JP2018085402A - 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像素子は、第1電極11、光電変換層15及び第2電極16が積層されて成り、第1電極11と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して光電変換層15と対向して配置された電荷蓄積用電極12を備えた光電変換部を有し、光電変換部は、N個の光電変換部セグメントから構成されており、第n番目の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント12n、絶縁層セグメント82n及び光電変換層セグメント15nから構成されており、nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極11から離れて位置し、第1番目のから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化している。
【選択図】 図1
Description
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
本開示の第1の態様〜第3の態様に係る撮像素子にあっては、電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
本開示の第4の態様〜第5の態様に係る撮像素子にあっては、電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置する。
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
電荷蓄積用電極と絶縁層と光電変換層の積層方向をZ方向、第1電極から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する。尚、断面積の変化は、連続的な変化であってもよいし、階段状の変化であってもよい。
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えた撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている。
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている。
1.本開示の第1の態様〜第6の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子及び本開示の第1の態様〜第4の態様に係る固体撮像装置、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様及び本開示の第6の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子及び本開示の第4の態様に係る固体撮像装置)
3.実施例2(本開示の第2の態様及び本開示の第6の態様に係る撮像素子)
4.実施例3(本開示の第3の態様に係る撮像素子)
5.実施例4(本開示の第4の態様に係る撮像素子)
6.実施例5(本開示の第5の態様に係る撮像素子)
7.実施例6(本開示の第6の態様に係る撮像素子)
8.実施例7(本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置)
9.実施例8(実施例7の変形)
9.実施例9(実施例1〜実施例6の変形)
10.実施例10(実施例1〜実施例6、実施例9の変形)
11.実施例11(実施例1〜実施例6、実施例9〜実施例10の変形)
12.その他
本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置において、撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子の間には転送制御用電極が配設されている形態とすることができる。転送制御用電極は、第1電極側に、第1電極あるいは電荷蓄積用電極と同じレベルに形成されていてもよいし、異なるレベルに形成されていてもよい。あるいは又、転送制御用電極は、第2電極側に、第2電極と同じレベルに形成されていてもよいし、異なるレベルに形成されていてもよい。更には、この好ましい形態を含む本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置にあっては、1つの撮像素子の上方に1つのオン・チップ・マイクロ・レンズが配設されている形態とすることができるし、あるいは又、2つの撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、撮像素子ブロックの上方に1つのオン・チップ・マイクロ・レンズが配設されている形態とすることができる。
半導体基板を更に備えており、
光電変換部は、半導体基板の上方に配置されている形態とすることができる。尚、第1電極、電荷蓄積用電極及び第2電極は、後述する駆動回路に接続されている。
第1電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
開口部の底面には第1電極が露出しており、
第1電極の頂面と接する絶縁層の面を第1面、電荷蓄積用電極と対向する光電変換層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、開口部の側面は、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する形態とすることができ、更には、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する開口部の側面は、電荷蓄積用電極側に位置する形態とすることができる。尚、光電変換層と第1電極との間に他の層が形成されている形態(例えば、光電変換層と第1電極との間に電荷蓄積に適した材料層が形成されている形態)を包含する。
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極及び電荷蓄積用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、光電変換層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、光電変換層に蓄積された電荷が第1電極を経由して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12≧V11、且つ、V22<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12≦V11、且つ、V22>V21
である。
第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第1番目の光電変換部セグメント)に印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第N番目の光電変換部セグメント)に印加される電位よりも高く、
第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第1番目の光電変換部セグメント)に印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第N番目の光電変換部セグメント)に印加される電位よりも低い形態とすることができる。
光電変換層は、絶縁層に設けられた第2開口部内を延在し、電荷排出電極と接続されており、
電荷排出電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
第2開口部の底面には電荷排出電極が露出しており、
電荷排出電極の頂面と接する絶縁層の面を第3面、電荷蓄積用電極と対向する光電変換層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、第2開口部の側面は、第3面から第2面に向かって広がる傾斜を有する形態とすることができる。
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、電荷排出電極に電位V14が印加され、光電変換層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、電荷排出電極に電位V24が印加され、光電変換層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V14>V11、且つ、V24<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V14<V11、且つ、V24>V21
である。
半導体基板には、制御部を構成する少なくとも浮遊拡散層及び増幅トランジスタが設けられており、
第1電極は、浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部に接続されている構成とすることができる。そして、この場合、更には、
半導体基板には、更に、制御部を構成するリセット・トランジスタ及び選択トランジスタが設けられており、
浮遊拡散層は、リセット・トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、
増幅トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、選択トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、選択トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は信号線に接続されている構成とすることができる。
4≦S1’/S1
を満足することが好ましい。
電荷蓄積用電極及び第2電極の上方にはオンチップ・マイクロ・レンズが設けられており、
オンチップ・マイクロ・レンズに入射する光は、電荷蓄積用電極に集光される構成とすることができる。ここで、遮光層は、第2電極の光入射側の面よりも上方に配設されてもよいし、第2電極の光入射側の面の上に配設されてもよい。場合によっては、第2電極に遮光層が形成されていてもよい。遮光層を構成する材料として、クロム(Cr)や銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、光を通さない樹脂(例えば、ポリイミド樹脂)を例示することができる。
[A]第1タイプの青色用光電変換部、第1タイプの緑色用光電変換部及び第1タイプの赤色用光電変換部が、垂直方向に積層され、
第1タイプの青色用撮像素子、第1タイプの緑色用撮像素子及び第1タイプの赤色用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[B]第1タイプの青色用光電変換部及び第1タイプの緑色用光電変換部が、垂直方向に積層され、
これらの2層の第1タイプの光電変換部の下方に、第2タイプの赤色用光電変換部が配置され、
第1タイプの青色用撮像素子、第1タイプの緑色用撮像素子及び第2タイプの赤色用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[C]第1タイプの緑色用光電変換部の下方に、第2タイプの青色用光電変換部及び第2タイプの赤色用光電変換部が配置され、
第1タイプの緑色用撮像素子、第2タイプの青色用撮像素子及び第2タイプの赤色用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[D]第1タイプの青色用光電変換部の下方に、第2タイプの緑色用光電変換部及び第2タイプの赤色用光電変換部が配置され、
第1タイプの青色用撮像素子、第2タイプの緑色用撮像素子及び第2タイプの赤色用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
を挙げることができる。尚、これらの撮像素子の光電変換部の垂直方向における配置順は、光入射方向から青色用光電変換部、緑色用光電変換部、赤色用光電変換部の順、あるいは、光入射方向から緑色用光電変換部、青色用光電変換部、赤色用光電変換部の順であることが好ましい。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。赤色は3色の中では最も長い波長であるので、光入射面から見て赤色用光電変換部を最下層に位置させることが好ましい。これらの撮像素子の積層構造によって、1つの画素が構成される。また、第1タイプの赤外線用光電変換部を備えていてもよい。ここで、第1タイプの赤外線用光電変換部の光電変換層は、例えば、有機系材料から構成され、第1タイプの撮像素子の積層構造の最下層であって、第2タイプの撮像素子よりも上に配置することが好ましい。あるいは又、第1タイプの光電変換部の下方に、第2タイプの赤外線用光電変換部を備えていてもよい。
(1)p型有機半導体から構成する。
(2)n型有機半導体から構成する。
(3)p型有機半導体層/n型有機半導体層の積層構造から構成する。p型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)/n型有機半導体層の積層構造から構成する。p型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)の積層構造から構成する。n型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)の積層構造から構成する。
(4)p型有機半導体とn型有機半導体の混合(バルクヘテロ構造)から構成する。
の4態様のいずれかとすることができる。但し、積層順は任意に入れ替えた構成とすることができる。
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメント(具体的には、各実施例にあっては、3つの光電変換部セグメント101,102,103)から構成されており、
光電変換層15は、N個の光電変換層セグメント(具体的には、各実施例にあっては、3つの光電変換層セグメント151,152,153)から構成されており、
絶縁層82は、N個の絶縁層セグメント(具体的には、各実施例にあっては、3つの絶縁層セグメント821,822,823)から構成されており、
実施例1〜実施例3において、電荷蓄積用電極12は、N個の電荷蓄積用電極セグメント(具体的には、各実施例にあっては、3つの電荷蓄積用電極セグメント121,122,123)から構成されており、
実施例4〜実施例5において、場合によっては、実施例3において、電荷蓄積用電極12は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメント(具体的には、各実施例にあっては、3つの電荷蓄積用電極セグメント121,122,123)から構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメント10nは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント12n、第n番目の絶縁層セグメント82n及び第n番目の光電変換層セグメント15nから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極11から離れて位置する。
第1電極11、光電変換層15及び第2電極16が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極11と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して光電変換層15と対向して配置された電荷蓄積用電極12を備えており、
電荷蓄積用電極12と絶縁層82と光電変換層15の積層方向をZ方向、第1電極11から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極12と絶縁層82と光電変換層15が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する。
4≦S1’/S1
を満足することが好ましく、実施例1にあっては、限定するものではないが、例えば、
S1’/S1=8
とした。尚、実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例4にあっては、3つの光電変換部セグメント101,102,103)の大きさを同じ大きさとし、平面形状も同じとした。
PA・・・・・・・電荷蓄積用電極12と対向した光電変換層15の領域の点PAにおける電位、あるいは、電荷蓄積用電極セグメント123と対向した光電変換層15の領域の点PAにおける電位
PB・・・・・・・電荷蓄積用電極12と第1電極11の中間に位置する領域と対向した光電変換層15の領域の点PBにおける電位、又は、あるいは、電荷蓄積用電極セグメント122と対向した光電変換層15の領域の点PBにおける電位
PC・・・・・・・第1電極11と対向した光電変換層15の領域の点PCにおける電位、あるいは、電荷蓄積用電極セグメント121と対向した光電変換層15の領域の点PCにおける電位
PD・・・・・・・電荷蓄積用電極セグメント123と第1電極11の中間に位置する領域と対向した光電変換層15の領域の点PDにおける電位
FD・・・・・・・第1浮遊拡散層FD1における電位
VOA・・・・・・電荷蓄積用電極12における電位
VOA1・・・・・第1番目の電荷蓄積用電極セグメント121における電位
VOA2・・・・・第2番目の電荷蓄積用電極セグメント122における電位
VOA3・・・・・第3番目の電荷蓄積用電極セグメント123における電位
RST・・・・・・リセット・トランジスタTR1rstのゲート部51における電位
VDD・・・・・・電源の電位
VSL_1・・・・信号線(データ出力線)VSL1
TR1_rst・・リセット・トランジスタTR1rst
TR1_amp・・増幅トランジスタTR1amp
TR1_sel・・選択トランジスタTR1sel
第1電極11’、光電変換層15及び第2電極16が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極11’と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して光電変換層15と対向して配置された電荷蓄積用電極12’を備えた撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極11’が共有されている。
[ステップ−A]
コンパレータへのオートゼロ信号入力
[ステップ−B]
共有された1つの浮遊拡散層のリセット動作
[ステップ−C]
電荷蓄積用電極12’21に対応した撮像素子におけるP相読み出し及び第1電極11’2への電荷の移動
[ステップ−D]
電荷蓄積用電極12’21に対応した撮像素子におけるD相読み出し及び第1電極11’2への電荷の移動
[ステップ−E]
共有された1つの浮遊拡散層のリセット動作
[ステップ−F]
コンパレータへのオートゼロ信号入力
[ステップ−G]
電荷蓄積用電極12’22に対応した撮像素子におけるP相読み出し及び第1電極11’2への電荷の移動
[ステップ−H]
電荷蓄積用電極12’22に対応した撮像素子におけるD相読み出し及び第1電極11’2への電荷の移動
という流れで、電荷蓄積用電極12’21及び電荷蓄積用電極12’22に対応した2つの撮像素子からの信号を読み出す。相関2重サンプリング(CDS)処理に基づき、[ステップ−C]におけるP相読み出しと[ステップ−D]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極12’21に対応した撮像素子からの信号であり、[ステップ−G]におけるP相読み出しと[ステップ−H]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極12’22に対応した撮像素子からの信号である。
具体的には、先ず、電荷蓄積用電極12’11に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を第1電極11’から読み出す。次に、電荷蓄積用電極12’12に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を、電荷蓄積用電極12’11に対向する光電変換層15の領域を経由して、第1電極11’から読み出す。次に、電荷蓄積用電極12’13に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を、電荷蓄積用電極12’12及び電荷蓄積用電極12’11に対向する光電変換層15の領域を経由して、第1電極11’から読み出す。
その後、電荷蓄積用電極12’21に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’11に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’22に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’12に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’23に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’13に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’24に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’14に対向する光電変換層15の領域に移動させる。
電荷蓄積用電極12’31に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’21に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’32に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’22に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’33に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’23に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’34に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’24に対向する光電変換層15の領域に移動させる。
電荷蓄積用電極12’41に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’31に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’42に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’32に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’43に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’33に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’44に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’34に対向する光電変換層15の領域に移動させる。
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極12’21に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極12’22に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極12’23に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極12’24に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を、第1電極11’を経由して読み出すことができる。
その後、電荷蓄積用電極12’21に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’11に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’22に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’12に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’23に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’13に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’24に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’14に対向する光電変換層15の領域に移動させる。
電荷蓄積用電極12’31に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’21に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’32に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’22に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’33に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’23に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’34に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’24に対向する光電変換層15の領域に移動させる。
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極12’31に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極12’32に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極12’33に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極12’34に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を、第1電極11’を経由して読み出すことができる。
その後、電荷蓄積用電極12’21に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’11に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’22に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’12に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’23に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’13に対向する光電変換層15の領域に移動させる。電荷蓄積用電極12’24に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極12’14に対向する光電変換層15の領域に移動させる。
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極12’41に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極12’42に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極12’43に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極12’44に対向する光電変換層15の領域に蓄積された電荷を、第1電極11’を経由して読み出すことができる。
全ての撮像素子において、一斉に、光電変換層15に電荷を蓄積しながら、第1電極11における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子において、一斉に、光電変換層15に蓄積された電荷を第1電極11に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子において第1電極11に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す。
[A01]《撮像素子:第1の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化している撮像素子。
[A02]《撮像素子:第2の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化している撮像素子。
[A03]《撮像素子:第3の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、絶縁層セグメントを構成する材料が異なる撮像素子。
[A04]《撮像素子:第4の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なる撮像素子。
[A05]《撮像素子:第5の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっている撮像素子。
[A06]《撮像素子:第6の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
電荷蓄積用電極と絶縁層と光電変換層の積層方向をZ方向、第1電極から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する撮像素子。
[B01]半導体基板を更に備えており、
光電変換部は、半導体基板の上方に配置されている[A01]乃至[A06]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B02]第1電極は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、光電変換層と接続されている[A01]乃至[B01]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B03]光電変換層は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、第1電極と接続されている[A01]乃至[B01]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B04]第1電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
開口部の底面には第1電極が露出しており、
第1電極の頂面と接する絶縁層の面を第1面、電荷蓄積用電極と対向する光電変換層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、開口部の側面は、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する[B03]に記載の撮像素子。
[B05]第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する開口部の側面は、電荷蓄積用電極側に位置する[B04]に記載の撮像素子。
[B06]《第1電極及び電荷蓄積用電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極及び電荷蓄積用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、光電変換層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、光電変換層に蓄積された電荷が第1電極を経由して制御部に読み出される[A01]乃至[B05]のいずれか1項に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極より高い場合、
V12≧V11、且つ、V22<V21
であり、第1電極の電位が第2電極より低い場合、
V12≦V11、且つ、V22>V21
である。
[B07]《電荷排出電極》
光電変換層に接続され、第1電極及び電荷蓄積用電極と離間して配置された電荷排出電極を更に備えている[A01]乃至[B06]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B08]電荷排出電極は、第1電極及び電荷蓄積用電極を取り囲むように配置されている[B07]に記載の撮像素子。
[B09]光電変換層は、絶縁層に設けられた第2開口部内を延在し、電荷排出電極と接続されており、
電荷排出電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
第2開口部の底面には電荷排出電極が露出しており、
電荷排出電極の頂面と接する絶縁層の面を第3面、電荷蓄積用電極と対向する光電変換層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、第2開口部の側面は、第3面から第2面に向かって広がる傾斜を有する[B07]又は[B08]に記載の撮像素子。
[B10]《第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、電荷排出電極に電位V14が印加され、光電変換層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、電荷排出電極に電位V24が印加され、光電変換層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される[B07]乃至[B09]のいずれか1項に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極より高い場合、
V14>V11、且つ、V24<V21
であり、第1電極の電位が第2電極より低い場合、
V14<V11、且つ、V24>V21
である。
[B11]第1電極の電位が第2電極より高い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位よりも高く、
第1電極の電位が第2電極より低い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位よりも低い[A01]乃至[B10]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B12]半導体基板には、制御部を構成する少なくとも浮遊拡散層及び増幅トランジスタが設けられており、
第1電極は、浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部に接続されている[A01]乃至[B11]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B13]半導体基板には、更に、制御部を構成するリセット・トランジスタ及び選択トランジスタが設けられており、
浮遊拡散層は、リセット・トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、
増幅トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、選択トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、選択トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は信号線に接続されている[B12]に記載の撮像素子。
[B14]電荷蓄積用電極の大きさは第1電極よりも大きい[A01]乃至[B13]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B15]第2電極側から光が入射し、第2電極よりの光入射側には遮光層が形成されている[A01]乃至[B14]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B16]第2電極側から光が入射し、第1電極には光が入射しない[A01]乃至[B14]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B17]第2電極よりの光入射側であって、第1電極の上方には遮光層が形成されている[B16]に記載の撮像素子。
[B18]電荷蓄積用電極及び第2電極の上方にはオンチップ・マイクロ・レンズが設けられており、
オンチップ・マイクロ・レンズに入射する光は、電荷蓄積用電極に集光される[B16]に記載の撮像素子。
[C01]《積層型撮像素子》
[A01]乃至[B18]のいずれか1項に記載の撮像素子を少なくとも1つ有する積層型撮像素子。
[D01]《固体撮像装置:第1の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えた撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。
[D02]《固体撮像装置:第2の態様》
[A01]乃至[B17]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。
[D03]撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子の間には転送制御用電極が配設されている[D01]又は[D02]に記載の固体撮像装置。
[D04]1つの撮像素子の上方に1つのオン・チップ・マイクロ・レンズが配設されている[D01]乃至[D03]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D05]2つの撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックの上方に1つのオン・チップ・マイクロ・レンズが配設されている[D01]乃至[D04]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D06]複数の撮像素子に対して1つの浮遊拡散層が設けられている[D01]乃至[D05]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D07]第1電極は、各撮像素子の電荷蓄積用電極に隣接して配置されている[D01]乃至[D06]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D08]第1電極が、複数の撮像素子の一部の電荷蓄積用電極に隣接して配置されており、複数の撮像素子の残りの電荷蓄積用電極とは隣接して配置されてはいない[D01]乃至[D07]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D09]撮像素子を構成する電荷蓄積用電極と撮像素子を構成する電荷蓄積用電極との間の距離は、第1電極に隣接した撮像素子における第1電極と電荷蓄積用電極との間の距離よりも長い[D08]に記載の固体撮像装置。
[E01]《固体撮像装置:第3の態様》
[A01]乃至[A06]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
[E02]《固体撮像装置:第4の態様》
[C01]に記載の積層型撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
[F01]《固体撮像装置の駆動方法》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第2電極側から光が入射し、第1電極には光が入射しない構造を有する撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
全ての撮像素子において、一斉に、光電変換層に電荷を蓄積しながら、第1電極における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子において、一斉に、光電変換層に蓄積された電荷を第1電極に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子において第1電極に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す固体撮像装置の駆動方法。
Claims (14)
- 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化している撮像素子。 - 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化している撮像素子。 - 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、絶縁層セグメントを構成する材料が異なる撮像素子。 - 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なる撮像素子。 - 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっている撮像素子。 - 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
電荷蓄積用電極と絶縁層と光電変換層の積層方向をZ方向、第1電極から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する撮像素子。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の撮像素子を少なくとも1つ有する積層型撮像素子。
- 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えた撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。 - 撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子の間には転送制御用電極が配設されている請求項8又は請求項9に記載の固体撮像装置。
- 1つの撮像素子の上方に1つのオン・チップ・マイクロ・レンズが配設されている請求項8又は請求項9に記載の固体撮像装置。
- 2つの撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックの上方に1つのオン・チップ・マイクロ・レンズが配設されている請求項8又は請求項9に記載の固体撮像装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
- 請求項7に記載の積層型撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
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