TWI835844B - 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置 - Google Patents

攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI835844B
TWI835844B TW108131919A TW108131919A TWI835844B TW I835844 B TWI835844 B TW I835844B TW 108131919 A TW108131919 A TW 108131919A TW 108131919 A TW108131919 A TW 108131919A TW I835844 B TWI835844 B TW I835844B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode
imaging element
photoelectric conversion
layer
charge storage
Prior art date
Application number
TW108131919A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202025470A (zh
Inventor
森脇俊貴
Original Assignee
日商索尼股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商索尼股份有限公司 filed Critical 日商索尼股份有限公司
Publication of TW202025470A publication Critical patent/TW202025470A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI835844B publication Critical patent/TWI835844B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • H01L27/14667—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14638—Structures specially adapted for transferring the charges across the imager perpendicular to the imaging plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本發明之攝像元件10具備：第1電極21；電荷儲存用電極24，其與第1電極21相隔而配置；光電轉換部23，其與第1電極21相接，且經由絕緣層82而形成於電荷儲存用電極24之上方；以及第2電極22，其形成於光電轉換部23上；且光電轉換部23自第2電極側起包含光電轉換層23A及無機氧化物半導體材料層23B，無機氧化物半導體材料層23B包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鈦(Ti)原子及鋅(Zn)原子。

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，著眼於積層型攝像元件。於積層型攝像元件中，具有光電轉換層(光接收層)被2個電極夾住之構造。並且，於積層型攝像元件中，需要儲存並傳輸基於光電轉換而於光電轉換層中產生之信號電荷之構造。於先前之構造中，需要將信號電荷儲存及傳輸至FD(Floating Diffusion，浮動擴散)電極之構造，需要進行高速傳輸以防信號電荷延遲。
用以解決此種課題之攝像元件(光電轉換元件)例如揭示於日本專利特開2016-63165號公報中。該攝像元件具備：儲存電極，其形成於第1絕緣層上；第2絕緣層，其形成於儲存電極上；半導體層，其以覆蓋儲存電極及第2絕緣層之方式形成；捕獲電極，其以與半導體層相接之方式形成，且以遠離儲存電極之方式形成；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。
將有機半導體材料用於光電轉換層之攝像元件可將特定之顏色(波段)光電轉換。並且，由於具有此種特徵，故而於用作固體攝像裝置中之攝像元件之情形時，可獲得副像素包含晶載彩色濾光片層(OCCF)與攝像元件之組合且副像素二維排列之先前之固體攝像裝置中不可能實現之積層有副像素之構造(積層型攝像元件)(例如，參照日本專利特開2011-138927號公報)。又，由於無需解馬賽克處理，故而有不會產生偽色等優點。於以下之說明中，方便起見，有時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』，方便起見，有時將構成第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』，方便起見，有時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』，方便起見，有時將構成第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71表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71所示之例中，於半導體基板370內積層並形成有構成作為第2類型之攝像元件之第3攝像元件330及第2攝像元件320的作為第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。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310。此處，第1光電轉換部310具備第1電極311、包含有機材料之光電轉換層313、及第2電極312，且構成第1類型之攝像元件即第1攝像元件。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，例如分別將藍光及紅光光電轉換。又，於第1光電轉換部310中，例如將綠光光電轉換。
第2光電轉換部321及第3光電轉換部331中藉由光電轉換生成之電荷暫時先儲存於該等第2光電轉換部321及第3光電轉換部331之後，分別藉由垂直型電晶體(圖示了閘極部322)及傳輸電晶體(圖示了閘極部332)被傳輸至第2浮動擴散層(Floating Diffusion)FD2及第3浮動擴散層FD3，進而，被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。
第1光電轉換部310中藉由光電轉換生成之電荷經由接觸孔部361、配線層362而儲存於形成在半導體基板370之第1浮動擴散層FD1。又，第1光電轉換部310亦經由接觸孔部361、配線層362而連接於將電荷量轉換為電壓之放大電晶體之閘極部318。並且，第1浮動擴散層FD1構成重置電晶體(圖示了閘極部317)之一部分。參照符號371為元件分離區域，參照符號372為形成於半導體基板370之表面之氧化膜，參照符號376、381為層間絕緣層，參照符號383為保護層，參照符號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
然而，於上述日本專利特開2016-63165號公報所揭示之技術中，詳細地規定了必須以相同長度形成儲存電極及形成於其上之第2絕緣層等制約、或與捕獲電極之間隔等，從而製作製程變得複雜，有可能引起製造良率之降低。進而，提及了一些構成半導體層之材料，但並未提及更具體之材料之組成及構成。又，提及了半導體層之遷移率與儲存電荷之相關式。然而，完全未提及對所產生電荷之傳輸至關重要之半導體層之遷移率之相關事項、半導體層同與半導體層相鄰之光電轉換層之部分之間之能階之關係之相關事項等電荷之傳輸改善之相關事項。
因此，本發明之目的在於提供一種雖為簡單之構成、構造，但儲存於光電轉換層之電荷之傳輸特性優異之攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置。
用以達成上述目的之本發明之第1態樣之攝像元件具備：第1電極；電荷儲存用電極，其與第1電極相隔而配置；光電轉換部，其與第1電極相接，且經由絕緣層而形成於電荷儲存用電極之上方；以及第2電極，其形成於光電轉換部上；且光電轉換部自第2電極側起包含光電轉換層及無機氧化物半導體材料 層，無機氧化物半導體材料層包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鈦(Ti)原子及鋅(Zn)原子。
用以達成上述目的之本發明之第2態樣之攝像元件具備：第1電極；電荷儲存用電極，其與第1電極相隔而配置；光電轉換部，其與第1電極相接，且經由絕緣層而形成於電荷儲存用電極之上方；以及第2電極，其形成於光電轉換部上；且光電轉換部自第2電極側起包含光電轉換層及無機氧化物半導體材料層，無機氧化物半導體材料層包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鈦(Ti)原子及鋅(Zn)原子，金屬原子之氧缺陷生成能量為4eV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一個上述本發明之第1態樣~第2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2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。
10:攝像元件(積層型攝像元件、第1攝像元件)
11:第2攝像元件
12:第3攝像元件
13:位於較層間絕緣層更靠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
23:光電轉換部
23A:光電轉換層
23A:光電轉換層之區域-A
23B:無機氧化物半導體材料層
24:電荷儲存用電極
24A:電荷儲存用電極區段
24B:電荷儲存用電極區段
24C:電荷儲存用電極區段
25:傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)
25A:傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)
25B:傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)
26:電荷放出電極
27:下部電荷遷移控制電極(下方電荷遷移控制電極)
27A:連接孔
27B:焊墊部
28:上部電荷遷移控制電極(上方電荷遷移控制電極)
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:重置電晶體TR1rst之閘極部
51A:重置電晶體TR1rst之通道形成區域
51B:重置電晶體TR1rst之源極/汲極區域
51C:重置電晶體TR1rst之源極/汲極區域(浮動擴散層)
52:放大電晶體TR1amp之閘極部
52A:放大電晶體TR1amp之通道形成區域
52B:放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
52C:放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
53:選擇電晶體TR1sel之閘極部
53A:選擇電晶體TR1sel之通道形成區域
53B:選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
53C:選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
61:接觸孔部
62:配線層
63:焊墊部
64:焊墊部
65:連接孔
66:連接孔
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:絕緣材料膜
76:層間絕緣層
81:層間絕緣層
82:絕緣層
82A:相鄰之攝像元件之間之區域(區域-a)
83:保護層
84:開口部
85:開口部
86:第2開口部
100:固體攝像裝置
101:積層型攝像元件
111:攝像區域
112:垂直驅動電路
113:行信號處理電路
114:水平驅動電路
115:輸出電路
116:驅動控制電路
117:信號線(資料輸出線)
118:水平信號線
200:電子機器(相機)
201:固體攝像裝置
210:光學透鏡
211:快門裝置
212:驅動電路
213:信號處理電路
310:第1光電轉換部
311:第1電極
312:第2電極
313:光電轉換層
314:晶載微透鏡
317:閘極部
318:閘極部
320:第2攝像元件
321:第2光電轉換部
322:閘極部
330:第3攝像元件
331:第3光電轉換部
332: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
11000:內視鏡手術系統
11100:內視鏡
11101:鏡筒
11102:相機頭
11110:其他手術工具
11111:氣腹管
11112:能量處置器具
11120:支持臂裝置
11131:手術者(醫師)
11132:患者
11133:患者床
11200:手推車
11201:CCU
11202:顯示裝置
11203:光源裝置
11204:輸入裝置
11205:處置器具控制裝置
11206:氣腹裝置
11207:記錄器
11208:印表機
11400:傳輸電纜
11401:透鏡單元
11402:攝像部
11403:驅動部
11405:相機頭控制部
11411:通信部
11412:圖像處理部
11413:控制部
12000:車輛控制系統
12001:通信網路
12010:驅動系統控制單元
12020:車身系統控制單元
12030:車外資訊檢測單元
12031:攝像部
12040:車內資訊檢測單元
12041:駕駛者狀態檢測部
12050:統合控制單元
12051:微電腦
12052:聲音圖像輸出部
12053:車載網路I/F
12061:聲頻揚聲器
12062:顯示部
12063:儀錶板
12100:車輛
12101:攝像部
12102:攝像部
12103:攝像部
12104:攝像部
12105:攝像部
12111:攝像範圍
12112:攝像範圍
12113:攝像範圍
12114:攝像範圍
FD1:浮動擴散層
FD2:浮動擴散層
FD3:浮動擴散層
RST1:重置線
RST2:重置線
RST3:重置線
SEL1:選擇線
SEL2:選擇線
SEL3:選擇線
TG2:傳輸閘極線
TG3:傳輸閘極線
TR1trs:傳輸電晶體
TR2trs:傳輸電晶體
TR3trs:傳輸電晶體
TR1rst:重置電晶體
TR2rst:重置電晶體
TR3rst:重置電晶體
TR1amp:放大電晶體
TR2amp:放大電晶體
TR3amp:放大電晶體
TR1sel:選擇電晶體
TR2sel:選擇電晶體
TR3sel:選擇電晶體
VDD:電源
VSL:信號線(資料輸出線)
VSL1:信號線(資料輸出線)
VSL2:信號線(資料輸出線)
VSL3:信號線(資料輸出線)
VOA:配線
VOB:配線
VOT:配線
VOU:配線
圖1係實施例1之攝像元件之模式性局部剖視圖。
圖2係實施例1之攝像元件之等效電路圖。
圖3係實施例1之攝像元件之等效電路圖。
圖4係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。
圖5模式性地表示實施例1之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態的圖。
圖6之圖6A、圖6B及圖6C係用以說明圖5(實施例1)、圖20及圖21(實施例4)以及圖32及圖33(實施例6)之各部位之實施例1、實施例4及實施例6之攝像元件之等效電路圖。
圖7係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。
圖8係構成實施例1之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
圖9係實施例1之攝像元件之變化例之等效電路圖。
圖10係構成圖9所示之實施例1之攝像元件之變化例的第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。
圖11係實施例2之攝像元件之模式性局部剖視圖。
圖12係實施例3之攝像元件之模式性局部剖視圖。
圖13係實施例3之攝像元件之變化例之模式性局部剖視圖。
圖14係實施例3之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。
圖15係實施例3之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。
圖16係實施例4之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖。
圖17係實施例4之攝像元件之等效電路圖。
圖18係實施例4之攝像元件之等效電路圖。
圖19係構成實施例4之攝像元件之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。
圖20係模式性地表示實施例4之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態的圖。
圖21係模式性地表示實施例4之攝像元件之另一動作時之各部位中之電位之狀態的圖。
圖22係構成實施例4之攝像元件之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。
圖23係構成實施例4之攝像元件之第1電極、傳輸控制用電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
圖24係構成實施例4之攝像元件之變化例的第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。
圖25係實施例5之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖。
圖26係構成實施例5之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極之模式性配置圖。
圖27係構成實施例5之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、電荷放出電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
圖28係實施例6之攝像元件之模式性局部剖視圖。
圖29係實施例6之攝像元件之等效電路圖。
圖30係實施例6之攝像元件之等效電路圖。
圖31係構成實施例6之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。
圖32係模式性地表示實施例6之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態的圖。
圖33係模式性地表示實施例6之攝像元件之另一動作時(傳輸時)之各部位中之電位之狀態的圖。
圖34係構成實施例6之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。
圖35係構成實施例6之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
圖36係構成實施例6之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。
圖37係實施例7之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之一部分之模式性剖視圖。
圖38係構成實施例7之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極等以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。
圖39係構成實施例7之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極等之模式性配置圖。
圖40係構成實施例7之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極等之變化例之模式性配置圖。
圖41係構成實施例7之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極等之變化例之模式性配置圖。
圖42之圖42A及圖42B係構成實施例7之攝像元件之第1電極及電荷儲 存用電極等之變化例之模式性配置圖。
圖43係實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之一部分之模式性剖視圖。
圖44係實施例8之攝像元件(並列設置之2×2個攝像元件)之一部分之模式性俯視圖。
圖45係實施例8之攝像元件(並列設置之2×2個攝像元件)之變化例之一部分之模式性俯視圖。
圖46之圖46A及圖46B係實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之變化例之一部分之模式性剖視圖。
圖47之圖47A及圖47B係實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之變化例之一部分之模式性剖視圖。
圖48之圖48A及圖48B係實施例8之攝像元件之變化例之一部分之模式性俯視圖。
圖49之圖49A及圖49B係實施例8之攝像元件之變化例之一部分之模式性俯視圖。
圖50係實施例9之固體攝像裝置中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖51係實施例9之固體攝像裝置之第1變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖52係實施例9之固體攝像裝置之第2變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖53係實施例9之固體攝像裝置之第3變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖54係實施例9之固體攝像裝置之第4變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖55係實施例9之固體攝像裝置之第5變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖56係實施例9之固體攝像裝置之第6變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖57係實施例9之固體攝像裝置之第7變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖58之圖58A、圖58B及圖58C係表示實施例9之攝像元件區塊中之讀出驅動例的線圖。
圖59係實施例10之固體攝像裝置中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖60係實施例10之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖61係實施例10之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖62係實施例10之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。
圖63係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。
圖64係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。
圖65係實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之又一變化例之模式性 局部剖視圖。
圖66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67係實施例4之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。
圖68係實施例1之固體攝像裝置之概念圖。
圖69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用於電子機器(相機)之例之概念圖。
圖70之圖70A及圖70B分別係求出由InaSnbTicZndOe及IGZO構成通道形成區域之TFT(thin-film transistor，薄膜電晶體)中之Vgs與Id之關係之曲線圖，圖70C係表示實施例1中評價用試樣中之表面粗糙度之評價結果之電子顯微鏡照片，圖70D係表示氧化鈦之晶體結構之圖。
圖71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72係表示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。
圖73係表示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
圖74係表示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。
圖75係表示相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。
以下，參照圖式，基於實施例對本發明進行說明，但本發明並不限定於實施例，實施例中之各種數值或材料為例示。再者，說明按照以下之順序進行。
1.本發明之第1態樣~第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第1態樣~第2態樣之固體攝像裝置全體之相關說明
2.實施例1(本發明之第1態樣~第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第2態樣之固體攝像裝置)
3.實施例2(實施例1之變化)
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、具備傳輸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、具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件)
8.實施例7(實施例1~實施例6之變化、具備下部電荷遷移控制電極之攝像元件)
9.實施例8(實施例1~實施例6之變化、具備上部電荷遷移控制電極之攝像元件)
10.實施例9(第1構成~第2構成之固體攝像裝置)
11.實施例10(實施例9之變化)
12.其他
<本發明之第1態樣~第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第1態樣~第2態樣之固體攝像裝置全體之相關說明>
於本發明之第1態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第1態樣之攝像元件、構成本發明之第1態樣~第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第1態樣之攝像元件(以下，有時將該等攝像元件統稱為『本發明之第1態樣之攝像元件等』)中，無機氧化物半導體材料層包含含有銦氧化物、錫氧化物、鈦氧化物及鋅氧化物之複合氧化物。但是，並不 限定於此，亦可用鋁氧化物、鉿氧化物或鋯氧化物替換鈦氧化物。即，無機氧化物半導體材料層可設為包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鋁(Al)及鋅(Zn)原子之形態，或者可設為包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鉿(Hf)及鋅(Zn)原子之形態，或者可設為包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鋯(Zr)及鋅(Zn)原子之形態，又或者，無機氧化物半導體材料層包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、金屬原子及鋅(Zn)原子，金屬原子可設為選自由鈦、鋁、鉿及鋯所組成之群中之至少1種原子。
於包含上述較佳之形態之本發明之第1態樣之攝像元件等中，當由InaSnbTicZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+c+d=1.00時，較佳為滿足b>d>c>0.09。
又或者，用InaSnbMfZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+f+d=1.00時，較佳為滿足b>d>f>0.09。
此處，M為鋁、鉿或鋯中任一者。a、b、c、d、e、f之值相當於原子百分率之值。無機氧化物半導體材料層之組成例如可基於ICP發射光譜分析法(高頻感應耦合電漿發射光譜分析法，ICP-AES)、或X射線光電子光譜法(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)而求出。
又，於包含上述較佳之形態之本發明之第1態樣之攝像元件等中，當由InaSnbTicZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+c+d=1.00時，較理想為滿足 a<(b+c+d)≦0.6。
又，較理想為滿足0.4≦a<(b+d)≦0.5。
又或者，用InaSnbMfZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+f+d=1.00時，較理想為滿足a<(b+f+d)≦0.6。
又，較理想為滿足0.4≦a<(b+d)≦0.5。
M與上述同樣地，為鋁、鉿或鋯中任一者。
再者，於無機氧化物半導體材料層之成膜過程中，在某些情況下，存在氫或其他金屬或者金屬化合物等其他雜質混入之情況，但若為微量(例如，以莫耳分率計，為3%以下)，則混入無妨。
於包含以上所說明之較佳之形態之本發明之攝像元件等中，若將真空能階設為零基準，並定義為越遠離真空能階，能量(值之符號為負)之絕對值越大，則將無機氧化物半導體材料層之傳導帶之最大能量值中之能量平均值設為E2，將光電轉換層之LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital，最低未占分子軌道)值中之能量平均值設為E1時，較佳為滿足E1-E2≧0.1(eV)，進而較佳為滿足E1-E2>0.1(eV)。
再者，『最小能量』意指能量之值之絕對值最小，『最大能量』意指 能量之值之絕對值最大。以下，亦同樣。
無機氧化物半導體材料層之傳導帶之最大能量值中之能量平均值E2設為無機氧化物半導體材料層中之平均值。又，光電轉換層之LUMO值中之能量平均值E1設為位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換層之部分中之平均值。此處，「位於無機氧化物半導體材料層附近之光電轉換層之部分」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，位於光電轉換層之厚度之10%以內所相當之區域(即，遍及光電轉換層之厚度之0%至10%之區域)之光電轉換層之部分。
價帶之能量、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbit，最高佔有分子軌道)之值例如可基於紫外光電子光譜法(UPS法)而求出。又，傳導帶之能量或LUMO之值可由{(價帶之能量、HOMO之值)+Eb}求出。進而，帶隙能Eb可基於以下之式，由光學性地吸收之波長λ(光學性吸收端波長，單位為nm)求出。
Eb=hν=h(c/λ)=1239.8/λ[eV]
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，較佳為，構成無機氧化物半導體材料層之材料之遷移率為10cm2/V‧s以上。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：無機氧化物半導體材料層為非晶質(例如，局部不 具有晶體結構之非晶質)。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。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，較理想為，無機氧化物半導體材料層之厚度為1×10-8m至1.5×10-7m，較佳為2×10-8m至1.0×10-7m，更佳為3×10-8m至1.0×10-7m。
進而，於包含以上所說明之較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：光電轉換層中生成之電荷經由無機氧化物半導體材料層而向第1電極遷移，於此情形時，可設為電荷為電子之形態。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，較佳為光自第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中之無機氧化物半導體材料層表面之表面粗糙度Ra為1.5nm以下，無機氧化物半導體材料層表面之均方根粗糙度Rq之值為2.5nm以下。表面粗糙度Ra、Rq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中之無機氧化物半導體材料層表面之平滑性可抑制無機氧化物半導體材料層表面中之散射反射，而謀求光電轉換中之明電流特性之提高。較佳為，電荷儲存用電極表面之表面粗糙度Ra為1.5nm以下，電荷儲存用電極表面之均方根粗糙度Rq之值為2.5nm以下。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，較佳為，無機氧化物半導體材料層之載子濃度未達1×1016/cm3。
關於第1電極、第2電極、電荷儲存用電極及光電轉換層，於下文詳細進行說明。
於圖71所示之先前之攝像元件中，第2光電轉換部321及第3光電轉換部331中藉由光電轉換生成之電荷暫時先儲存於第2光電轉換部321及第3光電轉換部331之後，被傳輸至第2浮動擴散層FD2及第3浮動擴散層FD3。因此，可將第2光電轉換部321及第3光電轉換部331完全空乏化。然而，第1光電轉換部310中藉由光電轉換生成之電荷直接儲存於第1浮動擴散層FD1。因此，難以將第1光電轉換部310完全空乏化。並且，以上之結果為，有kTC雜訊(重置雜訊)變大，隨機雜訊變差，並引起攝像畫質之降低之虞。
於本發明之攝像元件等中，如上所述，由於具備電荷儲存用電極，該電荷儲存用電極與第1電極相隔而配置，且經由絕緣層而與無機氧化物半導體材料層對向配置，故而在對光電轉換部照射光並於光電轉換部中進行光電轉換時，可將電荷儲存於無機氧化物半導體材料層(在某些情況下，為無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)。因此，曝光開始時，可將電荷儲存部完全空乏化，而消除電荷。其結果為，可抑制kTC雜訊變大、隨機雜訊變差、引起攝像畫質之降低等現象之發生。再者，於以下之說明中，有時將無機氧化物半導體材料層、或者無機氧化物半導體材料層 及光電轉換層統稱為『無機氧化物半導體材料層等』。
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儲存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。
無機氧化物半導體材料層例如可基於濺鍍法而成膜。具體而言，作為濺鍍裝置，例如可使用平行板濺鍍裝置或者DC(Direct Current，直流)磁控濺鍍裝置、RF(Radio Frequency，射頻)濺鍍裝置，可使用氬(Ar)氣作為處理氣體。又，只要將InaSnbTicZndOe燒結體或者InaSnbMfZndOe燒結體用作靶即可。
再者，於基於濺鍍法形成無機氧化物半導體材料層之情形時，可藉由控制氧氣導入量(氧氣分壓)，而控制無機氧化物半導體材料層之能階。具體而言，較佳為將基於濺鍍法形成時之氧氣分壓=(O2氣體壓力)/(Ar氣體及O2氣體之壓力合計)
設為0.005至0.10。進而，於本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：無機氧化物半導體材料層中之氧之含有率少於化學計量組成之氧含有率。此處，可基於氧之含有率而控制無機氧化物半導體材料層之能階，氧之含有率較化學計量組成之氧含有率越少，即，氧缺陷越多，可使能階變得越深。
作為本發明之攝像元件等，可列舉：CCD(Charge Coupled Device， 電荷耦合元件)元件、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)影像感測器、CIS(Contact Image Sensor，接觸式影像感測器)，CMD(Charge Modulation Device，電荷調變元件)型之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、下述第1構成~第2構成之固體攝像裝置構成例如數位靜態相機或攝錄影機(video camera)、攝錄像機(camcorder)、監控相機、車輛搭載用相機、智慧型手機用相機、遊戲用之用戶介面相機、生物認證用相機。
[實施例1]
實施例1係關於本發明之第1態樣~第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件及本發明之第2態樣之固體攝像裝置。將實施例1之攝像元件及積層型攝像元件(以下，簡稱為「攝像元件」)之模式性局部剖視圖示於圖1中，將實施例1之攝像元件之等效電路圖示於圖2及圖3中，將構成實施例1之攝像元件之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖示於圖4中，將實施例1之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態模式性地示於圖5中，將用以說明實施例1之攝像元件之各部位之等效電路圖示於圖6A中。又，將構成實施例1之攝像元件之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖示於圖7中，將第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖示於圖8中。進而，將實施例1之固體攝像裝置之概念圖示於圖68中。
實施例1之攝像元件具備： 第1電極21；電荷儲存用電極24，其與第1電極21相隔而配置；光電轉換部23，其與第1電極21相接，且經由絕緣層82而形成於電荷儲存用電極24之上方；以及第2電極22，其形成於光電轉換部23上；且光電轉換部23自第2電極側起包含光電轉換層23A及無機氧化物半導體材料層23B。
並且，根據本發明之第1態樣之攝像元件進行說明，無機氧化物半導體材料層23B包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鈦(Ti)原子及鋅(Zn)原子。無機氧化物半導體材料層23B不包含鎵(Ga)原子。即，無機氧化物半導體材料層23B包含含有銦(In)原子、錫(Sn)原子、鈦(Ti)原子及鋅(Zn)原子之複合氧化物，具體而言，包含含有銦氧化物、錫氧化物、鈦氧化物及鋅氧化物之複合氧化物。並且，當由InaSnbTicZndOe表示無機氧化物半導體材料層23B之組成，且設為a+b+c+d=1.00時，滿足b>d>c>0.09，及/或滿足a<(b+c+d)≦0.6。
又或者，較理想為，用InaSnbMfZndOe表示無機氧化物半導體材料層23B之組成，且設為a+b+f+d=1.00時，滿足b>d>f>0.09，及/或滿足a<(b+f+d)≦0.6。
又，較理想為滿足0.4≦a<(b+d)≦0.5。
又，關於實施例1之攝像元件，根據本發明之第2態樣之攝像元件進行說明，無機氧化物半導體材料層23B包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、金屬原子及鋅(Zn)原子，金屬原子之氧缺陷生成能量(用以生成氧缺陷所需之能量)為4eV以上(又或者，換言之，為3.5eV以上)。
進而，將無機氧化物半導體材料層23B之傳導帶之最大能量值中之能量平均值設為E2，將光電轉換層23A之LUMO值中之能量平均值設為E1時，滿足E1-E2≧0.1(eV)，較理想為滿足E1-E2>0.1(eV)。
進而，構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之遷移率為10cm2/V‧s以上，無機氧化物半導體材料層23B之載子濃度未達1×1016/cm3，無機氧化物半導體材料層23B為非晶質。又，無機氧化物半導體材料層23B之厚度為1×10-8m至1.5×10-7m。光電轉換層中生成之電荷經由無機氧化物半導體材料層23B而向第1電極遷移，但電荷為電子。
實施例1之積層型攝像元件至少具有一個實施例1之攝像元件。又，實施例1之固體攝像裝置具備複數個實施例1之積層型攝像元件。並且，由實施例1之固體攝像裝置構成例如數位靜態相機或攝錄影機、攝錄像機、監控相機、車輛搭載用相機(車載相機)、智慧型手機用相機、遊戲用之用戶介面相機、生物認證用相機等。
此處，無機氧化物半導體材料層23B具有與第1電極21相接之區域、與絕緣層82相接且下方不存在電荷儲存用電極24之區域、及與絕緣層82相接且下方存在電荷儲存用電極24之區域。並且，光自第2電極22入射，光電轉換層23A與無機氧化物半導體材料層23B之界面中之無機氧化物半導體材料層23B之表面之表面粗糙度Ra為1.5nm以下，無機氧化物半導體材料層23B之表面之均方根粗糙度Rq之值為2.5nm以下。
又，可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)，而控制無機氧化物半導體材料層23B之能階。較佳為將氧氣分壓設為0.005(0.5%)至0.10(10%)。
將無機氧化物半導體材料層23B之膜厚設為50nm，由InaSnbTicZndOe(其中，a=0.40，b=0.30，c=0.10，d=0.20)構成無機氧化物半導體材料層23B時，求出氧氣分壓與由逆光電子光譜法求得之能階之關係，將其結果示於以下之表1中，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)，可控制無機氧化物半導體材料層23B之能階。
Figure 108131919-A0305-02-0026-2
其次，關於光電轉換層23A及無機氧化物半導體材料層23B，對無機氧化物半導體材料層23B之能階、光電轉換層23A與無機氧化物半導體材料層23B之能階差量(E1-E2)、及構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之遷移率進行調查。如表2所示，將條件分為3個。即，於第1條件下，作為構成無機氧化物半導體材料層23B之材料，使用IGZO，於第2條件及第3條件下，作為構成無機氧化物半導體材料層23B之材料，使用具有表2所示之組成之InaSnbTicZndOe。其中，a+b+c+d=1.00。又，將無機氧化物半導體材料層23B之膜厚設為50nm。進而，光電轉換層23A包含喹吖啶酮，將厚度設為0.1μm。此處，將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LUMO值中之能量平均值E1設為(-4.5eV)。再者，藉由在基於濺鍍法形成無機氧化物半導體材料層23B時使用改變組成之靶，可獲得基於第2條件及第3條件之攝像元件等。
Figure 108131919-A0305-02-0026-3
於第1條件下，能階差量(E1-E2)為0eV。於第2條件下，與第1條件 相比，改善了能階差量(E1-E2)。並且，如表3所示，於第3條件下，與第2條件相比，進而遷移率提高。
Figure 108131919-A0305-02-0027-4
基於圖1所示之構造之攝像元件，藉由裝置模擬對該等3個條件下之傳輸特性進行評價。再者，將光電轉換層23A之LUMO值中之能量平均值E1設為(-4.5eV)。將電子被吸引至電荷儲存用電極24之上方之狀態下之相對電子量設為1×100。又，將被吸引至電荷儲存用電極24之上方之電子全部傳輸至第1電極21之狀態下之相對電子量設為1×10-4。並且，將被吸引至電荷儲存用電極24之上方之電子全部傳輸至第1電極21為止之時間(稱為『傳輸時間』)設為判斷傳輸特性之良否之指標。求出傳輸時間，其結果如以下之表4所示。與第1條件相比，第2條件之傳輸時間縮短，與第2條件相比，第3條件之傳輸時間縮短。即，隨著(E1-E2)之值增加，表現出更優異之傳輸特性結果，該情況表示如下結果：對傳輸特性之進一步提高而言，進而較佳之因素為，以無機氧化物半導體材料層23B之傳導帶之最大能量值中之能量平均值E2之絕對值大於光電轉換層23A之LUMO值中之能量平均值E1之絕對值之方式形成。
Figure 108131919-A0305-02-0027-5
Figure 108131919-A0305-02-0028-6
為了滿足攝像元件所要求之無剩餘傳輸電荷之特性，作為相對電子量變為1×10-4時之傳輸時間，1×10-7秒較妥當。要滿足該傳輸時間，第2條件優異，第3條件更優異。即，較佳為，無機氧化物半導體材料層23B包含InaSnbTicZndOe，並且滿足b>d>c>0.09，及/或滿足a<(b+c+d)≦0.6。再者，於處於該等範圍外之情形時，難以空乏化，例如，若銦之原子比率「a」之值過大，則載子濃度上升，若過小，則載子濃度之控制變得困難，從而需要設為該等範圍。又，如上所述，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LUMO值中之能量平均值E1、及無機氧化物半導體材料層23B之傳導帶之最大能量值中之能量平均值E2滿足E1-E2≧0.1eV，更佳為滿足E1-E2>0.1eV，進而，構成無機氧化物半導體材料層23B之材料之遷移率為10cm2/V‧s以上。
又，將基於第1條件、第2條件、第3條件形成TFT之通道形成區域並對TFT特性進行評價之結果示於圖70A及圖70B中。即，將求出由厚度60nm之InaSnbTicZndOe構成通道形成區域之TFT中的Vgs與Id之關係的曲線圖示於圖70A之「A」(第3條件)及「B」(第2條件)中，作為比較例，將求出 由厚度60nm之IGZO構成通道形成區域之TFT中之Vgs與Id之關係的曲線圖示於圖70B中，可知，與第1條件相比，第2條件之TFT特性更優異，與第2條件相比，第3條件之TFT特性更優異。
評價用試樣具有如下構造：於基板上形成有包含ITO之第1電極，且於第1電極上依序積層有無機氧化物半導體材料層23B、光電轉換層、包含MoOx之緩衝層、第2電極。此處，將無機氧化物半導體材料層23B之厚度設為100nm。關於暗電流特性(Jdk)，施加2伏特作為正向偏壓時，表現出了良好之結果，為1×10-10/cm2以下。再者，對不具備無機氧化物半導體材料層23B之比較用試樣(未圖示)施加2伏特作為正向偏壓時，亦為1×10-10/cm2以下，確認到了相同程度之特性。又，施加2伏特作為正向偏壓時，關於外部量子效率特性(EQE)，比較用試樣(未圖示)為70%，相對於此，關於外部量子效率，同樣地於施加電壓2V下，表現出了良好之結果，為74%以上。
又，由無機氧化物半導體材料層23B之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，為局部不具有晶體結構之非晶質)。進而，光電轉換層23A與無機氧化物半導體材料層23B之界面中之無機氧化物半導體材料層23B之表面之表面粗糙度Ra為1.5nm以下，無機氧化物半導體材料層23B之表面之均方根粗糙度Rq之值為2.5nm以下。具體而言，退火前之值為，Ra=0.5nm
Rq=2.5nm， 退火後之值為，Ra=0.5nm
Rq=1.4nm。又，電荷儲存用電極24之表面之表面粗糙度Ra為1.5nm以下，電荷儲存用電極24之表面之均方根粗糙度Rq之值為2.5nm以下。具體而言，為Ra=0.5nm
Rq=2.4nm。於實施例1中，將表示評價用試樣中之表面粗糙度之評價結果之電子顯微鏡照片示於圖70C中，圖70C之左手邊之電子顯微鏡照片為剛成膜後者，圖70C之右手邊之電子顯微鏡照片為於350℃進行120分鐘退火後者。進而，無機氧化物半導體材料層23B對波長400nm至660nm之光之透光率為65%以上(具體而言，為79%)，電荷儲存用電極24對波長400nm至660nm之光之透光率亦為65%以上(具體而言，為70%)。電荷儲存用電極24之薄片電阻值為3×10Ω/□至1×103Ω/□(具體而言，為68Ω/□)。
於實施例1之攝像元件中，無機氧化物半導體材料層包含銦(In)原子、錫(Sn)原子、鈦(Ti)原子及鋅(Zn)原子。因此，可平衡良好地達成無機氧化物半導體材料層之載子濃度之最佳化(無機氧化物半導體材料層之空乏化之程度之最佳化)、構成無機氧化物半導體材料層之材料之高遷移率之達成、無機氧化物半導體材料層之傳導帶之最大能量值中之能量平均值E2之控制、及無機氧化物半導體材料層中之氧缺陷發生之抑制，其結果為，可提供一種雖為簡單之構成、構造，但儲存於光電轉換層之電荷之傳輸特性優異之攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置。即，藉由控制 構成無機氧化物半導體材料層之原子中之銦原子之比率，可進行無機氧化物半導體材料層之遷移率之控制、傳導性之控制。又，推定出，藉由控制錫原子之比率，可進行無機氧化物半導體材料層之非晶質狀態之控制、表面平滑性之控制、無機氧化物半導體材料層之傳導帶之最大能量值中之能量平均值E2之控制。進而，藉由控制鋅原子之比率，可進行無機氧化物半導體材料層之載子濃度(無機氧化物半導體材料層之空乏化之程度)之控制。並且，由第1原理計算求出之鈦氧化物之氧缺陷生成能量為5.1eV，為遠高於例如IGZO之氧缺陷生成能量3.3eV之值。再者，將氧化鈦之晶體結構示於圖70D中，但於圖70D中，點表示氧原子，用以使該氧原子自鈦原子脫離之能量為氧缺陷生成能量。氧缺陷生成能量之值越高，氧原子越難脫離，又，難以取得氧原子或者氧分子、其他原子或分子，可謂穩定。因此，藉由無機氧化物半導體材料層包含鈦原子，即，由鈦氧化物構成無機氧化物半導體材料層之一部分，無機氧化物半導體材料層不易取得氧原子或氧分子，可獲得穩定之無機氧化物半導體材料層。又，將光電轉換部製成無機氧化物半導體材料層與光電轉換層之2層構造，因此，可防止電荷儲存時之再耦合，可進一步增加儲存於光電轉換層之電荷向第1電極之電荷傳輸效率。進而，可暫時地保持光電轉換層中生成之電荷，並控制傳輸之時序等，可抑制暗電流之生成。
以下，進行本發明之第1態樣~第2態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件及本發明之第2態樣之固體攝像裝置之全體之說明，繼而，進行實施例1之攝像元件、固體攝像裝置之詳細說明。於以下之說明中，將表示施加於各種電極之電位之符號示於以下之表5中。
Figure 108131919-A0305-02-0032-7
一種包含以上所說明之較佳之形態之本發明之攝像元件等，以下，方便起見，有時將具備電荷儲存用電極之攝像元件稱為『本發明之具備電荷儲存用電極之攝像元件等』。
於本發明之攝像元件等中，無機氧化物半導體材料層對波長400nm至660nm之光之透光率較佳為65%以上。又，電荷儲存用電極對波長400nm至660nm之光之透光率亦較佳為65%以上。電荷儲存用電極之薄片電阻值較佳為3×10Ω/□至1×103Ω/□。
於本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：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。再者，第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及各種電極連接於下述驅動電路。
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，下述本發明之具備上部電荷遷移控制電極之攝像元件等除外，可將第2電極設為所謂固體電極。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設置。無機氧化物半導體材料層較佳為針對每個攝像元件設置，但在某些情況下，亦可於複數個攝像元件中共通化。即，例如，亦可藉由將下述電荷遷移控制電極設置於攝像元件與攝像元件之間，而於複數個攝像元件中形成1層無機氧化物半導體材料層。於形成有在複數個攝像元件中共通化之1層無機氧化物半導體材料層之情形時，就無機氧化物半導體材料層之端部之保護等觀點而言，無機氧化物半導體材料層之端部較理想為至少被光電轉換層覆蓋。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：第1電極在設置於絕緣層之開口部內延伸，且與無機氧化物半導體材料層連接。又或者，可設為如下形態：無機氧化物半導體材料層在設置於絕緣層之開口部內延伸，且與第1電極連接，於此情形時，可設為如下形態：第1電極之頂面之緣部被絕緣層覆蓋，第1電極於開口部之底面露出，將與第1電極之頂面相接之絕緣層之面設為第1面，並將與同電荷儲存用電極對向之無機氧化物半導體材料層之部分相接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，進而可設為如下形態：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儲存用電極側。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等 中，可設為如下構成：進而具備控制部，其設置於半導體基板，且具有驅動電路，第1電極及電荷儲存用電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存用電極施加電位V32，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，第1電極之電位高於第2電極之電位，V31≧V11，且，V32<V12。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：於經由絕緣層而與位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換層之區域對向之區域形成有電荷遷移控制電極。再者，方便起見，有時將此種形態稱為『本發明之具備下部電荷遷移控制電極之攝像元件等』。又或者，可設為如下形態：在位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換層之區域之上形成有電荷遷移控制電極，而代替形成有第2電極。再者，方便起見，有時將此種形態稱為『本發明之具備上部電荷遷移控制電極之攝像元件等』。
於以下之說明中，方便起見，將「位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換層之區域」稱為『光電轉換層之區域-A』，方便起見，將「位於相鄰 之攝像元件之間之絕緣層之區域」稱為『絕緣層之區域-A』。光電轉換層之區域-A與絕緣層之區域-A對應。進而，方便起見，將「相鄰之攝像元件之間之區域」稱為『區域-a』。
於本發明之具備下部電荷遷移控制電極(為下方電荷遷移控制電極，以光電轉換層為基準而位於與光入射側相反之側之電荷遷移控制電極)之攝像元件等中，於經由絕緣層而與光電轉換層之區域-A對向之區域中形成有下部電荷遷移控制電極。換言之，於被構成相鄰之攝像元件之各者之電荷儲存用電極與電荷儲存用電極夾住之區域(區域-a)中之絕緣層之部分(絕緣層之區域-A)之下形成有下部電荷遷移控制電極。下部電荷遷移控制電極與電荷儲存用電極相隔而設置。又或者，換言之，下部電荷遷移控制電極包圍電荷儲存用電極，且與電荷儲存用電極相隔而設置，下部電荷遷移控制電極經由絕緣層而與光電轉換層之區域-A對向配置。
並且，本發明之具備下部電荷遷移控制電極之攝像元件等可設為如下形態：進而具備控制部，其設置於半導體基板，且具有驅動電路，第1電極、第2電極、電荷儲存用電極及下部電荷遷移控制電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，對下部電荷遷移控制電極施加電位V41，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存 用電極施加電位V32，對下部電荷遷移控制電極施加電位V42，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，V31≧V11，V31>V41，且，V12>V32>V42。
下部電荷遷移控制電極可以與第1電極或者電荷儲存用電極相同之位準形成，亦可以不同之位準形成。
於本發明之具備上部電荷遷移控制電極(為上方電荷遷移控制電極，以光電轉換層為基準而位於光入射側之電荷遷移控制電極)之攝像元件等中，在位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換層之區域之上形成有上部電荷遷移控制電極，而代替形成有第2電極，但上部電荷遷移控制電極與第2電極相隔而設置。換言之，可設為如下形態：[A]第2電極針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極包圍第2電極之至少一部分，且與第2電極相隔而設置於光電轉換層之區域-A之上；又或者，亦可列舉如下形態：[B]第2電極針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極包圍第2電極之至少一部分，且與第2電極相隔而設置，於上部電荷遷移控制電極之下方存在電荷儲存用電極之一部；又或者，亦可列舉如下形態：[C]第2電極針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極包圍第2電極之至少一部分，且與第2電極相隔而設置，於上部電荷遷移控制電極之下方存在電荷儲存用電極之一部分，並且，於上部電荷遷移控制電極之下方形成有下部電荷遷移控制電極。存在如下情況：對位於上部電荷遷移控制電極與第2電極之間之區域之下的光電轉換層之區域施加藉由上部 電荷遷移控制電極與第2電極之耦合而生成之電位。
又，本發明之具備上部電荷遷移控制電極之攝像元件等可設為如下形態：進而具備控制部，其設置於半導體基板，且具有驅動電路，第1電極、第2電極、電荷儲存用電極及上部電荷遷移控制電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第2電極施加電位V21，對上部電荷遷移控制電極施加電位V41，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第2電極施加電位V22，對上部電荷遷移控制電極施加電位V42，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，V21≧V41，且，V22≧V42。
上部電荷遷移控制電極以與第2電極相同之位準形成。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：於第1電極與電荷儲存用電極之間進而具備傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)，其與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置，且經由絕緣層而與無機氧化物半導體材料層對向配置。方便起見，將此種形態之本發明之攝像元件等稱為『本發明之具備傳輸控制用電極之攝像元件等』。
並且，於本發明之具備傳輸控制用電極之攝像元件等中，可設為如下構成：進而具備控制部，其設置於半導體基板，且具有驅動電路，第1電極、電荷儲存用電極及傳輸控制用電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，對傳輸控制用電極施加電位V51，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存用電極施加電位V32，對傳輸控制用電極施加電位V52，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，第1電極之電位高於第2電極之電位，V31>V51，且，V32≦V52≦V12。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：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，且與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置。方便起見，將此種形態之本發明之攝像元件等稱為『本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等』。並且，於本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等中，可設為如下形態：電荷放出電極以包圍第1電極及電荷儲存用電極之方式(即，以邊框狀)配置。電荷放出電極可於複數個攝像元件中共有化(共通化)。並且，於此情形時，可設為如下形態：無機氧化物半導體材料層在設置於絕緣層之第2開口部內延伸，且與 電荷放出電極連接，電荷放出電極之頂面之緣部被絕緣層覆蓋，電荷放出電極於第2開口部之底面露出，將與電荷放出電極之頂面相接之絕緣層之面設為第3面，將與同電荷儲存用電極對向之無機氧化物半導體材料層之部分相接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。
進而，於本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等中，可設為如下構成：進而具備控制部，其設置於半導體基板，且具有驅動電路，第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，對電荷放出電極施加電位V61，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存用電極施加電位V32，對電荷放出電極施加電位V62，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，第1電極之電位高於第2電極之電位，V61>V11，且，V62<V12。
進而，於本發明之攝像元件等中之以上所說明之各種較佳之形態中，可設為電荷儲存用電極包含複數個電荷儲存用電極區段之形態。方便起見，將此種形態之本發明之攝像元件等稱為『本發明之具備複數個電荷 儲存用電極區段之攝像元件等』。電荷儲存用電極區段之數量只要為2個以上即可。並且，於本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等中，可設為如下形態：於對N個電荷儲存用電極區段之各者施加不同電位之情況下，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間，對位於最接近第1電極之處之電荷儲存用電極區段(第1個光電轉換部區段)施加之電位高於對位於最遠離第1電極之處之電荷儲存用電極區段(第N個光電轉換部區段)施加之電位，於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間，對位於最接近第1電極之處之電荷儲存用電極區段(第1個光電轉換部區段)施加之電位低於對位於最遠離第1電極之處之電荷儲存用電極區段(第N個光電轉換部區段)施加之電位。
於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下構成：於半導體基板設置有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體，第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。並且，於此情形時，進而可設為如下構成：於半導體基板進而設置有構成控制部之重置電晶體及選擇電晶體，浮動擴散層連接於重置電晶體之一源極/汲極區域，放大電晶體之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體之一源極/汲極區域，選擇電晶體之另一源極/汲極區域連接於信號線。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為如下形態：電荷儲存用電極之大小大於第1電極。將電荷儲存用電極之面積設為s1'，將第1電極之面積設為s1時，並無限定，但較佳為滿足4≦s1'/s1。
又或者，作為包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等之變化例，可列舉以下所說明之第1構成~第6構成之攝像元件。即，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中之第1構成~第6構成之攝像元件中，光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，絕緣層包含N個絕緣層區段，於第1構成~第3構成之攝像元件中，電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，於第4構成~第5構成之攝像元件中，電荷儲存用電極包含相互相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段，第n個(其中，n=1、2、3‧‧‧N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，n之值越大之光電轉換部區段，位於越遠離第1電極之位置。此處，『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。
並且，於第1構成之攝像元件中，絕緣層區段之厚度自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變化。又，於第2構成之攝像元件中，光電轉換層區段之厚度自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變化。再者，於光電轉換層區段中，可改變光電轉換層之部分之厚度，將無機氧化物半導體材料層之部分之厚度設為固定，並改變光電轉換層區段之厚度，亦可將光電轉換層之部分之厚度設為固定，改變無機氧化物半導體材料層之部分之厚度，並改變光電轉換層區段之厚度，亦可改變光電轉換層之部分之厚度，改變無機氧化物半導體材料層之部分之厚度，並改變光電轉換層區段之厚度。進而，於第3構成之攝像元件中，於相鄰之光電轉換部區段中，構成絕緣層區段之材料不同。又，於第4構成之攝像元件中，於相鄰之光電轉換部區段中，構成電荷儲存用電極區段之材料不同。進而，於第5構成之攝像元件中，電荷儲存用電極區段之面積自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變小。面積可連續地變小，亦可以階梯狀變小。
又或者，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中之第6構成之攝像元件中，將電荷儲存用電極、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，將遠離第1電極之方向設為X方向時，用YZ假想平面將電荷儲存用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料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依存於距第1電極之距離而變化。截面面積之變化可為連續之變化，亦可為階梯狀之變化。
於第1構成~第2構成之攝像元件中，N個光電轉換層區段連續地設置，N個絕緣層區段亦連續地設置，N個電荷儲存用電極區段亦連續地設置。於第3構成~第5構成之攝像元件中，N個光電轉換層區段連續地設置。又，於第4構成、第5構成之攝像元件中，N個絕緣層區段連續地設置，另一方面，於第3構成之攝像元件中，N個絕緣層區段與光電轉換部區段之各者對應而設置。進而，於第4構成~第5構成之攝像元件中，在某些情況下，於第3構成之攝像元件中，N個電荷儲存用電極區段與光電轉換部區段之各者對應而設置。並且，於第1構成~第6構成之攝像元件中，對全部電荷儲存用電極區段施加相同電位。又或者，於第4構成~第5構成之攝像元件中，在某些情況下，於第3構成之攝像元件中，亦可對N個電荷儲存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，規定絕緣層區段之厚度，又或者，規定光電轉換層區段之厚度，又或者，構成絕緣層區段之材料不同，又或者，構成電荷儲存用電極區段之材料不同，又或者，規定電荷儲存用電極區段之面積，又或者，規定積層部分之截面面積，故而形成一種電荷傳輸梯度，可更容易且確實地將藉由光電轉換生成之電荷傳輸至第1電極。並且，其結果為，可防止殘像之發生或電荷傳輸殘留之發生。
於第1構成~第5構成之攝像元件中，n之值越大之光電轉換部區段，位於越遠離第1電極之位置，但是否位於遠離第1電極之位置係以X方向為基準而判斷。又，於第6構成之攝像元件中，將遠離第1電極之方向設為X 方向，但將『X方向』如下所述般定義。即，排列有複數個攝像元件或者積層型攝像元件之像素區域包含以二維陣列狀即於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為矩形之情形時，將最接近第1電極之邊延伸之方向設為Y方向，將與Y方向正交之方向設為X方向。又或者，於將像素之平面形狀設為任意之形狀之情形時，將包含最接近第1電極之線段或曲線之整體之方向設為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，對第1電極之電位高於第2電極之電位之情形進行說明。
於第1構成之攝像元件中，絕緣層區段之厚度自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變化，但較佳為絕緣層區段之厚度逐漸變厚，藉此，形成一種電荷傳輸梯度。並且，於電荷儲存期間，若成為V31≧V11等狀態，則第n個光電轉換部區段與第(n+1)個光電轉換部區段相比，可儲存更多電荷，施加更強電場，可確實地防止電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動。又，於電荷傳輸期間，若成為V32<V12等狀態，則可確實地確保電荷自第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，光電轉換層區段之厚度自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變化，但較佳為光電轉換層區段之厚度逐漸變厚，藉此，形成一種電荷傳輸梯度。並且，於電荷儲存期間，若 成為V31≧V11等狀態，則第n個光電轉換部區段與第(n+1)個光電轉換部區段相比，施加更強電場，可確實地防止電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極流動。又，於電荷傳輸期間，若成為V32<V12等狀態，則可確實地確保電荷自第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，於相鄰之光電轉換部區段中，構成絕緣層區段之材料不同，藉此，形成一種電荷傳輸梯度，但較佳為構成絕緣層區段之材料之相對介電常數之值自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變小。並且，藉由採用此種構成，於電荷儲存期間，若成為V31≧V11等狀態，則第n個光電轉換部區段與第(n+1)個光電轉換部區段相比，可儲存更多電荷。又，於電荷傳輸期間，若成為V32<V12等狀態，則可確實地確保電荷自第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，於相鄰之光電轉換部區段中，構成電荷儲存用電極區段之材料不同，藉此，形成一種電荷傳輸梯度，但較佳為構成絕緣層區段之材料之功函數之值自第1個光電轉換部區段至第n個光電轉換部區段逐漸變大。並且，藉由採用此種構成，可在不依存於電壓(電位)之正負之情況下形成對信號電荷傳輸有利之電位梯度。
於第5構成之攝像元件中，電荷儲存用電極區段之面積自第1個光電轉換部區段至第n個光電轉換部區段逐漸變小，藉此，形成一種電荷傳輸 梯度，故而於電荷儲存期間，若成為V31≧V11等狀態，則第n個光電轉換部區段與第(n+1)個光電轉換部區段相比，可儲存更多電荷。又，於電荷傳輸期間，若成為V32<V12等狀態，則可確實地確保電荷自第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，積層部分之截面面積依存於距第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，只要採用將積層部分之剖面之厚度設為固定且使積層部分之剖面之寬度越遠離第1電極越窄之構成，則與第5構成之攝像元件中所說明者同樣地，於電荷儲存期間，若成為V31≧V11等狀態，則接近第1電極之區域與遠離第1電極之區域相比，可儲存更多電荷。因此，於電荷傳輸期間，若成為V32<V12等狀態，則可確實地確保電荷自接近第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，只要採用將積層部分之剖面之寬度設為固定且使積層部分之剖面之厚度、具體而言絕緣層區段之厚度逐漸變厚之構成，則與第1構成之攝像元件中所說明者同樣地，於電荷儲存期間，若成為V31≧V11等狀態，則接近第1電極之區域與遠離第1電極之區域相比，可儲存更多電荷，施加更強電場，可確實地防止電荷自接近第1電極之區域向第1電極流動。並且，於電荷傳輸期間，若成為V32<V12等狀態，則可確實地確保電荷自接近第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，只要採用使光電轉換層區段之厚度逐漸變厚之構成，則與第2構成之攝像元件中所說明者同樣地，於電荷儲存期間，若成為V31≧V11等狀態，則接近第 1電極之區域與遠離第1電極之區域相比，施加更強電場，可確實地防止電荷自接近第1電極之區域向第1電極流動。並且，於電荷傳輸期間，若成為V32<V12等狀態，則可確實地確保電荷自接近第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。
可根據所需而將包含以上所說明之較佳之形態之第1構成~第6構成之攝像元件之2種或其以上適當組合。
作為本發明之第1態樣~第2態樣之固體攝像裝置之變化例，可設為如下固體攝像裝置：具有複數個第1構成~第6構成之攝像元件，攝像元件區塊包含複數個攝像元件，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極。方便起見，將此種構成之固體攝像裝置稱為『第1構成之固體攝像裝置』。又或者，作為本發明之第1態樣~第2態樣之固體攝像裝置之變化例，可設為如下固體攝像裝置：具備複數個第1構成~第6構成之攝像元件、又或者至少具有一個第1構成~第6構成之攝像元件之積層型攝像元件，攝像元件區塊包含複數個攝像元件或積層型攝像元件，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共有第1電極。方便起見，將此種構成之固體攝像裝置稱為『第2構成之固體攝像裝置』。並且，如此，若於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，則可將排列有複數個攝像元件之像素區域中之構成、構造簡 化、微細化。
於第1構成~第2構成之固體攝像裝置中，針對複數個攝像元件(1個攝像元件區塊)設置有1個浮動擴散層。此處，針對1個浮動擴散層設置之複數個攝像元件可包含複數個下述第1類型之攝像元件，亦可包含至少一個第1類型之攝像元件、及1個或2個以上之下述第2類型之攝像元件。並且，藉由適當地控制電荷傳輸期間之時序，複數個攝像元件可共有1個浮動擴散層。複數個攝像元件相關聯地動作，作為攝像元件區塊而連接於下述驅動電路。即，構成攝像元件區塊之複數個攝像元件連接於1個驅動電路。其中，電荷儲存用電極之控制針對每個攝像元件而進行。又，複數個攝像元件可共有1個接觸孔部。由複數個攝像元件共有之第1電極與各攝像元件之電荷儲存用電極之配置關係亦存在第1電極與各攝像元件之電荷儲存用電極相鄰而配置之情形。又或者，亦存在第1電極與複數個攝像元件之一部分之電荷儲存用電極相鄰而配置且不與複數個攝像元件之剩餘之電荷儲存用電極相鄰而配置之情形，於此情形時，電荷自複數個攝像元件之剩餘向第1電極之遷移成為經由複數個攝像元件之一部分之遷移。為了使電荷自各攝像元件向第1電極之遷移變得確實，較佳為，構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離(方便起見，稱為『距離A』)較與第1電極相鄰之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離(方便起見，稱為『距離B』)更長。又，較佳為，位於越遠離第1電極之位置之攝像元件，使距離A之值越大。再者，以上之說明不僅可針對第1構成~第2構成之固體攝像裝置，而且亦可針對本發明之第1態樣~第2態樣之固體攝像裝置適用。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，可設為光自第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。又或者，可設為光自第2電極側入射且光不入射至第1電極(在某些情況下，為第1電極及傳輸控制用電極)之形態。並且，於此情形時，可設為於靠第2電極之光入射側且第1電極(在某些情況下，為第1電極及傳輸控制用電極)之上方形成有遮光層之構成，又或者，可設為於電荷儲存用電極及第2電極之上方設置有晶載微透鏡且入射至晶載微透鏡之光聚光於電荷儲存用電極之構成。此處，遮光層可配設於較第2電極之光入射側之面更靠上方，亦可配設於第2電極之光入射側之面之上。在某些情況下，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)或銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、不透光之樹脂(例如，聚醯亞胺樹脂)。
作為本發明之攝像元件等，具體而言，可列舉：具備吸收藍光(425nm至495nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(方便起見，稱為『第1類型之藍光用光電轉換層』或者『第1類型之藍光用光電轉換部』)之對藍光具有感度之攝像元件(方便起見，稱為『第1類型之藍光用攝像元件』)、具備吸收綠光(495nm至570nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(方便起見，稱為『第1類型之綠光用光電轉換層』或者『第1類型之綠光用光電轉換部』)之對綠光具有感度之攝像元件(方便起見，稱為『第1類型之綠光用攝像元件』)、具備吸收紅光(620nm至750nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(方便起見，稱為『第1類型之紅光用光電轉換層』或者『第1類型之紅光用光電轉換部』)之對紅光具有感度之攝像元件(方便起見，稱為 『第1類型之紅光用攝像元件』)。又，方便起見，將不具備電荷儲存用電極之先前之攝像元件且對藍光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之藍光用攝像元件』，方便起見，將對綠光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之綠光用攝像元件』，方便起見，將對紅光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之紅光用攝像元件』，方便起見，將構成第2類型之藍光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之藍光用光電轉換層』或者『第2類型之藍光用光電轉換部』，方便起見，將構成第2類型之綠光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之綠光用光電轉換層』或者『第2類型之綠光用光電轉換部』，方便起見，將構成第2類型之紅光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之紅光用光電轉換層』或者『第2類型之紅光用光電轉換部』。
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等(光電轉換元件)，但具體而言，例如可列舉如下構成、構造：[A]第1類型之藍光用光電轉換部、第1類型之綠光用光電轉換部及第1類型之紅光用光電轉換部積層於垂直方向，且第1類型之藍光用攝像元件、第1類型之綠光用攝像元件及第1類型之紅光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板；[B]第1類型之藍光用光電轉換部及第1類型之綠光用光電轉換部積層於垂直方向，於該等2層之第1類型之光電轉換部之下方配置有第2類型之紅光用光電轉換部，且第1類型之藍光用攝像元件、第1類型之綠光用攝像元件及第2類型之 紅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類型之綠光用光電轉換部之下方配置有第2類型之藍光用光電轉換部及第2類型之紅光用光電轉換部，且第1類型之綠光用攝像元件、第2類型之藍光用攝像元件及第2類型之紅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類型之藍光用光電轉換部之下方配置有第2類型之綠光用光電轉換部及第2類型之紅光用光電轉換部，且第1類型之藍光用攝像元件、第2類型之綠光用攝像元件及第2類型之紅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上之配置順序較佳為自光入射方向起為藍光用光電轉換部、綠光用光電轉換部、紅光用光電轉換部之順序，或者自光入射方向起為綠光用光電轉換部、藍光用光電轉換部、紅光用光電轉換部之順序。其原因在於，更短波長之光於更靠入射表面側高效率地被吸收。紅色於3個顏色之中波長最長，故而較佳為當自光入射面觀察時使紅光用光電轉換部位於最下層。藉由該等攝像元件之積層構造而構成1個像素。又，亦可具備第1類型之近紅外光用光電轉換部(或者，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包含例如有機系材料，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類型之攝像元件更靠上方。又或者，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(或者，紅外光用光電轉換部)。
於第1類型之攝像元件中，例如，第1電極形成於設置在半導體基板 之上之層間絕緣層上。形成於半導體基板之攝像元件亦可設為背面照射型，亦可設為正面照射型。
於由有機系材料構成光電轉換層之情形時，可設為如下4個態樣中任一者：
(1)由p型有機半導體構成光電轉換層。
(2)由n型有機半導體構成光電轉換層。
(3)由p型有機半導體層/n型有機半導體層之積層構造構成光電轉換層。由p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)/n型有機半導體層之積層構造構成光電轉換層。由p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)之積層構造構成光電轉換層。由n型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)之積層構造構成光電轉換層。
(4)由p型有機半導體與n型有機半導體之混合(本體異質構造)構成光電轉換層。
但是，積層順序可設為任意更換之構成。
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、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、
Figure 108131919-A0305-02-0052-9
衍生物、螢蒽衍生物、酞菁衍生物、亞酞菁衍生物、亞四氮雜卟啉(sub-porphyrazine)衍生物、以雜環化合物為配位基之金屬錯合物、聚噻吩衍生 物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等。作為n型有機半導體，可列舉：富勒烯及富勒烯衍生物<例如，C60、或C70、C74等富勒烯(高次富勒烯)、內包富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如，富勒烯氟化物或PCBM([6,6]-Phenyl-C61-butyric Acid Methyl Ester，[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯)富勒烯化合物、富勒烯多聚體等)>、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：於分子骨架之一部分具有含有氮原子、氧原子、硫原子之雜環化合物、例如吡啶衍生物、吡
Figure 108131919-A0305-02-0053-10
衍生物、嘧啶衍生物、三
Figure 108131919-A0305-02-0053-11
衍生物、喹啉衍生物、喹
Figure 108131919-A0305-02-0053-12
啉衍生物、異喹啉衍生物、吖啶衍生物、啡
Figure 108131919-A0305-02-0053-13
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、
Figure 108131919-A0305-02-0053-15
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
Figure 108131919-A0305-02-0053-16
唑衍生物、苯并
Figure 108131919-A0305-02-0053-17
唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、聚苯乙炔衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等的有機分子、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；部分氟代烷基；全氟烷基；矽烷基烷基；矽烷基烷氧基；芳基矽烷基；芳基巰基；烷基巰基；芳基磺醯基；烷基磺醯基；芳基硫基；烷基硫基；胺基；烷基胺基；芳基胺基；羥基；烷氧基；醯胺基；醯氧基；羰基；羧基；羧酸醯胺基；烷氧羰基；醯基；磺醯基；氰基；硝基；具有硫族化物之基；膦(phosphine)基；膦酸(phosphon)基；其等之衍生物。包含有機系材料之光電轉換層(有時稱為『有機光電轉換層』)之厚度並無限定，例如可例示1×10-8m至5×10-7m，較佳為2.5×10-8m至3×10-7m，更佳為2.5×10-8m 至2×10-7m，進而較佳為1×10-7m至1.8×10-7m。再者，有機半導體多數情況下分類為p型、n型，p型意指易於傳輸電洞，n型意指易於傳輸電子，有機半導體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數載子之解釋。
又或者，作為構成將綠光光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：若丹明系色素、部花青系色素、喹吖啶酮衍生物、亞酞菁系色素(亞酞菁衍生物)等，作為構成將藍光光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：香豆酸色素、三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)、部花青系色素等，作為構成將紅光光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：酞菁系色素、亞酞菁系色素(亞酞菁衍生物)。
又或者，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，又或者，可列舉作為III-V族化合物之GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP，進而可列舉CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等化合物半導體。此外，亦可將包含該等材料之量子點用於光電轉換層。
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，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，並不使用彩色濾光片層進行藍色、綠色、紅色之分光)，於同一像素內在光之入射方向上積層對複數種波長之光具有感度之攝像元件而構成1個像素，故而可謀求感度之提高及每單位體積之像素密度之提高。又，有機系材料由於吸收係數較高，故而可使有機光電轉換層之膜厚較先前之Si系光電轉換層更薄，而緩和來自相鄰像素之漏光、或光之入射角之限制。進而，於先前之Si系攝像元件中，於3個顏色之像素間進行插值處理而製作顏色信號，因而產生偽色，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，抑制偽色之發生。有機光電轉換層其本身亦作為彩色濾光片層而發揮功能，故而即便不配設彩色濾光片層，亦可實現顏色分離。
另一方面，於本發明之第1態樣之固體攝像裝置中，藉由使用彩色濾光片層，可緩和對藍色、綠色、紅色之分光特性之要求，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中之攝像元件之排列，除了拜耳排列以外，亦可列舉：行間排列、G條紋RB棋盤格排列、G條紋RB完全棋盤格排列、棋盤格補色排列、條紋排列、斜條紋排列、原色色差排列、場色差序列排列、幀色差序列排列、MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)型排列、改良MOS型排列、幀交錯排列、場交錯排列。此處，藉由1個攝像元件而構成1個像素(或者副像素)。
作為彩色濾光片層(波長選擇手段)，不僅可列舉紅色、綠色、藍色， 而且在某些情況下可列舉：青色、洋紅色、黃色等使特定波長透過之濾光片層。不僅可由使用顏料或染料等有機化合物之有機材料系之彩色濾光片層構成彩色濾光片層，而且亦可由應用光子晶體、或電漿子之波長選擇元件(具有於導體薄膜設置有晶格狀孔構造之導體晶格結構之彩色濾光片層。例如，參照日本專利特開2008-177191號公報)、包含非晶矽等無機材料之薄膜構成彩色濾光片層。
排列有複數個本發明之攝像元件等或本發明中之積層型攝像元件之像素區域包含以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，其實際上接收光並放大藉由光電轉換生成之信號電荷，並將其讀出至驅動電路；及黑色基準像素區域(亦稱為光學黑色像素區域(OPB))，其用以輸出成為黑位準之基準之光學黑色。黑色基準像素區域通常配置於有效像素區域之外周部。
於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中，照射光，利用光電轉換層產生光電轉換，而將電洞(hole)與電子載子分離。並且，將提取電洞之電極設為陽極，將提取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、電荷儲存用電極、傳輸控制用電極、電荷遷移控制電極、電荷放出電極及第2電極可設為包含透明導電材料之構成。有時將第1電極、電荷儲存用電極、傳輸控制用電極及電荷放出電極統稱為『第1電極等』。又或者，於本發明之攝像元件等如例如拜耳排列般配置於平面之情 形時，可設為第2電極包含透明導電材料且第1電極等包含金屬材料之構成，於此情形時，具體而言，可設為位於光入射側之第2電極包含透明導電材料且第1電極等例如包含Al-Nd(鋁及釹之合金)或ASC(鋁、釤及銅之合金)之構成。有時將包含透明導電材料之電極稱為『透明電極』。此處，透明導電材料之帶隙能較理想為2.5eV以上，較佳為3.1eV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(ITO，Indium Tin Oxide，包含摻雜有Sn之In2O3、結晶性ITO及非晶質ITO)、氧化鋅中添加有銦作為摻雜劑之銦-鋅氧化物(IZO，Indium Zinc Oxide)、氧化鎵中添加有銦作為摻雜劑之銦-鎵氧化物(IGO)、氧化鋅中添加有銦及鎵作為摻雜劑之銦-鎵-鋅氧化物(IGZO、In-GaZnO4)、氧化鋅中添加有銦及錫作為摻雜劑之銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、IFO(摻雜有F之In2O3)、氧化錫(SnO2)、ATO(摻雜有Sb之SnO2)、FTO(摻雜有F之SnO2)、氧化鋅(包含摻雜有其他元素之ZnO)、氧化鋅中添加有鋁作為摻雜劑之鋁-鋅氧化物(AZO)、氧化鋅中添加有鎵作為摻雜劑之鎵-鋅氧化物(GZO)、氧化鈦(TiO2)、氧化鈦中添加有鈮作為摻雜劑之鈮-鈦氧化物(TNO)、氧化銻、CuI、InSbO4、ZnmgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3、尖晶石型氧化物、具有YbFe2O4構造之氧化物。又或者，可列舉以鎵氧化物、鈦氧化物、鈮氧化物、鎳氧化物等為母層之透明電極。作為透明電極之厚度，可列舉2×10-8m至2×10-7m，較佳為3×10-8m至1×10-7m。於第1電極要求透明性之情形時，就製造工藝之簡化等觀點而言，較佳為電荷放出電極亦包含透明導電材料。
又或者，於不需要透明性之情形時，作為構成具有作為提取電子之 電極之功能之陰極的導電材料，較佳為包含具有低功函數(例如，
Figure 108131919-A0305-02-0058-18
=3.5eV~4.5eV)之導電材料，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、鏡等稀土類金屬、或者其等之合金。又或者，作為構成陰極之材料，可列舉：鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、銅(Cu)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉬(Mo)等金屬、或者包含該等金屬元素之合金、包含該等金屬之導電性粒子、包含該等金屬之合金之導電性粒子、含有雜質之多晶矽、碳系材料、氧化物半導體材料、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。進而，作為構成陰極之材料，亦可列舉聚(3,4-乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]等有機材料(導電性高分子)。又，亦可將該等導電性材料混合於黏合劑(高分子)中而製成膏或墨水，並使製成者硬化，而用作電極。
作為第1電極等或第2電極(陰極或陽極)之成膜方法，可使用乾式法或者濕式法。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)。作為採用PVD法之原理之成膜方法，可列舉：採用電阻加熱或者高頻加熱之真空蒸鍍法、EB(電子束)蒸鍍法、各種濺鍍法(磁控濺鍍法、RF-DC結合型偏壓濺鍍法、ECR(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：電鍍法或無電解鍍覆法、旋轉塗佈法、噴墨法、噴塗法、印模(stamp)法、微接觸印刷法、軟版印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、浸漬法等方法。作為圖案化法，可列舉：蔽蔭遮罩、雷射轉印、光微影法等化學性蝕刻、利用紫外線或雷射等之物理性蝕刻等。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，化學機械研磨)法等。
作為構成絕緣層之材料，不僅可列舉：作為氧化矽系材料；氮化矽(SiNY)；氧化鋁(Al2O3)等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)；聚乙烯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚醯亞胺；聚碳酸酯(PC)；聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；聚苯乙烯；N-2(胺基乙基)3-胺基丙基三甲氧基矽烷(AEAPTMS)、3-巰基丙基三甲氧基矽烷(MPTMS)、十八烷基三氯矽烷(OTS)等矽烷醇衍生物(矽烷偶合劑)；酚醛清漆型酚系樹脂；氟系樹脂；十八硫醇、十二烷基異氰酸酯等作為一端具有可與控制電極鍵結之官能基之直鏈烴類而例示之有機系絕緣材料(有機聚合物)，亦可使用其等之組合。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、環全氟碳聚合物及苯并環丁烯、環狀氟樹脂、聚四氟乙烯、氟化芳基醚、氟化聚醯亞胺、非晶質碳、有機SOG)。絕緣層亦可設為單層構成，亦可設為積層有複數層(例如，2層)之構成。於後者之情形時，只要藉由在至少電荷儲存用電極之上、及電荷儲存用電極與第1電極之間之區域形成下層絕緣層，並對下層絕緣層實施平坦化處理，而於至少電荷儲存用電極與第1電 極之間之區域殘留下層絕緣層，並於殘留之下層絕緣層及電荷儲存用電極之上形成上層絕緣層即可，藉此，可確實地達成絕緣層之平坦化。構成保護層或各種層間絕緣層、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、重置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、重置電晶體及選擇電晶體之構成、構造同樣。驅動電路亦可設為周知之構成、構造。
第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部，但只要形成接觸孔部以將第1電極與浮動擴散層及放大電晶體之閘極部連接即可。作為構成接觸孔部之材料，可例示：摻雜有雜質之多晶矽、或鎢、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)。
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，可於第1載子阻擋層與第1電極之間設置第1電荷注入層，亦可於第2載子阻擋層與第2電極之間設置第2電荷注入層。例如，作為構成電子注入層之材料，例如可列舉：鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)等鹼金屬及其氟化物或氧化物、鎂(Mg)、鈣(Ca)等鹼土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：採用電阻加熱或高頻加熱、電子束加熱之真空蒸鍍法、快閃蒸鍍法、電漿蒸鍍法、EB蒸鍍法、各種濺鍍法(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結合型偏壓濺鍍法、ECR濺鍍法、對向靶濺鍍法、高頻濺鍍法、離子束濺鍍法)、DC(Direct Current，直流)法、RF法、多陰極法、活化反應法、電場蒸鍍法、高頻離子鍍覆法或反應性離子鍍覆法等各種離子鍍覆法、雷射剝蝕法、分子束磊晶法、雷射轉印法、分子束磊晶法(MBE法)。又，作為CVD法，可列舉：電漿CVD法、熱CVD法、MOCVD法、光CVD法。另一方面，作為濕式法，具體而言，可例示：旋轉塗佈法；浸漬法；澆鑄法；微接觸印刷法；滴注法；網版印刷法或噴墨印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、軟版印刷法等各種印刷法；印模法；噴霧法；氣動括塗法、刮刀塗佈(blade coating)法、桿式塗佈法、刮塗(knife coating)法、擠壓式塗佈法、逆輥塗佈法、傳料輥塗佈法、凹版塗佈法、接觸式塗佈法、塗鑄法、噴塗法、狹縫噴嘴型塗佈法、軋輥塗佈法等各種塗佈法。於塗佈法中，作為溶劑，可例示甲苯、氯仿、己烷、乙醇等無極性或極性較低之有機溶劑。作為圖案化法，可列舉：蔽蔭遮罩、雷射轉印、光微影法等化學性蝕刻、利用紫外線或雷射等之物理性蝕刻等。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。
如上所述，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，亦可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。
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，又或者，可設為攝像元件區塊包含2個本發明之攝像元件等且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，於將固體攝像裝置與讀出用積體電路(ROIC)積層之情形時，可藉由將形成有讀出用積體電路及包含銅(Cu)之連接部之驅動用基板與形成有連接部之攝像元件以連接部彼此相接之方式重疊並將連接部彼此接合而積層，亦可使用焊料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，可設為反覆進行如下各製程之固體攝像裝置之驅動方法：於全部攝像元件中，一面將電荷一齊儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)，一面將第1電極中之電荷放出至系統外，其後，於全部攝像元件中，將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷一齊傳輸至第1電極，傳輸完成後，依序讀出各攝像元件中傳輸至第1電極之電荷。
於此種固體攝像裝置之驅動方法中，各攝像元件具有自第2電極側入射之光不會入射至第1電極之構造，於全部攝像元件中，一面將電荷一齊 儲存於無機氧化物半導體材料層等，一面將第1電極中之電荷放出至系統外，故而可於全部攝像元件中確實地同時進行第1電極之重置。並且，其後，於全部攝像元件中，將儲存於無機氧化物半導體材料層等之電荷一齊傳輸至第1電極，傳輸完成後，依序讀出各攝像元件中傳輸至第1電極之電荷。因此，可容易地實現所謂全域快門功能。
以下，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10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，且具有連接有第1電極21及第2電極22之驅動電路。此處，將半導體基板70中之光入射面設為上方，將半導體基板70之相反側設為下方。於半導體基板70之下方設置有包含複數條配線之配線層62。
於半導體基板70設置有構成控制部之至少浮動擴散層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進而設置有構成控制部之重置電晶體TR1rst及選擇電晶體TR1sel。浮動擴散層FD1連接於重置電晶體TR1rst之一源極/汲極區域，放大電晶體TR1amp之另一源極/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、重置電晶體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，且具有積層有如下3個攝像元件之構造：具備吸收綠光之第1類型之綠光用光電轉換層之對綠光具有感度之第1類型之實施例1之綠光用攝像元件(以下，稱為『第1攝像元件』)、具備吸收藍光之第2類型之藍光用光電轉換層之對藍光具有感度之第2類型之先前之藍光用攝像元件(以下，稱為『第2攝像元件』)、具備吸收紅光之第2類型之紅光用光電轉換層之對紅光具有感度之第2類型之先前之紅光用攝像元件(以下，稱為『第3攝像元件』)。此處，紅光用攝像元件(第3攝像元件)12及藍光用攝像元件(第2攝像元件)11設置於半導體基板70內，第2攝像元件11位於較第3攝像元件12更靠光入射側。又，綠光用攝像元件(第1攝像元件10)設置於藍光用攝像元件(第2攝像元件11)之上方。藉由第1攝像元件10、第2攝像元件11及第3攝像元件12之積層構造而構成1個像素。未設置有彩色濾光片層。
於第1攝像元件10中，於層間絕緣層81上相隔地形成有第1電極21及電荷儲存用電極24。層間絕緣層81及電荷儲存用電極24被絕緣層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之整個面形成有保護層83，於保護層83上設置有晶載微透鏡14。未設置有彩色濾光片層。第1電極21、電荷儲存用電極24及第2電極22例如包含含有ITO(功函數：約4.4eV)之透明電極。無機氧化物半導體材料層23B包含InaSnbTicZndOe。光電轉換層23A包含含有至少對綠光具有感度之周知之 有機光電轉換材料(例如，若丹明系色素、部花青系色素、喹吖啶酮等有機系材料)之層。層間絕緣層81或絕緣層82、保護層83包含周知之絕緣材料(例如，SiO2或SiN)。無機氧化物半導體材料層23B與第1電極21藉由設置於絕緣層82之連接部67而連接。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在設置於絕緣層82之開口部85內延伸，且與第1電極21連接。
電荷儲存用電極24連接於驅動電路。具體而言，電荷儲存用電極24經由設置於層間絕緣層81內之連接孔66、焊墊部64及配線VOA而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112。
電荷儲存用電極24之大小大於第1電極21。將電荷儲存用電極24之面積設為s1'，將第1電極21之面積設為s1時，並無限定，但較佳為滿足4≦s1'/s1，於實施例1中，並無限定，但例如設為s1'/s1=8。
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10之控制部之重置電晶體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。
重置電晶體TR1rst包含閘極部51、通道形成區域51A、及源極/汲極區 域51B、51C。重置電晶體TR1rst之閘極部51連接於重置線RST1，重置電晶體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而連接於重置電晶體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而連接於第1電極21及重置電晶體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共有區域，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11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。包含垂直型電晶體之傳輸電晶體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之附近之半導體基板70之區域45C設置有第2浮動擴散層FD2。儲存 於n型半導體區域41之電荷經由沿閘極部45形成之傳輸通道而被讀出至第2浮動擴散層FD2。
於第2攝像元件11中，進而，於半導體基板70之第1面側設置有構成第2攝像元件11之控制部之重置電晶體TR2rst、放大電晶體TR2amp及選擇電晶體TR2sel。
重置電晶體TR2rst包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。重置電晶體TR2rst之閘極部連接於重置線RST2，重置電晶體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。閘極部連接於重置電晶體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/汲極區域共有區域，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12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之附近之半導體基板70之區域46C設置有第3浮動擴散層FD3。儲存於n型半導體區域43之電荷經由沿閘極部46形成之傳輸通道46A而被讀出至第3浮動擴散層FD3。
於第3攝像元件12中，進而，於半導體基板70之第1面側設置有構成第3攝像元件12之控制部之重置電晶體TR3rst、放大電晶體TR3amp及選擇電晶體TR3sel。
重置電晶體TR3rst包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。重置電晶體TR3rst之閘極部連接於重置線RST3，重置電晶體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。閘極部連接於重置電晶體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/汲極區域共有區域，另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL3。
重置線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之表面70A之間設置有p+層44，而抑制暗電流發生。於n型半導體區域41與n型半導體區域43之間形成有p+層42，進而，n型半導體區域43之側面之一部分被p+層42包圍。於半導體基板70之背面70B之側形成有p+層73，於自p+層73至半導體基板70之內部之應形成接觸孔部61之部分形成有HfO2膜74及絕緣材料膜75。於層間絕緣層76，遍及複數層而形成有配線，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，可抑制暗電流之發生。亦可使用氧化鋁(Al2O3)膜、氧化鋯(ZrO2)膜、氧化鉭(Ta2O5)膜、氧化鈦(TiO2)膜、氧化鑭(La2O3)膜、氧化鐠(Pr2O3)膜、氧化鈰(CeO2)膜、氧化釹(Nd2O3)膜、氧化鉕(Pm2O3)膜、氧化釤(Sm2O3)膜、氧化銪(Eu2O3)膜、氧化釓((Gd2O3)膜、氧化鋱(Tb2O3)膜、氧化鏑(Dy2O3)膜、氧化鈥(Ho2O3)膜、氧化銩(Tm2O3)膜、氧化鐿(Yb2O3)膜、氧化鎦(Lu2O3)膜、氧化釔(Y2O3)膜、氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜、氮氧化鋁膜而代替HfO2膜。作為該等膜之成膜方法，例如可列舉CVD法、PVD法、ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沈積)法。
以下，參照圖5及圖6A，對具備實施例1之電荷儲存用電極之積層型攝像元件(第1攝像元件10)之動作進行說明。實施例1之攝像元件進而具備控制部，該控制部設置於半導體基板70，且具有驅動電路，第1電極21、 第2電極22及電荷儲存用電極24連接於驅動電路。此處，使第1電極21之電位高於第2電極22之電位。即，例如，將第1電極21設為正之電位，將第2電極22設為負之電位，將光電轉換層23A中藉由光電轉換生成之電子讀出至浮動擴散層。於其他實施例中，亦設為同樣。
圖5、下述實施例4中之圖20、圖21、實施例6中之圖32、圖33中使用之符號如下所述。
PA 與位於電荷儲存用電極24或傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25及第1電極21之中間之區域對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PA中之電位
PB 與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PB中之電位
PC1 與電荷儲存用電極區段24A對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PC1中之電位
PC2 與電荷儲存用電極區段24B對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PC2中之電位
PC3 與電荷儲存用電極區段24C對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PC3中之電位
PD 與傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25對向之無機氧化物半導體材料層23B之區域之點PD中之電位
FD 第1浮動擴散層FD1中之電位
VOA 電荷儲存用電極24中之電位
VOA-A 電荷儲存用電極區段24A中之電位
VOA-B 電荷儲存用電極區段24B中之電位
VOA-C 電荷儲存用電極區段24C中之電位
VOT 傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25中之電位
RST 重置電晶體TR1rst之閘極部51中之電位
VDD 電源之電位
VSL1 信號線(資料輸出線)VSL1
TR1rst 重置電晶體TR1rst
TR1amp 放大電晶體TR1amp
TR1sel 選擇電晶體TR1sel
於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V11，並對電荷儲存用電極24施加電位V31。藉由入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換生成之電洞自第2電極22經由配線VOU而被送出至驅動電路。另一方面，由於使第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21施加正之電位，對第2電極22施加負之電位，故而設為V31≧V11，較佳為設為V31>V11。藉此，藉由光電轉換生成之電子被吸引至電荷儲存用電極24，並止於與電荷儲存用電極24對向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，將其等統稱為『無機氧化物半導體材料層23B等』)之區域。即，於無機氧化物半導體材料層23B等中儲存電荷。由於V31>V11，故而光電轉換層23A之內部所生成之電子不會向第1電極21遷移。隨著光電轉換之時間經過，與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半 導體材料層23B等之區域中之電位成為更負側之值。
於電荷儲存期間之後期，進行重置動作。藉此，重置第1浮動擴散層FD1之電位，第1浮動擴散層FD1之電位成為電源之電位VDD。
重置動作完成後，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21施加電位V12，並對電荷儲存用電極24施加電位V32。此處，設為V32<V12。藉此，止於與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域之電子被讀出至第1電極21，進而被讀出至第1浮動擴散層FD1。即，儲存於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷被讀出至控制部。
以上，電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作完成。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD1之後之放大電晶體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11、第3攝像元件12之電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作與先前之電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作同樣。又，與先前同樣地，第1浮動擴散層FD1之重置雜訊可藉由相關雙取樣(CDS，Correlated Double Sampling)處理而去除。
如上所述，於實施例1中，由於具備電荷儲存用電極，該電荷儲存用電極與第1電極相隔而配置且經由絕緣層而與光電轉換層對向配置，故而 對光電轉換層照射光，且於光電轉換層中進行光電轉換時，藉由無機氧化物半導體材料層等、絕緣層及電荷儲存用電極而形成一種電容器，可將電荷儲存於無機氧化物半導體材料層等。因此，曝光開始時，可將電荷儲存部完全空乏化，而消除電荷。其結果為，可抑制kTC雜訊變大、隨機雜訊變差、引起攝像畫質之降低等現象之發生。又，可一齊重置全部像素，故而可實現所謂全域快門功能。
圖68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包含積層型攝像元件101以二維陣列狀排列而成之攝像區域111、以及作為其驅動電路(周邊電路)之垂直驅動電路112、行信號處理電路113、水平驅動電路114、輸出電路115及驅動控制電路116等。勿論，該等電路可包含周知之電路，又，可使用其他電路構成(例如，先前之CCD攝像裝置或CMOS攝像裝置中所使用之各種電路)構成。於圖68中，積層型攝像元件101中之參照符號「101」之表示設為僅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鐘而生成成為垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114之動作基準的時鐘信號或控制信號。並且，所生成之時鐘信號或控制信號被輸入至垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114。
垂直驅動電路112例如包含移位暫存器，且以列為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。並且，基於根據各積層型攝像元件101中之光接收量而生成之電流(信號)之像素信號(圖像信號) 經由信號線(資料輸出線)117、VSL而被送至行信號處理電路113。
行信號處理電路113例如針對積層型攝像元件101之每一行而配置，且針對每個攝像元件，根據來自黑色基準像素(雖未圖示，但形成於有效像素區域之周圍)之信號而對自1列份之積層型攝像元件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，於其與水平信號線118之間連接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，且藉由依序輸出水平掃描脈衝，而依序選擇行信號處理電路113之各者，並自行信號處理電路113之各者將信號輸出至水平信號線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而依序供給之信號進行信號處理並將其輸出。
將實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之變化例之等效電路圖示於圖9中，將第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖示於圖10中，亦可將重置電晶體TR1rst之另一源極/汲極區域51B接地，而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利用以下之方法製作。即，首先，準備SOI(Silicon on Insulator，絕緣層上矽)基板。然後，基於磊晶生長法而於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，基於磊晶生長法而於第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或層間絕緣層76、各種配線之後，將層間絕緣層76與支持基板(未圖示)貼合。其後，去除SOI基板而使第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矽層及第2矽層概括表述為半導體基板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、絕緣材料膜75及接觸孔部61，進而，形成焊墊部63、64、層間絕緣層81、連接孔65、66、第1電極21、電荷儲存用電極24、絕緣層82。其次，使連接部67開口，並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、保護層83及晶載微透鏡14。藉由以上步驟，可獲得實施例1之攝像元件、積層型攝像元件。
又，雖然省略了圖示，但是亦可將絕緣層82設為下層絕緣層及上層絕緣層之2層構成。即，只要至少於電荷儲存用電極24之上、及電荷儲存用電極24與第1電極21之間之區域形成下層絕緣層(更具體而言，於包含電荷儲存用電極24之層間絕緣層81上形成下層絕緣層)，並對下層絕緣層實施平坦化處理後，於下層絕緣層及電荷儲存用電極24之上形成上層絕緣層即可，藉此，可確實地達成絕緣層82之平坦化。並且，只要使連接部67於以此方式獲得之絕緣層82開口即可。
[實施例2]
實施例2係實施例1之變化。圖11中示出模式性局部剖視圖之實施例2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，且具有積層有如下3個攝像元件之構造：具備吸收綠光之第1類型之綠光用光電轉換層之對綠光具有感度之第1類型之實施例1之綠光用攝像元件(第1攝像元件10)、具備吸收藍光之第2類型之藍光用光電轉換層之對藍光具有感度之第2類型之先前之藍光用攝像元件(第2攝像元件11)、具備吸收紅光之第2類型之紅光用光電轉換層之對紅光具有感度之第2類型之先前之紅光用攝像元件(第3攝像元件12)。此處，紅光用攝像元件(第3攝像元件12)及藍光用攝像元件(第2攝像元件11)設置於半導體基板70內，第2攝像元件11位於較第3攝像元件12更靠光入射側。又，綠光用攝像元件(第1攝像元件10)設置於藍光用攝像元件(第2攝像元件11)之上方。
於半導體基板70之表面70A側，與實施例1同樣地設置有構成控制部之各種電晶體。該等電晶體實質上可設為與實施例1中所說明之電晶體同樣之構成、構造。又，雖然於半導體基板70設置有第2攝像元件11、第3攝像元件12，但該等攝像元件實質上亦可設為與實施例1中所說明之第2攝像元件11、第3攝像元件12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，與實施例1之攝像元件同樣地設置有第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、以及電荷儲存用電極24等。
如此，除了為正面照射型之方面以外，實施例2之攝像元件、積層型攝像元件之構成、構造可設為與實施例1之攝像元件、積層型攝像元件之構成、構造同樣，故而省略詳細之說明。
[實施例3]
實施例3係實施例1及實施例2之變化。
圖12中示出模式性局部剖視圖之實施例3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，且具有積層有第1類型之實施例1之第1攝像元件10、及第2類型之第3攝像元件12之2個攝像元件之構造。又，圖13中示出模式性局部剖視圖之實施例3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，且具有積層有第1類型之實施例1之第1攝像元件10、及第2類型之第3攝像元件12之2個攝像元件之構造。此處，第1攝像元件10吸收原色之光，第3攝像元件12吸收補色之光。又或者，第1攝像元件10吸收白光，第3攝像元件12吸收紅外線。
圖14中示出模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例係背面照射型之攝像元件，且包含第1類型之實施例1之第1攝像元件10。又，圖15中示出模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例係正面照射型之攝像元件，且包含第1類型之實施例1之第1攝像元件10。此處，第1攝像元件10包含吸收紅光之攝像元件、吸收綠光之攝像元件、吸收藍光之攝像元件之3種攝像元件。進而，本發明之第1態樣之固體攝像裝置包含複數 個該等攝像元件。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，視需要配設有用以進行藍色、綠色、紅色之分光之彩色濾光片層。
亦可設為積層2個第1類型之實施例1之攝像元件之形態(即，積層2個光電轉換部並於半導體基板設置2個光電轉換部之控制部之形態)，又或者，設為積層3個第1類型之實施例1之攝像元件之形態(即，積層3個光電轉換部並於半導體基板設置3個光電轉換部之控制部之形態)，而代替設置1個第1類型之實施例1之攝像元件。將第1類型之攝像元件及第2類型之攝像元件之積層構造例例示於以下之表中。
Figure 108131919-A0305-02-0078-8
[實施例4]
實施例4係實施例1~實施例3之變化，係關於本發明之具備傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)之攝像元件等。將實施例4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示於圖16中，將實施例4之攝像元件、積層型攝像元件之等效電路圖示於圖17及圖18中，將構成實施例4之攝像元件之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖示於圖19中，將實施例4之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態模式性地示於圖20及圖21中，將用以說明實施例4之攝像元件之各部位之等效電路圖示於圖6B中。又，將構成實施例4之攝像元件之光電轉換部之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖示於圖22中，將第1電極、傳輸控制用電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖示於圖23中。
於實施例4之攝像元件、積層型攝像元件中，於第1電極21與電荷儲存用電極24之間進而具備傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25，其與第1電極21及電荷儲存用電極24相隔而配置，且經由絕緣層82而與無機氧化物半導體材料層23B對向配置。傳輸控制用電極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而連接於構成驅動電路之像素驅動電路。再者，於圖16、圖25、圖28、圖37、圖43、圖46A、圖46B、圖47A、圖47B、圖66及圖67中，為了簡化圖式，方便起見，用參照符號13概括表示位於較層間絕緣層81更靠下方之各種攝像元件構成要素。
以下，參照圖20、圖21，對實施例4之攝像元件(第1攝像元件10)之動作進行說明。再者，於圖20及圖21中，尤其是施加於電荷儲存用電極 24之電位及點PD中之電位之值不同。
於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V11，對電荷儲存用電極24施加電位V31，並對傳輸控制用電極25施加電位V51。藉由入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換生成之電洞自第2電極22經由配線VOU而被送出至驅動電路。另一方面，由於使第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21施加正之電位，對第2電極22施加負之電位，故而設為V31>V51(例如，V31>V11>V51、或V11>V31>V51)。藉此，藉由光電轉換生成之電子被吸引至電荷儲存用電極24，並止於與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域。即，電荷儲存於無機氧化物半導體材料層23B等。由於V31>V51，故而可確實地防止光電轉換層23A之內部所生成之電子向第1電極21遷移。隨著光電轉換之時間經過，與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域中之電位成為更負側之值。
於電荷儲存期間之後期，進行重置動作。藉此，重置第1浮動擴散層FD1之電位，第1浮動擴散層FD1之電位成為電源之電位VDD。
重置動作完成後，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21施加電位V12，對電荷儲存用電極24施加電位V32，並對傳輸控制用電極25施加電位V52。此處，設為V32≦V52≦V12(較佳為V32<V52<V12)。藉此，止於與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域之電子確實地被讀出至第1電極21，進而被讀出至第1浮 動擴散層FD1。即，儲存於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷被讀出至控制部。
以上，電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作完成。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD1之後之放大電晶體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11、第3攝像元件12之電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作與先前之電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作同樣。
將構成實施例4之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖示於圖24中，亦可將重置電晶體TR1rst之另一源極/汲極區域51B接地，而代替將其連接於電源VDD。
[實施例5]
實施例5係實施例1~實施例4之變化，係關於本發明之具備電荷放出電極之攝像元件等。將實施例5之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖示於圖25中，將構成具備實施例5之攝像元件之電荷儲存用電極之光電轉換部的第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極之模式性配置圖示於圖26中，將第1電極、電荷儲存用電極、電荷放出電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖示於圖27中。
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而連接於無機氧化物半導體材料層23B，且與第1電極21及電荷儲存用電極24相隔而配置。此處，電荷放出電極26以包圍第1電極21及電荷儲存用電極24之方式(即，以邊框狀)配置。電荷放出電極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於設置在絕緣層82之第2開口部86內延伸，且與電荷放出電極26連接。電荷放出電極26於複數個攝像元件中共有化(共通化)。亦可於第2開口部86之側面形成向上方擴展之傾斜。電荷放出電極26例如可用作光電轉換部23之浮動擴散或溢流汲極。
於實施例5中，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極21施加電位V11，對電荷儲存用電極24施加電位V31，並對電荷放出電極26施加電位V61，將電荷儲存於無機氧化物半導體材料層23B等。藉由入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換生成之電洞自第2電極22經由配線VOU而被送出至驅動電路。另一方面，由於使第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，由於例如對第1電極21施加正之電位，對第2電極22施加負之電位，故而設為V61>V11(例如，V31>V61>V11)。藉此，藉由光電轉換生成之電子被吸引至電荷儲存用電極24，並止於與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域，可確實地防止其向第1電極21遷移。但是，由電荷儲存用電極24所產生之吸引並不充分，又或者，未完全儲存於無機氧化物半導體材料層23B等之電子(所謂溢流之電子)經由電荷放出電極26而被送出至驅動電路。
於電荷儲存期間之後期，進行重置動作。藉此，重置第1浮動擴散層FD1之電位，第1浮動擴散層FD1之電位成為電源之電位VDD。
重置動作完成後，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21施加電位V12，對電荷儲存用電極24施加電位V32，並對電荷放出電極26施加電位V62。此處，設為V62<V12(例如，V62<V32<V12)。藉此，止於與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域之電子確實地被讀出至第1電極21，進而被讀出至第1浮動擴散層FD1。即，儲存於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷被讀出至控制部。
以上，電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作完成。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD1之後之放大電晶體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攝像元件之電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作與先前之電荷儲存、重置動作、電荷傳輸等一連串之動作同樣。
於實施例5中，所謂溢流之電子經由電荷放出電極26而被送出至驅動電路，故而可抑制相鄰像素漏入至電荷儲存部，可抑制溢出之發生。並且，藉此，可提高攝像元件之攝像性能。
[實施例6]
實施例6係實施例1~實施例5之變化，係關於本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等。
將實施例6之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖示於圖28中，將實施例6之攝像元件之等效電路圖示於圖29及圖30中，將構成具備實施例6之攝像元件之電荷儲存用電極之光電轉換部的第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖示於圖31中，將實施例6之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態模式性地示於圖32、圖33中，將用以說明實施例6之攝像元件之各部位之等效電路圖示於圖6C中。又，將構成具備實施例6之攝像元件之電荷儲存用電極之光電轉換部的第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖示於圖34中，將第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖示於圖35中。
於實施例6中，電荷儲存用電極24包含複數個電荷儲存用電極區段24A、24B、24C。電荷儲存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」。並且，於實施例6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，故而例如對第1電極21施加正之電位，對第2電極22施加負之電位。並且，於電荷傳輸期間，對位於最接近第1電極21之處之電荷儲存用電極區段24A施加之電位高於對位於最遠離第1電極21之處之電荷儲存用電極區段24C施加之電位。如此，藉由對電荷儲存用電極24賦予電位梯度，止於與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域之電子更確實地被讀出至第1電極21，進而被讀出至第1浮動擴散層FD1。即，儲存於無機氧化物半導體材料層23B等之 電荷被讀出至控制部。
於圖32所示之例中，於電荷傳輸期間，藉由設為電荷儲存用電極區段24C之電位<電荷儲存用電極區段24B之電位<電荷儲存用電極區段24A之電位，而將止於無機氧化物半導體材料層23B等之區域之電子一齊讀出至第1浮動擴散層FD1。另一方面，於圖33所示之例中，於電荷傳輸期間，藉由使電荷儲存用電極區段24C之電位、電荷儲存用電極區段24B之電位、電荷儲存用電極區段24A之電位逐漸改變(即，藉由使其以階梯狀或斜坡狀改變)，而使止於與電荷儲存用電極區段24C對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域的電子遷移至與電荷儲存用電極區段24B對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域，繼而，使止於與電荷儲存用電極區段24B對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域的電子遷移至與電荷儲存用電極區段24A對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域，繼而，將止於與電荷儲存用電極區段24A對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域的電子確實地讀出至第1浮動擴散層FD1。
將構成實施例6之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖示於圖36中，亦可將重置電晶體TR1rst之另一源極/汲極區域51B接地，而代替將其連接於電源VDD。
[實施例7]
實施例7係實施例1~實施例6之變化，係關於本發明之具備電荷遷移控制電極之攝像元件等，具體而言，係關於本發明之具備下部電荷遷移控 制電極(下方電荷遷移控制電極)之攝像元件等。將實施例7之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖示於圖37中，將構成實施例7之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極等以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖示於圖38中，將構成具備實施例7之攝像元件之電荷儲存用電極之光電轉換部的第1電極、電荷儲存用電極及下部電荷遷移控制電極之模式性配置圖示於圖39、圖40中。再者，於圖37、圖43、圖46A、圖46B、圖47A及圖47B中，用參照符號23概括圖示光電轉換層23A及無機氧化物半導體材料層23B。
於實施例7之攝像元件中，於經由絕緣層82而與位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換部23之區域(光電轉換層之區域-A)23A對向之區域形成有下部電荷遷移控制電極27。換言之，於被構成相鄰之攝像元件之各者之電荷儲存用電極24與電荷儲存用電極24夾持之區域(區域-a)中之絕緣層82之部分(絕緣層82之區域-A)82A之下形成有下部電荷遷移控制電極27。下部電荷遷移控制電極27與電荷儲存用電極24相隔而設置。又或者，換言之，下部電荷遷移控制電極27包圍電荷儲存用電極24，且與電荷儲存用電極24相隔而設置，下部電荷遷移控制電極27經由絕緣層82而與光電轉換層之區域-A(23A)對向配置。下部電荷遷移控制電極27於攝像元件中共通化。並且，下部電荷遷移控制電極27亦連接於驅動電路。具體而言，下部電荷遷移控制電極27經由設置於層間絕緣層81內之連接孔27A、焊墊部27B及配線VOB而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112。下部電荷遷移控制電極27可以與第1電極21或電荷儲存用電極24相同之位準形成，亦可以不同位準(具體而言，較第1電極21或電荷儲存用電極24更靠下方之位 準)形成。於前者之情形時，可縮短電荷遷移控制電極27與光電轉換層23A之間之距離，故而易於控制電位。另一方面，於後者之情形時，可縮短電荷遷移控制電極27與電荷儲存用電極24之間之距離，故而對微細化有利。
於實施例7之攝像元件中，光入射至光電轉換層23A並於光電轉換層23A中發生光電轉換時，對與電荷儲存用電極24對向之光電轉換層23A之部分施加之電位之絕對值為大於對光電轉換層23A之區域-A施加之電位之絕對值的值，因此，藉由光電轉換生成之電荷被強力地吸引至與電荷儲存用電極24對向之無機氧化物半導體材料層23B之部分。其結果為，可抑制藉由光電轉換生成之電荷流入至相鄰之攝像元件，故而所拍攝之影像(圖像)不會發生品質劣化。又或者，於經由絕緣層而與光電轉換層23A之區域-A對向之區域形成有下部電荷遷移控制電極27，因此，可控制位於下部電荷遷移控制電極27之上方之光電轉換層23A之區域-A之電場或電位。其結果為，可利用下部電荷遷移控制電極27抑制藉由光電轉換生成之電荷流入至相鄰之攝像元件，故而所拍攝之影像(圖像)不會發生品質劣化。
於圖39及圖40所示之例中，於被電荷儲存用電極24與電荷儲存用電極24夾持之區域(區域-a)中之絕緣層82之部分82A之下形成有下部電荷遷移控制電極27。另一方面，於圖41、圖42A、圖42B所示之例中，於被4個電荷儲存用電極24包圍之區域中之絕緣層82之部分之下形成有下部電荷遷移控制電極27。再者，圖41、圖42A、圖42B所示之例亦為第1構成及第2構成之固體攝像裝置。並且，於4個攝像元件中，與4個電荷儲存用 電極24對應而設置有共通之1個第1電極21。
於圖42B所示之例中，於4個攝像元件中，與4個電荷儲存用電極24對應而設置有共通之1個第1電極21，於被4個電荷儲存用電極24包圍之區域中之絕緣層82之部分之下形成有下部電荷遷移控制電極27，進而，於被4個電荷儲存用電極24包圍之區域中之絕緣層82之部分之下形成有電荷放出電極26。如上所述，電荷放出電極26例如可用作光電轉換部23之浮動擴散或溢流汲極。
[實施例8]
實施例8係關於本發明之具備上部電荷遷移控制電極(上方電荷遷移控制電極)之攝像元件等。將實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之一部分之模式性剖視圖示於圖43中，將實施例8之攝像元件(並列設置之2×2個攝像元件)之一部分之模式性俯視圖示於圖44及圖45中。於實施例8之攝像元件中，在位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換部23之區域23A之上形成有上部電荷遷移控制電極28，而代替形成有第2電極22。上部電荷遷移控制電極28與第2電極22相隔而設置。換言之，第2電極22針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極28包圍第2電極22之至少一部分，且與第2電極22相隔而設置於光電轉換部23之區域-A之上。上部電荷遷移控制電極28以與第2電極22相同之位準形成。
再者，於圖44所示之例中，於1個攝像元件中，與1個第1電極21對應而設置有1個電荷儲存用電極24。另一方面，於圖45所示之變化例中，於 2個攝像元件中，與2個電荷儲存用電極24對應而設置有共通之1個第1電極21。圖43所示之實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之一部分之模式性剖視圖與圖45對應。
又，將實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之一部分之模式性剖視圖示於圖46A中，如圖46A所示，亦可將第2電極22分割為複數個，並對各分割之第2電極22個別施加不同之電位。進而，如圖46B所示，亦可於被分割之第2電極22與第2電極22之間設置上部電荷遷移控制電極28。
於實施例8中，位於光入射側之第2電極22在排列於圖44之紙面左右方向之攝像元件中共通化，在排列於圖44之紙面上下方向之一對攝像元件中共通化。又，上部電荷遷移控制電極28亦在排列於圖44之紙面左右方向之攝像元件中共通化，在排列於圖44之紙面上下方向之一對攝像元件中共通化。第2電極22及上部電荷遷移控制電極28可藉由在光電轉換部23之上成膜構成第2電極22及上部電荷遷移控制電極28之材料層後，將該材料層圖案化而獲得。第2電極22、上部電荷遷移控制電極28之各者分別連接於配線(未圖示)，該等配線連接於驅動電路。連接於第2電極22之配線於複數個攝像元件中共通化。連接於上部電荷遷移控制電極28之配線亦於複數個攝像元件中共通化。
於實施例8之攝像元件中，於電荷儲存期間，自驅動電路對第2電極22施加電位V21，對上部電荷遷移控制電極28施加電位V41，並將電荷儲存 於光電轉換部23，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第2電極22施加電位V22，對上部電荷遷移控制電極28施加電位V42，並將儲存於光電轉換部23之電荷經由第1電極21而讀出至控制部。此處，第1電極21之電位設為高於第2電極22之電位，故而V21≧V41，且，V22≧V42。
如上所述，於實施例8之攝像元件中，在位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換層之區域之上形成有電荷遷移控制電極，而代替形成有第2電極，因此可利用電荷遷移控制電極抑制藉由光電轉換生成之電荷流入至相鄰之攝像元件，故而所拍攝之影像(圖像)不會發生品質劣化。
將實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之變化例之一部分之模式性剖視圖示於圖47A中，將一部分之模式性俯視圖示於圖48A及圖48B中。於該變化例中，第2電極22針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極28包圍第2電極22之至少一部分，且與第2電極22相隔而設置，於上部電荷遷移控制電極28之下方存在電荷儲存用電極24之一部分。第2電極22於電荷儲存用電極24之上方以小於電荷儲存用電極24之大小設置。
將實施例8之攝像元件(並列設置之2個攝像元件)之變化例之一部分之模式性剖視圖示於圖47B中，將一部分之模式性俯視圖示於圖49A及圖49B中。於該變化例中，第2電極22針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極28包圍第2電極22之至少一部分，且與第2電極22相隔而設 置，於上部電荷遷移控制電極28之下方存在電荷儲存用電極24之一部分，並且，於上部電荷遷移控制電極(上方電荷遷移控制電極)28之下方設置有下部電荷遷移控制電極(下方電荷遷移控制電極)27。第2電極22之大小小於圖47A所示之變化例。即，與上部電荷遷移控制電極28對向之第2電極22之區域位於較圖47A所示之變化例中之與上部電荷遷移控制電極28對向之第2電極22之區域更靠第1電極21側。電荷儲存用電極24被下部電荷遷移控制電極27包圍。
[實施例9]
實施例9係關於第1構成及第2構成之固體攝像裝置。
實施例9之固體攝像裝置 具備積層第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而成之光電轉換部，光電轉換部進而具有複數個攝像元件，該攝像元件具備電荷儲存用電極24，該電荷儲存用電極24與第1電極21相隔而配置，且經由絕緣層82而與無機氧化物半導體材料層23B對向配置，攝像元件區塊包含複數個攝像元件，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極21。
又或者，實施例9之固體攝像裝置具備複數個實施例1~實施例8中所說明之攝像元件。
於實施例9中，針對複數個攝像元件設置有1個浮動擴散層。並且，藉由適當地控制電荷傳輸期間之時序，複數個攝像元件可共有1個浮動擴散層。並且，於此情形時，複數個攝像元件可共有1個接觸孔部。
再者，除了於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極21之方面以外，實施例9之固體攝像裝置實質上具有與實施例1~實施例8中所說明之固體攝像裝置同樣之構成、構造。
將實施例9之固體攝像裝置中之第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖50(實施例9)、圖51(實施例9之第1變化例)、圖52(實施例9之第2變化例)、圖53(實施例9之第3變化例)及圖54(實施例9之第4變化例)中。圖50、圖51、圖54及圖55中圖示了16個攝像元件，圖52及圖53中圖示了12個攝像元件。並且，攝像元件區塊包含2個攝像元件。用虛線將攝像元件區塊包圍而表示。附加於第1電極21、電荷儲存用電極24之後綴係用以區別第1電極21、電荷儲存用電極24者。於以下之說明中，亦同樣。又，於1個攝像元件之上方配設有1個晶載微透鏡(未圖示於圖50~圖57中)。並且，於1個攝像元件區塊中，隔著第1電極21而配置有2個電荷儲存用電極24(參照圖50、圖51)。又或者，與並列設置之2個電荷儲存用電極24對向而配置有1個第1電極21(參照圖54、圖55)。即，第1電極與各攝像元件之電荷儲存用電極相鄰而配置。又或者，第1電極與複數個攝像元件之一部分之電荷儲存用電極相鄰而配置，且不與複數個攝像元件之剩餘之電荷儲存用電極相鄰而配置(參照圖52、圖53)，於此情形時，電荷自複數個攝像元件之剩餘向第1電極之遷移成為經由複數個攝像元件 之一部分之遷移。為了使電荷自各攝像元件向第1電極之遷移變得確實，較佳為，構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離A較與第1電極相鄰之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離B更長。又，較佳為，位於越遠離第1電極之位置之攝像元件，使距離A之值越大。又，於圖51、圖53及圖55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遷移控制電極27。藉由配設電荷遷移控制電極27，可確實地抑制隔著電荷遷移控制電極27而確定位置之攝像元件區塊中之電荷之遷移。再者，將施加於電荷遷移控制電極27之電位設為V17時，只要設為V31>V17即可。
電荷遷移控制電極27可於第1電極側以與第1電極21或電荷儲存用電極24相同之位準形成，亦可以不同位準(具體而言，較第1電極21或電荷儲存用電極24更靠下方之位準)形成。於前者之情形時，可縮短電荷遷移控制電極27與光電轉換層之間之距離，故而易於控制電位。另一方面，於後者之情形時，可縮短電荷遷移控制電極27與電荷儲存用電極24之間之距離，故而對微細化有利。
以下，對包含第1電極212及2個電荷儲存用電極2421、2422之攝像元件區塊之動作進行說明。
於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極212施加電位V11，並對電荷儲存用電極2421、2422施加電位V31。藉由入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換生成之電洞自第2電極22 經由配線VOU而被送出至驅動電路。另一方面，由於使第1電極212之電位V11高於第2電極22之電位V21，即，由於例如對第1電極212施加正之電位，對第2電極22施加負之電位，故而設為V31≧V11，較佳為設為V31>V11。藉此，藉由光電轉換生成之電子被吸引至電荷儲存用電極2421、2422，並止於與電荷儲存用電極2421、2422對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域。即，將電荷儲存於無機氧化物半導體材料層23B等。由於V31≧V11，故而光電轉換層23A之內部所生成之電子不會向第1電極212遷移。隨著光電轉換之時間經過，與電荷儲存用電極2421、2422對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域中之電位成為更負側之值。
於電荷儲存期間之後期，進行重置動作。藉此，重置第1浮動擴散層之電位，第1浮動擴散層之電位成為電源之電位VDD。
重置動作完成後，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212施加電位V21，對電荷儲存用電極2421施加電位V32-A，並對電荷儲存用電極2422施加電位V32-B。此處，設為V32-A<V21<V32-B。藉此，止於與電荷儲存用電極2421對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域的電子被讀出至第1電極212，進而被讀出至第1浮動擴散層。即，將與電荷儲存用電極2421對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域中所儲存之電荷讀出至控制部。若讀出完成，則設為V32-B≦V32-A<V21。再者，於圖54、圖55所示之例中，亦可設為V32-B<V21<V32-A。藉此，止於與電荷儲存用電極2422對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域的電子被讀出至第1電極212，進而被讀出至第1浮動擴散層。又，於圖52、圖 53所示之例中，將止於與電荷儲存用電極2422對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域的電子經由電荷儲存用電極2422所相鄰之第1電極213而讀出至第1浮動擴散層。如此，將與電荷儲存用電極2422對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域中所儲存之電荷讀出至控制部。再者，若與電荷儲存用電極2421對向之無機氧化物半導體材料層23B等之區域中所儲存之電荷向控制部之讀出完成，則亦可重置第1浮動擴散層之電位。
圖58A中示出了實施例9之攝像元件區塊中之讀出驅動例，但以如下流程，即，
[步驟-A]
對比較器之自動歸零信號輸入
[步驟-B]
共有之1個浮動擴散層之重置動作
[步驟-C]
與電荷儲存用電極2421對應之攝像元件中之P相讀出及電荷向第1電極212之遷移
[步驟-D]
與電荷儲存用電極2421對應之攝像元件中之D相讀出及電荷向第1電極212之遷移
[步驟-E]
共有之1個浮動擴散層之重置動作
[步驟-F]
對比較器之自動歸零信號輸入
[步驟-G]
與電荷儲存用電極2422對應之攝像元件中之P相讀出及電荷向第1電極212之遷移
[步驟-H]
與電荷儲存用電極2422對應之攝像元件中之D相讀出及電荷向第1電極212之遷移，將來自與電荷儲存用電極2421及電荷儲存用電極2422對應之2個攝像元件之信號讀出。基於相關雙取樣(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儲存用電極2421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儲存用電極2422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58B)。又，亦可省略[步驟-F]之動作，於此情形時，進而，可省略[步驟-G](參照圖58C)，[步驟-C]中之P相讀出與[步驟-D]中之D相讀出之差量為來自與電荷儲存用電極2421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儲存用電極2422對應之攝像元件之信號。
將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖56(實施例9之第6變化例)及圖57(實施例9之第7變化例)中，於圖56及圖57所示之變化例中，攝像元件區塊包含4個攝像元件。該等固體攝像裝置之動作實質上可設為與圖50~圖55所示之固體攝像裝置之動作同樣。
於實施例9之固體攝像裝置中，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極，故而可將排列有複數個攝像元件之像素區域中之構成、構造簡化、微細化。再者，針對1個浮動擴散層而設置之複數個攝像元件可包含複數個第1類型之攝像元件，亦可包含至少一個第1類型之攝像元件、及1個或2個以上之第2類型之攝像元件。
[實施例10]
實施例10係實施例9之變化。將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖59、圖60、圖61及圖62中，於圖59、圖60、圖61及圖62所示之實施例10之固體攝像裝置中，攝像元件區塊包含2個攝像元件。並且，於攝像元件區塊之上方配設有1個晶載微透鏡14。再者，於圖60及圖62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遷移控制電極27。
例如，與構成攝像元件區塊之電荷儲存用電極2411、2421、2431、2441對應之光電轉換層對來自圖式右斜上之入射光具有較高感度。又，與構成攝像元件區塊之電荷儲存用電極2412、2422、2432、2442對應之光電轉換層對來自圖式左斜上之入射光具有較高感度。因此，例如，藉由將具有電荷儲存用電極2411之攝像元件與具有電荷儲存用電極2412之攝像元件組合，可取得影像面相位差信號。又，若將來自具有電荷儲存用電極2411之攝像元件之信號與來自具有電荷儲存用電極2412之攝像元件之信號相加，則可藉由與該等攝像元件之組合而構成1個攝像元件。於圖59所示之例中，於電荷儲存用電極2411與電荷儲存用電極2412之間配置第1電極 211，但如圖61所示之例般，藉由與並列設置之2個電荷儲存用電極2411、2412對向而配置1個第1電極211，可謀求感度之進一步提高。
以上，基於較佳之實施例而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或構成、製造條件、製造方法、所使用之材料為例示，可適當變更。可適當組合各實施例之攝像元件。亦可將本發明之攝像元件之構成、構造應用於發光元件、例如有機EL(Electroluminescence，電致發光)元件，亦可應用於薄膜電晶體之通道形成區域。
在某些情況下，如上所述，亦可將浮動擴散層FD1、FD2、FD3、51C、45C、46C共有化。
又，例如，如圖63所示之實施例1中所說明之攝像元件、積層型攝像元件之變化例般，亦可設為光自第2電極22之側入射且於靠第2電極22之光入射側形成有遮光層15之構成。再者，亦可使設置於較光電轉換層更靠光入射側之各種配線作為遮光層而發揮功能。
再者，於圖63所示之例中，遮光層15形成於第2電極22之上方，即，於靠第2電極22之光入射側且第1電極21之上方形成有遮光層15，但如圖64所示，亦可配設於第2電極22之光入射側之面之上。又，在某些情況下，如圖65所示，亦可於第2電極22形成遮光層15。
又或者，亦可設為光自第2電極22側入射且光不入射至第1電極21之構造。具體而言，如圖63所示，於靠第2電極22之光入射側且第1電極21之上方形成有遮光層15。又或者，如圖67所示，亦可設為如下構成：於電荷儲存用電極24及第2電極22之上方設置有晶載微透鏡14，入射至晶載微透鏡14之光聚光於電荷儲存用電極24，且不到達第1電極21。再者，如實施例4中所說明般，於設置有傳輸控制用電極25之情形時，可設為光不入射至第1電極21及傳輸控制用電極25之形態，具體而言，如圖66所示，亦可設為於第1電極21及傳輸控制用電極25之上方形成有遮光層15之構造。又或者，亦可設為入射至晶載微透鏡14之光不會到達第1電極21或第1電極21及傳輸控制用電極25之構造。
藉由採用該等構成、構造，又或者藉由以光僅入射至位於電荷儲存用電極24上方之光電轉換部23之部分之方式設置遮光層15，又或者設計晶載微透鏡14，位於第1電極21之上方(或者，第1電極21及傳輸控制用電極25之上方)之光電轉換部23之部分不再有助於光電轉換，故而可更確實地一齊重置全部像素，可更容易地實現全域快門功能。即，於具備複數個具有該等構成、構造之攝像元件之固體攝像裝置之驅動方法中，反覆進行如下各製程：於全部攝像元件中，一面將電荷一齊儲存於無機氧化物半導體材料層23B等，一面將第1電極21中之電荷放出至系統外，其後，於全部攝像元件中，將儲存於無機氧化物半導體材料層23B等之電荷一齊傳輸至第1電極21，傳輸完成後，依序讀出各攝像元件中傳輸至第1電極21之電荷。
於此種固體攝像裝置之驅動方法中，各攝像元件具有自第2電極側入射之光不會入射至第1電極之構造，於全部攝像元件中，一面將電荷一齊儲存於無機氧化物半導體材料層等，一面將第1電極中之電荷放出至系統外，故而可於全部攝像元件中確實地同時進行第1電極之重置。並且，其後，於全部攝像元件中，將儲存於無機氧化物半導體材料層等之電荷一齊傳輸至第1電極，傳輸完成後，依序讀出各攝像元件中傳輸至第1電極之電荷。因此，可容易地實現所謂全域快門功能。
於形成有在複數個攝像元件中共通化之1層無機氧化物半導體材料層23B之情形時，就無機氧化物半導體材料層23B之端部之保護等觀點而言，較理想為，無機氧化物半導體材料層23B之端部至少被光電轉換層23A覆蓋。此種情形之攝像元件之構造只要設為圖1所示之模式性剖視圖之無機氧化物半導體材料層23B之右端所圖示之構造即可。
又，作為實施例4之變化例，如圖67所示，亦可自最接近第1電極21之位置向電荷儲存用電極24設置複數個傳輸控制用電極。再者，圖67中示出了設置有2個傳輸控制用電極25A、25B之例。並且，亦可設為如下構造：於電荷儲存用電極24及第2電極22上方設置有晶載微透鏡14，入射至晶載微透鏡14之光聚光於電荷儲存用電極24，且不會到達第1電極21及傳輸控制用電極25A、25B。
亦可設為如下構成：第1電極21在設置於絕緣層82之開口部85內延 伸，且與無機氧化物半導體材料層23B連接。
又，於實施例中，舉例應用於檢測與入射光量相應之信號電荷作為物理量之單元像素以矩陣狀配置而成之CMOS型固體攝像裝置之情形而進行了說明，但並不限於應用於CMOS型固體攝像裝置，亦可應用於CCD型固體攝像裝置。於後者之情形時，信號電荷藉由CCD型構造之垂直傳輸暫存器而於垂直方向被傳輸，藉由水平傳輸暫存器而於水平方向被傳輸、放大，藉此，輸出像素信號(圖像信號)。又，並不限定於像素以二維矩陣狀形成且針對每個像素行配置行信號處理電路而成之行方式之固體攝像裝置全體。進而，在某些情況下，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應用於檢測可見光之入射光量之分佈並以圖像之形式拍攝之固體攝像裝置，亦可應用於以圖像之形式拍攝紅外線或X射線、或者粒子等之入射量之分佈之固體攝像裝置。又，廣義而言，可應用於檢測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並以圖像之形式拍攝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，並不限定於以列為單位依序掃描攝像區域之各單元像素而自各單元像素讀出像素信號之固體攝像裝置。亦可應用於以像素為單位選擇任意之像素且以像素為單位自選擇像素讀出像素信號之X-Y位址型之固體攝像裝置。固體攝像裝置可為以單晶片之形式形成之形態，亦可為將攝像區域與驅動電路或光學系統集中封裝而成之具有攝像功能之模組狀之形 態。
又，並不限於應用於固體攝像裝置，亦可應用於攝像裝置。此處，攝像裝置係指數位靜態相機或攝錄影機等之相機系統、或行動電話等具有攝像功能之電子機器。亦存在將搭載於電子機器之模組狀之形態、即相機模組設為攝像裝置之情形。
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之例以概念圖之形式示於圖69中。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使來自被攝體之影像光(入射光)成像於固體攝像裝置201之攝像面上。藉此，將信號電荷於一定期間儲存於固體攝像裝置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。根據自驅動電路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。經信號處理之影像信號記憶於記憶體等記憶媒體中，或輸出至顯示器。於此種電子機器200中，可達成固體攝像裝置201中之像素尺寸之微細化及傳輸效率之提高，故而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，並不限定於相機，可應用於適於數位靜態相機、行動電話等移動式機器之相機模組等攝像裝置。
本發明之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可 作為搭載於汽車、電動汽車、油電混合車、機車、腳踏車、個人移動裝置、飛機、無人飛機、船舶、機器人等中任一種移動體的裝置而實現。
圖72係表示作為可應用本發明之技術之移動體控制系統之一例的車輛控制系統之概略構成例的方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通信網路12001而連接之複數個電子控制單元。於圖72所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、車身系統控制單元12020、車外資訊檢測單元12030、車內資訊檢測單元12040、及統合控制單元12050。又，作為統合控制單元12050之功能構成，圖示了微電腦12051、聲音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface，介面)12053。
驅動系統控制單元12010根據各種程式而控制與車輛之驅動系統有關之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛之轉向角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等之控制裝置而發揮功能。
車身系統控制單元12020根據各種程式而控制裝備於車體之各種裝置之動作。例如，車身系統控制單元12020作為無鑰匙進入系統、智慧型鑰匙系統、電動車窗裝置、或者頭燈、後照燈、刹車燈、轉向燈或霧燈等各種燈之控制裝置而發揮功能。於此情形時，自代替鑰匙之行動裝置發送之 電波或各種開關之信號可輸入至車身系統控制單元12020。車身系統控制單元12020接收該等電波或信號之輸入，並控制車輛之門鎖裝置、電動車窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛之外部之資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接有攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，並且接收所拍攝之圖像。車外資訊檢測單元12030亦可基於所接收之圖像而進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光並輸出與該光之光接收量相應之電信號之光感測器。攝像部12031亦可將電信號以圖像之形式輸出，亦可以測距之資訊之形式輸出。又，攝像部12031所接收之光可為可見光，亦可為紅外線等不可見光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040例如連接有檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041例如包含拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040可基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊而算出駕駛者之疲勞程度或集中程度，亦可判別駕駛者是否打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車內外之資訊而運算出驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝 置之控制目標值，並對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以ADAS(Advanced Driver Assistance System，高級駕駛者輔助系統)之功能實現為目的之協調控制，其包含車輛之碰撞避免或者衝擊緩和、基於車間距離之跟隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道偏離警告等。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車輛之周圍之資訊而控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，藉此，進行以在不依靠駕駛者之操作之情況下自主地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030取得之車外之資訊而對車身系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據由車外資訊檢測單元12030檢測出之先行車或對向車之位置而控制頭燈，並進行將遠光切換為近光等以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052將聲音及圖像之中至少一者之輸出信號發送至可在視覺或聽覺上對車輛之搭乘者或車外通知資訊之輸出裝置。於圖72之例中，作為輸出裝置，例示了聲頻揚聲器12061、顯示部12062及儀錶板12063。顯示部12062例如亦可包含板載顯示器及抬頭顯示器中至少一者。
圖73係表示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖73中，車輛12100具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105例如設置於車輛12100之前臉、側鏡、後保險杠、後門及車室內之前窗玻璃之上部等位置。前臉所具備之攝像部12101及車室內之前窗玻璃之上部所具備之攝像部12105主要取得車輛12100之前方之圖像。側鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100之側方之圖像。後保險杠或後門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100之後方之圖像。由攝像部12101及12105取得之前方之圖像主要用於先行車輛或步行者、障礙物、信號機、交通標識或車線等之檢測。
再者，圖73中示出了攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前臉之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113分別表示設置於側鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保險杠或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由將由攝像部12101至12104所拍攝之圖像資料重疊，而獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104中至少一者亦可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104中至少一者可為包含複數個攝像元件之立體相機，亦可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051可基於由攝像部12101至12104所獲得之距離資訊而求出距攝像範圍12111至12114內之各立體物之距離及該距離之時間變化(相對於車輛12100之相對速度)，藉此，提取尤其位於車輛12100之行進路上之最接近之立體物且於與車輛12100大致相同之方向上以特定之速度(例如，0km/h以上)行駛之立體物作為先行車。進而，微電腦12051可於先行車之近前預先設定應確保之車間距離，並進行自動刹車控制(亦包含跟隨停止控制)或自動加速控制(亦包含跟隨發動控制)等。如此，可進行以在不依靠駕駛者之操作之情況下自主地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051可基於由攝像部12101至12104所獲得之距離資訊，而將與立體物有關之立體物資料分類為二輪車、普通車輛、大型車輛、步行者、電線桿等其他立體物並提取出來，並用於障礙物之自動避讓。例如，微電腦12051將車輛12100之周邊之障礙物識別為車輛12100之驅動器可視認之障礙物及難以視認之障礙物。並且，微電腦12051判斷表示與各障礙物之碰撞之危險度之碰撞風險，於碰撞風險為設定值以上且有碰撞可能性之狀況下，可藉由經由聲頻揚聲器12061或顯示部12062向驅動器輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避讓轉向，而進行用以避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104中至少一者可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定步行者是否存在於攝像部12101至12104之攝 像圖像中而識別步行者。該步行者之識別例如藉由提取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像中之特徵點之程序、及對表示物體之輪廓之一連串之特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為步行者之程序而進行。當微電腦12051判定攝像部12101至12104之攝像圖像中存在步行者並識別出步行者時，聲音圖像輸出部12052以將用以強調之方形輪廓線重疊顯示於該識別出之步行者之方式控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將表示步行者之圖標等顯示於所期望之位置之方式控制顯示部12062。
又，例如，本發明之技術亦可應用於內視鏡手術系統。
圖74係表示可應用本發明之技術(本技術)之內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。
於圖74中，圖示了手術者(醫師)11131使用內視鏡手術系統11000對患者床11133上之患者11132進行手術之情況。如圖所示，內視鏡手術系統11000包含內視鏡11100、氣腹管11111或能量處置器具11112等其他手術工具11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120、及搭載有用以進行內視鏡下手術之各種裝置之手推車11200。
內視鏡11100包含距頭端特定之長度之區域插入至患者11132之體腔內之鏡筒11101、及連接於鏡筒11101之基端之相機頭11102。於圖示之例中，圖示了構成為具有硬性鏡筒11101之所謂硬性鏡之內視鏡11100，但 內視鏡11100亦可構成為具有軟性鏡筒之所謂軟性鏡。
於鏡筒11101之頭端設置有嵌入有物鏡之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203生成之光藉由延設於鏡筒11101之內部之導光件而被導光至該鏡筒之頭端，並經由物鏡而向患者11132之體腔內之觀察對象照射。再者，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為透視鏡或側視鏡。
於相機頭11102之內部設置有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統而聚光於該攝像元件。藉由該攝像元件將觀察光光電轉換，而生成與觀察光對應之電信號，即，與觀察圖像對應之圖像信號。該圖像信號作為RAW資料(原始資料)被發送至相機控制單元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU11201包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理單元)等，總括地控制內視鏡11100及顯示裝置11202之動作。進而，CCU11201自相機頭11102接收圖像信號，並對該圖像信號實施例如顯影處理(解馬賽克處理)等用以顯示基於該圖像信號之圖像之各種圖像處理。
顯示裝置11202藉由來自CCU11201之控制而顯示基於經該CCU11201實施圖像處理之圖像信號之圖像。
光源裝置11203例如包含LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等光源，將拍攝術部等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204係針對內視鏡手術系統11000之輸入介面。用戶可經由輸入裝置11204而對內視鏡手術系統11000進行各種資訊之輸入或指示輸入。例如，用戶輸入旨在變更根據內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦距等)之指示等。
處置器具控制裝置11205控制用以進行組織之燒灼、切開或血管之封閉等之能量處置器具11112之驅動。氣腹裝置11206基於內視鏡11100之視野之確保及手術者之作業空間之確保之目的，經由氣腹管11111而將氣體送入至該體腔內以使患者11132之體腔膨脹。記錄器11207係可記錄關於手術之各種資訊之裝置。印表機11208係能以文本、圖像或曲線圖等各種形式印刷關於手術之各種資訊之裝置。
再者，對內視鏡11100供給拍攝術部時之照射光之光源裝置11203可包含白光源，該白光源例如包含LED、雷射光源或其等之組合。於藉由RGB(red green blue，紅色、綠色、藍色)雷射光源之組合而構成白光源之情形時，可高精度地控制各顏色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故而可於光源裝置11203中進行攝像圖像之白平衡之調整。又，於此情形時，亦可藉由時分地對觀察對象照射來自RGB雷射光源各者之雷射光，並與其照射時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，而時分地拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即便不於該攝像元件設置彩色濾光 片，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203亦可以針對每個特定時間變更所輸出之光之強度之方式控制其驅動。可藉由與該光之強度之變更之時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動並時分地取得圖像，並合成該圖像，而生成不存在所謂阻擋陰影及高光溢出之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可構成為可供給與特殊光觀察對應之特定之波長頻帶之光。於特殊光觀察中，例如進行所謂窄頻帶光觀察(Narrow Band Imaging)，即，藉由利用體組織中之光之吸收之波長依存性，照射與通常之觀察時之照射光(即，白光)相比更窄頻帶之光，而以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定組織。或者，於特殊光觀察中，亦可進行利用藉由照射激發光而產生之螢光獲得圖像之螢光觀察。於螢光觀察中，可進行如下步驟等：對體組織照射激發光而觀察來自該體組織之螢光(自發螢光觀察)；或將吲哚菁綠(ICG)等試劑局部注入至體組織，並且對該體組織照射與該試劑之螢光波長對應之激發光，而獲得螢光圖像。光源裝置11203可構成為可供給與此種特殊光觀察對應之窄頻帶光及/或激發光。
圖75係表示圖74所示之相機頭11102及CCU11201之功能構成之一例之方塊圖。
相機頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404、及相機頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像 處理部11412、及控制部11413。相機頭11102與CCU11201藉由傳輸電纜11400而可相互通信地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。自鏡筒11101之頭端擷取之觀察光被導光至相機頭11102，並入射至該透鏡單元11401。透鏡單元11401係將包含變焦透鏡及聚焦透鏡之複數個透鏡組合而構成。
攝像部11402包含攝像元件。構成攝像部11402之攝像元件可為1個(所謂單板式)，亦可為複數個(所謂多板式)。於攝像部11402包含多板式之情形時，例如亦可藉由利用各攝像元件生成與RGB各者對應之圖像信號，並將其等合成，而獲得彩色圖像。或者，攝像部11402亦可構成為具有用以分別取得與3D(Dimensional，維)顯示對應之右眼用及左眼用之圖像信號的1對攝像元件。藉由進行3D顯示，手術者11131可更正確地掌握術部中之活體組織之深度。再者，於攝像部11402包含多板式之情形時，透鏡單元11401亦可與各攝像元件對應而設置複數個系統。
又，攝像部11402亦可不一定設置於相機頭11102。例如，攝像部11402亦可設置於鏡筒11101之內部中物鏡之正後方。
驅動部11403包含致動器，藉由來自相機頭控制部11405之控制，而使透鏡單元11401之變焦透鏡及聚焦透鏡沿著光軸僅移動特定之距離。藉此，可適當調整利用攝像部11402所獲得之攝像圖像之倍率及焦點。
通信部11404包含用以於其與CCU11201之間收發各種資訊之通信裝置。通信部11404將由攝像部11402獲得之圖像信號作為RAW資料而經由傳輸電纜11400發送至CCU11201。
又，通信部11404自CCU11201接收用以控制相機頭11102之驅動之控制信號，並將其供給至相機頭控制部11405。該控制信號中例如包含旨在指定攝像圖像之幀頻之資訊、旨在指定攝像時之曝光值之資訊、及/或旨在指定攝像圖像之倍率及焦點之資訊等關於攝像條件之資訊。
再者，上述幀頻或曝光值、倍率、焦點等攝像條件可由用戶適當指定，亦可基於所取得之圖像信號而藉由CCU11201之控制部11413自動地設定。於後者之情形時，所謂AE(Auto Exposure，自動曝光)功能、AF(Auto Focus，自動聚焦)功能及AWB(Auto White Balance，自動白平衡)功能搭載於內視鏡11100。
相機頭控制部11405基於經由通信部11404而接收之來自CCU11201之控制信號，而控制相機頭11102之驅動。
通信部11411包含用以於其與相機頭11102之間收發各種資訊之通信裝置。通信部11411自相機頭11102接收經由傳輸電纜11400而發送之圖像信號。
又，通信部11411對相機頭11102發送用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電氣通信或光通信等而發送。
圖像處理部11412對自相機頭11102發送之RAW資料即圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行利用內視鏡11100之術部等之攝像、及由術部等之攝像所獲得之攝像圖像之顯示所相關之各種控制。例如，控制部11413生成用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於經圖像處理部11412實施了圖像處理之圖像信號，而使成像有術部等之攝像圖像顯示於顯示裝置11202。此時，控制部11413亦可使用各種圖像識別技術而識別攝像圖像內中之各種物體。例如，控制部11413可藉由檢測攝像圖像中所包含之物體之邊緣之形狀或顏色等，而識別鉗子等手術工具、特定之活體部位、出血、能量處置器具11112之使用時之水汽等。控制部11413亦可於使攝像圖像顯示於顯示裝置11202時，使用該識別結果使各種手術支援資訊重疊顯示於該術部之圖像。藉由重疊顯示手術支援資訊，並提示手術者11131，可減輕術者11131之負擔，或者術者11131可確實地推進手術。
連接相機頭11102及CCU11201之傳輸電纜11400係與電信號之通信對應之電信號電纜、與光通信對應之光纖、或其等之複合電纜。
此處，於圖示之例中，使用傳輸電纜11400以有線方式進行通信，但相機頭11102與CCU11201之間之通信亦可以無線方式進行。
再者，此處，作為一例，對內視鏡手術系統進行了說明，但本發明之技術亦可應用於其他，例如，應用於顯微鏡手術系統等。
再者，本發明亦可採取如下所示之構成。
[A01]《攝像元件：第1態樣》
一種攝像元件，其具備：第1電極；電荷儲存用電極，其與第1電極相隔而配置；光電轉換部，其與第1電極相接，且經由絕緣層而形成於電荷儲存用電極之上方；以及第2電極，其形成於光電轉換部上；且光電轉換部自第2電極側起包含光電轉換層及無機氧化物半導體材料層，無機氧化物半導體材料層包含銦原子、錫原子、鈦原子及鋅原子。
[A02]如[A01]所記載之攝像元件，其中當由InaSnbTicZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+c+d=1.00時，滿足b>d>c>0.09。
[A03]如[A01]或[A02]所記載之攝像元件，其中當由InaSnbTicZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+c+d=1.00時，滿足a<(b+c+d)≦0.6。
[A04]《攝像元件：第2態樣》
一種攝像元件，其具備：第1電極；電荷儲存用電極，其與第1電極相隔而配置；光電轉換部，其與第1電極相接，且經由絕緣層而形成於電荷儲存用電極之上方；以及第2電極，其形成於光電轉換部上；且光電轉換部自第2電極側起包含光電轉換層及無機氧化物半導體材料層，無機氧化物半導體材料層包含銦原子、錫原子、鈦原子及鋅原子，金屬原子之氧缺陷生成能量為4eV以上。
[A05]如[A01]至[A04]中任一項所記載之攝像元件，其中當將無機氧化物半導體材料層之傳導帶之最大能量值中之能量平均值設為E2，將光電轉換層之LUMO值中之能量平均值設為E1時，滿足E1-E2≧0.1(eV)。
[A06]如[A05]所記載之攝像元件，其滿足E1-E2>0.1(eV)。
[A07]如[A01]至[A06]中任一項所記載之攝像元件，其中構成無機氧化物半導體材料層之材料之遷移率為10cm2/V‧s以上。
[A08]如[A01]至[A07]中任一項所記載之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層為非晶質。
[A09]如[A01]至[A08]中任一項所記載之攝像元件，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。
[A10]如[A01]至[A09]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換層 中生成之電荷經由無機氧化物半導體材料層而向第1電極遷移。
[A11]如[A10]所記載之攝像元件，其中電荷為電子。
[B01]如[A01]至[A11]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，且與無機氧化物半導體材料層連接。
[B03]如[A01]至[B01]中任一項所記載之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料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電極於開口部之底面露出，將與第1電極之頂面相接之絕緣層之面設為第1面，將與同電荷儲存用電極對向之無機氧化物半導體材料層之部分相接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。
[B05]如[B04]所記載之攝像元件，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儲存用電極側。
[B06]《第1電極及電荷儲存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電極及電荷儲存用電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半 導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存用電極施加電位V32，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部，其中，第1電極之電位高於第2電極之電位，V31≧V11，且，V32<V12。
[B07]《下部電荷遷移控制電極》
如[A01]至[B06]中任一項所記載之攝像元件，其中於經由絕緣層而與位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換層之區域對向之區域形成有電荷遷移控制電極。
[B08]《第1電極、電荷儲存用電極及下部電荷遷移控制電極之電位之控制》
如[B07]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、第2電極、電荷儲存用電極及下部電荷遷移控制電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，對下部電荷遷移控制電極施加電位V41，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存用電極施加電位V32，對下部電荷遷移控制電極施加電位V42，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層) 之電荷經由第1電極而讀出至控制部，其中，V31≧V11，V31>V41，且，V12>V32>V42。
[B09]《下部電荷遷移控制電極》
如[A01]至[B06]中任一項所記載之攝像元件，其中在位於相鄰之攝像元件之間之光電轉換層之區域之上形成有電荷遷移控制電極，而代替形成有第2電極。
[B10]如[B09]所記載之攝像元件，其中第2電極針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極包圍第2電極之至少一部分，且與第2電極相隔而設置於光電轉換層之區域-A之上。
[B11]如[B09]所記載之攝像元件，其中第2電極針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極包圍第2電極之至少一部分，且與第2電極相隔而設置，於上部電荷遷移控制電極之下方存在電荷儲存用電極之一部分。
[B12]如[B09]所記載之攝像元件，其中第2電極針對每個攝像元件而設置，上部電荷遷移控制電極包圍第2電極之至少一部分，且與第2電極相隔而設置，於上部電荷遷移控制電極之下方存在電荷儲存用電極之一部分，並且，於上部電荷遷移控制電極之下方形成有下部電荷遷移控制電極。
[B13]《第1電極、電荷儲存用電極及下部電荷遷移控制電極之電位之控制》
如[B09]至[B12]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、第2電極、電荷儲存用電極及上部電荷遷移控制電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第2電極施加電位V21，對上部電荷遷移控制電極施加電位V41，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第2電極施加電位V22，對上部電荷遷移控制電極施加電位V42，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部，其中，V21≧V41，且，V22≧V42。
[B14]《傳輸控制用電極》
如[A01]至[B13]中任一項所記載之攝像元件，其於第1電極與電荷儲存用電極之間進而具備傳輸控制用電極，該傳輸控制用電極與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置，且經由絕緣層而與無機氧化物半導體材料層對向配置。
[B15]《第1電極、電荷儲存用電極及傳輸控制用電極之電位之控制》
如[B14]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、電荷儲存用電極及傳輸控制用電極連接於驅動電路，於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，對傳輸控制用電極施加電位V51，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷， 於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存用電極施加電位V32，對傳輸控制用電極施加電位V52，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部，其中，第1電極之電位高於第2電極之電位，V31>V51，且，V32≦V52≦V12。
[B16]《電荷放出電極》
如[A01]至[B15]中任一項所記載之攝像元件，其進而具備電荷放出電極，該電荷放出電極連接於無機氧化物半導體材料層，且與第1電極及電荷儲存用電極相隔而配置。
[B17]如[B16]所記載之攝像元件，其中電荷放出電極以包圍第1電極及電荷儲存用電極之方式配置。
[B18]如[B16]或[B17]所記載之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層在設置於絕緣層之第2開口部內延伸，且與電荷放出電極連接，電荷放出電極之頂面之緣部被絕緣層覆蓋，電荷放出電極於第2開口部之底面露出，將與電荷放出電極之頂面相接之絕緣層之面設為第3面，將與同電荷儲存用電極對向之無機氧化物半導體材料層之部分相接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。
[B19]《第1電極、電荷儲存用電極及電荷放出電極之電位之控制》
如[B16]至[B18]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、電荷儲存用電極及電荷放出電極連接於驅動電路， 於電荷儲存期間，自驅動電路對第1電極施加電位V11，對電荷儲存用電極施加電位V31，對電荷放出電極施加電位V61，並於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)中儲存電荷，於電荷傳輸期間，自驅動電路對第1電極施加電位V12，對電荷儲存用電極施加電位V32，對電荷放出電極施加電位V62，並將儲存於無機氧化物半導體材料層(或者，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層)之電荷經由第1電極而讀出至控制部，其中，第1電極之電位高於第2電極之電位，V61>V11，且，V62<V12。
[B20]《電荷儲存用電極區段》
如[A01]至[B19]中任一項所記載之攝像元件，其中電荷儲存用電極包含複數個電荷儲存用電極區段。
[B21]如[B20]所記載之攝像元件，其中於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間，對位於最接近第1電極之處之電荷儲存用電極區段施加之電位高於對位於最遠離第1電極之處之電荷儲存用電極區段施加之電位，於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間，對位於最接近第1電極之處之電荷儲存用電極區段施加之電位低於對位於最遠離第1電極之處之電荷儲存用電極區段施加之電位。
[B22]如[A01]至[B21]中任一項所記載之攝像元件，其中於半導體基板設置有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體，第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。
[B23]如[B22]所記載之攝像元件，其中於半導體基板進而設置有構 成控制部之重置電晶體及選擇電晶體，浮動擴散層連接於重置電晶體之一源極/汲極區域，放大電晶體之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體之一源極/汲極區域，選擇電晶體之另一源極/汲極區域連接於信號線。
[B24]如[A01]至[B23]中任一項所記載之攝像元件，其中電荷儲存用電極之大小大於第1電極。
[B25]如[A01]至[B24]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。
[B26]如[A01]至[B24]中任一項所記載之攝像元件，其中光自第2電極側入射，且光不入射至第1電極。
[B27]如[B26]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。
[B28]如[B26]所記載之攝像元件，其中於電荷儲存用電極及第2電極之上方設置有晶載微透鏡，入射至晶載微透鏡之光聚光於電荷儲存用電極。
[B29]《攝像元件：第1構成》
如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，絕緣層包含N個絕緣層區段，電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，第n個(其中，n=1、2、3‧‧‧N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段， n之值越大之光電轉換部區段，位於越遠離第1電極之位置，絕緣層區段之厚度自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變化。
[B30]《攝像元件：第2構成》
如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，絕緣層包含N個絕緣層區段，電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，第n個(其中，n=1、2、3‧‧‧N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，n之值越大之光電轉換部區段，位於越遠離第1電極之位置，光電轉換層區段之厚度自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變化。
[B31]《攝像元件：第3構成》
如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，絕緣層包含N個絕緣層區段，電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，第n個(其中，n=1、2、3‧‧‧N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，n之值越大之光電轉換部區段，位於越遠離第1電極之位置， 於相鄰之光電轉換部區段中，構成絕緣層區段之材料不同。
[B32]《攝像元件：第4構成》
如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，絕緣層包含N個絕緣層區段，電荷儲存用電極包含相互相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段，第n個(其中，n=1、2、3‧‧‧N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，n之值越大之光電轉換部區段，位於越遠離第1電極之位置，於相鄰之光電轉換部區段中，構成電荷儲存用電極區段之材料不同。
[B33]《攝像元件：第5構成》
如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，無機氧化物半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，絕緣層包含N個絕緣層區段，電荷儲存用電極包含相互相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段，第n個(其中，n=1、2、3‧‧‧N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，n之值越大之光電轉換部區段，位於越遠離第1電極之位置，電荷儲存用電極區段之面積自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段逐漸變小。
[B34]《攝像元件：第6構成》
如[A01]至[B28]中任一項所記載之攝像元件，其中將電荷儲存用電極、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，將遠離第1電極之方向設為X方向時，用YZ假想平面將電荷儲存用電極、絕緣層、無機氧化物半導體材料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依存於距第1電極之距離而變化。
[C01]《積層型攝像元件》
一種積層型攝像元件，其至少具有一個如[A01]至[B34]中任一項所記載之攝像元件。
[D01]《固體攝像裝置：第1態樣》
一種固體攝像裝置，其具備複數個如[A01]至[B34]中任一項所記載之攝像元件。
[D02]《固體攝像裝置：第2態樣》
一種固體攝像裝置，其具備複數個如[C01]所記載之積層型攝像元件。
[E01]《固體攝像裝置：第1構成》
一種固體攝像裝置，其具備第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部，光電轉換部具有複數個如[A01]至[B34]中任一項所記載之攝像元件，攝像元件區塊包含複數個攝像元件，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極。
[E02]《固體攝像裝置：第2構成》
一種固體攝像裝置，其具有複數個如[C01]所記載之積層型攝像元件，攝像元件區塊包含複數個攝像元件，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極。
[E03]如[E01]或[E02]所記載之固體攝像裝置，其中於1個攝像元件之上方配設有1個晶載微透鏡。
[E04]如[E01]或[E02]所記載之固體攝像裝置，其中攝像元件區塊包含2個攝像元件，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]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中針對複數個攝像元件設置有1個浮動擴散層。
[E06]如[E01]至[E05]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中第1電極與各攝像元件之電荷儲存用電極相鄰而配置。
[E07]如[E01]至[E06]中任一項所記載之固體攝像裝置，其中第1電極與複數個攝像元件之一部分之電荷儲存用電極相鄰而配置，且不與複數個攝像元件之剩餘之電荷儲存用電極相鄰而配置。
[E08]如[E07]所記載之固體攝像裝置，其中構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離較與第1電極相鄰之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離更長。
[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，該固體攝像裝置具備第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儲存用電極，該電荷儲存用電極與第1電極 相隔而配置，且經由絕緣層而與光電轉換層對向配置，且該固體攝像裝置具備複數個攝像元件，該攝像元件具有光自第2電極側入射且光不入射至第1電極之構造，該固體攝像裝置之驅動方法反覆進行如下各製程：於全部攝像元件中，一面將電荷一齊儲存於無機氧化物半導體材料層，一面將第1電極中之電荷放出至系統外，其後，於全部攝像元件中，將儲存於無機氧化物半導體材料層之電荷一齊傳輸至第1電極，傳輸完成後，依序讀出各攝像元件中傳輸至第1電極之電荷。
10:攝像元件(積層型攝像元件、第1攝像元件)
11:第2攝像元件
12:第3攝像元件
14:晶載微透鏡(OCL)
21:第1電極
22:第2電極
23:光電轉換部
23A:光電轉換層
23B:無機氧化物半導體材料層
24:電荷儲存用電極
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:重置電晶體TR1rst之閘極部
51A:重置電晶體TR1rst之通道形成區域
51B:重置電晶體TR1rst之源極/汲極區域
51C:重置電晶體TR1rst之源極/汲極區域(浮動擴散層)
52:放大電晶體TR1amp之閘極部
52A:放大電晶體TR1amp之通道形成區域
52B:放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
52C:放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
53:選擇電晶體TR1sel之閘極部
53A:選擇電晶體TR1sel之通道形成區域
53B:選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
53C:選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
61:接觸孔部
62:配線層
63:焊墊部
64:焊墊部
65:連接孔
66:連接孔
67: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:絕緣材料膜
76:層間絕緣層
81:層間絕緣層
82:絕緣層
83:保護層
85:開口部
TR1amp:放大電晶體
TR1rst:重置電晶體
TR1sel:選擇電晶體
TR2trs:傳輸電晶體
TR3trs:傳輸電晶體

Claims (13)

  1. 一種攝像元件，其具備：第1電極；電荷儲存用電極，其與第1電極相隔而配置；光電轉換部，其與第1電極相接，且經由絕緣層而形成於電荷儲存用電極之上方；以及第2電極，其形成於光電轉換部上；且光電轉換部自第2電極側起包含光電轉換層及無機氧化物半導體材料層，無機氧化物半導體材料層包含銦原子、錫原子、鈦原子及鋅原子，當將無機氧化物半導體材料層之傳導帶之最大能量值中之能量平均值設為E2，將光電轉換層之LUMO值中之能量平均值設為E1時，滿足E1-E2≧0.1(eV)。
  2. 如請求項1之攝像元件，其中當由InaSnbTicZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+c+d=1.00時，滿足b>d>c>0.09。
  3. 如請求項1之攝像元件，其中當由InaSnbTicZndOe表示無機氧化物半導體材料層之組成，且設為a+b+c+d=1.00時，滿足a<(b+c+d)≦0.6。
  4. 一種攝像元件，其具備：第1電極；電荷儲存用電極，其與第1電極相隔而配置；光電轉換部，其與第1電極相接，且經由絕緣層而形成於電荷儲存用電極之上方；以及第2電極，其形成於光電轉換部上；且光電轉換部自第2電極側起包含光電轉換層及無機氧化物半導體材料層，無機氧化物半導體材料層包含銦原子、錫原子、鈦原子及鋅原子，金屬原子之氧缺陷生成能量為4eV以上，當將無機氧化物半導體材料層之傳導帶之最大能量值中之能量平均值設為E2，將光電轉換層之LUMO值中之能量平均值設為E1時，滿足E1-E2≧0.1(eV)。
  5. 如請求項1或4之攝像元件，其滿足E1-E2>0.1(eV)。
  6. 如請求項1或4之攝像元件，其中構成無機氧化物半導體材料層之材料之遷移率為10cm2/V‧s以上。
  7. 如請求項1或4之攝像元件，其中無機氧化物半導體材料層為非晶質。
  8. 如請求項1或4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。
  9. 如請求項1或4之攝像元件，其中光電轉換層中生成之電荷經由無機氧化物半導體材料層而向第1電極遷移。
  10. 如請求項9之攝像元件，其中電荷為電子。
  11. 一種積層型攝像元件，其至少具有一個如請求項1至10中任一項之攝像元件。
  12. 一種固體攝像裝置，其具備複數個如請求項1至10中任一項之攝像元件。
  13. 一種固體攝像裝置，其具備複數個如請求項11之積層型攝像元件。
TW108131919A 2018-09-04 2019-09-04 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置 TWI835844B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-165081 2018-09-04
JP2018165081 2018-09-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202025470A TW202025470A (zh) 2020-07-01
TWI835844B true TWI835844B (zh) 2024-03-21

Family

ID=69721638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108131919A TWI835844B (zh) 2018-09-04 2019-09-04 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置

Country Status (5)

Country Link
US (2) US11800729B2 (zh)
JP (1) JP7428131B2 (zh)
DE (1) DE112019004430T5 (zh)
TW (1) TWI835844B (zh)
WO (1) WO2020050170A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11744091B2 (en) 2017-12-05 2023-08-29 Sony Corporation Imaging element, stacked-type imaging element, and solid-state imaging apparatus to improve charge transfer
JP7259849B2 (ja) * 2018-04-20 2023-04-18 ソニーグループ株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
KR20220144222A (ko) * 2021-04-19 2022-10-26 삼성전자주식회사 이미지 센서

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160037098A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Image Sensors Including Semiconductor Channel Patterns
US20160329379A1 (en) * 2014-01-22 2016-11-10 Sony Corporation Solid state imaging element, production method thereof and electronic device
JP2017118016A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 出光興産株式会社 酸化物半導体薄膜
US20180175102A1 (en) * 2016-03-01 2018-06-21 Sony Corporation Imaging element, stacked-type imaging element, solid-state imaging device, and driving method for solid-state imaging device
TW201826582A (zh) * 2016-11-30 2018-07-16 日商索尼股份有限公司 光電轉換元件及固態成像裝置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5509846B2 (ja) 2009-12-28 2014-06-04 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
KR102056905B1 (ko) 2011-07-25 2019-12-18 삼성전자주식회사 광센싱 장치 및 그 구동 방법, 광센싱 장치를 포함하는 광터치 스크린 장치
US9891102B2 (en) 2010-04-22 2018-02-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Simplified light sensing circuit, light sensing apparatus including the light sensing circuit, method of driving the light sensing apparatus, and image acquisition apparatus and optical touch screen apparatus including the light sensing apparatus
JP2016063165A (ja) 2014-09-19 2016-04-25 株式会社東芝 撮像素子及び固体撮像装置
JP6848858B2 (ja) * 2016-03-18 2021-03-24 東レ株式会社 光起電力素子
JP2019068056A (ja) * 2017-09-28 2019-04-25 東レ株式会社 光電変換素子
CN111373514A (zh) * 2017-11-20 2020-07-03 株式会社爱发科 氧化物半导体薄膜

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160329379A1 (en) * 2014-01-22 2016-11-10 Sony Corporation Solid state imaging element, production method thereof and electronic device
US20160037098A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Image Sensors Including Semiconductor Channel Patterns
JP2017118016A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 出光興産株式会社 酸化物半導体薄膜
US20180175102A1 (en) * 2016-03-01 2018-06-21 Sony Corporation Imaging element, stacked-type imaging element, solid-state imaging device, and driving method for solid-state imaging device
TW201826582A (zh) * 2016-11-30 2018-07-16 日商索尼股份有限公司 光電轉換元件及固態成像裝置

Also Published As

Publication number Publication date
US20240057362A1 (en) 2024-02-15
JP7428131B2 (ja) 2024-02-06
WO2020050170A1 (ja) 2020-03-12
JPWO2020050170A1 (ja) 2021-09-16
US20210327961A1 (en) 2021-10-21
US11800729B2 (en) 2023-10-24
TW202025470A (zh) 2020-07-01
DE112019004430T5 (de) 2021-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7407708B2 (ja) 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
TWI812699B (zh) 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
TWI820114B (zh) 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
KR102656300B1 (ko) 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치
TWI816802B (zh) 攝像裝置
TWI803616B (zh) 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
TWI812735B (zh) 攝像元件及固體攝像裝置
TW201944590A (zh) 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
TWI835844B (zh) 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
TWI826526B (zh) 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置
CN113728450A (zh) 摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置以及无机氧化物半导体材料
WO2020202902A1 (ja) 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、撮像素子の製造方法
TWI833771B (zh) 固體攝像裝置
WO2021002090A1 (ja) 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
JP7441785B2 (ja) 固体撮像装置
TWI856062B (zh) 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置以及攝像元件之製造方法
KR102717893B1 (ko) 고체 촬상 장치
TWI856748B (zh) 攝像元件及固體攝像裝置