CN111989783A - 摄像装置及摄像系统 - Google Patents

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Abstract

本申请的一个方案的摄像装置具备：半导体基板，其具有接受来自外部的光的第1面及上述第1面的相反侧的第2面；第1晶体管，其位于上述第2面上；和光电转换部，其面向上述第2面，且接受透过上述半导体基板后的光。上述半导体基板为硅基板或硅化合物基板。上述光电转换部包含：与上述第1晶体管电连接的第1电极；第2电极；和光电转换层，其位于上述第1电极与上述第2电极之间，且包含吸收1.1μm以上的第1波长的光的材料。上述第1电极位于上述第2面与上述光电转换层之间。上述材料的1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域中的光谱灵敏度为上述材料的1.1μm以上的波长区域中的光谱灵敏度的最大值的0％～5％的范围内。

Description

摄像装置及摄像系统
技术领域
本申请涉及摄像装置及摄像系统。
背景技术
在光传感器的领域，有对于限定了波长区域的传感检测的要求。在这样的应用中，一般通过将限制波长的光学滤波器配置在摄像部的前面来进行基于所期望的波长的摄像。例如下述的专利文献1公开了在图像传感器的上方配置有光学滤波器的摄像机模块。
在专利文献1中记载的技术中，通过配置光学滤波器,能够切换执行可见区域中的成像和红外区域中的成像。如专利文献1的图10中例示的那样，对于特定的波长成分的滤波，可使用带通滤波器。但是，作为带通滤波器，一般使用干涉型的光学滤波器。因此，对光的入射角的依赖性大，不适合广角的摄影。
另一方面，下述的专利文献2公开了一种光检测装置，其具有由非晶体硅形成的第1光电二极管及以多晶硅等具有结晶性的硅层的形式形成的第2光电二极管的层叠结构。第1光电二极管位于第2光电二极管的上方，检测可见光，与此相对，第2光电二极管检测透过第1光电二极管后的红外光。即，在该光检测装置中，第1光电二极管还兼具降低可见光向第2光电二极管中的入射的光学滤波器的功能。
另外，下述的专利文献3公开了一种固体摄像装置，其在形成有第1光电转换部的单晶Si基板的表面上及背面上分别具有第2及第3光电转换部。第3光电转换部在其一部分中包含由喹吖啶酮形成的有机膜，第2光电转换部在其一部分中包含硅锗层。这些光电转换部从光的入射侧起依次层叠第3光电转换部、第1光电转换部及第2光电转换部。通过这样的层叠结构，能够分开取得与入射光中的绿的波长区域的成分相关的信号、与蓝的波长区域的成分相关的信号及与红的波长区域的成分相关的信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2013/0089237号说明书
专利文献2：日本特开2012-099797号公报
专利文献3：日本特开2015-037121号公报
发明内容
发明所要解决的课题
提供特别是在红外区域的窄频带摄像中噪声得以降低的能够进行高灵敏度的摄像的摄像装置。
用于解决课题的手段
本申请的非限定性的某个例示性的实施方式的摄像装置具备：半导体基板，其具有接受来自外部的光的第1面及上述第1面的相反侧的第2面；第1晶体管，其位于上述第2面上；和光电转换部，其面向上述第2面，且接受透过上述半导体基板后的光。上述半导体基板为硅基板或硅化合物基板。上述光电转换部包含：与上述第1晶体管电连接的第1电极；第2电极；和光电转换层，其位于上述第1电极与上述第2电极之间，且包含吸收1.1μm以上的第1波长的光的材料。上述第1电极位于上述第2面与上述光电转换层之间。上述材料的1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域中的光谱灵敏度为上述材料的1.1μm以上的波长区域中的光谱灵敏度的最大值的0％～5％的范围内。
总括或具体的方案也可以通过元件、设备、系统、集成电路、方法或计算机程序来实现。另外，总括或具体的方案也可以通过元件、设备、装置、系统、集成电路、方法及计算机程序的任意组合来实现。
所公开的实施方式的追加效果及优点由说明书及附图变得清楚。效果和/或优点通过说明书及附图中公开的各种实施方式或特征而被分别提供，为了获得它们中的一个以上不需要全部。
发明效果
根据本申请的某个实施方式，能够实现特别是在红外区域的窄频带摄像中噪声得以降低的高灵敏度的摄像。
附图说明
图1是表示基于本申请的第1实施方式的摄像装置的像素的设备结构的示意性剖面图。
图2是表示关于光电转换层中所含的主要的光电转换材料的例示性光谱灵敏度曲线的图。
图3是表示Si基板中的波长与透射率之间的关系的图。
图4是表示像素电极的形状的例子的示意性平面图。
图5是表示像素电极的形状的另一例子的示意性平面图。
图6是表示像素电极的形状的又一个例子的示意性平面图。
图7是表示像素电极的形状的又一个例子的示意性平面图。
图8是表示像素电极的形状的又一个例子的示意性平面图。
图9是表示基于本申请的第1实施方式的摄像装置的变形例的示意性剖面图。
图10是示意性地表示各像素Px所具有的例示性的电路构成的图。
图11是一并表示关于被制成块材(Bulk)的形态的材料的能带的例子和关于被制成量子点的形态的材料的能带的例子的图。
图12是关于光电转换部的例示性能量图。
图13是示意性地表示关于图12中所示的光电转换膜的第1层的典型的光谱灵敏度曲线的图。
图14是示意性地表示关于图12中所示的光电转换膜的第2层的光谱灵敏度曲线的例子的图。
图15是示意性地表示关于图12中所示的光电转换膜的光谱灵敏度曲线的图。
图16是用于说明基于本申请的第1实施方式的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图17是用于说明基于本申请的第1实施方式的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图18是用于说明基于本申请的第1实施方式的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图19是用于说明基于本申请的第1实施方式的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图20是用于说明基于本申请的第1实施方式的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图21是用于说明基于本申请的第1实施方式的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图22是表示基于本申请的第2实施方式的摄像装置的像素的设备结构的示意性剖面图。
图23是示意性地表示图22中所示的摄像装置的各像素Px所具有的例示性的电路构成的图。
图24是示意性地表示图22中所示的摄像装置的各像素Px所具有的另一例示性的电路构成的图。
图25是表示基于第2实施方式的变形例的摄像装置的像素的设备结构的示意性剖面图。
图26是表示微透镜、滤色器及像素电极的配置的例子的示意性的上表面图。
图27是表示基于第2实施方式的其他变形例的摄像装置的像素的设备结构的示意性剖面图。
图28是用于说明波导结构的变形例的示意性剖面图。
图29是表示基于本申请的第3实施方式的摄像装置的像素的设备结构的示意性剖面图。
图30是表示基于本申请的第4实施方式的摄像系统的概略的示意性框图。
图31是表示摄像系统的动作的一个例子的流程图。
图32是表示摄像系统的动作的另一例子的流程图。
图33是表示像素的设备结构的其他变形例的示意性剖面图。
图34是表示像素的设备结构的又一变形例的示意性剖面图。
图35是表示配置于半导体基板上的微透镜的前面的透镜的构成的一个例子的示意性剖面图。
图36是表示在光入射侧的表面具有红外透射膜的光学构件的另一例子的示意性剖面图。
图37是表示像素的设备结构的又一变形例的示意性剖面图。
图38是表示基于本申请的实施方式的摄像装置的像素的设备结构的又一变形例的示意性剖面图。
图39是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图40是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图41是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图42是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图43是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图44是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图45是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图46是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图47是用于说明图38中所示的摄像装置的例示性的制造方法的示意性剖面图。
图48是表示基于本申请的实施方式的摄像装置的像素的设备结构的又一变形例的示意性剖面图。
具体实施方式
本申请的一个方案的概要如下。
[项目1]
本申请的项目1的摄像装置具备：
半导体基板，其具有接受来自外部的光的第1面及上述第1面的相反侧的第2面；
第1晶体管，其位于上述第2面上；和
光电转换部，其面向上述第2面，且接受透过上述半导体基板后的光，
上述半导体基板为硅基板或硅化合物基板，
上述光电转换部包含：
与上述第1晶体管电连接的第1电极；
第2电极；和
光电转换层，其位于上述第1电极与上述第2电极之间，且包含吸收1.1μm以上的第1波长的光的材料，
上述第1电极位于上述第2面与上述光电转换层之间，
上述材料的1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域中的光谱灵敏度为上述材料的1.1μm以上的波长区域中的光谱灵敏度的最大值的0％～5％的范围内。
根据项目1的构成，具有低于1.1μm的波长的光被半导体基板吸收，因此透过半导体基板后的具有1.1μm以上的波长的成分入射至光电转换部。由于光电转换层可具有在比1.1μm的波长更长的波长侧显示出吸收峰的光谱灵敏度特性，因此变得不需要窄频带的带通滤波器，并且能够进行近红外区域的窄频带摄像。另外，由于能够降低因1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域的光所引起的噪声，因此对于红外区域的窄频带摄像是特别有利的。
[项目2]
在项目1所述的摄像装置中，上述材料也可以具有量子纳米结构。
根据项目2的构成，能够使光电转换膜在1000nm以上且低于1100nm的波长区域中基本不显示出吸收，可实现特别是关于红外区域的窄频带而言具有更高的SN比的摄像装置。
[项目3]
在项目2所述的摄像装置中，材料也可以为碳纳米管。
根据项目3的构成，状态密度变成离散性，因此光电转换层的光谱灵敏度曲线的峰变成陡峭的形状，能够实现对特定的波长具有特别高的灵敏度的像素。
[项目4]
在项目2所述的摄像装置中，材料也可以包含选自III族元素、IV族元素、V族元素及VI族元素中的至少1种。
根据项目4的构成，状态密度变成离散性，因此光电转换层的光谱灵敏度曲线的峰变成陡峭的形状，能够实现对特定的波长具有特别高的灵敏度的像素。
[项目5]
在项目2～4中任一项所述的摄像装置中，也可以是，材料将低于1.1μm的第2波长的光吸收，半导体基板将第2波长的光吸收。
根据项目5的构成，半导体基板将具有第2波长的光吸收，因此能够有效地消除第2波长下的灵敏度，使得能够不作为摄像装置的灵敏度而表现出来。
[项目6]
在项目1～5中任一项所述的摄像装置中，半导体基板的厚度也可以为30μm～800μm。
根据项目6的构成，能够通过半导体基板中的吸收使具有比1.1μm短的波长的成分充分衰减。
[项目7]
项目1～6中任一项所述的摄像装置也可以进一步具备面向上述第1面的微透镜。
[项目8]
项目7所述的摄像装置也可以进一步具备导电结构，所述导电结构位于光电转换部与半导体基板之间，且将第1电极与第1晶体管电连接，
第1电极与导电结构的连接部也可以从第1面的法线方向观察位于比微透镜的外缘更靠外侧。
根据项目8的构成，由于连接部位于比微透镜的外缘更靠外侧，因此能够避免由导电结构产生的光的阻断。
[项目9]
项目1～8中任一项所述的摄像装置也可以进一步具备绝缘层，所述绝缘层位于光电转换部与半导体基板之间，且包含波导结构。
根据项目9的构成，能够将透过半导体基板后的红外光高效地引导至光电转换部。
[项目10]
在项目1～9中任一项所述的摄像装置中，第1电极也可以对于第1波长的光而言具有80％以上的透射率。
根据项目10的构成，则不需要在第1电极中设置用于使光通过的开口，容易得到更大的开口率。
[项目11]
在项目1～10中任一项所述的摄像装置中，第2电极也可以对于第1波长的光而言具有80％以上的反射率。
根据项目11的构成，能够利用对置电极使通过光电转换层后的光朝向半导体基板一侧反射，可使更多的光有助于光电转换。即，能够期待更高灵敏度的发挥。
[项目12]
项目1～11中任一项所述的摄像装置也可以在第2电极侧进一步具备覆盖光电转换部的密封膜。
根据项目12的构成，可得到防止氧进入光电转换部的效果。
[项目13]
项目1～12中任一项所述的摄像装置也可以进一步具备像素，上述像素也可以包含光电转换部及第1晶体管。
[项目14]
项目13所述的摄像装置也可以进一步具备一个以上的光电二极管，所述光电二极管配置于半导体基板内，且包含第1光电二极管，像素也可以进一步包含第1光电二极管。
根据项目14的构成，能够将入射光中的可见区域的成分利用第1光电二极管进行光电转换。
[项目15]
项目14所述的摄像装置也可以进一步具备第2晶体管，所述第2晶体管位于第2面上，且与第1光电二极管电连接。
根据项目15的构成，还能够通过利用第2晶体管读出在第1光电二极管中生成的电荷来获得与入射光中的可见区域的成分的强度相关的信息。
[项目16]
在项目14或15所述的摄像装置中，也可以是，上述一个以上的光电二极管包含多个光电二极管，像素包含多个光电二极管。
[项目17]
项目13～16中任一项所述的摄像装置也可以进一步具备面向上述第1面的滤色器，滤色器也可以使0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光实质上不透射。
根据项目17的构成，能够抑制因红外光通过第1光电二极管被光电转换而引起的多余的电荷的生成，因此能够防止白平衡的崩溃。
[项目18]
项目1～16中任一项所述的摄像装置也可以进一步具备带阻滤波器，所述带阻滤波器面向上述第1面，且使0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光实质上不透射。
根据项目18的构成，能够抑制因红外光通过第1光电二极管被光电转换而引起的多余的电荷的生成，因此能够防止白平衡的崩溃。
[项目19]
项目1～12中任一项所述的摄像装置也可以进一步具备多个像素，上述多个像素可以各自包含上述光电转换部及上述第1晶体管，上述多个像素的上述光电转换层可以为连续的单一的层。
[项目20]
本申请的项目20的摄像系统具备：项目1～19中任一项所述的摄像装置；和射出1.1μm以上的波长区域的光的光源。
根据项目20的构成，例如在黄昏临近时等，通过从光源放射红外光来进行摄影，能够更可靠地得到与红外光相关的明亮的图像。
以下，参照附图的同时对本申请的实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下说明的实施方式均表示总括或具体的例子。以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置及连接形态、步骤、步骤的顺序等为一个例子，主旨并非限定本申请。本说明书中说明的各种方案只要不产生矛盾则可以互相组合。另外，关于以下的实施方式中的构成要素中的在表示最上位概念的独立权利要求中未记载的构成要素，作为任选的构成要素来说明。在以下的说明中，实质上具有相同功能的构成要素有时会以共同的参照符号来表示并省略说明。另外，为了避免附图变得过度复杂，有时省略部分要素的图示。
(第1实施方式)
图1示出了基于本申请的第1实施方式的摄像装置的像素的设备结构。图1是将基于本申请的第1实施方式的摄像装置100A的一部分取出并示意性示出其剖面。如图示的那样，摄像装置100A包含例如二维地配置的多个像素Px。但是，像素Px的数目及配置并不限定于图1中所示的例子，是任选的。如果摄像装置具有至少一个像素Px，则可以将该摄像装置作为光检测元件来利用。如果像素Px的配置为一维，则可以将摄像装置100A作为例如线性传感器来利用。
摄像装置100A概略地具有形成有井110w的半导体基板110A和光电转换部120。半导体基板110A具有光所入射的面即第1面110f及位于第1面110f的相反侧的第2面110b，如图1中示意性地示出的那样，光电转换部120位于半导体基板110A的第2面110b侧。绝缘层130A位于半导体基板110A与光电转换部120之间，光电转换部120配置于绝缘层130A上。
绝缘层130A典型而言具有多个层间绝缘层的层叠结构。构成绝缘层130A的各层例如由二氧化硅形成。绝缘层130A在内部具有多层布线131。多层布线131例如由Cu等形成，包含多个布线层134及将不同层的布线间彼此连接的通孔136等。
如图1中所示的那样，光电转换部120包含：多个像素电极121；对置电极122；和被对置电极122及多个像素电极121夹持的光电转换层123。在图1中例示的构成中，对置电极122以在光电转换部120中横跨多个像素Px地连续的单一的电极的形式被设置，光电转换层123也同样地以横跨多个像素Px地连续的单一的层的形式被设置。与此相对，像素电极121与各像素Px相对应地被设置。即，像素Px各自包含像素电极121、对置电极122的一部分和光电转换层123的一部分。此外，在图1中所示的例子中，与各像素Px相对应地在半导体基板110A的第1面110f侧配置有多个微透镜190。
像素Px各自进一步还包含上述的半导体基板110A的一部分。在本申请的实施方式中，作为半导体基板110A，使用主要含有硅的基板。这里，所谓“主要含有硅”是指将含有硅作为掺杂剂的情况除外。主要含有硅的基板的例子为主要成分为硅或硅化合物那样的基板、即Si基板及包含SiGe混晶的所谓的SiGe基板等。
如图1中示意性地示出的那样，在半导体基板110A上形成有多个第1晶体管111。这些第1晶体管111典型而言是以场效应晶体管(FET)的形式形成于半导体基板110A的第2面110b侧的信号检测晶体管。多个第1晶体管111各自通过形成例如源极跟随器来输出图像信号。以下，作为半导体基板110A，例示出P型Si基板。这种情况下，多个第1晶体管111各自典型而言为N沟道MOSFET。
多个像素Px各自包含上述的第1晶体管111。各像素Px的第1晶体管111与光电转换部120所对应的像素电极121具有电连接。在该例子中，第1晶体管111通过位于半导体基板110A与光电转换部120之间的导电结构132与所对应的像素电极121电连接。导电结构132为由包含布线层134及通孔136的一部分的上述的多层布线131的一部分构成的结构。图1中虽然省略了图示，但在半导体基板110A中，还形成有将第1晶体管111在每个像素Px中电分离的元件分离区域。
与各像素Px相对应地设置于光电转换部120中的像素电极121可由Al、Cu、Ti、TiN、Ta、TaN、Mo、Ru或Pt等形成。在该例子中，在像素电极121的中央部，按照光能够朝向光电转换层123而通过像素电极121的方式设置有开口Ap。将各像素Px的像素电极121与对应的第1晶体管111电连接的导电结构132如上述那样是由Cu等基本上阻断光的材料来形成。因此，导电结构132配置于在从半导体基板110A的法线方向观察时不与该开口Ap重叠的位置。同样地，第1晶体管111也典型地配置于不与该开口Ap重叠的位置。
像素电极121或者也可以如后述那样由ITO等使红外线透射的材料形成。这种情况下，导电结构132也配置于不妨碍透过半导体基板110A而朝向光电转换层123的光的行进的位置、例如避开像素Px的中央的位置。需要说明的是，本说明书中，为了方便起见，将包括红外线及紫外线在内的全部电磁波表述为“光”。像素电极121位于光电转换层123与半导体基板110A的第2面110b之间。
光电转换部120的对置电极122位于比像素电极121更远离半导体基板110A处。即，对置电极122与像素电极121关于光电转换层123而言位于相反侧。
在图1中例示的构成中，光电转换层123包含光电转换膜124和电子阻挡层125。电子阻挡层125配置于光电转换膜124与多个像素电极121之间。光电转换层123接受光的入射并在光电转换层123内产生正及负的电荷对。例如通过对对置电极122施加规定的电压，从而使对置电极122的电位高于像素电极121的电位，由此能够将电荷对中的正电荷通过像素电极121进行收集。
在本申请的实施方式中，作为光电转换膜124的材料，选择对1.1μm以上的第1波长的光进行吸收的材料。如后面详细说明的那样，光电转换膜124含有碳纳米管或者量子点等表现出量子限制的材料。碳纳米管、量子点这样的材料具有对特定的波长显示出特异性的吸收峰的特性。因此，形成有这样的材料作为光电转换材料的光电转换膜与埋入光电二极管等形成为半导体晶体的设备所显示的宽幅的吸收特性不同，显示出具有陡峭的吸收峰的光谱灵敏度特性。
但是，作为与作为信号电荷来利用的电荷的生成相关的主要的光电转换材料，即使是在使用吸收峰为离散性的碳纳米管或量子点的情况下，也有可能在低于1.1μm的波长区域中存在因与更高能量相对应的共振而引起的吸收峰。另外，如果光电转换层包含用于电荷分离的受体或给体，则可能还会引起具有低于1.1μm的波长的光被用于电荷分离的材料吸收。这样的低于1.1μm的波长区域中的非有意的吸收在想要进行1.1μm以上的波长区域中的窄频带摄像的情况下，可能成为使SN比降低的主要原因。
然而，在图1中例示的构成中，在光电转换部120与微透镜190之间夹着半导体基板110A。半导体基板110A的第1面110f构成接受来自外部的光的受光面，因此，光电转换层123接受透过半导体基板110A后的光。如熟知的那样，硅将具有与其能隙相对应的低于1.1μm的波长的光吸收，且使1.1μm以上的波长的光透射。因此，通过半导体基板110A作为长通滤波器发挥功能，从而入射至半导体基板110A的第1面110f的光中的透过半导体基板110A后的具有1.1μm以上的波长的成分入射至光电转换层123。
进而，如上述那样，光电转换层123通过含有表现出量子限制的材料，从而具有在比相当于长通滤波器的起始波长的1.1μm的波长更长的波长侧显示出尖锐吸收峰的光谱灵敏度特性。因此，通过使光介由半导体基板110A入射至光电转换层123，能够获得将1.1μm以上的某一波长的光特异性地吸收的光谱灵敏度特性。即，变得不需要窄频带的带通滤波器，并且能够实现关于特定的波长例如近红外区域的光的摄像。
需要说明的是，就上述的专利文献2中记载的技术而言，使由非晶体硅形成的第1光电二极管也作为光学滤波器发挥功能。然而，硅在非晶体的形态下在700nm～800nm的波长区域不会显示出充分的吸收。即，例如在900nm以上的波长区域中的窄频带的摄像中，非晶体硅基本上不会作为截去红外光的滤波器来发挥功能，导致连对于窄频带的摄像而言不要的700nm～800nm的波长区域的光也被光电转换的结果，噪声增加。此外，就专利文献2中记载的技术而言，用于检测红外光的第2光电二极管以具有结晶性的硅层的形式被形成。具有结晶性的硅由于会吸收光直至1100nm左右的波长区域，因此在用于900nm以上的波长区域中的窄频带的摄像的情况下，连比目标波长更长的波长的光也被光电转换。即，扩大至长波长侧的宽幅的灵敏度不起作用，导致噪声的增大。
与此相对，在本申请的实施方式中，虽然使光介由主要含有硅的半导体基板入射至光电转换层，但作为光电转换膜的材料使用了表现出量子限制的材料。因此，作为光电转换膜的材料，可以选择例如在1000nm以上且低于1100nm的波长区域中基本不显示出吸收的材料。因此，即使具有1000nm以上且低于1100nm的波长的光介由半导体基板入射至光电转换膜，也能够避免起因于这样的成分的噪声的产生。即，可提供特别是关于红外区域的窄频带而言具有更高的SN比的摄像装置。
以下，对像素Px的设备结构及光电转换层123的构成的详细情况进行说明。
图2示出了关于光电转换层123中所含的主要的光电转换材料的例示性光谱灵敏度曲线。在图2中所示的例子中，光电转换层123的光谱灵敏度曲线在1.1μm以上的波长即第1波长λ1处具有第1峰Pk1。第1波长λ1例如为处于1.1μm～2μm的范围内的波长。光谱灵敏度曲线中的峰换言之为灵敏度的峰与吸收光谱中的作为极大值的吸收峰是相同含义。第1峰Pk1为光谱灵敏度曲线中出现的峰中的1个，作为在1.1μm以上的波长区域中出现的灵敏度的峰来确定。
第1峰Pk1比较尖锐，第1峰Pk1的半值全宽FWHM典型而言为200nm以下。另外，在本申请的实施方式中，与作为信号电荷利用的电荷的生成相关的主要的光电转换材料的1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域中的光谱灵敏度可以为1.1μm以上的波长区域中的光谱灵敏度的最大值的0％～5％的范围。如果与信号电荷的生成相关的主要的光电转换材料的1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域中的光谱灵敏度处于这样的范围，则能够降低因1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域的光所引起的噪声，因此对于红外区域的窄频带摄像是特别有利的。显示出这样的光谱灵敏度特性的材料的典型例子为碳纳米管或者量子点等表现出量子限制效应的材料。上述的第1峰Pk1例如可以为与碳纳米管的E11跃迁相对应的吸收峰。在使用量子点作为光电转换膜124的光电转换材料的情况下，也是与碳纳米管同样地状态密度为离散性，因此能够获得同样的光谱灵敏度特性。
在使用能够表现出量子限制的材料作为光电转换膜124的材料的情况下，特别是在比出现第1峰Pk1的第1波长λ1更长的波长侧，作为光电转换层123容易获得50％左右以下的比较低的光谱灵敏度。即，通过使用能够表现出量子限制的材料作为光电转换膜124的光电转换材料，可得到下述优点：能够不需要截去比第1波长λ1更长的波长侧的光的滤波器。另外，如果着眼于比第1波长λ1更短的波长侧，则有可能由于由第2光学跃迁或光电转换层中的受体或给体所产生的吸收以及由电子阻挡层125产生的紫外区域的吸收的影响，从而越是在比第1波长λ1更长的波长侧的区域，作为光电转换层123整体而言光谱灵敏度越不会降低，但在比第1波长λ1更短的波长侧，能够产生比较低的光谱灵敏度即比第1峰Pk1低的光谱灵敏度的区域。
关于光电转换层123的特别是与信号电荷的生成相关的材料的光谱灵敏度曲线可具有包含第1峰Pk1在内的多个峰。在图2中所示的例子中，光谱灵敏度曲线除了具有第1峰Pk1以外，还在第2波长λ2处具有第2峰Pk2。第2波长λ2例如为与第2光学跃迁相对应的波长，这种情况下，第1峰Pk1与和信号电荷的生成相关的材料的第1光学跃迁相对应，位于多个峰中的最长波长侧。换言之，第2峰Pk2为多个峰中的从长波长侧起第2个吸收峰。其中，第1光学跃迁是在光学跃迁的选择规则中被容许的最低能量的光学跃迁，第2光学跃迁为次于其的高能量的光学跃迁。
如图2中示意性地示出的那样，出现第2峰Pk2的第2波长λ2可低于1.1μm。其中，在本申请的实施方式中，透过主要含有硅的半导体基板典型而言为Si基板后的光入射至光电转换层123。另外，如上述那样，硅将具有低于1.1μm的波长的光吸收。因此，入射至摄像装置的光中的具有比1.1μm短的波长即第2波长λ2的光在通过半导体基板的期间被衰减，基本上不会到达至光电转换层123。即，即使光电转换膜124的材料在第2波长λ2处具有吸收峰，具有第2波长λ2及其附近的波长的成分也会被半导体基板阻断，无助于介由光电转换的信号电荷的产生。因此，能够以低噪声选择性地获得与入射光中的具有第1波长λ1的成分相关的图像信号。
图3示出了Si基板中的波长与透射率之间的关系。图3中的曲线G1、G2、G3及G4分别表示Si基板的厚度为10μm、30μm、100μm及775μm时的波长与透射率之间的关系。由图3可知：如果Si基板具有30μm左右以上的厚度，则对于具有比1.1μm短的波长的光可显示出充分的滤波功能。此外，还可知：即使是在具有30μm以上的厚度的情况下，Si基板也会使例如具有1130nm的波长的光几乎100％透过。
从使具有比1.1μm短的波长的成分充分衰减的观点出发，半导体基板110A例如具有30μm以上的厚度。对于半导体基板110A的厚度没有特别限制，但工业用Si基板如果为8英寸则具有725±20μm的范围的厚度，如果为12英寸则具有775±20μm的范围的厚度。因此，半导体基板110A也可具有800μm以下的厚度。此外，如已经说明的那样，绝缘层130A由二氧化硅等硅氧化物或者氮化硅等硅氮化物等形成。这些材料即使厚度为2μm左右，对于1μm以上的波长区域的光而言也可显示出90％以上的透射率。
再次参照图1。如图1中示意性地示出的那样，光电转换部120的像素电极121位于半导体基板110A与光电转换部120的光电转换膜124之间。在像素电极121由不使红外线透射的TiN等材料形成的情况下，如果光电转换膜124被像素电极121覆盖，则透过半导体基板110A后的光会被像素电极121阻断。因此，在该例子中，在像素电极121中设置有开口Ap。
图4及图5示出了像素电极121的形状的例子。图4及图5示意性地示出了从半导体基板110A的第2面110b的法线方向观察时的像素电极121的配置及像素电极121各自的形状的例子。在图4及图5中，与各像素Px相对应地配置于半导体基板110A的第1面110f侧的微透镜的外缘的位置也通过两点划线一并示出。
图4中所示的像素电极121A具有大概矩形状的外形，在中央具有矩形状的开口Ap。在这样的构成中，开口Ap的面积在像素Px的俯视中的面积中所占的比例决定像素Px的开口率。如参照图1的同时进行说明的那样，各像素Px的像素电极121A具有与和第1晶体管111电连接的导电结构132的连接。在各像素Px中，像素电极与导电结构132之间的连接部位于比微透镜190的外缘更靠外侧。导电结构132典型而言包含在半导体基板110A与光电转换部120之间沿半导体基板110A的法线方向延伸的通孔136。因此，通过使导电结构132的特别是与像素电极的连接部位于比微透镜190的外缘更靠外侧，能够避免由导电结构132引起的光的阻断。
例如在像素电极具有矩形状的外形的情况下，像素电极与导电结构132之间的连接部可设置于矩形状的四个角部的任一位置处。在该例子中，像素电极121A具有从矩形状的部分朝向像素Px的外缘延长的引出部121d，像素电极121A与导电结构132之间的连接部121c设置于引出部121d上的区域。如图4中示意性地示出的那样，连接部121c形成于比微透镜190的外缘更靠外侧。
图5中所示的像素电极121B具有在中央设置有开口Ap的大概为圆环状的形状。在该例子中，连接部121c也依然位于比微透镜190的外缘更靠外侧。虽然不用说，但像素电极121的形状及配置并不限于图4及图5中所示的例子。像素电极121的形状也可以为三角形或六边形等多边形状，另外，像素电极121的外形与开口Ap的形状也没有必要一致。但是，从避免由光电转换生成的电荷被偏向地收集到像素电极的一部分中的观点出发，像素电极121具有对称性高的形状是有利的。多个像素电极121也可以具有三角格子状的配置。
在由使红外区域的光透射的材料形成像素电极121的情况下，也可以不在像素电极121中设置开口Ap。图6～图8示出了像素电极121的形状的另一例子。图6中所示的像素电极121C具有圆板状的电极部121Ce和从电极部121Ce延伸的引出部121d。图7中所示的像素电极121D具有矩形状的电极部121De和从电极部121De延伸的引出部121d。在这些例子中，在引出部121d上的区域配置有连接部121c。
图8中所示的像素电极121E虽然具有矩形状的电极部121Ee，但不具有引出部121d。与图7中所示的像素电极121D相比，像素电极121E的电极部121Ee具有比像素电极121D的电极部121De更大的面积。在图8中例示的构成中，电极部121Ee的矩形状的四个角部位于比微透镜190的外缘更靠外侧，在电极部121Ee的角部中的一个位置上设置有连接部121c。在由使红外区域的光透射的材料形成像素电极121的情况下，像素电极121的面积在像素Px的俯视中的面积中所占的比例决定像素Px的开口率。因此，从提高SN比的观点出发，尽可能增大电极部的面积是有利的。通过将使红外区域的光透射的材料应用于像素电极121的材料，从而变得不需要设置用于使光通过的开口Ap，因此容易得到更大的开口率。
上述的电极部121Ce、121De、120Ee对于1.1μm以上的某个波长的光例如具有第1波长λ1的光而言显示出例如80％以上的透射率。使红外区域的光透射的材料的例子为以ITO及ZnO为代表的透明导电性氧化物(Transparent Conducting Oxide(TCO))。例如在以ITO膜的形式来形成像素电极121的情况下，通过调整载流子密度，能够调整像素电极121对于红外光的透射率。通过降低载流子密度，例如能够获得对于具有1500nm的波长的光而言显示出80％左右的透射率的ITO膜。另外，例如ZnO通过制成200nm左右的厚度的薄膜，从而对于具有1500nm的波长的光而言能够获得90％以上的透射率。本说明书中的“透明”是指使想要检测的波长范围的光的至少一部分透射，不必在整个可见光的波长范围内使光透射。
另一方面，对于对置电极122，不要求对于入射至光电转换部120的光的透射性。对置电极122可由Al、TiN或Ag等金属等形成。也可以由使入射至光电转换部120的光反射的材料形成对置电极122。对置电极122对于具有1.1μm以上的第1波长λ1的光而言可具有例如80％以上的反射率。对于具有1.1μm以上的波长的光而言例如显示出80％以上的反射率那样的对置电极122的材料的例子为Al及Au。Al膜及Au膜在垂直入射中对于具有1.1μm以上的波长的光而言显示出90％左右的反射率。通过对置电极122对于具有1.1μm以上的特别是第1波长λ1的光而言例如显示出80％以上的高反射率，从而能够通过对置电极122使通过光电转换层123后的光朝向半导体基板110A一侧反射，可使更多的光有助于光电转换。即，能够期待更高灵敏度的发挥。
在图1中例示的构成中，光电转换部120的与半导体基板110A相反侧的表面即对置电极122侧的表面被密封膜140覆盖。密封膜140例如由Al2O3、SiN、SiON(氮氧化硅)或玻璃等形成，典型而言，具有500nm以上的厚度。通过将光电转换部120的表面用密封膜140覆盖，可得到防止氧进入到光电转换部120的特别是光电转换膜124中的效果。
密封膜140也可以是将Au、Pt、Ti、TiN或Al等金属沉积例如200nm以上而得到的膜。通过密封膜140含有金属，不仅可抑制水分进入到光电转换部120中，还可抑制因来自对置电极122侧的光的入射引起的噪声的产生及起因于由辐射引起的热的噪声的产生。通过在对置电极122上依次沉积SiON、金属及SiON，也可以形成密封膜140。
在图1中所示的例子中，摄像装置100A具有支撑基板150，该支撑基板150支撑包含上述的半导体基板110A、绝缘层130A、光电转换部120及密封膜140的结构。但是，支撑基板150不是必需的要素，根据需要设置于摄像装置100A中。例如，在半导体基板110A具有对于结构的支撑而言充分的厚度的情况下，可以省略支撑基板150。
通过如图1中所示的例子那样在摄像装置中设置支撑基板150，并在绝缘层130A及支撑基板150之间夹入光电转换层123，能够使光电转换层123的配置在剖视图中关于像素Px的厚度方向而言靠近中央。根据这样的光电转换层123的配置，可将由绝缘层130A对光电转换层123施加的应力通过由支撑基板150对光电转换层123施加的应力来抵消。支撑基板150的材料没有特别限定，作为支撑基板150，可使用Si基板、或者硅氧化物的膜、硅氮化物的膜或高分子膜等。
图9示意性地示出了基于本申请的第1实施方式的摄像装置的变形例。与参照图1的同时进行说明的摄像装置100A相比，图9中所示的摄像装置100K具有配置于密封膜140上的珀耳帖元件142。通过在密封膜140上配置珀耳帖元件142，且在摄像装置100K的动作时利用珀耳帖元件142将光电转换部120冷却，可抑制因热激发而引起的载流子的生成。其结果是，能够抑制可成为噪声的原因的暗电流的产生。在该例子中，由于能够在比一般的冷却型红外线图像传感器更靠近光电转换部的位置处将光电转换部冷却，因此可将光电转换部更有效地冷却。如图示的那样，珀耳帖元件142可设置于每多个像素Px中。
图10示出了各像素Px的电路构成的典型例。如图10中示意性地示出的那样，像素Px概略而言包含光电转换部120和包含上述的第1晶体管111的检测电路10。在该例子中，检测电路10除了包含作为信号检测晶体管的第1晶体管111以外，还包含选择晶体管113及复位晶体管115。选择晶体管113及复位晶体管115典型而言与第1晶体管111同样地是形成于半导体基板110A的第2面110b的N沟道MOSFET。
如图10中示意性地示出的那样，光电转换部120的对置电极122构成为：通过与在图10中未图示出的电压供给电路连接，从而可在动作时施加规定的电压VE。另一方面，光电转换部120的像素电极121与第1晶体管111的栅极连接。在动作时，通过使第1晶体管111的漏极从在图10中未图示出的电源接受电源电压AVDD的供给，从而第1晶体管111作为输出与浮动扩散节点FD的电位相应的信号的源极跟随器而发挥功能。其中，浮动扩散节点FD为将光电转换部120与第1晶体管111彼此电连接的节点。浮动扩散节点FD在其一部分中包含上述的导电结构132和复位晶体管115的源极区域及漏极区域中的一者。需要说明的是，在图10中，将浮动扩散节点FD所具有的容量以容量元件CF的形式来表示。
选择晶体管113被连接于第1晶体管111的源极与在每多个像素Px的列中设置的多个输出信号线12中的相对应的1个之间。选择晶体管113的栅极介由寻址控制线与未图示出的垂直扫描电路连接，通过控制寻址控制线的电位ΦS来控制选择晶体管113的接通及断开。典型而言，包含模拟-数字转换电路的列信号处理电路14与输出信号线12连接。模拟-数字转换电路可以为形成于半导体基板110A中的电路。列信号处理电路14可进一步包含进行以相关双重采样为代表的噪音抑制信号处理的电路。
在该例子中，检测电路10包含复位晶体管115。复位晶体管115的源极及漏极中的一者具有与浮动扩散节点FD的连接。复位晶体管115的源极及漏极中的另一者通过与在图10中未图示出的复位电压源连接，从而在摄像装置的动作时接受规定的复位电压VR的供给。复位晶体管115的栅极介由复位控制线与例如垂直扫描电路连接。垂直扫描电路通过控制复位控制线的电位ΦR来控制复位晶体管115的接通及断开。
如由以上理解的那样，摄像装置100A及100K中的信号检测的原理可与所谓的层叠型的摄像装置中的原理几乎相同。关于层叠型的摄像装置的基本结构及动作的例子例如在日本特开2017-188917号公报中有说明。为了参考，将日本特开2017-188917号公报的全部公开内容援引于本说明书中。
接着，对光电转换层123的构成更详细地进行说明。如由参照图2进行的上述的说明理解的那样，光电转换层123可以吸收1.1μm以上的第1波长λ1的光。其中，在光电转换层将某个波长的光“吸收”时，不必是光电转换层对该波长的光所显示的吸收率为100％。
在图1及图9中例示的构成中，光电转换层123具有电子阻挡层125和光电转换膜124。电子阻挡层125例如由NiO等金属氧化物或下述的式(1)所表示的TAPC等有机材料形成。
[化学式1]
Figure BDA0002720968350000201
光电转换膜124含有具备具有量子限制效应的量子纳米结构的材料。所谓量子纳米结构是指一维地、二维地或三维地表现出量子尺寸效应的结构。具有量子纳米结构的材料的例子为碳纳米管。碳纳米管具有将石墨烯弄圆那样的结构，是直径为纳米区域的无接缝的大概圆筒状。将圆筒为一个的结构特别地称为单层碳纳米管，将多个圆筒成为套匣的结构称为多层碳纳米管。单层碳纳米管的电子特性及光学特性大多取决于由手性指数指定的手性，单层碳纳米管根据手性而显示出金属性质或半导体性质。
单层碳纳米管中的电子的能量起因于由管为圆筒状所带来的周期性而仅由管轴方向的波数来指定。即，单层碳纳米管的电子状态是一维的。单层碳纳米管的带结构在状态密度所发散的能级(子带)为离散性表现这一点上具有特征性。状态密度下的这样的奇异点被称为范霍夫(Van Hove)奇异点。
单层碳纳米管的吸收光谱在相当于该子带间的能量的波长处显示出陡峭的峰。在碳纳米管中，从费米能级起开始数第1个子带间的光学跃迁为第1光学跃迁，第2个子带间的光学跃迁为第2光学跃迁。参照图2进行说明的第2峰Pk2可以是与第2光学跃迁即E22跃迁相对应的吸收峰。
单层碳纳米管具有被称为手性的自由度，如下述的表1中所示的那样，在与手性相应的不同波长处显示出共振吸收。例如具有(9，8)的手性指数的半导体型碳纳米管在800纳米前后及1.41微米前后的波长处显示出共振吸收。具有(7，6)的手性指数的半导体型碳纳米管在650纳米前后及1.13微米前后的波长处显示出共振吸收。需要说明的是，表1中所示的各波长的值只不过是一个例子，也有可能与实测值产生50纳米左右的误差。
[表1]
Figure BDA0002720968350000211
具有30μm以上的厚度的Si基板使具有(9，8)的手性指数的半导体型碳纳米管显示出共振吸收的1.41微米的波长的光几乎100％透射，与此相对，使具有与第2光学跃迁相对应的800纳米前后的波长的光仅透射0.1％以下。另外，具有30μm以上的厚度的Si基板使具有(7，6)的手性指数的半导体型碳纳米管显示出共振吸收的1.13微米的波长的光几乎100％透射，与此相对，使具有与第2光学跃迁相对应的650纳米前后的波长的光仅透射0.1％以下。
具有表1中例示的手性的半导体型碳纳米管对于在硅中透射率急剧減少的1000nm附近的波长区域的光而言基本不显示出吸收。因此，例如通过使用具有与想要进行检测的光的波长相应的手性的单层碳纳米管来形成光电转换膜124，从而能够实现对特定的波长具有特别高的灵敏度的像素。碳纳米管与后述的量子点相比容易获得更陡峭的吸收峰，是对特定的波长下的特别高的灵敏度的发挥而言有利的光电转换材料。在光电转换膜124中，也可以混杂手性不同的多个碳纳米管。
作为量子纳米结构，也可以适用纳米点或纳米线、具有量子阱的晶体或超晶格或者量子点。作为用于形成纳米点、纳米线、具有量子阱的晶体或超晶格及量子点等量子纳米结构的原料，可以选择Si、Ge等V族半导体、PbS、PbSe、PbTe等IV-VI族半导体、InAs、InSb等III-V族半导体、或者HgCdTe、PbSnTe等3元混晶体。作为用于形成量子点等量子纳米结构的原料，也可以应用金属。
具有数十纳米以下左右的直径及数百纳米以上的长度的纳米点或纳米线显示出一维的量子限制效应。纳米点及纳米线的直径根据所使用的原料的不同而异，例如，如果为PbS则为18纳米以下，如果为InAs则为29纳米以下，如果为InSb则为61纳米以下。纳米点及纳米线的长度为比所使用的原料的玻尔半径大的值为宜。
具有量子阱的晶体或超晶格显示出二维的量子限制效应。具有量子阱的晶体的层的厚度及超晶格的层的厚度按照成为所使用的原料的玻尔半径以下的值的方式来设定。量子点显示出三维的量子限制效应。量子点为具有2～10纳米左右直径的纳米晶体，由数十个左右的原子构成。对于量子点的表面，可利用分散剂、配位基赋予修饰等。量子点也可以是以APbX3的化学式所表示的具有钙钛矿结构的量子点。其中，在APbX3的化学式中，A为选自铯、甲基铵及甲脒鎓中的1者，X为氯、溴或碘。
如果粒子的粒径处于激子的玻尔半径左右以下，则激子、电子被三维地限制于空间中，其状态密度与块材时不同而被离散化。另外，如果粒径变小，则该量子限制效应增大，如图11中示意性地示出的那样，能隙扩大。因此，即使是同一原料，但通过制成量子点的形态，能够实现比块材时的能隙大的能隙，并且，可以通过其粒径来调整能隙。
就量子点而言，第1光学跃迁中的吸收峰的宽度根据其原料及其粒径不同可产生较大变化。因此，在选择例如量子点作为构成光电转换膜124的光电转换材料的情况下，通过调整其原料及粒径，能够调整在光电转换膜124中特异性地显示吸收的波长。
此外，光电转换膜124除了含有具有量子限制效应的材料以外，还可含有作为受体的有机化合物或作为给体的有机化合物。图12示出了关于光电转换部的例示性能量图。图12中所示的例子为将由光电转换生成的正及负电荷中的正电荷利用像素电极121进行收集的情况的构成。
图12中，位于三个矩形的左侧的粗横线表示像素电极121的费米能级，位于三个矩形的右侧的粗横线表示对置电极122的费米能级。图12中三个并列的矩形中最左侧的矩形的底边表示电子阻挡层125的最高占据分子轨道(HOMO)的能级，与底边相对向的边表示最低空分子轨道(LUMO)的能级。在图12中例示的构成中，光电转换层123A具有包含第1层124p及第2层124a的光电转换膜124A。图12中的中央的矩形及该矩形的右侧的矩形示意性地表示光电转换膜124A的第1层124p及第2层124a各自的HOMO及LUMO的能级的高度。
光电转换膜124A的第1层124p为主要含有特异性地吸收第1波长λ1的光的材料的层，实质上由具有量子限制效应的材料形成。另一方面，光电转换膜124A的第2层124a为主要含有受体性有机化合物的层，具有抑制由再结合引起的激子的失活的功能。作为受体性有机化合物，只要是具有电子接受性的有机化合物，则可以使用任意有机化合物。受体性有机化合物的代表例为下述的式(2)所表示的C60富勒烯、下述的式(3)所表示的苯基C61丁酸甲酯(PCBM)。此外，C60富勒烯的电离势及电子亲和力的值分别大概为6.4eV及4.0eV。PCBM的电离势及电子亲和力的值分别大概为6.1eV及3.7eV。
[化学式2]
Figure BDA0002720968350000241
[化学式3]
Figure BDA0002720968350000242
光电转换膜124A的第1层124p通过红外区域的光的吸收而产生电荷对，有助于与红外区域的光的强度相关的信号电荷的产生。图13示意性地示出了关于光电转换膜124A的第1层124p的典型的光谱灵敏度曲线。
另一方面，图14示意性地示出了关于光电转换膜124A的第2层124a的光谱灵敏度曲线的例子。富勒烯及PCBM在红外区域中不显示出吸收，因此，由这样的材料形成的第2层124a在红外区域中不具有灵敏度。但是，如由图14获知的那样，对于可见光而言可具有灵敏度。由第2层124a生成且被像素电极121收集的电荷可成为噪声的原因。
图15示意性地示出了关于包含第1层124p及第2层124a的光电转换膜124A的光谱灵敏度曲线。在光电转换膜含有具有量子限制效应的第1材料和与其不同的第2材料例如作为受体的有机化合物或作为给体的有机化合物等的情况下，光电转换膜的光谱灵敏度特性如图15中示意性地示出的那样，成为将关于第1材料的光谱灵敏度特性与关于第2材料的光谱灵敏度特性合成的特性。例如作为受体的有机化合物或作为给体的有机化合物典型而言不吸收超过0.9μm的波长的光。在该例子中，第2材料的吸收处于半导体基板110A显示出吸收的低于1.1μm的波长区域。因此，光电转换膜即使含有富勒烯及PCBM那样的有助于红外区域的光电转换的材料以外的第2材料，由第2材料产生的光吸收也不会表现为光电转换部120的有效灵敏度。
像这样，在本申请的实施方式中，光电转换膜除了含有具有量子限制效应的第1材料以外，还可以进一步含有受体或给体、分散剂等第2材料。需要说明的是，在图12中，例示出了具有第1层124p及第2层124a的层叠结构的光电转换膜124A，但光电转换膜也可以以具有量子限制效应的第1材料和与其不同的第2材料混合而成的体异质结结构层的形式来形成。这种情况下，也与上述的例子同样地，由第2材料产生的光吸收不会表现为光电转换部120的有效灵敏度。体异质结结构在日本专利第5553727号公报中有详细说明。为了参考，将日本专利第5553727号公报的全部公开内容援引于本说明书中。也可以在光电转换膜与对置电极122之间进一步配置空穴阻挡层。
就碳纳米管及量子点而言，由于状态密度变成离散性，因此以它们作为材料的光电转换层的光谱灵敏度曲线的峰变成陡峭的形状，另外，在两个峰之间出现明显的谷。相邻的两个峰被相当于下述波长之差的波长分离：与某个光学跃迁(例如E22跃迁)中的能隙的大小相对应的波长；和与和其不同的光学跃迁(例如E11跃迁)中的能隙的大小相当的波长。因此，通过峰间的相对低灵敏度的谷的部分位于在硅中透射率急剧減少的波长即1.1μm处，能够在实质上消除起因于第1峰Pk1以外的吸收峰的灵敏度。因此，摄像装置100A、100K在与第2峰Pk2相对应的第2波长λ2处不会有效地显示出灵敏度。
像这样，即使是在光电转换膜124的材料具有多个吸收峰的情况下，通过将第1峰Pk1以外的峰的位置设定为低于1.1μm的波长区域，能够有效地消除与这些吸收峰相对应的波长下的灵敏度，使得能够不表现为摄像装置的灵敏度。需要说明的是，在图2中所示的例子中，与第2峰Pk2相比，第1峰Pk1较高。然而，这只不过是例示，也可以第2峰Pk2高于第1峰Pk1。
另外，如果着眼于比第1波长λ1更长的波长侧，则通过第1峰Pk1具有陡峭的形状，即使对于超过比第1波长λ1长的某个波长λd那样的波长的光，摄像装置100A、100K也不有效地显示出灵敏度。其中，波长λd为由光电转换层123中所含的主要的光电转换材料的光谱灵敏度特性所决定的波长。
即，基于本申请的实施方式的摄像装置在包含第1波长λ1的某个特定的波长区域中选择性具有灵敏度。像这样，根据本申请的实施方式，通过构成接受透过半导体基板后的光的光电转换膜的材料中的特别是与作为信号电荷利用的电荷的生成相关的主要的光电转换材料自身具有陡峭的吸收峰，能够不需要带通滤波器等光学滤波器，与此同时实现窄频带的摄像。特别是，由于不是利用了干涉的滤波，因此即使是对于倾斜光也能够发挥所期望的滤波器功能。
(摄像装置100A的例示性的制造方法)
这里，参照图16～图21的同时，对图1中所示的摄像装置100A的例示性的制造方法进行简单说明。首先，如图16中所示的那样，准备主要含有硅的半导体基板110S。这里，对使用P型Si基板作为半导体基板110S的例子进行说明。
接着，通过从半导体基板110S的一个主表面即第2面110b侧注入离子等，如图17中示意性地示出的那样，在第2面110b侧形成井110w、作为晶体管的源极区域或漏极区域的N型杂质区域110n及元件分离区域等。接着，在第2面110b的规定的区域上配置构成检测电路10的第1晶体管111、选择晶体管113及复位晶体管115的栅极电极。需要说明的是，在图17中，为了避免附图变得复杂，省略了这些栅极电极的图示。
接着，如图18中所示的那样，形成覆盖半导体基板110S的第2面110b的绝缘层130A。例如，通过化学气相生长(CVD)来形成绝缘膜。典型而言，将二氧化硅、氮化硅等绝缘材料分成多次进行沉积，通过应用镶嵌工艺，在绝缘层130A的内部形成包含上述的寻址控制线、复位控制线及输出信号线12的多层布线131。此时，通过绝缘膜的图案化(布图)还形成与半导体基板110S上的电路之间的接触。
接着，如图19中示意性地示出的那样，在绝缘层130A上配置光电转换部120。在该例子中，像素电极121以埋入绝缘层130A的形式形成于绝缘层130A的上表面附近，与导电结构132连接。像这样，光电转换部120包含具有与导电结构132的连接的像素电极121。
光电转换部120可以与层叠型的摄像装置中的光电转换部同样地形成，可以在光电转换部120的形成中应用公知的半导体工艺。根据本申请的实施方式，由于在覆盖半导体基板的绝缘层130A上配置光电转换部120，因此与以往的CMOS图像传感器不同，可以选择与构成半导体基板的硅等半导体不同的材料作为光电转换膜124的材料。因此，能够实现不依赖于支撑光电转换部120的半导体基板的材料所具有的吸收特性的与所期望的波长区域相关的摄像。
这里，接着，如图20中所示的那样，在光电转换部120的对置电极122上形成密封膜140。对于密封膜140的形成，可以应用化学气相生长及物理气相生长中的任一者。在该例子中，进一步在密封膜140上接合支撑基板150。
之后，典型而言，使半导体基板110S的厚度降低。例如，如图21中示意性地示出的那样，通过将半导体基板110S从与第2面110b相反侧的主表面侧进行磨削或研磨，从而得到具有第1面110f及第2面110b的半导体基板110A。之后，在半导体基板110A的第1面110f侧配置微透镜190。在微透镜190与半导体基板110A的第1面110f之间，也可以夹有用于平坦化的保护层等。通过以上的工序，可得到图1中所示的摄像装置100A。此外，也可以在半导体基板110S的薄化后除去支撑基板150。
(第2实施方式)
图22示意性地示出了基于本申请的第2实施方式的摄像装置的像素的设备结构。与参照图1的同时进行说明的摄像装置100A相比，图22中所示的摄像装置100B具有半导体基板110B来代替半导体基板110A。另外，摄像装置100B进一步具有位于半导体基板110B的第1面110f与微透镜190之间的滤色器180。
如图22中示意性地示出的那样，在半导体基板110B中形成有一个以上的光电二极管110P。这些光电二极管110P可以在形成覆盖半导体基板110A的绝缘层130A之前通过离子注入等来形成。此外，图22中所示的第1晶体管111相对于光电二极管110P位于比纸面(即切断面)更靠跟前侧或里侧。
在图22中所示的例子中，在每个像素Px中设置有一个光电二极管110P。各像素Px的光电二极管110P通过元件分离区域110s在空间上被电分离。元件分离区域110s例如通过STI(浅槽隔离；Shallow Trench Isolation)或离子注入来形成。需要说明的是，在本说明书中，“像素Px”是指包含像素电极121及第1晶体管111的单元结构。
作为滤色器180，使用使1.1μm以上的波长区域的光透射的滤波器。因此，通过滤色器180后的光入射至各像素Px的光电二极管110P。其中，具有1.1μm以上的波长的成分透过半导体基板110B，到达至光电转换部120中的位于光电二极管110P的下方的部分。即，光电转换部120对入射光中的具有1.1μm以上的第1波长λ1的光的强度进行检测。
另一方面，各像素Px的光电二极管110P利用通过滤色器180后的光中的具有低于1.1μm的波长的成分的入射而产生电荷。如后述的那样，各像素Px的光电二极管110P具有与在图22中未图示出的第2晶体管的连接。第2晶体管是读出由光电二极管110P生成的电荷的信号检测晶体管。根据本申请的第2实施方式，通过利用第2晶体管来读出在光电二极管110P中生成的电荷，还能够获得与入射光中的可见区域的成分的强度相关的信息。
图23表示摄像装置100B的各像素Px的电路构成的例子。在图23中例示的构成中，各像素Px除了具有检测电路10以外，还具有与第2输出信号线22连接的第2检测电路20。如图示的那样，第2检测电路20包含第2晶体管112、第2选择晶体管114和第2复位晶体管116。在该例子中，第2检测电路20进一步具有传送晶体管118。该传送晶体管118被连接于光电二极管110P与作为信号检测晶体管的第2晶体管112之间。第2晶体管112、第2选择晶体管114、第2复位晶体管116及传送晶体管118典型而言为N沟道MOSFET，与检测电路10的晶体管同样地形成于半导体基板110B的第2面110b。
第2晶体管112的栅极介由传送晶体管118与光电二极管110P连接。第2晶体管112通过对其漏极供给规定的电源电压AVDD2，从而作为源极跟随器发挥功能，将与对栅极施加的电压相应的信号介由选择晶体管114输出至第2输出信号线22。电源电压AVDD2可以是与对第1晶体管111的漏极供给的电源电压AVDD不同的电压，也可以相同。此外，第2晶体管112的栅极电极可在上述的第1晶体管111的栅极电极的形成工序中并行地形成。即，第2晶体管112的栅极电极可以与第1晶体管111的栅极电极为同层。
传送晶体管118的动作通过与传送晶体管118的栅极连接的传送控制线的电位ΦT来控制。传送控制线的电位ΦT例如通过垂直扫描电路来控制。同样地，与第2选择晶体管114的栅极连接的第2寻址控制线的电位ΦS2也可通过垂直扫描电路来控制。即，传送晶体管118的接通及断开以及第2选择晶体管114的接通及断开可通过垂直扫描电路来控制。
第2复位晶体管116的源极及漏极中的一者与第2晶体管112的栅极电连接，在动作时，对源极及漏极中的另一者施加规定的复位电压VR2。与第2复位晶体管116的栅极连接的第2复位控制线的电位ΦR2也可通过垂直扫描电路来控制。
在该例子中，由于第1晶体管111与输出信号线12连接，第2晶体管112与第2输出信号线22连接，因此可以将来自第1晶体管111的信号和来自第2晶体管112的信号独立地读出。即，可以分开取得与红外区域的尤其具有第1波长λ1的光的强度相关的信号和与可见光的强度相关的信号。
在图23中例示的构成中，包含模拟-数字转换电路的列信号处理电路也可以与输出信号线12和第2输出信号线22独立地连接。通过光电转换部120得到的与红外区域的尤其具有第1波长λ1的光的强度相关的信号和通过光电二极管110P得到的与可见光的强度相关的信号也可以在不同的时刻被转换成数字信号。
图24示出了摄像装置100B的各像素Px的电路构成的另一例子。在图24中例示的构成中，各像素Px包含检测电路10B。检测电路10B具有在上述的检测电路10中进一步追加了传送晶体管118的形态。在该例子中，在连接有光电转换部120的浮动扩散节点FD上进一步连接有光电二极管110P。
根据图24中所示那样的电路构成，能够抑制检测电路整体的尺寸的增大，与此同时还能够分别取得与具有第1波长λ1的光的强度相关的信号和与可见光的强度相关的信号。但是，由于能够独立地执行信号的读出，因此从帧率的观点考虑图23中所示的电路构成是有利的。
(变形例1)
图25示意性地示出了基于第2实施方式的变形例的摄像装置的像素的设备结构。图25中所示的摄像装置100C具有位于光电转换部120的上方的半导体基板110C。在半导体基板110C上形成有多个光电二极管110P且在光电二极管110P上连接有第2晶体管112这方面上，与图22中所示的摄像装置100B相同。因此，在该例子中，也能够分开取得与具有第1波长λ1的光的强度相关的信号和与可见光的强度相关的信号。如果将参照图22的同时进行说明的例子与图25中所示的摄像装置100C进行比较，则在图25中所示的例子中，摄像装置100C在每个像素Px中包含多个光电二极管110P。
图26示出了从半导体基板110C的法线方向观察时的微透镜190、滤色器180及像素电极121的配置的例子。在图26中例示的构成中，像素Px包含具有2行2列的排列的四个单元CE。其中，这些单元CE分别为包含上述的光电二极管110P中的一个的结构。
在该例子中，某个像素Px的位于光电转换部120的上方的滤色器180包含一个第1滤波器区域180r、两个第2滤波器区域180g和一个第3滤波器区域180b。第1滤波器区域180r使红色的波长区域的光选择性透射。第2滤波器区域180g各自使绿色的波长区域的光选择性透射，第3滤波器区域180b使蓝色的波长区域的光选择性透射。这些第1滤波器区域180r、第2滤波器区域180g及第3滤波器区域180b各自将在图26中未图示出的多个光电二极管110P中的位于它们的正下方的所对应的光电二极管110P覆盖。根据这样的构成，对于每个像素Px，除了能够取得与红外光的强度相关的信号以外，例如还能够取得与红色光的强度相关的信号、与于绿色光的强度相关的信号及与蓝色光的强度相关的信号。
此外，在该例子中，与各像素Px具有四个单元CE相对应地包含四个微透镜190。在图26中例示的构成中，像素电极121F在俯视中横跨四个单元CE，在其中央具有一个开口Ap。但是，开口Ap的数目并不限于1个，也可以与像素Px包含四个单元CE相对应地在像素电极中合计设置四个开口。
此外，在图26中所示的例子中，在四个单元CE中的位于图26中的右下的单元CE上配置有像素电极与导电结构132的连接部121c。但是，连接部121c的位置只要不位于绝缘层130A内的光路上就行，是任意的。在如图26中所示的例子那样各像素Px包含多个单元CE那样的构成中，连接部121c也可以位于像素Px的中央。这种情况下，在连接部121c位于比微透镜190的外缘更靠外侧这一点上，也与参照图4～图8的同时进行说明的各例相同。
(变形例2)
图27示意性地示出了基于第2实施方式的其他变形例的摄像装置的像素的设备结构。至此说明的各种例子与图27中所示的摄像装置100D之间的主要不同点是下述这一点：在图27中例示的构成中，设置有在内部形成有波导结构135A的绝缘层130B来代替绝缘层130A。
位于半导体基板110C与光电转换部120之间的波导结构135A例如由分散有TiO的聚酰亚胺等有机材料或氮化硅等形成，与绝缘层130B的其他部分相比具有较高的折射率。波导结构135A的折射率的范围根据介由光电转换部120而想要检测的波长不同而异，典型而言为1.6以上。
波导结构135A例如可以如以下那样操作来形成。首先，与参照图18的同时进行说明的例子同样地操作，形成覆盖半导体基板110C的第2面110b的层间绝缘层及多层布线。接着，通过反应性离子蚀刻(RIE)等，保留层间绝缘层中的配置有布线的部位从而在层间绝缘层中形成多个凹部。这些凹部设置于与形成于半导体基板110C上的光电二极管110P相对应的位置上。此时形成的凹部的深度例如为400nm～600nm左右的范围。之后，沉积具有比层间绝缘层的材料高的折射率的材料。通过沉积高折射率材料，形成于层间绝缘层中的凹部的内部被高折射率材料填充。根据需要，将高折射率材料的膜的上表面平坦化。也可以在凹部的表面形成金属等红外线反射材料的膜之后，将凹部的内部用高折射率材料填充。
如由图27理解的那样，这些波导结构135A与形成于半导体基板110C上的光电二极管110P相对应地独立地被设置于绝缘层130B内。上述的寻址控制线等各种控制线及输出信号线12、第2输出信号线22以及导电结构132位于绝缘层130B中的形成有波导结构135A的区域以外的区域。绝缘层130B中的覆盖多层布线的布线的部分的凸部和位于形成于这些凸部之间的凹部中的波导结构135A分别作为包层及纤芯发挥功能。根据图27中例示的构成，能够将透过半导体基板110C后的红外光高效地引导至光电转换部。
在形成有光电二极管110P的半导体基板(半导体基板110B或半导体基板110C)的第1面110f与滤色器180之间，也可以夹有具有与上述的波导结构135A同样的波导结构的绝缘层。这种情况下，与来自光电二极管110P的信号的读出相关的布线也可以配置于位于第1面110f及滤色器180之间的绝缘层的内部中的设置有波导结构的区域以外的区域。通过在位于第1面110f及滤色器180之间的绝缘层的内部设置波导结构，能够将入射至摄像装置100B的光中的处于可见区域的成分高效地引导至光电二极管110P。
在层间绝缘层中形成波导的方法在日本特开2012-114155号公报及日本特开2011-243753号公报等中有说明。为了参考，将日本特开2012-114155号公报的全部公开内容和日本特开2011-243753号公报的全部公开内容援引于本说明书中。
也可以通过在覆盖半导体基板的第2面110b的层间绝缘层中形成多个凹部之后，在这些凹部的内部层叠绝缘膜及金属膜等，从而如图28中所示的那样形成波导结构135B。通过以绝缘膜及金属膜等的层叠膜的形式形成波导结构135B，可使波导结构135B具有作为干涉型的带通滤波器的功能。通过波导结构135B具有带通滤波器功能，可补充半导体基板的作为长通滤波器的功能。
此外，在图28中所示的摄像装置100E中，将多个光电二极管110P彼此分离的元件分离区域110s以深槽的形式形成于半导体基板110D的内部。这种情况下，由于由元件分离区域110s所围成的光电二极管110P还可作为波导结构发挥功能，因此能够期待与可见区域相关的灵敏度提高的效果。另外，由于能够将入射至某个单元CE的光高效地引导至光电转换部120中的与该单元CE相对应的区域，因此与红外区域相关的灵敏度也可提高。进而，能够期待补偿因微透镜的像差而引起的点的扩展的效果。
这样的元件分离区域110s例如可以通过在半导体基板中形成贯通孔之后，用四乙氧基硅烷(TEOS)填充贯通孔的内部来形成。根据这样的结构，能够使入射至半导体基板110D的光在规定贯通孔的侧面的位置反射。也可以在形成贯通孔之后，在规定贯通孔的侧面上形成例如SiN膜。或者，例如通过物理气相生长，用Au、Al或Ti等使可见光和/或红外光反射的金属材料将元件分离区域110s的表面覆盖，从而能够期待更高的效果。这样的构成对于像图22中所示的摄像装置100B那样在每个像素Px中设置有一个光电二极管110P的结构而言是特别有利的。
如图28中示意性地示出的那样，元件分离区域110s也可以从半导体基板110D的第2面110b起到达至比井110w更深的区域。在图28中，按照从半导体基板110D的第2面110b朝向第1面110f缩窄的方式来描绘元件分离区域110s，但元件分离区域110s也可以具有从半导体基板110D的第1面110f朝向第2面110b缩窄的形状。
(第3实施方式)
图29示意性地示出了基于本申请的第3实施方式的摄像装置的像素的设备结构。图29中所示的摄像装置100F进一步具有位于半导体基板110B的第1面110f侧的带阻滤波器170，除此以外，具有与参照图22的同时进行说明的摄像装置100B几乎同样的构成。需要说明的是，在该例子中，在各像素Px中配置有一个光电二极管110P，但当然，各像素Px也可以具有多个光电二极管110P。
带阻滤波器170具有下述光谱透射特性：使0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光实质上不透射，且使具有1.1μm以上的波长的光透射。这里，所谓“实质上不透射”是指对于所着眼的波长的光而言透射率处于5％以下的范围。例如，以带阻滤波器的名称市售的滤波器典型而言可以将特定的波长的光截止至1％～5％左右。即，带阻滤波器170将红外光中的处于硅可吸收的频带的成分选择性阻断。
作为带阻滤波器170，可以使用吸收型的滤波器或者在表面形成有介电体多层膜的膜(例如二向色性滤波器)等。另外，以短通滤波器(Short pass filter)或IR截止滤波器(IR cut filter)的名称市售的光学滤波器中，也有使具有1.1μm以上的波长的成分透射的光学滤波器，只要具有使0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光实质上不透射的性质，则这样的光学滤波器也可作为带阻滤波器170来使用。吸收型的滤波器由于没有对光的入射角的依赖性，因此对于广角的摄影是有利的。另一方面，如果以介电体多层膜的形式来形成带阻滤波器170，则在显示高透射率的区域与基本上不显示透射率的区域之间容易得到阶梯状的急剧的变化。
如图29中以粗箭头L1示意性地示出的那样，入射至摄像装置100F的光中的具有0.75μm以上且低于1.1μm的波长的成分被带阻滤波器170阻断。另一方面，入射至摄像装置100F的光中的具有低于0.75μm的波长的成分及具有1.1μm以上的波长的成分透过带阻滤波器170而到达至半导体基板110B。这些成分中的前者(图29中以粗箭头L2示意性地示出)通过半导体基板110B的光电二极管110P被光电转换。另外，这些成分中的后者(图29中以粗箭头L3示意性地示出)即具有1.1μm以上的波长的红外光还会透过半导体基板110B及绝缘层130A而到达至光电转换部120。
根据第3实施方式，红外光中的硅显示出吸收的0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光在到达至光电二极管110P之前被带阻滤波器170除去。因此，能够抑制因红外光被光电二极管110P进行光电转换而引起的多余的电荷的生成，能够避免向与可见光的强度相关的信号中的噪声的混入。即，能够防止因红外光被光电二极管110P进行光电转换而引起的白平衡的崩溃。需要说明的是，带阻滤波器170的配置并不限于图29中所示的例子，也可以在滤色器180与微透镜190之间配置带阻滤波器170。
代替在半导体基板的第1面110f侧配置带阻滤波器170，也可以使用使0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光实质上不透射的吸收型的滤波器作为滤色器180。一般的滤色器是通过使在有机材料中分散颜料等而得到的材料固化来制作的。例如通过在有机材料中进一步分散酞菁系近红外线吸收色素等，从而能够获得使低于0.75μm的波长区域的光及1.1μm以上的波长区域的光选择性透射的滤色器。通过应用这样的滤色器来代替在半导体基板的第1面110f侧配置带阻滤波器170，从而也可获得能够避免白平衡的崩溃这样与上述的例子同样的效果。
(第4实施方式)
图30示意性地示出了基于本申请的第4实施方式的摄像系统。图30中所示的摄像系统200包含摄像装置100、透镜光学系统210、信号处理电路220、系统控制器230和光源240。作为摄像装置100，可以应用上述的摄像装置100B、100C、100D、100E、100F中的任一者。在图30中例示的构成中，摄像装置100包含光电转换部120、具有一个以上的光电二极管110P的半导体基板110B、检测电路10和第2检测电路20。
透镜光学系统210例如包含自动调焦用透镜、变焦用透镜及光圈。透镜光学系统210将光聚光于摄像装置100的摄像面。信号处理电路220对来自检测电路10及第2检测电路20的输出信号进行处理。信号处理电路220例如进行伽马校正、色插补处理、空间插补处理、自动白平衡等处理。根据摄像系统200的用途，信号处理电路220还执行距离测量演算、波长信息分离等处理。信号处理电路220例如可通过DSP(数字信号处理器；Digital SignalProcessor)、ISP(图像信号处理器；Image Signal Processor)、FPGA(现场可编程门阵列；field-programmable gate array)等来实现。信号处理电路220也可以包含一个以上的存储器。
系统控制器230对摄像系统200整体进行控制。特别是，在该例子中，系统控制器230使光源240与摄像装置100彼此同步动作。系统控制器230例如可通过微控制器来实现。系统控制器230可包含一个以上的存储器。
光源240在这里是放射1.1μm以上的波长区域的光的红外光源。作为光源240，也可以使用红外激光器。特别是，可将射出被称为人眼安全的1.4μm附近的波长区域的光的光源有利地用于光源240。如上述那样，光源240及摄像装置100通过来自系统控制器230的指示而同步动作。在摄像系统200的某个应用中，光源240朝向被摄物300照射照明光R1，摄像装置100基于来自被摄物300的反射光R2来执行摄像。
如图30中示意性地示出的那样，检测电路10通过具有与光电转换部120的连接，从而将基于由光电转换部120生成的信号电荷而得到的信号输出，第2检测电路20通过具有与光电二极管110P的连接，从而将基于由光电二极管110P生成的信号电荷而得到的信号输出。即，摄像系统200能够取得与红外区域的特定的波长的光相关的图像和与可见光相关的图像。以下，将与红外区域的特定的波长的光相关的图像简称为“红外图像”，将与可见光相关的图像简称为“可视图像”。此外，在图30中，半导体基板110B与检测电路10及第2检测电路20分离地被描绘，但检测电路10及第2检测电路20可以形成于半导体基板110B上。代替检测电路10及第2检测电路20的组，也可以应用图24中所示的检测电路10B。
图31示出了摄像系统200的动作的一个例子。图31是按照事件驱动型的程序来使摄像系统200动作的例子。
在该例子中，首先，在步骤S11中，通过利用检测电路10进行来自光电转换部120的信号电荷的读出，从而取得红外图像。此时得到的图像信号是表现与具有第1波长λ1的光相关的图像的信号。根据需要，也可以一边从光源240放射具有第1波长λ1的光，一边与光源240同步使光电转换部120动作来执行摄像。光源240只要在摄像的执行时接通即可，没有必要总是设定为接通。
接着，在步骤S12中，通过对所取得的与红外光相关的图像信号进行解析，从而判定是否取得可视图像。例如，也可以进行预先设定的阈值与像素值的比较，在像素值超过阈值的情况下将处理前进至步骤S13，在像素值为阈值以下的情况下将处理返回至步骤S11。或者，也可以通过求出与前一个帧中得到的红外图像的差分或者执行模式匹配来检测人等活动物体，在检测到这样的物体的情况下将处理前进至步骤S13。也可以基于来自检测电路10的信号来算出到被摄物的距离，在该距离不超过规定的阈值的情况下将处理前进至步骤S13。这样的判定可通过信号处理电路220来执行。
接着，通过在步骤S13中，将设定为断开的第2检测电路20设定为接通状态，在步骤S14中，读出来自光电二极管110P的信号电荷，从而取得可视图像。在取得可视图像之后，第2检测电路20在步骤S15中再次被设定为断开状态。像这样，摄像系统200也可以包含基于与红外光相关的图像信号的解析结果来决定是否使光电二极管110P动作的电路。在步骤S12中判定为取得可视图像的情况下，通过选择性地使光电二极管110P侧的电路起动，能够谋求消耗电力的降低。
之后，在步骤S16中，例如执行是否输入了来自用户的断开的指令的判定，在选择了摄像系统200的断开的情况下，结束处理。在没有给予摄像系统200的断开的指令的情况下，处理返回至步骤S11，重复上述的步骤S12～S16。
在图31中所示的例子中，将光电转换部120及检测电路10作为红外传感器来利用，根据其输出来决定是否取得可视图像。像这样，通过基于由光电转换部120及检测电路10取得的与到被摄物的距离相关的信息或者与被摄物的位移相关的信息来根据需要使光电二极管110P侧的电路动作，从而能够降低消耗电力并且在产生必要时取得包含与颜色相关的信息的图像。
这样的应用特别是对夜间的监视是有用的。也可以在摄像系统中进一步搭载放射可见区域的光的光源，在判定为取得可视图像时将该光源接通。通过将放射可见区域的光的光源接通，能够取得包含与颜色相关的信息的更清晰的可视图像，另外，对于可疑者，能够给予警告。也可以将所取得的可视图像发送至外部的服务器。此外，步骤S11中的红外图像的取得也可以以每隔1分钟、每隔1小时等一定的周期来执行。
此外，在使光电转换部120的光电转换膜124中混杂手性不同的多个碳纳米管的情况下，也可以根据光电转换膜124中使用的碳纳米管的手性来选择从光源240放射的光的波长区域。例如在使光电转换膜124中混杂了在1.2μm的波长处具有吸收峰的碳纳米管和在1.4μm的波长处具有吸收峰的碳纳米管的情况下，作为从光源240放射的光的波长，可以选择1.2μm及1.4μm中的任一者。如果是屋内的摄影或夜间的摄影，则在人工照明中基本上不含1μm以上的波长区域的光。因此，即使是在光电转换膜124将1.2μm的波长的光和1.4μm的波长的光这两者吸收的情况下，通过从光源240放射例如1.2μm的波长的光，也能够避免因1.4μm的波长的光的吸收所带来的电荷的生成，因此，能够避免SN比的降低。
是否取得可视图像的判定也可以在摄像系统200的外部执行。例如，也可以将所取得的红外图像的数据发送至外部的服务器等，让外部的服务器来执行是否取得可视图像的判定。在将摄像系统200搭载于汽车等车辆中的情况下，也可以在关于障碍物、前方的车辆、人等的车头时距(Time Headway)低于规定的阈值时取得可视图像。
图32示出了摄像系统200的动作的另一例子。图32中所示的动作是下述例子：通常是取得可视图像，在产生必要的情况下取得红外图像。
在该例子中，首先，在步骤S21中，通过第2检测电路20来进行来自光电二极管110P的信号电荷的读出。即，在此取得可视图像。可视图像的取得例如以一定的周期来执行。
接着，在步骤S22中，通过对所取得的与可见光相关的图像信号进行解析，从而判定是否取得红外图像。例如，进行预先设定的阈值与像素值的比较，在像素值低于阈值的情况下将处理前进至步骤S23，在像素值为阈值以上的情况下将处理返回至步骤S21。在应用这样的判定基准的情况下，例如如果黄昏临近而图像的亮度整体降低，则判定为取得红外图像。这样的判定可以通过信号处理电路220来执行，也可以通过系统控制器230来执行。
接着，在步骤S23中，将光源240设定为接通，另外，将设定为断开的检测电路10设定为接通状态。通过接通光源240，从而从光源240放射并在被摄物反射的红外光入射至光电转换部120。通过检测电路10被设定为接通状态，从而在步骤S24中，得到基于来自光电转换部120的信号的红外图像。在取得红外图像之后，处理前进至步骤S25，光源240及检测电路10再次被设定为断开。
之后，在步骤S26中，例如执行是否输入了来自用户的断开的指令的判定。在未给予摄像系统200的断开的指令的情况下，处理返回至步骤S21。
根据这样的动作，在可视图像的亮度降低时摄像系统200转变成红外摄影模式，能够更可靠地获得与红外光相关的明亮的图像。另外，由于只要在步骤S22中没有判定为取得红外图像，则光电转换部120侧的电路及光源240就不被设定为接通，因此能够谋求消耗电力的降低。这样的应用对于监视摄像机中的昼夜的摄影模式的切换是有用的。像这样，摄像系统200也可以包含基于来自光电二极管110P的输出来决定是否使光源240动作的控制电路等。
(其他变形例)
图33示意性地示出了像素的设备结构的其他变形例。图33中例示的摄像装置100G除了具有上述的像素Px以外，还在半导体基板110A的第1面110f侧具有设置有遮光膜196的像素Dx。遮光膜196典型而言是由Ti等不使可见光透射的金属材料或TiN等不使可见光透射的金属化合物材料形成。此外，代替半导体基板110A，也可以将具有光电二极管110P的半导体基板110B、110C或110D应用于像素Px及像素Dx中。
例如，在摄像装置100G包含二维地排列的多个像素Px的情况下，像素Dx配置于由像素Px的二维排列形成的摄像区域的外侧。如图示的那样，像素Dx除了在第1面110f上配置有遮光膜196来代替微透镜190以外，具有与像素Px基本同样的光电转换结构。因此，像素Dx的第1晶体管111可以输出与由像素Dx的像素电极121收集的信号电荷的量相应的信号。由于在半导体基板110A的第1面110f中的与像素Dx相对应的区域上配置有遮光膜196，因此通过在摄像装置中设置像素Dx，能够由像素Dx的第1晶体管111获得暗时的信号水平。
在图33中例示的构成中，配置于绝缘层130A中的多层布线131G在其一部分中具有将像素Dx的像素电极121实质上覆盖的遮光部138。遮光部138设置于在俯视中与遮光膜196的至少一部分重叠的位置。这里，所谓“将像素电极121实质上覆盖”是指与在俯视中像素电极121中的处于有助于光电转换膜124的信号电荷的生成的区域上的部分重叠。例如在如图33中所示的例子那样像素电极121具有开口Ap的情况下，遮光部138可位于像素Dx的像素电极121的开口Ap的正上方。
在图示的例子中，像素电极121的1个上方的层中的布线层134的一部分构成了遮光部138。如参照图6～图8的同时进行说明的例子那样，在由使红外区域的光透射的材料形成像素电极121的情况下，遮光部138按照将像素电极121中的设置连接导电结构132的连接部121c的引出部121d以外的区域覆盖的方式形成于绝缘层130A中。
如上述那样，多层布线131例如由Cu形成，因此作为多层布线131G的一部分的遮光部138不会使透过半导体基板110A后的红外光透射。如该例子那样，通过在光电转换部120与位于光电转换部120的前面的半导体基板之间预先配置遮光部138，从而即使是在由遮光膜196带来的红外光的遮蔽不充分的情况下，也能够抑制红外光入射至光电转换部120中的处于像素Dx内的部分。通过抑制红外光的入射，能够避免由于因红外光的入射引起的电荷对的生成而引起的对应于暗时的信号水平的变动。
遮光部138也可以是导电结构132或其他的布线的一部分，也可以通过从其他的布线等被分离而为电浮游。遮光部138并不限于单一的构件，也可以包含按照在俯视中作为整体将像素电极121实质上覆盖的方式配置的多个部分。
图34示意性地示出了像素的设备结构的又一变形例。图34中所示的摄像装置100H例如具有：二维排列的一个以上的像素Px；和配置于与各像素Px相对应地设置的微透镜190的更前方的透镜212。透镜212可以为构成透镜光学系统210(参照图30)的一组透镜中的1个。
在图34中例示的构成中，像素Px各自具有与图22中所示的摄像装置100B的像素Px同样的构成。即，像素Px各自在其一部分中包含形成于半导体基板110B中的光电二极管110P，例如构成为：介由在图34中未图示出的第2晶体管112(例如参照图23)而能够取得与入射光中的可见区域的成分的强度相关的信息。
如熟知的那样，使平行光与光轴平行地入射至透镜时的聚光位置根据波长的不同而异。即，产生色像差。其中，所谓“聚光位置”是指光束的直径达到最小的屏幕的位置。由于轴上色像差，所以越是更长的波长的光，则越聚束于更远离透镜的位置。即，具有1100纳米以上的波长的红外光与可见光(例如400纳米～700纳米的波长区域的光)相比聚光于像素Px的更深的位置。
如已经说明的那样，根据本申请的第2实施方式，除了介由具有与光电转换部120的连接的第1晶体管111能够取得与入射光中的红外区域的成分的强度相关的信息以外，而且介由第2晶体管112还能够取得与入射光中的可见区域的成分的强度相关的信息。在本申请的典型的实施方式中，入射光中的红外区域的成分和可见区域的成分都一同介由共同的透镜光学系统及微透镜而入射至光电转换部120或光电二极管110P。此时，关于可见光的聚光位置与关于红外光的聚光位置的间隔可以为1微米以上。在后述那样的形成有光电二极管110P的基板与层叠有光电转换部120的基板为分开的基板那样的形态中，关于可见光的聚光位置与关于红外光的聚光位置之间的距离也有可能成为30微米以上。
透镜212按照入射光中的可见区域的成分聚光于光电二极管110P、红外区域的成分聚光于处于更远离半导体基板110B的第1面110f的位置的光电转换膜124的方式来设计。例如，透镜212可按照使具有1.1μm以上的波长的光聚束于与可见光相比相距1μm以上的位置的方式来设计。
在本申请的实施方式中，生成与红外光的强度相关的信号的光电转换部120处于比检测可见光的光电二极管110P更远离被摄物的位置。像这样，根据与光电二极管110P相比将光电转换部120配置于像素Px的更深的位置的构成，如图34中示意性地示出的那样，能够反其道而行地利用轴上色像差而将可见光的聚光位置设定为光电二极管110P的内部，并且将红外光的聚光位置设定为光电转换膜124内或绝缘层130B中的波导结构内(参照图27及图28)。
包含透镜212的透镜光学系统中的透镜组可由玻璃或高分子形成。透镜光学系统也可以以由玻璃形成的光学构件及由高分子形成的光学构件的组合来构成。根据与光电二极管110P相比将光电转换部120配置于像素Px的更深的位置的构成，作为透镜光学系统中的不同光学构件的材料，能够选择折射率差小的材料的组合。这有助于透镜光学系统的设计成本及制造成本的降低。另外，红外光的频带比可见光的频带广，因此，红外光的聚光位置与可见光相比可扩展至更广的范围。因此，通过将光电转换部120配置于像素Px的更深的位置，还可获得能够使与色像差相关的微透镜190的光学设计具有更大的富余这样的效果。此外，透镜光学系统中的光学构件可以彼此空开间隔地配置，也可以它们的一部分或全部彼此接合。
图35示出了配置于微透镜190的前面的透镜的构成的一个例子。图35中所示的透镜212A为图34中所示的透镜212的一个例子，包含透光性的透镜部212t和配置于透镜部212t的光入射侧的面上的红外透射膜212s。红外透射膜212s通过将可见光反射或吸收，从而在阻断可见光的同时使红外光选择性透射。红外透射膜212s例如为以红外透射材料的膜或介电体多层膜的形式形成的功能膜。
如图35中所示的那样，红外透射膜212s在中央具有开口212ap，将透镜部212t的光入射侧的表面以环状覆盖。换言之，透镜部212t的光入射侧的表面中的中央附近的区域从红外透射膜212s露出。由于红外透射膜212s将可见光反射或吸收，因此针对入射光中的可见区域的成分的实质性的光圈的大小由图35中以双箭头Dv表示的开口212ap的直径来决定。另一方面，由于红外透射膜212s使红外光透射，因此在将透镜212A应用于透镜光学系统的情况下，针对入射光中的红外区域的成分的光圈实质上成为开放光圈。即，通过使用透镜212A，不需要在可见光与例如处于1.1μm以上的波长区域的红外光之间准备各自单独的光学系统，能够通过静态构成在它们之间获得不同的F值。
如该例子那样在可见光与红外光之间可得到不同F值的构成对于图30中例示那样的具有与摄像装置同步地对被摄物照射红外光的主动的光源240的摄像系统等中的应用而言是特别有用的。例如在应用了透镜212A的情况下，对于红外光，可得到比可见光小的F值，因此能够取得更明亮的图像，对于远距离的传感检测是有利的。其中，一般已知衍射极限与波长及F值的大小成比例。红外光的波长比可见光长。因此，可以说即使针对红外区域的成分的光圈实质上为开放光圈，对于衍射极限的降低的影响也小。
如果光圈变大、换言之如果F值变小，则到被摄物的距离小的近距离处的摄影时的景深变小。然而，与近距离处的摄影相比，利用红外光的摄影反而大多被用于远距离的传感检测。就焦点预先被设定为远距离的摄影而言，与分辨率相比亮度可被优先。因此，允许因F值变小而引起景深变小。此外，在使用射出人眼安全的光的光源作为光源240的情况下，容易实现比较大的输出功率，因此，容易获得更明亮的图像。从这样的观点出发，利用红外光的摄影对于远距离的摄影也是有利的。
另一方面，基于可见光的摄影通常在环境光下被执行。通过使用图35中例示那样的具有红外透射膜212s的透镜，关于红外光可得到开放光圈，与此同时关于可见区域能够得到更大的F值。即，能够大大地维持关于可见光的衍射极限。这种情况下，通过将具有光电二极管110P的单元更密地配置，从而分辨率提高。例如，如参照图25及图26的同时进行说明的摄像装置100C那样，在一个像素Px中配置有多个单元CE的形态在关于可见区域而言得到更高的分辨率这一观点上是有利的。在图25及图26中例示的构成中，在各像素Px中光电转换部120中的有助于红外区域的摄像的区域的尺寸与光电二极管110P的尺寸相比较大，对于取得明亮的图像也是有利的。像这样，也可以根据到被摄物的距离来分开使用利用了光电转换部120的红外区域的摄像和不依赖于特定的光源而容易获得比较高的分辨率的利用了光电二极管110P的可见区域的摄像。
代替透镜212A，也可以将图36中所示那样的在光入射侧具有红外透射膜212s的板状的光学构件212B应用于透镜光学系统。在图36中例示的构成中，红外透射膜212s配置于由玻璃等形成的透光性的支撑构件212u上，与图35中所示的透镜212A的例子同样地，在其中央依然设置有开口212ap。光学构件212B的外形是任意的，例如可以为矩形状，也可以为圆形状。通过这样的构成，也能够在可见光与红外光之间获得不同的F值。例如，可以将针对入射光中的红外区域的成分的光圈实质上设定为开放光圈。
图37示意性地示出了像素的设备结构的又一变形例。图37中所示的摄像装置100I在具有形成有一个以上的光电二极管110P的半导体基板110B、配置于半导体基板110B的第2面110b侧的光电转换部120和位于半导体基板110B及光电转换部120之间的绝缘层130A这方面上，具有与图22中所示的摄像装置100B几乎同样的构成。图22中所示的摄像装置100B与图37中所示的摄像装置100I之间的主要不同点是下述这一点：摄像装置100I在半导体基板110B的第2面110b上进一步具有将红外光反射并且使可见光选择性透射的反射膜139。
反射膜139可使例如具有1.1μm以上的波长的红外光透射，与此同时将可见光反射。通过在半导体基板110B的第2面110b与光电转换部120之间配置反射膜139，能够使透过半导体基板110B后的可见区域的成分的至少一部分反射而返回至光电二极管110P。即，可以期待提高与可见光相关的外部量子效率的效果。在图37中例示的构成中，在半导体基板110B的第2面110b中的与光电二极管110P相对应的各区域上配置有反射膜139。
反射膜139典型而言为介电体多层膜，例如可以应用以“冷光镜(Cold mirror)”的名称市售的在光学构件中使用的薄膜。夹在半导体基板110B与绝缘层130A之间的反射膜139可以通过下述方式来形成：在形成绝缘层130A的工序(参照图18)之前在半导体基板110S的第2面110b上沉积反射膜139的材料，并将所沉积的材料图案化。当然，可以应用在各像素Px中形成有多个光电二极管110P的半导体基板110C(参照图25)来代替半导体基板110B，或者应用在内部具有波导结构134A或135B的绝缘层130B来代替绝缘层130A。
图38示出了基于本申请的实施方式的摄像装置的又一变形例。图38中所示的摄像装置100J的像素Px包含：光电转换部120的一部分；和位于光电转换部120的前面且形成有多个光电二极管110P的半导体基板110C的一部分。
在图38中例示的构成中，摄像装置100J包含半导体基板110C和在内部具有多个贯通电极133的半导体基板110D。在半导体基板110C的主表面中的位于与半导体基板110D相反侧的主表面110g的上方，例如按照与多个光电二极管110P相对应的方式配置多个微透镜190。即，在摄像装置100J中，来自被摄物的光从半导体基板110C的一个主表面110g侧入射。
绝缘层130C位于半导体基板110C与半导体基板110D之间。绝缘层130C在内部具有多层布线131C。如图38中示意性地示出的那样，绝缘层130C中的多层布线131C包含将半导体基板110C中的光电二极管110P各自与半导体基板110D中的相对应的贯通电极133电连接的导电结构。另外，在内部配置有多层布线131D的绝缘层130D位于半导体基板110D与光电转换部120之间。如图示的那样，贯通电极133将半导体基板110D的处于半导体基板110C侧的第1面110f侧的导电结构与处于和第1面110f相反侧的第2面110b侧的多层布线131D电连接。
在图38中所示的例子中，在半导体基板110D的第2面110b上形成有多个第1晶体管111及第2晶体管112。绝缘层130D中的多层布线131D在其一部分中包含：将光电转换部120的像素电极121与相对应的第1晶体管111电连接的导电结构132；和将贯通电极133与相对应的第2晶体管112电连接的部分。在该例子中，第1晶体管111及第2晶体管112形成于半导体基板110D中，但包含第1晶体管111、第2晶体管112等的检测电路也可以形成于半导体基板110C中。
如后述的那样，图38中所示的结构概略而言可以通过将具有多个光电二极管110P的第1半导体基板110C与支撑光电转换部120的第2半导体基板110D贴合来获得。在图38中在比绝缘层130C更靠下方处所描绘的部分，在半导体基板110D内设置有贯通电极133，在第2面110b侧形成有第2晶体管112，除了这方面以外，可以说具有与图1中所示的摄像装置100A相似的结构。
作为半导体基板110C及110D，与上述的半导体基板110A及110B同样地，使用Si基板等主要含有硅的半导体基板。通过入射至半导体基板110C的主表面110g的光中的具有低于1.1μm的波长的成分入射至光电二极管110P，从而产生与波长低于1.1μm的光的强度(典型而言是可见光的强度)相关的信号电荷。与光电二极管110P电连接的第2晶体管112对与波长低于1.1μm的光的强度相关的信号电荷进行检测。
其中，半导体基板110C典型而言可具有比参照图22的同时进行说明的构成中的半导体基板110B小的厚度。因此，图38中例示的构成中的从半导体基板110C的主表面110g至光电二极管110P为止的距离典型而言比图22中例示的构成中的从半导体基板110B的第1面110f至光电二极管110P为止的距离小。换言之，与图22中所示的摄像装置100B相比，图38中所示的摄像装置110J的光电二极管110P位于距离配置有滤色器180等的半导体基板的表面更近的比较浅的部分。因此，根据图38中例示的构成，通过降低半导体基板的厚度，能够抑制入射至光电二极管110P的光量的衰减。即，可提高与可见区域相关的灵敏度。
此外，通过降低半导体基板的厚度，从而波长低于1.1μm的光中的通过光电二极管110P的部分可增加。但是，这样的成分在到达至光电转换部120之前，在通过绝缘层130C、半导体基板110D及绝缘层130D的过程中充分被衰减。特别是，半导体基板110D通过具有例如30μm左右以上的厚度，从而作为阻断具有小于1.1μm的波长的光的滤波器而发挥功能
另一方面，入射至半导体基板110C的主表面110g的光中的具有1.1μm以上的波长的成分透过半导体基板110C、绝缘层130C、半导体基板110D及绝缘层130D，介由像素电极121的开口Ap而到达至光电转换层123。通过光电转换层123的主要的光电转换材料将第1波长λ1的光吸收，从而与至此说明的各种例子同样地能够获得与1.1μm以上的特别是第1波长λ1的强度相关的图像信号。
以下，对图38中所示的摄像装置100J的例示性的制造方法的概略进行说明。首先，如图39中所示的那样，准备主要含有硅的半导体基板110T。这里，作为半导体基板110T，例示出P型Si基板。
接着，通过从半导体基板110T的一个主表面110h侧注入离子等，从而如图40中示意性地示出的那样，在主表面110h侧形成井110w、光电二极管110P及元件分离区域110s等。此时，也可以在主表面110h侧形成第1晶体管111和/或第2晶体管112。
接着，与参照图18的同时进行说明的绝缘层130A的形成的工序同样地操作，如图41中所示的那样，形成覆盖半导体基板110T的主表面110h的绝缘层130C。此时，在绝缘层130C的内部形成具有与光电二极管110P的电连接的多层布线131C。也可以与参照图37的同时进行说明的摄像装置100I的例子同样地，在半导体基板110T的主表面110h上设置使具有1.1μm以上的波长的红外光透射并且将可见光反射的反射膜。这种情况下，只要在绝缘层130C及多层布线131C之前，在半导体基板110T的主表面110h上形成反射膜139即可。
接着，通过将半导体基板110T从与主表面110h相反侧的主表面侧进行磨削或研磨，从而如图42中示意性地示出的那样，使半导体基板110T的厚度降低。薄化后的半导体基板110T即半导体基板110C可具有比半导体基板110D小的厚度。通过半导体基板110T的薄化，从而在与主表面110h相反侧形成上述的主表面110g。之后，根据需要在绝缘层130C上形成钝化膜。此时，为了与后述的贯通电极133的电连接，通过图案化将钝化膜的一部分除去，使多层布线131C的一部分从钝化膜露出。
此外，除了半导体基板110T以外，另行准备具有第1面110f及与第1面110f相反侧的第2面110b、且主要含有硅的半导体基板110U。这里，作为半导体基板110U，例示出P型Si基板。接着，如图43中所示的那样，与参照图17的同时进行说明的例子同样地操作，在半导体基板110U的第2面110b侧形成井、第1晶体管111、第2晶体管112及元件分离区域等。由此，由半导体基板110U得到上述的半导体基板110D。此时，在半导体基板110U的第2面110b侧还可形成用于暂时保持由光电转换部120生成的信号电荷的结电容。
接着，与参照图18的同时进行说明的例子同样地操作，如图44中所示的那样，在第2面110b上形成将半导体基板110D的第2面110b上的晶体管等覆盖的绝缘层130D和具有与第1晶体管111及第2晶体管112的电连接的多层布线131D。进而，在绝缘层130D的上表面附近形成像素电极121。
接着，与参照图19的同时进行说明的例子同样地操作，在像素电极121上依次形成光电转换层123及对置电极122，由此如图45中所示的那样，在绝缘层130D上形成光电转换部120。典型而言，以绝缘膜或金属膜的形式进一步形成覆盖对置电极122的密封膜140。
接着，如图46中所示的那样，在半导体基板110D中形成贯通电极133。对于贯通电极133的形成，可以应用公知的半导体工艺。需要说明的是，贯通电极133也可以配置于像素Px内，也可以不在像素Px内设置贯通电极133而在多个像素Px的排列的外侧的区域配置贯通电极133。
接着，如图47中所示的那样，将图42中所示的结构与图46中所示的结构通过接合而进行一体化。在接合中，使半导体基板110D的第1面110f与绝缘层130C相对向，将绝缘层130C中的多层布线131C与设置于半导体基板110D中的贯通电极133电连接。由此，介由绝缘层130C中的多层布线131C、半导体基板110D中的贯通电极133及绝缘层130D中的多层布线131D，半导体基板110C中的光电二极管110P与相对应的第2晶体管112被电连接。对于图42中所示的结构与图46中所示的结构之间的接合，可应用扩散接合、常温接合或阳极接合等公知的方法。此外，半导体基板110C中的光电二极管110P与第2晶体管112之间的电连接并不限于介由贯通电极133的接合，也可以是介由Cu接合(bonding)的连接等。图42中所示的结构与图46中所示的结构的连接的方案也不限于特殊的方法。
典型而言，进一步在半导体基板110C的主表面110g侧配置滤色器180及微透镜190。通过以上的工序，可得到图38中所示的摄像装置100J。
也可以如图48中所示的摄像装置100L那样，在半导体基板110C的主表面110g侧设置具有遮光膜196的像素Dx。与参照图33的同时进行说明的例子同样地，遮光膜196具有阻断可见光的功能。
在图48中例示的构成中，除了配置有位于半导体基板110C的上方的遮光膜196以外，还分别在绝缘层130C中及绝缘层130D中进一步配置有在俯视中将像素Dx的像素电极121实质上覆盖的遮光部138c及遮光部138d。遮光部138c例如为多层布线131C的一部分，遮光部138d例如为多层布线131D的一部分。多层布线131C及131D例如由Cu形成，因此这些遮光部138c、138d不会使透过半导体基板110C后的红外光透射，另外，典型而言，也不会使可见光透射。
除了配置位于半导体基板110C的上方的遮光膜196以外，还在绝缘层130C中和/或绝缘层130D中配置遮光部，由此能够抑制红外光入射至光电转换部120中的处于像素Dx内的部分，能够避免对应于暗时的信号水平的变动。通过在绝缘层130C的内部及绝缘层130D的内部分别形成遮光部138c及遮光部138d，进一步按照在俯视中重叠的方式来配置这些遮光部，从而能够更有效地抑制透过半导体基板110C后的红外光向光电转换部120中的处于像素Dx内的部分的入射。
产业上的可利用性
本申请的实施方式例如可以用于医疗用摄像机、安保摄像机、搭载于车辆中使用的摄像机、测距摄像机、显微镜摄像机、被称为无人机(Drone)的无人飞机用摄像机、机器人用摄像机等各种摄像机及摄像机系统。车辆搭载用摄像机例如可作为用于车辆安全行驶的针对控制装置的输入来利用。或者，可利用于用于车辆安全行驶的驾驶员的支援。
符号的说明
10、10B、20 检测电路
12、22 输出信号线
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100I、100J、100K、100L 摄像装置
110A、110B、110C、110D、110S 半导体基板
110P 光电二极管
110b 半导体基板的第2面
110f 半导体基板的第1面
110s 元件分离区域
110w 井
111 第1晶体管(第1信号检测晶体管)
112 第2晶体管(第2信号检测晶体管)
113、114 选择晶体管
115、116 复位晶体管
118 传送晶体管
120 光电转换部
121、121A、121B、121C、121D、121E、121F 像素电极
121c 像素电极的连接部
121d 像素电极的引出部
122：对置电极
123、123A 光电转换层
124、124A 光电转换膜
125 电子阻挡层
130A、130B 绝缘层
132 导电结构
135A、135B 波导结构
140 密封膜
170 带阻滤波器
180 滤色器
190 微透镜
200 摄像系统
210 透镜光学系统
220 信号处理电路
230 系统控制器
240 光源
Ap 像素电极的开口
CE 单元
Px 像素

Claims (20)

1.一种摄像装置，其具备：
半导体基板，其具有接受来自外部的光的第1面及所述第1面的相反侧的第2面；
第1晶体管，其位于所述第2面上；和
光电转换部，其面向所述第2面，且接受透过所述半导体基板后的光，
所述半导体基板为硅基板或硅化合物基板，
所述光电转换部包含：
与所述第1晶体管电连接的第1电极；
第2电极；和
光电转换层，其位于所述第1电极与所述第2电极之间，且包含吸收1.1μm以上的第1波长的光的材料，
所述第1电极位于所述第2面与所述光电转换层之间，
所述材料的1.0μm以上且低于1.1μm的波长区域中的光谱灵敏度为所述材料的1.1μm以上的波长区域中的光谱灵敏度的最大值的0％～5％的范围内。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述材料具有量子纳米结构。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，所述材料为碳纳米管。
4.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，所述材料为包含选自III族元素、IV族元素、V族元素及VI族元素中的至少1种的纳米粒子。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的摄像装置，其中，
所述材料将低于1.1μm的第2波长的光吸收，
所述半导体基板将所述第2波长的光吸收。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的摄像装置，其中，所述半导体基板的厚度为30μm～800μm。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的摄像装置，其进一步具备面向所述第1面的微透镜。
8.根据权利要求7所述的摄像装置，
其进一步具备导电结构，所述导电结构位于所述光电转换部与所述半导体基板之间，且将所述第1电极与所述第1晶体管电连接，
所述第1电极与所述导电结构的连接部从所述第1面的法线方向观察位于比所述微透镜的外缘更靠外侧。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的摄像装置，其进一步具备绝缘层，所述绝缘层位于所述光电转换部与所述半导体基板之间，且包含波导结构。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的摄像装置，其中，所述第1电极对于所述第1波长的光而言具有80％以上的透射率。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的摄像装置，其中，所述第2电极对于所述第1波长的光而言具有80％以上的反射率。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的摄像装置，其进一步具备覆盖所述光电转换部的密封膜。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的摄像装置，其进一步具备像素，所述像素包含所述光电转换部及所述第1晶体管。
14.根据权利要求13所述的摄像装置，
其进一步具备一个以上的光电二极管，所述光电二极管配置于所述半导体基板内，且包含第1光电二极管，
所述像素进一步包含所述第1光电二极管。
15.根据权利要求14所述的摄像装置，其进一步具备第2晶体管，所述第2晶体管位于所述第2面上，且与所述第1光电二极管电连接。
16.根据权利要求14或15所述的摄像装置，其中，
所述一个以上的光电二极管包含多个光电二极管，
所述像素包含所述多个光电二极管。
17.根据权利要求13～16中任一项所述的摄像装置，
其进一步具备面向所述第1面的滤色器，
所述滤色器使0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光实质上不透射。
18.根据权利要求1～16中任一项所述的摄像装置，其进一步具备带阻滤波器，所述带阻滤波器面向所述第1面，且使0.75μm以上且低于1.1μm的波长区域的光实质上不透射。
19.根据权利要求1～12中任一项所述的摄像装置，
其进一步具备多个像素，
所述多个像素各自包含所述光电转换部及所述第1晶体管，
所述多个像素的所述光电转换层为连续的单一的层。
20.一种摄像系统，其具备：
权利要求1～19中任一项所述的摄像装置；和
射出1.1μm以上的波长区域的光的光源。
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