WO2020218048A1 - 撮像素子 - Google Patents

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WO2020218048A1
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photoelectric conversion
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pixel
electrode
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佐藤　好弘
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • This disclosure relates to an image sensor.
  • Patent Document 1 discloses an image sensor having a plurality of stacked photoelectric conversion units.
  • One issue of the image sensor is to improve the image quality.
  • the image sensor is It has a plurality of pixels. Each of the plurality of pixels A first photoelectric conversion layer that converts light into a first charge, The first pixel electrode that collects the first charge and A second photoelectric conversion layer arranged above the first photoelectric conversion layer and converting light into a second charge, The second pixel electrode that collects the second charge and including. The area of the first pixel electrode is smaller than the area of the second pixel electrode.
  • the image quality can be improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an imaging device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the image pickup device shown in FIG.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of an image pickup device having another configuration of a plurality of counter electrodes.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view of an image pickup device having still another configuration of the plurality of counter electrodes.
  • FIG. 3A is a diagram showing the arrangement of pixel electrodes and plugs when the image sensor according to the first embodiment is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • FIG. 3B is a diagram showing another arrangement of pixel electrodes when the image pickup device according to the first embodiment is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • FIG. 3A is a diagram showing the arrangement of pixel electrodes and plugs when the image sensor according to the first embodiment is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • FIG. 3B is a diagram showing another arrangement of pixel electrodes when the image
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the image pickup device according to the first modification.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of another image pickup device according to the first modification.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the image pickup device according to the second modification.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the image pickup device according to the third modification.
  • FIG. 6B is a diagram showing the arrangement of the first charge storage region, the second charge storage region, the third charge storage region, and the first pixel electrode when the image pickup device according to the modification 3 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate. Is.
  • FIG. 6B is a diagram showing the arrangement of the first charge storage region, the second charge storage region, the third charge storage region, and the first pixel electrode when the image pickup device according to the modification 3 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate. Is.
  • FIG. 6B is a diagram showing the arrangement of the first charge storage region, the second charge storage region, the third charge storage region
  • FIG. 6C shows different arrangements of the first charge storage region, the second charge storage region, the third charge storage region, and the first pixel electrode when the image sensor according to the third modification is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate. It is a figure which shows.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of the image sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram showing the arrangement of pixel electrodes and plugs when the image sensor according to the second embodiment is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the image sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the arrangement of pixel electrodes and photodiodes when the image sensor according to the third embodiment is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the image sensor according to the fourth embodiment.
  • color mixing due to obliquely incident light tends to be a problem. That is, the light obliquely incident on a specific pixel is also incident on the adjacent pixel, causing color mixing between the pixels. Suppressing color mixing due to obliquely incident light is beneficial for improving image quality.
  • the present disclosure provides a technique for suppressing color mixing due to obliquely incident light.
  • the image sensor according to the first aspect of the present disclosure is With multiple pixels, Each of the plurality of pixels A first photoelectric conversion layer that converts light into a first charge, The first pixel electrode that collects the first charge and A second photoelectric conversion layer arranged above the first photoelectric conversion layer and converting light into a second charge, The second pixel electrode that collects the second charge and Including The area of the first pixel electrode is smaller than the area of the second pixel electrode.
  • the area of the first pixel electrode is limited, so that it is difficult for the first pixel electrode to collect the electric charge generated by the oblique incident. As a result, color mixing between adjacent pixels can be suppressed.
  • the image pickup device may further include a semiconductor substrate, and when the image pickup element is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate, the second pixel electrode The first pixel electrode may be contained inside the outer edge of the above. According to such a configuration, color mixing due to oblique incident can be more sufficiently suppressed.
  • the material of the first pixel electrode may be different from the material of the second pixel electrode. According to such a configuration, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate can be suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • the first pixel electrode may be thicker than the second pixel electrode. According to such a configuration, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate can be further suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • the image pickup element according to any one of the first to fourth aspects is provided on the semiconductor substrate and the semiconductor substrate, and is electrically connected to the first pixel electrode.
  • a first charge storage region and a second charge storage region provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the second pixel electrode may be further provided, and the second charge storage region may be further provided from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • the first charge storage region and the second charge storage region may overlap the first pixel electrode. According to such a configuration, since the light is blocked by the first pixel electrode, it is difficult for the light to be incident on each charge storage region.
  • the image pickup element according to any one of the first to fifth aspects is arranged between the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer, and emits light.
  • a third photoelectric conversion layer that converts to three charges and a third pixel electrode that collects the third charge may be further provided. Such a configuration is suitable for forming a full-color image.
  • the area of the third pixel electrode may be smaller than the area of the second pixel electrode. According to such a configuration, since the area of the second pixel electrode is limited, it is difficult for the second pixel electrode to collect the electric charge generated by the oblique incident. As a result, color mixing between adjacent pixels can be suppressed.
  • the area of the first pixel electrode may be smaller than the area of the third pixel electrode. According to such a configuration, the effect obtained when the area of the first pixel electrode is smaller than the area of the second pixel electrode and the effect obtained when the area of the third pixel electrode is smaller than the area of the second pixel electrode are obtained. The effects to be obtained are superposed.
  • the image pickup device may further include a semiconductor substrate, and the image pickup device is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • the third pixel electrode may be contained inside the outer edge of the second pixel electrode. According to such a configuration, color mixing due to oblique incident can be more sufficiently suppressed.
  • the image pickup device may further include a semiconductor substrate, and the image pickup device is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate.
  • the first pixel electrode may be contained inside the outer edge of the third pixel electrode. According to such a configuration, the effect obtained when the first pixel electrode is contained inside the outer edge of the second pixel electrode and when the third pixel electrode is contained inside the outer edge of the second pixel electrode. The effects obtained in are superposed.
  • the material of the first pixel electrode may be different from the material of the third pixel electrode. According to such a configuration, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate can be further suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • the first pixel electrode may be thicker than the third pixel electrode. According to such a configuration, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate can be further suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • the image pickup element according to any one of the sixth to twelfth aspects is provided on the semiconductor substrate and the semiconductor substrate, and is electrically connected to the first pixel electrode.
  • the third charge storage region may be further provided, and when the image pickup device is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate, the first charge storage region, the second charge storage region, and the third charge storage region are provided.
  • the charge storage region may overlap the first pixel electrode. According to such a configuration, since the light is blocked by the first pixel electrode, it is difficult for the light to be incident on each charge storage region.
  • the image pickup apparatus may further include a semiconductor substrate, and the first aspect is in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate.
  • the distance between the outer edge of the one-pixel electrode and the outer edge of the third pixel electrode may be longer than the distance between the outer edge of the second pixel electrode and the outer edge of the third pixel electrode. According to such a configuration, color mixing due to oblique incident can be significantly suppressed.
  • a part of the first photoelectric conversion layer in the first pixel arbitrarily selected from the plurality of pixels May be electrically connected to a part of the first photoelectric conversion layer in the pixel adjacent to the first pixel among the plurality of pixels, and the second pixel arbitrarily selected from the plurality of pixels.
  • a part of the second photoelectric conversion layer in the pixel may be electrically connected to a part of the second photoelectric conversion layer in the pixel adjacent to the second pixel among the plurality of pixels.
  • the image sensor according to the 16th aspect of the present disclosure is With a semiconductor substrate With multiple pixels It is an image sensor equipped with Each of the plurality of pixels With the first photoelectric conversion layer arranged above the semiconductor substrate, A first pixel electrode that is electrically connected to the first photoelectric conversion layer and collects electric charges corresponding to light in the first wavelength region. A first charge storage region provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the first pixel electrode, A second photoelectric conversion layer arranged above the first photoelectric conversion layer and A second pixel electrode that is electrically connected to the second photoelectric conversion layer and collects electric charges corresponding to light in the second wavelength region. A second charge storage region provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the second pixel electrode, Have, When the image sensor is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate, both the first charge storage region and the second charge storage region overlap the first pixel electrode.
  • the 16th aspect since the light is blocked by the first pixel electrode, it is difficult for the light to be incident on each charge storage region. As a result, the parasitic sensitivity of the semiconductor substrate can be reduced.
  • the image pickup element according to any one of the 1st to 16th aspects may further include a semiconductor substrate, and the first pixel electrode receives the first charge.
  • the first storage electrode to be stored in the first photoelectric conversion layer and the first readout electrode electrically connected to the semiconductor substrate may be included, and the second pixel electrode may charge the second charge to the second charge. 2.
  • a second storage electrode to be stored in the photoelectric conversion layer and a second readout electrode electrically connected to the semiconductor substrate may be included.
  • FIG. 1 shows the configuration of the image pickup apparatus 100A according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the image pickup device 100A includes an image pickup device 100.
  • the image pickup device 100 includes a semiconductor substrate 1 and a plurality of pixels 10.
  • the plurality of pixels 10 are provided on the semiconductor substrate 1.
  • Each pixel 10 is supported by the semiconductor substrate 1.
  • a part of the pixel 10 may be composed of the semiconductor substrate 1.
  • the semiconductor substrate 1 can be a circuit board including various electronic circuits.
  • the semiconductor substrate 1 is composed of, for example, a Si substrate.
  • Each pixel 10 includes a photoelectric conversion unit 12.
  • the photoelectric conversion unit 12 receives an incident of light to generate a positive charge and a negative charge, typically a hole-electron pair.
  • the photoelectric conversion unit 12 includes at least one photoelectric conversion layer arranged above the semiconductor substrate 1. In FIG. 1, the photoelectric conversion units 12 of each pixel 10 are shown spatially separated from each other. However, this is just for convenience of explanation.
  • the photoelectric conversion units 12 of the plurality of pixels 10 can be continuously arranged on the semiconductor substrate 1 without being spaced apart from each other.
  • the pixels 10 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns of m rows and n columns. m and n represent integers of 1 or more independently of each other.
  • the pixels 10 form an imaging region by being arranged on the semiconductor substrate 1 in, for example, two dimensions.
  • the image pickup device 100A When the image pickup device 100A is viewed in a plan view, the image pickup device 100 can be defined as a region in which the photoelectric conversion layer exists.
  • the number and arrangement of the pixels 10 are not particularly limited.
  • the center of each pixel 10 is located on a grid point of a square grid.
  • a plurality of pixels 10 may be arranged so that the center of each pixel 10 is located on a lattice point such as a triangular lattice or a hexagonal lattice.
  • the image sensor 100 can be used as a line sensor.
  • the image pickup apparatus 100A has a peripheral circuit formed on the semiconductor substrate 1.
  • the peripheral circuit includes a vertical scanning circuit 52 and a horizontal signal reading circuit 54. Peripheral circuits may additionally include a control circuit 56 and a voltage supply circuit 58. The peripheral circuit may further include a signal processing circuit, an output circuit, and the like. Each circuit is provided on the semiconductor substrate 1. A part of the peripheral circuit may be arranged on another substrate different from the semiconductor substrate 1 on which the pixel 10 is formed.
  • the vertical scanning circuit 52 is also called a row scanning circuit.
  • An address signal line 44 is provided corresponding to each line of the plurality of pixels 10, and the address signal line 44 is connected to the vertical scanning circuit 52.
  • the signal line provided corresponding to each line of the plurality of pixels 10 is not limited to the address signal line 44, and a plurality of types of signal lines are connected to the vertical scanning circuit 52 for each line of the plurality of pixels 10. sell.
  • the horizontal signal readout circuit 54 is also called a column scanning circuit.
  • a vertical signal line 45 is provided corresponding to each row of the plurality of pixels 10, and the vertical signal line 45 is connected to the horizontal signal reading circuit 54.
  • the control circuit 56 receives command data, a clock, and the like given from the outside of the image pickup apparatus 100A, and controls the entire image pickup apparatus 100A.
  • the control circuit 56 has a timing generator and supplies drive signals to the vertical scanning circuit 52, the horizontal signal readout circuit 54, the voltage supply circuit 58, and the like.
  • the control circuit 56 can be implemented, for example, by a microcontroller that includes one or more processors.
  • the function of the control circuit 56 may be realized by a combination of a general-purpose processing circuit and software, or may be realized by hardware specialized for such processing.
  • the voltage supply circuit 58 supplies a predetermined voltage to each pixel 10 via the voltage line 48.
  • the voltage supply circuit 58 is not limited to a specific power supply circuit, and may be a circuit that converts a voltage supplied from a power source such as a battery into a predetermined voltage, or may be a circuit that generates a predetermined voltage. Good.
  • the voltage supply circuit 58 may be a part of the vertical scanning circuit 52 described above. These circuits constituting the peripheral circuits may be arranged in the peripheral region R2 outside the image sensor 100.
  • FIG. 2A shows a cross section of the image sensor 100.
  • Each pixel 10 has a plurality of photoelectric conversion layers 121, 122 and 123.
  • the plurality of photoelectric conversion layers 121, 122 and 123 include a first photoelectric conversion layer 121, a second photoelectric conversion layer 122 and a third photoelectric conversion layer 123.
  • the first photoelectric conversion layer 121 may be a single layer shared by a plurality of pixels 10.
  • the second photoelectric conversion layer 122 may be a single layer shared by a plurality of pixels 10.
  • the third photoelectric conversion layer 123 may be a single layer shared by a plurality of pixels 10. However, each of the photoelectric conversion layers 121, 122 and 123 may be separated for each pixel. "Shared by a plurality of pixels" means that it is shared between a specific pixel and at least one pixel adjacent to the specific pixel.
  • the technique of the present disclosure can exert a particularly high effect when each of the photoelectric conversion layers 121, 122 and 123 is a single layer.
  • the first photoelectric conversion layer 121 is electrically connected between adjacent pixels.
  • the second photoelectric conversion layer 122 is electrically connected between adjacent pixels.
  • the third photoelectric conversion layer 123 is electrically connected between adjacent pixels. That is, a part of the first photoelectric conversion layer 121 in the specific pixel 10 (first pixel) arbitrarily selected from the plurality of pixels 10 is the pixel 10 adjacent to the specific pixel 10 among the plurality of pixels 10. It is electrically connected to a part of the first photoelectric conversion layer 121 in the above.
  • a part of the second photoelectric conversion layer 122 in the specific pixel 10 (second pixel) arbitrarily selected from the plurality of pixels 10 is the second pixel 10 in the pixel 10 adjacent to the specific pixel 10 among the plurality of pixels 10. 2 It is electrically connected to a part of the photoelectric conversion layer 122.
  • a part of the third photoelectric conversion layer 123 in the specific pixel 10 (third pixel) arbitrarily selected from the plurality of pixels 10 is the third pixel 10 in the pixel 10 adjacent to the specific pixel 10 among the plurality of pixels 10. 3 It is electrically connected to a part of the photoelectric conversion layer 123.
  • the photoelectric conversion layers 121, 122 and 123 are made of a photoelectric conversion material.
  • the photoelectric conversion material is typically an organic material.
  • the first photoelectric conversion layer 121 collects an electric charge (first electric charge) corresponding to light in the first wavelength region.
  • the second photoelectric conversion layer 122 collects a charge (second charge) corresponding to light in the second wavelength region.
  • the third photoelectric conversion layer 123 collects the electric charge (third charge) corresponding to the light in the third wavelength region.
  • the first wavelength range is, for example, the wavelength range of red light.
  • the first photoelectric conversion layer 121 is made of a material that is sensitive to red light.
  • the second wavelength range is, for example, the wavelength range of blue light.
  • the second photoelectric conversion layer 122 is made of a material that is sensitive to blue light.
  • the third wavelength range is, for example, the wavelength range of green light.
  • the third photoelectric conversion layer 123 is made of a material that is sensitive to green light.
  • the semiconductor substrate 1, the first photoelectric conversion layer 121, the third photoelectric conversion layer 123, and the second photoelectric conversion layer 122 are arranged in this order.
  • the first photoelectric conversion layer 121 is arranged above the semiconductor substrate 1.
  • the third photoelectric conversion layer 123 is arranged above the first photoelectric conversion layer 121.
  • the second photoelectric conversion layer 122 is arranged above the third photoelectric conversion layer 123.
  • the first photoelectric conversion layer 121 is arranged between the third photoelectric conversion layer 123 and the semiconductor substrate 1.
  • the third photoelectric conversion layer 123 is arranged between the second photoelectric conversion layer 122 and the first photoelectric conversion layer 121.
  • the order of the photoelectric conversion layers 121, 122 and 123 is not limited to this order. In general, the sensitivity of the photoelectric conversion material that absorbs blue light is low, so it is advantageous that the layer that is sensitive to blue light is on the top layer.
  • upper and lower are defined based on the traveling direction of light. The side closer to the light incident surface is “upper”, and the side away from the light incident surface is “lower”.
  • Each pixel 10 further has a plurality of pixel electrodes 13, 14 and 15.
  • the plurality of pixel electrodes 13, 14 and 15 include a first pixel electrode 13, a second pixel electrode 14, and a third pixel electrode 15.
  • the first pixel electrode 13 is electrically connected to the first photoelectric conversion layer 121.
  • the second pixel electrode 14 is electrically connected to the second photoelectric conversion layer 122.
  • the third pixel electrode 15 is electrically connected to the third photoelectric conversion layer 123.
  • the second pixel electrode 14 and the third pixel electrode 15 are transparent electrodes having transparency to visible light and / or near infrared light.
  • the transparent electrode is made of a transparent conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide).
  • the first pixel electrode 13 is a non-transparent electrode having no translucency to visible light and / or near infrared light. Examples of the material of the non-transparent electrode include metals, metal oxides, metal nitrides, and conductive polysilicon.
  • having translucency means that the transmittance of light in a specific wavelength range is 40% or more.
  • the wavelength range of visible light is, for example, 400 nm to 780 nm.
  • the wavelength range of near-infrared light is, for example, 780 nm to 2000 nm.
  • the transmittance can be calculated by the method specified in Japanese Industrial Standard JIS R3106 (1998).
  • Each pixel 10 further has a plurality of counter electrodes 17, 18 and 19.
  • the plurality of counter electrodes 17, 18 and 19 include a first counter electrode 17, a second counter electrode 18, and a third counter electrode 19.
  • the counter electrodes 17, 18 and 19 can be transparent electrodes having transparency to visible light and / or near infrared light, respectively.
  • the first counter electrode 17 is provided corresponding to the first pixel electrode 13.
  • the first photoelectric conversion layer 121 is sandwiched between the first counter electrode 17 and the first pixel electrode 13.
  • the second counter electrode 18 is provided corresponding to the second pixel electrode 14.
  • the second photoelectric conversion layer 122 is sandwiched between the second counter electrode 18 and the second pixel electrode 14.
  • the third counter electrode 19 is provided corresponding to the third pixel electrode 15.
  • the third photoelectric conversion layer 123 is sandwiched between the third counter electrode 19 and the third pixel electrode 15.
  • the first counter electrode 17 is electrically connected to the first photoelectric conversion layer 121.
  • the second counter electrode 18 is electrically connected to the second photoelectric conversion layer 122.
  • the third counter electrode 19 is electrically connected to the third photoelectric conversion layer 123.
  • the first counter electrode 17 may be a single layer shared by a plurality of pixels 10.
  • the second counter electrode 18 may be a single layer shared by a plurality of pixels 10.
  • the third counter electrode 19 may be a single layer shared by the plurality of pixels 10. However, each of the counter electrodes 17, 18 and 19 may be separated for each pixel.
  • the following structure can be adopted even if the counter electrode is a single layer or is divided for each pixel. That is, a part of the first counter electrode 17 in a specific pixel 10 arbitrarily selected from the plurality of pixels 10 is electrically connected to a part of the first counter electrode 17 in the pixel 10 adjacent to the specific pixel 10. It is connected. A part of the second counter electrode 18 in a specific pixel 10 arbitrarily selected from the plurality of pixels 10 is electrically connected to a part of the second counter electrode 18 in the pixel 10 adjacent to the specific pixel 10. ing. A part of the third counter electrode 19 in a specific pixel 10 arbitrarily selected from the plurality of pixels 10 is electrically connected to a part of the third counter electrode 19 in the pixel 10 adjacent to the specific pixel 10. ing.
  • FIG. 2B shows an image sensor 100b having a plurality of counter electrodes 17, 18 and 19 having different configurations.
  • FIG. 2C shows an image sensor 100c having still another configuration of the plurality of counter electrodes 17, 18 and 19. As shown in FIGS. 2B and 2C, the plurality of counter electrodes 17, 18 and 19 may have different thicknesses.
  • the second counter electrode 18 may be thicker than the third counter electrode 19.
  • the third counter electrode 19 may be thicker than the first counter electrode 17. That is, the thickness of the counter electrode may increase as the semiconductor substrate 1 approaches the incident surface of light. This makes it possible to alleviate the step on the upper surface of the insulating layer formed during the manufacture of the image pickup device 100.
  • the first counter electrode 17 may be thicker than the third counter electrode 19.
  • the third counter electrode 19 may be thicker than the second counter electrode 18. That is, the thickness of the counter electrode may increase as it approaches the semiconductor substrate 1 from the incident surface of light. As a result, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate 1 can be further suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • an insulating layer 7 is provided between the semiconductor substrate 1 and the first pixel electrode 13.
  • An insulating layer 8 is provided between the third pixel electrode 15 and the first counter electrode 17.
  • An insulating layer 9 is provided between the second pixel electrode 14 and the third counter electrode 19.
  • the insulating layers 7, 8 and 9 are made of an insulating material such as SiO 2 .
  • the insulating layers 7, 8 and 9 may have different dielectric constants from each other.
  • the dielectric constant of the insulating layer 8 and the dielectric constant of the insulating layer 9 may be lower than the dielectric constant of the insulating layer 7.
  • an appropriate material can be selected and used from materials such as SiO 2 , SiO F, and SiO C. The same material may be used and the dielectric constants may be different.
  • Each pixel 10 further has a plurality of plugs 31, 32 and 33.
  • the plugs 31, 32 and 33 extend in the normal direction of the semiconductor substrate 1.
  • the plurality of plugs 31, 32 and 33 include a first plug 31, a second plug 32 and a third plug 33.
  • the first plug 31 electrically connects the semiconductor substrate 1 and the first pixel electrode 13.
  • the second plug 32 electrically connects the semiconductor substrate 1 and the second pixel electrode 14.
  • the third plug 33 electrically connects the semiconductor substrate 1 and the third pixel electrode 15.
  • the plugs 31, 32 and 33 are made of a conductive material.
  • the conductive material include metals, metal oxides, metal nitrides, and conductive polysilicon.
  • the semiconductor substrate 1 has a plurality of charge storage regions 3, 4 and 5.
  • the charge storage regions 3, 4 and 5 may be a part of the pixel 10.
  • Each charge storage region 3, 4 and 5 is an n-type or p-type impurity region.
  • the plurality of charge storage regions 3, 4 and 5 include a first charge storage region 3, a second charge storage region 4, and a third charge storage region 5.
  • the first plug 31 electrically connects the first charge storage region 3 and the first pixel electrode 13.
  • the second plug 32 electrically connects the second charge storage region 4 and the second pixel electrode 14.
  • the third plug 33 electrically connects the third charge storage region 5 and the third pixel electrode 15.
  • the semiconductor substrate 1 may have a plurality of transistors for reading out the charges accumulated in the charge storage regions 3, 4 and 5 and resetting the accumulated charges.
  • the thickness of the first counter electrode 17 may be different from the thickness of the first pixel electrode 13. Further, the first counter electrode 17 may be thicker than the first pixel electrode 13. By making the first counter electrode 17 thicker, the resistance value of the first counter electrode 17 can be reduced. As a result, the effect of suppressing a decrease in the bias voltage due to the resistance value of the first counter electrode 17 can be obtained.
  • the thickness of the second counter electrode 18 may be different from the thickness of the second pixel electrode 14. Further, the second counter electrode 18 may be thicker than the second pixel electrode 14. By thickening the second counter electrode 18, the resistance value of the second counter electrode 18 can be reduced. As a result, the effect of suppressing a decrease in the bias voltage due to the resistance value of the second counter electrode 18 can be obtained.
  • the thickness of the third counter electrode 19 may be different from the thickness of the third pixel electrode 15. Further, the third counter electrode 19 may be thicker than the third pixel electrode 15. By making the third counter electrode 19 thicker, the resistance value of the third counter electrode 19 can be reduced. As a result, the effect of suppressing a decrease in the bias voltage due to the resistance value of the third counter electrode 19 can be obtained.
  • the first counter electrode 17 and the third counter electrode 19 may be composed of a single counter electrode. That is, the first photoelectric conversion layer 121 and the third photoelectric conversion layer 123 may share the counter electrode.
  • the second counter electrode 18 and the third counter electrode 19 may be composed of a single counter electrode. That is, the second photoelectric conversion layer 122 and the third photoelectric conversion layer 123 may share the counter electrode.
  • a blocking layer may be provided between the pixel electrode and the photoelectric conversion layer to prevent charge from flowing into the pixel electrode in darkness.
  • the image sensor 100 of this embodiment has a multi-layer structure.
  • the “multilayer” means that a plurality of photoelectric conversion layers are present in the normal direction of the semiconductor substrate 1. According to the multi-layer structure, a sufficient area of the pixel electrodes can be secured, which is advantageous in increasing the sensitivity of the pixels.
  • the image sensor 100 since there are three photoelectric conversion layers 121, 122 and 123, it can be said that the image sensor 100 has a three-layer structure.
  • the photoelectric conversion layers 121, 122 and 123 typically have different photoelectric conversion characteristics from each other.
  • the three-layer photoelectric conversion layer is sensitive to blue light, a photoelectric conversion layer sensitive to green light, and red light. It may include a photoelectric conversion layer having. Therefore, the three-layer structure is suitable for forming a full-color image.
  • FIG. 3A shows the arrangement of the pixel electrodes 13, 14, 15 and the plugs 31, 32, 33 when the image sensor 100 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 1.
  • the area of the first pixel electrode 13 is smaller than the area of the second pixel electrode 14. According to such a configuration, even if light in the first wavelength region (red light) is obliquely incident on the specific pixel 10, the area of the first pixel electrode 13 is limited, so that the oblique incidence The generated charge is difficult to be collected by the first pixel electrode 13. As a result, color mixing between adjacent pixels 10 can be suppressed.
  • the first pixel electrode 13 may be made small so that the light does not enter the semiconductor substrate 1 too much.
  • viewing the image sensor 100 from the normal direction of the semiconductor substrate 1 is synonymous with viewing the image sensor 100 in a plan view.
  • the area of the third pixel electrode 15 is also smaller than the area of the second pixel electrode 14. According to such a configuration, even if light in the third wavelength region (green light) is obliquely incident on the specific pixel 10, the area of the second pixel electrode 14 is limited, so that the oblique incident is used. The generated charge is difficult to be collected by the second pixel electrode 14. As a result, color mixing between adjacent pixels 10 can be suppressed.
  • the area of the third pixel electrode 15 is smaller than the area of the second pixel electrode 14, and the area of the first pixel electrode 13 is smaller than the area of the third pixel electrode 15. According to such a configuration, the effect obtained when the area of the first pixel electrode 13 is smaller than the area of the second pixel electrode 14 and the area of the third pixel electrode 15 are larger than the area of the second pixel electrode 14. The effect obtained when it is small is superposed.
  • the area of the pixel electrode decreases as it approaches the semiconductor substrate 1. The farther from the outermost surface of the image sensor 100, the more likely it is that color mixing due to oblique incidence will occur. Therefore, the effect obtained by the relationship between the areas of the first pixel electrode 13, the third pixel electrode 15, and the second pixel electrode 14 in the present embodiment is high.
  • the image sensor 100 of this embodiment does not have a condenser lens.
  • the configuration of the pixel electrodes 13, 14 and 15 reduces the influence of obliquely incident light. Therefore, even if the condenser lens is not provided, the problem of color mixing between adjacent pixels 10 is unlikely to become apparent.
  • the area of the pixel electrodes means the area of each pixel electrode when the image sensor 100 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 1. In other words, the area of the pixel electrode is equal to the area of the projected image obtained by projecting the pixel electrode onto a plane perpendicular to the normal direction of the semiconductor substrate 1.
  • the first pixel electrode 13 is housed inside the outer edge of the second pixel electrode 14. Specifically, all of the first pixel electrodes 13 are housed inside the outer edge of the second pixel electrodes 14. According to such a configuration, color mixing due to oblique incident can be more sufficiently suppressed.
  • the third pixel electrode 15 is housed inside the outer edge of the second pixel electrode 14. Specifically, all of the third pixel electrode 15 is housed inside the outer edge of the second pixel electrode 14. According to such a configuration, color mixing due to oblique incident can be more sufficiently suppressed.
  • the first pixel electrode 13 is housed inside the outer edge of the third pixel electrode 15. According to such a configuration, the effect obtained when the first pixel electrode 13 is contained inside the outer edge of the second pixel electrode 14 and the third pixel electrode 15 are located inside the outer edge of the second pixel electrode 14. The effect obtained when it is settled is superimposed.
  • FIG. 3B shows another arrangement of the pixel electrodes 13, 14 and 15 when the image sensor 100 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 1.
  • the distance between the outer edge of the first pixel electrode 13 and the outer edge of the third pixel electrode 15 in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1 is represented by the distance L2.
  • the distance between the outer edge of the second pixel electrode 14 and the outer edge of the third pixel electrode 15 in the direction perpendicular to the normal direction of the semiconductor substrate 1 is represented by the distance L1.
  • the distance L2 is larger than the distance L1.
  • the first pixel electrode 13 is located in the lowermost layer and is more susceptible to oblique incidence than the third pixel electrode 15. Therefore, if the sizes of the pixel electrodes 13, 14 and 15 are adjusted so as to satisfy the relationship of distance L2> distance L1, color mixing due to oblique incident can be significantly suppressed.
  • “Distance” represents the shortest distance.
  • the first pixel electrode 13 and the third pixel electrode 15 are not provided with notches.
  • the second plug 32 extends in the normal direction of the semiconductor substrate 1 at a position outside the first pixel electrode 13 and the third pixel electrode 15.
  • the third plug 33 extends in the normal direction of the semiconductor substrate 1 at a position outside the first pixel electrode 13.
  • the presence or absence of a notch is not particularly limited.
  • the pixel electrodes 13, 14 and 15 each have a rectangular shape in a plan view. All of the four sides constituting the outer edge of the second pixel electrode 14 are separated from the outer edge of the third pixel electrode 15 by a distance L1. All of the four sides constituting the outer edge of the third pixel electrode 15 are separated from the outer edge of the first pixel electrode 13 by a distance L2. That is, the reduction width of the size of the pixel electrode is isotropic. According to such a configuration, the influence of oblique incident can be suppressed in all directions. Further, the effect of suppressing the capacitive coupling between the pixel electrodes in the adjacent pixels 10 can be obtained to the maximum.
  • the pixel electrodes 13, 14 and 15 have a square shape.
  • the positions of the centers of gravity of the first pixel electrode 13, the third pixel electrode 15, and the second pixel electrode 14 are the same.
  • the first pixel electrode 13, the third pixel electrode 15, and the second pixel electrode 14 have a similar relationship.
  • the distance between the first pixel electrode 13 and the first pixel electrode 13 is represented by the distance L5.
  • the distance between the second pixel electrode 14 and the second pixel electrode 14 is represented by the distance L3.
  • the distance between the third pixel electrode 15 and the third pixel electrode 15 is represented by the distance L4.
  • the relationship of distance L3 ⁇ distance L4 is satisfied.
  • the relationship of distance L4 ⁇ distance L5 is satisfied. According to such a configuration, the capacitive coupling between the pixel electrodes in the lower layer can be sufficiently suppressed.
  • the material of the first pixel electrode 13 is different from the material of the second pixel electrode 14. Since the second pixel electrode 14 is located on the uppermost layer, a transparent electrode is used as the second pixel electrode 14. On the other hand, since the first pixel electrode 13 is located in the lowermost layer, it does not have to be a transparent electrode.
  • the first pixel electrode 13 is made of a light-shielding material, the first pixel electrode 13 can prevent light from entering the semiconductor substrate 1. As a result, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate 1 can be suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • Examples of the light-shielding material include metals and conductive metal compounds.
  • Examples of the metal include tungsten and titanium.
  • Examples of the conductive metal compound include metal nitrides such as titanium nitride.
  • the material of the first pixel electrode 13 may be different from the material of the third pixel electrode 15.
  • the third pixel electrode 15 can be a transparent electrode.
  • the first pixel electrode 13 can be a non-transparent electrode. According to such a configuration, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate 1 can be further suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • FIG. 4A shows a cross section of the image sensor 200 according to the first modification.
  • Each pixel 10 of the image pickup device 200 further includes a condenser lens 21 in addition to the configuration of the image pickup device 100 described with reference to FIG. 2A.
  • the condenser lens 21 is arranged above the semiconductor substrate 1 so as to form the surface of the image pickup device 200.
  • the condenser lens 21 is arranged above the second photoelectric conversion layer 122. According to the condenser lens 21, the light itself incident at an angle can be reduced. The effect obtained by the condenser lens 21 and the effect obtained by limiting the area of the pixel electrodes are combined, and the color mixing caused by the oblique incident can be more sufficiently suppressed.
  • the focus of the condenser lens 21 may be aligned with the first pixel electrode 13.
  • FIG. 4B shows a cross section of another image sensor 200 according to the first modification.
  • the focusing lens 21 may be focused below the first pixel electrode 13.
  • the focal point of the condenser lens 21 is between the lower surface of the first pixel electrode 13 and the upper surface of the semiconductor substrate 1.
  • the region through which the light collected by the condenser lens 21 passes may be contained inside the outer edge of the first pixel electrode 13.
  • the dashed line indicates the path of the focused light. The intersection of the broken lines indicates the focus.
  • the position of the focal point can be specified by the focal length f of the condenser lens 21.
  • the focal length f of the condenser lens 21 is represented by the following equation (1).
  • R is the radius of curvature of the condenser lens 21
  • n1 is the refractive index of the material of the condenser lens 21
  • n0 is the refractive index of the medium in contact with the light incident side of the condenser lens 21.
  • Equation (1) represents the focal length f of the condensing lens 21 when light is incident on the condensing lens 21 having the refractive index n1 and the radius of curvature R from a medium having a refractive index n0 (for example, an air layer).
  • an insulating layer 20 may be provided between the second counter electrode 18 and the condenser lens 21.
  • FIG. 5 shows a cross section of the image sensor 300 according to the second modification.
  • the image pickup device 300 includes a thick first pixel electrode 13A.
  • the first pixel electrode 13A is thicker than the second pixel electrode 14. According to such a configuration, since it is difficult for light to pass through the first pixel electrode 13A, it is possible to prevent light from entering the semiconductor substrate 1. As a result, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate 1 can be further suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • the first pixel electrode 13A is thicker than the third pixel electrode 15. According to such a configuration, since it is difficult for light to pass through the first pixel electrode 13A, it is possible to sufficiently suppress the incident light on the semiconductor substrate 1. As a result, photoelectric conversion due to light incident on the semiconductor substrate 1 can be further suppressed, and the parasitic sensitivity can be reduced.
  • the second pixel electrode 14 and the third pixel electrode 15 are formed to have the same thickness, and the first pixel electrode 13A is formed to be thicker than the second pixel electrode 14 and the third pixel electrode 15.
  • the thickness of the pixel electrode can be specified by the following method. A cross section parallel to the normal direction of the semiconductor substrate 1 is formed. Observe the cross section with an electron microscope (eg, scanning electron microscope). The thickness of the pixel electrode is measured at any plurality of positions (for example, 5 points) included in the obtained image. The average value of the measured values can be regarded as the thickness of the pixel electrode.
  • the "thickness" is a dimension in a direction parallel to the normal direction of the semiconductor substrate 1.
  • the thickness of the counter electrode can also be specified in the same manner as the pixel electrode.
  • FIG. 6A shows a cross section of the image sensor 400 according to the third modification.
  • FIG. 6B shows the arrangement of the first charge storage region 3, the second charge storage region 4, the third charge storage region 5, and the first pixel electrode 13 when the image sensor 400 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 1. ing.
  • the second plug 32 and the third plug 33 are the first plug 31 via the wiring layer between the first pixel electrode 13A (or 13) and the semiconductor substrate 1. Is approaching.
  • the photoelectric conversion unit is supported by the semiconductor substrate.
  • photoelectric conversion occurs in the semiconductor substrate. If the parasitic sensitivity of the semiconductor substrate can be reduced, it is beneficial to improve the image quality.
  • the first charge storage region 3 and the second charge storage region 4 overlap with the first pixel electrode. ing. Specifically, the first charge storage region 3, the second charge storage region 4, and the third charge storage region 5 overlap the first pixel electrode 13. According to such a configuration, since the light is blocked by the first pixel electrode 13, it is difficult for the light to be incident on each charge storage region. As a result, the parasitic sensitivity of the semiconductor substrate 1 can be reduced.
  • FIG. 6C shows different arrangements of the first charge storage region 3, the second charge storage region 4, the third charge storage region 5, and the first pixel electrode 13. As shown in FIG. 6C, only a part of the second charge storage region 4 may overlap the first pixel electrode 13. Only a part of the third charge storage region 5 may overlap the first pixel electrode 13. Even in such a configuration, the effect of preventing the obliquely incident light from being applied to the second charge storage region 4 and the third charge storage region 5 can be obtained.
  • the pixel electrode may be electrically connected to the charge storage region via a plug penetrating the semiconductor substrate and a wiring layer below the semiconductor substrate.
  • the above description of the first embodiment can be applied not only to the image sensors 100, 200, 300 and 400 having a three-layer structure but also to the image sensor having a two-layer structure.
  • the third photoelectric conversion layer 123, the third pixel electrode 15, the third plug 33, and the third charge storage region 5 can be arbitrary elements.
  • the description of the first embodiment is applied to an image sensor having a two-layer structure, the description of the third photoelectric conversion layer 123, the third pixel electrode 15, the third plug 33, and the third charge storage region 5 is excluded. ..
  • FIG. 7A shows a cross section of the image sensor 500 according to the second embodiment.
  • FIG. 7B shows the arrangement of the pixel electrodes 13 and 14 and the plugs 31 and 32 when the image sensor 500 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 1.
  • the image sensor 500 has a two-layer structure.
  • the first photoelectric conversion layer 121 has sensitivity in the wavelength range of near infrared light, for example.
  • the first photoelectric conversion layer 121 can be made by using a photoelectric conversion material having sensitivity in the wavelength range of near infrared light.
  • the second photoelectric conversion layer 122 has sensitivity in the wavelength range of visible light, for example.
  • the second photoelectric conversion layer 122 can be made by using a photoelectric conversion material having sensitivity in the wavelength range of visible light.
  • a color filter may be provided above the second photoelectric conversion layer 122.
  • the image pickup device 500 may include a condenser lens.
  • the image sensor 500 of the present embodiment also has the same effect as that obtained by the image sensors 100, 200, 300, and 400 described above.
  • FIG. 8 shows a cross section of the image sensor 600 according to the third embodiment.
  • Each pixel 10 further includes a photodiode PD in addition to the first photoelectric conversion layer 121 and the second photoelectric conversion layer 122.
  • the photodiode PD is provided on the semiconductor substrate 1.
  • Each of the first pixel electrode 13 and the second pixel electrode 14 has translucency.
  • a color filter 19r or a color filter 19b is provided between the photodiode PD and the first photoelectric conversion layer 121.
  • Each of the photodiode PDs is covered by a color filter 19r or a color filter 19b.
  • An insulating layer 25 is provided between the photodiode PD and the color filters 19r and 19b.
  • the insulating layer 25 is made of an insulating material such as SiO 2 .
  • the insulating layer 7 is present between the first pixel electrode 13 and the color filters 19r and 19b.
  • the insulating layer 7 also functions as a flattening layer, and may be made of a transparent resin such as an acrylic resin or an epoxy resin.
  • the image sensor 600 includes a condenser lens 21. Light can be effectively guided to the photodiode PD by the action of the condenser lens 21.
  • the first photoelectric conversion layer 121 has sensitivity in the wavelength range of green light, for example.
  • the first photoelectric conversion layer 121 can be made by using a photoelectric conversion material having sensitivity in the wavelength range of green light.
  • the second photoelectric conversion layer 122 has sensitivity in the wavelength range of near infrared light, for example.
  • the second photoelectric conversion layer 122 can be made by using a photoelectric conversion material having sensitivity in the wavelength range of near infrared light.
  • the photodiode PD is typically a silicon photodiode.
  • the color filter 19r is a filter that cuts red light.
  • the color filter 19b is a filter that cuts blue light.
  • the red light and the blue light are color filters 19r. And reach 19b.
  • the red light is cut by the color filter 19r, and only the blue light is incident on the photodiode PD.
  • the blue light is cut by the color filter 19b, and only the red light is incident on the photodiode PD. Therefore, the image sensor 600 can form an image based on near-infrared light and a full-color image.
  • FIG. 9 shows the arrangement of the pixel electrodes 13 and 14 and the photodiode PD when the image sensor 600 is viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 1.
  • the area of the first pixel electrode 13 is smaller than the area of the second pixel electrode 14.
  • the area of the light receiving portion of the photodiode PD is smaller than the area of the first pixel electrode 13.
  • the first pixel electrode 13 is housed inside the outer edge of the second pixel electrode 14.
  • the light receiving portion of the photodiode PD is housed inside the outer edge of the first pixel electrode 13.
  • the image sensor 600 of the present embodiment also has the same effect as that obtained by the image sensors 100, 200, 300, 400, and 500 described above.
  • the distance between the outer edge of the light receiving portion of the photodiode PD and the outer edge of the first pixel electrode 13 in the direction perpendicular to the normal direction of the semiconductor substrate 1 is represented by the distance L21.
  • the distance between the outer edge of the first pixel electrode 13 and the outer edge of the second pixel electrode 14 in the direction perpendicular to the normal direction of the semiconductor substrate 1 is represented by the distance L11.
  • the distance L21 is larger than the distance L11.
  • the photodiode PD is provided on the semiconductor substrate 1 and is more susceptible to oblique incidence than the first pixel electrode 13.
  • the sizes of the light receiving portion of the photodiode PD, the first pixel electrode 13, and the second pixel electrode 14 are adjusted so as to satisfy the relationship of distance L21> distance L11, color mixing due to oblique incidence can be significantly suppressed. ..
  • the photodiode PDs When the area of the light receiving portion of the photodiode PD is small, a sufficient distance between the photodiode PDs is secured between the adjacent pixels 10. In this case, the coupling between the photodiode PDs can be suppressed. Since the photodiode PDs generate electric charges (red and blue in this embodiment) corresponding to different colors between the adjacent pixels 10, color mixing may occur when coupling occurs. Therefore, it is valuable to suppress the coupling between the photodiode PDs between the adjacent pixels 10.
  • FIG. 10 shows a cross section of the image sensor 700 according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the difference between the image sensor 700 and the image sensor of the previous embodiment lies in the structure of the electrodes.
  • the first pixel electrode 13 has a first storage electrode 13a, a first readout electrode 13b, and a first transfer electrode 13c.
  • the second pixel electrode 14 has a second storage electrode 14a, a second readout electrode 14b, and a second transfer electrode 14c.
  • the third pixel electrode 15 has a third storage electrode 15a, a third readout electrode 15b, and a third transfer electrode 15c.
  • the transfer electrodes 13c, 14c and 15c may be omitted.
  • a first semiconductor layer 27 is provided between the first pixel electrode 13 and the first photoelectric conversion layer 121.
  • a part of the insulating layer 7 exists between the first semiconductor layer 27 and the first pixel electrode 13.
  • a second semiconductor layer 28 is provided between the second pixel electrode 14 and the second photoelectric conversion layer 122.
  • a part of the insulating layer 9 exists between the second semiconductor layer 28 and the second pixel electrode 14.
  • a third semiconductor layer 29 is provided between the third pixel electrode 15 and the third photoelectric conversion layer 123.
  • a part of the insulating layer 8 exists between the third semiconductor layer 29 and the third pixel electrode 15.
  • the semiconductor layers 27, 28 and 29 are provided for more efficient charge storage and are made of a translucent semiconductor material.
  • the first storage electrode 13a and the first transfer electrode 13c face the first photoelectric conversion layer 121 via a part of the insulating layer 7 or a part of the insulating layer 7 and the first semiconductor layer 27. There is. At least a part of the first readout electrode 13b is in contact with the first photoelectric conversion layer 121 directly or via the first semiconductor layer 27. A first plug 31 is connected to the first read electrode 13b.
  • the first storage electrode 13a, the first readout electrode 13b, and the first transfer electrode 13c are each electrically connected to a wiring (not shown). A desired voltage can be applied to each of the first storage electrode 13a, the first readout electrode 13b, and the first transfer electrode 13c.
  • the first storage electrode 13a can function as a charge storage electrode for attracting the electric charge generated in the first photoelectric conversion film 121 and accumulating the electric charge in the first photoelectric conversion layer 121 according to the applied voltage.
  • the first transfer electrode 13c is arranged between the first storage electrode 13a and the first readout electrode 13b.
  • the first transfer electrode 13c plays a role of blocking the accumulated charge and controlling the transfer of the charge.
  • first pixel electrode 13 can also be applied to the second pixel electrode 14 and the third pixel electrode 15 by replacing "first" with “second” or "third".
  • each of the first pixel electrode 13, the second pixel electrode 14, and the third pixel electrode 15 is divided into a plurality of parts.
  • the "pixel electrode area" means the total area of the plurality of portions.
  • the magnitude relationship of the pixel area may be applied to each of the storage electrode and the readout electrode. That is, the area of the first readout electrode 13b may be smaller than the area of the third readout electrode 15b, and the area of the third readout electrode 15b may be smaller than the area of the second readout electrode 14b.
  • the area of the first storage electrode 13a may be smaller than the area of the third storage electrode 15a, and the area of the third storage electrode 15a may be smaller than the area of the second storage electrode 14a.
  • the electric charge generated in the photoelectric conversion layer can be efficiently collected and transferred, which leads to an improvement in sensitivity.
  • the electrode structure of this embodiment can be applied to all the embodiments described above.
  • the technique disclosed in this specification is useful for an image sensor.
  • the image pickup device can be applied to an image pickup device, an optical sensor, and the like.
  • Examples of the imaging device include a digital camera, a medical camera, a surveillance camera, a robot camera, a vehicle camera, and the like.

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Abstract

本開示の一態様に係る撮像素子は、複数の画素を備えている。複数の画素のそれぞれは、光を第１電荷に変換する第１光電変換層と、第１電荷を収集する第１画素電極と、第１光電変換層の上方に配置され、光を第２電荷に変換する第２光電変換層と、第２電荷を収集する第２画素電極と、を含む。第１画素電極の面積が第２画素電極（１４）の面積よりも小さい。

Description

撮像素子
　本開示は、撮像素子に関する。
　従来、光電変換を利用した撮像素子が広く用いられている。
　特許文献１は、積層された複数の光電変換部を有する撮像素子を開示している。
国際公開第２０１６／００２５７６号
　撮像素子の１つの課題は、画質を向上させることである。
　本開示の一態様に係る撮像素子は、
　複数の画素を備える。
　前記複数の画素のそれぞれは、
　　光を第１電荷に変換する第１光電変換層と、
　　前記第１電荷を収集する第１画素電極と、
　　前記第１光電変換層の上方に配置され、光を第２電荷に変換する第２光電変換層と、
　　前記第２電荷を収集する第２画素電極と、
　を含む。
　前記第１画素電極の面積が前記第２画素電極の面積よりも小さい。
　本開示の技術によれば、画質を向上させることができる。
図１は、本開示の第１実施形態に係る撮像装置の構成図である。 図２Ａは、図１に示す撮像素子の断面図である。 図２Ｂは、複数の対向電極の別の構成を有する撮像素子の断面図である。 図２Ｃは、複数の対向電極のさらに別の構成を有する撮像素子の断面図である。 図３Ａは、第１実施形態に係る撮像素子を半導体基板の法線方向から見たときの画素電極及びプラグの配置を示す図である。 図３Ｂは、第１実施形態に係る撮像素子を半導体基板の法線方向から見たときの画素電極の別の配置を示す図である。 図４Ａは、変形例１に係る撮像素子の断面図である。 図４Ｂは、変形例１に係る別の撮像素子の断面図である。 図５は、変形例２に係る撮像素子の断面図である。 図６Ａは、変形例３に係る撮像素子の断面図である。 図６Ｂは、変形例３に係る撮像素子を半導体基板の法線方向から見たときの第１電荷蓄積領域、第２電荷蓄積領域、第３電荷蓄積領域及び第１画素電極の配置を示す図である。 図６Ｃは、変形例３に係る撮像素子を半導体基板の法線方向から見たときの第１電荷蓄積領域、第２電荷蓄積領域、第３電荷蓄積領域及び第１画素電極の別の配置を示す図である。 図７Ａは、第２実施形態に係る撮像素子の断面図である。 図７Ｂは、第２実施形態に係る撮像素子を半導体基板の法線方向から見たときの画素電極及びプラグの配置を示す図である。 図８は、第３実施形態に係る撮像素子の断面図である。 図９は、第３実施形態に係る撮像素子を半導体基板の法線方向から見たときの画素電極及びフォトダイオードの配置を示す図である。 図１０は、第４実施形態に係る撮像素子の断面図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　本発明者らは、特許文献１の撮像素子による画質の向上を阻む原因について、鋭意検討を行った。その結果、次の問題があることを突き止めた。
　特許文献１の撮像素子によれば、斜め入射した光による混色が問題となりやすい。つまり、特定の画素に斜めに入射した光が隣接する画素にも入射し、画素間の混色を生じさせる。斜めに入射した光による混色を抑制することは、画質の向上にとって有益である。
　本開示は、斜め入射した光による混色を抑制するための技術を提供する。
　（本開示に係る一態様の概要）
　本開示の第１態様に係る撮像素子は、
　複数の画素を備え、
　前記複数の画素のそれぞれは、
　　光を第１電荷に変換する第１光電変換層と、
　　前記第１電荷を収集する第１画素電極と、
　　前記第１光電変換層の上方に配置され、光を第２電荷に変換する第２光電変換層と、
　　前記第２電荷を収集する第２画素電極と、
　を含み、
　前記第１画素電極の面積が前記第２画素電極の面積よりも小さい。
　第１態様によれば、特定の画素に光が斜めに入射したとしても、第１画素電極の面積が制限されているので、斜め入射で生じた電荷が第１画素電極によって収集されにくい。その結果、隣接する画素間での混色が抑制されうる。
　本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る撮像素子は、半導体基板をさらに備えていてもよく、前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第２画素電極の外縁の内側に前記第１画素電極が収まっていてもよい。このような構成によれば、斜め入射による混色をより十分に抑制することができる。
　本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様に係る撮像素子では、前記第１画素電極の材料が前記第２画素電極の材料と異なっていてもよい。このような構成によれば、半導体基板に光が入射することによる光電変換が抑制され、寄生感度が低減されうる。
　本開示の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つに係る撮像素子では、前記第１画素電極が前記第２画素電極よりも厚くてもよい。このような構成によれば、半導体基板に光が入射することによる光電変換が更に抑制され、寄生感度が低減されうる。
　本開示の第５態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つに係る撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板に設けられ、前記第１画素電極に電気的に接続された第１電荷蓄積領域と、前記半導体基板に設けられ、前記第２画素電極に電気的に接続された第２電荷蓄積領域と、をさらに備えていてもよく、前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第１電荷蓄積領域及び前記第２電荷蓄積領域が前記第１画素電極に重なっていてもよい。このような構成によれば、第１画素電極によって光が遮られるので各電荷蓄積領域に光が入射されにくい。
　本開示の第６態様において、例えば、第１から第５態様のいずれか１つに係る撮像素子は、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に配置され、光を第３電荷に変換する第３光電変換層と、前記第３電荷を収集する第３画素電極と、をさらに備えていてもよい。このような構成は、フルカラー画像を形成することに向いている。
　本開示の第７態様において、例えば、第６態様に係る撮像素子では、前記第３画素電極の面積が前記第２画素電極の面積よりも小さくてもよい。このような構成によれば、第２画素電極の面積が制限されているので、斜め入射で生じた電荷が第２画素電極によって収集されにくい。その結果、隣接する画素間での混色が抑制されうる。
　本開示の第８態様において、例えば、第６又は第７態様に係る撮像素子では、前記第１画素電極の面積が前記第３画素電極の面積よりも小さくてもよい。このような構成によれば、第１画素電極の面積が第２画素電極の面積よりも小さいときに得られる効果と、第３画素電極の面積が第２画素電極の面積よりも小さいときに得られる効果とが重畳的に得られる。
　本開示の第９態様において、例えば、第６から第８態様のいずれか１つに係る撮像素子は、半導体基板をさらに備えていてもよく、前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第２画素電極の外縁の内側に前記第３画素電極が収まっていてもよい。このような構成によれば、斜め入射による混色をより十分に抑制することができる。
　本開示の第１０態様において、例えば、第６から第９態様のいずれか１つに係る撮像素子は、半導体基板をさらに備えていてもよく、前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第３画素電極の外縁の内側に前記第１画素電極が収まっていてもよい。このような構成によれば、第２画素電極の外縁の内側に第１画素電極が収まっているときに得られる効果と、第２画素電極の外縁の内側に第３画素電極が収まっているときに得られる効果とが重畳的に得られる。
　本開示の第１１態様において、例えば、第６から第１０態様のいずれか１つに係る撮像素子では、前記第１画素電極の材料が前記第３画素電極の材料と異なっていてもよい。このような構成によれば、半導体基板に光が入射することによる光電変換が更に抑制され、寄生感度が低減されうる。
　本開示の第１２態様において、例えば、第６から第１１態様のいずれか１つに係る撮像素子では、前記第１画素電極が前記第３画素電極よりも厚くてもよい。このような構成によれば、半導体基板に光が入射することによる光電変換が更に抑制され、寄生感度が低減されうる。
　本開示の第１３態様において、例えば、第６から第１２態様のいずれか１つに係る撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板に設けられ、前記第１画素電極に電気的に接続された第１電荷蓄積領域と、前記半導体基板に設けられ、前記第２画素電極に電気的に接続された第２電荷蓄積領域と、前記半導体基板に設けられ、前記第３画素電極に電気的に接続された第３電荷蓄積領域と、をさらに備えていてもよく、前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第１電荷蓄積領域、前記第２電荷蓄積領域及び前記第３電荷蓄積領域が前記第１画素電極に重なっていてもよい。このような構成によれば、第１画素電極によって光が遮られるので各電荷蓄積領域に光が入射されにくい。
　本開示の第１４態様において、例えば、第６から第１３態様のいずれか１つに係る撮像装置は、半導体基板をさらに備えていてもよく、前記半導体基板の表面と平行な方向において、前記第１画素電極の外縁と前記第３画素電極の外縁との距離は、前記第２画素電極の外縁と前記第３画素電極の外縁との距離よりも長くてもよい。このような構成によれば、斜め入射による混色を有意に抑制できる。
　本開示の第１５態様において、例えば、第１から第１４態様のいずれか１つに係る撮像装置では、前記複数の画素から任意に選ばれた第１画素における前記第１光電変換層の一部は、前記複数の画素のうち、前記第１画素に隣接する画素における前記第１光電変換層の一部と電気的に接続されていてもよく、前記複数の画素から任意に選ばれた第２画素における前記第２光電変換層の一部は、前記複数の画素のうち、前記第２画素に隣接する画素における前記第２光電変換層の一部と電気的に接続されていてもよい。このような構造に本開示の技術を適用すると、混色を抑制する効果がより十分に得られる。
　本開示の第１６態様に係る撮像素子は、
　半導体基板と、
　複数の画素と、
　を備えた撮像素子であって、
　前記複数の画素のそれぞれは、
　前記半導体基板の上方に配置された前記第１光電変換層と、
　前記第１光電変換層に電気的に接続され、第１の波長域の光に対応する電荷を収集する第１画素電極と、
　前記半導体基板に設けられ、前記第１画素電極に電気的に接続された第１電荷蓄積領域と、
　前記第１光電変換層の上方に配置された第２光電変換層と、
　前記第２光電変換層に電気的に接続され、第２の波長域の光に対応する電荷を収集する第２画素電極と、
　前記半導体基板に設けられ、前記第２画素電極に電気的に接続された第２電荷蓄積領域と、
　を有し、
　前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第１電荷蓄積領域及び前記第２電荷蓄積領域の両方が前記第１画素電極に重なっている。
　第１６態様によれば、第１画素電極によって光が遮られるので各電荷蓄積領域に光が入射されにくい。結果として、半導体基板の寄生感度を低減することができる。
　本開示の第１７態様において、例えば、第１から第１６態様のいずれか１つに係る撮像素子は、半導体基板をさらに備えていてもよく、前記第１画素電極は、前記第１電荷を前記第１光電変換層に蓄積させる第１蓄積電極と、前記半導体基板と電気的に接続された第１読み出し電極とを含んでいてもよく、前記第２画素電極は、前記第２電荷を前記第２光電変換層に蓄積させる第２蓄積電極と、前記半導体基板と電気的に接続された第２読み出し電極とを含んでいてもよい。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
　（第１実施形態）
　図１は、本開示の第１実施形態に係る撮像装置１００Ａの構成を示している。撮像装置１００Ａは、撮像素子１００を備えている。撮像素子１００は、半導体基板１及び複数の画素１０を備えている。複数の画素１０は、半導体基板１の上に設けられている。各画素１０は、半導体基板１によって支持されている。画素１０の一部が半導体基板１によって構成されていてもよい。
　半導体基板１は、各種の電子回路を含む回路基板でありうる。半導体基板１は、例えば、Ｓｉ基板によって構成されている。
　各画素１０は、光電変換部１２を含む。光電変換部１２は、光の入射を受けて正の電荷及び負の電荷、典型的には、正孔－電子対を発生させる。光電変換部１２は、半導体基板１の上方に配置された少なくとも１つの光電変換層を含む。図１では、各画素１０の光電変換部１２が空間的に互いに分離されて示されている。ただし、これは説明の便宜に過ぎない。複数の画素１０の光電変換部１２は、互いに間隔を空けずに半導体基板１の上に連続的に配置されうる。
　図１において、画素１０は、ｍ行ｎ列の複数の行及び複数の列に並べられている。ｍ及びｎは、互いに独立して、１以上の整数を表す。画素１０は、半導体基板１に例えば２次元に並べられることによって、撮像領域を形成する。撮像装置１００Ａを平面視したとき、撮像素子１００は、光電変換層が存在する領域として規定されうる。
　画素１０の数及び配置は、特に限定されない。図１では、各画素１０の中心が正方格子の格子点上に位置している。各画素１０の中心が、三角格子、六角格子などの格子点上に位置するように、複数の画素１０が配置されていてもよい。画素１０を１次元に並べることによって、撮像素子１００をラインセンサとして使用しうる。
　撮像装置１００Ａは、半導体基板１に形成された周辺回路を有する。
　周辺回路は、垂直走査回路５２及び水平信号読み出し回路５４を含む。周辺回路は、付加的に、制御回路５６及び電圧供給回路５８を含みうる。周辺回路は、信号処理回路、出力回路などをさらに含んでいてもよい。各回路は、半導体基板１の上に設けられている。周辺回路の一部は、画素１０が形成された半導体基板１とは異なる他の基板上に配置されることもありうる。
　垂直走査回路５２は、行走査回路とも呼ばれる。複数の画素１０の各行に対応してアドレス信号線４４が設けられ、アドレス信号線４４が垂直走査回路５２に接続されている。複数の画素１０の各行に対応して設けられた信号線は、アドレス信号線４４に限定されず、垂直走査回路５２には、複数の画素１０の行毎に複数の種類の信号線が接続されうる。水平信号読み出し回路５４は、列走査回路とも呼ばれる。複数の画素１０の各列に対応して垂直信号線４５が設けられ、垂直信号線４５が水平信号読み出し回路５４に接続されている。
　制御回路５６は、撮像装置１００Ａの外部から与えられた指令データ、クロックなどを受け取って撮像装置１００Ａの全体を制御する。典型的には、制御回路５６は、タイミングジェネレータを有し、垂直走査回路５２、水平信号読み出し回路５４、電圧供給回路５８などに駆動信号を供給する。制御回路５６は、例えば、１以上のプロセッサを含むマイクロコントローラによって実現されうる。制御回路５６の機能は、汎用の処理回路とソフトウェアとの組み合わせによって実現されてもよいし、このような処理に特化したハードウェアによって実現されてもよい。
　電圧供給回路５８は、電圧線４８を介して、各画素１０に所定の電圧を供給する。電圧供給回路５８は、特定の電源回路に限定されず、バッテリーなどの電源から供給された電圧を所定の電圧に変換する回路であってもよいし、所定の電圧を生成する回路であってもよい。電圧供給回路５８は、上述の垂直走査回路５２の一部であってもよい。周辺回路を構成するこれらの回路は、撮像素子１００の外側の周辺領域Ｒ２に配置されうる。
　図２Ａは、撮像素子１００の断面を示している。
　各画素１０は、複数の光電変換層１２１，１２２及び１２３を有する。複数の光電変換層１２１，１２２及び１２３は、第１光電変換層１２１、第２光電変換層１２２及び第３光電変換層１２３を含む。第１光電変換層１２１は、複数の画素１０に共用された単一の層でありうる。第２光電変換層１２２は、複数の画素１０に共用された単一の層でありうる。第３光電変換層１２３は、複数の画素１０に共用された単一の層でありうる。ただし、光電変換層１２１，１２２及び１２３のそれぞれは、画素毎に区分けされていてもよい。「複数の画素に共用された」とは、特定の画素と、その特定の画素に隣接する少なくとも１つの画素間において共用されていることを意味する。
　光電変換層１２１，１２２及び１２３のそれぞれが画素毎に区分けされている場合と比較して、光電変換層１２１，１２２及び１２３のそれぞれが単一の層である場合、斜め入射による混色が発生しやすい。そのため、本開示の技術は、光電変換層１２１，１２２及び１２３のそれぞれが単一の層である場合に特に高い効果を発揮しうる。
　光電変換層が単一の層であったとしても、画素毎に区分けされていたとしても、以下の構造が採用されうる。隣接する画素間において、第１光電変換層１２１は電気的に接続されている。隣接する画素間において、第２光電変換層１２２は電気的に接続されている。隣接する画素間において、第３光電変換層１２３は電気的に接続されている。すなわち、複数の画素１０から任意に選ばれた特定の画素１０（第１画素）における第１光電変換層１２１の一部は、複数の画素１０のうち、その特定の画素１０に隣接する画素１０における第１光電変換層１２１の一部と電気的に接続されている。複数の画素１０から任意に選ばれた特定の画素１０（第２画素）における第２光電変換層１２２の一部は、複数の画素１０のうち、その特定の画素１０に隣接する画素１０における第２光電変換層１２２の一部と電気的に接続されている。複数の画素１０から任意に選ばれた特定の画素１０（第３画素）における第３光電変換層１２３の一部は、複数の画素１０のうち、その特定の画素１０に隣接する画素１０における第３光電変換層１２３の一部と電気的に接続されている。このような構造に本開示の技術を適用すると、混色を抑制する効果がより十分に得られる。
　光電変換層１２１，１２２及び１２３は、光電変換材料によって構成されている。光電変換材料は、典型的には、有機材料である。
　第１光電変換層１２１は、第１の波長域の光に対応する電荷（第１電荷）を収集する。第２光電変換層１２２は、第２の波長域の光に対応する電荷（第２電荷）を収集する。第３光電変換層１２３は、第３の波長域の光に対応する電荷（第３電荷）を収集する。第１の波長域は、例えば、赤色の光の波長域である。第１光電変換層１２１は、赤色の光に感度を持つ材料によって構成されている。第２の波長域は、例えば、青色の光の波長域である。第２光電変換層１２２は、青色の光に感度を持つ材料によって構成されている。第３の波長域は、例えば、緑色の光の波長域である。第３光電変換層１２３は、緑色の光に感度を持つ材料によって構成されている。
　本実施形態において、半導体基板１、第１光電変換層１２１、第３光電変換層１２３及び第２光電変換層１２２がこの順番で並んでいる。半導体基板１の上方に第１光電変換層１２１が配置されている。第１光電変換層１２１の上方に第３光電変換層１２３が配置されている。第３光電変換層１２３の上方に第２光電変換層１２２が配置されている。半導体基板１の法線方向において、第３光電変換層１２３と半導体基板１との間に第１光電変換層１２１が配置されている。半導体基板１の法線方向において、第２光電変換層１２２と第１光電変換層１２１との間に第３光電変換層１２３が配置されている。光電変換層１２１，１２２及び１２３の並び順はこの順番に限定されない。一般に、青色の光を吸収する光電変換材料の感度が低いので、青色の光に感度を持つ層が最上層にあることは有利である。
　本明細書において、「上方」及び「下方」は、光の進行方向を基準に定められる。光の入射面に近づく側が「上方」であり、光の入射面から遠ざかる側が「下方」である。
　各画素１０は、さらに、複数の画素電極１３，１４及び１５を有する。複数の画素電極１３，１４及び１５は、第１画素電極１３、第２画素電極１４及び第３画素電極１５を含む。第１画素電極１３は、第１光電変換層１２１に電気的に接続されている。第２画素電極１４は、第２光電変換層１２２に電気的に接続されている。第３画素電極１５は、第３光電変換層１２３に電気的に接続されている。
　第２画素電極１４及び第３画素電極１５は、可視光及び／又は近赤外光に対する透光性を有する透明電極である。透明電極は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電性酸化物で作られている。第１画素電極１３は、可視光及び／又は近赤外光に対する透光性を有さない非透明電極である。非透明電極の材料としては、金属、金属酸化物、金属窒化物、導電性ポリシリコンなどが挙げられる。
　本明細書において、「透光性を有する」とは、特定の波長域の光の透過率が４０％以上であることを意味する。可視光の波長域は、例えば、４００ｎｍから７８０ｎｍである。近赤外光の波長域は、例えば、７８０ｎｍから２０００ｎｍである。透過率は、日本産業規格ＪＩＳ　Ｒ３１０６（１９９８）に規定された方法によって算出されうる。
　各画素１０は、さらに、複数の対向電極１７，１８及び１９を有する。複数の対向電極１７，１８及び１９は、第１対向電極１７、第２対向電極１８及び第３対向電極１９を含む。対向電極１７，１８及び１９は、それぞれ、可視光及び／又は近赤外光に対する透光性を有する透明電極でありうる。
　第１対向電極１７は、第１画素電極１３に対応して設けられている。第１光電変換層１２１は、第１対向電極１７と第１画素電極１３とに挟まれている。第２対向電極１８は、第２画素電極１４に対応して設けられている。第２光電変換層１２２は、第２対向電極１８と第２画素電極１４とに挟まれている。第３対向電極１９は、第３画素電極１５に対応して設けられている。第３光電変換層１２３は、第３対向電極１９と第３画素電極１５とに挟まれている。第１対向電極１７は、第１光電変換層１２１に電気的に接続されている。第２対向電極１８は、第２光電変換層１２２に電気的に接続されている。第３対向電極１９は、第３光電変換層１２３に電気的に接続されている。
　第１対向電極１７は、複数の画素１０に共用された単一の層でありうる。第２対向電極１８は、複数の画素１０に共用された単一の層でありうる。第３対向電極１９は、複数の画素１０に共用された単一の層でありうる。ただし、対向電極１７，１８及び１９のそれぞれは、画素毎に区分けされていてもよい。
　対向電極が単一の層であったとしても、画素毎に区分けされていたとしても、以下の構造が採用されうる。すなわち、複数の画素１０から任意に選ばれた特定の画素１０における第１対向電極１７の一部は、その特定の画素１０に隣接する画素１０における第１対向電極１７の一部と電気的に接続されている。複数の画素１０から任意に選ばれた特定の画素１０における第２対向電極１８の一部は、その特定の画素１０に隣接する画素１０における第２対向電極１８の一部と電気的に接続されている。複数の画素１０から任意に選ばれた特定の画素１０における第３対向電極１９の一部は、その特定の画素１０に隣接する画素１０における第３対向電極１９の一部と電気的に接続されている。
　図２Ｂは、複数の対向電極１７，１８及び１９の別の構成を有する撮像素子１００ｂを示している。図２Ｃは、複数の対向電極１７，１８及び１９のさらに別の構成を有する撮像素子１００ｃを示している。図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、複数の対向電極１７，１８及び１９は、それぞれ異なる厚さを有していてもよい。
　例えば、図２Ｂに示すように、第２対向電極１８は第３対向電極１９より厚くてもよい。第３対向電極１９は第１対向電極１７より厚くてもよい。すなわち、半導体基板１から光の入射面に近づくにつれて、対向電極の厚さが増加していてもよい。これにより、撮像素子１００の製造の際に形成される絶縁層の上面における段差を緩和することができる。
　あるいは、図２Ｃに示すように、第１対向電極１７は第３対向電極１９より厚くてもよい。第３対向電極１９は第２対向電極１８より厚くてもよい。すなわち、光の入射面から半導体基板１に近づくにつれて、対向電極の厚さが増加していてもよい。これにより、半導体基板１に光が入射することによる光電変換が更に抑制され、寄生感度が低減されうる。
　図２Ａに示すように、半導体基板１と第１画素電極１３との間には、絶縁層７が設けられている。第３画素電極１５と第１対向電極１７との間には、絶縁層８が設けられている。第２画素電極１４と第３対向電極１９との間には、絶縁層９が設けられている。絶縁層７，８及び９は、ＳｉＯ2などの絶縁材料によって構成されている。
　絶縁層７，８及び９は、互いに異なる誘電率を有していてもよい。例えば、絶縁層８の誘電率及び絶縁層９の誘電率は、絶縁層７の誘電率よりも低くてもよい。これにより、第２画素電極１４と第３画素電極１５との間の容量カップリング、及び、第３画素電極１５と第１画素電極１３との間の容量カップリングを抑制する効果を期待できる。誘電率を異ならせるために、ＳｉＯ2、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣなどの材料から適切な材料を選択して使用できる。同一の材料を用いて誘電率を異ならせてもよい。
　各画素１０は、さらに、複数のプラグ３１，３２及び３３を有する。各プラグ３１，３２及び３３は、半導体基板１の法線方向に延びている。複数のプラグ３１，３２及び３３は、第１プラグ３１、第２プラグ３２及び第３プラグ３３を含む。第１プラグ３１は、半導体基板１と第１画素電極１３とを電気的に接続している。第２プラグ３２は、半導体基板１と第２画素電極１４とを電気的に接続している。第３プラグ３３は、半導体基板１と第３画素電極１５とを電気的に接続している。
　プラグ３１，３２及び３３は、導電性材料で作られている。導電性材料としては、金属、金属酸化物、金属窒化物、導電性ポリシリコンなどが挙げられる。
　半導体基板１は、複数の電荷蓄積領域３，４及び５を有する。電荷蓄積領域３，４及び５は、画素１０の一部であってもよい。各電荷蓄積領域３，４及び５は、ｎ型又はｐ型の不純物領域である。複数の電荷蓄積領域３，４及び５は、第１電荷蓄積領域３、第２電荷蓄積領域４及び第３電荷蓄積領域５を含む。第１プラグ３１は、第１電荷蓄積領域３と第１画素電極１３とを電気的に接続している。第２プラグ３２は、第２電荷蓄積領域４と第２画素電極１４とを電気的に接続している。第３プラグ３３は、第３電荷蓄積領域５と第３画素電極１５とを電気的に接続している。
　半導体基板１は、電荷蓄積領域３，４及び５に蓄積された電荷を読み出したり、蓄積された電荷をリセットしたりするための複数のトランジスタを有していてもよい。
　撮像素子１００に光が照射されると、各光電変換層１２１，１２２及び１２３において電子－正孔対が生成する。
　例えば、第１対向電極１７の電位が第１画素電極１３の電位を上回るように第１対向電極１７と第１画素電極１３との間に電圧が印加されると、正の電荷である正孔が第１画素電極１３に集められ、負の電荷である電子が第１対向電極１７に集められる。第１画素電極１３に集められた正孔が第１プラグ３１及び第１電荷蓄積領域３に蓄積される。
　第１対向電極１７の厚さは、第１画素電極１３の厚さと異なっていてもよい。また、第１対向電極１７は、第１画素電極１３よりも厚くてもよい。第１対向電極１７を厚くすることにより、第１対向電極１７の抵抗値を減少させうる。これにより、第１対向電極１７の抵抗値に起因するバイアス電圧の低下を抑制する効果が得られる。
　第２対向電極１８の電位が第２画素電極１４の電位を上回るように第２対向電極１８と第２画素電極１４との間に電圧が印加されると、正の電荷である正孔が第２画素電極１４に集められ、負の電荷である電子が第２対向電極１８に集められる。第２画素電極１４に集められた正孔が第２プラグ３２及び第２電荷蓄積領域４に蓄積される。
　第２対向電極１８の厚さは、第２画素電極１４の厚さと異なっていてもよい。また、第２対向電極１８は、第２画素電極１４よりも厚くてもよい。第２対向電極１８を厚くすることにより、第２対向電極１８の抵抗値を減少させうる。これにより、第２対向電極１８の抵抗値に起因するバイアス電圧の低下を抑制する効果が得られる。
　第３対向電極１９の電位が第３画素電極１５の電位を上回るように第３対向電極１９と第３画素電極１５との間に電圧が印加されると、正の電荷である正孔が第３画素電極１５に集められ、負の電荷である電子が第３対向電極１９に集められる。第３画素電極１５に集められた正孔が第３プラグ３３及び第３電荷蓄積領域５に蓄積される。
　第３対向電極１９の厚さは、第３画素電極１５の厚さと異なっていてもよい。また、第３対向電極１９は、第３画素電極１５よりも厚くてもよい。第３対向電極１９を厚くすることにより、第３対向電極１９の抵抗値を減少させうる。これにより、第３対向電極１９の抵抗値に起因するバイアス電圧の低下を抑制する効果が得られる。
　第１対向電極１７及び第３対向電極１９は、単一の対向電極によって構成されていてもよい。つまり、第１光電変換層１２１及び第３光電変換層１２３が対向電極を共有していてもよい。あるいは、第２対向電極１８及び第３対向電極１９は、単一の対向電極によって構成されていてもよい。つまり、第２光電変換層１２２及び第３光電変換層１２３が対向電極を共有していてもよい。
　画素電極と光電変換層との間には、暗時における画素電極への電荷の流れ込みを妨げるブロッキング層が設けられていてもよい。
　本実施形態の撮像素子１００は、多層構造を有する。「多層」とは、半導体基板１の法線方向に複数の光電変換層が存在することを意味する。多層構造によれば、画素電極の面積を十分に確保することができるので、画素の感度を高めるうえで有利である。本実施形態では、３つの光電変換層１２１，１２２及び１２３が存在するので、撮像素子１００が３層構造を有すると言える。光電変換層１２１，１２２及び１２３は、典型的には、互いに異なる光電変換特性を有する。
　３層構造を有する撮像素子１００によれば、３層の光電変換層は、青色の光に感度を持つ光電変換層、緑色の光に感度を持つ光電変換層、及び、赤色の光に感度を持つ光電変換層を含みうる。したがって、３層構造は、フルカラー画像を形成することに向いている。
　図３Ａは、撮像素子１００を半導体基板１の法線方向から見たときの画素電極１３，１４，１５及びプラグ３１，３２，３３の配置を示している。本実施形態において、第１画素電極１３の面積は、第２画素電極１４の面積よりも小さい。このような構成によれば、特定の画素１０に第１の波長域の光（赤色の光）が斜めに入射したとしても、第１画素電極１３の面積が制限されているので、斜め入射で生じた電荷が第１画素電極１３によって収集されにくい。その結果、隣接する画素１０間での混色が抑制されうる。寄生感度を抑制するために、半導体基板１に光が入射しすぎない程度に第１画素電極１３を小さくしてもよい。
　本明細書では、撮像素子１００を半導体基板１の法線方向から見ることは、撮像素子１００を平面視することと同義である。
　第３画素電極１５の面積も第２画素電極１４の面積よりも小さい。このような構成によれば、特定の画素１０に第３の波長域の光（緑色の光）が斜めに入射したとしても、第２画素電極１４の面積が制限されているので、斜め入射で生じた電荷が第２画素電極１４によって収集されにくい。その結果、隣接する画素１０間での混色が抑制されうる。
　本実施形態では、第３画素電極１５の面積が第２画素電極１４の面積よりも小さく、第１画素電極１３の面積が第３画素電極１５の面積よりも小さい。このような構成によれば、第１画素電極１３の面積が第２画素電極１４の面積よりも小さいときに得られる効果と、第３画素電極１５の面積が第２画素電極１４の面積よりも小さいときに得られる効果とが重畳的に得られる。
　本実施形態では、半導体基板１に近づくにつれて画素電極の面積が減少している。撮像素子１００の最表面から遠ければ遠いほど、斜め入射に起因する混色が起こりやすい。そのため、本実施形態における第１画素電極１３、第３画素電極１５及び第２画素電極１４の面積の関係によって得られる効果が高い。
　本実施形態の撮像素子１００は、集光レンズを有していない。画素電極１３，１４及び１５の構成によって斜めに入射する光の影響が減じられている。したがって、集光レンズを有していなかったとしても、隣接する画素１０間の混色の問題が顕在化しにくい。
　本明細書において、画素電極の面積は、撮像素子１００を半導体基板１の法線方向から見たときの各画素電極の面積を意味する。言い換えれば、画素電極の面積は、半導体基板１の法線方向に垂直な平面に画素電極を正射影することによって得られる投影像の面積に等しい。
　図３Ａに示すように、半導体基板１の法線方向から撮像素子１００を見たとき、第２画素電極１４の外縁の内側に第１画素電極１３が収まっている。詳細には、第１画素電極１３の全部が第２画素電極１４の外縁の内側に収まっている。このような構成によれば、斜め入射による混色をより十分に抑制することができる。
　同様に、半導体基板１の法線方向から撮像素子１００を見たとき、第２画素電極１４の外縁の内側に第３画素電極１５が収まっている。詳細には、第３画素電極１５の全部が第２画素電極１４の外縁の内側に収まっている。このような構成によれば、斜め入射による混色をより十分に抑制することができる。
　本実施形態では、第３画素電極１５の外縁の内側に第１画素電極１３が収まっている。このような構成によれば、第２画素電極１４の外縁の内側に第１画素電極１３が収まっているときに得られる効果と、第２画素電極１４の外縁の内側に第３画素電極１５が収まっているときに得られる効果とが重畳的に得られる。
　図３Ｂは、撮像素子１００を半導体基板１の法線方向から見たときの画素電極１３，１４及び１５の別の配置を示している。半導体基板１の表面と平行な方向において、第１画素電極１３の外縁と第３画素電極１５の外縁との距離が距離Ｌ２で表される。半導体基板１の法線方向に垂直な方向において、第２画素電極１４の外縁と第３画素電極１５の外縁との距離が距離Ｌ１で表される。距離Ｌ２は、距離Ｌ１よりも大きい。第１画素電極１３は、最下層に位置し、第３画素電極１５よりも斜め入射の影響を受けやすい。そのため、距離Ｌ２＞距離Ｌ１の関係を満たすように画素電極１３，１４及び１５の大きさが調整されていると、斜め入射による混色を有意に抑制できる。「距離」は、最短距離を表す。
　図３Ｂに示す例では、第１画素電極１３及び第３画素電極１５に切り欠きが設けられていない。第２プラグ３２は、第１画素電極１３及び第３画素電極１５の外側の位置において半導体基板１の法線方向に延びている。第３プラグ３３は、第１画素電極１３の外側の位置において半導体基板１の法線方向に延びている。ただし、切り欠きの有無は特に限定されない。
　図３Ｂに示す例において、画素電極１３，１４及び１５は、それぞれ、平面視で矩形の形状を有する。第２画素電極１４の外縁を構成する４つの辺のいずれも、第３画素電極１５の外縁から距離Ｌ１だけ離れている。第３画素電極１５の外縁を構成する４つの辺のいずれも、第１画素電極１３の外縁から距離Ｌ２だけ離れている。つまり、画素電極の大きさの縮小幅が等方的である。このような構成によれば、全方位に関して、斜め入射の影響を抑制することができる。さらに、隣接する画素１０において画素電極間の容量カップリングを抑制する効果も最大限に得られる。
　図３Ｂに示す例において、画素電極１３，１４及び１５は、正方形の形状を有する。第１画素電極１３、第３画素電極１５及び第２画素電極１４の重心の位置は一致している。第１画素電極１３、第３画素電極１５及び第２画素電極１４は、相似の関係にある。
　隣接する画素１０において、第１画素電極１３と第１画素電極１３との距離が距離Ｌ５で表される。隣接する画素１０において、第２画素電極１４と第２画素電極１４との距離が距離Ｌ３で表される。隣接する画素１０において、第３画素電極１５と第３画素電極１５との距離が距離Ｌ４で表される。距離Ｌ３＜距離Ｌ４の関係が満たされる。距離Ｌ４＜距離Ｌ５の関係が満たされる。このような構成によれば、下層の画素電極間の容量カップリングを十分に抑制することができる。
　本実施形態において、第１画素電極１３の材料は、第２画素電極１４の材料と異なる。第２画素電極１４は、最上層に位置しているので、第２画素電極１４として透明電極を用いている。一方、第１画素電極１３は、最下層に位置しているので、透明電極でなくてもよい。第１画素電極１３が遮光材料によって構成されている場合、半導体基板１に光が入射することを第１画素電極１３によって妨げることができる。その結果、半導体基板１に光が入射することによる光電変換が抑制され、寄生感度が低減されうる。
　遮光材料としては、金属、導電性金属化合物などが挙げられる。金属としては、タングステン、チタンが挙げられる。導電性金属化合物としては、窒化チタンなどの金属窒化物が挙げられる。
　第１画素電極１３の材料は、第３画素電極１５の材料と異なっていてもよい。第３画素電極１５は、透明電極でありうる。第１画素電極１３は、非透明電極でありうる。このような構成によれば、半導体基板１に光が入射することによる光電変換が更に抑制され、寄生感度が低減されうる。
　（変形例１）
　図４Ａは、変形例１に係る撮像素子２００の断面を示している。撮像素子２００の各画素１０は、図２Ａを参照して説明した撮像素子１００の構成に加え、集光レンズ２１をさらに備えている。集光レンズ２１は、撮像素子２００の表面を構成するように半導体基板１の上方に配置されている。本実施形態では、第２光電変換層１２２の上方に集光レンズ２１が配置されている。集光レンズ２１によれば、斜めに入射する光そのものを減らすことができる。集光レンズ２１によって得られる効果と、画素電極の面積を制限することによって得られる効果とが相俟って、斜め入射に起因する混色をより十分に抑制することができる。
　図４Ａに示すように、集光レンズ２１の焦点は、第１画素電極１３に合わされていてもよい。
　図４Ｂは、変形例１に係る別の撮像素子２００の断面を示している。図４Ｂに示すように、集光レンズ２１の焦点は、第１画素電極１３よりも下に合わされていてもよい。図４Ｂに示す例において、集光レンズ２１の焦点は、第１画素電極１３の下面と半導体基板１の上面との間にある。焦点が第１画素電極１３よりも下に合わされている場合、集光レンズ２１によって集光された光が通過する領域は、第１画素電極１３の外縁の内側に収まっていてもよい。これにより、半導体基板１に光が入射することによる電荷の発生を抑制できる。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、破線は、集光された光の経路を示している。破線の交点は、焦点を示している。
　本明細書において、焦点の位置は、集光レンズ２１の焦点距離ｆで特定されうる。集光レンズ２１の焦点距離ｆは、下記の式（１）で表される。Ｒは、集光レンズ２１の曲率半径であり、ｎ１は集光レンズ２１の材料の屈折率であり、ｎ０は集光レンズ２１の光入射側に接する媒体の屈折率である。式（１）は、屈折率ｎ０の媒体（例えば、空気層）から、屈折率ｎ１及び曲率半径Ｒを有する集光レンズ２１に光が入射した場合の集光レンズ２１の焦点距離ｆを表す。
　ｆ＝｛ｎ１／（ｎ１－ｎ０）｝Ｒ・・・（１）
　図４Ｂに示すように、第２対向電極１８と集光レンズ２１との間には、絶縁層２０が設けられていてもよい。
　（変形例２）
　図５は、変形例２に係る撮像素子３００の断面を示している。撮像素子３００は、厚い第１画素電極１３Ａを備えている。詳細には、第１画素電極１３Ａが第２画素電極１４よりも厚い。このような構成によれば、光が第１画素電極１３Ａを透過しにくいので、半導体基板１に光が入射することを防ぐことができる。その結果、半導体基板１に光が入射することによる光電変換が更に抑制され、寄生感度が低減されうる。
　第１画素電極１３Ａは、第３画素電極１５よりも厚い。このような構成によれば、光が第１画素電極１３Ａを透過しにくいので、半導体基板１に光が入射することを十分に抑制することができる。その結果、半導体基板１に光が入射することによる光電変換が更に抑制され、寄生感度が低減されうる。
　典型的には、第２画素電極１４及び第３画素電極１５が同じ厚さに形成され、第１画素電極１３Ａが第２画素電極１４及び第３画素電極１５よりも厚く形成される。
　画素電極の厚さは、以下の方法によって特定されうる。半導体基板１の法線方向に平行な断面を形成する。断面を電子顕微鏡（例えば、走査電子顕微鏡）で観察する。得られた像に含まれた任意の複数の位置（例えば、５箇所）で画素電極の厚さを測定する。測定値の平均値をその画素電極の厚さとみなすことができる。「厚さ」は、半導体基板１の法線方向に平行な方向の寸法である。対向電極の厚さも画素電極と同様の方法で特定されうる。
　（変形例３）
　図６Ａは、変形例３に係る撮像素子４００の断面を示している。図６Ｂは、撮像素子４００を半導体基板１の法線方向から見たときの第１電荷蓄積領域３、第２電荷蓄積領域４、第３電荷蓄積領域５及び第１画素電極１３の配置を示している。
　図６Ａに示すように、本変形例では、第２プラグ３２及び第３プラグ３３は、第１画素電極１３Ａ（又は１３）と半導体基板１との間の配線層を介して、第１プラグ３１に近づけられている。
　従来の撮像素子においては、半導体基板によって光電変換部が支持されている。半導体基板に光が入射すると半導体基板において光電変換が起こる。半導体基板の寄生感度を減らすことができれば、画質の向上に有益である。
　図６Ｂに示すように、本変形例によれば、半導体基板１の法線方向から撮像素子４００を見たとき、第１電荷蓄積領域３及び第２電荷蓄積領域４が第１画素電極に重なっている。詳細には、第１電荷蓄積領域３、第２電荷蓄積領域４及び第３電荷蓄積領域５が第１画素電極１３に重なっている。このような構成によれば、第１画素電極１３によって光が遮られるので各電荷蓄積領域に光が入射されにくい。結果として、半導体基板１の寄生感度を低減することができる。
　図６Ｃは、第１電荷蓄積領域３、第２電荷蓄積領域４、第３電荷蓄積領域５及び第１画素電極１３の別の配置を示している。図６Ｃに示すように、第２電荷蓄積領域４の一部のみが第１画素電極１３に重なっていてもよい。第３電荷蓄積領域５の一部のみが第１画素電極１３に重なっていてもよい。このような構成においても、斜めに入射した光が第２電荷蓄積領域４及び第３電荷蓄積領域５に照射されることを防ぐ効果は得られる。
　（他の変形例）
　画素電極は、半導体基板を貫通するプラグと半導体基板の下方の配線層とを介して、電荷蓄積領域に電気的に接続されていてもよい。
　以上の第１実施形態の説明は、３層構造を有する撮像素子１００，２００，３００及び４００のみならず、２層構造を有する撮像素子にも適用されうる。第３光電変換層１２３、第３画素電極１５、第３プラグ３３及び第３電荷蓄積領域５は、任意の要素でありうる。第１実施形態の説明が２層構造を有する撮像素子に適用される場合、第３光電変換層１２３、第３画素電極１５、第３プラグ３３及び第３電荷蓄積領域５に関する説明が除外される。
　（第２実施形態）
　図７Ａは、第２実施形態に係る撮像素子５００の断面を示している。図７Ｂは、撮像素子５００を半導体基板１の法線方向から見たときの画素電極１３，１４及びプラグ３１，３２の配置を示している。撮像素子５００は、２層構造を有する。
　第１光電変換層１２１は、例えば、近赤外光の波長域に感度を持つ。第１光電変換層１２１は、近赤外光の波長域に感度を持つ光電変換材料を用いて作製されうる。第２光電変換層１２２は、例えば、可視光の波長域に感度を持つ。第２光電変換層１２２は、可視光の波長域に感度を持つ光電変換材料を用いて作製されうる。第２光電変換層１２２の上方にカラーフィルタが設けられていてもよい。撮像素子５００は、集光レンズを備えていてもよい。
　本実施形態の撮像素子５００においても、第１画素電極１３の面積が第２画素電極１４の面積よりも小さい。したがって、本実施形態の撮像素子５００においても、先に説明した撮像素子１００，２００，３００及び４００において得られる効果と同じ効果が得られる。
　（第３実施形態）
　図８は、第３実施形態に係る撮像素子６００の断面を示している。各画素１０は、第１光電変換層１２１及び第２光電変換層１２２に加え、フォトダイオードＰＤをさらに備えている。フォトダイオードＰＤは、半導体基板１に設けられている。第１画素電極１３及び第２画素電極１４のそれぞれが透光性を有する。フォトダイオードＰＤと第１光電変換層１２１との間には、カラーフィルタ１９ｒ又はカラーフィルタ１９ｂが設けられている。フォトダイオードＰＤのそれぞれがカラーフィルタ１９ｒ又はカラーフィルタ１９ｂによって覆われている。フォトダイオードＰＤとカラーフィルタ１９ｒ及び１９ｂとの間には、絶縁層２５が設けられている。絶縁層２５は、ＳｉＯ2などの絶縁材料によって構成されている。第１画素電極１３とカラーフィルタ１９ｒ及び１９ｂとの間に絶縁層７が存在する。絶縁層７は、平坦化層としても機能し、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂によって構成されうる。撮像素子６００は、集光レンズ２１を備えている。集光レンズ２１の働きによって、フォトダイオードＰＤに光を効果的に導くことができる。
　第１光電変換層１２１は、例えば、緑色の光の波長域に感度を持つ。第１光電変換層１２１は、緑色の光の波長域に感度を持つ光電変換材料を用いて作製されうる。第２光電変換層１２２は、例えば、近赤外光の波長域に感度を持つ。第２光電変換層１２２は、近赤外光の波長域に感度を持つ光電変換材料を用いて作製されうる。フォトダイオードＰＤは、典型的にはシリコンフォトダイオードである。カラーフィルタ１９ｒは、赤色の光をカットするフィルタである。カラーフィルタ１９ｂは、青色の光をカットするフィルタである。
　第１光電変換層１２１が緑色の光の波長域に感度を持ち、第２光電変換層１２２が近赤外光の波長域に感度を持つので、赤色の光及び青色の光は、カラーフィルタ１９ｒ及び１９ｂまで到達する。赤色の光は、カラーフィルタ１９ｒによってカットされ、青色の光のみがフォトダイオードＰＤに入射する。青色の光は、カラーフィルタ１９ｂによってカットされ、赤色の光のみがフォトダイオードＰＤに入射する。したがって、撮像素子６００は、近赤外光に基づく画像及びフルカラーの画像を形成しうる。
　図９は、撮像素子６００を半導体基板１の法線方向から見たときの画素電極１３，１４及びフォトダイオードＰＤの配置を示している。第１画素電極１３の面積は、第２画素電極１４の面積よりも小さい。フォトダイオードＰＤの受光部の面積は、第１画素電極１３の面積よりも小さい。第２画素電極１４の外縁の内側に第１画素電極１３が収まっている。第１画素電極１３の外縁の内側にフォトダイオードＰＤの受光部が収まっている。
　本実施形態の撮像素子６００においても、第１画素電極１３の面積が第２画素電極１４の面積よりも小さい。したがって、本実施形態の撮像素子６００においても、先に説明した撮像素子１００，２００，３００，４００及び５００において得られる効果と同じ効果が得られる。
　半導体基板１の法線方向に垂直な方向において、フォトダイオードＰＤの受光部の外縁と第１画素電極１３の外縁との距離が距離Ｌ２１で表される。半導体基板１の法線方向に垂直な方向において、第１画素電極１３の外縁と第２画素電極１４の外縁との距離が距離Ｌ１１で表される。距離Ｌ２１は、距離Ｌ１１よりも大きい。フォトダイオードＰＤは、半導体基板１に設けられており、第１画素電極１３よりも斜め入射の影響を受けやすい。そのため、距離Ｌ２１＞距離Ｌ１１の関係を満たすようにフォトダイオードＰＤの受光部、第１画素電極１３及び第２画素電極１４の大きさが調整されていると、斜め入射による混色を有意に抑制できる。
　フォトダイオードＰＤの受光部の面積が小さい場合、隣接する画素１０間において、フォトダイオードＰＤ間の距離が十分に確保される。この場合、フォトダイオードＰＤ間のカップリングを抑制できる。隣接する画素１０間において、フォトダイオードＰＤはそれぞれ異なる色に対応する電荷（本実施形態では赤と青）を生成しているので、カップリングが起きると混色が生じる恐れがある。よって、隣接する画素１０間でフォトダイオードＰＤ間のカップリングを抑制することは価値がある。
　（第４実施形態）
　図１０は、本開示の第４実施形態に係る撮像素子７００の断面を示している。撮像素子７００と先の実施形態の撮像素子との違いは、電極の構造にある。撮像素子７００において、第１画素電極１３は、第１蓄積電極１３ａ、第１読み出し電極１３ｂ及び第１転送電極１３ｃを有する。第２画素電極１４は、第２蓄積電極１４ａ、第２読み出し電極１４ｂ及び第２転送電極１４ｃを有する。第３画素電極１５は、第３蓄積電極１５ａ、第３読み出し電極１５ｂ及び第３転送電極１５ｃを有する。転送電極１３ｃ，１４ｃ及び１５ｃは、省略されていてもよい。
　第１画素電極１３と第１光電変換層１２１との間には、第１半導体層２７が設けられている。第１半導体層２７と第１画素電極１３との間には、絶縁層７の一部が存在している。第２画素電極１４と第２光電変換層１２２との間には、第２半導体層２８が設けられている。第２半導体層２８と第２画素電極１４との間には、絶縁層９の一部が存在している。第３画素電極１５と第３光電変換層１２３との間には、第３半導体層２９が設けられている。第３半導体層２９と第３画素電極１５との間には、絶縁層８の一部が存在している。半導体層２７，２８及び２９は、電荷の蓄積をより効率的に行うために設けられ、透光性を有する半導体材料で作られている。
　第１蓄積電極１３ａ及び第１転送電極１３ｃは、絶縁層７の一部を介して、又は、絶縁層７の一部及び第１半導体層２７を介して、第１光電変換層１２１に向かい合っている。第１読み出し電極１３ｂの少なくとも一部が直接又は第１半導体層２７を介して第１光電変換層１２１に接している。第１読み出し電極１３ｂには、第１プラグ３１が接続されている。第１蓄積電極１３ａ、第１読み出し電極１３ｂ及び第１転送電極１３ｃは、それぞれ、図示しない配線に電気的に接続されている。第１蓄積電極１３ａ、第１読み出し電極１３ｂ及び第１転送電極１３ｃのそれぞれに所望の電圧が印加されうる。第１蓄積電極１３ａは、印加電圧に応じて、第１光電変換膜１２１で発生した電荷を引き寄せて、電荷を第１光電変換層１２１に蓄積させるための電荷蓄積用電極として機能しうる。撮像素子７００を平面視したとき、第１転送電極１３ｃは、第１蓄積電極１３ａと第１読み出し電極１３ｂとの間に配置されている。第１転送電極１３ｃは、蓄積された電荷を塞き止めたり、電荷の転送を制御したりする役割を担う。第１蓄積電極１３ａ、第１読み出し電極１３ｂ及び第１転送電極１３ｃへの印加電圧を制御することによって、第１光電変換層１２１で発生した電荷を第１光電変換層１２１の内部又は第１光電変換層１２１の界面に蓄積したり、発生した電荷を第１電荷蓄積領域３に取り出したりすることができる。第１画素電極１３に関するこれらの説明は、「第１」を「第２」又は「第３」と読み替えることによって、第２画素電極１４及び第３画素電極１５にも適用されうる。
　本実施形態によれば、第１画素電極１３、第２画素電極１４及び第３画素電極１５のそれぞれが複数の部分に分かれている。この場合、「画素電極の面積」は、複数の部分の合計の面積を意味する。画素面積の大小関係は、蓄積電極と読み出し電極とのそれぞれに適用されてもよい。すなわち、第１読み出し電極１３ｂの面積は第３読み出し電極１５ｂの面積より小さくてもよいし、第３読み出し電極１５ｂの面積は第２読み出し電極１４ｂの面積よりも小さくてもよい。第１蓄積電極１３ａの面積は第３蓄積電極１５ａの面積より小さくてもよいし、第３蓄積電極１５ａの面積は第２蓄積電極１４ａの面積より小さくてもよい。
　本実施形態の電極の構造によれば、光電変換層で発生した電荷を効率的に収集及び転送することができ、感度の向上につながる。本実施形態の電極の構造は、先に説明した全ての実施形態に適用されうる。
　本明細書に開示された技術は、撮像素子に有用である。撮像素子は、撮像装置、光センサなどに応用されうる。撮像装置としては、デジタルカメラ、医療用カメラ、監視用カメラ、ロボット用カメラ、車両用カメラなどが挙げられる。
１　半導体基板
３　第１電荷蓄積領域
４　第２電荷蓄積領域
５　第３電荷蓄積領域
１０　画素
１２　光電変換部
１３，１３Ａ　第１画素電極
１４　第２画素電極
１５　第３画素電極
１７　第１対向電極
１８　第２対向電極
１９　第３対向電極
３１　第１プラグ
３２　第２プラグ
３３　第３プラグ
１００，１００ｂ，１００ｃ，２００，３００，４００，５００，６００，７００　撮像素子
１００Ａ　撮像装置
１２１　第１光電変換層
１２２　第２光電変換層
１２３　第３光電変換層
ＰＤ　フォトダイオード

Claims (16)

  1. 　複数の画素を備え、
    　前記複数の画素のそれぞれは、
    　　光を第１電荷に変換する第１光電変換層と、
    　　前記第１電荷を収集する第１画素電極と、
    　　前記第１光電変換層の上方に配置され、光を第２電荷に変換する第２光電変換層と、
    　　前記第２電荷を収集する第２画素電極と、
    　を含み、
    　前記第１画素電極の面積が前記第２画素電極の面積よりも小さい、
    　撮像素子。
  2. 　半導体基板をさらに備え、
    　前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第２画素電極の外縁の内側に前記第１画素電極が収まっている、
    　請求項１に記載の撮像素子。
  3. 　前記第１画素電極の材料が前記第２画素電極の材料と異なる、
    　請求項１又は２に記載の撮像素子。
  4. 　前記第１画素電極が前記第２画素電極よりも厚い、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像素子。
  5. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記第１画素電極に電気的に接続された第１電荷蓄積領域と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記第２画素電極に電気的に接続された第２電荷蓄積領域と、
    　をさらに備え、
    　前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第１電荷蓄積領域及び前記第２電荷蓄積領域が前記第１画素電極に重なっている、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像素子。
  6. 　前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に配置され、光を第３電荷に変換する第３光電変換層と、
    　前記第３電荷を収集する第３画素電極と、
    　をさらに備える、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像素子。
  7. 　前記第３画素電極の面積が前記第２画素電極の面積よりも小さい、
    　請求項６に記載の撮像素子。
  8. 　前記第１画素電極の面積が前記第３画素電極の面積よりも小さい、
    　請求項６又は７に記載の撮像素子。
  9. 　半導体基板をさらに備え、
    　前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第２画素電極の外縁の内側に前記第３画素電極が収まっている、
    　請求項６から８のいずれか１項に記載の撮像素子。
  10. 　半導体基板をさらに備え、
    　前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第３画素電極の外縁の内側に前記第１画素電極が収まっている、
    　請求項６から９のいずれか１項に記載の撮像素子。
  11. 　前記第１画素電極の材料が前記第３画素電極の材料と異なる、
    　請求項６から１０のいずれか１項に記載の撮像素子。
  12. 　前記第１画素電極が前記第３画素電極よりも厚い、
    　請求項６から１１のいずれか１項に記載の撮像素子。
  13. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記第１画素電極に電気的に接続された第１電荷蓄積領域と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記第２画素電極に電気的に接続された第２電荷蓄積領域と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記第３画素電極に電気的に接続された第３電荷蓄積領域と、
    　をさらに備え、
    　前記半導体基板の法線方向から前記撮像素子を見たとき、前記第１電荷蓄積領域、前記第２電荷蓄積領域及び前記第３電荷蓄積領域が前記第１画素電極に重なっている、
    　請求項６から１２のいずれか１項に記載の撮像素子。
  14. 　半導体基板をさらに備え、
    　前記半導体基板の表面と平行な方向において、前記第１画素電極の外縁と前記第３画素電極の外縁との距離は、前記第２画素電極の外縁と前記第３画素電極の外縁との距離よりも長い、
    　請求項６から１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  15. 　前記複数の画素から任意に選ばれた第１画素における前記第１光電変換層の一部は、前記複数の画素のうち、前記第１画素に隣接する画素における前記第１光電変換層の一部と電気的に接続されており、
    　前記複数の画素から任意に選ばれた第２画素における前記第２光電変換層の一部は、前記複数の画素のうち、前記第２画素に隣接する画素における前記第２光電変換層の一部と電気的に接続されている、
    　請求項１から１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
  16. 　半導体基板をさらに備え、
    　前記第１画素電極は、前記第１電荷を前記第１光電変換層に蓄積させる第１蓄積電極と、前記半導体基板と電気的に接続された第１読み出し電極とを含み、
    　前記第２画素電極は、前記第２電荷を前記第２光電変換層に蓄積させる第２蓄積電極と、前記半導体基板と電気的に接続された第２読み出し電極とを含む、
    　請求項１から１５のいずれか１項に記載の撮像素子。
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