(57)【要約】【課題】固体撮像装置において、ノイズの増加を抑制しつつ、特に近赤外線・赤外線の光電変換における内部量子効率を向上させる技術を提供する。【解決手段】第１の面と第２の面とを有する半導体層に配された光電変換素子をそれぞれ含む複数の画素と第１の面の下方に配された配線層とを備え、画素は第１の面の下方に配された第１の反射膜と第２の面を覆うように配された層間膜と層間膜の中に第２の面を覆うように配された第２の反射膜と層間膜の上方に光電変換素子に対応して配されたマイクロレンズとを含み、第２の面に対する正射影において、第２の反射膜には光電変換素子と重なる部分に開口部が配され、光電変換素子は入射する光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部を含み、第２の面に対する正射影において開口部の面積は光電変換素子の面積よりも小さく、画素は開口部と第２の面との間に光を偏向させる偏向部をさらに含む。【選択図】図１
2019114642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と前記第１の面とは反対側の第２の面とを有する半導体層に配された光電変換素子をそれぞれ含む複数の画素と、前記第１の面の下方に配された配線層と、を備える固体撮像装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第１の面の下方に配された第１の反射膜と、前記第２の面を覆うように配された層間膜と、前記層間膜の中に前記第２の面を覆うように配された第２の反射膜と、前記層間膜の上方に前記光電変換素子に対応して配されたマイクロレンズと、を含み、
前記第２の面に対する正射影において、前記第２の反射膜には、前記光電変換素子と重なる部分に開口部が配され、
前記光電変換素子は、入射する光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部を含み、
前記第２の面に対する正射影において、前記開口部の面積は、前記光電変換素子の面積よりも小さく、
前記複数の画素のそれぞれは、前記開口部と前記第２の面との間に光を偏向させる偏向部をさらに含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記偏向部は、前記第２の面を覆うように配され、前記層間膜の屈折率よりも高い材料を用いた高屈折率膜を含み、
前記高屈折率膜は、前記第２の面に対する正射影において前記開口部と重なる領域に、窪みを有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像装置は、前記複数の画素のうち互いに隣接する画素と画素との間の部分に、前記半導体層に誘電体が埋め込まれた素子分離部をさらに含み、
前記高屈折率膜は、前記第２の面に対する正射影において前記素子分離部と重なる領域に、窪みを有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記偏向部は、前記第２の面に対する正射影において前記開口部と重なる領域に、前記層間膜の屈折率よりも高い材料を用いた回折格子を含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像装置は、前記複数の画素のうち互いに隣接する画素と画素との間の部分に、前記半導体層に誘電体が埋め込まれた素子分離部をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記偏向部は、前記第２の面に対する正射影において前記素子分離部と重なる領域に、配されないことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記半導体層のうち前記第２の面には、前記電荷蓄積部とは反対の導電型を有する第１の導電型層が配され、
前記誘電体が、前記第１の面から前記第１の導電型層まで埋め込まれていることを特徴とする請求項３、５および６の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１の反射膜が、前記第１の面と接する第１の層と、前記第１の層のうち前記第１の面と接する面とは反対の側の面と接する第２の層と、を含む積層構造を備え、
前記第２の層が、前記第１の層よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１の層が酸化シリコンを含み、前記第２の層が窒化シリコンまたはポリシリコンを含むことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記層間膜が酸化シリコンを含み、前記偏向部が窒化シリコンまたはポリシリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２の面と前記層間膜との間に反射防止層が配されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力された信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
駆動装置を具備する輸送機器であって、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の固体撮像装置を搭載し、前記固体撮像装置で得られた情報に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置を備えることを特徴とする輸送機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、電子機器および輸送機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、基板の電極や配線などが配された表面とは反対側の裏面から光を照射して光電変換を行う裏面照射型の固体撮像装置（ＢＳＩと称する）がある。入射光の光電変換を効率よく行うために、特許文献１には、基板の表面側に光を反射するための反射膜を設け、入射光と反射光とを光電変換に用いることで、光を吸収する半導体層の厚さを実質的に２倍にし、感度を上げることが示されている。反射膜を設けることによって、波長が長い赤色光に対しても高い内部量子効率を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６１３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構造は、近赤外線・赤外線を検出するためには、不十分である。
【０００５】
本発明は、固体撮像装置において、ノイズの増加を抑制しつつ、特に近赤外線・赤外線の光電変換における内部量子効率を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、第１の面と第１の面とは反対側の第２の面とを有する半導体層に配された光電変換素子をそれぞれ含む複数の画素と、第１の面の下方に配された配線層と、を備える固体撮像装置であって、複数の画素のそれぞれは、第１の面の下方に配された第１の反射膜と、第２の面を覆うように配された層間膜と、層間膜の中に第２の面を覆うように配された第２の反射膜と、層間膜の上方に光電変換素子に対応して配されたマイクロレンズと、を含み、第２の面に対する正射影において、第２の反射膜には、光電変換素子と重なる部分に開口部が配され、光電変換素子は、入射する光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部を含み、第２の面に対する正射影において、開口部の面積は、光電変換素子の面積よりも小さく、複数の画素のそれぞれは、開口部と第２の面との間に光を偏向させる偏向部をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、固体撮像装置において、ノイズの増加を抑制しつつ、特に近赤外線・赤外線の光電変換における内部量子効率を向上させる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の画素の構造例を示す断面図。
【図２】図１の固体撮像装置の画素の構造例を示す平面図。
【図３】図１の固体撮像装置の画素の変形例を示す断面図。
【図４】図１の固体撮像装置の画素の変形例を示す断面図。
【図５】図１の固体撮像装置が組み込まれた撮像システムを含むカメラの構成例を示す図。
【図６】図１の固体撮像装置が組み込まれた撮像システムを含む自動車の構成例を示す図。
【図７】図６の撮像システムの動作例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る固体撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
【００１０】
図１〜４を参照して、本発明の実施形態による固体撮像装置の構造について説明する。本明細書において、固体撮像装置のそれぞれの画素における信号キャリアを電子、信号電荷を蓄積するための電荷蓄積部の導電型をｎ型として説明する。しかしながら、電子およびホール、ｎ型およびｐ型の導電型は、それぞれを逆にしても成り立つ。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態における固体撮像装置１００の構造を示す断面図であり、図２は、固体撮像装置１００の光が入射する方向から見た平面図である。固体撮像装置１００は、図１に示されるように、入射した光から生成される信号電荷を出力するためのスイッチ素子や配線層１１４が配された表面１３１（第１の面）とは反対側の裏面１３２（第２の面）から光を入射させる複数の画素が配された裏面照射（ＢＳＩ）型の固体撮像装置である。本明細書において、図１の上側の光を入射させる側を「上」または「上方」と呼び、図１の下側を「下」または「下方」と呼ぶ。
【００１２】
それぞれの画素は、半導体層１０１のｎ型の導電型のウェル１０４内に、表面１３１側の高濃度ｐ型拡散層１０２、信号電荷が蓄積される電荷蓄積部として機能するｎ型拡散層１０３、裏面１３２側の高濃度ｐ型拡散層１０５を含む。半導体層１０１は、入射する光に応じた電荷を生成する光電変換素子として機能しうる。また、複数の画素のそれぞれは、表面１３１の側に、表面１３１の下方に配された配線層１１４と、表面１３１を覆うように表面１３１の下方に配された反射膜１０８と、層間膜１１７と、を含む。また、複数の画素のそれぞれは、裏面１３２の側に、裏面１３２を覆うように裏面１３２の上方に配された層間膜１０７と、層間膜１０７の中に裏面１３２を覆うように配された反射膜１０９と、を含む。さらに、複数の画素のそれぞれは、層間膜１０７の上方に光電変換素子に対応して配されたマイクロレンズ１１１と、を含む。また、複数の画素のうち互いに隣接する画素と画素との間の部分に、半導体層１０１に誘電体が埋め込まれた素子分離部１０６が配される。さらに、複数の画素のそれぞれは、開口部１１０と半導体層１０１の裏面１３２との間に光を偏向させる偏向部として機能する高屈折率膜１１２を備える。偏向部については後述する。
【００１３】
反射膜１０８、１０９は、光電変換素子である半導体層１０１に入射した光を反射させることによって半導体層１０１内に閉じ込め、半導体層１０１を透過する長さが長くなる近赤外光など、より長波長の光に対する量子効率を向上させるために配される。また、光を半導体層１０１に入射させるため、裏面１３２に対する正射影において、反射膜１０９には、光電変換素子と重なる部分に開口部１１０が配される。マイクロレンズ１１１は、それぞれの画素に入射する光を開口部１１０に集光するように配される。ここで、図１、２に示されるように、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において、開口部１１０の面積は、それぞれの画素において光電変換素子を構成する半導体層１０１の面積よりも小さい。さらに、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において、開口部１１０の面積は、電荷蓄積部であるｎ型拡散層１０３の面積よりも小さくてもよい。また、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において、開口部１１０の面積は、光電変換素子と１対１で対応しうるマイクロレンズ１１１の面積よりも小さくてもよい。開口部１１０の面積が小さい場合であっても、それぞれの画素の光電変換素子にそれぞれ対応して配されたマイクロレンズ１１１によって入射光は開口部１１０に集光されるため、内部量子効率の低下を抑制できる。また、開口部１１０の面積を小さくすることによって、半導体層１０１からマイクロレンズ１１１の方向に向かう光のうち、より多くの光を反射膜１０９で反射することが可能となる。ここで、光電変換素子の面積について説明する。それぞれの画素には、光電変換素子を形成するための第１活性領域と、増幅トランジスタ、増幅トランジスタに光電変換素子から電荷を転送する転送トランジスタが含まれるトランジスタ領域を形成するための第２活性領域と、をそれぞれ設ける場合がある。この場合、光電変換素子の面積は、光電変換素子を形成するための第１活性領域の面積とすることができる。また、第１活性領域と第２活性領域とを分離する素子分離領域（典型的には、ＬＯＣＯＳ法、ＳＴＩ法、ＤＴＩ法等によって形成される）を設ける場合、素子分離領域によって囲まれる第１活性領域を含む領域の面積を光電変換素子の面積とすることができる。
【００１４】
それぞれの画素の境界部は、素子分離部１０６によって画定されてもよい。また、図２の平面図に示されるように、それぞれの画素の境界部は、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において、マイクロレンズ１１１の外縁によって画定されてもよい。ここで、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において、開口部１１０の面積は、それぞれの画素の面積の４０％以下であってもよい。
【００１５】
半導体層１０１は、本実施形態においてシリコンが用いられる。しかしながら、半導体層１０１に用いられる材料はシリコンに限られることはなく、ゲルマニウムなどの他の半導体材料が用いられてもよい。層間膜１０７、１１７には、例えば酸化シリコンや酸化シリコンを主成分とする絶縁材料が用いられうる。反射膜１０８、１０９には、アルミニウム、タングステン、銅やそれらの合金などの金属が用いられうる。素子分離部１０６には、図１に示されるように、深い溝に酸化シリコンなどの絶縁体（誘電体）が埋め込まれたＤＴＩ（Ｄｅｅｐ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造が用いられうる。また、裏面１３２と層間膜１０７との間には、図１に示されるように、窒化シリコンなどを用いた反射防止層１１３が配されてもよい。
【００１６】
次に、偏向部として機能する高屈折率膜１１２について説明する。高屈折率膜１１２は層間膜１０７よりも屈折率が高い材料で形成される。高屈折率膜１１２には、層間膜１０７が酸化シリコンの場合、酸化シリコンよりも屈折率が高い窒化シリコンやポリシリコンなどが用いられうる。高屈折率膜１１２は、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において開口部１１０と重なる領域に窪みを有する。この高屈折率膜１１２の窪みは、負のパワーを有するレンズとして機能することによって光を偏向する。窪みは、図１に示されるように、錐形状であってもよいし、凹レンズ形状であってもよい。また、高屈折率膜１１２は、図１に示されるように、裏面１３２に対する正射影において素子分離部１０６と重なる領域にも窪みを有する。入射光１２０は、図１に示される軌跡の例のように、反射膜１０８、１０９および高屈折率膜１１２によって反射、屈折を繰り返し、半導体層１０１の中に閉じ込められる。
【００１７】
より具体的には、反射膜１０８、１０９が上下間の光を閉じ込め、素子分離部１０６が半導体層１０１内で隣接する画素に光が進行することを妨げる。また、負のパワーのレンズ作用を持つ高屈折率膜１１２が配されない場合、入射光１２０のうち反射膜１０８によって反射された光が再び開口部１１０を通過し半導体層１０１から出て行ってしまう割合が高くなる。しかしながら、裏面１３２に対する正射影において、高屈折率膜１１２のうち高屈折率膜１１２と開口部１１０とが重なる領域に窪みが配されることによって、半導体層１０１から開口部１１０に向かう光の方向を偏向できる。これによって、開口部１１０から出て行く光の割合を低減することができる。一方、高屈折率膜１１２と開口部１１０とが重なる領域の窪みにおいて、高屈折率膜１１２内を隣接する画素の方向（図１において横方向。）に進む光が生ずるため、その光を再び入射した画素内に戻す構造が必要となる。このため、高屈折率膜１１２は、図１に示されるように、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において素子分離部１０６と重なる領域にも窪みを有する。また、高屈折率膜１１２に設けられた窪みは、表面１３１の側からの反射光を再び光が入射した画素の側に屈折させる効果もある。
【００１８】
裏面照射型の撮像装置において、例えば特許文献１の構造の場合には、発明者の試算によれば、半導体の厚さを３μｍとすると波長９００ｎｍの近赤外線に対する内部量子効率は１９％程度と見積もられる。また、表面照射型の撮像装置を用いた場合、半導体層の厚さを１０μｍ以上にすることで近赤外線・赤外線に対しても高い量子効率を得ることが可能となるが、半導体層を厚くすることによって暗電流が増すため、暗電流ノイズが増えてしまう。
【００１９】
一方、本実施形態では、半導体層１０１を透過する深さが数十μｍとなる近赤外光に対しても、開口部１１０から再び出てしまうことによるロスが少なく、内部量子効率が高い、つまり、感度が高い固体撮像装置が実現できる。また、素子分離部１０６によって、隣接する画素への光の漏れも少なく、光を画素内に閉じ込めることができるため、画素間でのクロストークが小さくなる。さらに、半導体層１０１を透過する深さが長い光であっても、画素内に光を閉じ込めることができるため、半導体層１０１の厚みを厚くする必要がない。このように、本実施形態の固体撮像装置１００は、近赤外光に対してクロストークが小さく量子効率つまり感度が高い撮像素子を暗電流ノイズの増加を伴わずに実現できる。
【００２０】
本実施形態において、高屈折率膜１１２は、光が入射するマイクロレンズ１１１が配される側に窪みを有する。しかしながら、これに限られることはなく、高屈折率膜１１２の半導体層１０１の側に窪みが配されてもよい。また、本実施形態において、層間膜１０７よりも屈折率が高い材料を偏向部として用いることによって光を偏向させたが、層間膜１０７よりも屈折率が低い材料を用いてもよい。この場合、裏面１３２と重なる領域に凸形状を設けることによって、負のパワーを有するレンズとして機能し、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
また、図１に示されるように、開口部１１０とマイクロレンズ１１１との間、換言すると層間膜１０７のうち反射膜１０９よりもマイクロレンズ１１１が配される側に、例えば、マイクロレンズ１１１と開口部１１０との間の層間膜１０７に、光を効率的に収集するための層内レンズや導波路が設けられてもよい。
【００２２】
また、素子分離部１０６は、画素間でのクロストークを抑制するために、半導体層１０１の表面１３１の側から形成された深い溝に誘電体が埋め込まれる。例えば、表面１３１から表面と直交する方向に半導体層１０１の厚さの８０％以上の深さの溝に誘電体が埋め込まれてもよい。また、図１に示されるように、誘電体が、半導体層１０１の表面１３１から電荷蓄積部であるｎ型拡散層１０３とは反対の導電型を有するｐ型の導電型層である高濃度ｐ型拡散層１０５まで埋め込まれていてもよい。素子分離部１０６を半導体層１０１の裏面１３２に近い部分まで形成することによって、画素間でのクロストークを低減することが可能となる。
【００２３】
図１に示される構成では、配線層１１４は、１層のみが示さているが、複数の配線層が固体撮像装置１００に配されていてもよい。このとき、配線層は反射膜１０８と半導体層１０１の表面１３１との間の層間膜１１７の中に配されていてもよいし、反射膜１０８よりも半導体層１０１とは反対側の層間膜１１７の中に配されてもよい。また、配線層１１４が反射膜１０８と同様に入射した光を反射する層として機能してもよい。
【００２４】
さらに、偏向部は、窪みが配された高屈折率膜１１２に限られることはない。例えば、図３に示されるように、偏向部として、裏面１３２に対する正射影において開口部１１０と重なる領域に、層間膜１０７よりも屈折率の高い材料で形成された回折格子２１２が配されてもよい。回折格子２１２には、窒化シリコンやポリシリコンなどの材料が用いられうる。回折格子２１２が配されることによって、半導体層１０１から開口部１１０に向かう光を回折（偏向）し、開口部１１０から出てしまう光の割合を小さくする。例えば一辺が２００〜３００ｎｍのポリシリコンで形成された立方体を平面的に碁盤の目状に１．８μｍおきに配置する。これによって、回折格子２１２を通る例えば９００ｎｍの波長の近赤外光は、３０度の回折角を持つ。
【００２５】
回折格子２１２を通過する光の回折割合は数十％程度であるため、開口部１１０を通り固体撮像装置１００の外に出る光によるロスは、図１に示す高屈折率膜１１２の窪みを用いた場合と比較して大きくなる可能性がある。しかしながら、窒化シリコンやポリシリコンをパターニングするだけで回折格子２１２を形成できる上に、厚みも高屈折率膜１１２よりも薄くできる。このため、反射膜１０９と半導体層１０１の間の空間が狭く（薄く）なり、反射膜１０９で反射した光が、隣接する画素に混入する割合を抑制できる。このため、上述のように、裏面１３２に対する正射影において素子分離部１０６と重なる領域に高屈折率膜１１２を窪ませた領域と同等の機能を有する構造や素子を設けなくてもよい。例えば、回折格子２１２などの偏向部が、裏面１３２に対する正射影において素子分離部１０６と重なる領域に配されなくてもよい。換言すると、回折格子２１２を偏向部として用いた場合、偏向部は、半導体層１０１の裏面１３２に対する正射影において、開口部１１０と重なる領域にのみ配されうる。ここで、回折格子２１２は、上述のような周期的構造でなく、非周期的な構造を有する格子であってもよい。非周期的な格子であっても、光を偏向し開口部１１０から光が漏れだすことを抑制する効果がある。
【００２６】
以上、説明したように、偏向部として回折格子２１２を開口部１１０と裏面１３２との間に配した場合であっても、近赤外光に対して高感度、低クロストーク、暗電流ノイズが小さい固体撮像装置１００が実現される。また、偏向部として高屈折率膜１１２を用いる場合と比較して、回折格子２１２はより簡単な製造工程によって実現できるため、固体撮像装置１００の製造コストが低減されうる。
【００２７】
また、上述の説明において、反射膜１０８に金属が用いられることを示したが、反射膜１０８は、金属によって形成されることに限られるものではない。図４に示す構成において、反射膜１０８は、表面１３１と接する層間膜１０７’によって構成される層と、層間膜１０７’によって構成される層のうち表面１３１と接する面とは反対の側の面と接する反射層３１７と、を含む積層構造を備える。反射層３１７には、層間膜１０７、１０７’に用いられる酸化シリコンよりも屈折理が高い窒化シリコンやポリシリコンなどの材料が用いられうる。
【００２８】
ここで、半導体層１０１と反射層３１７との間の層間膜１０７’の厚さをｄ１（ｎｍ）、屈折率をｎ１とし、反射層３１７の膜の厚さをｄ２（ｎｍ）、屈折率をｎ２とする。また、検知する（注目する）光の真空中の波長をλ（ｎｍ）とする。この場合、ｄ１＝λ/（４・ｎ１）、ｄ２＝λ/（４・ｎ２）と設定することによって、半導体層１０１の側から入射する光に対して反射膜１０８は、検知光に対して大きな反射率を有することになる。より具体的には、半導体層１０１がシリコン、層間膜１０７’が酸化シリコン、反射層３１７がポリシリコン、検知光の波長を９００ｎｍとすると、ｎ１＝１．４５、ｎ２＝３．６３となる。この場合、ｄ１＝１５５ｎｍ、ｄ２＝６２ｎｍとすると、９００ｎｍの波長の検知光に対する反射膜１０８の反射率は８４％となる。１回の反射における反射層３１７（ポリシリコン）での光吸収は、厚さが薄いのでほぼ無視できる。
【００２９】
反射膜１０８に金属を用いた場合、固体撮像装置１００を製造するための半導体製造工程において、金属（反射膜１０８）の半導体層１０１の側には通常、拡散防止層として金属原子が半導体層１０１に拡散することを防ぐための層が配される。これは、金属原子が拡散し半導体層１０１を汚染した場合、白点キズなどの原因となりうるためである。拡散防止層は金属以外の材料が用いられる場合が多いため、光の反射率が低下してしまう場合がある。一方、高い光の反射率を得るために、金属による反射膜１０８に対して拡散防止層を配さない場合、白点キズなどが生じ固体撮像装置１００の特性が低下しうる。そこで、図４に示すように、金属反射膜を用いずに非金属材料によって反射膜１０８を形成することによって、金属汚染の懸念が抑制される。
【００３０】
このように、半導体層１０１の表面１３１の側の反射膜１０８を非金属材料によって形成することで、近赤外光に対して高感度、低クロストーク、暗電流ノイズが小さい撮像素子を、白点キズなどの固体撮像装置の性能低下の原因を増やさずに実現できる。また、半導体層１０１の裏面１３２の側の反射膜１０９については、裏面１３２の側を形成する際の工程は、所謂、後工程の低温プロセスでありうる。このため、裏面１３２の側の反射膜１０９による金属汚染の可能性は、表面１３１の側の反射膜１０８よりは低い。したがって、開口部１１０を設ける工程を考慮し、反射膜１０９は、上述のように金属材料などを用いて形成してもよい。また、図４に示す構成において、偏向部として図１に示されるような高屈折率膜１１２を用いる例を示したが、図２に示されるような回折格子２１２を用いてもよい。
【００３１】
以下、上述の実施形態に係る固体撮像装置１００の応用例として、固体撮像装置１００が組み込まれたカメラやスマートフォンなどの電子機器、自動車などの輸送機器について例示的に説明する。ここで、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータやタブレットのような携帯端末など）も含まれる。
【００３２】
図５は、本実施形態による撮像システム５００の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム５００は、上述の固体撮像装置１００の何れかの構成を含む。撮像システム５００の具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどが挙げられる。図５に、上述の固体撮像装置１００を適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。
【００３３】
図５に例示した撮像システム５００は、固体撮像装置１００、被写体の光学像を固体撮像装置１００に結像させるレンズ５０２０、レンズ５０２０を通過する光量を可変にするための絞り５０４、レンズ５０２０の保護のためのバリア５０６を有する。レンズ５０２０および絞り５０４は、固体撮像装置１００に光を集光する光学系である。
【００３４】
撮像システム５００は、また、固体撮像装置１００から出力される出力信号の処理を行う信号処理部５０８０を有する。信号処理部５０８０は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。信号処理部５０８０は、固体撮像装置１００から出力される出力信号に対してＡＤ変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、固体撮像装置１００の内部には、必ずしもＡＤ変換回路を有する必要はない。
【００３５】
撮像システム５００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部５１０、外部コンピュータなどと通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）５１２を有する。さらに撮像システム５００は、撮像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどの記録媒体５１４、記録媒体５１４に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）５１６を有する。なお、記録媒体５１４は、撮像システム５００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【００３６】
さらに撮像システム５００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部５１８、固体撮像装置１００と信号処理部５０８０に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部５２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム５００は、少なくとも固体撮像装置１００と、固体撮像装置１００から出力された出力信号を処理する信号処理部５０８０とを有すればよい。全体制御・演算部５１８及びタイミング発生部５２０は、固体撮像装置１００の制御機能の一部または全部を実施するように構成してもよい。
【００３７】
固体撮像装置１００は、画像用信号を信号処理部５０８０に出力する。信号処理部５０８０は、固体撮像装置１００から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部５０８０は、画像用信号を用いて、画像を生成する。
【００３８】
上述した固体撮像装置１００を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。
【００３９】
また、固体撮像装置１００の組み込まれたカメラは、監視カメラや、自動車や鉄道車両などの輸送機器に搭載される車載カメラなどにも適用されうる。ここでは、固体撮像装置１００が組み込まれたカメラを輸送機器に適用した例を説明する。輸送機器７００は、例えば、図６（ａ）、６（ｂ）に示す撮像システム７０１（車載カメラ）を備えた自動車である。図６（ａ）は撮像システム７０１、図６（ｂ）は輸送機器７００の主な構成例を模式的に示している。図７は、撮像システム７０１の動作を示すフロー図である。
【００４０】
撮像システム７０１は、撮像装置７０２、画像前処理部７１５、集積回路７０３、光学系７１４を含む。光学系７１４は、撮像装置７０２に被写体の光学像を結像する。撮像装置７０２は、光学系７１４により結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。撮像装置７０２は、上述の固体撮像装置１００である。画像前処理部７１５は、撮像装置７０２から出力された信号に対して所定の信号処理を行う。画像前処理部７１５の機能は、撮像装置７０２内に組み込まれていてもよい。撮像システム７０１には、光学系７１４、撮像装置７０２及び画像前処理部７１５が、少なくとも２組設けられており、各組の画像前処理部７１５からの出力が集積回路７０３に入力されるようになっている。
【００４１】
集積回路７０３は、撮像システム用途向けの集積回路であり、メモリ７０５を含む画像処理部７０４、光学測距部７０６、視差演算部７０７、物体認知部７０８、異常検出部７０９を含む。画像処理部７０４は、画像前処理部７１５の出力信号に対して、現像処理や欠陥補正などの画像処理を行う。メモリ７０５は、撮像画像の一次記憶、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部７０６は、被写体の合焦や、測距を行う。視差演算部７０７は、複数の撮像装置７０２により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う。物体認知部７０８は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部７０９は、撮像装置７０２の異常を検出すると、主制御部７１３に異常を発報する。
【００４２】
集積回路７０３は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００４３】
主制御部７１３は、撮像システム７０１、車両センサ７１０、制御ユニット７２０などの動作を統括・制御する。なお、主制御部７１３を持たず、撮像システム７０１、車両センサ７１０、制御ユニット７２０が個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う（例えばＣＡＮ規格）方法も取りうる。
【００４４】
集積回路７０３は、主制御部７１３からの制御信号を受け或いは自身の制御部によって、撮像装置７０２へ制御信号や設定値を送信する機能を有する。例えば、集積回路７０３は、撮像装置７０２内の電圧スイッチ１３をパルス駆動させるための設定や、フレーム毎に電圧スイッチ１３を切り替える設定などを送信する。
【００４５】
撮像システム７０１は、車両センサ７１０に接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの自車両走行状態及び自車外環境や他車・障害物の状態を検出することができる。車両センサ７１０は、視差画像から対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段でもある。また、撮像システム７０１は、自動操舵、自動巡行、衝突防止機能などの種々の運転支援を行う運転支援制御部７１１に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、撮像システム７０１や車両センサ７１０の検出結果を基に他車・障害物との衝突推定・衝突有無を判定する。これにより、衝突が推定される場合の回避制御、衝突時の安全装置起動を行う。
【００４６】
また、撮像システム７０１は、衝突判定部での判定結果に基づいて、ドライバーに警報を発する警報装置７１２にも接続されている。例えば、衝突判定部の判定結果として衝突可能性が高い場合、主制御部７１３は、ブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして、衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置７１２は、音などの警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムやメーターパネルなどの表示部画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【００４７】
本実施例では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム７０１で撮影する。図６（ｂ）に、車両前方を撮像システム７０１で撮像する場合の撮像システム７０１の配置例を示す。
【００４８】
２つの撮像装置７０２は、輸送機器７００の前方に配置される。具体的には、輸送機器７００の進退方位または外形（例えば車幅）に対する中心線を対称軸に見立て、その対称軸に対して２つの撮像装置７０２が線対称に配置される。この配置によって、輸送機器７００と被写対象物との間の距離情報の取得や衝突可能性の判定を行う上で、判定の精度がより高くなりうる。また、撮像装置７０２は、運転者が運転席から輸送機器７００の外の状況を視認する際に運転者の視野を妨げない配置でありうる。警報装置７１２は、運転者の視野に入りやすい配置であってもよい。
【００４９】
次に、撮像システム７０１における撮像装置７０２の故障検出動作について、図７を用いて説明する。撮像装置７０２の故障検出動作は、図７に示すステップＳ８１０〜Ｓ８８０に従って実施される。
【００５０】
ステップＳ８１０は、撮像装置７０２のスタートアップ時の設定を行うステップである。すなわち、撮像システム７０１の外部（例えば主制御部７１３）または撮像システム７０１の内部から、撮像装置７０２の動作のための設定を送信し、撮像装置７０２の撮像動作および故障検出動作を開始する。
【００５１】
次いで、ステップＳ８２０において、有効画素から画素信号を取得する。また、ステップＳ８３０において、故障検出用に設けた故障検出画素からの出力値を取得する。この故障検出画素は、有効画素と同じく光電変換部を備える。この光電変換部には、所定の電圧が書き込まれる。故障検出用画素は、この光電変換部に書き込まれた電圧に対応する信号を出力する。なお、ステップＳ８２０とステップＳ８３０とは逆でもよい。
【００５２】
次いで、ステップＳ８４０において、故障検出画素の出力期待値と、実際の故障検出画素からの出力値との該非判定を行う。
【００５３】
ステップＳ８４０における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致している場合は、ステップＳ８５０に移行し、撮像動作が正常に行われていると判定し、処理ステップがステップＳ８６０へと移行する。ステップＳ８６０では、走査行の画素信号をメモリ７０５に送信して一次保存する。そののち、ステップＳ８２０に戻り、故障検出動作を継続する。
【００５４】
一方、ステップＳ８４０における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致していない場合は、処理ステップはステップＳ８７０に移行する。ステップＳ８７０において、撮像動作に異常があると判定し、主制御部７１３、又は警報装置７１２に警報を発報する。警報装置７１２は、表示部に異常が検出されたことを表示させる。その後、ステップＳ８８０において撮像装置７０２を停止し、撮像システム７０１の動作を終了する。 
なお、本実施形態では、１行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数行毎にフローチャートをループさせてもよいし、１フレーム毎に故障検出動作を行ってもよい。
【００５５】
ここで、ステップＳ８７０の警報の発報は、無線ネットワークを介して、車両の外部に通知するようにしてもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システム７０１は、自動車などの車両に限らず、例えば、船舶、航空機或いは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）など、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００５７】
以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１００：固体撮像装置、１０１：半導体層、１０７，１１７：層間膜、１０８，１０９：反射膜、１１０：開口部、１１１：マイクロレンズ、１１４：配線層
【図１】
2019114642.tif 000003
【図２】
2019114642.tif 000004
【図３】
2019114642.tif 000005
【図４】
2019114642.tif 000006
【図５】
2019114642.tif 000007
【図６】
2019114642.tif 000008
【図７】
2019114642.tif 000009