CN114846609A - 固态成像元件和电子设备 - Google Patents

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CN114846609A CN202180007257.8A CN202180007257A CN114846609A CN 114846609 A CN114846609 A CN 114846609A CN 202180007257 A CN202180007257 A CN 202180007257A CN 114846609 A CN114846609 A CN 114846609A
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村田贤一
定荣正大
中村祐太
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

一种固态图像传感器(100)设置有第一光电转换单元和第二光电转换单元(600)。所述第一和第二光电转换单元(500，600)在彼此相对的接合面处接合，并且包括上部电极(502，602)、下部电极(508A，608)、光电转换膜(504，604)和存储电极(510，610)。所述第一光电转换单元(500)的所述下部电极(508A)经由贯穿半导体基板(300)的第一贯通电极(460A，460B)连接到电荷累积单元(314)。所述第二光电转换单元(600)的所述下部电极(608)经由设置在所述第二光电转换单元(600)的所述接合面上的第二电极(673)、设置在所述第一光电转换单元(500)的所述接合面上的第一电极(573)、贯穿所述第一光电转换单元(500)的第二贯通电极(560)以及所述第一贯通电极(460A，460B)连接到所述电荷累积单元(314)。

Description

固态成像元件和电子设备
技术领域
本公开涉及一种固态成像元件和电子设备。
背景技术
近年来，在电荷耦合器件(CCD：charge coupled device)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(固态成像装置)中，提出了一种图像传感器，其中在每个单位像素(固态成像元件)中在垂直方向上层叠有能够分别对红色光、绿色光和蓝色光执行光电转换的三层光电转换膜，并且可以用一个单位像素检测三种颜色的光(例如，下文中的专利文献1和5)。此外，能够用一个单位像素检测三种颜色的光的其他图像传感器的示例包括如下这种。例如，如下文中的专利文献2所公开的，可以例举一种图像传感器，其包括：半导体基板，其上层叠有分别检测红色光和蓝色光的两个光电二极管(PD)(光电转换元件)；和光电转换膜，其设置在半导体基板上方并且能够对绿色光执行光电转换。
此外，在包括层叠有两个PD的半导体基板和设置在半导体基板上方的光电转换膜的图像传感器中，用于像素信号的提取的电路配置的示例包括如下这种。例如，如下文中的专利文献3所公开的，可以例举背面照射型结构，其中形成有上述电路的电路形成层在图像传感器的光接收表面的相反侧形成。
此外，其他图像传感器的示例可以包括如下文中的专利文献4所公开的图像传感器。下文中的专利文献4公开了一种结构，其中在设置在半导体基板上方的光电转换膜的正下方，设置了用于存储和传输通过光电转换获得的电荷的半导体层和经由绝缘膜与上述半导体层相对的存储电极。在该结构中，通过光电转换膜的光电转换生成的电荷可以像一种电容器一样有效地存储在光电转换膜中。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2005-51115号
专利文献2：日本专利申请公开第2003-332551号
专利文献3：日本专利申请公开第2011-29337号
专利文献4：日本专利申请公开第2017-157816号
专利文献5：国际公开第2016/002576号
发明内容
发明要解决的问题
在上述图像传感器(固态成像元件)中，为了将设置在基板上方的光电转换膜中生成的电荷作为像素信号输出，设置了多个像素晶体管(例如，放大晶体管、传输晶体管、复位晶体管等)和用于这些像素晶体管的连接的配线。为了提高图像传感器的特性并且抑制制造成本的增加，需要以合适的配置布置配线。然而，在传统的提案中，没有具体地研究配线的合适配置。
因此，鉴于这种情况，本公开提出了一种新的和改善的固态成像元件和电子设备，其能够在抑制制造成本增加的同时有效地输出和传输像素信号。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种固态成像元件，其包括：半导体基板；第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板的上方并且配置成将光转换成电荷；和第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的上方并且配置成将光转换成电荷，其中，所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元在彼此相对的接合面处接合，所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元中的每一个都具有层叠结构，所述层叠结构包括：上部电极；下部电极；光电转换膜，其夹在所述上部电极和所述下部电极之间；和存储电极，其经由所述光电转换膜和绝缘膜与所述上部电极相对，所述第一光电转换单元的所述下部电极经由贯穿所述半导体基板的第一贯通电极电连接到设置在所述半导体基板中的电荷存储单元，所述第二光电转换单元的所述下部电极经由以下元件电连接到所述电荷存储单元：第二电极，其设置在所述第二光电转换单元的接合面上；第一电极，其设置在所述第一光电转换单元的接合面上以便与所述第二电极相对并且接合到所述第二电极；第二贯通电极，其贯穿所述第一光电转换单元；和所述第一贯通电极。
此外，根据本公开，提供了一种电子设备，其包括：固态成像元件；光学系统，其配置成在所述固态成像元件的光接收表面上形成入射光的图像；和处理器，其配置成控制所述固态成像元件，其中所述固态成像元件包括：半导体基板；第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板的上方并且配置成将光转换成电荷；和第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的上方并且配置成将光转换成电荷，其中，所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元在彼此相对的接合面处接合，所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元中的每一个都具有层叠结构，所述层叠结构包括：上部电极；下部电极；光电转换膜，其夹在所述上部电极和所述下部电极之间；和存储电极，其经由所述光电转换膜和绝缘膜与所述上部电极相对，所述第一光电转换单元的所述下部电极经由贯穿所述半导体基板的第一贯通电极电连接到设置在所述半导体基板中的电荷存储单元，所述第二光电转换单元的所述下部电极经由以下元件电连接到所述电荷存储单元：第二电极，其设置在所述第二光电转换单元的接合面上；第一电极，其设置在所述第一光电转换单元的接合面上以便与所述第二电极相对并且接合到所述第二电极；第二贯通电极，其贯穿所述第一光电转换单元；和所述第一贯通电极。
附图说明
图1是示出了根据本实施方案的固态成像装置的平面配置示例的说明图。
图2是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图3是示出了根据本实施方案的固态成像元件的断面图的一部分的说明图。
图4是沿图3中的A-A'线取得的固态成像元件的断面图。
图5是沿图3中的B-B'线取得的固态成像元件的断面图。
图6是沿图3中的C-C'线取得的固态成像元件的断面图。
图7是沿图3中的D-D'线取得的固态成像元件的断面图。
图8是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的图。
图9是沿图3中的A-A'线取得的固态成像元件的断面图。
图10是沿图3中的B-B'线取得的固态成像元件的断面图。
图11是沿图3中的C-C'线取得的固态成像元件的断面图。
图12是沿图3中的D-D'线取得的固态成像元件的断面图。
图13是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图14是沿图13中的D1-D1'线取得的固态成像元件的断面图。
图15是沿图13中的D1-D1'线取得的固态成像元件的断面图。
图16是根据本实施方案的固态成像元件的PD的等效电路图。
图17是包括在根据本实施方案的固态成像元件中的PD的等效电路图。
图18是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的读出方法的说明图。
图19是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图20是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图21是沿图20中的D2-D2'线取得的固态成像元件的断面图。
图22是沿图20中的A2-A2'线取得的固态成像元件的断面图。
图23是用于说明根据本实施方案的电极的形状的图。
图24是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图25是沿图24中的B3-B3'线取得的固态成像元件的断面图。
图26是用于说明通过设置根据本实施方案的虚拟电极而获得的效果的图。
图27是用于说明通过设置根据本实施方案的虚拟电极而获得的效果的图。
图28是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图29是沿图28中的B4-B4'线取得的固态成像元件的断面图。
图30是沿图28中的B4-B4'线取得的固态成像元件的断面图。
图31是沿图28中的B4-B4'线取得的固态成像元件的断面图。
图32是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图33是沿图32中的B5-B5'线取得的固态成像元件的断面图。
图34是沿图32中的C5-C5'线取得的固态成像元件的断面图。
图35是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图36是沿图35中的B6-B6'线取得的固态成像元件的断面图。
图37是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的图。
图38是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图39是沿图38中的B7-B7'线取得的固态成像元件的断面图。
图40是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的图。
图41是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图42是沿图41中的B8-B8'线取得的固态成像元件的断面图。
图43是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图44是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图45是沿图44中的B9-B9'线取得的固态成像元件的断面图。
图46是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图47是根据本实施方案的变形例1的像素阵列单元的断面图。
图48是根据本实施方案的变形例2的像素阵列单元的断面图。
图49是根据本实施方案的像素阵列单元的断面图。
图50是在两个像素共享时沿图49中的E-E'线取得的固态成像元件的断面图。
图51是在四个像素共享时沿图49中的E-E'线取得的固态成像元件的断面立体图。
图52是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图53是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图54是根据本实施方案的变形例1的像素阵列单元的主要部分的断面图。
图55是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图56是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图57是根据本实施方案的变形例2的像素阵列单元的主要部分的断面图。
图58是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图59是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图60是根据本实施方案的变形例3的像素阵列单元的主要部分的断面图。
图61是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图62是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图63是根据本实施方案的变形例4的像素阵列单元的主要部分的断面图。
图64是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图65是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图66是根据本实施方案的变形例5的像素阵列单元的主要部分的断面图。
图67是用于说明根据本实施方案的固态成像元件的制造方法的断面图。
图68示出了包括根据上述实施方案及其变形例的固态成像装置(成像装置)的成像系统的示意性配置的示例。
图69是示出了成像系统中的成像操作的流程的示例的图。
图70是示出了可以应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性配置的示例的图。
图71是示出了图70示出的摄像机头和CCU的功能配置的示例的框图。
图72是示出了作为可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
图73是示出了成像单元的安装位置的示例的图。
图74是根据比较例的像素阵列单元的断面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方案。需要注意的是，在本说明书和附图中，具有基本上相同的功能配置的组件用相同的附图标记表示，并且省略重复说明。
此外，在本说明书和附图中，不同实施方案的类似组件可以通过在相同的附图标记之后添加不同的字母来区分。然而，在不需要特别区分每一个类似组件的情况下，只分配相同的附图标记。
此外，在下面的描述中参照的附图是用于促进本公开的实施方案的描述及其理解的附图，并且为了清楚起见，附图中示出的形状、尺寸、比例等可能与实际的不同。此外，考虑到下面的描述和已知技术，可以适当地改变在附图中示出的固态成像元件和固态成像装置的设计。此外，在使用固态成像元件的断面图的描述中，固态成像元件的层叠结构的上下方向对应于在光入射到固态成像元件上的入射面向上的情况下的相对方向，并且可以与根据实际重力加速度的上下方向不同。
此外，在下面电路配置的描述中，除非另有说明，否则“电连接”是指连接多个元件以便电力在其间传导。此外，下面的描述中的“电连接”不仅包括直接电连接多个元件的情况，而且包括经由其他元件间接电连接多个元件的情况。
此外，在下面的描述中，“共享”是指在彼此不同的元件(例如，PD等)之间共同使用一个其他元件(例如，电极等)，更具体地，是指通过两个不同元件电连接到一个其他元件来共同使用这个其他元件的状态。
此外，在下面的描述中，“栅极”是指场效应晶体管(FET)的栅电极。“漏极”表示FET的漏极或漏极区域，以及“源极”表示FET的源极或源极区域。
此外，在下面的描述中，特定长度(数值)和形状的描述不仅仅是指与数学定义的数值相同的值或几何定义的形状。具体地，下面描述中的特定长度(数值)和形状的描述包括在成像装置、其制造过程和其使用/操作中存在允许程度的差异(误差/变形)的情况，并且包括与该形状类似的形状。例如，在下面的描述中，表示为“圆形形状”的情况也包括如椭圆形状等与正圆类似的形状，而不限于正圆。
需要注意的是，将按以下顺序进行描述。
1.使得本发明人创建本公开的实施方案的背景
2.第1实施方案
2.1关于固态成像装置1的示意性配置
2.2关于固态成像元件100的层叠结构
2.3关于固态成像元件100的布局配置
2.4关于固态成像元件100的制造方法
3.第1实施方案的变形例
4.第2实施方案
4.1关于固态成像元件100a的层叠结构
4.2关于固态成像元件100a的布局配置
4.3关于固态成像元件100a的等效电路
4.4关于固态成像元件100a的读出方法
5.第3实施方案
6.第4实施方案
7.第5实施方案
8.第6实施方案
9.第7实施方案
10.第8实施方案
11.第9实施方案
12.第10实施方案
13.第11实施方案
14.第12实施方案
15.第13实施方案
16.第14实施方案
17.第15实施方案
18.应用例
19.内窥镜手术系统的应用例
20.移动体的应用例
21.结论
22.补充
<<1.使得本发明人创建本公开的实施方案的背景>>
首先，在描述本公开的每个实施方案的详细情况之前，将参照图74描述使得本发明人创建本公开的实施方案的背景。图74是根据比较例的像素阵列单元80的断面图。这里，比较例是指本发明人在获得本公开的实施方案之前已经反复研究的固态成像装置(图像传感器)。
近年来，图像传感器已被要求减小像素尺寸。然而，随着像素尺寸的减小，入射到单位像素上的光量减少，这降低了灵敏度并且使得信/噪(S/N)比减小。
此外，在图像传感器中，广泛使用其中使用原色滤波器的用于检测红色、绿色和蓝色光的各像素布置在平面上的配置(例如，拜耳阵列)。在这种配置的情况下，例如，在检测红色光的像素中，绿色光和蓝色光很难通过该像素的滤色器，因此不在该像素中进行光电转换，即，不被检测。因此，在如上所述的配置的情况下，对于每个像素，一种特定颜色的光被检测，而其他颜色的光不能被检测。因此，不能说入射到每个像素的光被充分利用，换句话说，从像素灵敏度的角度来看，可以说产生了损失。此外，在如上所述的配置的情况下，由于在像素之间进行插值处理，所以伴随用于插值的颜色信号的生成，也产生了伪色。
用于解决上述情况的方法的示例可以包括以下的图像传感器，其中在单位像素中能够分别对红色光、绿色光和蓝色光执行光电转换的三层光电转换膜在垂直方向上层叠，并且可以用一个单位像素检测三种颜色的光(例如，上述专利文献1和5)。此外，能够用一个单位像素检测三种颜色的光的其他图像传感器的示例包括以下这种。例如，如上所述的专利文献2中公开的，可以例举出一种图像传感器，该图像传感器包括：半导体基板，其上层叠有分别检测红色光和蓝色光的两个PD；和光电转换膜，其设置在半导体基板上方并且能够对绿色光执行光电转换。
此外，在包括层叠有两个PD的半导体基板和设置在半导体基板上方的光电转换膜的图像传感器中，用于像素信号的提取的电路配置的示例包括以下这种。例如，如上所述，如上所述的专利文献3中所公开的，可以例举出一种背面照射型结构，其中形成有上述电路的电路形成层形成在图像传感器的光接收表面的相反侧。在上述结构的情况下，在半导体基板中的PD和设置在半导体基板上方的光电转换膜之间没有设置电路、配线等。因此，根据该结构，可以缩短同一像素中在层叠方向(垂直方向)上PD和光电转换膜之间的距离。因此，在该结构中，可以抑制每种颜色的F值依赖性，并且可以减小各种颜色之间的灵敏度的差异。
此外，其他图像传感器的示例可以包括如上所述的专利文献4中所公开的图像传感器。上述专利文献4公开了一种结构，其中在设置在半导体基板上方的光电转换膜的正下方，设置了用于存储和传输通过光电转换获得的电荷的半导体层和经由绝缘膜与上述的半导体层相对的存储电极。在该结构中，通过光电转换膜的光电转换生成的电荷可以像一种电容器一样有效地存储在光电转换膜中。此外，在上述结构中，由于电荷可以存储在光电转换膜中，所以设置在半导体基板中的电荷存储单元(浮动扩散单元)可以在曝光的开始时完全耗尽，并且可以消除电荷。因此，根据该结构，可以抑制以下现象的发生：由于上述电荷存储单元的电荷引起的kTC噪声(由电荷的热波动引起的噪声)的增加而导致随机噪声劣化和图像传感器的拍摄的图像质量劣化。
另一方面，在如上所述的在单位像素中设置多个PD的情况下(例如，上述专利文献5)，为了提取通过每个PD的光电转换生成的电荷，在半导体基板中为每个PD设置电荷存储单元。此外，为了将通过每个PD的光电转换生成的电荷传输到每个电荷存储单元，为每个PD设置贯穿上述半导体基板的贯通电极、配线等。将参照图74描述具有这种结构的固态成像元件800。图74是根据比较例的包括以矩阵形式二维布置在固态成像装置的半导体基板300上的多个固态成像元件800的像素阵列单元80的断面图。在图74中，固态成像元件800示出为使得光入射到固态成像元件800上的入射面朝上。
具体地，在比较例中，如图74中示出的，PD 802、804和806层叠在半导体基板300上。此外，在比较例中，为了暂时存储生成的电荷，PD 802、804和806中的每一个电连接到设置在半导体基板300中的各个浮动扩散单元(电荷存储单元)814。更具体地，在比较例中，PD802、804和806中的每一个经由各个贯通电极807和设置成贯穿半导体基板300的各个贯通电极860电连接到浮动扩散单元814。
在比较例中，没有研究如何连接贯通电极807和贯通电极860的特定配置。例如，当贯通电极807和贯通电极860之间的连接沿与层叠方向垂直的方向偏移时，电荷(像素信号)不能分别从PD 802、804和806输出。这样，在比较例中，存在分别由PD 802、804和806生成的像素信号不能有效地输出的可能性。
因此，鉴于上述的情况，本发明人集中研究了在避免制造成本增加的同时能够有效地输出像素信号的固态成像元件。在研究期间，本发明人有了经由电极连接贯穿光电转换膜的贯通电极与从布置在光电转换膜上方的另一光电转换膜的下部电极延伸的配线的配置的独特构思。根据本发明人的构思，如果从另一光电转换膜的下部电极延伸的配线可以更可靠地与贯通电极连接，则可以将在另一光电转换膜中生成的像素信号有效地输出并且传输到浮动扩散单元。
即，本发明人以上述构思作为一个着眼点创建了本公开的实施方案。在下文中，将按顺序描述本公开的实施方案的详细情况。
<<2.第1实施方案>>
<2.1关于固态成像装置1的示意性配置>
首先，将参照图1描述根据本公开的第1实施方案的固态成像装置1的示意性配置。图1是示出了根据本实施方案的固态成像装置1的平面配置示例的说明图。如图1中示出的，根据本实施方案的固态成像装置1包括像素阵列单元10、垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34、水平驱动电路单元36、输出电路单元38、控制电路单元40等，例如，它们设置在由硅制成的半导体基板300上。在下文中，将描述根据本实施方案的固态成像装置1的每个块的详细情况。
(像素阵列单元10)
像素阵列单元10包括以矩阵形式二维布置在半导体基板300上的多个固态成像元件(像素)100。需要注意的是，这里，固态成像元件100是指如下这种固态成像元件(单位像素)，其可以被视为在当检测每种颜色的光并且输出检测结果时针对每种颜色输出一个结果的一个单元。每个固态成像元件100包括多个光电转换元件(PD)(未示出)和多个像素晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)(未示出)。更具体地，例如，像素晶体管可以包括传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管、放大晶体管等。需要注意的是，后面将描述使用这些像素晶体管的电路(连接配置)的详细情况。
(垂直驱动电路单元32)
例如，垂直驱动电路单元32由移位寄存器形成，选择像素驱动配线42，向所选择的像素驱动配线42提供用于驱动固态成像元件100的脉冲，并且以行为单位驱动固态成像元件100。即，垂直驱动电路单元32以行为单位沿垂直方向(图1中的上下方向)按顺序选择性地扫描像素阵列单元10的固态成像元件100，并且通过垂直信号线44向后述的列信号处理电路单元34提供基于根据由每个固态成像元件100的PD接收的光量生成的电荷的像素信号。
(列信号处理电路单元34)
针对固态成像元件100的每个列布置列信号处理电路单元34，并且针对每个像素列，对从一行固态成像元件100输出的像素信号执行诸如噪声去除等信号处理。例如，为了去除像素特有的固定模式噪声，列信号处理电路单元34执行诸如相关双采样(CDS)和模拟数字(AD)转换等信号处理。
(水平驱动电路单元36)
例如，水平驱动电路单元36由移位寄存器形成，并且能够通过按顺序输出水平扫描脉冲来按顺序选择上述列信号处理电路单元34中的每一个，并且能够使列信号处理电路单元34中的每一个向水平信号线46输出像素信号。
(输出电路单元38)
输出电路单元38可以对通过水平信号线46按顺序从上述列信号处理电路单元34中的每一个提供的像素信号执行信号处理，并且输出像素信号。例如，输出电路单元38可以用作执行缓冲的功能单元，或可以执行诸如黑电平调整、列变化校正和各种类型的数字信号处理等的处理。需要注意的是，缓冲是指为了补偿当交换像素信号时处理速度和传输速度的差异而暂时存储像素信号。此外，输入/输出端子48是用于与外部装置之间交换信号的端子。
(控制电路单元40)
控制电路单元40可以接收指示操作模式等的输入时钟和数据，并且可以输出诸如固态成像元件100的内部信息等的数据。即，控制电路单元40基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟生成充当垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34、水平驱动电路单元36等的操作基准的时钟信号或控制信号。然后，控制电路单元40将生成的时钟信号或控制信号输出到垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34、水平驱动电路单元36等。
需要注意的是，根据本实施方案的固态成像装置1的平面配置示例不限于图1中示出的示例，并且例如可以包括其他电路等，并且没有特别的限制。
<2.2关于固态成像元件100的层叠结构>
上面已经描述了根据本实施方案的固态成像装置1的示意性配置。接着，将参照图2描述根据本实施方案的固态成像元件100的层叠结构。图2是根据本实施方案的像素阵列单元10的断面图。在图2中，固态成像元件100示出为使得光入射到固态成像元件100上的入射面朝上。在下面的描述中，将按照从位于固态成像元件100的下侧的半导体基板300向设置在半导体基板300上方的PD 500(第一光电转换单元)和设置在PD500上方的PD 600(第二光电转换单元)的顺序描述固态成像元件100的层叠结构。
具体地，如图2中示出的，在固态成像元件100中，由例如硅制成的半导体基板300的具有第一导电类型(例如，P型)的半导体区域310设置有具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域410。通过与这种半导体区域410的PN结，将光转换成电荷的PD 400形成在半导体基板300中。需要注意的是，在本实施方案中，例如，PD 400是吸收红色光(例如，具有600nm至700nm的波长的光)并且生成电荷的光电转换元件。
此外，在半导体基板300的与入射面相反的一侧(图2中的下侧)，设置了配线层200，其包括由钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钴(Co)、钌(Ru)等形成的配线230和由氧化硅(SiO2)等形成的层间绝缘膜240。此外，配线层200设置有由W、Al、Cu等形成的多个电极232，作为用于读出PD400、500和600中生成的电荷的多个像素晶体管的栅电极。具体地，电极232设置成经由绝缘膜450与半导体基板300中的具有第一导电类型(例如，P型)的半导体区域310相对。此外，在半导体基板300中，具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域312设置成与具有第一导电类型的上述半导体区域310相邻，并且半导体区域312用作上述像素晶体管的源极/漏极区域。
此外，在半导体基板300中，设置了作为具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域的浮动扩散单元(电荷存储单元)314。浮动扩散单元314可以暂时存储由PD 400、500和600生成的电荷。此外，在本实施方案中，在半导体基板300中，由SiO2等形成的隔离绝缘膜342可以设置成与上述浮动扩散单元314和作为各个像素晶体管的源极/漏极区域的半导体区域312相邻。
此外，在本实施方案中，如图2中示出的，后述的用于将PD 500和600中生成的电荷提取到配线230的贯通电极(第一贯通电极)460A和460B设置成贯穿半导体基板300。贯通电极460A和460B可以由Cu、W、Al等的金属膜等形成。此外，为了防止半导体基板300与贯通电极460A和460B之间短路，由SiO2等制成的绝缘膜462A和462B设置成覆盖贯通电极460A和460B的外周。此外，在本实施方案中，阻挡金属膜(未示出)可以设置在贯通电极460A和460B与包围贯通电极460A和460B的外周的绝缘膜462A和462B之间。阻挡金属膜可以由诸如氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、钛(Ti)、氮化钽(TaN)、钽(Ta)、锆(Zr)、Ru或Co等材料形成。
上述贯通电极460A和460B可以经由设置在配线层200中的配线230将后述的PD500和600的读出电极(下部电极)508A和608电连接到设置在半导体基板300中的浮动扩散单元314。因此，贯通电极460A和460B允许上述浮动扩散单元314暂时存储PD 500和600中通过光电转换生成的电荷。此外，贯通电极460A和460B可以将PD 500和600的读出电极508A和608电连接到设置在半导体基板300上的像素晶体管。
需要注意的是，上述贯通电极460A和460B可以如下形成。例如，形成贯穿半导体基板300的通孔，并且通过物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法、原子层沉积(ALD)法等形成绝缘膜462A和462B与上述阻挡金属，以便覆盖通孔的内壁。此外，例如，在形成的绝缘膜462A和462B与上述阻挡金属被蚀刻之后，通过电镀法、CVD法、PVD法或ALD法形成Cu、W、Al等的金属膜等，以便填充通孔。这样，可以形成贯通电极460A和460B。
此外，在本实施方案中，具有第一导电类型(例如，P型)的半导体区域(未示出)可以设置在半导体基板300的入射面上，并且进一步地，由氧化铝(Al2O3)制成的抗反射膜402可以设置在该半导体区域上。
然后，在本实施方案中，如图2中示出的，配线层520设置成夹在半导体基板300和PD 500之间，配线层520包括：例如由SiO2等制成的并且能够透射光的绝缘膜540；和由W等形成的配线530。由于绝缘膜540可以透射光，所以设置在绝缘膜540下方的PD 400可以接收光并且执行光电转换，即，可以检测光。此外，后述的PD 500和600的读出电极508A和608经由配线530分别电连接到上述贯通电极460A和460B。
然后，在本实施方案中，在配线层520上，光电转换膜504设置成夹在由彼此相邻(具体地，在图2中的左右方向上彼此相邻)的固态成像元件100共享的共用电极(上部电极)502和读出在光电转换膜504中生成的电荷的读出电极508A之间。共用电极502、光电转换膜504和读出电极508A构成将光转换成电荷的PD 500(第一光电转换单元)的层叠结构的一部分。在本实施方案中，例如，PD 500是吸收绿色光(例如，具有500nm至600nm的波长的光)并且生成电荷(光电转换)的光电转换元件。需要注意的是，后面将描述构成共用电极502、光电转换膜504和读出电极508A的材料的详细情况。
此外，在本实施方案中，如图2中示出的，为了将光电转换膜504中生成的电荷暂时存储到光电转换膜504中，PD 500包括经由光电转换膜504和绝缘膜506与共用电极502相对的存储电极510。在本实施方案中，存储电极510可以经由设置成夹在光电转换膜504和绝缘膜506之间的半导体层(未示出)与共用电极502相对。上述半导体层设置成更有效地存储电荷，并且优选地，由能够透射光的氧化物半导体材料形成。需要注意的是，后面将描述构成存储电极510、绝缘膜506和半导体层的材料的详细情况。
如图2中示出的，与光电转换膜504接触的读出电极508A经由贯通电极460A电连接到设置在半导体基板300中的浮动扩散单元314。此外，共用电极502电连接到向共用电极502施加期望电位的配线570。此外，存储电极510电连接到向存储电极510施加期望电位的配线572。
因此，在本实施方案中，通过控制施加到共用电极502、读出电极508A和存储电极510的电位，光电转换膜504中生成的电荷可以存储在光电转换膜504或光电转换膜504的界面处，或者电荷可以被取出到浮动扩散单元314。换句话说，存储电极510可以用作根据施加的电位吸引光电转换膜504中生成的电荷并且将电荷存储在光电转换膜504中的电荷存储电极。需要注意的是，在本实施方案中，为了有效地利用入射在固态成像元件100上的光，在从入射面的上方观察固态成像元件100的情况下，优选地，存储电极510设置成具有比读出电极508A更大的面积。
然后，在本实施方案中，如图2中示出的，配线层620设置成夹在PD 500和PD 600之间，配线层620包括例如由SiO2等制成的并且能够透射光的绝缘膜580和640；和由W等形成的配线。由于绝缘膜580和640也可以透射光，所以设置在绝缘膜580和640下方的PD 500可以接收光并且执行光电转换，即，可以检测光。此外，后述的PD 600的读出电极608经由贯通电极630电连接到后述的贯通电极(第二贯通电极)560。贯通电极630设置成从PD 600的读出电极608贯穿绝缘膜640到达电极673。
然后，在本实施方案中，如图2中示出的，绝缘膜580和640在接合面JS处彼此接合。此外，贯通电极560和贯通电极630经由电极(第一电极和第二电极)573和673电连接。在本实施方案中，电极573设置在PD 500的接合面JS上，并且电极673设置在PD 600的接合面JS上。电极573和673彼此相对并且在接合面JS处接合。因此，在本实施方案中，可以说PD 500和PD 600在彼此相对的接合面JS处接合。
此外，如图2中示出的，贯通电极560设置成贯穿绝缘膜580的一部分和PD 500，从电极573到达PD 500的读出电极508A。具体地，PD 600的读出电极608经由贯通电极560和630电连接到贯通电极460B。此外，PD 600的读出电极608经由贯通电极560和贯通电极460B电连接到设置在半导体基板300中的浮动扩散单元314。因此，贯通电极460B和560允许上述浮动扩散单元314暂时存储PD 600中通过光电转换生成的电荷。此外，PD 600的读出电极608经由贯通电极560和贯通电极460B电连接到设置在半导体基板300中的像素晶体管。
在本实施方案中，贯通电极560可以由Cu、W、Al等的金属膜等形成。此外，贯通电极560可以由诸如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等的透明导电膜形成。此外，为了防止贯通电极560和PD 500之间短路，由SiO2等制成的绝缘膜562可以设置在贯通电极560的外周上。此外，在本实施方案中，阻挡金属膜(未示出)可以设置在贯通电极560和包围贯通电极560的外周的绝缘膜562之间。例如，阻挡金属膜可以由诸如TiN等材料形成。
需要注意的是，上述贯通电极560可以如下形成。例如，形成贯穿PD 500的通孔，并且通过PVD法、CVD法、ALD法等形成绝缘膜562以便覆盖通孔的内壁。此外，例如，在形成的绝缘膜562被蚀刻之后，通过电镀法、CVD法、PVD法或ALD法形成Cu等的金属膜等以便填充通孔。这样，可以形成贯通电极560。
在本实施方案中，贯通电极630可以由Cu、W、Al等的金属膜等形成。此外，贯通电极630可以由诸如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等的透明导电膜形成。
需要注意的是，上述贯通电极630可以如下形成。例如，形成贯穿绝缘膜640的通孔，并且通过电镀法、CVD法、PVD法或ALD法形成Cu等的金属膜等以便填充通孔。这样，可以形成贯通电极630。
此外，在本实施方案中，将光转换成电荷的PD 600(第二光电转换单元)设置在配线层620上。例如，PD 600是吸收蓝色光(例如，具有400nm至500nm的波长的光)并且生成电荷(光电转换)的光电转换元件。具体地，作为PD 600，按顺序层叠共用电极(上部电极)602、光电转换膜604、绝缘膜606、读出电极(下部电极)608和存储电极610。
此外，与光电转换膜604接触的读出电极608经由贯通电极560电连接到贯通电极460B。此外，共用电极602电连接到向共用电极602施加期望电位的配线670。此外，存储电极610电连接到向存储电极610施加期望电位的配线672。
即，如图2中示出的，PD 500和PD 600分别包括共用电极502和602、光电转换膜504和604以及读出电极508A和608。此外，在分别包括在PD 500和PD 600中的层叠结构中，上述各层的层叠顺序相同。换句话说，在PD 500和600的光电转换层叠结构中，读出电极508A和608、光电转换膜504和604以及共用电极502和602从下方按顺序层叠。
需要注意的是，在本实施方案中，PD 500和PD 600的各层的层叠顺序可以不是上述的顺序，并且各层可以在层叠方向上以具有对称关系的顺序层叠。此外，在本实施方案中，在从入射面上方观察固态成像元件100的情况下，PD 500和PD 600的读出电极508A和608、存储电极510和610等可以不完全相互重叠。即，在本实施方案中，在从入射面上方观察固态成像元件100的情况下，PD 500和600的每一层的布局没有特别的限制。
上述光电转换膜504和604可以由有机材料(有机光电转换膜)或无机材料(无机光电转换膜)形成。例如，在光电转换膜由有机材料形成的情况下，可以从以下四种模式选择任意一种：(a)P型有机半导体材料；(b)N型有机半导体材料；(c)P型有机半导体材料层、N型有机半导体材料层、P型有机半导体材料与N型有机半导体材料的混合层(本体异质结构)中的至少两种的层叠结构；以及(d)P型有机半导体材料和N型有机半导体材料的混合层。需要注意的是，使用有机材料的光电转换膜包括具有例如与读出电极508A和608接触的电子阻挡膜和缓冲膜、光电转换膜、空穴阻挡膜、空穴阻挡和缓冲膜以及功函数调整膜的叠层的层叠结构等。
具体地，P型有机半导体材料的示例可以包括萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、亚甲基吡咯衍生物(pyrromethene derivative)、吡喃衍生物、吩恶嗪酮衍生物(phenoxazonederivative)、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩(BTBT)衍生物、二萘并噻吩(DNTT)衍生物、二蒽并噻吩(DATT)衍生物、苯并二苯并噻吩(BBBT)衍生物、萘二苯并噻吩(NBBT)、噻吩并双苯并噻吩(TBBT)衍生物、二苯并噻吩二苯并噻吩(DBTBT)衍生物、二噻吩并苯并噻吩(DTBDT)衍生物、二苯并噻吩二噻吩(DBTDT)衍生物、苯并二噻吩(BDT)衍生物、萘二噻吩(NDT)衍生物、蒽二噻吩(ADT)衍生物、四烯二噻吩(TDT)衍生物、戊二烯二噻吩(PDT)衍生物、三烯丙胺衍生物、咔唑衍生物、苉衍生物、
Figure BDA0003697880440000201
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、以杂环化合物作为配体的金属络合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻唑衍生物、聚芴衍生物等。
此外，N型有机半导体材料的示例可以包括：富勒烯和富勒烯衍生物(例如，诸如C60、C70和C74等的富勒烯(高阶富勒烯)、内嵌富勒烯等)；或富勒烯衍生物(例如，富勒烯氟化物、苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM：phenyl-C61-butyric acid methyl ester)富勒烯化合物、富勒烯多聚体等)；最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)比P型有机半导体深的有机半导体；能够透射光的无机金属氧化物等。更具体地，N型有机半导体材料的示例可以包括包含氮原子、氧原子和硫原子的杂环化合物，例如，吡啶衍生物、亚甲基吡咯衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、异喹啉衍生物、香豆素衍生物、吡喃衍生物、吩恶嗪酮衍生物、苝衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲咯啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、噁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亚卟啉衍生物、聚苯乙炔衍生物(polyphenylenevinylenederivative)、聚苯并噻二唑衍生物(polybenzothiadiazole derivative)、具有聚芴衍生物等作为分子骨架的一部分的有机分子、有机金属络合物和亚酞菁衍生物。此外，富勒烯衍生物中包含的基团等的示例可以包括支链或环烷基或苯基、具有直链或稠合芳香族化合物的基团、具有卤化物的基团、部分氟烷基、全氟烷基、甲硅烷基烷基、甲硅烷基烷氧基、芳基甲硅烷基、芳基硫烷基、烷基硫烷基、芳基磺酰基、烷基磺酰基、芳基硫醚基团、烷基硫醚基团、氨基、烷基氨基、芳基氨基、羟基、烷氧基、酰氨基、酰氧基、羰基、羧基、甲酰胺基、碳烷氧基、酰基、磺酰基、氰基、硝基、具有硫族化物的基团、膦基(phosphine group)、膦酸基(phosphon group)及这些基团的衍生物。需要注意的是，由有机材料形成的光电转换膜的膜厚度不受限制，并且例如可以是，1×10-8m至5×10-7m，优选地，2.5×10-8m至3×10-7m，并且更优选地，2.5×10-8m至2×10-7m。此外，在上面的描述中，将有机半导体材料分类为P型和N型。这里，P型是指很容易传输空穴，而N型是指很容易传输电子。即，不限于有机半导体材料像无机半导体材料那样具有空穴或电子作为热激发的主要载流子的解释。
此外，光电转换膜504和604可以由诸如亚苯基乙烯(phenylenevinylene)、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶(picoline)、噻吩、乙炔或联乙炔等的聚合物或其衍生物形成。
此外，在光电转换膜504和604由无机材料形成的情况下，无机半导体材料的示例可以包括晶体硅、非晶硅、微晶硅、晶体硒、非晶硒和诸如CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2和AgInSe2等的黄铜矿化合物或诸如GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和InGaAsP等的III-V族化合物以及诸如CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe和PbS等的化合物半导体。此外，在本实施方案中，由上述的这些材料制成的量子点也可以用作光电转换膜504和604。
此外，为了检测蓝色光和绿色光，对于光电转换膜504和604，例如，优选地，可以使用金属络合物染料、罗丹明(rhodamine)染料、喹吖啶酮染料、花青(cyanine)染料、部花青(merocyanine)染料、苯基呫吨染料、三苯基甲烷染料、罗丹菁(rhodacyanine)染料、呫吨(xanthene)染料、大环偶氮烯(macrocyclic azaannulene)染料、甘菊环(azulene)染料、萘醌染料、蒽醌染料、诸如蒽和芘等的稠合多环芳香族化合物、芳香环化合物或杂环化合物稠合的链状化合物、诸如喹啉、苯并噻唑或苯并噁唑等的具有角鲨烯基(squarylium group)和克酮酸亚甲酯基(croconic methine group)作为键合链的两个含氮杂环或者通过角鲨烯基(squarylium group)和克酮酸亚甲酯基(croconic methine group)键合的花青类染料。此外，对于上述金属络合物染料，优选二硫醇金属络合物染料、金属酞菁染料、金属卟啉染料或钌络合物染料，特别优选钌络合物染料，但是上述金属络合物染料不限于上述内容。
需要注意的是，在本实施方案中，为了提高特性，光电转换膜504和604可以通过混合几种材料来形成或层叠。此外，在本实施方案中，为了提高特性，光电转换膜504和604可以通过层叠或混合对光电转换没有直接贡献的材料形成。
此外，在本实施方案中，例如，共用电极502和602、读出电极508A和608、电极573和673以及存储电极510和610可以由诸如氧化铟锡(ITO，包括结晶ITO和非晶ITO)膜等可以透射光的透明导电膜形成。然而，在本实施方案中，共用电极502和602、读出电极508A和608以及存储电极510和610不限于如上所述的ITO，并且可以包含其他材料。例如，优选地，透明导电膜包含具有2.5eV以上的带隙的材料，并且优选地，包含具有3.1eV以上的带隙的材料。例如，透明导电膜的示例可以包括作为氧化锡材料的氧化锡、氧化锑锡(Sb作为掺杂剂添加到SnO2中，例如，ATO)、氧化氟锡(F作为掺杂剂添加到SnO2中，例如，FTO)等。氧化锌材料的示例可以包括氧化铝锌(Al作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，AZO)、氧化镓锌(Ga作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，GZO)、氧化铟锌(In作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，IZO)、铟镓锌氧化物(In和Ga作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，IGZO)、铟锡锌氧化物(In和Sn作为掺杂剂添加到ZnO中，例如，ITZO)等。而且，此外，可以例举出氧化铟镓(In作为掺杂剂添加到Ga2O3中，例如，IGO)、CuInO2、MgIn2O4、CuI、InSbO4、ZnMgO、CdO、ZnSnO3、石墨烯等。
需要注意的是，在本实施方案中，电极573和673可以由除了透明导电材料以外的材料构成。例如，电极573和673可以由Cu、W、Al等的金属膜等形成。
此外，在本实施方案中，例如，绝缘膜506和606可以由可以透射光的SiO2、Al2O3、氮化硅(Si3N4)等形成，并且没有特别的限制。
此外，在本实施方案中，优选地，包括在PD 500和600中的半导体层(未示出)使用具有比光电转换膜504和604高的电荷迁移率和大的带隙的材料形成。例如，优选地，半导体层的构成材料的带隙为3.0eV以上。例如，这种材料的示例包括诸如IGZO等的氧化物半导体材料、有机半导体材料等。例如，有机半导体材料的示例包括过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenide)、碳化硅、金刚石、石墨烯、碳纳米管、稠合多环烃化合物、稠合杂环化合物等。半导体层可以由单层膜形成或可以通过层叠多层膜形成。
然后，在本实施方案中，如图2中示出的，例如，由能够透射光的诸如SiO2膜等的材料制成的绝缘膜780设置在PD 600上。此外，在绝缘膜780上，针对每个固态成像元件100设置片上透镜790。例如，片上透镜790可以由Si3N4或诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯丙烯酸共聚物树脂或硅氧烷树脂等树脂材料形成。
如上所述，根据本实施方案的固态成像元件100具有层叠结构，其中层叠有分别检测三种颜色的光的PD 400、PD 500和PD 600。即，上述固态成像元件100可以说是垂直分光型的固态成像元件，其中，例如，蓝色光由形成在半导体基板300上方的光电转换膜604(PD600)光电转换，绿色光由设置在PD 600下方的光电转换膜504(PD 500)光电转换，红色光由设置在半导体基板300中的PD 400光电转换。需要注意的是，在本实施方案中，上述固态成像元件100不限于上述垂直分光层叠结构。例如，绿色光可以由形成在半导体基板300上方的光电转换膜604(PD600)光电转换，而蓝色光可以由设置在PD 600下方的光电转换膜504(PD500)光电转换。
<2.3关于固态成像元件100的布局配置>
上面已经描述了根据本实施方案的固态成像元件100的层叠结构。接着，将参照图3至图7描述根据本实施方案的固态成像元件100的布局配置。图3是示出了根据本实施方案的固态成像元件100的断面图的一部分的说明图。图4是沿图3中的A-A'线取得的固态成像元件100的断面图。图5是沿图3中的B-B'线取得的固态成像元件100的断面图。图6是沿图3中的C-C'线取得的固态成像元件100的断面图。图7是沿图3中的D-D'线取得的固态成像元件100的断面图。需要注意的是，图4至图7示出了四个像素(四个固态成像元件100)的断面。
如上所述，如图3中示出的，在本实施方案中，PD 500和PD 600具有共用电极502和602、光电转换膜504和604、读出电极508A和608、绝缘膜506和606以及存储电极510和610按顺序层叠的结构。此外，PD 600的读出电极608经由贯通电极630、电极573和673以及贯通电极560电连接到贯通电极420B。此外，PD 500的读出电极508电连接到贯通电极420A。
这里，图4示出了在沿图3中示出的A-A'线(绝缘膜606和存储电极610之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的上方观察切割表面的情况下的断面。如图4中示出的，读出电极608电连接到贯通电极630。
此外，图5示出了在沿图3中示出的B-B'线(绝缘膜640和电极673之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的上方观察切割表面的情况下的断面。如图5中示出的，贯通电极630电连接到电极673。电极673的尺寸小于一个像素的尺寸。
此外，图6示出了在沿图3中示出的C-C'线(绝缘膜580和电极573之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的下方观察切割表面的情况下的断面。如图6中示出的，贯通电极560电连接到电极573。电极573的尺寸与电极673的尺寸基本上相同，并且小于一个像素的尺寸。
此外，图7示出了在沿图3中示出的D-D'线(绝缘膜506和存储电极510之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的上方观察切割表面的情况下的断面。如图7中示出的，读出电极508A电连接到连接到贯通电极460A的配线530A。此外，电连接到贯通电极560的电极508B电连接到连接到贯通电极460B的配线530B。
<2.4关于固态成像元件100的制造方法>
上面已经描述了根据本实施方案的固态成像元件100的布局配置。接着，将参照图8描述根据本实施方案的固态成像元件100的制造方法。图8是用于说明根据本实施方案的固态成像元件100的制造方法的图。需要注意的是，在图8中，仅仅给出了用于描述的附图标记，并且省略了其他附图标记。
首先，如图8(a)中示出的，其上形成有电极573的半导体基板300与半导体基板900接合。半导体基板300形成在其上形成有逻辑电路的半导体基板920的上方。在半导体基板900中，配线层620形成在硅基板910上，并且电极673形成在接合面上。
接着，如图8(b)中示出的，对半导体基板900进行薄化，并且除去硅基板910。随后，通过在薄化的半导体基板900上形成光电转换膜604、共用电极502、绝缘膜780和片上透镜790，可以获得图8(c)中示出的固态成像元件100。
如上所述，根据本实施方案，电连接到PD 600的读出电极608的贯通电极630经由电极573和673与贯通电极560电连接。此外，电极573和673分别设置在PD 500和600的接合面JS上，并且在接合面JS处彼此接合。因此，即使在电极573和673中发生接合错位(电极573和673的位置在与层叠方向垂直的方向上彼此偏移)，只要电极573和673至少部分接合，那么贯通电极630和贯通电极560就可以电连接。因此，根据本实施方案，可以在抑制制造成本增加的同时有效地输出和传输像素信号。
<<3.第1实施方案的变形例>>
在上述第1实施方案中，针对每一个像素(固态成像元件100)设置读出电极508A和608。然而，本公开的实施方案不限于针对每个像素设置读出电极508A和608的配置。例如，读出电极508A和608可以由每多个像素共享。因此，将参照图9至图12描述作为第1实施方案的变形例的读出电极508A和608由四个像素共享的情况。
图9是沿图3中的A-A'线取得的固态成像元件100的断面图。图10是沿图3中的B-B'线取得的固态成像元件100的断面图。图11是沿图3中的C-C'线取得的固态成像元件100的断面图。图12是沿图3中的D-D'线取得的固态成像元件100的断面图。需要注意的是，图9至图12示出了四个像素(四个固态成像元件100)的断面。
这里，图9示出了在沿图3中示出的A-A'线(绝缘膜606和存储电极610之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的上方观察切割表面的情况下的断面。如图9中示出的，针对四个像素设置一个读出电极608。读出电极608电连接到贯通电极630。
此外，图10示出了在沿图3中示出的B-B'线(绝缘膜640和电极673之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的上方观察切割表面的情况下的断面。如图10中示出的，贯通电极630电连接到电极673。针对每四个像素形成一个电极673。电极673的尺寸小于四个像素的总尺寸。
此外，图11示出了在沿图3中示出的C-C'线(绝缘膜580和电极573之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的下方观察切割表面的情况下的断面。如图11中示出的，贯通电极560电连接到电极573。针对每四个像素形成一个电极673。电极573的尺寸与电极673的尺寸基本上相同，并且小于四个像素的总尺寸。
此外，图12示出了在沿图3中示出的D-D'线(绝缘膜506和存储电极510之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的上方观察切割表面的情况下的断面。如图12中示出的，读出电极508A电连接到连接到贯通电极460A的配线530A。此外，电连接到贯通电极560的电极508B电连接到连接到贯通电极460B的配线530B。针对每四个像素形成一个读出电极508A和一个电极508B。
<<4.第2实施方案>>
在上述第1实施方案中，固态成像元件100是PD 500的读出电极508电连接到贯通电极460A，并且PD 600的读出电极608电连接到贯通电极460B的固态成像元件。然而，不限于这种配置，本公开的实施方案可以采用以下的固态成像元件100a，其中贯通电极(共用贯通电极)460在PD 500和600之间共享。因此，作为本公开的第2实施方案，将参照图13至图18描述其中贯通电极460由PD 500和600共享的固态成像元件100a。
<4.1关于固态成像元件100a的层叠结构>
首先，将参照图13描述根据本实施方案的固态成像元件100a的层叠结构。图13是根据本实施方案的像素阵列单元10a的断面图。如图13中示出的，根据本实施方案的固态成像元件100a具有与上述第1实施方案的配置类似的配置，不同之处在于PD 500和600共享贯通电极460。因此，将省略与第1实施方案的配置类似的配置的描述。在本实施方案中，设置在半导体基板300中的一些像素晶体管由设置在半导体基板300上方的PD 500和600共享。即，在本实施方案中，可以说多个像素晶体管中的一些像素晶体管是由PD 500和600共享的共用像素晶体管。
此外，在本实施方案中，为了暂时存储由PD 500和600生成的电荷，多个浮动扩散单元(共用电荷存储单元)314中的一些浮动扩散单元设置成在PD 500和600中共用，换句话说，由PD 500和600共享。
此外，在本实施方案中，如图13中示出的，用于将由PD 500和600生成的电荷提取到配线230中的由PD 500和600共享的贯通电极460设置成贯穿半导体基板300。贯通电极460可以由Cu、W、Al等的金属膜等形成。此外，为了防止贯通电极460和半导体基板300之间的短路，由SiO2等制成的绝缘膜462设置成覆盖贯通电极460的外周。此外，在本实施方案中，阻挡金属膜(未示出)可以设置在贯通电极460和包围贯通电极460的外周的绝缘膜462之间。阻挡金属膜可以由诸如氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、钛(Ti)、氮化钽(TaN)、钽(Ta)、锆(Zr)、Ru或Co等材料形成。
上述贯通电极460可以经由设置在上述配线层200中的配线230将PD 500和600的读出电极(下部电极)508和608电连接到设置在半导体基板300中的浮动扩散单元314。因此，贯通电极460允许上述浮动扩散单元314暂时存储通过PD 500和600中的光电转换生成的电荷。此外，贯通电极460可以将PD 500和600的读出电极508和608电连接到设置在半导体基板300中的像素晶体管。
需要注意的是，上述贯通电极460可以如下形成。例如，形成贯穿半导体基板300的通孔，并且通过物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法、原子层沉积(ALD)法等形成绝缘膜462和上述阻挡金属，以便覆盖通孔的内壁。此外，例如，在形成的绝缘膜462和上述阻挡金属被蚀刻之后，通过电镀法、CVD法、PVD法或ALD法形成Cu、W、Al等的金属膜等以便填充通孔。这样，可以形成贯通电极460。
<4.2关于固态成像元件100a的布局配置>
上面已经描述了根据本实施方案的固态成像元件100a的层叠结构。接着，将参照图14描述根据本实施方案的固态成像元件100a的布局配置。图14是沿图13中的D1-D1'线取得的固态成像元件100a的断面图。需要注意的是，图14示出了四个像素(四个固态成像元件100a)的断面。
这里，图14示出了在沿图13中示出的D1-D1'线(绝缘膜506和存储电极510之间的界面)切割固态成像元件100a，并且从固态成像元件100a的上方观察切割表面的情况下的断面。如图14中示出的，读出电极508电连接到连接到贯通电极460的配线530。此外，读出电极508电连接到贯通电极560。
图15是沿图13中的D1-D1'线取得的固态成像元件100a的断面图。图14已经示出了针对每个像素设置读出电极508的情况，但是如第1实施方案的变形例1中示出的，读出电极508可以由多个像素共享。图15示出了四个像素共享一个读出电极508的情况。
如上所述的，在本实施方案中，不同的PD 500和600共享一个浮动扩散单元314和一个贯通电极460。因此，根据本实施方案，由于可以避免由于贯通电极460的形成而引起的半导体基板300的加工面积的增大，并且可以避免PD 400的入射面的减小，所以入射到PD400上的光量不会减少，并且可以避免PD 400的灵敏度特性的劣化。此外，根据本实施方案，由于不同的PD 500和600共享浮动扩散单元314和贯通电极460，所以可以避免其上安装有固态成像装置1的芯片的面积的增加。因此，根据本实施方案，可以避免固态成像装置1的制造成本的增加。此外，根据本实施方案，由于由不同的PD 500和600共享一个贯通电极460，所以可以减少贯穿半导体基板300的贯通电极460的数量。因此，根据本实施方案，可以避免由于半导体基板300的结晶度的降低引起的固态成像装置1的暗电流特性的劣化。
<4.3关于固态成像元件100a的等效电路>
上面已经描述了根据本实施方案的固态成像元件100a的布局配置。接着，将参照图16描述根据本实施方案的固态成像元件100a的等效电路，具体地，将描述PD 500和600的等效电路。图16是根据本实施方案的固态成像元件100a的PD 500和600的等效电路图。
如上所述，在本实施方案中，PD 500和600包括共用电极502和602、读出电极508和608以及夹在它们之间的光电转换膜504和604。此外，PD 500和600具有经由绝缘膜506和606与光电转换膜504和604接触的存储电极510和610。
如图16中示出的，读出电极508和608经由配线等电连接到用于使存储的电荷复位的复位晶体管TR1rst的漏极和源极中的一个。复位晶体管TR1rst的栅极电连接到复位信号线RST1，并且进一步地电连接到上述的垂直驱动电路单元32。此外，复位晶体管TR1rst的漏极和源极中的另一个(没有连接到读出电极508和608的一侧)电连接到电源电路(电源电位VDD)。即，在本实施方案中，如图16中示出的，可以说复位晶体管TR1rst是由PD 500和600共享的共用像素晶体管。
此外，读出电极508和608经由配线电连接到将电荷转换成电压并且将其作为像素信号输出的放大晶体管TR1amp的栅极。此外，连接读出电极508和608、放大晶体管TR1amp的栅极与复位晶体管TR1rst的漏极和源极中的一个的节点FD1构成复位晶体管TR1rst的一部分。此外，节点FD1兼用作由PD 500和600共享的浮动扩散单元314。来自读出电极508和608的电荷改变节点FD1的电位，并且被放大晶体管TR1amp转换成电压。此外，放大晶体管TR1amp的源极和漏极中的一个经由配线电连接到选择晶体管TR1sel的源极和漏极中的一个，选择晶体管TR1sel根据选择信号将通过转换获得的上述像素信号经由配线输出到信号线VSL1。此外，放大晶体管TR1amp的源极和漏极中的另一个(没有连接到选择晶体管TR1sel的一侧)电连接到电源电路(电源电位VDD)。即，在本实施方案中，可以说放大晶体管TR1amp和选择晶体管TR1sel是由PD 500和600共享的共用像素晶体管。
此外，选择晶体管TR1sel的源极和漏极中的另一个(没有连接到放大晶体管TR1amp的一侧)电连接到传输作为像素信号的转换的电压的信号线VSL1，并且进一步地电连接到上述列信号处理电路单元34。此外，选择晶体管TR1sel的栅极电连接到选择要输出像素信号的行的选择线SEL1，并且进一步地电连接到上述垂直驱动电路单元32。
此外，如图16中示出的，存储电极510和610分别电连接到电压施加线ASE1和ASE2。如上所述，存储电极510和610可以根据施加的电位吸引光电转换膜504和604中生成的电荷，并且将电荷存储在光电转换膜504和604中，或将电荷传输到读出电极508和608。此外，共用电极502和602电连接到选择要输出像素信号的列的选择线(未示出)。
接着，作为参考，也将参照图17描述PD 400的等效电路。图7是包括在根据本实施方案的固态成像元件100a中的PD 400的等效电路图。
如图17中示出的，设置在半导体基板300中的PD 400经由配线连接到设置在半导体基板300中的像素晶体管(放大晶体管TR2amp、传输晶体管TRtrs、复位晶体管TR2rst和选择晶体管TR2sel)。具体地，PD 400的一侧经由配线电连接到传输电荷的传输晶体管TRtrs的源极和漏极中的一个。此外，传输晶体管TRtrs的源极和漏极中的另一个(没有连接到PD 400的一侧)经由配线电连接到复位晶体管TR2rst的源极和漏极中的一个。此外，传输晶体管TRtrs的栅极电连接到传输栅极线TG，并且进一步地连接到上述垂直驱动电路单元32。然后，复位晶体管TR2rst的源极和漏极中的另一个(没有连接到传输晶体管TRtrs的一侧)电连接到电源电路(电源电位VDD)。此外，复位晶体管TR2rst的栅极电连接到复位线RST2，并且进一步地连接到上述垂直驱动电路单元32。
此外，传输晶体管TRtrs的源极和漏极中的另一个(没有连接到PD 400的一侧)也经由配线电连接到放大(转换)电荷并将电荷作为像素信号输出的放大晶体管TR2amp的栅极。此外，放大晶体管TR2amp的源极和漏极中的一个经由配线电连接到根据选择信号将上述像素信号输出到信号线VSL2的选择晶体管TR2sel的源极和漏极中的一个。然后，放大晶体管TR2amp的源极和漏极中的另一个(没有连接到选择晶体管TR2sel的一侧)电连接到电源电路(电源电位VDD)。此外，选择晶体管TR2sel的源极和漏极中的另一个(没有连接到放大晶体管TR2amp的一侧)电连接到上述信号线VSL2，并且进一步地电连接到上述列信号处理电路单元34。然后，选择晶体管TR2sel的栅极电连接到选择线SEL2，并且进一步地电连接到上述垂直驱动电路单元32。
<4.4关于固态成像元件100a的读出方法>
上面已经描述了根据本实施方案的固态成像元件100a的等效电路。接着，将参照图18描述根据本实施方案的固态成像元件100a的读出方法。图18是用于说明根据本实施方案的固态成像元件100a的读出方法的说明图。
首先，在本实施方案中，如图18的左侧所示执行复位操作。在复位操作中，将选择线SEL1的电位设定为0V，并且将复位线RST1的电位在开始时设定为0V，但是切换到电源电位VDD。接着，在将复位线RST1的电位切换到电源电位VDD的同时，经由电压施加线ASE1将PD500的存储电极510的电位从电源电位VDD切换到0V，并且在经过预定时间之后，再次返回到电源电位VDD。然后，在PD 500的存储电极510的电位再次返回到电源电位VDD的同时，经由电压施加线ASE2将PD 600的存储电极610的电位从电源电位VDD切换到0V，并且在经过预定时间之后再次返回到电源电位VDD。此外，在PD 600的存储电极610的电位再次返回到电源电位VDD的同时，复位线RST1的电位再次返回到0V。通过这样的复位操作，可以使存储在PD 500和600的光电转换膜504和604中的电荷复位。
接着，在本实施方案中，如图18的中央所示执行曝光，即，通过光电转换将电荷存储在PD 500和600的光电转换膜504和604中的曝光操作。在曝光操作中，选择线SEL1和复位线RST1的电位保持在0V。然而，PD 500的存储电极510和PD 600的存储电极610的电位经由电压施加线ASE1和ASE2保持在电源电位VDD。通过这样的曝光操作，电荷被存储在PD 500和600的光电转换膜504和604中以便被吸引到存储电极510和610。
此外，在本实施方案中，如图18的右侧所示对存储在PD 500和600的光电转换膜504和604中的电荷执行读出操作。在读出操作中，选择线SEL1的电位保持在电源电位VDD，并且选择要进行读出的固态成像元件100a。接着，将复位线RST1的电位从0V切换到电源电位VDD，并且在经过预定时间之后再次返回到0V。通过这种方式，使存储在浮动扩散单元314中的电荷复位。接着，经由电压施加线ASE1将PD 500的存储电极510的电位从电源电位VDD切换到0V，并且在经过预定时间之后再次返回到电源电位VDD。通过这种方式，经由读出电极508将存储在光电转换膜504中以便被吸引到存储电极510的电荷传输到浮动扩散单元314。然后，通过上述放大晶体管TR1amp将传输到浮动扩散单元314的电荷进一步地转换成电压，并且作为像素信号读出。
接着，复位线RST1的电位从0V切换到电源电位VDD，并且在经过预定时间之后再次返回到0V。通过这种方式，存储在浮动扩散单元314中的电荷被复位。然后，经由电压施加线ASE2将PD 600的存储电极610的电位从电源电位VDD切换到0V，并且在经过预定时间之后再次返回到电源电位VDD。通过这种方式，经由读出电极608将存储在光电转换膜604中以便被吸引到存储电极610的电荷传输到浮动扩散单元314。这样，存储在PD 600的光电转换膜604中的电荷被读出。然后，通过上述放大晶体管TR1amp将传输到浮动扩散单元314的电荷进一步地转换成电压，并且作为像素信号读出。
如上所述，完成了诸如复位操作、曝光操作和读出操作等的一系列操作。即，在根据本实施方案的读出方法中，通过分别控制施加到存储电极510和610的电位，可以将分别存储在光电转换膜504和604中的电荷有时间差地按顺序传输到读出电极508和608。此外，在本实施方案中，可以将按顺序传输到读出电极508和608的电荷按顺序存储在浮动扩散单元314中并且按顺序读出。
如上所述，在本实施方案中，通过执行上述操作，可以将电荷暂时存储在PD 500和600的光电转换膜504和604中。然后，在本实施方案中，通过执行如上所述的操作，存储在光电转换膜504和604中的电荷分别有时间差地按顺序传输到读出电极508和608，并且可以有时间差地按顺序存储在浮动扩散单元314中。因此，根据本实施方案，由于电荷可以有时间差地按顺序传输，所以一个浮动扩散单元314和一个贯通电极460可以由不同的PD 500和600共享。
因此，在本实施方案中，不同的PD 500和600可以共享一个浮动扩散单元314和一个贯通电极460。因此，根据本实施方案，由于可以避免因贯通电极460的形成引起的半导体基板300的加工面积的增加，并且可以避免PD 400的入射面的减小，所以入射到PD 400上的光量不会减少，并且可以避免PD 400的灵敏度特性的劣化。此外，根据本实施方案，由于不同的PD 500和600共享浮动扩散单元314和贯通电极460，所以可以避免其上安装有固态成像装置1的芯片面积的增加。因此，根据本实施方案，可以避免固态成像装置1的制造成本的增加。此外，根据本实施方案，由于贯通电极460由不同的PD 500和600共享，所以可以减少贯穿半导体基板300的贯通电极460的数量。因此，根据本实施方案，可以避免由于半导体基板300的结晶度的降低引起的固态成像装置1的暗电流特性的劣化。
<<5.第3实施方案>>
在上述第2实施方案中，固态成像元件100a是如下一种固态成像元件，其中蓝色光通过在半导体基板300上方形成的光电转换膜604光电转换，绿色光通过设置在PD 600下方的光电转换膜504光电转换，并且红色光通过设置在半导体基板300中的PD 400光电转换。然而，不限于这种配置，本公开的实施方案可以采用如下的固态成像元件100b，其中蓝色光、绿色光和红色光通过层叠在半导体基板300上的三层光电转换膜光电转换。因此，作为本公开的第3实施方案，将参照图19描述包括层叠在半导体基板300上的三层光电转换膜504、604和704的固态成像元件100b的层叠结构。图19是根据本实施方案的像素阵列单元10b的断面图，具体地，在像素阵列单元10b中，具有层叠在半导体基板300上的三层光电转换膜504、604和704的固态成像元件100b布置成矩阵。
具体地，如图19中示出的，根据本实施方案的固态成像元件100b从配线层200到PD600具有与上述第2实施方案的配置类似的配置，不同之处在于在半导体基板300中没有设置PD 400。因此，这里省略了对从配线层200到PD 600的详细配置的描述。
在本实施方案中，如图19中示出的，贯通电极660设置成贯穿绝缘膜650的一部分和PD 600，从电极674到达PD 600的读出电极608。然后，在本实施方案中，电极674和774在接合面JS2处彼此接合。此外，贯通电极660和配线730经由电极674和774电连接。在本实施方案中，电极674设置在PD 600的接合面JS2上，并且电极774设置在PD 700的接合面JS2上。因此，在本实施方案中，可以说PD 600和PD 700在彼此相对的接合面JS2处接合。
然后，在本实施方案中，PD 700的读出电极708经由配线730和贯通电极660电连接到PD 600的读出电极608。此外，PD 700的读出电极708经由贯通电极460、560和660电连接到设置在半导体基板300中的浮动扩散单元314。因此，贯通电极460、560和660允许上述浮动扩散单元314暂时存储通过PD 700中的光电转换生成的电荷。此外，贯通电极660可以经由贯通电极560和贯通电极460将PD 700的读出电极708电连接到设置在半导体基板300中的像素晶体管。需要注意的是，在本实施方案中，贯通电极660可以贯穿绝缘膜650的一部分和PD 600，或可以仅仅贯穿PD 600，并且没有特别的限制。
此外，在本实施方案中，贯通电极660与上述贯通电极560类似地可以由Cu等的金属膜等形成。此外，与上述贯通电极560类似，为了防止贯通电极660和PD 600之间短路，由SiO2等制成的绝缘膜662可以设置在贯通电极660的外周上。需要注意的是，贯通电极660与上述贯通电极560类似，因此这里将省略其详细的描述。
此外，在本实施方案中，将光转换成电荷的PD 700设置在配线层720上方。具体地，作为PD 700，与上述PD 500和600类似，共用电极(上部电极)702、光电转换膜704、绝缘膜706、读出电极(下部电极)708和存储电极710按顺序层叠。需要注意的是，共用电极702、光电转换膜704、绝缘膜706、读出电极708和存储电极710与上述PD 500和600的那些对应部件类似，因此这里省略了其详细的描述。
此外，如图19中示出的，读出电极708经由配线730和贯通电极660电连接到贯通电极560。共用电极702电连接到向共用电极702施加期望电位的配线770。此外，存储电极710电连接到向存储电极710施加期望电位的配线772。
例如，根据本实施方案的固态成像元件100b可以用形成在半导体基板300上方的光电转换膜704(PD 700)光电转换蓝色光，用设置在PD 700下方的光电转换膜604(PD 600)光电转换绿色光，并且用设置在PD 600下方的光电转换膜504(PD 500)光电转换红色光。
需要注意的是，在使光电转换膜504用作用于检测红色光的光电转换膜的情况下，例如，光电转换膜504可以包含酞菁染料、亚酞菁染料(亚酞菁衍生物)等。
根据本实施方案，即使在具有层叠在半导体基板300上的三层光电转换膜504、604和704的固态成像元件100b中，与第2实施方案类似，也可以在避免制造成本增加的同时避免特性的劣化。
具体地，在本实施方案中同样，通过执行与上述第2实施方案的固态成像元件100a的读出方法类似的操作，可以通过存储电极510、610和710将电荷暂时存储在PD 500、600和700的光电转换膜504、604和704中。因此，根据本实施方案，浮动扩散单元314和贯通电极460可以由不同的PD 500、600和700共享。
因此，在本实施方案中同样，由于可以避免因贯通电极460的形成引起的半导体基板300的加工面积的增加，并且可以避免PD 400的入射面的减小，所以可以避免PD 400的灵敏度特性的劣化。此外，根据本实施方案，由于不同的PD 500、600和700共享浮动扩散单元314和贯通电极460，所以可以避免其上安装有固态成像装置1的芯片面积的增大，并且因此避免了制造成本的增加。此外，根据本实施方案，由于贯通电极460由不同的PD 500、600和700共享，所以可以减少贯穿半导体基板300的贯通电极460的数量。因此，根据本实施方案，同样可以避免由于半导体基板300的结晶度的降低引起的固态成像装置1的暗电流特性的劣化。
需要注意的是，本实施方案不限于包括层叠在半导体基板300上的三层光电转换膜504、604和704的固态成像元件100a，而且例如，可以是包括层叠在半导体基板300上的四层以上光电转换膜的固态成像元件。
此外，在本实施方案中，已经描述了将PD 700添加到根据第2实施方案的固态成像元件100a中的配置，但是本实施方案不限于此。类似地，PD 700可以添加到根据第1实施方案的固态成像元件100中。
<<6.第4实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，PD 500和600可以包括传输电极512和612与屏蔽电极514和614。因此，作为本公开的第4实施方案，将参照图20描述包括具有传输电极512和612与屏蔽电极514和614的PD500和600的固态成像元件100c的层叠结构。图20是根据本实施方案的像素阵列单元10c的断面图，具体地，在像素阵列单元10c中，包括具有传输电极512和612与屏蔽电极514和614的PD 500和600的固态成像元件100c布置成矩阵。
具体地，在本实施方案中，如图20中示出的，PD 500和600进一步地包括设置在读出电极508和608与存储电极510和610之间并且经由光电转换膜504和604以及绝缘膜506和606与共用电极502和602相对的传输电极512和612。上述传输电极512和612是设置在读出电极508和608与存储电极510和610之间的电极，并且配置成控制电荷传输。更具体地，在用来将电荷存储到光电转换膜504和604中的存储时段期间，将预定电位施加到传输电极512和612，并且可以阻挡被存储以便被吸引到存储电极510和510的电荷。此外，在用于传输电荷的传输时段期间，传输电极512和612处于打开状态，并且存储的电荷可以很容易传输到读出电极508和608。
此外，在本实施方案中，如图20中示出的，PD 500和600进一步地包括设置在读出电极508和608与存储电极510和610之间并且经由光电转换膜504和604以及绝缘膜506和606与共用电极502和602相对的屏蔽电极514和614。例如，上述屏蔽电极514和614是保持在预定电位并且配置成抑制从相邻的固态成像元件100b或向相邻的固态成像元件100b泄露电荷的电极。
需要注意的是，传输电极512和612与屏蔽电极514和614可以由与上述读出电极508和608以及存储电极510和610的那些材料类似的材料形成。此外，传输电极512和612与屏蔽电极514和614可以与上述读出电极508和608以及存储电极510和610同时形成。
这里，将参照图21描述根据本实施方案的固态成像元件100c的布局配置。图21是沿图20中的D2-D2'线取得的固态成像元件100c的断面图。需要注意的是，图21示出了四个像素(四个固态成像元件100c)的断面。
这里，图21示出了在沿图20中示出的A2-A2'线(绝缘膜606和存储电极610之间的界面)切割固态成像元件100c，并且从固态成像元件100c的上方观察切割表面的情况下的断面。如图21中示出的，屏蔽电极614布置成包围存储电极610和读出电极608。此外，传输电极612布置在存储电极610和读出电极608之间。需要注意的是，传输电极512和屏蔽电极514也与屏蔽电极614类似地布置，并且因此省略其图示。
图22是沿图20中的A2-A2'线取得的固态成像元件100c的断面图。图20已经示出了针对每个像素设置读出电极608的情况，但是如第1实施方案的变形例1中示出的，读出电极608可以由多个像素共享。图20示出了四个像素共享一个读出电极608的情况。在这种情况下，如图22中示出的，屏蔽电极614在靠近读出电极608的部分开口的状态下包围存储电极610。这样，在一个读出电极608由四个像素共享的情况下，屏蔽电极614布置成在部分开口的状态下包围存储电极610，并且读出电极608布置在屏蔽电极614的开口中。此外，传输电极612布置在存储电极610和读出电极608之间以便包围读出电极608。需要注意的是，传输电极512和屏蔽电极514也与屏蔽电极614类似地布置，因此省略其图示。
如上所述，根据本实施方案，由于PD 500和600具有屏蔽电极514和614，所以PD500和600的特性可以进一步地得到改善。
此外，在本实施方案中，已经描述了将屏蔽电极514和614添加到根据第2实施方案的固态成像元件100a的配置，但是本实施方案不限于此。类似地，也可以将屏蔽电极514和614添加到根据第1实施方案的固态成像元件100中。
<<7.第5实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，电极573和673的形状不限于四边形。因此，作为本公开的第5实施方案，将参照图23描述电极573和673为基本上圆形的情况。图23是用于说明根据本实施方案的电极673的形状的图。例如，图23是沿第1实施方案中的图3中的B-B'线取得的固态成像元件100的断面图。
这里，图23示出了在沿图3中示出的B-B'线(绝缘膜640和电极673之间的界面)切割固态成像元件100，并且从固态成像元件100的上方观察切割表面的情况下的断面。在本实施方案中，如图23中示出的，电极673具有基本上圆形的形状。需要注意的是，由于电极573的形状基本上与电极673的形状相同，所以省略其图示。
通过使电极573和673是基本上圆形的，与四边形的情况相比，可以防止四个角因凹部而凹陷，并且可以避免空隙的产生。
需要注意的是，这里，已经使第1实施方案中的电极573和673的形状为基本上圆形的，而且也可以以类似的方式使第2至第4实施方案中的电极573、673、674和774为基本上圆形的。
需要注意的是，这里，已经使电极573和673的形状为基本上圆形的，但是本实施方案不限于此。在本实施方案中，电极573和673可以具有诸如多边形等各种形状。
<<8.第6实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，PD 500和600可以具有虚拟电极575和675。因此，作为本公开的第6实施方案，将参照图24描述包括具有虚拟电极575和675的PD 500和600的固态成像元件100d的层叠结构。图24是根据本实施方案的像素阵列单元10d的断面图，具体地，在像素阵列单元10d中，包括具有虚拟电极575和675的PD 500和600的固态成像元件100d布置成矩阵。
具体地，在本实施方案中，如图24中示出的，PD 500进一步地包括在接合面JS上在各固态成像元件100d的电极573之间的虚拟电极575。类似地，PD 600进一步地包括在接合面JS上在各固态成像元件100d的电极673之间的虚拟电极675。
需要注意的是，虚拟电极575和675可以由与上述电极573和673的那些材料类似的材料形成。此外，虚拟电极575和675可以与上述电极573和673同时形成。
这里，将参照图25描述根据本实施方案的固态成像元件100c的布局配置。图25是沿图24中的B3-B3'线取得的固态成像元件100d的断面图。需要注意的是，图25示出了在一个读出电极508和一个读出电极608由四个像素(四个固态成像元件100d)共享的情况下的断面。
在本实施方案中，如图25中示出的，多个虚拟电极675布置在电极673周围。在本实施方案中，例如，电极673形成为小于图5中示出的固态成像元件100的电极673的尺寸。需要注意的是，由于虚拟电极575以与虚拟电极675类似地形成，所以省略其图示。
这里，将参照图26和图27描述通过在本实施方案中设置虚拟电极575和675获得的效果。图26和图27是用于说明通过设置根据本实施方案的虚拟电极575和675获得的效果的图。
首先，将参照图26描述在没有设置虚拟电极675的情况下形成电极673的情况。在形成电极673的情况下，电极673通过利用例如化学机械抛光(CMP)法或干法蚀刻法使在绝缘膜640上形成的透明导电层676平坦化形成。此时，当抛光速率高于绝缘膜640的抛光速率的电极673的面积较大，并且绝缘膜640和电极673之间的密度差较大时，将电极673进一步地平坦化，并且由于凹陷或腐蚀而在绝缘膜640和电极673中产生台阶。
然而，如图27中示出的，当设置虚拟电极675时，可以减小电极673和虚拟电极675与绝缘膜640之间的密度差，并且可以抑制电极673的凹陷和腐蚀。该配置使得可以抑制绝缘膜640与电极673和虚拟电极675之间的台阶。
需要注意的是，在本实施方案中，多个虚拟电极675布置在电极673周围。然而，不特别限制于此，虚拟电极675的数量可以是一个。
<<9.第7实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，电极573a和673a可以具有开口。因此，作为本公开的第7实施方案，将参照图28描述包括具有电极573a和673a的PD 500和600的固态成像元件100e的层叠结构。图28是根据本实施方案的像素阵列单元10e的断面图，具体地，在像素阵列单元10e中，包括具有电极573a和673a的PD 500和600的固态成像元件100e布置成矩阵。
这里，将参照图29描述根据本实施方案的固态成像元件100e的布局配置。图29是沿图28中的B4-B4'线取得的固态成像元件100e的断面图。需要注意的是，图29示出了在一个读出电极508和一个读出电极608由四个像素(四个固态成像元件100e)共享的情况下的断面。
在本实施方案中，如图29中示出的，电极673a具有形成四个矩形开口的格子形状。这样，通过以格子形状形成电极673a，可以减小绝缘膜640和电极673a之间的密度差，并且与第6实施方案类似，可以抑制形成电极673a时的腐蚀。需要注意的是，由于电极573a也具有与电极673a类似的形状，所以省略其图示。
如上所述，根据本实施方案，通过以格子形状形成电极573a和673a，即使在电极573a和673a在接合面JS处发生接合错位的情况下，也很容易接合，并且可以更可靠地电连接贯通电极630和贯通电极560，同时尽可能地抑制绝缘膜640与电极573a和673a之间的密度差(电极573a和673a的面积比)。此外，通过以格子形状形成电极573a和673a，即使在接合面JS处发生接合错位的情况下，当从光入射到固态成像元件100e的方向(从图28中的上方)观察时，电极573a和673a的面积密度也是均匀的，使得入射到固态成像元件100e上的光是光学均匀的。此外，由于电极573a和673a的面积密度是均匀的，所以电极573a和673a可以精确且均匀地形成。
需要注意的是，电极573a和673a的形状不限于图29中示出的形状。图30是沿图28中的B4-B4'线取得的固态成像元件100e的断面图，以及图31是沿图28中的B4-B4'线取得的固态成像元件100e的断面图。如图30中示出的，电极673a可以具有格子形状，其中八个矩形开口形成为矩阵形状。可选择地，如图31中示出的，电极673a可以具有形成比图29中示出的电极673a的开口大的开口并且格子的宽度很窄的形状。需要注意的是，由于电极573a具有与电极673a相同的形状，所以省略其图示。这样，在本实施方案中，电极573a和673a的开口的数量与格子的宽度可以取各种值。
需要注意的是，电极573a和673a的形状与在电极573a和673a中形成的开口的形状不限于四边形。如第5实施方案中示出的，电极573a和673a的形状可以为基本上圆形的。此外，在电极573a和673a中形成的开口的形状可以为基本上圆形的。这样，电极573a和673a与在电极573a和673a中形成的开口可以采取各种形状。
<<10.第8实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，电极573f和673f的尺寸可以不同。因此，作为本公开的第8实施方案，将参照图32描述包括具有不同尺寸的电极573f和673f的PD 500和600的固态成像元件100f的层叠结构。图32是根据本实施方案的像素阵列单元10f的断面图，具体地，在像素阵列单元10f中，包括具有电极573f和673f的PD 500和600的固态成像元件100f布置成矩阵。
这里，将参照图33和图34描述根据本实施方案的固态成像元件100f的布局配置。图33是沿图32中的B5-B5'线取得的固态成像元件100f的断面图。图34是沿图32中的C5-C5'线取得的固态成像元件100f的断面图。需要注意的是，图33和图34示出了在四个像素(四个固态成像元件100f)共享一个读出电极508和一个读出电极608的情况下的断面。
在本实施方案中，如图33和图34中示出的，从光入射到固态成像元件100f中的方向上观察时电极673f的一条边的长度d1比从光入射到固态成像元件100f中的方向上观察时电极573f的一条边的长度d2短。这样，在本实施方案中，电极673f在与电极573f接触的表面(接合面JS)上形成为小于电极573f。
如上所述的，根据本实施方案，通过以不同尺寸形成电极573f和673f，例如，即使在电极573f和673f之间适合制造过程的尺寸不同的情况下，也可以选择适合制造过程的尺寸。
<<11.第9实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，PD 500和600可以具有停止层577和677。因此，作为本公开的第9实施方案，将参照图35描述包括具有停止层577和677的PD 500和600的固态成像元件100g的层叠结构。图35是根据本实施方案的像素阵列单元10g的断面图，具体地，在像素阵列单元10g中，包括具有停止层577和677的PD 500和600的固态成像元件100g布置成矩阵。
在本实施方案中，如图35中示出的，停止层577形成为经由绝缘膜580与共用电极502相对。此外，停止层677形成为经由绝缘膜640与存储电极610相对。例如，在在接合面JS上除了形成电极573和673的区域以外的区域中形成停止层577和677。例如，与电极573和673相比，停止层577和677仅仅需要具有0.1倍以下的抛光速率，并且例如，由SiNx(氮化硅膜)形成。这样，停止层577和677由硬质绝缘材料形成。
这里，将参照图36描述根据本实施方案的固态成像元件100g的布局配置。图36是沿图35中的B6-B6'线取得的固态成像元件100g的断面图。需要注意的是，图36示出了在一个读出电极508和一个读出电极608由四个像素(四个固态成像元件100g)共享的情况下的断面。在本实施方案中，如图36中示出的，停止层677在电极673周围形成。需要注意的是，停止层577也与停止层677类似地布置，因此省略其图示。
接着，将参照图37描述根据本实施方案的固态成像元件100g的制造方法。图37是用于说明根据本实施方案的固态成像元件100g的制造方法的图。需要注意的是，在图37中，仅仅给出了用于描述的附图标记，并且省略了其他附图标记的图示。
首先，如图37(a)中示出的，停止层577在其上形成有绝缘膜580的半导体基板300上形成。随后，如图37(b)中示出的，通过干法蚀刻使停止层577的一部分开口。此后，如图37(c)中示出的，通过在半导体基板300的停止层577的上方形成透明导电层578，并且通过例如法或干法蚀刻法使透明导电层578平坦化，形成如图37(d)中示出的电极573。此时，由于形成了停止层577，所以可以抑制电极573的膜损失，并且可以减小电极573和绝缘膜580之间的台阶。
如图37(d)中示出的，其中在配线层620中形成停止层677和电极673的半导体基板900接合到半导体基板300。需要注意的是，停止层677和电极673可以与停止层577和电极573类似地配置。此外，随后的制造方法与图8中示出的制造方法相同，因此省略其描述。
如上所述的，在根据本实施方案的固态成像元件100g中，通过在接合面JS上设置停止层577和677，在电极573和673的平坦化处理中可以抑制电极573和673的膜损失，并且接合面JS可以更平坦地形成。
需要注意的是，这里，已经描述了将停止层577和677添加到图9至图12中示出的固态成像元件100中的情况，但是本实施方案不限于此。例如，可以将停止层577和677添加到图3至7中示出的固态成像元件100中和其他实施方案中示出的固态成像元件100a至100f中。需要注意的是，例如，如图29至图31中示出的，通过将停止层577和677添加到其中通过在电极573a和673a中形成孔来抑制电极573a和673a的面积比的固态成像元件100e中，可以增大接合面JS处停止层577和677的面积比，并且可以提高作为停止件的性能。
<<12.第10实施方案>>
在第9实施方案中，固态成像元件100g包括停止层577和677。然而，在本公开的实施方案中，PD 500可以进一步地包括停止层579。因此，作为本公开的第10实施方案，将参照图38描述包括具有停止层579的PD 500的固态成像元件100h的层叠结构。图38是根据本实施方案的像素阵列单元10h的断面图，具体地，在像素阵列单元10h中，包括具有停止层579的PD 500的固态成像元件100h布置成矩阵。
在本实施方案中，如图38中示出的，在绝缘膜580和电极573之间形成停止层579。与停止层577和677类似，例如，与电极573和673相比，停止层579仅仅需要具有0.1倍以下的抛光速率，并且例如由SiNx形成。
这里，绝缘膜580、停止层579和电极573的折射率按照绝缘膜580、停止层579和电极573的顺序增大。因此，与没有设置停止层579的情况相比，可以减小电极573的界面处的折射率的差异，并且可以提高入射到固态成像元件100h上的光的聚光特性。
这里，将参照图39描述根据本实施方案的固态成像元件100g的布局配置。图39是沿图38中的B7-B7'线取得的固态成像元件100h的断面图。需要注意的是，图38示出了在一个读出电极508和一个读出电极608由四个像素(四个固态成像元件100h)共享的情况下的断面。在本实施方案中，如图38中示出的，在电极673周围形成停止层677。此外，停止层679在沿层叠结构的层叠方向切割固态成像元件100h得到的断面上具有基本上与电极673相同的形状。
接着，将参照图40描述根据本实施方案的固态成像元件100h的制造方法。图40是用于说明根据本实施方案的固态成像元件100h的制造方法的图。需要注意的是，在图40中，仅仅给出了用于描述的附图标记，并且省略其他附图标记的图示。
首先，如图40(a)中示出的，通过干法蚀刻来蚀刻绝缘膜580的一部分。如图40(b)中示出的，在蚀刻的绝缘膜580上形成停止层577和579。随后，如图40(c)中示出的，通过干法蚀刻使停止层577的一部分开口以连接电极573和贯通电极560。此后，如图40(d)中示出的，通过在半导体基板300的停止层577和579的上方形成透明导电层578，并且通过例如CMP法或干法蚀刻法使透明导电层578平坦化，形成如图40(e)中示出的电极573。此时，由于形成停止层577，所以可以抑制电极573的膜损失，并且可以减小电极573和绝缘膜580之间的台阶。
如图40(e)中示出的，其中在配线层620中形成停止层677和电极673的半导体基板900接合到半导体基板300。需要注意的是，停止层677和电极673可以与停止层577和电极573类似地配置。此外，随后的制造方法与图8中示出的制造方法相同，并且因此省略其描述。
如上所述，在根据本实施方案的固态成像元件100h中，通过在绝缘膜580和电极573之间设置停止层579，可以抑制电极573的界面处的折射率的差异，并且可以提高入射到固态成像元件100h上的光的聚光特性。
需要注意的是，这里，已经描述了停止层579设置在绝缘膜580和电极573之间的情况，但是本实施方案不限于此。例如，停止层679(未示出)可以设置在绝缘膜640和电极673之间。
<<13.第11实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，可以减小电极573b和673b的尺寸。因此，作为本公开的第11实施方案，将参照图41描述包括具有电极573b和673b的PD 500和600的固态成像元件100i的层叠结构。图41是根据本实施方案的像素阵列单元10i的断面图，具体地，在像素阵列单元10i中，包括具有电极573b和673b的PD 500和600的固态成像元件100i布置成矩阵。
在本实施方案中，例如，如图41中示出的，电极573b和673b形成为小于图35中示出的电极573和673。
这里，将参照图42描述根据本实施方案的固态成像元件100g的布局配置。图42是沿图41中的B8-B8'线取得的固态成像元件100i的断面图。需要注意的是，图41示出了在一个读出电极508和一个读出电极608由四个像素(四个固态成像元件100i)共享的情况下的断面。在本实施方案中，如图42中示出的，例如，电极673b在通过沿层叠结构的层叠方向切割固态成像元件100i获得的断面上形成为具有比图36中示出的电极673的面积小的面积。需要注意的是，由于电极573b的形状与电极673b的形状相同，所以省略其图示。
以这种方式，通过使电极573b和673b形成为较小的电极，可以增大接合面JS处停止层577和677的面积比，并且可以提高作为停止件的性能。
<<14.第12实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，可以在PD 600上设置停止层677，并且可以省略停止层577。因此，作为本公开的第12实施方案，将参照图43描述包括具有停止层677的PD 600的固态成像元件100j的层叠结构。图43是根据本实施方案的像素阵列单元10j的断面图，具体地，在像素阵列单元10j中，包括具有停止层677的PD 600的固态成像元件100j布置成矩阵。
在本实施方案中，如图43中示出的，停止层677在PD 600的接合面JS处形成。然而，在PD 500的接合面JS处没有形成停止层577。换句话说，本实施方案中的固态成像元件100j也可以说成是将第1实施方案中的PD 500和第9实施方案中的PD 600接合在一起的固态成像元件。
以这种方式，通过在接合面JS处将形成有停止层677的PD 600与没有形成停止层577的PD 500接合，可以提高固态成像元件100j的接合强度。
需要注意的是，这里，停止层677设置在PD 600中，但是本实施方案不限于此。其上设置有停止层的PD仅仅需要是PD 500和600中的任意一个。例如，可以在PD 500上设置停止层577，并且可以省略PD 600的停止层677。
<<15.第13实施方案>>
此外，在本公开的实施方案中，可以在停止层577和677之间形成绝缘膜681。因此，作为本公开的第13实施方案，将参照图44描述具有绝缘膜681的固态成像元件100k的层叠结构。图44是根据本实施方案的像素阵列单元10k的断面图，具体地，在像素阵列单元10k中，具有绝缘膜681的固态成像元件100k布置成矩阵。
在本实施方案中，如图44中示出的，在整个接合面JS上形成绝缘膜681。在本实施方案中，绝缘膜681由与停止层577和677不同的材料形成。具体地，优选地，绝缘膜681使用可以很容易控制膜厚度的成膜方法形成，并且例如，可以由ALD氧化膜、TEOS膜(即，使用原硅酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate)作为原材料气体的氧化硅膜)等形成，并且没有特别的限制。在绝缘膜681由TEOS膜形成的情况下，绝缘膜681也可以充当供氧源。
这里，将参照图45描述根据本实施方案的固态成像元件100k的布局配置。图45是沿图44中的B9-B9'线取得的固态成像元件100k的断面图。需要注意的是，图45示出了在一个读出电极508和一个读出电极608由四个像素(四个固态成像元件100k)共享的情况下的断面。在本实施方案中，如图45中示出的，绝缘膜681形成为覆盖停止层677和电极673。
以这种方式，在本实施方案中，绝缘膜681也形成在电极573和673之间。由于绝缘膜681形成为具有允许电极573和673之间导电的程度的膜厚度，所以使电极573和673进入彼此电连接的状态。这里，电极573和673之间导电是指电极573和673电连接的状态，即，电荷可以从PD 600存储在浮动扩散单元314中。此外，优选地，例如，允许电极573和673之间导电的程度的膜厚度为大约几nm，更具体地，为5nm以下。通过以这种方式形成薄的绝缘膜681，可以在确保电极573和673之间导电的同时，提高停止层577和677之间的接合强度。因此，如上所述，优选地，绝缘膜681使用可以很容易控制膜厚度的成膜方法形成。
以这种方式，通过在停止层577和677之间形成绝缘膜681，可以提高固态成像元件100j的接合强度。
<<16.第14实施方案>>
另一方面，在上述的本公开的实施方案中，通过层叠多个光电转换元件400、500和600减小了固态成像装置1的尺寸(例如，参照图13)。然而，在这种结构中，由于多个光电转换元件400、500和600层叠，所以固态成像装置1沿层叠方向变高(厚度增大)。因此，在这种结构中，对于位于下方的光电转换元件500和400可能很难充分吸收透过位于上方的光电转换元件600的光。此外，在这种结构中，由于沿层叠方向高度的增加，存在很可能会产生由于倾斜入射光引起的对相邻的固态成像元件(像素)100的串扰的情况。
因此，在下文中，作为本公开的第14实施方案，提出了一种结构，其中可以高效地将透过位于上方的光电转换元件600的光聚集到位于下方的光电转换元件500和400上。具体地，在下面描述的本实施方案中，聚集光的聚光元件(具体地，波导、内透镜、隔壁等)设置于在层叠方向上的多个光电转换元件400、500和600之间。根据本实施方案，通过在多个光电转换元件400、500和600之间设置这种聚光元件，可以高效地将光聚集到位于下方的光电转换元件500和400上。因此，根据本实施方案，可以改善固态成像装置1的灵敏度特性，此外，可以抑制上述串扰的发生。在下文中，将按顺序描述本实施方案的详细情况。
首先，将参照图46描述本实施方案的结构示例中的一个。图46是根据本实施方案的像素阵列单元10l的断面图。具体地，在本实施方案中，如图46中示出的，波导404a作为上述聚光元件设置在抗反射膜402上的由SiO2等制成并且能够透射光的绝缘膜540中。此外，在本实施方案中，波导404b作为上述聚光元件也设置在光电转换元件500上的绝缘膜580中。即，在本实施方案中，能够将光聚集在位于下方的光电转换元件500和400上的波导404a和404b在固态成像元件100的层叠方向上设置在光电转换元件400、500和600之间。例如，优选地，波导404a和404b使用Si3N4(约1.9的折射率)形成。在这种情况下，通过用SiO2(折射率约为1.4)形成绝缘膜540和580，可以由于折射率差而将光聚集到波导404a和404b上。需要注意的是，在本实施方案中，波导404a和404b与绝缘膜540和580的材料没有特别的限制。然而，在本实施方案中，优选地，波导404a和404b的材料的折射率与绝缘膜540和580的材料的折射率之差约为0.2以上。通过这种方式，可以进一步地提高波导404a和404b的集光效率。此外，图46中示出的结构示例可以通过各种半导体工艺技术形成。
如上所述，根据本实施方案，通过在多个光电转换元件400、500和600之间设置如上所述的波导404a和404b，可以高效地将光聚集到位于下方的光电转换元件500和400上。因此，根据本实施方案，可以改善固态成像装置1的灵敏度特性，此外，可以抑制如上所述的串扰的发生。
此外，本实施方案可以如图47中示出的进行变形。接着，将参照图47描述本实施方案的结构示例的变形例1。图47是根据本实施方案的变形例1的像素阵列单元10m的断面图。具体地，在该变形例1中，代替上述波导404a和404b，设置能够将光聚集在位于下方的光电转换元件500和400上的内透镜406a和406b。优选地，内透镜406a和406b由具有比绝缘膜540和580的材料的约1.4至1.6的折射率高的折射率的材料形成，更优选地，由具有1.8以上的折射率的材料形成。内透镜406a和406b的材料的示例可以包括涂层型的高折射率材料，例如，包含诸如TiOx和ZnOx等的透明金属氧化物膜微粒的硅氧烷树脂材料膜、通过CVD法形成的SiN膜、SiON膜和TiOx膜等。
例如，可以如下形成图47中示出的结构。在抗反射膜402上形成由高折射率材料制成的高折射率层(未示出)，并且在高折射率层上形成用于形成内透镜406a和406b的抗蚀剂。然后，在形成抗蚀剂之后，通过光刻形成透镜图案，并且执行热处理(回流)以形成具有与内透镜406a和406b的外形相对应的圆丘形状的抗蚀剂。此后，通过干法蚀刻对整个表面进行回蚀刻，以便将上述的抗蚀剂的形状转印到高折射率层，从而形成内透镜406a和406b。需要注意的是，上述的用于蚀刻的蚀刻气体的示例可以包括诸如CF4和C4F8等的碳氟化合物气体、O2等。
如上所述，根据图47中示出的结构示例，通过在多个光电转换元件400、500和600之间设置内透镜406a和406b，可以高效地将光聚集到位于下方的光电转换元件500和400上。因此，根据本变形例，可以改善固态成像装置1的灵敏度特性，此外，可以抑制如上所述的串扰的发生。
此外，本实施方案也可以如图48中示出的进行变形。接着，将参照图48描述本实施方案的结构示例的变形例2。图48是根据本实施方案的变形例2的像素阵列单元10n的断面图。具体地，在该变形例2中，代替上述的波导404a和404b，设置隔壁408a、408b和408c。例如，在绝缘膜540、580和640由SiO2(约1.4的折射率)形成的情况下，优选地，隔壁408a、408b和408c由Si3N4(约1.9的折射率)形成。在本变形例中，隔壁408a、408b和408c的材料没有特别的限制，但是优选地，隔壁408a、408b和408c的材料的折射率与绝缘膜540、580和640的材料的折射率之差约为0.2以上。通过这种方式，可以进一步地提高集光效率。此外，作为隔壁408a、408b和408c的材料，可以使用金属材料(Al、W、Ti、TiN、钛铝(TiAl)、Cu、钽(Ta)、TaN、Co、Ru等或包含这些元素的材料)。
如上所述，根据图48中示出的结构示例，通过在多个光电转换元件400、500和600之间设置这种隔壁408a、408b和408c，可以高效地将光聚集到位于下方的光电转换元件500和400上。因此，根据本变形例，可以改善固态成像装置1的灵敏度特性，此外，可以抑制上述串扰的发生。
此外，在本公开中，可以适当地组合实施上述的本实施方案与变形例1和2。此外，在本实施方案中，设置波导404a和404b、内透镜406a和406b以及隔壁408a、408b和408c的位置不限于上述位置，并且可以设置在其他位置处，并且没有特别的限制。
<<17.第15实施方案>>
另一方面，在上述本公开的实施方案中，多个光电转换元件500和600层叠，并且设置有电连接这些光电转换元件500和600的贯通电极560。然后，在上述本公开的实施方案中，例如，在光电转换元件500和600之间共享一个贯通电极560，以便可以减小加工面积并且可以扩大像素晶体管的面积。然而，在上述本公开的实施方案中，如可以从图13看到的，为了确保连接到光电转换元件600的贯通电极560与光电转换元件500(具体地，从开口露出的光电转换膜504)之间的电连接，很难避免读出电极508的尺寸的增大。因此，在上述的本公开的实施方案中，由于读出电极508的尺寸的增大，很难避免用于光入射到光电转换元件500和400上的入射面的尺寸的减小。
因此，在下文中，给出了本公开的第15实施方案的描述，用于使得可以避免光入射到光电转换元件500和400上的入射面的尺寸的减小。在下面描述的实施方案中，提出了一种结构，其中设置有电连接到光电转换元件500(具体地，光电转换膜504)的透明导电层480。需要注意的是，这里，设置电连接到光电转换元件500的透明导电层480，但是可以采用其中设置有电连接到光电转换元件600(具体地，光电转换膜604)的透明导电层582的结构。需要注意的是，透明导电层582可以具有与透明导电层480(的配置)类似的配置，因此这里省略其描述。
此外，本实施方案提出了如下的这种结构：贯通电极560a经由上述的透明导电层480电连接到贯穿半导体基板300的贯通电极460a(参照图49)。根据这种结构，经由贯通电极560a和透明导电层480可以确保光电转换元件500和600之间的电连接。此外，根据这种结构，在从上方观察像素阵列单元10o的情况下，贯通电极560a和贯通电极460a可以布置在相同的位置处，即，布置成使得贯通电极560a和460a彼此重叠。因此，可以消除用于露出光电转换膜504的表面的开口以确保上述的电连接的必要性，这使得能够避免读出电极508的尺寸的增大或消除读出电极508本身的必要性。因此，根据本实施方案，由于可以避免读出电极508的尺寸的增大或消除读出电极508的必要性，所以可以避免上述的入射面的减小。在下文中，将按顺序描述本实施方案的详细情况。
首先，将参照图49描述本实施方案的结构示例中的一个。图49是根据本实施方案的像素阵列单元10o的断面图，并且为了便于理解，仅示出了本实施方案的主要部分。具体地，在本实施方案中，电连接到光电转换膜504的透明导电层480设置在光电转换膜504的下方。透明导电层480电连接到贯穿半导体基板300的贯通电极460a。此外，上述贯通电极560a经由透明导电层480电连接到贯通电极460a。此外，在本实施方案中，在从上方观察像素阵列单元10o的情况下，贯通电极560a和贯通电极460a布置在相同的位置处，即，布置成使得贯通电极560a和460a彼此重叠。
在本实施方案中，透明导电层480可以由诸如铟-镓-锌氧化物(IGZO)等的氧化物半导体材料、有机半导体材料等形成。此外，除IGZO以外，其他氧化物半导体材料的示例还可以包括锌锡氧化物(ZTO)、铟-镓-锌-锡氧化物(IGZTO)、镓-锡氧化物(GTO)、铟-镓氧化物(IGO)等。需要注意的是，在本实施方案中，从特性和创建容易性的角度，优选地，选择IGZO。需要注意的是，优选地，透明导电层480与贯通电极560a之间的连接区域具有低电阻。因此，在本实施方案中，例如，当为了允许电连接到贯通电极560a而在透明导电层480中设置开口时，在设置开口之后，优选地，对从开口露出的透明导电层480的表面进行氢等离子体处理。
此外，在本实施方案中，用于贯通电极560a的金属材料的示例可以包括W、TiN/W、Co、钴-钨-硼(CoWB)、钴-硼-磷(CoBP)等。
接着，将参照图50描述在本实施方案中由两个像素(固态成像元件)100共享贯通电极460a和560a的情况下(两个像素共享)的布局配置。图50是在两个像素共享时沿图49中的E-E'线取得的固态成像元件100的断面图。具体地，如图50中示出的，在本实施方案中，经由透明导电层480电连接到贯通电极460a的接触区域508b设置在两个存储电极510之间。
接着，将参照图51描述在本实施方案中由四个像素100共享贯通电极460a和560a的情况下(四个像素共享)的布局配置。图51是在四个像素共享时沿图49中的E-E'线取得的固态成像元件100的断面立体图。在本实施方案中，如图51中示出的，屏蔽图案590设置成包围四个像素100的存储电极510。在被四个存储电极510包围的中心的下方，设置向下延伸的贯通电极460a。然后，在本实施方案中，贯通电极560a和贯通电极460a布置成在从上方观察像素阵列单元10o的情况下彼此重叠。
需要注意的是，图50和图51中示出的布局配置是本实施方案的示例，并且例如，在后述的本实施方案的每个变形例中，图50和图51中示出的布局配置可以根据每个变形例适当地改变。
接着，将参照图52和图53描述根据本实施方案的固态成像元件100的制造方法。图52和图53是用于说明根据本实施方案的固态成像元件100的制造方法的断面图，并且在这些图中，仅示出了本实施方案的主要部分。
首先，如图52(a)中示出的，在形成有抗反射膜402的半导体基板300(未示出)上沉积绝缘膜540，并且在绝缘膜540上形成存储电极510。此外，在将绝缘膜540嵌入在存储电极510之间之后，表面通过CMP法变得平坦化。接着，如图52(b)中示出的，形成用于贯通电极460a的贯穿绝缘膜540的通孔，并且沉积金属膜(例如，W膜)250以便嵌入通孔。然后，如图52(c)中示出的，通过用CMP法对直到存储电极510的表面执行平坦化以去除从上述的通孔突出的金属膜250，以便形成贯通电极460a。
此外，在存储电极510上沉积绝缘膜540，并且通过光刻和干法蚀刻使沉积的绝缘膜540图案化以在贯通电极460a上形成开口，贯通电极460a通过该开口从绝缘膜540露出。然后，沉积透明导电层480以便填充开口并且覆盖绝缘膜540。此外，如图52(d)中示出的，将光电转换膜504、共用电极502和有机膜150按顺序沉积在透明导电层480上。
接着，如图53(a)中示出的，通过光刻和干法蚀刻(具体地，蚀刻到透明导电层480的表面)形成用于贯通电极560a的贯穿共用电极502和光电转换膜504的通孔，并且沉积绝缘膜580以便覆盖通孔的侧壁和共用电极502的表面。
然后，如图53(b)中示出的，通过干法蚀刻去除沉积在上述通孔的底部的绝缘膜580，并且沉积金属膜(例如，W膜)252以便嵌入通孔。此外，如图53(c)中示出的，通过使用CMP法或干法蚀刻法去除从上述的通孔突出的金属膜252来形成贯通电极560a。此后，通过形成电极573，可以获得如图49中示出的像素阵列单元10o。
如上所述，根据本实施方案，由于可以避免读出电极508的尺寸的增大或消除读出电极508的必要性，所以可以避免入射面的减小。
此外，本实施方案可以如图54中示出的进行变形。接着，将参照图54描述本实施方案的结构示例的变形例1。图54是根据本实施方案的变形例1的像素阵列单元10o的主要部分的断面图。具体地，在该变形例1中，如图54中示出的，设置有读出电极508，并且贯通电极560a和贯通电极460a经由读出电极508和透明导电层480电连接。与上述实施方案类似，根据图54中示出的该变形例1的结构除了能够避免入射面的减小以外，还可以很容易形成。
接着，将参照图55和图56描述根据本实施方案的变形例1的固态成像元件100的制造方法。图55和图56是用于说明根据本实施方案的变形例1的固态成像元件100的制造方法的断面图，并且在这些图中仅示出了本实施方案的主要部分。
首先，与本实施方案类似，在形成有抗反射膜402的半导体基板300(未示出)上沉积绝缘膜540，并且在绝缘膜540上形成存储电极510。此外，在沉积绝缘膜540之后，形成用于贯通电极460a的贯穿绝缘膜540的通孔，并且沉积金属膜以便嵌入通孔。然后，如图55(a)中示出的，通过用CMP法对直到存储电极510的表面执行平坦化，来去除从上述通孔突出的金属膜，以便形成贯通电极460a。接着，如图55(b)中示出的，形成读出电极508和存储电极510，并且在其上沉积绝缘膜540。此外，如图55(c)中示出的，执行CMP法直到露出读出电极508和存储电极510的表面，并使其平坦化。
此外，将绝缘膜540沉积在读出电极508和存储电极510上，并且在沉积的绝缘膜540上形成开口以便从绝缘膜540露出贯通电极460a上的读出电极508的表面。然后，沉积透明导电层480以便填充上述的开口并且覆盖绝缘膜540。此外，如图55(d)中示出的，将光电转换膜504、共用电极502和有机膜150按顺序沉积在透明导电层480上。
接着，如图56(a)中示出的，通过光刻和干法蚀刻(具体地，蚀刻到透明导电层480的表面)形成用于贯通电极560a的贯穿共用电极502和光电转换膜504的通孔，并且沉积绝缘膜580以便覆盖通孔的侧壁和共用电极502的表面。
然后，如图56(b)中示出的，去除沉积在上述通孔的底部的绝缘膜580，并且沉积金属膜254以便嵌入通孔。此外，如图56(c)中示出的，通过去除从上述通孔突出的金属膜254来形成贯通电极560a。此后，通过形成电极573，可以获得如图54中示出的像素阵列单元10o。
此外，本实施方案可以如图57中示出的进行变形。接着，将参照图57描述本实施方案的结构示例的变形例2。图57是根据本实施方案的变形例2的像素阵列单元10o的主要部分的断面图。具体地，在该变形例2中，贯通电极560a通过在贯通电极560a的侧面而不是底面处与透明导电层480接触而电连接。与上述实施方案类似，根据图57中示出的该变形例2的结构，可以避免入射面的减小。
接着，将参照图58和图59描述根据本实施方案的变形例2的固态成像元件100的制造方法。图58和图59是用于说明根据本实施方案的的变形例2的固态成像元件100的制造方法的断面图，并且在这些图中仅示出了本实施方案的主要部分。需要注意的是，该变形例2的制造方法与上述变形例1的图55(a)至图55(c)的描述是共同的，因此省略共同部分的描述。
在本变形例中，在图55(a)至55(c)中示出的步骤之后，如图58(a)中示出的，将绝缘膜540、透明导电层480、光电转换膜504、共用电极502和有机膜150按顺序沉积在读出电极508和存储电极510上。接着，如图58(b)中示出的，通过光刻和干法蚀刻(具体地，蚀刻到透明导电层480的表面)形成用于贯通电极560a的贯穿共用电极502和光电转换膜504的通孔，并且沉积绝缘膜580以便覆盖通孔的侧壁和共用电极502的表面。
然后，如图59(a)中示出的，通过干法蚀刻将沉积在读出电极508上的绝缘膜580与透明导电层480的一部分一起去除，并且沉积金属膜256以便嵌入通孔。此外，如图59(b)中示出的，通过去除从上述通孔突出的金属膜256来形成贯通电极560a。此后，通过形成电极573，可以获得如图57中示出的像素阵列单元10o。
此外，本实施方案可以如图60中示出的进行变形。接着，将参照图60描述本实施方案的结构示例的变形例3。图60是根据本实施方案的变形例3的像素阵列单元10o的主要部分的断面图。具体地，在本变形例中，代替读出电极508，设置了由具有低电阻的金属膜制成的读出电极518。因此，在根据图60中示出的本变形例3的结构中，与上述实施方案类似，不仅可以避免入射面的减小，而且可以减小贯通电极560a和贯通电极460a之间的连接电阻。
接着，将参照图61和图62描述根据本实施方案的变形例3的固态成像元件100的制造方法。图61和图62是用于说明根据本实施方案的变形例3的固态成像元件100的制造方法的断面图，并且在这些图中仅示出了本实施方案的主要部分。
首先，与本实施方案类似，在形成有抗反射膜402的半导体基板300(未示出)上沉积绝缘膜540，并且在绝缘膜540上形成存储电极510的一部分。此外，形成用于贯通电极460a的贯穿绝缘膜540的通孔，并且沉积金属膜以便嵌入通孔，以形成贯通电极460a。然后，如图61(a)中示出的，通过光刻和干法蚀刻在贯通电极460a上形成由金属膜制成的读出电极518。
接着，如图61(b)中示出的，在沉积绝缘膜540之后，形成存储电极510，并且进一步地在其上沉积绝缘膜540。此外，如图61(c)中示出的，执行CMP法直到露出存储电极510的表面并使其平坦化。然后，如图61(d)中示出的，将绝缘膜540、透明导电层480、光电转换膜504、共用电极502和有机膜150按顺序沉积在存储电极510上。
接着，如图62(a)中示出的，通过光刻和干法蚀刻(具体地，蚀刻到透明导电层480的表面)形成用于贯通电极560a的贯穿共用电极502和光电转换膜504的通孔，并且沉积绝缘膜580以便覆盖通孔的侧壁和共用电极502的表面。
然后，如图62(b)中示出的，将沉积在上述通孔的底部上的绝缘膜580与透明导电层480的一部分一起去除，并且沉积金属膜258以便嵌入通孔。此外，如图62(c)中示出的，通过去除从上述通孔突出的金属膜258来形成贯通电极560a。此后，通过形成电极573，可以获得如图60中示出的像素阵列单元10o。
此外，本实施方案可以如图63中示出的进行变形。接着，将参照图63描述本实施方案的结构示例的变形例4。图63是根据本实施方案的变形例4的像素阵列单元10o的主要部分的断面图。具体地，在本变形例中，使贯通电极560a的下端变细，并且下端经由读出电极508电连接到贯通电极460a。与上述实施方案类似，根据图63中示出的该变形例4的结构可以避免入射面的减小。
接着，将参照图64和图65描述根据本实施方案的变形例4的固态成像元件100的制造方法。图64和图65是用于说明根据本实施方案的变形例4的固态成像元件100的制造方法的断面图，并且在这些图中仅示出了本实施方案的主要部分。需要注意的是，该变形例4的制造方法与上述用于图55(a)至图55(c)的变形例1的描述和用于图58(a)的变形例2的描述是共同的，以便省略共同部分的描述。
在本变形例中，在执行图55(a)至图55(c)中示出的步骤和图58(a)中示出的步骤之后，如图64(a)中示出的，通过光刻和干法蚀刻(具体地，蚀刻到透明导电层480的表面)形成用于贯通电极560a的贯穿共用电极502和光电转换膜504的通孔。
接着，如图64(b)中示出的，嵌入形成的通孔并在共用电极502上形成有机膜350，将表面平坦化，并且在平坦化的表面上形成图案化的光致抗蚀剂352。此外，如图64(c)中示出的，根据图案化的光致抗蚀剂352通过干法蚀刻形成贯穿有机膜350、透明导电层480和绝缘膜540的通孔。
接着，如图64(d)中示出的，在去除光致抗蚀剂352和有机膜350之后，沉积绝缘膜580以便覆盖读出电极508的表面、通孔的侧壁和共用电极502的表面。然后，如图65(a)中示出的，通过干法蚀刻去除沉积在上述通孔底部的绝缘膜580，并且沉积金属膜260以便嵌入通孔。此外，如图65(b)中示出的，通过去除从上述通孔突出的金属膜260来形成贯通电极560a。此后，通过形成电极573，可以获得如图63中示出的像素阵列单元10o。
此外，本实施方案可以如图66中示出的进行变形。接着，将参照图66描述本实施方案的结构示例的变形例5。图66是根据本实施方案的变形例5的像素阵列单元10o的主要部分的断面图。具体地，在本变形例中，使贯通电极560a的下端变细，并且下端经由由低电阻金属膜制成的读出电极518电连接到贯通电极460a。与上述实施方案类似，根据图66中示出的该变形例5的结构可以避免入射面的减小。
接着，将参照图67描述根据本实施方案的变形例5的固态成像元件100的制造方法。图67是用于说明根据本实施方案的变形例5的固态成像元件100的制造方法的断面图，并且在这些图中仅示出了本实施方案的主要部分。需要注意的是，在该变形例5的制造方法中，上述变形例3的图61(a)至图61(d)的描述是共同的，因此省略共同部分的描述。
在本变形例中，在执行图61(a)至图61(d)中示出的步骤之后，通过光刻和干法蚀刻(具体地，蚀刻到透明导电层480的表面)形成用于贯通电极560a的贯穿共用电极502和光电转换膜504的通孔。此外，嵌入形成的通孔并在共用电极502上形成有机膜350，使表面平坦化，并且在平坦化的表面上形成图案化的光致抗蚀剂352。然后，如图67(a)中示出的，根据图案化的光致抗蚀剂352形成贯穿有机膜350、透明导电层480和绝缘膜540的通孔。
接着，如图67(b)中示出的，在去除光致抗蚀剂352和有机膜350之后，沉积绝缘膜580以便覆盖读出电极518的表面、通孔的侧壁和共用电极502的表面。然后，如图67(c)中示出的，通过干法蚀刻去除沉积在上述通孔的底部的绝缘膜580，并且沉积金属膜262以便嵌入通孔。此外，如图67(d)中示出的，通过去除从上述通孔突出的金属膜262来形成贯通电极560a。此后，通过形成电极573，可以获得如图66中示出的像素阵列单元10o。
<<18.应用例>>
图68示出了包括根据上述实施方案及其变形例的固态成像装置(成像装置)1的成像系统S的示意性配置的示例。
例如，成像系统S是诸如成像装置(如数码相机或摄像机)或便携式终端装置(如智能手机或平板电脑终端)等的电子设备。例如，成像系统S包括根据上述实施方案及其变形例的固态成像装置1、DSP电路2430、帧存储器2440、显示单元2450、存储单元2460、操作单元2470和电源单元2480。在成像系统S中，根据上述实施方案及其变形例的成像装置1、DSP电路2430、帧存储器2440、显示单元2450、存储单元2460、操作单元2470和电源单元2480经由总线2490彼此连接。
根据上述实施方案及其变形例的成像装置1根据入射光输出图像数据。DSP电路2430是处理从根据上述实施方案及其变形例的成像装置1输出的信号(图像数据)的信号处理电路。帧存储器2440以帧为单位暂时保存由DSP电路2430处理过的图像数据。例如，显示单元2450包括诸如液晶面板或有机电致发光(EL)面板等的面板型显示装置，并且显示由根据上述实施方案及其变形例的成像装置1拍摄的运动图像或静止图像。存储单元2460将由根据上述实施方案及其变形例的成像装置1拍摄的运动图像或静止图像的图像数据记录在诸如半导体存储器或硬盘等记录介质中。操作单元2470根据用户的操作发出用于成像系统S的各种功能的操作指令。电源单元2480适当地将充当根据上述实施方案及其变形例的成像装置1、DSP电路2430、帧存储器2440、显示单元2450、存储单元2460和操作单元2470的操作电源的各种电源提供给这些供应对象。
接着，将描述成像系统S中的成像过程。
图69示出了成像系统S中的成像操作的流程的示例。用户通过操作操作单元2470来指示开始成像(步骤S101)。然后，操作单元2470将成像指令传输给成像装置1(步骤S102)。当接收到成像指令时，成像装置1通过预定成像方法执行成像(步骤S103)。
成像装置1将通过成像获得的图像数据输出到DSP电路2430。这里，图像数据是对于基于暂时保存在浮动扩散单元314中的电荷生成的像素信号的所有像素的数据。DSP电路2430基于从成像装置1输入的图像数据执行预定信号处理(例如，噪声降低处理)(步骤S104)。DSP电路2430使帧存储器2440保存经过预定信号处理的图像数据，并且帧存储器2440使存储单元2460存储图像数据(步骤S105)。这样，执行成像系统S中的成像。
在本应用例中，根据上述实施方案及其变形例的成像装置1适用于成像系统S。由于成像装置1可以在抑制制造成本增加的同时有效地输出和传输像素信号，所以可以提供能够在抑制制造成本增加的同时有效地输出和传输像素信号的成像系统S。
<<19.内窥镜手术系统的应用例>>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图70是示出了可以应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性配置的示例的图。
图70示出了其中手术者(医生)11131通过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和能量治疗工具11112等其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120和安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括透镜镜筒11101和摄像机头11102，该透镜镜筒的从远端起的预定长度的区域插入患者11132的体腔内，该摄像机头连接到透镜镜筒11101的近端。在示出的示例中，示出了配置为具有刚性透镜镜筒11101的所谓的刚性内窥镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100也可以配置为具有柔性透镜镜筒的所谓的柔性内窥镜。
在透镜镜筒11101的远端设置有装配有物镜的开口。光源装置11203连接到内窥镜11100，并且由光源装置11203生成的光通过延伸到透镜镜筒11101内部的光导引导到透镜镜筒的远端，并经由物镜将其照射到患者11132的体腔内的观察对象上。注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜、斜视内窥镜或侧视内窥镜。
光学系统和成像元件设置在摄像机头11102的内部，并且来自观察对象的反射光(观察光)通过光学系统会聚在成像元件上。通过成像元件对观察光进行光电转换，并且生成与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为原始(RAW)数据传输到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201由中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)等构成，并且集中控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，例如，CCU 11201接收来自摄像机头11102的图像信号，并且对图像信号执行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理，以显示基于图像信号的图像。
显示装置11202在CCU 11201的控制下显示基于经过CCU 11201的图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203由诸如发光二极管(LED)等光源构成，并且在对手术部位等进行成像时将照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以经由输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种类型的信息或指令。例如，使用者输入改变内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
治疗工具控制装置11205控制能量治疗工具11112的驱动以烧灼或切开组织、封闭血管等。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔内以使体腔膨胀，以便确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术相关的各种信息的装置。打印机11208是能够以如文本、图像或图形等各种形式打印与手术相关的各种信息的装置。
注意，例如，将照射光提供到内窥镜11100以对手术部位进行成像的光源装置11203可以包括LED、激光光源或通过组合它们获得的白光光源。在白光光源由RGB激光光源的组合构成的情况下，由于可以高精度地控制每种颜色(每个波长)的输出强度和输出时序，因此光源装置11203可以调整所拍摄的图像的白平衡。此外，在这种情况下，通过以时分的方式将来自各个RGB激光光源的激光照射在观察对象上，并且与照射时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动，可以以时分的方式拍摄与RGB相对应的图像。根据该方法，在没有在成像元件上设置滤色器的情况下，也可以获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203的驱动以便每隔预定的时间改变将要输出的光的强度。通过与光强度的改变时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动而以时分的方式获取图像并合成图像，可以创建不具有所谓的暗缺陷和白点的高动态范围的图像。
此外，光源装置11203可以配置成能够提供对应于特殊光观察的预定波长带的光。例如，在特殊光观察中，通过利用身体组织的光吸收的波长依赖性，照射与普通观察时的照射光(换句话说，白光)的波长带的相比更窄的波长带的光，以高对比度对诸如黏膜表层的血管等预定组织执行所谓的窄带光成像。可替代地，在特殊光观察中，可以执行用于通过照射激发光生成的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，例如，可以将激发光照射在身体组织上以观察来自身体组织的荧光(自发荧光观察)，或将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到身体组织并将与试剂的荧光波长相对应的激发光照射在身体组织，从而获得荧光图像。光源装置11203可以配置成能够提供与这种特殊光观察相对应的窄带光和/或激发光。
图71是示出了图70中示出的摄像机头11102和CCU 11201的功能配置的示例的框图。
摄像机头11102具有透镜单元11401、成像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像机头控制单元11405。CCU 11201具有通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像机头11102和CCU 11201通过传输电缆11400彼此可通信地连接。
透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接部分处的光学系统。从透镜镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像机头11102并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401通过组合包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜来构成。
成像单元11402包括成像元件。成像单元11402中包含的成像元件的数量可以是一个(所谓的单板型)或多个(所谓的多板型)。例如，在成像单元11402配置为多板型的情况下，各成像元件可以生成与各个RGB相对应的图像信号，并可以通过合成这些图像信号来获得彩色图像。可选择地，成像单元11402也可以具有用于分别获取与三维(3D)显示相对应的右眼图像信号和左眼图像信号的一对成像元件。执行3D显示使得手术者11131能够更精确地掌握手术部位中活体组织的深度。需要注意的是，在成像单元11402配置为多板型的情况下，对应于各个成像元件也可以设置多个透镜单元11401的系统。
此外，成像单元11402不一定设置在摄像机头11102中。例如，成像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内部物镜的正后方。
驱动单元11403由致动器构成，并且在摄像机头控制单元11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定的距离。通过这种构成，可以适当地调整由成像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404由用于与CCU 11201之间交换各种信息的通信装置构成。通信单元11404经由传输电缆11400将从成像单元11402获取的图像信号作为RAW数据传输到CCU11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号，并将其提供给摄像机头控制单元11405。例如，控制信号包括与成像条件有关的信息，诸如指定所拍摄的图像的帧速率的信息、指定拍摄图像时的曝光值的信息、指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息等。
注意，诸如帧速率、曝光值、放大率或焦点等上述成像条件可以由使用者适当指定或可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，所谓的自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能安装在内窥镜11100中。
摄像机头控制单元11405基于经由通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号控制摄像机头11102的驱动。
通信单元11411由用于与摄像机头11102交换各种类型的信息的通信装置构成。通信单元11411接收经由传输电缆11400从摄像机头11102传输的图像信号。
此外，通信单元11411将用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号传输到摄像机头11102。可以通过电通信、光学通信等传输图像信号和控制信号。
图像处理单元11412对从摄像机头11102传输的作为RAW数据的图像信号执行各种图像处理。
控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术部位等进行成像和通过对手术部位等进行成像所获得的拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元11413生成用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。
此外，控制单元11413使显示装置11202基于经过图像处理单元11412的图像处理的图像信号显示其中示出了手术部位等的拍摄的图像。此时，控制单元11413通过使用各种图像识别技术来识别拍摄的图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测拍摄的图像中所包含的物体的边缘的形状、颜色等来识别诸如手术钳等手术工具、特定的活体部位、出血、使用能量治疗工具11112时的雾等。当使显示装置11202显示拍摄的图像时，控制单元11413可以使用识别结果在手术部位的图像上叠加显示各种手术支持信息。通过叠加显示手术支持信息并且呈现给手术者11131，可以减轻手术者11131的负担并且使手术者11131可以可靠地进行手术。
连接摄像机头11102和CCU 11201的传输电缆11400是对应于电信号通信的电信号电缆、对应于光学通信的光纤或其复合电缆。
这里，在示出的示例中，使用传输电缆11400通过有线通信方式进行通信，但是摄像机头11102和CCU 11201之间的通信可以无线地进行。
上面说明了根据本公开的技术可以适用的内窥镜手术系统的示例。例如，根据本公开的技术可以应用于上述的配置中的内窥镜11100、摄像机头11102(的成像单元11402)、CCU 11201(的图像处理单元11412)等。
需要注意的是，这里，已经描述了作为示例的内窥镜手术系统，但是根据本公开的技术可以应用于其他系统，例如，显微手术系统等。
<<20.移动体的应用例>>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为装备在如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船、机器人等任何类型的移动体上的装置。
图72是示出了作为可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图72示出的示例中，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。此外，作为综合控制单元12050的功能配置，示出了微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010充当以下装置的控制装置：如内燃机或驱动马达等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构、用于调整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。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020充当以下装置的控制装置：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或如前照灯、后照灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯。在这种情况下，可以将从替代钥匙的便携式装置发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测关于安装了车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，成像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收拍摄到的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像对人、车辆、障碍物、标志或路表面上的字符等物体执行检测处理或距离检测处理。
成像单元12031是接收光并且输出与接收到的光的量相对应的电信号的光学传感器。成像单元12031可以将电信号作为图像输出，或可以将其作为测距信息输出。此外，由成像单元12031接收到的光可以是可见光或如红外光等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆中的信息。例如，车内信息检测单元12040连接到用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041。例如，驾驶员状态检测单元12041可以包括拍摄驾驶员的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳水平或集中水平，或可以判定驾驶员是否睡着。
微型计算机12051可以基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部和内部的信息计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行协同控制以实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能，该功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车辆之间的距离的跟车行驶、保持车速行驶、车辆碰撞警告、车道偏离警告等。
此外，微型计算机12051通过基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆周围的信息控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等，可以执行协同控制以实现独立于驾驶员的操作自主行驶的自动驾驶等。
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置控制前照灯并且执行协同控制以实现眩光保护，如将远光灯切换为近光灯。
声音/图像输出单元12052将声音和图像中的至少一种输出信号传输到能够视觉上或听觉上向车辆的乘员或车辆的外部通知信息的输出装置。在图72的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表面板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图73是示出了成像单元12031的安装位置的示例的图。
在图73中，作为成像单元12031，车辆12100包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，成像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在如车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门以及车辆内部挡风玻璃的上部等位置上。设置在前鼻上的成像单元12101和设置在车辆内部挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在侧视镜上的成像单元12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的成像单元12104主要获得车辆12100后面的图像。由成像单元12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
注意，图73示出了成像单元12101到12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻上的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜上的成像单元12102和12103的成像范围，以及成像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的成像单元12104的成像范围。例如，通过将由成像单元12101到12104拍摄的图像数据叠加，可以获得从上方观察时车辆12100的俯瞰图像。
成像单元12101到12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101到12104中的至少一个可以是包括多个成像元件的立体相机，或可以是包括用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从成像单元12101到12104获得的距离信息通过获得到成像范围12111到12114内的每一个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，特别地将车辆12100的行驶路径上最近的三维物体提取为前方车辆，该三维物体在与车辆12100的方向基本上相同的方向上以预定的速度(例如，0km/h或更高)行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定要确保的与前方车辆之间的车辆间的距离，并且可以执行自动制动控制(包括跟车停止控制)、自动加速控制(包括跟车启动控制)等。以这种方式，可以执行协同控制以实现独立于驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶等。
例如，微型计算机12051可以基于从成像单元12101到12104获得的距离信息将与三维物体相关的三维物体数据分类为二轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和如电线杆等以提取并用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为车辆12100的驾驶员可以看见的障碍物和难以看见的障碍物。然后，微型计算机12051判定表示与每一个障碍物碰撞的风险的碰撞风险，并且当碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞可能时，这可以通过由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告或通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向来执行用于避免碰撞的驾驶辅助。
成像单元12101到12104中的至少一个可以是用于检测红外光的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定由成像单元12101到12104的拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取由作为红外相机的成像单元12101到12104拍摄的图像中的特征点的过程和对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以区分是否是行人的过程执行这种行人识别。当微型计算机12051判定在由成像单元12101到12104拍摄的图像中存在行人并且识别出行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062叠加显示矩形轮廓以强调所识别出的行人。此外，声音/图像输出单元12052可以控制显示单元12062在期望的位置显示表示行人的图标等。
上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。例如，根据本公开的技术可以应用于上述配置中的成像单元12031等。
<<21.结论>>
如上所述，根据本公开的每个实施方案，可以提供一种能够在避免制造成本增加的同时有效地输出和传输像素信号的固态成像元件100和电子设备。
需要注意的是，在上述的本公开的每个实施方案中，已经描述了如下的固态成像元件100，其中第一导电类型是P型，第二导电类型是N型，并且将电子用作信号电荷。然而，本公开的实施方案不限于这种示例。例如，每个实施方案可以应用于其中第一导电类型是N型，第二导电类型是P型，且将空穴用作信号电荷的固态成像元件100。
此外，在上述的本公开的每个实施方案中，半导体基板300不一定是硅基板，并且可以是其他基板(例如，绝缘体上硅(SOI)基板、SiGe基板等)。此外，上述半导体基板300可以具有在这样的各种基板上形成的半导体结构等。
此外，根据本公开的每个实施方案的固态成像元件100不限于检测可见光的入射光量的分布以拍摄为图像的固态成像元件。例如，本实施方案可以应用于将红外线、X射线、微粒等的入射量的分布拍摄为图像的固态成像元件，或检测其他物理量(如压力和电容等)的分布以拍摄为图像的如指纹检测传感器等的固态成像元件(物理量分布检测装置)。
此外，可以通过使用用于制造一般的半导体装置的方法、装置和条件来制造根据本公开的每个实施方案的固态成像元件100。即，可以使用现有的半导体装置制造工艺制造根据每个实施方案的固态成像元件100。
需要注意的是，例如，上述方法的示例可以包括PVD法、CVD法、ALD法等。PVD法的示例可以包括真空气相沉积法、电子束(EB)气相沉积法、各种溅射法(如磁控溅射法、RF-DC耦合偏置溅射法、电子回旋共振(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(MBE法)和激光转印法。此外，CVD法的示例可以包括等离子体CVD法、热CVD法、金属有机(MO)CVD法和光CVD法。此外，其他方法的示例可以包括：电解电镀法、化学镀法和旋涂法；浸渍法；流延法(cast method)；微接触印刷法；滴铸法；如丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法和柔版印刷法等各种印刷法；冲压法(stampingmethod)；喷涂法；以及如空气刮刀涂布机法(air doctor coater method)、刮刀涂布机法(blade coater method)、棒涂器法、刮刀式涂胶机法(knife coater method)、挤压涂布机法(squeeze coater method)、反向辊涂布机法(reverse roll coater method)、转印辊涂布机法(transfer roll coater method)、凹版涂布机法(gravure coater method)、吻涂机法(kiss coater method)、流延涂布机法(cast coater method)、喷雾涂布机法(spraycoater method)、狭缝孔涂布机法(slit orifice coater method)和压延涂布机法(calender coater method)等各种涂布法。此外，图案化法的示例可以包括如荫罩掩膜、激光转印和光刻等化学蚀刻和使用紫外线、激光等的物理蚀刻。此外，平坦化技术的示例可以包括CMP法、激光平坦化法、回流法等。
<<22.补充>>
上面已经参照附图详细描述了本公开的优选实施方案，但是本公开的技术范围不限于这种示例。显而易见的是，本公开的技术领域的技术人员可以在本权利要求书中所述的技术构思的范围内实现各种变更或修改，并且自然理解为，这些变更和修改也落在本公开的技术范围内。
此外，本说明书中描述的效果仅仅是说明性的或示例性的，而不是限制性的。即，除上述效果以外或代替上述效果，根据本公开的技术可以从本说明书的描述中展示出对本领域技术人员来说显而易见的其他效果。
需要注意的是，以下配置也在本公开的技术范围内。
(1)一种固态成像元件，包括：
半导体基板；
第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板的上方并且配置成将光转换成电荷；和
第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的上方并且配置成将光转换成电荷，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元在彼此相对的接合面处接合，
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元中的每一个都具有层叠结构，其包括：
上部电极；
下部电极；
光电转换膜，其夹在所述上部电极和所述下部电极之间；和
存储电极，其经由所述光电转换膜和绝缘膜与所述上部电极相对，
所述第一光电转换单元的所述下部电极经由贯穿所述半导体基板的第一贯通电极电连接到设置在所述半导体基板中的电荷存储单元，以及
所述第二光电转换单元的所述下部电极经由以下元件电连接到所述电荷存储单元：
第二电极，其设置在所述第二光电转换单元的接合面上；
第一电极，其设置在所述第一光电转换单元的接合面上；
第二贯通电极，其贯穿所述第一光电转换单元；和
所述第一贯通电极。
(2)根据(1)所述的固态成像元件，其中
所述第一电极和所述第二电极由透明导电材料形成。
(3)根据(1)或(2)所述的固态成像元件，其中
所述第一电极和所述第二电极在沿所述层叠结构的层叠方向切割所述固态成像元件得到的断面中是基本上圆形的。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的固态成像元件，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元分别在各个所述接合面上具有至少一个虚拟电极。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的固态成像元件，其中
在所述第一电极和所述第二电极中形成有至少一个开口。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的固态成像元件，其中
所述第一电极和所述第二电极彼此之间具有不同的尺寸。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的固态成像元件，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的所述接合面中的至少一个设置有停止层，所述停止层由硬质绝缘材料制成并且包围所述第一电极或所述第二电极。
(8)根据(7)所述的固态成像元件，其中
第一配线层设置在所述第一电极和所述第一光电转换单元的所述上部电极之间，并且
由硬质绝缘材料制成的停止层设置在所述第一电极和所述第一配线层之间。
(9)根据(8)所述的固态成像元件，其中
所述第一电极、所述停止层和所述第一配线层的折射率按该顺序增大。
(10)根据(7)所述的固态成像元件，其中
第二配线层设置在所述第二电极和所述第二光电转换单元的所述上部电极之间，并且
由硬质绝缘材料制成的停止层设置在所述第二电极和所述第二配线层之间。
(11)根据(10)所述的固态成像元件，其中
所述第二电极、所述停止层和所述第二配线层的折射率按该顺序增大。
(12)根据(1)至(6)中任一项所述的固态成像元件，进一步地包括：
停止层，其由硬质绝缘材料制成并且设置在所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的所述接合面上以便包围所述第一电极或所述第二电极；和
绝缘膜，其由与所述停止层的材料不同的材料制成并且设置成覆盖所述停止层以及所述第一电极和所述第二电极，其中
所述第一电极和所述第二电极经由所述绝缘膜电连接。
(13)根据(12)所述的固态成像元件，其中
所述绝缘膜具有允许所述第一电极和所述第二电极之间电连接的厚度。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的固态成像元件，其中
所述第一贯通电极是为所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元共同设置的共用贯通电极，并且
所述电荷存储单元是为所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元共同设置的共用电荷存储单元。
(15)根据(14)所述的固态成像元件，其中所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的所述下部电极中的每一个经由所述共用贯通电极电连接到所述半导体基板中的为所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元共同设置的共用像素晶体管。
(16)根据(1)至(15)中任一项所述的固态成像元件，其中所述光电转换膜由有机材料制成。
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的固态成像元件，进一步地包括设置在所述半导体基板中并且配置成将所述光转换成电荷的第三光电转换单元。
(18)一种电子设备，包括：
固态成像元件；
光学系统，其配置成在所述固态成像元件的光接收表面上形成入射光的图像；和
处理器，其配置成控制所述固态成像元件，其中
所述固态成像元件包括：
半导体基板；
第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板的上方并且配置成将光转换成电荷；和
第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的上方并且配置成将光转换成电荷，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元在彼此相对的接合面处接合，
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元中的每一个都具有
层叠结构，其包括：
上部电极；
下部电极；
光电转换膜，其夹在所述上部电极和所述下部电极之间；和
存储电极，其经由所述光电转换膜和绝缘膜与所述上部电极相对，
所述第一光电转换单元的所述下部电极经由贯穿所述半导体基板的第一贯通电极电连接到设置在所述半导体基板中的电荷存储单元，以及
所述第二光电转换单元的所述下部电极经由以下元件电连接到所述电荷存储单元：
第二电极，其设置在所述第二光电转换单元的接合面上；
第一电极，其设置在所述第一光电转换单元的接合面上；
第二贯通电极，其贯穿所述第一光电转换单元；和
所述第一贯通电极。
附图标记列表
1 固态成像装置
10，80 像素阵列单元
32 垂直驱动电路单元
34 列信号处理电路单元
36 水平驱动电路单元
38 输出电路单元
40 控制电路单元
42 像素驱动配线
44 垂直信号线
46 水平信号线
48 输入/输出端子
100，800 固态成像元件
150，350 有机膜
200，520，620，720 配线层
230，530，570，572，670，672，730，770，772 配线
232，573，673，674 电极
240 层间绝缘膜
250，252，254，256，258，260，262 金属膜
300 半导体基板
310，312，410 半导体区域
314，814 浮动扩散单元
342 隔离绝缘膜
352 光致抗蚀剂
400，500，600，700，802，804，806 光电转换元件
402 抗反射膜
404a，404b 波导
406a，406b 内透镜
408a，408b 隔壁
480，578，676 透明导电层
450，462，506，540，562，580，606，640，662，681，706，780 绝缘膜
460，460a，560，560a，630，660，807，860 贯通电极
502，602，702 共用电极
504，604，704 光电转换膜
508，518，608，708 读出电极
508b 接触区域
512，612 传输电极
514，614 屏蔽电极
510，610，710 存储电极
590 屏蔽图案
575，675 虚拟电极
577，579，677 停止层

Claims (18)

1.一种固态成像元件，包括：
半导体基板；
第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板的上方并且配置成将光转换成电荷；和
第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的上方并且配置成将光转换成电荷，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元在彼此相对的接合面处接合，
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元中的每一个都具有层叠结构，其包括：
上部电极；
下部电极；
光电转换膜，其夹在所述上部电极和所述下部电极之间；和
存储电极，其经由所述光电转换膜和绝缘膜与所述上部电极相对，
所述第一光电转换单元的所述下部电极经由贯穿所述半导体基板的第一贯通电极电连接到设置在所述半导体基板中的电荷存储单元，
所述第二光电转换单元的所述下部电极经由以下元件电连接到所述电荷存储单元：
第二电极，其设置在所述第二光电转换单元的接合面上；
第一电极，其设置在所述第一光电转换单元的接合面上以便与所述第二电极相对并且接合到所述第二电极；
第二贯通电极，其贯穿所述第一光电转换单元；和
所述第一贯通电极。
2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中
所述第一电极和所述第二电极由透明导电材料形成。
3.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中
所述第一电极和所述第二电极在沿所述层叠结构的层叠方向切割所述固态成像元件得到的断面中是基本上圆形的。
4.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元分别在各个所述接合面上具有至少一个虚拟电极。
5.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中
在所述第一电极和所述第二电极中形成有至少一个开口。
6.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中
所述第一电极和所述第二电极彼此之间具有不同的尺寸。
7.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的所述接合面中的至少一个设置有停止层，所述停止层由硬质绝缘材料制成并且包围所述第一电极或所述第二电极。
8.根据权利要求7所述的固态成像元件，其中
第一配线层设置在所述第一电极和所述第一光电转换单元的所述上部电极之间，并且
由硬质绝缘材料制成的所述停止层设置在所述第一电极和所述第一配线层之间。
9.根据权利要求8所述的固态成像元件，其中
所述第一电极、所述停止层和所述第一配线层的折射率按该顺序增大。
10.根据权利要求7所述的固态成像元件，其中
第二配线层设置在所述第二电极和所述第二光电转换单元的所述上部电极之间，并且
由硬质绝缘材料制成的所述停止层设置在所述第二电极和所述第二配线层之间。
11.根据权利要求10所述的固态成像元件，其中
所述第二电极、所述停止层和所述第二配线层的折射率按该顺序增大。
12.根据权利要求2所述的固态成像元件，进一步地包括：
停止层，其由硬质绝缘材料制成并且设置在所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的所述接合面上以便包围所述第一电极或所述第二电极；和
绝缘膜，其由与所述停止层的材料不同的材料制成并且设置成覆盖所述停止层以及所述第一电极和所述第二电极，其中
所述第一电极和所述第二电极经由所述绝缘膜电连接。
13.根据权利要求12所述的固态成像元件，其中
所述绝缘膜具有允许所述第一电极和所述第二电极之间电连接的厚度。
14.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中
所述第一贯通电极是为所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元共同设置的共用贯通电极，并且
所述电荷存储单元是为所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元共同设置的共用电荷存储单元。
15.根据权利要求14所述的固态成像元件，其中所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的所述下部电极中的每一个经由所述共用贯通电极电连接到所述半导体基板中的为所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元共同设置的共用像素晶体管。
16.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述光电转换膜由有机材料制成。
17.根据权利要求1所述的固态成像元件，进一步地包括设置在所述半导体基板中并且配置成将所述光转换成电荷的第三光电转换单元。
18.一种电子设备，包括：
固态成像元件；
光学系统，其配置成在所述固态成像元件的光接收表面上形成入射光的图像；和
处理器，其配置成控制所述固态成像元件，其中
所述固态成像元件包括：
半导体基板；
第一光电转换单元，其设置在所述半导体基板的上方并且配置成将光转换成电荷；和
第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的上方并且配置成将光转换成电荷，其中
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元在彼此相对的接合面处接合，
所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元中的每一个都具有
层叠结构，其包括：
上部电极；
下部电极；
光电转换膜，其夹在所述上部电极和所述下部电极之间；和
存储电极，其经由所述光电转换膜和绝缘膜与所述上部电极相对，
所述第一光电转换单元的所述下部电极经由贯穿所述半导体基板的第一贯通电极电连接到设置在所述半导体基板中的电荷存储单元，
所述第二光电转换单元的所述下部电极经由以下元件电连接到所述电荷存储单元：
第二电极，其设置在所述第二光电转换单元的接合面上；
第一电极，其设置在所述第一光电转换单元的接合面上以便与所述第二电极相对并且接合到所述第二电极；
第二贯通电极，其贯穿所述第一光电转换单元；和
所述第一贯通电极。
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