JP2019036641A - 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 - Google Patents
撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019036641A JP2019036641A JP2017157149A JP2017157149A JP2019036641A JP 2019036641 A JP2019036641 A JP 2019036641A JP 2017157149 A JP2017157149 A JP 2017157149A JP 2017157149 A JP2017157149 A JP 2017157149A JP 2019036641 A JP2019036641 A JP 2019036641A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- photoelectric conversion
- imaging device
- semiconductor material
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 860
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 4
- 238000003475 lamination Methods 0.000 title 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 609
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 596
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 544
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 495
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 170
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1082
- 238000000034 method Methods 0.000 description 96
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 77
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 76
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 70
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 56
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 56
- 239000010408 film Substances 0.000 description 50
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 40
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 40
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 38
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 35
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 33
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 23
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 23
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 21
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 20
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- 230000006870 function Effects 0.000 description 17
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 15
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 12
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 12
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 10
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 10
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 9
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- -1 PCBM fullerene compound Chemical class 0.000 description 8
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 8
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910020994 Sn-Zn Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910009069 Sn—Zn Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 6
- PMJMHCXAGMRGBZ-UHFFFAOYSA-N subphthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(=N3)N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C3=N1 PMJMHCXAGMRGBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 5
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NRCMAYZCPIVABH-UHFFFAOYSA-N Quinacridone Chemical class N1C2=CC=CC=C2C(=O)C2=C1C=C1C(=O)C3=CC=CC=C3NC1=C2 NRCMAYZCPIVABH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 150000002460 imidazoles Chemical class 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BCMCBBGGLRIHSE-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzoxazole Chemical class C1=CC=C2OC=NC2=C1 BCMCBBGGLRIHSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 2
- 229920001665 Poly-4-vinylphenol Polymers 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- BSUHXFDAHXCSQL-UHFFFAOYSA-N [Zn+2].[W+4].[O-2].[In+3] Chemical compound [Zn+2].[W+4].[O-2].[In+3] BSUHXFDAHXCSQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000000609 carbazolyl group Chemical class C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3NC12)* 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 125000003709 fluoroalkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATFCOADKYSRZES-UHFFFAOYSA-N indium;oxotungsten Chemical compound [In].[W]=O ATFCOADKYSRZES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000813 microcontact printing Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007645 offset printing Methods 0.000 description 2
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 2
- KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N oxotin;zinc Chemical compound [Zn].[Sn]=O KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000001022 rhodamine dye Substances 0.000 description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 125000000101 thioether group Chemical group 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N trichloro(octadecyl)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- TYHJXGDMRRJCRY-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) tin(4+) Chemical compound [O-2].[Zn+2].[Sn+4].[In+3] TYHJXGDMRRJCRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FCEHBMOGCRZNNI-UHFFFAOYSA-N 1-benzothiophene Chemical class C1=CC=C2SC=CC2=C1 FCEHBMOGCRZNNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YIDSTEJLDQMWBR-UHFFFAOYSA-N 1-isocyanatododecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCN=C=O YIDSTEJLDQMWBR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HYZJCKYKOHLVJF-UHFFFAOYSA-N 1H-benzimidazole Chemical class C1=CC=C2NC=NC2=C1 HYZJCKYKOHLVJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NSMJMUQZRGZMQC-UHFFFAOYSA-N 2-naphthalen-1-yl-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline Chemical class C12=CC=CN=C2C2=NC=CC=C2C2=C1NC(C=1C3=CC=CC=C3C=CC=1)=N2 NSMJMUQZRGZMQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001148 Al-Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005555 GaZnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910000799 K alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 1
- 229910008599 TiW Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- RWBMMASKJODNSV-UHFFFAOYSA-N [1]benzothiolo[2,3-g][1]benzothiole Chemical class C1=CC=C2C3=C(SC=C4)C4=CC=C3SC2=C1 RWBMMASKJODNSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UPEMFLOMQVFMCZ-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[Pm+3].[Pm+3] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[Pm+3].[Pm+3] UPEMFLOMQVFMCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBOYOXRQUWVUFU-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ti+4].[Nb+5] Chemical compound [O-2].[Ti+4].[Nb+5] OBOYOXRQUWVUFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000980 acid dye Substances 0.000 description 1
- 150000001251 acridines Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004442 acylamino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004423 acyloxy group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004390 alkyl sulfonyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004414 alkyl thio group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001454 anthracenes Chemical class 0.000 description 1
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940027991 antiseptic and disinfectant quinoline derivative Drugs 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000008378 aryl ethers Chemical class 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005104 aryl silyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005163 aryl sulfanyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004391 aryl sulfonyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001565 benzotriazoles Chemical class 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical compound [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001846 chrysenes Chemical class 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000001907 coumarones Chemical class 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 1
- 125000006165 cyclic alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 150000004826 dibenzofurans Chemical class 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- WSUTUEIGSOWBJO-UHFFFAOYSA-N dizinc oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zn+2].[Zn+2] WSUTUEIGSOWBJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000469 dry deposition Methods 0.000 description 1
- 229910003440 dysprosium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(iii) oxide Chemical compound O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 229910001940 europium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N europium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Eu+3].[Eu+3] AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002219 fluoranthenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- OWCYYNSBGXMRQN-UHFFFAOYSA-N holmium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ho+3].[Ho+3] OWCYYNSBGXMRQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002537 isoquinolines Chemical class 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 229910003443 lutetium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- SJCKRGFTWFGHGZ-UHFFFAOYSA-N magnesium silver Chemical compound [Mg].[Ag] SJCKRGFTWFGHGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N n'-(3-trimethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002790 naphthalenes Chemical class 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 1
- QJAOYSPHSNGHNC-UHFFFAOYSA-N octadecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCS QJAOYSPHSNGHNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000001181 organosilyl group Chemical group [SiH3]* 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007978 oxazole derivatives Chemical class 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MPARYNQUYZOBJM-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolutetiooxy)lutetium Chemical compound O=[Lu]O[Lu]=O MPARYNQUYZOBJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);praseodymium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Pr+3].[Pr+3] MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);ytterbium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Yb+3].[Yb+3] UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002964 pentacenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 150000002987 phenanthrenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000002988 phenazines Chemical class 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000001420 photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 150000003039 picenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000090 poly(aryl ether) Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- BITYAPCSNKJESK-UHFFFAOYSA-N potassiosodium Chemical compound [Na].[K] BITYAPCSNKJESK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 150000003216 pyrazines Chemical class 0.000 description 1
- 150000003217 pyrazoles Chemical class 0.000 description 1
- 150000003220 pyrenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 description 1
- 229940083082 pyrimidine derivative acting on arteriolar smooth muscle Drugs 0.000 description 1
- 150000003230 pyrimidines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 150000003248 quinolines Chemical class 0.000 description 1
- 150000003252 quinoxalines Chemical class 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004819 silanols Chemical class 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005353 silylalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SCRZPWWVSXWCMC-UHFFFAOYSA-N terbium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Tb+3].[Tb+3] SCRZPWWVSXWCMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003518 tetracenes Chemical class 0.000 description 1
- OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N tetracycline Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N 0.000 description 1
- 150000003536 tetrazoles Chemical class 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007979 thiazole derivatives Chemical class 0.000 description 1
- VJYJJHQEVLEOFL-UHFFFAOYSA-N thieno[3,2-b]thiophene Chemical class S1C=CC2=C1C=CS2 VJYJJHQEVLEOFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 description 1
- ZIKATJAYWZUJPY-UHFFFAOYSA-N thulium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Tm+3].[Tm+3] ZIKATJAYWZUJPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K tri(quinolin-8-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1 TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- VPYJNCGUESNPMV-UHFFFAOYSA-N triallylamine Chemical class C=CCN(CC=C)CC=C VPYJNCGUESNPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003918 triazines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004402 ultra-violet photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
- H10K39/30—Devices controlled by radiation
- H10K39/32—Organic image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14632—Wafer-level processed structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14687—Wafer level processing
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic element specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, covered by group H10K10/00
- H10K19/20—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic element specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, covered by group H10K10/00 comprising components having an active region that includes an inorganic semiconductor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
- H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
Abstract
【課題】光電変換層において発生した信号電荷を速やかに第1電極に転送することができ、しかも、撮像画質の低下を招かない撮像素子を提供する。
【解決手段】撮像素子は、第1電極21、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、第1電極21と光電変換層23Aとの間には、第1電極側から第1半導体材料層23B1及び第2半導体材料層23B2が形成されており、第2半導体材料層23B2は光電変換層23Aに接しており、光電変換部は、更に、絶縁層82、及び、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24を備えており、第1半導体材料層23B1のキャリア移動度をμ1、第2半導体材料層23B2のキャリア移動度をμ2としたとき、μ2<μ1 を満足する。
【選択図】 図1
【解決手段】撮像素子は、第1電極21、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、第1電極21と光電変換層23Aとの間には、第1電極側から第1半導体材料層23B1及び第2半導体材料層23B2が形成されており、第2半導体材料層23B2は光電変換層23Aに接しており、光電変換部は、更に、絶縁層82、及び、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24を備えており、第1半導体材料層23B1のキャリア移動度をμ1、第2半導体材料層23B2のキャリア移動度をμ2としたとき、μ2<μ1 を満足する。
【選択図】 図1
Description
本開示は、撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置に関する。
イメージセンサー等を構成する撮像素子として、近年、積層型撮像素子が着目されている。積層型撮像素子においては、光電変換層(受光層)が2つの電極で挟み込まれた構造を有する。そして、積層型撮像素子にあっては、光電変換に基づき光電変換層において発生した信号電荷を、蓄積し、転送する構造が必要とされる。従来の構造では、信号電荷がFD(Floating Drain)電極に蓄積及び転送される構造が必要とされ、信号電荷が遅延しないように高速な転送が必要とされる。
このような課題を解決するための撮像素子(光電変換素子)が、例えば、特開2016−63165号公報に開示されている。この撮像素子は、
第1の絶縁層上に形成された蓄積電極、
蓄積電極上に形成された第2の絶縁層、
蓄積電極及び第2の絶縁層を覆うように形成された半導体層、
半導体層に接するように形成され、蓄積電極から離れるように形成された捕集電極、
半導体層上に形成された光電変換層、及び、
光電変換層上に形成された上部電極、
を備えている。そして、この特開2016−63165号公報に開示された技術では、半導体層を構成する材料として、例えば、IGZOが挙げられている。
第1の絶縁層上に形成された蓄積電極、
蓄積電極上に形成された第2の絶縁層、
蓄積電極及び第2の絶縁層を覆うように形成された半導体層、
半導体層に接するように形成され、蓄積電極から離れるように形成された捕集電極、
半導体層上に形成された光電変換層、及び、
光電変換層上に形成された上部電極、
を備えている。そして、この特開2016−63165号公報に開示された技術では、半導体層を構成する材料として、例えば、IGZOが挙げられている。
光電変換層に有機半導体材料を用いる撮像素子は、特定の色(波長帯)を光電変換することが可能である。そして、このような特徴を有するが故に、固体撮像装置における撮像素子として用いる場合、オンチップ・カラーフィルタ層(OCCF)と撮像素子との組合せから副画素が成り、副画素が2次元配列されている、従来の固体撮像装置では不可能な、副画素を積層した構造(積層型撮像素子)を得ることが可能である(例えば、特開2011−138927号公報参照)。また、デモザイク処理を必要としないことから、偽色が発生しないといった利点がある。以下の説明において、半導体基板の上あるいは上方に設けられた光電変換部を備えた撮像素子を、便宜上、『第1タイプの撮像素子』と呼び、第1タイプの撮像素子を構成する光電変換部を、便宜上、『第1タイプの光電変換部』と呼び、半導体基板内に設けられた撮像素子を、便宜上、『第2タイプの撮像素子』と呼び、第2タイプの撮像素子を構成する光電変換部を、便宜上、『第2タイプの光電変換部』と呼ぶ場合がある。
図78に従来の積層型撮像素子(積層型固体撮像装置)の構成例を示す。図78に示す例では、半導体基板370内に、第2タイプの撮像素子である第3撮像素子343及び第2撮像素子341を構成する第2タイプの光電変換部である第3光電変換部343A及び第2光電変換部341Aが積層され、形成されている。また、半導体基板370の上方(具体的には、第2撮像素子341の上方)には、第1タイプの光電変換部である第1光電変換部310Aが配置されている。ここで、第1光電変換部310Aは、第1電極321、有機材料から成る光電変換層323、第2電極322を備えており、第1タイプの撮像素子である第1撮像素子310を構成する。第2光電変換部341A及び第3光電変換部343Aにおいては、吸収係数の違いにより、それぞれ、例えば、青色光及び赤色光が光電変換される。また、第1光電変換部310Aにおいては、例えば、緑色光が光電変換される。
第2光電変換部341A及び第3光電変換部343Aにおいて光電変換によって生成した電荷は、これらの第2光電変換部341A及び第3光電変換部343Aに一旦蓄積された後、それぞれ、縦型トランジスタ(ゲート部345を図示する)と転送トランジスタ(ゲート部346を図示する)によって第2浮遊拡散層(Floating Diffusion)FD2及び第3浮遊拡散層FD3に転送され、更に、外部の読み出し回路(図示せず)に出力される。これらのトランジスタ及び浮遊拡散層FD2,FD3も半導体基板370に形成されている。
第1光電変換部310Aにおいて光電変換によって生成した電荷は、コンタクトホール部361、配線層362を介して、半導体基板370に形成された第1浮遊拡散層FD1に蓄積される。また、第1光電変換部310Aは、コンタクトホール部361、配線層362を介して、電荷量を電圧に変換する増幅トランジスタのゲート部352にも接続されている。そして、第1浮遊拡散層FD1は、リセット・トランジスタ(ゲート部351を図示する)の一部を構成している。参照番号371は素子分離領域であり、参照番号372は半導体基板370の表面に形成された酸化膜であり、参照番号376,381は層間絶縁層であり、参照番号383は絶縁層であり、参照番号314はオンチップ・マイクロ・レンズである。
ところで、特開2016−63165号公報に開示された構造の撮像素子にあっては、信号電荷が遅延しないように高速な転送のために、半導体層には高キャリア移動度が要求される。しかしながら、高キャリア移動度を有する半導体層上に光電変換層を直接形成すると、暗電流の増加といった、撮像画質の低下を招く虞がある。
従って、本開示の目的は、光電変換層において発生した信号電荷を速やかに第1電極に転送することができ、しかも、撮像画質の低下を招かない構成、構造を有する撮像素子、並びに、係る撮像素子を備えた積層型撮像素子及び固体撮像装置を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様、第2の態様、第3の態様及び第4の態様に係る撮像素子は、
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えている。
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えている。
そして、本開示の第1の態様に係る撮像素子にあっては、第1半導体材料層の電子移動度をμ1、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ2<μ1 を満足する。
また、本開示の第2の態様に係る撮像素子にあっては、第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する。
更には、本開示の第3の態様に係る撮像素子にあっては、光電変換層の電子移動度をμ0、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ0≦μ2 を満足する。
また、本開示の第4の態様に係る撮像素子にあっては、第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する。
上記の目的を達成するための本開示の積層型撮像素子は、本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子を少なくとも1つ有する。
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様に係る固体撮像装置は、本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子を、複数、備えている。また、上記の目的を達成するための本開示の第2の態様に係る固体撮像装置は、本開示の積層型撮像素子を、複数、備えている。
本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子等(後述する)にあっては、第1電極と光電変換層との間に、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第1半導体材料層の各種特性、第2半導体材料層の各種特性及び光電変換層の各種特性の関係が規定されている。従って、光電変換層において発生した信号電荷を速やかに第1電極に転送することができ、しかも、撮像画質の低下を招き難い。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子、本開示の第2の態様に係る固体撮像装置)
3.実施例2(実施例1の変形)
4.実施例3(実施例1〜実施例2の変形、本開示の第1の態様に係る固体撮像装置)
5.実施例4(実施例1〜実施例3の変形、転送制御用電極を備えた撮像素子)
6.実施例5(実施例1〜実施例4の変形、電荷排出電極を備えた撮像素子)
7.実施例6(実施例1〜実施例5の変形、複数の電荷蓄積用電極セグメントを備えた撮像素子)
8.実施例7(第1構成及び第6構成の撮像素子)
9.実施例8(本開示の第2構成及び第6構成の撮像素子)
10.実施例9(第3構成の撮像素子)
11.実施例10(第4構成の撮像素子)
12.実施例11(第5構成の撮像素子)
13.実施例12(第6構成の撮像素子)
17.実施例13(第1構成〜第2構成の固体撮像装置)
15.実施例14(実施例13の変形)
16.その他
1.本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子、本開示の第2の態様に係る固体撮像装置)
3.実施例2(実施例1の変形)
4.実施例3(実施例1〜実施例2の変形、本開示の第1の態様に係る固体撮像装置)
5.実施例4(実施例1〜実施例3の変形、転送制御用電極を備えた撮像素子)
6.実施例5(実施例1〜実施例4の変形、電荷排出電極を備えた撮像素子)
7.実施例6(実施例1〜実施例5の変形、複数の電荷蓄積用電極セグメントを備えた撮像素子)
8.実施例7(第1構成及び第6構成の撮像素子)
9.実施例8(本開示の第2構成及び第6構成の撮像素子)
10.実施例9(第3構成の撮像素子)
11.実施例10(第4構成の撮像素子)
12.実施例11(第5構成の撮像素子)
13.実施例12(第6構成の撮像素子)
17.実施例13(第1構成〜第2構成の固体撮像装置)
15.実施例14(実施例13の変形)
16.その他
〈本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子、及び本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置、全般に関する説明〉
本開示の第1の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第1の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第1の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第1の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。また、本開示の第2の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第2の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第2の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第2の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。更には、本開示の第3の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第3の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第3の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第3の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。また、本開示の第4の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第4の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第4の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第4の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。更には、本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子等を、総称して、便宜上、『本開示の撮像素子等』と呼ぶ場合がある。また、第1半導体材料層及び第2半導体材料層を、総称して、『半導体材料積層体』と呼ぶ場合があるし、第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層を、総称して、『複合積層体』と呼ぶ場合がある。
本開示の第1の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第1の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第1の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第1の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。また、本開示の第2の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第2の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第2の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第2の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。更には、本開示の第3の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第3の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第3の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第3の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。また、本開示の第4の態様に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子を構成する本開示の第4の態様に係る撮像素子、及び、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を構成する本開示の第4の態様に係る撮像素子を、総称して、便宜上、『本開示の第4の態様に係る撮像素子等』と呼ぶ場合がある。更には、本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子等を、総称して、便宜上、『本開示の撮像素子等』と呼ぶ場合がある。また、第1半導体材料層及び第2半導体材料層を、総称して、『半導体材料積層体』と呼ぶ場合があるし、第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層を、総称して、『複合積層体』と呼ぶ場合がある。
本開示の第1の態様に係る撮像素子等と本開示の第2の態様に係る撮像素子等を組み合わせることができる。即ち、本開示の第1の態様に係る撮像素子等にあっては、第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する形態とすることができる。更には、この場合、本開示の第1の態様に係る撮像素子等と本開示の第2の態様に係る撮像素子等と本開示の第3の態様に係る撮像素子等を更に組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する形態とすることができる。あるいは又、この場合、本開示の第1の態様に係る撮像素子等と本開示の第2の態様に係る撮像素子等と本開示の第4の態様に係る撮像素子等を更に組み合わせることができるし、本開示の第1の態様に係る撮像素子等と本開示の第2の態様に係る撮像素子等と本開示の第3の態様に係る撮像素子等と本開示の第4の態様に係る撮像素子等を更に組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
あるいは又、本開示の第1の態様に係る撮像素子等と本開示の第3の態様に係る撮像素子等を組み合わせることができる。即ち、本開示の第1の態様に係る撮像素子等にあっては、光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する形態とすることができる。更には、この場合、本開示の第1の態様に係る撮像素子等と本開示の第3の態様に係る撮像素子等と本開示の第4の態様に係る撮像素子等を更に組み合わせることができるし、あるいは又、本開示の第1の態様に係る撮像素子等と本開示の第4の態様に係る撮像素子等を組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
本開示の第2の態様に係る撮像素子等と本開示の第3の態様に係る撮像素子等を組み合わせることができる。即ち、本開示の第2の態様に係る撮像素子等にあっては、光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する形態とすることができる。更には、この場合、本開示の第2の態様に係る撮像素子等と本開示の第3の態様に係る撮像素子等と本開示の第4の態様に係る撮像素子等を更に組み合わせることができるし、あるいは又、本開示の第2の態様に係る撮像素子等と本開示の第4の態様に係る撮像素子等を組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
本開示の第3の態様に係る撮像素子等と本開示の第4の態様に係る撮像素子等を組み合わせることができる。即ち、本開示の第3の態様に係る撮像素子等にあっては、第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
本開示の撮像素子等において、第1半導体材料層は非晶質である(例えば、局所的に結晶構造を持たない非晶質である)ことが望ましい。第1半導体材料層が非晶質であるか否かは、X線回折分析に基づき決定することができる。
上記の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子等において、第1半導体材料層は、複合酸化物(あるいは入射光に対して透明な導電性を有する無機酸化物半導体材料)から構成することができ、具体的には、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(IGZO)から成る構成とすることができるし、インジウム、タングステン、スズ及び亜鉛から成る群から選択された少なくとも2種類の元素から構成されている形態とすることができる。即ち、具体的には、第1半導体材料層は、酸化インジウムにタングステン(W)を添加した材料であるインジウム−タングステン酸化物(IWO)、酸化インジウムにタングステン(W)及び亜鉛(Zn)を添加した材料であるインジウム−タングステン−亜鉛酸化物(IWZO)、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムを添加したインジウム−亜鉛酸化物(IZO)、酸化インジウムに錫(Sn)及び亜鉛(Zn)を添加した材料であるインジウム−スズ−亜鉛酸化物(ITZO)、又は、亜鉛−スズ酸化物(ZTO)から成る構成とすることができる。より具体的には、第1半導体材料層は、In−W酸化物から成り、又は、In−Sn酸化物、In−Zn酸化物、又は、W−Sn酸化物、又は、W−Zn酸化物、又は、Sn−Zn酸化物、又は、In−W−Sn酸化物、又は、In−W−Zn酸化物、又は、In−Sn−Zn酸化物、又は、In−W−Sn−Zn酸化物から成る。IWOにあっては、インジウム酸化物とタングステン酸化物の合計質量を100質量%としたとき、タングステン酸化物の質量割合は10質量%乃至30質量%であることが好ましい。更には、IWZOにあっては、インジウム酸化物とタングステン酸化物とZn酸化物の合計質量を100質量%としたとき、タングステン酸化物の質量割合は2質量%乃至15質量%、Zn酸化物の質量割合は1質量%乃至3質量%であることが好ましい。また、ITZOにあっては、インジウム酸化物とZn酸化物とSn酸化物の合計質量を100質量%としたとき、タングステン酸化物の質量割合は3質量%乃至10質量%、錫酸化物の質量割合は10質量%乃至17質量%であることが好ましい。但し、これらの値に限定するものではない。あるいは又、第1半導体材料層を構成する材料を、透明電極を構成する透明導電材料(後述する)から、適宜、選択してもよい。
第2半導体材料層を構成する材料は、上記の第1半導体材料層を構成する材料から、適宜、選択すればよいし、後述する光電変換層を構成する材料から、適宜、選択してもよい。
第1半導体材料層は、単層構成であってもよいし、多層構成であってもよい。あるいは又、後述する電荷蓄積用電極の上方に位置する第1半導体材料層を構成する材料と、第1電極の上方に位置する第1半導体材料層を構成する材料とを、異ならせてもよい。第2半導体材料層も、単層構成であってもよいし、多層構成であってもよい。
第1半導体材料層は、例えば、異なるターゲットを使用して、複数回のスパッタリングを行うスパッタリング法に基づき成膜することができるし、コ・スパッタリング法に基づき成膜することができるし、成膜時の酸素ガス流量を変化させてスパッタリング法に基づき成膜することができる。具体的には、スパッタリング装置として、平行平板スパッタリング装置あるいはDCマグネトロンスパッタリング装置を用いる。そして、プロセスガスとしてアルゴン(Ar)ガスを使用し、IGZO焼結体や、InZnO焼結体、InWO焼結体等の所望の焼結体をターゲットとして用いたスパッタリング法を例示することができる。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等において、第1半導体材料層と第2半導体材料層の厚さ合計(半導体材料積層体の厚さ)は、2×10-8m乃至1×10-7mである形態とすることができる。また、第1半導体材料層の厚さをT1、第2半導体材料層の厚さをT2としたとき、限定するものではないが、0.04≦T2/T1≦0.7を例示することができる。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様〜第4の態様に係る撮像素子等において、第2電極から光が入射し、光電変換層と第2半導体材料層との界面における第2半導体材料層の表面粗さRaは1.5nm以下であり、第2半導体材料層の二乗平均平方根粗さRqの値は2.5nm以下である形態とすることができる。表面粗さRa,Rqは、JIS B0601:2013の規定に基づく。このような光電変換層と第2半導体材料層との界面における第2半導体材料層の平滑性は第2半導体材料層における表面散乱反射を抑制し、光電変換における明電流特性の向上を図ることができる。後述する電荷蓄積用電極の表面粗さRaは1.5nm以下であり、電荷蓄積用電極の二乗平均平方根粗さRqの値は2.5nm以下である形態とすることができる。
本開示の撮像素子等にあっては、第1半導体材料層及び第2半導体材料層の、波長400nm乃至660nmの光に対する光透過率は65%以上であることが好ましい。また、後述する電荷蓄積用電極の、波長400nm乃至660nmの光に対する光透過率も65%以上であることが好ましい。電荷蓄積用電極のシート抵抗値は3×10Ω/□乃至1×103Ω/□であることが好ましい。
図78に示した従来の撮像素子において、第2光電変換部341A及び第3光電変換部343Aにおいて光電変換によって生成した電荷は、第2光電変換部341A及び第3光電変換部343Aに一旦蓄積された後、第2浮遊拡散層FD2及び第3浮遊拡散層FD3に転送される。それ故、第2光電変換部341A及び第3光電変換部343Aを完全空乏化することができる。しかしながら、第1光電変換部310Aにおいて光電変換によって生成した電荷は、直接、第1浮遊拡散層FD1に蓄積される。それ故、第1光電変換部310Aを完全空乏化することは困難である。そして、以上の結果、kTCノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化し、撮像画質の低下をもたらす虞がある。
然るに、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えているので、光電変換部に光が照射され、光電変換部において光電変換されるとき、第1半導体材料層(あるいは、第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層)に電荷を蓄えることができる。それ故、露光開始時、電荷蓄積部を完全空乏化し、電荷を消去することが可能となる。その結果、kTCノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化し、撮像画質の低下をもたらすといった現象の発生を抑制することができる。
尚、光電変換部に光が照射され、光電変換部において光電変換されることで生成した電荷は、主に、第1半導体材料層に蓄積されるが、場合によっては、第1半導体材料層及び第2半導体材料層(半導体材料積層体)に蓄積される場合もあるし、場合によっては、第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層(複合積層体)に蓄積される場合もある。以下の説明においても同様である。
本開示の撮像素子等にあっては、
半導体基板を更に備えており、
光電変換部は、半導体基板の上方に配置されている形態とすることができる。尚、第1電極、電荷蓄積用電極及び第2電極は、後述する駆動回路に接続されている。
半導体基板を更に備えており、
光電変換部は、半導体基板の上方に配置されている形態とすることができる。尚、第1電極、電荷蓄積用電極及び第2電極は、後述する駆動回路に接続されている。
光入射側に位置する第2電極は、複数の撮像素子において共通化されていてもよい。即ち、第2電極を所謂ベタ電極とすることができる。光電変換層及び第2半導体材料層は、複数の撮像素子において共通化されていてもよいし、即ち、複数の撮像素子において1層の光電変換層及び1層の第2半導体材料層が形成されていてもよいし、撮像素子毎に設けられていてもよい。第1半導体材料層は、撮像素子毎に設けられていることが好ましいが、場合によっては、複数の撮像素子において共通化されていてもよい。即ち、例えば、後述する電荷移動制御電極を撮像素子と撮像素子との間に設けることで、複数の撮像素子において1層の第1半導体材料層が形成されていてもよい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等において、第1電極は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、第1半導体材料層と接続されている形態とすることができる。あるいは又、第1半導体材料層(あるいは、半導体材料積層体)は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、第1電極と接続されている形態とすることができ、この場合、
第1電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
開口部の底面には第1電極が露出しており、
第1電極の頂面と接する絶縁層の面を第1面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、開口部の側面は、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する形態とすることができ、更には、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する開口部の側面は、電荷蓄積用電極側に位置する形態とすることができる。
第1電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
開口部の底面には第1電極が露出しており、
第1電極の頂面と接する絶縁層の面を第1面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、開口部の側面は、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する形態とすることができ、更には、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する開口部の側面は、電荷蓄積用電極側に位置する形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等において、
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極及び電荷蓄積用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を経由して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12≧V11、且つ、V22<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12≦V11、且つ、V22>V21
である。
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極及び電荷蓄積用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を経由して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12≧V11、且つ、V22<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12≦V11、且つ、V22>V21
である。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等にあっては、第1電極と電荷蓄積用電極との間に、第1電極及び電荷蓄積用電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された転送制御用電極(電荷転送電極)を更に備えている形態とすることができる。このような形態の本開示の撮像素子等を、便宜上、『本開示の転送制御用電極を備えた撮像素子等』と呼ぶ。
そして、本開示の転送制御用電極を備えた撮像素子等にあっては、
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び転送制御用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、転送制御用電極に電位V13が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、転送制御用電極に電位V23が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12>V13、且つ、V22≦V23≦V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12<V13、且つ、V22≧V23≧V21
である。
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び転送制御用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、転送制御用電極に電位V13が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、転送制御用電極に電位V23が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12>V13、且つ、V22≦V23≦V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12<V13、且つ、V22≧V23≧V21
である。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等にあっては、第1半導体材料層に接続され、第1電極及び電荷蓄積用電極と離間して配置された電荷排出電極を更に備えている形態とすることができる。このような形態の本開示の撮像素子等を、便宜上、『本開示の電荷排出電極を備えた撮像素子等』と呼ぶ。そして、本開示の電荷排出電極を備えた撮像素子等において、電荷排出電極は、第1電極及び電荷蓄積用電極を取り囲むように(即ち、額縁状に)配置されている形態とすることができる。電荷排出電極は、複数の撮像素子において共有化(共通化)することができる。そして、この場合、
第1半導体材料層は、絶縁層に設けられた第2開口部内を延在し、電荷排出電極と接続されており、
電荷排出電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
第2開口部の底面には電荷排出電極が露出しており、
電荷排出電極の頂面と接する絶縁層の面を第3面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、第2開口部の側面は、第3面から第2面に向かって広がる傾斜を有する形態とすることができる。
第1半導体材料層は、絶縁層に設けられた第2開口部内を延在し、電荷排出電極と接続されており、
電荷排出電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
第2開口部の底面には電荷排出電極が露出しており、
電荷排出電極の頂面と接する絶縁層の面を第3面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、第2開口部の側面は、第3面から第2面に向かって広がる傾斜を有する形態とすることができる。
更には、本開示の電荷排出電極を備えた撮像素子等にあっては、
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、電荷排出電極に電位V14が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、電荷排出電極に電位V24が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V14>V11、且つ、V24<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V14<V11、且つ、V24>V21
である。
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、電荷排出電極に電位V14が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、電荷排出電極に電位V24が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される構成とすることができる。但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V14>V11、且つ、V24<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V14<V11、且つ、V24>V21
である。
更には、本開示の撮像素子等における以上に説明した各種の好ましい形態、構成において、電荷蓄積用電極は、複数の電荷蓄積用電極セグメントから構成されている形態とすることができる。このような形態の本開示の撮像素子等を、便宜上、『本開示の複数の電荷蓄積用電極セグメントを備えた撮像素子等』と呼ぶ。電荷蓄積用電極セグメントの数は、2以上であればよい。そして、本開示の複数の電荷蓄積用電極セグメントを備えた撮像素子等にあっては、N個の電荷蓄積用電極セグメントのそれぞれに、異なる電位を加える場合、
第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第1番目の光電変換部セグメント)に印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第N番目の光電変換部セグメント)に印加される電位よりも高く、
第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第1番目の光電変換部セグメント)に印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第N番目の光電変換部セグメント)に印加される電位よりも低い形態とすることができる。
第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第1番目の光電変換部セグメント)に印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第N番目の光電変換部セグメント)に印加される電位よりも高く、
第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第1番目の光電変換部セグメント)に印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント(第N番目の光電変換部セグメント)に印加される電位よりも低い形態とすることができる。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等において、
半導体基板には、制御部を構成する少なくとも浮遊拡散層及び増幅トランジスタが設けられており、
第1電極は、浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部に接続されている構成とすることができる。そして、この場合、更には、
半導体基板には、更に、制御部を構成するリセット・トランジスタ及び選択トランジスタが設けられており、
浮遊拡散層は、リセット・トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、
増幅トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、選択トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、選択トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は信号線に接続されている構成とすることができる。
半導体基板には、制御部を構成する少なくとも浮遊拡散層及び増幅トランジスタが設けられており、
第1電極は、浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部に接続されている構成とすることができる。そして、この場合、更には、
半導体基板には、更に、制御部を構成するリセット・トランジスタ及び選択トランジスタが設けられており、
浮遊拡散層は、リセット・トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、
増幅トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、選択トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、選択トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は信号線に接続されている構成とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等において、電荷蓄積用電極の大きさは第1電極よりも大きい形態とすることができる。電荷蓄積用電極の面積をS1’、第1電極の面積をS1としたとき、限定するものではないが、
4≦S1’/S1
を満足することが好ましい。
4≦S1’/S1
を満足することが好ましい。
あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の撮像素子等の変形例として、以下に説明する第1構成〜第6構成の撮像素子を挙げることができる。即ち、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の撮像素子等における第1構成〜第6構成の撮像素子において、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層(複合積層体)は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
第1構成〜第3構成の撮像素子にあっては、電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第4構成〜第5構成の撮像素子にあっては、電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置する。ここで、『光電変換層セグメント』とは、上述したとおり、複合積層体から成るセグメントを指す。
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層(複合積層体)は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
第1構成〜第3構成の撮像素子にあっては、電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第4構成〜第5構成の撮像素子にあっては、電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置する。ここで、『光電変換層セグメント』とは、上述したとおり、複合積層体から成るセグメントを指す。
そして、第1構成の撮像素子にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化している。また、第2構成の撮像素子にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化している。尚、光電変換層セグメントにおいて、光電変換層の部分の厚さを変化させ、半導体材料積層体の部分の厚さを一定として、光電変換層セグメントの厚さを変化させてもよいし、光電変換層の部分の厚さを一定とし、半導体材料積層体の部分の厚さを変化させて、光電変換層セグメントの厚さを変化させてもよいし、光電変換層の部分の厚さを変化させ、半導体材料積層体の部分の厚さを変化させて、光電変換層セグメントの厚さを変化させてもよい。更には、第3構成の撮像素子にあっては、隣接する光電変換部セグメントにおいて、絶縁層セグメントを構成する材料が異なる。また、第4構成の撮像素子にあっては、隣接する光電変換部セグメントにおいて、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なる。更には、第5構成の撮像素子にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっている。面積は、連続的に小さくなっていてもよいし、階段状に小さくなっていてもよい。
あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の撮像素子等における第6構成の撮像素子において、電荷蓄積用電極と絶縁層と半導体材料積層体と光電変換層の積層方向をZ方向、第1電極から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と半導体材料積層体と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する。断面積の変化は、連続的な変化であってもよいし、階段状の変化であってもよい。
第1構成〜第2構成の撮像素子において、N個の光電変換層セグメントは連続して設けられており、N個の絶縁層セグメントも連続して設けられており、N個の電荷蓄積用電極セグメントも連続して設けられている。第3構成〜第5構成の撮像素子において、N個の光電変換層セグメントは連続して設けられている。また、第4構成、第5構成の撮像素子において、N個の絶縁層セグメントは連続して設けられている一方、第3構成の撮像素子において、N個の絶縁層セグメントは、光電変換部セグメントのそれぞれに対応して設けられている。更には、第4構成〜第5構成の撮像素子において、場合によっては、第3構成の撮像素子において、N個の電荷蓄積用電極セグメントは、光電変換部セグメントのそれぞれに対応して設けられている。そして第1構成〜第6構成の撮像素子にあっては、電荷蓄積用電極セグメントの全てに同じ電位が加えられる。あるいは又、第4構成〜第5構成の撮像素子において、場合によっては、第3構成の撮像素子において、N個の電荷蓄積用電極セグメントのそれぞれに、異なる電位を加えてもよい。
第1構成〜第6構成の撮像素子から成る本開示の撮像素子等にあっては、絶縁層セグメントの厚さが規定され、あるいは又、光電変換層セグメントの厚さが規定され、あるいは又、絶縁層セグメントを構成する材料が異なり、あるいは又、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なり、あるいは又、電荷蓄積用電極セグメントの面積が規定され、あるいは又、積層部分の断面積が規定されているので、一種の電荷転送勾配が形成され、光電変換によって生成した電荷を、一層容易に、且つ、確実に、第1電極へ転送することが可能となる。そして、その結果、残像の発生や転送残しの発生を防止することができる。
第1構成〜第5構成の撮像素子にあっては、nの値が大きい光電変換部セグメントほど第1電極から離れて位置するが、第1電極から離れて位置するか否かは、X方向を基準として判断する。また、第6構成の撮像素子にあっては、第1電極から離れる方向をX方向としているが、『X方向』を以下のとおり、定義する。即ち、撮像素子あるいは積層型撮像素子が複数配列された画素領域は、2次元アレイ状に、即ち、X方向及びY方向に規則的に複数配列された画素から構成される。画素の平面形状を矩形とした場合、第1電極に最も近い辺が延びる方向をY方向とし、Y方向と直交する方向をX方向とする。あるいは又、画素の平面形状を任意の形状とした場合、第1電極に最も近い線分や曲線が含まれる全体的な方向をY方向とし、Y方向と直交する方向をX方向とする。
以下、第1構成〜第6構成の撮像素子に関して、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合についての説明を行う。
第1構成の撮像素子にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化しているが、絶縁層セグメントの厚さは、漸次、厚くなっていることが好ましく、これによって、一種の電荷転送勾配が形成される。そして、電荷蓄積期間において、|V12|≧|V11|といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメントの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメントよりも、多くの電荷を蓄積することができるし、強い電界が加わり、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れを確実に防止することができる。また、電荷転送期間において、|V22|<|V21|といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメントから第n番目の光電変換部セグメントへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
第2構成の撮像素子にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化しているが、光電変換層セグメントの厚さは、漸次、厚くなっていることが好ましく、これによって、一種の電荷転送勾配が形成される。そして、電荷蓄積期間においてV12≧V11といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメントの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメントよりも強い電界が加わり、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れを確実に防止することができる。また、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメントから第n番目の光電変換部セグメントへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
第3構成の撮像素子にあっては、隣接する光電変換部セグメントにおいて、絶縁層セグメントを構成する材料が異なり、これによって、一種の電荷転送勾配が形成されるが、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントを構成する材料の比誘電率の値が、漸次、小さくなることが好ましい。そして、このような構成を採用することで、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメントの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメントよりも多くの電荷を蓄積することができる。また、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメントから第n番目の光電変換部セグメントへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
第4構成の撮像素子にあっては、隣接する光電変換部セグメントにおいて、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なり、これによって、一種の電荷転送勾配が形成されるが、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントを構成する材料の仕事関数の値が、漸次、大きくなることが好ましい。そして、このような構成を採用することで、電圧の正負に依存すること無く、信号電荷転送に有利な電位勾配を形成することができる。
第5構成の撮像素子にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっており、これによって、一種の電荷転送勾配が形成されるので、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメントの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメントよりも多くの電荷を蓄積することができる。また、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメントから第n番目の光電変換部セグメントへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
第6構成の撮像素子において、積層部分の断面積は第1電極からの距離に依存して変化し、これによって、一種の電荷転送勾配が形成される。具体的には、積層部分の断面の厚さを一定とし、積層部分の断面の幅を第1電極から離れるほど狭くする構成を採用すれば、第5構成の撮像素子において説明したと同様に、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第1電極に近い領域の方が、遠い領域よりも多くの電荷を蓄積することができる。従って、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1電極に近い領域から第1電極への電荷の流れ、遠い領域から近い領域への電荷の流れを、確実に確保することができる。一方、積層部分の断面の幅を一定とし、積層部分の断面の厚さ、具体的には、絶縁層セグメントの厚さを、漸次、厚くする構成を採用すれば、第1構成の撮像素子において説明したと同様に、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第1電極に近い領域の方が、遠い領域よりも、多くの電荷を蓄積することができるし、強い電界が加わり、第1電極に近い領域から第1電極への電荷の流れを確実に防止することができる。そして、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1電極に近い領域から第1電極への電荷の流れ、遠い領域から近い領域への電荷の流れを、確実に確保することができる。また、光電変換層セグメントの厚さを、漸次、厚くする構成を採用すれば、第2構成の撮像素子において説明したと同様に、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第1電極に近い領域の方が、遠い領域よりも強い電界が加わり、第1電極に近い領域から第1電極への電荷の流れを確実に防止することができる。そして、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1電極に近い領域から第1電極への電荷の流れ、遠い領域から近い領域への電荷の流れを、確実に確保することができる。
本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置の変形例として、
第1構成〜第6構成の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置とすることができる。このような構成の固体撮像装置を、便宜上、『第1構成の固体撮像装置』と呼ぶ。あるいは又、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置の変形例として、
第1構成〜第6構成の撮像素子、あるいは又、第1構成〜第6構成の撮像素子を少なくとも1つ有する積層型撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子あるいは積層型撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子あるいは積層型撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置とすることができる。このような構成の固体撮像装置を、便宜上、『第2構成の固体撮像装置』と呼ぶ。そして、このように撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極を共有化すれば、撮像素子が複数配列された画素領域における構成、構造を簡素化、微細化することができる。
第1構成〜第6構成の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置とすることができる。このような構成の固体撮像装置を、便宜上、『第1構成の固体撮像装置』と呼ぶ。あるいは又、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置の変形例として、
第1構成〜第6構成の撮像素子、あるいは又、第1構成〜第6構成の撮像素子を少なくとも1つ有する積層型撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子あるいは積層型撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子あるいは積層型撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置とすることができる。このような構成の固体撮像装置を、便宜上、『第2構成の固体撮像装置』と呼ぶ。そして、このように撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極を共有化すれば、撮像素子が複数配列された画素領域における構成、構造を簡素化、微細化することができる。
第1構成〜第2構成の固体撮像装置にあっては、複数の撮像素子(1つの撮像素子ブロック)に対して1つの浮遊拡散層が設けられる。ここで、1つの浮遊拡散層に対して設けられる複数の撮像素子は、後述する第1タイプの撮像素子の複数から構成されていてもよいし、少なくとも1つの第1タイプの撮像素子と、1又は2以上の後述する第2タイプの撮像素子とから構成されていてもよい。そして、電荷転送期間のタイミングを適切に制御することで、複数の撮像素子が1つの浮遊拡散層を共有することが可能となる。複数の撮像素子は連係して動作させられ、後述する駆動回路には撮像素子ブロックとして接続されている。即ち、撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子が1つの駆動回路に接続されている。但し、電荷蓄積用電極の制御は、撮像素子毎に行われる。また、複数の撮像素子が1つのコンタクトホール部を共有することが可能である。複数の撮像素子で共有された第1電極と、各撮像素子の電荷蓄積用電極の配置関係は、第1電極が、各撮像素子の電荷蓄積用電極に隣接して配置されている場合もある。あるいは又、第1電極が、複数の撮像素子の一部の電荷蓄積用電極に隣接して配置されており、複数の撮像素子の残りの電荷蓄積用電極とは隣接して配置されてはいない場合もあり、この場合には、複数の撮像素子の残りから第1電極への電荷の移動は、複数の撮像素子の一部を経由した移動となる。撮像素子を構成する電荷蓄積用電極と撮像素子を構成する電荷蓄積用電極との間の距離(便宜上、『距離A』と呼ぶ)は、第1電極に隣接した撮像素子における第1電極と電荷蓄積用電極との間の距離(便宜上、『距離B』と呼ぶ)よりも長いことが、各撮像素子から第1電極への電荷の移動を確実なものとするために好ましい。また、第1電極から離れて位置する撮像素子ほど、距離Aの値を大きくすることが好ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等において、第2電極側から光が入射し、第2電極よりの光入射側には遮光層が形成されている形態とすることができる。あるいは又、第2電極側から光が入射し、第1電極(場合によっては、第1電極及び転送制御用電極)には光が入射しない形態とすることができる。そして、この場合、第2電極よりの光入射側であって、第1電極(場合によっては、第1電極及び転送制御用電極)の上方には遮光層が形成されている構成とすることができるし、あるいは又、電荷蓄積用電極及び第2電極の上方にはオンチップ・マイクロ・レンズが設けられており、オンチップ・マイクロ・レンズに入射する光は、電荷蓄積用電極に集光される構成とすることができる。ここで、遮光層は、第2電極の光入射側の面よりも上方に配設されてもよいし、第2電極の光入射側の面の上に配設されてもよい。場合によっては、第2電極に遮光層が形成されていてもよい。遮光層を構成する材料として、クロム(Cr)や銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、光を通さない樹脂(例えば、ポリイミド樹脂)を例示することができる。
本開示の撮像素子等として、具体的には、青色光(425nm乃至495nmの光)を吸収する光電変換層あるいは光電変換部(便宜上、『第1タイプの青色光用光電変換層』あるいは『第1タイプの青色光用光電変換部』と呼ぶ)を備えた青色光に感度を有する撮像素子(便宜上、『第1タイプの青色光用撮像素子』と呼ぶ)、緑色光(495nm乃至570nmの光)を吸収する光電変換層あるいは光電変換部(便宜上、『第1タイプの緑色光用光電変換層』あるいは『第1タイプの緑色光用光電変換部』と呼ぶ)を備えた緑色光に感度を有する撮像素子(便宜上、『第1タイプの緑色光用撮像素子』と呼ぶ)、赤色光(620nm乃至750nmの光)を吸収する光電変換層あるいは光電変換部(便宜上、『第1タイプの赤色光用光電変換層』あるいは『第1タイプの赤色光用光電変換部』と呼ぶ)を備えた赤色光に感度を有する撮像素子(便宜上、『第1タイプの赤色光用撮像素子』と呼ぶ)を挙げることができる。また、電荷蓄積用電極を備えていない従来の撮像素子であって、青色光に感度を有する撮像素子を、便宜上、『第2タイプの青色光用撮像素子』と呼び、緑色光に感度を有する撮像素子を、便宜上、『第2タイプの緑色光用撮像素子』と呼び、赤色光に感度を有する撮像素子を、便宜上、『第2タイプの赤色光用撮像素子』と呼び、第2タイプの青色光用撮像素子を構成する光電変換層あるいは光電変換部を、便宜上、『第2タイプの青色光用光電変換層』あるいは『第2タイプの青色光用光電変換部』と呼び、第2タイプの緑色光用撮像素子を構成する光電変換層あるいは光電変換部を、便宜上、『第2タイプの緑色光用光電変換層』あるいは『第2タイプの緑色光用光電変換部』と呼び、第2タイプの赤色光用撮像素子を構成する光電変換層あるいは光電変換部を、便宜上、『第2タイプの赤色光用光電変換層』あるいは『第2タイプの赤色光用光電変換部』と呼ぶ。
電荷蓄積用電極を備えた積層型撮像素子は、具体的には、例えば、
[A]第1タイプの青色光用光電変換部、第1タイプの緑色光用光電変換部及び第1タイプの赤色光用光電変換部が、垂直方向に積層され、
第1タイプの青色光用撮像素子、第1タイプの緑色光用撮像素子及び第1タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[B]第1タイプの青色光用光電変換部及び第1タイプの緑色光用光電変換部が、垂直方向に積層され、
これらの2層の第1タイプの光電変換部の下方に、第2タイプの赤色光用光電変換部が配置され、
第1タイプの青色光用撮像素子、第1タイプの緑色光用撮像素子及び第2タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[C]第1タイプの緑色光用光電変換部の下方に、第2タイプの青色光用光電変換部及び第2タイプの赤色光用光電変換部が配置され、
第1タイプの緑色光用撮像素子、第2タイプの青色光用撮像素子及び第2タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[D]第1タイプの青色光用光電変換部の下方に、第2タイプの緑色光用光電変換部及び第2タイプの赤色光用光電変換部が配置され、
第1タイプの青色光用撮像素子、第2タイプの緑色光用撮像素子及び第2タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
を挙げることができる。これらの撮像素子の光電変換部の垂直方向における配置順は、光入射方向から青色光用光電変換部、緑色光用光電変換部、赤色光用光電変換部の順、あるいは、光入射方向から緑色光用光電変換部、青色光用光電変換部、赤色光用光電変換部の順であることが好ましい。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。赤色は3色の中では最も長い波長であるので、光入射面から見て赤色光用光電変換部を最下層に位置させることが好ましい。これらの撮像素子の積層構造によって、1つの画素が構成される。また、第1タイプの近赤外光用光電変換部(あるいは、赤外光用光電変換部)を備えていてもよい。ここで、第1タイプの赤外光用光電変換部の光電変換層は、例えば、有機系材料から構成され、第1タイプの撮像素子の積層構造の最下層であって、第2タイプの撮像素子よりも上に配置することが好ましい。あるいは又、第1タイプの光電変換部の下方に、第2タイプの近赤外光用光電変換部(あるいは、赤外光用光電変換部)を備えていてもよい。
[A]第1タイプの青色光用光電変換部、第1タイプの緑色光用光電変換部及び第1タイプの赤色光用光電変換部が、垂直方向に積層され、
第1タイプの青色光用撮像素子、第1タイプの緑色光用撮像素子及び第1タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[B]第1タイプの青色光用光電変換部及び第1タイプの緑色光用光電変換部が、垂直方向に積層され、
これらの2層の第1タイプの光電変換部の下方に、第2タイプの赤色光用光電変換部が配置され、
第1タイプの青色光用撮像素子、第1タイプの緑色光用撮像素子及び第2タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[C]第1タイプの緑色光用光電変換部の下方に、第2タイプの青色光用光電変換部及び第2タイプの赤色光用光電変換部が配置され、
第1タイプの緑色光用撮像素子、第2タイプの青色光用撮像素子及び第2タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
[D]第1タイプの青色光用光電変換部の下方に、第2タイプの緑色光用光電変換部及び第2タイプの赤色光用光電変換部が配置され、
第1タイプの青色光用撮像素子、第2タイプの緑色光用撮像素子及び第2タイプの赤色光用撮像素子の制御部のそれぞれが、半導体基板に設けられた構成、構造
を挙げることができる。これらの撮像素子の光電変換部の垂直方向における配置順は、光入射方向から青色光用光電変換部、緑色光用光電変換部、赤色光用光電変換部の順、あるいは、光入射方向から緑色光用光電変換部、青色光用光電変換部、赤色光用光電変換部の順であることが好ましい。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。赤色は3色の中では最も長い波長であるので、光入射面から見て赤色光用光電変換部を最下層に位置させることが好ましい。これらの撮像素子の積層構造によって、1つの画素が構成される。また、第1タイプの近赤外光用光電変換部(あるいは、赤外光用光電変換部)を備えていてもよい。ここで、第1タイプの赤外光用光電変換部の光電変換層は、例えば、有機系材料から構成され、第1タイプの撮像素子の積層構造の最下層であって、第2タイプの撮像素子よりも上に配置することが好ましい。あるいは又、第1タイプの光電変換部の下方に、第2タイプの近赤外光用光電変換部(あるいは、赤外光用光電変換部)を備えていてもよい。
第1タイプの撮像素子にあっては、例えば、第1電極が、半導体基板の上に設けられた層間絶縁層上に形成されている。半導体基板に形成された撮像素子は、裏面照射型とすることもできるし、表面照射型とすることもできる。
光電変換層を有機系材料から構成する場合、光電変換層を、
(1)p型有機半導体から構成する。
(2)n型有機半導体から構成する。
(3)p型有機半導体層/n型有機半導体層の積層構造から構成する。p型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)/n型有機半導体層の積層構造から構成する。p型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)の積層構造から構成する。n型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)の積層構造から構成する。
(4)p型有機半導体とn型有機半導体の混合(バルクヘテロ構造)から構成する。
の4態様のいずれかとすることができる。但し、積層順は任意に入れ替えた構成とすることができる。
(1)p型有機半導体から構成する。
(2)n型有機半導体から構成する。
(3)p型有機半導体層/n型有機半導体層の積層構造から構成する。p型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)/n型有機半導体層の積層構造から構成する。p型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)の積層構造から構成する。n型有機半導体層/p型有機半導体とn型有機半導体との混合層(バルクヘテロ構造)の積層構造から構成する。
(4)p型有機半導体とn型有機半導体の混合(バルクヘテロ構造)から構成する。
の4態様のいずれかとすることができる。但し、積層順は任意に入れ替えた構成とすることができる。
p型有機半導体として、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。n型有機半導体として、フラーレン及びフラーレン誘導体〈例えば、C60や、C70,C74等のフラーレン(高次フラーレン)、内包フラーレン等)又はフラーレン誘導体(例えば、フラーレンフッ化物やPCBMフラーレン化合物、フラーレン多量体等)〉、p型有機半導体よりもHOMO及びLUMOが大きい(深い)有機半導体、透明な無機金属酸化物を挙げることができる。n型有機半導体として、具体的には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。フラーレン誘導体に含まれる基等として、ハロゲン原子;直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基;直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基;ハロゲン化物を有する基;パーシャルフルオロアルキル基;パーフルオロアルキル基;シリルアルキル基;シリルアルコキシ基;アリールシリル基;アリールスルファニル基;アルキルスルファニル基;アリールスルホニル基;アルキルスルホニル基;アリールスルフィド基;アルキルスルフィド基;アミノ基;アルキルアミノ基;アリールアミノ基;ヒドロキシ基;アルコキシ基;アシルアミノ基;アシルオキシ基;カルボニル基;カルボキシ基;カルボキソアミド基;カルボアルコキシ基;アシル基;スルホニル基;シアノ基;ニトロ基;カルコゲン化物を有する基;ホスフィン基;ホスホン基;これらの誘導体を挙げることができる。有機系材料から構成された光電変換層(『有機光電変換層』と呼ぶ場合がある)の厚さは、限定するものではないが、例えば、1×10-8m乃至5×10-7m、好ましくは2.5×10-8m乃至3×10-7m、より好ましくは2.5×10-8m乃至2×10-7m、一層好ましくは1×10-7m乃至1.8×10-7mを例示することができる。尚、有機半導体は、p型、n型と分類されることが多いが、p型とは正孔を輸送し易いという意味であり、n型とは電子を輸送し易いという意味であり、無機半導体のように熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているという解釈に限定されない。
あるいは又、緑色光を光電変換する有機光電変換層を構成する材料として、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素(サブフタロシアニン誘導体)等を挙げることができるし、青色光を光電変換する有機光電変換層を構成する材料として、例えば、クマリン酸色素、トリス−8−ヒドリキシキノリアルミニウム(Alq3)、メラシアニン系色素等を挙げることができるし、赤色光を光電変換する有機光電変換層を構成する材料として、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素(サブフタロシアニン誘導体)を挙げることができる。
あるいは又、光電変換層を構成する無機系材料として、結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、結晶セレン、アモルファスセレン、及び、カルコパライト系化合物であるCIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2、AgInSe2、あるいは又、III−V族化合物であるGaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、更には、CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等の化合物半導体を挙げることができる。加えて、これらの材料から成る量子ドットを光電変換層に使用することも可能である。
本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置、第1構成〜第2構成の固体撮像装置によって、単板式カラー固体撮像装置を構成することができる。
積層型撮像素子を備えた本開示の第2の態様に係る固体撮像装置にあっては、ベイヤ配列の撮像素子を備えた固体撮像装置と異なり(即ち、カラーフィルタ層を用いて青色、緑色、赤色の分光を行うのではなく)、同一画素内で光の入射方向において、複数種の波長の光に対して感度を有する撮像素子を積層して1つの画素を構成するので、感度の向上及び単位体積当たりの画素密度の向上を図ることができる。また、有機系材料は吸収係数が高いため、有機光電変換層の膜厚を従来のSi系光電変換層と比較して薄くすることができ、隣接画素からの光漏れや、光の入射角の制限が緩和される。更には、従来のSi系撮像素子では3色の画素間で補間処理を行って色信号を作成するために偽色が生じるが、積層型撮像素子を備えた本開示の第2の態様に係る固体撮像装置にあっては、偽色の発生が抑えられる。有機光電変換層それ自体がカラーフィルタ層としても機能するので、カラーフィルタ層を配設しなくとも色分離が可能である。
一方、本開示の第1の態様に係る固体撮像装置にあっては、カラーフィルタ層を用いることで、青色、緑色、赤色の分光特性への要求を緩和することができるし、また、高い量産性を有する。本開示の第1の態様に係る固体撮像装置における撮像素子の配列として、ベイヤ配列の他、インターライン配列、GストライプRB市松配列、GストライプRB完全市松配列、市松補色配列、ストライプ配列、斜めストライプ配列、原色色差配列、フィールド色差順次配列、フレーム色差順次配列、MOS型配列、改良MOS型配列、フレームインターリーブ配列、フィールドインターリーブ配列を挙げることができる。ここで、1つの撮像素子によって1つの画素(あるいは副画素)が構成される。
カラーフィルタ層(波長選択手段)として、赤色、緑色、青色だけでなく、場合によっては、シアン色、マゼンダ色、黄色等の特定波長を透過させるフィルタ層を挙げることができる。カラーフィルタ層を、顔料や染料等の有機化合物を用いた有機材料系のカラーフィルタ層から構成するだけでなく、フォトニック結晶や、プラズモンを応用した波長選択素子(導体薄膜に格子状の穴構造を設けた導体格子構造を有するカラーフィルタ層。例えば、特開2008−177191号公報参照)、アモルファスシリコン等の無機材料から成る薄膜から構成することもできる。
本開示の撮像素子等が複数配列された画素領域は、2次元アレイ状に規則的に複数配列された画素から構成される。画素領域は、通常、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅して駆動回路に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域(光学的黒画素領域(OPB)とも呼ばれる)とから構成されている。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に配置されている。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像素子等において、光が照射され、光電変換層で光電変換が生じ、正孔(ホール)と電子がキャリア分離される。そして、正孔が取り出される電極を陽極、電子が取り出される電極を陰極とする。第1電極が陰極を構成し、第2電極が陽極を構成する場合もあるし、逆に、第1電極が陽極を構成し、第2電極が陰極を構成する場合もある。
第1電極、電荷蓄積用電極、転送制御用電極、電荷排出電極及び第2電極は透明導電材料から成る構成とすることができる。第1電極、電荷蓄積用電極、転送制御用電極及び電荷排出電極を総称して、『第1電極等』と呼ぶ場合がある。あるいは又、本開示の撮像素子等が、例えばベイヤ配列のように平面に配される場合には、第2電極は透明導電材料から成り、第1電極等は金属材料から成る構成とすることができ、この場合、具体的には、光入射側に位置する第2電極は透明導電材料から成り、第1電極等は、例えば、Al−Nd(アルミニウム及びネオジウムの合金)又はASC(アルミニウム、サマリウム及び銅の合金)から成る構成とすることができる。透明導電材料から成る電極を『透明電極』と呼ぶ場合がある。ここで、ここで、透明導電材料のバンドギャップエネルギーは、2.5eV以上、好ましくは3.1eV以上であることが望ましい。透明電極を構成する透明導電材料として、導電性のある金属酸化物を挙げることができ、具体的には、酸化インジウム、インジウム−錫酸化物(ITO,Indium Tin Oxide,SnドープのIn2O3、結晶性ITO及びアモルファスITOを含む)、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムを添加したインジウム−亜鉛酸化物(IZO,Indium Zinc Oxide)、酸化ガリウムにドーパントとしてインジウムを添加したインジウム−ガリウム酸化物(IGO)、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムとガリウムを添加したインジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(IGZO,In−GaZnO4)、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムと錫を添加したインジウム−錫−亜鉛酸化物(ITZO)、IFO(FドープのIn2O3)、酸化錫(SnO2)、ATO(SbドープのSnO2)、FTO(FドープのSnO2)、酸化亜鉛(他元素をドープしたZnOを含む)、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウムを添加したアルミニウム−亜鉛酸化物(AZO)、酸化亜鉛にドーパントとしてガリウムを添加したガリウム−亜鉛酸化物(GZO)、酸化チタン(TiO2)、酸化チタンにドーパントとしてニオブを添加したニオブ−チタン酸化物(TNO)、酸化アンチモン、スピネル型酸化物、YbFe2O4構造を有する酸化物を例示することができる。あるいは又、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明電極を挙げることができる。透明電極の厚さとして、2×10-8m乃至2×10-7m、好ましくは3×10-8m乃至1×10-7mを挙げることができる。第1電極が透明性を要求される場合、製造プロセスの簡素化といった観点から、電荷排出電極も透明導電材料から構成することが好ましい。
あるいは又、透明性が不要である場合、正孔を取り出す電極としての機能を有する陽極を構成する導電材料として、高仕事関数(例えば、φ=4.5eV〜5.5eV)を有する導電材料から構成することが好ましく、具体的には、金(Au)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、鉄(Fe)、イリジウム(Ir)、ゲルマニウム(Ge)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、テルル(Te)を例示することができる。一方、電子を取り出す電極としての機能を有する陰極を構成する導電材料として、低仕事関数(例えば、φ=3.5eV〜4.5eV)を有する導電材料から構成することが好ましく、具体的には、アルカリ金属(例えばLi、Na、K等)及びそのフッ化物又は酸化物、アルカリ土類金属(例えばMg、Ca等)及びそのフッ化物又は酸化物、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、タリウム(Tl)、ナトリウム−カリウム合金、アルミニウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテリビウム等の希土類金属、あるいは、これらの合金を挙げることができる。あるいは又、陽極や陰極を構成する材料として、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、インジウム(In)、錫(Sn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン、炭素系材料、酸化物半導体材料、カーボン・ナノ・チューブ、グラフェン等の導電性材料を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、陽極や陰極を構成する材料として、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]といった有機材料(導電性高分子)を挙げることもできる。また、これらの導電性材料をバインダー(高分子)に混合してペースト又はインクとしたものを硬化させ、電極として用いてもよい。
第1電極等や第2電極(陰極や陽極)の成膜方法として、あるいは又、第1半導体材料層(場合によっては、更に、第2半導体材料層)の成膜方法として、乾式法あるいは湿式法を用いることが可能である。乾式法として、物理的気相成長法(PVD法)及び化学的気相成長法(CVD法)を挙げることができる。PVD法の原理を用いた成膜方法として、抵抗加熱あるいは高周波加熱を用いた真空蒸着法、EB(電子ビーム)蒸着法、各種スパッタリング法(マグネトロンスパッタリング法、RF−DC結合形バイアススパッタリング法、ECRスパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法)、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、分子線エピタキシー法、レーザ転写法を挙げることができる。また、CVD法として、プラズマCVD法、熱CVD法、有機金属(MO)CVD法、光CVD法を挙げることができる。一方、湿式法として、電解メッキ法や無電解メッキ法、スピンコート法、インクジェット法、スプレーコート法、スタンプ法、マイクロコンタクトプリント法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、ディップ法等の方法を挙げることができる。パターニング法として、シャドーマスク、レーザ転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザ等による物理的エッチング等を挙げることができる。第1電極等や第2電極の平坦化技術として、レーザ平坦化法、リフロー法、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等を用いることができる。
絶縁層を構成する材料として、酸化ケイ素系材料;窒化ケイ素(SiNY);酸化アルミニウム(Al2O3)等の金属酸化物高誘電絶縁材料に例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート(PMMA);ポリビニルフェノール(PVP);ポリビニルアルコール(PVA);ポリイミド;ポリカーボネート(PC);ポリエチレンテレフタレート(PET);ポリスチレン;N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAPTMS)、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)等のシラノール誘導体(シランカップリング剤);ノボラック型フェノール樹脂;フッ素系樹脂;オクタデカンチオール、ドデシルイソシアネイト等の一端に制御電極と結合可能な官能基を有する直鎖炭化水素類にて例示される有機系絶縁材料(有機ポリマー)を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。酸化ケイ素系材料として、酸化シリコン(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、低誘電率絶縁材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を例示することができる。絶縁層は、単層構成とすることもできるし、複数層(例えば、2層)が積層された構成とすることもできる。後者の場合、少なくとも電荷蓄積用電極の上、及び、電荷蓄積用電極と第1電極との間の領域に、絶縁層・下層を形成し、絶縁層・下層に平坦化処理を施すことで少なくとも電荷蓄積用電極と第1電極との間の領域に絶縁層・下層を残し、残された絶縁層・下層及び電荷蓄積用電極の上に絶縁層・上層を形成すればよく、これによって、絶縁層の平坦化を確実に達成することができる。各種層間絶縁層や絶縁材料膜を構成する材料も、これらの材料から適宜選択すればよい。
制御部を構成する浮遊拡散層、増幅トランジスタ、リセット・トランジスタ及び選択トランジスタの構成、構造は、従来の浮遊拡散層、増幅トランジスタ、リセット・トランジスタ及び選択トランジスタの構成、構造と同様とすることができる。駆動回路も周知の構成、構造とすることができる。
第1電極は、浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部に接続されているが、第1電極と浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部との接続のためにコンタクトホール部を形成すればよい。コンタクトホール部を構成する材料として、不純物がドーピングされたポリシリコンや、タングステン、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2、MoSi2等の高融点金属や金属シリサイド、これらの材料から成る層の積層構造(例えば、Ti/TiN/W)を例示することができる。
第1半導体材料層と第1電極との間に、第1キャリアブロッキング層を設けてもよいし、有機光電変換層と第2電極との間に、第2キャリアブロッキング層を設けてもよい。また、第1キャリアブロッキング層と第1電極との間に第1電荷注入層を設けてもよいし、第2キャリアブロッキング層と第2電極との間に第2電荷注入層を設けてもよい。例えば、電子注入層を構成する材料として、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)といったアルカリ金属及びそのフッ化物や酸化物、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)といったアルカリ土類金属及びそのフッ化物や酸化物を挙げることができる。
各種有機層の成膜方法として、乾式成膜法及び湿式成膜法を挙げることができる。乾式成膜法として、抵抗加熱あるいは高周波加熱、電子ビーム加熱を用いた真空蒸着法、フラッシュ蒸着法、プラズマ蒸着法、EB蒸着法、各種スパッタリング法(2極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、RF−DC結合形バイアススパッタリング法、ECRスパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法)、DC(Direct Current)法、RF法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法や反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、分子線エピタキシー法、レーザ転写法、分子線エピタキシー法(MBE法)を挙げることができる。また、CVD法として、プラズマCVD法、熱CVD法、MOCVD法、光CVD法を挙げることができる。一方、湿式法として、具体的には、スピンコート法;浸漬法;キャスト法;マイクロコンタクトプリント法;ドロップキャスト法;スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法といった各種印刷法;スタンプ法;スプレー法;エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法を例示することができる。塗布法においては、溶媒として、トルエン、クロロホルム、ヘキサン、エタノールといった無極性又は極性の低い有機溶媒を例示することができる。パターニング法として、シャドーマスク、レーザ転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザ等による物理的エッチング等を挙げることができる。各種有機層の平坦化技術として、レーザ平坦化法、リフロー法等を用いることができる。
以上に説明した第1構成〜第6構成の撮像素子の2種類あるいはそれ以上を、所望に応じて、適宜、組み合わせることができる。
撮像素子あるいは固体撮像装置には、前述したとおり、必要に応じて、オンチップ・マイクロ・レンズや遮光層を設けてもよいし、撮像素子を駆動するための駆動回路や配線が設けられている。必要に応じて、撮像素子への光の入射を制御するためのシャッターを配設してもよいし、固体撮像装置の目的に応じて光学カットフィルタを具備してもよい。
また、第1構成〜第2構成の固体撮像装置にあっては、1つの本開示の撮像素子等の上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズが配設されている形態とすることができるし、あるいは又、2つの本開示の撮像素子等から撮像素子ブロックが構成されており、撮像素子ブロックの上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズが配設されている形態とすることができる。
例えば、固体撮像装置を読出し用集積回路(ROIC)と積層する場合、読出し用集積回路及び銅(Cu)から成る接続部が形成された駆動用基板と、接続部が形成された撮像素子とを、接続部同士が接するように重ね合わせ、接続部同士を接合することで、積層することができるし、接続部同士をハンダバンプ等を用いて接合することもできる。
また、本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置を駆動するための駆動方法にあっては、
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に電荷を蓄積しながら、第1電極における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に蓄積された電荷を第1電極に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子において第1電極に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す固体撮像装置の駆動方法とすることができる。
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に電荷を蓄積しながら、第1電極における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に蓄積された電荷を第1電極に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子において第1電極に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す固体撮像装置の駆動方法とすることができる。
このような固体撮像装置の駆動方法にあっては、各撮像素子は、第2電極側から入射した光が第1電極には入射しない構造を有し、全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に電荷を蓄積しながら、第1電極における電荷を系外に排出するので、全撮像素子において同時に第1電極のリセットを確実に行うことができる。そして、その後、全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に蓄積された電荷を第1電極に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子において第1電極に転送された電荷を読み出す。それ故、所謂グローバルシャッター機能を容易に実現することができる。
本開示の撮像素子として、CCD素子、CMOSイメージセンサー、CIS(Contact Image Sensor)、CMD(Charge Modulation Device)型の信号増幅型イメージセンサーを挙げることができる。本開示の第1の態様〜第2の態様に係る固体撮像装置、第1構成〜第2構成の固体撮像装置から、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダ、監視カメラ、車両搭載用カメラ、スマートホン用カメラ、ゲーム用のユーザーインターフェースカメラ、生体認証用カメラを構成することができる。
実施例1は、本開示の第1の態様〜実施例4に係る撮像素子、本開示の積層型撮像素子及び本開示の第2の態様に係る固体撮像装置に関する。実施例1の撮像素子及び積層型撮像素子(以下、これらを総称して、『撮像素子等』と呼ぶ場合がある)の模式的な一部断面図を図1に示し、実施例1の撮像素子等の等価回路図を図2及び図3に示し、実施例1の撮像素子等の光電変換部を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図4に示し、実施例1の撮像素子等の動作時の各部位における電位の状態を模式的に図5に示し、実施例1の撮像素子等の各部位を説明するための等価回路図を図6Aに示す。また、実施例1の撮像素子等の光電変換部を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極の模式的な配置図を図7に示し、第1電極、電荷蓄積用電極、第2電極及びコンタクトホール部の模式的な透視斜視図を図8に示す。更には、実施例1の固体撮像装置の概念図を図76に示す。尚、図2、図3、図6A、図6B、図6C、図9、図17、図18、図29、図30、図66A、図66B、図66Cにおいては、第1半導体材料層及び第2半導体材料層を1層で表示した。
実施例1の撮像素子の撮像素子は、第1電極21、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、第1電極21と光電変換層23Aとの間には、第1電極側から第1半導体材料層23B1及び第2半導体材料層23B2が形成されており、第2半導体材料層23B2は光電変換層23Aに接しており、光電変換部は、更に、絶縁層82、及び、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24を備えている。光は第2電極側から入射する。尚、図面においては、第1半導体材料層23B1及び第2半導体材料層23B2の半導体材料積層体を参照番号23Bで表す場合がある。
実施例1においては、
[A]第1半導体材料層23B1の電子移動度μ1と、第2半導体材料層23B2の電子移動度μ2との関係
[B]第2半導体材料層23B2のイオン化ポテンシャルIP2と、光電変換層23Aのイオン化ポテンシャルIP0との関係
[C]光電変換層23Aの電子移動度μ0と、第2半導体材料層23B2の電子移動度μ2との関係
[D]第1半導体材料層23B1の電子親和力EA1と、第2半導体材料層23B2の電子親和力EA2と、光電変換層23Aの電子親和力EA0との関係
を調べるために、以下の試料を作製した。
[A]第1半導体材料層23B1の電子移動度μ1と、第2半導体材料層23B2の電子移動度μ2との関係
[B]第2半導体材料層23B2のイオン化ポテンシャルIP2と、光電変換層23Aのイオン化ポテンシャルIP0との関係
[C]光電変換層23Aの電子移動度μ0と、第2半導体材料層23B2の電子移動度μ2との関係
[D]第1半導体材料層23B1の電子親和力EA1と、第2半導体材料層23B2の電子親和力EA2と、光電変換層23Aの電子親和力EA0との関係
を調べるために、以下の試料を作製した。
即ち、SiO2層上にITOから成る第1電極を形成した。そして、第1電極上にスパッタリング法を用いて、厚さ100nmのIGZOから成る第1半導体材料層を形成した。次いで、第1半導体材料層をアニール処理することによって第1半導体材料層を空乏化させた後、真空蒸着法を用いて、各種半導体材料から成る厚さ10nmの第2半導体材料層、バルクヘテロ構造を有する各種有機半導体材料から成る厚さ230nmの光電変換層、厚さ10nmの酸化モリブデン層を順に積層し、更に、スパッタリング法に基づき、厚さ50nmのITOから成る第2電極を形成した。そして、第2電極を低抵抗化するためにアニール処理を施した。
こうして得られた各種試料の第1半導体材料層の電子移動度をホール測定法に基づき測定し、光電変換層及び第2半導体材料層の電子移動度を、単一キャリア素子を作製し、空間電荷制限電流法に基づき測定した。また、第2半導体材料層及び光電変換層を構成する材料のイオン化ポテンシャルを紫外線光電子分光法を用いて計測した。電子親和力は、紫外線光電子分光法により求めたイオン化ポテンシャルと吸収分光測定によって得られた光学バンドギャップとを用いて算出することができる。また、こうして得られた各種試料の暗電流を、窒素雰囲気下、半導体パラメータアナライザを用いて計測した。量子効率の値は、励起波長550nm、照射強度5マイクロワット/cm2、逆バイアス印加電圧1ボルトとして求めた。光応答性の評価は、波長550nmの光を試料に10ミリ秒照射し、光遮断後の光電流値が光照射時の光電流値の10%になるまでの時間を応答時間として評価した。光応答性の評価においても、量子効率の測定と同様に、逆バイアス印可電圧1ボルトとした。
実施例1A、実施例1B、実施例1C及び実施例1D、並びに、比較例1A及び比較例1Cにおける第1半導体材料層及び第2半導体材料層の電子移動度μ1,μ2(単位:cm2/V・s)と暗電流の測定結果を、以下の表1に示す。尚、暗電流の測定結果は、比較例1Aの暗電流の測定結果を「1」としたときの相対値である。実施例1A〜実施例1D、比較例1A、比較例1Cにおいて、第1半導体材料層を、上述したとおり、IGZOから構成した。また、実施例1A〜実施例1D、比較例1Cにおいては、上述したとおり、第2半導体材料層を形成したが、比較例1Aにおいては、第2半導体材料層を形成していない。
実施例1E、実施例1F、実施例1G及び実施例1H、並びに、比較例1A及び比較例1Dにおける第2半導体材料層及び光電変換層のイオン化ポテンシャルIP2,IP0(単位:eV)と暗電流の測定結果を、以下の表1に示す。尚、暗電流の測定結果は、比較例1Aの暗電流の測定結果を「1」としたときの相対値である。実施例1E〜実施例1H、比較例1A、比較例1Dにおいて、第1半導体材料層を、上述したとおり、IGZOから構成した。また、実施例1E〜実施例1H、比較例1Dにおいては、上述したとおり、第2半導体材料層を形成したが、比較例1Aにおいては、第2半導体材料層を形成していない。
実施例1J、実施例1K、実施例1L及び実施例1M、並びに、比較例1B及び比較例1Eにおける第2半導体材料層及び光電変換層の電子移動度μ2,μ0と光応答性及び量子効率の測定結果を、以下の表1に示す。尚、光応答性及び量子効率の測定結果は、比較例1Bの光応答性及び量子効率の測定結果を「1」としたときの相対値である。実施例1J〜実施例1M、比較例1B、比較例1Eにおいて、第1半導体材料層を、上述したとおり、IGZOから構成した。また、実施例1J〜実施例1M、比較例1Eにおいては、上述したとおり、第2半導体材料層を形成したが、比較例1Bにおいては、第2半導体材料層を形成していない。
実施例1N、実施例1P及び実施例1Q、並びに、比較例1B、比較例1F及び比較例1Gにおける第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層の電子親和力EA1,EA2,EA0(単位:eV)と光応答性及び量子効率との測定結果を、以下の表1に示す。尚、光応答性及び量子効率の測定結果は、比較例1Bの光応答性及び量子効率の測定結果を「1」としたときの相対値である。実施例1N、実施例1P、実施例1Q、比較例1B、比較例1F及び比較例1Gにおいて、第1半導体材料層を、上述したとおり、IGZOから構成した。また、実施例1N、実施例1P、実施例1Q、比較例1F、比較例1Gにおいては、上述したとおり、第2半導体材料層を形成したが、比較例1Bにおいては、第2半導体材料層を形成していない。
〈表1〉
実施例1A、実施例1B、実施例1C及び実施例1D、並びに、比較例1A及び比較例1Cを比較すると、第1半導体材料層23B1の電子移動度μ1、第2半導体材料層23B2の電子移動度μ2が、μ2<μ1 を満足するとき、暗電流の低下を図ることができた一方、比較例1Cでは、μ2>μ1 であり、暗電流が増加した。
実施例1E、実施例1F、実施例1G及び実施例1H、並びに、比較例1A及び比較例1Dを比較すると、第2半導体材料層及び光電変換層のイオン化ポテンシャルIP2,IP0が、IP0<IP2 を満足するとき、暗電流の低下を図ることができた一方、比較例1Dでは、IP0>IP2 であり、暗電流が増加した。また、実施例1A、実施例1B、実施例1C及び実施例1Dにおいても、IP0<IP2 を満足し、暗電流の低下を図ることができた。
実施例1J、実施例1K、実施例1L及び実施例1M、並びに、比較例1B及び比較例1Eを比較すると、光電変換層23A及び第2半導体材料層23B2の電子移動度μ0,μ2が、μ0≦μ2 を満足するとき、光応答性の向上、量子効率の向上を図ることができた一方、比較例1Eでは、μ0>μ2 であり、光応答性の向上、量子効率の向上を図ることができなかった。また、実施例1A、実施例1B、実施例1C、実施例1D、実施例1E、実施例1F、実施例1G及び実施例1Hにおいても、有効数字1桁としたとき、μ0≦μ2 を満足し、光応答性の向上、量子効率の向上を図ることができた。
実施例1N、実施例1P及び実施例1Q、並びに、比較例1B、比較例1F及び比較例1Gを比較すると、第1半導体材料層23B1の電子親和力、第2半導体材料層23B2の電子親和力、光電変換層23Aの電子親和力EA1,EA2,EA0が、EA0≦EA2≦EA1 を満足するとき、光応答性の向上、量子効率の向上を図ることができた一方、比較例1Fでは、EA2>EA1 であり、比較例1Gでは、EA0>EA2 であり、光応答性の向上、量子効率の向上を図ることができなかった。
実施例1の撮像素子にあっては、本開示の第1の態様に係る撮像素子と本開示の第2の態様に係る撮像素子を組み合わせることができる。即ち、実施例1の撮像素子にあっては、第2半導体材料層23B2のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層23Aのイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する形態とすることができる。更には、この場合、本開示の第1の態様に係る撮像素子と本開示の第2の態様に係る撮像素子と本開示の第3の態様に係る撮像素子を更に組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、光電変換層23Aの電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する形態とすることができる。あるいは又、この場合、本開示の第1の態様に係る撮像素子と本開示の第2の態様に係る撮像素子と本開示の第4の態様に係る撮像素子を更に組み合わせることができるし、本開示の第1の態様に係る撮像素子と本開示の第2の態様に係る撮像素子と本開示の第3の態様に係る撮像素子と本開示の第4の態様に係る撮像素子を更に組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、第1半導体材料層23B1の電子親和力をEA1、第2半導体材料層23B2の電子親和力をEA2、光電変換層23Aの電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
あるいは又、実施例1の撮像素子にあっては、本開示の第1の態様に係る撮像素子と本開示の第3の態様に係る撮像素子を組み合わせることができる。即ち、本開示の第1の態様に係る撮像素子にあっては、光電変換層23Aの電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する形態とすることができる。更には、この場合、本開示の第1の態様に係る撮像素子と本開示の第3の態様に係る撮像素子と本開示の第4の態様に係る撮像素子を更に組み合わせることができるし、あるいは又、本開示の第1の態様に係る撮像素子と本開示の第4の態様に係る撮像素子を組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、第1半導体材料層23B1の電子親和力をEA1、第2半導体材料層23B2の電子親和力をEA2、光電変換層23Aの電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
あるいは又、実施例1の撮像素子にあっては、本開示の第2の態様に係る撮像素子と本開示の第3の態様に係る撮像素子を組み合わせることができる。即ち、本開示の第2の態様に係る撮像素子にあっては、光電変換層23Aの電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する形態とすることができる。更には、この場合、本開示の第2の態様に係る撮像素子と本開示の第3の態様に係る撮像素子と本開示の第4の態様に係る撮像素子を更に組み合わせることができるし、あるいは又、本開示の第2の態様に係る撮像素子と本開示の第4の態様に係る撮像素子を組み合わせることができる。即ち、このような形態にあっては、第1半導体材料層23B1の電子親和力をEA1、第2半導体材料層23B2の電子親和力をEA2、光電変換層23Aの電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
あるいは又、実施例1の撮像素子にあっては、本開示の第3の態様に係る撮像素子と本開示の第4の態様に係る撮像素子を組み合わせることができる。即ち、本開示の第3の態様に係る撮像素子にあっては、第1半導体材料層23B1の電子親和力をEA1、第2半導体材料層23B2の電子親和力をEA2、光電変換層23Aの電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する形態とすることができる。
また、実施例1の撮像素子において、第1半導体材料層23B1は、X線回折分析によれば、非晶質であった。即ち、例えば、局所的に結晶構造を持たない非晶質であった。
実施例1の積層型撮像素子は、実施例1の撮像素子を少なくとも1つ有する。また、実施例1の固体撮像装置は、実施例1の積層型撮像素子を、複数、備えている。そして、実施例1の固体撮像装置から、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダ、監視カメラ、車両搭載用カメラ(車載カメラ)、スマートホン用カメラ、ゲーム用のユーザーインターフェースカメラ、生体認証用カメラ等が構成されている。
以下、実施例1の撮像素子等、固体撮像装置の具体的な説明を行う。
実施例1の撮像素子等は、半導体基板(より具体的には、シリコン半導体層)70を更に備えており、光電変換部は、半導体基板70の上方に配置されている。また、半導体基板70に設けられ、第1電極21及び第2電極22が接続された駆動回路を有する制御部を更に備えている。ここで、半導体基板70における光入射面を上方とし、半導体基板70の反対側を下方とする。半導体基板70の下方には複数の配線から成る配線層62が設けられている。
半導体基板70には、制御部を構成する少なくとも浮遊拡散層FD1及び増幅トランジスタTR1ampが設けられており、第1電極21は、浮遊拡散層FD1及び増幅トランジスタTR1ampのゲート部に接続されている。半導体基板70には、更に、制御部を構成するリセット・トランジスタTR1rst及び選択トランジスタTR1selが設けられている。浮遊拡散層FD1は、リセット・トランジスタTR1rstの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、増幅トランジスタTR1ampの一方のソース/ドレイン領域は、選択トランジスタTR1selの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、選択トランジスタTR1selの他方のソース/ドレイン領域は信号線VSL1に接続されている。これらの増幅トランジスタTR1amp、リセット・トランジスタTR1rst及び選択トランジスタTR1selは、駆動回路を構成する。
具体的には、実施例1の撮像素子等は、裏面照射型の撮像素子であり、緑色光を吸収する第1タイプの緑色光用光電変換層を備えた緑色光に感度を有する第1タイプの実施例1の緑色光用撮像素子(以下、『第1撮像素子』と呼ぶ)、青色光を吸収する第2タイプの青色光用光電変換層を備えた青色光に感度を有する第2タイプの従来の青色光用撮像素子(以下、『第2撮像素子』と呼ぶ)、赤色光を吸収する第2タイプの赤色光用光電変換層を備えた赤色光に感度を有する第2タイプの従来の赤色光用撮像素子(以下、『第3撮像素子』と呼ぶ)の3つの撮像素子が積層された構造を有する。ここで、赤色光用撮像素子(第3撮像素子)及び青色光用撮像素子(第2撮像素子)は半導体基板70内に設けられており、第2撮像素子の方が第3撮像素子よりも光入射側に位置する。また、緑色光用撮像素子(第1撮像素子)は、青色光用撮像素子(第2撮像素子)の上方に設けられている。第1撮像素子、第2撮像素子及び第3撮像素子の積層構造によって、1画素が構成される。カラーフィルタ層は設けられていない。
第1撮像素子にあっては、層間絶縁層81上に、第1電極21及び電荷蓄積用電極24が、離間して形成されている。層間絶縁層81及び電荷蓄積用電極24は、絶縁層82によって覆われている。絶縁層82上には半導体材料積層体23B(第1半導体材料層23B1及び第2半導体材料層23B2)並びに光電変換層23Aが形成され、光電変換層23A上には第2電極22が形成されている。第2電極22を含む全面には、絶縁層83が形成されており、絶縁層83上にオンチップ・マイクロ・レンズ14が設けられている。第1電極21、電荷蓄積用電極24及び第2電極22は、例えば、ITO(仕事関数:約4.4eV)から成る透明電極から構成されている。第1半導体材料層23B1は、例えば、IGZOやIWZO、IWO、ZTO、ITZOから成り、第2半導体材料層23B2は、無機又は有機の半導体材料から成る。光電変換層23Aは、少なくとも緑色光に感度を有する周知の有機光電変換材料(例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等の有機系材料)を含む層から構成されている。層間絶縁層81や絶縁層82,83は、周知の絶縁材料(例えば、SiO2やSiN)から構成されている。第1半導体材料層23B1と第1電極21とは、絶縁層82に設けられた接続部67によって接続されている。接続部67内には、半導体材料積層体23Bが延在している。即ち、第1半導体材料層23B1は、絶縁層82に設けられた開口部85内を延在し、第1電極21と接続されている。
電荷蓄積用電極24は駆動回路に接続されている。具体的には、電荷蓄積用電極24は、層間絶縁層81内に設けられた接続孔66、パッド部64及び配線VOAを介して、駆動回路を構成する垂直駆動回路112に接続されている。
電荷蓄積用電極24の大きさは第1電極21よりも大きい。電荷蓄積用電極24の面積をS1’、第1電極21の面積をS1としたとき、限定するものではないが、
4≦S1’/S1
を満足することが好ましく、実施例1にあっては、限定するものではないが、例えば、
S1’/S1=8
とした。尚、後述する実施例7〜実施例10にあっては、3つの光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3)の大きさを同じ大きさとし、平面形状も同じとした。
4≦S1’/S1
を満足することが好ましく、実施例1にあっては、限定するものではないが、例えば、
S1’/S1=8
とした。尚、後述する実施例7〜実施例10にあっては、3つの光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3)の大きさを同じ大きさとし、平面形状も同じとした。
半導体基板70の第1面(おもて面)70Aの側には素子分離領域71が形成され、また、半導体基板70の第1面70Aには酸化膜72が形成されている。更には、半導体基板70の第1面側には、第1撮像素子の制御部を構成するリセット・トランジスタTR1rst、増幅トランジスタTR1amp及び選択トランジスタTR1selが設けられ、更に、第1浮遊拡散層FD1が設けられている。
リセット・トランジスタTR1rstは、ゲート部51、チャネル形成領域51A、及び、ソース/ドレイン領域51B,51Cから構成されている。リセット・トランジスタTR1rstのゲート部51はリセット線RST1に接続され、リセット・トランジスタTR1rstの一方のソース/ドレイン領域51Cは、第1浮遊拡散層FD1を兼ねており、他方のソース/ドレイン領域51Bは、電源VDDに接続されている。
第1電極21は、層間絶縁層81内に設けられた接続孔65、パッド部63、半導体基板70及び層間絶縁層76に形成されたコンタクトホール部61、層間絶縁層76に形成された配線層62を介して、リセット・トランジスタTR1rstの一方のソース/ドレイン領域51C(第1浮遊拡散層FD1)に接続されている。
増幅トランジスタTR1ampは、ゲート部52、チャネル形成領域52A、及び、ソース/ドレイン領域52B,52Cから構成されている。ゲート部52は配線層62を介して、第1電極21及びリセット・トランジスタTR1rstの一方のソース/ドレイン領域51C(第1浮遊拡散層FD1)に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域52Bは、電源VDDに接続されている。
選択トランジスタTR1selは、ゲート部53、チャネル形成領域53A、及び、ソース/ドレイン領域53B,53Cから構成されている。ゲート部53は、選択線SEL1に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域53Bは、増幅トランジスタTR1ampを構成する他方のソース/ドレイン領域52Cと領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域53Cは、信号線(データ出力線)VSL1(117)に接続されている。
第2撮像素子は、半導体基板70に設けられたn型半導体領域41を光電変換層として備えている。縦型トランジスタから成る転送トランジスタTR2trsのゲート部45が、n型半導体領域41まで延びており、且つ、転送ゲート線TG2に接続されている。また、転送トランジスタTR2trsのゲート部45の近傍の半導体基板70の領域45Cには、第2浮遊拡散層FD2が設けられている。n型半導体領域41に蓄積された電荷は、ゲート部45に沿って形成される転送チャネルを介して第2浮遊拡散層FD2に読み出される。
第2撮像素子にあっては、更に、半導体基板70の第1面側に、第2撮像素子の制御部を構成するリセット・トランジスタTR2rst、増幅トランジスタTR2amp及び選択トランジスタTR2selが設けられている。
リセット・トランジスタTR2rstは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。リセット・トランジスタTR2rstのゲート部はリセット線RST2に接続され、リセット・トランジスタTR2rstの一方のソース/ドレイン領域は電源VDDに接続され、他方のソース/ドレイン領域は、第2浮遊拡散層FD2を兼ねている。
増幅トランジスタTR2ampは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。ゲート部は、リセット・トランジスタTR2rstの他方のソース/ドレイン領域(第2浮遊拡散層FD2)に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域は、電源VDDに接続されている。
選択トランジスタTR2selは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。ゲート部は、選択線SEL2に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域は、増幅トランジスタTR2ampを構成する他方のソース/ドレイン領域と領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域は、信号線(データ出力線)VSL2に接続されている。
第3撮像素子は、半導体基板70に設けられたn型半導体領域43を光電変換層として備えている。転送トランジスタTR3trsのゲート部46は転送ゲート線TG3に接続されている。また、転送トランジスタTR3trsのゲート部46の近傍の半導体基板70の領域46Cには、第3浮遊拡散層FD3が設けられている。n型半導体領域43に蓄積された電荷は、ゲート部46に沿って形成される転送チャネル46Aを介して第3浮遊拡散層FD3に読み出される。
第3撮像素子にあっては、更に、半導体基板70の第1面側に、第3撮像素子の制御部を構成するリセット・トランジスタTR3rst、増幅トランジスタTR3amp及び選択トランジスタTR3selが設けられている。
リセット・トランジスタTR3rstは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。リセット・トランジスタTR3rstのゲート部はリセット線RST3に接続され、リセット・トランジスタTR3rstの一方のソース/ドレイン領域は電源VDDに接続され、他方のソース/ドレイン領域は、第3浮遊拡散層FD3を兼ねている。
増幅トランジスタTR3ampは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。ゲート部は、リセット・トランジスタTR3rstの他方のソース/ドレイン領域(第3浮遊拡散層FD3)に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域は、電源VDDに接続されている。
選択トランジスタTR3selは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。ゲート部は、選択線SEL3に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域は、増幅トランジスタTR3ampを構成する他方のソース/ドレイン領域と領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域は、信号線(データ出力線)VSL3に接続されている。
リセット線RST1,RST2,RST3、選択線SEL1,SEL2,SEL3、転送ゲート線TG2,TG3は、駆動回路を構成する垂直駆動回路112に接続され、信号線(データ出力線)VSL1,VSL2,VSL3は、駆動回路を構成するカラム信号処理回路113に接続されている。
n型半導体領域43と半導体基板70の表面70Aとの間にはp+層44が設けられており、暗電流発生を抑制している。n型半導体領域41とn型半導体領域43との間には、p+層42が形成されており、更には、n型半導体領域43の側面の一部はp+層42によって囲まれている。半導体基板70の裏面70Bの側には、p+層73が形成されており、p+層73から半導体基板70の内部のコンタクトホール部61を形成すべき部分には、HfO2膜74及び絶縁材料膜75が形成されている。層間絶縁層76には、複数の層に亙り配線が形成されているが、図示は省略した。
HfO2膜74は、負の固定電荷を有する膜であり、このような膜を設けることによって、暗電流の発生を抑制することができる。HfO2膜の代わりに、酸化アルミニウム(Al2O3)膜、酸化ジルコニウム(ZrO2)膜、酸化タンタル(Ta2O5)膜、酸化チタン(TiO2)膜、酸化ランタン(La2O3)膜、酸化プラセオジム(Pr2O3)膜、酸化セリウム(CeO2)膜、酸化ネオジム(Nd2O3)膜、酸化プロメチウム(Pm2O3)膜、酸化サマリウム(Sm2O3)膜、酸化ユウロピウム(Eu2O3)膜、酸化ガドリニウム((Gd2O3)膜、酸化テルビウム(Tb2O3)膜、酸化ジスプロシウム(Dy2O3)膜、酸化ホルミウム(Ho2O3)膜、酸化ツリウム(Tm2O3)膜、酸化イッテルビウム(Yb2O3)膜、酸化ルテチウム(Lu2O3)膜、酸化イットリウム(Y2O3)膜、窒化ハフニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜、酸窒化アルミニウム膜を用いることもできる。これらの膜の成膜方法として、例えば、CVD法、PVD法、ALD法が挙げることができる。
以下、図5及び図6Aを参照して、実施例1の電荷蓄積用電極を備えた撮像素子等(第1撮像素子)の動作を説明する。ここで、第1電極21の電位を第2電極22の電位よりも高くした。即ち、例えば、第1電極21を正の電位とし、第2電極22を負の電位とし、光電変換層23Aにおいて光電変換によって生成した電子が浮遊拡散層に読み出される。他の実施例においても同様とする。尚、第1電極21を負の電位とし、第2電極を正の電位とし、光電変換層23Aにおいて光電変換に基づき生成した正孔が浮遊拡散層に読み出される形態にあっては、以下の述べる電位の高低を逆にすればよい。
図5、後述する実施例4における図20、図21、実施例6における図32、図33中で使用している符号は、以下のとおりである。
PA ・・・・・電荷蓄積用電極24あるいは転送制御用電極(電荷転送電極)25と第1電極21の中間に位置する領域と対向した第1半導体材料層23B1の点PAにおける電位
PB ・・・・・電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PBにおける電位
PC1 ・・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Aと対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PC1における電位
PC2 ・・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Bと対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PC2における電位
PC3 ・・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Cと対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PC3における電位
PD ・・・・・転送制御用電極(電荷転送電極)25と対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PDにおける電位
FD・・・・・第1浮遊拡散層FD1における電位
VOA・・・・・電荷蓄積用電極24における電位
VOA-A・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Aにおける電位
VOA-B・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Bにおける電位
VOA-C・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Cにおける電位
VOT ・・・・・転送制御用電極(電荷転送電極)25における電位
RST・・・・リセット・トランジスタTR1rstのゲート部51における電位
VDD・・・・・電源の電位
VSL1 ・・・信号線(データ出力線)VSL1
TR1rst ・・リセット・トランジスタTR1rst
TR1amp ・・増幅トランジスタTR1amp
TR1sel ・・選択トランジスタTR1sel
PB ・・・・・電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PBにおける電位
PC1 ・・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Aと対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PC1における電位
PC2 ・・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Bと対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PC2における電位
PC3 ・・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Cと対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PC3における電位
PD ・・・・・転送制御用電極(電荷転送電極)25と対向した第1半導体材料層23B1の領域の点PDにおける電位
FD・・・・・第1浮遊拡散層FD1における電位
VOA・・・・・電荷蓄積用電極24における電位
VOA-A・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Aにおける電位
VOA-B・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Bにおける電位
VOA-C・・・・電荷蓄積用電極セグメント24Cにおける電位
VOT ・・・・・転送制御用電極(電荷転送電極)25における電位
RST・・・・リセット・トランジスタTR1rstのゲート部51における電位
VDD・・・・・電源の電位
VSL1 ・・・信号線(データ出力線)VSL1
TR1rst ・・リセット・トランジスタTR1rst
TR1amp ・・増幅トランジスタTR1amp
TR1sel ・・選択トランジスタTR1sel
電荷蓄積期間においては、駆動回路から、第1電極21に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V12が印加される。光電変換層23Aに入射された光によって光電変換層23Aにおいて光電変換が生じる。光電変換によって生成した正孔は、第2電極22から配線VOUを介して駆動回路へと送出される。一方、第1電極21の電位を第2電極22の電位よりも高くしたので、即ち、例えば、第1電極21に正の電位が印加され、第2電極22に負の電位が印加されるとしたので、V12≧V11、好ましくは、V12>V11とする。これによって、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極24に引き付けられ、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まる。即ち、第1半導体材料層23B1に電荷が蓄積される。V12>V11であるが故に、光電変換層23Aの内部に生成した電子が、第1電極21に向かって移動することはない。光電変換の時間経過に伴い、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域における電位は、より負側の値となる。
電荷蓄積期間の後期において、リセット動作がなされる。これによって、第1浮遊拡散層FD1の電位がリセットされ、第1浮遊拡散層FD1の電位は電源の電位VDDとなる。
リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極21に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V22が印加される。ここで、V22<V21とする。これによって、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極21、更には、第1浮遊拡散層FD1へと読み出される。即ち、第1半導体材料層23B1に蓄積された電荷が制御部に読み出される。
以上で、電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作が完了する。
第1浮遊拡散層FD1へ電子が読み出された後の増幅トランジスタTR1amp、選択トランジスタTR1selの動作は、従来のこれらのトランジスタの動作と同じである。また、第2撮像素子、第3撮像素子の電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作は、従来の電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作と同様である。また、第1浮遊拡散層FD1のリセットノイズは、従来と同様に、相関2重サンプリング(CDS,Correlated Double Sampling)処理によって除去することができる。
以上のとおり、実施例1にあっては、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向して配置された電荷蓄積用電極が備えられているので、光電変換層に光が照射され、光電変換層において光電変換されるとき、第1半導体材料層と絶縁層と電荷蓄積用電極とによって一種のキャパシタが形成され、第1半導体材料層に電荷を蓄えることができる。それ故、露光開始時、電荷蓄積部を完全空乏化し、電荷を消去することが可能となる。その結果、kTCノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化し、撮像画質の低下をもたらすといった現象の発生を抑制することができる。また、全画素を一斉にリセットすることができるので、所謂グローバルシャッター機能を実現することができる。
図76に、実施例1の固体撮像装置の概念図を示す。実施例1の固体撮像装置100は、積層型撮像素子101が2次元アレイ状に配列された撮像領域111、並びに、その駆動回路(周辺回路)としての垂直駆動回路112、カラム信号処理回路113、水平駆動回路114、出力回路115及び駆動制御回路116等から構成されている。これらの回路は周知の回路から構成することができるし、また、他の回路構成(例えば、従来のCCD撮像装置やCMOS撮像装置にて用いられる各種の回路)を用いて構成することができることは云うまでもない。図76において、積層型撮像素子101における参照番号「101」の表示は、1行のみとした。
駆動制御回路116は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスター・クロックに基づいて、垂直駆動回路112、カラム信号処理回路113及び水平駆動回路114の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、生成されたクロック信号や制御信号は、垂直駆動回路112、カラム信号処理回路113及び水平駆動回路114に入力される。
垂直駆動回路112は、例えば、シフトレジスタによって構成され、撮像領域111の各積層型撮像素子101を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各積層型撮像素子101における受光量に応じて生成した電流(信号)に基づく画素信号(画像信号)は、信号線(データ出力線)117,VSLを介してカラム信号処理回路113に送られる。
カラム信号処理回路113は、例えば、積層型撮像素子101の列毎に配置されており、1行分の積層型撮像素子101から出力される画像信号を撮像素子毎に黒基準画素(図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される)からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅の信号処理を行う。カラム信号処理回路113の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線118との間に接続されて設けられる。
水平駆動回路114は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路113の各々を順次選択し、カラム信号処理回路113の各々から信号を水平信号線118に出力する。
出力回路115は、カラム信号処理回路113の各々から水平信号線118を介して順次供給される信号に対して、信号処理を行って出力する。
実施例1の撮像素子等の変形例の等価回路図を図9に示し、第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図10に示すように、リセット・トランジスタTR1rstの他方のソース/ドレイン領域51Bを、電源VDDに接続する代わりに、接地してもよい。
実施例1の撮像素子等は、例えば、以下の方法で作製することができる。即ち、先ず、SOI基板を準備する。そして、SOI基板の表面に第1シリコン層をエピタキシャル成長法に基づき形成し、この第1シリコン層に、p+層73、n型半導体領域41を形成する。次いで、第1シリコン層上に第2シリコン層をエピタキシャル成長法に基づき形成し、この第2シリコン層に、素子分離領域71、酸化膜72、p+層42、n型半導体領域43、p+層44を形成する。また、第2シリコン層に、撮像素子の制御部を構成する各種トランジスタ等を形成し、更にその上に、配線層62や層間絶縁層76、各種配線を形成した後、層間絶縁層76と支持基板(図示せず)とを貼り合わせる。その後、SOI基板を除去して第1シリコン層を露出させる。第2シリコン層の表面が半導体基板70の表面70Aに該当し、第1シリコン層の表面が半導体基板70の裏面70Bに該当する。また、第1シリコン層と第2シリコン層を纏めて半導体基板70と表現している。次いで、半導体基板70の裏面70Bの側に、コンタクトホール部61を形成するための開口部を形成し、HfO2膜74、絶縁材料膜75及びコンタクトホール部61を形成し、更に、パッド部63,64、層間絶縁層81、接続孔65,66、第1電極21、電荷蓄積用電極24、絶縁層82を形成する。次に、接続部67を開口し、半導体材料積層体23B(第1半導体材料層23B1及び第2半導体材料層23B2)、光電変換層23A、第2電極22、絶縁層83及びオンチップ・マイクロ・レンズ14を形成する。以上によって、実施例1の撮像素子等を得ることができる。
図示は省略するが、絶縁層82を、絶縁層・下層と絶縁層・上層の2層構成とすることもできる。即ち、少なくとも、電荷蓄積用電極24の上、及び、電荷蓄積用電極24と第1電極21との間の領域に、絶縁層・下層を形成し(より具体的には、電荷蓄積用電極24を含む層間絶縁層81上に絶縁層・下層を形成し)、絶縁層・下層に平坦化処理を施した後、絶縁層・下層及び電荷蓄積用電極24の上に絶縁層・上層を形成すればよく、これによって、絶縁層82の平坦化を確実に達成することができる。そして、こうして得られた絶縁層82に接続部67を開口すればよい。
キャリア蓄積とキャリア転送機能を有する第1半導体材料層上に光電変換層が形成された撮像素子(光電変換素子)にあっては、第1半導体材料層のキャリア転送速度の向上だけでなく、撮像素子における暗電流の低下、高S/N比の達成が重要である。そこで、実施例1の撮像素子にあっては、キャリア蓄積及びキャリア転送機能を有する第1半導体材料層とその上方に設けられた光電変換層との間に、隣接する層とのエネルギーレベルの位置関係と電子移動度が規定された第2半導体材料層が挿入されている。即ち、実施例1の撮像素子にあっては、第1電極と光電変換層との間に、第1電極側から、光電変換層に接して、第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第1半導体材料層の各種特性、第2半導体材料層の各種特性及び光電変換層の各種特性の関係が規定されている。従って、光電変換層において発生した信号電荷を速やかに第1電極に転送することができ、しかも、撮像画質の低下を招き難い撮像素子(光電変換素子)を提供することができる。
ところで、キャリアの蓄積とキャリア転送を担う第1半導体材料層の上に、直接、光電変換層を積層した場合、第1半導体材料層/光電変換層の界面において発生する暗電流が問題となる場合がある。この暗電流発生はキャリアの生成再結合によるものと考えられるが、再結合モデルがランジュバン型である場合、暗電流の抑制には、第1半導体材料層の電子親和力(伝導帯)と光電変換層のイオン化ポテンシャルの差で定義される有効バンドギャップに加え、第1半導体材料層と光電変換層の電子移動度の大きさが重要となる。具体的には、第1半導体材料層/光電変換層の界面における生成再結合レートは、第1半導体材料層の電子移動度と光電変換層の電子移動度の内、電子移動度の高い方に正の依存性を示す。高速なキャリア転送を実現する場合、必然的に、第1半導体材料層の電子移動度を光電変換層の電子移動度よりも高くする必要があるため、第1半導体材料層/光電変換層の界面における暗電流発生は第1半導体材料層の電子移動度の大きさ(高さ)に依存していると云える。従って、第1半導体材料層/光電変換層の界面における暗電流発生を抑制するためには、有効バンドギャップを拡幅する必要があり、光電変換層よりも大きなイオン化ポテンシャルを有する第2半導体材料層を挿入する必要がある。しかしながら、第2半導体材料層の挿入によって、第2半導体材料層/光電変換層の界面において暗電流が発生する場合がある。この場合においても、暗電流の大きさは、第2半導体材料層/光電変換層の界面の有効バンドギャップとそれぞれの層の電子移動度の内、高い電子移動度を有する方の層に依存する。そのため、第2半導体材料層の電子移動度は、少なくとも第1半導体材料層の電子移動度よりも低い材料を用いる必要がある。一方で、第2半導体材料層の電子移動度が光電変換層の電子移動度よりも低い場合、第2半導体材料層におけるキャリア伝導性が低下し、量子効率や光電流の応答性を劣化させる場合がある。従って、第2半導体材料層の電子移動度は、第1半導体材料層の電子移動度よりも低く、且つ、光電変換層の電子移動度以上であることが必要とされる。更には、第2半導体材料層の電子親和力が第1半導体材料層の電子親和力よりも大きい場合、あるいは、光電変換層の電子親和力よりも小さい場合、光照射によって発生した電子の伝導が阻害される。従って、第2半導体材料層の電子親和力は、光電変換層の電子親和力以上、第1半導体材料層の電子親和力以下であることが必要とされる。
実施例2は、実施例1の変形である。図11に模式的な一部断面図を示す実施例2の撮像素子等は、表面照射型の撮像素子であり、緑色光を吸収する第1タイプの緑色光用光電変換層を備えた緑色光に感度を有する第1タイプの実施例1の緑色光用撮像素子(第1撮像素子)、青色光を吸収する第2タイプの青色光用光電変換層を備えた青色光に感度を有する第2タイプの従来の青色光用撮像素子(第2撮像素子)、赤色光を吸収する第2タイプの赤色光用光電変換層を備えた赤色光に感度を有する第2タイプの従来の赤色光用撮像素子(第3撮像素子)の3つの撮像素子が積層された構造を有する。ここで、赤色光用撮像素子(第3撮像素子)及び青色光用撮像素子(第2撮像素子)は半導体基板70内に設けられており、第2撮像素子の方が第3撮像素子よりも光入射側に位置する。また、緑色光用撮像素子(第1撮像素子)は、青色光用撮像素子(第2撮像素子)の上方に設けられている。
半導体基板70の表面70A側には、実施例1と同様に制御部を構成する各種トランジスタが設けられている。これらのトランジスタは、実質的に実施例1において説明したトランジスタと同様の構成、構造とすることができる。また、半導体基板70には、第2撮像素子、第3撮像素子が設けられているが、これらの撮像素子も、実質的に実施例1において説明した第2撮像素子、第3撮像素子と同様の構成、構造とすることができる。
半導体基板70の表面70Aの上方には層間絶縁層81が形成されており、層間絶縁層81の上方に、実施例1の撮像素子等を構成する電荷蓄積用電極を備えた光電変換部(第1電極21、第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2、光電変換層23A及び第2電極22、並びに、電荷蓄積用電極24等)が設けられている。
このように、表面照射型である点を除き、実施例2の撮像素子等の構成、構造は、実施例1の撮像素子等の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例3は、実施例1及び実施例2の変形である。
図12に模式的な一部断面図を示す実施例3の撮像素子等は、裏面照射型の撮像素子であり、第1タイプの実施例1の第1撮像素子、及び、第2タイプの第2撮像素子の2つの撮像素子が積層された構造を有する。また、図13に模式的な一部断面図を示す実施例3の撮像素子等の変形例は、表面照射型の撮像素子であり、第1タイプの実施例1の第1撮像素子、及び、第2タイプの第2撮像素子の2つの撮像素子が積層された構造を有する。ここで、第1撮像素子は原色の光を吸収し、第2撮像素子は補色の光を吸収する。あるいは又、第1撮像素子は白色光を吸収し、第2撮像素子は赤外線を吸収する。
図14に模式的な一部断面図を示す実施例3の撮像素子等の変形例は、裏面照射型の撮像素子であり、第1タイプの実施例1の第1撮像素子から構成されている。また、図15に模式的な一部断面図を示す実施例3の撮像素子の変形例は、表面照射型の撮像素子であり、第1タイプの実施例1の第1撮像素子から構成されている。ここで、第1撮像素子は、赤色光を吸収する撮像素子、緑色光を吸収する撮像素子、青色光を吸収する撮像素子の3種類の撮像素子から構成されている。更には、これらの撮像素子の複数から、本開示の第1の態様に係る固体撮像装置が構成される。複数のこれらの撮像素子の配置として、ベイヤ配列を挙げることができる。各撮像素子の光入射側には、必要に応じて、青色、緑色、赤色の分光を行うためのカラーフィルタ層が配設されている。
第1タイプの実施例1の電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を1つ、設ける代わりに、2つ、積層する形態(即ち、電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を2つ、積層し、半導体基板に2つの光電変換部の制御部を設ける形態)、あるいは又、3つ、積層する形態(即ち、電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を3つ、積層し、半導体基板に3つの光電変換部の制御部を設ける形態)とすることもできる。第1タイプの撮像素子と第2タイプの撮像素子の積層構造例を、以下の表に例示する。
実施例4は、実施例1〜実施例3の変形であり、本開示の転送制御用電極(電荷転送電極)を備えた撮像素子等に関する。実施例4の撮像素子等の一部分の模式的な一部断面図を図16に示し、実施例4の撮像素子等の等価回路図を図17及び図18に示し、実施例4の撮像素子等の光電変換部を構成する第1電極、転送制御用電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図19に示し、実施例4の撮像素子等の動作時の各部位における電位の状態を模式的に図20及び図21に示し、実施例4の撮像素子等の各部位を説明するための等価回路図を図6Bに示す。また、実施例4の撮像素子等の光電変換部を構成する第1電極、転送制御用電極及び電荷蓄積用電極の模式的な配置図を図22に示し、第1電極、転送制御用電極、電荷蓄積用電極、第2電極及びコンタクトホール部の模式的な透視斜視図を図23に示す。
実施例4の撮像素子等にあっては、第1電極21と電荷蓄積用電極24との間に、第1電極21及び電荷蓄積用電極24と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された転送制御用電極(電荷転送電極)25を更に備えている。転送制御用電極25は、層間絶縁層81内に設けられた接続孔68B、パッド部68A及び配線VOTを介して、駆動回路を構成する画素駆動回路に接続されている。尚、層間絶縁層81より下方に位置する各種の撮像素子構成要素を、図面を簡素化するために、便宜上、纏めて、参照番号13で示す。
以下、図20、図21を参照して、実施例4の撮像素子等(第1撮像素子)の動作を説明する。尚、図20と図21とでは、特に、電荷蓄積用電極24に印加される電位及び点PDにおける電位の値が相違している。
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極21に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V12が印加され、転送制御用電極25に電位V13が印加される。光電変換層23Aに入射された光によって光電変換層23Aにおいて光電変換が生じる。光電変換によって生成した正孔は、第2電極22から配線VOUを介して駆動回路へと送出される。一方、第1電極21の電位を第2電極22の電位よりも高くしたので、即ち、例えば、第1電極21に正の電位が印加され、第2電極22に負の電位が印加されるとしたので、V12>V13(例えば、V12>V11>V13、又は、V11>V12>V13)とする。これによって、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極24に引き付けられ、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まる。即ち、第1半導体材料層23B1に電荷が蓄積される。V12>V13であるが故に、光電変換層23Aの内部に生成した電子が、第1電極21に向かって移動することを確実に防止することができる。光電変換の時間経過に伴い、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域における電位は、より負側の値となる。
電荷蓄積期間の後期において、リセット動作がなされる。これによって、第1浮遊拡散層FD1の電位がリセットされ、第1浮遊拡散層FD1の電位は電源の電位VDDとなる。
リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極21に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V22が印加され、転送制御用電極25に電位V23が印加される。ここで、V22≦V23≦V21(好ましくは、V22<V23<V21)とする。転送制御用電極25に電位V13が印加される場合にあっては、V22≦V13≦V21(好ましくは、V22<V13<V21)とすればよい。これによって、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極21、更には、第1浮遊拡散層FD1へと確実に読み出される。即ち、第1半導体材料層23B1に蓄積された電荷が制御部に読み出される。
以上で、電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作が完了する。
第1浮遊拡散層FD1へ電子が読み出された後の増幅トランジスタTR1amp、選択トランジスタTR1selの動作は、従来のこれらのトランジスタの動作と同じである。また、例えば、第2撮像素子、第3撮像素子の電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作は、従来の電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作と同様である。
実施例4の撮像素子等の変形例を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図24に示すように、リセット・トランジスタTR1rstの他方のソース/ドレイン領域51Bを、電源VDDに接続する代わりに、接地してもよい。
実施例5は、実施例1〜実施例4の変形であり、本開示の電荷排出電極を備えた撮像素子等に関する。実施例5の撮像素子等の一部分の模式的な一部断面図を図25に示し、実施例5の撮像素子等の電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を構成する第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極の模式的な配置図を図26に示し、第1電極、電荷蓄積用電極、電荷排出電極、第2電極及びコンタクトホール部の模式的な透視斜視図を図27に示す。
実施例5の撮像素子等にあっては、接続部69を介して第1半導体材料層23B1に接続され、第1電極21及び電荷蓄積用電極24と離間して配置された電荷排出電極26を更に備えている。ここで、電荷排出電極26は、第1電極21及び電荷蓄積用電極24を取り囲むように(即ち、額縁状に)配置されている。電荷排出電極26は、駆動回路を構成する画素駆動回路に接続されている。接続部69内には、第1半導体材料層23B1が延在している。即ち、第1半導体材料層23B1は、絶縁層82に設けられた第2開口部86内を延在し、電荷排出電極26と接続されている。電荷排出電極26は、複数の撮像素子において共有化(共通化)されている。
実施例5にあっては、電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極21に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V12が印加され、電荷排出電極26に電位V14が印加され、第1半導体材料層23B1に電荷が蓄積される。光電変換層23Aに入射された光によって光電変換層23Aにおいて光電変換が生じる。光電変換によって生成した正孔は、第2電極22から配線VOUを介して駆動回路へと送出される。一方、第1電極21の電位を第2電極22の電位よりも高くしたので、即ち、例えば、第1電極21に正の電位が印加され、第2電極22に負の電位が印加されるとしたので、V14>V11(例えば、V12>V14>V11)とする。これによって、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極24に引き付けられ、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まり、第1電極21に向かって移動することを確実に防止することができる。但し、電荷蓄積用電極24による引き付けが充分ではなく、あるいは又、第1半導体材料層23B1に蓄積しきれなかった電子(所謂オーバーフローした電子)は、電荷排出電極26を経由して、駆動回路に送出される。
電荷蓄積期間の後期において、リセット動作がなされる。これによって、第1浮遊拡散層FD1の電位がリセットされ、第1浮遊拡散層FD1の電位は電源の電位VDDとなる。
リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極21に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V22が印加され、電荷排出電極26に電位V24が印加される。ここで、V24<V21(例えば、V24<V22<V21)とする。これによって、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極21、更には、第1浮遊拡散層FD1へと確実に読み出される。即ち、第1半導体材料層23B1に蓄積された電荷が制御部に読み出される。
以上で、電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作が完了する。
第1浮遊拡散層FD1へ電子が読み出された後の増幅トランジスタTR1amp、選択トランジスタTR1selの動作は、従来のこれらのトランジスタの動作と同じである。また、例えば、第2撮像素子、第3撮像素子の電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作は、従来の電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作と同様である。
実施例5にあっては、所謂オーバーフローした電子は電荷排出電極26を経由して駆動回路に送出されるので、隣接画素の電荷蓄積部への漏れ込みを抑制することができ、ブルーミングの発生を抑えることができる。そして、これにより、撮像素子の撮像性能を向上させることができる。
実施例6は、実施例1〜実施例5の変形であり、本開示の複数の電荷蓄積用電極セグメントを備えた撮像素子等に関する。
実施例6の撮像素子等の一部分の模式的な一部断面図を図28に示し、実施例6の撮像素子等の等価回路図を図29及び図30に示し、実施例6の撮像素子等の電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図31に示し、実施例6の撮像素子等の動作時の各部位における電位の状態を模式的に図32、図33に示し、実施例6の撮像素子等の各部位を説明するための等価回路図を図6Cに示す。また、実施例6の撮像素子等の電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極の模式的な配置図を図34に示し、第1電極、電荷蓄積用電極、第2電極及びコンタクトホール部の模式的な透視斜視図を図35に示す。
実施例6において、電荷蓄積用電極24は、複数の電荷蓄積用電極セグメント24A,24B,24Cから構成されている。電荷蓄積用電極セグメントの数は、2以上であればよく、実施例6においては「3」とした。そして、実施例6の撮像素子等にあっては、第1電極21の電位が第2電極22の電位よりも高いので、即ち、例えば、第1電極21に正の電位が印加され、第2電極22に負の電位が印加される。そして、電荷転送期間において、第1電極21に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント24Aに印加される電位は、第1電極21に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント24Cに印加される電位よりも高い。このように、電荷蓄積用電極24に電位勾配を付与することで、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極21、更には、第1浮遊拡散層FD1へと一層確実に読み出される。即ち、第1半導体材料層23B1に蓄積された電荷が制御部に読み出される。
図32に示す例では、電荷転送期間において、電荷蓄積用電極セグメント24Cの電位<電荷蓄積用電極セグメント24Bの電位<電荷蓄積用電極セグメント24Aの電位とすることで、第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、一斉に、第1浮遊拡散層FD1へと読み出す。一方、図33に示す例では、電荷転送期間において、電荷蓄積用電極セグメント24Cの電位、電荷蓄積用電極セグメント24Bの電位、電荷蓄積用電極セグメント24Aの電位を段々と変化させることで(即ち、階段状あるいはスロープ状に変化させることで)、電荷蓄積用電極セグメント24Cと対向する第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、電荷蓄積用電極セグメント24Bと対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させ、次いで、電荷蓄積用電極セグメント24Bと対向する第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、電荷蓄積用電極セグメント24Aと対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させ、次いで、電荷蓄積用電極セグメント24Aと対向する第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、第1浮遊拡散層FD1へと確実に読み出す。
実施例6の撮像素子等の変形例を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図36に示すように、リセット・トランジスタTR1rstの他方のソース/ドレイン領域51Bを、電源VDDに接続する代わりに、接地してもよい。
実施例7は、実施例1〜実施例6の変形であり、第1構成及び第6構成の撮像素子に関する。
実施例7の撮像素子等の模式的な一部断面図を図37に示し、電荷蓄積用電極、第1半導体材料層、第2半導体材料層、光電変換層及び第2電極が積層された部分を拡大した模式的な一部断面図を図38に示す。実施例7の撮像素子等の等価回路図は、図2及び図3において説明した実施例1の撮像素子等の等価回路図と同様であるし、実施例7の撮像素子等の電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図は、図4において説明した実施例1の撮像素子等と同様である。更には、実施例7の撮像素子等(第1撮像素子)の動作は、実質的に、実施例1の撮像素子等の動作と同様である。
ここで、実施例7の撮像素子等あるいは後述する実施例8〜実施例12の撮像素子等において、
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメント(具体的には、3つの光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3)から構成されており、
第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2及び光電変換層23A(複合積層体)は、N個の光電変換層セグメント(具体的には、3つの光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3)から構成されており、
絶縁層82は、N個の絶縁層セグメント(具体的には、3つの絶縁層セグメント82’1,82’2,82’3)から構成されており、
実施例7〜実施例9において、電荷蓄積用電極24は、N個の電荷蓄積用電極セグメント(具体的には、各実施例にあっては、3つの電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3)から構成されており、
実施例10〜実施例11において、場合によっては、実施例9において、電荷蓄積用電極24は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメント(具体的には、3つの電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3)から構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメント10’nは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント24’n、第n番目の絶縁層セグメント82’n及び第n番目の光電変換層セグメント23’nから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極21から離れて位置する。ここで、光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3は、第1半導体材料層23B1と第2半導体材料層23B2と光電変換層とが積層されて成るセグメントを指し、図面では、図面の簡素化のため、1層で表現している。以下においても同様である。
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメント(具体的には、3つの光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3)から構成されており、
第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2及び光電変換層23A(複合積層体)は、N個の光電変換層セグメント(具体的には、3つの光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3)から構成されており、
絶縁層82は、N個の絶縁層セグメント(具体的には、3つの絶縁層セグメント82’1,82’2,82’3)から構成されており、
実施例7〜実施例9において、電荷蓄積用電極24は、N個の電荷蓄積用電極セグメント(具体的には、各実施例にあっては、3つの電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3)から構成されており、
実施例10〜実施例11において、場合によっては、実施例9において、電荷蓄積用電極24は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメント(具体的には、3つの電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3)から構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメント10’nは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント24’n、第n番目の絶縁層セグメント82’n及び第n番目の光電変換層セグメント23’nから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極21から離れて位置する。ここで、光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3は、第1半導体材料層23B1と第2半導体材料層23B2と光電変換層とが積層されて成るセグメントを指し、図面では、図面の簡素化のため、1層で表現している。以下においても同様である。
尚、光電変換層セグメントにおいて、光電変換層の部分の厚さを変化させ、半導体材料積層体の部分の厚さを一定として、光電変換層セグメントの厚さを変化させてもよいし、光電変換層の部分の厚さを一定とし、半導体材料積層体の部分の厚さを変化させて、光電変換層セグメントの厚さを変化させてもよいし、光電変換層の部分の厚さを変化させ、半導体材料積層体の部分の厚さを変化させて、光電変換層セグメントの厚さを変化させてもよい。
あるいは又、実施例7の撮像素子等あるいは後述する実施例8、実施例11の撮像素子等は、
第1電極21、半導体材料積層体23B、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24を備えており、
電荷蓄積用電極24と絶縁層82と半導体材料積層体23Bと光電変換層23Aの積層方向をZ方向、第1電極21から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極24と絶縁層82と半導体材料積層体23Bと光電変換層23Aが積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する。
第1電極21、半導体材料積層体23B、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24を備えており、
電荷蓄積用電極24と絶縁層82と半導体材料積層体23Bと光電変換層23Aの積層方向をZ方向、第1電極21から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極24と絶縁層82と半導体材料積層体23Bと光電変換層23Aが積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する。
更に、実施例7の撮像素子等にあっては、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第N番目の光電変換部セグメント10’Nに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化している。具体的には、絶縁層セグメントの厚さは、漸次、厚くなっている。あるいは又、実施例7の撮像素子等にあっては、積層部分の断面の幅は一定であり、積層部分の断面の厚さ、具体的には、絶縁層セグメントの厚さは、第1電極21からの距離に依存して、漸次、厚くなっている。尚、絶縁層セグメントの厚さは、階段状に厚くなっている。第n番目の光電変換部セグメント10’n内における絶縁層セグメント82’nの厚さは一定とした。第n番目の光電変換部セグメント10’nにおける絶縁層セグメント82’nの厚さを「1」としたとき、第(n+1)番目の光電変換部セグメント10’(n+1)における絶縁層セグメント82’(n+1)の厚さとして、2乃至10を例示することができるが、このような値に限定するものではない。実施例7にあっては、電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3の厚さを漸次薄くすることで、絶縁層セグメント82’1,82’2,82’3の厚さを漸次厚くしている。光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3の厚さは一定である。
以下、実施例7の撮像素子等の動作を説明する。
電荷蓄積期間においては、駆動回路から、第1電極21に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V12が印加される。光電変換層23Aに入射された光によって光電変換層23Aにおいて光電変換が生じる。光電変換によって生成した正孔は、第2電極22から配線VOUを介して駆動回路へと送出される。一方、第1電極21の電位を第2電極22の電位よりも高くしたので、即ち、例えば、第1電極21に正の電位が印加され、第2電極22に負の電位が印加されるとしたので、V12≧V11、好ましくは、V12>V11とする。これによって、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極24に引き付けられ、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まる。即ち、第1半導体材料層23B1の領域に電荷が蓄積される。V12>V11であるが故に、光電変換層23Aの内部に生成した電子が、第1電極21に向かって移動することはない。光電変換の時間経過に伴い、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域における電位は、より負側の値となる。
実施例7の撮像素子等にあっては、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、厚くなる構成を採用しているので、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメント10’nの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメント10’(n+1)よりも、多くの電荷を蓄積することができるし、強い電界が加わり、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第1電極21への電荷の流れを確実に防止することができる。
電荷蓄積期間の後期において、リセット動作がなされる。これによって、第1浮遊拡散層FD1の電位がリセットされ、第1浮遊拡散層FD1の電位は電源の電位VDDとなる。
リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極21に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極24に電位V22が印加される。ここで、V21>V22とする。これによって、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極21、更には、第1浮遊拡散層FD1へと読み出される。即ち、第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷が制御部に読み出される。
より具体的には、電荷転送期間において、V21>V22といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第1電極21への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメント10’(n+1)から第n番目の光電変換部セグメント10’nへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
以上で、電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作が完了する。
実施例7の撮像素子等にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化しているので、あるいは又、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と半導体材料積層体と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化するので、一種の電荷転送勾配が形成され、光電変換によって生成した電荷を、一層容易に、且つ、確実に転送することが可能となる。
実施例7の撮像素子等は、実質的に、実施例1の撮像素子等と同様の方法で作製することができるので、詳細な説明は省略する。
尚、実施例7の撮像素子等にあっては、第1電極21、電荷蓄積用電極24及び絶縁層82の形成において、先ず、層間絶縁層81上に、電荷蓄積用電極24’3を形成するための導電材料層を成膜し、導電材料層をパターニングして光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3及び第1電極21を形成すべき領域に導電材料層を残すことで、第1電極21の一部及び電荷蓄積用電極24’3を得ることができる。次に、全面に、絶縁層セグメント82’3を形成するための絶縁層を成膜し、絶縁層をパターニングし、平坦化処理を行うことで、絶縁層セグメント82’3を得ることができる。次に、全面に、電荷蓄積用電極24’2を形成するための導電材料層を成膜し、導電材料層をパターニングして、光電変換部セグメント10’1,10’2及び第1電極21を形成すべき領域に導電材料層を残すことで、第1電極21の一部及び電荷蓄積用電極24’2を得ることができる。次に、全面に絶縁層セグメント82’2を形成するための絶縁層を成膜し、絶縁層をパターニングし、平坦化処理を行うことで、絶縁層セグメント82’2を得ることができる。次に、全面に、電荷蓄積用電極24’1を形成するための導電材料層を成膜し、導電材料層をパターニングして、光電変換部セグメント10’1及び第1電極21を形成すべき領域に導電材料層を残すことで、第1電極21及び電荷蓄積用電極24’1を得ることができる。次に、全面に絶縁層を成膜し、平坦化処理を行うことで、絶縁層セグメント82’1(絶縁層82)を得ることができる。そして、絶縁層82上に第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2、光電変換層23Aを形成する。こうして、光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3を得ることができる。
実施例7の撮像素子等の変形例を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図39に示すように、リセット・トランジスタTR1rstの他方のソース/ドレイン領域51Bを、電源VDDに接続する代わりに、接地してもよい。
実施例8の撮像素子等は、本開示の第2構成及び第6構成の撮像素子に関する。電荷蓄積用電極、半導体材料積層体、光電変換層及び第2電極が積層された部分を拡大した模式的な一部断面図を図40に示すように、実施例8の撮像素子等にあっては、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第N番目の光電変換部セグメント10’Nに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化している。あるいは又、実施例8の撮像素子等にあっては、積層部分の断面の幅は一定であり、積層部分の断面の厚さ、具体的には、光電変換層セグメントの厚さを、第1電極21からの距離に依存して漸次、厚くする。より具体的には、光電変換層セグメントの厚さは、漸次、厚くなっている。尚、光電変換層セグメントの厚さは、階段状に厚くなっている。第n番目の光電変換部セグメント10’n内における光電変換層セグメント23’nの厚さは一定とした。第n番目の光電変換部セグメント10’nにおける光電変換層セグメント23’nの厚さを「1」としたとき、第(n+1)番目の光電変換部セグメント10’(n+1)における光電変換層セグメント23(n+1)の厚さとして、2乃至10を例示することができるが、このような値に限定するものではない。実施例8にあっては、電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3の厚さを漸次薄くすることで、光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3の厚さを漸次厚くしている。絶縁層セグメント82’1,82’2,82’3の厚さは一定である。また光電変換層セグメントにおいて、例えば、半導体材料積層体の部分の厚さを一定として、光電変換層の部分の厚さを変化させることで、光電変換層セグメントの厚さを変化させればよい。
実施例8の撮像素子等にあっては、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、厚くなるので、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメント10’nの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメント10’(n+1)よりも強い電界が加わり、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第1電極21への電荷の流れを確実に防止することができる。そして、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第1電極21への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメント10’(n+1)から第n番目の光電変換部セグメント10’nへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
このように、実施例8の撮像素子等にあっては、第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化しているので、あるいは又、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と半導体材料積層体と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化するので、一種の電荷転送勾配が形成され、光電変換によって生成した電荷を、一層容易に、且つ、確実に転送することが可能となる。
実施例8の撮像素子等にあっては、第1電極21、電荷蓄積用電極24、絶縁層82、第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2及び光電変換層23Aの形成において、先ず、層間絶縁層81上に、電荷蓄積用電極24’3を形成するための導電材料層を成膜し、導電材料層をパターニングして、光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3及び第1電極21を形成すべき領域に導電材料層を残すことで、第1電極21の一部及び電荷蓄積用電極24’3を得ることができる。次いで、全面に、電荷蓄積用電極24’2を形成するための導電材料層を成膜し、導電材料層をパターニングして、光電変換部セグメント10’1,10’2及び第1電極21を形成すべき領域に導電材料層を残すことで、第1電極21の一部及び電荷蓄積用電極24’2を得ることができる。次いで、全面に、電荷蓄積用電極24’1を形成するための導電材料層を成膜し、導電材料層をパターニングして、光電変換部セグメント10’1及び第1電極21を形成すべき領域に導電材料層を残すことで、第1電極21及び電荷蓄積用電極24’1を得ることができる。次に、全面に絶縁層82をコンフォーマルに成膜する。そして、絶縁層82の上に第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2及び光電変換層23Aを形成し、光電変換層23Aに平坦化処理を施す。こうして、光電変換部セグメント10’1,10’2,10’3を得ることができる。
実施例9は、第3構成の撮像素子に関する。実施例9の撮像素子等の模式的な一部断面図を図41に示す。実施例9の撮像素子等にあっては、隣接する光電変換部セグメントにおいて、絶縁層セグメントを構成する材料が異なる。ここで、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第N番目の光電変換部セグメント10’Nに亙り、絶縁層セグメントを構成する材料の比誘電率の値を、漸次、小さくしている。実施例9の撮像素子等にあっては、N個の電荷蓄積用電極セグメントの全てに同じ電位を加えてもよいし、N個の電荷蓄積用電極セグメントのそれぞれに、異なる電位を加えてもよい。後者の場合、実施例10において説明すると同様に、相互に離間されて配置された電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3を、パッド部641,642,643を介して、駆動回路を構成する垂直駆動回路112に接続すればよい。
そして、このような構成を採用することで、一種の電荷転送勾配が形成され、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメントの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメントよりも多くの電荷を蓄積することができる。そして、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメントから第n番目の光電変換部セグメントへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
実施例10は、第4構成の撮像素子に関する。実施例10の撮像素子等の模式的な一部断面図を図42に示す。実施例10の撮像素子等にあっては、隣接する光電変換部セグメントにおいて、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なる。ここで、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第N番目の光電変換部セグメント10’Nに亙り、絶縁層セグメントを構成する材料の仕事関数の値を、漸次、大きくしている。実施例10の撮像素子等にあっては、N個の電荷蓄積用電極セグメントの全てに同じ電位を加えてもよいし、N個の電荷蓄積用電極セグメントのそれぞれに、異なる電位を加えてもよい。後者の場合、電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3は、パッド部641,642,643を介して、駆動回路を構成する垂直駆動回路112に接続されている。
実施例11の撮像素子等は、第5構成の撮像素子に関する。実施例11における電荷蓄積用電極セグメントの模式的な平面図を図43A、図43B、図44A及び図44Bに示し、実施例11の撮像素子等の電荷蓄積用電極を備えた光電変換部を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図45に示す。実施例11の撮像素子等の模式的な一部断面図は、図42あるいは図47に示すと同様である。実施例11の撮像素子等にあっては、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第N番目の光電変換部セグメント10’Nに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっている。実施例11の撮像素子等にあっては、N個の電荷蓄積用電極セグメントの全てに同じ電位を加えてもよいし、N個の電荷蓄積用電極セグメントのそれぞれに、異なる電位を加えてもよい。具体的には、実施例10において説明したと同様に、相互に離間されて配置された電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3を、パッド部641,642,643を介して、駆動回路を構成する垂直駆動回路112に接続すればよい。
実施例11において、電荷蓄積用電極24は、複数の電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3から構成されている。電荷蓄積用電極セグメントの数は、2以上であればよく、実施例11においては「3」とした。そして、実施例11の撮像素子等にあっては、第1電極21の電位が第2電極22の電位よりも高いので、即ち、例えば、第1電極21に正の電位が印加され、第2電極22に負の電位が印加されるので、電荷転送期間において、第1電極21に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント24’1に印加される電位は、第1電極21に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメント24’3に印加される電位よりも高い。このように、電荷蓄積用電極24に電位勾配を付与することで、電荷蓄積用電極24と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極21、更には、第1浮遊拡散層FD1へと一層確実に読み出される。即ち、第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷が制御部に読み出される。
そして、電荷転送期間において、電荷蓄積用電極セグメント24’3の電位<電荷蓄積用電極セグメント24’2の電位<電荷蓄積用電極セグメント24’1の電位とすることで、第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、一斉に、第1浮遊拡散層FD1へと読み出すことができる。あるいは又、電荷転送期間において、電荷蓄積用電極セグメント24’3の電位、電荷蓄積用電極セグメント24’2の電位、電荷蓄積用電極セグメント24’1の電位を段々と変化させることで(即ち、階段状あるいはスロープ状に変化させることで)、電荷蓄積用電極セグメント24’3と対向する第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、電荷蓄積用電極セグメント24’2と対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させ、次いで、電荷蓄積用電極セグメント24’2と対向する第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、電荷蓄積用電極セグメント24’1と対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させ、次いで、電荷蓄積用電極セグメント24’1と対向する第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、第1浮遊拡散層FD1へと確実に読み出すことができる。
実施例11の撮像素子等の変形例を構成する第1電極及び電荷蓄積用電極並びに制御部を構成するトランジスタの模式的な配置図を図46に示すように、リセット・トランジスタTR3rstの他方のソース/ドレイン領域51Bを、電源VDDに接続する代わりに、接地してもよい。
実施例11の撮像素子等にあっても、このような構成を採用することで、一種の電荷転送勾配が形成される。即ち、第1番目の光電変換部セグメント10’1から第N番目の光電変換部セグメント10’Nに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっているので、電荷蓄積期間において、V12≧V11といった状態になると、第n番目の光電変換部セグメントの方が、第(n+1)番目の光電変換部セグメントよりも多くの電荷を蓄積することができる。そして、電荷転送期間において、V22<V21といった状態になると、第1番目の光電変換部セグメントから第1電極への電荷の流れ、第(n+1)番目の光電変換部セグメントから第n番目の光電変換部セグメントへの電荷の流れを、確実に確保することができる。
実施例12は、第6構成の撮像素子に関する。実施例12の撮像素子等の模式的な一部断面図を、図47に示す。また、実施例12における電荷蓄積用電極セグメントの模式的な平面図を図48A及び図48Bに示す。実施例12の撮像素子等は、第1電極21、第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、光電変換部は、更に、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24(24”1,24”2,24”3)を備えている。そして、電荷蓄積用電極24(24”1,24”2,24”3)と絶縁層82と半導体材料積層体23Bと光電変換層23Aの積層方向をZ方向、第1電極21から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極24(24”1,24”2,24”3)と絶縁層82と半導体材料積層体23Bと光電変換層23Aが積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極21からの距離に依存して変化する。
具体的には、実施例12の撮像素子等にあっては、積層部分の断面の厚さは一定であり、積層部分の断面の幅は、第1電極21から離れるほど狭くなっている。尚、幅は、連続的に狭くなっていてもよいし(図48A参照)、階段状に狭くなっていてもよい(図48B参照)。
このように、実施例12の撮像素子等にあっては、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極24(24”1,24”2,24”3)と絶縁層82と光電変換層23Aが積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化するので、一種の電荷転送勾配が形成され、光電変換によって生成した電荷を、一層容易に、且つ、確実に転送することが可能となる。
実施例13は、第1構成及び第2構成の固体撮像装置に関する。
実施例13の固体撮像装置は、
第1電極21、第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24を備えた撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極21が共有されている。
第1電極21、第1半導体材料層23B1、第2半導体材料層23B2、光電変換層23A及び第2電極22が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、更に、第1電極21と離間して配置され、且つ、絶縁層82を介して第1半導体材料層23B1と対向して配置された電荷蓄積用電極24を備えた撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極21が共有されている。
あるいは又、実施例13の固体撮像装置は、実施例1〜実施例12において説明した撮像素子等を、複数、備えている。
実施例13にあっては、複数の撮像素子に対して1つの浮遊拡散層が設けられる。そして、電荷転送期間のタイミングを適切に制御することで、複数の撮像素子が1つの浮遊拡散層を共有することが可能となる。そして、この場合、複数の撮像素子が1つのコンタクトホール部を共有することが可能である。
尚、撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極21が共有されている点を除き、実施例13の固体撮像装置は、実質的に、実施例1〜実施例12において説明した固体撮像装置と同様の構成、構造を有する。
実施例13の固体撮像装置における第1電極21及び電荷蓄積用電極24の配置状態を、模式的に図49(実施例13)、図50(実施例13の第1変形例)、図51(実施例13の第2変形例)、図52(実施例13の第3変形例)及び図53(実施例13の第4変形例)に示す。図49、図50、図53及び図54には、16個の撮像素子等を図示しており、図51及び図52には、12個の撮像素子等を図示している。そして、2個の撮像素子等から撮像素子ブロックが構成されている。撮像素子ブロックを点線で囲んで示している。第1電極21、電荷蓄積用電極24に付した添え字は、第1電極21、電荷蓄積用電極24を区別するためのものである。以下の説明においても同様である。また、1つの撮像素子等の上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズ(図49〜図58には図示せず)が配設されている。そして、1つの撮像素子ブロックにおいては、第1電極21を挟んで、2つの電荷蓄積用電極24が配置されている(図49、図50参照)。あるいは又、並置された2つの電荷蓄積用電極24に対向して1つの第1電極21が配置されている(図53、図54参照)。即ち、第1電極は、各撮像素子等の電荷蓄積用電極に隣接して配置されている。あるいは又、第1電極が、複数の撮像素子等の一部の電荷蓄積用電極に隣接して配置されており、複数の撮像素子等の残りの電荷蓄積用電極とは隣接して配置されてはおらず(図51、図52参照)、この場合には、複数の撮像素子等の残りから第1電極への電荷の移動は、複数の撮像素子等の一部を経由した移動となる。撮像素子等を構成する電荷蓄積用電極と撮像素子等を構成する電荷蓄積用電極との間の距離Aは、第1電極に隣接した撮像素子等における第1電極と電荷蓄積用電極との間の距離Bよりも長いことが、各撮像素子等から第1電極への電荷の移動を確実なものとするために好ましい。また、第1電極から離れて位置する撮像素子等ほど、距離Aの値を大きくすることが好ましい。また、図50、図52及び図54に示す例では、撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子等の間には電荷移動制御電極27が配設されている。電荷移動制御電極27を配設することで、電荷移動制御電極27を挟んで位置する撮像素子ブロックにおける電荷の移動を確実に抑制することができる。尚、電荷移動制御電極27に印加される電位をV17としたとき、V12>V17とすればよい。
電荷移動制御電極27は、第1電極側に、第1電極21あるいは電荷蓄積用電極24と同じレベルに形成されていてもよいし、異なるレベル(具体的には、第1電極21あるいは電荷蓄積用電極24よりも下方のレベル)に形成されていてもよい。前者の場合、電荷移動制御電極27と光電変換層との間の距離を短くできるので、ポテンシャルを制御し易い。一方、後者の場合、電荷移動制御電極27と電荷蓄積用電極24との間の距離を短くすることができるため、微細化に有利である。
以下、第1電極212及び2個の2つの電荷蓄積用電極2421,2422によって構成される撮像素子ブロックの動作を説明する。
電荷蓄積期間においては、駆動回路から、第1電極212に電位Vaが印加され、電荷蓄積用電極2421,2422に電位VAが印加される。光電変換層23Aに入射された光によって光電変換層23Aにおいて光電変換が生じる。光電変換によって生成した正孔は、第2電極22から配線VOUを介して駆動回路へと送出される。一方、第1電極212の電位を第2電極22の電位よりも高くしたので、即ち、例えば、第1電極212に正の電位が印加され、第2電極22に負の電位が印加されるとしたので、VA≧Va、好ましくは、VA>Vaとする。これによって、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極2421,2422に引き付けられ、電荷蓄積用電極2421,2422と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まる。即ち、第1半導体材料層23B1の領域に電荷が蓄積される。VA≧Vaであるが故に、光電変換層23Aの内部に生成した電子が、第1電極212に向かって移動することはない。光電変換の時間経過に伴い、電荷蓄積用電極2421,2422と対向した第1半導体材料層23B1の領域における電位は、より負側の値となる。
電荷蓄積期間の後期において、リセット動作がなされる。これによって、第1浮遊拡散層の電位がリセットされ、第1浮遊拡散層の電位は電源の電位VDDとなる。
リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極212に電位Vbが印加され、電荷蓄積用電極2421に電位V21-Bが印加され、電荷蓄積用電極2422に電位V22-Bが印加される。ここで、V21-B<Vb<V22-Bとする。これによって、電荷蓄積用電極2421と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極212、更には、第1浮遊拡散層へと読み出される。即ち、電荷蓄積用電極2421に対向した第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷が制御部に読み出される。読み出しが完了したならば、V22-B≦V21-B<Vbとする。尚、図53、図54に示した例にあっては、V22-B<Vb<V21-Bとしてもよい。これによって、電荷蓄積用電極2422と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子は、第1電極212、更には、第1浮遊拡散層へと読み出される。また、図51、図52に示した例にあっては、電荷蓄積用電極2422と対向した第1半導体材料層23B1の領域に止まっていた電子を、電荷蓄積用電極2422が隣接している第1電極213を経由して、第1浮遊拡散層へと読み出してもよい。このように、電荷蓄積用電極2422に対向した第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷が制御部に読み出される。尚、電荷蓄積用電極2421に対向した第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷の制御部への読み出しが完了したならば、第1浮遊拡散層の電位をリセットしてもよい。
図59Aに、実施例13の撮像素子ブロックにおける読み出し駆動例を示すが、
[ステップ−A]
コンパレータへのオートゼロ信号入力
[ステップ−B]
共有された1つの浮遊拡散層のリセット動作
[ステップ−C]
電荷蓄積用電極2421に対応した撮像素子等におけるP相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
[ステップ−D]
電荷蓄積用電極2421に対応した撮像素子等におけるD相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
[ステップ−E]
共有された1つの浮遊拡散層のリセット動作
[ステップ−F]
コンパレータへのオートゼロ信号入力
[ステップ−G]
電荷蓄積用電極2422に対応した撮像素子等におけるP相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
[ステップ−H]
電荷蓄積用電極2422に対応した撮像素子等におけるD相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
という流れで、電荷蓄積用電極2421及び電荷蓄積用電極2422に対応した2つの撮像素子等からの信号を読み出す。相関2重サンプリング(CDS)処理に基づき、[ステップ−C]におけるP相読み出しと[ステップ−D]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極2421に対応した撮像素子等からの信号であり、[ステップ−G]におけるP相読み出しと[ステップ−H]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極2422に対応した撮像素子等からの信号である。
[ステップ−A]
コンパレータへのオートゼロ信号入力
[ステップ−B]
共有された1つの浮遊拡散層のリセット動作
[ステップ−C]
電荷蓄積用電極2421に対応した撮像素子等におけるP相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
[ステップ−D]
電荷蓄積用電極2421に対応した撮像素子等におけるD相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
[ステップ−E]
共有された1つの浮遊拡散層のリセット動作
[ステップ−F]
コンパレータへのオートゼロ信号入力
[ステップ−G]
電荷蓄積用電極2422に対応した撮像素子等におけるP相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
[ステップ−H]
電荷蓄積用電極2422に対応した撮像素子等におけるD相読み出し及び第1電極212への電荷の移動
という流れで、電荷蓄積用電極2421及び電荷蓄積用電極2422に対応した2つの撮像素子等からの信号を読み出す。相関2重サンプリング(CDS)処理に基づき、[ステップ−C]におけるP相読み出しと[ステップ−D]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極2421に対応した撮像素子等からの信号であり、[ステップ−G]におけるP相読み出しと[ステップ−H]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極2422に対応した撮像素子等からの信号である。
尚、[ステップ−E]の動作を省略してもよい(図59B参照)。また、[ステップ−F]の動作を省略してもよく、この場合、更には、[ステップ−G]を省略することができ(図59C参照)、[ステップ−C]におけるP相読み出しと[ステップ−D]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極2421に対応した撮像素子等からの信号であり、[ステップ−D]におけるD相読み出しと[ステップ−H]におけるD相読み出しとの差分が、電荷蓄積用電極2422に対応した撮像素子等からの信号となる。
第1電極21及び電荷蓄積用電極24の配置状態を模式的に図55(実施例13の第6変形例)及び図56(実施例13の第7変形例)に示す変形例では、4個の撮像素子等から撮像素子ブロックが構成されている。これらの固体撮像装置の動作は、実質的に、図49〜図54に示す固体撮像装置の動作と同様とすることができる。
第1電極21及び電荷蓄積用電極24の配置状態を模式的に図57及び図58に示す変形例8及び変形例9では、16個の撮像素子等から撮像素子ブロックが構成されている。図57及び図58に示すように、電荷蓄積用電極2411と電荷蓄積用電極2412との間、電荷蓄積用電極2412と電荷蓄積用電極2413との間、電荷蓄積用電極2413と電荷蓄積用電極2414との間には、電荷移動制御電極27A1,27A2,27A3が配設されている。また、図58に示すように、電荷蓄積用電極2421,2431,2441と電荷蓄積用電極2422,2432,2442との間、電荷蓄積用電極2422,2432,2442と電荷蓄積用電極2423,2433,2443との間、電荷蓄積用電極2423,2433,2443と電荷蓄積用電極2424,2434,2444との間には、電荷移動制御電極27B1,27B2,27B3が配設されている。更には、撮像素子ブロックと撮像素子ブロックとの間には、電荷移動制御電極27Cが配設されている。そして、これらの固体撮像装置においては、16個の電荷蓄積用電極24を制御することで、第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を第1電極21から読み出すことができる。
[ステップ−10]
具体的には、先ず、電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を第1電極21から読み出す。次に、電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域の領域を経由して、第1電極21から読み出す。次に、電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、電荷蓄積用電極2412及び電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域の領域を経由して、第1電極21から読み出す。
具体的には、先ず、電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を第1電極21から読み出す。次に、電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域の領域を経由して、第1電極21から読み出す。次に、電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、電荷蓄積用電極2412及び電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域の領域を経由して、第1電極21から読み出す。
[ステップ−20]
その後、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2414に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
その後、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2414に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
[ステップ−21]
電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
[ステップ−22]
電荷蓄積用電極2441に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2442に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2443に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2444に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
電荷蓄積用電極2441に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2442に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2443に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2444に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
[ステップ−30]
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、第1電極21を経由して読み出すことができる。
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、第1電極21を経由して読み出すことができる。
[ステップ−40]
その後、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2414に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
その後、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2414に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
[ステップ−41]
電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
[ステップ−50]
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、第1電極21を経由して読み出すことができる。
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極2431に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2432に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2433に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極2434に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、第1電極21を経由して読み出すことができる。
[ステップ−60]
その後、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2414に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
その後、電荷蓄積用電極2421に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2411に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2422に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2412に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2423に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2413に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。電荷蓄積用電極2424に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を電荷蓄積用電極2414に対向する第1半導体材料層23B1の領域に移動させる。
[ステップ−70]
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極2441に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2442に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2443に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極2444に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、第1電極21を経由して読み出すことができる。
そして、[ステップ−10]を再び実行することで、電荷蓄積用電極2441に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2442に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、電荷蓄積用電極2443に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷、及び、電荷蓄積用電極2444に対向する第1半導体材料層23B1の領域に蓄積された電荷を、第1電極21を経由して読み出すことができる。
実施例13の固体撮像装置にあっては、撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子等において第1電極が共有されているので、撮像素子等が複数配列された画素領域における構成、構造を簡素化、微細化することができる。尚、1つの浮遊拡散層に対して設けられる複数の撮像素子等は、第1タイプの撮像素子の複数から構成されていてもよいし、少なくとも1つの第1タイプの撮像素子と、1又は2以上の第2タイプの撮像素子とから構成されていてもよい。
実施例14は、実施例13の変形である。第1電極21及び電荷蓄積用電極24の配置状態を模式的に図60、図61、図62及び図63に示す実施例14の固体撮像装置にあっては、2個の撮像素子等から撮像素子ブロックが構成されている。そして、撮像素子ブロックの上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズ14が配設されている。尚、図61及び図63に示した例では、撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子等の間に電荷移動制御電極27が配設されている。
例えば、撮像素子ブロックを構成する電荷蓄積用電極2411,2421,2431,2441に対応する光電変換層は、図面、右斜め上からの入射光に対して高い感度を有する。また、撮像素子ブロックを構成する電荷蓄積用電極2412,2422,2432,2442に対応する光電変換層は、図面、左斜め上からの入射光に対して高い感度を有する。従って、例えば、電荷蓄積用電極2411を有する撮像素子等と電荷蓄積用電極2412を有する撮像素子等と組み合わせることで、像面位相差信号の取得が可能となる。また、電荷蓄積用電極2411を有する撮像素子等からの信号と電荷蓄積用電極2412を有する撮像素子等からの信号を加算すれば、これらの撮像素子等との組合せによって、1つの撮像素子等を構成することができる。図60に示した例では、電荷蓄積用電極2411と電荷蓄積用電極2412との間に第1電極211を配置しているが、図62に示した例のように、並置された2つの電荷蓄積用電極2411,2412に対向して1つの第1電極211を配置することで、感度の一層の向上を図ることができる。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例にて説明した撮像素子や積層型撮像素子、固体撮像装置の構造や構成、製造条件、製造方法、使用した材料は例示であり、適宜変更することができる。各実施例の撮像素子等を、適宜、組み合わせることができる。例えば、実施例7の撮像素子等と実施例8の撮像素子等と実施例9の撮像素子等と実施例10の撮像素子等と実施例11の撮像素子等を任意に組み合わせることができるし、実施例7の撮像素子等と実施例8の撮像素子等と実施例9の撮像素子等と実施例10の撮像素子等と実施例12の撮像素子等を任意に組み合わせることができる。
場合によっては、浮遊拡散層FD1,FD2,FD3,51C,45C,46Cを共有化することもできる。
実施例にあっては、専ら、第1半導体材料層をIGZOから構成したが、代替的に、第1半導体材料層を、インジウム、タングステン、スズ及び亜鉛から成る群から選択された少なくとも2種類の元素から構成されている形態とすることができ、具体的には、インジウム−タングステン酸化物(IWO)、インジウム−タングステン−亜鉛酸化物(IWZO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)、インジウム−スズ−亜鉛酸化物(ITZO)、又は、亜鉛−スズ酸化物(ZTO)から成る構成とすることができる。より具体的には、第1半導体材料層は、In−W酸化物から成り、又は、In−Sn酸化物、In−Zn酸化物、又は、W−Sn酸化物、又は、W−Zn酸化物、又は、Sn−Zn酸化物、又は、In−W−Sn酸化物、又は、In−W−Zn酸化物、又は、In−Sn−Zn酸化物、又は、In−W−Sn−Zn酸化物から成る構成とすることもできる。そして、これらの構成によっても、第1半導体材料層をIGZOから構成した場合と同様に、光電変換層において発生した信号電荷を速やかに第1電極に転送することができ、しかも、撮像画質の低下を招き難い撮像素子を提供することができる。
また、第1半導体材料層23B1と第2半導体材料層23B2の間に、半導体材料から成る中間層が形成されて構造とすることもできる。
図64に、例えば、実施例1において説明した撮像素子等の変形例を示すように、第1電極21は、絶縁層82に設けられた開口部85A内を延在し、第1半導体材料層23B1と接続されている構成とすることもできる。
あるいは又、図65に、例えば、実施例1において説明した撮像素子、積層型撮像素子の変形例を示し、図66Aに第1電極の部分等の拡大された模式的な一部断面図を示すように、第1電極21の頂面の縁部は絶縁層82で覆われており、開口部85Bの底面には第1電極21が露出しており、第1電極21の頂面と接する絶縁層82の面を第1面82a、電荷蓄積用電極24と対向する第1半導体材料層23B1の部分と接する絶縁層82の面を第2面82bとしたとき、開口部85Bの側面は、第1面82aから第2面82bに向かって広がる傾斜を有する。このように、開口部85Bの側面に傾斜を付けることで、第1半導体材料層23B1から第1電極21への電荷の移動がより滑らかとなる。尚、図66Aに示した例では、開口部85Bの軸線を中心として、開口部85Bの側面は回転対称であるが、図66Bに示すように、第1面82aから第2面82bに向かって広がる傾斜を有する開口部85Cの側面が電荷蓄積用電極24側に位置するように、開口部85Cを設けてもよい。これによって、開口部85Cを挟んで電荷蓄積用電極24とは反対側の第1半導体材料層23B1の部分からの電荷の移動が行われ難くなる。また、開口部85Bの側面は、第1面82aから第2面82bに向かって広がる傾斜を有するが、第2面82bにおける開口部85Bの側面の縁部は、図66Aに示したように、第1電極21の縁部よりも外側に位置してもよいし、図66Cに示すように、第1電極21の縁部よりも内側に位置してもよい。前者の構成を採用することで、電荷の転送が一層容易になるし、後者の構成を採用することで、開口部の形成時の形状バラツキを小さくすることができる。
これらの開口部85B,85Cは、絶縁層に開口部をエッチング法に基づき形成するときに形成するレジスト材料から成るエッチング用マスクをリフローすることで、エッチング用マスクの開口側面に傾斜を付け、このエッチング用マスクを用いて絶縁層82をエッチングすることで、形成することができる。
あるいは又、実施例5において説明した電荷排出電極26に関して、図67に示すように、第1半導体材料層23B1は、絶縁層82に設けられた第2開口部86A内を延在し、電荷排出電極26と接続されており、電荷排出電極26の頂面の縁部は絶縁層82で覆われており、第2開口部86Aの底面には電荷排出電極26が露出しており、電荷排出電極26の頂面と接する絶縁層82の面を第3面82c、電荷蓄積用電極24と対向する第1半導体材料層23B1の部分と接する絶縁層82の面を第2面82bとしたとき、第2開口部86Aの側面は、第3面82cから第2面82bに向かって広がる傾斜を有する形態とすることができる。
また、図68に、例えば、実施例1において説明した撮像素子、積層型撮像素子の変形例を示すように、第2電極22の側から光が入射し、第2電極22よりの光入射側には遮光層15が形成されている構成とすることもできる。尚、光電変換層よりも光入射側に設けられた各種配線を遮光層として機能させることもできる。
尚、図68に示した例では、遮光層15は、第2電極22の上方に形成されているが、即ち、第2電極22よりの光入射側であって、第1電極21の上方に遮光層15が形成されているが、図69に示すように、第2電極22の光入射側の面の上に配設されてもよい。また、場合によっては、図70に示すように、第2電極22に遮光層15が形成されていてもよい。
あるいは又、第2電極22側から光が入射し、第1電極21には光が入射しない構造とすることもできる。具体的には、図68に示したように、第2電極22よりの光入射側であって、第1電極21の上方には遮光層15が形成されている。あるいは又、図72に示すように、電荷蓄積用電極24及び第2電極22の上方にはオンチップ・マイクロ・レンズ14が設けられており、オンチップ・マイクロ・レンズ14に入射する光は、電荷蓄積用電極24に集光され、第1電極21には到達しない構造とすることもできる。尚、実施例4において説明したように、転送制御用電極25が設けられている場合、第1電極21及び転送制御用電極25には光が入射しない形態とすることができ、具体的には、図71に図示するように、第1電極21及び転送制御用電極25の上方には遮光層15が形成されている構造とすることもできる。あるいは又、オンチップ・マイクロ・レンズ14に入射する光は、第1電極21あるいは第1電極21及び転送制御用電極25には到達しない構造とすることもできる。
これらの構成、構造を採用することで、あるいは又、電荷蓄積用電極24の上方に位置する光電変換層23Aの部分のみに光が入射するように遮光層15を設け、あるいは又、オンチップ・マイクロ・レンズ14を設計することで、第1電極21の上方(あるいは、第1電極21及び転送制御用電極25の上方)に位置する光電変換層23Aの部分は光電変換に寄与しなくなるので、全画素をより確実に一斉にリセットすることができ、グローバルシャッター機能を一層容易に実現することができる。即ち、これらの構成、構造を有する撮像素子等を、複数、備えた固体撮像装置の駆動方法にあっては、
全ての撮像素子等において、一斉に、第1半導体材料層23B1に電荷を蓄積しながら、第1電極21における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子等において、一斉に、第1半導体材料層23B1に蓄積された電荷を第1電極21に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子等において第1電極21に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す。
全ての撮像素子等において、一斉に、第1半導体材料層23B1に電荷を蓄積しながら、第1電極21における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子等において、一斉に、第1半導体材料層23B1に蓄積された電荷を第1電極21に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子等において第1電極21に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す。
このような固体撮像装置の駆動方法にあっては、各撮像素子等は、第2電極側から入射した光が第1電極には入射しない構造を有し、全ての撮像素子等において、一斉に、第1半導体材料層に電荷を蓄積しながら、第1電極における電荷を系外に排出するので、全撮像素子等において同時に第1電極のリセットを確実に行うことができる。そして、その後、全ての撮像素子等において、一斉に、第1半導体材料層に蓄積された電荷を第1電極に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子等において第1電極に転送された電荷を読み出す。それ故、所謂グローバルシャッター機能を容易に実現することができる。
また、実施例4の変形例として、図73に示すように、第1電極21に最も近い位置から電荷蓄積用電極24に向けて、複数の転送制御用電極を設けてもよい。尚、図73には、2つの転送制御用電極25A,25Bを設けた例を示した。そして、電荷蓄積用電極24及び第2電極22上方にはオンチップ・マイクロ・レンズ14が設けられており、オンチップ・マイクロ・レンズ14に入射する光は、電荷蓄積用電極24に集光され、第1電極21及び転送制御用電極25A,25Bには到達しない構造とすることもできる。
図37及び図38に示した実施例7にあっては、電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3の厚さを漸次薄くすることで、絶縁層セグメント82’1,82’2,82’3の厚さを漸次厚くしている。一方、実施例7の変形例における電荷蓄積用電極、半導体材料積層体、光電変換層及び第2電極が積層された部分を拡大した模式的な一部断面図を図74に示すように、電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3の厚さを一定とし、絶縁層セグメント82’1,82’2,82’3の厚さを漸次厚くしてもよい。尚、光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3の厚さは一定である。
また、図40に示した実施例8にあっては、電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3の厚さを漸次薄くすることで、光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3の厚さを漸次厚くしている。一方、実施例8の変形例における電荷蓄積用電極、光電変換層及び第2電極が積層された部分を拡大した模式的な一部断面図を図75に示すように、電荷蓄積用電極セグメント24’1,24’2,24’3の厚さを一定とし、絶縁層セグメント82’1,82’2,82’3の厚さを漸次薄くすることで、光電変換層セグメント23’1,23’2,23’3の厚さを漸次厚くしてもよい。
以上に説明した各種の変形例は、実施例2〜実施例14に対しても適用することができることは云うまでもない。
実施例においては、電子を信号電荷としており、半導体基板に形成された光電変換層の導電型をn型としたが、正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも適用できる。この場合には、各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成すればよく、半導体基板に形成された光電変換層の導電型はp型とすればよい。
実施例にあっては、入射光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されて成るCMOS型固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、CMOS型固体撮像装置への適用に限られるものではなく、CCD型固体撮像装置に適用することもできる。後者の場合、信号電荷は、CCD型構造の垂直転送レジスタによって垂直方向に転送され、水平転送レジスタによって水平方向に転送され、増幅されることにより画素信号(画像信号)が出力される。また、画素が2次元マトリックス状に形成され、画素列毎にカラム信号処理回路を配置して成るカラム方式の固体撮像装置全般に限定するものでもない。更には、場合によっては、選択トランジスタを省略することもできる。
更には、本開示の撮像素子、積層型撮像素子は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やX線、あるいは、粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義には、圧力や静電容量等、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置(物理量分布検知装置)全般に対して適用可能である。
更には、撮像領域の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、選択画素から画素単位で画素信号を読み出すX−Yアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像領域と、駆動回路又は光学系とを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
また、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器を指す。電子機器に搭載されるモジュール状の形態、即ち、カメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
本開示の撮像素子、積層型撮像素子から構成された固体撮像装置201を電子機器(カメラ)200に用いた例を、図77に概念図として示す。電子機器200は、固体撮像装置201、光学レンズ210、シャッタ装置211、駆動回路212、及び、信号処理回路213を有する。光学レンズ210は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置201の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置201内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。シャッタ装置211は、固体撮像装置201への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路212は、固体撮像装置201の転送動作等及びシャッタ装置211のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路212から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置201の信号転送を行う。信号処理回路213は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、あるいは、モニタに出力される。このような電子機器200では、固体撮像装置201における画素サイズの微細化及び転送効率の向上を達成することができるので、画素特性の向上が図られた電子機器200を得ることができる。固体撮像装置201を適用できる電子機器200としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュール等の撮像装置に適用可能である。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
[A01]《撮像素子:第1の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第1半導体材料層の電子移動度をμ1、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ2<μ1 を満足する撮像素子。
[A02]第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する[A01]に記載の撮像素子。
[A03]光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する[A02]に記載の撮像素子。
[A04]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A02]に記載の撮像素子。
[A05]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A03]に記載の撮像素子。
[A06]光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する[A01]に記載の撮像素子。
[A07]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A06]に記載の撮像素子。
[A08]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A01]に記載の撮像素子。
[A09]《撮像素子:第2の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する撮像素子。
[A10]光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する[A09]に記載の撮像素子。
[A11]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A10]に記載の撮像素子。
[A12]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A09]に記載の撮像素子。
[A13]《撮像素子:第3の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換層の電子移動度をμ0、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ0≦μ2 を満足する撮像素子。
[A14]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A13]に記載の撮像素子。
[A15]《撮像素子:第4の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する撮像素子。
[A16]第1半導体材料層は非晶質である[A01]乃至[A15]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A17]半導体基板を更に備えており、
光電変換部は、半導体基板の上方に配置されている[A01]乃至[A15]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A18]第1電極は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、第1半導体材料層と接続されている[A01]乃至[A17]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A19]第1半導体材料層は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、第1電極と接続されている[A01]乃至[A17]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A20]第1電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
開口部の底面には第1電極が露出しており、
第1電極の頂面と接する絶縁層の面を第1面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、開口部の側面は、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する[A19]に記載の撮像素子。
[A21]第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する開口部の側面は、電荷蓄積用電極側に位置する[A20]に記載の撮像素子。
[A22]《第1電極及び電荷蓄積用電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極及び電荷蓄積用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を経由して制御部に読み出される[A01]乃至[A21]のいずれか1項に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12≧V11、且つ、V22<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12≦V11、且つ、V22>V21
である。
[A23]《転送制御用電極》
第1電極と電荷蓄積用電極との間に、第1電極及び電荷蓄積用電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された転送制御用電極を更に備えている[A01]乃至[A22]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A24]《第1電極、電荷蓄積用電極及び転送制御用電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び転送制御用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、転送制御用電極に電位V13が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、転送制御用電極に電位V23が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される[A23]に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12>V13、且つ、V22≦V23≦V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12<V13、且つ、V22≧V23≧V21
である。
[A25]《電荷排出電極》
第1半導体材料層に接続され、第1電極及び電荷蓄積用電極と離間して配置された電荷排出電極を更に備えている[A01]乃至[A24]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A26]電荷排出電極は、第1電極及び電荷蓄積用電極を取り囲むように配置されている[A25]に記載の撮像素子。
[A27]第1半導体材料層は、絶縁層に設けられた第2開口部内を延在し、電荷排出電極と接続されており、
電荷排出電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
第2開口部の底面には電荷排出電極が露出しており、
電荷排出電極の頂面と接する絶縁層の面を第3面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、第2開口部の側面は、第3面から第2面に向かって広がる傾斜を有する[A25]又は[A26]に記載の撮像素子。
[A28]《第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、電荷排出電極に電位V14が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、電荷排出電極に電位V24が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される[A25]乃至[A27]のいずれか1項に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V14>V11、且つ、V24<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V14<V11、且つ、V24>V21
である。
[A29]《電荷蓄積用電極セグメント》
電荷蓄積用電極は、複数の電荷蓄積用電極セグメントから構成されている[A01]乃至[A28]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A30]第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位よりも高く、
第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位よりも低い[A29]に記載の撮像素子。
[A31]第1半導体材料層及び第2半導体材料層の厚さ合計は、2×10-8m乃至1×10-7mである[A01]乃至[A30]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A32]第2電極から光が入射し、
光電変換層と第1半導体材料層との界面における第1半導体材料層の表面粗さRaは1.5nm以下であり、第1半導体材料層の二乗平均平方根粗さRqの値は2.5nm以下である[A01]乃至[A31]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A33]半導体基板には、制御部を構成する少なくとも浮遊拡散層及び増幅トランジスタが設けられており、
第1電極は、浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部に接続されている[A01]乃至[A32]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A34]半導体基板には、更に、制御部を構成するリセット・トランジスタ及び選択トランジスタが設けられており、
浮遊拡散層は、リセット・トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、
増幅トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、選択トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、選択トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は信号線に接続されている[A33]に記載の撮像素子。
[A35]電荷蓄積用電極の大きさは第1電極よりも大きい[A01]乃至[A34]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A36]第2電極側から光が入射し、第2電極よりの光入射側には遮光層が形成されている[A01]乃至[A35]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A37]第2電極側から光が入射し、第1電極には光が入射しない[A01]乃至[A35]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A38]第2電極よりの光入射側であって、第1電極の上方には遮光層が形成されている[A37]に記載の撮像素子。
[A39]電荷蓄積用電極及び第2電極の上方にはオンチップ・マイクロ・レンズが設けられており、
オンチップ・マイクロ・レンズに入射する光は、電荷蓄積用電極に集光される[A37]に記載の撮像素子。
[A40]《撮像素子:第1構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化している[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A41]《撮像素子:第2構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化している[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A42]《撮像素子:第3構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、絶縁層セグメントを構成する材料が異なる[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A43]《撮像素子:第4構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なる[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A44]《撮像素子:第5構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっている[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A45]《撮像素子:第6構成》
電荷蓄積用電極と絶縁層と第1半導体材料層と第2半導体材料層と光電変換層の積層方向をZ方向、第1電極から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と第1半導体材料層と第2半導体材料層と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B01]《積層型撮像素子》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を少なくとも1つ有する積層型撮像素子。
[C01]《固体撮像装置:第1の態様》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
[C02]《固体撮像装置:第2の態様》
[B01]に記載の積層型撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
[D01]《固体撮像装置:第1構成》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。
[D02]《固体撮像装置:第2構成》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。
[D03]1つの撮像素子の上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズが配設されている[D01]又は[D02]に記載の固体撮像装置。
[D04]2つの撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックの上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズが配設されている[D01]又は[D02]に記載の固体撮像装置。
[D05]複数の撮像素子に対して1つの浮遊拡散層が設けられている[D01]乃至[D04]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D06]第1電極は、各撮像素子の電荷蓄積用電極に隣接して配置されている[D01]乃至[D05]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D07]第1電極が、複数の撮像素子の一部の電荷蓄積用電極に隣接して配置されており、複数の撮像素子の残りの電荷蓄積用電極とは隣接して配置されてはいない[D01]乃至[D06]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D08]撮像素子を構成する電荷蓄積用電極と撮像素子を構成する電荷蓄積用電極との間の距離は、第1電極に隣接した撮像素子における第1電極と電荷蓄積用電極との間の距離よりも長い[D07]に記載の固体撮像装置。
[E01]《固体撮像装置の駆動方法》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子であって、第2電極側から光が入射し、第1電極には光が入射しない構造を有する撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に電荷を蓄積しながら、第1電極における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に蓄積された電荷を第1電極に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子において第1電極に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す固体撮像装置の駆動方法。
[A01]《撮像素子:第1の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第1半導体材料層の電子移動度をμ1、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ2<μ1 を満足する撮像素子。
[A02]第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する[A01]に記載の撮像素子。
[A03]光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する[A02]に記載の撮像素子。
[A04]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A02]に記載の撮像素子。
[A05]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A03]に記載の撮像素子。
[A06]光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する[A01]に記載の撮像素子。
[A07]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A06]に記載の撮像素子。
[A08]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A01]に記載の撮像素子。
[A09]《撮像素子:第2の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する撮像素子。
[A10]光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する[A09]に記載の撮像素子。
[A11]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A10]に記載の撮像素子。
[A12]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A09]に記載の撮像素子。
[A13]《撮像素子:第3の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換層の電子移動度をμ0、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ0≦μ2 を満足する撮像素子。
[A14]第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する[A13]に記載の撮像素子。
[A15]《撮像素子:第4の態様》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する撮像素子。
[A16]第1半導体材料層は非晶質である[A01]乃至[A15]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A17]半導体基板を更に備えており、
光電変換部は、半導体基板の上方に配置されている[A01]乃至[A15]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A18]第1電極は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、第1半導体材料層と接続されている[A01]乃至[A17]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A19]第1半導体材料層は、絶縁層に設けられた開口部内を延在し、第1電極と接続されている[A01]乃至[A17]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A20]第1電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
開口部の底面には第1電極が露出しており、
第1電極の頂面と接する絶縁層の面を第1面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、開口部の側面は、第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する[A19]に記載の撮像素子。
[A21]第1面から第2面に向かって広がる傾斜を有する開口部の側面は、電荷蓄積用電極側に位置する[A20]に記載の撮像素子。
[A22]《第1電極及び電荷蓄積用電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極及び電荷蓄積用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を経由して制御部に読み出される[A01]乃至[A21]のいずれか1項に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12≧V11、且つ、V22<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12≦V11、且つ、V22>V21
である。
[A23]《転送制御用電極》
第1電極と電荷蓄積用電極との間に、第1電極及び電荷蓄積用電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された転送制御用電極を更に備えている[A01]乃至[A22]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A24]《第1電極、電荷蓄積用電極及び転送制御用電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び転送制御用電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、転送制御用電極に電位V13が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、転送制御用電極に電位V23が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される[A23]に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V12>V13、且つ、V22≦V23≦V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V12<V13、且つ、V22≧V23≧V21
である。
[A25]《電荷排出電極》
第1半導体材料層に接続され、第1電極及び電荷蓄積用電極と離間して配置された電荷排出電極を更に備えている[A01]乃至[A24]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A26]電荷排出電極は、第1電極及び電荷蓄積用電極を取り囲むように配置されている[A25]に記載の撮像素子。
[A27]第1半導体材料層は、絶縁層に設けられた第2開口部内を延在し、電荷排出電極と接続されており、
電荷排出電極の頂面の縁部は絶縁層で覆われており、
第2開口部の底面には電荷排出電極が露出しており、
電荷排出電極の頂面と接する絶縁層の面を第3面、電荷蓄積用電極と対向する第1半導体材料層の部分と接する絶縁層の面を第2面としたとき、第2開口部の側面は、第3面から第2面に向かって広がる傾斜を有する[A25]又は[A26]に記載の撮像素子。
[A28]《第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極の電位の制御》
半導体基板に設けられ、駆動回路を有する制御部を更に備えており、
第1電極、電荷蓄積用電極及び電荷排出電極は、駆動回路に接続されており、
電荷蓄積期間において、駆動回路から、第1電極に電位V11が印加され、電荷蓄積用電極に電位V12が印加され、電荷排出電極に電位V14が印加され、第1半導体材料層に電荷が蓄積され、
電荷転送期間において、駆動回路から、第1電極に電位V21が印加され、電荷蓄積用電極に電位V22が印加され、電荷排出電極に電位V24が印加され、第1半導体材料層に蓄積された電荷が第1電極を介して制御部に読み出される[A25]乃至[A27]のいずれか1項に記載の撮像素子。
但し、第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、
V14>V11、且つ、V24<V21
であり、第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、
V14<V11、且つ、V24>V21
である。
[A29]《電荷蓄積用電極セグメント》
電荷蓄積用電極は、複数の電荷蓄積用電極セグメントから構成されている[A01]乃至[A28]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A30]第1電極の電位が第2電極の電位よりも高い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位よりも高く、
第1電極の電位が第2電極の電位よりも低い場合、電荷転送期間において、第1電極に最も近い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位は、第1電極に最も遠い所に位置する電荷蓄積用電極セグメントに印加される電位よりも低い[A29]に記載の撮像素子。
[A31]第1半導体材料層及び第2半導体材料層の厚さ合計は、2×10-8m乃至1×10-7mである[A01]乃至[A30]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A32]第2電極から光が入射し、
光電変換層と第1半導体材料層との界面における第1半導体材料層の表面粗さRaは1.5nm以下であり、第1半導体材料層の二乗平均平方根粗さRqの値は2.5nm以下である[A01]乃至[A31]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A33]半導体基板には、制御部を構成する少なくとも浮遊拡散層及び増幅トランジスタが設けられており、
第1電極は、浮遊拡散層及び増幅トランジスタのゲート部に接続されている[A01]乃至[A32]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A34]半導体基板には、更に、制御部を構成するリセット・トランジスタ及び選択トランジスタが設けられており、
浮遊拡散層は、リセット・トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、
増幅トランジスタの一方のソース/ドレイン領域は、選択トランジスタの一方のソース/ドレイン領域に接続されており、選択トランジスタの他方のソース/ドレイン領域は信号線に接続されている[A33]に記載の撮像素子。
[A35]電荷蓄積用電極の大きさは第1電極よりも大きい[A01]乃至[A34]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A36]第2電極側から光が入射し、第2電極よりの光入射側には遮光層が形成されている[A01]乃至[A35]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A37]第2電極側から光が入射し、第1電極には光が入射しない[A01]乃至[A35]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A38]第2電極よりの光入射側であって、第1電極の上方には遮光層が形成されている[A37]に記載の撮像素子。
[A39]電荷蓄積用電極及び第2電極の上方にはオンチップ・マイクロ・レンズが設けられており、
オンチップ・マイクロ・レンズに入射する光は、電荷蓄積用電極に集光される[A37]に記載の撮像素子。
[A40]《撮像素子:第1構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、絶縁層セグメントの厚さが、漸次、変化している[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A41]《撮像素子:第2構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、光電変換層セグメントの厚さが、漸次、変化している[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A42]《撮像素子:第3構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、絶縁層セグメントを構成する材料が異なる[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A43]《撮像素子:第4構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
隣接する光電変換部セグメントにおいて、電荷蓄積用電極セグメントを構成する材料が異なる[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A44]《撮像素子:第5構成》
光電変換部は、N個(但し、N≧2)の光電変換部セグメントから構成されており、
第1半導体材料層、第2半導体材料層及び光電変換層は、N個の光電変換層セグメントから構成されており、
絶縁層は、N個の絶縁層セグメントから構成されており、
電荷蓄積用電極は、相互に離間されて配置された、N個の電荷蓄積用電極セグメントから構成されており、
第n番目(但し、n=1,2,3・・・N)の光電変換部セグメントは、第n番目の電荷蓄積用電極セグメント、第n番目の絶縁層セグメント及び第n番目の光電変換層セグメントから構成されており、
nの値が大きい光電変換部セグメントほど、第1電極から離れて位置し、
第1番目の光電変換部セグメントから第N番目の光電変換部セグメントに亙り、電荷蓄積用電極セグメントの面積が、漸次、小さくなっている[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[A45]《撮像素子:第6構成》
電荷蓄積用電極と絶縁層と第1半導体材料層と第2半導体材料層と光電変換層の積層方向をZ方向、第1電極から離れる方向をX方向としたとき、YZ仮想平面で電荷蓄積用電極と絶縁層と第1半導体材料層と第2半導体材料層と光電変換層が積層された積層部分を切断したときの積層部分の断面積は、第1電極からの距離に依存して変化する[A01]乃至[A39]のいずれか1項に記載の撮像素子。
[B01]《積層型撮像素子》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を少なくとも1つ有する積層型撮像素子。
[C01]《固体撮像装置:第1の態様》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
[C02]《固体撮像装置:第2の態様》
[B01]に記載の積層型撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
[D01]《固体撮像装置:第1構成》
第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
光電変換部は、[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。
[D02]《固体撮像装置:第2構成》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、有しており、
複数の撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックを構成する複数の撮像素子において第1電極が共有されている固体撮像装置。
[D03]1つの撮像素子の上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズが配設されている[D01]又は[D02]に記載の固体撮像装置。
[D04]2つの撮像素子から撮像素子ブロックが構成されており、
撮像素子ブロックの上方に1つのオンチップ・マイクロ・レンズが配設されている[D01]又は[D02]に記載の固体撮像装置。
[D05]複数の撮像素子に対して1つの浮遊拡散層が設けられている[D01]乃至[D04]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D06]第1電極は、各撮像素子の電荷蓄積用電極に隣接して配置されている[D01]乃至[D05]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D07]第1電極が、複数の撮像素子の一部の電荷蓄積用電極に隣接して配置されており、複数の撮像素子の残りの電荷蓄積用電極とは隣接して配置されてはいない[D01]乃至[D06]のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
[D08]撮像素子を構成する電荷蓄積用電極と撮像素子を構成する電荷蓄積用電極との間の距離は、第1電極に隣接した撮像素子における第1電極と電荷蓄積用電極との間の距離よりも長い[D07]に記載の固体撮像装置。
[E01]《固体撮像装置の駆動方法》
[A01]乃至[A45]のいずれか1項に記載の撮像素子であって、第2電極側から光が入射し、第1電極には光が入射しない構造を有する撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に電荷を蓄積しながら、第1電極における電荷を系外に排出し、その後、
全ての撮像素子において、一斉に、第1半導体材料層に蓄積された電荷を第1電極に転送し、転送完了後、順次、各撮像素子において第1電極に転送された電荷を読み出す、
各工程を繰り返す固体撮像装置の駆動方法。
10’1,10’2,10’3・・・光電変換部セグメント、13・・・層間絶縁層より下方に位置する各種の撮像素子構成要素、14・・・オンチップ・マイクロ・レンズ(OCL)、15・・・遮光層、21・・・第1電極、22・・・第2電極、23A・・・光電変換層、23B・・・半導体材料積層体、23B1・・・第1半導体材料層、23B2・・・第2半導体材料層、23’1,23’2,23’3・・・光電変換層セグメント、24,24”1,24”2,24”3・・・電荷蓄積用電極、24A,24B,24C,24’1,24’2,24’3・・・電荷蓄積用電極セグメント、25,25A,25B・・・転送制御用電極(電荷転送電極)、26・・・電荷排出電極、27,27A1,27A2,27A3,27B1,27B2,27B3,27C・・・電荷移動制御電極、31,33,41,43・・・n型半導体領域、32,34,42,44,73・・・p+層、35,36,45,46・・・転送トランジスタのゲート部、35C,36C・・・半導体基板の領域、36A・・・転送チャネル、51・・・リセット・トランジスタTR1rstのゲート部、51A・・・リセット・トランジスタTR1rstのチャネル形成領域、51B,51C・・・リセット・トランジスタTR1rstのソース/ドレイン領域、52・・・増幅トランジスタTR1ampのゲート部、52A・・・増幅トランジスタTR1ampのチャネル形成領域、52B,52C・・・増幅トランジスタTR1ampのソース/ドレイン領域、53・・・選択トランジスタTR1selのゲート部、53A・・・選択トランジスタTR1selのチャネル形成領域、53B,53C・・・選択トランジスタTR1selのソース/ドレイン領域、61・・・コンタクトホール部、62・・・配線層、63,64,68A・・・パッド部、65,68B・・・接続孔、66,67,69・・・接続部、70・・・半導体基板、70A・・・半導体基板の第1面(おもて面)、70B・・・半導体基板の第2面(裏面)、71・・・素子分離領域、72・・・酸化膜、74・・・HfO2膜、75・・・絶縁材料膜、76,81・・・層間絶縁層、82・・・絶縁層、82’1,82’2,82’3・・・絶縁層セグメント、82a・・・絶縁層の第1面、82b・・・絶縁層の第2面、82c・・・絶縁層の第3面、83・・・絶縁層、85,85A,85B,85C・・・開口部、86,86A・・・第2開口部、100・・・固体撮像装置、101・・・積層型撮像素子、111・・・撮像領域、112・・・垂直駆動回路、113・・・カラム信号処理回路、114・・・水平駆動回路、115・・・出力回路、116・・・駆動制御回路、117・・・信号線(データ出力線)、118・・・水平信号線、200・・・電子機器(カメラ)、201・・・固体撮像装置、210・・・光学レンズ、211・・・シャッタ装置、212・・・駆動回路、213・・・信号処理回路、FD1,FD2,FD3,45C,46C・・・浮遊拡散層、TR1trs,TR2trs,TR3trs・・・転送トランジスタ、TR1rst,TR2rst,TR3rst・・・リセット・トランジスタ、TR1amp,TR2amp,TR3amp・・・増幅トランジスタ、TR1sel,TR3sel,TR3sel・・・選択トランジスタ、VDD・・・電源、TG1,TG2,TG3・・・転送ゲート線、RST1,RST2,RST3・・・リセット線、SEL1,SEL2,SEL3・・・選択線、VSL,VSL1,VSL2,VSL3・・・信号線(データ出力線)、VOA,VOT,VOU・・・配線
Claims (18)
- 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第1半導体材料層の電子移動度をμ1、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ2<μ1 を満足する撮像素子。 - 第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する請求項1に記載の撮像素子。
- 光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する請求項2に記載の撮像素子。
- 第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する請求項2に記載の撮像素子。
- 第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する請求項3に記載の撮像素子。
- 光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する請求項1に記載の撮像素子。
- 第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する請求項6に記載の撮像素子。
- 第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する請求項1に記載の撮像素子。
- 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第2半導体材料層のイオン化ポテンシャルをIP2、光電変換層のイオン化ポテンシャルをIP0としたとき、IP0<IP2 を満足する撮像素子。 - 光電変換層の電子移動度をμ0としたとき、μ0≦μ2 を満足する請求項9に記載の撮像素子。
- 第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する請求項10に記載の撮像素子。
- 第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する請求項9に記載の撮像素子。
- 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
光電変換層の電子移動度をμ0、第2半導体材料層の電子移動度をμ2としたとき、μ0≦μ2 を満足する撮像素子。 - 第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する請求項13に記載の撮像素子。
- 第1電極、光電変換層及び第2電極が積層されて成る光電変換部を備えており、
第1電極と光電変換層との間には、第1電極側から第1半導体材料層及び第2半導体材料層が形成されており、第2半導体材料層は光電変換層に接しており、
光電変換部は、更に、絶縁層、及び、第1電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して第1半導体材料層と対向して配置された電荷蓄積用電極を備えており、
第1半導体材料層の電子親和力をEA1、第2半導体材料層の電子親和力をEA2、光電変換層の電子親和力をEA0としたとき、EA0≦EA2≦EA1 を満足する撮像素子。 - 請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の撮像素子を少なくとも1つ有する積層型撮像素子。
- 請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
- 請求項16に記載の積層型撮像素子を、複数、備えた固体撮像装置。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017157149A JP2019036641A (ja) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 |
PCT/JP2018/019270 WO2019035254A1 (ja) | 2017-08-16 | 2018-05-18 | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 |
CN201880051572.9A CN111033741B (zh) | 2017-08-16 | 2018-05-18 | 摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置 |
US16/637,378 US11430833B2 (en) | 2017-08-16 | 2018-05-18 | Imaging element, laminated imaging element, and solid-state imaging device |
KR1020237019954A KR20230096123A (ko) | 2017-08-16 | 2018-05-18 | 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치 |
EP18846069.5A EP3671838B1 (en) | 2017-08-16 | 2018-05-18 | Image pickup element, laminated-type image pickup element, and solid-state image pickup device |
EP22200318.8A EP4141940A3 (en) | 2017-08-16 | 2018-05-18 | Imaging element, laminated imaging element, and solid-state imaging device |
KR1020197038344A KR102552757B1 (ko) | 2017-08-16 | 2018-05-18 | 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017157149A JP2019036641A (ja) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019036641A true JP2019036641A (ja) | 2019-03-07 |
Family
ID=65362222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017157149A Pending JP2019036641A (ja) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11430833B2 (ja) |
EP (2) | EP3671838B1 (ja) |
JP (1) | JP2019036641A (ja) |
KR (2) | KR20230096123A (ja) |
CN (1) | CN111033741B (ja) |
WO (1) | WO2019035254A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020203249A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置及び電子機器 |
WO2020241165A1 (ja) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | 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、無機酸化物半導体材料 |
WO2021059676A1 (ja) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置及び電子機器 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020241169A1 (ja) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | 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、撮像素子の製造方法 |
KR102649560B1 (ko) * | 2019-05-24 | 2024-03-19 | 삼성전자주식회사 | 광학 무선 통신 시스템 |
JPWO2021200508A1 (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | ||
JPWO2021200509A1 (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6188093B1 (en) * | 1997-09-02 | 2001-02-13 | Nikon Corporation | Photoelectric conversion devices and photoelectric conversion apparatus employing the same |
JP2008072090A (ja) * | 2006-08-14 | 2008-03-27 | Fujifilm Corp | 光電変換素子及び固体撮像素子 |
JP2008177191A (ja) | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置およびそれを用いたカメラ |
JP2009182096A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Fujifilm Corp | 光電変換素子及び固体撮像素子 |
JP5216373B2 (ja) * | 2008-03-06 | 2013-06-19 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子 |
JP5509846B2 (ja) | 2009-12-28 | 2014-06-04 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 |
JP5806176B2 (ja) * | 2012-07-09 | 2015-11-10 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法 |
WO2014021177A1 (ja) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | ソニー株式会社 | 半導体素子、半導体素子の製造方法、固体撮像装置、および電子機器 |
US9954018B2 (en) | 2013-01-16 | 2018-04-24 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state image pickup unit and electronic apparatus |
KR102355558B1 (ko) * | 2014-07-31 | 2022-01-27 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
JP2016063165A (ja) | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 撮像素子及び固体撮像装置 |
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 |
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 |
CN107359174B (zh) * | 2017-07-11 | 2023-07-25 | 展谱光电科技(上海)有限公司 | 多光谱摄像装置 |
-
2017
- 2017-08-16 JP JP2017157149A patent/JP2019036641A/ja active Pending
-
2018
- 2018-05-18 WO PCT/JP2018/019270 patent/WO2019035254A1/ja unknown
- 2018-05-18 EP EP18846069.5A patent/EP3671838B1/en active Active
- 2018-05-18 US US16/637,378 patent/US11430833B2/en active Active
- 2018-05-18 KR KR1020237019954A patent/KR20230096123A/ko not_active Application Discontinuation
- 2018-05-18 KR KR1020197038344A patent/KR102552757B1/ko active IP Right Grant
- 2018-05-18 EP EP22200318.8A patent/EP4141940A3/en active Pending
- 2018-05-18 CN CN201880051572.9A patent/CN111033741B/zh active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020203249A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置及び電子機器 |
WO2020241165A1 (ja) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | 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、無機酸化物半導体材料 |
WO2021059676A1 (ja) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置及び電子機器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111033741A (zh) | 2020-04-17 |
EP3671838A4 (en) | 2020-11-04 |
KR20230096123A (ko) | 2023-06-29 |
EP3671838A1 (en) | 2020-06-24 |
EP4141940A2 (en) | 2023-03-01 |
KR102552757B1 (ko) | 2023-07-07 |
US11430833B2 (en) | 2022-08-30 |
CN111033741B (zh) | 2024-01-16 |
WO2019035254A1 (ja) | 2019-02-21 |
EP4141940A3 (en) | 2023-06-14 |
KR20200036816A (ko) | 2020-04-07 |
US20200212108A1 (en) | 2020-07-02 |
EP3671838B1 (en) | 2022-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6926450B2 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
JP7090087B2 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
JP7132210B2 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
JP2017157816A (ja) | 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 | |
US11430833B2 (en) | Imaging element, laminated imaging element, and solid-state imaging device | |
JP7099073B2 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
WO2019035270A1 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
WO2019039029A1 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
JP7392767B2 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
WO2019044103A1 (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 | |
JP2023063537A (ja) | 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置 |