TW202005072A - 固態攝像元件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種具有可抑制製造成本之增加且自所積層之光電轉換膜有效率地輸出、傳送像素信號之像素電晶體及其配線的固態攝像元件及其製造方法。 本發明之固態攝像元件具備：半導體基板；第1光電轉換部，其設置於前述半導體基板上；及控制部，其設置為與前述第1光電轉換部積層，包含控制前述第1光電轉換部之複數個像素電晶體；且前述第1光電轉換部包含：第2電極；第1光電轉換膜，其設置於前述第2電極之上方，將光轉換為電荷；及第1電極，其設置於前述第1光電轉換膜上；並且前述複數個像素電晶體包含將前述電荷放大並作為像素信號輸出之放大電晶體；前述放大電晶體之通道形成區域包含氧化物半導體層。

Description

固態攝像元件及其製造方法
本發明係關於一種固態攝像元件及其製造方法。
近年來，在CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合裝置)圖像感測器或CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補式金屬氧化物半導體)圖像感測器(固態攝像元件)中，因伴隨著縮小像素尺寸，朝單位像素入射之光量減少，而感度降低，產生S/N(信號/雜訊)比之降低。又，在上述之各種圖像感測器中，廣泛利用使利用原色濾光器之分別檢測紅色、綠色及藍色之光之像素在平面上排列之構成(例如拜耳排列)。在此種構成之情形下，例如，在檢測紅色光之像素中，由於綠色光及藍色光難以透過該像素具有之濾光器，故在該像素中不會被光電轉換，亦即未被檢測到。因而，在如上述之構成之情形下，因在每一像素檢測特定之1個顏色之光，無法檢測其他顏色之光，而不可謂充分地利用朝各像素入射之光，換言之，基於像素感度之觀點可謂產生損失。
作為解決如上述之狀況之方法，可舉出在單位像素中，於縱向方向積層3層可分別利用紅色光、綠色光及藍色光進行光電轉換之光電轉換膜，而可在1個單位像素檢測3色之光的圖像感測器(例如下述專利文獻1)。又，作為可在1個單位像素檢測3色之光之其他圖像感測器，可舉出具有積層有分別檢測紅色光及藍色光之2個光電二極體(PhotoDiode；PD)之矽基板、及設置於該矽基板之上方可進行綠色光之光電轉換之光電轉換膜的圖像感測器(例如下述專利文獻2)。
再者，詳細而言，在如下述專利文獻2所揭示之具有積層有2個PD之矽基板、及設置於該矽基板之上方之光電轉換膜的圖像感測器中，針對用於取出像素信號之電路構成，可舉出如以下之電路構成。例如，如下述專利文獻3所揭示般，可舉出形成有上述電路之電路形成層在圖像感測器之受光面(光入射之側)之相反側形成的背面照射型構造。又，如下述專利文獻4所揭示般，可舉出在設置於矽基板之上方之光電轉換膜之正下方設置有用於蓄積藉由光電轉換獲得之電荷並進行傳送之半導體層、及介隔著絕緣膜與上述半導體層對向之蓄積用電極的構造。進而，在下述專利文獻5～6中揭示利用氧化物半導體層構成上述電路構成中所含之各種像素電晶體之通道形成區域。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-51115號公報 [專利文獻2]日本特開2003-332551號公報 [專利文獻3]日本特開2011-29337號公報 [專利文獻4]日本特開2017-157816號公報 [專利文獻5]日本特開2009-105381號公報 [專利文獻6]日本特開2009-267912號公報 [專利文獻7]日本特表2009-535819號公報
[發明所欲解決之問題]
在上述之圖像感測器(固態攝像元件)中，為了將在設置於基板上方之光電轉換膜產生之電荷作為像素信號輸出，而設置複數個像素電晶體(例如放大電晶體、傳送電晶體、重置電晶體等)、及用於連接該等像素電晶體之配線。為了提高圖像感測器之特性，且抑制製造成本之增加，而謀求將像素電晶體及配線以較佳之構成配置於較佳之位置。然而，在先前之提案中，針對像素電晶體及配線之較佳之構成及位置，未具體地研究。又，即便在針對像素電晶體之構成及位置進行揭示時，也難言該揭示係如可有效率地輸出、傳送像素信號之有效的構成及配置且可抑制製造成本之增加。
因而，鑒於如上述之狀況，在本發明中提案一種具有可抑制製造成本之增加且有效率地輸出、傳送像素信號之像素電晶體及配線的新穎且經改良之固態攝像元件及其製造方法。 [解決問題之技術手段]
根據本發明，提供一種固態攝像元件，該固態攝像元件具備：半導體基板；第1光電轉換部，其設置於前述半導體基板上；及控制部，其設置為與前述第1光電轉換部積層，包含控制前述第1光電轉換部之複數個像素電晶體；且前述第1光電轉換部包含：第2電極；第1光電轉換膜，其設置於前述第2電極之上方，將光轉換為電荷；及第1電極，其設置於前述第1光電轉換膜上；並且前述複數個像素電晶體包含將前述電荷放大並作為像素信號輸出之放大電晶體；前述放大電晶體之通道形成區域包含氧化物半導體層。
再者，根據本發明提供一種固態攝像元件之製造方法，該固態攝像元件之製造方法包含：在半導體基板之上方，形成成為像素電晶體之通道形成區域之氧化物半導體層；在前述氧化物半導體層之上方，形成包含複數個像素電晶體之複數個閘極電極之閘極電極層；在前述閘極電極層之上方，形成包含對前述複數個像素電晶體施加電源電壓之複數條電源配線及傳遞像素信號之複數條信號配線的電源信號配線層；在前述電源信號配線層之上方，形成包含驅動前述複數個像素電晶體之複數條驅動配線之驅動配線層；在前述驅動配線層之上方形成第2電極；在前述第2電極之上方形成第1光電轉換膜；及在前述第1光電轉換膜上形成第1電極。 [發明之效果]
如以上所說明般，根據本發明，可提供一種具有可抑制製造成本之增加且有效率地輸出、傳送像素信號之像素電晶體及配線的固態攝像元件及其製造方法。
此外，上述之效果不一定為限定性效果，本發明可發揮上述之效果，且可發揮本說明書所示之任一效果、或根據本說明書可掌握之其他之效果而取代上述之效果。
以下，一面參照附圖一邊針對本發明之較佳之實施形態詳細地說明。此外，在本說明書及圖式中，針對實質上具有同一功能構成之構成要素，藉由賦予同一符號而省略重複說明。
又，在本說明書及圖式中，有對具有實質上同一或類似之功能構成之複數個構成要素在同一符號之後賦予不同數字而進行區別之情形。惟，在無須特別區別具有實質上同一或類似之功能構成之複數個構成要素各者時，僅賦予同一符號。又，有針對不同之實施形態之類似之構成要素，在同一符號之後賦予不同之字母而進行區別之情形。惟，在無須特別區別類似之構成要素各者時，僅賦予同一符號。
又，以下之說明所參照之圖式係用於促進本發明之一實施形態之說明及其理解之圖式，為了便於理解，而有圖中所示之形狀或尺寸、比等與實際不同之情形。再者，圖中所示之固態攝像元件可參考以下之說明與周知之技術而適宜地設計變更。又，在利用固態攝像元件之剖視圖之說明中，有固態攝像元件之積層構造之上下方向與以光相對於固態攝像元件入射之入射面為上時之相對方向對應，與依照實際之重力加速度之上下方向不同之情形。
又，在以下之說明中，關於與大小及形狀相關之表現並非是僅意指與數學上定義之數值相同之值或幾何學上定義之形狀，也包含在固態攝像元件之製造工序中存在工業上容許之程度之差異等之情形及與該形狀類似之形狀。
再者，在以下之電路構成之說明中，如無特別異議，所謂「連接」係意指將複數個要素之間電性連接。此外，對於以下之說明之「接続」，設為不僅包含將複數個要素直接地且電性連接之情形，也包含經由其他要素間接地且電性連接之情形。
此外，說明按照以下之順序進行。 1. 本發明人等創作本發明之實施形態之背景 2. 第1實施形態 2.1 固態攝像裝置之概略構成 2.2 像素之概略構成 2.3 像素之等效電路 2.4 多層配線層之詳細構成 2.5 製造方法 2.6 變化例 3. 第2實施形態 3.1 多層配線層之詳細構成 3.2 製造方法 4. 第3實施形態 5. 第4實施形態 5.1 實施形態 5.2 變化例1 5.3 變化例2 6. 對於內視鏡手術系統之應用例 7. 對於移動體之應用例 8. 總結 9. 補充
＜＜1.本發明人等創作本發明之實施形態之背景＞＞ 首先，在說明本發明之各實施形態之細節前，針對本發明人等創作本發明之實施形態之背景進行說明。
如上文所說明般，在圖像感測器中，因伴隨著縮小像素尺寸，朝單位像素入射之光量減少，而感度降低，產生S/N比之降低。又，在圖像感測器中，例如，廣泛利用使利用原色濾光器之分別檢測紅色、綠色及藍色之光之像素在平面上拜耳排列之構成。在如上述之構成之情形下，由於因在每一像素檢測特定之1個顏色之光，無法檢測其他顏色之光，而未充分利用朝各像素入射之光，故基於像素感度之觀點可謂產生損失。進而，為了插補此損失而考量進行插補處理，但在因插補處理在像素產生實際上未檢測到之顏色之顏色信號時，有產生與實際之顏色不同之顏色之信號、亦即產生假色之情形。
因而，作為解決如上述之狀況之方法，可舉出在單位像素中，於縱向方向積層3層可分別利用紅色光、綠色光及藍色光進行光電轉換之光電轉換膜，而可在1個單位像素檢測3色之光的圖像感測器(例如上述專利文獻1)。又，可舉出具有積層有分別檢測紅色光及藍色光之2個PD之矽基板、及設置於該矽基板之上方可進行綠色光之光電轉換之光電轉換膜的圖像感測器(例如上述專利文獻2)。
再者，如上文所說明般，針對在具有積層有2個PD之矽基板、及設置於該矽基板之上方之光電轉換膜的圖像感測器中，用於取出像素信號之電路構成，可舉出如以下之電路構成。例如，如上述專利文獻3所揭示般，可舉出形成有上述電路之電路形成層在圖像感測器之受光面之相反側形成的背面照射型構造。在該構造之情形下，在矽基板內之PD與設置於矽基板之上方之光電轉換膜之間未設置電路或配線等。因而，根據該構造，在同一像素內之積層方向(縱向方向)上，可縮短PD與光電轉換膜之間之距離。其結果為，在該構造中，可抑制各色之F值依賴性，而可減小各色間之感度之差異。
又，如上述專利文獻4所揭示般，可舉出在設置於矽基板之上方之光電轉換膜之正下方設置有用於蓄積藉由光電轉換獲得之電荷並進行傳送之半導體層、及介隔著絕緣膜與上述半導體層對向之蓄積用電極的構造。在該構造中，可將藉由光電轉換膜之光電轉換產生之電荷如1種電容器般有效率地蓄積於光電轉換膜。再者，在該構造中，由於可在光電轉換膜蓄積電荷，故可在曝光開始時，使設置於矽基板內之電荷蓄積部(浮動擴散部)完全空乏化，而抹除電荷。其結果為，根據該構造可抑制產生因由上述電荷蓄積部之電荷所致之kTC雜訊(因電荷之熱性波動產生之雜訊)之增加而隨機雜訊惡化，圖像感測器之攝像畫質降低之現象。
而且，在上述之各種圖像感測器(固態攝像元件)中，為了將在設置於基板上方之光電轉換膜產生之電荷作為像素信號輸出，而設置複數個像素電晶體、及用於連接該等像素電晶體之配線。為了提高圖像感測器之特性，且抑制製造成本之增加，而謀求將像素電晶體及配線以較佳之構成配置於較佳之位置。
然而，在先前之提案中，針對像素電晶體及配線之較佳之構成及位置，未具體地研究。又，即便在針對像素電晶體之構成及位置進行揭示時，也難言該揭示係如可有效率地輸出、傳送像素信號之有效的構成及配置且可抑制製造成本之增加。
因而，鑒於如上述之狀況，本發明人等創作出具有可抑制製造成本之增加且有效率地輸出、傳送在設置於基板上方之光電轉換膜產生之電荷之像素信號之像素電晶體及配線的固態攝像元件之實施形態。以下，針對本發明之實施形態之細節，依序說明。
＜＜2.第1實施形態＞ ＜2.1固態攝像裝置之概略構成＞ 首先，參照圖1，針對本發明之第1實施形態之固態攝像裝置1之概略構成進行說明。圖1係顯示本實施形態之固態攝像裝置1之平面構成例之說明圖。如圖1所示，本實施形態之固態攝像裝置1具有：像素陣列部10，其在包含例如矽之半導體基板300上呈矩陣狀配置有複數個像素(固態攝像元件)100；及周邊電路部80，其設置為包圍該像素陣列部10。再者，在上述固態攝像裝置1中，作為該周邊電路部80，包含：垂直驅動電路部32、行信號處理電路部34、水平驅動電路部36、輸出電路部38、及控制電路部40等。以下，針對本實施形態之固態攝像裝置1之各區塊之細節進行說明。
(像素陣列部10) 像素陣列部10具備在半導體基板300上呈矩陣狀二維配置之複數個像素100。再者，在複數個像素100中包含：產生圖像產生用之像素信號之一般像素、及產生焦點檢測用之像素信號之1對相位差檢測用像素。此外，此處，所謂像素100意指在檢測各色之光並輸出檢測結果時可被理解為就每一色輸出1個結果之1個單元的固態攝像元件(單位像素)。各像素100具有：複數個光電轉換元件、及複數個像素電晶體(例如MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金屬氧化物半導體)電晶體)(省略圖示)。更詳細而言，該像素電晶體例如可包含：傳送電晶體、選擇電晶體、重置電晶體、及放大電晶體等。此外，針對該等像素電晶體之電路(連接構成)之細節於後文敘述。
(垂直驱动电路部32) 垂直驅動電路部32由例如移位暫存器形成，選擇像素驅動配線42，對所選擇之像素驅動配線42供給用於驅動像素100之脈衝，以列單位驅動像素100。亦即，垂直驅動電路部32以列單位依次在垂直方向(圖1中之上下方向)選擇掃描像素陣列部10之各像素100，將基於相應於各像素100之光電轉換元件之受光量產生之電荷的像素信號經由垂直信號線44對後述之行信號處理電路部34供給。
(行信號處理電路部34) 行信號處理電路部34就像素100之每一行配置，對自1列份額之像素100輸出之像素信號就每一像素行進行雜訊去除等之信號處理。例如，行信號處理電路部34為了去除像素固有之固定圖案雜訊，而進行CDS(Correlated Double Sampling：相關雙取樣)及AD(Analog-Degital，類比-數位)轉換等之信號處理。
(水平驅動電路部36) 水平驅動電路部36由例如移位暫存器形成，藉由依次輸出水平掃描脈衝，而可依次選擇上述之行信號處理電路部34各者，使像素信號自行信號處理電路部34各者朝水平信號線46輸出。
(輸出電路部38) 輸出電路部38可對於自上述之行信號處理電路部34各者經由水平信號線46依次供給之像素信號進行信號處理並輸出。輸出電路部38例如可作為進行緩衝(buffering)之功能部而發揮功能，或可進行黑階調整、行偏差修正、各種數位信號處理等之處理。此外，所謂緩衝係指在像素信號之交換時，為了補償處理速度與傳送速度之差，而暫時保存像素信號。又，輸入輸出端子48係用於在與外部裝置之間進行信號之交換之端子。
(控制電路部40) 控制電路部40可接收輸入時脈、及指令動作模式等之資料，且可輸出像素100之內部資訊等之資料。亦即，控制電路部40基於垂直同步信號、水平同步信號及主時脈，產生成為垂直驅動電路部32、行信號處理電路部34及水平驅動電路部36等之動作之基準的時脈信號及控制信號。而且，控制電路部40對垂直驅動電路部32、行信號處理電路部34及水平驅動電路部36等輸出產生之時脈信號及控制信號。
此外，本實施形態之固態攝像裝置1之平面構成例不限定於圖1所示之例，例如可包含其他電路部等，無特別限定。
＜2.2像素之概略構成＞ 以上，針對本實施形態之固態攝像裝置1之概略構成進行了說明。其次，參照圖2至圖4，針對本實施形態之像素100之積層之概略構成進行說明。圖2係示意性顯示本實施形態之固態攝像裝置1之平面構成之概略圖。又，圖3係沿圖2之A-A'線切斷固態攝像裝置1時之剖視圖，圖4係沿圖2之B-B'線切斷固態攝像裝置1時之剖視圖。此外，在圖3及圖4中，為了便於理解，而針對多層配線層120等之積層構造簡略化地圖示。
此外，在以下所說明之第1實施形態中，如無特別異議，PD1及PD2之上部電極(第1電極)110、210及下部電極(第2電極)116、216係依照圖3、圖4及圖7所示之像素100之積層構造之位置定義者。惟，在第2實施形態中，PD1及PD2之上部電極110、210及下部電極116、216並非依照圖15所示之像素100之積層構造之位置而定義，將具有與第1實施形態之上部電極110、210同樣之功能之電極稱為上部電極110、210，將具有與第1實施形態之下部電極116、216同樣之功能之電極稱為下部電極116、216。
如圖2所示，本實施形態之固態攝像裝置1如上文所說明般，配置於中央之複數個像素100具有呈矩陣狀配置之像素陣列部10。再者，該固態攝像裝置1具有：像素電晶體區域70，其以包圍上述像素陣列部10之方式，設置有各像素100之對應之像素電晶體(省略圖示)之一部分；及周邊電路部80，其設置於像素電晶體區域70之外周部。詳細而言，圖3與沿圖2之A-A'線切斷固態攝像裝置1時之、亦即以跨於像素陣列部10與像素電晶體區域70之方式切斷時之剖視圖對應。又，圖4與沿圖2之B-B'線切斷固態攝像裝置1時之、亦即切斷像素陣列部10時之剖視圖對應。再者，在圖4中圖示在半導體基板300之平面上二維地排列之2個像素100之剖面。
在以下之說明中，依照自位於像素100之下側之半導體基板300朝向位於半導體基板300之上方之光電轉換元件(PD)2、PD1之順序說明像素100之積層構造。換言之，在以下之說明中，自圖3及圖4之下側所示之半導體基板300以上側所示之PD2、PD1之順序說明像素100之積層構造。
詳細而言，如圖3及圖4所示，在像素100(或像素100a、100b)中，在具有包含例如矽之半導體基板300之第1導電型(例如P型)之半導體區域設置有具有第2導電型(例如N型)之半導體區域312a。由半導體區域312a與位於該半導體區域312a之正下方之具有第1導電型(例如P型)之半導體區域312b的PN接面形成光電轉換元件(PD)3(第2光電轉換部)。此外，在本實施形態中，PD3例如係吸收紅色光(例如具有620 nm～750 nm之波長之光)產生電荷之光電轉換元件。
又，在半導體基板300之相對於半導體區域312a為相反側(換言之，受光面之相反側)(圖3及圖4中之下側)設置有包含由鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)等形成之配線306之配線層。在該配線層，作為進行在上述之PD3產生之電荷之讀出之複數個像素電晶體之閘極電極，設置有由W、Al、Cu等形成之複數個電極310。具體而言，該電極310設置為介隔著絕緣膜324與半導體基板300中之具有第1導電型(例如P型)之半導體區域對向。再者，在半導體基板300中，以夾有具有第1導電型之上述半導體區域之方式設置有具有第2導電型(例如N型)之半導體區域322a，該半導體區域322a可作為上述像素電晶體之源極/汲極區域而發揮功能。
再者，如圖3及圖4所示，在半導體基板300以貫通半導體基板300之方式設置有用於朝配線306取出在後述之光電轉換膜112、212產生之電荷之貫通電極302。此外，在圖3及圖4中圖示用於取出在光電轉換膜212產生之電荷之貫通電極302。另一方面，用於取出在光電轉換膜112產生之電荷之貫通電極(省略圖示)例如可與上述貫通電極302同樣地設置於像素陣列部10之周圍。
又，在該貫通電極302之外周，為了防止貫通電極302與半導體基板300之短路，而形成有包含鋁氧化膜(Al2 O3 )等之絕緣膜218。該絕緣膜218為了降低與半導體基板300之間之界面能階，抑制來自半導體基板300與絕緣膜218之間之界面之暗電流之產生，而較佳為界面能階為低。作為此絕緣膜218，例如，除鋁氧化膜外，還可利用氧化矽(SiO2 )膜、氮化矽(Si3 N4 )膜、氮氧化矽(SiON)膜、碳化矽(SiC)膜、添加碳之氧化矽(SiCO)膜等，無特別限定。作為該等膜之成膜方法，例如，可舉出：CVD(Chemical Vapor Deposition；CVD，化學汽相沈積)法、物理汽相沈積(Physical Vapor Deposition；PVD)法、原子層堆積(Atomic Layer Deposition；ALD)法等。然而，在本實施形態中，針對形成絕緣膜218之材料及方法無特別限定。
再者，上述貫通電極302可藉由設置於上述之配線層之配線306與在設置於半導體基板300之具有第2導電型(例如N型)之半導體區域設置之浮動擴散部322b及電極310連接。該浮動擴散部322b係暫時蓄積在光電轉換膜112、212產生之電荷之區域。又，在半導體基板300，可以與上述浮動擴散部322b及各像素電晶體之源極/汲極區域322a相鄰之方式設置分離絕緣膜320。
而且，如圖3及圖4所示，在半導體基板300上，例如設置有包含Al2 O3 膜等之可使光透過之絕緣膜218。因絕緣膜218可使光透過，而設置於絕緣膜218之下方之PD3可接收光，進行光電轉換，亦即檢測光。
再者，在絕緣膜218設置有與貫通電極302電性連接且作為遮光膜而發揮功能之配線250。配線250例如可利用W與成為障壁金屬之鈦(Ti)膜及氮化鈦(TiN)膜之積層膜。然而，在本實施形態中，針對形成配線250之材料無特別限定。
在絕緣膜218之上方，光電轉換膜(第3光電轉換膜)212以如夾在上部電極210與下部電極216之間之構成設置。而且，該光電轉換膜212、該上部電極210、及該下部電極216可構成PD2(第3光電轉換部)。在本實施形態中，該PD2例如係吸收綠色光(例如具有495 nm～570 nm之波長之光)產生(光電轉換)電荷之光電轉換元件。
此外，上部電極210與下部電極216例如可由氧化銦錫(ITO、包含結晶性ITO及非晶ITO)膜等之可使光透過之透明導電膜形成。然而，在本實施形態中，形成上部電極210及下部電極216之材料不限定於如上述之ITO，可為其他材料。例如，較佳為，透明導電膜作為帶隙係2.5 eV以上、較佳為3.1 eV以上之材料。例如，作為透明導電膜，在氧化錫系材料中，可舉出：氧化錫、氧化錫銻(以Sb為摻雜物對SnO2 添加，例如ATO)、氧化錫氟(以F為摻雜物對SnO2 添加，例如FTO)等。在氧化鋅系材料中，可舉出：鋁鋅氧化物(以Al為摻雜物對ZnO添加，例如AZO)、鎵鋅氧化物(以Ga為摻雜物對ZnO添加，例如GZO)、銦鋅氧化物(以In為摻雜物對ZnO添加，例如IZO)、銦鎵鋅氧化物(以In及Ga為摻雜物對ZnO4 添加，例如IGZO)、及銦錫鋅氧化物(以In及Sn為摻雜物對ZnO添加，例如ITZO)等。且，此外，還可舉出：銦鎵氧化物(以In為摻雜物對Ga2 O3 添加，例如IGO)、CuInO2 、MgIn2 O4 、CuI、InSbO4 、ZnMgO、CdO、ZnSnO3 等。又，針對光電轉換膜212之材料之細節於後文敘述。
又，圖3所示之與上部電極210連接之配線206也可作為遮光膜而發揮功能，例如可由W、Ti、TiN、Al、Cu等之材料形成。此外，在本實施形態中，配線206之材料不限定於此，可由其他材料形成。
再者，如圖3及圖4所示，PD2為了將在光電轉換膜212產生之電荷暫時蓄積於光電轉換膜212中，而具有介隔著光電轉換膜212與上部電極210對向之蓄積用電極214(214a、214b)。詳細而言，蓄積用電極214經由絕緣膜218、或經由絕緣膜218及未圖示之半導體層與光電轉換膜212相接。
在上部電極210、下部電極216及蓄積用電極214電性連接有配線206、250等，利用該等配線206、250等，對上部電極210、下部電極216及蓄積用電極214施加所期望之電位。再者，下部電極216經由貫通電極302與上述之設置於半導體基板300之浮動擴散部322b連接。在本實施形態中，藉由控制對下部電極216及蓄積用電極214施加之電位，而可將在光電轉換膜212產生之電荷蓄積於光電轉換膜212，或可朝浮動擴散部322b取出該電荷。換言之，蓄積用電極214可作為用於相應於所施加之電位拉引在光電轉換膜212產生之電荷而將該電荷蓄積於光電轉換膜212的電荷蓄積用電極而發揮功能。此外，在本實施形態中，為了有效地利用朝像素100入射之光，而較佳為，在自受光面之上方觀察時，蓄積用電極214設置為面積大於下部電極216。
此外，在本實施形態中，為了更有效率地進行電荷之蓄積，而可在絕緣膜218與光電轉換膜212之間設置可使光透過之氧化物半導體層240(參照圖7)。在本實施形態中，作為該氧化物半導體層240之材料，例如，作為氧化錫系材料可舉出SnO2 (添加摻雜物)、鋅錫氧化物等之添加有摻雜物之氧化錫，作為氧化鋅系材料可舉出鋁鋅氧化物(例如AZO)、鎵鋅氧化物(例如GZO)、銦鋅氧化物(例如IZO)、IGZO、ITZO等。再者，作為氧化物半導體層240之材料，例如可舉出InSbO4 、ZnMgO、CuInO2 、MgIn2 O4 、CdO、GeO、TiO2 等。
再者，在下部電極216與蓄積用電極214之間，可設置與上述氧化物半導體層240(參照圖7)經由絕緣膜相接且與下部電極216及蓄積用電極214電性絕緣的電極(省略圖示)。該電極可作為以上述氧化物半導體層240為通道形成區域之像素電晶體(詳細而言傳送電晶體)之閘極電極而發揮功能。
又，上述蓄積用電極214與上述之上部電極210及下部電極216同樣地由透明導電膜形成。如此，在本實施形態中，藉由以透明導電膜形成上部電極210、下部電極216及蓄積用電極214，而在PD3也可檢測朝像素100入射之光。此外，上部電極210、下部電極216及蓄積用電極214之膜厚為5 nm～200 nm，進而較佳為30 nm～100 nm左右。
再者，絕緣膜218在下部電極216與蓄積用電極214之間、及光電轉換膜212與蓄積用電極214之間為了將其等電性絕緣而設置。此外，絕緣膜218可為具有與在光電轉換膜212產生之電荷具有相同極性之固定電荷之膜。
再者，在上部電極210之上方介隔著密封膜204設置有多層配線層(控制部)120。此外，在本實施形態中，作為密封膜204之材料，例如可可舉出使光透過之Al2 O3 等。又，作為密封膜204之材料，除Al2 O3 以外，還可利用SiO2 、Si3 N4 、SiON、SiC、SiCO等，無特別限定。又，針對上述多層配線層120之細節於後文敘述。
再者，在該多層配線層120之上方，介隔著密封膜204或絕緣膜等，PD1(第1光電轉換部)與上述之PD2同樣地設置。該PD1例如係吸收藍色光(例如具有425 nm至495 nm之波長之光)產生(光電轉換)電荷之光電轉換元件。此外，由於PD1之積層構造與上述之PD2之積層構造同樣，故此處，此處省略其詳細之說明。亦即，在密封膜204之上方，作為PD1係依次積層有下部電極116、蓄積用電極114、絕緣膜118、光電轉換膜(第1光電轉換膜)112、上部電極110。
上述之光電轉換膜112、212可由有機材料(有機系光電轉換膜)或無機材料(無機系光電轉換膜)形成。例如，在利用有機材料形成光電轉換膜時，可選擇以下4個態樣之任一者，即：(a)P型有機半導體材料、(b)N型有機半導體材料、(c)P型有機半導體材料層、N型有機半導體材料層、及P型有機半導體材料與N型有機半導體材料之混合層(塊體異質結構)中至少2個積層構造、(d)P型有機半導體材料與N型有機半導體材料之混合層。此外，利用有機材料之光電轉換膜設為也包含在下部電極之上如電子阻擋膜兼緩衝膜、光電轉換膜、電洞阻擋膜、電洞阻擋兼緩衝膜、功函數調整膜般積層而成之積層構造等者。
詳細而言，作為P型有機半導體材料，可舉出：萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、稠四苯衍生物、稠五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、吡咯亞甲基衍生物、吡喃衍生物、吩噁嗪酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩(BTBT)衍生物、二萘并噻吩并噻吩(DNTT)衍生物、二蒽并噻吩并噻吩(DATT)衍生物、苯并雙苯并噻吩(BBBT)衍生物、萘并二苯并噻吩(NBBT)、噻吩并雙苯并噻吩(TBBT)衍生物、二苯并噻吩并雙苯并噻吩(DBTBT)衍生物、二噻吩并苯并二噻吩(DTBDT)衍生物、二苯并噻吩并二噻吩(DBTDT)衍生物、苯并二噻吩(BDT)衍生物、萘并二噻吩(NDT)衍生物、蒽并二噻吩(ADT)衍生物、稠四苯并二噻吩(TDT)衍生物、稠五苯并二噻吩(PDT)衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、芘衍生物、䓛衍生物、螢蒽衍生物、酞青衍生物、亞酞青衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、將雜環化合物設為配位體之金屬錯合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等。
又，作為N型有機半導體材料，可舉出：富勒烯及富勒烯衍生物(例如C60或C70、C74等之富勒烯(高碳富勒烯)、內含富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如富勒烯氟化物或PCBM(Phenyl-C61 -Butyric Acid Methyl Ester，苯基-C61 -丁酸甲酯)富勒烯化合物、富勒烯多聚體等))、與P型有機半導體相比HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital，最高佔據分子軌域)及LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未佔分子軌域)為深之有機半導體、可使光透過之無機金屬氧化物等。更具體而言，作為N型有機半導體材料，可舉出有機分子、有機金屬錯合物或亞酞青衍生物，該有機分子、有機金屬錯合物或亞酞青衍生物在分子骨架之一部分具有含有氮原子、氧原子、硫原子之雜環化合物，例如吡啶衍生物、吡咯亞甲基衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、異喹啉衍生物、香豆素衍生物、吡喃衍生物、吩噁嗪酮衍生物、苝衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、啡啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、噁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、聚伸苯基伸乙烯基衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等。又，作為富勒烯衍生物中所含之基團等，可舉出：分支或環狀之烷基或苯基；具有直鏈或稠合芳香族化合物之基團；具有鹵化物之基團；部分氟烷基；全氟烷基；矽基；矽基烷氧基；芳基矽基；芳基硫基；烷基硫基；芳基磺醯基；烷基磺醯基；芳基硫化物基團；烷基硫化物基團；胺基；烷基胺基；芳基胺基；羥基；烷氧基；醯基胺基；醯氧基；羰基；羧基；羧醯胺基團；烷氧羰基；醯基；磺醯基；腈基；硝基；具有硫屬化物之基團；膦基團；膦基；及其等之衍生物。此外，由有機材料形成之光電轉換膜之膜厚無限定，但例如可設為1×10-8 m～5×10-7 m，較佳為2.5×10-8 m～3×10-7 m，更佳為2.5×10-8 m至2×10-7 m。又，在上述說明中，將有機半導體材料分類為P型、N型，但此處，所謂P型係意指容易輸送電洞，所謂N型係意指容易輸送電子。亦即，不限定於在有機半導體材料中，如無機半導體材料般，作為熱激發之多數個載子具有電洞或電子之解釋。
又，在利用無機材料形成光電轉換膜112、212時，作為無機半導體材料，可舉出：作為結晶矽、非晶矽、微結晶矽、結晶硒、非晶硒、及黃銅礦系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2 )、CuInS2 、CuAlS2 、CuAlSe2 、CuGaS2 、CuGaSe2 、AgAlS2 、AgAlSe2 、AgInS2 、AgInSe2 、或作為III-V族化合物之GaAS、InP、AlGaAS、InGaP、AlGaInP、InGaASP，再者CdSe、CdS、In2 Se3 、In2 S3 、Bi2 Se3 、Bi2 S3 、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等之化合物半導體。此外，在本實施形態中，也可將包含上述之該等材料之量子點用作光電轉換膜112、212。
又，光電轉換膜112、212可由伸苯基伸乙烯基、茀、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲吡啶、噻吩、乙炔、聯乙炔等之聚合物及其衍生物形成。
再者，光電轉換膜112、212為了檢測藍色光、綠色光，而例如可較佳地利用：金屬錯合物顏料、玫瑰紅系顏料、花青系顏料、部花青系顏料、苯基氧雜蒽系顏料、三苯甲烷系顏料、若丹青系顏料、二苯并吡喃系顏料、巨環狀氮雜輪烯系顏料、薁系顏料、萘醌、蒽醌系顏料、蒽、芘等之稠環芳香族及芳香族環乃至雜環化合物縮合之鏈狀化合物、或具有方酸菁基及克酮酸甲烷基作為結合鏈之喹啉、苯并噻唑、苯并噁唑等二個含氮複素環、抑或藉由方酸菁基及克酮酸甲烷基結合之類似花青系之顏料等。且，在上述金屬錯合物顏料中，二硫醇金屬錯合物系顏料、金屬酞青顏料、金屬卟啉顏料、或釕錯合物顏料較佳，釕錯合物顏料尤佳，但不限定於上述。
又，在使光電轉換膜112、212作為檢測紅色光之光電轉換膜而發揮功能時，該光電轉換膜可包含酞青系顏料、亞酞青系顏料(亞酞青衍生物)等。
再者，如圖3及圖4所示，在PD1之上方，例如，設置有與密封膜204同樣地包含SiN等之密封膜104。作為密封膜104之材料例如可舉出可使光透過之Al2 O3 等。又，作為密封膜104之材料，除Al2 O3 以外，還可利用SiO2 、Si3 N4 、SiON、SiC、SiCO等，無特別限定。再者，如圖3及圖4所示，在密封膜104之上設置有包含矽氮化膜、矽氮氧化膜、碳化矽(SiC)等之無機膜之高折射率層(省略圖示)。再者，在該高折射率層之上，就每一像素100設置有晶片上透鏡102(102a、102b)。晶片上透鏡102例如可由矽氮化膜、或苯乙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物系樹脂、或矽氧烷系樹脂等樹脂系材料形成。
如以上般，本發明之實施形態之固態攝像裝置1具有之像素100具有積層有分別檢測3色之光之PD1、PD2、PD3之積層構造。亦即，可謂在上述之像素100中，例如，針對藍色光在形成於半導體基板300之上方之光電轉換膜112(PD1)進行光電轉換，針對綠色光在設置於PD1之下方之光電轉換膜212(PD2)進行光電轉換，針對紅色光在設置於半導體基板300內之PD3進行光電轉換的縱向分光型固態攝像元件。
此外，在本發明之實施形態中，上述之像素100不限定於如上述之縱向分光型積層構造。例如，可行的是，針對綠色光在形成於半導體基板300之上方之光電轉換膜112(PD1)進行光電轉換，針對藍色光在設置於PD1之下方之光電轉換膜212(PD2)進行光電轉換。又，像素100可更具有檢測紅外線之光電轉換膜。再者，在本發明之實施形態中，上述之像素100可為積層有設置於半導體基板300之上方之具有光電轉換膜112之PD1、及設置於半導體基板300內之PD2及PD3之構造。亦即，本實施形態之像素100可具有在半導體基板300內積層有2個PD2、PD3之構造。
＜2.3像素之等效電路＞ 以上，針對本實施形態之像素100之積層之概略構造進行了說明。其次，在說明像素100之積層構造中所含之多層配線層120之詳細構成前，為了促進該多層配線層120中所含之電路構成之理解，而參照圖5及圖6說明像素100中所含之PD1、PD2及PD3之等效電路。圖5係本實施形態之PD1及PD2之等效電路圖，圖6係本實施形態之PD3之等效電路圖。
PD1及PD2具有如圖5之左上所示之積層構造，詳細而言，具有上部電極110(210)、下部電極116(216)、及夾於其等之間之光電轉換膜112(212)。再者，PD1及PD2具有經由絕緣膜118(218)與光電轉換膜112(212)相接之蓄積用電極114a、114b(214a、214b)。此外，如圖5所示，蓄積用電極114a、114b(214a、214b)配置為在自受光面之上方觀察像素100時夾著下部電極116為線對稱。此外，針對蓄積用電極114(214)之平面構成之細節於後文敘述。又，在以下之說明中，針對像素100中所含之PD1之等效電路進行說明，但針對PD2之等效電路也與PD1同樣。
如圖5所示，下部電極116經由配線電性連接於設置於後述之多層配線層120及氧化物半導體層142(參照圖7)內之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、選擇電晶體TRsel 及重置電晶體TRrst )。詳細而言，下部電極116經由用於重置所蓄積之電荷之重置電晶體TRrst 之汲極/源極之一者配線等電性連接。重置電晶體TRres 之閘極電性連接於重置信號線(省略圖示)，進而電性連接於上述之垂直驅動電路部32。又，重置電晶體TRres 之汲極/源極之另一者(未連接於下部電極116之側)電性連接於電源電路VDD 。
再者，下部電極116經由配線電性連接於將電荷放大(轉換)並作為像素信號輸出之放大電晶體TRamp 之閘極。又，放大電晶體TRamp 之源極/汲極之一者經由配線電性連接於依照選擇信號對信號線VSL 輸出上述像素信號之選擇電晶體TRsel 之源極/汲極之一者。再者，放大電晶體Tramp 之源極/汲極之另一者(未連接於選擇電晶體TRsel 之側)電性連接於電源電路VDD 。
再者，選擇電晶體TRsel 之源極/汲極之另一者(與放大電晶體TRamp 未連接之側)電性連接於上述信號線VSL ，進而電性連接於上述之行信號處理電路部34。又，選擇電晶體TRsel 之閘極電性連接於選擇線(省略圖示)，進而電性連接於上述之垂直驅動電路部32。
又，蓄積用電極114a、114b經由配線電性連接於上述之垂直驅動電路部32。此外，針對上述之各像素電晶體(放大電晶體TRamp 、重置電晶體TRrst 、選擇電晶體TRsel )之積層之詳細構成於後文敘述。
此外，雖然圖5中未圖示，但與後述之PD3同樣地，PD1及PD2也可電性連接於傳送電晶體。
其次，作為參考，針對PD3之等效電路也參照圖6進行說明。設置於半導體基板300內之PD3如圖6所示經由配線連接於設置於半導體基板300內之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、傳送電晶體TRtrs 、重置電晶體TRrst 、選擇電晶體TRsel )。詳細而言，PD3之一者與傳送電荷之傳送電晶體TRtrs 之源極/汲極之一者經由配線電性連接。再者，傳送電晶體TRtrs 之源極/汲極之另一者(與PD3未連接之側)與重置電晶體TRrst 之源極/汲極之一者經由配線電性連接。又，傳送電晶體TRtrs 之閘極電性連接於傳送閘極線(省略圖示)，進而連接於上述之垂直驅動電路部32。而且，重置電晶體TRrst 之源極/汲極之另一者(與傳送電晶體TRtrs 未連接之側)電性連接於電源電路VDD 。再者，重置電晶體TRrst 之閘極電性連接於重置線(省略圖示)，進而連接於上述之垂直驅動電路部32。
再者，傳送電晶體TRtrs之源極/汲極之另一者(與PD3未連接之側)經由配線也電性連接於將電荷放大(轉換)並作為像素信號輸出之放大電晶體TRamp 之閘極。又，放大電晶體TRamp 之源極/汲極之一者經由配線電性連接於依照選擇信號對信號線VSL 輸出上述像素信號之選擇電晶體TRsel 之源極/汲極之一者。而且，放大電晶體TRamp 之源極/汲極之另一者(與選擇電晶體TRsel 未連接之側)電性連接於電源電路VDD 。又，選擇電晶體TRsel之源極/汲極之另一者(與放大電晶體TRamp未連接之側)電性連接於上述信號線VSL ，進而電性連接於上述之行信號處理電路部34。而且，選擇電晶體TRsel 之閘極電性連接於選擇線(省略圖示)，進而電性連接於上述之垂直驅動電路部32。
＜2.4多層配線層之詳細構成＞ 以上，針對本實施形態之PD1、PD2及PD3之等效電路進行了說明。其次，參照圖7至圖11，說明多層配線層120之積層之詳細構成。圖7係本實施形態之像素100(詳細而言像素100a、100b)之剖視圖之一部分，詳細而言，主要對自PD2隔著多層配線層120直至PD1為止進行圖示。又，圖8係沿圖7之a-a'線切斷像素100時之剖視圖。圖9係沿圖7之b-b'線切斷像素100時之剖視圖。圖10係沿圖7之c-c'線切斷像素100時之剖視圖。再者，圖11係沿圖7之d-d'線切斷像素100時之剖視圖。
詳細而言，在本實施形態中，像素100如圖7所示具有作為PD2設置之下部電極216、蓄積用電極214、屏蔽電極208、光電轉換膜212、及上部電極210。再者，在設置於上部電極210之上方之密封膜204之上設置有可使光透過之氧化物半導體層142。在本實施形態中，作為形成該氧化物半導體層142之材料，例如，作為非晶矽、氧化錫系材料可舉出SnO2 (添加摻雜物)、添加有鋅錫氧化物等之摻雜物之氧化錫，作為氧化鋅系材料可舉出鋁鋅氧化物(例如AZO)、鎵鋅氧化物(例如GZO)、銦鋅氧化物(例如IZO)、IGZO、ITZO等。再者，作為氧化物半導體層142之材料，可舉出InSbO4 、ZnMgO、CuInO2 、MgIn2 O4 、CdO、GeO、TiO2 等。該氧化物半導體層142可作為與連接於PD1之像素電晶體(例如放大電晶體TRamp 、傳送電晶體TRtrs 、重置電晶體TRrst 、選擇電晶體TRsel )共通之通道形成區域及源極/汲極區域而發揮功能。亦即，藉由利用可使光透過之氧化物半導體層142構成連接於PD1之像素電晶體之通道形成區域等，而光也可到達設置於該像素電晶體之下方之PD2、PD3。換言之，藉由利用可使光透過之氧化物半導體層142構成連接於PD1之像素電晶體之通道形成區域等，而可將PD1之像素電晶體與PD1積層，進而積層於PD2、PD3之上方。
再者，在氧化物半導體層142之上設置有絕緣膜132。該絕緣膜132可利用可使光透過之HfO2 膜、SiO2 膜等形成。
再者，在絕緣膜132之上方設置有包含配線及電極之多層配線層120。再者，在多層配線層120之上方設置有構成PD1之下部電極116、蓄積用電極114、絕緣膜118、氧化物半導體層140、光電轉換膜112及上部電極110。亦即，多層配線層120在像素100之積層構造中設置於PD1與半導體基板300之間。以下，針對多層配線層120之積層之詳細構造，參照圖7至圖11進行說明。此外，在以下之說明中，為了便於理解，以PD1為起點進行說明，換言之，自多層配線層120之上側朝向下側說明積層構造。
首先，如圖7所示，在絕緣膜118之正下方，設置有PD1之蓄積用電極114a、114b及下部電極116。矩形狀之蓄積用電極114a、114b與帶狀之下部電極116，如圖8所示，以夾著下部電極116在圖中之左右成為線對稱之方式設置蓄積用電極114a與蓄積用電極114b。根據本實施形態，藉由如上述般以成為對稱之方式設置蓄積用電極114a、114b，而光電轉換膜112對於入射之光在光學上具有對稱性而可檢測光。又，如上文所說明般，蓄積用電極114a、114b較佳為與下部電極116相比具有寬廣之面積。此外，下部電極116及蓄積用電極114a、114b之形狀不限定於圖8所示之形狀，只要蓄積用電極114a、114b夾著下部電極116具有對稱性，則無特別限定。
又，如圖8所示，下部電極116與蓄積用電極114a、114b分別具有用於與配線電性連接之接點128。因而，藉由該接點128，而蓄積用電極114a、114b及下部電極116可與設置於蓄積用電極114a、114b及下部電極116之下方之驅動配線122a、122b、122f(參照圖9)電性連接。
再者，如圖8所示，以包圍1個下部電極116與自圖中之左右方向夾入下部電極116之蓄積用電極114a、114b之方式，換言之以包圍2個像素100(100a、100b)之方式設置有帶狀之屏蔽電極108。在本實施形態中，屏蔽電極108例如可與下部電極116、蓄積用電極114a、114b同樣地利用透明導電膜等形成。根據本實施形態，藉由設置此屏蔽電極108，而可抑制自處於與未由同一屏蔽電極108包圍之其他像素100之間之像素電晶體之洩漏。
再者，返回圖7，在蓄積用電極114a、114b及下部電極116之下方經由絕緣膜130設置有驅動配線122a、122b、122f、122s、122r。此外，在以下之說明中，將設置有驅動配線122a、122b、122f、122s、122r之層稱為驅動配線層。
詳細而言，如圖9所示，在上述驅動配線層中，與上述之下部電極116經由接點128電性連接之矩形狀之驅動配線122f配置於中央。而且，該驅動配線122f與設置於驅動配線122f之下方之驅動配線124f(參照圖10)經由接點128電性連接，進而，電性連接於設置於驅動配線122f之下方之放大電晶體TRamp 之閘極電極即閘極電極126am(參照圖11)。
又，如圖9所示，以自圖中之上下方向夾入上述驅動配線122f之方式，設置有在圖中左右方向呈帶狀延伸之驅動配線122a、122b、122s、122r。更具體而言，驅動配線122a與PD1之蓄積用電極114a經由接點128電性連接，驅動配線122b與PD1之蓄積用電極114b經由接點128電性連接。而且，驅動配線122a、122b雖未圖示，但被引繞至像素100之外周，電性連接於控制對PD1之蓄積用電極114a、114b施加之電壓之垂直驅動電路部32。
又，驅動配線122s與設置於該驅動配線122s之下方之驅動配線124s(參照圖10)經由接點128電性連接，進而電性連接於設置於驅動配線122s之下方之選擇電晶體TRsel 之閘極電極即閘極電極126s(參照圖11)。而且，該驅動配線122s雖未圖示，但被引繞至像素100之外周，與對選擇電晶體TRsel 之閘極施加電壓之選擇線(省略圖示)電性連接，進而電性連接於垂直驅動電路部32。
再者，驅動配線122r與設置於該驅動配線122r之下方之驅動配線124r(參照圖10)經由接點128電性連接，進而電性連接於設置於驅動配線122r之下方之重置電晶體TRrst 之閘極電極即閘極電極126r(參照圖11)。而且，該驅動配線122r雖未圖示，但被引繞至像素100之外周，與對重置電晶體TRrst 之閘極施加電壓之重置線(省略圖示)電性連接，進而電性連接於垂直驅動電路部32。
在本實施形態中，上述之驅動配線122a、122b、122f、122s、122r較佳為利用低電阻配線材料形成，例如較佳為利用Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta、TaN等之材料形成。在本實施形態中，藉由將此種低電阻配線材料用於驅動配線122a、122b、122f、122s、122r，而可提高像素電晶體(選擇電晶體TRsel 、重置電晶體TRrst 等)及蓄積用電極114a、114b之驅動速度及在光電轉換膜112產生之電荷之傳送速度。
再者，在本實施形態中，藉由將驅動蓄積用電極114a、114b之驅動配線122a、122b與驅動重置電晶體TRrst 等之驅動配線122r、122s設置於同一層，而可減少像素100之積層構造之層數。其結果為，根據本實施形態，可抑制包含像素100之固態攝像裝置1之製造成本之增加。此外，在本實施形態中，在同一像素100內之積層方向上，可縮短PD1、PD2、PD3彼此間之距離。其結果為，在本實施形態中，可抑制各色之F值依賴性，可減小各色間之感度之差異。此外，在本實施形態中，驅動配線122a、122b、122f、122s、122r之形狀不限定於圖9所示之形態。
再者，返回圖7，在驅動配線122a、122b、122f、122s、122r之下方介隔著絕緣膜130設置有驅動配線124f、124r、124s、電源配線124vd、及信號配線124vs。此外，在以下之說明中，將設置有驅動配線124f、124r、124s、電源配線124vd、及信號配線124vs之層稱為電源/信號配線層。
詳細而言，如圖10所示，在上述電源/信號配線層中，在圖中右側設置有成為信號線VSL 之一部分之矩形狀之信號配線124vs，該信號配線124vs經由接點128與設置於該信號配線124vs之下方之氧化物半導體層142電性連接。
又，如圖10所示，在信號配線124vs之圖中左鄰設置有經由接點128與上述之驅動配線122s電性連接之矩形狀之驅動配線124s。再者，驅動配線124s與設置於該驅動配線124s之下方之選擇電晶體TRsel 之閘極電極即閘極電極126s(參照圖11)與接點128電性連接。
又，如圖10所示，在驅動配線124s之圖中左鄰設置有被引繞為橫向之「U」字之形狀之帶狀之電源配線124vd。電源配線124vd雖未圖示，但被引繞至像素100之外周，電性連接於對像素電晶體(放大電晶體TRamp、重置電晶體TRrst )施加電源電壓之電源電路VDD 。再者，電源配線124vd藉由設置於位於上述之「U」字之2個前端之矩形狀之配線的接點128與設置於該電源配線124vd之下方之氧化物半導體層142電性連接。
又，如圖10所示，在電源配線124vd之圖中左鄰設置有被引繞為橫向之「T」字之形狀之驅動配線124f。驅動配線124f如圖10所示般經由設置於「T」字之在縱向方向延伸之部分(在圖中為在左右方向延伸之部分)之右端的接點128與設置於驅動配線124f之上方之驅動配線122f電性連接。再者，驅動配線124f經由上述接點128與驅動配線124f之下方所設置之放大電晶體TRamp 之閘極電極即閘極電極126am(參照圖11)電性連接。
再者，驅動配線124f如圖10所示般經由設置於在「T」字之橫向方向延伸之部分(在圖中為在上下方向延伸之部分)之2個端部的接點128與設置於驅動配線124f之下方之氧化物半導體層142電性連接。
又，如圖10所示，在電源配線124vd之圖中左鄰設置有矩形狀之驅動配線124r，該驅動配線124r與設置於該驅動配線124r之上方之驅動配線122r經由接點128電性連接。再者，驅動配線124r與設置於該驅動配線124r之下方之重置電晶體TRrst 之閘極電極即閘極電極126r(參照圖11)電性連接。
在本實施形態中，驅動配線124f、124r、124s、電源配線124vd、及信號配線124vs較佳為利用ITO等之透明導電膜設置。在本實施形態中，藉由利用透明導電膜形成驅動配線124f、124r、124s、電源配線124vd、及信號配線124vs，而在PD2及PD3也可檢測朝像素100入射之光。再者，在本實施形態中，信號配線124vs及電源配線124vd較佳為設置為與驅動配線124f、124r、124s相比配線寬度變寬。根據本實施形態，藉由擴寬信號配線124vs及電源配線124vd之配線寬度，而例如，可縮短直至在作為信號線VSL 之一部分之信號配線124vs中傳遞之信號穩定為止之時間(整定期間)。
再者，在本實施形態中，用於將驅動配線124f、電源配線124vd、及信號配線124vs與氧化物半導體層142分別電性連接之接點128如圖10所示般較佳為設置複數個。根據本實施形態，藉由設置複數個接點128而可減小接點電阻。此外，在本實施形態中，驅動配線124f、124r、124s、電源配線124vd、及信號配線124vs之形狀不限定於圖10所示之形態。
再者，返回圖7，在驅動配線124f、124r、124s、電源配線124vd、及信號配線124vs之下方介隔著絕緣膜130設置有閘極電極126r、126am、126s。此外，在以下之說明中，將設置有閘極電極126r、126am、126s之層稱為閘極電極層。
詳細而言，如圖11所示，在上述閘極電極層中，在圖中右側設置有與設置於上方之驅動配線124s經由接點128連接之矩形狀之閘極電極126s。該閘極電極126s作為選擇電晶體TRsel 之閘極電極而發揮功能。
又，如圖11所示，在閘極電極126s之圖中左鄰設置有與設置於上方之驅動配線124f經由接點128電性連接之矩形狀之閘極電極126am。該閘極電極126am作為放大電晶體TRamp 之閘極電極而發揮功能。
再者，如圖11所示，在閘極電極126am之圖中左鄰設置有與設置於上方之驅動配線124r經由接點128電性連接之矩形狀之閘極電極126r。該閘極電極126r作為重置電晶體TRrst 之閘極電極而發揮功能。
再者，如圖11所示，以包圍複數個像素電晶體之閘極電極126r、126am、126s之方式設置有帶狀之屏蔽電極134。在本實施形態中，屏蔽電極134例如與閘極電極126r、126am、126s同樣地可由透明導電膜等形成。換言之，該屏蔽電極134與上述之屏蔽電極108同樣地設置為包圍2個像素100(100a、100b)。根據本實施形態，藉由設置此屏蔽電極134，而可抑制自處於與未由同一屏蔽電極134包圍之其他像素100之間之像素電晶體之洩漏。
又，在本實施形態中，閘極電極126r、126am、126s、及屏蔽電極134較佳為利用ITO等之透明導電膜設置。在本實施形態中，藉由利用透明導電膜形成閘極電極126r、126am、126s、及屏蔽電極134，而在PD2及PD3也可檢測朝像素100入射之光。此外，在本實施形態中，閘極電極126r、126am、126s及屏蔽電極134之形狀不限定於圖11所示之形態。
再者，在多層配線層120之下方，如上文所說明般，介隔著絕緣膜132設置有氧化物半導體層142。該氧化物半導體層142可作為與連接於PD1之像素電晶體(例如放大電晶體TRamp 、傳送電晶體TRtrs 、重置電晶體TRrst 、選擇電晶體TRsel )共通之通道形成區域(與各閘極電極126對向之部分)或源極/汲極區域(與各配線124連接之部分等)而發揮功能。此外，雖然在圖7中未圖示，但與後述之PD3同樣地，在像素100也可設置PD1之傳送電晶體Trtrs ，此時，該傳送電晶體Trtrs 之通道形成區域及源極/汲極區域可設置於上述氧化物半導體層142。
又，上述接點128較佳為由摻雜有雜質之多晶矽、W、Ti、Pt(鉑)、Pd(鉛)、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2 、MoSi2 等之高熔點金屬或金屬矽化物、包含該等材料之層之積層構造(例如Ti/TiN/W)等之材料形成。
再者，多層配線層120中所含之上述之驅動配線層、電源/信號配線層、及閘極電極層例如較佳為具有50～100 nm左右之膜厚。
又，設置於上述之驅動配線層、電源/信號配線層、及閘極電極層之間等之絕緣膜130例如可由可使光透過之HfO2 膜、SiO2 膜等形成。又，作為絕緣膜130之材料，除上述之材料以外，還可利用Al2 O3 、Si3 N4 、SiON、SiC、SiCO等，無特別限定。
再者，在氧化物半導體層142之下方設置有密封膜204、PD2之上部電極210、光電轉換膜212、下部電極216及蓄積用電極214a、214b。此外，PD2之蓄積用電極214a、214b也與PD1同樣地，較佳為設置為在自受光面之上方觀察時夾著下部電極216為線對稱。根據本實施形態，藉由如上述般以成為對稱之方式設置蓄積用電極214a、214b，而光電轉換膜212對於入射之光在光學上具有對稱性而可檢測光。亦即，PD1及PD2成為如包含在平面上為線對稱之關係之2個像素(像素區劃)100(詳細而言像素100a、100b)之構成，藉此，可具有光學上之對稱性。
＜2.5製造方法＞ 以上，針對本實施形態之多層配線層120之積層之詳細構成進行了說明。其次，參照圖12至圖14，針對圖7所示之本發明之第1實施形態之像素100之製造方法進行說明。圖12至圖14係用於說明本發明之第1實施形態之像素100之製造方法之剖視圖。
首先，在SOI(Silicon On Insulator，絕緣體上矽)基板(省略圖示)之表面利用磊晶生長法形成矽層(省略圖示)，在該矽層形成成為PD3之半導體區域312a、312b(參照圖3及圖4)等。又，在該矽層形成PD2及PD3之像素電晶體等。再者，當在矽層之上形成電極310、配線306、絕緣膜324等(參照圖3及圖4)後，使支持基板(省略圖示)貼合於絕緣膜324之上。之後，去除上述SOI基板，使上述矽層露出。其次，在露出之上述矽層形成開口部，藉由將絕緣膜與金屬膜埋入而形成貫通電極302(參照圖3及圖4)。
其次，在貫通電極302之上積層絕緣膜218(參照圖3及圖4)。該絕緣膜218如上文所說明般，為了降低與上述矽層之界面能階，且抑制自矽層與該絕緣膜218之間之界面產生暗電流，而較佳為界面能階為小。作為此種絕緣膜218之材料，例如可舉出以ALD法成膜之HfO2 膜或Al2 O3 膜與以電漿CVD法成膜之SiO2 膜之積層構造。
其次，在將絕緣膜218堆積後，形成兼作為遮光膜之配線250(參照圖3及圖4)。配線250係藉由以將欲遮光之部位殘留之方式進行加工而形成。該配線250由於與貫通電極302電性連接且也用作遮光膜，故較佳為利用W與作為障壁金屬之Ti、TiN之積層膜形成。
而且，在上述絕緣膜218之上，利用微影術、蝕刻等形成具有所期望之形狀之下部電極216、蓄積用電極214及屏蔽電極208。詳細而言，蓄積用電極214等例如藉由在利用濺鍍法將ITO等積層後，利用光微影術進行圖案化，利用乾式蝕刻或濕式蝕刻進行加工，而可形成為具有所期望之形狀之膜。此外，較佳為，下部電極216、蓄積用電極214及屏蔽電極208之間由以電漿CVD等形成之絕緣膜218埋入，下部電極216、蓄積用電極214及屏蔽電極208之上表面及其之間之絕緣膜218之上表面藉由CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)而平坦化。
其次，在下部電極216及蓄積用電極214以及屏蔽電極208之上形成絕緣膜218，以下部電極216之一部分露出之方式在絕緣膜218利用微影術等形成開口部。進而，將W、Al、Cu等之金屬材料埋入該開口部，其次，在絕緣膜218之上形成氧化物半導體層240。此外，可在形成氧化物半導體層240前，利用CMP等將絕緣膜218之上表面平坦化。
進而，在氧化物半導體層240之上，依次積層光電轉換膜212、上部電極210及密封膜204。如此，可獲得如圖12所示之構造。光電轉換膜212之形成可利用旋轉塗佈或真空蒸鍍等進行。且，已知悉光電轉換膜212一般而言因水分、氧、氫等之影響而特性較大地變動。因而，光電轉換膜212上之上部電極210較佳為與光電轉換膜212連續真空地形成。又，可在密封膜204之形成前後進行灰化、有機洗淨等之後處理，去除堆積物、殘渣物。此外，在圖12中，為了便於理解，而省略上述之矽層、PD3、像素電晶體、配線306等之圖示，將其等一併地顯示為半導體基板300a。再者，在以下之圖13及圖14中也同樣。
而且，在密封膜204之上積層氧化物半導體層142，在氧化物半導體層142之上積層絕緣膜132。進而，在絕緣膜132之上形成具有所期望之形狀之閘極電極126、屏蔽電極134，其次積層絕緣膜130。而後，形成貫通積層之絕緣膜130且持續至閘極電極126為止的、或進一步貫通絕緣膜130且持續至氧化物半導體層142為止的開口部。將金屬膜等埋入形成之開口部，形成接點128。
其次，在接點128與絕緣膜130之上形成所期望之形狀之配線124，與上述同樣地，形成連接閘極電極126與配線124之接點128。進而，在接點128與絕緣膜130之上形成所期望之形狀之驅動配線122，與上述同樣地，形成連接配線124與驅動配線122之接點128。而後，在接點128與絕緣膜130之上，將具有所期望之形狀之下部電極116、蓄積用電極114及屏蔽電極108形成為所期望之形狀，在該等電極之上積層絕緣膜118。如此，可獲得如圖13所示之構造。
而後，在絕緣膜118之上依次積層氧化物半導體層140、光電轉換膜112、上部電極110。如此，可獲得如圖14所示之構造。之後，藉由形成密封膜104，而可獲得如圖7所示之像素100。
此外，作為形成上述之各層之方法，例如可舉出PVD法及CVD法等。作為PVD法，可舉出：利用電阻加熱或高頻加熱之真空蒸鍍法、EB(電子束)蒸鍍法、各種濺射法(磁控濺射法、RF-DC耦合型偏壓濺射法、ECR(Electron Cyclotron Resonance，電子迴旋加速器共振)濺射法、對向靶濺射法、高頻濺射法等)、離子電鍍法、雷射剝蝕法、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy；MBE)法、雷射轉印法等。又，作為CVD法可舉出：電漿CVD法、熱CVD法、有機金屬(Metal Organic；MO)CVD法、光CVD法等。再者，作為其他方法，可舉出：電鍍法或無電鍍法、旋轉塗佈法；浸漬法；澆注法；微觸印刷法；液滴澆注法；絲網印刷法或噴墨印刷法、膠印印刷法、凹版印刷、柔版印刷法等各種印刷法；壓印法；噴塗法；以及氣刀塗佈機法、刮刀塗佈機法、桿式塗佈機法、刀式塗佈法、壓擠塗佈機法、逆輥塗佈機法、傳送輥塗佈機法、凹版塗佈法、吻合塗佈機法、澆注塗佈機法、噴霧塗佈機法、狹縫塗佈機法、壓延塗佈機法等各種塗佈法。又，作為，各層之圖案化法，可舉出：陰影遮罩、雷射轉印、光微影術等化學性蝕刻、及利用紫外線或雷射等進行之物理性蝕刻等。此外，作為平坦化技術，可舉出CMP法、雷射平坦化法、迴流法等。
如以上般，根據本實施形態，可提供一種具有可抑制製造成本之增加且有效率地、輸出、傳送在光電轉換膜112產生之電荷之像素信號之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、選擇電晶體TRsel 及重置電晶體TRrst )及配線的像素100。
詳細而言，在本實施形態中，將連接於PD1之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、選擇電晶體TRsel 及重置電晶體TRrst )之通道形成區域等藉由利用可使光透過之氧化物半導體層142構成，而可積層於PD2、PD3之上方。再者，在本實施形態中，將驅動蓄積用電極114a、114b之驅動配線122a、122b與驅動重置電晶體TRrst 等之驅動配線122r、122s設置於同一層，而可減少像素100之積層構造之層數。其結果為，根據本實施形態，可抑制包含像素100之固態攝像裝置1之製造成本之增加。此外，在本實施形態中，與將像素電晶體設置於半導體基板300內之情形相比，可將PD1之光電轉換膜112與PD1之像素電晶體更近地配置，進而藉由利用低電阻配線材料形成驅動配線122a、122b、122f、122s、122r，而可提高像素電晶體及蓄積用電極114a、114b之驅動速度及在光電轉換膜112產生之電荷之傳送速度。
此外，根據本實施形態，藉由擴寬信號配線124vs及電源配線124vd之配線寬度，而可縮短直至在作為信號線VSL 之一部分之信號配線124vs中傳遞之信號穩定為止之時間(整定期間)，可有效率地傳送像素信號。
再者，在本實施形態中，藉由設置屏蔽電極108、134，而可抑制自處於與未由同一屏蔽電極108、134包圍之其他像素100之間之像素電晶體之洩漏。又，根據本實施形態，藉由以成為對稱之方式設置蓄積用電極114a、114b、214a、214b，而光電轉換膜112、212對於入射之光在光學上具有對稱性而可檢測光。
＜2.6變化例＞ 此外，在上述之第1實施形態中，以PD2之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、選擇電晶體TRsel 及重置電晶體TRrst )設置於半導體基板300內之情形進行了說明。然而，在本實施形態中，PD2之像素電晶體不限定於設置於半導體基板300內，與PD1同樣地，可由設置於半導體基板300之上方之氧化物半導體層(省略圖示)、及設置於氧化物半導體層之下方之多層配線層(省略圖示)形成。亦即，在本變化例中，由設置於PD2之下部電極216之下方之多層配線層、及設置於多層配線層之下方之氧化物半導體層構成PD2之像素電晶體。根據本變化例，由於藉此能夠放大可在半導體基板300內形成PD3之區域，故可在PD3有效率地利用朝像素100入射之光，而提高PD3之特性。
＜＜3.第2實施形態＞＞ 又，在本發明之實施形態中，可將上述之第1實施形態之像素100之積層構造中之PD1及多層配線層120之位置上下顛倒。以下，針對將PD1及多層配線層120之位置與第1實施形態設為相反時之本發明之第2實施形態進行說明。
此外，如上文所說明般，在第2實施形態中，PD1及PD2之上部電極110、210及下部電極116、216並非依照圖15所示之像素100之積層構造之位置而定義，將具有與第1實施形態之上部電極110、210同樣之功能之電極稱為上部電極110、210，將具有與第1實施形態之下部電極116、216同樣之功能之電極稱為下部電極116、216。
＜3.1多層配線層之詳細構成＞ 首先，參照圖15，說明本實施形態之PD1及多層配線層120a之詳細構成。圖15係本實施形態之像素100之剖視圖之一部分，與圖7所示之第1實施形態之像素100之剖視圖之一部分對應。此外，沿圖15之a-a'線切斷像素100時之剖面與圖8之第1實施形態之像素100之剖視圖對應，沿圖15之b-b'線切斷像素100時之剖面與圖9之第1實施形態之像素100之剖視圖對應。再者，沿圖15之c-c'線切斷像素100時之剖面與圖10之第1實施形態之像素100之剖視圖對應，沿圖15之d-d'線切斷像素100時之剖面與圖11之第1實施形態之像素100之剖視圖對應。
如圖15所示，本實施形態之像素100與圖7所示之第1實施形態之像素100同樣地具有作為PD2設置之下部電極216、蓄積用電極214、屏蔽電極208、光電轉換膜212、及上部電極210。再者，在本實施形態中，在上部電極210之上方設置有密封膜(第2密封膜)204。
再者，在本實施形態中，如圖15所示，於在密封膜204之上方依次積層有密封膜(第1密封膜)144、上部電極110、光電轉換膜112、氧化物半導體層140、及絕緣膜118之點上與第1實施形態不同。此外，上部電極110、光電轉換膜112、氧化物半導體層140、及絕緣膜118構成本實施形態之PD1之一部分。
又，在本實施形態中，在絕緣膜118之上方設置有下部電極116、蓄積用電極114、屏蔽電極108。此外，沿圖15之a-a'線之剖面由於與如上文所說明般圖8所示之第1實施形態之像素100之剖視圖同樣，故此處省略詳細之說明。
再者，在本實施形態中，在下部電極116、蓄積用電極114及屏蔽電極108之上方設置有多層配線層120a。亦即，PD1在像素100之積層構造中設置於多層配線層120a與半導體基板300a之間。以下，針對本實施形態之多層配線層120a進行說明。此外，在以下之說明中，為了便於理解而與第1實施形態之多層配線層120對比地進行說明，因而自多層配線層120之下側朝向上側說明積層構造。
首先，在實施形態中，如15所示，在下部電極116、蓄積用電極114、屏蔽電極108之上方介隔著絕緣膜130設置有驅動配線122(詳細而言驅動配線122a、122b、122f、122s、122r)。此外，沿圖15之b-b'線之剖面由於與如上文所說明般圖9所示之第1實施形態之像素100之剖視圖同樣，故此處省略詳細之說明。
而且，在本實施形態中，如圖15所示，在驅動配線122之上方介隔著絕緣膜130設置有配線124(詳細而言驅動配線124f、124r、124s、電源配線124vd、及信號配線124vs)。此外，沿圖15之c-c'線之剖面由於與如上文所說明般圖10所示之第1實施形態之像素100之剖視圖同樣，故此處省略詳細之說明。
又，在本實施形態中，如圖15所示，在配線124之上方介隔著絕緣膜130設置有閘極電極126(詳細而言閘極電極126r、126am、126s)。此外，沿圖15之d-d'線之剖面由於與如上文所說明般圖11所示之第1實施形態之像素100之剖視圖同樣，故此處省略詳細之說明。
再者，在本實施形態中，如圖15所示，在閘極電極126之上方介隔著絕緣膜132設置有氧化物半導體層142。該氧化物半導體層142可作為與連接於PD1之像素電晶體(例如放大電晶體TRamp 、傳送電晶體TRtrs 、重置電晶體TRrst 、選擇電晶體TRsel )共通之通道形成區域(與各閘極電極126對向之部分)及源極/汲極區域(與各驅動配線124連接之部分等)而發揮功能。又，在本實施形態中，在氧化物半導體層142之上方設置有絕緣膜146。
亦即，在本實施形態中，與上述之第1實施形態相比，像素100之積層構造中之PD1及多層配線層120之位置上下顛倒。再者，在本實施形態中，與上述之第1實施形態相比，多層配線層120a之積層之順序也相反。然而，在本實施形態中亦然，與第1實施形態同樣地，可提供一種具有可抑制製造成本之增加且有效率地、輸出、傳送在光電轉換膜112產生之電荷之像素信號之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、選擇電晶體TRsel 及重置電晶體TRrst )及配線的像素100。
詳細而言，在本實施形態中亦然，將連接於PD1之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、選擇電晶體TRsel 及重置電晶體TRrst )之通道形成區域等藉由利用可使光透過之氧化物半導體層142構成，而可積層於PD2、PD3之上方。再者，在本實施形態中亦然，將驅動蓄積用電極114a、114b之驅動配線122a、122b與驅動重置電晶體TRrst 等之驅動配線122r、122s設置於同一層，而可減少像素100之積層構造之層數。其結果為，根據本實施形態，可抑制包含像素100之固態攝像裝置1之製造成本之增加。此外，在本實施形態中，與將像素電晶體設置於半導體基板300內之情形相比，可將PD1之光電轉換膜112與PD1之像素電晶體更近地配置，進而藉由利用低電阻配線材料形成驅動配線122a、122b、122f、122s、122r，而可提高像素電晶體及蓄積用電極114a、114b之驅動速度及在光電轉換膜112產生之電荷之傳送速度。
＜3.2製造方法＞ 其次，參照圖16，針對圖15所示之第2實施形態之像素100之製造方法進行說明。圖16係用於說明本發明之第2實施形態之像素100之製造方法之剖視圖。
首先，與第1實施形態同樣地，利用SOI基板(省略圖示)及支持基板(省略圖示)等，準備形成有PD2、PD3及與其等對應之像素電晶體、配線、貫通電極等之半導體基板300a。再者，在設置於該半導體基板300a之上之上部電極210之上形成密封膜204。如此，可獲得圖16之下側所示之半導體基板300a。
其次，在另一半導體基板300b(例如SOI基板)之上依次積層絕緣膜146、氧化物半導體層142、絕緣膜132。次之，在絕緣膜132之上形成閘極電極126、配線124、驅動配線122、下部電極116、蓄積用電極114、屏蔽電極108。進而，在下部電極116、蓄積用電極114、及屏蔽電極108之上依次積層絕緣膜118、氧化物半導體層140、光電轉換膜112、上部電極110、密封膜144。如此，可獲得圖16之上側所示之半導體基板300b。此外，針對各層之形成之細節，由於與第1實施形態同樣，故此處省略說明。
再者，如圖16所示，以密封膜204與密封膜144相互對向之方式將半導體基板300a與半導體基板300b接合。此外，在接合時，藉由對於密封膜204、144之上表面進行電漿處理，或在密封膜204、密封膜144之上積層薄的矽氧化膜並加熱，而可接合。進而，藉由去除半導體基板300b，而可獲得如圖15所示之本實施形態之像素100。
另外，光電轉換膜112、212一般而言由不耐熱之材料形成。因而，在本實施形態中，藉由利用2個半導體基板300a、300b之接合，而可進一步減少積層於光電轉換膜112、212之上之層之數目。其結果為，根據本實施形態，由於可減少在形成各種層時熱對光電轉換膜112、212施加之次數，故可避免光電轉換膜112、212因熱而劣化。
＜＜4.第3實施形態＞＞ 上述之本發明之實施形態之固態攝像裝置1可對於數位靜態相機或視訊攝影機等之攝像裝置、具有攝像功能之行動終端裝置、將固態攝像元件用於圖像讀取部之影印機等之將固態攝像元件用於圖像擷取入部之所有電子機器。再者，本發明之實施形態也可應用於包含上述之攝像裝置之機器人、無人機、汽車、醫療機器(內視鏡)等。此外，本實施形態之固態攝像裝置1既可為形成為單晶片之形態，也可為攝像部與信號處理部或光學系統被封裝為1者之具有攝像功能之模組之形態。以下，將包含具有本實施形態之固態攝像裝置1之攝像裝置702的電子機器700之一例作為本發明之第3實施形態，參照圖17進行說明。圖17係顯示包含具有本發明之實施形態之固態攝像裝置1之攝像裝置702的電子機器700之一例之說明圖。
如圖17所示，電子機器700具有：攝像裝置702、光學透鏡710、快門機構712、驅動電路單元714、及信號處理電路單元716。光學透鏡710使來自被攝體之像光(入射光)在攝像裝置702之攝像面上成像。藉此，在攝像裝置702之固態攝像裝置1內，於一定期間內蓄積信號電荷。快門機構712藉由開閉而控制對攝像裝置702之光照射期間及遮光期間。驅動電路單元714將控制攝像裝置702之信號之傳送動作及快門機構712之快門動作等之驅動信號對其等供給。亦即，攝像裝置702基於自驅動電路單元714供給之驅動信號(時序信號)進行信號傳送。信號處理電路單元716進行各種信號處理。例如，信號處理電路單元716將已進行信號處理之影像信號朝例如記憶體等之記憶媒體(省略圖示)輸出或朝顯示部(省略圖示)輸出。
＜＜5.第4實施形態＞＞ ＜5.1實施形態＞ 且說，在上述之本發明之實施形態之像素100中，因PD2一般而言相對於水分或氧具有脆弱之性質，而為了保護PD2在PD2上設置有密封膜204。然而，起因於藉由如上述般設置密封膜204而像素100沿積層方向變高(厚度增加)，而有容易產生因斜入射光所致之對相鄰像素100之串擾之情形。因而，為了抑制此串擾之產生，而考量在基板500之上方之絕緣膜504中及密封膜204中設置將光集光之波導402、404(參照圖18)。
又，在上述之本發明之實施形態之像素100中，設置有包含氧化物半導體層142及多層配線層120之複數個像素電晶體，進而設置有用於驅動該等像素電晶體之驅動配線122。而且，此驅動配線122為了確保像素電晶體之設計之自由度，而謀求多層化。然而，因此驅動配線122之多層化，而與上述同樣地，有像素100沿積層方向變高(厚度增加)，容易產生因斜入射光所致之對相鄰像素100之串擾之情形。因而，為了抑制此串擾之產生，而考量在多層配線層120中設置將光集光之波導400。
因而，參照圖18至圖21，說明具有如上述之波導400、402、404的本發明之第4實施形態之固態攝像裝置1之積層之詳細構成。圖18係本實施形態之像素100(詳細而言像素100a、100b)之剖視圖之一部分，詳細而言，主要對自PD2隔著多層配線層120直至PD1為止進行圖示。又，圖19係沿圖18之f-f'線切斷像素100時之剖視圖，圖20係沿圖18之e-e'線切斷像素100時之剖視圖，圖21係沿圖18之b-b'線切斷像素100時之剖視圖。此外，以下，針對與上述之本發明之實施形態共通之點省略說明，僅針對與上述之本發明之實施形態不同之點進行說明。
詳細而言，在本實施形態中，像素100如圖18及圖19所示，在包含矽等之半導體基板500上積層有絕緣膜504，在該絕緣膜504中分別設置有包含導電膜等之接點502、及以與像素100a、100b對應之方式設置之波導404。例如，複數個波導404如圖19所示配置為沿圖中之左右方向排列。又，在本實施形態中，例如，作為波導404之材料較佳為利用Si3 N4 (折射率1.9左右)，藉此可在波導404集光。然而，在本實施形態中，波導404之材料無特別限定。
再者，在本實施形態中，像素100如圖18及圖20所示具有作為PD2設置之下部電極216、蓄積用電極214、屏蔽電極208、光電轉換膜212、及上部電極210。進而，在上部電極210之上方設置有密封膜204，在密封膜204內以與像素100a、100b對應之方式分別設置有波導402。例如，複數個波導402如圖19所示配置為沿圖中之左右方向排列。又，在本實施形態中，例如，較佳為作為波導402之材料利用Si3 N4 (折射率1.9左右)，作為密封膜204之材料利用Al2 O3 (折射率1.6左右)，藉此可在波導402集光。再者，在本實施形態中，密封膜204及波導402之材料無特別限定，但波導402之材料之折射率與密封膜204之材料之折射率差較佳為設為0.2左右以上，藉此可進一步提高波導402之集光效率。
再者，如圖18所示，在本實施形態亦然，在絕緣膜132之上方設置有包含配線及電極之多層配線層120。再者，在多層配線層120之上方設置有構成PD1之下部電極116、蓄積用電極114、絕緣膜118、氧化物半導體層140、光電轉換膜112及上部電極110。更詳細而言，在絕緣膜118之正下方設置有PD1之蓄積用電極114a、114b及下部電極116，在蓄積用電極114a、114b之正下方設置有波導400。例如，波導400如圖21所示般配置為夾著驅動配線122f在圖中之左右為線對稱。又，針對波導400亦然，可以與波導402同樣之材料形成，藉此可在波導402集光。
此外，針對本實施形態之像素100之製造方法，由於與本發明之第1實施形態之像素100之製造方法同樣，故此處省略說明。
如以上般，在本實施形態中，藉由在絕緣膜504、多層配線層120及密封膜204中設置將光集光之波導400、402、404，而即便在像素100沿積層方向變高之情形下，亦可抑制因斜入射光所致之對相鄰像素100之串擾之產生。此外，在本實施形態中，不限定於設置全部波導400、402、404，可設置其等之一部分。
＜5.2變化例1＞ 此外，本實施形態不限定於設置如圖18至圖21所示之波導400、402、404，可利用內透鏡600、602、604而取代波導400、402、404。將此變化例作為本實施形態之變化例1，利用圖22進行說明。圖22係本實施形態之變化例1之像素100的剖視圖之一部分。
如圖22所示，在本變化例中，在絕緣膜504、多層配線層120及密封膜204中設置有將光集光之內透鏡600、602、604。藉此，根據本變化例，即便在像素100沿積層方向變高之情形下，亦可抑制因斜入射光所致之對相鄰像素100之串擾之產生。此外，在本變化例中，不限定於設置全部內透鏡600、602、604，可設置其等之一部分。
＜5.3變化例2＞ 又，上述之本實施形態不限定於設置如圖18至圖21所示之波導400、402、404，可利用障壁800、802、804而取代波導400、402、404。將此變化例作為本實施形態之變化例2，利用圖23進行說明。圖23係本實施形態之變化例2之像素100的剖視圖之一部分。
如圖23所示，在本變化例中，在絕緣膜504、多層配線層120及密封膜204中設置有障壁800、802、804。例如，當將Al2 O3 (折射率1.6左右)用於密封膜204及絕緣膜504之材料時，較佳為利用SiO2 (折射率1.4左右)形成間隔壁800、802、804，藉此可集光。再者，在本變化例中，間隔壁800、802、804之材料無特別限定，但間隔壁800、802、804之材料之折射率與密封膜204及絕緣膜504之材料之折射率差較佳為設為0.2左右以上，藉此可進一步提高集光效率。又，作為間隔壁800、802、804之材料，可利用金屬材料(Al、W、Ti、TiN、TiAl、Cu、Ta、TaN、Co、Ru等、或包含該等元素之材料)。藉此，根據本變化例，即便在像素100沿積層方向變高之情形下，亦可抑制因斜入射光所致之對相鄰像素100之串擾之產生。此外，在本變化例中，不限定於設置全部障壁800、802、804，可設置其等之一部分。
再者，在本發明中，可使本實施形態及變化例1、2組合而實施。又，在本發明中，設置波導、內透鏡、障壁之位置不限定於上述之位置，可設置於其他位置。
＜＜6.對於內視鏡手術系統之應用例＞ 本發明之技術(本發明)可對各種產品應用。例如，本發明之技術可應用於內視鏡手術系統。
圖24係顯示可應用本發明之技術(本發明)之內視鏡手術系統之概略構成之一例的圖。
在圖24中圖示手術者(醫生)11131利用內視鏡手術系統11000對病床11133上之患者11132進行手術之狀況。如圖示般，內視鏡手術系統11000係由內視鏡11100、氣腹管11111及能量處置具11112等其他手術器具11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120、及搭載有用於內視鏡下手術之各種裝置之手推車11200構成。
內視鏡11100係由將距前端特定之長度之區域插入患者11132之體腔內之鏡筒11101、及連接於鏡筒11101之基端之照相機頭11102構成。在圖示之例中圖示構成為具有剛性鏡筒11101之所謂之剛性鏡的內視鏡11100，但內視鏡11100可構成為具有撓性鏡筒之所謂之撓性鏡。
在鏡筒11101之前端設置有嵌入有物鏡之開口部。在內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光由在鏡筒11101之內部延伸設置之光導導光至該鏡筒之前端，並經由物鏡朝向患者11132之體腔內之觀察對象照射。此外，內視鏡11100既可為直視鏡，也可為斜視鏡或側視鏡。
在照相機頭11102之內部設置有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統而在該攝像元件集光。藉由該攝像元件對觀察光進行光電轉換，產生與觀察光對應之電氣信號、亦即與觀察像對應之圖像信號。該圖像信號作為RAW資料朝照相機控制單元(CCU: Camera Control Unit)11201被發送。
CCU 11201係由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖像處理單元)等構成，統括地控制內視鏡11100及表示裝置11202之動作。再者，CCU 11201自照相機頭11102接收圖像信號，對該圖像信號實施例如顯影處理(馬賽克處理)等用於顯示基於該圖像信號之圖像之各種圖像處理。
顯示裝置11202藉由來自CCU 11201之控制而顯示基於由該CCU 11201實施圖像處理之圖像信號的圖像。
光源裝置11203係由例如LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等光源構成，對內視鏡11100供給拍攝手術部位等時之照射光。
輸入裝置11204係相對於內視鏡手術系統11000之輸入介面。使用者可經由輸入裝置11204對內視鏡手術系統11000進行各種資訊之輸入或指示輸入。例如，使用者輸入變更內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦距等)之意旨之指示等。
處置具控制裝置11205控制用於組織之燒灼、切開或血管之封堵等之能量處置具11112之驅動。氣腹裝置11206在確保內視鏡11100之視野及確保手術者之作業空間之確保之目的下，為了使患者11132之體腔膨脹，而經由氣腹管11111將氣體送入該體腔內。記錄器11207係可記錄關於手術之各種資訊之裝置。印表機11208係可以文字、圖像或圖等各種形式印刷關於手術之各種資訊之裝置。
此外，對內視鏡11100供給拍攝手術部位時之照射光之光源裝置11203可由包含例如LED、雷射光源或其等之組合之白色光源構成。在由RGB雷射光源之組合構成白色光源時，由於能夠高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故在光源裝置11203中可進行攝像圖像之白平衡之調整。又，此時，藉由時分地對觀察對象照射來自RGB雷射光源各者之雷射光，與該照射時序同步地控制照相機頭11102之攝像元件之驅動，而也可時分地拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即便在該攝像元件不設置彩色濾光器，也可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203可以每隔特定之時間變更輸出之光之強度之方式控制該驅動。與該光之強度之變更之時序同步地控制照相機頭11102之攝像元件之驅動而時分地取得圖像，藉由合成該圖像而可產生所謂之無發黑及泛白之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203可構成為可供給與特殊光觀察對應之特定之波長頻帶下之光。在特殊光觀察中，例如，藉由利用生物體組織之光之吸收之波長依賴性，與一般之觀察時之照射光(亦即白色光)相比照射窄頻之光，而進行以高對比度拍攝黏膜表層之血管等之特定之組織之所謂之窄頻光觀察(Narrow Band Imaging，窄頻影像)。或，在特殊光觀察中，可進行利用藉由照射激發光而產生之螢光獲得圖像之螢光觀察。在螢光觀察中，可進行對生物體組織照射激發光而觀察來自該生物體組織之螢光(自身螢光觀察)、或對生物體組織局部注射靛氰綠(ICG)等之試劑且對該生物體組織照射與該試劑之螢光波長對應之激發光而獲得螢光像等。光源裝置11203可構成為可供給與此特殊光觀察對應之窄頻光及/或激發光。
圖25係顯示圖24所示之照相機頭11102及CCU 11201之功能構成之一例的方塊圖。
照相機頭11102具有：透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通訊部11404、及照相機頭控制部11405。CCU 11201具有：通訊部11411、圖像處理部11412、及控制部11413。照相機頭11102與CCU 11201藉由傳送纜線11400可相互通訊地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。自鏡筒11101之前端擷取入之觀察光被到導光至照相機頭11102，而朝該透鏡單元11401入射。透鏡單元11401係組合有包含變焦透鏡及對焦透鏡之複數個透鏡而構成。
攝像部11402係由攝像元件構成。構成攝像部11402之攝像元件既可為1個(所謂之單板式)，也可為複數個(所謂之多板式)。在攝像部11402由多板式構成時，例如由各攝像元件產生與RGB各者對應之圖像信號，藉由將其等合成而可獲得彩色圖像。或，攝像部11402可構成為具有用於分別取得與3D(Dimensional，維度)顯示對應之右眼用及左眼用之圖像信號的1對攝像元件。藉由進行3D顯示，而手術者11131可更正確地掌握手術部位之生物體組織之深度。此外，在攝像部11402由多板式構成時，與各攝像元件對應地，透鏡單元11401也可設置複數個系統。
又，攝像部11402可不一定設置於照相機頭11102。例如，攝像部11402可在鏡筒11101之內部設置於物鏡之正後方。
驅動部11403係由致動器構成，藉由來自照相機頭控制部11405之控制，而使透鏡單元11401之變焦透鏡及對焦透鏡沿光軸移動特定之距離。藉此，可適宜地調整由攝像部11402拍攝之攝像圖像之倍率及焦點。
通訊部11404係由用於在與CCU 11201之間發送接收各種資訊之通訊裝置構成。通訊部11404將自攝像部11402獲得之圖像信號作為RAW資料經由傳送纜線11400朝CCU 11201發送。
又，通訊部11404自CCU 11201接收用於控制照相機頭11102之驅動之控制信號，並對照相機頭控制部11405供給。在該控制信號中例如包含指定攝像圖像之圖框率之意旨之資訊、指定攝像時之曝光值之意旨之資訊、以及/或指定攝像圖像之倍率及焦點之意旨之資訊等關於攝像條件之資訊。
此外，上述之圖框率或曝光值、倍率、焦點等攝像條件既可由使用者適宜地指定，也可基於所取得之圖像信號由CCU 11201之控制部11413自動地設定。在後者之情形下，在內視鏡11100搭載有所謂之AE(Auto Exposure，自動曝光)功能、AF(Auto Focus，自動對焦)功能及AWB(Auto White Balance，自動白平衡)功能。
照相機頭控制部11405基於經由通訊部11404接收之來自CCU 11201之控制信號控制照相機頭11102之驅動。
通訊部11411係由用於在與照相機頭11102之間發送接收各種資訊之通訊裝置構成。通訊部11411接收自照相機頭11102經由傳送纜線11400發送之圖像信號。
又，通訊部11411對照相機頭11102發送用於控制照相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電氣通訊或光通訊等發送。
圖像處理部11412對自照相機頭11102發送之作為RAW資料之圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行與由內視鏡11100進行之手術部位等之攝像、及由手術部位等之攝像獲得之攝像圖像之顯示相關之各種控制。例如，控制部11413產生用於控制照相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於由圖像處理部11412實施圖像處理之圖像信號使顯示裝置11202顯示拍攝到手術部位等之攝像圖像。此時，控制部11413可利用各種圖像辨識技術辨識攝像圖像內之各種物體。例如，控制部11413藉由檢測攝像圖像中所含之物體之邊緣之形狀或顏色等，而可辨識鑷子等手術器具、特定之生物體部位、出血、能量處置具11112之使用時之霧氣等。控制部11413可在使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，利用該辨識結果使各種手術支援資訊重疊顯示於該手術部位之圖像。藉由重疊顯示手術支援資訊，對手術者11131予以提示，而可減輕手術者11131之負擔，而手術者11131準確地進行手術。
連接照相機頭11102及CCU 11201之傳送纜線11400可為與電氣信號之通訊對應之電氣信號纜線、與光通訊對應之光纖、或其等之複合纜線。
此處，在圖示之例中，可利用傳送纜線11400以有線進行通訊，但照相機頭11102與CCU 11201之間之通訊可以無線進行。
以上，針對可應用本發明之技術之內視鏡手術系統之一例進行了說明。本發明之技術可應用於以上所說明之構成中之例如照相機頭11102之攝像部11402等。
此外，此處，作為一例針對內視鏡手術系統進行了說明，但本發明之技術可應用於其他手術系統、例如顯微鏡手術系統等。
＜＜7.對於移動體之應用例＞ 本發明之技術(本發明)可應用於各種產品。例如，本發明揭示之技術可實現為搭載於汽車、電力機動車、混合動力機動車、自動二輪車、自行車、個人移動性裝置、飛機、無人機、船舶、機器人等之任一種類之移動體之裝置。
圖26係顯示作為可應用本發明揭示之技術之移動體控制系統之一例的車輛控制系統之概略構成例之方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通信網路12001連接之複數個電子控制單元。在圖26所示之例中，車輛控制系統12000具備：驅動系統控制單元12010、車體系統控制單元12020、車外資訊檢測單元12030、車內資訊檢測單元12040、及綜合控制單元12050。又，作為綜合控制單元12050之功能構成，圖示有微電腦12051、聲音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface，介面)12053。
驅動系統控制單元12010遵循各種程式控制與車輛之驅動系統相關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等之用於產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用於將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛之舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等的控制裝置發揮功能。
車體系統控制單元12020遵循各種程式控制裝備於車體之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為無鑰匙進入系統、智慧型鑰匙系統、動力車窗裝置、或前照燈、尾燈、煞車燈、方向指示燈或霧燈等之各種燈之控制裝置發揮功能。該情形下，對於車體系統控制單元12020，可輸入有自代替鑰匙之可攜式裝置發出之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元12020受理該等之電波或信號之輸入，而控制車輛之車門鎖閉裝置、動力車窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載車輛控制系統12000之車輛之外部之資訊。例如，在車外資訊檢測單元12030連接有攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，且接收所拍攝之圖像。車外資訊檢測單元12030可基於所接收之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光且輸出與該光之受光量相應之電氣信號之光感測器。攝像部12031既可將電氣信號作為圖像輸出，亦可作為測距之資訊輸出。又，攝像部12031所接受之光既可為可視光，亦可為紅外線等之非可視光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040連接有例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，既可算出駕駛者之疲勞度或集中度，亦可判別駕駛者是否打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，且對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含車輛之碰撞避免或衝擊緩和、基於車距之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道脫離警告等的ADAS(Advanced Driver Assistance Systems，先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。
又，微電腦12051藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車輛之周圍之資訊控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而可進行以在不依賴於駕駛者之操作下自主地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030取得之車外之資訊，對車體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051與由車外資訊檢測單元12030檢測到之前方車或對向車之位置相應而控制前照燈，而可進行將遠光切換為近光等之以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052朝可針對車輛之乘客或車外視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置發送聲音及圖像中之至少一者之輸出信號。在圖26之例中，作為輸出裝置例示有音訊揚聲器12061、顯示部12062及儀錶板12063。顯示部12062例如可包含機上顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖27係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
在圖27中，車輛12100作為攝像部12031具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105設置於例如車輛12100之前端突出部、側視鏡、後保險杠、後背門及車廂內之擋風玻璃之上部等之位置。前端突出部所具備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要取得車輛12100之前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100之側方之圖像。後保險杠或後背門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100之後方之圖像。由攝像部12101及12105取得之前方之圖像主要用於前方車輛或行人、障礙物、信號燈、交通標誌或車道等之檢測。
又，在圖27中，顯示攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111顯示設置於前端突出部之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113顯示分別設置於側視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114顯示設置於後保險杠或後背門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由重疊由攝像部12101至12104拍攝之圖像資料，而可取得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少1者可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少1者既可為含有複數個攝像元件之立體相機，亦可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051藉由基於根據攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得至攝像範圍12111至12114內之各立體物之距離、及該距離之時間性變化(對於車輛12100之相對速度)，而可在尤其是位於車輛12100之前進路上之最近之立體物中，將朝與車輛12100大致相同之方向以特定之速度(例如，0km/h以上)行進之立體物作為前方車抽出。進而，微電腦12051設定針對前方車之近前預先設定必須確保之車距，而可進行自動制動控制(亦包含追隨停止控制)或自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。如此般可進行以在不依賴於駕駛者之操作下自主地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051可基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為2輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他之立體物並抽出，且用於障礙物之自動回避。例如，微電腦12051將車輛12100之周邊之障礙物識別為車輛12100之駕駛員能夠視認之障礙物及難以視認之障礙物。而後，微電腦12051判斷顯示與各障礙物之碰撞之危險度之碰撞風險，在碰撞風險為設定值以上而有碰撞可能性之狀況時，藉由經由音訊揚聲器12061或顯示部12062對駕駛員輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或躲避操舵，而可進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少1者可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中是否有行人而辨識行人。如此之行人之辨識藉由例如抽出作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像之特徵點之程序、針對顯示物體之輪廓之一系列特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之程序而進行。微電腦12051當判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中有行人，且辨識為行人時，聲音圖像輸出部12052以針對該被辨識出之行人重疊顯示用於強調之方形輪廓線之方式控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將顯示行人之圖標等顯示於所期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，針對可應用本發明之技術之車輛控制系統之一例進行了說明。本發明之技術可應用於以上所說明之構成中之例如攝像部12031。
＜＜8.總結＞＞ 如以上所說明般，根據本發明之實施形態，可提供一種具有可抑制製造成本之增加且有效率地、輸出、傳送在光電轉換膜112產生之電荷之像素信號之像素電晶體(放大電晶體TRamp 、選擇電晶體TRsel 及重置電晶體TRrst )及配線的像素100。
此外，在上述之本發明之實施形態中，針對應用於背面照射型CMOS圖像感測器構造之情形進行了說明，但本發明之實施形態不限定於此，可應用於其他構造。
此外，在上述之本發明之實施形態中，針對將第1導電型設為P型、將第2導電型設為N型、將電子用作信號電荷之像素100進行了說明，但本發明之實施形態不限定於此例。例如，本實施形態可應用於將第1導電型設為N型，將第2導電型設為P型，將電洞用作信號電荷之像素100。
又，在上述之本發明之實施形態中，半導體基板300可不一定為矽基板，可為其他基板(例如SOI(Silicon On Insulator，絕緣體上矽)基板或SiGe基板等)。又，上述半導體基板300可為在如上述之各種基板上形成有半導體構造等者。
再者，在上述之本發明之實施形態及所參照之圖式中，為了便於理解，而將各種絕緣膜簡略化顯示。然而，實際上，該等絕緣膜既可為包含複數種不同之絕緣材料之積層膜，也可為藉由複數個不同之工序形成之積層膜。
再者，本發明之實施形態之固態攝像裝置1不限定於檢測可視光之入射光量之分佈並拍攝為圖像之固態攝像裝置。例如，本實施形態可對於將紅外線或X射線、或粒子等之入射量之分佈拍攝為圖像之固態攝像裝置、或檢測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並拍攝為圖像之指紋檢測感測器等之固態攝像裝置(物理量分佈檢測裝置)應用。
＜＜9.補充＞＞ 以上，一面參照附圖一面針對本發明之較佳之實施形態詳細地進行了說明，但本發明之技術性範圍不限定於上述之例。只要係具有本發明之技術領域之一般之知識的技術人員顯然可在專利申請範圍中所記載之技術性思想之範圍內想到各種變化例或修正例，應瞭解其等亦屬本發明之技術性範圍內。
且，本說明書所記載之效果終極而言僅為說明性或例示性效果，並非限定性效果。即，本發明之技術可發揮上述之效果外，且可發揮本領域技術人員根據本說明書之記載即顯而易知之其他效果而取代上述之效果。
此外，如以下之構成亦屬本發明之技術性範圍內。 (1) 一種固體攝像元件，其具備： 半導體基板； 第1光電轉換部，其設置於前述半導體基板上；及 控制部，其設置為與前述第1光電轉換部積層，包含控制前述第1光電轉換部之複數個像素電晶體；且 前述第1光電轉換部包含： 第2電極； 第1光電轉換膜，其設置於前述第2電極之上方，將光轉換為電荷；及 第1電極，其設置於前述第1光電轉換膜上；並且 前述複數個像素電晶體包含將前述電荷放大並作為像素信號輸出之放大電晶體； 前述放大電晶體之通道形成區域包含氧化物半導體層。 (2) 如上述(1)之固態攝像元件，其中前述複數個像素電晶體更包含： 自前述第1光電轉換部傳送前述電荷之傳送電晶體；且 前述傳送電晶體之通道形成區域包含氧化物半導體層。 (3) 如上述(1)或(2)之固態攝像元件，其中前述複數個像素電晶體更包含： 重置電晶體，其重置所蓄積之前述電荷；及 選擇電晶體，其依照選擇信號輸出前述像素信號；且 前述重置電晶體及前述選擇電晶體中至少一者之通道形成區域包含氧化物半導體層。 (4) 如上述(1)至(3)中任一項之固態攝像元件，其中前述放大電晶體之通道形成區域包含與前述複數個像素電晶體中之前述放大電晶體以外之至少1個前述像素電晶體之通道形成區域共通之氧化物半導體層。 (5) 如上述(1)至(4)中任一項之固態攝像元件，其中前述氧化物半導體層設置為與前述控制部積層。 (6) 如上述(1)至(5)中任一項之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換膜包含有機系光電轉換膜。 (7) 如上述(1)至(6)中任一項之固態攝像元件，其中前述半導體基板包含將光轉換為電荷之第2光電轉換部。 (8) 如上述(7)之固態攝像元件，其中前述控制部設置於前述第1光電轉換部與前述半導體基板之間。 (9) 如上述(8)之固態攝像元件，其更具備設置於前述控制部與前述半導體基板之間之將光轉換為電荷之第3光電轉換部。 (10) 如上述(7)之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換部設置於前述控制部與前述半導體基板之間。 (11) 如上述(10)之固態攝像元件，其更具備設置於前述第1光電轉換部與前述半導體基板之間之將光轉為電荷之第3光電轉換部。 (12) 如上述(9)或(11)之固態攝像元件，其中前述第3光電轉換部包含將光轉換為電荷之包含有機光電轉換膜之第3光電轉換膜。 (13) 如上述(1)之固態攝像元件，其中前述控制部包含 與前述氧化物半導體層分別積層地設置之下述層： 驅動配線層，其具有驅動前述複數個像素電晶體之複數條驅動配線； 電源信號配線層，其具有對前述複數個像素電晶體施加電源電壓之複數條電源配線及傳遞像素信號之複數條信號配線；及 閘極電極層，其具有前述複數個像素電晶體之複數個閘極電極。 (14) 如上述(13)之固態攝像元件，其中前述驅動配線包含Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta、TaN中至少任一者。 (15) 如上述(13)或(14)之固態攝像元件，其中前述電源配線、前述信號配線及前述閘極電極中至少一者包含透明導電膜。 (16) 如上述(13)至(15)中任一項之固態攝像元件，其中前述信號配線之配線寬度寬於前述驅動配線。 (17) 如上述(13)至(16)中任一項之固態攝像元件，其中前述閘極電極層更具有包圍前述複數個像素電晶體之屏蔽電極。 (18) 如上述(1)至(17)中任一項之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換部更包含經由絕緣膜與前述第1光電轉換膜相接之蓄積用控制膜。 (19) 如上述(1)至(7)中任一項之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換部包含自前述半導體基板之上方觀察相互為線對稱之關係之2個像素區劃。 (20) 一種固態攝像元件之製造方法，其包含： 在半導體基板之上方形成成為像素電晶體之通道形成區域之氧化物半導體層； 在前述氧化物半導體層之上方形成包含複數個像素電晶體之複數個閘極電極之閘極電極層； 在前述閘極電極層之上方形成包含對前述複數個像素電晶體施加電源電壓之複數條電源配線及傳遞像素信號之複數條信號配線的電源信號配線層； 在前述電源信號配線層之上方形成包含驅動前述複數個像素電晶體之複數條驅動配線之驅動配線層； 在前述驅動配線層之上方形成第2電極； 在前述第2電極之上方形成第1光電轉換膜；及 在前述第1光電轉換膜上形成第1電極。 (21) 如上述(20)之固態攝像元件之製造方法，其更包含： 在前述第1電極上形成第1密封膜；及 將具有第2光電轉換部、及設置於該第2光電轉換部上之第2密封膜之另一半導體基板與前述半導體基板以前述第1及第2密封膜相互對向之方式接合。
1‧‧‧固態攝像裝置 2‧‧‧光電轉換元件(PD) 10‧‧‧像素陣列部 32‧‧‧垂直驅動電路部 34‧‧‧行信號處理電路部 36‧‧‧水平驅動電路部 38‧‧‧輸出電路部 40‧‧‧控制電路部 42‧‧‧像素驅動配線 44‧‧‧垂直信號線 46‧‧‧水平信號線 48‧‧‧輸入輸出端子 70‧‧‧像素電晶體區域 80‧‧‧周邊電路部 100‧‧‧像素/固態攝像元件/像素區劃 100a‧‧‧像素 100b‧‧‧像素 102‧‧‧晶片上透鏡 102a‧‧‧晶片上透鏡 102b‧‧‧晶片上透鏡 104‧‧‧密封膜 108‧‧‧屏蔽電極 110‧‧‧上部電極/第1電極 112‧‧‧光電轉換膜/第1光電轉換膜/ PD1 114‧‧‧蓄積用電極 114a‧‧‧蓄積用電極 114b‧‧‧蓄積用電極 116‧‧‧下部電極/第2電極 118‧‧‧絕緣膜 120‧‧‧多層配線層/控制部 120a‧‧‧多層配線層 122‧‧‧驅動配線 122a‧‧‧驅動配線 122b‧‧‧驅動配線 122f‧‧‧驅動配線 122r‧‧‧驅動配線 122s‧‧‧驅動配線 124‧‧‧配線 124f‧‧‧驅動配線 124r‧‧‧驅動配線 124s‧‧‧驅動配線 124vd‧‧‧電源配線 124vs‧‧‧信號配線 126‧‧‧閘極電極 126am‧‧‧閘極電極 126r‧‧‧閘極電極 126s‧‧‧閘極電極 128‧‧‧接點 130‧‧‧絕緣膜 132‧‧‧絕緣膜 134‧‧‧屏蔽電極 140‧‧‧氧化物半導體層 142‧‧‧氧化物半導體層 144‧‧‧密封膜/第1密封膜 146‧‧‧絕緣膜 204‧‧‧密封膜/第2密封膜 206‧‧‧配線 208‧‧‧屏蔽電極 210‧‧‧上部電極/第1電極 212‧‧‧光電轉換膜/第3光電轉換膜/PD2 214‧‧‧蓄積用電極 214a‧‧‧蓄積用電極 214b‧‧‧蓄積用電極 216‧‧‧下部電極/第2電極 218‧‧‧絕緣膜 240‧‧‧氧化物半導體層 250‧‧‧配線 300‧‧‧半導體基板 300a‧‧‧半導體基板 300b‧‧‧半導體基板 302‧‧‧貫通電極 306‧‧‧配線 310‧‧‧電極 312a‧‧‧半導體區域 312b‧‧‧半導體區域 320‧‧‧分離絕緣膜 322a‧‧‧源極/汲極區域/半導體區域 322b‧‧‧浮動擴散部 324‧‧‧絕緣膜 400‧‧‧波導 402‧‧‧波導 404‧‧‧波導 500‧‧‧半導體基板/基板 502‧‧‧接點 504‧‧‧絕緣膜 600‧‧‧內透鏡 602‧‧‧內透鏡 604‧‧‧內透鏡 700‧‧‧電子機器 702‧‧‧攝像裝置 710‧‧‧光學透鏡 712‧‧‧快門機構 714‧‧‧驅動電路單元 716‧‧‧信號處理電路單元 800‧‧‧障壁/間隔壁 802‧‧‧障壁/間隔壁 804‧‧‧障壁/間隔壁 11000‧‧‧內視鏡手術系統 11100‧‧‧內視鏡 11101‧‧‧鏡筒 11102‧‧‧照相機頭 11110‧‧‧手術器具 11111‧‧‧氣腹管 11112‧‧‧能量處置具 11120‧‧‧支持臂裝置 11131‧‧‧手術者/醫生 11132‧‧‧患者 11133‧‧‧病床 11200‧‧‧手推車 11201‧‧‧照相機控制單元/CCU 11202‧‧‧顯示裝置 11203‧‧‧光源裝置 11204‧‧‧輸入裝置 11205‧‧‧處置具控制裝置 11206‧‧‧氣腹裝置 11207‧‧‧記錄器 11208‧‧‧印表機 11400‧‧‧傳送纜線 11401‧‧‧透鏡單元 11402‧‧‧攝像部 11403‧‧‧驅動部 11404‧‧‧通訊部 11405‧‧‧照相機頭控制部 11411‧‧‧通訊部 11412‧‧‧圖像處理部 11413‧‧‧控制部 12000‧‧‧車輛控制系統 12001‧‧‧通訊網路 12010‧‧‧驅動系統控制單元 12020‧‧‧車體系統控制單元 12030‧‧‧車外資訊檢測單元 12031‧‧‧攝像部 12040‧‧‧車內資訊檢測單元 12041‧‧‧駕駛者狀態檢測部 12050‧‧‧綜合控制單元 12051‧‧‧微電腦 12052‧‧‧聲音圖像輸出部 12053‧‧‧車載網路I/F 12061‧‧‧音訊揚聲器 12062‧‧‧顯示部 12063‧‧‧儀錶板 12100‧‧‧車輛 12101‧‧‧攝像部 12102‧‧‧攝像部 12103‧‧‧攝像部 12104‧‧‧攝像部 12105‧‧‧攝像部 12111‧‧‧攝像範圍 12112‧‧‧攝像範圍 12113‧‧‧攝像範圍 12114‧‧‧攝像範圍 A-A'‧‧‧線 a-a'‧‧‧線 B-B'‧‧‧線 b-b'‧‧‧線 c-c'‧‧‧線 d-d'‧‧‧線 e-e'‧‧‧線 f-f'‧‧‧線 TRamp‧‧‧放大電晶體 TRrst‧‧‧重置電晶體 TRsel‧‧‧選擇電晶體 TRtrs‧‧‧傳送電晶體 VSL‧‧‧信號線 VDD‧‧‧電源電路
圖1係顯示本發明之第1實施形態之固態攝像裝置1之平面構成例的說明圖。 圖2係顯示本發明之第1實施形態之固態攝像裝置1之平面構成的概略圖。 圖3係沿圖2之A-A'線切斷固態攝像裝置1時之剖視圖。 圖4係沿圖2之B-B'線切斷固態攝像裝置1時之剖視圖。 圖5係本發明之第1實施形態之PD1及PD2之等效電路圖。 圖6係本發明之第1實施形態之PD3之等效電路圖。 圖7係本發明之第1實施形態之像素100之剖視圖之一部分。 圖8係沿圖7之a-a'線切斷像素100時之剖視圖。 圖9係沿圖7之b-b'線切斷像素100時之剖視圖。 圖10係沿圖7之c-c'線切斷像素100時之剖視圖。 圖11係沿圖7之d-d'線切斷像素100時之剖視圖。 圖12係用於說明本發明之第1實施形態之像素100之製造工序的剖視圖(其1)。 圖13係用於說明本發明之第1實施形態之像素100之製造工序的剖視圖(其2)。 圖14係用於說明本發明之第1實施形態之像素100之製造工序的剖視圖(其3)。 圖15係本發明之第2實施形態之像素100之剖視圖之一部分。 圖16係用於說明本發明之第2實施形態之像素100之製造工序的剖視圖。 圖17係顯示包含具有本發明之實施形態之固態攝像裝置1之攝像裝置的電子機器之一例之說明圖。 圖18係本發明之第4實施形態之像素100之剖視圖之一部分。 圖19係沿圖18之f-f'線切斷像素100時之剖視圖。 圖20係沿圖18之e-e'線切斷像素100時之剖視圖。 圖21係沿圖18之b-b'線切斷像素100時之剖視圖。 圖22係本發明之第4實施形態之變化例1之像素100的剖視圖之一部分。 圖23係本發明之第4實施形態之變化例2之像素100的剖視圖之一部分。 圖24係顯示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。 圖25係顯示照相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。 圖26係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖27係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
100a‧‧‧像素
100b‧‧‧像素
104‧‧‧密封膜
108‧‧‧屏蔽電極
110‧‧‧上部電極/第1電極
112‧‧‧光電轉換膜/第1光電轉換膜/PD1
114a‧‧‧蓄積用電極
114b‧‧‧蓄積用電極
116‧‧‧下部電極/第2電極
118‧‧‧絕緣膜
120‧‧‧多層配線層/控制部
122f‧‧‧驅動配線
124f‧‧‧驅動配線
124vd‧‧‧電源配線
124vs‧‧‧信號配線
126am‧‧‧閘極電極
126r‧‧‧閘極電極
126s‧‧‧閘極電極
130‧‧‧絕緣膜
132‧‧‧絕緣膜
134‧‧‧屏蔽電極
140‧‧‧氧化物半導體層
142‧‧‧氧化物半導體層
204‧‧‧密封膜/第2密封膜
208‧‧‧屏蔽電極
210‧‧‧上部電極/第1電極
212‧‧‧光電轉換膜/第3光電轉換膜/PD2
214a‧‧‧蓄積用電極
214b‧‧‧蓄積用電極
216‧‧‧下部電極/第2電極
218‧‧‧絕緣膜
240‧‧‧氧化物半導體層
a-a'‧‧‧線
b-b'‧‧‧線
c-c'‧‧‧線
d-d'‧‧‧線

Claims (21)

  1. 一種固體攝像元件，其具備： 半導體基板； 第1光電轉換部，其設置於前述半導體基板上；及 控制部，其設置為與前述第1光電轉換部積層，包含控制前述第1光電轉換部之複數個像素電晶體；且 前述第1光電轉換部包含： 第2電極； 第1光電轉換膜，其設置於前述第2電極之上方，將光轉換為電荷；及 第1電極，其設置於前述第1光電轉換膜上；並且 前述複數個像素電晶體包含將前述電荷放大並作為像素信號輸出之放大電晶體； 前述放大電晶體之通道形成區域包含氧化物半導體層。
  2. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述複數個像素電晶體更包含： 自前述第1光電轉換部傳送前述電荷之傳送電晶體；且 前述傳送電晶體之通道形成區域包含氧化物半導體層。
  3. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述複數個像素電晶體更包含： 重置電晶體，其重置所蓄積之前述電荷；及 選擇電晶體，其依照選擇信號輸出前述像素信號；且 前述重置電晶體及前述選擇電晶體中至少一者之通道形成區域包含氧化物半導體層。
  4. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述放大電晶體之通道形成區域包含與前述複數個像素電晶體中之前述放大電晶體以外之至少1個前述像素電晶體之通道形成區域共通之氧化物半導體層。
  5. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述氧化物半導體層設置為與前述控制部積層。
  6. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換膜包含有機系光電轉換膜。
  7. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述半導體基板包含將光轉換為電荷之第2光電轉換部。
  8. 如請求項7之固態攝像元件，其中前述控制部設置於前述第1光電轉換部與前述半導體基板之間。
  9. 如請求項8之固態攝像元件，其更具備設置於前述控制部與前述半導體基板之間之將光轉換為電荷之第3光電轉換部。
  10. 如請求項7之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換部設置於前述控制部與前述半導體基板之間。
  11. 如請求項10之固態攝像元件，其更具備設置於前述第1光電轉換部與前述半導體基板之間之將光轉為電荷之第3光電轉換部。
  12. 如請求項9之固態攝像元件，其中前述第3光電轉換部包含將光轉換為電荷之包含有機光電轉換膜之第3光電轉換膜。
  13. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述控制部包含 與前述氧化物半導體層分別積層地設置之下述層： 驅動配線層，其具有驅動前述複數個像素電晶體之複數條驅動配線； 電源信號配線層，其具有對前述複數個像素電晶體施加電源電壓之複數條電源配線及傳遞像素信號之複數條信號配線；及 閘極電極層，其具有前述複數個像素電晶體之複數個閘極電極。
  14. 如請求項13之固態攝像元件，其中前述驅動配線包含Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta、TaN中至少任一者。
  15. 如請求項13之固態攝像元件，其中前述電源配線、前述信號配線及前述閘極電極中至少一者包含透明導電膜。
  16. 如請求項13之固態攝像元件，其中前述信號配線之配線寬度寬於前述驅動配線。
  17. 如請求項13之固態攝像元件，其中前述閘極電極層更具有包圍前述複數個像素電晶體之屏蔽電極。
  18. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換部更包含經由絕緣膜與前述第1光電轉換膜相接之蓄積用控制膜。
  19. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述第1光電轉換部包含自前述半導體基板之上方觀察相互為線對稱之關係之2個像素區劃。
  20. 一種固態攝像元件之製造方法，其包含： 在半導體基板之上方形成成為像素電晶體之通道形成區域之氧化物半導體層； 在前述氧化物半導體層之上方形成包含複數個像素電晶體之複數個閘極電極之閘極電極層； 在前述閘極電極層之上方形成包含對前述複數個像素電晶體施加電源電壓之複數條電源配線及傳遞像素信號之複數條信號配線的電源信號配線層； 在前述電源信號配線層之上方形成包含驅動前述複數個像素電晶體之複數條驅動配線之驅動配線層； 在前述驅動配線層之上方形成第2電極； 在前述第2電極之上方形成第1光電轉換膜；及 在前述第1光電轉換膜上形成第1電極。
  21. 如請求項20之固態攝像元件之製造方法，其更包含： 在前述第1電極上形成第1密封膜；及 將具有第2光電轉換部、及設置於該第2光電轉換部上之第2密封膜之另一半導體基板與前述半導體基板以前述第1及第2密封膜相互對向之方式接合。
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