CN113424322A - 固态摄像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提高了读出速度。根据一个实施例的固态摄像装置(100)包括以矩阵形式排列的多个光电转换元件(PD3)，其中，每个所述光电转换元件包括：第一电极和第二电极(112、117)，所述第一电极的主平面和所述第二电极的主平面彼此面对；光电转换膜(113)，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间；半导体层(114)，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面的至少一部分与所述第二电极接触；绝缘膜(316)，所述绝缘膜布置在所述半导体层内；以及第三电极(115)，所述第三电极布置在所述绝缘膜内。

Description

固态摄像装置和电子设备
技术领域
本公开涉及一种固态摄像装置、电子设备以及该固态摄像装置的制造方法。
背景技术
近年来，提出了在半导体基板的基板厚度方向层叠有多个光电转换元件的层叠型图像传感器。例如，专利文献1提出了一种层叠型固态摄像装置，其中，用于对具有绿色、蓝色和红色波长的光进行光电转换的光电转换区域在同一像素的垂直方向上层叠，并且绿色光电转换区域由有机光电转换膜构成，以作为消除伪色的方法。此外，专利文献2提出了一种结构，其中，通过光电转换产生并存储在存储电极上侧的电荷垂直传输到设置在存储电极下方的收集电极。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2017-157816A
专利文献2：JP 2016-63156A
发明内容
技术问题
然而，由于现有技术中的层叠型固态摄像装置具有如下结构：存储在存储电极上的半导体层中的存储电荷在水平方向上沿存储电极的上表面临时移动，然后流入位于存储电极下方的读出电极，故需要时间将存储的电荷从存储电极传输到读出电极。因此，存在难以提高从各像素读出像素信号的读出速度的问题。
因此，本公开提出一种能够提高读出速度的固态摄像装置、电子设备以及该固态摄像装置的制造方法。
技术问题的解决方案
为了解决上述问题，根据本公开的一个方面的固态摄像装置是这样的固态摄像装置，其包括多个光电转换元件，所述多个光电转换元件以矩阵形式排列，其中，每个所述光电转换元件包括：第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为使得二者的主平面彼此面对；光电转换膜，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间；半导体层，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且被构造为使得第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面的至少一部分与所述第二电极接触；绝缘膜，所述绝缘膜布置在所述半导体层内；以及第三电极，所述第三电极布置在所述绝缘膜内。
附图说明
图1是示出安装有根据第一实施例的固态摄像装置的电子设备的示意性构造示例的框图。
图2是示出根据第一实施例的固态摄像装置的示意性构造示例的框图。
图3是示出根据第一实施例的固态摄像装置的层叠结构的示例的图。
图4是示出根据第一实施例的B像素的示意性构造示例的电路图。
图5是示出根据第一实施例的R像素的示意性构造示例的电路图。
图6是示出根据第一实施例的G像素的示意性构造示例的电路图。
图7是示出图2所示的像素阵列部的更详细构造示例的框图。
图8是图7中区域R的放大图。
图9是示出根据第一实施例的固态摄像装置中的单位像素的截面结构的示例的截面图。
图10是示出根据第一实施例的在电荷存储期间在公共电极和读出电极之间形成的带隙的图。
图11是示出根据第一实施例的在电荷读出期间在公共电极和读出电极之间形成的带隙的图。
图12是示出根据第一实施例的单位像素的平面布局的示例的平面图。
图13是示出根据第一实施例(第一示例)的存储电极的平面布局的示例的平面图。
图14是示出根据第一实施例(第二示例)的存储电极的平面布局的示例的平面图。
图15是示出根据第一实施例(第三示例)的存储电极的平面布局的示例的平面图。
图16是示出根据第一实施例(第四示例)的存储电极的平面布局的示例的平面图。
图17是示出根据第一实施例(第五示例)的存储电极的平面布局的示例的平面图。
图18是示出根据第二实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图19是示出根据第二实施例的变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图20是示出根据第二实施例的其他变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图21是示出根据第三实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图22是示出根据第三实施例的屏蔽电极的平面布局示例的平面图。
图23是在从光入射方向观察根据第二实施例的屏蔽电极和存储电极的情况下的平面图。
图24是示出根据第三实施例的变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图25是示出根据第四实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图26是示出根据第四实施例的读出电极的平面布局的示例的平面图。
图27是示出根据第五实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图28是示出根据第五实施例的第一变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图29是示出根据第五实施例的第二变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图30是示出根据第五实施例的第三变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图31是示出根据第六实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图32是示出根据第六实施例的变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图33是示出根据第六实施例的其他变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图34是示出根据第七实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图35是示出根据第七实施例的存储电极的平面布局的示例的平面图。
图36是示出根据第七实施例的存储电极的平面布局的另一个示例的平面图。
图37是示出根据第八实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图38是示出根据第九实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图39是示出根据第十实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图40是示出根据第十一实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图41是示出根据第十二实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图42是示出根据第十三实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第一部分)。
图43是示出根据第十三实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第二部分)。
图44是示出根据第十三实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第三部分)。
图45是示出根据第十三实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第四部分)。
图46是示出根据第十三实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第五部分)。
图47是示出根据第十三实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第六部分)。
图48是示出根据第十三实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第七部分)。
图49是示出根据第十四实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第一部分)。
图50是示出根据第十四实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第二部分)。
图51是示出根据第十四实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第三部分)。
图52是示出根据第十四实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第四部分)。
图53是示出根据第十四实施例的固态摄像装置的制造方法的工序截面图(第五部分)。
图54是示出根据第十五实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图55是示出根据第十六实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图56是示出根据第十六实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的另一示意性构造示例的截面图。
图57是示出根据第十六实施例的变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图58是示出根据第十七实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图59是示出根据第十八实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图60是示出根据第十八实施例的变形例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图61是示出根据第十九实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图62是示出根据第二十实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图63是示出根据第二十实施例的读出电极的平面布局的示例的平面图。
图64是示出根据第二十实施例的变形例1的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图65是示出根据第二十实施例的变形例2的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。
图66是示出可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术***5000的示意性构造的示例的图。
图67是示出图66中所示的摄像头5005和CCU 5039的功能构造的示例的框图。
图68是示出车辆控制***的示意性构造的示例的框图。
图69是示出车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将基于附图详细描述本公开的实施例。同时，在以下实施例中，相同的部分将由相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
此外，将根据以下项目的顺序来描述本公开。
1.第一实施例
1.1电子设备的构造示例
1.2固态摄像装置的构造示例
1.3固态摄像装置的层叠结构的示例
1.4像素的构造示例
1.4.1关于B像素和R像素
1.4.2关于G像素
1.5单位像素的连接的示例
1.6单位像素的截面结构的示例
1.7存储电极的操作
1.8单位像素的平面布局的示例
1.9存储电极的形状
1.10光电转换膜
1.11操作及效果
2.第二实施例
3.第三实施例
4.第四实施例
5.第五实施例
5.1第一变形例
5.2第二变形例
5.3第三变形例
6.第六实施例
7.第七实施例
8.第八实施例
9.第九实施例
10.第十实施例
11.第十一实施例
12.第十二实施例
13.第十三实施例
13.1每个组件的制造过程的细节
14.第十四实施例
15.第十五实施例
16.第十六实施例
16.1变形例
17.第十七实施例
18.第十八实施例
19.第十九实施例
20.第二十实施例
20.1变形例1
20.2变形例2
21.应用示例1
22.应用示例2
1.第一实施例
首先，将参考附图详细描述第一实施例。同时，在本实施例中，将具有以下结构的层叠型固态摄像装置作为示例进行描述：在同一像素的垂直方向上层叠有用于对波长为绿色(G)、蓝色(B)和红色(R)的光进行光电转换的光电转换区域。另外，在本实施例中，将用于对具有绿色、蓝色和红色中的绿色波长的光进行光电转换的光电转换区域由有机膜构成的情况作为示例进行描述。
1.1电子设备的构造示例
图1是示出安装有根据第一实施例的固态摄像装置的电子设备的示意性构造示例的框图。如图1所示，电子设备3000例如包括摄像透镜3020、固态摄像装置100、存储单元3030和处理器3040。
摄像透镜3020是接收入射光并在固态摄像装置100的光接收面上形成其图像的光学***的示例。光接收面可以是其上布置有固态摄像装置100中的光电转换元件的表面。固态摄像装置100对入射光进行光电转换以生成图像数据。此外，固态摄像装置100对生成的图像数据执行诸如噪声去除或白平衡调整等预定的信号处理。
存储单元3030例如由闪存、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等构成，并记录从固态摄像装置100输入的图像数据等。
处理器3040例如由中央处理器(CPU)等构成，可以包括执行操作***、各种应用软件等的应用处理器、图形处理单元(GPU)、基带处理器等。处理器3040对从固态摄像装置100输入的图像数据、从存储单元3030读出的图像数据等执行各种必要的处理，为用户执行显示，并通过预定的网络将数据传输到外部。
1.2固态摄像装置的构造示例
图2是示出根据第一实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)型固态摄像装置(以下简称为图像传感器)的示意性构造示例的框图。这里，CMOS型图像传感器是通过应用或部分使用CMOS工艺而形成的图像传感器。
如图2所示，图像传感器100例如包括像素阵列部3101、垂直驱动电路3102、列处理电路3103、水平驱动电路3104、***控制单元3105、信号处理单元3108以及数据存储单元3109。在下面的描述中，垂直驱动电路3102、列处理电路3103、水平驱动电路3104、***控制单元3105、信号处理单元3108和数据存储单元3109也被称为***电路。
像素阵列部3101具有如下结构，其中，单位像素3110均具有光电转换元件，基于接收的光量产生和存储电荷，单位像素3110布置在行方向和列方向上，即，以矩阵形式的二维格子(以下简称矩阵)布置。这里，行方向是像素行的像素排列方向(图中的水平方向)，列方向是像素列的像素排列方向(图中的垂直方向)。
根据本实施例的图像传感器100是具有如下结构的层叠型图像传感器，其中，用于对具有绿色(G)、蓝色(B)和红色(R)波长的光进行光电转换的光电转换区域在同一像素的垂直方向上层叠，因此，一个单位像素3110包括接收具有绿色(G)波长的光以产生像素信号的像素3110G、接收具有蓝色(B)波长的光以产生像素信号的像素3110B以及接收具有红色(R)波长的光以产生像素信号的像素3110R。单位像素3110的具体电路构造和像素结构的细节将在稍后描述的实施例中描述。
在像素阵列部3101中，相对于矩阵状的像素阵列，像素驱动线LD针对每个像素行沿行方向布线，并且垂直信号线VSL针对每个像素列沿列方向布线。像素驱动线LD在从像素读出信号时传输驱动信号以进行驱动。在图2中，像素驱动线LD被示为一条布线，但不限于一条布线。像素驱动线LD的一端连接到对应于垂直驱动电路3102的每一行的输出端。
由移位寄存器、地址解码器等构成的垂直驱动电路3102以行为单位同时驱动像素阵列部3101的所有像素等。即，垂直驱动电路3102与控制垂直驱动电路3102的***控制单元3105一起构成控制像素阵列部3101的像素的操作的驱动单元。尽管垂直驱动电路3102的具体构造未在图中示出，但是垂直驱动电路一般包括两个扫描***，即读出扫描***和扫除扫描***。
读出扫描***以行为单位按顺序选择性地扫描像素阵列部3101的单位像素3110的像素，以便从单位像素3110的每个像素读取信号。从单位像素3110的每个像素读取的信号是模拟信号。扫除扫描***先于读出扫描一个曝光时间对由读出扫描***执行读出扫描的读出行执行扫除扫描。
通过扫除扫描***执行的扫除扫描，从读出行的单位像素3110的像素的光电转换元件中扫除不需要的电荷，从而光电转换元件被复位。然后，不必要的电荷被扫除扫描***扫除(复位)，从而执行所谓的电子快门操作。这里，电子快门操作是丢弃光电转换元件的电荷并开始新的曝光(开始存储电荷)的操作。
通过读出扫描***的读出操作读出的信号对应于在前一次读出操作或电子快门操作之后接收到的光量。此外，在单位像素3110的每个像素中，从紧接在前的读出操作的读出时刻或电子快门操作的扫除时刻到当前读出操作的读出时刻的时段是电荷存储时段(也称为曝光时段)。
从被垂直驱动电路3102选择性扫描的像素行的单位像素3110的每个像素输出的信号通过针对每个像素列的每个垂直信号线VSL输入到列处理电路3103。列处理电路3103针对像素阵列部3101的每个像素列，对通过垂直信号线VSL从所选行的像素输出的信号执行预定的信号处理，并临时保持经过信号处理的像素信号。
具体地，列处理电路3103至少执行噪声去除处理，例如相关双采样(CDS)处理或双数据采样(DDS)处理作为信号处理。例如，通过CDS处理去除诸如复位噪声或像素中放大晶体管的阈值的变化等像素特定的固定模式噪声。列处理电路3103还具有例如用于将从光电转换元件读出的模拟像素信号转换为数字信号并输出该数字信号的模数(AD)转换功能。
水平驱动电路3104由移位寄存器、地址解码器等构成，并依次选择与列处理电路3103的像素列对应的读出电路(以下也称为像素电路)。通过水平驱动电路3104进行的选择性扫描，依次输出在列处理电路3103中针对每个像素电路进行了信号处理的像素信号。
***控制单元3105由产生各种时序信号等的时序发生器构成，并基于时序发生器产生的各种时序对垂直驱动电路3102、列处理电路3103、水平驱动电路3104等进行驱动控制。
信号处理单元3108至少具有计算处理功能，并对从列处理电路3103输出的像素信号进行诸如计算处理等各种信号处理。数据存储单元3109在执行信号处理时临时存储由信号处理单元3108执行的信号处理所需的数据。
同时，从信号处理单元3108输出的图像数据可以在例如安装有图像传感器100的电子设备3000中的处理器3040等中进行预定处理，或者可以通过预定的网络传输到外部。
1.3固态摄像装置的层叠结构的示例
图3是示出根据第一实施例的图像传感器的层叠结构的示例的图。如图3所示，图像传感器100具有光接收芯片3121和电路芯片3122垂直层叠的层叠结构。光接收芯片3121可以是例如包括像素阵列部3101(其中多个单位像素3110布置成矩阵)的半导体芯片，并且电路芯片3122例如可以是如图2所示的包括***电路等的半导体芯片。
例如，光接收芯片3121和电路芯片3122之间的接合可以采用所谓的直接接合，即它们各自的接合面被平坦化并通过分子间作用力彼此接合。然而，本公开不限于此，例如，也可以使用用于接合形成在相互接合表面上的铜(Cu)电极焊盘的所谓Cu-Cu接合、凸块接合等。
此外，光接收芯片3121和电路芯片3122通过诸如贯穿半导体基板的硅通孔(through-silicon via，TSV)等连接部彼此电连接。在使用TSV的连接中，例如，可以采用用于连接两个TSV(即设置在光接收芯片3121中的TSV和在芯片的外表面上从光接收芯片3121设置到电路芯片3122的TSV)的所谓的双TSV方法，以及用于通过贯穿光接收芯片3121和电路芯片3122的TSV连接两个芯片的所谓共享TSV方法等。
然而，在使用Cu-Cu接合或凸块接合将光接收芯片3121和电路芯片3122连接在一起的情况下，光接收芯片3121和电路芯片3122通过Cu-Cu接合部或凸块接合部相互电连接。
1.4像素的构造示例
图4至图6是示出根据第一实施例的像素的示意性构造示例的电路图。同时，图4示出了用于执行例如具有蓝色(B)波长的光的光电转换的像素3110B的电路图，图5示出了用于执行例如具有红色(R)波长的光的光电转换的像素3110R的电路图，并且图6示出了用于执行例如具有绿色(G)波长的光的光电转换的像素3110G的电路图。
首先，如图4所示，像素3110B包括光电二极管PD1、传输晶体管TRG1、复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1、选择晶体管SEL1和浮动扩散层FD1。
类似地，如图5所示，像素3110R包括光电二极管PD2、传输晶体管TRG2、复位晶体管RST2、放大晶体管AMP2、选择晶体管SEL2和浮动扩散层FD2。
另一方面，如图6所示，其中光电转换元件由有机膜构成的像素3110G包括有机光电转换元件PD3、复位晶体管RST3、放大晶体管AMP3、选择晶体管SEL3和浮动扩散层FD3。
以下，为了简单起见，着重对像素3110B和像素3110G进行说明。同时，像素3110R的构造和操作可以与像素3110B的构造和操作相同。
1.4.1关于B像素和R像素
首先，如图4所示，在像素3110B中，像素驱动线LD中包括的选择晶体管驱动线连接到选择晶体管SEL1的栅极，像素驱动线LD中包括的复位晶体管驱动线连接到复位晶体管RST1的栅极，并且像素驱动线LD中包括的传输晶体管驱动线连接到传输晶体管TRG1的栅极。另外，一端连接到列处理电路3103的垂直信号线VSL1通过选择晶体管SEL1连接到放大晶体管AMP1的漏极。
在以下描述中，复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1也统称为像素电路。像素电路可以包括浮动扩散区域FD1和/或传输晶体管TRG1。
光电二极管PD1对入射光进行光电转换。传输晶体管TRG1传输光电二极管PD1中产生的电荷。在浮动扩散层FD1中，存储由传输晶体管TRG1传输的电荷。放大晶体管AMP1使具有与浮动扩散区域FD1中存储的电荷相对应的电压值的像素信号出现在垂直信号线VSL1中。复位晶体管RST1释放存储在浮动扩散区域FD1中的电荷。选择晶体管SEL1选择要读出的像素3110B。
光电二极管PD1的阳极接地，其阴极连接到传输晶体管TRG1的源极。传输晶体管TRG1的漏极连接到复位晶体管RST1的源极和放大晶体管AMP1的栅极，作为其连接点的节点构成浮动扩散区域FD1。同时，复位晶体管RST1的漏极连接到图中未示出的垂直复位输入线。
放大晶体管AMP1的源极连接到图中未示出的垂直电流供应线。放大晶体管AMP1的漏极与选择晶体管SEL1的源极连接，选择晶体管SEL1的漏极与垂直信号线VSL1连接。
浮动扩散区域FD1将存储电荷转换成具有与电荷量相对应的电压值的电压。同时，浮动扩散区域FD1可以是例如接地电容。然而，本公开不限于此，浮动扩散区域FD1可以是通过有意将电容器等连接到传输晶体管TRG1的漏极、复位晶体管RST1的源极和放大晶体管AMP1的栅极相连接的节点而增加的电容。
1.4.2关于G像素
另一方面，如图6所示，像素3110G具有这样的构造：在与上述像素3110B类似的构造中用有机光电转换元件PD3代替光电二极管PD1和传输晶体管TRG1。
有机光电转换元件PD3的公共电极112连接预定电位VOU，例如地电位。另一方面，存储电极115通过像素驱动线LD连接到例如垂直驱动电路3102中所包括的电压施加电路。
其构造也可以与上述像素3110B的构造相同。
1.5单位像素的连接的示例
图7是示出图2所示的像素阵列部的更详细构造示例的框图。图8是图7中区域R的放大图。
如图7所示，图2所示的列处理电路3103可以分为两个列处理电路3103A和3103B。在这种情况下，一个列处理电路3103A可以设置在例如像素阵列部3101的列方向(图中的上下方向)上方，另一个列处理电路3103B可以设置在像素阵列部的列方向下方。由此，可以减少列处理电路3103A和3103B的安装面积。
同时，连接到列处理电路3103A和3103B的像素可以针对像素3110R、3110G和3110B中的每一个进行划分，可以针对像素阵列部3101中的每列或每行进行划分，或者可以针对像素阵列部3101的每个区域(例如，在缠绕方向上的上半部和下半部)进行划分。
另外，如图8所示，一个单位像素3110包括具有上述电路结构的三个像素3110B、3110R和3110G。例如，沿行方向(图中的左右方向)布线的像素驱动线LD连接到像素3110B、3110R和3110G。另外，垂直信号线VSL1至VSL3沿与列方向(图中的上下方向)垂直的方向，即像素驱动线LD的延伸方向布线。列处理电路3103设置在垂直信号线VSL1至VSL3延伸的方向上(见图2或图7)。
1.6单位像素的截面结构的示例
图9是示出根据第一实施例的图像传感器中的单位像素的截面结构的示例的截面图。同时，图4示出了在其中制造单位像素3110的半导体基板(即，构成光接收芯片3121的半导体基板101)的沿基板厚度方向的截面结构的示例。
如图9所示，单位像素3110包括半导体基板101、设置在半导体基板101中与元件形成面(称为前表面)相对一侧的背面(图中的上表面)上的绝缘层111、以及设置在半导体基板101的前表面上的布线层121。同时，半导体基板101的背面相当于光入射面。
在单位像素3110中，像素3110G包括有机光电转换元件PD3，其中公共电极(第一电极)112、光电转换膜113、半导体层114和读出电极(第二电极)117层叠。有机光电转换元件PD3例如设置在绝缘层111中。另外，至少一部分光电转换膜113和至少一部分半导体层114设置在公共电极112和读出电极117之间，公共电极112和读出电极117被设置成使得其主平面(平行于半导体基板101的背面或前表面的表面)彼此面对。此外，半导体层114的至少一部分与读出电极117接触。
有机光电转换元件PD3还包括在光电转换膜113和读出电极117之间的半导体层114中与半导体基板101的背面平行设置的存储电极(第三电极)115。存储电极115被绝缘膜116覆盖以与半导体层114电隔离。
另一方面，像素3110B的光电二极管PD1和像素3110R的光电二极管PD2设置在半导体基板101中。具体而言，半导体基板101包括从半导体基板101的背面侧起依次布置的N型半导体区域103和N型半导体区域105。例如，N型半导体区域103和105在半导体基板101的基板厚度方向上设置在有机光电转换元件PD3的下方。
例如，N型半导体区域105被设置在半导体基板101中的P型半导体区域104包围。例如，N型半导体区域103夹在设于半导体基板101的背面上的P型半导体区域102和围绕N型半导体区域105的P型半导体区域104的上部之间。
N型半导体区域103、P型半导体区域102和P型半导体区域104的上部构成例如像素3110B的光电二极管PD1。另一方面，N型半导体区域105和P型半导体区域104构成像素3110R的光电二极管PD2。
设置在绝缘层111中的有机光电转换元件PD3通过例如设置在绝缘层111中的布线118、贯穿半导体基板101的贯通电极119和设置在半导体基板101的前表面侧的布线层121中的布线122连接到设置在半导体基板101的前表面侧的浮动扩散区域FD3等(见图6)。同时，构成像素3110G的读出电路的复位晶体管RST3、放大晶体管AMP3和选择晶体管SEL3可以形成在半导体基板101的前表面侧。
另一方面，设置在半导体基板101中的光电二极管PD1通过作为设置在半导体基板101中的垂直晶体管的传输晶体管TRG1连接到浮动扩散区域FD1等(见图4)。另外，光电二极管PD2通过设置在半导体基板101的前表面的传输晶体管TRG2连接到浮动扩散区域FD2等(见图5)。同时，构成像素3110B的读出电路的复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1可以形成在半导体基板101的前表面侧。类似地，构成像素3110R的读出电路的复位晶体管RST2、放大晶体管AMP2和选择晶体管SEL2可以形成在半导体基板101的前表面侧。
半导体基板101的前表面可以被例如绝缘膜106覆盖，绝缘膜106的一部分用作每个晶体管的栅极绝缘膜。此外，半导体基板101的背面和形成在半导体基板中的用于贯通电极119的沟槽的内表面可以被抗反射膜110覆盖。
半导体层114可以覆盖绝缘层111的上表面，光电转换膜113和公共电极112可以是覆盖半导体层114或光电转换膜113的固体薄膜。
公共电极112上可以设置保护膜131和平坦化膜132。另外，用于每个单位像素3110的片上透镜133可以设置在平坦化膜132上并且在基板厚度方向上与有机光电转换元件PD3、光电二极管PD1和PD2对应的区域中。
以这种方式，在第一实施例中，有机光电转换元件PD3具有如下结构，其中光电转换膜113以及被半导体层114和绝缘膜116覆盖的存储电极115设置在公共电极112和读出电极117之间。
在这样的结构中，如图9所示，不仅存储电极115的上部侧、而且其侧壁侧和下部侧都用作存储光电转换膜113中所产生的电荷的存储区域。为此，在存储于有机光电转换元件PD3中的存储电荷120中，存储在与读出电极117距离较长的存储电极115的上部中的存储电荷120的比例减小。结果，在存储电荷120从存储区域到读出电极117的传输路径中，形成从存储电极115的侧壁侧或下部侧的存储区域到读出电极117的最短距离的垂直分量成为主导。同时，垂直方向相当于半导体基板101的基板厚度方向。
1.7存储电极的操作
图10为根据第一实施例在电荷存储期间公共电极与读出电极之间形成的带隙的图，图11为根据第一实施例在电荷读出期间公共电极与读出电极之间形成的带隙的图。
在第一实施例中，在电荷存储期间和电荷读出期间，在垂直方向上从公共电极112向读出电极117施加电场。因此，如图10所示，在存储电荷时向存储电极115施加电压，使得在半导体层114中的导带和抑制带之间的边界处形成凹陷。由此，光电转换膜113中产生的电荷可以存储在存储电极115周围的半导体层114中。另外，如图11所示，在电荷读出期间向存储电极115施加电压，使得在电荷读出期间在导带和抑制带之间的边界处形成的凹陷被反转并以凸形上升。因此，被俘获在存储电极115周围的存储电荷120可以被释放并流向读出电极117。
以这种方式，将施加到存储电极115的电压从电荷存储期间的电压(见图10)改变为电荷读出期间的电压(见图11)，使得存储在存储电极115周围的存储区域中的存储电荷120可以平滑地传输到读出电极117。
例如，在以光电转换产生的电子用作信号的情况下，施加到公共电极112的电压、施加到读出电极117的电压(即浮动扩散区域FD3的复位电压)以及施加到存储电极115的电压在存储期间可以分别设置为-2V(伏特)、3V和1V(见图10)。
另外，施加到公共电极112的电压、施加到读出电极117的电压(浮动扩散区域FD3的复位电压)、存储电极115的电压在传输期间可以分别设置为-2V、3V和-1V(见图11)。同时，为了防止电子回流，可以将施加在公共电极112上的电压动态地改变为-3V等。
通过这种电压控制来控制光电转换膜113和半导体层114的电位，从而光电转换产生的电子可以从光电转换膜113移动到存储电极115周围的半导体层114、被存储，然后被读出到读出电极117。
传输到读出电极117的电子改变浮动扩散区域FD3的电位，由放大晶体管AMP3转换成电压，并由读出电路读出作为像素信号(见图6)。
如上所述，在第一实施例中，不仅存储电极115上方的半导体层114而且侧壁侧和存储电极115下方的半导体层114都可以用作存储区域，因此可以增加能够存储的电荷量。
1.8单位像素的平面布局的示例
图12是示出根据第一实施例的单位像素的平面布局的示例的平面图。同时，在图12中，图中左上侧的区域R1表示半导体基板101的前表面侧的布局示例，右上侧的区域R2表示与区域R1对应的区域中的读出电极117的布局示例，右下侧的区域R3表示存储电极115的布局示例。
如图12所示，单位像素3110包括如下布局，其中像素3110B的读出电路、像素3110R的读出电路和像素3110G的读出电路被设置为在半导体基板101的前表面侧分配给每个单位像素3110的区域R1中从三个侧面包围光电二极管PD2。构成各个读出电路的晶体管例如线性布置。
另外，读出电极117设置于在基板厚度方向上与半导体基板101的前表面上的区域R1对应的区域R2中，存储电极115设置于在基板厚度方向上与区域R2对应的区域R3中。存储电极115通过例如像素驱动线LD连接到垂直驱动电路3102中的电压施加电路3102A。
1.9存储电极的形状
图13至图17是示出根据第一实施例的存储电极的平面布局示例的平面图。
如图13所示，根据第一实施例的存储电极115可以是包括以矩阵形式排列的多个开口A1的格子状结构。此外，如图14所示，开口A1的数量及其尺寸可以根据有机光电转换元件PD3所需的特性(例如，传输、饱和电子量、像素尺寸等)进行各种变形。
进一步地，如图15和图16所示，开口A1的形状不限于矩形(见图13和图14)，例如也可以是圆形。
此外，如图17所示，开口不限于具有相同尺寸、形状等的相同类型的开口A1，可以在存储电极115中设置具有不同尺寸、形状等的开口A2。
1.10光电转换膜
在第一实施例中，在有机半导体用作光电转换膜113的材料的情况下，光电转换膜113的层结构可以具有以下结构。然而，在层叠结构的情况下，可以适当改变层叠的顺序。
(1)p型有机半导体的单层结构
(2)n型有机半导体的单层结构
(3-1)p型有机半导体层/n型有机半导体层的层叠结构
(3-2)p型有机半导体层/p型有机半导体与n型有机半导体的混合层(体异质结构)/n型有机半导体层的层叠结构
(3-3)p型有机半导体层/p型有机半导体与n型有机半导体的混合层(体异质结构)的层叠结构
(3-4)n型有机半导体层/p型有机半导体与n型有机半导体的混合层(体异质结构)的层叠结构
(4)p型有机半导体和p型有机半导体的混合层(体异质结构)
在此，p型有机半导体的示例包括萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、
Figure BDA0003210307650000201
衍生物、荧蒽衍生物、酞菁衍生物、亚酞菁衍生物、亚卟啉衍生物、以杂环化合物为配体的金属配合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物等。
n型有机半导体的示例包括富勒烯和富勒烯衍生物<例如，诸如C60、C70、C74等富勒烯(高富勒烯、包封富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如，富勒烯氟化物、PCBM富勒烯化合物、富勒烯多聚体等)>、具有比p型有机半导体更大(更深)的HOMO至LUMO的有机半导体、以及透明的无机金属氧化物。
具体地，n型有机半导体的示例包括含有氮、氧和硫原子的杂环化合物，例如包括吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、异喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲咯啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、恶唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并***衍生物、苯并恶唑衍生物、苯并恶唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亚卟啉衍生物、聚苯乙烯衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物等作为其分子骨架的一部分的有机分子，有机金属配合物和亚酞菁衍生物。
富勒烯衍生物中包含的基团的示例包括卤素原子；直链、支链或环状烷基或苯基；具有直链或稠合芳香族化合物的基；具有卤化物的基；部分氟代烷基；全氟烷基；甲硅烷基烷基；甲硅烷氧基；芳基甲硅烷基；芳基硫烷基；烷基硫烷基；芳基磺酰基；烷基磺酰基；芳硫基；烷基硫醚基；氨基；烷基氨基；芳氨基；羟基；烷氧基；酰氨基；酰氧基；羰基；羧基；羧酰胺基；碳烷氧基；酰基；磺酰基；氰基；硝基；具有硫属化物的基；膦基；膦酸酯基；及其衍生物。
由上述有机材料形成的光电转换膜113的膜厚不限于以下值，而是可以设置为例如1×10-8m(米)至5×10-7m，优选地，2.5×10-8m至3×10-7m，更优选地，2.5×10-8m至2×10- 7m，并且进一步优选地，1×10-7m至1.8×10-7m。此外，有机半导体通常分为p型和n型。p型意味着空穴容易传输，n型意味着电子容易传输，这并不限于如同无机半导体包括空穴或电子作为大量热激发载流子的解释。
构成对具有绿色波长的光进行光电转换的光电转换膜113的材料的示例包括罗丹明系颜料、部花青系颜料、喹吖啶酮衍生物、亚酞菁系颜料(亚酞菁衍生物)等。
此外，构成对蓝光进行光电转换的光电转换膜113的材料的示例包括香豆素酸颜料、三8-羟基喹啉铝(Alq3)、部花青基颜料等。
此外，构成对红光进行光电转换的光电转换膜113的材料的示例包括酞菁类颜料和亚酞菁类颜料(亚酞菁衍生物)。
此外，也可以使用对从紫外区到红色区的几乎所有可见光敏感的全色光敏有机光电转换膜作为光电转换膜113。
另一方面，构成光电转换膜113的无机材料的示例包括结晶硅、非晶硅、微晶硅、结晶硒、非晶硒和诸如作为基于黄铜矿的化合物的CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2和AgInSe2，或作为III-V族化合物的GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和InGaAsP，CdSe、CdS、In2Se3、In2S、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe和PbS等化合物半导体。此外，由这些材料形成的量子点也可用于光电转换膜113。
另外，光电转换膜113也可以被构造为具有作为下层的半导体层114和作为上层的光电转换膜113的层叠结构。以此方式，半导体层114设置在光电转换膜113下方，从而可以防止电荷存储过程中的再结合并提高存储在光电转换膜113中的电荷向读出电极117的传输效率。此外，还可以抑制暗电流的产生。同时，在这种情况下构成光电转换膜113的材料可以从构成光电转换膜113的上述各种材料中适当地选择。
在此，作为构成半导体层114的材料，优选使用带隙值大(例如，带隙的值等于或大于3.0eV(电子伏特))且迁移率比构成光电转换膜113的材料高的材料。具体地，构成半导体层114的材料的示例包括诸如IGZO等氧化物半导体材料，以及诸如过渡金属二硫属化物、碳化硅、金刚石、石墨烯、碳纳米管、稠合多环烃化合物和稠合杂环化合物等有机半导体材料。
或者，在存储电荷120为电子的情况下，作为构成半导体层114的材料，可以使用电离电位比构成光电转换膜113的材料的电离电位大的材料。另一方面，在存储电荷120为空穴的情况下，可以使用电子亲和势小于构成光电转换膜113的材料的材料作为构成半导体层114的材料。
同时，构成半导体层114的材料中的杂质浓度优选为1×1018cm-3或更小。另外，只要能够满足光电转换性能和迁移率性能，光电转换膜113和半导体层114也可以由相同的材料形成。
在此，公共电极112、读出电极117、半导体层114和存储电极115的材料优选使用透明材料。具体地，可以使用包含Al-Nd(铝和钕的合金)或ASC(铝、钐和铜的合金)的材料。
另外，透明导电材料的带隙能量优选为2.5eV以上，更优选为3.1eV以上。
另一方面，在公共电极112、读出电极117和存储电极115被构造为透明电极的情况下，构成电极的透明导电材料的示例包括导电金属氧化物。
具体地，透明导电材料的示例包括氧化铟、氧化铟锡(包括氧化铟锡(ITO)、掺杂Sn的In2O3、结晶ITO和非晶ITO)、将铟作为掺杂剂添加到氧化锌中的氧化铟锌(IZO)、将铟作为掺杂剂添加到氧化镓中的氧化铟镓(IGO)、将铟和镓添加到氧化锌中作为掺杂剂的铟镓锌氧化物(IGZO(In-GaZnO4))、将铟和锡作为掺杂剂添加到氧化锌中的氧化铟锡(ITZO)、IFO(掺F的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(掺Sb的SnO2)、FTO(掺F的SnO2)、氧化锌(包括掺其他元素的ZnO)、将铝作为掺杂剂添加到氧化锌中的铝锌氧化物(AZO)、将镓作为掺杂剂添加到氧化锌中的镓锌氧化物(GZO)、氧化钛(TiO2)、将铌作为掺杂剂添加到氧化钛中的铌钛氧化物(TNO)、氧化锑、尖晶石型氧化物和具有YbFe2O4结构的氧化物。
或者，透明电极的示例包括具有氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化镍等作为基层的透明电极。
此外，透明电极的厚度的示例包括2×10-8m至2×10-7m，并且优选地，3×10-8m至1×10-7m。
1.11操作及效果
如上所述，根据本实施例，覆盖有绝缘膜116的存储电极115设置在读出电极117上的半导体层114中。也就是说，在本实施例中，半导体层114还设置在存储电极115和读出电极117之间。
因此，不仅存储电极115上方的半导体层114，而且存储电极115的侧壁侧及下方的半导体层114都可用作存储区域，由此，在半导体层114所存储的存储电荷120中，在存储电极115上方且需要沿水平方向(沿背面和前表面的方向)传输的存储电荷120的比例减少。结果，可以增加占据大量存储电荷120的传输路径的垂直分量的比率。
结果，存储电荷120从存储电极115到读出电极117的传输时间减少，因此可以增加从单位像素3110读出像素信号的速度。
另外，公共电极112与读出电极117在基板厚度方向上具有电位差，因此通过将施加到存储电极115的电压从电荷存储期间的电压改变为电荷读出期间的电压，还可以将存储电荷120平滑地传输到读出电极117。
此外，可以通过不仅使用存储电极115上方侧而且使用侧壁侧和存储电极115下方的半导体层114作为存储区域来增加可存储的电荷量。即，由于存储电容Q＝CV和C＝εS/d，在存储电极115周围的绝缘膜116的膜厚d和绝缘膜116的介电常数ε相同、且施加相同电压V的情况下，可以通过增加存储电极115的面积来增加存储电容。
2.第二实施例
接下来，将参考附图详细描述第二实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图18是示出根据第二实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。具体地，图18示出了包括安装在半导体基板101的光照射面侧的片上透镜133、平坦化膜132、保护膜131、公共电极112、光电转换膜113、半导体层114、存储电极115、绝缘膜116、读出电极117、各种布线等的区域。
如图18所示，在根据本实施例的有机光电转换元件PD3中，在与根据第一实施例的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，存储电极115周围的绝缘膜116被绝缘膜216代替。
绝缘膜216具有例如在存储电极115的读出电极117侧的膜厚小于在存储电极115的侧壁侧和光电转换膜113侧的膜厚的结构。
通过这样的结构，例如，即使施加与第一实施例中例示的电压设置相同的电压，也可以进一步降低存储电极115的读出电极117侧的区域中半导体层114的电位(例如，图10中的凹陷部分)。由此，可以在存储期间存储更大量的存储电荷120。
此外，存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的存储电荷120在存储期间容易移动到存储电极115的读出电极117侧。由此，例如，与第一实施例中相比，可以进一步降低存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的存储电荷120的浓度。由此，与读出电极117的距离相对长的存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的存储电荷120的比例减少，从而能够进一步提高传输特性。
同时，绝缘膜216的膜厚可以根据传输特性的优化和施加到电极(112、115和117)的电压的设置值来适当地设置。
例如，如图19所示，除了存储电极115的读出电极117侧的绝缘膜216的膜厚之外，存储电极115的侧壁侧的绝缘膜216的膜厚可以设定为小于光电转换膜113侧的绝缘膜216的膜厚。
由此，与读出电极117的距离相对长的存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的存储电荷120的比例进一步降低，从而能够进一步提高传输特性。
另外，如图20所示，存储电极115的侧壁侧的绝缘膜216的膜厚可以从侧壁的上侧到下侧逐渐减小。例如，可以通过用具有梯形横截面形状的存储电极215代替存储电极115来形成这种结构。然而，本公开不限于此，绝缘膜216的横截面形状的外部形状可以以各种方式变形，例如倒梯形形状。
以这种方式，通过从侧壁的上侧到下侧逐渐减小存储电极115的侧壁侧的绝缘膜216的膜厚，可以进一步促进存储电极115的光电转换膜113侧的电荷向存储电极115的读出电极117侧的移动。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
3.第三实施例
接下来，将参考附图详细描述第三实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图21是表示根据第三实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图21所示，根据第三实施例的有机光电转换元件PD3被构造为：例如在与第一实施例中使用图9等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，绝缘膜116被绝缘膜316替代，进一步包括屏蔽电极(第四电极)315。
例如，绝缘膜316被构造为使得其底面与读出电极117接触。例如，存储电极115设置在绝缘膜316的顶面和底面之间的中心附近。屏蔽电极315设置在绝缘膜316的顶面附近，从而在绝缘膜316中比存储电极115更靠近光电转换膜113侧。
屏蔽电极315是用于单独控制例如存储电极115的侧壁侧的半导体层114的电位和存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的电位的电极。
图22是示出根据第三实施例的屏蔽电极的平面布局示例的平面图。图23是在从光入射方向观察根据第三实施例的屏蔽电极和存储电极的情况下的平面图。
如图22所示，屏蔽电极315可以是包括排列成矩阵的多个开口A3的格子状结构。另外，如图23所示，屏蔽电极315的开口A3的数量、尺寸、形状和位置可以被设置为使得在屏蔽电极315和存储电极115彼此重叠的情况下，开口A3叠加在存储电极115的开口A1上。因此，如第一实施例中使用图13至图17所述，在改变存储电极115的开口A1和/或A2的数量、尺寸、形状和位置的情况下，屏蔽电极315的开口A3也可以进行相应更改。
在这样的结构中，在光电转换产生的电子用作信号的情况下，在存储期间，公共电极112的电压、读出电极117的电压(浮动扩散区域FD的复位电压)、存储电极115的电压和屏蔽电极315的电压可以分别设置为例如-2V、3V、1V和0V。
另外，在传输期间，公共电极112的电压、读出电极117的电压(浮动扩散区域FD的复位电压)和存储电极115的电压可以分别设置为-2V、3V和-1V。
此时，也可以将屏蔽的电极动态设置为-1.5V等，以协助存储在存储电极115的侧壁上的半导体层114中的存储电荷120传输至读出电极117。
根据这种结构和电压控制，例如，与第一实施例相比，可以降低存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的存储电荷120的浓度。由此，与读出电极117的距离相对长的存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的存储电荷120的比例减少，从而可以进一步提高传输特性。
同时，在本实施例中，存储电极115的光电转换膜113侧的半导体层114的存储电荷120的浓度降低，因此可以省略存储电极115和读出电极117之间的半导体层114。在这种情况下，通过设置存储电极115和屏蔽电极315的电压并增加存储电极115的高度，还可以增加存储在存储电极115的侧壁侧的半导体层114中的存储电荷120的量。
此外，在本实施例中，可以根据光照射量改变施加到每个电极(112、115、117和315)的电压。例如，如图24所示，在需要存储极大量的电荷等的情况下，在存储期间公共电极112的电压、读出电极117的电压(浮动扩散区域FD的复位电压)、存储电极115的电压和屏蔽电极315的电压分别设置为例如-2V、3V、0V和-0.5V等，从而增加存储电极115的侧壁侧的半导体层114的电位，从而可以防止存储电荷120越过势垒泄漏到读出电极117侧。以此方式，根据本实施例，还可以执行用于存储大量存储电荷120的操作。
同时，在增加存储电极115的侧壁侧的半导体层114的电位以防止存储电荷120泄漏到读出电极117等的情况下，存储电极115的侧壁侧的绝缘膜316可以比其他面的膜厚薄。借此，可以提高存储电极115的侧壁侧的半导体层114的电位的调制性能，从而可以进一步提高防止存储电荷120泄漏到读出电极117的效果。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
4.第四实施例
接下来，将参考附图详细描述第四实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图25是示出根据第四实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。图26是示出根据第四实施例的读出电极的平面布局的示例的平面图。
如图25所示，根据第四实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的构造：例如，在与第三实施例中使用图21等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，读出电极117被替换为读出电极417。
如图26所示，读出电极417具有在保留电荷收集所需的区域的同时减小面积的平面形状。在图26所示的示例中，读出电极417具有这样的平面形状，在基板厚度方向上留下与屏蔽电极315的开口A3和存储电极115的开口A1(和A2)相对应的区域，并且去除区域连接所需的区域以外的其他区域。
通过这种形状，读出电极417的电容减小。由于读出电极417连接到浮动扩散区域FD，因此可以通过减小读出电极417的容量来提高转换效率并加宽单位像素3110的动态范围。
同时，读出电极417的形状不限于如图26所示的格子形状，并且可以变形为各种形状，例如挖空成圆形的平面形状。
读出电极417的形状可以根据从读出电极417到存储电极115的距离、存储电极115的开口A1的直径和间距、单位像素3110的尺寸等而适当地改变。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
5.第五实施例
接下来，将参考附图详细描述第五实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图27是示出根据第五实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图27所示，根据第五实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第四实施例中使用图25等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，将半导体层114替换为半导体层514。
半导体层514具有例如锥形形状，使得其宽度从光电转换膜113到读出电极417减小。具体而言，在存储电极115的侧壁侧的绝缘膜316与半导体层114之间的边界以及相邻的存储电极115的侧壁侧的绝缘膜316与半导体层114之间的边界的宽度方面，读出电极417侧的下端的宽度小于光电转换膜113侧的上侧的宽度。
通过这样的结构，可以减小读出电极所需的面积，同时保持由光电转换产生的电荷易于传输到存储电极115之间的区域。由此，如第四实施例中提到的，读出电极417的容量减小，因此可以提高转换效率以加宽单位像素3110的动态范围。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
5.1第一变形例
减小读出电极所需面积的构造不限于使用图27描述的上述结构。例如，如图28所示，可以采用这样的构造，在读出电极517的上方设置由绝缘膜516包围的收集电极515，从而比存储电极115更靠近读出电极517(例如，在读出电极517正上方)。
在这样的构造中，在电荷读出期间，通过向收集电极515施加预定电压以调制半导体层114中的电位，可以将存储在存储电荷120附近的存储电荷120有效地引导到读出电极517的特定区域，因此可以减小读出电极117所需的面积。
5.2第二变形例
此外，如图29所示，从存储电极115到读出电极117的范围内的半导体层514可以被具有朝向读出电极517逐渐变细的锥形形状的半导体层524代替。
在这种构造中，在电荷读出期间，存储在存储电荷120附近的存储电荷120沿着半导体层524和绝缘层111之间的边界流动，从而可以减小读出电极517所需的面积。另外，可以省去收集电极515和收集电极附近的绝缘膜516，从而可以实现设计的方便、制作工艺的简化等。
5.3第三变形例
此外，例如，如图30所示，除了在第二变形例中例示的构造之外，也可以采用调制电极525设置在半导体层524的倾斜表面附近的绝缘层111中的形状。
在这样的构造中，在电荷读出期间，通过向调制电极525施加预定电压以从外部调制半导体层524中的电位，可以将存储在存储电荷120附近的存储电荷120有效地引导至读出电极517的特定区域，从而可以进一步减小读出电极517所需的面积。
6.第六实施例
接下来，将参考附图详细描述第六实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图31是示出根据第六实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图31所示，根据第六实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第三实施例中使用图21等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，用存储电极615代替存储电极115，用读出电极617A和617B代替读出电极117。
同时，存储电极615可以由彼此电分离的两个存储电极构成，但不限于此。存储电极可以包括两个区域615A和615B，存储区域至少被划分为这样的两个不同的区域。
例如，在如第三实施例中例示的包括屏蔽电极315的结构中，大部分存储电荷120存储在存储电极615的侧壁侧的半导体层114中。为此，为了将存储区域至少划分为两个不同的区域，例如，如图32或图33所示，存储电极615的开口A4可以被构造为具有划分为两个***S1和S2的形状。
以这种方式，一个单位像素3110中的存储电极和读出电极被划分为两个存储电极615(区域615A和615B)和两个读出电极617A和617B，从而可以获取摄像平面相位差信息。
即，根据本实施例的结构，通过存储电极615的区域615A和615B，对沿两条不同路径的光进行光电转换所产生的存储电荷120存储在半导体层114的不同储存区域中。此外，读出电极被分成两个读出电极617A和617B，因此存储在半导体层114的不同存储区域中的存储电荷120可以分别传输到读出电极617A或617B。
此外，读出电极被分成两个读出电极617A和617B，因此存储在半导体层114的不同存储区域中的存储电荷120可以分别传输到读出电极617A或617B。
因此，例如，从读出电极617A读出通过对在特定时段内入射的光进行光电转换而产生的存储电荷120，从读出电极617B读出通过对在之后时段入射的光进行光电转换而产生的存储电荷120，并且可以通过获得各存储电荷的比率来获得到物体的距离。
此外，还可以通过将存储电极115和读出电极117分成三个或更多个电极来构造能够获取更详细的射线信息的所谓的光场相机。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
7.第七实施例
接下来，将参考附图详细描述第七实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图34是示出根据第七实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图34所示，根据第七实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第六实施例中使用图31等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，不是读出电极117，而是存储电极115，被分成两个存储电极715A和715B。
图35和图36是示出根据第七实施例的存储电极的平面布局的示例的平面图。如图35或图36所示，存储电极715A和715B具有这样的结构，例如，在与包括与第六实施例中使用图32或图33描述的存储电极615的开口相同的开口A4的平面布局相同的布局中，两个存储电极715A和715B彼此电分离。
通过这样的结构，类似于第六实施例，通过对沿着两个不同路径的光进行光电转换而产生的存储电荷120存储在半导体层114的不同存储区域中，并且存储在半导体层114的不同存储区域中的存储电荷120能够分别传输至读出电极117。因此，可以获得摄像平面相位差信息。
进一步地，在本实施例中，诸如读出电极117、贯通电极119和浮动扩散区域FD3等部件可以由读出存储电荷120的两个***共享，因此也可以提高单位像素3110的布局效率。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
8.第八实施例
接下来，将参考附图详细描述第八实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图37是示出根据第八实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图37所示，根据第八实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第六或第七实施例中使用图31、图34等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，读出电极117和存储电极115分别被分成两个存储电极815A和815B以及两个读出电极817A和817B。此外，在本实施例中，省略了屏蔽电极315。
在本实施例中，存储电极815A和815B不用于存储电荷，而是用作控制周围半导体层114的电位的电极(电位控制电极)。
一般而言，当使用图像传感器的测距设备采用飞行时间(ToF)操作作为测距方法时，在单个像素中，需要高速地来回分配通过将光电转换产生的电荷来传输电荷。
因此，如在第八实施例中，采用这样的构造，将读出电极和存储电极分别分为两个存储电极815A和815B以及两个读出电极817A和817B，存储电极815A和815B用作控制周围半导体层114的电位的电位控制电极。由此，通过交替改变施加到存储电极815A和815B的电压，可以将通过光电转换产生的电荷高速分配到两个读出电极817A和818B中的任一个。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
9.第九实施例
接下来，将参考附图详细描述第九实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
根据本实施例的有机光电转换元件PD3例如可以与第八实施例中使用图37描述的有机光电转换元件PD3相同。然而，在本实施例中，有机光电转换元件PD3的驱动以及读出电极817A和817B的作用与第八实施例中的不同。
如图38所示，在本实施例中，类似于第八实施例，读出电极和存储电极都分别分成两个存储电极815A和815B以及两个读出电极817A和817B。
在这样的构造中，在本实施例中，例如在曝光时段期间由光电转换产生的电荷被吸引到存储电极815A侧并且从读出电极817A连续地被读出，而在快门时段期间由光电转换产生的电荷被吸引到存储电极815B侧并且从读出电极817B连续地被读出。
此时，读出电极817A连接到浮动扩散区域FD3。因此，在曝光时段期间通过光电转换产生的电荷被存储在浮动扩散区域FD中，并且作为像素信号被列处理电路3103读出。另一方面，在快门时段期间，读出电极817B连接到电源电压VDD。为此，在快门时段期间通过光电转换产生的电荷被释放到电源电压VDD侧。
通过这样的操作，可以执行同时开始所有单位像素3110的快门操作的所谓全局快门操作。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
10.第十实施例
接下来，将参考附图详细描述第十实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图39是示出根据第十实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图39所示，根据第十实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第八实施例中使用图37等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，读出电极817A和817B被一个读出电极117代替，覆盖存储电极815A和815B各者的绝缘膜316被不到达读出电极117的绝缘膜116代替，半导体层114被不具有用于存储电极815A和815B各者的沟槽的半导体层914代替。
在这样的结构中，在本实施例中，在曝光时段期间在存储电极815B附近存储电荷，在快门操作开始的时刻，对于所有单位像素3110同时地，存储电荷120从存储电极815B附近传输到存储电极815A附近并且被保持。此后，存储电荷120(未示出)从存储电极815A的附近依次传输到读出电极117并被读出。
以这种方式，可以通过所有单位像素3110同时执行快门操作、将快门操作产生的电荷保持在存储电极815B中、然后依次从单位像素3110中读出电荷，来执行所有单位像素3110同时执行快门操作的全局快门操作。
即，在本实施例中，存储电极115B用作保持由快门操作产生的电荷的存储器。
同时，在本实施例中，通过对包括存储电极815A和815B的有机光电转换元件PD3的所有组件使用透明材料，不必对存储区域遮光，因此，可以实现最大限度地利用单位像素3110内的区域的高灵敏度全局快门结构。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
11.第十一实施例
接下来，将参考附图详细描述第十一实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图40是示出根据第十一实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图40所示，根据第十一实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，与在第三实施例中使用图21等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，在绝缘膜316中的存储电极115与读出电极117之间进一步设置存储器电极(第五电极)1116。
在这样的结构中，在本实施例中，电荷在曝光时段期间存储在靠近光电转换膜113的存储电极115中，并且存储电荷120在快门操作开始的时刻对于所有单位像素3110同时从存储电极115的附近传输到存储器电极1116附近并被保持。此后，存储电荷120从存储器电极1116的附近依次传输到读出电极117并被读出。
以这种方式，可以通过对所有单位像素3110同时执行快门操作、将快门操作产生的电荷保持在存储器电极1116中、然后依次从单位像素3110中读出电荷，来执行所有单位像素3110同时执行快门操作的全局快门操作。
此外，在本实施例中，例如，与第九或第十实施例相比，存储器区域没有设置在相对于存储电极115的水平方向(垂直于基板厚度方向的方向)上，而是设置在垂直方向(基板厚度方向)上，因此可以抑制由于存储器区域而导致的存储区域的尺寸减小。从而，可以实现具有最大化存储电荷量的全局快门结构。
同时，在本实施例中，在将光电转换产生的电子用作信号的情况下，例如，在存储时段期间，公共电极112的电压、读出电极117的电压、屏蔽电极315的电压、存储电极115的电压和存储器电极1116的电压可以分别设置为-2V、3V、0V、1V和0.5V。
此外，在传输时段期间，屏蔽电极315的电压、存储电极115的电压和存储器电极1116的电压可以分别设置为-2V、-1V和1V。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
12.第十二实施例
接下来，将参考附图详细描述第十二实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图41是示出根据第十二实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图41所示，根据第十二实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第一实施例中使用图9等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，被绝缘膜116包围的存储电极115在基板厚度方向上设置为多级。同时，为了实现这种多级结构，半导体层114在基板厚度方向上变厚。
根据这样的结构，可以通过独立地控制三维布置的各个存储电极115来执行诸如电荷加减等计算操作，直到从读出电极117读出光电转换产生的电荷。
例如，通过将第一快门操作产生的电荷保持在某个存储电极115附近，将第二快门操作产生的电荷保持在另一个存储电极115附近，然后在一个存储电极115附近收集这些电荷，来执行电荷的相加。
以这种方式，根据本实施例，在从单位像素3110读出像素信号之前，可以在有机光电转换元件PD3内进行计算处理，因此可以在图像传感器内执行诸如像素相加和图像识别等高级计算。
此外，通过进一步增加一个单位像素3110中设置的存储电极115的数量，能够使可以在每个单位像素3110中执行的计算处理复杂化。
同时，存储电极115不需要在每个有机光电转换元件PD3内的基板厚度方向上设置多级，并且也可以在构造为在垂直于基板厚度方向的平面中布置有多个存储电极115的每个单位像素3110内执行计算处理。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
13.第十三实施例
接下来，将参考附图详细描述第十三实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
在本实施例中，将描述在第一实施例中例示的图像传感器100的制造方法。图42至图48是示出根据第十三实施例的制造方法的工序截面图。同时，在本实施例中例示的制造方法可以是使用晶片级芯片尺寸封装(CSP)技术的制造方法，其包括在分离成单个片之前将光接收芯片3121和电路芯片3122在晶片状态下粘合在一起。
在本制造方法中，首先，将预定的受主和施主依次离子注入P型半导体基板101中的预定区域中，以形成构成光电二极管PD1和PD2的P型半导体区域102和104以及N型半导体区域103和105。同时，可以在相邻单位像素3110之间的边界部中设置用于执行相邻单位像素3110之间的光电二极管PD1和PD2以及各种晶体管的元件隔离的元件隔离区域。元件隔离区域可以是绝缘膜和/或遮光膜形成在形成于半导体基板101中的沟槽中的结构、用于防止在相邻单位像素3110之间形成沟道跨越的沟道阻止器等。
接着，在半导体基板101的前表面(图中的下表面)上形成作为垂直晶体管的传输晶体管TRG1。随后，形成用作构成像素3110B、3110R和3110G的读出电路的晶体管的栅极绝缘膜的绝缘膜106和栅极电极。然后，在处理栅极电极之后，在栅极电极的侧壁侧形成侧壁，然后以栅极电极和侧壁为掩模进行离子注入，从而形成构成读出电路的晶体管的源极和漏极。
此后，在半导体基板101的前表面形成包括与晶体管的栅极电极、源极、漏极等相连的布线122的布线层121。同时，在该阶段，单独制备的电路芯片3122和包括半导体基板101的光接收芯片3121可以接合在一起。
接着，从半导体基板101的背面起形成贯穿半导体基板101的沟槽，并且形成覆盖半导体基板101的背面和沟槽的内部的抗反射膜110、填充沟槽的绝缘膜(绝缘层111的一部分)、贯穿沟槽中的半导体基板101并连接到布线层121中的布线的贯通电极119、连接到贯通电极的布线118等。
接着，在绝缘膜上沉积透明电极材料，通过光刻和干蚀刻对形成的透明电极材料膜进行处理。随后，沉积绝缘膜(绝缘层111的一部分)以掩埋处理后的透明电极材料膜，并通过化学机械抛光(CMP)等将其上表面平坦化，从而形成读出电极117。从而获得图42所示的截面结构。
接着，在其中形成有读出电极117的绝缘膜上沉积半导体材料，通过光刻和干蚀刻处理形成的半导体膜。随后，沉积绝缘膜(绝缘层111的一部分)以掩埋处理后的半导体膜，并通过CMP等将其上表面平坦化，从而形成半导体层114A，其作为半导体层114的下部。
接着，如图43所示，通过作为绝缘膜116的下部的绝缘膜116A的沉积、处理成存储电极115的透明导电材料膜15A的沉积、通过光刻和干蚀刻对透明电极材料膜115A的处理、绝缘膜(绝缘层111的一部分)的沉积、利用CMP等使透明电极材料膜115A和绝缘膜的上表面平坦化、以及作为绝缘膜116的下部的绝缘膜116B的沉积，形成由存储电极115和随后的绝缘膜116构成的层叠结构。
接着，如图44所示，通过光刻和干蚀刻处理绝缘膜116B、透明电极材料膜115A和绝缘膜116A，从而形成开口区域以将透明电极材料膜115A加工成存储电极115。
接着，如图45所示，在当前时间点形成覆盖绝缘层111的前表面的绝缘膜116C。随后，通过回蚀等去除绝缘膜116C的一部分以暴露开口区域中的半导体层114A并在存储电极115的侧面上形成绝缘膜。由此，如图46所示，形成覆盖存储电极115的绝缘膜116。
接着，在其上形成有存储电极115和绝缘膜116的表面上沉积半导体材料，并且通过CMP等使形成的半导体层的前表面平坦化。由此，如图47所示，在覆盖存储电极115的绝缘膜116附近形成半导体层114。
接着，如图48所示，依次在半导体层114上沉积光电转换膜113、公共电极112、保护膜131、平坦化膜132。此后，形成用于公共电极112的布线结构、用于每个单位像素3110的片上透镜133以及结合焊盘，从而制造了包括图9所示的截面结构的图像传感器100。
同时，在上述制造方法中，也可以使用物理气相沉积(PVD)、旋涂等来形成半导体层114A和114。另外，为了提高元件特性，多种类型的材料混合而成的膜、多种类型的材料膜层叠而成的层叠膜等也可用于光电转换膜113。此时，要混合或层叠的一些材料可以是自身不进行光电转换的材料。
13.1每个组件的制造过程的详细信息
在下文中，将更详细地描述每个组件的制造过程。
作为各种电极的成膜方法，可以使用干法或湿法。
干法的示例可包括PVD法和化学气相沉积(CVD)法。使用PVD法原理的成膜方法的示例包括使用电阻加热或高频加热的真空气相沉积法、电子束(EB)沉积法、各种溅射法(磁控溅射法、RF-DC耦合偏置溅射法、电子回旋共振(ECR)溅射法、对置靶溅射法、高频溅射法等)、离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法和激光转印法。此外，CVD方法的示例包括等离子体CVD方法、热CVD方法、有机金属(MO)CVD方法和光学CVD方法。
另一方面，湿法的示例包括诸如电解镀法、化学镀法、旋涂法、喷墨法、喷涂法、压印法、微接触印刷法、柔版印刷法、胶印法、凹版印刷法和浸渍法等方法。图案化方法的示例包括诸如荫罩、激光转印或光刻等化学蚀刻，使用紫外线、激光等物理蚀刻等。
作为读出电极117和公共电极112的平坦化技术，可以使用激光整平法、回流法、CMP法等。
构成绝缘膜116的材料的示例不仅包括诸如氧化硅基材料、氮化硅(SiNY)和氧化铝(Al2O3)等以金属氧化物高介电绝缘材料为例的无机绝缘材料，还包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、诸如N-2(氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS)、3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和十八烷基三氯硅烷(OTS)等硅烷醇衍生物(硅烷偶联剂)、酚醛清漆型酚醛树脂、氟树脂、诸如十八烷硫醇和十二烷基异氰酸酯等以具有其一端可与控制电极连接的官能团的直链烃为例的有机绝缘材料(有机聚合物)。此外，还可以使用它们的组合。
同时，基于氧化硅的材料的示例包括氧化硅(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)和低介电常数材料(例如、聚芳醚、环全氟化碳聚合物和苯并环丁烯、环状氟树脂、聚四氟乙烯、芳醚氟化物、聚酰亚胺氟化物、无定形碳、有机SOG)。
另外，构成绝缘层111和布线层121的绝缘膜的材料也可以从这些材料中适当地选择。
用于诸如光电转换膜113等各种有机层的成膜方法的示例包括干式成膜法和湿式成膜法。
干式成膜法的示例包括使用电阻加热、高频加热或电子束加热的真空沉积法、闪蒸沉积法、等离子体气相沉积法、EB气相沉积法、各种溅射法(双极溅射法、DC溅射法、DC磁控溅射法、高频溅射法、磁控溅射法、RF-DC耦合偏置溅射法、ECR溅射法、对置靶溅射法、高频溅射法和离子束溅射法)、直流(DC)法、RF法、多阴极法、活化反应法、电场沉积法、诸如高频离子镀法和反应离子镀法等各种离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法、激光转印法和分子束外延法(MBE法)。
此外，CVD法的示例包括等离子体CVD法、热CVD法、MOCVD法和光学CVD法。
另一方面，湿法的具体示例包括旋涂法、浸渍法、浇铸法、微接触印刷法、滴铸法、诸如丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、柔版印刷法等各种印刷方法、压印法、喷涂法、诸如空气刮涂法、叶片涂布法、棒涂法、刮刀涂布法、挤压涂布机方法、反向辊涂布机方法、转移辊涂布机方法、凹版涂布机方法、吻涂机方法、浇铸涂布机方法、喷涂机方法、狭缝孔口涂布机方法、压延涂布机方法等各种涂布方法等。
另外，在涂布方法中，溶剂的示例包括非极性或低极性有机溶剂，例如甲苯、氯仿、己烷和乙醇。
各种有机层的图案化方法的示例包括荫罩、激光转印、诸如光刻等化学蚀刻、使用紫外线或激光的物理蚀刻等。
作为各种有机层的平坦化技术，可以使用激光平坦化法、回流法等。
14.第十四实施例
接下来，将参考附图详细描述第十四实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
在本实施例中，将描述在第三实施例中例示的图像传感器100的制造方法。图49至图53是示出根据第十四实施例的制造方法的工序截面图。同时，在本实施例中，将引用与第十三实施例相同的制造步骤，并省略其重复描述。进一步地，与第十三实施例类似，本实施例中例示的制造方法可以是使用晶片级CSP技术的制造方法，包括在分离成单个片之前将光接收芯片3121和电路芯片3122在晶片状态下粘合在一起。
在本制造方法中，首先，通过与在第十三实施例中使用图42描述的那些相同的步骤，在形成于半导体基板101的背面上的绝缘膜(绝缘层111的一部分)的前表面形成读出电极117。
接着，在其中形成有读出电极117的绝缘膜上依次执行绝缘膜316A(绝缘层111的一部分和绝缘膜316的一部分)的沉积，绝缘膜316A的前表面的平坦化，透明电极材料膜的沉积，通过光刻和干蚀刻从透明电极材料膜到透明电极材料膜115A的图案化，绝缘膜(绝缘层111的一部分)的沉积，绝缘膜的前表面和透明电极材料膜的前表面115A的平坦化，绝缘膜316B(绝缘层111的一部分和绝缘膜316的一部分)的沉积，绝缘膜316B的前表面的平坦化，透明电极材料膜的沉积，通过光刻和干蚀刻从透明电极材料膜到透明电极材料膜315A的图案化，绝缘膜(绝缘层111的一部分)的沉积，以及绝缘膜的前表面和透明电极材料膜315A的前表面的平坦化。从而获得如图49所示的截面结构。
接着，如图50所示，通过光刻和干蚀刻对透明电极材料膜315A、绝缘膜316B、透明电极材料膜115A和绝缘膜316A进行处理，于是形成开口区域，以将透明电极材料膜315A加工成屏蔽电极315，并将透明电极材料膜115A加工成存储电极115。
接着，如图51所示，在当前时间点形成覆盖绝缘层111的前表面的绝缘膜316C。随后，通过回蚀等去除绝缘膜316C的一部分以暴露开口区域中的读出电极117并在存储电极115和屏蔽电极315的侧面上形成绝缘膜。由此，如图52所示，形成覆盖存储电极115和屏蔽电极315的绝缘膜316。
接着，在其上形成有存储电极115、屏蔽电极315和绝缘膜316的表面上沉积半导体材料，通过CMP等使形成的半导体层的前表面平坦化。由此，如图53所示，在覆盖存储电极115和屏蔽电极315的绝缘膜316附近形成半导体层114。
此后，执行与在第十三实施例中使用图48描述的步骤之后的步骤相同的步骤，从而制造了包括图21中例示的截面结构的图像传感器100。
15.第十五实施例
接下来，将参考附图详细描述第十五实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图54是示出根据第十五实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图54所示，根据第十五实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第三实施例中使用图21等说明的有机光电转换元件PD3相同结构的结构中，将半导体层114替换为半导体层1514。
例如，第三和第十四实施例中举例说明的图像传感器100中的半导体层114的电位可以通过控制施加到公共电极112、存储电极115、屏蔽电极315和读出电极117中的每一个的电压来三维控制。另外，其他实施例中的半导体层114的电位也可以通过控制施加到每个电极上的电压来进行三维控制。
因此，在本实施例中，半导体层1514的材料和组成被改变为具有连续或多层结构，使得光电转换产生的电荷平滑地传输到读出电极117。例如，如图54所示，半导体层1514包括作为由具有最高电位的材料或组成形成的最上层的半导体层1514a、作为由具有次高电位的材料或组成形成的中间层的半导体层1514b、以及作为由具有最低电位的材料或组成形成的最下层的半导体层1514c。
同时，例如，通过在半导体层1514的成膜过程中改变成膜条件和材料的混合比例的方法，采用不同的层内靶材进行PVD，并分层旋涂不同的材料，可以实现半导体层1514中电位的连续或渐变变化。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
16.第十六实施例
接下来，将参考附图详细描述第十六实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图55是示出根据第十六实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图55所示，根据第十六实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第三实施例中使用图21等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，光电转换膜113被替换为光电转换膜1613。
例如，光电转换膜1613具有这样的结构，其一部分突出到存储电极115的开口区域中的半导体层114中。以这种方式，使光电转换膜1613的至少一部分朝向存储电极115突出，因此可以减小从突出部到存储电极115周围的存储区域的距离。由此，可以减少光电转换产生的电荷到存储区域的移动距离，从而可以进一步提高从每个单位像素3110读出像素信号的速度。
另外，如图55所示，通过使光电转换膜1613突出到存储电极115的侧壁侧，可以使光电转换产生的电荷的移动距离最小化，从而可以进一步提高从每个单位像素3110读出像素信号的速度。
然而，光电转换膜1613并非必须突出到存储电极115的开口区域中，例如，如图56所示，只需要光电转换膜的至少一部分向存储电极115侧突出。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
16.1变形例
另外，如图57所示，除了光电转换膜1613之外，公共电极1612的一部分也可以向存储电极115突出。从而，可以增加光电转换膜1613的突出部中发生光电转换的概率，从而进一步减小光电转换产生的电荷的平均移动距离。结果，可以进一步提高从每个单位像素3110读出像素信号的速度。
17.第十七实施例
接下来，将参考附图详细描述第十七实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图58是示出根据第十七实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图58所示，根据第十七实施例的有机光电转换元件PD3具有这样的结构，例如，在与第三实施例中使用图21等描述的有机光电转换元件PD3的构造相同的构造中，多个存储电极(第五电极)115在基板厚度方向上以多级设置。
根据这样的结构，例如，如在电荷耦合器件(CCD)的传输方向被设置为基板厚度方向的情况下，可以沿着电荷传输路径有效地调制存储电极115的开口区域中的半导体层114的电位，从而可以在基板厚度方向上平滑地传输存储电荷120。由此，例如，即使当光电转换产生的电荷的传输距离增加时，也可以通过存储电荷120的平滑传输来提高读出速度。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
18.第十八实施例
接下来，将参考附图详细描述第十八实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图59是示出根据第十八实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图59所示，根据第十八实施例的图像传感器100具有这样的结构，例如，在与第二实施例中使用图18等描述的图像传感器100的构造相同的构造中，滤色器1833设置在片上透镜133和有机光电转换元件PD3之间的平坦化膜132中。
以这种方式，本公开不限于第二实施例，在上述实施例中，滤色器1833与垂直层叠的有机光电转换元件PD3以及光电二极管PD1和PD2结合以进一步改善单位像素3110的光谱特性，由此可以提高图像质量。
同时，如图59所示，相对于有机光电转换元件PD3以及光电二极管PD1和PD2垂直层叠的结构，滤色器1833可以设置在光入射侧(以下称为上游侧)，并且如图60所示，相对于有机光电转换元件PD3以及光电二极管PD1和PD2垂直层叠的结构，滤色器1833例如可以设置在的下游侧的绝缘层111中。
另外，本说明书中的滤色器可以是例如包括透射特定波段的光的透射光谱的滤色器。此外，作为滤色器1833，可以使用各种滤色器，例如使用有机材料的滤色器、使用具有图案化金属薄膜的等离子体共振的滤色器以及使用具有介电层叠膜的法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉的滤色器。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
19.第十九实施例
接下来，将参考附图详细描述第十九实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
图61是表示根据第十九实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。如图61所示，根据第十九实施例的图像传感器100具有这样的结构，例如，在与第二实施例中使用图18等描述的图像传感器100的构造相同的构造中，从包括有机光电转换元件PD3的绝缘层111到平坦化膜132的分层结构T1和T2垂直层叠为两层以上。
同时，以这种方式制造的两个或更多个有机光电转换元件PD3可以并联连接到例如相同的读出电路(见图6)。
以这种方式，可以通过沿着光的入射轴垂直层叠有机光电转换元件PD3来改善单位像素3110的光谱特性。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
20.第二十实施例
接下来，将参考附图详细描述第二十实施例。同时，在本实施例中，将引用与上述实施例中相同的构造和操作，并且将省略其重复描述。
例如，如在上述第三实施例中，在半导体层114中的读出电极117侧被绝缘膜316分成多个凸部的结构中，也可以使每个凸部用作一个有机光电转换元件。因此，在第二十实施例中，将描述半导体层114中的每个凸部构造为单独的有机光电转换元件的情况的示例。
图62是示出根据第二十实施例的有机光电转换元件及其附近的部分的示意性构造示例的截面图。图63是示出根据第二十实施例的读出电极的平面布局的示例的平面图。
如图62所示，在第二十实施例中，有机光电转换元件PD203形成在半导体层114中被绝缘膜316隔开的凸部114A中的每一个中。即，在本实施例中，如图62和图63所示，例如，根据第三实施例的有机光电转换元件PD3被分成以3×3矩阵排列的九个有机光电转换元件PD203。同时，分离的有机光电转换元件PD3的数量不限于示例的九个，并且可以是两个或更多。
因此，在本实施例中，例如，在与第三实施例中使用图21等描述的结构相同的结构中，将第三实施例中的存储电极115和读出电极117替换为每个有机光电转换元件PD203的存储电极2015和读出电极2017。此外，在本实施例中，将第三实施例中的片上透镜133替换为每个有机光电转换元件PD203的片上透镜2033。
如图63所示，针对每个有机光电转换元件PD203单独设置读出电极2017。在本实施例中，图6所示的读出电路连接到例如读出电极2017。在这种情况下，通过读出电极2017单独执行有机光电转换元件PD203的电荷读出操作。
以此方式，在本实施例中，针对半导体层114的凸部114A中的每一个形成单独的有机光电转换元件PD203。由此，例如，可以将像素小型化到在使用现有技术中的硅作为材料的情况下工艺精度无法达到的水平。结果，可以显著增加每单位面积的单位像素3110的数量，即像素密度(也称为分辨率)。
同时，在本实施例中，已经举例说明了基于上述第三实施例的情况。然而，本公开不限于此，并且本实施例可以类似地应用于基于其他实施例的情况。
此外，在上述结构中，举例说明了一个有机光电转换元件PD203由一个凸部114A构成的情况。然而，本公开不限于此，一个有机光电转换元件PD203也可以由两个或更多个凸部114A构成。例如，九个单独的有机光电转换元件PD203中的一个可以构成用于高动态范围(HDR)的单位像素3110，而其他八个有机光电转换元件PD203可以构成用于低动态范围(LDR)的单位像素3110。在这种情况下，可以不划分用于构成相同有机光电转换元件PD203的两个或更多个凸部114A的存储电极2015和读出电极2017。
此外，不需要针对每个有机光电转换元件PD203一一设置片上透镜2033，也可以针对多个有机光电转换元件PD203设置一个片上透镜2033。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例中的相同，因此这里将省略对其的详细描述。
20.1变形例1
在上述第二十实施例中，已经举例说明了针对每个有机光电转换元件PD203单独设置存储电极2015的情况。然而，本公开不限于此，例如，如图63所示，可以针对多个或所有的有机光电转换元件PD203设置公共存储电极2015。
20.2变形例2
另外，例如，如图64所示，也可以采用这样的结构：在存储电极2015的后级(读出电极2014侧)设置存储器电极2016，并且存储在存储电极2015附近的存储电荷120暂时保持在存储器电极2016周围。
21.应用示例1
根据本公开的技术可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术***。
图66是示出可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术***5000的示意性构造的示例的图。图66示出了外科医生(医生)5067正在通过使用内窥镜手术***5000对病床5069上的患者5071进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术***5000包括内窥镜5001、其它手术器械5017、支撑内窥镜5001的支撑臂设备5027以及其上安装有用于内窥镜手术的各种设备的推车5037。
在内窥镜手术中，被称为套管针5025a至5025d的多个管状剖腹手术设备被刺入腹壁，而不是切开和打开腹壁。然后，将内窥镜5001的镜筒5003和其他手术器械5017从套管针5025a至5025d***患者5071的体腔内。在图中所示的示例中，气腹管5019、能量治疗工具5021和镊子5023作为其他手术器械5017被***到患者5071的体腔中。此外，能量治疗工具5021是用于通过使用高频电流或超声波振动来进行组织的切开和剥离、血管的密封等的治疗工具。然而，图中所示的手术器械5017只是示例，诸如镊子和牵开器等通常在内窥镜手术中使用的各种手术器械都可以用作手术器械5017。
由内窥镜5001拍摄的患者5071的体腔中的手术部位的图像被显示在显示设备5041上。外科医生5067在实时观察显示设备5041上显示的手术部位的图像的同时，使用能量治疗工具5021或钳子5023执行诸如患部的切除等处理。同时，尽管图中未示出，但是在手术过程中，气腹管5019、能量治疗工具5021和钳子5023由外科医生5067、助手等支撑。
(支撑臂设备)
支撑臂设备5027包括从基座部5029延伸的臂部5031。在图示的示例中，臂部5031包括接合部5033a、5033b和5033c以及连杆5035a和5035b，并且在臂控制设备5045的控制下被驱动。内窥镜5001由臂部5031支撑，并且控制其位置和姿态。由此，能够实现内窥镜5001的稳定位置的固定。
(内窥镜)
内窥镜5001包括镜筒5003以及连接到镜筒5003的底端的摄像头5005，镜筒5003被构造为距其尖端具有预定长度的区域被***到患者5071的体腔中。在图示的示例中，尽管示出了被构造为包括硬镜筒5003的所谓硬镜的内窥镜5001，但是内窥镜5001可以被构造为包括软镜筒5003的所谓软镜。
镜筒5003的尖端设置有开口部，物镜装配到该开口部中。光源设备5043连接到内窥镜5001，并且由光源设备5043产生的光通过延伸到镜筒内部的光导被引入到镜筒的尖端，并且经由物镜朝着患者5071的体腔中的待观察目标照射。同时，内窥镜5001可以是直视镜、***或侧视镜。
光学***和摄像元件设置在摄像头5005内，并且来自待观察目标的反射光(观察光)通过光学***而被收集在摄像元件上。观察光通过摄像元件进行光电转换，并且产生对应于观察光的电信号，即对应于观察图像的图像信号。图像信号被传输到相机控制单元(CCU)5039作为RAW数据。同时，通过适当地驱动光学***，摄像头5005具有调整放大率和焦距的功能。
同时，例如，为了处理立体视觉(3D显示)等，摄像头5005可以设置有多个摄像元件。在这种情况下，多个中继光学***设置在镜筒5003内，以将观察光引导至多个摄像元件的每一个。
(安装在推车上的各种设备)
CCU 5039由中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等构成，并且控制内窥镜5001和显示设备5041的整体操作。具体地，CCU 5039基于从摄像头5005接收的图像信号对图像信号执行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理用于显示图像。CCU 5039将经过图像处理的图像信号提供给显示设备5041。此外，CCU 5039向摄像头5005发送控制信号并控制其驱动。控制信号可以包括与诸如放大率和焦距等摄像条件有关的信息。
显示设备5041在CCU 5039的控制下基于由CCU 5039进行了图像处理的图像信号来显示图像。在内窥镜5001是处理诸如4K(水平像素数3840×垂直像素数2160)或8K(水平像素数7680×垂直像素数4320)等高分辨率成像的内窥镜和/或处理3D显示的内窥镜的情况下，能够执行高分辨率显示和/或3D显示的显示设备可以用于各个内窥镜作为显示设备5041。在内窥镜5001是处理诸如4K或8K等高分辨率成像的内窥镜的情况下，通过使用具有55英寸或更大尺寸的显示设备作为显示设备5041可以获得进一步的沉浸感。此外，可以根据其应用设置具有不同分辨率和尺寸的多个显示设备5041。
光源设备5043由诸如发光二极管(LED)等光源构成并且将用于拍摄手术部位的照射光提供给内窥镜5001。
臂控制设备5045由诸如CPU等处理器构成，并且根据预定程序进行操作，以根据预定控制方法来控制支撑臂设备5027的臂部5031的驱动。
输入设备5047是用于内窥镜手术***5000的输入接口。用户可以输入各种信息并且可以通过输入设备5047向内窥镜手术***5000输入指令。例如，用户通过输入设备5047输入关于外科手术的各种信息，例如患者的身体信息和关于手术步骤的信息。此外，例如，用户通过输入设备5047输入用于驱动臂部5031的指令、用于改变内窥镜5001的拍摄条件(照射光的类型、倍率、焦距等)的指令、用于驱动能量治疗工具5021的指令等。
输入设备5047的类型没有限制，输入设备5047可以是各种已知的输入设备。作为输入设备5047，例如，可以采用鼠标、键盘、触摸面板、开关、脚踏开关5057、操纵杆等。在将触摸面板用作输入设备5047的情况下，可以将其设置在显示设备5041的显示面上。
或者，输入设备5047是佩戴在用户身上的设备，例如眼镜式可穿戴设备或头戴式显示器(HMD)，并且根据这些设备检测到的用户手势或视线在输入设备上执行各种输入。此外，输入设备5047包括能够检测用户移动的相机，并且根据从相机捕获的视频中检测到的用户手势或视线在输入设备上执行各种输入。此外，输入设备5047包括能够收集用户声音的麦克风，通过穿过麦克风的声音在输入设备上进行各种输入。通过这种方式，输入设备5047被构造为以非接触方式接收各种信息的输入，因此特别属于洁净区域的用户(例如，外科医生5067)可以以非接触方式操作属于不洁净区域的设备。此外，由于用户无需将手从他或她拥有的手术器械上拿开就可以操作设备，因此提高了用户的便利性。
治疗工具控制设备5049控制用于执行组织烧灼或切割、血管的密封等的能量治疗工具5021的驱动。气腹设备5051通过气腹管5019将气体送到患者5071的体腔中以使体腔膨胀从而确保内窥镜5001的视野并确保外科医生的工作空间。记录器5053是能够记录与手术操作有关的各种信息的设备。打印机5055是能够打印诸如文本、图像或图形等各种格式的与手术有关的各种信息的设备。
在下文中，将更详细地描述内窥镜手术***5000中的特定特征构造。
(支撑臂设备)
支撑臂设备5027包括用作基座的基座部5029和从基座部5029延伸的臂部5031。在图示的示例中，臂部5031包括多个接合部5033a、5033b和5033c以及通过接合部5033b彼此连接的多个连杆5035a和5035b，但是为简化起见臂部5031的构造在图66中简单地示出。实际上，可以适当地设置接合部5033a至5033c、连杆5035a和5035b的形状、数量和布置以及接合部5033a至5033c的旋转轴线的方向等，使得臂部5031具有所需的自由度。例如，臂部5031可以被构造为优选地具有6个或更多自由度的自由度。由此，内窥镜5001能够在臂部5031的可移动范围内自由移动，从而能够将内窥镜5001的镜筒5003从期望的方向***到患者5071的体腔内。
接合部5033a至5033c设置有致动器，并且接合部5033a至5033c被构造为通过致动器的驱动围绕预定旋转轴可旋转。致动器的驱动由臂控制设备5045控制，从而控制各接合部5033a至5033c的旋转角度，并控制臂部5031的驱动。从而，可以实现对内窥镜5001的位置和姿势的控制。此时，臂控制设备5045可以通过例如力控制或位置控制等各种已知的控制方法来控制臂部5031的驱动。
例如，外科医生5067通过输入设备5047(包括脚踏开关5057)适当地执行操作输入，由此可以响应于该操作输入通过臂控制设备5045来适当地控制臂部5031的驱动，并且可以控制内窥镜5001的位置和姿势。通过该控制，作为臂部5031的尖端的内窥镜5001能够从任意位置移动到任意位置，并在移动后的位置处被固定支撑。同时，臂部5031可以通过所谓的主从方法来操作。在这种情况下，用户可以通过安装在与外科手术室分开的位置处的输入设备5047远程操作臂部5031。
此外，在施加力控制的情况下，臂控制设备5045可以执行所谓的动力辅助控制，用于接收来自用户的外力并驱动接合部5033a至5033c的致动器，使得臂部5031根据外力平稳的移动。由此，当用户在直接接触臂部5031的同时移动臂部5031时，用户能够以相对较小的力移动臂部5031。因此，可以通过更简单的操作更直观地移动内窥镜5001并提高用户的便利性。
这里，一般地，在内窥镜外科手术中，内窥镜5001由被称为内窥镜医师的医生支撑。另一方面，通过使用支撑臂设备5027，内窥镜5001的位置可以更可靠地固定而无需依赖人力，因此可以稳定地获得手术部位的图像并顺利地进行手术。
同时，臂控制设备5045可以不必设置在推车5037中。另外，臂控制设备5045不必是一个设备。例如，可以在支撑臂设备5027的臂部5031的各接合部5033a至5033c中设置臂控制设备5045，通过多个臂控制设备5045相互协作实现臂部5031的驱动控制。
(光源设备)
光源设备5043将拍摄手术部位时的照射光提供给内窥镜5001。光源设备5043例如由LED、激光光源或由它们的组合构成的白光源构成。此时，在由RGB激光光源的组合构成白光源的情况下，可以高精度地控制各颜色(各波长)的输出强度和时间，因此可以调整光源设备5043中所拍摄的图像的白平衡。此外，在这种情况下，以时分方式用从每个RGB激光光源发射的激光束照射待观察物体，并且与照射时序同步地控制摄像头5005的摄像元件的驱动，由此也可以以时分方式捕获对应于RGB的图像。根据该方法，可以在摄像元件中未设置滤色器的情况下获得彩色图像。
此外，可以控制光源设备5043的驱动以改变在预定时间间隔输出的光的强度。与光强度变化的时序同步地控制摄像头5005的摄像元件的驱动，以时分方式获取图像，并合成图像，从而可以生成具有高动态范围的图像而没有所谓的黑屏和过度曝光。
此外，光源设备5043可以被构造为能够提供与特殊光观察相对应的预定波长带的光。例如，在特殊光观察中，利用使用身体组织中的光吸收的波长依赖性，通过发射与正常观察时的照射光(即，白光)相比窄带的光，以高对比度执行对诸如粘膜表面的血管等预定组织进行拍摄的所谓窄带成像。可替代地，在特殊光的观察中，可以执行通过使用照射激发光而产生的荧光来获取图像的荧光观察。在荧光观察中，可以用激发光照射人体组织以观察人体组织发出的荧光(自发荧光观察)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到人体组织中，用与试剂荧光波长对应的激发光照射人体组织，得到荧光图像。光源设备5043可以被构造为能够提供与这种特殊光观察相对应的窄带光和/或激发光。
(摄像头和CCU)
参照图67更详细地描述内窥镜5001的摄像头5005和CCU 5039的功能。图67是示出图66中所示的摄像头5005和CCU 5039的功能构造的示例的框图。
参照图67，摄像头5005包括透镜单元5007、摄像单元5009、驱动单元5011、通信单元5013和摄像头控制单元5015作为其功能部。另外，CCU 5039包括通信单元5059、图像处理单元5061和控制单元5063作为其功能部。摄像头5005和CCU 5039通过传输电缆5065相互连接，以便能够相互进行双向通信。
首先，描述摄像头5005的功能构造。透镜单元5007是设置在与镜筒5003连接的部分的光学***。从镜筒5003的尖端入射的观察光被引导至摄像头5005，并入射到透镜单元5007。透镜单元5007由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。透镜单元5007的光学特性被调整以将观察光会聚在摄像单元5009的摄像元件的光接收面上。此外，变焦透镜和聚焦透镜被构造为其光轴上的位置是可移动的，以便调整所捕获图像的放大率和焦点。
摄像单元5009由摄像元件构成并且设置在透镜单元5007的后级。通过透镜单元5007的观察光会聚在摄像元件的光接收面上，并且通过光电转换来产生与观察图像相对应的图像信号。由摄像单元5009生成的图像信号被提供给通信单元5013。
作为构成摄像单元5009的摄像元件，例如，使用作为具有拜耳阵列并且能够执行彩色成像的互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器的摄像元件。同时，作为摄像元件，例如，可以使用能够处理4K或更高的高分辨率成像的摄像元件。以高分辨率获得手术部位的图像，因此外科医生5067可以更详细地掌握手术部位的状态并且可以更顺利地进行手术。
此外，构成摄像单元5009的摄像元件被构造为包括用于获取对应于3D显示的右眼图像信号和左眼图像信号的一对摄像元件。通过执行3D显示，外科医生5067可以更准确地掌握手术部位的生物组织的深度。同时，在摄像单元5009被构造为多板型的情况下，还与摄像元件相对应地设置多个透镜单元5007的***。
此外，摄像单元5009可以不必设置在摄像头5005上。例如，摄像单元5009可以设置在镜筒5003内部紧接物镜之后。
由致动器构成的驱动单元5011在摄像头控制单元5015的控制下将透镜单元5007的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定距离。从而，可以适当地调整由摄像单元5009获得的所拍摄图像的放大率和焦点。
通信单元5013由用于向CCU 5039传输各种信息以及从CCU 5039接收各种信息的通信设备构成。通信单元5013通过传输电缆5065将从摄像单元5009获得的图像信号传输到CCU 5039作为RAW数据。此时，为了以低延迟显示手术部位的拍摄图像，优选通过光通信传输图像信号。这是因为，在手术过程中，外科医生5067在通过拍摄的图像观察患部的状态的同时进行手术操作，因此需要尽可能实时地显示手术部位的运动图像，以便更安全可靠的进行外科手术。在进行光通信的情况下，通信单元5013设置有将电信号转换为光信号的光电转换模块。图像信号被光电转换模块转换为光信号，然后图像信号通过传输电缆5065传输到CCU5039。
此外，通信单元5013从CCU 5039接收用于控制摄像头5005的驱动的控制信号。控制信号包括关于摄像条件的信息，例如表示指定所拍摄的图像的帧率的信息、表示指定拍摄期间的曝光值的信息、和/或表示指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息。通信单元5013将接收到的控制信号提供给摄像头控制单元5015。同时，从CCU 5039接收的控制信号也可以通过光通信传输。在这种情况下，通信单元5013设置有将光信号转换为电信号的光电转换模块，并且控制信号通过光电转换模块被转换为电信号并被提供给摄像头控制单元5015。
同时，基于获取的图像信号，由CCU 5039的控制单元5063自动设置上述摄像条件，例如帧率、曝光值、放大率和焦点。即，内窥镜5001配备有所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像头控制单元5015基于经由通信单元5013从CCU 5039接收的控制信号来控制摄像头5005的驱动。例如，摄像头控制单元5015基于表示指定拍摄图像的帧率的信息和/或表示指定摄像期间的曝光的信息来控制摄像单元5009的摄像元件的驱动。另外，例如，摄像头控制单元5015基于表示指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息，通过驱动单元5011适当地移动透镜单元5007的变焦透镜和聚焦透镜。摄像头控制单元5015还可以具有存储用于识别镜筒5003和摄像头5005的信息的功能。
同时，诸如透镜单元5007和摄像单元5009等部件设置在具有高气密性和防水性的密封结构内，因此摄像头5005可制成耐高压灭菌。
接下来，描述CCU 5039的功能构造。通信单元5059由用于向摄像头5005传输各种信息以及从摄像头5005接收各种信息的通信设备构成。通信单元5059通过传输电缆5065接收从摄像头5005传输的图像信号。此时，如上所述，图像信号可以优选地通过光通信传输。在这种情况下，通信单元5059设置有响应于光通信将光信号转换为电信号的光电转换模块。通信单元5059将转换为电信号的图像信号提供给图像处理单元5061。
此外，通信单元5059将用于控制摄像头5005的驱动的控制信号传输到摄像头5005。控制信号也可以通过光通信来发送。
图像处理单元5061对作为从摄像头5005发送的RAW数据的图像信号进行各种图像处理。图像处理的示例包括各种已知的信号处理，例如显影处理、高图像质量处理(频带增强处理、超分辨率处理、降噪(NR)处理和/或相机抖动校正处理)和/或放大处理(电子变焦处理)。此外，图像处理单元5061对图像信号执行检测处理，以执行AE、AF和AWB。
图像处理单元5061由诸如CPU或GPU等处理器构成，并且上述图像处理和检测处理可以由根据预定程序操作的处理器来执行。同时，在图像处理单元5061由多个GPU构成的情况下，图像处理单元5061适当地划分与图像信号有关的信息并且通过多个GPU并行地执行图像处理。
控制单元5063执行与由内窥镜5001执行的手术部位的拍摄和其拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元5063生成用于控制摄像头5005的驱动的控制信号。此时，在用户输入摄像条件的情况下，控制单元5063基于用户的输入生成控制信号。或者，在内窥镜5001配备有AE功能、AF功能和AWB功能的情况下，控制单元5063根据由图像处理单元5061执行检测处理的结果适当地计算最佳曝光值、焦距和白平衡，以产生控制信号。
此外，控制单元5063基于已经由图像处理单元5061进行了图像处理的图像信号，在显示设备5041上显示手术部位的图像。此时，控制单元5063使用各种图像识别技术识别手术部位图像中的各种对象。例如，控制单元5063通过检测手术部位图像中包含的对象的形状、颜色等，可以识别出诸如钳子、特定生物部位、出血、使用能量治疗工具5021时的雾等手术器械。控制单元5063在显示设备5041上显示手术部位的图像时，通过使用其识别结果，显示各种手术支持信息以叠加在手术部位的图像上。外科手术支持信息被叠加显示并呈现给外科医生5067，因此可以更安全和可靠地进行外科手术。
将摄像头5005和CCU 5039彼此连接的传输电缆5065是支持电信号通信的电信号电缆、支持光通信的光纤或其复合电缆。
这里，在图示的示例中，尽管使用传输电缆5065以有线方式进行通信，但是摄像头5005和CCU 5039之间的通信可以以无线方式进行。在以无线方式进行通信的情况下，传输电缆5065不需要建在外科手术室中，从而解决了外科手术室中医务人员的移动受到传输线5065阻碍的情况。
上面已经描述了可应用根据本公开的技术的内窥镜手术***5000的示例。同时，这里，内窥镜手术***5000已经作为示例被描述，但是可应用根据本公开的技术的***不限于这样的示例。例如，根据本公开的技术可以应用于用于检查的柔性内窥镜***和显微外科***。
根据本公开的技术可以优选地应用于上述组件中的摄像单元5009。通过将根据本公开的技术应用于摄像单元5009，可以提高图像数据的读出速度，从而可以更安全和更可靠地执行外科手术。
22.应用示例2
此外，根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在以下任何一种类型的移动体上的设备：例如，汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶和机器人等。
图68是示出车辆控制***的示意性构造的示例的框图，车辆控制***是可应用根据本公开的技术的移动体控制***的示例。
车辆控制***12000包括通过通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图68所示的示例中，车辆控制***12000包括驱动***控制单元12010、车身***控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能构造，图中示出了微型计算机12051、声像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动***控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动***相关的设备的操作。例如，驱动***控制单元12010用作以下设备的控制设备，诸如内燃机或驱动马达等产生车辆的驱动力的驱动力产生器，用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构，调节车辆的转向角的转向机构，和产生车辆制动力的制动设备。
车身***控制单元12020根据各种程序控制车身上安装的设备的操作。例如，车身***控制单元12020用作以下设备的各种控制设备，例如，无钥匙进入***、智能钥匙***、电动车窗设备或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向信号或雾灯等各种灯。在这种情况下，从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号能够被输入到车身***控制单元12020。车身***控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入并控制车辆门锁设备、电动车窗设备、灯等。
车外信息检测部12030检测安装有车辆控制***12000的车辆的外部的信息。例如，摄像单元12031连接至车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像并接收所拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像对路面上的人、车辆、障碍物、标志或字符执行物体检测处理或距离检测处理。
摄像单元12031是光学传感器，接收光并输出与接收到的光量相对应的电信号。摄像单元12031还可以输出电信号作为图像，并输出测距信息。另外，由摄像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测与车辆内部相关的信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测单元12041例如包括拍摄驾驶员的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳程度或专注程度，并且可以确定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车内外信息，计算驱动力产生器、转向机构或制动设备的控制目标值，并且可以将控制命令输出到驱动***控制单元12010。例如，微型计算机12051可以执行协同控制，以实现高级驾驶员辅助***(ADAS)功能，该功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车辆间距的跟随驾驶、定速巡航、车辆碰撞预警、车辆偏离车道预警等。
此外，微型计算机12051可以基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围信息执行协同控制，以实现通过控制驱动力产生器、转向机构、刹车设备等而不依赖于驾驶员的操作来执行自主驾驶的自动驾驶。
另外，微型计算机12051可以基于车外信息检测单元12030获得的车外信息将控制命令输出到车身***控制单元12020。例如，微型计算机12051可以根据在车外信息检测单元12030中检测到的前车或迎面驶来的车辆的位置控制前照灯并将远光切换到近光，以执行防眩光的协同控制。
声像输出单元12052将声音和图像中至少一者的输出信号发送到能够视觉或听觉地向车辆的乘客或车辆外部通知信息的输出设备。在图68的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表盘12063被示出为输出设备。显示部12062可以例如包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图69是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图69中，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105被设置为摄像单元12031。
摄像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在诸如车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门以及车辆内挡风玻璃的上部等位置处。设置在前鼻的摄像单元12101和设置在车辆内的挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获得车辆12100的前部的图像。设置在后视镜的摄像单元12102和12103主要获得车辆12100侧面的部分的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像单元12104主要获得车辆12100后部的图像。设置在车辆内的挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通灯、交通标志或车道等。
同时，图69示出了摄像单元12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻部的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像单元12101至12104拍摄的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像单元12101至12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101至12104中的至少一个可以是由多个摄像元件构成的立体相机或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息来获得到摄像范围12111至12114内的各个三维物体的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取特别是作为在车辆12100的行进路径上并且在与车辆12100基本相同的方向上以预定速度(例如等于或大于0公里/小时)行进的最近的三维物体的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051可预先设定确保前车前方的车距，并且执行自动制动控制(也包括跟随停止控制)、自动加速控制(也包括跟随开始控制)等。以这种方式，能够执行协同控制，以实现车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等。
例如，微型计算机12051可以基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息，将与三维物体相关的三维物体数据分类为两轮车、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体，并且可以使用提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100附近的障碍物区分为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051可以确定表示与每个障碍物碰撞风险程度的碰撞风险，当碰撞风险值等于或大于设定值并且存在碰撞可能性时，可以通过音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告并通过驾驶***控制单元12010执行强制减速或避免转向来执行用于避免碰撞的驾驶支持。
摄像单元12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在由摄像单元12101至12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，行人的这种识别是通过以下过程来执行的，在由作为红外相机的摄像单元12101至12104拍摄的图像中提取特征点，以及对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理以确定物体是否是行人。当微型计算机12051确定在摄像单元12101至12104的拍摄图像中存在行人并识别出该行人时，声像输出单元12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线叠加在识别的行人上并被显示。此外，声像输出单元12052可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等在期望的位置处显示。
上面已经说明了能够应用根据本公开的技术的车辆控制***的一个示例。根据本公开的技术可以应用于上述组件中的摄像单元12031、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040、驾驶员状态检测单元12041等。通过将根据本公开的技术应用于这些组件，可以提高图像数据的读出速度，从而可以获得诸如更好地支持驾驶员的操作等效果。
虽然上面已经描述了本公开的实施例，但是本公开的技术范围不限于上述实施例，并且可以在不脱离本公开的主旨的情况下做出各种变形。此外，不同实施例和变形例中的组件可以适当地组合。
另外，在本说明书中描述的实施例中的效果仅是示例而不是限制，并且可以存在其他效果。
同时，本技术可以采用以下构造。
(1)
一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件以矩阵形式排列，
其中，每个所述光电转换元件包括：
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为使得二者的主平面彼此面对，
光电转换膜，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间，
半导体层，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且被构造为使得第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面的至少一部分与所述第二电极接触，
绝缘膜，所述绝缘膜布置在所述半导体层内，以及
第三电极，所述第三电极布置在所述绝缘膜内。
(2)
根据(1)所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极设置有多个开口部，并且所述半导体层的一部分在各所述开口部内延伸。
(3)
根据(1)或(2)所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极和所述第二电极之间的所述绝缘膜的膜厚小于所述第三电极和所述第一电极之间的所述绝缘膜的膜厚。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚小于所述第三电极和所述第一电极之间的所述绝缘膜的膜厚。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚从所述第三电极的上部侧向下部侧减小。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，每个所述光电转换元件还包括第四电极，所述第四电极布置在所述绝缘膜内并且位于所述第三电极和所述第一电极之间。
(7)
根据(6)所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚小于位于所述第四电极的侧壁侧的所述绝缘膜的膜厚。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述第二电极被分成在不同的区域中面对所述第一电极的多个电极。
(9)
根据(1)至(8)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在平行于所述第二电极的所述主平面的方向上的宽度小于在平行于所述第三电极的所述主平面的方向上的宽度。
(10)
根据(1)至(9)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在平行于所述半导体层的所述主平面的方向上的宽度从所述第一电极侧向所述第二电极侧减小。
(11)
根据(1)至(10)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极包括在垂直于所述主平面的方向上排列的多个第五电极。
(12)
根据(1)至(11)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极在垂直于所述主平面的方向上被分成多个区域。
(13)
根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述光电转换膜中面向所述第二电极的表面的一部分向所述第二电极突出。
(14)
根据(13)的固态摄像装置，
其中，所述第一电极中面向所述第二电极的表面的一部分向所述第二电极突出。
(15)
根据(1)至(14)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在与所述半导体层的所述主平面垂直的方向上的组成根据距所述第二电极的距离而变化。
(16)
根据(1)至(15)中任一项所述的固态摄像装置，还包括：
片上透镜，所述片上透镜隔着所述第一电极布置在与所述第二电极相对的一侧；以及
滤色器，所述滤色器相对于所述片上透镜布置在垂直于所述主平面的方向上并且透射预定波长的光。
(17)
根据(1)至(16)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述半导体层的至少一部分和所述光电转换膜含有相同的材料。
(18)
根据(1)至(17)中任一项所述的固态摄像装置，还包括：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件布置在垂直于所述主平面的方向上。
(19)
根据(1)至(18)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述光电转换膜是有机膜。
(20)
一种电子设备，所述电子设备包括：
固态摄像装置；
光学***，所述光学***在所述固态摄像装置的光接收面上形成入射光图像；以及
处理器，所述处理器控制所述固态摄像装置，
其中，所述固态摄像装置包括以矩阵形式排列的多个光电转换元件，
每个所述光电转换元件包括：
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为使得二者的主平面彼此面对，
光电转换膜，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间，
半导体层，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且被构造为使得第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面的至少一部分与所述第二电极接触，
绝缘膜，所述绝缘膜布置在所述半导体层内，以及
第三电极，所述第三电极布置在所述绝缘膜内。
(21)
一种固态摄像装置的制造方法，所述方法包括：
在半导体基板的第一表面上形成第一绝缘膜；
在所述第一绝缘膜上的第一区域中形成读出电极；
在所述第一电极上形成第二绝缘膜；
在所述第二绝缘膜上形成第一透明电极材料膜；
在所述第一透明电极材料膜上形成第三绝缘膜；
在所述第三绝缘膜上形成第二透明电极材料膜；
在所述第二透明电极材料膜上形成第四绝缘膜；
在所述第二至第四绝缘膜以及所述第一和第二透明电极材料膜中形成暴露一部分所述读出电极的开口；
在所述第四绝缘膜上以及在所述开口中形成半导体层；
在所述半导体层上形成光电转换膜；并且
在所述光电转换膜上形成公共电极。
(22)
一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件以矩阵形式排列，
其中，每个所述光电转换元件包括：
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为使得二者的主平面彼此面对，
光电转换膜，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间，
半导体层，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且被构造为使得第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面与所述第二电极接触，
第一绝缘膜，所述第一绝缘膜布置在所述半导体层内，以及
第三电极，所述第三电极布置在所述第一绝缘膜内。
(23)
根据(22)所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极设置有多个开口部，并且所述半导体层的一部分在各所述开口部内延伸。
(24)
根据(22)或(23)所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极和所述第二电极之间的所述第一绝缘膜的膜厚小于所述第三电极和所述第一电极之间的所述第一绝缘膜的膜厚。
(25)
根据(22)至(24)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述第一绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚小于所述第三电极和所述第一电极之间的所述第一绝缘膜的膜厚。
(26)
根据(22)至(25)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述第一绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚从所述第三电极的上部侧向下部侧减小。
(27)
根据(22)至(26)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述第二电极被分成在不同的区域中面对所述第一电极的多个电极。
(28)
根据(22)至(27)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在平行于所述第二电极的所述主平面的方向上的宽度小于在平行于所述第三电极的所述主平面的方向上的宽度。
(29)
根据(22)至(28)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在平行于所述半导体层的所述主平面的方向上的宽度从所述第一电极侧向所述第二电极侧减小。
(30)
根据(22)至(29)任一项所述的固态摄像装置，还包括：
第二绝缘膜，所述第二绝缘膜设置在所述第三电极和所述第二电极之间的与所述第二电极接触的区域中；以及
第四电极，所述第四电极设置在所述第二绝缘膜内。
(31)
根据(29)所述的固态摄像装置，
其中，所述半导体层的第二电极侧的表面的至少一部分是相对于所述主平面倾斜的倾斜区域，并且
所述固态摄像装置还包括第五电极，所述第五电极设置在所述半导体层外的所述倾斜区域附近。
(32)
根据(22)至(31)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极包括在垂直于所述主平面的方向上排列的多个第五电极。
(33)
根据(22)至(32)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极在垂直于所述主平面的方向上被分成多个区域。
(34)
根据(22)至(33)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述光电转换膜中面向所述第二电极的表面的一部分向所述第二电极突出。
(35)
根据(34)的固态摄像装置，
其中，所述第一电极中面向第二电极的表面的一部分向所述第二电极突出。
(36)
根据(22)至(35)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，在与所述半导体层的所述主平面垂直的方向上的组成根据距所述第二电极的距离而变化。
(37)
根据(22)至(36)任一项所述的固态摄像装置，还包括：
片上透镜，所述片上透镜隔着所述第一电极布置在与所述第二电极相对的一侧；以及
滤色器，所述滤色器相对于所述片上透镜布置在垂直于所述主平面的方向上并且透射预定波长的光。
(38)
根据(22)至(37)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述光电转换膜和所述半导体层的至少一部分含有相同的材料。
(39)
根据(22)至(38)任一项所述的固态摄像装置，还包括：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件设置在垂直于所述主平面的方向上。
(40)
根据(22)至(39)中任一项所述的固态摄像装置，
其中，所述光电转换膜是有机膜。
(41)
一种电子设备，所述电子设备包括：
固态摄像装置；
光学***，所述光学***在所述固态摄像装置的光接收面上形成入射光图像；以及
处理器，所述处理器控制所述固态摄像装置，
其中，所述固态摄像装置包括以矩阵形式排列的多个光电转换元件，
每个所述光电转换元件包括：
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为使得二者的主平面彼此面对，
光电转换膜，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间，
半导体层，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且被构造为使得第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面与所述第二电极接触，
第一绝缘膜，所述第一绝缘膜设置在所述半导体层内，以及
第三电极，所述第三电极设置在所述第一绝缘膜内。
(42)
一种固态摄像装置的制造方法，所述方法包括：
在半导体基板的第一表面上形成第一绝缘膜；
在所述第一绝缘膜上的第一区域中形成读出电极；
在所述读出电极上形成第一半导体层；
在所述第一半导体层上形成第二绝缘膜；
在所述第二绝缘膜上形成透明电极材料膜；
在所述透明电极材料膜上形成第三绝缘膜；
在所述第二绝缘膜和第三绝缘膜以及所述透明电极材料膜中形成暴露一部分所述读出电极的开口；
形成覆盖所述第三绝缘膜的上部和所述开口的内部的第四绝缘膜；
在所述第三绝缘膜上的所述第四绝缘膜上和所述开口中的所述第四绝缘膜上形成第二半导体层；
在所述第二半导体层上形成光电转换膜；并且
在所述光电转换膜上形成公共电极。
附图标记列表
100 固态摄像装置(图像传感器)
101 半导体基板
102，104 P型半导体区域
103，105 N型半导体区域
106 绝缘膜
111 绝缘层
112，1612 公共电极
113，1613 光电转换膜
114，114A，514，524，914，1514，1514a，1514b，1514c 半导体层
114A 凸部
115，215，615，715A，715B，815A，815B，2015 存储电极
115A，315A 透明电极材料膜
116，116A，116B，116C，216，316，316A，316B，316C，516 绝缘膜
117，417，517，617A，617B，817A，817B，2014 读出电极
118，122 布线
119 贯通电极
120 存储电荷
121 布线层
131 保护膜
132 平坦化膜
133 片上透镜
315 屏蔽电极
515 收集电极
525 调制电极
615A，615B 区域
1116，2016 存储器电极
1833 滤色器
3000 电子设备
3020 摄像透镜
3030 存储单元
3040 处理器
3101 像素阵列部
3102 垂直驱动电路
3102A 电压施加电路
3103，3103A，3103B 列处理电路
3104 水平驱动电路
3105 ***控制单元
3108 信号处理单元
3109 数据存储单元
3110 单位像素
3110B，3110G，3110R 像素
3121 光接收芯片
3122 电路芯片
A1，A2，A3，A4 开口
AMP1，AMP2，AMP3 放大晶体管
FD1，FD2，FD3 浮动扩散区域
LD 像素驱动线
PD1，PD2 光电二极管
PD3，PD203 有机光电转换元件
RST1，RST2，RST3 复位晶体管
S1，S2 ***
SEL1，SEL2，SEL3 选择晶体管
TRG1，TRG2 传输晶体管
VSL 垂直信号线。

Claims (20)

1.一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件以矩阵形式排列，
其中，每个所述光电转换元件包括：
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为使得二者的主平面彼此面对，
光电转换膜，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间，
半导体层，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且被构造为使得第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面的至少一部分与所述第二电极接触，
绝缘膜，所述绝缘膜布置在所述半导体层内，以及
第三电极，所述第三电极布置在所述绝缘膜内。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极设置有多个开口部，并且所述半导体层的一部分在各所述开口部内延伸。
3.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极和所述第二电极之间的所述绝缘膜的膜厚小于所述第三电极和所述第一电极之间的所述绝缘膜的膜厚。
4.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚小于所述第三电极和所述第一电极之间的所述绝缘膜的膜厚。
5.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚从所述第三电极的上部侧向下部侧减小。
6.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，每个所述光电转换元件还包括第四电极，所述第四电极布置在所述绝缘膜内并且位于所述第三电极和所述第一电极之间。
7.根据权利要求6所述的固态摄像装置，
其中，在与位于所述第三电极的侧壁侧的所述绝缘膜的所述主平面平行的方向上的膜厚小于位于所述第四电极的侧壁侧的所述绝缘膜的膜厚。
8.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述第二电极被分成在不同的区域中面对所述第一电极的多个电极。
9.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，在平行于所述第二电极的所述主平面的方向上的宽度小于在平行于所述第三电极的所述主平面的方向上的宽度。
10.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，在平行于所述半导体层的所述主平面的方向上的宽度从所述第一电极侧向所述第二电极侧减小。
11.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极包括在垂直于所述主平面的方向上排列的多个第五电极。
12.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述第三电极在垂直于所述主平面的方向上被分成多个区域。
13.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述光电转换膜中面向所述第二电极的表面的一部分向所述第二电极突出。
14.根据权利要求13所述的固态摄像装置，
其中，所述第一电极中面向所述第二电极的表面的一部分向所述第二电极突出。
15.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，在与所述半导体层的所述主平面垂直的方向上的组成根据距所述第二电极的距离而变化。
16.根据权利要求1所述的固态摄像装置，还包括：
片上透镜，所述片上透镜隔着所述第一电极布置在与所述第二电极相对的一侧；以及
滤色器，所述滤色器相对于所述片上透镜布置在垂直于所述主平面的方向上并且透射预定波长的光。
17.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述半导体层的至少一部分和所述光电转换膜含有相同的材料。
18.根据权利要求1所述的固态摄像装置，包括：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件布置在垂直于所述主平面的方向上。
19.根据权利要求1所述的固态摄像装置，
其中，所述光电转换膜是有机膜。
20.一种电子设备，所述电子设备包括：
固态摄像装置；
光学***，所述光学***在所述固态摄像装置的光接收面上形成入射光图像；以及
处理器，所述处理器控制所述固态摄像装置，
其中，所述固态摄像装置包括以矩阵形式排列的多个光电转换元件，
每个所述光电转换元件包括：
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为使得二者的主平面彼此面对，
光电转换膜，所述光电转换膜布置在所述第一电极和所述第二电极之间，
半导体层，所述半导体层布置在所述光电转换膜和所述第二电极之间，并且被构造为使得第一表面与所述光电转换膜接触且在与所述第一表面相对的一侧的第二表面的至少一部分与所述第二电极接触，
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117294923A (zh) * 2023-11-23 2023-12-26 基合半导体（宁波）有限公司 可调光圈组件、摄像设备及电子设备

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015153962A (ja) * 2014-02-18 2015-08-24 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
JP2016063156A (ja) 2014-09-19 2016-04-25 株式会社東芝 撮像素子及び固体撮像装置
JP2016201449A (ja) * 2015-04-09 2016-12-01 株式会社東芝 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
JP6711573B2 (ja) * 2015-08-10 2020-06-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子
JP6780421B2 (ja) 2016-03-01 2020-11-04 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、固体撮像装置の駆動方法
JP2018152393A (ja) * 2017-03-10 2018-09-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
JP2019036641A (ja) * 2017-08-16 2019-03-07 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117294923A (zh) * 2023-11-23 2023-12-26 基合半导体（宁波）有限公司 可调光圈组件、摄像设备及电子设备

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