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TW202329435A - 光檢測裝置、電子機器及光檢測系統 - Google Patents

光檢測裝置、電子機器及光檢測系統 Download PDF

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TW202329435A
TW202329435A TW111141747A TW111141747A TW202329435A TW 202329435 A TW202329435 A TW 202329435A TW 111141747 A TW111141747 A TW 111141747A TW 111141747 A TW111141747 A TW 111141747A TW 202329435 A TW202329435 A TW 202329435A
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TW
Taiwan
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photoelectric conversion
transistor
layer
electrode
Prior art date
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TW111141747A
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Inventor
富樫秀晃
大久保智弘
河合信宏
津野仁志
田村崇人
高田哲朗
Original Assignee
日商索尼半導體解決方案公司
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Publication date
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Abstract

本發明之課題在於抑制畫質之降低。 實施形態之光檢測裝置具備矩陣狀排列之複數個像素，且前述像素分別具備：半導體基板，其具有彼此對向之第1面及第2面；第1光電轉換部，其配置於前述半導體基板之前述第2面側；絕緣層，其覆蓋前述半導體基板之前述第1面；及至少1個像素電晶體，其等隔著前述絕緣層位於前述半導體基板之前述第1面側。

Description

光檢測裝置、電子機器及光檢測系統
本揭示係關於一種光檢測裝置、電子機器及光檢測系統。
先前，業界曾提案一種積層型固體攝像裝置，其具備下述構造，即：在同一像素之縱向方向積層將顏色之三原色即綠色(G)、藍色(B)、紅色(R)之各個波長之光進行光電轉換之光電轉換區域，該等光電轉換區域中之綠色之光電轉換區域係由有機光電轉換層構成。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2019/131965號 [專利文獻2]國際公開第2020/255999號
[發明所欲解決之問題]
然而，於在1個像素區域積層有複數個光電轉換區域之積層型固體攝像裝置中，於1個像素區域可取得之色資訊增大。因此，用於產生基於蓄積於各光電轉換區域之電荷的電壓信號、或將蓄積於各光電轉換區域之電荷重置之像素電晶體(例如，放大電晶體、重置電晶體、選擇電晶體)之所需數量增大。
此處，像素電晶體一般而言設置於半導體基板，但若其數量增大，則產生蓄積來自配置於半導體基板內之光電轉換區域之電荷的電荷蓄積區域之面積減小，飽和電荷量特性降低，或必須縮小放大電晶體之尺寸而雜訊特性惡化等問題，有畫質降低之虞。
為此，本揭示提案一種可抑制畫質之降低之光檢測裝置、電子機器及光檢測系統。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述之問題，本揭示之一形態之光檢測裝置具備矩陣狀排列之複數個像素，前述像素分別具備：半導體基板，其具有彼此對向之第1面及第2面；第1光電轉換部，其配置於前述半導體基板之前述第2面側；絕緣層，其覆蓋前述半導體基板之前述第1面；及至少1個像素電晶體，其等隔著前述絕緣層位於前述半導體基板之前述第1面側。
以下，針對本揭示之實施形態，基於圖式詳細地說明。此外，於以下之實施形態中，藉由對同一部位賦予同一符號，而省略重複之說明。
又，依照以下所示之項目順序說明本揭示。 1.  第1實施形態 1.1     光檢測裝置(影像感測器)之構成例 1.2     像素之電路構成例 1.3     固體攝像裝置之積層構造例 1.4     像素之構成例 1.5     比較例 1.6     像素之剖面構造例及配置例 1.7     各層之材料例 1.8     總結 1.9     變化例 1.9.1   第1變化例 1.9.2   第2變化例 1.9.3   第3變化例 1.9.4   第4變化例 1.9.5   第5變化例 1.9.6   第6變化例 1.9.7   第7變化例 1.9.8   第8變化例 1.9.9   第9變化例 1.9.10 第10變化例 1.9.11 第11變化例 1.9.12 變化例之總結 2. 第2實施形態 3. 第3實施形態 4. 第4實施形態 5. 對於移動體之應用例 6. 對於內視鏡手術系統之應用例
1.第1實施形態 首先，針對本揭示之第1實施形態之光檢測裝置(以下亦稱為影像感測器)、電子機器及光檢測系統、電子機器及辨識系統，參照圖式詳細地說明。此外，於本實施形態中，例示將本實施形態之技術應用於CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補式金屬氧化物半導體)型影像感測器之情形，但不限定於此，例如，可將本實施形態之技術應用於CCD(Charge-Coupled Device，電荷耦合裝置)型影像感測器或ToF(Time-of-Flight)感測器或同步型或非同步型EVS(Event Visio Sensor，事件視覺感測器)等具備光電轉換元件之各種感測器。此外，CMOS型影像感測器可為應用CMOS製程、或部分使用其而製作之影像感測器。
1.1光檢測裝置(影像感測器)之構成例 於圖1中顯示第1實施形態之光檢測裝置(影像感測器)之概略構成例。如圖1所示，本實施形態之影像感測器100具備固體攝像裝置之構造，該固體攝像裝置由下述部分構成，即：具備積層有光電轉換區域之積層構造之像素101二維陣列狀排列之像素陣列部102、以及作為其驅動電路(周邊電路)之垂直驅動電路103、行信號處理電路104、水平驅動電路105、輸出電路106及驅動控制電路107等。此外，應瞭解該等電路可由周知之電路構成，且可使用其他電路構成(例如，先前之CCD攝像裝置或CMOS攝像裝置所使用之各種電路)而構成。
控制電路107基於垂直同步信號、水平同步信號、及主時脈，產生成為垂直驅動電路103、行信號處理電路部104及水平驅動電路部105之動作之基準之時脈信號及控制信號。而且，產生之時脈信號及控制信號輸入至垂直驅動電路103、行信號處理電路104及水平驅動電路105。
垂直驅動電路103例如由移位暫存器構成，以列單位依次於垂直方向選擇掃描像素陣列部102之各像素101。而且，基於相應於各像素101之受光量而產生之電流(信號)的像素信號(圖像信號)經由包含垂直信號線(VSL)之信號線(資料輸出線)108送往行信號處理電路104。
行信號處理電路104例如就像素101之每一行配置，對於自1列份額之像素101輸出之圖像信號就每一像素101根據來自黑色基準像素(雖未圖示，但形成於有效像素區域之周圍)之信號，進行雜訊去除及信號放大之信號處理。於行信號處理電路104之輸出段，將水平選擇開關(未圖示)連接於與水平信號線109之間而設置。
水平驅動電路105係由例如移位暫存器構成，藉由依次輸出水平掃描脈衝，而依次選擇行信號處理電路104各者，自行信號處理電路104各者將信號輸出至水平信號線109。
輸出電路106對於自行信號處理電路104各者經由水平信號線109依次供給之信號進行信號處理並輸出。
1.2像素之電路構成例 其次，針對像素101之電路構成例進行說明。圖2係顯示本實施形態之像素之概略構成例之電路圖。如圖2所示，於本例中，像素101將以下像素各具備1個，即：於光電轉換區域(相當於後述之光電轉換部PD1)使用有機層之像素(以下亦稱為第1像素)10、及於光電轉換區域(相當於後述之光電轉換部PD2)使用半導體基板之像素(以下亦稱為第2像素)20。此外，光電轉換部PD1與光電轉換部PD2以於半導體基板之基板厚方向上重疊之方式積層。
(第1像素10) 第1像素10例如具備光電轉換部PD1、讀出電極11、浮動擴散區域FD1、重置電晶體12、放大電晶體13、及選擇電晶體14。
於選擇電晶體14之閘極連接有連接於垂直驅動電路103之像素驅動線中所含之選擇控制線，被施加選擇控制信號SEL1。於重置電晶體12之閘極連接像素驅動線中所含之重置控制線，被施加重置控制信號RST1。於後述之蓄積電極(參照於後述中說明之圖6之蓄積電極112)連接像素驅動線中所含之蓄積控制線，被施加蓄積控制電壓VOA。又，於放大電晶體13之汲極經由選擇電晶體14連接垂直信號線VSL1，該垂直信號線VSL1之一端連接於行信號處理電路104。
於以下之說明中，重置電晶體12、放大電晶體13及選擇電晶體14亦總稱為像素電路。於該像素電路可包含浮動擴散區域FD1及/或讀出電極11。
光電轉換部PD1係由例如有機材料構成，將入射之光進行光電轉換。讀出電極11傳送於光電轉換部PD1產生之電荷。浮動擴散區域FD1蓄積讀出電極11傳送之電荷。放大電晶體13使與蓄積於浮動擴散區域FD1之電荷相應之電壓值之像素信號出現於垂直信號線VSL1。重置電晶體12放出蓄積於浮動擴散區域FD1之電荷。選擇電晶體14選擇讀出對象之第1像素10。
光電轉換部PD1之陽極被接地，陰極連接於讀出電極11。對於光電轉換部PD1，雖然針對其細節於後述中使用圖6進行說明，但接近配置例如蓄積電極112。於曝光時，用於將於光電轉換部PD1產生之電荷集中於蓄積電極112之附近之半導體層(圖6中之光電轉換層54之一部分之層)之蓄積控制電壓VOA經由蓄積控制線被施加於蓄積電極112。於讀出時，用於使集中於蓄積電極112之附近之半導體層之電荷經由讀出電極11流出之蓄積控制電壓VOA經由蓄積控制線被施加於蓄積電極112。
經由讀出電極11流出之電荷蓄積於浮動擴散區域FD1，該浮動擴散區域FD1係由將讀出電極11、重置電晶體12之源極、及放大電晶體13之閘極之配線構造構成。此外，重置電晶體12之汲極例如可連接於供給電源電壓VDD或較電源電壓VDD為低之重置電壓之電源線。
放大電晶體13之源極例如可經由未圖示之定電流電路等連接於電源線。放大電晶體13之汲極連接於擇電晶體14之源極，選擇電晶體14之汲極連接於垂直信號線VSL1。
浮動擴散區域FD1將蓄積之電荷轉換成與該電荷量相應之電壓值之電壓。此外，浮動擴散區域FD1例如可為對地電容。惟，不限定於此，浮動擴散區域FD1可為藉由將電容器等有意地連接於讀出電極11之汲極與重置電晶體12之源極及放大電晶體13之閘極連接之節點而附加之電容等。
垂直信號線VSL1連接於在行信號處理電路104中就每一列(亦即就每一垂直信號線VSL1)設置之AD(Analog-to-Digital，類比轉數位)轉換電路104a。AD轉換電路104a例如具備比較器及計數器，藉由將自外部之基準電壓產生電路(DAC(Digital-to-Analog Converter，類比數位轉換器))輸入之單斜率或斜波形狀等之基準電壓、與出現於垂直信號線VSL1之像素信號進行比較，而將類比之像素信號轉換成數位之像素信號。此外，AD轉換電路104a例如可具備CDS(Correlated Double Sampling，相關雙取樣)電路等，構成為可降低kTC雜訊等。
(第2像素20) 第2像素20例如具備光電轉換部PD2、傳送電晶體21、浮動擴散區域FD2、重置電晶體22、放大電晶體23、及選擇電晶體24。亦即，於第2像素20中，第1像素10中之讀出電極11被置換成傳送電晶體21。
浮動擴散區域FD2、重置電晶體22及放大電晶體23對於傳送電晶體21之連接關係可與浮動擴散區域FD1、重置電晶體12及放大電晶體13對於第1像素10中之讀出電極11之連接關係同樣。又，放大電晶體23與選擇電晶體24及垂直信號線VSL2之連接關係亦可與第1像素10中之放大電晶體13與選擇電晶體14及垂直信號線VSL1之連接關係同樣。
傳送電晶體21之源極例如連接於光電轉換部PD2之陰極，汲極連接於浮動擴散區域FD2。又，於傳送電晶體21之閘極連接像素驅動線LD中所含之傳送控制線。
於以下之說明中，重置電晶體22、放大電晶體23及選擇電晶體24亦總稱為像素電路。於該像素電路可包含浮動擴散區域FD2及傳送電晶體21中之1個以上。
光電轉換部PD2係由例如半導體材料構成，將入射之光進行光電轉換。傳送電晶體21傳送於光電轉換部PD2產生之電荷。浮動擴散區域FD2蓄積傳送電晶體21傳送之電荷。放大電晶體23使與蓄積於浮動擴散區域FD2之電荷相應之電壓值之像素信號出現於垂直信號線VSL2。重置電晶體22放出蓄積於浮動擴散區域FD2之電荷。選擇電晶體24選擇讀出對象之第2像素20。
光電轉換部PD2之陽極被接地，陰極連接於傳送電晶體21。傳送電晶體21之汲極連接於重置電晶體22之源極及放大電晶體23之閘極，將其等連接之配線構造構成浮動擴散區域FD2。自光電轉換部PD2經由傳送電晶體21流出之電荷被蓄積於浮動擴散區域FD2。
浮動擴散區域FD2將蓄積之電荷轉換成與該電荷量相應之電壓值之電壓。此外，浮動擴散區域FD2例如可為對地電容。惟，不限定於此，浮動擴散區域FD2可為藉由將電容器等有意地連接於傳送電晶體21之汲極與重置電晶體22之源極及放大電晶體23之閘極連接之節點而附加之電容等。
垂直信號線VSL2與垂直信號線VSL1同樣地，連接於在行信號處理電路104中就每一列(亦即就每一垂直信號線VSL2)設置之AD轉換電路104a。
1.3固體攝像裝置之積層構造例 圖3係顯示本實施形態之影像感測器之積層構造例之圖。如圖3所示，影像感測器100具備受光晶片41與電路晶片42上下積層而成之堆疊構造。可行的是，受光晶片41例如係具備複數個像素101矩陣狀排列之像素陣列部102之半導體晶片，電路晶片42例如係具備圖1中之周邊電路等之半導體晶片。
對於受光晶片41與電路晶片42之接合，例如可利用將各者之接面平坦化並以電子間力將兩者貼合之所謂之直接接合。惟，不限定於此，例如，亦可利用將形成於彼此之接合面之銅(Cu)製之電極墊彼此接合之所謂之Cu-Cu(銅-銅)接合、或其他之凸塊接合等。
又，受光晶片41與電路晶片42例如經由貫通半導體基板之TSV(Through-Silicon Via，穿矽導通體)等之連接部而電性連接。對於利用TSV之連接，例如可採用在晶片外表將設置於受光晶片41之TSV、與自受光晶片41以至電路晶片42設置之TSV之2個TSV連接之所謂之雙TSV方式、或以自受光晶片41貫通至電路晶片42之TSV將兩者連接之所謂之共享TSV方式等。
惟，於對於受光晶片41與電路晶片42之接合使用Cu-Cu接合或凸塊接合之情形下，經由Cu-Cu接合部或凸塊接合部將兩者電性連接。
1.4像素之構成例 其次，針對像素101之構成例進行說明。此外，於圖4及以下之說明中，例示以第1像素10構成將綠色(G)之波長成分之光進行光電轉換之像素(以下亦稱為G像素)101，以第2像素20構成將紅色(R)或藍色(B)之波長成分之光進行光電轉換之像素(以下亦稱為R像素或B像素)101之情形，但不限定於此。又，於不區別使紅色(R)或藍色(B)之波長成分之光選擇性透過之彩色濾光器59r及59b之情形下，將其符號設為59。
圖4係顯示本實施形態之像素陣列部之概略構成例之示意圖。如圖4所示，像素陣列部102具備像素101沿與光之入射方向垂直之面二維格子狀排列之構成，且該像素101具備第1像素10與第2像素20沿光之入射方向積層(排列)而成之構造。亦即，於本實施形態中，第1像素10與第2像素20相對於像素101之排列方向(平面方向)排列於垂直方向，以透過位於入射光之光路之上游側之第1像素10之光入射至位於該第1像素10之下游側之第2像素20之方式構成。根據如此之構成，可使沿光之入射方向排列之第1像素10及第2像素20之光軸一致或大致一致。
此外，於本實施形態中，例示將構成第1像素10之光電轉換部PD1以有機材料構成，將構成第2像素20之光電轉換部PD2以矽等半導體材料構成之情形，但不限定於此。例如，可以半導體材料構成光電轉換部PD1與光電轉換部PD2之兩者，又可以有機材料構成光電轉換部PD1與光電轉換部PD2之兩者，還可以半導體材料構成光電轉換部PD1，以有機材料構成光電轉換部PD2。或，可以與有機材料及半導體材料不同之光電轉換材料構成光電轉換部PD1與光電轉換部PD2之至少一者。
1.5比較例 圖5係顯示本揭示之比較例之像素之各層之概略構成例之俯視配置圖。如圖5所示，於比較例之像素900中，具備2層構造，即：於半導體基板之基板厚方向之第1層(例如包含設置第2像素20之光電轉換部PD2之半導體基板之層)設置第1像素10之光電轉換部PD1(例如，包含有機層之光電轉換層、以及讀出電極11、蓄積電極112及屏蔽電極113)，於第2層(例如在設置第2像素20之光電轉換部PD2之半導體基板之表面(元件形成面)側設置之半導體層)設置第1像素10置像素電路(例如，重置電晶體12、放大電晶體13及選擇電晶體14)及第2像素20之像素電路(例如，重置電晶體22、放大電晶體23及選擇電晶體24)。
此外，於圖5之第2層顯示：第1像素10之重置電晶體12、放大電晶體13及選擇電晶體14各者之閘極電極121、131及141、以及作為其等之源極、汲極之擴散區域110及浮動擴散區域FD1、第2像素20之傳送電晶體21、重置電晶體22、放大電晶體23及選擇電晶體24各者之閘極電極211、221、231及241、以及作為其等之源極、汲極之擴散區域210及浮動擴散區域FD2、蓄積由第2像素20之光電轉換部PD2產生之電荷之電荷蓄積區域251、控制第2層即半導體層之井電位之井分接頭161、及貫通設置第2像素20之光電轉換部PD2之半導體基板之貫通電極TSV1-TSV4。
如此，於積層型影像感測器中，必須要有第1像素10之像素電路及第2像素20之像素電路，應配置於第2層之像素電晶體之數量增大。作為削減像素電晶體數之方法，考量於複數個像素共有像素電晶體，但該情形下，有可能產生轉換效率降低、或第1像素10之像素電路之源極隨耦器動作點與第2像素20之像素電路之源極隨耦器動作點偏移而於曝光時刻產生差異等不良狀況。
又，像素電晶體一般而言設置於半導體基板，但若其數量增大，則有可能差生因蓄積來自配置於半導體基板內之光電轉換部PD2之電荷之電荷蓄積區域251之面積縮小縮小所致之飽和電荷量特性之降低、或因放大電晶體13及/或23之尺寸縮小所致之雜訊特性之惡化等不良狀況、或因其數量而實體上無法設置等問題。
為此，於本實施形態中，於在1個像素區域積層有複數個光電轉換區域之積層型光檢測裝置(影像感測器)中，可抑制畫質之降低。
1.6像素之剖面構造例及配置例 其次，參照圖6及圖7，說明本實施形態之像素101之剖面構造例及各層之配置例。圖6係顯示本實施形態之像素之剖面構造例之剖視圖。此外，垂直可意指相對於半導體基板之元件形成面(例如表面)為垂直。又，於圖6中顯示圖3所示之受光晶片41之剖面構造之一部分。圖7係顯示本實施形態之像素之各層之概略配置例之配置圖。此外，於圖7中，第1層顯示圖6中之A-A面之配置例，第2層顯示圖6中之B-B面附近(亦即，半導體基板60之元件形成面附近)之配置例，第3層顯示圖6中之C-C面附近(亦即，半導體層65之元件形成面附近)之配置例。又，於圖7中，針對與圖5同樣之構成，賦予同一符號，且省略其重複之說明。
又，於以下之說明中，例示光之入射面為半導體基板60之背面側(與元件形成面為相反側)之所謂之背面照射型剖面構造，但不限定於此，可為光之入射面為半導體基板60之表面側(元件形成面側)之所謂之表面照射型剖面構造。繼而，於本說明中，例示對於G像素101之光電轉換部PD1使用有機材料之情形，但對於光電轉換部PD1及PD2各者之光電轉換材料，可使用有機材料及半導體材料(亦稱為無機材料)中之一者或兩者。
惟，於對於光電轉換部PD1之光電轉換材料及光電轉換部PD2之光電轉換材料之兩者使用半導體材料之情形下，影像感測器100可具有將光電轉換部PD1與光電轉換部PD2製入同一半導體基板60之剖面構造，亦可具有將製入光電轉換部PD1之半導體基板與將製入光電轉換部PD2之半導體基板貼合之剖面構造，又可具有將光電轉換部PD1及PD2中之一者製入半導體基板60、將另一者製入形成於半導體基板60之背面或表面上之半導體層之剖面構造。
如圖6及圖7所示，本實施形態之像素101具備下述積層構造，即：於半導體基板60形成第2像素20之光電轉換部PD2，於半導體基板60之背面側(與元件形成面為相反側)之面上設置第1像素10之光電轉換部PD1，換言之，將光電轉換部PD1及PD2積層於基板厚方向。此外，於圖6中，為了便於說明，半導體基板60之背面位於紙面中上側，表面位於下側。
(第1像素10) 第1像素10之光電轉換部PD1隔著絕緣層55設置於半導體基板60之背面側。光電轉換部PD1例如具備：具備有機層之光電轉換層54、配置於光電轉換層54之上表面側(圖式中上側)之透明電極53、及配置於光電轉換層54之下表面側(圖式中下側)之蓄積電極112。
此外，光電轉換層54可為含有有機系半導體材料之單層構造，亦可為積層有有機系半導體層與半導體層之2層以上之積層構造。如為積層構造，則半導體層可配置於蓄積電極112側。
對於光電轉換層54設置於紙面中上側(以後，將紙面中上側設為上表面側，將下側設為下表面側)之透明電極53例如作為光電轉換部PD1之陽極發揮功能。又，如光電轉換層54為積層構造，則下層側之半導體層作為光電轉換部PD1之陰極發揮功能。
光電轉換層54電性連接於形成於絕緣層55中之讀出電極11。讀出電極11藉由連接於貫通絕緣層55及半導體基板60之貫通電極68，而被電性引出至半導體基板60之表面(下表面)側，且電性連接於浮動擴散區域FD1。
於光電轉換層54之下表面側隔著絕緣層55並設蓄積電極112。蓄積電極112連接於像素驅動線中之蓄積控制線，如上述般，於曝光時，施加用於將在光電轉換部PD1產生之電荷集中於光電轉換層54之下層側(如為積層構造則為下層側之導體層)之蓄積控制電壓VOA，於讀出時，施加用於使集中於蓄積電極112之附近之電荷經由讀出電極11流出之蓄積控制電壓VOA。
於蓄積電極112之周圍設置用於將相鄰像素間電性分離之屏蔽電極113。對屏蔽電極113，賦予較於電荷蓄積時施加於蓄積電極112之蓄積控制電壓VOA為低之電位(例如GND電位或VSS電位)。藉此，以下述方式動作，即：於電荷蓄積時，在蓄積電極112周圍之光電轉換層54蓄積電荷，於電荷放出時，將蓄積於蓄積電極112周圍之光電轉換層54之電荷經由讀出電極11放出。
(第2像素20) 第2像素20之光電轉換部PD2例如具備：p型半導體區域61，其設置於半導體基板60之p井區域；n型半導體區域62，其設置於p型半導體區域61之中央附近；及電荷蓄積區域251，其形成於p型半導體區域61之半導體基板60之元件形成面側。電荷蓄積區域251例如作為蓄積藉由n型半導體區域62之光電轉換而產生之電荷(電子)之電荷蓄積區域發揮功能，p型半導體區域61作為形成用於將藉由光電轉換而產生之電荷集中於n型半導體區域62內之電位梯度的區域發揮功能。
於光電轉換部PD2之光入射面側，例如配置使特定長成分之光(於本例中為紅色(R)或藍色(B)之光)選擇性透過之彩色濾光器59。彩色濾光器59例如可配置於設置於半導體基板60之背面側之絕緣層55內。又，該排列例如可為將同色之彩色濾光器59以不相鄰之方式交替配置之排列等。如此，藉由將彩色濾光器59配置於光電轉換部PD2之光入射面，而可限制向光電轉換部PD2入射之光之波長頻帶，故而可將特定波長成分之光於光電轉換部PD2中進行光電轉換。
於半導體基板60之元件形成面(紙面中下表面)側、亦即元件形成面側設置由縱型電晶體構成之傳送電晶體21。傳送電晶體21之閘極電極211自半導體基板60之表面到達n型半導體區域62，經由貫通絕緣層64及層間絕緣膜66之貫通電極及配線層67(傳送控制線之一部分之)連接於垂直驅動電路103。
於半導體基板60之元件形成面上設置有絕緣層64，於絕緣層64上在各像素區域設置有個別之島狀之半導體層65。各像素101之像素電路(重置電晶體12、放大電晶體13及選擇電晶體14、以及重置電晶體22、浮動擴散區域FD2、放大電晶體23及選擇電晶體24)設置於該島狀之半導體層65。
自電荷蓄積區域251經由傳送電晶體21流出之電荷蓄積於半導體層65之浮動擴散區域FD2。浮動擴散區域FD2經由形成於層間絕緣膜66之配線層67連接於重置電晶體22之源極及放大電晶體23之閘極電極231。
(像素分離構造) 可為於半導體基板60設置將複數個像素101之間電性及/或光學分離之像素分離部。各像素101可設置於由像素分離部區劃出之各像素區域。例如，於自半導體基板60之背面(圖中上表面)側觀察影像感測器100時，像素分離部例如具有介置於複數個像素101之間之格子形狀，各光電轉換部PD2可設置於由該像素分離部區劃出之各像素區域內。
又，可於半導體基板60與像素分離部之間設置例如固定電荷膜。固定電荷膜例如可使用具有負的固定電荷之高介電體來形成，以在與半導體基板60之界面部分形成正電荷(電洞)蓄積區域而抑制產生暗電流。藉由固定電荷膜形成為具有負的固定電荷，而藉由該負的固定電荷在與半導體基板60之界面施加電場，形成正電荷(電洞)蓄積區域。
固定電荷膜例如可由鉿氧化膜(HfO 2膜)形成。又，固定電荷膜除此以外，例如可形成為含有鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、鎂、釔、鑭系元素等之氧化物之至少一種。
進而，像素分離部可具有自半導體基板60之表面到達背面之所謂之FTI(Full Trench Isolation，全槽渠隔離)構造、或自半導體基板60之背面或表面形成至半導體基板60之中段附近之所謂之DTI(Deep Trench Isolation，深槽渠隔離)構造等各種元件分離構造。
(光瞳修正) 於作為陽極發揮功能之透明電極53之上表面上設置由矽氧化膜或矽氮化膜等形成之密封膜52。密封膜52之上表面上例如藉由CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)而平坦化，於該經平坦化之上表面上設置每一像素101之晶載透鏡51。密封膜52例如由氮化矽(SiN)等絕緣材料構成，為了防止鋁(A1)或鈦(Ti)等之原子自透明電極53擴散，而可包含該等原子。惟，不限定於此，密封膜52可具備包含下層之密封膜、及上層之平坦化膜之積層構造。
各像素101之晶載透鏡51具備如將入射光集中於光電轉換部PD1及PD2之曲率。此外，各像素101之晶載透鏡51、彩色濾光器59、光電轉換部PD2之位置關係例如可相應於與像素陣列部102之中心相隔之距離(像高)而調節(光瞳修正)。
如此，本實施形態之影像感測器100具備積層構造，該積層構造包含第1層、第2層及第3層，其中將包含設置於半導體基板60之光入射面(背面)側之光電轉換層54之層(例如自密封膜52至絕緣層55)設為第1層，將包含半導體基板60及絕緣層64之層設為第2層，將包含絕緣層64上之半導體層65及層間絕緣膜66之層設為第3層。於第1層配置將綠色(G)之光進行光電轉換之光電轉換部PD1，於第2層之半導體基板60內配置將藍色(B)之光或紅色(R)之光進行光電轉換之光電轉換部PD2。在光電轉換部PD1與光電轉換部PD2之間之絕緣層55內配置使藍色(B)之光或紅色(R)之光透過之彩色濾光器59。於第3層之半導體層65配置第1像素10及第2像素20各者之像素電晶體(重置電晶體12及22、放大電晶體13及23、選擇電晶體14及24)。
為了將由第1層之光電轉換部PD1產生之電荷傳送至第3層之像素電晶體，而設置有自第1層貫通至第3層(亦即絕緣層55、半導體基板60、絕緣層64及層間絕緣膜66)之貫通電極68。而且，具備如以上之剖面構造之受光晶片41係如使用圖3所說明般積層於電路晶片42。
又，於圖7中，第2層之井分接頭161係將半導體基板60之井電位固定之擴散層區域，例如係摻雜有硼(B)之高濃度P擴散區域，例如固定為GND電位(0 V)。
傳送電晶體21之閘極電極211係由具備例如縱型傳送構造之縱型電晶體構成，將由光電轉換部PD2產生且蓄積於電荷蓄積區域251之電荷傳送至浮動擴散層FD2。
於第2層中所含之半導體基板60之元件形成面設置浮動擴散區域FD2之一部分。該浮擴散區域FD2經由貫通電極69及配線層67，連接於設置於第3層中所含之半導體層65之元件形成面之浮動擴散區域FD2。
第2像素20之重置電晶體22具有將第2層及第3層之浮動擴散區域FD2重置之功能。
重置電晶體22之汲極及放大電晶體23之汲極連接於電源電壓VDD。
放大電晶體23之閘極電極231連接於浮動擴散區域FD2。藉此，基於由光電轉換部PD2產生之電荷量之電壓值之電壓之像素信號出現於放大電晶體23之源極。
選擇電晶體24基於施加於閘極電極241之選擇控制信號SEL2，將由放大電晶體23產生之像素信號輸出至垂直信號線VSL2。
第3層之井分接頭261係固定半導體層65之井電位之擴散層區域，例如係摻雜有硼(B)之高濃度P區域，例如固定為GND電位(0 V)。此外，第3層之井分接頭261可於相鄰像素間共有。藉此，可擴大第3層之有效元件形成區域。
由第1層之光電轉換部PD1產生之電荷向光電轉換層54中之蓄積電極112上之半導體層蓄積，藉由之後之傳送動作而向讀出電極11傳送。讀出電極11經由貫通電極68(相當於圖7之貫通電極68-1)向第3層中所含之半導體層65之浮動擴散層FD1連接。
第1像素10之重置電晶體12具有將第3層之浮動擴散區域FD1重置之功能。
放大電晶體13之閘極電極131連接於浮動擴散區域FD1。藉此，基於由光電轉換部PD1產生之電荷量之電壓值之像素信號出現於放大電晶體23之源極。
選擇電晶體14基於施加於閘極電極141之選擇控制信號SEL1，將由放大電晶體13產生之像素信號輸出至垂直信號線VSL1。
如以上般，於本實施形態中，將第1像素10及第2像素20之像素電晶體配置於與半導體基板60不同之層。藉此，可擴大蓄積由光電轉換部PD2產生之電荷之電荷蓄積區域251之區域。
此處，將第1層之光電轉換部PD1與第3層之浮動擴散區域FD1電性連接之貫通電極68(圖7中之貫通電極68-1～68-4之至少一個)例如可設置於像素101間之區域、例如區劃像素區域之像素分離部內。藉此，可將電荷蓄積區域251之面積最大化。此時，藉由在4個像素101之角對向之交點配置貫通電極68，而可將像素區域之面積最大化。
同樣，將第2層之浮動擴散區域FD2與第3層之浮動擴散區域FD2電性連接之貫通電極69不限於像素區域內，例如，可設置於像素101間之區域、例如區劃像素區域之像素分離部內。藉此，可將電荷蓄積區域251之面積最大化。此時，藉由在4個像素101之角對向之交點配置貫通電極69，而可將像素區域之面積最大化。
又，於圖6及圖7中，例示了將各像素電晶體設置於半導體層65之與半導體基板60為相反側之面之情形(亦即半導體層65之元件形成面為與半導體基板60為相反側之面之情形)，但不限定於此，半導體層65之元件形成面可為與半導體基板60對向之面。形成於半導體層65之像素電晶體之構造不限定於一般性平面型，可為Fin型等各種構造。
進而，於6及圖7中，例示在與元件形成面平行之面中，以與光電轉換部PD2之排列週期相同之週期構成島狀之半導體層65(亦即構成各像素101之像素電路之像素電晶體)之情形，但不限定於此。例如，可進行對於光電轉換部PD2之排列週期挪移半週期而配置島狀之半導體層65等各種變形。
又進一步，絕緣層64之膜厚可為例如4 μm(微米)以下，更佳為可為1 μm以下。
1.7各層之材料例 繼而，針對構成本實施形態之像素101之各層之材料，舉出例子進行說明。
(像素電晶體材料) 對於設置第1像素10及第2像素20之像素電晶體之半導體層65之材料，例如，可使用結晶矽、非晶矽、微晶矽、結晶硒、非晶硒、及黃銅礦系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe 2)、CuInS 2、CuAlS 2、CuAlSe 2、CuGaS 2、CuGaSe 2、AgAlS 2、AgAlSe 2、AgInS 2、AgInSe 2、又或是III-V族化合物之GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGalnP、InGaAsP、乃至CdSe、CdS、In 2Se 3、In 2S 3、Bi 2Se 3、Bi 2S 3、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等化合物半導體、含有該等材料之量子點、IGZO等氧化物半導體材料、過渡金屬二硫屬化物、碳化矽、金剛石、石墨烯、碳奈米管、縮合多環烴化合物或稠合雜環化合物等有機半導體材料等。
(絕緣膜材料) 包含絕緣層55、絕緣層64及層間絕緣膜66之各絕緣膜例如可含有矽氧化膜、四乙基正矽酸鹽(TEOS)、矽氮化膜、矽氮氧化膜。又，可使用氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉭、氧化鈦等。作為上述以外之材料，可含有氧化鑭、氧化鐠、氧化鈰、氧化釹、氧化鉕、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化鈥、氧化銩、氧化鐿、氧化鑥、氧化釔、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜等。
(貫通電極、導通配線材料) 對於包含貫通電極68(貫通電極68-1～68-4)以及貫通電極69之各電極或配線，例如可使用PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon，摻磷非晶矽)等經摻雜之矽材料、或鋁(A1)、鎢(W)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鉿(Hf)、鉭(Ta)等金屬材料。
(半導體基板材料) 半導體基板60例如係n型之矽基板，於內部之特定區域具有P井。又，可使用結晶矽、非晶矽、微晶矽、結晶硒、非晶硒、及黃銅礦系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe 2)、CuInS 2、CuAlS 2、CuAlSe 2、CuGaS 2、CuGaSe 2、AgAlS 2、AgAlSe 2、AgInS 2、AgInSe 2，又或是III-V族化合物之GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP，乃至CdSe、CdS、In 2Se 3、In 2S 3、Bi 2Se 3、Bi 2S 3、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等化合物半導體等。此外，亦可將含有該等材料之量子點使用於光電轉換層。
(光電轉換層材料) 於對於光電轉換層54之材料使用有機系半導體之情形下，光電轉換層54之層構造可採用如以下之構造。惟，如為積層構造，則其積層順序可適宜替換。 (1)P型有機半導體之單層構造 (2)n型有機半導體之單層構造 (3-1)p型有機半導體層/n型有機半導體層之積層構造 (3-2)p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)/n型有機半導體層之積層構造 (3-3)p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)之積層構造 (3-4)n型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)之積層構造 (4)p型有機半導體與p型有機半導體之混合層(本體異質構造)
此處，作為p型有機半導體，可舉出：萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、稠四苯衍生物、稠五苯衍生物、喹吖酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、芘衍生物、䓛衍生物、螢蒽衍生物、酞青衍生物、亞酞青衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、將雜環化合物設為配位體之金屬錯合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、及聚茀衍生物等。
作為n型有機半導體，可舉出：富勒烯及富勒烯衍生物〈例如C60或C70、C74等之富勒烯(高碳富勒烯)、內含富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如富勒烯氟化物或PCBM富勒烯化合物、富勒烯多聚體等)〉、HOMO及LUMO較p型有機半導體為大(深)之有機半導體、透明之無機金屬氧化物等。
作為n型有機半導體，具體而言，可舉出有機分子、有機金屬錯合物或亞酞青衍生物，該有機分子、有機金屬錯合物或亞酞青衍生物在分子骨架之一部分具有含有氮原子、氧原子、硫原子之雜環化合物，例如吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、異喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、啡啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、噁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、聚伸苯基伸乙烯基衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等。
作為富勒烯衍生物中所含之基團等，可舉出：鹵素原子；直鏈、分支或環狀之烷基或苯基；具有直鏈或稠合芳香族化合物之基團；具有鹵化物之基團；部分氟烷基；全氟烷基；矽基；矽基烷氧基；芳基矽基；芳基硫基；烷基硫基；芳基磺醯基；烷基磺醯基；芳基硫化物基團；烷基硫化物基團；胺基；烷基胺基；芳基胺基；羥基；烷氧基；醯基胺基；醯氧基；羰基；羧基；羧醯胺基團；烷氧羰基；醯基；磺醯基；腈基；硝基；具有硫屬化物之基團；膦基團；膦基；及其等之衍生物。
作為由如以上之有機系材料構成之光電轉換層之膜厚，不限定於以下之值，例如可例示：1×10 -8m(米)至5×10 -7m，較佳為2.5×10 -8m至3×10 -7m，更佳為2.5×10 -8m至2×10 -7m，進一步較佳為1×10 -7m至1.8×10 -7m。此外，有機半導體以分類為P型、n型之情形居多，p型意指容易輸送正電洞，n型意指容易輸送電子，如無機半導體般，不限定於具有正電洞或電子作為熱激發之多個載子之解釋。
作為構成將綠色之波長之光進行光電轉換之光電轉換層之材料，例如可舉出玫瑰紅系顏料、部花青系顏料、喹吖啶酮衍生物、及亞酞菁系顏料(亞酞菁衍生物)等。
又，作為構成將藍色之光進行光電轉換之光電轉換層之材料，例如可舉出香豆酸顏料、三-8-羥基喹啉鋁(Alq3)、及部花青系顏料等。
進而，作為構成將紅色之光進行光電轉換之光電轉換層之材料，例如可舉出酞菁系顏料、及亞酞菁系顏料(亞酞菁衍生物)等
又進一步，作為光電轉換層，亦可使用自紫外區以至紅色區對於大致所有可見光光感光之全色性感光性有機光電轉換層。另一方面，作為構成光電轉換層之無機系材料，可舉出：結晶矽、非晶矽、微晶矽、結晶硒、非晶硒、及黃銅礦系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe 2)、CuInS 2、CuAlS 2、CuAlSe 2、CuGaS 2、CuGaSe 2、AgAlS 2、AgAlSe 2、AgInS 2、AgInSe 2，又或是III-V族化合物之GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、乃至CdSe、CdS、In 2Se 3、In 2S 3、Bi 2Se 3、Bi 2S 3、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等化合物半導體。此外，亦可將含有該等材料之量子點使用於光電轉換層。
(積層於光電轉換層之半導體層材料) 亦可將光電轉換層54設為下層之半導體層與上層之光電轉換層之積層構造。如此，藉由在光電轉換層之下層設置半導體層，而可防止電荷蓄積時之再結合，可使蓄積於光電轉換層之電荷向讀出電極之傳送效率提高。此外，亦可抑制產生暗電流。此外，該情形之構成光電轉換層之材料可自構成上述之光電轉換層之各種材料適宜選擇。
此處，對於構成半導體層之材料，較佳為使用帶隙值大(例如3.0 eV(電子伏特)以上之帶隙之值)、而且具有較構成光電轉換層之材料為高之遷移率之材料。具體而言，可舉出：IGZO等氧化物半導體材料、過渡金屬二硫屬化物、碳化矽、金剛石、石墨烯、碳奈米管、縮合多環烴化合物或稠合雜環化合物等有機半導體材料等。
或，如蓄積電荷為電子，則對於構成半導體層之材料，可使用具有較構成光電轉換層之材料之電離勢為大之電離勢之材料。一方面，如蓄積電荷為正電洞，則對於構成半導體層之材料，可使用具有較構成光電轉換層之材料之電子親和力為小之電子親和力之材料。
此外，構成半導體層之材料之雜質濃度較佳為1×10 18cm -3以下。又，只要可滿足光電轉換性能與遷移率性能，則亦可將光電轉換層與半導體層以相同之材料構成。
此處，對於透明電極53、讀出電極11、光電轉換層54中之半導體層、蓄積電極112及屏蔽電極113各者之材料，較理想為使用透明材料。具體而言，可使用含有Al-Nd(鋁及釹之合金)或ASC(鋁、釤及銅之合金)之材料。
又，透明導電材料之帶隙能量較理想為2.5 eV以上，較佳為3.1 eV以上。
另一方面，於將透明電極53、讀出電極11、蓄積電極112及屏蔽電極113設為透明電極之情形下，作為構成其等之透明導電材料，可舉出具有導電性之金屬氧化物。
具體而言，可例示具有氧化銦、銦-錫氧化物(ITO(Indium Tin Oxide)、含有摻雜Sn之In 2O 3、結晶性ITO及非晶質ITO)、將銦作為摻雜物添加至氧化鋅而成之銦-鋅氧化物(IZO(Indium Zinc Oxide))、將銦作為摻雜物添加至氧化鎵而成之銦-鎵氧化物(IGO)、將銦與鎵作為摻雜物添加至氧化鋅而成之銦-鎵-鋅氧化物(IGZO(In-GaZnO 4)、將銦與錫作為摻雜物添加至氧化鋅而成之銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、IFO(摻雜F之In 2O 3)、氧化錫(SnO 2)、ATO(摻雜Sb之SnO 2)、FTO(摻雜F之SnO 2)、氧化鋅(含有摻雜有其他元素之ZnO)、將鋁作為摻雜物添加至氧化鋅而成之鋁-鋅氧化物(AZO)、將鎵作為摻雜物添加至氧化鋅而成之鎵-鋅氧化物(GZO)、氧化鈦(TiO 2)、將鈮作為摻雜物添加至氧化鈦而成之鈮-鈦氧化物(TNO)、氧化銻、尖晶石型氧化物、YbFe 2O 4構造之氧化物。
或，亦可舉出以鎵氧化物、鈦氧化物、鈮氧化物、鎳氧化物等為母層之透明電極。
進而，作為透明電極之厚度，可舉出2×10 -8m乃至2×10 -7m，較佳為3×10 -8m乃至1×10 -7m。
1.8總結 如以上般，根據本實施形態，於將第1層之光電轉換部PD1與第2層之光電轉換部PD2於半導體基板60之基板厚方向積層之積層型影像感測器100中，將構成第1像素10之像素電路之像素電晶體及構成第2像素20之像素電路之像素電晶體配置於設置於半導體基板60之與光入射面為相反側之半導體層65。藉此，於第2層中，由於可擴大蓄積在光電轉換部PD2產生之電荷之電荷蓄積區域251之面積，故可抑制因電荷蓄積區域251之面積減小所致之飽和電荷量特性之降低。又，由於可擴大第1像素10及第2像素20之像素電晶體之可配置面積，故可抑制因放大電晶體13及/或23之尺寸縮小所致之雜訊特性之惡化。其結果，可實現可抑制畫質之降低之光檢測裝置、電子機器及光檢測系統。
1.9.變化例 其次，針對上述之第1實施形態之像素101之變化例，以下舉出若干個例子進行說明。
以下之表1係顯示配置第1像素10之讀出電極11及像素電晶體(放大電晶體13、重置電晶體12、選擇電晶體14)各者之層(第2層及第3層中之任一者)之組合例之表。表2係顯示配置第2像素20之像素電晶體(傳送電晶體21、放大電晶體23、重置電晶體22、選擇電晶體24)各者之層(第2層及第3層中之任一者)之組合例之表。此外，於表1及表2中，‘#n’(n為自然數)係表示組合之變化之編號，‘2’表示將對應之像素電晶體配置於圖7所例示之第2層，‘3’表示將對應之像素電晶體配置於圖7所例示之第2層。又，於表中，電晶體記述為‘Tr’。
[表1]
組合 光電轉換部PD1用像素電晶體
傳送G 放大Tr 重置Tr 選擇Tr
#1 - 2 2 2
#2 - 2 2 3
#3 - 2 3 2
#4 - 2 3 3
#5 - 3 2 2
#6 - 3 2 3
#7 - 3 3 2
#8 - 3 3 3
#9 2 2 2 2
#10 2 2 2 3
#11 2 2 3 2
#12 2 2 3 3
#13 2 3 2 2
#14 2 3 2 3
#15 2 3 3 2
#16 2 3 3 3
#17 3 2 2 2
#18 3 2 2 3
#19 3 2 3 2
#20 3 2 3 3
#21 3 3 2 2
#22 3 3 2 3
#23 3 3 3 2
#24 3 3 3 3
[表2]
組合 光電轉換部PD2用像素電晶體
傳送Tr 放大Tr 重置Tr 選擇Tr
#1 2 2 2 2
#2 2 2 2 3
#3 2 2 3 2
#4 2 2 3 3
#5 2 3 2 2
#6 2 3 2 3
#7 2 3 3 2
#8 2 3 3 3
首先，如表1所示，第1像素10之讀出電極11於變化#1～#8中省略，於變化#9～#16中配置於第2層，於變化#17～#24中配置於第3層。放大電晶體13於變化#1～#4、#9～#12、#17～#20中配置於第2層，於變化#5～#8、#13～#16、#21～#24中配置於第3層。重置電晶體12於變化#1～#2、#5～#6、#9～#10、#13～#14、#17～#18、#21～#22中配置於第2層，於變化#3～#4、#7～#8、#11～#12、#15～#16、#19～#20、#23～#24中配置於第3層。選擇電晶體14當變化為奇數編號時配置於第2層，當為偶數編號時配置於第3層。
如此，第1像素10之讀出電極11及像素電晶體(放大電晶體13、重置電晶體12、選擇電晶體14)可分別配置於第2層及第3層中之任一者，且，讀出電極11亦可省略。因此，該組合共有24種。
又，如表2所示，第2像素20之傳送電晶體21於所有變化中配置於第2層。另一方面，放大電晶體23於變化#1～#4中配置於第2層，於變化#5～#8中配置於第3層。重置電晶體22於變化#1～#2、#5～#6中配置於第2層，於變化#3～#4、#7～#8中配置於第3層。選擇電晶體14當變化為奇數編號時配置於第2層，當為偶數編號時配置於第3層。
如此，第2像素20之像素電晶體(傳送電晶體21、放大電晶體23、重置電晶體22、選擇電晶體24)可分別配置於第2層及第3層中之任一者。因此，該組合共有8種。
作為實際之影像感測器100之構成，由於為上述表1及表2之組合，故其變化有24種×8種之共192種。例如，於第1實施形態中使用圖7所說明之構成係表1之變化#8與表2之變化#8之組合。
繼而，針對以自上述之組合變化之中提取之構造為基礎之變化例，舉出若干個例子進行說明。此外，於以下之變化例中，未特別提及之構成、動作及效果可與上述之實施形態或其他變化例同樣。
1.9.1   第1變化例 圖8係顯示第1變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。此外，圖8及以下之配置圖中之第1層、第2層及第3層與圖7同樣地分別對應於圖6中之A-A面、B-B面附近(亦即半導體基板60之元件形成面附近)、及C-C面附近(亦即半導體層65之元件形成面附近)。又，於圖8及以下之配置圖中，針對與圖7等同樣之構成，賦予同一符號，且省略其重複之說明。
第1變化例係表1之變化#8與表2之變化#1之組合，於第2層(半導體基板60之元件形成面)配置第2像素20之像素電路(傳送電晶體21、浮動擴散區域FD2、重置電晶體22、放大電晶體23及選擇電晶體24)、及電荷蓄積區域251，於第3層(半導體層65之元件形成面)配置第1像素之像素電路(浮動擴散區域FD1、重置電晶體12、放大電晶體13及選擇電晶體14)。
根據如此之構造，由於可將第1像素10之像素電晶體與第2像素20之像素電晶體分散配置於第2層與第3層，故可擴大各像素電晶體(尤其是放大電晶體13及23)之尺寸。藉此，可抑制因放大電晶體之尺寸縮小所致之雜訊特性之惡化。
1.9.2   第2變化例 圖9係顯示第2變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。
第2變化例係表1之變化#1與表2之變化#8之組合，於第2層(半導體基板60之元件形成面)配置第1像素10之像素電路(浮動擴散區域FD1、重置電晶體12、放大電晶體13及選擇電晶體14)、及電荷蓄積區域251，於第3層(半導體層65之元件形成面)配置第2像素之像素電路(浮動擴散區域FD1、重置電晶體12、放大電晶體13及選擇電晶體14)。
根據如此之構造，與第1變化例同樣地，由於可將第1像素10之像素電晶體與第2像素20之像素電晶體分散配置於第2層與第3層，故可擴大各像素電晶體(尤其是放大電晶體13及23)之尺寸。藉此，可抑制因放大電晶體之尺寸縮小所致之雜訊特性之惡化。
1.9.3   第3變化例 圖10係顯示第3變化例之像素之剖面構造例之剖視圖，圖11係顯示第3變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。此外，於圖10及以下之剖視圖中顯示與圖6所例示之像素101之剖面對應之剖面中之剖面構造例。又，於圖10及以下之剖視圖中，針對與圖6等同樣之構成，賦予同一符號，且省略其重複之說明。
第3變化例與第1變化例同樣地係表1之變化#8與表2之變化#1之組合，為了使第1像素10作為包含左像素及右像素之像素對之像面相位差像素動作，而將蓄積電極112分割成左像素用之蓄積電極112L與右像素用之蓄積電極112R。對於蓄積電極112L經由貫通電極68-5施加用於控制左像素中之電荷蓄積之蓄積控制電壓VOAL，對於蓄積電極112R經由貫通電極68-2施加用於控制右像素中之電荷蓄積之蓄積控制電壓VOAR。又，於蓄積電極112L與蓄積電極112R之間，延伸有屏蔽電極313之一部分。
藉由採用如上述般將蓄積電極112左右分割，分別施加獨立之蓄積控制電壓VOAL及VOAR之構成，而可將藉由沿著不同之光線路徑到達光電轉換部PD1之光被光電轉換而成之電荷分離，可獲得距離資訊。
此外，讀出由左像素用之蓄積電極112L蓄積之電荷之讀出電極、與讀出由右像素用之蓄積電極112R蓄積之電荷之讀出電極可為相同之讀出電極11，亦可為就左像素用及右像素用分別設置之分別之讀出電極。如為分別之讀出電極，則各讀出電極可於互不相同之位置與光電轉換部PD1接觸。
根據如此之構造，由於即便於第1像素10構成像面相位差像素之情形下，亦與第1實施形態同樣地，可擴大第2層之電荷蓄積區域251之面積，故可抑制飽和電荷量特性之降低。又，由於可擴大第1像素10及第2像素20之像素電晶體之可配置面積，故亦可抑制雜訊特性之惡化。
1.9.4   第4變化例 圖12係顯示第4變化例之像素之剖面構造例之剖視圖，圖13係顯示第4變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。
第4變化例與第1變化例同樣地係表1之變化#8與表2之變化#1之組合，但省略第1像素10中之蓄積電極112及屏蔽電極113，取而代之，於像素區域之大致整體擴展之讀出電極411與光電轉換層54之下表面接觸。
於如此之構成中，由第1像素10之光電轉換部PD1產生之電荷直接經由貫通電極68-1流入第3層之浮動擴散區域FD2。其結果，由於可減少滯留於半導體基板60之背面側之電荷，故可減少暗電流向半導體基板60之電荷蓄積區域251之流入。
1.9.5   第5變化例 圖14係顯示第5變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。
第5變化例在與第4變化例同樣之構成中，具備於第3層追加用於控制電荷自光電轉換部PD1向浮動擴散區域FD1之流入之傳送電晶體(於圖14中圖示傳送電晶體之閘極電極511)之構成。
如此，藉由採用可控制電荷自光電轉換部PD1向浮動擴散區域FD1之流入之構成，而可沿用具備讀出電極或傳送電晶體之既有之像素電路，故而可將設計步驟簡略化。
1.9.6   第6變化例 圖15係顯示第6變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。
第6變化例與第1變化例同樣地係表1之變化#8與表2之變化#1之組合，但具備於第2層與第3層之間之絕緣層64中追加中繼貫通電極68之電極墊68c之構成。藉此，將自第1層貫通至第3層之貫通電極68分割成自第1層貫通至絕緣層64中之電極墊68c之貫通電極68b、及自電極墊68c貫通至第3層之貫通電極68a。
根據如此之構造，由於可縮短貫通電極68a及68b各者之基板厚方向之長度，故可縮小貫通電極之直徑。藉此，由於可降低貫通電極整體之寄生電容，故可提高第1像素10之轉換效率。又，由於藉由縮小貫通電極之直徑，而配置自由度提高，故亦可獲得可提高整體的配線自由度之效果。進而，由於可將形成貫通電極時之槽渠之深度變淺，故亦可將製造步驟容易化。
此外，電極墊68c例如可由PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon，摻磷非晶矽)等摻雜有雜質之半導體材料(例如矽材料)、或鋁(A1)、鎢(W)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鉿(Hf)、鉭(Ta)等金屬材料構成。
1.9.7   第7變化例 圖16係顯示第7變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。
第7變化例與第1變化例同樣地係表1之變化#8與表2之變化#1之組合，但第2像素20構成為將紅外光(或近紅外光)進行光電轉換之IR像素，第1像素10構成為將RGB之三原色進行光電轉換之RGB像素。
為了將第1像素10構成為RGB像素，而於第7變化例中，在密封膜52上追加平坦化膜70，於其中配置供紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)各者之波長成分透過之彩色濾光器59。又，配置於光電轉換部PD1與光電轉換部PD2之間之絕緣層55中之彩色濾光器59置換成供紅外光(或近紅外光)透過之IR濾光器759。進而，為了抑制半導體基板60之光入射面中之紅外光(或近紅外光)之反射，而於半導體基板60之光入射面設置有微小之凹凸構造(亦稱為蛾眼構造)761。
根據如此之構造，於除了由RGB三原色形成之彩色圖像以外亦可取得IR圖像之影像感測器100中，可抑制因飽和電荷量特性之降低及雜訊特性之惡化等所致之畫質之降低。
此外，平坦化膜70與包含絕緣層55、絕緣層64及層間絕緣膜66之各絕緣膜同樣地可含有例如矽氧化膜、四乙基正矽酸鹽(TEOS)、矽氮化膜、矽氮氧化膜。又，可使用氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉭、氧化鈦等。作為上述以外之材料，可含有氧化鑭、氧化鐠、氧化鈰、氧化釹、氧化鉕、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化鈥、氧化銩、氧化鐿、氧化鑥、氧化釔、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜等。
1.9.8   第8變化例 圖17係顯示第8變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。
第8變化例與第1變化例同樣地係表1之變化#8與表2之變化#1之組合，但第2層之浮動擴散區域FD2係於在去向方向(圖式中橫向方向)相鄰之第2像素20間共有。於圖17中，閘極電極211-1係相鄰之第2像素20中之傳送電晶體21之閘極電極。
如此，採用在相鄰像素間共有浮動擴散區域FD2之構成，藉此，連接於浮動擴散區域FD2之像素電路(重置電晶體22、放大電晶體23及選擇電晶體24)亦可於相鄰像素間共有，故而可削減應設置之像素電晶體之數量。藉此，可確保電荷蓄積區域251及像素電晶體之專有面積，故而可抑制因飽和電荷量特性之降低及雜訊特性之惡化等所致之畫質之降低。
1.9.9   第9變化例 圖18係顯示第9變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。
第9變化例與第8變化例同樣地為在表1之變化#8與表2之變化#1之組合中在相鄰像素間共有第2層之浮動擴散區域FD2之構成，但於第9變化例中，將浮動擴散區域FD2及傳送電晶體21配置於像素區域之1個角，在與該角對向之4個第2像素20共有1個浮動擴散區域FD2。於圖18中，閘極電極211及211-1～211-3係排列成2列2行之4個第2像素20中之傳送電晶體21之閘極電極。
如此，藉由增加共有浮動擴散區域FD2及連接於其之像素電路(重置電晶體22、放大電晶體23及選擇電晶體24)之第2像素20之數量，而可進一步削減應設置之像素電晶體之數量，故而可進一步抑制因飽和電荷量特性之降低及雜訊特性之惡化等所致之畫質之降低。
1.9.10    第10變化例 如於第1實施形態中所提及般，作為將半導體基板60區劃成各個像素區域之像素分離部之構造，存在貫通半導體基板60之表背面之FTI構造、及自半導體基板60之背面或表面形成至半導體基板60之中段附近之DTI構造等。此處，將半導體基板60之元件形成面藉由像素分離部就每一像素區域分斷之構造(例如FTI構造或自半導體基板60之表面形成之DTI構造等)無法採用在半導體基板60之元件形成面中於相鄰像素間共有浮動擴散區域FD2之構造。為此，於第10變化例中，針對在將半導體基板60之元件形成面藉由像素分離部就每一像素區域分斷之構造中於相鄰像素間共有浮動擴散區域FD2之情形，進行說明。
圖19係顯示第10變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。
如圖19所示，於半導體基板60之元件形成面(圖式中下表面側)由像素分離部80就每一像素區域分斷之情形下，相鄰像素各者之第2層之浮動擴散區域FD2可藉由貫通電極69被電性引出至配線層67或其以上之層，且經由配線層67中之配線81或另行設置之導電體層電性連接。
此外，於圖19中例示了FTI構造之像素分離部80，但不限定於此，像素分離部80可為自半導體基板60之表面形成之DTI構造等。又，可於像素分離部80與半導體基板60之接觸面設置固定電荷膜。進而，對於像素分離部80之材料，除了絕緣材料以外，亦可使用鎢(W)等反射材料或遮光材料。此時，於使用導電體作為像素分離部80之材料之情形下，為了避免像素分離部80與半導體基板60之短路，而可於像素分離部80與半導體基板60之接觸面設置絕緣層及固定電荷膜。
1.9.11第11變化例 於上述之第1實施形態或第1變化例～第10變化例中，例示了積層有第1像素10與第2像素20之積層型影像感測器100，且該第1像素10將包含有機層之光電轉換層54設為光電轉換部PD1，該第2像素20將半導體基板60之一部分設為光電轉換部PD2。相對地，於第11變化例中，省略第2像素20，對於第1像素10配置彩色濾光器59，藉此，取得RGB三原色之彩色圖像。
圖20係顯示第11變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。
如圖20所示，於第11變化例中，藉由省略光電轉換部PD2及傳送電晶體21，而將半導體基板60減薄化，且於在密封膜52上追加之平坦化膜70內配置有供紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)各者之波長成分透過之彩色濾光器59。又，將第1像素10之像素電晶體中之重置電晶體12及選擇電晶體14配置於第3層，將放大電晶體13配置於第2層。
如此，將放大電晶體13配置於與其他像素電晶體不同之層，藉此，可進一步擴大放大電晶體13之尺寸，故而可進一步抑制雜訊特性之惡化。又，由於亦可擴大其他像素電晶體之尺寸，故亦可達成電路特性之提高。進而，由於可縮短自光電轉換部PD1至放大電晶體13之配線長，故亦可提高轉換效率。
此外，於圖20中，例示了在第2層配置放大電晶體13，在第3層配置其他像素電晶體之情形，但不限定於此，可進行於第3層配置放大電晶體13、於第2層配置其他像素電晶體等各種變化。
1.9.12    變化例之總結 以上，說明了以自表1及表2所示之變化提取之構造為基礎之變化例，但本實施形態之變化例不限定於其等。例如，亦可自上述之第1實施形態及變化例之中選擇2個以上並組合而實施。
2.第2實施形態 於第2實施形態中，針對第1實施形態或其變化例所說明之光檢測裝置(影像感測器)100之製造方法進行說明。此外，於以下之說明中，舉出作為第1實施形態之第3變化例所說明之像素101(參照圖10及圖11)之製造方法為例。
圖21～圖30係顯示本實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖。
於本製造方法中，首先，如圖21所示，例如，藉由自具有p型之導電性之半導體基板60之元件形成面以特定之能量離子注入特定之摻雜物，而於半導體基板60內形成構成光電轉換部PD2之n型半導體區域62、電荷蓄積區域251、及各種井區域。
繼而，例如，藉由經由通常之元件形成製程，而於半導體基板60之元件形成面形成到達n型半導體區域62之縱型電晶體即傳送電晶體21(其閘極電極211及閘極絕緣膜)。而且，藉由向成為傳送電晶體21之汲極之區域以特定之能量離子注入特定之摻雜物，形成亦作為傳送電晶體21之汲極發揮功能之浮動擴散區域FD2之一部分。
其次，如圖22所示，藉由例如使用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學汽相沈積)法或濺射等等成膜技術，依次形成覆蓋半導體基板60之元件形成面之絕緣層64、及絕緣層64上之半導體層65A。
其次，如圖23所示，例如藉由CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)等將半導體層65A薄膜化。繼而，藉由使用例如微影術，而將經薄膜化之半導體層65A加工成每一像素101之島狀之半導體層65。繼而，例如，藉由經由通常之元件形成製程，於經加工之半導體層65之上表面(元件形成面)形成第1像素10及第2像素20之像素電晶體(重置電晶體12及22、放大電晶體13及23、選擇電晶體14及24等)、及浮動擴散區域FD1及其餘之浮動擴散區域FD2。
其次，如圖24所示，藉由使用例如CVD法或濺射等成膜技術，形成覆蓋絕緣層64及半導體層65上之層間絕緣膜66。此外，層間絕緣膜66之上表面可藉由例如CMP等而平坦化。
其次，如圖25所示，藉由使用例如微影術及CVD法或濺射等成膜技術，於層間絕緣膜66及絕緣層64內形成連接於像素電晶體之閘極電極及源極、汲極之導通配線(包含貫通電極69)。繼而，於層間絕緣膜66之上層形成連接於各導通配線(包含貫通電極69)之配線層67。
其次，如圖26所示，於使半導體基板60之上下反轉之後，藉由使用例如微影術自背面側雕刻半導體基板60，形成作為將相鄰像素間分離之像素分離部發揮功能之槽渠。此外，藉由該步驟，規定p型半導體區域61。
其次，如圖27所示，藉由使用例如CVD法或濺射等成膜技術，形成絕緣層55A，該絕緣層55A將槽渠內掩埋且覆蓋半導體基板60之背面。繼而，藉由使用例如微影術，形成自絕緣層55A之上表面到達層間絕緣膜66中之配線層67之貫通孔。繼而，藉由使用例如CVD法或濺射等成膜技術，於形成之貫通構內形成貫通電極68A。此外，貫通電極68A可為貫通電極68之一部分。之後，藉由使用例如剝離法等，而於絕緣層55A上形成連接於貫通電極68A之電極墊68B。
其次，如圖28所示，藉由使用例如微影術及CVD法或濺射等成膜技術，形成於內部包含彩色濾光器59及連接於蓄積電極112及屏蔽電極113之配線之絕緣層55B。
其次，如圖29所示，藉由使用例如微影術及CVD法或濺射等成膜技術，於絕緣層55B內形成到達電極墊68B之貫通電極68C，之後，形成於內部包含彩色濾光器59及連接於蓄積電極112及屏蔽電極113之配線之絕緣層55B。繼而，藉由使用例如剝離法等，於絕緣層55B上形成讀出電極11、蓄積電極112L及112R、以及屏蔽電極313。繼而，藉由使用例如CVD法或濺射等成膜技術，於絕緣層55B上堆積絕緣材料，形成絕緣層55。
其次，藉由使用例如微影術，於絕緣層55形成使讀出電極11之一部分露出之槽渠，之後，藉由使用例如CVD法或濺射等成膜技術，於絕緣層55上形成連接於讀出電極11之光電轉換層54。
之後，藉由在光電轉換層54上依次形成透明電極53、密封膜52及晶載透鏡51，形成具備圖10所例示之剖面構造之像素101。
3. 第3實施形態 於第3實施形態中，針對使用上述之實施形態或其變化例之光檢測裝置100之光檢測系統之一例進行說明。圖31係表示本實施形態之光檢測系統之整體構成之一例之示意圖。圖32係表示本實施形態之光檢測系統之功能構成之一例之方塊圖。
如圖31及圖32所示，光檢測系統1000具備：作為發出紅外光L2之光源部之發光裝置1010、及作為具有光電轉換元件之受光部之光檢測裝置100。光檢測裝置100可為上述之實施形態或其變化例之光檢測裝置100。光檢測系統1000可進一步具備系統控制部1050、光源驅動部1011、感測器控制部1021、光源側光學系統1030、及感測器側光學系統1040。
光檢測裝置100可檢測光L1及光L2。光L1係來自外部之環境光於被攝體(測定對象物)1001(圖31)中反射之光。光L2係於發光裝置1010中發光之後於被攝體1001反射之光。光L1係例如可見光，光L2係例如紅外光。光L1可於光檢測裝置100之有機光電轉換部中檢測到，光L2可於光檢測裝置100之光電轉換部中檢測到。可自光L1獲得被攝體1001之圖像資訊，自光L2獲得被攝體1001與光檢測系統1000之間之距離資訊。
光檢測系統1000可搭載於例如智慧型手機等電子機器、或車等移動體。發光裝置1010例如可由半導體雷射、面發光半導體雷射、垂直共振器型面發光雷射(VCSEL)構成。
作為自發光裝置1010發出之光L2之藉由光檢測裝置100進行之檢測方法，可採用例如iTOF方式，但不限定於此。於iTOF方式中，光電轉換部可藉由例如光飛行時間(Time-of-Flight，飛行時間：TOF)來測定與被攝體1001之距離。
作為自發光裝置1010發出之光L2之藉由光檢測裝置100進行之檢測方法，例如亦可採用結構照明方式或立體電視方式。於例如結構照明方式中，將預設之圖案之光投影至被攝體1001，藉由對該圖案之變形情況進行解析，而可測定光檢測系統1000與被攝體1001之距離。又，於立體電視方式中，藉由使用例如2個以上之相機，取得自2個以上之不同之視點觀察被攝體1001之2個以上之圖像，而可測定光檢測系統1000與被攝體之距離。此外，發光裝置1010與光檢測裝置100可藉由系統控制部1050而同步控制。
4.第4實施形態 為此，於第4實施形態中，針對使用上述之實施形態或其變化例之光檢測裝置100之電子機器之一例進行說明。圖33係顯示本實施形態之電子機器之一例之示意圖。
如圖33所示，電子機器2000具備光學系統2001、光檢測裝置100、DSP(Digital Signal Processor，數位信號處理器)2003，經由匯流排2009連接DSP 2003、顯示部2005、操作系統2007、記憶體2004、記憶部2006、及電源系統2008而構成，可拍攝靜止圖像及動圖像。
光學系統2001具有1片或複數片透鏡而構成，將來自被攝體之像光(入射光)導引至光檢測裝置100，並成像於光檢測裝置100之受光面(感測器部)。
光檢測裝置100可為上述之實施形態或其變化例之光檢測裝置100。於光檢測裝置100中，相應於經由光學系統2001成像於受光面上之像，電子在一定期間內蓄積。而且，將與蓄積於光檢測裝置100之電子相應之信號供給至DSP 2003。
DSP 2003對於來自光檢測裝置100之信號施以各種信號處理並取得圖像，使該圖像之資料暫時記憶於記憶體2004。記憶於記憶體2004之圖像之資料儲存於記憶部2006，或被供給至顯示部2005且顯示圖像。又，操作系統2007受理由使用者進行之各種操作，將操作信號供給至電子機器2000之各區塊，電源系統2008供給電子機器2000之各區塊之驅動所需之電力。
5.對於移動體之應用例 本揭示之技術(本技術)可對於各種產品應用。例如，本揭示之技術可實現為搭載於汽車、電動汽車、複合動力電動車、機車、自行車、個人移動性裝置、飛機、無人機、船舶、機器人等任一種移動體之裝置。
圖34係顯示作為可應用本揭示之技術之移動體控制系統之一例之車輛控制系統之概略性構成例之方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通訊網路12001連接之複數個電子控制單元。於圖34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，圖示有微電腦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依照各種程式控制與車輛之驅動系統相關聯之裝置之動作。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的控制裝置而發揮功能。
車體系統控制單元12020依照各種程式，控制裝備於車體之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為無鑰匙門禁系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或頭燈、尾燈、煞車燈、方向燈或霧燈等各種燈之控制裝置而發揮功能。該情形下，可對車體系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜式機發出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，而控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載車輛控制系統12000之車輛外部之資訊。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可基於接收到之圖像，來進行人、車、障礙物、標誌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係接收光且輸出與該光之受光量相應之電信號之光感測器。攝像部12031可將電信號作為圖像而輸出，亦可作為測距之資訊而輸出。又，攝像部12031接收到之光可為可見光，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基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，可算出駕駛者之疲勞度或注意力集中度，亦可判別駕駛者是否打瞌睡。
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，且對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含車輛之避免碰撞或緩和衝擊、基於車距之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道偏離警告等的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取得之車輛周圍之資訊而控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而可進行以不依賴駕駛者之操作而自律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取得之車外之資訊，對車體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行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而控制頭燈、而將遠光燈切換為近光燈等之以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052係朝可針對車輛之乘客或車外以視覺性或聽覺性地通知資訊之輸出裝置，發送聲音及圖像中至少一者之輸出信號。於圖34之例中，例示音訊揚聲器12061、顯示部12062及儀表板12063作為輸出裝置。顯示部12062例如可包含車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖35係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖35中，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之前保險桿、側視鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部等之位置。前保險桿所具備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要取得車輛12100前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100側方之圖像。後保險桿或後門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100後方之圖像。車廂內之擋風玻璃之上部所具有之攝像部12105主要用於前方車輛或行人、障礙物、號志機、交通標誌或車道線等之檢測。
此外，於圖35中顯示攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前保險桿之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113表示分別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，藉由重疊由攝像部12101至12104拍攝到之圖像資料，而獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少1者可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少1者可為含有複數個攝像元件之立體攝影機，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藉由基於根據攝像部12101至12104獲得之距離資訊，求得與攝像範圍12111至12114內之各立體物相隔之距離、及該距離之時間性變化(相對於車輛12100之相對速度)，而可尤其將位於車輛12100之行進路上最近之立體物、且為在與車輛12100大致相同之方向以特定之速度(例如0km/h以上)行駛之立體物擷取作為前方車。進而，微電腦12051可設定針對前方車於前方側應預先確保之車距，進行自動煞車控制(亦包含停止追隨控制)、自動加速控制(亦包含起步追隨控制)等。如此般可進行不受限於駕駛者之操作而自律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而加以擷取，用於自動迴避障礙物。例如，微電腦12051可將車輛12100周邊之障礙物識別為車輛12100之駕駛員可視認之障礙物及難以視認之障礙物。且，微電腦12051判斷表示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞風險，當遇到碰撞風險為設定值以上而有可能發生碰撞之狀況時，藉由經由音訊揚聲器12061或顯示部12062對駕駛員輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或迴避操舵，而可進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少1個可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在有行人而辨識行人。如此之行人之辨識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程序、及針對表示物體之輪廓之一系列特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之程序而進行。當微電腦12051判定為在攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人，且辨識為行人時，聲音圖像輸出部12052控制顯示部12062而針對該被辨識出之行人重疊顯示用於強調之方形輪廓線。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將表示行人之圖標等顯示於所期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，針對可應用本揭示之技術之車輛控制系統之一例進行了說明。本揭示之技術可應用於以上所說明之構成中之攝像部12031等。圖35所例示之攝像部12101、12102、12103、12104、12105等可搭載於車輛12100。藉由將本揭示之技術應用於攝像部12101、12102、12103、12104、12105等，而可提高攝像部12031之感度，故而不僅可於顯示器等顯示更鮮明之圖像，而且亦可提高使用由攝像部12031取得之圖像之各種處理之精度。
6.對於內視鏡手術系統之應用例 本揭示之技術(本技術)可對應各種產品應用。例如，本揭示之技術可應用於內視鏡手術系統。
圖36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性構成之一例之圖。
於圖36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。如圖示般，內視鏡手術系統11000包含：內視鏡11100、氣腹管11111或能量處置具11112等其他手術器具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。
內視鏡11100包含：鏡筒11101，其自前端起特定長度之區域插入患者11132之體腔內；及相機頭11102，其連接於鏡筒11101之基端。於圖示之例中，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之前端設置有嵌入有物鏡之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光由在鏡筒11101之內部延伸設置之光導件導光至該鏡筒之前端，並經由物鏡向患者11132之體腔內之觀察對象照射。此外，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於相機頭11102之內部設置有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統而集光於該攝像元件。藉由該攝像元件將觀察光進行光電轉換，而產生與觀察光對應之電信號、亦即與觀察像對應之圖像信號。該圖像信號作為原始(RAW)資料發送至相機控制單元(CCU: Camera Control Unit)11201。
CCU 11201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，統括地控制內視鏡11100及顯示裝置11202之動作。進而，CCU 11201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(解馬賽克處理)等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藉由來自CCU 11201之控制而顯示基於由該CCU 11201實施了圖像處理之圖像信號的圖像。
光源裝置11203由例如LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等光源構成，向內視鏡11100供給拍攝手術部位等時之照射光。
輸入裝置11204係對於內視鏡手術系統11000之輸入介面。使用者可經由輸入裝置11204對於內視鏡手術系統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、倍率及焦距等)之意旨之指示等。
處置具控制裝置11205控制用於燒灼組織、切開或封閉血管等之能量處置具11112之驅動。氣腹裝置11206出於確保內視鏡11100之視野及確保施術者之作業空間之目的，為了使患者11132之體腔膨起，而經由氣腹管11111將氣體送入該體腔內。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係可將與手術相關之各種資訊以文字、圖像或圖表等各種形式予以印刷之裝置。
此外，對內視鏡11100供給拍攝手術部位時之照射光之光源裝置11203可包含例如LED、雷射光源或由其等之組合構成之白色光源。在由RGB雷射光源之組合構成白色光源時，由於可高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故在光源裝置11203中可進行攝像圖像之白平衡之調整。又，該情形下，藉由分時對觀察對象照射來自RGB雷射光源各者之雷射光，與該照射時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，而亦可分時拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即便於該攝像元件未設置彩色濾光器，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203可以每隔特定時間變更所輸出之光之強度之方式控制該驅動。藉由與該光之強度之變更之時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動而時分地取得圖像，且將該圖像合成，而可產生無所謂欠曝及過曝之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203可構成為可供給與特殊光觀察對應之特定波長頻帶之光。於特殊光觀察中，例如，藉由利用生物體組織之光吸收之波長依存性，照射較一般觀察時之照射光(亦即白色光)為窄頻之光，而進行以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定組織之所謂窄頻光觀察(Narrow Band Imaging，窄頻影像)。或，於特殊光觀察中，可進行利用藉由照射激發光產生之螢光而獲得圖像之螢光觀察。於螢光觀察中，可進行對生物體組織照射激發光而觀察來自該生物體組織之螢光(自身螢光觀察)、或對生物體組織局部注射靛氰綠(ICG)等之試劑且對該生物體組織照射與該試劑之螢光波長對應之激發光而獲得螢光像等。光源裝置11203可構成為可供給與如此之特殊光觀察對應之窄頻光及/或激發光。
圖37係顯示圖36所示之相機頭11102及CCU 11201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、通訊部11404、及相機頭控制部11405。CCU 11201具有：通訊部11411、圖像處理部11412、及控制部11413。相機頭11102與CCU 11201藉由傳送纜線11400可相互通訊地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。自鏡筒11101之前端擷取之觀察光被導光至相機頭11102，而入射至該透鏡單元11401。透鏡單元11401係組合有包含變焦透鏡及對焦透鏡之複數個透鏡而構成。
構成攝像部11402之攝像元件既可為1個(所謂之單板式)，亦可為複數個(所謂之多板式)。若攝像部11402由多板式構成，例如由各攝像元件產生與RGB各者對應之圖像信號，藉由將其等合成而可獲得彩色圖像。或，攝像部11402可構成為具有用於分別取得與3D(dimensional，維度)顯示對應之右眼用及左眼用之圖像信號的1對攝像元件。藉由進行3D顯示，而施術者11131可更正確地掌握手術部位之生物體組織之深度。此外，若攝像部11402由多板式構成，可與各攝像元件對應地，亦將透鏡單元11401設置複數個系統。
又，攝像部11402可未必設置於相機頭11102。例如，攝像部11402可於鏡筒11101之內部設置於物鏡之正後方。
驅動部11403包含致動器，藉由來自相機頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之變焦透鏡及對焦透鏡沿著光軸移動特定距離。藉此，可適宜地調整由攝像部11402拍攝到之攝像圖像之倍率及焦點。
通訊部11404係由用於在與CCU 11201之間收發各種資訊之通訊裝置而構成。通訊部11404將自攝像部11402獲得之圖像信號作為RAW(原始)資料經由傳送纜線11400發送至CCU 11201。
又，通訊部11404自CCU 11201接收用於控制相機頭11102之驅動之控制信號，且供給至相機頭控制部11405。於該控制信號中例如包含指定攝像圖像之訊框率之意旨之資訊、指定攝像時之曝光值之意旨之資訊、及/或指定攝像圖像之倍率及焦點之意旨之資訊等與攝像條件相關之資訊。
此外，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宜地指定，亦可由CCU 11201之控制部11413基於所取得之圖像信號自動設定。如為後者，需在內視鏡11100搭載所謂之AE(Auto Exposure，自動曝光)功能、AF(Auto Focus，自動對焦)功能及AWB(Auto White Balance，自動白平衡)功能。
相機頭控制部11405基於經由通訊部11404接收之來自CCU 11201之控制信號，控制相機頭11102之驅動。
通訊部11411係由用於在與相機頭11102之間收發各種資訊之通訊裝置而構成。通訊部11411接收自相機頭11102經由傳送纜線11400發送之圖像信號。
又，通訊部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通訊或光通訊等發送。
圖像處理部11412對自相機頭11102發送之原始(RAW)資料即圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行與內視鏡11100對手術部位等之攝像、及藉由手術部位等之攝像而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基於由圖像處理部11412實施圖像處理之圖像信號使顯現有手術部位等之攝像圖像顯示於顯示裝置11202。此時，控制部11413可利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藉由檢測攝像圖像中所含之物體之邊緣之形狀或顏色等，而可辨識鑷子等手術器具、特定之生物體部位、出血、能量處置具11112之使用時之霧氣等。控制部11413可在使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，使用該辨識結果，使各種手術支援資訊重疊顯示於該手術部位之圖像內。藉由重疊顯示手術支援資訊，提示給施術者11131，而可減輕施術者11131之負擔，而施術者11131確實地進行手術。
連接相機頭11102及CCU 11201之傳送纜線11400可為與電氣信號之通訊對應之電氣信號纜線、與光通訊對應之光纖、或其等之複合纜線。
此處，於圖示之例中，可使用傳送纜線11400以有線進行通訊，但相機頭11102與CCU 11201之間之通訊亦可以無線進行。
以上，針對可適用本揭示之技術之內視鏡手術系統之一例進行了說明。本揭示之技術可應用於以上說明之構成中之例如內視鏡11100、及相機頭11102(之攝像部11402)、及CCU 11201(之圖像處理部11412)等)。藉由將本揭示之技術應用於該等構成，可獲得可對於施術顯示鮮明之圖像等之效果。
此外，此處，作為一例，針對內視鏡手術系統進行了說明，但本揭示之技術此外可應用於例如顯微鏡手術系統等。
以上，對於本揭示之實施形態進行了說明，但本揭示之技術性範圍不限定於上述實施形態本身，於不脫離本揭示之要旨之範圍內，可進行各種變更。又，可適宜地組合遍及不同之實施形態及變化例之構成要素。
又，本說明書所記載之各實施形態之效果終極而言僅為例示，而非限定性效果，可為其他效果。
此外，本技術亦可採取如以下之構成。 (1) 一種光檢測裝置，其具備矩陣狀排列之複數個像素，且 前述像素分別具備： 半導體基板，其具有彼此對向之第1面及第2面； 第1光電轉換部，其配置於前述半導體基板之前述第2面側； 絕緣層，其覆蓋前述半導體基板之前述第1面；及 至少1個像素電晶體，其等隔著前述絕緣層位於前述半導體基板之前述第1面側。 (2) 如前述(1)之光檢測裝置，其中前述至少1個像素電晶體係第1重置電晶體、第1放大電晶體、及第1選擇電晶體中之至少一者，且該第1重置電晶體將蓄積於蓄積自前述第1光電轉換部流出之電荷之第1浮動擴散區域之電荷放出，該第1放大電晶體產生與蓄積於前述第1浮動擴散區域之電荷相應之電壓信號，該第1選擇電晶體控制由前述第1放大電晶體產生之電壓信號之輸出。 (3) 如前述(2)之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備第1傳送電晶體，該第1傳送電晶體將於前述第1光電轉換部產生之電荷傳送至前述第1浮動擴散區域。 (4) 如前述(2)或(3)之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備讀出電極，該讀出電極使由前述第1光電轉換部產生之電荷向前述第1浮動擴散區域流出。 (5) 如前述(4)之光檢測裝置，其中前述讀出電極包含：與前述第1光電轉換部接觸之第1讀出電極、及與前述第1讀出電極在不同之位置與前述第1光電轉換部接觸之第2讀出電極。 (6) 如前述(1)至(5)中任一項之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備蓄積電極，該蓄積電極控制由前述第1光電轉換部產生之電荷自該第1光電轉換部之流出。 (7) 如前述(6)之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備配置於前述蓄積電極之周圍之至少一部分之屏蔽電極。 (8) 如前述(6)或(7)之光檢測裝置，其中前述蓄積電極包含：配置於前述第1光電轉換部之與第1區域對向之位置之第1蓄積電極、及配置於和與前述第1區域不同之第2區域對向之位置之第2蓄積電極。 (9) 如前述(1)至(8)中任一項之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備貫通電極，該貫通電極至少貫通前述半導體基板；且 前述第1光電轉換部經由前述貫通電極電性連接於前述至少1個像素電晶體。 (10) 如前述(9)之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備配置於前述絕緣層內之電極墊；且 前述貫通電極於前述絕緣層內電性連接於前述電極墊。 (11) 如前述(10)之光檢測裝置，其中前述電極墊係由摻雜有雜質之半導體材料構成。 (12) 如前述(9)至(11)中任一項之光檢測裝置，其進一步具備將前述像素間分離之像素分離部；且 前述貫通電極之至少一部分延伸至前述像素分離部內。 (13) 如前述(1)至(12)中任一項之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備半導體層，該半導體層隔著前述絕緣層位於前述半導體基板之前述第1面側；且 前述至少1個像素電晶體配置於前述半導體層。 (14) 如前述(1)至(13)中任一項之光檢測裝置，其中前述第1光電轉換部包含配置於前述半導體基板之前述第2面側之光電轉換層；且 前述光電轉換層包含含有有機系半導體材料之層。 (15) 如前述(1)至(14)中任一項之光檢測裝置，其中前述絕緣層之膜厚為4 μm(微米)以下。 (16) 如前述(1)至(15)中任一項之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備配置於前述半導體基板內之第2光電轉換部。 (17) 如前述(16)之光檢測裝置，其中前述第1光電轉換部與前述第2光電轉換部於前述半導體基板之基板厚方向上重疊。 (18) 如前述(16)或(17)之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備電荷蓄積區域，該電荷蓄積區域配置於前述半導體基板內，蓄積由前述第2光電轉換部產生之電荷。 (19) 如前述(18)之光檢測裝置，其中前述至少1個像素電晶體係第1重置電晶體、第1放大電晶體、第1選擇電晶體、傳送電晶體、第2重置電晶體、第2放大電晶體、及第2選擇電晶體中之至少一者，且該第1重置電晶體將蓄積於蓄積自前述第1光電轉換部流出之電荷之第1浮動擴散區域之電荷放出，該第1放大電晶體產生與蓄積於前述第1浮動擴散區域之電荷相應之電壓信號，該第1選擇電晶體控制由前述第1放大電晶體產生之電壓信號之輸出，該傳送電晶體將由前述第2光電轉換部產生且蓄積於前述電荷蓄積區域之電荷傳送至第2浮動擴散區域，該第2重置電晶體將蓄積於前述第2浮動擴散區域之電荷放出，該第2放大電晶體產生與蓄積於前述第2浮動擴散區域之電荷相應之電壓信號，該第2選擇電晶體控制由前述第2放大電晶體產生之電壓信號之輸出。 (20) 如前述(19)之光檢測裝置，其中前述第2浮動擴散區域係於彼此相鄰之2個以上之像素共有。 (21) 如前述(16)至(20)中任一項之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備濾光器，該濾光器配置於前述第2光電轉換部之光入射面側，供紅外光及近紅外光中之至少一者透過。 (22) 如前述(21)之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備設置於前述第2光電轉換部之光入射面之凹凸構造。 (23) 一種電子機器，其具備： 前述(1)之光檢測裝置； 透鏡，其將入射光之像成像於前述光檢測裝置；及 處理電路，其對於自前述光檢測裝置輸出之信號執行特定處理。 (24) 一種光檢測系統，其具備： 前述(1)之光檢測裝置； 發光裝置，其輸出特定波長之光；及 控制部，其同步控制前述光檢測裝置與前述發光裝置。
10:第1像素 11, 411:讀出電極 12, 22:重置電晶體 13, 23:放大電晶體 14, 24:選擇電晶體 20:第2像素 21:傳送電晶體 41:受光晶片 42:電路晶片 51:晶載透鏡 52:密封膜 53:透明電極 54:光電轉換層 55, 55A, 55B, 64:絕緣層 59, 59b, 59r:彩色濾光器 60:半導體基板 61: p型半導體區域 62: n型半導體區域 65, 65A:半導體層 66:層間絕緣膜 67:配線層 68, 68-1~68-6, 68A, 68a, 68b, 68C, 69:貫通電極 68B, 68c:電極墊 70:平坦化膜 80:像素分離部 81:配線 100:光檢測裝置(影像感測器) 101, 900:像素 102:像素陣列部 103:垂直驅動電路 104:行信號處理電路 104a: AD轉換電路 105:水平驅動電路 106:輸出電路 107:驅動控制電路 108:信號線(資料輸出線) 109:水平信號線 110, 210:擴散區域(源極、汲極) 112, 112L, 112R:蓄積電極 113, 313:屏蔽電極 121, 131, 141, 211, 221, 231, 241, 511:閘極電極 161, 261:井分接頭 211-1~211-3:相鄰像素之閘極電極 251:電荷蓄積區域 759: IR濾光器 761:凹凸構造 1000:光檢測系統 1001:被攝體(測定對象物) 1010:發光裝置 1011:光源驅動部 1021:感測器控制部 1030:光源側光學系統 1040:感測器側光學系統 1050:系統控制部 2000:電子機器 2001:光學系統 2003: DSP 2004:記憶體 2005:顯示部 2006:記憶部 2007:操作系統 2008:電源系統 2009:匯流排 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:能量處置具 11120:支持臂裝置 11131:施術者(醫生) 11132:患者 11133:病床 11200:手推車 11201:相機控制單元/CCU 11202:顯示裝置 11203:光源裝置 11204:輸入裝置 11205:處置具控制裝置 11206:氣腹裝置 11207:記錄器 11208:印表機 11400:傳送纜線 11401:透鏡單元 11402, 12031, 12101, 12102, 12103, 12104, 12105:攝像部 11403:驅動部 11404:通訊部 11405:相機頭控制部 11411:通訊部 11412:圖像處理部 11413:控制部 12000:車輛控制系統 12001:通訊網路 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 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:音訊揚聲器 12062:顯示部 12063:儀表板 12100:車輛 12111, 12112, 12113, 12114:攝像範圍 A-A, B-B, C-C:面 FD1, FD2:浮動擴散區域/浮動擴散層 PD1, PD2:光電轉換部 RST1:重置控制信號 SEL1, SEL2:選擇控制信號 VDD:電源電壓 VOA, VOAL, VOAR:蓄積控制電壓 VSL1, VSL2:垂直信號線
圖1顯示本揭示之第1實施形態之光檢測裝置(影像感測器)之概略構成例。 圖2係顯示本揭示之第1實施形態之像素之概略構成例之電路圖。 圖3係顯示本揭示之第1實施形態之影像感測器之積層構造例之圖。 圖4係顯示本揭示之第1實施形態之像素陣列部之概略構成例之示意圖。 圖5係顯示本揭示之比較例之像素之各層之概略構成例之俯視配置圖。 圖6係顯示本揭示之第1實施形態之像素之剖面構造例之剖視圖。 圖7係顯示本揭示之第1實施形態之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖8係顯示本揭示之第1實施形態之第1變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖9係顯示本揭示之第1實施形態之第2變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖10係顯示本揭示之第1實施形態之第3變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。 圖11係顯示本揭示之第1實施形態之第3變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖12係顯示本揭示之第1實施形態之第4變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。 圖13係顯示本揭示之第1實施形態之第4變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖14係顯示本揭示之第1實施形態之第5變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖15係顯示本揭示之第1實施形態之第6變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。 圖16係顯示本揭示之第1實施形態之第7變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。 圖17係顯示本揭示之第1實施形態之第8變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖18係顯示本揭示之第1實施形態之第9變化例之像素之各層之概略配置例之配置圖。 圖19係顯示本揭示之第1實施形態之第10變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。 圖20係顯示本揭示之第1實施形態之第11變化例之像素之剖面構造例之剖視圖。 圖21係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其1)。 圖22係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其2)。 圖23係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其3)。 圖24係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其4)。 圖25係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其5)。 圖26係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其6)。 圖27係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其7)。 圖28係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其8)。 圖29係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其9)。 圖30係顯示本揭示之第2實施形態之製造方法之一例之製程剖視圖(其10)。 圖31係表示本揭示之第3實施形態之光檢測系統之整體構成之一例之示意圖。 圖32係表示本揭示之第3實施形態之光檢測系統之功能構成之一例之方塊圖。 圖33係顯示本揭示之第4實施形態之電子機器之一例之示意圖。 圖34係顯示車輛控制系統之概略性構成之一例之方塊圖。 圖35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。 圖36係顯示內視鏡手術系統之概略性構成之一例之圖。 圖37係顯示相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。
11:讀出電極
66:層間絕緣膜
68-1~68-4:貫通電極
101:像素
110,210:擴散區域(源極、汲極)
112:蓄積電極
113:屏蔽電極
121,131,141,211,221,231,241:閘極電極
161,261:井分接頭
251:電荷蓄積區域
A-A,B-B,C-C:面
FD1,FD2:浮動擴散區域/浮動擴散層
RST1:重置控制信號
SEL1,SEL2:選擇控制信號
VDD:電源電壓
VOA:蓄積控制電壓
VSL1,VSL2:垂直信號線

Claims (20)

  1. 一種光檢測裝置，其具備矩陣狀排列之複數個像素，且 前述像素分別具備： 半導體基板，其具有彼此對向之第1面及第2面； 第1光電轉換部，其配置於前述半導體基板之前述第2面側； 絕緣層，其覆蓋前述半導體基板之前述第1面；及 至少1個像素電晶體，其等隔著前述絕緣層位於前述半導體基板之前述第1面側。
  2. 如請求項1之光檢測裝置，其中前述至少1個像素電晶體係第1重置電晶體、第1放大電晶體、及第1選擇電晶體中之至少一者，且該第1重置電晶體將蓄積於蓄積自前述第1光電轉換部流出之電荷之第1浮動擴散區域之電荷放出，該第1放大電晶體產生與蓄積於前述第1浮動擴散區域之電荷相應之電壓信號，該第1選擇電晶體控制由前述第1放大電晶體產生之電壓信號之輸出。
  3. 如請求項2之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備第1傳送電晶體，該第1傳送電晶體將於前述第1光電轉換部產生之電荷傳送至前述第1浮動擴散區域。
  4. 如請求項2之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備讀出電極，該讀出電極使由前述第1光電轉換部產生之電荷向前述第1浮動擴散區域流出。
  5. 如請求項1之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備蓄積電極，該蓄積電極控制由前述第1光電轉換部產生之電荷自該第1光電轉換部之流出。
  6. 如請求項5之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備配置於前述蓄積電極之周圍之至少一部分之屏蔽電極。
  7. 如請求項5之光檢測裝置，其中前述蓄積電極包含：配置於前述第1光電轉換部之與第1區域對向之位置之第1蓄積電極、及配置於和與前述第1區域不同之第2區域對向之位置之第2蓄積電極。
  8. 如請求項1之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備貫通電極，該貫通電極至少貫通前述半導體基板；且 前述第1光電轉換部經由前述貫通電極電性連接於前述至少1個像素電晶體。
  9. 如請求項8之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備配置於前述絕緣層內之電極墊；且 前述貫通電極於前述絕緣層內電性連接於前述電極墊。
  10. 如請求項8之光檢測裝置，其進一步具備將前述像素間分離之像素分離部；且 前述貫通電極之至少一部分延伸至前述像素分離部內。
  11. 如請求項1之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備半導體層，該半導體層隔著前述絕緣層位於前述半導體基板之前述第1面側；且 前述至少1個像素電晶體配置於前述半導體層。
  12. 如請求項1之光檢測裝置，其中前述第1光電轉換部包含配置於前述半導體基板之前述第2面側之光電轉換層；且 前述光電轉換層包含含有有機系半導體材料之層。
  13. 如請求項1之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備配置於前述半導體基板內之第2光電轉換部。
  14. 如請求項13之光檢測裝置，其中前述第1光電轉換部與前述第2光電轉換部於前述半導體基板之基板厚方向上重疊。
  15. 如請求項13之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備電荷蓄積區域，該電荷蓄積區域配置於前述半導體基板內，蓄積由前述第2光電轉換部產生之電荷。
  16. 如請求項15之光檢測裝置，其中前述至少1個像素電晶體係第1重置電晶體、第1放大電晶體、第1選擇電晶體、傳送電晶體、第2重置電晶體、第2放大電晶體、及第2選擇電晶體中之至少一者，且該第1重置電晶體將蓄積於蓄積自前述第1光電轉換部流出之電荷之第1浮動擴散區域之電荷放出，該第1放大電晶體產生與蓄積於前述第1浮動擴散區域之電荷相應之電壓信號，該第1選擇電晶體控制由前述第1放大電晶體產生之電壓信號之輸出，該傳送電晶體將由前述第2光電轉換部產生且蓄積於前述電荷蓄積區域之電荷傳送至第2浮動擴散區域，該第2重置電晶體將蓄積於前述第2浮動擴散區域之電荷放出，該第2放大電晶體產生與蓄積於前述第2浮動擴散區域之電荷相應之電壓信號，該第2選擇電晶體控制由前述第2放大電晶體產生之電壓信號之輸出。
  17. 如請求項16之光檢測裝置，其中前述第2浮動擴散區域係於彼此相鄰之2個以上之像素共有。
  18. 如請求項13之光檢測裝置，其中前述像素分別進一步具備濾光器，該濾光器配置於前述第2光電轉換部之光入射面側，供紅外光及近紅外光中之至少一者透過。
  19. 一種電子機器，其具備： 請求項1之光檢測裝置； 透鏡，其將入射光之像成像於前述光檢測裝置；及 處理電路，其對於自前述光檢測裝置輸出之信號執行特定處理。
  20. 一種光檢測系統，其具備： 請求項1之光檢測裝置； 發光裝置，其輸出特定波長之光；及 控制部，其同步控制前述光檢測裝置與前述發光裝置。
TW111141747A 2021-11-30 2022-11-02 光檢測裝置、電子機器及光檢測系統 TW202329435A (zh)

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