TWI816679B - 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

本發明之固體攝像元件具有像素，該像素具備第1攝像元件、第2攝像元件、第3攝像元件及晶載微透鏡90，第1攝像元件具備第1電極11、第3電極12及第2電極16，像素進而具備：第3電極控制線VOA，其連接於第3電極12；及複數條控制線62B，其等分別連接於第2攝像元件及第3攝像元件中所具備之各種電晶體，且與第3電極控制線VOA不同；且於像素中，像素中所具備之晶載微透鏡90之中心與該像素所具備之上述複數條控制線62B之任一條之間之距離，小於該像素所具備之晶載微透鏡90之中心與該像素所具備之上述第3電極控制線VOA之間之距離。

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。
對光電轉換層使用有機半導體材料之攝像元件能對特定顏色(波段)進行光電轉換。而且，因具有此種特徵，故於將其作為固體攝像裝置中之攝像元件而使用之情形時，由晶載彩色濾光片(OCCF)與攝像元件之組合構成副像素，且副像素二維排列，從而能獲得於先前之固體攝像裝置中不可能實現之將副像素積層所成之構造(積層型攝像元件)(例如，參照日本專利特開2011-138927)。又，因無需實施解馬賽克處理，故有不會產生偽色之優點。再者，於以下之說明中，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類型之攝像元件』，有時為方便起見，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』，有時為方便起見，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』，有時為方便起見，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』。
圖60表示先前之積層型攝像元件(積層型固體攝像裝置)之構造例。於圖60所示之例中，在半導體基板370內，積層而形成有作為第2類型之光電轉換部之第3光電轉換部331及第2光電轉換部321，該等第3光電轉換部331及第2光電轉換部321構成作為第2類型之攝像元件之第3攝像元件330及第2攝像元件320。又，於半導體基板370之上方(具體而言，為第2攝像元件320之上方)，配置有作為第1類型之光電轉換部之第1光電轉換部311。此處，第1光電轉換部311具備第1電極311、由有機材料形成之光電轉換層315、第2電極316，而構成作為第1類型之攝像元件之第1攝像元件310。於第2光電轉換部321及第3光電轉換部331中，根據吸收係數之不同，分別對例如藍色光及紅色光進行光電轉換。又，於第1光電轉換部311中，對例如綠色光進行光電轉換。
於第2光電轉換部321及第3光電轉換部331中藉由光電轉換所產生之電荷一旦累積於該等第2光電轉換部321及第3光電轉換部331後，便分別藉由縱型電晶體(圖示閘極部322)及傳輸電晶體(圖示閘極部332)傳輸至第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311中藉由光電轉換所產生之電荷經由接觸孔部361、配線層362，累積於半導體基板370上所形成之第1浮動擴散層FD1 。又，第1光電轉換部311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318。而且，第1浮動擴散層FD1 構成重設電晶體(圖示閘極部317)之一部分。再者，參照符號371係元件分離區域，參照符號372係形成於半導體基板370之表面之氧化膜，參照符號376、381係層間絕緣層，參照符號383係保護層，參照符號390係晶載微透鏡。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-138927
[發明所欲解決之問題]
且說，於第2光電轉換部321及第3光電轉換部331中藉由光電轉換所產生之電荷一旦累積於第2光電轉換部321及第3光電轉換部331後，便傳輸至第2浮動擴散層FD2 及第3浮動擴散層FD3 。故此，能使第2光電轉換部321及第3光電轉換部331完全空乏化。然而，於第1光電轉換部311中藉由光電轉換所產生之電荷係直接累積於第1浮動擴散層FD1 。故此，難以使第1光電轉換部311完全空乏化。而且，以上之結果，會導致kTC雜訊(電容復位雜訊)變大，隨機雜訊惡化，攝像畫質降低。又，亦強烈希望更容易且更切實地傳輸於第1光電轉換部311中藉由光電轉換所產生之電荷。進而，亦強烈希望使排列有複數個攝像元件之像素區域中之構成、構造簡化及微細化。
因此，本發明之第1目的在於：提供一種於半導體基板之上或上方配置有光電轉換部，能抑制攝像畫質降低，而且能更容易且更切實地傳輸藉由光電轉換所產生之電荷之構成、構造之攝像元件；由該攝像元件構成之積層型攝像元件；及具備該攝像元件或積層型攝像元件之固體攝像裝置。又，本發明之第2目的在於：提供一種具有複數個攝像元件，而且能使排列有複數個攝像元件之像素區域中之構成、構造簡化及微細化之固體攝像裝置，該攝像元件於半導體基板之上或上方配置有光電轉換部，能抑制攝像畫質降低。 [解決問題之技術手段]
用以達成上述第1目的之本發明之第1態樣～第6態樣之攝像元件 具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置； 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部段， 光電轉換層包含N個光電轉換層段， 絕緣層包含N個絕緣層段， 於本發明之第1態樣～第3態樣之攝像元件中，電荷累積用電極包含N個電荷累積用電極段， 於本發明之第4態樣～第5態樣之攝像元件中，電荷累積用電極包含彼此相隔而配置之N個電荷累積用電極段， 第n個(其中，n＝1、2、3…N)光電轉換部段包含第n個電荷累積用電極段、第n個絕緣層段及第n個光電轉換層段，且 n之值越大之光電轉換部段，距第1電極越遠而配置。
而且，於本發明之第1態樣之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，絕緣層段之厚度逐漸變化。
又，於本發明之第2態樣之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，光電轉換層段之厚度逐漸變化。
又，於本發明之第3態樣之攝像元件中，在鄰接之光電轉換部段中，構成絕緣層段之材料不同。
又，於本發明之第4態樣之攝像元件中，在鄰接之光電轉換部段中，構成電荷累積用電極段之材料不同。
又，於本發明之第5態樣之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，電荷累積用電極段之面積逐漸變小。再者，面積可連續變小，亦可呈階梯狀變小。
用以達成上述第1目的之本發明之第6態樣 具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置；且 於將電荷累積用電極、絕緣層及光電轉換層之積層方向設定為Z方向，將離開第1電極之方向設定為X方向時，以YZ假想平面將由電荷累積用電極、絕緣層及光電轉換層積層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面面積相依於距第1電極之距離而變化。再者，截面面積之變化可為連續之變化，亦可為階梯狀之變化。
用以達成上述第1目的之本發明之積層型攝像元件具有至少1個本發明之第1態樣～第6態樣之攝像元件。
用以達成上述第2目的之本發明之第1態樣之固體攝像裝置具有複數個攝像元件， 該攝像元件具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置；且 由複數個攝像元件構成攝像元件組塊， 構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極。
用以達成上述第2目的之本發明之第2態樣之固體攝像裝置具有複數個本發明之第1態樣～第7態樣之攝像元件，且 由複數個攝像元件構成攝像元件組塊， 構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極。
用以達成上述第1目的之本發明之第3態樣之固體攝像裝置具備複數個本發明之第1態樣～第6態樣之攝像元件。又，用以達成上述第1目的之本發明之第4態樣之固體攝像裝置具備複數個本發明之積層型攝像元件。
又，本發明之固體攝像元件具有像素，該像素具備 第1攝像元件、 第2攝像元件、 電性連接於上述第2攝像元件之第1傳輸電晶體、第1重設電晶體及第1選擇電晶體、 第3攝像元件、 電性連接於上述第3攝像元件之第2傳輸電晶體、第2重設電晶體及第2選擇電晶體、以及 晶載微透鏡，且 上述第1攝像元件具備第1電極、第3電極、以及與上述第1及第3電極對向之第2電極， 上述像素進而具備： 第3電極控制線，其連接於上述第3電極；及 複數條控制線，其等分別連接於上述第1傳輸電晶體、上述第1重設電晶體、上述第1選擇電晶體、上述第2傳輸電晶體、上述第2重設電晶體、上述第2選擇電晶體，且與上述第3電極控制線不同； 且於上述像素中， 該像素所具備之晶載微透鏡之中心與該像素所具備之上述複數條控制線之任一條之間之距離，小於該像素所具備之晶載微透鏡之中心與該像素所具備之上述第3電極控制線之間之距離。據此，藉由將第3電極控制線配置於距晶載微透鏡中心儘量遠之區域，較不具備該構造之固體攝像裝置，能使第3電極控制線不易阻礙到光向第2攝像元件及第3攝像元件之入射，從而提高固體攝像裝置之感度。
又，於本發明之固體攝像裝置中， 像素具備 第1攝像元件、 第2攝像元件、 第3攝像元件、及 晶載微透鏡，且 較第1電極內接圓中心與晶載微透鏡中心之間之距離d4、或浮動擴散區域內接圓中心與晶載微透鏡中心之間之距離d5，電荷累積用電極內接圓中心與晶載微透鏡中心之間之距離d1、第2攝像元件內接圓中心與晶載微透鏡中心之間之距離d2、及第3攝像元件內接圓中心與晶載微透鏡中心之間之距離d3小。如此，藉由將浮動擴散區域或第1電極配置於距晶載微透鏡中心儘量遠之區域，較不具備該構造之固體攝像裝置，能增大第2攝像元件、第3攝像元件之面積，且能提高固體攝像裝置之感度。
又，本發明之固體攝像元件具有像素，該像素具備 第1攝像元件、 電性連接於上述第1攝像元件之第1浮動擴散區域、 第2攝像元件、 電性連接於上述第2攝像元件之第2浮動擴散區域、 第3攝像元件、 電性連接於上述第3攝像元件之第3浮動擴散區域、及 晶載微透鏡，且 上述第1攝像元件具備第1電極、第3電極、以及與上述第1及第3電極對向之第2電極， 上述第1至第3浮動擴散層各自之中心均配置於 較上述第3電極之內接圓靠外側、 較上述第3電極之外形線靠外側、或 較上述第3電極之外接圓靠外側。如此，藉由將浮動擴散區域配置於距晶載微透鏡L中心儘量遠之區域，較不具備該構造之固體攝像裝置，能增大第3電極、第2攝像元件及第3攝像元件之面積，且能提高固體攝像裝置之感度。
又，本發明之固體攝像元件具有像素，該像素具備 第1攝像元件、 第2攝像元件、 電性連接於上述第2攝像元件之第1傳輸電晶體、第1重設電晶體及第1選擇電晶體、 第3攝像元件、 電性連接於上述第3攝像元件之第2傳輸電晶體、第2重設電晶體及第2選擇電晶體、以及 晶載微透鏡，且 上述第1攝像元件具備第1電極、第3電極、以及與上述第1及第3電極對向之第2電極， 較上述第3電極與上述第1電極之間之最小距離，上述第1及第2傳輸電晶體、上述第1及第2重設電晶體、以及上述第1及第2選擇電晶體中最小之通道長度更短。如此，藉由將浮動擴散區域配置於距晶載微透鏡中心儘量遠之區域，較不具備該構造之固體攝像裝置，能增大第3電極、第2攝像元件及第3攝像元件之面積，且能提高固體攝像裝置之感度。
又，本發明之固體攝像裝置 於像素內，具備 第1攝像元件、 第2攝像元件、 第3攝像元件、及 晶載微透鏡，且 上述第1攝像元件具備第1電極、第3電極、以及與上述第1及第3電極對向之第2電極， 上述第3電極之面積較上述第3攝像元件大。如此，藉由使第3電極之面積大於第3攝像元件之面積，較不具備該構造之固體攝像裝置，能提高對綠光之感度。再者，較佳為上述第3電極之面積較上述第2攝像元件小。 [發明之效果]
於本發明之第1態樣～第6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攝像元件、構成本發明之第1態樣～第4態樣之固體攝像裝置之本發明之攝像元件中，具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置；故而，於對光電轉換部照射光，並於光電轉換部中進行光電轉換時，能積蓄光電轉換層之電荷。故此，於曝光開始時，能使電荷累積部完全空乏化，而將電荷消除。其結果，能抑制造成kTC雜訊變大，隨機雜訊惡化，攝像畫質降低之現象之產生。又，於本發明之第1態樣～第6態樣之攝像元件、應用該攝像元件之本發明之積層型攝像元件或本發明之第1態樣～第4態樣之固體攝像裝置中，絕緣層段之厚度受到規定，或又，光電轉換層段之厚度受到規定，或又，構成絕緣層段之材料不同，或又，構成電荷累積用電極段之材料不同，或又，電荷累積用電極段之面積受到規定，或又，積層部分之截面面積受到規定，因此形成一種電荷傳輸梯度，能更容易且更切實地將藉由光電轉換所產生之電荷傳輸至第1電極。而且，其結果，能防止殘像之產生或傳輸殘餘之產生。進而，於本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置中，構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極，故而能使排列有複數個攝像元件之像素區域中之構成、構造簡化及微細化。再者，本說明書所記載之效果歸根到底僅為例示而非進行限定者，又，亦可存在附加效果。
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及材料僅為例示。再者，說明係按以下之順序進行。 1.關於本發明之第1態樣～第6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4態樣之固體攝像裝置全體之說明 2.實施例1(本發明之第1態樣及本發明之第6態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件及本發明之第4態樣之固體攝像裝置) 3.實施例2(本發明之第2態樣及本發明之第6態樣之攝像元件) 4.實施例3(本發明之第3態樣之攝像元件) 5.實施例4(本發明之第4態樣之攝像元件) 6.實施例5(本發明之第5態樣之攝像元件) 7.實施例6(本發明之第6態樣之攝像元件) 8.實施例7(本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置) 9.實施例8(實施例7之變形) 10.實施例9(實施例1～實施例6之變形) 11.實施例10(實施例1～實施例6、實施例9之變形) 12.實施例11(實施例1～實施例6、實施例9～實施例10之變形) 13.實施例12 14.其他
＜關於本發明之第1態樣～第6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4態樣之固體攝像裝置全體之說明＞ 於本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置中，可設定為於構成攝像元件組塊之複數個攝像元件之間配設有傳輸控制用電極之形態。傳輸控制用電極於第1電極側，可形成為與第1電極或電荷累積用電極相同之位準，亦可形成為與之不同之位準。或又，傳輸控制用電極於第2電極側，可形成為與第2電極相同之位準，亦可形成為與之不同之位準。進而，於包括該較佳形態在內之本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置中，可設定為於1個攝像元件之上方配設有1個載晶微透鏡之形態，或又，可設定為由2個攝像元件構成攝像元件組塊，且於攝像元件組塊之上方配設有1個載晶微透鏡之形態。
於本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置中，相對於複數個攝像元件設置1個浮動擴散層。此處，相對於1個浮動擴散層而設置之複數個攝像元件可由下述第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、1個或2個以上下述第2類型之攝像元件構成。而且，藉由得當地控制電荷傳輸期間之時序，能使複數個攝像元件共享1個浮動擴散層。複數個攝像元件相互關聯而動作，且以攝像元件組塊之形式連接於下述驅動電路。即，構成攝像元件組塊之複數個攝像元件連接於1個驅動電路。其中，電荷累積用電極之控制係針對每個攝像元件而進行。又，複數個攝像元件可共享1個接觸孔部。關於被複數個攝像元件共享之第1電極與各攝像元件之電荷累積用電極之配置關係，亦有第1電極與各攝像元件之電荷累積用電極鄰接而配置之情形。或又，亦有第1電極與複數個攝像元件之一部分之電荷累積用電極鄰接而配置，不與複數個攝像元件之其餘電荷累積用電極鄰接而配置之情形，於該情形時，電荷自複數個攝像元件之其餘部分向第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累積用電極與構成攝像元件之電荷累積用電極之間之距離(為方便起見，稱為『距離A』)較鄰接於第1電極之攝像元件中之第1電極與電荷累積用電極之間之距離(為方便起見，稱為『距離B』)長時，能切實地使電荷自各攝像元件向第1電極移動，故而較佳。又，較佳為距第1電極越遠而配置之攝像元件，距離A之值越大。
於本發明之第1態樣～第5態樣之攝像元件中，n之值越大之光電轉換部段，距第1電極越遠而配置，但是否與第1電極隔開而配置，要以X方向為基準進行判斷。又，於本發明之第6態樣之攝像元件中，將離開第1電極之方向設定為X方向，但『X方向』要按如下所述進行定義。即，排列有複數個攝像元件或積層型攝像元件之像素區域包含呈二維陣列狀、即於X方向及Y方向上規則地排列有複數個之像素。於將像素之平面形狀設定為矩形之情形時，將距第1電極最近之邊延伸之方向設定為Y方向，將與Y方向正交之方向設定為X方向。或又，於將像素之平面形狀設定為任意形狀之情形時，將包含距第1電極最近之線段或曲線之整體上之方向設定為Y方向，將與Y方向正交之方向設定為X方向。
位於光入射側之第2電極較佳為於複數個攝像元件中共通化。即，可將第2電極設定為所謂之固體電極。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，亦可針對每個攝像元件而設置。
於本發明之第1態樣～第2態樣之攝像元件中，N個光電轉換層段係連續地設置，N個絕緣層段亦連續地設置，N個電荷累積用電極段亦連續地設置。於本發明之第3態樣～第5態樣之攝像元件中，N個光電轉換層段係連續地設置。又，於本發明之第4態樣、第5態樣之攝像元件中，N個絕緣層段係連續地設置，另一方面，於本發明之第3態樣之攝像元件中，N個絕緣層段係與光電轉換部段分別對應而設置。進而，於本發明之第4態樣～第5態樣之攝像元件中，N個電荷累積用電極段與光電轉換部段分別對應而設置，視情形，於本發明之第3態樣之攝像元件中亦如此。而且，於本發明之第1態樣～第6態樣之攝像元件中，對電荷累積用電極段全部施加相同之電位。或又，於本發明之第4態樣～第5態樣之攝像元件中，對N個電荷累積用電極段分別施加不同之電位，視情形，於本發明之第3態樣之攝像元件中亦如此。
於本發明之第1態樣～第6態樣之攝像元件，構成本發明之積層型攝像元件之第1態樣～第6態樣之攝像元件，或構成包括上述較佳形態在內之本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置、本發明之第3態樣～第4態樣之固體攝像裝置之攝像元件(以下，將該等攝像元件統稱為『本發明之攝像元件等』)中，可設定為如下形態，即， 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。再者，第1電極、電荷累積用電極及第2電極連接於下述驅動電路。
進而，於包括以上所說明之各種較佳形態在內之本發明之攝像元件等中，可設定為第1電極在設置於絕緣層之開口部內延伸，且與光電轉換層連接之形態。或又，可設定為光電轉換層在設置於絕緣層之開口部內延伸，且與第1電極連接之形態，於該情形時，可設定為如下形態，即， 第1電極之頂面之緣部被絕緣層覆蓋， 第1電極露出於開口部之底面，且 於將與第1電極之頂面相接之絕緣層之面設定為第1面，將與對向於電荷累積用電極之光電轉換層之部分相接之絕緣層之面設定為第2面時，開口部之側面具有自第1面向第2面擴大之傾斜；進而，可設定為具有自第1面向第2面擴大之傾斜之開口部之側面位於電荷累積用電極側之形態。再者，包括於光電轉換層與第1電極之間形成有其他層之形態(例如，於光電轉換層與第1電極之間形成有適於電荷累積之材料層之形態)。
進而，於包括以上所說明之各種較佳形態在內之本發明之攝像元件等中，可設定為如下構成，即， 進而具備控制部，該控制部設置於半導體基板，且具有驅動電路； 第1電極及電荷累積用電極連接於驅動電路，且 於電荷累積期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V11 ，對電荷累積用電極施加電位V12 ，使電荷累積於光電轉換層， 於電荷傳輸期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V21 ，對電荷累積用電極施加電位V22 ，將累積於光電轉換層之電荷經由第1電極讀出至控制部。其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， V12 ≧V11 ，且V22 ＜V21 ， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， V12 ≦V11 ，且V22 ＞V21 。
以下，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電極之電位低於第2電極之電位之情形時，只要將電位之高低顛倒即可。
於本發明之第1態樣之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，絕緣層段之厚度逐漸變化，絕緣層段之厚度可逐漸變厚，亦可逐漸變薄，藉此形成一種電荷傳輸梯度。
於將應累積之電荷設定為電子之情形時，可採用絕緣層段之厚度逐漸變厚之構成，於將應累積之電荷設定為電洞之情形時，可採用絕緣層段之厚度逐漸變薄之構成。而且，該等情形時，若於電荷累積期間，成為｜V12 ｜≧ ｜V11 |之狀態，則第n個光電轉換部段較第(n＋1)個光電轉換部段，能累積更多電荷，且會被施加更強電場，從而能切實地防止電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動。而且，若於電荷傳輸期間，成為｜V22 ｜＜ ｜V21 ｜之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段向第n個光電轉換部段之流動。
於本發明之第2態樣之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，光電轉換層段之厚度逐漸變化，光電轉換層段之厚度可逐漸變厚，亦可逐漸變薄，藉此形成一種電荷傳輸梯度。
於將應累積之電荷設定為電子之情形時，可採用光電轉換層段之厚度逐漸變厚之構成，於將應累積之電荷設定為電洞之情形時，可採用光電轉換層段之厚度逐漸變薄之構成。而且，於光電轉換層段之厚度逐漸變厚之情形時，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，又，於光電轉換層段之厚度逐漸變薄之情形時，若於電荷累積期間，成為V12 ≦V11 之狀態，則第n個光電轉換部段較第(n＋1)個光電轉換部段，會被施加更強電場，從而能切實地防止電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動。而且，若在電荷傳輸期間，於光電轉換層段之厚度逐漸變厚之情形時，成為V22 ＜V21 之狀態，又，於光電轉換層段之厚度逐漸變薄之情形時，成為V22 ＞V21 之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段向第n個光電轉換部段之流動。
於本發明之第3態樣之攝像元件中，在鄰接之光電轉換部段中，構成絕緣層段之材料不同，藉此形成一種電荷傳輸梯度，較佳為自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，構成絕緣層段之材料之相對介電常數之值逐漸變小。而且，藉由採用此種構成，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部段較第(n＋1)個光電轉換部段，能累積更多電荷。而且，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段向第n個光電轉換部段之流動。
於本發明之第4態樣之攝像元件中，在鄰接之光電轉換部段中，構成電荷累積用電極段之材料不同，藉此形成一種電荷傳輸梯度，較佳為自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，構成絕緣層段之材料之功函數之值逐漸變大。而且，藉由採用此種構成，無需相依於電壓之正負，便能形成有利於信號電荷傳輸之電位梯度。
於本發明之第5態樣之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，電荷累積用電極段之面積逐漸變小，藉此形成一種電荷傳輸梯度，故而，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部段較第(n＋1)個光電轉換部段，能累積更多電荷。而且，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段向第n個光電轉換部段之流動。
於本發明之第6態樣之攝像元件中，積層部分之截面面積相依於距第1電極之距離而變化，藉此形成一種電荷傳輸梯度。具體而言，只要採用使積層部分之截面之厚度固定不變，使積層部分之截面之寬度為距第1電極越遠則越窄之構成，便能與本發明之第5態樣之攝像元件中所說明之內容同樣地，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則距第1電極近之區域較距第1電極遠之區域，能累積更多電荷。因此，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自距第1電極近之區域向第1電極之流動、電荷自距第1電極遠之區域向距第1電極近之區域之流動。另一方面，只要採用使積層部分之截面之寬度固定不變，使積層部分之截面之厚度、具體而言為絕緣層段之厚度逐漸變厚之構成，便能與本發明之第1態樣之攝像元件中所說明之內容同樣地，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則距第1電極近之區域較距第1電極遠之區域，能累積更多電荷，且會被施加更強電場，從而能切實地防止電荷自距第1電極近之區域向第1電極之流動。而且，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自距第1電極近之區域向第1電極之流動、電荷自距第1電極遠之區域向距第1電極近之區域之流動。又，只要採用使光電轉換層段之厚度逐漸變厚之構成，便能與本發明之第2態樣之攝像元件中所說明之內容同樣地，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則距第1電極近之區域較距第1電極遠之區域，會被施加更強電場，從而能切實地防止電荷自距第1電極近之區域向第1電極之流動。而且，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自距第1電極近之區域向第1電極之流動、電荷自距第1電極遠之區域向距第1電極近之區域之流動。
再者，於本發明之第4態樣～第5態樣之攝像元件中，於對N個電荷累積用電極段分別施加不同之電位之情形時，可設定為如下形態，即， 於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，在電荷傳輸期間，對位於距第1電極最近之處之電荷累積用電極段(第1個光電轉換部段)施加之電位，高於對位於距第1電極最遠之處之電荷累積用電極段(第N個光電轉換部段)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，在電荷傳輸期間，對位於距第1電極最近之處之電荷累積用電極段(第1個光電轉換部段)施加之電位，低於對位於距第1電極最遠之處之電荷累積用電極段(第N個光電轉換部段)施加之電位， 視情形，於本發明之第3態樣之攝像元件中亦如此。
進而，於包括以上所說明之各種較佳形態、構成在內之本發明之攝像元件等中，可設定為進而具備電荷排出電極，該電荷排出電極連接於光電轉換層，且與第1電極及電荷累積用電極相隔而配置之形態。再者，為方便起見，將此種形態之本發明之攝像元件等稱為『具備電荷排出電極之本發明之攝像元件等』。而且，於具備電荷排出電極之本發明之攝像元件等中，可設定為電荷排出電極係以包圍第1電極及電荷累積用電極之方式(即，呈邊框狀)配置之形態。電荷排出電極可於複數個攝像元件中共享化(共通化)。而且，於該情形時，可設定為如下形態，即， 光電轉換層在設置於絕緣層之第2開口部內延伸，且與電荷排出電極連接， 電荷排出電極之頂面之緣部被絕緣層覆蓋， 電荷排出電極露出於第2開口部之底面，且 於將與電荷排出電極之頂面相接之絕緣層之面設定為第3面，將與對向於電荷累積用電極之光電轉換層之部分相接之絕緣層之面設定為第2面時，第2開口部之側面具有自第3面向第2面擴大之傾斜。
進而，於具備電荷排出電極之本發明之攝像元件等中，可設定為如下構成，即， 進而具備控制部，該控制部設置於半導體基板，且具有驅動電路； 第1電極、電荷累積用電極及電荷排出電極連接於驅動電路，且 於電荷累積期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V11 ，對電荷累積用電極施加電位V12 ，對電荷排出電極施加電位V14 ，使電荷累積於光電轉換層， 於電荷傳輸期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V21 ，對電荷累積用電極施加電位V22 ，對電荷排出電極施加電位V24 ，將累積於光電轉換層之電荷經由第1電極讀出至控制部。其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， V14 ＞V11 ，且V24 ＜V21 ， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， V14 ＜V11 ，且V24 ＞V21 。
於包括以上所說明之各種較佳形態、構成在內之本發明之攝像元件等中，可設定為如下構成，即， 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，且 第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。而且，於該情形時，進而可設定為如下構成，即， 於半導體基板，進而設置有構成控制部之重設電晶體及選擇電晶體，且 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。
進而，於包括以上所說明之各種較佳形態、構成在內之本發明之攝像元件等中，可設定為電荷累積用電極之大小較第1電極大之形態。於將電荷累積用電極之面積設為S1 '，將第1電極之面積設為S1 時，雖並不加以限定，但較佳為滿足如下條件： 4≦S1 '/S1 。
進而，於包括以上所說明之各種較佳形態、構成在內之本發明之攝像元件等中，可設定為光自第2電極側入射，且於靠第2電極之光入射側形成有遮光層之形態。或又，可設定為光自第2電極側入射，且光不向第1電極入射之形態，於該情形時，可設定為於靠第2電極之光入射側且第1電極之上方形成有遮光層之構成，或又，可設定為如下構成，即， 於電荷累積用電極及第2電極之上方設置有晶載微透鏡，且 向晶載微透鏡入射之光於電荷累積用電極聚集。此處，遮光層可配設於較第2電極之光入射側之面靠上方，亦可配設於第2電極之光入射側之面之上。視情形，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)、銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)或不透光之樹脂(例如，聚醯亞胺樹脂)。
作為本發明之攝像元件，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(為方便起見，稱為『第1類型之藍色光電轉換層』)，對藍色具有感度之攝像元件(為方便起見，稱為『第1類型之藍色用攝像元件』)；具備吸收綠色光(495 nm至570 nm之光)之光電轉換層(為方便起見，稱為『第1類型之綠色光電轉換層』)，對綠色具有感度之攝像元件(為方便起見，稱為『第1類型之綠色用攝像元件』)；具備吸收紅色光(620 nm至750 nm之光)之光電轉換層(為方便起見，稱為『第1類型之紅色光電轉換層』)，對紅色具有感度之攝像元件(為方便起見，稱為『第1類型之紅色用攝像元件』)。又，關於不具備電荷累積用電極之先前之攝像元件，為方便起見，將對藍色具有感度之攝像元件稱為『第2類型之藍色用攝像元件』，為方便起見，將對綠色具有感度之攝像元件稱為『第2類型之綠色用攝像元件』，為方便起見，將對紅色具有感度之攝像元件稱為『第2類型之紅色用攝像元件』，為方便起見，將構成第2類型之藍色用攝像元件之光電轉換層稱為『第2類型之藍色光電轉換層』，為方便起見，將構成第2類型之綠色用攝像元件之光電轉換層稱為『第2類型之綠色光電轉換層』，為方便起見，將構成第2類型之紅色用攝像元件之光電轉換層稱為『第2類型之紅色光電轉換層』。
本發明之積層型攝像元件至少具有1個本發明之攝像元件(光電轉換元件)，具體而言，例如可列舉： [A]之構成、構造，其中第1類型之藍色用光電轉換部、第1類型之綠色用光電轉換部及第1類型之紅色用光電轉換部於垂直方向上積層，且 第1類型之藍色用攝像元件、第1類型之綠色用攝像元件及第1類型之紅色用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板； [B]之構成、構造，其中第1類型之藍色用光電轉換部及第1類型之綠色用光電轉換部於垂直方向上積層，且 於該等2層第1類型之光電轉換部之下方，配置有第2類型之紅色用光電轉換部， 第1類型之藍色用攝像元件、第1類型之綠色用攝像元件及第2類型之紅色用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板； [C]之構成、構造，其中於第1類型之綠色用光電轉換部之下方，配置有第2類型之藍色用光電轉換部及第2類型之紅色用光電轉換部，且 第1類型之綠色用攝像元件、第2類型之藍色用攝像元件及第2類型之紅色用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板； [D]之構成、構造，其中於第1類型之藍色用光電轉換部之下方，配置有第2類型之綠色用光電轉換部及第2類型之紅色用光電轉換部，且 第1類型之藍色用攝像元件、第2類型之綠色用攝像元件及第2類型之紅色用攝像元件之控制部分別設置於半導體基板。再者，該等攝像元件之光電轉換部之垂直方向上之配置順序較佳為自光入射方向，依藍色用光電轉換部、綠色用光電轉換部、紅色用光電轉換部之順序，或自光入射方向，依綠色用光電轉換部、藍色用光電轉換部、紅色用光電轉換部之順序。其原因在於：越短波長之光越靠入射表面側，吸收效率越佳。於3種顏色當中，紅色之波長最長，故而較佳為自光入射面觀察，使紅色用光電轉換部位於最下層。由該等攝像元件之積層構造，構成1個像素。又，亦可具備第1類型之紅外線用光電轉換部。此處，第1類型之紅外線用光電轉換部之光電轉換層例如較佳為由有機系材料構成，且配置於第1類型之攝像元件之積層構造之最下層且較第2類型之攝像元件靠上。或又，亦可於第1類型之光電轉換部之下方，具備第2類型之紅外線用光電轉換部。
於第1類型之攝像元件中，例如，第1電極形成於半導體基板之上所設置之層間絕緣層上。形成於半導體基板之攝像元件可為背面照射型，亦可為正面照射型。
於由有機系材料構成光電轉換層之情形時，可設定為如下4種態樣之任一種，即，使光電轉換層 (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型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)/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型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)之積層構造構成。由n型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)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層(本體異質構造)構成。 其中，積層順序可設定為任意調換之構成。
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、稠四苯衍生物、稠五苯衍生物、喹吖酮衍生物、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、衍生物、螢蒽衍生物、酞菁衍生物、亞酞菁衍生物、亞紫菜嗪衍生物、以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、C70或C74等富勒烯(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、PCBM富勒烯化合物或富勒烯多聚體等)＞、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital，最高佔用分子軌域)及LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未占分子軌域)較p型有機半導體大(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：含有氮原子、氧原子、硫黃原子之雜環化合物，例如，於分子骨架之一部分具有吡啶衍生物、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、亞紫菜嗪衍生物、聚苯乙炔衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、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。作為富勒烯衍生物中所包含之基等，可列舉：鹵素原子，直鏈、支鏈或環狀之烷基或苯基，直鏈或縮環之具有芳香族化合物之基，具有鹵化物之基，部分含氟烷基，全氟烷基，矽烷基，矽烷基烷氧基，芳基矽烷基，芳基硫基，烷基硫基，芳基磺醯基，烷基磺醯基，硫芳基，硫烷基，胺基，烷基胺基，芳基胺基，羥基，烷氧基，醯胺基，醯氧基，羰基，羧基，羧基醯胺基，烷氧羰基，醯基，磺醯基，氰基，硝基，具有硫屬元素化物之基，膦烷基，膦基，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』)之厚度並不加以限定，例如可例示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，進而更佳為1×10-7 m至1.8×10-7 m。再者，有機半導體多分為p型、n型兩類，所謂p型，表示容易輸送電洞，所謂n型，表示容易輸送電子，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。
或又，作為構成對綠色之波長之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，例如可列舉香豆素酸色素、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)。
或又，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，及作為黃銅礦系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2 )、CuInS2 、CuAlS2 、CuAlSe2 、CuGaS2 、CuGaSe2 、AgAlS2 、AgAlSe2 、AgInS2 、AgInSe2 ，或又作為III-V族化合物之GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP，進而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由該等材料形成之量子點。
或又，可將光電轉換層設定為下層半導體層與上層光電轉換層之積層構造。藉由如此設置下層半導體層，能防止電荷累積時之再結合，能增大累積於光電轉換層之電荷向第1電極之傳輸效率，且能抑制暗電流之產生。構成上層光電轉換層之材料只要自構成上述光電轉換層之各種材料當中適當選擇即可。另一方面，作為構成下層半導體層之材料，較佳為使用帶隙能之值大(例如，3.0 eV以上之帶隙能之值)，而且具有較構成光電轉換層之材料高之移動度之材料。具體而言，可列舉：IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide，銦-鎵-鋅氧化物)等氧化物半導體材料，過渡金屬二硫屬化物，碳化矽，金剛石，石墨烯，碳奈米管，縮合多環烴化合物或縮合雜環化合物等有機半導體材料。或又，作為構成下層半導體層之材料，於應累積之電荷為電子之情形時，可列舉具有較構成光電轉換層之材料之離子化電勢大之離子化電勢的材料，於應累積之電荷為電洞之情形時，可列舉具有較構成光電轉換層之材料之電子親和力小之電子親和力的材料。或又，構成下層半導體層之材料中之雜質濃度較佳為1×1018 cm-3 以下。下層半導體層可為單層構成，亦可為多層構成。又，亦可使構成位於電荷累積用電極之上方之下層半導體層之材料與構成位於第1電極之上方之下層半導體層之材料不同。
由本發明之第1態樣～第4態樣之固體攝像裝置，可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態樣或第4態樣之固體攝像裝置中，與具備拜耳排列之攝像元件之固體攝像裝置不同(即，並非為使用彩色濾光片進行藍色、綠色、紅色之分光)，於同一像素內，沿著光之入射方向，將對複數種波長之光具有感度之攝像元件積層而構成1個像素，故而能實現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，因此能使有機光電轉換層之膜厚較先前之Si系光電轉換層薄，從而緩和自鄰接像素之漏光、或光之入射角之限制。進而，於先前之Si系攝像元件中，在3種顏色之像素間進行內插處理，製作顏色信號，因此會產生偽色，但於具備積層型攝像元件之本發明之第2態樣或第4態樣之固體攝像裝置中，偽色之產生得到抑制。有機光電轉換層本身亦作為彩色濾光片而發揮功能，故而即便不配設彩色濾光片亦能進行顏色分離。
另一方面，於本發明之第1態樣、第2態樣或第3態樣之固體攝像裝置中，藉由使用彩色濾光片，能緩和對藍色、綠色、紅色之分光特性之要求，又，具有高量產性。作為本發明之第1態樣、第2態樣或第3態樣之固體攝像裝置中之攝像元件之排列，除了拜耳排列以外，可列舉相間排列、G條形RB棋盤狀排列、G條形RB完全棋盤狀排列、棋盤狀補色排列、條形排列、斜條形排列、原色色差排列、欄位色差依序排列、訊框色差依序排列、MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)型排列、改良MOS型排列、訊框交錯排列、欄位交錯排列。此處，由1個攝像元件構成1個像素(或副像素)。
排列有複數個本發明之攝像元件或本發明之積層型攝像元件之像素區域包含呈二維陣列狀規則地排列有複數個之像素。像素區域通常包含：有效像素區域，其實際上接收光，將藉由光電轉換所產生之信號電荷放大，並讀出至驅動電路；及黑基準像素區域，其用以輸出作為黑位準之基準之光學黑。黑基準像素區域通常配置於有效像素區域之外周部。
於包括以上所說明之各種較佳形態、構成在內之本發明之攝像元件等中，照射光，並於光電轉換層發生光電轉換，而對電洞(hole)與電子進行載子分離。而且，將提取電洞之電極設定為陽極，將提取電子之電極設定為陰極。存在第1電極構成陽極，第2電極構成陰極之形態，相反地，亦存在第1電極構成陰極，第2電極構成陽極之形態。
於構成積層型攝像元件之情形時，可設定為第1電極、電荷累積用電極、傳輸控制用電極、電荷排出電極及第2電極由透明導電材料形成之構成。再者，有時將第1電極、電荷累積用電極、傳輸控制用電極及電荷排出電極統稱為『第1電極等』。或又，於本發明之攝像元件等例如如拜耳排列般配設於平面之情形時，可設定為第2電極由透明導電材料形成，第1電極等由金屬材料形成之構成，於該情形時，具體而言，可設定為位於光入射側之第2電極由透明導電材料形成，第1電極等例如由Al-Nd(鋁及釹之合金)或ASC(鋁、釤及銅之合金)形成之構成。再者，有時將由透明導電材料形成之電極稱為『透明電極』。此處，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，包括摻雜有Sn之In2 O3 、結晶性ITO及非晶ITO)、將銦作為摻雜物添加至氧化鋅而成之銦-鋅氧化物(IZO，Indium Zinc Oxide)、將銦作為摻雜物添加至氧化鎵而成之銦-鎵氧化物(IGO)、將銦及鎵作為摻雜物添加至氧化鋅而成之銦-鎵-鋅氧化物(IGZO，In-GaZnO4 )、將銦及錫作為摻雜物添加至氧化鋅而成之銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、IFO(摻雜有F之In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、ATO(摻雜有Sb之SnO2 )、FTO(摻雜有F之SnO2 )、氧化鋅(包括摻雜有其他元素之ZnO)、將鋁作為摻雜物添加至氧化鋅而成之鋁-鋅氧化物(AZO)、將鎵作為摻雜物添加至氧化鋅而成之鎵-鋅氧化物(GZO)、氧化鈦(TiO2 )、將鈮作為摻雜物添加至氧化鈦而成之鈮-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。或又，可列舉以鎵氧化物、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2×10-8 m至2×10-7 m，較佳為3×10-8 m至1×10-7 m。於要求第1電極具有透明性之情形時，自簡化製程之觀點而言，較佳為電荷排出電極亦由透明導電材料構成。
或又，於無需具有透明性之情形時，作為構成具有作為提取電洞之電極之功能的陽極之導電材料，較佳為由具有高功函數(例如，＝4.5 eV～5.5 eV)之導電材料構成，具體而言，可例示金(Au)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鐵(Fe)、銥(Ir)、鍺(Ge)、鋨(Os)、錸(Re)、碲(Te)。另一方面，作為構成具有作為提取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、鹼土類金屬(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、鐿等稀土類金屬、或其等之合金。或又，作為構成陽極或陰極之材料，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，包含該等金屬元素之合金，由該等金屬形成之導電性粒子，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，碳奈米管，石墨烯等導電性材料；亦可設定為包含該等元素之層之積層構造。進而，作為構成陽極或陰極之材料，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混合於黏合劑(高分子)中，使之形成為膏狀或油墨，然後將其硬化，再將其作為電極而使用。
作為第1電極等或第2電極(陽極或陰極)之成膜方法，可使用乾式法或濕式法。作為乾式法，可列舉物理氣相生長法(PVD法)及化學氣相生長法(CVD法)。作為利用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(Radio Frequency-Direct Current，射頻-直流)結合式偏壓濺鍍法、ECR(Electron Cyclotron Resonance，電子回旋加速共振)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，可列舉電解鍍敷法或無電解鍍敷法、旋轉塗佈法、噴墨法、噴霧塗佈法、壓印法、微觸印刷法、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，可使用雷射平坦化法、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：氧化矽系材料，氮化矽(SiNY )，氧化鋁(Al2 O3 )等作為金屬氧化物高介電絕緣材料而例示之無機系絕緣材料，亦可列舉：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚乙烯基苯酚(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(胺乙基)3-胺丙基三甲氧基矽烷(AEAPTMS)、3-巰丙基三甲氧基矽烷(MPTMS)、十八烷基三氯矽烷(OTS)等矽烷醇衍生物(矽烷偶合劑)，酚醛型酚系樹脂，氟系樹脂，十八烷基硫醇、十二烷基異氰酸酯等於一端具有能與控制電極鍵結之官能基且作為直鏈烴類而例示之有機系絕緣材料(有機聚合物)，亦可使用該等之組合。再者，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)、低介電常數材料(例如，聚芳醚、環全氟碳聚合物、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、非晶碳及有機SOG)。構成各種層間絕緣層或絕緣膜之材料亦只要自該等材料當中適當選擇即可。
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。驅動電路亦可為周知之構成、構造。
第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部，為使第1電極與浮動擴散層及放大電晶體之閘極部連接，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，或由該等材料形成之層之積層構造(例如，Ti/TiN/W)。
可於有機光電轉換層與第1電極之間設置第1載子阻斷層，亦可於有機光電轉換層與第2電極之間設置第2載子阻斷層。又，可於第1載子阻斷層與第1電極之間設置第1電荷注入層，亦可於第2載子阻斷層與第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)等鹼土類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：使用電阻加熱、高頻加熱或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(兩極濺鍍法、直流濺鍍法、直流磁控濺鍍法、高頻濺鍍法、磁控濺鍍法、RF-DC結合式偏壓濺鍍法、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)法、RF(Radio Frequency，射頻)法，多陰極法，活性化反應法，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，微觸印刷法，滴塗法，網版印刷法、噴墨印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、或軟版印刷法等各種印刷法，壓印法，噴霧法，氣動刮塗法、刮刀塗佈法、桿式塗佈法、刀塗法、擠壓式塗佈法、逆輥塗佈法、轉印輥塗法、凹版塗佈法、接觸式塗佈法、流延塗佈法、噴霧塗佈法、孔縫式塗佈法、壓光塗佈法等各種塗佈法。再者，於塗佈法中，作為溶媒，可例示甲苯、氯仿、己烷、乙醇等無極性或低極性之有機溶媒。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，可使用雷射平坦化法、回焊法等。
於攝像元件或固體攝像裝置中，如上所述，視需要，可設置晶載微透鏡或遮光層，亦可設置用以驅動攝像元件之驅動電路或配線。視需要，可配設用以控制光向攝像元件之入射之快門，亦可根據固體攝像裝置之目的而具備光學截止濾光鏡。
例如，於將固體攝像裝置與讀出用積體電路(ROIC)積層之情形時，可將形成有讀出用積體電路及由銅(Cu)形成之連接部之驅動用基板與形成有連接部之攝像元件，以連接部彼此相接之方式重合，並將連接部彼此接合，藉此而積層；亦可使用焊料凸塊等將連接部彼此接合。 [實施例1]
實施例1係關於本發明之第1態樣及本發明之第6態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、以及本發明之第4態樣之固體攝像裝置。
圖1表示實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖，圖2表示將由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖，圖3及圖4表示實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之等效電路圖，圖5表示構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷累積用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，圖6模式性地表示實施例1之攝像元件之動作時的各部位之電位之狀態。又，圖7表示構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷累積用電極之模式性配置圖，圖8表示構成實施例1之攝像元件之第1電極、電荷累積用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖，圖9表示實施例1之固體攝像裝置之概念圖。再者，於圖3及圖4中，為使圖式簡化，將絕緣層段之厚度以固定之厚度加以圖示。
實施例1之攝像元件(例如，下述綠色用攝像元件)、或又下述實施例2～實施例6、實施例9～實施例11之攝像元件具備由第1電極11、光電轉換層15及第2電極16積層而成之光電轉換部，光電轉換部進而具備電荷累積用電極12，該電荷累積用電極12與第1電極11相隔而配置，且隔著絕緣層82與光電轉換層15對向而配置。
又，實施例1之積層型攝像元件具有至少1個實施例1～實施例6之攝像元件，於實施例1～實施例6中，具有1個實施例1之攝像元件。
進而，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。
此處，於實施例1之攝像元件或下述實施例2～實施例6、實施例9～實施例11之攝像元件中， 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部段(具體而言，於各實施例中，為3個光電轉換部段101 、102 、103 )， 光電轉換層15包含N個光電轉換層段(具體而言，於各實施例中，為3個光電轉換層段151 、152 、153 )， 絕緣層82包含N個絕緣層段(具體而言，於各實施例中，為3個絕緣層段821 、822 、823 )， 於實施例1～實施例3中，電荷累積用電極12包含N個電荷累積用電極段(具體而言，於各實施例中，為3個電荷累積用電極段121 、122 、123 )， 於實施例4～實施例5中，電荷累積用電極12包含彼此相隔而配置之N個電荷累積用電極段(具體而言，於各實施例中，為3個電荷累積用電極段121 、122 、123 )，視情形，於實施例3中亦如此， 第n個(其中，n＝1、2、3…N)光電轉換部段10n 包含第n個電荷累積用電極段12n 、第n個絕緣層段82n 及第n個光電轉換層段15n ，且 n之值越大之光電轉換部段，距第1電極11越遠而配置。
或又，實施例1之攝像元件或下述實施例2、實施例5之攝像元件 具備由第1電極11、光電轉換層15及第2電極16積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極12，該電荷累積用電極12與第1電極11相隔而配置，且隔著絕緣層層82與光電轉換層15對向而配置；且 於將電荷累積用電極12、絕緣層82及光電轉換層15之積層方向設定為Z方向，將離開第1電極11之方向設定為X方向時，以YZ假想平面將由電荷累積用電極12、絕緣層82及光電轉換層15積層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面面積相依於距第1電極之距離而變化。
進而，於實施例1之攝像元件中，自第1個光電轉換部段101 至第N個光電轉換部段10N ，絕緣層段之厚度逐漸變化。具體而言，絕緣層段之厚度逐漸變厚。或又，於實施例1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、具體而言為絕緣層段之厚度相依於距第1電極11之距離而逐漸變厚。再者，絕緣層段之厚度呈階梯狀變厚。設定為第n個光電轉換部段10n 內之絕緣層段82n 之厚度固定不變。於將第n個光電轉換部段10n 中之絕緣層段82n 之厚度設為「1」時，作為第(n＋1)個光電轉換部段10(n+1) 中之絕緣層段82(n+1) 之厚度，可例示2至10，但並不限定於此種值。於實施例1中，藉由使電荷累積用電極段121 、122 、123 之厚度逐漸變薄，而使絕緣層段821 、822 、823 之厚度逐漸變厚。光電轉換層段151 、152 、153 之厚度固定不變。
而且，於實施例1或下述實施例2～實施例6、實施例9～實施例11之攝像元件中，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，該控制部設置於半導體基板70，且具有連接有第1電極11之驅動電路。此處，將半導體基板70之光入射面設定為上方，將半導體基板70之相反側設定為下方。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。又，於半導體基板70，設置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11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，進而設置有構成控制部之重設電晶體TR1rst 及選擇電晶體TR1sel 。又，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、積層型攝像元件係背面照射型之攝像元件、積層型攝像元件，具有由第1類型之實施例1之綠色用攝像元件(以下，稱為『第1攝像元件』)、第2類型之先前之藍色用攝像元件(以下，稱為『第2攝像元件』)、及第2類型之先前之紅色用攝像元件(以下，稱為『第3攝像元件』)此等3種攝像元件積層而成之構造，其中第1攝像元件具備吸收綠色光之第1類型之綠色光電轉換層，對綠色具有感度；第2攝像元件具備吸收藍色光之第2類型之藍色光電轉換層，對藍色具有感度；第3攝像元件具備吸收紅色光之第2類型之紅色光電轉換層，對紅色具有感度。此處，紅色用攝像元件(第3攝像元件)及藍色用攝像元件(第2攝像元件)設置於半導體基板70內，第2攝像元件位於較第3攝像元件更靠光入射側。又，綠色用攝像元件(第1攝像元件)設置於藍色用攝像元件(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個像素。未設置彩色濾光片。
於第1攝像元件中，在層間絕緣層81上，相隔而形成有第1電極11及電荷累積用電極12。層間絕緣層81及電荷累積用電極12被絕緣層82覆蓋。於絕緣層82上形成有光電轉換層15，於光電轉換層15上形成有第2電極16。於包含第2電極16之整面形成有保護層83，於保護層83上設置有晶載微透鏡90。第1電極11、電荷累積用電極12及第2電極16由例如以ITO(功函數：約4.4 eV)形成之透明電極構成。光電轉換層15包含由至少對綠色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、喹吖酮等有機系材料)構成之層。又，光電轉換層15亦可為進而包含適於電荷累積之材料層之構成。即，於光電轉換層15與第1電極11之間(例如，於連接部67內)，亦可進而形成適於電荷累積之材料層。層間絕緣層81、絕緣層82或保護層83由周知之絕緣材料(例如，SiO2 或SiN)構成。光電轉換層15與第1電極11藉由設置於絕緣層82之連接部67而連接。光電轉換層15於連接部67內延伸。即，光電轉換層15在設置於絕緣層82之開口部84內延伸，且與第1電極11連接。
電荷累積用電極12連接於驅動電路。具體而言，電荷累積用電極12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。
電荷累積用電極12之大小較第1電極11大。於將電荷累積用電極12之面積設為S1 '，將第1電極11之面積設為S1 時，雖不加以限定，但較佳為滿足如下條件： 4≦S1 '/S1 ， 於實施例1中，雖不加以限定，但例如設定為如下情況： S1 '/S1 ＝8。 再者，於實施例1或下述實施例2～實施例4中，將3個光電轉換部段101 、102 、103 )之大小設定為相同之大小，將其等之平面形狀亦設定為相同之平面形狀。
於半導體基板70之第1面(正面)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。進而，於半導體基板70之第1面側，設置有構成第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 ，進而設置有第1浮動擴散層FD1 。
重設電晶體TR1rst 包含閘極部51、通道形成區域51A及源極/汲極區域51B、51C。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兼作第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11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 包含閘極部52、通道形成區域52A及源極/汲極區域52B、52C。閘極部52經由配線層62，連接於第1電極11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與構成重設電晶體TR1rst 之另一源極/汲極區域51B共享區域，且連接於電源VDD 。
選擇電晶體TR1sel 包含閘極部53、通道形成區域53A及源極/汲極區域53B、53C。閘極部53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共享區域，另一源極/汲極區域53C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。由縱型電晶體構成之傳輸電晶體TR2trs 之閘極部45延伸至n型半導體區域41，且連接於傳輸閘極線TG2 。又，於傳輸電晶體TR2trs 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FD2 。累積於n型半導體區域41之電荷經由沿著閘極部45所形成之傳輸通道讀出至第2浮動擴散層FD2 。
於第2攝像元件中，進而，在半導體基板70之第1面側，設置有構成第2攝像元件之控制部之重設電晶體TR2rst 、放大電晶體TR2amp 及選擇電晶體TR2sel 。
重設電晶體TR2rst 包含閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域。重設電晶體TR2rst 之閘極部連接於重設線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/汲極區域兼作第2浮動擴散層FD2 。
放大電晶體TR2amp 包含閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域。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/汲極區域與構成重設電晶體TR2rst 之一源極/汲極區域共享區域，且連接於電源VDD 。
選擇電晶體TR2sel 包含閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域。閘極部連接於選擇線SEL2 。又，一源極/汲極區域與構成放大電晶體TR2amp 之另一源極/汲極區域共享區域，另一源極/汲極區域連接於信號線(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。傳輸電晶體TR3trs 之閘極部46連接於傳輸閘極線TG3 。又，於傳輸電晶體TR3trs 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FD3 。累積於n型半導體區域43之電荷經由沿著閘極部46所形成之傳輸通道46A讀出至第3浮動擴散層FD3 。
於第3攝像元件中，進而，在半導體基板70之第1面側，設置有構成第3攝像元件之控制部之重設電晶體TR3rst 、放大電晶體TR3amp 及選擇電晶體TR3sel 。
重設電晶體TR3rst 包含閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域。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/汲極區域連接於電源VDD ，另一源極/汲極區域兼作第3浮動擴散層FD3 。
放大電晶體TR3amp 包含閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域。閘極部連接於重設電晶體TR3rst 之另一源極/汲極區域(第3浮動擴散層FD3 )。又，一源極/汲極區域與構成重設電晶體TR3rst 之一源極/汲極區域共享區域，且連接於電源VDD 。
選擇電晶體TR3sel 包含閘極部、通道形成區域及源極/汲極區域。閘極部連接於選擇線SEL3 。又，一源極/汲極區域與構成放大電晶體TR3amp 之另一源極/汲極區域共享區域，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 、傳輸閘極線TG2 、TG3 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 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之正面70A之間設置有p+ 層44，抑制了暗電流之產生。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，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，且自p+ 層73，於半導體基板70之內部之應形成接觸孔部61之部分，形成有HfO2 膜74及絕緣膜75。於層間絕緣層76，遍及複數層地形成有配線，但省略了圖示。
HfO2 膜74係具有負之固定電荷之膜，藉由設置此種膜，能抑制暗電流之產生。再者，亦可使用氧化鋁(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、氮氧化鉿膜、氮氧化鋁膜，以代替HfO2 膜。作為該等膜之成膜方法，例如可列舉CVD法、PVD法、原子層生長(Atomic Layer Deposition，ALD)法。
以下，參照圖6，對實施例1之攝像元件(第1攝像元件)之動作進行說明。此處，設定為第1電極11之電位高於第2電極之電位。即，例如，將第1電極11設定為正之電位，將第2電極設定為負之電位，於光電轉換層15中進行光電轉換，將電子讀出至浮動擴散層。於其他實施例中亦同樣如此。再者，於將第1電極11設定為負之電位，將第2電極設定為正之電位，將於光電轉換層15中基於光電轉換所產生之電洞讀出至浮動擴散層之形態中，只要使以下所述之電位之高低顛倒即可。
圖6、下述實施例5之圖20、圖21中使用之符號如下所述。 PA•••••••與電荷累積用電極12對向之光電轉換層15之區域之點PA處之電位、或與電荷累積用電極段123 對向之光電轉換層15之區域之點PA處之電位 PB••••••••與位於電荷累積用電極12與第1電極11之中間之區域對向的光電轉換層15之區域之點PB處之電位、或與電荷累積用電極段122 對向之光電轉換層15之區域之點PB處之電位 PC••••••••與第1電極11對向之光電轉換層15之區域之點PC處之電位、或與電荷累積用電極段121 對向之光電轉換層15之區域之點PC處之電位 PD••••••••與位於電荷累積用電極段123 與第1電極11之中間之區域對向的光電轉換層15之區域之點PD處之電位 FD••••••••第1浮動擴散層FD1 中之電位 VOA••••••電荷累積用電極12中之電位 VOA1•••••第1個電荷累積用電極段121 中之電位 VOA2•••••第2個電荷累積用電極段122 中之電位 VOA3•••••第3個電荷累積用電極段123 中之電位 RST•••••••重設電晶體TR1rst 之閘極部51中之電位 VDD•••••••電源之電位 VSL_1•••••信號線(資料輸出線)VSL1 TR1_rst・・•重設電晶體TR1rst TR1_amp・・放大電晶體TR1amp TR1_sel・・•選擇電晶體TR1sel
於電荷累積期間，自驅動電路，對第1電極11施加電位V11 ，對電荷累積用電極12施加電位V12 。藉由入射至光電轉換層15之光，於光電轉換層15中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞自第2電極16經由配線VOU 向驅動電路送出。另一方面，因設定為第1電極11之電位高於第2電極16之電位，即，例如，設定為對第1電極11施加正之電位，對第2電極16施加負之電位，故V12 ≧V11 ，較佳為V12 ＞V11 。由此，藉由光電轉換所產生之電子被拉引至電荷累積用電極12，並停留於與電荷累積用電極12對向之光電轉換層15之區域。即，電荷累積於光電轉換層15。因V12 ＞V11 ，故於光電轉換層15之內部所產生之電子不會向第1電極11移動。隨著光電轉換之時間經過，與電荷累積用電極12對向之光電轉換層15之區域中之電位成為靠負側之值。
於實施例1之攝像元件中，採用了絕緣層段之厚度逐漸變厚之構成，故而，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部段10n 較第(n＋1)個光電轉換部段10(n+1) ，能累積更多電荷，且會被施加更強電場，從而能切實地防止電荷自第1個光電轉換部段101 向第1電極11之流動。
於電荷累積期間之後期，執行重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1 之電位得以重設，第1浮動擴散層FD1 之電位成為電源之電位VDD 。
於重設動作完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間，自驅動電路，對第1電極11施加電位V21 ，對電荷累積用電極12施加電位V22 。此處，V22 ＜V21 。藉此，停留於與電荷累積用電極12對向之光電轉換層15之區域之電子讀出至第1電極11，進而讀出至第1浮動擴散層FD1 。即，累積於光電轉換層15之電荷讀出至控制部。
更具體而言，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段101 向第1電極11之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段10(n+1) 向第n個光電轉換部段10n 之流動。
至此，電荷累積、重設動作、電荷傳輸此等一系列動作完成。
將電子讀出至第1浮動擴散層FD1 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攝像元件之電荷累積、重設動作、電荷傳輸此等一系列動作與先前之電荷累積、重設動作、電荷傳輸此等一系列動作相同。又，第1浮動擴散層FD1 之重設雜訊與先前同樣地，可藉由相關雙重取樣(CDS，Correlated Double Sampling)處理加以去除。
如上所述，於實施例1中，或於下述實施例1～實施例6、實施例9～實施例11之攝像元件中，具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置；故而，於對光電轉換部照射光，並於光電轉換部中進行光電轉換時，藉由光電轉換層、絕緣層及電荷累積用電極形成一種電容器，而能積蓄光電轉換層之電荷。故此，於曝光開始時，能使電荷累積部完全空乏化，而將電荷消除。其結果，能抑制造成kTC雜訊變大，隨機雜訊惡化，攝像畫質降低之現象之產生。又，因能將全部像素同時重設，故能實現所謂之全域快門功能。
而且，於實施例1之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，絕緣層段之厚度逐漸變化，或又，以YZ假想平面將由電荷累積用電極、絕緣層及光電轉換層積層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面面積相依於距第1電極之距離而變化，故而，形成一種電荷傳輸梯度，能更容易且更切實地傳輸藉由光電轉換所產生之電荷。
圖9表示實施例1之固體攝像裝置之概念圖。實施例1之固體攝像裝置100包含呈二維陣列狀排列有積層型攝像元件101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。再者，該等電路當然可由周知之電路構成，又，亦可使用其他電路構成(例如，先前之CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)型固體攝像裝置或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)型固體攝像裝置中所使用之各種電路)而構成。再者，於圖9中，僅對1列積層型攝像元件101標示了參照符號「101」。
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，產生垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114之作為動作之基準之時鐘信號及控制信號。然後，將所產生之時鐘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例如包含移位暫存器，以列單位依序沿著垂直方向選擇掃描攝像區域111之各積層型攝像元件101。然後，將基於根據各積層型攝像元件101中之受光量所產生之電流(信號)之像素信號(圖像信號)經由信號線(資料輸出線)117、VSL傳送至行信號處理電路113。
行信號處理電路113例如針對每行積層型攝像元件101而配置，於每個攝像元件中，均藉由來自黑基準像素(未圖示，但形成於有效像素區域周圍)之信號，對自1列積層型攝像元件101輸出之圖像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之輸出段與水平信號線118之間，連接而設置有水平選擇開關(未圖示)。
水平驅動電路114例如包含移位暫存器，藉由依序輸出水平掃描脈衝，而依序選擇各行信號處理電路113，並將信號自各行信號處理電路113輸出至水平信號線118。
輸出電路115對自各行信號處理電路113經由水平信號線118依序供給之信號，進行信號處理，然後將各信號輸出。
圖10表示實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之變化例之等效電路圖，圖11表示構成實施例1之攝像元件之變化例之第1電極及電荷累積用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，如該等圖所示，亦可使重設電晶體TR1rst 之另一源極/汲極區域51B接地，以代替將其連接於電源VDD 。
實施例1之攝像元件、積層型攝像元件例如可採用以下之方法製作。即，首先，準備SOI基板。然後，基於磊晶生長法，於SOI基板之表面形成第1矽層，並於該第1矽層形成p+ 層73、n型半導體區域41。繼而，基於磊晶生長法，於第1矽層上形成第2矽層，並於該第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、層間絕緣層76或各種配線，然後使層間絕緣層76與支持基板(未圖示)貼合。其後，將SOI基板去除而使第1矽層露出。再者，第2矽層之表面相當於半導體基板70之正面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矽層合併而表述為半導體基板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，並形成HfO2 膜74、絕緣膜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11、電荷累積用電極12、絕緣層82。其次，將連接部67開口，並形成光電轉換層15、第2電極16、保護層83及晶載微透鏡90。藉由以上，能獲得實施例1之攝像元件、積層型攝像元件。
於實施例1之攝像元件中，在第1電極11、電荷累積用電極12及絕緣層82之形成中，首先，於層間絕緣層81上，成膜用以形成電荷累積用電極123 之導電材料層，將導電材料層圖案化，於應形成光電轉換部段101 、102 、103 及第1電極11之區域保留導電材料層，藉此能獲得第1電極11之一部分及電荷累積用電極123 。其次，於整面成膜用以形成絕緣層段823 之絕緣層，將絕緣層圖案化，並進行平坦化處理，藉此能獲得絕緣層段823 。其次，於整面成膜用以形成電荷累積用電極122 之導電材料層，將導電材料層圖案化，於應形成光電轉換部段101 、102 及第1電極11之區域保留導電材料層，藉此能獲得第1電極11之一部分及電荷累積用電極122 。其次，於整面成膜用以形成絕緣層段822 之絕緣層，將絕緣層圖案化，並進行平坦化處理，藉此能獲得絕緣層段822 。其次，於整面成膜用以形成電荷累積用電極121 之導電材料層，將導電材料層圖案化，並於應形成光電轉換部段101 及第1電極11之區域保留導電材料層，藉此能獲得第1電極11及電荷累積用電極121 。其次，於整面成膜絕緣層，並進行平坦化處理，藉此能獲得絕緣層段821 (絕緣層82)。然後，於絕緣層82上形成光電轉換層15。如此，能獲得光電轉換部段101 、102 、103 。 [實施例2]
實施例2之攝像元件係關於本發明之第2態樣及第6態樣之攝像元件。圖12表示將由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖，如該圖所示，於實施例2之攝像元件中，自第1個光電轉換部段101 至第N個光電轉換部段10N ，光電轉換層段之厚度逐漸變化。或又，於實施例2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、具體而言為光電轉換層段之厚度相依於距第1電極11之距離而逐漸變厚。更具體而言，光電轉換層段之厚度逐漸變厚。再者，光電轉換層段之厚度呈階梯狀變厚。設定為第n個光電轉換部段10n 內之光電轉換層段15n 之厚度固定不變。於將第n個光電轉換部段10n 中之光電轉換層段15n 之厚度設為「1」時，作為第(n＋1)個光電轉換部段10(n+1) 中之光電轉換層段15(n+1) 之厚度，可例示2至10，但並不限定於此種值。於實施例2中，藉由使電荷累積用電極段121 、122 、123 之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層段151 、152 、153 之厚度逐漸變厚。絕緣層段821 、822 、823 之厚度固定不變。
於實施例2之攝像元件中，光電轉換層段之厚度逐漸變厚，因此，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部段10n 較第(n＋1)個光電轉換部段10(n+1) ，會被施加更強電場，從而能切實地防止電荷自第1個光電轉換部段101 向第1電極11之流動。而且，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段101 向第1電極11之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段10(n+1) 向第n個光電轉換部段10n 之流動。
如此，於實施例2之攝像元件中，自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，光電轉換層段之厚度逐漸變化，或又，以YZ假想平面將由電荷累積用電極、絕緣層及光電轉換層積層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面面積相依於距第1電極之距離而變化，故而，形成一種電荷傳輸梯度，能更容易且更切實地傳輸藉由光電轉換所產生之電荷。
於實施例2之攝像元件中，在第1電極11、電荷累積用電極12、絕緣層82及光電轉換層15之形成中，首先，於層間絕緣層81上，成膜用以形成電荷累積用電極123 之導電材料層，將導電材料層圖案化，於應形成光電轉換部段101 、102 、103 及第1電極11之區域保留導電材料層，藉此能獲得第1電極11之一部分及電荷累積用電極123 。繼而，於整面成膜用以形成電荷累積用電極122 之導電材料層，將導電材料層圖案化，於應形成光電轉換部段101 、102 及第1電極11之區域保留導電材料層，藉此能獲得第1電極11之一部分及電荷累積用電極122 。繼而，於整面成膜用以形成電荷累積用電極121 之導電材料層，將導電材料層圖案化，於應形成光電轉換部段101 及第1電極11之區域保留導電材料層，藉此能獲得第1電極11及電荷累積用電極121 。其次，於整面共形成膜絕緣層82。然後，於絕緣層82之上形成光電轉換層15，並對光電轉換層15實施平坦化處理。如此，能獲得光電轉換部段101 、102 、103 。 [實施例3]
實施例3係關於本發明之第3態樣之攝像元件。圖13表示實施例3之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。於實施例3之攝像元件中，在鄰接之光電轉換部段中，構成絕緣層段之材料不同。此處，自第1個光電轉換部段101 至第N個光電轉換部段10N ，使構成絕緣層段之材料之相對介電常數之值逐漸變小。於實施例3之攝像元件中，可對N個電荷累積用電極段全部施加相同之電位，亦可對N個電荷累積用電極段分別施加不同之電位。於後者之情形時，只要與實施例4中所進行之說明同樣地，將彼此相隔而配置之電荷累積用電極段121 、122 、123 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。
而且，藉由採用此種構成，形成一種電荷傳輸梯度，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部段較第(n＋1)個光電轉換部段能累積更多電荷。而且，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段向第n個光電轉換部段之流動。 [實施例4]
實施例4係關於本發明之第4態樣之攝像元件。圖14表示實施例4之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。於實施例4之攝像元件中，在鄰接之光電轉換部段中，構成電荷累積用電極段之材料不同。此處，自第1個光電轉換部段101 至第N個光電轉換部段10N ，使構成絕緣層段之材料之功函數之值逐漸變大。於實施例4之攝像元件中，可對N個電荷累積用電極段全部施加相同之電位，亦可對N個電荷累積用電極段分別施加不同之電位。於後者之情形時，電荷累積用電極段121 、122 、123 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5]
實施例5之攝像元件係關於本發明之第5態樣之攝像元件。圖15A、圖15B、圖16A及圖16B表示實施例5中之電荷累積用電極段之模式性俯視圖。又，圖17及圖18表示實施例5之攝像元件、積層型攝像元件之等效電路圖，圖19表示構成實施例5之攝像元件之第1電極及電荷累積用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，圖20、圖21模式性地表示實施例5之攝像元件之動作時的各部位之電位之狀態。實施例5之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖與圖14或圖23所示者相同。於實施例5之攝像元件中，自第1個光電轉換部段101 至第N個光電轉換部段10N ，電荷累積用電極段之面積逐漸變小。於實施例5之攝像元件中，可對N個電荷累積用電極段全部施加相同之電位，亦可對N個電荷累積用電極段分別施加不同之電位。於後者之情形時，只要與實施例4中所進行之說明同樣地，將彼此相隔而配置之電荷累積用電極段121 、122 、123 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5中，電荷累積用電極12包含複數個電荷累積用電極段121 、122 、123 。電荷累積用電極段之數量只要為2個以上即可，於實施例5中，設定為「3」個。而且，於實施例5之攝像元件、積層型攝像元件中，第1電極11之電位高於第2電極16之電位，即，例如，對第1電極11施加正電位，對第2電極16施加負電位，故而，於電荷傳輸期間，對位於距第1電極11最近之處之電荷累積用電極段121 施加之電位高於對位於距第1電極11最遠之處之電荷累積用電極段123 施加之電位。如此，藉由對電荷累積用電極12賦予電位梯度，停留於與電荷累積用電極12對向之光電轉換層15之區域之電子便更切實地讀出至第1電極11，進而讀出至第1浮動擴散層FD1 。即，累積於光電轉換層15之電荷被讀出至控制部。
於圖20所示之例中，在電荷傳輸期間，藉由設定為電荷累積用電極段123 之電位＜電荷累積用電極段122 之電位＜電荷累積用電極段121 之電位，而將停留於光電轉換層15之區域之電子同時讀出至第1浮動擴散層FD1 。另一方面，於圖21所示之例中，在電荷傳輸期間，藉由使電荷累積用電極段123 之電位、電荷累積用電極段122 之電位、電荷累積用電極段121 之電位逐步變化(即，藉由使之呈階梯狀或斜坡狀變化)，而使停留於與電荷累積用電極段123 對向之光電轉換層15之區域之電子移動至與電荷累積用電極段122 對向之光電轉換層15之區域，繼而，使停留於與電荷累積用電極段122 對向之光電轉換層15之區域之電子移動至與電荷累積用電極段121 對向之光電轉換層15之區域，繼而，將停留於與電荷累積用電極段121 對向之光電轉換層15之區域之電子切實地讀出至第1浮動擴散層FD1 。
圖22表示構成實施例5之攝像元件之變化例之第1電極及電荷累積用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖，如該圖所示，亦可使重設電晶體TR1rst 之另一源極/汲極區域51B接地，以代替將其連接於電源VDD 。
於實施例5之攝像元件中，亦為藉由採用此種構成，形成一種電荷傳輸梯度。即，自第1個光電轉換部段101 至第N個光電轉換部段10N ，電荷累積用電極段之面積逐漸變小，故而，若於電荷累積期間，成為V12 ≧V11 之狀態，則第n個光電轉換部段較第(n＋1)個光電轉換部段能累積更多電荷。而且，若於電荷傳輸期間，成為V22 ＜V21 之狀態，則能切實地確保電荷自第1個光電轉換部段向第1電極之流動、電荷自第(n＋1)個光電轉換部段向第n個光電轉換部段之流動。 [實施例6]
實施例6係關於本發明之第6態樣之攝像元件。圖23表示實施例6之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。又，圖24A及圖24B表示實施例6中之電荷累積用電極段之模式性俯視圖。實施例6之攝像元件具備由第1電極11、光電轉換層15及第2電極16積層而成之光電轉換部，光電轉換部進而具備電荷累積用電極12，該電荷累積用電極12與第1電極11相隔而配置，且隔著絕緣層82與光電轉換層15對向而配置。而且，於將電荷累積用電極12、絕緣層82及光電轉換層15之積層方向設定為Z方向，將離開第1電極11之方向設定為X方向時，以YZ假想平面將由電荷累積用電極12、絕緣層82及光電轉換層15積層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面面積相依於距第1電極11之距離而變化。
具體而言，於實施例6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為距第1電極11越遠則越窄。再者，寬度可連續變窄(參照圖24A)，亦可呈階梯狀變窄(參照圖24B)。
如此，於實施例5之攝像元件中，以YZ假想平面將由電荷累積用電極12、絕緣層82及光電轉換層15積層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面面積相依於距第1電極之距離而變化，故而，形成一種電荷傳輸梯度，能更容易且更切實地傳輸藉由光電轉換所產生之電荷。 [實施例7]
實施例7係關於本發明之第1態樣及第2態樣之固體攝像裝置。
實施例7之固體攝像裝置具有複數個攝像元件， 該攝像元件具備由第1電極11'、光電轉換層15及第2電極16積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極12'，該電荷累積用電極12'與第1電極11'相隔而配置，且隔著絕緣層82與光電轉換層15對向而配置；且 由複數個攝像元件構成攝像元件組塊， 構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極11'。
或又，實施例7之固體攝像裝置具備複數個實施例1～實施例6中所說明之攝像元件。
於實施例7中，相對於複數個攝像元件設置1個浮動擴散層。而且，藉由得當地控制電荷傳輸期間之時序，能使複數個攝像元件共享1個浮動擴散層。而且，於該情形時，複數個攝像元件能共享1個接觸孔部。
再者，除了構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極11'之方面以外，實施例7之固體攝像裝置具有實質上與實施例1～實施例6中所說明之固體攝像裝置相同之構成、構造。
圖25(實施例7)、圖26(實施例7之第1變化例)、圖27(實施例7之第2變化例)、圖28(實施例7之第3變化例)及圖29(實施例7之第4變化例)模式性地表示實施例7之固體攝像裝置中之第1電極11'及電荷累積用電極12'之配置狀態。於圖25、圖26、圖29及圖30中，圖示出16個攝像元件，於圖27及圖28中，圖示出12個攝像元件。而且，由2個攝像元件構成攝像元件組塊。將攝像元件組塊以虛線包圍而加以表示。附綴於第1電極11'、電荷累積用電極12'之下標係用以區別第1電極11'、電荷累積用電極12'。於以下之說明中亦同樣如此。又，於1個攝像元件之上方配設有1個載晶微透鏡(於圖25～圖34中未圖示)。而且，於1個攝像元件組塊中，隔著第1電極11'而配置有2個電荷累積用電極12'(參照圖25、圖26)。或又，與並列配置之2個電荷累積用電極12'對向而配置有1個第1電極11'(參照圖29、圖30)。即，第1電極與各攝像元件之電荷累積用電極鄰接而配置。或又，第1電極與複數個攝像元件之一部分之電荷累積用電極鄰接而配置，不與複數個攝像元件之其餘電荷累積用電極鄰接而配置(參照圖27、圖28)，於該情形時，電荷自複數個攝像元件之其餘部分向第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累積用電極與構成攝像元件之電荷累積用電極之間之距離A較鄰接於第1電極之攝像元件中之第1電極與電荷累積用電極之間之距離B長時，能切實地使電荷自各攝像元件向第1電極移動，故而較佳。又，較佳為距第1電極越遠而配置之攝像元件，距離A之值越大。又，於圖26、圖28及圖30所示之例中，在構成攝像元件組塊之複數個攝像元件之間配設有傳輸控制用電極13'。藉由配設傳輸控制用電極13'，能切實地抑制隔著傳輸控制用電極13'之攝像元件組塊中之電荷之移動。再者，於將對傳輸控制用電極13'施加之電位設為V13 時，只要V12 ＞V13 (例如，V12-2 ＞V13 )即可。
傳輸控制用電極13'於第1電極側，可形成為與第1電極11'或電荷累積用電極12'相同之位準，亦可形成為與之不同之位準(具體而言，較第1電極11'或電荷累積用電極12'靠下方之位準)。於前者之情形時，能縮短傳輸控制用電極13'與光電轉換層之間之距離，故而容易控制電勢。另一方面，於後者之情形時，能縮短傳輸控制用電極13'與電荷累積用電極12'之間之距離，故而有利於微細化。
以下，對包含第1電極11'2 及2個2個電荷累積用電極12'21 、12'22 之攝像元件組塊之動作進行說明。
於電荷累積期間，自驅動電路，對第1電極11'2 施加電位Va ，對電荷累積用電極12'21 、12'22 施加電位VA 。藉由入射至光電轉換層15之光，於光電轉換層15中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞自第2電極16經由配線VOU 向驅動電路送出。另一方面，因設定為第1電極11'2 之電位高於第2電極16之電位，即，例如，設定為對第1電極11'2 施加正之電位，對第2電極16施加負之電位，故VA ≧Va ，較佳為VA ＞Va 。由此，藉由光電轉換所產生之電子被拉引至電荷累積用電極12'21 、12'22 ，並停留於與電荷累積用電極12'21 、12'22 對向之光電轉換層15之區域。即，電荷累積於光電轉換層15。因VA ≧Va ，故於光電轉換層15之內部所產生之電子不會向第1電極11'2 移動。隨著光電轉換之時間經過，與電荷累積用電極12'21 、12'22 對向之光電轉換層15之區域中之電位成為靠負側之值。
於電荷累積期間之後期，執行重設動作。藉此，第1浮動擴散層之電位得以重設，第1浮動擴散層之電位成為電源之電位VDD 。
於重設動作完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間，自驅動電路，對第1電極11'2 施加電位Vb ，對電荷累積用電極12'21 施加電位V21-B ，對電荷累積用電極12'22 施加電位V22-B 。此處，V21-B ＜Vb ＜V22-B 。藉此，停留於與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域之電子讀出至第1電極11'2 ，進而讀出至第1浮動擴散層。即，累積於與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域之電荷讀出至控制部。讀出完成後，成為V22-B ≦V21-B ＜Vb 。再者，於圖29、圖30所示之例中，亦可成為V22-B ＜Vb ＜V21-B 。藉此，停留於與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域之電子讀出至第1電極11'2 ，進而讀出至第1浮動擴散層。又，於圖27、圖28所示之例中，亦可將停留於與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域之電子，經由電荷累積用電極12'22 所鄰接之第1電極11'3 ，讀出至第1浮動擴散層。如此，累積於與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域之電荷讀出至控制部。再者，亦可在累積於與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域之電荷向控制部之讀出完成後，重設第1浮動擴散層之電位。
圖35A表示實施例7之攝像元件組塊中之讀出驅動例，按如下流程，讀出來自與電荷累積用電極12'21 及電荷累積用電極12'22 對應之2個攝像元件之信號： [步驟-A] 向比較器之自動歸零信號輸入 [步驟-B] 共享之1個浮動擴散層之重設動作 [步驟-C] 與電荷累積用電極12'21 對應之攝像元件中之P相讀出、及向第1電極11'2 之電荷移動 [步驟-D] 與電荷累積用電極12'21 對應之攝像元件中之D相讀出、及向第1電極11'2 之電荷移動 [步驟-E] 共享之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] 與電荷累積用電極12'22 對應之攝像元件中之P相讀出、及向第1電極11'2 之電荷移動 [步驟-H] 與電荷累積用電極12'22 對應之攝像元件中之D相讀出、及向第1電極11'2 之電荷移動。 基於相關雙重取樣(CDS)處理，[步驟-C]中之P相讀出與[步驟-D]中之D相讀出之差量係來自與電荷累積用電極12'21 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相讀出之差量係來自與電荷累積用電極12'22 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35B)。又，亦可省略[步驟-F]之動作，於該情形時，可進而省略[步驟-G](參照圖35C)，且[步驟-C]中之P相讀出與[步驟-D]中之D相讀出之差量成為來自與電荷累積用電極12'21 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相讀出之差量成為來自與電荷累積用電極12'22 對應之攝像元件之信號。
圖31(實施例7之第6變化例)及圖32(實施例7之第7變化例)模式性地表示第1電極11'及電荷累積用電極12'之配置狀態，於該等圖所示之變化例中，由4個攝像元件構成攝像元件組塊。該等固體攝像裝置之動作可實質上與圖25～圖30所示之固體攝像裝置之動作相同。
圖33及圖34模式性地表示第1電極11'及電荷累積用電極12'之配置狀態，於該等圖所示之變化例8及變化例9中，由16個攝像元件構成攝像元件組塊。如圖33及圖34所示，於電荷累積用電極12'11 與電荷累積用電極12'12 之間、電荷累積用電極12'12 與電荷累積用電極12'13 之間、電荷累積用電極12'13 與電荷累積用電極12'14 之間，配設有傳輸控制用電極13'A1 、13'A2 、13'A3 。又，如圖34所示，於電荷累積用電極12'21 、12'31 、13'41 與電荷累積用電極12'22 、12'32 、13'42 之間、電荷累積用電極12'22 、12'32 、13'42 與電荷累積用電極12'23 、12'33 、13'43 之間、電荷累積用電極12'23 、12'33 、13'43 與電荷累積用電極12'24 、12'34 、13'44 之間，配設有傳輸控制用電極13'B1 、13'B2 、13'B3 。進而，於攝像元件組塊與攝像元件組塊之間，配設有傳輸控制用電極13'C。而且，於該等固體攝像裝置中，藉由控制16個電荷累積用電極12'，能自第1電極11'讀出累積於光電轉換層15之電荷。
[步驟-10] 具體而言，首先，自第1電極11'讀出累積於與電荷累積用電極12'11 對向之光電轉換層15之區域之電荷。其次，經由與電荷累積用電極12'11 對向之光電轉換層15之區域，自第1電極11'讀出累積於與電荷累積用電極12'12 對向之光電轉換層15之區域之電荷。其次，經由與電荷累積用電極12'12 及電荷累積用電極12'11 對向之光電轉換層15之區域，自第1電極11'讀出累積於與電荷累積用電極12'13 對向之光電轉換層15之區域之電荷。
[步驟-20] 其後，使累積於與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'11 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'12 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'23 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'13 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'24 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'14 對向之光電轉換層15之區域。
[步驟-21] 使累積於與電荷累積用電極12'31 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'32 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'33 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'23 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'34 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'24 對向之光電轉換層15之區域。
[步驟-22] 使累積於與電荷累積用電極12'41 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'31 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'42 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'32 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'43 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'33 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'44 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'34 對向之光電轉換層15之區域。
[步驟-30] 然後，再次執行[步驟-10]，藉此，能經由第1電極11'，讀出累積於與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域之電荷、累積於與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域之電荷、累積於與電荷累積用電極12'23 對向之光電轉換層15之區域之電荷、及累積於與電荷累積用電極12'24 對向之光電轉換層15之區域之電荷。
[步驟-40] 其後，使累積於與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'11 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'12 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'23 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'13 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'24 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'14 對向之光電轉換層15之區域。
[步驟-41] 使累積於與電荷累積用電極12'31 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'32 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'33 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'23 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'34 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'24 對向之光電轉換層15之區域。
[步驟-50] 然後，再次執行[步驟-10]，藉此，能經由第1電極11'，讀出累積於與電荷累積用電極12'31 對向之光電轉換層15之區域之電荷、累積於與電荷累積用電極12'32 對向之光電轉換層15之區域之電荷、累積於與電荷累積用電極12'33 對向之光電轉換層15之區域之電荷、及累積於與電荷累積用電極12'34 對向之光電轉換層15之區域之電荷。
[步驟-60] 其後，使累積於與電荷累積用電極12'21 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'11 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'22 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'12 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'23 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'13 對向之光電轉換層15之區域。使累積於與電荷累積用電極12'24 對向之光電轉換層15之區域之電荷移動至與電荷累積用電極12'14 對向之光電轉換層15之區域。
[步驟-70] 然後，再次執行[步驟-10]，藉此，能經由第1電極11'，讀出累積於與電荷累積用電極12'41 對向之光電轉換層15之區域之電荷、累積於與電荷累積用電極12'42 對向之光電轉換層15之區域之電荷、累積於與電荷累積用電極12'43 對向之光電轉換層15之區域之電荷、及累積於與電荷累積用電極12'44 對向之光電轉換層15之區域之電荷。
於實施例7之固體攝像裝置中，構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極，故而能使排列有複數個攝像元件之像素區域中之構成、構造簡化及微細化。再者，相對於1個浮動擴散層而設置之複數個攝像元件可由複數個第1類型之攝像元件構成，亦可由至少1個第1類型之攝像元件、1個或2個以上第2類型之攝像元件構成。 [實施例8]
實施例8係實施例7之變形。圖36、圖37、圖38及圖39模式性地表示第1電極11'及電荷累積用電極12'之配置狀態，於該等圖所示之實施例8之固體攝像裝置中，由2個攝像元件構成攝像元件組塊。而且，於攝像元件組塊之上方配設有1個載晶微透鏡90。再者，於圖37及圖39所示之例中，在構成攝像元件組塊之複數個攝像元件之間配設有傳輸控制用電極13'。
例如，與構成攝像元件組塊之電荷累積用電極12'11 、12'21 、12'31 、12'41 對應之光電轉換層對來自圖式右斜上方之入射光具有高感度。又，與構成攝像元件組塊之電荷累積用電極12'12 、12'22 、12'32 、12'42 對應之光電轉換層對來自圖式左斜上方之入射光具有高感度。因此，例如，藉由使具有電荷累積用電極12'11 之攝像元件與具有電荷累積用電極12'12 之攝像元件組合，能獲得像面相位差信號。又，若將來自具有電荷累積用電極12'11 之攝像元件之信號與來自具有電荷累積用電極12'12 之攝像元件之信號相加，則能藉由與該等攝像元件組合，而構成1個攝像元件。於圖36所示之例中，在電荷累積用電極12'11 與電荷累積用電極12'12 之間配置有第1電極11'1 ，但若如圖38所示之例般，與並列配置之2個電荷累積用電極12'11 、12'12 對向而配置1個第1電極11'1 ，則能實現感度之進一步提高。 [實施例9]
實施例9係實施例1～實施例6之變形。表示模式性局部剖視圖之圖40所示之實施例9之攝像元件、積層型攝像元件係正面照射型之攝像元件、積層型攝像元件，具有由第1類型之實施例1～實施例6之綠色用攝像元件(第1攝像元件)、第2類型之先前之藍色用攝像元件(第2攝像元件)、及第2類型之先前之紅色用攝像元件(第3攝像元件)此等3種攝像元件積層而成之構造，其中第1攝像元件具備吸收綠色光之第1類型之綠色光電轉換層，對綠色具有感度；第2攝像元件具備吸收藍色光之第2類型之藍色光電轉換層，對藍色具有感度；第3攝像元件具備吸收紅色光之第2類型之紅色光電轉換層，對紅色具有感度。此處，紅色用攝像元件(第3攝像元件)及藍色用攝像元件(第2攝像元件)設置於半導體基板70內，第2攝像元件位於較第3攝像元件更靠光入射側。又，綠色用攝像元件(第1攝像元件)設置於藍色用攝像元件(第2攝像元件)之上方。
再者，於圖40、圖41、圖42、圖43、圖44、圖45、圖48、圖49、圖51、圖52、圖53、圖54、圖55、圖56中，為使圖式簡化，省略了光電轉換部段之圖示，圖示出電荷累積用電極12、絕緣層82、光電轉換層15。
於半導體基板70之正面70A側，與實施例1同樣地設置有構成控制部之各種電晶體。該等電晶體可為實質上與實施例1中所說明之電晶體相同之構成、構造。又，於半導體基板70，設置有第2攝像元件、第3攝像元件，該等攝像元件亦可為實質上與實施例1中所說明之第2攝像元件、第3攝像元件相同之構成、構造。
於半導體基板70之正面70A之上，形成有層間絕緣層77、78，於層間絕緣層78之上，設置有構成實施例1～實施例6之攝像元件之光電轉換部(第1電極11、光電轉換層15及第2電極16)以及電荷累積用電極12等。
如此，除了為正面照射型之方面以外，實施例9之攝像元件、積層型攝像元件之構成、構造可與實施例1～實施例6之攝像元件、積層型攝像元件之構成、構造相同，因此省略詳細之說明。 [實施例10]
實施例10係實施例1～實施例9之變形。
表示模式性局部剖視圖之圖41所示之實施例10之攝像元件、積層型攝像元件係背面照射型之攝像元件、積層型攝像元件，具有由第1類型之實施例1～實施例6之第1攝像元件、及第2類型之第2攝像元件此等2種攝像元件積層而成之構造。又，表示模式性局部剖視圖之圖42所示之實施例10之攝像元件、積層型攝像元件之變化例係正面照射型之攝像元件、積層型攝像元件，具有由第1類型之實施例1～實施例6之第1攝像元件、及第2類型之第2攝像元件此等2種攝像元件積層而成之構造。此處，第1攝像元件吸收原色光，第2攝像元件吸收補色光。或又，第1攝像元件吸收白色光，第2攝像元件吸收紅外線。
表示模式性局部剖視圖之圖43所示之實施例10之攝像元件之變化例係背面照射型之攝像元件，包含第1類型之實施例1～實施例6之第1攝像元件。又，表示模式性局部剖視圖之圖44所示之實施例10之攝像元件之變化例係正面照射型之攝像元件，包含第1類型之實施例1～實施例6之第1攝像元件。此處，第1攝像元件包含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此等3種攝像元件。進而，由複數個該等攝像元件，構成本發明之第3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。於各攝像元件之光入射側，視需要而配設用以進行藍色、綠色、紅色之分光之彩色濾光片。
再者，亦可設定為將2個第1類型之實施例1～實施例6之攝像元件積層之形態(即，將2個光電轉換部積層，並於半導體基板設置2個攝像元件之控制部之形態)，或又，將3個第1類型之實施例1～實施例6之攝像元件積層之形態(即，將3個光電轉換部積層，並於半導體基板設置3個攝像元件之控制部之形態)，以代替設置1個第1類型之實施例1～實施例6之攝像元件之形態。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。
[實施例11]
實施例11係實施例1～實施例10之變形，關於具備電荷排出電極之本發明之攝像元件等。圖45表示實施例11之攝像元件、積層型攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖，圖46表示構成實施例11之攝像元件之第1電極、電荷累積用電極及電荷排出電極之模式性配置圖，圖47表示構成實施例11之攝像元件之第1電極、電荷累積用電極、電荷排出電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
於實施例11之攝像元件、積層型攝像元件中，進而具備電荷排出電極14，該電荷排出電極14經由連接部69連接於光電轉換層15，且與第1電極11及電荷累積用電極12相隔而配置。此處，電荷排出電極14係以包圍第1電極11及電荷累積用電極12之方式(即，呈邊框狀)配置。電荷排出電極14連接於構成驅動電路之像素驅動電路。光電轉換層15於連接部69內延伸。即，光電轉換層15在設置於絕緣層82之第2開口部85內延伸，且與電荷排出電極14連接。電荷排出電極14於複數個攝像元件中共享化(共通化)。
於實施例11中，在電荷累積期間，自驅動電路，對第1電極11施加電位V11 ，對電荷累積用電極12施加電位V12 ，對電荷排出電極14施加電位V14 ，使電荷累積於光電轉換層15。藉由入射至光電轉換層15之光，於光電轉換層15中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞自第2電極16經由配線VOU 向驅動電路送出。另一方面，因設定為第1電極11之電位高於第2電極16之電位，即，例如，設定為對第1電極11施加正之電位，對第2電極16施加負之電位，故V14 ＞V11 (例如，V12 ＞V14 ＞V11 )。由此，藉由光電轉換所產生之電子被拉引至電荷累積用電極12，並停留於與電荷累積用電極12對向之光電轉換層15之區域，從而能切實地防止其向第1電極11移動。其中，朝向電荷累積用電極12之拉引不充分、或又未徹底累積於光電轉換層15之電子(所謂之溢流電子)經由電荷排出電極14，向驅動電路送出。
於電荷累積期間之後期，執行重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1 之電位得以重設，第1浮動擴散層FD1 之電位成為電源之電位VDD 。
於重設動作完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間，自驅動電路，對第1電極11施加電位V21 ，對電荷累積用電極12施加電位V22 ，對電荷排出電極14施加電位V24 。此處，V24 ＜V21 (例如，V24 ＜V22 ＜V21 )。藉此，停留於與電荷累積用電極12對向之光電轉換層15之區域之電子切實地讀出至第1電極11，進而讀出至第1浮動擴散層FD1 。即，累積於光電轉換層15之電荷讀出至控制部。
至此，電荷累積、重設動作、電荷傳輸此等一系列動作完成。
將電子讀出至第1浮動擴散層FD1 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攝像元件之電荷累積、重設動作、電荷傳輸此等一系列動作與先前之電荷累積、重設動作、電荷傳輸此等一系列動作相同。
於實施例11中，將所謂之溢流電子經由電荷排出電極14向驅動電路送出，故而，能抑制鄰接像素向電荷累積部之滲漏，從而能抑制溢出之發生。而且，藉此能提高攝像元件之攝像性能。 [實施例12]
作為本發明之又一實施例，使用圖61至圖96，對實施例12進行說明。
參照圖1至9及圖56所說明之作為第1實施例及其變化例之固體攝像裝置100如圖9所記載般，具備攝像區域111，該攝像區域111係以積層型攝像元件101作為重複單位，將該積層型攝像元件101呈二維陣列狀排列而構成。而且，關於作為重複單位之積層型攝像元件101，(1)圖3表示積層型攝像元件101中所具備之第1至第3攝像元件102至104之等效電路，(2)圖4表示具備該等第1至第3攝像元件102至104之積層型攝像元件101整體之等效電路，(3)圖5表示積層型攝像元件101中所包含之電晶體之半導體基板70之第1面上之佈局，(4)圖1及圖56表示積層型攝像元件101之剖視圖。
作為實施例12而揭示之固體攝像裝置100於等效電路上之構成、截面構造及平面構造中，存在與實施例1不同之方面。對該等不同方面分別進行說明。
＜截面構造＞ 圖61係表示實施例12之固體攝像裝置100中所具備之積層型攝像元件101之截面構造之圖。
圖61所記載之實施例12之積層型攝像元件101之截面構造與圖56所示之作為實施例1之變化例之積層型攝像元件101於以下之基本構成上相同。即，1個積層型攝像元件101(換言之，1個像素之積層型攝像元件101)積層而具備： (1)1個晶載微透鏡90； (2)1個光電轉換部17，其係構成第1攝像元件102之光電轉換部，包含第1電極11、電荷累積用電極12、絕緣層82、半導體層15B、光電轉換層15A及第2電極16； (3)1個PD2，其構成第2攝像元件103；及 (4)1個PD3，其構成第3攝像元件104。
其中，作為圖式上之記載，圖61所記載之實施例12之積層型攝像元件101之截面構造與圖56所示之作為實施例1之變化例之積層型攝像元件101之截面構造於以下之方面不同。
(1)於圖56所記載之積層型攝像元件101中，第2電極16、光電轉換層15B及半導體層15A於圖式左右方向上記載有外緣。與此相對地，於作為實施例12之積層型攝像元件101中，第2電極16、光電轉換層15B及半導體層15A係跨及複數個積層型攝像元件101(換言之，複數個像素之積層型攝像元件101)而延伸。更佳為遍及固體攝像裝置100所具備之攝像區域(換言之，像素陣列區域)111整體而延伸。於圖61所記載之積層型攝像元件101中，第2電極16、光電轉換層15B及半導體層15A無圖式左右方向之外緣。惟，可使第2電極16、光電轉換層15B及半導體層15A、替代地光電轉換層15跨及複數個像素之積層型攝像元件101而延伸，而單元構成對本發明之所有實施例及其變化例均可應用。因此，關於該等膜之上述構成之差異並非為圖61所記載之實施例12之積層型攝像元件101與圖56所示之作為實施例1之變化例之積層型攝像元件101之本質差異。
(2)於圖56所記載之積層型攝像元件101中，電荷累積用電極12成為如下構成，即，經由連接孔66、焊墊部64、及圖8所記載之電荷累積用電極之驅動配線VOA而驅動，該驅動配線VOA係使用與焊墊部64同層之金屬配線層，形成於電荷累積用電極12與接觸孔部61之間且跨及複數個像素而延伸。與此相對地，作為實施例12之積層型攝像元件101係在半導體基板70之位於光之入射側之一面70B與光電轉換部17之間的層間絕緣層81中，沿著積層型攝像元件101之積層方向，積層而具備2組可用於信號配線或特定電壓之供給線之導電體之配線層及針對該配線層之連接構造。惟，具備上述積層之2組配線層及針對該配線層之連接構造之構成對本發明之所有實施例及其變化例均可應用。因此，關於該等配線及連接構造之上述構成之差異並非為圖61所記載之實施例12之積層型攝像元件101與圖56所示之作為實施例1之變化例之積層型攝像元件101之本質差異。
(3)於圖56所記載之積層型攝像元件101中，在配置於半導體基板70之位於與光之入射相反之側的另一面70A之下方(與光之入射面為相反側之方向)之層間絕緣層76中，作為配線層，圖式上記載有配線層62。與此相對地，作為實施例12之積層型攝像元件101於層間絕緣層76中具備至少3層以上配線層。於圖61中，在層間絕緣層76中記載有3層配線層62A至62C及針對該等配線層之連接構造。其中，具備上述複數層配線層及針對該等配線層之連接構造之構成對本發明之所有實施例及其變化例均可應用。因此，關於該等配線及連接構造之上述構成之差異並非為圖61所記載之實施例12之積層型攝像元件101與圖56所示之作為實施例1之變化例之積層型攝像元件101之本質差異。
(4)於圖1所記載之積層型攝像元件101中，光電轉換部具備N個光電轉換部段，藉此，配置於電荷累積用電極12與光電轉換層15之間之絕緣層82、電荷累積用電極12成為其等之膜厚相依於距第1電極之距離而變化之構成。與此相對地，作為實施例12之積層型攝像元件101可具備上述N個光電轉換部段，亦可不具備該光電轉換部段，絕緣層82及電荷累積用電極12之膜厚亦可不相依於距第1電極之距離，而成為固定不變之膜厚。
＜等效電路＞ 圖62表示實施例12之固體攝像裝置100中所具備之4個積層型攝像元件101之等效電路，換言之，4個像素之等效電路。
於圖3及圖4所記載之實施例1之積層型攝像元件101中，1個像素具備第1至第3攝像元件102至104各1個， (1)第1攝像元件102具備：光電轉換部17，其包含第1電極11、電荷累積用電極12、絕緣層82、光電轉換層15及第2電極16；1個重設電晶體TR1rst、1個放大電晶體TR1amp、1個選擇電晶體TR1sel，其等係構成第1攝像元件102之像素電晶體；及第1浮動擴散層FD1，其連接於光電轉換部17； (2)第2攝像元件103具備：光電二極體PD2，其包含n型半導體區域41；1個傳輸電晶體TR2trs、1個重設電晶體TR2rst、1個放大電晶體TR2amp、1個選擇電晶體TR2sel，其等係構成第2攝像元件103之像素電晶體；及第2浮動擴散層FD2，其連接於傳輸電晶體TR2trs； (3)第3攝像元件104具備：光電二極體PD3，其包含n型半導體區域43；1個傳輸電晶體TR3trs、1個重設電晶體TR3rst、1個放大電晶體TR3amp、1個選擇電晶體TR3sel，其等係構成第3攝像元件104之像素電晶體；及第3浮動擴散層FD3，其連接於傳輸電晶體TR3trs。
與此相對地，圖62所記載之實施例12之積層型攝像元件101成為如下構成，即，複數個像素之積層型攝像元件101中所具備之複數個第1至第3攝像元件102至104共享作為構成攝像元件之要素之像素電晶體及浮動擴散層。
參照圖62，對實施例12之積層型攝像元件101之具體構成進行說明。
圖62所記載之4個像素之積層型攝像元件101具備4個第1攝像元件102、4個第2攝像元件103、4個第3攝像元件104。
上述4個第1攝像元件102各自具備1個光電轉換部17，合計具備4個光電轉換部17。上述4個光電轉換部17連接於1個第1浮動擴散層FD1。
於上述1個第1浮動擴散層FD1，串聯連接有1個重設電晶體TR1rst及電源線Vdd。此外，於第1浮動擴散層FD1，串聯連接有1個放大電晶體TR1amp、1個選擇電晶體TR1sel及信號線(資料輸出線)VSL1。
由上述4個光電轉換部17中所具備之4個電荷累積用電極12、及1個上述重設電晶體TR1rst、1個放大電晶體TR1amp、1個選擇電晶體TR1sel，構成負責上述4個第1攝像元件102之讀出動作及重設動作之一組控制部(第1控制部)。
圖62記載之4個像素之積層型攝像元件101中所具備之4個第1攝像元件102成為除了電荷累積用電極12以外，共享上述一組控制部(第1控制部)之構成。於將上述4個第1攝像元件102具備之光電轉換部17中所產生之電荷讀出時，使用上述第1控制部，進行分時並依序地讀出之處理。
圖62記載之4個像素之積層型攝像元件101中所具備之上述4個第2攝像元件103各自具備1個光電二極體PD2，合計具備4個光電二極體PD2。上述4個光電二極體PD2經由4個傳輸電晶體TR2trs，連接於1個第2浮動擴散層FD2。
圖62記載之4個像素之積層型攝像元件101中所具備之上述4個第3攝像元件104各自具備1個光電二極體PD3，合計具備4個光電二極體PD3。上述4個光電二極體PD3亦經由4個傳輸電晶體TR3trs，連接於上述1個第3浮動擴散層FD2。
於上述1個第2浮動擴散層FD2，串聯連接有1個重設電晶體TR2rst及電源線Vdd。另外，於第2浮動擴散層FD2，串聯連接有1個放大電晶體TR2amp、1個選擇電晶體TR2sel及信號線(資料輸出線)VSL2。
由上述4個傳輸電晶體TR2trs、上述4個傳輸電晶體TR3trs、及1個上述重設電晶體TR2rst、1個放大電晶體TR2amp、1個選擇電晶體TR2sel，構成負責上述4個第2攝像元件103及上述4個第3攝像元件104之讀出動作及重設動作之一組控制部(第2控制部)。
圖62記載之4個像素之積層型攝像元件101中所具備之4個第2攝像元件103及4個第3攝像元件104成為除了傳輸電晶體TR2trs及傳輸電晶體TR3trs以外，共享上述一組控制部(第2控制部)之構成。於將上述4個第2攝像元件103具備之光電二極體PD2及4個第3攝像元件104具備之光電二極體PD3中所產生之電荷讀出時，使用上述第2控制部，進行分時並依序地讀出之處理。
如此，圖62所記載之實施例12成為4個像素之積層型攝像元件101除了電荷累積用電極12、傳輸電晶體TR2trs及傳輸電晶體TR3trs以外，4個像素之積層型攝像元件101之間共享一組第1控制部及一組第2控制部之構成。更具體而言，成為如下構成，即，由1個重設電晶體TR1rst、1個放大電晶體TR1amp及1個選擇電晶體TR1sel，構成一組第1控制部，且由1個重設電晶體TR2rst、1個放大電晶體TR2amp及1個選擇電晶體TR2sel，構成一組第2控制部，從而4個像素之積層型攝像元件101之間共享該等一組第1控制部及一組第2控制部。
於本發明之實施例12中，在圖62所記載之等效電路上，以4個像素之積層型攝像元件101作為1個重複單位，將複數個該積層型攝像元件101呈二維狀排列，藉此形成固體攝像裝置100中所具備之像素陣列111。
於本發明之實施例12中，成為4個像素之積層型攝像元件101之間共享上述一組第1控制部及一組第2控制部之構成。因此，與如圖3及圖4所記載之實施例1般1個像素之積層型攝像元件101分別獨立地具備控制部之構成相比，於實施例12之構成中，所需之電晶體之數量較少，其結果，可達成容易實現積層型攝像元件101及使用該積層型攝像元件101之固體攝像裝置100之高積體化之作用效果。
＜平面構造＞ 圖63係表示實施例12之固體攝像裝置100中所具備之像素陣列111的一部分之平面構造之圖。圖63表示於列方向及行方向上各4個像素、合計16個像素之積層型攝像元件101之平面構造。
更具體而言，於圖63中， (1)以細實線表示積層型攝像元件101之第1至第3攝像元件102至104中所具備之像素電晶體且形成於半導體基板70之一面70A之電晶體之活性區域， (2)以細實線表示積層型攝像元件101之第1至第3攝像元件102至104中所具備之像素電晶體且形成於半導體基板70之一面70A之電晶體之閘極電極， (3)以細二點鏈線表示積層型攝像元件101中所具備之晶載微透鏡90， (4)以細一點鏈線表示積層型攝像元件101之1個像素之成為像素之外緣之線、即像素邊界線， (5)以(X，Y)之格式表示像素陣列中之各像素之列方向及行方向的像素之位置(座標)。
如上文所述，於本發明之實施例12中，在圖62所記載之等效電路上，以4個像素之積層型攝像元件101作為1個重複單位，將複數個該積層型攝像元件101呈二維狀排列，藉此形成固體攝像裝置100中所具備之像素陣列111。
圖64係於與圖63相同之圖中以粗線表示1個上述重複單位之外形線，並且表示1個上述重複單位所具備之各電晶體之位置之圖。
圖65係於與圖63相同之圖中，表示圖64所記載之上述重複單位於像素陣列111之列方向及行方向兩個方向上如何重複配置之圖。
圖66係於與圖64相同之圖中，以粗線追加記載第3攝像元件中所具備之光電二極體PD3之平面形狀之圖。於圖66中，記載了16個像素之積層攝像元件101，因此，對於其等中所具備之光電二極體PD3，亦記載了16個像素之光電二極體PD3。
進而，圖66亦表示出了8個電晶體、即4個傳輸電晶體TR3trs及1個重設電晶體TR2rst、1個放大電晶體TR2amp、1個選擇電晶體TR2sel之位置，該等8個電晶體係以粗線記載之1個重複單位中所包含之電晶體，用於將第3攝像元件具備之光電二極體PD3中所產生之電荷讀出之動作、及將該重複單位中所具備之第2浮動擴散層FD2重設之動作。
進而，圖66以陰影表示出了該圖記載之16個像素之光電二極體PD3中之4個光電二極體PD3，該等4個光電二極體PD3作為連接於以粗線記載之1個重複單位中所包含之電晶體，而進行電荷之讀出動作之對象。
參照圖63、圖64及圖66可知，於實施例12中，使用圖64及圖66中以粗線記載之1個重複單位所包含之電晶體，將圖63記載之(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)之位置之像素中所具備的4個光電二極體PD3之電荷讀出。
圖67係表示使用圖65中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，將圖63記載之哪個位置之像素中所具備之4個光電二極體PD3之電荷讀出之圖。
如參照圖66所說明般，作為使用該圖中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，而進行讀出動作之對象，4個光電二極體PD3係於圖63所記載之座標中位於(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)，且於像素陣列111之列方向上成為2個像素，於行方向上成為2個像素之合計2×2個像素之光電二極體PD3。
於圖67中，記載了如下情況：將位置與圖66所記載之重複單位相同之重複單位記作(1，1)-(2，2)，使用該重複單位中所具備之電晶體，將位於(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)之2×2個像素之光電二極體PD3之電荷讀出。進而，於圖67中，記載了如下情況：於各個重複單位中，將哪個位置之像素中所具備之光電二極體PD3之電荷讀出。於圖67所記載之像素陣列111所具備之各個重複單位中，將成為(2n＋1，2n＋1)、(2n＋1，2n＋2)、(2n＋2，2n＋1)、(2n＋2，2n＋2)(此處，n＝0、1、2、…)之2×2個像素之光電二極體PD3之電荷讀出。
圖68係於與圖64相同之圖中，以粗線追加記載第1攝像元件中所具備之光電轉換部17具有之電荷累積用電極12之平面形狀之圖。於圖68中，記載了16個像素之積層攝像元件101，因此，對於其等中所具備之電荷累積用電極12，亦記載了16個像素之電荷累積用電極12。
此處，實施例12之積層攝像元件101如參照圖62所說明般，作為重複單位之4個像素之積層型攝像元件101具備4個第1攝像元件102，上述4個第1攝像元件102中所具備之4個光電轉換部17連接於1個第1浮動擴散層FD1。進而詳細地進行說明，並非為上述4個光電轉換部17各自具備1個第1電極11及1個電荷累積用電極12，而成為上述4個光電轉換部17各自具備1個電荷累積用電極12，另一方面，關於第1電極11，上述4個光電轉換部17共享1個第1電極11之構成。上述共享之1個第1電極11如圖61所示，經由積層之2組配線層及針對該配線層之連接構造，連接於1個貫通矽基板之貫通電極(TSV，Through Silicon Via)61，進而，經由上述貫通電極61，連接於半導體基板70之一面70A之下方所形成之配線層62，進而，經由該配線層62，連接於上述半導體基板70之一面70A上所形成之1個第1浮動擴散層FD1(51C)。於圖68中，同時記載了被上述4個光電轉換部17共享之1個第1電極11及1個貫通電極61。
進而，圖68亦表示出了4個電晶體、即1個重設電晶體TR1rst、1個放大電晶體TR1amp及1個選擇電晶體TR1sel之位置，該等4個電晶體係以粗線記載之1個重複單位中所包含之電晶體，用於將第1攝像元件具備之光電轉換部17中所產生之電荷讀出之動作、及將該重複單位中所具備之第1浮動擴散層FD1重設之動作。
進而，圖66以陰影表示出了該圖記載之16個像素之電荷累積用電極12中的4個光電轉換部17所具備之電荷累積用電極12，該等電荷累積用電極12作為連接於以粗線記載之1個重複單位中所包含之電晶體，而進行電荷之讀出動作之對象。
參照圖63、圖64及圖68可知，於實施例12中，使用圖64及圖66中以粗線記載之1個重複單位所包含之電晶體，自圖63所記載之(1，2)、(1，3)、(2，2)、(2，3)之位置之像素中所具備的4個光電轉換部17讀出電荷。
圖69係表示使用圖65中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，將圖63記載之哪個位置之像素中所具備之4個光電轉換部17之電荷讀出之圖。
如參照圖68所說明般，作為使用該圖中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，而進行讀出動作之對象，4個光電轉換部17係於圖63所記載之座標中位於(1，2)、(1，3)、(2，2)、(2，3)，且於像素陣列111之列方向上成為2個像素，於行方向上成為2個像素之合計2×2個像素之光電轉換部17。
於圖69中，記載了如下情況：將位置與圖68所記載之重複單位相同之重複單位記作(1，2)-(2，3)，使用該重複單位中所具備之電晶體，將位於(1，2)、(1，3)、(2，2)、(2，3)之2×2個像素之光電轉換部17之電荷讀出。進而，於圖69中，記載了如下情況：於各個重複單位中，將哪個位置之像素中所具備之光電轉換部17之電荷讀出。於圖69記載之像素陣列111所具備之各個重複單位中，將成為(2n＋1，2n＋2)、(2n＋1，2n＋3)、(2n＋2，2n＋2)、(2n＋2，2n＋3)(此處，n＝0、1、2、…)之2×2個像素之光電轉換部17之電荷讀出。
圖70係於與圖64相同之圖中，以粗線追加記載第2攝像元件中所具備之光電二極體PD2之平面形狀之圖。於圖70中，記載了16個像素之積層攝像元件101，因此，對於其等中所具備之光電二極體PD2，亦記載了16個像素之光電二極體PD2。
進而，圖70亦表示出了8個電晶體、即4個傳輸電晶體TR2trs及1個重設電晶體TR2rst、1個放大電晶體TR2amp、1個選擇電晶體TR2sel之位置，該等8個電晶體係以粗線記載之1個重複單位中所包含之電晶體，用於將第2攝像元件具備之光電二極體PD2中所產生之電荷讀出之動作、及將該重複單位中所具備之第2浮動擴散層FD2重設之動作。
進而，圖70以陰影表示出了該圖記載之16個像素之光電二極體PD2中之4個光電二極體PD2，該等4個光電二極體PD2作為連接於以粗線記載之1個重複單位中所包含之電晶體，而進行電荷之讀出動作之對象。
參照圖63、圖64及圖70可知，於實施例12中，使用圖64及圖70中以粗線記載之1個重複單位所包含之電晶體，將圖63所記載之(2，2)、(2，3)、(3，2)、(3，3)之位置之像素中所具備的4個光電二極體PD2之電荷讀出。
圖71係表示使用圖65中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，將圖63所記載之哪個位置之像素中所具備之4個光電二極體PD2之電荷讀出之圖。
如參照圖70所說明般，作為使用該圖中以粗線記載之重複單位中所包含之電晶體，而進行讀出動作之對象，4個光電二極體PD2係於圖63所記載之座標中位於(2，2)、(2，3)、(3，2)、(3，3)，且於像素陣列111之列方向上成為2個像素，於行方向上成為2個像素之合計2×2個像素之光電二極體PD2。
於圖71中，記載了如下情況：將位置與圖70所記載之重複單位相同之重複單位記作(2，2)-(3，3)，使用該重複單位中所具備之電晶體，將位於((2，2)、(2，3)、(3，2)、(3，3)之2×2個像素之光電二極體PD2之電荷讀出。進而，於圖71中，記載了如下情況：於各個重複單位中，將哪個位置之像素中所具備之光電二極體PD2之電荷讀出。於圖71所記載之像素陣列111中所具備之各個重複單位中，將成為(2n＋2，2n＋2)、(2n＋2，2n＋3)、(2n＋3，2n＋2)、(2n＋3，2n＋3)(此處，n＝0、1、2，…)之2×2個像素之光電二極體PD2之電荷讀出。
如參照圖61記載之剖視圖所說明般，於實施例12之固體攝像裝置100中，1個像素之積層型攝像元件101積層而具備1個晶載微透鏡90及1個第1至第3攝像元件102至104。又，如參照圖62記載之等效電路所說明般，於實施例12之固體攝像裝置100中，成為4個像素之積層型攝像元件101共享一組第1控制部及一組第2控制部之構成。而且，於圖62所記載之等效電路上，以4個像素之積層型攝像元件101作為1個重複單位，將複數個該積層型攝像元件101呈二維狀排列，藉此形成固體攝像裝置100中所具備之像素陣列111。
但對圖66、圖68及圖70進行比較，又，對圖67、圖69及圖71進行比較後可知，於實施例12之固體攝像裝置100中，作為供上述1個重複單位中所具備之一組第1控制部及一組第2控制部讀出之對象，4個光電轉換部17、4個光電二極體PD2、4個光電二極體PD3未必成為共通包含於相同之4個積層型攝像元件101之構成。例如，對圖66、圖68及圖70中共通記載之1個重複單位進行敍述，作為供該重複單位中所具備之一組第1控制部及一組第2控制部讀出之對象，光電二極體PD3係位於(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)之像素中所具備者，作為供上述一組第1控制部及一組第2控制部讀出之對象，光電轉換部17係位於(1，2)、(1，3)、(2，2)、(2，3)之像素中所具備者，作為供上述一組第1控制部及一組第2控制部讀出之對象，光電二極體PD2係位於(2，2)、(2，3)、(3，2)、(3，3)之像素中所具備者。
以下對藉由使用此種特殊構成所達成之作用效果進行說明。若為削減用於複數個光電二極體PD3之電荷之讀出的電晶體之數量，實現積層型攝像元件101及使用該積層型攝像元件101之固體攝像裝置100之高積體化，而欲使複數個光電二極體PD3之間共享用於上述讀出之控制部，則較理想為形成如下構成，即，如圖66所記載般，使分別連接於4個光電二極體PD3之4個傳輸電晶體TR3trs相互近接而配置，共享與其等連接之第3浮動擴散層FD3。同樣地，為削減用於光電轉換部17及光電二極體PD2之電荷之讀出的電晶體之數量，較理想為形成如下構成，即，如圖68所記載般，4個光電轉換部17之間共享1個第1電極11，且又，較理想為形成如下構成，即，使分別連接於4個光電二極體PD2之4個傳輸電晶體TR2trs相互近接而配置，共享與其等連接之第2浮動擴散層FD2。
但若欲形成如下構成，即，4個光電二極體PD3之間共享1個第3浮動擴散層FD3，4個光電轉換部17之間共享1個第1電極11，4個光電二極體PD2之間共享1個第2浮動擴散層FD2，且又，使上述4個光電二極體PD3、4個光電轉換部17及4個光電二極體PD2分別共通配置於相同之4個積層型攝像元件101；則需將上述1個第3浮動擴散層FD3、上述1個第1電極11及上述1個第2浮動擴散層FD2配置於大致相同之位置。若欲將該等第3浮動擴散層FD3、第1電極11及第2浮動擴散層FD2配置於大致相同之位置，則為確保用以如此配置之位置，無論如何必須使上述4個積層型攝像元件101隔開而配置，以騰出上述位置。如此會妨礙使積層型攝像元件101高積體化，進而妨礙使固體攝像裝置100高積體化。
於本發明之實施例12中，為消除妨礙上述高積體化之因素，而有意避開將作為上述共享對象之第3浮動擴散層FD3、第1電極11及第2浮動擴散層FD2配置於大致相同之位置之構成，而形成將作為上述共享對象之第3浮動擴散層FD3、第1電極11及第2浮動擴散層FD2配置於各相隔1個像素之位置之構成。更具體而言，第1電極11及第2浮動擴散層FD2配置於與第3浮動擴散層FD3沿著像素陣列111之行方向相隔1個像素之位置，且第2浮動擴散層FD2配置於與第3浮動擴散層FD3及第1電極11沿著像素陣列111之列方向相隔1個像素之位置。藉由使用該構成，與不具備該構成之固體攝像裝置相比，可達成容易實現固體攝像裝置100之高積體化之作用效果。
圖72係於與圖63相同之像素之位置，表示連接於各像素中所具備之電荷累積用電極12，且用以驅動上述電荷累積用電極12之控制信號線VOA之配置之圖。更具體而言，於圖72中，以粗實線及粗虛線表示出了隔開寬度而配置之上述控制信號線VOA之中心線。
如參照圖61所說明般，於實施例12中，在半導體基板70之一面70B與光電轉換部17之間之層間絕緣層81中，沿著積層型攝像元件101之積層方向，積層而具備2組可用於信號配線或特定電壓之供給線之導電體之配線層及針對該配線層之連接構造。於圖72中，以粗實線及粗虛線記載之2組控制信號線VOA各自使用而配置有配置於上述半導體基板70之一面70B與光電轉換部17之間之2層配線層中的1層。因此，圖72中以粗實線及粗虛線記載之2組控制信號線VOA能將其中心線重疊配置於圖72中以細一點鏈線記載之像素邊界線上。其中，於圖72中，為使在像素邊界線部配置有層不同之2組控制信號線VOA之情況簡單易懂，而使以粗實線及粗虛線記載之2組控制信號線VOA相隔少許距離地加以記載。
再者，圖72中以粗實線及粗虛線記載之2組控制信號線VOA只要係彼此相隔而配置，則即便僅使用1層配線層及針對該配線層之連接構造，亦能進行配置。圖73表示僅藉由1層配線層及針對該配線層之連接構造，配置以細虛線包圍之區域之2組控制信號線VOA之例。
圖74係記載為了實現圖62所記載之構成，而於與圖63相同之像素之位置，使用積層型攝像元件101中所具備之配線，連接於圖64所記載之各元件之配線之一部分之圖。
更具體而言，圖74係表示圖61所記載之複數層配線層62A至62C中，距半導體基板70之一面70A最近的作為第1層配線層之配線層62A之配置之圖，以粗實線表示隔開寬度而配置之配線層62A之中心線。又，以黑色點表示配線層62A與形成於上述面70A之表面之各電晶體或貫通電極61之間的連接構造之中心點。
圖75亦係記載為了實現圖62所記載之構成，而於與圖63相同之像素之位置，使用積層型攝像元件101中所具備之配線，連接於圖64所記載之各元件之配線之一部分之圖。
更具體而言，圖75係將圖61所記載之複數層配線層62A至62C中，自半導體基板70之一面70A數起成為第2層配線層之配線層62B的配置添加至圖74中加以表示之圖，以粗實線表示隔開寬度而配置之配線層62B之中心線。又，以黑色點表示配線層62B與形成於上述面70A之表面之各電晶體之間的連接構造之中心點。
圖76亦係記載為了實現圖62所記載之構成，而於與圖63相同之像素之位置，使用積層型攝像元件101中所具備之配線，連接於圖64所記載之各元件之配線之一部分之圖。
更具體而言，圖76係表示圖61所記載之複數層配線層62A至62C中，自半導體基板70之一面70A數起成為第3層配線層之配線層62C的配置之圖，以粗實線表示隔開寬度而配置之配線層62C之中心線。又，以黑色點表示配線層62C與形成於上述面70A之表面之各電晶體之間的連接構造之中心點。再者，於圖76中，亦同時記載了圖75所記載之配線層62B之中心線及針對該配線層62B之連接構造之中心點。
圖77至圖80係表示實施例12之固體攝像裝置100之構成概要之圖。
圖77至圖80所記載之固體攝像裝置100與圖9所示之實施例1之固體攝像裝置100於以下之基本構成上相同。即，體攝像裝置100具備： (1)像素陣列(換言之，攝像區域)111，其呈二維陣列狀排列有複數個積層型攝像元件101； (2)驅動控制電路116、垂直驅動電路112及水平驅動電路114，其等係用以驅動上述像素陣列111中所具備之像素之電路； (3)像素驅動信號線119，其用以自用以驅動像素之電路，向各像素傳送驅動像素之信號； (4)資料輸出線117(VSL)，其用以將自各像素讀出之信號傳送至行信號處理電路113；以及 (5)行信號處理電路113及輸出電路115，其等用以對自上述像素陣列111中所具備之像素讀出之信號，施加處理，然後將該信號輸出。
於圖77至圖80中，以實線記載之像素驅動信號線119於像素陣列111之列方向上跨及複數個像素而延伸，以虛線記載之資料輸出線117於像素陣列111之行方向上跨及複數個像素而延伸。像素驅動信號線119係用以傳送驅動像素之信號之複數條信號線。像素驅動信號線119包含圖62所記載之控制信號線VOA，連接於傳輸電晶體TR2rst、TR3trs之閘極電極之信號線TTR2、TTR3，連接於重設電晶體TR1rst、TR2rst、TR3rst之閘極電極之信號線TTRST1、TTRST2、TTRST3，連接於選擇電晶體TR1sel、TR2sel、TR3sel閘極電極之信號線TTRSEL1、TTRSEL2、TTRSEL3。進而，於圖78至圖80中，以實線記載了自上述像素驅動信號線119分支，且與於像素陣列111中構成各像素之各積層型攝像元件101連接之像素驅動信號線119之分支線。同樣地，以虛線記載了一者連接於各積層型攝像元件101，另一者連接於資料輸出線117之資料連接線117之分支線。該等像素驅動信號線119之分支線及資料連接線117之分支線表示如參照圖62所說明般，自第1及第2控制部連接於各光電轉換部17、光電二極體PD2、光電二極體PD3之配線。再者，如參照圖62所說明般，實施例12之固體攝像裝置100中所具備之積層型攝像元件101成為4個像素之積層型攝像元件101之間共享第1及第2控制部之構成。但於圖78至圖80中，為簡單起見，省略了該等控制部之記載。
於圖77至圖80中，自驅動像素之電路連接於各控制部之像素驅動信號線119各具有複數條，為使記法簡略，將其等合併而以總稱記法表示。該以總稱記法表示之一組像素驅動信號線119係對像素陣列111之列方向之每2個像素各配置一組。同樣地，於圖77至圖80中，自4個像素之積層型攝像元件101之間共享之各控制部連接於行信號處理電路113之資料輸出線117亦各具有複數條，因此將其等合併而以總稱記法表示。該以總稱記法表示之一組資料輸出線117係對像素陣列111之行方向之每2個像素各配置一組。進而，於圖77至圖80中，以(X，Y)之格式表示像素陣列中之各像素之列方向及行方向的像素之位置(座標)。
圖78係於固體攝像裝置100之構成概要圖上表示出如下狀況者，即，如參照圖66及圖67所說明般，使用圖66中以粗實線表示之重複單位中所具備之控制部，將(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)之位置之像素中所具備之4個光電二極體PD3之電荷讀出。更具體而言，表示出如下狀況，即，使用圖78所記載之像素驅動信號線119-1，向控制部傳送驅動信號，將(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)之位置之像素中所具備之4個光電二極體PD3之電荷讀出，並將所讀出之信號經由資料輸出線(VSL)117-1傳送至行信號處理電路113。
圖79係於固體攝像裝置100之構成概要圖上表示出如下狀況者，即，如參照圖68及圖69所說明般，使用圖68中以粗實線表示之重複單位中所具備之控制部，將(1，2)、(1，3)、(2，2)、(2，3)之位置之像素中所具備之4個光電轉換部17之電荷讀出。更具體而言，表示出如下狀況，即，使用圖79所記載之像素驅動信號線119-1，向控制部傳送驅動信號，將(1，2)、(1，3)、(2，2)、(2，3)之位置之像素中所具備之4個光電轉換部17之電荷讀出，並將所讀出之信號經由資料輸出線(VSL)117-1傳送至行信號處理電路113。
圖80係於固體攝像裝置100之構成概要圖上表示出如下狀況者，即，如參照圖70及圖71所說明般，使用圖70中以粗實線表示之重複單位所具備之控制部，將(2，2)、(2，3)、(3，2)、(3，3)之位置之像素中所具備之4個光電二極體PD2之電荷讀出。更具體而言，表示出如下狀況，即，使用圖80所記載之像素驅動信號線119-1，向控制部傳送驅動信號，將(2，2)、(2，3)、(3，2)、(3，3)之位置之像素中所具備之4個光電二極體PD2之電荷讀出，並將所讀出之信號經由資料輸出線(VSL)117-1傳送至行信號處理電路113。
＜第1攝像元件與第2及第3攝像元件之關係＞ 例如，如參照圖61說明截面構造，參照圖68、圖66、圖70、圖72及圖75說明平面構造般，本發明之固體攝像裝置100於第1攝像元件與第2及第3攝像元件之間，構造大不相同。本發明之積層型攝像元件101為將構造大不相同之第1攝像元件與第2及第3攝像元件積層，而具備特有構成。
圖81係再現圖75，且對於該圖內以粗實線表示之控制配線，僅以粗實線保留驅動共享控制部之4個像素之積層型攝像元件101所需之控制配線，其餘控制配線則以粗虛線加以記載者。進而，於圖81中，亦記載了該圖記載之晶載微透鏡90之中心。
本發明之積層型攝像元件101中所具備之第2及第3攝像元件成為所謂之背面照射型之攝像元件，其係將該攝像元件中所具備之作為光電轉換器件之光電二極體PD2及PD3形成於半導體基板70內，且於半導體基板70所具備之2個表面中與光向上述光電二極體之入射面成為相反側之面，配置有驅動該元件之電晶體及驅動配線。因係將驅動配線配置於與光之入射面相反之側，故而，無論於像素內之哪個區域配置配線，均不會妨礙光向第2及第3攝像元件中所具備之光電二極體PD2及PD3之入射。因此，本發明之積層型攝像元件101可成為將用以驅動第2及第3攝像元件之控制配線如圖81所記載般，遍及整個像素區域而配置多個之形態。(再者，於圖81中，控制配線係於像素邊界線之上重疊而記載，因此難以識別出像素邊界線。關於像素邊界線之位置，請參照圖63)。
圖82係再現圖72，且將該圖記載之晶載微透鏡90之中心與驅動該圖記載之第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極12的配線VOA之間之距離d1添加至圖中者。如參照圖72所說明般，於本發明之固體攝像裝置100中，驅動第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極12之配線VOA可配置於圖82中以細一點鏈線記載之像素邊界線上。因此，於將例如晶載微透鏡90之中心配置於像素之中心之情形時，晶載微透鏡90之中心與電荷累積用電極12之驅動配線VOA之間之距離d1成為像素之中心至像素之邊界之距離。
本發明之積層型攝像元件101中所具備之第1攝像元件亦成為所謂之背面照射型之攝像元件，其於該攝像元件所具備之光電轉換器件(即光電轉換部17)具備之2個表面中與光向上述光電轉換器件之入射面成為相反側之面，配置有驅動該元件之電晶體及驅動配線。
但本發明之積層型攝像元件101成為將第1攝像元件與第2及第3攝像元件積層之構造。因此，若不慎配置圖82記載之驅動第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極12之配線VOA，則會妨礙光向配置於第1攝像元件之下方之第2及第3攝像元件之入射。
因此，本發明之積層型攝像元件101係使驅動第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極12之配線VOA儘量遠離像素之中心，換言之，儘量靠近像素邊界線而配置，以免配線VOA妨礙光向配置於第1攝像元件之下方之第2及第3攝像元件之入射。更佳為如參照圖72所說明般，將配線VOA之中心線配置於像素邊界線上。換言之，使圖82所記載之晶載微透鏡90之中心與電荷累積用電極12之驅動配線VOA之間之距離d1，大於圖81所記載之驅動配線VOA以外之驅動配線與晶載微透鏡90之中心之間之距離。
例如，使圖82所記載之晶載微透鏡90之中心與電荷累積用電極12之驅動配線VOA之間之距離d1，大於圖81所記載之驅動第2攝像元件中所具備之4個傳輸電晶體TR2trs的4條驅動配線TG2-1至TG2-4與晶載微透鏡90之中心之間之距離、及驅動第3攝像元件中所具備之4個傳輸電晶體TR3trs的4條驅動配線TG3-1至TG3-4與晶載微透鏡90之中心之間之距離。藉此，與不具備該構成之固體攝像裝置相比，可達成不妨礙光向第2及第3攝像元件之入射之作用效果。
圖83係再現圖68，且將該圖記載之晶載微透鏡90之中心與內接於該圖記載之第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極12的最大圓之中心之間之距離d2添加至圖中者。
此處，關於「與作為對象之圖形內接之最大圓之中心」，於圖形之形狀例如為正方形之情形時，表示與其四邊內接之圓之中心。另一方面，於圖形之形狀例如為長方形之情形時，與其3邊內接之圓最大，但可配置該最大圓之位置非1點，而為線段狀。如此，於可配置「與作為對象之圖形內接之最大圓之中心」之位置並不限定於1點之情形時，將上述可配置之位置之中心定為「與作為對象之圖形內接之最大圓之中心之位置」。例如，於作為對象之圖形為長方形之情形時，將可配置與上述長方形之三邊內接之圓之線段之中點定為「與作為對象之圖形內接之最大圓之中心之位置」。
圖84係再現圖70，且將該圖記載之晶載微透鏡90之中心與內接於該圖記載之第2攝像元件中所具備之光電二極體PD2的最大圓之中心之間之距離d3添加至圖中者。
圖85係再現圖66，且將該圖記載之晶載微透鏡90之中心與內接於該圖記載之第3攝像元件中所具備之光電二極體PD3的最大圓之中心之間之距離d4添加至圖中者。
圖86係再現圖68，且將該圖記載之晶載微透鏡90之中心與內接於該圖記載之第1攝像元件中所具備之第1電極11的最大圓之中心之間之距離d2添加至圖中者。
圖87係再現圖68，且將該圖記載之第1電極11及電荷累積用電極12刪除，另一方面，將內接於該圖記載之貫通電極61的最大圓之中心、及晶載微透鏡90之中心添加至圖中，進而，將內接於上述貫通電極61的最大圓之中心與上述晶載微透鏡90之中心之間之距離d3添加至圖中者。
本發明之積層型攝像元件101成為將第1攝像元件與第2及第3攝像元件積層之構造。另一方面，圖87所記載之貫通電極61如圖61所記載般，係貫通矽基板70而形成之電極。因此，積層型攝像元件101之第2及第3攝像元件中所具備之光電二極體PD2及PD3需避開上述貫通電極61而配置。因此，若不慎配置圖87所記載之貫通電極61，則因第2及第3攝像元件中所具備之光電二極體PD2及PD3需避開該貫通電極61而配置，故光電二極體PD2及PD3之受光面積變小。
因此，本發明之積層型攝像元件101係使貫通電極61及第1電極11儘量遠離像素之中心而配置，以免貫通電極61及第1電極11妨礙配置於第1攝像元件之下方之第2及第3攝像元件中所具備之光電二極體PD2及PD3之配置，該第1電極11係連接於貫通電極之電極，且因此而成為決定配置貫通電極61之位置之因素。
更佳為如圖83至圖87所記載般，使如下所述之(4)、(5)大於如下所述之(1)、(2)、(3)： (1)電荷累積用電極12之內接圓中心與晶載微透鏡90中心之間之距離d2， (2)光電二極體PD2之內接圓中心與晶載微透鏡90中心之間之距離d3， (3)光電二極體PD3之內接圓中心與晶載微透鏡90中心之間之距離d4， (4)貫通電極61與晶載微透鏡90中心之間之距離d6，及 (5)第1電極11之內接圓中心與晶載微透鏡90中心之間之距離d5。 藉此，與不具備該構成之固體攝像裝置相比，可達成不妨礙光電二極體PD2及PD3之配置之作用效果。
圖88係再現圖68，且將第1攝像元件中所具備之貫通電極61及第1浮動擴散層FD1以外之符號刪除者。
圖89係再現圖70，且將第2攝像元件中所具備之第2浮動擴散層FD2以外之符號刪除者。
圖90係再現圖66，且將第3攝像元件中所具備之第3浮動擴散層FD3以外之符號刪除者。
圖91係再現圖68，且表示第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極12與圖88至圖91所記載之貫通電極61、第1浮動擴散層FD1、第2浮動擴散層FD2、第3浮動擴散層FD3之位置關係之圖。
本發明之積層型攝像元件101成為將第1攝像元件與第2及第3攝像元件積層之構造。另一方面，第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極12、第2攝像元件中所具備之光電二極體PD2、及第3攝像元件中所具備之光電二極體PD3需避開圖88至圖91所記載之貫通電極61、第2浮動擴散層FD2及第3浮動擴散層FD3而配置。因此，若不慎配置後者(即貫通電極61、第2浮動擴散層FD2及第3浮動擴散層FD3)，則因前者(即電荷累積用電極12、光電二極體PD2及光電二極體PD3)需避開後者而配置，故前者之受光面積變小。
因此，本發明之積層型攝像元件101係使上述後者(即貫通電極61、第2浮動擴散層FD2及第3浮動擴散層FD3)儘量遠離像素之中心，換言之，儘量靠近像素邊界線而配置，以免上述後者妨礙上述前者(即電荷累積用電極12、光電二極體PD2及光電二極體PD3)之配置。
更佳為如圖91所記載般，將如下所述之中心，即， (1)與貫通電極61內接之最大圓之中心， (2)與第1電極11貫通電極內接之最大圓之中心，該第1電極11係連接於貫通電極之電極，且因此而成為決定配置貫通電極61之位置之因素， (3)與第2浮動擴散層FD2內接之最大圓之中心， (4)與第3浮動擴散層FD3內接之最大圓之中心， 配置於較與第1攝像裝置中所具備之電荷累積用電極12內接之最大圓之中心靠外側。
更佳為將上述(1)至(4)配置於較第1攝像裝置中所具備之電荷累積用電極12之外形線靠外側。
更佳為將上述(1)至(4)配置於較第1攝像裝置中所具備之電荷累積用電極12之外接圓靠外側。
或又，將上述(1)至(4)配置於較與第3攝像裝置中所具備之光電二極體PD3內接之最大圓靠外側。
或又，將上述(1)至(4)配置於較第3攝像裝置中所具備之光電二極體PD3之外形線靠外側。
或又，將上述(1)至(4)配置於較與第3攝像裝置中所具備之光電二極體PD2內接之最大圓靠外側。
或又，將上述(1)至(4)配置於較第3攝像裝置中所具備之光電二極體PD2之外形線靠外側。
圖92係再現圖68，且將表示構成控制部之電晶體之重複配置單位之框線去除，並且添加第1電極11與電荷累積用電極12之間之最小之距離d7者。
圖93係再現圖64，且將表示構成控制部之電晶體之重複配置單位之框線去除者。
如參照圖6所說明般，於本發明之實施例之第1攝像元件所具備之光電轉換部17中，藉由對電荷累積用電極施加電荷累積用之第1電壓，而將光電轉換層17中所產生之電荷累積於下層半導體層15A，又，藉由對電荷累積用電極施加電荷傳輸用(換言之，電荷讀出用)之第2電壓，而將累積於下層半導體層15A之電荷傳輸並讀出至第1電極11。於該情形時，下層半導體層15A、電荷累積用電極12及第1電極11分別發揮與MOS電晶體中之通道、閘極電極及汲極電極類似之功能。但MOS電晶體之源極及汲極區域與通道區域之間之導電型不同(例如於NMOS之情形時，源極及汲極區域為N型，而通道區域為P型)，由此所致，於2個區域之間會產生電位障壁。藉由該電位障壁，於使電晶體斷開時，載子自源極區域向汲極區域之移動(換言之，漏電流)受到抑制。與此相對地，於第1攝像元件中所具備之光電轉換部17之情形時，在下層半導體層15A內無如上述通道區域及汲極區域般之電位障壁。因此，於第1攝像元件所具備之光電轉換部17中，若欲抑制漏電流，則較佳為使累積電荷之電荷累積電極12與作為電荷之傳輸目的地之第1電極11之間之距離某種程度上較遠。例如，較佳為使累積電荷之電荷累積電極12與作為電荷之傳輸目的地之第1電極11之間之距離，大於通常之MOS電晶體中之最小之閘極長度。或者，較佳為使累積電荷之電荷累積電極12與作為電荷之傳輸目的地之第1電極11之間之距離，大於積層型攝像元件101之半導體基板70之一面70A上所形成的MOS電晶體中所具備之最小之L長度。藉由具備此種構成，與不具備此種構成之固體攝像裝置100相比，可達成能降低漏電流之作用效果，該漏電流係自下層半導體層15A中所包含之區域且配置於電荷累積電極12之上方之區域，向下層半導體層15A中所包含之區域且配置於第1電極11之上方之區域流動。
＜實施例12之變化例＞ 關於引用圖81至圖93所說明之各種關係，不僅於圖62至圖80所記載之具備像素共享構造之固體攝像裝置100中成立，於不具備像素共享構造、呈像素陣列狀排列有所謂之單像素構造之積層型攝像元件101的固體攝像裝置100中亦成立。
關於單像素構造，圖94表示與圖62相同之圖，圖95表示與圖66相同之圖，圖96表示與圖70相同之圖，圖97表示與圖68相同之圖，圖98表示與圖74相同之圖，圖99表示與圖75相同之圖，圖100表示與圖76相同之圖，圖101表示與圖82相同之圖，圖102表示與圖85相同之圖，圖103表示與圖84相同之圖，圖104表示與圖83相同之圖，圖105表示與圖91相同之圖，圖106表示與圖92相同之圖，圖107表示與圖93相同之圖。
關於引用圖81至圖93所說明之各種關係，於圖94至圖107所記載、呈像素陣列狀排列有所謂之單像素構造之積層型攝像元件101的固體攝像裝置100中亦成立。上述關係於圖94至圖107中亦成立之情況與引用圖81至圖93所進行之說明相同，因此省略重複之說明。
以上，基於較佳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。實施例中所說明之攝像元件、積層型攝像元件、固體攝像裝置之構造、構成、製造條件、製造方法及所使用之材料僅為例示，可適當變更。可將實施例1之攝像元件、實施例2之攝像元件、實施例3之攝像元件、實施例4之攝像元件、實施例5之攝像元件任意組合，亦可將實施例1之攝像元件、實施例2之攝像元件、實施例3之攝像元件、實施例4之攝像元件、實施例6之攝像元件任意組合。
視情形，亦可將浮動擴散層FD1 、FD21 、FD3 、51C、45C、46C共享化。
圖48例如表示實施例1中所說明之攝像元件、積層型攝像元件之變化例，如該圖所示，第1電極11亦可設定為在設置於絕緣層82之開口部84A內延伸，且與光電轉換層15連接之構成。
或又，圖49例如表示實施例1中所說明之攝像元件、積層型攝像元件之變化例，圖50A表示將第1電極之部分等放大之模式性局部剖視圖，如該等圖所示，第1電極11之頂面之緣部被絕緣層82覆蓋，第1電極11露出於開口部84B之底面，且於將與第1電極11之頂面相接之絕緣層82之面設定為第1面82a，將與對向於電荷累積用電極12之光電轉換層15之部分相接之絕緣層82之面設定為第2面82b時，開口部84B之側面具有自第1面82a向第2面82b擴大之傾斜。如此，藉由使開口部84B之側面帶有傾斜，電荷自光電轉換層15向第1電極11之移動變得更加順暢。再者，於圖50A所示之例中，以開口部84B之軸線作為中心，開口部84B之側面旋轉對稱，但亦可如圖50B所示，以使具有自第1面82a向第2面82b擴大之傾斜之開口部84C之側面位於電荷累積用電極12側之方式，設置開口部84C。藉此，電荷自隔著開口部84C與電荷累積用電極12為相反側之光電轉換層15之部分之移動變得難以進行。又，雖開口部84B之側面具有自第1面82a向第2面82b擴大之傾斜，但第2面82b之開口部84B之側面之緣部可如圖50A所示，位於較第1電極11之緣部靠外側，亦可如圖50C所示，位於較第1電極11之緣部靠內側。藉由採用前者之構成，電荷之傳輸變得更加容易，藉由採用後者之構成，可縮小開口部之形成時之形狀差別。
該等開口部84B、84C可藉由如下方法而形成，即，對由基於蝕刻法在絕緣層形成開口部時所形成之抗蝕劑材料形成的蝕刻用遮罩進行回焊，藉此，使蝕刻用遮罩之開口側面帶有傾斜，然後使用該蝕刻用遮罩，對絕緣層82進行蝕刻。
或又，關於實施例11中所說明之電荷排出電極14，如圖51所示，可設定為如下形態，即，光電轉換層15在設置於絕緣層82之第2開口部85A內延伸，且與電荷排出電極14連接，電荷排出電極14之頂面之緣部被絕緣層82覆蓋，電荷排出電極14露出於第2開口部85A之底面，且於將與電荷排出電極14之頂面相接之絕緣層82之面設定為第3面82c，將與對向於電荷累積用電極12之光電轉換層15之部分相接之絕緣層82之面設定為第2面82b時，第2開口部85A之側面具有自第3面82c向第2面82b擴大之傾斜。
又，圖52例如表示實施例1中所說明之攝像元件、積層型攝像元件之變化例，如該圖所示，亦可設定為光自第2電極16之側入射，且於靠第2電極16之光入射側形成有遮光層92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52所示之例中，遮光層92形成於第2電極16之上方，即，於靠第2電極16之光入射側且第1電極11之上方形成有遮光層92，但亦可如圖53所示，配設於第2電極16之光入射側之面之上。又，視情形，亦可如圖54所示，於第2電極16形成有遮光層92。
或又，亦可設定為光自第2電極16側入射，且光不向第1電極11入射之構造。具體而言，如圖52所示，於靠第2電極16之光入射側且第1電極11之上方形成有遮光層92。或又，亦可如圖55所示，設定為如下構造，即，於電荷累積用電極12及第2電極16之上方設置有晶載微透鏡90，向晶載微透鏡90入射之光於電荷累積用電極12聚集，而不到達第1電極11。或又，亦可設定為向晶載微透鏡90入射之光不到達第1電極11之構造。
藉由採用該等構成、構造，或又，藉由以使光僅向位於電荷累積用電極12之上方之光電轉換層15之部分入射之方式設置遮光層92，或又，對晶載微透鏡90進行設計，而位於第1電極11之上方之光電轉換層15之部分不再有助於光電轉換，故而，能更切實地將全部像素同時重設，從而能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， 重複如下各工序，即， 於所有攝像元件中，同時地一面使電荷累積於光電轉換層15，一面將第1電極11中之電荷排出至系統外，其後， 於所有攝像元件中，同時地將累積於光電轉換層15之電荷傳輸至第1電極11，傳輸完成後，依序將於各攝像元件中傳輸至第1電極11之電荷讀出。
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電極側入射之光不向第1電極入射之構造，於所有攝像元件中，同時地一面使電荷累積於光電轉換層，一面將第1電極中之電荷排出至系統外，因此，能於所有攝像元件中，同時切實地進行第1電極之重設。而且，其後，於所有攝像元件中，同時地將累積於光電轉換層之電荷傳輸至第1電極，傳輸完成後，依序將於各攝像元件中傳輸至第1電極之電荷讀出。故此能容易地實現所謂之全域快門功能。
光電轉換層並不限定於由1層形成之構成。例如，圖56表示實施例1中所說明之攝像元件、積層型攝像元件之變化例，如該圖所示，亦可使光電轉換層15成為例如由IGZO形成之下層半導體層15A與由構成實施例1中所說明之光電轉換層15之材料形成之上層光電轉換層15B的積層構造。藉由如此設置下層半導體層15A，能防止電荷累積時之再結合，能增大累積於光電轉換層15之電荷向第1電極11之傳輸效率，且能抑制暗電流之產生。
於圖1及圖2所示之實施例1中，藉由使電荷累積用電極段121 、122 、123 之厚度逐漸變薄，而使絕緣層段821 、822 、823 之厚度逐漸變厚。另一方面，圖57表示將實施例1之變化例中之由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖，如該圖所示，亦可使電荷累積用電極段121 、122 、123 之厚度固定，使絕緣層段821 、822 、823 之厚度逐漸變厚。再者，光電轉換層段151 、152 、153 之厚度為固定。
又，於圖12所示之實施例2中，藉由使電荷累積用電極段121 、122 、123 之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層段151 、152 、153 之厚度逐漸變厚。另一方面，圖58表示將實施例2之變化例中之由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖，如該圖所示，亦可藉由使電荷累積用電極段121 、122 、123 之厚度固定，使絕緣層段821 、822 、823 之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層段151 、152 、153 之厚度逐漸變厚。
當然，以上所說明之各種變化例亦可對其他實施例加以應用。
於實施例中，將電子作為信號電荷，且將形成於半導體基板之光電轉換層之導電型設定為n型，但亦可應用於將電洞作為信號電荷之固體攝像裝置。於該情形時，只要以導電型相反之半導體區域構成各半導體區域即可，且只要使形成於半導體基板之光電轉換層之導電型為p型即可。
又，於實施例中，列舉應用於CMOS型固體攝像裝置之情形為例進行了說明，該CMOS型固體攝像裝置係將與入射光量相應之信號電荷作為物理量進行檢測的單位像素呈矩陣狀配置而成；但並不限於針對CMOS型固體攝像裝置之應用，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型構造之垂直傳輸暫存器沿著垂直方向被傳輸，藉由水平傳輸暫存器沿著水平方向被傳輸，並藉由將其等放大而輸出像素信號(圖像信號)。又，亦不限定於行方式之固體攝像裝置全體，該行方式之固體攝像裝置係將像素呈二維矩陣狀形成，且針對每像素行配置信號處理電路而成。進而，視情形，亦可省略選擇電晶體。
進而，本發明之攝像元件、積層型攝像元件並不限於針對檢測可見光之入射光量之分佈並將其拍攝為圖像之固體攝像裝置的應用，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拍攝為圖像之固體攝像裝置。又，廣義上而言，可應用於檢測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並將其攝像為圖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，並不限於以列單位依序掃描攝像區域之各單位像素並自各單位像素讀出像素信號之固體攝像裝置。對以像素單位選擇任意像素，並自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亦可應用。固體攝像裝置可為以單晶片形式形成之形態，亦可為將攝像區域與驅動電路或光學系合併封裝之具有攝像功能之模組狀之形態。
又，並不限於針對固體攝像裝置之應用，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相機系統、或可攜式電話機等具有攝像功能之電子機器。亦存在搭載於電子機器之模組狀之形態、即將相機模組作為攝像裝置之情形。
圖59係以概念圖之形式表示將包含本發明之攝像元件、積層型攝像元件之固體攝像裝置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使來自被攝體之像光(入射光)成像於固體攝像裝置201之攝像面上。藉此，於固體攝像裝置201內，以固定期間累積信號電荷。快門裝置211控制朝向固體攝像裝置201之光照射期間及遮光期間。驅動電路212供給控制固體攝像裝置201之傳輸動作等及快門裝置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之信號傳輸。信號處理電路213進行各種信號處理。進行過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，能達成固體攝像裝置201之像素尺寸之微細化及傳輸效率之提高，故而能獲得像素特性之提高得以實現之電子機器200。作為能應用固體攝像裝置201之電子機器200，並不限於相機，亦可應用於數位靜態相機、面向可攜式電話機等移動機器之相機模組等攝像裝置。
再者，本發明亦可採取如下所述之構成。 [A01]《攝像元件：第1態樣》 一種攝像元件，其具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置； 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部段， 光電轉換層包含N個光電轉換層段， 絕緣層包含N個絕緣層段， 電荷累積用電極包含N個電荷累積用電極段， 第n個(其中，n＝1、2、3…N)光電轉換部段包含第n個電荷累積用電極段、第n個絕緣層段及第n個光電轉換層段，且 n之值越大之光電轉換部段，距第1電極越遠而配置， 自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，絕緣層段之厚度逐漸變化。 [A02]《攝像元件：第2態樣》 一種攝像元件，其具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置； 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部段， 光電轉換層包含N個光電轉換層段， 絕緣層包含N個絕緣層段， 電荷累積用電極包含N個電荷累積用電極段， 第n個(其中，n＝1、2、3…N)光電轉換部段包含第n個電荷累積用電極段、第n個絕緣層段及第n個光電轉換層段，且 n之值越大之光電轉換部段，距第1電極越遠而配置， 自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，光電轉換層段之厚度逐漸變化。 [A03]《攝像元件：第3態樣》 一種攝像元件，其具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置； 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部段， 光電轉換層包含N個光電轉換層段， 絕緣層包含N個絕緣層段， 電荷累積用電極包含N個電荷累積用電極段， 第n個(其中，n＝1、2、3…N)光電轉換部段包含第n個電荷累積用電極段、第n個絕緣層段及第n個光電轉換層段，且 n之值越大之光電轉換部段，距第1電極越遠而配置， 於鄰接之光電轉換部段中，構成絕緣層段之材料不同。 [A04]《攝像元件：第4態樣》 一種攝像元件，其具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置； 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部段， 光電轉換層包含N個光電轉換層段， 絕緣層包含N個絕緣層段， 電荷累積用電極包含彼此相隔而配置之N個電荷累積用電極段， 第n個(其中，n＝1、2、3…N)光電轉換部段包含第n個電荷累積用電極段、第n個絕緣層段及第n個光電轉換層段，且 n之值越大之光電轉換部段，距第1電極越遠而配置， 於鄰接之光電轉換部段中，構成電荷累積用電極段之材料不同。 [A05]《攝像元件：第5態樣》 一種攝像元件，其具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置； 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部段， 光電轉換層包含N個光電轉換層段， 絕緣層包含N個絕緣層段， 電荷累積用電極包含彼此相隔而配置之N個電荷累積用電極段， 第n個(其中，n＝1、2、3…N)光電轉換部段包含第n個電荷累積用電極段、第n個絕緣層段及第n個光電轉換層段，且 n之值越大之光電轉換部段，距第1電極越遠而配置， 自第1個光電轉換部段至第N個光電轉換部段，電荷累積用電極段之面積逐漸變小。 [A06]《攝像元件：第6態樣》 一種攝像元件，其具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置；且 於將電荷累積用電極、絕緣層及光電轉換層之積層方向設定為Z方向，將離開第1電極之方向設定為X方向時，以YZ假想平面將由電荷累積用電極、絕緣層及光電轉換層積層而成之積層部分切斷時之積層部分之截面面積相依於距第1電極之距離而變化。 [B01]如[A01]至[A06]中任一項所記載之攝像元件，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。 [B02]如[A01]至[B01]中任一項所記載之攝像元件，其中第1電極在設置於絕緣層之開口部內延伸，且與光電轉換層連接。 [B03]如[A01]至[B01]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換層在設置於絕緣層之開口部內延伸，且與第1電極連接。 [B04]如[B03]所記載之攝像元件，其中第1電極之頂面之緣部被絕緣層覆蓋， 第1電極露出於開口部之底面，且 於將與第1電極之頂面相接之絕緣層之面設定為第1面，將與對向於電荷累積用電極之光電轉換層之部分相接之絕緣層之面設定為第2面時，開口部之側面具有自第1面向第2面擴大之傾斜。 [B05]如[B04]所記載之攝像元件，其中具有自第1面向第2面擴大之傾斜之開口部之側面位於電荷累積用電極側。 [B06]《第1電極及電荷累積用電極之電位之控制》 如[A01]至[B05]中任一項所記載之攝像元件，其進而具備控制部，該控制部設置於半導體基板，且具有驅動電路； 第1電極及電荷累積用電極連接於驅動電路，且 於電荷累積期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V11 ，對電荷累積用電極施加電位V12 ，使電荷累積於光電轉換層， 於電荷傳輸期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V21 ，對電荷累積用電極施加電位V22 ，將累積於光電轉換層之電荷經由第1電極讀出至控制部； 其中，於第1電極之電位較第2電極高之情形時， V12 ≧V11 ，且V22 ＜V21 ， 於第1電極之電位較第2電極低之情形時， V12 ≦V11 ，且V22 ＞V21 。 [B07]《電荷排出電極》 如[A01]至[B06]中任一項所記載之攝像元件，其進而具備電荷排出電極，該電荷排出電極連接於光電轉換層，且與第1電極及電荷累積用電極相隔而配置。 [B08]如[B07]所記載之攝像元件，其中電荷排出電極係以包圍第1電極及電荷累積用電極之方式配置。 [B09]如[B07]或[B08]所記載之攝像元件，其中光電轉換層在設置於絕緣層之第2開口部內延伸，且與電荷排出電極連接， 電荷排出電極之頂面之緣部被絕緣層覆蓋， 電荷排出電極露出於第2開口部之底面，且 於將與電荷排出電極之頂面相接之絕緣層之面設定為第3面，將與對向於電荷累積用電極之光電轉換層之部分相接之絕緣層之面設定為第2面時，第2開口部之側面具有自第3面向第2面擴大之傾斜。 [B10]《第1電極、電荷累積用電極及電荷排出電極之電位之控制》 如[B07]至[B09]中任一項所記載之攝像元件，其進而具備控制部，該控制部設置於半導體基板，且具有驅動電路； 第1電極、電荷累積用電極及電荷排出電極連接於驅動電路，且 於電荷累積期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V11 ，對電荷累積用電極施加電位V12 ，對電荷排出電極施加電位V14 ，使電荷累積於光電轉換層， 於電荷傳輸期間，自驅動電路，對第1電極施加電位V21 ，對電荷累積用電極施加電位V22 ，對電荷排出電極施加電位V24 ，將累積於光電轉換層之電荷經由第1電極讀出至控制部； 其中，於第1電極之電位較第2電極高之情形時， V14 ＞V11 ，且V24 ＜V21 ， 於第1電極之電位較第2電極低之情形時， V14 ＜V11 ，且V24 ＞V21 。 [B11]如[A01]至[B10]中任一項所記載之攝像元件，其中於第1電極之電位較第2電極高之情形時，在電荷傳輸期間，對位於距第1電極最近之處之電荷累積用電極段施加之電位，高於對位於距第1電極最遠之處之電荷累積用電極段施加之電位， 於第1電極之電位較第2電極低之情形時，在電荷傳輸期間，對位於距第1電極最近之處之電荷累積用電極段施加之電位，低於對位於距第1電極最遠之處之電荷累積用電極段施加之電位。 [B12]如[A01]至[B11]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，且 第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。 [B13]如[B12]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設電晶體及選擇電晶體，且 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。 [B14]如[A01]至[B13]中任一項所記載之攝像元件，其中電荷累積用電極之大小較第1電極大。 [B15]如[A01]至[B14]中任一項所記載之攝像元件，其中光自第2電極側入射，且於靠第2電極之光入射側形成有遮光層。 [B16]如[A01]至[B14]中任一項所記載之攝像元件，其中光自第2電極側入射，且光不向第1電極入射。 [B17]如[B16]所記載之攝像元件，其中於靠第2電極之光入射側且第1電極之上方形成有遮光層。 [B18]如[B16]所記載之攝像元件，其中於電荷累積用電極及第2電極之上方設置有晶載微透鏡，且 向晶載微透鏡入射之光於電荷累積用電極聚集。 [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[B18]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，其具有複數個攝像元件，該攝像元件具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置；且 由複數個攝像元件構成攝像元件組塊， 構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極。 [D02]《固體攝像裝置：第2態樣》 一種固體攝像裝置，其具有複數個[A01]至[B17]中任一項所記載之攝像元件，且 由複數個攝像元件構成攝像元件組塊， 構成攝像元件組塊之複數個攝像元件共享第1電極。 [D03]如[D01]或[D02]所記載之固體攝像裝置，其中於構成攝像元件組塊之複數個攝像元件之間配設有傳輸控制用電極。 [D04]如[D01]至[D03]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中於1個攝像元件之上方配設有1個載晶微透鏡。 [D05]如[D01]至[D04]中任一項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組塊，且 於攝像元件組塊之上方配設有1個載晶微透鏡。 [D06]如[D01]至[D05]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中相對於複數個攝像元件設置1個浮動擴散層。 [D07]如[D01]至[D06]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中第1電極與各攝像元件之電荷累積用電極鄰接而配置。 [D08]如[D01]至[D07]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之電荷累積用電極鄰接而配置，不與複數個攝像元件之其餘電荷累積用電極鄰接而配置。 [D09]如[D08]所記載之固體攝像裝置，其中構成攝像元件之電荷累積用電極與構成攝像元件之電荷累積用電極之間之距離較鄰接於第1電極之攝像元件中之第1電極與電荷累積用電極之間之距離長。 [E01]《固體攝像裝置：第3態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個[A01]至[A06]中任一項所記載之攝像元件。 [E02]《固體攝像裝置：第4態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個[C01]所記載之積層型攝像元件。 [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攝像元件，該攝像元件具備由第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部， 光電轉換部進而具備電荷累積用電極，該電荷累積用電極與第1電極相隔而配置，且隔著絕緣層與光電轉換層對向而配置； 該攝像元件具有光自第2電極側入射，且光不向第1電極入射之構造；且 該固體攝像裝置之驅動方法係重複如下各工序，即， 於所有攝像元件中，同時一面使電荷累積於光電轉換層，一面將第1電極中之電荷排出至系統外，其後， 於所有攝像元件中，同時將累積於光電轉換層之電荷傳輸至第1電極，傳輸完成後，依序將於各攝像元件中傳輸至第1電極之電荷讀出。
101‧‧‧光電轉換部段102‧‧‧光電轉換部段103‧‧‧光電轉換部段11‧‧‧第1電極11'‧‧‧第1電極12‧‧‧電荷累積用電極12'‧‧‧電荷累積用電極121‧‧‧電荷累積用電極段122‧‧‧電荷累積用電極段123‧‧‧電荷累積用電極段13'‧‧‧傳輸控制用電極14‧‧‧電荷排出電極15‧‧‧光電轉換層151‧‧‧光電轉換層段152‧‧‧光電轉換層段153‧‧‧光電轉換層段15A‧‧‧光電轉換層15B‧‧‧半導體層16‧‧‧第2電極17‧‧‧光電轉換部41‧‧‧構成第2攝像元件之n型半導體區域42‧‧‧p+層43‧‧‧構成第3攝像元件之n型半導體區域44‧‧‧p+層45‧‧‧傳輸電晶體之閘極部45C‧‧‧浮動擴散層46‧‧‧傳輸電晶體之閘極部46A‧‧‧傳輸通道46C‧‧‧浮動擴散層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‧‧‧重設電晶體TR1rst之源極/汲極區域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62A‧‧‧配線層62B‧‧‧配線層62C‧‧‧配線層63‧‧‧焊墊部64‧‧‧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(正面)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‧‧‧絕緣膜76‧‧‧層間絕緣層77‧‧‧層間絕緣層78‧‧‧層間絕緣層81‧‧‧層間絕緣層82‧‧‧絕緣層821‧‧‧絕緣層段822‧‧‧絕緣層段823‧‧‧絕緣層段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‧‧‧保護層84‧‧‧開口部84A‧‧‧開口部84B‧‧‧開口部84C‧‧‧開口部85‧‧‧第2開口部85A‧‧‧第2開口部90‧‧‧晶載微透鏡91‧‧‧位於較層間絕緣層靠下方之各種攝像元件構成要素92‧‧‧遮光層100‧‧‧固體攝像裝置101‧‧‧積層型攝像元件102‧‧‧第1攝像元件103‧‧‧第2攝像元件104‧‧‧第3攝像元件111‧‧‧攝像區域111‧‧‧像素陣列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117-1‧‧‧資料輸出線(VSL)117-2‧‧‧資料輸出線(VSL)117-3‧‧‧資料輸出線(VSL)117-4‧‧‧資料輸出線(VSL)118‧‧‧水平信號線119-1‧‧‧像素驅動信號線119-2‧‧‧像素驅動信號線119-3‧‧‧像素驅動信號線119-4‧‧‧像素驅動信號線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311‧‧‧第1光電轉換部311‧‧‧第1電極315‧‧‧光電轉換層316‧‧‧第2電極317‧‧‧重設電晶體之閘極部318‧‧‧放大電晶體之閘極部320‧‧‧第2攝像元件321‧‧‧第2光電轉換部322‧‧‧縱型電晶體之閘極部330‧‧‧第3攝像元件331‧‧‧第3光電轉換部332‧‧‧傳輸電晶體之閘極部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‧‧‧保護層390‧‧‧晶載微透鏡d1‧‧‧距離d2‧‧‧距離d3‧‧‧距離d4‧‧‧距離d5‧‧‧距離d6‧‧‧距離d7‧‧‧距離FD1‧‧‧浮動擴散層FD2‧‧‧浮動擴散層FD3‧‧‧浮動擴散層FD21‧‧‧浮動擴散層PA‧‧‧點PB‧‧‧點PC‧‧‧點PD‧‧‧點PD2‧‧‧光電二極體PD3‧‧‧光電二極體RST1‧‧‧重設線RST2‧‧‧重設線RST3‧‧‧重設線SEL1‧‧‧選擇線SEL2‧‧‧選擇線SEL3‧‧‧選擇線TG2‧‧‧傳輸閘極線TG2-1‧‧‧驅動配線TG2-2‧‧‧驅動配線TG2-3‧‧‧驅動配線TG2-4‧‧‧驅動配線TG3‧‧‧傳輸閘極線TG3-1‧‧‧驅動配線TG3-2‧‧‧驅動配線TG3-3‧‧‧驅動配線TG3-4‧‧‧驅動配線TR1amp‧‧‧放大電晶體TR2amp‧‧‧放大電晶體TR3amp‧‧‧放大電晶體TR1rst‧‧‧重設電晶體TR2rst‧‧‧重設電晶體TR3rst‧‧‧重設電晶體TR1sel‧‧‧選擇電晶體TR2sel‧‧‧選擇電晶體TR3sel‧‧‧選擇電晶體TR2trs‧‧‧傳輸電晶體TR3trs‧‧‧傳輸電晶體VDD‧‧‧電源VOA‧‧‧配線VOT‧‧‧配線VOU‧‧‧配線VSL1‧‧‧信號線VSL2‧‧‧信號線VSL3‧‧‧信號線
圖1係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖2係將實施例1之攝像元件中之由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖3係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之等效電路圖。 圖4係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之等效電路圖。 圖5係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷累積用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖6係模式性地表示實施例1之攝像元件之動作時的各部位之電位之狀態之圖。 圖7係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷累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、電荷累積用電極、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之固體攝像裝置之概念圖。 圖10係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之變化例之等效電路圖。 圖11係構成圖10所示之實施例1之攝像元件之變化例的第1電極及電荷累積用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖12係將實施例2之攝像元件中之由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖13係實施例3之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖14係實施例4及實施例5之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖15A及圖15B係實施例5中之電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖16A及圖16B係實施例5中之電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖17係實施例5之攝像元件、積層型攝像元件之等效電路圖。 圖18係實施例5之攝像元件、積層型攝像元件之等效電路圖。 圖19係構成實施例5之攝像元件之第1電極及電荷累積用電極、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5之攝像元件之動作時的各部位之電位之狀態之圖。 圖21係模式性地表示實施例5之攝像元件之另一動作時(傳輸時)的各部位之電位之狀態之圖。 圖22係構成實施例5之攝像元件之變化例的第1電極及電荷累積用電極之模式性配置圖。 圖23係實施例6及實施例5之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖24A及圖24B係實施例6中之電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖25係實施例7之固體攝像裝置中之第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖26係實施例7之固體攝像裝置之第1變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖27係實施例7之固體攝像裝置之第2變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖28係實施例7之固體攝像裝置之第3變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖29係實施例7之固體攝像裝置之第4變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖30係實施例7之固體攝像裝置之第5變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖31係實施例7之固體攝像裝置之第6變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖32係實施例7之固體攝像裝置之第7變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖33係實施例7之固體攝像裝置之第8變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖34係實施例7之固體攝像裝置之第9變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖35A、圖35B及圖35C係表示實施例7之攝像元件組塊中之讀出驅動例之流程圖。 圖36係實施例8之固體攝像裝置中之第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖37係實施例8之固體攝像裝置之變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖38係實施例8之固體攝像裝置之變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖39係實施例8之固體攝像裝置之變化例中的第1電極及電荷累積用電極段之模式性俯視圖。 圖40係實施例9之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖41係實施例10之攝像元件、積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖42係實施例10之攝像元件、積層型攝像元件之變化例之模式性局部剖視圖。 圖43係實施例10之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖44係實施例10之攝像元件之進而另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖45係實施例11之攝像元件、積層型攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖。 圖46係構成實施例11之攝像元件之第1電極、電荷累積用電極及電荷排出電極之模式性配置圖。 圖47係構成實施例11之攝像元件之第1電極、電荷累積用電極、電荷排出電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖48係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖49係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之進而另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖50A、圖50B及圖50C係將實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之進而另一變化例的第1電極之部分等放大之模式性局部剖視圖。 圖51係將實施例11之攝像元件、積層型攝像元件之另一變化例的電荷排出電極之部分等放大之模式性局部剖視圖。 圖52係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之進而另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖53係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之進而另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖54係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之進而另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖55係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之進而另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖56係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之進而另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖57係將實施例1之攝像元件之變化例中之由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖58係將實施例2之攝像元件之變化例中之由電荷累積用電極、光電轉換層及第2電極積層而成之部分放大之模式性局部剖視圖。 圖59係將包含本發明之攝像元件、積層型攝像元件之固體攝像裝置使用電子機器(相機)之例之概念圖。 圖60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61係實施例12之積層型攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖62係實施例12中之4個像素之積層型攝像元件之等效電路圖。 圖63係表示實施例12之固體攝像裝置中所具備之像素陣列的一部分之平面構造之圖。 圖64係於與圖63相同之圖中以粗線表示1個重複單位之外形線，並且表示1個重複單位所具備之各電晶體之位置之圖。 圖65係於與圖63相同之圖中，表示圖64所記載之重複單位於像素陣列111之列方向及行方向兩個方向上如何重複配置之圖。 圖66係於與圖64相同之圖中，以粗線追加記載第3攝像元件中所具備之光電二極體之平面形狀之圖。 圖67係表示使用圖65中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，將圖63記載之哪個位置之像素中所具備之4個光電二極體之電荷讀出之圖。 圖68係於與圖64相同之圖中，以粗線追加記載第1攝像元件中所具備之光電轉換部具有之電荷累積用電極之平面形狀之圖。 圖69係表示使用圖65中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，將圖63記載之哪個位置之像素中所具備之4個光電轉換部之電荷讀出之圖。 圖70係於與圖64相同之圖中，以粗線追加記載第2攝像元件中所具備之光電二極體之平面形狀之圖。 圖71係表示使用圖65中以粗線記載之重複單位所包含之電晶體，將圖63記載之哪個位置之像素中所具備之4個光電二極體之電荷讀出之圖。 圖72係於與圖63相同之像素之位置，表示連接於各像素中所具備之電荷累積用電極且用以驅動電荷累積用電極之控制信號線VOA之配置之圖。 圖73係例示僅藉由1層配線層及針對該配線層之連接構造，配置以細虛線包圍之區域之2組控制信號線VOA之圖。 圖74係記載為了實現圖62所記載之構成，而於與圖63相同之像素之位置，使用積層型攝像元件中所具備之配線，連接於圖64所記載之各元件之配線之一部分之圖。 圖75係記載為了實現圖62所記載之構成，而於與圖63相同之像素之位置，使用積層型攝像元件中所具備之配線，連接於圖64所記載之各元件之配線之一部分之圖。 圖76係記載為了實現圖62所記載之構成，而於與圖63相同之像素之位置，使用積層型攝像元件中所具備之配線，連接於圖64所記載之各元件之配線之一部分之圖。 圖77係表示實施例12之固體攝像裝置之構成概要之圖。 圖78係表示實施例12之固體攝像裝置之構成概要之圖。 圖79係表示實施例12之固體攝像裝置之構成概要之圖。 圖80係表示實施例12之固體攝像裝置之構成概要之圖。 圖81係再現圖75，且對於該圖內以實線表示之控制配線，僅以粗實線保留驅動共享控制部之4個像素之積層型攝像元件所需之控制配線，其餘控制配線則以虛線加以記載者。 圖82係再現圖72，且將該圖記載之晶載微透鏡之中心與驅動該圖記載之第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極的配線VOA之間之距離d1添加至圖中者。 圖83係再現圖68，且將該圖記載之晶載微透鏡之中心與內接於該圖記載之第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極的最大圓之中心之間之距離d2添加至圖中者。 圖84係再現圖70，且將該圖記載之晶載微透鏡之中心與內接於該圖記載之第2攝像元件中所具備之光電二極體的最大圓之中心之間之距離d3添加至圖中者。 圖85係再現圖66，且將該圖記載之晶載微透鏡之中心與內接於該圖記載之第3攝像元件中所具備之光電二極體的最大圓之中心之間之距離d4添加至圖中者。 圖86係再現圖68，且將該圖記載之晶載微透鏡之中心與內接於該圖記載之第1攝像元件中所具備之第1電極的最大圓之中心之間之距離d2添加至圖中者。 圖87係再現圖68，且將該圖記載之第1電極及電荷累積用電極刪除，另一方面，將內接於該圖記載之貫通電極的最大圓之中心、及晶載微透鏡之中心添加至圖中，進而，將內接於上述貫通電極的最大圓之中心與上述晶載微透鏡之中心之間之距離d3添加至圖中者。 圖88係再現圖68，且將第1攝像元件中所具備之貫通電極及第1浮動擴散層以外之符號刪除者。 圖89係再現圖70，且將第2攝像元件中所具備之第2浮動擴散層以外之符號刪除者。 圖90係再現圖66，且將第3攝像元件中所具備之第3浮動擴散層3以外之符號刪除者。 圖91係再現圖68，且表示第1攝像元件中所具備之電荷累積用電極與圖88至圖91所記載之貫通電極、第1浮動擴散層、第2浮動擴散層、第3浮動擴散層之位置關係之圖。 圖92係再現圖68，且將表示構成控制部之電晶體之重複配置單位之框線去除，並且添加第1電極11與電荷累積用電極之間之最小之距離d7者。 圖93係再現圖64，且將表示構成控制部之電晶體之重複配置單位之框線去除者。 圖94係關於單像素構造而與圖62相同之圖。 圖95係關於單像素構造而與圖66相同之圖。 圖96係關於單像素構造而與圖70相同之圖。 圖97係關於單像素構造而與圖68相同之圖。 圖98係關於單像素構造而與圖74相同之圖。 圖99係關於單像素構造而與圖75相同之圖。 圖100係關於單像素構造而與圖76相同之圖。 圖101係關於單像素構造而與圖82相同之圖。 圖102係關於單像素構造而與圖85相同之圖。 圖103係關於單像素構造而與圖84相同之圖。 圖104係關於單像素構造而與圖83相同之圖。 圖105係關於單像素構造而與圖91相同之圖。 圖106係關於單像素構造而與圖92相同之圖。 圖107係關於單像素構造而與圖93相同之圖。
61‧‧‧接觸孔部
PD2‧‧‧光電二極體
PD3‧‧‧光電二極體
TR1amp‧‧‧放大電晶體
TR2amp‧‧‧放大電晶體
TR1rst‧‧‧重設電晶體
TR2rst‧‧‧重設電晶體
TR1sel‧‧‧選擇電晶體
TR2sel‧‧‧選擇電晶體
TR2trs‧‧‧傳輸電晶體
TR3trs‧‧‧傳輸電晶體

Claims (5)

  1. 一種固體攝像元件，其具有像素，該像素具備：第1攝像元件，第2攝像元件，電性連接於上述第2攝像元件之第1傳輸電晶體、第1重設電晶體及第1選擇電晶體，第3攝像元件，電性連接於上述第3攝像元件之第2傳輸電晶體、第2重設電晶體及第2選擇電晶體，及晶載微透鏡；且上述第1攝像元件具備：第1電極、第2電極、第3電極、位於上述第1電極與上述第2電極之間之光電轉換層、及絕緣層，上述第2電極與上述第1及第3電極對向，且上述第3電極係：與上述第1電極相隔，並隔著上述絕緣層而與上述光電轉換層對向；上述像素進而具備：第3電極控制線，其連接於上述第3電極；及複數條控制線，其等分別連接於上述第1傳輸電晶體、上述第1重設電晶體、上述第1選擇電晶體、上述第2傳輸電晶體、上述第2重設電晶體、上述第2選擇電晶體，且與上述第3電極控制線不同；且於上述像素中，該像素所具備之晶載微透鏡之中心與該像素所具備之上述複數條控制線之任一條之間之距離，小於該像素所具備之晶載微透鏡之中心與該像 素所具備之上述第3電極控制線之間之距離。
  2. 如請求項1之固體攝像元件，其中相較於上述第3電極與上述第1電極之間之最小距離，上述第1及第2傳輸電晶體、上述第1及第2重設電晶體、以及上述第1及第2選擇電晶體中最小之通道長度更短。
  3. 一種固體攝像元件，其具有像素，該像素具備：第1攝像元件，電性連接於上述第1攝像元件之第1浮動擴散區域，第2攝像元件，電性連接於上述第2攝像元件之第2浮動擴散區域，第3攝像元件，電性連接於上述第3攝像元件之第3浮動擴散區域，及晶載微透鏡；且上述第1攝像元件具備第1電極、第2電極、第3電極、位於上述第1電極與上述第2電極之間之光電轉換層、及絕緣層，上述第2電極與上述第1及第3電極對向，且上述第3電極係：與上述第1電極相隔，並隔著上述絕緣層而而與上述光電轉換層對向；上述第1至第3浮動擴散層各自之中心均配置於較上述第3電極之內接圓靠外側、較上述第3電極之外形線靠外側、或較上述第3電極之外接圓靠外側。
  4. 一種固體攝像裝置，其具有像素，該像素具備：第1攝像元件，第2攝像元件，第3攝像元件，及晶載微透鏡；且上述第1攝像元件具備第1電極、第2電極、第3電極、位於上述第1電極與上述第2電極之間之光電轉換層、及絕緣層，上述第2電極與上述第1及第3電極對向，上述第3電極：與上述第1電極相隔，並隔著上述絕緣層而與上述光電轉換層對向；上述第3電極之面積較上述第3攝像元件大。
  5. 如請求項4之固體攝像裝置，其中上述第3電極之面積較上述第2攝像元件小。
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