(57)【要約】  中央部の素子領域および前記素子領域の外側の周辺領域が設けられた素子基板と、前記素子基板に対向する読出回路基板とを備え、前記素子基板は、前記素子領域に設けられ、化合物半導体材料を含む第１半導体層と、前記第１半導体層と前記読出回路基板との間に設けられ、前記第１半導体層と前記読出回路基板とを電気的に接続する配線層と、前記配線層と前記第１半導体層との間に設けられた第１パッシベーション膜と、前記第１半導体層を間にして前記第１パッシベーション膜に対向する第２パッシベーション膜とを含み、前記素子基板の前記周辺領域は、前記読出回路基板との接合面を有する半導体素子。
2020080124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部の素子領域および前記素子領域の外側の周辺領域が設けられた素子基板と、
前記素子基板に対向する読出回路基板とを備え、
前記素子基板は、
前記素子領域に設けられ、化合物半導体材料を含む第１半導体層と、
前記第１半導体層と前記読出回路基板との間に設けられ、前記第１半導体層と前記読出回路基板とを電気的に接続する配線層と、
前記配線層と前記第１半導体層との間に設けられた第１パッシベーション膜と、
前記第１半導体層を間にして前記第１パッシベーション膜に対向する第２パッシベーション膜とを含み、
前記素子基板の前記周辺領域は、前記読出回路基板との接合面を有する
半導体素子。
【請求項２】
前記素子基板は、更に、
少なくとも前記周辺領域に設けられ、前記第１半導体層を囲む埋込層と、
前記埋込層と前記第１半導体層との間に設けられた第３パッシベーション膜とを含む
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第３パッシベーション膜と前記第１パッシベーション膜とは連続して設けられている
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第３パッシベーション膜は、前記第１パッシベーション膜に接している
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記埋込層は、
第１埋込層と、
前記第１埋込層と前記読出回路基板との間、および前記第１半導体層と前記配線層との間に設けられた第２埋込層とを含む
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記第１パッシベーション膜は、前記素子領域および前記周辺領域にわたって延在し、前記第１埋込層と前記第２埋込層との間に設けられている
請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記素子基板は、更に、
前記第１半導体層と前記配線層との間に設けられ、前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
前記第１半導体層を間にして前記第１電極に対向する第２電極とを含む
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記第１パッシベーション膜と前記第１半導体層との間に前記第１電極が設けられている
請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記第１パッシベーション膜は、前記第１電極が埋設された開口を有する
請求項７に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記素子基板は、更に、前記周辺領域に、前記第２電極と前記読出回路基板とを電気的に接続するための接続部を有する
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記接続部は、前記埋込層に設けられた溝により構成され、
前記溝は、前記素子領域を囲むように設けられている
請求項１０に記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記素子基板の前記素子領域は、前記周辺領域の前記接合面と同一平面上で、前記読出回路基板に接合されている
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記配線層は、前記周辺領域にも設けられている
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１４】
前記化合物半導体材料は、赤外領域の波長の光を吸収する
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記化合物半導体材料は、ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂおよびＨｇＣｄＴｅのうちのいずれか１つである
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１６】
更に、前記第１半導体層の前記読出回路基板との対向面とは反対面側に、オンチップレンズを有する
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１７】
更に、前記素子基板に積層して設けられるとともに、フォトダイオードを含む第２半導体層を有する
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１８】
化合物半導体材料を含む半導体層を形成し、
前記半導体層を仮基板に接合し、
前記半導体層を前記仮基板に接合した後、前記半導体層を覆う第１パッシベーション膜を形成し、
前記半導体層と前記仮基板との段差を埋める埋込層を形成し、
前記半導体層の前記仮基板との接合面と反対面に配線層を形成し、
前記配線層を間にして前記半導体層に読出回路基板を対向させ、前記配線層を介して前記半導体層と前記読出回路基板とを電気的に接続し、
前記半導体層に接合された前記仮基板を除去した後、前記半導体層を間にして前記第１パッシベーション膜に対向する第２パッシベーション膜を形成する
半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
更に、
前記第１パッシベーション膜に複数の開口を形成し、
前記複数の開口各々に、第１電極を埋設することを含む
請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
更に、前記半導体層に電気的に接続された第１電極を形成することを含み、
前記第１電極を形成した後、前記第１パッシベーション膜を形成する
請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば赤外線センサ等に用いられる半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤外領域に感度を有するイメージセンサ（赤外線センサ）が商品化されている。例えば、特許文献１に記載されているように、この赤外線センサに用いられる半導体素子では、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）等のIII−Ｖ族半導体を含む光電変換層が用いられ、この光電変換層において、赤外線が吸収されることで電荷が発生する（光電変換が行われる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１４−５２１２１６号公報
【発明の概要】
【０００４】
このような半導体素子では、III−Ｖ族半導体等の化合物半導体材料が、例えば水分等の外部からの影響を受け、信頼性が低下するおそれがある。
【０００５】
したがって、化合物半導体材料を保護し、信頼性の低下を抑えることが可能な半導体素子およびその製造方法を提供することが望ましい。
【０００６】
本開示の一実施の形態に係る半導体素子は、中央部の素子領域および素子領域の外側の周辺領域が設けられた素子基板と、素子基板に対向する読出回路基板とを備え、素子基板は、素子領域に設けられ、化合物半導体材料を含む第１半導体層と、第１半導体層と読出回路基板との間に設けられ、第１半導体層と読出回路基板とを電気的に接続する配線層と、配線層と第１半導体層との間に設けられた第１パッシベーション膜と、第１半導体層を間にして第１パッシベーション膜に対向する第２パッシベーション膜とを含み、素子基板の周辺領域は、読出回路基板との接合面を有するものである。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る半導体素子では、第１パッシベーション膜と第２パッシベーション膜との間に第１半導体層が設けられているので、少なくとも第１半導体層は、両面（配線層側の面および配線層と反対側の面）側から保護される。
【０００８】
本開示の一実施の形態に係る半導体素子の製造方法は、化合物半導体材料を含む半導体層を形成し、半導体層を仮基板に接合し、半導体層を仮基板に接合した後、半導体層を覆う第１パッシベーション膜を形成し、半導体層と仮基板との段差を埋める埋込層を形成し、半導体層の仮基板との接合面と反対面に配線層を形成し、配線層を間にして半導体層に読出回路基板を対向させ、配線層を介して半導体層と読出回路基板とを電気的に接続し、半導体層に接合された仮基板を除去した後、半導体層を間にして第１パッシベーション膜に対向する第２パッシベーション膜を形成するものである。
【０００９】
本開示の一実施の形態に係る半導体素子の製造方法では、第１半導体層を間にして対向する第１パッシベーション膜および第２パッシベーション膜を形成するので、少なくとも第１半導体層は、両面（配線層側の面および配線層と反対側の面）側から保護される。
【００１０】
尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本開示の第１の実施の形態に係る受光素子の概略構成を表す平面模式図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面構成を表す模式図である。
【図２】図１Ｂに示した接着層の構成の他の例（１）を表す断面模式図である。
【図３】図１Ｂに示した接着層の構成の他の例（２）を表す断面模式図である。
【図４】図１Ａに示した受光素子の平面構成の他の例を表す模式図である。
【図５Ａ】図１に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面模式図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに続く工程を表す断面模式図である。
【図６】図５Ｃの工程の一例を表す平面模式図である。
【図７】図６に示した半導体層の構成の他の例（１）を表す平面模式図である。
【図８Ａ】図６に示した半導体層の構成の他の例（２）を表す平面模式図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示したＢ−Ｂ線に沿った断面構成を表す模式図である。
【図９Ａ】図５Ｃに続く工程を表す断面模式図である。
【図９Ｂ】図９Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図１０Ａ】図９Ａに示した工程の平面構成の一例を表す模式図である。
【図１０Ｂ】図９Ｂに示した工程の平面構成の一例を表す模式図である。
【図１１Ａ】図９Ａに示した工程の平面構成の他の例（１）を表す模式図である。
【図１１Ｂ】図９Ｂに示した工程の平面構成の他の例（１）を表す模式図である。
【図１２Ａ】図９Ａに示した工程の平面構成の他の例（２）を表す模式図である。
【図１２Ｂ】図９Ｂに示した工程の平面構成の他の例（２）を表す模式図である。
【図１３】図９Ｂに示した工程の他の例（１）を表す断面模式図である。
【図１４】図９Ｂに示した工程の他の例（２）を表す断面模式図である。
【図１５Ａ】図９Ｂに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｂに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｃに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｄに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｅに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｇ】図１５Ｆに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｈ】図１５Ｇに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｉ】図１５Ｈに続く工程を表す断面模式図である。
【図１５Ｊ】図１５Ｉに続く工程を表す断面模式図である。
【図１６】変形例１に係る受光素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１７】図１６に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面模式図である。
【図１８】変形例２に係る受光素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１９】図１８に示した受光素子の他の例（１）を表す断面模式図である。
【図２０】図１８に示した受光素子の他の例（２）を表す断面模式図である。
【図２１】図１８等に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面模式図である。
【図２２】図２１に続く工程を表す断面模式図である。
【図２３】図２１に続く工程の他の例を表す断面模式図である。
【図２４Ａ】図２２に続く工程を表す断面模式図である。
【図２４Ｂ】図２４Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図２５】変形例３に係る受光素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２６】本開示の第２の実施の形態に係る受光素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２７】撮像素子を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。
【図２８】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２９】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３０】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３１】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３２】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】
【００１２】
以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（第１パッシベーション膜および第２パッシベーション膜を有する受光素子の例）
２．変形例１（第１パッシベーション膜が第１電極を間にして半導体層を覆う例）
３．変形例２（第１埋込層および第２埋込層を有する例）
４．変形例３（カラーフィルタおよびオンチップレンズを有する例）
４．第２の実施の形態（素子基板にシリコンを含む半導体層が積層された受光素子の例）
５．適用例１（撮像素子の例）
６．適用例２（電子機器の例）
７．応用例１（内視鏡手術システムへの応用例）
８．応用例２（移動体への応用例）
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１Ａ，図１Ｂは、本開示の第１の実施の形態に係る半導体素子（受光素子１）の模式的な構成を表したものである。図１Ａは、受光素子１の平面構成を表し、図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面構成を表している。この受光素子１は、例えばIII−Ｖ族半導体などの化合物半導体材料を用いた赤外線センサ等に適用されるものであり、例えば、可視領域（例えば３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満）〜短赤外領域（例えば７８０ｎｍ以上２４００ｎｍ未満）の波長の光に、光電変換機能を有している。この受光素子１には、例えば２次元配置された複数の受光単位領域Ｐ（画素Ｐ）が設けられている（図１Ｂ）。
【００１４】
受光素子１は、中央部の素子領域Ｒ１と、素子領域Ｒ１の外側に設けられ、素子領域Ｒ１を囲む周辺領域Ｒ２とを有している（図１Ａ）。受光素子１は、素子領域Ｒ１から周辺領域Ｒ２にわたって設けられた導電膜１５Ｂを有している。この導電膜１５Ｂは、素子領域Ｒ１の中央部に対向する領域に開口を有している。
【００１５】
受光素子１は、素子基板１０および読出回路基板２０の積層構造を有している（図１Ｂ）。素子基板１０の一方の面は光入射面（光入射面Ｓ１）であり、光入射面Ｓ１と反対の面（他方の面）が、読出回路基板２０との接合面（接合面Ｓ２）である。
【００１６】
素子基板１０は、読出回路基板２０に近い位置にから、配線層１０Ｗ、第１電極１１、半導体層１０Ｓ（第１半導体層）、第２電極１５およびパッシベーション膜１６をこの順に有している。半導体層１０Ｓの配線層１０Ｗとの対向面および端面（側面）は、パッシベーション膜１７により覆われている。ここで、パッシベーション膜１７が、本開示の「第１パッシベーション膜」および「第３パッシベーション膜」の一具体例に対応し、パッシベーション膜１６が、本開示の「第２パッシベーション膜」の一具体例に対応する。
【００１７】
読出回路基板２０は、いわゆるＲＯＩＣ（Readout integrated circuit）であり、素子基板１０の接合面Ｓ２に接する配線層２０Ｗおよび多層配線層２２Ｃと、この配線層２０Ｗおよび多層配線層２２Ｃを間にして素子基板１０に対向する半導体基板２１とを有している。
【００１８】
素子基板１０は素子領域Ｒ１に半導体層１０Ｓを有している。換言すれば、半導体層１０Ｓが設けられた領域が、受光素子１の素子領域Ｒ１である。素子領域Ｒ１のうち、導電膜１５Ｂから露出された領域（導電膜１５Ｂの開口に対向する領域）が、受光領域である。素子領域Ｒ１のうち、導電膜１５Ｂで覆われた領域は、ＯＰＢ（Optical Black）領域Ｒ１Ｂである。ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂは、受光領域を囲むように設けられている。ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂは、黒レベルの画素信号を得るために用いられる。素子基板１０は、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２に、パッシベーション膜１７とともに埋込層１８を有している。周辺領域Ｒ２には、素子基板１０を貫通し、読出回路基板２０に達する穴Ｈ１，Ｈ２が設けられている。受光素子１では、素子基板１０の光入射面Ｓ１から、パッシベーション膜１６、第２電極１５および第２コンタクト層１４を介して半導体層１０Ｓに光が入射するようになっている。半導体層１０Ｓで光電変換された信号電荷は、第１電極１１および配線層１０Ｗを介して移動し、読出回路基板２０で読みだされる。以下、各部の構成について説明する。
【００１９】
配線層１０Ｗは、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２にわたって設けられ、読出回路基板２０との接合面Ｓ２を有している。受光素子１では、この素子基板１０の接合面Ｓ２が素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２に設けられ、例えば素子領域Ｒ１の接合面Ｓ２と周辺領域Ｒ２の接合面Ｓ２とは、同一平面を構成している。後述するように、受光素子１では、埋込層１８を設けることにより周辺領域Ｒ２の接合面Ｓ２が形成される。
【００２０】
配線層１０Ｗは、例えば層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂ中に、コンタクト電極１９Ｅおよびダミー電極１９ＥＤを有している。例えば、読出回路基板２０側に層間絶縁膜１９Ｂが、第１コンタクト層１２側に層間絶縁膜１９Ａが配置され、これら層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂが積層して設けられている。層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂは、例えば、無機絶縁材料により構成されている。この無機絶縁材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化ケイ素（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等が挙げられる。層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂを同一の無機絶縁材料により構成するようにしてもよい。
【００２１】
コンタクト電極１９Ｅは、例えば、素子領域Ｒ１に設けられている。このコンタクト電極１９Ｅは、第１電極１１と読出回路基板２０とを電気的に接続するためのものであり、素子領域Ｒ１に画素Ｐ毎に設けられている。隣り合うコンタクト電極１９Ｅは、埋込層１８および層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂにより電気的に分離されている。コンタクト電極１９Ｅは、例えば銅（Ｃｕ）パッドにより構成されており、接合面Ｓ２に露出されている。ダミー電極１９ＥＤは、例えば、周辺領域Ｒ２に設けられている。このダミー電極１９ＥＤは、後述の配線層２０Ｗのダミー電極２２ＥＤに接続されている。このダミー電極１９ＥＤおよびダミー電極２２ＥＤを設けることにより、周辺領域Ｒ２の強度を向上させることが可能となる。ダミー電極１９ＥＤは、例えば、コンタクト電極１９Ｅと同一工程で形成されている。ダミー電極１９ＥＤは、例えば銅（Ｃｕ）パッドにより構成されており、接合面Ｓ２に露出されている。
【００２２】
第１電極１１は、配線層１０Ｗと半導体層１０Ｓとの間、より具体的には、コンタクト電極１９Ｅと半導体層１０Ｓとの間に設けられている。この第１電極１１は、光電変換層１３で発生した信号電荷（正孔または電子、以下便宜上、信号電荷が正孔であるとして説明する。）を読みだすための電圧が供給される電極（アノード）であり、素子領域Ｒ１に画素Ｐ毎に設けられている。第１電極１１は、パッシベーション膜１７の開口に埋設されており、半導体層１０Ｓ（より具体的には、後述の拡散領域１２Ａ）に接している。第１電極１１は、例えば、パッシベーション膜１７の開口よりも大きく、第１電極１１の一部は、埋込層１８に設けられている。即ち、第１電極１１の上面（半導体層１０Ｓ側の面）は、拡散領域１２Ａに接し、第１電極１１の下面および側面の一部は埋込層１８に接している。隣り合う第１電極１１は、パッシベーション膜１７および埋込層１８により電気的に分離されている。
【００２３】
第１電極１１は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金により構成されている。第１電極１１は、このような構成材料の単膜であってもよく、あるいは、２種以上を組み合わせた積層膜であってもよい。例えば、第１電極１１は、チタンおよびタングステンの積層膜により構成されている。第１電極１１の厚みは、例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍである。
【００２４】
半導体層１０Ｓは、例えば、配線層１０Ｗに近い位置から、第１コンタクト層１２、光電変換層１３および第２コンタクト層１４を含んでいる。第１コンタクト層１２、光電変換層１３および第２コンタクト層１４は、互いに同じ平面形状を有し、各々の端面は、平面視で同じ位置に配置されている。
【００２５】
第１コンタクト層１２は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられ、パッシベーション膜１７と光電変換層１３との間に配置されている。第１コンタクト層１２は、隣り合う画素Ｐを電気的に分離するためのものであり、第１コンタクト層１２には、例えば複数の拡散領域１２Ａが設けられている。第１コンタクト層１２に、光電変換層１３を構成する化合物半導体材料のバンドギャップよりも大きなバンドギャップの化合物半導体材料を用いることにより、暗電流を抑えることも可能となる。第１コンタクト層１２には、例えばｎ型のＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
【００２６】
第１コンタクト層１２に設けられた拡散領域１２Ａは、互いに離間して配置されている。拡散領域１２Ａは、画素Ｐ毎に配置され、それぞれの拡散領域１２Ａに第１電極１１が接続されている。ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂにも拡散領域１２Ａが設けられている。拡散領域１２Ａは、光電変換層１３で発生した信号電荷を画素Ｐ毎に読み出すためのものであり、例えば、ｐ型不純物を含んでいる。ｐ型不純物としては、例えばＺｎ（亜鉛）等が挙げられる。このように、拡散領域１２Ａと、拡散領域１２Ａ以外の第１コンタクト層１２との間にｐｎ接合界面が形成され、隣り合う画素Ｐが電気的に分離されるようになっている。拡散領域１２Ａは、例えば第１コンタクト層１２の厚み方向に設けられ、光電変換層１３の厚み方向の一部にも設けられている。
【００２７】
第１電極１１と第２電極１５との間、より具体的には、第１コンタクト層１２と第２コンタクト層１４との間の光電変換層１３は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。この光電変換層１３は、所定の波長の光を吸収して、信号電荷を発生させるものであり、例えば、ｉ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体などの化合物半導体材料により構成されている。光電変換層１３を構成する化合物半導体材料としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素），ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン），ＩｎＡｓ（インジウム砒素），ＩｎＳｂ（インジムアンチモン）およびＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルル）等が挙げられる。Ｇｅ（ゲルマニウム）により光電変換層１３を構成するようにしてもよい。光電変換層１３では、例えば、可視領域から短赤外領域の波長の光の光電変換がなされるようになっている。
【００２８】
第２コンタクト層１４は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。この第２コンタクト層１４は、光電変換層１３と第２電極１５との間に設けられ、これらに接している。第２コンタクト層１４は、第２電極１５から排出される電荷が移動する領域であり、例えば、ｎ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。第２コンタクト層１４には、例えば、ｎ型のＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
【００２９】
第２電極１５は、例えば各画素Ｐに共通の電極として、第２コンタクト層１４上（光入射側）に、第２コンタクト層１４に接するように設けられている。第２電極１５は、光電変換層１３で発生した電荷のうち、信号電荷として用いられない電荷を排出するためのものである（カソード）。例えば、正孔が、信号電荷として第１電極１１から読み出される場合には、この第２電極１５を通じて例えば電子を排出することができる。第２電極１５は、例えば赤外線などの入射光を透過可能な導電膜により構成されている。第２電極１５には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＩＴｉＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＴｉＯ2）等を用いることができる。このような第２電極１５がパッシベーション機能を有していてもよい。パッシベーション機能とは、外部から半導体層１０Ｓへの影響を抑える保護機能であり、例えば、外部から半導体層１０Ｓへの水分の浸入を抑える機能（防湿機能）を含む。第２電極１５は、例えば、隣り合う画素Ｐを仕切るように、格子状に設けられていてもよい。この第２電極１５には、光透過性の低い導電材料を用いることが可能である。
【００３０】
パッシベーション膜１６は、第２電極１５を光入射面Ｓ１側から覆っており、半導体層１０Ｓを間にしてパッシベーション膜１７に対向している。このパッシベーション膜１６は、パッシベーション機能とともに、反射防止機能を有していてもよい。パッシベーション膜１６には、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化シリコン（ＳｉＯ2）および酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）等を用いることができる。パッシベーション膜１６の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。パッシベーション膜１６は、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂに開口１６Ｈを有している。開口１６Ｈは、例えば、受光領域を囲む額縁状に設けられている（図１Ａ）。開口１６Ｈは、例えば平面視で四角形状または円状の孔であってもよい。このパッシベーション膜１６の開口１６Ｈにより、第２電極１５に導電膜１５Ｂが電気的に接続されている。
【００３１】
パッシベーション膜１７は、例えば、半導体層１０Ｓに接して設けられている。このパッシベーション膜１７は、素子領域Ｒ１において第１コンタクト層１２（半導体層１０Ｓ）と配線層１０Ｗとの間に設けられるとともに、周辺領域Ｒ２の埋込層１８と半導体層１０Ｓとの間に設けられている。パッシベーション膜１７は、例えば、半導体層１０Ｓの配線層１０Ｗとの対向面と、半導体層１０Ｓ各層の端面とを連続して覆っている。半導体層１０Ｓ各層の端面は、全周にわたって（素子領域Ｒ１の縁全部にわたって）パッシベーション膜１７におおわれている。このパッシベーション膜１７は、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２にわたって設けられ、周辺領域Ｒ２では、パッシベーション膜１６に接している。
【００３２】
本実施の形態では、このように、パッシベーション膜１７とパッシベーション膜１６との間に半導体層１０Ｓが設けられている。したがって、半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面は、パッシベーション膜１７に保護され、半導体層１０Ｓの光入射面Ｓ１側の面がパッシベーション膜１６に保護される。これにより、例えば、水分の浸入等、外部から半導体層１０Ｓへの影響が抑えられる。また、パッシベーション膜１７が、半導体層１０Ｓの配線層１０Ｗとの対向面から連続して、半導体層１０Ｓ各層の端面を覆っているので、より効果的に半導体層１０Ｓを保護することができる。更に、このパッシベーション膜１７が、周辺領域Ｒ２でパッシベーション膜１６に接することにより、より半導体層１０Ｓの保護機能を高めることができる。
【００３３】
上記のように、パッシベーション膜１７は、第１コンタクト層１２と対向する領域に、第１電極１１が埋設された複数の開口を有している。このパッシベーション膜１７の開口では、第１電極１１により半導体層１０Ｓへの水分の浸入が抑えられる。
【００３４】
パッシベーション膜１７は、バッシベーション機能を有しており、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等により構成されている。パッシベーション膜１７は、酸化シリコン（ＳｉＯX）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の酸化物を含んで構成されていてもよい。複数の膜からなる積層構造によりパッシベーション膜１７を構成するようにしてもよい。パッシベーション膜１７は、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ），炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのシリコン（Ｓｉ）系絶縁材料により構成するようにしてもよい。パッシベーション膜１７の厚みは、例えば１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。
【００３５】
導電膜１５Ｂは、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂから周辺領域Ｒ２の穴Ｈ１にわたって設けられている。この導電膜１５Ｂは、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂに設けられたパッシベーション膜１６の開口１６Ｈで第２電極１５に接するとともに、穴Ｈ１を介して読出回路基板２０の配線（後述の配線２２ＣＢ）に接している。これにより、読出回路基板２０から導電膜１５Ｂを介して第２電極１５に電圧が供給されるようになっている。導電膜１５Ｂは、このような第２電極１５への電圧供給経路として機能するとともに、遮光膜としての機能を有し、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂを形成する。導電膜１５Ｂは、例えば、タングステン（Ｗ），アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），窒化チタン（ＴｉＮ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ）または銅（Ｃｕ）を含む金属材料により構成されている。このような導電膜１５Ｂがパッシベーション機能を有していてもよく、あるいは、導電膜１５Ｂ上にパッシベーション膜が設けられていてもよい。
【００３６】
第２コンタクト層１４の端部と第２電極１５との間に、接着層Ｂが設けられていてもよい。この接着層Ｂは、後述するように、受光素子１を形成する際に用いられるものであり、半導体層１０Ｓを仮基板（後述の図５Ｃの仮基板３３）に接合する役割を担っている。接着層Ｂは、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2）等により構成されている。接着層Ｂは、例えば、半導体層１０Ｓの端面よりも拡幅して設けられ、半導体層１０Ｓとともに、埋込層１８に覆われている。接着層Ｂと埋込層１８との間には、パッシベーション膜１７が設けられている。
【００３７】
図２および図３は、接着層Ｂの構成の他の例を表している。接着層Ｂは、周辺領域Ｒ２の広い領域にわたって設けられていてもよく、例えば、半導体層１０Ｓ（素子領域Ｒ１）の縁近傍から、穴Ｈ１と穴Ｈ２との間まで延在していてもよい（図２）。あるいは、接着層Ｂは、半導体層１０Ｓ（素子領域Ｒ１）の縁近傍から、チップ端（チップ端Ｅ）まで延在していてもよい。
【００３８】
埋込層１８は、受光素子１の製造工程で、仮基板（後述の図５Ｃの仮基板３３）と半導体層１０Ｓとの段差を埋めるためのものである。詳細は後述するが、本実施の形態では、この埋込層１８を形成するので、半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差に起因した製造工程の不具合の発生が抑えられる。
【００３９】
周辺領域Ｒ２の埋込層１８は、配線層１０Ｗとパッシベーション膜１７との間、および配線層１０Ｗとパッシベーション膜１６との間に設けられ、例えば、半導体層１０Ｓの厚み以上の厚みを有している。ここでは、この埋込層１８が半導体層１０Ｓを囲んで設けられているので、半導体層１０Ｓの周囲の領域（周辺領域Ｒ２）が形成される。これにより、この周辺領域Ｒ２に読出回路基板２０との接合面Ｓ２を設けることができるようになっている。周辺領域Ｒ２に接合面Ｓ２が形成されていれば、埋込層１８の厚みを小さくしてもよいが、埋込層１８が半導体層１０Ｓを厚み方向にわたって覆い、半導体層１０Ｓの端面全面が埋込層１８に覆われていることが好ましい。埋込層１８が、パッシベーション膜１７を介して半導体層１０Ｓの端面全面を覆うことにより、半導体層１０Ｓへの水分の浸入を効果的に抑えることができる。素子領域Ｒ１の埋込層１８は、第１電極１１を覆うように、半導体層１０Ｓと配線層１０Ｗとの間に設けられている。
【００４０】
接合面Ｓ２側の埋込層１８の面は平坦化されており、周辺領域Ｒ２では、この平坦化された埋込層１８の面に配線層１０Ｗが設けられている。埋込層１８には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯX），窒化シリコン（ＳｉＮ），酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ），炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の無機絶縁材料を用いることができる。
【００４１】
後述するように、受光素子１を製造する工程では、埋込層１８を形成した後、埋込層１８の上方に、層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂとコンタクト電極１９Ｅとを含む配線層１０Ｗが形成される（後述の図１５Ｄ）。この配線層１０Ｗを含む素子基板１０に、配線層２０Ｗを含む読出回路基板２０が貼り合わされて（後述の図１５Ｅ）受光素子１が形成される。このとき、配線層１０Ｗのコンタクト電極１９Ｅと、配線層２０Ｗのコンタクト電極２２Ｅとが接続される。コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅは、例えばＣｕパッドを有しており、このＣｕパッドの直接接合により、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅ接続されるようになっている。コンタクト電極１９ＥをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて形成するとき、研磨対象の銅膜の下方に配置された埋込層１８には、研磨時の応力に耐え得る硬度が求められる。また、コンタクト電極１９Ｅ，２２ＥのＣｕパッド同士を直接接合させるためには、素子基板１０および読出回路基板２０を極めて平坦に形成することが必要である。このため、銅膜の下方に配置される埋込層１８は、研磨時の応力に耐え得る硬度を有していることが好ましい。具体的には、埋込層１８の構成材料は、一般的な半導体パッケージにおいてダイの周囲に配置される封止剤や有機材料よりも硬度が高い材料であることが好ましい。このような高い硬度を有する材料としては、例えば、無機絶縁材料が挙げられる。この無機絶縁材料を、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法あるいはコーティング法で成膜することにより、埋込層１８を形成することができる。
【００４２】
周辺領域Ｒ２には、埋込層１８を貫通する穴Ｈ１，Ｈ２が設けられている。この穴Ｈ１，Ｈ２は、埋込層１８とともに、配線層１０Ｗを貫通し、読出回路基板２０に達している。穴Ｈ１，Ｈ２は、例えば、四角形状の平面形状を有し、素子領域Ｒ１を囲むように、各々複数の穴Ｈ１，Ｈ２が設けられている（図１Ａ）。穴Ｈ１は、穴Ｈ２よりも素子領域Ｒ１に近い位置に設けられており、穴Ｈ１の側壁および底面は、導電膜１５Ｂに覆われている。この穴Ｈ１は、第２電極１５（導電膜１５Ｂ）と読出回路基板２０の配線（後述の配線２２ＣＢ）とを接続するためのものであり、パッシベーション膜１６、埋込層１８および配線層１０Ｗを貫通して設けられている。穴Ｈ１に代えて、周辺領域Ｒ２に設けた溝（例えば、後述の図４の溝Ｇ）により、導電膜１５Ｂと読出回路基板２０の配線とを電気的に接続するようにしてもよい。
【００４３】
図４は、導電膜１５Ｂと読出回路基板２０の配線とを電気的に接続するための溝Ｇの平面構成の一例を表している。この溝Ｇは、素子領域Ｒ１を囲むように設けられている。即ち、溝Ｇは、お堀状に設けられている。溝Ｇは、穴Ｈ１と同様に、例えば、パッシベーション膜１６、埋込層１８および配線層１０Ｗを貫通して設けられ、溝Ｇの側面および底面には導電膜１５Ｂが設けられている。お堀状の溝Ｇを設けることにより、外部から半導体層１０Ｓへの影響をより効果的に抑えることができる。溝Ｇまたは穴Ｈ１が、本開示の「接続部」の一具体例に対応する。
【００４４】
穴Ｈ２は、例えば、穴Ｈ１（または溝Ｇ）よりもチップ端Ｅに近い位置に設けられている。この穴Ｈ２は、パッシベーション膜１６、埋込層１８および配線層１０Ｗを貫通し、読出回路基板２０のパッド電極（後述のパッド電極２２Ｐ）に達している。この穴Ｈ２を介して、外部と受光素子１との電気的な接続が行われるようになっている。穴Ｈ１，Ｈ２は、読出回路基板２０に達していなくてもよい。例えば、穴Ｈ１，Ｈ２が、配線層１０Ｗの配線に達し、この配線が読出回路基板２０の配線２２ＣＢ、パッド電極２２Ｐに接続されていてもよい。穴Ｈ１，Ｈ２は、接着層Ｂを貫通していてもよい（図２，図３）。
【００４５】
光電変換層１３で発生した正孔および電子は、第１電極１１および第２電極１５から読み出される。この読出し動作を高速に行うためには、第１電極１１と第２電極１５との間の距離を、光電変換するに足る距離であってかつ離間し過ぎない距離にすることが好ましい。即ち、素子基板１０の厚みを小さくすることが好ましい。例えば、第１電極１１と第２電極１５との間の距離または素子基板１０の厚みは、１０μｍ以下、さらには、７μｍ以下、さらには５μｍ以下である。
【００４６】
読出回路基板２０の半導体基板２１は、配線層２０Ｗおよび多層配線層２２Ｃを間にして、素子基板１０に対向している。この半導体基板２１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成されている。半導体基板２１の表面（配線層２０Ｗ側の面）近傍には、複数のトランジスタが設けられている。例えば、この複数のトランジスタを用いて、画素Ｐ毎に、読出回路（Read Out Circuit）が構成されている。配線層２０Ｗは、例えば、素子基板１０側から、層間絶縁膜２２Ａおよび層間絶縁膜２２Ｂをこの順に有しており、これら層間絶縁膜２２Ａ，２２Ｂは積層して設けられている。例えば、層間絶縁膜２２Ａ中に、コンタクト電極２２Ｅおよびダミー電極２２ＥＤが設けられている。多層配線層２２Ｃは、配線層２０Ｗを間にして素子基板１０に対向して設けられている。例えば、この多層配線層２２Ｃ中に、パッド電極２２Ｐおよび複数の配線２２ＣＢが設けられている。層間絶縁膜２２Ａ，２２Ｂは、例えば、無機絶縁材料により構成されている。この無機絶縁材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化ケイ素（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等が挙げられる。
【００４７】
コンタクト電極２２Ｅは、第１電極１１と配線２２ＣＢとを電気的に接続するためのものであり、素子領域Ｒ１に、画素Ｐ毎に設けられている。このコンタクト電極２２Ｅは、素子基板１０の接合面Ｓ２でコンタクト電極１９Ｅに接している。隣り合うコンタクト電極２２Ｅは、層間絶縁膜２２Ａにより電気的に分離されている。
【００４８】
周辺領域Ｒ２に設けられたダミー電極２２ＥＤは、素子基板１０の接合面Ｓ２でダミー電極１９ＥＤに接している。このダミー電極２２ＥＤは、例えば、コンタクト電極２２Ｅと同一工程で形成されている。コンタクト電極２２Ｅおよびダミー電極２２ＥＤは、例えば銅（Ｃｕ）パッドにより構成されており、読出回路基板２０の素子基板１０との対向面に露出されている。即ち、コンタクト電極１９Ｅとコンタクト電極２２Ｅとの間、および、ダミー電極１９ＥＤとダミー電極２２ＥＤとの間で例えばＣｕＣｕ接合がなされている。詳細は後述するが、これにより、画素Ｐを微細化することが可能となる。
【００４９】
コンタクト電極１９Ｅに接続された配線２２ＣＢは、半導体基板２１の表面近傍に設けられたトランジスタに接続されており、画素Ｐ毎に、第１電極１１と読出回路とが接続されるようになっている。穴Ｈ１を介して導電膜１５Ｂに接続された配線２２ＣＢは、例えば所定の電位に接続されている。このように、光電変換層１３で発生した電荷の一方（例えば、正孔）は、第１電極１１から、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅを介して読出回路に読み出され、光電変換層１３で発生した電荷の他方（例えば、電子）は、第２電極１５から、導電膜１５Ｂを介して、所定の電位に排出されるようになっている。
【００５０】
周辺領域Ｒ２に設けられたパッド電極２２Ｐは、外部と電気的な接続を行うためのものである。受光素子１のチップ端Ｅ近傍には、素子基板１０を貫通し、パッド電極２２Ｐに達する穴Ｈ２が設けられ、この穴Ｈ２を介して外部と電気的な接続がなされるようになっている。接続は、例えば、ワイヤーボンドまたはバンプ等の方法によりなされる。例えば、穴Ｈ２内に配置された外部端子から、第２電極１５に、穴Ｈ２読出回路基板２０の配線２２ＣＢおよび導電膜１５Ｂを介して所定の電位が供給されるようになっていてもよい。光電変換層１３での光電変換の結果、第１電極１１から読み出された信号電圧が、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅを介して、半導体基板２１の読出回路に読み出され、この読出回路を経由して穴Ｈ２内に配置された外部端子に出力されるようになっていてもよい。信号電圧は、読出回路とともに、例えば、読出回路基板２０に含まれる他の回路を経由して外部端子に出力されるようになっていてもよい。他の回路とは、例えば、信号処理回路および出力回路等である。
【００５１】
読出回路基板２０の厚みは、素子基板１０の厚みよりも大きいことが好ましい。例えば、読出回路基板２０の厚みは、素子基板１０の厚みよりも、２倍以上、さらには、５倍以上、さらには、１０倍以上大きいことが好ましい。あるいは、読出回路基板２０の厚みは、例えば、１００μｍ以上、あるいは、１５０μｍ以上、あるいは、２００μｍ以上である。このような大きな厚みを有する読出回路基板２０により、受光素子１の機械強度が確保される。なお、この読出回路基板２０は、回路を形成する半導体基板２１を１層のみ含むものであってもよいし、回路を形成する半導体基板２１の他に、支持基板などの基板をさらに備えていてもよい。
【００５２】
[受光素子１の製造方法]
受光素子１は、例えば次のようにして製造することができる。図５Ａ〜図１５Ｊは、受光素子１の製造工程を工程順に表したものである。
【００５３】
まず、図５Ａに示したように、例えばＩｎＰからなる成長基板３１上に、半導体層１０Ｓをエピタキシャル成長させる。成長基板３１の厚みは、例えば、数百μｍであり、半導体層１０Ｓの厚みは、例えば、数μｍである。この後、図５Ｂに示したように、半導体層１０Ｓ上に接着層Ｂを成膜する。成長基板３１の口径は、例えば、６インチ以下である。半導体層１０Ｓの形成は、例えば、第１コンタクト層１２を構成するｎ型のＩｎＰ、光電変換層１３を構成するｉ型のＩｎＧａＡｓおよび第２コンタクト層１４を構成するｎ型のＩｎＰをこの順にエピタキシャル成長させて行う。成長基板３１上に、例えばバッファ層およびストッパ層を形成した後に、半導体層１０Ｓを形成するようにしてもよい。
【００５４】
次に、図５Ｃに示したように、接着層Ｂを間にして、仮基板３３に、半導体層１０Ｓを形成した成長基板３１を接合する。仮基板３３は、例えば、絶縁層（絶縁層３３ＩＡ）と、基板３３Ｓを有している。絶縁層３３ＩＡは、例えば、接着層Ｂと基板３３Ｓとの間に配置されている。仮基板３３には、成長基板３１よりも大きな口径のものを用い、基板３３Ｓには例えば、シリコン（Ｓｉ）基板を用いる。仮基板３３の口径は、例えば８インチ〜１２インチである。小口径の成長基板３１を大口径の仮基板３３に接合させることにより、素子基板１０を形成する際に大口径の基板用の種々の装置を用いることが可能となる。これにより、例えば、読出回路基板２０と素子基板１０との接合をＣｕＣｕ接合にし、画素Ｐを微細化することができる。仮基板３３への成長基板３１の接合は、プラズマ活性化接合，常温接合または接着剤を使用した接合（接着剤接合）等により行うようにしてもよい。このように、例えばウェハ状の半導体層１０Ｓを仮基板３３に接合する。仮基板３３の厚みは、例えば、数百μｍである。
【００５５】
図６および図７は、仮基板３３および半導体層１０Ｓ（成長基板３１）の平面構成の一例を表している。ウェハ状態の仮基板３３に、仮基板３３よりも小さいウェハ状態の半導体層１０Ｓを接合するようにしてもよく（図６）、ウェハ状態の仮基板３３に、チップ状態の半導体層１０Ｓを互いに離間した状態で複数接合するようにしてもよい（図７）。
【００５６】
あるいは、図８Ａ，図８Ｂに示したように、ウェハ状態の仮基板３３に、仮基板３３と同じ大きさのウェハ状態の半導体層１０Ｓを接合するようにしてもよい。図８Ａは、仮基板３３および半導体層１０Ｓ（成長基板３１）の平面構成を表し、図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面構成を表している。
【００５７】
半導体層１０Ｓを形成した成長基板３１を仮基板３３に接合した後、図９Ａに示したように、成長基板３１を除去する。成長基板３１の除去は、機械研削，ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨），ウェットエッチングまたはドライエッチング等により行うことができる。このとき、成長基板３１が一部残っていてもよい。また、半導体層１０Ｓが一部エッチングされてもよい。
【００５８】
続いて、図９Ｂに示したように、例えば、仮基板３３のマークに合わせて半導体層１０Ｓを所定の大きさにエッチングする。これにより、複数のチップ状態の半導体層１０Ｓが形成される。図９Ｂ以降は、複数のチップ状態の半導体層１０Ｓのうち、２つの半導体層１０Ｓを図示する。
【００５９】
図１０Ａは、成形前の半導体層１０Ｓの平面構成の一例を表し、図１０Ｂは、図１０Ａに続く成形後の半導体層１０Ｓの平面構成の一例を表している。図１１Ａは、成形前の半導体層１０Ｓの平面構成の他の例を表し、図１１Ｂは、図１１Ａに続く成形後の半導体層１０Ｓの平面構成の他の例を表している。このように、仮基板３３よりも小さい（図１０Ａ）あるいは仮基板３３と同じ大きさ（図１１Ａ）のウェハ状態の半導体層１０Ｓが、複数のチップ状態の半導体層１０Ｓに成形される。
【００６０】
あるいは、図１２Ａ，図１２Ｂに示したように、チップ状態の複数の半導体層１０Ｓが、より小さいチップ状態の複数の半導体層１０Ｓに成形されてもよい。
【００６１】
この半導体層１０Ｓのエッチングの際、接着層Ｂは例えば、半導体層１０Ｓとともに、エッチングされる。接着層Ｂは、半導体層１０Ｓよりも拡幅して残存し、半導体層１０Ｓの周囲に接着層Ｂが広がっていてもよい（図９Ｂ）。
【００６２】
あるいは、図１３に示したように、接着層Ｂが、半導体層１０Ｓよりも狭まり、半導体層１０Ｓと仮基板３３との間に空隙が生じていてもよい。接着層Ｂは、半導体層１０Ｓと同じ大きさにエッチングされてもよい。
【００６３】
図１４に示したように、半導体層１０Ｓのエッチングの際に、接着層Ｂはエッチングされなくてもよい。
【００６４】
半導体層１０Ｓを成形した後、図１５Ａに示したように、半導体層１０Ｓに、画素Ｐ毎に拡散領域１２Ａを形成する。これにより、素子分離がなされる。拡散領域１２Ａの形成には、例えば、パッシベーション膜１７をハードマスクとして用いる。具体的には、半導体層１０Ｓの上面（仮基板３３との接合面と反対の面）および側面を覆うようにパッシベーション膜１７を成膜した後、半導体層１０Ｓの上面を覆うパッシベーション膜１７にエッチングにより開口を形成する。その後、パッシベーション膜１７をハードマスクとしてｐ型不純物の気相拡散を行う。これにより選択的な領域に拡散領域１２Ａが形成される。拡散深さは、例えば、数百ｎｍであり、略等方拡散される。拡散領域１２Ａは、レジストマスクを用いてイオンインプラテーション等により形成するようにしてもよい。ここでは、大口径の仮基板３３上に設けられた半導体層１０Ｓに拡散領域１２Ａを形成するので、画素Ｐを微細化することが可能となる。
【００６５】
半導体層１０Ｓに拡散領域１２Ａを設けた後、図１５Ｂに示したように、半導体層１０Ｓ上に、第１電極１１を形成する。例えば、第１電極１１は、パッシベーション膜１７に設けた開口に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法，ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法，ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法または蒸着法等によりチタン（Ｔｉ）／タングステン（Ｗ）の積層膜を成膜した後、この積層膜をフォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパターニングすることにより形成する。
【００６６】
第１電極１１を形成した後、図１５Ｃに示したように、仮基板３３の全面に埋込層１８を形成する。埋込層１８は、例えば、仮基板３３の全面に半導体層１０Ｓを埋め込むように絶縁材料を成膜した後、これをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化して形成する。これにより、半導体層１０Ｓの周囲（周辺領域Ｒ２）および、半導体層１０Ｓの上面（仮基板３３から最も離れた面）を覆う埋込層１８が形成される。詳細は後述するが、本実施の形態では、このように半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差を埋める埋込層１８が形成されるので、これらの段差に起因した製造工程の不具合の発生が抑えられる。
【００６７】
埋込層１８を形成した後、図１５Ｄに示したように、埋込層１８を間にして半導体層１０Ｓに対向する配線層１０Ｗを形成する。例えば、埋込層１８上に、層間絶縁膜１９Ａおよび層間絶縁膜１９Ｂをこの順に成膜した後、層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂの第１電極１１に対向する領域に開口を形成する。この層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂの開口に、蒸着法，ＰＶＤ法またはメッキ法等により銅（Ｃｕ）膜を成膜した後、例えばＣＭＰ法を用いて銅膜の表面を研磨することによりコンタクト電極１９Ｅを形成する。例えば、このコンタクト電極１９Ｅの形成工程と同一工程で、周辺領域Ｒ２にはダミー電極１９ＥＤ（図１Ｂ）を形成する。ここでは、大口径の仮基板３３上に配線層１０Ｗを形成するので、大口径の基板用の種々の装置を用いることが可能となる。
【００６８】
配線層１０Ｗを形成した後、図１５Ｅに示したように、配線層１０Ｗを間にして、仮基板３３に読出回路基板２０を貼り合わせる。このとき、読出回路基板２０には、予め配線層２０Ｗを形成しておく。読出回路基板２０の配線層２０Ｗは、コンタクト電極２２Ｅ、ダミー電極２２ＥＤを有しており、読出回路基板２０を仮基板３３に貼り合わせる際には、例えば、配線層２０Ｗのコンタクト電極２２Ｅ、ダミー電極２２ＥＤと配線層１０Ｗのコンタクト電極１９Ｅ、ダミー電極１９ＥＤとがＣｕＣｕ接合される。より具体的には、素子領域Ｒ１では、コンタクト電極１９Ｅとコンタクト電極２２Ｅとが接合された接合面Ｓ２が形成され、周辺領域Ｒ２ではダミー電極１９ＥＤとダミー電極２２ＥＤとが接合された接合面Ｓ２が形成される。ここでは、素子基板１０の周辺領域Ｒ２も、読出回路基板２０に接合される。
【００６９】
仮基板３３に読出回路基板２０を貼り合わせた後、図１５Ｆに示したように、仮基板３３を除去する。仮基板３３は、例えば、機械研削，ウェットエッチングまたはドライエッチング等を用いることにより除去することができる。
【００７０】
仮基板３３を除去した後、図１５Ｇに示したように、接着層Ｂ等も除去し、半導体層１０Ｓの表面を露出させる。このとき、半導体層１０Ｓの不要な層を除去するようにしてもよい。また、半導体層１０Ｓ開口部以外の絶縁層３３ＩＡまたはパッシベーション膜１７を一部残すようにしてもよく、あるいは、埋込層１８を途中まで掘り込んでもよい。
【００７１】
続いて、図１５Ｈに示したように、仮基板３３が除去されることにより露出された半導体層１０Ｓの面（配線層１０Ｗが設けられた面と反対の面）上に第２電極１５およびパッシベーション膜１６をこの順に形成する。その後、図１５Ｉに示したように、穴Ｈ１および導電膜１５Ｂを形成する。これにより、第２電極１５と読出回路基板２０とが電気的に接続される。
【００７２】
最後に、図１５Ｊに示したように、素子基板１０を貫通し、読出回路基板２０のパッド電極２２Ｐに達する穴Ｈ２を形成する。これにより、図１Ａ，図１Ｂに示した受光素子１が完成する。
【００７３】
[受光素子１の動作]
受光素子１では、パッシベーション膜１６、第２電極１５および第２コンタクト層１４を介して、光電変換層１３へ光（例えば可視領域および赤外領域の波長の光）が入射すると、この光が光電変換層１３において吸収される。これにより、光電変換層１３では正孔（ホール）および電子の対が発生する（光電変換される）。このとき、例えば第１電極１１に所定の電圧が印加されると、光電変換層１３に電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷（例えば正孔）が、信号電荷として拡散領域１２Ａに移動し、拡散領域１２Ａから第１電極１１へ収集される。この信号電荷が、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅを通じて半導体基板２１に移動し、画素Ｐ毎に読み出される。
【００７４】
[受光素子１の作用・効果]
本実施の形態の受光素子１は、半導体層１０Ｓと配線層１０Ｗとの間に設けられたパッシベーション膜１７と、半導体層１０Ｓを間にしてパッシベーション膜１７に対向するパッシベーション膜１６とを含んでいる。
【００７５】
仮に、半導体層１０Ｓと配線層１０Ｗとの間には、パッシベーション機能を有さない絶縁膜を設け、半導体層１０Ｓの光入射面Ｓ１側のみをパッシベーション膜１６で覆った場合には、半導体層１０Ｓを十分に保護することができないおそれがある。例えば、外部から半導体層１０Ｓに水分が侵入すると、受光素子の信頼性が低下する。
【００７６】
これに対し、本実施の形態では、半導体層１０Ｓの両面（接合面Ｓ２側の面および光入射面Ｓ１側の面）が、パッシベーション膜１６，１７により覆われるので、半導体層１０Ｓが効果的に保護される。したがって、半導体層１０Ｓへの外部からの影響を抑え、受光素子１の信頼性の低下を抑えることができる。
【００７７】
また、受光素子１では、パッシベーション膜１７が、半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面から連続して、半導体層１０Ｓ各層の端面を覆っているので、より効果的に半導体層１０Ｓを保護することができる。更に、パッシベーション膜１７は、周辺領域Ｒ２でパッシベーション膜１６に接しているので、半導体層１０Ｓのほぼ全面がパッシベーション膜１６，１７で覆われる。よって、半導体層１０Ｓを更に効果的に保護することができる。
【００７８】
また、本実施の形態の受光素子１は、素子基板１０の周辺領域Ｒ２に埋込層１８を有しており、周辺領域Ｒ２にも読出回路基板２０との接合面Ｓ２が設けられている。この埋込層１８は、受光素子１を形成する際に半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差を埋めるためのものであり、この埋込層１８を形成することにより、半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差に起因した製造工程の不具合の発生を抑えることができる。以下、これについて説明する。
【００７９】
半導体層１０Ｓをエピタキシャル成長させるための成長基板３１は、その種類が制限されている。例えばＩｎＧａＡｓからなる光電変換層１３を成長させるための成長基板３１には、大口径のものが存在しない。この小口径の成長基板３１を用いて画素Ｐ毎に拡散領域１２Ａを形成し、あるいは配線層１０Ｗを形成する場合、装置の制約等から、画素Ｐの微細化を行うことが困難である。このため、大口径の仮基板３３を用いて受光素子を製造する方法が考え得る。
【００８０】
しかしながら、埋込層（図１５Ｃの埋込層１８）を形成せずに受光素子を製造すると、仮基板３３と半導体層１０Ｓとの段差が大きい状態で半導体層１０Ｓ上に配線層１０Ｗが形成される。このため、配線層１０Ｗを形成する際のフォトリソグラフィでデフォーカスが生じるおそれがある。また、銅膜のＣＭＰを行ってコンタクト電極１９Ｅを形成する際に、銅が段差部分に残るおそれがある。更に、段差があるため、仮基板３３に読出回路基板２０を貼り合わせる際に、接合不良が生じるおそれがある。
【００８１】
これに対し、受光素子１では、埋込層１８を形成することにより、半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差を小さく、もしくは段差を無くしてから、配線層１０Ｗを形成するので、上記した受光素子を製造する際の段差に起因した不具合の発生を抑えることができる。よって、成長基板３１の大きさに影響されることなく、大口径の基板用の種々の装置を用いて製造し、画素の微細化等を行うことができる。
【００８２】
また、受光素子１では、第２電極１５と読出回路基板２０とを接続するための穴Ｈ１（または溝Ｇ）を周辺領域Ｒ２の埋込層１８に形成することが可能となる。このため半導体層１０Ｓに穴Ｈ１を設けることなく、第２電極１５と読出回路基板２０とを電気的に接続することができる。また、絶縁材料からなる埋込層１８には、既存の技術を用いて、容易に穴Ｈ１を形成することができる。
【００８３】
更に、埋込層１８により、半導体層１０Ｓの端面を十分な厚みで覆うことができるので、半導体層１０Ｓへの水分の浸入が抑えされる。したがって、半導体層１０Ｓの劣化を抑えることが可能となる。
【００８４】
以上説明したように、本実施の形態の受光素子１では、半導体層１０Ｓを間にして対向するパッシベーション膜１７およびパッシベーション膜１６を設けるようにしたので、半導体層１０Ｓを効果的に保護することができる。よって、半導体層１０Ｓを保護し、信頼性の低下を抑えることが可能となる。
【００８５】
また、受光素子１では、埋込層１８を形成するようにしたので、半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差に起因した製造工程の不具合の発生を抑えることができる。よって、半導体層１０Ｓを形成するための成長基板３１の大きさに影響されることなく製造し、例えば画素Ｐの微細化を行うことが可能となる。この受光素子１では、埋込層１８を設けることにより、素子基板１０の周辺領域Ｒ２にも、読出回路基板２０との接合面Ｓ２が形成される。
【００８６】
また、埋込層１８を形成する前に、仮基板３３上で半導体層１０Ｓを所定の大きさのチップ形状に成形ことにより、後の工程での合わせずれの発生を抑えて、所望の構造の受光素子１を容易に形成することが可能となる。
【００８７】
更に、素子基板１０と読出回路基板２０とを、コンタクト電極１９Ｅ，２２ＥのＣｕＣｕ接合により接続することにより、画素Ｐを微細化することができる。以下、これについて説明する。
【００８８】
化合物半導体を含む素子基板と、読出回路を含む読出回路基板とを半田バンプあるいはインジウムビードなどを用いて接続する方法が提案されている。これらの接続手段を用いる場合、半導体装置の組立工程にて形成されるバンプやビードの直径、および、これらを接触させる電極パッドの一辺の長さは、例えば数十μｍあるいは１００μｍ以上である。一方、ＣｕＣｕ接合を用いるとき、半導体装置のウェハ工程にて形成されるＣｕパッドの一辺の長さは数μｍである。したがって、受光素子１では、画素Ｐ毎に設けられたコンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅの大きさが、半田バンプ等の１／１０程度に縮小される。これにより、画素Ｐの大きさを小さくすることが可能となる
【００８９】
以下、上記実施の形態の変形例および他の実施の形態について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
【００９０】
＜変形例１＞
図１６は、上記第１の実施の形態の変形例１に係る受光素子（受光素子１Ａ）の要部の断面構成を表したものである。この受光素子１Ａは、第１電極１１および半導体層１０Ｓを覆うパッシベーション膜（パッシベーション膜１７Ａ）を有している。換言すれば、半導体層１０Ｓとパッシベーション膜１７Ａとの間に第１電極１１が設けられている。この点を除き、受光素子１Ａは受光素子１と同様の構成および効果を有している。
【００９１】
この受光素子１Ａは、受光素子１のパッシベーション膜１７に代えて、絶縁膜１１７を有している。この絶縁膜１１７が半導体層１０Ｓに接し、半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面および半導体層１０Ｓ各層の端面を覆っている。絶縁膜１１７は、パッシベーション機能を有していなくてもよい。
【００９２】
パッシベーション膜１７Ａは、例えば、第１電極１１および絶縁膜１１７に接して設けられている。このパッシベーション膜１７Ａは、素子領域Ｒ１において第１電極１１または絶縁膜１１７と配線層１０Ｗとの間に設けられるとともに、周辺領域Ｒ２の埋込層１８と絶縁膜１１７との間に設けられている。即ち、パッシベーション膜１７Ａは、第１電極１１および絶縁膜１１７を間にして、半導体層１０Ｓの配線層１０Ｗとの対向面および半導体層１０Ｓ各層の端面を覆っている。このパッシベーション膜１７Ａは、例えば、半導体層１０Ｓの配線層１０Ｗとの対向面と、半導体層１０Ｓ各層の端面とを連続して覆っている。半導体層１０Ｓ各層の端面は、全周にわたってパッシベーション膜１７Ａにおおわれている。このパッシベーション膜１７Ａは、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２にわたって設けられ、周辺領域Ｒ２では、パッシベーション膜１６に接している。ここではパッベーション膜１７Ａが、本開示の「第１パッシベーション膜」および「第３パッシベーション膜」の一具体例に対応する。
【００９３】
パッシベーション膜１７Ａは、第１電極１１と対向する領域に開口を有しており、このパッシベーション膜１７Ａの開口には、コンタクト電極１９Ｅと第１電極１１とを接続するための配線が埋設されている。配線は、例えば、導電性の金属材料により構成されている。パッシベーション膜１７Ａの開口では、この配線により半導体層１０Ｓへの水分の浸入が抑えられる。
【００９４】
パッシベーション膜１７Ａは、バッシベーション機能を有しており、例えば、上記パッシベーション膜１７で説明したのと同様の材料により構成されている。パッシベーション膜１７Ａの厚みは、例えば１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。
【００９５】
このようなパッシベーション膜１７Ａは、例えば、以下のように形成する。まず、上記第１の実施の形態で説明したのと同様に、半導体層１０Ｓ、絶縁膜１１７および第１電極１１を形成する（図１５Ｂ）。このとき、絶縁膜１１７をハードマスクとして用い、拡散領域１２Ａを形成する。
【００９６】
次いで、図１７に示したように、第１電極１１および絶縁膜１１７を間にして半導体層１０Ｓの上面および側面を覆うように、パッシベーション膜１７Ａを形成する。この後、上記第１の実施の形態で説明したのと同様の方法を用いて、埋込層１８および配線層１０Ｗ等を形成することにより、受光素子１Ａを形成することができる。
【００９７】
ここでは、埋込層１８の平坦化処理を行う際に、埋込層１８と第１電極１１との間にパッシベーション膜１７Ａが設けられているので、パッシベーション膜１７Ａが平坦化処理のストッパとして機能し、過度の研磨を防ぐことができる。また、第１電極１１にコンタクト電極１９Ｅを接続する際のビア（via）加工においてもストッパとして機能する。
【００９８】
本変形例のように、半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側に設けられたパッシベーション膜１７Ａが、第１電極１１および半導体層１０Ｓを覆っていてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００９９】
＜変形例２＞
図１８、図１９および図２０は各々、上記第１の実施の形態の変形例２に係る受光素子（受光素子１Ｂ）の要部の断面構成を表したものである。この受光素子１Ｂは、埋込層１８が、積層された第１埋込層１８Ａおよび第２埋込層１８Ｂを含んでいる。この点を除き、受光素子１Ｂは受光素子１と同様の構成および効果を有している。
【０１００】
第１埋込層１８Ａは、周辺領域Ｒ２に配置され、第２埋込層１８Ｂよりも光入射面Ｓ１側に設けられている。具体的には、第１埋込層１８Ａは、第２埋込層１８Ｂとパッシベーション膜１６との間に配置され、半導体層１０Ｓの端面を覆っている。
【０１０１】
第２埋込層１８Ｂは、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２にわたって設けられている。素子領域Ｒ１の第２埋込層１８Ｂは、配線層１０Ｗと半導体層１０Ｓとの間に配置され、第１電極１１の下面および側面とともに、半導体層１０Ｓの下面（接合面Ｓ２側の面）を覆っている。周辺領域Ｒ２の第２埋込層１８Ｂは、配線層１０Ｗと第１埋込層１８Ａとの間に配置されている。第１埋込層１８Ａの構成材料および第２埋込層１８Ｂの構成材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。第１埋込層１８Ａの厚みと第２埋込層１８Ｂの厚みとは同じであってもよく、異なっていてもよい。
【０１０２】
第１埋込層１８Ａと第２埋込層１８Ｂとの間には、図１８に示したように、例えば、パッシベーション膜（パッシベーション膜１７Ｂ）が設けられている。
【０１０３】
パッシベーション膜１７Ｂは、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２にわたって略同一平面上に設けられている。このパッシベーション膜１７Ｂは、素子領域Ｒ１の半導体層１０Ｓと第２埋込層１８Ｂとの間に配置されるとともに、周辺領域Ｒ２の第１埋込層１８Ａと第２埋込層１８Ｂとの配置されている。パッシベーション膜１７Ｂは、第１コンタクト層１２に接しており、半導体層１０Ｓの配線層１０Ｗとの対向面を覆っている。パッシベーション膜１７Ｂは、第１コンタクト層１２と対向する領域に複数の開口を有しており、この複数の開口各々に第１電極１１が埋設されている。
【０１０４】
パッシベーション膜１７Ｂは、バッシベーション機能を有しており、例えば、上記パッシベーション膜１７で説明したのと同様の材料により構成されている。パッシベーション膜１７Ｂの厚みは、例えば１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。
【０１０５】
半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面は、このようなパッシベーション膜１７Ｂに覆われ、半導体層１０Ｓ各層の端面は、例えば、パッシベーション膜１７に覆われている。受光素子１と同様に、パッシベーション膜１７は、例えば、半導体層１０Ｓに接して設けられ、周辺領域Ｒ２でパッシベーション膜１６に接している。パッシベーション膜１７Ｂとパッシベーション膜１７とは接しており、半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面および半導体層１０Ｓ各層の端面は、隙間なくパッシベーション膜１７，１７Ｂに覆われている。ここでは、パッシベーション膜１７Ｂが、本開示の「第１パッシベーション膜」の一具体例に対応し、パッシベーション膜１７が、本開示の「第３パッシベーション膜」の一具体例に対応する。
【０１０６】
図１９に示したように、半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面および半導体層１０Ｓ各層の端面が、パッシベーション膜１７に覆われていてもよい。受光素子１と同様に、パッシベーション膜１７は、連続して半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面および半導体層１０Ｓ各層の端面を覆っている。
【０１０７】
図２０に示したように、半導体層１０Ｓの接合面Ｓ２側の面が、第１電極１１とともに、パッシベーション膜１７Ａにより覆われていてもよい。受光素子１Ｂと同様に、パッシベーション膜１７Ａは、例えば、第１電極１１および絶縁膜１１７に接して設けられている。パッシベーション膜１７Ａは、例えば、絶縁膜１１７とともに、第１埋込層１８Ａと第２埋込層１８Ｂとの間に設けられ、素子領域Ｒ１から周辺領域Ｒ２に延在している。半導体層１０Ｓ各層の端面は、例えば、パッシベーション膜１７に覆われている。
【０１０８】
このような受光素子１Ｂは、例えば次のようにして製造することができる。
【０１０９】
まず、上記第１の実施の形態で説明したのと同様にして、仮基板３３上の半導体層１０Ｓを複数のチップ形状に成形する（図９Ｂ）。
【０１１０】
次いで、図２１に示したように、仮基板３３の全面に、パッシベーション膜１７および第１埋込層１８Ａをこの順に形成する。パッシベーション膜１７は、半導体層１０Ｓの上面および側面を覆うように、仮基板３３の全面に形成する。第１埋込層１８Ａは、例えば、仮基板３３の全面に半導体層１０Ｓを埋め込むように、絶縁材料を成膜した後、これをＣＭＰにより平坦化して形成する。平坦化は、半導体層１０Ｓの直上に第１埋込層１８Ａが残るように行ってもよく、あるいは、半導体層１０Ｓ上のパッシベーション膜１７が露出されるまで行ってもよい。これにより、半導体層１０Ｓの上面および側面を覆うパッシベーション膜１７と、このパッシベーション膜１７を間にして半導体層１０Ｓの周囲を覆う第１埋込層１８Ａが形成される。
【０１１１】
例えば、第１埋込層１８Ａの平坦化処理を行う際に、ここでは第１埋込層１８Ａと半導体層１０Ｓとの間にパッシベーション膜１７が設けられているので、パッシベーション膜１７が平坦化処理のストッパとして機能し、過度の研磨を防ぐことができる。
【０１１２】
第１埋込層１８Ａを形成した後、図２２，図２３に示したように、拡散領域１２Ａを形成する。拡散領域１２Ａは、図２２に示したように、例えば、パッシベーション膜１７Ｂまたは絶縁膜１１７により形成したマスクを用いて形成する。パッシベーション膜１７Ｂまたは絶縁膜１１７は、半導体層１０Ｓの直上の第１埋込層１８Ａを除去し、半導体層１０Ｓ（第１コンタクト層１２）を露出させた後、半導体層１０Ｓを覆うように形成する。あるいは、図２３に示したように、パッシベーション膜１７により形成したマスクを用いて拡散領域１２Ａを形成してもよい。
【０１１３】
半導体層１０Ｓに拡散領域１２Ａを形成した後、図２４Ａに示したように、パッシベーション膜１７Ｂまたは絶縁膜１１７の開口に第１電極１１を形成する。図示は省略するが、パッシベーション膜１７の開口（図２３）に第１電極１１を形成してもよい。
【０１１４】
第１電極１１を形成した後、図２４Ｂに示したように、第１電極１１を覆うようにして、第１埋込層１８Ａ上に、第２埋込層１８Ｂを形成する。第２埋込層１８Ｂは、仮基板３３の全面に絶縁材料を成膜した後、これをＣＭＰにより平坦化して形成する。
【０１１５】
第２埋込層１８Ｂの形成前に、パッシベーション膜１７Ａを形成するようにしてもよい（図１７参照）。パッシベーション膜１７Ａは、上記変形例１で説明したのと同様に、第２埋込層１８Ｂの平坦化処理等の際にストッパとして機能する。
【０１１６】
第２埋込層１８Ｂの形成後、上記第１の実施の形態で説明したのと同様の工程を経て（図１５Ｄ〜図１５Ｊ）、受光素子１Ｂを完成させることができる。
【０１１７】
本変形例のように、埋込層１８を第１埋込層１８Ａおよび第２埋込層１８Ｂの積層構造により構成するようにしてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【０１１８】
＜変形例３＞
図２５は、上記第１の実施の形態の変形例３に係る受光素子（受光素子１Ｃ）の要部の断面構成を表したものである。この受光素子１Ｃは、素子基板１０の光入射面Ｓ１（読出回路基板２０との対向面と反対面）にカラーフィルタ層４１およびオンチップレンズ（集光レンズ）４２を有している。この点を除き、受光素子１Ｃは受光素子１と同様の構成および効果を有している。受光素子１Ａ，受光素子１Ｂがカラーフィルタ層４１およびオンチップレンズ４２を有していてもよい。
【０１１９】
例えば、受光素子１Ｃでは、素子基板１０のパッシベーション膜１６上に、平坦化膜１６Ａを間にして、カラーフィルタ層４１およびオンチップレンズ４２がこの順に設けられている。カラーフィルタ層４１は、ＩＲ（Infrared）フィルタを含んでいてもよい。カラーフィルタ層４１を設けることにより、画素Ｐ毎に対応する波長の受光データを得ることができる。
【０１２０】
オンチップレンズ４２は、受光素子１Ｃに入射した光を光電変換層１３に集めるためのものである。オンチップレンズ４２は、例えば有機材料または酸化シリコン（ＳｉＯ2）等により構成されている。受光素子１Ｃでは、周辺領域Ｒ２に埋込層１８が設けられているので、素子基板１０の素子領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２との間の段差が小さくなり、あるいは、無くなり、平坦な光入射面Ｓ１が形成される。これにより、例えばフォトリソグラフィ工程を用いて、高い精度でオンチップレンズ４２を形成することが可能となる。例えば、カラーフィルタ層４１およびオンチップレンズ４２は、素子領域Ｒ１内で終端している。パッシベーション膜１６とカラーフィルタ層４１との間に配置された平坦化膜１６Ａは、例えば、素子領域Ｒ１から周辺領域Ｒ２にわたって設けられており、周辺領域Ｒ２内で終端されている。カラーフィルタ層４１、オンチップレンズ４２および平坦化膜１６Ａは、各々、素子領域Ｒ１内、または周辺領域Ｒ２内のいずれの位置で終端されていてもよい。
【０１２１】
本変形例のように、素子基板１０の光入射面Ｓ１にカラーフィルタ層４１およびオンチップレンズ４２を設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、埋込層１８により平坦化された光入射面Ｓ１には、高い精度で容易にオンチップレンズ４２を形成することができる。
【０１２２】
＜第２の実施の形態＞
図２６は、第２の実施の形態に係る受光素子（受光素子２）の断面構成を模式的に表したものである。この受光素子２は、化合物半導体材料を含む素子基板１０とシリコン（Ｓｉ）を含む半導体層（半導体層５１Ｓ、第２半導体層）との積層構造を有している。この点を除き、受光素子２は、受光素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。受光素子１Ａ，１Ｂが、半導体層５１Ｓを有していてもよい。
【０１２３】
受光素子２は、素子基板１０の光入射面Ｓ１に、半導体層５１Ｓに電気的に接続された配線層５１Ｗ、半導体層５１Ｓ、カラーフィルタ層４１およびオンチップレンズをこの順に有している。
【０１２４】
半導体層５１Ｓには、画素Ｐ毎にｐｎ接合を有するフォトダイオードＰＤが設けられている。配線層５１Ｗは複数の配線を含んでおり、例えばフォトダイオードＰＤで生成した信号電荷が、この配線層５１Ｗにより画素Ｐ毎に読出回路基板２０に移動するようになっている。
【０１２５】
受光素子２では、例えば、可視領域および赤外領域の波長の光の光電変換がなされる。例えば、可視領域の波長の光は、オンチップレンズ４２およびカラーフィルタ層４１を介して半導体層５１Ｓに入射し、フォトダイオードＰＤで光電変換される。一方、赤外領域の波長の光は、半導体層５１Ｓを透過して、素子基板１０の光電変換層１３で光電変換される。フォトダイオードＰＤで発生した信号電荷および光電変換層１３で発生した信号電荷は、読出回路基板２０で読みだされる。
【０１２６】
本実施の形態の受光素子２も、上記受光素子１で説明したのと同様に、埋込層１８を形成するので、半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差に起因した製造工程の不具合の発生を抑えることができる。また、素子基板１０に半導体層５１Ｓが積層されているので、１つの画素Ｐで、可視領域および赤外領域の波長の光を光電変換することができる。よって、１つの画素Ｐから取得可能な情報量を増やすことが可能となる。
【０１２７】
＜適用例１＞
上記実施の形態等において説明した受光素子１（または、受光素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２。以下、まとめて受光素子１という）は、例えば、撮像素子に適用される。この撮像素子は、例えば赤外線イメージセンサである。
【０１２８】
＜適用例２＞
上述の撮像素子は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの電子機器に適用することができる。図２７に、その一例として、電子機器５（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器５は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、受光素子１により構成された撮像素子４と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、撮像素子４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。
【０１２９】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像素子４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、撮像素子４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、撮像素子４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、撮像素子４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。
【０１３０】
＜体内情報取得システムへの応用例＞
更に、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。
【０１３１】
図２８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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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２８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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
【０１４７】
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、例えば、撮像部１０１１２に適用され得る。これにより、検出精度が向上する。
【０１４８】
＜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。
【０１４９】
図２９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。
【０１５０】
図２９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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
図３０は、図２９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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、検出精度が向上する。
【０１８０】
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。
【０１８１】
＜移動体への応用例＞
本開示に係る技術は、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、建設機械、農業機械（トラクター）など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。
【０１８２】
図３１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。
【０１８３】
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３１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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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３１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。
【０１９３】
図３２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１９４】
図３２では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１９５】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０１９６】
なお、図３２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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。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ため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
【０２０２】
更に、本実施の形態等において説明した受光素子１は、監視カメラ，生体認証システムおよびサーモグラフィ等の電子機器にも適用することが可能である。監視カメラは、例えばナイトビジョンシステム（暗視）のものである。受光素子１を監視カメラに適用することにより、夜間の歩行者および動物等を遠くから認識することが可能となる。また、受光素子１を車載カメラとして適用すると、ヘッドライトや天候の影響を受けにくい。例えば、煙および霧等の影響を受けずに、撮影画像を得ることができる。更に、物体の形状の認識も可能となる。また、サーモグラフィでは、非接触温度測定が可能となる。サーモグラフィでは、温度分布や発熱も検出可能である。加えて、受光素子１は、炎，水分またはガス等を検知する電子機器にも適用可能である。
【０２０３】
以上、実施の形態および適用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した受光素子の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料や厚みも一例であって、上述のものに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態等では、第１コンタクト層１２、光電変換層１３および第２コンタクト層１４により半導体層１０Ｓを構成する場合について説明したが、半導体層１０Ｓは光電変換層１３を含んでいればよい。例えば、第１コンタクト層１２および第２コンタクト層１４を設けなくてもよく、あるいは、他の層を含んでいてもよい。
【０２０４】
更に、上記実施の形態等では、便宜上、信号電荷が正孔である場合について説明したが、信号電荷は電子であってもよい。例えば、拡散領域がｎ型の不純物を含んでいてもよい。
【０２０５】
加えて、上記実施の形態等では、本技術の半導体素子の一具体例の受光素子を説明したが、本技術の半導体素子は受光素子以外であってもよい。例えば、本技術の半導体素子は、発光素子であってもよい。
【０２０６】
また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
【０２０７】
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。以下の構成を有する本開示の半導体素子およびその製造方法によれば、（第１）半導体層を間にして対向する第１パッシベーション膜および第２パッシベーション膜を設けるようにしたので、半導体層を効果的に保護することができる。よって、化合物半導体材料を保護し、信頼性の低下を抑えることが可能となる。
（１）
中央部の素子領域および前記素子領域の外側の周辺領域が設けられた素子基板と、
前記素子基板に対向する読出回路基板とを備え、
前記素子基板は、
前記素子領域に設けられ、化合物半導体材料を含む第１半導体層と、
前記第１半導体層と前記読出回路基板との間に設けられ、前記第１半導体層と前記読出回路基板とを電気的に接続する配線層と、
前記配線層と前記第１半導体層との間に設けられた第１パッシベーション膜と、
前記第１半導体層を間にして前記第１パッシベーション膜に対向する第２パッシベーション膜とを含み、
前記素子基板の前記周辺領域は、前記読出回路基板との接合面を有する
半導体素子。
（２）
前記素子基板は、更に、
少なくとも前記周辺領域に設けられ、前記第１半導体層を囲む埋込層と、
前記埋込層と前記第１半導体層との間に設けられた第３パッシベーション膜とを含む
前記（１）に記載の半導体素子。
（３）
前記第３パッシベーション膜と前記第１パッシベーション膜とは連続して設けられている
前記（２）に記載の半導体素子。
（４）
前記第３パッシベーション膜は、前記第１パッシベーション膜に接している
前記（２）に記載の半導体素子。
（５）
前記埋込層は、
第１埋込層と、
前記第１埋込層と前記読出回路基板との間、および前記第１半導体層と前記配線層との間に設けられた第２埋込層とを含む
前記（２）ないし（４）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（６）
前記第１パッシベーション膜は、前記素子領域および前記周辺領域にわたって延在し、前記第１埋込層と前記第２埋込層との間に設けられている
前記（５）に記載の半導体素子。
（７）
前記素子基板は、更に、
前記第１半導体層と前記配線層との間に設けられ、前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
前記第１半導体層を間にして前記第１電極に対向する第２電極とを含む
前記（１）ないし（６）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（８）
前記第１パッシベーション膜と前記第１半導体層との間に前記第１電極が設けられている
前記（７）に記載の半導体素子。
（９）
前記第１パッシベーション膜は、前記第１電極が埋設された開口を有する
前記（７）に記載の半導体素子。
（１０）
前記素子基板は、更に、前記周辺領域に、前記第２電極と前記読出回路基板とを電気的に接続するための接続部を有する
前記（２）に記載の半導体素子。
（１１）
前記接続部は、前記埋込層に設けられた溝により構成され、
前記溝は、前記素子領域を囲むように設けられている
前記（１０）に記載の半導体素子。
（１２）
前記素子基板の前記素子領域は、前記周辺領域の前記接合面と同一平面上で、前記読出回路基板に接合されている
前記（１）ないし（１１）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（１３）
前記配線層は、前記周辺領域にも設けられている
前記（１）ないし（１２）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（１４）
前記化合物半導体材料は、赤外領域の波長の光を吸収する
前記（１）ないし（１３）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（１５）
前記化合物半導体材料は、ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂおよびＨｇＣｄＴｅのうちのいずれか１つである
前記（１）ないし（１４）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（１６）
更に、前記第１半導体層の前記読出回路基板との対向面とは反対面側に、オンチップレンズを有する
前記（１）ないし（１５）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（１７）
更に、前記素子基板に積層して設けられるとともに、フォトダイオードを含む第２半導体層を有する
前記（１）ないし（１６）のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
（１８）
化合物半導体材料を含む半導体層を形成し、
前記半導体層を仮基板に接合し、
前記半導体層を前記仮基板に接合した後、前記半導体層を覆う第１パッシベーション膜を形成し、
前記半導体層と前記仮基板との段差を埋める埋込層を形成し、
前記半導体層の前記仮基板との接合面と反対面に配線層を形成し、
前記配線層を間にして前記半導体層に読出回路基板を対向させ、前記配線層を介して前記半導体層と前記読出回路基板とを電気的に接続し、
前記半導体層に接合された前記仮基板を除去した後、前記半導体層を間にして前記第１パッシベーション膜に対向する第２パッシベーション膜を形成する
半導体素子の製造方法。
（１９）
更に、
前記第１パッシベーション膜に複数の開口を形成し、
前記複数の開口各々に、第１電極を埋設することを含む
前記（１８）に記載の半導体素子の製造方法。
（２０）
更に、前記半導体層に電気的に接続された第１電極を形成することを含み、
前記第１電極を形成した後、前記第１パッシベーション膜を形成する
前記（１８）に記載の半導体素子の製造方法。
【０２０８】
本出願は、日本国特許庁において２０１８年１０月１６日に出願された日本特許出願番号第２０１８−１９５１１０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【０２０９】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図１Ａ】
2020080124.tif 000003
【図１Ｂ】
2020080124.tif 000004
【図２】
2020080124.tif 000005
【図３】
2020080124.tif 000006
【図４】
2020080124.tif 000007
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2020080124.tif 000009
【図５Ｃ】
2020080124.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2020080124.tif 000015
【図９Ｂ】
2020080124.tif 000016
【図１０Ａ】
2020080124.tif 000017
【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2020080124.tif 000020
【図１２Ａ】
2020080124.tif 000021
【図１２Ｂ】
2020080124.tif 000022
【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
2020080124.tif 000025
【図１５Ｂ】
2020080124.tif 000026
【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
2020080124.tif 000028
【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１５Ｈ】
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【図１５Ｉ】
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【図１５Ｊ】
2020080124.tif 000034
【図１６】
2020080124.tif 000035
【図１７】
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【図１８】
2020080124.tif 000037
【図１９】
2020080124.tif 000038
【図２０】
2020080124.tif 000039
【図２１】
2020080124.tif 000040
【図２２】
2020080124.tif 000041
【図２３】
2020080124.tif 000042
【図２４Ａ】
2020080124.tif 000043
【図２４Ｂ】
2020080124.tif 000044
【図２５】
2020080124.tif 000045
【図２６】
2020080124.tif 000046
【図２７】
2020080124.tif 000047
【図２８】
2020080124.tif 000048
【図２９】
2020080124.tif 000049
【図３０】
2020080124.tif 000050
【図３１】
2020080124.tif 000051
【図３２】
2020080124.tif 000052
【国際調査報告】
2020080124.tif 000053
2020080124.tif 000054
2020080124.tif 000055
2020080124.tif 000056