(57)【要約】【課題】飽和電荷量を増大させつつ、暗電流の悪化を抑制する。【解決手段】固体撮像装置は、基板の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部と、第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部と、隣接画素との境界部に形成された、基板を貫通する画素分離部とを備える。第1光電変換部は、基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、画素分離部の側壁に沿った第1垂直方向PN接合領域とを有し、第２光電変換部は、光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、画素分離部の側壁に沿った第２垂直方向PN接合領域とを有する。本技術は、例えば、固体撮像装置等に適用できる。【選択図】図２
2019165136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部と、
前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部と、
隣接画素との境界部に形成された、前記基板を貫通する画素分離部と
を備え、
前記第1光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第２光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域は、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離れて配置され、
前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離れて配置されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で生成された電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷を前記電荷保持部へ転送する転送トランジスタと
をさらに備え、
前記転送トランジスタは、前記基板の表面側から、前記第２光電変換部に到達するまで基板深さ方向に延びるゲート電極を備える縦型トランジスタで形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で生成された電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷を前記電荷保持部へ転送する転送トランジスタと
をさらに備え、
前記第２光電変換部を構成する前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の表面側界面に接している
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電荷保持部は、複数の画素で共有され、
前記画素分離部は、共有単位どうしの前記境界部に形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２間隔は、前記第１間隔よりも広く形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１光電変換部を構成する前記第１導電型の不純物領域内に、２面以上のPN接合領域からなる３次元PN接合領域をさらに備える
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２光電変換部を構成する前記第１導電型の不純物領域内に、２面以上のPN接合領域からなる３次元PN接合領域をさらに備える
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２光電変換部は、前記第２平面方向PN接合領域と前記第２垂直方向PN接合領域それぞれを複数備える
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
複数の前記第２平面方向PN接合領域と前記第２垂直方向PN接合領域を、それぞれ、前記第1光電変換部に近い方から、第３平面方向PN接合領域と第３垂直方向PN接合領域、および、第４平面方向PN接合領域と第４垂直方向PN接合領域とすると、
前記第４平面方向PN接合領域の前記第２導電型の不純物領域は、前記第３垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域に対して、基板深さ方向に第３間隔だけ離れて配置されている
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記画素分離部は、ポリシリコンまたは酸化膜の一方または両方を含む
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記画素分離部は、基板表面側に、STIをさらに含む
請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
基板の光入射面側とは反対の表面側に第1光電変換部を形成し、
前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層して第２光電変換部を形成し、
隣接画素との境界部に、前記基板を貫通する画素分離部を形成し、
前記第1光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第２光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域を、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離して形成し、
前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域を、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離して形成する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
基板の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部と、
前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部と、
隣接画素との境界部に形成された、前記基板を貫通する画素分離部と
を備え、
前記第1光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第２光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域は、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離れて配置され、
前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離れて配置されている
固体撮像装置
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器に関し、特に、飽和電荷量を増大させつつ、暗電流の悪化を抑制することができるようにした固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子において、飽和電荷量（Qs）を増大させる種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、半導体基板を貫通するトレンチを画素間に形成し、その側壁にP型不純物領域とN型不純物領域を形成して、広いPN接合領域を確保して、飽和電荷量を増大させる構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構造では、トレンチ側壁のN型不純物領域が、光入射面側である基板裏面の界面に達しており、裏面界面のピニングが弱体化し、暗電流が悪化することが懸念される。
【０００６】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、飽和電荷量を増大させつつ、暗電流の悪化を抑制することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の第１の側面の固体撮像装置は、基板の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部と、前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部と、隣接画素との境界部に形成された、前記基板を貫通する画素分離部とを備え、前記第1光電変換部は、P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域とを有し、前記第２光電変換部は、P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域とを有し、前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域は、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離れて配置され、前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離れて配置されている。
【０００８】
本技術の第２の側面の固体撮像装置の製造方法は、基板の光入射面側とは反対の表面側に第1光電変換部を形成し、前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層して第２光電変換部を形成し、隣接画素との境界部に、前記基板を貫通する画素分離部を形成し、前記第1光電変換部は、P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域とを有し、前記第２光電変換部は、P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域とを有し、前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域を、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離して形成し、前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域を、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離して形成する。
【０００９】
本技術の第３の側面の電子機器は、基板の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部と、前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部と、隣接画素との境界部に形成された、前記基板を貫通する画素分離部とを備え、前記第1光電変換部は、P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域とを有し、前記第２光電変換部は、P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域とを有し、前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域は、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離れて配置され、前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離れて配置されている固体撮像装置を備える。
【００１０】
本技術の第１乃至第３の側面においては、基板の光入射面側とは反対の表面側に第1光電変換部が形成され、前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層して第２光電変換部が形成され、隣接画素との境界部に、前記基板を貫通する画素分離部が形成される。前記第1光電変換部には、P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域とが設けられ、前記第２光電変換部には、P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域とが設けられる。前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域は、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離して形成され、前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離して形成される。
【００１１】
固体撮像装置及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本技術の第１乃至第３の側面によれば、飽和電荷量を増大させつつ、暗電流の悪化を抑制することができる。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本技術を適用した固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施の形態に係る画素の断面図および平面図である。
【図３】第１実施の形態に係る画素の断面図および平面図である。
【図４】共有画素トランジスタの配置例を示す図である。
【図５】第１実施の形態に係る画素構造の変形例を示す図である。
【図６】第１実施の形態に係る画素の製造方法を説明する図である。
【図７】第１実施の形態に係る画素の製造方法を説明する図である。
【図８】画素境界部の第１の形成方法を説明する図である。
【図９】画素境界部の第１の形成方法を説明する図である。
【図１０】画素境界部の第２の形成方法を説明する図である。
【図１１】第２実施の形態に係る画素の断面図および平面図である。
【図１２】第３実施の形態に係る画素の断面図および平面図である。
【図１３】第４実施の形態に係る画素の断面図および平面図である。
【図１４】第４実施の形態に係る画素の変形例を示す図である。
【図１５】第５実施の形態に係る画素の断面図および平面図である。
【図１６】イメージセンサの使用例を説明する図である。
【図１７】本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図１８】体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である
【図１９】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２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の概略構成例
２．画素の第１実施の形態
３．第１実施の形態の製造方法
４．画素の第２実施の形態
５．画素の第３実施の形態
６．画素の第４実施の形態
７．画素の第５実施の形態
８．イメージセンサの使用例
９．電子機器への適用例
１０．体内情報取得システムへの応用例
１１．内視鏡手術システムへの応用例
１２．移動体への応用例
【００１６】
＜１．固体撮像装置の概略構成例＞
図１は、本技術を適用した固体撮像装置の概略構成を示している。
【００１７】
図１の固体撮像装置１は、半導体として例えばシリコン（Si）を用いた半導体基板１２に、画素２が２次元アレイ状に配列された画素アレイ部３と、その周辺の周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、制御回路８などが含まれる。
【００１８】
画素２は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの４つのMOSトランジスタで構成される。
【００１９】
また、画素２は、共有画素構造とすることもできる。この共有画素構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有される１つのフローティングディフージョン（以下、FDと記述する。）と、共有される１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素構造では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
【００２０】
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置１の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に出力する。
【００２１】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線１０を選択し、選択された画素駆動配線１０に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素アレイ部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素２の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線９を通してカラム信号処理回路５に供給させる。
【００２２】
カラム信号処理回路５は、画素２の列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。
【００２３】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力させる。
【００２４】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１３は、外部と信号のやりとりをする。
【００２５】
以上のように構成される固体撮像装置１は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路５が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
【００２６】
＜２．画素の第１実施の形態＞
以下では、固体撮像装置１の画素２の画素構造について説明する。
【００２７】
図２および図３は、第１実施の形態に係る画素２の断面図および平面図を示している。
【００２８】
図２のAおよび図３のAは、１画素相当の画素２の断面図であり、図２のBおよび図３のBは、画素２が縦（垂直）方向および横（水平）方向にそれぞれ２個配列された２×２の４画素相当の平面図である。
【００２９】
図２のAおよび図３のAにおいて、上側が半導体基板１２の表面側であり、複数の配線層と層間絶縁膜とからなる多層配線層（不図示）が形成されている。一方、図２のAおよび図３のAにおける下側が半導体基板１２の裏面側であり、光が入射される光入射面であって、オンチップレンズやカラーフィルタ等（いずれも不図示）が形成されている。したがって、固体撮像装置１は、半導体基板１２の裏面側から入射された光を光電変換する裏面照射型のCMOSイメージセンサである。
【００３０】
図２のAは、図２のBにおけるA-A’線における断面図に相当し、図３のAは、図２のBにおけるB-B’線における断面図に相当する。
【００３１】
また、図２のBの平面図では、画素２の構造を分かり易くするため、部材の一部を省略した平面図であり、図３のBの平面図は、半導体基板１２の表面側からみた上面図に相当する。
【００３２】
画素２は、図２のAに示されるように、半導体基板１２の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部である表面PD(フォトダイオード)と、表面PDに対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部である埋め込みPDとを備える。表面PDと埋め込みPDを特に区別しない場合には、単にPDと称する。
【００３３】
表面PDは、N型不純物領域４１と、それよりも不純物濃度が高濃度に設定されたN型不純物領域４２と、P型不純物領域４３とで構成される。N型不純物領域４２の不純物濃度は、例えば、１０11ｃｍ-2程度のN型不純物領域４１に対して、１０12ｃｍ-2程度である。N型不純物領域４２とP型不純物領域４３は、半導体基板１２の光入射面に平行な平面方向のPN接合領域（以下、平面方向PN接合領域と称する。）を形成し、不純物濃度が高濃度のN型不純物領域４２は、光電変換により生成された電荷（電子）が蓄積される電荷蓄積領域となる。
【００３４】
埋め込みPDは、N型不純物領域４４と、それよりも不純物濃度が高濃度に設定されたN型不純物領域４５と、P型不純物領域４６とで構成される。N型不純物領域４５の不純物濃度は、例えば、１０11ｃｍ-2程度のN型不純物領域４４に対して、１０12ｃｍ-2程度である。N型不純物領域４５とP型不純物領域４６は、半導体基板１２の光入射面に平行な平面方向の平面方向PN接合領域を形成し、不純物濃度が高濃度のN型不純物領域４５は、光電変換により生成された電荷（電子）が蓄積される電荷蓄積領域となる。
【００３５】
基板表面側界面のN型不純物領域４２の形成領域と異なる領域には、光電変換により得られた電荷を保持する電荷保持部としてのFD４７と、FD４７に電荷を転送する転送トランジスタ（のゲート電極）４８が形成されている。転送トランジスタ４８は、半導体基板１２の上面に形成された平面ゲート電極部４８Tと、埋め込みPDのN型不純物領域４４に到達する深さまで、基板深さ方向に延びた縦ゲート電極部４８Vとを備える縦型トランジスタで構成されている。
【００３６】
表面PDおよび埋め込みPDの外周部であって、隣接する画素２との境界部には、画素分離部５１またはP型不純物領域５２が形成され、隣りの画素２の表面PDおよび埋め込みPDと分離されている。また、半導体基板１２の光入射面である裏面側界面近傍にもP型不純物領域５２が形成されている。
【００３７】
画素分離部５１は、半導体基板１２の表面側から形成されたトレンチ内に、ポリシリコン、酸化膜（SiO2）等の材料を埋め込んで形成される。画素分離部５１の基板表面側界面には、STI（Shallow Trench Isolation）６４が形成されている。
【００３８】
画素分離部５１の側壁には、P型不純物領域６１が形成されている。表面PDと同じ基板深さ領域で、かつ、P型不純物領域６１の外側の面（上面）には、N型不純物領域６２が形成されている。したがって、表面PDと同じ基板深さ領域の画素分離部５１の側壁には、半導体基板１２の光入射面に垂直な平面方向の、P型不純物領域６１とN型不純物領域６２とからなるPN接合領域（以下、垂直方向PN接合領域と称する。）が形成されており、N型不純物領域６２も、光電変換により生成された電荷が蓄積される電荷蓄積領域として機能する。
【００３９】
表面PDの領域内の画素分離部５１の側壁に形成されたN型不純物領域６２の光入射面側の端部は、埋め込みPDを構成するP型不純物領域４６に対して、基板深さ方向に所定の間隔D1だけ離れて形成されている。
【００４０】
埋め込みPDと同じ基板深さ領域で、かつ、P型不純物領域６１の外側の面（上面）には、N型不純物領域６３が形成されている。N型不純物領域６２および６３の不純物濃度は、N型不純物領域４２および４５と同様に、N型不純物領域４１および４４よりも高濃度に設定されている。したがって、埋め込みPDと同じ基板深さ領域の画素分離部５１の側壁にも、半導体基板１２の光入射面に垂直な平面方向の、P型不純物領域６１とN型不純物領域６３とからなる垂直方向PN接合領域が形成されており、N型不純物領域６３も、光電変換により生成された電荷が蓄積される電荷蓄積領域として機能する。
【００４１】
埋め込みPDの領域内の画素分離部５１の側壁に形成されたN型不純物領域６３の光入射面側の端部は、基板裏面側界面近傍のP型不純物領域５２に対して、基板深さ方向に所定の間隔D2だけ離れて形成されている。
【００４２】
FD４７は、図２のBに示されるように、２×２の４画素に対して、４画素の中央部に配置され、４画素で共有される。各画素２の転送トランジスタ４８は、矩形の画素領域内のFD４７近傍に配置されている。さらに、２×２の４画素の表面PDおよび埋め込みPDの外側（図２のBでは、下側）に、４画素で共有される共有画素トランジスタTr1乃至Tr3が配置されている。共有画素トランジスタTr1乃至Tr3は、例えば、選択トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタのいずれかである。したがって、この固体撮像装置１は、４画素を共有単位とする共有画素構造である。
【００４３】
各画素２の表面PDおよび埋め込みPDの外周部であって、隣接する画素２との境界部には、画素分離部５１またはP型不純物領域５２が形成されるが、画素分離部５１は、図２のBに示されるように、共有単位どうしの境界部に形成され、P型不純物領域５２は、共有単位内の画素境界部に形成されている。
【００４４】
図３のAに示されるように、共有単位内の画素境界部のP型不純物領域５２内には、RDTI（Rear Deep Trench Isolation）７１が形成されている。RDTI７１は、例えば、基板裏面側から形成されたトレンチ内に、酸化膜（SiO2）等の材料を埋め込んで形成される。このRDTI７１により、共有単位内の隣接する埋め込みPDどうしの電気的および光学的な分離能力を高めることができる。
【００４５】
STI６４は、図３のBに示されるように、画素境界部の基板表面側界面に形成されている。
【００４６】
第１実施の形態に係る画素２は、以上のように構成される。
【００４７】
第１実施の形態に係る画素２は、基板深さ方向に積層された表面PDと埋め込みPDの２段の光電変換部を備える。表面PDで生成された電荷を蓄積する電荷蓄積領域として、平面方向の領域に形成されたN型不純物領域４２の他に、表面PD横の画素分離部５１の側壁に、N型不純物領域６２を備える。また、埋め込みPDで生成された電荷を蓄積する電荷蓄積領域として、平面方向の領域に形成されたN型不純物領域４５の他に、埋め込みPD横の画素分離部５１の側壁に、N型不純物領域６３を備える。これにより、多くの電荷を蓄積することができ、１画素当たりの飽和電荷量を増大させることができる。飽和電荷量が同じであるとすれば、画素サイズをより縮小させることができる。
【００４８】
表面PD横のN型不純物領域６２の光入射面側の端部は、埋め込みPDを構成するP型不純物領域４６に対して、基板深さ方向に所定の間隔D1だけ離れて形成され、埋め込みPD横のN型不純物領域６３の光入射面側の端部は、基板裏面側界面近傍のP型不純物領域５２に対して、基板深さ方向に所定の間隔D2だけ離れて形成されている。これにより、P型不純物領域４６および５２でのピニング弱体化が発生せず、暗電流の悪化を抑制することができる。
【００４９】
したがって、第１実施の形態に係る画素構造によれば、飽和電荷量を増大させつつ、暗電流の悪化を抑制することができる。
【００５０】
＜共有画素トランジスタの配置例＞
図４は、画素アレイ部３内の共有画素トランジスタの配置例を示している。
【００５１】
先に示した図２および図３のBにおいて、１つの共有単位における共有画素トランジスタTr1乃至Tr3の配置例を示したが、図４のAおよびBは、複数の共有単位が配列される際の共有画素トランジスタTr1乃至Tr3の配置例を示している。
【００５２】
複数の共有画素トランジスタTr1乃至Tr3の配置は、図４のAに示されるように、図２のBに示した配置を、水平方向および垂直方向に順次繰り返した配置としてもよいし、図４のBに示されるように、垂直方向に隣接する画素行どうしの共有画素トランジスタTr1乃至Tr3が、垂直方向に鏡面対称となるように配置してもよい。あるいはまた、複数の共有画素トランジスタTr1乃至Tr3の配置は、図４のAおよびB以外の配置方法でもよい。
【００５３】
＜第１実施の形態の変形例＞
図５は、第１実施の形態に係る画素構造の変形例を示している。図５において、図２および図３と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略し、異なる部分に着目して説明する。
【００５４】
図５のAは、第１実施の形態に係る画素２の第１変形例の断面図である。
【００５５】
図２のAおよびBを参照して説明したように、２×２の４画素のPDの外周部であって、共有単位どうしの境界部には画素分離部５１が形成され、画素分離部５１の材料には、例えば、ポリシリコンまたは酸化膜（SiO2）が用いられる。
【００５６】
これに対して、図５のAに示される第１変形例では、画素分離部５１が、ポリシリコン８１と酸化膜８２の２層により形成されている。
【００５７】
また、図２のAおよびBでは、画素分離部５１の側壁に形成されるP型不純物領域６１が、画素分離部５１と同様に半導体基板１２を貫通していたのに対して、図５のAでは、N型不純物領域６３と同じ基板深さとなっている。
【００５８】
第１変形例は、画素分離部５１の構成と、N型不純物領域６３の基板深さが異なる点以外は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００５９】
図５のBは、第１実施の形態に係る画素２の第２変形例の断面図である。
【００６０】
図５のBの第２変形例は、第１変形例と同じ変更点に加えて、画素境界部の基板表面側界面に形成されたSTI６４の外周部にもP型不純物領域６１が形成されている点が異なる。  
【００６１】
画素境界部については、図５のAおよびBのような構造も可能である。
【００６２】
＜３．第１実施の形態の製造方法＞
次に、図６および図７を参照して、第１実施の形態に係る画素２の製造方法について説明する。なお、図６および図７では、図５のBに示した第２変形例の画素構造の製造方法について説明する。
【００６３】
初めに、図６のAに示されるように、半導体として例えばシリコン（Si）を用いた半導体基板１２の裏面側の界面近傍領域に、ボロン（B）などのP型不純物をイオン注入することにより、P型不純物領域５２が形成される。
【００６４】
次に、図６のBに示されるように、リン（P）やなどのN型不純物をイオン注入することにより、埋め込みPDのN型不純物領域４４および４５が形成され、さらに、ボロン（B）などのP型不純物をイオン注入することにより、P型不純物領域４６が形成される。N型不純物領域４５は、上述したように、N型不純物領域４４よりも不純物濃度が高く調整される。
【００６５】
次に、図６のCに示されるように、エピタキシャル成長により、シリコン層１０１が形成された後、図６のDに示されるように、画素境界部に、STI６４が形成される。
【００６６】
次に、図７のAに示されるように、画素境界部のSTI６４の下層に、ポリシリコン８１と酸化膜８２の２層からなる画素分離部５１や、表面PD横のPN接合領域であるP型不純物領域６１およびN型不純物領域６２、埋め込みPD横のPN接合領域であるP型不純物領域６１およびN型不純物領域６３が形成される。このSTI６４下層の画素境界部の形成方法は、図８乃至図１０を参照して後述する。
【００６７】
次に、図７のBに示されるように、エピタキシャル成長により形成したシリコン層１０１に対するN型不純物のイオン注入により、表面PDのN型不純物領域４１が形成された後、P型不純物のイオン注入により、STI６４の周囲に、P型不純物領域６１が形成される。
【００６８】
次に、図７のCに示されるように、縦型の転送トランジスタ４８が形成された後、図７のDに示されるように、半導体基板１２の表面側界面に近傍領域に、N型不純物のイオン注入、および、P型不純物のイオン注入を行うことにより、N型不純物領域４２、および、P型不純物領域４３が形成される。
【００６９】
さらに、図７のDに示されるように、転送トランジスタ４８近傍の基板表面側界面に、FD４７が、N型不純物のイオン注入により形成される。なお、転送トランジスタ４８のゲート電極側面にサイドウォールを形成する場合には、FD４７を形成する前に、サイドウォールが形成される。
【００７０】
図７のDの工程の後、半導体基板１２の表面側の多層配線層が形成されたり、共有単位内の画素境界部に、半導体基板１２の表面側からトレンチが形成されて、PD分離用のRDTI７１が形成される。
【００７１】
＜第１の形成方法＞
次に、図７のAに示した画素境界部のSTI６４の下層に、画素分離部５１やPN接合領域を形成する工程の詳細について説明する。
【００７２】
初めに、図８および図９を参照して、STI６４の下層に、画素分離部５１およびPN接合領域を有する画素境界部の第１の形成方法について説明する。
【００７３】
図８のAに示されるように、エピタキシャル成長により形成したシリコン層１０１の上面全体に、LP-TEOS等のシリコン酸化膜１２１が形成される。図８のAは、図６のDに示したSTI６４形成後の状態に、シリコン酸化膜１２１を形成した状態を示している。
【００７４】
次に、図８のBに示されるように、シリコン酸化膜１２１の上面に、レジスト１２２が成膜され、STI６４上部の所定領域のみ開口される。そして、ドライエッチングにより、レジスト１２２の開口領域より下の、シリコン酸化膜１２１、STI６４、および、シリコン層１０１が除去され、ディープトレンチ１２３が形成される。ディープトレンチ１２３の幅は、STI６４よりも狭く、深さは、エッチングプロセスばらつきを考慮しても、その下のP型不純物領域４６に到達しない深さであり、かつ、後述する図８のDの固相拡散工程において、N型不純物がその下のP型不純物領域４６まで拡散して、P型不純物領域４６の実効不純物濃度が所望の濃度より薄くならない深さに設定される。ディープトレンチ１２３が形成される平面領域は、図２のBに示した画素分離部５１に対応した領域となる。
【００７５】
次に、図８のCに示されるように、レジスト１２２が除去された後、例えばALD法 (Atomic Layer Deposition法)を用いて、リン(P)を含んだシリコン酸化膜（以下、PSG膜と称する。）１２４が、半導体基板１２の表面に堆積される。その結果、半導体基板１２の表面だけでなく、ディープトレンチ１２３の側面と底面にも、PSG膜１２４が形成される。その後、半導体基板１２に対して熱処理（アニール）が施されることにより、PSG膜１２４とシリコン層１０１が接触している領域において、PSG膜１２４のリンが固相拡散され、N型不純物領域６２が形成される。
【００７６】
次に、図８のDに示されるように、例えば、フッ酸を用いたウエットエッチングを用いて、PSG膜１２４が除去される。ディープトレンチ１２３の側壁のN型不純物領域６２の光入射面側の端部と、P型不純物領域４６との基板深さ方向との間隔が、図２に示した所定の間隔D1に相当する。
【００７７】
次に、図８のEに示されるように、例えばドライエッチングを用いて、ディープトレンチ１２３の底面が深さ方向にさらに掘り込まれ、深く掘り込まれたディープトレンチ１２３の側面および底面と、半導体基板１２の表面に、PSG膜１２５が再び形成される。ディープトレンチ１２３の深さは、エッチングプロセスばらつきを考慮しても、基板裏面側のP型不純物領域５２に到達しない深さであり、かつ、後述する図９のAの固相拡散工程において、N型不純物がその下のP型不純物領域５２まで拡散して、P型不純物領域５２の実効不純物濃度が所望の濃度より薄くならない深さに設定される。
【００７８】
次に、図８のFに示されるように、半導体基板１２上面全体にレジスト１３１を塗布して、ディープトレンチ１２３の内部にレジスト１３１を埋め込んだ後、全面ドライエッチングにより、ディープトレンチ１２３の所望の深さまでレジスト１３１が除去される。後退された後のレジスト１３１の深さは、P型不純物領域４６よりも深い位置であり、この後の熱処理やプロセストータル熱処理の工程によって、N型不純物がP型不純物領域４６まで拡散してP型の実効濃度が所望の濃度より薄くならない深さに設定される。
【００７９】
次に、図９のAに示されるように、図８のFに示した後退後のレジスト１３１で塞がれている部分のPSG膜１２５だけが残るように、ウェット処理により、レジスト１３１より上側のPSG膜１２５が除去された後、レジスト１３１も剥離される。その後、半導体基板１２に対して熱処理（アニール）が施されることにより、PSG膜１２５とN型不純物領域４４が接触している領域において、PSG膜１２５のリンが固相拡散され、N型不純物領域６３が形成される。
【００８０】
次に、図９のBに示されるように、PSG膜１２５を除去した後、熱処理を追加して行うことにより、N型不純物であるリンが拡散されて、N型不純物領域６２とN型不純物領域６３が横方向に拡がる。
【００８１】
次に、図９のCに示されるように、例えばALD法 (Atomic Layer Deposition法)を用いて、ボロン（B）を含んだシリコン酸化膜（以下、BSG膜と称する。）１３２が、半導体基板１２の表面に堆積される。その結果、半導体基板１２の表面だけでなく、ディープトレンチ１２３の側面と底面にも、BSG膜１３２が形成される。その後、半導体基板１２に対して熱処理（アニール）が施されることにより、図９のDに示されるよう、BSG膜１３２とN型不純物領域またはP型不純物領域が接触している領域において、BSG膜１３２のボロンが固相拡散され、P型不純物領域６１が形成される。
【００８２】
次に、図９のEに示されるように、BSG膜１３２がウェット処理により剥離された後、ディープトレンチ１２３の底面が、半導体基板１２を貫通するまで、深さ方向にさらに掘り込まれる。
【００８３】
図９のEにおいて、ディープトレンチ１２３の側壁のN型不純物領域６３の光入射面側の端部と、基板裏面側界面近傍のP型不純物領域５２との基板深さ方向の間隔が、図２に示した所定の間隔D2に相当する。この間隔D2は、図８のDの間隔D1よりも広く設定される。ディープトレンチ１２３は半導体基板１２の表面側からエッチングにより形成するので、より深い基板位置となる間隔D2を形成する方がエッチングのバラツキ量が大きい。この間隔D2を、間隔D1よりも広く設計することで、エッチングのバラツキ量を考慮しても、P型不純物領域５２に接しないように調整することができる。
【００８４】
次に、図９のFに示されるように、画素分離部５１を構成する酸化膜８２とポリシリコン８１が、その順で形成され、STI６４の所定の深さまでエッチバックされる。
【００８５】
次に、図９のGに示されるように、画素分離部５１の上部に酸化膜を埋め込み、CMPで平坦化することにより、画素分離部５１がSTI６４で塞がれた状態となる。図９のGは、図７のAの状態に相当する。
【００８６】
以上の画素境界部の第１の形成方法によれば、ディープトレンチ１２３の側壁のP型不純物領域６１と、N型不純物領域６２および６３を、固相拡散を用いてセルフアラインで形成することができる。N型不純物領域６２および６３の形成では、２回のN型不純物の固相拡散が実行される。１回目の固相拡散は、PSG膜１２４を用いて表面PDの深さ領域で行われ、２回目の固相拡散は、PSG膜１２５を用いて埋め込みPDの深さ領域で行われる。
【００８７】
第１の形成方法の埋め込みPDの深さ領域で行われる２回目の固相拡散では、PSG膜１２５が、埋め込みPDの深さ領域部分のみ残るように形成されることで、埋め込みPDの深さ領域部分のみで固相拡散が行われる。
【００８８】
＜第２の形成方法＞
次に、図１０を参照して、STI６４の下層に、画素分離部５１およびPN接合領域を有する画素境界部の第２の形成方法について説明する。
【００８９】
図１０のAは、第１の形成方法の図８のDと同じ状態である。図１０のAまでの工程は、第１の形成方法の図８のA乃至Dを参照して説明した工程と同様であるので、その説明は省略する。
【００９０】
図１０のAに示されるように、エピタキシャル成長により形成されたシリコン層１０１に対してディープトレンチ１２３が形成され、N型不純物領域６２が形成される。
【００９１】
次に、図１０のBに示されるように、例えばドライエッチングを用いて、ディープトレンチ１２３の底面が深さ方向にさらに掘り込まれ、深く掘り込まれたディープトレンチ１２３の側面および底面と、半導体基板１２の表面に、保護膜１４１が形成される。ディープトレンチ１２３の深さは、エッチングプロセスばらつきを考慮しても、基板表面側のP型不純物領域５２に到達しない深さであり、かつ、後述する図１０のDの熱処理やプロセストータル熱処理の工程によって、N型不純物がその下のP型不純物領域５２まで拡散して、P型不純物領域５２の実効不純物濃度が所望の濃度より薄くならない深さに設定される。
【００９２】
次に、図１０のCに示されるように、固相拡散させない領域のみ保護膜１４１が残るように、ウェット処理により保護膜１４１が除去される。具体的には、P型不純物領域４６よりも深い位置の保護膜１４１が除去される。
【００９３】
次に、図１０のDに示されるように、深く掘り込まれたディープトレンチ１２３の側面および底面と、半導体基板１２の表面に、PSG膜１４２が形成された後、半導体基板１２に対して熱処理が施されることにより、PSG膜１４２とN型不純物領域４４が接触している領域において、PSG膜１４２のリンが固相拡散され、N型不純物領域６３が形成される。
【００９４】
次に、図１０のEに示されるように、ウェット処理によりPSG膜１４２と保護膜１４１が除去された後、熱処理を追加して行うことにより、図１０のFに示されるように、N型不純物であるリンが拡散されて、N型不純物領域６２とN型不純物領域６３が横方向に拡がる。
【００９５】
図１０のFは、第１の形成方法で示した図９のBと同じであり、これ以降の工程は、第１の形成方法と同様であるので、その説明は省略する。
【００９６】
以上の画素境界部の第２の形成方法においても、ディープトレンチ１２３の側壁のP型不純物領域６１と、N型不純物領域６２および６３を、固相拡散を用いてセルフアラインで形成することができる。N型不純物領域６２および６３の形成では、２回のN型不純物の固相拡散が実行される。１回目の固相拡散は、PSG膜１２４を用いて表面PDの深さ領域で行われ、２回目の固相拡散は、PSG膜１２５を用いて埋め込みPDの深さ領域で行われる。
【００９７】
第２の形成方法の埋め込みPDの深さ領域で行われる２回目の固相拡散では、PSG膜１２５が、ディープトレンチ１２３の最上部から最底部まで形成されるが、埋め込みPDの深さ領域部分以外は、保護膜１４１で保護されることで、埋め込みPDの深さ領域部分のみで固相拡散が行われる。
【００９８】
＜４．画素の第２実施の形態＞
図１１は、第２実施の形態に係る画素２の断面図および平面図を示している。
【００９９】
なお、図１１乃至図１５を参照して説明する第２乃至第５実施の形態においては、第１実施の形態と対応する部分については同一の符号を付すこととして、その説明は適宜省略し、異なる部分に着目して説明する。
【０１００】
図１１のAは、第２実施の形態に係る画素２の断面図であり、図１１のBは、第２実施の形態に係る画素２が縦方向および横方向にそれぞれ２個配列された２×２の４画素相当の平面図である。
【０１０１】
図１１のAは、図１１のBにおけるB-B’線における断面図に相当する。
【０１０２】
第２実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、図１１のAと図３のAを比較して分かるように、第１の実施の形態における転送トランジスタ４８が、基板深さ方向に延びた縦ゲート電極部４８Vを持たない転送トランジスタ（のゲート電極）１６１に置き換えられた点である。また、埋め込みPDのN型不純物領域４４’が、表面PDのN型不純物領域４１を貫通して、半導体基板１２の界面に接するように、転送トランジスタ１６１の下面まで形成されている。
【０１０３】
N型不純物領域４４’の不純物濃度は、N型不純物領域４５以下の深い領域よりも、転送トランジスタ１６１直下の界面近傍領域の方が高濃度に設定されており、N型不純物領域４４’内において、N型不純物領域４５近傍から転送トランジスタ１６１へ向かう方向に形成された電位勾配によって、入射光の光電変換によって発生した電荷を転送しやすく構成されている。
【０１０４】
第１の実施の形態のように、縦型の転送トランジスタ４８で構成した場合には、埋め込みPDのN型不純物領域４４が、基板表面界面から深い位置にあっても、蓄積された電荷を確実に転送することができる。第２実施の形態のように、縦ゲート電極部４８Vを持たない転送トランジスタ１６１とした場合には、ノイズ、白点の発生を抑えやすく、工程数も削減できる。
【０１０５】
＜５．画素の第３実施の形態＞
図１２は、第３実施の形態に係る画素２の断面図および平面図を示している。
【０１０６】
図１２のAは、第３実施の形態に係る画素２の断面図であり、図１２のBは、第３実施の形態に係る画素２が縦方向および横方向にそれぞれ２個配列された２×２の４画素相当の平面図である。
【０１０７】
図１２のAは、図１２のBにおけるC-C’線における断面図に相当する。
【０１０８】
図１２の第３実施の形態は、表面PDを構成するN型不純物領域４１内に、P型不純物領域１７１とN型不純物領域１７２とからなる３次元的なPN接合領域（以下、３次元PN接合領域と称する。）が、複数、新たに形成されている点が、図２の第１の実施の形態と異なる。３次元PN接合領域は、P型不純物領域とN型不純物領域の接合領域が、平面領域ではなく、直方体の構成面の２面以上の領域で形成されていることを表す。
【０１０９】
図１２の例では、P型不純物領域１７１−１とN型不純物領域１７２−１の３次元PN接合領域、P型不純物領域１７１−２とN型不純物領域１７２−２の３次元PN接合領域、P型不純物領域１７１−３とN型不純物領域１７２−３の３次元PN接合領域の、３つの３次元PN接合領域が形成されているが、３次元PN接合領域の個数は３つに限定されず、１個、２個、または、４個以上でもよい。P型不純物領域１７１とN型不純物領域１７２とからなる３次元PN接合領域は、N型不純物領域４１を介して離れて配置されている。３次元PN接合領域は、イオン注入により形成することができる。
【０１１０】
このように、表面PDを構成するN型不純物領域４１内に、３次元PN接合領域を１つ以上形成することにより、さらに多くの電荷を蓄積することができ、１画素当たりの飽和電荷量を増大させることができる。
【０１１１】
＜６．画素の第４実施の形態＞
図１３は、第４実施の形態に係る画素２の断面図および平面図を示している。
【０１１２】
図１３のAは、第４実施の形態に係る画素２の断面図であり、図１３のBは、第４実施の形態に係る画素２が縦方向および横方向にそれぞれ２個配列された２×２の４画素相当の平面図である。ただし、図１３のBにおいて、PD領域については、表面PDではなく、埋め込みPDの平面図を示している。
【０１１３】
図１３のAは、図１３のBにおけるC-C’線における断面図に相当する。
【０１１４】
図１３の第４実施の形態は、埋め込みPDを構成するN型不純物領域４４内に、P型不純物領域１８１とN型不純物領域１８２とからなる３次元PN接合領域が、複数、新たに形成されている点が、図２の第１の実施の形態と異なる。
【０１１５】
図１３の例では、P型不純物領域１８１−１とN型不純物領域１８２−１の３次元PN接合領域、P型不純物領域１８１−２とN型不純物領域１８２−２の３次元PN接合領域、P型不純物領域１８１−３とN型不純物領域１８２−３の３次元PN接合領域の、３つの３次元PN接合領域が形成されているが、３次元PN接合領域の個数は３つに限定されず、１個、２個、または、４個以上でもよい。P型不純物領域１８１とN型不純物領域１８２とからなる３次元PN接合領域は、N型不純物領域４４を介して離れて配置されている。３次元PN接合領域は、イオン注入により形成することができる。
【０１１６】
このように、埋め込みPDを構成するN型不純物領域４４内に、３次元PN接合領域を１つ以上形成することにより、さらに多くの電荷を蓄積することができ、１画素当たりの飽和電荷量を増大させることができる。
【０１１７】
なお、３次元PN接合領域の個数だけでなく、配置場所についても、図１３の例に限定されない。図１３のBに示したように、横方向に長い櫛歯形状でもよいし、例えば、図１４のBに示されるように、縦方向に長い櫛歯形状でもよい。さらには、平面図で見た形状が、縦長形状に限らず、アイランド形状（ドット形状）でもよい。図１２に示した第３実施の形態の３次元PN接合領域においても同様である。
【０１１８】
また、図１２に示した第３実施の形態と図１３および図１４に示した第４実施の形態の組み合わせも可能である。すなわち、表面PDを構成するN型不純物領域４１内の３次元PN接合領域と、埋め込みPDを構成するN型不純物領域４４内の３次元PN接合領域の両方を備える構造も可能である。
【０１１９】
＜７．画素の第５実施の形態＞
図１５は、第５実施の形態に係る画素２の断面図および平面図を示している。
【０１２０】
図１５のAは、第５実施の形態に係る画素２の断面図であり、図１５のBは、第５実施の形態に係る画素２が縦方向および横方向にそれぞれ２個配列された２×２の４画素相当の平面図である。
【０１２１】
図１５のAは、図１５のBにおけるB-B’線における断面図に相当する。
【０１２２】
図２の第１の実施の形態では、埋め込みPDを構成するN型不純物領域４４内に、N型不純物領域４５とP型不純物領域４６とからなる、半導体基板１２の光入射面に平行な平面方向の平面方向PN接合領域と、画素分離部５１の側壁に形成されたP型不純物領域６１とN型不純物領域６３とからなる、光入射面に垂直な平面方向の垂直方向PN接合領域が、それぞれ１つずつ形成されていた。
【０１２３】
これに対して、図１５の第５実施の形態では、図１５のAに示されるように、埋め込みPDを構成するN型不純物領域４４内に、平面方向PN接合領域と垂直方向PN接合領域が、基板深さ方向に２層形成されている。
【０１２４】
より具体的には、N型不純物領域４４内の略上側半分の領域内に、N型不純物領域４５−１とP型不純物領域４６−１とからなる第１の平面方向PN接合領域と、P型不純物領域６１とN型不純物領域６３−１とからなる第１の垂直方向PN接合領域が形成されている。また、N型不純物領域４４内の略下側半分の領域内に、N型不純物領域４５−２とP型不純物領域４６−２とからなる第２の平面方向PN接合領域と、P型不純物領域６１とN型不純物領域６３−２とからなる第２の垂直方向PN接合領域が形成されている。ここで、第１の垂直方向PN接合領域を構成するN型不純物領域６３−１の光入射面側の端部は、その下層のP型不純物領域４６−２に対して、基板深さ方向に所定の間隔D3だけ離れて形成されている。
【０１２５】
さらに、２層の平面方向PN接合領域と垂直方向PN接合領域に応じて、第１実施の形態の転送トランジスタ４８の縦ゲート電極部４８Vが、縦ゲート電極部４８V’に変更された転送トランジスタ４８’とされている。すなわち、転送トランジスタ４８’は、より下層の電荷蓄積領域である第２の平面方向PN接合領域のN型不純物領域４５−２に到達する深さまで、縦ゲート電極部４８V’が長く（深く）形成されている。平面方向PN接合領域は、イオン注入を２層行うことにより形成することができる。
【０１２６】
なお、図１５の例は、平面方向PN接合領域と垂直方向PN接合領域を２層形成した例であるが、３層以上に形成してもよい。
【０１２７】
このように、埋め込みPDを構成するN型不純物領域４４内に、平面方向PN接合領域と垂直方向PN接合領域を複数層形成することにより、さらに多くの電荷を蓄積することができ、１画素当たりの飽和電荷量を増大させることができる。
【０１２８】
第１乃至第５実施の形態に係る画素２を有する固体撮像装置１によれば、基板深さ方向に積層された表面PDと埋め込みPDの２段の光電変換部と、基板平面方向の平面方向PN接合領域の電荷蓄積領域と、画素分離部５１の側壁に形成された垂直方向PN接合領域の電荷蓄積領域とを備えることで、飽和電荷量を増大させつつ、暗電流の悪化を抑制した固体撮像装置を用いることができる。
【０１２９】
＜８．イメージセンサの使用例＞
図１６は、上述の固体撮像装置１を用いたイメージセンサの使用例を示す図である。
【０１３０】
上述の固体撮像装置１を用いたイメージセンサは、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様々なケースに使用することができる。
【０１３１】
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・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
・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、TV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
・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
・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
・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
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・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
【０１３２】
＜９．電子機器への適用例＞
本技術は、イメージセンサへの適用に限られるものではない。即ち、本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像装置は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１３３】
図１７は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【０１３４】
図１７の撮像装置３００は、レンズ群などからなる光学部３０１、図１の固体撮像装置１の構成が採用される固体撮像装置（撮像デバイス）３０２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路３０３を備える。また、撮像装置３００は、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７、および電源部３０８も備える。DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７および電源部３０８は、バスライン３０９を介して相互に接続されている。
【０１３５】
光学部３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像装置３０２の撮像面上に結像する。固体撮像装置３０２は、光学部３０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置３０２として、図１の固体撮像装置１、即ち、基板深さ方向に積層された表面PDと埋め込みPDの２段の光電変換部と、基板平面方向の平面方向PN接合領域の電荷蓄積領域と、画素分離部５１の側壁に形成された垂直方向PN接合領域の電荷蓄積領域とを備える固体撮像装置が採用されている。
【０１３６】
表示部３０５は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の薄型ディスプレイで構成され、固体撮像装置３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部３０６は、固体撮像装置３０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
【０１３７】
操作部３０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置３００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部３０８は、DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６および操作部３０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【０１３８】
上述したように、固体撮像装置３０２として、上述した各実施の形態のいずれかを適用した固体撮像装置１を用いることで、飽和電荷量を増大させつつ、暗電流の悪化を抑制することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置１００においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
【０１３９】
＜１０．体内情報取得システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムに適用されてもよい。
【０１４０】
図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【０１４１】
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
【０１４２】
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
【０１４３】
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
【０１４４】
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
【０１４５】
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
【０１４６】
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
【０１４７】
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
【０１４８】
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
【０１４９】
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
【０１５０】
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
【０１５１】
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
【０１５２】
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図１８では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
【０１５３】
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
【０１５４】
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ，ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
【０１５５】
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Ｎｏｉｓｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）処理及び／若しくは手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
【０１５６】
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１０１１２に適用され得る。具体的には、撮像部１０１１２として、第１乃至第５実施の形態に係る画素を有する固体撮像装置１を適用することができる。撮像部１０１１２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、検査の精度が向上する。
【０１５７】
＜１１．内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１５８】
図１９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。
【０１５９】
図１９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１１６３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。
【０１６０】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１６３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。
【０１６１】
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１１６３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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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１１６３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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
図２０は、図１９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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、撮像部１１４０２として、第１乃至第５実施の形態に係る画素を有する固体撮像装置１を適用することができる。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができる。
【０１８９】
なお、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。
【０１９０】
＜１２．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。
【０１９１】
図２１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。
【０１９２】
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２１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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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２１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。
【０２０２】
図２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２０３】
図２２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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
なお、図２２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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、撮像部１２０３１として、第１乃至第５実施の形態に係る画素を有する固体撮像装置１を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、より見やすい撮影画像を得ることができる。また、得られた撮影画像を用いて、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
【０２１１】
上述した例では、第１導電型をN型、第２導電型をP型として、電子を信号電荷とした固体撮像装置について説明したが、本技術は正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも適用することができる。すなわち、第１導電型をP型とし、第２導電型をN型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。
【０２１２】
また、本技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やX線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【０２１３】
また、本技術は、固体撮像装置に限らず、他の半導体集積回路を有する半導体装置全般に対して適用可能である。
【０２１４】
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２１５】
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
【０２１６】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
【０２１７】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
基板の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部と、
前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部と、
隣接画素との境界部に形成された、前記基板を貫通する画素分離部と
を備え、
前記第1光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第２光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域は、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離れて配置され、
前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離れて配置されている
固体撮像装置。
（２）
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で生成された電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷を前記電荷保持部へ転送する転送トランジスタと
をさらに備え、
前記転送トランジスタは、前記基板の表面側から、前記第２光電変換部に到達するまで基板深さ方向に延びるゲート電極を備える縦型トランジスタで形成されている
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で生成された電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷を前記電荷保持部へ転送する転送トランジスタと
をさらに備え、
前記第２光電変換部を構成する前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の表面側界面に接している
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記電荷保持部は、複数の画素で共有され、
前記画素分離部は、共有単位どうしの前記境界部に形成されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５）
前記第２間隔は、前記第１間隔よりも広く形成されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記第１光電変換部を構成する前記第１導電型の不純物領域内に、２面以上のPN接合領域からなる３次元PN接合領域をさらに備える
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
前記第２光電変換部を構成する前記第１導電型の不純物領域内に、２面以上のPN接合領域からなる３次元PN接合領域をさらに備える
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記第２光電変換部は、前記第２平面方向PN接合領域と前記第２垂直方向PN接合領域それぞれを複数備える
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
複数の前記第２平面方向PN接合領域と前記第２垂直方向PN接合領域を、それぞれ、前記第1光電変換部に近い方から、第３平面方向PN接合領域と第３垂直方向PN接合領域、および、第４平面方向PN接合領域と第４垂直方向PN接合領域とすると、
前記第４平面方向PN接合領域の前記第２導電型の不純物領域は、前記第３垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域に対して、基板深さ方向に第３間隔だけ離れて配置されている
前記（８）に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記画素分離部は、ポリシリコンまたは酸化膜の一方または両方を含む
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
前記画素分離部は、基板表面側に、STIをさらに含む
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）
基板の光入射面側とは反対の表面側に第1光電変換部を形成し、
前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層して第２光電変換部を形成し、
隣接画素との境界部に、前記基板を貫通する画素分離部を形成し、
前記第1光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第２光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域を、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離して形成し、
前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域を、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離して形成する
固体撮像装置の製造方法。
（１３）
基板の光入射面側とは反対の表面側に形成された第1光電変換部と、
前記第１光電変換部に対して基板深さ方向に積層された第２光電変換部と、
隣接画素との境界部に形成された、前記基板を貫通する画素分離部と
を備え、
前記第1光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記基板の光入射面に平行な平面方向で接合された第1平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第1垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第２光電変換部は、
P型不純物領域とN型不純物領域が前記光入射面に平行な平面方向で接合された第２平面方向PN接合領域と、
前記画素分離部の側壁に沿って、前記光入射面に垂直な平面方向でP型不純物領域とN型不純物領域が接合された第２垂直方向PN接合領域と
を有し、
前記第1垂直方向PN接合領域の第１導電型の不純物領域は、前記第２平面方向PN接合領域の前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第１間隔だけ離れて配置され、
前記第２垂直方向PN接合領域の前記第１導電型の不純物領域は、前記基板の裏面側界面の前記第２導電型の不純物領域と基板深さ方向に第２間隔だけ離れて配置されている
固体撮像装置
を備える電子機器。
【符号の説明】
【０２１８】
１  固体撮像装置，  ２  画素，  ３  画素アレイ部，  １２  半導体基板  Tr1乃至Tr3  共有画素トランジスタ，  ４１，４２  N型不純物領域，  ４３  P型不純物領域，  ４４，４５  N型不純物領域，  ４６  P型不純物領域，  ４７  FD，  ４８  転送トランジスタ，  ５１  画素分離部，  ５２  P型不純物領域，  ６１  P型不純物領域，  ６２，６３  N型不純物領域，  ６４  STI，  ８１  ポリシリコン，  ８２  酸化膜，  １７１  P型不純物領域，  １７２  N型不純物領域，  １８１  P型不純物領域，  １８２  N型不純物領域，  ３００  撮像装置，  ３０２  固体撮像装置
【図１】
2019165136.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019165136.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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