CN111033740A - 摄像元件、层叠型摄像元件和固态摄像装置 - Google Patents

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Abstract

摄像元件(光电转换元件)设置有光电转换单元，该光电转换单元是通过层叠第一电极21、光电转换层23A和第二电极22而形成的。在第一电极21与光电转换层23A之间，形成有包含铟‑镓‑锌复合氧化物的复合氧化物层23B。复合氧化物层23B包括与第一电极21相邻的第一层23B1和与光电转换层23A相邻的第二层23B2。第一层23B1中的铟含量高于第二层23B2中的铟含量，或者第一层23B1中的镓含量低于第二层23B2中的镓‑铟含量，或者第一层23B1中的锌含量高于第二层23B2中的锌含量。

Description

摄像元件、层叠型摄像元件和固态摄像装置
技术领域
本发明涉及摄像元件、层叠型摄像元件和固态摄像装置。
背景技术
近年来，层叠型摄像元件作为用于构成图像传感器等的摄像元件而受到关注。层叠型摄像元件具有在两个电极之间夹持光电转换层(光接收层)的结构。另外，层叠型摄像元件需要如下结构：在该结构中，基于光电转换而在光电转换层中产生的信号电荷被累积和传输。常规的结构需要能够把在其中累积信号电荷并且把信号电荷传输至浮动漏极(FD：floating drain)电极中的结构，并且需要高速传输以使信号电荷不会延迟。
用于解决上述问题的摄像元件(光电转换元件)例如在日本专利申请特开第2016-63165号中已经被公开。该摄像元件包括：
累积电极，其形成在第一绝缘层上；
第二绝缘层，其形成在累积电极上；
半导体层，其被形成为覆盖累积电极和第二绝缘层；
收集电极，其被形成为与半导体层接触并与累积电极分离；
光电转换层，其形成在半导体层上；以及
上电极，其形成在光电转换层上。
把有机半导体材料用于光电转换层的摄像元件能够对特定颜色(波长带)进行光电转换。另外，由于这种特性，在将上述摄像元件用作固态摄像装置中的摄像元件的情况下，可以获得在常规固态摄像装置中不可能实现的具有层叠子像素的结构(层叠型摄像元件)，其中，每个子像素包括片上滤色片层(OCCF：on-chip color filter layer)和摄像元件的组合，并且子像素二维地排列(例如，参见日本专利申请特开第2011-138927)。此外，还有一个优点是：由于不需要去马赛克处理，因此不会产生伪色。在下面的说明中，为了方便起见，包含设置于半导体基板上或半导体基板上方的光电转换单元的摄像元件可以被称为“第一类型摄像元件”；为了方便起见，构成第一类型摄像元件的光电转换单元可以被称为“第一类型光电转换单元”；为了方便起见，设置于半导体基板中的摄像元件可以被称为“第二类型摄像元件”；为了方便起见，构成第二类型摄像元件的光电转换单元可以被称为“第二类型光电转换单元”。
图78示出了常规的层叠型摄像元件(层叠式固态摄像装置)的构造示例。在图78所示的示例中，第三光电转换单元343A和第二光电转换单元341A(它们分别是构成作为第二类型摄像元件的第三摄像元件343和第二摄像元件341的第二类型光电转换单元)层叠在一起，并形成在半导体基板370中。此外，在半导体基板370的上方(具体地，在第二摄像元件341的上方)，设置有作为第一类型光电转换单元的第一光电转换单元310A。这里，第一光电转换单元310A包括第一电极321、含有有机材料的光电转换层323、以及第二电极322，并且第一光电转换单元310A构成作为第一类型摄像元件的第一摄像元件310。在第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中，例如，由于吸收系数的差异能够分别对蓝光和红光进行光电转换。此外，在第一光电转换单元310A中，例如，能够对绿光进行光电转换。
通过第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中的光电转换而产生的电荷被暂时累积在第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中，随后上述电荷通过纵型晶体管(示出了栅极部345)和传输晶体管(示出了栅极部346)被分别传输至第二浮动扩散层(floating diffusion)FD2和第三浮动扩散层FD3中，并且被进一步被分别输出至外部读取电路(未示出)。这些晶体管以及浮动扩散层FD2和FD3也形成在半导体基板370中。
通过第一光电转换单元310A中的光电转换而产生的电荷经由接触孔部361和配线层362而被累积到形成于半导体基板370中的第一浮动扩散层FD1中。此外，第一光电转换单元310A还经由接触孔部361和配线层362连接到用于将电荷量转换成电压的放大晶体管的栅极部352。另外，第一浮动扩散层FD1构成复位晶体管(示出了栅极部351)的一部分。附图标记371表示元件分离区域，附图标记372表示在半导体基板370的表面上形成的氧化膜，附图标记376和381表示层间绝缘层，附图标记383表示绝缘层，附图标记314表示片上微透镜。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2016-63165号公报
专利文献2：日本专利申请特开第2011-138927号公报
发明内容
本发明要解决的问题
顺便提及地，上述在日本专利申请特开第2016-63165号公报中公开的技术例如引用IGZO作为构成半导体层的材料。然而，在使用含有IGZO的半导体层的情况下，构成光电转换层的有机半导体材料的状态密度与构成半导体层的IGZO的状态密度之间存在着很大的差异。例如，有机半导体材料的状态密度约为1×1021cm-3，IGZO的状态密度约为1×1018cm-3。因此，当通过光电转换产生的载流子(例如，光电子)从光电转换层流入半导体层时，在光电转换层与半导体层之间的界面处很可能发生载流子停滞(carrier stagnation)。结果，摄像元件(光电转换元件)的光响应性(photoresponsiveness)受到不利影响。
因此，本发明的目的是提供具有几乎不会不利地影响光响应性的构造和结构的摄像元件(即，累积在光电转换层中的电荷具有优异的传输特性的摄像元件)以及分别包括所述摄像元件的层叠型摄像元件和固态摄像装置。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面的摄像元件(光电转换元件)包括：
光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更高的铟成分。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面的摄像元件(光电转换元件)包括：
光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟-镓-锌复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，
所述第一层具有比所述第二层更高的铟成分，或者
所述第一层具有比所述第二层更低的镓成分，或者
所述第一层具有比所述第二层更高的锌成分。可替代地，所述第一层中的氧原子含量低于所述第二层中的氧原子含量。
为了实现上述目的，根据本发明的第三方面的摄像元件(光电转换元件)包括：
光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物(铟-镓-锌复合氧化物)的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更高的载流子迁移率。
为了实现上述目的，根据本发明的第四方面的摄像元件(光电转换元件)包括：
光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物(铟-镓-锌复合氧化物)的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更低的状态密度。
用于实现上述目的的本发明的层叠型摄像元件包括至少一个根据本发明的第一至第四方面所述的摄像元件。
用于实现上述目的的根据本发明的第一方面的固态摄像装置包括多个根据本发明的第一至第四方面的摄像元件。此外，用于实现上述目的的根据本发明的第二方面的固态摄像装置包括多个本发明的层叠型摄像元件。
本发明的有益效果
在根据本发明的(稍后所述的)第一方面和第二方面的摄像元件等中，各层的组成被限定在具有至少两层的复合氧化物层中。在根据本发明的(稍后所述的)第三方面和第四方面的摄像元件等中，各层之间的载流子迁移率或状态密度的关系被限定在具有至少两层的复合氧化物层中。因此，当通过光电转换产生的载流子(例如，光电子)从光电转换层流入复合氧化物层时，在光电转换层与复合氧化物层之间的界面处几乎不发生载流子停滞。此外，能够提高光电转换层和复合氧化物层整体的载流子传输能力。因此，能够提供对摄像元件的光响应性没有不利影响且累积在光电转换层中的电荷具有优异的传输特性的摄像元件。另外，本发明的(稍后所述的)摄像元件等具有复合氧化物层和光电转换层的两层结构。因此，能够防止电荷累积期间的再结合(recombination)，能够提高累积于光电转换层中的电荷去往第一电极的传输效率，并且能够抑制暗电流的产生。注意，这里所述的效果仅仅是说明性的，而不是限制性的。此外，还可以有其它有益效果。
附图说明
图1是实施例1的摄像元件的示意性局部横截面图。
图2是实施例1的摄像元件的等效电路图。
图3是实施例1的摄像元件的等效电路图。
图4是构成实施例1的摄像元件的第一电极、电荷累积电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。
图5是示意性地示出了在实施例1的摄像元件的操作期间各部位的电位状态的图。
图6A、6B和6C是分别用于说明图5(实施例1)、图20和21(实施例4)、以及图32和33(实施例6)的各部位的实施例1、实施例4和实施例6的摄像元件的等效电路图。
图7是构成实施例1的摄像元件的第一电极和电荷累积电极的示意性布局图。
图8是构成实施例1的摄像元件的第一电极、电荷累积电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。
图9是实施例1的摄像元件的变形例的等效电路图。
图10是构成图9所示的实施例1的摄像元件的变形例的第一电极、电荷累积电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。
图11是实施例2的摄像元件的示意性局部横截面图。
图12是实施例3的摄像元件的示意性局部横截面图。
图13是实施例3的摄像元件的变形例的示意性局部横截面图。
图14是实施例3的摄像元件的另一变形例的示意性局部横截面图。
图15是实施例3的摄像元件的又一变形例的示意性局部横截面图。
图16是实施例4的摄像元件的一部分的示意性局部横截面图。
图17是实施例4的摄像元件的等效电路图。
图18是实施例4的摄像元件的等效电路图。
图19是构成实施例4的摄像元件的第一电极、传输控制电极、电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图。
图20是示意性地示出在实施例4的摄像元件的操作期间各部位的电位状态的图。
图21是示意性地示出在实施例4的摄像元件的另一种操作期间各部位的电位状态的图。
图22是构成实施例4的摄像元件的第一电极、传输控制电极和电荷累积电极的示意性布局图。
图23是构成实施例4的摄像元件的第一电极、传输控制电极、电荷累积电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。
图24是构成实施例4的摄像元件的变形例的第一电极、传输控制电极、电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图。
图25是实施例5的摄像元件的一部分的示意性局部横截面图。
图26是构成实施例5的摄像元件的第一电极、电荷累积电极和电荷排出电极的示意性布局图。
图27是构成实施例5的摄像元件的第一电极、电荷累积电极、电荷排出电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。
图28是实施例6的摄像元件的示意性局部横截面图。
图29是实施例6的摄像元件的等效电路图。
图30是实施例6的摄像元件的等效电路图。
图31是构成实施例6的摄像元件的第一电极和电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图。
图32是示意性地示出在实施例6的摄像元件的操作期间各部位的电位状态的图。
图33是示意性地示出在实施例6的摄像元件的另一操作期间(传输期间)各部位的电位状态的图。
图34是构成实施例6的摄像元件的第一电极和电荷累积电极的示意性布局图。
图35是构成实施例6的摄像元件的第一电极、电荷累积电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。
图36是构成实施例6的摄像元件的变形例的第一电极和电荷累积电极的示意性布局图。
图37是实施例7的摄像元件的示意性局部横截面图。
图38是通过放大实施例7的摄像元件中层叠有电荷累积电极、光电转换层和第二电极的部分而获得的示意性局部横截面图。
图39是构成实施例7的摄像元件的变形例的第一电极和电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图。
图40是通过放大实施例8的摄像元件中层叠有电荷累积电极、光电转换层和第二电极的部分而获得的示意性局部横截面图。
图41是实施例9的摄像元件的示意性局部横截面图。
图42是实施例10和实施例11的摄像元件的示意性局部横截面图。
图43A和43B是实施例11中的电荷累积电极区段的示意性平面图。
图44A和44B是实施例11中的电荷累积电极区段的示例性平面图。
图45是构成实施例11的摄像元件的第一电极和电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图。
图46是构成实施例11的摄像元件的变形例的第一电极和电荷累积电极的示意性布局图。
图47是实施例12和实施例11的摄像元件的示意性局部横截面图。
图48A和48B是实施例12中的电荷累积电极区段的示意性平面图。
图49是实施例13的固态摄像装置中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图50是实施例13的固态摄像装置的第一变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图51是实施例13的固态摄像装置的第二变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图52是实施例13的固态摄像装置的第三变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图53是实施例13的固态摄像装置的第四变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图54是实施例13的固态摄像装置的第五变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图55是实施例13的固态摄像装置的第六变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图56是实施例13的固态摄像装置的第七变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图57是实施例13的固态摄像装置的第八变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图58是实施例13的固态摄像装置的第九变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图59A、59B和59C是分别示出实施例13的摄像元件区块中的读取驱动示例的图表。
图60是实施例14的固态摄像装置中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图61是实施例14的固态摄像装置的变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图62是实施例14的固态摄像装置的变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图63是实施例14的固态摄像装置的变形例中的第一电极和电荷累积电极区段的示意性平面图。
图64是实施例1中的摄像元件的另一个变形例的示意性局部横截面图。
图65是实施例1中的摄像元件的又一个变形例的示意性局部横截面图。
图66A、66B和66C分别是实施例1的摄像元件的又一个变形例的第一电极部等的放大示意性局部横截面图。
图67是实施例5的摄像元件的另一个变形例中的电荷排出电极部等的放大示意性局部横截面图。
图68是实施例1的摄像元件的又一个变形例的示意性局部横截面图。
图69是实施例1的摄像元件的又一个变形例的示意性局部横截面图。
图70是实施例1中的摄像元件的又一个变形例的示意性局部横截面图。
图71是实施例4的摄像元件的另一个变形例的示意性局部横截面图。
图72是实施例1的摄像元件的又一个变形例的示意性局部横截面图。
图73是实施例4的摄像元件的又一个变形例的示意性局部横截面图。
图74是通过放大实施例7的摄像元件的变形例中层叠有电荷累积电极、光电转换层和第二电极的部分而获得的示意性局部横截面图。
图75是通过放大实施例8的摄像元件的变形例中层叠有电荷累积电极、光电转换层和第二电极的部分而获得的示意性局部横截面图。
图76是实施例1的固态摄像装置的概念图。
图77是把包括本发明的摄像元件等的固态摄像装置用于电子设备(相机)的示例的概念图。
图78是常规的层叠型摄像元件(层叠型固态摄像装置)的概念图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图基于实施例说明本发明。然而，本发明不限于上述实施例，并且各实施例中的各个数值和材料是说明性的。注意，将按以下顺序进行说明。
1.对根据本发明的第一至第四方面的摄像元件、根据本发明的层叠型摄像元件、以及根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的一般性说明
2.实施例1(根据本发明的第一至第四方面的摄像元件、根据本发明的层叠型摄像元件、以及根据本发明的第二方面的固态摄像装置)
3.实施例2(实施例1的变形例)
4.实施例3(实施例1和2的变形例以及根据本发明的第一方面的固态摄像装置)
5.实施例4(实施例1至3的变形例和包含传输控制电极的摄像元件)
6.实施例5(实施例1至4的变形例和包括电荷排出电极的摄像元件)
7.实施例6(实施例1至5的变形例和包括多个电荷累积电极区段的摄像元件)
8.实施例7(第一和第六构造的摄像元件)
9.实施例8(本发明的第二和第六构造的摄像元件)
10.实施例9(第三构造的摄像元件)
11.实施例10(第四构造的摄像元件)
12.实施例11(第五构造的摄像元件)
13.实施例12(第六构造的摄像元件)
14.实施例13(第一和第二构造的固态摄像装置)
15.实施例14(实施例13的变形例)
16.其它
<对根据本发明的第一至第四方面的摄像元件、根据本发明的层叠型摄像元件、以及根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的一般性说明>
为了方便起见，根据本发明的第一方面的摄像元件、构成本发明的层叠型摄像元件的根据本发明的第一方面的摄像元件、以及构成根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的根据本发明的第一方面的摄像元件可以被统称为“根据本发明的第一方面的摄像元件等”。此外，为了方便起见，根据本发明的第二方面的摄像元件、构成本发明的层叠型摄像元件的根据本发明的第二方面的摄像元件、以及构成根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的根据本发明的第二方面的摄像元件可以被统称为“根据本发明的第二方面的摄像元件等”。此外，为了方便起见，根据本发明的第三方面的摄像元件、构成本发明的层叠型摄像元件的根据本发明的第三方面的摄像元件、以及构成根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的根据本发明的第三方面的摄像元件可以被统称为“根据本发明的第三方面的摄像元件等”。此外，为了方便起见，根据本发明的第四方面的摄像元件、构成本发明的层叠型摄像元件的根据本发明的第四方面的摄像元件、以及构成根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的根据本发明的第四方面的摄像元件可以被统称为“根据本发明的第四方面的摄像元件等”。此外，为了方便起见，根据本发明的第一至第四方面的摄像元件等可以被统称为“本发明的摄像元件等”。
在根据本发明的第二方面的摄像元件等中，当铟-镓-锌复合氧化物由(ZnO)X(Ga2O3)1-X、(Ga2O3)Y(In2O3)1-Y和(In2O3)Z(ZnO)1-Z表示时，
第一层中的X的值可以高于第二层中的X的值，或者
第一层中的Y的值可以低于第二层中的Y的值，或者
第一层中的Z的值可以高于第二层中的Z的值。
注意，存在以下七种情况。
(1)第一层中的X的值高于第二层中的X的值的情况
(2)第一层中的Y的值低于第二层中的Y的值的情况
(3)第一层中的Z的值高于第二层中的Z的值的情况
(4)第一层中的X的值高于第二层中的X的值，并且第一层中的Y的值低于第二层中的Y的值的情况
(5)第一层中的X的值高于第二层中的X的值，并且第一层中的Z的值高于第二层中的Z的值的情况
(6)第一层中的Y的值低于第二层中的Y的值，并且第一层中的Z的值高于第二层中的Z的值的情况
(7)第一层中的X的值高于第二层中的X的值，第一层中的Y的值低于第二层中的Y的值，并且第一层中的Z的值高于第二层中的Z的值的情况。
另外，在这种情况下，满足0<X<0.875、0<Y<0.875、0.125<Z<0.875(其中，X+Y+Z＝1.000)。对于第一层，优选满足Y<0.5。对于第二层，优选满足X<0.5且Y>0.5。
在根据本发明的第三方面的摄像元件等中，优选满足1×10-6≤(第二层的载流子迁移率)/(第一层的载流子迁移率)≤0.1。此外，第一层的载流子迁移率没有限制，但优选为10cm2/V·s以上。
在本发明的摄像元件等中，复合氧化物层为理想非晶态的(例如，没有局部晶体结构的非晶态)。可以基于X射线衍射分析确定复合氧化物层是否为非晶态。
在包括上述优选形态和构造的根据本发明的第一方面、第三方面或第四方面的摄像元件等中，复合氧化物层(无机氧化物半导体材料层)可以含有铟-镓-锌复合氧化物(IGZO)。此外，在包括上述优选形态和构造的本发明的摄像元件等中，复合氧化物层通常含有对入射光透明的导电无机氧化物半导体材料。可替代地，在包括上述优选形态和构造的根据本发明的第一方面、第三方面或第四方面的摄像元件等中，复合氧化物层(无机氧化物半导体材料层)能够包含选自由铟、钨、锡和锌构成的组中的至少两种元素。即，具体地，复合氧化物层(无机氧化物半导体材料层)能够包含：作为通过向铟氧化物添加钨(W)而获得的材料的铟钨氧化物(IWO)、作为通过向铟氧化物添加钨(W)和锌(Zn)而获得的材料的铟-钨-锌氧化物(IWZO)、作为通过向铟氧化物添加锡(Sn)和锌(Zn)而获得的材料的铟-锡-锌氧化物(ITZO)、或锌-锡氧化物(ZTO)。更具体地，复合氧化物层包含In-W氧化物、In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、W-Sn氧化物、W-Zn氧化物、Sn-Zn氧化物、In-W-Sn氧化物、In-W-Zn氧化物、In-Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn-Zn氧化物。在IWO中，当铟氧化物和钨氧化物的总质量为100％(质量)时，钨氧化物的质量比例优选为10％～30％(质量)。此外，在IWZO中，当铟氧化物、钨氧化物和锌氧化物的总质量为100％(质量)时，钨氧化物的质量比例优选为2％～15％(质量)，并且锌氧化物的质量比例优选为1％～3％(质量)。另外，在ITZO中，当铟氧化物、锌氧化物和锡氧化物的总质量为100％(质量)时，钨氧化物的质量比例优选为3％～10％(质量)，并且锡氧化物的质量比例优选为10％～17％(质量)。然而，本发明不限于上述这些。注意，在复合氧化物层(无机氧化物半导体材料层)包含选自由铟、钨、锡和锌组成的组的至少两种元素的情况下，仅需要基于成分调制来形成构成复合氧化物层的第一层和第二层。
在本发明的摄像元件等中，复合氧化物层包括与第一电极相邻的第一层和与光电转换层相邻的第二层。第一层和第二层能够层叠在一起，或者能够在第一层与第二层之间形成中间层。
根据本发明第二方面的具有中间层的摄像元件等能够具有以下形态：
第一层中的X的值高于中间层中的X的值，中间层中的X的值高于第二层中的X的值，或者
第一层中的Y的值低于中间层中的Y的值，中间层中的Y的值低于第二层中的Y的值，或者
第一层中的Z的值高于中间层中的Z的值，中间层中的Z的值高于第二层中的Z的值。
此外，第一层中的氧原子含量可以低于中间层中的氧原子含量，并且中间层中的氧原子含量可以低于第二层中的氧原子含量。
中间层能够具有以下构造：其中，X、Y、Z等的值不同的两个以上的层被层叠在一起(即，其中X、Y、Z等的值以阶梯的方式变得不同的层构造)；或者，其中X、Y、Z等的值逐渐变得不同(变化)的构造。
可替代地，根据本发明第一方面的具有中间层的摄像元件等能够具有以下构造：其中，第一层中的铟成分高于中间层中的铟成分，中间层中的铟成分高于第二层中的铟成分。另外，中间层能够具有以下构造：其中，具有不同铟成分的两个以上的层被层叠在一起(即，铟成分阶梯式地变得不同的层构造)；或者铟成分逐渐变得不同(变化)的构造。
能够基于卢瑟福背散射光谱分析法(RBS：Rutherford backscatteringspectrometry)或者卢瑟福背散射光谱分析法和核反应分析的组合来进行复合氧化物层中的铟成分(铟原子含量)的分析、镓成分(镓原子含量)的分析、锌成分(锌原子含量)的分析和氧原子含量的分析。
可替代地，根据本发明第三方面的具有中间层的摄像元件等能够具有以下形态：其中，第一层的载流子迁移率比中间层的载流子迁移率高，中间层的载流子迁移率比第二层的载流子迁移率高。另外，中间层能够具有如下构造：其中，具有不同的载流子迁移率的两个以上的层层叠在一起(即，载流子迁移率阶梯式地变得不同的层构造)；或者载流子迁移率逐渐变得不同(变化)的构造。
能够基于霍尔测量(Hall measurement)或者飞行时间方法(Time-of-Flightmethod)来确定载流子迁移率的值。
可替代地，根据本发明第四方面的具有中间层的摄像元件等能够具有以下形态：其中，第一层的状态密度低于中间层的状态密度，中间层的状态密度低于第二层的状态密度。另外，中间层能够具有以下构造：其中，具有不同的状态密度的两个以上的层层叠在一起(即，状态密度阶梯式地变得不同的层构造)；或者状态密度逐渐变得不同(变化)的构造。
能够基于反电子光谱法来确定中间层中的状态密度的值。
复合氧化物层能够具有单层构造(由一种材料构成)或者多层构造(由两种以上的材料构成)。可替代地，构成位于稍后所述的电荷累积电极上方的复合氧化物层的材料可以与构成位于第一电极上方的复合氧化物层的材料不同。
复合氧化物层能够基于以下方法而形成：例如，使用不同靶材进行多次溅射的溅射方法、共溅射方法、通过改变膜形成时的氧气流速的溅射方法或者脉冲激光沉积方法。具体地，使用平行板溅射设备或DC磁控溅射设备作为溅射设备。另外，可以用如下溅射法作为示例：所述溅射法使用氩(Ar)气和氧气(O2)作为处理气体、使用诸如IGZO烧结体、InZnO烧结体或InWO烧结体等理想烧结体作为靶。
注意，通过控制当基于溅射方法形成复合氧化物层时导入的氧气量(氧气分压)，能够控制复合氧化物层的能级。具体地，当基于溅射方法形成复合氧化物层时的氧气分压的值(＝(O2气压)/(Ar气和O2气的总气压))优选设为0至0.25。
此外，在包括上述优选形态和构造的本发明的摄像元件等中，例如，第一层的厚度T1为1.5×10-8m至3×10-8m，第二层的厚度T2为5×10-8 m至5×10-7 m。
此外，包括上述优选形态和构造的根据本发明的第一至第四方面的摄像元件等能够具有以下形态：其中
光从第二电极入射，
光电转换层与复合氧化物层之间的界面处的复合氧化物层的表面粗糙度Ra在1.5nm以下，并且
复合氧化物层的均方根粗糙度Rq的值在2.5nm以下。表面粗糙度Ra和Rq的值是基于JIS B0601:2013的规定而确定的。光电转换层与复合氧化物层之间的界面处的复合氧化物层的这种平滑度能够抑制复合氧化物层中的表面散射反射，并且能够改善光电转换中的亮电流特性。能够采用如下形态：其中，稍后所述的电荷累积电极的表面粗糙度Ra在1.5nm以下，并且电荷累积电极的均方根粗糙度Rq的值在2.5nm以下。
在本发明的摄像元件等中，复合氧化物层相对于波长为400nm至660nm的光的光透过率优选在65％以上。此外，稍后所述的电荷累积电极相对于波长为400nm至660nm的光的光透过率也优选在65％以上。电荷累积电极的薄层电阻值(sheet resistance value)优选为3×10Ω/□至1×103Ω/□。
在图78所示的常规摄像元件中，通过第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中的光电转换而产生的电荷被临时累积于第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中，然后上述电荷被分别传输至第二浮动扩散层FD2和第三浮动扩散层FD3。因此，第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A能够被完全耗尽。然而，通过第一光电转换单元310A中的光电转换而产生的电荷直接累积于第一浮动扩散层FD1中。因此，难以将第一光电转换单元310A完全耗尽。另外，结果，kTC噪声增加，随机噪声恶化，并且可能会降低拍摄图像的质量。
在包括上述优选形态和构造的本发明的摄像元件等中，光电转换单元还能够包括绝缘层和电荷累积电极，所述电荷累积电极与第一电极分开布置并且经由绝缘层面对着复合氧化物层。注意，在下文中，这样的摄像元件可以被称为“本发明的包含电荷累积电极的摄像元件等”。
以这种方式，通过包括与第一电极分开布置并且经由绝缘层面对着复合氧化物层的电荷累积电极，当光照射光电转换单元并且所述光在光电转换单元中被光电转换时，电荷能够被存储在复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中。因此，在曝光开始时，电荷累积部能够被完全耗尽并且能够擦除电荷。因此，能够抑制kTC噪声增加、随机噪声恶化、以及拍摄图像质量降低等现象的发生。在下面的说明中，复合氧化物层或者复合氧化物层和光电转换层可以被统称为“复合氧化物层等”。
本发明的包含电荷累积电极的摄像元件等能够具有如下形态：其中还包括半导体基板，并且
光电转换单元设置于半导体基板的上方。注意，第一电极、电荷累积电极和第二电极连接到稍后所述的驱动电路。
位于光入射侧的第二电极可以由多个摄像元件共用。即，第二电极能够是所谓的固体电极(solid electrode)。光电转换层可以由多个摄像元件共用。即，一个光电转换层可以形成在多个摄像元件中，或者可以针对每个摄像元件而设置。复合氧化物层优选地针对每个摄像元件而设置。
此外，本发明的包括电荷累积电极、包括上述各种优选的形态和构造的摄像元件等能够具有如下形态：其中，第一电极在形成于绝缘层的开口中延伸以连接到复合氧化物层。可替代地，能够采用复合氧化物层在形成于绝缘层的开口中延伸以连接到第一电极的形态。在这种情况下，能够采用如下形态：其中，第一电极的顶面的边缘被绝缘层覆盖，
第一电极在开口的底面上露出，并且
当将绝缘层的与第一电极的顶面接触的表面称为第一表面，并且将绝缘层的与复合氧化物层的面对着电荷累积电极的部分接触的表面称为第二表面时，开口的侧表面具有从第一表面朝向第二表面变宽的倾斜度。此外，能够采用如下形态：其中，开口的具有从第一表面朝向第二表面变宽的倾斜度的侧表面位于电荷累积电极侧。
此外，包括电荷累积电极、包括上述各种优选的形态和构造的本发明的摄像元件等能够具有如下构造：其中
还包括控制单元，所述控制单元设置在半导体基板上并具有驱动电路，
第一电极和电荷累积电极连接到驱动电路，
在电荷累积时段中，驱动电路将电位V11施加到第一电极，将电位V12施加到电荷累积电极，并且电荷累积于复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中，并且
在电荷传输时段中，驱动电路将电位V21施加到第一电极，将电位V22施加到电荷累积电极，并且累积于复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中的电荷经由第一电极而被控制单元读出。然而，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，
满足V12≥V11且V22<V21，并且
在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，满足V12≤V11且V22>V21。
此外，本发明的包括电荷累积电极、包括上述各种优选的形态和构造的摄像元件等还包括传输控制电极(电荷传输电极)，所述传输控制电极与第一电极和电荷累积电极分离地布置，并经由第一电极与电荷累积电极之间的绝缘层面对着复合氧化物层。为了方便起见，本发明的包含具有这种形态的电荷累积电极的摄像元件等被称为“本发明的包含传输控制电极的摄像元件等”。
另外，本发明的包含传输控制电极的摄像元件等能够具有如下构造：其中
还包括控制单元，所述控制单元设置于半导体基板上并具有驱动电路，
第一电极、电荷累积电极和传输控制电极连接到驱动电路，
在电荷累积时段中，驱动电路将电位V11施加到第一电极，将电位V12施加到电荷累积电极，并且将电位V13施加到传输控制电极，并且电荷累积于复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中，并且
在电荷传输时段中，驱动电路将电位V21施加到第一电极，将电位V22施加到电荷累积电极，并且将电位V23施加到传输控制电极，并且累积于复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中的电荷经由第一电极被控制单元读出。然而，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，
满足V12>V13且V22≤V23≤V21，并且
在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，
满足V12<V13且V22≥V23≥V21。
此外，本发明的包括上述各种优选的形态和构造的具有电荷累积电极的摄像元件等还能够包括电荷排出电极，所述电荷排出电极连接到复合氧化物层并且与第一电极和电荷累积电极分离地设置。为了方便起见，本发明的包含具有这种形态的电荷累积电极的摄像元件等被称为“本发明的包含电荷排出电极的摄像元件等”。另外，本发明的包含电荷排出电极的摄像元件等能够具有如下形态：其中，电荷排出电极被设置成包围第一电极和电荷累积电极(即，呈框架形状)。电荷排出电极能够由多个摄像元件共用(共有化)。另外，在这种情况下，
能够采用如下形态：其中，复合氧化物层在形成于绝缘层上的第二开口中延伸，以连接到电荷排出电极，
电荷排出电极的顶面的边缘被绝缘层覆盖，
电荷排出电极在第二开口的底面上露出，并且
当将绝缘层的与电荷排出电极的顶面接触的表面称为第三表面，并且将绝缘层的与复合氧化物层的面对着电荷累积电极的部分接触的表面称为第二表面时，第二开口的侧表面具有从第三表面朝向第二表面变宽的倾斜度。
此外，本发明的包括电荷排出电极的摄像元件等能够具有如下构造：其中，
还包括控制单元，所述控制单元设置在半导体基板上并具有驱动电路，
第一电极、电荷累积电极和电荷排出电极连接到驱动电路，
在电荷累积时段中，驱动电路将电位V11施加到第一电极，将电位V12施加到电荷累积电极，并且将电位V14施加到电荷排出电极，并且电荷累积于复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中，并且
在电荷传输时段中，驱动电路将电位V21施加到第一电极，将电位V22施加到电荷累积电极，并且将电位V24施加到电荷排出电极，并且累积于复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中的电荷经由第一电极被控制单元读出。然而，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，
满足V14>V11且V24<V21，并且
在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，
满足V14<V11且V24>V21。
此外，在本发明的包含电荷累积电极的摄像元件等中的上述各种优选形态和构造中，电荷累积电极能够包括多个电荷累积电极区段。为了方便起见，本发明的包含具有这种形态的电荷累积电极的摄像元件等被称为“本发明的包含多个电荷累积电极区段的摄像元件等”。电荷累积电极区段的数量只需要是2以上即可。另外，本发明的包含多个电荷累积电极区段的摄像元件等能够具有如下形态：其中，
在对N个电荷累积电极区段施加不同的电位的情况下，
在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，在电荷传输时段中，施加到最靠近第一电极的电荷累积电极区段(第一光电转换单元区段)的电位高于施加到离第一电极最远的电荷累积电极区段(第N光电转换单元区段)的电位，并且
在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，在电荷传输时段中，施加到最靠近第一电极的电荷累积电极区段(第一光电转换单元区段)的电位低于施加到离第一电极最远的电荷累积电极区段(第N光电转换单元区段)的电位。
本发明的包括上述各种优选的形态和构造的具有电荷累积电极的摄像元件等能够具有如下构造：其中，
在半导体基板上，至少设置有构成控制单元的浮动扩散层和放大晶体管，并且
第一电极连接到浮动扩散层和放大晶体管的栅极部。另外，在这种情况下，此外，
能够采用如下构造：其中，
在半导体基板上，进一步设置有构成控制单元的复位晶体管和选择晶体管，
浮动扩散层连接到复位晶体管的一个源极/漏极区，并且
放大晶体管的一个源极/漏极区连接到选择晶体管的一个源极/漏极区，并且选择晶体管的另一个源极/漏极区连接到信号线。
此外，本发明的包括上述各种优选的形态和构造的具有电荷累积电极的摄像元件等能够具有如下形态：其中，电荷累积电极大于第一电极。当电荷累积电极的面积由S1′表示，并且第一电极的面积由S1表示时，
尽管没有限制，但是优选满足
4≤S1'/S1
可替代地，本发明的包括上述各种优选形态的具有电荷累积电极的摄像元件等的变形例的示例包括下述的第一至第六构造的摄像元件。即，在本发明的包括上述各种优选形态的具有电荷累积电极的摄像元件等中的第一至第六构造的各摄像元件中，
光电转换单元包括N(其中，N≥2)个光电转换单元区段，
复合氧化物层和光电转换层包括N个光电转换层区段，
绝缘层包括N个绝缘层区段，
在第一至第三构造的摄像元件中，电荷累积电极包括N个电荷累积电极区段，
在第四和第五构造的摄像元件中，电荷累积电极包括彼此分离地布置的N个电荷累积电极区段，
第n个(其中，n＝1,2,3,...N)光电转换单元区段包括第n个电荷累积电极区段、第n个绝缘层区段、和第n个光电转换层区段，并且
n值越大的光电转换单元区段离第一电极越远。这里，“光电转换层区段”指的是通过将光电转换层和复合氧化物层层叠而形成的区段。
另外，在第一构造的摄像元件中，绝缘层区段的厚度从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段逐渐变化。此外，在第二构造的摄像元件中，光电转换层区段的厚度从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段逐渐变化。注意，在光电转换层区段中，通过改变光电转换层部分的厚度并且保持复合氧化物层部分的厚度不变，可以改变光电转换层区段的厚度。此外，通过保持光电转换层部分的厚度不变并且改变复合氧化物层部分的厚度，可以改变光电转换层区段的厚度。此外，通过改变光电转换层部分的厚度并且改变复合氧化物层部分的厚度，可以改变光电转换层区段的厚度。此外，在第三构造的摄像元件中，对于相邻的光电转换单元区段，构成绝缘层区段的材料是不同的。另外，在第四构造的摄像元件中，对于相邻的光电转换单元区段，构成电荷累积电极区段的材料是不同的。此外，在第五构造的摄像元件中，电荷累积电极区段的面积从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段逐渐减小。所述面积可以连续地减小或阶梯式地减小。
可替代地，在本发明的包括上述各种优选形态的摄像元件等中的第六构造的摄像元件中，如果将电荷累积电极、绝缘层、复合氧化物层和光电转换层的层叠方向定义为Z方向，并且将与第一电极分离的方向定义为X方向，则当用YZ假想平面切断层叠有电荷累积电极、绝缘层、复合氧化物层和光电转换层的层叠部分时，该层叠部分的横截面积根据离第一电极的距离而变化。横截面积的变化可以是连续变化或者阶梯式变化。
在第一和第二构造的摄像元件中，连续设置有N个光电转换层区段，还连续地设置N个绝缘层区段，并且还连续地设置N个电荷累积电极区段。在第三至第五构造的摄像元件中，连续设置有N个光电转换层区段。此外，在第四和第五构造的摄像元件中，连续设置有N个绝缘层区段。与此同时，在第三构造的摄像元件中，N个绝缘层区段被设置为对应于相应的光电转换单元区段。此外，在第四和第五构造的摄像元件中，以及在第三构造的摄像元件中的某些情况下，N个电荷累积电极区段被设置为对应于相应的光电转换单元区段。此外，在第一至第六构造的各摄像元件中，相同的电位被施加给所有的电荷累积电极区段。可替代地，在第四和第五构造的摄像元件中，以及在某些情况下在第三构造的摄像元件中，可以将不同的电位施加给N个电荷累积电极区段。
在包括第一至第六构造的摄像元件的本发明的摄像元件等中，限定了绝缘层区段的厚度，或者限定了光电转换层区段的厚度，或者构成绝缘层区段的材料是不同的，或者构成电荷累积电极区段的材料是不同的，或者限定了电荷累积电极区段的面积，或者限定了层叠部分的横截面积。因此，形成了一种电荷传输梯度，并且通过光电转换而产生的电荷能够更容易且可靠地传输到第一电极。另外，因此，能够防止残像(afterimage)的产生或传输残留物(transfer residual)的产生。
在第一至第五构造的摄像元件中，n的值越大的光电转换单元区段离第一电极越远，但是光电转换单元区段是否与第一电极分离，是以X方向为基准而判断的。另外，在第六构造的摄像元件中，将与第一电极分离的方向定义为X方向，并且“X方向”定义如下。也就是说，布置有多个摄像元件或层叠型摄像元件的像素区域包括以二维方式(即，在X方向和Y方向上)规则地布置的像素。在像素的平面形状是矩形的情况下，最靠近第一电极的边的延伸方向被定义为Y方向，并且与Y方向正交的方向被定义为X方向。可替代地，在像素的平面形状是任意形状的情况下，包括最接近第一电极的线段或曲线的总体方向被定义为Y方向，并且与Y方向正交的方向被定义为X方向。
在下文中，关于第一至第六构造的摄像元件，将说明第一电极的电位高于第二电极的电位的情况。
在第一构造的摄像元件中，从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段，绝缘层区段的厚度是逐渐变化的。然而，绝缘层区段的厚度优选地逐渐增加，从而形成了一种电荷传输梯度。此外，当在电荷累积时段中达到了|V12|≥|V11|的状态时，第n个光电转换单元区段能够比第(n+1)个光电转换单元区段累积更多的电荷，并且与第(n+1)个光电转换单元区段相比，对第n个光电转换单元区段施加更强的电场，而且能够可靠地防止从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动。另外，当在电荷传输时段中达到了|V22|<|V21|的状态时，能够可靠地确保从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动以及从第(n+1)个光电转换单元区段至第n个光电转换单元区段的电荷流动。
在第二构造的摄像元件中，从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段，光电转换层区段的厚度是逐渐变化的。然而，光电转换层区段的厚度优选地逐渐增大，从而形成了一种电荷传输梯度。此外，当在电荷累积时段中达到了|V12|≥|V11|的状态时，施加至第n个光电转换单元区段的电场比施加至第(n+1)个光电转换单元区段的电场更强，并且能够可靠地防止从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动。此外，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动以及从第(n+1)个光电转换单元区段至第n个光电转换单元区段的电荷流动。
在第三构造的摄像元件中，对于相邻的光电转换单元区段，用于构成绝缘层区段的材料是不同的，这形成了一种电荷传输梯度。优选地，从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段，用于构成绝缘层区段的材料的介电常数值是逐渐减小的。此时，通过采用这种构造，在电荷累积时段中，当达到了V12≥V11的状态时，第n个光电转换单元区段能够比第(n+1)个光电转换单元区段累积更多的电荷。此外，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动以及从第(n+1)个光电转换单元区段至第n个光电转换单元区段的电荷流动。
在第四构造的摄像元件中，对于相邻的光电转换单元区段，用于构成电荷累积电极区段的材料是不同的，这形成了一种电荷传输梯度。优选地，从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段，用于构成绝缘层区段的材料的功函数的值是逐渐增大的。另外，通过采用这种构造，不管电压是正的还是负的，都能够形成有利于信号电荷传输的电位梯度。
在第五构造的摄像元件中，从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段，电荷累积电极区段的面积是逐渐减小的，这形成了一种电荷传输梯度。因此，当在电荷累积时段中达到了V12≥V11的状态时，第n个光电转换单元区段能够比第(n+1)个光电转换单元区段存储更多的电荷。此外，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动以及从第(n+1)个光电转换单元区段至第n个光电转换单元区段的电荷流动。
在第六构造的摄像元件中，层叠部分的横截面积取决于与第一电极的距离，这形成了一种电荷传输梯度。具体地，通过采用如下构造：其中，层叠部分的横截面的厚度是恒定的，并且随着层叠部分远离第一电极，层叠部分的横截面的宽度变窄，如在第五构造的摄像元件中所述的那样，当在电荷累积时段中达到了V12≥V11的状态时，靠近第一电极的区域能够比远离第一电极的区域累积更多的电荷。因此，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从靠近第一电极的区域至第一电极的电荷流动以及从远离第一电极的区域至靠近第一电极的区域的电荷流动。与此同时，通过采用如下构造：其中，层叠部分的横截面的宽度是恒定的，并且层叠部分的横截面的厚度逐渐增加，具体地，绝缘层区段的厚度逐渐增加。如在第一构造的摄像元件中所述的那样，当在电荷累积时段中达到了V12≥V11的状态时，靠近第一电极的区域能够比远离第一电极的区域累积更多的电荷，对靠近第一电极的区域施加比远离第一电极的区域更强的电场，从而能够可靠地防止从靠近第一电极的区域至第一电极的电荷流动。此外，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从靠近第一电极的区域至第一电极的电荷流动以及从远离第一电极的区域至靠近第一电极的区域的电荷流动。另外，通过采用逐渐增加光电转换层区段的厚度的构造，如在第二构造的摄像元件中所述的那样，当在电荷累积时段中达到了V12≥V11的状态时，对靠近第一电极的区域施加比远离第一电极的区域更强的电场，并且能够可靠地防止从靠近第一电极的区域至第一电极的电荷流动。此外，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从靠近第一电极的区域至第一电极的电荷流动以及从远离第一电极的区域至靠近第一电极的区域的电荷流动。
根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的变形例能够是：
包括多个第一至第六构造的摄像元件的固态摄像装置，其中，
多个摄像元件构成摄像元件区块，并且
第一电极由构成摄像元件区块的多个摄像元件共用。为了方便起见，具有这种构造的固态摄像装置被称为“第一构造的固态摄像装置”。可替代地，根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的变形例能够是：
包括多个第一至第六构造的摄像元件或者多个层叠型摄像元件的固态摄像装置，上述多个层叠型摄像元件均包括至少一个第一至第六构造的摄像元件，
多个摄像元件或多个层叠型摄像元件构成摄像元件区块，并且
第一电极由构成摄像元件区块的多个摄像元件或层叠型摄像元件共用。为了方便起见，具有这种构造的固态摄像装置被称为“第二构造的固态摄像装置”。另外，如果第一电极由以这种方式构成摄像元件区块的多个摄像元件共用，则能够使其中排列有多个摄像元件的像素区域中的构造和结构得以简化和小型化。
在第一和第二构造的固态摄像装置中，为多个摄像元件(一个摄像元件区块)设置一个浮动扩散层。这里，针对一个浮动扩散层设置的多个摄像元件可以由稍后说明的多个第一类型摄像元件构成，或者可以由至少一个第一类型摄像元件和一个以上的稍后说明的第二类型摄像元件构成。另外，通过适当地控制电荷传输时段的时序，多个摄像元件能够共用一个浮动扩散层。多个摄像元件协同操作以作为摄像元件区块连接到稍后所述的驱动电路。即，构成摄像元件区块的多个摄像元件连接到一个驱动电路。然而，针对每个摄像元件来控制电荷累积电极。此外，多个摄像元件能够共用一个接触孔部。关于由多个摄像元件共用的第一电极与各摄像元件的电荷累积电极之间的布置关系，还存在着第一电极被布置成与各摄像元件的电荷累积电极相邻的情况。可替代地，还存在如下情况：第一电极被布置成与多个摄像元件中的一些电荷累积电极相邻，并且不与多个摄像元件中的剩余电荷累积电极相邻。在这种情况下，电荷从多个摄像元件中的上述剩余摄像元件向第一电极的传输是经由多个摄像元件中的上述一些摄像元件而进行的。优选地，构成摄像元件的电荷累积电极与构成摄像元件的电荷累积电极之间的距离(为了方便，称为“距离A”)比和第一电极相邻的摄像元件中的第一电极与电荷累积电极之间的距离(为了方便，称为“距离B”)长，以便确保从各摄像元件至第一电极的电荷传输。此外，优选地，距离A的值随着摄像元件距第一电极的距离变远而变长。
此外，包括上述各种优选形态和构造的本发明的摄像元件等能够具有如下形态：其中，光从第二电极侧入射，并且在第二电极的光入射侧形成有遮光层。可替代地，能够采用如下形态：其中，光从第二电极侧入射，并且光不入射到第一电极(在某些情况下，不入射到第一电极和传输控制电极)上。另外，在这种情况下，能够采用如下形态：其中，在第二电极的光入射侧的第一电极(在某些情况下，第一电极和传输控制电极)上方形成有遮光层。可替代地，能够采用如下形态：其中，片上微透镜设置在电荷累积电极和第二电极的上方，并且入射到片上微透镜上的光被电荷累积电极收集。这里，遮光层可以布置在第二电极的光入射侧表面的上方，或者可以布置在第二电极的光入射侧表面上。在某些情况下，在第二电极上形成有遮光层。构成遮光层的材料的实例包括铬(Cr)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)以及不透光的树脂(例如，聚酰亚胺树脂)。
本发明的摄像元件等的具体实例包括：包括吸收蓝光(425nm～495nm的光)的光电转换层或光电转换单元(为了方便，称为“第一类型蓝光光电转换层”或“第一类型蓝光光电转换单元”)并且对蓝光敏感的摄像元件(为了方便，称为“第一类型蓝光摄像元件”)；包括吸收绿光(495nm～570nm的光)的光电转换层或光电转换单元(为了方便，称为“第一类型绿光光电转换层”或“第一类型绿光光电转换单元”)并且对绿光敏感的摄像元件(为了方便，称为“第一类型绿光摄像元件”)；以及包括吸收红光(620nm～750nm的光)的光电转换层或光电转换单元(为了方便，称为“第一类型红光光电转换层”或“第一类型红光光电转换单元”)并且对红光敏感的摄像元件(为了方便，称为“第一类型红光摄像元件”)。此外，为了方便，常规的不包括电荷累积电极且对蓝光敏感的摄像元件被称为“第二类型蓝光摄像元件”。为了方便，常规的不包括电荷累积电极且对绿光敏感的摄像元件被称为“第二类型绿光摄像元件”。为了方便，常规的不包括电荷累积电极且对红光敏感的摄像元件被称为“第二类型红光摄像元件”。为了方便，构成第二类型蓝光摄像元件的光电转换层或光电转换单元被称为“第二类型蓝光光电转换层”或“第二类型蓝光光电转换单元”。为了方便，构成第二类型绿光摄像元件的光电转换层或光电转换单元被称为“第二类型绿光光电转换层”或“第二类型绿光光电转换单元”。为了方便，构成第二类型红光摄像元件的光电转换层或光电转换单元被称为“第二类型红光光电转换层”或“第二类型红光光电转换单元”。
包括电荷累积电极的层叠型摄像元件的具体实例包括：
[A]构造和结构：其中，第一类型蓝光光电转换单元、第一类型绿光光电转换单元和第一类型红光光电转换单元在垂直方向上层叠，并且
第一类型蓝光摄像元件的控制单元、第一类型绿光摄像元件的控制单元、和第一类型红光摄像元件的控制单元都设置在半导体基板上；
[B]构造和结构：其中，第一类型蓝光光电转换单元和第一类型绿光光电转换单元在垂直方向上层叠，
在这两个第一类型光电转换单元的下方布置有第二类型红光光电转换单元，并且
第一类型蓝光摄像元件的控制单元、第一类型绿光摄像元件的控制单元、和第二类型红光摄像元件的控制单元都设置在半导体基板上；
[C]构造和结构：其中，第二类型蓝光光电转换单元和第二类型红光光电转换单元布置在第一类型绿光光电转换单元的下方，并且
第一类型绿光摄像元件的控制单元、第二类型蓝光摄像元件的控制单元、和第二类型红光摄像元件的控制单元都设置在半导体基板上；以及
[D]构造和结构：其中，第二类型绿光光电转换单元和第二类型红光光电转换单元布置在第一类型蓝光光电转换单元的下方，并且
第一类型蓝光摄像元件的控制单元、第二类型绿光摄像元件的控制单元、和第二类型红光摄像元件的控制单元都设置在半导体基板上。优选地，这些摄像元件的光电转换单元在垂直方向上的布置顺序是从光入射方向开始依次为蓝光光电转换单元、绿光光电转换单元和红光光电转换单元，或者从光入射方向开始依次为绿光光电转换单元、蓝光光电转换单元和红光光电转换单元。这是因为较短波长的光在入射表面侧会被更有效地吸收。由于红色具有三种颜色中最长的波长，因此从光入射表面观察，优选将红光光电转换单元定位在最下层。这些摄像元件的层叠结构构成一个像素。此外，可以包括第一类型近红外光电转换单元(或红外光电转换单元)。这里，优选地，第一类型红外光电转换单元的光电转换层例如包括有机材料，并且布置在位于第二类型摄像元件上方的第一类型摄像元件的层叠结构的最下层。可替代地，可以在第一类型光电转换单元的下方设置第二类型近红外光电转换单元(或红外光电转换单元)。
在第一类型摄像元件中，例如，第一电极形成在设置于半导体基板上的层间绝缘层上。形成于半导体基板上的摄像元件可以是背照式或前照式。
在光电转换层包括有机材料的情况下，光电转换层能够具有以下四种形态中的任一种。
(1)光电转换层由p型有机半导体构成。
(2)光电转换层由n型有机半导体构成。
(3)光电转换层由p型有机半导体层/n型有机半导体层的层叠结构构成。光电转换层由p型有机半导体层/(p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(体异质结构))/n型有机半导体层的层叠结构构成。光电转换层由p型有机半导体层/p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(体异质结构))的层叠结构构成。光电转换层由n型有机半导体/p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(体异质结构)的层叠结构构成。
(4)光电转换层由p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(体异质结构)构成。
然而，能够任意地改变层叠的顺序。
p型有机半导体的示例包括：萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩-苯并噻吩衍生物、三烯丙胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、
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衍生物、荧蒽衍生物、酞菁衍生物、亚酞菁衍生物、亚卟啉衍生物、包括杂环化合物作为配体的金属络合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物和聚芴衍生物。n型有机半导体的示例包括富勒烯和富勒烯衍生物<例如，诸如C60、C70或C74等富勒烯(高级富勒烯)或内嵌富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如，富勒烯氟化物、PCBM富勒烯化合物或富勒烯多聚体等)>、具有比p型有机半导体更大(更深)的HOMO和LUMO的有机半导体、以及透明无机金属氧化物。n型有机半导体的具体示例包括含有氮原子、氧原子或硫原子的杂环化合物。其示例包括：分子骨架的一部分中含有吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹恶啉衍生物、异喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲咯啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、恶唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并恶唑衍生物、苯并恶唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亚卟啉衍生物、聚苯乙烯撑衍生物、聚苯并噻吩衍生物和聚芴衍生物等的有机分子和有机金属络合物、以及亚酞菁衍生物。富勒烯衍生物中所包含的基团等的示例包括：卤素原子；直链、支链或环烷基或苯基；具有直链或缩合芳族化合物的基团；包括卤化物的基团；部分氟代烷基；全氟烷基；硅烷基烷基；硅烷基烷氧基；芳基硅烷基；芳基巯基(arylsulfanyl group)；烷基巯基(alkylsulfanyl group)；芳基磺酰基；烷基磺酰基；芳基硫醚基团；烷基硫醚基团；氨基；烷氨基；芳氨基；羟基；烷氧基；酰氨基；酰氧基；羰基；羧基；羧酰胺基；烷氧羧基；酰基；磺酰基；氰基；硝基；具有硫族化合物的基团；膦基(phosphine group)；膦酸基(phosphon group)；以及它们的衍生物。尽管包括有机材料的光电转换层(也称为“有机光电转换层”)的厚度不受限制，但是上述厚度例如是1×10-8m至5×10-7m，优选地，2.5×10-8m至3×10-7m，更优选地，2.5×10-8m至2×10-7m，最优选地，1×10-7m至1.8×10-7m。注意，有机半导体通常分为p型和n型。P型表示容易传输空穴，n型表示容易传输电子，而不限于类似在无机半导体中那样的如下解释：有机半导体具有空穴或电子作为热激发的多数载流子。
可替代地，构成对绿光进行光电转换的有机光电转换层的材料的示例包括：罗丹明类染料、部花青类染料、喹吖啶酮衍生物和亚酞菁染料(亚酞菁衍生物)等。构成对蓝光进行光电转换的有机光电转换层的材料的示例包括：香豆酸染料、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)和部花青类染料等。构成对红光进行光电转换的有机光电转换层的材料的示例包括：酞菁类染料和亚酞菁类染料(亚酞菁衍生物)。
可替代地，构成光电转换层的无机材料的实例包括：晶体硅、非晶硅、微晶硅、晶体硒、非晶硒、黄铜矿化合物(例如CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2或AgInSe2)、III-V族化合物(例如，GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP或InGaAsP)、以及CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe、或PbS等的化合物半导体。另外，包括这些材料的量子点也能够用于光电转换层。
单板彩色固态摄像装置能够由根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置以及第一和第二构造的固态摄像装置中的各者构成。
在根据本发明第二方面的包括层叠型摄像元件的固态摄像装置中，与包括拜耳阵列的摄像元件的固态摄像装置(即，不使用滤色片层来进行蓝色、绿色和红色的分光)不同，一个像素是通过在同一像素内的光入射方向上把对多种波长的光敏感的摄像元件层叠起来而构成的，因此，可以提高灵敏度和每单位体积的像素密度。此外，由于有机材料具有高的吸收系数，因此，有机光电转换层的膜厚度能够比常规的Si基光电转换层的膜厚度薄，并且减轻了来自相邻像素的光的泄漏和对光入射角的限制。此外，在常规的Si基摄像元件中，由于对三种颜色的像素进行插值处理以产生彩色信号，因此产生了伪色。然而，根据本发明第二方面的包括层叠型摄像元件的固态摄像装置能够抑制伪色的产生。有机光电转换层本身也用作滤色片层。因此，即使不设置滤色片层，也能够进行颜色分离。
此外，在根据本发明的第一方面的固态摄像装置中，使用滤色片层能够减轻对蓝色、绿色和红色的光谱特性的要求，并且大规模生产性高。根据本发明的第一方面的固态摄像装置中的摄像元件阵列的实例包括拜耳阵列、行间阵列(interline array)、G条纹RB方格阵列、G条纹RB完全方格阵列、方格补色阵列、条纹阵列、对角条纹阵列、主色差阵列、场色差序列阵列、帧色差序列阵列、MOS阵列、改良的MOS型阵列、帧交错阵列和场交错阵列。这里，一个摄像元件构成一个像素(或子像素)。
在某些情况下，滤色片层(波长选择装置)的示例包括：不仅透射红光、绿光和蓝光，而且还透射具有特定波长(例如，青色、品红色或黄色等)的光的滤光片层。滤色片层不仅能够由使用有机化合物(例如颜料和染料等)的有机材料类滤色片层构成，而且还能够由包含诸如光子晶体、应用了等离子体振子(plasmon)的波长选择元件(具有导体栅格结构的滤色片层，其具有导体薄膜中的栅格状孔结构，例如参见日本专利申请特开第2008-177191号公报)或者非晶硅等的无机材料的薄膜构成。
排列有多个本发明的摄像元件等的像素区域包括以二维方式规则地排列的多个像素。像素区域通常包括：有效像素区域，其用于实际接收光，放大通过光电转换而产生的信号电荷，以及将信号电荷读出到驱动电路；以及黑基准像素区域(也称为光学黑像素区域(OPB))，其用于输出作为黑电平的基准的光学黑。黑基准像素区域通常布置在有效像素区域的外围。
用光照射包括上述各种优选形态和构造的本发明的摄像元件等，在光电转换层中发生光电转换，并且进行空穴和电子的载流子分离。另外，提取空穴的电极称为正电极，提取电子的电极称为负电极。第一电极可以构成负电极，第二电极可以构成正电极。反之，第一电极可以构成正电极，第二电极可以构成负电极。
第一电极、电荷累积电极、传输控制电极、电荷排出电极和第二电极各自能够包含透明导电材料。第一电极、电荷累积电极、传输控制电极和电荷排出电极可以统称为“第一电极等”。可替代地，在本发明的摄像元件等以类似拜耳阵列的方式被布置在平面中的情况下，例如，第二电极能够包含透明导电材料，并且第一电极等能够包含金属材料。在这种情况下，具体地，位于光入射侧的第二电极能够包含透明导电材料，并且第一电极等能够包含例如Al-Nd(铝和钕的合金)或ASC(铝、钐和铜的合金)。包含透明导电材料的电极可以被称为“透明电极”。这里，透明导电材料的带隙能量在2.5eV以上，优选地，在3.1eV以上。构成透明电极的透明导电材料的实例包括导电金属氧化物。其具体实例包括铟氧化物、铟锡氧化物(ITO，包括掺杂Sn的In2O3、结晶ITO、和非晶ITO)、通过向氧化锌中添加作为掺杂剂的铟而获得的铟锌氧化物(IZO)、通过向氧化镓中添加作为掺杂剂的铟而获得的铟镓氧化物(IGO)、通过向氧化锌中添加作为掺杂剂的铟和镓而获得的铟-镓-锌氧化物(IGZO,In-GaZnO4)、通过向氧化锌中添加作为掺杂剂的铟和锡而获得的铟-锡-锌氧化物(ITZO)、IFO(掺杂有F的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(掺杂有Sb的SnO2)、FTO(掺杂有F的SnO2)、氧化锌(包括掺杂有其他元素的ZnO)、通过向氧化锌中添加作为掺杂剂的铝而获得的铝锌氧化物(AZO)、通过向氧化锌中添加作为掺杂剂的镓而获得的镓锌氧化物(GZO)、氧化钛(TiO2)、通过向氧化钛中添加作为掺杂剂的铌而获得的铌钛氧化物(TNO)、氧化锑、尖晶石型氧化物、以及具有YbFe2O4结构的氧化物。可替代地，透明电极的实例包括含有镓氧化物、钛氧化物、铌氧化物、镍氧化物等作为基底层的透明电极。透明电极的厚度可以是2×10-8m至2×10- 7m，优选地，3×10-8m至1×10-7m。在需要第一电极是透明的情况下，从简化制造工艺的观点来看，电荷排出电极也优选包含透明导电材料。
可替代地，在不需要透明性的情况下，作为构成用作提取空穴的电极的正电极的导电材料，正电极优选由功函数高(例如，φ＝4.5eV～5.5eV)的导电材料构成。其具体实例包括：金(Au)、银(Ag)、铬(Cr)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)、铁(Fe)、铱(Ir)、锗(Ge)、锇(Os)、铼(Re)和碲(Te)。与此同时，作为构成用作提取电子的电极的负电极的导电材料，负电极优选由功函数低(例如，φ＝3.5eV～4.5eV)的导电材料构成。其具体实例包括：碱金属(例如，Li、Na或K等)、碱金属的氟化物、碱金属的氧化物、碱土金属(例如，Mg或Ca等)、碱土金属的氟化物、碱土金属的氧化物、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、铊(Tl)、钠-钾合金、铝-锂合金、镁-银合金、诸如铟或镱等稀土金属、以及上述这些的合金。可替代地，构成正电极或负电极的材料的示例包括：金属，例如铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、铁(Fe)、钴(Co)或钼(Mo)；包含上述这些金属元素的合金；包含上述这些金属的导电颗粒；包含上述这些金属的合金的导电颗粒；含有杂质的多晶硅；碳材料；氧化物半导体材料；和诸如碳纳米管或石墨烯等的导电材料。也能够使用包含上述这些元素的多层的层叠结构。此外，构成正电极或负电极的材料的实例包括有机材料(导电聚合物)，例如聚(3,4-乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)[PEDOT/PSS]。此外，这些导电材料可以与粘合剂(聚合物)混合，以形成糊剂或墨剂，并且糊剂或墨剂可以被固化并被用作电极。
干法或湿法能够用作形成第一电极等或第二电极(负电极或正电极)的膜的方法。干法的实例包括物理气相沉积法(PVD法)和化学气相沉积法(CVD法)。使用PVD法原理的膜形成的实例包括：使用电阻加热或高频加热的真空气相沉积法、EB(电子束)气相沉积法、各种溅射法(磁控溅射法、RF-DC耦合偏压溅射法、ECR溅射法、对靶溅射法、或高频溅射法)、离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法、以及激光转印法。此外，CVD法的实例包括：等离子体CVD法、热CVD法、有机金属(MO)CVD法、以及光学CVD法。与此同时，湿法的实例包括：电镀法、化学镀法、旋涂法、喷墨法、喷涂法、压印法、微接触印刷法、柔版印刷法、胶印法、凹版印刷法以及浸渍法。图案化方法的实例包括：化学刻蚀，例如荫罩、激光转印或光刻；以及使用紫外光、激光等的物理蚀刻。用于使第一电极等或第二电极平坦化的技术的实例包括激光平坦化法、回流法和化学机械抛光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)法。
构成绝缘层的材料的实例不仅包括诸如氧化硅材料、氮化硅(SiNY)、或氧化铝(Al2O3)的以金属氧化物高介电绝缘材料为代表的无机绝缘材料，而且还包括以具有在一端能够与控制电极结合的官能团的直链烃为代表的有机绝缘材料(有机聚合物)，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚乙烯苯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚酰亚胺；聚碳酸酯(PC)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚苯乙烯；硅烷醇衍生物(硅烷偶联剂)，例如N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS)、3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)或十八烷基三氯硅烷(OTS)；酚醛型酚醛树脂(novolac phenolic resin)；氟基树脂；十八烷基硫醇或十二烷基异氰酸酯。还能够使用上述这些的组合。氧化硅材料的实例包括氧化硅(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)、和低介电绝缘材料(例如，聚芳醚、环氟碳聚合物和苯并环丁烯、环状氟碳树脂、聚四氟乙烯、氟化芳基醚、氟化聚酰亚胺、无定形碳和有机SOG)。绝缘层能够具有单层构造，或者层叠有多个层(例如，两层)的构造。在后一种情况下，通过至少在电荷累积电极上并且在电荷累积电极与第一电极之间的区域中形成绝缘层/下层，并使绝缘层/下层平坦化，从而仅需要至少在电荷累积电极与第一电极之间的区域中留有绝缘层/下层，以及仅需要在留下的绝缘层/下层和电荷累积电极上形成绝缘层/上层。由此，能够可靠地实现绝缘层的平坦化。仅需要从这些材料中适当地选择构成各种层间绝缘层和绝缘材料膜的材料。
构成控制单元的浮动扩散层、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的构造和结构能够与常规的浮动扩散层、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的构造和结构相同。驱动电路也能够具有众所周知的构造和结构。
第一电极连接到浮动扩散层和放大晶体管的栅极部，并且接触孔部仅需要形成为用于将第一电极连接到浮动扩散层和放大晶体管的栅极部。构成接触孔部的材料的实例包括：掺杂有杂质的多晶硅；高熔点金属，例如钨、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2或MoSi2等；金属硅化物；以及包含上述这些材料的层的层叠结构(例如，Ti/TiN/W)。
第一载流子阻挡层可以设置在复合氧化物层与第一电极之间，并且第二载流子阻挡层可以设置在有机光电转换层与第二电极之间。此外，第一电荷注入层可以设置在第一载流子阻挡层与第一电极之间，并且第二电荷注入层可以设置在第二载流子阻挡层与第二电极之间。构成电子注入层的材料的实例包括；碱金属，例如锂(Li)、钠(Na)和钾(K)；碱金属的氟化物；碱金属的氧化物；碱土金属，例如镁(Mg)或钙(Ca)；碱土金属的氟化物；以及碱土金属的氧化物。
形成各种有机层的膜的方法的示例包括干膜形成法和湿膜形成法。干膜形成法的示例包括：使用电阻加热、高频加热或电子束加热的真空气相沉积法；闪蒸沉积法；等离子体气相沉积法；EB气相沉积法；各种溅射法(双极溅射法、直流溅射法、直流磁控溅射法、高频溅射法、磁控溅射法、RF-DC耦合偏压溅射法、ECR溅射法、对靶溅射法、高频溅射法和离子束溅射法)；DC(直流)法；RF方法；多阴极法；活化反应法；电场气相沉积法；各种离子镀法(例如高频离子镀法和反应离子镀法)；激光烧蚀法；分子束外延法；激光转印法；以及分子束外延法(MBE法)。此外，CVD法的示例包括：等离子体CVD法、热CVD法、MOCVD法、以及光学CVD法。与此同时，湿法的具体实例包括：旋涂法；浸渍法；浇铸法；微接触印刷法；滴注法；各种印刷法，诸如丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、凹版印刷方法、和柔版印刷方法等；冲压法；喷涂法；以及各种涂布法，例如气刀涂布机法、刮刀涂布法、棒涂布法、刀涂布法、挤压涂布法、逆辊涂布法、转印辊涂布法、凹版涂布法、吻合式涂布法、浇铸涂布法、喷雾涂布法、狭缝孔涂布法和压延涂布法(calendarcoater)。在涂布方法中，溶剂的示例包括非极性或低极性的有机溶剂，例如甲苯、氯仿、己烷或乙醇。图案化方法的示例包括：化学蚀刻，例如荫罩掩模、激光转印或光刻；以及使用紫外线、激光等的物理蚀刻。用于使各种有机层平坦化的技术的示例包括激光平坦化方法和回流方法。
根据需要，能够适当地组合上述第一至第六构造的两种以上类型的摄像元件。
如上所述，摄像元件或固态摄像装置可以包括片上微透镜或遮光层，如果需要，摄像元件或固态摄像装置可以包括用于驱动摄像元件的驱动电路或配线。如果需要，可以设置用于控制光在摄像元件上的入射的快门，或者可以根据固态摄像装置的目的而设置光学截止滤光片。
此外，第一和第二构造的固态摄像装置都能够具有如下形态：其中，在本发明的一个摄像元件等的上方设置一个片上微透镜，或者能够具有如下形态：其中，摄像元件区块由本发明的两个摄像元件等构成，并且在摄像元件区块的上方设置一个片上微透镜。
例如，在将固态摄像装置和读出集成电路(ROIC)层叠起来的情况下，通过把其上形成有读出集成电路和包含铜(Cu)的连接部的驱动基板与其中形成有连接部的摄像元件叠置，使得连接部彼此接触并且使连接部彼此接合，从而能够进行层叠，并且能够使用焊料凸块等将连接部彼此接合。
此外，用于驱动根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置的驱动方法能够是重复以下步骤的固态摄像装置驱动方法：
在所有摄像元件中，在将电荷累积在复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)的同时，将第一电极中的电荷同时全部排出至系统的外部，并且然后
在所有摄像元件中，将累积于复合氧化物层(或复合氧化物层和光电转换层)中的电荷同时全部传输到第一电极，并且在传输完成之后，顺序地读取各摄像元件中的被传输至第一电极的电荷。
在这样的用于驱动固态摄像装置的方法中，各摄像元件具有如下结构：其中，从第二电极侧入射的光不入射到第一电极上，并且在所有摄像元件中，在电荷被累积于复合氧化物层等中的同时，第一电极中的电荷被同时全部排出至系统外部。因此，能够在所有摄像元件中同时可靠地复位第一电极。此外，随后，所有摄像元件中，同时将累积于复合氧化物层等中的电荷全部传输至第一电极，并且在完成传输之后，在各摄像元件中，顺序地读取传输到第一电极的电荷。因此，能够容易地实现所谓的全局快门功能。
本发明的摄像元件的实例包括CCD元件、CMOS图像传感器、接触式图像传感器(CIS：Contact Image Sensor)和电荷调制装置(CMD：ChargeModulation Device)式信号放大图像传感器。例如，数码相机、摄影机、摄像录像机、监控摄像机、车载摄像机、智能电话摄像机、游戏用户界面摄像机和生物认证摄像机能够由根据本发明的第一和第二方面的固态摄像装置以及第一和第二构造的固态摄像装置构成。
[实施例1]
实施例1涉及根据本发明的第一至第三方面的摄像元件、本发明的层叠型摄像元件、以及根据本发明的第二方面的固态摄像装置。图1示出了实施例1的摄像元件和层叠型摄像元件(在下文中，它们可以被统称为“摄像元件等”)的示意性局部横截面图。图2和图3示出了实施例1的摄像元件等的等效电路图。图4示出了实施例1的摄像元件等的构成光电转换单元的第一电极和电荷累积电极，以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。图5示意性地示出了在实施例1的摄像元件等的操作期间各部位的电位状态。图6A示出了用于说明实施例1的摄像元件等的各部位的等效电路图。此外，图7示出了实施例1的摄像元件等的构成光电转换单元的第一电极和电荷累积电极的示意性布局图。图8示出了第一电极、电荷累积电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。此外，图76示出了实施例1的固态摄像装置的概念图。注意，在图2、3、6A、6B、6C、9、17、18、29、30、66A、66B和66C中，复合氧化物层被显示为一层。
实施例1的摄像元件包括光电转换单元，该光电转换单元是通过将第一电极21、光电转换层23A和第二电极22层叠在一起而形成的。在第一电极21与光电转换层23A之间，形成有复合氧化物层23B。这里，复合氧化物层23B包括与第一电极21相邻的第一层23B1和与光电转换层23A相邻的第二层23B2。注意，实施例1的摄像元件具有如下结构：其中，第一层23B1和第二层23B2层叠。另外，复合氧化物层23B包含铟复合氧化物，并且第一层23B1中的铟成分(铟原子含量)高于第二层23B2中的铟成分(铟原子含量)。可替代地，复合氧化物层23B包含铟-镓-锌复合氧化物，第一层23B1中的铟成分(铟原子含量)高于第二层23B2中的铟成分(铟原子含量)，或者第一层23B1中的镓成分(镓原子含量)低于第二层23B2中的镓成分(镓原子含量)，或者第一层23B1中的锌成分(锌原子含量)高于第二层23B2中的锌成分(锌原子含量)。可替代地，第一层23B1中的氧原子含量低于第二层23B2中的氧原子含量。可替代地，复合氧化物层23B包含铟复合氧化物(或铟-镓-锌复合氧化物)，并且第一层23B1的载流子迁移率高于第二层23B2的载流子迁移率。可替代地，复合氧化物层23B包含铟复合氧化物(或铟-镓-锌复合氧化物)，并且第一层23B1的状态密度低于第二层23B2的状态密度。
这里，在实施例1的摄像元件等中，当铟-镓-锌复合氧化物由(ZnO)X(Ga2O3)1-X、(Ga2O3)Y(In2O3)1-Y、和(In2O3)Z(ZnO)1-Z表示时，第一层23B1中的X值大于第二层23B2中的X值，或者
第一层23B1中的Y值低于第二层23B2中的Y值，或者
第一层23B1中的Z值高于第二层23B2中的Z值。
另外，在这种情况下，满足0<X<0.875、0<Y<0.875、和0.125<Z<0.875(其中，X+Y+Z＝1.000)。对于第一层，优选满足Y<0.5。对于第二层，满足X<0.5和Y>0.5。
可替代地，在实施例1的摄像元件等中，优选满足1×10-6≤(第二层的载流子迁移率)/(第一层的载流子迁移率)≤0.1。此外，第一层的载流子迁移率不受限制，但是优选在10cm2/V·s以上。
具体的值如下：
第一层23B1中的In成分：22％
第二层23B2中的In成分：14％
第一层23B1中的X值：0.4
第二层23B2中的X值：0.25
第一层23B1中的Y值：0.2
第二层23B2中的Y值：0.5
第一层23B1中的Z值：0.4
第二层23B2中的Z值：0.25
第一层23B1中的载流子迁移率：15cm2/V·s
第二层23B2中的载流子迁移率：0.1cm2/V·s
注意，复合氧化物层23B的厚度被设为330nm，并且T2/T1被设为10。
此外，在实施例1的摄像元件等中，根据X射线衍射分析可知，复合氧化物层23B为非晶态。即，例如，复合氧化物层23B是无局部晶体结构的非晶态。
另外，在实施例1的摄像元件等中，光电转换单元还包括绝缘层82和电荷累积电极24，电荷累积电极24与第一电极21分离地布置，并隔着绝缘层82面对着复合氧化物层23B。注意，光从第二电极侧入射。
实施例1的层叠型摄像元件包括至少一个如实施例1的摄像元件。此外，实施例1的固态摄像装置包括多个如实施例1的层叠型摄像元件。另外，例如，数码相机、摄影机、摄像录像机、监控摄像机、车载摄像机、智能电话摄像机、游戏用户界面摄像机和生物认证摄像机等都由实施例1的固态摄像装置构成。
在下文中，将具体说明实施例1的摄像元件等和固态摄像装置。
实施例1的摄像元件等还包括半导体基板(更具体地，硅半导体层)70，并且在半导体基板70的上方设置有光电转换单元。此外，实施例1的摄像元件等还包括控制单元，所述控制单元设置在半导体基板70上并且具有驱动电路，所述驱动电路连接到第一电极21和第二电极22。这里，半导体基板70的光入射表面被定义为上侧，半导体基板70的相对侧被定义为下侧。包括多个配线的配线层62设置在半导体基板70的下方。
半导体基板70至少包括构成控制单元的浮动扩散层FD1和放大晶体管TR1amp，并且第一电极21连接到浮动扩散层FD1和放大晶体管TR1amp的栅极部。半导体基板70还包括构成控制单元的复位晶体管TR1rst和选择晶体管TR1SEL。浮动扩散层FD1连接到复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区。放大晶体管TR1amp的一个源极/漏极区连接到选择晶体管TR1sel的一个源极/漏极区。选择晶体管TR1sel的另一个源极/漏极区连接到信号线VSL1。这些放大晶体管TR1amp、复位晶体管TR1rst、和选择晶体管TR1sel构成驱动电路。
具体地，实施例1的摄像元件等是背照式摄像元件，并且具有通过层叠三个摄像元件而形成的结构，所述三个摄像元件是：实施例1中的第一类型绿光摄像元件(以下称为“第一摄像元件”)，其对绿光敏感并包括吸收绿光的第一类型绿光光电转换层；第二类型常规的蓝光摄像元件(以下称为“第二摄像元件”)，其对蓝光敏感并包括吸收蓝光的第二类型蓝光光电转换层；以及第二类型常规的红光摄像元件(以下称为“第三摄像元件”)，其对红光敏感并包括吸收红光的第二类型红光光电转换层。这里，红光摄像元件(第三摄像元件)和蓝光摄像元件(第二摄像元件)设置在半导体基板70中，并且第二摄像元件比第三摄像元件更靠近光入射侧。此外，绿光摄像元件(第一摄像元件)设置在蓝光摄像元件(第二摄像元件)的上方。一个像素由第一摄像元件、第二摄像元件、和第三摄像元件的层叠结构构成。不设置滤色片层。
在第一摄像元件中，第一电极21和电荷累积电极24形成在层间绝缘层81上并彼此分离。层间绝缘层81和电荷累积电极24被绝缘层82覆盖。复合氧化物层23B和光电转换层23A形成在绝缘层82上，并且第二电极22形成在光电转换层23A上。绝缘层83形成在包括第二电极22的整个表面上，并且片上微透镜14设置在绝缘层83上。第一电极21、电荷累积电极24和第二电极22分别由含有例如ITO(功函数：约4.4eV)的透明电极构成。复合氧化物层23B包含例如IGZO、IWZO、IWO、ZTO或ITZO。光电转换层23A由含有对至少绿光敏感的公知的有机光电转换材料(例如，诸如罗丹明染料、部花青染料和喹吖啶酮等有机材料)的层构成。层间绝缘层81以及绝缘层82和83分别包含公知的绝缘材料(例如，SiO2或SiN)。复合氧化物层23B和第一电极21通过设置于绝缘层82中的连接部67彼此连接。复合氧化物层23B在连接部67中延伸。即，复合氧化物层23B在设置于绝缘层82中的开口部85中延伸，从而连接到第一电极21。
电荷累积电极24连接到驱动电路。具体地，电荷累积电极24经由形成于层间绝缘层81中的连接孔66、焊盘部64和配线VOA连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。
电荷累积电极24大于第一电极21。当电荷累积电极24的面积由S1′表示，并且第一电极21的面积由S1表示时，
尽管不受限制，但是优选满足
4≤S1'/S1。
在实施例1中，例如，尽管不受限制，但是还是将S1'/S1设为8。注意，在稍后所述的实施例7～10中，三个光电转换单元区段10'1、10'2和10'3)的尺寸是相同的，并且其平面形状也是相同的。
元件分离区71形成在半导体基板70的第一表面(前表面)70A侧。此外，氧化膜72形成在半导体基板70的第一表面70A上。此外，在半导体基板70的第一表面侧，设置有构成第一摄像元件的控制单元的复位晶体管TR1rst、放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel，并且还设置有第一浮动扩散层FD1。
复位晶体管TR1rst包括栅极部51、沟道形成区51A、以及源极/漏极区51B和51C。复位晶体管TR1rst的栅极部51连接到复位线RST1。复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区51C也用作第一浮动扩散层FD1，并且另一个源极/漏极区51B连接到电源VDD。
第一电极21经由形成于层间绝缘层81中的连接孔65和焊盘部63、经由形成于半导体基板70和层间绝缘层76中的接触孔部61、以及经由形成于层间绝缘层76上的配线层62连接到复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区51C(第一浮动扩散层FD1)。
放大晶体管TR1amp包括栅极部52、沟道形成区52A以及源极/漏极区52B和52C。栅极部52通过配线层62连接到第一电极21和复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区51C(第一浮动扩散层FD1)。此外，一个源极/漏极区52B连接到电源VDD。
选择晶体管TR1sel包括栅极部53、沟道形成区53A、以及源极/漏极区53B和53C。栅极部53连接到选择线SEL1。此外，一个源极/漏极区53B与构成放大晶体管TR1amp的另一个源极/漏极区52C共用区域，并且另一个源极/漏极区53C连接到信号线(数据输出线)VSL1(117)。
第二摄像元件包括设置于半导体基板70上的作为光电转换层的n型半导体区域41。由纵型晶体管构成的传输晶体管TR2trs的栅极部45延伸到n型半导体区域41，从而连接到传输栅极线TG2。此外，第二浮动扩散层FD2设置在半导体基板70的靠近传输晶体管TR2trs的栅极部45的区域45C中。累积于n型半导体区域41中的电荷经由沿着栅极部45形成的传输通道而被读出到第二浮动扩散层FD2。
在第二摄像元件中，在半导体基板70的第一表面侧，还布置有构成第二摄像元件的控制单元的复位晶体管TR2rst、放大晶体管TR2amp和选择晶体管TR2sel。
复位晶体管TR2rst包括栅极部、沟道形成区和源极/漏极区。复位晶体管TR2rst的栅极部连接到复位线RST2。复位晶体管TR2rst的一个源极/漏极区连接到电源VDD，并且另一个源极/漏极区也用作第二浮动扩散层FD2。
放大晶体管TR2amp包括栅极部、沟道形成区和源极/漏极区。栅极部连接到复位晶体管TR2rst的另一个源极/漏极区(第二浮动扩散层FD2)。此外，一个源极/漏极区连接到电源VDD。
选择晶体管TR2sel包括栅极部、沟道形成区和源极/漏极区。栅极部连接到选择线SEL2。此外，一个源极/漏极区与构成放大晶体管TR2amp的另一个源极/漏极区共用该区域，并且另一个源极/漏极区连接到信号线(数据输出线)VSL2。
第三摄像元件包括设置在半导体基板70上的作为光电转换层的n型半导体区域43。传输晶体管TR3trs的栅极部46连接到传输栅极线TG3。此外，第三浮动扩散层FD3设置在半导体基板70的靠近传输晶体管TR3trs的栅极部46的区域46C中。累积于n型半导体区域43中的电荷通过沿着栅极部46形成的传输通道46A而被读出到第三浮动扩散层FD3。
在第三摄像元件中，构成第三摄像元件的控制单元的复位晶体管TR3rst、放大晶体管TR3amp和选择晶体管TR3sel也设置在半导体基板70的第一表面侧。
复位晶体管TR3rst包括栅极部、沟道形成区和源极/漏极区。复位晶体管TR3rst的栅极部连接到复位线RST3。复位晶体管TR3rst的一个源极/漏极区连接到电源VDD，并且另一个源极/漏极区也用作第三浮动扩散层FD3。
放大晶体管TR3amp包括栅极部、沟道形成区和源极/漏极区。栅极部连接到复位晶体管TR3rst的另一个源极/漏极区(第三浮动扩散层FD3)。此外，一个源极/漏极区连接到电源VDD。
选择晶体管TR3sel包括栅极部、沟道形成区和源极/漏极区。栅极部连接到选择线SEL3。此外，一个源极/漏极区与构成放大晶体管TR3amp的另一个源极/漏极区共用该区域，并且另一个源极/漏极区连接到信号线(数据输出线)VSL3。
复位线RST1、RST2和RST3、选择线SEL1、SEL2和SEL3、以及传输栅极线TG2和TG3连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112，并且信号线(数据输出线)VSL1、VSL2和VSL3连接到构成驱动电路的列信号处理电路113。
p+层44设置在半导体基板70的n型半导体区域43与前表面70A之间，以便抑制暗电流的产生。p+层42形成在n型半导体区域41与n型半导体区域43之间，此外，n型半导体区域43的侧表面的一部分被p+层42包围。p+层73形成在半导体基板70的背面70B侧。HfO2膜74和绝缘材料膜75被形成为从p+层73到在半导体基板70内部要形成接触孔部61的部分。在层间绝缘层76中，在多个层中形成有配线，但并未图示出。
HfO2膜74具有负的固定电荷。通过形成这种膜，能够抑制暗电流的产生。代替HfO2膜，也能够使用如下膜：氧化铝(Al2O3)膜、氧化锆(ZrO2)膜、氧化钽(Ta2O5)膜、氧化钛(TiO2)膜、氧化镧(La2O3)膜、氧化镨(Pr2O3)膜、氧化铈(CeO2)膜、氧化钕(Nd2O3)膜、氧化钷(Pm2O3)膜、氧化钐(Sm2O3)膜、氧化铕(Eu2O3)膜、氧化钆(Gd2O3)膜、氧化铽(Tb2O3)膜、氧化镝(Dy2O3)膜、氧化钬(Ho2O3)膜、氧化铥(Tm2O3)膜、氧化镱(Yb2O3)膜、氧化镥(Lu2O3)膜、氧化钇(Y2O3)膜、氮化铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜、或氧氮化铝膜。这些膜的形成方法的实例包括CVD法、PVD法和ALD法。
在下文中，参考图5和图6A，将说明包括实施例1的电荷累积电极的摄像元件等(第一摄像元件)的操作。这里，第一电极21的电位被设得高于第二电极22的电位。即，例如，第一电极21设定为正电位，第二电极22设定为负电位。通过光电转换层23A中的光电转换产生的电子被读出到浮动扩散层。这类似地适用于其它实施例。注意，在第一电极21被设定为负电位，第二电极被设定为正电位，并且基于光电转换层23A中的光电转换而产生的空穴被读出到浮动扩散层的情况下，仅需要互换下述的电位电平即可。
在图5、稍后所述的实施例4中的图20和图21中以及实施例6中的图32和图33中使用的附图标记如下。
PA：复合氧化物层23B的点PA处的电位，点PA面向位于电荷累积电极24与第一电极21之间或传输控制电极(电荷传输电极)25与第一电极21之间的区域
PB：复合氧化物层23B的面向电荷累积电极24的区域的点PB处的电位
PC1：复合氧化物层23B的面向电荷累积电极区段24A的区域的点PC1处的电位
PC2：复合氧化物层23B的面向电荷累积电极区段24B的区域的点PC2处的电位
PC3：复合氧化物层23B的面向电荷累积电极区段24C的区域的点PC3处的电位
PD：复合氧化物层23B的面向传输控制电极(电荷传输电极)25的区域的点PD处的电位
FD：第一浮动扩散层FD1的电位
VOA：电荷累积电极24的电位
VOA-A：电荷累积电极区段24A的电位
VOA-B：电荷累积电极区段24B的电位
VOA-C：电荷累积电极区段24C的电位
VOT：传输控制电极(电荷传输电极)25的电位
RST：复位晶体管TR1rst的栅极部51的电位
VDD：电源的电位
VSL1：信号线(数据输出线)VSL1
TR1rst：复位晶体管TR1rst
TR1amp：放大晶体管TR1amp
TR1sel：选择晶体管TR1sel
在电荷累积时段中，驱动电路将电位V11施加到第一电极21，并将电位V12施加到电荷累积电极24。通过入射到光电转换层23A上的光，在光电转换层23A中发生光电转换。通过光电转换而产生的空穴从第二电极22通过配线VOU发送到驱动电路。与此同时，第一电极21的电位被设得高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极21，并且将负电位施加到第二电极22。因此，满足V12≥V11，优选地满足V12>V11。结果，通过光电转换产生的电子被吸引至电荷累积电极24，并且电子停止在复合氧化物层23B或在复合氧化物层23B和光电转换层23A(以下，它们将被统称为“复合氧化物层23B等”)的面向电荷累积电极24的区域中。即，电荷累积于复合氧化物层23B等中。由于满足V12>V11，因此，光电转换层23A内部产生的电子不会向第一电极21移动。在光电转换的时间过程中，复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电位变为更负的值。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。结果，复位了第一浮动扩散层FD1的电位，并且第一浮动扩散层FD1的电位变为电源的电位VDD。
在完成复位操作之后，读出电荷。即，在电荷传输时段中，驱动电路将电位V21施加到第一电极21，并且将电位V22施加到电荷累积电极24。这里，满足V22<V21。结果，已经停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电子被读出到第一电极21，并进一步被读出到第一浮动扩散层FD1。即，累积于复合氧化物层23B等中的电荷被读出到控制单元。
以这种方式，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在电子被读出到第一浮动扩散层FD1之后，放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与这些晶体管的常规操作相同。此外，第二摄像元件和第三摄像元件的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作与常规的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作相同。此外，如在现有技术中那样，能够通过相关双采样(CDS：correlated doublesampling)处理去除第一浮动扩散层FD1的复位噪声。
如上所述，在实施例1中，由于包括了电荷累积电极(所述电荷累积电极与第一电极分离地布置从而隔着绝缘层面对着光电转换层)，因此，当用光照射光电转换层并在光电转换层中对光进行光电转换时，复合氧化物层等、绝缘层和电荷累积电极形成一种电容器，并且电荷能够累积于复合氧化物层等中。因此，在曝光开始时，电荷存储部能够被完全耗尽并且电荷能够被擦除。结果，能够抑制kTC噪声增加、随机噪声劣化、以及拍摄图像质量降低的现象发生。此外，由于能够一次性复位所有像素，因此能够实现所谓的全局快门功能。
图76示出了实施例1的固态摄像装置的概念图。实施例1的固态摄像装置100包括：摄像区域111，其中，层叠型摄像元件101呈二维方式排列着；作为层叠型摄像元件101的驱动电路(外围电路)的垂直驱动电路112；列信号处理电路113；水平驱动电路114、输出电路115、驱动控制电路116等。不用说，上述这些电路能够由众所周知的电路构成，并且也能够使用其它电路构造(例如，在常规的CCD摄像装置或CMOS摄像装置中使用的各种电路)来构成上述这些电路。在图76中，仅在一行中显示层叠型摄像元件101的附图标记“101”。
驱动控制电路116基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生时钟信号或控制信号，所述时钟信号或所述控制信号作为垂直驱动电路112、列信号处理电路113、和水平驱动电路114的操作的参考。此外，所产生的时钟信号或控制信号被输入到垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114。
例如，垂直驱动电路112由移位寄存器构成，并且垂直驱动电路112在垂直方向上以行为单位顺序选择和扫描摄像区域111中的层叠型摄像元件101。此外，基于根据由每个层叠型摄像元件101接收到的光量产生的电流(信号)的像素信号(图像信号)通过信号线(数据输出线)117，VSL被发送到列信号处理电路113。
例如，列信号处理电路113被布置用于层叠型摄像元件101的每列。针对每个摄像元件，使用来自黑基准像素的信号(尽管未示出，但形成在有效像素区域周围)，对从一行层叠型摄像元件101输出的图像信号进行信号处理，例如噪声消除或信号放大。在列信号处理电路113的输出级中，水平选择开关(未示出)连接并设置在列信号处理电路113和水平信号线118之间。
例如，水平驱动电路114由移位寄存器构成。通过顺序输出水平扫描脉冲，水平驱动电路114顺序选择各列信号处理电路113，并将来自各列信号处理电路113的信号输出到水平信号线118。
输出电路115对从各列信号处理电路113通过水平信号线118顺序提供的信号进行信号处理，并输出该信号。
图9示出了实施例1的摄像元件等的变形例的等效电路图，图10示出了第一电极、电荷累积电极和用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图，复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区51B可以接地，而不是将另一个源极/漏极区51B连接到电源VDD。
例如，实施例1的摄像元件等能够通过以下方法来制造。即，首先，制备SOI基板。然后，基于外延生长方法在SOI基板的表面上形成第一硅层，并且在第一硅层上形成p+层73和n型半导体区域41。随后，基于外延生长方法在第一硅层上形成第二硅层，并且在第二硅层上形成元件分离区71、氧化膜72、p+层42、n型半导体区域43、和p+层44。此外，在第二硅层上形成构成摄像元件的控制单元的各种晶体管等。在第二硅层上进一步形成配线层62、层间绝缘层76和各种配线，然后，将层间绝缘层76和支撑基板(未示出)贴合在一起。随后，移除SOI基板以使第一硅层暴露出来。第二硅层的表面对应于半导体基板70的前表面70A，并且第一硅层的表面对应于半导体基板70的背面70B。此外，第一硅层和第二硅层被统一表示为半导体基板70。随后，在半导体基板70的背面70B侧形成用于形成接触孔部61的开口，并且形成HfO2膜74、绝缘材料膜75和接触孔部61。还形成了焊盘部63和64、层间绝缘层81、连接孔65和66、第一电极21、电荷累积电极24、和绝缘层82。接下来，连接部67被开口，并形成复合氧化物层23B、光电转换层23A、第二电极22、绝缘层83和片上微透镜14。结果，能够获得实施例1的摄像元件等。
这里，复合氧化物层23B以如下方式形成。具体地，基于磁控溅射法或脉冲激光沉积法使用IGZO(In：Ga：Zn：O＝2：1：1：6)的靶形成第一层23B1，并且基于磁控溅射法或脉冲激光沉积法使用IGZO(In：Ga：Zn：O＝1：1：1：3)的靶形成第二层23B2。
此外，尽管未示出，但是绝缘层82能够具有包括绝缘层/下层和绝缘层/上层的两层构造。即，仅需要将绝缘层/下层至少形成在电荷累积电极24上并且位于电荷累积电极24与第一电极21之间的区域中(更具体地，仅需要将绝缘层/下层形成在包括电荷累积电极24的层间绝缘层81上)，接着使绝缘层/下层平坦化，然后在绝缘层/下层和电荷累积电极24上形成绝缘层/上层。结果，能够可靠地使绝缘层82平坦化。然后，仅需要在由此获得的绝缘层82中打开连接部67开口。
在实施例1的摄像元件等中，在具有至少两层的复合氧化物层中定义每层的成分，或者在具有至少两层的复合氧化物层中定义每层的载流子迁移率或状态密度的关系。因此，当通过光电转换产生的载流子(例如，光电子)从光电转换层流入复合氧化物层时，在光电转换层与复合氧化物层之间的界面处几乎不会发生载流子停滞。结果，能够提供对摄像元件等的光响应性没有不利影响、累积于光电转换层中的电荷具有优异的传输特性的摄像元件等。另外，实施例1的摄像元件等具有复合氧化物层和光电转换层的两层结构。因此，能够防止累积期间的再结合，能够提高累积于光电转换层中的电荷去往第一电极的传输效率，并且能够抑制暗电流的产生。
[实施例2]
实施例2是实施例1的变形。图11的示意性局部横截面图所示的实施例2的摄像元件等是前照式摄像元件，并且上述摄像元件具有通过层叠三个摄像元件而形成的结构，所述三个摄像元件是：实施例1的第一类型绿光摄像元件(第一摄像元件)，其包括用于吸收绿光的第一类型绿光光电转换层，并且对绿光敏感；第二类型常规的蓝光摄像元件(第二摄像元件)，其包括用于吸收蓝光的第二类型蓝光光电转换层，并且对蓝光敏感；以及第二类型常规的红光摄像元件(第三摄像元件)，其包括用于吸收红光的第二类型红光光电转换层，并且对红光敏感。这里，红光摄像元件(第三摄像元件)和蓝光摄像元件(第二摄像元件)设置在半导体基板70中，并且第二摄像元件比第三摄像元件更靠近光入射侧。此外，绿光摄像元件(第一摄像元件)设置在蓝光摄像元件(第二摄像元件)的上方。
如同实施例1中一样，在半导体基板70的前表面70A侧设置用于构成控制单元的各种晶体管。晶体管能够具有基本上与实施例1中所述的晶体管相同的构造和结构。此外，半导体基板70包括第二摄像元件和第三摄像元件，并且这些摄像元件能够具有基本上与实施例1中所述的第二摄像元件和第三摄像元件相同的构造和结构。
层间绝缘层81形成在半导体基板70的前表面70A的上方。在层间绝缘层81的上方，设置有包括电荷累积电极且构成实施例1的摄像元件等的光电转换单元(第一电极21、复合氧化物层23B、光电转换层23A、第二电极22、和电荷累积电极24等)。
以这种方式，除了实施例2的摄像元件是前照式之外，实施例2的摄像元件等的构造和结构能够与实施例1的摄像元件等的构造和结构相同。因此，省略其详细说明。
[实施例3]
实施例3是实施例1和实施例2的变形。
图12的示意性局部横截面图所示的实施例3的摄像元件等是背照式摄像元件，并且上述摄像元件具有通过层叠实施例1的第一类第一摄像元件和第二类第二摄像元件的两个摄像元件而形成的结构。此外，图13的示意性局部横截面图所示的实施例3的摄像元件等的变形例是前照式摄像元件，并且上述摄像元件具有通过层叠实施例1的第一类第一摄像元件和第二类第二摄像元件的两个摄像元件而形成的结构。这里，第一摄像元件吸收原色光，第二摄像元件吸收互补色光。可替代地，第一摄像元件吸收白光，第二摄像元件吸收红外线。
图14的示意性局部横截面图所示的实施例3的摄像元件等的变形例是背照式摄像元件，并且是由实施例1的第一类第一摄像元件构成。此外，图15的示意性局部横截面图所示的实施例3的摄像元件的变形例是前照式摄像元件，并且是由实施例1的第一类第一摄像元件构成。这里，第一摄像元件由三种摄像元件构成，用于吸收红光的摄像元件；用于吸收绿光的摄像元件；以及用于吸收蓝光的摄像元件。此外，根据本发明的第一方面的固态摄像装置由多个上述摄像元件构成。能够引用拜耳阵列作为多个摄像元件的布置。在各摄像元件的光入射侧，根据需要设置用于分离蓝色、绿色和红色的滤色片层。
代替设置包括实施例1的电荷累积电极的一个第一类型光电转换单元，能够采用层叠两个第一类型光电转换单元的形态(即，层叠分别包括电荷累积电极的两个光电转换单元，并且两个光电转换单元的控制单元设置在半导体基板上的形态)，或者能够采用层叠三个第一类型光电转换单元(即，层叠分别包括电荷累积电极的三个光电转换单元，并且三个光电转换单元的控制单元设置在半导体基板上)的形态。下表示出了第一类型摄像元件和第二类型摄像元件的层叠结构的示例。
Figure BDA0002380769580000511
Figure BDA0002380769580000521
[实施例4]
实施例4是实施例1至实施例3的变形，并且实施例4涉及一种本发明的包括传输控制电极(电荷传输电极)的摄像元件等。图16示出了实施例4的摄像元件等的一部分的示意性局部横截面图。图17和图18示出了实施例4的摄像元件等的等效电路图。图19示出了构成实施例4的摄像元件等的用于构成光电转换单元的第一电极、传输控制电极和电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图。图20和图21示意性地示出了在实施例4的摄像元件的操作期间各部位的电位状态。图6B示出了用于说明实施例4的摄像元件等的各部位的等效电路图。此外，图22示出了实施例4的摄像元件等的用于构成光电转换单元的第一电极、传输控制电极和电荷累积电极的示意性布局图。图23示出了第一电极、传输控制电极、电荷累积电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。
实施例4的摄像元件等还包括传输控制电极(电荷传输电极)25，传输控制电极25位于第一电极21与电荷累积电极24之间，与第一电极21和电荷累积电极24分离地布置，并隔着绝缘层82面对着复合氧化物层23B。传输控制电极25通过形成于层间绝缘层81中的连接孔68B、焊盘部68A、以及配线VOT连接到构成驱动电路的像素驱动电路。注意，为了简化附图，为了方便起见，位于层间绝缘层81下方的各种摄像元件组成元件统一由附图标记13表示。
在下文中，参考图20和图21，将说明实施例4的摄像元件等(第一摄像元件)的操作。注意，对于图20和图21，施加到电荷累积电极24的电位值和点PD处的电位值特别地不同。
在电荷累积时段中，驱动电路将电位V11施加到第一电极21，将电位V12施加到电荷累积电极24，并将电位V13施加到传输控制电极25。通过入射到光电转换层23A上的光，在光电转换层23A中发生光电转换。通过光电转换产生的空穴通过配线VOU从第二电极22发送到驱动电路。与此同时，第一电极21的电位被设得高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极21，并且将负电位施加到第二电极22。因此，满足V12>V13(例如，V12>V11>V13或V11>V12>V13)。结果，通过光电转换产生的电子被吸引到电荷累积电极24，并且电子停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中。即，电荷累积于复合氧化物层23B等中。由于满足V12>V13，因此能够可靠地防止在光电转换层23A内部产生的电子向第一电极21移动。随着经过光电转换的时间，复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电位变为更负的值。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。结果，复位了第一浮动扩散层FD1的电位，并且第一浮动扩散层FD1的电位变为电源的电位VDD。
在完成复位操作之后，读出电荷。即，在电荷传输时段中，驱动电路将电位V21施加到第一电极21，将电位V22施加到电荷累积电极24，并将电位V23施加到传输控制电极25。这里，满足V22≤V23≤V21(优选地，V22<V23<V21)。在将电位V13施加到传输控制电极25的情况下，仅需要满足V22≤V13≤V21(优选地，V22<V13<V21)。结果，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电子被可靠地读出到第一电极21并且进一步被读出到第一浮动扩散层FD1。即，累积于复合氧化物层23B等中的电荷被读出到控制单元。
以这种方式，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在电子被读出到第一浮动扩散层FD1之后，放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与这些晶体管的常规操作相同。此外，例如，第二摄像元件和第三摄像元件的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作与常规的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作相同。
图24示出了构成实施例4的摄像元件等的变形例的第一电极和电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图，复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区51B可以接地，而不是将另一个源极/漏极区51B连接到电源VDD。
[实施例5]
实施例5是实施例1至实施例4的变形，并且实施例5涉及一种包括电荷排出电极的本发明的摄像元件等。图25示出了实施例5的摄像元件等的一部分的示意性局部横截面图。图26示出了实施例5的摄像元件等的用于构成包括电荷累积电极的光电转换单元的第一电极、电荷累积电极和电荷排出电极的示意性布局图。图27示出了第一电极、电荷累积电极、电荷排出电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。
实施例5的摄像元件等还包括电荷排出电极26，所述电荷排出电极26通过连接部69连接到复合氧化物层23B，并且电荷排出电极26与第一电极21和电荷累积电极24分离地布置。这里，电荷排出电极26被布置成环绕第一电极21和电荷累积电极24(即，呈框架形状)。电荷排出电极26连接到构成驱动电路的像素驱动电路。复合氧化物层23B在连接部69中延伸。即，复合氧化物层23B在形成于绝缘层82中的第二开口部86中延伸，从而连接到电荷排出电极26。电荷排出电极26由多个摄像元件共用(共有)。
在实施例5中，在电荷累积时段中，驱动电路将电位V11施加到第一电极21，将电位V12施加到电荷累积电极24，并将电位V14施加到电荷排出电极26，而且电荷被累积于复合氧化物层23B等中。通过入射到光电转换层23A上的光，在光电转换层23A中发生光电转换。通过光电转换产生的空穴通过配线VOU从第二电极22发送到驱动电路。与此同时，第一电极21的电位被设得高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极21，并且将负电位施加到第二电极22。因此，满足V14>V11(例如，V12>V14>V11)。结果，通过光电转换产生的电子被吸引到电荷累积电极24，并且电子停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中。这能够可靠地防止朝着第一电极21的电子传输。然而，未充分地被吸引至电荷累积电极24的电子或无法累积于复合氧化物层23B等中的电子(所谓的溢出电子)经由电荷排出电极26被发送到驱动电路。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。结果，复位了第一浮动扩散层FD1的电位，并且第一浮动扩散层FD1的电位变为电源的电位VDD。
在完成复位操作之后，读出电荷。即，在电荷传输时段中，驱动电路将电位V21施加到第一电极21，将电位V22施加到电荷累积电极24，并将电位V24施加到电荷排出电极26。这里，满足V24<V21(例如，V24<V22<V21)。结果，在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中停止的电子被可靠地读出到第一电极21并且进一步被读出到第一浮动扩散层FD1。即，累积于复合氧化物层23B等中的电荷被读出到控制单元。
以这种方式，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在电子被读出到第一浮动扩散层FD1之后，放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与这些晶体管的常规操作相同。此外，例如，第二摄像元件和第三摄像元件的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作与常规的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作相同。
在实施例5中，所谓的溢出电子通过电荷排出电极26被发送到驱动电路。因此，能够抑制电荷泄漏至相邻像素的电荷累积部，并且能够抑制光晕(blooming)的发生。另外，这还能够改善摄像元件的摄像性能。
[实施例6]
实施例6是实施例1至实施例5的变形，并且实施例6涉及一种包括多个电荷累积电极区段的本发明的摄像元件等。
图28示出了实施例6的摄像元件等的一部分的示意性局部横截面图。图29和图30示出了实施例6的摄像元件等的等效电路图。图31示出了实施例6的摄像元件等的构成包括电荷累积电极的光电转换单元的第一电极和电荷累积电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。图32和图33示意性地示出了在实施例6的摄像元件等的操作期间各部位的电位状态。图6C示出了用于说明实施例6的摄像元件等的各部位的等效电路图。此外，图34示出了实施例6的摄像元件等的用于构成包含电荷累积电极的光电转换单元的第一电极和电荷累积电极的示意性布局图。图35示出了第一电极、电荷累积电极、第二电极和接触孔部的示意性透视图。
在实施例6中，电荷累积电极24包括多个电荷累积电极区段24A、24B和24C。电荷累积电极区段的数量只需要为2或更多，并且在实施例6中该数量被设为“3”。另外，在实施例6的摄像元件等中，第一电极21的电位高于第二电极22的电位。因此，即，例如，将正电位施加到第一电极21，并且将负电位施加到第二电极22。另外，在电荷传输时段中，施加到位于最靠近第一电极21的位置的电荷累积电极区段24A的电位高于施加到位于离第一电极21最远的位置的电荷累积电极区段24C的电位。以这种方式，通过向电荷累积电极24施加电位梯度，已经停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电子更可靠地被读出到第一电极21并且进一步被读出到第一浮动扩散层FD1。即，累积于复合氧化物层23B等中的电荷被读出到控制单元。
在图32所示的示例中，在电荷传输时段中，由于满足电荷累积电极区段24C的电位<电荷累积电极区段24B的电位<电荷累积电极区段24A的电位，已经停止在复合氧化物层23B等的区域中的电子被一次全部读出到第一浮动扩散层FD1。与此同时，在图33所示的示例中，在电荷传输时段中，通过逐渐改变电荷累积电极区段24C的电位、电荷累积电极区段24B的电位、和电荷累积电极区段24A的电位(即，通过以阶梯形式或斜面形式改变电荷累积电极区段24C的电位、电荷累积电极区段24B的电位和电荷累积电极区段24A的电位)，已经停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24C的区域中的电子被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24B的区域。随后，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24B的区域中的电子被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24A的区域。随后，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24A的区域中的电子被可靠地读出到第一浮动扩散层FD1。
图36示出了构成实施例6的摄像元件等的变形例的第一电极和电荷累积电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图，复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区51B可以接地，而不是连接到电源VDD。
[实施例7]
实施例7是实施例1至实施例6的变形，并且实施例7涉及第一构造和第六构造的摄像元件。
图37示出了实施例7的摄像元件等的示意性局部横截面图。图38示出了通过放大电荷累积电极、复合氧化物层、光电转换层和第二电极层叠的部分而获得的示意性局部横截面图。实施例7的摄像元件等的等效电路图与图2和图3中所述的实施例1的摄像元件等的等效电路图相同。构成实施例7的摄像元件等的包含电荷累积电极的光电转换单元的第一电极和电荷累积电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图与图4中所述的实施例1的摄像元件等相同。此外，实施例7的摄像元件等(第一摄像元件)的操作与实施例1的摄像元件等的操作基本相同。
这里，在实施例7的摄像元件等或稍后所述的实施例8～12的摄像元件等中，
光电转换单元包括N(其中，N≥2)个光电转换单元区段(具体地，三个光电转换单元区段10'1、10'2和10'3)，
复合氧化物层23B和光电转换层23A包括N个光电转换层区段(具体地，三个光电转换层区段23'1、23'2和23'3)，
绝缘层82包括N个绝缘层区段(具体地，三个绝缘层区段82'1、82'2和82'3)。
在实施例7～9中，电荷累积电极24包括N个电荷累积电极区段(具体地，每个实施例中的三个电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3)，
在实施例10和11中，在某些情况下，在实施例9中，电荷累积电极24包括彼此分开布置着的N个电荷累积电极区段(具体地，三个电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3)，
第n(其中，n＝1,2,3...N)个光电转换单元区段10'n包括第n个电荷累积电极区段24'n、第n个绝缘层区段82'n、和第n个光电转换层区段23'n，并且
n值较大的光电转换单元区段离第一电极21较远。这里，光电转换层区段23'1、23'2和23'3表示通过层叠复合氧化物层和光电转换层而形成的区段，并且在附图中，为了简化附图，该区段由一层表示。这也适用于以下说明。
注意，在光电转换层区段中，通过改变光电转换层部分的厚度并且保持复合氧化物层部分的厚度不变，可以改变光电转换层区段的厚度。此外，通过保持光电转换层部分的厚度不变并且改变复合氧化物层部分的厚度，可以改变光电转换层区段的厚度。此外，通过改变光电转换层部分的厚度并且改变复合氧化物层部分的厚度，可以改变光电转换层区段的厚度。
可替代地，实施例7的摄像元件等或稍后说明的实施例8和11的摄像元件等包括：
光电转换单元，其是通过层叠第一电极21、复合氧化物层23B、光电转换层23A、和第二电极22而形成的。
光电转换单元还包括电荷累积电极24，所述电荷累积电极24与第一电极21分离地布置，并且隔着绝缘层82面向复合氧化物层23B。
如果将电荷累积电极24、绝缘层82、复合氧化物层23B和光电转换层23A的层叠方向定义为Z方向，并且将与第一电极21分离的方向定义为X方向，则当用YZ假想平面切断层叠有电荷累积电极24、绝缘层82、复合氧化物层23B和光电转换层23A的层叠部分时，该层叠部分的横截面积取决于距第一电极的距离而变化。
此外，在实施例7的摄像元件等中，绝缘层区段的厚度从第一个光电转换单元区段10'1到第N个光电转换单元区段10'N逐渐变化。具体地，绝缘层区段的厚度逐渐增加。可替代地，在实施例7的摄像元件等中，层叠部分的横截面的宽度是恒定的，并且层叠部分的横截面的厚度，具体地，绝缘层区段的厚度取决于距第一电极21的距离而逐渐增加。注意，绝缘层区段的厚度呈阶梯式增加。第n个光电转换单元区段10'n中的绝缘层区段82'n的厚度是恒定的。当第n个光电转换单元区段10'n中的绝缘层区段82'n的厚度是“1”时，第(n+1)个光电转换单元区段10'(n+1)中的绝缘层区段82'(n+1)的厚度的实例包括2至10，但是不限于上述这些值。在实施例7中，通过逐渐减小电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3的厚度，绝缘层区段82'1、82'2和82'3的厚度逐渐增加。光电转换层区段23'1、23'2和23'3的厚度是恒定的。
在下文中，将说明实施例7的摄像元件等的操作。
在电荷累积时段中，驱动电路将电位V11施加到第一电极21，并将电位V12施加到电荷累积电极24。通过入射到光电转换层23A上的光，在光电转换层23A中发生光电转换。通过光电转换产生的空穴从第二电极22通过配线VOU发送到驱动电路。与此同时，第一电极21的电位被设得高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极21，将负电位施加到第二电极22。因此，满足V12≥V11，优选地，满足V12>V11。结果，通过光电转换产生的电子被吸引到电荷累积电极24，并且电子停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中。即，电荷被累积于复合氧化物层23B等中。由于V12>V11，因此，在光电转换层23A内部产生的电子不会向第一电极21移动。在光电转换的时间过程中，复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电位变为更负的值。
在实施例7的摄像元件等中，采用其中绝缘层区段的厚度逐渐增加的构造。因此，当在电荷累积时段中达到了|V12|≥|V11|的状态时，第n个光电转换单元区段10'n能够累积比第(n+1)个光电转换单元区段10'(n+1)更多的电荷，向第n个光电转换单元区段10'n比向第(n+1)个光电转换单元区段10'(n+1)施加更强的电场，并且能够可靠地防止电荷从第一个光电转换单元区段10'1流向第一电极21。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。结果，复位了第一浮动扩散层FD1的电位，并且第一浮动扩散层FD1的电位变为电源的电位VDD。
在完成复位操作之后，读出电荷。即，在电荷传输时段中，驱动电路将电位V21施加到第一电极21，并且将电位V22施加到电荷累积电极24。这里，满足V21>V22。结果，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电子被读出到第一电极21，并进一步被读出到第一浮动扩散层FD1。即，累积于复合氧化物层23B等中的电荷被读出到控制单元。
更具体地，当在电荷传输时段中达到了V21>V22的状态时，能够可靠地确保电荷从第一个光电转换单元区段10'1流向第一电极21以及确保电荷从第(n+1)个光电转换单元区段10'(n+1)流向第n个光电转换单元区段10'n。
以这种方式，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在实施例7的摄像元件等中，从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段，绝缘层区段的厚度是逐渐变化的。可替代地，当用YZ假想平面切断层叠有电荷累积电极、绝缘层、复合氧化物层和光电转换层的层叠部分时，该层叠部分的横截面积取决于距第一电极的距离而变化。因此，形成了一种电荷传输梯度，并且能够更容易且可靠地传输通过光电转换而产生的电荷。
由于实施例7的摄像元件等能够通过与实施例1的摄像元件等基本类似的方法来制造，因此省略其详细说明。
注意，在实施例7的摄像元件等中，在形成第一电极21、电荷累积电极24和绝缘层82时，首先，在层间绝缘层81上形成用于形成电荷累积电极24'3的导电材料层。将导电材料层图案化，以将导电材料层留在将要形成光电转换单元区段10'1、10'2和10'3以及第一电极21的区域中。因此，能够获得第一电极21的一部分和电荷累积电极24'3。接下来，在整个表面上形成用于形成绝缘层区段82'3的绝缘层。绝缘层被图案化和平坦化，以获得绝缘层区段82'3。接下来，在整个表面上形成用于形成电荷累积电极24'2的导电材料层。使导电材料层图案化，并将导电材料层留在将要形成光电转换单元区段10'1和10'2以及第一电极21的区域中。因此，能够获得第一电极21的一部分和电荷累积电极24'2。接下来，在整个表面上形成用于形成绝缘层区段82'2的绝缘层。将绝缘层图案化和平坦化，以获得绝缘层区段82'2。接下来，在整个表面上形成用于形成电荷累积电极24'1的导电材料层。使导电材料层图案化，并使导电材料层留在将要形成光电转换单元区段10'1和第一电极21的区域中。因此，能够获得第一电极21和电荷累积电极24'1。接下来，在整个表面上形成绝缘层。将绝缘层平坦化以获得绝缘层区段82'1(绝缘层82)。然后，在绝缘层82上形成复合氧化物层23B和光电转换层23A。以这种方式，能够获得光电转换单元区段10'1、10'2和10'3。
图39示出了构成实施例7的摄像元件等的变形例的第一电极和电荷累积电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图，复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区51B可以接地，而不是连接到电源VDD。
[实施例8]
实施例8的摄像元件等涉及本发明的第二构造和第六构造的摄像元件。图40示出了其中层叠有电荷累积电极、复合氧化物层、光电转换层和第二电极的那部分被放大的示意性局部横截面图，在实施例8的摄像元件等中，光电转换层区段的厚度从第一个光电转换单元区段10'1到第N个光电转换单元区段10'N逐渐变化。可替代地，在实施例8的摄像元件等中，层叠部分的横截面的宽度是恒定的，并且层叠部分的横截面的厚度，具体地，光电转换层区段的厚度取决于距第一电极21的距离而逐渐增大。更具体地，光电转换层区段的厚度逐渐增大。注意，光电转换层区段的厚度呈阶梯式增加。第n个光电转换单元区段10'n中的光电转换层区段23'n的厚度是恒定的。当第n个光电转换单元区段10'n中的光电转换层区段23'n的厚度是“1”时，第(n+1)个光电转换单元区段10'(n+1)中的光电转换层区段23'(n+1)的厚度的实例包括2至10，但是不限于上述这些值。在实施例8中，通过逐渐减小电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3的厚度，来逐渐增加光电转换层区段23'1、23'2和23'3的厚度。绝缘层区段82'1、82'2和82'3的厚度是恒定的。此外，在光电转换层区段中，例如，仅需要通过改变光电转换层的部分的厚度并保持复合氧化物层的部分的厚度不变，来改变光电转换层区段的厚度。
在实施例8的摄像元件等中，光电转换层区段的厚度逐渐增加。因此，当在电荷累积时段中达到了|V12|≥|V11|的状态时，向第n个光电转换单元区段10'n比向第(n+1)个光电转换单元区段10'(n+1)施加更强的电场，并且能够可靠地防止电荷从第一个光电转换单元区段10'1流向第一电极21。然后，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保电荷从第一个光电转换单元区段10'1流向第一电极21以及确保电荷从第(n+1)个光电转换单元区段10'(n+1)流向第n个光电转换单元区段10'n。
以这种方式，在实施例8的摄像元件等中，从第一光电转换单元区段到第N光电转换单元区段，光电转换层区段的厚度是逐渐变化的。可替代地，当用YZ假想平面切断层叠有电荷累积电极、绝缘层、复合氧化物层、和光电转换层的层叠部分时，该层叠部分的横截面积取决于距第一电极的距离而变化。因此，形成了一种电荷传输梯度，并且能够更容易且可靠地传输通过光电转换产生的电荷。
在实施例8的摄像元件等中，在形成第一电极21、电荷累积电极24、绝缘层82、复合氧化物层23B和光电转换层23A时，首先，在层间绝缘层81上形成用于形成电荷累积电极24'3的导电材料层。使导电材料层图案化，并将该导电材料层留在将要形成光电转换单元区段10'1、10'2和10'3以及第一电极21的区域中。因此，能够获得第一电极21的一部分和电荷累积电极24'3。随后，在整个表面上形成用于形成电荷累积电极24'2的导电材料层。使导电材料层图案化，并将该导电材料层留在将要形成光电转换单元区段10'1和10'2以及第一电极21的区域中。因此，能够获得第一电极21的一部分和电荷累积电极24'2。随后，在整个表面上形成用于形成电荷累积电极24'1的导电材料层。使导电材料层图案化，并将该导电材料层留在将要形成光电转换单元区段10'1和第一电极21的区域中。因此，能够获得第一电极21和电荷累积电极24'1。接下来，在整个表面上共形地形成绝缘层82。然后，在绝缘层82上形成复合氧化物层23B和光电转换层23A，并使光电转换层23A平坦化。以这种方式，能够获得光电转换单元区段10'1、10'2和10'3。
[实施例9]
实施例9涉及第三构造的摄像元件。图41示出了实施例9的摄像元件等的示意性局部横截面图。在实施例9的摄像元件等中，对于相邻的光电转换单元区段，用于构成绝缘层区段的材料是不同的。这里，用于构成绝缘层区段的材料的相对介电常数的值从第一光电转换单元区段10'1到第N光电转换单元区段10'N逐渐减小。在实施例9的摄像元件等中，可以将相同的电位施加到所有N个电荷累积电极区段，或者可以将不同的电位施加到N个电荷累积电极区段中的每一者。在后一种情况下，如实施例10中所述，彼此分离地设置的电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3仅需要通过焊盘部641、642和643连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。
此外，通过采用上述构造，形成了一种电荷传输梯度。在电荷累积时段中，当达到了V12≥V11的状态时，第n个光电转换单元区段能够累积比第(n+1)个光电转换单元区段更多的电荷。此外，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动以及确保从第(n+1)个光电转换单元区段至第n个光电转换单元区段的电荷流动。
[实施例10]
实施例10涉及第四构造的摄像元件。图42示出了实施例10的摄像元件等的示意性局部横截面图。在实施例10的摄像元件等中，对于相邻的光电转换单元区段，用于构成电荷累积电极区段的材料是不同的。这里，用于构成绝缘层区段的材料的功函数的值从第一个光电转换单元区段10'1到第N个光电转换单元区段10'N逐渐增大。在实施例10的摄像元件等中，可以将相同的电位施加到所有N个电荷累积电极区段，或者可以将不同的电位施加到N个电荷累积电极区段中的每一者。在后一种情况下，电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3通过焊盘部641、642和643连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。
[实施例11]
实施例11的摄像元件等涉及第五构造的摄像元件。图43A、43B、44A、和44B示出了实施例11中的电荷累积电极区段的示意性平面图。图45示出了实施例11的摄像元件等的构成包含电荷累积电极的光电转换单元的第一电极和电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图。实施例11的摄像元件等的示意性局部横截面图与图42或图47所示的示意性局部横截面图类似。在实施例11的摄像元件等中，电荷累积电极区段的面积从第一个光电转换单元区段10'1到第N个光电转换单元区段10'N逐渐减小。在实施例11的摄像元件等中，可以将相同的电位施加到所有N个电荷累积电极区段，或者可以将不同的电位施加到N个电荷累积电极区段中的每一者。具体地，如实施例10中所述，彼此分离地设置的电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3仅需要通过焊盘部641、642和643连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。
在实施例11中，电荷累积电极24包括多个电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3。电荷累积电极区段的数量只需要为2或更多，并且该数量在实施例11中被设为“3”。另外，在实施例11的摄像元件等中，第一电极21的电位高于第二电极22的电位。因此，即，例如，将正电位施加到第一电极21，将负电位施加到第二电极22。因此，在电荷传输时段中，施加到位于最靠近第一电极21的位置的电荷累积电极区段24'1的电位高于施加到位于离第一电极21最远的位置的电荷累积电极区段24'3的电位。以这种方式，通过向电荷累积电极24提供电位梯度，已经停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极24的区域中的电子更可靠地被读出到第一电极21并且进一步被读出到第一浮动扩散层FD1。即，累积于复合氧化物层23B等中的电荷被读出到控制单元。
此外，在电荷传输时段中，通过满足：电荷累积电极区段24'3的电位<电荷累积电极区段24'2的电位<电荷累积电极区段24'1的电位，停止在复合氧化物层23B等的区域中的电子能够被一次全部读出到第一浮动扩散层FD1。与此同时，在电荷传输时段中，通过逐渐改变电荷累积电极区段24'3的电位、电荷累积电极区段24'2的电位、和电荷累积电极区段24'1的电位(即，通过以阶梯形状或倾斜形状的方式改变电荷累积电极区段24'3的电位、电荷累积电极区段24'2的电位、和电荷累积电极区段24'1的电位)，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24'3的区域中的电子能够被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24'2的区域。随后，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24'2的区域中的电子能够被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24'1的区域。随后，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极区段24'1的区域中的电子能够被可靠地读出到第一浮动扩散层FD1。
图46示出了构成实施例11的摄像元件等的变形例的第一电极和电荷累积电极以及用于构成控制单元的晶体管的示意性布局图，复位晶体管TR3rst的另一个源极/漏极区51B可以接地，而不是连接到电源VDD。
在实施例11的摄像元件等中，通过采用上述构造，同样形成了一种电荷传输梯度。即，电荷累积电极区段的面积从第一光电转换单元区段10'1到第N光电转换单元区段10'N逐渐减小。因此，当在电荷累积时段中达到了V12≥V11的状态时，第n个光电转换单元区段能够累积比第(n+1)个光电转换单元区段更多的电荷。此外，当在电荷传输时段中达到了V22<V21的状态时，能够可靠地确保从第一个光电转换单元区段至第一电极的电荷流动以及确保从第(n+1)个光电转换单元区段至第n个光电转换单元区段的电荷流动。
[实施例12]
实施例12涉及第六构造的摄像元件。图47示出了实施例12的摄像元件等的示意性局部横截面图。此外，图48A和图48B示出了实施例12中的电荷累积电极区段的示意性平面图。实施例12的摄像元件等包括光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极21、复合氧化物层23B、光电转换层23A和第二电极22而形成的。光电转换单元还包括电荷累积电极24(24″1、24″2和24″3)，所述电荷累积电极24与第一电极21分离地布置，并隔着绝缘层82面向复合氧化物层23B。另外，如果将电荷累积电极24(24″1、24″2和24″3)、绝缘层82、复合氧化物层23B和光电转换层23A的层叠方向定义为Z方向，并将从第一电极21离开的方向定义为X方向，则当用YZ假想平面切断层叠有电荷累积电极24(24″1、24″2和24″3)、绝缘层82、复合氧化物层23B和光电转换层23A的层叠部分时，该层叠部分的横截面积取决于距第一电极21的距离而变化。
具体地，在实施例12的摄像元件等中，层叠部分的横截面的厚度是恒定的，并且层叠部分的横截面的宽度随着该层叠部分远离第一电极21而变窄。注意，上述宽度可以连续变窄(见图48A)，或者可以阶梯式地变窄(见图48B)。
以这种方式，在实施例12的摄像元件等中，当用YZ假想平面切断层叠有电荷累积电极24(24″1、24″2和24″3)、绝缘层82、和光电转换层23A的层叠部分时，该层叠部分的横截面积取决于距第一电极的距离而变化。因此，形成了一种电荷传输梯度，并且能够更容易且可靠地传输通过光电转换而产生的电荷。
[实施例13]
实施例13涉及第一构造和第二构造的固态摄像装置。
实施例13的固态摄像装置包括：
光电转换单元，其是通过层叠第一电极21、复合氧化物层23B、光电转换层23A和第二电极22而形成的。
实施例13的固态摄像装置包括多个摄像元件，在每个摄像元件中，光电转换单元还包括电荷累积电极24，所述电荷累积电极24与第一电极21分离地布置，并隔着绝缘层82面向复合氧化物层23B。
多个摄像元件构成摄像元件区块。
第一电极21由构成摄像元件区块的多个摄像元件共用。
可替代地，实施例13的固态摄像装置包括多个如实施例1～12中所述的摄像元件等。
在实施例13中，针对多个摄像元件设置一个浮动扩散层。另外，通过适当地控制电荷传输时段的时刻，多个摄像元件能够共用一个浮动扩散层。另外，在这种情况下，多个摄像元件能够共用一个接触孔部。
注意，除了构成摄像元件区块的多个摄像元件共用第一电极21之外，实施例13的固态摄像装置具有与实施例1～12中所述的固态摄像装置基本相同的构造和结构。
图49(实施例13)、图50(实施例13的第一变形例)、图51(实施例13的第二变形例)、图52(实施例13的第三变形例)和图53(实施例13的第四变形例)示意性地示出了实施例13的固态摄像装置中的第一电极21和电荷累积电极24的布置状态。图49、50、53和54示出了16个摄像元件等，并且图51和52分别示出了12个摄像元件等。另外，两个摄像元件等构成摄像元件区块。摄像元件区块由虚线包围。附于第一电极21和电荷累积电极24的下标被示出用于分别区分第一电极21和电荷累积电极24。这类似地适用于以下说明。此外，一个片上微透镜(图49～图58未示出)布置在一个摄像元件等的上方。另外，在一个摄像元件区块中，两个电荷累积电极24被布置为使得第一电极21插入到这两个电荷累积电极24之间(见图49和图50)。可替代地，一个第一电极21被布置成面向并排排列的两个电荷累积电极24(见图53和图54)。即，第一电极与每个摄像元件等的电荷累积电极相邻地布置。可替代地，第一电极与多个摄像元件等的一部分的电荷累积电极相邻地布置，并且不与多个摄像元件等的剩余电荷累积电极相邻地布置(见图51和图52)。在这种情况下，电荷从多个摄像元件等的剩余摄像元件到第一电极的传输是经由多个摄像元件等的一部分摄像元件传输的。优选地，构成摄像元件等的电荷累积电极与构成摄像元件等的电荷累积电极之间的距离A比第一电极与和第一电极相邻的摄像元件等中的电荷累积电极之间的距离B长，以便确保电荷从每个摄像元件等传输到第一电极。此外，优选地，摄像元件等的位置离第一电极越远，距离A的值越大。此外，在图50、图52和图54所示的示例中，电荷传输控制电极27被设置在构成摄像元件区块的多个摄像元件等之间。通过设置电荷传输控制电极27，可以可靠地抑制位于电荷传输控制电极27两边的摄像元件区块中的电荷的传输。注意，当施加到电荷传输控制电极27的电位被称为V17时，仅需要满足V12>V17。
电荷传输控制电极27可以在第一电极侧形成为与第一电极21或电荷累积电极24相同的电平，或者形成为与第一电极21或电荷累积电极24不同的电平(具体地，比第一电极21或电荷累积电极24低的电平)。在前一种情况下，由于能够缩短电荷传输控制电极27与光电转换层之间的距离，所以能够易于控制电位。与此同时，由于能够缩短电荷传输控制电极27与电荷累积电极24之间的距离，所以后一种情况有利于小型化。
在下文中，将说明由第一电极212以及两个电荷累积电极2421和2422构成的摄像元件区块的操作。
在电荷累积时段中，驱动电路将电位Va施加到第一电极212，并将电位VA施加到电荷累积电极2421和2422。通过入射到光电转换层23A上的光，在光电转换层23A中产生光电转换。通过光电转换产生的空穴从第二电极22通过配线VOU输送到驱动电路。与此同时，第一电极212的电位被设得高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极212，并将负电位施加到第二电极22。因此，满足VA≥Va，优选地，满足VA>Va。结果，通过光电转换产生的电子被吸引到电荷累积电极2421和2422，并且电子停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421和2422的区域中。即，电荷被累积于复合氧化物层23B等中。由于满足VA≥Va，因此，在光电转换层23A的内部产生的电子不会朝着第一电极212传输。随着经过光电转换的时间，复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421和2422的区域中的电位变为更负的值。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。结果，复位了第一浮动扩散层的电位，并且第一浮动扩散层的电位变为电源的电位VDD。
在完成复位操作之后，读出电荷。即，在电荷传输时段中，驱动电路将电位Vb施加到第一电极212，将电位V21-B施加到电荷累积电极2421，并将电位V22-B施加到电荷累积电极2422。这里，满足V21-B<Vb<V22-B。结果，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域中的电子被读出到第一电极212，并进一步被读出到第一浮动扩散层。即，累积于复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域中的电荷被读出到控制单元。当完成读取时，满足V22-B≤V21-B<Vb。注意，在图53和图54所示的示例中，可以满足V22-B<Vb<V21-B。结果，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域中的电子被读出到第一电极212，并进一步被读出到第一浮动扩散层。此外，在图51和图52所示的示例中，停止在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域中的电子可以通过与电荷累积电极2422相邻的第一电极213被读出到第一浮动扩散层。以这种方式，累积于复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域中的电荷被读出到控制单元。注意，当累积于复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域中的电荷的读取完成时，可以复位第一浮动扩散层的电位。
图59A示出了实施例13的摄像元件区块中的读出驱动示例。
通过以下步骤A至H，读出来自与电荷累积电极2421和电荷累积电极2422对应的两个摄像元件等的信号。
[步骤-A]
将自动归零信号输入比较器
[步骤-B]
一个共用浮动扩散层的复位操作
[步骤-C]
在与电荷累积电极2421对应的摄像元件等中的P相读取和向第一电极212的电荷传输
[步骤-D]
在与电荷累积电极2421对应的摄像元件等中的D相读取和向第一电极212的电荷传输
[步骤-E]
一个共用浮动扩散层的复位操作
[步骤-F]
将自动归零信号输入比较器
[步骤-G]
在与电荷累积电极2422对应的摄像元件等中的P相读取和向第一电极212的电荷传输
[步骤-H]
在与电荷累积电极2422对应的摄像元件等中的D相读取和向第一电极212的电荷传输
基于相关双采样(CDS)处理，[步骤-C]中的P相读数与[步骤-D]中的D相读数之间的差是来自与电荷累积电极2421对应的摄像元件等的信号，并且[步骤-G]中的P相读数与[步骤-H]中的D相读数之间的差是来自与电荷累积电极2422对应的摄像元件等的信号。
注意，可以省略[步骤-E]的操作(见图59B)。此外，可以省略[步骤-F]的操作。在这种情况下，能够进一步省略[步骤-G]的操作(见图59C)。[步骤-C]中的P相读数与[步骤-D]中的D相读数之间的差是来自与电荷累积电极2421对应的摄像元件等的信号。并且[步骤-D]中的D相读数与[步骤-H]中的D相读数之间的差是来自与电荷累积电极2422对应的摄像元件等的信号。
在示意性地示出第一电极21和电荷累积电极24的布置状态的图55(实施例13的第六变形例)和图56(实施例13的第七变形例)的变形例中，摄像元件区块包括4个摄像元件等。这些固态摄像装置的操作能够基本上类似于图49～54所示的固态摄像装置的操作。
在示意性地示出第一电极21和电荷累积电极24的布置状态的图57和图58的第八变形例和第九变形例中，摄像元件区块包括16个摄像元件等。如图57和58所示，电荷传输控制电极27A1、27A2和27A3分别设置在电荷累积电极2411和电荷累积电极2412之间、电荷累积电极2412和电荷累积电极2413之间、以及电荷累积电极2413和电荷累积电极2414之间。此外，如图58所示，电荷传输控制电极27B1、27B2和27B3分别设置在电荷累积电极2421、2431和2441与电荷累积电极2422、2432和2442之间、电荷累积电极2422、2432和2442与电荷累积电极2423、2433和2443之间、以及电荷累积电极2423、2433和2443与电荷累积电极2424、2434和2444之间。此外，电荷传输控制电极27C设置在摄像元件区块与摄像元件区块之间。另外，在这些固态摄像装置中，通过控制16个电荷累积电极24，能够从第一电极21读取累积于复合氧化物层23B中的电荷。
[步骤-10]
具体地，首先，从第一电极21读出在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2411的区域中累积的电荷。接下来，从第一电极21经由复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2411的区域读出在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2412的区域中累积的电荷。接下来，从第一电极21经由复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2412和电荷累积电极2411的区域读出在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2413的区域中累积的电荷。
[步骤-20]
随后，在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2411的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2412的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2423的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2413的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2424的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2414的区域。
[步骤-21]
在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2431的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2432的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2433的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2423的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2434的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2424的区域。
[步骤-22]
在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2441的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2431的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2442的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2432的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2443的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2433的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2444的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2434的区域。
[步骤-30]
然后，通过再次执行[步骤-10]，能够经由第一电极21读取在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域中累积的电荷、在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域中累积的电荷、在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2423的区域中累积的电荷、以及在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2424的区域中累积的电荷。
[步骤-40]
随后，在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2411的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2412的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2423的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2413的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2424的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2414的区域。
[步骤-41]
在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2431的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2432的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2433的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2423的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2434的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2424的区域。
[步骤-50]
然后，通过再次执行[步骤-10]，能够经由第一电极21读取在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2431的区域中累积的电荷、在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2432的区域中累积的电荷、在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2433的区域中累积的电荷、以及在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2434的区域中累积的电荷。
[步骤-60]
随后，在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2421的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2411的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2422的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2412的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2423的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2413的区域。在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2424的区域中累积的电荷被传输至复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2414的区域。
[步骤-70]
然后，通过再次执行[步骤-10]，能够经由第一电极21读取在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2441的区域中累积的电荷、在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2442的区域中累积的电荷、在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2443的区域中累积的电荷、以及在复合氧化物层23B等的面向电荷累积电极2444的区域中累积的电荷。
在实施例13的固态摄像装置中，由于第一电极由构成摄像元件区块的多个摄像元件等共用，因此能够使其中排列有多个摄像元件等的像素区域中的构造和结构简化和小型化。注意，针对一个浮动扩散层设置的多个摄像元件等可以由多个第一类型摄像元件构成，或者可以由至少一个第一类型摄像元件和一个以上的第二类型摄像元件构成。
[实施例14]
实施例14是实施例13的变形。在示意性地示出第一电极21和电荷累积电极24的布置状态的图60、61、62和63所示的实施例14的固态摄像装置中，摄像元件区块包括两个摄像元件等。另外，一个片上微透镜14设置在摄像元件区块的上方。注意，在图61和63所示的示例中，电荷传输控制电极27设置在构成摄像元件区块的多个摄像元件等之间。
例如，与构成摄像元件区块的电荷累积电极2411、2421、2431和2441对应的光电转换层对从图中右上方入射的光高度敏感。此外，与构成摄像元件区块的电荷累积电极2412、2422、2432和2442对应的光电转换层对从图中左上方入射的光高度敏感。因此，例如，通过将包括电荷累积电极2411的摄像元件等和包括电荷累积电极2412的摄像元件等组合，能够获取像面相位差信号。此外，如果将来自包括电荷累积电极2411的摄像元件等的信号添加至来自包括电荷累积电极2412的摄像元件等的信号，则一个摄像元件等能够由这些摄像元件等的组合构成。在图60所示的示例中，第一电极211设置在电荷累积电极2411与电荷累积电极2412之间。然而，如图62所示的示例中那样，通过将一个第一电极211设置成面向并排布置的两个电荷累积电极2411和2412，能够进一步提高灵敏度。
至此，已经基于优选的实施例说明了本发明。然而，本发明不限于上述这些实施例。实施例中所述的摄像元件、层叠型摄像元件、和固态摄像装置的结构和构造、制造条件、制造方法和使用的材料都是说明性的，并且能够适当地改变。能够适当地组合实施例的摄像元件等。例如，实施例7的摄像元件等、实施例8的摄像元件等、实施例9的摄像元件等、实施例10的摄像元件等、以及实施例11的摄像元件等能够任意组合。实施例7的摄像元件等、实施例8的摄像元件等、实施例9的摄像元件等、实施例10的摄像元件等、以及实施例12的摄像元件等能够任意组合。
在某些情况下，也能够共用浮动扩散层FD1、FD2、FD3、51C、45C和46C。
在实施例中，复合氧化物层只包含IGZO。然而，可替代地，复合氧化物层(无机氧化物半导体材料层)能够包含选自由铟、钨、锡和锌构成的群组中的至少两种元素。具体地，第一半导体材料层能够包含铟-钨氧化物(IWO)、铟-钨-锌氧化物(IWZO)、铟-锡-锌氧化物(ITZO)、或锌-锡氧化物(ZTO)。更具体地，复合氧化物层能够包含In-W氧化物、In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、W-Sn氧化物、W-Zn氧化物、Sn-Zn氧化物、In-W-Sn氧化物、In-W-Zn氧化物、In-Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn-Zn氧化物。注意，在这些构造中，通过在形成时进行组分调制(即，通过以倾斜状态或阶梯状态的方式改变组分)，仅需要形成复合氧化物层(或构成复合氧化物层的第一层和第二层)即可。另外，同样通过这些构造，类似于复合氧化物层包含IGZO的情况，当通过光电转换产生的载流子(例如，光电子)从光电转换层流入复合氧化物层时，在光电转换层与复合氧化物层之间的界面处几乎不会发生载流子停滞。此外，能够提高光电转换层和复合氧化物层整体的载流子传输能力。结果，能够提供对摄像元件的光响应性没有不利影响，并且累积于光电转换层中的电荷具有优异的传输特性的摄像元件等。
此外，能够在第一层23B1与第二层23B2之间形成中间层。
例如，图64示出了实施例1中所述的摄像元件等的变形例，第一电极21能够在形成于绝缘层82中的开口部85A中延伸，并连接到复合氧化物层23B。
可替代地，例如，图65示出了实施例1中所述的摄像元件等的变形例，图66A示出了第一电极部分等的放大示意性局部横截面图，第一电极21的顶面的边缘被绝缘层82覆盖，并且第一电极21在开口85B的底面上露出；并且当将绝缘层82的与第一电极21的顶表面接触的表面称为第一表面82a，并将绝缘层82的与复合氧化物层23B的面向电荷累积电极24的部分接触的表面称为第二表面82b时，开口85B的侧表面具有从第一表面82a朝向第二表面82b加宽的斜面。以这种方式，通过使开口85B的侧表面倾斜，电荷从复合氧化物层23B向第一电极21的移动变得更平稳。注意，在图66A所示的示例中，开口85B的侧表面相对于开口85B的轴线是旋转对称的。然而，如图66B所示，开口85C可以这样形成：开口85C的具有从第一表面82a朝向第二表面82b加宽的斜面的侧表面被定位在电荷累积电极24侧。结果，电荷难以从复合氧化物层23B的与电荷累积电极24相反的部分穿过开口85C移动。此外，开口85B的侧表面具有从第一表面82a朝向第二表面82b加宽的倾斜度。然而，如图66A所示，开口85B的侧表面在第二表面82b中的边缘可以位于第一电极21的边缘的外部；或者，如图66C所示，可以位于第一电极21的边缘的内部。通过采用前一种构造，进一步促进了电荷的传输。通过采用后一种构造，能够减少在形成开口时形状的变化。
通过使包含在基于蚀刻方法在绝缘层中形成开口时将形成的抗蚀剂材料的蚀刻掩模回流，并利用所述蚀刻掩模来蚀刻绝缘层82，能够形成这些开口85B和85C。
可替代地，关于实施例5中所述的电荷排出电极26，如图67所示，能够采用如下形态：其中，复合氧化物层23B在形成于绝缘层82中的第二开口86A中延伸，并连接到电荷排出电极26，所述电荷排出电极26的顶面的边缘被绝缘层82覆盖，并且电荷排出电极26在第二开口86A的底面上露出，并且当将绝缘层82的与电荷排出电极26的顶面接触的表面称为第三表面82c，将绝缘层82的与复合氧化物层23B的面向电荷累积电极24的部分接触的表面称为第二表面82b时，第二开口86A的侧表面具有从第三表面82c朝向第二表面82b加宽的斜度。
此外，例如，图68示出了实施例1中所述的摄像元件和层叠型摄像元件的变形例，能够采用如下构造：其中，光从第二电极22侧入射，并且遮光层15形成在第二电极22的光入射侧。注意，设置于光电转换层的光入射侧的各种配线能够用作遮光层。
注意，在图68所示的示例中，遮光层15形成在第二电极22的上方，即，遮光层15形成在第二电极22的光入射侧和第一电极21的上方。然而，如图69所示，遮光层15还可以设置在第二电极22的光入射侧表面上。此外，如图70所示，在某些情况下，遮光层15可以形成在第二电极22中。
可替代地，能够采用如下结构：其中，光从第二电极22侧入射，并且光不会入射到第一电极21上。具体地，如图68所示，遮光层15形成在第二电极22的光入射侧和第一电极21的上方。可替代地，如图72所示，能够采用如下结构：其中，片上微透镜14设置在电荷累积电极24和第二电极22的上方，并且入射到片上微透镜14上的光被电荷累积电极24收集且不会到达第一电极21。注意，如实施例4中所述的那样，在设置有传输控制电极25的情况下，能够采用如下结构：其中，光不会入射到第一电极21和传输控制电极25上。具体地，如图71所示，遮光层15能够形成在第一电极21和传输控制电极25的上方。可替代地，能够采用如下结构：其中，入射到片上微透镜14上的光不会到达第一电极21或第一电极21和传输控制电极25。
通过采用上述那些构造和结构，或者可替代地，通过设置遮光层15，使得光仅入射到位于电荷累积电极24的上方的光电转换层23A的一部分上，或者可替代地，通过设计片上微透镜14，位于第一电极21的上方(或第一电极21和传输控制电极25的上方)的光电转换层23A的一部分对光电转换没有贡献。因此，能够更可靠地同时复位所有像素，并且能够更容易地实现全局快门功能。即，包括多个具有上述构造和结构的摄像元件等的固态摄像装置的驱动方法重复以下步骤：
在所有摄像元件等中，在将电荷累积于复合氧化物层23B等中的同时，将第一电极21中的电荷全部同时释放到系统外部；然后
在所有摄像元件等中，将累积于复合氧化物层23B等中的电荷同时全部传输到第一电极21，并且在完成传输之后，在各摄像元件等中顺序地读取传输到第一电极21的电荷。
在固态摄像装置的上述驱动方法中，各摄像元件等具有如下结构：其中，从第二电极侧入射的光不会入射到第一电极上，并且在所有摄像元件等中，在电荷被累积于复合氧化物层等中的同时，第一电极中的电荷被全部同时释放到系统外部。因此，在所有摄像元件等中，能够可靠地同时复位第一电极。另外，随后，在所有摄像元件等中，累积于复合氧化物层等中的电荷被全部同时传输到第一电极，并且在完成传输之后，在各摄像元件等中顺序地读出传输到第一电极的电荷。因此，能够容易地实现所谓的全局快门功能。
此外，在实施例4的变形例中，如图73所示，可以从最靠近第一电极21的位置朝向电荷累积电极24设置多个传输控制电极。注意，图73示出了设置有两个传输控制电极25A和25B的示例。另外，能够采用如下结构：其中，片上微透镜14设置在电荷累积电极24和第二电极22的上方，并且入射至片上微透镜14的光被电荷累积电极24收集并且不会到达第一电极21以及传输控制电极25A和25B。
在图37和38所示的实施例7中，通过逐渐减小电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3的厚度，来逐渐增加绝缘层区段82'1、82'2和82'3的厚度。与此同时，图74示出了通过放大实施例7的变形例中的层叠有电荷累积电极、复合氧化物层、光电转换层和第二电极的部分而获得的示意性局部横截面图，电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3的厚度可以是恒定的，并且绝缘层区段82'1、82'2和82'3的厚度可以逐渐增加。注意，光电转换层区段23'1、23'2和23'3的厚度是恒定的。
此外，在图40所示的实施例8中，通过逐渐减小电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3的厚度，来逐渐增加光电转换层区段23'1、23'2和23'3的厚度。与此同时，图75示出了通过放大实施例8的变形例中的层叠有电荷累积电极、光电转换层和第二电极的部分而获得的示意性局部横截面图，通过使电荷累积电极区段24'1、24'2和24'3的厚度恒定，并且逐渐减小绝缘层区段82'1、82'2和82'3的厚度，可以逐渐增加光电转换层区段23'1、23'2和23'3的厚度。
不言而喻，上述各种变形例也能够应用于实施例2～14。
在实施例中，电子被用作信号电荷，并且在半导体基板上形成的光电转换层的导电类型是n型。然而，本发明也能够应用于使用空穴作为信号电荷的固态摄像装置。在这种情况下，每个半导体区域仅需要由具有相反导电类型的半导体区域构成，并且形成于半导体基板上的光电转换层的导电类型仅需要是p型。
在实施例中，已经将本发明应用于CMOS式固态摄像装置的情况作为示例进行了说明，在所述CMOS式固态摄像装置中，将与入射光量对应的信号电荷作为物理量进行检测的单位像素以矩阵方式布置。然而，本发明不限于CMOS式固态摄像装置的应用，并且本发明还能够应用于CCD式固态摄像装置。在后一种情况下，具有CCD式结构的垂直传输寄存器在垂直方向上传输信号电荷，水平传输寄存器在水平方向上传输信号电荷，并且信号电荷被放大以输出像素信号(图像信号)。此外，本发明不限于普通的列式固态摄像装置，在所述列式固态摄像装置中，像素以二维矩阵的方式形成，并且针对每个像素列设置列信号处理电路。此外，在某些情况下，能够省略选择晶体管。
此外，本发明的摄像元件和层叠型摄像元件不限于应用于检测可见光的入射光量的分布并将该分布描绘为图像的固态摄像装置，而是本发明的摄像元件和层叠型摄像元件还能够应用于如下固态摄像装置：所述固态摄像装置用于将红外线、X射线和粒子等的入射量的分布描绘为图像。此外，从广义上讲，本发明能够应用于例如指纹检测传感器等用于检测其它物理量(例如，压力和电容)的分布并将该物理量成像为图像的通用固态摄像装置(物理量分布检测装置)。
此外，本发明不限于以行为单位顺序扫描摄像区域的各单位像素并从各单位像素读取像素信号的固态摄像装置。本发明还能够应用于X-Y地址型固态摄像装置，所述X-Y地址型固态摄像装置用于以像素为单位地选择任意像素，并且从所选的像素中以像素为单位地读取像素信号。固态摄像装置可以形成为一个芯片，或者可以是具有摄像功能的模块形式，其中，摄像区域和驱动电路或光学系统被封装在一起。
此外，本发明不限于固态摄像装置的应用，而且还能够应用于摄像装置。这里，摄像装置指的是相机系统(例如，数码相机或数码摄像机)，或者具有摄像功能的电子设备(例如手机)。有时将安装在电子设备上的模块形式(即，相机模块)用作摄像装置。
图77作为概念图示出了其中将包括本发明的摄像元件和层叠型摄像元件的固态摄像装置201用于电子设备(相机)200的示例。电子设备200包括固态摄像装置201、光学透镜210、快门装置211、驱动电路212和信号处理电路213。光学透镜210在固态摄像装置201的成像表面上形成来自被摄体的图像光(入射光)的图像。结果，信号电荷在固态摄像装置201中存储一段时间。快门装置211控制固态摄像装置201的光照时段和遮光时段。驱动电路212提供驱动信号，用于控制固态摄像装置201的传输操作等和快门装置211的快门操作。固态摄像装置201通过从驱动电路212提供的驱动信号(时序信号)来传送信号。信号处理电路213执行各种信号处理。已经经过了信号处理的视频信号被存储在诸如存储器等存储介质中，或被输出到监视器。在这样的电子设备200中，能够减小固态摄像装置201的像素尺寸，并且能够提高传输效率，因此，能够得到像素特性改善的电子设备200。能够应用固态摄像装置201的电子设备200不限于相机，并且固态摄像装置201能够应用于诸如数码相机或用于移动装置(例如手机)的相机模块等摄像装置。
注意，本发明能够具有如下构造。
[A01]《摄像元件：第一方面》
一种摄像元件，包括光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，其中
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更高的铟成分(铟原子含量)。
[A02]《摄像元件：第二方面》
一种摄像元件，包括光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，其中
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟-镓-锌复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，
所述第一层具有比所述第二层更高的铟成分(铟原子含量)，或者
所述第一层具有比所述第二层更低的镓成分(镓原子含量)，或者
所述第一层具有比所述第二层更高的锌成分(锌原子含量)。
[A03]根据[A02]所述的摄像元件，其中
当所述铟-镓-锌复合氧化物由(ZnO)X(Ga2O3)1-X、(Ga2O3)Y(In2O3)1-Y、和(In2O3)Z(ZnO)1-Z表示时，
所述第一层中的X的值大于所述第二层中的X的值，或者
所述第一层中的Y的值低于所述第二层中的Y的值，或者
所述第一层中的Z的值高于所述第二层中的Z的值。
[A04]根据[A03]所述的摄像元件，满足0<X<0.875、0<Y<0.875、和0.125<Z<0.875(其中，X+Y+Z＝1.000)。
[A05]《摄像元件：第三方面》
一种摄像元件，包括：光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更高的载流子迁移率。
[A06]根据[A05]所述的摄像元件，满足：1×10-6≤(第二层的载流子迁移率)/(第一层的载流子迁移率)≤0.1。
[A07]《摄像元件：第四方面》
一种摄像元件，包括：光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，其中
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更低的状态密度。
[A08]根据[A01]～[A07]中任一项所述的摄像元件，其中，所述复合氧化物层是非晶态的。
[A09]《电荷累积电极》
根据[A01]～[A08]中任一项所述的摄像元件，其中，所述光电转换单元还包括绝缘层和电荷累积电极，所述电荷累积电极与所述第一电极分离地设置，并隔着所述绝缘层面对着所述复合氧化物层。
[A10]根据[A09]所述的摄像元件，还包括半导体基板，其中，
所述光电转换单元设置在所述半导体基板的上方。
[A11]根据[A09]或[A10]所述的摄像元件，其中，所述第一电极在形成于所述绝缘层中的开口中延伸并连接到所述复合氧化物层。
[A12]根据[A09]或[A10]所述的摄像元件，其中，所述复合氧化物层在形成于所述绝缘层中的开口中延伸并连接到所述第一电极。
[A13]根据[A12]所述的摄像元件，其中，
所述第一电极的顶面的边缘被所述绝缘层覆盖，
所述第一电极在所述开口的底面上露出，并且
当将所述绝缘层的与所述第一电极的所述顶面接触的表面称为第一表面，并且将所述绝缘层的与所述复合氧化物层的面对着所述电荷累积电极的部分接触的表面称为第二表面时，所述开口的侧表面具有从所述第一表面朝向所述第二表面变宽的斜度。
[A14]根据[A13]所述的摄像元件，其中，所述开口的具有从所述第一表面朝向所述第二表面变宽的斜度的所述侧表面位于所述电荷累积电极侧。
[A15]《第一电极和电荷累积电极的电位控制》
根据[A09]～[A14]中任一项所述的摄像元件，还包括控制单元，所述控制单元设置在所述半导体基板上，并具有驱动电路，其中
所述第一电极和所述电荷累积电极连接到所述驱动电路，
在电荷累积时段中，所述驱动电路将电位V11施加到所述第一电极，将电位V12施加到所述电荷累积电极，并且电荷累积于所述复合氧化物层中，并且
在电荷传输时段中，所述驱动电路将电位V21施加到所述第一电极，将电位V22施加到所述电荷累积电极，并且累积于所述复合氧化物层中的电荷经由所述第一电极而被所述控制单元读出。
然而，在所述第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，
满足V12≥V11且V22<V21，并且
在所述第一电极的电位低于所述第二电极的电位的情况下，
满足V12≤V11且V22>V21。
[A16]《传输控制电极》
根据[A09]～[A15]中任一项所述的摄像元件，还包括位于所述第一电极与所述电荷累积电极之间的传输控制电极，所述传输控制电极与所述第一电极和所述电荷累积电极分离地布置，并隔着所述绝缘层面对着所述复合氧化物层。
[A17]《第一电极、电荷累积电极和传输控制电极的电位控制》
根据[A16]所述的摄像元件，还包括控制单元，所述控制单元设置于半导体基板上并具有驱动电路，其中，
所述第一电极、所述电荷累积电极和所述传输控制电极连接到所述驱动电路，
在电荷累积时段中，所述驱动电路将电位V11施加到所述第一电极，将电位V12施加到所述电荷累积电极，并且将电位V13施加到所述传输控制电极，并且电荷累积于所述复合氧化物层中，并且
在电荷传输时段中，所述驱动电路将电位V21施加到所述第一电极，将电位V22施加到所述电荷累积电极，并且将电位V23施加到所述传输控制电极，并且累积于所述复合氧化物层中的电荷通过所述第一电极被所述控制单元读出。
然而，在所述第一电极的所述电位高于所述第二电极的所述电位的情况下，
满足V12>V13且V22≤V23≤V21，并且
在所述第一电极的所述电位低于所述第二电极的所述电位的情况下，满足V12<V13且V22≥V23≥V21。
[A18]《电荷排出电极》
根据[A09]～[A17]中任一项所述的摄像元件，还包括电荷排出电极，所述电荷排出电极连接到所述复合氧化物层，并与所述第一电极和所述电荷累积电极分离地设置。
[A19]根据[A18]所述的摄像元件，其中，所述电荷排出电极被设置成围绕所述第一电极和所述电荷累积电极。
[A20]根据[A18]或[A19]所述的摄像元件，其中
所述复合氧化物层在形成于所述绝缘层中的第二开口中延伸，并连接到所述电荷排出电极，
所述电荷排出电极的顶面的边缘被所述绝缘层覆盖，
所述电荷排出电极在所述第二开口的底面上露出，并且
当将所述绝缘层的与所述电荷排出电极的所述顶面接触的表面称为第三表面，并且将所述绝缘层的与所述复合氧化物层的面对着所述电荷累积电极的部分接触的表面称为第二表面时，所述第二开口的侧表面具有从所述第三表面朝向所述第二表面变宽的斜度。
[A21]《第一电极、电荷累积电极、和电荷排出电极的电位控制》
根据[A18]～[A20]中任一项所述的摄像元件，还包括控制单元，所述控制单元设置在半导体基板上，并具有驱动电路，其中，
所述第一电极、所述电荷累积电极、和所述电荷排出电极连接到所述驱动电路，
在电荷累积时段中，所述驱动电路将电位V11施加到所述第一电极，将电位V12施加到所述电荷累积电极，并且将电位V14施加到所述电荷排出电极，并且电荷累积于所述复合氧化物层中，并且
在电荷传输时段中，所述驱动电路将电位V21施加到所述第一电极，将电位V22施加到所述电荷累积电极，并且将电位V24施加到所述电荷排出电极，并且累积于所述复合氧化物层中的电荷通过所述第一电极被所述控制单元读出。
然而，在所述第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，
满足V14>V11且V24<V21，并且
在所述第一电极的电位低于所述第二电极的电位的情况下，
满足V14<V11且V24>V21。
[A22]《电荷累积电极区段》
根据[A09]～[A21]中任一项所述的摄像元件，其中，所述电荷累积电极包括多个电荷累积电极区段。
[A23]根据[A22]所述的摄像元件，其中，
在所述第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，在电荷传输时段中，施加到最靠近所述第一电极的电荷累积电极区段的电位高于施加到离所述第一电极最远的电荷累积电极区段的电位，并且
在所述第一电极的电位低于所述第二电极的电位的情况下，在所述电荷传输时段中，施加到最靠近所述第一电极的电荷累积电极区段的电位低于施加到离所述第一电极最远的电荷累积电极区段的电位。
[A24]根据[A01]～[A23]中任一项所述的摄像元件，其中，所述复合氧化物层的厚度为2×10-8m至1×10-7m。
[A25]根据[A01]～[A24]中任一项所述的摄像元件，其中，
光从所述第二电极入射，
所述光电转换层与所述复合氧化物层之间的界面处的所述复合氧化物层的表面粗糙度Ra为1.5nm或更小，并且所述复合氧化物层的均方根粗糙度Rq的值为2.5nm或更小。
[A26]根据[A09]～[A25]中任一项所述的摄像元件，其中，
在所述半导体基板上，至少设置有构成控制单元的浮动扩散层和放大晶体管，并且
所述第一电极连接到所述浮动扩散层和所述放大晶体管的栅极部。
[A27]根据[A26]所述的摄像元件，其中，
在所述半导体基板上，进一步设置有构成所述控制单元的复位晶体管和选择晶体管，
所述浮动扩散层连接到所述复位晶体管的一个源极/漏极区，并且
所述放大晶体管的一个源极/漏极区连接到所述选择晶体管的一个源极/漏极区，并且所述选择晶体管的另一个源极/漏极区连接到信号线。
[A28]根据[A09]～[A27]中任一项所述的摄像元件，其中，所述电荷累积电极大于所述第一电极。
[A29]根据[A09]～[A28]中任一项所述的摄像元件，其中，光从所述第二电极侧入射，并且遮光层形成在所述第二电极的光入射侧。
[A30]根据[A09]～[A28]中任一项所述的摄像元件，其中，光从所述第二电极侧入射，并且光不会入射到所述第一电极上。
[A31]根据[A30]所述的摄像元件，其中，遮光层形成在所述第二电极的所述光入射侧且位于所述第一电极的上方。
[A32]根据[A30]所述的摄像元件，其中，
片上微透镜设置在所述电荷累积电极和所述第二电极的上方，并且
入射到所述片上微透镜上的光被所述电荷累积电极收集。
[A33]《摄像元件：第一构造》
根据[A09]～[A32]中任一项所述的摄像元件，其中，
所述光电转换单元包括N(其中，N≥2)个光电转换单元区段，
所述复合氧化物层和所述光电转换层包括N个光电转换层区段，
所述绝缘层包括N个绝缘层区段，
所述电荷累积电极包括N个电荷累积电极区段，
第n个(其中，n＝1,2,3,...N)光电转换单元区段包括第n个电荷累积电极区段、第n个绝缘层区段和第n个光电转换层区段，
n值较大的光电转换单元区段离所述第一电极较远，并且
从所述第一个光电转换单元区段到所述第N个光电转换单元区段，绝缘层区段的厚度逐渐变化。
[A34]《摄像元件：第二构造》
根据[A09]～[A32]中任一项所述的摄像元件，其中，
所述光电转换单元包括N(其中，N≥2)个光电转换单元区段，
所述复合氧化物层和所述光电转换层包括N个光电转换层区段，
所述绝缘层包括N个绝缘层区段，
所述电荷累积电极包括N个电荷累积电极区段，
第n(其中，n＝1,2,3...N)个光电转换单元区段包括第n个电荷累积电极区段、第n个绝缘层区段和第n个光电转换层区段，
n值较大的光电转换单元区段离所述第一电极较远，并且
从所述第一个光电转换单元区段到所述第N个光电转换单元区段，光电转换层区段的厚度逐渐变化。
[A35]《摄像元件：第三构造》
根据[A09]～[A32]中任一项所述的摄像元件，其中，
所述光电转换单元包括N(其中，N≥2)个光电转换单元区段，
所述复合氧化物层和所述光电转换层包括N个光电转换层区段，
所述绝缘层包括N个绝缘层区段，
所述电荷累积电极包括N个电荷累积电极区段，
第n(其中，n＝1,2,3...N)个光电转换单元区段包括第n个电荷累积电极区段、第n个绝缘层区段和第n个光电转换层区段，
n值较大的光电转换单元区段离所述第一电极较远，并且
对于相邻的光电转换单元区段，构成绝缘层区段的材料是不同的。
[A36]《摄像元件：第四构造》
根据[A09]～[A32]中任一项所述的摄像元件，其中，
所述光电转换单元包括N(其中，N≥2)个光电转换单元区段，
所述复合氧化物层和所述光电转换层包括N个光电转换层区段，
所述绝缘层包括N个绝缘层区段，
所述电荷累积电极包括N个分离地设置的电荷累积电极区段，
第n(其中，n＝1,2,3...N)个光电转换单元区段包括第n个电荷累积电极区段、第n个绝缘层区段和第n个光电转换层区段，
n值较大的光电转换单元区段离所述第一电极较远，并且
对于相邻的光电转换单元区段，构成电荷累积电极区段的材料是不同的。
[A37]《摄像元件：第五构造》
根据[A09]～[A32]中任一项所述的摄像元件，其中，
所述光电转换单元包括N(其中，N≥2)个光电转换单元区段，
所述复合氧化物层和所述光电转换层包括N个光电转换层区段，
所述绝缘层包括N个绝缘层区段，
所述电荷累积电极包括N个分离地设置的电荷累积电极区段，
第n(其中，n＝1,2,3...N)个光电转换单元区段包括第n个电荷累积电极区段、第n个绝缘层区段和第n个光电转换层区段，
n值较大的光电转换单元区段离所述第一电极较远，并且
电荷累积电极区段的面积从第一个光电转换单元区段到第N个光电转换单元区段逐渐减小。
[A38]《摄像元件：第六构造》
根据[A09]～[A32]中任一项所述的摄像元件，其中，如果将所述电荷累积电极、所述绝缘层、所述复合氧化物层和所述光电转换层的层叠方向定义为Z方向，并且将与所述第一电极分离的方向定义为X方向，则当用YZ假想平面切断层叠有所述电荷累积电极、所述绝缘层、所述复合氧化物层和所述光电转换层的层叠部分时，所述层叠部分的所述横截面积根据离所述第一电极的距离而变化。
[B01]《层叠型摄像元件》
一种层叠型摄像元件，其包括至少一个根据[A01]～[A38]中任一项所述的摄像元件。
[C01]《固态摄像装置：第一方面》
一种固态摄像装置，其包括多个根据[A01]～[A38]中任一项所述的摄像元件。
[C02]《固态摄像装置：第二方面》
一种固态摄像装置，其包括多个根据[B01]所述的层叠型摄像元件。
[D01]《固态摄像装置：第一构造》
一种固态摄像装置，其包括：光电转换单元，所述光电转换单元是通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的，其中
所述光电转换单元包括多个根据[A01]～[A38]中任一项所述的摄像元件，
所述多个摄像元件构成摄像元件区块，并且
所述第一电极由构成所述摄像元件区块的所述多个摄像元件共用。
[D02]《固态摄像装置：第二构造》
一种固态摄像装置，其包括多个根据[A01]～[A38]中任一项所述的摄像元件，
所述多个摄像元件构成摄像元件区块，并且
所述第一电极由构成所述摄像元件区块的所述多个摄像元件共用。
[D03]根据[D01]或[D02]所述的固态摄像装置，其中，一个片上微透镜设置在一个所述摄像元件的上方。
[D04]根据[D01]或[D02]所述的固态摄像装置，其中
两个所述摄像元件构成摄像元件区块，并且
一个片上微透镜设置在所述摄像元件区块的上方。
[D05]根据[D01]～[D04]中任一项所述的固态摄像装置，其中，针对所述多个摄像元件设置一个浮动扩散层。
[D06]根据[D01]～[D05]中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述第一电极与每个所述摄像元件的所述电荷累积电极相邻地设置。
[D07]根据[D01]～[D06]中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述第一电极与所述多个摄像元件中的一些所述电荷累积电极相邻地设置，并且不与所述多个摄像元件中的剩余电荷累积电极相邻地设置。
[D08]根据[D07]所述的固态摄像装置，其中，构成摄像元件的电荷累积电极与构成摄像元件的电荷累积电极之间的距离和与所述第一电极相邻的摄像元件中第一电极与电荷累积电极之间的距离长。
[E01]《固态摄像装置的驱动方法》
一种固态摄像装置的驱动方法，所述固态摄像装置包括多个根据[A01]～[A38]中任一项所述的摄像元件，每个所述摄像元件具有这样的结构：其中，光从所述第二电极侧入射，并且光不入射到所述第一电极上，其中，
所述方法重复以下步骤：
在所有所述摄像元件中，在将电荷累积于所述复合氧化物层中的同时，将所述第一电极中的电荷同时全部释放到系统的外部，然后
在所有所述摄像元件中，同时将累积于所述复合氧化物层中的所述电荷全部传输到所述第一电极，并且在所述传输完成之后，顺序地读取各所述摄像元件中的传输到所述第一电极的电荷。
附图标记列表
10'1,10'2,10'3 光电转换单元区段
13 位于层间绝缘层下方的各种摄像元件组件
14 片上微透镜(OCL)
15 遮光层
21 第一电极
22 第二电极
23A 光电转换层
23B 复合氧化物层
23B1 复合氧化物层的第一层
23B2 复合氧化物层的第二层
23'1,23'2,23'3 光电转换层区段
24,24"1,24"2,24"3 电荷累积电极
24A,24B,24C,24'1,24'2,24'3 电荷累积电极区段
25,25A,25B 传输控制电极(电荷传输电极)
26 电荷排出电极
27,27A1,27A2,27A3,27B1,27B2,27B3,27C 电荷传输控制电极
31,33,41,43 n型半导体区域
32,34,42,44,73 p+层
35,36,45,46 传输晶体管的栅极部
35C,36C 半导体基板的区域
36A 传输沟道
51 复位晶体管TR1rst的栅极部
51A 复位晶体管TR1rst的沟道形成区
51B,51C 复位晶体管TR1rst的源极/漏极区
52 放大晶体管TR1amp的栅极部
52A 放大晶体管TR1amp的沟道形成区
52B,52C 放大晶体管TR1amp的源极/漏极区
53 选择晶体管TR1sel的栅极部
53A 选择晶体管TR1sel的沟道形成区
53B,53C 选择晶体管TR1sel的源极/漏极区
61 接触孔部
62 配线层
63,64,68A 焊盘部
65,66,68B 连接孔
67,69 连接部
70 半导体基板
70A 半导体基板的第一表面(前表面)
70B 半导体基板的第二侧(背面)
71 元件分离区
72 氧化膜
74 HfO2膜
75 绝缘材料膜
76,81 层间绝缘层
82 绝缘层
82'1,82'2,82'3 绝缘层区段
82a 绝缘层的第一表面
82b 绝缘层的第二表面
82c 绝缘层的第三表面
83 绝缘层
85,85A,85B,85C 开口
86,86A 第二开口
100 固态摄像装置
101 层叠型摄像元件
111 摄像区域
112 垂直驱动电路
113 列信号处理电路
114 水平驱动电路
115 输出电路
116 驱动控制电路
117 信号线(数据输出线)
118 水平信号线
200 电子设备(相机)
201 固态摄像装置
210 光学透镜
211 快门装置
212 驱动电路
213 信号处理电路
FD1,FD2,FD3,45C,46C 浮动扩散层
TR1trs,TR2trs,TR3trs 传输晶体管
TR1rst,TR2rst,TR3rst 复位晶体管
TR1amp,TR2amp,TR3amp 放大晶体管
TR1sel,TR3sel,TR3sel 选择晶体管
VDD 电源
TG1,TG2,TG3 传输栅极线
RST1,RST2,RST3 复位线
SEL1,SEL2,SEL3 选择线
VSL,VSL1,VSL2,VSL3 信号线(数据输出线)
VOA,VOT,VOU 配线

Claims (15)

1.一种摄像元件，包括通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的光电转换单元，
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更高的铟成分。
2.一种摄像元件，包括通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的光电转换单元，其中
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟-镓-锌复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，
所述第一层具有比所述第二层更高的铟成分，或者
所述第一层具有比所述第二层更低的镓成分，或者
所述第一层具有比所述第二层更高的锌成分。
3.根据权利要求2所述的摄像元件，其中
当所述铟-镓-锌复合氧化物由(ZnO)X(Ga2O3)1-X、(Ga2O3)Y(In2O3)1-Y、和(In2O3)Z(ZnO)1-Z表示时，
所述第一层中的X的值大于所述第二层中的X的值，或者
所述第一层中的Y的值低于所述第二层中的Y的值，或者
所述第一层中的Z的值高于所述第二层中的Z的值。
4.根据权利要求3所述的摄像元件，满足0<X<0.875、0<Y<0.875以及0.125<Z<0.875(其中，X+Y+Z＝1.000)。
5.一种摄像元件，包括通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的光电转换单元，其中
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更高的载流子迁移率。
6.根据权利要求5所述的摄像元件，满足：
1×10-6≤(所述第二层的载流子迁移率)/(所述第一层的载流子迁移率)≤0.1。
7.一种摄像元件，包括通过层叠第一电极、光电转换层和第二电极而形成的光电转换单元，其中
在所述第一电极与所述光电转换层之间，形成有包含铟复合氧化物的复合氧化物层，
所述复合氧化物层包括与所述第一电极相邻的第一层和与所述光电转换层相邻的第二层，并且
所述第一层具有比所述第二层更低的状态密度。
8.根据权利要求1、2、5和7中任一项所述的摄像元件，其中，所述复合氧化物层是非晶态的。
9.根据权利要求1、2、5和7中任一项所述的摄像元件，其中，所述光电转换单元还包括绝缘层和电荷累积电极，所述电荷累积电极与所述第一电极分离地设置并且隔着所述绝缘层面对着所述复合氧化物层。
10.根据权利要求9所述的摄像元件，还包括位于所述第一电极与所述电荷累积电极之间的传输控制电极，所述传输控制电极与所述第一电极和所述电荷累积电极分离地布置，并且隔着所述绝缘层面对着所述复合氧化物层。
11.根据权利要求9所述的摄像元件，还包括电荷排出电极，所述电荷排出电极连接到所述复合氧化物层，并与所述第一电极和所述电荷累积电极分离地设置。
12.根据权利要求9所述的摄像元件，其中，所述电荷累积电极包括多个电荷累积电极区段。
13.一种层叠型摄像元件，其包括至少一个根据权利要求1～12中任一项所述的摄像元件。
14.一种固态摄像装置，其包括多个根据权利要求1～12中任一项所述的摄像元件。
15.一种固态摄像装置，其包括多个根据权利要求13所述的层叠型摄像元件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020088291A (ja) * 2018-11-29 2020-06-04 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、移動体
WO2020241165A1 (ja) * 2019-05-24 2020-12-03 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、無機酸化物半導体材料
US20220231085A1 (en) * 2019-05-24 2022-07-21 Sony Group Corporation Imaging element, stacked imaging element and solid-state imaging device, and method of manufacturing imaging element
US11164903B2 (en) 2019-05-24 2021-11-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with pad structure
US11251210B2 (en) * 2020-02-07 2022-02-15 Sensors Unlimited, Inc. Pin diodes with over-current protection
EP4131380A4 (en) * 2020-03-31 2023-10-04 Sony Group Corporation IMAGING ELEMENT AND IMAGING DEVICE
EP4131386A4 (en) * 2020-03-31 2023-09-27 Sony Semiconductor Solutions Corporation IMAGING ELEMENT AND IMAGING DEVICE
WO2023037622A1 (ja) * 2021-09-10 2023-03-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
WO2023037621A1 (ja) * 2021-09-10 2023-03-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
WO2024106235A1 (ja) * 2022-11-15 2024-05-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置および光検出装置の製造方法ならびに電子機器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007311647A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Fujifilm Corp 固体撮像素子
JP2012009910A (ja) * 2011-10-14 2012-01-12 Fujifilm Corp 固体撮像素子
US20140306180A1 (en) * 2013-04-10 2014-10-16 Sony Corporation Electronic device, solid state imaging apparatus, and method of producing electrode for electronic device
JP2016063165A (ja) * 2014-09-19 2016-04-25 株式会社東芝 撮像素子及び固体撮像装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008177191A (ja) 2007-01-16 2008-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびそれを用いたカメラ
EP2298032A4 (en) * 2008-05-06 2012-06-20 Agency Science Tech & Res ELECTRICALLY CONDUCTIVE STRUCTURE FOR A TRANSLUCENT DEVICE
JP5509846B2 (ja) 2009-12-28 2014-06-04 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP2013012556A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、および電子機器
JP5806176B2 (ja) * 2012-07-09 2015-11-10 富士フイルム株式会社 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法
CN110112297B (zh) 2014-07-17 2022-11-18 索尼公司 光电转换元件及其制造方法、成像装置、光学传感器
JP6530664B2 (ja) 2015-07-22 2019-06-12 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置及びその製造方法
JP6780421B2 (ja) 2016-03-01 2020-11-04 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、固体撮像装置の駆動方法
CN108701705B (zh) * 2016-03-15 2022-11-18 索尼公司 固态成像元件及其制造方法和电子设备
WO2017169757A1 (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
JP2018046039A (ja) 2016-09-12 2018-03-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および固体撮像装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007311647A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Fujifilm Corp 固体撮像素子
JP2012009910A (ja) * 2011-10-14 2012-01-12 Fujifilm Corp 固体撮像素子
US20140306180A1 (en) * 2013-04-10 2014-10-16 Sony Corporation Electronic device, solid state imaging apparatus, and method of producing electrode for electronic device
JP2016063165A (ja) * 2014-09-19 2016-04-25 株式会社東芝 撮像素子及び固体撮像装置

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