CN113728451A - 摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置以及摄像元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的摄像元件包括光电转换部，该光电转换部包括层叠的第一电极21、包含有机材料的光电转换层23A和第二电极22；在第一电极21与光电转换层23A之间形成有无机半导体材料层23B；并且从无机半导体材料层23B中所包括的阴离子种类的电负性的平均值ENanion中减去无机半导体材料层中所包括的阳离子种类的电负性的平均值ENcation而得到的值ΔEN(＝ENanion–ENcation)小于1.695，优选为1.624以下。
Description
技术领域
本公开涉及摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置，并且涉及摄像元件的制造方法。
背景技术
作为构成图像传感器等的摄像元件，近年来，层叠式摄像元件备受关注。层叠式摄像元件具有其中光电转换层(光接收层)夹在两个电极之间的结构。另外，层叠式摄像元件需要具有用于累积和传输基于光电转换而在光电转换层中产生的信号电荷的结构。在目前可用的结构中，需要提供一种将信号电荷累积并传输至FD(Floating Drain：浮动漏极)电极的结构，并且需要实现高速传输来避免信号电荷的延迟。
例如，在日本未经审查的专利申请公开第2016-063165号中，公开了用于解决这种问题的摄像元件(光电转换元件)。
光电转换层使用有机半导体材料的摄像元件能够对特定的颜色(波长带)执行光电转换。由于具有这种特性，因此在将该摄像元件用作固态摄像装置中的摄像元件的情况下，可以获得现有的固态摄像装置难以获得的包括层叠子像素的结构(层叠式摄像元件)。在该结构中，芯片上彩色滤光片层(OCCF：on-chip color filter)和摄像元件的组合构成子像素，并且子像素布置成二维图案(例如，参见日本未经审查的专利申请公开第2011-138927号)。此外，由于不需要去马赛克处理，因此该摄像元件具有不产生伪色的优点。在以下的说明中，在某些情况下，为了方便起见，将包括设置在半导体基板上或上方的光电转换部的摄像元件称为“第一类型摄像元件”；为了方便起见，将第一类型摄像元件中所包括的光电转换部称为“第一类型光电转换部”；为了方便起见，将设置在半导体基板中的摄像元件称为“第二类型摄像元件”；为了方便起见，将第二类型摄像元件中所包括的光电转换部称为“第二类型光电转换部”。
同时，日本未经审查的专利申请公开第2006-165527号公开了场效应晶体管的发明，其中说明了适用于场效应晶体管的有源层的非晶氧化物。另外，在该专利公开的第[0146]段中，记载了“可以添加原子序数小于Zn的第2族元素M2(M2表示Mg或Ca)、原子序数小于In的第3族元素M3(M3表示B、Al、Ga或Y)、原子序数小于Sn的第4族元素M4(M4表示Si、Ge或Zr)、第5族元素M5(M5表示V、Nb或Ta)、Lu和W之中的构成至少一种复合氧化物的元素。”在第[0147]和[0148]段中，记载了“因此，可以使非晶膜在室温下更稳定。另外，可以扩大获得非晶膜的组成范围。特别地，添加具有强共价键合特性的B、Si或Ge对于非晶相的稳定是有效的，并且含有离子半径差别大的离子的复合氧化物具有稳定的非晶相。”
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本未经审查的专利申请公开第2016-063165号
专利文献2：日本未经审查的专利申请公开第2011-138927号
专利文献3：日本未经审查的专利申请公开第2006-165527号
发明内容
本发明要解决的问题
在日本未经审查的专利申请公开第2006-165527号中所公开的技术是用于使非晶膜在室温下更稳定的技术，并且是用于扩大获得非晶膜的组成范围的技术；并未提及在包含有机材料的光电转换层和无机半导体材料层的层叠结构中的与改善电荷的传输等相关的上述参数。另外，日本未经审查的专利申请公开第2006-165527号说明了通过添加具有强共价键合特性的掺杂剂B、Si或Ge，与结晶相相比更容易出现非晶相的经验法则，但是并未提及对整个材料的共价键合特性进行量化的指标ΔEN或掺杂剂的选择标准。
因此，本公开的第一目的是提供一种尽管具有简单的构造和结构，但是累积在光电转换层中的电荷的传输特性优异的摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置。此外，除了本公开的第一目的之外，本公开的第二目的是提供一种即使通过低温退火处理也表现出优异特性的摄像元件的制造方法。
解决问题的技术手段
用于实现上述第一目的的本公开的摄像元件包括光电转换部，所述光电转换部包括层叠的第一电极、光电转换层和第二电极，所述光电转换层包含有机材料，
在所述第一电极与所述光电转换层之间形成有无机半导体材料层，并且
从所述无机半导体材料层中所包括的阴离子种类的电负性的平均值ENanion中减去所述无机半导体材料层中所包括的阳离子种类的电负性的平均值ENcation而得到的值ΔEN(＝ENanion-ENcation)小于1.695。
用于实现上述第一目的的本公开的层叠式摄像元件包括至少一个上述的本公开的摄像元件。
用于实现上述第一目的的根据本公开的第一方面的固态摄像装置包括多个上述的本公开的摄像元件。另外，用于实现上述第一目的的根据本公开的第二方面的固态摄像装置包括多个上述的本公开的层叠式摄像元件。
用于实现上述第二目的的本公开的摄像元件的制造方法包括：
在形成有第一电极的底层上依次形成无机半导体材料层、光电转换层和第二电极，所述光电转换层包含有机材料；以及
在形成所述无机半导体材料层之后，在含有水蒸气的气氛中、在250℃以下实施退火处理。
附图说明
图1是实施例1的摄像元件的示意性局部截面图。
图2是实施例1的摄像元件的等效电路图。
图3是实施例1的摄像元件的等效电路图。
图4是实施例1的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。
图5示意性地示出了在实施例1的摄像元件的操作期间的各部位处的电位状态。
图6A、图6B和图6C是用于说明图5(实施例1)、图20和图21(实施例4)以及图32和图33(实施例6)的各部位的实施例1、实施例4和实施例6的摄像元件的等效电路图。
图7是实施例1的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。
图8是实施例1的摄像元件中所包括的第一电极、电荷累积用电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。
图9是实施例1的摄像元件的变形例的等效电路图。
图10是图9所示的实施例1的摄像元件的变形例中所包括的第一电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。
图11是实施例2的摄像元件的示意性局部截面图。
图12是实施例3的摄像元件的示意性局部截面图。
图13是实施例3的摄像元件的变形例的示意性局部截面图。
图14是实施例3的摄像元件的另一变形例的示意性局部截面图。
图15是实施例3的摄像元件的又一变形例的示意性局部截面图。
图16是实施例4的摄像元件的一部分的示意性局部截面图。
图17是实施例4的摄像元件的等效电路图。
图18是实施例4的摄像元件的等效电路图。
图19是实施例4的摄像元件中所包括的第一电极、传输控制用电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。
图20示意性地示出了在实施例4的摄像元件的操作期间的各部位处的电位状态。
图21示意性地示出了在实施例4的摄像元件的另一操作期间的各部位处的电位状态。
图22是实施例4的摄像元件中所包括的第一电极、传输控制用电极和电荷累积用电极的示意性布局图。
图23是实施例4的摄像元件中所包括的第一电极、传输控制用电极、电荷累积用电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。
图24是实施例4的摄像元件的变形例中所包括的第一电极、传输控制用电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。
图25是实施例5的摄像元件的一部分的示意性局部截面图。
图26是实施例5的摄像元件中所包括的第一电极、电荷累积用电极和电荷排出电极的示意性布局图。
图27是实施例5的摄像元件中所包括的第一电极、电荷累积用电极、电荷排出电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。
图28是实施例6的摄像元件的示意性局部截面图。
图29是实施例6的摄像元件的等效电路图。
图30是实施例6的摄像元件的等效电路图。
图31是实施例6的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。
图32示意性地示出了在实施例6的摄像元件的操作期间的各部位处的电位状态。
图33示意性地示出了在实施例6的摄像元件的另一操作期间(传输期间)的各部位处的电位状态。
图34是实施例6的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。
图35是实施例6的摄像元件中所包括的第一电极、电荷累积用电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。
图36是实施例6的摄像元件的变形例中所包括的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。
图37是实施例7的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的一部分的示意性截面图。
图38是实施例7的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极等以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。
图39是实施例7的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极等的示意性布局图。
图40是实施例7的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极等的变形例的示意性布局图。
图41是实施例7的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极等的变形例的示意性布局图。
图42A和图42B是实施例7的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极等的变形例的示意性布局图。
图43是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的一部分的示意性截面图。
图44是实施例8的摄像元件(并排布置的2×2个摄像元件)的一部分的示意性平面图。
图45是实施例8的摄像元件(并排布置的2×2个摄像元件)的变形例的一部分的示意性平面图。
图46A和图46B是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的变形例的一部分的示意性截面图。
图47A和图47B是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的变形例的一部分的示意性截面图。
图48A和图48B是实施例8的摄像元件的变形例的一部分的示意性平面图。
图49A和图49B是实施例8的摄像元件的变形例的一部分的示意性平面图。
图50是实施例9的固态摄像装置中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图51是实施例9的固态摄像装置的第一变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图52是实施例9的固态摄像装置的第二变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图53是实施例9的固态摄像装置的第三变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图54是实施例9的固态摄像装置的第四变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图55是实施例9的固态摄像装置的第五变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图56是实施例9的固态摄像装置的第六变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图57是实施例9的固态摄像装置的第七变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图58A、图58B和图58C是示出实施例9的摄像元件区块中的读出驱动的示例的图表。
图59是实施例10的固态摄像装置中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图60是实施例10的固态摄像装置的变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图61是实施例10的固态摄像装置的变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图62是实施例10的固态摄像装置的变形例中的第一电极和电荷累积用电极区段的示意性平面图。
图63是实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件的又一变形例的示意性局部截面图。
图64是实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件的又一变形例的示意性局部截面图。
图65是实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件的又一变形例的示意性局部截面图。
图66是实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件的另一变形例的示意性局部截面图。
图67是实施例4的摄像元件的又一变形例的示意性局部截面图。
图68是实施例1的固态摄像装置的概念图。
图69是将包括根据本公开的第一方面和第二方面中任一方面的摄像元件和层叠式摄像元件的固态摄像装置用于电子设备(相机)的示例的概念图。
图70是比较例的层叠式摄像元件(层叠式固态摄像装置)的概念图。
图71的(A)、(B)、(C)和(D)示意性地示出了无机半导体材料层刚成膜后的状态和通过在含有水蒸气的气氛中对无机半导体材料层实施退火处理而使悬挂键消失的状态，并且图71中的(E)、(F)、(G)和(H)示意性地示出了无机半导体材料层刚成膜后的状态和在含有水蒸气的气氛中氢扩散和渗透到无机半导体材料层从而促进金属-氢键的形成的状态。
图72示意性地示出了具有高共价键合特性的材料和具有高离子键合特性的材料的电气分布(静电位)。
图73是用于说明金属元素中电负性较高的元素更容易生成氢化物离子的原因的图。
图74的(A)、(B)和(C)是示出实施例1A、实施例1B和比较例1中的通过由无机半导体材料层形成TFT的沟道形成区域来评估TFT特性的结果的图表。
图75A和图75B是示出了在使用Ina1Gaa2Zna3Ob1的比较例1中，当将退火温度设定为250℃、280℃和350℃时评估TFT中的VGS与ID之间的关系作为TFT特性的结果以及芳基温度和氢浓度的测定结果的图表。
图76A和图76B分别是绘制在无机半导体材料层包含Ala1Zna2Sna3Ob1的情况下的(a1、a2和a3)的值与ΔEN小于1.695的规定之间的关系的图表，并且分别是表示满足(a1、a2和a3)的值的表达式(1)、(2-1)、(2-2)、(3)和(4)的区域的图表。
图77是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图78是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
图79是示出内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图80是示出摄像头和相机控制单元(CCU：camera control unit)的功能构造的示例的框图。
具体实施方式
在下文中，参考附图，将基于实施例对本公开进行说明。然而，本公开不限于实施例，并且实施例中的各种数值和材料都是说明性的。需要注意，将按以下顺序进行说明。
1.本公开的摄像元件、本公开的层叠式摄像元件、根据本公开的第一方面和第二方面的固态摄像装置以及本公开的摄像元件的制造方法的一般说明
2.实施例1(本公开的摄像元件、本公开的层叠式摄像元件、根据本公开的第二方面的固态摄像装置和本公开的摄像元件的制造方法)
3.实施例2(实施例1的变形)
4.实施例3(实施例1和2的变形、根据本公开的第一方面的固态摄像装置)
5.实施例4(实施例1至3的变形、包括传输控制用电极的摄像元件)
6.实施例5(实施例1至4的变形、包括电荷排出电极的摄像元件)
7.实施例6(实施例1至5的变形、包括多个电荷累积用电极区段的摄像元件)
8.实施例7(实施例1至6的变形、包括电荷移动控制电极的摄像元件)
9.实施例8(实施例7的变形)
10.实施例9(第一构造和第二构造的固态摄像装置)
11.实施例10(实施例9的变形)
12.其他
<本公开的摄像元件、本公开的层叠式摄像元件、根据本公开的第一方面和第二方面的固态摄像装置以及本公开的摄像元件的制造方法的一般说明>
在下文中，术语“本公开的摄像元件等”在某些情况下用于统称本公开的摄像元件、本公开的层叠式摄像元件中所包括的本公开的摄像元件以及根据本公开的第一方面或第二方面的固态摄像装置中所包括的本公开的摄像元件。
在本公开的摄像元件的制造方法中，可以在形成无机半导体材料层之后的制造过程的任何阶段进行退火处理；可以在形成无机半导体材料层之后，在形成光电转换层之后，在形成第二电极之后，或者在形成第二电极之后经过各种制造步骤之后进行退火处理。含有水蒸气的气氛的具体示例包括含有水蒸气的大气气氛。
在本公开的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，当无机半导体材料层由(A1 a1A2 a2A3 a3...AM aM)(B1 b1B2 b2B3 b3...BN bN)[其中，A1、A2、A3、......、AM是阳离子种类，B1、B2、B3、......、BN是阴离子种类，a1、a2、a3、......、aM以及b1、b2、b3、......、bN是相当于原子百分率的值，并且该值的总和为1.00]表示时，
ENanion＝(B1×b1+B2×b2+B3×b3...+BN×bN)/(b1+b2+b3...+bN)
ENcation＝(A1×a1+A2×a2+A3×a3...+AM×aM)/(a1+a2+a3...+aM)
成立，其中，B1、B2、B3、......、BN是阴离子种类B1、B2、B3、......、BN的电负性，并且A1、A2、A3、......、AM是阳离子种类A1、A2、A3、......、AM的电负性。
在包括上述优选形态的本公开的摄像元件等中，可以采用其中阳离子种类包括选自由Zn、Ga、Ge、Cd、In、Al、Ti、B、Si、Sn、Hg、Tl和Pb构成的组中的至少一种阳离子种类的构造。另外，可以采用其中阴离子种类包括选自由O、N、S和F构成的组中的至少一种阴离子种类的构造。
可替代地，在包括上述优选形态的本公开的摄像元件等中，可以采用其中阳离子种类包括Ga、In和Sn并且阴离子种类包括O的构造。可替代地，可以采用其中阳离子种类包括Zn、Al和Sn并且阴离子种类包括O的构造。
在包括上述各种优选形态和构造的本公开的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，光电转换部还包括绝缘层和电荷累积用电极，该电荷累积用电极与第一电极分开布置着并且布置成隔着绝缘层面对无机半导体材料层。
稍后将对第一电极、第二电极、电荷累积用电极和光电转换层进行详细说明。
此外，在包括上述优选形态和构造的本公开的摄像元件等中，可以采用其中在光电转换层中产生的电荷经由无机半导体材料层向第一电极移动的形态。在这种情况下，可以采用其中电荷是电子的形态。
此外，当以真空能级为零基准，定义了随着越来越远离真空能级则能量越高时，可以采用如下形态：其中，光电转换层中所包含的材料的LUMO(最低未占据分子轨道)值E0和无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料(以下，在某些情况下简称为“无机半导体材料”)的导带的最小能量值E1满足以下表达式：
E1≥E0，
理想地，
E1-E0≥0.1(eV)，
更理想地，
E1-E0>0.1(eV)。
无机半导体材料的导带的最小能量值E1是无机半导体材料层的平均值。另外，光电转换层中所包含的材料的LUMO值E0是光电转换层的位于无机半导体材料层附近的部分的平均值。这里，“光电转换层的位于无机半导体材料层附近的部分”是指以无机半导体材料层与光电转换层之间的界面为基准，光电转换层的位于与光电转换层的厚度的10％以内相对应的区域(即，从光电转换层的厚度的0％延伸至10％的区域)中的部分。
可以基于例如紫外光电子光谱法(UPS法)来求出价带的能量和HOMO(最高占据分子轨道)的值。另外，可以根据{(价带的能量，HOMO的值)+Eb}来求出导带的能量和LUMO的值。此外，可以根据光吸收波长λ(光吸收边波长，单位为nm)基于以下表达式来求出带隙能量Eb：
Eb＝hν＝h(c/λ)＝1239.8/λ[eV]。
设置无机半导体材料层是为了将在光电转换层中产生的电荷传输至第一电极；因此，当传输速率慢时，从摄像元件读出信号需要时间，因此很难获得固态摄像装置所需的适当的帧速率。为了提高传输速率，必须增大无机半导体材料层的载流子迁移率，即场迁移率。因此，在包括上述各种优选形态和构造的本公开的摄像元件等中，优选地，无机半导体材料层的载流子迁移率为10cm2/V·s以上，这使得累积在无机半导体材料层中的电荷能够快速地移动至第一电极。
在包括上述各种优选形态和构造的本公开的摄像元件等中，无机半导体材料层的载流子密度(载流子浓度)优选为1×1016/cm3以下，这使得累积在无机半导体材料层中的电荷量能够增加。
在包括上述各种优选形态和构造的本公开的摄像元件等中，理想的是，无机半导体材料层的厚度为1×10-8m至1.5×10-7m，优选为2×10-8m至1.0×10-7m，更优选为3×10-8m至1.0×10-7m。
在包括上述各种优选形态和构造的本公开的摄像元件等中，优选的是：
光从第二电极入射；并且
在光电转换层与无机半导体材料层之间的界面处的无机半导体材料层表面的表面粗糙度Ra为1.5nm以下，并且无机半导体材料层表面的均方根粗糙度Rq为2.5nm以下。表面粗糙度Ra和Rq是基于JIS B0601:2013的规定。在光电转换层与无机半导体材料层之间的界面处的无机半导体材料层表面的这种平滑性可以抑制在无机半导体材料层表面处的漫反射，并且可以提高光电转换中的亮电流特性。优选地，电荷累积用电极表面的表面粗糙度Ra为1.5nm以下，并且电荷累积用电极表面的均方根粗糙度Rq为2.5nm以下。
在本公开的摄像元件等中，无机半导体材料的光学间隙优选为2.8eV以上且3.2eV以下，这使得无机半导体材料层能够相对于入射光为透明层，并且消除了对电荷从光电转换层到无机半导体材料层的移动造成障碍的可能性。可替代地，优选地，无机半导体材料的光学间隙在3.0eV以上且3.2eV以下，以使得无机半导体材料层相对于更宽的波长范围内的入射光为透明的层。也就是说，为了使无机半导体材料层可靠地接收在光电转换层中产生的电荷，无机半导体材料的导带能级必须比光电转换层中所包含的材料的导带能级深；为此，无机半导体材料的光学间隙优选为例如3.2eV以下。
另外，在本公开的摄像元件等中，无机半导体材料的氧空位产生能量优选为2.6eV以上，并且理想地，为3.0eV以上。可替代地，如果氧空位产生能量的值较高，则可能会导致载流子迁移率的值较低的情况；因此，在这种情况下，无机半导体材料的氧空位产生能量优选为2.6eV以上且3.0eV以下。这里，氧空位产生能量是产生氧空位所需的能量；氧空位产生能量的值越高，越难以产生氧空位，并且越难以结合氧原子、氧分子或其他原子或分子，因此可以说是稳定的。例如，可以根据第一原理计算来求出氧空位产生能量。需要注意，无机半导体材料层含有多种金属原子，因此“金属原子的氧空位产生能量”是指无机半导体材料中的多种金属原子的氧空位产生能量的平均值。
可以基于例如ICP发射光谱分析法(高频电感耦合等离子体原子发射光谱分析法，ICP-AES)或X射线光电子光谱法(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)来求出无机半导体材料层的组成。在无机半导体材料层的形成过程中，在某些情况下，可能会混入氢或其他金属、或诸如金属化合物等其他杂质；然而，只要混入的杂质量非常少(例如，摩尔分数为3％以下)，杂质的混入就可以接受。
在本公开的摄像元件等中，可以采用其中无机半导体材料层为非晶态(例如，局部不具有晶体结构的非晶态)的形态。可以基于X射线衍射分析来决定无机半导体材料层是否为非晶态。然而，无机半导体材料层不限于为非晶态，并且可以具有晶体结构或多晶结构。
图70示出了作为比较例的层叠式摄像元件(层叠式固态摄像装置)的构造示例。在图70所示的示例中，在半导体基板370中，层叠并形成有第三光电转换部343A和第二光电转换部341A。第三光电转换部343A和第二光电转换部341A是第二类型光电转换部，并且被包括在作为第二类型摄像元件的第三摄像元件343和第二摄像元件341中。另外，在半导体基板370上方(具体地，在第二摄像元件341上方)，布置有作为第一类型光电转换部的第一光电转换部310A。这里，第一光电转换部310A包括第一电极321、包含有机材料的光电转换层323和第二电极322。第一光电转换部310A被包括在作为第一类型摄像元件的第一摄像元件310中。第二光电转换部341A和第三光电转换部343A由于吸收系数的差别而分别对例如蓝光和红光进行光电转换。另外，第一光电转换部310A对例如绿光进行光电转换。
在第二光电转换部341A和第三光电转换部343A中通过光电转换而产生的电荷临时累积在第二光电转换部341A和第三光电转换部343A中。其后，纵型晶体管(示出了栅极部345)和传输晶体管(示出了栅极部346)将电荷分别传输至第二浮动扩散层(FloatingDiffusion)FD2和第三浮动扩散层FD3，并且将电荷进一步输出至外部读出电路(未示出)。这些晶体管以及浮动扩散层FD2和FD3也形成在半导体基板370中。
在第一光电转换部310A中通过光电转换而产生的电荷经由接触孔部361和配线层362累积在第一浮动扩散层FD1中，该第一浮动扩散层FD1形成在半导体基板370中。另外，第一光电转换部310A经由接触孔部361和配线层362还连接至用于将电荷量转换成电压的放大晶体管的栅极部352。另外，第一浮动扩散层FD1构成复位晶体管(示出了栅极部351)的一部分。附图标记371表示元件分离区域。附图标记372表示形成在半导体基板370的表面上的氧化膜。附图标记376和381表示层间绝缘层。附图标记383表示保护材料层。附图标记314表示芯片上微透镜。
在图70所示的比较例的摄像元件中，在第二光电转换部341A和第三光电转换部343A中通过光电转换而产生的电荷临时累积在第二光电转换部341A和第三光电转换部343A中，随后电荷传输至第二浮动扩散层FD2和第三浮动扩散层FD3。因此，可以使第二光电转换部341A和第三光电转换部343A完全耗尽。然而，在第一光电转换部310A中通过光电转换而产生的电荷直接累积在第一浮动扩散层FD1中。因此，难以使第一光电转换部310A完全耗尽。结果，kTC噪声变大，随机噪声恶化，从而可能会导致所拍摄图像的质量降低。
在本公开的摄像元件等中，如上所述，只要设置有与第一电极分开布置着并且布置成隔着绝缘层面对无机半导体材料层的电荷累积用电极，那么当用光照射光电转换部并且在光电转换部中进行光电转换时，可以将电荷累积在无机半导体材料层中(在某些情况下，累积在无机半导体材料层和光电转换层中)。因此，在曝光开始时，可以使电荷累积部完全耗尽并且可以清除电荷。结果，可以抑制以下现象的发生：kTC噪声变大，随机噪声恶化，从而导致所拍摄图像的质量降低。需要注意，在以下的说明中，在某些情况下，可以将无机半导体材料层、或者无机半导体材料层和光电转换层统称为“无机半导体材料层等”。
无机半导体材料层可以具有单层构造或多层构造。另外，位于电荷累积用电极上方的无机半导体材料与位于第一电极上方的无机半导体材料可以彼此不同。
可以基于例如物理气相沉积法(PVD法)形成无机半导体材料层，具体可以基于溅射法形成。更具体地，溅射法的示例包括如下的一种溅射法：使用平行平板溅射设备、DC磁控溅射设备或RF溅射设备作为溅射设备；使用氩(Ar)气作为处理气体；并且使用理想的烧结体作为靶。然而，也可以基于涂布法等形成无机半导体材料层，而不仅限于诸如溅射法或蒸镀法等PVD法。
需要注意，可以通过控制基于溅射法形成无机半导体材料层时的氧气引入量(氧气分压)来控制无机半导体材料层的能级。具体地，在基于溅射法形成无机半导体材料层时，
氧气分压＝(O2气体压力)/(Ar气体和O2气体的总压力)
优选为0.005至0.10。此外，在本公开的摄像元件等中，可以采用其中无机半导体材料层中的氧含量低于化学计量氧含量的形态。这里，可以基于氧含量来控制无机半导体材料层的能级，并且随着氧含量变得低于化学计量氧含量，即，随着氧空位越多，可以使能级越深。
此外，在包括上述各种优选形态和构造的本公开的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，
无机半导体材料层从第一电极侧起包括第一层和第二层，并且满足
ρ1≥5.9g/cm3
和
ρ1-ρ2≥0.1g/cm3，
优选地，
ρ1≥6.1g/cm3
和
ρ1-ρ2≥0.2g/cm3，
其中，ρ1表示从第一电极与无机半导体材料层之间的界面延伸3nm，优选为5nm，更优选为10nm的部分中的第一层的平均膜密度，并且ρ2表示该部分中的第二层的平均膜密度。需要注意，尽管第一层的厚度优选为尽可能小，但是由于需要防止不连续层的形成，因此规定其最小厚度为3nm。另外，由于过大的厚度会降低无机半导体材料层的特性，因此规定第一层的最大厚度为10nm。需要注意，在这种情况下，可以采用其中第一层的组成和第二层的组成相同的形态。可替代地，可以采用如下形态：其中，
无机半导体材料层包括第一层和第二层，
第一层的组成和第二层的组成相同，并且满足
ρ1-ρ2≥0.1g/cm3，
优选地，
ρ1-ρ2≥0.2g/cm3，
其中，ρ1表示从第一电极与无机半导体材料层之间的界面延伸3nm，优选为5nm，更优选为10nm的部分中的第一层的平均膜密度，并且ρ2表示该部分中的第二层的平均膜密度。
可以基于XRR(X-Ray Reflectivity：X射线反射率)方法来求出膜密度。这里，XRR方法是这样的方法：使X射线以极浅的角度入射在样品表面上，测量相对于入射角在镜面方向上反射的X射线的强度分布，将获得的X射线的强度分布与模拟结果进行比较，并且优化模拟参数，从而决定样品的膜厚度和膜密度。
设置有包括第一层和第二层的这种无机半导体材料层的本公开的摄像元件可以通过制造摄像元件的方法获得，该摄像元件包括：
光电转换部，该光电转换部包括层叠的第一电极、包含有机材料的光电转换层和第二电极，其中，
在第一电极与光电转换层之间形成有无机半导体材料层，该无机半导体材料层从第一电极侧起包括第一层和第二层，
该方法包括：在基于溅射法形成第一层之后，基于输入功率比形成第一层时使用的输入功率低的溅射法形成第二层。
各种试验的结果表明，存在以下关系：在基于溅射法形成无机半导体材料层时，在输入功率与平均膜密度之间，随着输入功率增加，平均膜密度线性增加。这里，在输入功率高的情况下，无机半导体材料的取向变得均匀，并且无机半导体材料层变得致密。相反，在输入功率低的情况下，无机半导体材料的取向难以均匀，因此认为无机半导体材料层变得粗糙。
通过以这种方式在第一电极与光电转换层之间形成从第一电极侧起包括第一层和第二层的无机半导体材料层并且规定第一层的厚度、第一层的平均膜密度ρ1与第二层的平均膜密度ρ2之间的关系，消除了在形成第一层时损坏底层的可能性，因此可以获得具有优异特性的摄像元件。
本公开的摄像元件等的示例包括CCD元件、CMOS图像传感器、CIS(Contact ImageSensor：接触式图像传感器)和CMD(Charge Modulation Device：电荷调制器件)型的信号放大式图像传感器。根据本公开的第一方面和第二方面的固态摄像装置以及稍后说明的第一构造和第二构造的固态摄像装置能够被包括在例如数码相机、摄像机、摄录一体机(camcorder)、监视相机、车上相机、智能手机用相机、游戏用的用户界面相机和生物认证用相机中。
[实施例1]
实施例1涉及本公开的摄像元件、本公开的层叠式摄像元件、根据本公开的第二方面的固态摄像装置和本公开的摄像元件的制造方法。图1是实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件(以下简称为“摄像元件”)的示意性局部截面图。图2和图3是实施例1的摄像元件的等效电路图。图4是实施例1的摄像元件的光电转换部中所包括的第一电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。图5示意性地示出了在实施例1的摄像元件的操作期间的各部位处的电位状态。图6A是用于说明实施例1的摄像元件的各部位的等效电路图。图7是实施例1的摄像元件的光电转换部中所包括的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。图8是第一电极、电荷累积用电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。此外，图68示出了实施例1的固态摄像装置的概念图。
需要注意，图37、图43、图46A、图46B、图47A和图47B省略了光电转换层23A和无机半导体材料层23B的图示，并且将光电转换层23A和无机半导体材料层23B统一表示为光电转换层叠体23。另外，在图16、图25、图28、图37、图43、图46A、图46B、图47A、图47B、图66和图67中，为了简化附图且为了方便起见，由附图标记13统一表示位于层间绝缘层81下方的各种摄像元件构成要素。
实施例1的摄像元件包括光电转换部，该光电转换部包括层叠的第一电极21、包含有机材料的光电转换层23A和第二电极22，并且
在第一电极21与光电转换层23A之间形成有无机半导体材料层23B。
光电转换层23A包括厚度为0.1μm的C60。
实施例1的层叠式摄像元件包括至少一个实施例1的摄像元件。另外，实施例1的固态摄像装置包括多个实施例1的层叠式摄像元件。此外，实施例1的固态摄像装置被包括在例如数码相机、摄像机、摄录一体机、监视相机、车上相机(车载相机)、智能手机用相机、游戏用的用户界面相机和生物认证用相机中。
在实施例1的摄像元件中，从无机半导体材料层23B中所包括的阴离子种类的电负性的平均值ENanion中减去无机半导体材料层23B中所包括的阳离子种类的电负性的平均值ENcation而得到的值ΔEN(＝ENanion–ENcation)小于1.695，优选为1.624以下。
这里，当无机半导体材料层23B由(A1 a1A2 a2A3 a3...AM aM)(B1 b1B2 b2B3 b3...BN bN)[其中，A1、A2、A3、......、AM是阳离子种类，B1、B2、B3、......、BN是阴离子种类，a1、a2、a3、......、aM以及b1、b2、b3、......、bN是相当于原子百分率的值，并且该值的总和为1.00]表示时，
ENanion＝(B1×b1+B2×b2+B3×b3...+BN×bN)/(b1+b2+b3...+bN)
ENcation＝(A1×a1+A2×a2+A3×a3...+AM×aM)/(a1+a2+a3...+aM)
成立，其中，B1、B2、B3、......、BN是阴离子种类B1、B2、B3、......、BN的电负性，并且A1、A2、A3、......、AM是阳离子种类A1、A2、A3、......、AM的电负性。
阳离子种类包括选自由Zn、Ga、Ge、Cd、In、Al、Ti、B、Si、Sn、Hg、Tl和Pb构成的组中的至少一种阳离子种类，并且阴离子种类包括选自由O、N、S和F构成的组中的至少一种阴离子种类。具体地，例如，可以采用其中阳离子种类包括Ga、In和Sn并且阴离子种类包括O的构造(Ina1Gaa2Sna3Ob1)。可替代地，可以采用其中阳离子种类包括Zn、Al和Sn并且阴离子种类包括O的构造(Ala1Zna2Sna3Ob1)。
在光电转换层23A中产生的电荷经由无机半导体材料层23B向第一电极21移动；在这种情况下，电荷是电子。无机半导体材料层23B的厚度是1×10-8m至1.5×10-7m。无机半导体材料层23B的载流子迁移率为10cm2/V·s以上；无机半导体材料层23B的载流子密度(载流子浓度)为1×1016/cm3以下；并且无机半导体材料层23B为非晶态。无机半导体材料的光学间隙为2.8eV以上且3.2eV以下，优选为3.0eV以上且3.2eV以下；并且无机半导体材料的氧空位产生能量为2.6eV以上，理想地，为3.0eV以上。
满足：
E1≥E0，
理想地，
E1-E0≥0.1(eV)，
更理想地，
E1-E0>0.1(eV)，
其中，E0表示光电转换层23A中所包含的材料的LUMO值，并且E1表示无机半导体材料层23B中所包含的无机半导体材料的导带的最小能量值。
光电转换部还包括绝缘层82和电荷累积用电极24，该电荷累积用电极24与第一电极21分开布置着并且布置成隔着绝缘层82面对无机半导体材料层23B。具体地，无机半导体材料层23B包括与第一电极21接触的区域、与绝缘层82接触且下方不存在电荷累积用电极24的区域以及与绝缘层82接触且下方存在电荷累积用电极24的区域。此外，光从第二电极22入射。在光电转换层23A与无机半导体材料层23B之间的界面处的无机半导体材料层23B表面的表面粗糙度Ra为1.5nm以下，并且该无机半导体材料层23B表面的均方根粗糙度Rq为2.5nm以下。电荷累积用电极24表面的表面粗糙度Ra为1.5nm以下，并且该电荷累积用电极24表面的均方根粗糙度Rq为2.5nm以下。
无机半导体材料层23B是基于例如溅射法或真空沉积法等以非晶薄膜的状态形成的。如图71的(A)所示，在刚成膜后(As depo)的状态下，在无机半导体材料层23B中存在大量不稳定的悬挂键，因此无机半导体材料层23B不显示导电性。因此，通过在含有水蒸气的气氛中(在大气气氛中等)对无机半导体材料层23B实施退火处理，如下式所示，使得来自水蒸气的氢扩散和渗透到无机半导体材料层23B的内部，从而可以促进结构变化，可以消除不稳定的悬挂键(参见图71的(B))，并且可以将该悬挂键转化为稳定的金属-氧键(参见图71的(C)和图71的(D))。因此，可以赋予无机半导体材料层23B有利的特性。因此，为了使无机半导体材料层23B的原子结构稳定所需的氢扩散和渗透到累积层，例如在InGaZnO4中，温度需要高于250℃。
H2O→H++OH-
另外，如图71的(E)、图71的(F)、图71的(G)和图71的(H)所示，氢的扩散和渗透也促进了金属-氢键的形成。在金属-氢键中，氢充当氢阴离子(H-)，具有稳定和灭活过量载流子的效果。这导致无机半导体材料层23B中的载流子密度降低，从而使得累积在无机半导体材料层23B中的电荷量能够增加。相反，假设将无机半导体材料层23B中所包含的材料用于薄膜晶体管(TFT)的沟道结构部的情况，与摄像元件使用无机半导体材料层23B的情况不同，载流子密度必须约为1019/cm3以上。因此，这种退火处理更适合于摄像元件的制造，而不适合于薄膜晶体管的制造工艺。
另外，通过在250℃以下进行退火处理，能够防止对用于驱动摄像元件的驱动电路或半导体基板造成损坏，并且能够提高工艺的自由度，诸如能够使用塑料基板作为基板等。
因此，本公开提供了能够进行适合于无机半导体材料层23B的低温退火处理(诸如在250℃以下进行的退火处理等)的材料的选择标准。选择标准是用于使无机半导体材料层23B具有高的共价键合特性；可以从无机半导体材料层23B的材料的组成计算出作为指标的ΔEN。具体地，在无机半导体材料层23B中所包含的材料的组成为Ina1Gaa2Zna3Ob1Nb2的情况下，以下条件成立：
铟(In)的电负性＝1.78
镓(Ga)的电负性＝1.81
锌(Zn)的电负性＝1.65
氧(O)的电负性＝3.44
氮(N)的电负性＝3.04
且
ENanion＝(3.44×b1+3.04×b2)/(b1+b2)
ENcation＝(1.78×a1+1.81×a2+1.65×a3)/(a1+a2+a3)。
例如，在A.L.Allred,Journal of Inorganic and Nuclear Chemisty,vol.17,1961,p215中阐述了各元素的电负性。另外，作为共价键合特性的指标的ΔEN由如下表达式表示：
ΔEN＝ENanion–ENcation。
这里，ΔEN的值越小表示共价键合特性越高。
电负性被定义为吸引共价电子对的力。例如，具有3.44的高电负性的氧(O)原子与具有1.65的较低电负性的锌(Zn)原子之间的键表现出1.79(＝3.44-1.65)的ΔEN值。锌(Zn)原子对共价电子对的吸引力较弱，而氧(O)原子的吸引力较强。因此，共价电子对位于氧原子侧，因此氧原子带大量负电荷，而锌原子带正电荷。结果，通过静电相互作用形成键。这是“离子键”的特征，并且ZnO的离子键合特性高。
同时，具有3.44的高电负性的氧(O)原子与具有1.96的较高电负性的锡(Sn)原子之间的键表现出1.48(＝3.44-1.48)的ΔEN值，该值比ZnO的ΔEN值低。也就是说，与ZnO相比，介导无机半导体材料层23B中的阳离子-阴离子键合的共价电子对偏向键的中央，并且氧原子的负电荷和锡原子的正电荷少(比两者更接近中性)。将这种情况称为具有高共价键合特性。因此，可以将具有高共价键合特性的材料定义为具有小的ΔEN。为了降低无机半导体材料层23B在大气气氛中的退火处理温度，稍后将基于实施例说明ΔEN应采取的范围。
接下来，参考图72，说明在共价键合特性高的情况下氢更容易扩散和渗透到无机半导体材料层23B的原因。图72示意性地示出了共价键合特性高的材料和离子键合特性高的材料的电气分布(静电位)。如图72的(A)所示，在共价键合特性较高的材料中，由于在金属元素M1和氧原子O之间存在共价电子对，因此导致极化很小，并且静电位的波动也很小。氢以H+质子的状态扩散；因此，在静电位的波动很小的情况下，氢容易在无机半导体材料层23B中扩散。相反，如图72的(B)所示，在离子键合特性高的材料中，共价电子对偏向金属元素M2和氧原子O之间的氧原子侧，从而导致静电位的波动很大，并且氢扩散需要高能量。因此，即使退火温度低，较高的共价键合特性(即，较小的ΔEN值)也会使氢能够扩散。
此外，与TFT不同，摄像元件中的无机半导体材料层23B必须降低载流子密度。为此，需要增加与阳离子直接键合的氢(H-；氢阴离子)的数量。与质子(H+)不同，氢阴离子(H-)是具有两个电子且带负电荷的离子。当氢通过在大气气氛中进行退火处理而扩散时，氢主要以质子(H+)的状态存在，但是会使载流子(即，存在于导带中的电子)失活成为氢阴离子(H-)，从而使导带中的载流子密度能够降低。该效果导致了由于TFT中的载流子迁移率降低而引起的TFT特性的劣化，但是产生了无机半导体材料层23B中的载流子密度降低的期望效果。
这里，可能产生氢阴离子的阳离子是“金属元素中的电负性较高”的元素。也就是说，作为指标，选择ENcation高的元素就足够了，结果降低ΔEN就足够了。这等效于上述氢扩散的指标。因此，用于降低ΔEN的材料设计指南是同时增强无机半导体材料层23B所需的氢扩散和氢阴离子(H-)的产生这两种效果的合适指南。
将根据诸如量子化学基础理论和HSAB(Hard and Soft,Acids and Basis；硬软酸碱)等化学基础理论来说明金属元素中的电负性较高的元素更容易产生氢阴离子(H-)的原因。在低能量侧具有未占据轨道的金属元素M在与阴离子键合时容易形成共价键合特性的键，并且具有高的电负性(参见图73的(A))。相反，在高能量侧具有未占据轨道的金属元素在与阴离子键合时容易形成离子键合特性的键，并且具有低的电负性(参见图73的(B))。需要注意，在图73中，“H-s”表示氢的s轨道。例如，诸如Li或Mg等碱金属或碱土金属很容易形成离子键。同时，Si或Tn容易形成共价键。另外，在阴离子中，也存在容易形成共价键的离子和容易形成离子键的离子。诸如氟(F)或氯(Cl)等具有稳定的占据轨道的阴离子容易形成离子键，并且具有高的电负性。氮(N)和硫(S)容易形成共价键，并且具有低的电负性。容易形成共价键的阴离子(阴离子中电负性较低的离子)和容易形成共价键的阳离子(阳离子中电负性较高的离子)具有良好的相容性，并且容易形成强共价键。将容易形成共价键的阴离子称为“软”酸，并且将容易形成共价键的阳离子称为“软”碱。
这里，由于氢阴离子是一种共价键合特性非常高的阴离子，即非常“软”的酸，因此其与“软”的阳离子具有良好的相容性。由于“软”的阳离子与电负性高的金属离子的含义相同，因此通过选择使ENcation较高的金属元素或组成，使得无机半导体材料层23B中的氢阴离子能够增加。如上所述，由于氢阴离子具有稳定和灭活载流子电荷(电子)的效果，因此氢阴离子能够有助于实现适合于具有低载流子密度的无机半导体材料层23B的物理特性。
另外，由于需要在有限的时间段内传输信号电荷，因此，理想地，无机半导体材料层23B具有高的载流子迁移率。为此，优选使用无机半导体材料层23B中所包含的无机半导体材料(或无机氧化物半导体材料)。其中，优选使用例如具有闭壳层d轨道的金属元素。具有闭壳层d轨道的金属元素的具体示例包括Cu、Ag、Au、Zn、Ga、Ge、Cd、In、Sn、Hg、Tl和Pb。
基于各种无机半导体材料，试制了评估用样品(实施例1A和1B以及比较例1)的薄膜晶体管(TFT)。具体地，评估用样品是如下的背栅型TFT：其中，n-Si基板用作栅极电极，在基板上形成厚度为150nm的包含SiO2的绝缘膜作为栅极绝缘膜，在绝缘膜上形成无机半导体材料层(厚度：60nm)，并且在无机半导体材料层上形成源极电极和漏极电极。在制备了评估用样品之后，在250℃下对无机半导体材料层进行2小时的退火处理(在含有水蒸气的大气气氛中的退火处理)。所得到的评估用样品的亚阈值(单位：V/dec.)的测定结果在下面的表1中列出。需要注意，亚阈值(SS值)由[d(VGS)/{d(log10(ID)}]求出，可以说，该值越小，开关特性越优异。此外，图74的(A)(实施例1A)、图74的(B)(实施例1B)和图74的(C)(比较例1)示出了评估TFT中的VGS与ID之间的关系作为TFT特性的结果。需要注意，在实施例1B中，以下条件成立：
a1＝0.04以下
a2＝0.5～0.7
a3＝0.3～0.5
b1＝d＝1.5×a1+a2+a3。
<表1>
这里，随着TFT特性的上升部分的值(VON)向负向侧移动，载流子密度变大。因此，从图74的(A)、(B)和(C)可以明显看出，实施例1A中的载流子密度最低，并且载流子密度按照实施例1B和比较例1的顺序变高。在比较例1中，由于载流子密度过高，因此，即使当将电压VGS施加到负向侧时，在图74的(C)所示的区域中载流子密度也不会变为零，从而导致电流继续流动。
比较例1的特性使得电荷不能累积在无机半导体材料层23B中，因此不能用作无机半导体材料层23B。相反，在实施例1B中，ΔEN＝＝1.624成立；TFT被调制，SS值也为0.30V/dec.。也就是说，可以在无机半导体材料层23B中累积电荷，从而可以用作无机半导体材料层23B。此外，在ΔEN＝1.605成立的实施例1A中，SS值为0.10V/dec.，从而能够实现更快的切换。在实施例1A中，与实施例1B相比，可以获取具有更少残像的图像/影像。
作为参考，图75A示出了在使用In1.0Ga1.0Zn1.0O4.0(IGZO)的比较例1中，当将退火温度设定为250℃、280℃和350℃时评估TFT中的VGS与ID之间的关系作为TFT特性的结果，并且图75B示出了芳基温度和氢浓度的测定结果。需要注意，在图75A中，“A”是退火温度为250℃时的数据，“B”是退火温度为280℃时的数据，并且“C”是退火温度为350℃时的数据；可以发现，较高的退火温度会导致TFT在较低的VGS值下工作。另外，可以发现，较高的退火温度会导致氢浓度更高。
如上所述，实施例1中摄像元件的制造方法是包括如下步骤的摄像元件的制造方法：在形成有第一电极21的底层(具体为绝缘层82)上依次形成无机半导体材料层23B、包含有机材料的光电转换层23A和第二电极22。然后，在形成无机半导体材料层23B之后，在含有水蒸气的气氛中，在250℃以下的温度下，优选在150℃以上的温度下实施退火处理。具体地，例如，在形成无机半导体材料层23B之后且在形成光电转换层23A之前，通过含有水蒸气的大气气氛实施退火处理就足够了。
在无机半导体材料层23B包含Ina1Gaa2Sna3Ob1的情况下，优选满足a1>a2和a1>a3。在这种情况下，优选满足a1>a2>a3，或者优选满足a1>a3>a2，但是更优选满足a1>a2>a3。可替代地，在这些情况下，可以采用其中满足以下条件的形态：
a1+a2+a3+b1＝1.00
0.4<a1/(a1+a2+a3)<0.5
0.3<a2/(a1+a2+a3)<0.4
0.2<a3/(a1+a2+a3)<0.3。
可替代地，可以采用其中满足以下条件的形态：
a1+a2+a3+b1＝1.00
0.30<a1/(a1+a2+a3)<0.55
0.20<a2/(a1+a2+a3)<0.35
0.25<a3/(a1+a2+a3)<0.45。
另外，在无机半导体材料层23B包含Ala1Zna2Sna3Ob1的情况下，满足：
0.88×(a3-0.3)>0.12×a1 (1)，
其中，a1+a2+a3＝1.00并且a1>0，a2>0和a3>0成立(这同样适用于以下情况)使得可以满足ΔEN小于1.695的规定。这里，在图76A中，实线“A”表示满足以下条件的直线：
0.88×(a3-0.3)＝0.12×a1。
满足表达式(1)的区域是图76A中的由点p1、点p2和点p3包围的区域。
需要注意，在对组成(a1、a2和a3)的值进行各种改变的Ala1Zna2Sna3Ob1中，执行模拟以求出电子态密度，或者执行第一原理计算，从而求出与光学间隙、载流子迁移率和氧空位产生能量的值相关的值。基于所求出的值，线性地求出可获得期望值的光学间隙、氧空位产生能量和载流子迁移率的(a1、a2和a3)的值。因此，可以获得稍后说明的表达式(2)、表达式(2')、表达式(3-1)和(3-2)、表达式(3-1')和(3-2')、表达式(3-1)、(3-2)、(3-1")和(3-2")以及表达式(4)。
这里，在无机半导体材料层23B包含Ala1Zna2Sna3Ob1的情况下，无机半导体材料层23B中所包含的无机半导体材料(在某些情况下，简称为“无机半导体材料”)的光学间隙主要由无机半导体材料的组成中的铝原子和锡原子的比率(原子数的比例)决定；铝原子的比率越高，光学间隙的值越大。为了使无机半导体材料层在可见光范围内是透明的，光学间隙必须为2.8eV以上。同时，为了使无机半导体材料层可靠地接收在光电转换层中产生的电荷，无机半导体材料的导带能级必须比光电转换层中所包含的材料的导带能级深；为此，无机半导体材料的光学间隙优选为例如3.2eV以下。另外，在无机半导体材料中产生氧空位的可能性(换句话说，氧空位产生能量的值较低)主要由无机半导体材料的组成中的铝原子和锡原子的比率(原子数的比例)决定；锡原子的比率越高，在无机半导体材料中越容易产生氧空位，结果，越容易产生晶体缺陷。设置无机半导体材料层是为了累积在光电转换层中产生的电荷并将该电荷传输至第一电极，因此，由于无机半导体材料层的晶体缺陷和氧空位而产生的载流子会导致载流子密度增大和暗电流增加，从而会降低摄像元件的S/N比。此外，设置无机半导体材料层是为了将在光电转换层中产生的电荷传输至第一电极；因此，当传输速率慢时，从摄像元件读出信号需要时间，因此很难获得固态摄像装置所需的适当的帧速率。为了提高传输速率，必须增大无机半导体材料层的载流子迁移率，即场迁移率。对于无机半导体材料的组成中的铝原子和锌原子的比率(原子数的比例)与载流子迁移率之间的关系，锌原子的比率越高，载流子迁移率的值越低。对于无机半导体材料的组成中的锡原子和锌原子的比率(原子数的比例)与载流子迁移率之间的关系，锌原子的比率越高，载流子迁移率的值越低。
另外，通过采用其中满足：
0.36×(a3-0.62)≤0.64×a1≤0.36×a3 (2)
的形态，使得无机半导体材料能够实现2.8eV以上且3.2eV以下的光学间隙。通过采用这种形态，使得无机半导体材料层相对于入射光为透明层，并且消除了对电荷从光电转换层到无机半导体材料层的移动造成障碍的可能性。这里，在图76B中，虚线“B”表示满足以下条件的直线：
0.36×(a3-0.62)＝0.64×a1，
并且虚线“C”表示满足以下条件的直线：
0.64×a1＝0.36×a3。
可替代地，可以采用如下形态：其中，无机半导体材料的光学间隙为3.0eV以上且3.2eV以下，以使得无机半导体材料层相对于更宽的波长范围内的入射光为透明的层。另外，在包括这种优选形态的本公开的摄像元件等中，通过采用其中满足：
0.36×(a3-0.25)≤0.64×a1≤0.36×a3 (2')
的形态，使得无机半导体材料能够实现3.0eV以上且3.2eV以下的光学间隙。
另外，通过采用其中满足：
a3≤0.67 (3-1)
和
0.60×(a3-0.61)≤0.40×a1 (3-2)
的形态，使得无机半导体材料能够实现2.6eV以上的氧空位产生能量。这里，在图76B中，虚线“D1”表示满足以下条件的直线：
a3＝0.67，
并且虚线“D2”表示满足以下条件的直线：
0.60×(a3-0.61)＝0.40×a1。
可替代地，可以采用其中无机半导体材料的氧空位产生能量为3.0eV以上的形态。另外，在包括这种优选形态的本公开的摄像元件等中，通过采用其中满足：
a3≤0.53 (3-1')
和
0.35×(a3-0.32)≤0.65×a1 (3-2')
的形态，使得无机半导体材料能够实现3.0eV以上的氧空位产生能量。这里，在图76B中，虚线“E1”表示满足以下条件的直线：
a3＝0.53，
并且虚线“E2”表示满足以下条件的直线：
0.35×(a3-0.32)＝0.65×a1。
可替代地，如果氧空位产生能量的值较高，则可能导致载流子迁移率的值较低的情况；因此，在这种情况下，可以采用其中无机半导体材料的氧空位产生能量为2.6eV以上且3.0eV以下的形态。另外，在包括这种优选形态的本公开的摄像元件等中，通过采用其中满足：
a3≤0.67 (3-1)
0.60×(a3-0.61)≤0.40×a1 (3-2)
a3≥0.53 (3-1")
和
0.35×(a3-0.32)≥0.65×a1 (3-2")
的形态，使得无机半导体材料能够实现2.6eV以上且3.0eV以下的氧空位产生能量。
此外，通过采用其中满足：
a3≥a2-0.54 (4)
的形态，可以赋予无机半导体材料层高的载流子迁移率，具体地，10cm2/V·s以上的高载流子迁移率。结果，可以使累积在无机半导体材料层中的电荷快速地移动至第一电极。这里，在图76B中，虚线“F”表示满足以下条件的直线：
a3＝a2-0.54。
另外，无机半导体材料层的载流子密度优选为1×1016/cm3以下，使得累积在无机半导体材料层中的电荷量增加。
这里，图76B所示的满足表达式(1)、表达式(2)、表达式(3-1)、表达式(3-2)和表达式(4)的(a1、a2和a3)的区域是由点p2、点p4、点p5、点p6、点p7和点p8包围的区域。
可替代地，当无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的组成由Ma1Na2Sna3Ob1(其中，M表示铝原子，N表示镓原子、或锌原子、或镓原子和锌原子)表示时，优选满足：
a1+a3+a2＝1.00
0.01≤a1≤0.04
和
a3<a2，
优选地，进一步满足a1<a3<a2。
在实施例1的摄像元件中，通过将ΔEN规定为小于1.695，可以在低温退火条件下形成无机半导体材料层。结果，可以抑制对摄像元件中所包括的其他层造成损坏，从而可以提高摄像元件的成品率和耐久性，并且可以进一步减小SS值，由此能够实现高速操作。因此，可以实现获得具有更少残像的影像/图像的摄像元件。另外，可以获得在诸如载流子迁移率、载流子密度、SS值和相对于入射光的透明度等特性的平衡方面优异的无机半导体材料层。此外，可以以良好平衡的方式实现无机半导体材料层的载流子密度的优化(无机半导体材料层的耗尽程度的优化)、无机半导体材料层中所包括的无机半导体材料层的高载流子迁移率、对无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的导带的最小能量值E1的控制以及对无机半导体材料层中的氧空位的产生的抑制。因此，尽管构造和结构简单，但是可以提供累积在光电转换层中的电荷的传输特性优异并且入射光损失少的摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置。此外，无机半导体材料层相对于形成无机半导体材料层之后的摄像元件的制造过程是稳定的，并且还可以抑制摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置的老化劣化。另外，无机半导体材料的导带的能级E1形成为比光电转换层中所包含的材料的LUMO值E0更深。结果，使无机半导体材料层与相邻的光电转换层之间的能垒降低，从而可以实现电荷从光电转换层到无机半导体材料层的可靠移动。而且，抑制了空穴的逃脱。另外，由于光电转换部具有无机半导体材料层和光电转换层的两层结构，因此可以防止在电荷累积期间的再结合，并且可以进一步提高累积在光电转换层中的电荷向第一电极的传输效率。此外，可以临时保持在光电转换层中产生的电荷，从而控制传输的时序等。还可以抑制暗电流的产生。此外，在实施例1的摄像元件的制造方法中，由于在形成无机半导体材料层之后，在含有水蒸气的气氛中、在250℃以下实施退火处理，因此可以抑制对摄像元件中所包括的其他层造成损坏，并且可以提高摄像元件的成品率和耐久性。另外，可以制造出具有优异特性的摄像元件。
此外，即使在诸如250℃的低温退火条件下，也可以实现明显超过IGZO的特性。另外，在本公开中，通过促进氢的扩散并提高共价键合特性，可以增大H作为H-离子的与金属元素直接键合的比率。结果，可以减小载流子密度。这与需要更高的载流子密度的薄膜晶体管(TFT)所需的特性相反。也就是说，可以说，具有更高的共价键合特性的材料适合于无机半导体材料层，但不适合于薄膜晶体管。
在下文中，对本公开的摄像元件、本公开的层叠式摄像元件和根据本公开的第二方面的固态摄像装置进行整体说明，其后，对实施例1的摄像元件和固态摄像装置进行详细说明。以下说明的表示施加到各种电极的电位的符号在下面的表2中列出。
<表2>
为了方便起见，在某些情况下，以下将包括上述优选形态并且包括电荷累积用电极的本公开的摄像元件等称为“本公开的包括电荷累积用电极的摄像元件等”。
在本公开的摄像元件等中，针对波长为400nm至660nm的光，无机半导体材料层的透光率优选为65％以上。另外，针对波长为400nm至660nm的光，电荷累积用电极的透光率也优选为65％以上。电荷累积用电极的薄层电阻值(sheet resistance)优选为3×10Ω/□至1×103Ω/□。
在本公开的摄像元件等中，可以采用其中摄像元件等还包括半导体基板并且在该半导体基板上方设置有光电转换部的形态。需要注意，第一电极、电荷累积用电极、第二电极和各种电极连接至稍后说明的驱动电路。
位于光入射侧的第二电极可以由多个摄像元件共用。也就是说，除了稍后说明的本公开的包括上部电荷移动控制电极的摄像元件等之外，第二电极可以是所谓的固体电极(solid electrode)。光电转换层可以由多个摄像元件共用，即，可以针对多个摄像元件形成一个光电转换层。可替代地，可以针对各个摄像元件都设置有光电转换层。优选地，无机半导体材料层针对各个摄像元件设置；然而，在某些情况下，无机半导体材料层也可以由多个摄像元件共用。换句话说，通过在摄像元件与摄像元件之间设置例如稍后说明的电荷移动控制电极，可以针对多个摄像元件形成一个无机半导体材料层。在形成由多个摄像元件共用的一个无机半导体材料层的情况下，从保护无机半导体材料层的端部的角度来看，理想的是，无机半导体材料层的端部至少被光电转换层覆盖。
此外，在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等中，可以采用其中第一电极在设置于绝缘层中的开口部内延伸并且连接至无机半导体材料层的形态。可替代地，可以采用其中无机半导体材料层在设置于绝缘层中的开口部内延伸并且连接至第一电极的形态。在这种情况下，可以采用如下形态：其中，
第一电极的顶表面的边缘被绝缘层覆盖，
第一电极在开口部的底表面处露出，并且
当第一表面是绝缘层的与第一电极的顶表面接触的表面并且第二表面是绝缘层的与无机半导体材料层的面对电荷累积用电极的部分接触的表面时，开口部的侧表面以从第一表面朝着第二表面扩大开口部的方式倾斜，此外，开口部的以从第一表面朝着第二表面扩大开口部的方式倾斜的侧表面位于电荷累积用电极侧。
此外，在包括上述各种优选形态的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，
摄像元件等还包括控制部，该控制部设置在半导体基板中并且包括驱动电路，
第一电极和电荷累积用电极连接至驱动电路，
在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V11，向电荷累积用电极施加电位V31，并且将电荷累积在无机半导体材料层等中，并且
在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V12，向电荷累积用电极电位施加V32，并且将累积在无机半导体材料层等中的电荷经由第一电极读出至控制部。需要注意，第一电极的电位高于第二电极的电位，并且
V31≥V11和V32<V12
成立。
此外，在包括上述各种优选形态的摄像元件等中，可以采用其中电荷移动控制电极形成在隔着绝缘层与光电转换层的位于相邻摄像元件之间的区域相对的区域中的形态。需要注意，在某些情况下，为了方便起见，将这种形态称为“本公开的包括下部电荷移动控制电极的摄像元件等”。可替代地，可以采用其中在光电转换层的位于相邻摄像元件之间的区域上形成电荷移动控制电极而不是第二电极的形态。需要注意，在某些情况下，为了方便起见，将这种形态称为“本公开的包括上部电荷移动控制电极的摄像元件等”。
在以下的说明中，为了方便起见，将“光电转换层的位于相邻摄像元件之间的区域”称为“光电转换层的区域-A”，并且为了方便起见，将“绝缘层的位于相邻摄像元件之间的区域”称为“绝缘层的区域-A”。光电转换层的区域-A对应于绝缘层的区域-A。此外，为了方便起见，将“相邻摄像元件之间的区域”称为“区域-a”。
在本公开的包括下部电荷移动控制电极(下侧电荷移动控制电极，以光电转换层为基准位于光入射侧的相反侧的电荷移动控制电极)的摄像元件等中，下部电荷移动控制电极形成在隔着绝缘层与光电转换层的区域-A相对的区域中。换句话说，下部电荷移动控制电极形成在如下区域(区域-a)中的绝缘层的部分(绝缘层的区域-A)下方，该区域(区域-a)夹在各个相邻的摄像元件中所包括的电荷累积用电极与电荷累积用电极之间。下部电荷移动控制电极与电荷累积用电极分开设置着。或者，换句话说，下部电荷移动控制电极包围电荷累积用电极并与电荷累积用电极分开设置着。下部电荷移动控制电极布置成隔着绝缘层面对光电转换层的区域-A。
此外，可以采用如下形态：其中，
本公开的包括下部电荷移动控制电极的摄像元件等还包括控制部，该控制部设置在半导体基板中并且包括驱动电路，
第一电极、第二电极、电荷累积用电极和下部电荷移动控制电极连接至驱动电路，
在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V11，向电荷累积用电极施加电位V31，向下部电荷移动控制电极施加电位V41，并且将电荷累积在无机半导体材料层等中，并且
在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V12，向电荷累积用电极施加电位V32，向下部电荷移动控制电极施加电位V42，并且将累积在无机半导体材料层等中的电荷经由第一电极读出至控制部。需要注意：
V31≥V11，V31>V41和V12>V32>V42
成立。下部电荷移动控制电极可以形成在与第一电极或电荷累积用电极相同或不同的水平面上。
在本公开的包括上部电荷移动控制电极(上侧电荷移动控制电极，以光电转换层为基准位于光入射侧的电荷移动控制电极)的摄像元件等中，在光电转换层的位于相邻摄像元件之间的区域上形成上部电荷移动控制电极而不是第二电极。上部电荷移动控制电极与第二电极分开设置着。换句话说：
[A]可以采用如下形态：其中，针对各个摄像元件都设置有第二电极；上部电荷移动控制电极包围第二电极的至少一部分并且以与第二电极分开的方式设置在光电转换层的区域-A上。可替代地，
[B]可以采用如下形态：其中，针对各个摄像元件都设置有第二电极；上部电荷移动控制电极包围第二电极的至少一部分并且与第二电极分开设置着；在上部电荷移动控制电极下方存在电荷累积用电极的一部分。可替代地，
[C]可以采用如下形态：其中，针对各个摄像元件都设置有第二电极；上部电荷移动控制电极包围第二电极的至少一部分并且与第二电极分开设置着；在上部电荷移动控制电极下方存在电荷累积用电极的一部分；此外，下部电荷移动控制电极形成在上部电荷移动控制电极下方。在某些情况下，由上部电荷移动控制电极与第二电极之间的连接而产生的电位可以施加到光电转换层的位于上部电荷移动控制电极与第二电极之间的区域下方的区域。
另外，可以采用如下形态：其中，
本公开的包括上部电荷移动控制电极的摄像元件等还包括控制部，该控制部设置在半导体基板中并且包括驱动电路，
第一电极、第二电极、电荷累积用电极和上部电荷移动控制电极连接至驱动电路，
在电荷累积时段内，从驱动电路向第二电极施加电位V21，向上部电荷移动控制电极施加电位V41，并且将电荷累积在无机半导体材料层等中，并且
在电荷传输时段内，从驱动电路向第二电极施加电位V22，向上部电荷移动控制电极施加电位V42，并且将累积在无机半导体材料层等中的电荷经由第一电极读出至控制部。需要注意：
V21≥V41和V22≥V42
成立。上部电荷移动控制电极形成在与第二电极相同的水平面上。
此外，在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，摄像元件等还包括在第一电极与电荷累积用电极之间的传输控制用电极(电荷传输电极)，该传输控制电极与第一电极和电荷累积用电极分开布置着，并且该传输控制电极布置成隔着绝缘层面对无机半导体材料层。为了方便起见，将具有这种形态的本公开的摄像元件等称为“本公开的包括传输控制用电极的摄像元件等”。
此外，在本公开的包括传输控制用电极的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，
摄像元件等还包括：设置在半导体基板中并且包括驱动电路的控制部，
第一电极、电荷累积用电极和传输控制用电极连接至驱动电路，
在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V11，向电荷累积用电极施加电位V31，向传输控制用电极施加电位V51，并且将电荷累积在无机半导体材料层等中，并且
在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V12，向电荷累积用电极施加电位V32，向传输控制用电极施加电位V52，并且将累积在无机半导体材料层等中的电荷经由第一电极读出至控制部。需要注意，第一电极的电位高于第二电极的电位，并且
V31>V51和V32≤V52≤V12
成立。
此外，在包括上述各种优选形态的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，摄像元件等还包括电荷排出电极，该电荷排出电极连接至无机半导体材料层并且与第一电极和电荷累积用电极分开布置着。为了方便起见，将具有这种形态的本公开的摄像元件等称为“本公开的包括电荷排出电极的摄像元件等”。此外，在本公开的包括电荷排出电极的摄像元件等中，可以采用其中电荷排出电极布置成包围第一电极和电荷累积用电极(即，呈相框状)的形态。电荷排出电极可以由多个摄像元件共用(共有)。此外，在这种情况下，可以采用如下形态：其中，
无机半导体材料层在设置于绝缘层中的第二开口部内延伸，并且连接至电荷排出电极，
电荷排出电极的顶表面的边缘被绝缘层覆盖，
电荷排出电极在第二开口部的底表面处露出，并且
当第三表面是绝缘层的与电荷排出电极的顶表面接触的表面并且第二表面是绝缘层的与无机半导体材料层的面对电荷累积用电极的部分接触的表面时，第二开口部的侧表面以从第三表面朝着第二表面扩大第二开口部的形式倾斜。
此外，在本公开的包括电荷排出电极的摄像元件等中，可以采用如下形态：其中，
摄像元件等还包括：设置在半导体基板中并且包括驱动电路的控制部，
第一电极、电荷累积用电极和电荷排出电极连接至驱动电路，
在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V11，向电荷累积用电极施加电位V31，向电荷排出电极施加电位V61，并且将电荷累积在无机半导体材料层等中，并且
在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极施加电位V12，向电荷累积用电极施加电位V32，向电荷排出电极施加电位V62，并且将累积在无机半导体材料层等中的电荷经由第一电极读出至控制部。需要注意，第一电极的电位高于第二电极的电位，并且
V61>V11和V62<V12
成立。
此外，在本公开的摄像元件等的上述各种优选形态中，可以采用其中电荷累积用电极包括多个电荷累积用电极区段的形态。为了方便起见，将这种形态的本公开的摄像元件等称为“本公开的包括多个电荷累积用电极区段的摄像元件等”。电荷累积用电极区段的数量为两个以上就足够了。在本公开的包括多个电荷累积用电极区段的摄像元件等中，在向N个电荷累积用电极区段施加不同的电位的情况下，可以采用如下形态：其中，
在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，在电荷传输时段内，施加到离第一电极最近的电荷累积用电极区段(第一个光电转换部区段)的电位高于施加到离第一电极最远的电荷累积用电极区段(第N个光电转换部区段)的电位，并且
在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，在电荷传输时段内，施加到离第一电极最近的电荷累积用电极区段(第一个光电转换部区段)的电位低于施加到离第一电极最远的电荷累积用电极区段(第N个光电转换部区段)的电位。
在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等中，可以采用如下构造：其中，
在半导体基板中，设置有控制部中所包括的至少浮动扩散层和放大晶体管，并且
第一电极连接至浮动扩散层和放大晶体管的栅极部。此外，在这种情况下，可以采用如下构造：其中，
在半导体基板中，进一步设置有控制部中所包括的复位晶体管和选择晶体管，
浮动扩散层连接至复位晶体管的一个源极/漏极区域，并且
放大晶体管的一个源极/漏极区域连接至选择晶体管的一个源极/漏极区域，并且选择晶体管的另一个源极/漏极区域连接至信号线。
此外，在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等中，可以采用其中电荷累积用电极的尺寸大于第一电极的尺寸的形态。尽管没有限制，但是优选满足
4≤s1'/s1，
其中，s1'表示电荷累积用电极的面积，并且s1表示第一电极的面积。
可替代地，作为包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等的变形例，可以采用下面说明的第一构造至第六构造的摄像元件。也就是说，在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等之中的第一构造至第六构造的摄像元件中，
光电转换部包括N(其中，N≥2)个光电转换部区段，
无机半导体材料层和光电转换层包括N个光电转换层区段，
绝缘层包括N个绝缘层区段，
在第一构造至第三构造的摄像元件中，电荷累积用电极包括N个电荷累积用电极区段，
在第四构造和第五构造的摄像元件中，电荷累积用电极包括彼此分开布置着的N个电荷累积用电极区段，
第n(其中，n＝1、2、3......N)个光电转换部区段包括第n个电荷累积用电极区段、第n个绝缘层区段和第n个光电转换层区段，并且
n值越大的光电转换部区段离第一电极越远。这里，“光电转换层区段”是指包括层叠的光电转换层和无机半导体材料层的区段。
此外，在第一构造的摄像元件中，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，绝缘层区段的厚度是逐渐变化的。另外，在第二构造的摄像元件中，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，光电转换层区段的厚度是逐渐变化的。需要注意，在光电转换层区段中，可以通过在使无机半导体材料层部分的厚度恒定的同时改变光电转换层部分的厚度来改变光电转换层区段的厚度。此外，可以通过在使光电转换层部分的厚度恒定的同时改变无机半导体材料层部分的厚度来改变光电转换层区段的厚度。此外，可以通过改变光电转换层部分的厚度并且改变无机半导体材料层部分的厚度来改变光电转换层区段的厚度。此外，在第三构造的摄像元件中，在相邻的光电转换部区段之间，绝缘层区段中所包含的材料是不同的。另外，在第四构造的摄像元件中，在相邻的光电转换部区段之间，电荷累积用电极区段中所包含的材料是不同的。此外，在第五构造的摄像元件中，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，电荷累积用电极区段的面积逐渐减小。面积可以连续减小或者呈阶梯状减小。
可替代地，在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等之中的第六构造的摄像元件中，沿着YZ假想平面切断的其中电荷累积用电极、绝缘层、无机半导体材料层和光电转换层层叠的层叠部分的截面面积根据与第一电极相距的距离而变化，其中，Z方向是电荷累积用电极、绝缘层、无机半导体材料层和光电转换层的层叠方向，并且X方向是远离第一电极的方向。该截面面积的变化可以是连续的变化或者可以是阶梯状的变化。
在第一构造和第二构造的摄像元件中，连续设置有N个光电转换层区段，还连续地设置N个绝缘层区段，并且还连续设置有N个电荷累积用电极区段。在第三构造至第五构造的摄像元件中，连续设置有N个光电转换层区段。另外，在第四构造和第五构造的摄像元件中，连续设置有N个绝缘层区段，而在第三构造的摄像元件中，设置有N个绝缘层区段以对应于各个光电转换部区段。此外，在第四构造和第五构造的摄像元件中，并且视情况而定，在第三构造的摄像元件中，设置有N个电荷累积用电极区段以对应于各个光电转换部区段。此外，在第一构造至第六构造的摄像元件中，将相同的电位施加到所有的电荷累积用电极区段。可替代地，在第四构造和第五构造的摄像元件中，并且视情况而定，在第三构造的摄像元件中，可以将不同的电位施加到N个电荷累积用电极区段。
在包括第一构造至第六构造的摄像元件中的任一者的本公开的摄像元件等中，规定绝缘层区段的厚度。可替代地，规定光电转换层区段的厚度。可替代地，绝缘层区段中所包含的材料是不同的。可替代地，电荷累积用电极区段中所包含的材料是不同的。可替代地，规定电荷累积用电极区段的面积。可替代地，规定层叠部分的截面面积。因此，形成一种电荷传输梯度，并且通过光电转换产生的电荷可以更容易且可靠地传输至第一电极。此外，结果，可以防止残像的产生或者可以防止一些电荷保持未传输。
在第一构造至第五构造的摄像元件中，n值越大的光电转换部区段离第一电极越远。光电转换部区段是否远离第一电极以X方向为基准来进行判断。另外，在第六构造的摄像元件中，当远离第一电极的方向为X方向时，将“X方向”如下地定义。也就是说，布置有多个摄像元件或多个层叠式摄像元件的像素区域包括以二维阵列布置的多个像素，即，在X方向和Y方向上规则布置的多个像素。在像素的平面形状是矩形的情况下，离第一电极最近的边的延伸方向为Y方向，并且与Y方向正交的方向为X方向。可替代地，在像素的平面形状是任意形状的情况下，包括离第一电极最近的线段或曲线的总体方向为Y方向，并且与Y方向正交的方向为X方向。
关于第一构造至第六构造的摄像元件，下面将对第一电极的电位高于第二电极的电位的情况进行说明。
在第一构造的摄像元件中，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，绝缘层区段的厚度是逐渐变化的。绝缘层区段的厚度优选地逐渐增大。因此形成了一种电荷传输梯度。然后，当在电荷累积时段内建立了V31≥V11的状态时，与第(n+1)个光电转换部区段相比，第n个光电转换部区段能够累积更多的电荷，并且被施加更强的电场。因此，可以可靠地防止电荷从第一个光电转换部区段流向第一电极。另外，当在电荷传输时段内建立了V32<V12的状态时，可以可靠地确保电荷从第一个光电转换部区段流向第一电极以及电荷从第(n+1)个光电转换部区段流向第n个光电转换部区段。
在第二构造的摄像元件中，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，光电转换层区段的厚度是逐渐变化的。光电转换层区段的厚度优选地逐渐增大。因此形成了一种电荷传输梯度。然后，当在电荷累积时段内建立了V31≥V11的状态时，向第n个光电转换部区段施加比向第(n+1)个光电转换部区段施加的电场更强的电场。因此可以可靠地防止电荷从第一个光电转换部区段流向第一电极。另外，当在电荷传输时段内建立了V32<V12的状态时，可以可靠地确保电荷从第一个光电转换部区段流向第一电极以及电荷从第(n+1)个光电转换部区段流向第n个光电转换部区段。
在第三构造的摄像元件中，在相邻的光电转换部区段之间，绝缘层区段中所包含的材料是不同的，因此形成了一种电荷传输梯度。优选地，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，绝缘层区段中所包含的材料的介电常数的值逐渐减小。通过采用这种构造，当在电荷累积时段内建立了V31≥V11的状态时，第n个光电转换部区段能够累积比第(n+1)个光电转换部区段更多的电荷。另外，当在电荷传输时段内建立了V32<V12的状态时，可以可靠地确保电荷从第一个光电转换部区段流向第一电极以及电荷从第(n+1)个光电转换部区段流向第n个光电转换部区段。
在第四构造的摄像元件中，在相邻的光电转换部区段之间，电荷累积用电极区段中所包含的材料是不同的，因此形成了一种电荷传输梯度。优选地，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，绝缘层区段中所包含的材料的功函数的值逐渐增大。通过采用这种构造，不管电压(电位)是正的还是负的，都可以形成有利于信号电荷传输的电位梯度。
在第五构造的摄像元件中，从第一个光电转换部区段到第N个光电转换部区段，电荷累积用电极区段的面积逐渐减小，因此形成了一种电荷传输梯度。因此，当在电荷累积时段内建立了V31≥V11的状态时，第n个光电转换部区段能够累积比第(n+1)个光电转换部区段更多的电荷。另外，当在电荷传输时段内建立了V32<V12的状态时，可以可靠地确保电荷从第一个光电转换部区段流向第一电极以及电荷从第(n+1)个光电转换部区段流向第n个光电转换部区段。
在第六构造的摄像元件中，层叠部分的截面面积根据与第一电极相距的距离而变化，因此形成了一种电荷传输梯度。具体地，通过采用如下构造：其中，层叠部分的截面厚度恒定，并且层叠部分的截面宽度随着远离第一电极而减小，那么与第五构造的摄像元件的说明类似，当在电荷累积时段内建立了V31≥V11的状态时，离第一电极近的区域可以累积比离第一电极远的区域更多的电荷。因此，当在电荷传输时段内建立了V32<V12的状态时，可以可靠地确保电荷从离第一电极近的区域流向第一电极以及电荷从较远区域流向较近区域。相反，通过采用如下构造：其中，层叠部分的截面宽度恒定，并且层叠部分的截面厚度逐渐增大，具体地，绝缘层区段的厚度逐渐增大，那么与第一构造的摄像元件的说明类似，当在电荷累积时段内建立了V31≥V11的状态时，与离第一电极远的区域相比，离第一电极近的区域能够累积更多的电荷，并且被施加更强的电场，从而可以可靠地防止电荷从离第一电极近的区域流向第一电极。此外，当在电荷传输时段内建立了V32<V12的状态时，可以可靠地确保电荷从离第一电极近的区域流向第一电极以及电荷从较远区域流向较近区域。另外，通过采用其中光电转换层区段的厚度逐渐增大的构造，与第二构造的摄像元件的说明类似，当在电荷累积时段内建立了V31≥V11的状态时，向离第一电极近的区域施加比向离第一电极远的区域施加的电场更强的电场，从而可以可靠地防止电荷从离第一电极近的区域流向第一电极。此外，当在电荷传输时段内建立了V32<V12的状态时，可以可靠地确保电荷从离第一电极近的区域流向第一电极以及电荷从较远区域流向较近区域。
根据需要，可以适当地组合包括上述优选形态的第一构造至第六构造的摄像元件中的两种以上的摄像元件。
作为根据本公开的第一方面和第二方面的固态摄像装置的变形例，固态摄像装置可以具有如下构造：其中，
该固态摄像装置包括多个第一构造至第六构造的摄像元件中的任一种摄像元件，
多个摄像元件构成摄像元件区块，并且
第一电极由构成摄像元件区块的多个摄像元件共用。为了方便起见，将具有这种构造的固态摄像装置称为“第一构造的固态摄像装置”。可替代地，作为根据本公开的第一方面和第二方面的固态摄像装置的变形例，固态摄像装置可以具有如下构造：其中，
该固态摄像装置包括多个第一构造至第六构造的摄像元件中的任一种摄像元件，或者包括多个层叠式摄像元件，该层叠式摄像元件具有至少一个第一构造至第六构造的摄像元件，
多个摄像元件或多个层叠式摄像元件构成摄像元件区块，并且
第一电极由构成摄像元件区块的多个摄像元件或多个层叠式摄像元件共用。为了方便起见，将具有这种构造的固态摄像装置称为“第二构造的固态摄像装置”。此外，通过如上所述地使第一电极由构成摄像元件区块的多个摄像元件共用，可以使布置有多个摄像元件的像素区域的构造和结构简化和微细化。
在第一构造和第二构造的固态摄像装置中，针对多个摄像元件(一个摄像元件区块)设置一个浮动扩散层。这里，针对一个浮动扩散层设置的多个摄像元件可以包括多个稍后说明的第一类型摄像元件，或者可以包括至少一个第一类型摄像元件和一个或两个以上的稍后说明的第二类型摄像元件。此外，通过适当地控制电荷传输时段的时序，允许多个摄像元件共用一个浮动扩散层。多个摄像元件协同操作，并且作为摄像元件区块连接至稍后说明的驱动电路。也就是说，用于构成摄像元件区块的多个摄像元件连接至一个驱动电路。然而，针对各个摄像元件来执行对电荷累积用电极的控制。另外，多个摄像元件可以共用一个接触孔部。由多个摄像元件共用的第一电极与各个摄像元件的电荷累积用电极之间的布置关系可以是这样的：在某些情况下，将第一电极布置成与各个摄像元件的电荷累积用电极相邻。可替代地，第一电极可以布置成与多个摄像元件中的一些摄像元件的电荷累积用电极相邻，并且不与多个摄像元件中的其余摄像元件的电荷累积用电极相邻。在这种情况下，电荷从多个摄像元件中的其余摄像元件向第一电极的移动是经由多个摄像元件中的一些摄像元件的移动。为了确保电荷从各个摄像元件移动至第一电极，优选地，摄像元件中所包括的电荷累积用电极和摄像元件中所包括的电荷累积用电极之间的距离(为了方便起见，称为“距离A”)比与第一电极相邻的摄像元件中的第一电极和电荷累积用电极之间的距离(为了方便起见，称为“距离B”)长。另外，优选地，随着摄像元件离第一电极越远，距离A的值越大。需要注意，上面的说明不仅适用于第一构造和第二构造的固态摄像装置，而且还适用于本公开的第一方面和第二方面的固态摄像装置。
此外，在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等中，可以采用其中光从第二电极侧入射并且在更靠近第二电极的光入射侧形成有遮光层的形态。可替代地，可以采用其中光从第二电极侧入射并且光不入射到第一电极上(视情况而定，光不入射到第一电极和传输控制用电极上)的形态。此外，在这种情况下，可以采用其中遮光层形成在更靠近第二电极的光入射侧且在第一电极(视情况而定，第一电极和传输控制用电极)上方的构造。可替代地，可以采用如下构造：其中，在电荷累积用电极和第二电极的上方设置芯片上微透镜，并且入射到芯片上微透镜上的光会聚在电荷累积用电极上。这里，遮光层可以布置在第二电极的光入射侧的表面上方，或者可以布置在第二电极的光入射侧的表面上。视情况而定，遮光层可以形成在第二电极中。遮光层中所包含的材料的示例包括铬(Cr)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)和不透光的树脂(例如，聚酰亚胺树脂)。
本公开的摄像元件等的具体示例包括：包括吸收蓝光(425nm～495nm的光)的光电转换层或光电转换部(为了方便起见，称为“第一类型蓝光用光电转换层”或“第一类型蓝光用光电转换部”)并且对蓝光敏感的摄像元件(为了方便起见，称为“第一类型蓝光用摄像元件”)；包括吸收绿光(495nm～570nm的光)的光电转换层或光电转换部(为了方便起见，称为“第一类型绿光用光电转换层”或“第一类型绿光用光电转换部”)并且对绿光敏感的摄像元件(为了方便起见，称为“第一类型绿光用摄像元件”)；以及包括吸收红光(620nm～750nm的光)的光电转换层或光电转换部(为了方便起见，称为“第一类型红光用光电转换层”或“第一类型红光用光电转换部”)并且对红光敏感的摄像元件(为了方便起见，称为“第一类型红光用摄像元件”)。另外，为了方便起见，将不包括电荷累积用电极且对蓝光敏感的现有摄像元件称为“第二类型蓝光用摄像元件”。为了方便起见，将不包括电荷累积用电极且对绿光敏感的现有摄像元件称为“第二类型绿光用摄像元件”。为了方便起见，将不包括电荷累积用电极且对红光敏感的现有摄像元件称为“第二类型红光用摄像元件”。为了方便起见，将第二类型蓝光用摄像元件中所包括的光电转换层或光电转换部称为“第二类型蓝光用光电转换层”或“第二类型蓝光用光电转换部”。为了方便起见，将第二类型绿光用摄像元件中所包括的光电转换层或光电转换部称为“第二类型绿光用光电转换层”或“第二类型绿光用光电转换部”。为了方便起见，将第二类型红光用摄像元件中所包括的光电转换层或光电转换部称为“第二类型红光用光电转换层”或“第二类型红光用光电转换部”。
本公开的层叠式摄像元件包括至少一个本公开的摄像元件等(光电转换元件)，并且层叠式摄像元件的构造和结构的具体示例包括如下的构造和结构：
[A]第一类型蓝光用光电转换部、第一类型绿光用光电转换部和第一类型红光用光电转换部在垂直方向上层叠，并且
第一类型蓝光用摄像元件的控制部、第一类型绿光用摄像元件的控制部和第一类型红光用摄像元件的控制部分别设置在半导体基板中；
[B]第一类型蓝光用光电转换部和第一类型绿光用光电转换部在垂直方向上层叠，
在这两层的第一类型光电转换部下方，布置有第二类型红光用光电转换部，并且
第一类型蓝光用摄像元件的控制部、第一类型绿光用摄像元件的控制部和第二类型红光用摄像元件的控制部分别设置在半导体基板中；
[C]第二类型蓝光用光电转换部和第二类型红光用光电转换部布置在第一类型绿光用光电转换部下方，并且
第一类型绿光用摄像元件的控制部、第二类型蓝光用摄像元件的控制部和第二类型红光用摄像元件的控制部分别设置在半导体基板中；以及
[D]第二类型绿光用光电转换部和第二类型红光用光电转换部布置在第一类型蓝光用光电转换部下方，并且
第一类型蓝光用摄像元件的控制部、第二类型绿光用摄像元件的控制部和第二类型红光用摄像元件的控制部分别设置在半导体基板中。
优选地，这些摄像元件的光电转换部在垂直方向上的布置顺序是从光入射方向起蓝光用光电转换部、绿光用光电转换部和红光用光电转换部的顺序，或者是从光入射方向起绿光用光电转换部、蓝光用光电转换部和红光用光电转换部的顺序。其中一个原因是较短波长的光在入射表面侧被有效地吸收。由于红色在三种颜色中具有最长的波长，因此当从光入射表面观察时，红光用光电转换部优选位于最下层。这些摄像元件的层叠结构构成一个像素。另外，可以设置第一类型近红外光用光电转换部(可替代地，红外光用光电转换部)。这里，优选地，第一类型红外光用光电转换部的光电转换层例如包含有机材料，并且布置在第一类型摄像元件的层叠结构的最下层中但在第二类型摄像元件上方。可替代地，可以在第一类型光电转换部下方设置第二类型近红外光用光电转换部(可替代地，红外光用光电转换部)。
在第一类型摄像元件中，例如，第一电极形成在设置于半导体基板上的层间绝缘层上。形成在半导体基板上的摄像元件可以是背面照射型或正面照射型。
在光电转换层包含有机材料的情况下，光电转换层可以采用以下四个方面中的任一个方面。
(1)光电转换层包括p型有机半导体。
(2)光电转换层包括n型有机半导体。
(3)光电转换层包括p型有机半导体层/n型有机半导体层的层叠结构。光电转换层包括p型有机半导体层/p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(体异质结构)/n型有机半导体层的层叠结构。光电转换层包括p型有机半导体层/p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(体异质结构)的层叠结构。光电转换层包括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(体异质结构)的层叠结构。
(4)光电转换层包括p型有机半导体和n型有机半导体的混合物(体异质结构)。需要注意，可以任意地改变层叠的顺序。
p型有机半导体的示例包括萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、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、亚紫菜嗪(subporphyrazine)衍生物、包括杂环化合物作为配体的金属络合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物和聚芴衍生物。n型有机半导体的示例包括富勒烯和富勒烯衍生物<例如，诸如C60、C70和C74等富勒烯(高碳富勒烯)或内嵌富勒烯等、或富勒烯衍生物(例如，富勒烯氟化物、PCBM富勒烯化合物或富勒烯多聚体等)>、具有比p型有机半导体更大(更深)的HOMO和LUMO的有机半导体以及透明的无机金属氧化物。n型有机半导体的具体示例包括：包括含有氮原子、氧原子和硫原子的杂环化合物作为分子骨架的一部分的有机分子，该杂环化合物诸如为吡啶衍生物、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、亚紫菜嗪衍生物、聚对苯乙炔(polyphenylene vinylene)衍生物、聚苯并噻二唑衍生物和聚芴衍生物等；有机金属络合物；以及亚酞菁衍生物。富勒烯衍生物中所包括的基团等的示例包括：卤素原子；直链、支链或环状烷基或苯基；包括直链或稠合芳族化合物的基团；包括卤化物的基团；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；芳基硫醚基；烷基硫醚基；氨基；烷氨基；芳氨基；羟基；烷氧基；酰氨基；酰氧基；羰基；羧基；羧酰胺基；羧烷氧基；酰基；磺酰基；氰基；硝基；包括硫族化物的基团；膦基；膦酸基；以及上述基团的衍生物。包括有机材料的光电转换层(在某些情况下，称为“有机光电转换层”)的厚度不受限制，并且该厚度例如可以为1×10-8m至5×10-7m，优选为2.5×10-8m至3×10-7m，更优选为2.5×10-8m至2×10-7m，进一步更优选为1×10-7m至1.8×10-7m。需要注意，有机半导体通常分类为p型和n型。p型意味着空穴容易输送，并且n型意味着电子容易输送。有机半导体不限于解释为如在无机半导体中一样具有空穴或电子作为热激发的多数载流子。
可替代地，对绿光执行光电转换的有机光电转换层中所包含的材料的示例包括罗丹明基染料、部花青基染料、喹吖啶酮衍生物和亚酞菁基染料(亚酞菁衍生物)等。对蓝光执行光电转换的有机光电转换层中所包含的材料的示例包括香豆酸染料、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)和部花青基染料等。对红光执行光电转换的有机光电转换层中所包含的材料的示例包括酞菁基染料和亚酞菁基染料(亚酞菁衍生物)等。
可替代地，光电转换层中所包含的无机材料的示例包括：晶体硅；非晶硅；微晶硅；晶体硒；非晶硒；黄铜矿化合物，例如CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2和AgInSe2；或III-V族化合物，例如GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和InGaAsP；此外，CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe和PbS等的化合物半导体。另外，包括这些材料的量子点也可以用于光电转换层。
根据本公开的第一方面和第二方面的固态摄像装置以及第一构造和第二构造的固态摄像装置能够构成单板式彩色固态摄像装置。
在包括层叠式摄像元件的根据本公开的第二方面的固态摄像装置中，与在包括拜耳布置的摄像元件的固态摄像装置中不同(即，不使用彩色滤光片层来执行蓝色、绿色或红色的分光)，在同一像素内将对多种波长的光敏感的摄像元件在光入射方向上层叠以构成一个像素。因此，可以提高灵敏度和每单位体积的像素密度。另外，由于有机材料具有高吸收系数，因此，与现有的Si基光电转换层相比，可以使有机光电转换层的厚度减小。因此，减轻了来自相邻像素的漏光并且放宽了对光入射角的限制。此外，虽然现有的Si基摄像元件由于对三种颜色的像素执行插值处理以产生颜色信号而产生伪色，但是在包括层叠式摄像元件的根据本公开的第二方面的固态摄像装置中，能够抑制伪色的产生。有机光电转换层本身还充当彩色滤光片层，因此可以在不布置彩色滤光片层的情况下进行颜色分离。
同时，在根据本公开的第一方面的固态摄像装置中，通过采用彩色滤光片层，可以放宽对蓝色、绿色和红色的分光特性的要求，并且提供了高批量生产。根据本公开的第一方面的固态摄像装置中的摄像元件的布置示例包括行间布置(interline arrangement)、G条纹RB方格布置、G条纹RB全方格布置、方格互补颜色布置、条纹布置、斜条纹布置、原色色差布置、场色差顺序布置、帧色差顺序布置、MOS型布置、改进的MOS型布置、帧交错布置和场交错布置以及拜耳布置。这里，一个摄像元件构成一个像素(或子像素)。
彩色滤光片层(波长选择装置)的示例包括：不仅透射红色、绿色和蓝色，而且视情况而定还透射诸如青色、品红色或黄色等特定波长的滤光片层。彩色滤光片层不仅可以由使用诸如颜料或染料等有机化合物的有机材料基彩色滤光片层构成，而且还可以由包括诸如光子晶体、基于等离子体应用的波长选择元件(具有导体格子结构的彩色滤光片层，该导体格子结构是在导体薄膜中具有格子状孔结构；例如，参见日本未经审查的专利申请公开第2008-177191号)或非晶硅等无机材料的薄膜构成。
布置有多个本公开的摄像元件等或多个本公开的层叠式摄像元件的像素区域包括以二维阵列规则布置的多个像素。通常，像素区域包括：有效像素区域，在该有效像素区域中，实际接收光以通过光电转换产生信号电荷，并且放大该信号电荷并将该信号电荷读出至驱动电路；以及黑基准像素区域(也称为光学黑像素区域(OPB))，其用于输出充当黑电平基准的光学黑。黑基准像素区域通常布置在有效像素区域的外周部中。
在包括上述各种优选形态的本公开的摄像元件等中，执行光照射，在光电转换层中发生光电转换，并且空穴和电子进行载流子分离。此外，提取空穴的电极是阳极，提取电子的电极是阴极。第一电极构成阴极，第二电极构成阳极。
可以采用其中第一电极、电荷累积用电极、传输控制用电极、电荷移动控制电极、电荷排出电极和第二电极包含透明导电材料的构造。在某些情况下，将第一电极、电荷累积用电极、传输控制用电极和电荷排出电极统称为“第一电极等”。可替代地，在本公开的摄像元件等布置在如例如拜耳布置的平面上的情况下，可以采用其中第二电极包含透明导电材料并且第一电极等包含金属材料的构造。在这种情况下，具体地，可以采用如下构造：其中，位于光入射侧的第二电极包含透明导电材料，并且第一电极等包含例如Al-Nd(铝和钕的合金)或ASC(铝、钐和铜的合金)。在某些情况下，将包含透明导电材料的电极称为“透明电极”。这里，理想地，透明导电材料的带隙能量为2.5eV以上，优选为3.1eV以上。透明电极中所包含的透明导电材料的示例包括具有导电性的金属氧化物。具体地，透明导电材料的示例包括：氧化铟；铟锡氧化物(ITO：Indium Tin Oxide，包括掺杂有Sn的In2O3、晶体ITO和非晶ITO)；向氧化锌中添加铟作为掺杂剂的铟锌氧化物(IZO：Indium Zinc oxide)；向氧化镓中添加铟作为掺杂剂的铟镓氧化物(IGO)；向氧化锌中添加铟和镓作为掺杂剂的铟-镓-锌氧化物(IGZO：In-GaZnO4)；向氧化锌中添加铟和锡作为掺杂剂的铟-锡-锌氧化物(ITZO)；IFO(掺杂有F的In2O3)；氧化锡(SnO2)；ATO(掺杂有Sb的SnO2)；FTO(掺杂有F的SnO2)；氧化锌(包括掺杂有其他元素的ZnO)；向氧化锌中添加铝作为掺杂剂的铝锌氧化物(AZO)；向氧化锌中添加镓作为掺杂剂的镓锌氧化物(GZO)；氧化钛(TiO2)；向氧化钛中添加铌作为掺杂剂的铌钛氧化物(TNO)；氧化锑；CuI；InSbO4；ZnMgO；CuInO2；MgIn2O4；CdO；ZnSnO3；尖晶石型氧化物；以及具有YbFe2O4结构的氧化物。可替代地，透明电极可以包括氧化镓、氧化钛、氧化铌或氧化镍等作为母层。透明电极的厚度的示例可以是2×10-8m至2×10-7m，优选是3×10-8m至1×10-7m。在第一电极必须是透明的情况下，从简化制造工艺的角度来看，电荷排出电极也优选包含透明导电材料。
可替代地，在不需要透明性的情况下，作为用作提取电子的电极的阴极中所包含的导电材料，优选使用功函数低(例如，φ＝3.5eV～4.5eV)的导电材料。具体地，这种导电材料的示例包括碱金属(例如，Li、Na和K等)以及碱金属的氟化物或碱金属的氧化物、碱土金属(例如，Mg和Ca等)以及碱土金属的氟化物或碱土金属的氧化物、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、铊(Tl)、钠-钾合金、铝-锂合金、镁-银合金、铟、诸如镱等稀土金属以及上述材料的合金。可替代地，阴极中所包含的材料的示例包括导电材料，该导电材料包括：诸如铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铁(Fe)、钴(Co)或钼(Mo)等金属；包括这些金属元素的合金；包括这些金属的导电颗粒；含有这些金属的合金的导电颗粒；包括杂质的多晶硅；碳基材料；氧化物半导体材料；碳纳米管；和石墨烯等，并且阴极中所包含的材料的示例包括含有这些元素的层的层叠结构。阴极中所包含的材料的更多示例包括有机材料(导电聚合物)，诸如聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]。另外，这些导电材料可以与粘结剂(聚合物)混合以形成膏剂或墨剂，并且膏剂或墨剂可以硬化并用作电极。
干法或湿法可以用作第一电极等和第二电极(阴极或阳极)的成膜方法。干法的示例包括物理气相沉积法(PVD法)和化学气相沉积法(CVD法)。使用PVD法原理的成膜方法的示例包括使用电阻加热或高频加热的真空沉积法、EB(电子束)沉积法、各种溅射法(磁控溅射法、RF-DC耦合偏置溅射法、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。另外，CVD法的示例包括等离子体CVD法、热CVD法、有机金属(MO)CVD法和光CVD法。同时，湿法的示例包括电镀法和化学镀法、旋涂法、喷墨法、喷涂法、冲压法、微接触印刷法、柔版印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、浸渍法等。图案化方法的示例包括：包括阴影掩模(shadow mask)、激光转印和光刻等的化学蚀刻；以及使用紫外光或激光等的物理蚀刻。用于第一电极等和第二电极的平坦化技术的示例包括激光平坦化方法、回流法、CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械抛光)法等。
绝缘层中所包含的材料的示例不仅包括以氧化硅基材料、氮化硅(SiNY)和氧化铝(Al2O3)等金属氧化物高介电绝缘材料为例的无机绝缘材料，而且还包括以下列材料为例的有机绝缘材料(有机聚合物)：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚乙烯基苯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚酰亚胺；聚碳酸酯(PC)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚苯乙烯；包括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)和十八烷基三氯硅烷(OTS)等的硅烷醇衍生物(硅烷偶联剂)；酚醛清漆型酚醛树脂；氟基树脂；包括十八烷硫醇和十二烷基异氰酸酯等的在一端具有能够与控制电极键合的官能团的直链烃，此外还包括上述材料的组合。氧化硅基材料的示例包括氧化硅(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)和低介电常数绝缘材料(例如，聚芳醚、环全氟化碳聚合物和苯并环丁烯、环状氟树脂、聚四氟乙烯、氟化芳基醚、氟化聚酰亚胺、非晶碳和有机SOG)。绝缘层可以具有单层构造或层叠有多个层(例如，两层)的构造。在后一种情况下，可以至少在电荷累积用电极上和在电荷累积用电极与第一电极之间的区域中形成绝缘层/下层。可以对绝缘层/下层执行平坦化处理，以至少在电荷累积用电极与第一电极之间的区域中留有绝缘层/下层。在留下的绝缘层/下层和电荷累积用电极上形成绝缘层/上层就足够了。以这种方式，可以可靠地使绝缘层平坦化。从这些材料中适当地选择用于形成保护材料层、各种层间绝缘层和绝缘材料膜的材料就足够了。
控制部中所包括的浮动扩散层、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的构造和结构可以与现有的浮动扩散层、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的构造和结构类似。驱动电路也可以具有众所周知的构造和结构。
当第一电极连接至浮动扩散层和放大晶体管的栅极部时，形成接触孔部以将第一电极连接至浮动扩散层和放大晶体管的栅极部就足够了。形成接触孔部的材料的示例包括掺杂有杂质的多晶硅、诸如钨、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2或MoSi2等高熔点金属和金属硅化物以及包含这些材料的层的层叠结构(例如，Ti/TiN/W)。
可以在无机半导体材料层与第一电极之间设置第一载流子阻挡层，并且可以在有机光电转换层与第二电极之间设置第二载流子阻挡层。另外，可以在第一载流子阻挡层与第一电极之间设置第一电荷注入层，并且可以在第二载流子阻挡层与第二电极之间设置第二电荷注入层。例如，电子注入层中所包含的材料的示例包括；碱金属，包括锂(Li)、钠(Na)和钾(K)；碱金属的氟化物或碱金属的氧化物；碱土金属，包括镁(Mg)和钙(Ca)；以及碱土金属的氟化物或碱土金属的氧化物。
各种有机层的成膜方法的示例包括干式成膜方法和湿式成膜方法。干式成膜方法的示例包括使用电阻加热、高频加热或电子束加热的真空沉积法；闪蒸沉积法；等离子体沉积法；EB沉积法；各种溅射法(双极溅射法、直流溅射法、直流磁控溅射法、高频溅射法、磁控溅射法、RF-DC耦合偏置溅射法、ECR溅射法、对向靶溅射法、高频溅射法和离子束溅射法)；DC(Direct Current：直流)法；RF法；多阴极法；活化反应法；电场沉积法；包括高频离子镀法和反应离子镀法的各种离子镀法；激光烧蚀法；分子束外延法；激光转印法；以及分子束外延(MBE：Molecular Beam Epitaxy)法。另外，CVD法的示例包括等离子体CVD法、热CVD法、MOCVD法和光CVD法。同时，湿法的具体示例包括旋涂法；浸渍法；浇铸法；微接触印刷法；滴铸法；包括丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法和柔版印刷法的各种印刷方法；冲压法；喷涂法；以及包括气刀涂布机方法、刮刀涂布机方法、棒式涂布机方法、刀式涂布机方法、挤压涂布机方法、逆辊涂布机方法、转印辊涂布机方法、凹版涂布机方法、吻式涂布机方法、浇铸涂布机方法、喷式涂布机方法、狭缝孔涂布机方法和压延涂布机方法的各种涂布法。在涂布法中，溶剂的示例包括非极性或低极性的有机溶剂，该有机溶剂包括甲苯、氯仿、己烷和乙醇。图案化方法的示例包括：包括阴影掩模、激光转印和光刻等的化学蚀刻；以及使用紫外线或激光等的物理蚀刻。用于各种有机层的平坦化技术的示例包括激光平坦化方法、回流法等。
如上所述，可以根据需要在摄像元件或固态摄像装置上设置芯片上微透镜和遮光层，并且设置有用于驱动摄像元件的驱动电路和配线。根据需要，可以布置用于控制光在摄像元件上的入射的快门，并且可以根据固态摄像装置的目的而设置光学截止滤光片。
另外，对于第一构造和第二构造的固态摄像装置，可以采用其中在本公开的一个摄像元件等的上方设置有一个芯片上微透镜的形态。可替代地，可以采用其中本公开的两个摄像元件等构成摄像元件区块并且在该摄像元件区块上方设置有一个芯片上微透镜的形态。
例如，在将固态摄像装置和读出用集成电路(ROIC：readout integratedcircuit)层叠起来的情况下，通过将形成有读出用集成电路和包括铜(Cu)的连接部的驱动基板与形成有连接部的摄像元件叠置使得它们各自的连接部彼此接触，并且通过使这些连接部彼此接合，可以执行层叠。可以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的第一方面和第二方面的固态摄像装置的驱动方法可以是重复以下步骤的固态摄像装置的驱动方法：
在所有的摄像元件中，同时地一面将电荷累积在无机半导体材料层(可替代地，无机半导体材料层和光电转换层)中，一面将第一电极中的电荷排出至系统外部；其后，
在所有的摄像元件中，同时地将累积在无机半导体材料层(可替代地，无机半导体材料层和光电转换层)中的电荷传输至第一电极，并且在传输完成之后，顺序地在各个摄像元件中读出传输至第一电极的电荷。
在固态摄像装置的这种驱动方法中，各个摄像元件具有如下结构：其中，从第二电极侧入射的光不入射到第一电极上，并且在所有的摄像元件中，同时地一面将电荷累积在无机半导体材料层等中，一面将第一电极中的电荷排出至系统外部。因此，在所有的摄像元件中，可以可靠地将第一电极同时复位。其后，在所有的摄像元件中，同时地将累积在无机半导体材料层等中的电荷传输至第一电极，并且在传输完成之后，顺序地在各个摄像元件中读出传输至第一电极的电荷。因此，可以容易地实现所谓的全局快门功能。
下面将对实施例1的摄像元件和固态摄像装置进行详细说明。
实施例1的摄像元件10还包括半导体基板(更具体地，硅半导体层)70，并且在半导体基板70上方布置有光电转换部。另外，摄像元件10还包括控制部，该控制部设置在半导体基板70中并且包括连接至第一电极21和第二电极22的驱动电路。这里，将半导体基板70的光入射表面定义为上方，并且将半导体基板70的相反侧定义为下方。在半导体基板70下方设置有包括多个配线的配线层62。
在半导体基板70中，设置有控制部中所包括的至少浮动扩散层FD1和放大晶体管TR1amp，并且第一电极21连接至浮动扩散层FD1和放大晶体管TR1amp的栅极部。在半导体基板70中，还设置有控制部中所包括的复位晶体管TR1rst和选择晶体管TR1sel。浮动扩散层FD1连接至复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域。放大晶体管TR1amp的另一个源极/漏极区域连接至选择晶体管TR1sel的一个源极/漏极区域。选择晶体管TR1sel的另一个源极/漏极区域连接至信号线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。
具体地，实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件是背面照射型的摄像元件和层叠式摄像元件，并且具有其中三个摄像元件层叠的结构，这三个摄像元件是：包括吸收绿光的第一类型绿光用光电转换层并且对绿光敏感的实施例1中的第一类型绿光用摄像元件(以下称为“第一摄像元件”)；包括吸收蓝光的第二类型蓝光用光电转换层并且对蓝光敏感的现有的第二类型蓝光用摄像元件(以下称为“第二摄像元件”)；以及包括吸收红光的第二类型红光用光电转换层并且对红光敏感的现有的第二类型红光用摄像元件(以下称为“第三摄像元件”)。这里，红光用摄像元件(第三摄像元件)12和蓝光用摄像元件(第二摄像元件)11设置在半导体基板70中，并且第二摄像元件11比第三摄像元件12更靠近光入射侧。另外，绿光用摄像元件(第一摄像元件10)设置在蓝光用摄像元件(第二摄像元件11)上方。第一摄像元件10、第二摄像元件11和第三摄像元件12的层叠结构构成一个像素。未设置彩色滤光片层。
在第一摄像元件10中，第一电极21和电荷累积用电极24形成在层间绝缘层81上并且彼此分开。层间绝缘层81和电荷累积用电极24被绝缘层82覆盖。在绝缘层82上形成有无机半导体材料层23B和光电转换层23A，并且在光电转换层23A上形成有第二电极22。在包括第二电极22的整个表面上形成有保护材料层83，并且在保护材料层83上设置有芯片上微透镜14。未设置彩色滤光片层。第一电极21、电荷累积用电极24和第二电极22由包含例如ITO(功函数：约4.4eV)的透明电极构成。无机半导体材料层23B例如包含Ala1Zna2Sna3Ob1。光电转换层23A包括如下层：该层包含对至少绿光敏感的众所周知的有机光电转换材料(例如，诸如罗丹明基染料、部花青基染料或喹吖啶酮等有机材料)。层间绝缘层81、绝缘层82和保护材料层83包含众所周知的绝缘材料(例如，SiO2或SiN)。无机半导体材料层23B和第一电极21通过设置在绝缘层82中的连接部67彼此连接。无机半导体材料层23B在连接部67中延伸。也就是说，无机半导体材料层23B在设置于绝缘层82中的开口部84内延伸，并且连接至第一电极21。
电荷累积用电极24连接至驱动电路。具体地，电荷累积用电极24经由设置在层间绝缘层81中的连接孔66、焊盘部64和配线VOA连接至驱动电路中所包括的垂直驱动电路112。
电荷累积用电极24的尺寸大于第一电极21的尺寸。尽管不受限制，但是优选满足：
4≤s1'/s1，
其中，s1'表示电荷累积用电极24的面积，并且s1表示第一电极21的面积。例如，在实施例1中，尽管不受限制，但是
s1'/s1＝8
成立。
在半导体基板70的第一表面(前表面)70A侧形成有元件分离区域71，并且在半导体基板70的第一表面70A上形成有氧化膜72。此外，在半导体基板70的第一表面侧，设置有第一摄像元件10的控制部中所包括的复位晶体管TR1rst、放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel，并且还设置有第一浮动扩散层FD1。
复位晶体管TR1rst包括栅极部51、沟道形成区域51A以及源极/漏极区域51B和51C。复位晶体管TR1rst的栅极部51连接至复位线RST1，复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域51C也充当第一浮动扩散层FD1，并且另一个源极/漏极区域51B连接至电源VDD。
第一电极21经由设置在层间绝缘层81中的连接孔65和焊盘部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连接至复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域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以及源极/漏极区域52B和52C。栅极部52经由配线层62连接至第一电极21和复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域51C(第一浮动扩散层FD1)。另外，一个源极/漏极区域52B连接至电源VDD。
选择晶体管TR1sel包括栅极部53、沟道形成区域53A以及源极/漏极区域53B和53C。栅极部53连接至选择线SEL1。另外，一个源极/漏极区域53B与放大晶体管TR1amp中所包括的另一个源极/漏极区域52C共用一个区域，并且另一个源极/漏极区域53C连接至信号线(数据输出线)VSL1(117)。
第二摄像元件11包括设置在半导体基板70中的n型半导体区域41作为光电转换层。包括纵型晶体管的传输晶体管TR2trs的栅极部45延伸至n型半导体区域41并且连接至传输栅极线TG2。另外，第二浮动扩散层FD2设置在半导体基板70的位于传输晶体管TR2trs的栅极部45附近的区域45C中。累积在n型半导体区域41中的电荷经由沿着栅极部45形成的传输沟道被读出至第二浮动扩散层FD2。
在第二摄像元件11中，在半导体基板70的第一表面侧还设置有第二摄像元件11的控制部中所包括的复位晶体管TR2rst、放大晶体管TR2amp和选择晶体管TR2sel。
复位晶体管TR2rst包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。复位晶体管TR2rst的栅极部连接至复位线RST2，复位晶体管TR2rst的一个源极/漏极区域连接至电源VDD，并且另一个源极/漏极区域也充当第二浮动扩散层FD2。
放大晶体管TR2amp包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。该栅极部连接至复位晶体管TR2rst的另一个源极/漏极区域(第二浮动扩散层FD2)。另外，一个源极/漏极区域连接至电源VDD。
选择晶体管TR2sel包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。该栅极部连接至选择线SEL2。另外，一个源极/漏极区域与放大晶体管TR2amp中所包括的另一个源极/漏极区域共用一个区域，并且另一个源极/漏极区域连接至信号线(数据输出线)VSL2。
第三摄像元件12包括设置在半导体基板70中的n型半导体区域43作为光电转换层。传输晶体管TR3trs的栅极部46连接至传输栅极线TG3。另外，第三浮动扩散层FD3设置在半导体基板70的位于传输晶体管TR3trs的栅极部46附近的区域46C中。累积在n型半导体区域43中的电荷经由沿着栅极部46形成的传输沟道46A被读出至第三浮动扩散层FD3。
在第三摄像元件12中，在半导体基板70的第一表面侧还设置有第三摄像元件12的控制部中所包括的复位晶体管TR3rst、放大晶体管TR3amp和选择晶体管TR3sel。
复位晶体管TR3rst包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。复位晶体管TR3rst的栅极部连接至复位线RST3，复位晶体管TR3rst的一个源极/漏极区域连接至电源VDD，并且另一个源极/漏极区域也充当第三浮动扩散层FD3。
放大晶体管TR3amp包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。该栅极部连接至复位晶体管TR3rst的另一个源极/漏极区域(第三浮动扩散层FD3)。另外，一个源极/漏极区域连接至电源VDD。
选择晶体管TR3sel包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。该栅极部连接至选择线SEL3。另外，一个源极/漏极区域与放大晶体管TR3amp中所包括的另一个源极/漏极区域共用一个区域，并且另一个源极/漏极区域连接至信号线(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连接至驱动电路中所包括的垂直驱动电路112。信号线(数据输出线)VSL1、VSL2和VSL3连接至驱动电路中所包括的列信号处理电路113。
在n型半导体区域43与半导体基板70的前表面70A之间设置有p+层44，以便抑制暗电流的产生。在n型半导体区域41与n型半导体区域43之间形成有p+层42，此外，n型半导体区域43的侧表面的一部分被p+层42包围。在半导体基板70的后表面70B侧形成有p+层73，并且在从p+层73延伸至半导体基板70内部的形成有接触孔部61的部分的区域中形成有HfO2膜74和绝缘材料膜75。虽然在层间绝缘层76中配线形成为跨越多个层，但是省略了配线的图示。
HfO2膜74是具有负固定电荷的膜。通过设置这种膜，可以抑制暗电流的产生。HfO2膜可以用氧化铝(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、氧氮化铪膜或氧氮化铝膜来代替。这些膜的成膜方法的示例包括CVD法、PVD法和ALD法。
在下文中，参考图5和图6A，将对实施例1的包括电荷累积用电极的层叠式摄像元件(第一摄像元件10)的操作进行说明。实施例1的摄像元件还包括控制部，该控制部设置在半导体基板70中并且包括驱动电路。第一电极21、第二电极22和电荷累积用电极24连接至该驱动电路。这里，使第一电极21的电位高于第二电极22的电位。也就是说，例如，将第一电极21设定为正电位，并且将第二电极22设定为负电位。然后，将在光电转换层23A中通过光电转换产生的电子读出至浮动扩散层。这也适用于其他实施例。
在图5、稍后说明的实施例4的图20和图21以及实施例6的图32和图33中使用的附图标记如下。
PA：无机半导体材料层23B的区域中的点PA处的电位，该区域面对位于电荷累积用电极24与第一电极21之间或传输控制用电极(电荷传输电极)25与第一电极21之间的区域
PB：无机半导体材料层23B的面对电荷累积用电极24的区域中的点PB处的电位
PC1：无机半导体材料层23B的面对电荷累积用电极区段24A的区域中的点PC1处的电位
PC2：无机半导体材料层23B的面对电荷累积用电极区段24B的区域中的点PC2处的电位
PC3：无机半导体材料层23B的面对电荷累积用电极区段24C的区域中的点PC3处的电位
PD：无机半导体材料层23B的面对传输控制用电极(电荷传输电极)25的区域中的点PD处的电位
FD：第一浮动扩散层FD1处的电位
VOA：电荷累积用电极24处的电位
VOA-A：电荷累积用电极区段24A处的电位
VOA-B：电荷累积用电极区段24B处的电位
VOA-C：电荷累积用电极区段24C处的电位
VOT：传输控制用电极(电荷传输电极)25处的电位
RST：复位晶体管TR1rst的栅极部51处的电位
VDD：电源的电位
VSL1：信号线(数据输出线)VSL1
TR1rst：复位晶体管TR1rst
TR1amp：放大晶体管TR1amp
TR1sel：选择晶体管TR1sel
在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极21施加电位V11，并且向电荷累积用电极24施加电位V31。入射到光电转换层23A上的光在光电转换层23A中发生光电转换。通过光电转换产生的空穴从第二电极22经由配线VOU发送至驱动电路。同时，由于第一电极21的电位高于第二电极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，因此V31≥V11成立，优选地V31>V11成立。因此，使得通过光电转换产生的电子被吸引至电荷累积用电极24，并且滞留在无机半导体材料层23B的面对电荷累积用电极24的区域中，或者滞留在无机半导体材料层23B和光电转换层23A(以下，将这些层统称为“无机半导体材料层23B等”)的面对电荷累积用电极24的区域中。也就是说，电荷累积在无机半导体材料层23B等中。由于V31>V11成立，因此，在光电转换层23A内部产生的电子不会向第一电极21移动。随着光电转换的时间流逝，无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中的电位具有更负的值。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。因此，复位了第一浮动扩散层FD1的电位，并且第一浮动扩散层FD1的电位转变为电源的电位VDD。
在复位操作完成之后，读出电荷。也就是说，在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极21施加电位V12，并且向电荷累积用电极24施加电位V32。这里，V32<V12成立。因此，使得滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中的电子被读出至第一电极21，并且进一步被读出至第一浮动扩散层FD1。也就是说，累积在无机半导体材料层23B等中的电荷被读出至控制部。
因此，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在将电子读出至第一浮动扩散层FD1之后，放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与现有的这些晶体管的操作相同。另外，第二摄像元件11和第三摄像元件12的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作与根据现有技术的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作类似。另外，以与现有技术类似的方式，可以通过相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)处理来消除第一浮动扩散层FD1的复位噪声。
如上所述，在实施例1中，设置有与第一电极分开布置着并且布置成隔着绝缘层面对光电转换层的电荷累积用电极。因此，当用光照射光电转换层并且在光电转换层中进行光电转换时，由无机半导体材料层等、绝缘层和电荷累积用电极形成一种电容器，从而可以将电荷累积在无机半导体材料层等中。因此，在曝光开始时，可以使电荷累积部完全耗尽以清除电荷。结果，可以抑制以下现象的发生：kTC噪声变大，随机噪声恶化，从而导致所拍摄图像的质量降低。另外，由于所有像素可以同时复位，因此可以实现所谓的全局快门功能。
图68示出了实施例1的固态摄像装置的概念图。实施例1的固态摄像装置100包括：摄像区域111，在该摄像区域111中，层叠式摄像元件101以二维阵列的方式布置；以及作为摄像区域111的驱动电路(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和驱动控制电路116等。不用说，这些电路可以由众所周知的电路构成，或者可以使用其他的电路构造(例如，在现有的CCD摄像装置或CMOS摄像装置中使用的各种电路)构成。在图68中，仅在一行中显示了层叠式摄像元件101的附图标记“101”。
驱动控制电路116基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生时钟信号和控制信号，该时钟信号和该控制信号充当垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114的操作的基准。此外，如此产生的时钟信号和控制信号输入至垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114。
垂直驱动电路112例如包括移位寄存器，并且垂直驱动电路112在垂直方向上以行为单位顺序地对摄像区域111中的层叠式摄像元件101进行选择性扫描。此外，基于与在各个层叠式摄像元件101中接收到的光量对应地产生的电流(信号)的像素信号(图像信号)经由信号线(数据输出线)117或VSL发送至列信号处理电路113。
例如，列信号处理电路113针对层叠式摄像元件101的各列布置，并且根据来自黑基准像素(尽管未示出，但是形成在有效像素区域的周围)的信号，针对各个摄像元件对从一行的层叠式摄像元件101输出的图像信号执行包括噪声消除和信号放大的信号处理。在列信号处理电路113的输出级处，水平选择开关(未示出)设置成连接在该输出级与水平信号线118之间。
水平驱动电路114例如包括移位寄存器，并且水平驱动电路114顺序地输出水平扫描脉冲，以顺序地选择列信号处理电路113中的各者，从而将来自列信号处理电路113中各者的信号输出至水平信号线118。
输出电路115对从各个列信号处理电路113经由水平信号线118顺序供应的信号执行信号处理，并且输出处理后的信号。
图9是实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件的变形例的等效电路图，并且图10是第一电极、电荷累积用电极和控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。如图所示，复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区域51B可以接地而不是连接至电源VDD。
例如，可以通过以下方法来制造实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件。也就是说，首先，制备SOI基板。然后，基于外延生长方法在SOI基板的表面上形成第一硅层，并且在第一硅层上形成p+层73和n型半导体区域41。接下来，基于外延生长方法在第一硅层上形成第二硅层，并且在第二硅层上形成元件分离区域71、氧化膜72、p+层42、n型半导体区域43和p+层44。另外，在第二硅层上形成摄像元件的控制部中所包括的各种晶体管等，并且在晶体管上进一步形成配线层62、层间绝缘层76和各种配线。其后，将层间绝缘层76和支撑基板(未示出)彼此键合。其后，去除SOI基板以露出第一硅层。第二硅层的表面对应于半导体基板70的前表面70A，并且第一硅层的表面对应于半导体基板70的后表面70B。另外，将第一硅层和第二硅层统一表现为半导体基板70。接下来，在半导体基板70的后表面70B侧形成用于形成接触孔部61的开口部，并且形成HfO2膜74、绝缘材料膜75和接触孔部61。此外，还形成焊盘部63和64、层间绝缘层81、连接孔65和66、第一电极21、电荷累积用电极24以及绝缘层82。接下来，将连接部67开口，并且形成无机半导体材料层23B、光电转换层23A、第二电极22、保护材料层83和芯片上微透镜14。以上述方式，可以获得实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件。
另外，尽管未示出，但是绝缘层82可以具有包括绝缘层/下层和绝缘层/上层的两层构造。也就是说，至少在电荷累积用电极24上和在电荷累积用电极24与第一电极21之间的区域中形成绝缘层/下层(更具体地，在包括电荷累积用电极24的层间绝缘层81上形成绝缘层/下层)就足够了，并且对绝缘层/下层执行平坦化处理，其后在绝缘层/下层和电荷累积用电极24上形成绝缘层/上层就足够了。因此，可以可靠地实现绝缘层82的平坦化。然后，在以这种方式获得的绝缘层82中将连接部67开口就足够了。
[实施例2]
实施例2是实施例1的变形。图11是实施例2的摄像元件和层叠式摄像元件的示意性局部截面图。实施例2的摄像元件和层叠式摄像元件是正面照射型的摄像元件和层叠式摄像元件，并且具有其中三个摄像元件层叠的结构，这三个摄像元件是：包括吸收绿光的第一类型绿光用光电转换层并且对绿光敏感的实施例1中的第一类型绿光用摄像元件(第一摄像元件10)；包括吸收蓝光的第二类型蓝光用光电转换层并且对蓝光敏感的现有的第二类型蓝光用摄像元件(第二摄像元件11)；以及包括吸收红光的第二类型红光用光电转换层并且对红光敏感的现有的第二类型红光用摄像元件(第三摄像元件12)。这里，红光用摄像元件(第三摄像元件12)和蓝光用摄像元件(第二摄像元件11)设置在半导体基板70中，并且第二摄像元件11比第三摄像元件12更靠近光入射侧。另外，绿光用摄像元件(第一摄像元件10)设置在蓝光用摄像元件(第二摄像元件11)上方。
如在实施例1中一样，在半导体基板70的前表面70A侧设置有控制部中所包括的各种晶体管。这些晶体管可以具有与实施例1中所述的晶体管基本相同的构造和结构。另外，虽然在半导体基板70中设置有第二摄像元件11和第三摄像元件12，但是这些摄像元件也可以具有与实施例1中所述的第二摄像元件11和第三摄像元件12基本相同的构造和结构。
在半导体基板70的前表面70A上方形成有层间绝缘层81，并且如在实施例1的摄像元件中一样，在层间绝缘层81上方设置有第一电极21、无机半导体材料层23B、光电转换层23A、第二电极22和电荷累积用电极24等。
以这种方式，除了实施例2的摄像元件和层叠式摄像元件是正面照射型的摄像元件和层叠式摄像元件之外，实施例2的摄像元件和层叠式摄像元件的构造和结构可以与实施例1的摄像元件和层叠式摄像元件的构造和结构类似，因此省略其详细说明。
[实施例3]
实施例3是实施例1和实施例2的变形。
图12是实施例3的摄像元件和层叠式摄像元件的示意性局部截面图。实施例3的摄像元件和层叠式摄像元件是背面照射型的摄像元件和层叠式摄像元件，并且具有其中两个摄像元件层叠的结构，这两个摄像元件是第一类型的实施例1的第一摄像元件10和第二类型的第三摄像元件12。另外，图13是实施例3的摄像元件和层叠式摄像元件的变形例的示意性局部截面图。实施例3的摄像元件和层叠式摄像元件的该变形例是正面照射型，并且具有其中两个摄像元件层叠的结构，这两个摄像元件是第一类型的实施例1的第一摄像元件10和第二类型的第三摄像元件12。这里，第一摄像元件10吸收原色的光，并且第三摄像元件12吸收互补色的光。可替代地，第一摄像元件10吸收白光，并且第三摄像元件12吸收红外线。
图14是实施例3的摄像元件的变形例的示意性局部截面图。实施例3的摄像元件的该变形例是背面照射型，并且包括第一类型的实施例1的第一摄像元件10。另外，图15是实施例3的摄像元件的变形例的示意性局部截面图。实施例3的摄像元件的该变形例是正面照射型，并且包括第一类型的实施例1的第一摄像元件10。这里，第一摄像元件10包括三种摄像元件，即：吸收红光的摄像元件；吸收绿光的摄像元件；以及吸收蓝光的摄像元件。此外，在根据本公开的第一方面的固态摄像装置中包括多个这些摄像元件。多个这些摄像元件的布置示例包括拜耳布置。在各个摄像元件的光入射侧，根据需要布置用于对蓝色、绿色和红色执行分光的彩色滤光片层。
代替设置一个第一类型的实施例1的摄像元件，可以以层叠的形态(即，将两个光电转换部层叠并且在半导体基板中设置有这两个光电转换部的控制部的形态)设置两个第一类型的实施例1的摄像元件，或者可替代地，可以以层叠的形态(即，可以将三个光电转换部层叠并且在半导体基板中设置有这三个光电转换部的控制部的形态)设置三个第一类型的实施例1的摄像元件。下表示出了第一类型摄像元件和第二类型摄像元件的层叠结构的示例。
[实施例4]
实施例4是实施例1至实施例3的变形，并且实施例4涉及本公开的包括传输控制用电极(电荷传输电极)的摄像元件等。图16是实施例4的摄像元件和层叠式摄像元件的一部分的示意性局部截面图。图17和图18是实施例4的摄像元件和层叠式摄像元件的等效电路图。图19是实施例4的摄像元件中所包括的第一电极、传输控制用电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。图20和图21示意性地示出了在实施例4的摄像元件的操作期间的各部位处的电位状态。图6B是用于说明实施例4的摄像元件的各部位的等效电路图。另外，图22是实施例4的摄像元件的光电转换部中所包括的第一电极、传输控制用电极和电荷累积用电极的示意性布局图。图23是第一电极、传输控制用电极、电荷累积用电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。
实施例4的摄像元件和层叠式摄像元件还包括在第一电极21与电荷累积用电极24之间的传输控制用电极(电荷传输电极)25，该传输控制用电极25与第一电极21和电荷累积用电极24分开布置着，并且该传输控制用电极25布置成隔着绝缘层82面对无机半导体材料层23B。传输控制用电极25经由设置在层间绝缘层81中的连接孔68B、焊盘部68A和配线VOT连接至驱动电路中所包括的像素驱动电路。
在下文中，参考图20和图21，将对实施例4的摄像元件(第一摄像元件10)的操作进行说明。需要注意，在图20和图21中，施加到电荷累积用电极24的电位的值和点PD处的电位的值是不同的。
在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极21施加电位V11，向电荷累积用电极24施加电位V31，并且向传输控制用电极25施加电位V51。入射到光电转换层23A上的光在光电转换层23A中发生光电转换。通过光电转换产生的空穴从第二电极22经由配线VOU发送至驱动电路。同时，第一电极21的电位高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极21，并且将负电位施加到第二电极22。因此，V31>V51(例如，V31>V11>V51或V11>V31>V51)成立。因此，使得通过光电转换产生的电子被吸引至电荷累积用电极24，并且滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中。也就是说，电荷累积在无机半导体材料层23B等中。由于V31>V51成立，因此可以可靠地防止在光电转换层23A内部产生的电子向第一电极21移动。随着光电转换的时间流逝，无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中的电位具有更负的值。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。因此，复位了第一浮动扩散层FD1的电位，并且第一浮动扩散层FD1的电位转变为电源的电位VDD。
在复位操作完成之后，读出电荷。也就是说，在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极21施加电位V12，向电荷累积用电极24施加电位V32，并且向传输控制用电极25施加电位V52。这里，V32≤V52≤V12(优选地，V32<V52<V12)成立。因此，使得滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中的电子被可靠地读出至第一电极21，并且进一步被读出至第一浮动扩散层FD1。也就是说，累积在无机半导体材料层23B等中的电荷被读出至控制部。
因此，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在将电子读出至第一浮动扩散层FD1之后，放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与现有的这些晶体管的操作相同。另外，例如，第二摄像元件11和第三摄像元件12的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作与根据现有技术的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作类似。
图24是实施例4的摄像元件的变形例中所包括的第一电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。如图所示，复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区域51B可以接地而不是连接至电源VDD。
[实施例5]
实施例5是实施例1至实施例4的变形，并且实施例5涉及本公开的包括电荷排出电极的摄像元件等。图25是实施例5的摄像元件的一部分的示意性局部截面图。图26是实施例5的摄像元件的具有电荷累积用电极的光电转换部中所包括的第一电极、电荷累积用电极和电荷排出电极的示意性布局图。图27是第一电极、电荷累积用电极、电荷排出电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。
实施例5的摄像元件还包括电荷排出电极26，该电荷排出电极26经由连接部69连接至无机半导体材料层23B并且与第一电极21和电荷累积用电极24分开布置着。这里，电荷排出电极26布置成包围第一电极21和电荷累积用电极24(即，呈相框状)。电荷排出电极26连接至驱动电路中所包括的像素驱动电路。无机半导体材料层23B在连接部69中延伸。也就是说，无机半导体材料层23B在设置于绝缘层82中的第二开口部85内延伸，并且无机半导体材料层23B连接至电荷排出电极26。电荷排出电极26由多个摄像元件共用(共有)。第二开口部85的侧表面可以以使第二开口部85向上扩大的方式倾斜。电荷排出电极26例如可以用作光电转换部的浮动扩散部或光电转换部的溢出漏极(overflow drain)。
在实施例5中，在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极21施加电位V11，向电荷累积用电极24施加电位V31，并且向电荷排出电极26施加电位V61，而且将电荷累积在无机半导体材料层23B等中。入射到光电转换层23A上的光在光电转换层23A中发生光电转换。通过光电转换产生的空穴从第二电极22经由配线VOU发送至驱动电路。同时，第一电极21的电位高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极21，并且将负电位施加到第二电极22。因此，V61>V11(例如，V31>V61>V11)成立。因此，使得通过光电转换产生的电子被吸引至电荷累积用电极24，并且滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中。因此，可以可靠地防止电子向第一电极21移动。然而，未能被电荷累积用电极24充分吸引的电子或者无法累积在无机半导体材料层23B等中的电子(所谓的溢出电子)经由电荷排出电极26发送至驱动电路。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。因此，复位了第一浮动扩散层FD1的电位，并且第一浮动扩散层FD1的电位转变为电源的电位VDD。
在复位操作完成之后，读出电荷。也就是说，在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极21施加电位V12，向电荷累积用电极24施加电位V32，并且向电荷排出电极26施加电位V62。这里，V62<V12(例如，V62<V32<V12)成立。因此，使得滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中的电子被可靠地读出至第一电极21并且进一步被读出至第一浮动扩散层FD1。也就是说，累积在无机半导体材料层23B等中的电荷被读出至控制部。
因此，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。
在将电子读出至第一浮动扩散层FD1之后，放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel的操作与现有的这些晶体管的操作相同。另外，例如，第二摄像元件和第三摄像元件的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作与根据现有技术的包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作类似。
在实施例5中，由于所谓的溢出电子经由电荷排出电极26发送至驱动电路，因此，可以抑制向相邻像素的电荷累积部的泄漏，并且可以抑制起霜(blooming)的发生。因此，可以改善摄像元件的摄像性能。
[实施例6]
实施例6是实施例1至实施例5的变形，并且实施例6涉及本公开的包括多个电荷累积用电极区段的摄像元件等。
图28是实施例6的摄像元件的一部分的示意性局部截面图。图29和图30是实施例6的摄像元件的等效电路图。图31是实施例6的摄像元件的具有电荷累积用电极的光电转换部中所包括的第一电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。图32和图33示意性地示出了在实施例6的摄像元件的操作期间的各部位处的电位状态。图6C是用于说明实施例6的摄像元件的各部位的等效电路图。另外，图34是实施例6的摄像元件的具有电荷累积用电极的光电转换部中所包括的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。图35是第一电极、电荷累积用电极、第二电极和接触孔部的示意性透视立体图。
在实施例6中，电荷累积用电极24包括多个电荷累积用电极区段24A、24B和24C。电荷累积用电极区段的数量只要为2个以上即可，并且在实施例6中，将该数量设为“3”。另外，在实施例6的摄像元件中，第一电极21的电位高于第二电极22的电位，即，例如，将正电位施加到第一电极21，并且将负电位施加到第二电极22。因此，在电荷传输时段内，施加到离第一电极21最近的电荷累积用电极区段24A的电位高于施加到离第一电极21最远的电荷累积用电极区段24C的电位。以这种方式，通过将电位梯度赋予给电荷累积用电极24，滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极24的区域中的电子更可靠地被读出至第一电极21并且进一步被读出至第一浮动扩散层FD1。也就是说，累积在无机半导体材料层23B等中的电荷被读出至控制部。
在图32所示的示例中，在电荷传输时段内，通过满足电荷累积用电极区段24C的电位<电荷累积用电极区段24B的电位<电荷累积用电极区段24A的电位，滞留在无机半导体材料层23B等的区域中的电子同时被读出至第一浮动扩散层FD1。同时，在图33所示的示例中，在电荷传输时段内，电荷累积用电极区段24C的电位、电荷累积用电极区段24B的电位和电荷累积用电极区段24A的电位是逐渐变化的(即，呈阶梯状或斜坡状变化)。因此，滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极区段24C的区域中的电子移动至无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极区段24B的区域，随后，滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极区段24B的区域中的电子移动至无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极区段24A的区域。随后，滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极区段24A的区域中的电子被可靠地读出至第一浮动扩散层FD1。
图36是实施例6的摄像元件的变形例中所包括的第一电极和电荷累积用电极以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。如图所示，复位晶体管TR1rst的另一个源极/漏极区域51B可以接地而不是连接至电源VDD。
[实施例7]
实施例7是实施例1至实施例6的变形，并且实施例7涉及本公开的包括电荷移动控制电极的摄像元件等，具体涉及本公开的包括下部电荷移动控制电极(下侧电荷移动控制电极)的摄像元件等。图37是实施例7的摄像元件的一部分的示意性局部截面图。图38是实施例7的摄像元件中所包括的第一电极和电荷累积用电极等以及控制部中所包括的晶体管的示意性布局图。图39和图40是实施例7的摄像元件的具有电荷累积用电极的光电转换部中所包括的第一电极、电荷累积用电极和下部电荷移动控制电极的示意性布局图。
在实施例7的摄像元件中，下部电荷移动控制电极27形成在隔着绝缘层82与光电转换层叠体23的位于相邻摄像元件之间的区域(光电转换层的区域-A)23A相对的区域中。换句话说，下部电荷移动控制电极27形成在如下区域(区域-a)中的绝缘层82的部分82A(绝缘层82的区域-A)下方：该区域夹在各个相邻的摄像元件中所包括的电荷累积用电极24和电荷累积用电极24之间。下部电荷移动控制电极27与电荷累积用电极24分开设置着。或者换句话说，下部电荷移动控制电极27包围电荷累积用电极24并与电荷累积用电极24分开设置着，并且下部电荷移动控制电极27布置成隔着绝缘层82面对光电转换层的区域-A(23A)。下部电荷移动控制电极27由多个摄像元件共用。另外，下部电荷移动控制电极27也连接至驱动电路。具体地，下部电荷移动控制电极27经由设置在层间绝缘层81中的连接孔27A、焊盘部27B和配线VOB连接至驱动电路中所包括的垂直驱动电路112。下部电荷移动控制电极27可以形成在与第一电极21或电荷累积用电极24相同的水平面上，或者可以形成在与第一电极21或电荷累积用电极24不同的水平面(具体地，在第一电极21或电荷累积用电极24下方的水平面)上。在前一种情况下，由于可以缩短电荷移动控制电极27与光电转换层23A之间的距离，因此易于控制电位。相比之下，在后一种情况下，由于可以缩短电荷移动控制电极27与电荷累积用电极24之间的距离，因此有利于实现微细化。
在实施例7的摄像元件中，当光入射到光电转换层23A上以在光电转换层23A中发生光电转换时，由于施加到光电转换层23A的面对电荷累积用电极24的部分的电位的绝对值大于施加到光电转换层23A的区域-A的电位的绝对值，因此，通过光电转换产生的电荷被强烈地吸引至无机半导体材料层23B的面对电荷累积用电极24的部分。结果，可以阻止通过光电转换产生的电荷流入相邻的摄像元件。因此，在所拍摄的影像(图像)中不会发生质量劣化。另外，由于下部电荷移动控制电极27形成在隔着绝缘层与光电转换层23A的区域-A相对的区域中，因此可以控制位于下部电荷移动控制电极27上方的光电转换层23A的区域-A的电场或电位。结果，下部电荷移动控制电极27可以阻止通过光电转换产生的电荷流入相邻的摄像元件。因此，在所拍摄的影像(图像)中不会发生质量劣化。
在图39和图40所示的示例中，下部电荷移动控制电极27形成在夹在电荷累积用电极24与电荷累积用电极24之间的区域(区域-a)中的绝缘层82的部分82A下方。同时，在图41、图42A和图42B所示的示例中，下部电荷移动控制电极27形成在绝缘层82的由四个电荷累积用电极24包围的区域中的部分下方。需要注意，图41、图42A和图42B所示的示例也是第一构造和第二构造的固态摄像装置。在四个摄像元件中，与四个电荷累积用电极24对应地设置共有的一个第一电极21。
在图42B所示的示例中，在四个摄像元件中，与四个电荷累积用电极24对应地设置共有的一个第一电极21，并且下部电荷移动控制电极27形成在绝缘层82的由四个电荷累积用电极24包围的区域中的部分下方。此外，电荷排出电极26也形成在绝缘层82的由四个电荷累积用电极24包围的区域中的部分下方。如上所述，电荷排出电极26例如可以用作光电转换部的浮动扩散部或光电转换部的溢出漏极。
[实施例8]
实施例8是实施例7的变形，并且实施例8涉及本公开的包括上部电荷移动控制电极(上侧电荷移动控制电极)的摄像元件等。图43是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的一部分的示意性截面图。图44和图45是实施例8的摄像元件(并排布置的2×2个摄像元件)的一部分的示意性平面图。在实施例8的摄像元件中，代替第二电极22，上部电荷移动控制电极28形成在光电转换层叠体23的位于相邻摄像元件之间的区域23A上。上部电荷移动控制电极28与第二电极22分开设置着。换句话说，第二电极22针对各个摄像元件设置，并且上部电荷移动控制电极28包围第二电极22的至少一部分并且以与第二电极22分开的方式设置在光电转换层叠体23的区域-A上。上部电荷移动控制电极28形成在与第二电极22相同的水平面上。
需要注意，在图44所示的示例中，在一个摄像元件中，与一个第一电极21对应地设置一个电荷累积用电极24。同时，在图45所示的变形例中，在两个摄像元件中，与两个电荷累积用电极24对应地设置共有的一个第一电极21。图43所示的实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的一部分的示意性截面图对应于图45。
另外，图46A是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的一部分的示意性截面图。如图所示，可以将第二电极22分割为多个第二电极，并且可以将不同的电位施加到分割后的每个第二电极22。此外，如图46B所示，上部电荷移动控制电极28可以设置在如此分割的第二电极22与第二电极22之间。
在实施例8中，位于光入射侧的第二电极22由在图44的纸面上沿左右方向布置的摄像元件共用，并且由在图44的纸面上沿上下方向布置的一对摄像元件共用。另外，上部电荷移动控制电极28也由在图44的纸面上沿左右方向布置的摄像元件共用，并且由在图44的纸面上沿上下方向布置的一对摄像元件共用。通过在光电转换层叠体23上形成用于构成第二电极22和上部电荷移动控制电极28的材料层，其后对该材料层进行图案化，可以获得第二电极22和上部电荷移动控制电极28。第二电极22和上部电荷移动控制电极28彼此独立地连接至各自的配线(未示出)，并且这些配线连接至驱动电路。连接至第二电极22的配线由多个摄像元件共用。连接至上部电荷移动控制电极28的配线也由多个摄像元件共用。
在实施例8的摄像元件中，在电荷累积时段内，从驱动电路向第二电极22施加电位V21，向上部电荷移动控制电极28施加电位V41，并且将电荷累积在光电转换层叠体23中。在电荷传输时段内，从驱动电路向第二电极22施加电位V22，向上部电荷移动控制电极28施加电位V42，并且将累积在光电转换层叠体23中的电荷经由第一电极21读出至控制部。这里，第一电极21的电位高于第二电极22的电位，因此，
V21≥V41和V22≥V42成立。
如上所述，在实施例8的摄像元件中，代替第二电极，电荷移动控制电极形成在光电转换层的位于相邻摄像元件之间的区域上。因此，电荷移动控制电极可以阻止通过光电转换产生的电荷流入相邻的摄像元件，因此在所拍摄的影像(图像)中不会发生质量劣化。
图47A是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的变形例的一部分的示意性截面图，并且图48A和图48B是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的变形例的一部分的示意性平面图。在该变形例中，第二电极22针对各个摄像元件设置，上部电荷移动控制电极28包围第二电极22的至少一部分并且与第二电极22分开设置着，并且电荷累积用电极24的一部分存在于上部电荷移动控制电极28下方。第二电极22以小于电荷累积用电极24的尺寸设置在电荷累积用电极24上方。
图47B是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的变形例的一部分的示意性截面图，并且图49A和图49B是实施例8的摄像元件(并排布置的两个摄像元件)的变形例的一部分的示意性平面图。在该变形例中，第二电极22针对各个摄像元件设置，上部电荷移动控制电极28包围第二电极22的至少一部分并且与第二电极22分开设置着，电荷累积用电极24的一部分存在于上部电荷移动控制电极28下方，此外，下部电荷移动控制电极(下侧电荷移动控制电极)27设置在上部电荷移动控制电极(上侧电荷移动控制电极)28下方。第二电极22的尺寸小于图47A所示的变形例中的第二电极22的尺寸。也就是说，第二电极22的面对上部电荷移动控制电极28的区域比图47A所示的变形例中的第二电极22的面对上部电荷移动控制电极28的区域更靠近第一电极21。电荷累积用电极24被下部电荷移动控制电极27包围。
[实施例9]
实施例9涉及第一构造和第二构造的固态摄像装置。
实施例9的固态摄像装置包括：
光电转换部，该光电转换部包括层叠的第一电极21、无机半导体材料层23B、光电转换层23A和第二电极22，其中，
光电转换部还包括多个摄像元件，各个摄像元件包括电荷累积用电极24，该电荷累积用电极24与第一电极21分开布置着并且布置成隔着绝缘层82面对无机半导体材料层23B，
多个摄像元件构成摄像元件区块，并且
第一电极21由构成摄像元件区块的多个摄像元件共用。
可替代地，实施例9的固态摄像装置包括多个如实施例1至实施例8中所述的摄像元件。
在实施例9中，针对多个摄像元件设置一个浮动扩散层。此外，通过适当地控制电荷传输时段的时序，多个摄像元件可以共用一个浮动扩散层。于是，在这种情况下，多个摄像元件可以共用一个接触孔部。
需要注意，除了第一电极21由构成摄像元件区块的多个摄像元件共用之外，实施例9的固态摄像装置具有与实施例1至实施例8中所述的固态摄像装置类似的构造和结构。
图50(实施例9)、图51(实施例9的第一变形例)、图52(实施例9的第二变形例)、图53(实施例9的第三变形例)和图54(实施例9的第四变形例)示意性地示出了实施例9的固态摄像装置中的第一电极21和电荷累积用电极24的布置状态。图50、图51、图54和图55示出了16个摄像元件，并且图52和图53示出了12个摄像元件。此外，摄像元件区块由两个摄像元件构成。通过用虚线包围来表示摄像元件区块。附于第一电极21和电荷累积用电极24的下标是用于区分每个第一电极21和每个电荷累积用电极24。这也适用于以下的说明。另外，在一个摄像元件上方布置有一个芯片上微透镜(在图50至图57中未示出)。此外，在一个摄像元件区块中，以将第一电极21夹在两个电荷累积用电极24之间的方式来设置这两个电荷累积用电极24(参见图50和图51)。可替代地，一个第一电极21布置成面对并排布置的两个电荷累积用电极24(参见图54和图55)。也就是说，第一电极布置成与各个摄像元件的电荷累积用电极相邻。可替代地，第一电极布置成与多个摄像元件中的一些电荷累积用电极相邻，并且不与多个摄像元件中的其余电荷累积用电极相邻(参见图52和图53)，在这种情况下，电荷从多个摄像元件中的其余摄像元件向第一电极的移动是经由多个摄像元件中的一些摄像元件的移动。为了确保电荷从各个摄像元件移动至第一电极，优选地，摄像元件中所包括的电荷累积用电极与摄像元件中所包括的电荷累积用电极之间的距离A比与第一电极相邻的摄像元件中的第一电极与电荷累积用电极之间的距离B长。另外，优选地，随着摄像元件离第一电极越远，距离A的值越大。另外，在图51、图53和图55所示的示例中，电荷移动控制电极27布置在构成摄像元件区块的多个摄像元件之间。通过布置电荷移动控制电极27，可以可靠地抑制位于将电荷移动控制电极27夹在中间的位置处的摄像元件区块中的电荷移动。需要注意，V31>V17成立就足够了，其中V17表示施加到电荷移动控制电极27的电位。
电荷移动控制电极27可以形成在与第一电极21或电荷累积用电极24相同的水平面上，或者可以形成在与第一电极21或电荷累积用电极24不同的水平面(具体地，在第一电极21或电荷累积用电极24下方的水平面)上。在前一种情况下，由于可以缩短电荷移动控制电极27与光电转换层之间的距离，因此易于控制电位。相比之下，在后一种情况下，由于可以缩短电荷移动控制电极27与电荷累积用电极24之间的距离，因此有利于实现微细化。
在下文中，将对包括第一电极212以及两个电荷累积用电极2421和2422的摄像元件区块的操作进行说明。
在电荷累积时段内，从驱动电路向第一电极212施加电位V11，并且向电荷累积用电极2421和2422施加电位V31。入射到光电转换层23A上的光在光电转换层23A中进行光电转换。通过光电转换产生的空穴从第二电极22经由配线VOU发送至驱动电路。同时，第一电极212的电位V11高于第二电极22的电位V21，即，例如，将正电位施加到第一电极212，并且将负电位施加到第二电极22。因此，V31≥V11成立，优选地，V31>V11成立。因此，使得通过光电转换产生的电子被吸引至电荷累积用电极2421和2422，并且滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2421和2422的区域中。也就是说，电荷累积在无机半导体材料层23B等中。由于V31≥V11成立，因此，在光电转换层23A内部产生的电子不会向第一电极212移动。随着光电转换的时间流逝，无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2421和2422的区域中的电位具有更负的值。
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。因此，复位了第一浮动扩散层的电位，并且第一浮动扩散层的电位转变为电源的电位VDD。
在复位操作完成之后，读出电荷。也就是说，在电荷传输时段内，从驱动电路向第一电极212施加电位V21，向电荷累积用电极2421施加电位V32-A，并且向电荷累积用电极2422施加电位V32-B。这里，V32-A<V21<V32-B成立。因此，使得滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2421的区域中的电子被读出至第一电极212，并且进一步被读出至第一浮动扩散层。也就是说，累积在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2421的区域中的电荷被读出至控制部。一旦完成读出之后，V32-B≤V32-A<V21成立。需要注意，在图54和图55所示的示例中，V32-B<V21<V32-A可以成立。因此，使得滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2422的区域中的电子被读出至第一电极212，并且进一步被读出至第一浮动扩散层。另外，在图52和图53所示的示例中，滞留在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2422的区域中的电子可以经由与电荷累积用电极2422相邻的第一电极213被读出至第一浮动扩散层。以这种方式，累积在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2422的区域中的电荷被读出至控制部。需要注意，一旦累积在无机半导体材料层23B等的面对电荷累积用电极2421的区域中的电荷向控制部的读出完成之后，可以复位第一浮动扩散层的电位。
图58A示出了实施例9的摄像元件区块中的读出和驱动的示例。
[步骤-A]
将自动归零信号输入至比较器
[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对应的摄像元件中的P相读出以及电荷向第一电极212的移动
[步骤-D]
与电荷累积用电极2421对应的摄像元件中的D相读出以及电荷向第一电极212的移动
[步骤-E]
共用的一个浮动扩散层的复位操作
[步骤-F]
将自动归零信号输入至比较器
[步骤-G]
与电荷累积用电极2422对应的摄像元件中的P相读出以及电荷向第一电极212的移动
[步骤-H]
与电荷累积用电极2422对应的摄像元件中的D相读出以及电荷向第一电极212的移动
根据上述流程，读出来自与电荷累积用电极2421和电荷累积用电极2422对应的两个摄像元件的信号。基于相关双采样(CDS)处理，[步骤-C]中的P相读出与[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对应的摄像元件的信号，并且[步骤-G]中的P相读出与[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对应的摄像元件的信号。
需要注意，可以省略[步骤-E]的操作(参见图58B)。另外，可以省略[步骤-F]的操作，并且在这种情况下，可以进一步省略[步骤-G](参见图58C)；此外，[步骤-C]中的P相读出与[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对应的摄像元件的信号，并且[步骤-D]中的D相读出与[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对应的摄像元件的信号。
图56(实施例9的第六变形例)和图57(实施例9的第七变形例)示意性地示出了变形例中的第一电极21和电荷累积用电极24的布置状态。在这些变形例中，四个摄像元件构成一个摄像元件区块。这些固态摄像装置的操作可以与图50至图55所示的固态摄像装置的操作基本相同。
在实施例9的固态摄像装置中，第一电极由构成摄像元件区块的多个摄像元件共用。因此，可以使其中布置有多个摄像元件的像素区域中的构造和结构简化和微细化。需要注意，针对一个浮动扩散层设置的多个摄像元件可以由多个第一类型摄像元件构成，或者可以由至少一个第一类型摄像元件和一个或两个以上的第二类型摄像元件构成。
[实施例10]
实施例10是实施例9的变形。图59、图60、图61和图62示意性地示出了第一电极21和电荷累积用电极24的布置状态。在实施例10的固态摄像装置中，两个摄像元件构成一个摄像元件区块。另外，在摄像元件区块上方布置有一个芯片上微透镜14。需要注意，在图60和图62所示的示例中，电荷移动控制电极27布置在构成摄像元件区块的多个摄像元件之间。
例如，与构成摄像元件区块的电荷累积用电极2411、2421、2431和2441对应的光电转换层对来自图中的右斜上方的入射光具有高灵敏度。另外，与构成摄像元件区块的电荷累积用电极2412、2422、2432和2442对应的光电转换层对来自图中的左斜上方的入射光具有高灵敏度。因此，例如，通过将包括电荷累积用电极2411的摄像元件和包括电荷累积用电极2412的摄像元件组合，可以获取像面相位差信号。另外，通过将来自包括电荷累积用电极2411的摄像元件的信号与来自包括电荷累积用电极2412的摄像元件的信号相加，可以由这些摄像元件的组合来构成一个摄像元件。在图59所示的示例中，第一电极211布置在电荷累积用电极2411与电荷累积用电极2412之间；然而，如在图61所示的示例中一样，通过将一个第一电极211布置成面对并排布置的两个电荷累积用电极2411和2412，可以进一步提高灵敏度。
虽然已经基于优选实施例说明了本公开，但是本公开不限于这些实施例。实施例中所述的摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置的结构和构造、制造条件、制造方法和使用的材料仅是说明性的，并且可以适当地改变。可以适当地组合实施例的摄像元件。本公开的摄像元件的构造和结构适用于发光元件，例如有机EL元件，或者适用于薄膜晶体管的沟道形成区域。
视情况而定，如上所述，也可以共用浮动扩散层FD1、FD2、FD3、51C、45C和46C。
另外，图63示出了实施例1中所述的摄像元件和层叠式摄像元件的变形例。如图所示，例如，可以采用其中光从第二电极22侧入射并且在靠近第二电极22的光入射侧形成有遮光层15的构造。需要注意，设置为比光电转换层更靠近光入射侧的各种配线也可以充当遮光层。
需要注意，在图63所示的示例中，遮光层15形成在第二电极22上方，即，遮光层15形成在靠近第二电极22的光入射侧且在第一电极21上方；然而，如图64所示，遮光层15也可以布置在第二电极22的光入射侧的表面上。另外，如图65所示，视情况而定，第二电极22可以设置有遮光层15。
可替代地，可以采用其中光从第二电极22侧入射并且光不入射到第一电极21上的结构。具体地，如图63所示，遮光层15形成在靠近第二电极22的光入射侧且在第一电极21上方。可替代地，可以采用如下结构：其中，如图67所示，芯片上微透镜14设置在电荷累积用电极24和第二电极22的上方，并且入射到芯片上微透镜14上的光会聚在电荷累积用电极24上并且不会到达第一电极21。需要注意，如在实施例4中所述的，在设置有传输控制用电极25的情况下，可以采用其中光不入射到第一电极21和传输控制用电极25上的形态。具体地，可以采用如下结构：其中，如图66所示，遮光层15形成在第一电极21和传输控制用电极25的上方。可替代地，可以采用其中入射到芯片上微透镜14上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。
通过采用这些构造和结构，或者通过设置遮光层15以允许光仅入射到光电转换部的位于电荷累积用电极24上方的部分上，或者通过设计芯片上微透镜14，光电转换部的位于第一电极21上方(或第一电极21和传输控制用电极25上方)的部分对光电转换没有贡献，因此可以更可靠地将所有像素同时复位，并且可以更容易地实现全局快门功能。因此，在包括多个具有这些构造和结构的摄像元件的固态摄像装置的驱动方法中，重复以下步骤：
在所有的摄像元件中，同时地一面将电荷累积在无机半导体材料层23B等中，一面将第一电极21中的电荷排出至系统外部；其后，
在所有的摄像元件中，同时地将累积在无机半导体材料层23B等中的电荷传输至第一电极21，并且在传输完成之后，顺序地在各个摄像元件中读出传输至第一电极21的电荷。
在固态摄像装置的这种驱动方法中，各个摄像元件具有如下结构：其中，从第二电极侧入射的光不入射到第一电极上，并且在所有的摄像元件中，同时地一面将电荷累积在无机半导体材料层等中，一面将第一电极中的电荷排出至系统外部。因此，在所有的摄像元件中，可以可靠地将第一电极同时复位。其后，在所有的摄像元件中，同时地将累积在无机半导体材料层等中的电荷传输至第一电极，并且在传输完成之后，顺序地在各个摄像元件中读出传输至第一电极的电荷。因此，可以容易地实现所谓的全局快门功能。
在形成有由多个摄像元件共用的一个无机半导体材料层23B的情况下，从保护无机半导体材料层23B的端部的角度来看，理想的是，无机半导体材料层23B的端部被至少光电转换层23A覆盖。对于这种情况下的摄像元件的结构，图1所示的无机半导体材料层23B的示意性截面图的右端所示的结构就足够了。
另外，作为实施例4的变形例，如图67所示，可以从最靠近第一电极21的位置朝着电荷累积用电极24设置多个传输控制用电极。需要注意，图67示出了设置有两个传输控制用电极25A和25B的示例。此外，可以采用如下结构：其中，芯片上微透镜14设置在电荷累积用电极24和第二电极22的上方，使得入射到芯片上微透镜14上的光会聚在电荷累积用电极24上并且不会到达第一电极21以及传输控制用电极25A和25B。
第一电极21可以构造成在设置于绝缘层82中的开口部84内延伸并且连接至无机半导体材料层23B。
另外，在实施例中，已经以应用于CMOS型固态摄像装置的情况为例进行了说明，在该CMOS型固态摄像装置中，将与入射光量对应的信号电荷作为物理量进行感测的单位像素以矩阵方式布置着；然而，本公开不限于应用于CMOS型固态摄像装置，并且还可以应用于CCD型固态摄像装置。在后一种情况下，信号电荷通过具有CCD型结构的垂直传输寄存器在垂直方向上传输，通过水平传输寄存器在水平方向上传输，然后被放大，从而导致输出像素信号(图像信号)。另外，可能的应用通常不限于列型固态摄像装置，在该列型固态摄像装置中，像素形成为二维矩阵图案，并且针对各个像素列布置列信号处理电路。此外，视情况而定，可以省略选择晶体管。
此外，本公开的摄像元件和层叠式摄像元件不仅适用于感测可见光的入射光量的分布以拍摄该分布的图像的固态摄像装置，而且还适用于拍摄红外线、X射线或粒子等的入射量的分布的图像的固态摄像装置。另外，从广义上讲，本公开的摄像元件和层叠式摄像元件通常适用于感测包括压力和电容在内的其他物理量的分布以拍摄该分布的图像的固态摄像装置(物理量分布感测装置)，诸如指纹检测传感器。
此外，可能的应用不限于以行为单位顺序扫描摄像区域中的各个单位像素并从各个单位像素读出像素信号的固态摄像装置。还可以应用于X-Y地址型固态摄像装置，该X-Y地址型固态摄像装置以像素为单位选择任意像素，并且以像素为单位从所选的像素读出像素信号。固态摄像装置可以形成为一个芯片的形式，或者可以是具有摄像功能的模块形式，在该摄像功能中，摄像区域和驱动电路或光学系统封装在一起。
另外，可能的应用不限于固态摄像装置，而且还可以应用于摄像装置。这里，摄像装置是指具有摄像功能的电子设备，该电子设备的示例包括诸如数码相机或摄像机等相机系统、移动电话等。在某些情况下，摄像装置也可以是安装在电子设备上的模块形式(即，相机模块)的摄像装置。
图69作为概念图示出了在电子设备(相机)200中使用包括本公开的摄像元件和层叠式摄像元件的固态摄像装置201的示例。电子设备200包括固态摄像装置201、光学透镜210、快门装置211、驱动电路212和信号处理电路213。光学透镜210将来自被摄体的图像光(入射光)聚焦以在固态摄像装置201的摄像平面上形成图像。因此，使得信号电荷在固态摄像装置201中累积预定时间段。快门装置211控制固态摄像装置201的光照时段和遮光时段。驱动电路212供应驱动信号，以控制固态摄像装置201的传输操作等和快门装置211的快门操作。根据从驱动电路212供应的驱动信号(时序信号)，在固态摄像装置201中执行信号传输。信号处理电路213执行各种信号处理。已经经过了信号处理的图像信号存储在诸如存储器等存储介质中，或者输出至监视器。在这种电子设备200中，固态摄像装置201能够实现像素尺寸的微细化和传输效率的提高，因此，可以提供像素特性得到改善的电子设备200。固态摄像装置201适用的电子设备200的示例不限于相机，但是该电子设备200包括数码相机、用于诸如移动电话等移动设备的相机模块和其他摄像装置。
根据本公开的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在以下任何类型的移动体上的装置，所述移动体诸如是汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动性设备、飞机、无人机、轮船或机器人等。
图77是示出作为能够应用根据本公开实施例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的示例的框图。
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77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和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F：interface)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用作以下设备的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆驱动力的驱动力产生设备；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆转向角的转向机构；以及用于产生车辆制动力的制动设备等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车体上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统，智能钥匙系统，电动车窗装置，或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从替代钥匙的移动设备传输的无线电波或各种开关的信号能够输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置或灯等。
车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行摄像，并且接收所摄像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标志或路面上的字母等执行物体检测处理或距离检测处理。
摄像部12031是用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号的光学传感器。摄像部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测距信息输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等非可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括用于对驾驶员进行摄像的相机。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程度或驾驶员的专注程度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部或车辆内部的信息，微型计算机12051能够计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且能够向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051能够执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞规避或冲击缓和、基于车间距离的跟随驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。
另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部或车辆内部的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备等来执行旨在实现不依赖于驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
另外，基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息，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能够例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前行车辆或对向车辆的位置来控制车头灯以从远光变为近光，从而执行旨在防止眩光的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号传输至输出设备，该输出设备能够在视觉上或在听觉上将信息通知车辆的乘员或车辆外部。在图77的示例中，作为输出设备，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。显示部12062例如可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图78是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图78中，车辆12100包括作为摄像部12031的摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如布置在车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门上的位置处以及车内挡风玻璃的上部位置处。设置于前鼻的摄像部12101和设置于车内挡风玻璃的上部的摄像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置于后视镜的摄像部12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。设置于后保险杠或后门的摄像部12104主要获得车辆12100后方的图像。由摄像部12101和12105获得的前方图像主要用于检测前行车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
顺便提及，图78示出了摄像部12101～12104的摄影范围的示例。摄像范围12111表示设置于前鼻的摄像部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部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部12104的摄像范围。例如，通过将由摄像部12101～12104摄像的图像数据叠加，获得了从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像部12101～12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101～12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，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能够基于从摄像部12101～12104获得的距离信息来求出与摄像范围12111～12114内的各个三维物体相距的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而特别地提取如下的最近三维物体作为前行车辆：该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上，并且在与车辆12100大致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能够预先设定在前行车辆的前方要保持的车间距离，并且能够执行自动制动控制(包括跟随停止控制)或自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以执行旨在使车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051能够将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并且使用所提取的三维物体数据来自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够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判断用于表示与各个障碍物发生碰撞的风险的碰撞风险。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形下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或规避转向。因此，微型计算机12051能够辅助驾驶以规避碰撞。
摄像部12101～12104中的至少一者可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判断摄像部12101～12104的摄像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过以下过程来执行这种行人识别：提取作为红外相机的摄像部12101～12104的摄像图像中的特征点；以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来判断是否是行人。当微型计算机12051判断摄像部12101～12104的摄像图像中存在行人并因此识别出该行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得在识别出的行人上叠加地显示用于强调的矩形轮廓线。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望的位置处显示用于表示行人的图标等。
另外，例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图79是示出能够应用根据本公开实施例的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
在图79中，示出了外科医生(医师)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量装置11112等的其他手术工具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，从镜筒11101的远端起具有预定长度的区域被插入患者11132的体腔中；以及摄像头11102，其连接至镜筒11101的近端。在所示的示例中，示出了构造为具有硬型镜筒11101的刚性内窥镜的内窥镜11100。然而，内窥镜11100可以另外构造为具有柔型镜筒11101的柔性内窥镜。
在镜筒11101的远端处具有安装有物镜的开口部。光源装置11203连接至内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的导光件被引导至该镜筒11101的远端，并且该光通过物镜朝着患者11132的体腔中的观察对象照射。需要注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
在摄像头11102内部设置有光学系统和摄像元件，使得来自观察对象的反射光(观察光)通过该光学系统会聚在该摄像元件上。观察光通过摄像元件进行光电转换，以产生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RAW数据传输至相机控制单元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU：central processing unit)或图形处理单元(GPU：graphics processing unit)等，并且CCU 11201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，并且对该图像信号执行诸如显像处理(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在其上显示基于已经由CCU 11201执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：light emitting diode)等光源，并且将对手术部位进行摄像时的照射光供应给内窥镜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将各种信息或指令输入至内窥镜手术系统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、放大倍率或焦距等)。
治疗工具控制装置11205控制用于组织的烧灼或切割、或血管的封止等的能量装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体馈送至患者11132的体腔中以使体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并且确保外科医生的工作空间。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、图像或图表等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
需要注意，向内窥镜11100供应对手术部位进行摄像时的照射光的光源装置11203可以包括白色光源，该白色光源例如包括LED、激光光源、或LED和激光光源的组合。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，由于能够针对各种颜色(各种波长)高精度地控制输出强度和输出时序，因此，能够通过光源装置11203对拍摄图像的白平衡进行调节。此外，在这种情况下，如果来自RGB激光光源中各者的激光束以时分方式照射在观察对象上，并与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够以时分方式拍摄分别对应于R、G和B颜色的图像。根据这种方法，即使针对摄像元件没有设置彩色滤光片，也能够获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203，使得在每个预定时间改变待输出的光的强度。通过与光强度的变化的时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动以便以时分方式获取图像，然后合成这些图像，能够产生没有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可以构造成供应为特殊光观察准备的预定波段的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织中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)相比的窄带光，执行以高对比度对诸如粘膜的表层部分的血管等预定组织进行摄像的窄带观察(窄带摄像)。可替代地，在特殊光观察中，可以执行荧光观察，以根据通过激发光的照射而产生的荧光来获得图像。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来执行来自该身体组织的荧光的观察(自发荧光观察)，或者可以通过将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部地注入到身体组织中并将与该试剂的荧光波长对应的激发光照射在该身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203能够构造成供应适合于如上所述的特殊光观察的这种窄带光和/或激发光。
图80是示出图79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包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400彼此可通信地连接。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接位置处的光学系统。从镜筒11101的远端获取的观察光被引导至摄像头11102，并且被引入至透镜单元11401中。透镜单元11401包括多个透镜的组合，该多个透镜包括变焦透镜和聚焦透镜。
摄像单元11402包括摄像元件。摄像单元11402所包括的摄像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。例如，在摄像单元11402构造为多板型摄像单元的情况下，摄像元件产生分别与R、G和B对应的图像信号，并且可以合成这些图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402还可以构造为具有一对摄像元件，以分别获取为三维(3D)显示准备的右眼用图像信号和左眼用图像信号。如果执行3D显示，则外科医生11131能够更准确地掌握手术部位中的活体组织的深度。需要注意，在摄像单元11402构造为多板型摄像单元的情况下，以与各个摄像元件对应的方式设置多个系统的透镜单元11401。
此外，摄像单元11402可以不必设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以在镜筒11101内部紧接在物镜后方设置。
驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403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。因此，能够适当地调节摄像单元11402拍摄的图像的放大倍率和焦点。
通信单元11404包括通信装置，以将各种信息传输至CCU 11201并且从CCU 11201接收各种信息。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据传输至CCU 11201。
另外，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，并且将该控制信号供应给摄像头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件有关的信息，诸如指定拍摄图像的帧速率的信息、指定摄像时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大倍率和焦点的信息等。
需要注意，诸如帧速率、曝光值、放大倍率或焦点等摄像条件可以由用户指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，将自动曝光(AE：Auto Exposure)功能、自动聚焦(AF：Auto Focus)功能和自动白平衡(AWB：Auto White Balance)功能并入内窥镜11100中。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411包括通信装置，以将各种信息传输至摄像头11102并且从摄像头11102接收各种信息。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102传输至此的图像信号。
此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输至摄像头11102。图像信号和控制信号能够通过电通信或光通信等进行传输。
图像处理单元11412对从摄像头11102传输至此的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。
控制单元11413执行与内窥镜11100对手术部位等的摄像和通过对手术部位等的摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。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，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412执行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202，以显示对手术部位等进行摄像而获得的拍摄图像。于是，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413能够通过检测拍摄图像中所包括的物体的边缘的形状和颜色等来识别诸如钳子等手术工具、特定的活体部位、出血和使用能量装置11112时的薄雾等。当控制单元11413控制显示装置11202以显示拍摄图像时，控制单元11413可以利用识别结果使各种手术支持信息以重叠方式与手术部位的图像一起显示。在以重叠方式显示手术支持信息并将其呈现给外科医生11131的情况下，能够减轻外科医生11131的负担，并且外科医生11131能够确定无疑地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆11400是为电信号通信准备的电信号电缆、为光通信准备的光纤或为电通信和光通信两者准备的复合电缆。
在此，虽然在所示的示例中，通过使用传输电缆11400的有线通信来执行通信，但是也可以通过无线通信执行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。
需要注意，虽然这里以内窥镜手术系统为例进行了说明，但是根据本公开实施例的技术还可以应用于例如显微手术系统等。
需要注意，本公开也可以具有以下构造。
[A01]<<摄像元件>>
一种摄像元件，其包括光电转换部，该光电转换部包括层叠的第一电极、光电转换层和第二电极，该光电转换层包含有机材料，其中，
在第一电极与光电转换层之间形成有无机半导体材料层，并且
从无机半导体材料层中所包括的阴离子种类的电负性的平均值ENanion中减去无机半导体材料层中所包括的阳离子种类的电负性的平均值ENcation而得到的值ΔEN小于1.695。
[A02]根据[A01]所述的摄像元件，其中，ΔEN为1.624以下。
[A03]根据[A01]或[A02]所述的摄像元件，其中，当无机半导体材料层由(A1 a1A2 a2A3 a3...AM aM)(B1 b1B2 b2B3 b3...BN bN)[其中，A1、A2、A3、......、AM是阳离子种类，B1、B2、B3、......、BN是阴离子种类，a1、a2、a3、......、aM以及b1、b2、b3、......、bN是相当于原子百分率的值，并且该值的总和为1.00]表示时，
ENanion＝(B1×b1+B2×b2+B3×b3...+BN×bN)/(b1+b2+b3...+bN)
ENcation＝(A1×a1+A2×a2+A3×a3...+AM×aM)/(a1+a2+a3...+aM)
成立，其中，B1、B2、B3、......、BN是阴离子种类B1、B2、B3、......、BN的电负性，并且A1、A2、A3、......、AM是阳离子种类A1、A2、A3、......、AM的电负性。
[A04]根据[A01]至[A03]中任一项所述的摄像元件，其中，阳离子种类包括选自由Zn、Ga、Ge、Cd、In、Al、Ti、B、Si、Sn、Hg、Tl和Pb构成的组中的至少一种阳离子种类。
[A05]根据[A01]至[A03]中任一项所述的摄像元件，其中，阳离子种类包括Ga、In和Sn，并且阴离子种类包括O。
[A06]根据[A01]至[A03]中任一项所述的摄像元件，其中，阳离子种类包括Zn、Al和Sn，并且阴离子种类包括O。
[A07]根据[A01]至[A06]中任一项所述的摄像元件，其中，光电转换部还包括绝缘层和电荷累积用电极，该电荷累积用电极与第一电极分开布置着并且布置成隔着绝缘层面对无机半导体材料层。
[A08]根据[A01]至[A07]中任一项所述的摄像元件，其中，满足以下表达式：
E1-E0≥0.1eV，
其中，E0表示光电转换层的位于无机半导体材料层附近的部分中所包含的材料的LUMO值，并且E1表示无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的导带的最小能量值。
[A09]根据[A08]所述的摄像元件，其中，满足以下表达式：
E1-E0>0.1eV。
[A10]根据[A01]至[A09]中任一项所述的摄像元件，其中，无机半导体材料层中所包括的无机半导体材料层的载流子迁移率为10cm2/V·s以上。
[A11]根据[A01]至[A10]中任一项所述的摄像元件，其中，无机半导体材料层的载流子密度为1×1016/cm3以下。
[A12]根据[A01]至[A11]中任一项所述的摄像元件，其中，无机半导体材料层的厚度为1×10-8m至1.5×10-7m。
[A13]根据[A01]至[A12]中任一项所述的摄像元件，其中，
光从第二电极入射，
在光电转换层与无机半导体材料层之间的界面处的无机半导体材料层表面的表面粗糙度Ra为1.5nm以下，并且
无机半导体材料层表面的均方根粗糙度Rq的值为2.5nm以下。
[A14]根据[A01]至[A13]中任一项所述的摄像元件，其中，当无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的组成由Ala1Zna2Sna3Ob1(其中，a1+a2+a3＝1.00并且a1>0，a2>0和a3>0成立)表示时，满足
0.88×(a3-0.3)>0.12×a1 (1)。
[A15]根据[A01]至[A14]中任一项所述的摄像元件，其中，无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的光学间隙为2.8eV以上且3.2eV以下。
[A16]根据[A01]至[A15]中任一项所述的摄像元件，其中，当无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的组成由Ala1Zna2Sna3Ob1(其中，a1+a2+a3＝1.00并且a1>0，a2>0和a3>0成立)表示时，满足
0.36×(a3-0.62)≤0.64×a1≤0.36×a3 (2)。
[A17]根据[A01]至[A16]中任一项所述的摄像元件，其中，无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的氧空位产生能量为2.6eV以上。
[A18]根据[A01]至[A17]中任一项所述的摄像元件，其中，当无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的组成由Ala1Zna2Sna3Ob1(其中，a1+a2+a3＝1.00并且a1>0，a2>0和a3>0成立)表示时，满足
a3 ≤ 0.67 (3-1)
和
0.60×(a3-0.61)≤0.40×a1 (3-2)。
[A19]根据[A01]至[A18]中任一项所述的摄像元件，其中，无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的氧空位产生能量为3.0eV以上。
[A20]根据[A01]至[A05]和[A19]中任一项所述的摄像元件，其中，当无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的组成由Ala1Zna2Sna3Ob1(其中，a1+a2+a3＝1.00并且a1>0，a2>0和a3>0成立)表示时，满足
a3≤0.53 (3-1')
和
0.35×(a3-0.32)≤0.65×a1 (3-2')。
[A21]根据[A01]至[A20]中任一项所述的摄像元件，其中，当无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的组成由Ala1Zna2Sna3Ob1(其中，a1+a2+a3＝1.00并且a1>0，a2>0和a3>0成立)表示时，满足
a3≥a2-0.54 (4)。
[A22]根据[A01]至[A13]中任一项所述的摄像元件，其中，当无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的组成由Ma1Na2Sna3Ob1(其中，M表示铝原子，N表示镓原子、或锌原子、或镓原子和锌原子)表示时，满足
a1+a3+a2＝1.00
0.01≤a1≤0.04
和
a3<a2。
[A23]根据[A22]所述的摄像元件，其中，满足a1<a3<a2。
[A24]根据[A01]至[A23]中任一项所述的摄像元件，其中，在光电转换层中产生的电荷经由无机半导体材料层向第一电极移动。
[A25]根据[A24]所述的摄像元件，其中，电荷包括电子。
[B01]根据[A01]至[A25]中任一项所述的摄像元件，其中，
无机半导体材料层从第一电极侧起包括第一层和第二层，并且满足
ρ1≥5.9g/cm3
和
ρ1-ρ2≥0.1g/cm3，
其中，ρ1表示从第一电极与无机半导体材料层之间的界面延伸3nm，优选为5nm，更优选为10nm的部分中的第一层的平均膜密度，并且ρ2表示该部分中的第二层的平均膜密度。
[B02]根据[B01]所述的摄像元件，其中，第一层的组成和第二层的组成相同。
[B03]根据[A01]至[A14]中任一项所述的摄像元件，其中，
无机半导体材料层从第一电极侧起包括第一层和第二层，
第一层的组成和第二层的组成相同，并且满足
ρ1-ρ2≥0.1g/cm3，
其中，ρ1表示从第一电极与无机半导体材料层之间的界面延伸3nm，优选为5nm，更优选为10nm的部分中的第一层的平均膜密度，并且ρ2表示该部分中的第二层的平均膜密度。
[C01]<<层叠式摄像元件>>
一种层叠式摄像元件，其包括至少一个根据[A01]至[B03]中任一项所述的摄像元件。
[D01]<<固态摄像装置…第一形态>>
一种固态摄像装置，其包括多个根据[A01]至[B03]中任一项所述的摄像元件。
[D02]<<固态摄像装置…第二形态>>
一种固态摄像装置，其包括多个根据[C01]所述的层叠式摄像元件。
[E01]<<摄像元件的制造方法>>
一种摄像元件的制造方法，所述方法包括：
在形成有第一电极的底层上依次形成无机半导体材料层、光电转换层和第二电极，该光电转换层包含有机材料；以及
在形成无机半导体材料层之后，在含有水蒸气的气氛中、在250℃以下实施退火处理。
附图标记列表
10 摄像元件(层叠式摄像元件、第一摄像元件)
11 第二摄像元件
12 第三摄像元件
13 位于层间绝缘层下方的各种摄像元件构成要素
14 芯片上微透镜(OCL)
15 遮光层
21 第一电极
22 第二电极
23 光电转换层叠体
23A 光电转换层
23B 无机半导体材料层
24 电荷累积用电极
24A、24B、24C 电荷累积用电极区段
25、25A、25B 传输控制用电极(电荷传输电极)
26 电荷排出电极
27 下部电荷移动控制电极(下侧电荷移动控制电极)
27A 连接孔
27B 焊盘部
28 上部电荷移动控制电极(上侧电荷移动控制电极)
41 第二摄像元件中所包括的n型半导体区域
43 第三摄像元件中所包括的n型半导体区域
42、44、73 p+层
45、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的源极/漏极区域
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的源极/漏极区域
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的源极/漏极区域
61 接触孔部
62 配线层
63、64、68A 焊盘部
65、68B 连接孔
66、67、69 连接部
70 半导体基板
70A 半导体基板的第一表面(前表面)
70B 半导体基板的第二表面(后表面)
71 元件分离区域
72 氧化膜
74 HfO2膜
75 绝缘材料膜
76、81 层间绝缘层
82 绝缘层
82A 相邻摄像元件之间的区域(区域-a)
83 保护材料层
84 开口部
85 第二开口部
100 固态摄像装置
101 层叠式摄像元件
111 摄像区域
112 垂直驱动电路
113 列信号处理电路
114 水平驱动电路
115 输出电路
116 驱动控制电路
117 信号线(数据输出线)
118 水平信号线
200 电子设备(相机)
201 固态摄像装置
210 光学透镜
211 快门装置
212 驱动电路
213 信号处理电路
FD1、FD2、FD3、45C、46C 浮动扩散层
TR1trs、TR2trs、TR3trs 传输晶体管
TR1rst、TR2rst、TR3rst 复位晶体管
TR1amp、TR2amp、TR3amp 放大晶体管
TR1sel、TR3sel、TR3sel 选择晶体管
VDD 电源
RST1、RST2、RST3 复位线
SEL1、SEL2、SEL3 选择线
117、VSL、VSL1、VSL2、VSL3 信号线(数据输出线)
TG2、TG3 传输栅极线
VOA、VOB、VOT、VOU 配线
Claims (17)
1.一种摄像元件，其包括光电转换部，所述光电转换部包括层叠的第一电极、光电转换层和第二电极，所述光电转换层包含有机材料，其中，
在所述第一电极与所述光电转换层之间形成有无机半导体材料层，并且
从所述无机半导体材料层中所包括的阴离子种类的电负性的平均值ENanion中减去所述无机半导体材料层中所包括的阳离子种类的电负性的平均值ENcation而得到的值ΔEN小于1.695。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述ΔEN为1.624以下。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，当所述无机半导体材料层由(A1 a1A2 a2A3 a3...AM aM)(B1 b1B2 b2B3 b3...BN bN)[其中，A1、A2、A3、......、AM是阳离子种类，B1、B2、B3、......、BN是阴离子种类，a1、a2、a3、......、aM以及b1、b2、b3、......、bN是相当于原子百分率的值，并且该值的总和为1.00]表示时，
ENanion＝(B1×b1+B2×b2+B3×b3...+BN×bN)/(b1+b2+b3...+bN)
ENcation＝(A1×a1+A2×a2+A3×a3...+AM×aM)/(a1+a2+a3...+aM)
成立，其中，B1、B2、B3、......、BN是所述阴离子种类B1、B2、B3、......、BN的电负性，并且A1、A2、A3、......、AM是所述阳离子种类A1、A2、A3、......、AM的电负性。
4.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述阳离子种类包括选自由Zn、Ga、Ge、Cd、In、Al、Ti、B、Si、Sn、Hg、Tl和Pb构成的组中的至少一种阳离子种类。
5.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述阳离子种类包括Ga、In和Sn，并且所述阴离子种类包括O。
6.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述阳离子种类包括Zn、Al和Sn，并且所述阴离子种类包括O。
7.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述光电转换部还包括绝缘层和电荷累积用电极，所述电荷累积用电极与所述第一电极分开布置着并且布置成隔着所述绝缘层面对所述无机半导体材料层。
8.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，满足以下表达式：
E1-E0≥0.1eV，
其中，E0表示所述光电转换层的位于所述无机半导体材料层附近的部分中所包含的材料的LUMO值，并且E1表示所述无机半导体材料层中所包含的无机半导体材料的导带的最小能量值。
9.根据权利要求8所述的摄像元件，其中，满足以下表达式：
E1-E0>0.1eV。
10.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述无机半导体材料层的载流子迁移率为10cm2/V·s以上。
11.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述无机半导体材料层的载流子密度为1×1016/cm3以下。
12.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述无机半导体材料层的厚度为1×10-8m至1.5×10-7m。
13.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
光从所述第二电极入射，
在所述光电转换层与所述无机半导体材料层之间的界面处的所述无机半导体材料层的表面的表面粗糙度Ra为1.5nm以下，并且
所述无机半导体材料层的所述表面的均方根粗糙度Rq的值为2.5nm以下。
14.一种层叠式摄像元件，其包括至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的摄像元件。
15.一种固态摄像装置，其包括多个根据权利要求1至13中任一项所述的摄像元件。
16.一种固态摄像装置，其包括多个根据权利要求14所述的层叠式摄像元件。
17.一种摄像元件的制造方法，所述方法包括：
在形成有第一电极的底层上依次形成无机半导体材料层、光电转换层和第二电极，所述光电转换层包含有机材料；以及
在形成所述无机半导体材料层之后，在含有水蒸气的气氛中、在250℃以下实施退火处理。
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