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JP2022018480A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

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JP2022018480A
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electrode
solid
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麗菜 香川
Reina Kagawa
俊介 丸山
Shunsuke Maruyama
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

【課題】光電変換された電荷の蓄積中に、一部の電荷が電極に流入しないようにする。【解決手段】光電変換を行う第1基板と、光電変換された光電流を読み出す第2基板と、を積層させた固体撮像装置は、前記第1基板は、光電変換部と、前記光電変換部よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を蓄積及び転送する第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部に対向して配置される第1電極と、前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記第1電極と離隔して配置される第2電極と、前記第2電極に対向して配置され、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に配置される不純物イオン拡散領域と、を有する。【選択図】図1

Description

本開示は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
有機センサやInGaAsセンサのような光電変換膜が形成された基板と読み出し回路が形成された基板とを積層した構造の固体撮像装置では、光電変換膜を完全空乏化できないため、光電変換された電荷を完全転送することができず、kTCノイズを除去できないという課題がある。
この課題の対策として、特許文献1は、光電変換層の下方に絶縁膜及び蓄積電極を配置して、蓄積電極の電位を制御することで、光電変換層で光電変換された電荷を、絶縁膜に蓄積し、その後に下部電極に転送している。
特開2017-157816号公報
しかしながら、特許文献1の素子構造では、光電変換層で光電変換された電荷を絶縁膜に蓄積する最中に、一部の電荷が下部電極に流れ込むという課題がある。
そこで、本開示では、光電変換された電荷の蓄積中に、一部の電荷が電極に流入しないようにした固定撮像装置及びその製造方法を提供するものである。
上記の課題を解決するために、本開示によれば、光電変換を行う第1基板と、光電変換された光電流を読み出す第2基板と、を積層させた固体撮像装置であって、
前記第1基板は、
光電変換部と、
前記光電変換部よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を蓄積及び転送する第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部に対向して配置される第1電極と、
前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記第1電極と離隔して配置される第2電極と、
前記第2電極に対向して配置され、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に配置される不純物イオン拡散領域と、を有する、固体撮像装置が提供される。
前記不純物イオン拡散領域は、前記第2電極を前記光電変換部の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向して前記光電変換部内に配置されてもよい。
前記不純物イオン拡散領域と前記第1絶縁膜との間に配置され、前記不純物イオン拡散領域よりもバンドギャップが広い半導体層を有してもよい。
前記第1基板は、
それぞれが前記光電変換部を有する複数の画素と、
前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側で、かつ前記画素の境界に沿って配置され、固定電位に設定される第3電極と、を有し、
前記不純物イオン拡散領域の少なくとも一部は、前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置されてもよい。
前記不純物イオン拡散領域は、前記第3電極を前記光電変換部の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向して前記光電変換部内に配置されてもよい。
前記不純物イオン拡散領域は、
前記光電変換部内の前記第2電極に対向する領域に配置される第1拡散領域と、
前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される第2拡散領域と、を有し、
前記第1拡散領域及び前記第2拡散領域は、互いに接触するように配置されていてもよい。
前記不純物イオン拡散領域は、
前記光電変換部内の前記第2電極に対向する領域に配置される第1拡散領域と、
前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される第2拡散領域と、を有し、
前記第1拡散領域及び前記第2拡散領域は、互いに離隔して配置されていてもよい。
前記第1基板は、前記画素ごとに前記不純物イオン拡散領域に導通するコンタクトを有し、
前記不純物イオン拡散領域は、前記コンタクトに印加される電圧により、所定の電位に設定されてもよい。
前記光電変換部が配置された有効画素領域の外側に配置され、前記不純物イオン拡散領域に導通するコンタクトを備え、
前記不純物イオン拡散領域は、前記コンタクトに印加される電圧により、所定の電位に設定されてもよい。
前記不純物イオン拡散領域は、前記第1絶縁膜が蓄積及び転送する電荷とは逆極性の不純物イオンを拡散させた領域であってもよい。
前記第1絶縁膜及び前記第1電極の間に設けられ、前記第1絶縁膜とは異なる材料を含む第2絶縁膜を備えてもよい。
前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に配置される柱状体を備え、
前記不純物イオン拡散領域は、前記柱状体の表面に沿って配置されてもよい。
前記第1基板は、前記光電変換部を間に挟んで前記第1電極とは反対側に配置される第4電極を備え、
前記不純物イオン拡散領域は、前記第4電極に接触するように配置されてもよい。
前記不純物イオン拡散領域は、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面からの深さがそれぞれ相違し、それぞれが隣接して配置される第1拡散領域及び第2拡散領域を有してもよい。
前記第1拡散領域は、前記光電変換部の前記界面とは反対側の面に接しており、
前記第2拡散領域は、前記光電変換部の前記反対側の面よりも浅い深さ位置まで配置されてもよい。
前記不純物イオン拡散領域は、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に曲面形状で拡散されていてもよい。
前記第1絶縁膜は、前記光電変換部からの光電変換された電荷を蓄積する場合と、前記蓄積された電荷を前記第2電極に転送する場合とで、互いに異なる電位に設定されてもよい。
前記光電変換部は、極性が異なる複数種類の有機材料を含む有機光電変換部であり、
前記第1基板は、
前記第1電極及び前記第2電極を間に挟んで前記光電変換部と反対側に配置され、極性が異なる複数の無機材料を含む無機光電変換部を有し、
前記無機光電変換部は、複数の光波長域の光を別々に光電変換し、
前記有機光電変換部が光電変換する光波長域は、前記無機光電変換部が光電変換する光波長域とは相違してもよい。
本開示の他の一態様では、第1基板内の光電変換部に不純物イオンを注入及び拡散させて不純物イオン拡散領域を形成する工程と、
前記第1基板上に、前記光電変換部及び前記不純物イオン拡散領域に接するように第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に、前記光電変換部に対向するように第1電極を形成するとともに、前記不純物イオン拡散領域に対応するように第2電極を形成する工程と、
前記第1電極及び前記第2電極に接続される配線層を形成する工程と、
前記第1基板の前記配線層に第2基板の配線層を接続する工程と、
前記第1基板の前記配線層とは反対の面側を削って、前記第1基板を薄膜化する工程と、
前記第1基板の削った表面に第3電極を形成する工程と、を備える、固体撮像装置の製造方法が提供される。
前記不純物イオン拡散領域を形成する工程は、前記光電変換部の表面から深さ方向にトレンチを形成し、形成された前記トレンチ内に不純物イオンを注入して前記不純物イオン拡散領域を形成する、請求項19に記載の固体撮像装置の製造方法。
本開示の第1の実施形態による固体撮像装置の断面図。 電荷蓄積時の蓄積電極と下部電極のポテンシャル変化を示す図。 電荷転送時の蓄積電極と下部電極のポテンシャル変化を示す図。 本実施形態の一変形例による固体撮像装置の断面図。 図3の固体撮像装置のより詳細な断面図。 第2変形例による固体撮像装置の断面図。 4画素分のレイアウトを示す図。 図4の固体撮像装置の第1変形例によるレイアウト図。 図4の固体撮像装置の第2変形例によるレイアウト図。 図4の固体撮像装置の第3変形例によるレイアウト図。 2画素で1つの下部電極を共有する一例を示すレイアウト図。 4画素で1つの下部電極を共有する一例を示すレイアウト図。 図4の固体撮像装置の第4変形例によるレイアウト図。 図4の固体撮像装置の第5変形例による断面図。 図13の固体撮像装置のレイアウト図。 不純物イオン拡散領域に接続されるコンタクトの一例を示す断面図。 固体撮像装置の第1基板の断面構造を示す図。 図4の固体撮像装置の製造工程を示す工程図。 図17Aに続く工程図。 図17Bに続く工程図。 図17Cに続く工程図。 図17Dに続く工程図。 図17Eに続く工程図。 図17Fに続く工程図。 図17Gに続く工程図。 図17Hに続く工程図。 図17Iに続く工程図。 図17Jに続く工程図。 図17Kに続く工程図。 第2の実施形態による固体撮像装置の単位画素の断面図。 図18の固体撮像装置の下部電極と蓄積電極の平面配置を示すレイアウト図。 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。 撮像部の設置位置の一例を示す図。
以下、図面を参照して、固体撮像装置及びその製造方法の実施形態について説明する。以下では、固体撮像装置及びその製造方法の主要な構成部分を中心に説明するが、固体撮像装置及びその製造方法には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
(第1の実施形態)
図1は本開示の第1の実施形態による固体撮像装置1の断面図である。図1の固体撮像装置1は、第1基板2を備えており、第1基板2には光電変換部3が設けられている。光電変換部3の一方の面上には上部電極4が配置されている。光電変換部3の反対側の面上には第1絶縁膜5が配置されている。第1絶縁膜5上には第2絶縁膜6が配置されている。第2絶縁膜6内には、蓄積電極7と、下部電極8とが互いに離隔して配置されている。
光電変換部3は、上部電極4側にP+層3aを有し、下部電極8側にN層又はNon-doped層(i層とも呼ぶ)3bを有する。光電変換部3の材料は、例えばシリコン(Si)やゲルマニウム(Ge)、SiGeである。あるいは、光電変換部3の材料は、InGaAsやInAsなどの化合物半導体や有機半導体などでもよい。
第1絶縁膜5は、光電変換部3で光電変換された電荷を蓄積及び転送できるようなポテンシャルを持つ材料が好ましい。例えば、光電変換部3がInGaAsの場合、第1絶縁膜5の材料はIGZO、ZnO、SnO2、TiO2、Zn2SnO4などである。また、第1絶縁膜5が正孔を蓄積及び転送する場合、第1絶縁膜5の材料はNiOやMoOxなどである。
第2絶縁膜6は、第1絶縁膜5とは異なる材料で形成される。より具体的には、第2絶縁膜6の材料は、例えばSiO2、アルミナ、HfO2などである。
上部電極4は、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明電極である。透明電極とは、光電変換部3で光電変換する光波長域の光を透過させる電極を意味する。蓄積電極7と下部電極8は、上部電極4と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。
光電変換部3は、不純物イオン拡散領域9を有する。この不純物イオン拡散領域9は、光電変換部3と第1絶縁膜5の界面から、光電変換部3の深さ方向(上部電極4の方向)に設けられている。不純物イオン拡散領域9は、下部電極8を覆うように配置されている。より詳細には、不純物イオン拡散領域9は、下部電極8を光電変換部3の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向するように光電変換部3内に配置されている。不純物イオン拡散領域9は、光電変換部3の表面、すなわち光電変換部3と第1絶縁膜5の界面から不純物イオンを注入して、不純物イオンが光電変換部3内で拡散することにより形成される領域である。拡散により形成されることから、不純物イオン拡散領域9の光電変換部3内での境界面は、曲面形状になる。
不純物イオン拡散領域9は、第1絶縁膜5に蓄積される電荷とは逆極性の不純物イオンを含んでいる。不純物イオン拡散領域9は、光電変換部3で光電変換された電荷を再結合させるため、光電変換部3で光電変換された電荷を第1絶縁膜5が蓄積している最中に、光電変換部3で光電変換された電荷が下部電極8に流れ込まなくなる。これにより、固体撮像装置1のノイズを抑制できる。
図2A及び図2Bは蓄積電極7と下部電極8のポテンシャル変化を示す図である。図2A及び図2Bは、第1絶縁膜5が蓄積及び転送する電荷が電子である例を示している。光電変換部3で光電変換された電子は、図2Aに示すように、蓄積電極7の電位を高くすることにより、光電変換部3から第1絶縁膜5に電子が移動する。この状態では、蓄積電極7の両側にポテンシャルの壁ができるため、第1絶縁膜5に電子が蓄積される。その後、図2Bに示すように、蓄積電極7の電位を低くすることにより、蓄積電極7と下部電極8との間のポテンシャルの壁が低くなり、蓄積電極7から下部電極8に電子が転送される。
図3は本実施形態の一変形例による固体撮像装置1の断面図である。図3の固体撮像装置1は、図1の構造にシールド電極11を追加し、光電変換部3内のシールド電極11に対向する場所に不純物イオン拡散領域9を設けている。シールド電極11は、画素間の分離のために設けられる。シールド電極11は、第2絶縁膜6内に設けられ、蓄積電極7や下部電極8とは分離して配置されている。シールド電極11は固定電位に設定され、図3の下側に示すように、第1絶縁膜5に電子を蓄積する際に、蓄積電極7とシールド電極11との間にポテンシャルの壁ができるようにしている。
図3の光電変換部3は、下部電極8に対向する場所に配置される不純物イオン拡散領域9(以下、第1拡散領域9aとも呼ぶ)と、シールド電極11に対向する場所に配置される不純物イオン拡散領域9(以下、第2拡散領域9bとも呼ぶ)とを有する。
第1拡散領域9aは、光電変換部3と第1絶縁膜5との界面から光電変換部3の深さ方向(上部電極4の方向)に設けられる。第2拡散領域9bは、光電変換部3と第1絶縁膜5との界面から光電変換部3の深さ方向(上部電極4の方向)に設けられている。第2拡散領域9bは、シールド電極11を覆うように配置されている。より詳細には、第2拡散領域9bは、シールド電極11を光電変換部3の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向して光電変換部3内に配置される。第1拡散領域9aと第2拡散領域9bはいずれも、第1絶縁膜5が蓄積及び転送する電荷とは逆極性の不純物イオンを注入及び拡散させた領域である。第1拡散領域9aと第2拡散領域9bは、互いに接触して電気的に導通していてもよい。あるいは、第1拡散領域9aと第2拡散領域9bは、電気的に導通しないように互いに離隔して配置されていてもよい。
これら第1拡散領域9aと第2拡散領域9bを設けることで、第1絶縁膜5が電荷を蓄積している最中に、光電変換部3から下部電極8とシールド電極11に電荷が流れ込むのを防止できる。
図1~図3では省略しているが、本実施形態による固体撮像装置1、1aは、光電変換部3を有する第1基板2と、光電変換された光電流を読み出す第2基板とを積層させた構造を備えている。図4は図3の固体撮像装置1のより詳細な断面図である。図4の固体撮像装置1は、第1基板2の各電極7,8,11に接続される配線層13aと第2基板10の配線層13bとを接続することで、第1基板2と第2基板10を積層している。配線層13a、13b同士の接続は、Cu-Cu接合、バンプ、ビア等により行われる。
図1では省略しているが、図1の固体撮像装置1における各電極7,8上の配線層13aにも、第2基板10の配線層13bが接続される。また、以下に説明する種々の変形例による固体撮像装置1においても、断面図では省略するものの、実際には第1基板2の配線層13aに第2基板10の配線層13bが接続されて、第1基板2と第2基板10が積層される。
図5は第2変形例による固体撮像装置1の断面図である。図5の固体撮像装置1は、不純物イオン拡散領域9と第1絶縁膜5の間に、不純物イオン拡散領域9よりもバンドギャップが広い半導体層14を配置している。半導体層14の材料は、例えばInPなどである。このような半導体層14を設けることで、不純物イオン拡散領域9や光電変換部3の内部の結晶欠陥等により発生された自由電子を半導体層14の内部で再結合させることができ、暗電流を抑制できる。後述するように、第1基板2としてInP基板を用いる場合には、InP基板と第2基板10を積層した後にInP基板のすべてをエッチング除去する代わりに、InP基板の一部を上述した半導体層14として残すことで、図5の断面構造を比較的容易に形成できる。
なお、図5では、不純物イオン拡散領域9を構成する第1拡散領域9aと第2拡散領域9bの双方と第1絶縁膜5との間に半導体層14を設けているが、いずれか一方のみに設けてもよい。また、図1の固体撮像装置1内の不純物イオン拡散領域9と第1絶縁膜5との間に図5と同様の半導体層14を設けてもよい。
次に、本実施形態による固体撮像装置1のレイアウト配置について説明する。図6は図4の固体撮像装置1のレイアウト図である。図6は4画素分のレイアウトを示している。図6に示すように、各画素の蓄積電極7の直上を除く画素領域は不純物イオン拡散領域9で覆われている。図6の例では、下部電極8を覆う第1拡散領域9aと、シールド電極11を覆う第2拡散領域9bは接続されており、第1拡散領域9aと第2拡散領域9bは同電位である。
図7は図4の固体撮像装置1の第1変形例によるレイアウト図である。図7では、図6と異なり、下部電極8を覆う第1拡散領域9aと、シールド電極11を覆う第2拡散領域9bとが離隔して配置されている。図7の場合、第1拡散領域9aと第2拡散領域9bをそれぞれ異なる電位に設定できる。
図8は図4の固体撮像装置1の第2変形例によるレイアウト図である。図8では、蓄積電極7の周囲を取り囲むように下部電極8を配置し、さらに下部電極8を取り囲むようにシールド電極11を配置している。下部電極8を覆う第1拡散領域9aと、シールド電極11を覆う第2拡散領域9bとは接続されている。
図8の場合、蓄積電極7から下部電極8までの距離のばらつきを抑制でき、蓄積電極7から下部電極8までの電荷の転送距離を短くできる。また、図8の場合も、第1絶縁膜5に電荷を蓄積中に、光電変換部3で光電変換された電荷が下部電極8やシールド電極11に流れ込むおそれを防止できる。
図9は図4の固体撮像装置1の第3変形例によるレイアウト図である。図9は、図8と異なり、下部電極8を覆う第1拡散領域9aと、シールド電極11を覆う第2拡散領域9bとが分離して配置されている。よって、第1拡散領域9aと第2拡散領域9bをそれぞれ異なる電位に設定できる。
図10は2画素で1つの下部電極8を共有する一例を示すレイアウト図である。図10では、横方向Xに並ぶ2つの蓄積電極7の間に下部電極8が配置され、2つの蓄積電極7の周囲を囲むようにシールド電極11が配置されている。シールド電極11は、縦方向Yに並ぶ2つの蓄積電極7の間に配置されている。図10において、下部電極8を覆う第1拡散領域9aと、シールド電極11を覆う第2拡散領域9bとは接続されており、第1拡散領域9aと第2拡散領域9bは同電位に設定される。
図11は4画素で1つの下部電極8を共有する一例を示すレイアウト図である。図11では、横方向Xに並ぶ2つの蓄積電極7と縦方向Yに並ぶ2つの蓄積電極7を合わせた計4つの蓄積電極7の中央に下部電極8を配置している。シールド電極11は、各蓄積電極7の周囲と下部電極8の周囲を囲むように配置されている。下部電極8を覆う第1拡散領域9aと、シールド電極11を覆う第2拡散領域9bとは接続されている。
図10及び図11のように、複数の画素で下部電極8を共有することにより、蓄積電極7のサイズを大きくすることができ、感度向上が図れる。あるいは、蓄積電極7のサイズを変えることなく、画素サイズを縮小でき、微細化が可能になる。
図12は図4の固体撮像装置1の第4変形例によるレイアウト図である。図12の固体撮像装置1は、光電変換部3にトレンチ15を配置し、トレンチ15の内部に不純物イオンを注入して拡散させることにより、光電変換部3内に不純物イオン拡散領域9を形成している。トレンチ15の深さ制御は比較的正確に行えるため、トレンチ15の内部に不純物イオンを注入して拡散させることにより、光電変換部3の第1絶縁膜5との界面から深さ方向への不純物イオンの拡散制御をより精度よく行うことができ、微細化が可能となる。なお、トレンチ15は充填物で充填される。充填物は、絶縁材料でもよいし、絶縁材料と金属材料の混合材料でもよい。このように、トレンチ15の内部に絶縁材料等を充填することで柱状体16が形成される。図12では、柱状体16の表面から光電変換部3内に不純物イオン拡散領域9が配置されている。
図12の不純物イオン拡散領域9は、トレンチ15の底部から上部電極4側に延びるため、上部電極4と導通する位置まで、深さ方向に延ばすことが比較的容易に行える。これにより、不純物イオン拡散領域9の電位を上部電極4にて設定できる。
図13は図4の固体撮像装置1の第5変形例による断面図である。図13の固体撮像装置1は、図12と同様に、光電変換部3にトレンチ15を形成した後、トレンチ15内に不純物イオンを注入及び拡散して、深さの大きい第1不純物イオン拡散領域9cを形成するとともに、第1不純物イオン拡散領域9cに隣接して、深さの浅い第2不純物イオン拡散領域9dを形成する。
第2不純物イオン拡散領域9dは、深さは浅いが、面方向の広がりを大きくしている。第2不純物イオン拡散領域9dの配置場所における第2不純物イオン拡散領域9dと上部電極4との間には、光電変換部3が配置されており、光電変換を行うことができる。このように、第1不純物イオン拡散領域9cの他に、深さの浅い第2不純物イオン拡散領域9dを設けることで、第1絶縁膜5が電荷を蓄積している最中に、下部電極8に電荷が流れ込むおそれをより確実に防止できるとともに、第2不純物イオン拡散領域9dの周囲では光電変換を行うことができるため、感度向上を図れる。第1不純物イオン拡散領域9cの面方向の幅を狭くして、かつ上部電極4と接触させることにより第1不純物イオン拡散領域9cを所定の電位に固定できるため、第1不純物イオン拡散領域9cと第2不純物イオン拡散領域9dに接続されるコンタクトを設けなくて済み、微細化が可能となる。
図14は図13の固体撮像装置1のレイアウト図である。蓄積電極7と下部電極8の周囲は、深さの大きい第1不純物イオン拡散領域9cで囲まれている。下部電極8は、深さの浅い第2不純物イオン拡散領域9dで覆われている。このように、深さの異なる2種類の不純物イオン拡散領域9を設けることで、第1絶縁膜5に電荷を蓄積している最中に、電荷が下部電極8に流れ込むおそれを確実に防止できるだけでなく、深さの浅い第2不純物イオン拡散領域9dの配置場所の上方(上部電極4側)では、光電変換を行うことができ、感度向上が図れる。
図1~図14に示した不純物イオン拡散領域9は、所定の電位に固定される。不純物イオン拡散領域9を所定の電位に固定するために、不純物イオン拡散領域9にコンタクトを接続して、コンタクトに所定の電位を付与する。図15は不純物イオン拡散領域9に接続されるコンタクト17の一例を示す断面図である。図15の例では、撮像を行う有効画素エリアの外側に、撮像に寄与しない周辺ダミー画素エリアを設けて、この周辺画素エリア内に、コンタクト17に接続された不純物イオン拡散領域9を設けている。光電変換部3には、画素ごとに複数の不純物イオン拡散領域9が設けられているが、例えば図6に示すように、いずれの不純物イオン拡散領域9も繋がっている。よって、周辺ダミー画素エリア内の不純物イオン拡散領域9にコンタクト17を接続して所定の電位を付与することにより、光電変換部3内のすべての不純物イオン拡散領域9の電位を固定にすることができる。
一方、図7や図9等に示すように、下部電極8を覆う不純物イオン拡散領域9aと、シールド電極11を覆う不純物イオン拡散領域9bとが分離している場合、例えば、シールド電極11を覆う不純物イオン拡散領域9bは、周辺ダミー画素エリア内の不純物イオン拡散領域9と接続することで、図15と同様にして電位を固定にすることができる。下部電極8を覆う不純物イオン拡散領域9aについては、画素ごとに下部電極8を覆う不純物イオン拡散領域9aに接続されるコンタクトを設けて、このコンタクトに所定の電位を付与してもよい。
上述した図1~図14では、光電変換部3で光電変換された電子を第1絶縁膜5に蓄積して下部電極8に転送する例を説明したが、電子の代わりに正孔を第1絶縁膜5に蓄積して下部電極8に転送してもよい。図16は正孔を第1絶縁膜5に蓄積して下部電極8に転送する固体撮像装置1の断面図である。
図16は固体撮像装置1の第1基板2の断面構造を示している。実際には、図4に示すように、第1基板2上の配線層と第2基板10上の配線層とがCu-Cu接合等により接続されて積層される。
図16の第1基板2は、光電変換部3と、光電変換部3の一主面上に配置される上部電極4と、光電変換部3の反対側の一主面上に配置される第1絶縁膜5と、第1絶縁膜5上に配置される第2絶縁膜6と、第2絶縁膜6上にそれぞれ離隔して配置される蓄積電極7、下部電極8及びシールド電極11とを有する。
光電変換部3は、N+層3cと、P層又はNon-doped層(i層)3dとを有する。P層又はi層3dは第1絶縁膜5に接する側に配置され、N+層3cは上部電極4に接する側に配置されている。第1絶縁膜5は、光電変換部3で光電変換された正孔を蓄積して転送することが可能なポテンシャルを有する。
光電変換部3には、下部電極8を覆う不純物イオン拡散領域9(第1拡散領域9a)と、シールド電極11を覆う不純物イオン拡散領域9(第2拡散領域9b)とが設けられている。第1拡散領域9a及び第2拡散領域9bは、N+の不純物イオンが拡散された領域である。このため、光電変換部3で光電変換された正孔が第1拡散領域9a又は第2拡散領域9bに流れ込むと、第1拡散領域9a又は第2拡散領域9b内で電子と再結合する。よって、正孔が第1拡散領域9aから下部電極8に流れ込むおそれを回避できる。
このように、図16の固体撮像装置1は、光電変換部3と不純物イオン拡散領域9の導電型が図1等とは異なっており、第1絶縁膜5の材料も図1の第1絶縁膜5とは異なる。図16の第1絶縁膜5の材料は、例えばNiOやMoOxなどである。
図17A~図17Lは図4の固体撮像装置1の製造工程を示す工程図である。まず、図17Aに示すように、InP基板21上に、InGaAs層22、P+InP層23、及びi(又はN)-InGaAs層24を順にエピタキシャル成長させる。
次に、図17Bに示すように、i(又はN)-InGaAs層24の上にハードマスク25を形成する。次に、図17Cに示すように、ハードマスク25越しに不純物イオン(例えばZnイオン)を注入して拡散させ、不純物イオン拡散領域9を形成する。ここでは、P+の不純物イオンがInP基板21に到達するように、不純物イオンを拡散させる。
次に、図17Dに示すようにハードマスク25を除去した後、図17Eに示すように、i(又はN)-InGaAs層24及び不純物イオン拡散領域9の上に、IGZOなどを材料とする第1絶縁膜5を形成する。次に、図17Fに示すように、第1絶縁膜5の上に、SiO2などを材料とする第2絶縁膜6を形成する。次に、図17Gに示すように、リソグラフィによる第2絶縁膜6のパターニングにより、第2絶縁膜6に開口を形成する。次に、図17Hに示すように、第2絶縁膜6の開口部分に下部電極8を形成するとともに、第2絶縁膜6の上に、蓄積電極7とシールド電極11を形成する。
次に、図17Iに示すように、蓄積電極7、下部電極8及びシールド電極11のそれぞれに接続される配線層13aを形成する。次に、図17Jに示すように、図17Iの工程まで行った第1基板2と、配線層13bが形成された第2基板10とを積層する。ここでは、第1基板2の配線層13aと第2基板10の配線層13bとをCu-Cu接合、バンプ、ビア等により接続する。
次に、図17Kに示すように、第1基板2内のInGaAs層22をエッチングストッパとして、第1基板2上のInP基板21をエッチング除去する。次に、図17Lに示すように、第1基板2のInGaAs層22を除去し、P+InP層23を露出させる。次に、図4に示すように、P+InP層23の上に上部電極4を形成する。
このように、第1の実施形態による固体撮像装置1は、少なくとも下部電極8に対向させて光電変換部3内に不純物イオン拡散領域9を形成するため、光電変換部3で光電変換された電荷を第1絶縁膜5に蓄積している最中に、一部の電荷が光電変換部3から下部電極8に流れ込むおそれがなくなる。また、シールド電極11に対向させて光電変換部3内に不純物イオン拡散領域9を形成することで、シールド電極11への電荷の流れ込みも防止できる。よって、本実施形態によれば、撮像画像のノイズを抑制できる。
(第2の実施形態)
図1等に示す固体撮像装置1は、単一の光波長域の光を光電変換する例を示しており、光波長域は、例えば赤外光又は遠赤外光帯域である。これに対して、以下に説明する第2の実施形態による固体撮像装置1は、複数の光波長帯域に分けて光電変換するものである。
図18は第2の実施形態による固体撮像装置1の単位画素の断面図である。図19は図18の固体撮像装置1の下部電極8と蓄積電極7の平面配置を示すレイアウト図である。図19に示すように、図18の固体撮像装置1は、4つの単位画素Pで1つの下部電極8を共有し、単位画素Pごとに蓄積電極7が配置されている。図18は図19のA-A線方向の断面構造を示している。
図18の固体撮像装置1は、1つの有機光電変換部31と、2つの無機光電変換部32R、32Bとが縦方向に積層された、いわゆる縦方向分光型の構成を備えている。2つの無機光電変換部32R、32Bは、半導体基板33の内部に配置されている。半導体基板33と有機光電変換部31の間には、固定電荷層34、誘電体層35及び層間絶縁層36が順に積層されている。
有機光電変換部31は、層間絶縁層36の上に配置される蓄積電極7、障壁調整電極37及び下部電極8と、これら電極7,37,8の上に配置される第1絶縁膜5と、第1絶縁膜5の上に配置される光電変換部3と、光電変換部3の上に配置される上部電極4とを有する。
光電変換部3の下部電極8と接続される箇所の周辺には、図1と同様に不純物イオン拡散領域9が形成されている。このため、光電変換部3で光電変換された電荷を第1絶縁膜5が記憶している最中に、下部電極8に電荷が流れ込むことを防止できる。
蓄積電極7、障壁調整電極37及び下部電極8は、それぞれコンタクト38a,38b,38cを介してパッド39a,39b,39cに接続されている。下部電極8の下方のパッド39cは、深さ方向に延びる貫通電極40に接続されている。貫通電極40は、基板面方向に延びる接続部41に接続されており、接続部41は、コンタクト42を介してフローティングディフュージョンFD1に接続されている。リセットトランジスタRSTは、有機光電変換部31からフローティングディフュージョンFD1に転送された電荷をリセットする。リセットトランジスタRSTは、リセットゲート43aと、チャネル形成領域43bと、ソース/ドレイン領域43c,43dとを有する。リセットトランジスタRSTの一方のソース/ドレイン領域43cは、フローティングディフュージョンFD1を兼ねている。リセットトランジスタRSTを構成する他方のソース/ドレイン領域43dは、電源VDDに接続されている。
アンプトランジスタAMPは、有機光電変換部31で生じた電荷量を電圧に変調する。具体的には、アンプトランジスタAMPは、ゲート44aと、チャネル形成領域44bと、ソース/ドレイン領域44c,44dとを有する。ゲート44aは、下部第1コンタクト45、接続部41、下部第2コンタクト42を介して、リセットトランジスタRSTの一方のソース/ドレイン領域43c(フローティングディフュージョンFD1)に接続されている。また、アンプトランジスタAMPの一方のソース/ドレイン領域44cは、リセットトランジスタRSTを構成する他方のソース/ドレイン領域43dと、領域を共有しており、電源VDDに接続されている。
選択トランジスタSELは、ゲート46aと、チャネル形成領域46bと、ソース/ドレイン領域46c,46dとを有する。ゲート46aは、選択線SEL1に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域46cは、アンプトランジスタAMPを構成する他方のソース/ドレイン領域44dと、領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域46dは、不図示の信号線(データ出力線)に接続されている。
無機光電変換部32R、32Bは、それぞれ半導体基板33の所定領域にpn接合を有する。無機光電変換部32R、32Bは、シリコン基板において光の入射深さに応じて吸収される光の波長が異なることを利用して縦方向に光を分光することを可能としている。
無機光電変換部32Bは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、青色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。無機光電変換部32Rは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、赤色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。なお、青(B)は、例えば450nm~495nmの波長域、赤(R)は、例えば620nm~750nmの波長域にそれぞれ対応する色である。無機光電変換部32R、32Bはそれぞれ、各波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能となっていればよい。
無機光電変換部32R、32Bは、例えば、正孔蓄積層となるp+領域と、電子蓄積層となるn領域とを含んで構成されている。無機光電変換部32R、32Bは、例えば、正孔蓄積層となるp+領域と、電子蓄積層となるn領域とを有する(p-n-pの積層構造を有する)。無機光電変換部32R、32Bのn領域は、縦型の転送トランジスタTr1に接続されている。無機光電変換部32R、32Bのp+領域は、転送トランジスタTr2に沿って屈曲している。
転送トランジスタTr1は、無機光電変換部32Bにおいて発生して蓄積された、青色に対応する信号電荷(ここでは、電子)を、フローティングディフュージョンFD2に転送する。無機光電変換部32Bは半導体基板33の第2面33S2から深い位置に形成されているので、無機光電変換部32Bの転送トランジスタTr1は縦型のトランジスタにより構成されていることが好ましい。また、転送トランジスタTr1は、不図示の転送ゲート線に接続されている。更に、転送トランジスタTr1のゲート47aの近傍の領域47bには、フローティングディフュージョンFD2が設けられている。無機光電変換部32Bに蓄積された電荷は、ゲート47aに沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンFD2に読み出される。
転送トランジスタTr2は、無機光電変換部32Rにおいて発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷(ここでは、電子)を、フローティングディフュージョンFD3に転送するものであり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。また、転送トランジスタTr2は、不図示の転送ゲート線に接続されている。更に、転送トランジスタTr2のゲート48aの近傍の領域48bには、フローティングディフュージョンFD3が設けられている。無機光電変換部32Rに蓄積された電荷は、ゲート48aに沿って形成される転送チャネル48cを介してフローティングディフュージョンFD3に読み出される。
このように、第2の実施形態による固体撮像装置1においても、光電変換部3内の下部電極8に接続される箇所付近に不純物イオン拡散領域9を設けるため、第1絶縁膜5が電荷を蓄積している最中に光電変換部3で光電変換された電荷が下部電極8に流れ込まなくなり、ノイズ低減が図れる。
<本開示に係る技術の適用例>
本開示に係る技術は、様々な製品に適用することができる。以下に、より具体的な適用例について説明する。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、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される測距装置として実現されてもよい。
[移動体]
図20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7000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7000は、通信ネットワーク7010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20に示した例では、車両制御システム7000は、駆動系制御ユニット7100、ボディ系制御ユニット7200、バッテリ制御ユニット7300、車外情報検出ユニット7400、車内情報検出ユニット7500、及び統合制御ユニット7600を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク7010は、例えば、CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、LAN(Local Area Network)又はFlexRay(登録商標)等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク7010を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークI/Fを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信I/Fを備える。図20では、統合制御ユニット7600の機能構成として、マイクロコンピュータ7610、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660、音声画像出力部7670、車載ネットワークI/F7680及び記憶部7690が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信I/F及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット7100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7100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。駆動系制御ユニット7100は、ABS(Antilock Brake System)又はESC(Electronic Stability Control)等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット7100には、車両状態検出部7110が接続される。車両状態検出部7110には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット7100は、車両状態検出部7110から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット7200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7200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7200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7200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。
バッテリ制御ユニット7300は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池7310を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット7300には、二次電池7310を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット7300は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池7310の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット7400は、車両制御システム7000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7400には、撮像部7410及び車外情報検出部7420のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部7410には、ToF(Time Of Flight)カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部7420には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム7000を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びLIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部7410及び車外情報検出部7420は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図21は、撮像部7410及び車外情報検出部7420の設置位置の例を示す。撮像部7910,7912,7914,7916,7918は、例えば、車両7900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のうちの少なくとも一つ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7910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7918は、主として車両7900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7912,7914は、主として車両7900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7916は、主として車両7900の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部7918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。
尚、図21には、それぞれの撮像部7910,7912,7914,7916の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲aは、フロントノーズに設けられた撮像部7910の撮像範囲を示し、撮像範囲b,cは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部7912,7914の撮像範囲を示し、撮像範囲dは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部7916の撮像範囲を示す。例えば、撮像部7910,7912,7914,7916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7900を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両7900のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部7920,7922,7924,7926,7928,7930は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両7900のフロントノーズ、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に設けられる車外情報検出部7920,7926,7930は、例えばLIDAR装置であってよい。これらの車外情報検出部7920~7930は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図20に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット7400は、撮像部7410に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット7400は、接続されている車外情報検出部7420から検出情報を受信する。車外情報検出部7420が超音波センサ、レーダ装置又はLIDAR装置である場合には、車外情報検出ユニット7400は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、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。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部7410により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット7400は、異なる撮像部7410により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット7500は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット7500には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部7510が接続される。運転者状態検出部7510は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット7500は、運転者状態検出部7510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。車内情報検出ユニット7500は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット7600は、各種プログラムにしたがって車両制御システム7000内の動作全般を制御する。統合制御ユニット7600には、入力部7800が接続されている。入力部7800は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット7600には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部7800は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム7000の操作に対応した携帯電話又はPDA(Personal Digital Assistant)等の外部接続機器であってもよい。入力部7800は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部7800は、例えば、上記の入力部7800を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット7600に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部7800を操作することにより、車両制御システム7000に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部7690は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するRAM(Random Access Memory)を含んでいてもよい。また、記憶部7690は、HDD(Hard Disc Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信I/F7620は、外部環境7750に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信I/Fである。汎用通信I/F7620は、GSM(登録商標)(Global System of Mobile communications)、WiMAX、LTE(Long Term Evolution)若しくはLTE-A(LTE-Advanced)などのセルラー通信プロトコル、又は無線LAN(Wi-Fi(登録商標)ともいう)、Bluetooth(登録商標)などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信I/F7620は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク(例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク)上に存在する機器(例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ)へ接続してもよい。また、汎用通信I/F7620は、例えばP2P(Peer To Peer)技術を用いて、車両の近傍に存在する端末(例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はMTC(Machine Type Communication)端末)と接続してもよい。
専用通信I/F7630は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信I/Fである。専用通信I/F7630は、例えば、下位レイヤのIEEE802.11pと上位レイヤのIEEE1609との組合せであるWAVE(Wireless Access in Vehicle Environment)、DSRC(Dedicated Short Range Communications)、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信I/F7630は、典型的には、車車間(Vehicle to Vehicle)通信、路車間(Vehicle to Infrastructure)通信、車両と家との間(Vehicle to Home)の通信及び歩車間(Vehicle to Pedestrian)通信のうちの1つ以上を含む概念であるV2X通信を遂行する。
測位部7640は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星からのGNSS信号(例えば、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号)を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。尚、測位部7640は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、PHS若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部7650は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。尚、ビーコン受信部7650の機能は、上述した専用通信I/F7630に含まれてもよい。
車内機器I/F7660は、マイクロコンピュータ7610と車内に存在する様々な車内機器7760との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器I/F7660は、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、NFC(Near Field Communication)又はWUSB(Wireless USB)といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器I/F7660は、図示しない接続端子(及び、必要であればケーブル)を介して、USB(Universal Serial Bus)、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)、又はMHL(Mobile High-definition Link)等の有線接続を確立してもよい。車内機器7760は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。また、車内機器7760は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器I/F7660は、これらの車内機器7760との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークI/F7680は、マイクロコンピュータ7610と通信ネットワーク7010との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークI/F7680は、通信ネットワーク7010によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット7600のマイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム7000を制御する。例えば、マイクロコンピュータ7610は、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7100に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ7610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ってもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、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ってもよい。
マイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の3次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部7670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20の例では、出力装置として、オーディオスピーカ7710、表示部7720及びインストルメントパネル7730が例示されている。表示部7720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。表示部7720は、AR(Augmented Reality)表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ7610が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
尚、図20に示した例において、通信ネットワーク7010を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム7000が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク7010を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク7010を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部7910,7912,7914,7916,7918や、車外情報検出部7920,7922,7924,7926,7928,7930や、運転者状態検出部7510等に適用され得る。具体的には、これらの撮像部や検出部に対して、本開示の固体撮像装置1を適用することができる。そして、本開示に係る技術を適用することにより、センサノイズ等のノイズイベントの影響を緩和し、真イベントの発生を確実に、かつ、迅速に感知することができるため、安全な車両走行を実現することが可能となる。
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)光電変換を行う第1基板と、光電変換された光電流を読み出す第2基板と、を積層させた固体撮像装置であって、
前記第1基板は、
光電変換部と、
前記光電変換部よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を蓄積及び転送する第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部に対向して配置される第1電極と、
前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記第1電極と離隔して配置される第2電極と、
前記第2電極に対向して配置され、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に配置される不純物イオン拡散領域と、を有する、固体撮像装置。
(2)前記不純物イオン拡散領域は、前記第2電極を前記光電変換部の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向して前記光電変換部内に配置される、(1)に記載の固体撮像装置。
(3)前記不純物イオン拡散領域と前記第1絶縁膜との間に配置され、前記不純物イオン拡散領域よりもバンドギャップが広い半導体層を有する、(1)又は(2)に記載の固体撮像装置。
(4)前記第1基板は、
それぞれが前記光電変換部を有する複数の画素と、
前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側で、かつ前記画素の境界に沿って配置され、固定電位に設定される第3電極と、を有し、
前記不純物イオン拡散領域の少なくとも一部は、前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される、(1)乃至(3)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(5)前記不純物イオン拡散領域は、前記第3電極を前記光電変換部の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向して前記光電変換部内に配置される、(4)に記載の固体撮像装置。
(6)前記不純物イオン拡散領域は、
前記光電変換部内の前記第2電極に対向する領域に配置される第1拡散領域と、
前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される第2拡散領域と、を有し、
前記第1拡散領域及び前記第2拡散領域は、互いに接触するように配置されている、(4)又は(5)に記載の固体撮像装置。
(7)前記不純物イオン拡散領域は、
前記光電変換部内の前記第2電極に対向する領域に配置される第1拡散領域と、
前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される第2拡散領域と、を有し、
前記第1拡散領域及び前記第2拡散領域は、互いに離隔して配置されている、(4)又は(5)に記載の固体撮像装置。
(8)前記第1基板は、前記画素ごとに前記不純物イオン拡散領域に導通するコンタクトを有し、
前記不純物イオン拡散領域は、前記コンタクトに印加される電圧により、所定の電位に設定される、(4)乃至(7)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(9)前記光電変換部が配置された有効画素領域の外側に配置され、前記不純物イオン拡散領域に導通するコンタクトを備え、
前記不純物イオン拡散領域は、前記コンタクトに印加される電圧により、所定の電位に設定される、(1)乃至(7)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(10)前記不純物イオン拡散領域は、前記第1絶縁膜が蓄積及び転送する電荷とは逆極性の不純物イオンを拡散させた領域である、(1)乃至(9)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(11)前記第1絶縁膜及び前記第1電極の間に設けられ、前記第1絶縁膜とは異なる材料を含む第2絶縁膜を備える、(1)乃至(10)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(12)前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に配置される柱状体を備え、
前記不純物イオン拡散領域は、前記柱状体の表面に沿って配置される、(1)乃至(11)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(13)前記第1基板は、前記光電変換部を間に挟んで前記第1電極とは反対側に配置される第4電極を備え、
前記不純物イオン拡散領域は、前記第4電極に接触するように配置される、(1)乃至(12)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(14)前記不純物イオン拡散領域は、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面からの深さがそれぞれ相違し、それぞれが隣接して配置される第1拡散領域及び第2拡散領域を有する、(1)乃至(13)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(15)前記第1拡散領域は、前記光電変換部の前記界面とは反対側の面に接しており、
前記第2拡散領域は、前記光電変換部の前記反対側の面よりも浅い深さ位置まで配置される、(14)に記載の固体撮像装置。
(16)前記不純物イオン拡散領域は、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に曲面形状で拡散されている、(1)乃至(15)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(17)前記第1絶縁膜は、前記光電変換部からの光電変換された電荷を蓄積する場合と、前記蓄積された電荷を前記第2電極に転送する場合とで、互いに異なる電位に設定される、(1)乃至(16)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(18)前記光電変換部は、極性が異なる複数種類の有機材料を含む有機光電変換部であり、
前記第1基板は、
前記第1電極及び前記第2電極を間に挟んで前記光電変換部と反対側に配置され、極性が異なる複数の無機材料を含む無機光電変換部を有し、
前記無機光電変換部は、複数の光波長域の光を別々に光電変換し、
前記有機光電変換部が光電変換する光波長域は、前記無機光電変換部が光電変換する光波長域とは相違する、(1)乃至(17)のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
(19)第1基板内の光電変換部に不純物イオンを注入及び拡散させて不純物イオン拡散領域を形成する工程と、
前記第1基板上に、前記光電変換部及び前記不純物イオン拡散領域に接するように第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に、前記光電変換部に対向するように第1電極を形成するとともに、前記不純物イオン拡散領域に対応するように第2電極を形成する工程と、
前記第1電極及び前記第2電極に接続される配線層を形成する工程と、
前記第1基板の前記配線層に第2基板の配線層を接続する工程と、
前記第1基板の前記配線層とは反対の面側を削って、前記第1基板を薄膜化する工程と、
前記第1基板の削った表面に第3電極を形成する工程と、を備える、固体撮像装置の製造方法。
(20)前記不純物イオン拡散領域を形成する工程は、前記光電変換部の表面から深さ方向にトレンチを形成し、形成された前記トレンチ内に不純物イオンを注入して前記不純物イオン拡散領域を形成する、(19)に記載の固体撮像装置の製造方法。
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
1 固体撮像装置、2 第1基板、3 光電変換部、4 上部電極、5 第1絶縁膜、6 第2絶縁膜、7 蓄積電極、8 下部電極、9 不純物イオン拡散領域、11 シールド電極、13a、13b 配線層、14 半導体層、15 トレンチ、16 柱状体、17 コンタクト、21 InP基板、22 InGaAs層、23 P+InP層、24 i(又はN)-InGaAs層、25 ハードマスク、31 有機光電変換部、32R、32B 無機光電変換部、33 半導体基板、34 固定電荷層、35 誘電体層、36 層間絶縁層、37 障壁調整電極、38a,38b,38c コンタクト、39a,39b,39c パッド、40 貫通電極、41 接続部、42 コンタクト、43a リセットゲート、43b チャネル形成領域、43c、43d ソース/ドレイン領域、44a ゲート、44b チャネル形成領域、44c、44d ソース/ドレイン領域、45 下部第1コンタクト、46a ゲート、46b チャネル形成領域、46c、46d ソース/ドレイン領域

Claims (20)

  1. 光電変換を行う第1基板と、光電変換された光電流を読み出す第2基板と、を積層させた固体撮像装置であって、
    前記第1基板は、
    光電変換部と、
    前記光電変換部よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部で光電変換された電荷を蓄積及び転送する第1絶縁膜と、
    前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記光電変換部に対向して配置される第1電極と、
    前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側に配置され、前記第1電極と離隔して配置される第2電極と、
    前記第2電極に対向して配置され、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に配置される不純物イオン拡散領域と、を有する、固体撮像装置。
  2. 前記不純物イオン拡散領域は、前記第2電極を前記光電変換部の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向して前記光電変換部内に配置される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記不純物イオン拡散領域と前記第1絶縁膜との間に配置され、前記不純物イオン拡散領域よりもバンドギャップが広い半導体層を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第1基板は、
    それぞれが前記光電変換部を有する複数の画素と、
    前記第1絶縁膜よりも前記第2基板側で、かつ前記画素の境界に沿って配置され、固定電位に設定される第3電極と、を有し、
    前記不純物イオン拡散領域の少なくとも一部は、前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  5. 前記不純物イオン拡散領域は、前記第3電極を前記光電変換部の表面に投影した投影面積の全域を含む領域に対向して前記光電変換部内に配置される、請求項4に記載の固体撮像装置。
  6. 前記不純物イオン拡散領域は、
    前記光電変換部内の前記第2電極に対向する領域に配置される第1拡散領域と、
    前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される第2拡散領域と、を有し、
    前記第1拡散領域及び前記第2拡散領域は、互いに接触するように配置されている、請求項4に記載の固体撮像装置。
  7. 前記不純物イオン拡散領域は、
    前記光電変換部内の前記第2電極に対向する領域に配置される第1拡散領域と、
    前記光電変換部内の前記第3電極に対向する領域に配置される第2拡散領域と、を有し、
    前記第1拡散領域及び前記第2拡散領域は、互いに離隔して配置されている、請求項4に記載の固体撮像装置。
  8. 前記第1基板は、前記画素ごとに前記不純物イオン拡散領域に導通するコンタクトを有し、
    前記不純物イオン拡散領域は、前記コンタクトに印加される電圧により、所定の電位に設定される、請求項4に記載の固体撮像装置。
  9. 前記光電変換部が配置された有効画素領域の外側に配置され、前記不純物イオン拡散領域に導通するコンタクトを備え、
    前記不純物イオン拡散領域は、前記コンタクトに印加される電圧により、所定の電位に設定される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  10. 前記不純物イオン拡散領域は、前記第1絶縁膜が蓄積及び転送する電荷とは逆極性の不純物イオンを拡散させた領域である、請求項1に記載の固体撮像装置。
  11. 前記第1絶縁膜及び前記第1電極の間に設けられ、前記第1絶縁膜とは異なる材料を含む第2絶縁膜を備える、請求項1に記載の固体撮像装置。
  12. 前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に配置される柱状体を備え、
    前記不純物イオン拡散領域は、前記柱状体の表面に沿って配置される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  13. 前記第1基板は、前記光電変換部を間に挟んで前記第1電極とは反対側に配置される第4電極を備え、
    前記不純物イオン拡散領域は、前記第4電極に接触するように配置される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  14. 前記不純物イオン拡散領域は、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面からの深さがそれぞれ相違し、それぞれが隣接して配置される第1拡散領域及び第2拡散領域を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  15. 前記第1拡散領域は、前記光電変換部の前記界面とは反対側の面に接しており、
    前記第2拡散領域は、前記光電変換部の前記反対側の面よりも浅い深さ位置まで配置される、請求項14に記載の固体撮像装置。
  16. 前記不純物イオン拡散領域は、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との界面から前記光電変換部の深さ方向に曲面形状で拡散されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  17. 前記第1絶縁膜は、前記光電変換部からの光電変換された電荷を蓄積する場合と、前記蓄積された電荷を前記第2電極に転送する場合とで、互いに異なる電位に設定される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  18. 前記光電変換部は、極性が異なる複数種類の有機材料を含む有機光電変換部であり、
    前記第1基板は、
    前記第1電極及び前記第2電極を間に挟んで前記光電変換部と反対側に配置され、極性が異なる複数の無機材料を含む無機光電変換部を有し、
    前記無機光電変換部は、複数の光波長域の光を別々に光電変換し、
    前記有機光電変換部が光電変換する光波長域は、前記無機光電変換部が光電変換する光波長域とは相違する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  19. 第1基板内の光電変換部に不純物イオンを注入及び拡散させて不純物イオン拡散領域を形成する工程と、
    前記第1基板上に、前記光電変換部及び前記不純物イオン拡散領域に接するように第1絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1絶縁膜上に、前記光電変換部に対向するように第1電極を形成するとともに、前記不純物イオン拡散領域に対応するように第2電極を形成する工程と、
    前記第1電極及び前記第2電極に接続される配線層を形成する工程と、
    前記第1基板の前記配線層に第2基板の配線層を接続する工程と、
    前記第1基板の前記配線層とは反対の面側を削って、前記第1基板を薄膜化する工程と、
    前記第1基板の削った表面に第3電極を形成する工程と、を備える、固体撮像装置の製造方法。
  20. 前記不純物イオン拡散領域を形成する工程は、前記光電変換部の表面から深さ方向にトレンチを形成し、形成された前記トレンチ内に不純物イオンを注入して前記不純物イオン拡散領域を形成する、請求項19に記載の固体撮像装置の製造方法。
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