JP2020047616A - 固体撮像装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】電荷保持部への光入射に起因するノイズを低減することの可能な固体撮像装置およびそれを備えた電子機器を提供する。【解決手段】本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、複数の画素を備えている。各画素は、光電変換部と、光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、光電変換部から電荷保持部に電荷を転送する転送トランジスタとを有している。各画素は、受光面と電荷保持部との間の層内であって、かつ互いに異なる層内に配置された複数の遮光部を有している。複数の遮光部は、受光面を介して入射した光の、光電変換部への入射を遮らない位置であって、かつ、受光面から見たときに隙間が生じない位置に設けられている。【選択図】図３

Description

本開示は、固体撮像装置および電子機器に関する。
従来、固体撮像装置において、受光面からの光が、光電変換部に蓄積された電荷が転送される電荷保持部に侵入するのを妨げるために、光電変換部と電荷保持部との間に遮光部を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開ＷＯ２０１６／１３６４８６
ところで、上述の固体撮像装置の分野では、電荷保持部への光入射に起因するノイズを低減することが望まれている。従って、電荷保持部への光入射に起因するノイズを低減することの可能な固体撮像装置およびそれを備えた電子機器を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、受光面と、受光面と対向配置された複数の画素とを備えている。各画素は、受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、光電変換部から電荷保持部に電荷を転送する転送トランジスタとを有している。各画素は、さらに、受光面と電荷保持部との間の層内であって、かつ互いに異なる層内に配置された複数の遮光部を有している。複数の遮光部は、受光面を介して入射した光の、光電変換部への入射を遮らない位置であって、かつ、受光面から見たときに隙間が生じない位置に設けられている。
本開示の一実施の形態に係る電子機器は、入射光に応じた画素信号を出力する固体撮像装置と、画素信号を処理する信号処理回路とを備えている。電子機器に設けられた固体撮像装置は、上記の固体撮像装置と同一の構成を有している。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器では、受光面を介して入射した光の、電荷保持部への入射を遮る複数の遮光部が設けられている。これにより、例えば、垂直ゲート電極のような、遮光を妨げる構造が設けられている場合であっても、複数の遮光部の配置を適切に調整することで、受光面を介して入射した光の、電荷保持部への入射を遮ることが可能となる。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器によれば、受光面を介して入射した光の、電荷保持部への入射を遮る複数の遮光部を設けるようにしたので、電荷保持部への光入射に起因するノイズを低減することができる。なお、本技術の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を表す図である。 図１のセンサ画素の回路構成の一例を表す図である。 図１のセンサ画素の断面構成の一例を表す図である。 図１のセンサ画素の概略構成の一例を斜視的に表す図である。 図４のＳｅｃ１における平面構成の一例を表す図である。 図４のＳｅｃ２における平面構成の一例を表す図である。 図４のＳｅｃ３における平面構成の一例を表す図である。 図１の固体撮像装置の製造方法の一例を表す図である。 図８に続く製造過程を説明するための図である。 図９に続く製造過程を説明するための図である。 図１０に続く製造過程を説明するための図である。 図１１に続く製造過程を説明するための図である。 図１２に続く製造過程を説明するための図である。 図１３に続く製造過程を説明するための図である。 図１４に続く製造過程を説明するための図である。 図１５に続く製造過程を説明するための図である。 図１５に続く製造過程を説明するための図である。 図１６に続く製造過程を説明するための図である。 図１８に続く製造過程を説明するための図である。 図１９に続く製造過程を説明するための図である。 図２０に続く製造過程を説明するための図である。 図２１に続く製造過程を説明するための図である。 図２２に続く製造過程を説明するための図である。 比較例に係る固体撮像装置のセンサ画素の断面構成の一例を表す図である。 図４の画センサ素の概略構成の一変形例を斜視的に表す図である。 図４のセンサ画素の概略構成の一変形例を斜視的に表す図である。 上記実施の形態およびその変形例に係る撮像装置を備えた撮像システムの概略構成の一例を表す図である。 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、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（固体撮像装置）…図１〜図２４
２．変形例（固体撮像装置）…図２５，図２６
３．適用例（撮像システム）…図２７
４．移動体への応用例…図２８、図２９
＜１．実施の形態＞
[構成]
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１について説明する。固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等からなるグローバルシャッタ方式の裏面照射型のイメージセンサである。固体撮像装置１は、被写体からの光を受光して光電変換し、画像信号を生成することで画像を撮像する。固体撮像装置１は、入射光に応じた画素信号を出力する。
グローバルシャッタ方式とは、基本的には全画素同時に露光を開始し、全画素同時に露光を終了するグローバル露光を行う方式である。ここで、全画素とは、画像に現れる部分の画素の全てということであり、ダミー画素等は除外される。また、時間差や画像の歪みが問題にならない程度に十分小さければ、全画素同時ではなく、複数行（例えば、数十行）単位でグローバル露光を行いながら、グローバル露光を行う領域を移動する方式もグローバルシャッタ方式に含まれる。また、画像に表れる部分の画素の全てでなく、所定領域の画素に対してグローバル露光を行う方式もグローバルシャッタ方式に含まれる。
裏面照射型のイメージセンサとは、被写体からの光が入射する受光面と、各画素を駆動させるトランジスタ等の配線が設けられた配線層との間に、被写体からの光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換部が設けられている構成のイメージセンサである。なお、本開示は、ＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではない。
図１は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１の概略構成の一例を表す。固体撮像装置１は、光電変換を行う複数のセンサ画素１１が行列状に配置された画素アレイ部１０を備えている。センサ画素１１は、本開示の「画素」の一具体例に相当する。図２は、センサ画素１１および読み出し回路１２（後述）の回路構成の一例を表す。図３は、センサ画素１１および読み出し回路１２の断面構成の一例を表す。固体撮像装置１は、例えば、２つの基板（第１基板３０、第２基板４０）を貼り合わせて構成されている。
第１基板３０は、半導体基板３１上に複数のセンサ画素１１を有している。複数のセンサ画素１１は、半導体基板３１の裏面（受光面３１Ａ）と対向する位置に行列状に設けられている。第１基板３０は、さらに、半導体基板３１上に複数の読み出し回路１２を有している。各読み出し回路１２は、センサ画素１１から出力された電荷に基づく画素信号を出力する。複数の読み出し回路１２は、例えば、４つのセンサ画素１１ごとに１つずつ設けられている。このとき、４つのセンサ画素１１は、１つの読み出し回路１２を共有している。ここで、「共有」とは、４つのセンサ画素１１の出力が共通の読み出し回路１２に入力されることを指している。読み出し回路１２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。
第１基板３０は、行方向に延在する複数の画素駆動線と、列方向に延在する複数のデータ出力線ＶＳＬとを有している。画素駆動線は、センサ画素１１に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される配線であり、例えば、行方向に延在している。データ出力線ＶＳＬは、各読み出し回路１２から出力された画素信号をロジック回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向に延在している。
第２基板４０は、半導体基板４１上に、画素信号を処理するロジック回路２０を有している。ロジック回路２０は、例えば、垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２、水平駆動回路２３およびシステム制御回路２４を有している。ロジック回路２０（具体的には水平駆動回路２３）は、センサ画素１１ごとの出力電圧を外部に出力する。
垂直駆動回路２１は、例えば、複数のセンサ画素１１を所定の単位画素行ごとに順に選択する。「所定の単位画素行」とは、同一アドレスで画素選択可能な画素行を指している。例えば、複数のセンサ画素１１が１つの読み出し回路１２を共有する場合、読み出し回路１２を共有する複数のセンサ画素１１のレイアウトが２画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、２画素行を指している。同様に、読み出し回路１２を共有する複数のセンサ画素１１のレイアウトが４画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、４画素行を指している。
カラム信号処理回路２２は、例えば、垂直駆動回路２１によって選択された行の各センサ画素１１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２２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１１の受光量に応じた画素データを保持する。カラム信号処理回路２２は、例えば、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部２２Ａを有している。カラム信号処理部２２Ａは、例えば、シングルスロープＡ／Ｄ変換器を含んでいる。シングルスロープＡ／Ｄ変換器は、例えば、比較器およびカウンタ回路を含んで構成されている。水平駆動回路２３は、例えば、カラム信号処理回路２２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２４は、例えば、ロジック回路２０内の各ブロック（垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２および水平駆動回路２３）の駆動を制御する。
各センサ画素１１は、互いに共通の構成要素を有している。各センサ画素１１は、例えば、フォトダイオードＰＤと、第１転送トランジスタＴＲＸと、第２転送トランジスタＴＲＭと、電荷保持部ＭＥＭと、第３転送トランジスタＴＲＧと、フローティングディフュージョンＦＤと、排出トランジスタＯＦＧとを有している。第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、第３転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧは、例えば、ＮＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。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。第１転送トランジスタＴＲＸは、本開示の「転送トランジスタ」の一具体例に相当する。
フォトダイオードＰＤは、受光面３１Ａを介して入射した光Ｌを光電変換する。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は、例えば、半導体基板３１内に設けられたＮ型半導体領域３２ＡおよびＰ型半導体領域３２Ｂによって構成されたＰＮ接合の光電変換素子である。フォトダイオードＰＤのカソードが第１転送トランジスタＴＲＸ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ＧＮＤ）に電気的に接続されている。
第１転送トランジスタＴＲＸは、フォトダイオードＰＤと第２転送トランジスタＴＲＭとの間に接続されており、ゲート電極（垂直ゲート電極ＶＧ）に印加される制御信号に応じて、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷を第２転送トランジスタＴＲＭに転送する。第１転送トランジスタＴＲＸは、フォトダイオードＰＤから電荷保持部ＭＥＭに電荷を転送する。第１転送トランジスタＴＲＸは、垂直ゲート電極ＶＧを有している。第１転送トランジスタＴＲＸのドレインが第２転送トランジスタＴＲＭのソースに電気的に接続されており、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートは画素駆動線に接続されている。
第２転送トランジスタＴＲＭは、第１転送トランジスタＴＲＸと第３転送トランジスタＴＲＧとの間に接続されており、ゲート電極に印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを制御する。例えば、第２転送トランジスタＴＲＭがオンしたとき、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルが深くなり、第２転送トランジスタＴＲＭがオフしたとき、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルが浅くなる。そして、例えば、第１転送トランジスタＴＲＸおよび第２転送トランジスタＴＲＭがオンすると、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷が、第１転送トランジスタＴＲＸおよび第２転送トランジスタＴＲＭを介して、電荷保持部ＭＥＭに転送される。第２転送トランジスタＴＲＭのドレインが第３転送トランジスタＴＲＧのソースに電気的に接続されており、第２転送トランジスタＴＲＭのゲートは画素駆動線に接続されている。
電荷保持部ＭＥＭは、グローバルシャッタ機能を実現するために、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を一時的に保持する領域である。電荷保持部ＭＥＭは、フォトダイオードＰＤから転送された電荷を保持する。
第３転送トランジスタＴＲＧは、第２転送トランジスタＴＲＭとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続されており、ゲート電極に印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。例えば、第２転送トランジスタＴＲＭがオフし、第３転送トランジスタＴＲＧがオンすると、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷が、第２転送トランジスタＴＲＭおよび第３転送トランジスタＴＲＧを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。第３転送トランジスタＴＲＧ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ており、第３転送トランジスタＴＲＧのゲートは画素駆動線に接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤは、第３転送トランジスタＴＲＧ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浮遊拡散領域である。フローティングディフュージョンＦＤには、例えば、リセットトランジスタＲＳＴが接続されるとともに、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬが接続されている。
排出トランジスタＯＦＧでは、ドレインが電源線ＶＤＤに接続され、ソースが第１転送トランジスタＴＲＸと第２転送トランジスタＴＲＭの間に接続されている。排出トランジスタＯＦＧは、ゲート電極に印加される制御信号に応じて、フォトダイオードＰＤを初期化（リセット）する。例えば、第１転送トランジスタＴＲＸおよび排出トランジスタＯＦＧがオンすると、フォトダイオードＰＤの電位が電源線ＶＤＤの電位レベルにリセットされる。すなわち、フォトダイオードＰＤの初期化が行われる。また、排出トランジスタＯＦＧは、例えば、第１転送トランジスタＴＲＸと電源線ＶＤＤの間にオーバーフローパスを形成し、フォトダイオードＰＤから溢れた電荷を電源線ＶＤＤに排出する。
リセットトランジスタＲＳＴでは、ドレインが電源線ＶＤＤに接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。リセットトランジスタＲＳＴは、ゲート電極に印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭからフローティングディフュージョンＦＤまでの各領域を初期化（リセット）する。例えば、第３転送トランジスタＴＲＧおよびリセットトランジスタＲＳＴがオンすると、電荷保持部ＭＥＭおよびフローティングディフュージョンＦＤの電位が電源線ＶＤＤの電位レベルにリセットされる。すなわち、電荷保持部ＭＥＭおよびフローティングディフュージョンＦＤの初期化が行われる。
増幅トランジスタＡＭＰは、ゲート電極がフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ドレインが電源線ＶＤＤに接続されており、フォトダイオードＰＤでの光電変換によって得られる電荷を読み出すソースフォロワ回路の入力部となる。すなわち、増幅トランジスタＡＭＰは、ソースが選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに接続されることにより、垂直信号線ＶＳＬの一端に接続される定電流源とソースフォロワ回路を構成する。
選択トランジスタＳＥＬは、増幅トランジスタＡＭＰのソースと垂直信号線ＶＳＬとの間に接続されており、選択トランジスタＳＥＬのゲート電極には、選択信号として制御信号が供給される。選択トランジスタＳＥＬは、制御信号がオンすると導通状態となり、選択トランジスタＳＥＬに連結されたセンサ画素１１が選択状態となる。センサ画素１１が選択状態になると、増幅トランジスタＡＭＰから出力される画素信号が垂直信号線ＶＳＬを介してカラム信号処理回路２２に読み出される。
次に、センサ画素１１の構成について詳細に説明する。図４は、センサ画素１１の概略構成の一例を斜視的に表したものである。図５は、図４のＳｅｃ１における平面構成の一例を表したものである。図６は、図４のＳｅｃ２における平面構成の一例を表したものである。図７は、図４のＳｅｃ３における平面構成の一例を表したものである。なお、図５では、図４のＳｅｃ１における平面構成に、読み出し回路１２に含まれる各種トランジスタ（リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰ、選択トランジスタＳＥＬ）のレイアウトや、後述の金属埋め込み部３４Ａ，３６Ａのレイアウトが重ね合わされている。さらに、図５では、読み出し回路１２を共有する４つのフローティングディフュージョンＦＤが共通の引出電極１３に電気的に接続されている場合が例示されている。また、図６では、図４のＳｅｃ２における平面構成に、後述の金属埋め込み部３４Ａ，３６Ｂのレイアウトが重ね合わされている。
第１基板３０は、半導体基板３１上に半導体層３３および絶縁層３２をこの順に積層して構成されている。つまり、絶縁層３２は、半導体層３３の上面に接して形成されている。半導体層３３の上面には、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧが形成されている。半導体層３３の上面近傍には、電荷保持部ＭＥＭが形成されている。従って、半導体層３３の上面は、第１転送トランジスタＴＲＸなどの形成面３１Ｂとなっている。なお、半導体基板３１および半導体層３３からなる積層体を半導体基板とみなすことも可能である。この場合、半導体基板３１および半導体層３３からなる積層体（半導体基板）の上面が形成面３１Ｂとなっており、半導体基板３１および半導体層３３からなる積層体（半導体基板）の裏面が受光面３１Ａとなっている。このとき、各センサ画素１１は、半導体基板３１および半導体層３３からなる積層体（半導体基板）に形成されている。
絶縁層３２内には、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、第３転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧのゲート電極や、これらのゲート電極に接続された配線などが設けられている。第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、第３転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧのゲート電極や、これらのゲート電極に接続された配線は、例えば、金属材料によって形成されている。なお、第１転送トランジスタＴＲＸのゲート電極（垂直ゲート電極ＶＧ）は、ポリシリコンによって形成されていてもよい。
半導体基板３１，４１は、例えば、シリコン基板で構成されている。半導体層３３は、例えば、エピタキシャル結晶成長によって形成されたシリコン層によって構成されている。半導体基板３１は、上面の一部およびその近傍に、Ｐ型半導体領域３２Ｂを有しており、Ｐ型半導体領域３２Ｂよりも深い領域に、Ｐ型半導体領域３２Ｂとは異なる導電型のＮ型半導体領域３２Ａを有している。Ｐ型半導体領域３２Ｂは、半導体基板３１の、受光面３１Ａとは反対の面側に設けられている。Ｐ型半導体領域３２Ｂの導電型は、Ｐ型となっている。Ｎ型半導体領域３２Ａの導電型は、Ｐ型半導体領域３２Ｂとは異なる導電型となっており、Ｎ型となっている。半導体基板３１は、Ｐ型半導体領域３２Ｂ内に、例えば、Ｐ型半導体領域３２Ｂとは異なる導電型のフローティングディフュージョンＦＤおよび電荷保持部ＭＥＭを有している。第１転送トランジスタＴＲＸのゲート電極（垂直ゲート電極ＶＧ）は、半導体層３３の上面（形成面３１Ｂ）から、半導体基板３１の厚さ方向（法線方向）に延在して形成されている。第１転送トランジスタＴＲＸのゲート電極（垂直ゲート電極ＶＧ）は、形成面３１Ｂから、Ｎ型半導体領域３２Ａに達する深さまで延在している。第１転送トランジスタＴＲＸのゲート電極（垂直ゲート電極ＶＧ）は、例えば、半導体基板３１の厚さ方向（法線方向）に延在する棒状の形状となっている。
第１基板３０は、例えば、さらに、半導体基板３１の裏面（受光面３１Ａ）に接する固定電荷膜３６を有している。固定電荷膜３６は、半導体基板３１の受光面３１Ａ側の界面準位に起因する暗電流の発生を抑制するため、負の固定電荷を有している。固定電荷膜３６は、例えば、負の固定電荷を有する絶縁膜によって形成されている。そのような絶縁膜の材料としては、例えば、酸化ハフニウム、酸化ジルコン、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化タンタルが挙げられる。固定電荷膜３６が誘起する電界により、半導体基板３１の受光面３１Ａ側の界面にホール蓄積層が形成される。このホール蓄積層によって、界面からの電子の発生が抑制される。第１基板３０は、例えば、さらに、カラーフィルタ３７を有している。カラーフィルタ３７は、半導体基板３１の受光面３１Ａ側に設けられている。カラーフィルタ３７は、例えば、固定電荷膜３６に接して設けられており、固定電荷膜３６を介してセンサ画素１１と対向する位置に設けられている。
各センサ画素１１は、半導体基板３１の裏面（受光面３１Ａ）側に受光レンズ５０を有している。つまり、固体撮像装置１は、センサ画素１１ごとに１つずつ設けられた複数の受光レンズ５０を備えている。複数の受光レンズ５０は、フォトダイオードＰＤごとに１つずつ設けられており、フォトダイオードＰＤと対向する位置に配置されている。つまり、固体撮像装置１は、裏面照射型の撮像装置である。受光レンズ５０は、例えば、カラーフィルタ３７に接して設けられており、カラーフィルタ３７および固定電荷膜３６を介してセンサ画素１１と対向する位置に設けられている。
第１基板３０は、互いに隣接する２つのセンサ画素１１を電気的、光学的に分離する素子分離部５１，５２，５４，５５を有している。素子分離部５１，５２，５４，５５は、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に延在して形成されている。素子分離部５１，５２は、半導体基板３１および半導体層３３内において、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に積層されている。つまり、素子分離部５１，５２は、互いに連結されている。素子分離部５１，５２からなる構造体は、受光面３１Ａから形成面３１Ｂまで延在して形成されている。つまり、素子分離部５１，５２からなる構造体は、半導体基板３１および半導体層３３を貫通している。同様に、素子分離部５４，５５は、半導体基板３１および半導体層３３内において、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に積層されている。つまり、素子分離部５４，５５は、互いに連結されている。素子分離部５４，５５からなる構造体は、受光面３１Ａから形成面３１Ｂまで延在して形成されている。つまり、素子分離部５４，５５からなる構造体は、半導体基板３１および半導体層３３を貫通している。
素子分離部５１，５４は、一体に形成されており、例えば、センサ画素１１（特にフォトダイオードＰＤ）を水平面内方向において取り囲むように形成されている。素子分離部５２，５５は、一体に形成されており、例えば、センサ画素１１（特に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧ）を水平面内方向において取り囲むように形成されている。
素子分離部５１，５４は、例えば、センサ画素１１（特にフォトダイオードＰＤ）を水平面内方向において取り囲むように形成されており、さらに、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に延在して形成されている。素子分離部５１，５４は、ＤＴＩ（Deep Trench Isolation）構造を含んで構成されている。このＤＴＩは、半導体基板３１の裏面（受光面３１Ａ）側から形成されたＢＤＴＩ（Back DTI）構造となっている。このＢＤＴＩ構造は、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に延在して形成されている。このＢＤＴＩ構造は、互いに隣接する２つのフォトダイオードＰＤの間に形成されている。このＢＤＴＩ構造は、半導体基板３１に設けられたトレンチＨ１内に設けられている。
素子分離部５１において、ＤＴＩは、半導体基板３１に設けられたトレンチＨ１の内壁に接する絶縁膜５１Ｂと、絶縁膜５１Ｂの内側に設けられた金属埋め込み部５１Ａとによって構成されている。金属埋め込み部５１Ａの上部と、後述の金属埋め込み部５２Ａの下部とが互いに連結されている。金属埋め込み部５１Ａおよび後述の金属埋め込み部５２Ａからなる複合体が、本開示の「分離部」の一具体例に相当する。金属埋め込み部５１Ａおよび金属埋め込み部５２Ａからなる複合体は、各センサ画素１１を電気的かつ光学的に分離する。金属埋め込み部５１Ａおよび金属埋め込み部５２Ａからなる複合体は、受光面３１Ａから形成面３１Ｂまで延在して形成されている。つまり、金属埋め込み部５１Ａおよび金属埋め込み部５２Ａからなる複合体は、半導体基板３１および半導体層３３からなる積層体（半導体基板）を貫通している。
絶縁膜５１Ｂは、例えば、半導体基板３１を熱酸化することにより形成された酸化膜であり、例えば、酸化シリコンによって形成されている。金属埋め込み部５１Ａは、センサ画素１１（特にフォトダイオードＰＤ）を水平面内方向において取り囲む環形状の金属層である。金属埋め込み部５１Ａは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１（特にフォトダイオードＰＤ）を電気的、光学的に分離する。金属埋め込み部５１Ａは、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いて形成されている。金属埋め込み部５１Ａは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。第１基板３０は、例えば、さらに、素子分離部５１（トレンチＨ１）の表面に接する固相拡散層３４を有している。固相拡散層３４の導電型は、Ｎ型半導体領域３２Ａとは異なる導電型となっており、Ｐ型となっている。固相拡散層３４は、Ｐ型半導体領域３２Ｂに接しており、Ｐ型半導体領域３２Ｂと電気的に導通している。固相拡散層３４は、半導体基板３１に設けられたトレンチＨ１の内面からｐ型の不純物を拡散させることにより形成されており、フォトダイオードＰＤへの暗電流の混入を低減させる。
素子分離部５４において、ＤＴＩは、半導体基板３１に設けられたトレンチＨ１の内壁に接する絶縁膜５４Ｂと、絶縁膜５４Ｂの内側に設けられた金属埋め込み部５４Ａとによって構成されている。金属埋め込み部５４Ａの上部と、後述の金属埋め込み部５５Ａの下部とが互いに連結されている。金属埋め込み部５４Ａおよび後述の金属埋め込み部５５Ａからなる複合体が、本開示の「分離部」の一具体例に相当する。金属埋め込み部５４Ａおよび金属埋め込み部５５Ａからなる複合体は、各センサ画素１１を電気的かつ光学的に分離する。金属埋め込み部５４Ａおよび金属埋め込み部５５Ａからなる複合体は、受光面３１Ａから形成面３１Ｂまで延在して形成されている。つまり、金属埋め込み部５４Ａおよび金属埋め込み部５５Ａからなる複合体は、半導体基板３１および半導体層３３からなる積層体（半導体基板）を貫通している。
絶縁膜５４Ｂは、例えば、半導体基板３１を熱酸化することにより形成された酸化膜であり、例えば、酸化シリコンによって形成されている。金属埋め込み部５４Ａは、センサ画素１１（特にフォトダイオードＰＤ）を水平面内方向において取り囲む環形状の金属層である。金属埋め込み部５４Ａは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１（特にフォトダイオードＰＤ）を電気的、光学的に分離する。金属埋め込み部５４Ａは、例えば、ＣＶＤを用いて形成されている。金属埋め込み部５４Ａは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。第１基板３０は、例えば、さらに、素子分離部５４（トレンチＨ１）の表面に接する固相拡散層３５を有している。固相拡散層３５の導電型は、Ｎ型半導体領域３２Ａとは異なる導電型となっており、Ｐ型となっている。固相拡散層３５は、Ｐ型半導体領域３２Ｂに接しており、Ｐ型半導体領域３２Ｂと電気的に導通している。固相拡散層３５は、半導体基板３１に設けられたトレンチＨ１の内面からｐ型の不純物を拡散させることにより形成されており、フォトダイオードＰＤへの暗電流の混入を低減させる。
素子分離部５２は、センサ画素１１（特に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧ）を水平面内方向において取り囲むように形成されており、さらに、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に延在して形成されている。素子分離部５２は、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）において素子分離部５１と対向する位置に設けられている。素子分離部５２は、例えば、半導体層３３に設けられたトレンチＨ３の内壁に接する絶縁膜５２Ｂと、絶縁膜５２Ｂの内側に設けられた金属埋め込み部５２Ａとを含んで構成されている。
絶縁膜５２Ｂは、例えば、半導体基板３１を熱酸化することにより形成された酸化膜であり、例えば、酸化シリコンによって形成されている。金属埋め込み部５２Ａは、センサ画素１１（特に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧ）を水平面内方向において取り囲む環形状の金属層である。金属埋め込み部５２Ａは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１（特に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧ）を電気的、光学的に分離する。金属埋め込み部５２Ａは、例えば、ＣＶＤを用いて形成されている。金属埋め込み部５２Ａは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。
素子分離部５５は、センサ画素１１（特に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧ）を水平面内方向において取り囲むように形成されており、さらに、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に延在して形成されている。素子分離部５５は、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）において素子分離部５４と対向する位置に設けられている。素子分離部５５は、例えば、半導体層３３に設けられたトレンチＨ２の内壁に接する絶縁膜５５Ｂと、絶縁膜５５Ｂの内側に設けられた金属埋め込み部５５Ａとを含んで構成されている。
絶縁膜５５Ｂは、例えば、半導体基板３１を熱酸化することにより形成された酸化膜であり、例えば、酸化シリコンによって形成されている。金属埋め込み部５５Ａは、センサ画素１１（特に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧ）を水平面内方向において取り囲む環形状の金属層である。金属埋め込み部５５Ａは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１（特に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、電荷保持部ＭＥＭ、第３転送トランジスタＴＲＧ、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出トランジスタＯＦＧ）を電気的、光学的に分離する。金属埋め込み部５５Ａは、例えば、ＣＶＤを用いて形成されている。金属埋め込み部５５Ａは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。
第１基板３０は、さらに、受光面３１Ａと電荷保持部ＭＥＭとの間の層内であって、かつ互いに異なる層内に配置された遮光部５３，５６を有している。遮光部５３，５６は、受光面３１Ａを介して入射した光Ｌの、光電変換部ＭＥＭへの入射を遮らない位置であって、かつ、受光面３１Ａから見たときに隙間が生じない位置に設けられている。遮光部５３は、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＭＥＭとの間の層内に延在して形成されている。遮光部５３は、垂直ゲート電極ＶＧが貫通する開口部５３Ｈを有しており、開口部５３Ｈ以外の箇所で、受光面３１Ａを介して入射した光Ｌの、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮る。遮光部５６は、受光面３１Ａと遮光部５３との間の層内であって、かつ、少なくとも開口部５３Ｈと対向する位置に配置されている。遮光部５６は、遮光部５３とともに、受光面３１Ａを介して入射した光Ｌの、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮る。
遮光部５３は、例えば、第１基板３０に設けられた空洞部５８の内壁に接する絶縁膜５３Ｂと、絶縁膜５３Ｂの内側に設けられた金属埋め込み部５３Ａとを含んで構成されている。金属埋め込み部５３Ａが、本開示の「遮光部」の一具体例に相当する。
絶縁膜５３Ｂは、例えば、ＣＶＤを用いて形成されている。絶縁膜５３Ｂは、例えば、ＳｉＯ２などの誘電体材料によって形成されている。絶縁膜５３Ｂは、例えば、ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）、ＳＣＦ膜およびＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）からなる積層構造となっている。なお、絶縁膜５３Ｂは、ＳｉＯ２（シリコン酸化物）からなる単層膜となっていてもよい。金属埋め込み部５３Ａは、例えば、ＣＶＤを用いて形成されている。金属埋め込み部５３Ａは、例えば、ＣＶＤを用いて一括に形成されていてもよい。金属埋め込み部５３Ａは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。
金属埋め込み部５３Ａは、素子分離部５１の金属埋め込み部５１Ａの上部と、素子分離部５２の金属埋め込み部５２Ａの下部とに接して形成されている。金属埋め込み部５３Ａは、半導体基板３１の裏面（受光面３１Ａ）を介して入射した光の、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮る。金属埋め込み部５３Ａは、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＭＥＭとの間の層内に配置されている。金属埋め込み部５３Ａは、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に延在するシート状の金属層である。金属埋め込み部５３Ａは、垂直ゲート電極ＶＧが貫通する開口部５３Ｈを有している。絶縁膜５３Ｂは、金属埋め込み部５３Ａを覆っており、金属埋め込み部５３Ａと、垂直ゲート電極ＶＧとを絶縁分離する。金属埋め込み部５３Ａおよび垂直ゲート電極ＶＧは、例えば、絶縁膜５３Ｂと、半導体層３３の一部（以下、「半導体部３３Ａ」と称する。）とを介して形成されている。
遮光部５６は、例えば、第１基板３０に設けられた空洞部５７の内壁に接する絶縁膜５６Ｂと、絶縁膜５６Ｂの内側に設けられた金属埋め込み部５６Ａとを含んで構成されている。金属埋め込み部５６Ａが、本開示の「遮光部」の一具体例に相当する。
絶縁膜５６Ｂは、例えば、ＣＶＤを用いて形成されている。絶縁膜５６Ｂは、例えば、ＳｉＯ２などの誘電体材料によって形成されている。絶縁膜５６Ｂは、例えば、ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）、ＳＣＦ膜およびＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）からなる積層構造となっている。なお、絶縁膜５６Ｂは、ＳｉＯ２（シリコン酸化物）からなる単層膜となっていてもよい。金属埋め込み部５６Ａは、例えば、ＣＶＤを用いて形成されている。金属埋め込み部５６Ａは、例えば、ＣＶＤを用いて一括に形成されていてもよい。金属埋め込み部５６Ａは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。
金属埋め込み部５６Ａは、素子分離部５４の金属埋め込み部５４Ａの上部と、素子分離部５５の金属埋め込み部５５Ａの下部とに接して形成されている。金属埋め込み部５６Ａは、半導体基板３１の裏面（受光面３１Ａ）を介して入射した光の、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮る。金属埋め込み部５６Ａは、受光面３１Ａと遮光部５３との間の層内であって、かつ、少なくとも開口部５３Ｈと対向する位置に配置されている。金属埋め込み部５６Ａは、半導体基板３１の法線方向（厚さ方向）に延在するシート状の金属層である。絶縁膜５６Ｂは、金属埋め込み部５６Ａを覆っており、金属埋め込み部５６Ａと、垂直ゲート電極ＶＧとを絶縁分離する。金属埋め込み部５６Ａおよび垂直ゲート電極ＶＧは、例えば、絶縁膜５６Ｂと、半導体基板３１の一部とを介して形成されている。
[製造方法]
次に、固体撮像装置１の製造方法について説明する。図８〜図２３は、固体撮像装置１の製造過程の一例を表したものである。
まず、シリコン基板からなる半導体基板３１に、Ｎ型半導体領域３２Ａを形成する。続いて、半導体基板３１の所定の箇所に、画素分離用のトレンチＨ１を格子状に形成する（図８）。
次に、トレンチＨ１の内面全体に、ボロンを含んだシリケートガラスＢＳＧ膜を形成した後、高温の熱処理で、シリケートガラスＢＳＧ膜に含まれるボロンを半導体基板３１中に拡散させ、固相拡散層３４，３５を形成する（図９）。次に、トレンチＨ１を埋め込むように絶縁膜５１Ｂ，５４Ｂを形成した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）による表面研磨により、表面を平坦化する。
次に、所定の薬液を用いたウェットエッチングにより、半導体基板３１内の所定の箇所に設けられた犠牲層を除去する。その結果、犠牲層が除去された位置に、積層面内方向に広がる空洞部５７が形成される（図１０）。このときの薬液としては、例えば、ＨＦ、Ｈ２Ｏ２、ＣＨ３ＣＯＯＨを混合した薬液が用いられる。犠牲層は、例えば、シリコンと格子整合する材料（例えばＳｉＧｅ）によって形成されている。
次に、半導体基板３１の上部に、Ｐ型半導体領域３２Ｂを形成する（図１１）。このようにして、Ｎ型半導体領域３２ＡおよびＰ型半導体領域３２Ｂのうち、トレンチＨ１で囲まれた箇所に、フォトダイオードＰＤを形成する。続いて、エピタキシャル成長により、半導体基板３１の上面に半導体層３３を成膜し、半導体層３３内にも、トレンチＨ１に連通するトレンチを形成するとともに、そのトレンチ内に固相拡散層３４，３５および絶縁膜５１Ｂ，５４Ｂを形成する（図１２）。
次に、所定の薬液を用いたウェットエッチングにより、半導体層３３内の所定の箇所に設けられた犠牲層を除去する。その結果、犠牲層が除去された位置に、積層面内方向に広がる空洞部５８が形成される（図１３）。このときの薬液としては、例えば、ＨＦ、Ｈ２Ｏ２、ＣＨ３ＣＯＯＨを混合した薬液が用いられる。犠牲層は、例えば、シリコンと格子整合する材料（例えばＳｉＧｅ）によって形成されている。
次に、半導体層３３内に設けられた絶縁膜５１Ｂ，５４Ｂを選択的に除去することにより、トレンチＨ１と対向する箇所に格子状にトレンチＨ２，Ｈ３を形成する。このとき、トレンチＨ２が空洞部５７と連通するようにトレンチＨ２を形成するとともに、トレンチＨ３が空洞部５８と連通するようにトレンチＨ３を形成する。
次に、トレンチＨ２，Ｈ３および空洞部５７，５８の内面全体に、絶縁層５２Ｂ，５３Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂを形成した後、トレンチＨ２，Ｈ３および空洞部５７，５８を埋め込むようにポリシリコン層５２Ａ’，５３Ａ’，５５Ａ’，５６Ａ’を形成する（図１４）。その後、ＣＭＰによる表面研磨により、表面を平坦化する。次に、半導体層３３に、フローティングディフュージョンＦＤや電荷保持部ＭＥＭを形成する（図１５）。このときの半導体層３３の表面が上述の形成面３１Ｂである。
次に、半導体部３３Ａを貫通するトレンチＨ４を形成する（図１６）。このとき、トレンチＨ４の底面が、Ｎ型半導体領域３２Ａに達する深さにまでトレンチＨ４を形成する。続いて、トレンチＨ４を埋め込むように、垂直ゲート電極ＶＧを形成する（図１７）。さらに、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、第３転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧを形成する。このとき、垂直ゲート電極ＶＧは、金属材料によって形成されていてもよいし、ポリシリコンによって形成されていてもよい。このとき、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、第３転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧを、垂直ゲート電極ＶＧと同時に形成してもよい。
次に、例えば、所定の薬液を用いたウェットエッチングにより、ポリシリコン層５２Ａ’，５３Ａ’，５５Ａ’，５６Ａ’を除去する。その結果、ポリシリコン層５３Ａ’が除去された位置に、積層面内方向に広がり、トレンチＨ６と繋がる空洞部６１が形成される（図１８）。さらに、ポリシリコン層５６Ａ’が除去された位置に、積層方向に広がり、トレンチＨ５と繋がる空洞部６２が形成される。このときの薬液としては、例えば、フッ酸が用いられる。ここで、絶縁膜５２Ｂ，５３Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂはエッチングされずに残るので、垂直ゲート電極ＶＧと空洞部６１との間には、絶縁膜５３Ｂが残り、垂直ゲート電極ＶＧと空洞部６２との間には、絶縁膜５６Ｂが残る。
次に、例えば、ＣＶＤにより、トレンチＨ５，Ｈ６および空洞部６１，６２を埋め込むように金属埋め込み部５２Ａ，５３Ａ，５５Ａ，５６Ａを形成する（図１９）。その後、ＣＭＰによる表面研磨により、表面を平坦化する。次に、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＭ、第３転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧを形成するとともに、これらを埋め込む絶縁層３２を形成する（図２０）。次に、絶縁層３２に支持基板６０を貼り合わせた後、半導体基板３１の裏面をＣＭＰによって研磨することにより、半導体基板３１を薄くするとともに、絶縁膜５１Ｂ，５４Ｂを露出させる（図２１）。このときの半導体基板３１の裏面が上述の受光面３１Ａである。
次に、例えば、ドライエッチングを用いて、半導体基板３１の受光面３１Ａ側から、絶縁膜５１Ｂ，５４ＢにトレンチＨ７，Ｈ８を形成する（図２２）。このとき、トレンチＨ７の底面が、金属埋め込み部５３Ａに達する深さまでトレンチＨ７を形成するとともに、トレンチＨ８の底面が、金属埋め込み部５６Ａに達する深さまでトレンチＨ８を形成する。
次に、例えば、ＣＶＤにより、トレンチＨ７，Ｈ８を埋め込むように金属埋め込み部５４Ａ，５１Ａを形成する（図２３）。その後、ＣＭＰによる表面研磨により、表面を平坦化する。続いて、支持基板６０を剥がした後、第２基板４０を絶縁層３２に貼り合わせるとともに、受光レンズ５０を受光面３１Ａに貼り合わせる。このようにして、本実施の形態に係る固体撮像装置１が製造される。
[効果]
次に、比較例と対比しつつ、本実施の形態に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
図２４は、比較例に係る固体撮像装置１００の画素の概略構成の一例を斜視的に表したものである。固体撮像装置１００は、本実施の形態に係る固体撮像装置１において、遮光部５６が省略された構成となっている。このように、固体撮像装置１００では、遮光部５６が設けられていないので、受光面３１Ａを介して入射した光Ｌが開口部５３Ｈに入射するのを妨げる構造が存在しない。そのため、開口部５３Ｈを介して電荷保持部ＭＥＭに侵入した光によって、ノイズが発生してしまう。
一方、本実施の形態では、受光面３１Ａを介して入射した光Ｌの、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮る複数の遮光部５３，５６が設けられている。これにより、開口部５３Ｈを介した電荷保持部ＭＥＭへの光入射を低減することができる。従って、電荷保持部ＭＥＭへの光入射に起因するノイズを低減することができる。
また、本実施の形態では、各センサ画素１１を電気的かつ光学的に分離する金属埋め込み部５１Ａ，５２Ａが、金属埋め込み部５３Ａと連結されており、さらに、各センサ画素１１を電気的かつ光学的に分離する金属埋め込み部５４Ａ，５５Ａが、金属埋め込み部５６Ａと連結されている。これにより、金属埋め込み部５１Ａ，５２Ａが、金属埋め込み部５３Ａから離れて形成されていたり、金属埋め込み部５４Ａ，５５Ａが、金属埋め込み部５６Ａから離れて形成されていたりする場合と比べて、電荷保持部ＭＥＭへの光入射を低減することができる。従って、電荷保持部ＭＥＭへの光入射に起因するノイズを低減することができる。
また、本実施の形態では、金属埋め込み部５１Ａ，５２Ａからなる複合体や、金属埋め込み部５４Ａ，５５Ａからなる複合体が、受光面３１Ａから形成面３１Ｂまで延在して形成されている。これにより、金属埋め込み部５１Ａ，５２Ａからなる複合体や、金属埋め込み部５４Ａ，５５Ａからなる複合体が、受光面３１Ａと形成面３１Ｂとの間の層内の一部にだけ形成されている場合と比べて、電荷保持部ＭＥＭへの光入射を低減することができる。従って、電荷保持部ＭＥＭへの光入射に起因するノイズを低減することができる。
＜２．変形例＞
以下に、上記実施の形態に係る固体撮像装置１の変形例について説明する。
上記実施の形態では、垂直ゲート電極ＶＧは、棒状となっていた。しかし、上記実施の形態において、垂直ゲート電極ＶＧが、例えば、図２５、図２６に示したように、受光面３１Ａを介して入射した光の、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮る壁部ＶＧａ，Ｖｇｂを有していてもよい。壁部ＶＧａおよび壁部ＶＧｂは、金属埋め込み部５３Ａの開口部５３Ｈのうち、電荷保持部ＭＥＭ寄りの端部に沿って配置されている。このようにした場合には、壁部ＶＧａ，Ｖｇｂで、受光面３１Ａを介して入射した光の、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮ることができるので、電荷保持部ＭＥＭへの光入射に起因するノイズを低減することができる。
＜３．適用例＞
図２７は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１を備えた撮像システム２の概略構成の一例を表したものである。撮像システム２は、本開示の「電子機器」の一具体例に相当する。撮像システム２は、例えば、光学系２１０と、固体撮像装置１と、信号処理回路２２０と、表示部２３０とを備えている。
光学系２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。固体撮像装置１は、固体撮像装置１から入射された像光（入射光）を受光し、受光した像光（入射光）に応じた画素信号を信号処理回路２２０に出力する。信号処理回路２２０は、固体撮像装置１から入力された画像信号を処理して、映像データを生成する。信号処理回路２２０は、さらに、生成した映像データに対応する映像信号を生成し、表示部２３０に出力する。表示部２３０は、信号処理回路２２０から入力された映像信号に基づく映像を表示する。
本適用例では、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１が撮像システム２に適用される。これにより、固体撮像装置１を小型化もしくは高精細化することができるので、小型もしくは高精細な撮像システム２を提供することができる。
＜６．移動体への応用例＞
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、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２８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２８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、可視光であってもよいし、赤外線等の非可視光であってもよい。
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２８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２９は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２９では、車両１２１００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。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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２９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移動体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、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１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、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
以上、実施の形態およびその変形例、適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
また、本開示は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
受光面と、
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を備え
各前記画素は、
前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、前記光電変換部から前記電荷保持部に電荷を転送する転送トランジスタと、
前記受光面と前記電荷保持部との間の層内であって、かつ互いに異なる層内に配置された複数の遮光部と
を備え、
複数の前記遮光部は、前記受光面を介して入射した光の、前記光電変換部への入射を遮らない位置であって、かつ、前記受光面から見たときに隙間が生じない位置に設けられている
固体撮像装置。
（２）
複数の前記遮光部には、
前記光電変換部と前記電荷保持部との間の層内に配置され、前記垂直ゲート電極が貫通する開口部を有し、前記開口部以外の箇所で、前記受光面を介して入射した光の、前記電荷保持部への入射を遮る第１遮光部と、
前記受光面と前記第１遮光部との間の層内であって、かつ、少なくとも前記開口部と対向する位置に配置され、前記受光面を介して入射した光の、前記電荷保持部への入射を遮る第２遮光部と
が含まれている
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記垂直ゲート電極は、前記受光面を介して入射した光の、前記電荷保持部への入射を遮る壁部を有する
（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第１遮光部および前記第２遮光部と連結され、各前記画素を電気的かつ光学的に分離する分離部を更に備えた
（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（５）
前記受光面と、前記転送トランジスタの形成面とを有し、各前記画素が形成された半導体基板を更に備え、
前記分離部は、前記受光面から前記形成面まで延在して形成されている
（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
入射光に応じた画素信号を出力する固体撮像装置と、
前記画素信号を処理する信号処理回路と
を備え、
前記固体撮像装置は、
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を有し、
各前記画素は、
前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、前記光電変換部から前記電荷保持部に電荷を転送する転送トランジスタと、
前記受光面と前記電荷保持部との間の層内であって、かつ互いに異なる層内に配置された複数の遮光部と
を有し、
複数の前記遮光部は、前記受光面を介して入射した光の、前記光電変換部への入射を遮らない位置であって、かつ、前記受光面から見たときに隙間が生じない位置に設けられている
電子機器。
１…固体撮像装置、２…撮像システム、１０…画素アレイ部、１１…センサ画素、１２…読み出し回路、２０…ロジック回路、２１…垂直駆動回路、２２…カラム信号処理回路、２３…水平駆動回路、２４…システム制御回路、３０…第１基板、３１…半導体基板、３２…絶縁層、３２Ａ…Ｎ型半導体領域、３２Ｂ…Ｐ型半導体領域、３３…半導体層、３３Ａ…半導体部、３４，３５…固相拡散層、３６…固定電荷膜、３７…カラーフィルタ、４０…第２基板、４１…半導体基板、５０…受光レンズ、５１，５２，５４，５５…素子分離部、５１Ａ，５２Ａ，５４Ａ，５５Ａ…金属埋め込み部、５１Ｂ，５２Ｂ，５４Ｂ，５５Ｂ…絶縁膜、５３，５６…遮光部、５３Ａ，５６Ａ…金属埋め込み部、５３Ｂ，５６Ｂ…絶縁膜、５３Ｈ…開口部、５７，５８…空洞部、ＡＭＰ…増幅トランジスタ、ＦＤ…フローティングディフュージョン、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８…トレンチ、Ｌ…光、ＭＥＭ…電荷保持部、ＯＦＧ…排出トランジスタ、ＰＤ…フォトダイオード、ＲＳＴ…リセットトランジスタ、ＳＥＬ…選択トランジスタ、ＴＲＸ…第１転送トランジスタ、ＴＲＭ…第２転送トランジスタ、ＴＲＧ…第３転送トランジスタ、ＶＧ…垂直ゲート電極、ＶＳＬ…垂直信号線。

Claims (6)

  1. 受光面と、
    前記受光面と対向配置された複数の画素と
    を備え
    各前記画素は、
    前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
    前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
    前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、前記光電変換部から前記電荷保持部に電荷を転送する転送トランジスタと、
    前記受光面と前記電荷保持部との間の層内であって、かつ互いに異なる層内に配置された複数の遮光部と
    を備え、
    複数の前記遮光部は、前記受光面を介して入射した光の、前記光電変換部への入射を遮らない位置であって、かつ、前記受光面から見たときに隙間が生じない位置に設けられている
    固体撮像装置。
  2. 複数の前記遮光部には、
    前記光電変換部と前記電荷保持部との間の層内に配置され、前記垂直ゲート電極が貫通する開口部を有し、前記開口部以外の箇所で、前記受光面を介して入射した光の、前記電荷保持部への入射を遮る第１遮光部と、
    前記受光面と前記第１遮光部との間の層内であって、かつ、少なくとも前記開口部と対向する位置に配置され、前記受光面を介して入射した光の、前記電荷保持部への入射を遮る第２遮光部と
    が含まれている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記垂直ゲート電極は、前記受光面を介して入射した光の、前記電荷保持部への入射を遮る壁部を有する
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第１遮光部および前記第２遮光部と連結され、各前記画素を電気的かつ光学的に分離する分離部を更に備えた
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 前記受光面と、前記転送トランジスタの形成面とを有し、各前記画素が形成された半導体基板を更に備え、
    前記分離部は、前記受光面から前記形成面まで延在して形成されている
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 入射光に応じた画素信号を出力する固体撮像装置と、
    前記画素信号を処理する信号処理回路と
    を備え、
    前記固体撮像装置は、
    受光面と、
    前記受光面と対向配置された複数の画素と
    を有し、
    各前記画素は、
    前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
    前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
    前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、前記光電変換部から前記電荷保持部に電荷を転送する転送トランジスタと、
    前記受光面と前記電荷保持部との間の層内であって、かつ互いに異なる層内に配置された複数の遮光部と
    を有し、
    複数の前記遮光部は、前記受光面を介して入射した光の、前記光電変換部への入射を遮らない位置であって、かつ、前記受光面から見たときに隙間が生じない位置に設けられている
    電子機器。
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