JP7256808B2 - 固体撮像素子及び電子装置 - Google Patents

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Description

本技術は、固体撮像素子及び電子装置に関する。
近年、デジタルカメラ等の超小型化及び高画質化を実現するために、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子の研究が盛んに行われている。
例えば、ＩＧＺＯからなる下層半導体層と上層光電変換層との積層層構造を有する撮像素子が提案されている（特許文献１を参照。）。
特開２０１７－１５７８１６号公報
しかしながら、特許文献１で提案された技術では、固体撮像素子の信頼性の更なる向上が図れないおそれがある。
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、信頼性を更に向上させることを実現できる固体撮像素子及び電子装置を提供することを主目的とする。
本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、驚くべきことに、固体撮像素子の信頼性を飛躍的に向上させることに成功し、本技術を完成するに至った。
本技術では、まず、第１の側面として、光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
該第１酸化物半導体層の膜密度が、該第２酸化物半導体層の膜密度よりも高い、固体撮像素子を提供する。
本技術の第１の側面である固体撮像素子において、前記第１酸化物半導体層の水素濃度が、前記第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低くてよい。
本技術の第１の側面である固体撮像素子において、前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含んでよい。
本技術の第１の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術の第１の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術の第１の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含んでよく、
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術では、第２の側面として、光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
該第１酸化物半導体層の水素濃度が、該第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子を提供する。
本技術の第２の側面である固体撮像素子において、前記第１酸化物半導体層の膜密度が、前記第２酸化物半導体層の膜密度よりも高くてよい。
本技術の第２の側面である固体撮像素子において、前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含んでよい。
本技術の第２の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術の第２の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術の第２の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含んでよく、
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術では、第３の側面として、光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
該第１酸化物半導体層の膜密度が、該第２酸化物半導体層の膜密度よりも高く、かつ、該第１酸化物半導体層の水素濃度が、該第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子を提供する。
本技術の第３の側面である固体撮像素子において、前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含んでよい。
本技術の第３の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術の第３の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術の第３の側面である固体撮像素子において、前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含んでよく、
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含んでよい。
本技術では、第４の側面として、本技術の第１の側面から第３の側面である固体撮像素子のうち、いずれか１つの側面である固体撮像素子を備える、電子装置を提供する。
本技術によれば、固体撮像素子の信頼性を向上させることができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 図２は、本技術を適用した固体撮像素子に含まれる第１酸化物半導体層及び第２酸化物半導体層の構成例を模式的に示した断面図である。 図３は、水蒸気雰囲気下のアニールと、第１酸化物半導体層中の水素濃度との関係を示す図である。 図４は、重水アニール後の重水素と第１酸化物半導体層の膜密度との関係を示す図である。 図５は、酸素ガス流量と第１酸化物半導体層の膜密度との関係を示す図である。 図６は、水蒸気雰囲気下のアニール前後によるＴＦＴ特性を説明するための図である。 図７は、本技術を適用した固体撮像素子の全体構成を表すブロック図である。 図８は、本技術を適用した固体撮像素子の使用例を示す図である。 図９は、本技術を適用した電子装置の一例の機能ブロック図である。 図１０は、内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図１１は、カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 図１２は、車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図１３は、車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向又は上側を意味し、「下」とは、図中の下方向又は下側を意味し、「左」とは図中の左方向又は左側を意味し、「右」とは図中の右方向又は右側を意味する。また、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施形態（固体撮像素子の例１）
３．第２の実施形態（固体撮像素子の例２）
４．第３の実施形態（固体撮像素子の例３）
５．第４の実施形態（電子装置の例）
６．本技術を適用した固体撮像素子の使用例
７．内視鏡手術システムへの応用例
８．移動体への応用例
＜１．本技術の概要＞
まず、本技術の概要を説明する。
高品位なＴＦＴ特性と高信頼性とを、例えばＩＧＺＯ膜で得るためには成膜後の水蒸気雰囲気下のアニールによる水素終端化が必要である。水素終端化により、低トラップ密度化が可能となるからである。ところで、高膜密度なＩＧＺＯ膜単層では水素拡散速度が低い。したがって、膜底部のチャネル部まで高品位な状態にするには水素終端がされ易い低膜密度膜が好ましい。
一方、表面近傍（例えば、ＩＧＺＯ膜と光電変換層（ｎ型バッファ層）との界面、以下同じ。）は、低膜密度であるＩＧＺＯ膜とすると、ＯＨ吸着、水（Ｈ２Ｏ）脱離がし易くキャリアが形成されてしまう。
電荷蓄積層には、例えば、酸化物半導体が用いられるが（酸化物半導体層）、電荷蓄積層（酸化物半導体層）の表面は不安定であるため、光電変換層（光電変換膜）と電荷蓄積層（酸化物半導体層）との界面で酸素欠損ができやすい場合がある。
以上から、下層の第２酸化物半導体層に水素拡散性の良い低膜密度層とし、上層の第１酸化物半導体層をＯＨ吸着、水（Ｈ２Ｏ）の脱離を抑制する高膜密度層とすることで表面近傍（例えば、ＩＧＺＯ膜と光電変換層（ｎ型バッファ層）との界面）のキャリア生成の抑制をすることができる。また、第１酸化物半導体層は第２酸化物半導体層に対して、低水素濃度とすることで表面近傍の水素脱離を抑制することができる。
すなわち、本技術に係る固体撮像素子は、第１及び第２の酸化物半導体層の表面、例えばＩＧＺＯの表面のＯＨ吸着、Ｈ２Ｏ脱離を抑制するために、本技術に係る固体撮像素子に備えられる第１酸化物半導体層は、本技術に係る固体撮像素子に備えられる第２酸化物半導体層よりも高い膜密度を有するか、低い水素濃度を有するか、又は高い膜密度を有して、かつ、低い水素濃度を有する、固体撮像素子である。
以下、本技術に係る実施形態の固体撮像素子について、詳細に説明をする。
＜２．第１の実施形態（固体撮像素子の例１）＞
本技術に係る第１の実施形態（固体撮像素子の例１）の固体撮像素子は、光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、第１酸化物半導体層の膜密度が、第２酸化物半導体層の膜密度よりも高い、固体撮像素子である。
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子によれば、固体撮像素子の信頼性を向上させることができ、より詳しくは、高密度層である第１酸化物半導体層の導入により、第２酸化物半導体層の酸化物半導体からの水（Ｈ２Ｏ）の脱離を抑制して、光電変換層（又は後述する、ｎ型バッファ層）と接する第１酸化物半導体層の表面のキャリア濃度の増加を抑制することができる。
第１酸化物半導体層の膜密度の値は、任意の値でよいが、６．１１～６．３５ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、第２酸化物半導体層の膜密度の値は、任意の値でよいが、５．８０～６．１０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子において、第１酸化物半導体層の水素濃度が、第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低いことが好ましい。第１酸化物半導体層の水素濃度は、任意の濃度でよいが、１．０Ｅ１８～９．０Ｅ１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることが好ましく、第２酸化物半導体層の水素濃度は、任意の濃度でよいが、１．０Ｅ２０～５．０Ｅ２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
図１に、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子１０を示す。図１は、固体撮像素子１０の断面図である。固体撮像素子１０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置（撮像装置１００１；図８参照）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。
固体撮像素子１０は、第２光電変換部（不図示）が形成された半導体基板３０と第１光電変換部１０Ａとを備える。固体撮像素子１０は、対向配置された下部電極１１（第２電極）と上部電極（第１電極）１６との間に、光電変換層１５を有する。下部電極（第２電極）１１と光電変換層１５との間には、絶縁層１２を介して、光電変換層１５の方向（図１の上方向）から順に、第１酸化物半導体層１４と第２酸化物半導体層１３とが設けられている。下部電極１１は、互いに独立した複数の電極として読み出し電極１１Ａと、蓄積電極１１Ｂと、例えば、読み出し電極１１Ａと蓄積電極１１Ｂとの間に配置された転送電極１１Ｃとを有し、蓄積電極１１Ｂ及び転送電極１１Ｃは絶縁層１２によって覆われ、読み出し電極１１Ａは絶縁層１２に設けられた開口部Ｗを介して第２酸化物半導体層１３と電気的に接続されている。
なお、固体撮像素子１０には、第１酸化物半導体層１４と光電変換層１５との間に、ｎ型バッファ層１８が設けられ、上部電極（第１電極）１６と光電変換層１５との間に、ｐ型バッファ層１７が設けられている。また、固体撮像素子１０には、第１光電変換部１０Ａを覆うように封止膜１９が形成されている。
第１酸化物半導体層１４及び第２酸化物半導体層１３のそれぞれは、酸化物半導体材料を含んで構成されている。酸化物半導体材料としては、例えば、ＩＧＺＯ（Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系酸化物半導体），ＺＴＯ（Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ系酸化物半導体），ＩＧＺＴＯ（Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ系酸化物半導体）、ＧＴＯ（Ｇａ－Ｓｎ－Ｏ系酸化物半導体）およびＩＧＯ（Ｉｎ－Ｇａ－Ｏ系酸化物半導体）が挙げられる。第１酸化物半導体層１４及び第２酸化物半導体層１３のそれぞれは、上記酸化物半導体材料を少なくとも１種用いることが好ましく、なかでもＩＧＺＯが好適に用いられる。
第１酸化物半導体層１４及び第２酸化物半導体層１３の合計の厚みは、例えば、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
第１酸化物半導体層１４及び第２酸化物半導体層１３のそれぞれは、光電変換層１５内で発生した信号電荷を蓄積すると共に、読み出し電極１１Ａへ転送するためのものである。第１酸化物半導体層１４及び第２酸化物半導体層１３のそれぞれは、光電変換層１５よりも電荷の移動度が高く、且つ、バンドギャップが大きな材料を用いて形成されていることが好ましい。これにより、例えば、電荷の転送速度を向上させることが可能になる共に、読み出し電極１１Ａから第１酸化物半導体層１４及び第２酸化物半導体層１３への正孔の注入が抑制される。
光電変換層１５は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、例えば、４００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長域の光を吸収した際に生じる励起子が電子と正孔とに分離する場を提供するものである。光電変換層１５の厚みは、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、好ましくは３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。
光電変換層１５を構成する材料としては、有機系材料や無機系材料を挙げることができる。
光電変換層１５を有機系材料から構成する場合、光電変換層を以下（（１）～（４））のような構成にすることができる。
（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。
ｐ型有機半導体として、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。
ｎ型有機半導体として、フラーレン及びフラーレン誘導体〈例えば、Ｃ６０や、Ｃ７０，Ｃ７４等のフラーレン（高次フラーレン）、内包フラーレン等）又はフラーレン誘導体（例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭフラーレン化合物、フラーレン多量体等）〉、ｐ型有機半導体よりもＨＯＭＯ及びＬＵＭＯが大きい（深い）有機半導体、透明な無機金属酸化物を挙げることができる。ｎ型有機半導体として、具体的には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。フラーレン誘導体に含まれる基等として、ハロゲン原子；直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基；直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基；ハロゲン化物を有する基；パーシャルフルオロアルキル基；パーフルオロアルキル基；シリルアルキル基；シリルアルコキシ基；アリールシリル基；アリールスルファニル基；アルキルスルファニル基；アリールスルホニル基；アルキルスルホニル基；アリールスルフィド基；アルキルスルフィド基；アミノ基；アルキルアミノ基；アリールアミノ基；ヒドロキシ基；アルコキシ基；アシルアミノ基；アシルオキシ基；カルボニル基；カルボキシ基；カルボキソアミド基；カルボアルコキシ基；アシル基；スルホニル基；シアノ基；ニトロ基；カルコゲン化物を有する基；ホスフィン基；ホスホン基；これらの誘導体を挙げることができる。有機系材料から構成された光電変換層（『有機光電変換層』と呼ぶ場合がある。）の厚さは、限定するものではないが、例えば、１×１０-8ｍ乃至５×１０-7ｍ、好ましくは２．５×１０-8ｍ乃至３×１０-7ｍ、より好ましくは２．５×１０-8ｍ乃至２×１０-7ｍ、一層好ましくは１×１０-7ｍ乃至１．８×１０-7ｍを例示することができる。
なお、有機半導体は、ｐ型と、ｎ型とに分類されることが多いが、ｐ型とは正孔を輸送し易いという意味であり、ｎ型とは電子を輸送し易いという意味であり、無機半導体のように熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているという解釈に限定されない。
あるいは又、緑色の波長の光を光電変換する有機光電変換層を構成する材料として、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を挙げることができるし、青色の光を光電変換する有機光電変換層を構成する材料として、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を挙げることができるし、赤色の光を光電変換する有機光電変換層を構成する材料として、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）を挙げることができる。
あるいは又、光電変換層を構成する無機系材料として、結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、結晶セレン、アモルファスセレン、及び、カルコパライト系化合物であるＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2）、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＡｌＳ2、ＣｕＡｌＳｅ2、ＣｕＧａＳ2、ＣｕＧａＳｅ2、ＡｇＡｌＳ2、ＡｇＡｌＳｅ2、ＡｇＩｎＳ2、ＡｇＩｎＳｅ2、あるいは又、ＩＩＩ－Ｖ族化合物であるＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、更には、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、Ｉｎ2Ｓｅ3、Ｉｎ2Ｓ3、Ｂｉ2Ｓｅ3、Ｂｉ2Ｓ3、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等の化合物半導体を挙げることができる。加えて、これらの材料から成る量子ドットを光電変換層に使用することも可能である。
第２電極１１（１１Ａ～１１Ｃ）は、透明導電材料からなる透明電極が好ましい。第２電極１１Ａ～１１Ｃのそれぞれは、同じ材料から構成されてもよいし、異なる材料から構成されてもよい。第２電極１１Ａ～１１Ｃのそれぞれは、スパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ）によって形成することができる。
透明導電材料としては、例えば、酸化インジウム、インジウム－錫酸化物（ＩＴＯ，Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムを添加したインジウム－亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化ガリウムにドーパントとしてインジウムを添加したインジウム－ガリウム酸化物（ＩＧＯ）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムとガリウムを添加したインジウム－ガリウム－亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ、Ｉｎ－ＧａＺｎＯ4）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムと錫を添加したインジウム－錫－亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化亜鉛（他元素をドープしたＺｎＯを含む）、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウムを添加したアルミニウム－亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、酸化亜鉛にドーパントとしてガリウムを添加したガリウム－亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化チタンにドーパントとしてニオブを添加したニオブ－チタン酸化物(ＴＮＯ)、酸化アンチモン、スピネル型酸化物、ＹｂＦｅ2Ｏ4構造を有する酸化物を例示することができる。
第１電極１６は、例えば、酸化インジウム錫膜、酸化インジウム亜鉛膜等の透明導電膜等で形成される。
絶縁層１２の材料としては、酸化ケイ素系材料、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物高誘電絶縁材料等の無機系絶縁材料が挙げられる。この他、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、Ｎ－２（アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＥＡＰＴＭＳ）、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等のシラノール誘導体（シランカップリング剤）、ノボラック型フェノール樹脂、フッ素系樹脂、オクタデカンチオール、ドデシルイソシアネイト等の一端に制御電極と結合可能な官能基を有する直鎖炭化水素類にて例示される有機系絶縁材料（有機ポリマー）を挙げることができ、これらを組み合わせて用いることもできる。なお、酸化ケイ素系材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低誘電率材料（例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマーおよびベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボンおよび有機ＳＯＧ）が挙げられる。
絶縁層１２は、蓄積電極１１Ｂおよび転送電極１１Ｃと第２酸化物半導体層１３とを電気的に分離するためのものである。絶縁層１２は、下部電極１１を覆うように設けられている。また、絶縁層１２には、下部電極１１のうち、読み出し電極１１Ａ上に開口部が設けられており、この開口部を介して、読み出し電極１１Ａと電荷蓄積層１３とが電気的に接続されている。開口１２Ｈの側面は、例えば、図２に示したように、光入射側Ｓ１に向かって広がる傾斜を有することが好ましい。これにより、電荷蓄積層１３から読み出し電極（第３電極）１１Ａへの電荷の移動がより滑らかとなる。
ｐ型バッファ層１７は、光電変換層１５で生じた正孔の第１電極１６への供給を促進するためのものであり、例えば、酸化モリブデン（ＭｏＯ３），酸化ニッケル（ＮｉＯ）又は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）等により構成されていてよい。ＰＥＤＯＴ（Ｐｏｌｙ(３，４-ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)）、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ'-Ｂｉｓ(３-ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ)-Ｎ，Ｎ'-ｄｉｐｈｅｎｙｌｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）、２Ｔ－ＮＡＴＡ（4,4',4''-トリス[2-ナフチル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミン）等の有機材料によりｐ型バッファ層（正孔輸送層）を構成するようにしてもよい。
ｎ型バッファ層１８は、光電変換層１５で生じた電子の第２電極１１Ａへの供給を促進するためのものであり、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等により構成されていてよい。酸化チタンと酸化亜鉛とを積層させてｎ型バッファ層１８を構成するようにしてもよい。また、ｎ型バッファ層１８は、高分子半導体材料、有機系材料、例えば、ピリジン、キノリン、アクリジン、インドール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、フェナントロリンのようなＮを含む複素環を分子骨格の一部にする有機分子および有機金属錯体であって、更に可視光領域の吸収が少ない材料から構成されてもよい。
読み出し電極１１Ａは、光電変換層１５内で発生した信号電荷をフローティングディフュージョン（不図示）に転送するためのものである。
蓄積電極１１Ｂは、光電変換層１５内で発生した電荷のうち、信号電荷（電子）を第１酸化物半導体層１４及び第２酸化物半導体層１３に蓄積するためのものである。蓄積電極１１Ｂは、読み出し電極１１Ａよりも大きいことが好ましく、これにより、多くの電荷を蓄積することができる。
転送電極１１Ｃは、蓄積電極１１Ｂで蓄積された電荷の読み出し電極１１Ａへの転送の効率を向上させるためのものであり、読み出し電極１１Ａと蓄積電極１１Ｂとの間に設けられている。この転送電極１１Ｃは、例えば、駆動回路を構成する画素駆動回路に接続されている。読み出し電極１１Ａ、蓄積電極１１Ｂおよび転送電極１１Ｃは、各々独立して電圧を印加することが可能となっている。
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子は、公知の方法、例えば、スパッタ法、フォトリソグラフィ技術によりパターニングしてドライエッチング又はウェットエッチングする方法、湿式成膜法を用いて製造することができる。湿式成膜法としては、例えば、スピンコート法，浸漬法，キャスト法，スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法，スタンプ法，スプレー法，エアドクタコーター法，ブレードコーター法，ロッドコーター法，ナイフコーター法，スクイズコーター法，リバースロールコーター法，トランスファーロールコーター法，グラビアコーター法，キスコーター法，キャストコーター法，スプレーコーター法，スリットオリフィスコーター法，カレンダーコーター法といった各種コーティング法が挙げられる。
図７は、固体撮像素子１００１を表す機能ブロック図である。この固体撮像素子１００１は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像エリアとしての画素部１０１ａを有すると共に、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２からなる回路部１３０を有している。この画素部１ａの周辺領域あるいは画素部１０１ａと積層されて、回路部１３０は、画素部１０１ａの周辺領域に設けられていてもよいし、画素部１０１ａと積層されて（画素部１０１ａに対向する領域に）設けられていてもよい。
画素部１０１ａは、例えば行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐ（例えば、固体撮像素子（１画素分）１０に相当）を有している。この単位画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１０１ａの各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１３５に伝送され、当該水平信号線１３５を通して外部へ出力される。
システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、固体撮像素子１００１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの駆動制御を行う。
図２は、本技術に係る固体撮像素子に含まれる第１酸化物半導体層及び第２酸化物半導体層の構成例を模式的に示した断面図である。図２（ａ）は第２酸化物半導体層１３ａを示し、図２（ｂ）は、第２酸化物半導体層１３ｂ上に低水素濃度の第１酸化物半導体層１４ｂが配されていることを示し（例えば、後述の第２の実施形態の固体撮像素子に適用することができる。）、図２（ｃ）は、第２酸化物半導体層１３ｃ上に高膜密度の第１酸化物半導体層１４ｃが配されていることを示す（例えば、第１の実施形態の固体撮像素子に適用することができる。）。第２酸化物半導体層１３ａ、１３ｂ及び１３ｃは、トラップの少ない膜であり、Ｈ２Ｏアニール等で水素終端状態であるため、ある程度の水素量が含まれた膜であって、アニール回復できる程度の膜密度を有する。第１酸化物半導体層１４ｂは、表面の水素脱離を抑制する膜であり、第１酸化物半導体層１４ｃは、脱水抑制膜である。
図３は、水蒸気雰囲気下のアニールと、第１酸化物半導体層中の水素濃度との関係を示す図である。図３の横軸は、第１酸化物半導体層（又は第２酸化物半導体層）の深さ（厚み方向の長さ）（Ｄｅｐｔｈ（ｎｍ））を示し、図３の縦軸の左側はＨ／Ｏ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示し、図３の縦軸の右側はＣｏｕｎｔｓを示す。水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）のデータは、図３の縦軸の左側（Ｈ／Ｏ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３））に相当し、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）のデータは、図３の縦軸の右側（Ｃｏｕｎｔｓ）に相当する。インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び酸素（Ｏ）のデータにより、第１酸化物半導体層（又は第２酸化物半導体層）の膜厚（深さ）を確認することができる。
図３（ａ）は、アニールしないときの第１酸化物半導体層中の水素濃度との関係を示す図であり、図３（ｂ）は、アニール（１５０℃、２ｈｏｕｒ）と第１酸化物半導体層中の水素濃度との関係を示す図であり、図３（ｃ）は、アニール（３５０℃、２ｈｏｕｒ）と第１酸化物半導体層中の水素濃度との関係を示す図である。図３には、水蒸気雰囲気下でのアニール温度による第１酸化物半導体層中（膜中）の水素濃度の増加が示されている。アニール１５０℃（×２ｈｏｕｒ）では成膜直後（アニールなし）と変化ないが、３５０℃（×２ｈｏｕｒ）で膜表面側から勾配をもって深さ１００ｎｍまで２０乗以上の水素濃度が得られる。なお、図３は、第２酸化物半導体層に対しても同様なことがいえる。
図４は、重水アニール後の重水素と第１酸化物半導体層の膜密度との関係を示す図である。図４の横軸は、第１酸化物半導体層（又は第２酸化物半導体層）の深さ（厚み方向の長さ）（Ｄｅｐｔｈ（ｎｍ））を示し、図４の縦軸の左側はＤ／Ｈ／Ｏ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示し、図４の縦軸の右側はＣｏｕｎｔｓを示す。重水素（Ｄ）、水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）のデータは、図４の縦軸の左側（Ｄ／Ｈ／Ｏ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３））に相当し、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）のデータは、図４の縦軸の右側（Ｃｏｕｎｔｓ）に相当する。インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び酸素（Ｏ）のデータにより、第１酸化物半導体層（又は第２酸化物半導体層）の膜厚（深さ）を確認することができる。
図４（ａ）は、重水アニール後の重水素と第１酸化物半導体層の膜密度（６．１２ｇ／ｃｍ３）との関係を示す図であり、図４（ｂ）は、重水アニール後の重水素と第１酸化物半導体層の膜密度（６．２８ｇ／ｃｍ３）との関係を示す図である。図４には、第１酸化物半導体層（ＩＧＺＯ膜）の膜密度による水蒸気雰囲気下アニールでの水素濃度の違いが示されている。元から膜中にある水素と区別するため重水素水雰囲気下でアニールしている。膜密度６．１２ｇ／ｃｍ３（図４（ａ））では、１Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上が得られるが、膜密度６．２８ｇ／ｃｍ３（図４（ｂ））では水素濃度が１Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる。なお、図４は、第２酸化物半導体層に対しても同様なことがいえる。
図５は、酸素ガス流量と第１酸化物半導体層の膜密度との関係を示す図である。図５の横軸は、Ｏ２／（Ａｒ＋Ｏ２） Ｆｌｏｗ Ｒａｔｉｏを示し、図５の縦軸は、ＸＲＤ Ｄｅｎｓｉｔｙ ［／ｃｍ３］を示す。
酸素ガス流量を増減させると膜密度が変化させることが可能である。投入パワー（図５に示されるＰｏｗｅｒ Ａ及びＰｏｗｅｒ Ｂ）を変えることでも膜密度を変化させることが可能である。なお、図５は、第２酸化物半導体層に対しても同様なことがいえる。
図６は、水蒸気雰囲気下のアニール前後によるＴＦＴ特性を説明するための図である。図６の横軸はＶＧＳ［Ｖ］（ゲート電圧）であり、図６の縦軸はＩＤ［Ａ］（ドレイン電流）である。
水蒸気雰囲気下のアニール前後でのＩＧＺＯ膜（第１酸化物半導体層）を用いたＴＦＴのＩｄ－Ｖｇ特性を示す。図６に示されるよう、水素導入による膜中トラップの低減で閾値電圧が０Ｖ付近となり急峻な立ち上りを示す。なお、図６は、第２酸化物半導体層に対しても同様なことがいえる。
＜３．第２の実施形態（固体撮像素子の例２）＞
本技術に係る第２の実施形態（固体撮像素子の例２）の固体撮像素子は、光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、第１酸化物半導体層の水素濃度が、第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子である。
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像素子によれば、固体撮像素子の信頼性を向上させることができ、より詳しくは、低水素濃度層である第１酸化物半導体層の導入により光電変換層（ｎ型バッファ層）側へのＨ２Ｏ脱離によるキャリア濃度の増加が抑制される。すなわち、低水素濃度である第１酸化物半導体層は、水（Ｈ２Ｏ）が脱離しにくく、表面（光電変換層（又はｎ型バッファ層）と接する表面）の酸素欠損生成が抑制され得る。
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像素子において、第１酸化物半導体層の膜密度が、第２酸化物半導体層の膜密度よりも高いことが好ましい。
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像素子について、上記で説明をした以外は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子の欄で説明した内容（図１～図７に関する内容を含む。）がそのまま適用することができる。
＜４．第３の実施形態（固体撮像素子の例３）＞
本技術に係る第３の実施形態（固体撮像素子の例３）の固体撮像素子は、光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、第１酸化物半導体層の膜密度が、第２酸化物半導体層の膜密度よりも高く、かつ、第１酸化物半導体層の水素濃度が、第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子である。
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像素子によれば、高密度層であって、かつ、低水素濃度ある第１酸化物半導体層の導入により、第２酸化物半導体層の酸化物半導体からのＨ２Ｏの脱離を抑制して、光電変換層（又はｎバッファ層）と接する第１酸化物半導体層の表面のキャリア濃度の増加を抑制することができ、さらには、光電変換層（ｎ型バッファ層）側へのＨ２Ｏ脱離によるキャリア濃度の増加が抑制される。すなわち、本技術に係る第３の実施形態の固体撮像素子の第１酸化物半導体層は、低水素濃度層でもあるので、水（Ｈ２Ｏ）が脱離をしにくく、表面（光電変換層（又はｎバッファ層）と接する表面）の酸素欠損生成が抑制され得る。
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像素子について、上記で説明をした以外は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子の欄で説明した内容（図１～図７に関する内容を含む。）がそのまま適用することができる。
＜５．第４の実施形態（電子装置の例）＞
本技術に係る第４の実施形態の電子装置は、本技術に係る第１～３の実施形態の固体撮像素子のいずれか１つの実施形態の固体撮像素子を備える、電子装置である。本技術に係る第１～３の実施形態の固体撮像素子は上記のとおりであるので、ここでは説明を省略する。本技術に係る第４の実施形態の電子装置は、優れた信頼性を有する固体撮像素子を備えるので、電子装置の信頼性等の向上を図ることができる。
＜６．本技術を適用した固体撮像素子の使用例＞
図８は、イメージセンサとしての本技術に係る第１～３の実施形態の固体撮像素子の使用例を示す図である。
上述した第１～３の実施形態の固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。すなわち、図８に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置（例えば、上述した第４の実施形態の電子装置）に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
家電の分野においては、例えば、ユーザーのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第１～３の実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
次に、本技術に係る第１～３の実施形態の固体撮像素子の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした固体撮像素子１００１は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図９に、その一例として、電子機器１００２（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器１００２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像素子３９９と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像素子３９９およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子３９９の画素部へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、固体撮像素子３９９への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、固体撮像素子３９９の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像素子３９９から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄｏｕｔは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
＜７．内視鏡手術システムへの応用例＞
本技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術（本技術）は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１０は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図１０では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図１１は、図１０に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像素子は、撮像部１０４０２に適用することができる。内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）等に本開示に係る技術を適用することにより、例えば、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術（本技術）は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜８．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図１２は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１２に示された例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１２の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図１３は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図１３では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図１３には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像素子は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮像画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
以下、本技術を実施例により更に具体的に説明するが、本技術はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
［実験１－１］
まず、第２酸化物半導体層を作製する。
第２酸化物半導体層を作製するために、ＩＧＺＯ等の材料を用いることができる。
・ＩＧＺＯ膜の形成方法はＩＧＺＯ材料をターゲットとして用いた真空スパッタ法を用いる。
・スパッタ膜形成の前にスパッタ室と真空搬送室を経由して接続された部屋で前加熱を行う。前加熱により基板の吸着水を脱離させる。前加熱室の到達真空度は３×１０－５Ｐａ台以下、加熱温度２５０℃、処理時間１ｍｉｎ以上が望ましい。
・前加熱後、真空搬送にてスパッタ室へ搬送する。
・スパッタ室の真空度は３×１０－５Ｐａ以下、ターゲットと基板間の距離（ＴＳ距離）は７０～２００ｍｍが望ましい。成膜条件はＡｒガスと酸素ガスとを導入し、Ａｒガス流量５０～２００ｓｃｃｍ、酸素ガスは２～５０ｓｃｃｍとする。ガス圧力は０．２～０．５Ｐａ、成膜温度は室温から３００℃の範囲が望ましい。スパッタ放電は直流ＤＣマグネトロン法及び高周波を用いたＲＦマグネトロンスパッタ法のいずれかでよい。
・成膜後の膜密度は５．９０～６．１５ｇ／ｃｍ３の範囲となるように圧力、パワー、成膜温度の各パラメータを調整する。膜密度は反射Ｘ線強度測定により得られた波形のＦｉｔｔｉｎｇにより求められる。
・第２酸化物半導体層の膜厚は、例えば３０～５０ｎｍになるように調整する。
・次にトラップ低減のため水蒸気雰囲気下でアニールを行う。
・水蒸気雰囲気下のアニールは大気圧で水濃度２０～５０％の範囲で行う。アニール温度は３００℃以上で処理時間は１時間以上が望ましい。アニール後のＩＧＺＯ膜中の水素濃度をＳＩＭＳ分析により定量測定を行う。ＩＧＺＯ膜中（第２酸化物半導体層中）の水素濃度は、例えば、膜厚全域で１．０Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上となるように調整する。
［実験１－２］
次に、第１酸化物半導体層－１を、第２酸化物半導体層上に作製する。
・第１酸化物半導体層を作製するために、ＩＧＺＯ等の材料を用いることができる。
・ＩＧＺＯ膜の形成方法は、第２酸化物半導体層と同じく、ＩＧＺＯ材料をターゲットとして用いた真空スパッタ法を用いる。
・スパッタ室の真空度は３×１０－５Ｐａ以下、ターゲットと基板間の距離（TS距離）は７０～２００ｍｍが望ましい。成膜条件はＡｒガスと酸素ガスとを導入し、Ａｒガス流量５０～２００ｓｃｃｍ、酸素ガスは高密度なＩＧＺＯ膜層を形成するために１０～５０ｓｃｃｍとする。ガス圧力は０．２～０．５Ｐａ、成膜温度は室温から３００℃の範囲が望ましい。スパッタ放電は直流ＤＣマグネトロン法及び高周波を用いたＲＦマグネトロンスパッタ法のいずれかでよい。
・第１酸化物半導体層－１の膜密度は第２酸化物半導体層の膜密度よりも高くなるように調整し、例えば、６．２０ｇ／ｃｍ３となるように調整する。
・高密度層である、第１酸化物半導体層－１の膜厚は、例えば、５ｎｍ以上、３０ｎｍ未満になりように調整する。
［実験１－３］
第１酸化物半導体層―１上に光電変換層を形成し、そして、光電変換層上には第１電極（上部電極）を形成する。さらに、第２酸化物半導体層下には第２電極（下部電極）を形成し、そして、第２電極の下方には、光電変換部（例えば、無機系材料から構成された無機光電変換部）が形成された半導体基板を積層する。最後に、メモリ素子等の機能素子が設けられて、半導体基板の表面側（光電変換層が形成されていない面側）には配線層が形成されて、固体撮像素子－１が製造される。なお、第１酸化物半導体層―１上に形成される光電変換層は、有機半導体層でもよいし、無機材料を主成分とした層でもよい。また、第１電極と光電変換層との間には、有機系材料又は無機系材料から構成されるｐ型バッファ層が形成されてもよいし、光電変換層と第１酸化物半導体層―１との間には、有機系材料又は無機系材料から構成されるｎ型バッファ層が形成されてもよい。
＜実施例２＞
［実験２－１］
上記の実験１－１の方法に従って、まず、第２酸化物半導体層を作製する。
［実験２－２］
次に、低水素濃度層である第１酸化物半導体層－２を、第２酸化物半導体層上に作製する。
・膜中の水素濃度を低減するために成膜室の到達真空度を１×１０－５Ｐａ以下又は５×１０－６Ｐａ以下とするのが望ましい。
［実験２－３］
第１酸化物半導体層―２上に光電変換層を形成し、そして、光電変換層上には第１電極（上部電極）を形成する。さらに、第２酸化物半導体層下には第２電極（下部電極）を形成し、そして、第２電極の下方には、光電変換部（例えば、無機系材料から構成された無機光電変換部）が形成された半導体基板を積層する。最後に、メモリ素子等の機能素子が設けられて、半導体基板の表面側（光電変換層が形成されていない面側）には配線層が形成されて、固体撮像素子－２が製造される。なお、第１酸化物半導体層―２上に形成される光電変換層は、有機半導体層でもよいし、無機材料を主成分とした層でもよい。また、第１電極と光電変換層との間には、有機系材料又は無機系材料から構成されるｐ型バッファ層が形成されてもよいし、光電変換層と第１酸化物半導体層―２との間には、有機系材料又は無機系材料から構成されるｎ型バッファ層が形成されてもよい。
＜実施例３＞
［実験３－１］
上記の実験１－１の方法に従って、まず、第２酸化物半導体層を作製する。
［実験３－２］
次に、高密度層であって、かつ、低水素濃度層である第１酸化物半導体層－３を、第２酸化物半導体層上に作製する。
・成膜条件は、上記の実験１－２で作製された高密度層である第１酸化物半導体層－１の成膜条件と同様であるが、膜中の水素濃度を低減するために成膜室の到達真空度を１×１０－５Ｐａ以下又は５×１０－６Ｐａ以下とするのが望ましい。
［実験３－３］
第１酸化物半導体層―３上に光電変換層を形成し、そして、光電変換層上には第１電極（上部電極）を形成する。さらに、第２酸化物半導体層下には第２電極（下部電極）を形成し、そして、第２電極の下方には、光電変換部（例えば、無機系材料から構成された無機光電変換部）が形成された半導体基板を積層する。最後に、メモリ素子等の機能素子が設けられて、半導体基板の表面側（光電変換層が形成されていない面側）には配線層が形成されて、固体撮像素子－３が製造される。なお、第１酸化物半導体層―３上に形成される光電変換層は、有機半導体層でもよいし、無機材料を主成分とした層でもよい。また、第１電極と光電変換層との間には、有機系材料又は無機系材料から構成されるｐ型バッファ層が形成されてもよいし、光電変換層と第１酸化物半導体層―３との間には、有機系材料又は無機系材料から構成されるｎ型バッファ層が形成されてもよい。
以上、実施の形態、使用例及び応用例、並びに実施例を挙げて説明したが、本技術内容は上記実施の形態、上記使用例及び上記応用例、並びに上記実施例に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
また、上記の実施の形態では、裏面照射型の固体撮像素子の構成を例に挙げて説明したが、表面照射型の固体撮像素子にも適用可能である。
さらに、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
本技術は、以下のような構成を取ることもできる。
［１］
光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
該第１酸化物半導体層の膜密度が、該第２酸化物半導体層の膜密度よりも高い、固体撮像素子。
［２］
前記第１酸化物半導体層の水素濃度が、前記第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、［１］に記載の固体撮像素子。
［３］
前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含む、［１］又は［２］に記載の固体撮像素子。
［４］
前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含む、［１］から［３］のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
［５］
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、［１］から［３］のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
［６］
前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含み、
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、［１］から［３］のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
［７］
光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
該第１酸化物半導体層の水素濃度が、該第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子。
［８］
前記第１酸化物半導体層の膜密度が、前記第２酸化物半導体層の膜密度よりも高い、［７］に記載の固体撮像素子。
［９］
前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含む、［７］又は［８］に記載の固体撮像素子。
［１０］
前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含む、［７］から［９］のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
［１１］
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、［７］から［９］のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
［１２］
前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含み、
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、［７］から［９］のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
［１３］
光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
該第１酸化物半導体層の膜密度が、該第２酸化物半導体層の膜密度よりも高く、かつ、
該第１酸化物半導体層の水素濃度が、該第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子。
［１４］
前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含む、［１３］に記載の固体撮像素子。
［１５］
前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含む、［１３］又は［１４］に記載の固体撮像素子。
［１６］
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、［１３］又は［１４］に記載の固体撮像素子。
［１７］
前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含み、
前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、［１３］又は［１４］に記載の固体撮像素子。
［１８］
［１］から［１７］のいずれか１つに記載の固体撮像素子を備える、電子装置。
１０…固体撮像素子、１０Ａ…第１光電変換部、１１…第２電極、１２…絶縁層、１３…第２酸化物半導体層、１４…第１酸化物半導体層、１５…光電変換層、１６…第１電極、１７…ｐ型バッファ層、１８…ｎ型バッファ層、３０…半導体基板。

Claims (20)

  1. 光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
    該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
    該第１酸化物半導体層の膜密度が、該第２酸化物半導体層の膜密度よりも高い、固体撮像素子。
  2. 前記第１酸化物半導体層の水素濃度が、前記第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含む、請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含む、請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含み、
    前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
    該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
    該第１酸化物半導体層の水素濃度が、該第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子。
  8. 前記第１酸化物半導体層の膜密度が、前記第２酸化物半導体層の膜密度よりも高い、請求項７に記載の固体撮像素子。
  9. 前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含む、請求項７に記載の固体撮像素子。
  10. 前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含む、請求項７に記載の固体撮像素子。
  11. 前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、請求項７に記載の固体撮像素子。
  12. 前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含み、
    前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、請求項７に記載の固体撮像素子。
  13. 光入射側から順に、少なくとも、第１光電変換部と、第２光電変換部が形成された半導体基板とを備え、
    該第１光電変換部が、少なくとも、第１電極と、光電変換層と、第１酸化物半導体層と、第２酸化物半導体層と、第２電極とをこの順で含み、
    該第１酸化物半導体層の膜密度が、該第２酸化物半導体層の膜密度よりも高く、かつ、
    該第１酸化物半導体層の水素濃度が、該第２酸化物半導体層の水素濃度よりも低い、固体撮像素子。
  14. 前記光電変換層が少なくとも１種の有機半導体材料を含む、請求項１３に記載の固体撮像素子。
  15. 前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含む、請求項１３に記載の固体撮像素子。
  16. 前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、請求項１３に記載の固体撮像素子。
  17. 前記第１光電変換部が、前記光電変換層と前記第１酸化物半導体層との間に、ｎ型バッファ層を更に含み、
    前記第１光電変換部が、前記第１電極と前記光電変換層との間に、ｐ型バッファ層を更に含む、請求項１３に記載の固体撮像素子。
  18. 請求項１に記載の固体撮像素子を備える、電子装置。
  19. 請求項７に記載の固体撮像素子を備える、電子装置。
  20. 請求項１３に記載の固体撮像素子を備える、電子装置。
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