特許 7530835 固体撮像素子、電子機器、および固体撮像素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-31

(45)【発行日】2024-08-08

(54)【発明の名称】固体撮像素子、電子機器、および固体撮像素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240801BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20240801BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 E

H01L27/146 A

H04N25/70

H04N25/76

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020569536

(86)(22)【出願日】2020-01-21

(86)【国際出願番号】 JP2020001960

(87)【国際公開番号】W WO2020158515

(87)【国際公開日】2020-08-06

【審査請求日】2022-12-13

(31)【優先権主張番号】P 2019011932

(32)【優先日】2019-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】重歳 卓志

(72)【発明者】

【氏名】富樫 秀晃

(72)【発明者】

【氏名】山元 純平

(72)【発明者】

【氏名】福岡 慎平

(72)【発明者】

【氏名】竹尾 もえ

(72)【発明者】

【氏名】西田 翔

【審査官】田邊 顕人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１３８１９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１８２３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３７２０３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３０１４８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１８０５７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０７３４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２５３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３８９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３４５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１４７３０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０５４９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１０３１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０４Ｎ ２５／７０

Ｈ０４Ｎ ２５／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板の光入射面となる一方の主面側に設けられる１層以上の光電変換層と、
画素エリアに設けられ、一端が前記光電変換層に接続されて前記半導体基板の表裏を貫通し、前記画素エリアにおいて隣設される複数の画素によって共有され、前記光電変換層によって光電変換された電荷を前記半導体基板の他方の主面側へ転送する貫通電極と、
前記半導体基板の前記他方の主面側に設けられるトランジスタのゲートと同一層に設けられ、前記貫通電極の他端が接続される接続パッドと、
前記半導体基板の前記他方の主面に設けられるゲート絶縁膜を介して前記接続パッドと対向する位置に設けられ、前記貫通電極における前記他端側の側周面を囲むＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）と
を有する固体撮像素子。

【請求項2】

前記接続パッドは、
前記電荷を増幅するトランジスタのゲートおよび前記電荷が転送されるフローティングディフュージョンのうち、少なくともいずれか一方と接続される
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記接続パッドは、
前記半導体基板の前記他方の主面に設けられるゲート絶縁膜を介して前記電荷を増幅するトランジスタのチャネル形成領域と対向する位置まで延在し、前記トランジスタのゲートとして機能する
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記接続パッドは、
前記電荷が転送されるフローティングディフュージョンと当接する位置まで延在し、前記フローティングディフュージョンと接合する
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

前記接続パッドの材料は、
前記トランジスタのゲートと同一材料である
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

前記接続パッドの材料は、
不純物がドープされた半導体である
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項7】

固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の光入射面となる一方の主面側に設けられる１層以上の光電変換層と、
画素エリアに設けられ、一端が前記光電変換層に接続されて前記半導体基板の表裏を貫通し、前記画素エリアにおいて隣設される複数の画素によって共有され、前記光電変換層によって光電変換された電荷を前記半導体基板の他方の主面側へ転送する貫通電極と、
前記半導体基板の前記他方の主面側に設けられるトランジスタのゲートと同一層に設けられ、前記貫通電極の他端が接続される接続パッドと、
前記半導体基板の前記他方の主面に設けられるゲート絶縁膜を介して前記接続パッドと対向する位置に設けられ、前記貫通電極における前記他端側の側周面を囲むＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）と
を有する電子機器。

【請求項8】

半導体基板の光入射面となる一方の主面側に１層以上の光電変換層を形成する工程と、
画素エリアに一端が前記光電変換層に接続されて前記半導体基板の表裏を貫通し、前記画素エリアにおいて隣設される複数の画素によって共有され、前記光電変換層によって光電変換された電荷を前記半導体基板の他方の主面側へ転送する貫通電極を形成する工程と、
前記半導体基板の前記他方の主面側に設けられるトランジスタのゲートと、前記貫通電極の他端が接続される接続パッドとを同一層に同一工程で形成する工程と、
前記半導体基板の前記他方の主面に設けられるゲート絶縁膜を介して前記接続パッドと対向する位置に、前記貫通電極における前記他端側の側周面を囲むＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）を形成する工程と
を含む固体撮像素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、固体撮像素子、電子機器、および固体撮像素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板の光入射面となる一方の主面（裏面）側に設けられる光電変換層と、半導体基板の他方の主面（表面）側に設けられ、光電変換層によって光電変換された電荷を処理するトランジスタとを備える裏面照射型の固体撮像素子がある。

【0003】

かかる裏面照射型の固体撮像素子は、光電変換層によって光電変換された電荷を半導体基板の裏面側から表面側へ転送するために、半導体基板の表裏を貫通する貫通電極を備える（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

貫通電極は、一端が光電変換層に接続され、他端が半導体基板の表面側に積層された層間絶縁膜に埋設される配線層に形成された接続パッドに接続され、接続パッドを介して上記したトランジスタ等に接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－７３４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、固体撮像素子は、微細化が進む一方、撮像特性の向上を図るために厚膜化される傾向にあり、これに伴って貫通電極の幅に対する深さの比であるアスペクトが高くなるにつれて、貫通電極を形成する工程の難易度の高まりが問題となっている。

【0007】

そこで、本開示では、貫通電極を形成する工程の難易度を低く抑えることができる固体撮像素子、電子機器、および固体撮像素子の製造方法を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示によれば、固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、１層以上の光電変換層と、貫通電極と、接続パッドとを有する。１層以上の光電変換層は、半導体基板の光入射面となる一方の主面側に設けられる。貫通電極は、画素エリアに設けられ、一端が前記光電変換層に接続されて前記半導体基板の表裏を貫通し、前記光電変換層によって光電変換された電荷を前記半導体基板の他方の主面側へ転送する。接続パッドは、前記半導体基板の前記他方の主面側に設けられるトランジスタのゲートと同一層に設けられ、前記貫通電極の他端が接続される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示に係る固体撮像素子の断面説明図である。

【図2】本開示に係る固体撮像素子の製造工程を示す説明図である。

【図3】本開示に係る固体撮像素子の製造工程を示す説明図である。

【図4】本開示に係る固体撮像素子の製造工程を示す説明図である。

【図5】本開示に係る固体撮像素子の製造工程を示す説明図である。

【図6】本開示に係る固体撮像素子の製造工程を示す説明図である。

【図7】本開示に係る固体撮像素子の製造工程を示す説明図である。

【図8】本開示に係る固体撮像素子のレイアウト構成の一例を示す説明図である。

【図9】本開示に係る固体撮像素子の回路構成の一例を示す説明図である。

【図10】本開示に係る固体撮像装置の平面説明図である。

【図11】本開示に係る固体撮像装置の断面説明図である。

【図12】本開示に係る固体撮像素子の変形例１を示す断面説明図である。

【図13】本開示に係る固体撮像素子の変形例１における接続パッドを示す平面説明図である。

【図14】本開示に係る固体撮像素子の変形例２を示す断面説明図である。

【図15】本開示に係る固体撮像素子の変形例２における接続パッドを示す平面説明図である。

【図16】本開示に係る固体撮像素子の変形例３を示す断面説明図である。

【図17】本開示に係る固体撮像素子の変形例４を示す断面説明図である。

【図18】本開示に係る電子機器の構成の一例を示す説明図である。

【図19】本開示に係る固体撮像装置の変形例１を示す平面説明図である。

【図20】本開示に係る固体撮像装置の変形例１を示す断面説明図である。

【図21】本開示に係る固体撮像装置の変形例２を示す平面説明図である。

【図22】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23】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24】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25】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】

【0010】

以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0011】

また、以下に示す項目順に従って本開示を説明する。
１．固体撮像素子の断面構造
２．固体撮像素子の製造方法
３．固体撮像素子のレイアウト構成の一例
４．固体撮像素子の回路構成の一例
５．画素エリアの定義
６．固体撮像素子の変形例１
７．固体撮像素子の変形例２
８．固体撮像素子の変形例３
９．固体撮像素子の変形例４
１０．固体撮像素子を備える電子機器の構成
１１．固体撮像装置の変形例１、変形例２
１２．内視鏡手術システムへの応用例
１３．移動体への適用例

【0012】

［１．固体撮像素子の断面構造］
図１は、本開示に係る固体撮像素子の断面説明図である。なお、図１には、画像を撮像する裏面照射型の固体撮像装置における画素エリアに行列状に配置される複数の固体撮像素子のうち、１画素に対応する固体撮像素子１の断面を模式的に示している。

【0013】

図１に示すように、固体撮像素子１は、例えば、Ｐ型の半導体基板１０の光入射面となる一方の主面（以下、裏面と記載する）側に設けられる光電変換層２と、半導体基板１０の内部に設けられる第１光電変換素子ＰＤ１および第２光電変換素子ＰＤ２とを備える。

【0014】

光電変換層２は、下部透明電極２１と、上部透明電極２３と、下部透明電極２１および上部透明電極２３間に配置される光電変換膜２２とによって構成される。光電変換膜２２は、例えば、緑色光に対して感度を有し、入射する緑色光を受光強度に応じた量の電荷に変換する。

【0015】

光電変換層２は、絶縁膜４１，４２を介して半導体基板１０上に積層される。また、光電変換層２上には、パッシベーション膜３１と、平坦化膜３２とが積層される。また、平坦化膜３２上で第１光電変換素子ＰＤ１および第２光電変換素子ＰＤ２と対向する位置には、チップオンレンズ３３が設けられる。チップオンレンズ３３は、入射光を第１光電変換素子ＰＤ１および第２光電変換素子ＰＤ２へ集光する。

【0016】

第１光電変換素子ＰＤ１は、Ｎ型の不純物がドープされた領域であり、例えば、赤色光に対して感度を有し、入射する赤色光を受光強度に応じた量の電荷に変換する。第２光電変換素子ＰＤ２は、Ｎ型の不純物がドープされた領域であり、例えば、青色光に対して感度を有し、入射する青色光を受光強度に応じた量の電荷に変換する。

【0017】

また、固体撮像素子１は、半導体基板１０の他方の主面（以下、表面と記載する）側に、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＳＴ、転送トランジスタＴＧ１，ＴＧ２等の複数のトランジスタを備える。

【0018】

なお、固体撮像素子１が備えるこれらのトランジスタおよび他のトランジスタのレイアウト構成の一例については図８を参照し、回路構成の一例については図９を参照して後述する。増幅トランジスタＡＭＰは、ゲートＧａと、ソース１１ａと、ドレイン１１ｂとによって構成される。増幅トランジスタＡＭＰは、光電変換層２によって光電変換された電荷を増幅する。

【0019】

リセットトランジスタＲＳＴは、ゲートＧｒと、ソースとなるフローティングディフュージョンＦＤと、ドレイン１１ｃとによって構成される。リセットトランジスタＲＳＴは、光電変換層２によって光電変換された電荷を一時的に保持するフローティングディフュージョンＦＤをリセットする。

【0020】

転送トランジスタＴＧ１は、ゲートＧ１と、ソースとなる第１光電変換素子ＰＤ１と、ドレインとなるフローティングディフュージョンＦＤ１とによって構成される。転送トランジスタＴＧ１は、第１光電変換素子ＰＤ１によって光電変換された電荷を第１光電変換素子ＰＤ１からフローティングディフュージョンＦＤ１へ転送する。

【0021】

転送トランジスタＴＧ２は、ゲートＧ２と、ソースとなる第２光電変換素子ＰＤ２と、ドレインとなるフローティングディフュージョンＦＤ２とによって構成される。転送トランジスタＴＧ２は、第２光電変換素子ＰＤ２によって光電変換された電荷を第２光電変換素子ＰＤ２からフローティングディフュージョンＦＤ２へ転送する。

【0022】

フローティングディフュージョンＦＤ，ＦＤ１，ＦＤ２、ソース１１ａ、およびドレイン１１ｂ，１１ｃは、Ｎ型の不純物がドープされた領域であり、半導体基板１０の表面（図１では下面）側内部に設けられる。

【0023】

ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１は、半導体基板１０の表面（図１では下面）側に積層される層間絶縁膜４５内の最上層に設けられる。ゲートＧ２は、層間絶縁膜４５内の最上層から半導体基板１０内部の第２光電変換素子ＰＤ２まで延在する。これら、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２と半導体基板１０との間には、ゲート絶縁膜４３が設けられる。

【0024】

また、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２と層間絶縁膜４５との間には、ＣＥＳＬ（Contact Etch Stop Layer）膜４４が設けられる。さらに、層間絶縁膜４５内のゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１よりも下層側には、金属の配線層５３が設けられる。

【0025】

このように、固体撮像素子１は、半導体基板１０の裏面（図１では上面）側に設けられた光電変換層２によって光電変換された電荷を処理する増幅トランジスタＡＭＰやリセットトランジスタＲＳＴ等が半導体基板１０の表面（図１では下面）側に設けられる。

【0026】

このため、固体撮像素子１は、画素エリアに、一端が光電変換層２に接続されて半導体基板１０の表裏を貫通し、光電変換層２によって光電変換された電荷を半導体基板１０の表面側へ転送する貫通電極５０を備える。なお、貫通電極５０の一端（図１では、上端）は、コンタクトビア５１を介して光電変換層２の下部透明電極２１に接続される。

【0027】

ここで、一般的な貫通電極は、他端が半導体基板の表面側に積層された層間絶縁膜の内部に埋設される配線層に形成された接続パッドに接続され、接続パッドを介して増幅トランジスタのゲートやフローティングディフュージョンに接続される。

【0028】

かかる一般的な貫通電極は、半導体基板の裏面から表面側に積層された層間絶縁膜内部の配線層に形成される接続パッドにまで達する貫通孔を形成し、貫通孔の内部に導電性部材を設けることによって形成される。

【0029】

しかしながら、近年の固体撮像素子は、微細化が進む一方、撮像特性の向上を図るために厚膜化される傾向にあり、これに伴って貫通電極の幅に対する深さの比であるアスペクトが高くなるにつれて、貫通電極を形成する工程の難易度の高まりが問題となっている。

【0030】

具体的には、裏面照射型の固体撮像装置の画素エリアに貫通電極を配置する場合、貫通電極の占める面積の割合が大きくなると固体撮像素子の撮像特性が劣化する。このため、貫通電極および貫通電極と接続する半導体基板の表面側の接続パッドは画素サイズに対して微細化する必要がある。

【0031】

しかし、近年では、裏面照射型の固体撮像素子の画素サイズが数μｍ以下まで縮小される一方、半導体基板の膜厚は固体撮像素子の特性を高めるため維持または厚膜化される傾向にあり、貫通電極を画素サイズよりも十分に微細化すると超高アスペクト構造となる。

【0032】

このため、半導体基板の表裏を貫通し、さらに、層間絶縁膜に埋設された接続パッドにまで達する超高アスペクト構造の貫通孔をドライエッチングによって形成する工程の難易度が高くなっている。このような背景のもとで、上記した一般的な貫通電極には、以下のような２つの課題が生じる。

【0033】

１つ目の課題は、層間絶縁膜をドライエッチングで加工し、接続パッドまでの貫通孔を形成する工程で、半導体基板から配線層までの層間絶縁膜も除去する必要があるため、加工量および加工アスペクトが増加することである。

【0034】

これによりドライエッチングの難易度が高くなるため、加工不良により貫通電極がオープン不良となるリスクが増加する。またドライエッチングのレートは高アスペクトになるほど低下するため、層間絶縁膜分の加工量増加が生産コストへ与える影響も大きい。

【0035】

２つ目の課題は、接続パッドに配線層の金属材料が用いられることである。接続パッドに金属材料を用いた場合、層間絶縁膜をドライエッチングで加工し、接続パッドまでの貫通孔を形成する際に、接続パッドの金属が飛散し固体撮像素子のノイズ特性が悪化する懸念がある。

【0036】

また、超高アスペクトで層間絶縁膜をドライエッチングする際には、高イオンエネルギーの条件で行うため、スパッタリングによる金属材料の飛散を回避することは難しい。また後工程の洗浄も、高アスペクト下で貫通電極側面の絶縁膜をエッチングすることなく行う必要があるため、飛散した金属を十分に除去することは困難である。

【0037】

また一般的に層間絶縁膜のドライエッチングでは、フルオロカーボンガスまたばハイドロフルオロカーボンガスを用いるため、金属材料に変質層を形成したり、金属を含有した反応生成物を発生させたりし、貫通電極の抵抗値が不安定となる懸念もある。

【0038】

そこで、図１に示すように、本開示に係る貫通電極５０の他端（図１では、下端）が接続される接続パッド５２は、半導体基板１０の表面側に設けられるトランジスタのゲートと同一層に設けられる。

【0039】

具体的には、接続パッド５２は、増幅トランジスタＡＭＰのゲートＧａ、リセットトランジスタＲＳＴのゲートＧｒ、転送トランジスタＴＧ１のゲートＧ１、および転送トランジスタＴＧ２のゲートＧ２と同一層に設けられる。そして、接続パッド５２は、コンタクトビア５４と配線層５３を介して増幅トランジスタＡＭＰのゲートＧａと、フローティングディフュージョンＦＤに接続される。

【0040】

前述したように、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２は、層間絶縁膜４５の最上層に設けられる。このため、本開示では、接続パッド５２が半導体基板１０に近くなり、半導体基板１０の表裏を貫通する貫通孔を形成するだけで、層間絶縁膜４５をドライエッチングで加工せずに、貫通電極５０を設けるための貫通孔を形成することができる。

【0041】

したがって、固体撮像素子１では、貫通電極５０を設けるための貫通孔を形成するドライエッチングの加工量や加工アスペクトが小さくなるので、貫通電極５０を形成する工程の難易度を低く抑えることができる。

【0042】

また、固体撮像素子１では、貫通電極５０のアスペクトが低くなるので、貫通電極５０がオープン不良となるリスクを低減することにより、製品の歩留まりを向上させることができる。しかも、固体撮像素子１では、貫通電極５０を設けるための貫通孔を形成するドライエッチングの加工量が小さくなるので、製造工程のスループットを向上させることで生産性を高めることもできる。

【0043】

また、本開示に係る接続パッド５２は、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２と同一層に設けられるので、配線層５３等の金属材料ではなく、例えば、ゲートＧａ等の材料と同一のアモルファスシリコン、多結晶シリコンなどの半導体材料を選択することができる。

【0044】

このため、固体撮像素子１では、貫通電極５０を設けるために半導体基板１０の裏面から接続パッド５２まで達する貫通孔を形成する工程で、金属が飛散することを防止することができる。

【0045】

したがって、固体撮像素子１によれば、製造工程中の金属の飛散によるノイズ特性の悪化を回避することができ、加工変質層や反応生成物の発生も金属材料に比べれば軽微であるため、貫通電極５０の抵抗値が安定する。

【0046】

なお、図１では、接続パッド５２が配線層５３を介してゲートＧａおよびフローティングディフュージョンＦＤに接続されているが、接続パッド５２は、ゲートＧａおよびフローティングディフュージョンＦＤの少なくともいずれか一方と接続されていてもよい。

【0047】

接続パッド５２がゲートＧａの方と接続される場合、ゲートＧａとフローティングディフュージョンＦＤとは、他の配線層を介して接続される。また、接続パッド５２がフローティングディフュージョンＦＤの方と接続される場合、フローティングディフュージョンＦＤとゲートＧａとは、他の配線層を介して接続される。

【0048】

かかる構成でも、貫通電極５０および接続パッド５２の配置は、図１に示す固体撮像素子１と同様の構成となるので、貫通電極５０を形成する工程の難易度を低く抑えることができる。

【0049】

［２．固体撮像素子の製造方法］
次に、図２～図６を参照し、本開示に係る固体撮像素子１の製造方法について説明する。図２～図６は、本開示に係る固体撮像素子１の製造工程を示す説明図である。

【0050】

固体撮像素子１を製造する場合には、図２に示すように、まず、例えば、ボロン等のＰ型の不純物をドープしたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等などの半導体基板１０内の所定領域に、例えば、リン等のＮ型の不純物をイオン注入して第１光電変換素子ＰＤ１および第２光電変換素子ＰＤ２を形成する。

【0051】

その後、半導体基板１０における転送トランジスタＴＧ２のゲートＧ２の形成位置に開口を形成した後、半導体基板１０の表面にゲート絶縁膜４３を形成する。続いて、ゲート絶縁膜４３上の所定位置に、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２を形成する。

【0052】

このとき、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２が形成される層と同一層で、後に、貫通電極５０が形成される位置と対向する位置に、接続パッド５２を形成する。接続パッド５２は、平面視による面積が画素サイズの１／１０以下、最適には１／３０以下となるようにする。

【0053】

また、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２および接続パッド５２の材料としては、例えば、貫通電極５０と同様の金属材料に加え、高濃度に不純物がドープされたアモルファスシリコン、多結晶シリコン等の半導体を採用することができる。

【0054】

接続パッド５２の材料として、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２と同一材料を採用した場合には、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２と接続パッド５２とを同時形成することができるので、製造工程数を増加させることなく、接続パッド５２を形成することができる。

【0055】

また、接続パッド５２の材料として、不純物がドープされた半導体を採用した場合、貫通電極５０を設けるための貫通孔をプラズマエッチングで加工する工程で、金属飛散による前述した問題の発生を抑制することができる。

【0056】

具体的には、接続パッド５２の材料として、不純物がドープされた半導体を採用した場合、金属飛散によるノイズ特性の悪化、金属変質層、金属含有反応生成物による貫通電極５０の抵抗値の不安定さを回避することができる。

【0057】

その後、半導体基板１０における表層の所定位置に、Ｎ型の不純物をイオン注入することによって、フローティングディフュージョンＦＤ，ＦＤ１，ＦＤ２、ソース１１ａ、およびドレイン１１ｂ，１１ｃを形成する。こうして、半導体基板１０の表面側に、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＳＴ、転送トランジスタＴＧ１，ＴＧ２を形成する。

【0058】

続いて、ゲートＧａ，Ｇｒ，Ｇ１，Ｇ２、接続パッド５２、およびゲート絶縁膜４３上にＣＥＳＬ膜４４を形成した後、ＣＥＳＬ膜４４上に、層間絶縁膜４５、配線層５３、およびコンタクトビア５４を形成する。この工程で、接続パッド５２と、ゲートＧａおよびフローティングディフュージョンＦＤとがコンタクトビア５４と配線層５３とを介して接続される。

【0059】

その後、図３に示すように、半導体基板１０の天地を反転させ、貫通電極５０を配置する位置に、半導体基板１０の裏面（図３では、上面）からゲート絶縁膜４３の上面まで達する貫通孔をドライエッチングにより形成する。貫通孔は、半導体基板１０の厚さが２μｍ～１０μｍの場合、平面視による径が１５０ｎｍ～６００ｎｍとなるようにする。

【0060】

続いて、図４に示すように、貫通孔を含む半導体基板１０の裏面全体に、絶縁膜４１をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により堆積する。絶縁膜４１の材料としては、例えば、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜を採用することができる。また、絶縁膜４１の材料は、ポーラスＳｉＯＣ膜、ポーラスＨＳＱ（Hydrogen Silsesquioxane）膜、ポーラスＭＳＱ（Methyl Silsesquioxane）膜などの所謂Low-k膜など、絶縁性を有する誘電体を採用することができる。

【0061】

このとき、半導体基板１０と絶縁膜４１との間にＡＬＤやＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）で反射防止膜を積層させてもよい。反射防止膜は負の固定電荷を有し半導体基板１０からの暗電流防止の役割も担うことができる。

【0062】

反射防止膜の材料としては、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）膜、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）膜、酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）膜を採用することができる。

【0063】

反射防止膜の材料として、酸化プラセオジム（Ｐｒ_２Ｏ_３）膜、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）膜、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）膜、酸化プロメチウム（Ｐｍ_２Ｏ_３）膜、酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）膜を採用することもできる。

【0064】

また、反射防止膜の材料として、酸化ユウロピウム（Ｅｕ_２Ｏ_３）膜、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）膜、酸化テルビウム（Ｔｂ_２Ｏ_３）膜、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ_２Ｏ_３）膜、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３）膜を採用することもできる。

【0065】

また、反射防止膜の材料として、酸化ツリウム（Ｔｍ_２Ｏ_３）膜、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）膜、酸化ルテチウム（Ｌｕ_２Ｏ_３）膜、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）膜、窒化ハフニウム膜を採用することもできる。

【0066】

また、反射防止膜の材料として、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜、酸窒化アルミニウム膜を採用することもできる。なお、これらの反射防止膜は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ法、ＡＬＤ法によって形成することが可能である。

【0067】

続いて、図５に示すように、貫通孔底部の絶縁膜４１を表面側の接続パッド５２に到達するまでドライエッチングで除去する。このとき、絶縁膜４１によって内周面が被覆された貫通孔は、平面視による径が５０ｎｍ～４００ｎｍとなるようにする。

【0068】

このとき、半導体基板１０の厚さが４μｍ、貫通孔の径が２００ｎｍであれば、貫通孔のアスペクトは、４μｍ／２００ｎｍ＝２０程度となり、ドライエッチングによる加工の難易度がそれほど高くはならない。

【0069】

その後、図６に示すように、貫通孔を含む半導体基板１０の裏面全体に導電膜を成膜した後、ドライエッチングにより貫通電極５０となる部分以外の導電膜を除去することによって、貫通電極５０を形成する。貫通電極５０の材料としては、アルミニウム、タングステン、チタン、コバルト、ハフニウム、タンタル、銅、ルテニウム等の金属材料を採用することができる。

【0070】

その後、図７に示すように、貫通電極５０および絶縁膜４１を被覆する絶縁膜４２を成膜し、絶縁膜４１の上面を、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって平坦化する。

【0071】

続いて、絶縁膜４２をパターニングして絶縁膜４２の所定位置に貫通電極５０まで達するコンタクトホールを形成し、コンタクトホールに導電材料を充填してコンタクトビア５１を形成する。その後、半導体基板１０の表面側に、下部透明電極２１、光電変換膜２２、および上部透明電極２３を順次積層して、光電変換層２を形成する。

【0072】

光電変換膜２２の材料としては、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドンなどの有機光電変換材料、Ｓｉ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅなどの超微粒子材料などを採用することができる。最後に、上部透明電極２３上に、パッシベーション膜３１、平坦化膜３２、およびチップオンレンズ３３を順次積層して、図１に示す固体撮像素子１が完成する。

【0073】

［３．固体撮像素子のレイアウト構成の一例］
次に、図８を参照し、固体撮像素子１のレイアウト構成の一例について説明する。図８は、本開示に係る固体撮像素子１のレイアウト構成の一例を示す説明図である。なお、図８中の上段には、固体撮像素子１が備えるトランジスタ、第２光電変換素子ＰＤ２、および貫通電極５０のレイアウトの一例を示しており、下段には、下部透明電極２１を示している。

【0074】

図８の上段に示すように、固体撮像素子１は、平面視矩形状の画素の対向する二辺のうちの一方の辺（図８では、右端）に沿って、光電変換層２用の選択トランジスタＳＥＬ、増幅トランジスタＡＭＰ、およびリセットトランジスタＲＳＴが配置される。

【0075】

選択トランジスタＳＥＬは、光電変換層２によって光電変換された電荷を読み出す場合にオンとなり、光電変換された電荷に応じた電圧を信号読出線ＶＳＬへ出力する。また、増幅トランジスタＡＭＰのゲートおよびフローティングディフュージョンＦＤは、貫通電極５０を介して下部透明電極２１と接続される。なお、増幅トランジスタＡＭＰのドレインには、電源電圧ＶＤＤが印加される。下部透明電極２１は、周辺電圧印加回路に接続され、所定の電圧ＶＯＡが印加される。

【0076】

また、固体撮像素子１は、平面視矩形状の画素の対向する二辺のうちの他方の辺（図８では、左端）に沿って、第１光電変換素子ＰＤ１用の選択トランジスタＳＥＬ１、増幅トランジスタＡＭＰ１、およびリセットトランジスタＲＳＴ１が配置される。

【0077】

選択トランジスタＳＥＬ１は、第１光電変換素子ＰＤ１によって光電変換された電荷を読み出す場合にオンとなり、光電変換された電荷に応じた電圧を信号読出線ＶＳＬ１へ出力する。また、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲートは、フローティングディフュージョンＦＤ１に接続される。増幅トランジスタＡＭＰ１のドレインには、電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0078】

また、固体撮像素子１は、平面視矩形状の画素の四辺のうち、光電変換層２用のトランジスタと、第１光電変換素子ＰＤ１用のトランジスタとが設けられない一辺（図８では、下端）に沿って、第２光電変換素子ＰＤ２用の選択トランジスタＳＥＬ２、増幅トランジスタＡＭＰ２、およびリセットトランジスタＲＳＴ２が配置される。

【0079】

選択トランジスタＳＥＬ２は、第２光電変換素子ＰＤ２によって光電変換された電荷を読み出す場合にオンとなり、光電変換された電荷に応じた電圧を信号読出線ＶＳＬ２へ出力する。また、増幅トランジスタＡＭＰ２のゲートは、フローティングディフュージョンＦＤ２と、転送トランジスタＴＧ２のドレインとに接続される。増幅トランジスタＡＭＰ２のドレインには、電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0080】

また、固体撮像素子１は、平面視矩形状の画素内で、光電変換層２用のトランジスタ、第１光電変換素子ＰＤ１用のトランジスタ、第２光電変換素子ＰＤ２用のトランジスタによって囲まれる領域に、第２光電変換素子ＰＤ２が配置される。なお、固体撮像素子１のレイアウト構成は、図８に示すレイアウト構成に限定されるものではない。

【0081】

［４．固体撮像素子の回路構成の一例］
次に、図９を参照し、固体撮像素子１の回路構成の一例について説明する。図９は、本開示に係る固体撮像素子１の回路構成の一例を示す説明図である。図９に示すように、第１光電変換素子ＰＤ１用の転送トランジスタＴＧ１は、ゲートが転送ゲート配線Ｔｇ１に接続され、ソースが第１光電変換素子ＰＤ１に接続され、ドレインがフローティングディフュージョンＦＤ１に接続される。

【0082】

また、第１光電変換素子ＰＤ１用のリセットトランジスタＲＳＴ１は、ゲートがリセットゲート配線Ｒｓｔ１に接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、ドレインに電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0083】

また、第１光電変換素子ＰＤ１用の増幅トランジスタＡＭＰ１は、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、ソースが選択トランジスタＳＥＬ１のドレインに接続され、ドレインに電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0084】

また、第１光電変換素子ＰＤ１用の選択トランジスタＳＥＬ１は、ゲートが選択ゲート配線Ｓｅｌ１に接続され、ソースが信号読出線ＶＳＬ１に接続され、ドレインが増幅トランジスタＡＭＰ１のソースに接続される。

【0085】

また、第２光電変換素子ＰＤ２用の転送トランジスタＴＧ２は、ゲートが転送ゲート配線Ｔｇ２に接続され、ソースが第２光電変換素子ＰＤ２に接続され、ドレインがフローティングディフュージョンＦＤ２に接続される。

【0086】

また、第２光電変換素子ＰＤ２用のリセットトランジスタＲＳＴ２は、ゲートがリセットゲート配線Ｒｓｔ２に接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、ドレインに電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0087】

また、第２光電変換素子ＰＤ２用の増幅トランジスタＡＭＰ２は、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、ソースが選択トランジスタＳＥＬ２のドレインに接続され、ドレインに電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0088】

また、第２光電変換素子ＰＤ２用の選択トランジスタＳＥＬ２は、ゲートが選択ゲート配線Ｓｅｌ２に接続され、ソースが信号読出線ＶＳＬ２に接続され、ドレインが増幅トランジスタＡＭＰ２のソースに接続される。

【0089】

また、光電変換層２用のリセットトランジスタＲＳＴは、リセットゲート配線Ｒｓｔ３に接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ドレインに電源電圧ＶＤＤが印加される。フローティングディフュージョンＦＤは、貫通電極５０を介して光電変換層２の下部透明電極２１に接続される。

【0090】

また、光電変換層２は、下部透明電極２１に所定の電圧ＶＯＡが印加され、上部透明電極２３に所定の電圧ＶＯＵが印加されて、光電変換膜２２に電圧ＶＯＵと電圧ＶＯＡとの差分電圧による電界が形成される。

【0091】

また、光電変換層２用の増幅トランジスタＡＭＰは、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続され、ドレインに電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0092】

また、光電変換層２用の選択トランジスタＳＥＬは、ゲートが選択ゲート配線Ｓｅｌ３に接続され、ソースが信号読出線ＶＳＬ３に接続され、ドレインが増幅トランジスタＡＭＰのソースに接続される。なお、固体撮像素子１の回路構成は、図９に示す回路構成に限定されるものではない。

【0093】

なお、上述した実施形態は一例であり、本開示に係る固体撮像素子の構造は、図１に示す構造に限定されるものではない。次に、本開示に係る固体撮像素子の変形例１～変形例４について説明する。

【0094】

［５．画素エリアの定義］
前述したように、固体撮像素子１の貫通電極５０は、固体撮像装置における画素エリア（画素領域）に設けられる。ここで、図１０および図１１を参照し、本開示に係る固体撮像装置の画素エリアの定義について説明する。

【0095】

図１０は、本開示に係る固体撮像装置の平面説明図である。図１１は、本開示に係る固体撮像装置の断面説明図である。図１１では、図１に示す固体撮像素子１が備える構成要素のうち、一部の構成要素について図示を省略している。

【0096】

なお、図１１に示す一点鎖線で囲まれた部分が図１に示す固体撮像素子１に相当する部分である。ここでは、図１１に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、図１に示す符号およびハッチングと同一の符号およびハッチングを付することにより、重複する説明を省略する。

【0097】

図１０に示すように、固体撮像装置１０１は、複数の固体撮像素子１が行列状に配置される画素アレイ１０２と、画素アレイ１０２の周囲に設けられる画素駆動回路１０３および画素読み出し回路１０４，１０５とを備える。なお、図１０に示す点線で囲まれた部分が図９に示す回路の部分に相当する。

【0098】

画素駆動回路１０３は、例えば、図９に示した転送トランジスタＴＧ１，ＴＧ２、およびリセットトランジスタＲＳＴ，ＲＳＴ１，ＲＳＴ２等を駆動して、光電変換された電荷の転送およびリセットを行う。また、画素読み出し回路１０４，１０５は、例えば、図９に示した選択トランジスタＳＥＬ，ＳＥＬ１，ＳＥＬ２等を駆動して、固体撮像素子１から光電変換された電荷を読み出す。

【0099】

本開示に係る固体撮像装置１０１では、画素アレイ１０２が設けられている領域を画素エリア（画素領域）と定義する。具体的には、図１１に示すように、半導体基板１０の面方向において、複数の下部透明電極２１が設けられている領域内を画素エリア（画素領域）と定義する。貫通電極５０は、かかる画素領域に設けられる。また、固体撮像装置１０１では、画素領域の周囲が周辺領域となり、周辺領域のさらに外側が検査・分離領域となる。

【0100】

なお、図１１に示すように、固体撮像装置１０１は、パッシベーション膜３１の内部に上部透明電極２３と接続されるＶＯＵ配線兼、遮光膜３４を備える。ＶＯＵ配線兼、遮光膜３４は、貫通電極５０を介して半導体基板１０の表面側（図１１では、下面側）に設けられる接続パッド５２と接続され、上部透明電極２３に前述した所定の電圧ＶＯＵを印加する。

【0101】

［６．固体撮像素子の変形例１］
次に、図１２および図１３を参照し、固体撮像素子の変形例１について説明する。図１２は、本開示に係る固体撮像素子の変形例１を示す断面説明図である。図１３は、本開示に係る固体撮像素子の変形例１における接続パッドを示す平面説明図である。

【0102】

図１２に示すように、固体撮像素子１ａは、接続パッド５２ａが半導体基板１０の表面に設けられるゲート絶縁膜４３を介して増幅トランジスタＡＭＰのチャネル形成領域と対向する位置まで延在する構成以外は、図１に示す固体撮像素子１と同様の構成である。

【0103】

なお、図１２には、増幅トランジスタＡＭＰのソース１１ａとドレイン１１ｂとの間を横切る線によって切断した固体撮像素子１ａの断面を示しているため、ソース１１ａおよびドレイン１１ｂが表れていない。増幅トランジスタＡＭＰのソース１１ａおよびドレイン１１ｂの周囲（図１３参照）には、例えば、酸化シリコン等の絶縁材料によって形成される素子分離領域５５が設けられる。

【0104】

変形例１に係る接続パッド５２ａは、図１に示す接続パッド５２の機能と、図１に示す増幅トランジスタＡＭＰのゲートＧａの機能とを兼ねる。かかる接続パッド５２ａによれば、図１に示す固体撮像素子１に比べて、接続パッド５２と増幅トランジスタＡＭＰのゲートＧａとの間に間隔を設ける必要がないので、半導体基板１０の面方向のサイズを縮小することによって、集積度を向上させることができる。

【0105】

また、図１３に示すように、接続パッド５２ａは、貫通電極５０との接続部と、増幅トランジスタＡＭＰのゲートとして機能する部分とが直線上に位置する構成とすることができる。

【0106】

これにより、接続パッド５２ａにおける貫通電極５０との接続部と、増幅トランジスタＡＭＰのゲートとして機能する部分との距離を最短にすることで、さらに集積度を向上させることができる。

【0107】

なお、接続パッド５２ａにおける貫通電極５０との接続部と、増幅トランジスタＡＭＰのゲートとして機能する部分との位置関係は、図１３に示す位置関係に限定されるものではなく、固体撮像素子１ａのレイアウトに応じて任意に変更が可能である。

【0108】

また、接続パッド５２ａは、貫通電極５０との接続部の方が増幅トランジスタＡＭＰのゲートとして機能する部分よりも平面視において幅広となっている。これにより、貫通電極５０を設けるための貫通孔の位置が若干ずれた場合でも、貫通電極５０と接続パッド５２ａとを確実に接続させることができる。ただし、接続パッド５２ａの平面視における形状は、図１３に示す形状に限定されるものではない。

【0109】

［７．固体撮像素子の変形例２］
次に、図１４および図１５を参照し、固体撮像素子の変形例２について説明する。図１４は、本開示に係る固体撮像素子の変形例２を示す断面説明図である。図１５は、本開示に係る固体撮像素子の変形例２における接続パッドを示す平面説明図である。

【0110】

図１４に示すように、固体撮像素子１ｂは、接続パッド５２ｂがフローティングディフュージョンＦＤと当接する位置まで延在する構成以外は、図１に示す固体撮像素子１と同様の構成である。

【0111】

変形例２に係る接続パッド５２ｂは、コンタクト部ＣＮＴでフローティングディフュージョンＦＤと接合している。かかる接続パッド５２ｂによれば、フローティングディフュージョンＦＤにコンタクトビアを接続させる際のダメージや金属汚染によるノイズ特性の悪化を抑制することができる。

【0112】

また、図１４に示すように、接続パッド５２ｂは、貫通電極５０との接続部と、コンタクト部ＣＮＴとが直線上に位置する構成とすることができる。これにより、接続パッド５２ｂにおける貫通電極５０との接続部と、コンタクト部ＣＮＴとの距離を最短にすることで、集積度を向上させることができる。

【0113】

なお、接続パッド５２ｂにおける貫通電極５０との接続部と、コンタクト部ＣＮＴとの位置関係は、図１４に示す位置関係に限定されるものではなく、固体撮像素子１ｂのレイアウトに応じて任意に変更が可能である。

【0114】

また、接続パッド５２ｂは、貫通電極５０との接続部の方がコンタクト部ＣＮＴよりも平面視において幅広となっている。これにより、貫通電極５０を設けるための貫通孔の位置が若干ずれた場合でも、貫通電極５０と接続パッド５２ｂとを確実に接続させることができる。ただし、接続パッド５２ｂの平面視における形状は、図１４に示す形状に限定されるものではない。

【0115】

なお、接続パッド５２ｂは、さらに、半導体基板１０の表面に設けられるゲート絶縁膜４３を介して増幅トランジスタＡＭＰのチャネル形成領域と対向する位置まで延在する構成を備えてもよい。これにより、接続パッド５２ｂは、上記した変形例２の構成による効果に加えて、上記した変形例１の構成による効果も奏する。

【0116】

［８．固体撮像素子の変形例３］
次に、図１６を参照し、固体撮像素子の変形例３について説明する。図１６は、本開示に係る固体撮像素子の変形例３を示す断面説明図である。図１６に示すように、固体撮像素子１ｃは、半導体基板１０の表面に設けられるゲート絶縁膜４３を介して接続パッド５２と対向する位置に、貫通電極５０の他端（図１６では下端）側の側周面を囲むＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）４６を備える構成以外は、図１に示す固体撮像素子１と同様の構成である。

【0117】

かかるＳＴＩ４６は、半導体基板１０に貫通電極５０を設けるための貫通孔を形成する工程よりも前の工程で形成される。また、ＳＴＩ４６は、半導体基板１０の厚さ方向の膜厚がゲート絶縁膜４３よりも厚く形成される。

【0118】

ただし、ＳＴＩ４６は、半導体基板１０の厚さ方向の膜厚（半導体基板１０に埋設される深さ）が深すぎると、高アスペクトでの貫通孔加工量が増加して大きくなるので、周辺に形成される他のＳＴＩの深さと同程度または、それ以下とすることが望ましい。

【0119】

ＳＴＩ４６の深さを周辺に形成される他のＳＴＩの深さと同等にした場合には、周辺に形成される他のＳＴＩと同時にＳＴＩ４６を形成することができるので、ＳＴＩ４６を形成するために新たな製造工程を追加する必要がない。なお、ＳＴＩ４６の材料としては、ゲート絶縁膜４３と同一の絶縁材料（例えば、酸化シリコン）を採用することができる。

【0120】

かかるＳＴＩ４６は、半導体基板１０に貫通電極５０を設けるための貫通孔を形成工程において、エッチングストッパとして機能する。これにより、固体撮像素子１ｃは、半導体基板１０に貫通孔を形成する工程でエッチングストッパとなる膜厚が増大するので、エッチングによって形成される貫通孔がゲート絶縁膜４３を突き抜けることによる歩留まりの低下を抑制することができる。

【0121】

また、固体撮像素子１ｃは、ＳＴＩ４６を備えることで、貫通電極５０と半導体基板１０との距離を広げることができるので、貫通電極５０と半導体基板１０との間に形成される配線容量を低減させる効果も奏する。

【0122】

なお、図１６に示すＳＴＩ４６は、図１に示す固体撮像素子１、図１２に示す固体撮像素子１ａ、図１４に示す固体撮像素子１ｂ、および次に説明する図１７に記載の固体撮像素子１ｄが備える貫通電極５０の下端側の側周面を囲む位置に設けられてもよい。

【0123】

［９．固体撮像素子の変形例４］
次に、図１７を参照し、固体撮像素子の変形例４について説明する。図１７は、本開示に係る固体撮像素子の変形例４を示す断面説明図である。なお、図１７には、画素エリア内の２画素に対応する部分の固体撮像素子１ｄを示している。

【0124】

図１７に示すように、固体撮像素子１ｄは、半導体基板１０と光電変換層２の下部透明電極２１との間にカラーフィルタＲｃｆ，Ｂｃｆを備え、左側の画素に第１光電変換素子ＰＤ１が設けられ、右側の画素に第２光電変換素子ＰＤ２が設けられる構成を備える。

【0125】

具体的には、図１７に示す左側の画素に設けられるカラーフィルタＲｃｆは、赤色光を選択的に透過させる。また、図１７に示す右側の画素に設けられるカラーフィルタＢｃｆは、青色光を選択的に透過する。

【0126】

これにより、左側の画素における半導体基板１０内の第１光電変換素子ＰＤ１は、赤色光を光電変換する。また、右側の画素における半導体基板１０内の第２光電変換素子ＰＤ２は、青色光を光電変換する。

【0127】

かかる第１光電変換素子ＰＤ１および第２光電変換素子ＰＤ２は、半導体基板１０の面方向に行列状に複数配列される。また、固体撮像素子１ｄの光電変換層２は、全画素で共用され、緑色光を光電変換する。

【0128】

そして、固体撮像素子１ｄは、各画素毎に、図１に示す固体撮像素子１と同一構成の貫通電極５０および接続パッド５２を備える。具体的には、貫通電極５０は、一端（ここでは、上端）が光電変換層２の下部透明電極２１に接続されて半導体基板１０を貫通する。

【0129】

そして、接続パッド５２は、半導体基板１０の表面側に設けられる増幅トランジスタＡＭＰのゲートＧａやリセットトランジスタＲＳＴのゲートＧｒ等と同一層に設けられ、貫通電極５０の他端（ここでは、下端）が接続される。

【0130】

このように、本開示に係る貫通電極５０は、半導体基板１０の裏面側に緑色光を光電変換する光電変換層２を備え、半導体基板１０内に、赤色光を光電変換する第１光電変換素子ＰＤ１および青色光を光電変換する第２光電変換素子ＰＤ２が配列される固体撮像素子１ｄにも適用することができる。

【0131】

なお、これまでは、半導体基板１０の裏面側に１層の光電変換層２を備える固体撮像素子１，１ａ、１ｂ，１ｃ，１ｄを例に挙げて説明した。しかし、本開示に係る貫通電極５０および接続パッド５２は、半導体基板１０の裏面側に２層以上の光電変換層２を備える固体撮像装置にも適用することが可能である。

【0132】

また、本開示に係る貫通電極５０および接続パッド５２は、半導体基板１０の裏面側の同一平面上に、緑色光を光電変換する光電変換層の領域、赤色光を光電変換する光電変換層の領域、および青色光を光電変換する光電変換層の領域がベイヤ配列される固体撮像素子にも適用することができる。

【0133】

［１０．固体撮像素子を備える電子機器の構成］
次に、図１８を参照し、本開示に係る固体撮像素子を備える電子機器の構成の一例について説明する。図１８は、本開示に係る電子機器の構成の一例を示す説明図である。図１８に示す電子機器１００は、本開示に係る複数の固体撮像素子を撮像画素として有する固体撮像装置１０１を備え、静止画または動画を撮像可能なカメラである。

【0134】

図１８に示すように、電子機器１００は、固体撮像装置１０１と、光学系（撮像レンズ）１１０と、シャッタ装置１１１と、固体撮像装置１０１およびシャッタ装置１１１を駆動する駆動部１１３と、信号処理部１１２と、ユーザインターフェイス１１４と、モニタ１１５とを有する。

【0135】

光学系１１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１０１の受光部へ導く。なお、光学系１１０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１１１は、固体撮像装置１０１の露光期間を制御するものである。駆動部１１３は、固体撮像装置１０１の転送動作およびシャッタ装置１１１のシャッタ動作を制御する。

【0136】

信号処理部１１２は、固体撮像装置１０１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行う。信号処理後の映像信号は、モニタ１１５へ出力される。なお、映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されてもよい。

【0137】

ユーザインターフェイス１１４は、ダイナミックレンジの指定、波長（テラヘルツ、可視、赤外、紫外、Ｘ線等）の指定等といった撮影シーンの指定が可能であり、この指定（ユーザインターフェイス１１４からの入力信号）が駆動部１１３に入力され、これに基づいて固体撮像装置１０１において画像が撮像される。

【0138】

［１１．固体撮像装置の変形例１、変形例２］
次に、図１９、図２０、および図２１を参照し、固体撮像装置の変形例１、変形例２について説明する。図１９は、本開示に係る固体撮像装置の変形例１を示す平面説明図である。図２０は、本開示に係る固体撮像装置の変形例１を示す断面説明図である。図２１は、本開示に係る固体撮像装置の変形例２を示す平面説明図である。

【0139】

なお、ここでは、図１９および図２１に示す構成要素のうち、図１０に示す構成要素と同一または同様の機能を担う構成要素については、図１０に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。

【0140】

また、図２０に示す構成要素のうち、図１１に示す構成要素と同一または同様の機能を担う構成要素については、図１１に示す符号およびハッチングと同一の符号およびハッチングを付することにより、重複する説明を省略する。

【0141】

上述した実施形態では、画素毎に貫通電極５０が設けられる固体撮像装置１０１を例に挙げて説明したが、本開示に係る固体撮像装置は、複数の画素で１本の貫通電極５０を共有する構成であってもよい。

【0142】

例えば、図１９に示すように、変形例１に係る固体撮像装置１０１ａは、同図に太線枠で囲まれた隣設される２画素で１本の貫通電極５０を共有する構成を備える。かかる構成の場合、図２０に示すように、固体撮像装置１０１ａは、隣設される２画素に跨る下部透明電極２１を備え、隣設される２画素の間に、共有の貫通電極５０が設けられる。

【0143】

これにより、固体撮像装置１０１ａは、貫通電極５０の本数を削減することができ、その分だけ貫通電極５０を共有しない画素間の間隔を詰めることができるので、画素アレイ１０２の高集積化を図ることができる。

【0144】

また、図２１に示すように、変形例２に係る固体撮像装置１０１ｂは、同図に太線枠で囲まれた隣設される４画素で１本の貫通電極５０を共有する構成を備える。かかる構成の場合、固体撮像装置１０１ｂは、隣設される４画素に跨る下部透明電極２１を備え、隣設される４画素が配置される領域の中心に、共有の貫通電極５０が設けられる。これにより、固体撮像装置１０１ｂは、画素アレイ１０２のさらなる高集積化を図ることができる。

【0145】

なお、図１９に示す固体撮像装置１０１ａおよび図２１に示す固体撮像装置１０１ｂは、いずれも、図１０に示す固体撮像装置１０１と同様に、下部透明電極２１と接続パッド５２とを接続する貫通電極５０が画素領域に設けられる。

【0146】

［１２．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。

【0147】

図２２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。

【0148】

図２２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。

【0149】

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。

【0150】

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。

【0151】

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。

【0152】

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。

【0153】

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。

【0154】

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。

【0155】

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。

【0156】

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。

【0157】

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。

【0158】

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。

【0159】

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。

【0160】

図２３は、図２２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。

【0161】

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。

【0162】

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。

【0163】

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。

【0164】

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。

【0165】

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。

【0166】

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。

【0167】

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。

【0168】

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。

【0169】

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。

【0170】

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。

【0171】

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。

【0172】

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。

【0173】

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。

【0174】

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。

【0175】

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。

【0176】

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。

【0177】

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、例えば、図１に示す固体撮像素子１は、撮像部１０４０２に適用することができる。撮像部１０４０２に本開示に係る技術を適用することにより、撮像部１０４０２のさらなる小型化および高性能化を図ることができるので、患者１１１３２の身体への負担を軽減しつつ、より高画質な患部の画像を撮像することが可能となる。

【0178】

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。

【0179】

［１３．移動体への応用例］
また、本開示に係る技術（本技術）は、例えば、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。

【0180】

図２４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。

【0181】

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２４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。

【0182】

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。

【0183】

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。

【0184】

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。

【0185】

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。

【0186】

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。

【0187】

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。

【0188】

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。

【0189】

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。

【0190】

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２４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。

【0191】

図２５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

【0192】

図２５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。

【0193】

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。

【0194】

なお、図２５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。

【0195】

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。

【0196】

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。

【0197】

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。

【0198】

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。

【0199】

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や運転者状態検出部１２４１に適用され得る。具体的には、例えば、図１に示す固体撮像素子１は、撮像部１２０３１や運転者状態検出部１２４１のカメラに適用することができる。車載カメラに本開示に係る技術を適用することにより、カメラのさらなる小型化および高性能化を図ることができるので、車両におけるカメラの設置位置の制約が緩和され、車両の周辺に存在する立体物や車両の乗員の高画質な画像を撮像することが可能となる。

【0200】

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、また他の効果があってもよい。

【0201】

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
半導体基板の光入射面となる一方の主面側に設けられる１層以上の光電変換層と、
画素エリアに設けられ、一端が前記光電変換層に接続されて前記半導体基板の表裏を貫通し、前記光電変換層によって光電変換された電荷を前記半導体基板の他方の主面側へ転送する貫通電極と、
前記半導体基板の前記他方の主面側に設けられるトランジスタのゲートと同一層に設けられ、前記貫通電極の他端が接続される接続パッドと
を有する固体撮像素子。
（２）
前記半導体基板の前記他方の主面に設けられるゲート絶縁膜を介して前記接続パッドと対向する位置に設けられ、前記貫通電極における前記他端側の側周面を囲むＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）
を有する前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記接続パッドは、
前記電荷を増幅するトランジスタのゲートおよび前記電荷が転送されるフローティングディフュージョンのうち、少なくともいずれか一方と接続される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記接続パッドは、
前記半導体基板の前記他方の主面に設けられるゲート絶縁膜を介して前記電荷を増幅するトランジスタのチャネル形成領域と対向する位置まで延在し、前記トランジスタのゲートとして機能する
前記（１）～（３）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（５）
前記接続パッドは、
前記電荷が転送されるフローティングディフュージョンと当接する位置まで延在し、前記フローティングディフュージョンと接合する
前記（１）～（４）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（６）
前記接続パッドの材料は、
前記トランジスタのゲートと同一材料である
前記（１）～（５）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（７）
前記接続パッドの材料は、
不純物がドープされた半導体である
前記（１）～（６）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（８）
固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の光入射面となる一方の主面側に設けられる１層以上の光電変換層と、
画素エリアに設けられ、一端が前記光電変換層に接続されて前記半導体基板の表裏を貫通し、前記光電変換層によって光電変換された電荷を前記半導体基板の他方の主面側へ転送する貫通電極と、
前記半導体基板の前記他方の主面側に設けられるトランジスタのゲートと同一層に設けられ、前記貫通電極の他端が接続される接続パッドと
を有する電子機器。
（９）
半導体基板の光入射面となる一方の主面側に１層以上の光電変換層を形成する工程と、
画素エリアに一端が前記光電変換層に接続されて前記半導体基板の表裏を貫通し、前記光電変換層によって光電変換された電荷を前記半導体基板の他方の主面側へ転送する貫通電極を形成する工程と、
前記半導体基板の前記他方の主面側に設けられるトランジスタのゲートと、前記貫通電極の他端が接続される接続パッドとを同一層に同一工程で形成する工程と
を含む固体撮像素子の製造方法。

【符号の説明】

【0202】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 固体撮像素子
２ 光電変換層
２１ 下部透明電極
２２ 光電変換膜
２３ 上部透明電極
ＰＤ１ 第１光電変換素子
ＰＤ２ 第２光電変換素子
ＡＭＰ 増幅トランジスタ
ＲＳＴ リセットトランジスタ
ＴＧ１、ＴＧ２ 転送トランジスタ
Ｇａ、Ｇｒ、Ｇ１、Ｇ２ ゲート
ＦＤ、ＦＤ１、ＦＤ２ フローティングディフュージョン
１０ 半導体基板
１１ａ ソース
１１ｂ、１１ｃ ドレイン
３１ パッシベーション膜
３２ 平坦化膜
３３ チップオンレンズ
４１、４２ 絶縁膜
４３ ゲート絶縁膜
４４ ＣＥＳＬ膜
４５ 層間絶縁膜
４６ ＳＴＩ
５０ 貫通電極
５２、５２ａ、５２ｂ 接続パッド
５３ 配線層
５１、５４ コンタクトビア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】