TWI770159B - 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光電轉換部，該光電轉換部由第1電極21、光電轉換層23A及第2電極22積層而成，於第1電極21與光電轉換層23A之間，形成有無機氧化物半導體材料層23B，無機氧化物半導體材料層23B係由選自由銦、鎢、錫及鋅組成之群之至少2種元素構成，又，構成位於無機氧化物半導體材料層23B附近之光電轉換層23A之一部分的材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之LUMO值E2 滿足E1 －E2 ＜0.2 eV，又，構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之移動率為10 cm2 /V・s以上。

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，近年來積層型攝像元件備受矚目。於積層型攝像元件中，光電轉換層(受光層)具有以兩個電極夾持之構造。且，於積層型攝像元件中，需要將基於光電轉換之光電轉換層中產生之信號電荷蓄積並傳送之構造。於先前之構造中，需要將信號電荷蓄積及傳送至FD(Floating Drain：浮動汲極)電極之構造，需要高速傳送以使信號電荷不延遲。
用以解決如此問題之攝像元件(光電轉換元件)揭示於例如日本專利特開2016-63165號公報中。該攝像元件具備： 蓄積電極，其形成於第1絕緣層上； 第2絕緣層，其形成於蓄積電極上； 半導體層，其係以覆蓋蓄積電極及第2絕緣層之方式形成； 捕集電極，其係以連接於半導體層之方式形成，且以遠離蓄積電極之方式形成； 光電轉換層，其形成於半導體層上；及 上部電極，其形成於光電轉換層上。
於光電轉換層使用有機半導體材料之攝像元件可將特定之顏色(波段)進行光電轉換。並且，由於具有此種特徵，故作為固體攝像裝置之攝像元件使用之情形時，由晶載彩色濾光片層(OCCF)與攝像元件之組合成為次像素，可獲得二維排列有次像素之先前之固體攝像裝置中無法積層次像素之構造(積層型攝像元件)(例如參照日本專利特開2011-138927號公報)。又，由於無需馬賽克處理，故有不會產生偽色之優點。於以下之說明中，有為方便起見，將設置於半導體基板之上或上方之具備光電轉換部之攝像元件稱為『第1類型之攝像元件』，為方便起見，將構成第1類型之攝像元件之光電轉換部稱為『第1類型之光電轉換部』，為方便起見，將設置於半導體基板內之攝像元件稱為『第2類型之攝像元件』，為方便起見，將構成第2類型之攝像元件之光電轉換部稱為『第2類型之光電轉換部』之情形。
圖81係顯示先前之積層型攝像元件(積層型固體攝像裝置)之構成例。於圖81所示之例中，於半導體基板370內，積層並形成有構成第2類型之攝像元件即第3攝像元件343及第2攝像元件341之第2類型之光電轉換部即第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，係第2攝像元件341之上方)，配置有第1類型之光電轉換部即第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、及第2電極322，構成第1類型之攝像元件即第1攝像元件310。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，分別例如將藍色光及紅色光進行光電轉換。又，於第1光電轉換部310A中，例如將綠色光進行光電轉換。
於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中，藉由光電轉換產生之電荷暫時蓄積於該等第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(圖示閘極部345)與傳送電晶體(圖示閘極部346)傳送至第2浮動擴散層(Floating Diffusion)FD2 及第3浮動擴散層FD3 ，進而輸出至外部之讀出電路(未圖示)。該等電晶體及浮動擴散層FD2 、FD3 亦形成於半導體基板370。
於第1光電轉換部310A中藉由光電轉換產生之電荷經由接觸孔部361、配線層362，蓄積於形成於半導體基板370之第1浮動擴散層FD1 。又，第1光電轉換部310A亦經由接觸孔部361、配線層362，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FD1 構成重設電晶體(圖式閘極部351)之一部分。參照序號371為元件分離區域，參照序號372為形成於半導體基板370之表面之氧化膜，參照序號376、381為層間絕緣層，參照序號383為絕緣層，參照序號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]
然而，於上述日本專利特開2016-63165號公報所揭示之技術中，可能產生必須以相同長度形成蓄積電極與形成於其上之第2絕緣層之制約，或將與捕集電極之間隔等規定為較細，製作步驟變複雜，製造良率之降低。再者，雖關於構成半導體層之材料有些許提及，但關於更具體之材料之組成及構成並未提及。又，關於半導體層之移動率與蓄積電荷之相關方程有所提及。但，關於對產生之電荷之傳送較為重要之半導體層之移動率相關之事項、半導體層與鄰接於半導體層之部分光電轉換層之間的能級之關係相關之事項等電荷之傳送改善相關之事項未有任何提及。
因此，本發明之目的在於提供一種即使為簡單之構成、構造，蓄積於光電轉換層之電荷之傳送特性亦優異之攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置。 [解決問題之技術手段]
用以達成上述目的之本發明之第1態樣、第2態樣及第3態樣之攝像元件具備： 光電轉換部，其由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成， 於第1電極與光電轉換層之間，形成有無機氧化物半導體材料層。且，本發明之第1態樣之攝像元件中，無機氧化物半導體材料層係由選自由銦、鎢、錫及鋅組成之群之至少2種元素構成。又，於本發明之第2態樣之攝像元件中，構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換層之一部分的材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 滿足以下式。另，以下式之值可取0或負值。 E1 －E2 ＜0.2 eV 再者，於本發明之第3態樣之攝像元件中，構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率為10 cm2 /V・s以上。
用以達成上述目的之本發明之積層型攝像元件至少具有1個上述本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件。
用以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第1態樣～第3態樣之攝像元件。又，用以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。
另，於以下之說明中，有將本發明之第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態樣之攝像元件總稱為『本發明之第1態樣之攝像元件等』之情形。又，有將本發明之第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態樣之攝像元件總稱為『本發明之第2態樣之攝像元件等』之情形。再者，有將本發明之第3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3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3態樣之攝像元件總稱為『本發明之第3態樣之攝像元件等』之情形。 [發明之效果]
於本發明之第1態樣之攝像元件等中，由於規定有構成無機氧化物半導體材料層之材料，又，於本發明之第2態樣之攝像元件等中，對構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換層之一部分的材料之LUMO值E1 與構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 之間規定有特定之關係，進而於本發明之第3態樣之攝像元件等中，規定有構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率，故即使為簡單之構成、構造，亦可提供蓄積於光電轉換層之電荷之傳送特性優異之攝像元件。並且，於本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件等中，由於設為無機氧化物半導體材料層與光電轉換層之2層構成，故可防止電荷蓄積時之再結合，可增加蓄積於光電轉換層之電荷向第1電極之傳送效率，可抑制暗電流之產生。另，本說明書所記載之效果終究為例示，並非限制者，又，亦可有附加效果。
以下，參照圖式，基於實施例說明本發明，但本發明不限於實施例，實施例中之各種數值或材料為例示。另，說明按以下順序進行。 1.關於所有本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、及本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之說明 2.實施例1(本發明之第1態樣～第3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之變化) 4.實施例3(實施例1～實施例2之變化、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之變化、具備傳送控制用電極之攝像元件) 6.實施例5(實施例1～實施例4之變化、具備電荷放出用電極之攝像元件) 7.實施例6(實施例1～實施例5之變化、具備複數個電荷蓄積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之變化) 16.其他
＜關於所有本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、及本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之說明＞ 於本發明之第2態樣之固體攝像元件等中，將構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換部之部分之材料之LUMO值M1 ，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 設為滿足以下式之形態。 E1 －E2 ＜0.2 eV
再者，於包含上述較佳形態之本發明之第2態樣之攝像元件等中，可將構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率設為10 cm2 /V・s以上之形態。
於圖81所示之先前之攝像元件中，於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中藉由光電轉換產生之電荷暫時蓄積於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A後，傳送至第2浮動擴散層FD2及第3浮動擴散層FD3。因此，可使第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A完全空乏化。但，於第1光電轉換部310A中藉由光電轉換產生之電荷直接蓄積於第1浮動擴散層FD1。因此，難以使第1光電轉換部310A完全空乏化。且，以上結果，有kTC雜訊變大，隨機雜訊惡化，導致攝像畫質降低之虞。
本發明之第1態樣之攝像元件等、包含上述較佳形態之本發明之第2態樣之攝像元件等、或本發明之第3態樣之攝像元件等中，光電轉換部可設為如下形態：進而具備電荷蓄積用電極，其與絕緣層及第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與無機氧化物半導體材料層對向配置。
如此，藉由具備與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與無機氧化物半導體材料層對向配置之電荷蓄積用電極，而對光電轉換部照射光，於光電轉換部進行光電轉換時，可將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層(根據情形不同，為無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)。因此，開始曝光時，可使電荷蓄積部完全空乏化，並抹除電荷。其結果，可抑制kTC雜訊變大，隨機雜訊惡化，導致攝像畫質降低之現象產生。另，於以下說明中，有將無機氧化物半導體材料層、或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層總稱為『無機氧化物半導體材料層等』之情形。
再者，包含上述較佳形態之本發明之第1態樣之攝像元件等、包含上述較佳形態之本發明之第2態樣之攝像元件等、或包含上述較佳形態之本發明之第3態樣之攝像元件等中，無機氧化物半導體材料層可構成為不包含鎵原子。
或者又，包含上述較佳形態之本發明之第1態樣之攝像元件等、包含上述較佳形態之本發明之第2態樣之攝像元件等、或包含上述較佳形態之本發明之第3態樣之攝像元件等中，無機氧化物半導體材料層可構成為包含於氧化銦中添加有鎢(W)之材料即銦-鎢氧化物(IWO)、於氧化銦中添加有鎢(W)及鋅(Zn)之材料即銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)、於氧化銦中添加有錫(Sn)及鋅(Zn)之材料即銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、或鋅-錫氧化物(ZTO)。另，由鋅-錫氧化物(ZTO)構成無機氧化物半導體材料層之情形時，形成ZTO膜時，若對ZTO膜進行退火處理，則有雖微量但ZnO仍析出之情形，但此種情形時，無機氧化物半導體材料層仍由鋅-錫氧化物(ZTO)構成。具體而言，無機氧化物半導體材料層包含In-W氧化物、或In-Zn氧化物、In-Zn氧化物、或W-Sn氧化物、或W-Zn氧化物、或Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn氧化物、或In-W-Zn氧化物、或In-Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn-Zn氧化物。於IWO中，將銦氧化物與鎢氧化物之合計質量設為100質量%時，鎢氧化物之質量比例較佳為10質量%至30質量%。再者，於IWZO中，將銦氧化物、鎢氧化物及Zn氧化物之合計質量設為100質量%時，鎢氧化物之質量比例較佳為2質量%至15質量%，Zn氧化物之質量比例較佳為1質量%至3質量%。又，於ITZO中，將銦氧化物、Zn氧化物及Sn氧化物之合計質量設為100質量%時，鎢氧化物之質量比例較佳為3質量%至10質量%，錫氧化物之質量比例較佳為10質量%至17質量%。但不限於該等值。
無機氧化物半導體材料層可為單層構成，亦可為多層構成。又，亦可使構成位於電荷蓄積用電極之上方之無機氧化物半導體材料層之材料，與構成位於第1電極之上方之無機氧化物半導體材料層之材料不同。
無機氧化物半導體層可基於例如濺鍍法成膜。具體而言，作為濺鍍裝置，可例示如下之濺鍍法：使用平行平板濺鍍裝置或DC磁控濺鍍裝置，使用氬(Ar)氣作為處理氣體，將InZnO燒結體及InWO燒結體、ZTO燒結體等期望之燒結體作為靶材使用。
另，可藉由控制基於濺鍍法形成無機氧化物半導體材料層時之氧氣導入量(氧氣分壓)，控制無機氧化物半導體材料層之能級。具體而言，較佳為將基於濺鍍法形成時之氧氣分壓＜=(O2 氣壓力)/(Ar氣與O2 氣之壓力合計)＞設為0.005至0.02。再者，於本發明之攝像元件等中，可設為無機氧化物半導體材料層之含氧率少於化學計量組成之含氧率之形態。此處，可基於含氧率控制無機氧化物半導體材料之能級，含氧率愈少於化學計量組成之含氧率，即，氧缺損愈多，愈可加深能級。
或者又，包含上述較佳形態之本發明之第1態樣之攝像元件等、包含上述較佳形態之本發明之第2態樣之攝像元件等、或包含上述較佳形態之本發明之第3態樣之攝像元件等中，無機氧化物半導體材料層可構成為包含銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)。
或者又，包含上述較佳形態之本發明之第1態樣之攝像元件等、包含上述較佳形態之本發明之第2態樣之攝像元件等、或包含上述較佳形態之本發明之第3態樣之攝像元件等中，無機氧化物半導體材料層可構成為包含銦-鎢氧化物(IWO)。
包含以上說明之各種較佳形態、構成之本發明之第1態樣之攝像元件等中，構成位於無機氧化物半導體材料層附近之部分光電轉換層之材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 為 E1 －E2 ＜0.2 eV 較佳為滿足 E1 －E2 ＜0.1 eV
此處，所謂「位於無機氧化物半導體材料層附近之部分光電轉換層」，係指以無機氧化物半導體材料層與光電轉換層之界面為基準，位於相當於光電轉換層之厚度之10%以內之區域(即，遍及光電轉換層之厚度之0%至10%之區域)之部分光電轉換層。本發明之第2態樣之攝像元件中亦同樣。構成位於無機氧化物半導體材料層附近之部分光電轉換層之材料之LUMO值E1 ，為位於無機氧化物半導體材料層附近之部分光電轉換層之平均值，構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 ，為無機氧化物半導體材料層之平均值。
再者，於包含以上說明之各種較佳形態、構成之本發明之第1態樣之攝像元件等中，構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率較佳為10 cm2 /V・s以上。
再者，於包含以上說明之較佳形態、構成之本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件等中，無機氧化物半導體材料層可設為非晶質(例如，局部不具備結晶構造之非晶質)形態。無機氧化物半導體材料層是否為非晶質，可基於X射線繞射分析而決定。
再者，於包含以上說明之較佳形態、構成之本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件等中，無機氧化物半導體材料層之厚度可設為1×10-8 m至1.5×10-7 m，較佳為2×10-8 m至1.0×10-7 m，更佳為成3×10-8 m至1.0×10-7 m之形態。
再者，於包含以上說明之較佳形態、構成之本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件等中， 光自第2電極入射， 可設為如下形態：光電轉換層與無機氧化物半導體材料層之界面之無機氧化物半導體材料層之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，無機氧化物半導體材料層之均方根粗糙度Rq值為2.5 nm以下。表面粗糙度Ra、Rq係基於JIS B0601:2013之規定。此種光電轉換層與無機氧化物半導體材料層之界面之無機氧化物半導體材料層之平滑性可抑制無機氧化物半導體材料層之表面散射反射，謀求光電轉換之明電流特性之提高。可設為如下形態：電荷蓄積用電極之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，電荷蓄積用電極之均方根粗糙度Rq值為2.5 nm以下。
為方便起見，以下有將包含以上說明之較佳形態、構成之本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件等稱為『本發明之攝像元件等』之情形，為方便起見，以下有將包含以上說明之較佳形態、構成之本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件等，即具備電荷蓄積用電極之攝像元件稱為『具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等』之情形。
於具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中，較佳為無機氧化物半導體材料層之相對於波長400 nm至660 nm之光的光透過率為65%以上。又，較佳為電荷蓄積用電極之相對於波長400 nm至660 nm之光的光透過率亦為65%以上。電荷蓄積用電極之片材電阻值較佳為3×10Ω/□至1×103 Ω/□。
於具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中， 進而具備半導體基板， 光電轉換部可設為配置於半導體基板之上方之形態。另，第1電極、電荷蓄積用電極及第2電極係連接於後述之驅動電路。
位於光入射側之第2電極亦可於複數個攝像元件中共通化。即，可將第2電極設為所謂固態電極。光電轉換層可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，亦可設置於每個攝像元件。無機氧化物半導體材料層較佳為設置於每個攝像元件，但亦可根據情形不同，於複數個攝像元件等中共通化。即，亦可藉由例如將後述之電荷移動控制電極設置於攝像元件等與攝像元件等之間，而於複數個攝像元件等中形成1層無機氧化物半導體材料層。
再者，於包含以上說明之各種較佳形態、構成之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中，可設為第1電極於設置於絕緣層之開口部內延伸，並連接於無機氧化物半導體材料層之形態。或者又，可設為無機氧化物半導體材料層於設置於絕緣層之開口部內延伸，並連接於第1電極之形態，該情形時， 第1電極之頂面之緣部係以絕緣層覆蓋， 第1電極於開口部之底面露出， 將連接於第1電極之頂面之絕緣層之面設為第1面，將連接於對向於電荷蓄積用電極之部分無機氧化物半導體材料層之絕緣層之面設為第2面時，開口部之側面可設為具有自第1面向第2面擴展之傾斜之形態，再者，具有自第1面向第2面擴展之傾斜之開口部之側面可設為位於電荷蓄積用電極側之形態。
再者，於包含以上說明之各種較佳形態、構成之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中， 進而具備設置於半導體基板，具有驅動電路之控制部， 第1電極及電荷蓄積用電極係連接於驅動電路， 可構成為：於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極施加電位V12 ，使電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極施加電位V22 ，蓄積於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極，被控制部讀出。惟，第1電極之電位高於第2電極之電位， V12 ≧V11 ，且V22 ＜V21 。
再者，於包含以上說明之各種較佳形態、構成之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中，可設為如下形態：於第1電極與電荷蓄積用電極之間，進而具備傳送控制用電極(電荷傳送電極)，其與第1電極及電荷蓄積用電極相隔而配置，且隔著絕緣層與無機氧化物半導體材料層對向配置。為方便起見，將此種形態之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等稱為『具備本發明之傳送控制用電極之攝像元件等』。
且，於具備本發明之傳送控制用電極之攝像元件等中， 進而具備設置於半導體基板且具有驅動電路之控制部， 第1電極、電荷蓄積用電極及傳送控制用電極係連接於驅動電路， 可構成為：於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極施加電位V12 ，對傳送控制用電極施加電位V13 ，使電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極施加電位V22 ，對傳送控制用電極施加電位V23 ，蓄積於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極，被控制部讀出。惟，第1電極之電位高於第2電極之電位， V12 ＞V13 ，且V22 ≦V23 ≦V21 。
再者，於包含以上說明之各種較佳形態、構成之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中，可設為如下形態：進而具備連接於無機氧化物半導體材料層，與第1電極及電荷蓄積用電極相隔而配置之電荷放出電極。為方便起見，將此種形態之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等稱為『具備本發明之電荷放出電極之攝像元件等』。且，於具備本發明之電荷放出電極之攝像元件等中，電荷放出電極可設為以包圍第1電極及電荷蓄積用電極之方式(即框狀)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)。且，該情形時，可設為如下形態： 無機氧化物半導體材料層於設置於絕緣層之第2開口部內延伸，連接於電荷放出電極， 電荷放出電極之頂面之緣部係以絕緣層覆蓋， 電荷放出電極於第2開口部之底面露出， 將連接於電荷放出電極之頂面之絕緣層之面設為第3面，將連接於對向於電荷蓄積用電極之部分無機氧化物半導體材料層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面擴展之傾斜。
再者，於具備本發明之電荷放出電極之攝像元件等中， 進而具備設置於半導體基板，具有驅動電路之控制部， 第1電極、電荷蓄積用電極及電荷放出電極係連接於驅動電路， 可構成為：於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極施加電位V12 ，對電荷放出電極施加電位V14 ，使電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)， 於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極施加電位V22 ，對電荷放出電極施加電位V24 ，蓄積於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極，被控制部讀出。惟，第1電極之電位高於第2電極之電位， V14 ＞V11 ，且V24 ＜V21 。
再者，於具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等之以上說明之各種較佳形態、構成中，電荷蓄積用電極可設為由複數個電荷蓄積用電極區段構成之形態。為方便起見，將此種形態之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等稱為『具備本發明之複數個電荷蓄積用電極區段之攝像元件等』。電荷蓄積用電極區段之數量只要為2個以上即可。且，於具備本發明之複數個電荷蓄積用電極區段之攝像元件等中，對N個電荷蓄積用電極區段之各者施加不同電位之情形時， 可設為如下形態：第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，於電荷傳送期間，施加於位於最接近第1電極之處之電荷蓄積用電極區段(第1個光電轉換部區段)之電位較施加於位於最遠離第1電極之處之電荷蓄積用電極區段(第N個光電轉換部區段)之電位更高， 第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，於電荷傳送期間，施加於位於最接近第1電極之處之電荷蓄積用電極區段(第1個光電轉換部區段)之電位較施加於位於最遠離第1電極之處之電荷蓄積用電極區段(第N個光電轉換部區段)之電位更低。
於包含以上說明之各種較佳形態、構成之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中， 於半導體基板設有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體， 第1電極可構成為連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。且，該情形時，進而 構成為於半導體基板，進而設有構成控制部之重設電晶體及選擇電晶體， 浮動擴散層連接於重設電晶體之一源極/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。
再者，於包含以上說明之各種較佳形態、構成之具備本發明之電荷蓄積用電極之攝像元件等中，電荷蓄積用電極之大小可設為大於第1電極之形態。將電荷蓄積用電極之面積設為S1 '，將第1電極之面積設為S1 時，並未限定，但 較佳為滿足4≦S1 '/S1 。
或者又，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， 無機氧化物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，電荷蓄積用電極係由N個電荷蓄積用電極區段構成， 於第4構成～第5構成之攝像元件中，電荷蓄積用電極係由互相相隔而配置之N個電荷蓄積用電極區段構成， 第n個(其中，n=1、2、3…N)光電轉換部區段係由第n個電荷蓄積用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段構成， n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極。此處，所謂『光電轉換層區段』，係指光電轉換層與無機氧化物半導體材料層積層而成之區段。
且，於第1構成之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化。又，於第2構成之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化。另，於光電轉換層區段中，可使光電轉換層之部分厚度變化，使無機氧化物半導體材料層之部分厚度固定，使光電轉換層區段之厚度變化，可使光電轉換層之部分厚度變化，使無機氧化物半導體材料層之部分厚度變化，使光電轉換層區段之厚度變化，亦可使光電轉換層之部分厚度變化，使無機氧化物半導體材料層之部分厚度變化，使光電轉換層區段之厚度變化。再者，於第3構成之攝像元件中，於鄰接之光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料不同。又，於第4構成之攝像元件中，於鄰接之光電轉換部區段，構成電荷蓄積用電極區段之材料不同。再者，於第5構成之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，電荷蓄積用電極區段之面積逐漸變小。面積可連續變小，亦可階梯狀變小。
或者又，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，將電荷蓄積用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料層、光電轉換層之積層方向設為Z方向，將自第1電極離開之方向設為X方向時，以YZ假想平面將積層有電荷蓄積用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料層及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之剖面積依存於離開第1電極之距離而變化。剖面積之變化可為連續變化，亦可為階梯狀變化。
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設置，N個絕緣層區段亦連續設置，N個電荷蓄積用電極區段亦連續設置。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設置，另一方面，於第3構成之攝像元件中，N個絕緣層之區段係對應於光電轉換部區段之各者而設置。再者，於第4構成～第5構成之攝像元件中，根據情形不同，於第3構成之攝像元件中，N個電荷蓄積用電極區段係對應於光電轉換部區段之各者而設置。且，於第1構成～第6構成之攝像元件中，對所有電荷蓄積用電極區段施加相同電位。或者又，於第4構成～第5構成之攝像元件中，根據情形不同，於第3構成之攝像元件中，對N個電荷蓄積用電極區段之各者施加不同電位。
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，或者又，規定光電轉換層區段之厚度，或者又，構成絕緣層區段之材料不同，或者又，構成電荷蓄積用電極區段之材料不同，或者又，規定電荷蓄積用電極區段之面積，或者又，規定積層部分之剖面積，故可形成一種電荷傳送梯度，將藉由光電轉換產生之電荷進而容易且確實地向第1電極傳送。且，其結果，可防止殘像之產生或傳送殘留之產生。
於第1構成～第5構成之攝像元件中，n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極，但是否遠離第1電極離開，係以X方向為基準而判斷。又，於第6構成之攝像元件中，將自第1電極離開之方向設為X方向，但將『X方向』如下定義。即，排列有複數個攝像元件或積層型攝像元件之像素區域係以二維陣列狀，即於X方向及Y方向規則地排列有複數個之像素構成。將像素之平面形狀設為矩形之情形時，將最接近第1電極之邊所延伸之方向設為Y方向，將與Y方向正交之方向設為X方向。或者又，將像素之平面形狀設為任意形狀之情形時，將包含最接近第1電極之線段或曲線之全體方向設為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，進行針對第1電極之電位高於第2電極之電位之情形之說明。
於第1構成之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化，但絕緣層區段之厚度較佳為逐漸變厚，藉此，形成一種電荷傳送梯度。且，於電荷蓄積期間，若成為｜V12 ｜≧｜V11 ｜之狀態，則第n個光電轉換部區段可較第(n+1)個光電轉換部區段蓄積更多電荷，施加更強電場，可確實防止電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動。又，於電荷蓄積期間，若成為｜V22 ｜＜｜V21 ｜之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段流動。
於第2構成之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化，但光電轉換層區段之厚度較佳為逐漸變厚，藉此，形成一種電荷傳送梯度。且，於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部區段可較第(n+1)個光電轉換部區段施加更強電場，可確實防止電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動。又，於電荷蓄積期間，若成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段流動。
於第3構成之攝像元件中，於鄰接之光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料不同，藉此，形成一種電荷傳送梯度，但較佳為自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料之介電常數值逐漸變小。且，藉由採用此種構成，於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部區段可較第(n+1)個光電轉換部區段蓄積更多電荷。又，若於電荷傳送期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段流動。
於第4構成之攝像元件中，於鄰接之光電轉換部區段，構成電荷蓄積用電極區段之材料不同，藉此，形成一種電荷傳送梯度，但較佳為自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料之功函數值逐漸變大。且，藉由採用此種構成，可不依存於電壓之正負，形成對信號電荷傳送有利之電位梯度。
於第5構成之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，電荷蓄積用電極區段之面積逐漸變小，藉此，形成一種電荷傳送梯度，故於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部區段可較第(n+1)個光電轉換部區段蓄積更多電荷。又，於電荷蓄積期間，若成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段流動。
於第6構成之攝像元件中，積層部分之剖面積依存於離開第1電極之距離而變化，藉此形成一種電荷傳送梯度。具體而言，若採用使積層部分之剖面之厚度固定，愈自第1電極遠離愈縮小積層部分之剖面之寬度之構成，則與第5構成之攝像元件之說明同樣地，於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則接近第1電極之區域，可較遠離第1電極之區域蓄積更多電荷。因此，若於電荷傳送期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自接近第1電極之區域向第1電極流動，電荷自遠離第1電極之區域向接近第1電極之區域流動。另一方面，若採用使積層部分之剖面之寬度固定，逐漸增厚積層部分之剖面之厚度，具體而言，逐漸增厚絕緣層區段之厚度之構成，則與第1構成之攝像元件之說明同樣地，於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則接近第1電極之區域較可遠離第1電極之區域蓄積更多電荷，施加更強電場，可確實防止電荷自接近第1電極之區域向第1電極流動。且，若於電荷傳送期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自接近第1電極之區域向第1電極流動，電荷自遠離第1電極之區域向接近第1電極之區域流動。又，若採用逐漸增厚光電轉換層區段之厚度之構成，則與第2構成之攝像元件之說明同樣地，於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則接近第1電極之區域可較遠離第1電極之區域施加更強電場，可確實防止電荷自接近第1電極之區域向第1電極流動。且，若於電荷傳送期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自接近第1電極之區域向第1電極流動，電荷自遠離第1電極之區域向接近第1電極之區域流動。
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， 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， 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中，可設為共有第1電極之固體攝像裝置。為方便起見，將如此構成之固體攝像裝置稱為『第1構成之固體攝像裝置』。或者又，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， 具有複數個積層型攝像元件，該積層型攝像元件具有第1構成～第6構成之攝像元件，或者又，具有至少1個第1構成～第6構成之攝像元件， 由複數個攝像元件或積層型攝像元件構成攝像元件區塊， 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件或積層型攝像元件中，可設為共有第1電極之固體攝像裝置。為方便起見，將如此構成之固體攝像裝置稱為『第2構成之固體攝像裝置』。且，若如此構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中，將第1電極共有化，則可使排列有複數個攝像元件之像素區域之構成構造簡化、細微化。
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(1個攝像元件區塊)設置1個浮動擴散層。此處，對1個浮動擴散層設置之複數個攝像元件可由後述之第1類型之複數個攝像元件構成，亦可由至少1個第1類型之攝像元件與1個或2個以上後述之第2類型之攝像元件構成。且，藉由適當地控制電荷傳送期間之時序，複數個攝像元件可共有1個浮動擴散層。使複數個攝像元件聯繫動作，作為攝像元件區塊連接於後述之驅動電路。即，構成攝像元件區塊之複數個攝像元件連接於1條驅動電路。但，電荷蓄積用電極之控制係對每個攝像元件進行。又，複數個攝像元件可共有1個接觸孔。複數個攝像元件共有之第1電極與各攝像元件之電荷蓄積用電極之配置關係亦有第1電極與各攝像元件之電荷蓄積用電極鄰接配置之情形。或者又，亦有第1電極與複數個攝像元件之一部分電荷蓄積用電極鄰接配置，不與複數個攝像元件之殘存之電荷蓄積用電極鄰接配置之情形，該情形時，電荷自剩餘複數個攝像元件向第1電極之移動可成為經由一部分複數個攝像元件之移動。構成攝像元件之電荷蓄積用電極與構成攝像元件之電荷蓄積用電極之間的距離(為方便起見，稱為『距離A』)較鄰接於第1電極之攝像元件之第1電極與電荷蓄積用電極之間的距離(為方便起見，稱為『距離B』)更長，但電荷可確實自各攝像元件向第1電極移動因而較佳。又，較佳為愈遠離第1電極之攝像元件，愈增大距離A之值。
再者，於包含以上說明之各種較佳形態、構成之本發明之攝像元件等中，可設為自第2電極側入射光，於自第2電極之光入射側形成有遮光層之形態。或者又，可設為自第2電極側入射光，不對第1電極(根據情形不同，為第1電極及傳送控制用電極)入射光之形態。且，該情形時，可構成為於自第2電極之光入射側，於第1電極(根據情形不同，為第1電極及傳送控制用電極)之上方形成有遮光層，或者又，可構成為於電荷蓄積用電極及第2電極之上方設有晶載微透鏡，入射於晶載微透鏡之光聚光於電荷蓄積用電極。此處，遮光層可配設於較第2電極之光入射側之面更上方，亦可配設於第2電極之光入射側之面之上。根據情形不同，亦可於第2電極形成遮光層。作為構成遮光層之材料，可例示鉻(Cr)及銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、不使光通過之樹脂(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(為方便起見，稱為『第1類型之藍色光用光電轉換層』或『第1類型之藍色光用光電轉換部』)之對於藍色光具有感度之攝像元件(為方便起見，稱為『第1類型之藍色光用攝像元件』)；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(為方便起見，稱為『第1類型之綠色光用光電轉換層』或『第1類型之綠色光用光電轉換部』)之對於綠色光具有感度之攝像元件(為方便起見，稱為『第1類型之綠色光用攝像元件』)；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(為方便起見，稱為『第1類型之紅色光用光電轉換層』或『第1類型之紅色光用光電轉換部』)之對於紅色光具有感度之攝像元件(為方便起見，稱為『第1類型之紅色光用攝像元件』)。又，於不具備電荷蓄積用電極之先前之攝像元件中，為方便起見，將對於藍色光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之藍色光用攝像元件』，為方便起見，將對於綠色光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之綠色光用攝像元件』，為方便起見，將對於紅色光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之紅色光用攝像元件』，為方便起見，將構成第2類型之藍色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之藍色光用光電轉換層』或『第2類型之藍色光用光電轉換部』，為方便起見，將構成第2類型之綠色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之綠色光用光電轉換層』或『第2類型之綠色光用光電轉換部』，為方便起見，將構成第2類型之紅色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之紅色光用光電轉換層』或『第2類型之紅色光用光電轉換部』。
具體而言，具備電荷蓄積用電極之積層型攝像元件可列舉例如如下之構成、構造： [A]第1類型之藍色光用光電轉換部、第1類型之綠色光用光電轉換部及第1類型之紅色光用光電轉換部於垂直方向層， 第1類型之藍色光用攝像元件、第1類型之綠色光用攝像元件及第1類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板； [B]第1類型之藍色光用光電轉換部及第1類型之綠色光用光電轉換部於垂直方向層， 於該等2層第1類型之光電轉換部之下方，配置第2類型之紅色光用光電轉換部， 第1類型之藍色光用攝像元件、第1類型之綠色光用攝像元件及第2類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板； [C]於第1類型之綠色光用光電轉換部之下方，配置第2類型之藍色光用光電轉換部及第2類型之紅色光用光電轉換部， 第1類型之綠色光用攝像元件、第2類型之藍色光用攝像元件及第2類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板； [D]於第1類型之藍色光用光電轉換部之下方，配置第2類型之綠色光用光電轉換部及第2類型之紅色光用光電轉換部， 第1類型之藍色光用攝像元件、第2類型之綠色光用攝像元件及第2類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板。 該等攝像元件之光電轉換部之垂直方向之配置順序較佳為自光入射方向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，或自光入射方向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。此係更短波長之光於更於入射表面側被有效吸收之故。由於紅色於3色中為最長波長，故較佳為自光入射面觀察，使紅色光用光電轉換部位於最下層。藉由該等攝像元件之積層構件，構成1個像素。又，亦可具備第1類型之近紅外光用光電轉換部(或紅外光用光電轉換部)。此處，第1類型之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，於第1類型之攝像元件之積層構造之最下層，配置於較第2類型之攝像元件更上。或者又，亦可於第1類型之光電轉換部之下方，具備第2類型之近紅外光用光電轉換部(或紅外光用光電轉換部)。
於第1類型之攝像元件中，例如第1電極係形成於設置於半導體基板之上之層間絕緣層上。形成於半導體基板之攝像元件可設為背面照射型，亦可設為表面照射型。
由有機系材料構成光電轉換層之情形時，可將光電轉換層設為如下4個態樣之任一者： (1)由p型有機半導體構成。 (2)由n型有機半導體構成。 (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。由p型有機半導體層/p型有機半導體層與n型有機半導體層之混合層(體異質結構造)/n型有機半導體層之積層構造構成。由p型有機半導體層/p型有機半導體層與n型有機半導體層之混合層(塊狀異質構造)之積層構造構成。由n型有機半導體層/p型有機半導體層與n型有機半導體層之混合層(塊狀異質構造)之積層構造構成。 (4)由p型有機半導體與n型有機半導體之混合(塊狀異質構造)構成。但，亦可構成為積層順序任意切換。
作為p型有機半導體，可列舉萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苄星苯并噻吩衍生物、三烯丙基衍生物、咔衍生物、苝衍生物、苉衍生物、屈衍生物、熒蒽衍生物、酞菁衍生物、亞酞菁衍生物、亞卟啉衍生物、將雜環化合物作為配體之金屬錯合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物等。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等富勒烯(高階富勒烯)、內嵌富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如富勒烯氟化物或PCBM富勒烯化合物、富勒烯多量體等)＞、HOMO及LUMO較p型有機半導體更大(更深)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，可列舉氮原子、氧原子、含有硫之雜環化合物、例如吡啶衍生物、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、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲囉啉衍生物、四氮唑衍生物、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、噁唑衍生物、噁唑衍生物、咔衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亞卟啉衍生物、聚亞苯基亞乙烯衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、分子骨架之一部分具有聚芴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、分支或環狀之烷基或苯基；直鏈或稠環之具有芳香族化合物之基；具有鹵素化合物之基；部分氟烷基；全氟烷基；矽烷基；甲矽烷基烷氧基；甲矽烷基；芳基硫基；烷基磺醯基；芳基磺醯基；烷基磺基；芳基硫化物基；烷基硫化物基；氨基；烷基氨基；芳氨基；羧基；烷氧基；醯胺基；醯氧基；羰基；羧基；羧醯胺基；碳烷氧基；醯基；磺醯基；氰基；硝基；具有硫族化物之基；磷化氫基；膦基；該等之衍生物。由有機系材料構成之光電轉換成(有稱為『有機光電轉換層』之情形)之厚度並無特別限定，可例示例如1×10-8 m至5×10-7 m，較佳為2.5×10-8 m至3×10-7 m，更佳為2.5×10-8 m至2×10-7 m，進而佳為1×10-7 m至1.8×10-7 m。另，有機半導體多分類成p型、n型，p型意指易輸送電洞，n型意指易輸送電子，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。
或者又，作為構成光電轉換綠色光之有機光電轉換層之材料，可列舉例如若丹明系色素、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，作為構成光電轉換藍色光之有機光電轉換層之材料，可列舉例如香豆酸色素、三-8-羥基喹啉鋁(Alq3)、部花青系色素等，作為構成光電轉換紅色光之有機光電轉換層之材料，列舉例如酞菁系色素、亞酞菁系色素(亞酞菁衍生物)。
或者又，作為構成光電轉換層之無機系材料，可列舉結晶矽、非晶矽、微結晶矽、結晶硒、非晶硒及黃銅礦系化合物即CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2 )、CuInS2 、CuAlS2 、CuAlSe2 、CuGaS2 、CuGaSe2 、AgAlS2 、AgAlSe2 、AgInS2 、AgInSe2 ，或者又為，III-V族化合物即GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP，更或為CdSe、CdS、In2 Se3 、In2 S3 、Bi2 Se3 、Bi2 S3 、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等化合物半導體。此外，亦可對光電轉換層使用包含該等材料之量子點。
可藉由本發明之第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。
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，與具備拜耳排列之攝像元件之固體攝像裝置不同(即，並非使用彩色濾光片層進行藍色、綠色、紅色分光)，而是於同一像素內之光之入射方向上，積層對於複數種波長之光具有感度之攝像元件而構成1個像素，故可謀求感度提高及每單位面積之像素密度提高。又，由於有機系材料吸收係數較高，故與先前之Si系光電轉換層比較，可減薄有機光電轉換層之膜厚，緩和來自鄰接像素之光洩漏、光之入射角之限制。再者，於先前之Si系攝像元件中，於3色像素間進行內插處理而製成色彩信號，因而會產生偽色，但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，抑制偽色之產生。有機光電轉換層其本身亦作為彩色濾光片層發揮功能，故即使不配置彩色濾光片層亦可進行色分離。
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，而可緩和對藍色、綠色、紅色之分光特性之要求，又，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之攝像元件之排列，除了拜耳排列外，可列舉隔行排列、G條紋RB方格排列、G條紋RB完全方格排列、方格補色排列、條紋排列、斜向條紋排列、原色色差排列、場色差依序排列、框色差依序排列、MOS型排列、改良MOS型排列、框交錯排列、場交錯排列。此處，藉由1個攝像元件構成1個像素(或次像素)。
作為彩色濾光片層(波長選擇機構)，不僅為紅色、綠色、藍色，根據情形不同，可列舉使青色、品紅色、黃色等特定波長透過之濾光片層。將彩色濾光片層設為不僅由使用顏料及染料等有機化合物之有機材料系彩色濾光片層構成，亦可由包含應用光子結晶及電漿子之波長選擇元件(具有於導體薄膜設有格子狀穴構造之導體格柵構造之彩色濾光片層。例如參照日本專利特開2008-177191號公報)、非結晶矽等無機材料之薄膜構成。
排列有複數個本發明之攝像元件等之像素區域係由二維矩陣列狀規則地複數個排列之像素構成。像素區域通常由藉由將實際接收光之光電轉換產生之信號電荷放大並讀出至驅動電路之有效像素區域，及成為黑位準之基準之用以輸出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、構成之本發明之攝像元件等中，照射光，於光電轉換層產生光電轉換，將電洞(電洞)與電子進行載子分離。且，將取出電洞之電極設為陽極，將取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。
第1電極、電荷蓄積用電極、傳送控制用電極、電荷放出電極及第2電極可構成為包含透明導電材料。有將第1電極、電荷蓄積用電極、傳送控制用電極及電荷放出電極總稱為『第1電極等』之情形。或者又，本發明之攝像元件等例如如拜耳排列般配置於平面之情形時，可構成為第2電極包含透明導電材料，第1電極等包含金屬材料，該情形時，具體而言，可構成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)。有將包含透明導電材料之電極稱為『透明電極』之情形。此處，透明導電材料之帶隙能量為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(包含ITO(Indium Tin Oxide：氧化銦錫)、摻雜Sn之In2 O3 、結晶性ITO及非晶ITO)、於氧化鋅中添加有銦作為摻雜物之銦-鋅氧化物(IZO，Indium Zinc Oxide)、於氧化鎵中添加有銦作為摻雜物之銦-鎵氧化物(IGO)、於氧化鋅中添加有銦與鎵作為摻雜物之銦-鎵-鋅氧化物(IGZO，In-GaZnO4 )、於氧化鋅中添加有銦與錫作為摻雜物之銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、IFO(摻雜F之In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、ATO(摻雜Sb之SnO2 )、FTO(摻雜F之SnO2 )、氧化鋅(包含摻雜有其他元素之ZnO)、於氧化鋅中添加有鋁作為摻雜物之鋁-鋅氧化物(AZO)、於氧化鋅中添加有鎵作為摻雜物之鎵-鋅氧化物(GZO)、氧化鈦(TiO2 )、於氧化鈦中添加有鈮作為摻雜物之鈮-鈦氧化物(TNO)、氧化銻、尖晶石型氧化物、具有YbFe2 O4 構造之氧化物。或者又，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，為2×10-8 m至2×10-7 m，較佳可列舉3×10-8 m至1×10-7 m。第1電極要求透明性之情形時，根據製造製程之簡化之觀點，較佳為電荷放出電極亦由透明導電材料構成。
或者又，無需透明之情形時，作為具有作為取出電子之電極之功能之構成陰極之導電材料，較佳為由具有低功函數(例如
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=3.5 eV～4.5 eV)之導電材料構成，具體而言，可列舉鹼性金屬(例如Li、Na、K等)及其氟化物或氧化物、鹼土類金屬(例如Mg、Ca等)及其氟化物或氧化物、鋁(Al)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鉈(Ti)、納-鉀合金、鋁-鋰合金、鎂-銀合金、銦、鐿等稀土類金屬、或該等之合金。或者又，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、碳奈米管、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。再者，作為構成陰極之材料，亦可列舉聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]等有機材料(導電性高分子)。又，亦可使將該等導電性材料與黏合劑(高分子)混合成為漿或墨水者硬化，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，可使用乾式法或濕式法。作為乾式法，可列舉物理氣相沈積法(PVD法)及化學氣相沈積法(CVD法)。作為使用PVD法之原理之成膜方法，可列舉使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鍵結形偏壓濺鍍法、ECR濺鍍法、對向靶材濺鍍法、高頻濺鍍法)、離子鍍敷法、雷射剝離法、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，可列舉電解鍍敷法或無電解鍍敷法、旋轉塗佈法、噴墨法、噴霧覆蓋法、衝壓法、微接觸印刷法、柔版印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、浸塗法等方法。作為濺鍍法，可列舉多孔屏蔽板、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，可使用雷射平坦化法、回流法、CMP(Chemical Mechanical Polishing：化學機械研磨)法等。
作為構成絕緣層之材料，不僅係氧化矽系材料、氮化矽(SiNY )、氧化鋁(Al2 O3 )等金屬氧化物高介電絕緣材料所例示之無機系絕緣材料，可列舉聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯苯酚(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(氨乙基)3-氨丙基三甲氧基矽烷(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(矽烷耦合)、酚醛型苯酚樹脂、氟系樹脂、十八硫醇、十二烷基異氰酸酯等之一端可與控制電極鍵結之具有官能基之直鏈烴類所例示之有機系絕緣材料(有機聚合物)，亦可使用該等之組合。作為氧化矽系材料，可例示氧化矽(SiOX )、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、環全氟化碳聚合物及苯并環丁烯、環狀氟樹脂、聚四氟乙烯、氟芳基醚、氟化聚醯亞胺、無定形碳、有機SOG)。絕緣層可設為單層構成，亦可設為積層有複數層(例如2層)之構成。後者之情形時，至少於電荷蓄積用電極之上，及電荷蓄積用電極與第1電極間之區域，形成絕緣層、下層，對絕緣層、下層實施平坦化處理，藉此使絕緣層、下層殘存於電荷蓄積用電極與第1電極之間的區域，只要於殘存之絕緣層、下層及電荷蓄積用電極之上形成絕緣層、上層即可，藉此可確實達成絕緣層之平坦化。構成各種層間絕緣層及絕緣材料膜之材料亦只要自該等材料適當選擇即可。
構成控制部之浮動擴散層、放大電晶體、重設電晶體及選擇電晶體之構成、構造可設為與先前之浮動擴散層、放大電晶體、重設電晶體及選擇電晶體之構成、構造相同。驅動電路亦可設為眾所周知之構成、構造。
第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部，但為連接於第1電極與浮動擴散層及放大電晶體之閘極部，只要形成接觸孔部即可。作為構成接觸孔部之材料，可例示摻雜有雜質之多晶矽、鎢、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2 、MoSi2 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)。
亦可於無機氧化物半導體材料層與第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，可列舉例如鋰(Li)、納(Na)、鉀(K)等鹼性金屬及其氟化物及氧化物、鎂(Mg)、鈣(Ca)等鹼土類金屬及其氟化物及氧化物。
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，可列舉電阻加熱或高頻加熱、使用電子束加熱之真空蒸鍍法、閃鍍蒸鍍法、電漿蒸鍍法、EB蒸鍍法、各種濺鍍法(2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鍵結形濺鍍法、ECR濺鍍法、對向靶材濺鍍法、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、高頻離子電鍍法及反應性離子電鍍法等各種離子電鍍法、雷射剝離法、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，可列舉旋轉塗佈法、浸漬法、澆鑄法、微接觸印刷法、滴鑄法、絲網印刷法或噴墨印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、柔版印刷法等各種方法、衝壓法、噴塗法、氣刀塗佈法、刮刀塗佈法、棒塗佈法、刀塗佈法、擠壓塗佈法、反向輥塗法、轉移輥塗法、凹版塗佈法、吻式塗佈法、澆鑄塗佈法、噴塗法、狹縫噴嘴塗佈法、壓光塗佈法等各種塗佈法。於塗佈法中，作為溶劑，可使用甲苯、氯仿、己烷、乙醇等無極性或極性較低之有機溶劑。作為濺鍍法，可列舉多孔屏蔽板、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，可使用雷射平坦化法、回流法等。
可根據期望，適當組合以上說明之第1構成～第6構成之2種或2種以上攝像元件。
如上述，亦可視需要，於攝像元件或固體攝像裝置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。亦可視需要，配設用以控制光對攝像元件之入射之擋閘，亦可根據固體攝像裝置之目的，具備光學截斷濾光片。
又，於第1構成～第2構成之固體攝像裝置中，可設為於1個本發明之攝像元件等之上方配設有1個晶載微透鏡之形態，或者又，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有1個晶載微透鏡之形態。
例如，將固體攝像裝置積層於讀出用積體電路(ROIC)之情形時，連接部彼此以連接於形成有包含讀出用積體電路及銅(Cu)之連接部之驅動用基板，及形成有連接部之攝像元件之方式重疊，將連接部彼此接合，從而可積層，亦可使用焊錫凸塊等將連接部彼此接合。
又，於用以驅動本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之驅動方法中，可設為如下之固體攝像裝置之驅動方法： 於所有攝像元件中，同時於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)蓄積電荷，且將第1電極之電荷放出至系統外，其後， 於所有攝像元件中，同時將蓄積於無機氧化物半導體材料層(或無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷傳送至第1電極，傳送結束後，依序讀出各攝像元件中傳送至第1電極之電荷， 重複各步驟。
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電極側入射之光不入射於第1電極之構造，於所有攝像元件中，同時將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層等，且將第1電極之電荷放出至系統外，故於所有攝像元件中可同時確實進行第1電極之重設。且，其後，於所有攝像元件中，同時將蓄積於無機氧化物半導體材料層等之電荷傳送至第1電極，傳送結束後，依序讀出各攝像元件中傳送至第1電極之電荷。因此，可容易實現所謂全域快門功能。
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：接觸型影像感測器)、CMD(Charge Modulation Device：電荷調製器件)型信號放大型影像感測器。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，構成例如數位攝錄影機或視訊攝影機、可攜式攝影機、監視攝像機、車輛搭載用攝像機、智慧型手機用攝像機、遊戲用使用者介面攝像機、生物認證用攝像機。 [實施例1]
實施例1係關於本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件及本發明第2態樣之固體攝像裝置圖1係顯示實施例1之攝像元件及積層型攝像元件(以下簡稱為「攝像元件」)之模式性部分剖視圖，圖2及圖3係顯示實施例1之攝像元件之等效電路圖，圖4係顯示構成實施例1之攝像元件之光電轉換部之第1電極及電荷蓄積用電極以及控制部之電晶體之模式性配置圖，圖5係模式性顯示實施例1之攝像元件動作時之各部位之電位狀態，圖6A係顯示用以說明實施例1之攝像元件之各部位之等效電路圖。又，圖7係顯示構成實施例1之攝像元件之光電轉換部之第1電極及電荷蓄積用電極之模式性配置圖，圖8係顯示第1電極、電荷蓄積用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。再者，圖79係顯示實施例1之固體攝像裝置之概念圖。
實施例1之攝像元件具備第1電極21、光電轉換層23A及第2電極22積層而成之光電轉換部，於第1電極21與光電轉換層23A之間，形成有無機氧化物半導體材料層23B。且，無機氧化物半導體材料層23B係由選自由銦、鎢、錫及鋅組成之群之至少2種元素構成。或者又，構成位於無機氧化物半導體材料層23B附近之光電轉換層23A之部分之材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之LUMO值E2 滿足以下式(A)，較佳為滿足以下式(B)。 E1 -E2 ＜0.2 eV(A) E1 -E2 ＜0.1 eV(B) 或者又，構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之移動率為10 cm2 /V・s以上。
對應於本發明之第1態樣之攝像元件之實施例1之攝像元件中，亦滿足上述式(A)，較佳為滿足上述式(B)。又，對應於本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件之實施例1之攝像元件中，構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之移動率亦為10 cm2 /V・s以上。
且，於實施例1之攝像元件中，光電轉換部進而具備電荷蓄積用電極24，其與絕緣層82及第1電極21相隔而配置，且隔著絕緣層82與無機氧化物半導體材料層23B對向配置。另，光自第2電極22入射。
實施例1之積層型攝像元件至少具有1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。且，由實施例1之固體攝像裝置構成例如數位攝錄影機或視訊攝影機、可攜式攝影機、監視攝像機、車輛搭載用攝像機(車載攝像機)、智慧型手機用攝像機、遊戲用使用者介面攝像機、生物認證用攝像機。
以下，首先進行實施例1之攝像元件之各特性之說明，其次進行實施例1之攝像元件及固體攝像裝置之詳細說明。
藉由基於濺鍍法控制形成無機氧化物半導體材料層23B時之氧氣導入量(氧氣分壓)，而可控制無機氧化物半導體材料層23B之能級。較佳為將氧氣分壓設為0.005(0.5%)至0.02(2%)。
於以下表面1顯示將無機氧化物半導體材料層23B之膜厚設為50 nm，由IWO構成無機氧化物半導體材料層23B時，求得氧氣分壓與由逆光電子分光法求得之能級之關係之結果，但於實施例1之攝像元件中，藉由控制基於濺鍍法形成無機氧化物半導體材料層23B時之氧氣導入量(氧氣分壓)，而可控制無機氧化物半導體材料層23B之能級。另，於無機氧化物半導體材料層23B中，含氧率少於化學計量組成之含氧率。
＜表1＞ 氧氣分壓 能級 0.5% 4.3 eV 2.0% 4.5 eV
其次，關於光電轉換層23A及無機氧化物半導體材料層23B，針對無機氧化物半導體材料層23B之能級、光電轉換層23A與無機氧化物半導體材料層23B之能級差分(E1 -E2 )、及構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之移動率進行調查。如表2所示，將條件分成3個。此處，將構成位於無機氧化物半導體材料層23B附近之光電轉換層23A之部分之材料之LUMO值E1 設為4.5 eV。於第1條件下，能級差分(E1 -E2 )存在0.2 eV。於第2條件下，與第1條件相比能級差分(E1 -E2 )得以改善。於第3條件下，與第2條件相比，移動率進而提高。基於圖1所示構造之攝像元件，以裝置模擬評估該等3個條件下之傳送特性。
另，於第1條件下，使用IGZO作為構成無機氧化物半導體材料層23B之材料，於第2條件下，使用ZTO或ITZO作為構成無機氧化物半導體材料層23B之材料，於第3條件下，使用IWZO或IWO作為構成無機氧化物半導體材料層23B之材料。又，將無機氧化物半導體材料層23B之膜厚設為50 nm。再者，光電轉換層23A包含喹吖啶酮，將厚度設為0.1 μm。
＜表2＞ 第1條件 第2條件 第3條件 無機氧化物半導體材料層 4.3 eV 4.5 eV 4.5 eV 能級差分(E1 -E2 ) 0.2 eV 0 eV 0 V 移動率(單位：cm2 /V·S) 9 10 30
圖76係顯示傳送特性之評估結果。於圖76中，將電子被吸引至電荷蓄積用電極24之上方之狀態之相對電子量設為1×100 。又，於圖76中，將吸引至電荷蓄積用電極24之上方之所有電子傳送至第1電極21之狀態之相對電子量設為1×10-4 。將吸引至電荷蓄積用電極24之上方之所有電子傳送至第1電極21為止之時間(稱為『傳送時間』)設為圖76之橫軸。於圖76中，「A」表示第1條件下之傳送特性之評估結果，「B」表示第2條件下之傳送特性之評估結果，「C」表示第3條件下之傳送特性之評估結果。傳送時間係第2條件較第1條件更縮短，第3條件較第2條件更縮短。
為滿足攝像元件所要求之傳送電荷物無殘存之特性，作為相對電子量成為1×10-4 時之傳送時間，1×10-7 秒較妥當。對於滿足該傳送時間，第2條件較佳，第3條件更佳。即，無機氧化物半導體材料層23B由選自由銦、鎢、錫及鋅組成之群之至少2種元素構成，又，構成位於無機氧化物半導體材料層23B附近之光電轉換層23A之部分之材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之LUMO值E2 為滿足 E1 -E2 ＜0.2 eV 較佳為滿足 E1 -E2 ＜0.1 eV 再者，構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之移動率為10 cm2 / V・s以上。
圖77係顯示將光電轉換層23A之LUMO值E1 設為4.5 eV，將構成無機氧化物半導體層23B之材料之LUMO值E2 設為4.4 eV(參照圖77之「C」)、4.5 eV(參照圖77之「B」)、4.6 eV(參照圖77之「A」)、4.7 eV(參照圖77之「A」)時之傳送特性之評估結果。另，4.6 eV與4.7 eV之資料重疊。隨著LUMO值E2 變高，顯示更佳之傳送特性結果，此係表示以無機氧化物半導體層23B之LUMO值E2 大於光電轉換層23A之LUMO值E1 之方式形成，但對於傳送特性之進一步提高更佳之因子之結果者。
又，圖78A及圖78B係顯示由ZTO構成無機氧化物半導體層23B，光電轉換層23A中產生光電轉換時之60℃之暗電流特性(Jdk )及室溫下(25℃)之外部量子效率特性(EQE)之評估結果。
評估用試料具有於基板上形成包含ITO之第1電極，於第1電極上依序積層包含無機氧化物半導體層、半導體轉換層、MoOx 之緩衝層、第2電極之構造。此處，將無機氧化物半導體層之厚度設為20 nm及100 nm。又，比較用試料具有於基板上形成包含ITO之第1電極，於第1電極上依序積層包含光電轉換層、MoOx 之緩衝層、第2電極之構造。即，未於比較用試料形成無機氧化物半導體層。關於暗電流特性(Jdk )，認為評估用試料具有與比較用試料(參照圖78A之「C」)同等之性能。另，對於將無機氧化物半導體層之厚度設為100 nm時之資料，參照圖78A及圖78B之「A」。又，對於將無機氧化物半導體層之厚度設為20 nm時之資料，參照圖78A及圖78B之「B」。圖78A中，2種評估用試料之暗電流特性之圖表(「A」及「B」資料)幾乎重疊。又，施加1伏特作為正偏壓時，關於外部量子效率特性(EQE)，比較用試料(參照圖78B之「C」)為80%，相對於此，顯示評估用試料高於其之值。如上，形成無機氧化物半導體層之情形時，可確認表示與未形成無機氧化物半導體層之情形之特性同等或較其更佳之特性。
又，更具體而言，無機氧化物半導體材料層23B為不包含鎵原子之構成，無機氧化物半導體材料層23B包含IWO、IWZO、ITZO或ZTO。此處，由X射線繞射結果可知，無機氧化物半導體材料層23B為非晶質(例如，局部不具有結晶構造之非晶質)。再者，光電轉換層23A與無機氧化物半導體材料層23B之界面之無機氧化物半導體材料層23B之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，無機氧化物半導體材料層之均方根粗糙度Rq值為2.5 nm以下。具體而言， Ra=0.8 nm Rq=2.1 nm。 又，電荷蓄積用電極24之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，電荷蓄積用電極24之均方根粗糙度Rq值為2.5 nm以下。具體而言， Ra=0.7 nm Rq=2.3 nm。 再者，無機氧化物半導體材料層23B之相對於波長400 nm至660 nm之光之光透過率為65%以上(具體而言為80%)，電荷蓄積用電機24之相對於波長400 nm至660 nm之光之光透過率亦為65%以上(具體而言為75%)。電荷蓄積用電極24之片材電阻值為3×10 Ω/□至1×103 Ω/□(具體而言為84 Ω/□)。
以下，進行實施例1之攝像元件、固體攝像裝置之詳細說明。
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，進而具備控制部，其設置於半導體基板70，具有連接有第1電極21及第2電極22之驅動電路。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之下方設有包含複數條配線之配線層62。
於半導體基板70設有構成控制部之至少浮動擴散層FD1 及放大電晶體TR1amp ，第1電極21連接於浮動擴散層FD1 及放大電晶體TR1amp 之閘極部。於半導體基板70，進而設有構成控制部之重設電晶體TR1rst 及選擇電晶體TR1sel 。浮動擴散層FD1 連接於重設電晶體TR1rst 之一源極/汲極區域，放大電晶體TR1amp 之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體TR1sel 之一源極/汲極區域，選擇電晶體TR1sel 之另一源極/汲極區域連接於信號線VSL1 。該等放大電晶體TR1amp 、重設電晶體TR1rst 及選擇電晶體TR1sel 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，具有積層有如下3個攝像元件之構造：具備吸收綠色光之第1類型之綠色光用光電轉換層之對於綠色光具有感度之第1類型之實施例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類型之藍色光用光電轉換層之對於藍色光具有感度之第2類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類型之紅色光用光電轉換層之對於紅色光具有感度之第2類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)係設置於半導體基板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。藉由第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個像素。未設置彩色濾光片層。
於第1攝像元件中，第1電極21及電荷蓄積用電極24分開形成於層間絕緣層81上。層間絕緣層81及電荷蓄積用電極24係由絕緣層82覆蓋。於絕緣層82上形成有無機氧化物半導體材料層23B及光電轉換層23A，於光電轉換層23A上形成有第2電極22。於包含第2電極22之全面，形成有絕緣層83，於絕緣層83上設有晶載微透鏡14。未設置彩色濾光片層。第1電極21、電荷蓄積用電極24及第2電極22係由包含例如ITO(功函數：約4.4 eV)之透明電極構成。無機氧化物半導體材料層23B包含例如IWZO及IWO、ZTO、ITZO。光電轉換層23A係由至少包含對於綠色光具有感度之眾所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、喹吖啶酮衍生物等有機系材料)之層構成。層間絕緣層81及絕緣層82、83係由眾所周知之絕緣材料(例如SiO2 及SiN)構成。無機氧化物半導體材料層23B與第1電極21係藉由設置於絕緣層82之連接部67連接。無機氧化物半導體材料層23B於連接部67內延伸。即，無機氧化物半導體材料層23B於設置於絕緣層82之第2開口部85內延伸，連接於第1電極21。
電荷蓄積用電極24連接於驅動電路。具體而言，電荷蓄積用電極24經由設置於層間絕緣層81內之連接孔66、焊墊部64及配線VOA ，連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112。
電荷蓄積用電極24之大小大於第1電極21。將電荷蓄積用電極24之面積設為S1 '，將第1電極21之面積設為S1 時，並未限定，但 較佳為滿足4≦S1 '/S1 。 實施例1中並未限定，設為例如 S1 '/S1 =8。 另，於後述之實施例7～實施例10中，將3個光電轉換部區段10'1 、10'2 、10'3 之大小設為相同大小，平面形狀亦設為相同。
於半導體基板70之第1面(表面)70A之側形成有元件分離區域71，又，於半導體基板70之第1面70A形成有氧化膜72。再者，於半導體基板70之第1面側，設有構成第1攝像元件之控制部之重設電晶體TR1rst 、放大電晶體TR1amp 及選擇電晶體TR1sel ，進而設有第1浮動擴散層FD1 。
重設電晶體TR1rst 係由閘極部51、通道形成區域51A及源極/汲極區域51B、51C構成。重設電晶體TR1rst 之閘極部51連接於重設線RST1 ，重設電晶體TR1rst 之一源極/汲極區域51C兼具第1浮動擴散層FD1 ，另一源極/汲極區域51B連接於電源VDD 。
第1電極21經由設置於層間絕緣層81內之連接孔65、焊墊部63、形成於半導體基板70及層間絕緣層76之接觸孔部61、形成於層間絕緣層76之配線層62，連接於重設電晶體TR1rst 之一源極/汲極區域51C(第1浮動擴散層FD1 )。
放大電晶體TR1amp 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，連接於第1電極21及重設電晶體TR1rst 之一源極/汲極區域51C(第1浮動擴散層FD1 )。又，一源極/汲極區域52B係連接於電源VDD 。
選擇電晶體TR1sel 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係連接於選擇線SEL1 。又，一源極/汲極區域53B與構成放大電晶體TR1amp 之另一源極/汲極區域52C共用區域，另一源極/汲極區域53C係連接於信號線(資料輸出線)VSL1 (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。包含縱型電晶體之傳送電晶體TR2trs 之閘極部45延伸至n型半導體區域41，且連接於傳送閘極線TG2 。又，於傳送電晶體TR2trs 之閘極部45附近之半導體基板70之區域45C，設有第2浮動擴散層FD2 。蓄積於n型半導體區域41之電荷經由沿閘極部45形成之傳送通道，讀出至第2浮動擴散層FD2 。
於第2攝像元件中，進而於半導體基板70之第1面側，設有構成第2攝像元件之控制部之重設電晶體TR2rst 、放大電晶體TR2amp 及選擇電晶體TR2sel 。
重設電晶體TR2rst 係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。重設電晶體TR2rst 之閘極部係連接於重設線RST2 ，重設電晶體TR2rst 之一源極/汲極區域連接於電源VDD ，另一源極/汲極區域兼具第2浮動擴散層FD2 。
放大電晶體TR2amp 係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部連接於重設電晶體TR2rst 之另一源極/汲極區域(第2浮動擴散層FD2 )。又，一源極/汲極區域連接於電源VDD 。
選擇電晶體TR2sel 係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部係連接於選擇線SEL2 。又，一源極/汲極區域與構成放大電晶體TR2amp 之另一源極/汲極區域共用區域，另一源極/汲極區域係連接於信號線(資料輸出線)VSL2 。
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。傳送電晶體TR3trs 之閘極部46連接於傳送閘極線TG3 。又，於傳送電晶體TR3trs 之閘極部46附近之半導體基板70之區域46C，設有第3浮動擴散層FD3 。蓄積於n型半導體區域43之電荷經由沿閘極部46形成之傳送通道46A，讀出至第3浮動擴散層FD3 。
於第3攝像元件中，進而於半導體基板70之第1面側，設有構成第3攝像元件之控制部之重設電晶體TR3rst 、放大電晶體TR3amp 及選擇電晶體TR3sel 。
重設電晶體TR3rst 係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。重設電晶體TR3rst 之閘極部連接於重設線RST3 ，重設電晶體TR3rst 之一源極/汲極區域係連接於電源VDD ，另一源極/汲極區域兼具第3浮動擴散層FD3 。
放大電晶體TR3amp 係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部係連接於重設電晶體TR3rst 之另一源極/汲極區域(第3浮動擴散層FD3 )。又，一源極/汲極區域係連接於電源VDD 。
選擇電晶體TR3sel 係由閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域構成。閘極部係連接於選擇線SEL3 。又，一源極/汲極區域與構成放大電晶體TR3amp 之另一源極/汲極區域共用區域，另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL3 。
重設線RST1 、RST2 、RST3 、選擇線SEL1 、SEL2 、SEL3 、傳送閘極線TG2 、TG3 係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)VSL1 、VSL2 、VSL3 係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之間設有p+ 層44，抑制暗電流之產生。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，再者，n型半導體區域43之側面之一部分係由P+ 層42包圍。於半導體基板70之背面70B之側，形成有p+ 層73，於應自p+ 層73形成半導體基板70內部之接觸孔部61之部分，形成有HfO2 膜74及絕緣材料膜75。於層間絕緣層76，形成有遍及複數個層之配線，但省略圖示。
HfO2 膜74為具有負固定電荷之膜，藉由設置此種膜，可抑制暗電流之產生。可取代HfO2 膜，使用氧化鋁(Al2 O3 )膜、氧化鋯(ZrO2 )膜、氧化鉭(Ta2 O5 )膜、氧化鈦(TiO2 )膜、氧化鑭(La2 O3 )膜、氧化鐠(Pr2 O3 )膜、氧化鈰(CeO2 )膜、氧化釹(Nd2 O3 )膜、氧化鉕(Pm2 O3 )膜、氧化釤(Sm2 O3 )膜、氧化銪(Eu2 O3 )膜、氧化釓(Gd2 O3 )膜、氧化鋱(Tb2 O3 )膜、氧化鏑(Dy2 O3 )膜、氧化鈥(Ho2 O3 )膜、氧化銩(Tm2 O3 )膜、氧化鐿(Yb2 O3 )膜、氧化鎦(Lu2 O3 )膜、氧化釔(Y2 O3 )膜、氮化鉿膜、氮化鋁膜、氧氮化鉿膜、氧氮化鋁膜。作為該等膜之成膜方法，可列舉例如CVD法、PVD法、ALD法。
以下，參照圖5及圖6A，說明具備實施例1之電荷蓄積用電極之積層型攝像元件(第1攝像元件)之動作。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，將光電轉換層23A中藉由光電轉換產生之電子讀出至浮動擴散層。其他實施例中亦設為相同。
圖5、後述之實施例4之圖20、圖21、實施例6之圖32、圖33中使用之符號如下。
PA ・・・・・與位於電荷蓄積用電極24或傳送控制用電極(電荷傳送電極)25與第1電極21之中間的區域對向之無機氧化物半導體材料層23B之點PA 之電位 PB ・・・・・與電荷蓄積用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PB 之電位 PC1 ・・・・・與電荷蓄積用電極區段24A對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PC1 之電位 PC2 ・・・・・與電荷蓄積用電極區段24B對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PC2 之電位 PC3 ・・・・・與電荷蓄積用電極區段24C對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PC3 之電位 PD ・・・・・與傳送控制用電極(電荷傳送電極)25對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PD 之電位 PD・・・・・第1浮動擴散層FD1 之電位 VOA ・・・・・電荷蓄積用電極24之電位 VOA-A ・・・・・電荷蓄積用電極區段24A之電位 VOA-B ・・・・・電荷蓄積用電極區段24B之電位 VOA-C ・・・・・電荷蓄積用電極區段24C之電位 VOT ・・・・・傳送控制用電極(電荷傳送電極)25之電位 RST・・・・・重設電晶體TR1rst 之閘極部51之電位 VDD ・・・・・電源之電位 VSL1 ・・・・・信號線(資料輸出線)VSL1 TR1rst ・・・・・重設電晶體TR1rst TR1amp ・・・・・放大電晶體TR1amp TR1sel ・・・・・選擇電晶體TR1sel
於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V12 。藉由入射於光電轉換層23A之光，於光電轉換層23A產生光電轉換。藉由光電轉換產生之電洞自第2電極22經由配線VOU 向驅動電路送出。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，例如對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故成為V12 ≧V11 ，較佳為V12 ＞V11 。藉此，藉由光電轉換產生之電子被吸入電荷蓄積用電極24，於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B或無機氧化物半導體材料層23B及光電轉換層23A(以下，將該等總稱為『無機氧化物半導體材料層23B等』)之區域停止。即，電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等。由於V12 ＞V11 ，故產生於光電轉換層23A之內部之電子不會向第1電極21移動。隨著光電轉換之時間經過，對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電位成為更負側之值。
於電荷蓄積期間之後期，完成重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1 之電位被重設，第1浮動擴散層FD1 之電位成為電源之電位VDD 。
重設動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V22 。此處，設為V22 ＜V21 。藉此，於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1電極21，進而向第1浮動擴散層FD1 讀出。即，蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷被控制部讀出。
以上，電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作完成。
向第1浮動擴散層FD1 讀出電子後之放大電晶體TR1amp 、選擇電晶體TR1sel 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攝像元件之電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作與先前之電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作相同。又，第1浮動擴散層FD1 之重設雜訊與先前同樣，可藉由相關雙重取樣(CDS，Correlated Double Sampling)處理予以去除。
如上，於實施例1中，由於具備與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向配置之電荷蓄積用電極，故對光電轉換層照射光，於光電轉換層進行光電轉換時，可藉由無機氧化物半導體材料層等、絕緣層及電荷蓄積用電極形成一種電容器，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層等。因此，開始曝光時，可使電荷蓄積部完全空乏化，並抹除電荷。其結果，可抑制kTC雜訊變大，隨機雜訊惡化，導致攝像畫質降低之現象產生。又，由於可同時重設全像素，故可實現所謂全域快門功能。
圖79係顯示實施例1之固體攝像裝置之概念圖。實施例1之固體攝像裝置100係由積層型攝像元件101二維矩陣狀排列之攝像區域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。該等電路可由眾所周知之電路構成，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攝像裝置所使用之各種電路)而構成。圖79中，積層型攝像元件101之參照序號之「101」之表示僅設為1列。
驅動控制電路116基於垂直同步信號、水平同步信號及主時脈而產生成為垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114之動作基準之時脈信號及控制信號。且，將產生之時脈信號及控制信號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係由例如移位暫存器構成，以列單位依序於垂直方向選擇掃描攝像區域111之各積層型攝像元件101。且，將像素信號(圖像信號)基於對應於各積層型攝像元件101之受光量產生之電流(信號)，經由信號線(資料輸出線)117、VSL，送往行信號處理113。
行信號處理電路113配置於例如積層型攝像元件101之每行，將自1列積層型攝像元件101輸出之圖像信號於每個攝像元件藉由來自黑基準像素(雖未圖示，但形成於有效像素區域之周圍)之信號，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，將水平選擇開關(未圖示)連接於與水平信號線118之間而設。
水平驅動電路114係由例如位移暫存器構成，且依序輸出水平掃描脈衝，藉此依序選擇行信號處理電路113之各者，將信號自行信號處理電路113之各者輸出至水平信號線118。
輸出電路115對自行信號處理電路113之各者經由水平信號線118依序供給之信號，進行信號處理並輸出。
如將實施例1之攝像元件之變化例之等效電路圖顯示於圖9，將構成第1電極及電荷蓄積用電極以及控制部之電晶體之模式性配置圖顯示於圖10所示，亦可將重設電晶體TR1rst 之另一源極/汲極區域51B取代連接於電源VDD ，設為接地。
實施例1之攝像元件可以例如以下方法製作。即，首先準備SOI基板。且，基於磊晶成長法，於SOI基板之表面形成第1矽層，於該第1矽層，形成p+ 層73、n型半導體區域41。其次，基於磊晶成長法，於第1矽層上形成第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及層間絕緣層76、各種配線後，使層間絕緣層76與支持基板(未圖示)貼合。其後，將SOI基板去除，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矽層彙總表現為半導體基板70。接著，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HfO2 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、電荷蓄積用電極24、絕緣層82。接著，將連接部67開口，形成無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A、第2電極22、絕緣層83及晶載微透鏡14。藉此，可獲得實施例1之攝像元件。
又，雖省略圖示，但可將絕緣層82設為絕緣層、下層與絕緣層、上層之2層構造。即，至少於電荷蓄積用電極24之上，及電荷蓄積用電極24與第1電極21之間的區域，形成絕緣層、下層(更具體而言，於包含電荷蓄積用電極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，只要於絕緣層、下層及電荷蓄積用電極24之上形成絕緣層、上層即可，藉此可確實達成絕緣層82之平坦化。且，只要於如此獲得之絕緣層82將連接部67開口即可。 [實施例2]
實施例2係實施例1之變化。圖11中顯示模式性部分剖視圖之實施例2之攝像元件為表面照射型攝像元件，具有積層有如下3個攝像元件之構造：具備吸收綠色光之第1類型之綠色光用光電轉換層之對於綠色光具有感度之第1類型之實施例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類型之藍色光用光電轉換層之對於藍色光具有感度之第2類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類型之紅色光用光電轉換層之對於紅色光具有感度之第2類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)係設置於半導體基板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)係設置於藍色光用攝像元件(第2攝像元件)之上方。
於半導體基板70之表面70A側，與實施例1同樣地設有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說明之電晶體同樣之構成、構造。又，於半導體基板70，設有第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說明之第2攝像元件、第3攝像元件同樣之構成、構造。
於半導體基板70之表面70A之上方形成有層間絕緣層81，於層間絕緣層81之上方，設有具備構成實施例1之攝像元件之電荷蓄積用電極之光電轉換部(第1電極21、無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22、以及電荷蓄積用電極24等)。
如此，除了為表面照射型之方面外，實施例2之攝像元件之構成、構造可設為與實施例1之攝像元件之構成、構造相同，因此省略詳細說明。 [實施例3]
實施例3係實施例1及實施例2之變化。
圖12中顯示模式性部分剖視圖之實施例3之攝像元件為背面照射型攝像元件，具有積層有第1類型之實施例1之第1攝像元件，及第2類型之第2攝像元件之2個攝像元件之構造。又，圖13中顯示模式性部分剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例為背面照射型攝像元件，具有積層有第1類型之實施例1之第1攝像元件，及第2類型之第2攝像元件之2個攝像元件之構造。此處，第1攝像元件吸收原色之光，第2攝像元件吸收互補色之光。或者又，第1攝像元件吸收白色光，第2攝像元件吸收紅外線。
圖14中顯示模式性部分剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例為背面照射型攝像元件，係由第1類型之實施例1之第1攝像元件構成。又，圖15中顯示模式性部分剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例為表面照射型攝像元件，係由第1類型之實施例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、及吸收藍色光之攝像元件之3種攝像元件構成。再者，由該等複數個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配置，可列舉拜耳排列。視需要於各攝像元件之光入射側，配設用以進行藍色、綠色、紅色之分光之彩色濾光片層。
亦可取代將第1類型之具備實施例1之電荷蓄積用電極之光電轉換部設為1個，而設為積層2個之形態(即，將具備電荷蓄積用電極之光電轉換部積層2個，於半導體基板設有2個光電轉換部之控制部之形態)，或者又，設為積層3個之形態。(即，將具備電荷蓄積用電極之光電轉換部積層3個，於半導體基板設有3個光電轉換部之控制部之形態)。將第1類型之攝像元件與第2類型之攝像元件之積層構造例例示於以下之表。
Figure 107112065-A0304-0001
 [實施例4]
實施例4係實施例1～實施例3之變化，係關於具備本發明之傳送控制用電極(電荷傳送電極)之攝像元件等。圖16係顯示實施例4之攝像元件之一部分之模式性部分剖視圖，圖17及圖18係顯示實施例4之攝像元件之等效電路圖，圖19係顯示構成實施例4之攝像元件之光電轉換部之第1電極、傳送控制用電極及電荷蓄積用電極以及控制部之電晶體之模式性配置圖，圖20及圖21係顯示實施例4之攝像元件動作時之各部位之電位狀態，圖6B係用以說明實施例4之攝像元件之各部位之等效電路圖。又，圖22係顯示構成實施例4之攝像元件之光電轉換部之第1電極、傳送控制用電極及電荷蓄積用電極之模式性配置圖，圖23係顯示第1電極、傳送控制用電極、電荷蓄積用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
於實施例4之攝像元件中，於第1電極21與電荷蓄積用電極24之間，進而具備傳送控制用電極(電荷傳送電極)25，其與第1電極21及電荷蓄積用電極24相隔而配置，且隔著絕緣層82與無機氧化物半導體材料層23B對向配置。傳送控制用電極25經由設置於層間絕緣層81內之連接孔68B、焊墊部68A及配線VOT ，連接於構成驅動電路之像素驅動電路。另，為簡化圖式，方便起見，將位於較層間絕緣層81更下方之各種攝像元件構成要素彙總以參照序號13表示。
以下，參照圖20、圖21，說明實施例4之攝像元件(第1攝像元件)之動作另，於圖20及圖21中，尤其施加於電荷蓄積用電極24之電位及點PD 之電位值不同。
於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V12 ，對傳送控制用電極25施加電位V13 。藉由入射於光電轉換層23A之光，於光電轉換層23A產生光電轉換。將藉由光電轉換產生之電洞自第2電極22經由配線VOU 向驅動電路送出。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，例如對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故成為V12 ＞V13 (例如V12 ＞V11 ＞V13 ，或V11 ＞V12 ＞V13 )。藉此，藉由光電轉換產生之電子被吸引至電荷蓄積用電極24，於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止。即，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等。由於V12 ＞V13 ，故可確實防止產生於光電轉換層23A內部之電子向第1電極21移動。隨著光電轉換之時間經過，對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電位成為更負側之值。
於電荷蓄積期間之後期，完成重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1 之電位被重設，第1浮動擴散層FD1 之電位成為電源之電位VDD 。
重設動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V22 ，對傳送控制用電極25施加電位V23 。此處，設為V22 ≦V23 ≦V21 (較佳為V22 ＜V23 ＜V21 )。對傳送控制用電極25施加電位V13 之情形時，只要設為V22 ≦V13 ≦V21 (較佳為V22 ＜V13 ＜V21 )即可。藉此，於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子確實向第1電極21，進而向第1浮動擴散層FD1 讀出。即，蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等之電子被控制部讀出。
以上，電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作完成。
向第1浮動擴散層FD1 讀出電子後之放大電晶體TR1amp 、選擇電晶體TR1sel 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攝像元件之電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作與先前之電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作相同。
如將構成實施例4之攝像元件之變化例之第1電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖於圖24所示，亦可將重設電晶體TR1rst 之另一源極/汲極區域51B取代連接於電源VDD ，設為接地。 [實施例5]
實施例5係實施例1～實施例4之變化，係關於具備本發明之電荷放出電極之攝像元件等。圖25係顯示實施例5之攝像元件之一部分之模式性部分剖視圖，圖26係顯示構成具備實施例5之攝像元件之電荷蓄積用電極之光電轉換部之第1電極、電荷蓄積用電極及電荷放出電極之模式性配置圖，圖27係顯示第1電極、電荷蓄積用電極、電荷放出電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
於實施例5之攝像元件中，進而具備電荷放出電極26，其經由連接部69連接於無機氧化物半導體材料層23B，並與第1電極21及電荷蓄積用電極24相隔而配置。此處，電荷放出電極26係以包圍第1電極21及電荷蓄積用電極24之方式(即框狀)配置。電荷放出用電極26連接於構成驅動電路之像素驅動電路。無機氧化物半導體材料層23B於連接部69內延伸。即，無機氧化物半導體材料層23B於設置於絕緣層82之第2開口部86內延伸，連接於電荷放出電極26。電荷放出電極26於複數個攝像元件中共有化(共通化)。
實施例5中，於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V12 ，對電荷放出電極26施加電位V14 ，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等。藉由入射於光電轉換層23A之光，於光電轉換層23A產生光電轉換。藉由光電轉換產生之電洞自第2電極22經由配線VOU 向驅動電路送出。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，例如對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故成為V14 ＞V11 (例如V12 ＞V14 ＞V11 )。藉此，藉由光電轉換產生之電子被吸引至電荷蓄積用電極24，於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體層23B等區域停止，可確實防止向第1電極21移動。但，利用電荷蓄積用電極24之吸引並不充分，或者又，於無機氧化物半導體材料層23B等未蓄積完之電子(所謂溢流之電子)經由電荷放出電極26，送出至驅動電路。
於電荷蓄積期間之後期，完成重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1 之電位被重設，第1浮動擴散層FD1 之電位成為電源之電位VDD 。
重設動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V22 ，對電荷放出電極26施加電位V24 。此處，設為V24 ＜V21 (例如V24 ＜V22 ＜V21 )。藉此，於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子確實向第1電極21，進而確實向第1浮動擴散層FD1 讀出。即，蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷被控制部讀出。
以上，電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作完成。
向第1浮動擴散層FD1 讀出電子後之放大電晶體TR1amp 、選擇電晶體TR1sel 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攝像元件之電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作與先前之電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作相同。
於實施例5中，所謂溢流之電子經由電荷放出電極26被送出至驅動電路，故可抑制鄰接像素向電荷蓄積部之洩漏，可抑制暈光之產生。且，藉此，可提高攝像元件之攝像性能。 [實施例6]
實施例6係實施例1～實施例5之變化，係關於具備本發明之複數個電荷蓄積用電極區段之攝像元件等。
圖28係顯示實施例6之攝像元件之一部分之模式性部分剖視圖，圖29及30係顯示實施例6之攝像元件之等效電路圖，圖31係顯示構成具備實施例6之攝像元件之電荷蓄積用電極之光電轉換部之第1電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，圖32、圖33係顯示實施例6之攝像元件動作時之各部位之電位狀態，圖6C係顯示用以說明實施例6之攝像元件之各部位之等效電路圖。又，圖34係顯示構成具備實施例6之攝像元件之電荷蓄積用電極之光電轉換部之第1電極及電荷蓄積用電極之模式性配置圖，圖35係顯示第1電極、電荷蓄積用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
於實施例6中，電荷蓄積用電極24係由複數個電荷蓄積用電極區段24A、24B、24C構成。電荷蓄積用電極區段之數量只要為2個以上即可，於實施例6中設為「3」。且，於實施例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，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。且，於電荷傳送期間，施加於位於最接近第1電極21之處之電荷蓄積用電極區段24A之電位較施加於位於最遠離第1電極21之處之電荷蓄積用電極區段24C之電位更高。如此，藉由對電荷蓄積用電極24賦予電位梯度，而於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1電極21，進而更確實向第1浮動擴散層FD1 讀出。即，蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷被控制部讀出。
圖32所示之例中，於電荷傳送期間，藉由設為電荷蓄積用電極區段24C之電位＜電荷蓄積用電極區段24B之電位＜電荷蓄積用電極區段24A之電位，而將於無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子同時向第1浮動擴散層FD1 讀出。另一方面，於圖33所示之例中，於電荷傳送期間，藉由使電荷蓄積用電極區段24C之電位、電荷蓄積用電極區段24B之電位、電荷蓄積用電極區段24A之電位逐漸變化(即，藉由階梯狀或傾斜狀變化)，而使於對向於電荷蓄積用電極區段24C之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子移動至對向於電荷蓄積用電極區段24B之無機氧化物半導體材料層23B等區域，接著，藉由使於對向於電荷蓄積用電極區段24B之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電子移動至對向於電荷蓄積用電極區段24A之無機氧化物半導體材料層23B等區域，接著，確實將於對向於電荷蓄積用電極區段24A之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1浮動擴散層FD1 讀出。
如將構成實施例6之攝像元件之變化例之第1電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖於圖36所示，亦可將重設電晶體TR1rst 之另一源極/汲極區域51B取代連接於電源VDD ，設為接地。 [實施例7]
實施例7係實施例1～實施例6之變化，係關於第1構成及第6構成之攝像元件。
圖37係顯示實施例7之攝像元件之模式性部分剖視圖，圖38係顯示將積層有電荷蓄積用電極、無機氧化物半導體材料層、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖。實施例7之攝像元件之等效電路圖與圖2及圖3說明之實施例1之攝像元件之等效電路圖相同，構成具備實施例7之攝像元件之電荷蓄積用電極之光電轉換部之第1電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖與圖4說明之實施例1之攝像元件相同。再者，實施例7之攝像元件(第1攝像元件)實質上與實施例1之攝像元件之動作相同。
此處，於實施例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，係3個光電轉換部區段10'1 、10'2 、10'3 )構成， 無機氧化物半導體材料層23B及光電轉換層23A係由N個光電轉換層區段(具體而言，係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，係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，電荷蓄積用電極24係由N個電荷蓄積用電極區段(具體而言，於各實施例中，係3個電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 )構成， 於實施例10～實施例11中，根據情形不同，於實施例9中，電荷蓄積用電極24係由相互相隔而配置之N個電荷蓄積用電極區段(具體而言，係3個電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 )構成， 第n個(其中，n=1、2、3…N)光電轉換部區段10'n 係由第n個電荷蓄積用電極區段24'n 、第n個絕緣層區段82'n 及第n個光電轉換層區段23'n 構成。 n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極21。此處，光電轉換層區段23'1 、23'2 、23'3 係指光電轉換層與無機氧化物半導體材料層積層而成之區段，於圖式中，為簡化圖式而以1層表現。以下亦同樣。
另，於光電轉換層區段中，可使光電轉換層之部分厚度變化，使無機氧化物半導體材料之部分厚度固定，使光電轉換層區段之部分厚度變化，可使光電轉換層之部分厚度固定，使無機氧化物半導體材料層之部分厚度變化，使光電轉換層區段之厚度變化，亦可使光電轉換層之部分厚度變化，使無機氧化物半導體材料層之部分厚度變化，使光電轉換層區段之厚度變化。
或者又，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 具備光電轉換部，其係第1電極21、無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22積層構成， 光電轉換部進而具備電荷蓄積用電極24，其與第1電極21相隔而配置，且隔著絕緣層82與無機氧化物半導體材料層23B對向配置， 將電荷蓄積用電極24、絕緣層82、無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A之積層方向設為Z方向，將自第1電極21離開之方向設為X方向時，以YZ假想平面將積層有電荷蓄積用電極24、絕緣層82、無機氧化物半導體材料層23B及光電轉換層23A之積層部分切斷時之積層部分之剖面積依存於離開第1電極之距離而變化。
再者，於實施例7之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段10'1 遍及第N個光電轉換部區段10'N ，絕緣層區段之厚度逐漸變化。具體而言，絕緣層區段之厚度逐漸變厚。或者又，於實施例7之攝像元件中，積層部分之剖面之寬度固定，積層部分之剖面厚度、具體而言即絕緣層區段之厚度，依存於與第1電極21相隔之距離而逐漸變厚。另，絕緣層區段之厚度階梯狀變厚。將第n個光電轉換部區段10'n 內之絕緣層區段82'n 之厚度設為固定。將第n個光電轉換部區段10'n 之絕緣層區段82'n 之厚度設為「1」時，作為第(n+1)個光電轉換部區段10'(n+1) 之絕緣層區段82'(n+1) 之厚度可例示2至10，但並不限定於如此之值。於實施例7中，藉由逐漸減薄電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 之厚度，而逐漸增厚絕緣層區段82'1 、82'2 、82'3 之厚度。光電轉換層區段23'1 、23'2 、23'3 之厚度固定。
以下，說明實施例7之攝像元件之動作。
於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V12 。藉由入射於光電轉換層23A之光，於光電轉換層23A產生光電轉換。藉由光電轉換產生之電洞自第2電極22經由配線VOU 向驅動電路送出。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，例如對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故成為V12 ≧V11 ，較佳為V12 ＞V11 。藉此，藉由光電轉換產生之電子被吸引至電荷蓄積用電極24，而停在與電荷蓄積用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等區域。即，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等。由於V12 ＞V11 ，故光電轉換層23A內部所產生之電子不會向第1電極21移動。隨著光電轉換之時間經過，與電荷蓄積用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電位成為更負側之值。
於實施例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，故於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部區段10'n 可較第(n+1)個光電轉換部區段10'(n+1) 蓄積更多電荷，施加更強之電場，可確實防止電荷自第1個光電轉換部區段10'1 向第1電極21流動。
於電荷蓄積期間之後期，完成重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1 之電位被重設，第1浮動擴散層FD1 之電位成為電源之電位VDD 。
重設動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極24施加電位V22 。此處，設為V21 ＞V22 。藉此，於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1電極21，進而向第1浮動擴散層FD1 讀出。即，蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等之電子被控制部讀出。
更具體而言，於電荷蓄積期間，若成為V21 ＞V22 之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段10'1 向第1電極21流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段10'(n+1) 向第n個光電轉換部區段10'n 流動。
以上，電荷蓄積、重設動作、電荷傳送等一連串動作完成。
於實施例7之攝像元件中，由於自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化，或者又，以YZ假想平面將積層有電荷蓄積用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料層及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之剖面積依存於離開第1電極之距離而變化，故形成一種電荷傳送梯度，可進而容易且確實傳送藉由光電轉換產生之電荷。
實施例7之攝像元件實質上可以與實施例1之攝像元件同樣之方法製作，故省略詳細說明。
另，於實施例7之攝像元件中，於第1電極21、電荷蓄積用電極24及絕緣層82之形成中，首先，於層間絕緣層82上，成膜用以形成電荷蓄積用電極24'3 之導電材料層，將導電材料層圖案化，使導電材料層殘留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，藉此可獲得第1電極21之一部分及電荷蓄積用電極24'3 。接著，於全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、平坦化處理，從而可獲得絕緣層區段82'3 。接著，於全面成膜用以形成電荷蓄積用電極24'2 之導電材料層，將導電材料層圖案化，使導電材料層殘留於應形成光電轉換部區段10'1 、10'2 及第1電極21之區域，從而可獲得第1電極21之一部分及電荷蓄積用電極24'2 。接著，於全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、平坦化處理，從而可獲得絕緣層區段82'2 。接著，於全面成膜用以形成電荷蓄積用電極24'1 之導電材料層，將導電材料層圖案化，使導電材料層殘留於應形成光電轉換部區段10'1 及第1電極21之區域，從而可獲得第1電極21及電荷蓄積用電極24'1 。接著，藉由於全面成膜絕緣層，並進行平坦化處理，而可獲得絕緣層區段82'1 (絕緣層82)。且，於絕緣層82上形成無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A。如此，可獲得光電轉換部區段10'1 、10'2 、10'3 。
如將構成實施例7之攝像元件之變化例之第1電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖於圖39所示，亦可將重設電晶體TR1rst 之另一源極/汲極區域51B取代連接於電源VDD ，設為接地。 [實施例8]
實施例8之攝像元件係關於本發明之第2構成及第6構成之攝像元件。將積層有電荷蓄積用電極、無機氧化物半導體材料層、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖如圖40所示，於實施例8之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段10'1 遍及第N個光電轉換部區段10'N ，光電轉換層區段之厚度逐漸變化。或者又，於實施例8之攝像元件中，積層部分之剖面之寬度固定，將積層部分之剖面厚度，具體而言，將光電轉換層區段之厚度依存於離開第1電極21之距離，逐漸增厚。更具體而言，光電轉換層區段之厚度逐漸變厚。另，光電轉換層區段之厚度階梯狀變厚。將第n個光電轉換部區段10'n 內之光電轉換層區段23'n 之厚度設為固定。將第n個光電轉換部區段10'n 之光電轉換層區段23'n 之厚度設為「1」時，作為第(n+1)個光電轉換部區段10'(n+1) 之光電轉換層區段23n(n+1) 之厚度，可例示2至10，但並不限定於此種值。於實施例8中，藉由逐漸減薄電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 之厚度，而逐漸增厚光電轉換層區段23'1 、23'2 、23'3 之厚度。絕緣層區段82'1 、82'2 、82'3 之厚度固定。又，於光電轉換層區段中，例如將無機氧化物半導體材料層之部分厚度設為固定，使光電轉換層之部分厚度變化，從而只要使光電轉換層區段之厚度變化即可。
於實施例8之攝像元件中，由於光電轉換層區段之厚度逐漸變厚，故於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則施加第n個光電轉換部區段10'n 較第(n+1)個光電轉換部區段10'(n+1) 更強之電場，可確實防止電荷自第1個光電轉換部區段10'1 向第1電極21流動。且，於電荷蓄積期間，若成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段10'1 向第1電極21流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段10'(n+1) 向第n個光電轉換部區段10'n 流動。
如此，於實施例8之攝像元件中，由於自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化，或者又，以YZ假想平面將積層有電荷蓄積用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料層及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之剖面積依存於離開第1電極之距離而變化，故形成一種電荷傳送梯度，可進而容易且確實傳送藉由光電轉換產生之電荷。
於實施例8之攝像元件中，於第1電極21、電荷蓄積用電極24、絕緣層82、無機氧化物半導體材料層23B及光電轉換層23A之形成中，首先，於層間絕緣層81上，成膜用以形成電荷蓄積用電極24'3 之導電材料層，將導電材料層圖案化，使導電材料層殘留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，從而可獲得第1電極21之一部分及電荷蓄積用電極24'3 。接著，於全面成膜用以形成電荷蓄積用電極24'2 之導電材料層，將導電材料層圖案化，使導電材料層殘留於應形成光電轉換部區段10'1 、10'2 及第1電極21之區域，從而可獲得第1電極21之一部分及電荷蓄積用電極24'2 。接著，於全面成膜用以形成電荷蓄積用電極24'1 之導電材料層，將導電材料層圖案化，使導電材料層殘留於應形成光電轉換部區段10'1 及第1電極21之區域，從而可獲得第1電極21及電荷蓄積用電極24'1 。接著，於全面保形成膜絕緣層82。且，於絕緣層82之上形成無機氧化物半導體材料層23B及光電轉換層23A，於光電轉換層23A實施平坦化處理。如此，可獲得光電轉換部區段10'1 、10'2 、10'3 。 [實施例9]
實施例9係關於第3構成之攝像元件。圖41係顯示實施例9之攝像元件之模式性部分剖視圖。於實施例9之攝像元件中，於鄰接之光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料不同。此處，自第1個光電轉換部區段10'1 遍及第N個光電轉換部區段10'N ，逐漸縮小構成絕緣層區段之材料之介電常數值。於實施例9之攝像元件中，可對所有N個電荷蓄積用電極區段施加相同電位，亦可對N個電荷蓄積用電極區段之各者施加不同電位。後者之情形時，與實施例10之說明同樣地，只要將互相相隔而配置之電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 經由焊墊部641 、642 、643 ，連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112即可。
且，藉由採用此種構成，而形成一種電荷傳送梯度，於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部區段可較第(n+1)個光電轉換部區段蓄積更多電荷。且，於電荷傳送期間，若成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段流動。 [實施例10]
實施例10係關於第4構成之攝像元件。圖42係顯示實施例10之攝像元件之模式性部分剖視圖。於實施例10之攝像元件中，於鄰接之光電轉換部區段，構成電荷蓄積用電極區段之材料不同。此處，自第1個光電轉換部區段10'1 遍及第N個光電轉換部區段10'N ，逐漸增大構成絕緣層區段之材料之功函數值。於實施例10之攝像元件中，可對所有N個電荷蓄積用電極區段施加相同電位，亦可對N個電荷蓄積用電極區段之各者施加不同電位。後者之情形時，電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 經由焊墊部641 、642 、643 ，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之攝像元件係關於第5構成之攝像元件。圖43A、圖43B、圖44A及圖44B係顯示實施例11之電荷蓄積用電極區段之模式性俯視圖，圖45係顯示構成具備實施例11之攝像元件之電荷蓄積用電極之光電轉換部之第1電極及電荷蓄積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部分剖視圖與圖42或圖47所示相同。於實施例11之攝像元件中，自第1個光電轉換部區段10'1 遍及第N個光電轉換部區段10'N ，電荷蓄積用電極區段之面積逐漸變小。於實施例11之攝像元件中，可對所有N個電荷蓄積用電極區段施加相同電位，亦可對N個電荷蓄積用電極區段之各者施加不同電位。具體而言，與實施例10之說明同樣地，只要將互相相隔而配置之電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 經由焊墊部641 、642 、643 ，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，電荷蓄積用電極24係由複數個電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 構成。電荷蓄積用電極區段之數量只要為2個以上即可，於實施例11中設為「3」。且，於實施例11之攝像元件中，由於第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，故於電荷傳送期間，施加於位於最接近第1電極21之處之電荷蓄積用電極區段24'1 之電位，較施加於位於最遠離第1電極21之處之電荷蓄積用電極區段24'3 之電位更高。如此，藉由對電荷蓄積用電極24賦予電位梯度，而於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1電極21，進而更確實向第1浮動擴散層FD1 讀出。即，蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等之電子被控制部讀出。
且，於電荷傳送期間，藉由設為電荷蓄積用電極區段24'3 之電位＜電荷蓄積用電極區段24'2 之電位＜電荷蓄積用電極區段24'1 之電位，而可將於無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子同時向第1浮動擴散層FD1 讀出。或者又，於電荷傳送期間，藉由使電荷蓄積用電極區段24'3 之電位、電荷蓄積用電極區段24'2 之電位、電荷蓄積用電極區段24'1 之電位逐漸變化(即，藉由階梯狀或傾斜狀變化)，而使於對向於電荷蓄積用電極區段24'3 之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子移動至對向於電荷蓄積用電極區段24'2 之無機氧化物半導體材料層23B等區域，接著，使於對向於電荷蓄積用電極區段24'2 之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子移動至對向於電荷蓄積用電極區段24'1 之無機氧化物半導體材料層23B等區域，接著，確實將於對向於電荷蓄積用電極區段24'1 之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1浮動擴散層FD1 讀出。
如將構成實施例11之攝像元件之變化例之第1電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖於圖46所示，亦可取代將重設電晶體TR3rst 之另一源極/汲極區域51B連接於電源VDD ，設為接地。
於實施例11之攝像元件中，亦藉由採用此種構成，形成一種電荷傳送梯度。即，由於自第1個光電轉換部區段10'1 遍及第N個光電轉換部區段10'N ，電荷蓄積用電極區段之面積逐漸變小，故於電荷蓄積期間，若成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部區段可較第(n+1)個光電轉換部區段蓄積更多電荷。且，於電荷傳送期間，若成為V22 ＜V21 之狀態，則可確實確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動，電荷自第(n+1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段流動。 [實施例12]
實施例12係關於第6構成之攝像元件。圖47係顯示實施例12之攝像元件之模式性部分剖視圖。又，圖48A及圖48B係顯示實施例12之電荷蓄積用電極區段之模式性俯視圖。實施例12之攝像元件具備第1電極21、無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22積層而成之光電轉換部，光電轉換部進而具備電荷蓄積用電極24(24'1 、24'2 、24'3 )，其與第1電極21相隔而配置，且隔著絕緣層82與無機氧化物半導體材料層23B對向配置。且，將電荷蓄積用電極24(24'1 、24'2 、24'3 )、絕緣層82、無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A之積層方向設為Z方向，將自第1電極21離開之方向設為X方向時，以YZ假想平面將積層有電荷蓄積用電極24(24'1 、24'2 、24'3 )、絕緣層82、無機氧化物半導體材料層23B及光電轉換層23A之積層部分切斷時之積層部分之剖面積依存於離開第1電極21之距離而變化。
具體而言，於實施例12之攝像元件中，積層部分之剖面厚度固定，積層部分之剖面寬度愈遠離第1電極21愈變小。另，寬度可連續變窄(參照圖48A)，亦可階梯狀變窄(參照圖48B)。
如此，於實施例12之攝像元件中，以YZ假想平面將積層有電荷蓄積用電極24(24'1 、24'2 、24'3 )、絕緣層82、光電轉換層23A之積層部分切斷時之積層部分之剖面積依存於離開第1電極之距離而變化，故形成一種電荷傳送梯度，可進而容易且確實傳送藉由光電轉換產生之電荷。 [實施例13]
實施例13係關於第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 具備光電轉換部，其係第1電極21、無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層23A及第2電極22積層構成， 光電轉換部進而具有複數個攝像元件，該複數個攝像元件具備電荷蓄積用電極24，其與第1電極21相隔而配置，且隔著絕緣層82與無機氧化物半導體材料層23B對向配置， 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中，共用第1電極21。
或者又，實施例13之固體攝像裝置具備複數個實施例1～實施例12中說明之攝像元件。
於實施例13中，對複數個攝像元件設置1個浮動擴散層。且，藉由適當地控制電荷傳送期間之時序，複數個攝像元件可共用1個浮動擴散層。且，該情形時，複數個攝像元件可共用1個接觸孔部。
另，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中，除共用第1電極21之方面外，實施例13之固體攝像裝置實質上具有與實施例1～實施例12中說明之固體攝像裝置同樣之構成、構造。
將實施例13之固體攝像裝置之第1電極21及電荷蓄積用電極24之配置狀態模式性顯示於圖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)。圖49、圖50、圖53及圖54係圖示16個攝像元件，圖51及圖52係圖示12個攝像元件。且，由2個攝像元件構成攝像元件區塊。以點線包圍表示攝像元件區塊。標註於第1電極21、電荷蓄積用電極24之後綴係用以區別第1電極21、電荷蓄積用電極24者。以下說明中亦同樣。又，於1個攝像元件之上方配設有1個晶載微透鏡(圖49～圖58中未圖示)。且，於1個攝像元件區塊中，隔著第1電極21配置有2個電荷蓄積用電極24(參照圖49、圖50)。或者又，與並置之2個電荷蓄積用電極24對向配置有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蓄積用電極鄰接配置。或者又，第1電極係與複數個攝像元件之一部分電荷蓄積用電極鄰接配置，不與複數個攝像元件之殘存之電荷蓄積用電極鄰接配置(參照圖51、圖52)，該情形時，電荷自複數個攝像元件之殘存向第1電極之移動可成為經由一部分複數個攝像元件之移動。構成攝像元件之電荷蓄積用電極與構成攝像元件之電荷蓄積用電極之間的距離A，較鄰接於第1電極之攝像元件之第1電極與電荷蓄積用電極之間的距離更長，但電荷可確實自各攝像元件向第1電極移動因而較佳。又，較佳為愈遠離第1電極之攝像元件，愈增大距離A之值。又，於圖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，可確實抑制隔著電荷移動控制電極27設置之攝像元件區塊中電荷之移動。另，將施加於電荷移動控制電極27之電位設為V17 時，只要設為V12 ＞V17 即可。
電荷移動控制電極27可於第1電極側，形成與第1電極21或電荷蓄積用電極24相同之位準，亦可形成不同位準(具體而言，較第1電極21或電荷蓄積用電極24更下方之位準)。前者之情形時，由於可縮短電荷移動控制電極27與光電轉換層之間的距離，故易控制電位。另一方面，後者之情形時，由於可縮短電荷移動控制電極27與電荷蓄積用電極24之間的距離，故對於細微化有利。
以下，說明藉由第1電極212 及2個電荷蓄積用電極2421 、2422 構成之攝像元件區塊之動作。
於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極212 施加電位Va ，對電荷蓄積用電極2421 、2422 施加電位VA 。藉由入射於光電轉換層23A之光，於光電轉換層23A產生光電轉換。藉由光電轉換產生之電洞自第2電極22經由配線VOU 向驅動電路送出。另一方面，由於將第1電極212 之電位設為高於第2電極22之電位，即，例如對第1電極212 施加正電位，對第2電極22施加負電位，故成為VA ≧Va ，較佳為VA ＞Va 。藉此，藉由光電轉換產生之電子被吸引至電荷蓄積用電極2421 、2422 ，於對向於電荷蓄積用電極2421 、2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止。即，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等。由於VA ≧Va ，故產生於光電轉換層23A內部之電子不會向第1電極212 移動。隨著光電轉換之時間經過，對向於電荷蓄積用電極2421 、2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電位成為更負側之值。
於電荷蓄積期間之後期，完成重設動作。藉此，第1浮動擴散層之電位被重設，第1浮動擴散層之電位成為電源之電位VDD 。
重設動作結束後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極212 施加電位Vb ，對電荷蓄積用電極2421 施加電位V21-B ，對電荷蓄積用電極2422 施加電位V22-B 。此處，設為V21-B ＜Vb ＜V22-B 。藉此，於對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1電極212 ，進而向第1浮動擴散層讀出。即，蓄積於對向於電荷蓄積用電極層2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷被控制部讀出。若讀出結束，則設為V22-B ≦V21-B ＜Vb 。另，於圖53、圖54所示之例中，亦可設為V22-B ＜Vb ＜V21-B 。藉此，於對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子向第1電極212 ，進而向第1浮動擴散層讀出。又，於圖51、圖52所示之例中，亦可將於對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域停止之電子經由電荷蓄積用電極2422 所鄰接之第1電極213 ，對第1浮動擴散層讀出。如此，蓄積於對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷被控制部讀出。另，若蓄積於對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷向控制部之讀出結束，則亦可重設第1浮動擴散層之電位。
圖59A係顯示實施例13之攝像元件區塊之讀出驅動例，以如下流程： [步驟-A] 向比較器之自動歸零信號輸入 [步驟-B] 共用之1個浮動擴散層之重設動作 [步驟-C] 對應於電荷蓄積用電極2421 之攝像元件之P相讀出及電荷向第1電極212 之移動 [步驟-D] 對應於電荷蓄積用電極2421 之攝像元件之D相讀出及電荷向第1電極212 之移動 [步驟-E] 共用之1個浮動擴散層之重設動作 [步驟-F] 向比較器之自動歸零信號輸入 [步驟-G] 對應於電荷蓄積用電極2422 之攝像元件之P相讀出及電荷向第1電極212 之移動 [步驟-H] 對應於電荷蓄積用電極2422 之攝像元件之D相讀出及電荷向第1電極212 之移動， 讀出來自對應於電荷蓄積用電極2421 及電荷蓄積用電極2422 之2個攝像元件之信號。基於相關雙重取樣(CDS)處理，[步驟-C]之P相讀出與[步驟-D]之D相讀出之差分係來自對應於電荷蓄積用電極2421 之攝像元件之信號，[步驟-G]之P相讀出與[步驟-H]之D相讀出之差分係來自對應於電荷蓄積用電極2422 之攝像元件之信號。
另，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，該情形時，進而可省略[步驟-G](參照圖59C)，[步驟-C]之P相讀出與[步驟-D]之D相讀出之差分係來自對應於電荷蓄積用電極2421 之攝像元件之信號，[步驟-D]之D相讀出與[步驟-H]之D相讀出之差分係來自對應於電荷蓄積用電極2422 之攝像元件之信號。
於將第1電極21及電荷蓄積用電極24之配置狀態模式性顯示於圖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實質上可設為與圖49～圖54所示之固體攝像裝置之動作相同。
於將第1電極21及電荷蓄積用電極24之配置狀態模式性顯示於圖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，於電荷蓄積用電極2411 與電荷蓄積用電極2412 之間、電荷蓄積用電極2412 與電荷蓄積用電極2413 之間、電荷蓄積用電極2413 與電荷蓄積用電極2414 之間，配設有電荷移動控制電極27A1 、27A2 、27A3 。又，如圖58所示，於電荷蓄積用電極2421 、2431 、2441 與電荷蓄積用電極2422 、2432 、2442 之間、電荷蓄積用電極2422 、2432 、2442 與電荷蓄積用電極2423 、2433 、2443 之間、電荷蓄積用電極2423 、2433 、2443 與電荷蓄積用電極2424 、2434 、2444 之間，配設有電荷移動控制電極27B1 、27B2 、27B3 。再者，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。且，於該等固體攝像裝置中，藉由控制16個電荷蓄積用電極24，而可自第1電極21讀出蓄積於無機氧化物半導體材料層23B之電荷。
[步驟-10] 具體而言，首先，自第1電極21讀出蓄積於對向於電荷蓄積用電極2411 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷。其次，經由對向於電荷蓄積用電極2411 之無機氧化物半導體材料層23B等區域，自第1電極21讀出蓄積於對向於電荷蓄積用電極2412 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷。接著，經由對向於電荷蓄積用電極2412 及電荷蓄積用電極2411 之無機氧化物半導體材料層23B等區域，自第1電極21讀出蓄積於對向於電荷蓄積用電極2413 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷。
[步驟-20] 其後，使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2411 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2412 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2423 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2413 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2424 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2414 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。
[步驟-21] 使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2431 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2432 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2433 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2423 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2434 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2424 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。
[步驟-22] 使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2441 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2431 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2442 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2432 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2443 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2433 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2444 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2434 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。
[步驟-30] 且，可藉由再次執行[步驟-10]，經由第1電極21讀出蓄積於對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、蓄積於對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、蓄積於對向於電荷蓄積用電極2423 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、及蓄積於對向於電荷蓄積用電極2424 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷。
[步驟-40] 其後，使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2411 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2412 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2423 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2413 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2424 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2414 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。
[步驟-41] 使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2431 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2432 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2433 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2423 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2434 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2424 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。
[步驟-50] 且，可藉由再次執行[步驟-10]，經由第1電極21讀出蓄積於對向於電荷蓄積用電極2431 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、蓄積於對向於電荷蓄積用電極2432 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、蓄積於對向於電荷蓄積用電極2433 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、及蓄積於對向於電荷蓄積用電極2434 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷。
[步驟-60] 其後，使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2421 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2411 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2422 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2412 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2423 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2413 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。使蓄積於對向於電荷蓄積用電極2424 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷，移動至對向於電荷蓄積用電極2414 之無機氧化物半導體材料層23B等區域。
[步驟-70] 且，可藉由再次執行[步驟-10]，經由第1電極21讀出蓄積於對向於電荷蓄積用電極2441 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、蓄積於對向於電荷蓄積用電極2442 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、蓄積於對向於電荷蓄積用電極2443 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷、及蓄積於對向於電荷蓄積用電極2444 之無機氧化物半導體材料層23B等區域之電荷。
於實施例13之固體攝像裝置中，由於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共用第1電極，故可將排列有複數個攝像元件之像素區域之構成、構造簡化、細微化。另，對1個浮動擴散層設置之複數個攝像元件可由第1類型之複數個攝像元件構成，亦可由至少1個第1類型之攝像元件與1個或2個以上第2類型之攝像元件構成。 [實施例14]
實施例14係實施例13之變化。於將第1電極21及電荷蓄積用電極24之配置狀態模式性顯示於圖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。且，於攝像元件區塊之上方配設有1個晶載微透鏡14。另，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，對應於構成攝像元件區塊之電荷蓄積用電極2411 、2421 、2431 、2441 之光電轉換層相對於來自圖式右斜上之入射光具有較高感度。又，對應於構成攝像元件區塊之電荷蓄積用電極2412 、2422 、2432 、2442 之光電轉換層相對於來自圖式左斜上之入射光具有較高感度。因此，例如藉由組合具有電荷蓄積用電極2411 之攝像元件與具有電荷蓄積用電極2412 之攝像元件，而可取得像面相位差信號。又，若將來自具有電荷蓄積用電極2411 之攝像元件之信號與來自具有電荷蓄積用電極2412 之攝像元件之信號加算，則可藉由與該等攝像元件之組合，構成1個攝像元件。於圖60所示之例中，於電荷蓄積用電極2411 與電荷蓄積用電極2412 之間配置有第1電極211 ，但如圖62所示之例，藉由與並置之2個電荷蓄積用電極2411 、2412 對向配置1個第1電極211 ，可謀求感度之進一步提高。
以上，已基於較佳實施例說明了本發明，但本發明並不限於該等實施例。實施例中說明之積層型攝像元件或攝像元件、固體攝像裝置之構造及構成、製造條件、製造方法、使用之材料為例示，可適當變更。可適當組合各實施例之攝像元件。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、實施例11之攝像元件任意組合，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、實施例12之攝像元件任意組合。
根據情形不同，亦可將浮動擴散層FD1 、FD2 、FD3 、51C、45C、46C共有化。
如圖64中顯示例如實施例1說明之攝像元件之變化例所示，第1電極21亦可構成為於設置於絕緣層82之開口部85A內延伸，連接於無機氧化物半導體材料層23B。
或者又，如圖65中顯示例如實施例1說明之攝像元件之變化例，圖66A中顯示第1電極之部分等經放大之模式性部分剖視圖所示，第1電極21之頂面之緣部係以絕緣層82覆蓋，第1電極21於開口部85B之底面露出，將連接於第1電極21之頂面之絕緣層82之面設為第1面82a，將連接於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B之部分之絕緣層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擴展之傾斜。如此，藉由於開口部85B之側面附加傾斜，電荷自無機氧化物半導體材料層23B向第1電極21之移動變得更順暢。另，於圖66A所示之例中，以開口部85B之軸線為中心，開口部85B之側面旋轉對稱，但如圖66B所示，亦可以具有自第1面82a向第2面82b擴展之傾斜之開口部85C之側面位於電荷蓄積用電極24側之方式，設置開口部85C。藉此，電荷隔著開口部85C自與電荷蓄積用電極24相反側之無機氧化物半導體材料層23B之部分之移動將難以進行。又，開口部85B之側面具有自第1面82a向第2面82b擴展之傾斜，但第2面82b之開口部85B之側面之緣部可如圖66A所示，位於較第1電極21之緣部更外側，亦可如圖66C所示，位於較第1電極21之緣部更內側。藉由採用前者之構成，電荷之傳送變得更容易，藉由採用後者之構成，可縮小形成開口部時之形狀偏差。
該等開口部85B、85C可藉由如下方式形成：將基於蝕刻法於絕緣層形成開口部時所形成之包含光阻材料之蝕刻用遮罩進行回焊；對蝕刻用遮罩之開口側面附加傾斜，使用該蝕刻用遮罩蝕刻絕緣層82。
或者又，關於實施例5中說明之電荷放出電極26，如圖67所示，無機氧化物半導體材料層23B於設置於絕緣層82之第2開口部86A內延伸，連接於電荷放出電極26，以絕緣層82覆蓋電荷放出電極26之頂面之緣部，電荷放出電極26於第2開口部86A之底面露出，將連接於電荷放出電極26之頂面之絕緣層82之面設為第3面82c，將連接於對向於電荷蓄積用電極24之無機氧化物半導體材料層23B之部分之絕緣層82之面設為第2面82b時，第2開口部86A之側面可設為具有自第3面82c向第2面82b擴展之傾斜之形態。
又，如圖68中顯示例如實施例1說明之攝像元件之變化例所示，亦可構成為自第2電極22之側入射光，於自第2電極22之光入射側形成遮光層15。另，亦可使較光電轉換層更於光入射側設置之各種配線作為遮光層發揮功能。
另，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，於自第2電極22之光入射側，於第1電極21之上方形成有遮光層15，但如圖69所示，亦可配設於第2電極22之光入射側之面之上。又，根據情形不同，如圖70所示，亦可於第2電極22形成遮光層15。
或者又，亦可設為光自第2電極22側入射，光不入射於第1電極21之構造。具體而言，如圖68所示，於自第2電極22之光入射側，於第1電極21之上方形成有遮光層15。或者又，如圖72所示，亦可構成為於電荷蓄積用電極24及第2電極22之上方設有晶載微透鏡14，入射於晶載微透鏡14之光聚光於電荷蓄積用電極24，未到達第1電極21。另，如實施例4之說明，設有傳送控制用電極25之情形時，可設為光不入射於第1電極21及傳送控制用電極25之形態，具體而言，如圖71所圖示，亦可設為於第1電極21及傳送控制用電極25之上方形成有遮光層15之構造。或者又，亦可設為入射於晶載微透鏡14之光未到達第1電極或第1電極21及傳送控制用電極25之構造。
藉由採用該等構成、構造，或者又，以光僅入射於位於電荷蓄積用電極24之上方之部分光電轉換層23A之方式設置遮光層，或者又，藉由設計晶載微透鏡14，位於第1電極21之上方(或第1電極21及傳送控制用電極25之上方)之光電轉換層23A之部分不賦予光電轉換，故可更確實同時重設全像素，可更容易實現全域快門功能。即，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， 於所有攝像元件中，同時將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等，且將第1電極之電荷放出至系統外，其後， 於所有攝像元件中，同時將蓄積於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷傳送至第1電極21，傳送結束後，依序讀出各攝像元件中傳送至第1電極21之電荷。 重複各步驟。
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電極側入射之光不入射於第1電極之構造，於所有攝像元件中，同時將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層等，且將第1電極之電荷放出至系統外，故於所有攝像元件中可同時確實進行第1電極之重設。且，其後，於所有攝像元件中，同時將蓄積於無機氧化物半導體材料層等之電荷傳送至第1電極，傳送結束後，依序讀出各攝像元件中傳送至第1電極之電荷。因此，可容易實現所謂全域快門功能。
又，作為實施例4之變化例，如圖73所示，亦可自最接近第1電極21之位置向電荷蓄積用電極24設置複數個傳送控制用電極。另，圖73係顯示設有2個傳送控制用電極25A、25B之例。且，亦可設為如下構造：於電荷蓄積用電極24及第2電極22上方設有晶載微透鏡14，入射於晶載微透鏡14之光聚光於電荷蓄積用電極24，未到達第1電極21及傳送控制用電極25A、25B。
於圖37及圖38所示之實施例7中，藉由逐漸減薄電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 之厚度，而逐漸增厚絕緣層區段82'1 、82'2 、82'3 之厚度。另一方面，如將積層有實施例7之變化例之電荷蓄積用電極、無機氧化物半導體材料層、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖於圖74所示，亦可使電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 之厚度固定，逐漸增厚絕緣層區段82'1 、82'2 、82'3 之厚度。另，光電轉換層區段23'1 、23'2 、23'3 之厚度固定。
又，於圖40所示之實施例8中，藉由逐漸減薄電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 之厚度，而逐漸增厚光電轉換層區段23'1 、23'2 、23'3 之厚度。另一方面，如將積層有實施例8之變化例之電荷蓄積用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖於圖75所示，亦可藉由使電荷蓄積用電極區段24'1 、24'2 、24'3 之厚度固定，逐漸增厚絕緣層區段82'1 、82'2 、82'3 之厚度，而逐漸增厚光電轉換層區段23'1 、23'2 、23'3 之厚度。
以上說明之各種變化例當然亦可對實施例2～實施例14應用。
於實施例中，已舉應用於將對應於入射光量之信號電荷作為物理量檢測之單位像素矩陣狀配置而成之CMOS型固體攝像裝置之情形為例進行說明，但不限於對CMOS型固體攝像裝置應用，亦可對CCD型固體攝像裝置應用。後者之情形時，藉由CCD型構造之垂直傳送暫存器將信號電荷於垂直方向傳送，藉由水平傳送暫存器於水平方向傳送並放大，藉此輸出像素信號(圖像信號)。又，並不限定於像素形成二維矩陣狀，對每像素行配置行信號處理電路而成之行方式之所有固體攝像裝置。再者，亦可根據情形不同，省略選擇電晶體。
再者，本發明之攝像元件不限於應用於檢測可視光之入射光亮量之分佈，並作為圖像攝像之固體攝像元件，亦可應用於將紅外線或X射線，或粒子等入射量之分佈作為圖像攝像之固體攝像裝置。又，廣義而言，亦可應用於檢測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈作為圖像攝像之指紋檢測感測器等所有固體攝像裝置(物理量分佈檢測裝置)。
再者，並不限定於以列單位依序掃描像素區域之各單位像素，自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，以像素單位自選擇像素讀出像素信號之X-Y位址型固體攝像裝置。固體攝像裝置可為作為單晶片形成之形態，亦可為將攝像區域、驅動電路或光學系統彙總並封裝之具有攝像功能之模組狀形態。
又，不限於對固體攝像裝置應用，亦可對攝像裝置應用。此處，所謂攝像裝置，係指數位攝錄影機及視訊攝影機等攝像機系統，及行動電話等之具有攝像功能之電子機器。亦有將搭載於電子機器之模組狀形態、即攝像機模組作為攝像裝置之情形。
於圖80中顯示將由本發明之攝像元件構成之固體攝像裝置201使用於電子機器(攝像機)200之例作為概念圖。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使來自被攝體之像光(入射光)成像於固體攝像裝置201之攝像面上。藉此，信號電荷於一定期間蓄積於固體攝像裝置201內。快門裝置211控制對固體攝像裝置201之光照射週期及遮光週期。驅動電路212供給控制固體攝像裝置201之傳送動作等及快門裝置211之快門動作之驅動信號。藉由自驅動電路212供給之驅動信號(時序信號)，進行固體攝像裝置201之信號傳送。信號處理電路213進行各種信號處理。將進行信號處理之影像信號記憶於記憶體等記憶媒體，或輸出至監視器。於此種電子機器200中，由於可達成固體攝像裝置201之像素尺寸之細微化及傳送效率之提高，故可獲得謀求像素特性之提高之電子機器200。作為可應用固體攝像裝置201之電子機器200，不限於攝像機，可應用於面向數位攝錄影機、行動電話等移動機器之攝像機模組等攝像裝置。
另，本發明亦可採取如下之構成。 [A01]《攝像裝置：第1態樣》 一種攝像元件，其具備光電轉換部，該光電轉換部係由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成， 於第1電極與光電轉換層之間，形成有無機氧化物半導體材料層。 無機氧化物半導體材料層係由選自由銦、鎢、錫及鋅組成之群之至少2種元素構成。 [A02]如[A01]之攝像元件，其中光電轉換部進而具備電荷蓄積用電極，其與絕緣層及第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與無機氧化物半導體材料層對向配置。 [A03]如[A01]或[A02]之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層不包含鎵原子。 [A04]如[A01]或[A02]之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層包含銦-鎢氧化物(IWO)、銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)、銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、或鋅-錫氧化物(ZTO)。 [A05]如[A01]或[A02]之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層包含銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)。 [A06]如[A01]或[A02]之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層包含銦-鎢氧化物(IWO)。 [A07]如[A01]至[A06]中任一項之攝像元件，其中構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換部之一部分的材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 滿足以下式。 E1 -E2 ＜0.2 eV [A08]如[A07]之攝像元件，其中構成位於無機氧化物半導體材料層附近之部分光電轉換層之材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 滿足以下式。 E1 -E2 ＜0.1 eV [A09]如[A01]至[A08]中任一項之攝像元件，其中構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率為10 cm2 /V・s以上。 [A010]《攝像元件：第2態樣》 一種攝像元件，其具備光電轉換部，該光電轉換部係第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成， 於第1電極與光電轉換層之間，形成有無機氧化物半導體材料層， 構成位於無機氧化物半導體材料層附近之部分光電轉換層之材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 滿足以下式。 E1 -E2 ＜0.2 eV [A11]如[A10]之攝像元件，其中構成位於無機氧化物半導體材料層附近之部分光電轉換層之材料之LUMO值E1 ，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2 滿足以下式。 E1 -E2 ＜0.1 eV [A12]如[A10]或[A11]之攝像元件，其中構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率為10 cm2 /V・s以上。 [A13]《攝像裝置：第3態樣》 一種攝像元件，其具備光電轉換部，該光電轉換部係第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成， 於第1電極與光電轉換層之間，形成有無機氧化物半導體材料層， 構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率為10 cm2 /V・s以上。 [A14]如[A01]至[A13]中任一項之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層為非晶質。 [A15]如[A01]至[A14]中任一項之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層之厚度為1×10-8 m至1.5×10-7 m。 [A16]如[A01]至[A15]中任一項之攝像元件，其中光自第2電極入射， 光電轉換層與無機氧化物半導體材料層之界面之無機氧化物半導體材料層之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，無機氧化物半導體材料層之均方根粗糙度Rq值為2.5 nm以下。 [B01]如[A01]至[A16]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部進而具備電荷蓄積用電極，其與絕緣層及第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與無機氧化物半導體材料層對向配置。 [B02]如[B01]之攝像元件，其中進而具備半導體基板， 光電轉換部配置於半導體基板之上方。 [B03]如[B01]或[B02]之攝像元件，其中第1電極於設置於絕緣層之開口部內延伸，並連接於無機氧化物半導體材料層。 [B04]如[B01]或[B02]之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層於設置於絕緣層之開口部內延伸，並連接於第1電極。 [B05]如[B04]之攝像元件，其中第1電極之頂面之緣部係以絕緣層覆蓋， 第1電極於開口部之底面露出， 將連接於第1電極之頂面之絕緣層之面設為第1面，將連接於對向於電荷蓄積用電極之部分無機氧化物半導體材料層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面擴展之傾斜。 [B06]如[B05]之攝像元件，其中具有自第1面向第2面擴展之傾斜之開口部之側面位於電荷蓄積用電極側。 [B07]《第1電極及電荷蓄積用電極之電位控制》 如[B01]至[B06]中任一項之攝像元件，其中進而具備控制部，其設置於半導體基板，具有驅動電路， 第1電極及電荷蓄積用電極連接於驅動電路， 於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極施加電位V12 ，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層， 於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極施加電位V22 ，蓄積於無機氧化物半導體材料層之電荷經由第1電極，被控制部讀出。 但，第1電極之電位高於第2電極之電位， V12 ≧V11 ，且，V22 ＜V21 。 [B08]《傳送控制用電極》 如[B01]至[B06]中任一項之攝像元件，其中於第1電極與電荷蓄積用電極之間，進而具備傳送控制用電極，其與第1電極及電荷蓄積用電極相隔而配置，且隔著絕緣層與無機氧化物半導體材料層對向配置。 [B09]《第1電極、電荷蓄積用電極及傳送控制用電極之電位控制》 如[B08]之攝像元件，其中進而具備控制部，其設置於半導體基板，具有驅動電路， 第1電極、電荷蓄積用電極及傳送控制用電極連接於驅動電路， 於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極施加電位V12 ，對傳送控制用電極施加電位V13 ，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層， 於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極施加電位V22 ，對傳送控制用電極施加電位V23 ，蓄積於無機氧化物半導體材料層之電荷經由第1電極，被控制部讀出。 但，第1電極之電位高於第2電極之電位， V12 ＞V13 ，且，V22 ≦V23 ≦V21 。 [B10]《電荷放出電極》 如[B01]至[B09]中任一項之攝像元件，其中進而具備電荷放出電極，其連接於無機氧化物半導體材料層，並與第1電極及電荷蓄積用電極相隔而配置。 [B11]如[B10]之攝像元件，其中電荷放出電極係以包圍第1電極及電荷蓄積用電極之方式配置。 [B12]如[B10]或[B11]之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層於設置於絕緣層之第2開口部內延伸，並連接於電荷放出電極， 電荷放出電極之頂面之緣部係以絕緣層覆蓋， 電荷放出電極於第2開口部之底面露出， 將連接於電荷放出電極之頂面之絕緣層之面設為第3面，將連接於對向於電荷蓄積用電極之部分無機氧化物半導體材料層之絕緣層之面設為第2面時，開口部之側面具有自第3面向第2面擴展之傾斜。 [B13]《第1電極、電荷蓄積用電極及電荷放出電極之電位控制》 如[B10]至[B12]中任一項之攝像元件，其中進而具備控制部，其設置於半導體基板，具有驅動電路， 第1電極、電荷蓄積用電極及電荷放出電極連接於驅動電路， 於電荷蓄積期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11 ，對電荷蓄積用電極施加電位V12 ，對電荷放出電極施加電位V14 ，將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層， 於電荷傳送期間，自驅動電路對第1電極施加電位V21 ，對電荷蓄積用電極施加電位V22 ，對電荷放出電極施加電位V24 ，蓄積於無機氧化物半導體材料層之電荷經由第1電極，被控制部讀出。 但，第1電極之電位高於第2電極之電位， V14 ＞V11 ，且，V24 ＜V21 。 [B14]《電荷蓄積用電極區段》 如[B01]至[B13]中任一項之攝像元件，其中電荷蓄積用電極係由複數個電荷蓄積用電極區段構成。 [B15]如[B14]之攝像元件，其中第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，於電荷傳送期間，施加於位於最接近第1電極之處之電荷蓄積用電極區段之電位，較施加於位於最遠離第1電極之處之電荷蓄積用電極區段之電位更高， 第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，於電荷傳送期間，施加於位於最接近第1電極之處之電荷蓄積用電極區段之電位，較施加於位於最遠離第1電極之處之電荷蓄積用電極區段之電位更低。 [B16]如[B01]至[B15]中任一項之攝像元件，其中於半導體基板設有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體， 第1電極係連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。 [B17]如[B16]之攝像元件，其中於半導體基板，進而設有構成控制部之重設電晶體及選擇電晶體， 浮動擴散層係連接於重設電晶體之一源極/汲極區域， 放大電晶體之一源極/汲極區域係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/汲極區域係連接於信號線。 [B18]如[B01]至[B17]中任一項之攝像元件，其中電荷蓄積用電極之大小大於第1電極。 [B19]如[B01]至[B18]中任一項之攝像元件，其中光自第2電極側入射，於自第2電極之光入射側形成有遮光層。 [B20]如[B01]至[B18]中任一項之攝像元件，其中光自第2電極側入射，光不入射於第1電極。 [B21]如[B20]之攝像元件，其中於自第2電極之光入射側，第1電極之上方形成有遮光層。 [B22]如[B20]之攝像元件，其中於電荷蓄積用電極及第2電極之上方設有晶載微透鏡， 入射於晶載微透鏡之光聚光於電荷蓄積用電極。 [B23]《攝像裝置：第1構成》 如[B01]至[B22]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 無機氧化物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， 電荷蓄積用電極係由N個電荷蓄積用電極區段構成， 第n個(其中，n=1、2、3…N)光電轉換部區段係由第n個電荷蓄積用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段構成， n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極。 自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化。 [B24]《攝像裝置：第2構成》 如[B01]至[B22]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 無機氧化物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， 電荷蓄積用電極係由N個電荷蓄積用電極區段構成， 第n個(其中，n=1、2、3…N)光電轉換部區段係由第n個電荷蓄積用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段構成， n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極。 自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化。 [B25]《攝像裝置：第3構成》 如[B01]至[B22]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 無機氧化物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， 電荷蓄積用電極係由N個電荷蓄積用電極區段構成， 第n個(其中，n=1、2、3…N)光電轉換部區段係由第n個電荷蓄積用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段構成， n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極。 於鄰接之光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料不同。 [B26]《攝像裝置：第4構成》 如[B01]至[B22]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 無機氧化物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， 電荷蓄積用電極係由互相相隔而配置之N個電荷蓄積用電極區段構成， 第n個(其中，n=1、2、3…N)光電轉換部區段係由第n個電荷蓄積用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段構成， n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極。 於鄰接之光電轉換部區段，構成電荷蓄積用電極區段之材料不同。 [B27]《攝像裝置：第5構成》 如[B01]至[B22]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部係由N個(其中，N≧2)光電轉換部區段構成， 無機氧化物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， 電荷蓄積用電極係由互相相隔而配置之N個電荷蓄積用電極區段構成， 第n個(其中，n=1、2、3…N)光電轉換區段係由第n個電荷蓄積用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段構成， n值愈大之光電轉換部區段，愈遠離第1電極。 自第1個光電轉換部區段遍及第N個光電轉換部區段，電荷蓄積用電極區段之面積逐漸變小。 [B28]《攝像裝置：第6構成》 如[B01]至[B22]中任一項之攝像元件，其中將電荷蓄積用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料層及光電轉換層之積層方向設為Z方向，將自第1電極離開之方向設為X方向時，以YZ假想平面將積層有電荷蓄積用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料層及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之剖面積依存於離開第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[A01]至[B28]中任一項之攝像元件。 [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[A01]至[B28]中任一項之攝像元件。 [D02]《固體攝像裝置：第2態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個[C01]之積層型攝像元件 [E01]《固體攝像裝置：第1構成樣》 一種固體攝像裝置，其具備光電轉換部，該光電轉換部係第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成， 光電轉換部具有複數個[A01]至[B28]中任一項之攝像元件， 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中，共用第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[A01]至[B28]中任一項之攝像元件， 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中，共用第1電極。 [E03]如[E01]或[E02]之固體攝像裝置，其中於1個攝像元件之上方配設有1個晶載微透鏡。 [E04]如[E01]或[E02]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有1個晶載微透鏡。 [E05]如[E01]至[E04]中任一項之固體攝像裝置，其中對於複數個攝像元件設有1個浮動擴散層。 [E06]如[E01]至[E05]中任一項之固體攝像裝置，其中第1電極係與各攝像元件之電荷蓄積用電極鄰接配置。 [E07]如[E01]至[E06]中任一項之固體攝像裝置，其中第1電極係與複數個攝像元件之一部分電荷蓄積用電極鄰接配置，不與複數個攝像元件殘存之電荷蓄積用電極鄰接配置。 [E08]如[E07]之固體攝像裝置，其中構成攝像元件之電荷蓄積用電極與構成攝像元件之電荷蓄積用電極之間的距離，較鄰接於第1電極之攝像元件之第1電極與電荷蓄積用電極之間的距離更長。 [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，其具備光電轉換部，該光電轉換部係第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成， 光電轉換部進而具備電荷蓄積用電極，其與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向配置， 具備複數個攝像元件，其具有光自第2電極側入射，光不入射於第1電極之構造， 於所有攝像元件中，同時將電荷蓄積於無機氧化物半導體材料層，且將第1電極之電荷放出至系統外，其後， 於所有攝像元件中，同時將蓄積於無機氧化物半導體材料層之電荷傳送至第1電極，傳送結束後，依序讀出各攝像元件中傳送至第1電極之電荷， 重複各步驟。
10'1、10'2、10'3‧‧‧光電轉換部區段13‧‧‧位於較層間絕緣層更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22‧‧‧第2電極23A‧‧‧光電轉換層23B‧‧‧無機氧化物半導體材料層23'1、23'2、23'3‧‧‧光電轉換層區段24、24"1、24"2、24"3‧‧‧電荷蓄積用電極24A、24B、24C、24'1、24'2、24'3‧‧‧電荷蓄積用電極區段25、25A、25B‧‧‧傳送控制用電極(電荷傳送電極)26‧‧‧電荷放出電極27、27A1、27A2、27A3、27B127B2、27B3、27C‧‧‧電荷移動控制電極31、33、41、43‧‧‧n型半導體區域32、34、42、44、73p+‧‧‧層35、36、45、46‧‧‧傳送電晶體之閘極部35C、36C‧‧‧半導體基板之區域36A‧‧‧傳送通道51‧‧‧重設電晶體TR1rst之閘極部51A‧‧‧重設電晶體TR1rst之通道形成區域51B、51C‧‧‧重設電晶體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、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、53C‧‧‧選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域61‧‧‧接觸孔部62‧‧‧配線層63、64、68A‧‧‧焊墊部65、68B‧‧‧連接孔66、67、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74‧‧‧HfO2膜75‧‧‧絕緣材料膜76、81‧‧‧層間絕緣層82‧‧‧絕緣層82'1、82'2、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、85A、85B、85C‧‧‧開口部86、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(攝像機)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372‧‧‧氧化膜376、381‧‧‧層間絕緣層383‧‧‧絕緣層FD1、FD2、FD3、45C、46C‧‧‧浮動擴散層TR1trs、TR2trs、TR3trs‧‧‧傳送電晶體TR1rst、TR2rst、TR3rst‧‧‧重設電晶體TR1amp、TR2amp、TR3amp‧‧‧放大電晶體TR1sel、TR2sel、TR3sel‧‧‧選擇電晶體VDD‧‧‧電源TG1、TG2、TG3‧‧‧傳送閘極線RST1、RST2、RST3‧‧‧重設線SEL1、SEL2、SEL3‧‧‧選擇線VSL、VSL1、VSL2、VSL3‧‧‧信號線(資料輸出線)VOA、VOT、VOU‧‧‧配線
圖1係實施例1之攝像元件之模式性部分剖視圖。 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電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性剖視圖。 圖5係模式性顯示實施例1之攝像元件動作時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電極及電荷蓄積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、電荷蓄積用電極、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電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性剖視圖。 圖11係實施例2之攝像元件之模式性部分剖視圖。 圖12係實施例3之攝像元件之模式性部分剖視圖。 圖13係實施例3之攝像元件之變化例之模式性部分剖視圖。 圖14係實施例3之攝像元件之其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖15係實施例3之攝像元件之進而其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖16係實施例4之一部分攝像元件之模式性部分剖視圖。 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、傳送控制用電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性剖視圖。 圖20係模式性顯示實施例4之攝像元件動作時各部位之電位狀態之圖。 圖21係模式性顯示實施例4之攝像元件之其他動作時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、傳送控制用電極及電荷蓄積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、傳送控制用電極、電荷蓄積用電極、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、傳送控制用電極及電荷蓄積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之一部分攝像元件之模式性部分剖視圖。 圖26係構成實施例5之攝像元件之第1電極、電荷蓄積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、電荷蓄積用電極、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部分剖視圖。 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電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖32係模式性顯示實施例6之攝像元件動作時各部位之電位狀態之圖。 圖33係模式性顯示實施例6之攝像元件之其他動作時(傳送時)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電極及電荷蓄積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、電荷蓄積用電極、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電極及電荷蓄積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部分剖視圖。 圖38係將積層有實施例7之攝像元件之電荷蓄積用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖。 圖39係構成實施例7之攝像元件之變化例之第1電極及電荷蓄積用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖40係將積層有實施例8之攝像元件之電荷蓄積用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖。 圖41係實施例9之攝像元件之模式性部分剖視圖。 圖42係實施例10及實施例11之攝像元件之模式性部分剖視圖。 圖43A及圖43B係實施例11之電荷蓄積用電極區段之模式性俯視圖。 圖44A及圖44B係實施例11之電荷蓄積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電極及電荷蓄積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電極及電荷蓄積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部分剖視圖。 圖48A及圖48B係實施例12之電荷蓄積用電極區段之模式性俯視圖。 圖49係實施例13之固體攝像裝置之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積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變化例之第1電極及電荷蓄積用電極區段之模式性俯視圖。 圖59A、圖59B及圖59C係顯示實施例13之攝像元件區塊之讀出驅動例之流程圖。 圖60係實施例14之固體攝像裝置之第1電極及電荷蓄積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之第1電極及電荷蓄積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之第1電極及電荷蓄積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之第1電極及電荷蓄積用電極區段之模式性俯視圖。 圖64係實施例1之攝像元件之其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖65係實施例1之攝像元件之進而其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖66A、圖66B及圖66C係實施例1之攝像元件之進而其他變化例之第1電極之部分等之經放大之模式性部分剖視圖。 圖67係實施例5之攝像元件之其他變化例之電荷放出電極之部分等之經放大之模式性部分剖視圖。 圖68係實施例1之攝像元件之進而其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖69係實施例1之攝像元件之進而其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖70係實施例1之攝像元件之進而其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖71係實施例4之攝像元件之其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖72係實施例1之攝像元件之進而其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖73係實施例4之攝像元件之進而其他變化例之模式性部分剖視圖。 圖74係將積層有實施例7之攝像元件之變化例之電荷蓄積用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖。 圖75係將積層有實施例8之攝像元件之變化例之電荷蓄積用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大之模式性部分剖視圖。 圖76係顯示實施例1之攝像元件之傳送特性之評估結果之圖表。 圖77係顯示實施例1之攝像元件中，光電轉換層之LUMO值E1 與構成無機氧化物半導體層之材料之LUMO值E2 賦予傳送特性之影響之評估結果之圖表。 圖78A及圖78B分別係顯示實施例1中，評估用試料及比較用試料之暗電流特性及外部量子效率之評估結果之圖表。 圖79係實施例1之固體攝像裝置之概念圖。 圖80係將由本發明之攝像元件等構成之固體攝像裝置使用於電子機器(攝像機)之例之概念圖。 圖81係先前之積層型攝像元件(積層型固體攝像裝置)之概念圖。

Claims (19)

  1. 一種攝像元件，其具備光電轉換部，該光電轉換部係由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成，且光電轉換部進而具備絕緣層及絕緣層中之電荷蓄積用電極，於第1電極與光電轉換層之間，形成有無機氧化物半導體材料層，且無機氧化物半導體材料層穿過絕緣層而接觸第1電極，無機氧化物半導體材料層係由選自由銦、鎢、錫及鋅組成之群之至少2種元素構成。
  2. 如請求項1之攝像元件，其中電荷蓄積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與無機氧化物半導體材料層對向配置。
  3. 如請求項1之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層不包含鎵原子。
  4. 如請求項1之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層包含銦-鎢氧化物(IWO)、銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)、銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、或鋅-錫氧化物(ZTO)。
  5. 如請求項1之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層包含銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)。
  6. 如請求項1之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層包含銦-鎢氧化物(IWO)。
  7. 如請求項1之攝像元件，其中構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換部之一部分的材料之LUMO值E1，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2滿足以下式：E1-E2<0.2eV。
  8. 如請求項7之攝像元件，其中構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換層之一部分的材料之LUMO值E1，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2滿足以下式：E1-E2<0.1eV。
  9. 如請求項1之攝像元件，其中構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率為10cm2/V‧s以上。
  10. 一種攝像元件，其具備光電轉換部，該光電轉換部係由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成，且光電轉換部進而具備絕緣層及絕緣層中之電荷蓄積用電極，於第1電極與光電轉換層之間，形成有無機氧化物半導體材料層，且無機氧化物半導體材料層穿過絕緣層而接觸第1電極，構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換層之一部分的材料之LUMO值E1，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2滿 足以下式：E1-E2<0.2eV。
  11. 如請求項10之攝像元件，其中構成位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換層之一部分的材料之LUMO值E1，及構成無機氧化物半導體材料層之材料之LUMO值E2滿足以下式：E1-E2<0.1eV。
  12. 如請求項10之攝像元件，其中構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率為10cm2/V‧s以上。
  13. 一種攝像元件，其具備光電轉換部，該光電轉換部係第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成，且光電轉換部進而具備絕緣層及絕緣層中之電荷蓄積用電極，於第1電極與光電轉換層之間，形成有無機氧化物半導體材料層，且無機氧化物半導體材料層穿過絕緣層而接觸第1電極，構成無機氧化物半導體材料層之材料之移動率為10cm2/V‧s以上。
  14. 如請求項1之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層為非晶質。
  15. 如請求項1之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層之厚度為1×10-8m至1.5×10-7m。
  16. 如請求項1之攝像元件，其中光自第2電極入射，光電轉換層與無機氧化物半導體材料層之界面之無機氧化物半導體材料層之表面粗糙度Ra為1.5nm以下，無機氧化物半導體材料層之均方根粗糙度Rq之值為2.5nm以下。
  17. 一種積層型攝像元件，其具有至少1個請求項1至16中任一項之攝像元件。
  18. 一種固體攝像裝置，其具備複數個請求項1至16中任一項之攝像元件。
  19. 一種固體攝像裝置，其具備複數個請求項17之積層型攝像元件。
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