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)。
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。
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(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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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)
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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