JP7423527B2 - 固体撮像素子、固体撮像装置及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子、固体撮像装置及び固体撮像素子の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、固体撮像素子、固体撮像装置及び固体撮像素子の製造方法に関する。
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子において、画素（固体撮像素子）ごとに貫通電極を設けることが検討されてきた。例えば、このような固体撮像素子としては、下記特許文献１に開示の固体撮像素子を挙げることができる。
特開２０１７－０７３４３６号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示の貫通電極においては、貫通電極の抵抗値を低く抑えることが難しい。
そこで、このような状況を鑑みて、本開示では、貫通電極の抵抗値を低く抑えることを可能にする、新規且つ改良された固体撮像素子、固体撮像装置及び固体撮像素子の製造方法を提案する。
本開示によれば、半導体基板と、前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、を備え、前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増している、固体撮像素子が提供される。
また、本開示によれば、マトリックス状に配置された複数の固体撮像素子を備える固体撮像装置であって、前記各固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、を備え、前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増している、固体撮像装置が提供される。
さらに、本開示によれば、半導体基板と、前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、を備え、前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増している、固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板を貫く貫通孔を形成し、前記貫通孔の内壁を覆うように絶縁膜を成膜し、前記貫通孔の前記光電変換部側の端部の前記絶縁膜をエッチングし、前記貫通孔を金属膜で埋め込むことを含む、固体撮像素子の製造方法が提供される。
以上説明したように本開示によれば、貫通電極の抵抗値を低く抑えることができる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の実施形態に係る固体撮像装置１の模式的平面図である。 本開示の実施形態に係る固体撮像素子１００に含まれるＰＤ２００の等価回路図である。 本開示の実施形態に係る固体撮像素子１００に含まれるＰＤ３００の等価回路図である。 本開示の実施形態に係る固体撮像素子１００の断面図である。 本開示の実施形態を創作するに至った経緯を説明するための説明図である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１００の断面の部分拡大図である。 図６のＡ－Ａ´線及びＢ-Ｂ´線に沿って貫通電極６００を切断した際の断面図である。 本開示の第１の実施形態に係る貫通電極６００の上部の模式図である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１００の製造方法を説明するための説明図（その１）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１００の製造方法を説明するための説明図（その２）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１００の製造方法を説明するための説明図（その３）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１００の製造方法を説明するための説明図（その４）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１００の製造方法を説明するための説明図（その５）である。 本開示の第２の実施形態に係る固体撮像素子１００ａの断面図である。 本開示の第２の実施形態に係る貫通電極６００ａの上部の模式図である。 本開示の第３の実施形態に係る貫通電極６００ｂの上部の模式図である。 本開示の第４の実施形態に係る固体撮像素子１００ｂの断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る電子機器９００の一例を示す説明図である。 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。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、本明細書及び図面において、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
また、以下の説明で参照される図面は、本開示の実施形態の説明とその理解を促すための図面であり、わかりやすくするために、図中に示される形状や寸法、比などは実際と異なる場合がある。さらに、図中に示される固体撮像素子及び固体撮像装置は、以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。また、固体撮像素子の断面図を用いた説明における、固体撮像素子の積層構造の上下方向は、固体撮像素子に対して光が入射する入射面を上とした場合の相対方向に対応し、実際の重力加速度に従った上下方向とは異なる場合がある。
また、以下の説明における具体的な大きさや形状についての記載は、数学的に定義される数値と同一の値や幾何学的に定義される形状だけを意味するものではなく、固体撮像素子の製造工程において工業的に許容される程度の違い等がある場合やその形状に類似する形状をも含む。例えば、以下の説明において「円柱状」又は「略円柱状」と表現した場合には、上面及び下面が真円である円柱に限定されるものではなく、楕円形等といった真円に類似する形状を持つ上面及び下面を有する円柱をも意味することとなる。
さらに、以下の回路構成の説明においては、特段の断りがない限りは、「電気的に接続」とは、複数の要素の間を電気が導通するように接続することを意味する。加えて、以下の説明における「電気的に接続」には、複数の要素を直接的に、且つ、電気的に接続する場合だけでなく、他の要素を介して間接的に、且つ、電気的に接続する場合も含むものとする。
また、以下の説明においては、「ゲート」とは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極を表す。「ドレイン」とは、ＦＥＴのドレイン電極またはドレイン領域を表し、「ソース」とは、ＦＥＴのソース電極またはソース領域を表す。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．固体撮像装置１の概略構成について
２．固体撮像素子１００の等価回路について
３．固体撮像素子１００の積層構造について
４．本発明の実施形態をなすに至った経緯
５．第１の実施形態
５．１ 貫通電極６００の詳細構成について
５．２ 固体撮像素子１００の製造方法について
５．３ 変形例
６．第２の実施形態
７．第３の実施形態
８．第４の実施形態
９．第５の実施形態
１０．まとめ
１１．内視鏡手術システムへの応用例
１２．移動体への応用例
１３．補足
＜＜１．固体撮像装置１の概略構成について＞＞
まずは、本開示に係る各実施形態の説明に先立ち、図１を参照して、本開示の各実施形態に係る固体撮像装置１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像装置１の模式的平面図である。図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１は、例えばシリコンからなる半導体基板５００上に、複数の固体撮像素子（画素）１００がマトリック状に配置されている画素アレイ部１０を含む。さらに、当該固体撮像装置１は、図１に示すように、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４、水平駆動回路部３６、出力回路部３８、及び制御回路部４０等を含む。以下に、本実施形態に係る固体撮像装置１の各ブロックの詳細について説明する。
（画素アレイ部１０）
画素アレイ部１０は、半導体基板５００上にマトリックス状（行列状）に２次元配置された複数の固体撮像素子１００を有する。なお、ここで固体撮像素子１００とは、各色の光を検出し、検出結果を出力する際に、色ごとに１つの結果を出力する１つのユニットとしてとらえることができる固体撮像素子（単位画素）のことを意味する。各固体撮像素子１００は、入射された各色の光の光量に応じた電荷を生成することができる複数の光電変換素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ；ＰＤ）(光電変換部)（例えば、固体撮像素子１００は、図４に示すように、積層された３つのＰＤ２００、３００、４００を含むことができる）と、複数の画素トランジスタ（例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ）（図示省略）とを有している。さらに詳細には、当該画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタ等を含むことができる。
また、上述の固体撮像素子１００は、共有画素構造とすることもできる。この共有画素構造は、複数の上記ＰＤと、複数の上記転送トランジスタと、上記ＰＤ間で共有され、ＰＤで生成された電荷を蓄積する１つのフローティングディフージョン（浮遊拡散領域）（電荷蓄積部）と、上記ＰＤ間で共有される１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、上記各共有画素構造においては、ＰＤと転送トランジスタとで構成される光電変換対が複数個設けられており、当該各光電変換対が、他の画素トランジスタ（選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタ等）を共有しているといえる。なお、これら画素トランジスタによる回路（接続構成）の詳細については、後述する。
（垂直駆動回路部３２）
垂直駆動回路部３２は、例えばシフトレジスタによって形成され、画素駆動配線４２を選択し、選択された画素駆動配線４２に固体撮像素子１００を駆動するためのパルスを供給し、行単位で固体撮像素子１００を駆動する。すなわち、垂直駆動回路部３２は、画素アレイ部１０の各固体撮像素子１００を行単位で順次垂直方向（図１中の上下方向）に選択走査し、各固体撮像素子１００のＰＤの受光量に応じて生成された電荷に基づく画素信号を、垂直信号線４４を通して後述するカラム信号処理回路部３４に供給する。
（カラム信号処理回路部３４）
カラム信号処理回路部３４は、固体撮像素子１００の列ごとに配置されており、１行分の固体撮像素子１００から出力される画素信号に対して画素列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路部３４は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためにＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング)及びＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｅｇｉｔａｌ）変換等の信号処理を行う。
（水平駆動回路部３６）
水平駆動回路部３６は、例えばシフトレジスタによって形成され、水平走査パルスを順次出力することによって、上述したカラム信号処理回路部３４の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路部３４の各々から画素信号を水平信号線４６に出力させることができる。
（出力回路部３８）
出力回路部３８は、上述したカラム信号処理回路部３４の各々から水平信号線４６を通して順次に供給される画素信号に対し、信号処理を行い出力することができる。出力回路部３８は、例えば、バッファリング（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ）を行う機能部として機能してもよく、もしくは、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等の処理を行ってもよい。なお、バッファリングとは、画素信号のやり取りの際に、処理速度や転送速度の差を補うために、一時的に画素信号を保存することをいう。また、入出力端子４８は、外部装置との間で信号のやり取りを行うための端子である。
（制御回路部４０）
制御回路部４０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、また固体撮像素子１００の内部情報等のデータを出力することができる。すなわち、制御回路部４０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、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４及び水平駆動回路部３６等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、制御回路部４０は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４及び水平駆動回路部３６等に出力する。
以上のように、上述の固体撮像装置１は、ＣＤＳ処理とＡＤ変換処理を行うカラム信号処理回路部３４が画素列ごとに配置されたカラムＡＤ方式と呼ばれるＣＭＯＳイメージセンサである。なお、本実施形態に係る固体撮像装置１の平面構成例は、図１に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の回路部等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
＜＜２．固体撮像素子１００の等価回路について＞＞
以上、本実施形態に係る固体撮像装置１の概略構成について説明した。次に、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１００に含まれるＰＤ２００、３００、４００の等価回路について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る固体撮像素子１００に含まれるＰＤ２００の等価回路図であり、図３は、本実施形態に係る固体撮像素子１００に含まれるＰＤ３００の等価回路図である。
ＰＤ２００の積層構造は、詳細は後述するが、図２の左上に模式的に示すように、シリコン基板である半導体基板５００の上方に積層された上部電極（共通電極）２０２と、下部電極（読み出し電極）２０６と、これら上部電極２０２及び下部電極２０６に挟まれた光電変換膜２０４とからなる積層構造を持つ。
図２に示されるように、上部電極２０２は、画素信号を出力する列を選択する選択線ＶＯＵに電気的に接続されている。また、下部電極２０６は、蓄積した電荷をリセットするためのリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔのドレイン／ソースの一方に配線等を介して電気的に接続される。リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔのゲートは、リセット信号線ＲＳＴ１に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。また、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔのドレイン／ソースの他方（下部電極２０６に接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。
さらに、下部電極２０６は、電荷を電圧に変換して画素信号として出力する増幅トランジスタＴＲ１ａｍｐのゲートに配線を介して電気的に接続される。また、下部電極２０６、増幅トランジスタＴＲ１ａｍｐのゲート及びリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔのドレイン／ソースの一方を接続するノードＦＤ１は、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔの一部を構成する。下部電極２０６からの電荷は、ノードＦＤ１の電位を変化させ、増幅トランジスタＴＲ１ａｍｐによって電圧に変換される。また、増幅トランジスタＴＲ１ａｍｐのソース／ドレインの一方は、選択信号に従って、変換によって得た上記画素信号を信号線ＶＳＬ１に出力する選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌのソース／ドレインの一方に配線を介して電気的に接続される。さらに、増幅トランジスタＴＲ１ａｍｐのソース／ドレインの他方（選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌに接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。
さらに、選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌのソース／ドレインの他方（増幅トランジスタＴＲ１ａｍｐと接続されていない側）は、変換された電圧を画素信号として伝達する上記信号線ＶＳＬ１に電気的に接続され、さらに上述したカラム信号処理回路部３４に電気的に接続される。また、選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌのゲートは、画素信号を出力する行を選択する選択線ＳＥＬ１に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。
次に、半導体基板５００内に設けられるＰＤ３００の等価回路について、図３を参照して説明する。半導体基板５００内に設けられたＰＤ３００は、図３に示すように、半導体基板５００内に設けられた画素トランジスタ（増幅トランジスタＴＲ２ａｍｐ、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓ、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔ、選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌ）に配線を介して電気的に接続されている。詳細には、ＰＤ３００の一方は、電荷を転送する転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓのソース／ドレインの一方と配線を介して電気的に接続される。さらに、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓのソース／ドレインの他方（ＰＤ３００と接続されていない側）は、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔのソース／ドレインの一方と配線を介して電気的に接続される。また、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓのゲートは、転送ゲート線ＴＧ２に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に接続される。そして、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔのソース／ドレインの他方（転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓと接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。さらに、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔのゲートは、リセット線ＲＳＴ２に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に接続される。
さらに、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓのソース／ドレインの他方（ＰＤ３００と接続されていない側）は、電荷を増幅（変換）して画素信号として出力する増幅トランジスタＴＲ２ａｍｐのゲートにも配線を介して電気的に接続される。また、増幅トランジスタＴＲ２ａｍｐのソース／ドレインの一方は、選択信号に従って上記画素信号を信号線ＶＳＬ２に出力する選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌのソース／ドレインの一方に、配線を介して電気的に接続される。そして、増幅トランジスタＴＲ２ａｍｐのソース／ドレインの他方（選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌと接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。また、選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌのソース／ドレインの他方（増幅トランジスタＴＲ２ａｍｐと接続されていない側）は、上記信号線ＶＳＬ２に電気的に接続され、さらに上述したカラム信号処理回路部３４に電気的に接続される。そして、選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌのゲートは、選択線ＳＥＬ２に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。
なお、ＰＤ３００と同様に半導体基板５００内に設けられるＰＤ４００も、図３の等価回路と同様に示すことができるため、ここでは、ＰＤ４００の等価回路についての説明は省略する。
＜＜３．固体撮像素子１００の積層構造について＞＞
以上、本実施形態に係る固体撮像素子１００に含まれるＰＤ２００、３００、４００の等価回路について説明した。次に、図４を参照して、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１００の積層構造について説明する。図４は、本実施形態に係る固体撮像素子１００の断面図であり、詳細には、貫通電極６００の貫通方向に沿って固体撮像素子１００を切断した場合の断面図であり、図４においては、固体撮像素子１００に対して光が入射する入射面が上となるように固体撮像素子１００が図示されている。以下の説明においては、固体撮像素子１００の下側に位置する半導体基板５００から、半導体基板５００の上方に位置するＰＤ２００に向かう順に従って、固体撮像素子１００における積層構造を説明する。
まずは、図４に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１００においては、例えばシリコンからなる半導体基板５００の第１の導電型（例えばＰ型）を持つ半導体領域５０２に、第２の導電型（例えばＮ型）を持つ２つの半導体領域５１０、５１２が半導体基板５００の厚み方向（深さ方向）に重ねて形成されている。このように形成された半導体領域５１０、５１２は、ＰＮ接合をなすことにより、積層された２つのＰＤ３００、４００となる。例えば、半導体領域５１０を電荷蓄積領域とするＰＤ３００は、青色の光（例えば波長４５０ｎｍ～４９５ｎｍ）を吸収して電荷を発生（光電変換）する光電変換素子であり、半導体領域５１２を電荷蓄積領域とするＰＤ４００は、赤色の光（例えば波長６２０ｎｍ～７５０ｎｍ）を吸収して電荷を発生する光電変換素子である。
また、ＰＤ２００等が積層される半導体基板５００の入射面とは反対側の面（図４中の下側）には、配線層５２０が設けられている。さらに、配線層５２０には、ＰＤ２００、３００、４００に蓄積された電荷の読み出しを行う複数の画素トランジスタのゲート電極５２４と、複数の配線５２２と、層間絶縁膜５３０とが設けられている。例えば、ゲート電極５２４及び配線５２２は、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の材料によって形成することができる。また、層間絶縁膜５３０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）もしくは窒化シリコン（ＳｉＮ）等から形成することができる。
また、半導体基板５００には、後述するＰＤ２００で光電変換により生成された電荷を後述するフローティングディフュージョン部５１４に取り出すための貫通電極６００が、半導体基板５００を貫通するように設けられている。詳細には、貫通電極６００の中心軸となる導電体６０２は、例えばＰＤＡＳ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｄｏｐｅｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ）等のドープされたシリコン材料の他、アルミニウム、タングステン、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）等の金属材料によって形成することができる。当該導電体６０２の外周には、半導体領域５０２との短絡を抑制するために、ＳｉＯ２もしくはＳｉＮ等からなる絶縁膜６０４が形成されている。さらに、本実施形態においては、導電体６０２と、当該導電体６０２の外周を取り囲む絶縁膜６０４との間には、バリアメタル膜（図示省略）が設けられていてもよい。当該バリアメタル膜は、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、Ｔｉ、窒化タンタル（ＴａＮ）、Ｔａ等の材料から形成することができる。
また、上記貫通電極６００は、配線層５２０に設けられた配線５２２を介して、半導体基板５００に設けられた第２の導電型（例えばＮ型）を持つ半導体領域に設けられたフローティングディフュージョン部５１４と接続されてもよい。すなわち、上記貫通電極６００は、ＰＤ２００（詳細には、下部電極２０６）とフローティングディフュージョン部５１４とを電気的に接続することができる。そして、当該フローティングディフュージョン部５１４は、貫通電極６００により、ＰＤ２００における光電変換によって生成された電荷を一時的に蓄積することができる。
また、先に説明したように、上記配線層５２０には、上述のＰＤ２００で発生した電荷の読み出しを行う複数の画素トランジスタのゲート電極として、複数のゲート電極５２４が設けられている。具体的には、当該電極５２４は、絶縁膜５４０を介して、半導体基板５００内の第１の導電型（例えばＰ型）を持つ半導体領域５０２と対向するように設けられている。さらに、半導体基板５００内には、第１の導電型を持つ上記半導体領域５０２を挟み込むようにして第２の導電型（例えばＮ型）を持つ半導体領域５１６が設けられており、当該半導体領域５１６は、上記画素トランジスタのソース／ドレイン領域として機能する。上述した貫通電極６００は、ＰＤ２００（詳細には、下部電極２０６）とこれら画素トランジスタとを電気的に接続することもできる。なお、当該貫通電極６００の詳細構成については、後述する。
さらに、半導体基板５００の入射面には、負の固定電荷を有する固定電荷膜５５０が形成されていてもよい。固定電荷膜５５０は、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、酸化タンタル(Ｔａ２Ｏ５)、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）等によって形成することができる。なお、固定電荷膜５５０は、上述した異なる材料を組み合わせた積層膜であってもよい。
固定電荷膜５５０の上には、絶縁膜５５２が設けられている。当該絶縁膜５５２は、例えばＳｉＯ２、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の絶縁性を有する誘電体膜によって形成することができる。
絶縁膜５５２上には、絶縁膜５６０を介して、光電変換膜２０４が、上部電極２０２と下部電極２０６とに挟まれるような積層構造で設けられている。これら上部電極２０２と、光電変換膜２０４と、下部電極２０６とは、光を電荷に変換するＰＤ２００を構成する。当該ＰＤ２００は、例えば、緑色の光（例えば波長４９５ｎｍ～５７０ｎｍ）を吸収して電荷を発生（光電変換）する光電変換素子である。なお、上部電極２０２及び下部電極２０６は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明導電膜で形成することができる。詳細には、上部電極２０２は、隣り合う複数の画素（固体撮像素子１００）同士によって共有（共通）するように構成され、一方、下部電極２０６は、複数の画素ごとに個別に構成されることができる。さらに、下部電極２０６は、絶縁膜５６０を貫通する金属配線５７０によって、上述の貫通電極６００と電気的に接続されている。なお、金属配線５７０は、例えば、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料によって形成することができる。さらに、絶縁膜５６０は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ等の光を透過することができる絶縁材料で形成することができる。
さらに、図４に示すように、上部電極２０２上には、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、炭化珪素（ＳｉＣ）等の無機膜からなる高屈折率層５８０及び平坦化膜５８２が設けられている。また、平坦化膜５８２上には、オンチップレンズ５９０が設けられている。オンチップレンズ５９０は、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、又は、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、若しくはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料によって形成することができる。
以上のように、本実施形態に係る固体撮像素子１００は、３色の光にそれぞれ対応するＰＤ２００、３００、４００が積層された積層構造を持つ。すなわち、上述の固体撮像素子１００は、緑色の光については半導体基板５００の上方、言い換えると半導体基板５００の入射面側に形成された光電変換膜２０４（ＰＤ２００）で光電変換し、青色及び赤色の光については半導体基板５００内のＰＤ３００、４００で光電変換する縦方向分光型の固体撮像素子であるといえる。さらに、本実施形態に係る固体撮像素子１００は、入射面側と反対側に形成された画素トランジスタを有する裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子であるといえる。
なお、上述の光電変換膜２０４は、有機材料（有機系光電変換膜）又は無機材料（無機系光電変換膜）から形成することができる。例えば、光電変換膜２０４を有機材料から形成する場合には、（ａ）Ｐ型有機半導体材料、（ｂ）Ｎ型有機半導体材料、（ｃ）Ｐ型有機半導体材料層、Ｎ型の有機半導体材料層、及び、Ｐ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料との混合層（バルクヘテロ構造）のうちの少なくとも２つの積層構造、（ｄ）Ｐ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料との混合層の４態様のいずれかを選択することができる。
詳細には、Ｐ型有機半導体材料として、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。
また、Ｎ型有機半導体材料として、フラーレン及びフラーレン誘導体〈例えば、Ｃ６０や、Ｃ７０，Ｃ７４等のフラーレン（高次フラーレン）、内包フラーレン等）又はフラーレン誘導体（例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭ（Ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ６１－Ｂｕｔｙｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｍｅｔｈｙｌ Ｅｓｔｅｒ）フラーレン化合物、フラーレン多量体等）〉、Ｐ型有機半導体よりもＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）及びＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）が深い有機半導体、透明な無機金属酸化物等を挙げることができる。より具体的には、Ｎ型有機半導体材料としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。また、フラーレン誘導体に含まれる基等として、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基；直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基；ハロゲン化物を有する基；パーシャルフルオロアルキル基；パーフルオロアルキル基；シリルアルキル基；シリルアルコキシ基；アリールシリル基；アリールスルファニル基；アルキルスルファニル基；アリールスルホニル基；アルキルスルホニル基；アリールスルフィド基；アルキルスルフィド基；アミノ基；アルキルアミノ基；アリールアミノ基；ヒドロキシ基；アルコキシ基；アシルアミノ基；アシルオキシ基；カルボニル基；カルボキシ基；カルボキソアミド基；カルボアルコキシ基；アシル基；スルホニル基；シアノ基；ニトロ基；カルコゲン化物を有する基；ホスフィン基；ホスホン基；これらの誘導体を挙げることができる。なお、有機材料から形成された光電変換膜２０４の膜厚は、限定されるものではないが、例えば、１×１０－８ｍ～５×１０－７ｍ、好ましくは２．５×１０－８ｍ～３×１０－７ｍ、より好ましくは２．５×１０－８ｍから２×１０－７ｍとすることができる。また、上記説明においては、有機半導体材料をＰ型、Ｎ型に分類したが、ここでは、Ｐ型とは正孔を輸送し易いという意味であり、Ｎ型とは電子を輸送し易いという意味である。すなわち、有機半導体材料においては、無機半導体材料のように、熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているというという解釈に限定されるものではない。
さらに詳細には、緑色の光を受光して光電変換するＰＤ２００の光電変換膜２０４として機能するために、光電変換膜２０４は、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含むことができる。
また、光電変換膜２０４を無機材料から形成する場合には、無機半導体材料としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、結晶セレン、アモルファスセレン、及び、カルコパライト系化合物であるＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳｅ２、あるいは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物であるＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、更には、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｂｉ２Ｓ３、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等の化合物半導体を挙げることができる。加えて、上述のこれらの材料から成る量子ドットを、光電変換膜２０４として使用することも可能である。
なお、本実施形態においては、上述の固体撮像素子１００は、半導体基板５００の上方に設けられた光電変換膜２０４を持つＰＤ２００と、半導体基板５００内に設けられたＰＤ３００、４００とが積層された構造に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、固体撮像素子１００は、半導体基板５００の上方に設けられた光電変換膜２０４を持つＰＤ２００と、半導体基板５００内に設けられたＰＤ３００とが積層された構造、すなわち、２つのＰＤ２００、３００が積層された構造であってもよい。また、本実施形態においては、固体撮像素子１００は、半導体基板５００の上方に積層された２つ又は３つのＰＤ２００を持つ構造であってもよい。このような場合、各ＰＤ２００は、それぞれ光電変換膜２０４を有していてもよく、さらに、当該光電変換膜２０４は、有機半導体材料で形成されても、無機半導体材料で形成されてもよい。この際、青色の光を受光して光電変換するＰＤ２００の光電変換膜２０４として機能するために、光電変換膜２０４は、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含むことができる。また、赤色の光を受光して光電変換するＰＤ２００の光電変換膜２０４として機能するために、光電変換膜２０４は、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含むことができる。
＜＜４．本発明の実施形態をなすに至った経緯＞＞
さらに、本開示に係る実施形態の詳細な説明に先立ち、本発明者らが本開示の実施形態をなすに至った経緯について、図５を用いて説明する。図５は、本開示の実施形態を創作するに至った経緯を説明するための説明図であって、詳細には、図５の左側には、比較例に係る貫通電極８００の断面が模式的に示されており、図５の右側には、本開示の実施形態に係る貫通電極６００の断面が模式的に示されている。なお、ここで、比較例とは、本発明者らが本開示の実施形態をなす前に、検討を重ねていた貫通電極８００のことを意味するものとする。
ところで、本発明者らは、これまで、固体撮像素子（画素）１００ごとに貫通電極６００（８００）を設けることを検討してきた。このような場合、固体撮像素子１００の感度を良好にするためには、光が入射する光入射面を広く確保することが好ましく、言い換えると、ＰＤ３００、４００が占める面積を広く確保することが好ましい。従って、固体撮像素子１００ごとに貫通電極６００を設ける場合には、光が入射する光入射面を広く確保するために、貫通電極６００は、より微細（例えば、直径がより小さい）であることが好ましい。本発明者らの検討によれば、貫通電極６００の導電体６０２（８０２）の直径は、例えば、１００ｎｍ程度であることが好ましい。そこで、本発明者らは、上述のような小さな直径を持つ、上記特許文献１に開示の貫通電極のような構成を持つ比較例に係る貫通電極８００を作成したところ、貫通電極８００の抵抗値を低く抑えることが難しいことがわかった。
具体的には、本発明者らは、本開示の実施形態を創作する前においては、以下にようにして微細な貫通電極８００（比較例）を作成していた。まずは、図５の左側に示すように、半導体基板５００を当該半導体基板５００に対してほぼ垂直に貫通する貫通孔８０６を形成する。さらに、当該貫通孔８０６の内壁を覆うように絶縁膜８０４を形成する。次いで、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、貫通孔８０６を埋め込むように、導電体８０２を堆積する。
本発明者らの検討によると、貫通孔８０６を埋め込むように導電体８０２を堆積した際には、図５の左側に示すように、貫通孔８０６内に空洞（ボイド）８０８が発生してしまうことがわかった。空洞８０８は、以下のようにして発生すると推定される。ＣＶＤ法により膜を堆積した場合は、基板の形状をなぞるように膜が堆積することが知られている。また、ＣＶＤ法により膜を堆積して貫通孔８０６を埋め込む際には、貫通孔８０６の内壁においてはその上部にいくほど膜が付着しやすいため、貫通孔８０６の内壁上部はその内壁下部に比べて膜が容易に堆積する傾向があることが知られている。従って、貫通孔８０６を埋め込むように導電体８０２を堆積した際には、貫通孔８０６の内壁上部から伸びるオーバーハング状の導電体８０２が形成されやすいと推定される。さらに、導電体８０２の堆積を進めると、上述のオーバーハング状の膜の上にさらなるオーバーハング状の導電体８０２の膜が形成され、最終的には、堆積された導電体８０２が蓋のようになり、貫通孔８０６内に空洞８０８が発生すると推定される。すなわち、比較例においては、図５の左側に示すように、貫通孔８０６の上部は導電体８０２で閉塞されるものの、貫通孔８０６の内部には空洞８０８が残存し、言い換えると貫通孔８０６を導電体８０２で埋め込むことができない場合がある。このような場合、貫通孔８０６を導電体８０２で埋め込むことができないことから、貫通電極８００の抵抗値が増加することとなる。本発明者らの検討によると、上述のような現象は、貫通電極８００がより微細化し、貫通孔８０６のアスペクト比が大きくなるにつれて、より顕著に現れることがわかった。
そこで、このような状況を鑑みて、本発明者らは、貫通電極６００の抵抗値を低く抑えるために、貫通孔６０６内での空洞８０８の発生を避け、貫通孔６０６を導電体６０２で埋め込むことができる貫通電極６００に係る本開示の実施形態を創作するに至った。
比較例においては、図５の左側に示すように、貫通電極８００の導電体８０２の、貫通電極６００の貫通方向と直交する切断面の断面積は一定であり、導電体８０２は、円柱状である。それに対して、本開示の実施形態においては、図５の右側に示すように、貫通電極６００の上部（ＰＤ２００側の端部）において、導電体６０２の、貫通電極６００の貫通方向と直交する切断面の断面積は、当該貫通方向に沿って上方に向かって漸増している。すなわち、本実施形態においては、導電体６０２の上部はテーパ状の形状を持つ。より具体的には、本実施形態においては、上述のようなテーパ形状の導電体６０２を有する貫通電極６００の作成時に、内壁が絶縁膜６０４の覆われた状態の貫通孔６０６の上部を拡径し、拡径された貫通孔６０６を埋め込むように、導電体６０２を堆積させる。本実施形態によれば、貫通孔６０６の上部を拡径することにより、導電体６０２が当該貫通孔６０６の底部にまで到達しやすくなることから、導電体６０２の埋込性を向上させ、貫通孔６０６内での空洞８０８の発生を避けることができる。その結果、本実施形態によれば、貫通電極６００の抵抗値を低く抑えることができる。以下に、本開示に係る実施形態の詳細について順次説明する。
＜＜５．第１の実施形態＞＞
＜５．１ 貫通電極６００の詳細構成について＞
まずは、図６から図８を参照して、本開示の第１の実施形態に係る貫通電極６００の詳細構成を説明する。図６は、本実施形態に係る固体撮像素子１００の断面（図４）の部分拡大図であり、詳細には、貫通電極６００及び当該貫通電極６００の周囲を拡大した拡大図である。また、図７は、図６のＡ－Ａ´線及びＢ－Ｂ´線に沿って貫通電極６００を切断した際の断面図である。詳細には、図７の上段には、図６のＡ－Ａ´線に沿って貫通電極６００を切断した際の断面図が示され、図７の下段には、図６のＢ－Ｂ´線に沿って貫通電極６００を切断した際の断面図が示されている。さらに、図８は、本実施形態に係る貫通電極６００の上部の模式図であり、詳細には、貫通電極６００を当該貫通電極６００の貫通方向に沿って切断した場合の断面の一部を拡大した図である。なお、図８においては、わかりやすくするために固定電荷膜６５０の図示は省略されている。
図６に示されるように、本実施形態に係る貫通電極６００は、半導体基板５００を当該半導体基板５００に対してほぼ垂直に貫通する（言い換えると半導体基板５００の膜厚方向に沿って貫通する）貫通孔６０６と、貫通孔６０６の内壁を覆う固定電荷膜６５０と、固定電荷膜６５０を介して上記内壁を覆う絶縁膜６０４と、貫通孔６０６に埋め込まれた導電体６０２とを主に有する。なお、先に説明したように、導電体６０２と、当該導電体６０２の外周を取り囲む絶縁膜６０４との間には、バリアメタル膜（図示省略）が設けられていてもよい。以下に、貫通電極６００の各部位の詳細について、順次説明する。
本実施形態においては、上記貫通孔６０６は、例えば、円柱状又はテーパを持った円錐台状の孔であり、好ましくは円柱状又は略円柱状の孔（言い換えると、貫通方向において開口径が略同一な孔）である。本実施形態においては、貫通孔６０６を略円柱状の孔にすることにより、貫通孔６０６の内壁を覆う絶縁膜６０４の膜厚をより均一にすることができる。従って、本実施形態によれば、貫通電極６００（詳細には導電体６０２）と半導体基板５００（詳細には半導体領域５０２）との絶縁を確保しつつ、絶縁膜６０４によって生じる貫通電極６００の寄生容量を小さくすることができる。その結果、本実施形態によれば、上記寄生容量を小さくすることができることから、当該寄生容量を介して貫通電極６００に意図せずノイズが伝達されることを避けることができ、ひいては固体撮像素子１００の特性悪化を避けることができる。
本実施形態においては、上記固定電荷膜６５０は、先に説明したように、貫通孔６０６の内壁及び底面（下側の面）を覆うように設けられる。固定電荷膜６５０は、例えば、上述の固定電荷膜５５０と同様に、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２等によって形成することができる。また、固定電荷膜６５０は、上述した異なる材料を組み合わせた積層膜であってもよい。
本実施形態においては、上記絶縁膜６０４は、先に説明したように、貫通孔６０６の内壁を、固定電荷膜６５０を介して覆うように設けられる。また、当該絶縁膜６０４は、後述する導電体６０２の外周を覆うように設けられる。さらに、当該絶縁膜６０４は、半導体基板５００（詳細には半導体領域５０２）との短絡を抑制するための絶縁膜であり、ＳｉＯ２もしくはＳｉＮ等によって形成される。
本実施形態においては、上記導電体６０２は、固定電荷膜６５０及び絶縁膜６０４によって内壁が覆われた貫通孔６０６を埋め込むように設けられる。言い換えると、当該導電体６０２は、図６に示すように、貫通電極６００の中心に位置する。詳細には、導電体６０２は、貫通孔６０６の中心部を貫く略円柱状の電極であり、その上部（ＰＤ２００側の端部）ではテーパ形状を有している。さらに、導電体６０２は、貫通孔６０６の底面（下側の面）を貫き、配線層５２０の配線５２２にまで延伸している。当該導電体６０２は、先に説明したように、例えば、ＰＤＡＳ等のドープされたシリコン材料の他、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｔａ等の金属材料によって形成することができる。
より詳細には、導電体６０２は、貫通電極６００の上部（ＰＤ２００側の端部）において、導電体６０２の、貫通電極６００の貫通方向と直交する切断面の断面積は、当該貫通方向に沿って上方に向かって漸増している。すなわち、本実施形態においては、導電体６０２の上部側は、テーパ状の形状を有している。
さらに、図７を参照して、導電体６０２をより詳細に説明する。図７の下段に、固定電荷膜５５０の下方で、貫通電極６００の貫通方向と直交する面（図６のＢ－Ｂ´線）で貫通電極６００を切断した場合の切断面を示す。また、図７の上段に、絶縁膜５５２において、貫通電極６００の貫通方向と直交する面（図６のＡ－Ａ´線）で貫通電極６００を切断した場合の切断面を示す。図７の上側の図及び下側の図に示されるように、本実施形態においては、導電体６０２は、上方に向かって拡径している。より具体的には、本実施形態においては、貫通電極６００の上部（ＰＤ２００側の端部）の切断面における導電体６０２の直径、言い換えると、図６のＡ－Ａ´線で貫通電極６００を切断した場合の導電体６０２の直径Ｄ１（図７の上側の図 参照）は、貫通電極６００の下部（フローティングディフュージョン部５１４側の端部）の切断面における導電体６０２の直径、言い換えると、図６のＢ－Ｂ´線で貫通電極６００を切断した場合の導電体６０２の直径Ｄ２（図７の下側の図 参照）の１．２倍以上であることが好ましい。
なお、本実施形態においては、図６のＢ－Ｂ´線で貫通電極６００を切断した場合には、導電体６０２の直径Ｄ２（図７の下側の図 参照）は、５０ｎｍ～５００ｎｍであることが好ましい。さらに、本実施形態においては、図６のＡ－Ａ´線で貫通電極６００を切断した場合には、導電体６０２の直径Ｄ１（図７の上側の図 参照）は、６０ｎｍ～６００ｎｍであることが好ましい。
そして、導電体６０２の上面（ＰＤ２００側の面）は、金属配線５７０とのコンタクトを確保できるように広いことが好ましいが、導電体６０２の上面を広くすると、導電体６０２の上面に比べて下方に位置するＰＤ３００、４００への光の入射が導電体６０２の上面により妨げられることとなる。従って、本実施形態においては、導電体６０２の上面は、金属配線５７０とのコンタクトを確保することができる範囲において狭い方が好ましい。本実施形態においては、導電体６０２の上面は、図６のＡ－Ａ´線で貫通電極６００を切断した場合の導電体６０２の切断面（図７の上側の図 参照）に比べて広く、且つ、貫通孔６０６の開口（詳細には、内壁が固定電荷膜６５０及び絶縁膜６０４に覆われていない状態の貫通孔６０６の開口）よりも狭いことが好ましい。
さらに、本実施形態においては、貫通電極６００を当該貫通電極６００の貫通方向に沿って切断した場合の断面の一部を拡大した図８に示すように、貫通電極６００の上部（ＰＤ２００側の端部）における、貫通電極６００の導電体６０２の外周面の勾配は、導電体６０２の、貫通方向に延伸する中心軸６１０に対して１°以上、６０°以下の角度を持つことが好ましい。なお、本実施形態においては、当該勾配は、絶縁膜６０４が、半導体基板５００（詳細には、半導体領域５０２）との短絡を抑制することが可能な膜厚を持つことを確保しつつ、ＰＤ３００、４００に光が入射する光入射面をより広く確保することができるような値に設定されることが好ましい。
また、本実施形態においては、導電体６０２は、貫通電極６００の上部（ＰＤ２００側の端部）においてテーパ形状を有していればよく、半導体基板５００を貫く貫通孔６０６の全体（半導体基板５００の膜厚）においてテーパ形状であってもよく、特に限定されるものではない。
本実施形態においては、詳細は後述するが、上述のような形状を持つ導電体６０２を有する貫通電極６００を形成する際に、内壁が絶縁膜６０４の覆われた状態の貫通孔６０６の上部を拡径し、拡径された貫通孔６０６を埋め込むように、導電体６０２を堆積させる。本実施形態によれば、貫通孔６０６の上部を拡径することにより、導電体６０２が当該貫通孔６０６の底部にまで到達しやすくなることから、導電体６０２の埋込性を向上させ、貫通孔６０６内での空洞８０８の発生を避けることができる。その結果、本実施形態によれば、貫通電極６００の抵抗値を低く抑えることができる。
＜５．２ 固体撮像素子１００の製造方法について＞
以上、本実施形態に係る貫通電極６００の詳細構成を説明した。次に、本実施形態に係る貫通電極６００を含む固体撮像素子１００の製造方法について、図９から図１３を参照して説明する。図９から図１３は、本実施形態に係る固体撮像素子１００の製造方法を説明するための説明図であって、図４の断面図に対応する、当該製造方法の各工程における固体撮像素子１００の断面を示す。
まず、図９に示すように、例えばドライエッチングにより、半導体基板５００を光入射面側から加工し、半導体基板５００を貫通する貫通孔６０６ａを形成する。
続いて、図１０に示すように、貫通孔６０６ａの内壁及び底面と、半導体基板５００の入射面とを覆うように、固定電荷膜５５０、６５０及び絶縁膜５５２、６０４を成膜する。
そして、図１１に示すように、例えばドライエッチング等により、固定電荷膜６５０及び絶縁膜５５２、６０４の一部を除去し、半導体基板５００を貫通し、配線５２２まで延伸する貫通孔６０６ｂを形成する。この際、貫通孔６０６ｂの上側の開口の周囲に形成された絶縁膜５５２、６０４の一部を除去し、貫通孔６０６ｂの上側の開口を拡径する。
続いて、図１２に示すように、貫通孔６０６ｂを埋め込むように、導電体６０２（金属膜）を成膜する。なお、この際、後述するように、貫通孔６０６ｂを上方から見た場合、貫通孔６０６ｂの中心において、導電体６０２が窪んだ状態になっていてもよい。
そして、図１３に示すように、導電体６０２の一部を例えばドライエッチングによって除去し、貫通電極６００を形成する。
さらに、金属配線５７０及び絶縁膜５６０を形成する。その後、下部電極２０６、光電変換膜２０４、上部電極２０２、及び、高屈折率層５８０等を形成する。最後に、平坦化膜５８２及びオンチップレンズ５９０を形成する。そして、以上により、図４に示す固体撮像素子１００を得ることができる。
なお、本実施形態に係る固体撮像素子１００は、一般的な半導体装置の製造に用いられる、方法、装置、及び条件を用いることで製造することが可能である。すなわち、本実施形態に係る固体撮像素子１００は、以下の既存の半導体装置の製造方法を用いて製造することが可能である。
上記製造方法としては、例えば、物理的気相成長法（ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法）化学的気相成長法（ＣＶＤ法）及び原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）法等を挙げることができる。ＰＶＤ法としては、真空蒸着法、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、各種スパッタリング法（マグネトロンスパッタリング法、ＲＦ－ＤＣ結合形バイアススパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法等）、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、レーザー転写法を挙げることができる。また、ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、有機金属（ＭＯ）ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法を挙げることができる。さらに、他の方法としては、電解メッキ法や無電解メッキ法、スピンコート法；浸漬法；キャスト法；マイクロコンタクトプリント法；ドロップキャスト法；スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法といった各種印刷法；スタンプ法；スプレー法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法を挙げることができる。さらに、パターニング法としては、シャドーマスク、レーザー転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザー等による物理的エッチング等を挙げることができる。加えて、平坦化技術としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法、レーザー平坦化法、リフロー法等を挙げることができる。
以上のように、本実施形態においては、導電体６０２を有する貫通電極６００の作成時に、内壁が絶縁膜６０４の覆われた状態の貫通孔６０６ａの上部を拡径し、拡径された貫通孔６０６ｂを埋め込むように、導電体６０２を堆積させる。本実施形態によれば、貫通孔６０６ａの上部を拡径することにより、導電体６０２が当該貫通孔６０６ｂの底部にまで到達しやすくなることから、導電体６０２の埋込性を向上させ、貫通孔６０６ｂ内での空洞８０８の発生を避けることができる。その結果、本実施形態によれば、貫通電極６００の抵抗値を低く抑えることができる。
＜５．３ 変形例＞
本実施形態に係る固体撮像素子１００は、導電体６０２の上部（ＰＤ２００側の端部）が、透明導電体からなる配線に電気的に接続してもよい。言い換えると、本実施形態においては、図４の金属配線５７０が透明導電体によって形成されていてもよい。
以下に、本変形例に係る固体撮像素子１００の製造方法を上述の図１３を参照して説明する。図１３に示すように、導電体６０２の一部を例えばドライエッチングによって除去し、貫通電極６００を形成した後、当該貫通電極６００の上に、透明導電体を成膜する。さらに、例えばドライエッチングにより上記透明導電体の一部を除去して、配線構造を形成することにより、当該変形例の係る固体撮像素子１００の配線５７０を形成することができる。なお、上記透明導電体は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の材料によって形成することができる。
本変形例においては、金属配線５７０を透明導電体によって形成することにより、配線５７０に入射した光が反射して、意図せずＰＤ２００、３００、４００に入射することを避けることができることから、固体撮像素子１００における混色やフレアの発生を低減することができる。
＜＜６．第２の実施形態＞＞
本開示の実施形態においては、上述した第１の実施形態に係る貫通電極６００をさらに変形することが可能である。以下に、図１４及び図１５を参照して、本開示の第２の実施形態に係る貫通電極６００ａを説明する。図１４は、本実施形態に係る固体撮像素子１００ａの断面図であり、詳細には、貫通電極６００ａの貫通方向に沿って固体撮像素子１００ａを切断した場合の断面図である。また、図１５は、本実施形態に係る貫通電極６００ａの上部の模式図であり、詳細には、貫通電極６００ａを当該貫通電極６００ａの貫通方向に沿って切断した場合の断面の一部を拡大した図である。なお、図１５においては、わかりやすくするために固定電荷膜６５０の図示は省略されている。
図１４に示すように、固体撮像素子１００ａの断面においては、本実施形態に係る貫通電極６００ａの導電体６０２ａは、貫通電極６００ａの上部（ＰＤ２００側の端部）において、より具体的には、貫通電極６００ａの上端（ＰＤ２００側の端面）において、当該導電体６０２ａの中心軸（図１４では、図示省略）から分岐する２つの分岐部（第１の分岐部）６０２ｂを有する。本実施形態においては、当該分岐部６０２ｂは、上記中心軸から円弧を描くように屈曲している。
詳細には、本実施形態に係る貫通電極６００ａの拡大図である図１５に示すように、導電体６０２ａの上部（ＰＤ２００側の端部）は、半導体基板５００の光入射面に向かって曲率を持って広がった形状を持っている。言い換えると、上記拡大図においては、上記導電体６０２ａは、導電体６０２ａの中心軸６１０から円弧を描くように分岐する２つの分岐部６０２ｂを持っているように見える。本実施形態においては、分岐部６０２ｂの曲率半径ｒは、１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。すなわち、曲率半径ｒは、第１の実施形態と同様に、絶縁膜６０４が、半導体基板５００（詳細には、半導体領域５０２）との短絡を抑制することが可能な膜厚を持つことを確保しつつ、ＰＤ３００、４００に光が入射する光入射面をより広く確保することができるような値に設定されることが好ましい。
さらに、本実施形態によれば、円弧を描いている分岐部６０２ｂの領域において、絶縁膜６０４及び固定電荷膜６５０（図示省略）に覆われた貫通孔６０６の上側の開口端６０６ｃから、導電体６０２ａとの距離Ｌが上述の第１の実施形態と比べて一様である。従って、本実施形態においては、絶縁膜６０４及び固定電荷膜６５０に高い電圧が印加されることがあっても、分岐部６０２ｂにおいて絶縁破壊され難くなることから、絶縁膜６０４及び固定電荷膜６５０の耐圧（信頼性）を向上させることができる。
また、本実施形態においては、固体撮像素子１００ａの断面においては、本実施形態に係る貫通電極６００ａの導電体６０２ａは、貫通電極６００ａの下部（フローティングディフュージョン部５１４側の端部）において、当該導電体６０２ａの中心軸６１０から分岐する２つの分岐部（第２の分岐部）（図示省略）を有していてもよい。より具体的には、本実施形態においては、導電体６０２ａは、例えば、貫通電極６００ａの下端（フローティングディフュージョン部５１４側の端面）において、２つの上記分岐部を有していてもよい。そして、本実施形態においては、貫通電極６００ａの下部の上記分岐部は、分岐部６０２ｂと同様に、上記中心軸６１０から円弧を描くように屈曲していてもよい。さらに、このような場合、貫通電極６００ａの上部の分岐部６０２ｂは、貫通電極６００ａの下部の分岐部に比べて大きな曲率半径ｒを有していてもよい。
＜＜７．第３の実施形態＞＞
また、本開示の実施形態においては、上述した第１の実施形態に係る貫通電極６００をさらに変形することが可能である。以下に、図１６を参照して、本開示の第３の実施形態に係る貫通電極６００ｂを説明する。図１６は、本実施形態に係る貫通電極６００ｂの上部の模式図であり、詳細には、貫通電極６００ｂを当該貫通電極６００ｂの貫通方向に沿って切断した場合の断面の一部を拡大した図である。なお、図１６においては、わかりやすくするために固定電荷膜６５０の図示は省略されている。
図１６に示すように、上記断面においては、本実施形態に係る貫通電極６００ｂの導電体６０２ｃは、上述した第３の実施形態と同様に、貫通電極６００ａの上端（ＰＤ２００側の端面）において、当該導電体６０２ｃの中心軸から分岐する２つの分岐部（第１の分岐部）６０２ｄを有する。言い換えると、本実施形態に係る導電体６０２ｃのＰＤ２００側の端部は、半導体基板５００の光入射面に向かって曲率を持って広がった形状を持っている。さらに、本実施形態においては、図１６に示すように、導電体６０２ｃは、２つの分岐部６０２ｄの間に位置する凹部６２０をさらに有する。すなわち、本実施形態においては、貫通孔６０６を上方から見た場合、貫通孔６０６の中心において、導電体６０２ｃが窪んだ状態になっている。
本実施形態においては、２つの分岐部６０２ｄの間に位置する凹部６２０を設けることにより、貫通電極６００ｂと電気的に接続される金属配線５７０と、導電体６０２ｃとの接触面積を広くすることができることから、金属配線５７０と導電体６０２ｃとの接触抵抗を低減することができる。
＜＜８．第４の実施形態＞＞
さらに、本開示の実施形態においては、上述した第１の実施形態に係る固体撮像素子１００のＰＤ２００をさらに変形することが可能である。以下に、図１７を参照して、本開示の第４の実施形態に係る固体撮像素子１００ｂを説明する。図１７は、本実施形態に係る固体撮像素子１００ｂの断面図であり、詳細には、詳細には、貫通電極６００の貫通方向に沿って固体撮像素子１００ｂを切断した場合の断面図であり、図１７においては、固体撮像素子１００ｂに対して光が入射する入射面が上となるように固体撮像素子１００ｂが図示されている。
本実施形態においては、図１７に示すように、半導体基板５００の上方に設けられたＰＤ２００ａは、上述した第１の実施形態に係るＰＤ２００と同様に、上部電極２０２と、光電変換膜２０４と、下部電極２０６とを有する。さらに、本実施形態においては、ＰＤ２００ａは、上部電極２０２と、光電変換膜２０４及び絶縁膜５６０を介して対向する蓄積電極２０８を有する。当該蓄積電極２０８は、下部電極２０６と離間して配置され、上部電極２０２及び下部電極２０６と同様に、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電体で形成することができる。
本実施形態に係るＰＤ２００ａにおいては、下部電極２０６と蓄積電極２０８とにはそれぞれ個別に配線（図示省略）が電気的に接続されており、下部電極２０６及び蓄積電極２０８のそれぞれに上記配線によって所望の電位を印加することができる。従って、本実施形態においては、下部電極２０６と蓄積電極２０８とに印加される電位を制御することにより、光電変換膜２０４で発生した電荷を光電変換膜２０４で蓄積したり、当該電荷を上記フローティングディフージョン部５１４に取り出したりすることができる。言い換えると、蓄積電極２０８は、印加される電位に応じて、光電変換膜２０４で発生した電荷を引き寄せて、当該電荷を光電変換膜２０４に蓄積するための電荷蓄積のための電極として機能することができる。
上述の第１の実施形態に係るＰＤ２００においては、光電変換膜２０４の光電変換によって生成した電荷は、直接、下部電極２０６及び貫通電極６００を介して、フローティングディフュージョン部５１４に蓄積される。そのような機構のために、光電変換膜２０４を完全空乏化することが難しい。その結果、第１の実施形態においては、固体撮像素子１００のｋＴＣノイズ（リセットノイズ）が大きくなり、ランダムノイズが悪化することから、撮像画質の低下をもたらす場合がある。一方、本実施形態においては、蓄積電極２０８を設けることにより、ＰＤ２００ａの動作の際、各光電変換膜２０４の光電変換によって生成した電荷を当該光電変換膜２０４に蓄積しつつ、各下部電極２０６に到達した電荷を系外に排出するリセットを行うことができる。さらに、上記動作においては、リセット後、各光電変換膜２０４に蓄積された電荷を各下部電極２０６に転送し、各下部電極２０６に転送された電荷を順次読み出すことができる。そして、当該ＰＤ２００ａの動作においては、上述のようなリセット及び読み出し動作を繰り返し行うこととなる。すなわち、本実施形態においては、固体撮像素子１００ｂの露光開始時、フローティングディフュージョン部５１４を完全空乏化し、電荷を消去することが容易である。その結果、本実施形態によれば、固体撮像素子１００ｂのｋＴＣノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化することから、撮像画質の低下をもたらすといった現象の発生をより抑制することができる。
＜＜９．第５の実施形態＞＞
上述した本開示の実施形態に係る固体撮像装置１は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機等、画像取込部に撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。さらに、本開示の実施形態は、上述の固体撮像装置１を含むロボット、ドローン、自動車、医療機器（内視鏡）等にも適用可能である。なお、本実施形態に係る固体撮像装置１は、ワンチップとして形成された形態であってもよく、撮像部と信号処理部又は光学系とが１つにパッケージングされた撮像機能を有するモジュールの形態であってもよい。以下に、上述した固体撮像装置１を有する撮像装置９０２を含む電子機器９００の一例を、本開示の第５の実施形態として、図１８を参照して説明する。図１８は、本実施形態に係る電子機器９００の一例を示す説明図である。
図１８に示すように、電子機器９００は、撮像装置９０２、光学レンズ９１０、シャッタ機構９１２、駆動回路ユニット９１４、及び、信号処理回路ユニット９１６を有する。光学レンズ９１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像装置９０２の撮像面上に結像させる。これにより、撮像装置９０２の固体撮像装置１の固体撮像素子１００内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。シャッタ機構９１２は、開閉することにより、撮像装置９０２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路ユニット９１４は、撮像装置９０２の信号の転送動作やシャッタ機構９１２のシャッタ動作等を制御する駆動信号をこれらに供給する。すなわち、撮像装置９０２は、駆動回路ユニット９１４から供給される駆動信号（タイミング信号）に基づいて信号転送を行うこととなる。信号処理回路ユニット９１６は、各種の信号処理を行う。例えば、信号処理回路ユニット９１６は、信号処理を行った映像信号を例えばメモリ等の記憶媒体（図示省略）に出力したり、表示部（図示省略）に出力したりする。
＜＜１０．まとめ＞＞
以上説明したように本開示の各実施形態及び変形例によれば、貫通電極６００の抵抗値を低く抑えることができる。
なお、上述の本開示の実施形態においては、固体撮像素子１００は、半導体基板５００の上方に積層された２つ又は３つ以上のＰＤ２００を持つ構造であってもよい。このような場合、例えば、半導体基板５００の上方に積層された２つのＰＤ２００のうち、上方に積層されたＰＤ２００で発生した電荷を半導体基板５００内に設けられたフローティングディフュージョン部５１４に転送するための貫通電極として、本実施形態に係る貫通電極６００を用いることができる。
なお、上述した本開示の実施形態においては、第１の導電型をＰ型とし、第２の導電型をＮ型とし、電子を信号電荷として用いた固体撮像素子１００について説明したが、本開示の実施形態はこのような例に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、第１の導電型をＮ型とし、第２の導電型をＰ型とし、正孔を信号電荷として用いる固体撮像素子１００に適用することが可能である。
また、上述した本開示の実施形態においては、半導体基板５００は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板（例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板やＳｉＧｅ基板等）でも良い。また、上記半導体基板５００は、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものでも良い。
さらに、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１００は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）に対して適用することができる。
＜１１．内視鏡手術システムへの応用例＞
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１９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１９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２０は、図１９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は、撮像素子で構成される。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、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２、ＣＣＵ１１２０１の画像処理部１１４１２等に適用され得る。例えば、図１に示す固体撮像装置１は、内視鏡１１１００、撮像部１１４０２、画像処理部１１４１２等に適用することができる。内視鏡１１１００、撮像部１１４０２、画像処理部１１４１２等に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、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。
＜１２．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２１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２１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２１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２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２２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２２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、撮像部１２０３１等に適用され得る。例えば、図１に示す固体撮像装置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、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。
＜＜１３．補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
半導体基板と、
前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、
を備え、
前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、
前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増している、
固体撮像素子。
（２）
前記貫通電極は、前記光電変換部と、前記半導体基板内に設けられた少なくとも１つ以上の画素トランジスタとを電気的に接続する、上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記貫通電極の前記導電体の外周を覆う絶縁膜をさらに備える、
上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記導電体の、前記光電変換部側の前記端部における外周面の勾配は、
前記導電体の、前記貫通方向に延伸する中心軸に対して１°以上、６０°以下の角度を持つ、
上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（５）
前記導電体は略円柱状の形状を持つ、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（６）
前記光電変換部側の前記切断面における前記導電体の直径は、前記電荷蓄積部側の前記切断面における前記導電体の直径の１．２倍以上である、上記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記貫通電極を、前記貫通方向に沿って切断した際の断面において、
前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、前記導電体の中心軸から分岐する２つの第１の分岐部を有する、
上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（８）
前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、前記２つの第１の分岐部の間に位置する凹部をさらに有する、上記（７）に記載の固体撮像素子。
（９）
前記各第１の分岐部は、前記中心軸から円弧を描くように屈曲する、上記（７）又は（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）
前記各第１の分岐部は、１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の曲率半径を持って屈曲する、上記（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）
前記貫通電極を前記貫通方向に沿って切断した際の断面において、前記導電体の前記電荷蓄積部側の端部は、前記中心軸から分岐する２つの第２の分岐部を有する、上記（７）に記載の固体撮像素子。
（１２）
前記各第１の分岐部と、前記各第２の分岐部とは、前記中心軸から円弧を描くように屈曲する、上記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記第１の分岐部の曲率半径は、前記第２の分岐部の曲率半径よりも大きい、上記（１２）に記載の固体撮像素子。
（１４）
前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、透明導電体からなる配線に電気的に接続する、上記（１）～（１３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記光電変換部は、
隣り合う前記固体撮像素子同士で共有する共通電極と、
前記貫通電極に電気的に接続される読み出し電極と、
前記共通電極と前記読み出し電極とに挟まれるように設けられ、光を電荷に変換する光電変換膜と、
を有する、
上記（１）～（１４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１６）
前記光電変換膜は有機系材料からなる、上記（１５）に記載の固体撮像素子。
（１７）
前記光電変換部は、前記共通電極と、前記光電変換膜及び絶縁膜を介して対向する蓄積電極をさらに有する、上記（１５）又は（１６）に記載の固体撮像素子。
（１８）
前記半導体基板内に設けられた、光を電荷に変換する他の光電変換部をさらに備える、上記（１）～（１７）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１９）
マトリックス状に配置された複数の固体撮像素子を備える固体撮像装置であって、
前記各固体撮像素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、
を備え、
前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、
前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増している、
固体撮像装置。
（２０）
半導体基板と、
前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、
を備え、
前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、
前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増している、
固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板を貫く貫通孔を形成し、
前記貫通孔の内壁を覆うように絶縁膜を成膜し、
前記貫通孔の前記光電変換部側の端部の前記絶縁膜をエッチングし、
前記貫通孔を金属膜で埋め込む
ことを含む、固体撮像素子の製造方法。
１ 固体撮像装置
１０ 画素アレイ部
３２ 垂直駆動回路部
３４ カラム信号処理回路部
３６ 水平駆動回路部
３８ 出力回路部
４０ 制御回路部
４２ 画素駆動配線
４４ 垂直信号線
４６ 水平信号線
４８ 入出力端子
１００、１００ａ、１００ｂ 固体撮像素子
２００、２００ａ、３００、４００ 光電変換素子
２０２ 上部電極
２０４ 光電変換膜
２０６ 下部電極
２０８ 蓄積電極
５００ 半導体基板
５０２、５１０、５１２、５１６ 半導体領域
５１４ フローティングディフュージョン部
５２０ 配線層
５２２ 配線
５２４ ゲート電極
５３０ 層間絶縁膜
５４０、５５２、５６０、６０４、８０４ 絶縁膜
５５０、６５０ 固定電荷膜
５７０ 金属配線
５８０ 高屈折率層
５８２ 平坦化膜
５９０ オンチップレンズ
６００、６００ａ、６００ｂ、８００ 貫通電極
６０２、６０２ａ、６０２ｃ、８０２ 導電体
６０２ｂ、６０２ｄ 分岐部
６０６、６０６ａ、６０６ｂ、８０６ 貫通孔
６０６ｃ 開口端
６１０ 中心軸
６２０ 凹部
８０８ 空洞
９００ 電子機器
９０２ 撮像装置
９１０ 光学レンズ
９１２ シャッタ機構
９１４ 駆動回路ユニット
９１６ 信号処理回路ユニット

Claims (16)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
    前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
    前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、
    を備え、
    前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、
    前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増しており、
    前記貫通電極を、前記貫通方向に沿って切断した際の断面において、
    前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、前記導電体の中心軸から分岐する２つの第１の分岐部を有する、
    固体撮像素子。
  2. 前記貫通電極は、前記光電変換部と、前記半導体基板内に設けられた少なくとも１つ以上の画素トランジスタとを電気的に接続する、請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記貫通電極の前記導電体の外周を覆う絶縁膜をさらに備える、
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、前記２つの第１の分岐部の間に位置する凹部をさらに有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  5. 前記各第１の分岐部は、前記中心軸から円弧を描くように屈曲する、請求項１～４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  6. 前記各第１の分岐部は、１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の曲率半径を持って屈曲する、請求項５に記載の固体撮像素子。
  7. 前記貫通電極を前記貫通方向に沿って切断した際の断面において、前記導電体の前記電荷蓄積部側の端部は、前記中心軸から分岐する２つの第２の分岐部を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  8. 前記各第１の分岐部と、前記各第２の分岐部とは、前記中心軸から円弧を描くように屈曲する、請求項７に記載の固体撮像素子。
  9. 前記第１の分岐部の曲率半径は、前記第２の分岐部の曲率半径よりも大きい、請求項８に記載の固体撮像素子。
  10. 前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、透明導電体からなる配線に電気的に接続する、請求項１～９のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  11. 前記光電変換部は、
    隣り合う前記固体撮像素子同士で共有する共通電極と、
    前記貫通電極に電気的に接続される読み出し電極と、
    前記共通電極と前記読み出し電極とに挟まれるように設けられ、光を電荷に変換する光電変換膜と、
    を有する、
    請求項１～１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  12. 前記光電変換膜は有機系材料からなる、請求項１１に記載の固体撮像素子。
  13. 前記光電変換部は、前記共通電極と、前記光電変換膜及び絶縁膜を介して対向する蓄積電極をさらに有する、請求項１１又は１２に記載の固体撮像素子。
  14. 前記半導体基板内に設けられた、光を電荷に変換する他の光電変換部をさらに備える、請求項１～１３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  15. マトリックス状に配置された複数の固体撮像素子を備える固体撮像装置であって、
    前記各固体撮像素子は、
    半導体基板と、
    前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
    前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
    前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、
    を備え、
    前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、
    前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増しており、
    前記貫通電極を、前記貫通方向に沿って切断した際の断面において、
    前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、前記導電体の中心軸から分岐する２つの第１の分岐部を有する、
    固体撮像装置。
  16. 半導体基板と、
    前記半導体基板内に設けられた、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
    前記半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
    前記半導体基板を貫き、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続する貫通電極と、
    を備え、
    前記貫通電極の前記光電変換部側の端部において、
    前記貫通電極の中心に位置する導電体は、当該貫通電極の貫通方向と直交する切断面の断面積は、前記貫通方向に沿って前記光電変換部に向かって漸増しており、
    前記貫通電極を、前記貫通方向に沿って切断した際の断面において、
    前記導電体の前記光電変換部側の前記端部は、前記導電体の中心軸から分岐する２つの第１の分岐部を有する、
    固体撮像素子の製造方法であって、
    前記半導体基板を貫く貫通孔を形成し、
    前記貫通孔の内壁を覆うように絶縁膜を成膜し、
    前記貫通孔の前記光電変換部側の端部の前記絶縁膜をエッチングして、前記貫通孔の前記光電変換部側の端部の開口を拡径し、
    前記貫通孔から金属膜の一部が突出するように、前記貫通孔を当該金属膜で埋め込み、
    前記金属膜の一部をエッチングする、
    ことを含む、固体撮像素子の製造方法。
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