する。
　続いて、図２６に示すように、ハードマスク上にフォトレジスト３３を成膜し、図２７に示すように、ＴＧ１４を形成する箇所に対応する部分のフォトレジスト３３を除去する。そして、フォトレジスト３３をマスクとして使用したドライエッチングを行うことによって、ハードマスクを開口する。
　さらに、垂直ゲート部１４Ａを形成する部分の半導体層１１を掘削して、垂直ゲート部１４Ａ形成用の孔を形成する。このとき、半導体層１１の深さ位置が深くなるにつれて、孔径が小さくなるように孔を形成する。
　その後、図２８に示すように、フォトレジスト３３を剥離し、垂直ゲート部１４Ａ形成用の孔の内周側面にシリコン酸化膜を成膜することによってゲート絶縁膜１５を形成する。続いて、図２９に示すように、内周側面にゲート絶縁膜１５が形成された孔にポリシリコン３４を埋め込み、さらに、ハードマスク上にもポリシリコン３４の層を形成することによって、垂直ゲート部１４Ａを形成する。
　その後、図３０に示すように、ＴＧ１４として不要な部分のポリシリコン３４を除去する。最後に、ＴＧ１４におけるハードマスクから上方に突出している部分の側面に、例えば、シリコン窒化膜によってサイドウォール１４Ｃを形成し、表面に酸化膜を成膜することによって、図２４に示す光検出装置２が完成する。
＜２－３．第２実施例に係る光検出装置の製造工程＞
　なお、ゲート絶縁膜１５は、垂直ゲート部１４ＡとＦＤ１３との距離が十分離れていれば、半導体層１１の深さ位置によらず一定の膜厚であってもよい。次に、半導体層１１の深さ位置によらず膜厚が一定のゲート絶縁膜を備える第２実施例の光検出装置２Ａの製造工程について説明する。
　図３１～図３６は、第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置２Ａの製造工程の説明図である。第２実施形態の第２実施例に係る光検出装置２Ａを製造する場合には、図３１に示すように、例えば、シリコン基板にボロンなどのＰ型の不純物をドープして半導体層１１を形成する。続いて、半導体層１１を画素分離領域１０（例えば、図２３参照）によって画素毎に区画する。
　その後、画素毎に区画された各半導体層に、例えば、リンなどのＮ型の不純物をイオン注入し、熱処理を施すことによって、半導体層１１の内部にＰＤ１２を形成する。続いて、半導体層１１の表面に、例えば、シリコン酸化膜などの絶縁膜３２および絶縁膜３１を順次積層してハードマスクを形成する。
　続いて、ハードマスクをパターニングすることにより、後にＦＤ１３を形成する箇所と、後に垂直ゲート部１４Ａを形成する箇所に対応する箇所の絶縁膜３１を除去して絶縁膜３２の表面を露出させる。
　このとき、後に垂直ゲート部１４Ａを形成する箇所から後にＦＤ１３を形成する箇所までの距離が、例えば、１００ｎｍ～２００ｎｍとなるように絶縁膜３１をパターニングする。
　その後、ハードマスクを熱酸化させた後、表面が露出している絶縁膜３２の箇所から、半導体層１１の内部に、例えば、リン等のＮ型の不純物をイオン注入することによって、半導体層１１の内部にＦＤ１３を形成する。
　続いて、図３２に示すように、ハードマスク上にフォトレジスト３３を成膜し、図３３に示すように、ＴＧ１４を形成する箇所に対応する部分のフォトレジスト３３を除去する。そして、図３４に示すように、フォトレジスト３３をマスクとして使用したドライエッチングを行うことによって、垂直ゲート部１４Ａを形成する部分の半導体層１１を掘削して、垂直ゲート部１４Ａ形成用の孔を形成する。このとき、半導体層１１の深さによらず、孔径が一定になるように孔を形成する。
　その後、図３５に示すように、フォトレジスト３３を剥離し、垂直ゲート部１４Ａ形成用の孔の内周側面にシリコン酸化膜を成膜することによって、半導体層１１の深さによらず膜厚が均一なゲート絶縁膜１５Ａを形成する。そして、内周側面にゲート絶縁膜１５Ａが形成された孔にポリシリコン３４を埋め込み、さらに、ハードマスク上にもポリシリコン３４の層を形成することによって、垂直ゲート部１４Ａを形成する。
　その後、図３６に示すように、ＴＧ１４として不要な部分のポリシリコン３４を除去する。最後に、ＴＧ１４におけるハードマスクから上方に突出している部分の側面に、例えば、シリコン窒化膜によってサイドウォール１４Ｃを形成し、表面に酸化膜を成膜することによって、光検出装置２Ａが完成する。
＜２－４．第１実施例に係る光検出装置の他の断面＞
　図３７および図３８は、図２３のＢ－Ｂ線による断面説明図である。図２３および図３７に示すように、第１実施例の光検出装置２は、半導体層１１の表面から内部へ深さ方向に延伸する１本の垂直ゲート部１４Ａを備える。ただし、かかるＴＧ１４構成は一例であり、種々の変形が可能である。
　例えば、図３８に示す光検出装置２のように、半導体層１１の表面から内部へ深さ方向に延伸する２本の垂直ゲート部１４Ａを含むＴＧ１４を備える構成であってもよい。光検出装置２によれば、２本の垂直ゲート部１４Ａに所定の電圧が印加されることによって、２本の垂直ゲート部１４Ａによって挟まれる半導体層１１の領域に、転送効率が高い信号電荷の転送経路を形成することが可能になる。かかる光検出装置２もＦＤ１３とＴＧ１４との間に、ＦＤ１３上に設けられる絶縁膜よりも膜厚が厚い絶縁膜（ハードマスク）を備えるので、ＦＤ１３とＴＧ１４との間の電解を緩和できる。
＜２－５．第３実施例に係る光検出装置＞
　図３９は、第２実施形態の第３実施例に係る光検出装置２Ｃの平面説明図である。図４０は、図３９のＢ－Ｂ線による断面説明図である。図４１は、図３９のＣ－Ｃ線による断面説明図である。
　図３９～図４１に示すように、光検出装置２ＣのＴＧ１４は、半導体層１１における一方の表面側の外部に設けられ、半導体層の表面方向と平行な平面上においてＦＤ１３をＣ字状に挟み込む水平ゲート部と、水平ゲート部におけるＦＤ１３をＣ字状に挟み込む部分のそれぞれから半導体層１１の内部に向けて延伸する垂直ゲート部１４Ａとを含む。
　第３実施例の垂直ゲート部１４Ａは、平面視においてＰＤ１２の中心とＦＤ１３の中心とを結ぶ直線に沿って、平面視においてＰＤ１２の中心とＦＤ１３の中心とを結ぶ直線の両側に配置される。これにより、光検出装置２Ｃは、一対の垂直ゲート部１４Ａに所定の電圧が印加されることによって、一対の垂直ゲート部１４Ａによって挟まれる半導体層１１の領域に、転送効率がさらに高い信号電荷の転送経路を形成することが可能になる。
＜２－６．第４実施例に係る光検出装置＞
　図４２は、第２実施形態の第４実施例に係る光検出装置２Ｄの平面説明図である。図４２に示すように、光検出装置２Ｄは、半導体層１１が画素分離領域１０（第１の画素分離領域）によって単位画素（１画素）毎に分割される。さらに、光検出装置２Ｄは、単位画素に対応する各半導体層１１が画素分離領域１０Ａ（第２の画素分離領域）によって一対の位相差画素に分割される。
　かかる光検出装置２Ｄは、例えば、一対の位相差画素の一方に入射する光の位相と、他方に入射する位相との差を利用して、オートフォーカス制御を行う撮像装置に適用される。光検出装置２Ｃが備える一対の各位相差画素には、第２実施形態の第１～第２実施例に係る光検出装置２，２Ａ，２Ｂのいずれかが備えるＦＤ１３、ＴＧ１４、および、絶縁膜３１が設けられる。
　これにより、例えば、各位相差画素は、第２実施形態の第１～第２実施例に係る光検出装置１，１Ａ，１Ｂと同様に、信号電荷の転送効率の劣化を抑制しつつ、撮像画像に白点が発生することを抑制できる。
＜３．ＣＭＯＳ固体撮像装置への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、ＣＭＯＳ固体撮像装置に適用されてもよい。
　図４３に、ＣＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の光検出装置１０１は、図４３に示すように、半導体基板１１１例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素１０２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）１０３と、周辺回路部とを有して構成される。各画素１０２としては、前述したいずれかの構成の光検出装置（例えば、光検出装置１等）が適用される。画素１０２は、光電変換素子となる例えばＰＤと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素１０２は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のＰＤと、複数の転送トランジスタと、共有する１つのＦＤと、共有する１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。
　周辺回路部は、垂直駆動回路１０４と、カラム信号処理回路１０５と、水平駆動回路１０６と、出力回路１０７と、制御回路１０８などを有して構成される。
　制御回路１０８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路１０８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路１０４、カラム信号処理回路１０５及び水平駆動回路１０６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路１０４、カラム信号処理回路１０５及び水平駆動回路１０６等に入力する。
　垂直駆動回路１０４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路１０４は、画素部１０３の各画素１０２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線１０９を通して各画素１０２の光電変換素子となる例えばＰＤにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路１０５に供給する。
　カラム信号処理回路１０５は、画素１０２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素１０２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路１０５は、画素１０２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路１０５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１１０との間に接続されて設けられる。
　水平駆動回路１０６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路１０５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路１０５の各々から画素信号を水平信号線１１０に出力させる。
　出力回路１０７は、カラム信号処理回路１０５の各々から水平信号線１１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１１２は、外部と信号のやりとりをする。
＜４．撮像素子への応用例＞
　本開示に係る技術は、撮像素子に適用されてもよい。図４４は、本開示に係る撮像素子２０１の概略構成の一例を表したものである。撮像素子２０１は、３つの基板（第１基板２１０、第２基板２２０、第３基板２３０）を備えている。撮像素子２０１は、３つの基板（第１基板２１０、第２基板２２０、第３基板２３０）を貼り合わせて構成された３次元構造となっている。第１基板２１０、第２基板２２０および第３基板２３０は、この順に積層されている。
　第１基板２１０は、半導体基板２１１に、光電変換を行う複数のセンサ画素２１２を有している。センサ画素２１２としては、例えば、前述したいずれかの構成の光検出装置（例えば、光検出装置１等）が適用される。複数のセンサ画素２１２は、第１基板２１０における画素領域２１３内に行列状に設けられている。第２基板２２０は、半導体基板２２１に、センサ画素２１２から出力された電荷に基づく画素信号を出力する読み出し回路２２２を４つのセンサ画素２１２ごとに１つずつ有している。第２基板２２０は、行方向に延在する複数の画素駆動線２２３と、列方向に延在する複数の垂直信号線２２４とを有している。第３基板２３０は、半導体基板２３１に、画素信号を処理するロジック回路２３２を有している。ロジック回路２３２は、例えば、垂直駆動回路２３３、カラム信号処理回路２３４、水平駆動回路２３５およびシステム制御回路２３６を有している。ロジック回路２３２（具体的には水平駆動回路２３５）は、センサ画素２１２ごとの出力電圧Ｖｏｕｔを外部に出力する。ロジック回路２３２では、例えば、ソース電極およびドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、ＣｏＳｉ２やＮｉＳｉなどのサリサイド　(Self　Aligned　Silicide)プロセスを用いて形成されたシリサイドからなる低抵抗領域が形成されていてもよい。
　垂直駆動回路２３３は、例えば、複数のセンサ画素２１２を行単位で順に選択する。カラム信号処理回路２３４は、例えば、垂直駆動回路２３３によって選択された行の各センサ画素２１２から出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated　Double　Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路２３４は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各センサ画素２１２の受光量に応じた画素データを保持する。水平駆動回路２３５は、例えば、カラム信号処理回路２３４に保持されている画素データを順次、外部に出力する。システム制御回路２３６は、例えば、ロジック回路２３２内の各ブロック（垂直駆動回路２３３、カラム信号処理回路２３４および水平駆動回路２３５）の駆動を制御する。
　図４５は、センサ画素２１２および読み出し回路２２２の一例を表したものである。以下では、図４５に示したように、４つのセンサ画素２１２が１つの読み出し回路２２２を共有している場合について説明する。ここで、「共有」とは、４つのセンサ画素２１２の出力が共通の読み出し回路２２２に入力されることを指している。
　各センサ画素２１２は、互いに共通の構成要素を有している。図４５には、各センサ画素２１２の構成要素を互いに区別するために、各センサ画素２１２の構成要素の符号の末尾に識別番号（１，２，３，４）が付与されている。以下では、各センサ画素２１２の構成要素を互いに区別する必要のある場合には、各センサ画素２１２の構成要素の符号の末尾に識別番号を付与するが、各センサ画素２１２の構成要素を互いに区別する必要のない場合には、各センサ画素２１２の構成要素の符号の末尾の識別番号を省略するものとする。
　各センサ画素２１２は、例えば、フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤと電気的に接続された転送トランジスタＴＲと、転送トランジスタＴＲを介してフォトダイオードＰＤから出力された電荷を一時的に保持するフローティングディフュージョンＦＤとを有している。フォトダイオードＰＤは、本開示の「光電変換素子」の一具体例に相当する。フォトダイオードＰＤは、光電変換を行って受光量に応じた電荷を発生する。フォトダイオードＰＤのカソードが転送トランジスタＴＲのソースに電気的に接続されており、フォトダイオードＰＤのアノードが基準電位線（例えばグラウンド）に電気的に接続されている。転送トランジスタＴＲのドレインがフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続され、転送トランジスタＴＲのゲートは画素駆動線２２３に電気的に接続されている。転送トランジスタＴＲは、例えば、ＣＭＯＳトランジスタである。
　１つの読み出し回路２２２を共有する各センサ画素２１２のフローティングディフュージョンＦＤは、互いに電気的に接続されるとともに、共通の読み出し回路２２２の入力端に電気的に接続されている。読み出し回路２２２は、例えば、リセットトランジスタＲＳＴと、選択トランジスタＳＥＬと、増幅トランジスタＡＭＰとを有している。なお、選択トランジスタＳＥＬは、必要に応じて省略してもよい。リセットトランジスタＲＳＴのソース（読み出し回路２２２の入力端）がフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰのドレインに電気的に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは画素駆動線２２３（図４４参照）に電気的に接続されている。増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに電気的に接続されており、増幅トランジスタＡＭＰのゲートがリセットトランジスタＲＳＴのソースに電気的に接続されている。選択トランジスタＳＥＬのソース（読み出し回路２２２の出力端）が垂直信号線２２４に電気的に接続されており、選択トランジスタＳＥＬのゲートが画素駆動線２２３（図４４参照）に電気的に接続されている。
　転送トランジスタＴＲは、転送トランジスタＴＲがオン状態となると、フォトダイオードＰＤの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤの電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬは、読み出し回路２２２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰは、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰは、ソースフォロア型のアンプを構成しており、フォトダイオードＰＤで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力するものである。増幅トランジスタＡＭＰは、選択トランジスタＳＥＬがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、垂直信号線２２４を介してカラム信号処理回路２３４に出力する。リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬは、例えば、ＣＭＯＳトランジスタである。
＜５．電子機器への応用例＞
　また、上述したような光検出装置は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図４６は、電子機器の構成例を示すブロック図である。
　図４６に示すように、撮像装置３０１は、光学系３０２、光検出装置３０３、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）３０４を備えており、バス３０７を介して、ＤＳＰ３０４、表示装置３０５、操作系３０６、メモリ３０８、記録装置３０９、および電源系３１０が接続されて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系３０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光検出装置３０３に導き、光検出装置３０３の受光面（センサ部）に結像させる。
　光検出装置３０３としては、上述したいずれかの構成例の光検出装置（例えば、光検出装置１等）が適用される。光検出装置３０３には、光学系３０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、光検出装置３０３に蓄積された電子に応じた信号がＤＳＰ３０４に供給される。
　ＤＳＰ３０４は、光検出装置３０３からの信号に対して各種の信号処理を施して画像を取得し、その画像のデータを、メモリ３０８に一時的に記憶させる。メモリ３０８に記憶された画像のデータは、記録装置３０９に記録されたり、表示装置３０５に供給されて画像が表示されたりする。また、操作系３０６は、ユーザによる各種の操作を受け付けて撮像装置３０１の各ブロックに操作信号を供給し、電源系３１０は、撮像装置３０１の各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。
＜６．内視鏡手術システムへの応用例＞
　本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。図４７は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図４７では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図４８は、図４７に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ　Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２等に適用され得る。例えば、図１の光検出装置１等は、撮像部１０４０２に適用することができる。撮像部１０４０２に本開示に係る技術を適用することにより、光の誤検出を抑制するより、術部画像における白点の発生抑制できるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜７．移動体への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図４９は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図４９に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図４９の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図５０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図５０では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図５０には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、例えば、図１の光検出装置１等は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、例えば、白点の発生が抑制されたより見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　内部にフォトダイオードが設けられる半導体層と、
　前記半導体層における一方の表面側の内部に設けられるフローティングディフュージョンと、
　前記一方の表面側から前記半導体層の内部に向けて延伸する垂直ゲート部、および、前記半導体層における前記一方の表面側の外部に設けられ、前記半導体層の表面方向と平行な方向に延伸して前記垂直ゲート部に接続される水平ゲート部を含む転送ゲートと、
　前記水平ゲート部および前記半導体層の間に設けられ、前記垂直ゲート部を被覆するゲート絶縁膜よりも膜厚が厚い絶縁膜、または、エアギャップと
　を備える光検出装置。
（２）
　前記水平ゲート部に接続される複数の前記垂直ゲート部
　を備え、
　前記膜厚が厚い絶縁膜、または、エアギャップは、
　隣り合う前記垂直ゲート部の間における前記半導体層の表面に設けられる
　前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
　前記水平ゲート部は、
　１本のメタルコンタクトによって外部の配線と接続される
　前記（２）に記載の光検出装置。
（４）
　前記半導体層は、
　画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜、または、エアギャップは、
　前記単位画素毎に設けられる
　前記（１）から（３）のいずれか一つに記載の光検出装置。
（５）
　前記半導体層は、
　第１の画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
　前記単位画素に対応する各半導体層は、
　第２の画素分離領域によって一対の位相差画素に分割され、
　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜、または、エアギャップは、
　前記位相差画素毎に設けられる
　前記（１）から（３）のいずれか一つに記載の光検出装置。
（６）
　内部にフォトダイオードが設けられる半導体層と、
　前記半導体層における一方の表面側の内部に設けられるフローティングディフュージョンと、
　前記一方の表面側から前記半導体層の内部に向けて延伸する転送ゲートと、
　前記フローティングディフュージョンおよび前記転送ゲートの間における前記半導体層の表面に設けられ、前記フローティングディフュージョンの表面に形成される絶縁膜よりも膜厚が厚い絶縁膜と
　を備える光検出装置。
（７）
　前記転送ゲートを被覆し、前記半導体層における深さ位置が浅くなるほど膜厚が厚くなるゲート絶縁膜を備える
　前記（６）に記載の光検出装置。
（８）
　前記厚い絶縁膜によって、前記フローティングディフュージョンから前記転送ゲートまでの距離が規定される
　前記（６）または（７）に記載の光検出装置。
（９）
　前記半導体層は、
　画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜は、
　前記単位画素毎に設けられる
　前記（６）から（８）のいずれか一つに記載の光検出装置。
（１０）
　前記半導体層は、
　第１の画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
　前記単位画素に対応する各半導体層は、
　第２の画素分離領域によって一対の位相差画素に分割され、
　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜は、
　前記位相差画素毎に設けられる
　前記（６）から（８）のいずれか一つに記載の光検出装置。
（１１）
　前記転送ゲートは、
　前記半導体層における前記一方の表面側の外部に設けられ、前記半導体層の表面方向と平行な平面上において前記フローティングディフュージョンをＣ字状に挟み込む水平ゲート部と、
　前記水平ゲート部における前記フローティングディフュージョンをＣ字状に挟み込む部分のそれぞれから前記半導体層の内部に向けて延伸する垂直ゲート部とを含む
　前記（６）から（９）のいずれか一つに記載の光検出装置。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，１０１　光検出装置
　１０，１０Ａ　画素分離領域
　１１　半導体層
　１２　ＰＤ
　１２Ａ　転送経路
　１３　ＦＤ
　１４　ＴＧ
　１４Ａ　垂直ゲート部
　１４Ｂ　水平ゲート部
　１４Ｃ，１６　サイドウォール
　１５，１５Ａ　ゲート絶縁膜
　２１，３１　絶縁膜
　２１Ａ　エアギャップ
　３０　Ｗｅｌｌ

Claims (11)

  1. 　内部にフォトダイオードが設けられる半導体層と、
    　前記半導体層における一方の表面側の内部に設けられるフローティングディフュージョンと、
    　前記一方の表面側から前記半導体層の内部に向けて延伸する垂直ゲート部、および、前記半導体層における前記一方の表面側の外部に設けられ、前記半導体層の表面方向と平行な方向に延伸して前記垂直ゲート部に接続される水平ゲート部を含む転送ゲートと、
    　前記水平ゲート部および前記半導体層の間に設けられ、前記垂直ゲート部を被覆するゲート絶縁膜よりも膜厚が厚い絶縁膜、または、エアギャップと
    　を備える光検出装置。
  2. 　前記水平ゲート部に接続される複数の前記垂直ゲート部
    　を備え、
    　前記膜厚が厚い絶縁膜、または、エアギャップは、
    　隣り合う前記垂直ゲート部の間における前記半導体層の表面に設けられる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記水平ゲート部は、
    　１本のメタルコンタクトによって外部の配線と接続される
    　請求項２に記載の光検出装置。
  4. 　前記半導体層は、
    　画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
    　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜、または、エアギャップは、
    　前記単位画素毎に設けられる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  5. 　前記半導体層は、
    　第１の画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
    　前記単位画素に対応する各半導体層は、
    　第２の画素分離領域によって一対の位相差画素に分割され、
    　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜、または、エアギャップは、
    　前記位相差画素毎に設けられる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  6. 　内部にフォトダイオードが設けられる半導体層と、
    　前記半導体層における一方の表面側の内部に設けられるフローティングディフュージョンと、
    　前記一方の表面側から前記半導体層の内部に向けて延伸する転送ゲートと、
    　前記フローティングディフュージョンおよび前記転送ゲートの間における前記半導体層の表面に設けられ、前記フローティングディフュージョンの表面に形成される絶縁膜よりも膜厚が厚い絶縁膜と
    　を備える光検出装置。
  7. 　前記転送ゲートを被覆し、前記半導体層における深さ位置が浅くなるほど膜厚が厚くなるゲート絶縁膜を備える
    　請求項６に記載の光検出装置。
  8. 　前記厚い絶縁膜によって、前記フローティングディフュージョンから前記転送ゲートまでの距離が規定される
    　請求項６に記載の光検出装置。
  9. 　前記半導体層は、
    　画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
    　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜は、
    　前記単位画素毎に設けられる
    　請求項６に記載の光検出装置。
  10. 　前記半導体層は、
    　第１の画素分離領域によって単位画素毎に分割され、
    　前記単位画素に対応する各半導体層は、
    　第２の画素分離領域によって一対の位相差画素に分割され、
    　前記フローティングディフュージョン、前記転送ゲート、および、前記厚い絶縁膜は、
    　前記位相差画素毎に設けられる
    　請求項６に記載の光検出装置。
  11. 　前記転送ゲートは、
    　前記半導体層における前記一方の表面側の外部に設けられ、前記半導体層の表面方向と平行な平面上において前記フローティングディフュージョンをＣ字状に挟み込む水平ゲート部と、
    　前記水平ゲート部における前記フローティングディフュージョンをＣ字状に挟み込む部分のそれぞれから前記半導体層の内部に向けて延伸する垂直ゲート部とを含む
    　請求項６に記載の光検出装置。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018221443A1 (ja) * 2017-05-29 2018-12-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
US20210183937A1 (en) * 2019-12-11 2021-06-17 Omnivision Technologies, Inc. Pixel, associated image sensor, and method
JP2021101491A (ja) * 2021-03-31 2021-07-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2022044797A1 (ja) * 2020-08-24 2022-03-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置、撮像装置及び電子機器
WO2022124131A1 (ja) * 2020-12-11 2022-06-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、受光装置及び電子機器
US20230144105A1 (en) * 2021-11-09 2023-05-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor including a buried gate
JP2024072796A (ja) * 2022-11-16 2024-05-28 三星電子株式会社 イメージセンサ及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018221443A1 (ja) * 2017-05-29 2018-12-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
US20210183937A1 (en) * 2019-12-11 2021-06-17 Omnivision Technologies, Inc. Pixel, associated image sensor, and method
WO2022044797A1 (ja) * 2020-08-24 2022-03-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置、撮像装置及び電子機器
WO2022124131A1 (ja) * 2020-12-11 2022-06-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、受光装置及び電子機器
JP2021101491A (ja) * 2021-03-31 2021-07-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
US20230144105A1 (en) * 2021-11-09 2023-05-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor including a buried gate
JP2024072796A (ja) * 2022-11-16 2024-05-28 三星電子株式会社 イメージセンサ及びその製造方法

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