CN112368836A - 成像元件和固态成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种成像元件，包括：第一电极21；电荷累积用电极24，所述电荷累积用电极与所述第一电极21隔开配置；分离电极，所述分离电极与所述第一电极21和所述电荷累积用电极24隔开配置，以围绕所述电荷累积用电极24；光电转换层，所述光电转换层与所述第一电极21接触并且形成在所述电荷累积用电极的上方，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间；和第二电极，所述第二电极形成在所述光电转换层上。所述分离电极包括第一分离电极31A和与所述第一分离电极31A隔开配置的第二分离电极31B。所述第一分离电极31A位于所述第一电极21和所述第二分离电极31B之间。
Description
技术领域
本公开涉及成像元件和包括成像元件的固态成像装置。
背景技术
将有机半导体材料用作光电转换层的成像元件可以对特定颜色(波长带)进行光电转换。此外，由于成像元件具有如前所述的这样的特性，因此在将其用作固态成像装置中的成像元件的情况下，能够获得如下结构(层叠型成像元件)：子像素包括片上滤色器(OCCF)和成像元件的组合，并且这些子像素被层叠，这是其中子像素二维地排列的常规的固态成像装置无法实现的(例如，参见日本专利特开No.2017-157816)。此外，由于无需进行去马赛克处理，因此存在不出现假色的优点。需要注意的是，在下面的说明中，为了便于说明，有时将设置在半导体基板上或上方的包括光电转换部的成像元件称为“第一类型的成像元件”，并且为了便于说明，有时将构成第一类型的成像元件的光电转换部称为“第一类型的光电转换部”。此外，为了便于说明，有时将设置在半导体基板内的成像元件称为“第二类型的成像元件”，并且为了便于说明，有时将构成第二类型的成像元件的光电转换部称为“第二类型的光电转换部”。
在图57中示出了日本专利特开No.2017-157816中公开的层叠型成像元件(层叠型固态成像装置)的结构的示例。在图57所示的示例中，在半导体基板70内以层叠状态形成有构成第三成像元件15和第二成像元件13(作为第二类型的成像元件)的第三光电转换部43和第二光电转换部41(作为第二类型的光电转换部)。此外，在半导体基板70的上方(具体地，第二成像元件13的上方)配置有作为第一类型的光电转换部的第一光电转换部11’。这里，第一光电转换部11’包括第一电极21、由有机材料构成的光电转换层23和第二电极22，并且构成作为第一类型的成像元件的第一成像元件11。此外，电荷累积用电极24与第一电极21隔开设置，并且光电转换层23位于电荷累积用电极24的上方，绝缘层82夹设在该光电转换层和该电荷累积用电极之间。例如，根据吸收系数的不同，在第二光电转换部41和第三光电转换部43中分别对蓝色光和红色光进行光电转换。此外，例如，在第一光电转换部11’中对绿色光进行光电转换。
通过第二光电转换部41和第三光电转换部43的光电转换而生成的电荷一度累积在第二光电转换部41和第三光电转换部43中，然后，通过垂直晶体管(示出了其栅极部45)和传输晶体管(示出了其栅极部46)将这些电荷传输到第二浮动扩散层(FloatingDiffusion)FD2和第三浮动扩散层FD3，之后，这些电荷被输出到外部读出电路(未示出)。这些晶体管和浮动扩散层FD2和FD3也形成在半导体基板70中。
在第一光电转换部11’中通过光电转换产生的电荷在电荷累积时被电荷累积用电极24吸引，并且在光电转换层23中累积。在电荷传输时，在光电转换层23中累积的电荷经由第一电极21、接触孔部61和配线层62在形成于半导体基板70中的第一浮动扩散层FD1中累积。此外，第一光电转换部11’还通过接触孔部61和配线层62连接到用于将电荷量转换成电压的放大晶体管的栅极部52。另外，第一浮动扩散层FD1构成复位晶体管(示出了其栅极部51)的一部分。需要注意的是，结合实施例1说明附图标记63、64、65、66、71、72、76、81、83、90等。
[引用文献列表]
[专利文献]
专利文献1：日本特开第2017-157816号公报
发明内容
[技术问题]
顺便提及地，不能认为不存在如下的可能性：在如上所述的这种第一成像元件11中，在第一成像元件11的操作期间，光电转换层23中累积的电荷移动到相邻的第一成像元件11。此外，不能认为不存在如下的可能性：光电转换层23中累积的电荷未顺利地传输到第一电极21。于是，如果出现了如前所述的这种现象，则会导致固态成像装置的特性劣化。
因此，本公开的目的是提供一种构造和构成为使得在成像元件的操作期间能够可靠地减少彼此相邻的成像元件之间的电荷的移动并且将光电转换层中累积的电荷顺利地传输到第一电极的成像元件以及包括如前所述的成像元件的固态成像装置。
[问题的解决方案]
为了达到如上所述的目的，本公开的成像元件包括：
第一电极，
电荷累积用电极，所述电荷累积用电极与所述第一电极隔开配置，
分离电极，所述分离电极与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且围绕所述电荷累积用电极，
光电转换层，所述光电转换层形成为与所述第一电极接触并且位于所述电荷累积用电极的上方，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间，和
第二电极，所述第二电极形成在所述光电转换层上，其中
所述分离电极包括第一分离电极和与所述第一分离电极隔开配置的第二分离电极，和
所述第一分离电极位于所述第一电极和所述第二分离电极之间。
用于实现上述目的的根据本发明第一形式的固态成像装置包括：
多个成像元件块，各成像元件块包括P×Q个(其中P≥2且Q≥1)成像元件，使得在第一方向上配置有P个成像元件并且在与所述第一方向不同的第二方向上配置有Q个成像元件，其中
各成像元件包括：
第一电极，
电荷累积用电极，所述电荷累积用电极与所述第一电极隔开配置，
分离电极，所述分离电极与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且围绕所述电荷累积用电极，
光电转换层，所述光电转换层形成为与所述第一电极接触并且位于所述电荷累积用电极的上方，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间，和
第二电极，所述第二电极形成在所述光电转换层上，
所述分离电极包括第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极，
所述第一分离电极在所述成像元件块中的至少沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，
所述第二分离电极配置在所述成像元件块中的成像元件和成像元件之间，和
所述第三分离电极配置在成像元件块和成像元件块之间。
用于实现上述目的的根据本公开第二形式的固态成像装置包括层叠型成像元件，所述层叠型成像元件包括至少一个本公开的成像元件。
附图说明
图1是示意性地示出了实施例1的固态成像装置中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极和第一电极的配置状态的图。
图2A和图2B是示意性地示出了实施例1的成像元件中的各电极的电位的图。
图3A和图3B是示意性地示出了实施例1的成像元件中的各电极的电位的图。
图4A和图4B是示意性地示出了实施例1的成像元件中的各电极的电位的图。
图5A、图5B和图5C是示意性地示出了实施例1的成像元件中的各电极的电位的图。
图6A和图6B是示意性地示出了实施例1的成像元件中的各电极的电位的图。
图7A和图7B分别是示出了用于说明实施例1的成像元件中的各电极的位置关系的各电极的一部分的放大图和示出了用于说明其中未设置第一分离电极的成像元件中的各电极的位置关系的各电极的一部分的放大图。
图8是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的一个示意性局部断面图。
图9是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。
图10是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。
图11是实施例1的固态成像装置的概念图。
图12是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的变形例(实施例1的变形例1)的等效电路图。
图13是实施例1的成像元件(示出了并排布置的两个成像元件)的变形例(实施例1的变形例2)的示意性断面图。
图14是示意性地示出了实施例2的固态成像装置中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极、第三分离电极和第一电极的配置状态的图。
图15是示意性地示出了实施例2的固态成像装置的变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极、第三分离电极和第一电极的配置状态的图。
图16A和图16B是实施例3的成像元件(并排布置的两个成像元件)和实施例3的变形例的示意性局部断面图。
图17A和图17B是实施例3的成像元件(并排布置的两个成像元件)的不同变形例的示意性局部断面图。
图18是实施例4的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图19是实施例5的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图20是实施例5的成像元件和层叠型成像元件的变形例的示意性局部断面图。
图21是实施例5的成像元件的另一变形例的示意性局部断面图。
图22是实施例5的成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。
图23是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图24是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。
图25是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。
图26是实施例7的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图27是实施例7的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。
图28是实施例7的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。
图29是构成实施例7的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的示意性配置图。
图30是实施例8的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图31是以放大比例示出了在实施例8的成像元件中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的示意性局部断面图。
图32是以放大比例示出了在实施例9的成像元件中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的示意性局部断面图。
图33是实施例10的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图34是实施例11和实施例12的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图35A和图35B是实施例12的电荷累积用电极段的示意性平面图。
图36A和图36B是实施例12的电荷累积用电极段的示意性平面图。
图37是实施例13和实施例12的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。
图38A和图38B是实施例13的电荷累积用电极段的示意性平面图。
图39是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的另一变形例的示意性局部断面图。
图40是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。
图41A、图41B和图41C是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的第一电极的一部分等的放大比例的示意性局部断面图。
图42是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。
图43是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。
图44是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。
图45是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的另一变形例的示意性局部断面图。
图46是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。
图47是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。
图48是在实施例8的成像元件的变形例中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分被放大的示意性局部断面图。
图49是在实施例9的成像元件的变形例中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分被放大的示意性局部断面图。
图50是示意性地示出了实施例1的固态成像装置的变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极和第一电极的配置状态的图。
图51A和图51B是示意性地示出了实施例1的固态成像装置的变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极和第一电极的配置状态的图。
图52是示意性地示出了实施例2的固态成像装置的变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极、第三分离电极和第一电极的配置状态的图。
图53是示意性地示出了包括电荷排出电极的实施例2的固态成像装置中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极、第三分离电极、电荷排出电极和第一电极的配置状态的图。
图54是实施例2的固态成像装置的变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极、第三分离电极和第一电极的示意性平面图。
图55A、图55B、图55C是示出了图54所示的实施例2的固态成像装置的变形例中的读出驱动的示例的图。
图56是其中将包括本公开的成像元件和层叠型成像元件的固态成像装置用于电子设备(相机)的示例的概念图。
图57是常规的层叠型成像元件(层叠型固态成像装置)的概念图。
图58是说明车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图59是辅助说明车外信息检测单元和成像部的安装位置的示例的图。
图60是说明内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图61是说明摄像头和相机控制单元(CCU)的功能性构成的示例的框图。
具体实施方式
在下文中，虽然参照附图基于实施例说明本公开，但是本公开不限于这些实施例，并且这些实施例中的各种数值和材料是示例性的。需要注意的是，按照以下顺序给出说明。
1.关于本公开的成像元件以及根据本公开第一形式和第二形式的固态成像装置的一般说明。
2.实施例1(本公开的成像元件和根据本公开第二形式的固态成像装置)
3.实施例2(根据本公开第一形式的固态成像装置)
4.实施例3(实施例1和实施例2的变形)
5.实施例4(实施例1至实施例3的变形)
6.实施例5(实施例1至实施例4的变形)
7.实施例6(实施例1至实施例5的变形，包括传输控制用电极的成像元件)
8.实施例7(实施例1至实施例6的变形，包括多个电荷累积用电极段的本公开的成像元件)
9.实施例8(实施例1至实施例6的变形，第一构成和第六构成的成像元件)
10.实施例9(本公开的第二构成和第六构成的成像元件)
11.实施例10(第三构成的成像元件)
12.实施例11(第四构成的成像元件)
13.实施例12(第五构成的成像元件)
14.实施例13(第六构成的成像元件)
15.其他
<关于本公开的成像元件以及根据本公开第一形式和第二形式的固态成像装置的一般说明>
根据本公开第二形式的固态成像装置可以形成为使得在成像元件的下方设有至少一个下方成像元件并且使得由成像元件接收的光的波长与由下方成像元件接收的光的波长彼此不同。此外，在这种情况下，固态成像装置可以形成为使得两个下方成像元件被层叠。
本公开的成像元件或包括以上说明的优选形态的根据本公开第二形式的固态成像装置中包括的本公开的成像元件可以形成为使得所述第一分离电极的电位为固定值VES-1，并且所述第二分离电极的电位也为固定值VES-2，或者可以形成为使得所述第一分离电极的电位从固定值VES-1变化(具体地，变为值VES-1’)并且所述第二分离电极的电位为固定值VES-2。在这些形态中，所述成像元件可以形成为使得在将要累积的电荷是电子的情况下，满足VES-1>VES-2，但是在将要累积的空穴是电子的情况下，满足VES-1<VES-2，或者可以形成为使得满足VES-2＝VES-1。
根据本公开第一形式的固态成像装置可以形成为使得所述第三分离电极由彼此相邻的成像元件块共用。
此外，包括以上说明的优选形态的根据本公开第一形式的固态成像装置可以构造成使得
所述第一分离电极在所述成像元件块中的沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，和
所述第二分离电极配置在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间，并且在沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置。此外，在这种情况下，所述固态成像装置可以构造成使得所述第二分离电极和所述第三分离电极彼此连接。
可选择地，包括以上说明的优选形态的根据本公开第一形式的固态成像装置可以构造成使得
所述第一分离电极在所述成像元件块中的沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，并且还在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，和
所述第二分离电极在沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置，并且还在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置。此外，在这种情况下，所述固态成像装置可以构造成使得所述第二分离电极和所述第三分离电极彼此连接。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的根据本公开第一形式的固态成像装置可以构造成使得所述第一分离电极的电位为固定值VES-1，并且所述第二分离电极的电位和所述第三分离电极的电位也都为固定值VES-2，或者可以构造成使得所述第一分离电极的电位从固定值VES-1变化(具体地，变成值VES-1’)，并且所述第二分离电极的电位和所述第三分离电极的电位都为固定值VES-2。此外，在这些形态中，所述固态成像装置可以形成为使得在将要累积的电荷是电子的情况下，满足VES-1>VES-2，但是在将要累积的空穴是电子的情况下，满足VES-1<VES-2，或者可以形成为使得满足VES-2＝VES-1。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的根据本公开第一形式的固态成像装置可以形成为使得所述第一电极由构成成像元件块的P×Q个成像元件共用。此外，所述固态成像装置可以形成为使得各成像元件块包括控制部，所述控制部包括至少浮动扩散层和放大晶体管，并且共用的第一电极连接到所述控制部。
以这种方式，在根据本公开第一形式的固态成像装置中，由于第一电极由构成一个成像元件块的P×Q个成像元件共用，因此可以简化和细化配置有多个成像元件的像素区域中的构成和结构。然后，针对包括P×Q个成像元件的一个成像元件块设置一个浮动扩散层。这里，针对一个浮动扩散层设置的P×Q个成像元件可以包括多个后述的第一类型的成像元件或者可以包括至少一个第一类型的成像元件和一个或两个以上的后述的第二类型的成像元件。
此外，虽然没有限制，但是包括以上说明的优选形态和构成的根据本公开第一形式的固态成像装置，P＝2且Q＝2是适用的。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的根据本公开第一形式的固态成像装置可以形成为使得其包括层叠型成像元件，所述层叠型成像元件包括至少一个本公开的成像元件。此外，具有如上所述的这种形态的根据本公开第一形式的固态成像装置可以形成为使得在多个成像元件块的下方设有至少一层的下方成像元件块，
下方成像元件块包括多个成像元件(具体地，包括沿着第一方向的P个成像元件和沿着第二方向的Q个成像元件的P×Q个成像元件)，和
由构成成像元件块的成像元件接收的光的波长与由构成下方成像元件块的成像元件接收的光的波长彼此不同。此外，包括如上所述的这种优选形态的根据本公开第一形式的固态成像装置可以形成为使得所述下方成像元件块设置在两层中。此外，包括以上说明的优选形态的根据本公开第一形式的固态成像装置可以形成为使得构成下方成像元件块的多个(具体地，P×Q个)成像元件包括共用的浮动扩散层。
在第一电极由构成成像元件块的四个成像元件共用的情况下，根据本公开第一形式的固态成像装置可以采用在各种分离电极的控制下四个成像元件中累积的电荷被分别读出总共四次的读出方式，或者可以采用四个成像元件中累积的电荷被同时读出总共一次的另一读出方式。为了便于说明，有时将前一种方法称为“第一模式的读出方法”，并且为了便于说明，有时将后一种方法称为“第二模式的读出方法”。通过第一模式的读出方法，可以实现由固态成像装置获得的图像的高精细化。通过第二模式的读出方法，增加了由四个成像元件获得的信号，以便实现感度的增加。通过在固态成像装置中设置适宜的切换手段，可以实现第一模式的读出方法和第二模式的读出方法之间的切换。在第一模式的读出方法中，通过适宜地控制电荷传输期间的定时，能够使P×Q个成像元件由一个浮动扩散层共用，并且构成成像元件块的P×Q个成像元件连接到一个驱动电路。然而，针对各成像元件执行电荷累积用电极的控制。
本公开的成像元件或者构成包括以上说明的优选形态的根据本公开第一形式和第二形式的固态成像装置的本公开的成像元件(在下文中，有时将这类成像元件统称为“本公开的成像元件等”)可以形成为使得第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极经由其间的绝缘层设置在与光电转换层的区域相对的区域中。需要注意的是，为了便于说明，有时将这些分离电极分别称为“下方第一分离电极”、“下方第二分离电极”和“下方第三分离电极”，并且有时将他们统称为“下方分离电极”。可选择地，本公开的成像元件等可以形成为使得第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极在光电转换层上与第二电极隔开设置。需要注意的是，为了便于说明，有时将这些分离电极分别称为“上方第一分离电极”、“上方第二分离电极”和“上方第三分离电极”，并且有时将他们统称为“上方分离电极”。
尽管在本公开的成像元件等中，分离电极与第一电极和电荷累积用电极隔开配置并且围绕电荷累积用电极，并且第一分离电极位于第一电极和第二分离电极之间，但是在上方分离电极的情况下，分离电极的正交投影图像与第一电极的正交投影图像和电荷累积用电极的正交投影图像隔开布置并且围绕电荷累积用电极的正交投影图像，而第一分离电极的正交投影图像位于第一电极的正交投影图像和第二分离电极的正交投影图像之间。在一些情况下，第二分离电极的正交投影图像的一部分与电荷累积用电极的正交投影图像的一部分可以彼此重叠。可选择地，第一分离电极的正交投影图像在成像元件块中的至少沿着第二方向配置的成像元件和成像元件之间与第一电极的正交投影图像相邻但隔开布置，并且第二分离电极配置在成像元件块中的成像元件和成像元件之间，而第三分离电极配置在成像元件块和成像元件块之间。
在下表1中示出了在下面说明中代表施加到各种电极的电位的附图标记。
<表1>
包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得其还包括半导体基板，并且光电转换部配置在所述半导体基板的上方。需要注意的是，第一电极、电荷累积用电极、第二电极、各种分离电极和各种电极连接到后述的驱动电路。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得电荷累积用电极的尺寸大于第一电极的尺寸。在电荷累积用电极的面积是s1’并且第一电极的面积是s1的情况下，尽管没有限制，但是优选满足
4≤s1’/s1。
除了形成有上方分离电极的情况，位于光入射侧的第二电极可以由多个成像元件公用。换言之，第二电极可以形成为所谓的固体电极。光电转换层可以由多个成像元件公用。具体地，本公开的成像元件等可以形成为使得在多个成像元件中形成有一个光电转换层。
此外，包括以上说明的各种优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得所述第一电极在设置于所述绝缘层中的开口部内延伸并且连接到所述光电转换层。可选择地，本公开的成像元件等可以形成为使得所述光电转换层在设置于所述绝缘层中的开口部内延伸并且连接到所述第一电极，并且，在这种情况下，本公开的成像元件等可以形成为使得
所述第一电极的顶面的边缘部被所述绝缘层覆盖，
所述第一电极在所述开口部的底面上露出，和
在所述绝缘层的与所述第一电极的顶面接触的表面是第一面并且所述绝缘层的与所述光电转换层的面对所述电荷累积用电极的部分接触的表面是第二面的情况下，所述开口部的侧面具有从所述第一面向所述第二面扩展的倾斜。此外，本公开的成像元件等可以形成为使得具有从所述第一面向所述第二面扩展的倾斜的所述开口部的侧面位于所述电荷累积用电极侧。需要注意的是，这种形态包括其中在光电转换层和第一电极之间形成有一些其他层的形态(例如，其中在光电转换层和第一电极之间形成有适于电荷累积的材料层的形态)。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以构造成使得
其还包括设置在半导体基板上并且包括驱动电路的控制部，
所述第一电极和所述电荷累积用电极连接到所述驱动电路，
在电荷累积期间中，从所述驱动电路将电位V11施加到所述第一电极，将电位V31施加到所述电荷累积用电极，并且电荷在所述光电转换层中累积，
在电荷传输期间中，从所述驱动电路将电位V12施加到所述第一电极，将电位V32施加到所述电荷累积用电极，并且经由所述第一电极将所述光电转换层中累积的电荷读出到所述控制部中。然而，在所述第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，满足
V31≥V11且V32<V12，
但是在所述第一电极的电位低于所述第二电极的电位的情况下，满足
V31≤V11且V32>V12。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得其还包括传输控制用电极(电荷传输电极)，所述传输控制用电极在所述第一电极和所述电荷累积用电极之间与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且与所述光电转换层对向配置，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间。需要注意的是，为了便于说明，有时将如上所述的这种形态的本公开的这类成像元件等称为“包括传输控制用电极的本公开的成像元件等”。此外，在包括传输控制用电极的本公开的成像元件等中，在电荷累积期间中，当将要施加到传输控制用电极的电位为V41时，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，优选满足V41≤V11且V41<V31。此外，在电荷传输期间中，当将要施加到传输控制用电极的电位为V42时，在第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，优选满足V32≤V42≤V12。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得其包括连接到光电转换层并且与第一电极和电荷累积用电极隔开配置的电荷排出电极。需要注意的是，为了便于说明，将如上所述的这种形态的本公开的成像元件等称为“包括电荷排出电极的本公开的成像元件等”。此外，包括电荷排出电极的本公开的成像元件等可以形成为使得电荷排出电极配置为围绕第一电极和电荷累积用电极(即，以相框状的形式)。电荷排出电极可以由多个成像元件可以共用(公用)。在设有电荷排出电极的情况下，优选的是，各种分离电极包括上方分离电极。于是，在这种情况下，成像元件等可以形成为使得
光电转换层在设置于绝缘层中的第二开口部内延伸并且连接到电荷排出电极，
电荷排出电极的顶面的边缘部被绝缘层覆盖，
电荷排出电极在第二开口部的底面上露出，和
当绝缘层的与电荷排出电极的顶面接触的表面是第三面并且绝缘层的与光电转换层的面对电荷累积用电极的部分接触的表面是第二面时，第二开口部的侧面具有从第三面向第二面扩展的倾斜。
此外，包括电荷排出电极的本公开的成像元件等可以构造成使得其还包括设置在半导体基板上并且具有驱动电路的控制部，
第一电极、电荷累积用电极和电荷排出电极连接到驱动电路，
在电荷累积期间中，从驱动电路将电位V11施加到第一电极，将电位V31施加到电荷累积用电极，并将电位V51施加到电荷排出电极，并且电荷在光电转换层中累积，和
在电荷传输期间中，从驱动电路将电位V12施加到第一电极；将电位V32施加到电荷累积用电极；并将电位V52施加到电荷排出电极，并且经由第一电极将光电转换层中累积的电荷读出到控制部中。然而，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，满足
V51>V11且V52<V12，
但是在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，满足
V51<V11且V52>V12。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以构造成使得所述电荷累积用电极包括多个电荷累积用电极段。需要注意的是，为了便于说明，有时将如上所述的这种形态的本公开的成像元件等称为“包括多个电荷累积用电极段的本公开的成像元件等”。电荷累积用电极段的数量可以是两个以上。此外，包括多个电荷累积用电极段的本公开的成像元件等可以形成为使得，在将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个的情况下，
在所述第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间中，施加到位于最靠近所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段(第一光电转换部段)的电位高于位于最远离所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段(第N光电转换部段)的电位，和
在所述第一电极的电位低于所述第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间中，施加到位于最靠近所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段(第一光电转换部段)的电位低于位于最远离所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段(第N光电转换部段)的电位。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得
在半导体基板上设有构成控制部的至少浮动扩散层和放大晶体管，和
所述第一电极连接到所述浮动扩散层和所述放大晶体管的栅极部。此外，在这种情况下，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得
在所述半导体基板上还设有构成所述控制部的复位晶体管和选择晶体管，
所述浮动扩散层连接到所述复位晶体管的一个源/漏区域，和
所述放大晶体管的一个源/漏区域连接到所述选择晶体管的一个源/漏区域，并且所述选择晶体管的另一个源/漏区域连接到信号线。
可选择地，作为包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等的变形例，可以列出后述的第一构成至第六构成的成像元件。具体地，在包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等的第一构成至第六构成的成像元件中，
光电转换部包括N个(其中N≥2)光电转换部段，
光电转换层包括N个光电转换层段，
绝缘层包括N个绝缘层段，
在第一构成至第三构成的成像元件中，电荷累积用电极包括N个电荷累积用电极段，
在第四构成和第五构成的成像元件中，电荷累积用电极包括彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段，
第n(其中n＝1,2,3...,N)光电转换部段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，和
更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极的位置。
然后，在第一构成的成像元件中，所述绝缘层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化。另一方面，在第二构成的成像元件中，所述光电转换层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化。此外，在第三构成的成像元件中，构成所述绝缘层段的材料在彼此相邻的光电转换部段之间是不同的。此外，在第四构成的成像元件中，构成所述电荷累积用电极段的材料在彼此相邻的光电转换部段之间是不同的。此外，在第五构成的成像元件中，所述电荷累积用电极段的面积在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变小。需要注意的是，面积可以连续地变小或者可以以阶梯状变小。
可选择地，在包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等中的第六构成的成像元件中，当所述电荷累积用电极、所述绝缘层和所述光电转换层的层叠方向是Z方向并且远离所述第一电极的方向是X方向时，当沿着YZ假想平面切断层叠有所述电荷累积用电极、所述绝缘层和所述光电转换层的层叠部分时，层叠部分的截面积依据距所述第一电极的距离而变化。需要注意的是，截面积的变化可以是连续的变化或者可以是阶梯状的变化。
在第一构成和第二构成的成像元件中，N个光电转换层段连续地设置，同时N个绝缘层段也连续地设置并且N个电荷累积用电极段也连续地设置。在第三构成至第五构成的成像元件中，N个光电转换层段连续地设置。此外，在第四构成和第五构成的成像元件中，在N个绝缘层段连续地设置的同时，在第三构成的成像元件中，对应于光电转换部段分别设置N个绝缘层段。此外，在第四构成和第五构成的成像元件中，并且在一些情况下，在第三构成的成像元件中，对应于光电转换部段分别设置N个电荷累积用电极段。在第一构成至第六构成的成像元件中，将相同的电位施加到所有的电荷累积用电极段。可选择地，在第四构成和第五构成的成像元件中，并且在一些情况下，在第三构成的成像元件中，可以将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个。
在第一构成至第六构成的成像元件以及这类成像元件适用的根据本公开第一形式和第二形式的固态成像装置中，规定绝缘层段的厚度；规定光电转换层段的厚度；构成绝缘层段的材料不同；构成电荷累积用电极段的材料不同；规定电荷累积用电极段的面积；或者规定层叠部分的截面积。因此，形成了一种电荷传输梯度，使得可以更容易且更可靠地将通过光电转换产生的电荷传输到第一电极。于是，结果，可以防止残像的产生和电荷传输残余的产生。
作为根据本公开第一形式的固态成像装置的变形例，可以应用包括多个第一构成至第六构成的成像元件的固态成像装置，并且，作为根据本公开第二形式的固态成像装置的变形例，可以实现包括多个层叠型成像元件的固态成像装置，各层叠型成像元件包括上述第一构成至第六构成的成像元件中的至少一个。
尽管在第一构成至第五构成的成像元件中，更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极的位置，但是参照X方向来判断光电转换部段是否位于远离第一电极的位置。此外，尽管在第六构成的成像元件中，远离第一电极的方向被确定为X方向，然而，按照以下方式定义“X方向”。具体地，在其中排列有多个成像元件或层叠型成像元件的像素区域包括以二维阵列状排列(即，在X方向和Y方向上规则排列)的多个像素。在各像素的平面形状是矩形的情况下，将最靠近第一电极的矩形的边延伸的方向限定为Y方向，并将与Y方向直交的方向限定为X方向。可选择地，在像素的平面形状具有任意形状的情况下，将包括最接近第一电极的线段或曲线的整体方向限定为Y方向，并将与Y方向直交的方向限定为X方向。
在下文中，针对第一电极的电位高于第二电极的电位的情况，说明第一构成至第六构成的成像元件。然而，在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，只要电位在高电平和低电平之间逆转就足够了。
在第一构成的成像元件中，绝缘层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化；绝缘层段的厚度可以逐渐变厚或逐渐变薄。由此，形成了一种电荷传输梯度。
在将要累积的电荷是电子的情况下，只要采用其中绝缘层段的厚度逐渐变厚的构成就足够了，而在将要累积的电荷是空穴的情况下，只要采用其中绝缘层段的厚度逐渐变厚的构成就足够了。另外，在这些情况下，如果在电荷累积期间中进入如|V31|≥|V11|这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段相比，第n光电转换部段可以累积更多的电荷，并且施加更强的电场。因此，可以可靠地防止从第一光电转换部段到第一电极的电荷的流动。然后，如果在电荷传输期间中进入如|V32|<|V12|这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段朝向第一电极的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段朝向第n光电转换部段的电荷的流动。
在第二构成的成像元件中，光电转换层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化；光电转换层段的厚度可以逐渐变厚或者逐渐变薄。由此，形成了一种电荷传输梯度。
在将要累积的电荷是电子的情况下，只要采用光电转换层段的厚度逐渐变厚的构成就足够了，而在将要累积的电荷是空穴的情况下，只要采用光电转换层段的厚度逐渐变厚的构成就足够了。此外，在光电转换层段的厚度逐渐变厚的情况下，如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，或者在光电转换层段的厚度逐渐变薄的情况下，如果在电荷累积期间中进入如V31≤V11这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段相比，将更强的电场施加到第n光电转换部段，并且可以可靠地防止从第一光电转换部段到第一电极的电荷的流动。然后，在电荷传输期间中，在光电转换层段的厚度逐渐变厚的情况下，如果进入如V32<V12这样的状态，或者在光电转换层段的厚度逐渐变薄的情况下，如果进入如V32>V12这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段朝向第一电极的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段朝向第n光电转换部段的电荷的流动。
在第三构成的成像元件中，构成绝缘层段的材料在相邻的光电转换部段之间是不同的，由此，形成了一种电荷传输梯度。然而，优选地，构成绝缘层段的材料的相对介电常数的值在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐减小。此外，通过采用如上所述的这种构成，如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段相比，第n光电转换部段可以累积更多的电荷。然后，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段朝向第一电极的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段朝向第n光电转换部段的电荷的流动。
在第四构成的成像元件中，构成电荷累积用电极段的材料在相邻的光电转换部段之间是不同的，由此，形成了一种电荷传输梯度。然而，优选地，构成绝缘层段的材料的功函数的值在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变大。此外，通过采用如上所述的这种构成，无需依赖电压(电位)的正/负，就可以形成有利于信号电荷传输的电位梯度。
在第五构成的成像元件中，电荷累积用电极段的面积在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变小。由于由此形成了一种电荷传输梯度，所以如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段相比，第n光电转换部段可以累积更多的电荷。然后，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段朝向第一电极的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段朝向第n光电转换部段的电荷的流动。
在第六构成的成像元件中，层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，由此形成了一种电荷传输梯度。具体地，如果采用层叠部分的断面的厚度固定并且层叠部分的截面积的宽度随着距第一电极的距离增加而减小的构成，则类似于第五构成的成像元件的说明中那样，如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，那么与更远离第一电极的区域相比，更靠近第一电极的区域可以累积更多的电荷。因此，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从更靠近第一电极的区域朝向第一电极的电荷的流动以及从更远的区域朝向更近的区域的电荷的流动。另一方面，如果采用层叠部分的断面的宽度固定并且层叠部分的断面的厚度(更具体地，绝缘层段的厚度)逐渐增厚的构成，则类似于第一构成的成像元件的说明中那样，如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，则与更远离第一电极的区域相比，更靠近第一电极的区域可以累积更多的电荷，并且施加更强的电场，由此可以可靠地防止从更靠近第一电极的区域朝向第一电极的电荷的流动。然后，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从更靠近第一电极的区域朝向第一电极的电荷的流动以及从更远的区域朝向更近的区域的电荷的流动。此外，如果采用其中光电转换层段的厚度逐渐增厚的构成，则类似于第二构成的成像元件的说明中那样，如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，则与更远离第一电极的区域相比，将更强的电场施加到更靠近第一电极的区域，并且可以可靠地防止从更靠近第一电极的区域朝向第一电极的电荷的流动。然后，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从更靠近第一电极的区域朝向第一电极的电荷的流动以及从更远的区域朝向更近的区域的电荷的流动。
此外，包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等可以形成为使得光从所述第二电极侧入射，并且遮光层形成在更靠近所述第二电极的光入射侧。可选择地，本公开的成像元件等可以形成为使得光从所述第二电极侧入射，但是光不入射到所述第一电极(在一些情况下，第一电极和传输控制用电极)。此外，在这种情况下，本公开的成像元件等可以形成为使得遮光层形成在所述第一电极的上方(在一些情况下，在第一电极和传输控制用电极的上方)并且在更靠近所述第二电极的光入射侧，或者可以形成为使得在所述电荷累积用电极和所述第二电极的上方设有片上微透镜，使得入射到所述片上微透镜的光被收集到所述电荷累积用电极。这里，遮光层可以配置在第二电极的光入射侧的表面的上方或者第二电极的光入射侧的表面上。在一些情况下，遮光层可以形成在第二电极中。作为用于构成遮光层的材料，铬(Cr)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)和不透光的树脂(例如，聚酰亚胺树脂)可以作为示例。
作为本公开的成像元件等，具体地，包括吸收蓝色光(425nm～495nm的光)的光电转换层(为了便于说明，称为“第一类型的蓝色光电转换层”)并对蓝色光敏感的成像元件(为了便于说明，称为“第一类型的蓝色光用成像元件”)、包括吸收绿色光(495nm～570nm的光)的光电转换层(为了便于说明，称为“第一类型的绿色光电转换层”)并对绿色光敏感的成像元件(为了便于说明，称为“第一类型的绿色光用成像元件”)以及包括吸收红色光(620nm～750nm的光)的光电转换层(为了便于说明，称为“第一类型的红色光电转换层”)并对红色光敏感的成像元件(为了便于说明，称为“第一类型的红色光用成像元件”)可以作为示例。另一方面，为了便于说明，将不包括电荷累积用电极并且对蓝色光敏感的常规的成像元件称为“第二类型的蓝色光用成像元件”；为了便于说明，将不包括电荷累积用电极并且对绿色光敏感的常规的成像元件称为“第二类型的绿色光用成像元件”；并且为了便于说明，将不包括电荷累积用电极并且对红色光敏感的常规的成像元件称为“第二类型的红色光用成像元件”。此外，为了便于说明，将构成第二类型的蓝色光用成像元件的光电转换层称为“第二类型的蓝色光电转换层”；为了便于说明，将构成第二类型的绿色光用成像元件的光电转换层称为“第二类型的绿色光电转换层”；并且为了便于说明，将构成第二类型的红色光用成像元件的光电转换层称为“第二类型的红色光电转换层”。
尽管本公开的层叠型成像元件包括至少一个本公开的成像元件等(光电转换元件)，具体地，例如，如下构造和构成的层叠型成像元件可以作为示例：
[A]构造和构成为使得第一类型的蓝色光用光电转换部、第一类型的绿色光用光电转换部和第一类型的红色光用光电转换部沿垂直方向层叠，和
第一类型的蓝色光用成像元件、第一类型的绿色光用成像元件和第一类型的红色光用成像元件的控制部分别设置在半导体基板上的层叠型成像元件；
[B]构造和构成为使得第一类型的蓝色光用光电转换部和第一类型的绿色光用光电转换部沿垂直方向层叠，
在这两层的第一类型的光电转换部的下方配置第二类型的红色光用光电转换部，和
第一类型的蓝色光用成像元件、第一类型的绿色光用成像元件和第二类型的红色光用成像元件的控制部分别设置在半导体基板上的层叠型成像元件；
[C]构造和构成为使得在第一类型的绿色光用光电转换部的下方配置第二类型的蓝色光用光电转换部和第二类型的红色光用光电转换部，和
第一类型的绿色光用成像元件、第二类型的蓝色光用成像元件和第二类型的红色光用成像元件的控制部分别设置在半导体基板上的层叠型成像元件；和
[D]构造和构成为使得在第一类型的蓝色光用光电转换部的下方配置第二类型的绿色光用光电转换部和第二类型的红色光用光电转换部，和
第一类型的蓝色光用成像元件、第二类型的绿色光用成像元件和第二类型的红色光用成像元件的控制部分别设置在半导体基板上的层叠型成像元件。需要注意的是，成像元件的光电转换部在垂直方向上的排列顺序优选如下：从光入射方向起，蓝色光用光电转换部、绿色光用光电转换部和红色光用光电转换部，或者从光入射方向起，绿色光用光电转换部、蓝色光用光电转换部和红色光用光电转换部。这是因为较短波长的光在入射表面侧被更有效地吸收。由于在三种颜色中红色具有最长的波长，所以当从光入射面观察时，优选将红色光用光电转换部配置在最下层。由这些成像元件的层叠结构形成一个像素。此外，也可以设置第一类型的红外线用光电转换部。这里，优选地，例如，第一类型的红外线用光电转换部的光电转换层由有机材料形成，并且优选布置在第一类型的成像元件的层叠结构的最下层，但是在第二类型的成像元件的上方。可选择地，在第一类型的光电转换部的下方可以设有第二类型的红外线用光电转换部。
例如，在第一类型的成像元件中，第一电极形成在设置于半导体基板上的层间绝缘层上。形成在半导体基板上的成像元件可以形成为背面照射型的成像元件或者形成为前面照射型的成像元件。
在光电转换层由有机材料构成的情况下，光电转换层可以以包括以下四种形式中的任一种形成：
(1)由p型有机半导体构成的形式；
(2)由n型有机半导体构成的形式；
(3)由p型有机半导体层/n型有机半导体层的层叠结构构成；由p型有机半导体层/p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(本体异质结构)/n型有机半导体层的层叠结构构成；由p型有机半导体层/p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(本体异质结构)的层叠结构构成；或由n型有机半导体层/p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(本体异质结构)的层叠结构构成的形式；以及
(4)由p型有机半导体和n型有机半导体的混合结构(本体异质结构)构成的形式。需要注意的是，可以采用层叠顺序适宜地改变的构成。
作为p型有机半导体，可以采用萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、
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、聚芴衍生物等。作为n型有机半导体，富勒烯和富勒烯衍生物(例如，诸如C60、C70和C74等富勒烯(高阶富勒烯)、内包富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如，氟化富勒烯、PCBM富勒烯化合物、富勒烯多聚体等)、HOMO和LUMO比p型有机半导体更大(更深)的有机半导体和透明的无机金属氧化物等是适用的。作为n型有机半导体，具体地，含有氮原子、氧原子或硫原子的杂环化合物，例如，在分子骨架上具有吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、异喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲咯啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、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、亚卟啉嗪衍生物、聚亚苯基亚乙烯基衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物等的有机分子、有机金属配合物和亚酞菁衍生物是适用的。作为包含在富勒烯衍生物中的基团等，卤素原子；直链、支链或环状的烷基或苯基；含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；羰基烷氧基；酰基；磺酰基；氰基；硝基；含硫族化物的基团；膦基；膦酸酯基；及其衍生物是适用的。尽管没有限制，但是例如，由有机材料构成的光电转换层(有时称为“有机光电转换层”)的厚度可以例示为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，最优选1×10-7m～1.8×10-7m。需要注意的是，尽管通常将有机半导体分为p型和n型，p型表示很容易地输送空穴，n型表示很容易地输送电子，但是与无机半导体一样，有机半导体具有空穴或电子作为热激励的多数载流子的解释不受限制。
另一方面，作为用于构成光电转换绿色光的有机光电转换层的材料，若丹明染料、部花青染料、喹吖啶酮衍生物、亚酞菁染料(亚酞菁衍生物)等是适用的，并且作为用于构成光电转换蓝色光的有机光电转换层的材料，例如，香豆酸染料、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)、部花青染料等是适用的。此外，作为用于构成光电转换红色光的有机光电转换层的材料，例如，酞菁染料和亚酞菁颜料(亚酞菁衍生物)是适用的。
可选择地，作为用于构成光电转换层的无机材料，可以采用晶体硅、非晶硅、微晶硅、结晶硒、非晶硒以及作为钙皂石化合物(calcopalite compounds)的CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2和AgInSe2、作为III-V化合物的GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和InGaAsP以及此外的诸如CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe和PbS等的化合物半导体。另外，还能够使用由这些材料形成的量子点用于光电转换层。
可选择地，光电转换层可以形成为具有下层半导体层和上层光电转换层的层叠结构。通过以这种方式设置下层半导体层，例如，能够防止在电荷累积时的再结合。此外，可以提高光电转换层中累积的电荷向第一电极的电荷传输效率。此外，能够临时地保持在光电转换层中生成的电荷，并且控制传输时机等。此外，可以抑制暗电流的产生。只要用于构成上层半导体层的材料从上述构成光电转换层的各种材料中适宜地选择就足够了。另一方面，作为用于构成下层半导体层的材料，优选使用带隙能量的值较大(例如，带隙能量的值为3.0eV以上)并且还具有比构成光电转换层的材料的迁移率更高的迁移率的材料。具体地，可以例示出氧化物半导体材料；过渡金属二硫族化物；碳化硅；金刚石；石墨烯；碳纳米管；和诸如缩合多环烃化合物或缩合杂环化合物等有机半导体材料，更具体地，作为氧化物半导体材料，氧化铟、氧化镓、氧化锌、氧化锡、包含至少一种氧化物的材料、在材料中添加了掺杂剂的材料，具体地，例如，IGZO、ITZO、IWZO、IWO、ZTO、ITO-SiOx材料、GZO、IGO、ZnSnO3、AlZnO、GaZnO和InZnO是适用的。此外，包含CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO等的材料是适用的。然而，这些材料不是限制性的。可选择地，作为用于构成下层半导体层的材料，在将要累积的电荷是电子的情况下，电离电位比构成光电转换层的材料的电离电位大的材料是适用的，并且在将要累积的电荷是空穴的情况下，电子亲和性比构成光电转换层的材料的电子亲和性低的材料是适用的。可选择地，构成下层半导体层的材料的杂质浓度优选为1×1018cm-3以下。下层半导体层可以具有单层构成或可以具有多层构成。此外，可以使构成位于电荷累积用电极上方的下层半导体层的材料与构成位于第一电极上方的下层半导体层的材料彼此不同。
单板型彩色固态成像装置可以由根据本公开第一形式和第二形式的固态成像装置构成。
在包括层叠型成像元件的根据本公开第一形式和第二形式的固态成像装置中，与包括拜耳阵列的成像元件的固态成像装置(即，未使用滤色器进行蓝色、绿色和红色的分光)不同的是，通过使对多种不同波长的光敏感的成像元件在同一像素内在光入射方向上层叠来形成一个像素，并且因此，可以实现感度的提高和每单位体积的像素密度的提高。此外，由于有机材料具有高的吸收系数，所以与常规的Si系光电转换层相比，有机光电转换层的膜厚度可以减小，并且减少从相邻像素的漏光或对光入射角的限制。此外，即使常规的Si系成像元件由于通过在三种颜色的像素之间执行插值处理来产生颜色信号而存在假色，但是在包括层叠型成像元件的根据本公开第二形式的固态成像装置中，可以减少假色的出现。此外，由于有机光电转换层本身也用作滤色器，因此即使未设置滤色器，也可以进行色分离。
另一方面，在不包括层叠型成像元件但包括成像元件的根据本公开第一形式的固态成像装置中，通过使用滤色器，可以减轻对蓝色、绿色和红色的光谱特性的要求，并且实现高的量产性。作为根据本公开第一形式的固态成像装置中的成像元件的阵列，除了拜耳阵列之外，隔行阵列、G条纹RB方格阵列、G条纹RB完全方格阵列、方格互补色阵列、条纹阵列、斜条纹阵列、原色差阵列、场色差顺次阵列、帧色差顺次阵列、MOS型阵列、改进的MOS型阵列、帧交错阵列和场交错阵列也是适用的。这里，可以由单个成像元件构成一个像素(或子像素)。
在其中排列有本公开的多个成像元件等或本公开中的多个层叠型成像元件的像素区域包括以二维阵列状规则配置的多个像素。像素区域通常包括实际上接收光、放大通过光电转换产生的信号电荷并将信号电荷读出到驱动电路中的有效像素区域以及用于输出作为黑水平基准的光学黑的黑基准像素区域。黑基准像素区域通常配置在有效像素区域的外周部上。
在包括以上说明的优选形态和构成的本公开的成像元件等中，进行光照射并且在光电转换层中发生光电转换，由此将载流子分离成空穴(空穴)和电子。然后，从其提取空穴的电极被确定为阳极，从其提取电子的电极被确定为阴极。不仅第一电极构成阳极且第二电极构成阴极的形态是可用的，而且相反地，第一电极构成阴极且第二电极构成阳极的形态也是可用的。
在构造层叠型成像元件的情况下，可以构造成使得第一电极、电荷累积用电极、各种分离电极、传输控制用电极、电荷排出电极和第二电极由透明导电材料形成。需要注意的是，有时将第一电极、电荷累积用电极、各种分离电极、传输控制用电极和电荷排出电极统称为“第一电极等”。可选择地，例如，在本公开的成像元件等像拜耳阵列那样排列在平面中的情况下，层叠型成像元件可以构造成使得第二电极由透明导电材料形成并且第一电极、电荷累积用电极等由金属材料形成。在这种情况下，具体地，层叠型成像元件可以构造成使得位于光入射侧的第二电极由透明导电材料形成，并且第一电极等由例如Al-ND(铝和钕的合金)或ASC(铝、钐和铜的合金)形成。需要注意的是，有时将由透明导电材料制成的电极称为“透明电极”。这里，透明导电材料的带隙能量为2.5eV以上，优选为3.1eV以上。作为构成透明电极的透明导电材料，可以采用具有导电性的金属氧化物。具体地，氧化铟、氧化铟锡(包括ITO、氧化铟锡、Sn掺杂的In2O3、晶体ITO和非晶ITO)、其中铟作为掺杂剂添加到氧化锌中的氧化铟锌(IZO、氧化铟锌)、其中铟作为掺杂剂添加到氧化镓中的氧化铟镓(IGO)、其中铟和镓作为掺杂剂添加到氧化锌中的氧化铟镓锌(IGZO、In-GaZnO4)、其中铟和锡作为掺杂剂添加到氧化锌中的氧化铟锡锌(ITZO)、IFO(F-掺杂的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(Sb掺杂的SnO2)、FTO(F-掺杂的SnO2)、氧化锌(包括用其他元素掺杂的ZnO)、其中铝作为掺杂剂添加到氧化锌中的氧化铝锌(AZO)、其中镓作为掺杂剂添加到氧化锌中的氧化镓锌(GZO)、氧化钛(TiO2)、其中铌作为掺杂剂添加到氧化钛中的氧化铌钛(TNO)、氧化锑、尖晶石型氧化物以及具有YbFe2O4结构的氧化物是适用的。可选择地，作为母层，具有氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化镍等的透明电极是适用的。作为透明电极的厚度，2×10-8～2×10-7m，优选3×10-8～1×10-7m是适用的。在第一电极要求透明性的情况下，从简化制造过程的观点来看，优选的是，其他电极也由透明导电材料构成。
可选择地，在不需求透明性的情况下，构成具有作为提取空穴的电极的功能的阳极的导电材料优选由具有高功函数(例如，
)的导电材料构成。具体地，可以例示出金(Au)、银(Ag)、铬(Cr)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)、铁(Fe)、铱(Ir)、锗(Ge)、锇(Os)、铼(Re)和碲(Te)。另一方面，具有用于提取电子的电极的功能的阴极的导电材料优选由具有低功函数(例如，
)的导电材料构成。具体地，碱金属(例如，Li、Na和K等)及其氟化物或氧化物、碱土金属(例如，Mg、Ca等)及其氟化物或氧化物、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、铊(Tl)、钠钾合金、铝锂合金、镁银合金和诸如铟和镱等稀土金属或其合金是适用的。可选择地，作为用于构成阳极或阴极的材料，诸如包括铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、铁(Fe)、钴(Co)、钼(Mo)等金属、含有这些金属元素的合金、由这些金属构成的导电颗粒、含有这些金属的合金的导电颗粒、含有杂质的硅、碳系材料、氧化物半导体、碳纳米管和石墨烯等导电材料是适用的，并且含有这些元素的层的层叠结构也是适用的。此外，作为用于构成阳极或阴极的材料，诸如聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT/PSS)等有机材料(导电性聚合物)是适用的。此外，可以通过将这种导电材料混合到结合剂(聚合物)中以形成糊剂或油墨并且使糊剂或油墨硬化而用作电极。
作为第一电极等和第二电极(阳极和阴极)的成膜方法，可以使用干式法或湿式法。作为干式法，物理气相沉积法(PVD法)和化学气相沉积法(CVD法)是适用的。作为使用PVD法原理的成膜方法，使用电阻加热或高频加热的气相沉积法、EB(电子束)沉积法、各种溅射法(磁控溅射法、RF-DC耦合偏压溅射法、ECR溅射法、对向靶溅射法和高频溅射法)、离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法和激光转印法是适用的。另一方面，作为CVD法，等离子体CVD法、热CVD法、有机金属(MO)CVD法和光CVD法是适用的。另一方面，作为湿式法，如电解镀覆法或化学镀覆法这种方法、旋涂法、喷墨法、喷涂法、压模法、微接触印刷法、柔版印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法和浸涂法是适用的。作为图案化方法，诸如荫罩技术、激光转印或光刻术等化学蚀刻和使用紫外光或激光等的物理蚀刻是适用的。作为第一电极等或第二电极的平坦化技术，可以使用激光平坦化法、回流法、化学机械抛光(CMP)法等。
作为用于构成绝缘层、各种层间绝缘层和绝缘膜的材料，不仅以氧化硅系材料、氮化硅(SiNY)和诸如氧化铝(Al2O3)等金属氧化物高介电绝缘材料为例的无机绝缘材料是适用的，而且聚甲基丙烯酸酯(PMMA)；聚乙烯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚酰亚胺；聚碳酸酯(PC)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚苯乙烯；诸如N-2(氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS)、3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)或十八烷基三氯硅烷(OTS)等硅烷醇衍生物(硅烷偶联剂)；酚醛清漆型酚醛树脂；碳氟酸酯；和以具有其一端可以连接到控制电极上的官能团的诸如十八烷基硫醇或十二烷基异氰酸酯等直链烃为例的有机绝缘材料(有机聚合物)也是适用的，并且也可以使用它们的组合。需要注意的是，作为氧化硅材料，氧化硅(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氧氮化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)和低介电材料(例如，聚芳醚、环状全氟化碳聚合物、苯并环丁烯、环状氟树脂、聚四氟乙烯、氟化芳基醚、氟化聚酰亚胺、无定形碳和有机SOG)可以作为示例。
可以使构成控制部的浮动扩散层、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的构成和结构类似于常规浮动扩散层、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的构成和结构。此外，驱动电路可以具有众所周知的构成和结构。
尽管第一电极连接到浮动扩散层和放大晶体管的栅极部，但是只要形成有用于第一电极与浮动扩散层和放大晶体管的栅极部之间的连接的接触孔部就足够了。作为用于构成接触孔部的材料，掺杂有杂质的多晶硅、诸如钨、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2、MoSi2等高熔点金属和金属硅化物以及由这些材料形成的层的层叠结构(例如，Ti/TiN/W)可以作为示例。
在有机光电转换层和第一电极之间可以设有第一载流子阻挡层，并且在有机光电转换层和第二电极之间可以设有第二载流子阻挡层。此外，在第一载流子阻挡层和第一电极之间可以设有第一电荷注入层，并且在第二载流子阻挡层和第二电极之间可以设有第二电荷注入层。例如，作为用于构成电荷注入层的材料，诸如锂(Li)、钠(Na)或钾(K)等碱金属、此类碱金属的氟化物和氧化物、诸如镁(Mg)或钙(Ca)等碱土金属以及此类碱土金属的氟化物和氧化物是适用的。
作为各种有机层的成膜方法，可以采用干式成膜法和湿式成膜法。作为干式成膜法，使用电阻加热、高频加热或电子束加热的真空沉积法、闪蒸沉积法、等离子体气相沉积法、EB气相沉积法、各种溅射法(双极溅射法、直流溅射法、直流磁控管溅射法、高频溅射法、磁控溅射法、RF-DC耦合偏压溅射法、ECR溅射法、对向靶溅射法、高频溅射法和离子束溅射法)、直流(DC)法、RF法、多阴极法、活化反应法、电场沉积法、诸如高频离子镀法或反应性离子镀法等各种离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法、激光转印法和分子束外延法(MBE法)是适用的。另一方面，作为CVD法，等离子体CVD法、热CVD法、MOCVD法和光CVD法是适用的。另一方面，作为湿式法，旋涂法；浸渍法；浇铸法；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、凹版印刷法或苯胺印刷法等各种印刷法；压模法；喷涂法；以及诸如气刀涂布法、刮刀涂布法、棒涂布法、刀涂布法、挤压涂布法、反向辊涂布法、转印辊涂布法、凹版涂布法、亲吻涂布法、流延涂布法、喷淋式涂布法、狭缝孔口涂布法或压延涂布法等各种涂布法可以作为示例。需要注意的是，在涂布法中，作为溶剂，诸如甲苯、氯仿、己烷或乙醇等非极性或低极性的有机溶剂可以作为示例。作为图案化法，诸如荫罩技术、激光转印或光刻术等化学蚀刻以及使用紫外光、激光等的物理蚀刻是适用的。作为各种有机层的平坦化技术，可以使用激光平坦化法、回流法等。
包括以上说明的优选形态和构成的第一构成至第六构成的成像元件中的两种或更多种可以根据需要进行适当地组合。
在任何成像元件或固态成像装置中，如上所述，在需要时，可以设置片上微透镜或遮光层，并且设置用于驱动成像元件的驱动电路和配线。在需要时，可以配置用于控制光入射到成像元件的快门，或者根据固态成像装置的目的，可以设置光学截止滤波器。
例如，在将要层叠固态成像装置与读出用集成电路(ROIC)的情况下，通过将其上形成有读出用集成电路和由铜(Cu)制成的连接部的驱动用基板和其上形成有连接部的成像元件彼此层叠，使得连接部彼此接触并且然后将连接部彼此接合，固态成像装置和读出用集成电路可以层叠，并且也能够通过使用焊料凸块等将连接部彼此接合。
此外，用于驱动根据本公开第一形式和第二形式中的任一种的固态成像装置的驱动方法可以是重复以下步骤的固态成像装置的驱动方法：
在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层中的同时，第一电极中的电荷全部同时排出，然后，
在所有成像元件中，在光电转换层中累积的电荷全部同时传输到第一电极，并且在传输完成之后，传输到第一电极的电荷在各成像元件中顺次读出。
在如上所述的用于固态成像装置的驱动方法中，由于各成像元件构成为使得从第二电极侧入射的光不会入射到第一电极，并且在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层中的同时，第一电极中的电荷同时排出到系统的外部，所以在所有成像元件中，可以可靠地同时进行第一电极的复位。此外，之后，在所有成像元件中，在光电转换层中累积的电荷同时传输到第一电极，并且在传输完成之后，传输到第一电极的电荷在各成像元件中顺次读出。因此，可以容易地实现所谓的全局快门功能。
实施例1
实施例1涉及本公开的成像元件和根据本公开第二形式的固态成像装置。在图1中示意性地示出了实施例1的固态成像装置中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极和第一电极的配置状态。此外，在图8中示出了实施例1的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图，并且在图9和图10的每个中示出了实施例1的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。需要注意的是，图8是沿着图1所示的点划线A-A截取的示意性局部断面图。需要注意的是，为了简化附图，有时将位于后述的层间绝缘层的下方的各种成像元件的构成要素统一用附图标记91表示，以便于说明。此外，在图1中，将驱动电路(其中值VES-1固定)添加到一个成像元件，并且将另一个驱动电路(其中值VES-1变为另一值VES-1’)添加到另一个不同的成像元件。
实施例1的成像元件(光电转换元件)11包括：
第一电极21，
电荷累积用电极24，其与第一电极21隔开配置，
分离电极30，其与第一电极21和电荷累积用电极24隔开配置，并且围绕电荷累积用电极24，
光电转换层23，其形成为与第一电极21接触并且位于电荷累积用电极24的上方，绝缘层82夹设在该光电转换层和该电荷累积用电极之间，和
第二电极22，其形成在光电转换层23上，其中
分离电极30包括第一分离电极31A和与第一分离电极31A隔开配置的第二分离电极31B，和
第一分离电极31A位于第一电极21和第二分离电极31B之间。
此外，实施例1的固态成像装置包括层叠型成像元件，该层叠型成像元件包括至少一个实施例1的成像元件11。具体地，在实施例1的成像元件11的下方设有至少一个下方成像元件13或下方成像元件15，并且由成像元件11接收的光的波长与由下方成像元件13或下方成像元件15接收的光的波长彼此不同。在这种情况下，两个下方成像元件13和15被层叠。
除了后述的实施例3的成像元件，位于光入射侧的第二电极22由多个成像元件11公用。具体地，第二电极22是所谓的固体电极。光电转换层23由多个成像元件11公用。换言之，针对多个成像元件11形成单一的光电转换层23。
实施例1的层叠型成像元件包括实施例1的成像元件11或者后述的实施例3的成像元件中的至少一个(具体地，在实施例1中，层叠型成像元件包括一个实施例1的成像元件11或者一个后述的实施例3的成像元件11)。
第一分离电极31A和第二分离电极31B经由其间的绝缘层82设置在与光电转换层23的位于相邻成像元件11之间的区域相对的区域中。具体地，第一分离电极31A和第二分离电极31B分别是下方第一分离电极和下方第二分离电极。尽管第一分离电极31A和第二分离电极31B以与第一电极21或电荷累积用电极24相同的水平形成，但是它们可以以不同的水平形成。
实施例1的层叠型成像元件还包括设置在半导体基板上并且包括驱动电路的控制部，并且第一电极21、第二电极22、电荷累积用电极24、第一分离电极31A和第二分离电极31B连接到该驱动电路。连接到第二分离电极31B的配线被多个成像元件适宜地公用，使得对于多个成像元件，同时控制第二分离电极31B。可选择地，第二分离电极31B被多个成像元件适宜地公用，使得对于多个成像元件，同时控制第二分离电极31B。另一方面，在成像元件中彼此独立地控制第一分离电极31A。
例如，第一电极21被带到正电位，而第二电极22被带到负电位，使得由光电转换层23通过光电转换生成的电子被读出到第一浮动扩散层FD1中。这同样适用于其他实施例。需要注意的是，在第一电极21被带到负电位而第二电极22被带到正电位而使得由光电转换层23基于光电转换生成的空穴被读出到第一浮动扩散层FD1中的形态下，只要将后述的高电位和低电位逆转就足够了。
然后，在成像元件11的操作中，即，在电荷累积期间、复位操作期间和电荷传输期间中，第一分离电极31A的电位具有固定值VES-1，并且第二分离电极31B的电位也具有固定值VES-2。可选择地，第一分离电极31A的电位从固定值VES-1变为另一值VES-1’，而第二分离电极31B的电位具有固定值VES-2。具体地，在电荷累积期间和复位操作期间中，第一分离电极31A的电位具有固定值VES-1，并且在电荷传输期间中，第一分离电极31A的电位具有值VES-1’[VES-1’>VES-1，或者(V32-VES-1’)<(V31-VES-1)]。另一方面，在电荷累积期间、复位操作期间和电荷传输期间中，第二分离电极31B的电位具有固定值VES-2。此外，在这些情况下，满足VES-1>VES-2，否则满足VES-2＝VES-1。
需要注意的是，通过使用电阻器等控制电位，能够从单个电源获得将要施加到各种电极的各电位，甚至在使用控制适宜电位水平的装置(例如，运算放大器)的情况下，能够从单个电源获得将要施加到各种电极的各电位。
此外，实施例1的成像元件11还包括：
控制部，其设置在半导体基板70上并且包括驱动电路，其中
第一电极21和电荷累积用电极24连接到该驱动电路，
在电荷累积期间中，从驱动电路将电位V11施加到第一电极21，将电位V31施加到电荷累积用电极24，并且电荷在光电转换层23中累积，
在电荷传输期间中，从驱动电路将电位V12施加到第一电极21，将电位V32施加到电荷累积用电极24，并且经由第一电极21将光电转换层23中累积的电荷读出到控制部中。然而，由于第一电极21的电位设定为高于第二电极22的电位，所以满足
V31≥V11且V32<V12。
在下文中，参照图2A、图2B、图3A、图3B、图4A、图4B、图5A、图5B、图5C、图6A和图6B说明实施例1的固态成像装置的操作。读出方式是第一模式的读出方法。需要注意的是，在上面指定的图中，电位由纵方向的高度表示，并且随着高度的降低，电位变高。
<电荷累积期间>
具体地，在电荷累积期间中，从驱动电路将电位V11施加到第一电极21；将电位V31施加到电荷累积用电极24；将电位VES-1施加到第一分离电极31A；并且将电位VES-2施加到第二分离电极31B。此外，将电位V21施加到第二电极22。因此，电荷(电子，用黑点示意性示出)在光电转换层23中累积。在图2A或图5A中示意性地示出了紧接在电荷累积期间结束之前的电荷的累积状态。通过光电转换生成的电子被吸引到电荷累积用电极24并且停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中。换言之，电荷在光电转换层23中累积。由于保持V31>V11，所以在光电转换层23的内部生成的电子不会朝向第一电极21移动。此外，由于电荷累积用电极24的电位V31高于第一分离电极31A的电位VES-1和第二分离电极31B的电位VES-2，所以在光电转换层23的内部生成的电子也不会朝向第一分离电极31A和第二分离电极31B移动。换言之，可以减少通过光电转换产生的电荷流入到相邻的成像元件11中。随着光电转换的时间流逝，光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中的电位变为更负侧的值。在电荷累积期间的后期，执行复位操作。结果，第一浮动扩散层FD1的电位被复位，并且第一浮动扩散层FD1的电位(VFD)变成电源的电位VDD。
这里，在图2A所示的示例中，满足VES-1>VES-2，并且在图5A所示的示例中，满足VES-1＝VES-2。
<电荷传输期间>
在复位操作完成之后，开始电荷传输期间。在电荷传输期间中，从驱动电路将电位V12施加到第一电极21；将电位V32施加到电荷累积用电极24；将电位VES-1或电位VES-1’施加到第一分离电极31A；并且将电位VES-2施加到第二分离电极31B。此外，将电位V22施加到第二电极22。因此，累积在成像元件11的光电转换层23中的电荷被读出。在图2B、图3A、图3B、图4A、图4B、图5B、图5B、图6A和图6B中示意性地示出了紧接在电荷传输期间结束之前的电荷的累积状态。具体地，将停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中的电子读出到第一电极21中，进而读出到第一浮动扩散层FD1中。换言之，将累积在光电转换层23中的电荷读出到控制部中。由于第一分离电极31A的电位低于第一电极21的电位，但是高于电荷累积用电极24的电位，因此在光电转换层23内部生成的电子流向第一电极21，但不会朝向第二分离电极31B移动。换言之，可以减少通过光电转换产生的电荷流入到相邻的成像元件11中。
这里，在图2B所示的示例中，满足
VFD>V12＝VES-1>V32>VES-2，V31>V32。此外，在图3A所示的示例中，满足
VFD>V12>VES-1>V32>VES-2，V31>V32。此外，在图3B所示的示例中，满足
VFD>V12>VES-1’>V32>VES-2，VES-1’>VES-1，V31>V32。此外，在
图4A所示的示例中，满足
VFD>V12＝VES-1’>V32(＝V31)>VES-2，VES-1’>VES-1。此外，在图
4B所示的示例中，满足
VFD>V12>VES-1’>V32>VES-2，VES-1’>VES-1，V31>V32。
同时，在图5B所示的示例中，满足
VFD>V12＝VES-1’>V32(＝V31)>VES-2。此外，在图5C所示的示例中，满足
VFD>V12>VES-1’>V32(＝V31)>VES-2。此外，在图6A所示的示例中，满足
VFD>V12(＝V11)＝VES-1’>V32>VES-2，V31>V32。此外，在图6B所示的示例中，满足
VFD>V12(＝V11)>VES-1’>V32>VES-2，V31>V32。
如此，完成了如上所述的电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在将电子读出到第一浮动扩散层FD1之后的放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与常规的这类晶体管的操作相同。第二成像元件13和第三成像元件15的如电荷累积、复位操作和电荷传输这样的一系列操作与如电荷累积、复位操作和电荷传输这样的常规的一系列操作类似。和过去一样，通过相关双采样(CDS，Correlated Double Sampling)处理，可以去除第一浮动扩散层FD1的复位噪声。
如上所述，由于在实施例1的成像元件或固态成像装置中，分离电极包括第一分离电极和与第一分离电极隔开配置的第二分离电极，并且第一分离电极位于第一电极和第二分离电极之间，因此在成像元件的操作中，在第一分离电极和第二分离电极的控制下，可以可靠地减少相邻成像元件之间的电荷的移动。此外，累积在光电转换层中的电荷可以顺利地传输到第一电极。此外，可以实现因饱和电荷量不减少而带来的饱和电荷量的改善以及在电荷传输时剩余电荷的减少和高光溢出的发生的减少之间的平衡，并且在所捕获的视频(图像)中不会出现质量劣化。
在图7A中示出了用于说明实施例1的成像元件中的各电极的位置关系的各电极的一部分被放大的图。另一方面，在图7B中示出了用于说明在未设置第一分离电极31A的成像元件中的各电极的位置关系的各电极的一部分被放大的图。在图7B所示的示例中，在电荷传输期间中，满足V12>V32>VES-2。因此，作为模拟的结果，由第一电极21和电荷累积用电极24夹着的区域(在图7A和图7B中，由“区域A”表示)中的电位的变化是这样的：其一旦从电荷累积用电极24朝向区域A减小，就从区域A朝向第一电极21增加。换言之，在区域A中，产生了电子无法越过的电位势垒(在从电子观察的情况下，是“电位的山(mountain ofpotential)”)。因此，存在电子不能从电荷累积用电极24顺利地移动到第一电极21的可能性。另一方面，在图7A所示的示例中，在电荷传输期间中，满足V12>VES-1>V32>VES-2或V12>VES-1’>V32>VES-2的关系。因此，作为模拟的结果，得到如下结果：夹在第一电极21和电荷累积用电极24之间的区域A中的电位的变化是从电荷累积用电极24到区域A和第一电极21的平滑地增加的变化。因此，在成像元件的操作中，可以可靠地减少相邻的成像元件之间的电荷(电子)的移动。此外，累积在光电转换层23中的电荷可以顺利地传输到第一电极21，并且在所捕获的视频(图像)中不会出现质量劣化。
此外，在实施例1或后述的实施例2～13中任一个的成像元件中，由于设有与第一电极隔开配置并且经由其间的绝缘层与光电转换层对向配置的电荷累积用电极，所以当光照射到光电转换部上并且由光电转换部进行光电转换时，由光电转换层、绝缘层和电荷累积用电极形成一种电容器，并且电荷可以存储在光电转换层中。因此，在曝光开始时，电荷累积部能够完全耗尽，并且电荷消去。结果，可以减少kTC噪声变大和随机噪声加重导致成像图像质量下降的这种现象的发生。此外，由于所有像素可以同时复位，所以可以实现所谓的全局快门功能。
在实施例1的成像元件11中，第一分离电极31A和第二分离电极31B经由其间的绝缘层82形成在与光电转换层23的位于相邻成像元件11之间的区域23’相对的区域中。需要注意的是，有时将第一分离电极31A和第二分离电极31B统称为“分离电极30”。换言之，分离电极30形成在被夹在各自构成相邻成像元件的电荷累积用电极24和另一电荷累积用电极24之间的区域中的绝缘层82的部分82’的下方。分离电极30与电荷累积用电极24隔开设置，并且还与第一电极21隔开设置。可选择地，换言之，分离电极30与电荷累积用电极24隔开设置并且经由其间的绝缘层82与光电转换层的区域23’对向配置。
为了便于说明，将其中未示出分离电极30以及后述的连接孔34、焊盘部33和配线VOB的成像元件称为“具有本公开的基本结构的成像元件”。图8是具有本公开的基本结构的成像元件的示意性局部断面图，并且图16A、图16B、图17A、图17B、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图26、图30、图33、图34、图37、图39、图40、图42、图43、图44、图45、图46和图47是图8所示的具有本公开的基本结构的成像元件的各种变形例的示意性局部断面图。在图中，省略了分离电极等的图示。
实施例1的成像元件11还包括半导体基板(更具体地，硅半导体层)70，并且光电转换部配置在半导体基板70的上方。实施例1的成像元件11还包括控制部，其设置在半导体基板70上并且包括驱动电路，第一电极21、第二电极22、电荷累积用电极24和分离电极30连接到该驱动电路。这里，半导体基板70的光入射面为上方，并且半导体基板70的相反侧为下方。在半导体基板70的下方设有包括超过一条配线的配线层62。
在半导体基板70上设有构成控制部的至少浮动扩散层FD1和放大晶体管TR1amp，并且第一电极21连接到浮动扩散层FD1和放大晶体管TR1amp的栅极部。在半导体基板70上，还设有构成控制部的复位晶体管TR1rst和选择晶体管TR1sel。浮动扩散层FD1连接到复位晶体管TR1rst的一个源/漏区域，放大晶体管TR1amp的另一个源/漏区域连接到选择晶体管TR1sel的一个源/漏区域，而选择晶体管TR1sel的另一个源/漏区域连接到信号线VSL1。放大晶体管TR1amp、复位晶体管TR1rst和选择晶体管TR1sel构成驱动电路。
在所示的示例中，示出了针对一个成像元件11设置浮动扩散层FD1等的状态，但是在后述的实施例2中，浮动扩散层FD1等由四个成像元件11共用。
具体地，实施例1的成像元件和层叠型成像元件是背面照射型的成像元件和层叠型成像元件，并且构成为使得三个成像元件11,13和15被层叠，这三个成像元件是：实施例1的第一类型的绿色光用成像元件，其包括吸收绿色光的第一类型的绿色光电转换层并对绿色光敏感(该成像元件下文将称为“第一成像元件”)；第二类型的常规的蓝色光用成像元件，其包括吸收蓝色光的第二类型的蓝色光电转换层并对蓝色光敏感(该成像元件下文将称为“第二成像元件”)；以及第二类型的常规的红色光用成像元件，其包括吸收红色光的第二类型的红色光电转换层并对红色光敏感(该成像元件下文将称为“第三成像元件”)。这里，红色光用成像元件(第三成像元件)15和蓝色光用成像元件(第二成像元件)13设置在半导体基板70内，使得相对于第三成像元件15，第二成像元件13位于光入射侧。另一方面，绿色光用成像元件(第一成像元件)11设置在蓝色光用成像元件(第二成像元件)13的上方。一个像素由第一成像元件11、第二成像元件13和第三成像元件15的层叠结构形成。没有设置滤色器。
在第一成像元件11中，第一电极21和电荷累积用电极24在层间绝缘层81上彼此隔开形成。此外，分离电极30在层间绝缘层81上与电荷累积用电极24隔开形成。层间绝缘层81、电荷累积用电极24和分离电极30由层间绝缘层82覆盖。光电转换层23形成在绝缘层82上，第二电极22形成在光电转换层23上。保护层83形成在包括第二电极22的整个表面上，并且片上微透镜90设置在保护层83上。第一电极21、电荷累积用电极24、分离电极30和第二电极22例如包括由ITO制成的透明电极(功函数约4.4eV)。光电转换层23包括含有至少对绿色光敏感的已知的有机光电转换材料(例如，若丹明染料、部花青染料或诸如喹吖啶酮等有机材料)的层。另外，光电转换层23可以构造成使得其还包括适于电荷累积的材料层。换言之，可以在光电转换层23和第一电极21之间(例如，在连接部67内)进一步形成适于电荷累积的材料层。层间绝缘层81、绝缘层82和保护层83由已知的绝缘材料(例如，SiO2或SiN)构成。光电转换层23和第一电极21通过形成在绝缘层82中的连接部67连接。光电转换层23在连接部67内延伸。具体地，光电转换层23在设置于绝缘层82中的开口部84内延伸，并且连接到第一电极21。
电荷累积用电极24与驱动电路连接。具体地，电荷累积用电极24通过设置在层间绝缘层81内的连接孔66、焊盘部64和配线VOA与构成驱动电路的垂直驱动电路112连接。
分离电极30也与驱动电路连接。具体地，分离电极30通过设置在层间绝缘层81内的连接孔34、焊盘部33和配线VOB与构成驱动电路的垂直驱动电路112连接。更具体地，分离电极30经由其间的绝缘层82形成在与光电转换层23的区域23’相对的区域(绝缘层的区域82’)中。换言之，分离电极30设置在被夹在各自构成相邻成像元件的电荷累积用电极24和另一电荷累积用电极24之间的区域中的绝缘层82的部分82’的下方。分离电极30与电荷累积用电极24隔开设置。可选择地，换言之，分离电极30与电荷累积用电极24隔开设置，并且分离电极30经由其间的绝缘层82与光电转换层23的区域23’对向配置。
电荷累积用电极24的尺寸大于第一电极21的尺寸。在电荷累积用电极24的面积用s1’表示，并且第一电极21的面积用s1表示的情况下，优选满足
4≤s1’/s1，
但这不是限制性的，并且在实施例1的成像元件或后述的任何实施例中，例如，满足
s1’/s1＝8，
但这不是限制性的。需要注意的是，在后述的实施例7～10中，使三个光电转换部段201、202和203的尺寸彼此相等并且形成为具有相同的平面形状。
在半导体基板70的第一面(前面)70A侧上形成有元件分离区域71，并且进一步地，在半导体基板70的第一面70A上形成有氧化膜72。此外，在半导体基板70的第一面侧上设有构成第一成像元件11的控制部的复位晶体管TR1rst、放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel，并且还设有第一浮动扩散层FD1。
复位晶体管TR1rst包括栅极部51、沟道形成区域51A以及源/漏区域51B和51C。复位晶体管TR1rst的栅极部51连接到复位线RST1，并且复位晶体管TR1rst的一个源/漏区域51C还用作第一浮动扩散层FD1，并且另一个源/漏区域51B连接到电源VDD。
第一电极21通过设置在层间绝缘层81内的连接孔65、焊盘部63、形成在半导体基板70和层间绝缘层76中的接触孔部61以及形成在层间绝缘层76中的配线层62连接到复位晶体管TR1rst的一个源/漏区域51C(第一浮动扩散层FD1)。
放大晶体管TR1amp包括栅极部52、沟道形成区域52A以及源/漏区域52B和52C。栅极部52通过配线层62连接到第一电极21和复位晶体管TR1rst的一个源/漏区域51C(第一浮动扩散层FD1)。另一方面，一个源/漏区域52B连接到电源VDD。
选择晶体管TR1sel包括栅极部53、沟道形成区域53A以及源/漏区域53B和53C。栅极部53连接到选择线SEL1。此外，一个源/漏区域53B与构成放大晶体管TR1amp的另一个源/漏区域52C共用一个区域，并且另一个源/漏区域53C连接到信号线(数据输出线)VSL1(117)。
第二成像元件13包括设置在半导体基板70中的作为光电转换层的n型半导体区域41。包括纵型晶体管的传输晶体管TR2trs的栅极部45延伸到n型半导体区域41中，并且连接到传输栅极线TG2。此外，第二浮动扩散层FD2设置在传输晶体管TR2trs的栅极部45附近的半导体基板70的区域45C中。在n型半导体区域41中累积的电荷通过沿着栅极部45形成的传输沟道读出到第二浮动扩散层FD2中。
在第二成像元件13中，构成第二成像元件13的控制部的复位晶体管TR2rst、放大晶体管TR2amp和选择晶体管TR2sel进一步设置在半导体基板70的第一面侧。
复位晶体管TR2rst包括栅极部、沟道形成区域以及源/漏区域。复位晶体管TR2rst的栅极部连接到复位线RST2，并且复位晶体管TR2rst的一个源/漏区域连接到电源VDD，同时另一个源/漏区域也用作第二浮动扩散层FD2。
放大晶体管TR2amp包括栅极部、沟道形成区域以及源/漏区域。栅极部连接到复位晶体管TR2rst的另一个源/漏区域(第二浮动扩散层FD2)。另一方面，放大晶体管TR2amp的一个源/漏区域连接到电源VDD。
选择晶体管TR2sel包括栅极部、沟道形成区域以及源/漏区域。栅极部连接到选择线SEL2。另一方面，一个源/漏区域与构成放大晶体管TR2amp的另一个源/漏区域共用一个区域，并且选择晶体管TR2sel的另一个源/漏区域连接到信号线(数据输出线)VSL2。
第三成像元件15包括设置在半导体基板70中的作为光电转换层的n型半导体区域43。传输晶体管TR3trs的栅极部46连接到传输栅极线TG3。此外，第三浮动扩散层FD3设置在传输晶体管TR3trs的栅极部46附近的半导体基板70的区域46C中。累积在n型半导体区域43中的电荷通过沿着栅极部46形成的传输沟道46A读出到第三浮动扩散层FD3中。
在第三成像元件15中，构成第三成像元件15的控制部的复位晶体管TR3rst、放大晶体管TR3amp和选择晶体管TR3sel进一步设置在半导体基板70的第一面侧。
复位晶体管TR3rst包括栅极部、沟道形成区域以及源/漏区域。复位晶体管TR3rst的栅极部连接到复位线RST3，并且复位晶体管TR3rst的一个源/漏区域连接到电源VDD，而另一个源/漏区域也用作第三浮动扩散层FD3。
放大晶体管TR3amp包括栅极部、沟道形成区域以及源/漏区域。栅极部连接到复位晶体管TR3rst的另一个源/漏区域(第三浮动扩散层FD3)。另一方面，放大晶体管TR3amp的一个源/漏区域连接到电源VDD。
选择晶体管TR3sel包括栅极部、沟道形成区域以及源/漏区域。栅极部连接到选择线SEL3。另一方面，选择晶体管TR3sel的一个源/漏区域与构成放大晶体管TR3amp的另一个源/漏区域共用一个区域，并且选择晶体管TR3sel的另一个源/漏区域连接到信号线(数据输出线)VSL3。
复位线RST1、RST2和RST3，选择线SEL1、SEL2和SEL3以及传输栅极线TG2和TG3连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。信号线(数据输出线)VSL1、VSL2和VSL3连接到构成驱动电路的列信号处理电路113。
在n型半导体区域43与半导体基板70的前面70A之间设有p+层44，并且减少了暗电流的产生。在n型半导体区域41与n型半导体区域43之间形成有另一p+层42，此外，n型半导体区域43的侧面的一部分被p+层42包围。在半导体基板70的背面70B的侧面上形成有另外的p+层73，从p+层73至将要形成半导体基板70的内部的接触孔部61的部分形成有HfO2膜74和绝缘膜75。在层间绝缘层76中，尽管形成有跨越多个层的配线，但是省略这些配线的图示。
HfO2膜74是具有负的固定电荷的膜，并且可以通过设置如上所述的膜来减少暗电流的产生。需要注意的是，代替HfO2，还可以使用氧化铝(Al2O3)膜、氧化锆(ZrO2)膜、氧化钽(Ta2O5)膜、氧化钛(TiO2)膜、氧化镧(La2O3)膜、氧化镨(Pr2O3)膜、氧化铈(CeO2)膜、氧化钕(Nd2O3)膜、氧化钷(Pm2O3)膜、氧化钐(Sm2O3)膜、氧化铕(Eu2O3)膜、氧化钆(Gd2O3)膜、氧化铽(Tb2O3)膜、氧化镝(Dy2O3)膜、氧化钬(Ho2O3)膜、氧化铥(Tm2O3)膜、氧化镱(Yb2O3)膜、氧化镥(Lu2O3)膜、氧化钇(Y2O3)膜、氮化铪膜、氮化铝膜、氧氮化铪膜和氧氮化铝膜。作为所述膜的成膜方法，例如，可以列出CVD法、PVD法和ALD法。
图11示出了实施例1的固态成像装置的概念图。实施例1的固态成像装置100包括其中层叠型成像元件101以二维阵列状排列的成像区域111以及作为驱动电路(周边电路)的垂直驱动电路112、列信号处理电路113、水平驱动电路114、输出电路115、驱动控制电路116等。注意，理所当然的，这些电路可以包括已知电路并且可以使用其他电路构成(例如，在常规的CCD型固态成像装置或常规的CMOS型固态成像装置中使用的各种电路)来构造。需要注意的是，在图11中，用于层叠型成像元件101的附图标记“101”仅在一行中示出。
基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，驱动控制电路116生成用作垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114的操作基准的时钟信号和控制信号。然后，将所生成的时钟信号和控制信号输入到垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114。
例如，垂直驱动电路112包括移位寄存器，并且在垂直方向上以行为单位顺次选择性地扫描成像区域111中的各层叠型成像元件101。然后，将基于根据由各层叠型成像元件101接收的光量生成的电流(信号)的像素信号(图像信号)经由信号线(数据输出线)117和VSL发送到列信号处理电路113。
例如，列信号处理电路113针对层叠型成像元件101的每列配置，并且针对各成像元件，通过使用来自黑基准像素(尽管未示出，但是其形成在有效像素区域的周围)的信号，对从一行的层叠型成像元件101输出的图像信号进行诸如噪声去除和信号放大等信号处理。水平选择开关(未示出)设置在列信号处理电路113的输出段，以连接到水平信号线118。
例如，水平驱动电路114包括移位寄存器，顺次地输出水平扫描脉冲以顺次选择各列信号处理电路113，从而将信号从各个列信号处理电路113输出到水平信号线118。
输出电路115对经由水平信号线118从各列信号处理电路113顺次供给的信号进行信号处理，并输出处理后的信号。
如示出了实施例1的成像元件和层叠型成像元件的变形例(实施例1的变形例1)的等效电路图的图12所示，代替连接到电源VDD，复位晶体管TR1rst的另一个源/漏区域51B可以接地。
例如，可以通过以下方法来制造实施例1的成像元件和层叠型成像元件。具体地，首先准备SOI基板。然后，通过外延生长法在SOI基板的表面上形成第一硅层，并且在第一硅层上形成p+层73和n型半导体区域41。然后，通过外延生长法在第一硅层上形成第二硅层，并且在第二硅层中形成元件分离区域71、氧化膜72、p+层42、n型半导体区域43和p+层44。此外，在第二硅层中形成构成成像元件的控制部的各种晶体管等，并进一步在其上形成配线层62、层间绝缘层76和各种类型的配线，紧接着，将层间绝缘层76和支撑基板(未示出)贴合在一起。之后，去除SOI基板以露出第一硅层。需要注意的是，第二硅层的表面对应于半导体基板70的前面70A，并且第一硅层的表面对应于半导体基板70的背面70B。此外，将第一硅层和第二硅层统称为半导体基板70。接着，在半导体基板70的背面70B的侧形成用于形成各接触孔部61的开口部，并形成HfO2膜74、绝缘膜75和接触孔部61。此外，形成焊盘部63,64和33、层间绝缘层81、连接孔65,66和34、第一电极21、电荷累积用电极24、分离电极30以及绝缘层82。然后，使连接部67开口，并形成光电转换层23、第二电极22、保护层83和片上微透镜90。以这种方式，可以获得实施例1的成像元件和层叠型成像元件。
可选择地，虽然在图13中示出了实施例1的成像元件(示出了并排布置的两个成像元件)的变形例(实施例1的变形例2)的示意性局部断面图，但是光电转换层可以构成为下层半导体层23DN和上层光电转换层23UP的层叠结构。上层光电转换层23UP和下层半导体层23DN被多个成像元件公用。具体地，在多个成像元件中，形成一个上层光电转换层23UP和一个下层半导体层23DN。通过以这种方式设置下层半导体层23DN，可以防止例如在电荷累积时的电荷再结合。此外，可以提高在光电转换层23中累积的电荷到第一电极21的电荷传输效率。此外，可以临时地保持在光电转换层23中生成的电荷，并且可以控制电荷传输时机等。此外，可以抑制暗电流的产生。关于用于构成上层光电转换层23UP的材料，只要从构成光电转换层23的各种材料中适宜地选择就足够了。另一方面，作为用于构成下层半导体层23DN的材料，优选使用带隙能量的值较大(例如，带隙能量的值等于或高于3.0eV)并且比构成光电转换层的材料具有更高的迁移率的材料，具体地，例如，可以列出诸如IGZO等氧化物半导体材料。可选择地，作为用于构成下层半导体层23DN的材料，在将要累积的电荷是电子的情况下，可以列出电离电位比构成光电转换层的材料的电离电位大的材料。此外，构成下层半导体层的材料的杂质浓度优选等于或低于1×1018cm-3。需要注意的是，实施例1的变形例2的构成和结构可以适用于其他实施例。
实施例2
实施例2涉及根据本公开第一形式的固态成像装置。在图14和图15中示意性地示出了实施例2的固态成像装置中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极以及第二分离电极和第一电极的配置状态。需要注意的是，实施例2的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图基本上与图8类似，并且实施例2的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图基本上与图9和图10类似。在图15中，驱动电路(其指示从值VES-1到值VES-1’的变化)添加到一个成像元件块上。
实施例2的固态成像装置包括：
多个成像元件块10，各成像元件块包括P×Q个(其中P≥2且Q≥1，在实施例2中，P＝2且Q＝2)成像元件(光电转换元件)，其中沿第一方向配置有P个成像元件，并且沿与第一方向不同的第二方向配置有Q个成像元件，其中
各成像元件11包括：
第一电极21，
电荷累积用电极24，其与第一电极21隔开配置，
分离电极30，其与第一电极21和电荷累积用电极24隔开配置，并且围绕电荷累积用电极24，
光电转换层23，其形成为与第一电极21接触并且位于电荷累积用电极24的上方，绝缘层82夹设在该光电转换层和该电荷累积用电极之间，和
第二电极22，其形成在光电转换层23上，
分离电极30包括第一分离电极31A、第二分离电极31B和第三分离电极32，
第一分离电极31A在成像元件块中的至少沿着第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一电极21相邻但隔开配置，
第二分离电极31B配置在成像元件块中的成像元件和成像元件之间，和
第三分离电极32配置在成像元件块和成像元件块之间。
此外，在实施例2的固态成像装置中，第三分离电极32由相邻的成像元件块共用。
此外，如图14所示，在实施例2的固态成像装置中，
第一分离电极31A在成像元件块中的沿着第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一电极21相邻但隔开配置，和
第二分离电极31B配置在沿着第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间，并且在沿着第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一分离电极31A隔开配置。此外，在这种情况下，第二分离电极31B和第三分离电极32彼此连接。
此外，如图15所示，在实施例2的固态成像装置的变形例中，
第一分离电极31A在成像元件块中的沿着第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一电极21相邻但隔开配置，并且在沿着第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一电极21相邻但隔开配置，和
第二分离电极31B在沿着第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一分离电极31A隔开配置，并且在沿着第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间还与第一分离电极31A隔开配置。此外，在这种情况下，第二分离电极31B和第三分离电极32彼此连接。
第二分离电极31B和第三分离电极32由多个成像元件适宜地共用，并且在多个成像元件中同时控制第二分离电极31B和第三分离电极32。另一方面，在成像元件中单独控制第一分离电极31A。根据固态成像装置的驱动形态，有时在多个成像元件中同时控制成像元件块中的第一分离电极31A。
此外，在实施例2的固态成像装置中，类似于上面结合实施例1所说明的，第一分离电极31A的电位为固定值VES-1，并且第二分离电极31B的电位和第三分离电极32的电位也都为固定值VES-2，或者第一分离电极31A的电位从固定值VES-1变化(具体地，变为固定值VES-1’)，同时第二分离电极31B的电位和第三分离电极32的电位为固定值VES-2。于是，满足|VES-2|>|VES-1|或|VES-2|＝|VES-1|。
第一分离电极31A、第二分离电极31B和第三分离电极32经由其间的绝缘层82设置在与光电转换层23的位于相邻成像元件11之间的区域相对的区域中。具体地，第一分离电极31A、第二分离电极31B和第三分离电极32分别是下方第一分离电极、下方第二分离电极和下方第三分离电极。尽管第一分离电极31A、第二分离电极31B和第三分离电极32以与第一电极21或电荷累积用电极24相同的水平形成，但是它们可以以不同的水平形成。
此外，在实施例2的固态成像装置中，第一电极21由构成成像元件块的P×Q个成像元件共用。然后，各成像元件块包括控制部，控制部至少包括浮动扩散层和放大晶体管，并且共用的第一电极21连接到控制部。由此，可以简化和细化其中排列有多个成像元件的像素区域中的构成和结构。针对一个浮动扩散层设置的P×Q个成像元件可以包括多个第一类型的成像元件，或者可以包括至少一个第一类型的成像元件和一个或两个以上的后述的第二类型的成像元件。
此外，实施例2的固态成像装置包括具有上面结合实施例1所说明的至少一个成像元件11的层叠型成像元件。此外，在如上所述的实施例2的这种固态成像装置中，在多个成像元件块的下方设有至少一层(具体地，两层)的下方成像元件块，
下方成像元件块包括多个成像元件(具体地，其中沿着第一方向配置有P个成像元件并且沿着第二方向配置有Q个成像元件的P×Q个成像元件)，和
由构成成像元件块的成像元件接收的光的波长和由构成下方成像元件块的成像元件接收的光的波长彼此不同。构成下方成像元件块的多个(具体地，P×Q个)成像元件包括共用的浮动扩散层。此外，在第三分离电极32的控制下，抑制了在光电转换层23中累积的电荷在相邻成像元件块中的成像元件之间的移动。
由于可以使实施例2的固态成像装置的操作与实施例1的固态成像装置的操作基本类似，所以虽然省略了详细说明，但是在采用其中在分离电极30的控制下四个成像元件中累积的电荷被分别读出总共四次的第一模式的读出方式的情况下，当将三个成像元件置于电荷累积状态而读出剩下的一个成像元件时，将要从其读出电荷的成像元件中的各种电极的电位设定为V12>VES-1>V32>VES-2或V12>VES-1’>V32>VES-2，并且不从其读出电荷的成像元件中的各种电极的电位设定为V12>V32>VES-1>VES-2或V12>V32>VES-1’>VES-2。需要注意的是，在图5B、图5C、图6A和图6B中，用点划线表示不从其读出电荷的这种成像元件中的电荷累积用电极24的电位。以这种方式，抑制了不从其读出电荷的成像元件中累积的电荷移动到第一电极21。在完成一个成像元件的电荷读出之后，剩下的三个成像元件中的一个被类似地操作以读出电荷。只要进行如上所述的这种操作总共四次就足够了。
另一方面，在采用其中四个成像元件中累积的电荷被同时读出总共一次的第二模式的读出方式的情况下，处于电荷累积状态的四个成像元件中的各种电极的电位同时设定为V12>VES-1>V32>VES-2或V12>VES-1’>V32>VES-2。由此，在四个成像元件中累积的电荷可以在相同的时机移动到第一电极21。
在实施例2的固态成像装置中，由于第一分离电极在成像元件块中的沿着第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一电极相邻但隔开配置，并且第二分离电极配置在成像元件块中的成像元件和成像元件之间，而第三分离电极配置在成像元件块和成像元件块之间，所以在成像元件的操作中，在第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极的控制下，可以可靠地减少相邻成像元件之间的电荷的移动。此外，在光电转换层中累积的电荷可以顺利地传输到第一电极。此外，可以实现因饱和电荷量不减少而引起的饱和电荷量的改善以及在电荷传输时剩余电荷的减少和高光溢出的发生的减少之间的平衡。
实施例3
实施例3是实施例1和实施例2的变形例。实施例3可以形成为使得第一分离电极31A和第二分离电极31B或者第一分离电极31A、第二分离电极31B和第三分离电极32与第二电极22隔开地设置在光电转换层23上。换言之，分离电极是上方分离电极。
在图16A示出了实施例3的成像元件(并排布置的两个成像元件)的示意性局部断面图。在实施例3的成像元件中，在光电转换层23的位于相邻成像元件之间的区域23’上，代替形成第二电极22，形成上方第一分离电极和上方第二分离电极(统称为“分离电极35”)。分离电极35与第二电极22隔开设置。换言之，针对各成像元件设置第二电极22，并且分离电极35与第二电极22隔开地设置在光电转换层23的一部分上，使得分离电极围绕第二电极22的至少一部分。分离电极35以与第二电极22相同的水平形成。例如，只要分离电极35具有类似于分离电极30的平面形状就足够了。
具体地，分离电极30的正交投影图像与第一电极21的正交投影图像和电荷累积用电极24的正交投影图像隔开布置并且围绕电荷累积用电极24的正交投影图像，并且第一分离电极31A的正交投影图像位于第一电极21的正交投影图像和第二分离电极31B的正交投影图像之间。在一些情况下，第二分离电极31B的正交投影图像的一部分和电荷累积用电极24的正交投影图像的一部分可以彼此重叠。可选择地，第一分离电极31A的正交投影图像在成像元件块中的至少沿着第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与第一电极21的正交投影图像相邻但隔开布置，并且第二分离电极31B配置在成像元件块中的成像元件和成像元件之间，而第三分离电极32配置在成像元件块和成像元件块之间。
可以通过首先在光电转换层23上形成将要构成第二电极22和分离电极35的材料层、然后对该材料层进行图案化来获得第二电极22和分离电极35。第二电极22和分离电极35分别连接到不同的配线(未示出)，各配线连接到驱动电路。连接到第二电极22的配线被多个成像元件公用。此外，类似于上面结合实施例1和实施例2所说明的分离电极，连接到分离电极35的配线被多个成像元件适宜地公用。
在包括第二电极22和分离电极35的光电转换层23上形成有绝缘膜(未示出)，并且在第二电极22上方的绝缘膜中形成有连接到第二电极22的接触孔(未示出)。此外，在绝缘膜上设有连接到接触孔的配线VOU(未示出)。
此外，可以使实施例3的固态成像装置的操作与实施例1的固态成像装置的操作基本类似，因此，省略对操作的详细说明。然而，将要施加到分离电极35的电位设定为低于将要施加到第二电极22的电位。
如上所述，在实施例3的成像元件中，由于在光电转换层的位于相邻成像元件之间的区域上，代替形成第二电极，形成有分离电极，所以可以通过分离电极来减少通过光电转换产生的电荷流入到相邻成像元件中。因此，所捕获的视频(图像)不会遭受质量劣化。
在图16B中示出了实施例3的成像元件(并排布置的两个成像元件)的变形例(变形例1)的示意性局部断面图。在变形例1中，针对各成像元件设置第二电极22，并且分离电极35与第二电极22隔开设置，使得其围绕第二电极22的至少一部分。在分离电极35的下方，存在电荷累积用电极24的一部分，此外，在分离电极(上部分离电极)35的下方，设有分离电极(下部分离电极)30。第二电极22的与分离电极35相对的区域位于第一电极侧。电荷累积用电极24被分离电极35包围。
此外，如示出了实施例3的成像元件(并排布置的两个成像元件)的示意性局部断面图的图17A所示，第二电极22可以分割为多个部分，并且可以单独地将不同的电位施加到各分割的第二电极22。此外，如图17B所示，分离电极35可以设置在分割的第二电极22和分割的第二电极22之间。
实施例4
实施例4是实施例1至实施例3的变形例。其示意性局部断面图示出在图18中的实施例4的成像元件和层叠型成像元件是前面照射型的成像元件和层叠型成像元件，并且构成为使得三个成像元件被层叠，这三个成像元件是包括吸收绿色光的第一类型的绿色光电转换层并对绿色光敏感的第一类型的实施例1的绿色光用成像元件(第一成像元件)、包括吸收蓝色光的第二类型的蓝色光电转换层并对蓝色光敏感的第二类型的常规的蓝色光用成像元件(第二成像元件)以及包括吸收红色光的第二类型的红色光电转换层并对红色光敏感的第二类型的常规的红色光用成像元件(第三成像元件)。这里，红色光用成像元件(第三成像元件)和蓝色光用成像元件(第二成像元件)设置在半导体基板70内，使得第二成像元件相对于第三成像元件位于光入射侧。此外，绿色光用成像元件(第一成像元件)设置在蓝色光用成像元件(第二成像元件)的上方。
在半导体基板70的前面70A侧，类似于实施例1中一样，设有构成控制部的各种晶体管。晶体管可以构造和构成为基本上类似于上面结合实施例1所说明的晶体管。此外，尽管在半导体基板70上设有第二成像元件和第三成像元件，但是这些成像元件也可以构造和构成为基本上类似于上面结合实施例1所说明的第二成像元件和第三成像元件。
在半导体基板70的前面70A上形成有层间绝缘层77和78，并且在层间绝缘层78上设有构成实施例1的成像元件的光电转换部(第一电极21、光电转换层23和第二电极22)和电荷累积用电极24等。
以这种方式，因为除了成像元件和层叠型成像元件是前面照射型，可以使实施例4的成像元件和层叠型成像元件的构成和结构类似于实施例1至实施例3的成像元件和层叠型成像元件的构成和结构，所以省略他们的详细说明。
实施例5
实施例5是实施例1至实施例4的变形例。
其示意性局部断面图示出在图19中的实施例5的成像元件和层叠型成像元件是背面照射型的成像元件和层叠型成像元件，并且构成为使得第一类型的实施例1的第一成像元件和第二类型的第二成像元件这两个成像元件被层叠。此外，其示意性局部断面图示出在图20中的实施例5的成像元件和层叠型成像元件的变形例是前面照射型的成像元件和层叠型成像元件，并且构成为使得第一类型的实施例1的第一成像元件和第二类型的第二成像元件这两个成像元件被层叠。这里，第一成像元件吸收原色的光，并且第二成像元件吸收互补色的光。可选择地，第一成像元件吸收白色光，并且第二成像元件吸收红外线。
其示意性局部断面图示出在图21中的实施例5的成像元件的变形例是背面照射型的成像元件，并且包括第一类型的实施例1的第一成像元件。另一方面，其示意性局部断面图示出在图22中的实施例5的成像元件的变形例是前面照射型的成像元件，并且包括第一类型的实施例1的第一成像元件。这里，第一成像元件包括吸收红色光的成像元件、吸收绿色光的成像元件和吸收蓝色光的成像元件这三种成像元件。
此外，根据本公开第一形式的固态成像装置包括多个这样的成像元件。作为多个这样的成像元件的配置，拜耳阵列是适用的。在各成像元件的光入射侧，在需要时，设置用于进行蓝色、绿色和红色光谱分离的滤色器。
需要注意的是，也可以使用如下的形态：代替设置第一类型的实施例1的一个成像元件，层叠两个这样的成像元件(即，其中层叠两个光电转换部并且在半导体基板上设有用于两个成像元件的控制部的形态)或者使用如下的另一种形态：层叠三个这样的成像元件(即，其中层叠三个光电转换部并且在半导体基板上设有用于三个成像元件的控制部的形态)。在下表中例示了具有第一类型的成像元件和第二类型的成像元件的层叠结构的示例。
实施例6
实施例6是实施例1至实施例5的变形，并且涉及包括传输控制用电极(电荷传输电极)的本公开的成像元件。在图23中示出了实施例6的成像元件和层叠型成像元件的一部分的示意性局部断面图，并且在图24和图25的每个中示出了实施例6的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。
实施例6的成像元件和层叠型成像元件在第一电极21和电荷累积用电极24之间还包括与第一电极21和电荷累积用电极24隔开配置并且经由其间的绝缘层82与光电转换层23对向配置的传输控制用电极(电荷传输电极)25。传输控制用电极25经由设置在层间绝缘层81内的连接孔68B、焊盘部68A和配线VOT连接到构成驱动电路的像素驱动电路。
在电荷累积期间中，从驱动电路将电位V11供给到第一电极21；将电位V31供给到电荷累积用电极24；并且将电位V41供给到传输控制用电极25。通过光入射到光电转换层23中而在光电转换层23中发生光电转换。经由配线VOU将通过光电转换产生的空穴从第二电极22发送到驱动电路。另一方面，由于第一电极21的电位设定为高于第二电极22的电位，即，例如，由于将正电位施加到第一电极21并且将负电位施加到第二电极22，所以满足V31>V41(例如，V31>V11>V41或V11>V31>V41)。因此，通过光电转换生成的电子被吸引到电荷累积用电极24，并停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中。换言之，电荷在光电转换层23中累积。由于满足V31>V41，所以可以可靠地防止在光电转换层23的内部生成的电子朝向第一电极21移动。随着光电转换的时间流逝，光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中的电位的值变为更负侧的值。
在电荷累积期间的后期中执行复位操作。结果，第一浮动扩散层FD1的电位被复位，并且第一浮动扩散层FD1的电位变成电源的电位VDD。
在完成复位操作之后，执行电荷的读出。具体地，在电荷传输期间中，从驱动电路将电位V12施加到第一电极21；将电位V32施加到电荷累积用电极24；并且将电位V42施加到传输控制用电极25。这里，假设满足V32≤V42≤V12。由此，停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中的电子被可靠地读出到第一电极21中，进而被可靠地读出到第一浮动扩散层FD1中。换言之，在光电转换层23中累积的电荷被读出到控制部中。
以上述方式，完成了诸如电荷累积、复位操作和电荷传输等的一系列操作。
在将电子读出到第一浮动扩散层FD1中之后的放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与常规的晶体管的操作相同。此外，第二成像元件和第三成像元件的诸如电荷累积、复位操作和电荷传输等的一系列操作与诸如电荷传输、复位操作和电荷传输等的常规的一系列操作类似。
代替连接到电源VDD，复位晶体管TR1rst的另一个源/漏区域51B可以接地。
实施例7
实施例7是实施例1至实施例6的变形，并且涉及包括多个电荷累积用电极段的本公开的成像元件。
在图26中示出了实施例7的成像元件的一部分的示意性局部断面图；在图27和图28中示出了实施例7的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图；在图29示出了构成实施例7的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的示意性配置图。
在实施例7中，电荷累积用电极24包括多个电荷累积用电极段24A,24B和24C。只要电荷累积用电极段的数量等于或大于两个就足够了，并且在实施例7中为“3”。此外，尽管在实施例7的成像元件和层叠型成像元件中，将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个，但是由于第一电极21的电位高于第二电极22的电位，即，例如，由于将正电位施加到第一电极21并且将负电位施加到第二电极22，所以在电荷传输期间中，施加到位于最靠近第一电极21的位置处的电荷累积用电极段(第一光电转换部段)24A的电位高于施加到位于最远离第一电极21的位置处的电荷累积用电极段(第N光电转换部段)24C的电位。通过以这种方式向电荷累积用电极24提供电位梯度，将停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中的电子以更高的可靠性读出到第一电极21中，进而读出到第一浮动扩散层FD1中。换言之，在光电转换层23中累积的电荷被读出到控制部中。
代替连接到电源VDD，复位晶体管TR1rst的另一个源/漏区域51B可以接地。
实施例8
实施例8是实施例1至实施例7的变形，并且涉及第一构成和第六构成的成像元件。
在图30中示出了实施例8的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图，在图31中示出了其中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分被放大的示意性局部断面图。
这里，在后述的实施例8的成像元件或者实施例9至实施例13的成像元件中，
光电转换部包括N个(其中N≥2)光电转换部段(具体地，三个光电转换部段201,202和203)，
光电转换层23包括N个光电转换层段(具体地，三个光电转换层段231,232和233)，
绝缘层82包括N个绝缘层段(具体地，三个绝缘层段821,822和823)，
在实施例8至实施例10中，电荷累积用电极24包括N个电荷累积用电极段(具体地，在这些实施例中，三个电荷累积用电极段241、242和243)，
在实施例11和实施例12中以及在一些情况下的实施例10中，电荷累积用电极24包括彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段(具体地，三个电荷累积用电极段241,242和243)，
第n(其中n＝1,2,3,...,N)光电转换部段20n包括第n电荷累积用电极段24n、第n绝缘层段82n和第n光电转换层段23n，和
具有更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极21的位置。
另外，实施例8的成像元件或者后述的实施例9和实施例12中的每个的成像元件构造成使得：
其包括光电转换部，该光电转换部包括彼此层叠的第一电极21、光电转换层23和第二电极22，
光电转换部还包括与第一电极21隔开配置并且经由其间的绝缘层82与光电转换层23对向配置的电荷累积用电极24，和
其中电荷累积用电极24、绝缘层82和光电转换层23的层叠方向被定义为Z方向，并且远离第一电极21的方向被定义为X方向，当沿着YZ假想平面切断层叠有电荷累积用电极24、绝缘层82和光电转换层23的层叠部分时，层叠部分的截面积依据距第一电极21的距离而变化。
此外，在实施例8的成像元件中，绝缘层段的厚度在从第一光电转换部段201到第N光电转换部段20N的范围内逐渐变化。具体地，绝缘层段的厚度逐渐增厚。另外，在实施例8的成像元件中，层叠部分的断面的宽度是固定的，并且层叠部分的断面的厚度，具体地，绝缘层段的厚度，依据距第一电极21的距离而逐渐增厚。需要注意的是，绝缘层段的厚度阶梯状增厚。第n光电转换部段20n内的绝缘层段82n的厚度是固定的。在第n光电转换部段20n中的绝缘层段82n的厚度用“1”表示的情况下，2～10可以例示为第(n+1)光电转换部段20(n+1)中的绝缘层段82(n+1)的厚度。然而，绝缘层段82n的厚度不限于如上所述的值。在实施例8中，通过使电荷累积用电极段241,242和243的厚度逐渐变薄，绝缘层段821,822和823的厚度逐渐变厚。光电转换层段231,232和233的厚度是固定的。
在下文中，对实施例8的成像元件的操作进行说明。
在电荷累积期间中，从驱动电路将电位V11施加到第一电极21，并且将电位V31施加到电荷累积用电极24。通过光入射到光电转换层23中而在光电转换层23中引起光电转换。经由配线VOU将通过光电转换产生的空穴从第二电极22发送到驱动电路。另一方面，由于第一电极21的电位设定为高于第二电极22的电位，即，由于将正电位施加到第一电极21并且将负电位施加到第二电极22，所以满足V31≥V11，优选地，V31>V11。由此，通过光电转换生成的电子被吸引到电荷累积用电极24，并停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中。换言之，电荷在光电转换层23中累积。由于满足V31>V11，所以在光电转换层23的内部生成的电子不会朝向第一电极21移动。随着光电转换的时间流逝，光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域的电位变成变成更负侧的值。
由于实施例8的成像元件采用绝缘层段的厚度逐渐增厚的构成，所以如果在电荷累积期间中出现如V31≥V11这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段20(n+1)相比，第n光电转换部段20n可以累积更多的电荷，并且施加更强的电场，从而可以可靠地防止从第一光电转换部段201到第一电极21的电荷的流动。
在电荷累积期间的后期中执行复位操作。由此，第一浮动扩散层FD1的电位被复位，并且第一浮动扩散层FD1的电位变为电源的电位VDD。
在完成复位操作之后，执行电荷的读出。具体地，在电荷传输期间中，从驱动电路将电位V12施加到第一电极21，并且将电位V32施加到电荷累积用电极24。这里，假设V12>V32成立。由此，停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中的电子被读出到第一电极21中，进而被读出到第一浮动扩散层FD1中。换言之，在光电转换层23中累积的电荷被读出到控制部中。
更具体地，如果在电荷传输期间中出现如V12>V32这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段201到第一电极21的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段20(n+1)到第n光电转换部段20n的电荷的流动。
以上述方式，完成了如电荷累积、复位操作和电荷传输等的一系列操作。
在实施例8的成像元件中，由于绝缘层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化，或者由于当沿着YZ假想平面切断层叠有电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠部分时，层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，因此形成了一种电荷传输梯度，并且可以更容易且更可靠地传输通过光电转换产生的电荷。
由于可以通过与实施例1的成像元件的制造方法基本类似的方法来制造实施例8的成像元件和层叠型成像元件，因此省略该方法的详细说明。
需要注意的是，在实施例8的成像元件中，在形成第一电极21、电荷累积用电极24和绝缘层82时，首先在层间绝缘层81上形成用于形成电荷累积用电极243的导电材料层，然后对导电材料层进行图案化，以将导电材料层留在其中将要形成光电转换部段201,202和203以及第一电极21的区域中，并且可以获得第一电极21的一部分和电荷累积用电极243。然后，在整个表面上形成用于形成绝缘层段823的绝缘层，进行图案化处理，然后，进行平坦化处理，从而可以获得绝缘层段823。然后，在整个表面上形成用于形成电荷累积用电极242的导电材料层，然后对导电材料层进行图案化，以将导电材料层留在其中将要形成光电转换部段201和202以及第一电极21的区域中，由此可以获得第一电极21的一部分和电荷累积用电极242。然后，在整个表面上形成用于形成绝缘层段822的绝缘层，进行图案化处理，然后，进行平坦化处理，从而可以获得绝缘层段822。然后，在整个表面上形成用于形成电荷累积用电极241的导电材料层，然后对导电材料层进行图案化，以将导电材料层留在其中将要形成光电转换部段201和第一电极21的区域中，由此可以获得第一电极21和电荷累积用电极241。然后，在整个表面上形成绝缘层，并进行平坦化处理，从而可以获得绝缘层段821(绝缘层82)。然后，在绝缘层82上形成光电转换层23。以这种方式，可以获得光电转换部段201,202和203。
代替连接到电源VDD，复位晶体管TR1rst的另一个源/漏区域51B可以接地。
实施例9
实施例9的成像元件涉及本公开的第二构成和第六构成的成像元件。如示出了其中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分以放大比例展示的示意性局部断面图的图32所示，在实施例9的成像元件中，光电转换层段的厚度在从第一光电转换部段201到第N光电转换部段20N的范围内逐渐变化。另外，在实施例9的成像元件中，在层叠部分的断面的厚度，具体地，光电转换层段的厚度依据距第一电极21的距离而逐渐增厚的同时，层叠部分的断面的宽度是固定的。更具体地，光电转换层段的厚度逐渐增厚。需要注意的是，光电转换层段的厚度阶梯状增厚。第n光电转换部段20n内的光电转换层段23n的厚度是固定的。在第n光电转换部段20n中的光电转换层段23n的厚度为“1”的情况下，2～10可以例示为第(n+1)光电转换部段20(n+1)中的光电转换层段23(n+1)的厚度。然而，厚度不限于如上所述的值。在实施例9中，通过使电荷累积用电极段241,242和243的厚度逐渐变薄，光电转换层段231,232和233的厚度逐渐变厚。绝缘层段821,822和823的厚度是固定的。
在实施例9的成像元件中，由于光电转换层段的厚度逐渐增厚，所以如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段20(n+1)相比，将更强的电场施加到第n光电转换部段20n，并且可以可靠地防止从第一光电转换部段201到第一电极21的电荷的流动。然后，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段201到第一电极21的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段20(n+1)到第n光电转换部段20n的电荷的流动。
以这种方式，在实施例9的成像元件中，由于光电转换层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化，或者由于当沿着YZ假想平面切断层叠有电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠部分时，层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，所以形成了一种电荷传输梯度，并且可以更容易且更可靠地传输通过光电转换产生的电荷。
在实施例9的成像元件中，在形成第一电极21、电荷累积用电极24、绝缘层82和光电转换层23时，首先在层间绝缘层81上形成用于形成电荷累积用电极243的导电材料层，并对导电材料层进行图案化，以将导电材料层留在其中将要形成光电转换部段201,202和203以及第一电极21的区域中，由此可以获得第一电极21的一部分和电荷累积用电极243。然后，在整个表面上形成用于形成电荷累积用电极242的导电材料层，并对导电材料层进行图案化，以将导电材料层留在其中将要形成光电转换部段201和202以及第一电极21的区域中，由此可以获得第一电极21的一部分和电荷累积用电极242。然后，在整个表面上形成用于形成电荷累积用电极241的导电材料层，并对导电材料层进行图案化，以将导电材料层留在其中将要形成光电转换部段201和第一电极21的区域中，由此可以获得第一电极21和电荷累积用电极241。然后，在整个表面上共形地形成绝缘层82。然后，在绝缘层82上形成光电转换层23，并对光电转换层23进行平坦化处理。以这种方式，可以获得光电转换部段201,202和203。
实施例10
实施例10涉及第三构成的成像元件。在图33中示出了实施例10的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。在实施例10的成像元件中，构成绝缘层段的材料在相邻的光电转换部段之间是不同的。这里，构成绝缘层段的材料的相对介电常数的值在从第一光电转换部段201到第N光电转换部段20N的范围内逐渐减小。在实施例10的成像元件中，可以将相同的电位施加到所有N个电荷累积用电极段上，或者可以将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个上。在后一种情况下，类似于在实施例11中所说明的，只要彼此隔开配置的电荷累积用电极段241,242和243分别经由焊盘部641,642和643连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112就足够了。
然后，通过采用如上所述的构成，形成了一种电荷传输梯度，并且如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段相比，第n光电转换部段可以累积更多的电荷。然后，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段到第一电极的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段到第n光电转换部段的电荷的流动。
实施例11
实施例11涉及第四构成的成像元件。在图34中示出了实施例11的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。在实施例11的成像元件中，构成电荷累积用电极段的材料在相邻的光电转换部段之间是不同的。这里，构成绝缘层段的材料的功函数的值在从第一光电转换部段201到第N光电转换部段20N的范围内逐渐增加。在实施例11的成像元件中，可以将相同的电位施加到所有N个电荷累积用电极段上，或者可以将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个上。在后一种情况下，电荷累积用电极段241,242和243分别经由焊盘部641,642和643连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。
实施例12
实施例12的成像元件涉及第五构成的成像元件。在图35A、图35B、图36A和图36B中示出了实施例12中的电荷累积用电极段的示意性平面图。实施例12的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图与在图34或图37中示出的类似。在实施例12的成像元件中，电荷累积用电极段的面积在从第1光电转换部段201到第N光电转换部段20N的范围内逐渐减小。在实施例12的成像元件中，可以将相同的电位施加到所有N个电荷累积用电极段上，或者可以将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个上。具体地，类似于在实施例11中所说明的，只要彼此隔开配置的电荷累积用电极段241,242和243分别经由焊盘部641,642和643连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112就足够了。
在实施例12中，电荷累积用电极24包括多个电荷累积用电极段241,242和243。只要电荷累积用电极段的数量等于或大于两个就足够了，并且在实施例12中为“3”。此外，在实施例12的成像元件和层叠型成像元件中，由于第一电极21的电位高于第二电极22的电位，即，例如，由于将正电位施加到第一电极21并且将负电位施加到第二电极22，所以在电荷传输期间中，施加到位于最靠近第一电极21的位置处的电荷累积用电极段241的电位高于施加到位于最远离第一电极21的位置处的电荷累积用电极段243的电位。通过以这种方式向电荷累积用电极24提供电位梯度，将停留在光电转换层23的与电荷累积用电极24相对的区域中的电子以更高的可靠性读出到第一电极21中，进而读出到第一浮动扩散层FD1中。换言之，在光电转换层23中累积的电荷被读出到控制部中。
然后，在电荷传输期间中，通过设定成使得电荷累积用电极段243的电位<电荷累积用电极段242的电位<电荷累积用电极段241的电位，停留在光电转换层23的区域中的电子可以全部同时读出到第一浮动扩散层FD1中。另外，在电荷传输期间中，由于电荷累积用电极段243的电位、电荷累积用电极段242的电位以及电荷累积用电极段241的电位逐渐变化(即，以阶梯状或倾斜状变化)，因此停留在光电转换层23的与电荷累积用电极段243相对的区域中的电子可以移动到光电转换层23的与电荷累积用电极段242相对的区域中，停留在光电转换层23的与电荷累积用电极段242相对的区域中的电子可以移动到光电转换层23的与电荷累积用电极段241相对的区域中，并且然后，停留在光电转换层23的与电荷累积用电极段241相对的区域中的电子可以可靠地读出到第一浮动扩散层FD1中。
代替连接到电源VDD，复位晶体管TR3rst的另一个源/漏区域51B可以接地。
此外，在实施例12的成像元件中，通过采用如上所述的构成，形成了一种电荷传输梯度。具体地，由于电荷累积用电极段的面积在从第一光电转换部段201到第N光电转换部段20N的范围内逐渐减小，所以如果在电荷累积期间中进入如V31≥V11这样的状态，则与第(n+1)光电转换部段相比，第n光电转换部段可以累积更多的电荷。然后，如果在电荷传输期间中进入如V32<V12这样的状态，则可以可靠地确保从第一光电转换部段到第一电极的电荷的流动以及从第(n+1)光电转换部段到第n光电转换部段的电荷的流动。
实施例13
实施例13涉及第六构成的成像元件。在图37中示出了实施例13的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。此外，在图38A和图38B中示出了实施例13中的电荷累积用电极段的示意性平面图。实施例13的成像元件包括其中层叠有第一电极21、光电转换层23和第二电极22的光电转换部，并且光电转换部还包括与第一电极21隔开配置并且经由其间的绝缘层82与光电转换层23对向配置的电荷累积用电极24。此外，在电荷累积用电极24、绝缘层82和光电转换层23的层叠方向被定义为Z方向，并且远离第一电极21的方向被定义为X方向的情况下，当沿着YZ假想平面切断层叠有电荷累积用电极24、绝缘层82和光电转换层23的层叠部分时，层叠部分的截面积依据距第一电极21的距离而变化。
具体地，在实施例13的成像元件1中，层叠部分的断面的厚度是固定的，并且层叠部分的断面的宽度随着距第一电极21的距离的增加而变窄。需要注意的是，宽度可以连续变窄(参照图38A)或者可以阶梯状变窄(参照图38B)。
以这种方式，在实施例12的成像元件中，由于当沿着YZ假想平面切断层叠有电荷累积用电极24、绝缘层82和光电转换层23的层叠部分时，层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，所以形成了一种电荷传输梯度，并且可以更容易且更可靠地传输通过光电转换产生的电荷。
尽管上面基于优选的实施例说明了本公开，但是本公开不限于所述实施例。结合实施例说明的成像元件、层叠型成像元件和固态成像装置的结构和构成、制造条件、制造方法以及所使用的材料是示例性的，并且可以适宜地修改。各实例例的成像元件可以适宜地组合。例如，可以任选地组合实施例8的成像元件、实施例9的成像元件、实施例10的成像元件、实施例11的成像元件和实施例12的成像元件，并且可以任选地组合实施例8的成像元件、实施例9的成像元件、实施例10的成像元件、实施例11的成像元件和实施例13的成像元件。
尽管在实施例中，一个成像元件块包括2×2的成像元件，但是一个成像元件块的数量不限于此，并且例如，一个成像元件块还能够包括2×1的成像元件、3×3的成像元件、4×4的成像元件等。第一方向可以是固态成像装置的成像元件阵列中的行方向或列方向。
在一些情况下，还能够使得浮动扩散层FD1,FD2和FD3、复位晶体管TR1rst的一个源/漏区域51C、在传输晶体管TR2trs的栅极部45附近的半导体基板70的区域45C以及在传输晶体管TR3trs的栅极部46附近的半导体基板70的区域46C由多个成像元件共用。
例如，如示出了结合实施例1说明的成像元件和层叠型成像元件的变形例的图39所示，第一电极21可以构造成使得其在设置于绝缘层82中的开口部84A内延伸并且连接到光电转换层23。
可选择地，例如，在如示出了上面结合实施例1所说明的成像元件和层叠型成像元件的变形例的图40所示以及作为以放大比例示出第一电极的一部分等的示意性局部断面图的图41所示的情况下，第一电极21的顶面的边缘部被绝缘层82覆盖，并且第一电极21在开口部84B的底面上露出。在绝缘层82的与第一电极21的顶面接触的表面是第一面82p而绝缘层82的与光电转换层23的面对电荷累积用电极24的部分接触的表面是第二面82q的情况下，开口部84B的侧面具有从第一面82p向第二面82q扩展的倾斜。通过以这种方式向开口部84B的侧面设置倾斜，从光电转换层23到第一电极21的电荷的移动变得更顺利。需要注意的是，尽管在图41A所示的示例中，开口部84B的侧面相对于作为中心的开口部84B的轴线旋转对称，但是如图41B所示，开口部84C可以设置成使得具有从第一面82p向第二面82q扩展的倾斜的开口部84C的侧面位于电荷累积用电极24侧。由此，使得电荷难于经由开口部84C从在电荷累积用电极24的相对侧的光电转换层23的部分移动。此外，虽然开口部84B的侧面具有从第一面82p向第二面82q扩展的倾斜，但是在第二面82q中开口部84B的侧面的边缘部可以如图41A所示相对于第一电极21的边缘部位于外侧，或者可以如图41C所示相对于第一电极21的边缘部位于内侧。在采用前一种构成的情况下，电荷的传输变得更加容易，在采用后一种构成的情况下，可以减小开口部的形成时形状的变化。
如上所述的这种开口部84B和84C可以分别通过如下来形成：使由当通过蚀刻法在绝缘层中形成开口部时形成的抗蚀剂材料制成的蚀刻掩模回流，使得蚀刻掩模的开口侧面倾斜，然后，通过使用蚀刻掩模在绝缘层82上进行蚀刻。
此外，例如，如示出了上面结合实施例1所说明的成像元件和层叠型成像元件的变形例的图42所示，成像元件和层叠型成像元件可以构造成使得光从第二电极22的侧面入射并且在第二电极22的光入射侧形成有遮光层92。需要注意的是，还能够使设置在光电转换层的光入射侧的各种配线用作遮光层。
需要注意的是，尽管在图42所示的示例中，遮光层92形成在第二电极22的上方，即，尽管遮光层92形成在第二电极22的光入射侧且在第一电极21的上方，但是如图43所示，遮光层92也可以配置在第二电极22的光入射侧的表面上。此外，在一些情况下，如图44所示，遮光层92可以形成在第二电极22中。
可选择地，还能够采用使得光从第二电极22侧入射但是光不入射到第一电极21的结构。具体地，如图42所示，遮光层92形成在第一电极21的上方并且在第二电极22的光入射侧。可选择地，如图46所示，可以使用这样的结构：在电荷累积用电极24和第二电极22的上方设有片上微透镜90，使得入射到片上微透镜90的光收集在电荷累积用电极24上但不到达第一电极21。需要注意的是，在如上面结合实施例6所说明的设有传输控制用电极25的情况下，能够采用光不入射到第一电极21和传输控制用电极25的形态，并且具体地，如图45所示，还能够采用在第一电极21和传输控制用电极25的上方形成遮光层92的结构。可选择地，还能够采用入射到片上微透镜90的光不到达第一电极21或者不到达第一电极21和传输控制用电极25的结构。
通过采用如上所述的这样的构成或结构，或者通过将遮光层92设置成或片上微透镜90设计成使得光仅入射到位于电荷累积用电极24上方的光电转换层23的部分，位于第一电极21的上方(或者第一电极21和传输控制用电极25的上方)的光电转换层23的部分未对光电转换做出贡献。因此，可以以更高的精度使所有像素同时复位，并且可以更容易地实现全局快门功能。具体地，在用于包括多个具有如上所述的这种构成或结构的成像元件的固态成像装置的驱动方法中，重复以下步骤：
在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层23中的同时，第一电极21中的电荷同时排出到系统的外部，然后，
在所有成像元件中，在光电转换层23中累积的电荷同时传输到第一电极21，并且在传输完成之后，传输到第一电极21的电荷在各成像元件中顺次读出。
在用于固态成像装置的这种驱动方法中，各成像元件构成为使得从第二电极侧入射的光不入射到第一电极，并且在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层中的同时，第一电极中的电荷同时排出到系统的外部。因此，在所有的成像元件中，可以可靠地使第一电极同时复位。之后，在所有成像元件中，在光电转换层中累积的电荷同时传输到第一电极，并且在传输完成之后，传输到第一电极的电荷在各成像元件中顺次读出。因此，可以容易地实现所谓的全局快门功能。
此外，作为实施例6的变形例，如图47所示，可以从最靠近第一电极21的位置朝向电荷累积用电极24设置多个传输控制用电极。需要注意的是，图47示出了其中设有两个传输控制用电极25A和25B的示例。此外，能够采用这样的结构：在电荷累积用电极24和第二电极22的上方设有片上微透镜90，使得入射到片上微透镜90的光收集在电荷累积用电极24上，但未到达第一电极21以及传输控制用电极25A和25B。
在图30和图31所示的实施例8中，电荷累积用电极段241,242和243的厚度逐渐变薄以使绝缘层段821,822和823的厚度逐渐变厚。另一方面，如作为以放大比例示出在实施例8的变形例中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的示意性局部断面图的图48所示，电荷累积用电极段241,242和243的厚度可以是固定的，而绝缘层段821,822和823的厚度逐渐增厚。需要注意的是，光电转换层段231,232和233的厚度是固定的。
此外，在如图32所示的实施例9中，通过使电荷累积用电极段241,242和243的厚度逐渐变薄，光电转换层段231,232和233的厚度逐渐变厚。另一方面，如作为以放大比例示出在实施例9的变形例中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的示意性局部断面图的图49所示，通过使电荷累积用电极段241,242和243的厚度固定并且绝缘层段821,822和823的厚度逐渐变薄，可以使光电转换层段231,232和233的厚度逐渐变厚。
在上面结合实施例1所说明的成像元件和固态成像装置中，第二分离电极31B被多个成像元件适宜地公用，并且可以在多个成像元件中同时控制第二分离电极31B。图50示意性地示出了在如上所述的实施例1的固态成像装置的这种变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极和第一电极的配置状态。
在图51A和图51B中示意性地示出了上面结合实施例1所说明的成像元件的又一变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极和第一电极的配置状态。在这些变形例中，电荷累积用电极24的平面形状是具有四个角部的矩形，并且与第一电极21相对的角部被切除。此外，在图51A所示的示例中，第一分离电极31A的与第一电极21相对的部分延伸到电荷累积用电极24的切除部。此外，在图51B所示的示例中，第一分离电极31A位于第一电极21与电荷累积用电极24的切除部之间。通过采用如上所述的这种结构，可以以更高的精度控制电荷累积用电极24和第一电极21之间的电位。需要注意的是，所述的变形例可以适用于实施例2或其他实施例。
图52示意性地示出了上面结合实施例2所说明的成像元件的又一变形例中的电荷累积用电极、第一分离电极、第二分离电极、第三分离电极和第一电极的配置状态。在这些变形例中，电荷累积用电极24的平面形状是具有四个角部的矩形，并且与第一电极21相对的角部被切除。此外，第一分离电极31A位于第一电极21与电荷累积用电极24的切除部之间。此外，构成各成像元件的第一分离电极31A彼此连接。通过采用如上所述的这种结构，可以以更高的精度控制电荷累积用电极24和第一电极21之间的电位。需要注意的是，所述的变形例可以适用于其他实施例。
在图53中示出了上面结合实施例2所说明的固态成像装置的又一变形例。具体地，在四个成像元件中，针对四个电荷累积用电极24设置公用的一个第一电极21，并且在由四个电荷累积用电极24包围的区域中在绝缘层82的部分下形成有分离电极30(第一分离电极31A、第二分离电极31B和第三分离电极32)。此外，在由四个电荷累积用电极24包围的区域中在绝缘层82的部分下形成有电荷排出电极26。电荷排出电极26和光电转换层23经由设置在绝缘层82中的开口部彼此连接。具体地，与光电转换层23和第一电极21之间的关系类似，光电转换层23在设置于绝缘层82中的开口部内延伸，并且光电转换层23的延伸部与电荷排出电极26接触。如上所述的这种电荷排出电极26也可以适用于其他实施例。
可选择地，在图54中示出了实施例2的固态成像装置的又一变形例中的第一电极和电荷累积用电极的示意性平面图。在该固态成像装置中，成像元件块包括两个成像元件。此外，在成像元件块的上方配置有一个片上微透镜90。第一分离电极31A和第二分离电极31B配置在构成成像元件块的两个成像元件之间，并且第三分离电极32配置在成像元件块和成像元件块之间。
例如，与构成成像元件块的电荷累积用电极2411,2421,2431和2441相对应的光电转换层对来自图中右上方的入射光具有高感度。此外，与构造成像元件块的电荷累积用电极2412,2422,2432和2442相对应的光电转换层对来自图中左上方的入射光具有高感度。因此，例如，通过组合具有电荷累积用电极2411的成像元件和具有电荷累积用电极2421的成像元件，能够获得像平面相位差信号。此外，如果增加来自具有电荷累积用电极2411的成像元件的信号和来自具有电荷累积用电极2412的成像元件的信号，则通过这些成像元件的组合，可以构成一个成像元件。
图55A示出了图54所示的实施例2的成像元件块的读出驱动的示例。来自与电荷累积用电极2421和电荷累积用电极2422相对应的两个成像元件的信号通过以下流程读出：
[步骤-A]
自动归零信号到比较器的输入
[步骤-B]
共用的一个浮动扩散层的复位操作
[步骤-C]
与电荷累积用电极2421相对应的成像元件中的P相读出以及到第一电极212的电荷的移动
[步骤-D]
与电荷累积用电极2421相对应的成像元件中的D相读出以及到第一电极212的电荷的移动
[步骤-E]
共用的一个浮动扩散层的复位操作
[步骤-F]
自动归零信号到比较器的输入
[步骤-G]
与电荷累积用电极2422相对应的成像元件中的P相读出以及到第一电极212的电荷的移动
[步骤-H]
与电荷累积用电极2422相对应的成像元件中的D相读出以及到第一电极212的电荷的移动。
在该流程中，读出来自与电荷累积用电极2421和电荷累积用电极2422相对应的两个成像元件的信号。基于相关双采样(CDS)，[步骤-C]中的P相读出和[步骤-D]中的D相读出之间的差分是来自与电荷累积用电极2421相对应的成像元件的信号，并且[步骤-G]中的P相读出和[步骤-H]中的D相读出之间的差分是来自与电荷累积用电极2422相对应的成像元件的信号。
需要注意的是，可以省略[步骤-E]的操作(参照图55B)。此外，可以省略[步骤-F]的操作，并且在这种情况下，还可以省略[步骤-G](参照图55C)。[步骤-C]中的P相读出和[步骤-D]中的D相读出之间的差分是来自与电荷累积用电极2421相对应的成像元件的信号，并且[步骤-D]中的D相读出和[步骤-H]中的D相读出之间的差分是来自与电荷累积用电极2422相对应的成像元件的信号。
需要注意的是，图54所示的包括两个成像元件的成像元件块的操作不限于上述操作，并且成像元件块的操作也能够与上面结合实施例2所说明的包括四个成像元件的成像元件块的操作类似。
当然，上述各种实施例的变形例可以适宜地适用于其他实施例。
尽管在实施例中，电子是信号电荷，并且在半导体基板上形成的光电转换层的导电类型为n型，但是本技术也可以适用于其中空穴是信号电荷的固态成像装置。在这种情况下，只要各半导体区域包括相反导电类型的半导体区域就足够了，并且只要形成在半导体基板上的光电转换层的导电类型是p型就足够了。
此外，尽管以本公开适用于其中将根据入射光量的信号电荷作为物理量检测的单位像素以行列状配置的CMOS型固态成像装置的情况为例对实施例进行了说明，但是本公开的适用不限于CMOS型固态成像装置，并且本公开也能够适用于CCD型固态成像装置。在后一种情况下，信号电荷通过CCD型结构的垂直传输寄存器沿垂直方向传输，通过水平传输寄存器沿水平方向传输并放大，从而输出像素信号(图像信号)。此外，本公开的适用不限于其中像素以二维矩阵状形成并且针对各像素列设置列信号处理电路的列方式的一般固态成像装置。此外，在一些情况下，也能够省略选择晶体管。
此外，本公开的成像元件和层叠型成像元件不仅可以适用于检测可见光的入射光量的分布并捕获该分布作为图像的固态成像装置，而且可以适用于捕获红外线、X射线或粒子等的入射量分布作为图像的固态成像装置。此外，在广义上，本公开的成像元件和层叠型成像元件可以适用于检测诸如压力或电容等一些其他物理量的分布并捕获这种分布作为图像的诸如指纹检测传感器等一般固态成像装置(物理量分布检测装置)。
此外，本公开的成像元件和层叠型成像元件的适用不限于以行为单位顺次地扫描成像区域中的各个单位像素以从各个单位像素读取像素信号的固态成像装置。本公开的成像元件和层叠型成像元件还可以适用于以像素为单位选择任意像素并且从所选择的像素以像素为单位读取像素信号的X-Y地址型的固态成像装置。固态成像装置可以具有形成为单芯片的形态，或者可以具有将成像区域与驱动电路或光学系统封装在一起以具有成像功能的模块的形态。
此外，本公开的成像元件和层叠型成像元件的适用不限于固态成像装置，并且也可以适用于成像装置。这里，成像装置简化了诸如数码相机或摄像机等相机系统或者便携式电话机等具有成像功能的电子设备。成像装置有时具有结合在电子设备中的模块的形式，即，成像装置有时包括相机模块。
在图56中示出了包括本公开的成像元件和层叠型成像元件的固态成像装置201用于电子设备(相机)200的示例作为概念图。电子设备200包括固态成像装置201、光学透镜210、快门装置211、驱动电路212和信号处理电路213。光学透镜210在固态成像装置201的成像面上形成来自被摄体的图像光(入射光)的图像。结果，信号电荷在固态成像装置201中累积一定时间段。快门装置211控制固态成像装置201的曝光期间和遮光期间。驱动电路212供给用于控制固态成像装置201的传输操作等和快门装置211的快门操作的驱动信号。响应于从驱动电路212供给的驱动信号(定时信号)，执行固态成像装置201的信号传输。信号处理电路213执行各种信号处理。将经过信号处理的视频信号存储到诸如存储器等存储介质中，或者输出到监视器。在上述电子设备200中，由于可以实现固态成像装置201的像素尺寸的微型化和传输效率的改善，所以可以获得像素特性得到改善的电子设备200。固态成像装置201可以适用的电子设备200不限定为相机，而且可以适用于诸如数码相机或便携式电话机等移动装置用的诸如相机模块等成像装置。
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实现为安装在诸如汽车、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、船舶或机器人等任何类型的移动体上的装置。
图58是示出了作为根据本公开实施方案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彼此连接的多个电子控制单元。在图58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、声音图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种类型的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、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、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根据各种类型的程序来控制设置到车体的各种类型的装置的操作。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、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向灯、雾灯等各种类型的灯的控制装置。在这种情况下，从代替按键的便携式装置传递的无线电波或各种类型的开关的信号可以输入到主体系统控制单元12020。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检测有关包括车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像并接收所成像的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行诸如人、车辆、障碍物、标志、道路上的文字等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，或者可以输出电气信号作为距离测量信息。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检测有关车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041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。基于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驾驶员的集中度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆内部或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、基于追踪距离的追踪行驶、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可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部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。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于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可以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，通过控制头灯以将远光改变为近光来进行旨在防止眩光的协调控制。
声音图像输出部12052将声音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58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59是示出了成像部12031的安装位置的示例的图。
在图59中，成像部12031包括成像部12101,12102,12103,12104和12105。
成像部12101,12102,12103,12104和12105例如设置在车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠和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、信号灯、交通标志、车道等。
顺便提及地，图59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分别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成像的图像数据，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由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的成像元件。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以确定距成像范围12111～12114内的各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追踪距离，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、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取分类的立体物数据，并利用提取的立体物数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员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。在碰撞风险等于或高于设定值并因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051可以经由音频扬声器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。由此，微型计算机12051可以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的成像图像中来识别行人。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的成像图像中的特征点；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的成像图像中并因此识别出行人时，声音图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线显示为叠加在识别出的行人上。此外，声音图像输出部12052可以控制显示部12062，从而在期望的位置显示指示行人的图标等。
此外，例如，根据本公开的技术可以适用于内窥镜手术系统。
图60是示出了根据本公开实施方案的技术(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。
在图60中，示出了手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状况。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量处置器械11112等其他手术器械11110、其上支撑有内窥镜11100的支撑臂装置11120以及其上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的硬性镜的内窥镜11100。然而，内窥镜11100也可以构造为具有软性透镜筒11101的软性镜。
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，从而将由光源装置11203生成的光通过在透镜筒11101内延伸的光导引导到透镜筒11101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。需要注意的是，内窥镜11100可以是直视镜，或者可以是斜视镜或侧视镜。
在摄像头11102内设有光学系统和成像元件，从而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，以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。此外，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在其上显示基于由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，并且在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将各种类型的信息或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，用于组织的烧灼或切开、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将气体输送到患者11132的体腔，以使体腔膨胀。记录仪11207是能够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。
需要注意的是，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。在白色光源包括红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合的情况下，由于可以以高精度控制各颜色(各波长)的输出强度和输出定时，所以光源装置11203可以进行所拾取的图像的白平衡的调整。此外，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。于是，也可以按时间分割地拾取分别对应于RGB颜色的图像。根据该方法，即使未针对成像元件设置滤色器，也可以获得彩色图像。
此外，光源装置11203可以控制成使得针对各预定时间间隔改变要输出的光的强度。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，可以生成没有所谓的曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光的高动态范围图像。
此外，光源装置11203可以构造成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，通过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时的照射光(即，白光)相比具有窄带域的光，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，能够通过向身体组织照射激发光来进行来自身体组织的荧光观察(自体荧光观察(autofluorescenceobservation))，或者能够通过将诸如吲哚菁绿(indocyanine green:ICG)等试剂局部注射到身体组织中并且向身体组织照射与试剂的荧光波长相对应的激发光来获得荧光图像。光源装置11203可以构造成供给适用于如上所述的特殊光观察的这种窄带域光和/或激发光。
图61是示出了图60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彼此通信连接。
透镜单元11401是设置在与透镜筒11101的连接位置处的光学系统。从透镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像头11102，并且引导到透镜单元11401。透镜单元11401包括具有变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。
成像部11402所包括的成像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。在成像部11402构造成多板型的情况下，例如，通过成像元件生成与各个RGB相对应的图像信号，并且可以组合图像信号来获得彩色图像。成像部11402也可以构造成具有一对成像元件，用于获取与三维(3D)显示的右眼和左眼用的各个图像信号。如果进行3D显示，则手术者11131可以更加准确地把握手术部位中的活体组织的深度。需要注意的是，在成像部11402构造成多板型的情况下，与各个成像元件相对应地设置透镜单元11401的多个系统。
此外，成像部11402可以不必须设置在摄像头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。结果，可以适宜地调整由成像部11402拾取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。
另外，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，如指定所拾取的图像的帧速率的信息、指定在成像时的曝光值的信息和/或指定所拾取的图像的放大率和焦点的信息等。
需要注意的是，诸如帧速率、曝光值、放大率或焦点等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。在后一种情况下，自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能结合在内窥镜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。
此外，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RAW数据形式的图像信号进行各种图像处理。
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通过手术部位的成像而获得的成像图像相关的各种类型的控制。例如，控制部11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，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控制显示装置11202，使其显示对手术部位等进行成像的成像图像。此时，控制部11413可以使用各种图像识别技术来识别成像图像中的各种物体。例如，控制部11413通过检测成像图像中包括的物体的边缘的形状、颜色等，可以识别出诸如钳子等手术器械、特定身体部位、出血、在使用能量器械装置11112时的雾等。当控制部11413控制显示装置11202使其显示成像图像时，控制部可以使用识别结果，使各种类型的手术支持信息与手术部位的图像重叠显示。在将手术支持信息重叠显示并呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担，并且手术者11131可以可靠地进行手术。
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与电气通信和光通信这两者相对应的复合线缆。
这里，在所示的示例中，虽然通过使用传输线缆11400的有线通信来进行通信，但是可以通过无线通信来进行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。
需要注意的是，这里，尽管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可以适用于显微镜手术系统等。
需要注意的是，本公开也能够具有如下所述的这类构成。
[A01]<<成像元件>>
一种成像元件，包括：
第一电极；
电荷累积用电极，所述电荷累积用电极与所述第一电极隔开配置；
分离电极，所述分离电极与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且围绕所述电荷累积用电极；
光电转换层，所述光电转换层形成为与所述第一电极接触并且位于所述电荷累积用电极的上方，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间；和
第二电极，所述第二电极形成在所述光电转换层上，其中
所述分离电极包括第一分离电极和与所述第一分离电极隔开配置的第二分离电极，和
所述第一分离电极位于所述第一电极和所述第二分离电极之间。
[A02]根据[A01]所述的成像元件，其中所述第一分离电极的电位为固定值VES-1，并且所述第二分离电极的电位为固定值VES-2。
[A03]根据[A01]所述的成像元件，其中所述第一分离电极的电位从固定值VES-1变化，并且所述第二分离电极的电位为固定值VES-2。
[A04]根据[A02]或[A03]所述的成像元件，其中在将要累积的电荷是电子的情况下，满足VES-1>VES-2，但是在将要累积的空穴是电子的情况下，满足VES-1<VES-2。
[A05]根据[A02]或[A03]所述的成像元件，其中满足VES-2＝VES-1。
[A06]<<固态成像装置：第一形式>>
一种固态成像装置，包括：
多个成像元件块，各成像元件块包括P×Q个(其中P≥2且Q≥1)成像元件，使得在第一方向上配置有P个成像元件并且在与所述第一方向不同的第二方向上配置有Q个成像元件，其中
各成像元件包括：
第一电极，
电荷累积用电极，所述电荷累积用电极与所述第一电极隔开配置，
分离电极，所述分离电极与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且围绕所述电荷累积用电极，
光电转换层，所述光电转换层形成为与所述第一电极接触并且位于所述电荷累积用电极的上方，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间，和
第二电极，所述第二电极形成在所述光电转换层上，
所述分离电极包括第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极，
所述第一分离电极在所述成像元件块中的至少沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，
所述第二分离电极配置在所述成像元件块中的成像元件和成像元件之间，和
所述第三分离电极配置在成像元件块和成像元件块之间。
[A07]根据[A06]所述的固态成像装置，其中所述第三分离电极由彼此相邻的成像元件块共用。
[A08]根据[A06]或[A07]所述的固态成像装置，其中
所述第一分离电极在所述成像元件块中的沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，和
所述第二分离电极配置在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间，并且在沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置。
[A09]根据[A08]所述的固态成像装置，其中所述第二分离电极和所述第三分离电极彼此连接。
[A10]根据[A06]或[A07]所述的固态成像装置，其中
所述第一分离电极在所述成像元件块中的沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，并且还在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，和
所述第二分离电极在沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置，并且还在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置。
[A11]根据[A10]所述的固态成像装置，其中所述第二分离电极和所述第三分离电极彼此连接。
[A12]根据[A11]所述的固态成像装置，其中所述第一分离电极的电位为固定值VES-1，并且所述第二分离电极的电位和所述第三分离电极的电位也都为固定值VES-2。
[A13]根据[A11]所述的固态成像装置，其中所述第一分离电极的电位从固定值VES-1变化，并且所述第二分离电极的电位和所述第三分离电极的电位为固定值VES-2。
[A14]根据[A12]或[A13]所述的固态成像装置，其中在将要累积的电荷是电子的情况下，满足VES-1>VES-2，但是在将要累积的空穴是电子的情况下，满足VES-1<VES-2。
[A15]根据[A12]或[A13]所述的固态成像装置，其中满足VES-2＝VES-1。
[A16]根据[A06]～[A15]中任一项所述的固态成像装置，其中所述第一电极由构成所述成像元件块的P×Q个成像元件共用。
[A17]根据[A06]～[A16]中任一项所述的固态成像装置，其中满足P＝2且Q＝2。
[A18]根据[A01]～[A17]中任一项所述的固态成像装置，还包括：
半导体基板，其中
光电转换部配置在所述半导体基板的上方。
[A19]根据[A01]～[A18]中任一项所述的固态成像装置，还包括：
传输控制用电极，所述传输控制用电极在所述第一电极和所述电荷累积用电极之间与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且与所述光电转换层对向配置，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间。
[A20]根据[A01]～[A19]中任一项所述的固态成像装置，其中所述电荷累积用电极包括多个电荷累积用电极段。
[A21]根据[A01]～[A20]中任一项所述的固态成像装置，其中所述电荷累积用电极的尺寸大于所述第一电极的尺寸。
[A22]根据[A01]～[A21]中任一项所述的固态成像装置，其中所述第一电极在设置于所述绝缘层中的开口部内延伸并且连接到所述光电转换层。
[A23]根据[A01]～[A21]中任一项所述的固态成像装置，其中所述光电转换层在设置于所述绝缘层中的开口部内延伸并且连接到所述第一电极。
[A24]根据[A23]所述的固态成像装置，其中
所述第一电极的顶面的边缘部被所述绝缘层覆盖，
所述第一电极在所述开口部的底面上露出，和
在所述绝缘层的与所述第一电极的顶面接触的表面是第一面并且所述绝缘层的与所述光电转换层的面对所述电荷累积用电极的部分接触的表面是第二面的情况下，所述开口部的侧面具有从所述第一面向所述第二面扩展的倾斜。
[A25]根据[A24]所述的固态成像装置，其中具有从所述第一面向所述第二面扩展的倾斜的所述开口部的侧面位于所述电荷累积用电极侧。
[A26]<<第一电极和电荷累积用电极的电位的控制>>
根据[A01]～[A25]中任一项所述的固态成像装置，还包括：
设置在半导体基板上并且包括驱动电路的控制部，其中
所述第一电极和所述电荷累积用电极连接到所述驱动电路，
在电荷累积期间中，从所述驱动电路将电位V11施加到所述第一电极，将电位V12施加到所述电荷累积用电极，并且电荷在所述光电转换层中累积，
在电荷传输期间中，从所述驱动电路将电位V21施加到所述第一电极，将电位V22施加到所述电荷累积用电极，并且经由所述第一电极将所述光电转换层中累积的电荷读出到所述控制部中，和
在所述第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，满足
V12≥V11且V22<V21，
但是在所述第一电极的电位低于所述第二电极的电位的情况下，满足
V12≤V11且V22>V21。
[A27]<<电荷累积用电极段>>
根据[A01]～[A19]中任一项所述的固态成像装置，其中所述电荷累积用电极包括多个电荷累积用电极段。
[A28]根据[A27]所述的固态成像装置，其中
在所述第一电极的电位高于所述第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间中，施加到位于最靠近所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段的电位高于位于最远离所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段的电位，和
在所述第一电极的电位低于所述第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间中，施加到位于最靠近所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段的电位低于位于最远离所述第一电极的位置处的所述电荷累积用电极段的电位。
[A29]根据[A01]～[A28]中任一项所述的固态成像装置，其中
在半导体基板上设有构成控制部的至少浮动扩散层和放大晶体管，和
所述第一电极连接到所述浮动扩散层和所述放大晶体管的栅极部。
[A30]根据[A29]所述的固态成像装置，其中
在所述半导体基板上还设有构成所述控制部的复位晶体管和选择晶体管，
所述浮动扩散层连接到所述复位晶体管的一个源/漏区域，和
所述放大晶体管的一个源/漏区域连接到所述选择晶体管的一个源/漏区域，并且所述选择晶体管的另一个源/漏区域连接到信号线。
[A31]根据[A01]～[A30]中任一项所述的固态成像装置，其中光从所述第二电极侧入射，并且遮光层形成在更靠近所述第二电极的光入射侧。
[A32]根据[A01]～[A30]中任一项所述的固态成像装置，其中光从所述第二电极侧入射，并且光不入射到所述第一电极。
[A33]根据[A32]所述的固态成像装置，其中遮光层形成在所述第一电极的上方并且在更靠近所述第二电极的光入射侧。
[A34]根据[A32]所述的固态成像装置，其中
在所述电荷累积用电极和所述第二电极的上方设有片上微透镜，和
入射到所述片上微透镜的光被收集到所述电荷累积用电极。
[B01]<<成像元件：第一构成>>
根据[A01]～[A34]中任一项所述的固态成像装置，其中
光电转换部包括N个(其中N≥2)光电转换部段，
光电转换层包括N个光电转换层段，
绝缘层包括N个绝缘层段，
电荷累积用电极包括N个电荷累积用电极段，
第n(其中n＝1,2,3,...,N)光电转换部段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，
更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极的位置，和
所述绝缘层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化。
[B02]<<成像元件：第二构成>>
根据[A01]～[A34]中任一项所述的固态成像装置，其中
光电转换部包括N个(其中N≥2)光电转换部段，
光电转换层包括N个光电转换层段，
绝缘层包括N个绝缘层段，
电荷累积用电极包括N个电荷累积用电极段，
第n(其中n＝1,2,3,...,N)光电转换部段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，
更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极的位置，和
所述光电转换层段的厚度在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变化。
[B03]<<成像元件：第三构成>>
根据[A01]～[A34]中任一项所述的固态成像装置，其中
光电转换部包括N个(其中N≥2)光电转换部段，
光电转换层包括N个光电转换层段，
绝缘层包括N个绝缘层段，
电荷累积用电极包括N个电荷累积用电极段，
第n(其中n＝1,2,3,...,N)光电转换部段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，
更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极的位置，和
构成所述绝缘层段的材料在相邻的光电转换部段中是不同的。
[B04]<<成像元件：第四构成>>
根据[A01]～[A34]中任一项所述的固态成像装置，其中
光电转换部由N个(其中N≥2)光电转换部段构成，
光电转换层包括N个光电转换层段，
绝缘层包括N个绝缘层段，
电荷累积用电极包括彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段，
第n(其中n＝1,2,3,...,N)光电转换部段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，
更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极的位置，和
构成所述电荷累积用电极段的材料在相邻的光电转换部段中是不同的。
[B05]<<成像元件：第五构成>>
根据[A01]～[A34]中任一项所述的固态成像装置，其中
光电转换部包括N个(其中N≥2)光电转换部段，
光电转换层包括N个光电转换层段，
绝缘层包括N个绝缘层段，
电荷累积用电极包括彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段，
第n(其中n＝1,2,3,...,N)光电转换部段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，
更大n值的光电转换部段位于更远离第一电极的位置，和
所述电荷累积用电极段的面积在从第一光电转换部段到第N光电转换部段的范围内逐渐变小。
[B06]<<成像元件：第六构成>>
根据[A01]～[A34]中任一项所述的固态成像装置，在所述电荷累积用电极、所述绝缘层和所述光电转换层的层叠方向是Z方向并且远离所述第一电极的方向是X方向的情况下，当沿着YZ假想平面切断层叠有所述电荷累积用电极、所述绝缘层和所述光电转换层的层叠部分时，层叠部分的截面积依据距所述第一电极的距离而变化。
[C01]<<层叠型成像元件>>
一种层叠型固态成像装置，包括：
至少一个根据[A01]～[B06]中任一项所述的成像元件。
[D01]<<固态成像元件：第二形式>>
一种固态成像装置，包括：
层叠型成像元件，所述层叠型成像元件包括至少一个根据[A01]～[B06]中任一项所述的成像元件。
[D02]根据[D01]所述的固态成像装置，其中
在所述成像元件的下方设有至少一个下方成像元件，和
由所述成像元件接收的光的波长与由所述下方成像元件接收的光的波长彼此不同。
[D03]根据[D02]所述的固态成像装置，其中层叠有两个下方成像元件。
[D04]根据[D02]或[D03]所述的固态成像装置，其中下方成像元件块设置在两层中。
[D05]根据[D01]～[D04]中任一项所述的固态成像装置，其中构成下方成像元件块的多个成像元件包括共用的浮动扩散层。
附图标记列表
10 成像元件块
11 成像元件
13,15 成像元件
201,202,203 光电转换部段
21 第一电极
22 第二电极
23 光电转化层
23’ 光电转换层的位于相邻成像元件之间的区域
23DN 光电转换层的下层
23UP 光电转换层的上层
24 电荷累积用电极
24A,24B,24C 电荷累积用电极段
25,25A,25B 传输控制用电极(电荷传输电极)
26 电荷排出电极
30,35 分离电极
31A 第一分离电极
31B 第二分离电极
32 第三分离电极
33 焊盘部
34 连接孔
41 构成第二成像元件的n型半导体区域
43 构成第三成像元件的n型半导体区域
42,44,73 p+层
45 传输晶体管的栅极部
46 传输晶体管的栅极部
51 复位晶体管TR1rst的栅极部
51A 复位晶体管TR1rst的沟道形成区域
51B,51C 复位晶体管TR1rst的源/漏区域
52 放大晶体管TR1amp的栅极部
52A 放大晶体管TR1amp的沟道形成区域
52B,52C 放大晶体管TR1amp的源/漏区域
53 选择晶体管TR1sel的栅极部
53A 选择晶体管TR1sel的沟道形成区域
53B,53C 选择晶体管TR1sel的源/漏区域
FD1,FD2,FD3,45C,46C 浮动扩散层
TR1amp 放大晶体管
TR1rst 复位晶体管
TR1sel 选择晶体管
TR2trs 传输晶体管
TR2rst 复位晶体管
TR2amp 放大晶体管
TR2sel 选择晶体管
TR3trs 传输晶体管
TR3rst 复位晶体管
TR3amp 放大晶体管
TR3sel 选择晶体管
VDD 电源
RST1,RST2,RST3 复位线
SEL1,SEL2,SEL3 选择线
117,VSL1,VSL2,VSL3 信号线
TG2,TG3 传输栅极线
VOA,VOB,VOT,VOU 配线
61 接触孔部
62 配线层
63,64,641,642,643,68A 焊盘部
65,68B 连接孔
66,67 连接部
70 半导体基板
70A 半导体基板的第一面(前面)
70B 半导体基板的第二面(背面)
71 元件分离区域
72 氧化膜
74 HfO2膜
75 绝缘膜
76 层间绝缘层
77,78,81 层间绝缘层
82 绝缘层
82’ 相邻成像元件之间的区域
82p 绝缘层的第一面
82q 绝缘层的第二面
83 保护层
84,84A,84B,84C 开口部
90 片上微透镜
91 位于层间绝缘层下方的各种成像元件构成要素
92 遮光层
100 固态成像装置
101 层叠型成像元件
111 成像区域
112 垂直驱动电路
113 列信号处理电路
114 水平驱动电路
115 输出电路
116 驱动控制电路
118 水平信号线
200 电子设备(相机)
201 固态成像装置
210 光学透镜
211 快门装置
212 驱动电路
213 信号处理电路
Claims (20)
1.一种成像元件，包括：
第一电极；
电荷累积用电极，所述电荷累积用电极与所述第一电极隔开配置；
分离电极，所述分离电极与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且围绕所述电荷累积用电极；
光电转换层，所述光电转换层形成为与所述第一电极接触并且位于所述电荷累积用电极的上方，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间；和
第二电极，所述第二电极形成在所述光电转换层上，其中
所述分离电极包括第一分离电极和与所述第一分离电极隔开配置的第二分离电极，和
所述第一分离电极位于所述第一电极和所述第二分离电极之间。
2.根据权利要求1所述的成像元件，其中所述第一分离电极的电位为固定值VES-1，并且所述第二分离电极的电位为固定值VES-2。
3.根据权利要求1所述的成像元件，其中所述第一分离电极的电位从固定值VES-1变化，并且所述第二分离电极的电位为固定值VES-2。
4.根据权利要求2或3所述的成像元件，其中在将要累积的电荷是电子的情况下，满足VES-1>VES-2，但是在将要累积的空穴是电子的情况下，满足VES-1<VES-2。
5.根据权利要求2或3所述的成像元件，其中满足VES-2＝VES-1。
6.一种固态成像装置，包括：
多个成像元件块，各成像元件块包括P×Q个(其中P≥2且Q≥1)成像元件，使得在第一方向上配置有P个成像元件并且在与所述第一方向不同的第二方向上配置有Q个成像元件，其中
各成像元件包括：
第一电极，
电荷累积用电极，所述电荷累积用电极与所述第一电极隔开配置，
分离电极，所述分离电极与所述第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置，并且围绕所述电荷累积用电极，
光电转换层，所述光电转换层形成为与所述第一电极接触并且位于所述电荷累积用电极的上方，绝缘层夹设在所述光电转换层和所述电荷累积用电极之间，和
第二电极，所述第二电极形成在所述光电转换层上，
所述分离电极包括第一分离电极、第二分离电极和第三分离电极，
所述第一分离电极在所述成像元件块中的至少沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，
所述第二分离电极配置在所述成像元件块中的成像元件和成像元件之间，和
所述第三分离电极配置在成像元件块和成像元件块之间。
7.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中所述第三分离电极由彼此相邻的成像元件块共用。
8.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中
所述第一分离电极在所述成像元件块中的沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，和
所述第二分离电极配置在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间，并且在沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置。
9.根据权利要求8所述的固态成像装置，其中所述第二分离电极和所述第三分离电极彼此连接。
10.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中
所述第一分离电极在所述成像元件块中的沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，并且在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一电极相邻但隔开配置，和
所述第二分离电极在沿着所述第二方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置，并且在沿着所述第一方向并排布置的成像元件和成像元件之间与所述第一分离电极隔开配置。
11.根据权利要求10所述的固态成像装置，其中所述第二分离电极和所述第三分离电极彼此连接。
12.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中所述第一分离电极的电位为固定值VES-1，并且所述第二分离电极的电位和所述第三分离电极的电位也都为固定值VES-2。
13.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中所述第一分离电极的电位从固定值VES-1变化，并且所述第二分离电极的电位和所述第三分离电极的电位为固定值VES-2。
14.根据权利要求12所述的固态成像装置，其中在将要累积的电荷是电子的情况下，满足VES-1>VES-2，但是在将要累积的空穴是电子的情况下，满足VES-1<VES-2。
15.根据权利要求12所述的固态成像装置，其中满足VES-2＝VES-1。
16.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中所述第一电极由构成所述成像元件块的P×Q个成像元件共用。
17.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中满足P＝2且Q＝2。
18.一种固态成像装置，包括：
层叠型成像元件，所述层叠型成像元件包括根据权利要求1～17中任一项所述的至少一个成像元件。
19.根据权利要求18所述的固态成像装置，其中
在所述成像元件的下方设有至少一个下方成像元件，和
由所述成像元件接收的光的波长与由所述下方成像元件接收的光的波长彼此不同。
20.根据权利要求19所述的固态成像装置，其中层叠有两个下方成像元件。
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