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TWI876005B - 攝像元件及攝像裝置 - Google Patents

攝像元件及攝像裝置 Download PDF

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TWI876005B
TWI876005B TW110110948A TW110110948A TWI876005B TW I876005 B TWI876005 B TW I876005B TW 110110948 A TW110110948 A TW 110110948A TW 110110948 A TW110110948 A TW 110110948A TW I876005 B TWI876005 B TW I876005B
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Taiwan
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electrode
photoelectric conversion
semiconductor layer
semiconductor
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TW110110948A
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English (en)
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TW202145548A (zh
Inventor
中野博史
平田晋太郎
室山雅和
山崎雄介
森脇俊貴
飯野陽一郎
栗島一徳
村上洋介
Original Assignee
日商索尼股份有限公司
日商索尼半導體解決方案公司
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
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Abstract

本發明之一實施方式之攝像元件具備：第1電極及第2電極，其等並列配置；第3電極，其與第1電極及第2電極對向配置；光電轉換層，其設置於第1電極及第2電極與第3電極之間且包含有機材料；以及半導體層，其於第1電極及第2電極與光電轉換層之間包含從第1電極及第2電極側起依序積層之第1層及第2層；且第1層之表示5s軌道對傳導帶底端之貢獻率的C5s之值大於第2層之C5s之值，第2層之表示氧缺陷生成能之EVO 或表示氮缺陷生成能之EVN 之值大於第1層之EVO 或EVN 之值。

Description

攝像元件及攝像裝置
本發明係關於一種例如使用有機材料之攝像元件及具備該攝像元件之攝像裝置。
例如，專利文獻1中，揭示有一種攝像元件，其藉由在第1電極、光電轉換層及第2電極積層而成之光電轉換部中設置電荷蓄積用電極，而謀求改善拍攝畫質，上述電荷蓄積用電極係與第1電極隔開配置，且介隔絕緣層與光電轉換層對向配置。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2017-157816號公報
然，對於攝像元件，要求改善殘像特性。
理想的是提供一種能改善殘像特性之攝像元件及攝像裝置。
本發明之一實施方式之攝像元件具備：第1電極及第2電極，其等並列配置；第3電極，其與第1電極及第2電極對向配置；光電轉換層，其設置於第1電極及第2電極與第3電極之間且包含有機材料；以及半導體層，其於第1電極及第2電極與光電轉換層之間包含從第1電極及第 2電極側起依序積層之第1層及第2層；且第1層之表示5s軌道對傳導帶底端之貢獻率的C5s之值大於第2層之C5s之值，第2層之表示氧缺陷生成能之EVO或表示氮缺陷生成能之EVN之值大於第1層之EVO或EVN之值。
本發明之一實施方式之攝像裝置係於複數個像素之每一個中具備1個或複數個上述本發明之一實施方式之攝像元件。
於本發明之一實施方式之攝像元件及一實施方式之攝像裝置中，於並列配置之第1電極及第2電極與光電轉換層之間，設置從第1電極及第2電極側起依序積層有第1層及第2層之半導體層。該第1層具有較第2層之C5s之值大的C5s之值，藉此，改善蓄積於第1電極上方之半導體層內之電荷向面內方向之傳輸特性。又，第2層具有較第1層之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值，藉此，減少氧或氮從第1層之脫離，而減少半導體層與光電轉換層之間之界面處之陷阱之產生。
1:攝像裝置
1A:像素部
1a:像素單元
2:電子機器
3:攝像裝置
4:電子機器
10:攝像元件
10A:攝像元件
10B:攝像元件
10C:攝像元件
10D:攝像元件
10E:攝像元件
10F:攝像元件
20:有機光電轉換部
20A:有機光電轉換部
20B:有機光電轉換部
20C:有機光電轉換部
20D:有機光電轉換部
21:下部電極
21A:讀出電極
21B:蓄積電極
21C:傳輸電極
21x:導電膜
22:絕緣層
22H:開口
23:半導體層
23A:第1半導體層
23B:第2半導體層
23C:第3半導體層
23H:開口
24:光電轉換層
25:上部電極
26:絕緣層
26A:固定電荷層
26B:介電體層
27:層間絕緣層
27H1,27H2:開口
28:屏蔽電極
29:保護層
30:半導體基板
30A:第1面(背面)
30B:第2面(正面)
31:p井
32:無機光電轉換部
32B,32R:無機光電轉換部
33:閘極絕緣層
34,77:貫通電極
34A:通道形成區域
34B:源極/汲極區域
34C:源極/汲極區域
34H:開口
34X:貫通電極
34Y:貫通電極
35A:通道形成區域
35B:源極/汲極區域
35C:源極/汲極區域
36A:通道形成區域
36B:源極/汲極區域
36B1:源極/汲極區域
36B2:源極/汲極區域
36C:源極/汲極區域
37C:區域
38C:區域
39A,39B:焊墊部
39C:上部第1接點
39D:上部第2接點
39E:焊墊部
39F:上部第3接點
40:多層配線層
41,42,43:配線層
41A:連接部
44:絕緣層
45:下部第1接點
46:下部第2接點
47:閘極配線層
51:保護層
52:配線
53:遮光膜
54:晶載透鏡
55:彩色濾光片
55B,55R:彩色濾光片
60:有機光電轉換部
61:下部電極
62:絕緣層
63:半導體層
64:光電轉換層
65:上部電極
70:有機光電轉換部
71:下部電極
71A:讀出電極
71B:蓄積電極
72:絕緣層
72H:開口
73:半導體層
73A:第1半導體層
73B:第2半導體層
74:光電轉換層
75:上部電極
76A:焊墊部
76B:焊墊部
76C:上部第4接點
76D:上部第5接點
78:層間絕緣層
80:有機光電轉換部
83:半導體層
83A:第1半導體層
83B:第2半導體層
90B:有機光電轉換部(藍色光電轉換部)
90G:有機光電轉換部(綠色光電轉換部)
90R:有機光電轉換部(紅色光電轉換部)
91B,91G,91R:第1電極
93B,93G,93R:半導體層
93BA,93GA,93RA:第1半導體層
93BB,93GB,93RB:第2半導體層
94B,94G,94R:光電轉換層
95B,95G,95R:第2電極
92:絕緣層
96,97:絕緣層
98:保護層
99:晶載透鏡層
99L:晶載透鏡
130:周邊電路部
131:列掃描部
132:系統控制部
133:水平選擇部
134:行掃描部
135:水平信號線
210:光學系統(光學透鏡)
211:快門裝置
212:信號處理部
213:驅動部
310B:藍色蓄電層
310G:綠色蓄電層
310R:紅色蓄電層
311:垂直驅動電路
312:行信號處理電路
313:水平驅動電路
314:輸出電路
315:控制電路
316:輸入輸出端子
1001:透鏡群
1002:DSP電路
1003:圖框記憶體
1004:顯示部
1005:記錄部
1006:操作部
1007:電源部
1008:匯流排線
10001:體內資訊獲取系統
10100:膠囊型內視鏡
10101:膠囊型殼體
10111:光源部
10112:攝像部
10113:圖像處理部
10114:無線通信部
10114A:天線
10115:饋電部
10116:電源部
10117:控制部
10200:外部控制裝置
10200A:天線
11000:內視鏡手術系統
11100:內視鏡
11101:鏡筒
11102:相機頭
11110:手術器具
11111:氣腹管
11112:能量處置器具
11120:支持臂裝置
11131:手術者(醫生)
11132:患者
11133:病床
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:傳輸纜線
11401:透鏡單元
11402:攝像部
11403:驅動部
11404:通信部
11405:相機頭控制部
11411:通信部
11412:圖像處理部
11413:控制部
12000:車輛控制系統
12001:通信網路
12010:驅動系統控制單元
12020:車身系統控制單元
12030:車外資訊檢測單元
12031:攝像部
12040:車內資訊檢測單元
12041:駕駛者狀態檢測部
12050:整合控制單元
12051:微電腦
12052:聲音圖像輸出部
12053:車載網路I/F
12061:音頻揚聲器
12062:顯示部
12063:儀錶面板
12100:車輛
12101,12102,12103,12104,12105:攝像部
12111~12114:拍攝範圍
AMP:放大器電晶體
FD:浮動擴散區
FD1,FD2,FD3:浮動擴散區(浮動擴散層)
Gamp:閘極
Grst:重設閘極
Gsel:閘極
Gtrs2:閘極
Gtrs3:閘極
Lread:像素驅動線
Lsig:垂直信號線
P:單位像素
Pb,Pg,Pr:單位像素
PD:光電二極體
PR:光阻劑
RST:重設電晶體
RST1,RST2,RST3:重設線
S1:光入射側
S2:配線層側
SEL:選擇電晶體
SEL1,SEL2,SEL3:選擇線
TG2,TG3:傳輸閘極線
TR1rst:重設電晶體
TR1sel:選擇電晶體
TR2amp:放大器電晶體
TR2rst:重設電晶體
TR2sel:選擇電晶體
TR2trs:傳輸電晶體
TR3amp:放大器電晶體
TR3rst:重設電晶體
TR3sel:選擇電晶體
TR3trs:傳輸電晶體
Tr2:傳輸電晶體
Tr3:傳輸電晶體
t1:時序
t2:時序
VDD:電源線
VSL1,VSL2,VSL3:信號線(資料輸出線)
X:區域
圖1係表示本發明之第1實施方式之攝像元件之構成之一例的剖面模式圖。
圖2係表示具有圖1所示之攝像元件的攝像裝置之像素構成之一例的俯視模式圖。
圖3係表示圖1所示之有機光電轉換部之構成之一例的剖面模式圖。
圖4係藉由結晶層之TEM(Transmission Electron Microscopy，穿透式電子顯微鏡)像之二維FFT(fast Fourier transform，快速傅立葉變換)而獲得之圖案的模式圖。
圖5係藉由非晶質層之TEM像之二維FFT而獲得之圖案的模式圖。
圖6係表示圖4所示之結晶層之圖案與其強度分佈之對應關係的圖。
圖7係表示圖5所示之非晶質層之圖案與其強度分佈之對應關係的圖。
圖8係說明構成圖1所示之有機光電轉換部的半導體層內之元素構成之圖。
圖9係說明包含4s元素及5s元素作為主成分之層內之電荷之移動的圖。
圖10係說明僅包含5s元素作為主成分之層內之電荷之移動的圖。
圖11係圖1所示之攝像元件之等效電路圖。
圖12係表示構成圖1所示之攝像元件之下部電極及控制部的電晶體之配置之模式圖。
圖13係用於說明圖1所示之攝像元件之製造方法之剖視圖。
圖14係表示繼圖13後之步驟之剖視圖。
圖15係表示繼圖14後之步驟之剖視圖。
圖16係表示繼圖15後之步驟之剖視圖。
圖17係表示繼圖16後之步驟之剖視圖。
圖18係表示繼圖17後之步驟之剖視圖。
圖19係表示圖1所示之攝像元件之一動作例之時序圖。
圖20係表示本發明之變化例1之有機光電轉換部之構成的剖面模式圖。
圖21係表示本發明之變化例2之有機光電轉換部之構成之一例的剖面模式圖。
圖22係表示本發明之變化例2之有機光電轉換部之構成之其他例的剖 面模式圖。
圖23係表示本發明之變化例3之有機光電轉換部之構成之一例的剖面模式圖。
圖24係表示本發明之第2實施方式之攝像元件之構成之一例的剖面模式圖。
圖25係表示具有圖24所示之攝像元件的攝像裝置之像素構成之一例的俯視模式圖。
圖26係表示實驗例1~實驗例6中之Ga之含量與載子遷移率之關係的特性圖。
圖27係表示實驗例1~實驗例6中之Ga之含量與載子濃度之關係的特性圖。
圖28係表示本發明之變化例4之攝像元件之構成之一例的剖面模式圖。
圖29係表示本發明之變化例5之攝像元件之構成之一例的剖面模式圖。
圖30A係表示本發明之變化例6之攝像元件之構成之一例的剖面模式圖。
圖30B係表示具有圖30A所示之攝像元件的攝像裝置之像素構成之一例的俯視模式圖。
圖31A係表示本發明之變化例7之攝像元件之構成之一例的剖面模式圖。
圖31B係表示具有圖31A所示之攝像元件的攝像裝置之像素構成之一例的俯視模式圖。
圖32係表示本發明之變化例8之攝像元件之構成之一例的剖面模式圖。
圖33係表示使用圖1等所示之攝像元件作為像素的攝像裝置之構成之一例的方塊圖。
圖34係表示使用圖33所示之攝像裝置之電子機器(相機)之一例的功能方塊圖。
圖35係表示使用圖1等所示之攝像元件作為像素之攝像裝置之構成之另一例的方塊圖。
圖36係表示具有圖33等所示之攝像裝置的電子機器之構成之另一例的方塊圖。
圖37係表示體內資訊獲取系統之概略構成之一例的方塊圖。
圖38係表示內視鏡手術系統之概略構成之一例的圖。
圖39係表示相機頭及CCU(Camera Control Unit，相機控制單元)之功能構成之一例之方塊圖。
圖40係表示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。
圖41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。
以下，參照圖式詳細地說明本發明之一實施方式。以下之說明係本發明之一具體例，本發明不受以下之態樣所限定。又，本發明亦不受各圖所示之各構成要素之配置及尺寸、尺寸比等限定。再者，說明順序如下所述。
1.第1實施方式(於下部電極與光電轉換層之間具有半導體層之攝像元件之例，上述半導體層包含具有特定之C5s之值及EVO或EVN之值之兩層)
1-1.攝像元件之構成
1-2.攝像元件之製造方法
1-3.攝像元件之信號獲取動作
1-4.作用、效果
2.變化例
2-1.變化例1(於半導體層與光電轉換層之間進而設置有保護層之例)
2-2.變化例2(於下部電極與光電轉換層之間設置有具有三層構造之半導體層之例)
2-3.變化例3(進而設置有傳輸電極作為下部電極之例)
3.第2實施方式(於下部電極與光電轉換層之間具有半導體層之攝像元件之例，上述半導體層包含具有特定之△EN之值及EVO之值之兩層) 4.變化例
4-1.變化例4(於半導體基板上積層有2個有機光電轉換部之例)
4-2.變化例5(於半導體基板上積層有3個有機光電轉換部之例)
4-3.變化例6(使用彩色濾光片進行分光之攝像元件之一例)
4-4.變化例7(使用彩色濾光片進行分光之攝像元件之另一例)
4-5.變化例8(於半導體基板上積層有2個有機光電轉換部之例)
5.適用例 6.應用例
<1.第1實施方式>
圖1表示本發明之第1實施方式之攝像元件(攝像元件10)之剖面構成。圖2模式性地表示圖1所示之攝像元件10之平面構成之一例，圖1表示圖2所示之I-I線處之剖面。圖3係將圖1所示之攝像元件10之主要部分(有 機光電轉換部20)之剖面構成之一例放大並模式性地表示。攝像元件10例如構成數位靜態相機、攝錄影機等電子機器所使用之CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)影像感測器等攝像裝置(例如，攝像裝置1，參照圖33)之像素部1A中呈陣列狀重複配置之1個像素(單位像素P)。於像素部1A中，如圖2所示，例如包含以2列×2行配置之4個單位像素P的像素單元1a成為重複單位，重複配置成包含列方向與行方向之陣列狀。
本實施方式之攝像元件10於設置在半導體基板30上之有機光電轉換部20中，於包含讀出電極21A及蓄積電極21B之下部電極21與光電轉換層24之間，設置有具有積層構造之半導體層23。該半導體層23例如包含第1半導體層23A及第2半導體層23B，該等第1半導體層23A及第2半導體層23B從下部電極21側起依序積層。第1半導體層23A具有較第2半導體層23B之C5s之值大的C5s之值，第2半導體層23B具有較第1半導體層23A之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值。該讀出電極21A相當於本發明之「第2電極」之一具體例，蓄積電極21B相當於本發明之「第1電極」之一具體例。又，第1半導體層23A相當於本發明之「第1層」之一具體例，第2半導體層23B相當於本發明之「第2層」之一具體例。
(1-1.攝像元件之構成)
攝像元件10例如為所謂之縱向分光型攝像元件，沿縱向積層有1個有機光電轉換部20、及2個無機光電轉換部32B,32R。有機光電轉換部20設置於半導體基板30之第1面(背面)30A側。無機光電轉換部32B,32R以嵌入之方式形成於半導體基板30內，沿半導體基板30之厚度方向積層。
有機光電轉換部20與無機光電轉換部32B,32R選擇性地檢測 互不相同之波長區域之光並進行光電轉換。例如，於有機光電轉換部20中，獲取綠色(G)之彩色信號。於無機光電轉換部32B,32R中，根據吸收係數之差異，分別獲取藍色(B)及紅色(R)之彩色信號。藉此，於攝像元件10中，能在不使用彩色濾光片的情況下於一個單位像素P中獲取複數種彩色信號。
再者，於本實施方式中，對讀出藉由光電轉換所產生之電子與電洞之對(激子)中之電子作為信號電荷之情形(將n型半導體區域製成光電轉換層之情形)進行說明。又，圖中，「p」「n」後標註之「+(正號)」表示p型或n型之雜質濃度較高。
於半導體基板30之第2面(正面)30B，例如設置有浮動擴散區(Floating Diffusion)(浮動擴散層)FD1(半導體基板30內之區域36B),FD2(半導體基板30內之區域37C),FD3(半導體基板30內之區域38C)、傳輸電晶體Tr2,Tr3、放大器電晶體(調變元件)AMP、重設電晶體RST、及選擇電晶體SEL。於半導體基板30之第2面30B，進而介隔閘極絕緣層33設置有多層配線層40。多層配線層40例如具有絕緣層44內積層有配線層41,42,43之構成。於半導體基板30之周邊部，即像素部1A之周圍，設置有包含邏輯電路等之周邊電路部130(參照圖33)。
再者，圖式中，將半導體基板30之第1面30A側表示為光入射側S1，將第2面30B側表示為配線層側S2。
有機光電轉換部20中，於對向配置之下部電極21與上部電極25之間，從下部電極21側起依序積層有半導體層23及使用有機材料形成之光電轉換層24。半導體層23如上所述，從下部電極21側起依序積層有第1半導體層23A及第2半導體層23B，第1半導體層23A具有較第2半導 體層23B之C5s之值大的C5s之值，第2半導體層23B具有較第1半導體層23A之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值。光電轉換層24包含p型半導體及n型半導體而構成，且層內具有本體異質接面結構。本體異質接面結構係藉由p型半導體及n型半導體混合而形成之p/n接合面。
有機光電轉換部20進而於下部電極21與半導體層23之間具有絕緣層22。絕緣層22例如設置於像素部1A之整個面，並且於構成下部電極21之讀出電極21A上具有開口22H。讀出電極21A經由該開口22H與半導體層23之第1半導體層23A電性連接。
再者，圖1中示出了半導體層23、光電轉換層24及上部電極25分離形成於每個攝像元件10之例，但半導體層23、光電轉換層24及上部電極25例如亦可呈於複數個攝像元件10間共通之連續層而設置。
於半導體基板30之第1面30A與下部電極21之間，例如設置有絕緣層26、層間絕緣層27。絕緣層26包含具有固定電荷之層(固定電荷層)26A、具有絕緣性之介電體層26B。
無機光電轉換部32B,32R利用於由矽基板構成之半導體基板30中，被吸收光之波長因光之入射深度而異這一情況，能沿縱向對光進行分光，且各自於半導體基板30之特定區域具有pn接面。
於半導體基板30之第1面30A與第2面30B之間，設置有貫通電極34。貫通電極34與讀出電極21A電性連接，有機光電轉換部20經由貫通電極34連接於放大器電晶體AMP之閘極Gamp、兼用作浮動擴散區FD1之重設電晶體RST(重設電晶體Tr1rst)之一源極/汲極區域36B。藉此，於攝像元件10中，能將半導體基板30之第1面30A側之有機光電轉換部20中產生之電荷(此處為電子)經由貫通電極34良好地傳輸至半導體基板30之第 2面30B側，從而提高特性。
貫通電極34之下端連接於配線層41內之連接部41A，連接部41A與放大器電晶體AMP之閘極Gamp經由下部第1接點45連接。連接部41A與浮動擴散區FD1(區域36B)例如經由下部第2接點46連接。貫通電極34之上端例如經由焊墊部39A及上部第1接點39C連接於讀出電極21A。
於有機光電轉換部20之上方，設置有保護層51。於保護層51內，例如設置有於像素部1A之周圍將上部電極25與周邊電路部130電性連接之配線52或遮光膜53。於保護層51之上方，進而配設有平坦化層(未圖示)或晶載透鏡54等光學構件。
於本實施方式之攝像元件10中，從光入射側S1入射至有機光電轉換部20之光被光電轉換層24吸收。藉此產生之激子移動至構成光電轉換層24之電子供體與電子受體之界面後，發生激子分離，即解離成電子與電洞。此處產生之電荷(電子及電洞)會藉由載子之濃度差所引起之擴散、或陽極(例如，上部電極25)與陰極(例如，下部電極21)之功函數差所引起之內部電場而被搬送至互不相同之電極，作為光電流被檢測出來。又，電子及電洞之傳輸方向亦可藉由在下部電極21與上部電極25之間施加電位來進行控制。
以下，詳細地說明各部之構成或材料等。
有機光電轉換部20係吸收與所選擇之波長區域(例如，450nm以上650nm以下)之一部分或全部波長區域對應之綠色光，從而產生激子之有機光電轉換元件。
下部電極21例如包含並列配置於層間絕緣層27上之讀出電極21A與蓄積電極21B。讀出電極21A用於將光電轉換層24內產生之電荷 傳輸至浮動擴散區FD1，例如於每一個包含以2列×2行配置之4個單位像素P的像素單元1a中各設置有1個。讀出電極21A例如經由上部第1接點39C、焊墊部39A、貫通電極34、連接部41A及下部第2接點46連接於浮動擴散區FD1。蓄積電極21B用於將光電轉換層24內產生之電荷中之例如電子作為信號電荷蓄積於半導體層23內，分別設置於每個單位像素P中。蓄積電極21B於每個單位像素P中，設置於與形成於半導體基板30內之無機光電轉換部32B,32R之受光面正對地覆蓋該等受光面之區域。蓄積電極21B較佳為大於讀出電極21A，藉此，可蓄積較多之電荷。
下部電極21由具有透光性之導電膜構成，例如由ITO(銦錫氧化物)構成。作為下部電極21之構成材料，除了ITO以外，亦可使用添加有摻雜劑之氧化錫(SnO2)系材料、或於鋅氧化物(ZnO)中添加摻雜劑而成之氧化鋅系材料。作為氧化鋅系材料，例如可例舉添加有鋁(Al)作為摻雜劑之鋁鋅氧化物(AZO)、添加有鎵(Ga)之鎵鋅氧化物(GZO)、添加有銦(In)之銦鋅氧化物(IZO)。又，除此之外，亦可使用IGZO、ITZO、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIN2O4、CdO或ZnSnO3等。
絕緣層22用於使蓄積電極21B與半導體層23電性分離。絕緣層22係以覆蓋下部電極21之方式，例如設置於層間絕緣層27上。絕緣層22中，於下部電極21中之讀出電極21A上設置有開口22H，經由該開口22H，讀出電極21A與半導體層23電性連接。絕緣層22例如由包含氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)及氮氧化矽(SiON)等中之1種之單層膜或包含2種以上之積層膜構成。絕緣層22之厚度例如為20nm以上500nm以下。
半導體層23用於蓄積光電轉換層24中產生之電荷。半導體層23如上所述，設置於下部電極21與光電轉換層24之間，具有從下部電 極21側起依序積層有第1半導體層23A與第2半導體層23B之積層構造。具體而言，第1半導體層23A設置於將下部電極21與半導體層23電性分離之絕緣層22上，於設置於讀出電極21A上之開口22H內，與讀出電極21A直接電性連接。第2半導體層23B設置於第1半導體層23A與光電轉換層24之間。
半導體層23例如可使用氧化物半導體材料形成。尤其是，於本實施方式中，使用光電轉換層24中產生之電荷中之電子作為信號電荷，因此半導體層23可使用n型之氧化物半導體材料形成。
第1半導體層23A用於防止蓄積於半導體層23內之電荷於其與絕緣層22之界面處被捕獲，從而向讀出電極21A高效率地傳輸電荷。第2半導體層23B用於防止第1半導體層23A之表面中之氧脫離，從而防止光電轉換層24中產生之電荷於其與光電轉換層24之界面處被捕獲。因此，第1半導體層23A可包含具有較第2半導體層23B之C5s之值大的C5s之值之氧化物半導體材料而形成。第2半導體層23B可包含具有較第1半導體層23A之EVO之值大的EVO之值之氧化物半導體材料而形成。具體而言，第1半導體層23A可包含滿足C5s>50%之氧化物半導體材料，更佳為滿足C5s>80%之氧化物半導體材料而形成。第2半導體層23B可包含滿足EVO>2.3eV之氧化物半導體材料，更佳為滿足EVO>2.8eV之氧化物半導體材料而形成。
C5s係表示5s軌道對傳導帶底端(Conduction Band Minimum：CBM)之貢獻率之值。一般而言，於氧化物半導體中，成為電子通道的是CMB。氧化物半導體之CMB係由各金屬元素之s軌道共同作用而出現的。其中，當三維擴散度最大之5s軌道(鎘(Cd)、銦(In)及錫(Sn)之 s軌道)之比率較大時，傳輸陷阱變少。
C5s例如可根據第一原理計算(first-principles calculation)而求出。藉由計算下文所述之氧缺陷生成能時所使用之計算方法而製作模型。關於氧原子數，與氧缺陷生成能之計算方法同樣地，利用不增不減根據價數所算出之數來製作模型。根據針對該模型進行計算時所獲得之電子狀態，特定出相當於CBM之軌道。再者，CBM係電子未佔用之最小能量軌道。求出5s軌道(Cd、In及Sn之s軌道)對該CBM之貢獻率。於量子物理模擬計算軟體(VASP，Vienna Ab Initio Simulation Package)或其他相同之第一原理計算軟體中，基本上均存在該貢獻率之計算方法，例如，VASP之PROCAR檔案中有此記載。又，於求出局部能態密度(PDOS，Partial Density Of States)之情形時，亦可根據PDOS特定出CBM而求出貢獻率。
EVO指複數種金屬原子所具有之氧缺陷生成能之平均值。關於氧缺陷生成能，其值越高，則氧原子越難脫離，且越難擷取氧原子、氧分子或其他原子或分子，稱得上穩定。
氧缺陷生成能EVO例如可由第一原理計算而求出，根據下述數式(1)算出。具體而言，首先，製成具有與目標金屬元素組成相同之比率之原子及對應之氧數的非晶結構。氧數係使用一般之金屬離子之價數。亦即，鋅(Zn)及Cd設為+2價，鎵(Ga)及In設為+3價，鍺(Ge)及Sn設為+4價。氧離子為-2價，加入可變成中性之數量之氧。又，合計原子數理想的是80個以上。例如，於為In2SnZnO6之組成之情形時，In：Sn：Zn=2：1：1，因此製作1個單元胞中具有20個In、10個Sn、10個Zn、60個O之模型。將此時之總能量作為E0。模型製作係於藉由模擬退火(Simulated Annealing)方法製成非晶結構之後，進行結構優化。詳細之計算條件例如記載於非專利文獻(Phys.Status Solidi A 206,No.5,860-867(2009)/DOI 10.1002/pssa.200881303)。相同之單元胞尺寸下僅計算氧分子O2之能量EO2。其次，為了根據上述模型製作氧缺陷，去除1個氧原子進行結構優化，算出總能量。對全部氧原子進行相同之計算，算出其等之平均值。將該能量作為E1。
(數1)EVO=E1+(1/2)EO2-E0‧‧‧‧‧(1)
第1半導體層23A例如可形成為非晶質層。藉此，可防止第1半導體層23A之載子密度上升，從而實現低載子濃度。又，與將第1半導體層23A形成為結晶層之情形時相比，可抑制第1半導體層23A內之晶粒交界或其與絕緣層22之界面處產生懸鍵(dangling bond)，使陷阱更少。再者，第2半導體層23B之膜質並無特別限定，可為結晶層，亦可形成為非晶質層。
再者，究竟是非晶質層還是結晶層，可根據穿透式電子顯微鏡(TEM)像之快速傅立葉變換(FFT)像中有無暈環(Halo Ring)來判斷。例如，採用TEM時，由於來自結晶所具有之晶格面之繞射波與透過波之干涉，結晶層中會出現與晶格之兩個間隔對應之明暗條紋之影像。將其稱為格紋。另一方面，於非晶質層之情形時，未確認到格紋。進而，藉由將TEM像二維地進行FFT，可確認到圖4及圖5所示之圖案。於結晶層之情形時，如圖4所示，例如，可確認到與格紋之週期對應之沿一方向延伸之斑點紋。另一方面，於非晶質層之情形時，如圖5所示，可確認到較寬之環狀圖案。此為暈環。
圖6及圖7分別表示圖4及圖5所示之結晶層及非晶質層之圖 案與其強度分佈之對應關係。再者，各強度分佈係針對結晶層及非晶質層各者之膜厚×寬度45nm之長方形方形區域之FFT圖案，將單位像素P沿紙面橫向積算30像素(圖4及圖5所示之區域X)所得之實際之強度分佈(柱狀圖)。於結晶層之強度分佈中，可確認到與圖4中被塗滿之3個斑點對應之3個波峰，與此相對，於非晶質層中變為較寬之強度分佈。
作為半導體層23(第1半導體層23A及第2半導體層23B)之構成材料，例如可例舉ITO、IZO、IGO、ZTO、IGZO(In-Ga-Zn-O系氧化物半導體)、GZTO(Ga-Zn-Sn-O系氧化物半導體)、ITZO(In-Sn-Zn-O系氧化物半導體)及IGZTO(In-Ga-Zn-Sn-O系氧化物半導體)等。此外，作為半導體層23之構成材料，可使用IGTO(In-Ga-Sn-O系氧化物半導體)。又，半導體層23例如亦可包含矽(Si)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、碳(C)及鎘(Cd)等。
上述材料之中，第1半導體層23A較佳為使用ITO、IZO、富銦ITZO(陽離子比率In>50%)、IGO或富錫SnZnO(陽離子比率Sn>50%)而形成。更具體而言，第1半導體層23A較佳為使用例如添加有10wt%之SnO2之In2O3(ITO)或添加有10wt%之ZnO之In2O3(IZO)而形成。第2半導體層23B較佳為使用IGZO、IGZTO、ZTO、GZTO或IGTO。更具體而言，第2半導體層23B較佳為使用例如陽離子比率Zn>60%之ZTO、In：Ga：Zn=1：1：1之IGZO、或In+Sn之陽離子比率為50%以下且Ga+An之比率為50%以上之IGZTO而形成。
上述材料中之C5s之值可以如下方式進行調整。首先，決定候補組成(陽離子比率)，於將該陽離子離子化時添加不會過分不足而是使其變成中性之數量之氧。此時，陽離子之數量理想的是約30~40個以 上。Sn之價數設為+4，In之價數設為+3，Ga之價數設為+3，Zn之價數設為+2，O之價數設為-2。例如，於In12Ga12Zn12O48之情形時，+3×12+3×12+2×12-2×48=0成立。然後，製作具有各元素之數量之第1原理計算模型，使用上述方法形成C5s，藉此可計算目標組成之C5s之值。再者，C5s之值呈In或Sn等5s元素越多則越大之趨勢。
圖8表示使用滿足C5s>80%之例如ITO(添加有10wt%之SnO2之In2O3)形成第1半導體層23A，使用滿足EVO>2.8V之例如IGZO(In：Ga：Zn=1：1：1)形成第2半導體層23B時之半導體層23內之元素構成。圖9表示由包含具有4s軌道之元素(4s元素)及具有5s軌道之元素(5s元素)作為主成分之氧化物半導體材料構成之層(C5s=0.66)內之電荷之移動，圖10表示由僅包含5s元素作為主成分之氧化物半導體材料構成之層(C5s=1.0)內之電荷之移動。由包含為5s元素之In作為主成分之氧化物半導體材料構成之第1半導體層23A內，如圖8所示，各In元素之5s軌道共同作用，從光電轉換層24被蓄積於半導體層23內之電荷於下文所述之傳輸期間內，如圖10所示，維持能量不變地向讀出電極21A傳輸，且從讀出電極21A被讀出至浮動擴散區FD1。另一方面，例如由包含為4s元素之Ga及為5s元素之In作為主成分之氧化物半導體材料構成之層中，從光電轉換層24被蓄積於半導體層23內之電荷如圖9所示，於Ga之4s軌道中被捕獲，其向讀出電極21A之移動被妨礙。
第1半導體層23A之厚度例如為2nm以上10nm以下。第2半導體層23B之厚度例如為15nm以上100nm以下。於上述厚度之範圍內，相對於第1半導體層23A之厚度(t1)，第2半導體層23B之厚度(t2)之比(t2/t1)較佳為4以上8以下。藉此，可由第2半導體層23B充分地吸收從第1 半導體層23A產生之載子。
表1彙總示出了製作簡易TFT(Thin-Film-Transistor，薄膜電晶體)元件，根據該TFT評價獲得ID-VGS曲線，根據該曲線而算出之各第1半導體層23A與第2半導體層23B之膜厚比(t2/t1)之導通電壓。TFT元件係於矽基板上依序形成SiO2膜、第1半導體層23A及第2半導體層23B，並於第2半導體層23B上設置源極電極及汲極電極而成者。理想的是導通電壓為±2V之範圍內，根據表1可知，於膜厚比(t2/t1)=4~8之範圍內可獲得良好之結果。
Figure 110110948-A0305-12-0017-1
再者，進而，如上所述，將第1半導體層23A設為非晶質層之情形時，可防止半導體層23之載子密度上升，且實現低載子濃度。
再者，作為第1半導體層23A及第2半導體層23B之構成材料，除了上述氧化物半導體材料以外，亦可使用氮化物半導體材料或氮氧化物半導體材料。於使用氮化物半導體材料形成第1半導體層23A及第2半導體層23B之情形時，使用氮缺陷生成能EVN代替氧缺陷生成能EVO作為指標。即，第2半導體層23B可包含具有較第1半導體層23A之EVN之值大的EVN之值(例如，EVN>2.3eV)之氮化物半導體材料而形成。氮缺陷生成能EVN可藉由將上述氧缺陷生成能EVO之計算方法中之氧原子替換成氮原子而同樣地算出。
光電轉換層24係用於將光能轉換成電能者。光電轉換層24例如包含2種以上分別作為p型半導體或n型半導體發揮功能之有機材料(p 型半導體材料或n型半導體材料)而構成。光電轉換層24於層內具有p型半導體材料與n型半導體材料之接合面(p/n接合面)。p型半導體相對性地作為電子供體(donor)發揮功能，n型半導體相對性地作為電子受體(acceptor)發揮功能。光電轉換層24提供吸收光時所產生之激子分離成電子與電洞之場所，具體而言，在電子供體與電子受體之界面(p/n接合面)，激子分離成電子與電洞。
光電轉換層24亦可除了包含p型半導體材料及n型半導體材料以外，還包含將特定波長區域之光進行光電轉換，另一方面使其他波長區域之光透過之有機材料，即所謂之色素材料而構成。於使用p型半導體材料、n型半導體材料及色素材料這3種有機材料形成光電轉換層24之情形時，p型半導體材料及n型半導體材料較佳為於可見光區域(例如，450nm~800nm)內具有透光性之材料。光電轉換層24之厚度例如為50nm以上500nm以下。
本實施方式之光電轉換層24較佳為包含有機材料，於可見光至近紅外光之區間內具有吸收性。作為構成光電轉換層24之有機材料，例如可例舉喹吖啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、稠四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物及螢蒽衍生物。光電轉換層24係2種以上之上述有機材料組合而構成。上述有機材料藉由該組合而作為p型半導體或n型半導體發揮功能。
再者，構成光電轉換層24之有機材料並無特別限定。除上述有機材料以外，例如可使用苯乙炔、茀、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔及聯乙炔等聚合物或其衍生物。或者，可使用金屬錯合物色素、花青系色素、部花青系色素、苯基
Figure 110110948-A0305-12-0018-9
系色素、三苯甲烷系色 素、玫瑰花青苷(rosacyanin)系色素、
Figure 110110948-A0305-12-0019-7
系色素、大環狀氮雜薁(Azaazulene)系色素、薁系色素、萘醌系色素、蒽醌系色素、芘等縮合多環芳香族、芳香環或雜環化合物縮合而成之鏈狀化合物、具有方酸鎓基及克酮酸次甲基作為鍵結鏈之喹啉、苯并噻唑、苯并
Figure 110110948-A0305-12-0019-8
唑等藉由2個含氮雜環或方酸鎓基及克酮酸次甲基鍵結而成之類似花青系之色素等。再者，作為金屬錯合物色素，可例舉二硫醇金屬錯合物系色素、金屬酞菁色素、金屬卟啉色素或釕錯合物色素。其中，尤佳為釕錯合物色素，但並不限定於上述色素。
上部電極25與下部電極21同樣由具有透光性之導電膜構成，例如由ITO構成。作為上部電極25之構成材料，除了該ITO以外，亦可使用添加有摻雜劑之氧化錫(SnO2)系材料、或於鋅氧化物(ZnO)中添加摻雜劑而成之氧化鋅系材料。作為氧化鋅系材料，例如可例舉添加有鋁(Al)作為摻雜劑之鋁鋅氧化物(AZO)、添加有鎵(Ga)之鎵鋅氧化物(GZO)、添加有銦(In)之銦鋅氧化物(IZO)。又，除此之外，亦可使用IGZO、ITZO、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIN2O4、CdO、ZnSnO3等。上部電極25可於每個單位像素P分離，亦可形成為對於各單位像素P共通之電極。上部電極25之厚度例如為10nm以上200nm以下。
再者，於光電轉換層24與下部電極21之間(例如，半導體層23與光電轉換層24之間)及光電轉換層24與上部電極25之間，亦可設置有其他層。例如，亦可從下部電極21側起依序積層有半導體層23、兼用作電子阻擋膜之緩衝層、光電轉換層24、兼用作電洞阻擋膜之緩衝層及功函數調整層等。又，光電轉換層24例如亦可設為積層有p型阻擋層、包含p型半導體及n型半導體之層(i層)及n型阻擋層的pin本體異質結構。
絕緣層26用於覆蓋半導體基板30之第1面30A，降低與半導體基板30之界面能階，並且抑制其與半導體基板30之界面產生暗電流。又，絕緣層26係遍及供形成從半導體基板30之第1面30A貫通第2面30B之貫通電極34的開口34H(參照圖14)之側面而延伸。絕緣層26例如具有固定電荷層26A與介電體層26B之積層構造。
固定電荷層26A可為具有正之固定電荷之膜，亦可為具有負之固定電荷之膜。作為固定電荷層26A之構成材料，較佳為使用帶隙較半導體基板30寬之半導體材料或導電材料形成。藉此，可抑制半導體基板30之界面處產生暗電流。作為固定電荷層26A之構成材料，例如可例舉氧化鉿(HfOx)、氧化鋁(AlOx)、氧化鋯(ZrOx)、氧化鉭(TaOx)、氧化鈦(TiOx)、氧化鑭(LaOx)、氧化鐠(PrOx)、氧化鈰(CeOx)、氧化釹(NdOx)、氧化鉕(PmOx)、氧化釤(SmOx)、氧化銪(EuOx)、氧化釓(GdOx)、氧化鋱(TbOx)、氧化鏑(DyOx)、氧化鈥(HoOx)、氧化銩(TmOx)、氧化鐿(YbOx)、氧化鎦(LuOx)、氧化釔(YOx)、氮化鉿(HfNx)、氮化鋁(AlNx)、氮氧化鉿(HfOxNy)及氮氧化鋁(AlOxNy)等。
介電體層26B用於防止因半導體基板30與層間絕緣層27之間之折射率差而產生之光之反射。作為介電體層26B之構成材料，較佳為折射率處於半導體基板30之折射率與層間絕緣層27之折射率之間的材料。作為介電體層26B之構成材料，例如可例舉氧化矽、TEOS(tetraethoxysilane，四乙氧基矽烷)、氮化矽及氮氧化矽(SiON)等。
層間絕緣層27例如由包含氧化矽、氮化矽及氮氧化矽等中之1種之單層膜、或包含其中之2種以上之積層膜構成。
圖1中雖未示出，但於層間絕緣層27上與下部電極21一併設 置有屏蔽電極28。屏蔽電極28用於防止相鄰之像素單元1a間之電容耦合，例如設置於包含以2列×2行配置之4個單位像素P的像素單元1a之周圍，被施加固定電位。屏蔽電極28進而於像素單元1a內，延伸至在列方向(Z軸方向)及行方向(X軸方向)上相鄰之單位像素P間。
半導體基板30例如由n型之矽(Si)基板構成，於特定之區域具有p井31。
無機光電轉換部32B,32R分別包含於半導體基板30之特定區域具有pn接面之光電二極體(PD)，能利用於Si基板中吸收之光之波長因光之入射深度而異之情況，沿縱向將光進行分光。無機光電轉換部32B選擇性地檢測藍色光並蓄積與藍色對應之信號電荷，且設置於能有效率地將藍色光進行光電轉換之深度。無機光電轉換部32R選擇性地檢測紅色光並蓄積與紅色對應之信號電荷，且設置於能將紅色光有效率地進行光電轉換之深度。再者，藍色(B)例如為對應於450nm以上495nm以下之波長區域之顏色，紅色(R)例如為對應於620nm以上750nm以下之波長區域之顏色。無機光電轉換部32B,32R各者只要能檢測各波長區域中之一部分或全部波長區域之光即可。
無機光電轉換部32B例如包含成為電洞蓄積層之p+區域及成為電子蓄積層之n區域而構成。無機光電轉換部32R例如具有成為電洞蓄積層之p+區域及成為電子蓄積層之n區域(具有p-n-p之積層構造)。無機光電轉換部32B之n區域連接於縱型之傳輸電晶體Tr2。無機光電轉換部32B之p+區域沿著傳輸電晶體Tr2彎曲，與無機光電轉換部32R之p+區域相連。
閘極絕緣層33例如由包含氧化矽、氮化矽及氮氧化矽等中 之1種之單層膜、或包含其等中之2種以上之積層膜構成。
貫通電極34設置於半導體基板30之第1面30A與第2面30B之間，具有作為有機光電轉換部20與放大器電晶體AMP之閘極Gamp及浮動擴散區FD1之連接器之功能，並且成為有機光電轉換部20中產生之電荷之傳輸路徑。於浮動擴散區FD1(重設電晶體RST之一源極/汲極區域36B)之旁邊配置有重設電晶體RST之重設閘極Grst。藉此，能將蓄積於浮動擴散區FD1之電荷藉由重設電晶體RST進行重設。
焊墊部39A,39B、上部第1接點39C、上部第2接點39D、下部第1接點45、下部第2接點46及配線52例如可使用PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon，磷摻雜非晶矽)等有所摻雜之矽材料、或鋁(Al)、鎢(W)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鉿(Hf)及鉭(Ta)等金屬材料形成。
保護層51及晶載透鏡54係由具有透光性之材料構成，例如由包含氧化矽、氮化矽及氮氧化矽等中之任一種之單層膜、或包含其等之2種以上之積層膜構成。該保護層51之厚度例如為100nm以上30000nm以下。
遮光膜53例如與配線52一併於保護層51內，以至少不罩蓋蓄積電極21B，而是覆蓋與半導體層23直接相接之讀出電極21A之區域之方式設置。遮光膜53例如可使用鎢(W)、鋁(Al)及Al與銅(Cu)之合金等形成。
圖11係圖1所示之攝像元件10之等效電路圖。圖12模式性地表示構成圖1所示之攝像元件10之下部電極21及控制部的電晶體之配置。
重設電晶體RST(重設電晶體TR1rst)用於將從有機光電轉換部20傳輸至浮動擴散區FD1之電荷重設，例如由MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)電晶體構成。具體而言，重設電晶體TR1rst包含重設閘極Grst、通道形成區域36A、源極/汲極區域36B,36C。重設閘極Grst連接於重設線RST1，重設電晶體TR1rst之一源極/汲極區域36B兼用作浮動擴散區FD1。構成重設電晶體TR1rst之另一源極/汲極區域36C連接於電源線VDD。
放大器電晶體AMP係將有機光電轉換部20中產生之電荷量調變成電壓之調變元件，例如由MOS電晶體構成。具體而言，放大器電晶體AMP包含閘極Gamp、通道形成區域35A、源極/汲極區域35B,35C。閘極Gamp經由下部第1接點45、連接部41A、下部第2接點46及貫通電極34等連接於讀出電極21A及重設電晶體TR1rst之一源極/汲極區域36B(浮動擴散區FD1)。又，一源極/汲極區域35B與構成重設電晶體TR1rst之另一源極/汲極區域36C共用區域，且連接於電源線VDD。
選擇電晶體SEL(選擇電晶體TR1sel)包含閘極Gsel、通道形成區域34A、源極/汲極區域34B,34C。閘極Gsel連接於選擇線SEL1。一源極/汲極區域34B與構成放大器電晶體AMP之另一源極/汲極區域35C共用區域，另一源極/汲極區域34C連接於信號線(資料輸出線)VSL1。
傳輸電晶體TR2(傳輸電晶體TR2trs)用於將無機光電轉換部32B中產生並蓄積之與藍色對應之信號電荷傳輸至浮動擴散區FD2。無機光電轉換部32B形成於距半導體基板30之第2面30B較深之位置，故而無機光電轉換部32B之傳輸電晶體TR2trs較佳為由縱型電晶體構成。傳輸電晶體TR2trs連接於傳輸閘極線TG2。於傳輸電晶體TR2trs之閘極Gtrs2附近之區域37C中，設置有浮動擴散區FD2。蓄積於無機光電轉換部32B中之電荷經由沿著閘極Gtrs2形成之傳輸通道讀出至浮動擴散區FD2。
傳輸電晶體TR3(傳輸電晶體TR3trs)用於將無機光電轉換部32R中產生並蓄積之與紅色對應之信號電荷傳輸至浮動擴散區FD3，例如由MOS電晶體構成。傳輸電晶體TR3trs連接於傳輸閘極線TG3。於傳輸電晶體TR3trs之閘極Gtrs3附近之區域38C中，設置有浮動擴散區FD3。蓄積於無機光電轉換部32R中之電荷經由沿著閘極Gtrs3形成之傳輸通道讀出至浮動擴散區FD3。
於半導體基板30之第2面30B側，進而設置有構成無機光電轉換部32B之控制部之重設電晶體TR2rst、放大器電晶體TR2amp、選擇電晶體TR2sel。進而設置有構成無機光電轉換部32R之控制部之重設電晶體TR3rst、放大器電晶體TR3amp及選擇電晶體TR3sel。
重設電晶體TR2rst包含閘極、通道形成區域及源極/汲極區域。重設電晶體TR2rst之閘極連接於重設線RST2，重設電晶體TR2rst之一源極/汲極區域連接於電源線VDD。重設電晶體TR2rst之另一源極/汲極區域兼用作浮動擴散區FD2。
放大器電晶體TR2amp包含閘極、通道形成區域及源極/汲極區域。閘極連接於重設電晶體TR2rst之另一源極/汲極區域(浮動擴散區FD2)。構成放大器電晶體TR2amp之一源極/汲極區域與構成重設電晶體TR2rst之一源極/汲極區域共用區域，且連接於電源線VDD。
選擇電晶體TR2sel包含閘極、通道形成區域及源極/汲極區域。閘極連接於選擇線SEL2。構成選擇電晶體TR2sel之一源極/汲極區域與構成放大器電晶體TR2amp之另一源極/汲極區域共用區域。構成選擇電晶體TR2sel之另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL2。
重設電晶體TR3rst包含閘極、通道形成區域及源極/汲極區 域。重設電晶體TR3rst之閘極連接於重設線RST3，構成重設電晶體TR3rst之一源極/汲極區域連接於電源線VDD。構成重設電晶體TR3rst之另一源極/汲極區域兼用作浮動擴散區FD3。
放大器電晶體TR3amp包含閘極、通道形成區域及源極/汲極區域。閘極連接於構成重設電晶體TR3rst之另一源極/汲極區域(浮動擴散區FD3)。構成放大器電晶體TR3amp之一源極/汲極區域與構成重設電晶體TR3rst之一源極/汲極區域共用區域，且連接於電源線VDD。
選擇電晶體TR3sel包含閘極、通道形成區域及源極/汲極區域。閘極連接於選擇線SEL3。構成選擇電晶體TR3sel之一源極/汲極區域與構成放大器電晶體TR3amp之另一源極/汲極區域共用區域。構成選擇電晶體TR3sel之另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL3。
重設線RST1,RST2,RST3、選擇線SEL1,SEL2,SEL3、傳輸閘極線TG2,TG3分別連接於構成驅動電路之垂直驅動電路。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。
(1-2.攝像元件之製造方法)
本實施方式之攝像元件10例如可以如下方式進行製造。
圖13~圖18按步驟順序表示攝像元件10之製造方法。首先，如圖13所示，於半導體基板30內例如形成p井31，於該p井31內例如形成n型之無機光電轉換部32B,32R。於半導體基板30之第1面30A附近形成p+區域。
於半導體基板30之第2面30B，同樣如圖13所示，例如形成成為浮動擴散區FD1~FD3之n+區域之後，形成閘極絕緣層33、以及包含傳輸電晶體Tr2、傳輸電晶體Tr3、選擇電晶體SEL、放大器電晶體AMP及 重設電晶體RST之各閘極之閘極配線層47。藉此，形成傳輸電晶體Tr2、傳輸電晶體Tr3、選擇電晶體SEL、放大器電晶體AMP及重設電晶體RST。進而，於半導體基板30之第2面30B上，形成下部第1接點45、下部第2接點46及多層配線層40，該多層配線層40包含含有連接部41A之配線層41~43及絕緣層44。
作為半導體基板30之基體，例如使用積層半導體基板30、嵌入氧化膜(未圖示)、保持基板(未圖示)而成之SOI(Silicon on Insulator，矽晶絕緣體)基板。關於嵌入氧化膜及保持基板，圖13中雖未圖示，但接合於半導體基板30之第1面30A。離子注入後，進行退火處理。
繼而，於設置在半導體基板30之第2面30B側之多層配線層40上接合支持基板(未圖示)或其他半導體基體等，上下反轉。繼而，將半導體基板30從SOI基板之嵌入氧化膜及保持基板分離，使半導體基板30之第1面30A曝光。以上之步驟能藉由離子注入及CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法等通常之CMOS工藝所使用之技術進行。
繼而，如圖14所示，例如藉由乾式蝕刻從第1面30A側對半導體基板30進行加工，例如形成環狀之開口34H。關於開口34H之深度，如圖14所示，從半導體基板30之第1面30A貫通至第2面30B，並且例如到達連接部41A。
繼而，於半導體基板30之第1面30A及開口34H之側面，例如依序形成負之固定電荷層26A及介電體層26B。固定電荷層26A例如可藉由使用原子層沈積法(ALD法)形成氧化鉿膜或氧化鋁膜而形成。介電體層26B例如可藉由使用電漿CVD法製成氧化矽膜而形成。其次，於介電體 層26B上之特定位置，例如形成將包含鈦與氮化鈦之積層膜(Ti/TiN膜)之障壁金屬和鎢膜積層而成之焊墊部39A,39B。藉此，可使用焊墊部39A,39B作為遮光膜。其後，於介電體層26B及焊墊部39A,39B上，形成層間絕緣層27，使用CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械拋光)法使層間絕緣層27之表面變得平坦。
繼而，如圖15所示，於焊墊部39A,39B上，分別形成開口27H1,27H2，然後於該開口27H1,27H2內，例如嵌入Al等導電材料，形成上部第1接點39C及上部第2接點39D。
其次，如圖16所示，於層間絕緣層27上，例如使用濺鍍法形成導電膜21x之後，使用光微影技術進行圖案化。具體而言，於導電膜21x之特定位置形成光阻劑PR，然後使用乾式蝕刻或濕式蝕刻對導電膜21x進行加工。其後，去除光阻劑PR，藉此如圖17所示形成讀出電極21A及蓄積電極21B。
繼而，如圖18所示，形成絕緣層22、包含第1半導體層23A及第2半導體層23B之半導體層23、光電轉換層24及上部電極25。絕緣層22例如使用ALD法製成氧化矽膜之後，使用CMP法使絕緣層22之表面變得平坦。其後，於讀出電極21A上，例如使用濕式蝕刻形成開口22H。半導體層23例如可使用濺鍍法形成。光電轉換層24例如使用真空蒸鍍法形成。上部電極25與下部電極21同樣，例如使用濺鍍法形成。最後，於上部電極25上配設保護層51、配線52、遮光膜53及晶載透鏡54。藉由以上，圖1所示之攝像元件10完成。
再者，如上所述，於半導體層23與光電轉換層24之間及光電轉換層24與上部電極25之間形成兼用作電子阻擋膜之緩衝層、或兼用 作電洞阻擋膜之緩衝層或者功函數調整層等包含有機材料之其他層之情形時，理想的是於真空步驟中連續地(利用真空連貫工藝)形成各層。又，作為光電轉換層24之成膜方法，未必限定於使用真空蒸鍍法之方法，例如亦可使用旋轉塗佈技術或印刷技術等。進而，作為形成透明電極(下部電極21及上部電極25)之方法，可例舉真空蒸鍍法或反應性蒸鍍法、電子束蒸鍍法、離子鍍覆法等物理氣相生長法(PVD法)、高溫熔膠(pyrosol)法、將有機金屬化合物熱分解之方法、噴霧法、浸漬法、包含MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，有機金屬化學氣相沈積)法之各種化學氣相生長法(CVD法)、無電解鍍覆法及電解鍍覆法，具體視構成透明電極之材料而定。
(1-3.攝像元件之信號獲取動作)
於攝像元件10中，當光經由晶載透鏡54入射至有機光電轉換部20時，該光依序通過有機光電轉換部20、無機光電轉換部32B,32R，於該通過過程中針對綠色、藍色、紅色每種顏色之光進行光電轉換。以下，說明各種顏色之信號獲取動作。
(利用有機光電轉換部20獲取藍色信號)
向攝像元件10入射之光中，首先，於有機光電轉換部20中選擇性地檢測(吸收)綠色光，並進行光電轉換。
有機光電轉換部20經由貫通電極34連接於放大器電晶體AMP之閘極Gamp及浮動擴散區FD1。因此，有機光電轉換部20中產生之激子中之電子從下部電極21側被擷取，經由貫通電極34向半導體基板30之第2面30S2側傳輸，並蓄積於浮動擴散區FD1中。與此同時，藉由放大器電晶體AMP，將有機光電轉換部20中產生之電荷量調變成電壓。
又，於浮動擴散區FD1之旁邊，配置有重設電晶體RST之重設閘極Grst。藉此，蓄積於浮動擴散區FD1中之電荷由重設電晶體RST重設。
有機光電轉換部20經由貫通電極34不僅連接於放大器電晶體AMP，而且亦連接於浮動擴散區FD1，因此能藉由重設電晶體RST容易地將蓄積於浮動擴散區FD1中之電荷重設。
與此相對，於未連接貫通電極34及浮動擴散區FD1之情形時，難以將蓄積於浮動擴散區FD1中之電荷重設，需要施加較大之電壓將電荷向上部電極25側拉拽。因此，光電轉換層24有受損之虞。又，能於短時間內進行重設之構造會導致暗雜訊(dark noise)增大，兩者不可兼得，因此該構造較為困難。
圖19表示攝像元件10之一動作例。(A)表示蓄積電極21B中之電位，(B)表示浮動擴散區FD1(讀出電極21A)中之電位，(C)表示重設電晶體TR1rst之閘極(Gsel)中之電位。於攝像元件10中，讀出電極21A及蓄積電極21B分別個別地被施加電壓。
攝像元件10中，於蓄積期間內，從驅動電路對讀出電極21A施加電位V1，對蓄積電極21B施加電位V2。此處，電位V1,V2設為V2>V1。藉此，藉由光電轉換產生之電荷(信號電荷；電子)被拉拽至蓄積電極21B，且蓄積於與蓄積電極21B對向之半導體層23之區域內(蓄積期間)。另外，與蓄積電極21B對向之半導體層23之區域之電位伴隨光電轉換之時間經過，成為更負側之值。再者，電洞從上部電極25被送出至驅動電路。
攝像元件10中，於蓄積期間之後期進行重設動作。具體而言，於時序t1，掃描部使重設信號RST之電壓從低位準變為高位準。藉 此，於單位像素P中，重設電晶體TR1rst變為導通狀態，結果浮動擴散區FD1之電壓被設定為電源電壓，浮動擴散區FD1之電壓被重設(重設期間)。
重設動作完成後，進行電荷之讀出。具體而言，於時序t2，從驅動電路對讀出電極21A施加電位V3，對蓄積電極21B施加電位V4。此處，電位V3,V4設為V3<V4。藉此，蓄積於與蓄積電極21B對應之區域之電荷從讀出電極21A被讀出至浮動擴散區FD1。即，蓄積於半導體層23中之電荷被讀出至控制部(傳輸期間)。
讀出動作完成後，再次從驅動電路對讀出電極21A施加電位V1，對蓄積電極21B施加電位V2。藉此，藉由光電轉換所產生之電荷被拉拽至蓄積電極21B，且蓄積於與蓄積電極21B對向之光電轉換層24之區域(蓄積期間)。
(利用無機光電轉換部32B,32R獲取藍色信號、紅彩色信號)
繼而，透過有機光電轉換部20之光中，藍色光被無機光電轉換部32B吸收，紅色光被無機光電轉換部32R吸收，並進行光電轉換。於無機光電轉換部32B中，與入射之藍色光對應之電子被蓄積於無機光電轉換部32B之n區域中，蓄積之電子藉由傳輸電晶體Tr2被傳輸至浮動擴散區FD2。同樣地，於無機光電轉換部32R中，與入射之紅色光對應之電子被蓄積於無機光電轉換部32R之n區域中，蓄積之電子藉由傳輸電晶體Tr3被傳輸至浮動擴散區FD3。
(1-4.作用、效果)
本實施方式之攝像元件10於有機光電轉換部20中，於包含讀出電極21A及蓄積電極21B之下部電極21與光電轉換層24之間，設置從下部電極 21側起依序積層有第1半導體層23A及第2半導體層23B之半導體層23。第1半導體層23A具有較第2半導體層23B之C5s之值大的C5s之值，第2半導體層23B具有較第1半導體層23A之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值。藉此，蓄積於蓄積電極21B上方之半導體層23內之電荷之向面內方向之傳輸特性得到改善。又，氧或氮從第1半導體層23A之脫離減少，而半導體層23與光電轉換層24之間之界面處之陷阱之產生減少。以下，對此進行說明。
近年來，作為構成CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)影像感測器或CMOS影像感測器等之攝像元件，沿縱向積層有複數個光電轉換部之積層型攝像元件之開發不斷進展。作為積層型攝像元件，例如具有如下構成，即，於矽(Si)基板內積層有分別包含光電二極體(PD)之2個無機光電轉換部，於Si基板之上方設置有具有包含有機材料之光電轉換層之有機光電轉換部。
於積層型攝像元件中，需要有蓄積並傳輸各光電轉換部中所產生之信號電荷的構造。於有機光電轉換部中，例如，藉由使中間隔著光電轉換層而對向配置之一對電極中之無機光電轉換部側包含第1電極及電荷蓄積用電極這2個電極，可蓄積光電轉換層中產生之信號電荷。於此種攝像元件中，信號電荷暫時蓄積於電荷蓄積用電極之上方之後，被傳輸至Si基板內之浮動擴散區FD。藉此，於曝光開始時能將電荷蓄積部完全空乏化，去除電荷。結果可抑制kTC雜訊變大，隨機雜訊變差，而導致拍攝畫質下降等現象之產生。
又，如上所述，作為於無機光電轉換部側具有複數個電極之攝像元件，如上所述，揭示有一種攝像元件，其藉由在包含電荷蓄積用 電極之第1電極與光電轉換層之間，設置包含銦-鎵-鋅複合氧化物(IGZO)之複合氧化物層，而謀求光響應性之改善。於此種攝像元件中，覆蓋電荷蓄積用電極之絕緣膜與複合氧化物層之界面所包含之陷阱容易引起電子之脫離，而變成傳輸雜訊，成為殘像特性變差之原因之一。
與此相對，於本實施方式中，於包含讀出電極21A及蓄積電極21B之下部電極21與光電轉換層24之間，設置從下部電極21側起依序積層有第1半導體層23A及第2半導體層23B之半導體層23。該第1半導體層23A具有較第2半導體層23B之C5s之值大的C5s之值，藉此，蓄積於蓄積電極21B上方之半導體層23內之電荷之向面內方向之傳輸特性得到改善。又，第2半導體層23B具有較第1半導體層23A之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值，藉此，減少氧或氮從第1半導體層23A表面之脫離，而減少半導體層23與光電轉換層24之間之界面處之陷阱之產生。
表2中彙總了使用ITO、ITZO及IZO中之任一種形成第1半導體層23A，使用ZTO、IGZO、IGZTO、ITZO及ITO中之任一種作為第2半導體層23B時，實驗例1~實驗例12中之各層之EVO及C5s以及S值及載子(電子)之遷移率。
各評價用試樣(實驗例1~實驗例12)係藉由如下方法製作，即，於作為閘極電極發揮作用之矽基板上，以150nm之厚度形成熱氧化膜，進而以5nm之厚度形成第1半導體層23A，以30nm之厚度形成第2半導體層，然後形成源極電極及汲極電極。S值及遷移率分別根據由TFT評價獲得之ID-VGS曲線而算出。較小之S值及較高之遷移率會使拍攝時之殘像減少，因此可謂之適合用作本實施方式之電極。
Figure 110110948-A0305-12-0032-3
Figure 110110948-A0305-12-0033-6
於第1半導體層23A之C5s之值大於第2半導體層23B之C5s之值，且第2半導體層23B之EVO之值大於第1半導體層23A之EVO之值的實驗例1~實驗例10中，可確認到作為器件之動作。但是，於具有相同之大小關係之實驗例11中，由於未進行切換，故而第2半導體層23B之EVO之值較佳為大於2.1eV，已知若為2.4eV以上，則作為器件動作，藉由設為2.8eV以上而良好地動作。已知若第1半導體層23A之C5s之值為0.6(60)%以上，則可獲得充分之遷移率。
藉由以上，於本實施方式之攝像元件10中設置半導體層23，該半導體層23從下部電極21側起依序積層有具有較第2半導體層23B之C5s之值大的C5s之值之第1半導體層23A、及具有較第1半導體層23A之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值之第2半導體層23B。藉此，其與絕緣層22之界面所包含之陷阱減少，蓄積於蓄積電極21B上方之半導體層23內之電荷之向面內方向之傳輸特性得到改善。又，氧或氮從第1半導體層23A之脫離減少，而半導體層23與光電轉換層24之間之界面處之陷阱之產生減少。因此，能改善殘像特性。
又，於例如使用In2O3(ITO)形成第1半導體層23A之情形 時，視成膜方法有時會結晶化。若第1半導體層23A形成為In2O3(ITO)之結晶層，則有於晶粒界或其與絕緣層22之界面產生缺陷能階，而電氣特性降低之虞。與此相對，於本實施方式之攝像元件10中，藉由將第1半導體層23A形成為非晶質層，可防止第1半導體層23A之載子密度上升，且實現低載子濃度。又，與將第1半導體層23A形成為結晶層之情形時相比，可抑制第1半導體層23A內之晶粒界或其與絕緣層22之界面處產生懸鍵，使陷阱變得更少。因此，能進而改善殘像特性。
進而，於本實施方式之攝像元件10中，相對於第1半導體層23A之厚度(t1)，將第2半導體層23B之厚度(t2)之比(t2/t1)設為4以上8以下，藉此可由第2半導體層23B充分地吸收從第1半導體層23A產生之載子。而且，藉由將第1半導體層23A設為非晶質層，可防止半導體層23之載子密度上升，並且實現低載子濃度。因此，能進而改善殘像特性。
其次，說明本發明之第2實施方式及變化例(變化例1~8)。以下，對與上述第1實施方式相同之構成要素標註相同之符號，適當省略其說明。
<2.變化例>
(2-1.變化例1)
圖20模式性地表示作為本發明之變化例1之攝像元件之主要部分(有機光電轉換部20A)的剖面構成。本變化例之有機光電轉換部20A於在半導體層23與光電轉換層24之間設置有保護層29之方面與上述實施方式不同。
保護層29用於防止氧從構成半導體層23之氧化物半導體材料之脫離。作為構成保護層29之材料，例如可例舉氧化鈦(TiO2)、矽氧化 鈦(TiSiO)、氧化鈮(Nb2O5)及TaOx等。關於保護層29之厚度，例如若為1原子層則有效，例如較佳為0.5nm以上10nm以下。
如此，於本變化例中，於半導體層23與光電轉換層24之間設置保護層29，因此能進而減少氧或氮從半導體層23之表面脫離。藉此，半導體層23(具體而言，第2半導體層23B)與光電轉換層24之間之界面處之陷阱之產生進而減少。又，能防止信號電荷(電子)從半導體層23側向光電轉換層24之逆流。因此，能進而提高殘像特性及可靠性。
(2-2.變化例2)
圖21模式性地表示作為本發明之變化例2之攝像元件之主要部分(有機光電轉換部20B)之剖面構成的一例。本變化例之有機光電轉換部20B係於形成於下部電極21上之絕緣層22與第1半導體層23A之間，進而設置有第3半導體層23C。即，本變化例之有機光電轉換部20B於將下部電極21與光電轉換層24之間之半導體層23設為從下部電極21側起依序積層有第3半導體層23C、第1半導體層23A及第2半導體層23B之三層構造之方面與上述第1實施方式不同。
第3半導體層23C用於防止蓄積於半導體層23中之電荷因形成於絕緣層22之表面附近之懸鍵所引起之陷阱能階，而於半導體層23與絕緣層22之界面附近被捕獲。第3半導體層23C於絕緣層22之開口22H內具有開口23H，讀出電極21A與第1半導體層23A經由開口22H,23H電性連接。第3半導體層23C較佳為具有較第1半導體層23A之傳導帶底端(CBM)更淺之CBM。藉此，能防止電子蓄積於絕緣層22與第3半導體層23C之界面附近。作為第3半導體層23C之構成材料，例如可使用ZTO或IGZO等。第3半導體層23C與第1半導體層23A及第2半導體層23B同樣，例如可使用 濺鍍法形成。此外，亦可使用例如ALD法形成。
如此，於本變化例中，於下部電極21與第1半導體層23A之間設置第3半導體層23C。藉此，除了上述第1實施方式之效果以外，還能防止因電子蓄積於第1半導體層23A與絕緣層22之界面附近而導致電子於第1半導體層23A與絕緣層22之界面附近被捕獲。即，發揮能防止殘像特性變差之效果。
再者，本變化例之構成亦可與上述變化例1組合。例如，亦可如圖22所示之有機光電轉換部20C，將半導體層23設為依序積層有第3半導體層23C、第1半導體層23A及第2半導體層23B之三層構造，進而於第2半導體層23B上設置保護層29。藉此，能進而提高拍攝畫質及可靠性。
(2-3.變化例3)
圖23模式性地表示作為本發明之變化例3之攝像元件之主要部分(有機光電轉換部20D)之剖面構成。本變化例之有機光電轉換部20D係於在讀出電極21A與蓄積電極21B之間設置有傳輸電極21C之方面與上述實施方式不同。
傳輸電極21C用於提高蓄積於蓄積電極21B上方的電荷向讀出電極21A之傳輸效率，設置於讀出電極21A與蓄積電極21B之間。具體而言，傳輸電極21C例如形成於較設置有讀出電極21A及蓄積電極21B之層更下層，且設置成一部分與讀出電極21A及蓄積電極21B重疊。
讀出電極21A、蓄積電極21B及傳輸電極21C可各自獨立地施加電壓。於本變化例中，於重設動作完成後之傳輸期間內，從驅動電路對讀出電極21A施加電位V5，對蓄積電極21B施加電位V6，對傳輸電極 21C施加電位V7(V5>V6>V7)。藉此，蓄積於蓄積電極21B上方之電荷從蓄積電極21B上依序移動至傳輸電極21C上及讀出電極21A上，且被讀出至浮動擴散區FD1。
如此，於本變化例中，於讀出電極21A與蓄積電極21B之間設置傳輸電極21C。藉此，能更確實地使電荷從讀出電極21A向浮動擴散區FD1移動，進而改善電荷向讀出電極21A之傳輸特性，能減少雜訊。
<3.第2實施方式>
圖24表示本發明之第2實施方式之攝像元件(攝像元件10A)之剖面構成。圖25係將圖24所示之攝像元件10A之主要部分(有機光電轉換部80)之剖面構成之一例放大而模式性地表示。攝像元件10A例如構成於數位靜態相機、攝錄影機等電子機器所使用之CMOS影像感測器等攝像裝置(例如，攝像裝置1)之像素部1A中呈陣列狀重複配置之1個像素(單位像素P)。
於本實施方式之攝像元件10A中，有機光電轉換部80於對向配置之包含讀出電極21A及蓄積電極21B之下部電極21與上部電極25之間，從下部電極21側起依序積層有半導體層83及光電轉換層84。半導體層83例如包含第1半導體層83A及第2半導體層83B，該等第1半導體層83A及第2半導體層83B從下部電極21側起依序積層。第1半導體層83A具有較第2半導體層83B之△EN之值小的△EN之值，第2半導體層83B與上述第1實施方式同樣，具有較第1半導體層83A之EVO之值大的EVO之值。
半導體層83用於蓄積光電轉換層84中產生之電荷。半導體層83如上所述具有從下部電極21側起依序積層有第1半導體層83A與第2半導體層83B之積層構造。具體而言，第1半導體層83A設置於將下部電極21與半導體層83電性分離之絕緣層22上，於設置於讀出電極21A上之開口 22H內，與讀出電極21A直接電性連接。第2半導體層83B設置於第1半導體層83A與光電轉換層84之間。
第1半導體層83A可包含具有較第2半導體層83B之△EN之值小的△EN之值之氧化物半導體材料而形成。第2半導體層83B與上述第1實施方式同樣，可包含具有較第1半導體層83A之EVO之值大的EVO之值之氧化物半導體材料而形成。
△EN係判斷氧化物半導體是離子性還是共價鍵結性之指標，被定義為氧化物半導體中，構成電無機半導體材料層之陰離子種之陰電性之平均值ENanion減去構成無機半導體材料層之陽離子種之陰電性之平均值ENcation所得之值(△EN=ENanion-ENcation)。於離子性較高(△EN較大)之情形時，氧化物半導體中之靜電位之起伏遽烈，於共價鍵結性較高(△EN較小)之情形時，靜電位之起伏緩和。氧化物半導體中，若共價鍵結性較高，則氧化物半導體中之氫原子(質子或氫化物離子)於更低之溫度下亦容易擴散，即便於低溫之退火條件下亦可形成優質之膜。再者，此處所謂之平均係指各種金屬元素之陰電性除以其於氧化物半導體中之組成(原子%)所得之平均值。
第1半導體層83A例如可藉由使用包含In、Sn、Zn、Ga、Ti、Al及W等中之2種以上之元素的氧化物半導體材料而形成。又，第2半導體層83B例如可藉由使用包含Ga、Al、Ti、Zn、Sn、In及W等中之2種以上之元素的氧化物半導體材料而形成。
更具體而言，例如，於以AaBbOc表示構成第1半導體層83A之氧化物半導體材料之組成之情形時，元素A為In、Sn、Zn、Ga、Ti、Al及W中之任一種，元素B為In、Sn、Zn、Ga、Ti、Al及W中除A所 選擇之元素以外之元素中之任一種，其組成比較佳為滿足a>b或b>a。又，a、b較佳為於a+b+c=1.00中滿足a>b或b>a。於以AaBbCcOd表示構成第1半導體層83A之氧化物半導體材料之組成之情形時，元素A為In、Sn、Zn、Ga、Ti、Al及W中之任一種，元素B為In、Sn、Zn、Ga、Ti、Al及W中除A所選擇之元素以外之元素中之任一種，元素C為In、Sn、Zn、Ga、Ti、Al及W中除A及B所選擇之元素以外之元素中之任一種，其組成比較佳為a之比率最高，且滿足c>b或b>c，更佳為c>b。又，a、b、c較佳為於a+b+c+d=1.00中滿足a>b+c。
第2半導體層83B中，於以AaBbOc表示構成第2半導體層83B之氧化物半導體材料之組成之情形時，元素A為Ga、Al、Ti、Zn、Sn、In及W中之任一種，元素B為Ga、Al、Ti、Zn、Sn、In及W中除A所選擇之元素以外之元素中之任一種，其組成比較佳為滿足a>b或b>a。又，a、b較佳為於a+b+c=1.00中滿足a>b或b>a。於以AaBbCcOd表示構成第2半導體層83B之氧化物半導體材料之組成之情形時，元素A為Ga、Al、Ti、Zn、Sn、In及W中之任一種，元素B為Ga、Al、Ti、Zn、Sn、In及W中除A所選擇之元素以外之元素中之任一種，元素C為In、Sn、Zn、Ga、Ti、Al及W中除A及B所選擇之元素以外之元素中之任一種，其組成比較佳為a之比率最高，且滿足c>b或b>c，更佳為c>b。又，a、b、c較佳為於a+b+c+d=1.00中滿足a>b+c。
再者，形成與光電轉換層84之界面之第2半導體層83B之表面粗糙度Ra較佳為1.5nm以下。又，形成與光電轉換層84之界面之第2半導體層83B之均方根粗糙度Rq較佳為2.5nm以下。藉此，能形成包含上述保護層29或光電轉換層84之其他有機層。進而，第2半導體層83B之載子 濃度較佳為1×1014/cm-3以上且未達1×1017/cm-3。藉此，能使半導體層83空乏化。
半導體層83較佳為具有10cm2/V‧s以上之載子遷移率。半導體層83例如具有非晶質結構，其厚度例如為10nm以上150nm以下。
再者，第1半導體層83A及第2半導體層83B中，於其等之成膜過程中有時會混入氫(H)或其他金屬元素等雜質，但若雜質之量微少(例如以莫耳分率計為3%以下)，則無需防止其混入。
又，作為第1半導體層83A及第2半導體層83B之構成材料，與上述第1實施方式同樣，亦可使用氮化物半導體材料或氮氧化物半導體材料。於使用氮化物半導體材料形成第1半導體層83A及第2半導體層83B之情形時，使用氮缺陷生成能EVN代替氧缺陷生成能EVO作為指標。於該情形時亦然，第1半導體層83A可包含具有較第2半導體層83B之△EN之值小的△EN之值之氮化物半導體材料而形成，第2半導體層83B具有較第1半導體層83A之EVN之值大的EVN之值，第2半導體層83B可包含具有較第1半導體層83A之EVN之值大的EVN之值的氮化物半導體材料而形成。
光電轉換層84用於將光能轉換成電能。光電轉換層84亦可設為與上述第1實施方式中之光電轉換層24相同之構成，但於本實施方式中，位於半導體層83附近之材料之最低未佔用分子軌域(LUMO，Lowest Unoccupied Molecular Orbital)能階E1與構成半導體層83之氧化物半導體材料之LUMO能階E2較佳為滿足E2-E1≧0.1eV，更佳為E2-E1>0.1eV。藉此，能使光電轉換層84中產生之電子移動至半導體層83。
再者，半導體層83及光電轉換層84之能階例如可藉由調整使用濺鍍法形成各層時所使用之氧氣之導入量(氧氣分壓)來進行控制。 又，關於半導體層83之載子遷移率及第2半導體層83B之載子濃度，可藉由調整組成比率來進行控制。
以上，於本實施方式之攝像元件10A中，於包含讀出電極21A及蓄積電極21B之下部電極21與光電轉換層84之間，設置有半導體層83，該半導體層83從下部電極21側起依序積層有具有較第2半導體層83B之△EN之值小的△EN之值之第1半導體層83A及具有較第1半導體層83A之EVO之值大的EVO之值之第2半導體層83B。藉此，於第1半導體層83A內，氫之擴散被促進，成為電荷陷阱之缺陷部位之產生減少，蓄積於蓄積電極21B上方之半導體層83內之電荷之向面內方向之傳輸特性得到改善。又，半導體層23與光電轉換層24之間之界面處之陷阱之產生減少。因此，與上述第1實施方式同樣，能改善殘像特性。
又，一般而言，如光電轉換層84，包含有機材料之層之耐熱性較低，暴露於高溫條件下會有特性劣化之虞。與此相對，於本實施方式之攝像元件10A中，減小了第1半導體層83A之△EN，因此能於較一般之有機光電轉換部更低之溫度下進行製造。這種特性於下文所述之變化例4、5中之積層有複數個有機光電轉換部之攝像元件10B,10C中尤其有用，可防止在形成配置於上層之有機光電轉換部(例如，於攝像元件10B中為有機光電轉換部70)時，配置於下層之有機光電轉換部之光電轉換層(例如，於攝像元件10B中，有機光電轉換部20之光電轉換層24)之特性劣化。因此，能防止器件特性劣化。
進而，於本實施方式之攝像元件10A中，藉由設為上述構成，能夠平衡性良好地控制半導體層83之LUMO值及載子遷移率。
表3中彙總了使用GZTO(Ga-Zn-Sn-O系氧化物半導體)、 IGZO(In-Ga-Zn-O系氧化物半導體)或ZnTiSnO形成半導體層83(第2半導體層83B)時之各組成比下之載子遷移率及載子濃度。又，圖26表示實驗例13~實驗例18中之Ga含量與載子遷移率之關係。圖27表示實驗例13~實驗例18中之Ga之含量與載子濃度之關係。關於各評價用試樣(實驗例13~21)，首先，於基板上形成包含ITO之下部電極21之後，於下部電極21上起依序積層半導體層83(第2半導體層83B)、光電轉換層84、包含MoOx之緩衝層、上部電極25。半導體層83之厚度設為100nm。
Figure 110110948-A0305-12-0042-5
上述實驗例13~實驗例21中，於施加2V作為正偏壓時，呈現1×10-10/cm2以下之暗電流特性(Jdk)，關於外部量子效率(EQE)，於施加2V作為正偏壓時，獲得了75%以上之結果。再者，於下部電極與光電轉換層之間未設置半導體層之一般之器件中，於相同條件下測定暗電流特性(Jdk)及EQE之情形時，關於暗電流特性(Jdk)，獲得與實驗例13~實驗例21相同程度之結果。又，關於EQE，於一般之器件中為70%，由此可知於本實施方式之攝像元件10B中，可保持良好之暗電流特性(Jdk)，並且提高EQE。
再者，於本實施方式之攝像元件10A中，與上述第1實施方 式同樣，藉由將第1半導體層83A形成為非晶質層，可防止第1半導體層83A之載子密度上升，且實現低載子濃度。又，與將第1半導體層83A形成為結晶層之情形時相比，可抑制第1半導體層83A內之晶粒界或其與絕緣層22之界面處產生懸鍵，使陷阱變得更少。因此，能進而改善殘像特性。
又，於本實施方式之攝像元件10A中，與上述第1實施方式同樣，相對於第1半導體層83A之厚度(t1)，將第2半導體層83B之厚度(t2)之比(t2/t1)設為4以上8以下，藉此可由第2半導體層83B充分地吸收從第1半導體層83A產生之載子。而且，藉由將第1半導體層83A設為非晶質層，可防止半導體層83之載子密度上升，並且實現低載子濃度。因此，能進而改善殘像特性。
進而，本技術亦可適用於具有如下所述之構成之攝像元件。
<4.變化例>
(4-1.變化例4)
圖28表示本發明之變化例4之攝像元件(攝像元件10B)之剖面構成。攝像元件10B例如構成於數位靜態相機、攝錄影機等電子機器所使用之CMOS影像感測器等攝像裝置(攝像裝置1)之像素部1A中呈陣列狀重複配置之1個像素(單位像素P)。本變化例之攝像元件10B係沿縱向積層有2個有機光電轉換部即有機光電轉換部20及有機光電轉換部70、以及1個無機光電轉換部32。
有機光電轉換部20,70與無機光電轉換部32選擇性地檢測互不相同之波長區域之光並進行光電轉換。例如，於有機光電轉換部20中， 獲取綠色(G)之彩色信號。例如，有機光電轉換部70獲取藍色(B)之彩色信號。例如，於無機光電轉換部32中，獲取紅色(R)之彩色信號。藉此，於攝像元件10B中，能夠在不使用彩色濾光片的情況下於一個單位像素P中獲取複數種彩色信號。
有機光電轉換部70例如積層於有機光電轉換部20之上方，與有機光電轉換部20同樣，具有從半導體基板30之第1面30A之側起依序積層有下部電極71、例如包含第1半導體層73A及第2半導體層73B之半導體層73、光電轉換層74及上部電極75之構成。又，於下部電極71與半導體層73之間，設置有絕緣層72。下部電極71例如包含分離形成於每個攝像元件10B並且中間隔著絕緣層72而相互分離之讀出電極71A及蓄積電極71B。下部電極71中之讀出電極71A經由設置於絕緣層72之開口72H與第1半導體層73A電性連接。圖28中，示出了半導體層73、光電轉換層74及上部電極75分離形成於每個攝像元件10B之例，但例如亦可呈於複數個攝像元件10B間共通之連續層而設置。
半導體層73用於蓄積光電轉換層74中產生之電荷。半導體層73與半導體層23同樣，具有從下部電極71側起依序積層有第1半導體層73A與第2半導體層73B之積層構造。具體而言，第1半導體層73A設置於將下部電極71與半導體層73電性分離之絕緣層72上，於設置於讀出電極71A上之開口72H內與讀出電極71A電性連接。第2半導體層73B設置於第1半導體層73A與光電轉換層74之間。
第1半導體層73A及第2半導體層73B分別具有與第1半導體層23A及第2半導體層23B相同之構成。即，第1半導體層73A具有較第2半導體層73B之C5s之值大的C5s之值，第2半導體層73B具有較第1半導體層 73A之EVO或EVN值大的EVO或EVN之值。作為半導體層73(第1半導體層73A及第2半導體層73B)之構成材料，例如可例舉IGZO(In-Ga-Zn-O系氧化物半導體)、GZTO(Ga-Zn-Sn-O系氧化物半導體)、ITZO(In-Sn-Zn-O系氧化物半導體)及ITGZO(In-Sn-Ga-Zn-O系氧化物半導體)等。
光電轉換層74係將光能轉換成電能，與光電轉換層24同樣，包含2種以上之分別作為p型半導體或n型半導體發揮功能之有機材料(p型半導體材料或n型半導體材料)而構成。光電轉換層74除了包含p型半導體及n型半導體以外，還包含將特定波長區域之光進行光電轉換，另一方面使其他波長區域之光透過之有機材料，即所謂之色素材料而構成。於使用p型半導體、n型半導體及色素材料這3種有機材料形成光電轉換層74之情形時，p型半導體及n型半導體較佳為於可見光區域(例如，450nm~800nm)中具有透光性之材料。光電轉換層74之厚度例如為50nm~500nm。作為光電轉換層74所使用之色素材料，例如可例舉香豆素及重氮化合物或其等之衍生物等。
於半導體基板30之第1面30A與第2面30B之間設置有2個貫通電極34X,34Y。
貫通電極34X與上述第1實施方式中之貫通電極34同樣，與有機光電轉換部20之讀出電極21A電性連接，有機光電轉換部20經由貫通電極34X連接於放大器電晶體AMP之閘極Gamp、兼用作浮動擴散區FD1之重設電晶體RST(重設電晶體Tr1rst)之一源極/汲極區域36B1。貫通電極34X之上端例如經由焊墊部39A及上部第1接點39C連接於讀出電極21A。
貫通電極34Y與有機光電轉換部70之讀出電極71A電性連接，有機光電轉換部70經由貫通電極34Y連接於放大器電晶體AMP之閘極 Gamp、兼用作浮動擴散區FD2之重設電晶體RST(重設電晶體Tr2rst)之一源極/汲極區域36B2。貫通電極34Y之上端例如經由焊墊部39E、上部第3接點39F、焊墊部76A、上部第4接點76C連接於讀出電極71A。又，於與讀出電極71A一併構成下部電極71之蓄積電極71B，經由上部第5接點76D連接有焊墊部76B。
如上所述，於本變化例之攝像元件10B中，設為積層有2個有機光電轉換部即有機光電轉換部20,70、與1個無機光電轉換部32之構成，關於有機光電轉換部70，亦與有機光電轉換部20同樣，於下部電極71與光電轉換層74之間設置依序積層有第1半導體層73A及第2半導體層73B之半導體層73，其中第1半導體層73A所具有之C5s之值較第2半導體層73B大，第2半導體層73B所具有之EVO或EVN之值較第1半導體層73A大。藉此，可獲得與上述第1實施方式相同之效果。
(4-2.變化例5)
圖29模式性地表示本發明之變化例5之攝像元件(攝像元件10C)之剖面構成。攝像元件10C例如構成於數位靜態相機、攝錄影機等電子機器所使用之CMOS影像感測器等攝像裝置(攝像裝置1)之像素部1A中呈陣列狀重複配置之1個像素(單位像素P)。本變化例之攝像元件10C具有使用有機材料形成之紅色光電轉換部90R、綠色光電轉換部90G及藍色光電轉換部90B介隔絕緣層92依序積層於半導體基板30之構成。再者，於圖29中，簡化地表示各有機光電轉換部90R,90G,90B之構成，具體之構成與上述第1實施方式之有機光電轉換部20等相同。
紅色光電轉換部90R、綠色光電轉換部90G及藍色光電轉換部90B分別於一對電極之間，具體而言第1電極91R與第2電極95R之間、 第1電極91G與第2電極95G之間、第1電極91B與第2電極95B之間分別具有半導體層93R,93G,93B及光電轉換層94R,94G,94B。
於藍色光電轉換部90B上，設置有保護層98及表面具有晶載透鏡99L之晶載透鏡層99。半導體基板30內設置有紅色蓄電層310R、綠色蓄電層310G及藍色蓄電層310B。入射至晶載透鏡99L之光藉由紅色光電轉換部90R、綠色光電轉換部90G及藍色光電轉換部90B進行光電轉換，而從紅色光電轉換部90R向紅色蓄電層310R傳輸信號電荷，從綠色光電轉換部90G向綠色蓄電層310G傳輸信號電荷，從藍色光電轉換部90B向藍色蓄電層310B傳輸信號電荷。信號電荷可為藉由光電轉換而產生之電子及電洞中之任一者，以下，例舉讀出電子作為信號電荷之情形進行說明。
半導體基板30例如由p型矽基板構成。設置於該半導體基板30之紅色蓄電層310R、綠色蓄電層310G及藍色蓄電層310B分別包含n型半導體區域，從紅色光電轉換部90R、綠色光電轉換部90G及藍色光電轉換部90B供給之信號電荷(電子)蓄積於該n型半導體區域內。紅色蓄電層310R、綠色蓄電層310G及藍色蓄電層310B之n型半導體區域例如藉由在半導體基板30中摻雜磷(P)或砷(As)等n型雜質而形成。再者，半導體基板30亦可設置於由玻璃等形成之支持基板(未圖示)上。
於半導體基板30中，設置有用於從紅色蓄電層310R、綠色蓄電層310G及藍色蓄電層310B各者讀出電子並傳輸至例如垂直信號線(例如，下文所述之圖33之垂直信號線Lsig)之像素電晶體。該像素電晶體之浮動擴散區設置於半導體基板30內，該浮動擴散區連接於紅色蓄電層310R、綠色蓄電層310G及藍色蓄電層310B。浮動擴散區由n型半導體區域構成。
絕緣層92例如由包含氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiON)及氧化鉿(HfOx)等中之1種之單層膜，或包含其中之2種以上之積層膜構成。又，絕緣層92亦可使用有機絕緣材料形成。絕緣層92中，雖未圖示，但設置有用以分別連接紅色蓄電層310R與紅色光電轉換部90R、綠色蓄電層310G與綠色光電轉換部90G、藍色蓄電層310B與藍色光電轉換部90B之插塞及電極。
紅色光電轉換部90R係從靠近半導體基板30之位置，依序具有第1電極91R、半導體層93R(第1半導體層93RA及第2半導體層93RB)、光電轉換層94R及第2電極95R。綠色光電轉換部90G係從靠近紅色光電轉換部90R之位置，依序具有第1電極91G、半導體層93G(第1半導體層93GA及第2半導體層93GB)、光電轉換層94G及第2電極95G。藍色光電轉換部90B係從靠近綠色光電轉換部90G之位置，依序具有第1電極91B、半導體層93B(第1半導體層93BA及第2半導體層93BB)、光電轉換層94B及第2電極95B。於紅色光電轉換部90R與綠色光電轉換部90G之間進而設置有絕緣層96，於綠色光電轉換部90G與藍色光電轉換部90B之間進而設置有絕緣層97。於紅色光電轉換部90R中選擇性地吸收紅色(例如，波長為620nm以上且未達750nm)之光並產生電子-電洞對，於綠色光電轉換部90G中選擇性地吸收綠色(例如，波長為495nm以上且未達620nm)之光並產生電子-電洞對，於藍色光電轉換部90B中選擇性地吸收藍色(例如，波長為400nm以上且未達495nm)之光，產生電子-電洞對。
第1電極91R擷取光電轉換層94R中產生之信號電荷，第1電極91G擷取光電轉換層94G中產生之信號電荷，第1電極91B擷取光電轉換層94B中產生之信號電荷。第1電極91R,91G,91B雖未圖示，但與上述第1 實施方式中之有機光電轉換部20之下部電極21同樣，包含於每個單位像素P藉由絕緣層而相互分離之複數個電極(例如，讀出電極及蓄積電極)。
第1電極91R,91G,91B例如由具有透光性之導電材料，例如ITO構成。作為下部電極21之構成材料，除了ITO以外，亦可使用添加有摻雜劑之氧化錫(SnO2)系材料、或於鋅氧化物(ZnO)中添加摻雜劑而成之氧化鋅系材料。作為氧化鋅系材料，例如可例舉添加有鋁(Al)作為摻雜劑之鋁鋅氧化物(AZO)、添加有鎵(Ga)之鎵鋅氧化物(GZO)、添加有銦(In)之銦鋅氧化物(IZO)。又，除此之外，亦可使用IGZO、ITZO、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIN2O4、CdO、ZnSnO3等。
半導體層93R,93G,93B各者用於蓄積光電轉換層94R,94G,94B中產生之電荷。半導體層93R,93G,93B係與上述第1實施方式中之有機光電轉換部20之半導體層23同樣，具有從第1電極91R,91G,91B側起依序積層有第1半導體層93RA,93GA,93BA與第2半導體層93RB,93GB,93BB之積層構造。具體而言，例如，於有機光電轉換部90R中，從第1電極91R側起依序積層有第1半導體層93RA、第2半導體層93RB、光電轉換層94R、第2電極95R。有機光電轉換部90G及有機光電轉換部90B亦同樣。
第1半導體層93RA,93GA,93BA及第2半導體層93RB,93GB,93BB分別具有與第1半導體層23A及第2半導體層23B相同之構成。即，第1半導體層93RA,93GA,93BA分別具有較第2半導體層93RB,93GB,93BB之C5s之值大的C5s之值，第2半導體層93RB,93GB,93BB分別具有較第1半導體層93RA,93GA,93BA之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值。作為各半導體層93(第1半導體層 93RA,93GA,93BA及第2半導體層93RB,93GB,93BB)之構成材料，例如可例舉IGZO(In-Ga-Zn-O系氧化物半導體)、GZTO(Ga-Zn-Sn-O系氧化物半導體)、ITZO(In-Sn-Zn-O系氧化物半導體)及ITGZO(In-Sn-Ga-Zn-O系氧化物半導體)等。
光電轉換層94R,94G,94B係將光能轉換成電能，分別吸收選擇性之波長區域之光並進行光電轉換，且使其他波長區域之光透過。此處，所謂選擇性之波長區域之光，於光電轉換層94R中，例如為波長620nm以上且未達750nm之波長區域之光。於光電轉換層94G中，例如為波長495nm以上且未達620nm之波長區域之光。於光電轉換層94B中，例如為波長400nm以上且未達495nm之波長區域之光。
光電轉換層94R,94G,94B與光電轉換層24同樣，分別包含2種以上之作為p型半導體或n型半導體發揮功能之有機材料。光電轉換層94R,94G,94B除了包含p型半導體及n型半導體以外，進而包含將上述特定波長區域之光進行光電轉換，另一方面使其他波長區域之光透過之有機材料，即所謂之色素材料而構成。作為此種材料，例如於光電轉換層94R中，例如可例舉若丹明及部花青或其衍生物。於光電轉換層94G中，例如可例舉BODIPY色素。於光電轉換層94B中，例如可例舉香豆素、重氮化合物及花青系色素或其等之衍生物等。
第2電極95R用於擷取光電轉換層94R中產生之電洞，第2電極95G用於擷取光電轉換層94G中產生之電洞，第2電極95B用於擷取光電轉換層94G中產生之電洞。從第2電極95R,95G,95B擷取之電洞經由各個傳輸路徑(未圖示)，被排出至例如半導體基板30內之p型半導體區域(未圖示)。
第2電極95R,95G,95B與第1電極91R,91G,91B同樣，由具有透光性之導電材料，例如ITO構成。此外，第2電極95R,95G,95B例如亦可由金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)及鋁(Al)等導電材料構成。
絕緣層96用於將第2電極95R與第1電極91G絕緣，絕緣層97用於將第2電極95G與第1電極91B絕緣。絕緣層96,97例如由金屬氧化物、金屬硫化物或有機物構成。作為金屬氧化物，例如可例舉氧化矽(SiOx)、氧化鋁(AlOx)、氧化鋯(ZrOx)、氧化鈦(TiOx)、氧化鋅(ZnOx)、氧化鎢(WOx)、氧化鎂(MgOx)、氧化鈮(NbOx)、氧化錫(SnOx)及氧化鎵(GaOx)等。作為金屬硫化物，可例舉硫化鋅(ZnS)及硫化鎂(MgS)等。
如上所述，於本變化例之攝像元件10C中，設為積層有3個有機光電轉換部(紅色光電轉換部90R、綠色光電轉換部90G及藍色光電轉換部90B)之構成，於各有機光電轉換部90R,90G,90B中，與上述第1實施方式中之有機光電轉換部20同樣，設置依序積層有具有特定之C5s之值及特定之EVO或EVN之值之第1半導體層93RA,93GA,93BA及第2半導體層93RB,93GB,93BB的半導體層93R,93G,93B。具體而言，關於C5s，第1半導體層93RA,93GA,93BA具有較第2半導體層93RB,93GB,93BB大之值，關於EVO或EVN，第2半導體層93RB,93GB,93BB具有較第1半導體層93RA,93GA,93BA大之值。藉此，可獲得與上述第1實施方式相同之效果。
(4-3.變化例6)
圖30A模式性地表示本發明之變化例6之攝像元件10D之剖面構成。圖30B模式性地表示圖30A所示之攝像元件10D之平面構成之一例，圖30A表示圖30B所示之II-II線處之剖面。攝像元件10D例如為積層有無機 光電轉換部32及有機光電轉換部60之積層型攝像元件，於具備該攝像元件10D之攝像裝置(例如，攝像裝置1)之像素部1A中，與上述實施方式同樣，例如，如圖30B所示，例如包含以2列×2行配置之4個單位像素P的像素單元1a成為重複單位，重複配置成包含列方向與行方向之陣列狀。
本變化之攝像元件10D中，於有機光電轉換部60之上方(光入射側S1)，針對每個單位像素P分別設置有選擇性地使紅色光(R)、綠色光(G)及藍色光(B)透過之彩色濾光片55。具體而言，於包含以2列×2行配置之4個單位像素P的像素單元1a中，於對角線上配置有2個選擇性地使綠色光(G)透過之彩色濾光片，於與上述對角線正交之對角線上，選擇性地使紅色光(R)及藍色光(B)透過之彩色濾光片各設置有1個。於設置有各彩色濾光片之單位像素(Pr,Pg,Pb)中，例如，於有機光電轉換部60中，分別檢測對應顏色之光。即，於像素部1A中，分別檢測紅色光(R)、綠色光(G)及藍色光(B)之單位像素(Pr,Pg,Pb)排列成拜耳狀。
有機光電轉換部60例如包含下部電極61、絕緣層62、半導體層63、光電轉換層64及上部電極65，下部電極61、絕緣層62、半導體層63、光電轉換層64及上部電極65分別具有與上述實施方式中之有機光電轉換部20相同之構成。無機光電轉換部32檢測與有機光電轉換部60不同之波長區域之光。
於攝像元件10D中，透過彩色濾光片55之光中，可見光區域之光(紅色光(R)、綠色光(G)及藍色光(B))分別被設置有各彩色濾光片之單位像素(Pr、Pg、Pb)之有機光電轉換部60吸收，除此以外之光、例如紅外光區域(例如，700nm以上1000nm以下)之光(紅外光(IR))透過有機光電轉換部60。透過該有機光電轉換部60之紅外光(IR)於各單位像素 Pr,Pg,Pb之無機光電轉換部32中被檢測出，於各單位像素Pr,Pg,Pb中產生與紅外光(IR)對應之信號電荷。即，於具備攝像元件10D之攝像裝置1中，能夠同時產生可見光圖像及紅外光圖像兩者。
(4-4.變化例7)
圖31A模式性地表示本發明之變化例7之攝像元件10E之剖面構成。圖31B模式性地表示圖31A所示之攝像元件10E之平面構成之一例，圖31A表示圖31B所示之III-III線處之剖面。於上述變化例6中，示出了於有機光電轉換部60之上方(光入射側S1)設置有選擇性地使紅色光(R)、綠色光(G)及藍色光(B)透過之彩色濾光片55之例，但彩色濾光片55例如亦可如圖31A所示，設置於無機光電轉換部32與有機光電轉換部60之間。
於攝像元件10E中，例如，彩色濾光片55具有於像素單元1a內，至少選擇性地使紅色光(R)透過之彩色濾光片(彩色濾光片55R)及至少選擇性地使藍色光(B)透過之彩色濾光片(彩色濾光片55B)相互配置於對角線上之構成。有機光電轉換部60(光電轉換層64)例如構成為選擇性地吸收與綠色光對應之波長。藉此，能於分別配置於有機光電轉換部60及彩色濾光片55R,55B之下方之無機光電轉換部(無機光電轉換部32R,32G)中獲取與RGB對應之信號。於本變化例之攝像元件10E中，與一般之具有拜耳排列之攝像元件相比可擴大RGB各個光電轉換部之面積，因此能提高S/N比(Signal to Noise ratio，信號雜訊比)。
(4-5.變化例8)
圖32模式性地表示本發明之變化例8之攝像元件10F之剖面構成。本變化例之攝像元件10F係與上述變化例4同樣，沿縱向積層有2個有機光電轉換部即有機光電轉換部20,70、以及1個無機光電轉換部32之構造之另一 例。
有機光電轉換部20,70與無機光電轉換部32選擇性地檢測互不相同之波長區域之光並進行光電轉換。例如，於有機光電轉換部20中獲取綠色(G)之彩色信號。例如，有機光電轉換部70獲取藍色(B)之彩色信號。例如，於無機光電轉換部32中獲取紅色(R)之彩色信號。藉此，於攝像元件10F中，能在不使用彩色濾光片的情況下於一個像素中獲取複數種彩色信號。
有機光電轉換部70例如積層於有機光電轉換部20之上方，與有機光電轉換部20同樣，具有從半導體基板30之第1面30A之側起依序積層有下部電極71、例如包含第1半導體層73A及第2半導體層73B之半導體層73、光電轉換層74及上部電極75之構成。下部電極71與有機光電轉換部20同樣，包含讀出電極71A與蓄積電極71B，且藉由絕緣層72而電性分離。絕緣層72係於讀出電極71A上設置有開口72H。於有機光電轉換部70與有機光電轉換部20之間設置有層間絕緣層78。
於讀出電極71A，連接有貫通層間絕緣層78及有機光電轉換部20且與有機光電轉換部20之讀出電極21A電性連接之貫通電極77。進而，讀出電極71A經由貫通電極34,77與設置於半導體基板30之浮動擴散區FD電性連接，可暫時蓄積光電轉換層74中產生之電荷。進而，讀出電極71A經由貫通電極34,77與設置於半導體基板30之放大器電晶體AMP等電性連接。
<5.適用例>
(適用例1)
圖33表示將本發明之攝像元件(例如，攝像元件10)用於各像素之攝 像裝置(攝像裝置1)之整體構成之一例。該攝像裝置1為CMOS影像感測器，於半導體基板30上具有作為拍攝區域之像素部1A，並且於該像素部1A之周邊區域例如具有包含列掃描部131、水平選擇部133、行掃描部134及系統控制部132之周邊電路部130。
像素部1A例如具有呈矩陣狀二維配置之複數個單位像素P(相當於攝像元件10)。於該單位像素P中，例如針對每個像素列配置有像素驅動線Lread(具體而言為列選擇線及重設控制線)，針對每個像素行配置有垂直信號線Lsig。像素驅動線Lread係傳輸用於從像素讀出信號之驅動信號。像素驅動線Lread之一端連接於與列掃描部131之各列對應之輸出端。
列掃描部131包含移位暫存器及位址解碼器等，且為將像素部1A之各單位像素P例如以列單位進行驅動之像素驅動部。從藉由列掃描部131選擇掃描之像素列之各單位像素P輸出的信號通過垂直信號線Lsig各者被供給至水平選擇部133。水平選擇部133包含設置於每個垂直信號線Lsig之放大器或水平選擇開關等。
行掃描部134包含移位暫存器及位址解碼器等，掃描水平選擇部133之各水平選擇開關，同時依序進行驅動。藉由該行掃描部134之選擇掃描，而通過垂直信號線Lsig各者傳輸之各像素之信號依序被輸出至水平信號線135，且通過該水平信號線135傳輸至半導體基板30之外部。
包含列掃描部131、水平選擇部133、行掃描部134及水平信號線135之電路部分可直接形成於半導體基板30上，或者亦可配設於外部控制IC(Integrated Circuit，積體電路)。又，該等電路部分亦可形成於藉由纜線等連接之其他基板。
系統控制部132係接收從半導體基板30之外部賦予之時脈、或指示動作模式之資料等，並輸出攝像裝置1之內部資訊等資料。系統控制部132進而具有產生各種時序信號之時序產生器，基於該時序產生器所產生之各種時序信號進行列掃描部131、水平選擇部133及行掃描部134等周邊電路之驅動控制。
(適用例2)
上述攝像裝置1例如可適用於數位靜態相機或攝錄影機等相機系統、或者具有拍攝功能之手機等具備拍攝功能之所有類型之電子機器。作為其一例，於圖34中示出了電子機器2(相機)之概略構成。該電子機器2例如為能夠拍攝靜止圖像或動態圖像之攝錄影機，具有攝像裝置1、光學系統(光學透鏡)210、快門裝置211、驅動攝像裝置1及快門裝置211之驅動部213、信號處理部212。
光學系統210係將來自被攝體之影像光(入射光)引導至攝像裝置1之像素部1A。該光學系統210亦可包含複數個光學透鏡。快門裝置211係控制對攝像裝置1之光照射期間及遮光期間。驅動部213係控制攝像裝置1之傳輸動作及快門裝置211之快門動作。信號處理部212係對從攝像裝置1輸出之信號進行各種信號處理。信號處理後之影像信號Dout被記憶於記憶體等記憶媒體，或者輸出至監視器等。
(適用例3)
圖35表示將本發明之攝像元件(例如，攝像元件10)用於各像素之攝像裝置(攝像裝置3)之整體構成。攝像裝置3如上所述例如為CMOS影像感測器，其係擷取經由光學透鏡系統(未圖示)來自被攝體之入射光(影像光)，將於拍攝面上成像之入射光之光量以像素單位轉換成電信號後作為 像素信號輸出。攝像裝置3係於半導體基板30上具有作為拍攝區域之像素部1A，並且於該像素部1A之周邊區域，例如具有垂直驅動電路311、行信號處理電路312、水平驅動電路313、輸出電路314、控制電路315及輸入輸出端子316。
像素部1A例如具有呈矩陣狀二維配置之複數個單位像素P。於該單位像素P中，例如針對每個像素列配置有像素驅動線Lread(具體而言為列選擇線及重設控制線)，針對每個像素行配置有垂直信號線Lsig。像素驅動線Lread係傳輸用於從像素讀出信號之驅動信號。像素驅動線Lread之一端連接於與垂直驅動電路311之各列對應之輸出端子。
垂直驅動電路311包含移位暫存器及位址解碼器等，且為將像素部1A之各單位像素P例如以列單位進行驅動之像素驅動部。從藉由垂直驅動電路311選擇掃描之像素列之各單位像素P輸出的信號通過垂直信號線Lsig各者被供給至行信號處理電路312。行信號處理電路312包含設置於每個垂直信號線Lsig之放大器或水平選擇開關等。
水平驅動電路313包含移位暫存器及位址解碼器等，掃描行信號處理電路312之各水平選擇開關，同時依序進行驅動。藉由該水平驅動電路313之選擇掃描，而通過垂直信號線Lsig各者傳輸之各像素之信號依序被輸出至水平信號線121，且通過該水平信號線121傳輸至半導體基板30之外部。
輸出電路314係對從行信號處理電路312各者經由水平信號線121依序供給之信號進行信號處理後輸出。輸出電路314例如有時僅進行緩存，有時進行黑位準調整、列偏差修正及各種數位信號處理等。
包含垂直驅動電路311、行信號處理電路312、水平驅動電 路313、水平信號線121及輸出電路314之電路部分可直接形成於半導體基板30上，或者亦可配設於外部控制IC。又，該等電路部分亦可形成於藉由纜線等連接之其他基板。
控制電路315係接收從半導體基板30之外部賦予之時脈、或指示動作模式之資料等，並輸出攝像裝置3之內部資訊等資料。控制電路315進而具有產生各種時序信號之時序產生器，基於該時序產生器所產生之各種時序信號進行垂直驅動電路311、行信號處理電路312及水平驅動電路313等周邊電路之驅動控制。
輸入輸出端子316係與外部進行信號之收發。
(適用例4)
圖36表示其他電子機器(電子機器4)之概略構成。
電子機器4例如具有透鏡群1001、攝像裝置1、DSP(Digital Signal Processor，數位信號處理器)電路1002、圖框記憶體1003、顯示部1004、記錄部1005、操作部1006、電源部1007，經由匯流排線1008相互連接。
透鏡群1001係擷取來自被攝體之入射光(影像光)並於攝像裝置1之拍攝面上成像。攝像裝置1將藉由透鏡群1001於拍攝面上成像之入射光之光量以像素單位轉換成電信號後作為像素信號供給至DSP電路1002。
DSP電路1002係對從攝像裝置1供給之信號進行處理之信號處理電路。DSP電路1002輸出對來自攝像裝置1之信號進行處理而獲得之圖像資料。圖框記憶體1003係暫時保持藉由DSP電路1002處理後之圖像資料。
顯示部1004例如包含液晶面板或有機EL(Electro Luminescence，電致發光)面板等面板型顯示裝置，將藉由攝像裝置1所拍攝到之動態圖像或靜止圖像之圖像資料記錄於半導體記憶體或硬碟等記錄媒體中。
操作部1006按照使用者之操作，輸出關於電子機器4所具有之各種功能之操作信號。電源部1007係將成為DSP電路1002、圖框記憶體1003、顯示部1004、記錄部1005及操作部1006之動作電源的各種電源適當供給至該等供給對象。
<6.應用例>
進而，上述攝像裝置1亦可應用於下文所述之電子機器(膠囊型內視鏡10100或車輛等移動體等)。
(向體內資訊獲取系統之應用例)
進而，本發明之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可適用於內視鏡手術系統。
圖37係表示使用能夠適用本發明之技術(本技術)之膠囊型內視鏡而成的患者之體內資訊獲取系統之概略構成之一例的方塊圖。
體內資訊獲取系統10001包含膠囊型內視鏡10100、外部控制裝置10200。
膠囊型內視鏡10100於檢查時被患者吞下。膠囊型內視鏡10100具有拍攝功能及無線通信功能，於被患者自然排出之前之期間內，藉由胃或腸道等器官之蠕動運動等而於該等器官之內部移動，同時以特定之間隔依序拍攝該器官內部之圖像(以下，亦稱為體內圖像)，將關於該體內圖像之資訊依序無線發送至體外之外部控制裝置10200。
外部控制裝置10200總括地控制體內資訊獲取系統10001之動作。又，外部控制裝置10200接收關於從膠囊型內視鏡10100發送而來之體內圖像的資訊，基於關於所接收到之體內圖像之資訊，生成用於使顯示裝置(未圖示)顯示該體內圖像之圖像資料。
於體內資訊獲取系統10001中，以此方式，於從膠囊型內視鏡10100被吞下至排出為止之期間內，可隨時拍攝患者體內之情況而獲得體內圖像。
更詳細地說明膠囊型內視鏡10100與外部控制裝置10200之構成及功能。
膠囊型內視鏡10100具有膠囊型殼體10101，該殼體10101內收納有光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114、饋電部10115、電源部10116及控制部10117。
光源部10111例如由LED(light emitting diode，發光二極體)等光源構成，對攝像部10112之拍攝視野照射光。
攝像部10112由包含攝像元件及設置於該攝像元件之前段之複數個透鏡的光學系統構成。照射至作為觀察對象之身體組織之光之反射光(以下，稱為觀察光)係由該光學系統聚光後，入射至該攝像元件。於攝像部10112中，於攝像元件中，將入射至其中之觀察光進行光電轉換，生成與該觀察光對應之圖像信號。由攝像部10112生成之圖像信號被提供給圖像處理部10113。
圖像處理部10113包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理單元)等處理器，對由攝像部10112生成之圖像信號進行各種信號處理。圖像處理部10113 將實施信號處理後之圖像信號作為原始(RAW)資料供給至無線通信部10114。
無線通信部10114對藉由圖像處理部10113實施信號處理後之圖像信號進行調變處理等特定之處理，將該圖像信號經由天線10114A發送至外部控制裝置10200。又，無線通信部10114從外部控制裝置10200，經由天線10114A接收與膠囊型內視鏡10100之驅動控制相關之控制信號。無線通信部10114將從外部控制裝置10200接收之控制信號提供給控制部10117。
饋電部10115包含受電用之天線線圈、由該天線線圈中產生之電流再生電力之電力再生電路及升壓電路等。於饋電部10115中，使用所謂之非接觸充電之原理生成電力。
電源部10116包含二次電池，蓄積藉由饋電部10115生成之電力。於圖37中，為了避免圖式變得複雜，省略表示來自電源部10116之電力之供給目的地的箭頭等之圖示，蓄積於電源部10116中之電力被供給至光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114及控制部10117，能用於其等之驅動。
控制部10117包含CPU等處理器，按照從外部控制裝置10200發送之控制信號適當控制光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114及饋電部10115之驅動。
外部控制裝置10200包含CPU、GPU等處理器、或混載有處理器及記憶體等記憶元件之微電腦或控制基板等。外部控制裝置10200藉由經由天線10200A對膠囊型內視鏡10100之控制部10117發送控制信號，而控制膠囊型內視鏡10100之動作。於膠囊型內視鏡10100中，例如能夠 藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，變更光源部10111之對觀察對象之光照射條件。又，能藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，變更拍攝條件(例如，攝像部10112中之圖框率、曝光值等)。又，亦可藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，變更圖像處理部10113中之處理內容、或無線通信部10114發送圖像信號之條件(例如，發送間隔、發送圖像數等)。
又，外部控制裝置10200對從膠囊型內視鏡10100發送之圖像信號，實施各種圖像處理，生成用於使顯示裝置顯示所拍攝到之體內圖像的圖像資料。作為該圖像處理，例如可進行顯影處理(解馬賽克處理)、高畫質化處理(頻帶強調處理、超解像處理、NR(Noise reduction，雜訊降低)處理及/或抖動修正處理等)及/或擴大處理(電子可變焦距處理)等各種信號處理。外部控制裝置10200控制顯示裝置之驅動，基於所生成之圖像資料使其顯示所拍攝到之體內圖像。或者，外部控制裝置10200亦可將生成之圖像資料記錄於記錄裝置(未圖示)、或者使印刷裝置(未圖示)印刷輸出。
以上，說明了能適用本發明之技術之體內資訊獲取系統之一例。本發明之技術能適用於以上所說明之構成中之例如攝像部10112。藉此，檢測精度提高。
(向內視鏡手術系統之應用例)
本發明之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可適用於內視鏡手術系統。
圖38係表示能適用本發明之技術(本技術)的內視鏡手術系統之概略構成之一例的圖。
圖38中，圖示了手術者(醫生)11131使用內視鏡手術系統11000對病床11133上之患者11132進行手術之情況。如圖所示，內視鏡手術系統11000包含內視鏡11100、氣腹管11111或能量處置器具11112等其他手術器具11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120、及搭載有用於進行內視鏡下手術之各種裝置之手推車11200。
內視鏡11100包含：鏡筒11101，其從前端起特定長度之區域被插入至患者11132之體腔內；及相機頭11102，其連接於鏡筒11101之基端。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之前端設置有嵌入有物鏡之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光被延設至鏡筒11101內部之導光件引導至該鏡筒之前端，且經由物鏡朝向患者11132之體腔內之觀察對象照射。再者，內視鏡11100既可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於相機頭11102之內部設置有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統而聚光至該攝像元件。藉由該攝像元件將觀察光進行光電轉換，生成與觀察光對應之電信號、即與觀察像對應之圖像信號。該圖像信號係作為原始(RAW)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從相機頭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)等用於顯 示基於該圖像信號之圖像的各種圖像處理。
顯示裝置11202藉由來自CCU11201之控制，顯示基於藉由該CCU11201實施圖像處理後之圖像信號的圖像。
光源裝置11203例如包含LED等光源，將拍攝手術部位等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204係針對內視鏡手術系統11000之輸入介面。使用者可經由輸入裝置11204對內視鏡手術系統11000進行各種資訊之輸入或指示輸入。例如，使用者輸入變更內視鏡11100之拍攝條件(照射光之種類、倍率及焦點距離等)之意旨之指示等。
處置器具控制裝置11205控制用於組織之燒灼、切開或血管之封堵等的能量處置器具11112之驅動。為了使患者11132之體腔膨脹以確保內視鏡11100之視野及手術者之作業空間，氣腹裝置11206經由氣腹管11111將氣體送入至該體腔內。記錄器11207係能記錄與手術相關之各種資訊之裝置。印表機11208係能以文本、圖像或圖表等各種形式印刷與手術相關之各種資訊之裝置。
再者，對內視鏡11100供給拍攝手術部位時之照射光之光源裝置11203例如可包含含有LED、雷射光源或其等之組合的白色光源。於由RGB雷射光源之組合構成白色光源之情形時，可高精度地控制各顏色(各波長)之輸出強度及輸出時序，因此可於光源裝置11203中進行拍攝圖像之白平衡之調整。又，於該情形時，亦能藉由分時地對觀察對象照射來自RGB雷射光源各者之雷射光，並與該照射時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，而分時地拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即便於該攝像元件未設置彩色濾光片，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203亦可以每特定時間變更所輸出之光之強度的方式控制其驅動。與該光之強度之變更時序同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，並分時地獲取圖像，且將該圖像合成，藉此可生成不存在所謂之暗部缺失及高光溢出之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可構成為能供給與特殊光觀察對應之特定波長區域之光。於特殊光觀察中，例如進行所謂之窄頻帶光觀察(Narrow Band Imaging)，即，利用身體組織中之光吸收之波長依存性，照射與通常觀察時之照射光(即，白色光)相比頻帶較窄之光，藉此以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定之組織。或者，於特殊光觀察中，亦可進行螢光觀察，即，利用照射激發光而產生之螢光來獲得圖像。於螢光觀察中，可進行如下等操作，即，對身體組織照射激發光並觀察來自該身體組織之螢光(自體螢光觀察)、或者將靛青綠(ICG)等試劑局部注射至身體組織並對該身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像。光源裝置11203可構成為能供給與此種特殊光觀察對應之窄頻帶光及/或激發光。
圖39係表示圖38所示之相機頭11102及CCU11201之功能構成之一例的方塊圖。
相機頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404、相機頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像處理部11412、控制部11413。相機頭11102與CCU11201係藉由傳輸纜線11400而能夠相互通信地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。從鏡筒11101之前端擷取之觀察光被引導至相機頭11102，併入射至 該透鏡單元11401。透鏡單元11401係組合包含可變焦距透鏡及聚焦透鏡之複數個透鏡而構成。
構成攝像部11402之攝像元件可為1個(所謂之單板式)，亦可為複數個(所謂之多板式)。於攝像部11402由多板式構成之情形時，例如亦可藉由各攝像元件生成與RGB各者對應之圖像信號，藉由將其等合成而獲得彩色圖像。或者，攝像部11402亦可構成為具有用於分別獲取與3D(dimensional)顯示對應之右眼用及左眼用之圖像信號的一對攝像元件。藉由進行3D顯示，手術者11131能更準確地掌握手術部位之生物體組織之深度。再者，於攝像部11402由多板式構成之情形時，亦可使透鏡單元11401對應於各攝像元件而設置有複數個系統。
又，攝像部11402亦可未必設置於相機頭11102。例如，攝像部11402亦可於鏡筒11101之內部設置於物鏡之正後方。
驅動部11403包含致動器，藉由來自相機頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之可變焦距透鏡及聚焦透鏡沿著光軸移動特定之距離。藉此，可適當調整攝像部11402之拍攝圖像之倍率及焦點。
通信部11404包含用於與CCU11201之間收發各種資訊之通信裝置。通信部11404將從攝像部11402獲得之圖像信號作為原始(RAW)資料經由傳輸纜線11400發送至CCU11201。
又，通信部11404從CCU11201接收用於控制相機頭11102之驅動之控制信號，並供給至相機頭控制部11405。該控制信號例如包含指定拍攝圖像之圖框率之意旨之資訊、指定拍攝時之曝光值之意旨之資訊、及/或指定拍攝圖像之倍率及焦點之意旨之資訊等與拍攝條件相關之資訊。
再者，上述圖框率、曝光值、倍率或焦點等拍攝條件既可由使用者適當指定，亦可基於所獲取之圖像信號藉由CCU11201之控制部11413自動地設定。於後者之情形時，於內視鏡11100搭載有所謂之AE(Auto Exposure，自動曝光)功能、AF(Auto Focus，自動對焦)功能及AWB(Auto White Balance，自動白平衡)功能。
相機頭控制部11405基於經由通信部11404接收到之來自CCU11201之控制信號，控制相機頭11102之驅動。
通信部11411包含用於與相機頭11102之間收發各種資訊之通信裝置。通信部11411從相機頭11102接收經由傳輸纜線11400發送之圖像信號。
又，通信部11411將用於控制相機頭11102之驅動之控制信號發送至相機頭11102。圖像信號或控制信號可藉由電通信或光通信等來發送。
圖像處理部11412對從相機頭11102發送之作為原始(RAW)資料之圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413針對內視鏡11100對手術部位等之拍攝、及藉由對手術部位等之拍攝所獲得之拍攝圖像之顯示，進行各種相關之控制。例如，控制部11413生成用於控制相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於藉由圖像處理部11412實施圖像處理後之圖像信號，使顯示裝置11202顯示映現有手術部位等之拍攝圖像。此時，控制部11413亦可使用各種圖像識別技術識別拍攝圖像內之各種物體。例如，控制部11413可藉由檢測拍攝圖像中所包含之物體之邊緣之形狀或顏色等，而識別鉗子等手術器具、特定之生物體部位、出血、能量處 置器具11112之使用時之霧氣等。控制部11413亦可於使顯示裝置11202顯示拍攝圖像時，使用其識別結果，將各種手術支援資訊重疊顯示於該手術部位之圖像。藉由重疊顯示手術支援資訊並提示給手術者11131，可輕減手術者11131之負擔，或使手術者11131確實地進行手術。
連接相機頭11102與CCU11201之傳輸纜線11400係對應於電信號之通信之電信號纜線、對應於光通信之光纖、或其等之複合纜線。
此處，於圖示之例中，使用傳輸纜線11400以有線之形式進行通信，但相機頭11102與CCU11201之間之通信亦可以無線之形式進行。
以上，說明了能適用本發明之技術之內視鏡手術系統之一例。本發明之技術可適用於以上所說明之構成中之攝像部11402。藉由將本發明之技術適用於攝像部11402，而檢測精度提高。
再者，此處，作為一例對內視鏡手術系統進行了說明，但除此之外，本發明之技術例如亦可適用於顯微鏡手術系統等。
(應用於移動體之應用例)
本發明之技術可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可以搭載於汽車、電動汽車、油電混合車、機車、自行車、個人行動車(personal mobility)、飛機、無人機(drone)、船舶、機器人、建設機械、農業機械(拖拉機)等中之任一種移動體的裝置之形式實現。
圖40係表示作為能適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40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及整合控制單元12050。又，作為整合控制單元12050之功能構成，圖示有微電腦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按照各種程式控制與車輛之驅動系統相關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010係作為內燃機或驅動用馬達等用於產生車輛驅動力之驅動力產生裝置、用於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制動力之制動裝置等的控制裝置而發揮功能。
車身系統控制單元12020按照各種程式控制裝配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(keyless entry system)、智慧型鑰匙系統(smart key system)、電動窗(power window)裝置、或者頭燈、倒行燈(back lamp)、剎車燈、轉向燈或霧燈等各種燈的控制裝置而發揮功能。於該情形時，可將從代替鑰匙之手持機發送之電波或各種開關之信號輸入至車身系統控制單元12020。車身系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，而控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、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亦可基於接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光並輸出與該光之接收量對應之電信號的光感測器。攝像部12031既可以圖像之形式輸出電信號，亦可以測距資訊之形式輸出電信號。又，攝像部12031所接收之光既可為可見光，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連接有例如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包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040基於從駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，可算出駕駛者之疲勞程度或專注程度，亦可辨別駕駛者是否瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040獲取之車內外之資訊，算出驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，並將控制指令輸出至驅動系統控制單元12010。例如，微電腦12051可進行協調控制以實現包含車輛之碰撞避免或衝擊緩和、基於車間距離之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道偏離警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System，先進駕駛輔助系統)之功能。
又，微電腦12051可基於車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040獲取之車輛周圍之資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，藉此可進行協調控制以實現不按照駕駛者之操作而是自主地行駛之自動駕駛等。
又，微電腦12051可基於車外資訊檢測單元12030獲取之車外之資訊，將控制指令輸出至車身系統控制單元12020。例如，微電腦12051可進行根據由車外資訊檢測單元12030檢測到之先行車或對向車之 位置控制頭燈而將遠光切換為近光等協調控制以謀求防眩。
聲音圖像輸出部12052將聲音及圖像中之至少一種輸出信號發送至能夠對車輛之搭乘者或車外於視覺上或聽覺上通知資訊之輸出裝置。於圖40之例中，作為輸出裝置，例示有音頻揚聲器(audiospeaker)12061、顯示部12062及儀錶面板12063。顯示部12062例如亦可包含車載顯示器(onboard display)及抬頭顯示器(head-up display)中之至少一者。
圖41係表示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖41中，作為攝像部12031，具有攝像部12101,12102,12103,12104,12105。
攝像部12101,12102,12103,12104,12105例如設置於車輛12100之前保險桿、側鏡、後保險桿(rear bumper)、後門及車廂內之前窗玻璃之上部等位置。裝配於前保險桿之攝像部12101及裝配於車廂內之前窗玻璃之上部之攝像部12105主要獲取車輛12100前方之圖像。裝配於側鏡之攝像部12102,12103主要獲取車輛12100側方之圖像。裝配於後保險桿或後門之攝像部12104主要獲取車輛12100後方之圖像。裝配於車廂內之前窗玻璃之上部之攝像部12105主要用於檢測先行車輛、步行者、障礙物、信號器、交通標識或行車線等。
再者，圖41中示出了攝像部12101至12104之拍攝範圍之一例。拍攝範圍12111表示設置於前保險桿之攝像部12101之拍攝範圍，拍攝範圍12112,12113分別表示設置於側鏡之攝像部12102,12103之拍攝範圍，拍攝範圍12114表示設置於後保險桿或後門之攝像部12104之拍攝範圍。例如，藉由將攝像部12101至12104所拍攝之圖像資料重合，可獲得 從上方觀察車輛12100時之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104中之至少1者亦可具有獲取距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104中之至少一者亦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像素之攝像元件。
例如，微電腦12051可藉由基於從攝像部12101至12104獲得之距離資訊，求出拍攝範圍12111至12114內之距各立體物之距離、及該距離之時間性變化(相對於車輛12100之相對速度)，而擷取朝與車輛12100大致相同之方向以特定速度(例如，0km/h以上)行駛之立體物，尤其是處於車輛12100之前進路徑上之最近之立體物作為先行車。進而，微電腦12051可設定於先行車之近前應預先確保之車間距離，並進行自動剎車控制(亦包含追隨停止控制)或自動加速控制(亦包含追隨起動控制)等。如此，可進行協調控制以實現不按照駕駛者之操作而是自主地行駛之自動駕駛等。
例如，微電腦12051可基於從攝像部12101至12104獲得之距離資訊，按二輪車、普通車輛、大型車輛、步行者、電線桿等其他立體物這種分類擷取關於立體物之立體物資料，用於障礙物之自動避讓。例如，微電腦12051將車輛12100周邊之障礙物識別為車輛12100之驅動器能夠視認之障礙物與難以視認之障礙物。然後，微電腦12051判斷表示與各障礙物發生碰撞之危險程度之碰撞風險，於碰撞風險為設定值以上而存在碰撞可能性之狀況時，可藉由經由音頻揚聲器12061或顯示部12062將警報輸出至驅動器、或者經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避讓轉向，而進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104中之至少一者亦可為檢測紅外線之紅 外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定攝像部12101至12104之拍攝圖像中是否存在步行者而識別步行者。該步行者之識別係藉由例如擷取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之拍攝圖像中之特徵點之程序、及對表示物體輪廓之一連串特徵點進行圖案匹配處理而辨別是否為步行者之程序來進行。當微電腦12051判定為攝像部12101至12104之拍攝圖像中存在步行者並識別步行者時，聲音圖像輸出部12052以將用於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符等顯示於所期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，例舉第1、第2實施方式及變化例1~8以及適用例及應用例進行了說明，但本發明內容並不限定於上述實施方式等，能夠進行各種變化。例如，於上述第1實施方式中，作為攝像元件10，設為使檢測綠色光之有機光電轉換部20、與分別檢測藍色光、紅色光之無機光電轉換部32B,32R積層而成之構成，但本發明內容並不限定於此種構造。例如，於有機光電轉換部中亦可檢測紅色光或藍色光，於無機光電轉換部中亦可檢測綠色光。
進而，於上述實施方式等中，作為構成下部電極21之複數個電極，示出了包含讀出電極21A及蓄積電極21B這2個電極之例，或包含讀出電極21A、蓄積電極21B及傳輸電極21C這3個電極之例，此外，亦可設置排出電極等4個以上之電極。
再者，本說明書中所記載之效果僅為例示，不受限定，又，亦可具有其他效果。
再者，本技術亦能取如下所述之構成。根據以下構成之本 技術，於並列配置之第1電極及第2電極與光電轉換層之間，設置從第1電極及第2電極側起依序積層有第1層及第2層之半導體層。該第1層具有較第2層之C5s之值大的C5s之值，第2層具有較第1層之EVO或EVN之值大的EVO或EVN之值。藉此，蓄積於第1電極上方之半導體層內之電荷之向面內方向之傳輸特性得到改善，並且半導體層與光電轉換層之間之界面處之陷阱之產生減少。因此，能改善殘像特性。
(1)
一種攝像元件，其具備：第1電極及第2電極，其等並列配置；第3電極，其與上述第1電極及上述第2電極對向配置；光電轉換層，其設置於上述第1電極及上述第2電極與上述第3電極之間且包含有機材料；以及半導體層，其於上述第1電極及上述第2電極與上述光電轉換層之間包含從上述第1電極及上述第2電極側起依序積層之第1層及第2層；且上述第1層之表示5s軌道對傳導帶底端之貢獻率的C5s之值大於上述第2層之C5s之值，上述第2層之表示氧缺陷生成能之EVO或表示氮缺陷生成能之EVN之值大於上述第1層之EVO或EVN之值。
(2)
如上述(1)所記載之攝像元件，其中上述第1層包含滿足C5s>50%之材料，上述第2層包含滿足EVO>2.3eV之材料。
(3)
如上述(1)所記載之攝像元件，其中上述第1層包含滿足C5s>80%之 材料，上述第2層包含滿足EVO>2.8eV之材料。
(4)
如上述(1)至(3)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第1層為非晶質層。
(5)
如上述(1)至(4)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第2層具有上述第1層之膜厚之4倍以上8倍以下之膜厚。
(6)
如上述(1)至(5)中任一項所記載之攝像元件，其進而具有絕緣層，上述絕緣層設置於上述第1電極及上述第2電極與上述半導體層之間，並且於上述第2電極之上方具有開口，上述第2電極與上述半導體層經由上述開口電性連接。
(7)
如上述(1)至(6)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第1層及上述第2層係使用IGTO系氧化物半導體、GZTO系氧化物半導體、ITZO系氧化物半導體或ITGZO系氧化物半導體而形成。
(8)
如上述(1)至(7)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第1層係使用ITO、IZO、富銦ITZO、IGO或富錫SnZnO而形成。
(9)
如上述(1)至(8)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第2層係使用IGZO、IGZTO、ZTO、GZTO或IGTO而形成。
(10)
如上述(1)至(9)中任一項所記載之攝像元件，其中上述光電轉換層與上述半導體層之間進而具有包含無機材料之保護層。
(11)
如上述(1)至(10)中任一項所記載之攝像元件，其中上述半導體層設置於上述第1電極及上述第2電極與上述第1層之間，並且進而具有第3層，該第3層具有較上述第1層之傳導帶底端淺的傳導帶底端。
(12)
如上述(1)至(11)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第1層及上述第2層分別包含氧化物半導體，上述第1層之△EN之值小於上述第2層之△EN之值，該△EN表示構成上述氧化物半導體之陰離子種之陰電性之平均值減去構成上述氧化物半導體之陽離子種之陰電性之平均值所得的值。
(13)
如上述(12)所記載之攝像元件，其中上述光電轉換層之上述半導體層附近所包含之材料之LUMO能階E1及構成上述半導體層之材料之LUMO能階E2滿足E2-E1≧0.1eV。
(14)
如上述(12)或(13)所記載之攝像元件，其中上述半導體層包含具有10cm2/V‧s以上之載子遷移率之材料。
(15)
如上述(12)至(14)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第2層之載子濃度為1×1014/cm-3以上且未達1×1017/cm-3。
(16)
如上述(1)至(15)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第1電極及上述第2電極相對於上述光電轉換層配置於與光入射面相反之側。
(17)
如上述(1)至(16)中任一項所記載之攝像元件，其中上述第1電極及上述第2電極分別個別地被施加電壓。
(18)
如上述(17)所記載之攝像元件，其積層有1個或複數個有機光電轉換部與1個或複數個無機光電轉換部，上述有機光電轉換部具有上述第1電極、上述第2電極、上述第3電極、上述光電轉換層及上述半導體層，上述無機光電轉換部進行與上述有機光電轉換部不同之波長區域之光電轉換。
(19)
如上述(18)所記載之攝像元件，其中上述無機光電轉換部以嵌入之方式形成於半導體基板內，上述有機光電轉換部形成於上述半導體基板之第1面側。
(20)
如上述(19)所記載之攝像元件，其中上述半導體基板具有相對向之第1面及第2面，於上述第2面側形成有多層配線層。
(21)
一種攝像裝置，其具有分別設置有1個或複數個攝像元件之複數個像素，上述攝像元件具備：第1電極及第2電極，其等並列配置；第3電極，其與上述第1電極及上述第2電極對向配置； 光電轉換層，其設置於上述第1電極及上述第2電極與上述第3電極之間且包含有機材料；以及半導體層，其於上述第1電極及上述第2電極與上述光電轉換層之間包含從上述第1電極及上述第2電極側起依序積層之第1層及第2層；且上述第1層之表示5s軌道對傳導帶底端之貢獻率的C5s之值大於上述第2層之C5s之值，上述第2層之表示氧缺陷生成能之EVO或表示氮缺陷生成能之EVN之值大於上述第1層之EVO或EVN之值。
本申請案主張以2020年3月31日向日本專利廳提出申請之日本專利申請號2020-064018號及2021年3月19日向日本專利廳提出申請之日本專利申請號2021-045946號為基礎之優先權，該申請案之全部內容係以參照之形式引用至本申請案中。
若為業者，則能根據設計上之必要條件或其他因素，想到各種修正、組合、次組合及變更，但應理解其等包含於隨附之申請專利範圍及其均等物之範圍內。
10:攝像元件
20:有機光電轉換部
21:下部電極
21A:讀出電極
21B:蓄積電極
22:絕緣層
22H:開口
23:半導體層
23A:第1半導體層
23B:第2半導體層
24:光電轉換層
25:上部電極
26:絕緣層
26A:固定電荷層
26B:介電體層
27:層間絕緣層
30:半導體基板
30A:第1面(背面)
30B:第2面(正面)
31:p井
32B,32R:無機光電轉換部
33:閘極絕緣層
34:貫通電極
34A:通道形成區域
34B:源極/汲極區域
34C:源極/汲極區域
35A:通道形成區域
35B:源極/汲極區域
35C:源極/汲極區域
36A:通道形成區域
36B:源極/汲極區域
36C:源極/汲極區域
37C:區域
38C:區域
39A,39B:焊墊部
39C:上部第1接點
39D:上部第2接點
40:多層配線層
41,42,43:配線層
41A:連接部
44:絕緣層
45:下部第1接點
46:下部第2接點
47:閘極配線層
51:保護層
52:配線
53:遮光膜
54:晶載透鏡
AMP:放大器電晶體
Gamp:閘極
Grst:重設閘極
Gse1:閘極
Gtrs2:閘極
Gtrs3:閘極
RST:重設電晶體
S1:光入射側
S2:配線層側
SEL:選擇電晶體
Tr2:傳輸電晶體
Tr3:傳輸電晶體

Claims (21)

  1. 一種攝像元件，其具備： 第1電極及第2電極，其等並列配置； 第3電極，其與上述第1電極及上述第2電極對向配置； 光電轉換層，其設置於上述第1電極及上述第2電極與上述第3電極之間且包含有機材料；以及 半導體層，其於上述第1電極及上述第2電極與上述光電轉換層之間包含從上述第1電極及上述第2電極側起依序積層之第1層及第2層；且 上述第1層之表示5s軌道對傳導帶底端之貢獻率的C5s之值大於上述第2層之C5s之值， 上述第2層之表示氧缺陷生成能之EVO 或表示氮缺陷生成能之EVN 之值大於上述第1層之EVO 或EVN 之值。
  2. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1層包含滿足C5s＞50%之材料，上述第2層包含滿足EVO ＞2.3 eV之材料。
  3. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1層包含滿足C5s＞80%之材料，上述第2層包含滿足EVO ＞2.8 eV之材料。
  4. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1層為非晶質層。
  5. 如請求項1之攝像元件，其中上述第2層具有上述第1層之膜厚之4倍以上8倍以下之膜厚。
  6. 如請求項1之攝像元件，其進而具有絕緣層，該絕緣層設置於上述第1電極及上述第2電極與上述半導體層之間，並且於上述第2電極之上方具有開口， 上述第2電極與上述半導體層經由上述開口電性連接。
  7. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1層及上述第2層係使用IGTO系氧化物半導體、GZTO系氧化物半導體、ITZO系氧化物半導體或ITGZO系氧化物半導體而形成。
  8. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1層係使用ITO、IZO、富銦ITZO、IGO或富錫SnZnO而形成。
  9. 如請求項1之攝像元件，其中上述第2層係使用IGZO、IGZTO、ZTO、GZTO或IGTO而形成。
  10. 如請求項1之攝像元件，其於上述光電轉換層與上述半導體層之間進而具有包含無機材料之保護層。
  11. 如請求項1之攝像元件，其中上述半導體層進而具有第3層，該第3層設置於上述第1電極及上述第2電極與上述第1層之間，並且具有較上述第1層之傳導帶底端淺的傳導帶底端。
  12. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1層及上述第2層分別包含氧化物半導體， 上述第1層之ΔEN之值小於上述第2層之ΔEN之值，該ΔEN之值表示構成上述氧化物半導體之陰離子種之陰電性之平均值減去構成上述氧化物半導體之陽離子種之陰電性之平均值所得的值。
  13. 如請求項12之攝像元件，其中上述光電轉換層之上述半導體層附近所包含之材料之LUMO能階E1及構成上述半導體層之材料之LUMO能階E2滿足E2－E1≧0.1 eV。
  14. 如請求項12之攝像元件，其中上述半導體層包含具有10 cm2 /V・s以上之載子遷移率之材料。
  15. 如請求項12之攝像元件，其中上述第2層之載子濃度為1×1014 /cm-3 以上且未達1×1017 /cm-3 。
  16. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1電極及上述第2電極相對於上述光電轉換層配置於與光入射面相反之側。
  17. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1電極及上述第2電極分別個別地被施加電壓。
  18. 如請求項17之攝像元件，其積層有1個或複數個有機光電轉換部與1個或複數個無機光電轉換部，上述有機光電轉換部具有上述第1電極、上述第2電極、上述第3電極、上述光電轉換層及上述半導體層，上述無機光電轉換部進行與上述有機光電轉換部不同之波長區域之光電轉換。
  19. 如請求項18之攝像元件，其中上述無機光電轉換部以嵌入之方式形成於半導體基板， 上述有機光電轉換部形成於上述半導體基板之第1面側。
  20. 如請求項19之攝像元件，其中上述半導體基板具有相對向之第1面及第2面，且於上述第2面側形成有多層配線層。
  21. 一種攝像裝置，其具有分別設置有1個或複數個攝像元件之複數個像素， 上述攝像元件具備： 第1電極及第2電極，其等並列配置； 第3電極，其與上述第1電極及上述第2電極對向配置； 光電轉換層，其設置於上述第1電極及上述第2電極與上述第3電極之間且包含有機材料；以及 半導體層，其於上述第1電極及上述第2電極與上述光電轉換層之間包含從上述第1電極及上述第2電極側起依序積層之第1層及第2層；且 上述第1層之表示5s軌道對傳導帶底端之貢獻率的C5s之值大於上述第2層之C5s之值， 上述第2層之表示氧缺陷生成能之EVO 或表示氮缺陷生成能之EVN 之值大於上述第1層之EVO 或EVN 之值。
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