TW202345372A - 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之攝像元件具備積層第1電極21、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部；於第1電極21與光電轉換層23A之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層23B，並且，包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之生成能為正值。

Description

攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
本發明係關於一種攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置。
作為構成影像感測器等之攝像元件，近年來關注到積層型攝像元件。積層型攝像元件具有由2個電極夾入有光電轉換層(受光層)之構造。並且，於積層型攝像元件中，需要將基於光電轉換而產生於光電轉換層中之信號電荷進行儲存、轉移之構造。先前之構造中需要將信號電荷儲存及轉移至FD(Floating Drain，浮動汲極)電極之構造，且必須進行高速轉移以不使信號電荷發生延遲。
用以解決此種問題之攝像元件(光電轉換元件)例如於日本專利特開2016-63165號公報中有所揭示。該攝像元件具備： 形成於第1絕緣層上之儲存電極、 形成於儲存電極上之第2絕緣層、 以覆蓋儲存電極及第2絕緣層之方式形成之半導體層、 以與半導體層接觸且遠離儲存電極之方式形成之收集電極、 形成於半導體層上之光電轉換層、及 形成於光電轉換層上之上部電極。
光電轉換層使用有機半導體材料之攝像元件能夠將特定顏色(波段)進行光電轉換。並且，由於具有此種特徵，故而於用作固體攝像裝置中之攝像元件之情形時，能夠獲得由晶載彩色濾光片層(OCCF)與攝像元件之組合構成副像素且副像素經二維排列之先前之固體攝像裝置所無法實現之積層有副像素之構造(積層型攝像元件)(例如參照日本專利特開2011-138927號公報)。又，由於無需解馬賽克處理，故而具有不會產生偽色等之優點。以下之說明中，有時為方便起見，將具備設置於半導體基板之上或上方之光電轉換部之攝像元件稱為「第1型攝像元件」，為方便起見，將構成第1型攝像元件之光電轉換部稱為「第1型光電轉換部」，為方便起見，將設置於半導體基板內之攝像元件稱為「第2型攝像元件」，為方便起見，將構成第2型攝像元件之光電轉換部稱為「第2型光電轉換部」。
圖78中示出先前之積層型攝像元件(積層型固體攝像裝置)之構成例。圖78所示之例中，於半導體基板370內，積層、形成有構成作為第2型攝像元件之第3攝像元件343及第2攝像元件341之作為第2型光電轉換部的第3光電轉換部343A及第2光電轉換部341A。又，於半導體基板370之上方(具體而言，第2攝像元件341之上方)配置有作為第1型光電轉換部之第1光電轉換部310A。此處，第1光電轉換部310A具備第1電極321、包含有機材料之光電轉換層323、第2電極322，構成作為第1型攝像元件之第1攝像元件。於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中，根據吸收係數之差異，例如藍色光及紅色光分別被光電轉換。又，於第1光電轉換部310A中，例如綠色光被光電轉換。
於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中，由光電轉換所產生之電荷被暫時儲存於該等第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A後，分別藉由縱型電晶體(圖示出閘極部345)及轉移電晶體(圖示出閘極部346)轉移至第2浮動擴散層(Floating Diffusion)FD 2及第3浮動擴散層FD 3，進而被輸出至外部之讀取電路(未圖示)。該等電晶體及浮動擴散層FD 2、FD 3亦形成於半導體基板370。
於第1光電轉換部310A中由光電轉換所產生之電荷經由接觸孔部361、配線層362儲存於半導體基板370之第1浮動擴散層FD 1。又，第1光電轉換部310A經由接觸孔部361、配線層362亦連接於將電荷量轉換成電壓之放大電晶體之閘極部352。並且，第1浮動擴散層FD 1構成重置電晶體(圖示出閘極部351)之一部分。參考編號371為元件分離區域，參考編號372為形成於半導體基板370表面之氧化膜，參考編號376、381為層間絕緣層，參考編號383為絕緣層，參考編號314為晶載微透鏡。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2016-63165號公報 [專利文獻2]日本專利特開2011-138927號公報
[發明所欲解決之問題]
此處，於日本專利特開2016-63165號公報中所揭示之攝像元件中，存在於以覆蓋儲存電極及第2絕緣層之方式形成半導體層後之製造步驟中，於藉由退火等進行加熱時或因攝像元件之經時變化而會使半導體層變質之問題。
因此，本發明之目的在於提供一種即便存在加熱之製造步驟或經時變化而亦具有穩定特性之攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置。 [解決問題之技術手段]
為達成上述目的之本發明之第1態樣之攝像元件具備 積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 於第1電極與光電轉換層之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層，並且 包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之生成能為正值。
為達成上述目的之本發明之第2態樣之攝像元件具備 積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 於第1電極與光電轉換層之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層，並且 具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之組成包含N種金屬原子M n(其中，n＝2、3・・・N)及氧原子， 於基於包含金屬原子M n及氧原子之N種金屬氧化物(單金屬氧化物)之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能為正值。
為達成上述目的之本發明之積層型攝像元件具有至少1個上述本發明之攝像元件。
為達成上述目的之本發明之第1態樣之固體攝像裝置具備複數個上述本發明之攝像元件。又，為達成上述目的之本發明之第2態樣之固體攝像裝置具備複數個上述本發明之積層型攝像元件。
以下，參照圖式，基於實施例對本發明進行說明，但本發明並不限定於實施例，實施例中之各種數值或材料為例示。再者，說明係按照以下之順序進行。 1.本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置、全盤相關說明 2.實施例1(本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第2態樣之固體攝像裝置) 3.實施例2(實施例1之變形) 4.實施例3(實施例1～實施例2之變形、本發明之第1態樣之固體攝像裝置) 5.實施例4(實施例1～實施例3之變形、具備轉移控制用電極之攝像元件) 6.實施例5(實施例1～實施例4之變形、具備電荷放出電極之攝像元件) 7.實施例6(實施例1～實施例5之變形、具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件) 8.實施例7(第1構成及第6構成之攝像元件) 9.實施例8(本發明之第2構成及第6構成之攝像元件) 10.實施例9(第3構成之攝像元件) 11.實施例10(第4構成之攝像元件) 12.實施例11(第5構成之攝像元件) 13.實施例12(第6構成之攝像元件) 14.實施例13(第1構成～第2構成之固體攝像裝置) 15.實施例14(實施例13之變形) 16.其他
＜本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置、全盤相關說明＞ 於本發明之第1態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第1態樣之攝像元件、構成本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第1態樣之攝像元件(以下，有時將該等攝像元件統稱為『本發明之第1態樣之攝像元件等』)中，生成能之定義如下：其係由用以生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之複數種起始物質生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能。
於本發明之第1態樣之攝像元件等之上述形態中，起始物質分別可設為包含構成無機氧化物半導體材料之金屬原子之構成。作為攝像元件中產生之信號電荷，可使用電子或電洞(正電荷)，於使用電子之情形時，構成無機氧化物半導體材料之金屬元素可設為具有閉殼d軌域之構成。進而，於該等情形時，起始物質分別可設為由包含構成無機氧化物半導體材料之金屬原子及氧原子之氧化物(金屬氧化物)所構成之構成。又，於本發明之第2態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第2態樣之攝像元件、構成本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第2態樣之攝像元件(以下有時將該等攝像元件統稱為『本發明之第2態樣之攝像元件等』)中，金屬原子可設為具有閉殼d軌域之構成。
於金屬氧化物中，具有閉殼d軌域之金屬離子藉由閉殼d軌域之靜電屏蔽效應而具有於空間上較大之未佔據s軌域。因此，於金屬氧化物中，作為電子通道之CBM(Conduction Band Minimum，導帶最小值)係空間上較大之未佔據s軌域進行結合而成為非定域性較高之軌域。非定域性較高之軌域之遷移率變高，因此適宜用作構成半導體材料層之無機氧化物半導體材料。
進而，於本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件等中之該等構成之情形時，可設為作為具有閉殼d軌域之金屬原子具體而言係選自由銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銦(In)、錫(Sn)、鉈(Tl)、鎘(Cd)、汞(Hg)及鉛(Pb)所組成之群中之金屬原子的構成，可較佳地設為上述金屬原子係選自由銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銦(In)、錫(Sn)及鉈(Tl)所組成之群中之金屬原子的構成，更佳為金屬原子不含銦(In)，可進而較佳地設為金屬原子係選自由銅(Cu)、銀(Ag)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及錫(Sn)所組成之群中之金屬原子的構成。此處，作為更佳之金屬原子之組合，可列舉：(In，Ga)、(In，Zn)、(In，Sn)、(Ga，Sn)、(Ga，Zn)、(Zn，Sn)、(Cu，Zn)、(Cu，Ga)、(Cu，Sn)、(Ag，Zn)、(Ag，Ga)、(Ag，Sn)。又或，半導體材料層可設為包含Ga x1Sn y1O、且滿足 0.28≦[y1/(x1＋y1)]≦0.38 之構成。半導體材料層之組成可藉由例如ICP發射光譜分析法(高頻感應耦合電漿發射光譜分析法、ICP-AES)或X射線光電子光譜法(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)求出。再者，於半導體材料層之成膜過程中，視情況有可能混入氫或其他金屬或金屬化合物等其他雜質，若為微量(例如以莫耳分率計為3%以下)混入則無妨。
無機氧化物半導體材料之生成能之計算係採用VASP(Vienna Ab initio Simulation Package，維也納重頭計算模擬軟體包)之平面波基底之密度泛函法(密度泛函理論(Density Functional Theory，DFT))(參照https://www.vasp.at/)。作為密度泛函而使用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)(參照J. P. Predew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865, (1996))，採用PAW(Projector Augmented Wave，投影綴加波)法對內殼電子進行近似(參照P. E. Bloechl, Phys. Rev. B, 50, 17953, (1994))。關於金屬元素，不僅s軌域、p軌域之電子，且In之4d軌域、Ga之3d軌域、Zn之3d軌域亦作為價電子明確地進行處理。具體而言，使用VASP5.4配套之泛函數“In＿d”、“Ga＿d”、“Zn”、“Sn”及“O”。將平面波基底之截止能設為400 eV。關於k點，依據USPEX(Universal Structure Predictor：Evolutionary Xtallography，通用晶體結構預測軟體：進化晶體學)之k點數設定方法，於逆晶格空間上以成為解像度0.06(單位：2π/Å)之方式設置k點。其中，求解生成能未必一定要依靠電腦模擬，亦可使用例如DSC(Differential Scanning Calorimetry，差示掃描量熱法)測定生成能為正或負。
為了計算半導體材料層中之包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之生成能，必須有其結晶結構之資訊。若該資訊並非既知，則可藉由以成為相同組成之方式混合單金屬氧化物結晶並進行燒結而獲得結晶。可藉由例如單晶或粉末X射線解析鑑定所獲得之結晶結構。又，可使用與半導體材料層之組成大致等同之組成，利用USPEX等軟體進行結晶結構探索(參照A. R. Oganov and C .W. Glass, The Journal of Chemical Physics, 124, 244704, (2006)，A .O. Lyakhov, A. R. Oganov, H. T. Stokes, and Q. Zhu, Comp. Phys. Comm., 184, 1172, (2013)，A. R. Oganov, A. O . Lyakhov, and M. Valle, Accounts of Chemical Research, 44, 227, (2011))。將USPEX與VASP聯合，探索穩定之結晶結構以使經由VASP算出之總能變低。此時採用之計算條件係與上述VASP之計算條件相同。作為USPEX結構探索條件，設為個體數(populationSize)20個、世代數(numGenerations)40世代進行計算，採用最穩定之結構作為其組成之結構。又，萬一組成不明之情形時，可藉由EDX(Energy Dispersive X-ray microanalyzer，能量色散X射線微量分析儀)等獲知半導體材料層之組成。由無機氧化物半導體材料構成之半導體材料層是否為非晶質可根據X射線繞射分析來確定。
作為本發明之攝像元件，可列舉：CCD元件、CMOS影像感測器、CIS(Contact Image Sensor，接觸式影像感測器)、CMD(Charge Modulation Device，電荷調製器件)型之信號放大型影像感測器。由本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置、後述第1構成～第2構成之固體攝像裝置可構成例如數位靜態相機或攝錄影機、可攜式攝像機、監視攝影機、車輛搭載用相機、智慧型手機用相機、遊戲用之用戶界面相機、生物認證用相機。 [實施例1]
實施例1係關於本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件及本發明之第2態樣之固體攝像裝置。圖1中示出實施例1之攝像元件及積層型攝像元件(以下簡稱為「攝像元件」)之模式性局部剖視圖，圖2及圖3中示出實施例1之攝像元件之等效電路圖，圖4中示出構成實施例1之攝像元件之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，圖5中模式性地表示實施例1之攝像元件於動作時之各部位之電位狀態，圖6A中示出用以說明實施例1之攝像元件之各部位之等效電路圖。又，圖7中示出構成實施例1之攝像元件之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖，圖8中示出第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。進而，圖76中示出實施例1之固體攝像裝置之概念圖。
實施例1之攝像元件具備積層第1電極21、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部，且於第1電極21與光電轉換層23A之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層23B。並且，於實施例1之攝像元件中，包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之生成能(或者生成該無機氧化物半導體材料時之生成能、或者假設生成該無機氧化物半導體材料時之生成能)為正值。此處，處於設定組成±5%以內之情形視作「相同組成」。眾所周知，於濺鍍法中，即便使用具有所期望組成之濺鍍靶，所獲得之半導體材料層之組成亦會因為製程條件等原因而與濺鍍靶之組成(設定組成)存在±5%以內之組成偏差。又或，具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之組成包含N種金屬原子M n(其中，n＝2、3・・・N)及氧原子，基於包含金屬原子M n及氧原子之N種金屬氧化物之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之(或者假設生成時之)反應能為正值。
此處，生成能係定義為由用以生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之複數種起始物質生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能。又，於實施例1中，攝像元件中產生之信號電荷為電子，構成無機氧化物半導體材料之金屬元素或金屬原子具有閉殼d軌域，起始物質分別係由包含構成無機氧化物半導體材料之金屬原子及氧原子之氧化物(金屬氧化物)所構成。作為具有閉殼d軌域之金屬原子，可列舉上文記述之各種金屬原子。
並且，於實施例1之攝像元件中，光電轉換部進而具備絕緣層82、及與第1電極21相隔而配置且介隔絕緣層82而與半導體材料層23B對向配置之電荷儲存用電極24。半導體材料層23B包括與第1電極21接觸之區域、與絕緣層82接觸且下方不存在電荷儲存用電極24之區域、及與絕緣層82接觸且下方存在電荷儲存用電極24之區域。再者，自第2電極22入射光。
實施例1之積層型攝像元件具有至少一個實施例1之攝像元件。又，實施例1之固體攝像裝置具備複數個實施例1之積層型攝像元件。並且，由實施例1之固體攝像裝置構成例如數位靜態相機或攝錄影機、可攜式攝像機、監視攝影機、車輛搭載用相機(車載相機)、智慧型手機用相機、遊戲用之用戶界面相機、生物認證用相機等。
然，半導體材料層係藉由濺鍍法或真空蒸鍍法等物理氣相生長法(PVD法)以非晶質(非晶形)狀態形成。非晶形狀態為該材料之介穩狀態。若自統計熱力學觀點考慮，半導體材料層有可能因為形成半導體材料層後之退火步驟或攝像元件於使用時受熱或光照射之原因而向能量上穩定之方向變質。即，於退火處理後或經時劣化後，半導體材料層狀態有可能向更穩定之方向轉變。於是，針對包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之能態(方便起見稱為『能態-A』)和假設該無機氧化物半導體材料分離為元素種類更少之化合物結晶(單金屬氧化物結晶)時之能態(方便起見稱為『能態-B』)於能量上哪個更穩定進行評價(參照圖79A及圖79B)。即，評價基於包含金屬原子M n及氧原子之N種金屬氧化物(單金屬氧化物)之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能為正值(於能量上穩定之狀態)或為負值(於能量上不穩定之狀態)。
於能態-A比能態-B穩定之情形(參照圖79A)時，即，能態-A在能量上低於能態-B之情形時，換言之，包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之生成能為正值之情形(本發明之第1態樣之攝像元件等)時，又或基於包含金屬原子M n及氧原子之N種金屬氧化物之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能為正值之情形(本發明之第2態樣之攝像元件等)時，半導體材料層於形成半導體材料層後之退火步驟中或於攝像元件使用時之熱或光照射下可謂穩定。反之，於能態-B比能態-A穩定之情形時，即，能態-A在能量上高於能態-B之情形時，換言之，生成能或反應能為負值之情形(參照圖79B)時，於形成半導體材料層後之退火步驟中或於攝像元件使用時之熱或光照射下不穩定，有發生相分離、半導體材料層變質之虞。並且，由於半導體材料層穩定之緣故，而於形成半導體材料層後之製造製程中穩定，可獲得製造良率較高且耐久性較高之攝像元件。
於實施例1之攝像元件中，作為構成半導體材料層23B之具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料，針對以下三種進行研究： 實施例1-A   Ga 2SnO 5(Ga原子比率：Sn原子比率＝2：1) 實施例1-B   InGaO 3(In原子比率：Ga原子比率＝1：1) 實施例1-C   In 2Sn 2O 7(In原子比率：Sn原子比率＝1：1)。 又，作為比較例，針對以下兩種進行研究： 比較例1-A   Zn 2SnO 4(Zn原子比率：Sn原子比率＝2：1) 比較例1-B   Ga 2Sn 6O 15(Ga原子比率：Sn原子比率＝1：3)。
以下，首先，對實施例1之攝像元件之各特性進行說明，繼而，對實施例1之攝像元件及固體攝像裝置進行詳細說明。
作為試驗用樣品，由上述實施例1-A、實施例1-B、比較例1-A及比較例1-B構成半導體材料層，將半導體材料層之膜厚設為50 nm，藉由濺鍍法成膜於矽半導體基板上。並且，對半導體材料層實施120分鐘、350℃之加熱處理，求出半導體材料層於加熱處理前後之表面粗糙度Ra、Rq。其結果如下所示。表面粗糙度Ra、Rq係基於JIS B0601：2013之規定。此種光電轉換層與半導體材料層之界面處之半導體材料層表面之平滑性可抑制半導體材料層表面之散射反射，實現光電轉換中光電流特性之提昇。因此，期望表面粗糙度Ra、Rq之值為較小值，加熱處理前後之表面粗糙度Ra、Rq之值之變化成為半導體材料層之熱穩定性之指標。
＜表1＞
   Ra(加熱處理前) Ra(加熱處理後)
實施例1-A 0.6 nm 0.6 nm
實施例1-B 0.7 nm 0.7 nm
比較例1-A 0.7 nm 0.8 nm
比較例1-B 0.8 nm 0.9 nm
＜表2＞
   Rq(加熱處理前) Rq(加熱處理後)
實施例1-A 2.5 nm 2.4 nm
實施例1-B 2.4 nm 2.3 nm
比較例1-A 2.7 nm 2.8 nm
比較例1-B 2.7 nm 2.9 nm
於圖82中示出表示實施例1-A[y1/(x1＋y1)＝0.33]中之評價用試樣之表面粗糙度之評價結果的電子顯微鏡照片，圖82中左邊之電子顯微鏡照片為剛成膜後之照片，圖82中右邊之電子顯微鏡照片為進行350℃、120分鐘退火後之照片。Ra之值於退火前為0.6 nm、退火後為0.6 nm，R max之值於退火前為7 nm、退火後為6 nm，半導體材料層表面之表面粗糙度於退火前後幾乎無變化，半導體材料層23B具有較高之耐熱性。又，於圖83A及圖83B中示出表示實施例1中之設為y1/(x1＋y1)＝0.31之評價用試樣之表面粗糙度之評價結果的電子顯微鏡照片，圖83A之電子顯微鏡照片為剛成膜後之照片，圖83B之電子顯微鏡照片為進行350℃、120分鐘退火後之照片。Ra之值於退火前為0.4 nm、退火後為0.5 nm，R max之值於退火前為6 nm、退火後為6 nm，半導體材料層表面之表面粗糙度於退火前後無變化，半導體材料層23B具有較高之耐熱性。
又，根據上文記述之方法求出生成能。將生成能及半導體材料層之熱穩定性之高低彙總於以下之表3。
＜表3＞
   生成能等(eV/原子) 熱穩定性之高低
實施例1-A +0.004 高
實施例1-B +0.016 高
實施例1-C +0.078 高
比較例1-A -0.555 低
比較例1-B -0.089 低
進而，於圖80、以下之表4中示出使Ga-Sn-O系之實施例1-A之試樣中Ga原子比率與Sn原子比率變化時之生成能等(eV/原子)與熱穩定性之高低之求解結果。為了使生成能等(eV/原子)成為正值，(Ga原子比率/Sn原子比率)即Ga x1Sn y1O中之(x1,y1)之值較佳為滿足 0.28≦[y1/(x1＋y1)]≦0.38 0.62≦[x1/(x1＋y1)]≦0.72。
＜表4＞Ga-Sn-O系之實施例1-A之試樣
Ga原子比率：Sn原子比率 生成能等(eV/原子) 熱穩定性之高低
2：1 +0.004 高
3：2 -0.105 低
1：1 -0.107 低
2：3 -0.090 低
1：2 -0.026 低
1：3 -0.089 低
又，於圖81、以下之表5顯示使In-Ga-O系之實施例1-B之試樣中In原子比率與Ga原子比率變化時之生成能等(eV/原子)與熱穩定性之高低之求解結果。為了使生成能等(eV/原子)成為正值，(In原子比率/Ga原子比率)即In x2Sn y2O中之(x2/y2)之值較佳為滿足 0.45≦[(x2/(x2＋y2)｝≦0.55 0.45≦[(y2/(x2＋y2)｝≦0.55。
＜表5＞In-Ga-O系之實施例1-B之試樣
In原子比率：Ga原子比率 生成能等(eV/原子) 熱穩定性之高低
5：1 -0.058 低
2：1 -0.060 低
1：1 +0.016 高
1：2 -0.003 低
1：5 -0.047 低
並且，於實施例1之攝像元件中，構成位於半導體材料層23B附近之光電轉換層23A之部分之材料之LUMO值E 1及構成半導體材料層23B之材料之LUMO值E 2滿足以下之式(A)，較佳為滿足以下之式(B)。 E 2－E 1≧0.1 eV (A) E 2－E 1＞0.1 eV (B) 又或，構成半導體材料層23B之材料之遷移率為10 cm 2/V・s以上。又，半導體材料層23B之載子濃度未達1×10 16/cm 3。進而，半導體材料層23B對波長400 nm至660 nm之光之光透過率為65%以上(具體而言為83%)，電荷儲存用電極24對波長400 nm至660 nm之光之光透過率亦為65%以上(具體而言為75%)。電荷儲存用電極24之薄片電阻值為3×10 Ω/□至1×10 3Ω/□(具體而言為84 Ω/□)。
此處，所謂「位於半導體材料層附近之光電轉換層之部分」係指以半導體材料層與光電轉換層之界面作為基準，位於相當於光電轉換層之厚度之10%以內之區域(即，自光電轉換層之厚度之0%至10%之區域)的光電轉換層之部分。構成位於半導體材料層附近之光電轉換層之部分之材料之LUMO值E 1係位於半導體材料層附近之光電轉換層之部分之平均值，構成半導體材料層之材料之LUMO值E 2係半導體材料層之平均值。HOMO之值可藉由例如紫外光電子光譜法(UPS法)求出。又，LUMO之值可根據｛(價帶之能量、HOMO之值)＋E b｝求出。進而，帶隙能E b可由光學性吸收之波長λ(光學吸收端波長，單位nm)根據以下之式求出。 E b＝hν＝h(c/λ)＝1239.8/λ[eV]
如上所述，包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為Ga 2SnO 5]相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為Ga 2SnO 5]之生成能為正值，又，基於包含金屬原子M n[具體而言為金屬原子Ga及Sn]及氧原子之N種(具體而言為2種)金屬氧化物(單金屬氧化物)[具體而言為GaO x及SnO y]之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為Ga 2SnO 5]時之反應能為正值。又或，包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為InGaO 6]相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為InGaO 6]之生成能為正值，又，基於包含金屬原子M n[具體而言為金屬原子In及Ga]及氧原子之N種(具體而言為2種)金屬氧化物(單金屬氧化物)[具體而言為InO x及GaO y]之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為InGaO 6]時之反應能為正值。又或，包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為In 2Sn 2O 7]相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為In 2Sn 2O 7]之生成能為正值，又，基於包含金屬原子M n[具體而言為金屬原子In及Sn]及氧原子之N種(具體而言為2種)金屬氧化物(單金屬氧化物)[具體而言為InO x及SnO y]之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料[具體而言為In 2Sn 2O 7]時之反應能為正值。並且，作為以上之結果，可獲得下文記述之優異效果。
即，藉由在由無機氧化物半導體材料構成之半導體材料層中使用 (1)存在包含至少一部分與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同(或大致相同)之組成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料、 (2)具有結晶結構之無機氧化物半導體材料比分離為構成無機氧化物半導體材料之結晶結構之單金屬氧化物之狀態穩定的無機氧化物半導體材料， 即，於評價包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同(或大致相同)之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之生成能之值，又或，評價基於包含金屬原子M n及氧原子之N種金屬氧化物之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能之值，而生成能或反應能為正值之情形時，可獲得穩定之半導體材料層，於半導體材料層形成後之製造製程中亦穩定，可獲得製造良率較高且耐久性較高之攝像元件、固體攝像裝置。進而，可對半導體材料層賦予較高之耐熱性。並且，由於光電轉換部係採用半導體材料層與光電轉換層之雙層結構，即，半導體材料層與光電轉換層接觸，故而可防止電荷儲存時之再結合，可進一步增大光電轉換層中所儲存之電荷向第1電極之電荷轉移效率。進而，可暫時保存光電轉換層中所產生之電荷，控制轉移之時點等，可抑制暗電流之產生。又，由於需在限定時間內轉移信號電荷，故而期望半導體材料層之遷移率較高，為此，較佳為由至少一部分具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料構成半導體材料層。
以下，對本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件及本發明之第2態樣之固體攝像裝置進行全體性說明，繼而，對實施例1之攝像元件、固體攝像裝置進行詳細說明。
於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件、構成本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件(以下有時將該等攝像元件統稱為『本發明之攝像元件等』)中，可設為光電轉換部進而具備絕緣層、及與第1電極相隔而配置且介隔絕緣層而與半導體材料層對向配置之電荷儲存用電極之形態。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等中，可設為構成半導體材料層之材料之遷移率為10 cm 2/V・s以上之形態。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等中，可設為半導體材料層之厚度為1×10 -8m至1.5×10 -7m、較佳為2×10 -8m至1.0×10 -7m、更佳為3×10 -8m至1.0×10 -7m之形態。
進而，於包含以上說明之較佳形態之本發明之攝像元件等中，可設為光電轉換層中產生之電荷經由半導體材料層而向第1電極移動之形態，於該情形時，可設為電荷為電子之形態。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等中，可設為 自第2電極入射光， 光電轉換層與半導體材料層之界面處之半導體材料層表面之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，且半導體材料層表面之均方根粗糙度Rq之值為2.5 nm以下之形態。可設為電荷儲存用電極表面之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，且電荷儲存用電極表面之均方根粗糙度Rq之值為2.5 nm以下之形態。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等中，較佳為半導體材料層之載子濃度未達1×10 16/cm 3。
於圖78所示之先前之攝像元件中，第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中由光電轉換所產生之電荷被暫時儲存於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A後，再轉移至第2浮動擴散層FD 2及第3浮動擴散層FD 3。因此，可將第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A完全耗盡化。然而，第1光電轉換部310A中由光電轉換所產生之電荷則直接儲存於第1浮動擴散層FD 1。因此，難以將第1光電轉換部310A完全耗盡化。並且，以上之結果有kTC雜訊增大、隨機雜訊劣化、導致攝像畫質低下之虞。
於本發明之攝像元件等中，如上所述，具備與第1電極相隔而配置且介隔絕緣層而與半導體材料層對向配置之電荷儲存用電極，藉此，於光照射至光電轉換部而於光電轉換部中進行光電轉換時，可使電荷儲存於半導體材料層(視情況為半導體材料層及光電轉換層)。因此，於曝光開始時能夠使電荷儲存部完全耗盡化而消除電荷。其結果，可抑制kTC雜訊增大、隨機雜訊劣化、攝像畫質低下等現象發生。再者，於以下之說明中，有時將半導體材料層、或半導體材料層及光電轉換層統稱為『半導體材料層等』。
半導體材料層可為單層構成，亦可為多層構成。又，可使構成位於電荷儲存用電極之上方之半導體材料層之材料與構成位於第1電極之上方之半導體材料層之材料不同。
半導體材料層可利用例如濺鍍法成膜。具體而言，可例示如下之濺鍍法：使用例如平行平板濺鍍裝置或DC磁控濺鍍裝置、RF濺鍍裝置作為濺鍍裝置，使用氬(Ar)氣作為製程氣體，使用所需燒結體作為靶。
再者，藉由控制利用濺鍍法形成半導體材料層時之氧氣導入量(氧氣分壓)，可控制半導體材料層之能階。具體而言，較佳為將利用濺鍍法形成時之 氧氣分壓＝(O 2氣壓力)/(Ar氣與O 2氣之壓力合計) 設為0.005至0.10。進而，於本發明之攝像元件等中，可設為半導體材料層中之含氧率低於化學計量組成之含氧率之形態。此處，可藉由含氧率控制半導體材料層之能階，含氧率越低於化學計量組成之含氧率，即，氧空位越多，則越能夠深化能階。
為方便起見，以下有時將包含以上說明之較佳形態且具備電荷儲存用電極之本發明之攝像元件等稱為『本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等』。
於本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，半導體材料層對波長400 nm至660 nm之光之光透過率較佳為65%以上。又，電荷儲存用電極對波長400 nm至660 nm之光之光透過率亦較佳為65%以上。電荷儲存用電極之薄片電阻值較佳為3×10 Ω/□至1×10 3Ω/□。
於本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，可設為進而具備半導體基板，且光電轉換部配置於半導體基板之上方之形態。再者，第1電極、電荷儲存用電極及第2電極等連接於後述驅動電路。
可使位於光入射側之第2電極於複數個攝像元件中共通化。即，可將第2電極設為所謂固體電極。可使光電轉換層於複數個攝像元件中共通化，即，可於複數個攝像元件中形成1層光電轉換層，亦可對每個攝像元件分別設置光電轉換層。半導體材料層較佳為對每個攝像元件分別設置，但視情況亦可於複數個攝像元件中共通化。即，例如下文記述之可藉由在攝像元件與攝像元件之間設置電荷移動控制電極而於複數個攝像元件中形成1層半導體材料層。於形成在複數個攝像元件中共通化之1層半導體材料層之情形時，就保護半導體材料層端部之觀點而言，較理想為半導體材料層之端部至少經光電轉換層被覆。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，可設為第1電極於絕緣層中所設置之開口部內延伸而與半導體材料層連接之形態。又或，可設為半導體材料層於絕緣層中所設置之開口部內延伸而與第1電極連接之形態，於該情形時，可設為如下形態： 第1電極之頂面之緣部經絕緣層被覆， 於開口部之底面露出第1電極， 於將與第1電極之頂面接觸之絕緣層之面設為第1面、將與和電荷儲存用電極對向之半導體材料層之部分接觸之絕緣層之面設為第2面時，開口部之側面具有自第1面向第2面變寬之傾斜，進而可設為具有自第1面向第2面變寬之傾斜之開口部之側面位於電荷儲存用電極側之形態。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，可設為如下構成： 進而具備設置於半導體基板上且具有驅動電路之控制部， 第1電極及電荷儲存用電極連接於驅動電路， 於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 11、對電荷儲存用電極施加電位V 12，將電荷儲存於半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 21、對電荷儲存用電極施加電位V 22，將半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)中所儲存之電荷經由第1電極讀出至控制部。其中，第1電極之電位高於第2電極之電位， V 12≧V 11且V 22＜V 21。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，可設為於第1電極與電荷儲存用電極之間進而具備與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置且介隔絕緣層而與半導體材料層對向配置之轉移控制用電極(電荷轉移電極)之形態。為方便起見，將此種形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等稱為『本發明之具備轉移控制用電極之攝像元件等』。
並且，於本發明之具備轉移控制用電極之攝像元件等中，可設為如下構成： 進而具備設置於半導體基板上且具有驅動電路之控制部， 第1電極、電荷儲存用電極及轉移控制用電極連接於驅動電路， 於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 11、對電荷儲存用電極施加電位V 12、對轉移控制用電極施加電位V 13，將電荷儲存於半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 21、對電荷儲存用電極施加電位V 22、對轉移控制用電極施加電位V 23，將半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)中所儲存之電荷經由第1電極讀出至控制部。其中，第1電極之電位高於第2電極之電位， V 12＞V 13且V 22≦V 23≦V 21。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，可設為進而具備連接於半導體材料層且與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置之電荷放出電極之形態。為方便起見，將此種形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等稱為『本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等』。並且，於本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等中，可設為電荷放出電極以包圍第1電極及電荷儲存用電極之方式(即呈邊框狀地)配置之形態。電荷放出電極可於複數個攝像元件中共有化(共通化)。並且，於該情形時，可設為如下形態： 半導體材料層於絕緣層中所設置之第2開口部內延伸而與電荷放出電極連接， 電荷放出電極之頂面之緣部經絕緣層被覆， 於第2開口部之底面露出電荷放出電極， 於將與電荷放出電極之頂面接觸之絕緣層之面設為第3面、將與和電荷儲存用電極對向之半導體材料層之部分接觸之絕緣層之面設為第2面時，第2開口部之側面具有自第3面向第2面變寬之傾斜。
進而，於本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等中，可設為如下構成： 進而具備設置於半導體基板上且具有驅動電路之控制部， 第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極連接於驅動電路， 於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 11、對電荷儲存用電極施加電位V 12、對電荷放出電極施加電位V 14，將電荷儲存於半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 21、對電荷儲存用電極施加電位V 22、對電荷放出電極施加電位V 24，將半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)中所儲存之電荷經由第1電極讀出至控制部。其中，第1電極之電位高於第2電極之電位， V 14＞V 11且V 24＜V 21。
進而，於本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等之以上說明之各種較佳形態中，可設為電荷儲存用電極係由複數個電荷儲存用電極區段構成之形態。為方便起見，將此種形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等稱為『本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等』。電荷儲存用電極區段之數量為2以上即可。並且，於本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等中，於對N個電荷儲存用電極區段分別施加不同電位之情形時， 第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，可設為如下形態：於電荷轉移期間，對位於最靠近第1電極之位置之電荷儲存用電極區段(第1號光電轉換部區段)施加之電位高於對位於最遠離第1電極之位置之電荷儲存用電極區段(第N號光電轉換部區段)施加之電位； 第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，可設為如下形態：於電荷轉移期間，對位於最靠近第1電極之位置之電荷儲存用電極區段(第1號光電轉換部區段)施加之電位低於對位於最遠離第1電極之位置之電荷儲存用電極區段(第N號光電轉換部區段)施加之電位。
於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，可設為如下構成： 於半導體基板設置有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體， 第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。並且，於該情形時，進而可設為如下構成： 於半導體基板進而設置有構成控制部之重置電晶體及選擇電晶體， 浮動擴散層連接於重置電晶體之一源極/汲極區域， 放大電晶體之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體之一源極/汲極區域，選擇電晶體之另一源極/汲極區域連接於信號線。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等中，可設為電荷儲存用電極之大小大於第1電極之形態。於將電荷儲存用電極之面積設為S 1'、第1電極之面積設為S 1時，雖無限定，但較佳為滿足 4≦S 1'/S 1。
又或，作為包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等之變化例，可列舉以下說明之第1構成～第6構成之攝像元件。即，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等之第1構成～第6構成之攝像元件中， 光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 半導體材料層及光電轉換層係由N個光電轉換層區段構成， 絕緣層係由N個絕緣層區段構成， 於第1構成～第3構成之攝像元件中，電荷儲存用電極係由N個電荷儲存用電極區段構成， 於第4構成～第5構成之攝像元件中，電荷儲存用電極係由相互相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段構成， 第n號(其中，n＝1、2、3・・・N)光電轉換部區段係由第n號電荷儲存用電極區段、第n號絕緣層區段及第n號光電轉換層區段構成， n之值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極越遠。此處，所謂『光電轉換層區段』係指積層光電轉換層與半導體材料層而成之區段。
並且，於第1構成之攝像元件中，絕緣層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化。又，於第2構成之攝像元件中，光電轉換層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化。再者，光電轉換層區段中，可使光電轉換層之部分之厚度變化並使半導體材料層之部分之厚度固定不變而使光電轉換層區段之厚度變化，亦可使光電轉換層之部分之厚度固定不變並使半導體材料層之部分之厚度變化而使光電轉換層區段之厚度變化，亦可使光電轉換層之部分之厚度變化並使半導體材料層之部分之厚度變化而使光電轉換層區段之厚度變化。進而，於第3構成之攝像元件中，鄰接之光電轉換部區段中構成絕緣層區段之材料不同。又，於第4構成之攝像元件中，鄰接之光電轉換部區段中構成電荷儲存用電極區段之材料不同。進而，於第5構成之攝像元件中，電荷儲存用電極區段之面積自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸減小。面積可連續地減小，亦可階梯狀地減小。
又或，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等之第6構成之攝像元件中，於將電荷儲存用電極與絕緣層與半導體材料層與光電轉換層之積層方向設為Z方向、將離開第1電極之方向設為X方向時，沿YZ假想平面將積層電荷儲存用電極與絕緣層與半導體材料層與光電轉換層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面積取決於距第1電極之距離而變化。截面積之變化可為連續之變化，亦可為階梯狀之變化。
於第1構成～第2構成之攝像元件中，N個光電轉換層區段係連續地設置，N個絕緣層區段亦連續地設置，N個電荷儲存用電極區段亦連續地設置。於第3構成～第5構成之攝像元件中，N個光電轉換層區段係連續地設置。又，於第4構成、第5構成之攝像元件中，N個絕緣層區段係連續地設置，另一方面，於第3構成之攝像元件中，N個絕緣層區段係分別與各光電轉換部區段對應地設置。進而，於第4構成～第5構成之攝像元件中，視情況於第3構成之攝像元件中，N個電荷儲存用電極區段係分別與各光電轉換部區段對應地設置。並且於第1構成～第6構成之攝像元件中，對電荷儲存用電極區段全體施加相同之電位。又或，於第4構成～第5構成之攝像元件中，視情況於第3構成之攝像元件中，可對N個電荷儲存用電極區段分別施加不同之電位。
於包含第1構成～第6構成之攝像元件之本發明之攝像元件等中，由於規定絕緣層區段之厚度，又或，規定光電轉換層區段之厚度，又或，構成絕緣層區段之材料不同，又或，構成電荷儲存用電極區段之材料不同，又或，規定電荷儲存用電極區段之面積，又或，規定積層部分之截面積，故而形成一種電荷轉移梯度，能夠更容易且確實地將由光電轉換所產生之電荷轉移至第1電極。並且，其結果可防止出現產生殘像或產生電荷轉移殘留之情況。
於第1構成～第5構成之攝像元件中，n值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極越遠，是否位於遠離第1電極之位置係以X方向作為基準來判斷。又，於第6構成之攝像元件中將離開第1電極之方向設為X方向，『X方向』之定義如下所述。即，由攝像元件或積層型攝像元件複數個排列而成之像素區域係由複數個呈二維陣列狀、即沿X方向及Y方向規則地排列之像素構成。於將像素之平面形狀設為矩形之情形時，將距離第1電極最近之邊延伸之方向設為Y方向，將與Y方向正交之方向設為X方向。又或，於將像素之平面形狀設為任意形狀之情形時，將包含距離第1電極最近之線段或曲線之整體性方向設為Y方向，將與Y方向正交之方向設為X方向。
以下，關於第1構成～第6構成之攝像元件，針對第1電極之電位高於第2電極之電位之情形進行說明。
於第1構成之攝像元件中，絕緣層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化，較佳為絕緣層區段之厚度逐漸變厚，藉此形成一種電荷轉移梯度。並且，於電荷儲存期間，若成為|V 12|≧|V 11|之狀態，則第n號光電轉換部區段可比第(n＋1)號光電轉換部區段儲存更多電荷，施加較強電場，可確實地防止電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動。又，於電荷轉移期間，若成為|V 22|＜|V 21|之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段向第n號光電轉換部區段流動。
於第2構成之攝像元件中，光電轉換層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化，較佳為光電轉換層區段之厚度逐漸變厚，藉此形成一種電荷轉移梯度。並且，於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則第n號光電轉換部區段比第(n＋1)號光電轉換部區段被施加更強電場，可確實地防止電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動。又，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段向第n號光電轉換部區段流動。
於第3構成之攝像元件中，鄰接之光電轉換部區段中構成絕緣層區段之材料不同，藉此形成一種電荷轉移梯度，較佳為構成絕緣層區段之材料之相對介電常數之值自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸減小。並且，藉由採用此種構成，於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則第n號光電轉換部區段可比第(n＋1)號光電轉換部區段儲存更多電荷。又，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段向第n號光電轉換部區段流動。
於第4構成之攝像元件中，鄰接之光電轉換部區段中構成電荷儲存用電極區段之材料不同，藉此形成一種電荷轉移梯度，較佳為構成絕緣層區段之材料之功函數之值自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸增大。並且，藉由採用此種構成，可形成有利於信號電荷轉移之電位梯度而不依賴於電壓(電位)之正負。
於第5構成之攝像元件中，電荷儲存用電極區段之面積自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸減小，藉此形成一種電荷轉移梯度，因此，於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則第n號光電轉換部區段可比第(n＋1)號光電轉換部區段儲存更多電荷。又，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段向第n號光電轉換部區段流動。
於第6構成之攝像元件中，積層部分之截面積取決於距第1電極之距離而變化，藉此形成一種電荷轉移梯度。具體而言，若採用積層部分之截面之厚度固定不變、且積層部分之截面之寬度越遠離第1電極而越變窄之構成，則與第5構成之攝像元件中之說明同樣地，於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則距離第1電極較近之區域可比較遠之區域儲存更多電荷。因此，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自距離第1電極較近之區域向第1電極流動、電荷自較遠之區域向較近之區域流動。另一方面，若採用積層部分之截面之寬度固定不變、且積層部分之截面之厚度具體而言絕緣層區段之厚度逐漸變厚之構成，則與第1構成之攝像元件中之說明同樣地，於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則距離第1電極較近之區域可比較遠之區域儲存更多電荷，施加較強電場，可確實地防止電荷自距離第1電極較近之區域向第1電極流動。並且，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自距離第1電極較近之區域向第1電極流動、電荷自較遠之區域向較近之區域流動。又，若採用光電轉換層區段之厚度逐漸變厚之構成，則與第2構成之攝像元件中之說明同樣地，於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則距離第1電極較近之區域比較遠之區域被施加更強電場，可確實地防止電荷自距離第1電極較近之區域向第1電極流動。並且，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自距離第1電極較近之區域向第1電極流動、電荷自較遠之區域向較近之區域流動。
作為本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之變化例，可設為如下固體攝像裝置： 具有複數個第1構成～第6構成之攝像元件， 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 構成攝像元件區塊之複數個攝像元件共有第1電極。為方便起見，將此種構成之固體攝像裝置稱為『第1構成之固體攝像裝置』。又或，作為本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之變化例，可設為如下固體攝像裝置： 具有複數個第1構成～第6構成之攝像元件、又或複數個包含至少一個第1構成～第6構成之攝像元件之積層型攝像元件， 由複數個攝像元件或積層型攝像元件構成攝像元件區塊， 構成攝像元件區塊之複數個攝像元件或積層型攝像元件共有第1電極。為方便起見，將此種構成之固體攝像裝置稱為『第2構成之固體攝像裝置』。並且，若如此使構成攝像元件區塊之複數個攝像元件共有第1電極，則可使由攝像元件複數個排列而成之像素區域之構成、構造簡潔化、微細化。
於第1構成～第2構成之固體攝像裝置中，對複數個攝像元件(一個攝像元件區塊)設置一個浮動擴散層。此處，對應於一個浮動擴散層而設置之複數個攝像元件可由複數個後述第1型攝像元件構成，亦可由至少一個第1型攝像元件與1或2個以上之後述第2型攝像元件構成。並且，藉由適當控制電荷轉移期間之時點，能夠使複數個攝像元件共有一個浮動擴散層。複數個攝像元件關聯地動作，以攝像元件區塊之形式連接於後述驅動電路。即，構成攝像元件區塊之複數個攝像元件連接於一個驅動電路。其中，電荷儲存用電極之控制係針對每個攝像元件逐一進行。又，複數個攝像元件可共有一個接觸孔部。關於複數個攝像元件中共有之第1電極與各攝像元件之電荷儲存用電極之配置關係，亦存在第1電極與各攝像元件之電荷儲存用電極鄰接而配置之情況。又或，亦存在第1電極與複數個攝像元件之一部分之電荷儲存用電極鄰接而配置，但與複數個攝像元件之剩餘之電荷儲存用電極並非鄰接而配置之情況，於該情形時，電荷自複數個攝像元件之剩餘者向第1電極之移動成為經由複數個攝像元件之一部分之移動。構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離(方便起見稱為『距離A』)大於與第1電極鄰接之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離(方便起見稱為『距離B』)而使電荷自各攝像元件向第1電極之移動變得確實，因此較佳。又，較佳為位置距離第1電極越遠之攝像元件，越增大距離A之值。再者，以上之說明不僅適用於第1構成～第2構成之固體攝像裝置，亦可適用於本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置。
進而，於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等中，可設為自第2電極側入射光，於靠近第2電極之光入射側形成遮光層之形態。又或，可設為自第2電極側入射光且光不會射入第1電極(視情況為第1電極及轉移控制用電極)之形態。並且，於該情形時，可設為於靠近第2電極之光入射側且第1電極(視情況為第1電極及轉移控制用電極)之上方形成遮光層之構成，又或，可設為於電荷儲存用電極及第2電極之上方設置晶載微透鏡而使射入晶載微透鏡之光集光至電荷儲存用電極之構成。此處，遮光層可配設於較第2電極之光入射側之面的上方，亦可配設於第2電極之光入射側之面之上。視情況亦可於第2電極中形成遮光層。作為構成遮光層之材料，可例示：鉻(Cr)或銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、不透光之樹脂(例如聚醯亞胺樹脂)。
作為本發明之攝像元件等，具體而言，可列舉：具備吸收藍色光(425 nm至495 nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(方便起見稱為『第1型藍色光用光電轉換層』或『第1型藍色光用光電轉換部』)而對藍色光具有感度之攝像元件(方便起見稱為『第1型藍色光用攝像元件』)、具備吸收綠色光(495 nm至570 nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(方便起見稱為『第1型綠色光用光電轉換層』或『第1型綠色光用光電轉換部』)而對綠色光具有感度之攝像元件(方便起見稱為『第1型綠色光用攝像元件』)、具備吸收紅色光(620 nm至750 nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(方便起見稱為『第1型紅色光用光電轉換層』或『第1型紅色光用光電轉換部』)而對紅色光具有感度之攝像元件(方便起見稱為『第1型紅色光用攝像元件』)。又，為方便起見，將先前之不具備電荷儲存用電極且對藍色光具有感度之攝像元件稱為『第2型藍色光用攝像元件』，為方便起見，將先前之不具備電荷儲存用電極且對綠色光具有感度之攝像元件稱為『第2型綠色光用攝像元件』，為方便起見，將先前之不具備電荷儲存用電極且對紅色光具有感度之攝像元件稱為『第2型紅色光用攝像元件』；為方便起見，將構成第2型藍色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2型藍色光用光電轉換層』或『第2型藍色光用光電轉換部』，為方便起見，將構成第2型綠色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2型綠色光用光電轉換層』或『第2型綠色光用光電轉換部』，為方便起見，將構成第2型紅色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2型紅色光用光電轉換層』或『第2型紅色光用光電轉換部』。
具備電荷儲存用電極之積層型攝像元件具體而言可列舉例如以下之構成、結構： [A]第1型藍色光用光電轉換部、第1型綠色光用光電轉換部及第1型紅色光用光電轉換部沿垂直方向積層， 第1型藍色光用攝像元件、第1型綠色光用攝像元件及第1型紅色光用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板； [B]第1型藍色光用光電轉換部及第1型綠色光用光電轉換部沿垂直方向積層， 於該等兩層之第1型光電轉換部之下方配置第2型紅色光用光電轉換部， 第1型藍色光用攝像元件、第1型綠色光用攝像元件及第2型紅色光用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板； [C]於第1型綠色光用光電轉換部之下方配置第2型藍色光用光電轉換部及第2型紅色光用光電轉換部， 第1型綠色光用攝像元件、第2型藍色光用攝像元件及第2型紅色光用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板； [D]於第1型藍色光用光電轉換部之下方配置第2型綠色光用光電轉換部及第2型紅色光用光電轉換部， 第1型藍色光用攝像元件、第2型綠色光用攝像元件及第2型紅色光用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板。 該等攝像元件之光電轉換部於垂直方向上之配置順序較佳為自光入射方向起依序為藍色光用光電轉換部、綠色光用光電轉換部、紅色光用光電轉換部之順序、或者自光入射方向起依序為綠色光用光電轉換部、藍色光用光電轉換部、紅色光用光電轉換部之順序。其原因在於，更短波長之光於入射表面側之吸收效率更良好。紅色於3色之中波長最長，因此較佳為使紅色光用光電轉換部自光入射面看係位於最下層。由該等攝像元件之積層構造而構成一個像素。又，亦可具備第1型近紅外光用光電轉換部(或紅外光用光電轉換部)。此處，第1型紅外光用光電轉換部之光電轉換層較佳為例如由有機系材料構成，配置於第1型攝像元件之積層構造之最下層且較第2型攝像元件之上。又或，可於第1型光電轉換部之下方具備第2型近紅外光用光電轉換部(或紅外光用光電轉換部)。
於第1型攝像元件中，例如於設置於半導體基板之上之層間絕緣層上形成第1電極。形成於半導體基板之攝像元件可設為背面照射型，亦可設為正面照射型。
於由有機系材料構成光電轉換層之情形時，可設為以下4種態樣之任一者： (1)由p型有機半導體構成光電轉換層。 (2)由n型有機半導體構成光電轉換層。 (3)由p型有機半導體層/n型有機半導體層之積層構造構成光電轉換層。由p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(體異質結構)/n型有機半導體層之積層構造構成光電轉換層。由p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(體異質結構)之積層構造構成光電轉換層。由n型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(體異質結構)之積層構造構成光電轉換層。 (4)由p型有機半導體與n型有機半導體之混合(體異質結構)構成光電轉換層。 其中，可設為積層順序經任意改換之構成。
作為p型有機半導體，可列舉：將萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、稠五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、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衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、䓛衍生物、螢蒽衍生物、酞菁衍生物、亞酞菁衍生物、亞卟啉𠯤衍生物、雜環化合物作為配位基之金屬錯合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等。作為n型有機半導體，可列舉：富勒烯及富勒烯衍生物＜例如C60或C70、C74等之富勒烯(高次富勒烯)、內包富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如富勒烯氟化物或PCBM富勒烯化合物、富勒烯多聚體等)＞、HOMO及LUMO大於(深於)p型有機半導體之有機半導體、透明之無機金屬氧化物。作為n型有機半導體，具體而言，可列舉：於分子骨架之一部分具有包含氮原子、氧原子、硫原子之雜環化合物例如吡啶衍生物、吡𠯤衍生物、嘧啶衍生物、三𠯤衍生物、喹啉衍生物、喹㗁啉衍生物、異喹啉衍生物、吖啶衍生物、啡𠯤衍生物、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、㗁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并㗁唑衍生物、苯并㗁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亞卟啉𠯤衍生物、聚苯乙炔衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等之有機分子、有機金屬錯合物或亞酞菁衍生物。作為富勒烯衍生物所含之基等，可列舉：鹵素原子；直鏈、支鏈或環狀之烷基或苯基；具有直鏈或縮環之芳香族化合物之基；具有鹵化物之基；部分氟化烷基；全氟烷基；矽烷基烷基；矽烷基烷氧基；芳基矽烷基；芳基巰基；烷基巰基；芳基磺醯基；烷基磺醯基；芳基硫基；烷基硫基；胺基；烷基胺基；芳基胺基；羥基；烷氧基；醯基胺基；醯基氧基；羰基；羧基；甲醯胺基；烷氧羰基(carboalkoxyl)；醯基；磺醯基；氰基；硝基；具有硫族化物之基；膦基；膦酸基；該等之衍生物。由有機系材料構成之光電轉換層(有時稱為『有機光電轉換層』)之厚度雖無限定，但例如可例示1×10 -8m至5×10 -7m，較佳為2.5×10 -8m至3×10 -7m，更佳為2.5×10 -8m至2×10 -7m，進而較佳為1×10 -7m至1.8×10 -7m。再者，有機半導體多分類為p型、n型，p型意指容易傳輸電洞，n型意指容易傳輸電子，並不限定於如無機半導體般具有電洞或電子作為熱激發之多個載子之解釋。
又或，作為構成對綠色光進行光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：若丹明系色素、部花青系色素、喹吖啶酮衍生物、亞酞菁系色素(亞酞菁衍生物)等，作為構成對藍色光進行光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：香豆酸(coumaric acid)色素、三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)、部花青系色素等，作為構成對紅色光進行光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：酞菁系色素、亞酞菁系色素(亞酞菁衍生物)。
又或，作為構成光電轉換層之無機系材料，可列舉：結晶矽、非晶形矽、微結晶矽、結晶硒、非晶形硒、及作為黃銅礦系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe 2)、CuInS 2、CuAlS 2、CuAlSe 2、CuGaS 2、CuGaSe 2、AgAlS 2、AgAlSe 2、AgInS 2、AgInSe 2，又或，作為III-V族化合物之GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP，進而，CdSe、CdS、In 2Se 3、In 2S 3、Bi 2Se 3、Bi 2S 3、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等化合物半導體。此外，亦可於光電轉換層中使用包含該等材料之量子點。
可由本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置、第1構成～第2構成之固體攝像裝置構成單板式彩色固體攝像裝置。
於具備積層型攝像元件之本發明之第2態樣之固體攝像裝置中，不同於具備拜耳排列之攝像元件之固體攝像裝置(即，並非使用彩色濾光片層進行藍色、綠色、紅色之分光)，而是於同一像素內在光之入射方向上積層對複數種波長之光具有感度之攝像元件構成一個像素，因此可謀求感度之提高及每單位體積之像素密度之提高。又，有機系材料之吸收係數較高，因此有機光電轉換層之膜厚可較先前之Si系光電轉換層變薄，使來自鄰接像素之漏光或光之入射角之限制得到緩和。進而，先前之Si系攝像元件由於在3色像素間進行插值處理以製作色信號，故會產生偽色，但具備積層型攝像元件之本發明之第2態樣之固體攝像裝置則可抑制偽色之產生。有機光電轉換層其本身亦發揮作為彩色濾光片層之功能，因此即便不配設彩色濾光片層而亦能夠實現色分離。
另一方面，於本發明之第1態樣之固體攝像裝置中，藉由使用彩色濾光片層，可緩和對藍色、綠色、紅色之分光特性之要求，且具有較高之量產性。作為本發明之第1態樣之固體攝像裝置中之攝像元件之排列，除拜耳排列以外，亦可列舉：行間插入(interline)排列、G條紋RB棋盤格排列、G條紋RB完全棋盤格排列、棋盤格補色排列、條紋排列、斜條紋排列、原色色差排列、場色差連續排列、幀色差連續排列、MOS型排列、改良MOS型排列、幀交錯排列、場交錯排列。此處，由一個攝像元件構成一個像素(或副像素)。
作為彩色濾光片層(波長選擇手段)，可列舉紅色、綠色、藍色，不僅如此，視情況亦包括青色、洋紅色、黃色等可使特定波長透過之濾光片層。彩色濾光片層不僅可由使用顏料或染料等有機化合物之有機材料系彩色濾光片層而構成，亦可由光子晶體、或應用電漿子之波長選擇元件(具有於導體薄膜設置格子狀孔結構之導體格子結構之彩色濾光片層。例如參照日本專利特開2008-177191號公報)、包含非晶形矽等無機材料之薄膜而構成。
由本發明之攝像元件等複數個排列而成之像素區域係由複數個呈二維陣列狀地規則排列之像素所構成。像素區域通常由將實際接收光藉由光電轉換所產生之信號電荷放大並讀出至驅動電路之有效像素區域、與用以輸出作為黑位準之基準之光學黑之黑基準像素區域(亦稱為光學黑像素區域(OPB))構成。黑基準像素區域通常配置於有效像素區域之外周部。
於包含以上說明之各種較佳形態之本發明之攝像元件等中，受到光照射後，於光電轉換層中發生光電轉換，使電洞(hole)與電子進行載子分離。並且，將釋出電洞之電極設為陽極，將釋出電子之電極設為陰極。第1電極構成陰極，第2電極構成陽極。
可設為第1電極、電荷儲存用電極、轉移控制用電極、電荷放出電極及第2電極包含透明導電材料之構成。有時將第1電極、電荷儲存用電極、轉移控制用電極及電荷放出電極統稱為『第1電極等』。又或，於本發明之攝像元件等例如如拜耳排列般平面配置之情形時，可設為第2電極包含透明導電材料、第1電極等包含金屬材料之構成，於該情形時，具體而言，可設為位於光入射側之第2電極包含透明導電材料、第1電極等包含例如Al-Nd(鋁及釹之合金)或ASC(鋁、釤及銅之合金)之構成。有時將包含透明導電材料之電極稱為『透明電極』。此處，透明導電材料之帶隙能較理想為2.5 eV以上、較佳為3.1 eV以上。作為構成透明電極之透明導電材料，可列舉具有導電性之金屬氧化物，具體而言，可例示：氧化銦、銦-錫氧化物(ITO，Indium Tin Oxide，包括摻Sn之In 2O 3、結晶性ITO及非晶形ITO)、於氧化鋅中添加有作為摻雜劑之銦之銦-鋅氧化物(IZO，Indium Zinc Oxide)、於氧化鎵中添加有作為摻雜劑之銦之銦-鎵氧化物(IGO)、於氧化鋅中添加有作為摻雜劑之銦與鎵之銦-鎵-鋅氧化物(IGZO，In-GaZnO 4)、於氧化鋅中添加有作為摻雜劑之銦與錫之銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、IFO(摻F之In 2O 3)、氧化錫(SnO 2)、ATO(摻Sb之SnO 2)、FTO(摻F之SnO 2)、氧化鋅(包括摻有其他元素之ZnO)、於氧化鋅中添加有作為摻雜劑之鋁之鋁-鋅氧化物(AZO)、於氧化鋅中添加有作為摻雜劑之鎵之鎵-鋅氧化物(GZO)、氧化鈦(TiO 2)、於氧化鈦中添加有作為摻雜劑之鈮之鈮-鈦氧化物(TNO)、氧化銻、CuI、InSbO 4、ZnMgO、CuInO 2、MgIn 2O 4、CdO、ZnSnO 3、尖晶石型氧化物、具有YbFe 2O 4結構之氧化物。又或，可列舉將鎵氧化物、鈦氧化物、鈮氧化物、鎳氧化物等作為母層之透明電極。作為透明電極之厚度，可列舉2×10 -8m至2×10 -7m，較佳為3×10 -8m至1×10 -7m。於要求第1電極具有透明性之情形時，就製造製程之簡潔化之觀點而言，較佳為電荷放出電極亦由透明導電材料構成。
又或，於無需透明性之情形時，作為構成具有作為釋出電子之電極之功能的陰極之導電材料，較佳為由具有低功函數(例如 ＝3.5 eV～4.5 eV)之導電材料構成，具體而言，可列舉：鹼金屬(例如Li、Na、K等)及其氟化物或氧化物、鹼土金屬(例如Mg、Ca等)及其氟化物或氧化物、鋁(Al)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鉈(Tl)、鈉-鉀合金、鋁-鋰合金、鎂-銀合金、銦、釔等稀土類金屬、或者該等之合金。又或，作為構成陰極之材料，可列舉：鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、銅(Cu)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉬(Mo)等金屬、或者包含該等金屬元素之合金、包含該等金屬之導電性粒子、包含該等金屬之合金之導電性粒子、含有雜質之多晶矽、碳系材料、氧化物半導體材料、奈米碳管、石墨烯等導電性材料，亦可設為包含該等元素之層之積層構造。進而，作為構成陰極之材料，亦可列舉聚(3,4-乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]等有機材料(導電性高分子)。又，亦可將該等導電性材料與黏合劑(高分子)混合製作漿料或墨水，使之硬化而作為電極使用。
作為第1電極等或第2電極(陰極或陽極)之成膜方法，可採用乾式法或濕式法。作為乾式法，可列舉物理氣相生長法(PVD法)及化學氣相生長法(CVD法)。作為運用PVD法原理之成膜方法，可列舉：利用電阻加熱或高頻加熱之真空蒸鍍法、EB(電子束)蒸鍍法、各種濺鍍法(磁控濺鍍法、RF-DC結合型偏壓濺鍍法、ECR濺鍍法、對向靶濺鍍法、高頻濺鍍法)、離子鍍覆法、雷射剝蝕法、分子束磊晶法、雷射轉印法。又，作為CVD法，可列舉：電漿CVD法、熱CVD法、有機金屬(MO)CVD法、光CVD法。另一方面，作為濕式法，可列舉：電解鍍覆法或無電解鍍覆法、旋轉塗佈法、噴墨法、噴塗法、衝印(stamping)法、微接觸印刷法、軟版印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、浸漬法等方法。作為圖案化法，可列舉：蔽蔭遮罩、雷射轉印、光微影等化學蝕刻、利用紫外線或雷射等之物理蝕刻等。作為第1電極等或第2電極之平坦化技術，可採用雷射平坦化法、回焊法、CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械拋光)法等。
作為構成絕緣層之材料，不僅可列舉無機系絕緣材料，亦可列舉有機系絕緣材料(有機聚合物)，亦可使用該等之組合，作為無機系絕緣材料，可例示：氧化矽系材料、氮化矽(SiN Y)、氧化鋁(Al 2O 3)等金屬氧化物高介電絕緣材料；作為有機系絕緣材料，可例示：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚乙烯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚醯亞胺；聚碳酸酯(PC)；聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；聚苯乙烯；N-2(胺基乙基)3-胺基丙基三甲氧基矽烷(AEAPTMS)、3-巰基丙基三甲氧基矽烷(MPTMS)、十八烷基三氯矽烷(OTS)等矽烷醇衍生物(矽烷偶合劑)；酚醛清漆型酚樹脂；氟系樹脂；十八烷硫醇、異氰酸十二烷基酯等一端具有能夠與控制電極鍵結之官能基之直鏈烴類。作為氧化矽系材料，可例示：氧化矽(SiO X)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化矽(SiON)、SOG(旋塗玻璃)、低介電常數絕緣材料(例如聚芳醚、環全氟碳聚合物及苯并環丁烯、環狀氟樹脂、聚四氟乙烯、氟化芳醚、氟化聚醯亞胺、非晶形碳、有機SOG)。絕緣層可採用單層構成，亦可採用複數層(例如2層)之積層構成。於後一情形時，藉由至少於電荷儲存用電極之上及電荷儲存用電極與第1電極之間之區域形成絕緣層・下層並對絕緣層・下層實施平坦化處理而至少於電荷儲存用電極與第1電極之間之區域殘留絕緣層・下層，於殘留之絕緣層・下層及電荷儲存用電極之上形成絕緣層・上層即可，藉此可確實地達成絕緣層之平坦化。構成各種層間絕緣層或絕緣材料膜之材料亦自該等材料中適當選擇即可。
構成控制部之浮動擴散層、放大電晶體、重置電晶體及選擇電晶體之構成、結構可設為與先前之浮動擴散層、放大電晶體、重置電晶體及選擇電晶體之構成、結構相同。驅動電路亦可設為周知之構成、結構。
第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部，為了將第1電極與浮動擴散層及放大電晶體之閘極部加以連接，只要形成接觸孔部即可。作為構成接觸孔部之材料，可例示：摻有雜質之多晶矽、或鎢、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi 2、MoSi 2等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)。
亦可於半導體材料層與第1電極之間設置第1載子阻擋層，亦可於有機光電轉換層與第2電極之間設置第2載子阻擋層。又，亦可於第1載子阻擋層與第1電極之間設置第1電荷注入層，亦可於第2載子阻擋層與第2電極之間設置第2電荷注入層。例如作為構成電子注入層之材料，例如可列舉：鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)等鹼金屬及其氟化物或氧化物、鎂(Mg)、鈣(Ca)等鹼土金屬及其氟化物或氧化物。
作為各種有機層之成膜方法，可列舉乾式成膜法及濕式成膜法。作為乾式成膜法，可列舉：利用電阻加熱或高頻加熱、電子束加熱之真空蒸鍍法、快閃蒸鍍法、電漿蒸鍍法、EB蒸鍍法、各種濺鍍法(二極濺鍍法、直流濺鍍法、直流磁控濺鍍法、高頻濺鍍法、磁控濺鍍法、RF-DC結合型偏壓濺鍍法、ECR濺鍍法、對向靶濺鍍法、高頻濺鍍法、離子束濺鍍法)、DC(Direct Current，直流電流)法、RF法、多陰極法、活化反應法、電場蒸鍍法、高頻離子鍍覆法或反應性離子鍍覆法等各種離子鍍覆法、雷射剝蝕法、分子束磊晶法、雷射轉印法、分子束磊晶法(MBE法)。又，作為CVD法，可列舉：電漿CVD法、熱CVD法、MOCVD法、光CVD法。另一方面，作為濕式法，具體而言，可例示：旋轉塗佈法；浸漬法；流延法；微接觸印刷法；滴注法；網版印刷法或噴墨印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、軟版印刷法等各種印刷法；衝印法；噴霧法；空氣刀塗法、刮塗法、桿式塗佈法、刀塗法、擠壓式塗佈法、逆輥塗佈法、轉移輥塗佈法、凹版塗佈法、接觸式塗佈法、流延塗佈法、噴塗法、孔縫式塗佈法、壓延式塗佈法等各種塗佈法。作為塗佈法中之溶劑，可例示：甲苯、氯仿、己烷、乙醇等無極性或低極性有機溶劑。作為圖案化法，可列舉：蔽蔭遮罩、雷射轉印、光微影等化學蝕刻、利用紫外線或雷射等之物理蝕刻等。作為各種有機層之平坦化技術，可採用雷射平坦化法、回焊法等。
可將以上說明之第1構成～第6構成之攝像元件之2種或其以上視需要適當加以組合。
於攝像元件或固體攝像裝置中，如上所述，視需要亦可設置晶載微透鏡或遮光層，設置用以驅動攝像元件之驅動電路或配線。視需要亦可配設用以控制光向攝像元件之入射情況之快門，根據固體攝像裝置之目的而亦可具備光學截止濾光鏡。
又，於第1構成～第2構成之固體攝像裝置中，可設為於一個本發明之攝像元件等之上方配設一個晶載微透鏡之形態，又或，可設為由2個本發明之攝像元件等構成攝像元件區塊，於攝像元件區塊之上方配設一個晶載微透鏡之形態。
例如於將固體攝像裝置與讀出用積體電路(ROIC)進行積層之情形時，可將形成有讀出用積體電路及包含銅(Cu)之連接部之驅動用基板與形成有連接部之攝像元件以連接部彼此接觸之方式重合，使連接部彼此接合，藉此進行積層，亦可使用焊料凸塊等將連接部彼此進行接合。
又，關於用以使本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置驅動之驅動方法，可設為反覆進行以下各步驟之固體攝像裝置之驅動方法： 於全部之攝像元件中，同時一面將電荷儲存至半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)，一面將第1電極中之電荷向系統外排出；其後， 於全部之攝像元件中，同時將半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)中所儲存之電荷向第1電極轉移，轉移結束後，依序於各攝像元件中讀出轉移至第1電極之電荷。
於此種固體攝像裝置之驅動方法中，各攝像元件具有自第2電極側入射之光不會射入第1電極之構造，於全部之攝像元件中同時一面將電荷儲存至半導體材料層等，一面將第1電極中之電荷向系統外排出，因此可於全部攝像元件中同時確實地進行第1電極之重置。並且，其後，於全部之攝像元件中同時將半導體材料層等中所儲存之電荷向第1電極轉移，轉移結束後，依序於各攝像元件中讀出轉移至第1電極之電荷。因此，可容易地實現所謂全域快門功能。
以下，對實施例1之攝像元件、固體攝像裝置進行詳細說明。
實施例1之攝像元件進而具備半導體基板(更具體而言為矽半導體層)70，光電轉換部配置於半導體基板70之上方。又，進而具備設置於半導體基板70上且具有驅動電路之控制部，該驅動電路係與第1電極21及第2電極22連接。此處，將半導體基板70之光入射面設為上方，將半導體基板70之相反側設為下方。於半導體基板70之下方設置有包含複數條配線之配線層62。
於半導體基板70設置有構成控制部之至少浮動擴散層FD 1及放大電晶體TR1 amp，第1電極21連接於浮動擴散層FD 1及放大電晶體TR1 amp之閘極部。於半導體基板70進而設置有構成控制部之重置電晶體TR1 rst及選擇電晶體TR1 sel。浮動擴散層FD 1連接於重置電晶體TR1 rst之一源極/汲極區域，放大電晶體TR1 amp之另一源極/汲極區域連接於選擇電晶體TR1 sel之一源極/汲極區域，選擇電晶體TR1 sel之另一源極/汲極區域連接於信號線VSL 1。該等放大電晶體TR1 amp、重置電晶體TR1 rst及選擇電晶體TR1 sel構成驅動電路。
具體而言，實施例1之攝像元件為背面照射型攝像元件，具有將以下3個攝像元件進行積層之結構，該3個攝像元件分別為：具備吸收綠色光之第1型綠色光用光電轉換層而對綠色光具有感度之第1型之實施例1之綠色光用攝像元件(以下稱為『第1攝像元件』)、具備吸收藍色光之第2型藍色光用光電轉換層而對藍色光具有感度之第2型之先前之藍色光用攝像元件(以下稱為『第2攝像元件』)、具備吸收紅色光之第2型紅色光用光電轉換層而對紅色光具有感度之第2型之先前之紅色光用攝像元件(以下稱為『第3攝像元件』)。此處，紅色光用攝像元件(第3攝像元件)及藍色光用攝像元件(第2攝像元件)設置於半導體基板70內，第2攝像元件較第3攝像元件更位於光入射側。又，綠色光用攝像元件(第1攝像元件)設置於藍色光用攝像元件(第2攝像元件)之上方。由第1攝像元件、第2攝像元件及第3攝像元件之積層構造構成1像素。未設置彩色濾光片層。
第1攝像元件中，於層間絕緣層81上相隔地形成第1電極21及電荷儲存用電極24。層間絕緣層81及電荷儲存用電極24經絕緣層82被覆。於絕緣層82上形成半導體材料層23B及光電轉換層23A，於光電轉換層23A上形成第2電極22。於包含第2電極22之整面形成絕緣層83，於絕緣層83上設置晶載微透鏡14。未設置彩色濾光片層。第1電極21、電荷儲存用電極24及第2電極22由例如包含ITO(功函數：約4.4 eV)之透明電極構成。半導體材料層23B包含上文記述之各種至少一部分具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料。光電轉換層23A由包含至少對綠色光具有感度之周知之有機光電轉換材料(例如若丹明系色素、部花青系色素、喹吖啶酮等有機系材料)之層構成。層間絕緣層81或絕緣層82、83由周知之絕緣材料(例如SiO 2或SiN)構成。半導體材料層23B與第1電極21經由設置於絕緣層82之連接部67而連接。半導體材料層23B於連接部67內延伸。即，半導體材料層23B於絕緣層82中所設置之開口部85內延伸而與第1電極21連接。
電荷儲存用電極24連接於驅動電路。具體而言，電荷儲存用電極24經由層間絕緣層81內所設置之連接孔66、焊墊部64及配線V OA而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112。
電荷儲存用電極24之大小大於第1電極21。於電荷儲存用電極24之面積設為S 1'、第1電極21之面積設為S 1時，雖無限定，但較佳為滿足 4≦S 1'/S 1， 於實施例1中，雖無限定，但例如設為 S 1'/S 1＝8。 再者，於後述實施例7～實施例10中，將3個光電轉換部區段(10' 1、10' 2、10' 3)之大小設為相同，平面形狀亦設為相同。
於半導體基板70之第1面(表面)70A之側形成元件分離區域71，又，於半導體基板70之第1面70A形成氧化膜72。進而，於半導體基板70之第1面側設置構成第1攝像元件之控制部之重置電晶體TR1 rst、放大電晶體TR1 amp及選擇電晶體TR1 sel，進而設置第1浮動擴散層FD 1。
重置電晶體TR1 rst係由閘極部51、通道形成區域51A及源極/汲極區域51B、51C構成。重置電晶體TR1 rst之閘極部51連接於重置線RST 1，重置電晶體TR1 rst之一源極/汲極區域51C兼作第1浮動擴散層FD 1，另一源極/汲極區域51B連接於電源V DD。
第1電極21經由層間絕緣層81內所設置之連接孔65、焊墊部63、半導體基板70及層間絕緣層76中所形成之接觸孔部61、層間絕緣層76中所形成之配線層62而連接於重置電晶體TR1 rst之一源極/汲極區域51C(第1浮動擴散層FD 1)。
放大電晶體TR1 amp係由閘極部52、通道形成區域52A及源極/汲極區域52B、52C構成。閘極部52經由配線層62而連接於第1電極21及重置電晶體TR1 rst之一源極/汲極區域51C(第1浮動擴散層FD 1)。又，一源極/汲極區域52B連接於電源V DD。
選擇電晶體TR1 sel係由閘極部53、通道形成區域53A及源極/汲極區域53B、53C構成。閘極部53連接於選擇線SEL 1。又，一源極/汲極區域53B與構成放大電晶體TR1 amp之另一源極/汲極區域52C有共有區域，另一源極/汲極區域53C連接於信號線(資料輸出線)VSL 1(117)。
第2攝像元件具備設置於半導體基板70之n型半導體區域41作為光電轉換層。包含縱型電晶體之轉移電晶體TR2 trs之閘極部45一直延伸至n型半導體區域41且連接於轉移閘極線TG 2。又，於轉移電晶體TR2 trs之閘極部45附近之半導體基板70之區域45C設置有第2浮動擴散層FD 2。n型半導體區域41中所儲存之電荷經由沿著閘極部45所形成之轉移通道而被讀出至第2浮動擴散層FD 2。
第2攝像元件中，進而於半導體基板70之第1面側設置有構成第2攝像元件之控制部之重置電晶體TR2 rst、放大電晶體TR2 amp及選擇電晶體TR2 sel。
重置電晶體TR2 rst係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。重置電晶體TR2 rst之閘極部連接於重置線RST 2，重置電晶體TR2 rst之一源極/汲極區域連接於電源V DD，另一源極/汲極區域兼作第2浮動擴散層FD 2。
放大電晶體TR2 amp係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部連接於重置電晶體TR2 rst之另一源極/汲極區域(第2浮動擴散層FD 2)。又，一源極/汲極區域連接於電源V DD。
選擇電晶體TR2 sel係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部連接於選擇線SEL 2。又，一源極/汲極區域與構成放大電晶體TR2 amp之另一源極/汲極區域有共有區域，另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL 2。
第3攝像元件具備設置於半導體基板70之n型半導體區域43作為光電轉換層。轉移電晶體TR3 trs之閘極部46連接於轉移閘極線TG 3。又，於轉移電晶體TR3 trs之閘極部46附近之半導體基板70之區域46C設置有第3浮動擴散層FD 3。n型半導體區域43中所儲存之電荷經由沿著閘極部46所形成之轉移通道46A而被讀出至第3浮動擴散層FD 3。
第3攝像元件中，進而於半導體基板70之第1面側設置有構成第3攝像元件之控制部之重置電晶體TR3 rst、放大電晶體TR3 amp及選擇電晶體TR3 sel。
重置電晶體TR3 rst係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。重置電晶體TR3 rst之閘極部連接於重置線RST 3，重置電晶體TR3 rst之一源極/汲極區域連接於電源V DD，另一源極/汲極區域兼作第3浮動擴散層FD 3。
放大電晶體TR3 amp係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部連接於重置電晶體TR3 rst之另一源極/汲極區域(第3浮動擴散層FD 3)。又，一源極/汲極區域連接於電源V DD。
選擇電晶體TR3 sel係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部連接於選擇線SEL 3。又，一源極/汲極區域與構成放大電晶體TR3 amp之另一源極/汲極區域有共有區域，另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL 3。
重置線RST 1、RST 2、RST 3、選擇線SEL 1、SEL 2、SEL 3、轉移閘極線TG 2、TG 3連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112，信號線(資料輸出線)VSL 1、VSL 2、VSL 3連接於構成驅動電路之行信號處理電路113。
於n型半導體區域43與半導體基板70之表面70A之間設置有p +層44，以抑制暗電流產生。於n型半導體區域41與n型半導體區域43之間形成有p +層42，進而，n型半導體區域43之側面之一部分被p +層42包圍。於半導體基板70之背面70B之側形成有p +層73，於自p +層73至半導體基板70之內部之應形成接觸孔部61之部分形成有HfO 2膜74及絕緣材料膜75。於層間絕緣層76中形成有複數層配線，此處省略圖示。
HfO 2膜74係具有固定負電荷之膜，藉由設置此種膜，可抑制暗電流產生。亦可代替HfO 2膜而使用氧化鋁(Al 2O 3)膜、氧化鋯(ZrO 2)膜、氧化鉭(Ta 2O 5)膜、氧化鈦(TiO 2)膜、氧化鑭(La 2O 3)膜、氧化鐠(Pr 2O 3)膜、氧化鈰(CeO 2)膜、氧化釹(Nd 2O 3)膜、氧化鉕(Pm 2O 3)膜、氧化釤(Sm 2O 3)膜、氧化銪(Eu 2O 3)膜、氧化釓((Gd 2O 3)膜、氧化鋱(Tb 2O 3)膜、氧化鏑(Dy 2O 3)膜、氧化鈥(Ho 2O 3)膜、氧化銩(Tm 2O 3)膜、氧化鐿(Yb 2O 3)膜、氧化鎦(Lu 2O 3)膜、氧化釔(Y 2O 3)膜、氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜、氮氧化鋁膜。作為該等膜之成膜方法，例如可列舉CVD法、PVD法、ALD法。
以下，參照圖5及圖6A，對實施例1之具備電荷儲存用電極之積層型攝像元件(第1攝像元件)之動作進行說明。實施例1之攝像元件進而具備設置於半導體基板70上且具有驅動電路之控制部，第1電極21、第2電極22及電荷儲存用電極24連接於驅動電路。此處，將第1電極21之電位設為高於第2電極22之電位。即，例如將第1電極21設為正電位，將第2電極22設為負電位，使光電轉換層23A中由光電轉換所產生之電子讀出至浮動擴散層。於其他實施例中亦採用相同設定。
圖5、後述實施例4中之圖20、圖21、實施例6中之圖32、圖33中使用之符號如下所示。
P A・・・・・與位於電荷儲存用電極24或轉移控制用電極(電荷轉移電極)25與第1電極21之中間之區域對向的半導體材料層23B之區域之點P A處之電位 P B・・・・・與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B之區域之點P B處之電位 P C1・・・・・與電荷儲存用電極區段24A對向之半導體材料層23B之區域之點P C1處之電位 P C2・・・・・與電荷儲存用電極區段24B對向之半導體材料層23B之區域之點P C2處之電位 P C3・・・・・與電荷儲存用電極區段24C對向之半導體材料層23B之區域之點P C3處之電位 P D・・・・・與轉移控制用電極(電荷轉移電極)25對向之半導體材料層23B之區域之點P D處之電位 FD・・・・・第1浮動擴散層FD 1處之電位 V OA・・・・・電荷儲存用電極24處之電位 V OA-A・・・・電荷儲存用電極區段24A處之電位 V OA-B・・・・電荷儲存用電極區段24B處之電位 V OA-C・・・・電荷儲存用電極區段24C處之電位 V OT・・・・・轉移控制用電極(電荷轉移電極)25處之電位 RST・・・・重置電晶體TR1 rst之閘極部51處之電位 V DD・・・・・電源之電位 VSL 1・・・信號線(資料輸出線)VSL 1TR1 rst・・重置電晶體TR1 rstTR1 amp・・放大電晶體TR1 ampTR1 sel・・選擇電晶體TR1 sel
於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 11、對電荷儲存用電極24施加電位V 12。利用射入光電轉換層23A之光於光電轉換層23A中進行光電轉換。由光電轉換所產生之電洞自第2電極22經由配線V OU而被送出至驅動電路。另一方面，由於將第1電極21之電位設為高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21施加正電位、對第2電極22施加負電位，故而設為V 12≧V 11、較佳為V 12＞V 11。藉此，由光電轉換所產生之電子被吸引向電荷儲存用電極24，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B或半導體材料層23B及光電轉換層23A(以下將該等統稱為『半導體材料層23B等』)之區域。即，電荷被儲存於半導體材料層23B等。由於V 12＞V 11，故而光電轉換層23A之內部產生之電子不會向第1電極21移動。隨著光電轉換之進行，與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電位變成更負側之值。
於電荷儲存期間之後期進行重置動作。藉此，第1浮動擴散層FD 1之電位被重置，第1浮動擴散層FD 1之電位成為電源之電位V DD。
重置動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 21、對電荷儲存用電極24施加電位V 22。此處，設為V 22＜V 21。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電子被向第1電極21、進而第1浮動擴散層FD 1讀出。即，半導體材料層23B等中所儲存之電荷被讀出至控制部。
至此完成電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD 1後之放大電晶體TR1 amp、選擇電晶體TR1 sel之動作與先前之該等電晶體之動作相同。又，第2攝像元件、第3攝像元件之電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作與先前之電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作相同。又，第1浮動擴散層FD 1之重置雜訊係與先前同樣地可藉由相關雙採樣(CDS，Correlated Double Sampling)處理去除。
如上所述，於實施例1中，具備與第1電極相隔而配置且介隔絕緣層而與光電轉換層對向配置之電荷儲存用電極，因此光電轉換層受到光照射而於光電轉換層中進行光電轉換時，由半導體材料層等與絕緣層與電荷儲存用電極形成一種電容器，可將電荷儲存至半導體材料層等。因此，於曝光開始時能夠使電荷儲存部完全耗盡化而消除電荷。其結果，可抑制kTC雜訊增大、隨機雜訊劣化、攝像畫質低下等現象發生。又，由於可同時重置全部像素，故而能夠實現所謂全域快門功能。
圖76中示出實施例1之固體攝像裝置之概念圖。實施例1之固體攝像裝置100係由使積層型攝像元件101呈二維陣列狀排列而成之攝像區域111、以及作為其驅動電路(周邊電路)之垂直驅動電路112、行信號處理電路113、水平驅動電路114、輸出電路115及驅動控制電路116等構成。該等電路可由周知電路構成，又，當然亦可使用其他電路構成(例如先前之CCD攝像裝置或CMOS攝像裝置中使用之各種電路)構成。於圖76中，積層型攝像元件101中之參照編號「101」僅表示1行。
驅動控制電路116基於垂直同步信號、水平同步信號及主時鐘，而生成作為垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114之動作之基準的時鐘信號或控制信號。並且，所生成之時鐘信號或控制信號被輸入至垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114。
垂直驅動電路112例如由移位暫存器構成，以行為單位依序於垂直方向上選擇掃描攝像區域111之各積層型攝像元件101。並且，基於與各積層型攝像元件101中之接收光量對應地產生之電流(信號)的像素信號(圖像信號)經由信號線(資料輸出線)117、VSL而被送至行信號處理電路113。
行信號處理電路113例如對應於每行積層型攝像元件101而配置，藉由來自黑基準像素(其形成於有效像素區域之周圍，此處未作圖示)之信號，對自一列積層型攝像元件101輸出之圖像信號針對每個攝像元件進行雜訊去除或信號放大之信號處理。於行信號處理電路113之輸出段中，將水平選擇開關(未作圖示)設置連接於與水平信號線118之間。
水平驅動電路114例如由移位暫存器構成，藉由依序輸出水平掃描脈衝而依序選擇各個行信號處理電路113，將信號自各個行信號處理電路113向水平信號線118輸出。
輸出電路115對自各個行信號處理電路113經由水平信號線118依序供給之信號進行信號處理並將其輸出。
於圖9中示出實施例1之攝像元件之變化例之等效電路圖，於圖10中示出第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，如圖所示，可將重置電晶體TR1 rst之另一源極/汲極區域51B接地而代替連接於電源V DD。
實施例1之攝像元件可藉由例如以下之方法製作。即，首先，準備SOI基板。並且，於SOI基板之表面藉由磊晶生長法形成第1矽層，於該第1矽層形成p +層73、n型半導體區域41。繼而，於第1矽層上藉由磊晶生長法形成第2矽層，於該第2矽層形成元件分離區域71、氧化膜72、p +層42、n型半導體區域43、p +層44。又，於第2矽層形成構成攝像元件之控制部之各種電晶體等，進而於其上形成配線層62或層間絕緣層76、各種配線後，將層間絕緣層76與支持基板(未作圖示)貼合。其後，去除SOI基板使第1矽層露出。第2矽層之表面相當於半導體基板70之表面70A，第1矽層之表面相當於半導體基板70之背面70B。又，將第1矽層與第2矽層統一表示為半導體基板70。繼而，於半導體基板70之背面70B之側形成用以形成接觸孔部61之開口部，形成HfO 2膜74、絕緣材料膜75及接觸孔部61，進而形成焊墊部63、64、層間絕緣層81、連接孔65、66、第1電極21、電荷儲存用電極24、絕緣層82。繼而，於連接部67形成開口，形成半導體材料層23B、光電轉換層23A、第2電極22、絕緣層83及晶載微透鏡14。藉由以上方式可獲得實施例1之攝像元件。
又，雖然省略圖示，但亦可將絕緣層82設為絕緣層・下層與絕緣層・上層之雙層構成。即，至少於電荷儲存用電極24之上、及電荷儲存用電極24與第1電極21之間之區域形成絕緣層・下層(更具體而言，於包含電荷儲存用電極24之層間絕緣層81上形成絕緣層・下層)，對絕緣層・下層實施平坦化處理後，於絕緣層・下層及電荷儲存用電極24之上形成絕緣層・上層即可，藉此可確實地達成絕緣層82之平坦化。並且，於如此獲得之絕緣層82形成連接部67之開口即可。 [實施例2]
實施例2為實施例1之變形。於圖11中示出模式性局部剖視圖之實施例2之攝像元件為正面照射型之攝像元件，具有將以下3個攝像元件進行積層之構造，該3個攝像元件分別為：具備吸收綠色光之第1型綠色光用光電轉換層而對綠色光具有感度之第1型之實施例1之綠色光用攝像元件(第1攝像元件)、具備吸收藍色光之第2型藍色光用光電轉換層而對藍色光具有感度之第2型之先前之藍色光用攝像元件(第2攝像元件)、具備吸收紅色光之第2型紅色光用光電轉換層而對紅色光具有感度之第2型之先前之紅色光用攝像元件(第3攝像元件)。此處，紅色光用攝像元件(第3攝像元件)及藍色光用攝像元件(第2攝像元件)設置於半導體基板70內，第2攝像元件較第3攝像元件更位於光入射側。又，綠色光用攝像元件(第1攝像元件)設置於藍色光用攝像元件(第2攝像元件)之上方。
與實施例1同樣地，於半導體基板70之表面70A側設置構成控制部之各種電晶體。該等電晶體可設為實質上與實施例1中所說明之電晶體相同之構成、結構。又，於半導體基板70設置第2攝像元件、第3攝像元件，但該等攝像元件亦可設為實質上與實施例1中所說明之第2攝像元件、第3攝像元件相同之構成、結構。
於半導體基板70之表面70A之上方形成層間絕緣層81，於層間絕緣層81之上方設置構成實施例1之攝像元件之具備電荷儲存用電極之光電轉換部(第1電極21、半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22、以及電荷儲存用電極24等)。
如此，除了為正面照射型以外，實施例2之攝像元件之構成、結構可設為與實施例1之攝像元件之構成、結構相同，因此省略詳細說明。 [實施例3]
實施例3為實施例1及實施例2之變形。
於圖12中示出模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件為背面照射型之攝像元件，具有將第1型之實施例1之第1攝像元件及第2型之第2攝像元件該2個攝像元件進行積層之構造。又，於圖13中示出模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例為正面照射型之攝像元件，具有將第1型之實施例1之第1攝像元件及第2型之第2攝像元件該2個攝像元件進行積層之構造。此處，第1攝像元件吸收原色光，第2攝像元件吸收補色光。又或，第1攝像元件吸收白色光，第2攝像元件吸收紅外線。n型半導體區域41中所儲存之電荷經由沿著閘極部45所形成之轉移通道45A而被讀出至第2浮動擴散層FD 2。
於圖14中示出模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例為背面照射型之攝像元件，由第1型之實施例1之第1攝像元件構成。又，於圖15中示出模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例為正面照射型之攝像元件，由第1型之實施例1之第1攝像元件構成。此處，第1攝像元件係由吸收紅色光之攝像元件、吸收綠色光之攝像元件、吸收藍色光之攝像元件該3種攝像元件構成。進而，由複數個該等攝像元件構成本發明之第1態樣之固體攝像裝置。作為複數個該等攝像元件之排列，可列舉拜耳排列。於各攝像元件之光入射側視需要配設用以進行藍色、綠色、紅色之分光之彩色濾光片層。
亦可代替設置1個第1型之實施例1之具備電荷儲存用電極之光電轉換部，轉而設為2個積層之形態(即，將2個具備電荷儲存用電極之光電轉換部進行積層並於半導體基板設置2個光電轉換部之控制部之形態)，又或，設為3個積層之形態(即，將3個具備電荷儲存用電極之光電轉換部進行積層並於半導體基板設置3個光電轉換部之控制部之形態)。於下表例示第1型攝像元件與第2型攝像元件之積層構造例。
   第1型 第2型
背面照射型 及 正面照射型 1 2
綠色 藍色＋紅色
1 1
原色 補色
1 1
白色 紅外線
1 0
藍色或綠色或紅色   
2 2
綠色＋紅外光 藍色＋紅色
2 1
綠色＋藍色 紅色
2 0
白色＋紅外光   
3 2
綠色＋藍色＋紅色 青綠色(翡翠色)＋紅外光
3 1
綠色＋藍色＋紅色 紅外光
3 0
藍色＋綠色＋紅色   
[實施例4]
實施例4為實施例1～實施例3之變形，關於本發明之具備轉移控制用電極(電荷轉移電極)之攝像元件等。於圖16中示出實施例4之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖，於圖17及圖18中示出實施例4之攝像元件之等效電路圖，於圖19中示出構成實施例4之攝像元件之光電轉換部之第1電極、轉移控制用電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，於圖20及圖21中模式性地示出實施例4之攝像元件於動作時之各部位之電位狀態，於圖6B中示出用以說明實施例4之攝像元件之各部位之等效電路圖。又，於圖22中示出構成實施例4之攝像元件之光電轉換部之第1電極、轉移控制用電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖，於圖23中示出第1電極、轉移控制用電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
實施例4之攝像元件中，於第1電極21與電荷儲存用電極24之間進而具備與第1電極21及電荷儲存用電極24相隔而配置且介隔絕緣層82而與半導體材料層23B對向配置之轉移控制用電極(電荷轉移電極)25。轉移控制用電極25經由層間絕緣層81內所設置之連接孔68B、焊墊部68A及配線V OT而連接於構成驅動電路之像素驅動電路。再者，於圖16、圖25、圖28、圖67、圖71及圖73中，為了圖式之簡潔化，方便起見將較層間絕緣層81而位於下方之各種攝像元件構成要素統一以參照編號13表示。
以下，參照圖20、圖21對實施例4之攝像元件(第1攝像元件)之動作進行說明。再者，於圖20與圖21中，尤其是對電荷儲存用電極24施加之電位及點P D處之電位之值不同。
於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 11、對電荷儲存用電極24施加電位V 12、對轉移控制用電極25施加電位V 13。利用射入光電轉換層23A之光於光電轉換層23A中進行光電轉換。由光電轉換所產生之電洞自第2電極22經由配線V OU而被送出至驅動電路。另一方面，由於將第1電極21之電位設為高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21施加正電位、對第2電極22施加負電位，故而設為V 12＞V 13(例如V 12＞V 11＞V 13或V 11＞V 12＞V 13)。藉此，由光電轉換所產生之電子被吸引向電荷儲存用電極24，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域。即，電荷被儲存於半導體材料層23B等。由於V 12＞V 13，故而可確實地防止光電轉換層23A之內部產生之電子向第1電極21移動。隨著光電轉換之進行，與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電位變成更負側之值。
於電荷儲存期間之後期進行重置動作。藉此，第1浮動擴散層FD 1之電位被重置，第1浮動擴散層FD 1之電位成為電源之電位V DD。
重置動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 21、對電荷儲存用電極24施加電位V 22、對轉移控制用電極25施加電位V 23。此處，設為V 22≦V 23≦V 21(較佳為V 22＜V 23＜V 21)。於對轉移控制用電極25施加電位V 13之情形時，設為V 22≦V 13≦V 21(較佳為V 22＜V 13＜V 21)即可。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電子被確實地向第1電極21、進而第1浮動擴散層FD 1讀出。即，半導體材料層23B等中所儲存之電荷被讀出至控制部。
至此完成電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD 1後之放大電晶體TR1 amp、選擇電晶體TR1 sel之動作與先前之該等電晶體之動作相同。又，例如第2攝像元件、第3攝像元件之電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作與先前之電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作相同。
於圖24中示出構成實施例4之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，如圖所示，可將重置電晶體TR1 rst之另一源極/汲極區域51B接地而代替連接於電源V DD。 [實施例5]
實施例5為實施例1～實施例4之變形，關於本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等。於圖25中示出實施例5之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖，於圖26中示出構成實施例5之攝像元件的具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極之模式性配置圖，於圖27中示出第1電極、電荷儲存用電極、電荷放出電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
實施例5之攝像元件中，進而具備經由連接部69而連接於半導體材料層23B且與第1電極21及電荷儲存用電極24相隔而配置之電荷放出電極26。此處，電荷放出電極26以包圍第1電極21及電荷儲存用電極24之方式(即呈邊框狀地)配置。電荷放出電極26係連接於構成驅動電路之像素驅動電路。半導體材料層23B於連接部69內延伸。即，半導體材料層23B於絕緣層82中所設置之第2開口部86內延伸而與電荷放出電極26連接。電荷放出電極26於複數個攝像元件中共有化(共通化)。電荷放出電極26例如可用作光電轉換部23之浮動擴散區(floating diffusion)或溢位汲極(overflow drain)。
實施例5中，於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 11、對電荷儲存用電極24施加電位V 12、對電荷放出電極26施加電位V 14，電荷被儲存於半導體材料層23B等。利用射入光電轉換層23A之光於光電轉換層23A中進行光電轉換。由光電轉換所產生之電洞自第2電極22經由配線V OU而被送出至驅動電路。另一方面，由於將第1電極21之電位設為高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21施加正電位、對第2電極22施加負電位，故而設為V 14＞V 11(例如V 12＞V 14＞V 11)。藉此，由光電轉換所產生之電子被吸引向電荷儲存用電極24，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域，可確實地防止向第1電極21移動。但利用電荷儲存用電極24之吸引並不充分，又或，未完全儲存於半導體材料層23B等中之電子(所謂溢位之電子)經由電荷放出電極26而被送出至驅動電路。
於電荷儲存期間之後期進行重置動作。藉此，第1浮動擴散層FD 1之電位被重置，第1浮動擴散層FD 1之電位成為電源之電位V DD。
重置動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 21、對電荷儲存用電極24施加電位V 22、對電荷放出電極26施加電位V 24。此處，設為V 24＜V 21(例如V 24＜V 22＜V 21)。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電子被確實地向第1電極21、進而第1浮動擴散層FD 1讀出。即，半導體材料層23B等中所儲存之電荷被讀出至控制部。
至此完成電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD 1後之放大電晶體TR1 amp、選擇電晶體TR1 sel之動作與先前之該等電晶體之動作相同。又，例如第2攝像元件、第3攝像元件之電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作與先前之電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作相同。
實施例5中，所謂溢位之電子係經由電荷放出電極26而被送出至驅動電路，因此可抑制鄰接像素漏向電荷儲存部，抑制暈散(blooming)之產生。並且，藉此可提高攝像元件之攝像性能。 [實施例6]
實施例6為實施例1～實施例5之變形，關於本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等。
於圖28中示出實施例6之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖，於圖29及圖30中示出實施例6之攝像元件之等效電路圖，於圖31中示出構成實施例6之攝像元件之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，於圖32、圖33中模式性地示出實施例6之攝像元件於動作時之各部位之電位狀態，於圖6C中示出用以說明實施例6之攝像元件之各部位之等效電路圖。又，於圖34中示出構成實施例6之攝像元件之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖，於圖35中示出第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
實施例6中，電荷儲存用電極24係由複數個電荷儲存用電極區段24A、24B、24C構成。電荷儲存用電極區段之數量為2以上即可，實施例6中設為「3」。並且，實施例6之攝像元件中，第1電極21之電位高於第2電極22之電位，因此即例如對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位。並且，於電荷轉移期間，對位於最靠近第1電極21之位置之電荷儲存用電極區段24A施加之電位高於對位於最遠離第1電極21之位置之電荷儲存用電極區段24C施加之電位。藉由以上述方式對電荷儲存用電極24賦予電位梯度，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電子被更確實地向第1電極21、進而第1浮動擴散層FD 1讀出。即，半導體材料層23B等中所儲存之電荷被讀出至控制部。
圖32所示之例中，於電荷轉移期間，藉由設為電荷儲存用電極區段24C之電位＜電荷儲存用電極區段24B之電位＜電荷儲存用電極區段24A之電位，而將停留於半導體材料層23B等區域之電子同時向第1浮動擴散層FD 1讀出。另一方面，圖33所示之例中，於電荷轉移期間，藉由使電荷儲存用電極區段24C之電位、電荷儲存用電極區段24B之電位、電荷儲存用電極區段24A之電位逐級變化(即藉由使其以階梯狀或斜坡狀變化)，而使停留於與電荷儲存用電極區段24C對向之半導體材料層23B等區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24B對向之半導體材料層23B等區域，繼而使停留於與電荷儲存用電極區段24B對向之半導體材料層23B等區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24A對向之半導體材料層23B等區域，繼而將停留於與電荷儲存用電極區段24A對向之半導體材料層23B等區域之電子向第1浮動擴散層FD 1確實地讀出。
於圖36中示出構成實施例6之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，如圖所示，可將重置電晶體TR1 rst之另一源極/汲極區域51B接地而代替連接於電源V DD。 [實施例7]
實施例7為實施例1～實施例6之變形，關於第1構成及第6構成之攝像元件。
於圖37中示出實施例7之攝像元件之模式性局部剖視圖，於圖38中示出將積層有電荷儲存用電極、半導體材料層、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖。實施例7之攝像元件之等效電路圖與圖2及圖3中所說明之實施例1之攝像元件之等效電路圖相同，構成實施例7之攝像元件之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖與圖4中所說明之實施例1之攝像元件相同。進而，實施例7之攝像元件(第1攝像元件)之動作實質上與實施例1之攝像元件之動作相同。
此處，實施例7之攝像元件或後述之實施例8～實施例12之攝像元件中， 光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段(具體而言，3個光電轉換部區段10' 1、10' 2、10' 3)構成， 半導體材料層23B及光電轉換層23A係由N個光電轉換層區段(具體而言，3個光電轉換層區段23' 1、23' 2、23' 3)構成， 絕緣層82係由N個絕緣層區段(具體而言，3個絕緣層區段82' 1、82' 2、82' 3)構成， 於實施例7～實施例9中，電荷儲存用電極24係由N個電荷儲存用電極區段(具體而言，各實施例中為3個電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3)構成， 於實施例10～實施例11中，視情況於實施例9中，電荷儲存用電極24係由相互相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段(具體而言，3個電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3)構成， 第n號(其中，n＝1、2、3・・・N)光電轉換部區段10' n係由第n號電荷儲存用電極區段24' n、第n號絕緣層區段82' n及第n號光電轉換層區段23' n構成， n之值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極21越遠。此處，光電轉換層區段23' 1、23' 2、23' 3係指積層光電轉換層與半導體材料層而成之區段，於圖式中為了圖式之簡潔化而以1層表示。以下亦相同。
再者，光電轉換層區段中，可使光電轉換層之部分之厚度變化並使半導體材料層之部分之厚度固定不變而使光電轉換層區段之厚度變化，亦可使光電轉換層之部分之厚度固定不變並使半導體材料層之部分之厚度變化而使光電轉換層區段之厚度變化，亦可使光電轉換層之部分之厚度變化並使半導體材料層之部分之厚度變化而使光電轉換層區段之厚度變化。
又或，實施例7之攝像元件或後述之實施例8、實施例11之攝像元件 具備積層第1電極21、半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備與第1電極21相隔而配置且介隔絕緣層82而與半導體材料層23B對向配置之電荷儲存用電極24， 於將電荷儲存用電極24、絕緣層82、半導體材料層23B及光電轉換層23A之積層方向設為Z方向，將離開第1電極21之方向設為X方向時，沿YZ假想平面將積層電荷儲存用電極24、絕緣層82、半導體材料層23B及光電轉換層23A而成之積層部分切斷時之積層部分之截面積取決於距第1電極之距離而變化。
進而，實施例7之攝像元件中，絕緣層區段之厚度自第1號光電轉換部區段10' 1至第N號光電轉換部區段10' N而逐漸變化。具體而言，絕緣層區段之厚度逐漸變厚。又或，實施例7之攝像元件中，積層部分之截面之寬度固定不變，積層部分之截面之厚度、具體而言絕緣層區段之厚度取決於距第1電極21之距離而逐漸變厚。再者，絕緣層區段之厚度階梯狀地變厚。第n號光電轉換部區段10' n內之絕緣層區段82' n之厚度係設為固定不變。於將第n號光電轉換部區段10' n中之絕緣層區段82' n之厚度設為「1」時，作為第(n＋1)號光電轉換部區段10' (n+1)中之絕緣層區段82' (n+1)之厚度，可例示2至10，但並不限定於此種值。實施例7中，藉由使電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3之厚度逐漸變薄，而使絕緣層區段82' 1、82' 2、82' 3之厚度逐漸變厚。光電轉換層區段23' 1、23' 2、23' 3之厚度固定不變。
以下，對實施例7之攝像元件之動作進行說明。
於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 11、對電荷儲存用電極24施加電位V 12。利用射入光電轉換層23A之光於光電轉換層23A中進行光電轉換。由光電轉換所產生之電洞自第2電極22經由配線V OU而被送出至驅動電路。另一方面，由於將第1電極21之電位設為高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21施加正電位、對第2電極22施加負電位，故而設為V 12≧V 11、較佳為V 12＞V 11。藉此，由光電轉換所產生之電子被吸引向電荷儲存用電極24，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域。即，電荷被儲存於半導體材料層23B等。由於V 12＞V 11，故而光電轉換層23A之內部產生之電子不會向第1電極21移動。隨著光電轉換之進行，與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電位變成更負側之值。
實施例7之攝像元件中，由於採用絕緣層區段之厚度逐漸變厚之構成，故而於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則第n號光電轉換部區段10' n可比第(n＋1)號光電轉換部區段10' (n+1)儲存更多電荷，且被施加更強電場，可確實地防止電荷自第1號光電轉換部區段10' 1向第1電極21流動。
於電荷儲存期間之後期進行重置動作。藉此，第1浮動擴散層FD 1之電位被重置，第1浮動擴散層FD 1之電位成為電源之電位V DD。
重置動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極21施加電位V 21、對電荷儲存用電極24施加電位V 22。此處，設為V 21＞V 22。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電子被向第1電極21、進而第1浮動擴散層FD 1讀出。即，半導體材料層23B等中所儲存之電荷被讀出至控制部。
更具體而言，於電荷轉移期間，若成為V 21＞V 22之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段10' 1向第1電極21流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段10' (n+1)向第n號光電轉換部區段10' n流動。
至此完成電荷儲存、重置動作、電荷轉移等一系列動作。
實施例7之攝像元件中，由於絕緣層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化，又或，由於沿YZ假想平面將積層電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料層及光電轉換層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面積取決於距第1電極之距離而變化，故而形成一種電荷轉移梯度，能夠更容易且確實地將由光電轉換所產生之電荷轉移。
實施例7之攝像元件可藉由實質上與實施例1之攝像元件相同之方法製作，因此省略詳細之說明。
再者，實施例7之攝像元件中，於第1電極21、電荷儲存用電極24及絕緣層82之形成中，首先，於層間絕緣層81上成膜用以形成電荷儲存用電極24' 3之導電材料層，將導電材料層進行圖案化並且於應形成光電轉換部區段10' 1、10' 2、10' 3及第1電極21之區域保留導電材料層，藉此可獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24' 3。繼而，於整個面成膜用以形成絕緣層區段82' 3之絕緣層，將絕緣層進行圖案化，並且進行平坦化處理，藉此可獲得絕緣層區段82' 3。繼而，於整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24' 2之導電材料層，將導電材料層進行圖案化，並且於應形成光電轉換部區段10' 1、10' 2及第1電極21之區域保留導電材料層，藉此可獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24' 2。繼而，於整個面成膜用以形成絕緣層區段82' 2之絕緣層，將絕緣層進行圖案化，並且進行平坦化處理，藉此可獲得絕緣層區段82' 2。繼而，於整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24' 1之導電材料層，將導電材料層進行圖案化，並且於應形成光電轉換部區段10' 1及第1電極21之區域保留導電材料層，藉此可獲得第1電極21及電荷儲存用電極24' 1。繼而，於整個面成膜絕緣層，並且進行平坦化處理，藉此可獲得絕緣層區段82' 1(絕緣層82)。然後，於絕緣層82上形成半導體材料層23B、光電轉換層23A。由此可獲得光電轉換部區段10' 1、10' 2、10' 3。
於圖39中示出構成實施例7之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，如圖所示，可將重置電晶體TR1 rst之另一源極/汲極區域51B接地而代替連接於電源V DD。 [實施例8]
實施例8之攝像元件關於本發明之第2構成及第6構成之攝像元件。於圖40中示出將積層有電荷儲存用電極、半導體材料層、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖，如圖所示，實施例8之攝像元件中，光電轉換層區段之厚度自第1號光電轉換部區段10' 1至第N號光電轉換部區段10' N而逐漸變化。又或，實施例8之攝像元件中，積層部分之截面之寬度固定不變，積層部分之截面之厚度、具體而言光電轉換層區段之厚度取決於距第1電極21之距離而逐漸變厚。更具體而言，光電轉換層區段之厚度逐漸變厚。再者，光電轉換層區段之厚度階梯狀地變厚。第n號光電轉換部區段10' n內之光電轉換層區段23' n之厚度係設為固定不變。於將第n號光電轉換部區段10' n中之光電轉換層區段23' n之厚度設為「1」時，作為第(n＋1)號光電轉換部區段10' (n+1)中之光電轉換層區段23 (n+1)之厚度，可例示2至10，但並不限定於此種值。實施例8中，藉由使電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層區段23' 1、23' 2、23' 3之厚度逐漸變厚。絕緣層區段82' 1、82' 2、82' 3之厚度固定不變。又，光電轉換層區段中，例如藉由使半導體材料層之部分之厚度固定不變，使光電轉換層之部分之厚度變化，而使光電轉換層區段之厚度變化即可。
實施例8之攝像元件中，光電轉換層區段之厚度逐漸變厚，因此於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則第n號光電轉換部區段10' n比第(n＋1)號光電轉換部區段10' (n+1)被施加更強電場，可確實地防止電荷自第1號光電轉換部區段10' 1向第1電極21流動。並且，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段10' 1向第1電極21流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段10' (n+1)向第n號光電轉換部區段10' n流動。
如上所述，實施例8之攝像元件中，由於光電轉換層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化，又或，由於沿YZ假想平面將積層電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料層及光電轉換層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面積取決於距第1電極之距離而變化，故而形成一種電荷轉移梯度，能夠更容易且確實地將由光電轉換所產生之電荷轉移。
實施例8之攝像元件中，於第1電極21、電荷儲存用電極24、絕緣層82、半導體材料層23B及光電轉換層23A之形成中，首先，於層間絕緣層81上成膜用以形成電荷儲存用電極24' 3之導電材料層，將導電材料層進行圖案化，並且於應形成光電轉換部區段10' 1、10' 2、10' 3及第1電極21之區域保留導電材料層，藉此可獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24' 3。繼而，於整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24' 2之導電材料層，將導電材料層進行圖案化，並且於應形成光電轉換部區段10' 1、10' 2及第1電極21之區域保留導電材料層，藉此可獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24' 2。繼而，於整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24' 1之導電材料層，將導電材料層進行圖案化，並且於應形成光電轉換部區段10' 1及第1電極21之區域保留導電材料層，藉此可獲得第1電極21及電荷儲存用電極24' 1。繼而，於整個面共形地成膜絕緣層82。然後，於絕緣層82上形成半導體材料層23B及光電轉換層23A，並且對光電轉換層23A實施平坦化處理。由此可獲得光電轉換部區段10' 1、10' 2、10' 3。 [實施例9]
實施例9關於第3構成之攝像元件。於圖41中示出實施例9之攝像元件之模式性局部剖視圖。實施例9之攝像元件中，鄰接之光電轉換部區段中構成絕緣層區段之材料不同。此處，使構成絕緣層區段之材料之相對介電常數之值自第1號光電轉換部區段10' 1至第N號光電轉換部區段10' N而逐漸減小。實施例9之攝像元件中，可對全部N個電荷儲存用電極區段施加相同之電位，亦可對N個電荷儲存用電極區段分別施加不同之電位。於後者之情形時，與實施例10中說明同樣地將相互相隔而配置之電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3經由焊墊部64 1、64 2、64 3連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112即可。
並且，藉由採用此種構成，形成一種電荷轉移梯度，於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則第n號光電轉換部區段可比第(n＋1)號光電轉換部區段儲存更多電荷。並且，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段向第n號光電轉換部區段流動。 [實施例10]
實施例10關於第4構成之攝像元件。於圖42中示出實施例10之攝像元件之模式性局部剖視圖。實施例10之攝像元件中，鄰接之光電轉換部區段中構成電荷儲存用電極區段之材料不同。此處，使構成絕緣層區段之材料之功函數之值自第1號光電轉換部區段10' 1至第N號光電轉換部區段10' N而逐漸變大。實施例10之攝像元件中，可對全部N個電荷儲存用電極區段施加相同之電位，亦可對N個電荷儲存用電極區段分別施加不同之電位。於後者之情形時，電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3經由焊墊部64 1、64 2、64 3而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112。 [實施例11]
實施例11之攝像元件關於第5構成之攝像元件。於圖43A、圖43B、圖44A及圖44B中示出實施例11中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖，於圖45中示出構成實施例11之攝像元件之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。實施例11之攝像元件之模式性局部剖視圖與圖42或圖47所示相同。實施例11之攝像元件中，電荷儲存用電極區段之面積自第1號光電轉換部區段10' 1至第N號光電轉換部區段10' N而逐漸變小。實施例11之攝像元件中，可對全部N個電荷儲存用電極區段施加相同之電位，亦可對N個電荷儲存用電極區段分別施加不同之電位。具體而言，與實施例10中說明同樣地將相互相隔而配置之電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3經由焊墊部64 1、64 2、64 3連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112即可。
於實施例11中，電荷儲存用電極24係由複數個電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3構成。電荷儲存用電極區段之數量為2以上即可，實施例11中設為「3」。並且，實施例11之攝像元件中，第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即例如對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，因此於電荷轉移期間，對位於最靠近第1電極21之位置之電荷儲存用電極區段24' 1施加之電位高於對位於最遠離第1電極21之位置之電荷儲存用電極區段24' 3施加之電位。藉由以上述方式對電荷儲存用電極24賦予電位梯度，停留於與電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B等區域之電子被更確實地向第1電極21、進而第1浮動擴散層FD 1讀出。即，半導體材料層23B等中所儲存之電荷被讀出至控制部。
並且，於電荷轉移期間，藉由設為電荷儲存用電極區段24' 3之電位＜電荷儲存用電極區段24' 2之電位＜電荷儲存用電極區段24' 1之電位，而可將停留於半導體材料層23B等區域之電子同時向第1浮動擴散層FD 1讀出。又或，於電荷轉移期間，藉由使電荷儲存用電極區段24' 3之電位、電荷儲存用電極區段24' 2之電位、電荷儲存用電極區段24' 1之電位逐級變化(即藉由使其以階梯狀或斜坡狀變化)，而可使停留於與電荷儲存用電極區段24' 3對向之半導體材料層23B等區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24' 2對向之半導體材料層23B等區域，繼而使停留於與電荷儲存用電極區段24' 2對向之半導體材料層23B等區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24' 1對向之半導體材料層23B等區域，繼而將停留於與電荷儲存用電極區段24' 1對向之半導體材料層23B等區域之電子向第1浮動擴散層FD 1確實地讀出。
於圖46中示出構成實施例11之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，可將重置電晶體TR3 rst之另一源極/汲極區域51B接地而代替連接於電源V DD。
實施例11之攝像元件中，亦藉由採用此種構成而形成一種電荷轉移梯度。即，電荷儲存用電極區段之面積自第1號光電轉換部區段10' 1至第N號光電轉換部區段10' N而逐漸變小，因此於電荷儲存期間，若成為V 12≧V 11之狀態，則第n號光電轉換部區段可比第(n＋1)號光電轉換部區段儲存更多電荷。並且，於電荷轉移期間，若成為V 22＜V 21之狀態，則可確實地確保電荷自第1號光電轉換部區段向第1電極流動、電荷自第(n＋1)號光電轉換部區段向第n號光電轉換部區段流動。 [實施例12]
實施例12關於第6構成之攝像元件。於圖47中示出實施例12之攝像元件之模式性局部剖視圖。又，於圖48A及圖48B中示出實施例12中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。實施例12之攝像元件具備積層第1電極21、半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部，光電轉換部進而具備與第1電極21相隔而配置且介隔絕緣層82而與半導體材料層23B對向配置之電荷儲存用電極24(24" 1、24" 2、24" 3)。並且，於將電荷儲存用電極24(24" 1、24" 2、24" 3)、絕緣層82、半導體材料層23B及光電轉換層23A之積層方向設為Z方向，將離開第1電極21之方向設為X方向時，沿YZ假想平面將積層電荷儲存用電極24(24" 1、24" 2、24" 3)、絕緣層82、半導體材料層23B及光電轉換層23A而成之積層部分切斷時之積層部分之截面積取決於距第1電極21之距離而變化。
具體而言，實施例12之攝像元件中，積層部分之截面之厚度固定不變，積層部分之截面之寬度越遠離第1電極21而越變窄。再者，寬度可連續地變窄(參照圖48A)，亦可以階梯狀變窄(參照圖48B)。
如上所述，實施例12之攝像元件中，沿YZ假想平面將積層電荷儲存用電極24(24" 1、24" 2、24" 3)、絕緣層82及光電轉換層23A而成之積層部分切斷時之積層部分之截面積取決於距第1電極之距離而變化，因此形成一種電荷轉移梯度，能夠更容易且確實地將由光電轉換所產生之電荷轉移。 [實施例13]
實施例13關於第1構成及第2構成之固體攝像裝置。
實施例13之固體攝像裝置具有複數個攝像元件，該攝像元件 具備積層第1電極21、半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備與第1電極21相隔而配置且介隔絕緣層82而與半導體材料層23B對向配置之電荷儲存用電極24， 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 構成攝像元件區塊之複數個攝像元件共有第1電極21。
又或，實施例13之固體攝像裝置具備複數個實施例1～實施例12中所說明之攝像元件。
實施例13中，對複數個攝像元件設置一個浮動擴散層。並且，藉由適當控制電荷轉移期間之時點，能夠使複數個攝像元件共有一個浮動擴散層。並且，於該情形時，複數個攝像元件可共有一個接觸孔部。
再者，除了構成攝像元件區塊之複數個攝像元件共有第1電極21之方面以外，實施例13之固體攝像裝置具有實質上與實施例1～實施例12中所說明之固體攝像裝置相同之構成、構造。
於圖49(實施例13)、圖50(實施例13之第1變化例)、圖51(實施例13之第2變化例)、圖52(實施例13之第3變化例)及圖53(實施例13之第4變化例)中模式性地示出實施例13之固體攝像裝置中之第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態。圖49、圖50、圖53及圖54中圖示16個攝像元件，圖51及圖52中圖示12個攝像元件。並且，由2個攝像元件構成攝像元件區塊。以虛線包圍而示出攝像元件區塊。對第1電極21、電荷儲存用電極24標註之下標係用以區別第1電極21、電荷儲存用電極24者。以下之說明中亦相同。又，於一個攝像元件之上方配設有一個晶載微透鏡(圖49～圖58中未圖示)。並且，於一個攝像元件區塊中隔著第1電極21配置有2個電荷儲存用電極24(參照圖49、圖50)。又或，與並列設置之2個電荷儲存用電極24對向而配置有1個第1電極21(參照圖53、圖54)。即，第1電極係與各攝像元件之電荷儲存用電極鄰接配置。又或，第1電極與複數個攝像元件之一部分電荷儲存用電極鄰接而配置，但與複數個攝像元件之剩餘之電荷儲存用電極並非鄰接而配置(參照圖51、圖52)，於該情形時，電荷自複數個攝像元件之剩餘者向第1電極之移動成為經由複數個攝像元件之一部分之移動。構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離A大於與第1電極鄰接之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離B而使電荷自各攝像元件向第1電極之移動變得確實，因此較佳。又，較佳為位置距離第1電極越遠之攝像元件，越增大距離A之值。又，圖50、圖52及圖54所示之例中，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件之間配設有電荷移動控制電極27。藉由配設電荷移動控制電極27，可確實地抑制位置隔著電荷移動控制電極27之攝像元件區塊中之電荷之移動。再者，於將對電荷移動控制電極27施加之電位設為V 17時，設為V 12＞V 17即可。
電荷移動控制電極27可於第1電極側形成為與第1電極21或電荷儲存用電極24相同之位準，亦可形成為不同之位準(具體而言，較第1電極21或電荷儲存用電極24更下方之位準)。於前者之情形時，可縮短電荷移動控制電極27與光電轉換層之間之距離，因此容易控制電位。另一方面，於後者之情形時，可縮短電荷移動控制電極27與電荷儲存用電極24之間之距離，因此有利於微細化。
以下，對由第1電極21 2及2個電荷儲存用電極24 21、24 22構成之攝像元件區塊之動作進行說明。
於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極21 2施加電位V a，對電荷儲存用電極24 21、24 22施加電位V A。利用射入光電轉換層23A之光於光電轉換層23A中進行光電轉換。由光電轉換所產生之電洞自第2電極22經由配線V OU而被送出至驅動電路。另一方面，由於將第1電極21 2之電位設為高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21 2施加正電位，對第2電極22施加負電位，故而設為V A≧V a、較佳為V A＞V a。藉此，由光電轉換所產生之電子被吸引向電荷儲存用電極24 21、24 22，停留於與電荷儲存用電極24 21、24 22對向之半導體材料層23B等區域。即，電荷被儲存於半導體材料層23B等。由於V A≧V a，故而光電轉換層23A之內部產生之電子不會向第1電極21 2移動。隨著光電轉換之進行，與電荷儲存用電極24 21、24 22對向之半導體材料層23B等區域之電位變成更負側之值。
於電荷儲存期間之後期進行重置動作。藉此，第1浮動擴散層之電位被重置，第1浮動擴散層之電位成為電源之電位V DD。
重置動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極21 2施加電位V b，對電荷儲存用電極24 21施加電位V 21-B，對電荷儲存用電極24 22施加電位V 22-B。此處，設為V 21-B＜V b＜V 22-B。藉此，停留於與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域之電子被向第1電極21 2、進而第1浮動擴散層讀出。即，與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷被讀出至控制部。若讀出已結束，則設為V 22-B≦V 21-B＜V b。再者，於圖53、圖54所示之例中，亦可設為V 22-B＜V b＜V 21-B。藉此，停留於與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域之電子被向第1電極21 2、進而第1浮動擴散層讀出。又，圖51、圖52所示之例中，亦可將停留於與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域之電子經由電荷儲存用電極24 22所鄰接之第1電極21 3而向第1浮動擴散層讀出。如上所述，與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷被讀出至控制部。再者，若與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷向控制部之讀出已結束，則可重置第1浮動擴散層之電位。
於圖59A中示出實施例13之攝像元件區塊中之讀出驅動例，以如下流程，讀出來自與電荷儲存用電極24 21及電荷儲存用電極24 22對應之2個攝像元件之信號： [步驟-A] 對比較器輸入自動歸零信號 [步驟-B] 所共有之1個浮動擴散層之重置動作 [步驟-C] 與電荷儲存用電極24 21對應之攝像元件中之P相讀出及電荷向第1電極21 2之移動 [步驟-D] 與電荷儲存用電極24 21對應之攝像元件中之D相讀出及電荷向第1電極21 2之移動 [步驟-E] 所共有之1個浮動擴散層之重置動作 [步驟-F] 對比較器輸入自動歸零信號 [步驟-G] 與電荷儲存用電極24 22對應之攝像元件中之P相讀出及電荷向第1電極21 2之移動 [步驟-H] 與電荷儲存用電極24 22對應之攝像元件中之D相讀出及電荷向第1電極21 2之移動。 基於相關雙採樣(CDS)處理，[步驟-C]中之P相讀出與[步驟-D]中之D相讀出之差量為來自與電荷儲存用電極24 21對應之攝像元件之信號，[步驟-G]中之P相讀出與[步驟-H]中之D相讀出之差量為來自與電荷儲存用電極24 22對應之攝像元件之信號。
再者，亦可省略[步驟-E]之動作(參照圖59B)。又，亦可省略[步驟-F]之動作，於該情形時，可進一步省略[步驟-G](參照圖59C)，[步驟-C]中之P相讀出與[步驟-D]中之D相讀出之差量為來自與電荷儲存用電極24 21對應之攝像元件之信號，[步驟-D]中之D相讀出與[步驟-H]中之D相讀出之差量為來自與電荷儲存用電極24 22對應之攝像元件之信號。
於將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖55(實施例13之第6變化例)及圖56(實施例13之第7變化例)之變化例中，由4個攝像元件構成攝像元件區塊。該等固體攝像裝置之動作可設為實質上與圖49～圖54所示之固體攝像裝置之動作相同。
於將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖57及圖58之第8變化例及第9變化例中，由16個攝像元件構成攝像元件區塊。如圖57及圖58所示，於電荷儲存用電極24 11與電荷儲存用電極24 12之間、電荷儲存用電極24 12與電荷儲存用電極24 13之間、電荷儲存用電極24 13與電荷儲存用電極24 14之間配設有電荷移動控制電極27A 1、27A 2、27A 3。又，如圖58所示，於電荷儲存用電極24 21、24 31、24 41與電荷儲存用電極24 22、24 32、24 42之間、電荷儲存用電極24 22、24 32、24 42與電荷儲存用電極24 23、24 33、24 43之間、電荷儲存用電極24 23、24 33、24 43與電荷儲存用電極24 24、24 34、24 44之間配設有電荷移動控制電極27B 1、27B 2、27B 3。進而，於攝像元件區塊與攝像元件區塊之間配設有電荷移動控制電極27C。並且，於該等固體攝像裝置中，藉由控制16個電荷儲存用電極24，可自第1電極21讀出半導體材料層23B中所儲存之電荷。
[步驟-10] 具體而言，首先，自第1電極21讀出與電荷儲存用電極24 11對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷。繼而，使與電荷儲存用電極24 12對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷經由與電荷儲存用電極24 11對向之半導體材料層23B等區域而自第1電極21讀出。繼而，使與電荷儲存用電極24 13對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷經由與電荷儲存用電極24 12及電荷儲存用電極24 11對向之半導體材料層23B等區域而自第1電極21讀出。
[步驟-20] 其後，使與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 11對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 12對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 23對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 13對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 24對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 14對向之半導體材料層23B等區域。
[步驟-21] 使與電荷儲存用電極24 31對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 32對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 33對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 23對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 34對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 24對向之半導體材料層23B等區域。
[步驟-22] 使與電荷儲存用電極24 41對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 31對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 42對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 32對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 43對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 33對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 44對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 34對向之半導體材料層23B等區域。
[步驟-30] 然後，再次實行[步驟-10]，藉此可將與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、與電荷儲存用電極24 23對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、及與電荷儲存用電極24 24對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷經由第1電極21而讀出。
[步驟-40] 其後，使與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 11對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 12對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 23對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 13對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 24對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 14對向之半導體材料層23B等區域。
[步驟-41] 使與電荷儲存用電極24 31對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 32對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 33對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 23對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 34對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 24對向之半導體材料層23B等區域。
[步驟-50] 然後，再次實行[步驟-10]，藉此可將與電荷儲存用電極24 31對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、與電荷儲存用電極24 32對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、與電荷儲存用電極24 33對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、及與電荷儲存用電極24 34對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷經由第1電極21而讀出。
[步驟-60] 其後，使與電荷儲存用電極24 21對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 11對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 22對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 12對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 23對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 13對向之半導體材料層23B等區域。使與電荷儲存用電極24 24對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷移動至與電荷儲存用電極24 14對向之半導體材料層23B等區域。
[步驟-70] 然後，再次實行[步驟-10]，藉此可將與電荷儲存用電極24 41對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、與電荷儲存用電極24 42對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、與電荷儲存用電極24 43對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷、及與電荷儲存用電極24 44對向之半導體材料層23B等區域中所儲存之電荷經由第1電極21而讀出。
實施例13之固體攝像裝置中，構成攝像元件區塊之複數個攝像元件共有第1電極，因此可使排列有複數個攝像元件之像素區域之構成、構造簡潔化、微細化。再者，相對於1個浮動擴散層所設置之複數個攝像元件可由複數個第1型攝像元件構成，亦可由至少1個第1型攝像元件與1個或2個以上之第2型攝像元件構成。 [實施例14]
實施例14為實施例13之變形。於將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖60、圖61、圖62及圖63之實施例14之固體攝像裝置中，由2個攝像元件構成攝像元件區塊。並且，於攝像元件區塊之上方配設有1個晶載微透鏡14。再者，於圖61及圖63所示之例中，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件之間配設有電荷移動控制電極27。
例如，與構成攝像元件區塊之電荷儲存用電極24 11、24 21、24 31、24 41對應之光電轉換層對來自圖式中右斜上方之入射光具有較高之感度。又，與構成攝像元件區塊之電荷儲存用電極24 12、24 22、24 32、24 42對應之光電轉換層對來自圖式中左斜上方之入射光具有較高之感度。因此，例如藉由將具有電荷儲存用電極24 11之攝像元件與具有電荷儲存用電極24 12之攝像元件加以組合，而能夠獲得像面相位差信號。又，若將來自具有電荷儲存用電極24 11之攝像元件之信號與來自具有電荷儲存用電極24 12之攝像元件之信號相加，則藉由與該等攝像元件之組合，可構成1個攝像元件。於圖60所示之例中，於電荷儲存用電極24 11與電荷儲存用電極24 12之間配置有第1電極21 1，但如圖62所示之例般，藉由與並列設置之2個電荷儲存用電極24 11、24 12對向配置1個第1電極21 1，能夠謀求感度之進一步提高。
以上，已基於較佳之實施例對本發明進行了說明，但本發明並不限定於該等實施例。實施例中所說明之積層型攝像元件或攝像元件、固體攝像裝置之構造或構成、製造條件、製造方法、所使用之材料為例示，可適當變更。可將各實施例之攝像元件適當組合。可將本發明之攝像元件之構成、構造應用於發光元件、例如有機EL元件，亦可應用於薄膜電晶體之通道形成區域。例如，可將實施例7之攝像元件、實施例8之攝像元件、實施例9之攝像元件、實施例10之攝像元件及實施例11之攝像元件任意組合，亦可將實施例7之攝像元件、實施例8之攝像元件、實施例9之攝像元件、實施例10之攝像元件及實施例12之攝像元件任意組合。
視情況亦可將浮動擴散層FD 1、FD 2、FD 3、51C、45C、46C進行共有化。
於圖64中示出例如實施例1中所說明之攝像元件之變化例，如圖所示，第1電極21亦可設為於絕緣層82中所設置之開口部85A內延伸而與半導體材料層23B連接之構成。
又或，於圖65中示出例如實施例1中所說明之攝像元件之變化例，於圖66A中示出將第1電極之部分等放大之模式性局部剖視圖，如圖所示，第1電極21之頂面之緣部經絕緣層82被覆，於開口部85B之底面露出第1電極21，於將與第1電極21之頂面接觸之絕緣層82之面設為第1面82a、將與和電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B之部分接觸之絕緣層82之面設為第2面82b時，開口部85B之側面具有自第1面82a向第2面82b變寬之傾斜。如上所述，藉由使開口部85B之側面具有傾斜，電荷自半導體材料層23B向第1電極21移動變得更順利。再者，於圖66A所示之例中，以開口部85B之軸線為中心，開口部85B之側面為旋轉對稱，亦可如圖66B所示，以具有自第1面82a向第2面82b變寬之傾斜之開口部85C之側面位於電荷儲存用電極24側之方式設置開口部85C。藉此，電荷自隔著開口部85C而與電荷儲存用電極24為相反側之半導體材料層23B之部分起之移動變得難以進行。又，開口部85B之側面具有自第1面82a向第2面82b變寬之傾斜，但第2面82b中之開口部85B之側面之緣部可如圖66A所示般位於比第1電極21之緣部更外側，亦可如圖66C所示般位於比第1電極21之緣部更內側。藉由採用前者之構成，電荷之轉移變得更容易，藉由採用後者之構成，可減小形成開口部時之形狀偏差。
該等開口部85B、85C可藉由對包含基於蝕刻法於絕緣層形成開口部時所形成之抗蝕劑材料之蝕刻用遮罩進行回焊，而於蝕刻用遮罩之開口側面形成傾斜，並藉由使用該蝕刻用遮罩對絕緣層82進行蝕刻而形成。
又或，關於實施例5中所說明之電荷放出電極26，如圖67所示，可設為如下形態：半導體材料層23B於絕緣層82中所設置之第2開口部86A內延伸而與電荷放出電極26連接，電荷放出電極26之頂面之緣部經絕緣層82被覆，於第2開口部86A之底面露出電荷放出電極26，於將與電荷放出電極26之頂面接觸之絕緣層82之面設為第3面82c、將與和電荷儲存用電極24對向之半導體材料層23B之部分接觸之絕緣層82之面設為第2面82b時，第2開口部86A之側面具有自第3面82c向第2面82b變寬之傾斜。
又，於圖68中例如示出實施例1中所說明之攝像元件之變化例，如圖所示，亦可設為自第2電極22側入射光，於靠近第2電極22之光入射側形成遮光層15之構成。再者，亦可使設置於較光電轉換層更靠光入射側之各種配線作為遮光層而發揮功能。
再者，於圖68所示之例中，遮光層15係形成於第2電極22之上方，即，係於靠近第2電極22之光入射側且第1電極21之上方形成遮光層15，但亦可如圖69所示，配設於第2電極22之光入射側之面上。又，視情況亦可如圖70所示，於第2電極22形成遮光層15。
又或，亦可設為自第2電極22側入射光且光不會射入第1電極21之構造。具體而言，如圖68所示，於靠近第2電極22之光入射側且第1電極21之上方形成遮光層15。又或，如圖72所示，亦可設為於電荷儲存用電極24及第2電極22之上方設置晶載微透鏡14而使射入晶載微透鏡14之光集光至電荷儲存用電極24而不會到達第1電極21之構造。再者，如實施例4中所說明般，於設置有轉移控制用電極25之情形時，可設為光不會射入第1電極21及轉移控制用電極25之形態，具體而言，亦可如圖71所圖示般，設為於第1電極21及轉移控制用電極25之上方形成遮光層15之構造。又或，亦可設為射入晶載微透鏡14之光不會到達第1電極21或第1電極21及轉移控制用電極25之構造。
藉由採用該等構成、構造，又或，藉由以光僅射入位於電荷儲存用電極24之上方之光電轉換層23A之部分的方式設置遮光層15，又或，設計晶載微透鏡14，位於第1電極21之上方(或第1電極21及轉移控制用電極25之上方)之光電轉換層23A之部分變得無助於光電轉換，因此可更確實地同時重置全部像素，而能夠更容易地實現全域快門功能。即，於具備複數個具有該等構成、構造之攝像元件之固體攝像裝置之驅動方法中，反覆進行以下各步驟： 於全部之攝像元件中，同時一面將電荷儲存至半導體材料層23B等，一面將第1電極21中之電荷向系統外排出；其後， 於全部之攝像元件中，同時將半導體材料層23B等中所儲存之電荷向第1電極21轉移，轉移結束後，依序於各攝像元件中讀出轉移至第1電極21之電荷。
於此種固體攝像裝置之驅動方法中，各攝像元件具有自第2電極側入射之光不會射入第1電極之構造，於全部之攝像元件中同時一面將電荷儲存至半導體材料層等，一面將第1電極中之電荷向系統外排出，因此可於全部攝像元件中同時確實地進行第1電極之重置。並且，其後，於全部之攝像元件中同時將半導體材料層等中所儲存之電荷向第1電極轉移，轉移結束後，依序於各攝像元件中讀出轉移至第1電極之電荷。因此，可容易地實現所謂全域快門功能。
於形成在複數個攝像元件中共通化之1層半導體材料層23B之情形時，就保護半導體材料層23B之端部之觀點而言，較理想為半導體材料層23B之端部至少經光電轉換層23A被覆。此種情形時之攝像元件之構造設為如於圖1中示出模式性剖視圖之半導體材料層23B之右端所圖示之構造即可。
又，作為實施例4之變化例，亦可如圖73所示，自最靠近第1電極21之位置向電荷儲存用電極24設置複數個轉移控制用電極。再者，於圖73中示出設置有2個轉移控制用電極25A、25B之例。並且亦可設為如下構造：於電荷儲存用電極24及第2電極22上方設置晶載微透鏡14，射入晶載微透鏡14之光集光至電荷儲存用電極24，而不會到達第1電極21及轉移控制用電極25A、25B。
於圖37及圖38所示之實施例7中，藉由使電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3之厚度逐漸變薄，而使絕緣層區段82' 1、82' 2、82' 3之厚度逐漸變厚。另一方面，於圖74中示出將實施例7之變化例中之積層有電荷儲存用電極、半導體材料層、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖，如圖所示，可使電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3之厚度固定不變，使絕緣層區段82' 1、82' 2、82' 3之厚度逐漸變厚。再者，光電轉換層區段23' 1、23' 2、23' 3之厚度固定不變。
又，於圖40所示之實施例8中，藉由使電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層區段23' 1、23' 2、23' 3之厚度逐漸變厚。另一方面，於圖75中示出將實施例8之變化例中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖，如圖所示，可藉由使電荷儲存用電極區段24' 1、24' 2、24' 3之厚度固定不變，使絕緣層區段82' 1、82' 2、82' 3之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層區段23' 1、23' 2、23' 3之厚度逐漸變厚。
以上所說明之各種變化例當然亦可應用於實施例2～實施例14。
實施例中，列舉應用於將以與入射光量對應之信號電荷作為物理量檢測之單位像素以矩陣狀配置而成之CMOS型固體攝像裝置之情形為例進行了說明，但並不限於應用於CMOS型固體攝像裝置，亦可應用於CCD型固體攝像裝置。於後者之情形時，信號電荷藉由CCD型構造之垂直轉移暫存器沿垂直方向轉移，藉由水平轉移暫存器沿水平方向轉移，被放大，藉此輸出像素信號(圖像信號)。又，亦不限定於以二維矩陣狀形成像素、對每行像素配置行信號處理電路而成之行方式之固體攝像裝置全體。進而，視情況亦可省略選擇電晶體。
進而，本發明之攝像元件並不限於應用於檢測可見光之入射光量之分佈並以圖像之形式攝像之固體攝像裝置，亦可應用於將紅外線或X射線、或者粒子等之入射量之分佈以圖像之形式攝像之固體攝像裝置。又，廣義而言，可應用於檢測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並以圖像之形式攝像之指紋檢測感測器等固體攝像裝置(物理量分佈檢測裝置)全體。
進而，並不限於按照列單位依序掃描攝像區域之各單位像素而根據各單位像素讀出像素信號之固體攝像裝置。亦可應用於以像素單位選擇任意之像素並根據選擇像素以像素單位讀出像素信號之X-Y位址型之固體攝像裝置。固體攝像裝置可為以單晶片之形式形成之形態，亦可為將攝像區域與驅動電路或光學系統統一封裝之具有攝像功能之模組狀之形態。
又，並不限於應用於固體攝像裝置，亦可應用於攝像裝置。此處，所謂攝像裝置係指數位靜態相機或攝錄影機等之相機系統、或者行動電話等具有攝像功能之電子機器。亦包括搭載於電子機器之模組狀之形態、即以相機模組作為攝像裝置之情形。
於圖77中以概念圖之形式示出將由本發明之攝像元件構成之固體攝像裝置201用於電子機器(相機)200之例。電子機器200具有固體攝像裝置201、光學透鏡210、快門裝置211、驅動電路212、及信號處理電路213。光學透鏡210使來自被攝體之圖像光(入射光)於固體攝像裝置201之攝像面上成像。藉此將信號電荷於固體攝像裝置201內儲存一定時間。快門裝置211對向固體攝像裝置201之光照射時間及遮光時間進行控制。驅動電路212係供給對固體攝像裝置201之轉移動作等及快門裝置211之快門動作進行控制之驅動信號。根據由驅動電路212供給之驅動信號(時點信號)進行固體攝像裝置201之信號轉移。信號處理電路213進行各種信號處理。已進行信號處理之影像信號由記憶體等記憶媒體所記憶，或被輸出至監控器。利用此種電子機器200可達成固體攝像裝置201中之像素尺寸之微細化及電荷轉移效率之提高，因此可獲得像素特性提高之電子機器200。作為可應用固體攝像裝置201之電子機器200，並不限於相機，可應用於適於數位靜態相機、行動電話等移動式機器之相機模組等攝像裝置。
本發明之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可以搭載於汽車、電動汽車、油電混合車、機車、腳踏車、個人移動設備、飛機、遙控飛機、船舶、機器人等任一種移動體之裝置之形式實現。
圖84係表示作為可應用本發明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區塊圖。
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。於圖84所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、車身系統控制單元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，圖示出微電腦12051、聲頻圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface)12053。
驅動系統控制單元12010係依照各種程式對與車輛之驅動系統相關之裝置之動作進行控制。例如，驅動系統控制單元12010係作為內燃機或驅動用馬達等用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以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控制裝置而發揮功能。
車身系統控制單元12020係依照各種程式對裝備於車體之各種裝置之動作進行控制。例如，車身系統控制單元12020係作為無鑰匙進入系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或者頭燈、倒行燈、刹車燈、轉向燈或霧燈等各種燈之控制裝置而發揮功能。於該情形時，可對車身系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜式機器發送之電波或各種開關之信號。車身系統控制單元12020接收該等電波或信號之輸入而對車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈等進行控制。
車外資訊檢測單元12030係檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛之外部之資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，並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係接收光並輸出與該光之接收光量對應之電信號之光感測器。攝像部12031可將電信號以圖像之形式輸出，亦可以測距之資訊之形式輸出。又，攝像部12031所接收之光可為可見光，亦可為紅外線等不可見光。
車內資訊檢測單元12040係檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040例如連接檢測駕駛員狀態之駕駛員狀態檢測部12041。駕駛員狀態檢測部12041包括例如拍攝駕駛員之相機，車內資訊檢測單元12040基於自駕駛員狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，可算出駕駛員之疲勞程度或集中程度，亦可判別出駕駛員是否打瞌睡。
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獲得之車內外之資訊，運算出驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，而對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行目的在於實現包括車輛之碰撞避免或衝擊緩和、基於車間距離之跟隨行駛、保持車速行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道偏離警告等在內之ADAS(Advanced Driver Assistance System，先進駕駛輔助系統)之功能之協調控制。
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獲得之車輛周圍之資訊對驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等進行控制，可進行以不依靠駕駛員之操作而自主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獲得之車外之資訊對車身系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據由車外資訊檢測單元12030檢測之前車或對向車之位置控制頭燈，進行以將遠光切換為近光等意在防眩為目的之協調控制。
聲頻圖像輸出部12052向能夠以視覺或聽覺方式對車輛之搭乗者或車外通知資訊之輸出裝置傳送聲頻及圖像中之至少一者之輸出信號。於圖84之例中，作為輸出裝置而例示音響揚聲器12061、顯示部12062及儀錶板12063。顯示部12062例如可包含機載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖85係表示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖85中，車輛12100具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105例如係設置於車輛12100之前保桿、側鏡、後保桿、後門及車室內之前窗玻璃之上部等位置。前保桿所具備之攝像部12101及車室內之前窗玻璃之上部所具備之攝像部12105主要獲得車輛12100之前方之圖像。側鏡所具備之攝像部12102、12103主要獲得車輛12100之側方之圖像。後保桿或後門所具備之攝像部12104主要獲得車輛12100之後方之圖像。由攝像部12101及12105獲得之前方之圖像主要用於前車或行人、障礙物、信號機、交通標識或車道等之檢測。
再者，於圖85中示出攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前保桿之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113表示分別設置於側鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保桿或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由將由攝像部12101至12104拍攝之圖像資料重合，而可獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少一者可具有獲得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少一者可為包含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基於由攝像部12101至12104獲得之距離資訊，求出距攝像範圍12111至12114內之各立體物之距離、及該距離隨時間之變化(相對於車輛12100之相對速度)，藉此可尤其將位於車輛12100之行進路上之最近且沿與車輛12100大致相同之方向以特定之速度(例如，0 km/h以上)行駛之立體物作為前車而抽出。進而，微電腦12051可設定應預先確保靠近前車之車間距離，進行自動刹車控制(亦包括跟隨停止控制)或自動加速控制(亦包括跟隨發動控制)等。由此可進行以不依靠駕駛員之操作而自主行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051可基於由攝像部12101至12104獲得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為二輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電傳線桿等其他立體物而抽出，用於障礙物之自動回避。例如，微電腦12051將車輛12100之周邊之障礙物辨別為車輛12100之司機能夠視認之障礙物與難以視認之障礙物。並且，微電腦12051判斷表示與各障礙物之碰撞之危險度之碰撞風險，於碰撞風險為設定值以上而存在碰撞可能性之狀況時，經由音響揚聲器12061或顯示部12062對司機輸出警報、或者經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或回避控向，藉此可進行用以避免碰撞之駕駛輔助。
攝像部12101至12104之至少一者可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在行人而識別行人。該行人之識別係藉由將例如作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像中之特徵點抽出之程序、及對表現出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。若微電腦12051判定於攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人並識別出行人，則聲頻圖像輸出部12052以對該所識別之行人重疊顯示用以強調之方形輪廓線之方式控制顯示部12062。又，聲頻圖像輸出部12052亦可以於所需之位置顯示表示行人之圖符等之方式控制顯示部12062。
又，例如，本發明之技術亦可應用於內視鏡手術系統。
圖86係表示可應用本發明之技術(本技術)之內視鏡手術系統的概略構成之一例之圖。
於圖86中，圖示出術者(醫生)11131使用內視鏡手術系統11000對病床11133上之患者11132進行手術之情況。如圖所示，內視鏡手術系統11000包括內視鏡11100、腹腔管11111或能量處理器具11112等其他手術工具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。
內視鏡11100包括將距前端特定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之基端之相機頭11102。於圖示之例中，圖示出以具有硬性之鏡筒11101之所謂硬性鏡之方式構成之內視鏡11100，但內視鏡11100亦可以具有軟性之鏡筒之所謂軟性鏡之方式構成。
於鏡筒11101之前端設置有嵌入有物鏡之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光藉由延設於鏡筒11101之內部之導光件被導至該鏡筒之前端，經由物鏡而向患者11132之體腔內之觀察對象照射。再者，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於相機頭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)藉由該光學系統而集光至該攝像元件。藉由該攝像元件將觀察光進行光電轉換，而產生與觀察光對應之電信號、即與觀察圖像對應之圖像信號。該圖像信號以RAW資料之形式被傳送至相機控制單元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU11201包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖像處理單元)等，對內視鏡11100及顯示裝置11202之動作進行總括控制。進而，CCU11201自相機頭11102接收圖像信號，並對該圖像信號實施例如顯影處理(解馬賽克處理)等用以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CCU11201之控制，而顯示基於經該CCU11201實施圖像處理之圖像信號之圖像。
光源裝置11203例如包含LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等光源，將拍攝手術部位等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204係針對內視鏡手術系統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輸入各種資訊或指示。例如，使用者輸入意在改變內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦點距離等)之指示等。
處理器具控制裝置11205對用於組織之燒灼、切開或血管之閉合等之能量處理器具11112之驅動進行控制。腹腔裝置11206以確保內視鏡11100之視野及術者之作業空間為目的，為了使患者11132之體腔膨脹，而經由腹腔管11111向該體腔內送入氣體。記錄器11207係能夠記錄與手術相關之各種資訊之裝置。印表機11208係能夠將與手術相關之各種資訊以文本、圖像或圖表等各種形式印刷之裝置。
再者，向內視鏡11100供給拍攝手術部位時之照射光之光源裝置11203例如可包含LED、雷射光源或由該等之組合構成之白色光源。於由RGB雷射光源之組合構成白色光源之情形時，可高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時點，因此於光源裝置11203中可進行攝像圖像之白平衡之調整。又，於該情形時，將來自各RGB雷射光源之雷射光分時向觀察對象照射，與該照射時點同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，藉此亦可分時拍攝與各RGB對應之圖像。根據該方法，即便不於該攝像元件設置彩色濾光片，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203亦可以按照特定之時間間隔改變所輸出之光之強度之方式控制該驅動。與該光之強度之改變時點同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動而分時獲得圖像，並將該圖像加以合成，藉此可產生不存在所謂曝光不足及曝光過度之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可以能夠供給與特殊光觀察對應之特定波長頻帶之光之方式構成。於特殊光觀察中，進行如下之所謂窄頻帶光觀察(Narrow Band Imaging)：例如利用體組織中之光吸收之波長依存性，與通常之觀察時之照射光(即白色光)相比而照射窄頻帶之光，藉此以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定之組織。或於特殊光觀察中，亦可進行利用藉由照射激發光產生之螢光獲得圖像之螢光觀察。於螢光觀察中，可對體組織照射激發光而觀察來自該體組織之螢光(自發螢光觀察)；或將吲哚菁綠(ICG)等試劑局部注射至體組織並且對該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圖像等。光源裝置11203可以能夠供給與此種特殊光觀察對應之窄頻帶光及/或激發光之方式構成。
圖87係表示圖86所示之相機頭11102及CCU11201之功能構成之一例的區塊圖。
相機頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404、及相機頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像處理部11412、及控制部11413。相機頭11102與CCU11201藉由傳輸電纜11400而以能夠互相通信之方式連接。
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之前端擷取之觀察光被導至相機頭11102，射入該透鏡單元11401。透鏡單元11401係將包括可變焦距透鏡及聚焦透鏡在內之複數個透鏡加以組合而構成。
攝像部11402係由攝像元件構成。構成攝像部11402之攝像元件可為1個(所謂單晶片式)，亦可為複數個(所謂多晶片式)。於攝像部11402由多晶片式構成之情形時，例如可由各攝像元件產生分別與RGB對應之圖像信號，而合成該等，藉此獲得彩色圖像。或攝像部11402可以具有用以分別獲得與3D(Dimensional)顯示對應之右眼用及左眼用之圖像信號之1對攝像元件之方式構成。藉由進行3D顯示，術者11131能夠更準確地把握手術部位處之活體組織之深度。再者，於攝像部11402由多晶片式構成之情形時，可與各攝像元件對應地亦設置複數個系統之透鏡單元11401。
又，攝像部11402可未必設置於相機頭11102。例如，攝像部11402亦可設置於鏡筒11101之內部、物鏡之正後方。
驅動部11403包含致動器，藉由來自相機頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之可變焦距透鏡及聚焦透鏡沿光軸僅移動特定之距離。藉此，可適當調整由攝像部11402獲得之攝像圖像之倍率及焦點。
通信部11404包含用以在與CCU11201之間接收傳送各種資訊之通信裝置。通信部11404將由攝像部11402獲得之圖像信號以RAW資料之形式經由傳輸電纜11400而傳送至CCU11201。
又，通信部11404自CCU11201接收用以控制相機頭11102之驅動之控制信號，並供給至相機頭控制部11405。該控制信號包括例如意在指定攝像圖像之幀頻之資訊、意在指定攝像時之曝光值之資訊、及/或意在指定攝像圖像之倍率及焦點之資訊等與攝像條件相關之資訊。
再者，上述幀頻或曝光值、倍率、焦點等攝像條件可由使用者適當指定，亦可基於所獲得之圖像信號而由CCU11201之控制部11413自動設定。於後者之情形時，所謂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)功能搭載於內視鏡11100。
相機頭控制部11405基於經由通信部11404接收之來自CCU11201之控制信號對相機頭11102之驅動進行控制。
通信部11411包含用以在與相機頭11102之間接收傳送各種資訊之通信裝置。通信部11411自相機頭11102接收經由傳輸電纜11400傳送之圖像信號。
又，通信部11411對相機頭11102傳送用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電通信或光通信等進行傳送。
圖像處理部11412對自相機頭11102傳送之作為RAW資料之圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行與利用內視鏡11100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的各種控制。例如，控制部11413產生用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於經圖像處理部11412實施圖像處理之圖像信號，使顯示裝置11202顯示映出手術部位等之攝像圖像。此時，控制部11413亦可使用各種圖像識別技術識別攝像圖像內之各種物體。例如，控制部11413藉由對攝像圖像所含之物體之邊緣形狀或顏色等進行檢測，可識別出鉗子等手術工具、特定之活體部位、出血、能量處理器具11112之使用時之霧等。控制部11413於使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，亦可使用該識別結果，使各種手術輔助資訊重疊顯示於該手術部位之圖像。藉由將手術輔助資訊重疊顯示，對術者11131進行提示，可減輕術者11131之負擔、或使術者11131確實地進行手術。
連接相機頭11102及CCU11201之傳輸電纜11400係應對電信號之通信之電信號電纜、應對光通信之光纖、或該等之複合電纜。
此處，圖示之例中係使用傳輸電纜11400進行有線通信，但相機頭11102與CCU11201之間之通信亦可以無線方式進行。
再者，此處作為一例而對內視鏡手術系統進行了說明，但除此以外，本發明之技術亦可應用於例如顯微鏡手術系統等。
再者，本發明亦可採用如以下之構成。 [A01]《攝像元件：第1態樣》 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 於第1電極與光電轉換層之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層，並且 包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同(或大致相同)之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之(或者假設生成時之)生成能為正值。 [A02]如[A01]所記載之攝像元件，其中生成能之定義如下：其係由用以生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之複數種起始物質生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能。 [A03]如[A01]或[A02]所記載之攝像元件，其中起始物質分別包含構成無機氧化物半導體材料之金屬原子。 [A04]如[A03]所記載之攝像元件，其中構成無機氧化物半導體材料之金屬元素具有閉殼d軌域。 [A05]如[A02]至[A04]中任一項所記載之攝像元件，其中起始物質分別係由包含構成無機氧化物半導體材料之金屬原子及氧原子之氧化物構成。 [A06]如[A03]至[A05]中任一項所記載之攝像元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、金、鋅、鎵、鍺、銦、錫及鉈所組成之群中之金屬原子。 [A07]如[A06]所記載之攝像元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、鋅、鎵、鍺及錫所組成之群中之金屬原子。 [A08]如[A01]至[A05]中任一項所記載之攝像元件，其中半導體材料層包含Ga x1Sn y1O，且滿足 0.28≦[y1/(x1＋y1)]≦0.38。 [A09]《攝像元件：第2態樣》 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 於第1電極與光電轉換層之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層，並且 具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之組成包含N種金屬原子M n(其中，n＝2、3・・・N)及氧原子， 於基於包含金屬原子M n及氧原子之N種金屬氧化物之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之(或者假設生成時之)反應能為正值。 [A10]如[A09]所記載之攝像元件，其中金屬原子具有閉殼d軌域。 [A11]如[A09]或[A10]所記載之攝像元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、金、鋅、鎵、鍺、銦、錫及鉈所組成之群中之金屬原子。 [A12]如[A11]所記載之攝像元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、鋅、鎵、鍺及錫所組成之群中之金屬原子。 [A13]如[A09]或[A10]所記載之攝像元件，其中半導體材料層包含Ga x1Sn y1O，且滿足 0.28≦[y1/(x1＋y1)]≦0.38。 [A14]如[A01]至[A13]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部進而具備絕緣層、及與第1電極相隔而配置且介隔絕緣層而與半導體材料層對向配置之電荷儲存用電極。 [A15]如[A01]至[A14]中任一項所記載之攝像元件，其中構成位於半導體材料層附近之光電轉換層之部分之材料之LUMO值E 1、及構成半導體材料層之材料之LUMO值E 2滿足以下之式。 E 2－E 1≧0.1 eV [A16]如[A15]所記載之攝像元件，其滿足以下之式。 E 2－E 1＞0.1 eV [A17]如[A01]至[A16]中任一項所記載之攝像元件，其中構成半導體材料層之材料之遷移率為10 cm 2/V・s以上。 [A18]如[A01]至[A17]中任一項所記載之攝像元件，其中半導體材料層之厚度為1×10 -8m至1.5×10 -7m。 [A19]如[A01]至[A18]中任一項所記載之攝像元件，其中自第2電極入射光， 光電轉換層與半導體材料層之界面處之半導體材料層之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，半導體材料層之均方根粗糙度Rq之值為2.5 nm以下。 [B01]如[A01]至[A19]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部進而具備絕緣層、及與第1電極相隔而配置且介隔絕緣層而與半導體材料層對向配置之電荷儲存用電極。 [B02]如[B01]所記載之攝像元件，其進而具備半導體基板，且 光電轉換部配置於半導體基板之上方。 [B03]如[B01]或[B02]所記載之攝像元件，其中第1電極於絕緣層中所設置之開口部內延伸而與半導體材料層連接。 [B04]如[B01]或[B02]所記載之攝像元件，其中半導體材料層於絕緣層中所設置之開口部內延伸而與第1電極連接。 [B05]如[B04]所記載之攝像元件，其中第1電極之頂面之緣部經絕緣層被覆， 於開口部之底面露出第1電極， 於將與第1電極之頂面接觸之絕緣層之面設為第1面、將與和電荷儲存用電極對向之半導體材料層之部分接觸之絕緣層之面設為第2面時，開口部之側面具有自第1面向第2面變寬之傾斜。 [B06]如[B05]所記載之攝像元件，其中具有自第1面向第2面變寬之傾斜之開口部之側面位於電荷儲存用電極側。 [B07]《第1電極及電荷儲存用電極之電位之控制》 如[B01]至[B06]中任一項所記載之攝像元件，其進而具備設置於半導體基板上且具有驅動電路之控制部， 第1電極及電荷儲存用電極連接於驅動電路， 於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 11、對電荷儲存用電極施加電位V 12，將電荷儲存於半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 21、對電荷儲存用電極施加電位V 22，將半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)中所儲存之電荷經由第1電極讀出至控制部。 其中，第1電極之電位高於第2電極之電位， V 12≧V 11且V 22＜V 21。 [B08]《轉移控制用電極》 如[B01]至[B07]中任一項所記載之攝像元件，其於第1電極與電荷儲存用電極之間進而具備與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置且介隔絕緣層而與半導體材料層對向配置之轉移控制用電極。 [B09]《第1電極、電荷儲存用電極及轉移控制用電極之電位之控制》 如[B08]所記載之攝像元件，其進而具備設置於半導體基板上且具有驅動電路之控制部， 第1電極、電荷儲存用電極及轉移控制用電極連接於驅動電路， 於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 11、對電荷儲存用電極施加電位V 12、對轉移控制用電極施加電位V 13，將電荷儲存於半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 21、對電荷儲存用電極施加電位V 22、對轉移控制用電極施加電位V 23，將半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)中所儲存之電荷經由第1電極讀出至控制部。 其中，第1電極之電位高於第2電極之電位， V 12＞V 13且V 22≦V 23≦V 21。 [B10]《電荷放出電極》 如[B01]至[B09]中任一項所記載之攝像元件，其進而具備連接於半導體材料層且與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置之電荷放出電極。 [B11]如[B10]所記載之攝像元件，其中電荷放出電極以包圍第1電極及電荷儲存用電極之方式配置。 [B12]如[B10]或[B11]所記載之攝像元件，其中半導體材料層於絕緣層中所設置之第2開口部內延伸而與電荷放出電極連接， 電荷放出電極之頂面之緣部經絕緣層被覆， 於第2開口部之底面露出電荷放出電極， 於將與電荷放出電極之頂面接觸之絕緣層之面設為第3面、將與和電荷儲存用電極對向之半導體材料層之部分接觸之絕緣層之面設為第2面時，第2開口部之側面具有自第3面向第2面變寬之傾斜。 [B13]《第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極之電位之控制》 如[B10]至[B12]中任一項所記載之攝像元件，其進而具備設置於半導體基板上且具有驅動電路之控制部， 第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極連接於驅動電路， 於電荷儲存期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 11、對電荷儲存用電極施加電位V 12、對電荷放出電極施加電位V 14，將電荷儲存於半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷轉移期間，由驅動電路對第1電極施加電位V 21、對電荷儲存用電極施加電位V 22、對電荷放出電極施加電位V 24，將半導體材料層(或半導體材料層及光電轉換層)中所儲存之電荷經由第1電極讀出至控制部。 其中，第1電極之電位高於第2電極之電位， V 14＞V 11且V 24＜V 21。 [B14]《電荷儲存用電極區段》 如[B01]至[B13]中任一項所記載之攝像元件，其中電荷儲存用電極係由複數個電荷儲存用電極區段構成。 [B15]如[B14]所記載之攝像元件，其中於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，於電荷轉移期間，對位於最靠近第1電極之位置之電荷儲存用電極區段施加之電位高於對位於最遠離第1電極之位置之電荷儲存用電極區段施加之電位， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，於電荷轉移期間，對位於最靠近第1電極之位置之電荷儲存用電極區段施加之電位低於對位於最遠離第1電極之位置之電荷儲存用電極區段施加之電位。 [B16]如[B01]至[B15]中任一項所記載之攝像元件，其中於半導體基板設置有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體， 第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。 [B17]如[B16]所記載之攝像元件，其中於半導體基板進而設置有構成控制部之重置電晶體及選擇電晶體， 浮動擴散層連接於重置電晶體之一源極/汲極區域， 放大電晶體之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體之一源極/汲極區域，選擇電晶體之另一源極/汲極區域連接於信號線。 [B18]如[B01]至[B17]中任一項所記載之攝像元件，其中電荷儲存用電極之大小大於第1電極。 [B19]如[B01]至[B18]中任一項所記載之攝像元件，其中自第2電極側入射光，於靠近第2電極之光入射側形成遮光層。 [B20]如[B01]至[B18]中任一項所記載之攝像元件，其中自第2電極側入射光，且光不會射入第1電極。 [B21]如[B20]所記載之攝像元件，其中於靠近第2電極之光入射側且第1電極之上方形成遮光層。 [B22]如[B20]所記載之攝像元件，其中於電荷儲存用電極及第2電極之上方設置晶載微透鏡， 使射入晶載微透鏡之光集光至電荷儲存用電極。 [B23]《攝像元件：第1構成》 如[B01]至[B22]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 半導體材料層及光電轉換層係由N個光電轉換層區段構成， 絕緣層係由N個絕緣層區段構成， 電荷儲存用電極係由N個電荷儲存用電極區段構成， 第n號(其中，n＝1、2、3・・・N)光電轉換部區段係由第n號電荷儲存用電極區段、第n號絕緣層區段及第n號光電轉換層區段構成， n之值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極越遠， 絕緣層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化。 [B24]《攝像元件：第2構成》 如[B01]至[B22]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 半導體材料層及光電轉換層係由N個光電轉換層區段構成， 絕緣層係由N個絕緣層區段構成， 電荷儲存用電極係由N個電荷儲存用電極區段構成， 第n號(其中，n＝1、2、3・・・N)光電轉換部區段係由第n號電荷儲存用電極區段、第n號絕緣層區段及第n號光電轉換層區段構成， n之值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極越遠， 光電轉換層區段之厚度自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸變化。 [B25]《攝像元件：第3構成》 如[B01]至[B22]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 半導體材料層及光電轉換層係由N個光電轉換層區段構成， 絕緣層係由N個絕緣層區段構成， 電荷儲存用電極係由N個電荷儲存用電極區段構成， 第n號(其中，n＝1、2、3・・・N)光電轉換部區段係由第n號電荷儲存用電極區段、第n號絕緣層區段及第n號光電轉換層區段構成， n之值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極越遠， 鄰接之光電轉換部區段中構成絕緣層區段之材料不同。 [B26]《攝像元件：第4構成》 如[B01]至[B22]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 半導體材料層及光電轉換層係由N個光電轉換層區段構成， 絕緣層係由N個絕緣層區段構成， 電荷儲存用電極係由相互相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段構成， 第n號(其中，n＝1、2、3・・・N)光電轉換部區段係由第n號電荷儲存用電極區段、第n號絕緣層區段及第n號光電轉換層區段構成， n之值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極越遠， 鄰接之光電轉換部區段中構成電荷儲存用電極區段之材料不同。 [B27]《攝像元件：第5構成》 如[B01]至[B22]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 半導體材料層及光電轉換層係由N個光電轉換層區段構成， 絕緣層係由N個絕緣層區段構成， 電荷儲存用電極係由相互相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段構成， 第n號(其中，n＝1、2、3・・・N)光電轉換部區段係由第n號電荷儲存用電極區段、第n號絕緣層區段及第n號光電轉換層區段構成， n之值越大之光電轉換部區段之位置距離第1電極越遠， 電荷儲存用電極區段之面積自第1號光電轉換部區段至第N號光電轉換部區段而逐漸減小。 [B28]《攝像元件：第6構成》 如[B01]至[B22]中任一項所記載之攝像元件，其中於將電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料層及光電轉換層之積層方向設為Z方向，將離開第1電極之方向設為X方向時，沿YZ假想平面將積層電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料層及光電轉換層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面積取決於距第1電極之距離而變化。 [C01]《積層型攝像元件》 一種積層型攝像元件，其具有至少1個如[A01]至[A19]中任一項所記載之攝像元件。 [C02]《積層型攝像元件》 一種積層型攝像元件，其具有至少1個如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件。 [D01]《固體攝像裝置：第1態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個如[A01]至[A19]中任一項所記載之攝像元件。 [D02]《固體攝像裝置：第1態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件。 [D03]《固體攝像裝置：第2態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個如[C01]所記載之積層型攝像元件。 [D04]《固體攝像裝置：第2態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個如[C02]所記載之積層型攝像元件。 [E01]《固體攝像裝置：第1構成》 一種固體攝像裝置，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 光電轉換部具有複數個如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件， 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 構成攝像元件區塊之複數個攝像元件共有第1電極。 [E02]《固體攝像裝置：第2構成》 一種固體攝像裝置，其具有複數個如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件， 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 構成攝像元件區塊之複數個攝像元件共有第1電極。 [E03]如[E01]或[E02]所記載之固體攝像裝置，其中於1個攝像元件之上方配設1個晶載微透鏡。 [E04]如[E01]或[E02]所記載之固體攝像裝置，其中由2個攝像元件構成攝像元件區塊， 於攝像元件區塊之上方配設1個晶載微透鏡。 [E05]如[E01]至[E04]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中對複數個攝像元件設置1個浮動擴散層。 [E06]如[E01]至[E05]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中第1電極係與各攝像元件之電荷儲存用電極鄰接配置。 [E07]如[E01]至[E06]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中第1電極與複數個攝像元件之一部分電荷儲存用電極鄰接而配置，但與複數個攝像元件之剩餘之電荷儲存用電極並非鄰接而配置。 [E08]如[E07]所記載之固體攝像裝置，其中構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離大於與第1電極鄰接之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離。 [F01]《固體攝像裝置之驅動方法》 一種固體攝像裝置之驅動方法，該固體攝像裝置具備複數個如下之攝像元件：其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備與第1電極相隔而配置且介隔絕緣層而與光電轉換層對向配置之電荷儲存用電極， 且具有自第2電極側入射光且光不會射入第1電極之構造，該固體攝像裝置之驅動方法係反覆進行以下各步驟： 於全部之攝像元件中同時一面將電荷儲存至半導體材料層，一面將第1電極中之電荷向系統外排出；其後， 於全部之攝像元件中同時將半導體材料層中所儲存之電荷向第1電極轉移，轉移結束後，依序於各攝像元件中讀出轉移至第1電極之電荷。
10' 1:光電轉換部區段 10' 2:光電轉換部區段 10' 3:光電轉換部區段 13:較層間絕緣層而位於下方之各種攝像元件構成要素 14:晶載微透鏡(OCL) 15:遮光層 21:第1電極 21 1:第1電極 21 2:第1電極 21 3:第1電極 22:第2電極 23A:光電轉換層 23B:半導體材料層 23' 1:光電轉換層區段 23' 2:光電轉換層區段 23' 3:光電轉換層區段 24:電荷儲存用電極 24 11:電荷儲存用電極 24 12:電荷儲存用電極 24 13:電荷儲存用電極 24 14:電荷儲存用電極 24 21:電荷儲存用電極 24 22:電荷儲存用電極 24 23:電荷儲存用電極 24 24:電荷儲存用電極 24 31:電荷儲存用電極 24 32:電荷儲存用電極 24 33:電荷儲存用電極 24 34:電荷儲存用電極 24 41:電荷儲存用電極 24 42:電荷儲存用電極 24 43:電荷儲存用電極 24 44:電荷儲存用電極 24A:電荷儲存用電極區段 24B:電荷儲存用電極區段 24C:電荷儲存用電極區段 24' 1:電荷儲存用電極區段 24' 2:電荷儲存用電極區段 24' 3:電荷儲存用電極區段 24" 1:電荷儲存用電極 24" 2:電荷儲存用電極 24" 3:電荷儲存用電極 25:轉移控制用電極(電荷轉移電極) 25A:轉移控制用電極(電荷轉移電極) 25B:轉移控制用電極(電荷轉移電極) 26:電荷放出電極 27:電荷移動控制電極 27A 1:電荷移動控制電極 27A 2:電荷移動控制電極 27A 3:電荷移動控制電極 27B 1:電荷移動控制電極 27B 2:電荷移動控制電極 27B 3:電荷移動控制電極 27C:電荷移動控制電極 41:n型半導體區域 42:p +層 43:n型半導體區域 44:p +層 45:轉移電晶體之閘極部 45A:轉移通道 半導體基板之區域 45C:浮動擴散層 46:轉移電晶體之閘極部 46A:轉移通道 46C:浮動擴散層 51:重置電晶體TR1 rst之閘極部 51A:重置電晶體TR1 rst之通道形成區域 51B:重置電晶體TR1 rst之源極/汲極區域 51C:重置電晶體TR1 rst之源極/汲極區域 52:放大電晶體TR1 amp之閘極部 52A:放大電晶體TR1 amp之通道形成區域 52B:放大電晶體TR1 amp之源極/汲極區域 52C:放大電晶體TR1 amp之源極/汲極區域 53:選擇電晶體TR1 sel之閘極部 53A:選擇電晶體TR1 sel之通道形成區域 53B:選擇電晶體TR1 sel之源極/汲極區域 53C:選擇電晶體TR1 sel之源極/汲極區域 61:接觸孔部 62:配線層 63:焊墊部 64:焊墊部 64 1:焊墊部 64 2:焊墊部 64 3:焊墊部 65:連接孔 66:連接部 67:連接部 68A:焊墊部 68B:連接孔 69:連接部 70:半導體基板 70A:半導體基板之第1面(表面) 70B:半導體基板之第2面(背面) 71:元件分離區域 72:氧化膜 73:p +層 74:HfO 2膜 75:絕緣材料膜 76:層間絕緣層 81:層間絕緣層 82:絕緣層 82' 1:絕緣層區段 82' 2:絕緣層區段 82' 3:絕緣層區段 82a:絕緣層之第1面 82b:絕緣層之第2面 82c:絕緣層之第3面 83:絕緣層 85:開口部 85A:開口部 85B:開口部 85C:開口部 86:第2開口部 86A:第2開口部 100:固體攝像裝置 101:積層型攝像元件 111:攝像區域 112:垂直驅動電路 113:行信號處理電路 114:水平驅動電路 115:輸出電路 116:驅動控制電路 117:信號線(資料輸出線) 118:水平信號線 200:電子機器(相機) 201:固體攝像裝置 210:光學透鏡 211:快門裝置 212:驅動電路 213:信號處理電路 310:第1攝像元件 310A:第1光電轉換部 314:晶載微透鏡 321:第1電極 322:第2電極 323:光電轉換層 341:第2攝像元件 341A:第2光電轉換部 343:第3攝像元件 343A:第3光電轉換部 345:閘極部 346:閘極部 351:閘極部 352:閘極部 361:接觸孔部 362:配線層 370:半導體基板 371:元件分離區域 372:氧化膜 376:層間絕緣層 381:層間絕緣層 383:絕緣層 11000:內視鏡手術系統 11100:內視鏡 11101:鏡筒 11102:相機頭 11110:手術工具 11111:腹腔管 11112:能量處理器具 11120:支持臂裝置 11131:術者 11132:患者 11133:病床 11200:手推車 11201:相機控制單元(CCU) 11202:顯示裝置 11203:光源裝置 11204:輸入裝置 11205:處理器具控制裝置 11206:腹腔裝置 11207:記錄器 11208:印表機 11400:傳輸電纜 11401:透鏡單元 11402:攝像部 11403:驅動部 11404:通信部 11405:相機頭控制部 11411:通信部 11412:圖像處理部 11413:控制部 12000:車輛控制系統 12001:通信網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車身系統控制單元 12030:車外資訊檢測單元 12031:攝像部 12040:車內資訊檢測單元 12041:駕駛員狀態檢測部 12050:綜合控制單元 12051:微電腦 12052:聲頻圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:音響揚聲器 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 FD 1:浮動擴散層 FD 2:浮動擴散層 FD 3:浮動擴散層 RST 1:重置線 RST 2:重置線 RST 3:重置線 SEL 1:選擇線 SEL 2:選擇線 SEL 3:選擇線 TG 1:轉移閘極線 TG 2:轉移閘極線 TG 3:轉移閘極線 TR1 amp:放大電晶體 TR2 amp:放大電晶體 TR3 amp:放大電晶體 TR1 rst:重置電晶體 TR2 rst:重置電晶體 TR3 rst:重置電晶體 TR1 sel:選擇電晶體 TR3 sel:選擇電晶體 TR3 sel:選擇電晶體 TR1 trs:轉移電晶體 TR2 trs:轉移電晶體 TR3 trs:轉移電晶體 V DD:電源 V OA:配線 V OT:配線 V OU:配線 VSL:信號線(資料輸出線) VSL 1:信號線(資料輸出線) VSL 2:信號線(資料輸出線) VSL 3:信號線(資料輸出線)
圖1係實施例1之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖2係實施例1之攝像元件之等效電路圖。 圖3係實施例1之攝像元件之等效電路圖。 圖4係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖5係模式性表示實施例1之攝像元件於動作時之各部位之電位狀態之圖。 圖6A、圖6B及圖6C係用以說明圖5(實施例1)、圖20及圖21(實施例4)以及圖32及圖33(實施例6)之各部位之實施例1、實施例4及實施例6之攝像元件之等效電路圖。 圖7係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖8係構成實施例1之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖9係實施例1之攝像元件之變化例之等效電路圖。 圖10係構成圖9所示之實施例1之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖11係實施例2之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖12係實施例3之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖13係實施例3之攝像元件之變化例之模式性局部剖視圖。 圖14係實施例3之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖15係實施例3之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖16係實施例4之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖。 圖17係實施例4之攝像元件之等效電路圖。 圖18係實施例4之攝像元件之等效電路圖。 圖19係構成實施例4之攝像元件之第1電極、轉移控制用電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖20係模式性地表示實施例4之攝像元件於動作時之各部位之電位狀態之圖。 圖21係模式性地表示實施例4之攝像元件於其他動作時之各部位之電位狀態之圖。 圖22係構成實施例4之攝像元件之第1電極、轉移控制用電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖23係構成實施例4之攝像元件之第1電極、轉移控制用電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖24係構成實施例4之攝像元件之變化例之第1電極、轉移控制用電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖25係實施例5之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖。 圖26係構成實施例5之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極之模式性配置圖。 圖27係構成實施例5之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、電荷放出電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖28係實施例6之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖29係實施例6之攝像元件之等效電路圖。 圖30係實施例6之攝像元件之等效電路圖。 圖31係構成實施例6之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖32係模式性地表示實施例6之攝像元件於動作時之各部位之電位狀態之圖。 圖33係模式性地表示實施例6之攝像元件於其他動作時(轉移時)之各部位之電位狀態之圖。 圖34係構成實施例6之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖35係構成實施例6之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖36係構成實施例6之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖37係實施例7之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖38係將實施例7之攝像元件中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖39係構成實施例7之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖40係將實施例8之攝像元件中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖41係實施例9之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖42係實施例10及實施例11之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖43A及圖43B係實施例11中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖44A及圖44B係實施例11中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖45係構成實施例11之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖46係構成實施例11之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖47係實施例12及實施例11之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖48A及圖48B係實施例12中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖49係實施例13之固體攝像裝置中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖50係實施例13之固體攝像裝置之第1變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖51係實施例13之固體攝像裝置之第2變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖52係實施例13之固體攝像裝置之第3變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖53係實施例13之固體攝像裝置之第4變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖54係實施例13之固體攝像裝置之第5變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖55係實施例13之固體攝像裝置之第6變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖56係實施例13之固體攝像裝置之第7變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖57係實施例13之固體攝像裝置之第8變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖58係實施例13之固體攝像裝置之第9變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖59A、圖59B及圖59C係表示實施例13之攝像元件區塊中之讀取驅動例之圖。 圖60係實施例14之固體攝像裝置中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖61係實施例14之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖62係實施例14之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖63係實施例14之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖64係實施例1之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖65係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖66A、圖66B及圖66C係實施例1之攝像元件之又一變化例之第1電極之部分等被放大之模式性局部剖視圖。 圖67係實施例5之攝像元件之另一變化例之電荷放出電極之部分等被放大之模式性局部剖視圖。 圖68係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖69係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖70係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖71係實施例4之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖72係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖73係實施例4之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖74係將實施例7之攝像元件之變化例中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖75係將實施例8之攝像元件之變化例中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖76係實施例1之固體攝像裝置之概念圖。 圖77係將由本發明之攝像元件等構成之固體攝像裝置用於電子機器(相機)之例之概念圖。 圖78係先前之積層型攝像元件(積層型固體攝像裝置)之概念圖。 圖79A及圖79B係模式性地表示包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之能態(能態-A)、及假設該無機氧化物半導體材料分離為元素種類更少之化合物結晶時之能態(能態-B)的圖。 圖80係表示Ga-Sn-O系之實施例1-A之試樣中使Ga原子比率與Sn原子比率變化時之生成能等(eV/原子)與熱穩定性之高低之求出結果的圖。 圖81係表示In-Ga-O系之實施例1-B之試樣中使In原子比率與Ga原子比率變化時之生成能等(eV/原子)與熱穩定性之高低之求出結果的圖。 圖82係表示退火前後之半導體材料層表面之粗糙度變化之求出結果之電子顯微鏡照片。 圖83A及圖83B係表示退火前後之半導體材料層表面之粗糙度變化之求出結果之電子顯微鏡照片。 圖84係表示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖85係表示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。 圖86係表示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。 圖87係表示相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。
14:晶載微透鏡(OCL)
21:第1電極
22:第2電極
23A:光電轉換層
23B:半導體材料層
24:電荷儲存用電極
41:n型半導體區域
42:p+層
43:n型半導體區域
44:p+層
45:轉移電晶體之閘極部
45C:浮動擴散層
46:轉移電晶體之閘極部
46A:轉移通道
46C:浮動擴散層
51:重置電晶體TR1rst之閘極部
51A:重置電晶體TR1rst之通道形成區域
51B:重置電晶體TR1rst之源極/汲極區域
51C:重置電晶體TR1rst之源極/汲極區域
52:放大電晶體TR1amp之閘極部
52A:放大電晶體TR1amp之通道形成區域
52B:放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
52C:放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
53:選擇電晶體TR1sel之閘極部
53A:選擇電晶體TR1sel之通道形成區域
53B:選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
53C:選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
61:接觸孔部
62:配線層
63:焊墊部
64:焊墊部
65:連接孔
66:連接部
67:連接部
70:半導體基板
70A:半導體基板之第1面(表面)
70B:半導體基板之第2面(背面)
71:元件分離區域
72:氧化膜
73:p+層
74:HfO2膜
75:絕緣材料膜
76:層間絕緣層
81:層間絕緣層
82:絕緣層
83:絕緣層
85:開口部
TR1amp:放大電晶體
TR1rst:重置電晶體
TR1sel:選擇電晶體
TR2trs:轉移電晶體
TR3trs:轉移電晶體

Claims (16)

  1. 一種光檢測元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 於第1電極與光電轉換層之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層，並且 包含與具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料相同之組成且具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之生成能為正值。
  2. 如請求項1之光檢測元件，其中生成能之定義如下：其係基於用以生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料之複數種起始物質生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能。
  3. 如請求項1之光檢測元件，其中起始物質分別包含構成無機氧化物半導體材料之金屬原子。
  4. 如請求項3之光檢測元件，其中構成無機氧化物半導體材料之金屬元素具有閉殼d軌域。
  5. 如請求項3之光檢測元件，其中起始物質分別係由包含構成無機氧化物半導體材料之金屬原子及氧原子之氧化物構成。
  6. 如請求項3之光檢測元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、金、鋅、鎵、鍺、銦、錫及鉈所組成之群中之金屬原子。
  7. 如請求項6之光檢測元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、鋅、鎵、鍺及錫所組成之群中之金屬原子。
  8. 如請求項1之光檢測元件，其中半導體材料層包含Ga x1Sn y1O，且滿足 0.28≦[y1/(x1＋y1)]≦0.38。
  9. 一種光檢測元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部， 於第1電極與光電轉換層之間形成有至少一部分包含具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之半導體材料層，並且 具有非晶質結構之無機氧化物半導體材料之組成包含N種金屬原子M n(其中，n＝2、3・・・N)及氧原子， 於基於包含金屬原子M n及氧原子之N種金屬氧化物之反應而生成具有結晶結構之無機氧化物半導體材料時之反應能為正值。
  10. 如請求項9之光檢測元件，其中金屬原子具有閉殼d軌域。
  11. 如請求項9之光檢測元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、金、鋅、鎵、鍺、銦、錫及鉈所組成之群中之金屬原子。
  12. 如請求項11之光檢測元件，其中金屬原子係選自由銅、銀、鋅、鎵、鍺及錫所組成之群中之金屬原子。
  13. 如請求項9之光檢測元件，其中半導體材料層包含Ga x1Sn y1O，且滿足 0.28≦[y1/(x1＋y1)]≦0.38。
  14. 一種積層型光檢測元件，其具有至少1個如請求項1至13中任一項之光檢測元件。
  15. 一種光檢測裝置，其具備複數個如請求項1至13中任一項之光檢測元件。
  16. 一種光檢測裝置，其具備複數個如請求項14之積層型光檢測元件。
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KR102656300B1 (ko) 2017-12-05 2024-04-11 소니그룹주식회사 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치
US11705530B2 (en) * 2018-04-20 2023-07-18 Sony Corporation Imaging device, stacked imaging device, and solid-state imaging apparatus
CN113728451A (zh) * 2019-05-24 2021-11-30 索尼集团公司 摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置以及摄像元件的制造方法
CN110911433B (zh) * 2019-12-03 2022-08-26 豪威科技(上海)有限公司 图像传感器及电子设备
US11335716B2 (en) * 2019-12-24 2022-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photosensing pixel, image sensor and method of fabricating the same
CN114930537A (zh) * 2020-02-12 2022-08-19 索尼集团公司 成像元件、层叠型成像元件、固态成像装置和无机氧化物半导体材料
CN118202466A (zh) * 2021-11-11 2024-06-14 索尼半导体解决方案公司 光检测装置和电子设备
CN118398638B (zh) * 2024-06-25 2024-10-15 松山湖材料实验室 多色光电突触成像电路、芯片及图像传感器

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI505473B (zh) 2005-01-28 2015-10-21 Semiconductor Energy Lab 半導體裝置，電子裝置，和半導體裝置的製造方法
JP2007123698A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Toppan Printing Co Ltd 薄膜トランジスタおよびその製造方法
JP2008177191A (ja) 2007-01-16 2008-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびそれを用いたカメラ
JP5325473B2 (ja) * 2008-06-20 2013-10-23 富士フイルム株式会社 光電変換素子及び固体撮像素子
TWI585955B (zh) 2008-11-28 2017-06-01 半導體能源研究所股份有限公司 光感測器及顯示裝置
KR101949670B1 (ko) * 2009-10-09 2019-02-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
JP5509846B2 (ja) 2009-12-28 2014-06-04 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
WO2013027391A1 (ja) 2011-08-22 2013-02-28 出光興産株式会社 Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｎ系酸化物焼結体
JPWO2014021177A1 (ja) * 2012-08-02 2016-07-21 ソニー株式会社 半導体素子、半導体素子の製造方法、固体撮像装置、および電子機器
KR101466013B1 (ko) * 2012-08-13 2014-11-27 한국표준과학연구원 비정질 산화물 반도체 층 및 이를 포함하는 박막 트랜지스터
JP6128020B2 (ja) * 2013-04-10 2017-05-17 ソニー株式会社 電子デバイス及び固体撮像装置、並びに、電子デバイスにおける電極形成方法
KR102380829B1 (ko) 2014-04-23 2022-03-31 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 촬상 장치
CN103985639B (zh) * 2014-04-28 2015-06-03 京东方科技集团股份有限公司 一种薄膜晶体管及其制备方法、显示基板、显示装置
TWI542035B (zh) * 2014-05-15 2016-07-11 國立中山大學 發光元件的堆疊結構
KR102355558B1 (ko) 2014-07-31 2022-01-27 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP2016058559A (ja) * 2014-09-10 2016-04-21 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器
JP2016062997A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 ソニー株式会社 撮像素子、固体撮像装置及び電子デバイス
JP2016063165A (ja) 2014-09-19 2016-04-25 株式会社東芝 撮像素子及び固体撮像装置
US10096715B2 (en) * 2015-03-26 2018-10-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, method for manufacturing the same, and electronic device
TWI693719B (zh) * 2015-05-11 2020-05-11 日商半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置的製造方法
US11728356B2 (en) 2015-05-14 2023-08-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion element and imaging device
US9754980B2 (en) 2015-06-30 2017-09-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion element and imaging device
WO2017037564A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Oxide semiconductor, transistor, and semiconductor device
JP6725231B2 (ja) * 2015-10-06 2020-07-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、および電子装置
JP6780421B2 (ja) 2016-03-01 2020-11-04 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、固体撮像装置の駆動方法
JP6803540B2 (ja) 2016-03-01 2020-12-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 機器状態推定方法及び機器状態推定装置
CN115799286A (zh) * 2016-03-16 2023-03-14 索尼公司 光电转换元件及其制造方法和摄像装置
US10236875B2 (en) * 2016-04-15 2019-03-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for operating the semiconductor device
JP2018032754A (ja) * 2016-08-25 2018-03-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および固体撮像装置
TWI770159B (zh) * 2017-04-21 2022-07-11 日商索尼股份有限公司 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
TW201911549A (zh) * 2017-08-16 2019-03-16 日商索尼股份有限公司 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
KR102656300B1 (ko) * 2017-12-05 2024-04-11 소니그룹주식회사 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치
TWI820114B (zh) * 2018-04-20 2023-11-01 日商索尼股份有限公司 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
US11705530B2 (en) * 2018-04-20 2023-07-18 Sony Corporation Imaging device, stacked imaging device, and solid-state imaging apparatus
TWI800636B (zh) * 2018-04-20 2023-05-01 日商索尼股份有限公司 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
TW202335276A (zh) * 2018-04-20 2023-09-01 日商索尼股份有限公司 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
DE112019004430T5 (de) * 2018-09-04 2021-06-02 Sony Corporation Bildgebungselement, gestapeltes bildgebungselement und festkörper-bildgebungsvorrichtung
JP7468347B2 (ja) * 2018-09-28 2024-04-16 ソニーグループ株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
KR20210145742A (ko) * 2019-04-05 2021-12-02 소니그룹주식회사 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치, 및, 촬상 소자의 제조 방법
WO2020241168A1 (ja) * 2019-05-24 2020-12-03 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、無機酸化物半導体材料
CN113728450A (zh) * 2019-05-24 2021-11-30 索尼集团公司 摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置以及无机氧化物半导体材料

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