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JP2018174231A - 固体撮像装置、および電子機器 - Google Patents

固体撮像装置、および電子機器 Download PDF

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Hiroaki Yasushige
博章 安茂
洋一 江尻
Yoichi Ejiri
洋一 江尻
亮子 本庄
ryoko Honjo
亮子 本庄
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

【課題】リードノイズを抑止する。【解決手段】本技術の第１の側面である固体撮像装置は、入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、V-NW Tr.（Vertical Nano Wireトランジスタ）から成り、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、前記V-NW Tr.から成る前記転送部のドレインに接続された配線層から成り、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部とを備える。本技術は、例えば、CMOSイメージセンサに適用できる。【選択図】図３

Description

本技術は、固体撮像装置、および電子機器に関し、特に、V-NW(Vertical Nano Wire)を用いてTr.（トランジスタ）を形成するようにした固体撮像装置、および電子機器に関する。
現在、CMOSイメージセンサの開発分野においては、例えば、微弱な光をフォトン単位で検出するフォトカウンティングを実現するために様々なノイズ低減技術が提案されている。以下、フォトカウンティング等を行う場合の妨げとなるリードノイズについて説明する。
図１は、CMOSイメージセンサの構造として主流となっている4Tr.型CIS（CMOS Image Sensor）の一般的な構成例を示す等価回路図である。同図に示されるように、4Tr.型CISは、光電変換部としてのPD（フォトダイオード）１１、転送ゲートTr.１２、電荷蓄積部１３、アンプTr.１４、選択Tr.１５、およびリセットTr.１７を有している。
図２は、図１に示された4Tr.型CISの4種類のTr.を、Si基板に対して平面状に形成した平面Tr.とした場合の断面図を示している。
同図の場合、電荷蓄積部１３は、浮遊拡散層（以下、FD（フローティングディフュージョン）と称する）により形成されている。以下、電荷蓄積部１３を、FD１３とも称する。また、アンプTr.２１のドレインと選択Tr.１５のソースは、n型拡散層１６を介して接続されている。
ところで、図１および図２の4Tr.型CISにおいて発生し得るリードノイズは、FD１３や各Tr.の周辺の容量が要因となっていることが知られている。特にFD１３周辺の容量がリードノイズに大きく寄与しており、FD１３周辺の容量を削減することによってリードノイズを抑止できることが知られている（非特許文献１参照）。
FD１３周辺の容量に関しては、FD１３を形成するPN接合部の容量が、FD１３周辺の容量の４０％程度を占めてしまう場合があることが分かっている（例えば、非特許文献２参照）。
上述したように、FD１３周辺の容量の大部分を、FD１３を形成するPN接合部の容量が占めているので、該PN接合部の容量を削減すれば、4Tr.型CISにおけるリードノイズを抑止できる。しかしながら、FD１３はSi基板にPN接合部を形成することによって成立しているので、その削減には限界がある。よって、リードノイズの抑止にも限界がある。
また、FD１３がPN接合部によって形成されていることにより、PN接合部のP型領域とN型領域の間におけるリーク電流を無くすことができず、暗電流発生の要因にもなっている。
なお、上述した課題は、4Tr.型CISに限らず、FDを有するCISに共通したものである。
本技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、FDに起因するリードノイズを抑止できるようにするものである。
本開示の第１の側面である固体撮像装置は、入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、V-NW Tr.から成り、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、前記V-NW Tr.から成る前記転送部のドレインに接続された配線層から成り、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部とを備える。
前記蓄積部は、PN接合部を有さない前記配線層から成るようにすることができる。
本開示の第１の側面である固体撮像装置は、前記蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットするリセット部と、前記蓄積部に蓄積された前記電荷を電気信号に変換する変換部と、前記変換部によって変換された前記電気信号を選択的に後段に出力する選択部とをさらに備えることができ、前記リセット部、前記変換部、または前記選択部のうちの少なくとも一つは、V-NW Tr.から成るようにすることができる。
本開示の第１の側面である固体撮像装置は、前記光電変換部と前記転送部を成す前記V-NW Tr.のゲートとの間に形成された絶縁膜をさらに備えることができる。
前記光電変換部と前記転送部を成す前記V-NW Tr.のゲートとの間に形成された前記絶縁膜は、不純物含有絶縁膜とすることができる。
前記転送部を成す前記V-NW Tr.の前記光電変換部に接続されているソースの表面は、前記不純物含有絶縁膜から拡散した不純物によってフェルミ準位がピニングされているようにすることができる。
前記V-NW Tr.は、基板に対して垂直方向に直径50[nm]以下の半導体柱を形成し、前記半導体柱の一端をソース、他端をドレインとし、前記半導体柱の外周に導通状態を制御するゲートを形成したものとすることができる。
本開示の第２の側面である電子機器は、固体撮像装置が搭載された電子機器において、前記固体撮像装置が、入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、V-NW Tr.から成り、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、前記V-NW Tr.から成る前記転送部のドレインに接続された配線層から成り、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部とを備る。
前記V-NW Tr.は、基板に対して垂直方向に直径50[nm]以下の半導体柱を形成し、前記半導体柱の一端をソース、他端をドレインとし、前記半導体柱の外周に導通状態を制御するゲートを形成したものとすることができる。
本開示の第３の側面である固体撮像装置は、入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットするリセット部と、前記蓄積部に蓄積された前記電荷を電気信号に変換する変換部と、前記変換部によって変換された前記電気信号を選択的に後段に出力する選択部とを備え、前記転送部、前記リセット部、前記変換部、または前記選択部のうち、少なくとも一つは、V-NW Tr.から成る。
本開示の第４の側面である固体撮像装置は、基板内に形成される光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送するトランジスタと、前記基板上に形成され、前記トランジスタに接続された配線層とを備え、前記トランジスタは、前記基板に対して垂直方向に延びる半導体領域と、前記半導体領域を囲んで形成される絶縁膜と、前記半導体領域に対して前記絶縁膜を介して形成されるゲートを有する。
前記半導体領域は柱状に形成され、前記半導体領域の一方は前記配線層に接続され、前記半導体領域の他方は前記光電変換部に接続されているようにすることができる。
前記配線層と前記基板とで形成される容量に前記電荷を蓄積するようにすることができる。
本技術によれば、リードノイズを抑止することができる。
本技術によれば、固体撮像装置における光電変換部の面積率を向上させることができる。
4Tr.型CISの一般的な構成例を示す等価回路図である。 平面Tr.により4Tr.型CISを形成した場合の垂直方向断面図である。 本技術を適用した固体撮像装置の垂直方向断面図である。 本技術を適用した固体撮像装置の上面図である。 本技術を適用した固体撮像装置の製造工程を示す垂直方向断面図である。 本技術を適用した固体撮像装置の製造工程を示す垂直方向断面図である。 本技術を適用した固体撮像装置の製造工程を示す垂直方向断面図である。 本技術を適用した固体撮像装置の製造工程を示す垂直方向断面図である。 固体撮像装置の第１の変形例を示す垂直方向断面図である。 固体撮像装置の第２の変形例を示す垂直方向断面図である。 半導体柱とゲート電極が採用し得る形状の例を示す図である。 体内情報取得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、本技術を実施するための最良の形態（以下、本実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜本実施の形態である固体撮像装置の構成例＞
本実施の形態である固体撮像装置は、図１に示された4Tr.型CISの各Tr.を、Si基板に対して垂直方向に形成したV-NW Tr.によって実現したものであり、図３は、該固体撮像装置の構成例を示す垂直方向断面図、図４は該固体撮像装置の構成例を示す上面図である。
なお、図３および図４に示す本実施の形態である固体撮像装置の等価回路については、図１に示されたものと共通である。また、本実施の形態である固体撮像装置は、4Tr.型であるが、本技術は4Tr.型以外の固体撮像装置に対しても適用できる。さらに、本実施の形態である固体撮像装置は、正面照射型または裏面照射型のいずれであってもよい。
ここで、V-NW Tr.とは、基板に対して垂直方向に直径50[nm]以下、望ましくは30[nm]以下の半導体柱を形成し、垂直方向に伸びた半導体柱の一端をTr.のソース（S）、他端をドレイン(D)とし、半導体柱の外周に導通状態を制御するゲート(G)を形成したものである。なお、１つのTr.は、１本のV-NWで形成してもよいし、並列して形成したさせた複数のV-NWにより形成してもよい。
すなわち、図３に示されているV-NW Tr.から成る転送ゲートTr. (TRG)２２、アンプTr.(AMP)２４、選択Tr.(SEL)２５、およびリセットTr.(RST)２７は、それぞれ、図１の等価回路における転送ゲートTr.１２、アンプTr.１４、選択Tr.１５、およびリセットTr.１７に対応する。
V-NW Tr.から成る転送ゲートTr.２２は、その半導体柱の一端であるソースがSi基板に形成されているPD１１に接続され、その半導体柱の他端であるドレインがn型拡散領域（n+）から成るコンタクトを介して電荷蓄積部２３に接続されている。転送ゲートTr.２２の半導体柱ゲートの外周には、ゲート絶縁膜５２（図７）を介して、ゲート電極５３（図７）が形成されている。ゲート電極５３とPD１１との間には、絶縁膜３２が形成されている。絶縁膜３２には、例えば、ホウ素含有シリコン酸化膜（BSG:Boro-Silicate Glass）が適用できる。
電荷蓄積部２３は、図１に示された等価回路における電荷蓄積部１３に相当する。ただし、図２に示された従来の構成では、電荷蓄積部１３はFDであったが、該固体撮像装置では、電荷蓄積部２３はTop Plateの配線層によって形成される。配線層から成る電荷蓄積部２３には、V-NW Tr.である転送ゲートTr.２２のドレインとV-NW Tr.であるリセットTr.２７のソースとが接続されている。また、配線層から成る電荷蓄積部２３は、V-NW Tr.であるアンプTr.２４のゲート電極に接続されている。
V-NW Tr.であるリセットTr.２７は、そのソースが電荷蓄積部２３に接続され、ドレインがSi基板内に形成されているn型拡散層（VDD(n+)）１８を介して電源VDD（不図示）に接続されている。
V-NW Tr.であるアンプTr.２４は、そのドレインがTop Plateの配線層２６を介して選択Tr.２５のソースに接続されている。V-NW Tr.である選択Tr.２５は、そのドレインがSi基板に形成されているn型拡散層（VSL(n+)）１９を介して垂直信号線VSL（不図示）に接続されている。
アンプTr.２４、およびリセットTr.２７の各ゲート電極とn型拡散層１８との間、並びに、選択Tr.２５のゲート電極とn型拡散層１９との間には、絶縁膜３１が形成されている。絶縁膜３１には、例えば、シリコン酸化膜（NSG:No doped Silicate Glass）が適用できる。
図３に示された本実施の形態である固体撮像装置では、電荷蓄積部２３を、PN接合部を有するFDではなく、PN接合部を有さない配線層によって形成するようにした。これにより、電荷蓄積部１３をFDによって形成していた従来の場合に比較して、リードノイズの要因となるFDや各Tr.の周辺の容量を大幅に減らすことができるので、リードノイズを抑止することができる。また、PN接合部におけるリーク電流が生じないので、暗電流発生を抑止できる。
さらに、各Tr.をV-NW Tr.によって形成することにより、各Tr.を平面Tr.によって形成していた従来の場合に比較して、各Tr.の専有面積を小さくすることができる。また、さらに、アンプTr.２４のドレインと選択Tr.２５のソースを、配線層２６を介して接続することにより、アンプTr.２４および選択Tr.２５をコンパクトに配置することができる。このように、各Tr.の小型化や配置の工夫によって、固体撮像装置におけるPD１１の面積率を向上させることができ、PD１１の受光感度および飽和電子数を向上させることができる。
＜本実施の形態である固体撮像装置の製造方法＞
次に、該固体撮像装置の製造方法について、図５乃至図８を参照して説明する。図５乃至図８は、該固体撮像装置の製造工程を示す垂直方向断面図である。
始めに、図５に示されるように、Si基板上にPD１１が形成され、さらに、電源VDDに接続されるn型拡散層１８と、垂直信号線VSLに接続されるn型拡散層１９が形成される。この後、PD１１の上に、絶縁膜３２として、例えばBSGが形成される。また、n型拡散層１８および１９の上に、絶縁膜３１として、例えばNSGが形成される。PD１１の上の絶縁膜３２は、BSGの代わりにNSGを形成してもよい。さらに、絶縁膜３１および３２の各V-NW Tr.を形成する位置に開口部４１が形成される。
次に、図６に示されるように、絶縁膜３１および３２に形成された開口部４１から、選択エピタキシャル成長によってV-NWを成す半導体柱５１が形成される。
なお、V-NWの具体的な形成方法については任意であるが、例えば、 “Vertical Silicon Nanowire Field Effect Transistors with nanoscale Gate-All-Around“ [Ref.3 : Nanoscale Research Letters 2016 11:210]に記載されている方法を適用できる。または、例えば、”Realization of a Silicon Nanowire Vertical Surround-Gate Field Effect Transistors” [Ref.4 : small 2006,2,No.1 pp85-88]に記載されているAu等を用いた選択エピタキシャル成長を用いてもよい。
転送ゲート２２となるV-NWを成す半導体柱５１の下部分については、PD１１からの電荷転送が容易となるように濃度勾配を持たせてもよい。
各半導体柱５１の上部分には、配線層である電荷蓄積部２３や配線層２６と接続するためのコンタクトとしてn型拡散領域６１が形成される。
次に、図７に示されるように、各半導体柱５１の外周にゲート絶縁膜５２が形成された後、その外周にゲート電極５３が形成されることにより、V-NW Tr.としての転送ゲートTr.２２、アンプTr.２４、選択Tr.２５、およびリセットTr.２７が形成される。
最後に、半導体柱５１の上部分に形成されたn型拡散領域６１の上に膜間絶縁膜（不図示）が形成された後、図８に示されるように、配線層である電荷蓄積部２３および配線層２６が形成される。
なお、PD１１の上の絶縁膜３２をBSGとした場合、BSG３２からＢ（ホウ素）が拡散されるので、転送ゲートTr.２２のソース（半導体柱５１の下部）の表面のフェルミ準位をピニングすることができ、ピニングされた領域からの暗電流の発生を抑止できる。
また、V-NW Tr.の形成では、従来の平面Tr.を形成する工程で必要であったSi基板に対する不純物のドーピングが行われないので、ドーピングした不純物の揺らぎが要因の一つとされているRTN(Random Telegraph Noise)を低減させることができる。
＜変形例＞
図９は、本実施の形態である固体撮像装置の第１の変形例を示す垂直方向断面図である。
該第１の変形例は、固体撮像装置を複数の半導体基板を積層して構成する積層型として、一方の基板にはPD１１および転送ゲートTr.２２を形成し、それに積層する他方の基板には、その他のTr.（アンプTr.２４、選択Tr.２５、およびリセットTr.２６）を形成する。さらに、配線層から成る電荷蓄積部２３を電荷蓄積部２３−１と２３−２に分割し、それぞれを積層する異なる基板に形成する。そして、異なる基板に形成された電荷蓄積部２３−１と電荷蓄積部２３−２の対向するそれぞれの面に、例えばCuから成るコンタクトを形成して、両コンタクトを接合して両基板を電気的に接続する。なお、該コンタクトは、Cuに限定するものではなく任意のメタルを採用できる。
該第１の変形例によれば、上述した本実施の形態である固体撮像装置の効果に加え、基板を積層したことにより、固体撮像装置を小型化できる効果を得ることができる。
図１０は、本実施の形態である固体撮像装置の第２の変形例を示す垂直方向断面図である。
該第２の変形例は、固体撮像装置を複数の半導体基板を積層して構成する積層型とし、画素Tr.の構造にV-NW Tr.と従来の平面Tr.を併用したものである。
すなわち、一方の基板には、PD１１と、V-NW Tr.から成る転送ゲートTr.２２およびリセットTr.２７と、電荷蓄積部２３と形成し、電荷蓄積部２３は、例えばCuから成るコンタクトを形成する。それに積層する他方の基板には、平面Tr.から成るアンプTr.１４と選択Tr.１５を形成する。さらに、アンプTr.１４のドレインに配線層２６を形成し、配線層２６には、例えばCuから成るコンタクトを形成する。そして、電荷蓄積部２３のコンタクトと、配線層２６のコンタクトを接合して、両基板を電気的に接続する。なお、該コンタクトは、Cuに限定するものではなく任意のメタルを採用できる。
該第２の変形例によれば、上述した本実施の形態である固体撮像装置と第１の変形例の効果に加え、従来型の平面Tr.を併用できるという効果を得ることができる。
図１１は、V-NW Tr.を形成する半導体柱５１とゲート電極５３が採用し得る形状の例を示している。
同図Ａは、半導体柱５１が円柱状であり、半導体柱５１の外周に絶縁膜５２を介してゲート電極５３が円環状に形成されている例を示す。同図Ｂは、半導体柱５１が円柱状であり、半導体柱５１の外周に絶縁膜５２を介してゲート電極５３が円環の１／２以上を占めて１か所を欠いた形状に形成されている例を示す。同図Ｃは、半導体柱５１が円柱状であり、半導体柱５１の外周に絶縁膜５２を介してゲート電極５３が円環の１／２以上を占めて２か所を欠いた形状に形成されている例を示す。
同図Ｄは、半導体柱５１が矩形柱の角を丸めた略矩形柱状であり、半導体柱５１の外周に絶縁膜５２を介してゲート電極５３が矩形環状に形成されている例を示す。同図Ｅは、半導体柱５１が略矩形柱状であり、半導体柱５１の外周に絶縁膜５２を介してゲート電極５３が矩形環の１／２以上を占めて１か所を欠いた形状に形成されている例を示す。同図Ｆは、半導体柱５１が略矩形柱状であり、半導体柱５１の外周に絶縁膜５２を介してゲート電極５３が矩形環の１／２以上を占めて２か所を欠いた形状に形成されている例を示す。同図Ｇは、半導体柱５１が略矩形柱状であり、半導体柱５１の外周に絶縁膜５２を介してゲート電極５３が矩形環の１／２以上を占めて４隅を欠いた形状に形成されている例を示す。
なお、半導体柱５１およびゲート電極５３が採用し得る形状は、同図した例に限定するものではなく、楕円柱、三角形以上の多角形柱やその角を丸めた略多角形であってもよい。
＜体内情報取得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１２は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得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。
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナアンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図１２では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ(Noise reduction)処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得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１０１１２に適用され得る。
＜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１３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１３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１３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１４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図１４では、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。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１４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に適用され得る。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、
V-NW Tr.（Vertical Nano Wireトランジスタ）から成り、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、
前記V-NW Tr.から成る前記転送部のドレインに接続された配線層から成り、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部と
を備える固体撮像装置。
（２）
前記蓄積部は、PN接合部を有さない前記配線層から成る
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットするリセット部と、
前記蓄積部に蓄積された前記電荷を電気信号に変換する変換部と、
前記変換部によって変換された前記電気信号を選択的に後段に出力する選択部と
をさらに備え、
前記リセット部、前記変換部、または前記選択部のうちの少なくとも一つは、V-NW Tr.から成る
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記光電変換部と前記転送部を成す前記V-NW Tr.のゲートとの間に形成された絶縁膜をさらに備える
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５）
前記光電変換部と前記転送部を成す前記V-NW Tr.のゲートとの間に形成された前記絶縁膜は、不純物含有絶縁膜である
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記転送部を成す前記V-NW Tr.の前記光電変換部に接続されているソースの表面は、前記不純物含有絶縁膜から拡散した不純物によってフェルミ準位がピニングされている
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記V-NW Tr.は、基板に対して垂直方向に直径50[nm]以下の半導体柱を形成し、前記半導体柱の一端をソース、他端をドレインとし、前記半導体柱の外周に導通状態を制御するゲートを形成したものである
前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
固体撮像装置が搭載された電子機器において、
前記固体撮像装置は、
入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、
V-NW Tr.（Vertical Nano Wireトランジスタ）から成り、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、
前記V-NW Tr.から成る前記転送部のドレインに接続された配線層から成り、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部と
を備える
電子機器。
（９）
前記V-NW Tr.は、基板に対して垂直方向に直径50[nm]以下の半導体柱を形成し、前記半導体柱の一端をソース、他端をドレインとし、前記半導体柱の外周に導通状態を制御するゲートを形成したものである
前記（８）に記載の電子機器。
（１０）
入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、
前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、
前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットするリセット部と、
前記蓄積部に蓄積された前記電荷を電気信号に変換する変換部と、
前記変換部によって変換された前記電気信号を選択的に後段に出力する選択部と
を備え、
前記転送部、前記リセット部、前記変換部、または前記選択部のうち、少なくとも一つは、V-NW Tr.（Vertical Nano Wireトランジスタ）から成る
固体撮像装置。
（１１）
基板内に形成される光電変換部と、
前記光電変換部で発生した電荷を転送するトランジスタと、
前記基板上に形成され、前記トランジスタに接続された配線層と
を備え、
前記トランジスタは、前記基板に対して垂直方向に延びる半導体領域と、前記半導体領域を囲んで形成される絶縁膜と、前記半導体領域に対して前記絶縁膜を介して形成されるゲートを有する
固体撮像装置。
（１２）
前記半導体領域は柱状に形成され、
前記半導体領域の一方は前記配線層に接続され、前記半導体領域の他方は前記光電変換部に接続される
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３）
前記配線層と前記基板とで形成される容量に前記電荷を蓄積する
前記（１１）または（１２）に記載の固体撮像装置。
１１ PD， １２ 転送ゲートTr.， １３ FD， １４ アンプTr.， １５ 選択Tr.， １６ n型拡散領域， １７ リセットTr.， １８ n+型拡散層， １９ n+型拡散層， ２２ 読出しTr.， ２３ 電荷蓄積部， ２４ アンプTr.， ２５ 選択Tr.， ２６ 配線層，２７ リセットTr.， ３１ 絶縁膜， ３２ 絶縁膜， ４１ 開口部， ５１ 半導体柱， ５２ 絶縁膜， ５３ ゲート電極， ６１ n型拡散領域

Claims (13)

  1. 入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、
    V-NW Tr.（Vertical Nano Wireトランジスタ）から成り、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、
    前記V-NW Tr.から成る前記転送部のドレインに接続された配線層から成り、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部と
    を備える固体撮像装置。
  2. 前記蓄積部は、PN接合部を有さない前記配線層から成る
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットするリセット部と、
    前記蓄積部に蓄積された前記電荷を電気信号に変換する変換部と、
    前記変換部によって変換された前記電気信号を選択的に後段に出力する選択部と
    をさらに備え、
    前記リセット部、前記変換部、または前記選択部のうちの少なくとも一つは、V-NW Tr.から成る
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記光電変換部と前記転送部を成す前記V-NW Tr.のゲートとの間に形成された絶縁膜をさらに備える
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記光電変換部と前記転送部を成す前記V-NW Tr.のゲートとの間に形成された前記絶縁膜は、不純物含有絶縁膜である
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 前記転送部を成す前記V-NW Tr.の前記光電変換部に接続されているソースの表面は、前記不純物含有絶縁膜から拡散した不純物によってフェルミ準位がピニングされている
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記V-NW Tr.は、基板に対して垂直方向に直径50[nm]以下の半導体柱を形成し、前記半導体柱の一端をソース、他端をドレインとし、前記半導体柱の外周に導通状態を制御するゲートを形成したものである
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 固体撮像装置が搭載された電子機器において、
    前記固体撮像装置は、
    入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、
    V-NW Tr.（Vertical Nano Wireトランジスタ）から成り、前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、
    前記V-NW Tr.から成る前記転送部のドレインに接続された配線層から成り、前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部と
    を備える
    電子機器。
  9. 前記V-NW Tr.は、基板に対して垂直方向に直径50[nm]以下の半導体柱を形成し、前記半導体柱の一端をソース、他端をドレインとし、前記半導体柱の外周に導通状態を制御するゲートを形成したものである
    請求項８に記載の電子機器。
  10. 入射光に応じて電荷を発生、保持する光電変換部と、
    前記光電変換部に保持されている前記電荷を転送する転送部と、
    前記転送部によって転送された前記電荷を蓄積する蓄積部と、
    前記蓄積部に蓄積された前記電荷をリセットするリセット部と、
    前記蓄積部に蓄積された前記電荷を電気信号に変換する変換部と、
    前記変換部によって変換された前記電気信号を選択的に後段に出力する選択部と
    を備え、
    前記転送部、前記リセット部、前記変換部、または前記選択部のうち、少なくとも一つは、V-NW Tr.（Vertical Nano Wireトランジスタ）から成る
    固体撮像装置。
  11. 基板内に形成される光電変換部と、
    前記光電変換部で発生した電荷を転送するトランジスタと、
    前記基板上に形成され、前記トランジスタに接続された配線層と
    を備え、
    前記トランジスタは、前記基板に対して垂直方向に延びる半導体領域と、前記半導体領域を囲んで形成される絶縁膜と、前記半導体領域に対して前記絶縁膜を介して形成されるゲートを有する
    固体撮像装置。
  12. 前記半導体領域は柱状に形成され、
    前記半導体領域の一方は前記配線層に接続され、前記半導体領域の他方は前記光電変換部に接続される
    請求項１１に記載の固体撮像装置。
  13. 前記配線層と前記基板とで形成される容量に前記電荷を蓄積する
    請求項１１に記載の固体撮像装置。
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