CN112119500A - 固态摄像元件及其制造方法 - Google Patents

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八木岩
平田晋太郎
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Abstract

提供了一种具有像素晶体管和配线的固态摄像元件及其制造方法，固态摄像元件在抑制制造成本增加的同时，能够从层叠的光电转换膜有效地输出并传输像素信号。提供了这样的固态摄像元件，其包括：半导体基板；第一光电转换单元，设置在半导体基板上；及控制单元，被设置成与第一光电转换单元层叠，且包括用于控制第一光电转换单元的多个像素晶体管，其中，第一光电转换单元包括：第二电极；第一光电转换膜，设置在第二电极的上方，并且将光转换为电荷；以及第一电极，设置在第一光电转换膜上，多个像素晶体管包括放大晶体管，放大晶体管对电荷进行放大并将电荷作为像素信号输出，并且放大晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层形成。

Description

固态摄像元件及其制造方法
技术领域
本公开涉及固态摄像元件及其制造方法。
背景技术
近年来，在电荷耦合器件(CCD：charge coupled device)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS：complementary metal-oxide-semiconductor)图像传感器(固态摄像元件)中，随着像素尺寸的减小，入射到单位像素上的光量也减少了。因此，灵敏度降低，信噪比(S/N)减小。此外，在上述各种图像传感器中，普遍使用如下构造：其中，在平面(例如，拜耳阵列)上布置使用原色滤光片分别检测红光、绿光和蓝光的像素。在上述构造的情况下，例如，在检测红光的像素中，由于绿光和蓝光难以通过像素中包括的颜色滤光片，因此，在像素中未进行绿光和蓝光的光电转换，即，未检测到绿光和蓝光。因此，在上述构造的情况下，在每个像素中，能够检测到一种特定颜色的光，而不能检测到其他颜色的光。因此，不能说充分利用了入射到各像素上的光，换句话说，可以说，从像素灵敏度的观点出发，产生了损失。
作为解决上述情况的方法，能够示出这样的图像传感器：在该图像传感器中，能够进行红光、绿光和蓝光的光电转换的三层光电转换膜在纵向上层叠在单位像素中，并且一个单位像素能够检测三种颜色的光(例如，下面说明的专利文献1)。此外，作为能够通过一个单位像素检测三种颜色的光的另一图像传感器，能够示出这样的图像传感器：该图像传感器具有：硅基板，在该硅基板上，层叠有分别检测红光和蓝光的两个光电二极管(PD)；和光电转换膜，该光电转换膜设置在上述硅基板的上方，并且能够对绿光进行光电转换(例如，下面说明的专利文献2)。
详细地，以下示出在图像传感器中用于提取像素信号的电路的构造，所述图像传感器具有其上层叠有两个PD的硅基板和设置于该硅基板上方的光电转换膜(这在下面说明的专利文献2中公开)。例如，如下述的专利文献3中公开的那样，能够示出这样的背面照射式结构：其中，其上形成有上述电路的电路形成层形成在图像传感器的光接收表面(入射光的一侧)的相反侧。此外，如下述的专利文献4中公开的那样，能够示出这样的结构：其中，在设置于硅基板上方的光电转换膜的正下方，设置有用于累积和传输通过光电转换而获得的电荷的半导体层和面对该半导体层的存储电极，在半导体层与存储电极之间设置有绝缘膜。此外，下述的专利文献5和6公开了上述电路构造中包括的各种像素晶体管的沟道形成区域由氧化物半导体层形成。
引用列表
专利文献
专利文献1:日本特开专利公开No.2005-51115
专利文献2:日本特开专利公开No.2003-332551
专利文献3:日本特开专利公开No.2011-29337
专利文献4:日本特开专利公开No.2017-157816
专利文献5:日本特开专利公开No.2009-105381
专利文献6:日本特开专利公开No.2009-267912
专利文献7:日本特开专利公开No.2009-535819
发明内容
技术问题
在上述的图像传感器(固态摄像元件)中，为了将在基板上方设置的光电转换膜中产生的电荷作为像素信号输出，设置有多个像素晶体管(例如，放大晶体管、传输晶体管和复位晶体管等)和用于连接这些像素晶体管的配线。为了改善图像传感器的特性并抑制制造成本的增加，需要将具有适宜构造的像素晶体管和配线设置在适当的位置。然而，在常规的方案中，没有具体审查过像素晶体管和配线的合适的构造和位置。此外，即使公开了像素晶体管的构造和位置，也很难说该公开具有能够有效输出和传输像素信号的有效构造和布置以及能够抑制制造成本的增加。
因此，鉴于上述情况，本公开提出了一种新型的、改进的具有像素晶体管和配线的固态摄像元件及其制造方法，该固态摄像元件在抑制制造成本的增加的同时，还能够有效地输出和传输像素信号。
解决问题的技术方案
根据本公开，提供了这样的固态摄像元件，其包括：半导体基板；第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板上；以及控制单元，其设置成与所述第一光电转换单元层叠，并且包括用于控制所述第一光电转换单元的多个像素晶体管，其中，所述第一光电转换单元包括：第二电极；第一光电转换膜，其设置在所述第二电极的上方，并且将光转换为电荷；以及第一电极，其设置在所述第一光电转换膜上，所述多个像素晶体管包括放大晶体管，所述放大晶体管对所述电荷进行放大并将所述电荷作为像素信号输出，并且所述放大晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层形成。
此外，根据本公开，提供了一种固态摄像元件的制造方法，其包括：在半导体基板上方，形成作为像素晶体管的沟道形成区的氧化物半导体层；在所述氧化物半导体层上方，形成包括多个像素晶体管的多个栅电极的栅电极层；在所述栅电极层上方，形成电源信号布线层，所述电源信号布线层包括用于将电源电压施加到所述多个像素晶体管的多个电源线和用于传输像素信号的多个信号线；在所述电源信号布线层上方，形成驱动布线层，所述驱动布线层包括用于驱动所述多个像素晶体管的多个驱动线；在所述驱动布线层上方形成第二电极；在所述第二电极上方形成第一光电转换膜；以及在所述第一光电转换膜上形成第一电极。
本发明的有益效果
如上所述，根据本公开，可以提供一种具有像素晶体管和配线的固态摄像元件及其制造方法，该固态摄像元件在抑制制造成本增加的同时，能够有效地输出和传输像素信号。
注意，上述效果不必是限制性的，并且除了上述效果之外或代替上述效果，可以示出本说明书中描述的任何效果或从本说明书中得到的其他效果。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的固态摄像装置1的平面构造示例的说明图。
图2是根据本公开的第一实施例的固态摄像装置1的平面构造的示意图。
图3是沿着图2的线A-A′截取的固态摄像装置1的截面图。
图4是沿着图2的线B-B′截取的固态摄像装置1的截面图。
图5是根据本公开的第一实施例的PD1和PD2的等效电路图。
图6是根据本公开的第一实施例的PD3的等效电路图。
图7示出了根据本公开的第一实施例的像素100的截面图的一部分。
图8是沿着图7的线a-a′截取的像素100的截面图。
图9是沿着图7的线b-b′截取的像素100的截面图。
图10是沿着图7的线c-c′截取的像素100的截面图。
图11是沿着图7的线d-d′截取的像素100的截面图。
图12是用于说明根据本公开的第一实施例的像素100的制造步骤的截面图(1)。
图13是用于说明根据本公开的第一实施例的像素100的制造步骤的截面图(2)。
图14是用于说明根据本公开的第一实施例的像素100的制造步骤的截面图(3)。
图15示出了根据本公开的第二实施例的像素100的截面图的一部分。
图16是用于说明根据本公开的第二实施例的像素100的制造步骤的截面图。
图17是示出根据本公开的实施例的包括具有固态摄像装置1的摄像装置的电子设备的示例的说明图。
图18示出了根据本公开的第四实施例的像素100的截面图的一部分。
图19是沿着图18的线f-f′截取的像素100的截面图。
图20是沿着图18的线e-e′截取的像素100的截面图。
图21是沿着图18的线b-b′截取的像素100的截面图。
图22示出了根据本公开的第四实施例的第一变形例的像素100的截面图的一部分。
图23示出了根据本公开的第四实施例的第二变形例的像素100的截面图的一部分。
图24是示出内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图25是示出摄像头和CCU的功能构造的示例的框图。
图26是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图27是示出车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地说明本公开的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，通过分配相同的附图标记，来省略对具有基本相同的功能构造的组件的冗余说明。
此外，在本说明书和附图中，具有基本相同或相似的功能构造的多个组件可以通过在相同的附图标记之后添加不同的数字来彼此区分。然而，当不需要特别区分具有基本相同或相似的功能构造的多个组件中的每个组件时，仅分配相同的附图标记。此外，通过在相同的附图标记之后添加不同的字母，可以将不同实施例中的相似组件彼此区分开。然而，当不需要特别区分相似组件中的每者时，仅分配相同的附图标记。
此外，在以下说明中参考的附图是用于使说明更容易并更容易理解本公开的实施例的图。为了容易理解，附图中示出的形状、尺寸和比率等可以与实际情况中不同。此外，考虑到以下说明和已知技术，能够在设计中适当地改变附图中所示的固态摄像元件。此外，在使用固态摄像元件的截面图的说明中，固态摄像元件的层叠结构的上下方向对应于固态摄像元件的光入射面面向上时的相对方向，并且可以与根据实际的重力加速度的上下方向不同。
此外，在下面的说明中，关于尺寸和形状的表述不仅意味着与在数学上定义的数值和在几何上定义的形状的值相同，而且还包括在固态摄像元件的制造步骤和与该形状相似的形状上存在工业上可接受的差异的情况。
此外，在下面的电路构造说明中，除非另有说明，否则“连接”是指电连接多个元件。另外，下面的说明中的“连接”不仅包括多个元件直接电连接的情况，而且还包括多个元件通过其他元件间接电连接的情况。
注意，将按以下顺序给出说明。
1.发明人方面的本公开的实施例的背景
2.第一实施例
2.1固态摄像装置的示意性构造
2.2像素的示意性构造
2.3像素的等效电路
2.4多层布线层的详细构造
2.5制造方法
2.6变形例
3.第二实施例
3.1多层布线层的详细构造
3.2制造方法
4.第三实施例
5.第四实施例
5.1实施例
5.2第一变形例
5.3第二变形例
6.内窥镜手术系统的应用
7.移动体的应用
8.结论
9.补充
《1.发明人方面的本公开的实施例的背景》
首先，在说明根据本公开的各个实施例的细节之前，将说明本发明人方面的本公开的实施例的背景。
如上所述，在图像传感器中，随着像素尺寸的减小，入射到单位像素上的光量减少，从而灵敏度降低，S/N比减小。此外，在图像传感器中，例如，普遍使用这样的构造：其中，在平面上以拜耳阵列的方式布置使用原色滤光片分别检测红光、绿光和蓝光的像素。在上述构造的情况下，在每个像素中，能够检测一种特定颜色的光，而不能检测其他颜色的光。因此，可以说，由于入射到各像素上的光未被充分利用，因此从像素灵敏度的观点出发会产生损失。此外，可以想到进行插值处理以对这种损失进行插值。然而，当通过插值处理生成在像素中未被实际检测到的颜色的颜色信号时，可能生成与实际颜色不同的颜色信号，即，可能产生伪色。
因此，作为解决上述情况的方法，能够示出这样的图像传感器：其中，在单位像素中，在纵向上层叠有能够对红光、绿光和蓝光进行光电转换的三层光电转换膜，并且一个单位像素能够检测三种颜色的光(例如，上述的专利文献1)。此外，作为能够通过一个单位像素检测三种颜色的光的另一图像传感器，能够示出这样的图像传感器：该图像传感器具有：硅基板，在该硅基板上层叠有分别检测红光和蓝光的两个PD；和光电转换膜，该光电转换膜设置在硅基板的上方，并且能够对绿光进行光电转换(例如，上述的专利文献2)。
此外，如上所述，下面示出了在图像传感器中用于提取像素信号的电路构造，该图像传感器具有其上层叠有两个PD的硅基板和设置在该硅基板上方的光电转换膜。例如，如上述的专利文献3中公开的那样，能够示出这样的背面照射式结构：其中，其上形成有上述电路的电路形成层形成在图像传感器的光接收表面的相反侧。在上述结构的情况下，在硅基板中的PD与设置于硅基板上方的光电转换膜之间不设置电路和配线等。因此，根据上述结构，可以缩短同一像素内的PD与光电转换膜在层叠方向(纵向)上的距离。结果，在上述结构中，能够抑制每种颜色的F值依赖性，并且能够减小各颜色之间的灵敏度差异。
此外，如上述的专利文献4中公开的那样，能够示出如下结构：其中，在设置于硅基板上方的光电转换膜的正下方，设置有用于累积和传输通过光电转换而获得的电荷的半导体层和面对该半导体层的存储电极，在半导体层与存储电极之间设置有绝缘膜。在上述结构中，通过光电转换膜的光电转换产生的电荷能够有效地存储在像一种电容器一样的光电转换膜中。此外，在上述结构中，由于电荷能够存储在光电转换膜中，因此，在曝光开始时，可以将设置于硅基板中的电荷存储单元(浮动扩散单元)完全耗尽并擦除电荷。结果，根据上述结构，可以抑制以下现象的发生：由于电荷存储单元中的电荷导致kTC噪声(由电荷的热波动引起的噪声)增加，随机噪声变差，并且图像传感器的图像拍摄的图像质量下降。
另外，在上述各种图像传感器(固态摄像元件)中，为了将在基板上方设置的光电转换膜中产生的电荷作为像素信号输出，设置有多个像素晶体管和用于连接像素晶体管的配线。为了改善图像传感器的特性并抑制制造成本的增加，必须将具有适宜构造的像素晶体管和配线布置在适当的位置。
然而，在常规的方案中，没有具体审查过像素晶体管和配线的合适构造和位置。此外，即使公开了像素晶体管的构造和位置，也很难说该公开具有能够有效输出和传输像素信号的有效构造和布置以及能够抑制制造成本的增加。
因此，鉴于上述情况，发明人已经创建了涉及具有像素晶体管和配线的固态摄像元件的实施例，所述固态摄像元件在抑制制造成本增加的同时，能够通过在基板上方设置的光电转换膜中产生的电荷来有效地输出和传输像素信号。下面将顺序说明根据本公开的实施例的细节。
《2.第一实施例》
<2.1固态摄像装置的示意性构造>
首先，将参考图1说明根据本公开的第一实施例的固态摄像装置1的示意性构造。图1是示出根据本实施例的固态摄像装置1的平面构造示例的说明图。如图1所示，根据本实施例的固态摄像装置1具有：像素阵列单元10，在像素阵列单元10中，在例如由硅制成的半导体基板300上以矩阵形式设置有多个像素(固态摄像元件)100；和周边电路单元80，该周边电路单元80设置为包围像素阵列单元10。此外，作为周边电路单元80，固态摄像装置1包括垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34、水平驱动电路单元36、输出电路单元38和控制电路单元40等。下面，将说明根据本实施例的固态摄像装置1的每个区块的细节。
(像素阵列单元10)
像素阵列单元10具有多个像素100，所述多个像素100以矩阵形式二维地布置在半导体基板300上。多个像素100包括：普通像素，其用于生成用于图像生成的像素信号；和一对相位差检测像素，其用于生成用于焦点检测的像素信号。这里，像素100是指固态摄像元件(单位像素)，当检测每种颜色的光并输出检测结果时，该固态摄像元件能够被视为为每种颜色输出一个结果的一个单元。每个像素100具有多个光电转换元件和多个像素晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS：metal-oxide-semiconductor)晶体管)(未示出)。更具体地，例如，像素晶体管能够包括传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管。注意，稍后将说明使用这些像素晶体管的电路(连接构造)的细节。
(垂直驱动电路单元32)
垂直驱动电路单元32包括移位寄存器，例如，垂直驱动电路单元32选择像素驱动线42，将用于驱动像素100的脉冲提供给所选择的像素驱动线42，并且以行为单位驱动像素100。即，垂直驱动电路单元32以行为单位顺序地在垂直方向(图1中的上下方向)上选择性地扫描像素阵列单元10的每个像素100，并且通过垂直信号线44将基于根据由各个像素100的光电转换元件接收的光量产生的电荷的像素信号提供到列信号处理电路单元34，稍后将对列信号处理电路单元34进行说明。
(列信号处理电路单元34)
针对像素100的每列，设置列信号处理电路单元34，并且列信号处理电路单元34对从一行像素100输出的像素信号进行信号处理(诸如，对每个像素列进行噪声去除)。例如，列信号处理电路单元34执行诸如相关双采样(CDS)和模数(AD)转换等信号处理，以去除像素特有的固定模式噪声。
(水平驱动电路单元36)
水平驱动电路单元36包括移位寄存器，例如，水平驱动电路单元36顺序地输出水平扫描脉冲以顺序地选择每个上述的列信号处理电路单元34，并且将每个列信号处理电路单元34的像素信号输出至水平信号线46。
(输出电路单元38)
输出电路单元38能够对通过水平信号线46从每个上述的列信号处理电路单元34顺序提供的像素信号进行信号处理，并且能够输出信号。输出电路单元38可以用作例如执行缓冲的功能单元，或者可以执行诸如黑电平调整、列变化校正和各种数字信号处理等处理。注意，缓冲是指临时存储像素信号，以补偿交换像素信号时处理速度和传输速度的差异。此外，输入/输出端子48是用于与外部设备交换信号的端子。
(控制电路单元40)
控制电路单元40能够接收用于给出关于操作模式等的指令的输入时钟和数据，并且能够输出诸如像素100的内部信息等数据。即，控制电路单元40基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟来生成作为垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34或水平驱动电路单元36等的操作的参考的时钟信号和控制信号。然后，控制电路单元40将所生成的时钟信号和控制信号输出到垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34或水平驱动电路单元36等。
注意，根据本实施例的固态摄像装置1的平面构造示例不限于图1所示的示例，并且可以包括例如另一电路单元等，而且不受特别限制。
<2.2像素的示意性构造>
上面已经说明了根据本实施例的固态摄像装置1的示意性构造。接下来，将参考图2～图4说明根据本实施例的像素100的示意性层叠构造。图2是示意性地示出根据本实施例的固态摄像装置1的平面构造的示意图。此外，图3是沿着图2的线A-A′截取的固态摄像装置1的截面图，图4是沿着图2的线B-B′截取的固态摄像装置1的截面图。注意，在图3和图4中，为了容易理解，以简化的方式示出了多层布线层120等的层叠结构。
注意，在下述的第一实施例中，除非另有说明，否则根据图3、图4和图7所示的像素100中的层叠结构中的位置来定义PD1和PD2的上侧电极(第一电极)110和210以及下侧电极(第二电极)116和216。然而，在第二实施例中，没有根据图15所示的像素100中的层叠结构中的位置来定义PD1和PD2的上侧电极110和210以及下侧电极116和216，将具有与第一实施例中的上侧电极110和210相同功能的电极称为上侧电极110和210，并且将具有与第一实施例中的下侧电极116和216相同功能的电极称为下侧电极116和216。
如图2所示，如上所述，根据本实施例的固态摄像装置1具有像素阵列单元10，在该像素阵列单元10中，布置在中央的多个像素100以矩阵形式布置。此外，固态摄像装置1具有：像素晶体管区域70，在该像素晶体管区域70中，每个像素100的对应像素晶体管的一部分(未示出)被布置成围绕像素阵列单元10；以及周边电路单元80，其设置在像素晶体管区域70的外围部分。特别地，图3对应于沿着图2的线A-A′切割固态摄像装置1时的截面图，即，将固态摄像装置1以横跨像素阵列单元10和像素晶体管区域70的方式切割时的截面图。另外，图4对应于沿着图2的线B-B′切割固态摄像装置1时的截面图，即切割像素阵列单元10时的截面图。此外，图4示出了二维地布置在半导体基板300的平面上的两个像素100的截面。
在下面的说明中，将按照从位于像素100下侧的半导体基板300到位于半导体基板300上方的光电转换元件(PD)2和PD1的顺序来说明像素100的层叠结构。换句话说，在下面的说明中，将按照从图3和图4的下侧所示的半导体基板300到上侧所示的PD2和PD1的顺序来说明像素100的层叠结构。
具体地，如图3和图4所示，在像素100(或像素100a和100b)中，在例如由硅制成的半导体基板300的第一导电类型(例如，P型)的半导体区域中设置有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域312a。光电转换元件(PD)3(第二光电转换单元)由半导体区域312a和位于半导体区域312a正下方的第一导电类型(例如，P型)的半导体区域312b的PN结形成。注意，在本实施例中，PD3例如是吸收红光(例如，波长为620nm～750nm的光)并产生电荷的光电转换元件。
此外，在半导体基板300的与半导体区域312a相对的那侧(换句话，光接收表面的相对侧)(图3和图4中的下侧)，设置有包括由钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)等形成的配线306的布线层。在布线层中，多个由W、Al或Cu等形成的电极310被设置为多个像素晶体管的栅电极，以读取由上述PD3产生的电荷。具体地，电极310被设置成面对半导体基板300中的第一导电类型(例如，P型)的半导体区域，在电极310与第一导电类型(例如，P型)的半导体区域之间设置有绝缘膜324。此外，在半导体基板300中，第二导电类型(例如，N型)的半导体区域322a被设置成将第一导电类型的半导体区域夹在中间，并且半导体区域322a能够用作像素晶体管的源极/漏极区。
此外，如图3和图4所示，在半导体基板300中，贯通电极302被设置成贯穿半导体基板300，该贯通电极302用于将在稍后所述的光电转换膜112和212中产生的电荷提取到配线306。注意，图3和图4示出了用于提取在光电转换膜212中产生的电荷的贯通电极302。另一方面，例如，能够以与贯通电极302相同的方式，在像素阵列单元10的周围设置用于提取在光电转换膜212中产生的电荷的贯通电极(未示出)。
此外，在贯通电极302的外周形成有由氧化铝膜(Al2O3)等构成的绝缘膜218，以防止贯通电极302与半导体基板300之间的短路。绝缘膜218优选具有低的界面态，以便减小半导体基板300与绝缘膜218之间的界面态，并且抑制从半导体基板300与绝缘膜218之间的界面产生暗电流。作为绝缘膜218的示例，除了氧化铝膜之外，还能够使用氧化硅(SiO2)膜、氮化硅(Si3N4)膜、氮氧化硅(SiON)膜、碳化硅(SiC)膜、或添加碳的氧化硅(SiCO)膜等，并且对绝缘膜218没有特别限定。形成这些膜的方法的实例能够包括：化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法和原子层沉积(ALD)法等。然而，在本实施例中，对用于形成绝缘膜218的材料和方法没有特别限制。
此外，贯通电极302可以通过设置于上述布线层中的配线306连接到浮动扩散单元322b或电极310，该电极310设置在设置于半导体基板300中的第二导电类型(例如，N型)的半导体区域中。浮动扩散单元322b是用于临时存储在光电转换膜112和212中产生的电荷的区域。此外，在半导体基板300中，隔离绝缘膜320可以设置成与每个像素晶体管的浮动扩散单元322b或源极/漏极区322a相邻。
然后，如图3和图4所示，在半导体基板300上设置有例如由Al2O3膜等制成的并且能够透光的绝缘膜218。由于绝缘膜218能够透射光，因此设置在绝缘膜218下方的PD3能够接收光，并且能够进行光电转换，即能够检测光。
此外，绝缘膜218设置有配线250，该配线250电连接至贯通电极302并用作遮光膜。对于配线250，例如，能够使用W以及作为阻挡金属的钛(Ti)膜和氮化钛(TiN)膜的层叠膜。然而，在本实施例中，对构成配线250的材料没有特别限制。
在绝缘膜218的上方设置有光电转换膜(第三光电转换膜)212，该光电转换膜212夹持在上侧电极210与下侧电极216之间。另外，光电转换膜212、上侧电极210和下侧电极216能够构成PD2(第三光电转换单元)。在本实施例中，PD2例如是吸收绿光(例如，波长为495nm～570nm的光)并且产生电荷(光电转换)的光电转换元件。
注意，上侧电极210和下侧电极216能够由能够透射光的透明导电膜构成，例如铟锡氧化物(ITO，包括晶体ITO和非晶ITO)膜。然而，在本实施例中，构成上侧电极210和下侧电极216的材料不限于上述的ITO，并且可以使用其他材料。例如，透明导电膜优选由带隙为2.5eV以上(优选为3.1eV以上)的材料构成。例如，作为透明导电膜，在氧化锡基材料中，能够示出氧化锡、锑锡氧化物(将Sb作为掺杂剂添加到SnO2中，例如，ATO)、或氟锡氧化物(将F作为掺杂剂添加到SnO2中，例如，FTO)等。在氧化锌基材料中，能够举例说明：铝锌氧化物(将Al作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，AZO)、镓锌氧化物(将Ga作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，GZO)、铟锌氧化物(将In作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，IZO)、铟镓锌氧化物(将In和Ga作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，IGZO)、或铟锡锌氧化物(将In和Sn作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，ITZO)等。另外，能够举例说明：铟镓氧化物(将In作为掺杂剂添加到Ga2O3中，例如，IGO)、CuInO2、MgIn2O4、CuI、InSbO4、ZnMgO、CdO或ZnSnO3等。此外，稍后将说明光电转换膜212的材料的细节。
此外，例如，图3所示的连接到上侧电极210的配线206也能够用作遮光膜，并且能够由诸如W、Ti、TiN、Al或Cu等材料构成。注意，在本实施例中，配线206的材料不限于此，并且配线206可以由其他材料构成。
此外，如图3和图4所示，为了将由光电转换膜212产生的电荷临时累积在光电转换膜212中，PD2具有面对上侧电极210的存储电极214(214a和214b)，该存储电极214与上侧电极210之间插入有光电转换膜212。具体地，存储电极214经由绝缘膜218或经由绝缘膜218和半导体层(未示出)与光电转换膜212接触，绝缘膜218或绝缘膜218和半导体层(未示出)介于存储电极214与光电转换膜212之间。
配线206和配线250等电连接至上侧电极210、下侧电极216和存储电极214，并且通过使用这些配线206和250等，将期望的电位施加至上侧电极210、下侧电极216和存储电极214。此外，下侧电极216经由贯通电极302与设置于半导体基板300中的浮动扩散单元322b连接。在本实施例中，通过控制施加到下侧电极216和存储电极214的电位，能够将由光电转换膜212产生的电荷存储在光电转换膜212中，或者能够将这些电荷提取到浮动扩散单元322b。换句话说，存储电极214能够用作电荷存储电极，用于根据所施加的电位吸引由光电转换膜212产生的电荷，并将电荷存储在光电转换膜212中。注意，在本实施例中，为了有效地利用入射到像素100上的光，优选地，存储电极214被设置为：当从光接收表面的上方看时，存储电极214的面积比下侧电极216的面积大。
注意，在本实施例中，为了更有效地存储电荷，可以在绝缘膜218与光电转换膜212之间设置能够透射光的氧化物半导体层240(参考图7)。在本实施例中，作为氧化物半导体层240的材料，例如，在氧化锡系材料中，能够以SnO2(添加有掺杂剂)和添加有诸如锌锡氧化物等掺杂剂的氧化锡来举例说明，并且在氧化锌系材料中，能够以铝锌氧化物(例如，AZO)、镓锌氧化物(例如，GZO)、铟锌氧化物(例如，IZO)、IGZO、和ITZO等来举例说明。此外，作为氧化物半导体层240的材料，例如，能够以InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、GeO和TiO2等来举例说明。
此外，可以在下侧电极216与存储电极214之间设置电极(未示出)，该电极通过介于该电极与氧化物半导体层240之间的绝缘膜与氧化物半导体层240(参考图7)接触，并且与下侧电极216和存储电极214电绝缘。上述电极能够用作包括作为沟道形成区域的氧化物半导体层240的像素晶体管(具体地，传输晶体管)的栅电极。
与上述的上侧电极210和下侧电极216类似，存储电极214由透明导电膜构成。如上所述，在本实施例中，通过利用透明导电膜形成上侧电极210、下侧电极216和存储电极214，也能够通过PD3检测入射到像素100上的光。注意，上侧电极210、下侧电极216和存储电极214的膜厚度为5nm～200nm，并且优选为约30nm～100nm。
此外，绝缘膜218设置在下侧电极216与存储电极214之间以及光电转换膜212与存储电极214之间，以使它们电绝缘。注意，绝缘膜218可以是具有固定电荷的膜，该固定电荷的极性与光电转换膜212产生的电荷的极性相同。
此外，在上侧电极210的上方设置有多层布线层(控制单元)120，其中，密封膜204介于上侧电极210和多层布线层120之间。注意，在本实施例中，密封膜204的材料的实例能够包括能够透射光的Al2O3等。作为密封膜204的材料，除了Al2O3之外，还能够使用SiO2、Si3N4、SiON、SiC或SiCO等，并且对该材料没有特别限制。稍后将说明多层布线层120的细节。
此外，与上述的PD2类似，在多层布线层120的上方设置有PD1(第一光电转换单元)，其间插入有密封膜204或绝缘膜等。PD1例如是吸收蓝光(例如，波长为425nm～495nm的光)并产生电荷(光电转换)的光电转换元件。由于PD1的层叠结构与上述PD2的层叠结构相同，因此这里省略其详细说明。即，下侧电极116、存储电极114、绝缘膜118、光电转换膜(第一光电转换膜)112和上侧电极110作为PD1顺序地层叠在密封膜204的上方。
上述的光电转换膜112和212能够由有机材料(有机光电转换膜)或无机材料(无机光电转换膜)构成。例如，在光电转换膜由有机材料构成的情况下，可以从如下四种模式中选择一种模式：(a)P型有机半导体材料，(b)N型有机半导体材料，(c)P型有机半导体材料层、N型有机半导体材料层、以及P型有机半导体材料和N型有机半导体材料的混合层(体异质结构)中的至少两者的层叠结构，和(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，使用有机材料的光电转换膜还包括如下的层叠结构：其中，电子阻挡膜/缓冲膜、光电转换膜、空穴阻挡膜、空穴阻挡/缓冲膜、以及功函数调节膜层叠在下侧电极上。
具体地，P型有机半导体材料的示例能够包括：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、苯并噻吩苯并噻吩(BTBT)衍生物、二萘并噻吩并噻吩(DNTT)衍生物、二蒽并噻吩并噻吩(DATT)衍生物、苯并二苯并噻吩(BBBT)衍生物、萘二苯并噻吩(NBBT：naphthalenebisbenzothiophene)、噻吩并二苯并噻吩(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、并四苯并二噻吩(TDT)衍生物、并五苯并二噻吩(PDT)衍生物、三烯丙胺衍生物、咔唑衍生物、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、亚紫菜嗪衍生物、具有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等。
另外，N型有机半导体材料的示例能够包括：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、内嵌富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如，富勒烯氟化物、或苯基-C61-丁酸异甲酯(PCBM)富勒烯化合物、富勒烯多聚体等)、具有比p型有机半导体深的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的有机半导体、以及能够透射光的无机金属氧化物等。更具体地，N型有机半导体材料的示例能够包括含有氮原子、氧原子和硫原子的杂环化合物，例如，有机分子，其包括：作为分子骨架的一部分的吡啶衍生物、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、吩恶嗪酮衍生物、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、噁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亚紫菜嗪衍生物、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、有机金属络合物以及亚酞菁衍生物。另外，富勒烯衍生物中包含的基团的实例能够包括：支链或环烷基或苯基；具有直链或稠环芳族化合物的基团；具有卤化物的基团；部分氟烷基；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；酰氨基；酰氧基；羰基；羧基；羧基酰胺基；碳烷氧基；酰基；磺酰基；氰基；硝基；具有硫属化物的基团；膦基(phosphine group)；膦酸基团(phosphongroup)；以及它们的衍生物。注意，由有机材料构成的光电转换膜的膜厚度不受限制，但是上述厚度例如可以是1×10-8m～5×10-7m，优选地，2.5×10-8m～3×10-7m，更优选地，2.5×10-8m～2×10-7m。此外，在上面的说明中，有机半导体材料分为P型和N型，其中，P型表示容易传输空穴，N型表示容易传输电子。即，在有机半导体材料中，与无机半导体材料的情况不同，上述类型不限于具有空穴或电子作为热激发的多数载流子的解释。
此外，当光电转换膜112和212由无机材料构成时，无机半导体材料的实例能够包括：晶体硅；非晶硅；微晶硅；结晶硒；非晶硒；黄铜矿化合物，例如CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2和AgInSe2；或III-V族化合物，例如GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和InGaAsP；以及化合物半导体，例如CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe和PbS。另外，在本实施例中，由这些材料构成的量子点能够用作光电转换膜112和212。
此外，光电转换膜112和212可以由诸如亚苯基亚乙烯基(phenylene vinylene)、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔和二乙炔或其衍生物等聚合物构成。
此外，为了检测蓝光和绿光，在光电转换膜112和212中，例如，优选地，能够使用：金属络合物染料；若丹明染料；花青染料；部花青染料；苯基氧杂蒽染料(phenylxanthenedyes)；三苯甲烷染料；罗丹花青染料；咕吨染料；大环氮杂蒽染料(macrocyclicazaannulene dyes)；氮杂染料；萘醌；蒽醌染料；缩合的多环芳族化合物，例如，蒽和芘以及与芳环或杂环化合物缩合的链状化合物；两个含氮杂环，例如喹啉、苯并噻唑和苯并噁唑，其具有方酸菁基(squarylium group)和克酮酸次甲酯基(croconitcoumethine group)作为结合链；或通过方酸菁基和克酮酸次甲酯基(croconitumethine group)键合的花青染料等。此外，在上述金属络合物染料中，二硫醇金属络合物染料、金属酞菁染料、金属卟啉染料或钌络合物染料是优选的，并且钌络合物染料是特别优选的。然而，本公开不限于此。
另外，当使光电转换膜112和212用作检测红光的光电转换膜时，光电转换膜能够包含酞菁染料和亚酞菁染料(亚酞菁衍生物)等。
此外，如图3和图4所示，例如，与密封膜204类似，在PD1上方设置有由SiN等制成的密封膜104。密封膜104的材料的示例能够包括Al2O3等，该Al2O3能够透射光。除了Al2O3之外，作为密封膜104的材料，还能够使用SiO2、Si3N4、SiON、SiC或SiCO等，并且对该材料没有特别限制。此外，如图3和图4所示，在密封膜104上设置有由诸如氮化硅膜、氮氧化硅膜或碳化硅(SiC)等无机膜制成的高折射率层(未示出)。此外，针对每个像素100，在高折射率层上设置有片上透镜102(102a和102b)。片上透镜102能够由例如氮化硅膜或树脂材料(例如，苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物或硅氧烷树脂)构成。
如上所述，根据本公开的实施例的固态摄像装置1中所包括的像素100具有其中层叠有分别检测三种颜色的光的PD1、PD2和PD3的层叠结构。即，可以说，上述像素100是垂直光谱型的固态摄像元件，其通过形成在半导体基板300上方的光电转换膜112(PD1)对蓝光进行光电转换，通过设置在PD1下方的光电转换膜212(PD2)对绿光进行光电转换，并且通过设置在半导体基板300中的PD3对红光进行光电转换。
注意，在本公开的实施例中，像素100不限于上述的垂直光谱型层叠结构。例如，设置于半导体基板300上方的光电转换膜112(PD1)可以对绿光进行光电转换，设置于PD1下方的光电转换膜212(PD2)可以对蓝光进行光电转换。像素100可以进一步具有用于检测红外线的光电转换膜。此外，在本公开的实施例中，上述像素100可以具有这样的结构，该结构中层叠有设置于半导体基板300上方的具有光电转换膜112的PD1以及设置于半导体基板300中的PD2和PD3。即，根据本实施例的像素100可以具有PD2和PD3层叠在半导体基板300中的结构。
<2.3像素的等效电路>
上面已经说明了根据本实施例的像素100的示意性层叠结构。接下来，在说明像素100的层叠结构中所包括的多层布线层120的详细构造之前，为了便于理解多层布线层120中包括的电路构造，将参照图5和图6说明像素100中所包括的PD1、PD2和PD3的等效电路。图5是根据本实施例的PD1和PD2的等效电路图，图6是根据本实施例的PD3的等效电路图。
PD1和PD2具有图5的左上方所示的层叠结构。具体地，PD1和PD2具有上侧电极110(210)、下侧电极116(216)和夹持在上侧电极110(210)与下侧电极116(216)之间的光电转换膜112(212)。此外，PD1和PD2具有经由绝缘膜118(218)而与光电转换膜112(212)接触的存储电极114a和114b(214a和214b)，该绝缘膜118(218)介于存储电极114a和114b(214a和214b)和光电转换膜112(212)之间。注意，如图5所示，当从光接收表面上方看像素100时，存储电极114a和114b(214a和214b)被布置成相对于介于其间的下侧电极116线对称。稍后将说明存储电极114(214)的平面构造的细节。此外，在下面的说明中，将说明像素100中所包括的PD1的等效电路，但是PD2的等效电路与PD1的等效电路相同。
如图5所示，下侧电极116经由配线与设置于稍后所述的多层布线层120和氧化物半导体层142(参考图7)中的像素晶体管(放大晶体管Tramp、选择晶体管TRsel和复位晶体管TRrst)电连接。具体地，下侧电极116经由配线等电连接至用于复位所存储的电荷的复位晶体管TRrst的漏极/源极中的一个。复位晶体管TRrst的栅极电连接至复位信号线(未示出)，并且进一步电连接至上述的垂直驱动电路单元32。此外，复位晶体管TRrst的漏极/源极中的另一个(不与下侧电极116连接的那侧)电连接至电源电路VDD。
此外，下侧电极116经由配线电连接至放大晶体管TRamp的栅极，所述放大晶体管TRamp对电荷进行放大(转换)并输出像素信号。此外，放大晶体管Tramp的源极/漏极中的一个经由配线电连接至选择晶体管TRsel的源极/漏极中的一个，所述选择晶体管TRsel根据选择信号将像素信号输出到信号线VSL。此外，放大晶体管TRamp的源极/漏极的另一个(不与选择晶体管TRsel连接的那侧)电连接至电源电路VDD。
此外，选择晶体管TRsel的源极/漏极的另一个(不与放大晶体管Tramp连接的那侧)电连接至信号线VSL，并且进一步电连接至上述的列信号处理电路单元34。此外，选择晶体管TRsel的栅极电连接至选择线(未示出)，并且进一步电连接至上述的垂直驱动电路单元32。
另外，存储电极114a和114b经由配线电连接至上述的垂直驱动电路单元32。稍后将说明上述像素晶体管(放大晶体管Tramp、复位晶体管TRrst和选择晶体管TRsel)的详细层叠构造。
尽管在图5中未示出，但是PD1和PD2可以电连接至传输晶体管，类似于稍后所述的PD3。
接下来，作为参考，将参照图6说明PD3的等效电路。如图6所示，设置于半导体基板300中的PD3经由配线连接到设置于半导体基板300中的像素晶体管(放大晶体管TRamp、传输晶体管TRtrs、复位晶体管TRrst和选择晶体管TRsel)。具体地，PD3的一侧经由配线电连接至用于传输电荷的传输晶体管TRtrs的源极/漏极中的一个。此外，传输晶体管TRtrs的源极/漏极中的另一个(不与PD3连接的那侧)经由配线电连接至复位晶体管TRrst的源极/漏极中的一个。此外，传输晶体管TRtrs的栅极电连接至传输栅极线(未示出)，并且进一步连接到上述的垂直驱动电路单元32。复位晶体管TRrst的源极/漏极中的另一个(不与传输晶体管TRtrs连接的那侧)电连接至电源电路VDD。此外，复位晶体管TRrst的栅极电连接至复位线(未示出)，并且进一步连接到上述的垂直驱动电路单元32。
此外，传输晶体管TRtrs的源极/漏极中的另一个(不与PD3连接的那侧)经由配线电连接至放大晶体管Tramp的栅极，所述放大晶体管Tramp对电荷进行放大(转换)并输出像素信号。此外，放大晶体管Tramp的源极/漏极中的一个经由配线电连接至选择晶体管TRsel的源极/漏极中的一个，所述选择晶体管TRsel根据选择信号将像素信号输出到信号线VSL。另外，放大晶体管Tramp的源极/漏极中的另一个(不与选择晶体管TRsel连接的那侧)电连接至电源电路VDD。此外，选择晶体管TRsel的源极/漏极中的另一个(不与放大晶体管Tramp连接的那侧)电连接至信号线VSL，并且进一步电连接至上述的列信号处理电路单元34。另外，选择晶体管TRsel的栅极电连接至选择线(未示出)，并且进一步电连接至上述的垂直驱动电路单元32。
<2.4多层布线层的详细构造>
上面已经说明了根据本实施例的PD1、PD2和PD3的等效电路。接下来，将参照图7～图11说明多层布线层120的详细层叠构造。图7示出了根据本实施例的像素100(具体地，像素100a和100b)的截面图的一部分。具体地，图7主要示出了PD2与PD1之间的部分，其中多层布线层120介于PD2与PD1之间。此外，图8是沿着图7的线a-a′截取的像素100的截面图。图9是沿着图7的线b-b′截取的像素100的截面图。图10是沿着图7的线c-c′截取的像素100的截面图。此外，图11是沿着图7的线d-d′截取的像素100的截面图。
具体地，在本实施例中，如图7所示，像素100具有作为PD2设置的下侧电极216、存储电极214、屏蔽电极208、光电转换膜212和上侧电极210。此外，在上侧电极210的上方设置的密封膜204上设置有能够透射光的氧化物半导体层142。在本实施例中，用于形成氧化物半导体层142的材料的示例能够包括：非晶硅；作为锡氧化物系材料的SnO2(添加了掺杂剂)和添加了诸如锌锡氧化物等掺杂剂的锡氧化物；以及作为锌氧化物系材料的铝锌氧化物(例如，AZO)、镓锌氧化物(例如，GZO)、铟锌氧化物(例如，IZO)、IGZO、和ITZO等。此外，氧化物半导体层142的材料的示例能够包括InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、GeO和TiO2等。氧化物半导体层142能够用作与连接到PD1的像素晶体管(例如，放大晶体管Tramp、传输晶体管TRtrs、复位晶体管TRrst和选择晶体管TRsel)共用的沟道形成区或源极/漏极区。即，通过利用能够透射光的氧化物半导体层142构成与PD1连接的像素晶体管的沟道形成区等，也能够将光透射到设置于像素晶体管下方的PD2和PD3。换句话说，通过利用能够透射光的氧化物半导体层142构成与PD1连接的像素晶体管的沟道形成区等，PD1的像素晶体管能够与PD1层叠，并且像素晶体管能够进一步层叠在PD2和PD3上方。
此外，在氧化物半导体层142上设置有绝缘膜132。绝缘膜132能够由能够透射光的HfO2膜或SiO2膜等构成。
此外，在绝缘膜132的上方设置有包括配线和电极的多层布线层120。此外，在多层布线层120的上方设置有构成PD1的下侧电极116、存储电极114、绝缘膜118、氧化物半导体层140、光电转换膜112和上侧电极110。即，在像素100的层叠结构中，多层布线层120设置在PD1与半导体基板300之间。下面，将参照图7～图11说明多层布线层120的详细层叠结构。在下面的说明中，为了容易理解，将从PD1开始给出说明。换句话说，将从多层布线层120的上侧到下侧来说明层叠结构。
首先，如图7所示，在绝缘膜118的正下方设置有PD1的存储电极114a和114b以及下侧电极116。如图8所示，存储电极114a和存储电极114b被设置成使得矩形存储电极114a和114b以及条状的下侧电极116在图中的左侧和右侧上是线对称的，其中下侧电极116介于存储电极114a与存储电极114b之间。根据本实施例，通过如上所述使存储电极114a和114b对称设置，光电转换膜112能够检测与入射光光学对称的光。此外，如上所述，存储电极114a和114b的面积优选大于下侧电极116的面积。注意，下侧电极116以及存储电极114a和114b的形状不限于图8所示的形状，并且如果存储电极114a和114b相对于介于其间的下侧电极116具有对称性，则对其形状没有特别限制。
此外，如图8所示，下侧电极116以及存储电极114a和114b分别具有用于电连接至配线的接触件128。因此，通过接触件128，存储电极114a和114b以及下侧电极116能够电连接至设置于存储电极114a和114b以及下侧电极116下方的驱动线122a、122b和122f(参考图9)。
此外，如图8所示，条状的屏蔽电极108被设置成围绕一个下侧电极116以及从图中的水平方向将该下侧电极116夹在中间的存储电极114a和114b，换句话说，被设置成围绕两个像素100(100a和100b)。在本实施例中，例如，与下侧电极116以及存储电极114a和114b类似，屏蔽电极108能够由透明导电膜等构成。根据本实施例，通过设置这样的屏蔽电极108，可以抑制来自未被同一屏蔽电极108围绕的另一像素100的像素晶体管的泄漏。
此外，返回图7，驱动线122a、122b、122f、122s和122r经由绝缘膜130设置在存储电极114a和114b以及下侧电极116的下方，绝缘膜130介于驱动线122a、122b、122f、122s和122r与存储电极114a和114b以及下侧电极116之间。在下面的说明中，将设置有驱动线122a、122b、122f、122s和122r的层称为驱动布线层。
具体地，如图9所示，在驱动布线层中，经由接触件128电连接至下侧电极116的矩形驱动线122f设置在中央。另外，驱动线122f经由接触件128电连接至设置于驱动线122f下方的驱动线124f(参考图10)，并且进一步电连接至栅电极126am(参考图11)，栅电极126am是设置于驱动线122f下方的放大晶体管Tramp的栅电极。
此外，如图9所示，在图中的水平方向上设置有以条状延伸的驱动线122a、122b、122s和122r，并且所述驱动线122a、122b、122s和122r从图中的上下方向将驱动线122f夹在中间。更具体地，驱动线122a经由接触件128电连接至PD1的存储电极114a，驱动线122b经由接触件128电连接至PD1的存储电极114b。尽管未示出，但是驱动线122a和122b被绘制到像素100的外围并且电连接至垂直驱动电路单元32，所述垂直驱动电路单元32控制施加到PD1的存储电极114a和114b的电压。
另外，驱动线122s经由接触件128电连接至设置于驱动线122s下方的驱动线124s(参考图10)，并且进一步电连接至栅电极126s(参考图11)，该栅电极126s是设置于驱动线122s下方的选择晶体管TRsel的栅电极。尽管未示出，但是驱动线122s被绘制到像素100的外围，电连接至用于将电压施加到选择晶体管TRsel的栅极的选择线(未示出)，并且进一步电连接至垂直驱动电路单元32。
此外，驱动线122r经由接触件128电连接至设置于驱动线122r下方的驱动线124r(参考图10)，并且进一步电连接至栅电极126r(参考图11)，该栅电极126r是设置于驱动线122r下方的复位晶体管TRrst的栅电极。尽管未示出，但是驱动线122r被绘制到像素100的外围，电连接至用于将电压施加到复位晶体管TRrst的栅极的复位线(未示出)，并且进一步电连接至垂直驱动电路单元32。
在本实施例中，上述的驱动线122a、122b、122f、122s和122r优选地使用低电阻布线材料构成，例如，Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta和TaN等材料。在本实施例中，通过将低电阻布线材料用于驱动线122a、122b、122f、122s和122r，能够提高像素晶体管(选择晶体管TRsel和复位晶体管TRrst等)以及存储电极114a和114b的驱动速度和由光电转换膜112产生的电荷的传输速度。
此外，在本实施例中，通过将用于驱动存储电极114a和114b的驱动线122a和122b以及用于驱动复位晶体管TRrst等的驱动线122r和122s设置在同一层中，能够减少像素100的层叠结构中的层数。结果，根据本实施例，可以抑制包括像素100的固态摄像装置1的制造成本增加。另外，在本实施例中，可以缩短同一像素100内的PD1、PD2和PD3在层叠方向上的距离。结果，在本实施例中，能够抑制每种颜色的F值依赖性，并且能够减小各颜色之间的灵敏度差异。注意，在本实施例中，驱动线122a、122b、122f、122s和122r的形状不限于图9所示的形状。
此外，返回图7，在驱动线122a、122b、122f、122s和122r的下方通过绝缘膜130设置有驱动线124f、124r和124s、电源线124vd、以及信号线124vs，绝缘膜130介于驱动线122a、122b、122f、122s和122r和驱动线124f、124r和124s、电源线124vd、以及信号线124vs。在下面的说明中，将设置有驱动线124f、124r和124s、电源线124vd、以及信号线124vs的层称为电源/信号布线层。
具体地，如图10所示，在电源/信号布线层中，作为信号线VSL的一部分的矩形信号线124vs设置在图的右侧，信号线124vs经由接触件128电连接至设置于信号线124vs下方的氧化物半导体层142。
此外，如图10所示，经由接触件128电连接至上述驱动线122s的矩形驱动线124s设置在图中的信号线124vs的左侧。此外，驱动线124s经由接触件128电连接至设置于驱动线124s下方的栅电极126s(参考图11)，所述栅电极126s是选择晶体管TRsel的栅电极。
此外，如图10所示，在图中的驱动线124s的左侧设置有被绘制成水平的"U"字形的条状电源线124vd。尽管未示出，但是电源线124vd被绘制到像素100的外围并电连接至电源电路VDD，该电源电路VDD将电源电压施加到像素晶体管(放大晶体管TRamp和复位晶体管TRrst)。此外，电源线124vd经由接触件128电连接至设置于电源线124vd下方的氧化物半导体层142，该接触件128设置在位于上述"U"字形的两个端部的矩形配线中。
此外，如图10所示，在图中的电源线124vd的左侧设置有被绘制成水平"T"字形的驱动线124f。如图10所示，驱动线124f经由接触件128电连接至设置于驱动线124f上方的驱动线122f，该接触件128设置在沿"T"字形的纵向方向延伸的部分的右端(在图中的水平方向上延伸的部分)处。此外，驱动线124f经由接触件128电连接至设置于驱动线124f下方的栅电极126am(参考图11)，该栅电极126am是放大晶体管TRamp的栅电极。
如图10所示，驱动线124f经由接触件128电连接至设置于驱动线124f下方的氧化物半导体层142，该接触件128设置在沿"T"字形的横向方向延伸的部分(沿图中的上下方向延伸的部分)的两端。
此外，如图10所示，矩形驱动线124r设置在图中的电源线124vd的左侧，并且驱动线124r经由接触件128电连接至设置于驱动线124r上方的驱动线122r。此外，驱动线124r电连接至设置于驱动线124r下方的栅电极126r(参考图11)，该栅电极126r是复位晶体管TRrst的栅电极。
在本实施例中，驱动线124f、124r和124s、电源线124vd、以及信号线124vs优选地由透明导电膜(例如ITO)构成。在本实施例中，驱动线124f、124r和124s、电源线124vd和信号线124vs由透明导电膜构成，从而在PD2和PD3中能够检测入射到像素100上的光。此外，在本实施例中，优选地，信号线124vs和电源线124vd优选地被设置成具有比驱动线124f、124r和124s更大的布线宽度。根据本实施例，通过增大信号线124vs和电源线124vd的布线宽度，例如，能够缩短通过作为信号线VSL的一部分的信号线124vs传输的信号稳定之前的时间(稳定时段)。
此外，在本实施例中，如图10所示，优选设置有用于将驱动线124f、电源线124vd和信号线124vs电连接至氧化物半导体层142的多个接触件128。根据本实施例，通过设置多个接触件128，能够减小接触电阻。注意，在本实施例中，驱动线124f、124r和124s、电源线124vd和信号线124vs的形状不限于图10所示的形式。
此外，返回到图7，在驱动线124f、124r和124s、电源线124vd以及信号线124vs下方隔着绝缘膜130设置有栅电极126r、126am和126s。注意，在下面的说明中，将设置有栅电极126r、126am和126s的层称为栅电极层。
具体地，如图11所示，在栅电极层中，经由接触件128与设置在上方的驱动线124s连接的矩形栅电极126s设置在图的右侧。栅电极126s用作选择晶体管TRsel的栅电极。
此外，如图11所示，经由接触件128与设置在上方的驱动线124f电连接的矩形栅电极126am设置在图中的栅电极126s的左侧。栅电极126am用作放大晶体管TRamp的栅电极。
此外，如图11所示，经由接触件128与设置在上方的驱动线124r电连接的矩形栅电极126r设置在图中的栅电极126am的左侧。栅电极126r用作复位晶体管TRrst的栅电极。
此外，如图11所示，条状的屏蔽电极134被设置成包围多个像素晶体管的栅电极126r、126am和126s。在本实施例中，与栅电极126r、126am、和126s类似，屏蔽电极134能够由例如透明导电膜等构成。换句话说，与上述的屏蔽电极108类似，屏蔽电极134以包围两个像素100(100a和100b)的方式设置。根据本实施例，通过设置屏蔽电极134，可以抑制来自未被同一屏蔽电极134围绕的另一像素100的像素晶体管的泄漏。
此外，在本实施例中，栅电极126r、126am和126s以及屏蔽电极134优选地由诸如ITO等透明导电膜构成。在本实施例中，通过用透明导电膜形成栅电极126r、126am和126s以及屏蔽电极134，能够通过PD2和PD3检测入射到像素100上的光。注意，在本实施例中，栅电极126r、126am和126s以及屏蔽电极134的形状不限于图11所示的形式。
此外，如上所述，氧化物半导体层142设置在多层布线层120的下方，其中，绝缘膜132介于氧化物半导体层142和多层布线层120之间。氧化物半导体层142能够用作与连接至PD1的像素晶体管(例如，放大晶体管TRamp、传输晶体管TRtrs、复位晶体管TRrst和选择晶体管TRsel)共用的沟道形成区(面对每个栅电极126的部分)或源极/漏极区(连接到每个配线124等的部分)。尽管在图7中未示出，但是与稍后所述的PD3类似，像素100还可以设置有PD1的传输晶体管Trtrs。在这种情况下，可以在氧化物半导体层142中设置传输晶体管Trtrs的沟道形成区或源极/漏极区。
此外，优选地，接触件128由掺杂有杂质的多晶硅、诸如W、Ti、Pt(铂)、Pd(铅)、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2或MoSi2等高熔点金属或金属硅化物或者诸如由这些材料制成的层的层叠结构(例如，Ti/TiN/W)等材料构成。
此外，多层布线层120中所包括并且如上所述的驱动布线层、电源/信号布线层和栅电极层的膜厚度例如优选为约50nm～100nm。
此外，设置在上述的驱动布线层、电源/信号布线层和栅电极层之间的绝缘膜130能够由例如能够透射光的HfO2膜或SiO2膜等构成。除了上述材料之外，作为绝缘膜130的材料，能够使用Al2O3、Si3N4、SiON、SiC或SiCO等，并且对该材料没有特别限制。
此外，在氧化物半导体层142的下方设置有密封膜204和PD2的上侧电极210、光电转换膜212、下侧电极216以及存储电极214a和214b。注意，与PD1类似，PD2的存储电极214a和214b也优选地设置成：当从光接收表面上方看时，PD2的存储电极214a和214b相对于下侧电极216是线对称的。根据本实施例，通过如上述将存储电极214a和214b设置成对称的，光电转换膜212能够检测相对于入射光具有光学对称性的光。即，PD1和PD2被构造成包括在平面上彼此线对称的两个像素(像素划分)100(具体地，像素100a和100b)，从而可以具有光学对称性。
<2.5制造方法>
上面已经说明了根据本实施例的多层布线层120的详细层叠构造。接下来，将参照图12至图14说明图7所示的根据本公开的第一实施例的像素100的制造方法。图12～图14是用于说明根据本公开的第一实施例的像素100的制造方法的截面图。
首先，通过使用外延生长法在绝缘体上硅(SOI：silicon on insulator)基板(未示出)的表面上形成硅层(未示出)，并且在硅层上形成成为PD3(参考图3和图4)等的半导体区域312a和312b。此外，在硅层上形成PD2和PD3的像素晶体管等。此外，在硅层上形成电极310、配线306和绝缘膜324等(参考图3和图4)之后，将支撑基板(未示出)附接到绝缘膜324上。然后，去除SOI基板以使硅层露出来。接下来，在露出的硅层中形成开口，并且嵌入绝缘膜和金属膜以形成贯通电极302(参考图3和4)。
接下来，在贯通电极302上层叠绝缘膜218(参考图3和图4)。如上所述，绝缘膜218优选地具有低界面态，以便减小硅层与绝缘膜218之间的界面态并抑制从硅层与绝缘膜218之间的界面产生暗电流。绝缘膜218的材料的示例能够包括通过ALD法形成的HfO2膜或Al2O3膜和通过等离子CVD法形成的SiO2膜的层叠结构。
接下来，在沉积绝缘膜218之后，形成还用作遮光膜的配线250(参考图3和图4)。通过加工形成配线250，以留下要被遮光的部分。由于配线250电连接至贯通电极302并且还用作遮光膜，因此它优选地由W以及作为阻挡金属的Ti和TiN的层叠膜构成。
然后，通过使用光刻或蚀刻等在绝缘膜218上形成具有期望形状的下侧电极216、存储电极214、屏蔽电极208。具体地，例如，通过在使用溅射法层叠ITO等之后再使用光刻进行图案化，并且使用干蚀刻或湿蚀刻进行处理，能够将存储电极214等形成为具有期望形状的膜。注意，优选地，下侧电极216、存储电极214和屏蔽电极208之间的空间填充有通过等离子体CVD等形成的绝缘膜218，并且下侧电极216、存储电极214和屏蔽电极208的顶表面以及它们之间的绝缘膜218的顶表面优选通过化学机械抛光(CMP)进行平坦化。
接下来，在下侧电极216、存储电极214和屏蔽电极208上形成绝缘膜218，并且使用光刻等在绝缘膜218中形成开口，使得下侧电极216的一部分暴露出来。此外，在开口中嵌入诸如W、Al或Cu等金属材料，然后在绝缘膜218上方形成氧化物半导体层240。注意，在形成氧化物半导体层240之前，可以通过CMP等使绝缘膜218的顶表面平坦化。
此外，在氧化物半导体层240上顺序地层叠光电转换膜212、上侧电极210和密封膜204。以这种方式，能够获得图12所示的结构。光电转换膜212能够通过使用旋涂、或真空沉积等来形成。此外，已知光电转换膜212的特性通常由于水分、氧气和氢气等的影响而大幅度变化。因此，优选在与光电转换膜212一致的真空中形成光电转换膜212上的上侧电极210。此外，在形成密封膜204之前和之后，可以进行灰化或有机清洗等后处理以去除沉积物和残留物。在图12中，为了容易理解，省略了硅层、PD3、像素晶体管和配线306等的图示，并且将它们一起图示为半导体基板300a。此外，这也同样适用于下面的图13和图14。
然后，在密封膜204上层叠氧化物半导体层142，并且在氧化物半导体层142上层叠绝缘膜132。此外，在绝缘膜132上形成具有期望形状的栅电极126和屏蔽电极134，然后，层叠绝缘膜130。然后，形成开口，该开口穿透层叠的绝缘膜130并延伸至栅电极126，或者进一步穿透绝缘膜130并延伸至氧化物半导体层142。在形成的开口中嵌入金属膜等以形成接触件128。
接下来，在接触件128和绝缘膜130上形成具有期望形状的配线124，并且以与上述相同的方式形成用于连接栅电极126和配线124的接触件128。此外，在接触件128和绝缘膜130上形成具有期望形状的驱动线122，并且以与上述相同的方式形成用于连接配线124和驱动线122的接触件128。然后，在接触件128和绝缘膜130上以期望的形状形成具有期望形状的下侧电极116、存储电极114和屏蔽电极108，并且在这些电极上层叠绝缘膜118。以这种方式，能够获得图13所示的结构。
然后，在绝缘膜118上顺序地层叠氧化物半导体层140、光电转换膜112和上侧电极110。以这种方式，能够获得图14所示的结构。然后，通过形成密封膜104，能够获得图7所示的像素100。
用于形成上述各层的方法的实例能够包括PVD法和CVD法等。PVD法的示例能够包括：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)溅射法、面对靶溅射法和高频溅射法等)、离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延(MBE)法和激光转印法等。CVD法的示例能够包括：等离子体CVD法、热CVD法、金属有机(MO)CVD法、以及光学CVD法等。此外，其他方法的示例能够包括：电解电镀法；化学镀法；旋涂法；浸渍法；浇铸法；微接触印刷法；滴铸法；各种印刷法，例如丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、以及柔性版印刷法；冲压法；喷涂法；以及各种涂布法，例如气刀涂布法、刮刀涂布法、棒涂法、刀片涂布法、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(calendar coater)。各层的图案化方法的示例能够包括：荫罩、激光转印、诸如光刻等化学蚀刻、以及使用紫外线或激光的物理蚀刻等。另外，平坦化技术的示例能够包括CMP法、激光平坦化法和回流法等。
如上所述，根据本实施例，可以提供具有像素晶体管(放大晶体管TRamp、选择晶体管TRsel和复位晶体管TRrst)和配线的像素100，该像素100在抑制制造成本增加的同时，能够通过光电转换膜112中产生的电荷有效地输出和传输像素信号。
具体地，在本实施例中，连接至PD1的像素晶体管(放大晶体管TRamp、选择晶体管TRsel和复位晶体管TRrst)的沟道形成区等由能够透射光的氧化物半导体层142构成，从而能够将它们层叠在PD2和PD3的上方。此外，在本实施例中，通过在同一层中设置用于驱动存储电极114a和114b的驱动线122a和122b以及用于驱动复位晶体管TRrst等的驱动线122r和122s，能够减少像素100的层叠结构中的层数。结果，根据本实施例，可以抑制包括像素100的固态摄像装置1的制造成本增加。另外，在本实施例中，与在半导体基板300中设置像素晶体管的情况相比，PD1的光电转换膜112和PD1的像素晶体管能够被设置成彼此更靠近，并且通过使用低电阻布线材料形成驱动线122a、122b、122f、122s和122r，能够提高像素晶体管以及存储电极114a和114b的驱动速度和光电转换膜112中产生的电荷的传输速度。
另外，根据本实施例，通过增大信号线124vs和电源线124vd的布线宽度，能够缩短通过作为信号线VSL的一部分的信号线124vs传输的信号稳定之前的时间(稳定时段)，并且能够有效地传输像素信号。
此外，在本实施例中，通过设置屏蔽电极108和134，可以抑制来自未被相同屏蔽电极108和134围绕的另一像素100的像素晶体管的泄漏。此外，根据本实施例，通过将存储电极114a、114b、214a和214b设置成对称的，光电转换膜112和212能够检测相对于入射光具有光学对称性的光。
<2.6变形例>
在上述的第一实施例中，PD2的像素晶体管(放大晶体管TRamp、复位晶体管TRrst、选择晶体管TRsel)设置在半导体基板300中。然而，在本实施例中，PD2的像素晶体管不限于被设置在半导体基板300中。类似于PD1，像素晶体管可以由设置于半导体基板300上方的氧化物半导体层(未示出)和设置于氧化物半导体层下方的多层布线层(未示出)形成。即，在本变形例中，PD2的像素晶体管由设置于PD2的下侧电极216下方的多层布线层和设置于多层布线层下方的氧化物半导体层形成。根据本变形例，通过上述构造，能够扩展能够在半导体基板300中形成PD3的区域，使得PD3能够有效地利用入射到像素100上的光，并且能够改善PD3的特性。
<<3.第二实施例>>
此外，在本公开的实施例中，上述第一实施例中的像素100的层叠结构中的PD1和多层布线层120的位置可以在上下方向上颠倒。在下文中，将说明本公开的第二实施例，其中PD1和多层布线层120的位置与第一实施例中的位置相反。
如上所述，在第二实施例中，PD1和PD2的上侧电极110和210以及下侧电极116和216没有根据图15所示的像素100中的层叠结构中的位置来限定，并且将具有与第一实施例中的上侧电极110和210相同功能的电极称为上侧电极110和210，将具有与第一实施例中的下侧电极116和216相同功能的电极称为下侧电极116和216。
<3.1多层布线层的详细构造>
首先，将参考图15说明根据本实施例的PD1和多层布线层120a的详细构造。图15示出了根据本实施例的像素100的截面图的一部分，并且图15对应于根据图7所示的第一实施例的像素100的截面图的一部分。注意，沿着图15的线a-a'切割像素100时的截面对应于图8的根据第一实施例的像素100的截面图，沿着图15的线b-b'切割像素100时的截面对应于图9的根据第一实施例的像素100的截面图。此外，沿着图15的线c-c'切割像素100时的截面对应于图10的根据第一实施例的像素100的截面图，沿着图15的线d-d'切割像素100时的截面对应于图11的根据第一实施例的像素100的截面图。
如图15所示，与根据图7所示的第一实施例的像素100类似，根据本实施例的像素100具有设置为PD2的下侧电极216、存储电极214、屏蔽电极208、光电转换膜212和上侧电极210。此外，在本实施例中，在上侧电极210的上方设置有密封膜(第二密封膜)204。
此外，本实施例与第一实施例的不同之处在于：如图15所示，密封膜(第一密封膜)144、上侧电极110、光电转换膜112、氧化物半导体层140和绝缘膜118顺序地层叠在密封膜204的上方。注意，上侧电极110、光电转换膜112、氧化物半导体层140和绝缘膜118构成根据本实施例的PD1的一部分。
此外，在本实施例中，下侧电极116、存储电极114和屏蔽电极108设置在绝缘膜118的上方。由于沿着图15的线a-a'截取的截面与如上所述的图8所示的根据第一实施例的像素100的截面图相同，因此这里将省略其详细说明。
此外，在本实施例中，多层布线层120a设置在下侧电极116、存储电极114和屏蔽电极108的上方。即，在像素100的层叠结构中，PD1设置在多层布线层120a与半导体基板300a之间。下面将说明根据本实施例的多层布线层120a。在下面的说明中，为了容易理解并且为了与根据第一实施例的多层布线层120进行比较，将从多层布线层120的下侧到上侧来说明层叠结构。
首先，在本实施例中，如图15所示，驱动线122(具体地，驱动线122a、122b、122f、122s和122r)设置在下侧电极116、存储电极114和屏蔽电极108的上方，其中，绝缘膜130介于驱动线122和下侧电极116、存储电极114和屏蔽电极108之间。由于沿着图15的线b-b'截取的截面与如上所述的图9所示的根据第一实施例的像素100的截面图相同，因此这里将省略其详细说明。
另外，在本实施例中，如图15所示，配线124(具体地，驱动线124f、124r和124s、电源线124vd、以及信号线124vs)设置在驱动线122的上方，其中，绝缘膜130介于配线124和驱动线122之间。由于沿着图15的线c-c'截取的截面与如上所述的图10所示的根据第一实施例的像素100的截面图相同，因此这里将省略其详细说明。
此外，在本实施例中，如图15所示，栅电极126(具体地，栅电极126r、126am和126s)设置在配线124的上方，其中，绝缘膜130介于栅电极126和配线124之间。由于沿着图15的线d-d'截取的截面与如上所述的图11所示的根据第一实施例的像素100的截面图相同，因此这里将省略其详细说明。
此外，在本实施例中，如图15所示，氧化物半导体层142设置在栅电极126的上方，其中，绝缘膜132介于氧化物半导体层142和栅电极126之间。氧化物半导体层142能够用作与连接至PD1的像素晶体管(例如，放大晶体管TRamp、传输晶体管TRtrs、复位晶体管TRrst和选择晶体管TRsel)共用的沟道形成区(面对每个栅电极126的部分)或源极/漏极区(连接到每个驱动线124等的部分)。此外，在本实施例中，绝缘膜146设置在氧化物半导体层142的上方。
即，在本实施例中，与上述的第一实施例相比，像素100的层叠结构中的PD1和多层布线层120的位置可以在上下方向上颠倒。此外，在本实施例中，与上述第一实施例相比，多层布线层120a中的结构顺序可以颠倒。然而，即使在本实施例中，与第一实施例类似，也可以提供具有像素晶体管(放大晶体管TRamp、选择晶体管TRsel和复位晶体管TRrst)和配线的像素100，该像素100在抑制制造成本增加的同时，能够通过光电转换膜112中产生的电荷有效地输出和传输像素信号。
具体地，即使在本实施例中，连接到PD1的像素晶体管(放大晶体管TRamp、选择晶体管TRsel和复位晶体管TRrst)的沟道形成区等也由能够透射光的氧化物半导体层142构成，从而能够将它们层叠在PD2和PD3的上方。此外，同样在本实施例中，通过在同一层中设置用于驱动存储电极114a和114b的驱动线122a和122b以及用于驱动复位晶体管TRrst等的驱动线122r和122s，能够减少像素100的层叠结构中的层数。结果，根据本实施例，可以抑制包括像素100的固态摄像装置1的制造成本增加。另外，在本实施例中，与在半导体基板300中设置像素晶体管的情况相比，PD1的光电转换膜112和PD1的像素晶体管能够被设置成彼此更靠近，并且通过使用低电阻布线材料形成驱动线122a、122b、122f、122s和122r，能够提高像素晶体管以及存储电极114a和114b的驱动速度和在光电转换膜112中产生的电荷的传输速度。
<3.2制造方法>
接下来，将参考图16说明图15所示的根据本公开的第二实施例的像素100的制造方法。图16是用于说明根据本公开的第二实施例的像素100的制造方法的截面图。
首先，与第一实施例类似，使用SOI基板(未示出)和支撑基板(未示出)等来制备半导体基板300a，在该半导体基板300a上，形成有PD2和PD3以及相应的像素晶体管、配线和贯通电极等。此外，在设置于半导体基板300a上的上侧电极210上形成密封膜204。以这种方式，能够获得图16的下侧所示的半导体基板300a。
接下来，在另一半导体基板300b(例如，SOI基板)上顺序地层叠绝缘膜146、氧化物半导体层142和绝缘膜132。接下来，在绝缘膜132上形成栅电极126、配线124、驱动线122、下侧电极116、存储电极114和屏蔽电极108。此外，在下侧电极116、存储电极114和屏蔽电极108上顺序地层叠绝缘膜118、氧化物半导体层140、光电转换膜112、上侧电极110和密封膜144。以这种方式，能够获得图16的上侧所示的半导体基板300b。由于各层的形成细节与第一实施例相同，因此这里将省略其说明。
此外，如图16所示，将半导体基板300a和半导体基板300b接合，从而，密封膜204和密封膜144彼此面对。注意，在接合时，可以对密封膜204和144的顶表面进行等离子体处理，或者可以在密封膜204和144上层叠薄的氧化硅膜并加热。此外，通过移除半导体基板300b，能够获得图15所示的根据本实施例的像素100。
顺便提及，光电转换膜112和212通常由易受热的材料构成。因此，在本实施例中，通过使用两个半导体基板300a和300b之间的接合，能够进一步减少层叠在光电转换膜112和212上的层数。结果，根据本实施例，由于能够减少在形成各种层时向光电转换膜112和212施加热量的次数，因此，能够避免光电转换膜112和212由于热而劣化。
<<4.第三实施例>>
上述根据本公开的实施例的固态摄像装置1通常适用于将固态摄像元件用于图像读取单元的电子设备，例如：摄像装置，例如数码相机或摄像机；具有摄像功能的移动终端设备；以及使用固态摄像元件作为图像读取单元的复印机。此外，本公开的实施例适用于包括上述摄像装置的机器人、无人机、汽车、或医疗装置(内窥镜)等。注意，根据本实施例的固态摄像装置1可以形成为单个芯片，并且能够以具有摄像功能的模块的形式实现，在所述模块中，摄像单元和信号处理单元或光学系统被封装在一起。在下文中，将参照图17把包括具有根据本实施例的固态摄像装置1的摄像装置702的电子设备700的示例作为本公开的第三实施例进行说明。图17是示出根据本公开的实施例的包括具有固态摄像装置1的摄像装置702的电子设备700的示例的说明图。
如图17所示，电子设备700具有摄像装置702、光学透镜710、快门机构712、驱动电路单元714和信号处理电路单元716。光学透镜710将来自被摄体的图像光(入射光)聚焦到摄像装置702的成像表面上。这能够使信号电荷在摄像装置702的固态摄像装置1中存储一段时间。快门机构712执行打开/关闭操作以控制摄像装置702的发光时段和遮光时段。驱动电路单元714提供用于控制摄像装置702的信号传输操作或快门机构712的快门操作等的驱动信号。即，摄像装置702基于从驱动电路单元714提供的驱动信号(时序信号)进行信号传输。信号处理电路单元716执行各种类型的信号处理。例如，信号处理电路单元716将经过了信号处理的视频信号输出到诸如存储器等存储介质(未示出)，或者将信号输出到显示单元(未示出)。
<<5.第四实施例>>
<5.1实施例>
顺便提及，在根据本公开的上述实施例的像素100中，由于PD2通常具有易受湿气和氧气影响的特性，因此，在PD2上设置密封膜204以保护PD2。然而，如上所述，由于通过设置密封膜204而使像素100沿层叠方向的高度增加(厚度增加)，因此可能容易发生由于倾斜的入射光而引起的与相邻像素100的串扰。因此，为了抑制串扰的发生，可以想到在基板500上方的绝缘膜504和密封膜204中设置用于会聚光的波导402和404(参考图18)。
此外，在根据本公开的上述实施例的像素100中，设置有多个包括氧化物半导体层142和多层布线层120的像素晶体管，并且设置有用于驱动这些像素晶体管的驱动线122。此外，为了确保设计像素晶体管的自由度，驱动线122需要是多层的。然而，由于驱动线122的多层结构，与上述类似，由于像素100沿着层叠方向的高度增加(厚度增加)，因此可能容易发生由于倾斜的入射光引起的与相邻像素100的串扰。因此，为了抑制这种串扰的发生，可以想到在多层布线层120中设置用于会聚光的波导400。
因此，将参考图18至图21说明具有上述波导400、402和404的根据本公开的第四实施例的固态摄像装置1的详细层叠构造。图18是根据本实施例的像素100(具体地，像素100a和100b)的截面图的一部分。具体地，图18主要示出了PD2与PD1之间的部分，其间插入有多层布线层120。此外，图19是沿着图18的线f-f'截取的像素100的截面图，图20是沿着图18的线e-e′截取的像素100的截面图，图21是沿着图18的线b-b′截取的像素100的截面图。注意，在下面的说明中，将省略与上述本公开的实施例共有的要点的说明，并且将仅说明与本公开的实施例的不同之处。
具体地，在本实施例中，如图18和图19所示，在像素100中，在由硅等制成的半导体基板500上层叠有绝缘膜504，并且在绝缘膜504中设置有由导电膜等制成的接触件502以及与像素100a和100b相对应的波导404。例如，如图19所示，沿图中的水平方向布置有多个波导404。此外，在本实施例中，例如，Si3N4(折射率约为1.9)优选地用作波导404的材料。以这种方式，能够将光会聚在波导404中。然而，在本实施例中，对波导404的材料没有特别限制。
此外，在本实施例中，如图18和图20所示，像素100具有作为PD2而设置的下侧电极216、存储电极214、屏蔽电极208、光电转换膜212和上侧电极210。此外，密封膜204设置在上侧电极210的上方，并且波导402设置在密封膜204中并且对应于像素100a和100b。例如，如图19所示，沿图中的水平方向布置有多个波导402。此外，在本实施例中，例如，Si3N4(折射率约为1.9)优选用作波导402的材料，并且Al2O3(折射率约为1.6)优选用作密封膜204的材料。以这种方式，能够将光会聚到波导402中。此外，在本实施例中，对密封膜204和波导402的材料没有特别限制，但是优选地，波导402的材料的折射率与密封膜204的材料的折射率之差约为0.2以上。以这种方式，能够进一步提高波导402的聚光效率。
此外，如图18所示，即使在本实施例中，在绝缘膜132的上方也设置有包括配线和电极的多层布线层120。此外，在多层布线层120的上方设置有用于构成PD1的下侧电极116、存储电极114、绝缘膜118、氧化物半导体层140、光电转换膜112和上侧电极110。更具体地，PD1的存储电极114a和114b以及下侧电极116设置在绝缘膜118的正下方，并且波导400设置在存储电极114a和114b的正下方。例如，如图21所示，波导400以驱动线122f介于其间的方式在图的左侧和右侧上线对称地设置。此外，波导400也能够由与波导402相同的材料构成。以这种方式，可以将光会聚在波导402中。
由于根据本实施例的像素100的制造方法与根据本公开的第一实施例的像素100的制造方法相同，因此这里将省略其说明。
如上所述，在本实施例中，通过在绝缘膜504、多层布线层120和密封膜204中设置用于会聚光的波导400、402和404，即使当像素100沿层叠方向的高度增加时，也可以抑制由于倾斜的入射光而引起的与相邻像素100的串扰发生。本实施例不限于设置所有波导400、402和404的情况，并且可以设置这些波导中的一部分。
<5.2第一变形例>
注意，本实施例不限于提供图18至图21所示的波导400、402和404，并且可以使用内部透镜600、602和604代替波导400、402和404。将使用图22说明作为本实施例的第一变形例的相应变形例。图22示出了根据本实施例的第一变形例的像素100的截面图的一部分。
如图22所示，在本变形例中，在绝缘膜504、多层布线层120和密封膜204中设置有用于聚光的内部透镜600、602和604。以这种方式，根据本变形例，即使当像素100沿层叠方向的高度增加时，也可以抑制由于倾斜的入射光而引起的与相邻像素100的串扰发生。本变形例不限于设置所有内部透镜600、602和604的情况，并且可以设置这些内部透镜中的一部分。
<5.3第二变形例>
此外，上述的本实施例不限于提供如图18至图21所示的波导400、402和404，而可以使用阻挡层800、802和804代替波导400、402和404。将使用图23说明作为本实施例的第二变形例的相应变形例。图23示出了根据本实施例的第二变形例的像素100的截面图的一部分。
如图23所示，在本变形例中，在绝缘膜504、多层布线层120和密封膜204中设置阻挡层800、802和804。例如，当将Al2O3(折射率约为1.6)用作密封膜204或绝缘膜504的材料时，分隔壁800、802和804优选由SiO2(折射率约为1.4)构成。以这种方式，能够使光聚集。此外，在本变形例中，对分隔壁800、802和804的材料没有特别限制，但是优选地，分隔壁800、802和804的材料的折射率与密封膜204或绝缘膜504的材料的折射率之间的差约为0.2以上。以这种方式，能够进一步提高聚光效率。此外，作为分隔壁800、802和804的材料，可以使用金属材料(Al、W、Ti、TiN、TiAl、Cu、Ta、TaN、Co、Ru等，或包含这些元素的材料)。以这种方式，根据本变形例，即使当像素100沿层叠方向的高度增加时，也可以抑制由于倾斜的入射光而引起的与相邻像素100的串扰发生。本变形例不限于设置所有阻挡层800、802和804的情况，并且可以设置阻挡层800、802和804中的一部分。
此外，在本公开中，本实施例以及第一和第二变形例可以彼此组合地实现。此外，在本公开中，设置波导、内部透镜和阻挡层的位置不限于上述位置，并且波导、内部透镜和阻挡层可以设置在其他位置。
<<6.内窥镜手术系统的应用>>
根据本公开的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图24是示出能够应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图24示出了操作者(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的方面。如图所示，内窥镜手术系统11000包括：内窥镜(endoscope)11100；诸如气腹管(pneumoperitoneum tube)11111和能量处置工具11112等其他手术工具11110；支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120；以及安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括：镜筒11101，该镜筒11101具有插入患者11132的体腔中距顶端预定长度的区域；以及摄像头11102，该摄像头11102连接到镜筒11101的基端。在所示的示例中，示出了构造为具有硬镜筒11101的所谓的硬镜的内窥镜11100。然而，内窥镜11100也可以被构造为具有软镜筒的所谓的软镜。
在镜筒11101的顶端处，设置有安装物镜的开口。光源装置11203连接到内窥镜11100，并且由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内延伸的光导被引导到该镜筒的顶端并通过上述物镜照射患者11132体腔中的观察目标。注意，内窥镜11100可以是直视内窥镜(direct-view endoscope)、透视内窥镜(perspective-view endoscope)或侧视内窥镜(side-view endoscope)。
在摄像头11102内部设置有光学系统和摄像元件，并且来自观察目标的反射光(观察光)通过该光学系统会聚到摄像元件上。观察光通过摄像元件进行光电转换，并且产生了对应于观察光的电信号，即，对应于观察图像的图像信号。该图像信号作为原始数据被发送到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU：central processing unit)、图形处理单元(GPU：graphics processing unit)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且对该图像信号进行诸如显像处理(去马赛克处理)等用于显示基于该图像信号的图像的各种图像处理。
在CCU 11201的控制下，显示装置11202显示基于图像信号(由CCU11201进行了图像处理)的图像。
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED：light emitting diode)等光源，并且在对手术部位等进行摄像时将照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户能够通过输入装置11204将各种信息和指令输入到内窥镜手术系统11000。例如，用户输入指令等，以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、倍率、焦距等)。
处置工具控制装置11205控制能量处置工具11112的驱动，用于烧灼和切割组织、密封血管等。为了确保内窥镜11100的视野和操作者的工作空间，气腹装置11206通过气腹管11111将气体送入体腔中，以使患者11132的体腔膨胀。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像、和图表等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
例如，在对手术部位进行摄像时将照射光提供给内窥镜11100的光源装置11203能够通过白光源设置，该白光源由LED、激光光源、或LED和激光光源的组合构成。当白光源由RGB激光光源的组合构成时，能够以高精度来控制各颜色(各波长)的输出强度和输出时刻，从而能够在光源装置11203中调整所拍摄图像的白平衡。在这种情况下，以时分方式(time-division manner)将来自RGB激光光源各者的激光照射观察对象，并与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动。结果，能够以时分方式来拍摄对应于RGB各者的图像。根据这种方法，在摄像元件中没有设置彩色滤光片的情况下，也能够获得彩色图像。
另外，可以控制光源装置11203的驱动，从而以预定时间间隔改变输出的光强度。通过与改变光强度的时刻同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动来以时分方式(time-division manner)获取图像，并且合成这些图像，从而可以产生没有所谓的曝光不足(underexposure)和曝光过度(overexposure)的高动态范围图像。
此外，光源装置11203可以被配置成能够提供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，利用人体组织中的光吸收的波长依赖性，来照射比常规观察时的照射光(即，白光)更窄的带域的光，从而以高对比度来执行所谓的窄带摄像，用于对诸如黏膜表层的血管等预定组织进行摄像。可替代地，在特殊光观察中，可以执行荧光观察，用于通过照射激发光而产生的荧光来获得图像。在荧光观察中，可以利用激发光照射人体组织，并且可以观察来自该人体组织的荧光(自发荧光观察)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG：indocyanine green)等试剂局部注射到人体组织中，并且可以利用与该试剂的荧光波长对应的激发光照射人体组织来获得荧光图像。光源装置11203能够被构造成能够提供与这种特殊光观察对应的窄带光和/或激发光。
图25是示出图24所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201具有通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU11201通过传输线缆11400可通信地连接。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101连接的部分处的光学系统。从镜筒11101的顶端引入的观察光被引导到摄像头11102，并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401通过组合多个透镜(包括变焦透镜和聚焦透镜)而构成。
摄像单元11402由摄像元件组成。构成摄像单元11402的摄像元件的数量可以是一个(所谓的单板型)或多个(所谓的多板型)。当摄像单元11402由多板型摄像元件构成时，例如，通过各摄像元件产生与RG B各者对应的图像信号，并且可以通过合成这些图像信号来获得彩色图像。可替代地，摄像单元11402可以被构造为具有一对摄像元件，用于分别获取与三维(3D)显示对应的右眼图像信号和左眼图像信号。通过执行3D显示，操作者11131能够更精确地掌握手术部位中的生物组织的深度。当摄像单元11402由多板型摄像元件构成时，为各摄像元件设置多个透镜单元11401。
此外，摄像单元11402可以不设置在摄像头11102中。例如，摄像单元11402可以设置在镜筒11101内且紧接在物镜的后方。
驱动单元11403由致动器构成，并且在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403将透镜单元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，能够适当地调整通过摄像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404由用于向CCU 11201发送各种信息和从CCU 11201接收各种信息的通信装置构成。通信单元11404通过传输线缆11400将从摄像单元11402获得的图像信号作为原始数据发送到CCU 11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。例如，上述控制信号包括与摄像条件相关的信息，例如，用于规定被摄图像的帧率的信息、用于规定摄像时的曝光值的信息、和/或用于规定被摄图像的放大率和焦点的信息等。
诸如上述的帧率、曝光值、放大率和焦点等摄像条件可以由用户适当地指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于所获取的图像信号来自动地设置。在后一种情况下，内窥镜11100具有所谓的自动曝光(AE：auto exposure)功能、自动聚焦(AF：autofocus)功能和自动白平衡(AWB：auto white balance)功能。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411由用于向摄像头11102发送各种信息和从摄像头11102接收各种信息的通信装置构成。通信单元11411通过传输线缆11400接收从摄像头11102发送的图像信号。
此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号发送到摄像头11102。上述图像信号和上述控制信号能够通过电通信或光学通信等进行传输。
图像处理单元11412对与从摄像头11102发送来的原始数据对应的图像信号进行各种图像处理。
控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术部位等进行摄像以及显示通过对手术部位等进行摄像而获得的拍摄图像有关的各种控制。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，基于由图像处理单元11412进行了图像处理的图像信号，控制单元11413致使显示装置11202显示手术部位等的被摄图像。此时，控制单元11413可以利用各种图像识别技术来识别被摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413能够通过检测被摄图像中所包括的物体的边缘的形状、颜色等，来识别出诸如镊子等手术工具、特定活体部分、出血、以及在使用能量处置工具11112时的薄雾等。当在显示装置11202上显示出被摄图像时，控制单元11413可以利用识别结果以叠加的方式在手术部位的图像上显示各种类型的手术辅助信息。通过以叠加的方式显示手术辅助信息并将该手术辅助信息呈现给操作者11131，能够减轻操作者11131的负担，并且操作者11131能够可靠地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输线缆11400是与电信号通信对应的电信号线缆、与光通信对应的光纤或者它们的复合线缆。
这里，在所示的示例中，使用传输线缆11400以有线的方式执行通信。然而，也可以以无线的方式执行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。
上面已经说明了能够应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。在上述构造中，根据本公开的技术能够应用于例如摄像头11102的摄像单元11402。
尽管这里以内窥镜手术系统为例进行了说明，但是根据本公开的技术还可以应用于例如显微手术系统等。
<<7.移动体的应用>>
根据本公开的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在下列任何类型的移动体上的装置，所述移动体例如是：汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、轮船、或机器人。
图26是示出作为能够应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图26所示的示例中，车辆控制系统12000包括：驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音图像输出单元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设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作如下设备，这些设备是：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生设备；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及诸如用于产生车辆的制动力的制动设备的控制装置。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装在车体上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作下述各设备，这些设备是：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；自动车窗装置；或者用于诸如前灯、后灯、刹车灯、信号等或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，车身系统控制单元12020能够接收从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波或来自各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、自动车窗装置、和灯等。
车外信息检测单元12030检测其上安装有车辆控制系统12000的车辆的外部信息。例如，摄像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以对行人、车辆、障碍物、交通标志、或路面上的字母执行物体检测处理或距离检测处理。
摄像单元12031是用于接收光并且输出与所接收的光量对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031能够将该电信号作为图像输出，或者能够将该电信号作为距离测量信息输出。另外，由摄像单元12031接收的光可以是可见光或诸如红外光等非可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括用于拍摄驾驶员的相机，并且车内信息检测单元12040可以根据从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或专注程度，或者可以判定驾驶员是否在睡觉。
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获取的车外和车内的信息来计算驱动力产生设备、转向机构、或制动设备的控制目标值，以向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051能够执行用于实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)功能的协同控制，所述高级驾驶员辅助系统功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟踪、车速保持、车辆的碰撞警告、或车辆的车道偏离警告。
另外，微型计算机12051还能够根据由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围的信息来控制驱动力产生设备、转向机构、或制动设备，从而执行用于实现不依赖驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶的协同控制。
此外，基于由车外信息检测单元12030获取的车辆外部信息，微型计算机12051能够向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051能够根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或对面来车的位置来控制前灯，并且能够执行用于防眩光(例如，将远光灯切换到近光灯)的协调控制。
声音图像输出单元12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或在听觉上向车上的乘客或车辆外部提供信息。在图26的示例中，作为输出设备，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪器面板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器(on-board display)和平视显示器(head-up display)中的至少一者。
图27是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图27中，车辆12100具有作为摄像单元12031的摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105被设置于如下位置，该位置包括车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠、后门、以及车内的挡风玻璃的上部。设置于前鼻的摄像单元12101和设置于车内的挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获取车辆12100前方的图像。设置于后视镜的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置于后保险杠或后门的摄像单元12104主要获取车辆12100后方的图像。由摄像单元12101和12105获取的前方图像主要用于检测前车、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、或车道等。
注意，图27示出了摄像单元12101～12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置于前鼻的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置于后视镜的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置于后保险杠或后门的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像单元12101～12104获取的图像数据，获得了从上方看车辆12100时的俯视图像。
摄像单元12101～12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101～12104中的至少一者可以是包括多个摄像元件的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，微型计算机12051使用从摄像单元12101～12104获得的距离信息来确定与摄像范围12111～12114内的三维物体的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而可以将如下三维物体提取为前车：特别地，所述三维物体在行驶道路上最靠近车辆12100，并且在与车辆12100基本相同的方向上以预定速度(例如，大于或等于0km/h)行驶。此外，微型计算机12051能够在前车之前预先设定要确保的车间距离，并且能够执行自动制动控制(包括跟随停止控制)和自动加速控制(包括跟随起动控制)等。以这种方式，可以执行用于实现不依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，微型计算机12051能够基于从摄像单元12101～12104获得的距离信息，对与三维物体有关的三维物体数据进行分类，提取诸如两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、和电线杆等其他三维物体，并使用所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的驾驶员可以看见的障碍物和视觉上难以识别的障碍物。另外，微型计算机12051判断用于表示与各个障碍物发生碰撞的风险的碰撞风险，如果碰撞风险高于设定值并表示碰撞的可能性，则微型计算机12051能够通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向，来辅助驾驶以避免碰撞。
摄像单元12101～12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判定摄像单元12101～12104的拍摄图像中是否存在行人，来识别出该行人。例如，通过以下过程来执行这种行人识别：通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理，来判定人是否是行人；以及在作为红外相机的摄像单元12101～12104的拍摄图像中提取特征点。当微型计算机12051判定摄像单元12101～12104的拍摄图像中存在行人并识别出该行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062，使得显示单元12062以叠加的方式显示用于强调识别出的行人的矩形轮廓线。此外，声音图像输出单元12052可以控制显示单元12062，使显示单元12062在所期望的位置处显示用于表示行人的图标等。
上面已经说明了能够应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术适用于上述构造中的摄像单元12031等。
<<8.结论>>
如上所述，根据本公开的实施例，可以提供具有像素晶体管(放大晶体管TRamp、选择晶体管TRsel和复位晶体管TRrst)和配线的像素100，该像素100在抑制制造成本增加的同时，能够通过由光电转换膜112产生的电荷有效地输出并传输像素信号。
注意，在上述的本公开的实施例中，已经说明了应用于背面照射式CMOS图像传感器结构的情况，但是本公开的实施例不限于此，并且适用于其他结构。
注意，在上述的本公开的实施例中，已经说明了其中第一导电类型是P型、第二导电类型是N型、以及电子用作信号电荷的像素100，但是本公开的实施例不限于这种示例。例如，本实施例还适用于其中第一导电类型是N型、第二导电类型是P型、以及空穴用作信号电荷的像素100。
此外，在上述的本公开的实施例中，半导体基板300可以不是硅基板，并且可以是另一基板(例如，绝缘体上硅(SOI)基板或SiGe基板)。此外，半导体基板300可以包括形成在上述各种基板上的半导体结构等。
此外，在上述的本公开的实施例和参考附图中，为了容易理解，以简化的方式示出了各种绝缘膜。然而，实际上，这些绝缘膜可以是由多种不同的绝缘材料构成的层叠膜，或者可以是通过多个不同的步骤形成的层叠膜。
此外，根据本公开的实施例的固态摄像装置1不限于检测可见光的入射光量的分布并形成图像的固态摄像装置。例如，本实施例适用于从入射量分布(例如，红外线、X射线或颗粒)形成图像的固态摄像装置，或者检测其他物理量(例如，压力和电容)的分布并形成图像的固态摄像装置(物理量分布检测装置)，例如指纹检测传感器。
<<9.补充>>
如上所述，已经参考附图详细地说明了本公开的有利实施例，但是本公开的技术范围不限于上述示例。显然，本公开的技术领域中的普通技术人员可以想到在所附权利要求中描述的技术构思的范围内的各种改变或校正，并且应该理解，这样的改变或校正自然将属于本公开的技术范围。
此外，本说明书中描述的效果仅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能够表现出根据本说明书的记载对本领域技术人员显而易见的其他效果。
注意，以下构造也属于本公开的技术范围。
(1)
一种固态摄像元件，其包括：
半导体基板；
第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板上；以及
控制单元，其设置成与所述第一光电转换单元层叠，并且包括用于控制所述第一光电转换单元的多个像素晶体管，其中，
所述第一光电转换单元包括：
第二电极，
第一光电转换膜，其设置在所述第二电极的上方，并且将光转换为电荷，以及
第一电极，其设置在所述第一光电转换膜上，
所述多个像素晶体管包括放大晶体管，所述放大晶体管对所述电荷进行放大并将所述电荷作为像素信号输出，并且
所述放大晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层形成。
(2)
根据(1)所述的固态摄像元件，其中，
所述多个像素晶体管还包括：
传输晶体管，其从所述第一光电转换单元传输电荷，并且
所述传输晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层形成。
(3)
根据(1)或(2)所述的固态摄像元件，其中，
所述多个像素晶体管还包括：
复位晶体管，其复位所存储的电荷；以及
选择晶体管，其根据选择信号输出所述像素信号，并且
所述复位晶体管和所述选择晶体管中的至少一个沟道形成区由氧化物半导体层形成。
(4)
根据(1)～(3)中任一项所述的固态摄像元件，其中，
所述放大晶体管的所述沟道形成区由与所述多个像素晶体管中除所述放大晶体管之外的至少一个所述像素晶体管的沟道形成区共同的氧化物半导体层形成。
(5)
根据(1)～(4)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述氧化物半导体层被设置成与所述控制单元层叠。
(6)
根据(1)～(5)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换膜由有机光电转换膜形成。
(7)
根据(1)～(6)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述半导体基板包括第二光电转换单元，所述第二光电转换单元将光转换为电荷。
(8)
根据(7)所述的固态摄像元件，其中，所述控制单元设置在所述第一光电转换单元与所述半导体基板之间。
(9)
根据(8)所述的固态摄像元件，还包括第三光电转换单元，所述第三光电转换单元设置在所述控制单元与所述半导体基板之间，并将光转换为电荷。
(10)
根据(7)所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换单元设置在所述控制单元与所述半导体基板之间。
(11)
根据(10)所述的固态摄像元件，还包括第三光电转换单元，所述第三光电转换单元设置在所述第一光电转换单元与所述半导体基板之间，并将光转换为电荷。
(12)
根据(9)或(11)所述的固态摄像元件，其中，所述第三光电转换单元包括第三光电转换膜，所述第三光电转换膜将光转换为电荷，并且所述第三光电转换膜由有机光电转换膜形成。
(13)
根据(1)所述的固态摄像元件，其中，
所述控制单元包括：
驱动布线层，其具有用于驱动所述多个像素晶体管的多个驱动线；
电源信号布线层，其具有用于将电源电压施加到所述多个像素晶体管的多个电源线和用于传输像素信号的多个信号线；以及
栅电极层，其具有所述多个像素晶体管的多个栅电极，
所述驱动布线层、所述电源信号布线层和所述栅电极层分别被布置成与所述氧化物半导体层层叠。
(14)
根据(13)所述的固态摄像元件，其中，所述驱动线由Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta和TaN中的至少一者形成。
(15)
根据(13)或(14)所述的固态摄像元件，其中，所述电源线、所述信号线和所述栅电极中的至少一者由透明导电膜形成。
(16)
根据(13)～(15)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述信号线的布线宽度大于所述驱动线的布线宽度。
(17)
根据(13)～(16)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述栅电极层还具有屏蔽电极，所述屏蔽电极围绕所述多个像素晶体管。
(18)
根据(1)～(17)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换单元还包括存储控制膜，所述存储控制膜与所述第一光电转换膜接触，绝缘膜介于所述存储控制膜和所述第一光电转换膜之间。
(19)
根据(1)～(7)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换单元包括两个像素分区，从所述半导体基板上方看时，所述两个像素分区是线对称的。
(20)
一种固态摄像元件的制造方法，其包括：
在半导体基板上方，形成作为像素晶体管的沟道形成区的氧化物半导体层；
在所述氧化物半导体层上方，形成包括多个像素晶体管的多个栅电极的栅电极层；
在所述栅电极层上方，形成电源信号布线层，所述电源信号布线层包括用于将电源电压施加到所述多个像素晶体管的多个电源线和用于传输像素信号的多个信号线；
在所述电源信号布线层上方，形成驱动布线层，所述驱动布线层包括用于驱动所述多个像素晶体管的多个驱动线；
在所述驱动布线层上方形成第二电极；
在所述第二电极上方形成第一光电转换膜；以及
在所述第一光电转换膜上形成第一电极。
(21)
根据(20)所述的固态摄像元件的制造方法，还包括：
在所述第一电极上形成第一密封膜；以及
将具有第二光电转换单元和设置于所述第二光电转换单元上的第二密封膜的另一半导体基板与所述半导体基板接合，使得所述第一密封膜和所述第二密封膜彼此面对。
附图标记列表
1 固态摄像装置
10 像素阵列单元
32 垂直驱动电路单元
34 列信号处理电路单元
36 水平驱动电路单元
38 输出电路单元
40 控制电路单元
42 像素驱动线
44 垂直信号线
46 水平信号线
48 输入/输出端子
70 像素晶体管区域
80 周边电路单元
100,100a,100b 像素
102,102a,102b 片上透镜
104,144,204 密封膜
108,134,208 屏蔽电极
110,210 上侧电极
112,212 光电转换膜
114,114a,114b,214 存储电极
116,216 下侧电极
118,130,132,146,218,324,504 绝缘膜
120 多层布线层
124,206,250,306 配线
122,122a,122b,122f,122r,122s,124f,124r,124s 驱动线
124vd 电源线
124vs 信号线
126,126am,126r,126s 栅电极
128,502 接触件
140,142,240 氧化物半导体层
300,300a,300b,500 半导体基板
302 贯通电极
310 电极
312a,312b 半导体区域
320 隔离绝缘膜
322a 源极/漏极区
322b 浮动扩散单元
400,402,404 波导
600,602,604 内部透镜
800,802,804 阻挡层
700 电子设备
702 摄像装置
710 光学透镜
712 快门机构
714 驱动电路单元
716 信号处理电路单元。

Claims (21)

1.一种固态摄像元件，其包括：
半导体基板；
第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板上；以及
控制单元，其设置成与所述第一光电转换单元层叠，并且包括用于控制所述第一光电转换单元的多个像素晶体管，其中，
所述第一光电转换单元包括：
第二电极，
第一光电转换膜，其设置在所述第二电极的上方，并且将光转换为电荷，以及
第一电极，其设置在所述第一光电转换膜上，
所述多个像素晶体管包括放大晶体管，所述放大晶体管对所述电荷进行放大并将所述电荷作为像素信号输出，并且
所述放大晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层形成。
2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
所述多个像素晶体管还包括：
传输晶体管，其从所述第一光电转换单元传输所述电荷，并且
所述传输晶体管的沟道形成区由氧化物半导体层形成。
3.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
所述多个像素晶体管还包括：
复位晶体管，其复位所存储的电荷；以及
选择晶体管，其根据选择信号输出所述像素信号，并且
所述复位晶体管和所述选择晶体管中的至少一个的沟道形成区由氧化物半导体层形成。
4.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
所述放大晶体管的沟道形成区由与所述多个像素晶体管中除所述放大晶体管之外的至少一个所述像素晶体管的沟道形成区共同的氧化物半导体层形成。
5.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述氧化物半导体层被设置成与所述控制单元层叠。
6.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换膜由有机光电转换膜形成。
7.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述半导体基板包括第二光电转换单元，所述第二光电转换单元将光转换为电荷。
8.根据权利要求7所述的固态摄像元件，其中，所述控制单元设置在所述第一光电转换单元与所述半导体基板之间。
9.根据权利要求8所述的固态摄像元件，还包括第三光电转换单元，所述第三光电转换单元设置在所述控制单元与所述半导体基板之间，并将光转换为电荷。
10.根据权利要求7所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换单元设置在所述控制单元与所述半导体基板之间。
11.根据权利要求10所述的固态摄像元件，还包括第三光电转换单元，所述第三光电转换单元设置在所述第一光电转换单元与所述半导体基板之间，并将光转换为电荷。
12.根据权利要求9所述的固态摄像元件，其中，所述第三光电转换单元包括第三光电转换膜，所述第三光电转换膜将光转换为电荷，并且所述第三光电转换膜由有机光电转换膜形成。
13.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
所述控制单元包括：
驱动布线层，其具有用于驱动所述多个像素晶体管的多个驱动线；
电源信号布线层，其具有用于将电源电压施加到所述多个像素晶体管的多个电源线和用于传输像素信号的多个信号线；以及
栅电极层，其具有所述多个像素晶体管的多个栅电极，
所述驱动布线层、所述电源信号布线层和所述栅电极层分别被布置成与所述氧化物半导体层层叠。
14.根据权利要求13所述的固态摄像元件，其中，所述驱动线由Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta和TaN中的至少一者形成。
15.根据权利要求13所述的固态摄像元件，其中，所述电源线、所述信号线和所述栅电极中的至少一者由透明导电膜形成。
16.根据权利要求13所述的固态摄像元件，其中，所述信号线的布线宽度大于所述驱动线的布线宽度。
17.根据权利要求13所述的固态摄像元件，其中，所述栅电极层还具有屏蔽电极，所述屏蔽电极围绕所述多个像素晶体管。
18.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换单元还包括存储控制膜，所述存储控制膜经由绝缘膜与所述第一光电转换膜接触，所述绝缘膜介于所述存储控制膜和所述第一光电转换膜之间。
19.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述第一光电转换单元包括两个像素分区，从所述半导体基板上方看时，所述两个像素分区是线对称的关系。
20.一种固态摄像元件的制造方法，其包括：
在半导体基板上方，形成作为像素晶体管的沟道形成区的氧化物半导体层；
在所述氧化物半导体层上方，形成包括多个像素晶体管的多个栅电极的栅电极层；
在所述栅电极层上方，形成电源信号布线层，所述电源信号布线层包括用于将电源电压施加到所述多个像素晶体管的多个电源线和用于传输像素信号的多个信号线；
在所述电源信号布线层上方，形成驱动布线层，所述驱动布线层包括用于驱动所述多个像素晶体管的多个驱动线；
在所述驱动布线层上方形成第二电极；
在所述第二电极上方形成第一光电转换膜；以及
在所述第一光电转换膜上形成第一电极。
21.根据权利要求20所述的固态摄像元件的制造方法，还包括：
在所述第一电极上形成第一密封膜；以及
将具有第二光电转换单元和设置于所述第二光电转换单元上的第二密封膜的另一半导体基板与所述半导体基板接合，使得所述第一密封膜和所述第二密封膜彼此面对。
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