固态摄像元件和固态摄像装置的制作方法

本公开涉及一种使用例如有机半导体材料的固态摄像元件以及包括该固态摄像元件的固态摄像装置。

背景技术：

近些年来，在诸如电荷耦合器件(ccd：chargecoupleddevice)图像传感器或互补金属氧化物半导体(cmos：complementarymetaloxidesemiconductor)图像传感器等固态摄像装置中，像素尺寸的小型化一直在进行中。这导致进入单位像素的光子的数量减少，从而导致灵敏度降低和s/n比减小。此外，在使用包括二维布置着的红色、绿色和蓝色的原色滤色器的滤色器用于着色的情况下，例如，绿光和蓝光被红色像素中的滤色器吸收，从而导致灵敏度降低。另外，在生成每种颜色的信号时，在像素之间执行插值处理，从而生成伪色。

因此，例如，ptl1公开了一种这样的固态摄像装置：其中，光电转换区域是堆叠的，每个光电转换区域对在红色波长范围、绿色波长范围和蓝色波长范围中的对应一个波长范围内的光进行光电转换。在该固态摄像装置中，形成在半导体基板内部的各个光电转换器(光电二极管pd1和pd2)分别对红色波长范围内的光和蓝色波长范围内的光进行光电转换，并且形成在半导体基板的后表面侧上的有机光电转换膜对绿色波长范围内的光进行光电转换。在该固态摄像装置中，通过从一个像素分别提取b/g/r的信号来实现灵敏度的提高。

引用列表

专利文献

ptl1：日本未审查专利申请公开第2011-138927号

技术实现要素：

顺便提及，期望固态摄像装置提高电荷传输效率。

期望提供一种允许提高电荷传输效率的固态摄像元件和包括该固态摄像元件的固态摄像装置。

根据本公开实施例的固态摄像元件包括：光电转换层；绝缘层，所述绝缘层设置在所述光电转换层的一个表面上并具有第一开口；以及彼此相对的一对电极，所述光电转换层和所述绝缘层介于所述一对电极之间。在所述一对电极中，设置在所述绝缘层所在的一侧的一个电极包括各自独立的第一电极和第二电极，并且所述第一电极嵌入设置在所述绝缘层中的所述第一开口中，以电连接到所述光电转换层。

根据本公开实施例的固态摄像装置在多个像素中的每个像素中包括一个或多个根据本公开前述实施例的固态摄像元件。

在根据本公开实施例的固态摄像元件和根据本公开实施例的固态摄像装置中，在彼此相对并且光电转换层和具有第一开口的绝缘层介于其间的一对电极中，设置在绝缘层所在的一侧的一个电极包括多个电极(第一电极和第二电极)，并且第一电极嵌入第一开口中以电连接到光电转换层。这允许通过光电转换而在光电转换层中产生的电荷的二维移动。

根据本公开实施例的固态摄像元件和根据本公开实施例的固态摄像装置，在彼此相对并且光电转换层和具有第一开口的绝缘层介于其间的一对电极中，设置在绝缘层所在的一侧的一个电极包括第一电极，该第一电极嵌入设置在绝缘层中的第一开口中以电连接到光电转换层，这导致光电转换层中的电荷的二维移动。这使得可以提高从第一电极取回的电荷的传输效率。

需要指出的是，这里描述的效果不一定受限制，并且可以包括本公开中描述的任何效果。

附图说明

图1是根据本公开第一实施例的固态摄像元件的示意性构成的示例的断面图。

图2是用于描述图1所示的固态摄像元件的主要部分的构成的断面图。

图3是图2所示的下部电极的平面构成的示意图。

图4是图1所示的固态摄像元件的等效电路图。

图5是图1所示的固态摄像元件中的下部电极和控制器中所包含的晶体管的布局的示意图。

图6是图1所示的固态摄像元件的下部电极的另一形状的断面图。

图7是图1所示的固态摄像元件的下部电极的另一形状的断面图。

图8是用于描述图1所示的固态摄像元件的制造方法的断面图。

图9是图8之后的过程的断面图。

图10a是图9之后的过程的断面图。

图10b是图10a之后的过程的断面图。

图10c是图10b之后的过程的断面图。

图11a是图10c之后的过程的断面图。

图11b是图11a之后的过程的断面图。

图11c是图11b之后的过程的断面图。

图12a是图11c之后的过程的断面图。

图12b是图12a之后的过程的断面图。

图12c是图12b之后的过程的断面图。

图13是图12c之后的过程的断面图。

图14是图1所示的固态摄像元件的另一制造方法的示例的断面图。

图15是图1所示的固态摄像元件的另一制造方法的示例的断面图。

图16是示出了图1所示的固态摄像元件的操作示例的时序图。

图17是根据本公开第二实施例的固态摄像元件的主要部分的构成示例的断面图。

图18是图17所示的下部电极的平面构成的示意图。

图19是根据本公开第二实施例的固态摄像元件的主要部分的另一构成示例的断面图。

图20是图19所示的下部电极的平面构成的示意图。

图21是每个电极在累积时段和传输时段中的电位图。

图22是根据本公开第三实施例的固态摄像元件的主要部分的构成的断面图。

图23是图22所示的下部电极的平面构成的示意图。

图24是根据本公开变型例的固态摄像元件的主要部分的构成的断面图。

图25是示出了使用图1等所示的固态摄像元件作为像素的固态摄像装置的框图。

图26是示出了使用图25所示的固态摄像装置的电子设备(相机)的示例的功能框图。

图27是描绘了体内信息获取系统的示意性构成的示例的框图。

图28是描绘了车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。

图29是帮助说明摄像部的安装位置的示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的一些实施例。以下描述给出了本公开的具体示例，但是本公开不限于以下实施例。此外，本公开不限于各个附图中所示的各个部件的位置、尺寸、尺寸比例等。需要指出的是，按以下顺序给出描述。

1.第一实施例(用于光电转换层与读出电极之间的连接的开口用读出电极填充的示例)

1-1.固态摄像元件的构成

1-2.固态摄像元件的制造方法

1-3.作用和效果

2.第二实施例(设置有传输电极的示例)

3.第三实施例(设置有放电电极的示例)

4.变型例(半导体层设置在下部电极与光电转换层之间的示例)

5.应用例

<1.第一实施例>

图1示出了根据本公开第一实施例的固态摄像元件(固态摄像元件10a)的断面构成。图2示出了图1所示的固态摄像元件10a的主要部分(有机光电转换器20及其周围)的断面构成的放大图。图3示意性地示出了图2所示的下部电极的平面构成。图4是图1所示的固态摄像元件10a的等效电路图。图5示意性地示出了图1所示的固态摄像元件10a中的下部电极21和控制器中所包含的晶体管的布局。例如，固态摄像元件10a构成在诸如数码相机或摄像机等电子设备中使用的诸如cmos图像传感器等固态摄像装置(固态摄像装置1；参见图25)中的一个像素(单位像素p)。

(1-1.固态摄像元件的构成)

固态摄像元件10a是其中例如一个有机光电转换器20以及两个无机光电转换器32b和32r沿纵向方向堆叠的所谓的纵向光谱型。有机光电转换器20设置在半导体基板30的第一表面(后表面)30a所在的一侧。无机光电转换器32b和32r形成为嵌入半导体基板30中，并且沿半导体基板30的厚度方向堆叠。有机光电转换器20包括在彼此相对的一对电极(下部电极21(一个电极)和上部电极23)之间的绝缘层27和光电转换层22。绝缘层27具有开口27h，并且光电转换层22使用有机半导体材料形成。绝缘层27和光电转换层22从下部电极21所在的一侧按顺序堆叠。光电转换层22由p型半导体和n型半导体构成，并且在层内具有本体异质结结构(bulkheterojunctionstructure)。本体异质结结构是通过p型半导体和n型半导体的混合而形成的p/n结表面。在本实施例中，设置在相对于光电转换层22的与光入射侧s1相反的一侧的下部电极21包括多个电极(读出电极21a(第一电极)和累积电极21b(第二电极))，并且下部电极21具有这样的结构：其中，读出电极21a嵌入绝缘层27的开口27h中以电连接到光电转换层22。

有机光电转换器20以及无机光电转换器32b和32r选择性地检测相互不同波长范围内的光以进行光电转换。具体地，有机光电转换器20获得绿色(g)颜色信号。无机光电转换器32b和32r通过吸收系数的差异分别获得蓝色(b)颜色信号和红色(r)颜色信号。这使得固态摄像元件10a能够在不使用滤色器的情况下在一个像素中获得多种颜色信号。

需要指出的是，在本实施例中，给出了通过光电转换产生的电子-空穴对中的电子被读取为信号电荷的情况(n型半导体区域用作光电转换层的情况)的描述。此外，在附图中，附加到“p”或“n”的“+(加号)”表示p型或n型杂质浓度高，并且“++”表示p型或n型杂质浓度高于“+”的情况下的浓度。

例如，浮动扩散(浮动扩散层)fd1(半导体基板30中的区域36b)、fd2(半导体基板30中的区域37c)和fd3(半导体基板30中的区域38c)、传输晶体管tr2和tr3、放大器晶体管(调制元件)amp、复位晶体管rst、选择晶体管sel和多层布线40设置在半导体基板30的第二表面(前表面)30b上。多层布线40具有布线层41、42和43堆叠在绝缘层44中的构成。

需要指出的是，在附图中，半导体基板30的第一表面30a所在的一侧表示为光入射侧s1，并且半导体基板30的第二表面30b所在的一侧表示为布线层侧s2。

有机光电转换器20具有这样的构成：其中，例如，下部电极21、光电转换层22和上部电极23从半导体基板30的第一表面30a所在的一侧按顺序堆叠。绝缘层27设置在下部电极21与光电转换层22之间。例如，下部电极21分别针对每个固态摄像元件10a形成，并且包括读出电极21a和累积电极21b，如后面详细所述，读出电极21a和累积电极21b以绝缘层27介于其间的方式彼此分开。下部电极21的读出电极21a通过设置在绝缘层27中的开口27h而电连接到光电转换层22，并且开口27h填充有读出电极21a。图1示出了针对每个固态摄像元件10a分别形成光电转换层22和上部电极23的示例；然而，光电转换层22和上部电极23可以设置为多个固态摄像元件10a共用的连续层。例如，在半导体基板30的第一表面30a与下部电极21之间设置有具有固定电荷的层(固定电荷层)24、具有绝缘性的介电层25和层间绝缘层26。在上部电极23上设置保护层28。例如，在保护层28内部与读出电极21a和电连接到读出电极21a的fd1相对的区域中设置有遮光膜51。诸如平坦化层(未示出)和片上透镜52等光学构件设置在保护层28上方。

贯通电极34设置在半导体基板30的第一表面30a与第二表面30b之间。有机光电转换器20通过贯通电极34连接到放大器晶体管amp的栅极gamp和兼用作浮动扩散fd1的复位晶体管rst(复位晶体管tr1rst)的一个源极-漏极区域36b。这使得固态摄像元件10a能够通过贯通电极34将在半导体基板30的第一表面30a所在的一侧的有机光电转换器20中产生的电荷(这里是电子)很好地传输到半导体基板30的第二表面30b所在的一侧，从而改善了特性。

贯通电极34的下端连接到布线层41中的连接部41a，并且连接部41a和放大器晶体管amp的栅极gamp通过第一下部触点45彼此连接。例如，连接部41a和浮动扩散fd1(区域36b)通过第二下部触点46彼此连接。例如，贯通电极34的上端通过焊盘部39a和第一上部触点29a连接到读出电极21a。

例如，针对每个固态摄像元件10a中的每个有机光电转换器20设置贯通电极34。贯通电极34具有作为有机光电转换器20与放大器晶体管amp的栅极gamp和浮动扩散fd1两者之间的连接器的功能，并且用作在有机光电转换器20中产生的电荷(这里是电子)的传输路径。

复位晶体管rst的复位栅极grst与浮动扩散fd1(复位晶体管rst的一个源极-漏极区域36b)相邻地设置。这使得可以通过复位晶体管rst使在浮动扩散fd1中累积的电荷复位。

在根据本实施例的固态摄像元件10a中，从上部电极23所在的一侧进入有机光电转换器20的光被光电转换层22吸收。由此产生的激子移动到光电转换层22中所包含的电子供体与电子受体之间的界面，并且激子离解，即，激子离解成电子和空穴。这里产生的电荷(电子和空穴)各自通过由载流子之间的浓度差异产生的扩散或由阳极(这里是上部电极23)与阴极(这里是下部电极21)之间的功函数差异产生的内部电场而传送到不同的电极，并被检测为光电流。此外，还可以通过在下部电极21与上部电极23之间施加电位来控制电子和空穴的输送方向。

在下文中，给出了各个部件的构成、材料等的描述。

有机光电转换器20是这样的有机光电转换元件：其吸收与选择波长范围(例如，450nm至650nm(包括450nm和650nm))的一部分或全部对应的绿光，以产生电子-空穴对。

如图2和图3所示，下部电极21例如包括彼此分开形成的读出电极21a和累积电极21b。读出电极21a将在光电转换层22中产生的电荷(这里是电子)传输到浮动扩散fd1，并且例如通过第一上部触点29a、焊盘部39a、贯通电极34、连接部41a和第二下部触点46连接到浮动扩散fd1。累积电极21b在光电转换层22中累积在光电转换层22中产生的电荷的信号电荷(这里是电子)。累积电极21b与形成在半导体基板30内的无机光电转换器32b和32r的光接收表面直接相对，并且设置在覆盖光接收表面的区域中。累积电极21b优选地大于读出电极21a，这使得可以累积大量电荷。

读出电极21a通过绝缘层27的设置在读出电极21a上的开口27h电连接到光电转换层22。在本实施例中，开口27h填充有读出电极21a。换句话说，读出电极21a具有在开口27h中朝向光电转换层22突出的形状。嵌入开口27h中的读出电极21a的表面上设置有比开口27h大的悬垂部21x。换句话说，读出电极21a包括导电膜21a、导电膜21b和嵌入部21c。导电膜21a形成在与累积电极21b相同的层中，并且导电膜21b形成在绝缘层27上。嵌入部21c嵌入开口27h中，并且将导电膜21a和导电膜21b彼此电连接。例如，如图3所示，悬垂部21x中所包含的导电膜21b在x轴方向上的宽度形成为比导电膜21a窄。

需要指出的是，不是必需设置悬垂部21x。例如，如图6所示，读出电极21a可以包括嵌入开口27h中的嵌入部21c和导电膜21a。如果开口27h至少被填充成不会使得光电转换层22朝向读出电极21a突出并且由此在电连接到读出电极21a的光电转换层22的表面上形成由绝缘层27引起的电平差异，那么这就足够了。或者，例如，如图7所示，嵌入部21c可以朝向光电转换层22的内部突出。此外，悬垂部21x的平面形状在x轴方向上的宽度不一定比导电膜21a窄。例如，悬垂部21x中所包含的导电膜21b的累积电极21b所在的一侧的端面可以比导电膜21a的端面朝向累积电极21b的方向延伸更多。需要指出的是，优选的是，导电膜21b的边缘在堆叠方向(y轴方向)上不与累积电极21b重叠。此外，例如，悬垂部21x的侧表面可以形成相对于绝缘层27的顶表面的倾斜表面。

下部电极21由具有光学透明性的导电膜构成，并且由例如ito(氧化铟锡)构成。然而，作为下部电极21的构成材料，除了ito之外，还可以使用添加有掺杂剂的氧化锡(sno2)基材料或通过向氧化锌(zno)添加掺杂剂而制备的氧化锌基材料。氧化锌基材料的示例包括添加有铝(al)作为掺杂剂的氧化铝锌(azo)、添加有镓(ga)的氧化镓锌(gzo)和添加有铟(in)的氧化铟锌(izo)。除了这些材料之外，还可以使用cui、insbo4、znmgo、cuino2、mgin2o4、cdo、znsno3等。

此外，下部电极21的读出电极21a可以使用具有遮光性的导电材料形成。在这种情况下，可以去除图1中所示的遮光膜51。这种材料的示例包括铝(al)、钨(w)、钛(ti)、钼(mo)、钽(ta)、铜(cu)、钴(co)和镍(ni)等的金属膜及其合金膜，这些金属膜含有硅或氧等。需要指出的是，在向读出电极21a添加遮光功能的情况下，例如，可以是仅悬垂部21x中所包含的导电膜21b使用具有遮光性的导电材料形成。

光电转换层22将光能转换为电能。光电转换层22包括两种或更多种分别用作p型半导体或n型半导体的有机半导体材料(p型半导体材料或n型半导体材料)。光电转换层22具有在层中的p型半导体材料与n型半导体材料之间的结表面(p/n结表面)。p型半导体相对地用作电子供体(施主)，并且n型半导体相对地用作电子受体(受主)。光电转换层22提供光吸收时产生的激子离解成电子和空穴的场。具体地，激子在电子供体与电子受体之间的界面(p/n结表面)处离解成电子和空穴。

除了p型半导体材料和n型半导体材料之外，光电转换层22还可以包括有机半导体材料，即所谓的染料材料，其对预定波长范围内的光进行光电转换并使另一波长范围内的光能够通过。在使用包括p型半导体材料、n型半导体材料和染料材料的三种有机半导体材料形成光电转换层22的情况下，p型半导体材料和n型半导体材料分别优选地由在可见光范围(例如，450nm至800nm)内具有光学透明性的材料构成。光电转换层22的厚度例如在50nm至500nm的范围内。

光电转换层22中所包含的有机半导体材料的示例包括喹吖啶酮、氯化硼亚酞菁、并五苯、苯并噻吩并苯并噻吩(benzothienobenzothiophene)、富勒烯及其衍生物。光电转换层22包括两种或更多种上述有机半导体材料的组合。上述有机半导体材料的组合根据组合用作p型半导体或n型半导体。

需要指出的是，光电转换层22中所包含的有机半导体材料没有特别的限制。除了上述有机半导体材料之外，例如，优选地使用萘、蒽、菲、并四苯、芘、苝、荧蒽及其衍生物中的一种。或者，可以使用聚合物，例如苯撑乙烯(phenylenevinylene)、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔、丁二炔或其衍生物。此外，可以优选地使用金属络合物染料、花青类染料、部花青类染料、苯基呫吨类染料(phenylxanthene-baseddye)、三苯基甲烷类染料、若丹菁类染料、呫吨类染料、大环氮杂蒽基染料(macrocyclicazaannulene-baseddye)、甘菊蓝染料、萘醌、蒽醌类染料、诸如蒽和芘等缩合的多环芳基与芳香环或杂环化合物缩合的链状化合物、由两个如喹啉、苯并噻唑和苯并恶唑等具有作为键合链的方酸菁基(squaryliumgroup)和克酮酸次甲基(croconicmethinegroup)的含氮杂环键合的花青类染料或由方酸菁基或克酮酸次甲基键合的花青样染料等。需要指出的是，作为前述金属络合物染料，二硫醇金属络合物类染料、金属酞菁染料、金属卟啉染料或钌络合物染料是优选的，但金属络合物染料不限于此。

可以在光电转换层22与下部电极21之间(具体地，在光电转换层22与绝缘层27之间)以及在光电转换层22与上部电极23之间设置其他层。具体地，例如，可以从下部电极21所在的一侧依次堆叠底涂膜、空穴传输层、电子阻挡膜、光电转换层22、空穴阻挡膜、缓冲膜、电子传输层、功函数调整膜等。

与下部电极21类似，上部电极23包括具有光学透明性的导电膜。在使用固态摄像元件10a作为一个像素的固态摄像装置1中，上部电极23可以针对每个像素分开，或可以形成为各个像素的公共电极。上部电极23的厚度例如在10nm至200nm的范围内。

固定电荷层24可以包括具有正固定电荷或负固定电荷的膜。具有负固定电荷的膜的材料包括氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钽、氧化钛等。此外，除了上述材料之外，也可以使用氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铝膜、氧氮化铪膜、氧氮化铝膜等。

固定电荷层24可以具有两种或更多种膜堆叠的构成。例如，这使得可以在具有负固定电荷的膜的情况下进一步增强作为空穴累积层的功能。

虽然介电层25的材料没有特别的限制，但是使用例如氧化硅膜、teos、氮化硅膜、氧氮化硅膜等形成介电层25。

层间绝缘层26由例如包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(sion)等中的一种的单层膜构成，或由包括其中的两种或更多种的层叠膜构成。

绝缘层27将累积电极21b和光电转换层22彼此电分离。例如，绝缘层27设置在层间绝缘层26上，以覆盖下部电极21。此外，绝缘层27在下部电极21的读出电极21a上具有开口27h，并且读出电极21a和光电转换层22通过开口27h而彼此电连接。例如，可以使用与层间绝缘层26的材料类似的材料形成绝缘层27，并且绝缘层27由例如包括氮化硅、氮氧化硅(sion)等中的一种的单层膜构成，或由包括其中的两种或更多种的层叠膜构成。绝缘层27的厚度例如在3nm至500nm的范围内。

保护层28由具有光学透明性的材料构成，并且由例如包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等中的任何一种的单层膜构成，或由包括其中的两种或更多种的层叠膜构成。保护层28的厚度例如在100nm至30000nm的范围内。

半导体基板30由例如n型硅(si)基板构成，并且在预定区域中具有p阱31。上述的传输晶体管tr2和tr3、放大器晶体管amp、复位晶体管rst、选择晶体管sel等设置在p阱31的第二表面30b上。此外，包括逻辑电路等的周边电路(未示出)设置在半导体基板30的周边中。

复位晶体管rst(复位晶体管tr1rst)将从有机光电转换器20传输到浮动扩散fd1的电荷复位，并且由例如mos晶体管构成。具体地，复位晶体管tr1rst包括复位栅极grst、沟道形成区域36a以及源极-漏极区域36b和36c。复位栅极grst连接到复位线rst1，并且复位晶体管tr1rst的一个源极-漏极区域36b兼用作浮动扩散fd1。复位晶体管tr1rst中所包含的另一个源极-漏极区域36c连接到电源vdd。

放大器晶体管amp是将在有机光电转换器20中产生的电荷量调制为电压的调制元件，并且由例如mos晶体管构成。具体地，放大器晶体管amp包括栅极gamp、沟道形成区域35a以及源极-漏极区域35b和35c。栅极gamp通过第一下部触点45、连接部41a、第二下部触点46、贯通电极34等连接到读出电极21a和复位晶体管tr1rst的一个源极-漏极区域36b(浮动扩散fd1)。此外，一个源极-漏极区域35b与复位晶体管tr1rst中所包含的另一个源极-漏极区域36c共用区域，并且连接到电源vdd。

选择晶体管sel(选择晶体管tr1sel)包括栅极gsel、沟道形成区域34a以及源极-漏极区域34b和34c。栅极gsel连接到选择线sel1。此外，一个源极-漏极区域34b与放大器晶体管amp中所包含的另一个源极-漏极区域35c共用区域，并且另一个源极-漏极区域34c连接到信号线(数据输出线)vsl1。

无机光电转换器32b和32r各自在半导体基板30的预定区域中具有p/n结。无机光电转换器32b和32r使用取决于硅基板中的光入射深度的吸收光的波长差异而使光能够在纵向方向上分散。无机光电转换器32b选择性地检测蓝光以累积对应于蓝色的信号电荷，并且设置在允许蓝光的有效光电转换的深度处。无机光电转换器32r选择性地检测红光以累积对应于红色的信号电荷，并且设置在允许红光的有效光电转换的深度处。需要指出的是，蓝色(b)和红色(r)是分别对应于例如450nm至495nm的波长范围和例如620nm至750nm的波长范围的颜色。如果允许无机光电转换器32b和32r中的各者检测波长范围中相应的一个波长范围的一部分或全部的光，那么这就足够了。

无机光电转换器32b包括例如用作空穴累积层的p+区域和用作电子累积层的n区域。无机光电转换器32r具有例如用作空穴累积层的p+区域和用作电子累积层的n区域(具有p-n-p的堆叠结构)。无机光电转换器32b的n区域连接到垂直型传输晶体管tr2。无机光电转换器32b的p+区域沿着传输晶体管tr2弯曲并连接到无机光电转换器32r的p+区域。

传输晶体管tr2(传输晶体管tr2trs)将在无机光电转换器32b中产生并累积的与蓝色对应的信号电荷(这里是电子)传输到浮动扩散fd2。无机光电转换器32b形成在距半导体基板30的第二表面30b较深的位置处；因此，无机光电转换器32b的传输晶体管tr2trs优选地由垂直型晶体管构成。此外，传输晶体管tr2trs连接到传输栅极线tg2。另外，浮动扩散fd2设置在靠近传输晶体管tr2trs的栅极gtrs2的区域37c中。在无机光电转换器32b中累积的电荷通过沿着栅极gtrs2形成的传输沟道被浮动扩散fd2读取。

传输晶体管tr3(传输晶体管tr3trs)将在无机光电转换器32r中产生并累积的与红色对应的信号电荷(这里是电子)传输到浮动扩散fd3，并且由例如mos晶体管构成。此外，传输晶体管tr3trs连接到传输栅极线tg3。另外，浮动扩散fd3设置在靠近传输晶体管tr3trs的栅极gtrs3的区域38c中。在无机光电转换器32r中累积的电荷通过沿着栅极gtrs3形成的传输沟道被浮动扩散fd3读取。

无机光电转换器32b的控制器中所包含的复位晶体管tr2rst、放大器晶体管tr2amp和选择晶体管tr2sel进一步设置在半导体基板30的第二表面30b所在的一侧。此外，设置无机光电转换器32r的控制器中所包含的复位晶体管tr3rst、放大器晶体管tr3amp和选择晶体管tr3sel。

复位晶体管tr2rst包括栅极、沟道形成区域和源极-漏极区域。复位晶体管tr2rst的栅极连接到复位线rst2，并且复位晶体管tr2rst的源极-漏极区域中的一个源极-漏极区域连接到电源vdd。复位晶体管tr2rst的另一个源极-漏极区域兼用作浮动扩散fd2。

放大器晶体管tr2amp包括栅极、沟道形成区域和源极-漏极区域。该栅极连接到复位晶体管tr2rst的另一个源极-漏极区域(浮动扩散区fd2)。此外，放大器晶体管tr2amp中所包含的一个源极-漏极区域与复位晶体管tr2rst中所包含的一个源极-漏极区域共用区域，并且连接到电源vdd。

选择晶体管tr2sel包括栅极、沟道形成区域和源极-漏极区域。该栅极连接到选择线sel2。此外，选择晶体管tr2sel中所包含的源极-漏极区域中的一个源极-漏极区域与放大器晶体管tr2amp中所包含的另一个源极-漏极区域共用区域。选择晶体管tr2sel中所包含的另一个源极-漏极区域连接到信号线(数据输出线)vsl2。

复位晶体管tr3rst包括栅极、沟道形成区域和源极-漏极区域。复位晶体管tr3rst的栅极连接到复位线rst3，并且复位晶体管tr3rst中所包含的源极-漏极区域中的一个源极-漏极区域连接到电源vdd。复位晶体管tr3rst中所包含的另一个源极-漏极区域兼用作浮动扩散fd3。

放大器晶体管tr3amp包括栅极、沟道形成区域和源极-漏极区域。该栅极连接到复位晶体管tr3rst中所包含的另一个源极-漏极区域(浮动扩散fd3)。此外，放大器晶体管tr3amp中所包含的源极-漏极区域中的一个源极-漏极区域与复位晶体管tr3rst中所包含的一个源极-漏极区域共用区域，并且连接到电源vdd。

选择晶体管tr3sel包括栅极、沟道形成区域和源极-漏极区域。该栅极连接到选择线sel3。此外，选择晶体管tr3sel中所包含的源极-漏极区域中的一个源极-漏极区域与放大器晶体管tr3amp中所包含的另一个源极-漏极区域共用区域。选择晶体管tr3sel中所包含的另一个源极-漏极区域连接到信号线(数据输出线)vsl3。

复位线rst1、rst2和rst3、选择线sel1、sel2和sel3、传输栅极线tg2和tg3中的各者连接到驱动电路中所包含的垂直驱动电路112。信号线(数据输出线)vsl1、vsl2和vsl3连接到驱动电路中所包含的列信号处理电路113。

例如，第一下部触点45、第二下部触点46、第一上部触点29a和第二上部触点29b均由诸如磷掺杂的非晶硅(pdas：phosphorusdopedamorphoussilicon)等掺杂的硅材料或诸如铝(al)、钨(w)、钛(ti)、钴(co)、铪(hf)和钽(ta)等金属材料构成。

(1-2.固态摄像元件的制造方法)

例如，可以以下面的方式制造根据本实施例的固态摄像元件10a。

图8至图12以步骤顺序示出了固态摄像元件10a的制造方法。首先，如图8所示，例如，在半导体基板30内形成p阱31作为第一导电类型的阱，并且在p阱31内部形成第二导电类型(例如，n型)的无机光电转换器32b和32r。在半导体基板30的第一表面30a附近形成p+区域。

还如图8所示，在半导体基板30的第二表面30b上，形成用作浮动扩散fd1至fd3的n+区域，并且此后，形成栅极绝缘层33和包括传输晶体管tr2、传输晶体管tr3、选择晶体管sel、放大器晶体管amp和复位晶体管rst的各个栅极的栅极布线层47。由此形成传输晶体管tr2、传输晶体管tr3、选择晶体管sel、放大器晶体管amp和复位晶体管rst。此外，在半导体基板30的第二表面30b上形成包括第一下部触点45、第二下部触点46、含有连接部41a的布线层41至43以及绝缘层44的多层布线40。

作为半导体基板30的基础基板，使用这样的绝缘体上硅(soi：silicononinsulator)基板：其中堆叠有半导体基板30、嵌入的氧化物膜(未示出)和保持基板(未示出)。在图8中没有示出嵌入的氧化物膜和保持基板，但是嵌入的氧化物膜和保持基板接合在半导体基板30的第一表面30a上。在离子注入之后进行退火处理。

接下来，将支撑基板(未示出)或另一个半导体基础基板等接合到半导体基板30的第二表面30b所在的一侧(多层布线40所在的一侧)，并从上到下翻转。随后，将半导体基板30与soi基板的嵌入的氧化物膜和保持基板分离，以使半导体基板30的第一表面30a暴露。利用典型cmos工艺中使用的技术，例如离子注入和化学气相沉积(cvd：chemicalvapordeposition)，可以执行上述工艺。

接下来，如图9所示，例如，通过干法蚀刻从第一表面30a所在的一侧对半导体基板30进行处理，以形成环形开口34h。如图9所示，开口34h的深度从半导体基板30的第一表面30a穿透到第二表面30b以到达连接部41a。

随后，例如，在半导体基板30的第一表面30a和开口34h的侧表面上形成负固定电荷层24。可以堆叠两种或更多种膜作为负固定电荷层24。这使得可以进一步增强作为空穴累积层的功能。在形成负固定电荷层24之后，形成介电层25。接下来，在介电层25上的预定位置处形成焊盘部39a和39b，并且此后，使用光刻法和化学机械抛光(cmp：chemicalmechanicalpolishing)方法在焊盘部39a和39b上形成由例如sio膜构成的绝缘膜26a。将第一上部触点29a和第二上部触点29b嵌入绝缘膜26a中。

随后，如图10a所示，在第一上部触点29a、第二上部触点29b和绝缘膜26a上形成导电膜21y，并且此后，在导电膜21y的预定位置处形成光致抗蚀剂pr。此后，通过蚀刻和去除光致抗蚀剂pr而使读出电极21a中所包含的导电膜21a和累积电极21b图案化。接下来，如图10b所示，例如，在绝缘膜26a、导电膜21a和累积电极21b上形成sio膜，并且此后，使用cmp法使sio膜平坦化，以形成其中嵌入有导电膜21a和累积电极21b的绝缘膜26b。随后，如图10c所示，在层间绝缘层26、导电膜21a和累积电极21b上依次形成绝缘层27和sin膜53。接下来，在sin膜53的预定位置处形成光致抗蚀剂pr。

随后，如图11a所示，使用例如干法蚀刻方法仅蚀刻sin膜53，并且此后，再次在预定位置处形成光致抗蚀剂pr，并且使用例如干法蚀刻方法蚀刻绝缘层27以在导电膜21a上形成开口27h。接下来，如图11b所示，在sin膜53的预定位置处形成光致抗蚀剂pr。接下来，如图11c所示，使用例如干法蚀刻方法蚀刻sin膜53。由此在sin膜53中形成了开口53h。

接下来，如图12a所示，例如，在导电膜21a、绝缘层27和sin膜53上形成导电膜21z，并且此后，如图12b所示，使用例如cmp方法将导电膜21z平坦化以嵌入开口27h和开口53h中。由此形成导电膜21b和嵌入部21c，以形成具有悬垂部21x的读出电极21a。接下来，如图12c所示，使用例如湿法蚀刻方法去除sin膜53。

接下来，如图13所示，在绝缘层27和读出电极21a上形成光电转换层22和上部电极23。随后，形成保护层28和遮光膜51，并且此后，进一步设置诸如平坦化层和片上透镜52等光学构件。从而完成了图1中所示的固态摄像元件10a。

需要指出的是，在使用气相沉积法形成光电转换层22的情况下，如图13所示，在读出电极21a的悬垂部21x上形成突出了悬垂部21x的厚度的突出部22x。在这样的突出部22x形成在光电转换层22的表面上的情况下，在施加电压时电场集中在突出部22x的角部22x1和22x2上。因此，在形成光电转换层22和上部电极23之后，优选地使用例如cmp方法使其表面平坦化。

可以使用涂布法形成光电转换层22。在使用涂布法形成光电转换层22的情况下，如图14所示，可以形成光电转换层22的平坦表面。或者，在使用气相沉积法形成光电转换层22的情况下，如图15所示，在悬垂部21x的两端形成锥形表面使得可以减轻悬垂部21x的悬垂。

在固态摄像元件10a中，光通过片上透镜52进入有机光电转换器20，并且此后，光依次通过有机光电转换器20以及无机光电转换器32b和32r。绿光、蓝光和红光中的各者在通过的过程中被光电转换。在下文中，将描述各种颜色的信号获取操作。

(由有机光电转换器20获取绿色信号)

在已进入固态摄像元件10a中的光中，首先，在有机光电转换器20中选择性地检测(吸收)绿光并对其进行光电转换。

有机光电转换器20通过贯通电极34连接到放大器晶体管amp的栅极gamp和浮动扩散fd1。因此，在有机光电转换器20中产生的电子-空穴对中的电子从下部电极21所在的一侧取出、通过贯通电极34传输到半导体基板30的第二表面30b所在的一侧、并且在浮动扩散fd1中累积。与此同时，在有机光电转换器20中产生的电荷量被放大器晶体管amp调制为电压。

此外，复位晶体管rst的复位栅极grst与浮动扩散fd1相邻设置。因此，在浮动扩散fd1中累积的电荷由复位晶体管rst复位。

这里，有机光电转换器20通过贯通电极34不仅连接到放大器晶体管amp，还连接到浮动扩散fd1，因此使得复位晶体管rst可以容易地将在浮动扩散fd1中累积的电荷复位。

与此相反，在贯通电极34没有连接到浮动扩散fd1的情况下，难以将在浮动扩散fd1中累积的电荷复位，导致电荷因为施加大的电压而被吸引到上部电极23所在的一侧。这可能会损坏光电转换层22。此外，能够在短时间内实现复位的构成导致暗时噪声(darktimenoise)增加，从而导致折衷；因此，这种构成是困难的。

图16示出了固态摄像元件10a的操作示例。(a)表示累积电极21b的电位；(b)表示浮动扩散fd1(读出电极21a)的电位；并且(c)表示复位晶体管tr1rst的栅极(grst)的电位。

在固态摄像元件10a中，在累积时段中，驱动电路将电位v1施加到读出电极21a，并将电位v2施加到累积电极21b。这里，电位v1和v2具有v2>v1的关系。因此，通过光电转换产生的电荷(这里是电子)被吸引到累积电极21b，并且被累积在光电转换层22的与累积电极21b相对的区域中(累积时段)。在这方面，随着光电转换的时间流逝，光电转换层22的与累积电极21b相对的区域的电位值变为更负的值。需要指出的是，空穴被从上部电极23发送到驱动电路。

在固态摄像元件10a中，在累积时段的后期执行复位操作。具体地，在时刻t1，扫描器将复位信号rst的电压从低电平变为高电平。这使得单位像素p中的复位晶体管tr1rst导通，结果，浮动扩散fd1的电压被设定为电源电压vdd，并且浮动扩散fd1的电压被复位(复位时段)。

在完成复位操作之后，执行电荷读出。具体地，在时刻t2，驱动电路将电位v3施加到读出电极21a，并将电位v4施加到累积电极21b。这里，电位v3和v4具有v3<v4的关系。因此，累积在与累积电极21b对应的区域中的电荷(这里是电子)被从读出电极21a读取到浮动扩散fd1。换句话说，由控制器读取在光电转换层22中累积的电荷(传输时段)。

在完成这样的读出操作之后，驱动电路再次将电位v1施加到读出电极21a，并再次将电位v2施加到累积电极21b。因此，通过光电转换产生的电荷(这里是电子)被吸引到累积电极21b，并且被累积在光电转换层22的与累积电极21b相对的区域中(累积时段)。

(通过无机光电转换器32b和32r获取蓝色信号和红色信号)

随后，已经通过有机光电转换器20的光中的蓝光和红光分别在无机光电转换器32b和无机光电转换器32r中被依次吸收和被光电转换。在无机光电转换器32b中，对应于入射蓝光的电子被累积在无机光电转换器32b的n区域中，并且累积的电子通过传输晶体管tr2被传输到浮动扩散fd2。类似地，在无机光电转换器32r中，对应于入射红光的电子被累积在无机光电转换器32r的n区域中，并且累积的电子通过传输晶体管tr3被传输到浮动扩散fd3。

(1-3.作用和效果)

在如上所述从一个像素分别提取b/g/r信号的固态摄像装置中，在半导体基板中形成的每个光电转换器中暂时累积在半导体基板中产生的电荷，此后将该电荷分别传输到浮动扩散层(浮动扩散fd)中相应的一个浮动扩散层。这使得每个光电转换器可以完全耗尽。与此相反，由有机光电转换膜进行光电转换产生的电荷通过设置在半导体基板中的垂直传输路径而直接累积在设置在半导体基板中的浮动扩散层中。因此，难以完全耗尽有机光电转换膜，结果，复位噪声增加并且随机噪声劣化，从而导致成像图像的质量下降。

作为解决该问题的固态摄像元件，已经设计出一种这样的固态摄像元件：其中，有机光电转换膜夹在其间的电极中的一个电极(例如，下部电极)被分成例如两个电极(电荷读出电极和电荷累积电极)，其中的每个电极都允许独立地施加电压，并且电荷读出电极连接到浮动扩散层。在该固态摄像元件中，在有机光电转换膜中产生的电荷累积在与电荷累积电极相对的有机光电转换膜内部的区域中。累积的电荷被传输到电荷读出电极并由电荷读出电极适当地读取，这使得可以在曝光开始时完全耗尽电荷累积部，从而抑制复位噪声并改善成像图像的质量。

在上述固态摄像元件中，在分割的电极与有机光电转换膜之间设置有绝缘膜。分割的电极中的电荷读出电极通过设置在绝缘膜中的开口而与有机光电转换膜电连接，并且通常，形成在绝缘膜上的有机光电转换膜形成在开口内部。因此，在有机光电转换膜与电荷读出电极之间的连接部中形成了由绝缘膜引起的电平差。在有机光电转换膜朝向电荷读出电极凹陷的电平差部分中，难以通过电荷读出电极将电荷传输到浮动扩散fd。这可能导致传输效率下降。

与此相反，在本实施例中，开口27h填充有与上部电极23相对的下部电极21的读出电极21a，读出电极21a电连接到光电转换层22，光电转换层22和具有开口27h的绝缘层27夹在下部电极21与上部电极23之间。因此，消除了由光电转换层22与读出电极21a之间的连接部中的绝缘层27引起的电平差异，这使得在光电转换层22中产生的电荷能够二维移动。

如上所述，在根据本实施例的固态摄像元件10a中，将光电转换层22和读出电极21a彼此电连接的形成在绝缘层27中的开口27h填充有读出电极21a，这使得在光电转换层22中产生的电荷能够二维移动。这使得可以提高到读出电极21a和电连接到读出电极21a的浮动扩散fd1的电荷传输效率。

另外，在本实施方式中，比开口27h大的(具体地，(在x轴方向上)朝向两侧延伸超出开口27h的侧面的)悬垂部21x设置在开口27h的光电转换层22所在的一侧。这使得可以进一步提高电荷传输效率。

接下来，给出第二至第五实施例和变型例的描述。在下文中，与前述第一实施例中的部件类似的部件由相同的附图标记表示，并且适当地省略其描述。

<2.第二实施例>

图17示意性地示出了根据本公开第二实施例的固态摄像元件(固态摄像元件10b)的主要部分的断面构成。图18示意性地示出了图17中所示的下部电极的平面构成。与前述的第一实施例一样，固态摄像元件10b是其中例如一个有机光电转换器60以及两个无机光电转换器32b和32r沿纵向方向堆叠的所谓的纵向光谱型。根据本实施例的固态摄像元件10b与前述的第一实施例的不同之处在于，有机光电转换器60中所包含的下部电极61包括三个电极，该三个电极包括读出电极61a、累积电极61b和传输电极61c。

传输电极61c提高累积在累积电极61b上的电荷到读出电极61a的传输效率，并且传输电极61c设置在读出电极61a与累积电极61b之间。例如，传输电极61c通过第三上部触点29c和焊盘部39c连接到驱动电路中所包含的像素驱动电路。允许读出电极61a、累积电极61b和传输电极61c中的各者独立地施加电压。

在本实施例中，与根据前述的第一实施例的读出电极21a一样，读出电极61a嵌入在设置于绝缘层27中的开口27h中，并且在光电转换层62所在的一侧还具有悬垂部61x。例如，如图17和图18所示，悬垂部61x可以大部分朝向传输电极61c延伸。例如，如图17和图18所示，悬垂部61x(61x1)的朝向传输电极61c延伸的部分的端面可以形成在与传输电极61c的读出电极61a所在的一侧的侧表面相同的直线上。或者，悬垂部61x可以类似于图19和图20所示的悬垂部61x2朝向传输电极61c的上方延伸。如图19和图20所示，读出电极61a的悬垂部61x2和传输电极61c以绝缘层27介于其间的方式彼此相对，以在悬垂部61x与传输电极61c之间形成电容耦合。

需要指出的是，悬垂部61x和传输电极61c彼此相对的区域(相对区域x)优选地形成在传输电极61c的一部分中。在相对区域x形成在传输电极61c的整个表面上的情况下，累积在累积电极61b上的信号电荷被传输到读出电极61a而不通过传输电极61c。为此，通过传输电极61c从累积电极61b到读出电极61a的电荷传输效率没有提高。此外，例如，与前述的第一实施例一样，可以形成相对于绝缘层27的顶表面的倾斜表面。

在根据本实施例的固态摄像元件10b中，例如，在空穴被用作信号电荷的情况下，在累积时段中，驱动电路分别向读出电极61a、累积电极61b和传输电极61c施加电位v5、电位v6和电位v7(v5>v6＝v7)。因此，施加到传输电极61c的电位v6用作势垒，这使得可以防止在与累积电极61b对应的区域中累积的电荷朝向读出电极61a移动。在传输时段中，如图21所示，将要施加到各个电极61a、61b和61c上的上述电位改变为具有v7>v6>v5的关系，这允许累积在与累积电极61b对应的区域中的电荷从累积电极61b上移动到传输电极61c和读出电极61b上，以便被读取到浮动扩散fd1。

需要指出的是，在图19和图20所示的悬垂部61x延伸到传输电极61c上的固态摄像元件10b中，在传输时段中分别向累积电极61b和传输电极61c施加具有v7>v6的关系的电位v7和v6的情况下，将要施加到读出电极61a的电位v5随着传输电极61c的电位变化而大大减小(动态范围扩展)。这使得可以更有效地将电荷从累积电极61b上传送到读出电极61a上。此外，这使得可以防止电荷从读出电极61a回流到传输电极61c和累积电极61b。

如上所述，在本实施例中，传输电极61c设置在读出电极61a与累积电极61b之间。这使得可以更可靠地将电荷从读出电极61a移动到浮动扩散fd1，并且可以进一步提高累积在累积电极61b上的电荷的传输效率。此外，将读出电极61a的悬垂部61x延伸到传输电极61c上使得可以进一步提高累积在累积电极61b上的电荷的传输效率。而且，这使得可以扩展动态范围。

<3.第三实施例>

图22示意性地示出了根据本公开第三实施例的固态摄像元件(固态摄像元件10c)的主要部分的断面构成。图23示意性地示出了图22中所示的下部电极的平面构成。与前述的第一和第二实施例一样，固态摄像元件10c是其中例如一个有机光电转换器70以及两个无机光电转换器32b和32r沿纵向方向堆叠的所谓的纵向光谱型，并且与前述的第二实施例的不同之处在于，有机光电转换器80中所包含的下部电极71包括四个电极，该四个电极包括读出电极71a、累积电极71b、传输电极71c和放电电极71d。

放电电极71d向驱动电路发送未被累积电极71b充分吸引的电荷、或者在产生等于或超过传输能力的电荷量的情况下剩余的电荷(所谓的溢出电荷)。例如，放电电极71d设置在累积电极71b的周围(即，呈框架状形状)。放电电极71d例如通过第四上部触点29d和焊盘部39d连接到驱动电路中所包含的像素驱动电路。允许读出电极71a、累积电极71b和放电电极71d中的各者独立地施加电压。

在本实施例中，与读出电极71a一样，放电电极71d通过绝缘层77的设置在放电电极71d上的开口77h2电连接到光电转换层72。在本实施例中，开口77h2填充有放电电极71d。换句话说，放电电极71d具有在开口77h2中朝向光电转换层72突出的形状。嵌入在开口77h2中的放电电极71d的表面上设置有比开口77h2大的悬垂部71y。换句话说，与形成在读出电极71a中的悬垂部71x一样，放电电极71d包括导电膜71d、导电膜71e和嵌入部71f。导电膜71d形成在与累积电极71b相同的层中，并且导电膜71e设置在绝缘层77上。嵌入部71f嵌入在开口77h2中，并且具有比导电膜71d和71e小的面积。例如，如图23所示，悬垂部71y中所包含的导电膜71e形成为在x轴方向上的宽度比导电膜71d窄。

如上所述，在与累积电极71b相邻的位置处形成放电电极71d使得可以将在光电转换层72中产生的所有冗余电荷(redundantcharge)排放到累积电极71b上。此外，与读出电极71a一样，用于光电转换层72与放电电极71d之间的连接的开口77h2填充有放电电极71d。这使得可以提高在光电转换层72中产生的冗余电荷的放电效率。

需要指出的是，放电电极71d不必针对每个固态摄像元件设置，并且与稍后描述的固态摄像装置1一样，在使用多个固态摄像元件的情况下，例如，放电电极71d可以在相邻像素之间共用。

<4.变型例>

本公开的固态摄像元件10a至10c还可以具有以下构成。

图24示意性地示出了基于根据第一实施例的固态摄像元件10a的固态摄像元件10d的主要部分的断面构成。与前述的第一实施例一样，固态摄像元件10d是其中例如一个有机光电转换器20以及两个无机光电转换器32b和32r沿纵向方向堆叠的所谓的纵向光谱型。根据本变型例的固态摄像元件10d与前述的第一实施例的不同之处在于，半导体层81设置在光电转换层22下方。

半导体层81设置在光电转换层22下方，具体地，设置在绝缘层27与光电转换层22之间。半导体层81优选地使用具有比光电转换层22的电荷迁移率更高的电荷迁移率并具有大的带隙的材料来构成。这种材料的示例包括化合物半导体材料(例如igzo)、过渡金属二硫属化物(transitionmetaldichalcogenide)、碳化硅、金刚石、石墨烯、碳纳米管、稠合多环烃化合物、稠合杂环化合物等。在光电转换层22下方设置由上述材料中的任一材料构成的半导体层81使得可以防止在电荷累积期间电荷的再结合，这使得可以提高传输效率。

需要指出的是，设置半导体层81使得根据本变型例的固态摄像元件10d具有这样构成：其中，读出电极21a和光电转换层22以半导体层81介于其间的方式堆叠。此外，与图1所示的有机光电转换器20的部件一样，半导体层81是针对每个单位像素p设置的。

此外，在本变型例中，已经参考图24基于根据第一实施例的固态摄像元件10a将其作为示例进行了描述；然而，根据本变型例的半导体层81适用于根据前述的第二和第三实施例的固态摄像元件10b和10c中的任一者，并且可以实现与本变型例中的效果类似的效果。

<5.应用例>

(应用例1)

图25示出了固态摄像装置(固态摄像装置1)的整体构成，其对于每个像素使用在前述的第一实施例(或第二或第三实施例)中描述的固态摄像元件10a(或固态摄像元件10b、10c或10d)。固态摄像装置1是cmos图像传感器，并且在半导体基板30上包括作为成像区域的像素单元1a，并且在像素单元1a的周边区域中包括周边电路单元130，该周边电路单元130包括例如行扫描器131、水平选择器133、列扫描器134和系统控制器132。

像素单元1a包括例如二维布置成矩阵的多个单位像素p(每个单位像素p对应于固态摄像元件10a)。单位像素p与用于各像素行的像素驱动线lread(具体地，行选择线和复位控制线)和用于各像素列的垂直信号线lsig用配线连接。像素驱动线lread传输用于从像素读取信号的驱动信号。每个像素驱动线的一端连接到行扫描器131的对应于各行的输出端子中的一个相应输出端子。

行扫描器131包括移位寄存器、地址解码器等，并且用作例如逐行地驱动像素单元1a中的各个单位像素p的像素驱动器。从行扫描器131选择性扫描的像素行的每个单位像素p输出的信号通过每条垂直信号线lsig供应给水平选择器133。水平选择器133包括针对每条垂直信号线lsig设置的放大器、水平选择开关等。

列扫描器134包括移位寄存器、地址解码器等，并且在扫描水平选择开关的同时依次驱动水平选择器133的各个水平选择开关。列扫描器134的这种选择性扫描使得通过各条垂直信号线lsig传输的各个像素的信号依次输出到水平信号线135，并且此后通过水平信号线135传输到半导体基板30的外部。

包括行扫描器131、水平选择器133、列扫描器134和水平信号线135的电路部件可以直接形成在半导体基板30上或者设置在外部控制ic中。或者，这些电路部件可以形成在通过电缆等连接的任何其他基板上。

系统控制器132接收从半导体基板30的外部给出的时钟或用于指示操作模式的数据等，并且还输出诸如固态摄像装置1的内部信息等数据。系统控制器132还包括生成各种时序信号的时序发生器，并且系统控制器132基于由时序发生器生成的各种时序信号执行诸如行扫描器131、水平选择器133和列扫描器134等周边电路的驱动控制。

(应用例2)

前述的固态摄像装置1适用于具有成像功能的各种电子设备。该电子设备的示例包括诸如数码相机和摄像机等相机系统以及具有成像功能的移动电话。为了示例的目的，图26示出了电子设备2(照相机)的示意性构成。例如，电子设备2是能够拍摄静止图像或运动图像的摄像机，并且包括固态摄像装置1、光学系统(光学透镜)310、快门装置311、驱动固态摄像装置1和快门装置311的驱动器313以及信号处理器312。

光学系统310将来自被摄体的图像光(入射光)引导到固态摄像装置1的像素单元1a。光学系统310可以包括多个光学透镜。快门装置311控制固态摄像装置1被光照射的时段和光被遮挡的时段。驱动器313控制固态摄像装置1的传输操作和快门装置311的快门操作。信号处理器312对从固态摄像装置1输出的信号执行各种类型的信号处理。已经经过信号处理的图像信号dout存储在诸如存储器等存储介质中或输出到显示器等。

此外，前述的固态摄像装置1适用于以下电子设备(胶囊内窥镜10100、车辆等的移动体)。

(应用例3)

<体内信息获取系统的实际应用例>

图27是描绘了使用可以应用根据本公开的实施例的技术(本技术)的胶囊型内窥镜的患者的体内信息获取系统的示意性构成的示例的框图。

体内信息获取系统10001包括胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200。

胶囊型内窥镜10100在检查时被患者吞下。胶囊型内窥镜10100具有摄像功能和无线通信功能，并且在其通过蠕动运动在器官的内部移动一段时间的同时以预定间隔顺序地拍摄诸如胃或肠等器官的内部的图像(在下文中称为体内图像)，直到其从患者体内自然排出。然后，胶囊型内窥镜10100通过无线传输将体内图像的信息顺序地发送到身体外部的外部控制装置10200。

外部控制装置10200整体地控制体内信息获取系统10001的操作。此外，外部控制装置10200接收从胶囊型内窥镜10100传输到其上的体内图像的信息，并基于所接收的体内图像的信息生成用于在显示装置(未示出)上显示体内图像的图像数据。

在体内信息获取系统10001中，以这种方式在胶囊型内窥镜10100被吞下之后直到胶囊型内窥镜10100被排出的时间段内的任何时间可以获取对患者体内的状态进行成像的体内图像。

下面更详细地描述胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200的构成和功能。

胶囊型内窥镜10100包括胶囊型壳体10101，壳体10101中容纳有光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114、供电单元10115、电源单元10116和控制单元10117。

光源单元10111由光源，例如发光二极管(led：lightemittingdiode)构成，并且光源单元10111将光照射在摄像单元10112的摄像视场上。

摄像单元10112由摄像元件和光学系统构成，该光学系统包括设置在摄像元件的前一级的多个透镜。照射在作为观察目标的身体组织上的光的反射光(在下文中称为观察光)通过光学系统会聚并被引入到摄像元件中。在摄像单元10112中，通过摄像元件对入射的观察光进行光电转换，由此生成对应于观察光的图像信号。由摄像单元10112生成的图像信号被提供给图像处理单元10113。

图像处理单元10113由诸如中央处理器(cpu：centralprocessingunit)或图形处理器元(gpu：graphicsprocessingunit)等处理器构成，并且对由摄像单元10112生成的图像信号执行各种信号处理。因此，图像处理单元10113将已经执行了信号处理的图像信号作为raw数据提供给无线通信单元10114。

无线通信单元10114对已经由图像处理单元10113执行了信号处理的图像信号执行诸如调制处理等预定处理，并且通过天线10114a将得到的图像信号传输到外部控制装置10200。此外，无线通信单元10114通过天线10114a从外部控制装置10200接收与胶囊型内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信单元10114将从外部控制装置10200接收到的控制信号提供给控制单元10117。

供电单元10115由用于电力接收的天线线圈、用于从天线线圈中产生的电流再生电力的电力再生电路和升压电路(voltageboostercircuit)等构成。供电单元10115使用非接触充电原理产生电力。

电源单元10116由二次电池构成，并存储由供电单元10115产生的电力。在图27中，为了避免复杂的图示，省略了表示来自电源单元10116等的电力的供应目的地的箭头标记。然而，存储在电源单元10116中的电力被供应给光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117，并且可以用于驱动光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117。

控制单元10117由诸如cpu等处理器构成，并且根据从外部控制装置10200传输到其的控制信号适当地控制光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和供电单元10115的驱动。

外部控制装置10200由处理器(诸如cpu或gpu)或混合地安装有处理器和存储元件(诸如存储器)的微型计算机或控制板等构成。外部控制装置10200通过天线10200a将控制信号传输到胶囊型内窥镜10100的控制单元10117，以控制胶囊型内窥镜10100的操作。在胶囊型内窥镜10100中，例如，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变光源单元10111的在观察目标时的光照射条件。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变摄像条件(例如，摄像单元10112的帧速率或曝光值等)。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变图像处理单元10113的处理的内容或者用于从无线通信单元10114传输图像信号的条件(例如，传输间隔或传输图像数量等)。

此外，外部控制装置10200对从胶囊型内窥镜10100发送到其的图像信号执行各种图像处理，以生成用于在显示装置上显示拍摄的体内图像的图像数据。作为图像处理，可以执行各种信号处理，例如，显影处理(去马赛克处理)、图像质量改善处理(带宽增强处理、超分辨率处理、降噪(nr：noisereduction)处理和/或图像稳定处理(imagestabilizationprocess))和/或放大处理(电子变焦处理)。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以使显示装置显示基于所生成的图像数据的拍摄的体内图像。或者，外部控制装置10200还可以控制记录装置(未示出)以记录所生成的图像数据，或控制打印装置(未示出)以通过打印输出所生成的图像数据。

以上已经给出了可应用根据本公开的技术的体内信息获取系统的一个示例的描述。根据本公开的技术适用于例如具有上述构成的摄像单元10112。这使得可以获得精细的手术图像，从而提高检查的精度。

(应用例4)

<移动体的实际应用例>

根据本公开的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以以安装到任何种类的移动体上的装置的形式来实现，移动体例如是汽车、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶和机器人等。

图28是描绘了作为可以应用根据本公开实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图28所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(i/f)12053被示出为综合控制单元12050的功能构成。

驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传输至车轮的驱动力传输机构；用于调整车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。

主体系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车辆主体上的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，作为钥匙的替代的从便携式装置传输过来的无线电波或各种开关的信号能够输入至主体系统控制单元12020。主体系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。

车外信息检测单元12030检测关于具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收所拍摄的图像。在接收的图像的基础上，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标记或路面上的符号等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。

摄像部12031是光学传感器，其用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。摄像部12031可以输出电信号作为图像，或可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，摄像部12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外线等不可见光。

车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。在从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息的基础上，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。

微型计算机12051可以在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(adas：advanceddriverassistancesystem)的功能的协同控制，该功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。

此外，微型计算机12051可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等使车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。

此外，微型计算机12051可以在关于车辆外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030获得的)的基础上向主体系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制车头灯以从远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。

声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆的外部。在图28的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表盘12063被示出为输出装置。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

图29是描绘了摄像部12031的安装位置的示例的图。

在图29中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。

摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置。设置到前鼻上的摄像部12101和设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜上的摄像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门上的摄像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志或车道等。

顺便提及，图29描绘了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置到前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置到后保险杠或后门上的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。

摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。

例如，微型计算机12051可以在从摄像部12101至12104获得的距离信息的基础上确定到摄像范围12111到12114内的每个三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。

例如，微型计算机12051可以在从摄像部12101至12104获得的距离信息的基础上将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驱动以避免碰撞。

摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外摄像机。例如，微型计算机12051可以通过确定摄像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在作为红外摄像机的摄像部12101至12104的拍摄图像中提取特征点的程序以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的程序来执行对行人的这种识别。当微型计算机12051确定摄像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。

尽管已经参考第一至第三实施例、变型例和应用例给出了描述，但是本公开的内容不限于前述实施例等，并且可以以各种方式进行变型。例如，尽管前述的第一实施例中的固态摄像元件具有这样的结构：其中，检测绿光的有机光电转换器20以及分别检测蓝光和红光的无机光电转换器32b和32r堆叠，但是本公开的内容不限于这种构成。也就是说，有机光电转换器可以检测红光或蓝光，并且无机光电转换器可以检测绿光。

此外，有机光电转换器的数量、无机光电转换器的数量、有机光电转换器和无机光电转换器之间的比例不受限制，并且可以设置两个或更多个有机光电转换器。例如，即使在以下这样的纵向光谱型固态摄像元件中：其中，分别包括允许选择性地吸收预定波长范围内的光的有机半导体材料的红色光电转换器、绿色光电转换器和蓝色光电转换器以此顺序堆叠在基板上并且其间插入有绝缘层，本技术也能实现与前述实施例等类似的效果。此外，即使在有机光电转换器和无机光电转换器沿基板表面并排设置的固态摄像元件中，本技术也能实现与前述实施例等类似的效果。

此外，本公开的下部电极不限于前述的第一至第三实施例中描述的组合。例如，下部电极可以包括三个电极，该三个电极包括读出电极71a、累积电极71b和放电电极71d。或者，可以分开形成两个或三个或更多个累积电极。

此外，在前述实施例等中，已经例示了背面照射型固态摄像装置的构成；然而，本公开的内容也适用于前面照射型固态摄像装置。此外，本公开的固态摄像元件和固态摄像装置不必包括前述实施例等中描述的所有相应部件，或者本公开的固态摄像元件和固态摄像装置可以包括任何其他层。

需要指出的是，本文中描述的效果仅是说明性的而非限制性的，并且可包括其他效果。

需要指出的是，本公开可以具有以下构成。

(1)一种固态摄像元件，其包括：

光电转换层；

绝缘层，所述绝缘层设置在所述光电转换层的一个表面上并具有第一开口；以及

彼此相对的一对电极，所述光电转换层和所述绝缘层介于所述一对电极之间，

所述一对电极中的一个电极包括各自独立的第一电极和第二电极，所述一个电极设置在所述绝缘层所在的一侧，并且

所述第一电极嵌入设置在所述绝缘层中的所述第一开口中，以电连接到所述光电转换层。

(2)根据(1)所述的固态摄像元件，其中，所述第一电极在所述光电转换层所在的一侧包括比所述第一开口大的悬垂部。

(3)根据(2)所述的固态摄像元件，其中

所述一个电极包括在所述第一电极与所述第二电极之间的第三电极，并且

所述悬垂部的在所述第二电极所在的一侧的端面和所述第三电极的在所述第一电极所在的一侧的端面以所述绝缘层介于其间的方式形成在同一直线上。

(4)根据(2)或(3)所述的固态摄像元件，其中

所述一个电极包括在所述第一电极与所述第二电极之间的第三电极，并且

所述悬垂部与所述第三电极以所述绝缘层介于其间的方式相对。

(5)根据(2)至(4)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述悬垂部在侧表面上具有倾斜表面。

(6)根据(1)至(5)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述一个电极包括第四电极，所述第四电极位于相对于所述第二电极与所述第一电极相对的一侧。

(7)根据(6)所述的固态摄像元件，其中

所述绝缘层具有第二开口，并且

所述第四电极嵌入设置在所述绝缘层中的所述第二开口中，以电连接到所述光电转换层。

(8)根据(1)至(7)中任一项所述的固态摄像元件，其中

包括电压施加器，并且

所述电压施加器向所述第二电极施加第一电压以在所述光电转换层内部累积电荷，并且向所述第二电极施加第二电压以将累积在所述光电转换层内部的电荷传输到所述第一电极。

(9)根据(1)至(8)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述一个电极设置在所述光电转换层的与光入射面相对的一侧。

(10)根据(1)至(9)中任一项所述的固态摄像元件，其中，所述第一电极由具有遮光性的导电材料形成。

(11)根据(1)至(10)中任一项所述的固态摄像元件，其中，包括一个或多个所述光电转换层的有机光电转换器以及一个或多个无机光电转换器堆叠，所述无机光电转换器在与所述有机光电转换器不同的波长范围内执行光电转换。

(12)根据(11)所述的固态摄像元件，其中

所述无机光电转换器形成为嵌入半导体基板中，并且

所述有机光电转换器形成在所述半导体基板的第一表面所在的一侧。

(13)根据(12)所述的固态摄像元件，其中，在所述半导体基板的第二表面所在的一侧形成有多层布线层。

(14)根据(12)或(13)所述的固态摄像元件，其中

所述有机光电转换器对绿光执行光电转换，并且

对蓝光执行光电转换的无机光电转换器和对红光执行光电转换的无机光电转换器堆叠在所述半导体基板内部。

(15)一种固态摄像装置，其设置有多个像素，每个像素包括一个或多个固态摄像元件，所述固态摄像元件包括：

光电转换层；

绝缘层，所述绝缘层设置在所述光电转换层的一个表面上并具有第一开口；以及

彼此相对的一对电极，所述光电转换层和所述绝缘层介于所述一对电极之间，

所述一对电极中的一个电极包括各自独立的第一电极和第二电极，所述一个电极设置在所述绝缘层所在的一侧，并且

所述第一电极嵌入设置在所述绝缘层中的所述第一开口中，以电连接到所述光电转换层。

本申请要求于2016年10月5日向日本专利局提交的日本优先权专利申请第2016-197151号的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

应当理解，本领域技术人员可以根据设计要求和其他因素设想各种变型、组合、次组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。