TWI831883B - 固體攝像元件、電子機器及固體攝像元件之製造方法 - Google Patents

固體攝像元件、電子機器及固體攝像元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

本揭示之固體攝像元件(1)具有1層以上之光電轉換層(2)、貫通電極(50)及連接墊(52)。1層以上之光電轉換層(2)設置於半導體基板(10)之成為光入射面之一主表面側。貫通電極(50)設置於像素區域，一端連接於光電轉換層(2)且貫通半導體基板(10)之正背面，並將經光電轉換層(2)光電轉換之電荷，向半導體基板(10)之另一主表面側傳送。連接墊(52)設置於與設置於半導體基板(10)之另一主表面側之電晶體(AMP、RST、TG1、TG2)之閘極(Ga、Gr、G1、g2)為同一層，且連接有貫通電極(50)之另一端。

Description

固體攝像元件、電子機器及固體攝像元件之製造方法
本揭示係關於一種固體攝像元件、電子機器及固體攝像元件之製造方法。
存在一種背面照射型之固體攝像元件，其具備：光電轉換層，其設置於半導體基板之成光入射面之一主表面(背面)側；及電晶體，其設置於半導體基板之另一主表面(正面)側，處理經光電轉換層光電轉換之電荷。
上述背面照射型之固體攝像元件具備貫通電極，其係為了將經光電轉換層光電轉換之電荷自半導體基板之背面側傳送至正面側，而貫通半導體基板之正背(例如，參照專利文獻1)。
貫通電極之一端連接於光電轉換層，另一端與埋設於在半導體基板之正面側積層之層間絕緣膜之配線層所形成的連接墊連接，並經由連接墊連接於上述之電晶體等。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2017-73436號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，固體攝像元件之微細化不斷發展，另一方面，為了謀求提高攝像特性有厚膜化之傾向，伴隨於此，隨著貫通電極之深度相對於寬度之比即縱橫變高，形成貫通電極之步驟之難度提高而成為問題。
因此，於本揭示中，提案一種可將形成貫通電極之步驟之難度抑制為較低的固體攝像元件、電子機器、及固體攝像元件之製造方法。 [解決問題之技術手段]
根據本揭示，提供一種固體攝像元件。固體攝像元件具有1層以上之光電轉換層、貫通電極及連接墊。1層以上之光電轉換層設置於半導體基板之成為光入射面之一主表面側。貫通電極設置於像素區域，一端連接於上述光電轉換層且貫通上述半導體基板之正背，並將經上述光電轉換層光電轉換之電荷向上述半導體基板之另一主表面側傳送。連接墊設置於與上述半導體基板之上述另一主表面側所設置之電晶體之閘極同一層，且連接有上述貫通電極之另一端。
於以下，基於圖式對本揭示之實施形態詳細地進行說明。另，於以下之各實施形態中，藉由對同一部位標註同一符號，而省略重複之說明。
又，根據以下所示之項目順序說明本揭示。 1.固體攝像元件之剖視構造 2.固體攝像元件之製造方法 3.固體攝像元件之佈局構成之一例 4.固體攝像元件之電路構成之一例 5.像素區域之定義 6.固體攝像元件之變化例1 7.固體攝像元件之變化例2 8.固體攝像元件之變化例3 9.固體攝像元件之變化例4 10.具備固體攝像元件之電子機器之構成 11.固體攝像裝置之變化例1、變化例2 12.對內視鏡手術系統之應用例 13.對移動體之適用例
[1.固體攝像元件之剖視構造] 圖1係本揭示之固體攝像元件之剖視說明圖。另，於圖1，模式性顯示於拍攝圖像之背面照射型之固體攝像裝置之像素區域矩陣狀配置的複數個固體攝像元件中之與1像素對應之固體攝像元件1之剖面。
如圖1所示，固體攝像元件1例如具備：光電轉換層2，其設置於P型半導體基板10之成為光入射面之一主表面(以下記述為背面)側；及第1光電轉換元件PD1及第2光電轉換元件PD2，其等設置於半導體基板10之內部。
光電轉換層2由下部透明電極21、上部透明電極23、及配置於下部透明電極21及上部透明電極23間之光電轉換膜22構成。光電轉換膜22例如對綠色光具有感度，並將入射之綠色光轉換為與受光強度對應之量之電荷。
光電轉換層2介隔絕緣膜41、42積層於半導體基板10上。又，於光電轉換層2上，積層有鈍化膜31與平坦化膜32。又，於平坦化膜32上，在與第1光電轉換元件PD1及第2光電轉換元件PD2對向之位置，設置透鏡覆晶33。透鏡覆晶33將入射光向第1光電轉換元件PD1及第2光電轉換元件PD2聚光。
第1光電轉換元件PD1係摻雜有N型雜質之區域，例如對紅色光具有感度，並將入射之紅色光轉換為與受光強度對應之量之電荷。第2光電轉換元件PD2係摻雜有N型雜質之區域，例如對藍色光具有感度，並將入射之藍色光轉換為與受光強度對應之量之電荷。
又，固體攝像元件1於半導體基板10之另一主表面(以下，記述為正面)側，具備放大電晶體AMP、重設電晶體RST、傳送電晶體TG1、TG2等複數個電晶體。
另，參照圖8對固體攝像元件1具備之該等電晶體及其他電晶體之佈局構成之一例，參照圖9對電路構成之一例稍後進行敘述。放大電晶體AMP由閘極Ga、源極11a及汲極11b構成。放大電晶體AMP將經光電轉換層2光電轉換之電荷放大。
重設電晶體RST由閘極Gr、成為源極之浮動擴散區FD及汲極11c構成。重設電晶體RST重設暫時地保持經光電轉換層2光電轉換之電荷之浮動擴散區FD。
傳送電晶體TG1由閘極G1、成為源極之第1光電轉換元件PD1及成為汲極之浮動擴散區FD1構成。傳送電晶體TG1將經第1光電轉換元件PD1光電轉換之電荷自第1光電轉換元件PD1向浮動擴散區FD1傳送。
傳送電晶體TG2由閘極G2、成為源極之第2光電轉換元件PD2及成為汲極之浮動擴散區FD2構成。傳送電晶體TG2將經第2光電轉換元件PD2光電轉換之電荷自第2光電轉換元件PD2向浮動擴散區FD2傳送。
浮動擴散區FD、FD1、FD2、源極11a及汲極11b、11c係摻雜有N型雜質之區域，且設置於半導體基板10之正面(圖1中為下表面)側內部。
閘極Ga、Gr、G1設置於半導體基板10之正面(圖1中為下表面)側所積層之層間絕緣膜45內之最上層。閘極G2自層間絕緣膜45內之最上層延伸至半導體基板10內部之第2光電轉換元件PD2。於該等閘極Ga、Gr、G1、G2與半導體基板10之間設置有閘極絕緣膜43。
又，於閘極Ga、Gr、G1、G2與層間絕緣膜45之間，設置有CESL(Contact Etch Stop Layer：接觸蝕刻終止層)膜44。再者，於較層間絕緣膜45內之閘極Ga、Gr、G1更靠下層側，設置有金屬配線層53。
如此，固體攝像元件1將處理經設置於半導體基板10之背面(圖1中為上表面)側之光電轉換層2光電轉換之電荷的放大電晶體AMP或重設電晶體RST等設置於半導體基板10之正面(圖1中為下表面)側。
因此，固體攝像元件1於像素區域具備一端連接於光電轉換層2而貫通半導體基板10之正背，並將經光端轉換層2光電轉換之電荷向半導體基板10之正面側傳送之貫通電極50。另，貫通電極50之一端(圖1中為上端)經由接觸通道51連接於光電轉換層2之下部透明電極21。
此處，一般之貫通電極將另一端與埋設於在半導體基板之正面側積層之層間絕緣膜之內部之配線層所形成之連接墊連接，並經由連接墊連接於放大電晶體之閘極或浮動擴散區。
上述一般之貫通電極藉由形成自半導體基板之背面到達至積層於正面側之層間絕緣膜內部之配線層所形成之連接墊之貫通孔，且於貫通孔之內部設置導電性構件而形成。
然而，近年之固體攝像元件之微細化不斷發展，另一方面，為了謀求提高攝像特性有厚膜化之傾向，伴隨於此，隨著貫通電極之深度相對於寬度之比即縱橫變高，形成貫通電極之步驟之難度提高而成為問題。
具體而言，於背面照射型之固體攝像裝置之像素區域配置貫通電極之情形時，若貫通電極所佔之面積比例變大，則固體攝像元件之攝像特性劣化。因此，貫通電極及與貫通電極連接之半導體基板之正面側之連接墊必須相對於像素尺寸微細化。
然而，近年來，背面照射型之固體攝像元件之像素尺寸縮小至數μm以下，另一方面，為了提高固體攝像元件之特性而有維持或厚膜化半導體基板之膜厚之傾向，若使貫通電極較像素尺寸充分微細化，則成為超高縱橫構造。
因此，藉由乾蝕刻形成貫通半導體基板之正背，進而到達至埋設於層間絕緣膜之連接墊之超高縱橫構造之貫通孔之步驟之難度提高。基於此種背景，於上述之一般之貫通電極中，產生如下之2個問題。
第1個問題在於：以乾蝕刻加工層間絕緣膜，形成到達至連接墊之貫通孔之步驟中，因亦必須去除半導體基板至配線層之層間絕緣膜，故加工量及加工面增加。
藉此，由於乾蝕刻之難度變高，故因加工不良引起貫通電極斷開不良之風險增加。又，由於乾蝕刻之速率係縱橫越高而越低，故層間絕緣膜之加工量增加對生產成本造成之影響亦較大。
第2個問題在於對連接墊使用配線層之金屬材料。對連接墊使用金屬材料之情形時，以乾蝕刻加工層間絕緣膜，形成到達至連接墊之貫通孔時，連接墊之金屬飛散而有固體攝像元件之雜訊特性惡化之虞。
又，以超高縱橫乾蝕刻層間絕緣膜時，由於在高離子能之條件下進行，故難以避免因濺鍍所致之金屬材料之飛散。又，由於後續步驟之清洗亦在高縱橫下不蝕刻貫通電極側面之絕緣膜而進行，故難以充分地去除飛散之金屬。
又，一般於層間絕緣膜之乾蝕刻中，使用碳氟化合物氣體或氫氟碳氣體，因此，於金屬材料形成變質層，或產生含金屬之反應生成物，而亦有貫通電極之電阻值不穩定之虞。
因此，如圖1所示，連接有本揭示之貫通電極50之另一端(圖1中為下端)之連接墊52設置於與半導體基板10之正面側所設置之電晶體之閘極同一層。
具體而言，連接墊52設置於與放大電晶體AMP之閘極Ga、重設電晶體RST之閘極Gr、傳送電晶體TG1之閘極G1及傳送電晶體TG2之閘極G2同一層。且，連接墊52經由接觸通道54與配線層53連接於放大電晶體AMP之閘極Ga及浮動擴散區FD。
如上所述，閘極Ga、Gr、G1、G2設置於層間絕緣膜45之最上層。因此，於本揭示中，連接墊52接近半導體基板10，可僅靠形成貫通半導體基板10之正背之貫通孔，不以乾蝕刻加工層間絕緣膜45來形成用於設置貫通電極50之貫通孔。
因此，於固體攝像元件1中，由於形成用於設置貫通電極50之貫通孔之乾蝕刻之加工量或加工面變小，故可將形成貫通電極50之步驟之難度抑制為較低。
又，於固體攝像元件1中，由於貫通電極50之縱橫變低，故貫通電極50成為斷開不良之風險減少，藉此，可使製品之良率提高。且，於固體攝像元件1中，由於形成用於設置貫通電極50之貫通孔之乾蝕刻之加工量變小，故製造步驟之產出提高，藉此，亦可提高生產性。
又，由於本揭示之連接墊52設置於與閘極Ga、Gr、G1、G2同一層，故可選擇例如與閘極Ga等之材料相同之非晶矽、多晶矽等半導體材料而非配線層53等之金屬材料。
因此，於固體攝像元件1中，可防止於形成自半導體基板10之背面到達至連接墊52之貫通孔以設置貫通電極50之步驟中，金屬飛散。
因此，根據固體攝像元件1，可避免因製造步驟中之金屬飛散所致之雜訊特性惡化，與金屬材料相比，產生之加工變質層或反應生成物亦較輕微，故貫通電極50之電阻值穩定。
另，於圖1中，將連接墊52經由配線層53連接於閘極Ga及浮動擴散區FD，但連接墊52亦可與閘極Ga及浮動擴散區FD之至少任一者連接。
將連接墊52與閘極Ga連接之情形時，閘極Ga與浮動擴散區FD經由其他之配線層連接。又，將連接墊52與浮動擴散區FD連接之情形時，浮動擴散區FD與閘極Ga經由其他之配線層連接。
上述構成中，由於貫通電極50及連接墊52之配置為與圖1所示之固體攝像元件1同樣之構成，故可將形成貫通電極50之步驟之難度抑制為較低。
[2.固體攝像元件之製造方法] 其次，參照圖2～圖6，對本揭示之固體攝像元件1之製造方法進行說明。圖2～圖6係顯示本揭示之固體攝像元件1之製造步驟之說明圖。
於製造固體攝像元件1之情形時，如圖2所示，首先於摻雜有例如硼等P型雜質之SOI(Silicon On Insulator：絕緣層上覆矽)基板等半導體基板10內之特定區域，注入例如磷等N型雜質形成第1光電轉換元件PD1及第2光電轉換元件PD2。
隨後，於半導體基板10中之傳送電晶體TG2之閘極G2之形成位置形成開口之後，於半導體基板10之正面形成閘極絕緣膜43。接著，於閘極絕緣膜43上之特定位置，形成閘極Ga、Gr、G1、G2。
此時，於形成有閘極Ga、Gr、G1、G2之層同一層，於與後續形成貫通電極50之位置對向之位置，形成連接墊52。連接墊52俯視下之面積為像素尺寸之1/10以下，最佳為1/30以下。
又，作為閘極Ga、Gr、G1、G2及連接墊52之材料，除例如與貫通電極50同樣之金屬材料以外，亦可採用高濃度摻雜有雜質之非晶矽、多晶矽等半導體。
作為連接墊52之材料，採用與閘極Ga、Gr、G1、G2相同材料之情形時，由於可同時形成閘極Ga、Gr、G1、G2與連接墊52，故可不使製造步驟數增加地形成連接墊52。
又，作為連接墊52之材料，採用摻雜有雜質之半導體之情形時，於以電漿蝕刻加工用於設置貫通電極50之貫通孔之步驟中，可抑制因金屬飛散所致之上述之問題之產生。
具體而言，作為連接墊52之材料，採用摻雜有雜質之半導體之情形時，可避免因金屬飛散所致之雜訊特性惡化、因金屬變質層、含金屬反應生成物所致之貫通電極50之電阻值之不穩定。
隨後，於半導體基板10中之表層之特定位置，離子注入N型雜質，藉此形成浮動擴散區FD、FD1、FD2、源極11a及汲極11b、11c。如此，於半導體基板10之正面側，形成放大電晶體AMP、重設電晶體RST及傳送電晶體TG1、TG2。
接著，於閘極Ga、Gr、G1、G2、連接墊52及閘極絕緣膜43上形成CESL膜44後，於CESL膜44上，形成層間絕緣膜45、配線層53及接觸通道54。於該步驟中，連接墊52、閘極Ga及浮動擴散區FD經由接觸通道54與配線層53連接。
隨後，如圖3所示，使半導體基板10之上下翻轉，於要配置貫通電極50之位置，藉由乾蝕刻形成自半導體基板10之背面(圖3中為上表面)到達至閘極絕緣膜43之上表面之貫通孔。貫通孔於半導體基板10之厚度為2 μm～10 μm之情形時，俯視下之徑為150 nm～600 nm。
接著，如圖4所示，於包含貫通孔之半導體基板10之背面全體，藉由ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沈積)法堆積絕緣膜41。作為絕緣膜41之材料，可採用例如氧化矽膜、TEOS(四乙氧基矽烷)、氮化矽膜及氮氧化矽膜。又，絕緣膜41之材料可採用多孔SiOC膜、多孔HSQ(Hydrogen Silsesquioxane：三氧化矽烷)膜、多孔MSQ(Methyl Silsesquioxane：甲基矽倍半氧烷)膜等所謂之Low-k膜等具有絕緣性之介電質。
此時，亦可以ALD或PVD(Physical Vapor Deposition：物理氣相沈積)使防反射膜積層於半導體基板10與絕緣膜41之間。防反射膜具有負的固定電荷亦可發揮防止來自半導體基板10之暗電流之作用。
作為防反射膜之材料，可採用氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al2O3)膜、氧化鋯(ZrO2)膜、氧化鉭(Ta2O5)膜、氧化鈦(TiO2)膜及氧化鑭(La2O3)膜。
作為防反射膜之材料，亦可採用氧化鐠(Pr2O3)膜、氧化鈰(CeO2)膜、氧化釹(Nd2O3)膜、氧化鉕(Pm2O3)膜及氧化釤(Sm2O3)膜。
又，作為防反射膜之材料，亦可採用氧化銪(Eu2O3)膜、氧化釓(Gd2O3)膜、氧化鋱(Tb2O3)膜、氧化鏑(Dy2O3)膜及氧化鈥(Ho2O3)膜。
又，作為防反射膜之材料，亦可採用氧化銩(Tm2O3)膜、氧化鐿(Yb2O3)膜、氧化鎦(Lu2O3)膜、氧化釔(Y2O3)膜及氮化鉿膜。
又，作為防反射膜之材料，亦可採用氮化鋁膜、氮氧化鉿膜及氮氧化鋁膜。另，該等防反射膜可藉由CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沈積)法、PVD法及ALD法形成。
接著，如圖5所示，到達至正面側之連接墊52為止，以乾蝕刻去除貫通孔底部之絕緣膜41。此時，由絕緣膜41被覆內周面之貫通孔俯視下之徑為50 nm～400 nm。
此時，若半導體基板10之厚度為4 μm，貫通孔之徑為200 nm，則貫通孔之縱橫為4μm/200nm=20左右，乾蝕刻之加工難度不會較此更高。
隨後，如圖6所示，於包含貫通孔之半導體基板10之背面全體成膜導電膜後，以乾蝕刻去除成為貫通電極50之部分以外之導電膜，藉此形成貫通電極50。作為貫通電極50之材料，可採用鋁、鎢、鈦、鈷、鉿、鉭、銅、釕等金屬材料。
隨後，如圖7所示，成膜被覆貫通電極50及絕緣膜41之絕緣膜42，藉由例如CMP(Chemical Mechanical Polishing：化學機械研磨)將絕緣膜41之上表面平坦化。
接著，將絕緣膜42圖案化，於絕緣膜42之特定位置形成到達至貫通電極50之接觸孔，且於接觸孔填充導電材料形成接觸通道51。隨後，於半導體基板10之正面側，依序積層下部透明電極21、光電轉換膜22及上部透明電極23，而形成光電轉換層2。
作為光電轉換膜22之材料，可採用若丹明系色素、部花青系色素及喹吖啶酮等有機光電轉換材料、Si、InN、GaN、CdSe、ZnTe等超微粒子材料等。最後，於上部透明電極23上，依序積層鈍化膜31、平坦化膜32及透鏡覆晶33，圖1所示之固體攝像元件1完成。
[3.固體攝像元件之佈局構成之一例] 其次，參照圖8，對固體攝像元件1之佈局構成之一例進行說明。圖8係顯示本揭示之固體攝像元件1之佈局構成之一例的說明圖。另，於圖8中之上段，顯示固體攝像元件1具備之電晶體、第2光電轉換元件PD2及貫通電極50之佈局之一例，於下段顯示下部透明電極21。
如圖8之上段所示，固體攝像元件1沿俯視下呈矩形狀之像素之對向之兩邊中之一邊(圖8中為右端)，配置光電轉換層2用之選擇電晶體SEL、放大電晶體AMP及重設電晶體RST。
選擇電晶體SEL於讀出經光電轉換層2光電轉換之電荷之情形時接通，並將與經光電轉換之電荷對應之電壓向信號讀出線VSL輸出。又，放大電晶體AMP之閘極及浮動擴散區FD經由貫通電極50與下部透明電極21連接。另，對放大電晶體AMP之汲極施加電源電壓VDD。下部透明電極21連接於周邊電壓施加電路，且被施加特定之電壓VOA。
又，固體攝像元件1沿俯視下呈矩形狀之像素之對向之兩邊中之另一邊(圖8中為左端)，配置第1光電轉換元件PD1用之選擇電晶體SEL1、放大電晶體AMP1及重設電晶體RST1。
選擇電晶體SEL1於讀出經第1光電轉換元件PD1光電轉換之電荷之情形時接通，將與經光電轉換之電荷對應之電壓向信號讀出線VSL1輸出。又，放大電晶體AMP1之閘極連接於浮動擴散區FD1。對放大電晶體AMP1之汲極施加電源電壓VDD。
又，固體攝像元件1沿俯視下呈矩形狀之像素之四邊中之未設置光電轉換層2用之電晶體與第1光電轉換元件PD1用之電晶體之一邊(圖8中為下端)，配置第2光電轉換元件PD2用之選擇電晶體SEL2、放大電晶體AMP2及重設電晶體RST2。
選擇電晶體SEL2於讀出經第2光電轉換元件PD2光電轉換之電荷之情形時接通，將與經光電轉換之電荷對應之電壓向信號讀出線VSL2輸出。又，放大電晶體AMP2之閘極連接於浮動擴散區FD2與傳送電晶體TG2之汲極。對放大電晶體AMP2之汲極施加電源電壓VDD。
又，固體攝像元件1於俯視下呈矩形狀之像素內，由光電轉換層2用之電晶體、第1光電轉換元件PD1用之電晶體、第2光電轉換元件PD2用之電晶體包圍之區域，配置有第2光電轉換元件PD2。另，固體攝像元件1之布局構成，並非限定於圖8所示之布局構成者。
[4.固體攝像元件之電路構成之一例] 接著，參照圖9，就固體攝像元件1之電路構成之一例進行說明。圖9係顯示本揭示之固體攝像元件1之電路構成之一例之說明圖。如圖9所示，第1光電轉換元件PD1用之傳送電晶體TG1之閘極連接於傳送閘極配線Tg1，源極連接於第1光電轉換元件PD1，汲極連接於浮動擴散區FD1。
又，第1光電轉換元件PD1用之重設電晶體RST1之閘極連接於重設閘極配線Rst1，源極連接於浮動擴散區FD1，且於汲極被施加電源電壓VDD。
又，第1光電轉換元件PD1用之放大電晶體AMP1之閘極連接於浮動擴散區FD1，源極連接於選擇電晶體SEL1之汲極，且於汲極被施加電源電壓VDD。
又，第1光電轉換元件PD1用之選擇電晶體SEL1之閘極連接於選擇閘極配線Sel1，源極連接於信號讀出線VSL1，汲極連接於放大電晶體AMP1之源極。
又，第2光電轉換元件PD2用之傳送電晶體TG2之閘極連接於傳送閘極配線Tg2，源極連接於第2光電轉換元件PD2，汲極連接於浮動擴散區FD2。
又，第2光電轉換元件PD2用之重設電晶體RST2之閘極連接於重設閘極配線Rst2，源極連接於浮動擴散區FD2，且於汲極被施加電源電壓VDD。
又，第2光電轉換元件PD2用之放大電晶體AMP2之閘極連接於浮動擴散區FD2，源極連接於選擇電晶體SEL2之汲極，且於汲極被施加電源電壓VDD。
又，第2光電轉換元件PD2用之選擇電晶體SEL2之閘極連接於選擇閘極配線Sel2，源極連接於信號讀出線VSL2，汲極連接於放大電晶體AMP2之源極。
又，光電轉換層2用之重設電晶體RST連接於重設閘極配線Rst3，源極連接於浮動擴散區FD，且於汲極被施加電源電壓VDD。浮動擴散區FD經由貫通電極50連接於光電轉換層2之下部透明電極21。
又，光電轉換層2對下部透明電極21施加特定之電壓VOA，對上部透明電極23施加特定之電壓VOU，而於光電轉換膜22形成因電壓VOU與電壓VOA之差量電壓所致之電場。
又，光電轉換層2用之放大電晶體AMP之閘極連接於浮動擴散區FD，源極連接於選擇電晶體SEL之汲極，且於汲極被施加電源電壓VDD。
又，光電轉換層2用之選擇電晶體SEL之閘極連接於選擇閘極配線Sel3，源極連接於信號讀出線VSL3，汲極連接於放大電晶體AMP之源極。另，固體攝像元件1之電路構成並非限定於圖9所示之電路構成者。
另，上述之實施形態為一例，本揭示之固體攝像元件之構成並非限定於圖1所示之構造者。接著，對本揭示之固體攝像元件之變化例1～變化例4進行說明。
[5.像素區域之定義] 如上所述，固體攝像元件1之貫通電極50設置於固體攝像裝置中之像素區域(Pixel Region)。此處，參照圖10及圖11，對本揭示之固體攝像裝置之像素區域之定義進行說明。
圖10係本揭示之固體攝像裝置之俯視說明圖。圖11係本揭示之固體攝像裝置之剖視說明圖。圖11中，關於圖1所示之固體攝像元件1具備之構成要素中之一部分構成要素，省略圖示。
另，圖11所示之由一點鏈線包圍之部分係相當於圖1所示之固體攝像元件1之部分。此處，對於圖11所示之構成要素中之與圖1所示之構成要素同一之構成要素，標註與圖1所示之符號及陰影線同一之符號及陰影線，省略重複之說明。
如圖10所示，固體攝像裝置101具備像素陣列102，其矩陣狀配置有複數個固體攝像元件1；及像素驅動電路103及像素讀出電路104、105，其等設置於像素陣列102之周圍。另，圖10所示之由虛線包圍之部分相當於圖9所示之電路之部分。
像素驅動電路103驅動例如圖9所示之傳送電晶體TG1、TG2及重設電晶體RST、RST1、RST2等，進行經光電轉換之電荷之傳送及重設。又，像素讀出電路104、105驅動例如圖9所示之選擇電晶體SEL、SEL1、SEL2等，自固體攝像元件1讀出經光電轉換之電荷。
於本揭示之固體攝像裝置101中，將設置有像素陣列102之區域定義為像素區域(Pixel Region)。具體而言，如圖11所示，將半導體基板10之面方向上設置有複數個下部透明電極21之區域內定義為像素區域(Pixel Region)。貫通電極50設置於上述像素區域。又，於固體攝像裝置101中，像素區域之周圍為周邊區域，周邊區域之進而外側為檢查、分離區域。
另，如圖11所示，固體攝像裝置101於鈍化膜31之內部具備與上部透明電極23連接之VOU配線兼遮光膜34。VOU配線兼遮光膜34經由貫通電極50與設置於半導體基板10之正面側(圖11中為下表面側)之連接墊52連接，且對上部透明電極23施加上述之特定電壓VOU。
[6.固體攝像元件之變化例1] 接著，參照圖12及圖13，對固體攝像元件之變化例1進行說明。圖12係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例1之剖視說明圖。圖13係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例1之連接墊之俯視說明圖。
如圖12所示，固體攝像元件1a除使連接墊52a延伸至介隔設置於半導體基板10之正面之閘極絕緣膜43與放大電晶體AMP之通道形成區域對向之位置的構成以外，皆為與圖1所示之固體攝像元件1同樣之構成。
另，於圖12，由於顯示藉由橫切線切斷放大電晶體AMP之源極11a與汲極11b間之固體攝像元件1a之剖面，故未顯示源極11a及汲極11b。於放大電晶體AMP之源極11a及汲極11b之周圍(參照圖13)，設置有例如由氧化矽等絕緣材料形成之元件分離區域55。
變化例1之連接墊52a兼具圖1所示之連接墊52之功能、與圖1所示之放大電晶體AMP之閘極Ga之功能。根據上述連接墊52a，與圖1所示之固體攝像元件1相比，無須於連接墊52與放大電晶體AMP之閘極Ga間設置間隔，因此，藉由縮小半導體基板10之面方向之尺寸而可提高積體度。
又，如圖13所示，連接墊52a可為使與貫通電極50之連接部、及作為放大電晶體AMP之閘極發揮功能之部分位於直線上之構成。
藉此，藉由將連接墊52a中之與貫通電極50之連接部、及作為放大電晶體AMP之閘極發揮功能之部分之距離設為最短，而可進一步提高積體度。
另，連接墊52a中之與貫通電極50之連接部、及作為放大電晶體AMP之閘極發揮功能之部分之位置關係並非限定於圖13所示之位置關係者，可根據固體攝像元件1a之佈局而任意變更。
又，連接墊52a之與貫通電極50之連接部俯視下寬於作為放大電晶體AMP之閘極發揮功能之部分。藉此，即使用於設置貫通電極50之貫通孔之位置稍微偏移之情形時，亦可使貫通電極50與連接墊52a確實地連接。然而，連接墊52a之俯視下之形狀並非限定於圖13所示之形狀者。
[7.固體攝像元件之變化例2] 接著，參照圖14及圖15，對固體攝像元件之變化例2進行說明。圖14係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例2之剖視說明圖。圖15係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例2之連接墊之俯視說明圖。
如圖14所示，固體攝像元件1b除使連接墊52b延伸至與浮動擴散區FD抵接之位置之構成以外，皆為與圖1所示之固體攝像元件1同樣之構成。
變化例2之連接墊52b以接觸部CNT與浮動擴散區FD接合。根據上述之連接墊52b，可抑制使接觸通道連接於浮動擴散區FD時之損傷或因金屬污染所致之雜訊特性之惡化。
又，如圖14所示，連接墊52b可為使與貫通電極50之連接部及接觸部CNT位於直線上之構成。藉此，可將連接墊52b中之與貫通電極50之連接部及接觸部CNT之距離設為最短，而提高積體度。
另，連接墊52b中之與貫通電極50之連接部及接觸部CNT之位置關係並非限定於圖14所示之位置關係者，可根據固體攝像元件1b之佈局任意變更。
又，連接墊52b之與貫通電極50之連接部俯視下寬於接觸部CNT。藉此，即使用於設置貫通電極50之貫通孔之位置稍微偏移之情形時，亦可使貫通電極50與連接墊52b確實地連接。然而，連接墊52b之俯視下之形狀並非限定於圖14所示之形狀者。
另，連接墊52b亦可進而具備延伸至介隔設置於半導體基板10之正面之閘極絕緣膜43與放大電晶體AMP之通道形成區域對向之位置的構成。藉此，連接墊52b除上述變化例2之構成之效果外，亦發揮上述之變化例1之構成之效果。
[8.固體攝像元件1之變化例3] 接著，參照圖16，對固體攝像元件之變化例3進行說明。圖16係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例3之剖視說明圖。如圖16所示，固體攝像元件1c除於介隔設置於半導體基板10之正面之閘極絕緣膜43與連接墊52對向之位置，具備包圍貫通電極50之另一端(圖16中為下端)側之側周面之STI(Shallow Trench Isolation：淺渠溝隔離)46之構成外，皆為與圖1所示之固體攝像元件1同樣之構成。
以較於半導體基板10形成用於設置貫通電極50之貫通孔之步驟更早之步驟形成上述STI46。又，STI46形成為半導體基板10之厚度方向之膜厚厚於閘極絕緣膜43。
然而，若半導體基板10之厚度方向之膜厚(埋設於半導體基板10之深度)過深，則高縱橫下之貫通孔加工量增加變大，故期望將STI46設為與形成於周邊之其他STI之深度相同之程度或以下。
於使STI46之深度與形成於周邊之其他STI之深度相等之情形時，由於可與形成於周邊之其他STI同時地形成STI46，故無須為了形成STI46而追加新的製造步驟。另，作為STI46之材料，可採用與閘極絕緣膜43同一之絕緣材料(例如氧化矽)。
上述STI46在於半導體基板10形成用於設置貫通電極50之貫通孔之步驟中，作為蝕刻終止層發揮功能。藉此，固體攝像元件1c係由於在半導體基板10形成貫通孔之步驟中成為蝕刻終止層之膜厚增大，故可抑制藉由蝕刻形成之貫通孔穿透閘極絕緣膜43所致之良率之降低。
又，固體攝像元件1c具備STI46，藉此，可擴展貫通電極50與半導體基板10之距離，從而亦發揮降低形成於貫通電極50與半導體基板10間之配線電容之效果。
另，圖16所示之STI46亦可設置於包圍圖1所示之固體攝像元件1、圖12所示之固體攝像元件1a、圖14所示之固體攝像元件1b、及接下來要說明之圖17記載之固體攝像元件1d所具備之貫通電極50之下端側之側周面的位置。
[9.固體攝像元件之變化例4] 接著，參照圖17，對固體攝像元件之變化例4進行說明。圖17係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例4之剖視說明圖。另，於圖17顯示與像素區域內之2個像素對應之部分之固體攝像元件1d。
如圖17所示，固體攝像元件1d具備以下之構成：於半導體基板10與光電轉換層2之下部透明電極21之間具備彩色濾光片Rcf、Bcf，於左側之像素設置有第1光電轉換元件PD1，於右側之像素設置有第2光電轉換元件PD2。
具體而言，圖17所示之設置於左側之像素之彩色濾光片Rcf使紅色光選擇性透過。又，圖17所示之設置於右側之像素之彩色濾光片Bcf選擇性透過藍色光。
藉此，左側之像素中之半導體基板10內之第1光電轉換元件PD1對紅色光進行光電轉換。又，右側之像素中之半導體基板10內之第2光電轉換元件PD2對藍色光進行光電轉換。
上述第1光電轉換元件PD1及第2光電轉換元件PD2於半導體基板10之面方向上矩陣狀排列複數個。又，固體攝像元件1d之光電轉換層2於所有像素中共用，並對綠色光進行光電轉換。
且，固體攝像元件1d對各像素之每一者具備與圖1所示之固體攝像元件1同一構成之貫通電極50及連接墊52。具體而言，貫通電極50之一端(此處為上端)連接於光電轉換層2之下部透明電極21並貫通半導體基板10。
且，連接墊52設置於與半導體基板10之正面側所設置之放大電晶體AMP之閘極Ga或重設電晶體RST之閘極Gr等同一層，並連接有貫通電極50之另一端(此處為下端)。
如此，本揭示之貫通電極50亦可應用於在半導體基板10之背面側具備對綠色光進行光電轉換之光電轉換層2，且在半導體基板10內，排列有對紅色光進行光電轉換之第1光電轉換元件PD1及對藍色光進行光電轉換之第2光電轉換元件PD2之固體攝像元件1d。
另，至此為止，已列舉於半導體基板10之背面側具備1層光電轉換層2之固體攝像元件1、1a、1b、1c、1d為例進行說明。然而，本揭示之貫通電極50及連接墊52亦可應用於在半導體基板10之背面側具備2層以上之光電轉換層2之固體攝像裝置。
又，本揭示之貫通電極50及連接墊52亦可應用於在半導體基板10之背面側之同一平面上，將對綠色光進行光電轉換之光電轉換層區域、對紅色光進行光電轉換之光電轉換層區域及對藍色光進行光電轉換之光電轉換層之區域拜耳排列之固體攝像元件。
[10.具備固體攝像元件之電子機器之構成] 接著，參照圖18，對具備本揭示之固體攝像元件之電子機器之構成之一例進行說明。圖18係顯示本揭示之電子機器之構成之一例之說明圖。圖18所示之電子機器100係具備具有本揭示之複數個固體攝像元件作為攝像像素之固體攝像裝置101，且可拍攝靜態圖像或動態圖像之相機。
如圖18所示，電子機器100具有固體攝像裝置101、光學系統(攝像透鏡)110、快門裝置111、驅動固體攝像裝置101及快門裝置111之驅動部113、信號處理部112、使用者介面114及監視器115。
光學系統110將來自被攝物體之像光(入射光)向固體攝像裝置101之受光部導光。另，光學系統110亦可由複數個光學透鏡構成。快門裝置111係控制固體攝像裝置101之曝光期間者。驅動部113控制固體攝像裝置101之傳送動作及快門裝置111之快門動作。
信號處理部112對自固體攝像裝置101輸出之信號，進行各種信號處理。信號處理後之影像信號向監視器115輸出。另，影像信號亦可記憶於記憶體等記憶媒體。
使用者介面114可進行動態範圍之指定、波長(兆赫、可見光、紅外光、紫外光、X射線等)之指定等攝影場景之指定，該指定(來自使用者介面114之輸入信號)被輸入至驅動部113，並基於此，於固體攝像裝置101中拍攝圖像。
[11.固體攝像裝置之變化例1、變化例2] 接著，參照圖19、圖20及圖21，對固體攝像裝置之變化例1、變化例2進行說明。圖19係顯示本揭示之固體攝像裝置之變化例1之俯視說明圖。圖20係顯示本揭示之固體攝像裝置之變化例1之剖視說明圖。圖21係顯示本揭示之固體攝像裝置之變化例2之俯視說明圖。
另，此處，對於圖19及圖21所示之構成要素中之與圖10所示之構成要素同一或負責同樣之功能之構成要素，標註與圖10所示之符號同一之符號，藉此省略重複之說明。
又，對於圖20所示之構成要素中之與圖11所示之構成要素同一或負責同樣之功能之構成要素，標註與圖11所示之符號及陰影線同一之符號及陰影線，藉此省略重複之說明。
於上述之實施形態中，已列舉對每個像素設置貫通電極50之固體攝像裝置101為例進行說明，但本揭示之固體攝像裝置亦可為複數個像素共用1條貫通電極50之構成。
例如，如圖19所示，變化例1之固體攝像裝置101a具備該圖中以粗線框包圍之鄰設之2個像素共用1條貫通電極50之構成。於上述構成之情形時，如圖20所示，固體攝像裝置101a具備跨越鄰設之2個像素之下部透明電極21，並於鄰設之2像素之間設置共用之貫通電極50。
藉此，固體攝像裝置101a可削減貫通電極50之條數，相應地，可使不共用貫通電極50之像素間之間隔縮緊，故可謀求像素陣列102之高積體化。
又，如圖21所示，變化例2之固體攝像裝置101b具備該圖中由粗線框包圍之鄰設之4個像素共用1條貫通電極50之構成。於上述構成之情形時，固體攝像裝置101b具備跨越鄰設之4個像素之下部透明電極21，且於配置有鄰設之4個像素之區域之中心設置共用之貫通電極50。藉此，固體攝像裝置101b可謀求像素陣列102之進一步高積體化。
另，圖19所示之固體攝像裝置101a及圖21所示之固體攝像裝置101b皆與圖10所示之固體攝像裝置101同樣，將連接下部透明電極21與連接墊52之貫通電極50設置於像素區域。
[12.對內視鏡手術系統之應用例] 本揭示之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本揭示之技術亦可應用於內視鏡手術系統。
圖22係顯示可應用本揭示之技術(本技術)之內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。
圖22中，圖示施術者(醫生)11131使用內視鏡手術系統11000，對病床11133上之患者11132進行手術之狀況。如圖所示，內視鏡手術系統11000由內視鏡11100、氣腹管11111或能量處置器具11112等之其他手術器具11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120及搭載有用於內視鏡下手術之各種裝置之手推車11200構成。
內視鏡11100由將距離末端特定長度之區域***至患者11132之體腔內之鏡筒11101、及連接於鏡筒11101之基端之相機頭11102構成。圖示之例中，圖示構成為具有硬性鏡筒11101之所謂硬性鏡之內視鏡11100，但內視鏡11100亦可構成為具有軟性鏡筒之所謂軟性鏡。
於鏡筒11101之末端，設置有嵌入對物透鏡之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光藉由延設於鏡筒11101內部之導光件被導光至該鏡筒之末端，且經由對物透鏡朝患者11132之體腔內之觀察對象照射。另，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於相機頭11102之內部設有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統被聚光於該攝像元件。藉由該攝像元件對觀察光進行光電轉換，產生對應於觀察光之電氣信號，即對應於觀察像之圖像信號。該圖像信號作為RAW資料發送至相機控制器單元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU11201由CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit：圖形處理單元)等構成，統括控制內視鏡11100及顯示裝置11202之動作。再者，CCU11201自相機頭11102接收圖像信號，對該圖像信號實施例如顯影處理(去馬賽克處理)等之用於顯示基於該圖像信號之圖像之各種圖像處理。
顯示裝置11202根據來自CCU11201之控制，顯示基於由該CCU11201實施圖像處理之圖像信號的圖像。
光源裝置11203由例如LED(Light Emitting Diode：發光二極管)等光源構成，且將拍攝手術部等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204係針對內視鏡手術系統11000之輸入介面。使用者可經由輸入裝置11204，對內視鏡手術系統11000進行各種資訊之輸入或指示輸入。例如，使用者輸入變更內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦點距離等)之主旨之指示等。
處置器具控制裝置11205控制用於組織之燒灼、切開或血管之密封等之能量處置器具11112之驅動。氣腹裝置11206基於確保內視鏡11100之視野及確保施術者之作業空間之目的，為了使患者11132之體腔鼓起，經由氣腹管11111將氣體送入至該體腔內。記錄器11207係可記錄與手術相關之各種資訊之裝置。印表機11208係能夠以文字、圖像或圖表等各種形式印刷與手術相關之各種資訊之裝置。
另，對內視鏡11100供給拍攝手術部時之照射光之光源裝置11203可由例如LED、雷射光源或藉由該等之組合構成之白色光源構成。於藉由RGB雷射光源之組合構成白色光源之情形時，由於可高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故於光源裝置11203中可進行攝像圖像之白平衡調整。又，於該情形時，亦可藉由將來自RGB雷射光源各者之雷射光分時照射至觀察對象，與該照射時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，而分時拍攝對應於RGB各者之圖像。根據該方法，即使不於該攝像元件設置彩色濾光片，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203亦可以每隔特定時間變更輸出之光之強度之方式控制其之驅動。藉由與該光之強度變更時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，分時取得圖像，且合成該圖像，而可產生無所謂之欠曝及過曝之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可構成為能供給對應於特殊光觀察之特定波長頻帶之光。特殊光觀察中，例如可進行所謂之窄頻帶光觀察(Narrow Band Imaging)，即，利用身體組織之光之吸收之波長依存性，照射與通常觀察時之照射光(即，白色光)相比更窄頻帶之光，藉此以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定組織。或，於特殊光觀察中，亦可進行藉由因照射激發光產生之螢光獲得圖像之螢光觀察。於螢光觀察中，可進行對身體組織照射激發光，觀察來自該身體組織之螢光(自螢光觀察)，或將吲哚青綠(ICG)等試劑局部注射至身體組織，並對該身體組織照射對應於該試劑之螢光波長之激發光而獲得螢光像等。光源裝置11203可構成為能供給對應於此種特殊光觀察之窄頻帶光及/或激發光。
圖23係顯示圖22所示之相機頭11102及CCU11201之功能構成之一例之方塊圖。
相機頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404及相機頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像處理部11412及控制部11413。相機頭11102與CCU11201藉由傳送纜線11400可相互通信地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。將自鏡筒11101之末端擷取之觀察光導光至相機頭11102，並入射至該透鏡單元11401。透鏡單元11401係組合包含變焦透鏡及聚焦透鏡之複數個透鏡而構成。
攝像部11402由攝像元件構成。構成攝像部11402之攝像元件可為1個(所謂單板式)，亦可為複數個(所謂多板式)。於攝像部11402以多板式構成之情形時，亦可由例如各攝像元件產生對應於RGB各者之圖像信號，並將該等合成，藉此可獲得彩色圖像。或，攝像部11402亦可構成為具有用以分別取得對應於3D(Dimensional：維)顯示之右眼用及左眼用之圖像信號之1對攝像元件。藉由進行3D顯示，施術者11131可更準確地掌握手術部之身體組織之深度。另，於攝像部11402以多板式構成之情形時，亦可對應於各攝像元件，設置複數個系統之透鏡單元11401。
又，攝像部11402亦可不設置於相機頭11102。例如，攝像部11402亦可於鏡筒11101之內部設置於對物透鏡之正後方。
驅動部11403由致動器構成，且根據來自相機頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之變焦透鏡及聚焦透鏡沿光軸僅移動特定距離。藉此，可適當調整攝像部11402之攝像圖像之倍率及焦點。
通信部11404由用以與CCU11201間收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11404將自攝像部11402獲得之圖像信號作為RAW資料經由傳送纜線11400發送至CCU11201。
又，通信部11404自CCU11201接收用於控制相機頭11102之驅動之控制信號，並供給至相機頭控制部11405。於該控制信號中，包含例如指定攝像圖像之訊框率之主旨之資訊、指定攝像時之曝光值之主旨之資訊、及/或指定攝像圖像之倍率與焦點之主旨之資訊等與攝像條件相關之資訊。
另，上述之訊框率或曝光值、倍率、焦點等攝像條件可由使用者適當指定，亦可基於取得之圖像信號由CCU11201之控制部11413自動地設定。於後者之情形時，將所謂之AE(Auto Exposure：自動曝光)功能、AF(Auto Focus：自動聚焦)功能及AWB(Auto White Balance：自動白平衡)功能搭載於內視鏡11100。
相機頭控制部11405基於經由通信部11404接收到之來自CCU11201之控制信號，控制相機頭11102之驅動。
通信部11411係由用以與相機頭11102間收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11411自相機頭11102接收經由傳送纜線11400發送之圖像信號。
又，通信部11411對相機頭11102發送用於控制相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電氣通信或光通信等發送。
圖像處理部11412對自相機頭11102發送之RAW資料即圖像信號，實施各種圖像處理。
控制部11413進行與利用內視鏡11100之手術部等之拍攝、及藉由拍攝手術部等獲得之攝像圖像之顯示相關之各種控制。例如，控制部11413產生用於控制相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於經圖像處理部11412實施圖像處理之圖像信號，使顯示裝置11202顯示映照手術部等之攝像圖像。此時，控制部11413亦可使用各種圖像辨識技術辨識攝像圖像內之各種物體。例如，控制部11413可藉由檢測攝像圖像所含之物體之邊緣形狀或顏色等，而辨識鉗子等手術器具、特定之身體部位、出血、使用能量處置器具11112時之薄霧等。控制部11413於使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，亦可使用該辨識結果，使各種手術支援資訊與該手術部之圖像重疊顯示。藉由重疊顯示手術支援資訊，向施術者11131提示，而可減輕施術者11131之負擔，施術者11131可確實地進行手術。
連接相機頭11102及CCU11201之傳送纜線11400，係對應於電氣信號之通信之電氣信號纜線、對應於光通信之光纖、或該等之複合纜線者。
此處，於圖示之例中，使用傳送纜線11400以有線進行通信，但相機頭11102與CCU11201間之通信亦可以無線進行。
以上，已就可適用本揭示之技術之內視鏡手術系統之一例進行說明。本揭示之技術可應用於以上說明之構成中之相機頭11102之攝像部11402。具體而言，例如圖1所示之固體攝像元件1可適用於攝像部10402。藉由對攝像部10402適用本揭示之技術，可謀求攝像部10402之進一步小型化及高性能化，故可減輕對患者11132身體之負擔，且可拍攝更高畫質之患部圖像。
另，此處，作為一例，已對內視鏡手術系統進行說明，但本揭示之技術除此以外亦可適用於例如顯微鏡手術系統等。
[13.對移動體之應用例] 又，本揭示之技術(本技術)可作為搭載於例如汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、自行車、個人移動載具、飛機、無人機、船舶及機器人等任一種移動體之裝置而實現。
圖24係顯示可適用本揭示之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統之概略構成例之方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通信網路12001連接之複數個電子控制單元。於圖24所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、車體系統控制單元12020、車外資訊檢測單元12030、車內資訊檢測單元12040及整合控制單元12050。又，作為整合控制單元12050之功能構成，圖示微電腦12051、聲音圖像輸出部12052及車載網路I/F(interface：介面)12053。
驅動系統控制單元12010根據各種程式，控制與車輛之驅動系統關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等用於產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用於將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛之舵角之轉向機構及產生車輛之制動力之制動裝置等之控制裝置發揮功能。
車體系統控制單元12020根據各種程式，控制車體所裝備之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為免鑰匙門禁系統、智慧型鑰匙系統、電動車窗裝置、或頭燈、尾燈、剎車燈、方向燈或霧燈等各種燈具之控制裝置發揮功能。於該情形時，可對車體系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜帶式機器發送之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，控制車輛之門鎖裝置、電動車窗裝置、燈具等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛之外部資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接有攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，且接收拍攝到之圖像。車外資訊檢測單元12030亦可基於接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接受光且輸出與該光之受光量對應之電氣信號之光感測器。攝像部12031可將電氣信號作為圖像輸出，亦可作為測距資訊輸出。又，攝像部12031接受之光可為可見光，亦可為紅外線等非可見光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040，連接有例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040可基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，算出駕駛者之疲勞程度或注意力集中程度，亦可判別駕駛者是否正在打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，並對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含避開車輛碰撞或緩和衝擊、基於車間距離之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告或車輛之車道偏離警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System：先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。
又，微電腦12051可藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車輛之周圍資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而進行以不拘於駕駛者之操作而自動行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030取得之車外資訊，對車體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據由車外資訊檢測單元12030檢測到之前方車或對向車之位置控制頭燈，進行將遠光切換為近光等以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052將聲音及圖像中之至少一者之輸出信號發送至可對車輛之搭乘者或車外視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置。於圖24之例中，作為輸出裝置，例示擴音器12061、顯示部12062及儀表板12063。顯示部12062亦可包含例如車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖25係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
圖25中，車輛12100具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105設置於例如車輛12100之前鼻、側視鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部等位置。前鼻所裝備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所裝備之攝像部12105主要取得車輛12100之前方之圖像。側視鏡所裝備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100之側方之圖像。後保險桿或後門所裝備之攝像部12104主要取得車輛12100之後方之圖像。由攝像部12101及12105取得之前方之圖像主要用於檢測前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標識或車道線等。
另，圖25中顯示攝像部12101至12104之攝像範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前鼻之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113分別表示設置於側視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保險桿或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由將由攝像部12101至12104拍攝到之圖像資料重疊，可獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少一者亦可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少一者可為包含複數個攝像元件之攝影機，亦可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得攝像範圍12111至12114內之至各立體物之距離、及該距離之時間變化(相對於車輛12100之相對速度)，藉此可擷取尤其位於車輛12100之行進路上某最近之立體物且在與車輛12100大致相同之方向以特定速度(例如，0 km/h以上)行駛之立體物作為前方車。進而，微電腦12051可設定前方車之近前應預先確保之車間距離，進行自動剎車控制(亦包含追隨停止控制)或自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。如此可進行以不拘於駕駛者之操作而自動行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051可基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為機車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物並擷取，用於障礙物之自動避開。例如，微電腦12051可將車輛12100周邊之障礙物辨識為車輛12100之駕駛可視認之障礙物與難以視認之障礙物。且，微電腦12051判斷表示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞危險性，當碰撞危險性為設定值以上有可能碰撞之狀況時，經由擴音器12061或顯示部12062向駕駛者輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避開轉向，藉此可進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少一者亦可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在行人而辨識行人。上述行人之辨識係藉由例如擷取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像之特徵點之順序、及對表示物體輪廓之一連串特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之順序而進行。若微電腦12051判定攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人且辨識為行人，則聲音圖像輸出部12052以對該辨識出之行人重疊顯示用於強調之方形輪廓線之方式控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將表示行人之圖標等顯示於期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，已對可適用本揭示之技術之車輛控制系統之一例進行說明。本揭示之技術可適用於以上說明之構成中之攝像部12031或駕駛者狀態檢測部1241。具體而言，例如，圖1所示之固體攝像元件1可適用於攝像部12031或駕駛者狀態檢測部1241之相機。藉由對車載相機適用本揭示之技術，可謀求相機之進一步小型化及高性能化，因此，可緩和車輛中之相機之設置位置之制約，可拍攝存在於車輛周邊之立體物或車輛之乘坐人員之高畫質之圖像。
另，本說明書記載之效果僅為例示，並非限制者，亦可為其他之效果。
另，本技術亦可採取如下之構成。 (1) 一種固體攝像元件，其具有： 1層以上之光電轉換層，其等設置於半導體基板之成為光入射面之一主表面側； 貫通電極，其設置於像素區域，一端連接於上述光電轉換層且貫通上述半導體基板之正背，並將經上述光電轉換層光電轉換之電荷向上述半導體基板之另一主表面側傳送；及 連接墊，其設置於與上述半導體基板之上述另一主表面側所設置之電晶體之閘極同一層，且連接有上述貫通電極之另一端。 (2) 如上述(1)記載之固體攝像元件，其具有： STI(Shallow Trench Isolation)，其設置於介隔設置於上述半導體基板之上述另一主表面之閘極絕緣膜與上述連接墊對向之位置，並包圍上述貫通電極中之上述另一端側之側周面。 (3) 如上述(1)或(2)記載之固體攝像元件，其中 上述連接墊與將上述電荷放大之電晶體之閘極及傳送上述電荷之浮動擴散區中之至少一者連接。 (4) 如上述(1)至(3)中任一項記載之固體攝像元件，其中 上述連接墊延伸至介隔設置於上述半導體基板之上述另一主表面之閘極絕緣膜與將上述電荷放大之電晶體之通道形成區域對向之位置，並作為上述電晶體之閘極發揮功能。 (5) 如上述(1)至(4)中任一項記載之固體攝像元件，其中 上述連接墊延伸至與傳送上述電荷之浮動擴散區抵接之位置，且與上述浮動擴散區接合。 (6) 如上述(1)至(5)中任一項記載之固體攝像元件，其中 上述連接墊之材料為與上述電晶體之閘極同一之材料。 (7) 如上述(1)至(6)中任一項記載之固體攝像元件，其中 上述連接墊之材料為摻雜有雜質之半導體。 (8) 一種電子機器，其具有固體攝像元件，且 上述固體攝像元件具有： 1層以上之光電轉換層，其等設置於半導體基板之成為光入射面之一主表面側； 貫通電極，其設置於像素區域，一端連接於上述光電轉換層且貫通上述半導體基板之正背，並將經上述光電轉換層光電轉換之電荷向上述半導體基板之另一主表面側傳送；及 連接墊，其設置於與上述半導體基板之上述另一主表面側所設置之電晶體之閘極同一層，且連接有上述貫通電極之另一端。 (9) 一種固體攝像元件之製造方法，其包含以下步驟： 於半導體基板之成為光入射面之一主表面側形成1層以上之光電轉換層； 於像素區域形成一端連接於上述光電轉換層且貫通上述半導體基板之正背，並將經上述光電轉換層光電轉換之電荷向上述半導體基板之另一主表面側傳送的貫通電極；及 以同一步驟將設置於上述半導體基板之上述另一主表面側之電晶體之閘極、與連接有上述貫通電極之另一端之連接墊形成於同一層。
1:固體攝像元件 1a:固體攝像元件 1b:固體攝像元件 1c:固體攝像元件 1d:固體攝像元件 2:光電轉換層 10:半導體基板 11a:源極 11b:汲極 11c:汲極 21:下部透明電極 22:光電轉換膜 23:上部透明電極 31:鈍化膜 32:平坦化膜 33:透鏡覆晶 34:VOU配線兼遮光膜 41:絕緣膜 42:絕緣膜 43:閘極絕緣膜 44:CESL膜 45:層間絕緣膜 46:STI 50:貫通電極 51:接觸通道 52:連接墊 52a:連接墊 52b:連接墊 53:配線層 54:接觸通道 55:元件分離區域 100:電子機器 101:固體攝像裝置 101a:固體攝像裝置 101b:固體攝像裝置 102:像素陣列 103:像素驅動電路 104:像素讀出電路 105:像素讀出電路 110:光學系統 111:快門裝置 112:信號處理部 113:驅動部 114:使用者介面 115:監視器 11000:內視鏡手術系統 11100:內視鏡 11101:鏡筒 11102:相機頭 11110:手術器具 11111:氣腹管 11112:能量處置器具 11120:支持臂裝置 11131:施術者 11132:患者 11133:病床 11200:手推車 11201:CCU 11202:顯示裝置 11203:光源裝置 11204:輸入裝置 11205:處置器具控制裝置 11206:氣腹裝置 11207:記錄器 11208:印表機 11400:傳送纜線 11401:透鏡單元 11402:攝像部 11403:驅動部 11404:通信部 11405:相機頭控制部 11411:通信部 11412:圖像處理部 11413:控制部 12000:車輛控制系統 12001:通信網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車體系統控制單元 12030:車外資訊檢測單元 12031:攝像部 12040:車內資訊檢測單元 12041:駕駛者狀態檢測部 12050:整合控制單元 12051:微電腦 12052:聲音圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:擴音器 12062:顯示部 12063:儀表板 12100:車輛 12101:攝像部 12102:攝像部 12103:攝像部 12104:攝像部 12105:攝像部 12111:攝像範圍 12112:攝像範圍 12113:攝像範圍 12114:攝像範圍 AMP:放大電晶體 AMP1:放大電晶體 AMP2:放大電晶體 Bcf:彩色濾光片 CNT:接觸部 FD:浮動擴散區 FD1:浮動擴散區 FD2:浮動擴散區 G1:閘極 G2:閘極 Ga:閘極 Gr:閘極 PD1:第1光電轉換元件 PD2:第2光電轉換元件 Rcf:彩色濾光片 RST:重設電晶體 RST1:重設電晶體 RST2:重設電晶體 Rst1:重設閘極配線 Rst2:重設閘極配線 Rst3:重設閘極配線 SEL:選擇電晶體 SEL1:選擇電晶體 SEL2:選擇電晶體 Sel1:選擇閘極配線 Sel2:選擇閘極配線 Sel3:選擇閘極配線 TG1:傳送電晶體 TG2:傳送電晶體 Tg1:傳送閘極配線 Tg2:傳送閘極配線 VDD:電源電壓 VOA:電壓 VOU:電壓 VSL:信號讀出線 VSL1:信號讀出線 VSL2:信號讀出線 VSL3:信號讀出線
圖1係本揭示之固體攝像元件之剖視說明圖。 圖2係顯示本揭示之固體攝像元件之製造步驟之說明圖。 圖3係顯示本揭示之固體攝像元件之製造步驟之說明圖。 圖4係顯示本揭示之固體攝像元件之製造步驟之說明圖。 圖5係顯示本揭示之固體攝像元件之製造步驟之說明圖。 圖6係顯示本揭示之固體攝像元件之製造步驟之說明圖。 圖7係顯示本揭示之固體攝像元件之製造步驟之說明圖。 圖8係顯示本揭示之固體攝像元件之佈局構成之一例之說明圖。 圖9係顯示本揭示之固體攝像元件之電路構成之一例之說明圖。 圖10係本揭示之固體攝像裝置之俯視說明圖。 圖11係本揭示之固體攝像裝置之剖視說明圖。 圖12係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例1之剖視說明圖。 圖13係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例1之連接墊的俯視說明圖。 圖14係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例2之剖視說明圖。 圖15係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例2之連接墊的俯視說明圖。 圖16係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例3之剖視說明圖。 圖17係顯示本揭示之固體攝像元件之變化例4之剖視說明圖。 圖18係顯示本揭示之電子機器之構成之一例之說明圖。 圖19係顯示本揭示之固體攝像裝置之變化例1之俯視說明圖。 圖20係顯示本揭示之固體攝像裝置之變化例1之剖視說明圖。 圖21係顯示本揭示之固體攝像裝置之變化例2之俯視說明圖。 圖22係顯示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。 圖23係顯示相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。 圖24係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖25係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
1:固體攝像元件
2:光電轉換層
10:半導體基板
11a:源極
11b:汲極
11c:汲極
21:下部透明電極
22:光電轉換膜
23:上部透明電極
31:鈍化膜
32:平坦化膜
33:透鏡覆晶
41:絕緣膜
42:絕緣膜
43:閘極絕緣膜
44:CESL膜
45:層間絕緣膜
50:貫通電極
51:接觸通道
52:連接墊
53:配線層
54:接觸通道
AMP:放大電晶體
FD:浮動擴散區
FD1:浮動擴散區
FD2:浮動擴散區
G1:閘極
G2:閘極
Ga:閘極
Gr:閘極
PD1:第1光電轉換元件
PD2:第2光電轉換元件
RST:重設電晶體
TG1:傳送電晶體
TG2:傳送電晶體

Claims (8)

  1. 一種固體攝像元件，其包含：1層以上之光電轉換層，其等設置於半導體基板之成為光入射面之一主表面側；貫通電極，其設置於像素區域，一端連接於上述光電轉換層且貫通上述半導體基板之正背面，並將經上述光電轉換層光電轉換之電荷，向上述半導體基板之另一主表面側傳送；連接墊，其設置於與設置於上述半導體基板之上述另一主表面側之電晶體之閘極為同一層，且連接有上述貫通電極之另一端；淺渠溝隔離(STI)，其設置於介隔設置於上述半導體基板之上述另一主表面之閘極絕緣膜與上述連接墊對向之位置，並包圍上述貫通電極中之上述另一端側之側周面。
  2. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述連接墊係與將上述電荷放大之電晶體之閘極、及傳送上述電荷之浮動擴散區中之至少一者連接。
  3. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述連接墊延伸至介隔設置於上述半導體基板之上述另一主表面之閘極絕緣膜而與將上述電荷放大之電晶體之通道形成區域對向之位置，並作為上述電晶體之閘極發揮功能。
  4. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述連接墊延伸至與傳送上述電荷之浮動擴散區抵接之位置，且與上述浮動擴散區接合。
  5. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述連接墊之材料係與上述電晶體之閘極為同一之材料。
  6. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述連接墊之材料為摻雜有雜質之半導體。
  7. 一種電子機器，其包含如請求項1之固體攝像元件。
  8. 一種固體攝像元件之製造方法，其包含：於半導體基板之成為光入射面之一主表面側，形成1層以上之光電轉換層；於像素區域形成一端連接於上述光電轉換層且貫通上述半導體基板之正背面，並將經上述光電轉換層光電轉換之電荷，向上述半導體基板之另一主表面側傳送的貫通電極；以同一步驟將設置於上述半導體基板之上述另一主表面側之電晶體之閘極、與連接有上述貫通電極之另一端之連接墊形成於同一層；及形成渠溝隔離(STI)，其設置於介隔設置於上述半導體基板之上述另一主表面之閘極絕緣膜與上述連接墊對向之位置，並包圍上述貫通電極中之上述另一端側之側周面。
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