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JP2021040088A - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

固体撮像装置及び電子機器 Download PDF

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JP2021040088A
JP2021040088A JP2019161866A JP2019161866A JP2021040088A JP 2021040088 A JP2021040088 A JP 2021040088A JP 2019161866 A JP2019161866 A JP 2019161866A JP 2019161866 A JP2019161866 A JP 2019161866A JP 2021040088 A JP2021040088 A JP 2021040088A
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槙一郎 栗原
Shinichiro Kurihara
槙一郎 栗原
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

【課題】光の散乱による混色を防止することができる固体撮像装置を提供すること。【解決手段】複数の画素が配列され、該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材、又は該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を反射する光反射部材が設けられている、固体撮像装置を提供する。【選択図】図1

Description

本技術は、固体撮像装置及び電子機器に関する。
近年、デジタルカメラは、益々、普及が進んでおり、その中心部品である固体撮像装置(イメージセンサ)の需要はますます高まっている。また、固体撮像装置の性能面では高画質化及び高機能化を実現するための技術開発が続けられている。例えば、入射光に対する感度低下や位相差検出精度の低下などの不具合を回避するために、画像の画素信号を生成する通常画素と、AF機能の一方式である像面位相差AFを制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子に関する技術が提案されている(特許文献1を参照。)。
国際公開第2016/098640号
しかしながら、特許文献1で提案された技術では、複数の光電変換部(フォトダイオード)間(画素の中央分離帯であって、オンチップレンズの集光部)付近で光の散乱が生じやすく、散乱した光による混色が増えるおそれがある。
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光の散乱による混色を防止することができる固体撮像装置、及びその固体撮像装置が搭載された電子機器を提供することを主目的とする。
本発明者は、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、混色の防止に成功し、本技術を完成するに至った。
すなわち、本技術では、第1の側面として、 複数の画素が配列され、
該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材が設けられている、固体撮像装置を提供する。
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置において、
前記光電変換部の上方であって、前記半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されてもよい。
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、前記光吸収部材が設けられていてもよい。
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光吸収部材と絶縁膜とが設けられていてもよい。
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチの光入射側である上方に、光吸収部材が設けられていてもよい。
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置において、
前記光吸収部材が、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置において、
2つ前記画素の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に絶縁膜が設けられていてもよい。
また、本技術では、第2の側面として、
複数の画素が配列され、
該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を反射する光反射部材が設けられている、固体撮像装置を提供する。
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置において、
前記光電変換部の上方であって、前記半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されていてもよい。
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチの光入射側である上方に、光反射部材が設けられていてもよい。
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、前記光反射部材が設けられていてもよい。
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光反射部材と絶縁膜とが設けられていてもよい。
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置において、
前記光反射部材が金(Au)及び/又は銀(Ag)を含んでもよい。
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置において、
2つ前記画素の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に絶縁膜が設けられていてもよい。
さらに、本技術では、本技術に係る固体撮像装置が搭載された、電子機器を提供する。
本技術によれば、光の散乱による混色を防止することができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第2の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1〜第4の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。 本技術を適用した第5の実施形態に係る電子機器の一例の機能ブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びCCUの機能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好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向又は上側を意味し、「下」とは、図中の下方向又は下側を意味し、「左」とは図中の左方向又は左側を意味し、「右」とは図中の右方向又は右側を意味する。また、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
説明は以下の順序で行う。
1.本技術の概要
2.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)
3.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)
4.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)
5.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)
6.第5の実施形態(電子機器の例)
7.本技術を適用した固体撮像装置の使用例
8.内視鏡手術システムへの応用例
9.移動体への応用例
<1.本技術の概要>
まず、本技術の概要について説明をする。
位相差AFやHDR機能のため、同一のフォトダイオード内に単一のオンチップレンズを作製し、画素間を掘り込み酸化膜などで分離する画素構造がある。しかしながら、この画素構造は中央帯の絶縁膜(SiO)に集光されるため光が散乱し、混色が増えるというおそれがある。またモスアイ構造は形成されていないため感度が増幅されない。
本技術では、位相差AF機能及びHDR機能の両者を実現しながら、光吸収部材及び/又は光反射部材を用いて、複数の光電変換部(フォトダイオード)間(画素の中央分離帯であって、オンチップレンズの集光部)付近の混色要因となる光を吸収及び/又は反射をして、混色を防止することができる。さらに本技術では、モスアイ構造を組み合わせることで、光の散乱増加と光路長が伸びることで感度を増加させることができる。本技術では、可視光に加えて、近赤外などの長波長側の感度を増加させることができる。
以下に、本技術に係る実施の形態について詳細に説明をする。
<2.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)>
本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置は、複数の画素が配列され、画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、複数の光電変換部の間には、1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材が設けられている、固体撮像装置である。本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置においては、複数の光電変換部の間にはトレンチが形成されて、トレンチ内の少なくとも一部に、光吸収部材が設けられていてもよく、トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光吸収部材と絶縁膜とが設けられていてもよく、さらに、トレンチの光入射側である上方に、光吸収部材が設けられていてもよい。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置について、図1〜図3及び図5〜図7を用いて説明をする。図1〜図3及び図5〜図7は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。
まず、図1を用いて説明をする。図1は、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置100の1画素分の断面構成例を示す図である。
固体撮像装置100(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図1中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−1a及び5−1b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−1aとフォトダイオード5−1bとの間には、オンチップレンズ10によって集光された光(スポットP1に集光された光)の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−1が設けられている。図1に示されるように、光吸収部材1−1により、スポットP1に集光された光L1(混色成分)は吸収されて、光L1は、矢印(×印)S1のように、フォトダイオード5−1aにも到達せず、散乱しないので混色を防止することができる。
光吸収部材1−1は、半導体基板7の受光面(図1中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に充填されている。光吸収部材1−1はタングステン(W)から構成されている。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図1中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−1が充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
次に、光吸収部材1−1(図1ではタングステン(W))が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光吸収部材1−1(図1ではタングステン(W))が充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図2を用いて説明をする。図2は、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置200の1画素分の断面構成例を示す図である。
固体撮像装置200(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図2中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−2a及び5−2b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−2aとフォトダイオード5−2bとの間には、オンチップレンズ10によって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−2が設けられている。
光吸収部材1−2は、半導体基板7の受光面(図2中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−2は、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されている。金属酸化膜2は、例えば、ピニング膜として機能し、半導体基板7との界面部分において正電荷(ホール)蓄積領域が形成されて暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されてよい。負の固定電荷を有するように金属酸化膜2(ピニング膜)を形成することで、その負の固定電荷によって、半導体基板7との界面に電界が加わるので、正電荷蓄積領域が形成される。金属酸化膜2(ピニング膜)は、例えば、酸化ハフニウム(HfO)を用いて形成される。また、金属酸化膜2(ピニング膜)は、例えば、二酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タンタル(Ta)等を用いて形成されてもよい。そして、金属酸化膜2(ピニング膜)は、単層から形成された単層膜の構成を有してもよいし、複数の層から形成された積層膜の構成を有してもよい。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図2中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−2が充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
次に、トレンチ構造8が形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成される。
そして、金属酸化膜2の上面に、光吸収部材1−2(図2では、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種)が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光吸収部材1−2(図2では例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種)が、金属酸化膜2を介して充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図3を用いて説明をする。図3は、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置300の1画素分の断面構成例を示す図である。
固体撮像装置300(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図3中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−3a及び5−3b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−3aとフォトダイオード5−3bとの間には、オンチップレンズ10によって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−3が設けられている。
光吸収部材1−3は、半導体基板7の受光面(図3中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して、絶縁膜4−1(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)上に充填されている。すなわち、トレンチ構造8には、光入射側から順(図3中の上側から下側への方向)に、光吸収部材1−3と絶縁膜4−1とが充填されている。光吸収部材1−3と絶縁膜4−1との充填量は、光の波長によって変更することができる。例えば、短波の光(B光)を吸収する場合は、光の集光点は浅いので、光吸収部材1−3の充填量を少なくして、光吸収部材1−3の長さ(図3中の上下方向)を短くしたりすることもできるし、長波の光(R光)を吸収する場合は、光の集光点は深いので、光吸収部材1−3の充填量を多くして、光吸収部材1−3の長さ(図3中の上下方向)を長くしたりすることができる。光吸収部材1−3は、図3中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図3中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−3が充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
次に、トレンチ構造8が形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成される。
そして、金属酸化膜2の上面に、まずは、絶縁膜4−1が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成されて、光吸収部材1−3(図3では、タングステン(W))が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光入射側から順に、光吸収部材1−3(図3では、タングステン(W))が、金属酸化膜2を介して充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図5を用いて説明をする。図5(a)は、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置500(500a−R及び500a−G)の2画素分の光入射側から見た平面レイアウト図である。より詳しくは、固体撮像装置500(500a−R)は、レッド(R)のカラーフィルタが形成された1画素分の平面レイアウト図であり、固体撮像装置500(500a−G)は、グリーン(G)のカラーフィルタが形成された1画素分の平面レイアウト図である。図5(b)は、図5(a)に示されるA1−B1における、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置500(500b)の1画素分の断面構成例を示す図である。
図5(b)に示されるように、固体撮像装置500(500b)(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−5Rと、カラーフィルタ6R(図5(b)中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−5a及び5−5b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−5aとフォトダイオード5−5bとの間には、オンチップレンズ10−5Rによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−5Rが設けられている。
光吸収部材1−5Rは、半導体基板7の受光面(図5(b)中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−5Rは、図5(b)中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図5(b)中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−5Rが充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
次に、トレンチ構造8が形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成される。
そして、金属酸化膜2の上面に、光吸収部材1−5R(図5では、タングステン(W))が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光吸収部材1−5R(図5では、タングステン(W))が、金属酸化膜2を介して充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図6を用いて説明をする。図6(a)は、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置600(600a−R及び600a−G)の7画素分の光入射側から見た平面レイアウト図である。より詳しくは、固体撮像装置600(600a−R)は、レッド(R)のカラーフィルタが形成された4画素分の平面レイアウト図であり、固体撮像装置600(600a−G)は、グリーン(G)のカラーフィルタが形成された3画素分の平面レイアウト図である。図6(b)は、図6(a)に示されるA2−B2における、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置600(600b)の2画素分の断面構成例を示す図である。
図6(b)に示されるように、固体撮像装置600(600b)(2画素分)の図6(b)中の右側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−6Gと、グリーン(G)のカラーフィルタ6Gと、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−6a及び5−6b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−6aとフォトダイオード5−6bとの間には、オンチップレンズ10−6Gによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−6Gが設けられている。固体撮像装置600(600b)(2画素分)の図6(b)中の左側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−6Rと、レッド(R)のカラーフィルタ6Rと、絶縁膜3と、半導体基板7に形成された1つの光電変換部5−6c(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−6aとフォトダイオード5−6cとの間(2つの画素間)には、トレンチ構造が形成され、そして、トレンチ構造の内部に充填された絶縁膜4(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)が形成されている。ところで、固体撮像装置600(600b)(2画素分)の図6(b)中の右側の画素は、AF機能の一方式である像面位相差AFを制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素(像面位相差画素)でよく、固体撮像装置600(600b)(2画素分)の図6(b)中の左側の画素は、画像の画素信号を生成する通常画素(撮像画素)でよい。
光吸収部材1−6Gは、半導体基板7の受光面(図6(b)中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−6Gは、図6(b)中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。光吸収部材1−6Gの製造方法は、上記で述べた光吸収部材1−5Rの製造方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図7を用いて説明をする。図7(a)は、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置700(700a−R及び700a−G)の8画素分の光入射側から見た平面レイアウト図である。より詳しくは、固体撮像装置700(700a−R)は、レッド(R)のカラーフィルタが形成された4画素分の平面レイアウト図であり、固体撮像装置700(700a−G)は、グリーン(G)のカラーフィルタが形成された4画素分の平面レイアウト図である。図7(b)は、図7(a)に示されるA3−B3における、本技術に係る第1の実施形態である固体撮像装置700(700b)の2画素分の断面構成例を示す図である。
図7(b)に示されるように、固体撮像装置700(700b)(2画素分)の図7(b)中の右側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−7Gと、グリーン(G)のカラーフィルタ6Gと、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−7c及び5−7d(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−7cとフォトダイオード5−7dとの間には、オンチップレンズ10−7Gによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−7Gが設けられている。固体撮像装置700(700b)(2画素分)の図7(b)中の左側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−7Rと、レッド(R)のカラーフィルタ6Rと、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−7a及び5−7b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−7aとフォトダイオード5−7bとの間には、オンチップレンズ10−7Rによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−7Rが設けられている。フォトダイオード5−7bとフォトダイオード5−7cとの間(2つの画素間)には、トレンチ構造が形成され、そして、トレンチ構造の内部に充填された絶縁膜4(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)が形成されている。ところで、固体撮像装置700(700b)(2画素分)の図7(b)中の右側及び左側の画素(2画素分の画素)は、AF機能の一方式である像面位相差AFを制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素(像面位相差画素)でよい。
光吸収部材1−7G及び1−7Rは、半導体基板7の受光面(図6(b)中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8のそれぞれに、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−7G及び1−7Rは、図7(b)中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。光吸収部材1−7G及び1−7Rの製造方法は、上で述べた光吸収部材1−5Rの製造方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。
以上、本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、後述する本技術に係る第2〜第4の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<3.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)>
本技術に係る第2の実施形態(固体撮像装置の例2)の固体撮像装置は、複数の画素が配列され、画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、複数の光電変換部の間には、1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を反射する光反射部材が設けられている、固体撮像装置である。本技術に係る第2の実施形態(固体撮像装置の例2)の固体撮像装置においては、複数の光電変換部の間にはトレンチが形成されて、トレンチの光入射側である上方に、光反射部材が設けられていてもよく、トレンチ内の少なくとも一部に、光反射部材が設けられていてもよく、さらに、トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、光反射部材と絶縁膜とが設けられていてもよい。
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置について、図4を用いて説明をする。図4は、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。より詳しくは、図4(a)は、本技術に係る第2の実施形態である固体撮像装置400の1画素分の断面構成例を示す図である。図4(b)は、本技術に係る第2の実施形態である固体撮像装置400に設けられ得るエッジ構造Eを有する光反射部材9−1の断面構成例を示す図である。図4(c)は、本技術に係る第2の実施形態である固体撮像装置400に設けられ得る曲面構造Rを有する光反射部材9−2の断面構成例を示す図である。図4(d)は、本技術に係る第2の実施形態である固体撮像装置400に設けられ得る平坦構造を有する光反射部材9−3の断面構成例を示す図である。図4(e)は、本技術に係る第2の実施形態である固体撮像装置400に設けられ得る平坦構造を有する光反射部材9−4の断面構成例を示す図である。なお、光反射部材9−4の平坦構造の幅(図4(e)中の左右方向の長さ)は、光反射部材9−3の平坦構造の幅(図4(d)中の左右方向の長さ)より大きい。
図4に示されるように、固体撮像装置400(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図4中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−4a及び5−4b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−4aとフォトダイオード5−4bとの間には、トレンチ構造8の内部に充填された絶縁膜4−2が設けられている。トレンチ構造8の光入射側である上方には、光反射部材9が形成されている。固体撮像装置400は、例えば、上記で述べた固体撮像装置100の製造方法を用いて製造され得る。
入射光L2が矢印S2方向に進行し、光反射部材9により、光L2は反射して(図4中のQ1部)、矢印S3方向に進行して、固体撮像装置400の外に放出されるので、フォトダイオード5−4aとフォトダイオード5−4bとの間(画素の中央分離帯)付近の入射光が、フォトダイオード5−4a又はフォトダイオード5−4bにも吸収されずに、混色を防止することができる。光反射部材9は例えば、絶縁膜3の屈折率よりも低い屈折率を有する材料であれば限定されないが、例えば、銀(Ag)、金(Au)等から構成される。
図4(b)に示されるように、光反射部材は、光反射部材の表面を加工したエッジ構造Eを有する光反射部材9−1でもよいし、図4(c)に示されるように、光反射部材は、光反射部材の表面を加工した曲面構造Rを有する光反射部材9−2でもよい。光反射部材9−1及び光反射部材9−2により、光を反射することができる。
図4(d)及び(e)に示されるように、光反射部材9−4の平坦構造の幅(図4(e)中の左右方向の長さ)は、光反射部材9−3の平坦構造の幅(図4(d)中の左右方向の長さ)より大きいので、光反射性を高くすることができ混色をより防止することができるが、反射性を高くした反射分の光に比例して感度は低下することがある。したがって、光反射部材の平坦構造の幅は、混色防止と感度アップとのバランスを考慮して決定する必要がある。
以上、本技術に係る第2の実施形態(固体撮像装置の例2)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第3〜第4の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<4.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)>
本技術に係る第3の実施形態(固体撮像装置の例3)の固体撮像装置は、複数の画素が配列され、画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、複数の光電変換部の間には、1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材が設けられ、光電変換部の上方であって、半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されている、固体撮像装置である。本技術に係る第3の実施形態(固体撮像装置の例3)の固体撮像装置においては、複数の光電変換部の間にはトレンチが形成されて、トレンチ内の少なくとも一部に、光吸収部材が設けられていてもよく、トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光吸収部材と絶縁膜とが設けられていてもよく、さらに、トレンチの光入射側である上方に、光吸収部材が設けられていてもよい。
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置について、図8〜図10及び図12〜図14を用いて説明をする。図8〜図10及び図12〜図14は、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。
まず、図8を用いて説明をする。図8は、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置800の1画素分の断面構成例を示す図である。
固体撮像装置800(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図1中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−8a及び5−8b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−8aとフォトダイオード5−8bとの間には、オンチップレンズ10によって集光された光(スポットP2に集光された光)の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−8が設けられている。図8に示されるように、光吸収部材1−8により、スポットP2に集光された光L3(混色成分)は吸収されて、光L3は、矢印S4のように、フォトダイオード5−8aに到達しないので、混色を防止することができる。
固体撮像装置800には、2つの光電変換部5−8a及び5−8b(フォトダイオード(PD))の上方であって、半導体基板7の受光面側に、微細な凹凸構造を有するモスアイ構造の反射防止部20−8が形成されている。モスアイ構造の反射防止部20−8により、光吸収部材1−9による混色の防止によって減衰した感度分を増幅させることができる。
図8に示されるように、入射光L4は矢印S5、矢印S6及び矢印S7の順で進行するが、モスアイ構造の反射防止部20−8のT1地点で、光屈折が生じにくく、光の反射が低減されて、矢印S6方向に光は進行し、画素間に形成されるトレンチ構造の絶縁膜4で反射し(T2地点)、フォトダイオード5−8cで吸収されて(T3地点)、感度が増幅される。
光吸収部材1−8は、半導体基板7の受光面(図8中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に充填されている。光吸収部材1−8はタングステン(W)から構成されている。
半導体基板7の裏面側の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、反射防止部20−8のモスアイ構造の凹部となる部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対してドライエッチング処理を施すことにより、反射防止部20−8のモスアイ構造の凹部が形成され、その後、フォトレジストが除去される。なお、反射防止部20−8のモスアイ構造は、ドライエッチング処理ではなく、ウェットエッチング処理により形成することもできる。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図8中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−8が充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
モスアイ構造の反射防止部20−8が形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成される。なお、図8では図示されていないが、トレンチ構造8が形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成されてもよい。
上述したように、金属酸化膜2は、例えば、ピニング膜として機能し、半導体基板7との界面部分において正電荷(ホール)蓄積領域が形成されて暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されてよい。負の固定電荷を有するように金属酸化膜2(ピニング膜)を形成することで、その負の固定電荷によって、半導体基板7との界面に電界が加わるので、正電荷蓄積領域が形成される。金属酸化膜2(ピニング膜)は、例えば、酸化ハフニウム(HfO)を用いて形成される。また、金属酸化膜2(ピニング膜)は、例えば、二酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タンタル(Ta)等を用いて形成されてもよい。そして、金属酸化膜2(ピニング膜)は、単層から形成された単層膜の構成を有してもよいし、複数の層から形成された積層膜の構成を有してもよい。
次に、光吸収部材1−8(図8ではタングステン(W))が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光吸収部材1−8(図8ではタングステン(W))が充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図9を用いて説明をする。図9は、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置900の1画素分の断面構成例を示す図である。
固体撮像装置900(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図9中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−9a及び5−9b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−9aとフォトダイオード5−9bとの間には、オンチップレンズ10によって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−9が設けられている。
固体撮像装置900には、2つの光電変換部5−9a及び5−9b(フォトダイオード(PD))の上方であって、半導体基板7の受光面側に、微細な凹凸構造を有するモスアイ構造の反射防止部20−9が形成されている。モスアイ構造の反射防止部20−9により、光吸収部材1−9による混色の防止によって減衰した感度分を増幅させることができる。
光吸収部材1−9は、半導体基板7の受光面(図9中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−9は、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されている。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図9中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−9が充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
次に、モスアイ構造の反射防止部20−9とトレンチ構造8とが形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成される。
そして、金属酸化膜2の上面に、光吸収部材1−9(図9では、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種)が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光吸収部材1−9(図9では例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種)が、金属酸化膜2を介して充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図10を用いて説明をする。図10は、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1000の1画素分の断面構成例を示す図である。
固体撮像装置1000(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図3中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−10a及び5−10b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−10aとフォトダイオード5−10bとの間には、オンチップレンズ10によって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−10が設けられている。
固体撮像装置1000には、2つの光電変換部5−10a及び5−10b(フォトダイオード(PD))の上方であって、半導体基板7の受光面側に、微細な凹凸構造を有するモスアイ構造の反射防止部20−10が形成されている。モスアイ構造の反射防止部20−10により、光吸収部材1−10による混色の防止によって減衰した感度分を増幅させることができる。
光吸収部材1−10は、半導体基板7の受光面(図10中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して、絶縁膜4−1(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)上に充填されている。すなわち、トレンチ構造8には、光入射側から順(図10中の上側から下側への方向)に、光吸収部材1−10と絶縁膜4−1とが充填されている。光吸収部材1−10は、図10中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図10中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−10が充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
次に、モスアイ構造の反射防止部20−10とトレンチ構造8とが形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成される。
そして、金属酸化膜2の上面に、まずは、絶縁膜4−1が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成されて、光吸収部材1−10(図10では、タングステン(W))が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光入射側から順に、光吸収部材1−10(図10では、タングステン(W))が、金属酸化膜2を介して充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図12を用いて説明をする。図12(a)は、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1200(1200a−R及び1200a−G)の2画素分の光入射側から見た平面レイアウト図である。より詳しくは、固体撮像装置1200(1200a−R)は、レッド(R)のカラーフィルタが形成された1画素分の平面レイアウト図であり、固体撮像装置1200(1200a−G)は、グリーン(G)のカラーフィルタが形成された1画素分の平面レイアウト図である。図12(b)は、図12(a)に示されるA4−B4における、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1200(1200b)の1画素分の断面構成例を示す図である。
図12(b)に示されるように、固体撮像装置1200(1200b)(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−12Rと、カラーフィルタ6R(図12(b)中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−12a及び5−12b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−12aとフォトダイオード5−12bとの間には、オンチップレンズ10−12Rによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−12Rが設けられている。
固体撮像装置1200(1200b)には、2つの光電変換部5−12a及び5−12b(フォトダイオード(PD))の上方であって、半導体基板7の受光面側に、微細な凹凸構造を有するモスアイ構造の反射防止部20−12が形成されている。モスアイ構造の反射防止部20−12により、光吸収部材1−12Rによる混色の防止によって減衰した感度分を増幅させることができる。
光吸収部材1−12Rは、半導体基板7の受光面(図12(b)中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−12Rは、図12(b)中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。
トレンチ構造8は、半導体基板7の受光面側(裏面側、図12(b)中では上側)の上面にフォトレジストが塗布され、リソグラフィ技術により、トレンチ構造8に対応する掘り込み部分が開口するようにフォトレジストがパターン加工される。
そして、パターン加工されたフォトレジストに基づいて、半導体基板7に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、トレンチ構造8が形成され、その後、フォトレジストが除去される。これにより、トレンチ構造8が形成される。
半導体基板7の深い位置まで掘り込む必要があるトレンチ構造8は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、トレンチ構造8をテーパのない掘り込み形状とすることができる。なお、トレンチ構造8は、光吸収部材1−12Rが充填されれば、テーパのない掘り込み形状に限定されず、テーパ形状でもよいし、逆テーパ形状でもよい。
次に、モスアイ構造の反射防止部20−12とトレンチ構造8とが形成された半導体基板7の表面(裏面)全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、金属酸化膜2が形成される。
そして、金属酸化膜2の上面に、光吸収部材1−12R(図12(b)では、タングステン(W))が、例えば、CVD法などの埋め込み性の高い成膜方法を用いて形成される。これにより、掘り込まれたトレンチ構造8の内部には、光吸収部材1−12R(図5では、タングステン(W))が、金属酸化膜2を介して充填される。そして、画素間となる領域に、リソグラフィ技術により遮光膜34が形成された後、絶縁膜3、カラーフィルタ6R(及び6G)、オンチップレンズ10が、その順で形成される。
図13を用いて説明をする。図13(a)は、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1300(1300a−R及び1300a−G)の7画素分の光入射側から見た平面レイアウト図である。より詳しくは、固体撮像装置1300(1300a−R)は、レッド(R)のカラーフィルタが形成された4画素分の平面レイアウト図であり、固体撮像装置1300(1300a−G)は、グリーン(G)のカラーフィルタが形成された3画素分の平面レイアウト図である。図13(b)は、図13(a)に示されるA5−B5における、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1300(1300b)の2画素分の断面構成例を示す図である。
図13(b)に示されるように、固体撮像装置1300(1300b)(2画素分)の図13(b)中の右側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−13Gと、グリーン(G)のカラーフィルタ6Gと、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−13a及び5−13b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−13aとフォトダイオード5−13bとの間には、オンチップレンズ10−13Gによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−13Gが設けられている。固体撮像装置1300(1300b)(2画素分)の図13(b)中の左側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−13Rと、レッド(R)のカラーフィルタ6Rと、絶縁膜3と、半導体基板7に形成された1つの光電変換部5−13c(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−13aとフォトダイオード5−13cとの間(2つの画素間)には、トレンチ構造が形成され、そして、トレンチ構造の内部に充填された絶縁膜4(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)が形成されている。ところで、固体撮像装置1300(1300b)(2画素分)の図13(b)中の右側の画素は、AF機能の一方式である像面位相差AFを制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素(像面位相差画素)でよく、固体撮像装置1300(1300b)(2画素分)の図13(b)中の左側の画素は、画像の画素信号を生成する通常画素(撮像画素)でよい。
固体撮像装置1300(1300b)には、2つの光電変換部5−13a及び5−13b(フォトダイオード(PD))の上方であって、半導体基板7の受光面側に、微細な凹凸構造を有するモスアイ構造の反射防止部20−13が形成されている。モスアイ構造の反射防止部20−13により、光吸収部材1−13Gによる混色の防止によって減衰した感度分を増幅させることができる。
光吸収部材1−13Gは、半導体基板7の受光面(図13(b)中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8に、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−13Gは、図13(b)中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。光吸収部材1−13Gの製造方法は、上記で述べた光吸収部材1−12Rの製造方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図14を用いて説明をする。図14(a)は、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1400(1400a−R及び1400a−G)の8画素分の光入射側から見た平面レイアウト図である。より詳しくは、固体撮像装置1400(1400a−R)は、レッド(R)のカラーフィルタが形成された4画素分の平面レイアウト図であり、固体撮像装置1400(1400a−G)は、グリーン(G)のカラーフィルタが形成された4画素分の平面レイアウト図である。図14(b)は、図14(a)に示されるA6−B6における、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1400(1400b)の2画素分の断面構成例を示す図である。
図14(b)に示されるように、固体撮像装置1400(1400b)(2画素分)の図14(b)中の右側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−14Gと、グリーン(G)のカラーフィルタ6Gと、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−14c及び5−14d(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−14cとフォトダイオード5−14dとの間には、オンチップレンズ10−14Gによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−14Gが設けられている。固体撮像装置1400(700b)(2画素分)の図14(b)中の左側の画素は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10−14Rと、レッド(R)のカラーフィルタ6Rと、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−14a及び5−14b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−14aとフォトダイオード5−14bとの間には、オンチップレンズ10−14Rによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材1−14Rが設けられている。フォトダイオード5−14bとフォトダイオード5−14cとの間(2つの画素間)には、トレンチ構造が形成され、そして、トレンチ構造の内部に充填された絶縁膜4(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)が形成されている。ところで、固体撮像装置1400(1400b)(2画素分)の図14(b)中の右側及び左側の画素(2画素分の画素)は、AF機能の一方式である像面位相差AFを制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素(像面位相差画素)でよい。
固体撮像装置1400(1400b)には、2つの光電変換部5−14a及び5−14b(フォトダイオード(PD))並びに2つの光電変換部5−14c及び5−14d(フォトダイオード(PD))の上方であって、半導体基板7の受光面側に、微細な凹凸構造を有するモスアイ構造の反射防止部20−14が形成されている。モスアイ構造の反射防止部20−14により、光吸収部材1−14G及び1−14Rによる混色の防止によって減衰した感度分を増幅させることができる。
光吸収部材1−14G及び1−14Rは、半導体基板7の受光面(図14(b)中では上側)に対して掘り込まれた部分(トレンチ構造)8のそれぞれに、金属酸化膜2を介して充填されている。光吸収部材1−14G及び1−14Rは、図14(b)中では、タングステン(W)から構成されているが、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種から構成されていてもよい。光吸収部材1−14G及び1−14Rの製造方法は、上で述べた光吸収部材1−12Rの製造方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。
以上、本技術に係る第3の実施形態(固体撮像装置の例3)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1〜2の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<5.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)>
本技術に係る第4の実施形態(固体撮像装置の例4)の固体撮像装置は、複数の画素が配列され、画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、複数の光電変換部の間には、1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を反射する光反射部材が設けられ、光電変換部の上方であって、半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されている、固体撮像装置である。本技術に係る第4の実施形態(固体撮像装置の例4)の固体撮像装置においては、複数の光電変換部の間にはトレンチが形成されて、トレンチの光入射側である上方に、光反射部材が設けられていてもよく、トレンチ内の少なくとも一部に、光反射部材が設けられていてもよく、さらに、トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、光反射部材と絶縁膜とが設けられていてもよい。
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置について、図11を用いて説明をする。図11は、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。より詳しくは、図11(a)は、本技術に係る第4の実施形態である固体撮像装置1100の1画素分の断面構成例を示す図である。図11(b)は、本技術に係る第4の実施形態である固体撮像装置1100に設けられ得るエッジ構造Eを有する光反射部材90−1の断面構成例を示す図である。図11(c)は、本技術に係る第4の実施形態である固体撮像装置1100に設けられ得る曲面構造Rを有する光反射部材90−2の断面構成例を示す図である。図11(d)は、本技術に係る第4の実施形態である固体撮像装置1100に設けられ得る平坦構造を有する光反射部材90−3の断面構成例を示す図である。図11(e)は、本技術に係る第4の実施形態である固体撮像装置1100に設けられ得る平坦構造を有する光反射部材90−4の断面構成例を示す図である。なお、光反射部材90−4の平坦構造の幅(図11(e)中の左右方向の長さ)は、光反射部材90−3の平坦構造の幅(図11(d)中の左右方向の長さ)より大きい。
図11に示されるように、固体撮像装置1100(1画素分)は、光入射側から順に、入射光を集光するためのオンチップレンズ10と、カラーフィルタ6R(図11中ではレッド(R)のカラーフィルタであるが、レッド(R)のカラーフィルタに限定されることはない。)と、絶縁膜3(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、半導体基板7に形成された2つの光電変換部5−11a及び5−11b(フォトダイオード(PD))とが設けられている。フォトダイオード5−11aとフォトダイオード5−11bとの間には、トレンチ構造8の内部に充填された絶縁膜4−2が設けられている。そして、トレンチ構造8の光入射側である上方には、光反射部材90が形成されている。固体撮像装置1100は、例えば、上記で述べた固体撮像装置800の製造方法を用いて製造され得る。
入射光L5が矢印S8方向に進行し、光反射部材90により、光L5は反射して(図11(a)中のQ2部分)、矢印S9方向に進行して、固体撮像装置1100の外に放出されるので、フォトダイオード5−11aとフォトダイオード5−11bとの間(画素の中央分離帯)付近の入射光が、フォトダイオード5−11a又はフォトダイオード5−11bに吸収されずに、混色を防止することができる。光反射部材90は例えば、絶縁膜3の屈折率よりも低い屈折率を有する材料であれば限定されないが、例えば、銀(Ag)、金(Au)等から構成される。固体撮像装置1100には、2つの光電変換部5−11a及び5−11b(フォトダイオード(PD))の上方であって、半導体基板7の受光面側に、微細な凹凸構造を有するモスアイ構造の反射防止部20−11が形成されている。モスアイ構造の反射防止部20−11により、光反射部材90による混色の防止によって減衰した感度分を増幅させることができる。
図11(b)に示されるように、光反射部材は、光反射部材の表面を加工したエッジ構造Eを有する光反射部材90−1でもよいし、図11(c)に示されるように、光反射部材は、光反射部材の表面を加工した曲面構造Rを有する光反射部材90−2でもよい。光反射部材90−1及び光反射部材90−2により、光を反射することができる。
図11(d)及び(e)に示されるように、光反射部材90−4の平坦構造の幅(図11(e)中の左右方向の長さ)は、光反射部材90−3の平坦構造の幅(図4(d)中の左右方向の長さ)より大きいので、光反射性を高くすることができ混色をより防止することができるが、反射性を高くした反射分の光に比例して感度は低下することがある。したがって、光反射部材の平坦構造の幅は、混色防止と感度アップとのバランスを考慮して決定する必要がある。
以上、本技術に係る第4の実施形態(固体撮像装置の例4)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1〜4の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<6.第5の実施形態(電子機器の例)>
本技術に係る第5の実施形態の電子機器は、本技術に係る第1の実施形態〜第4の実施形態の固体撮像装置のうち、いずれか一つ実施形態の固体撮像装置が搭載された電子機器である。
<7.本技術を適用した固体撮像装置の使用例>
図15は、イメージセンサ(固体撮像装置)としての本技術に係る第1〜第4の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
上述した第1〜第4の実施形態の固体撮像装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。すなわち、図15に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置(例えば、上述した第5の実施形態の電子機器)に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
家電の分野においては、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラプルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
次に、本技術に係る第1〜第4の実施形態の固体撮像装置の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした第1〜第4の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置が用いられる。具体的には、固体撮像装置101として、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図16に、その一例として、電子機器102(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器102は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置101と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置101およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
光学系310は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置101の画素部101aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、固体撮像装置101への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、固体撮像装置101の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、固体撮像装置101から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
<8.内視鏡手術システムへの応用例>
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(本技術)は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図17は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図17では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU:Camera Control Unit)11201に送信される。
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
図18は、図17に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術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、内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像装置は、撮像部10402に適用することができる。内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)等に本開示に係る技術を適用することにより、内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)等の性能を向上させることが可能となる。
ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
<9.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19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19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19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20は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図20では、車両12100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。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、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20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(本技術)が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像装置は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、撮像部12031の性能を向上させることが可能となる。
なお、本技術は、上述した実施形態及び使用例並びに応用例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。
また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
[1]
複数の画素が配列され、
該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材が設けられている、固体撮像装置。
[2]
前記光電変換部の上方であって、前記半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されている、[1]に記載の固体撮像装置。
[3]
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、前記光吸収部材が設けられている、[1]又は[2]に記載の固体撮像装置。
[4]
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光吸収部材と絶縁膜とが設けられている、[1]又は[2]に記載の固体撮像装置。
[5]
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチの光入射側である上方に、光吸収部材が設けられている、[1]又は[2]に記載の固体撮像装置。
[6]
前記光吸収部材が、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、[1]から[5]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[7]
2つ前記画素の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に絶縁膜が設けられている、[1]から[6]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[8]
複数の画素が配列され、
該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を反射する光反射部材が設けられている、固体撮像装置。
[9]
前記光電変換部の上方であって、前記半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されている、[8]に記載の固体撮像装置。
[10]
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチの光入射側である上方に、光反射部材が設けられている、[8]又は[9]に記載の固体撮像装置。
[11]
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、前記光反射部材が設けられている、[8]又は[9]に記載の固体撮像装置。
[12]
前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光反射部材と絶縁膜とが設けられている、[8]又は[9]に記載の固体撮像装置。
[13]
前記光反射部材が金(Au)及び/又は銀(Ag)を含む、[8]から[12]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[14]
2つ前記画素の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に絶縁膜が設けられている、[8]から[13]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[15]
[1]から[14]のいずれか1つに記載の固体撮像装置が搭載された、電子機器。
[16]
固体撮像装置が搭載され、
該固体撮像装置には、複数の画素が配列され、
該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材が設けられている、電子機器。
[17]
固体撮像装置が搭載され、
該固体撮像装置には、複数の画素が配列され、
該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を反射する光反射部材が設けられている、電子機器。
1(1−1、1−2、1−3、1−5G、1−5R、1−6G、1−6R、1−7G、1−7R、1−8、1−9、1−10、1−12G、1−12R、1−13G、1−14G、1−14R)・・・光吸収部材、
2・・・金属酸化膜(ピニング膜)、
3・・・絶縁膜、
4・・・絶縁膜(トレンチ構造の絶縁膜)、
5(5−1a、5−1b、5−2a、5−2b、5−3a、5−3b、5−4a、5−4b、5−5a、5−5b、5−6a、5−6b、5−6c、5−7a、5−7b、5−7c、5−7d、5−8a、5−8b、5−9a、5−9b、5−10a、5−10b、5−11a、5−11b、5−12a、5−12b、5−13a、5−13b、5−13c、5−14a、5−14b、5−14c、5−14d)・・・光電変換部(フォトダイオード)、
6(6G、6R)・・・カラーフィルタ、
7・・・半導体基板、
8・・・トレンチ、
9(9−1、9−2、9−3、9−4)、90(90−1、90−2、90−3、90−4)・・・光反射部材、
10(10−5G、10−5R、10−6G、10−6G−1、10−6R、10−7G、10−7R、10−12G、10−12R、10−13G、10−13G−1、10−13R、10−14G、10−14R)・・・オンチップレンズ、
20(20−8、20−9、20−10、20−11、20−11−1、20−11−2、20−12、20−13、20−14)・・・モスアイ構造(反射防止部)、
100、200、300、400、500(500a−R、500a−G、500b)、600(600a−R、600a−G、600b)、700(700a−R、700a−G、700b)、800、900、1000、1100、1200(1200a−R、1200a−G、1200b)、1300(1300a−R、1300a−G、1300b)、1400(1400a−R、1400a−G、1400b)・・・固体撮像装置。

Claims (16)

  1. 複数の画素が配列され、
    該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
    該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
    該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を吸収する光吸収部材が設けられている、固体撮像装置。
  2. 前記光電変換部の上方であって、前記半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、前記光吸収部材が設けられている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光吸収部材と絶縁膜とが設けられている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  5. 前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチの光入射側である上方に、前記光吸収部材が設けられている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  6. 前記光吸収部材が、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びカーボン系材料からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1に記載の固体撮像装置。
  7. 2つ前記画素の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に絶縁膜が設けられている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  8. 複数の画素が配列され、
    該画素毎に、光入射側から順に、入射光を集光するための1つのオンチップレンズと、半導体基板に形成された少なくとも1つの光電変換部とが設けられ、
    該複数の画素のうち、少なくとも1つの画素は、該1つのオンチップレンズと、複数の該光電変換部と、を有し、
    該複数の光電変換部の間には、該1つのオンチップレンズによって集光された光の少なくとも一部を反射する光反射部材が設けられている、固体撮像装置。
  9. 前記光電変換部の上方であって、前記半導体基板の受光面側にモスアイ構造が形成されている、請求項8に記載の固体撮像装置。
  10. 前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチの光入射側である上方に、光反射部材が設けられている、請求項8に記載の固体撮像装置。
  11. 前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、前記光反射部材が設けられている、請求項8に記載の固体撮像装置。
  12. 前記複数の光電変換部の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に、光入射側から順に、前記光反射部材と絶縁膜とが設けられている、請求項8に記載の固体撮像装置。
  13. 前記光反射部材が金(Au)及び/又は銀(Ag)を含む、請求項8に記載の固体撮像装置。
  14. 2つ前記画素の間にはトレンチが形成され、該トレンチ内の少なくとも一部に絶縁膜が設けられている、請求項8に記載の固体撮像装置。
  15. 請求項1に記載の固体撮像装置が搭載された、電子機器。
  16. 請求項8に記載の固体撮像装置が搭載された、電子機器。

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