CN112088430A - 固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法 - Google Patents

固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法 Download PDF

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村田贤一
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Abstract

本发明提供了能够增强特性的固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法。本发明提供了一种固态成像元件(10)，包括：层叠结构，所述层叠结构具有：半导体基板(500)；第一光电转换部(PD 200)，所述第一光电转换部设置在所述半导体基板的上方，并将光转换为电荷；和第二光电转换部(PD 100)，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷。所述第一光电转换部和所述第二光电转换部具有光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极(102,202)、光电转换膜(104,204)和读出电极(108,208)，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。

Description

固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的 制造方法
技术领域
本公开涉及固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法。
背景技术
近年来，在诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等固态成像元件中，提出了一种层叠结构，其中在单位像素中垂直层叠有用于检测红色光的光电转换元件、用于检测绿色光的光电转换元件和用于检测蓝色光的光电转换元件这三层，并且一个单位像素可以检测三种颜色的光(例如，下列专利文献1～3)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2017-157816 A
专利文献2：WO 2014/027588 A
专利文献3：JP 2013-55252 A
发明内容
技术问题
然而，当如上述专利文献1～3所述的层叠多个光电转换元件时，难以避免在层叠方向上位于上方的光电转换元件与位于下方的光电转换元件之间的距离的增加。在这样的层叠结构中，由于距离较长的事实，所以难以将光适当地聚焦在所有层叠的光电转换元件上，并且这成为了阻碍固态成像元件的特性的增强的因素之一。因此，为了增强固态成像元件的特性，需要对单位像素中的层叠结构进行进一步的研究。
另外，在常规的方案中，很难说已经专门研究了用于从各光电转换元件输出电荷作为像素信号的像素晶体管的合适的配置。因此，为了增强固态成像元件的特性，从像素晶体管的配置的观点出发，需要对层叠结构进行进一步的研究。
鉴于上述情况，本公开提出了其中可以增强特性的新型的、改进的固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种固态成像元件，包括：层叠结构，所述层叠结构包括：半导体基板，第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在所述半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
此外，根据本公开，提供了一种包括多个固态成像元件的固态成像装置，其中所述各固态成像元件包括：层叠结构，所述层叠结构包括：第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
此外，根据本公开，提供了一种包括具有多个固态成像元件的固态成像装置的电子设备，其中所述各固态成像元件包括：层叠结构，所述层叠结构包括：第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
此外，根据本公开，提供了一种固态成像元件的制造方法，包括：在第一基板上顺次地层叠第一读出电极、第一光电转换膜和第一共通电极；在第二基板上顺次地层叠第二读出电极、第二光电转换膜和第二共通电极；和将所述第一基板与所述第二基板贴合，使得所述第一共通电极和所述第二共通电极彼此面对。
此外，根据本公开，提供了一种固态成像元件的制造方法，包括：将其上层叠有将光转换为电荷的第一光电转换部和第二光电转换部的第三基板与其上形成有多个像素晶体管的第四基板贴合；和去除位于预定区域中的所述多个像素晶体管。
发明的有益效果
如上所述，根据本公开，能够提供可以增强特性的固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法。
注意，上述效果不必须受到限制，并且与上述效果一起或代替上述效果，可以展示出本说明书中所述的任何效果或可以从本说明书理解的其他效果。
附图说明
图1是根据本公开第一实施方案的固态成像元件10的断面图。
图2是根据本公开第一实施方案的固态成像装置1的示意性平面图。
图3是根据本公开第一实施方案的固态成像元件10的等效电路图。
图4是根据本公开第一实施方案的固态成像元件10的布局图。
图5是根据本公开第二实施方案的固态成像元件10a的断面图。
图6是根据本公开第三实施方案的固态成像元件10b的断面图。
图7是根据本公开第四实施方案的固态成像元件10和10b的层叠结构的示意图。
图8A是根据本公开第四实施方案的固态成像元件12和12b的层叠结构的示意图。
图8B是根据本公开第四实施方案的固态成像元件12c和12d的层叠结构的示意图。
图9是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第一)。
图10是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第二)。
图11是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第三)。
图12是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第四)。
图13是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第五)。
图14是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第六)。
图15是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第七)。
图16是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第八)。
图17是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第九)。
图18是用于说明根据本公开第五实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第十)。
图19是用于说明根据本公开第六实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第一)。
图20是用于说明根据本公开第六实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图(第二)。
图21是用于说明根据本公开第七实施方案的配线430的说明图(第一)。
图22是用于说明根据本公开第七实施方案的配线430的说明图(第二)。
图23是用于说明根据本公开第七实施方案的配线430的说明图(第三)。
图24是根据本公开第八实施方案的固态成像元件10c的断面图。
图25是根据本公开第八实施方案的固态成像元件10d的断面图。
图26是根据本公开第八实施方案的固态成像元件10c的布局图。
图27是根据本公开第八实施方案的固态成像元件10d的布局图。
图28是用于说明根据本公开第九实施方案的固态成像元件10c的制造方法的说明图(第一)。
图29是用于说明根据本公开第九实施方案的固态成像元件10c的制造方法的说明图(第二)。
图30是用于说明根据本公开第九实施方案的固态成像元件10c的制造方法的说明图(第三)。
图31是用于说明根据本公开第十实施方案的固态成像元件10d的制造方法的概念的说明图(第一)。
图32是用于说明根据本公开第十实施方案的固态成像元件10d的制造方法的概念的说明图(第二)。
图33是用于说明根据本公开第十实施方案的固态成像元件10d的制造方法的说明图(第一)。
图34是用于说明根据本公开第十实施方案的固态成像元件10d的制造方法的说明图(第二)。
图35是用于说明根据本公开第十实施方案的固态成像元件10d的制造方法的说明图(第三)。
图36是用于说明根据本公开第十实施方案的固态成像元件10d的制造方法的说明图(第四)。
图37是用于说明根据本公开第十实施方案的固态成像元件10d的制造方法的说明图(第五)。
图38是用于说明根据本公开第十一实施方案的电子设备900的示例的说明图。
图39是根据比较例的固态成像元件90的断面图。
图40是根据比较例的固态成像元件90a的断面图。
图41是示出了车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图42是示出了车外信息检测单元和成像部的安装位置的示例的说明图。
图43是示出了内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图44是示出了摄像头和CCU的功能构成的示例的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本公开的优选实施方案进行详细地说明。注意，在本说明书和附图中，具有实质上相同的功能构成的部件将由相同的附图标记表示，并且将省略其重复说明。
另外，在本说明书和附图中，具有实质上相同或相似的功能构成的多个部件可以通过在相同的附图标记后紧接不同的标记来彼此区分。然而，当不需要特别区分具有实质上相同或相似的功能构成的多个部件中的每个时，仅对其指定相同的附图标记。此外，可以通过在相同的附图标记之后添加不同的字母来区分不同实施方案中的相似的部件。然而，当不需要特别区分相似部件中的每个时，仅对其指定相同的附图标记。
在下面的说明中参照的附图是用于促进本公开的实施方案的说明和理解的图。因此，附图中所示的形状、尺寸和比例可能与实际情况不同。此外，考虑到下面的说明和公知技术，可以在设计上适宜地改变附图中所示的固态成像元件的设计。在使用固态成像元件的断面图的说明中，固态成像元件的层叠结构的上下方向对应于当将固态成像元件的光入射面限定为上方向时的相对方向。因此，说明书中的方向可能不同于根据实际的重力加速度的上下方向。
此外，在以下电路构成的说明中，除非另有规定，否则“连接”是指多个元件的电气连接。另外，下面的说明中的“连接”不仅包括多个元件直接电气连接的情况，而且包括多个元件通过其他元件间接电气连接的情况。
此外，在下面的说明中，“栅极”是指场效应晶体管(FET)的栅电极。“漏极”是指FET的漏电极或漏极区域，“源极”是指FET的源电极或源极区域。
注意，将按照以下顺序给出说明。
1.本发明人创作本公开的实施方案的背景
2.第一实施方案
2.1固态成像元件10的层叠结构
2.2固态成像装置1的示意性构成
2.3固态成像元件10的等效电路
2.4固态成像元件10的布局构成
3.第二实施方案
4.第三实施方案
5.第四实施方案
6.第五实施方案
7.第六实施方案
8.第七实施方案
9.第八实施方案
9.1固态成像元件10c和10d的层叠结构
9.2固态成像元件10c和10d的布局构成
10.第九实施方案
11.第十实施方案
12.第十一实施方案
13.结论
14.移动体的应用例
15.内窥镜手术系统的应用例
16.补充
<<1.本发明人创作本公开的实施方案的背景>>
首先，在说明根据本公开的各个实施方案的细节之前，参照图39和图40对本发明人创作本公开的实施方案的背景进行说明。注意，图39是根据比较例的固态成像元件90的断面图，图40是根据比较例的固态成像元件90a的断面图。这里，比较例指的是本发明人在作出本公开的实施方案之前已经反复研究过的固态成像元件。
如上所述，在固态成像元件中，提出了一种层叠结构，其中在单位像素中垂直层叠有用于检测红色光的光电转换元件、用于检测绿色光的光电转换元件和用于检测蓝色光的光电转换元件这三层，并且一个单位像素可以检测三种颜色的光。
例如，在根据比较例的固态成像元件90中，如图39所示，在半导体基板500内设有两个光电转换元件(PD)200和300，并且在半导体基板500上层叠有具有光电转换膜104的PD100。具体地，PD 100包括光电转换层叠结构，该光电转换层叠结构包括：设置在光入射到其上的光入射侧的共通电极102、设置在与光入射侧相反的侧的读出电极108以及介于共通电极102和读出电极108之间的光电转换膜104和半导体层106。此外，PD 100还包括累积电极110，该累积电极通过绝缘膜342和半导体层106与光电转换膜104接触，以面对光电转换膜104的位于与共通电极102相反的侧的那面。由于根据比较例的固态成像元件90具有层叠的PD 100,200和300，所以提高了入射在固态成像元件90上的光的利用效率，并且增强了信噪比(S/N：signal/noise ratio)特性。然而，原则上，难以避免层叠于半导体基板500内的PD200和300中的颜色混合。
因此，为了避免颜色混合，已经提出了其他层叠结构。例如，在根据比较例的固态成像元件90a中，如图40所示，在半导体基板500内设有一个PD 300。此外，在根据比较例的固态成像元件90a中，在半导体基板500上层叠有具有与图39所示的根据比较例的固态成像元件90的PD 100相同的构成的PD 100和200。在根据比较例的固态成像元件90a中，PD 100和200的光电转换膜104和204由仅吸收特定波长的光并执行光电转换的材料形成，由此期望避免PD 100和200之间的颜色混合。
然而，当如上所述层叠多个PD 100,200和300时，难以避免在层叠方向上位于上方的PD 100与位于下方的PD 300之间的距离的增加。在这样的层叠结构中，由于距离较长的事实，所以难以将光适当地聚焦在层叠的PD 100,200和300中的每个上，并且这成为阻碍固态成像元件的特性的增强的因素之一。因此，为了增强固态成像元件的特性，本发明的发明人已经深入研究了其中可以进一步缩短层叠的PD 100和300之间的在层叠方向上的距离的固态成像元件的合适的层叠结构以及能够实现该层叠结构的方法。
此外，如上所述，在常规的方案中，在其中层叠有如上所述的多个PD 100,200和300的层叠结构中，尚未对用于从位于光入射侧的PD 100输出电荷作为像素信号的像素晶体管的合适配置以及配线的合适配置进行具体研究。因此，为了进一步增强固态成像元件的特性，从像素晶体管等的配置的观点出发，本发明的发明人已经对固态成像元件的合适的层叠结构以及能够实现该结构的方法进行了深入的研究。
然后，本发明的发明人通过独自的研究，根据其中可以增强特性的固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法而实现了本公开的实施方案的创作。下面将顺次地说明根据本公开的实施方案的细节。
<<2.第一实施方案>>
<2.1固态成像元件10的层叠结构>
首先，参照图1对根据本公开第一实施方案的固态成像元件10的层叠结构进行说明。图1是根据本实施方案的固态成像元件10的断面图。具体地，在图1中，示出了固态成像元件10，使得固态成像元件10的光入射到其上的光入射面面向上方。在下面的说明中，按照从位于固态成像元件10下方的半导体基板500到位于半导体基板500上方的光电转换元件(PD)200(第一光电转换部)以及PD 100(第二光电转换部)的升序对固态成像元件10的层叠结构进行说明。
具体地，如图1所示，在固态成像元件10中，例如，在由硅形成的半导体基板500的具有第一导电类型(例如，P型)的半导体区域中设有具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域512。光电转换元件(PD)300(第四光电转换部)通过半导体区域512的PN接合形成在半导体基板500内。注意，在本实施方案中，例如，PD 300是吸收红色光(例如，波长为600nm～700nm的光)并生成电荷的光电转换元件。
此外，在半导体基板500中，在与半导体区域512相反的侧(换言之，光接收面的相反侧)(图1的下侧)，设有包括由钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钴(Co)、钌(Ru)等形成的配线530的配线层。在配线层中，由W、Al、Cu等形成的多个电极532设置为读出PD 300中生成的电荷的多个像素晶体管的栅电极。具体地，电极532设置成通过绝缘膜540面对半导体基板500内的具有第一导电类型(例如，P型)的半导体区域。此外，在半导体基板500内，具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域514设置成夹入具有第一导电类型的半导体区域中，并且半导体区域514用作像素晶体管的源极/漏极区域。
此外，如图1所示，半导体基板500设有用于将后述的光电转换膜104和204中生成的电荷提取到配线530的贯通电极520，以贯通半导体基板500。注意，图1示出了用于提取光电转换膜204中生成的电荷的贯通电极520。另一方面，例如，用于提取光电转换膜104中生成的电荷的贯通电极(未示出)可以以与贯通电极520相似的方式设置在其中配置有多个固态成像元件10的像素阵列部2(参照图2)的周围。
此外，在贯通电极520的外周设有由氧化硅膜(SiOx)等形成的绝缘膜344，以防止贯通电极520和半导体基板500之间的短路。绝缘膜344的界面态优选较低，以减小与半导体基板500的界面态，并抑制来自半导体基板500和绝缘膜344之间的界面的暗电流的生成。
贯通电极520可以通过设置在上述配线层中的配线530与设置在半导体基板500中的具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域中布置的浮动扩散部514a或电极532连接。浮动扩散部514a是临时累积由光电转换膜104和204生成的电荷的区域。半导体基板500可以设有分离绝缘膜(未示出)，以与浮动扩散部514a或各像素晶体管的源极/漏极区域514相邻。
另外，在半导体基板500的光入射侧的面上可以设有具有第一导电类型(例如，P型)的半导体区域502，并且此外，在半导体区域502上可以设有由氧化铝(AlxOy)膜形成的防反射膜402。例如，防反射膜402可以是具有与光电转换膜204中生成的电荷相同极性的具有固定电荷的膜。
然后，如图1所示，例如，在半导体基板500上设有由SiOx膜等形成并且能够透射光的绝缘膜344。由于绝缘膜344可以透射光，所以设置在绝缘膜344的下方的PD 300可以接收光并执行光电转换，即，可以检测光。
此外，在绝缘膜344内设有与贯通电极520电气连接并用作遮光膜的配线522。例如，W以及用作阻挡金属的钛(Ti)膜和氮化钛(TiN)膜的层叠膜可以用于配线522。然而，在本实施方案中，没有特别限制用于形成配线522的材料。
然后，在绝缘膜344的上方，光电转换膜(第一光电转换膜)204设置成介于在相邻的固态成像元件10之间被共享的共通电极(第一共通电极)202与用于读出光电转换膜204中生成的电荷的读出电极(第一读出电极)208之间。光电转换膜204、共通电极202和读出电极208构造成形成PD 200(第一光电转换部)的光电转换层叠结构的一部分。在本实施方案中，例如，PD 200是吸收蓝色光(例如，波长为400nm～500nm的光)并生成电荷(光电转换)的光电转换元件。注意，共通电极202和读出电极208优选由透明导电膜形成。此外，下面将说明用于形成光电转换膜204的材料。
此外，如图1所示，为了将光电转换膜204中生成的电荷临时累积在光电转换膜204中，PD 200具有通过光电转换膜204面对共通电极202的累积电极210。具体地，累积电极210通过绝缘膜344或通过绝缘膜344和半导体层206与光电转换膜204接触。换言之，累积电极210设置成面对光电转换膜204的位于与共通电极202相反的侧的那面(第一面)。此外，半导体层206设置成介于光电转换膜204和读出电极208之间。注意，在本实施方案中，半导体层206设置成更有效地累积电荷，并且优选由能够透射光的氧化物半导体材料形成。
此外，共通电极202、读出电极208和累积电极210与配线等(未示出)电气连接。使用这些配线等，由此将期望的电位施加到共通电极202、读出电极208和累积电极210。具体地，读出电极208通过半导体层206与光电转换膜204接触。另外，读出电极208通过贯通电极520与上述设置在半导体基板500上的浮动扩散部514a连接。因此，在本实施方案中，控制施加到读出电极208和累积电极210的电位使得能够将光电转换膜204中生成的电荷累积在光电转换膜204中或光电转换膜204的界面中，或者能够将电荷提取到浮动扩散部514a。换言之，累积电极210可以用作用于根据施加的电位吸引光电转换膜204中生成的电荷并将电荷累积在光电转换膜204中的电荷累积用电极。在本实施方案中，为了有效地利用入射到固态成像元件10上的光，优选的是，形成累积电极210，使得当从光入射面的上方观察固态成像元件10时，累积电极210的面积大于读出电极208的面积。
此外，与如上所述的共通电极202和读出电极208相似，累积电极210优选由透明导电膜形成。因此，在本实施方案中，共通电极202、读出电极208和累积电极210由透明导电膜形成，即使通过PD 300也可以检测入射在固态成像元件10上的光。
此外，绝缘膜344设置在读出电极208和累积电极210之间以及半导体层206和累积电极210之间，以使它们电气绝缘。
此外，在共通电极202的上方通过绝缘膜346设有PD 100(第二光电转换部)。例如，PD 100是吸收绿色光(例如，波长为500nm～600nm)并生成电荷(光电转换)的光电转换元件。具体地，作为PD 100，共通电极(第二共通电极)102、光电转换膜(第二光电转换膜)104、半导体层106、绝缘膜342、读出电极(第二读出电极)108和累积电极110顺次地层叠在绝缘膜346上。
如图1所示，在固态成像元件10的层叠结构中，PD 100和200分别具有共通电极102和共通电极202、光电转换膜104和光电转换膜204、半导体层106和半导体层206以及读出电极108和读出电极208。然而，在PD 100和200中的每个的光电转换层叠结构中，上述将要层叠的层的顺序是不同的。具体地，在PD 100的光电转换层叠结构中，共通电极102、光电转换膜104、半导体层106和读出电极108从底部开始顺次地层叠。另一方面，在PD 200的光电转换层叠结构中，读出电极208、半导体层206、光电转换膜204和共通电极202从底部顺次地层叠。即，在本实施方案中，PD 100具有其中层叠有共通电极102、光电转换膜104、半导体层106和读出电极108的光电转换层叠结构，并且PD 200具有其中层叠有共通电极202、光电转换膜204、半导体层206和读出电极208的光电转换层叠结构，使得PD 100和200以垂直于固态成像元件10的层叠结构的层叠方向的垂直面(例如，绝缘膜346的平面)作为对称轴而彼此呈线对称关系。换言之，PD 200的光电转换层叠结构具有其中以垂直面为轴使PD 100的光电转换层叠结构颠倒的结构。
注意，在本实施方案中，在固态成像元件10的层叠结构中，PD 100和200可以具有其中层叠各层使得PD 100和200以垂直于固态成像元件10的层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系的光电转换层叠结构。即，在本实施方案中，PD 100和200不需要以上述顺序层叠。此外，在本实施方案中，当从光入射面的上方观察固态成像元件10时，PD 100和200的读出电极108和208以及累积电极110和210不需要彼此重叠，并且不需要设置成具有对称关系。即，在本实施方案中，当从光入射面的上方观察固态成像元件10时，对PD 100和PD 100中包括的各层的布局没有特别限制。此外，在本实施方案中，配线等可以在PD 100和200之间共享。
然后，如图1所示，在PD 100的上方设有由能够透射光的诸如SiOx膜等材料形成的绝缘膜342。另外，在绝缘膜342上设有由诸如SixNy、SixOyNz或SixCy等无机膜形成的高折射率层252。此外，在高折射率层252上针对各固态成像元件10设有片上透镜250。例如，片上透镜250可以由氮化硅膜或者诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂或硅氧烷树脂等树脂材料形成。
上述光电转换膜104和204可以由有机材料(有机光电转换膜)或无机材料(无机光电转换膜)形成。例如，在由有机材料形成光电转换膜时，能够从四种类型中选择一种：(a)P型有机半导体材料；(b)N型有机半导体材料；(c)使用P型有机半导体材料层、N型有机半导体材料层以及P型有机半导体材料与N型有机半导体材料的混合层(本体异质结构)中的至少两种的层叠结构；以及(d)P型有机半导体材料和N型有机半导体材料的混合层。注意，例如，使用有机材料的光电转换膜包括与读出电极接触的电子阻挡缓冲膜、光电转换膜、空穴阻挡膜、空穴阻挡缓冲膜以及诸如功函数调整膜等层叠结构。
P型有机半导体材料的具体示例包括萘衍生物、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、香豆素衍生物、吡咯亚甲基衍生物、吡喃衍生物、苯并恶唑酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩(BTBT)衍生物、二萘并噻吩并噻吩(DNTT)衍生物、对蒽并噻吩并噻吩(DATT)衍生物、苯并双苯并噻吩(BBBT)衍生物、萘双苯并噻吩(NBBT)衍生物、噻吩二苯并噻吩(TBBT)衍生物、二苯并噻吩并二苯并噻吩(DBTBT)衍生物、二噻吩并苯并二噻吩(DTBDT)衍生物、二苯并噻吩二噻吩(DBTDT)衍生物、苯并二噻吩(BDT)衍生物、萘二噻吩(NDT)衍生物、蒽二噻吩(ADT)衍生物、四碳二噻吩(TDT)衍生物、五碳二噻吩(PDT)衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苉衍生物、
Figure BDA0002757901340000141
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、具有作为配体的杂环化合物的金属配合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物和聚芴衍生物。
另外，N型有机半导体材料的示例包括富勒烯和富勒烯衍生物(例如，诸如C60、C70和C74等富勒烯(高级富勒烯)、内包富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如，氟化富勒烯或苯基-C61-丁酸甲基酯(PCBM)、富勒烯化合物、富勒烯多聚体等)、最高占据分子轨道(HOMO：Highest Occupied Molecular Orbital)和最低未占分子轨道(LUMO：Lowest UnoccupiedMolecular Orbital)比P型有机半导体更深的有机半导体以及能够透射光的无机金属氧化物。N型有机半导体材料的更具体的示例包括含氮原子、氧原子或硫原子的杂环化合物，例如，具有吡啶衍生物、吡咯亚甲基衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、异喹啉衍生物、香豆素衍生物、吡喃衍生物、苯恶唑酮衍生物、苝衍生物、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、聚亚苯基亚乙烯基衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物等作为分子骨架一部分的有机分子和有机金属配合物以及亚酞菁衍生物。另外，富勒烯衍生物中所含的基团等的示例包括支链或环状的烷基或苯基；具有直链或稠合芳族化合物的基团；含有卤化物的基团；部分氟代烷基；全氟烷基；甲硅烷基烷基；甲硅烷基烷氧基；芳基甲硅烷基；芳基硫烷基；烷基硫烷基；芳基磺酰基；烷基磺酰基；芳基硫基；烷基硫基；氨基；烷基氨基；芳基氨基；羟基；烷氧基；酰基氨基；酰氧基；羰基；羧基；羧酰胺基；碳烷氧基；酰基；磺酰基；氰基；硝基；含硫族化物的基团；膦基；膦酸酯基；及其衍生物。注意，由有机材料形成的光电转换膜的厚度不受限制，并且例如，可以是1×10-8m～5×10-7m，优选2.5×10-8m～3×10-7m，更优选2.5×10-8m～2×10-7m。在上述说明中，有机半导体材料分为P型和N型，其中P型是指容易输送空穴，而N型是指容易输送电子。即，与无机半导体材料的情况不同，在有机半导体材料中，该类型不限于包含空穴或电子作为热激励的多数载流子的解释。
此外，当光电转换膜104和204由无机材料形成时，无机半导体材料的示例包括晶体硅、非晶硅、微晶硅、晶体硒、非晶硒、诸如CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2和AgInS2、AgInSe2等黄铜矿化合物；或诸如GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和InGaAsP等III-V族化合物；以及诸如CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe和PbS等化合物半导体。另外，在本实施方案中，由这些材料形成的量子点可以用作光电转换膜104和204。
此外，光电转换膜104和204可以由诸如亚苯基亚乙烯基、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔或二乙炔等聚合物或者其衍生物形成。
此外，用于形成用于检测蓝色光和绿色光的光电转换膜104和204的优选使用的材料的示例包括其中稠合有诸如金属配合物染料、若丹明染料、喹吖啶酮染料、花菁基染料、花菁素基染料、苯并蒽基染料、三苯甲烷基染料、若丹菁基染料、呫吨基染料、大环氮杂蒽基染料、甘菊环基染料、萘醌、蒽醌基染料、蒽、芘等稠合多环芳族和芳族或杂环化合物的链状化合物；或诸如喹啉、苯并噻唑、苯并恶唑等具有方酸基团和丁烯基次甲基基团作为结合链的两个含氮杂环；或者通过方酸基团和丁烯基次甲基基团结合的类花菁染料等。此外，作为金属配合物染料，优选二硫酚金属配合物基染料、金属酞菁染料、金属卟啉染料或钌配合物染料，特别优选钌配合物染料，但并不限于上述示例。
此外，当使光电转换膜104和204用作检测红色光的光电转换膜时，光电转换膜可以包括酞菁基染料、亚酞菁基染料(亚酞菁衍生物)等。
注意，在本实施方案中，光电转换膜104和204可以通过混合几种材料来形成，或者可以层叠以增强特性。此外，在本实施方案中，光电转换膜104和204可以通过层叠或混合不直接有助于光电转换的材料来形成，以增强特性。
注意，例如，作为上述绝缘膜342,344和346，可以使用能够透射光的氧化硅膜(SiOx)、氧化铝膜(AlxOy)、正硅酸乙酯(TEOS：tetra ethyl ortho silicate)膜、氮化硅膜(SixNy)、氧氮化硅膜(SixOyNz)、碳化硅(SixCy)膜、含碳的氧化硅膜(SixCyOz)等，并且对这些示例没有特别限制。形成这些膜的方法的示例包括化学气相沉积(CVD：chemical vapordeposition)法、物理气相沉积(PVD：physical vapor deposition)法和原子层沉积(ALD：atomic layer deposition)法。然而，在本实施方案中，没有特别限制用于形成绝缘膜342,344和346的材料和方法。
此外，例如，共通电极102和202、读出电极108和208以及累积电极110和210可以由诸如氧化铟锡(包括ITO、结晶ITO和非晶ITO)等能够透射光的透明导电膜形成。然而，在本实施方案中，用于形成共通电极102和202、读出电极108和208以及累积电极110和210的材料不限于如上所述的ITO，并且可以使用其他材料。例如，优选地，透明导电膜由带隙为2.5eV以上、优选3.1eV以上的材料形成。作为透明导电膜的氧化锡基材料的示例包括氧化锡、氧化锑锡(Sb作为掺杂剂添加到SnO2中，例如：ATO)和氧化氟锡(F作为掺杂剂添加到SnO2中，例如：FTO)。氧化锌基材料的示例包括氧化铝锌(其中，Al作为掺杂剂添加到ZnO中，例如：AZO)、氧化镓锌(其中，Ga作为掺杂剂添加到ZnO中，例如：GZO)、氧化铟锌(其中，In作为掺杂剂添加到ZnO中，例如：IZO)、氧化铟镓锌(其中，In和Ga作为掺杂剂添加到ZnO4中，例如：IGZO)、氧化铟锡锌(其中，In和Sn作为掺杂剂添加到ZnO中，例如：ITZO)。其他示例包括氧化铟镓(In作为掺杂剂添加到Ga2O3中，例如：IGO)、CuInO2、MgIn2O4、CuI、InSbO4、ZnMgO、CdO、ZnSnO3和石墨烯。
此外，在本实施方案中，半导体层106和206优选使用具有比光电转换膜104和204的电荷迁移率高的电荷迁移率并且具有大的带隙的材料来形成。例如，半导体层106和206中的构成材料的带隙优选为3.0eV以上。材料的示例包括诸如IGZO等氧化物半导体材料以及有机半导体材料。有机半导体材料的示例包括过渡金属二硫化物、碳化硅、金刚石、石墨烯、碳纳米管、稠合的多环烃化合物和稠合的杂环化合物。半导体层106和206可以由单个膜形成或者可以通过层叠多个膜形成。
如上所述，根据本公开实施方案的固态成像元件10具有其中层叠有分别检测三种颜色的光的PD 100,200和300的层叠结构。即，例如，上述固态成像元件10可以限定为通过形成在半导体基板500的上方的光电转换膜104(PD 100)对绿色光执行光电转换、通过设置在PD 100的下方的光电转换膜204(PD 200)对蓝色光执行光电转换以及通过设置在半导体基板500内的PD 300对红色光执行光电转换的纵向分光型固态成像元件。
注意，在本实施方案中，上述固态成像元件10不限于如上所述的纵向分光型的层叠结构。例如，蓝色光可以通过形成在半导体基板500的上方的光电转换膜104执行光电转换，并且绿色光可以通过设置在PD 100的下方的光电转换膜204执行光电转换。
如上所述，在本实施方案中，在固态成像元件10的层叠结构中，PD 100和200具有其中层叠各层使得PD 100和200以垂直于固态成像元件10的层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系的光电转换层叠结构。根据本实施方案，PD 100和200具有这种光电转换层叠结构，从而可以进一步缩短位于上方的PD 100与位于下方的PD 300之间的距离。结果，根据本实施方案，容易将光适当地聚焦在所有层叠的PD 100,200和300上，并且能够改善固态成像元件10的阴影特性、感度特性和可靠性。
<2.2固态成像装置1的示意性构成>
接着，参照图2对包括上述多个固态成像元件10的固态成像装置1的示意性构成进行说明。图2是根据本实施方案的固态成像装置1的示意性平面图。
如图2所示，例如，根据本实施方案的固态成像装置1在由硅(未示出)形成的半导体基板500上包括具有多个固态成像元件10的以矩阵状配置的像素阵列部2和设置成包围像素阵列部2的周边电路部。此外，周边电路部包括垂直驱动电路部32、列信号处理电路部36等。注意，在图2中，为了清晰起见，对于左上方的固态成像元件10以外的固态成像元件10，未示出与配线的连接。下面对根据本实施方案的固态成像装置1的各块的细节进行说明。
(像素阵列部2)
像素阵列部2包括以矩阵状二维地配置在半导体基板500(未示出)上的多个固态成像元件10。各固态成像元件10包括PD 100,200和300以及多个像素晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)(未示出)。更具体地，例如，像素晶体管包括传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管。后面将说明各固态成像元件10中的等效电路(连接构成)的细节。
(垂直驱动电路部32)
垂直驱动电路部32由移位寄存器构成，例如，选择像素驱动配线，将用于驱动固态成像元件10的脉冲供给到所选择的像素驱动配线，并且以行为单位驱动固态成像元件10。即，垂直驱动电路部32以行为单位顺次地在垂直方向(图2中的上下方向)上选择性地扫描像素阵列部2的各固态成像元件10，并且通过垂直信号线将基于根据由各固态成像元件10的PD 100,200和300接收的光量生成的电荷的像素信号供给到下文将进行说明的列信号处理电路部36。
(列信号处理电路部36)
列信号处理电路部36针对固态成像元件10的各个列配置，并且针对每列，对从一行的固态成像元件10的PD 100,200和300输出的像素信号执行诸如噪声去除等信号处理。例如，为了去除固态成像元件10固有的固定模式噪声，列信号处理电路部36执行诸如相关双采样(CDS：correlated double sampling)和模数(AD：analog-digital)转换等信号处理。
注意，根据本实施方案的固态成像装置1的平面构成例不限于图2所示的示例，并且例如，可以包括其他电路部，并且没有特别限制。
<2.3固态成像元件10的等效电路>
接着，参照图3对根据本实施方案的固态成像元件10的等效电路进行说明。图3是根据本实施方案的固态成像元件10的等效电路图。即，由图2中的矩形表示的固态成像元件10的内部由图3所示的等效电路构成。
如上所述，PD 100和200具有共通电极102和共通电极202、读出电极108和读出电极208、介于共通电极102和读出电极108之间的光电转换膜104以及介于共通电极202和读出电极208之间的光电转换膜204。此外，PD 100和200具有通过绝缘膜342和绝缘膜344(未示出)与光电转换膜104和光电转换膜204接触的累积电极110和累积电极210。在下面的说明中，对固态成像元件10中包括的PD 100的等效电路进行说明，但是PD 200的等效电路也与PD 100的等效电路相同，因此这里省略其详细说明。
如图3所示，读出电极108通过配线等与用于使累积的电荷复位的复位晶体管TRST1的一侧的源极/漏极电气连接。复位晶体管TRST1的栅极与复位信号线RST1电气连接，并且还与上述垂直驱动电路部32电气连接到。复位晶体管TRST1的另一侧(未与读出电极108连接的侧)的源极/漏极与电源电路VDD电气连接。
此外，读出电极108经由配线与将电荷转换成电压并且将该电压作为像素信号输出的放大晶体管TAMP1的栅极电气连接。连接读出电极108、放大晶体管TAMP1的栅极和复位晶体管TRST1的一侧的源极/漏极的节点FD1构造成包括复位晶体管TRST1的一部分。来自读出电极108的电荷改变节点FD1的电位，并且由放大晶体管TAMP1转换为电压。放大晶体管TAMP1的一侧的源极/漏极经由配线与根据选择信号将通过转换获得的像素信号输出到信号线VSL1的选择晶体管TSEL1的一侧的源极/漏极电气连接。此外，放大晶体管TAMP1的另一侧(未与选择晶体管TSEL1连接的侧)的源极/漏极与电源电路VDD电气连接。
此外，选择晶体管TSEL1的另一侧(未与放大晶体管TAMP1连接的一侧)的源极/漏极与用于传输转换的电压作为像素信号的信号线VSL1电气连接，并且还与上述列信号处理电路部36电气连接。此外，选择晶体管TSEL1的栅极与选择用于输出像素信号的行的选择线SEL1电气连接，并且还与上述垂直驱动电路部32电气连接。
此外，累积电极110经由配线VOA1与上述垂直驱动电路部32电气连接。如上所述，累积电极110可以根据施加的电位吸引光电转换膜104中生成的电荷，并且将电荷累积在光电转换膜104中，或者可以将电荷传输到读出电极108。此外，共通电极102与选择用于输出像素信号的列的选择线VOU电气连接。
注意，尽管在图3中未示出，但是与后述的PD 300类似，PD 100和200可以与传输晶体管电气连接。
接着，作为参考，还参照图3对PD 300的等效电路进行说明。如图3所示，设置在半导体基板500内的PD 300经由配线与设置在半导体基板500内的像素晶体管(放大晶体管TAMP3、传输晶体管TTRN、复位晶体管TRST3和选择晶体管TSEL3)连接。具体地，PD 300的一侧经由配线与传输电荷的传输晶体管TTRN的一侧的源极/漏极电气连接。此外，传输晶体管TTRN的另一侧(未与PD 300连接的侧)的源极/漏极经由配线与复位晶体管TRST3的一侧的源极/漏极电气连接。此外，传输晶体管TTRN的栅极与传输栅极线TG3电气连接，并且还与上述垂直驱动电路部32连接。复位晶体管TRST3的另一侧(未与传输晶体管TTRN连接的侧)的源极/漏极与电源电路VDD电气连接。此外，复位晶体管TRST3的栅极与复位线RST3电气连接，并且还与上述垂直驱动电路部32连接。
此外，传输晶体管TTRN的另一侧(未与PD 300连接的侧)的源极/漏极通过配线与放大(转换)电荷并输出电荷作为像素信号的放大晶体管TAMP3的栅极电气连接。放大晶体管TAMP3的一侧的源极/漏极经由配线与根据选择信号将像素信号输出到信号线VSL3的选择晶体管TSEL3的一侧的源极/漏极电气连接。放大晶体管TAMP3的另一侧(未与选择晶体管TSEL3连接的侧)的源极/漏极与电源电路VDD电气连接。选择晶体管TSEL3的另一侧(未与放大晶体管TAMP3连接的侧)的源极/漏极与信号线VSL3电气连接，并且还与上述列信号处理电路部36电气连接。选择晶体管TSEL3的栅极与选择线SEL3电气连接，并且还与上述垂直驱动电路部32电气连接。
注意，尽管下文将说明固态成像元件10的布局，但是根据图3的等效电路图，PD100,200和300的各层和像素晶体管也是电气连接的。
<2.4固态成像元件10的布局构成>
接着，参照图4对根据本实施方案的固态成像元件10的布局构成进行说明。图4是根据本实施方案的固态成像元件10的布局图，并且具体地，是当从光入射面的上方观察固态成像元件10的层叠结构中的各层时的图。即，在图4的左侧示出了位于固态成像元件10的层叠结构的顶部的PD 100的布局，在图4的中央示出了位于层叠结构的中间的PD 200的布局，并且在图4的右侧示出了位于层叠结构的底部的PD 300的布局。
具体地，在PD 100中，矩形的累积电极110设置在中央部，并且具有小于累积电极110的面积的面积的矩形的读出电极108设置成与累积电极110相邻。此外，在PD 100中，要电气连接到PD 100的像素晶体管(复位晶体管TRST1、放大晶体管TAMP1和选择晶体管TSEL1)以及要电气连接到这些像素晶体管的各种配线(电源电路VDD、信号线VSL1和配线VOA1)设置在周边部中，以不与读出电极108和累积电极110重叠。
在PD 200中，与PD 100类似，矩形的累积电极210设置在中央部中，并且具有小于累积电极210的面积的面积的矩形的读出电极208设置成与累积电极210相邻。注意，优选的是，电气连接到PD 200的像素晶体管等设置在后述的PD 300的最下层中，使得累积电极210可以具有更宽的面积。因此，读出电极208通过贯通半导体基板500的贯通电极520与设置在PD 300的最下层的像素晶体管电气连接。
在PD 300中，矩形的半导体区域512设置在中央部中。此外，在PD 300中，要连接到PD 200和300的像素晶体管(复位晶体管TRST2和TRST3、放大晶体管TAMP2和TAMP3、选择晶体管TSEL2和TSEL3以及传输晶体管TTRN)、要电气连接到这些像素晶体管的各种配线(电源电路VDD以及信号线VSL2和VSL3)和浮动扩散部514a设置在周边部中。
在本实施方案中，固态成像元件10的各层的布局不限于图4所示的示例，并且可以是其他布局。
<<3.第二实施方案>>
接着，参照图5对作为第一实施方案的变形的根据本公开第二实施方案的固态成像元件10a的层叠结构进行说明。图5是根据本实施方案的固态成像元件10a的断面图。注意，在下面的说明中，将省略与如上所述的第一实施方案共同的点的说明，并且将说明与第一实施方案不同的点。
在根据本实施方案的固态成像元件10a中，如图5所示，与第一实施方案不同，PD100包括通过绝缘膜342面对光电转换膜104的与共通电极102相反的面的传输电极120，并且PD 200包括通过绝缘膜344面对光电转换膜204的与共通电极202相反的面的传输电极220。传输电极120设置在读出电极108和累积电极110之间，传输电极220设置在读出电极208和累积电极210之间，并且它们控制电荷的传输。具体地，在电荷累积在光电转换膜104和204内的累积时间段，传输电极120和220被施加预定电位，并且能够阻挡累积在累积电极110和210上的电荷。因此，在用于传输电荷的传输时间段，传输电极120和220可以处于开放状态，以将累积的电荷传输到读出电极108和208。
此外，在本实施方案中，如图5所示，PD 100具有通过绝缘膜342面对光电转换膜104的与共通电极102相反的侧的遮挡电极130，并且PD 200具有通过绝缘膜344面对光电转换膜204的与共通电极202相反的侧的遮挡电极230。遮挡电极130和230设置在累积电极110和210的外侧，从而能够防止累积的电极渗出。具体地，遮挡电极130和230可以防止其中在电荷累积在光电转换膜104和204中的累积时间段由累积电极110和210累积的电荷渗入到相邻的固态成像元件10中的高光溢出(blooming)。遮挡电极130和230可以与施加预定电压的配线(未示出)电气连接。
根据本实施方案的传输电极120和220以及遮挡电极130和230可以由与读出电极108和208以及累积电极110和210相同的材料形成。此外，上述传输电极120和220以及遮挡电极130和230可以与读出电极108和208以及累积电极110和210同时形成。
<<4.第三实施方案>>
接着，参照图6对作为第一实施方案的变形的根据本公开第六实施方案的固态成像元件10b的层叠结构进行说明。图6是根据本实施方案的固态成像元件10b的断面图。注意，在下面的说明中，将省略与如上所述的第一实施方案共同的点的说明，并且将说明与第一实施方案不同的点。
在本实施方案中，如图6所示，PD 100和200共享一个共通电极102。即，在根据本实施方案的固态成像元件10b的层叠结构中，作为PD 200，读出电极208、半导体层206、光电转换膜204和共通电极102被顺次地层叠。此外，在上述层叠结构中，作为PD 100，光电转换膜104、半导体层106和读出电极108顺次地层叠在共通电极102上。因此，在本实施方案中，未设置根据第一实施方案的共通电极202和绝缘膜346。
如下所述，在本实施方案中，PD 100和200共享一个共通电极102，换言之，PD 100的共通电极102和PD 200的共通电极202被设置为一体电极。根据本实施方案，使用这样的结构，从而能够减少固态成像元件10的层叠结构中的层数。因此，根据本实施方案，能够进一步缩短位于上方的PD 100与位于下方的PD 300之间的距离，并且容易将光适当地聚焦在层叠的PD 100,200和300上。因此，能够改善固态成像元件10b的阴影特性、感度特性和可靠性。另外，根据本实施方案，由于可以减少固态成像元件10的层叠结构中的层数，所以减少了界面数，并且可以防止由于入射到固态成像元件10上的入射光的反射而导致的返回。此外，根据本实施方案，能够减少制造固态成像元件10所需的成本和时间。
<<5.第四实施方案>>
这里，作为本公开的第四实施方案，基于上述第一和第三实施方案来检查固态成像元件10的层叠结构。在下面的说明中，参照图7、图8A和图8B，对各种固态成像元件10的层叠结构进行检查。图7是根据本实施方案的固态成像元件10和10b的层叠结构的示意图。具体地，与根据比较例的固态成像元件90a对比地示出了具有三个PD 100,200和300的固态成像元件10和10b的层叠结构的示意图。此外，图8A和图8B是根据本实施方案的固态成像元件12、12b、12c和12d的层叠结构的示意图。具体地，与根据比较例的固态成像元件92a对比地示出了具有四个PD 100,200,300和400的固态成像元件12、12b、12c和12d的层叠结构。
具体地，在图7的左侧示意性地示出了根据图40的比较例的固态成像元件90a的层叠结构。如上所述，在固态成像元件90a中，PD 100和200具有其中各层以相同的顺序层叠的光电转换层叠结构。此外，在PD 100和200之间设有包括电气连接到PD 100的像素晶体管和配线的层，并且在PD 200的下方设有包括电气连接到PD 200和300的像素晶体管和配线的层以及包括PD 300的半导体基板500。
然后，在图7的中央，示意性地示出了根据图1的第一实施方案的固态成像元件10的层叠结构。如上所述，在固态成像元件10中，PD 100和200具有其中层叠各层使得PD 100和200以垂直于固态成像元件10的层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系的光电转换层叠结构。此外，在固态成像元件10中，与固态成像元件90a不同，在PD100的上方设有包括电气连接到PD 100的像素晶体管和配线的层(第一控制部)。在以这种方式层叠的情况下，根据固态成像元件10，与根据比较例的固态成像元件90a相比，可以进一步缩短位于上方的PD 100与位于下方的PD 300之间的距离。
此外，在图7的右侧示意性地示出了根据图6的第三实施方案的固态成像元件10b的层叠结构。如上所述，在固态成像元件10b中，设有由PD 100和200共享的共通电极102。在以这种方式层叠的情况下，根据固态成像元件10b，与固态成像元件10相比，可以进一步缩短位于上方的PD 100与位于下方的PD 300之间的距离。
接着，参照图8A和图8B对其中在PD 200的下方设有具有与PD 100和200相同的构成的PD 400(第三光电转换部)并且在半导体基板500内还设有PD 300(第四光电转换部)的情况进行检查。这里，PD 400具有与PD 100和200相同的层叠结构和材料，即，包括共通电极(第三共通电极)、光电转换膜(第三光电转换膜)、半导体层、读出电极(第三读出电极)和累积电极的层叠结构。然而，在PD 400的光电转换层叠结构中，没有特别限制层叠各层的顺序。此外，例如，设置在半导体基板500内的PD 300是能够检测红外光的光电转换元件。
具体地，与根据比较例的固态成像元件90a的层叠结构类似，在图8A的左侧示意性地示出了包括具有其中各层以相同顺序层叠的光电转换层叠结构的PD 100,200和400的固态成像元件92a的层叠结构。此外，在图8A的中央示意性地示出了其中PD 100和200具有与根据第一实施方案的固态成像元件10的层叠结构相同的层叠结构的固态成像元件12的层叠结构。此外，在图8A的右侧示意性地示出了其中PD 100和200具有与根据第三实施方案的固态成像元件10b的层叠结构相同的层叠结构的固态成像元件12b的层叠结构。注意，在固态成像元件92a中，在PD 100,200和400的下方分别设有包括连接到PD 100,200和400的像素晶体管的层。另一方面，在固态成像元件12和12b中，与固态成像元件92a不同，在PD 100的上方设有包括电气连接到PD 100的像素晶体管的层。
从图8A可以看出，根据本实施方案的固态成像元件12和12b，与根据比较例的固态成像元件92a相比，可以进一步缩短位于上方的PD 100与位于下方的PD 300之间的距离。
此外，在图8B的左侧示意性地示出了其中PD 200和400具有与根据第一实施方案的固态成像元件10的层叠结构相同的层叠结构的固态成像元件12c的层叠结构。此外，在图8B的右侧示意性地示出了其中PD 200和PD 400具有与根据第三实施方案的固态成像元件10b的层叠结构相同的层叠结构的固态成像元件12d的层叠结构。在固态成像元件12c和12d中，在PD 100和200之间设有包括电气连接到PD 100和200的共享像素晶体管和配线的层(第二控制部)。如上所述，根据固态成像元件12c和12d，包括像素晶体管等的层由PD 100和200共享，从而减少了由像素晶体管等遮蔽的平面的面积。因此，能够进一步提高入射到固态成像元件10上的入射光的利用效率。
注意，在本实施方案中，例如，半导体基板500内的PD 300不需要设置在图7、图8A和图8B所示的层叠结构中。此外，在本实施方案中，还可以在PD 400的下方设置具有与PD100和200相同构成的其他PD。
<<6.第五实施方案>>
接着，作为本公开的第五实施方案，参照图9～18对如上所述的根据第一实施方案的固态成像元件10的制造方法进行说明。图9～18分别是用于说明根据本实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图。
首先，使用外延生长法在半导体基板500的表面上形成硅层(未示出)，并且通过使用杂质离子注入在硅层中形成用作PD 300等的半导体区域512(未示出)。此外，在硅层上执行栅极氧化(绝缘膜540的形成)、栅电极532的形成、侧壁的形成和离子注入，以形成PD 300的像素晶体管等(未示出)。此外，在硅层上形成配线530、绝缘膜542等。此外，与上述类似，例如，在另一个半导体基板600的表面上形成各种晶体管、配线630、电极632和绝缘膜642。以这种方式，可以获得如图9所示的两个半导体基板500和600。注意，尽管在上述说明中未提及，但是可以通过使用杂质离子注入来形成半导体区域502，并且还可以形成防反射膜402。
然后，使半导体基板500和600的贴合面500a和600a彼此相对，并且使半导体基板500和600彼此贴合。此时，优选进行贴合，使得配线530和630彼此对准。在贴合之后，对半导体基板500进行研削等，以形成绝缘膜344和贯通电极520。以这种方式，可以获得如图10所示的结构。注意，在下面的说明中，对图10中示出的区域950的位置进行说明。因此，图11之后的附图是区域950的放大断面图，并且对应于图1的固态成像元件10的断面图。
接着，如图11所示，在贯通电极520上形成兼作遮光膜的配线522。通过加工形成配线522，以留下期望遮光的部分。由于配线522电气连接到贯通电极520并且还用作遮光膜，因此配线522优选由W以及阻挡金属Ti和TiN的层叠膜形成。
然后，如图12和图13所示，通过使用光刻、蚀刻等在绝缘膜344上形成具有期望形状的读出电极208和累积电极210。具体地，可以通过使用溅射法层叠诸如ITO等透明导电膜210a、使用光刻技术对所得的膜进行图案化以及使用干蚀刻或湿蚀刻对所得的膜进行加工来形成具有期望形状的读出电极208和累积电极210。通过等离子体CVD等形成的绝缘膜344埋入在读出电极208和累积电极210之间。通过化学机械抛光(CMP)优选使读出电极208和累积电极210的上表面以及它们之间的绝缘膜344的上表面平坦化。
接着，如图14所示，在读出电极208和累积电极210上形成绝缘膜344，并且使用光刻等在绝缘膜344中形成开口部802，使得读出电极208的一部分露出。此外，在开口部802和绝缘膜344上形成半导体层206。注意，在形成半导体层206之前，可以通过CMP等使绝缘膜344的上表面平坦化。
此外，在半导体层206上顺次地层叠光电转换膜204、共通电极202和绝缘膜346。可以通过旋涂、真空沉积等形成光电转换膜204。此外，在绝缘膜346的形成前后，可以执行诸如除灰或有机清洁等后处理，以去除沉积物和残留物。然后，在绝缘膜346上顺次地层叠共通电极102、光电转换膜104、半导体层106和绝缘膜342。以这种方式，可以获得图15所示的结构。
然后，如图16所示，通过光刻等在绝缘膜342中形成开口部804，使得半导体层106的一部分露出。
接着，如图17所示，将透明导电膜埋入到开口部804中，并且在其上进一步层叠透明导电膜。
此外，如图18所示，对层叠的透明导电膜进行加工，以形成读出电极108和累积电极110。
之后，顺次地层叠并形成绝缘膜342、高折射率层252、片上透镜250等，从而可以获得如图1所示的固态成像元件10。
上述各层的形成方法的示例包括PVD法和CVD法。PVD法的示例包括使用电阻加热或高频加热的真空沉积法、电子束(EB)沉积法、各种溅射法(磁控溅射法、RF-DC耦合偏压溅射法、电子回旋共振(ECR：electron cyclotron resonance)溅射法、对向靶溅射法和高频溅射法)、离子电镀法、激光烧蚀法、分子束外延(MBE：molecular beam epitaxy)法和激光转印法。CVD法的示例包括等离子体CVD法、热CVD法、金属有机(MO)CVD法和光CVD法。此外，其他方法的示例包括电镀法、化学镀法、旋涂法；浸渍法；铸造法；微接触印刷法；滴铸法；诸如丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、苯胺印刷法等各种印刷法；冲压法；喷涂法；诸如气刀涂布法、刮刀涂布法、棒式涂布法、刀片涂布法、挤压涂布法、反向辊涂布法、传输辊涂布法、凹版涂布法、吻合涂布法、流延涂布法、喷涂涂布法、狭缝孔口涂布法和压延涂布法等各种涂布法。使各层图案化的方法的示例包括诸如荫罩(shadow mask)、激光转印和光刻等化学蚀刻；以及通过紫外光、激光等的物理蚀刻。另外，平坦化技术的示例包括CMP法、激光平坦化法和回流法。
<<7.第六实施方案>>
接着，作为本公开的第六实施方案，对与如上所述的根据第五实施方案的制造方法不同的固态成像元件10的制造方法进行说明。
顺便提及地，当形成具有其中层叠有如上所述的PD 100和200的层叠结构的固态成像元件10时，当形成位于上方的PD 100时所施加的热量可能损坏包括在位于下方的PD200中的各层，特别是光电转换膜204。为了避免这种损坏，如下所述，考虑使用将其中已经设置了PD 100的半导体基板750与其中已经设置了PD 200的半导体基板500贴合的方法。此外，当选择这种方法时，可以通过高温工艺分别形成包括在PD 100和200中的半导体层106和半导体层206，从而可以进一步增强PD 100和200的特性。
当采用上述贴合时，需要将半导体基板500与半导体基板750贴合，使得位于上方的PD 100和位于下方的PD 200彼此具有预定的位置关系。然而，在批量生产过程中可能难以将半导体基板500与半导体基板750精确地贴合。即，当采用上述贴合时，可能发生贴合偏差。因此，在本实施方案中，即使发生贴合偏差，也可以在贴合之后在位于上方的PD 100中形成读出电极108和累积电极110(膜层叠，并通过光刻等加工)，由此PD 100和200彼此具有预定的位置关系。以这种方式，根据本实施方案，在避免由于热量而损坏光电转换膜104和204的同时，能够精确地形成PD 100和200，以使得彼此具有预定的位置关系(可以避免未对准)。
在下文中，参照图19和图20对使用上述贴合的根据第六实施方案的固态成像元件10的制造方法进行说明。图19和图20分别是用于说明根据本实施方案的固态成像元件10的制造方法的说明图，并且对应于图1的固态成像元件10的断面图。
首先，与第五实施方案类似，准备在其上形成有PD 200和300及其相应的像素晶体管、电极532、配线530、贯通电极520等的半导体基板500(第一基板)。此外，在设置于半导体基板500上的共通电极202上形成绝缘膜346a(例如，SiOX膜)。以这种方式，可以获得图19的下侧所示的半导体基板500。
接着，例如，在另一个半导体基板750(例如，SOI(绝缘体上硅(Silicon OnInsulator))基板、输送基板等)(第二基板)上顺次地层叠半导体层106、光电转换膜104和共通电极102。此外，在共通电极102上层叠绝缘膜346b(例如，SiOX膜)。以这种方式，如图19的上侧所示，可以获得其上形成有PD 100的基板750。各层的形成的细节与第五实施方案中的相同，因此这里省略其说明。
此外，如图20所示，将半导体基板500与基板750贴合，使得绝缘膜346a和346b彼此面对。注意，在贴合时，对绝缘膜346a和346b的上表面进行等离子体处理或加热，从而可以将膜贴合。此外，在本实施方案中，可以使用粘合剂等进行贴合。以这种方式，可以获得图20所示的结构。
之后，去除半导体层106上的半导体基板750，并且形成(层叠和通过光刻等进行加工)读出电极108和累积电极110。此外，层叠并形成绝缘膜342、高折射率层252、片上透镜250，从而可以获得如图1所示的固态成像元件10。
注意，在上述说明中，已经说明了使用诸如SOI基板或输送基板等半导体基板750，但是本实施方案并不限于此。可以在利用伯努利吸盘(Bernoulli chuck)吸附并固定其中层叠有各层(半导体层106、光电转换膜104、共通电极102等)的薄膜的同时进行贴合。
<<8.第七实施方案>>
顺便提及地，在PD 100和200中，存在这样的情况，例如，共通电极102、共通电极202等连接到相同的配线(参照图3)。例如，与PD 200的共通电极202电气连接的配线430(参照图21)可以以从共通电极202向上延伸以便电气连接到PD 100的共通电极102的方式设置。在这种情况下，配线430的形成可能损坏位于上方的PD 100的光电转换膜104或半导体层106。因此，为了避免这种损坏，如下文所述，考虑将PD 100的端部形成为阶段状，以避免配线430具有贯通PD 100的光电转换膜104和半导体层106的形状。
作为本公开的第七实施方案，参照图21～23对配线430的路径进行说明。图21～23分别是用于说明根据本实施方案的配线430的说明图。
例如，根据本实施方案的固态成像元件10具有与PD 200的共通电极202电气连接的配线430。如图21所示，在PD 100的端部中，去除光电转换膜104的一部分和半导体层106的一部分，并且与光电转换膜104和半导体层106相比，共通电极102沿着固态成像元件10的层叠结构的平面方向(垂直面延伸的方向)延伸。彼此层叠的半导体层106、光电转换膜104和共通电极102形成为阶梯状。当从光入射面的上方观察时，配线430设置成电气连接到从半导体层106和光电转换膜104露出的共通电极202的区域。以这种方式，根据本实施方案，能够避免配线430贯通PD 100的光电转换膜104或半导体层106，并且能够避免当形成配线430时损坏光电转换膜104或半导体层106。
此外，当本实施方案应用于上述根据第三实施方案的固态成像元件10b时，配线430可以如图22所示设置。具体地，当从光入射面的上方观察时，配线430设置成电气连接到从半导体层106和光电转换膜104露出的共通电极102的区域。
此外，当固态成像元件10具有电气连接到PD 100的共通电极102和PD 200的共通电极202的配线430时，可以如图23所示设置配线430。具体地，如图23所示，在PD 100的端部中，去除光电转换膜104的一部分和半导体层106的一部分，并且与光电转换膜104和半导体层106相比，共通电极102沿着固态成像元件10的层叠结构的平面方向延伸。彼此层叠的半导体层106、光电转换膜104和共通电极102形成为阶梯状。与图21所示的配线430类似，当从光入射面的上方观察时，图23的配线430设置成电气连接到从半导体层106和光电转换膜104露出的共通电极202的区域。
此外，如图23所示，在固态成像元件10的层叠结构的平面方向上，PD 100的共通电极102设置成比PD 200的共通电极202短。因此，当从光入射面的上方观察时，配线430设置成电气连接到从共通电极102露出的共通电极202的区域。以这种方式，根据本实施方案，能够避免配线430贯通PD 100的共通电极102，并且能够避免当形成配线430时损坏共通电极102。
在本实施方案中，可以沿着阶梯状的PD 100的端部等设置用于保护半导体层106、光电转换膜104等的保护膜(绝缘膜)。此外，在上述说明中，已经说明了配线430布设在PD100的上方，但是本实施方案不限于此，并且配线可以布设在PD 100的下方。
<<9.第八实施方案>>
这里，对在根据本公开的各实施方案的固态成像元件10中的电气连接到位于上方的PD 100的像素晶体管的配置进行说明。如上所述，为了增强固态成像元件10的特性，优选使位于上方的PD 100与位于下方的PD 300之间的距离更短。因此，优选的是，将电气连接到PD 100的像素晶体管、配线等设置在PD 100的上方，而不是在PD 100与PD 200之间。在下面说明的本实施方案中，对其中电气连接到PD 100的像素晶体管等设置在PD 100的上方的固态成像元件10c和10d进行说明。
<9.1固态成像元件10c和10d的层叠结构>
首先，参照图24和图25对根据本实施方案的固态成像元件10c和10d的层叠结构进行说明。图24是根据本实施方案的固态成像元件10c的断面图，图25是根据本实施方案的固态成像元件10d的断面图。
具体地，如图24的下侧所示，与上述第一实施方案类似，固态成像元件10c包括：包含PD 300的半导体基板500、设置在半导体基板500的上方的PD 200以及设置在PD 200的上方的PD 100。此外，在固态成像元件10c中，如图24的上侧所示，在PD 100上设有包括电气连接到PD 100的像素晶体管和配线的像素晶体管/配线层(第一控制部)700。
更具体地，在绝缘膜342的上方设有包括用作电气连接到PD 100的像素晶体管的沟道区域和源极/漏极区域的半导体区域714的透光半导体层702。半导体层702可以用作连接到PD 100的像素晶体管(例如，放大晶体管TAMP1、复位晶体管TRST1、选择晶体管TSEL1)的沟道形成区域或源极/漏极区域。即，连接到PD 100的像素晶体管的沟道形成区域等构造成包括能够透射光的半导体层702，从而能够使光到达设置在像素晶体管的下方的PD 100,200和300。
在本实施方案中，用于形成半导体层702的材料的示例包括能够透射光的半导体材料。半导体材料的具体示例包括诸如硅、非晶硅、锗、GaAs、InP、GaN、ZnS、ZnSe、SiC、SiGe、过渡金属二硫化物、金刚石、石墨烯、碳纳米管、稠合的多环烃化合物和稠合的杂环化合物等有机半导体材料。此外，半导体材料的示例包括诸如SnO2(添加了掺杂剂)和添加了诸如氧化锌锡等掺杂剂的氧化锡等氧化锡基材料；以及诸如AZO、GZO、IZO、IGZO和ITZO等氧化锌基材料。此外，半导体材料的示例包括InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、GeO和TiO2。
此外，在半导体层702的上方设有由诸如其中的每个都可以透射光的AlxOy膜、SiOx膜或HfOx膜等材料制成的绝缘膜740。此外，在绝缘膜740内设有电气连接到读出电极108和累积电极110的配线730以及具有作为沟道形成区域的半导体层702的像素晶体管的栅电极732。配线730和电极732优选由诸如ITO等透明导电膜形成。在本实施方案中，配线730和电极732由透明导电膜形成，使得能够使入射到固态成像元件10的光到达PD 100,200和300。
注意，当上述半导体层702具有吸收光的特性时，半导体层702阻挡光入射到固态成像元件10的PD 100,200和300。因此，这些PD 100,200和300的感度特性劣化。在图25所示的固态成像元件10d中，去除与PD 100的累积电极110重叠的图24的半导体层702的一部分。即，在固态成像元件10d中，当从光入射面的上方观察时，累积电极110设置成从半导体层702露出。以这种方式，根据固态成像元件10d，能够避免入射到PD 100,200和300上的光被半导体层702阻挡，从而能够避免PD 100,200和300的感度特性劣化。
<9.2固态成像元件10c和10d的布局构成>
接着，参照图26和图27对根据本实施方案的固态成像元件10c和10d的布局构成进行说明。图26是根据本实施方案的固态成像元件10c的布局图，图27是根据本实施方案的固态成像元件10d的布局图。
具体地，在图26的左侧示出了位于固态成像元件10c的层叠结构的顶部的像素晶体管/配线层700的布局，在图26的右侧示出了位于像素晶体管/配线层700的下方的PD 100的布局。具体地，在像素晶体管/配线层700中，在周边部中设有电气连接到PD 100的像素晶体管(复位晶体管TRST1、放大晶体管TAMP1和选择晶体管TSEL1)和电气连接到这些像素晶体管的各种配线(电源电路VDD和信号线VSL1)，以不与位于下方的累积电极110重叠。
此外，在PD 100中，与第一实施方案类似，在中央部设有矩形的累积电极110，并且具有比累积电极110的面积小的面积的矩形的读出电极108设置成与累积电极110相邻。根据本实施方案，像素晶体管等设置成不与累积电极110重叠，由此能够避免入射到PD 100,200和300上的光被像素晶体管等遮挡，并且因此能够避免PD 100,200和300的感度特性劣化。
此外，具体地，在图27的左侧示出了位于固态成像元件10d的层叠结构的顶部的像素晶体管/配线层700的布局，在图27的右侧示出了位于像素晶体管/配线层700的下方的PD100的布局。具体地，在像素晶体管/配线层700中，与固态成像元件10c类似，在周边部中设有电气连接到PD 100的像素晶体管和电气连接到这些像素晶体管的各种配线，以不与位于下方的累积电极110重叠。此外，在固态成像元件10d中，半导体层702的开口部800设置在与累积电极110重叠的区域中。当从光入射面的上方观察时，开口部800可以露出PD 100的一部分。具体地，在本实施方案中，开口部800设置在与累积电极110重叠的位置处。根据本实施方案，设置了这样的开口部800，使得能够避免入射到PD 100,200和300上的光被半导体层702遮挡，从而能够避免PD 100,200和300的感度特性劣化。
<<10.第九实施方案>>
接着，作为本公开的第九实施方案，参照图28～30对如上所述的根据第八实施方案的固态成像元件10c的制造方法进行说明。图28～30分别是用于说明根据本实施方案的固态成像元件10c的制造方法的说明图。
具体地，如图28所示，在包括PD 300的半导体基板500上形成设置于半导体基板500的上方的PD 200和设置于PD 200的上方的PD 100。各层的形成细节与第五实施方案中的相同，因此这里省略其说明。
接着，如图29所示，在PD 100上顺次地层叠半导体层702和绝缘膜740，然后在绝缘膜740内形成配线730和电极732。
此外，如图30所示，接着，在绝缘膜740上形成配线730。此外，层叠并形成绝缘膜740、高折射率层252、片上透镜250等，从而可以获得如图24所示的固态成像元件10c。
注意，与上述第五实施方案类似，如上所述形成各层的方法的示例包括PVD法、CVD法等。此外，与上述第五实施方案类似，使各层图案化的方法的示例包括化学蚀刻、物理蚀刻等。另外，平坦化技术的示例包括CMP法等。
<<11.第十实施方案>>
顺便提及地，由于如上所述光电转换膜104和204不耐热，所以当如上所述在PD100的上方形成像素晶体管/配线层700时，当形成像素晶体管/配线层700时施加的热量可能损坏光电转换膜104和204。在本实施方案中，提出了一种方法，其中将包括形成在另一个半导体基板760(参照图31)上的多个像素晶体管710(参照图31)的像素晶体管/配线层700与其中层叠有PD 100等的半导体基板500贴合。在本实施方案中，采用这样的方法，使得可以在与半导体基板500不同的步骤中预先形成包括在像素晶体管/配线层700中的像素晶体管710。因此，能够使用高温工艺。结果，根据本实施方案，可以提高像素晶体管710的质量。
当采用上述贴合时，需要将半导体基板500与半导体基板760贴合，使得位于上方的像素晶体管710和位于下方的PD 100彼此具有预定的位置关系。然而，在批量生产过程中，可能难以将半导体基板500与半导体基板760精确地贴合。即，当采用上述贴合时，可能发生贴合偏差。在本实施方案中，预先以矩阵状形成多个像素晶体管710，并且在贴合之后，去除与PD 100具有预定的位置关系的像素晶体管710以外的像素晶体管710。以这种方式，根据本实施方案，能够精确地形成像素晶体管710和PD 100，使得在避免由于热量而损坏光电转换膜104和204的同时，位于上方的像素晶体管710和位于下方的PD 100彼此具有预定的位置关系(可以避免未对准)。
下面，参照图31～37对根据本公开第十实施方案的制造方法进行说明。图31和图32分别是用于说明根据本实施方案的固态成像元件10d的制造方法的概念的说明图。此外，图33～37分别是用于说明根据本实施方案的固态成像元件10d的制造方法的说明图。
首先，参照图31和图32对根据本实施方案的制造方法的概念进行说明。如图31的左侧所示，在半导体基板(第四基板)760上以矩阵状形成有多个像素晶体管710。在这种情况下，多个像素晶体管710形成为使得在半导体基板760的平面上的像素晶体管710之间的间隔W2(第二间隔)比图31的右侧所示的半导体基板500的平面上设置的固态成像元件10d之间的间隔(即，累积电极110之间的间隔W1(第一间隔))窄。更优选地，多个像素晶体管710形成为使得间隔W2为间隔W1的一半。
此外，如图32所示，将基板760与其中层叠有PD 100,200和300的半导体基板500(第三基板)贴合，并且在基板760中形成开口部800，以去除在与PD 100重叠的部分(即，与读出电极108和累积电极110重叠的区域)中的像素晶体管710。
以这种方式，根据本实施方案，能够精确地形成像素晶体管710和PD 100，使得在避免由于热量而损坏光电转换膜104和204的同时，位于上方的像素晶体管710和位于下方的PD 100彼此具有预定的位置关系。另外，在本实施方案中，由于当从光入射面的上方观察时，累积电极110设置成从基板760露出，因此能够避免入射到PD 100,200和300上的光被像素晶体管710阻挡。结果，根据本实施方案，能够避免PD 100,200和300的感度特性劣化。
随后，参照图33～37对根据本实施方案的制造方法进行说明。
如图33所示，在基板760上以矩阵状形成多个像素晶体管710。然后，如图34所示，将半导体基板760与其中层叠有PD 100,200和300的半导体基板500贴合。此外，如图35所示，去除半导体基板760。
接着，如图36所示，通过干蚀刻等在期望的区域中形成开口部800，从而去除形成在该区域中的多个像素晶体管710。
然后，形成用于将剩余的像素晶体管710电气连接到PD 100的配线等，并且层叠绝缘膜740，从而可以获得如图37所示的层叠结构。然后，尽管未示出，但是层叠高折射率层252、片上透镜250等，使得可以获得如图25所示的固态成像元件10d。
注意，本实施方案不限于其中形成有多个像素晶体管710的半导体基板760与其中层叠有PD 100,200和300的半导体基板500的上述贴合。在本实施方案中，例如，可以将其中层叠有多个像素晶体管710和PD 100的基板(未示出)与其中层叠有PD 200和300的基板(未示出)贴合。在这种情况下，在形成其中层叠有多个像素晶体管710和PD 100的基板的步骤中，在包括像素晶体管710的沟道区域的半导体层702上形成PD 100。可选择地，在形成步骤中，可以在PD 100中包括的半导体层106中形成像素晶体管710的沟道区域，对此并没有特别限制。
此外，根据本实施方案的制造方法可以与上述根据第六实施方案的制造方法相结合。在这种情况下，例如，可以彼此贴合其上形成有多个像素晶体管710的基板(未示出)、其上形成有PD 100的基板(未示出)以及其上层叠有PD 200和300的基板(未示出)。
注意，在上述说明中，已经说明了使用半导体基板760的情况，但是本实施方案不限于此。可以在使用伯努利吸盘吸附并固定其中层叠有各层的薄膜的同时进行贴合。
<<12.第十一实施方案>>
根据本公开的上述实施方案的固态成像装置1通常可以适用于诸如包括数码相机和摄像机的成像装置、具有成像功能的移动终端装置、将固态成像元件用于图像读取部的复印机等的使用成像装置作为图像捕获部的电子设备。此外，本公开的实施方案可以适用于包括上述固态成像装置1的机器人、无人机、汽车、医疗机器(内窥镜)等。注意，根据本实施方案的固态成像装置1可以形成为单个芯片，并且可以以其中成像部和信号处理部或光学系统封装在一起的具有成像功能的模块的形式实现。在下文中，参照图38对作为本公开第十一实施方案的配备有包括上述固态成像装置1的成像装置902的电子设备900的示例进行说明。图38是示出了根据本实施方案的电子设备900的示例的说明图。
如图38所示，电子设备900包括成像装置902、光学透镜910、快门机构912、驱动电路单元914和信号处理电路单元916。光学透镜910将来自被摄体的图像光(入射光)聚焦在成像装置902的成像面上。这允许信号电荷累积在成像装置902的固态成像元件10内一定时段。快门机构912执行打开/关闭操作，以控制成像装置902的光照射时段和遮光时段。驱动电路单元914供给用于控制成像装置902的信号传输操作、快门机构912的快门操作等的驱动信号。即，成像装置902基于从驱动电路单元914供给的驱动信号(定时信号)执行信号传输。信号处理电路单元916执行各种类型的信号处理。例如，信号处理电路单元916将经过信号处理的视频信号输出到诸如存储装置等存储介质(未示出)，或者将信号输出到显示部(未示出)。
<<13.结论>>
如上所述，根据本公开的实施方案，能够提供其中可以增强特性的固态成像元件、固态成像装置、电子设备以及固态成像元件的制造方法。
虽然上述本公开的实施方案是其中第一导电类型是P型、第二导电类型是N型并且将电子用作信号电荷的固态成像元件10的示例性情况，但是本公开的实施方案并不限于这样的示例。例如，本实施方案可以适用于其中第一导电类型是N型、第二导电类型是P型并且将空穴用作信号电荷的固态成像元件10。
在上述本公开的实施方案中，各种类型的半导体基板不必是硅基板，并且可以是其他基板(例如，绝缘体上硅(SOI)基板或SiGe基板)。此外，半导体基板可以包括形成在这样的各种基板上的半导体结构等。
此外，根据本公开的实施方案的固态成像元件10不限于检测可见光的入射光量的分布并形成图像的固态成像元件。例如，本实施方案可以适用于根据诸如红外线、X射线或粒子等的入射量的分布形成图像的固态成像元件，或者检测诸如压力和电容等其他物理量的分布并形成图像的诸如指纹检测传感器等其他类型的固态成像元件(物理量分布检测装置)。
此外，在本公开的上述实施方案和附图中，可以简化各种绝缘膜等，以易于理解。然而，实际上，这些绝缘膜可以是由多种不同的绝缘材料制成的层叠膜，或者可以是由多个不同的步骤形成的层叠膜。
<<14.移动体的应用例>>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以适用于安装在诸如汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人等任何类型的移动体上的装置。
图41是示出了作为根据本公开的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图41所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、音频图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于产生诸如内燃机或驱动电机等车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、诸如用于产生车辆的制动力的制动装置等控制装置。
主体系统控制单元12020根据各种程序来控制安装到车体的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或用于诸如头灯、尾灯、刹车灯、闪光信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，主体系统控制单元12020可以接收从代替按键的便携式装置传递的无线电波或来自各种开关的信号。主体系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测其上安装有车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，成像部12031与车外信息检测单元12030连接。车外信息检测单元12030使成像部12031捕获车辆外部的图像并接收所捕获的图像。车外信息检测单元12030可以根据接收到的图像进行诸如人、车辆、障碍物、标志或道路上的文字的物体检测处理或者距离检测处理。
成像部12031是接收光并输出与接收的光量相对应的电气信号的光学传感器。成像部12031可以输出电气信号作为图像，或者作为距离测量信息。另外，由成像部12031接收的光可以是可见光，或者诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车内信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041与车内信息检测单元12040连接。例如，驾驶员状态检测部12041包括对驾驶员进行成像的相机，并且根据从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或集中度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，以向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以进行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协调控制，该功能包括车辆的碰撞避免或碰撞缓和、基于车间距离的追踪行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告或车辆的车道偏离警告等。
另外，微型计算机12051还可以通过根据由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等而进行协调控制，旨在用于使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作控制的自动驾驶等。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息将控制指令输出到主体系统控制单元12020。例如，微型计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来控制头灯，并进行旨在诸如将远光改变为近光等防止眩光的协调控制。
音频图像输出部12052将音频和图像中的至少一种的输出信号传递到能够在视觉上或听觉上将信息通知给车辆的乘员或车辆的外部的输出装置。在图41的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。
图42是示出了成像部12031的安装位置的示例的图。
在图42中，作为成像部12031，车辆12100包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
成像部12101,12102,12103,12104和12105例如设置在包括车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠、后门以及车内的挡风玻璃的上部的位置。设置在车头的成像部12101和设置在车内的挡风玻璃上部的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置在后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。由成像部12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、车道等。
注意，图42示出了成像部12101～12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在车头的成像部12101的成像范围，成像范围12112和12113表示设置在侧视镜的成像部12102和12103的成像范围，成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101～12104捕获的图像数据，获得当从上方观察车辆12100时的鸟瞰图像。
成像部12101～12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像部12101～12104中的至少一个可以是包括多个成像元件的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051使用从成像部12101～12104获得的距离信息来确定距成像范围12111～12114内的立体物的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而能够提取特别是位于车辆12100的行驶路线上且在与车辆12100相同方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行驶的最接近的立体物作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以设定在前方车辆的前方预先确保的车间距离，并且可以进行自动制动控制(包括追踪停止控制)、自动加速控制(包括追踪开始控制)等。因此，能够进行旨在用于使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协调控制。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将有关立体物的立体物数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆等的立体物数据，提取分类的立体物数据，并利用提取的数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断指示与各障碍物碰撞的危险度的碰撞风险，如果碰撞风险等于或高于设定值并指示碰撞可能性，则微型计算机12051可以通过经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，或者经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向来辅助驾驶以避免碰撞。
成像部12101～12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否存在于成像部12101～12104的捕获图像中来识别行人。这种行人的识别例如通过如下过程来进行：提取作为红外相机的成像部12101～12104的捕获图像中的特征点；以及，通过对表示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判定该物体是否为行人。当微型计算机12051判断行人存在于成像部12101～12104的捕获图像中并识别出行人时，音频图像输出部12052控制显示部12062，以显示用于强调识别出的行人的方形轮廓线。此外，音频图像输出部12052可以控制显示部12062，以在期望的位置显示指示行人的图标等。
至此，已经说明了根据本公开的技术可以适用的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以适用于上述构成之中的成像部12031等。具体地，该技术可以适用于作为成像部12031的成像部12101～12105。
<<15.内窥镜手术系统的应用例>>
根据本公开的技术(本技术)可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以适用于内窥镜手术系统。
图43是示出了根据本公开的技术(本技术)可以适用的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图43示出了手术者(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的情况。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111或能量处置器械11112等其他手术器械11110、用于支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及配备有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括距远端预定长度的区域被插入到患者11132的体腔内的透镜筒11101和与透镜筒11101的近端连接的摄像头11102。在所示的示例中，示出了构造为具有硬性透镜筒11101的所谓硬性镜的内窥镜11100。然而，内窥镜11100可以构造为具有软性透镜筒的所谓软性镜。
在透镜筒11101的远端设有物镜装配到其中的开口部。光源装置11203与内窥镜11100连接，并且将由光源装置11203生成的光通过在透镜筒11101内延伸的光导引导到透镜筒的远端，并通过物镜将光朝向在患者11132的体腔内的观察对象照射。注意，内窥镜11100可以对应于直视镜、斜视镜或侧视镜。
在摄像头11102内设有光学系统和成像元件，并且通过光学系统将来自观察对象的反射光(观察光)聚焦在成像元件上。由成像元件对观察光执行光电转换，并且生成与观察光相对应的电气信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为RAW数据被传输到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。具体地，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且对图像信号进行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种类型的图像处理以基于该图像信号显示图像。
在CCU 11201的控制下，显示装置11202显示基于由CCU 11201进行了图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且当对手术部位进行成像时向内窥镜11100供给照射光。
输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入界面。使用者可以经由输入装置11204将各种类型的信息和指令输入到内窥镜手术系统11000。例如，使用者输入指令等，以改变内窥镜11100所采用的成像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)。
处置器械控制装置11205控制能量处置器械11112的驱动，用于组织的烧灼和切开、血管密封等。为了确保内窥镜11100的视野并确保手术者的操作空间，气腹装置11206经由气腹管11111将气体输送到体腔，以使患者11132的体腔膨胀。记录仪11207是可以记录与手术有关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像或图形等各种形式打印与手术有关的各种类型的信息的装置。
将当对手术部位进行成像时的照射光供给到内窥镜11100的光源装置11203可以包括白色光源，例如，该白色光源包括LED、激光光源或其组合。当白色光源由红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合构成时，可以以高精度控制各颜色(各波长)的输出强度和输出定时，因此光源装置11203可以调整所捕获的图像的白平衡。另外，在这种情况下，按时间分割地向观察对象照射来自各个RGB激光光源的激光，并且与照射定时同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动。以这种方式，能够按时间分割地捕获对应于各个RGB的图像。根据该方法，在未在成像元件中设置滤色器的情况下，可以获得彩色图像。
另外，光源装置11203的驱动可以控制成改变在预定时间间隔要输出的光的强度。通过与光强度的改变的定时同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动以按时间分割地获取图像并合成图像，能够生成没有所谓的曝光不足和曝光过度的高动态范围图像。
此外，光源装置11203可以构造成能够供给与特殊光观察相对应的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，使用身体组织中的光吸收的波长依赖性来照射与普通观察期间的照射光(即，白光)相比具有窄带域的光，由此进行以高对比度对诸如粘膜表层部分的血管等预定组织进行成像的窄带域成像(Narrow Band Imaging)。可选择地，在特殊光观察中，可以进行通过照射激发光产生的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以向身体组织照射激发光并且可以观察到来自身体组织的荧光(自体荧光观察(autofluorescenceobservation))，或者可以将诸如吲哚菁绿(indocyanine green:ICG)等试剂局部注射到身体组织中并且可以向身体组织照射与试剂的荧光波长相对应的激发光，以获得荧光图像。光源装置11203可以构造成能够供给与这种特殊光观察相对应的窄带域光和/或激发光。
图44是示出了图43所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构成的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、成像部11402、驱动部11403、通信部11404和摄像头控制部11405。CCU 11201包括通信部11411、图像处理部11412和控制部11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输线缆11400可通信地连接。
透镜单元11401是设置在与透镜筒11101连接的部分处的光学系统。从透镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像头11102，并且进入到透镜单元11401。透镜单元11401通过组合包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜来构造。
成像部11402包括成像元件。形成成像部11402的成像元件可以是一个(所谓的单板型)或多个(所谓的多板型)。当成像部11402构造成多板型时，例如，通过各个成像元件生成与RGB相对应的图像信号，并且可以通过组合图像信号来获得彩色图像。可选择地，成像部11402可以构造成包括一对成像元件，用于获取与三维(3D)显示相对应的右眼和左眼用的图像信号。当进行3D显示时，手术者11131可以更加准确地把握手术部位中的活体组织的深度。当成像部11402构造成多板型系统时，针对各个成像元件设置多个透镜单元11401。
另外，成像部11402可以不设置在摄像头11102中。例如，成像部11402可以设置在透镜筒11101内部的物镜的正后方。
驱动部11403包括致动器，并且在摄像头控制部11405的控制下，使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。以这种方式，可以适宜地调整由成像部11402捕获的图像的放大率和焦点。
通信部11404包括用于向/从CCU 11201传输/接收各种类型的信息的通信装置。通信部11404将从成像部11402获取的图像信号作为RAW数据经由传输线缆11400传输到CCU11201。
此外，通信部11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将控制信号供给到摄像头控制部11405。例如，控制信号包括与成像条件有关的信息，如指定所捕获的图像的帧速率的信息、指定在成像时的曝光值的信息和/或指定所捕获的图像的放大率和焦点的信息等。
注意，诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等上述成像条件可以由使用者适宜地指定，或者可以由CCU 11201的控制部11413基于获取的图像信号来自动设定。即，所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能安装在内窥镜11100中。
摄像头控制部11405基于经由通信部11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信部11411包括用于向/从摄像头11102传输/接收各种类型的信息的通信装置。通信部11411经由传输线缆11400接收从摄像头11102传来的图像信号。
另外，通信部11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号可以通过电气通信、光通信等来传输。
图像处理部11412对从摄像头11102传来的与RAW数据相对应的图像信号进行各种类型的图像处理。
控制部11413执行与通过内窥镜11100对手术部位等进行成像和显示所捕获的图像相关的各种控制。例如，控制部11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
另外，基于由图像处理部11412进行了图像处理的图像信号，控制部11413使显示装置11202显示包括手术部位等的捕获图像。在这种情况下，控制部11413可以通过使用各种图像识别技术来识别所捕获的图像中的各种物体。例如，控制部11413检测所捕获的图像中包括的物体的边缘的形状、颜色等，以便能够识别出诸如钳子等手术器械、特定身体部位、出血、在使用能量装置11112时的雾等。当控制部使显示装置11202显示所捕获的图像时，控制部11413可以使用识别结果，将各种类型的手术支持信息重叠显示在手术部位的图像上。将手术支持信息重叠显示给手术者11131，这允许减轻手术者11131的负担，并且允许手术者11131可靠地进行手术。
连接摄像头11102和CCU 11201的传输线缆11400是与电气信号的通信相对应的电气信号线缆、与光通信相对应的光纤或其复合线缆。
这里，在所示的示例中，虽然使用传输线缆11400来有线地进行通信，但是可以无线地进行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。
上文已经说明了根据本公开的技术可以适用的内窥镜手术系统的示例。根据本公开的技术可以适用于上述构成之中的成像部11402等。当将根据本公开的技术应用于成像部11402等时，可以获得更清晰的手术部位图像，因此手术者可以可靠地看到手术部位。
注意，尽管这里以内窥镜手术系统为例进行了说明，但是例如，根据本公开的技术也可以适用于显微镜手术系统等。
<<16.补充>>
如上所述，已经参照附图详细说明了本公开的有利实施方案，但是本公开的技术范围不限于这些示例。显然，具有本公开的技术领域中的普通知识的人员可以在权利要求书所记载的技术思想的范围内构想各种变形例和修正例，并且应当理解的是，这些变形例和修正例自然属于本公开的技术范围。
此外，本说明书中记载的效果仅是说明性或示例性的，而不是限制性的。即，除了上述效果之外或代替上述效果，根据本公开的技术还可以实现根据本说明书的说明对本领域技术人员而言显而易见的其他效果。
注意，以下构成也属于本公开的技术范围。
(1)一种固态成像元件，包括：
层叠结构，所述层叠结构包括：
半导体基板，
第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在所述半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，
其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
(2)根据(1)所述的固态成像元件，其中所述第一光电转换部的所述光电转换层叠结构具有其中以所述垂直面为轴使所述第二光电转换部的所述光电转换层叠结构颠倒的结构。
(3)根据(1)或(2)所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括介于所述光电转换膜和所述读出电极之间的半导体层。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括累积电极，所述累积电极通过绝缘膜面对位于所述光电转换膜的与所述共通电极相反的侧上的第一面。
(5)根据(4)所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括传输电极，所述传输电极通过所述绝缘膜面对所述第一面并控制电荷的传输。
(6)根据(4)或(5)所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括遮挡电极，所述遮挡电极通过所述绝缘膜面对所述第一面。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的固态成像元件，其中
所述第一光电转换部的所述光电转换层叠结构包括：
第一读出电极，
第一光电转换膜，所述第一光电转换膜设置在所述第一读出电极的上方，和
第一共通电极，所述第一共通电极设置在所述第一光电转换膜的上方，和
所述第二光电转换部的所述光电转换层叠结构包括：
第二共通电极，
第二光电转换膜，所述第二光电转换膜设置在所述第二共通电极的上方，和
第二读出电极，所述第二读出电极设置在所述第二光电转换膜的上方。
(8)根据(7)所述的固态成像元件，其中所述第一共通电极和所述第二共通电极是所述第一光电转换部和所述第二光电转换部共用的一体电极。
(9)根据(7)或(8)所述的固态成像元件，其中
所述层叠结构还包括设置在所述第一光电转换部的下方并将光转换为电荷的第三光电转换部。
(10)根据(9)所述的固态成像元件，其中
所述层叠结构还包括第一控制部，所述第一控制部设置在所述第二光电转换部的上方并且具有电气连接到所述第二光电转换部的多个像素晶体管。
(11)根据(10)所述的固态成像元件，其中
所述第一控制部包括另一个半导体层，
当从光入射面的上方观察时，所述另一个半导体层具有使所述第二光电转换部的一部分露出的开口部。
(12)根据(7)或(8)所述的固态成像元件，其中
所述层叠结构还包括：
第三光电转换部，所述第三光电转换部设置在所述第二光电转换部的上方，并将光转换为电荷，和
第二控制部，所述第二控制部设置成介于所述第二光电转换部和所述第三光电转换部之间，并且包括电气连接到所述第二光电转换部和所述第三光电转换部的多个像素晶体管。
(13)根据(9)～(12)中任一项所述的固态成像元件，其中
所述第三光电转换部包括：
第三读出电极，
第三光电转换膜，所述第三光电转换膜设置在所述第三读出电极的上方，和
第三共通电极，所述第三共通电极设置在所述第三光电转换膜的上方。
(14)根据(13)所述的固态成像元件，其中所述第一光电转换膜、所述第二光电转换膜和所述第三光电转换膜由有机光电转换膜形成。
(15)根据(7)所述的固态成像元件，其中
与所述第二光电转换膜相比，所述第二共通电极沿着所述垂直面的延伸方向延伸很长，和
层叠的所述第二光电转换膜和所述第二共通电极在端部形成为阶梯状。
(16)根据(1)～(15)中任一项所述的固态成像元件，其中所述半导体基板包括将光转换为电荷的第四光电转换部。
(17)一种包括多个固态成像元件的固态成像装置，
所述各固态成像元件包括：
层叠结构，所述层叠结构包括：
第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，
其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
(18)一种包括具有多个固态成像元件的固态成像装置的电子设备，
所述各固态成像元件包括：
层叠结构，所述层叠结构包括：
第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，
其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
(19)一种固态成像元件的制造方法，包括：
在第一基板上顺次地层叠第一读出电极、第一光电转换膜和第一共通电极；
在第二基板上顺次地层叠第二读出电极、第二光电转换膜和第二共通电极；和
将所述第一基板与所述第二基板贴合，使得所述第一共通电极和所述第二共通电极彼此面对。
(20)一种固态成像元件的制造方法，包括：
将其上层叠有将光转换为电荷的第一光电转换部和第二光电转换部的第三基板与其上形成有多个像素晶体管的第四基板贴合；和
去除位于预定区域中的所述多个像素晶体管。
(21)根据(20)所述的固态成像元件的制造方法，还包括：
以第一间隔在所述第三基板的平面上形成多个所述第二光电转换部；和
以比所述第一间隔短的第二间隔在所述第四基板的平面上形成所述多个像素晶体管。
附图标记列表
1 固态成像装置 2像素阵列部
10,10a,10b,10c,10d,12,12b,12c,12d,90,90a,92a 固态成像元件
32 垂直驱动电路部 36 列信号处理电路部
100,200,300,400 光电转换元件
102,202 共通电极 104,204 光电转换膜
106,206,702 半导体层 108,208 读出电极
110,210 累积电极 120,220 传输电极
130,230 遮挡电极 210a 透明导电膜
250 片上透镜 252 高折射率层
340,342,344,346,346a,346b,540,542,642,740 绝缘膜
402 防反射膜 430,522,530,630,730 配线
500,600,750,760 半导体基板
500a,600a 贴合面 502,512,514,714 半导体区域
514a 浮动扩散部 520 贯通电极
532,632,732 电极 700 像素晶体管/配线层
710 像素晶体管 800,802,804 开口部
900 电子设备 902 成像装置
910 光学透镜 912 快门机构
914 驱动电路单元 916 信号处理电路单元
950 区域

Claims (21)

1.一种固态成像元件，包括：
层叠结构，所述层叠结构包括：
半导体基板，
第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在所述半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，
其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述第一光电转换部的所述光电转换层叠结构具有其中以所述垂直面为轴使所述第二光电转换部的所述光电转换层叠结构颠倒的结构。
3.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括介于所述光电转换膜和所述读出电极之间的半导体层。
4.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括累积电极，所述累积电极通过绝缘膜面对位于所述光电转换膜的与所述共通电极相反的侧上的第一面。
5.根据权利要求4所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括传输电极，所述传输电极通过所述绝缘膜面对所述第一面并控制电荷的传输。
6.根据权利要求4所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层叠结构还包括遮挡电极，所述遮挡电极通过所述绝缘膜面对所述第一面。
7.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中
所述第一光电转换部的所述光电转换层叠结构包括：
第一读出电极，
第一光电转换膜，所述第一光电转换膜设置在所述第一读出电极的上方，和
第一共通电极，所述第一共通电极设置在所述第一光电转换膜的上方，和
所述第二光电转换部的所述光电转换层叠结构包括：
第二共通电极，
第二光电转换膜，所述第二光电转换膜设置在所述第二共通电极的上方，和
第二读出电极，所述第二读出电极设置在所述第二光电转换膜的上方。
8.根据权利要求7所述的固态成像元件，其中所述第一共通电极和所述第二共通电极是所述第一光电转换部和所述第二光电转换部共用的一体电极。
9.根据权利要求7所述的固态成像元件，其中
所述层叠结构还包括设置在所述第一光电转换部的下方并将光转换为电荷的第三光电转换部。
10.根据权利要求9所述的固态成像元件，其中
所述层叠结构还包括第一控制部，所述第一控制部设置在所述第二光电转换部的上方并且具有电气连接到所述第二光电转换部的多个像素晶体管。
11.根据权利要求10所述的固态成像元件，其中
所述第一控制部包括另一个半导体层，
当从光入射面的上方观察时，所述另一个半导体层具有使所述第二光电转换部的一部分露出的开口部。
12.根据权利要求7所述的固态成像元件，其中
所述层叠结构还包括：
第三光电转换部，所述第三光电转换部设置在所述第二光电转换部的上方，并将光转换为电荷，和
第二控制部，所述第二控制部设置成介于所述第二光电转换部和所述第三光电转换部之间，并且包括电气连接到所述第二光电转换部和所述第三光电转换部的多个像素晶体管。
13.根据权利要求9所述的固态成像元件，其中
所述第三光电转换部包括：
第三读出电极，
第三光电转换膜，所述第三光电转换膜设置在所述第三读出电极的上方，和
第三共通电极，所述第三共通电极设置在所述第三光电转换膜的上方。
14.根据权利要求13所述的固态成像元件，其中所述第一光电转换膜、所述第二光电转换膜和所述第三光电转换膜由有机光电转换膜形成。
15.根据权利要求7所述的固态成像元件，其中
与所述第二光电转换膜相比，所述第二共通电极沿着所述垂直面的延伸方向延伸很长，和
层叠的所述第二光电转换膜和所述第二共通电极在端部形成为阶梯状。
16.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述半导体基板包括将光转换为电荷的第四光电转换部。
17.一种包括多个固态成像元件的固态成像装置，
所述各固态成像元件包括：
层叠结构，所述层叠结构包括：
第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，
其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
18.一种包括具有多个固态成像元件的固态成像装置的电子设备，
所述各固态成像元件包括：
层叠结构，所述层叠结构包括：
第一光电转换部，所述第一光电转换部设置在半导体基板的上方，并将光转换为电荷，和
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述第一光电转换部的上方，并将光转换为电荷，
其中所述第一光电转换部和所述第二光电转换部包括光电转换层叠结构，在所述光电转换层叠结构中层叠有共通电极、光电转换膜和读出电极，使得所述第一光电转换部和所述第二光电转换部以垂直于所述层叠结构的层叠方向的垂直面作为对称轴而彼此呈线对称关系。
19.一种固态成像元件的制造方法，包括：
在第一基板上顺次地层叠第一读出电极、第一光电转换膜和第一共通电极；
在第二基板上顺次地层叠第二读出电极、第二光电转换膜和第二共通电极；和
将所述第一基板与所述第二基板贴合，使得所述第一共通电极和所述第二共通电极彼此面对。
20.一种固态成像元件的制造方法，包括：
将其上层叠有将光转换为电荷的第一光电转换部和第二光电转换部的第三基板与其上形成有多个像素晶体管的第四基板贴合；和
去除位于预定区域中的所述多个像素晶体管。
21.根据权利要求20所述的固态成像元件的制造方法，还包括：
以第一间隔在所述第三基板的平面上形成多个所述第二光电转换部；和
以比所述第一间隔短的第二间隔在所述第四基板的平面上形成所述多个像素晶体管。
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