KR20200132845A - 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치 Download PDF

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KR20200132845A
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신타로우 히라타
히데아키 토가시
유키오 카네다
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

광전 변환층과, 상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 반도체층과, 상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과, 상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막과, 상기 반도체층과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 장벽층을 구비한 고체 촬상 소자.

Description

고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치
　본 개시는, 예를 들면 유기 광전 변환 재료를 이용한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
ＣＣＤ(Charge Coupled Device)이미지 센서 및 ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)이미지 센서 등의 고체 촬상 소자가, 고체 촬상 장치에 이용되어지고 있다. 고체 촬상 소자에는, 예를 들면, 유기 광전 변환 재료를 포함하는 광전 변환층이 마련되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개2016－63165호 공보
이와 같은 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에서는, 예를 들면, 신호 전하의 전송 불량 등의 발생을 억제하고, 소자 특성을 향상시키는 것이 요망되고 있다.
따라서 소자 특성을 향상시키는 것이 가능한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 한 실시형태에 관한 제1의 고체 촬상 소자는, 광전 변환층과, 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극과 광전 변환층의 사이에 마련되는 반도체층과, 반도체층을 사이로 하여 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과, 축적 전극과 반도체층의 사이에 마련되는 절연막과, 반도체층과 광전 변환층의 사이에 마련되는 장벽층을 구비하는 것이다.
본 개시의 한 실시형태에 관한 제1의 고체 촬상 장치는, 상기 본 개시의 한 실시형태에 관한 제1의 고체 촬상 소자를 구비하는 것이다.
본 개시의 한 실시형태에 관한 제1의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에서는, 광전 변환층에서 발생한 신호 전하가 반도체층에 축적된 후, 제1 전극에 판독되어진다. 여기에서, 반도체층과 광전 변환층의 사이에 장벽층이 마련되어 있기 때문에, 반도체층에 축적되는 신호 전하는, 광전 변환층으로 되돌아오기 어려워진다. 장벽층은 신호 전하의 이동 때에 전위적 또는 물리적인 장벽으로서 기능한다.
본 개시의 한 실시형태에 관한 제2의 고체 촬상 소자는, 광전 변환층과, 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극과 광전 변환층의 사이에 마련되며, 광전 변환층과의 접합면에 전위 장벽을 갖는 반도체층과, 반도체층을 사이로 하여 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과, 축적 전극과 반도체층의 사이에 마련되는 절연막을 구비하는 것이다.
본 개시의 한 실시형태에 관한 제2의 고체 촬상 장치는, 상기 본 개시의 한 실시형태에 관한 제2의 고체 촬상 소자를 구비하는 것이다.
본 개시의 한 실시형태에 관한 제2의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에서는, 광전 변환층에서 발생한 신호 전하가 반도체층에 축적된 후, 제1 전극에 판독되어진다. 여기에서, 반도체층과 광전 변환층의 접합면에 전위 장벽이 마련되어 있기 때문에, 반도체층에 축적되는 신호 전하는, 광전 변환층으로 되돌아오기 어려워진다.
본 개시의 한 실시형태에 관한 제1의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에 의하면, 반도체층과 광전 변환층의 사이에 장벽층을 마련하도록 하고, 또한, 본 개시의 한 실시형태에 관한 제2의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에 의하면, 반도체층과 광전 변환층의 접합면에 전위 장벽을 마련하도록 했기 때문에, 반도체층에 축적되는 신호 전하의 전송 불량의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 소자 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 내용은 본 개시의 일례이다. 본 개시의 효과는, 상술한 것에 한정되지 않고, 그 밖의 다른 효과라도 좋고, 더나가서 다른 효과를 포함하고 있어도 좋다.
도 1은 본 개시의 제1의 실시형태에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 제1 전극 및 축적 전극의 평면 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 반도체층의 다른 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4A는 도 1에 나타낸 장벽층의 에너지에 관하여 설명하기 위한 도 (1)이다.
도 4B는 도 1에 나타낸 장벽층의 에너지에 관하여 설명하기 위한 도 (2)이다.
도 5는 도 1에 나타낸 광전 변환층의 다른 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 반도체층 및 광전 변환층의 다른 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 7은 도 1에 나타낸 고체 촬상 소자의 등가 회로도이다.
도 8은 도 1에 나타낸 고체 촬상 소자의 제1 전극, 축적 전극 및 각종 트랜지스터의 배치를 나타내는 모식도이다.
도 9는 도 1에 나타낸 고체 촬상 소자의 제조 방법의 한 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 10은 도 9에 계속되는 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 11은 도 10에 계속되는 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 12는 도 11에 계속되는 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 13은 도 12에 계속되는 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 14는 도 13에 계속되는 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 15는 도 1에 나타낸 고체 촬상 소자의 동작에 관하여 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 도 1에 나타낸 고체 촬상 소자의 글로벌 셔터 구동에 관하여 설명하기 위한 모식도이다.
도 17은 비교례 1에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 18은 비교례 2에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 19는 변형례 1에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 20은 변형례 2에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 21은 도 20에 나타낸 고체 촬상 소자의 다른 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 22는 변형례 3에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 23은 도 22에 나타낸 고체 촬상 소자의 다른 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 24는 변형례 4에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 25는 도 24에 나타낸 제1 전극, 축적 전극 및 전송 전극의 평면 구성을 나타내는 모식도이다.
도 26은 변형례 5에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 27은 도 26에 나타낸 제1 전극, 축적 전극 및 배출 전극의 평면 구성을 나타내는 모식도이다.
도 28은 변형례 6에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 29는 변형례 7에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 30은 본 개시의 제2의 실시형태에 관한 고체 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 31은 도 30에 나타낸 접합면에 의해 형성되는 전위 장벽에 관하여 설명하기 위한 모식도이다.
도 32는 도 1 등에 나타낸 고체 촬상 소자를 포함하는 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 33은 도 32에 나타낸 촬상 소자를 이용한 전자 기기(카메라)의 일례를 나타내는 기능 블록도이다.
도 34는 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 35는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 도이다.
도 36은 카메라 헤드 및 ＣＣＵ의 기능 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 37은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 38은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 개시에 있어서 실시형태에 관하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 설명하는 순서는 하기와 같다.
1. 제1의 실시형태(반도체층과 광전 변환층의 사이에 장벽층을 갖는 고체 촬상 소자의 예)
2. 변형례 1(반도체 기판의 제1면에 다층 배선을 마련한 예)
3. 변형례 2(반도체 기판내에 1개의 포토 다이오드부를 갖는 예)
4. 변형례 3(반도체 기판내에 포토 다이오드부를 갖지 않는 예)
5. 변형례 4(제1 전극과 축적 전극의 사이에 전송 전극을 갖는 예)
6. 변형례 5(제1 전극과 분리된 배출 전극을 갖는 예)
7. 변형례 6(이웃하는 축적 전극의 사이에 차폐 전극을 갖는 예)
8. 변형례 7(제1 전극에 대향하는 차광막을 갖는 예)
9. 제2의 실시형태(반도체층과 광전 변환층의 접합면에 전위 장벽이 마련되는 고체 촬상 소자)
10. 적용례 1(고체 촬상 장치의 예)
11. 적용례 2(전자 기기의 예)
12. 적용례 3(체내 정보 취득 시스템에의 응용례)
13. 적용례 4(내시경 수술 시스템에의 응용례)
14. 적용례 5(이동체에의 응용례)
＜1. 제1의 실시형태＞
　도 1은, 본 개시의 제1의 실시형태의 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10))의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10)는, 예를 들면, 디지털 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 ＣＭＯＳ 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치(예를 들면, 도 32의 고체 촬상 장치(1))에 있어 1개의 화소(단위 화소(Ｐ))를 구성하는 것이다.
(1－1 고체 촬상 소자의 구성)
고체 촬상 소자(10)는, 예를 들면, 1개의 유기 광전 변환부(20)와, 2개의 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)가 종방향에 적층된, 이른바 종방향 분광형의 것이다. 유기 광전 변환부(20)는, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)(이면)측에 마련되어 있다. 반도체 기판(30)은, 제1면(30A)에 대향하는 제2면(30B)(표면)을 가지고 있다. 고체 촬상 소자(10)에서는, 제1면(30A)측에서 광이 입사하고(광 입사측(Ｓ1)), 제2면(30B)측에 다층 배선(배선층측(S2))이 마련되어 있다.
무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)는, 반도체 기판(30)안에 매립되어 형성되어 있고, 반도체 기판(30)의 두께 방향에 적층되어 있다. 유기 광전 변환부(20)는, 대향 배치되는 한 쌍의 전극(제1 전극(21Ａ) 및 제2 전극(26))의 사이에, 유기 광전 변환 재료를 이용하여 형성되는 광전 변환층(25)을 가지고 있다. 이 광전 변환층(25)은, ｐ형 반도체 및 ｎ형 반도체를 포함하여 구성되며, 층내에 벌크헤테로 접합구조를 갖는다. 벌크헤테로 접합구조는, ｐ형 반도체 및 ｎ형 반도체가 혼합함으로써 형성되는 ｐ/ｎ 접합면이다.
　유기 광전 변환부(20)와 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)는, 서로 다른 파장영역의 광을 선택적으로 검출하고 광전 변환을 행하는 것이다. 구체적으로는, 유기 광전 변환부(20)에서는, 녹(Ｇ)의 색신호를 취득한다. 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)에서는, 흡수 계수의 차이에 의하여 각각, 청(Ｂ) 및 적(Ｒ)의 색신호를 취득한다. 이것에 의해, 고체 촬상 소자(10Ａ)에서는, 컬러 필터를 이용하는 일 없이 1개의 화소에 있어서 여러 종류의 색신호를 취득 가능하게 되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 광전 변환에 의해 생기는 전자 및 정공의 쌍(전자－정공 쌍)중, 전자를 신호 전하로서 판독하는 경우에 관하여 설명한다. 또한, 도 중에 있어서, 「ｐ」「ｎ」으로 붙였던「＋(플러스)」는, p형 또는 n형의 불순물 농도가 높은 것을 나타내고, 「＋＋」는 p형 또는 n형의 불순물 농도가 「＋」보다도 더욱 높은 것을 나타내고 있다.
반도체 기판(30)의 제2면(30B)에는, 예를 들면, 플로팅 디퓨전(부유 확산 층)ＦＤ1(반도체 기판(30)안의 영역(36Ｂ)), ＦＤ2(반도체 기판(30)안의 영역(37Ｃ)), ＦＤ3(반도체 기판(30)안의 영역(38Ｃ))과, 전송 트랜지스터(Ｔｒ2, Ｔｒ3)와, 앰프 트랜지스터(변조 소자)(ＡＭＰ)와, 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)와, 선택 트랜지스터(ＳＥＬ)와, 다층 배선(40)이 마련되어 있다. 다층 배선(40)은, 예를 들면, 배선층(41, 42, 43)이 절연층(44)안에 적층되는 구성을 가지고 있다.
반도체 기판(30)의 제1면(30A)과 유기 광전 변환부(20)의 사이에는, 예를 들면, 고정 전하를 갖는 층(고정 전하층(27ｋ))과, 절연성을 갖는 유전체층(27ｙ)과, 층간 절연층(22ｓ)이 마련되어 있다. 유기 광전 변환부(20)의 위(광 입사측(Ｓ1))에는 보호층(51)이 마련되어 있다. 보호층(51)의 상방에는, 평탄화층(도시하지 않음)이나 온 칩렌즈(52)등의 광학 부재가 배설되어 있다.
반도체 기판(30)의 제1면(30A)과 제2면(30B)의 사이에는, 관통 전극(34)이 마련되어 있다. 유기 광전 변환부(20)는, 이 관통 전극(34)을 통해, 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)의 게이트(Ｇａｍｐ)와, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)을 겸한 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)(리셋 트랜지스터(Ｔｒ1ｒｓｔ))의 한 쪽의 소스／드레인 영역(36Ｂ)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 고체 촬상 소자(10)에서는, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)측의 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하(여기에서는, 전자)를, 관통 전극(34)을 통해 반도체 기판(30)의 제2면(30B)측에 양호하게 전송하고, 특성을 높이는 것이 가능하게 되어 있다.
관통 전극(34)의 하단은, 배선층(41)안의 접속부(41Ａ)에 접속되어 있고, 접속부(41Ａ)와 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)의 게이트(Ｇａｍｐ)는, 하부 제1 콘택트(45)를 통해 접속되어 있다. 접속부(41Ａ)와 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)(영역(36Ｂ))과는 예를 들면, 하부 제2 콘택트(46)를 통해 접속되어 있다. 관통 전극(34)의 상단은, 예를 들면, 접속 배선(39A) 및 상부 제1 콘택트(29A)를 통해 제1 전극(21A)에 접속되어 있다.
관통 전극(34)은, 예를 들면, 고체 촬상 소자(10)의 각각에, 유기 광전 변환부(20)마다 마련되어 있다. 관통 전극(34)은, 유기 광전 변환부(20)와 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)의 게이트(Ｇａｍｐ) 및 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)과의 커넥터로서의 기능을 갖음과 동시에, 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하(여기에서는, 전자)의 전송 경로로 되는 것이다. 관통 전극(34)은, 예를 들면, 알루미늄, 텅스텐, 티탄, 코발트, 하프늄 및 탄탈 등의 금속재료에 의해 구성되어 있다. 관통 전극(34)은, ＰＤＡＳ(Phosphorus Doped Amorphous Silicon)등의 도프되는 실리콘 재료에 의하여 구성되어 있어도 좋다.
플로팅 디퓨전(ＦＤ1)(리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)의 한 쪽의 소스／드레인 영역(36Ｂ))의 옆에는 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)의 리셋 게이트(Ｇｒｓｔ)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 축적되는 전하를 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)에 의해 리셋하는 것이 가능해진다.
본 실시형태의 고체 촬상 소자(10)에서는, 제2 전극(26)측에서 유기 광전 변환부(20)에 입사한 광은, 광전 변환층(25)에서 흡수되어진다. 이것에 따라 생긴 여기자는 광전 변환층(25)을 구성하는 전자 공여체와 전자 수용체의 계면으로 이동하고, 여기자 분리 즉, 전자와 정공으로 해리한다. 여기에서 발생한 한 쪽의 전하(예를 들면 전자)는, 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 반도체층(23)안에 축적되어, 다른 쪽의 전하 (예를 들면, 정공)는 제2 전극(26)에 배출되어진다.
　이하, 각 부분의 구성이나 재료 등에 관하여 설명한다.
유기 광전 변환부(20)는, 선택적인 파장영역(예를 들면, 450nm 이상 650nm 이하)의 일부 또는 전부의 파장영역에 대응하는 녹색광을 흡수하여 전자－정공 쌍을 발생시키는 유기 광전 변환 소자이다. 이 유기 광전 변환부(20)는, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)에 가까운 위치에서 순서로, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)과, 절연층(22)과, 반도체층(23)과, 장벽층(24)과, 광전 변환층(25)과, 제2 전극(26)을 가지고 있다. 절연층(22)에는, 개구(22Ｈ)가 마련되며 이 개구(22Ｈ)에 의하여 반도체층(23)에 제1 전극(21Ａ)이 전기적으로 접속되어 있다. 축적 전극(21Ｂ)과 반도체층(23)의 사이에는 절연층(22)이 개재하고 있다.
도 2는, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)의 평면 구성을 나타내고 있다. 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)은 각각, 예를 들면, 사각형의 평면 형상을 갖고 있고, 서로 이간하여 배치되어 있다. 예를 들면, 축적 전극(21Ｂ)의 면적의 쪽이 제1 전극(21Ａ)의 면적보다도 커져 있다. 1개의 화소(화소(Ｐ))에는, 예를 들면, 1개의 제1 전극(21Ａ)과 1개의 축적 전극(21Ｂ)이 마련되어 있다. 제1 전극(21Ａ)은, 광전 변환층(25)안에서 발생한 전하(여기에서는, 전자)를 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 전송하기 위한 것이고, 판독 전극으로서 기능한다. 이 제1 전극(21Ａ)은, 예를 들면, 상부 제1 콘택트(29Ａ), 접속 배선(39Ａ), 관통 전극(34), 접속부(41Ａ) 및 하부 제2 콘택트(46)를 통해 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 접속되어 있다.
반도체층(23)을 사이로 하고 광전 변환층(25)에 대향하는 축적 전극(21Ｂ)은, 광전 변환층(25)안에서 발생한 전하중, 신호 전하(예를 들면, 전자)를 반도체층(23)안에 축적하기 위한 것이다. 축적 전극(21Ｂ)은, 반도체 기판(30)안에 형성되는 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)의 수광면과 정면으로 맞서고, 이들의 수광면을 덮는 영역에 마련되어 있다. 축적 전극(21Ｂ)은, 예를 들면, 상부 제2 콘택트(29Ｂ) 및 접속 배선(39Ｂ)을 통해 구동 회로(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어 있다. 축적 전극(21Ｂ)의 면적을 제1 전극(21Ａ)의 면적보다도 크게 함으로써 많은 전하가 축적되어진다.
제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)은, 예를 들면, 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되며, 예를 들면, ＩＴＯ(인듐석 산화물)에 의해 구성되어 있다. 단, 하부 전극(21)의 구성 재료로서는, 이 ＩＴＯ외에도 불순물을 첨가한 산화 주석(ＳｎＯ2)계 재료, 또는 알루미늄 아연 산화물(ＺｎＯ)에 불순물을 첨가해 이루어지는 산화 아연계 재료를 이용해도 좋다. 산화 아연계 재료로서는, 예를 들면, 불순물로서 알루미늄(Ａｌ)을 첨가한 알루미늄 아연 산화물(ＡＺＯ), 갈륨(Ｇａ) 첨가의 갈륨 아연 산화물(ＧＺＯ), 인듐(Ｉｎ) 첨가의 인듐 아연 산화물(ＩＺＯ)을 들 수 있다. 또한, 이 밖에도, ＣｕＩ, ＩｎＳｂＯ 4, ＺｎＭｇＯ, ＣｕＩｎＯ 2, ＭｇＩＮ 2 Ｏ 4, ＣｄＯ, ＺｎＳｎＯ 3 등을 이용해도 좋다.
제1 전극(21Ａ)은, 차광성을 갖는 도전성 재료에 의해 구성되도록 하여도 좋다. 구체적으로는, 제1 전극(21Ａ)을 알루미늄(Ａｌ), 텅스텐(Ｗ), 티탄(Ｔｉ), 몰리브덴(Ｍｏ), 탄탈(Ｔａ), 동(Ｃｕ), 코발트(Ｃｏ), 니켈(Ｎｉ)등의 금속막, 또는, 이러한 합금막, 또는, 이러한 금속막에 실리콘, 또는, 산소를 함유시킨 막 등에 의해 구성하여도 좋다.
절연층(22)은, 축적 전극(21Ｂ)과 반도체층(23)을 전기적으로 분리하기 위한 것이고, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)을 덮도록, 예를 들면, 층간 절연층(27ｓ)위에 마련되어 있다. 이 절연층(22)에 마련되는 개구(22Ｈ)에 의해 제1 전극(21Ａ)이 절연층(22)으로부터 노출되어 반도체층(23)에 접해 있다. 절연층(22)은, 예를 들면, 산화 실리콘, ＴＥＯＳ(Tetra Ethyl Ortho Silicate)질화 실리콘 및 산 질화 실리콘(ＳｉＯＮ)등의 중에서 1종으로 되는 단층막이나, 또는 이 중의 2종 이상으로 되는 적층막에 의해 구성되어 있다. 절연층(22)의 두께는, 예를 들면, 3nm∼500nm이다.
제1 전극(21Ａ) 또는 절연층(22)과 광전 변환층(25)의 사이에 마련되는 반도체층(23)은, 광전 변환층(25)보다도 전하의 이동도가 높고, 또한, 밴드 갭이 큰 재료를 이용하여 구성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 반도체층(23)의 구성 재료의 밴드 갭은, 3.0eV 이상인　것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, ＩＧＺＯ 등의 산화물 반도체 재료 및 유기 반도체 재료 등을 들 수 있다. 유기 반도체 재료로서는, 예를 들면, 천이금속 다이칼코게나이드, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 그라펜, 카본나노튜브, 축합다환탄화수소 화합물 및 축합복소환 화합물 등을 들 수 있다. 반도체층(23)은, 단막에 의해 구성되도록 하여도 좋으며 또는 복수의 막을 적층하여 구성하듯이 하여도 좋다. 반도체층(23)의 두께는, 예를 들면 10nm∼500nm이고, 바람직한 것은 30nm∼150nm, 보다 바람직한 것은 50nm∼100nm이다. 이와 같은 반도체층(23)을 광전 변환층(25)의 하층에 마련하는 것에 의해, 전하 축적시에 있어서 전하의 재결합을 방지 할 수 있고, 전송 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
반도체층(23)의 구성 재료의 불순물 농도는, 1×1018cm-3 이하인 것이 바람직하다. 반도체층(23)은, 예를 들면, 복수의 고체 촬상 소자(10)에 공통하여 마련되어 있다 (도 1).
도 3에 나타낸 것과 같이 소자(화소)마다 반도체층(23)을 분리하여 마련하도록 하여도 좋다. 이 때, 서로 이웃하는 고체 촬상 소자(10)의 반도체층(23)의 사이에는, 소자 분리층(소자 분리층(20i))이 배치되어진다.
본 실시형태에서는, 이 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 사이에 장벽층(24)이 마련되어 있다. 장벽층(24)은, 신호 전하의 이동 때에, 전위적 또는 물리적인 장벽으로서 기능하는 것이다. 상세한 것은 후술하지만, 이것에 의해, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하가, 광전 변환층(25)으로 되돌아오기 어려워지기 때문에, 전송 불량의 발생이 억제되어진다. 장벽층(24)은, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 사이의 전하의 이동을 제어하는 것이고, 전하 이동의 에너지 장벽으로서 기능하게 되어 있다.
　도 4Ａ는, 장벽층(24)의 구성 재료의 전자 친화력을 모식적으로 나타내고 있다. 신호 전하가 전자인　때, 장벽층(24)의 구성 재료의 전자 친화력(전자 친화력(ＥＡ2))은, 광전 변환층(25)의 구성 재료의 전자 친화력(전자 친화력(ＥＡ1)) 및 반도체층(23)의 구성 재료의 전자 친화력(전자 친화력(ＥＡ3))보다도 작아지고 있다. 장벽층(24)을 마련하는 것에 의해, 반도체층(23)의 구성 재료의 전자 친화력(ＥＡ3)은, 광전 변환층(25)의 구성 재료의 전자 친화력(ＥＡ1)과 똑같이 되어 있어도 좋고, 또는, 전자 친화력(ＥＡ1)보다도 작게 되어 있어도 좋다. 즉, 반도체층(23) 및 광전 변환층(25)의 구성 재료의 자유도를 높일 수 있다.
도 4Ｂ는, 장벽층(24)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 모식적으로 나타내고 있다. 신호 전하가 정공인　때, 장벽층(24)의 구성 재료의 이온화 포텐셜(이온화 포텐셜(ＩＰ2))은, 광전 변환층(25)의 구성 재료의 이온화 포텐셜(이온화 포텐셜 (ＩＰ1)) 및 반도체층(23)의 구성 재료의 이온화 포텐셜(이온화 포텐셜(ＩＰ3))보다도 커지고 있다.
　장벽층(24)은, 예를 들면, 산화 실리콘(ＳｉＯ), 질화 실리콘(ＳｉＮ) 또는 산질화 실리콘(ＳｉＯＮ)에 의해 구성되어 있고, 그 두께는 0, 1nm∼50nm, 바람직하게는 1nm∼10nm이다. 신호 전하가 전자인　때, 장벽층(24)이 전자 주입 블록 기능을 갖는 유기 재료에 의해 구성되어 있어도 좋다. 신호 전하가 정공인　때, 장벽층(24)이 정공 주입 블록 기능을 갖는 유기 재료에 의해 구성되어 있어도 좋다. 장벽층(24)은, 예를 들면, 복수의 고체 촬상 소자(10)에 공통되어 마련되어 있다 (도 1).
장벽층(24)과 제2 전극(26)의 사이에 마련되는 광전 변환층(25)은, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이다. 광전 변환층(25)은, 예를 들면, 각각 ｐ형 반도체 또는 ｎ형 반도체로서 기능하는 유기 반도체 재료(ｐ형 반도체 재료 또는 ｎ형 반도체 재료)를 2종 이상 포함하여 구성되어 있다. 광전 변환층(25)은, 층내에, 이 ｐ형 반도체 재료와 ｎ형 반도체 재료와의 접합면(ｐ／ｎ 접합면)을 갖는다. ｐ형 반도체는, 상대적으로 전자 공여체(도너)로서 기능하는 것이고, ｎ형 반도체는, 상대적으로 전자 수용체(억셉터)로서 기능하는 것이다. 광전 변환층(25)은, 광을 흡수한 때에 발생하는 여기자가 전자와 정공으로 분리하는 장소를 제공하는 것이고, 구체적으로는, 전자 공여체와 전자 수용체와의 계면(ｐ／ｎ 접합면)에 있어서 여기자가 전자와 정공으로 분리한다.
광전 변환층(25)은, ｐ형 반도체 재료 및 ｎ형 반도체 재료외에, 소정의 파장영역의 광을 광전 변환하는 한편, 다른 파장영역의 광을 투과시키는 유기 반도체 재료, 이른바 색소 재료를 포함하여 구성되어 있어도 좋다. 광전 변환층(25)을 ｐ형 반도체 재료, ｎ형 반도체 재료 및 색소 재료의 3종류의 유기 반도체 재료를 이용하여 형성하는 경우에는, ｐ형 반도체 재료 및 ｎ형 반도체 재료는, 가시 영역(예를 들면, 450nm∼800nm)에 있어 광투과성을 갖는 재료인　것이 바람직하다. 광전 변환층(25)의 두께는, 예를 들면, 50nm∼500nm이다. 광전 변환층(25)은, 예를 들면, 복수의 고체 촬상 소자(10)에 공통되어 마련되어 있다 (도 1).
도 5, 도 6에 나타낸 것처럼, 소자(화소)마다 광전 변환층(25)을 분리하여 마련하도록 하여도 좋다. 이 때, 서로 이웃하는 고체 촬상 소자(10)의 광전 변환층(25)의 사이에는 보호층(51)이 배치되어진다. 반도체층(23)을 복수의 고체 촬상 소자(10)에 공통되어 마련하고, 장벽층(24) 및 광전 변환층(25)을 소자마다 분리하여 마련하도록 하여도 좋다(도 5). 반도체층(23), 장벽층(24) 및 광전 변환층(25)을 소자마다 분리하여 마련하도록 하여도 좋다(도 6).
광전 변환층(25)은, 예를 들면, ｐ형 반도체, ｎ형 반도체 및 색소 재료를 포함하고 있다. ｐ형 반도체로서는, 예를 들면, 티오펜 유도체, 벤조 티에노 벤조 티오펜 유도체, 페로센 유도체, 파라페닐렌비닐렌 유도체, 카르바졸 유도체, 피롤 유도체, 아닐린 유도체, 디아민 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 서브 프탈로시아닌 유도체, 히드라존 유도체, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 테트라센 유도체, 펜타센 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 티에노티오펜 유도체, 벤조티오펜 유도체, 트리알릴아민 유도체, 페릴렌 유도체, 피센 유도체, 크리센 유도체, 플루오란텐 유도체, 서브포르피라진 유도체, 복소환 화합물을 배위자로 하는 금속 착체, 폴리티오펜 유도체, 폴리벤조티아디아졸 유도체 및 폴리플루오렌 유도체 등을 들 수 있다. 이러한 재료는, 비교적 이동도가 높고, 정공 수송성의 설계를 하기 쉽다.
광전 변환층(25)에 포함되는 ｎ형 반도체로서는, 예를 들면, 플러렌 또는 플러렌 유도체를 들 수 있다. 이 플러렌은, 예를 들면, 고차원 플러렌 및 내포 플러렌 등이다. 고차원 플러렌은, 예를 들면, Ｃ60, Ｃ70 및 Ｃ74 등이다. 플러렌 유도체는, 예를 들면, 플러렌 불화물, ＰＣＢＭ([6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester) 플러렌 화합물 및 플러렌 다량체 등이다. 플러렌 유도체에는 할로겐 원자, 알킬기, 페닐기, 방향족 화합물을 갖는 관능기, 할로겐화물을 갖는 관능기, 파셜 플루오로 알킬기, 퍼플루오로 알킬기, 실릴알킬기, 실릴알콕시기, 아릴실릴기, 아릴술파닐기, 알킬술파닐기, 아릴술포닐기, 알킬술포닐기, 아릴술피드기, 알킬술피드기, 아미노기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 히드록시기, 알콕시기, 아실아미노기, 아실옥시기, 카르보닐기, 카르복시기, 카르복시아미드기, 카르보알콕시기, 아실기, 술포닐기, 시아노기, 니트로기, 칼코겐화물을 갖는기, 포스핀기 또는 포스폰기 등이 포함되어 있어도 좋다. 알킬기는 직쇄상이라도, 분기되어 있어도 좋다. 환상의 알킬기가 플러렌 유도체에 포함되어 있어도 좋다. 방향족 화합물은, 복수의 환상 구조체를 갖고 있어도 좋다. 복수의 환상 구조체는 단결합으로 결합되어 있어도 좋고 또는 축환구조를 갖고 있어도 좋다.
광전 변환층(25)에 포함되는 ｎ형 반도체는, 예를 들면, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 복소환 화합물을 분자 골격의 일부에 가지는 유기 분자, 유기 금속 착체 또는 서브 프탈로시아닌 유도체 등이라도 좋다. 복소환 화합물은, 질소 원자, 산소 원자 또는 유황 원자를 포함하고 있다. 복소환 화합물은, 예를 들면, 피리딘 유도체, 피라진 유도체, 피리미딘 유도체, 트리아진 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 이소퀴놀린 유도체, 아크리딘 유도체, 페나w진 유도체, 페난트롤린 유도체, 테트라졸 유도체, 피라졸 유도체, 이미다졸 유도체, 티아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 벤조트리아졸 유도체, 벤즈옥사졸 유도체, 카르바졸 유도체, 벤조푸란 유도체, 디벤조푸란 유도체, 서브포르피라진 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리벤조티아디아졸 유도체 및 폴리 플루오렌 유도체 등이다. 이러한 재료는 비교적 이동도가 높고, 전자 수송성의 설계를 하기 쉽다.
광전 변환층(25)에 포함되는 색소 재료로서는, 예를 들면, 프탈로시아닌 유도체, 서브프탈로시아닌 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 나프탈로시아닌 유도체 및 스쿠아릴륨 유도체 등을 들 수 있다. 광전 변환층(25)에는, 로다민계 색소, 멜라시아닌계 색소, 쿠마린산 색소 또는 트리스―8－히드록시퀴놀리알루미늄(Ａｌｑ3)등이 포함되어 있어도 좋다. 광전 변환층(25)은, 복수의 재료를 포함하고 있어도 좋고, 또는, 적층 구조를 갖고 있어도 좋다. 광전 변환층(25)이 직접 광전 변환에 기여하지 않는 재료를 포함하고 있어도 좋다.
광전 변환층(25)과 제1 전극(21Ａ)의 사이(구체적으로는, 반도체층(23)과 절연층(22)의 사이) 및 광전 변환층(25)과 제2 전극(26)의 사이에는, 다른 층이 마련되어 있어도 좋다. 구체적으로는, 예를 들면, 제1 전극(21Ａ)측에서 순서대로 하 부막, 정공 수송층, 전자 블로킹막, 광전 변환층(25), 정공 블로킹막, 버퍼막, 전자 수송층 및 일함수 조정막 등이 적층되어 있어도 좋다.
제2 전극(26)은, 반도체층(23), 장벽층(24) 및 광전 변환층(25)을 사이로 하여, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)에 대향하고 있다. 이 제2 전극(26)은, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)과 마찬가지로 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되어 있다. 고체 촬상 소자(10)를 1개의 화소로서 이용한 고체 촬상 장치(1)에서는, 제2 전극(26)은 화소마다 분리되어 있어도 좋고, 각 화소에 공통의 전극으로서 형성되어 있어도 좋다. 제2 전극(26)의 두께는, 예를 들면, 10nm∼200nm이다.
절연층(22)과 반도체 기판(30)의 제1면(30A)의 사이에 마련되는 층간 절연층(27ｓ)은, 예를 들면, 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 산질화 실리콘(ＳｉＯＮ)등 중에서 1종으로 되는 단층막이나, 또는 이 중의 2종 이상으로 되는 적층막에 의해 구성되어 있다.
층간 절연층(27ｓ)과 반도체 기판(30)의 제1면(30A)의 사이에, 유전체층(27ｙ)이 마련되어 있다. 이 유전체층(27ｙ)의 재료는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 실리콘 산화막, ＴＥＯＳ, 실리콘 질화막, 실리콘산 질화막 등에 의해 형성되어 있다.
유전체층(27ｙ)과 반도체 기판(30)의 제1면(30A)의 사이에, 고정 전하층(27ｋ)이 마련되어 있다. 이 고정 전하층(27ｋ)은, 정의 고정 전하를 갖는 막이라도 좋고 부의 고정 전하를 갖는 막이라도 좋다. 부의 고정 전하를 갖는 막의 재료로서는, 산화 하프늄, 산화 알루미늄, 산화 지르코늄, 산화 탄탈, 산화 티탄 등을 들 수 있다. 또 상기 이외의 재료로서는 산화 란턴, 산화 프라세오디뮴, 산화 세륨, 산화 네오디뮴, 산화 프로메튬, 산화 사마륨, 산화 유로퓸, 산화 가돌리늄, 산화 테르븀, 산화 디스프로슘, 산화 홀뮴, 산화 튤륨, 산화 이테르븀, 산화 루테튬, 산화 이트륨, 질화 알루미늄막, 산질화 하프늄막 또는 산질화 알루미늄막 등을 이용해도 좋다.
고정 전하층(27ｋ)은, 2종류 이상의 막을 적층한 구성을 갖고 있어도 좋다. 그것에 의해, 예를 들면 부의 고정 전하를 갖는 막의 경우에는 정공 축적층으로서의 기능을 더욱 높이는 것이 가능한다.
제2 전극(26)을 덮도록 보호층(51)이 마련되어 있다. 이 보호층(51)은, 광투과성을 갖는 재료에 의해 구성되며, 예를 들면, 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 산질화 실리콘 등 중에서 어느 하나로 되는 단층막, 또는 그것들 중의 2종 이상으로 되는 적층막에 의해 구성되어 있다. 이 보호층(51)의 두께는, 예를 들면, 100nm∼30000nm이다.
보호층(51)위에 온 칩렌즈(52)가 마련되어 있다. 이 온 칩렌즈(52)는, 예를 들면, 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 영역에 마련되어 있고, 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분의 광전 변환층(25)에 입사광이 집광되게 되어 있다. 고체 촬상 소자(10)에는 본딩 패드(도시하지 않음)가 마련되어 있어도 좋다.
반도체 기판(30)은, 예를 들면, n형의 실리콘(Ｓｉ)기판에 의해 구성되어, 소정 영역에 ｐ웰(31)을 가지고 있다. ｐ웰(31)의 제2면(30B)에는, 상술한 전송 트랜지스터(Ｔｒ2, Ｔｒ3)와, 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)와, 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)와, 선택 트랜지스터(ＳＥＬ)등이 마련되어 있다. 또한, 반도체 기판(30)의 주변부에는 로직 회로 등으로 이루어지는 주변 회로(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
도 7은, 고체 촬상 소자(10)의 등가 회로도이고, 도 8은, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)과 동시에, 각 트랜지스터의 배치를 나타내는 것이다. 도 1과 동시에 도 7, 8을 이용하여 반도체 기판(30)의 구성을 설명한다.
리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)(리셋 트랜지스터(Ｔｒ1ｒｓｔ))는, 유기 광전 변환부(20)로부터 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 전송되는 전하를 리셋하는 것이고, 예를 들면, ＭＯＳ트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 리셋 트랜지스터(Ｔｒ1ｒｓｔ)는, 리셋 게이트(Ｇｒｓｔ)와, 채널 형성 영역(36Ａ)과, 소스／드레인 영역(36Ｂ, 36Ｃ)으로 구성되어 있다. 리셋 게이트(Ｇｒｓｔ)는, 리셋선(RST1)에 접속되며, 리셋 트랜지스터(Ｔｒ1ｒｓｔ)의 한 쪽의 소스／드레인 영역(36Ｂ)은, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)을 겸하고 있다. 리셋 트랜지스터(Ｔｒ1ｒｓｔ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역(36Ｃ)은 전원(ＶＤＤ)에 접속되어 있다.
앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)는, 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하량을 전압으로 변조하는 변조 소자이고, 예를 들면 ＭＯＳ 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)는, 게이트(Ｇａｍｐ)와, 채널 형성 영역(35Ａ)과, 소스／드레인 영역(35Ｂ, 35Ｃ)으로 구성되어 있다. 게이트(Ｇａｍｐ)는, 하부 제1 콘택트(45), 접속부(41Ａ), 하부 제2 콘택트(46) 및 관통 전극(34)등을 통해, 제1 전극(21Ａ) 및 리셋 트랜지스터(Ｔｒ1ｒｓｔ)의 한 쪽의 소스／드레인 영역(36Ｂ)(플로팅 디퓨전(ＦＤ1))에 접속되어 있다. 또한, 한 쪽의 소스／드레인 영역(35Ｂ)은, 리셋 트랜지스터(Ｔｒ1ｒｓｔ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역(36Ｃ)과 영역을 공유하고 있고, 전원(ＶＤＤ)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(ＳＥＬ)(선택 트랜지스터 ＴＲ1ｓｅｌ)는, 게이트(Gse1)와, 채널 형성 영역(34Ａ)과, 소스／드레인 영역(34Ｂ, 34Ｃ)으로 구성되어 있다. 게이트(Gse1)는, 선택선(ＳＥＬ1)에 접속되어 있다. 또한, 한 쪽의 소스／드레인 영역 (34Ｂ)은 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역(35Ｃ)과 영역을 공유하고 있고, 다른 쪽의 소스／드레인 영역(34Ｃ)은, 신호선(데이터 출력선)(ＶＳＬ1)에 접속되어 있다.
무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)는, 각각, 반도체 기판(30)의 소정 영역에 pn 접합을 갖는다. 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)는, 실리콘 기판에 있어서 광의 입사 깊이에 따라 흡수되는 광의 파장이 다른 것을 이용하여 종방향으로 광을 분광하는 것을 가능하게 하는 것이다. 무기 광전 변환부(32Ｂ)는, 청색광을 선택적으로 검출하고 청색에 대응하는 신호 전하를 축적시키는 것이고, 청색광을 효율적으로 광전 변환 가능한 깊이로 마련되어 있다. 무기 광전 변환부(32Ｒ)는, 적색광을 선택적으로 검출하고 적색에 대응하는 신호 전하를 축적시키는 것이고, 적색광을 효율적으로 광전 변환 가능한 깊이로 마련되어 있다. 또한, 청(Ｂ)은, 예를 들면 450nm∼495nm의 파장영역, 적(Ｒ)은, 예를 들면 620nm∼750nm의 파장영역에 각각 대응하는 색이다. 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)는 각각, 각 파장영역 중의 일부 또는 전부의 파장영역의 광을 검출 가능하게 이루어져 있으면 좋다.
무기 광전 변환부(32Ｂ)는, 예를 들면, 정공 축적층으로 되는 ｐ＋영역과, 전자 축적층으로 되는 ｎ영역을 포함하여 구성되어 있다. 무기 광전 변환부(32Ｒ)는, 예를 들면, 정공 축적층으로 되는 ｐ＋영역과, 전자 축적층으로 되는 ｎ영역을 갖는다(ｐ－ｎ－ｐ의 적층 구조를 갖는다). 무기 광전 변환부(32Ｂ)의 ｎ 영역은, 종형의 전송 트랜지스터(Ｔｒ2)에 접속되어 있다. 무기 광전 변환부(32Ｂ)의 ｐ＋영역은, 전송 트랜지스터(Ｔｒ2)에 따라 굴곡하고, 무기 광전 변환부(32Ｒ)의 ｐ＋영역에 연결되어 있다.
전송 트랜지스터(Ｔｒ2)(전송 트랜지스터 (ＴＲ2ｔｒｓ))는, 무기 광전 변환부(32Ｂ)에 있어서 발생하고, 축적된 청색에 대응하는 신호 전하(여기에서는, 전자)를 플로팅 디퓨전(ＦＤ2)에 전송하기 위한 것이다. 무기 광전 변환부(32Ｂ)는 반도체 기판(30)의 제2면(30B)으로부터 깊은 위치에 형성되어 있기 때문에, 무기 광전 변환부(32Ｂ)의 전송 트랜지스터(ＴＲ2ｔｒｓ)는 종형의 트랜지스터에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 전송 트랜지스터(ＴＲ2ｔｒｓ)는, 전송 게이트선(ＴＧ2)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(ＴＲ2ｔｒｓ)의 게이트(Ｇｔｒｓ2)의 부근 영역(37Ｃ)에는, 플로팅 디퓨전(ＦＤ2)이 마련되어 있다. 무기 광전 변환부(32Ｂ)에 축적되는 전하는, 게이트(Ｇｔｒｓ2)에 따라서 형성되는 전송 채널을 통해 플로팅 디퓨전(ＦＤ2)에 판독되어진다.
전송 트랜지스터(Ｔｒ3)(전송 트랜지스터(ＴＲ3ｔｒｓ))는, 무기 광전 변환부(32Ｒ)에서 발생하고, 축적되는 적색에 대응하는 신호 전하(여기에서는, 전자)를 플로팅 디퓨전(ＦＤ3)에 전송하는 것이고, 예를 들면 ＭＯＳ 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(ＴＲ3ｔｒｓ)는, 전송 게이트선(ＴＧ3)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(ＴＲ3ｔｒｓ)의 게이트(Ｇｔｒｓ3)의 부근 영역(38Ｃ)에는, 플로팅 디퓨전(ＦＤ3)이 마련되어 있다. 무기 광전 변환부(32Ｒ)에 축적되는 전하는, 게이트(Ｇｔｒｓ3)에 따라서 형성되는 전송 채널을 통해 플로팅 디퓨전(ＦＤ3)에 판독되어진다.
반도체 기판(30)의 제2면(30B)측에는, 또한, 무기 광전 변환부(32Ｂ)의 제어부를 구성하는 리셋 트랜지스터(ＴＲ2ｒｓｔ)와, 앰프 트랜지스터(ＴＲ2ａｍｐ)와, 선택 트랜지스터(ＴＲ2ｓｅｌ)가 마련되어 있다. 또한, 무기 광전 변환부(32Ｒ)의 제어부를 구성하는 리셋 트랜지스터(ＴＲ3ｒｓｔ)와, 앰프 트랜지스터(ＴＲ3ａｍｐ) 및 선택 트랜지스터(ＴＲ3ｓｅｌ)가 마련되어 있다.
리셋 트랜지스터(ＴＲ2ｒｓｔ)는, 게이트, 채널 형성 영역 및 소스／드레인 영역으로부터 구성되어 있다. 리셋 트랜지스터(ＴＲ2ｒｓｔ)의 게이트는 리셋선 (ＲＳＴ2)에 접속되며, 리셋 트랜지스터(ＴＲ2ｒｓｔ)의 한 쪽의 소스／드레인 영역은 전원(ＶＤＤ)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(ＴＲ2ｒｓｔ)의 다른 쪽의 소스／드레인 영역은 플로팅 디퓨전(ＦＤ2)을 겸하고 있다.
앰프 트랜지스터(ＴＲ2ａｍｐ)는, 게이트, 채널 형성 영역 및 소스／드레인 영역으로부터 구성되어 있다. 게이트는, 리셋 트랜지스터(ＴＲ2ｒｓｔ)의 다른 쪽의 소스／드레인 영역(플로팅 디퓨전(ＦＤ2))에 접속되어 있다. 또한, 앰프 트랜지스터(ＴＲ2ａｍｐ)를 구성하는 한 쪽의 소스／드레인 영역은, 리셋 트랜지스터(ＴＲ2ｒｓｔ)를 구성하는 한 쪽의 소스／드레인 영역과 영역을 공유하고 있고, 전원(ＶＤＤ)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(ＴＲ2ｓｅｌ)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스／드레인 영역으로부터 구성되어 있다. 게이트는, 선택선(ＳＥＬ2)에 접속되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터(ＴＲ2ｓｅｌ)를 구성하는 한 쪽의 소스／드레인 영역은, 앰프 트랜지스터(ＴＲ2ａｍｐ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역과 영역을 공유하고 있다. 선택 트랜지스터(ＴＲ2ｓｅｌ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역은, 신호선(데이터 출력선)(ＶＳＬ2)에 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(ＴＲ3ｒｓｔ)는, 게이트, 채널 형성 영역 및 소스／드레인 영역으로부터 구성되어 있다. 리셋 트랜지스터(ＴＲ3ｒｓｔ)의 게이트는 리셋선 (ＲＳＴ3)에 접속되어, 리셋 트랜지스터(ＴＲ3ｒｓｔ)를 구성하는 한 쪽의 소스／드레인 영역은 전원(ＶＤＤ)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(ＴＲ3ｒｓｔ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역은 플로팅 디퓨전(ＦＤ3)을 겸하고 있다.
앰프 트랜지스터(ＴＲ3ａｍｐ)는, 게이트, 채널 형성 영역 및 소스／드레인 영역으로부터 구성되어 있다. 게이트는, 리셋 트랜지스터(ＴＲ3ｒｓｔ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역(플로팅 디퓨전(ＦＤ3))에 접속되어 있다. 또한, 앰프 트랜지스터(ＴＲ3ａｍｐ)를 구성하는 한 쪽의 소스／드레인 영역은, 리셋 트랜지스터(ＴＲ3ｒｓｔ)를 구성하는 한 쪽의 소스／드레인 영역과, 영역을 공유하고 있고 전원(ＶＤＤ)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(ＴＲ3ｓｅｌ)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스／드레인 영역으로부터 구성되어 있다. 게이트는, 선택선(ＳＥＬ3)에 접속되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터(ＴＲ3ｓｅｌ)를 구성하는 한 쪽의 소스／드레인 영역은, 앰프 트랜지스터(ＴＲ3ａｍｐ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역과, 영역을 공유하고 있다. 선택 트랜지스터(ＴＲ3ｓｅｌ)를 구성하는 다른 쪽의 소스／드레인 영역은 신호선(데이터 출력선)(ＶＳＬ3)에 접속되어 있다.
리셋선(ＲＳＴ1, ＲＳＴ2, ＲＳＴ3), 선택선(ＳＥＬ1, ＳＥＬ2, ＳＥＬ3), 전송 게이트선(ＴＧ2, ＴＧ3)은 각각 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로 (112)에 접속되어 있다. 신호선(데이터 출력선)(ＶＳＬ1, ＶＳＬ2, ＶＳＬ3)은, 구동 회로를 구성하는 칼럼 신호 처리 회로(113)에 접속되어 있다.
하부 제1 콘택트(45), 하부 제2 콘택트(46), 상부 제1 콘택트(29Ａ) 및 상부 제2 콘택트(29Ｂ)는, 예를 들면, ＰＤＡＳ(Phosphorus Doped Amorphous Silicon)등의 도프 되는 실리콘 재료, 또는, 알루미늄(Ａｌ), 텅스텐(Ｗ), 티탄(Ｔｉ), 코발트(Ｃｏ), 하프늄(Ｈｆ), 탄탈(Ｔａ) 등의 금속재료에 의해 구성되어 있다.
(1－2. 고체 촬상 소자의 제조 방법)
고체 촬상 소자(10)는, 예를 들면, 다음과 같이하여 제조할 수 있다(도 9∼도 14).
먼저, 도 9에 나타낸 것처럼, 반도체 기판(30)안에, 제1의 도전형의 웰로서 예를 들면 ｐ웰(31)을 형성하고, 이 ｐ웰(31)안에 제2의 도전형(예를 들면 n형)의 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)를 형성한다. 반도체 기판(30)의 제1면(30A)부근에는 ｐ＋영역을 형성한다.
반도체 기판(30)의 제2면(30B)에는, 동일하게 도 9에 나타낸 것처럼, 예를 들면 플로팅 디퓨전(ＦＤ1∼ＦＤ3)으로 되는 ｎ＋영역을 형성한 후, 게이트 절연층(33)과, 전송 트랜지스터(Ｔｒ2), 전송 트랜지스터(Ｔｒ3), 선택 트랜지스터(ＳＥＬ), 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ) 및 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)의 각 게이트를 포함하는 게이트 배선층(47)을 형성한다. 이것에 의해, 전송 트랜지스터(Ｔｒ2), 전송 트랜지스터(Ｔｒ3), 선택 트랜지스터(ＳＥＬ), 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ) 및 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)를 형성한다. 또한, 반도체 기판(30)의 제2면(30B)위에, 하부 제1 콘택트(45), 하부 제2 콘택트(46) 및 접속부(41Ａ)를 포함하는 배선층(41∼43)(다층 배선(40)) 및 절연층(44)을 형성한다.
반도체 기판(30)의 기체로서는, 예를 들면, 반도체 기판(30)과, 매립 산화막(도시하지 않음)과, 유지 기판(도시하지 않음)을 적층한 ＳＯＩ(Silicon on Insulator)기판을 이용한다. 매립 산화막 및 유지 기판은, 도 9에는 도시하지 않지만, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)에 접합되어 있다. 이온 주입후 어닐 처리를 행한다.
이어서, 반도체 기판(30)의 제2면(30B)측(다층 배선(40)측)에 지지 기판(도시하지 않음) 또는 다른 반도체 기체 등을 접합하고 상하 반전한다. 계속하여 반도체 기판(30)을 ＳＯＩ 기판이 매립 산화막 및 유지 기판으로부터 분리되고, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)을 노출시킨다. 이상의 공정은, 이온 주입 및 ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 등, 통상의 ＣＭＯＳ 프로세스로 사용되고 있는 기술로 행해지는 것이 가능한다.
이어서, 도 10에 나타낸 것처럼, 예를 들면 드라이 에칭에 의해 반도체 기판(30)을 제1면(30A)측으로부터 가공하고, 예를 들면 환상의 개구(34Ｈ)를 형성한다. 개구(34Ｈ)의 깊이는, 도 10에 나타낸 것처럼, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)으로부터 제2면(30B)까지 관통함과 동시에, 예를 들면, 접속부(41Ａ)까지 미치는 것이다.
이어서, 반도체 기판(30)의 제1면(30A) 및 개구(34Ｈ)의 측면에, 예를 들면 부의 고정 전하층(27ｋ)을 형성한다. 부의 고정 전하층(27ｋ)으로서, 2종류 이상의 막을 적층해도 좋다. 그것에 의해, 정공 축적층으로서의 기능을 보다 높이는 것이 가능해진다. 부의 고정 전하층(27ｋ)을 형성한 후, 유전체층(27ｙ)을 형성한다. 다음에, 유전체층(27ｙ)위의 소정의 위치에 접속 배선(39Ａ, 39Ｂ)을 형성한 후, 포토리소그래피법 및 ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여, 접속 배선(39Ａ, 39Ｂ)위에 상부 제1 콘택트(29Ａ) 및 상부 제2 콘택트(29Ｂ)가 매립된, 예를 들면 ＳｉＯ막으로 되는 층간 절연층(27ｓ)을 형성한다.
이어서, 도 11에 나타낸 것처럼, 상부 제1 콘택트(29Ａ), 상부 제2 콘택트(29Ｂ) 및 층간 절연층(27ｓ)위에 도전막(21ｙ)을 성막한 후, 도전막(21ｙ)의 소정의 위치에 감광성 수지(ＰＲ)를 형성한다. 그 후, 에칭 및 감광성 수지(ＰＲ)를 제거함으로써, 도 12에 나타낸 것처럼, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)이 형성되어진다.
이어서, 층간 절연층(27ｓ), 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)위에, 예를 들면 ＳｉＯ막을 성막한 후, ＣＭＰ법을 이용하여 ＳｉＯ막을 평탄화한다. 이어서, 층간 절연층(27ｓ), 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)위에 절연층(22)을 성막한다. 절연층(22)은, 예를 들면 ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)법을 이용하여 성막한다.
다음에, 도 13에 나타낸 것처럼, 제1 전극(21Ａ)에 대향하는 영역에 감광성 수지(ＰＲ)를 형성하고, 예를 들면 드라이 에칭법을 이용하여 절연층(22)을 에칭 한다. 이것에 의해 개구(22Ｈ)가 형성되어진다.
이어서, 도 14에 나타낸 것처럼, 절연층(22) 및 제1 전극(21Ａ)위에, 반도체층(23), 장벽층(24), 광전 변환층(25) 및 제2 전극(26)을 이 순서로 형성한다. 이어서, 보호층(51)을 형성한다. 그 후, 평탄화층 등의 광학 부재 및 온 칩렌즈(52)를 배설한다. 이상에 의해 도 1에 나타낸 고체 촬상 소자(10)가 완성되어진다.
(1－3. 고체 촬상 소자의 동작)
　고체 촬상 소자(10)에서는, 유기 광전 변환부(20)에 온 칩렌즈(52)를 통해 광이 입사하면, 그 광은, 유기 광전 변환부(20), 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)의 순서로 통과하고, 그 통과 과정에 있어서 녹, 청, 적의 색광마다 광전 변환되어진다. 이하, 각 색의 신호 취득 동작에 관하여 설명한다.
(유기 광전 변환부(20)에 의한 녹색신호의 취득)
　고체 촬상 소자(10)에 입사한 광중, 먼저, 녹색광이 유기 광전 변환부(20)에 있어서 선택적으로 검출(흡수)되어 광전 변환되어진다.
유기 광전 변환부(20)는, 관통 전극(34)을 통해, 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)의 게이트(Ｇａｍｐ)와 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 접속되어 있다. 따라서, 유기 광전 변환부(20)에서 발생한 전자－정공 쌍 중의 전자가 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)측으로부터 취출되어, 관통 전극(34)을 통해 반도체 기판(30)의 제2면(30B)측에 전송되어 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 축적되어진다. 이것과 동시에, 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)에 의해, 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하량이 전압으로 변조되어진다.
또한, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)의 옆에는, 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)의 리셋 게이트(Ｇｒｓｔ)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 축적되는 전하는 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)에 의해 리셋되어진다.
여기에서는, 유기 광전 변환부(20)가, 관통 전극(34)을 통해 앰프 트랜지스터(ＡＭＰ)뿐만 아니라 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에도 접속되어 있기 때문에, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 축적되는 전하를 리셋 트랜지스터(ＲＳＴ)에 의해 용이하게 리셋하는 것이 가능해진다.
이것에 대하여, 관통 전극(34)과 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)이 접속되어 있지 않는 경우에는, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)에 축적되는 전하를 리셋하는 것이 곤란해지고, 큰 전압을 가하여 제2 전극(26)측으로 인발하게 된다. 그 때문에, 광전 변환층(25)이 데미지를 받을 우려가 있다. 또한, 단시간으로의 리셋을 가능하게 하는 구조는 암흑시 노이즈의 증대를 초래하고, 트레이드 오프로 되기 때문에 이 구조는 곤란하다.
도 15를 이용하여, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)에 의한 신호 전하의 축적 및 전송에 관하여 설명한다.
고체 촬상 소자(10)에서는, 축적 전극(21Ｂ)에 인가되는 전위를 변화시키는 것에 의해, 전하의 축적 및 전송이 이루어진다. 축적 기간에 있어서는, 구동 회로로부터 축적 전극(21Ｂ)에 정의 전위(Ｖ1)가 인가되어진다. 이것에 의해, 장벽층(24)에 일정 이상의 전계가 인가되기 때문에, 광전 변환층(25)에서 발생한 전하(여기에서는, 전자)가, 광전 변환층(25)으로부터 장벽층(24)을 통해 반도체층(23)으로 이동하고, 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분의 반도체층(23)에 축적되어진다(축적 기간). 광전 변환층(25)에서 발생한 정공은 제2 전극(26)을 통해 배출되어진다.
축적 기간의 후기에는, 리셋 동작이 이루어진다. 구체적으로는, 주사부가 소정의 타이밍으로 리셋 신호(ＲＳＴ)의 전압을 저레벨(level)로부터 고레벨(level)로 변화시킨다. 이것에 의해, 단위 화소(Ｐ)에서는, 리셋 트랜지스터(ＴＲ1ｒｓｔ)가 온 상태로 되며, 그 결과, 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)의 전압이 전원 전압(ＶＤＤ)으로 설정되어 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)의 전압이 리셋되어진다.
리셋 동작의 완료 후, 신호 전하의 판독이 행해진다. 이 신호 전하의 판독 때에는, 구동 회로로부터 제1 전극(21Ａ)에 전위(Ｖ2)가 인가되어진다. 전위(Ｖ2)는 Ｖ2＜Ｖ1이다. 전위(Ｖ2)는 부의 전위라도 좋다. 여기에서, 장벽층(24)은, 절연층으로서 기능한다. 제1 전극(21Ａ)에 전위(Ｖ2)를 인가하는 것에 의해, 반도체층(23)의 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분에 축적되어 있던 신호 전하(여기에서는, 전자)는 제1 전극(21Ａ)을 통해 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)으로 판독되어진다. 즉, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하가 제어부에 판독되어진다(전송 기간).
또한, 도 16에 나타낸 것처럼, 고체 촬상 소자(10)에서는 글로벌 셔터 구동도 가능한다.
먼저, 축적 기간에 있어서는, 구동 회로로부터 축적 전극(21Ｂ)에 소정의 전위(Ｖ3)가 인가되어진다. 여기에서, 장벽층(24)은 절연층으로서 기능 하며, 광전 변환층(25)에서 발생한 전하(여기에서는, 전자)는, 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분의 광전 변환층(25)에 축적되어진다(축적 기간). 광전 변환층(25)에서 발생한 정공은 제2 전극(26)을 통해 배출되어진다.
다음 전송 기간(제1 전송 기간)에서는, 구동 회로로부터 축적 전극(21Ｂ)에 소정의 전위(Ｖ4)가 인가되어진다. 전위(Ｖ4)는, Ｖ3＜Ｖ4이다. 이것에 의해, 장벽층(24)에 일정 이상의 전계가 인가되기 때문에, 광전 변환층(25)에 축적되어 있던 신호 전하가, 전 화소(화소(Ｐ))일제히 장벽층(24)을 통해 반도체층(23)으로 전송되어진다 (제1 전송 기간).
반도체층(23)에 전송되는 신호 전하는, 반도체층(23)의 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분에 일정 기간 유지되어진다(메모리 기간). 그 후, 수시로 신호 전하의 판독이 행해진다. 이 신호 전하의 판독의 때에는, 구동 회로로부터 제1 전극(21Ａ)에 전위(Ｖ4)가 인가되어진다. 전위(Ｖ4)는 Ｖ4＜Ｖ3이다. 전위(Ｖ4)는 부의 전위라도 좋다. 여기에서, 장벽층(24)은 절연층으로서 기능한다. 제1 전극(21Ａ)에 전위(Ｖ4)를 인가하는 것에 의해, 반도체층(23)의 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분으로 유지되어 있던 신호 전하(여기에서는, 전자)는, 제1 전극(21Ａ)을 통해 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)으로 판독되어진다(제2 전송 기간).
(무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)에 의한 청색신호, 적색신호의 취득)
유기 광전 변환부(20)를 투과한 광 중, 청색광은 무기 광전 변환부(32Ｂ), 적색광은 무기 광전 변환부(32Ｒ)에 있어서 각각 순서대로 흡수되어, 광전 변환되어진다. 무기 광전 변환부(32Ｂ)에서는, 입사한 청색광에 대응하는 전자가 무기 광전 변환부(32Ｂ)의 ｎ영역에 축적되며, 축적되는 전자는 전송 트랜지스터(Ｔｒ2)에 의해 플로팅 디퓨전(ＦＤ2)으로 전송되어진다. 마찬가지로, 무기 광전 변환부(32Ｒ)에서는, 입사한 적색광에 대응하는 전자가 무기 광전 변환부(32Ｒ)의 ｎ영역에 축적되며, 축적되는 전자는 전송 트랜지스터(Ｔｒ3)에 의해 플로팅 디퓨전(ＦＤ3)으로 전송되어진다.
(1－3. 작용·효과)
본 실시형태에서는, 광전 변환층(25)안에 생성되는 신호 전하는, 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분의 반도체층(23)에 축적되어진다. 이 축적되는 신호 전하가 제1 전극(21Ａ)에 전송되어 판독되어진다. 즉, 유기 광전 변환부(20)도, 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)와 마찬가지로 신호 전하가 일단 축적된 후에 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)으로 판독되어진다. 이것에 의해, 신호 전하의 전송 직전에 플로팅 디퓨전(ＦＤ1)을 리셋할 수 있다. 따라서 노이즈 성분을 제거하고 촬상 화질을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 사이에 장벽층(24)이 마련되어 있기 때문에, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하의 전송 불량의 발생이 억제되어진다. 이하, 이것에 관하여 비교례(비교례 1)를 이용하여 설명한다.
도 17은, 비교례 1에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(100))의 주요 부분의 모식적인 단면 구성을 나타내고 있다. 이 고체 촬상 소자(100)에는, 장벽층(도 1의 장벽층(24))이 마련되어 있지 않고, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)이 접해 있다. 이와 같은 고체 촬상 소자(100)에서는, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하가 보다 이동도가 작은 광전 변환층(25)으로 돌아오기 쉽다. 이와 같은 신호 전하의 역류에 기인하여 신호 전하의 전송 불량이 발생한다.
이것에 대하여, 본 실시형태에서는, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)사이에 장벽층(24)이 마련되어 있다. 이 장벽층(24)은, 축적 전극(21Ｂ)에 전위(Ｖ2)(도 15)가 인가되면, 절연층으로서 기능하기 때문에, 반도체층(23)으로부터 장벽층(24)을 넘은 신호 전하의 이동이 억제되어진다. 즉, 신호 전하는 반도체층(23)으로부터 광전 변환층(25)으로 돌아오기 어려워진다. 따라서, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하의 전송 불량의 발생이 억제되어진다.
또한, 본 실시형태에서는, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 사이에 장벽층(24)이 마련되어 있기 때문에, 글로벌 셔터 구동시에 광전 변환층(25)에 신호 전하를 축적할 수 있다(도 16의 축적 기간). 이 광전 변환층(25)에 축적되는 신호 전하는 전 화소 일제히 반도체층(23)에 전송되며, 일단, 반도체층(23)으로 유지되어진다(도 16의 메모리 기간). 이와 같이 반도체층(23), 장벽층(24) 및 광전 변환층(25)의 적층 방향에 따라 신호 전하의 축적, 전송 및 유지(메모리)가 이루어지기 때문에, 개구율을 저하시키는 일 없이 글로벌 셔터 구동을 실현할 수 있다. 이하, 이것에 관하여 비교례(비교례 2)를 이용하여 설명한다.
도 18은, 비교례 2에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(101))의 주요 부분의 모식적인 단면 구성을 나타내고 있다. 이 고체 촬상 소자(101)에는, 고체 촬상 소자(100)와 마찬가지로, 장벽층(도 1의 장벽층(24))이 마련되어 있지 않다. 고체 촬상 소자(101)는, 메모리 전극(메모리 전극(21Ｍ))을 갖고 있고, 글로벌 셔터 구동이 가능하게 구성되어 있다. 메모리 전극(21Ｍ)은, 예를 들면, 제1 전극(21Ａ)과 축적 전극(21Ｂ)의 사이에 이것들에 나란히 마련되어 있다. 제1 전극(21Ａ) 및 메모리 전극(21Ｍ)에 대향하는 부분의 반도체층(23)은 차광막(차광막(54))으로 덮여 있다.
이 고체 촬상 소자(101)에서는, 광전 변환층(25)에서 발생한 신호 전하가 반도체층(23)으로 이동하고, 반도체층(23)의 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분에 축적되어진다. 이 후, 이 신호 전하는 전 화소 일제히 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분에서 메모리 전극(21Ｍ)에 대향하는 부분으로 반도체층(23)안에서 전송되어 유지되어진다. 즉, 고체 촬상 소자(101)에서는, 반도체층(23)의 면방향에 따라서 신호 전하의 축적, 전송 및 유지(메모리)가 이루어지고, 메모리 전극(21Ｍ)에 대향하는 부분의 반도체층(23)은 차광되어진다. 따라서 글로벌 셔터 기능을 구비하는 것에 기인하여 개구율이 저하되어진다.
이것에 대하여, 본 실시형태에서는 위에서 설명한 바와 같이 반도체층(23), 장벽층(24) 및 광전 변환층(25)의 적층 방향에 따라서 신호 전하의 축적, 전송 및 유지(메모리)가 이루어지기 때문에, 개구율을 저하시키는 일 없이 글로벌 셔터 구동을 실현할 수 있다.
이상 설명했던 것과 같이 본 실시형태의 고체 촬상 소자(10)에서는, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 사이에 장벽층(24)을 마련하도록 했기 때문에, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하의 전송 불량의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 소자 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 장벽층(24)을 마련하는 것에 의해, 반도체층(23), 장벽층(24) 및 광전 변환층(25)의 적층 방향에 따라, 신호 전하의 축적, 전송 및 유지(메모리)가 이루어지기 때문에, 개구율을 저하시키는 일 없이 글로벌 셔터 구동을 실현할 수 있다.
이하, 상기 제1 실시형태의 변형례 및 다른 실시형태에 관하여 설명하지만, 상기 제1의 실시형태와 동일한 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 그 설명을 생략한다.
＜2. 변형례 1＞
도 19는, 상기 제1의 실시형태의 변형례 1에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10Ａ))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10Ａ)는, 표면 조사형의 고체 촬상 소자이고, 반도체 기판(30)에는 제2면(30B)측에서 광이 입사하게 되어 있다. 이 점을 제외하고, 고체 촬상 소자(10Ａ)는 고체 촬상 소자(10)와 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
반도체 기판(30)의 제2면(30B)과 유기 광전 변환부(20)의 사이(제1 전극(21Ａ) 축적 전극(21Ｂ))에는, 접속부(41Ａ), 다층 배선(40) 및 층간 절연층(27ｓ)등이 마련되어 있다. 제1 전극(21Ａ)은, 층간 절연층(27ｓ)에 마련되는 상부 제1 콘택트(29Ａ) 및 접속 배선(39Ａ)을 통해 접속부(41Ａ)에 접속되어 있다. 즉, 이 표면 조사형의 고체 촬상 소자(10Ａ)에서는, 반도체 기판(30)의 관통 전극(도 1의 관통 전극(34))이 불필요하게 된다.
＜3. 변형례 2＞
　도 20은, 상기 제1의 실시형태의 변형례 2에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10Ｂ))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10Ｂ)는, 반도체 기판(30)안에 1개의 무기 광전 변환부(무기 광전 변환부 (32Ｃ))를 갖는 것이다. 이 점을 제외하고, 고체 촬상 소자(10Ｂ)는 고체 촬상 소자(10)과 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
무기 광전 변환부(32Ｃ)는, 컬러 필터층(53) 및 유기 광전 변환부(20)를 투과한 광을 광전 변환하는 부분이다. 고체 촬상 소자(10Ｂ)에는, 서로 다른 색의 광을 검출하는 무기 광전 변환부(32Ｃ)가 마련되어 있어도 좋으며, 고체 촬상 소자(10Ｂ)는, 예를 들면, 유기 광전 변환부(20)와 온 칩렌즈(52)와의 사이에 컬러 필터층(53)을 갖고 있고, 컬러 필터층(53)은, 무기 광전 변환부(32Ｃ)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 컬러 필터층(53)은, 반도체 기판(30)과 유기 광전 변환부(20)의 사이에 마련되어 있어도 좋다(도시하지 않음).
이와 같이 반도체 기판(30)에 마련되는 무기 광전 변환부(무기 광전 변환부(32Ｃ))가 1개이어도 좋다. 고체 촬상 소자(10Ｂ)에서는 화소마다 임의의 파장의 광을 선택적으로 이용하는 것이 가능해진다.
도 21에 나타낸 것처럼, 고체 촬상 소자(10Ｂ)는, 표면 조사형의 고체 촬상 소자라도 좋다.
＜4. 변형례 3＞
도 22는, 상기 제1의 실시형태의 변형례 3에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10Ｃ))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10Ｃ)에서는, 반도체 기판(30)안에 무기 광전 변환부(도 1의 무기 광전 변환부(32Ｒ, 32Ｂ) 또는 도 20의 무기 광전 변환부(32Ｃ))가 마련되어 있지 않다. 이 점을 제외하고, 고체 촬상 소자(10Ｃ)는 고체 촬상 소자(10)와 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
이 고체 촬상 소자(10Ｃ)는, 상기 변형례 2의 고체 촬상 소자(10Ｂ)와 마찬가지로 컬러 필터층(53)을 가지고 있다. 이 컬러 필터층(53)은, 유기 광전 변환부(20)와 온 칩렌즈(52)의 사이에 마련되어 있어도 좋으며(도 20), 또는, 반도체 기판(30)과 유기 광전 변환부(20)의 사이에 마련되어 있어도 좋다(도시하지 않음). 이와 같은 고체 촬상 소자(10Ｃ)에서는, 화소마다 임의의 파장의 광을 선택적으로 이용하는 것이 가능해진다.
또한, 반도체 기판(30)안에 무기 광전 변환부가 마련되어 있지 않기 때문에, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)을 구성하는 도전 재료의 선택의 자유도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)을 구성하는 도전 재료는, 광투과성의 도전 재료로 한정하지 않고, 보다 범용성이 높은 금속재료를 이용하는 것이 가능해진다.
또한, 이면 조사형의 고체 촬상 소자(10Ｃ)에서는, 반도체 기판(30)을 이용하는 것에 의해 적층형 촬상 소자를 구성할 수 있다.
도 23에 나타낸 것처럼, 고체 촬상 소자(10Ｃ)는, 표면 조사형의 고체 촬상 소자라도 좋다. 이 고체 촬상 소자(10Ｃ)에서는 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분의 반도체 기판(30)에 기능 향상을 위한 회로를 마련하도록 하여도 좋다.
＜5. 변형례 4＞
도 24는, 상기 제1의 실시형태의 변형례 4에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10Ｄ))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10Ｄ)는, 반도체층(23)을 사이로 하고 제2 전극(26)에 대향하는 전극으로서, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)에 가하여 전송 전극(21Ｃ)을 가지고 있다. 이 전송 전극(21Ｃ)은, 반도체층(23)으로의 신호 전하의 이동을 제어하기 위한 것이다. 이 점을 제외하고, 고체 촬상 소자(10Ｄ)는 고체 촬상 소자(10)와 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
도 25는, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 전송 전극(21Ｃ)의 평면 구성을 나타내고 있다. 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 전송 전극(21Ｃ)은 서로 이간되어 마련되어 있다. 전송 전극(21Ｃ)은, 예를 들면, 사각형의 평면 형상을 갖고 있고, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)에 나란히 하여 마련되어 있다. 전송 전극(21Ｃ)은 제1 전극(21Ａ)과 축적 전극(21Ｂ)의 사이에 배치되어 있다.
이 전송 전극(62Ｃ)은, 축적 전극(21Ｂ)에서 축적되는 신호 전하의 제1 전극(21Ａ)에의 전송의 효율을 향상시키기 위한 것이고, 절연층(22)을 사이로 하고 반도체층(23)에 대향하고 있다. 이 전송 전극(21Ｃ)은, 예를 들면, 상부 제3 콘택트(29Ｃ) 및 접속 배선(39Ｃ)을 통해 구동 회로를 구성하는 화소 구동 회로(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 전송 전극(21Ｃ)은 각각 독립하여 전압을 인가하는 것이 가능하게 되어 있다. 예를 들면, 전송 전극(21Ｃ)에 인가하는 전위를 조정하는 것에 의해, 축적 전극(21Ｂ)에 대향하는 부분의 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하가 의도하지 않고 제1 전극(21Ａ)으로 이동하는 것을 막을 수 있다.
이와 같이 고체 촬상 소자(10Ｄ)에서는, 제1 전극(21Ａ)과 축적 전극(21Ｂ)의 사이의 전송 전극(21Ｃ)에 의해, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하의 전송 효율을 보다 향상시키는 것이 가능해진다.
고체 촬상 소자(10Ｄ)는, 표면 조사형이라도 좋다(도 19 참조). 고체 촬상 소자(10Ｄ)의 반도체 기판(30)안에는, 1개의 무기 광전 변환부(32Ｃ)가 마련되어 있어도 좋으며(도 20, 도 21 참조), 또는, 반도체 기판(30)안에 무기 광전 변환부가 마련되어 있지않아도 좋다(도 22, 도 23 참조).
<6. 변형례 5＞
도 26은, 상기 제1의 실시형태의 변형례 5에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10Ｅ))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10Ｅ)는 반도체층(23)을 사이로 하여 제2 전극(26)에 대향하는 전극으로서, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)에 가하여 배출 전극(21Ｄ)을 가지고 있다. 이 점을 제외하고, 고체 촬상 소자(10Ｅ)는 고체 촬상 소자(10)와 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
도 27은, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 배출 전극(21Ｄ)의 평면 구성을 나타내고 있다. 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 배출 전극(21Ｄ)은, 서로 이간되어 마련되어 있다. 배출 전극(21Ｄ)은, 예를 들면, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)을 감싸도록 마련되어 있다. 이 배출 전극(21Ｄ)은, 예를 들면 화소에 공통으로 마련되어 있다. 배출 전극(21Ｄ)은, 화소마다 분리하여 마련되어 있어도 좋다(도시하지 않음).
배출 전극(21Ｄ)은, 절연층(22)의 개구에 마련되어 반도체층(23)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 배출 전극(21Ｄ)은, 축적 전극(21Ｂ)에 의한 끌어당김이 충분하지 않은 신호 전하 또는, 전송 능력 이상의 신호 전하가 발생하는 경우에 남았던 신호 전하(이른바, 오버플로한 신호 전하)를 구동 회로에 송출하기 위한 것이다. 배출 전극(21Ｄ)은, 예를 들면, 상부 제4 콘택트(29Ｄ) 및 접속 배선(39Ｄ)을 통해 구동 회로를 구성하는 화소 구동 회로(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 배출 전극(21Ｄ)은, 각각 독립하여 전압을 인가하는 것이 가능하게 되어 있다.
이와 같이 고체 촬상 소자(10Ｅ)에서는, 반도체층(23)에 전기적으로 접속되는 배출 전극(21Ｄ)에 의해, 반도체층(23)중에 생긴 여분의 신호 전하를 반도체층(23)중에 남겨 두지 않고 배출하는 것이 가능해진다.
고체 촬상 소자(10Ｅ)는, 표면 조사형이라도 좋다(도 19 참조). 고체 촬상 소자(10Ｅ)의 반도체 기판(30)안에는, 1개의 무기 광전 변환부(32Ｃ)가 마련되어 있어도 좋으며(도 20, 도 21 참조), 또는, 반도체 기판(30)안에 무기 광전 변환부가 마련되어 있지않아도 좋다(도 22, 도 23 참조). 고체 촬상 소자(10Ｅ)는, 배출 전극(21Ｄ)과 동시에 전송 전극(21Ｃ)을 가지고 있어도 좋다(도 24 참조).
＜7. 변형례 6＞
　도 28은, 상기 제1의 실시형태의 변형례 6에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10Ｆ))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10Ｆ)는, 반도체층(23)을 사이로 하고 제2 전극(26)에 대향하는 전극으로서, 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ)에 가하여 차폐 전극(21Ｅ)을 가지고 있다. 이 점을 제외하고, 고체 촬상 소자(10Ｆ)는 고체 촬상 소자(10)와 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 차폐 전극(21Ｅ)은 서로 이간되어 마련되어 있다. 차폐 전극(21Ｅ)은, 제1 전극(21Ａ) 및 축적 전극(21Ｂ)에 나란하게 마련되며, 이웃하는 축적 전극(21Ｂ)의 사이에 배치되어 있다. 이 차폐 전극(21Ｅ)은 이웃하는 축적 전극(21Ｂ)의 사이의 신호 전하가 누설되어(리크)를 억제하기 위한 것이고, 절연층(22)을 사이로 하여 반도체층(23)에 대향하고 있다. 차폐 전극(21Ｅ)은, 예를 들면, 상부 제5 콘택트(29Ｅ) 및 접속 배선(39Ｅ)을 통해 구동 회로를 구성하는 화소 구동 회로(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제1 전극(21Ａ), 축적 전극(21Ｂ) 및 차폐 전극(21Ｅ)은 각각 독립하여 전압을 인가하는 것이 가능하게 되어 있다.
이와 같이 고체 촬상 소자(10Ｆ)에서는, 이웃하는 축적 전극(21Ｂ)의 사이에 마련되는 차폐 전극(21Ｅ)에 의해, 이웃하는 축적 전극(21Ｂ)의 사이의 신호 전하의 누출을 억제하는 것이 가능해진다.
고체 촬상 소자(10Ｆ)는, 표면 조사형이라도 좋다(도 19 참조). 고체 촬상 소자(10Ｆ)의 반도체 기판(30)안에는, 1개의 무기 광전 변환부(32Ｃ)가 마련되어 있어도 좋으며(도 20, 도 21 참조), 또는, 반도체 기판(30)안에 무기 광전 변환부가 마련되어 있지 않아도 좋다(도 22, 도 23 참조). 고체 촬상 소자(10Ｆ)는, 차폐 전극(21Ｅ)과 동시에 전송 전극(21Ｃ)(도 24 참조) 또는 배출 전극(21Ｄ)(도 26 참조)을 갖고 있어도 좋다.
＜8. 변형례 7＞
도 29는, 상기 제1의 실시형태의 변형례 7에 관한 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(10Ｇ))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(10Ｇ)는, 광전 변환층(25)을 사이로 하여 제1 전극(21Ａ)을 덮는 차광막(54)을 가지고 있다. 이 점을 제외하고, 고체 촬상 소자(10Ｇ)는 고체 촬상 소자(10)와 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
차광막(54)은, 예를 들면, 제2 전극(26)과 온 칩렌즈(52)의 사이에 마련되어 제1 전극(21Ａ)에 대향하는 부분의 광전 변환층(25)을 덮고 있다. 이것에 의해, 제1 전극(21Ａ)에 가까운 영역(광전 변환층(25))으로의 광전 변환이 억제되어진다. 따라서 여분의 신호 전하가 제1 전극(21Ａ)에 전송되는 것을 억제할 수 있다. 이 차광막(54)은, 예를 들면, 텅스텐(Ｗ) 및 알루미늄(Ａｌ)등의 금속을 포함하고 있고, 단체의 금속에 의해 구성되어 있어도 좋으며, 또는, 합금에 의해 구성되어 있어도 좋다. 차광막(54)은, 컬러 필터층(예를 들면, 도 20의 컬러 필터층(53))의 구성 재료를 포함하고 있어도 좋으며, 적층 구조를 갖고 있어도 좋다. 축적 전극(21Ｂ)의 일부가 차광막(54)으로 덮여 있어도 좋다.
이와 같이 고체 촬상 소자(10Ｇ)에서는, 제1 전극(21Ａ)에 대향하는 부분의 광전 변환층(25)이 차광막(54)에 덮여 있기 때문에, 제1 전극(21Ａ)으로의 여분의 신호 전하의 전송이 억제되어진다.
고체 촬상 소자(10Ｇ)는, 표면 조사형이라도 좋다(도 19 참조). 고체 촬상 소자(10Ｇ)의 반도체 기판(30)안에는, 1개의 무기 광전 변환부(32Ｃ)가 마련되어 있어도 좋으며(도 20, 도 21 참조), 또는, 반도체 기판(30)안에 무기 광전 변환부가 마련되어 있지않아도 좋다(도 22, 도 23 참조). 고체 촬상 소자(10Ｇ)는, 전송 전극(21Ｃ)(도 24 참조), 배출 전극(21Ｄ)(도 26 참조) 또는 차폐 전극(21Ｅ)(도 28 참조)을 갖고 있어도 좋다. 전송 전극(21Ｃ), 배출 전극(21Ｄ) 또는 차폐 전극(21Ｅ)의 일부가 차광막(54)으로 덮여 있어도 좋다.
＜9. 제2의 실시형태＞
　도 30은, 본 개시의 제2의 실시형태의 고체 촬상 소자(고체 촬상 소자(60))의 주요 부분의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 소자(60)에서는, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 사이의 접합면(접합면(20S))이 전위 장벽으로서 기능하게 되어 있다. 즉, 고체 촬상 소자(60)에서는, 장벽층(도 1의 장벽층(24))에 대신하여 전위 장벽으로 되는 접합면(20S)이 마련되어 있다. 이 점을 제외하고 고체 촬상 소자(60)는, 상기 제1의 실시형태의 고체 촬상 소자(10)와 동일한 구성 및 효과를 가지고 있다.
도 31은, 반도체층(23) 및 광전 변환층(25)의 포텐셜 에너지의 일례를 나타내고 있다. 이와 같이 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 접합면(20S)에 전위 장벽이 형성되어진다. 예를 들면, 이하와 같은 조건하에서 이와 같은 접합면(20S)이 구성되어진다.
신호 전하가 전자인　때, 반도체층(23)은 광전 변환층(25)의 전도체의 포텐셜보다도 낮은 전도대의 포텐셜 에너지를 가지며, 또한, 광전 변환층(25)의 페르미레벨(진공 순위 기준)보다도 낮은 페르미레벨을 가지고 있다. 신호 전하가 정공인　때, 반도체층(23)은, 광전 변환층(25)의 원자가 전자대의 포텐셜 에너지보다도 높은 포텐셜 에너지를 가지며, 또한, 광전 변환층(25)의 페르미레벨보다도 낮은 페르미레벨을 가지고 있다.
이와 같이 고체 촬상 소자(60)에서는, 반도체층(23)과 광전 변환층(25)의 사이의 접합면(20S)이 전위 장벽으로서 기능 하기 때문에, 상기 고체 촬상 소자(10)와 마찬가지로, 반도체층(23)에 축적되는 신호 전하의 전송 불량의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 소자 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 접합면(20S)에 의해, 반도체층(23) 및 광전 변환층(25)의 적층 방향에 따라서 신호 전하의 축적, 전송 및 유지(메모리)가 이루어지기 때문에 개구율을 저하시키는 일 없이 글로벌 셔터 구동을 실현 할 수 있다.
고체 촬상 소자(60)는 표면 조사형이라도 좋다(도 19 참조). 고체 촬상 소자(60)의 반도체 기판(30)안에는 1개의 무기 광전 변환부(32Ｃ)가 마련되어 있어도 좋으며(도 20, 도 21 참조), 또는, 반도체 기판(30)안에 무기 광전 변환부가 마련되어 있지않아도 좋다(도 22, 도 23 참조). 고체 촬상 소자(60)는, 전송 전극(21Ｃ)(도 24 참조), 배출 전극(21Ｄ)(도 26 참조) 또는 차폐 전극(21Ｅ)(도 28 참조)를 갖고 있어도 좋다. 고체 촬상 소자(60)에는 차광막(54)이 마련되어 있어도 좋다(도 29 참조).
＜적용례 1＞
　도 32는, 상기 실시형태 등에 있어 설명한 고체 촬상 소자(10)(또는, 고체 촬상 소자(10Ａ∼10Ｇ, 60), 이하, 정리하여 고체 촬상 소자(10)라고 칭함))를 각 화소에 이용한 고체 촬상 장치(고체 촬상 장치(1))의 전체 구성을 나타낸 것이다. 이 고체 촬상 장치(1)는, ＣＭＯＳ 이미지 센서이고, 반도체 기판(30)위에, 촬상 지역으로서의 화소부(1ａ)를 갖는 것과 함께, 이 화소부(1ａ)의 주변 영역에 예를 들면, 행 주사부(131), 수평 선택부(133), 열 주사부(134) 및 시스템 제어부(132)로 되는 주변 회로부(130)를 가지고 있다.
화소부(1ａ)는, 예를 들면 행렬상에 2차원 배치되는 복수의 화소(Ｐ)(고체 촬상 소자(10))를 가지고 있다. 화소(Ｐ)에는, 예를 들면 화소행마다 화소 구동선(Ｌread)(예를 들면, 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되며, 화소열마다 수직 신호선(Ｌsig)이 배선되어 있다. 화소 구동선(Ｌread)은, 화소(Ｐ)로부터의 신호 판독을 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 화소 구동선(Ｌread)의 한 끝은, 행 주사부(131)의 각 행에 대응하는 출력단에 접속되어 있다.
행 주사부(131)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되며, 소자 영역(Ｒ1)의 각 화소(Ｐ)를, 예를 들면 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행 주사부(131)에 의해 선택 주사되는 화소행의 각 화소(Ｐ)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(Ｌsig)의 각각을 통하여 수평 선택부(133)에 공급되어진다. 수평 선택부(133)는, 수직 신호선(Ｌsig)마다 마련되는 앰프나 수평 선택 스위치 등에 의해 구성되어 있다.
열 주사부(134)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되며, 수평 선택부(133)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순번대로 구동하는 것이다. 이 열 주사부(134)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Ｌsig)의 각각을 통하여 전송되는 각 화소의 신호가 순번대로 수평 신호선(135)에 출력되어, 해당 수평 신호선(135)을 통하여 도시하지 않는 신호 처리부 등에 입력되어진다.
시스템 제어부(132)는, 외부에서 부여받는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터등을 수취하고, 또한, 촬상 소자(4)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(132)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 해당 타이밍 제너레이터에서 생성되는 각종의 타이밍 신호를 기초로 행 주사부(131), 수평 선택부(133) 및 열 주사부(134)등의 구동 제어를 행한다.
＜적용례 2＞
상기 고체 촬상 장치(1)는 예를 들면, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화 등, 촬상 기능을 구비한 모든 타입의 전자 기기에 적용할 수 있다. 도 33에, 그 일례로서, 전자 기기(2)(카메라)의 개략 구성을 나타낸다. 이 전자 기기(2)는, 예를 들면, 정지 화상 또는 동화를 촬영 가능한 비디오 카메라이고, 고체 촬상 장치(1)와, 광학계(광학 렌즈)(310)와, 셔터 장치(311)와, 고체 촬상 장치(1) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부 (313)와 신호 처리부(312)를 갖는다.
광학계(310)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 소자(4)로 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는, 복수의 광학 렌즈로부터 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는, 고체 촬상 장치(1)로의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는, 고체 촬상 장치(1)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는, 고체 촬상 장치(1)로부터 출력되는 신호에 대하여 각종의 신호 처리를 행하는 것이다. 신호 처리후의 영상 신호(Ｄout)는 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나 또는 모니터 등에 출력되어진다.
＜적용례 3＞
＜체내 정보 취득 시스템에의 응용례＞
또한, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 34는, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용되어 질수 있는 캡슐 형상내시경을 이용한 환자의 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
체내 정보 취득 시스템(10001)은 캡슐 형상 내시경(10100)과, 외부 제어 장치(10200)로 구성되어진다.
캡슐 형상 내시경(10100)은, 검사시에 환자에 의해 삼켜진다. 캡슐 형상 내시경(10100)은, 촬상 기능 및 무선 통신 기능을 갖고, 환자로부터 자연 배출되기 까지의 사이 위나 장 등의 장기의 내부를 연동 운동 등에 의해 이동하면서, 해당 장기의 내부의 화상(이하, 체내 화상이라고도 한다)을 소정의 간격으로 순차적으로 촬상하고, 그 체내 화상에 관한 정보를 체외의 외부 제어 장치(10200)로 순차적으로 무선 송신한다.
외부 제어 장치(10200)는, 체내 정보 취득 시스템(10001)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐 형상 내시경(10100)으로부터 송신되어 오는 체내 화상에 관한 정보를 수신하고, 수신한 체내 화상에 관한 정보에 근거하여 표시 장치(도시하지 않음)에 해당 체내 화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다.
체내 정보 취득 시스템(10001)에서는, 이와 같이 하여, 캡슐 형상 내시경(10100)이 삼켜지고부터 배출되기 까지의 사이 환자의 체내의 모습을 촬상한 체내 화상을 수시로 얻을 수 있다.
캡슐 형상 내시경(10100)과 외부 제어 장치(10200)의 구성 및 기능에 관하여보다 상세히 설명한다.
캡슐 형상 내시경(10100)은, 캡슐 형의 박스(10101)를 가지며, 그 박스 (10101)안에는, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 급전부(10115), 전원부(10116) 및 제어부(10117)가 수납되어 있다.
광원부(10111)는, 예를 들면 ＬＥＤ(light emitting diode)등의 광원으로부터 구성되며 촬상부(10112)의 촬상 시야에 대하여 광을 조사한다.
촬상부(10112)는, 촬상 소자 및 해당 촬상 소자의 전단에 마련되는 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계로부터 구성되어진다. 관찰 대상인　체조직에 조사되는 광의 반사광(이하, 관찰광이라고 칭한다)은, 해당 광학계에 의해 집광되어, 해당 촬상 소자에 입사한다. 촬상부(10112)에서는, 촬상 소자에 있어서, 그곳에 입사한 관찰광이 광전 변환되며 그 관찰광에 대응하는 화상 신호가 생성되어진다. 촬상부(10112)에 의해 생성되는 화상 신호는 화상 처리부(10113)에 제공되어진다.
화상 처리부(10113)는, ＣＰＵ(Central Processing Unit)나 ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)등의 프로세서에 의해 구성되며, 촬상부(10112)에 의해 생성되는 화상 신호에 대하여 각종의 신호 처리를 행한다. 화상 처리부(10113)는, 신호 처리를 가한 화상 신호를 ＲＡＷ 데이터로서 무선 통신부(10114)에 제공한다.
무선 통신부(10114)는, 화상 처리부(10113)에 의해 신호 처리가 행해진 화상 신호에 대하여 변조 처리 등의 소정의 처리를 행하고, 그 화상 신호를 안테나 (10114Ａ)를 통해 외부 제어 장치(10200)로 송신한다. 또한, 무선 통신부(10114)는, 외부 제어 장치(10200)로부터, 캡슐 형상 내시경(10100)의 구동 제어에 관한 제어 신호를 안테나(10114Ａ)를 통해 수신한다. 무선 통신부(10114)는 외부 제어 장치(10200)로부터 수신한 제어 신호를 제어부(10117)에 제공한다.
급전부(10115)는, 수전용의 안테나 코일, 해당 안테나 코일에 발생한 전류로부터 전력을 재생한 전력 재생 회로 및 승압 회로 등으로부터 구성되어진다. 급전부(10115)에서는, 이른바 비접촉 충전의 원리를 이용하여 전력이 생성되어진다.
전원부(10116)는, 2차 전지에 의해 구성되어 급전부(10115)에 의해 생성되는 전력을 축전한다. 도 34에서는, 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 전원부(10116)로부터의 전력의 공급처를 나타내는 화살표 등의 도시를 생략하고 있지만, 전원부(10116)에 축전되는 전력은 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114) 및 제어부(10117)에 공급되며, 이들의 구동에 이용되어진다.
제어부(10117)는, ＣＰＵ 등의 프로세서에 의해 구성되며, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114) 및 급전부(10115)의 구동을 외부 제어 장치(10200)로부터 송신되는 제어 신호에 따라 적절히 제어한다.
외부 제어 장치(10200)는, ＣＰＵ, ＧＰＵ 등의 프로세서, 또는 프로세서와 메모리 등의 기억 소자가 혼재되는 마이크로 컴퓨터 또는 제어 기판 등으로 구성되어진다. 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐 형상 내시경(10100)의 제어부(10117)에 대하여 제어 신호를 안테나(10200Ａ)를 통해 송신함으로써, 캡슐 형상 내시경(10100)의 동작을 제어한다. 캡슐 형상 내시경(10100)에서는, 예를 들면, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 광원부(10111)에 있어서 관찰 대상에 대한 광의 조사 조건이 변경되어 진다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 촬상 조건(예를 들면, 촬상부(10112)에 있어서 프레임 레이트, 노출 치등)이 변경되어 진다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 화상 처리부(10113)에 있어서 처리의 내용이나, 무선 통신부(10114)가 화상 신호를 송신하는 조건(예를 들면, 송신 간격, 송신 화상 수 등)이 변경되어도 좋다.
또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐 형상 내시경(10100)으로부터 송신되는 화상 신호에 대하여, 각종의 화상 처리를 가하여 촬상되는 체내 화상을 표시 장치에 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다. 해당 화상 처리로서는 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리), 고화질화 처리(대역 강조 처리, 초해상 처리, ＮＲ(Noise reduction)처리 및／또는 손 떨림 보정 처리 등) 및／또는 확대 처리(전자 줌 처리)등, 각종의 신호 처리를 할 수가 있다. 외부 제어 장치(10200)는 표시 장치의 구동을 제어하고, 생성한 화상 데이터에 근거하여 촬상되는 체내 화상을 표시시킨다. 또는, 외부 제어 장치(10200)는, 생성한 화상 데이터를 기록 장치(도시하지 않음)에 기록시키거나, 인쇄 장치(도시하지 않음)에 인쇄 출력시켜도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용되어 얻는 체내 정보 취득 시스템의 일례에 관하여 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 촬상부(10112)에 적용되어 얻어진다. 이것에 의해 검출 정밀도가 향상한다.
＜적용례 4＞
＜내시경 수술 시스템에의 응용례＞
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 35는, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용되어 얻어지는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 도 이다.
도 35에서는, 시술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여 환자 베드(11133)위의 환자(11132)에게 수술을 행하고 있는 모습이 도시되어 있다. 도시와 같이 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112)등의, 그 밖의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지암 장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로부터 구성된다.
내시경(11100)은, 선단에서 소정 길이의 영역이 환자(11132)의 체강내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(11102)로부터 구성된다. 도시한 예로는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성된 내시경(11100)을 도시하고 있지만, 내시경(11100)은, 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는, 대물 렌즈가 끼워넣어진 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 해당 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이 경통(11101)의 내부에 연설되는 라이트 가이드에 의해 해당 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통해 환자(11132)의 체강내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경이라도 좋고, 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고, 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 해당 광학계에 의해 해당 촬상 소자에 집광된다. 해당 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전 변환되고, 관찰광에 대응한 전기 신호, 즉 관찰상에 대응한 화상 신호가 생성된다. 해당 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit)(11201)에 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit)등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)에서 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대하여, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리)등의 해당 화상 신호에 의거한 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 가한다.
표시 장치(11202)는, CCU(11201)에서의 제어에 의해 해당 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 행해진 화상 신호에 의거한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED(light emitting diode)등의 광원으로부터 구성되고, 수술부 등을 촬영하는 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는, 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는 입력 장치(11204)를 통해, 내시경 수술 시스템(11000)에 대하여 각종 정보의 입력이나 지시 입력을 할 수가 있다. 예를 들면, 유저는 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는, 조직의 소작, 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 시술자의 작업 공간의 확보 목적으로, 환자(11132)의 체강을 팽창시키기 위해 기복 튜브(11111)를 통해 해당 체강내로 가스를 보내 넣는다. 리코더(11207)는 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는, 수술에 관한 각종의 정보를 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)에 수술부를 촬영하는 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는 예를 들면 LED, 레이저광원 또는 이러한 조합에 의해 구성되는 백색광원으로부터 구성할 수 있다. RGB 레이저광원의 조합에 의해 백색광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에 광원 장치(11203)에 있어서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 할 수가 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하는 것에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 해당 방법에 의하면, 해당 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하고 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성하는 것에 의해 이른바 흑 찌부러짐(blocked up shadows) 및 백 찌부러짐(blown out highlights)이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 특수광 관찰에 대응하는 소정의 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰으로는 예를 들면, 체조직에 있어서 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하고, 통상의 관찰시에 있어서 조사광(즉, 백색광)과 비교하여 협대역의 광을 조사하는 것에 의해 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 높은 콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행해진다. 또는, 특수광 관찰으로는, 여기광을 조사하는 것에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행해져도 좋다. 형광 관찰으로는, 체조직에 여기광을 조사하고 해당체 조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG)등의 시약을 체조직 부위에 주사함과 함께 해당 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응하는 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 할 수가 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응하는 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성되어 진다.
도 36은, 도 35에 나타내는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 일례를 도시하는 블록도다.
카메라 헤드(11102)는, 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은, 경통(11101)과의 접속부에 마련된 광학계이다. 경통(11101)의 선단에서 받아들여진 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 해당 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 1개(이른바 단판식)라도 좋고, 복수개(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들면 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그것들이 합성되는 것에 의해 컬러 화상을 얻을 수 있어도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는, 3D(dimensional)표시에 대응하는 오른쪽 눈용 및 왼쪽 눈용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 1대의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행해지는 것에 의해 시술자(11131)는 수술부에 있어서의 생체조직의 속으로 감을 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해지다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는 각 촬상 소자에 대응하여 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련된다.
또한, 촬상부(11402)는 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는 경통(11101)의 내부에 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)에서의 제어에 의해 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축에 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이것에 의해 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정되어 진다.
통신부(11404)는, CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는, 촬상부(11402)에서 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통해 CCU(11201)로 송신한다.
또한, 통신부(11404)는, CCU(11201)에서 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 해당 제어 신호에는, 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정한 취지의 정보, 촬상시의 노출치를 지정하는 취지의 정보 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기의 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋으며, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자의 경우에는, 이른바 AE(Auto Exposure)기능, AF(Auto Focus)기능 및 AWB(Auto White Balance)기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있는 것으로 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는, 통신부(11404)를 통해 수신한 CCU(11201)에서의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에서 전송 케이블(11400)을 통해 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에 대하여 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는, 카메라 헤드(11102)에서 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대하여 각종의 화상 처리를 가한다.
제어부(11413)는, 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상 및 수술부 등의 촬상에 의해 얻을 수 있는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는, 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 행해진 화상 신호에 의거하여, 수술부 등이 비쳤던 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는, 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에 있어서 각종의 물체를 인식해도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 촬상 화상에 포함된 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출하는 것에 의해 집게 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는, 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시키는 때에 그 인식 결과를 이용하여 각종의 수술 지원 정보를 해당 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되어 시술자(11131)에게 제시되는 것에 의해 시술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 시술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이와 같은 복합 케이블이다.
여기에서, 도시하는 예로는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)의 사이의 통신은 무선으로 행해져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용되어지는 내시경 수술 시스템의 일례에 관하여 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(11402)에 적용되어 진다. 촬상부(11402)에 본 개시에 관한 기술을 적용함으로써, 검출 정밀도가 향상한다.
또한, 여기에서는, 일례로서 내시경 수술 시스템에 관하여 설명했지만, 본 개시에 관계되는 기술은, 그 밖에 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
<적용례 5>
<이동체에의 응용례>
본 개시에 관계된 기술은 여러 가지 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇, 건설기계, 농업기계(트렉터)등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 37은, 본 개시에 관한 기술이 적용되어 얻어지는 이동체 제어 시스템의 일례인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통해 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 38에 나타낸 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 보디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040) 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052) 및 차량 탑재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절한 스티어링 기구 및 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능 한다.
보디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 보디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능 한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기에서 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력되어진다. 보디계 제어 유닛(12020)은, 이러한 전파 또는 신호의 입력을 접수, 차량의 도어 록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 동시에 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차량, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 좋다.
촬상부(12031)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는 전기 신호를 화상으로서 출력하는 것도 가능하고, 측거의 정보로서 출력하는 것도 가능하다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)에서 입력되는 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않은지를 판별해도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어하는 것에 의해 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로한 협조 제어를 할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 의거하여, 보디계 제어 유닛(12020)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 따라 헤드 램프를 제어하고, 하이 빔을 로 빔으로 전환하는 등의 방현을 도모하는 것을 목적으로한 협조 제어를 할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대하여, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 한쪽의 출력 신호를 송신한다. 도 38의 예로는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 38은, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 38에서는 촬상부(12031)로서 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트 유리의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노즈에 갖춰지는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트 유리의 상부에 갖춰지는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 앞쪽 화상을 취득한다. 사이드 미러에 갖춰지는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 갖춰지는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 뒤쪽의 화상을 취득한다. 차실내의 프론트 유리의 상부에 갖춰지는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 38에는 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 일례가 나타나고 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노즈에 마련되어진 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 중합시켜지는 것에 의해 차량(12100)을 상방으로부터 본 부감 화상이 얻어진다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 되는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)에서 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114)내에 있어서 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구하는 것에 의해 특히 차량(12100)의 진행로 위에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 거의 동일 방향에 소정의 속도(예를 들면, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차의 앞에 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다)등을 할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로한 협조 제어를 할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)에서 얻어진 거리 정보를 기초로 입체물에 관한 입체물 데이터를 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)주변의 장애물을 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하며, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통해 드라이버에 경보를 출력하는 것이나 구동계 제어 유닛(12010)을 통해 강제 감속이나 회피 조타를 행하는 것으로 충돌 회피를 위한 운전 지원을 할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지 아닌지를 판정하는 것으로 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에 있어서 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지 아닌지를 판별하는 순서에 의해 행해진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면 음성 화상 출력부(12052)는 해당 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 원하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용되어 지는 차량 제어 시스템의 일례에 관하여 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용되어 진다. 구체적으로는, 도 32의 고체 촬상 장치(1)는, 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함으로써, 보다 보기 쉬운 촬영 화상을 얻을 수 있기 때문에, 드라이버의 피로를 경감하는 것이 가능해진다.
이상, 실시형태 등 예를 들어 설명했지만, 본 개시 내용은 상기 실시형태 등으로 한정되는 것이 아니며, 여러 가지 변형이 가능한다. 예를 들면, 상기 실시형태 등에서는, 고체 촬상 소자(10)등으로서, 녹색광을 검출하는 유기 광전 변환부(20)와, 청색광, 적색광을 각각 검출하는 무기 광전 변환부(32Ｂ, 32Ｒ)를 적층시킨 구성으로 했지만, 본 개시 내용은 이와 같은 구조로 한정되는 것이 아니다. 즉, 유기 광전 변환부에 있어서 적색광 또는 청색광을 검출하도록 하여도 좋으며, 무기 광전 변환부에 있어서 녹색광을 검출하도록 하여도 좋다.
또한, 이러한 유기 광전 변환부 및 무기 광전 변환부의 수나 그 비율도 한정되는 것이 아니고, 2이상의 유기 광전 변환부를 마련해도 좋다. 예를 들면, 본 기술은, 기판상에 절연층을 통해, 각각 소정의 파장영역의 광을 선택적으로 흡수하는 것이 가능한 유기 반도체 재료를 포함하여 구성된 적색 광전 변환부, 녹색 광전 변환부 및 청색 광전 변환부가 이 순서로 적층되는 종 방향 분광형의 고체 촬상 소자에 있어서도 상기 실시형태 등과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 기술은, 유기 광전 변환부 및 무기 광전 변환부를 기판면에 따라서 병렬시킨 고체 촬상 소자에 있어도 상기 실시형태 등과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 개시의 고체 촬상 소자의 구성은, 상기 실시형태 등으로 나타낸 조합으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 고체 촬상 소자가 전송 전극(21Ｃ), 배출 전극(21Ｄ) 및 차폐 전극(21Ｅ)을 가지고 있어도 좋다. 또한, 축적 전극(21Ｂ)을 2개 또는 3개 이상으로 분할 형성해도 좋다.
더하여, 본 개시의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에서는, 상기 실시형태 등으로 설명한 각 구성 요소를 전부 구비하고 있을 필요는 없으며, 또한 역으로 다른 층을 구비하고 있어도 좋다.
상기 실시형태 등에 있어서 설명한 효과는 일례이고, 다른 효과라도 좋으며, 또 다른 효과를 포함하고 있어도 좋다.
또한, 본 개시는 이하와 같은 구성이라도 좋다.
(1) 광전 변환층과,
상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 반도체층과,
상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막과,
상기 반도체층과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 장벽층을 구비한 고체 촬상 소자.
(2) 광전 변환층과,
상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되며, 상기 광전 변환층과의 접합면에 전위 장벽을 갖는 반도체층과,
상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막을 구비한 고체 촬상 소자.
(3) 상기 광전 변환층은 유기 반도체 재료를 포함하고,
상기 반도체층은, 상기 유기 반도체 재료의 이동도보다도 높은 이동도를 갖는 반도체 재료를 포함하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재되는 고체 촬상 소자.
(4) 또한, 대향하는 제1면 및 제2면을 갖는 반도체 기판을 가지고,
상기 반도체 기판의 상기 제1 면상에, 상기 제1 전극, 상기 반도체층, 상기 장벽층, 상기 광전 변환층 및 상기 제2 전극이 이 순서로 마련되어 있는 상기 (1)에 기재되는 고체 촬상 소자.
(5) 또한, 대향하는 제1면 및 제2면을 갖는 반도체 기판과,
상기 반도체 기판의 상기 제2면과 상기 제1 전극의 사이에 마련되는 다층 배선을 포함하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재되는 고체 촬상 소자.
(6) 또한, 상기 반도체 기판내에 마련되는 무기 광전 변환부를 갖는 상기 (4) 또는 (5)에 기재되는 고체 촬상 소자.
(7) 또한, 상기 절연막을 사이로 하고 상기 반도체층에 대향하고 마련되며, 상기 반도체층에서의 신호 전하의 이동을 제어하는 전송 전극을 갖는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재되는 고체 촬상 소자.
(8) 또한, 상기 제1 전극과 이간하여 마련되어 상기 반도체층에 전기적으로 접속되는 배출 전극을 갖는 상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재되는 고체 촬상 소자.
(9) 또한, 상기 광전 변환층을 사이로 하고 상기 제1 전극을 덮는 차광막을 갖는 상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재되는 고체 촬상 소자.
(10) 상기 장벽층은 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산 질화 실리콘 또는 유기 재료를 포함하는 상기 (1)에 기재되는 고체 촬상 소자.
(11) 복수의 고체 촬상 소자를 구비하고,
상기 고체 촬상 소자는,
광전 변환층과,
상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 반도체층과,
상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막과,
상기 반도체층과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 장벽층을 포함하는 고체 촬상 장치,
(12) 복수의 고체 촬상 소자를 구비하고,
상기 고체 촬상 소자는,
광전 변환층과,
상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되어 상기 광전 변환층과의 접합면에 전위 장벽을 갖는 반도체층과,
상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막을 포함하는 고체 촬상 장치.
(13) 또한, 상기 절연막을 사이로 하고 상기 반도체층에 대향하는 차폐 전극을 갖고,
상기 차폐 전극은, 서로 이웃한 상기 축적 전극의 사이에 배치되어 있는　상기 (11) 또는 (12)에 기재되는 고체 촬상 장치.
(14) 상기 고체 촬상 소자가 마련되는 화소를 복수 가지고,
상기 화소마다 상기 반도체층이 분리되어 마련되어 있는 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재되는 고체 촬상 장치.
(15) 상기 고체 촬상 소자가 마련되는 화소을 복수 가지고,
상기 화소마다 상기 광전 변환층이 분리되어 마련되어 있는 상기 (11) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재되는 고체 촬상 장치.
[0232]
본 출원은, 일본 특허청에 있어서 2018년 3월 19일에 출원된 일본 특허출원 번호 제2018－50808호를 기초로서 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
[0233]
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 여러 가지의 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션 및 변경을 상도 할 수 있지만, 그것들은 첨부의 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해되어진다.

Claims (15)

  1. 광전 변환층과,
    상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 반도체층과,
    상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
    상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막과,
    상기 반도체층과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 장벽층을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 광전 변환층과,
    상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되어, 상기 광전 변환층과의 접합면에 전위 장벽을 갖는 반도체층과,
    상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
    상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환층은, 유기 반도체 재료를 포함하고,
    상기 반도체층은, 상기 유기 반도체 재료의 이동도보다도 높은 이동도를 갖는 반도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    대향하는 제1면 및 제2면을 갖는 반도체 기판을 더 가지고,
    상기 반도체 기판의 상기 제1 면 상에, 상기 제1 전극, 상기 반도체층, 상기 장벽층, 상기 광전 변환층 및 상기 제2 전극이 이 순서로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    대향하는 제1면 및 제2면을 갖는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 상기 제2면과 상기 제1 전극의 사이에 마련되는 다층 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 기판내에 마련되는 무기 광전 변환부를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연막을 사이로 하고 상기 반도체층에 대향하여 마련되어, 상기 반도체층에서의 신호 전하의 이동을 제어하는 전송 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 이간되어 마련되며, 상기 반도체층에 전기적으로 접속되는 배출 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환층을 사이로 하고 상기 제1 전극을 덮는 차광막을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 장벽층은, 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산 질화 실리콘 또는 유기 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 복수의 고체 촬상 소자를 구비하고,
    상기 고체 촬상 소자는,
    광전 변환층과,
    상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 반도체층과,
    상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
    상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막과,
    상기 반도체층과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되는 장벽층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 복수의 고체 촬상 소자를 구비하고,
    상기 고체 촬상 소자는,
    광전 변환층과,
    상기 광전 변환층을 사이로 하여 대향하는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 광전 변환층의 사이에 마련되어, 상기 광전 변환층과의 접합면에 전위 장벽을 갖는 반도체층과,
    상기 반도체층을 사이로 하고 상기 광전 변환층에 대향하는 축적 전극과,
    상기 축적 전극과 상기 반도체층의 사이에 마련되는 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 절연막을 사이로 하고 상기 반도체층에 대향하는 차폐 전극을 가지며,
    상기 차폐 전극은, 이웃하는 상기 축적 전극의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 고체 촬상 소자가 마련되는 화소를 복수 가지며,
    상기 화소마다 상기 반도체층이 분리되어 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 고체 촬상 소자가 마련되는 화소를 복수 가지며,
    상기 화소마다 상기 광전 변환층이 분리되어 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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