CN120827004A

CN120827004A - 半导体装置和电子设备

Info

Publication number: CN120827004A
Application number: CN202480016594.7A
Authority: CN
Inventors: 山口哲司
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2023-03-29
Filing date: 2024-02-16
Publication date: 2025-10-21
Also published as: WO2024202674A1

Abstract

根据本公开一个实施方案的半导体装置(1)包括：半导体基板(11)，其具有彼此面对的第一面(11S1)和第二面(11S2)；一个或多个第一杂质扩散层(15)，其设置在所述半导体基板(11)的第一面(11S1)上，并且含有扩散的1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的杂质；一个或多个第二杂质扩散层(14)，其设置在所述半导体基板(11)的第二面(11S2)上；金属膜(23)，其设置在所述半导体基板(11)的第一面(11S1)侧并且电气连接到第一杂质扩散层(15)；和接触层(22)，其设置在所述半导体基板(11)的第一面(11S1)和所述金属膜(23)之间，含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体，并且与第一杂质扩散层(15)接触。

Description

半导体装置和电子设备

技术领域

本公开涉及例如在半导体基板的两面具有p型和n型接触区域的半导体装置和电子设备。

背景技术

例如，专利文献1公开了一种固态成像装置，其中通过在分离相邻光电转换区域的元件分离区域的半导体基板的背面侧设置与遮光构件的至少一部分连接的高杂质浓度区域来提高光接收感度。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开号2014-192348

发明内容

顺便提及，噪声是固态成像元件的重要特征之一。对于具有更微细像素尺寸的固态成像装置，需要抑制随着光电二极管或晶体管配置得更靠近时更可能发生的噪声。

因此，期望提供一种能够抑制与小型化相关的噪声产生的半导体装置和成像装置。

本公开一个实施方案的半导体装置包括：半导体基板，其具有彼此相对的第一面和第二面；一个或多个第一杂质扩散层，其设置在所述半导体基板的第一面上，并且含有扩散的1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的杂质；一个或多个第二杂质扩散层，其设置在所述半导体基板的第二面上；金属膜，其设置在所述半导体基板的第一面侧并且电气连接到第一杂质扩散层；和接触层，其设置在所述半导体基板的第一面和所述金属膜之间，含有带隙为2eV以上且6 eV以下的氧化物半导体，并且与第一杂质扩散层接触。

本公开一个实施方案的电子设备包括上述本公开一个实施方案的半导体装置。

在本公开一个实施方案的半导体装置和本公开一个实施方案的电子设备中，在分别设置于半导体基板的彼此相对的第一面和第二面上的含有扩散的杂质的一个或多个杂质扩散层之中，与第一面上的第一杂质扩散层接触的接触层含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体。这将第一杂质扩散膜的杂质浓度降低到1E19/cm³以下。

附图说明

图1是示出根据本公开一个实施方案的成像元件的构成的示例的截面示意图。

图2是示出图1所示的成像元件的平面构成的示例的示意图。

图3是示出图1所示的成像元件的总体构成的框图。

图4是图1所示的单位像素的等效电路的图。

图5A是用于说明图1所示的接触层和遮光膜的制造方法的示例的截面示意图。

图5B是示出图5A所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图5C是示出图5B所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图6是示出根据本公开的变形例1的成像元件的构成的示例的截面示意图。

图7是示出图6所示的成像元件的平面构成的示例的示意图。

图8A是用于说明图6所示的接触层和遮光膜的制造方法的示例的截面示意图。

图8B是示出图8A所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图9是示出根据本公开的变形例2的成像元件的构成的示例的截面示意图。

图10是示出图9所示的成像元件的平面构成的示例的示意图。

图11A是用于说明图9所示的接触层和遮光膜的制造方法的示例的截面示意图。

图11B是示出图11A所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图11C是示出图11B所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图11D是示出图11C所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图11E是示出图11D所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图12是示出根据本公开的变形例3的成像元件的构成的示例的截面示意图。

图13是示出图12所示的成像元件的平面构成的示例的示意图。

图14A是用于说明图12所示的接触层和遮光膜的制造方法的示例的截面示意图。

图14B是示出图14A所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图14C是示出图14B所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图14D是示出图14C所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图14E是示出图14D所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图14F是示出图14E所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图15是示出根据本公开的变形例3的成像元件的构成的另一示例的截面示意图。

图16是示出根据本公开的变形例4的成像元件的构成的示例的截面示意图。

图17是示出图16所示的成像元件的平面构成的示例的示意图。

图18A是用于说明图16所示的接触层和遮光膜的制造方法的示例的截面示意图。

图18B是示出图18A所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图18C是示出图18B所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图18D是示出图18C所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图18E是示出图18D所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图18F是示出图18E所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图19是示出根据本公开的变形例4的成像元件的构成的另一示例的截面示意图。

图20是示出根据本公开的变形例5的成像元件的构成的示例的截面示意图。

图21A是用于说明图20所示的接触层和遮光膜的制造方法的示例的截面示意图。

图21B是示出图21A所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图21C是示出图21B所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图21D是示出图21C所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图21E是示出图21D所示的步骤之后的步骤的截面示意图。

图22是示出根据本公开的变形例5的成像元件的构成的另一示例的截面示意图。

图23是示出根据本公开的变形例6的成像元件的构成的示例的截面示意图。

图24是示出根据本公开的变形例6的成像元件的构成的另一示例的截面示意图。

图25是示出包括图1所示的成像元件的电子设备的构成例的框图。

图26A是使用图1等所示的成像元件的光检测系统的总体构成的示例的示意图。

图26B是示出图26A所示的光检测系统的电路构成的示例的图。

图27是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。

图28是辅助说明车外信息检测单元和成像部的安装位置的示例的图。

图29是示出内窥镜手术系统的示意性构成的示例的视图。

图30是示出摄像头和相机控制单元(CCU)的功能构成的示例的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的一个实施方案进行详细说明。以下的说明仅仅是本公开的具体例，并且本公开不限于以下方面。此外，本公开不限于附图中所示的各构成要素的配置、尺寸、尺寸比等。注意，按照以下顺序给出说明。

1. 实施方案(成像元件的示例，其在半导体基板的光接收面上具有杂质扩散区域，并且与杂质扩散层接触的接触层含有带隙为2 eV以上的氧化物半导体)

2. 变形例

2-1. 变形例1 (成像元件的构成的另一个示例)

2-2. 变形例2 (成像元件的构成的另一个示例)

2-3. 变形例3 (成像元件的构成的另一个示例)

2-4. 变形例4 (成像元件的构成的另一个示例)

2-5. 变形例5 (成像元件的构成的另一个示例)

3. 适用例

4. 应用例

<1. 实施方案>

图1示意性地示出了根据本公开一个实施方案的半导体装置(成像元件1)的截面构成的示例。图2示意性地示出了图1所示的成像元件1的平面构成的示例，图1是与图2所示的I-I线对应的截面。图3示出了图1所示的成像元件1的总体构成的示例。成像元件1例如是用在诸如数码相机或摄像机等电子设备中的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且具有多个像素以矩阵状二维配置的像素部(像素部100A)。成像元件1是在CMOS图像传感器中的例如所谓的背照式成像元件。

成像元件1在半导体基板11的相对的一对面(第一面11S1和第二面11S2)这两者上具有杂质扩散区域(n型扩散区域14和p型扩散区域15)。在成像元件1中，用作光入射面的第一面11S1上的p型扩散区域15含有1E17/cm³ (1×10¹⁷/cm³)以上且1E19/cm³以下的p型杂质，并且p型扩散区域15经由含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体的接触层22电气连接到向p型扩散区域15施加电压的遮光膜23。

[成像元件的示意性构成]

成像元件1经由光学透镜系统(例如，透镜组1001，参见图25)捕获来自被摄体的入射光(图像光)，将在成像面上形成为图像的入射光量以像素为单位转换为电气信号，并将其作为像素信号输出。成像元件1包括在半导体基板11上作为成像区域的像素部100A，并且还包括在像素部100A的周边区域中的例如垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、输出电路114、控制电路115和输入/输出端子116。

在像素部100A中，例如，多个单位像素P以二维矩阵状排列。这些单位像素P通过对由成像透镜形成为图像的被摄体图像在光电二极管PD中进行光电转换来生成图像生成用的信号。

在单位像素P中，例如，针对每个像素行配设像素驱动线Lread (具体地，行选择线和复位控制线)，并且针对每个像素列配设垂直信号线Lsig。像素驱动线Lread传输用于读出来自像素的信号的驱动信号。像素驱动线Lread的一端连接到与垂直驱动电路111的各行相对应的输出端。

垂直驱动电路111包括移位寄存器、地址解码器等，并且是例如以行为单位驱动像素部100A的各单位像素P的像素驱动单元。从由垂直驱动电路111选择性扫描的像素行的各单位像素P输出的信号通过相应的垂直信号线Lsig供给到列信号处理电路112。列信号处理电路112包括针对每个垂直信号线Lsig设置的放大器和水平选择开关等。

水平驱动电路113包括移位寄存器、地址解码器等，并且在扫描列信号处理电路112的水平选择开关的同时顺次驱动水平选择开关。通过水平驱动电路113的选择性扫描，通过各垂直信号线Lsig传输的各像素的信号顺次输出到水平信号线121，并且通过水平信号线122传输到半导体基板11的外部。

输出电路114对经由水平信号线121从各列信号处理电路112顺次供给的信号执行信号处理，并输出这些信号。例如，输出电路114可以仅执行缓冲、黑电平调整、列变化校正或各种数字信号处理等。

包括垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、水平信号线121和输出电路114的电路部分可以直接形成在半导体基板11上，或者可以设置在外部控制IC上。这些电路部分也可以形成在通过线缆等连接的另一基板中。

控制电路115从半导体基板11外部接收时钟、命令操作模式的数据和其他数据，并且还输出诸如成像元件1的内部信息等数据。控制电路115还包括产生各种定时信号的定时发生器，并且基于由定时发生器生成的各种定时信号来执行包括垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113等的周边电路的驱动控制。

输入/输出端子116与外部交换信号。

[单位像素的电路构成]

图4示出了图3所示的成像元件1的单位像素P的读出电路的示例。如图4所示，单位像素P包括例如一个光电转换部12、传输晶体管TR、浮动扩散部FD、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。

光电转换部12是光电二极管(PD)。光电转换部12的阳极连接到接地电压线，阴极连接到传输晶体管TR1的源极。

传输晶体管TR1连接在光电转换部12和浮动扩散部FD之间。驱动信号TRsig被施加到传输晶体管TR的栅电极。当该驱动信号TRsig变为激活时，传输晶体管TR的传输栅极变为导通，并且累积在光电转换部12中的信号电荷经由传输晶体管TR被传输到浮动扩散部FD。

浮动扩散部FD连接在传输晶体管TR和放大晶体管AMP之间。浮动扩散部FD通过电荷到电压转换将由传输晶体管TR传输的信号电荷转换为电压信号，并将其输出到放大晶体管AMP。

复位晶体管RST连接在浮动扩散部FD和电源单元之间。驱动信号RSTsig被施加到复位晶体管RST的栅电极。当该驱动信号RSTsig变为激活时，复位晶体管RST的复位栅极变为导通，浮动扩散部FD的电位被复位为电源单元的电平。

放大晶体管AMP的栅电极连接到浮动扩散部FD，漏电极连接到电源单元，并且用作用于读出浮动扩散部FD所保持的电压信号的电路(即，所谓的源极跟随器电路)的输入单元。换句话说，放大晶体管AMP的源电极经由选择晶体管SEL连接到垂直信号线Lsig，从而构成连接到垂直信号线Lsig的一端的恒流源和源极跟随器电路。

选择晶体管SEL连接在放大晶体管AMP的源电极和垂直信号线Lsig之间。驱动信号SELsig被施加到选择晶体管SEL的栅电极。当该驱动信号SELsig变为激活时，选择晶体管SEL变为导通，并且单位像素P被选择。结果，从放大晶体管AMP输出的读出信号(像素信号)经由选择晶体管SEL输出到垂直信号线Lsig。

[单位像素的构成]

如上所述，成像元件1例如是背照式成像元件，并且像素部100A中以矩阵状二维配置的多个单位像素P每个都具有例如光接收部10、设置在光接收部10的光入射侧S1上的集光部20、以及设置在光接收部10的光入射侧S2的相对侧的多层配线层30。

光接收部10包括具有彼此相对的第一面11S1和第二面11S2的半导体基板11以及埋入在半导体基板11中的多个光电转换部12。半导体基板11包括例如硅基板。半导体基板11包括p阱和在p阱内的n型半导体区域。光电转换部12例如是由p阱和n型半导体区域形成的正本征负(PIN)型的光电二极管(PD)，从而在半导体基板11的预定区域中形成pn结。如上所述，光电转换部12埋入在单位像素P中。

光接收部10还包括分离部13。

分离部13设置在相邻的单位像素P之间。换句话说，分离部13在单位像素P的周围设置，并且在像素部100A中以格子状设置。分离部13用于电气且光学地分隔相邻的单位像素P，并且例如从半导体基板11的第一面11S1延伸到第二面11S2。分离部13使得可以形成例如p型杂质扩散的区域。可选择地，分离部13还可以具有浅沟槽隔离(STI)结构或全沟槽隔离(FFTI)结构，该结构是通过例如在半导体基板11中从第一面11S1形成开口，用固定电荷层16涂覆开口的侧面和底面，并在其中埋入绝缘层而形成的。气隙也可以形成在STI结构和FFTI结构内。

如上所述，在半导体基板11的第一面11S1和第二面11S2上形成杂质扩散区域。在成像元件1中，用于向半导体基板11的p阱施加固定电位的p型扩散区域15例如沿着分离部13形成在面向集光部20的第一面11S1上。p型扩散区域15对应于本公开实施方案中的“第一杂质扩散层”的一个具体示例。p型杂质以例如1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的浓度扩散到p型扩散区域15中。在面向多层配线层30的第二面11S2上，形成构成上述读出电路的一个或多个晶体管，并且在第二面11S2上，形成例如构成浮动扩散部FD和晶体管的源极/漏极的n型扩散区域14。n型扩散区域14对应于本公开实施方案中的“第二杂质扩散层”的一个具体示例。n型杂质以例如1E19/cm³以上且1E21/cm³以下的浓度扩散到n型扩散区域14中。

当分离部13包含如上所述地扩散p型杂质的材料时，可以省略p型扩散区域15，并且分离部13对应于本公开实施方案中的“第一杂质扩散层”的一个具体示例。

第一面11S1还具有兼用于防止半导体基板11的第一面11S11上的反射的固定电荷层16。当光电转换产生的电荷载流子之中的电子在光电转换部12中累积时，固定电荷层16优选地具有负的固定电荷。当光电转换产生的电荷载流子之中的空穴在光电转换部12中累积时，其优选地具有正的固定电荷，因为形成在基板中的P型和N型杂质的极性与累积电子时的极性相反。用于固定电荷层16的材料的示例含有带隙比半导体基板11的带隙宽的半导体材料或导电材料。具体示例包括氧化铪(HfO_x)、氧化铝(AlO_x)、氧化锆(ZrO_x)、氧化钽(TaO_x)、氧化钛(TiO_x)、氧化镧(LaO_x)、氧化镨(PrO_x)、氧化铈(CeO_x)、氧化钕(NdO_x)、氧化钷(PmO_x)、氧化钐(SmO_x)、氧化铕(EuO_x)、氧化钆(GdO_x)、氧化铽(TbO_x)、氧化镝(DyO_x)、氧化钬(HoO_x)、氧化铥(TmO_x)、氧化镱(YbO_x)、氧化镥(LuO_x)、氧化钇(YO_x)、氮化铪(HfN_x)、氮化铝(AlN_x)、氧氮化铪(HfO_xN_y)和氧氮化铝(AlO_xN_y)。固定电荷层16可以是单层膜或包含不同材料的多层膜。

集光部20包括保护层21、接触层22、遮光膜23、滤色器层24和片上透镜层25。遮光膜23还用作向上述半导体基板11的p阱施加固定电位的电极，并且经由形成在保护层21和固定电荷层16中的开口H (参见图5A)电气连接到半导体基板11的p型扩散区域15。在本实施方案中，接触层22形成在遮光膜23的下侧，并且p型扩散区域15和遮光膜23经由接触层22电气连接。

保护层21用于保护半导体基板11的第二面11S2并使其平坦化。保护层21包含例如氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)和氮氧化硅(SiO_xN_y)。

接触层22对应于本公开实施方案中的“接触层”的一个具体示例。如上所述，接触层22设置在遮光膜23的下侧，并且在形成于保护层21和固定电荷层16中的开口H的底面与半导体基板11 (具体地，p型扩散区域15)直接接触。接触层22可以含有透光性氧化物半导体。具体地，接触层22可以含有带隙为2 eV以上的氧化物半导体。接触层22的氧化物半导体的带隙上限例如为6 eV以下。在上述氧化物半导体之中，接触层23优选地包含功函数大于半导体基板11的功函数且载流子浓度为5E18/cm³以上的简并半导体，或者类似的透明氧化物半导体。用于接触层22的材料的具体示例包括功函数为4.5 eV以上并且至少含有钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、钨(W)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、钴(Co)和锌(Zn)中的任一种的氧化物半导体。这在接触层22和半导体基板11 (具体地，p型扩散区域15)之间建立了欧姆接触。

接触层22的氧化物半导体的带隙上限不必须受到限制，并且使其由带隙为2 eV以上的氧化物半导体制成，可以在接触层22和p型扩散区域15之间建立适宜的欧姆接触。

接触层22可以是包含上述氧化物半导体层和透光性导电膜的多层膜。用于透光性导电膜的材料的示例包括氧化铟锡(ITO)、添加有掺杂剂的氧化锡(SnO₂)系材料和添加有掺杂剂的氧化锌(ZnO)系材料。氧化锌系材料的示例包括添加有铝(Al)作为掺杂剂的铝锌氧化物(AZO)、添加有镓(Ga)的镓锌氧化物(GZO)和添加有铟(In)的铟锌氧化物(IZO)。可使用的其他示例包括IGZO、ITZO、CuI、InSbO₄、ZnMgO、CuInO₂、MgIn₂O₄、CdO和ZnSnO₃。

遮光膜23对应于本公开实施方案中的“金属膜”的一个具体示例。遮光膜23防止倾斜进入滤色器层24的光泄漏到相邻的单位像素P中，并且如上所述，还用作向半导体基板11的p阱施加固定电位的电极，并且设置在相邻的单位像素P之间。换句话说，如图2所示，例如，在分离部13的上方，遮光膜23与接触层22一起以格子状设置。

注意，遮光膜23也可以用于决定光学黑电平的单位像素P的遮光。遮光膜23还可以用于抑制向设置在像素部100A的周边区域中的周边电路的噪声产生的遮光。

遮光膜23的材料示例包括具有遮光性的导电材料。具体示例包括钨(W)、银(Ag)、铜(Cu)、钛(Ti)、铝(Al)及其合金。其他示例包括诸如TiN等金属化合物。遮光膜23例如可以形成为单层膜或多层膜。在多层膜的情况下，例如，可以设置Ti、钽(Ta)、W、钴(Co)或钼(Mo)或其合金、氮化物、氧化物或碳化物的层作为基层。

滤色器层24选择性地透过预定波长的光。滤色器层24包括例如选择性地透过红光(R)的滤色器22R、选择性地透过绿光(G)的滤色器24G和选择性地透过蓝光(B)的滤色器24B。滤色器24R、24G和24B被配置为使得例如对于配置在两行×两列中的四个单位像素P，两个滤色器24G被配置在对角线上，一个滤色器24R和一个滤色器24B被配置在彼此正交的对角线上。例如，在设置有各滤色器24R、24G和24B的单位像素P中，各光电转换部12检测相应的色光。换句话说，在像素部100A中，分别检测红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的单位像素P以拜耳图案排列。

滤色器层24可以具有分别选择性地透过青色、品红色和黄色的滤色器。例如，在设置有各滤色器24R、24G和24B的单位像素P中，各光电转换部12检测相应的色光。滤色器层24可以例如通过将颜料或染料分散在树脂材料中而形成。考虑到基于其光谱的颜色再现性和传感器感度，滤色器层24的厚度可以根据每种颜色而不同。

片上透镜层25被设置为覆盖像素部100A的整个表面，并且具有例如以无间隙方式设置有多个片上透镜25L的表面。片上透镜25L用于将从上方入射的光收集到光电转换部12，并且例如针对每个单位像素P设置。片上透镜层25包含例如无机材料，例如折射率为1.5以上且2.0以下的树脂材料、折射率为1.5以上且2.0以下的树脂材料、氮化硅(SiN_x)、氮氧化硅(SiON)、氧化硅(SiO_x)或非晶硅。可选择地，片上透镜层25可以包含具有高折射率的有机材料，例如环硫化物树脂、噻吩烷化合物或其树脂。片上透镜25L的形状不受限制，可以采用各种透镜形状，例如半球形或半圆柱形。

例如，可以在片上透镜层25的表面上形成具有防反射功能的保护膜。相对于待检测的波长λ和保护膜的折射率n，保护膜的厚度为λ/4n。

多层配线层30设置在光接收部10的光入射侧S1的相对侧，具体地，设置在半导体基板11的第二面11S2侧。例如，多层配线层30具有多个配线层31、32和33隔着层间绝缘层34层叠在一起的构成。在多层配线层30中，例如，除了上述读出电路之外，还形成有垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、输出电路114、控制电路115和输入/输出端子116。

配线层31、32和33包含例如铝(Al)、铜(Cu)或钨(W)。可选择地，配线层31、32和33可以包含多晶硅(Poly-Si)。

层间绝缘层34包含例如选自氧化硅(SiO_x)、TEOS、氮化硅(SiN_x)和氮氧化硅(SiO_xN_y)中的一种材料的单层膜，或者选自其中的两种以上材料的多层膜。

[接触层和遮光膜的制造方法]

例如，图1所示的接触层22和遮光膜23可以如下地形成。

首先，例如，使用类似于用于一般背照式CMOS图像传感器的方法在半导体基板11上形成光电转换部12、各种晶体管和配线层31、32和33，并且在表面(第二面11S2)侧构成包括多层配线层30的光接收部10。接下来，如图5A所示，在光接收部10上形成保护层21，并且通过例如光刻技术和蚀刻在分离部13上方形成开口H。

随后，如图5B所示，经由开口H在半导体基板11的第一面11S1上形成p型扩散区域15。接下来，通过例如物理气相沉积(PVD)法以50 nm的厚度形成MoOx作为接触层22的膜，然后通过PVD法以30 nm的厚度形成TiN作为遮光膜23的膜，然后通过化学气相沉积法以200nm的厚度形成W作为膜。

随后，如图5C所示，通过例如光刻技术和蚀刻，在分离部13上将遮光膜23和接触层22加工成平面图中的格子状。其后，顺次形成滤色器层24和片上透镜层25，从而完成图1所示的成像元件1。

[作用和效果]

在本实施方案的成像元件1中，在于彼此相对的第一面11S1和第二面11S2上分别具有杂质扩散层(n型扩散区域14和p型扩散区域15)的半导体基板11中，与用作光入射面的第一面11S1上的p型扩散区域15接触的接触层22含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体。这将p型扩散区域15中的杂质浓度降低到1E19/cm³以下。这将在下面说明。

随着近年来CMOS传感器中像素的小型化，在保证像素特性的同时配置形成在各像素中的光电二极管和晶体管的难度持续增加。

在一般CMOS传感器中，杂质扩散层形成在半导体基板的表面上，作为用于读出电荷并固定半导体基板的电位的接触单元。在该杂质扩散层中，扩散约1E19-20/cm³的高浓度杂质，以确保与低电阻金属的欧姆接触。然而，当通过像素小型化减小p型扩散层和n型扩散层之间的距离时，pn结处的电场变大，导致诸如噪声增加等不利影响。

作为针对这种不利影响的对策，如上所述，已经提出了通过在光照射面上形成一部分接触而不是在电路形成面上形成所有接触单元来降低其中光照射面和电路形成面不同的所谓的背照式CMOS图像传感器的电路形成面的接触密度。因此，即使在小型化像素中，在背照式CMOS图像传感器中的光照射面和电路形成面这两者上形成接触也有望提高布局的自由度。

然而，为了使背照式CMOS图像传感器吸收足够的光，半导体基板的膜厚度为几微米，并且在电路形成面上的元件形成期间，通过离子注入在几微米的深度引入高浓度的杂质，这带来了特性和生产性之间的权衡问题，包括显著的吞吐量劣化、由于离子注入引起的晶体缺陷导致的更差噪声。此外，在光入射面上的元件形成期间引入约1E19-20/cm³的高浓度杂质需要在离子注入后在高温下进行活化退火。然而，由于在光照射面的步骤中已经在电路形成面上形成了具有低耐热性的金属配线，因此难以实施足够的退火处理来恢复离子注入过程中引起的晶体缺陷。因此，如上所述，在光照射面上具有一部分接触的CMOS图像传感器需要新的工艺、结构、材料和其他对策。

相比之下，在本实施方案中，与用作光入射面的第一面11S1上的p型扩散区域15接触的接触层22含有具有足够高的载流子浓度的带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体。结果，即使当p型扩散区域15的杂质浓度降低到1E19/cm³以下时，该杂质浓度低于如同上述那样的在半导体基板的表面上形成一般接触单元的杂质浓度，也可以在p型扩散区域15和接触层22之间形成低电阻的欧姆接触。

如上所述，本实施方案中的成像元件1能够减少由在半导体基板11的光入射面(第一面11S1)上形成杂质扩散层引起的晶体缺陷，从而抑制由小型化引起的噪声的产生。

下面将说明本公开的变形例1~5、适用例和应用例。在下文中，与上述实施方案中类似的构成要素将由与上述实施方案中相同的附图标记表示，并且将适当地省略其说明。

<2. 变形例>

(2-1. 变形例1)

图6示意性地示出了根据本公开的变形例1的半导体装置(成像元件2)的截面构成的示例。图7示意性地示出了图6所示的成像元件2的平面构成的示例，图6示出了与图7所示的II-II线对应的截面。成像元件2例如是用在诸如数码相机或摄像机等电子设备中的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且例如是与上述实施方案类似的所谓的背照式成像元件。

上述实施方案以在用作光入射面的半导体基板11的第一面11S1上设置有p型杂质浓度为1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的p型扩散区域15为例。相比之下，本变形例中的成像元件2在第一面11S1上设置有n型杂质浓度为1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的n型扩散区域17，并且遮光膜23经由含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体的接触层22电气连接到其上。

n型扩散区域17对应于本公开的变形例1中的“第一杂质扩散层”的一个具体示例。n型扩散区域17是所谓的溢出漏极，其收集当强光进入时从光电转换部12溢出的电荷载流子，并且沿着例如分离部13形成。如上所述，在n型扩散区域17中，n型杂质以例如1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的浓度扩散。

如同上述实施方案中那样，接触层22在形成于保护层21和固定电荷层16中的开口H的底面与半导体基板11 (具体地，n型扩散区域17)直接接触。接触层22可以含有带隙为2eV以上且6 eV以下且具有透光性的氧化物半导体。在上述氧化物半导体之中，本变形例的接触层22优选地包含功函数小于半导体基板11的功函数且载流子浓度为5E18/cm³以上的简并半导体，或者类似的透明氧化物半导体。用于接触层22的材料的具体示例包括功函数4.5 eV以下的含锌(Zn)的氧化物、含锌和硅(Si)的氧化物以及含钙(Ca)的氧化物。这在接触层22和半导体基板11 (具体地，n型扩散区域17)之间建立了欧姆接触。

例如，图6所示的接触层22和遮光膜23可以如下地形成。

首先，如同上述实施方案中那样，在表面(第二面11S2)侧构成包括多层配线层30的光接收部10。接下来，在光接收部10上形成保护层21之后，如图8A所示，通过例如光刻技术和蚀刻在分离部13上方形成开口H，并且通过开口H在半导体基板11的第一面11S1上形成n型扩散区域17。

随后，通过例如PVD法以50 nm的厚度形成ZnSiO作为接触层22的膜，然后通过PVD法以30 nm的厚度形成TiN作为遮光膜23的膜，然后通过CVD法以200 nm的厚度形成W作为膜。接下来，如图8B所示，通过例如光刻技术和蚀刻，在分离部13上将遮光膜23和接触层22加工成平面图中的格子状。其后，顺次形成滤色器层24和片上透镜层25，从而完成图6所示的成像元件2。

因此，在本变形例中，在第一面11S1上设置n型杂质浓度为1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的n型扩散区域17，并且遮光膜23经由含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体的接触层22电气连接到其上。结果，即使当n型扩散区域17的杂质浓度降低到1E19/cm³以下时，该杂质浓度低于如同上述那样的在半导体基板的表面上形成一般接触单元的杂质浓度，也可以在n型扩散区域17和接触层22之间形成低电阻的欧姆接触。因此，本变形例的成像元件2可以实现与上述实施方案类似的效果。

(2-2. 变形例2)

图9示意性地示出了根据本公开的变形例2的半导体装置(成像元件3)的截面构成的示例。图10示意性地示出了图9所示的成像元件3的平面构成的示例，图9示出了与图10所示的III-III线对应的截面。成像元件3例如是用在诸如数码相机或摄像机等电子设备中的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且例如是与上述实施方案类似的所谓的背照式成像元件。

上述实施方案以在用作光入射面的半导体基板11的第一面11S1上设置p型杂质浓度为1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的p型扩散区域15为例。相比之下，本变形例中的成像元件3在第一面11S1上设置有杂质浓度为1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的p型扩散区域15和n型扩散区域17这两者，并且遮光膜23分别经由含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体的接触层22A和22B电气连接到p型扩散区域15和n形扩散区域17。

接触层22A对应于本公开的变形例2中的“接触层”的一个具体示例。接触层22A设置在遮光膜23的下侧，遮光膜23电气连接到p型扩散区域15。接触层22A可以含有带隙为2eV以上且6 eV以下且具有透光性的氧化物半导体。在上述氧化物半导体之中，接触层22A优选地包含功函数大于半导体基板11的功函数且载流子浓度为5E18/cm³以上的简并半导体，或者类似的透明氧化物半导体。用于接触层22A的材料的具体示例包括功函数为4.5 eV以上并且至少含有钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、钨(W)、铟(In)、锡(Sn)、镍(Ni)、钴(Co)和锌(Zn)中的任一种的氧化物半导体。这在接触层22A和半导体基板11 (具体地，p型扩散区域15)之间建立了欧姆接触。

接触层22B对应于本公开的变形例2中的“接触层”的一个具体示例。接触层22B设置在遮光膜23的下侧，遮光膜23电气连接到n型扩散区域17。接触层22B可以含有带隙为2eV以上且6 eV以下且具有透光性的氧化物半导体。在上述氧化物半导体之中，接触层22B优选地包含功函数小于半导体基板11的功函数且载流子浓度为5E18/cm³以上的简并半导体，或者类似的透明氧化物半导体。用于接触层22B的材料的具体示例包括功函数4.5 eV以下的含锌(Zn)的氧化物、含锌和硅(Si)的氧化物以及含钙(Ca)的氧化物。这在接触层22B和半导体基板11 (具体地，n型扩散区域17)之间建立了欧姆接触。

例如，图9所示的接触层22A和22B以及遮光膜23可以如下地形成。

首先，与上述实施方案类似，在表面(第二面11S2)侧构成包括多层配线层30的光接收部10。接下来，在光接收部10上形成保护层21之后，如图11A所示，通过例如光刻技术和蚀刻在分离部13上方形成开口H，并且经由开口H在半导体基板11的第一面11S1上的预定区域中形成p型扩散区域15和n型扩散区域17。

随后，如图11B所示，通过例如PVD法以50 nm的厚度形成MoOx作为接触层22A的膜。接下来，如图11C所示，通过光刻技术和蚀刻加工接触层22A以覆盖p型扩散区域15，然后通过PVD法以50 nm的厚度形成ZnSiO作为接触层22B。

随后，如图11D所示，通过光刻技术和蚀刻加工接触层22B，使其位于分离部13上并覆盖n型扩散区域17。接触层22B可以被加工成平面图中的格子状。接下来，作为遮光膜23，通过例如PVD法以30 nm的厚度形成TiN作为膜，并且通过CVD法以200 nm的厚度形成W作为膜。然后，如图11E所示，通过例如光刻技术和蚀刻，在分离部13上将遮光膜23加工成平面图中的格子状。其后，顺次形成滤色器层24和片上透镜层25，从而完成图9所示的成像元件3。

因此，在本变形例中，在第一面11S1上设置杂质浓度为1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的p型扩散区域15和n型扩散区域17这两者，并且遮光膜23分别经由含有带隙为2 eV以上且小于或相等于6 eV的氧化物半导体的接触层22A和22B电气连接到p型扩散区域15和n形扩散区域17。因此，本变形例的成像元件3可以实现与上述实施方案类似的效果。

(2-3. 变形例3)

图12示意性地示出了根据本公开的变形例3的半导体装置(成像元件4)的截面构成的示例。图13示意性地示出了图12所示的成像元件4的平面构成的示例，图12示出了与图13所示的IV-IV线对应的截面。成像元件4例如是用在诸如数码相机或摄像机等电子设备中的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且例如是与上述实施方案类似的所谓的背照式成像元件。

在上述实施方案中，接触层22形成在遮光膜23的下侧，并且在形成于保护层21和固定电荷层16中的开口H的底面电气连接到半导体基板11 (具体地，p型扩散区域15)。相比之下，在本变形例的成像元件4中，接触层22从分离部13上延伸到光电转换部12的上方，从而扩大了接触层22相对于半导体基板11的第一面11S1的接触面积。在与接触层22接触的遮光膜23的下侧进一步形成包含诸如TiN等的基底层26。

例如，图12中所示的接触层22和遮光膜23可以如下地形成。

首先，与上述实施方案类似，在表面(第二面11S2)侧构成包括多层配线层30的光接收部10。接下来，在半导体基板11的第一面11S1上形成p型扩散区域15，并在光接收部10上形成保护层21作为膜。随后，如图14A所示，通过例如光刻技术和蚀刻形成从分离部13的上方延伸到光电转换部12的上方的开口H1。

接下来，如图14B所示，通过例如PVD法以50 nm的厚度形成MoOx作为接触层22的膜。随后，如图14C所示，在接触层22上进一步形成保护层21作为膜。接下来，如图14D所示，通过化学机械抛光(CMP)法减薄保护层21，并去除形成在保护层21上的接触层22。

随后，如图14E所示，通过例如光刻技术和蚀刻在接触层22上的保护层21中形成开口H2。接下来，顺次通过例如PVD法以30 nm的厚度形成TiN作为基底层26的膜，并且通过例如CVD法以200 nm的厚度形成W作为遮光膜23的膜。然后，如图14F所示，通过例如光刻技术和蚀刻，在分离部13上将基底层26和遮光膜23加工成平面图中的格子状。其后，顺次形成滤色器层24和片上透镜层25，从而完成图12所示的成像元件3。

因此，在本变形例中，利用了用于接触层22的材料的透光性，接触层22延伸到光电转换部12的上方，从而扩大了接触层22相对于半导体基板11的第一面11S1的接触面积，因此扩大了p型扩散区域15和接触层22之间的接触面积。因此，本变形例的成像元件4可以实现与上述实施方案相同的效果，并且降低了p型扩散区域15和接触层22之间的接触电阻。

在本变形例中，与图15所示的成像元件4A一样，也可以在与p型扩散区域15接触的接触层22上形成接触层22X，并且遮光膜23可以连接到接触层22X。在成像元件4A中，不会发生由于对与p型扩散区域15接触的接触层22的表面进行蚀刻而导致的加工损伤，从而防止接触层22中的组成波动和相关的功函数的波动。

(2-4. 变形例4)

图16示意性地示出了根据本公开的变形例4的半导体装置(成像元件5)的截面构成的示例。图17示意性地示出了图16所示的成像元件5的平面构成的示例，图16示出了与图17所示的V-V线对应的截面。成像元件5例如是用在诸如数码相机或摄像机等电子设备中的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且例如是与上述实施方案类似的所谓的背照式成像元件。

在上述实施方案中，接触层22形成在遮光膜23的下侧，并且在形成于保护层21和固定电荷层16中的开口H的底面电气连接到半导体基板11 (具体地，p型扩散区域15)。相比之下，在本变形例的成像元件5中，p型扩散区域15和接触层22在光电转换部12的上方接触。

例如，图16所示的接触层22和遮光膜23可以如下地形成。

首先，与上述实施方案类似，在表面(第二面11S2)侧构成包括多层配线层30的光接收部10。接下来，在光接收部10上形成保护层21。然后，如图18A所示，通过光刻技术和蚀刻在光电转换部12的上方形成开口H1，并且经由开口H1在半导体基板11的第一面11S1上形成n型扩散区域17。

随后，如图18B所示，通过例如PVD法以50 nm的厚度形成MoOx作为接触层22的膜。接下来，如图18C所示，在开口H的周围对接触层22进行图案化。

随后，如图18D所示，也形成保护层21作为膜，然后如图18E所示，通过CMP法减薄保护层21并且平坦化保护层21的表面。接下来，如图18E所示，通过例如光刻技术和蚀刻在分离部13的上方形成到达接触层22的开口H2。

接下来，作为遮光膜23，通过例如PVD法以30 nm的厚度形成TiN作为膜，并且通过例如CVD法以200 nm的厚度形成W作为膜。然后，如图18F所示，通过例如光刻技术和蚀刻在分离部13上将遮光膜23加工成平面图中的格子状。其后，顺次形成滤色器层24和片上透镜层25，从而完成图16所示的成像元件5。

因此，在本变形例中，利用了用于接触层22的材料的透光性，并且在光电转换部12的上方使p型扩散区域15和接触层22在期望的面积中彼此接触。因此，本变形例的成像元件4可以实现与上述实施方案相同的效果，并且降低了p型扩散区域15和接触层22之间的接触电阻。

注意，尽管本变形例采用了图18C中形成在保护层21上的接触层22被去除而留下开口H1的周围的示例情况，但是情况不一定如此。由于接触层22具有透光性，因此如同图19所示的成像元件5A中那样，接触层22可以留下形成在光入射面(第一面11S1)的整个表面上。因此，不会发生由于对接触层22的表面进行蚀刻而导致的加工损伤，从而防止接触层22中的组成波动和相关的功函数的波动。

(2-5. 变形例5)

图20示意性地示出了根据本公开的变形例5的半导体装置(成像元件6)的截面构成的示例。成像元件6例如是用在诸如数码相机或摄像机等电子设备中的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且例如是与上述实施方案类似的所谓的背照式成像元件。

在上述实施方案中，接触层22形成在遮光膜23的下侧，并且在形成于保护层21和固定电荷层16中的开口H的底面电气连接到半导体基板11 (具体地，p型扩散区域15)。相比之下，在本变形例的成像元件6中，接触层22形成在半导体基板11的整个第一面11S1上。此外，在本变形例的成像元件6中，去除了形成在半导体基板11的第一面11S1上的固定电荷层16，从而跨着半导体基板11的第一面11S1形成p型扩散区域15。

例如，图20所示的接触层22和遮光膜23可以如下地形成。

首先，如图21A所示，在半导体基板11的相邻像素之间的凹槽的侧面和底面上形成固定电荷层16作为膜，然后在凹槽中埋入绝缘层作为分离部13。接下来，如图21B所示，通过例如CMP法去除形成在半导体基板11的第一面11S1上的绝缘层和固定电荷层16，以露出半导体基板11。

随后，如图21C所示，通过例如PVD法，在半导体基板11的第一面11S1上以50 nm的厚度形成MoOx作为接触层22的膜。接下来，如图21D所示，在接触层22上形成保护层21。

随后，如图21E所示，通过光刻技术和蚀刻，在分离部13的上方形成到达接触层22的开口H，例如，然后通过PVD法以30 nm的厚度形成TiN作为遮光膜23的膜，然后通过CVD法以200 nm的厚度形成W作为膜。接下来，如图21E所示，通过例如光刻技术和蚀刻，在分离部13上将遮光膜23加工成平面图中的格子状。其后，顺次形成滤色器层24和片上透镜层25，从而完成图18所示的成像元件6。

因此，在本变形例中，利用了用于接触层22的材料的透光性，并且在半导体基板11的整个第一面11S1上形成接触层22，从而扩大了接触层22相对于半导体基板11第一面11Sl的接触面积，因此扩大了p型扩散区域15和接触层22之间的接触面积。因此，本变形例的成像元件6可以实现与上述实施方案相同的效果，并且降低了p型扩散区域15和接触层22之间的接触电阻。

注意，尽管在本变形例中，半导体基板11的第一面11S1上的固定电荷层16被全部去除，但是情况不一定如此。例如，如同图22所示的成像元件6A中那样，可以留下光电转换部12的上方的固定电荷层16，并且可以在半导体基板11的整个第一面11S1上形成接触层22。在这种情况下，将固定电荷层16和接触层22的总厚度设定为例如约60 nm，可以防止可见光在半导体基板11的第一面11S1上反射。

(2-6. 变形例6)

图23示意性地示出了根据本公开的变形例6的半导体装置(成像元件7A)的截面构成的示例。图24示意性地示出了根据本公开的变形例6的半导体装置(成像元件7B)的截面构成的另一个示例。成像元件7A和7B例如是用在诸如数码相机或摄像机等电子设备中的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且例如是与上述实施方案类似的所谓的背照式成像元件。

上述实施方案采用了接触层22和遮光膜23彼此接触并且向其施加相同电位的示例情况。相比之下，本变形例中的成像元件7A和7B具有彼此独立形成的接触层22和遮光膜23。这使得可以经由接触层22向p型扩散层和遮光膜23施加不同的电位。此外，如同成像元件7B中那样，例如，将埋入在分离部13中的配线18连接到遮光膜23，向p型扩散层施加0 V电位，向配线18施加负电位，从而实现对来自分离部13的侧壁的噪声的抑制。

注意，尽管对于成像元件7A和7B，已经例示了在遮光膜23的上方形成在保护层21的面内方向上延伸的接触层22的示例情况，但是情况不一定如此。在保护层21的面内方向上延伸的接触层22可以形成在遮光膜23的下方。

<3. 适用例>

(适用例1)

例如，上述成像元件1等可适用于具有成像功能的任意类型的电子设备，其示例包括诸如数码相机或摄像机等相机系统以及具有成像功能的移动电话等。图25示出了电子设备1000的示意性构成。

电子设备1000包括例如透镜组1001、成像元件1、DSP (数字信号处理器)电路1002、帧存储器1003、显示部1004、记录部1005、操作部1006和电源部1007，并且它们经由总线1008彼此连接。

透镜组1001捕获来自被摄体的入射光(图像光)，并在成像元件1的成像面上形成图像。成像元件1将已经由透镜组1001在成像面上形成图像的入射光量以像素为单位转换为电气信号，并将其作为像素信号供给到DSP电路1002。

DSP电路1002是处理从成像元件1供给的信号的信号处理电路。DSP电路1002输出通过处理从成像元件1供给的信号而获得的图像数据。帧存储器1003以帧为单位临时保持由DSP电路1002处理的图像数据。

例如，显示部1004包括诸如液晶面板或有机电致发光(EL)面板等面板型显示装置，并且将由成像元件1捕获的运动图像或静止图像的图像数据记录在诸如半导体存储器或硬盘等记录介质上。

操作部1006根据用户执行的操作输出用于电子设备1000所拥有的各种功能的操作信号。电源部1007将用作DSP电路1002、帧存储器1003、显示部1004、记录部1005和操作部1006的操作电源的各种类型的电源适当地供应给这些供应目标。

(适用例2)

图26A示意性地示出了包括成像元件1的光检测系统2000的总体构成的示例。图26B示出了光检测系统2000的电路构成的示例。光检测系统2000包括作为发射红外光L2的光源单元的发光装置2001和作为具有光电转换元件的光接收单元的光检测装置2002。上述成像元件1可以用作光检测装置2002。光检测系统2000还可以包括系统控制单元2003、光源驱动单元2004、传感器控制单元2005、光源侧光学系统2006和相机侧光学系统2007。

光检测装置2002能够检测光L1和光L2。光L1是来自外部的环境光由被摄体(测量对象物) 2100反射的反射光(图26A)。光L2是由发光装置2001发出之后由被摄体2100反射的光。光L1例如是可见光，光L2例如是红外光。光L1在光检测装置2002中的光电转换部处是可检测的，并且光L2在光检测装置2002中的光电转换区域处是可检测的。可以从光L1获取关于被摄体2100的图像信息，并且可以从光L2获取关于被摄体2100和光检测系统2000之间的距离的信息。例如，光检测系统2000可以安装在诸如智能手机等电子设备上或者安装在诸如汽车等移动体上。发光装置2001可以由例如半导体激光器、表面发射半导体激光器或垂直谐振器表面发射激光器(VCSEL)来构成。iTOF方式可以用作光检测装置2002检测从发光装置2001发射的光L2的方法；然而，这不是限制性的。在iTOF方式中，光电转换部能够通过例如光的飞行时间(TOF)来测量到被摄体2100的距离。作为光检测装置2002检测从发光装置2001发射的光L2的方法，可以采用例如结构光方式或立体视觉方式。例如，在结构光方式中，具有预定图案的光被投影到被摄体2100，并且图案的失真被分析，从而使得可以测量光检测系统2000和被摄体2100之间的距离。在立体视觉方式中，例如，使用两个以上的相机来获取从两个以上的不同视点观看的被摄体2100的两个以上的图像，从而使得可以测量光检测系统2000和被摄体之间的距离。注意，系统控制单元2003可以同步地控制发光装置2001和光检测装置2002。

<4. 应用例>

<内窥镜手术系统的应用例>

根据本公开的技术可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以适用于内窥镜手术系统。

图27是示出根据本公开的技术(本技术)可以适用的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。

在图27中，示出了其中手术者(医生) 11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量器械11112等其他手术器械11110、在其上支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。

内窥镜11100包括具有被插入患者11132的体腔内的距其远端预定长度的区域的透镜筒11101和摄像头11102，该摄像头连接到透镜筒11101的近端。在附图所示的示例中，示出了包括具有硬性透镜筒11101的硬镜的内窥镜11100。然而，内窥镜11100还可以包括具有软性透镜筒11101的软镜。

透镜筒11101在其远端处就有物镜装配到其中的开口部部部。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203生成的光通过在透镜筒11101内部延伸的光导引导到透镜筒的远端，并经由物镜将光朝向患者11132的体腔内的观察对象照射。注意，内窥镜11100可以是直视镜，或者可以是斜视镜或侧视镜。

在摄像头11102的内部设有光学系统和成像元件，使得来自观察对象的反射光(观察光)通过光学系统聚焦在成像元件上。观察光由成像元件执行光电转换，以生成与观察光相对应的电气信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为RAW数据被传输到相机控制单元(CCU) 11201。

CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，例如，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且执行诸如对显像处理(去马赛克处理)等各种类型的图像处理以显示基于该图像信号的图像。

显示装置11202在CCU 11201的控制下在其上显示基于已经由CCU 11201对其进行了图像处理的图像信号的图像。

例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且将用于拍摄手术区域时的照射光供给到内窥镜11100。

输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以经由输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种类型的信息或指令。例如，使用者输入改变内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。

处置器械控制装置11205控制能量器械11112的驱动，用于组织的烧灼或切开、血管的密封等。气腹装置11206经由气腹管11111向患者11132的体腔内注入气体以使体腔膨胀，以确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像、图形等各种形式打印与手术有关的各种类型的信息的装置。

注意，例如，当拍摄手术区域时的照射光供给到内窥镜11100的光源装置11203可以包括LED、激光光源或它们组合的白色光源。在白色光源包括红、绿和蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，由于可以高精度地控制各种颜色(各波长)的输出强度和输出时机，因此可以由光源装置11203执行所拍摄的图像的白平衡的调整。此外，在这种情况下，如果将来自各个RGB激光光源的激光按时间分割地发射到观察对象上并且与发射时机同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动。则可以按时间分割地拍摄对应于RGB色的图像。根据该方法，即使针对成像元件未设置滤色器，也可以获得彩色图像。

此外，可以控制光源装置11203，使得在各预时机间改变要输出的光的强度。通过与光强度的改变的时机同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动以按时间分割地获取图像并合成图像，可以生成没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高亮的高动态范围的图像。

此外，光源装置11203可以供给与特殊光观察相对应的预定波长带域的光。在特殊光观察中，例如，通过使用身体组织中的光吸收的波长依赖性以发射与普通观察时的照射光(即，白光)相比具有窄带域的光，进行以高对比度对诸如粘膜表层的血管等预定组织进行拍摄的窄带域观察(窄带域成像)。此外，在特殊光观察中，进行由通过发射激发光产生的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，例如，能够向身体组织照射激发光来观察来自身体组织的荧光(自体荧光观察)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到身体组织中并发射与试剂的荧光波长相对应的激发光来获得荧光图像。光源装置11203可以供给适用于上述特殊光观察的窄带域光和/或激发光。

图28是示出图27所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构成的示例的框图。

摄像头11102包括透镜单元11401、成像部11402、驱动部11403、通信部11404和摄像头控制部11405。CCU 11201包括通信部11411、图像处理部11412和控制部11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输线缆11400连接，用于彼此通信。

透镜单元11401是设置在与透镜筒11101的连接部处的光学系统。从透镜筒11101的远端接收的观察光被引导到摄像头11102，并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401包括具有变焦透镜和焦点透镜的多个透镜的组合。

成像部11402包括的成像元件的数量可以是一个(单板型)或者多个 (多板型)。当成像部11402被构造为多板型时，例如，通过成像元件生成与各个RGB相对应的图像信号，并且可以通过对图像信号进行合成来获得彩色图像。可选择地，成像部11402还可以被构造为具有一对成像元件，用于获取用于三维(3D)显示的右眼和左眼用的图像信号。如果进行3D显示，则手术者11131可以更加准确地把握手术部位中的身体组织的深度。注意，当成像部11402被构造为多板型的情况下，与各个成像元件相对应地设置多个透镜单元11401。

此外，成像部11402不必须被设置在摄像头11102上。例如，成像部11402可以被设置在透镜筒11101内部的物镜的正后方。

驱动部11403包括致动器，并且在摄像头控制部11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和焦点透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适宜地调整由成像部11402拍摄的图像的放大率和焦点。

通信部11404包括用于向和从CCU 11201传输和接收各种类型的信息的通信装置。通信部11404将从成像部11402获取的图像信号作为RAW数据经由传输线缆11400传输到CCU11201。

另外，通信部11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号供给到摄像头控制部11405。控制信号包括与成像条件有关的信息，例如，指定所拍摄的图像的帧速率的信息、指定在成像时的曝光值的信息和/或指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息等。

注意，诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等成像条件可以由使用者适宜地指定，或者可以由CCU 11201的控制部11413基于获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能被接合在内窥镜11100中。

摄像头控制部11405基于经由通信部11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。

通信部11411包括用于向和从摄像头11102传输和接收各种类型的信息的通信装置。通信部11411经由传输线缆11400接收从摄像头11102传输的图像信号。

此外，通信部11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号可以通过电气通信、光通信等来传输。

图像处理部11412对从摄像头11102传输的RAW数据形式的图像信号进行各种类型的图像处理。

控制部11413进行与通过内窥镜11100进行的手术区域等的成像以及通过对手术区域等的成像获得的所拍摄的图像的显示有关的各种类型的控制。例如，控制部11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。

此外，控制部11413基于已经由图像处理部11412进行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202显示手术区域等的所拍摄的图像。在这种情况下，控制部11413可以通过使用各种图像识别技术来识别所拍摄的图像内的各种物体。例如，控制部11413检测包含在所拍摄的图像中的物体的边缘形状和/或颜色等来识别诸如钳子等手术器械、特定活体部位、出血、当使用能量器械11112时的雾等等。当控制显示装置11202显示所拍摄的图像时，控制部11413可以通过使用识别结果使显示装置11202以重叠的方式显示具有手术区域的图像的各种类型的手术支持信息。当手术支持信息被重叠显示，并被呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担，并且手术者11131可以可靠地进行手术。

将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输线缆11400是用于电气信号的通信的电气信号线缆、用于光通信的光纤或用于电气信号和光通信两者的复合线缆。

这里，在附图所示的示例中，通过使用传输线缆11400的有线通信来执行通信，但是可以通过无线通信执行摄像头11102和CCU 11201之间的通信。

上面已经说明了根据本公开的技术可以适用的内窥镜手术系统的示例。例如，根据本公开的技术可以适用于上述构成之中的成像部11402。通过将根据本公开的技术适用于成像部11402，可以改善检测精度。

注意，虽然这里以内窥镜手术系统为例进行说明，但是根据本公开的技术可以适用于诸如显微镜手术系统等。

<移动体的应用例>

根据本公开的技术可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术被实现为待安装在诸如汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)等任何类型的移动体上的装置。

图29是作为根据本公开实施方案的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的概略构成例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图29所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F) 12053。

驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作诸如用于产生如内燃机、驱动电机等车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调整车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。

主体系统控制单元12020根据各种程序来控制设置于车体的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向信号灯、雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，用于代替按键的从便携式装置传递的无线电波或各种开关的信号可以被输入到主体系统控制单元12020。主体系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。

车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆的外部有关的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031拍摄车辆外部的图像，并接收所拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行检测诸如人、汽车、障碍物、标志、道路上的文字等物体的处理或检测距其距离的处理。

成像部12031是接收光并输出对应于受光量的电气信号的光学传感器。成像部12031可以输出电气信号作为图像，或者可以输出电气信号作为与测量距离有关的信息。另外，由成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。

车内信息检测单元12040检测车辆内部有关的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的图像的相机。基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或集中度，或者可以判断驾驶员是否在坐姿中入睡。

微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部有关的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以进行协调控制，以实现包括车辆的碰撞避免或碰撞缓和、基于跟随距离的跟随行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告、车辆的车道偏离警告等的高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能。

另外，微型计算机12051可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等来进行协调控制，以实现其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。

另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部有关的信息将控制指令输出到主体系统控制单元12020。例如，微型计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来控制头灯，以进行协调控制，以实现诸如将远光灯切换为近光灯等防止眩光。

声音/图像输出单元12052将声音和图像输出信号中的至少一种传递到能够在视觉上或听觉上通知车辆乘员或车辆外部的信息的输出装置。在图29的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。

图30是成像部12031的安装位置的示例的图。

在图30中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。

成像部12101、12102、12103、12104和12105设置在例如车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠和后门的位置以及车内的挡风玻璃的上侧的位置处。设置在车头中的成像部12101和设置在车内的挡风玻璃上侧的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜中的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置在后保险杠或后门中的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。车内的挡风玻璃的上侧的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。

顺便提及，图30示出了成像部12101~12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示设置在车头的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过将由成像部12101~12104拍摄的图像数据被彼此叠加，获得车辆12100的从上方看到的鸟瞰图像。

成像部12101~12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像部12101~12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用像素的成像元件。

例如，基于从成像部12101~12104获得的距离信息，微型计算机12051可以确定距成像范围12111~12114内的各立体物的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取位于车辆12100的行驶路线上的特别是最靠近的立体物且在与车辆12100的大致相同的方向上以预定速度(例如，0 km/h以上)行驶的立体物作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以设定在前方车辆的跟前预先确保的车辆之间的距离，并且可以进行自动制动控制(包括追踪行驶停止控制)、自动加速控制(包括追踪行驶开始控制)等。因此，能够进行旨在车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协调控制。

例如，基于从成像部12101~12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将立体物的立体物数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取分类的立体物数据，并使用提取的立体物数据自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断指示与各障碍物碰撞的危险度的碰撞风险。当碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞的可能性的情况下，微型计算机12051通过经由音频扬声器12061和显示单元12062向驾驶者输出警告或者经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向。微型计算机12051可以辅助驾驶以避免碰撞。

成像部12101~12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否存在于成像部12101~12104的拍摄图像中来识别行人。例如，通过提取作为红外相机的成像部12101~12104的拍摄图像中的特征点的过程以及通过对指示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以判断该物体是否为行人的过程来进行行人的识别。当微型计算机12051判断行人存在于成像部12101~12104的拍摄图像中并由此识别出行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，从而以叠加在所识别的行人的方式来显示用于强调的四边形轮廓线。声音/图像输出单元12052还可以控制显示单元12062，使得在期望的位置显示指示行人的图标等。

上面已经说明了根据本公开的技术可以适用的移动体控制系统的示例。根据本公开的技术可以适用于上述构成之中的成像部12031。具体地，根据上述实施方案及其变形例1~5中的任何一个的成像装置(例如，成像元件1)可以适用于成像部12031。通过将根据本公开的技术适用于成像部12031，允许拍摄具有较少噪声的高清晰度的图像，从而使得可以在移动体控制系统中利用拍摄图像来执行高精度的控制。

尽管以上已经用实施方案、变形例1~5、适用例和应用例说明了本公开，但是本技术不限于实施方案等，并且可以进行其他各种变形。例如，上述实施方案以在半导体基板11的第一面11S1上形成p型扩散区域15或n型扩散区域17之一或这两者的情况为例，并且在第二面11S2上形成n型扩散区域14；然而，情况不一定如此。例如，在第二面11S2上可以形成p型扩散区域来代替n型扩散区域14，或者可以形成n型扩散区域14和p型扩散区域这两者，并且在第一面11S1上可以形成p型扩散区域15或n型扩散区域17之一或这两者。任一种构成都会产生与上述实施方案中类似的效果。

本说明书记载的效果仅是说明性的，不限于其记载，还可以实现其他效果。

注意，本公开也可以如下构成。以下构成中的技术使得可以抑制由小型化引起的噪声的产生。

(1) 一种半导体装置，包括：

半导体基板，其具有彼此相对的第一面和第二面；

一个或多个第一杂质扩散层，其设置在所述半导体基板的第一面上，并且含有扩散的1E17/cm³以上且1E19/cm³以下的杂质；

一个或多个第二杂质扩散层，其设置在所述半导体基板的第二面上；

金属膜，其设置在所述半导体基板的第一面侧并且电气连接到第一杂质扩散层；和

接触层，其设置在所述半导体基板的第一面和所述金属膜之间，含有带隙为2 eV以上且6 eV以下的氧化物半导体，并且与第一杂质扩散层接触。

(2) 根据上述(1)所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体的载流子浓度为5E18/cm³以上。

(3) 根据上述(1)或(2)所述的半导体装置，其中

第一杂质扩散层包括p型杂质扩散层，和

所述氧化物半导体具有4.5 eV以上的功函数。

(4) 根据上述(3)所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体至少含有钼、铬、钒、钨、铟、锡、镍、钴和锌中的任一种。

(5) 根据上述(1)~(4)中任一项所述的半导体装置，其中

第一杂质扩散层包括n型杂质扩散层，和

所述氧化物半导体具有4.5 eV以下的功函数。

(6) 根据上述(5)所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体含有含锌的氧化物、含锌和硅的氧化物以及含钙的氧化物中的任一种。

(7) 根据上述(1)~(6)中任一项所述的半导体装置，其中所述半导体基板包括p型杂质扩散层和n型杂质扩散层作为在第一面上的第一杂质扩散层。

(8) 根据上述(1)~(7)中任一项所述的半导体装置，其中所述接触层形成在所述半导体基板的第一面的一部分或全部上。

(9) 根据上述(1)~(8)中任一项所述的半导体装置，其中所述接触层具有包含所述氧化物半导体的层和具有透光性的导电膜的层叠结构。

(10) 根据上述(1)~(9)中任一项所述的半导体装置，其中所述金属膜具有遮光性。

(11) 根据上述(1)~(10)中任一项所述的半导体装置，其中所述半导体基板包括以矩阵状排列的多个像素和针对每个像素设置的多个光电转换部，所述光电转换部通过光电转换产生与接收到的光量对应的电荷。

(12) 根据上述(11)所述的半导体装置，其中第一面包括光入射面，并且在第二面侧形成有配线层，所述配线层包括读出电路，所述读出电路输出基于从所述像素输出的电荷的像素信号。

(13) 根据上述(11)或(12)所述的半导体装置，其中第一杂质扩散层包括电气分离相邻像素的p型杂质扩散层。

(14) 根据上述(1)~(13)中任一项所述的半导体装置，其中第一杂质扩散层包括向所述半导体基板施加固定电位的p型杂质扩散层。

(15) 一种电子设备，包括：

半导体装置，所述半导体装置包括

半导体基板，其具有彼此相对的第一面和第二面；

本申请要求于2023年3月29日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2023-054167的权益，其全部内容通过引用结合于此。

本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更。

Claims

1.一种半导体装置，包括：

半导体基板，其具有彼此相对的第一面和第二面；

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体的载流子浓度为5E18/cm³以上。

3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中

第一杂质扩散层包括p型杂质扩散层，和

所述氧化物半导体具有4.5 eV以上的功函数。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体至少含有钼、铬、钒、钨、铟、锡、镍、钴和锌中的任一种。

5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中

第一杂质扩散层包括n型杂质扩散层，和

所述氧化物半导体具有4.5 eV以下的功函数。

6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体含有含锌的氧化物、含锌和硅的氧化物以及含钙的氧化物中的任一种。

7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体基板包括p型杂质扩散层和n型杂质扩散层作为在第一面上的第一杂质扩散层。

8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述接触层形成在所述半导体基板的第一面的一部分或全部上。

9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述接触层具有包含所述氧化物半导体的层和具有透光性的导电膜的层叠结构。

10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述金属膜具有遮光性。

11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体基板包括以矩阵状排列的多个像素和针对每个像素设置的多个光电转换部，所述光电转换部通过光电转换产生与接收到的光量对应的电荷。

12.根据权利要求11所述的半导体装置，其中第一面包括光入射面，并且在第二面侧形成有配线层，所述配线层包括读出电路，所述读出电路输出基于从所述像素输出的电荷的像素信号。

13.根据权利要求11所述的半导体装置，其中第一杂质扩散层包括电气分离相邻像素的p型杂质扩散层。

14.根据权利要求1所述的半导体装置，其中第一杂质扩散层包括向所述半导体基板施加固定电位的p型杂质扩散层。

15.一种电子设备，包括：

半导体装置，所述半导体装置包括

半导体基板，其具有彼此相对的第一面和第二面；