JP2007201009A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】広ダイナミックレンジ化と高画質化を両立させることが可能な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】同一平面上に配列された多数の画素１００，２００，３００を有する固体撮像素子であって、画素１００，２００，３００は、それぞれ複数の光電変換素子を含み、複数の光電変換素子は、半導体基板１上方に積層された２つの基板上光電変換素子１９，２４と、基板上光電変換素子１９，２４下方の半導体基板１内に形成された１つの基板内光電変換素子２０１とを含み、複数の光電変換素子の各々の光電変換感度に感度差が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、同一平面上に配列された多数の画素を有する固体撮像素子に関する。

光電変換膜積層型固体撮像素子の原型的なものとして、例えば下記特許文献１〜３記載のものがある。この固体撮像素子は、半導体基板上方に感光層を３層積層し、各感光層で検出された赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の夫々の電気信号を、半導体基板表面に形成されているＭＯＳ回路で読み出すという構成になっている。

斯かる構成の固体撮像素子が過去に提案されたが、その後、半導体基板表面部に多数の受光部（フォトダイオード）を集積すると共に各受光部上にＲ，Ｇ，Ｂの各色カラーフィルタを積層した単板式のＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサが著しく進歩し、現在では、数百万もの受光部（画素）を１チップ上に集積したイメージセンサがデジタルカメラに搭載される様になっている。

特開昭５８―１０３１６５号公報 特許第３４０５０９９号公報 特開２００２―８３９４６号公報

ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサは、その技術進歩が限界近くまで進んできている。単位面積辺りの画素数を増やすことにより、さらなる高画質化が見込まれるが、最も小さな受光部の受光領域（開口）の大きさは２μｍを切り始めた。これ以上の微細化は困難を極めると同時に、光の波長よりも短い微細化は現実的に不可能なため近い将来必ずその限界に到達する。

また、微細化が進むと１画素あたりに蓄積できる電子数が原理的に減少してダイナミックレンジの低下を伴う。蓄積電子数の低下に伴うダイナミックレンジを補うために、１フレーム期間内をサブフレーム期間に分割し、それぞれのサブフレーム時間でシャッタ時間を変化させ、その信号を合成する方法も提案されている。しかし、該方法は、広帯域の増幅回路を必要とし、画素数の増加に伴う広帯域化との両立は非常に困難である。これらの要因から、現状の固体撮像素子では、広ダイナミックレンジ化と高画質化を両立させることは非常に困難であるという原理的な問題を抱えていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広ダイナミックレンジ化と高画質化を両立させることが可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子は、同一平面上に配列された多数の画素を有する固体撮像素子であって、前記画素は、複数の光電変換素子を含み、前記複数の光電変換素子は、半導体基板上方に積層された少なくとも１つの基板上光電変換素子と、前記基板上光電変換素子下方の前記半導体基板内に形成された少なくとも１つの基板内光電変換素子とを含み、前記複数の光電変換素子の各々の光電変換感度に感度差が設けられている。

本発明の固体撮像素子は、前記基板内光電変換素子の光電変換感度が、前記基板上光電変換素子の光電変換感度よりも高くなっている。

本発明の固体撮像素子は、前記複数の光電変換素子が、少なくとも２つの前記基板上光電変換素子を含み、前記少なくとも２つの基板上光電変換素子は、前記半導体基板に近いほど光電変換感度が低くなっている。

本発明の固体撮像素子は、前記複数の光電変換素子の各々で検出する光の波長域が異なる。

本発明の固体撮像素子は、前記複数の光電変換素子が、２つの前記基板上光電変換素子と、１つの前記基板内光電変換素子であり、前記２つの基板上光電変換素子と前記１つの基板内光電変換素子とにより、赤色、緑色、青色の３つの波長域の光を検出する。

本発明の固体撮像素子は、前記多数の画素が、複数の画素からなるユニットに分割され、前記ユニット内で隣り合う前記基板上光電変換素子同士及び前記基板内光電変換素子同士が、それぞれ異なる波長域の光を検出する。

本発明の固体撮像素子は、前記複数の光電変換素子の各々で検出する光の波長域が同じであり、前記多数の画素は、赤色の波長域の光を検出する前記複数の光電変換素子を備える赤色画素と、緑色の波長域の光を検出する前記複数の光電変換素子を備える緑色画素と、青色の波長域の光を検出する前記複数の光電変換素子を備える青色画素とを含み、前記赤色画素の数と、前記緑色画素と、前記青色画素の数との比が１：２：１である。

本発明の固体撮像素子は、前記基板上光電変換素子が光電変換膜を含んで構成され、前記複数の光電変換素子が、少なくとも２つの前記基板上光電変換素子を含む場合、前記画素に含まれる少なくとも２つの前記光電変換膜は、前記半導体基板に近いほど外部量子効率が高くなっている。

本発明の固体撮像素子は、前記基板上光電変換素子が、前記光電変換膜と、前記光電変換膜を挟む一対の電極とを含んで構成される。

本発明の固体撮像素子は、前記基板上光電変換素子が、光電変換膜と、前記光電変換膜を挟む一対の電極とを含んで構成される。

本発明の固体撮像素子は、前記光電変換膜が有機材料を含む。

本発明の固体撮像素子は、前記有機材料がホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含む。

本発明の固体撮像素子は、前記ホール輸送性有機材料と前記電子輸送性有機材料が、前記半導体基板側からこの順に積層されている。

本発明の固体撮像素子は、１つの前記画素において、平面視における前記基板内光電変換素子の受光面積が、平面視における前記基板上光電変換素子の受光面積に対して２０％以上９０％以下である。

本発明の固体撮像素子は、１つの前記画素において、平面視における前記基板内光電変換素子の受光領域の中心と、平面視における前記基板上光電変換素子の受光領域の中心とのずれが、前記基板上光電変換素子の受光領域の幅に対して３０％以下である。

本発明によれば、広ダイナミックレンジ化と高画質化を両立させることが可能な固体撮像素子を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の構成を示す表面模式図である。
図１に示す固体撮像素子は、同一平面上に配列された多数の画素（画素１００，画素２００，画素３００）を備える。多数の画素は、同一平面上の行方向に配列された複数の画素からなる行を画素行とし、この画素行を同一平面上の列方向に多数配列した配置、又は、列方向に配列された複数の画素からなる列を画素列とし、この画素列を行方向に多数配列した配置となっている。多数の画素は、行方向に並ぶ３つの画素１００，２００，３００を１ユニットとする多数のユニットに分割されており、多数のユニットの各々から、画像の１画素を構成する１画素データを得ることができる。言い換えると、図１に示す固体撮像素子は、多数のユニットが正方格子状に配列された構成となっている。尚、多数の画素の配列は図１に示したものに限らない。各画素は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各光を検出してそれに応じた信号電荷を発生して蓄積する光電変換素子と、該光電変換素子に蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出すための信号読み出し部とが含まれる。

ｎ型シリコン基板１上には、各画素に含まれる信号読み出し部を駆動するための駆動信号を該信号読み出し部に供給する行選択走査部１０２と、各画素から読み出された色信号に相関二重サンプリング処理や増幅処理を行うカラムアンプ１０３と、カラムアンプ１０３で処理された信号に、シリアルに信号処理を施して出力する読み出しアンプ１０４とが形成されている。

各画素行を構成する画素の信号読出し部と行選択走査部１０２とは信号線１０５によって接続されており、行選択走査部１０２から信号線１０５を介して駆動信号が信号読み出し部に供給されることで、信号読み出し対象となる画素行が選択され、信号読み出し動作が実行される。各画素列を構成する画素の信号読出し部とカラムアンプ１０３とは信号線１０１によって接続されており、信号読出し部から読み出された信号が信号線１０１を介してカラムアンプ１０３に伝達される。

図２は、図１に示す１つの画素１００を拡大した表面模式図である。図３は、図２に示すＡ−Ａ線断面模式図である。図４は、図２に示すＢ−Ｂ線断面模式図である。
画素１００には、ｎ型シリコン基板１内に形成された基板内光電変換素子２０１と、基板内光電変換素子２０１で光電変換して得られた信号電荷に応じた信号を信号線１０１に読み出すための基板内光電変換素子信号読出し部２０２と、基板内光電変換素子２０１上方に積層された２つの基板上光電変換素子１９，２４と、基板上光電変換素子１９，２４で光電変換して得られた信号電荷に応じた信号を信号線１０１に読み出すための基板上光電変換素子信号読出し部２０３とを備える。

図３及び図４に示すように、ｎ型シリコン基板１表面部には図示しないｐウェル層が形成されており、このｐウェル層の表面部にｐ＋型不純物層３が形成され、この下にｎ型不純物層２が形成されている。ｐウェル層とｎ層２とｐ＋層３とによって、公知のフォトダイオードが構成され、このフォトダイオードが基板内光電変換素子２０１となる。光電変換素子２０１は、Ｂの波長領域の光を検出し、入射光の内のＢの入射光量に応じた信号電荷を発生する。

光電変換素子２０１上方には、ゲート絶縁膜６と透明な絶縁膜８，１４，１５とを介して基板上光電変換素子１９が形成されている。基板上光電変換素子１９上方には、透明な絶縁膜２０を介して基板上光電変換素子２４が形成されている。基板上光電変換素子２４上には透明な絶縁膜２５が形成されている。

光電変換素子１９は、シリコン基板１側から順に、各画素毎に分離されている画素電極膜１６と、各画素毎に分離されている光電変換膜１７と、各画素毎に分離されている対向電極膜１８とを積層して構成される。対向電極膜１８は全画素で共通化しても良い。画素電極膜１６及び対向電極膜１８は、光学的に透明または光吸収が少ない材料で形成される。例えば、ＩＴＯ等のような金属化合物や、非常に薄い金属膜等で形成される。光電変換膜１７は、Ｒの波長領域の光を検出し、入射光の内のＲの入射光量に応じた信号電荷を発生する。光電変換膜１７の構造は、単層膜構造でも多層膜構造でもよく、主にＲに感度がある無機材料（シリコンや化合物半導体、それらのナノ粒子等）、有機半導体材料、有機色素を含む有機材料または無機材料等で形成される。画素電極膜１６と対向電極膜１８の間にバイアス電圧を印加することで、光電変換膜１７で発生した信号電荷を画素電極膜１６に移動させて、これを捕集することができる。

光電変換素子２４は、シリコン基板１側から順に、各画素毎に分離されている画素電極膜２１と、各画素毎に分離されている光電変換膜２２と、各画素毎に分離されている対向電極膜２３とを積層して構成される。対向電極膜２３は全画素で共通化しても良い。画素電極膜２１及び対向電極膜２３は、光学的に透明または光吸収が少ない材料で形成される。例えば、ＩＴＯ等のような金属化合物や、非常に薄い金属膜等で形成される。光電変換膜２２は、Ｇの波長領域の光を検出し、入射光の内のＧの入射光量に応じた信号電荷を発生する。光電変換膜２２の構造は、単層膜構造でも多層膜構造でもよく、主にＧに感度がある無機材料（シリコンや化合物半導体、それらのナノ粒子等）、有機半導体材料、有機色素を含む有機材料または無機材料等で形成される。画素電極膜２１と対向電極膜２３の間にバイアス電圧を印加することで、光電変換膜２２で発生した信号電荷を画素電極膜２１に移動させて、これを捕集することができる。

上述した光電変換膜は、単層構造の他に、シリコン基板１側から、［１］電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層という２層構造や、［２］ホール輸送性材料層、電子輸送性材料層という２層構造などが挙げられるが、［２］の構造が高い素子性能を得られるため特に好ましい。尚、上記電子輸送性材料や上記ホール輸送性材料層はそれぞれ二つ以上に分割しても構わない。

また、光電変換膜は、有機材料からなる場合、本実施形態では特に有効である。このため、電子輸送性材料及びホール輸送性材料として、有機材料を用いることが極めて望ましい。この理由は、光電変換膜の材料として有機材料を用いることで、分光波長の調節がしやすいためである。

基板１内の光電変換素子２０１の左隣には少し離間してｎ＋型不純物層４が形成されている。ｎ＋層４と光電変換素子２０１との間のｐウェル層には、光電変換素子２０１で発生してｎ層１に蓄積された信号電荷をｎ＋層４に読み出すための電荷読み出し領域ＴＧが形成される。電荷読み出し領域ＴＧ上方には、ゲート絶縁膜６を介して、ポリシリコン等からなる電極７が形成されている。この電極７に高電圧が印加されることで、ｎ層１に蓄積された信号電荷がｎ＋層４に読み出される。ｎ＋層４上には、アルミニウム等の金属からなる配線９が形成され、配線９上方には、ｎ＋層４に蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出すためのＭＯＳトランジスタからなる信号読み出し回路１３が形成されている。ｎ＋層４と信号読み出し回路１３は、配線９によって接続される。電極７、ｎ＋層４、配線９、及び信号読み出し回路１３が、図２の信号読出し部２０２を構成する。

基板１内の光電変換素子２０１の右隣には少し離間してｎ＋型不純物層５とｎ＋型不純物層５’が形成されている。ｎ＋層５上には、金属からなるコンタクト部１１が形成されており、コンタクト部１１上に画素電極膜１６が形成されている。このコンタクト部１１により、光電変換素子１９の画素電極膜１６とｎ＋層５とが電気的に接続される。これにより、画素電極膜１６で捕集された信号電荷は、コンタクト部１１を介してｎ＋層５に移動し、ここに蓄積される。更に、ｎ＋層５上には、アルミニウム等の金属からなる配線１０が形成され、配線１０上方には、ｎ＋層５に蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出すためのＭＯＳトランジスタからなる信号読み出し回路１２が形成されている。ｎ＋層５と信号読み出し回路１２は、配線１０によって接続される。

ｎ＋層５’上には、金属からなるコンタクト部１１’が形成されており、コンタクト部１１’上に画素電極膜２１が形成されている。このコンタクト部１１’により、光電変換素子２４の画素電極膜２１とｎ＋層５’とが電気的に接続される。これにより、画素電極膜２１で捕集された信号電荷は、コンタクト部１１’を介してｎ＋層５’に移動し、ここに蓄積される。更に、ｎ＋層５’上には、アルミニウム等の金属からなる配線１０’が形成され、配線１０’上方には、ｎ＋層５’に蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出すためのＭＯＳトランジスタからなる信号読み出し回路１２’が形成されている。ｎ＋層５’と信号読み出し回路１２’は、配線１０’によって接続される。

ｎ＋層５，５’、配線１０，１０’、コンタクト部１１，１１’、及び信号読み出し回路１２，１２’が、図２の信号読出し部２０３を構成する。図２に示すように、信号読出し部２０２，２０３は、光電変換素子２０１と平面視上重ならない位置に形成されている。電極７、配線９，１０，１０’、コンタクト部１１，１１’、信号読み出し回路１２，１２’，１３は、それぞれ、絶縁膜６，８，１４，１５内に埋設されている。絶縁膜８内には、ｎ＋層４、電極７、ｎ＋層５，５’上に図示しない遮光膜が形成されている。遮光膜には光電変換素子２０１上方に開口が形成されており、光電変換素子２０１のうち、この開口から見える部分が図２に示した領域であり、この領域が光電変換素子２０１の受光領域となる。

信号読み出し回路１２，１２’，１３は、それぞれ、公知の４トランジスタ構成でなり、同一構成であるため、ここでは信号読み出し回路１２についてその回路構成を説明する。図５は、信号読み出し回路１２の回路構成例を示す図である。図５に示すように、信号読み出し回路１２は、読み出しトランジスタ１１３と、信号電荷を色信号に変換する出力トランジスタ１１４と、画素行を選択するための行選択トランジスタ１１５と、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ１１６とを備える。

読み出しトランジスタ１１３は、そのゲートが信号線１０５に含まれる読み出し信号線１０８に接続され、そのソースが入力端子１１８に接続される。出力トランジスタ１１４は、そのゲートが読み出しトランジスタ１１３のドレインに接続され、そのソースが電源端子１１７に接続される。リセットトランジスタ１１６は、そのゲートが信号線１０５に含まれるリセット信号線１０９に接続され、そのソースが読み出しトランジスタ１１３のドレインに接続され、そのドレインが電源端子１１７に接続される。行選択トランジスタ１１５は、そのゲートが信号線１０５に含まれる行選択信号線１１０に接続され、そのソースが出力トランジスタ１１４のドレインに接続され、そのドレインが信号線１０１に接続される。

このように、図１に示す固体撮像素子は、基板内光電変換素子２０１、基板上光電変換素子１９、及び基板上光電変換素子２４の３つの光電変換素子を有する画素を多数備えた構成である。以上のような構成に加え、本実施形態の固体撮像素子では、各画素に含まれる３つの光電変換素子の各々の光電変換感度に感度差を持たせることで、ダイナミックレンジの拡大を図っている。

ここで、光電変換素子の光電変換感度とは、光電変換素子に所定量の光が入射したときに、その光電変換素子から取り出せる信号量がどのくらいなのかを示す特性のことを示す。つまり、同一光量の光が入射したとき、光電変換感度が相対的に高い高感度の光電変換素子は、光電変換感度が相対的に低い低感度の光電変換素子よりも、取り出せる信号量が多いという特性を持つものと定義することができる。
高感度の光電変換素子は、少ない光量で多くの信号を得ることができるため、低照度の被写体を撮影するのに最適であるが、多くの光量が入射した場合には、信号がすぐに飽和してしまうため、高照度の被写体を撮影するのには適さない。又、低感度の光電変換素子は、多くの光量が入射してもあまり多くの信号を得られないため、高照度の被写体を撮影するのに最適であるが、少ない光量が入射した場合には、得られる信号が少なすぎてしまい、低照度の被写体を撮影するのには適さない。

従来、低感度の光電変換素子から得られる信号と、高感度の光電変換素子から得られる信号を合成することで、固体撮像素子のダイナミックレンジを広げるという手法が知られており、本実施形態ではこのことを利用してダイナミックレンジの拡大を図る。

本実施形態において、画素１００は、「光電変換素子２０１の光電変換感度＞光電変換素子２４の光電変換感度＞光電変換素子１９の光電変換感度」となるように、各光電変換素子が設計されている。各光電変換素子の光電変換感度は、信号読み出し回路１２，１２’，１３の各々の入力端子１１８に接続される部分の容量を調整することで、変えることができる。その理由は、この容量が大きくなると、出力トランジスタ１１４のゲート電圧が上昇しにくくなることから理解することができる。つまり、容量を大きくして出力トランジスタ１１４のゲート電圧を上昇しにくくすることで、光電変換素子で多くの信号電荷が発生しても、出力トランジスタ１１４から出力される信号を少なくすることができ、光電変換感度を低くすることができる。その逆に、容量を小さくして出力トランジスタ１１４のゲート電圧を上昇しやすくすることで、光電変換素子で少しの信号電荷しか発生していない場合でも、出力トランジスタ１１４から出力される信号を多くすることができ、光電変換感度を高くすることができる。

信号読み出し回路１２，１２’，１３の各々の入力端子１１８に接続される部分の容量の調整は、各光電変換素子自体の構造を工夫して行ったり、入力端子１１８にキャパシタを接続したりすることで実現することができる。

このように設計された画素１００からは、高感度の光電変換を行う光電変換素子２０１から得られる高感度のＢ信号と、低感度の光電変換を行う光電変換素子１９から得られる低感度のＲ信号と、光電変換素子２０１よりも光電変換感度が低く、光電変換素子１９よりも光電変換感度が高い中感度の光電変換を行う光電変換素子２４から得られる中感度のＧ信号とが得られる。しかし、画素１００から得られる信号だけで１画素データを生成してしまうと、良好な画像が得られない。そこで、本実施形態の固体撮像素子では、画素２００，画素３００の構成を工夫し、画素１００，２００，３００からなるユニットから得られる信号を用いて１画素データを生成するようにしている。

画素２００の構成は、画素１００の光電変換素子２０１を、Ｇの波長域の光を検出する光電変換素子とし、画素１００の光電変換素子１９を、Ｂの波長域の光を検出する光電変換素子とし、画素１００の光電変換素子２４を、Ｒの波長域の光を検出する光電変換素子とした以外は、画素１００と全く同じ構成である。

画素３００の構成は、画素１００の光電変換素子２０１を、Ｒの波長域の光を検出する光電変換素子とし、画素１００の光電変換素子１９を、Ｇの波長域の光を検出する光電変換素子とし、画素１００の光電変換素子２４を、Ｂの波長域の光を検出する光電変換素子とした以外は、画素１００と全く同じ構成である。

以上の構成を分かりやすく図示したものが図６である。図６は、図１に示すＣ−Ｃ線の断面模式図、即ち、画素１００，２００，３００からなるユニットの断面模式図である。図６において、高感度の光電変換を行う光電変換素子には（Ｈ）を、中感度の光電変換を行う光電変換素子には（Ｍ）を、低感度の光電変換を行う光電変換素子には（Ｌ）を記した。
図６を見て分かるように、画素１００からは、高感度のＢ信号，中感度のＧ信号，低感度のＲ信号を得ることができ、画素２００からは、高感度のＧ信号，中感度のＲ信号，低感度のＢ信号を得ることができ、画素３００からは、高感度のＲ信号，中感度のＢ信号，低感度のＧ信号を得ることができる。つまり、１つのユニットからは、ＲＧＢ各色毎に、高感度、中感度、低感度の３つの信号が得られるため、ＲＧＢ各色毎にこれら３つの信号を合成することで、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大することができる。

以上のように、１つの画素からＲＧＢの３つの信号を得る構成の場合には、１つのユニットからＲＧＢ各色毎に高感度、中感度、低感度の３つの信号を得るために、図６に示したように、１つのユニット内で隣り合う光電変換素子同士が、異なる色を検出するものとなるようにすることが重要である。

また上記構成が最も好ましい例であるが、他にも本発明においては製造プロセスを大幅に短縮化することができる下記のような構成も当然含まれる。基板上光電変換素子を一つにし、その基板上光電変換素子の分光波長をＢ，Ｇ，Ｒの３色、そのＢ、Ｇ、Ｒに対応してそれぞれ基板内光電変換素子の分光波長をイエロー、マゼンダ、シアンにすることである。この場合も、基板上光電変換素子の光電変換感度が低く、基板内光電変換素子の光電変換感度が高いことが好ましい。もちろん、この場合基板上光電変換素子の分光波長をイエロー、マゼンダ、シアンで行い、基板内光電変換素子をそれに対応して青、緑、赤とすることもできる。その他任意の色の組み合わせでよい。

従来の単板式のイメージセンサで、画像合成によりダイナミックレンジの拡大を図ろうとすると、１画素データを生成するために、ＲＧＢ各色毎に高感度、中感度、低感度の３つの信号を得るための９つの光電変換素子がシリコン基板内に必要となる。これに対し、図１の固体撮像素子によれば、１画素データを生成するために必要なシリコン基板内の光電変換素子は３つで良い。このため、解像度の低下を招くことなく、ダイナミックレンジを向上させることができる。

具体的には、本発明により、７０ｄＢ以上、より好ましくは９０ｄＢ以上、より好ましくは１２０ｄＢ以上のダイナミックレンジを実現することができ、従来実用化されていた固体撮像素子に比べて、３桁以上照度領域を広げることが可能となり、銀塩感材に唯一劣っていたダイナミックレンジを同等性能まで持っていくことができる。

又、以上説明した固体撮像素子は、特許文献１〜３に記載のような撮像素子の特徴を併せ持っているため、単板式のイメージセンサよりも高画質の撮像を行うことができる。

尚、以上で説明したダイナミックレンジ拡大の効果は、画素１００，２００，３００が図７や図８のような構成であった場合でも得ることができる。
図７に示した固体撮像素子は、画素１００に含まれる各光電変換素子をＢの波長域の光を検出する光電変換素子とし、画素２００に含まれる各光電変換素子をＧの波長域の光を検出する光電変換素子とし、画素３００に含まれる各光電変換素子をＲの波長域の光を検出する光電変換素子とした点、即ち、画素１００をＢ検出用の赤色画素、画素２００をＧ検出用の赤色画素、画素３００をＲ検出用の赤色画素とした点のみが図６の固体撮像素子とは異なる。

図７を見て分かるように、画素１００からは、高感度のＢ信号，中感度のＢ信号，低感度のＢ信号を得ることができ、画素２００からは、高感度のＧ信号，中感度のＧ信号，低感度のＧ信号を得ることができ、画素３００からは、高感度のＲ信号，中感度のＲ信号，低感度のＲ信号を得ることができる。図７に示す構成の固体撮像素子から得られる信号は、カラーフィルタ配列が横ストライプ配列の単板式の固体撮像素子から得られる信号と同じである。このため、公知の信号処理を行うことで、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大することができる。図７のような構成にした場合には、光電変換素子１９又は光電変換素子２４を省略しても問題なくカラー撮像を行うことができる。又、図７のような構成にした場合には、光電変換素子１９及び光電変換素子２４に含まれる光電変換膜は、全画素で共通化することができる。

尚、図７の例において、各画素の配列は、画像データを生成することができる配列であれば何でも良い。例えば、画素１００と画素２００と画素３００を縦ストライプ状に配列した構成であっても良いし、画素１００の数と、画素２００の数と、画素３００の数との比を１：２：１とし、これらの画素１００，２００，３００をベイヤー配列にした構成であっても良い。特に好ましいのはベイヤー配列である。

図８に示した固体撮像素子は、画素１００，２００，３００の各々に含まれる全ての光電変換素子をＧの波長域の光を検出する光電変換素子とした点と、１ユニットから得られる信号を用いて１画素データを生成するのではなく、１つの画素から得られる信号を用いて１画素データを生成する点のみが図６の固体撮像素子とは異なる。

図８を見て分かるように、画素１００，２００，３００からは、それぞれ、高感度のＧ信号，中感度のＧ信号，低感度のＧ信号を得ることができる。このため、各画素から得られたＧ信号を用いることで、モノクロ撮像のみが可能な固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大することが可能である。図８のような構成にした場合には、光電変換素子１９又は光電変換素子２４を省略しても問題なくモノクロ撮像を行うことができる。又、図８のような構成にした場合には、光電変換素子１９及び光電変換素子２４に含まれる光電変換膜は、全画素で共通化することができる。

尚、以上の説明では、固体撮像素子の各画素において、光電変換素子２０１を高感度の光電変換素子とし、光電変換素子１９を低感度の光電変換素子とし、光電変換素子２４を中感度の光電変換素子としているが、これに限らない。固体撮像素子のダイナミックレンジの拡大という目的の達成のためには、各画素に含まれる各光電変換素子に感度差がついていれば良い。例えば、光電変換素子２０１を低感度の光電変換素子とし、光電変換素子１９を中感度の光電変換素子とし、光電変換素子２４を高感度の光電変換素子としても構わない。

但し、最も好ましい形態は、図６に示したように、シリコン基板１内にある光電変換素子２０１の光電変換感度を、シリコン基板１上方にある光電変換素子１９，２４それぞれの光電変換感度よりも高くした構成である。光電変換感度が高い光電変換素子から得られる高感度信号はＳ／Ｎが劣化してしまうため、ノイズ成分を抑えることが重要となる。ノイズ成分を最も低く抑えることができるのは、シリコン基板内で信号電荷を発生して、この信号電荷に応じた信号を読み出す場合である。このため、シリコン基板内にある光電変換素子２０１を、光電変換感度が高いものにすることで、光電変換素子２０１から得られる高感度信号のＳ／Ｎ劣化を最小限に抑えることができる。以下、上記形態が最も好ましい理由を詳細に説明する。

従来の単板式のイメージセンサが大成功を収めた大きな理由の一つは、その高いＳ／Ｎである。特に低照度の被写体を撮影する際（以下、低照度撮影時という）において良好なＳ／Ｎを得るためにはノイズを極めて小さく抑えなければならない。ノイズを抑制することができるのは、ドープ濃度の比較的低い単結晶Ｓｉの内部で光電子を発生させ、その信号電荷を単結晶Ｓｉ内部で転送読出することにより達成される。特に、埋め込み型のフォトダイオードを用いた完全転送型のイメージセンサは、表面の欠陥準位による影響がなく低照度のＳ／Ｎも極めてよいとされている。このため、基板内光電変換素子２０１の光電変換感度を高感度にすることは、Ｓ／Ｎ劣化を抑える上で好ましい。

基板上光電変換素子１９，２４には、電極配線の都合上、これらに対応させてシリコン基板１に高濃度ドープ層ｎ＋層５，５’を設けている。このため、光電変換素子１９又は２４の光電変換感度を高感度にした場合には、光電変換素子１９，２４に接続されるｎ＋層５，５’がノイズや残像の原因となり、高感度信号のＳ／Ｎに極めて大きな悪影響を及ぼす。

また、基板上光電変換素子１９，２４の構造起因による容量の影響も重要である。図３，４のような構造の場合、シリコン基板１内にて信号電荷を電位に変換するための容量をＣ（読出）とし、光電変換素子１９，２４の容量をそれぞれＣとすると、光電変換素子１９，２４でそれぞれ発生する信号電荷がΔＱ変化したときの、電位変化はおよそＣ＋Ｃ（読出）に反比例する。すなわち、Ｃが大きいほど同じ信号電荷変化に対して変化する電位変化が小さいので、光電変換素子１９と光電変換素子２４でそれぞれ同じ利得の出力トランジスタ１１４によって信号を増幅した場合、Ｃが大きいほど利得が小さいことを意味する。しかも、この利得低下はＣ（読出）を低下させることで補えない。理由は、電位変化がＣ＋Ｃ（読出）に反比例し、かつ、ＣがＣ（読出）よりも十分大きいからである。基板上光電変換素子１９，２４は、図３，４に示したように、光電変換膜とこれを挟む２枚の平板型電極とからなるため、その構造上Ｃの値が大きい。光電変換膜としてホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を用いた場合には、その値が特に大きくなる。対向電極膜１８，２３のバイアスをいくら変化させても、信号電荷の取り出し効率は増加するが、利得には影響がないため、基板上光電変換素子１９，２４の構造起因によるＣが利得を大きく低下させてしまう。その構造上、利得が１／１０以下になることはざらである。

ITE Technical Report Vol.27, No.25, P.21-24 、ITE Technical Report Vol.27, No.59, P.21-24によれば、単板式のイメージセンサにおいて、光電変換素子で発生した信号電荷を、初期の段階（カラムアンプ以前の段階）で高ゲイン増幅すると、そのイメージセンサの低照度撮影時のＳ／Ｎを向上させることができることが知られている。つまり、図１に示した固体撮像素子において、基板上光電変換素子１９又は２４を、高感度の光電変換素子にしたとしても、信号読み出し回路１２又は１２’において信号を高ゲイン増幅できれば、高感度信号のＳ／Ｎを向上できる。ところが、本実施形態で説明した固体撮像素子は、その構造上利得を大きく失っているため、その利得損失をどこかで稼がなければならない。通常、出力トランジスタ１１４は線形性を必要とするため、ソースフォロワ回路を形成し、その利得はほぼ最大の０．８ほどで設計されるので、出力トランジスタ１１４により利得を回復することはできない。カラムアンプ１０３で利得を回復させることが考えられるが、１段増幅回路で利得を例えば１０倍以上にすることは無理が生ずる。最適化されたアナログ回路の利得を１０倍以上上げると、消費電力、線形性、帯域、雑音等のいずれかの性能が劣化し、必ずと言っていいほどトータルの性能低下を引き起こすためである。

つまり、以上説明した構成の固体撮像素子においては、基板上光電変換素子１９又は２４を高感度の光電変換素子としてしまうと、Ｓ／Ｎの劣化を防ぐことが困難である。一方、シリコン基板１内の基板内光電変換素子２０１は、その構造上、低照度撮影時のＳ／Ｎが良好である。このため、本実施形態のように、Ｓ／Ｎ劣化が問題となる高感度の光電変換を行う光電変換素子をシリコン基板１内に設けることが、Ｓ／Ｎ向上のために最も適しており、基板内光電変換素子２０１を高感度の光電変換素子とすることが最も好ましい。

尚、低照度撮影時のＳ／Ｎ向上という目的から言えば、基板内光電変換素子２０１に持たせるべき光電変換感度を高感度にしておけば、基板上光電変換素子１９，２４に持たせるべき光電変換感度は、基板内光電変換素子２０１の光電変換感度よりも低ければ、どちらが高くても構わない。ただし、光利用効率を最適にするためには、図６〜図８に示した構成のように、基板１に近い基板上光電変換素子ほど光電変換感度を低くすることが好ましい。これは、基板１に近い基板上光電変換素子ほど、入射光量が少なくなるためである。

又、図６〜図８に示したように、各画素に含まれる基板上光電変換素子が複数である場合には、その複数の基板上光電変換素子の各々に含まれる光電変換膜の外部量子効率はシリコン基板１に近いほど高くなっていることが、光利用効率を最適化する上で好ましい。図６〜図８の例で言うと、光電変換素子１９の光電変換膜１７の外部量子効率が、光電変換素子２４の光電変換膜２２の外部量子効率よりも高いことが好ましい。

このように、本実施形態で説明する固体撮像素子の１つの画素は、シリコン基板上方に積層された２つの光電変換素子と、シリコン基板内に形成された１つの光電変換素子との３つの光電変換素子を備える構成であるが、１つの画素には少なくとも１つの基板内光電変換素子と、少なくとも１つの基板上光電変換素子との複数の光電変換素子が含まれていれば良い。シリコン基板内に複数の光電変換素子を形成する場合は、シリコン基板内の同一平面上に複数の光電変換素子を配列して形成しても良いし、特表２００２−５１３１４５号公報に記載の素子ように、シリコン基板内の深さ方向に複数の光電変換素子を積層して形成しても良い。

いずれの構成の場合でも、各画素に含まれる複数の光電変換素子の各々の光電変換感度に感度差を与えることで、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。又、シリコン基板内にある光電変換素子の光電変換感度を、シリコン基板上方にある光電変換素子の光電変換感度よりも高くすることで、良好なＳ／Ｎを得ることもできる。

尚、以上で説明した固体撮像素子では、１つの画素において、平面視における基板内光電変換素子２０１の受光領域の面積（受光面積）が、平面視における基板上光電変換素子１９，２４の受光領域の面積に対して２０％以上９０％以下であれば、効果的にシェーディングを低減することができる。より好ましい範囲は、４０％以上９０％以下、より好ましくは５０％以上８０％以下、より好ましくは６０％以上８０％以下である。シェーディングとは、固体撮像素子の周辺部と中央部で撮像性能が大きく異なる現象のことをいう。上記面積比が小さい場合のシェーディングは、低照度撮影時での感度性能が異なってしまうことがあり、また面積比が大きすぎる場合は、色にじみを生じてしまうことがあるため、上記範囲が好ましい。

また、この現象は、１つの画素において、平面視における基板内光電変換素子２０１の受光領域の中心部と、平面視における基板上光電変換素子１９，２４それぞれの受光領域の中心部とのずれが、基板上光電変換素子１９，２４それぞれの受光領域の行方向又は列方向の幅に対して３０％以下であればより抑えられ、より好ましくは、２０％以下、より好ましくは１０％以下、最も好ましいのは中心が一致した場合である。

以下、本発明における基板上光電変換素子について好ましい態様について述べる。
画素電極膜及び対向電極膜の材料としては、基本的に何であっても構わない。例えば、金属、合金、金属酸化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｆｒ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ，Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ，Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｏ、Ｓ、Ｎの中から選ばれる任意の組み合わせで良いが、本発明において特に好ましいものとしてＡｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎを選ぶことができる。この中でも透過率が高い構成が好ましい。

すなわち、透明電極を用いることは大変好ましい。具体的な材料として酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル等の金属を用いて作成した厚みの薄い半透過性電極、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性材料、これらとＩＴＯとの積層物、などが挙げられる。また、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」（シーエムシー刊、1999年）、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」（オーム社、１９９９年）等に詳細に記載されているものを用いても良い。しかし、本発明において、特に好ましいのは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＦＴＯのいずれかの材料を含むことである。」

基板上光電変換素子の好ましい構成としては、基板側から、[1]画素電極膜、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、対向電極膜という構成、[2]画素電極膜、ホール輸送性材料層、電子輸送性材料層、対向電極膜という構成などが挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電子輸送性材料を二つ以上の層に分割しても良いし、ホール輸送性材料層を二つ以上に分割しても構わない。例えば、基板側から、[3]画素電極膜、電子輸送性材料層,電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、対向電極膜という構成、[4]画素電極膜、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、ホール輸送性材料、対向電極膜という構成、[5]画素電極膜、電子輸送性材料層,電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、ホール輸送性材料、対向電極膜という構成である。さらに、基板上に積層される基板上光電変換素子が二つの場合は、基本的に基板上光電変換素子が一つの場合の組み合わせを作成することができる。すなわち、例えば、[1]と[1]との組み合わせである基板側から、画素電極膜、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、対向電極膜、層間絶縁膜、画素電極膜、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、対向電極膜という構成や、[1]と[2]の組み合わせである画素電極膜、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、対向電極膜、層間絶縁膜、画素電極膜、ホール輸送性材料層、電子輸送性材料層、対向電極膜という構成などが挙げられ、そのような複数層の構成は基本的に[1]、[2]、[3]、[4]、[5]から選ばれる組み合わせで任意に構成しても良いし、[1]、[2] [3]、[4]、[5]以外の他の構成と[1]、[2]、[3]、[4]、[5]とを任意に組み合わせても良い。

また、本発明における光電変換膜の材料は無機材料であっても、有機材料であっても構わないが、本発明では有機材料が含まれている場合、好ましく用いることができる。特にホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含むことが極めて望ましい。本発明における電子輸送性有機材料としては、例えばアクセプター性有機半導体（化合物）を好ましく用いることができる。アクセプター性有機半導体（化合物）とは主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは２つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、縮合芳香族炭素環化合物（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、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体）、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する５ないし７員のヘテロ環化合物（例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等）、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用いてよい。

また、本発明におけるホール輸送性有機材料の特に好ましい例は以下のようにあげることができる。例えば、ポリ-N-ビニルカルバゾール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリメチルフェニルシラン、ポリアニリン、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン誘導体（フタロシアニン等）、芳香族三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ベンジジン誘導体、ポリスチレン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体、スターバーストポリアミン誘導体等が使用可能である。また、有機色素を用いることも非常に好ましく、上記の材料を光を吸収する構造を持たせることや、他にも金属錯体色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセン、ピレン等の縮合多環芳香族及び芳香環乃至複素環化合物が縮合した鎖状化合物、キノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の２ケの含窒素複素環、スクアリリウム基及びクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を好ましく用いることができる。金属錯体色素である場合、ジチオール金属錯体系色素、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素又はルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号、特開平7-249790号、特表平10-504512 号、WO98/50393号、特開2000-26487号等に記載の錯体色素等が挙げられる。また、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素などのポリメチン色素の具体例としては特開平11-35836号、特開平11-67285号、特開平11-86916号、特開平11-97725号、特開平11-158395号、特開平11-163378号、特開平11-214730 号、特開平11-214731号、特開平11-238905号、特開2000-26487号、欧州特許892411号、同911841号及び同991092号の各明細書に記載の色素である。

なお、本発明においてはこれらの材料を必要に応じて、ポリマ−バインダ−内に含有させても良い。そのように用いられるポリマ−バインダ−としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリカ−ボネ−ト、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリブチルメタクリレ−ト、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロ−ス、酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラ−ル、ポリビニルアセタ−ル等を挙げることができる。

本実施形態の実施形態を説明するための固体撮像素子の構成を示す表面模式図 図１に示す１つの画素を拡大した表面模式図 図２に示すＡ−Ａ線断面模式図 図２に示すＢ−Ｂ線断面模式図 図３，４に示す信号読み出し回路の回路構成例を示す図 図１に示すＣ−Ｃ線の断面模式図 図１に示すＣ−Ｃ線の断面模式図の変形例 図１に示すＣ−Ｃ線の断面模式図の変形例

符号の説明

１ シリコン基板
１００，２００，３００ 画素
１９，２４ 基板上光電変換素子
２０１ 基板内光電変換素子

Claims (15)

1. 同一平面上に配列された多数の画素を有する固体撮像素子であって、
   前記画素は、複数の光電変換素子を含み、
   前記複数の光電変換素子は、半導体基板上方に積層された少なくとも１つの基板上光電変換素子と、前記基板上光電変換素子下方の前記半導体基板内に形成された少なくとも１つの基板内光電変換素子とを含み、
   前記複数の光電変換素子の各々の光電変換感度に感度差が設けられている固体撮像素子。
2. 請求項１記載の固体撮像素子であって、
   前記基板内光電変換素子の光電変換感度が、前記基板上光電変換素子の光電変換感度よりも高くなっている固体撮像素子。
3. 請求項２記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換素子が、少なくとも２つの前記基板上光電変換素子を含み、
   前記少なくとも２つの基板上光電変換素子は、前記半導体基板に近いほど光電変換感度が低くなっている固体撮像素子。
4. 請求項１〜３のいずれか記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換素子の各々で検出する光の波長域が異なる固体撮像素子。
5. 請求項４記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換素子が、２つの前記基板上光電変換素子と、１つの前記基板内光電変換素子であり、
   前記２つの基板上光電変換素子と前記１つの基板内光電変換素子とにより、赤色、緑色、青色の３つの波長域の光を検出する固体撮像素子。
6. 請求項４又は５記載の固体撮像素子であって、
   前記多数の画素は、複数の画素からなるユニットに分割され、
   前記ユニット内で隣り合う前記基板上光電変換素子同士及び前記基板内光電変換素子同士が、それぞれ異なる波長域の光を検出する固体撮像素子。
7. 請求項１〜３のいずれか記載の固体撮像素子であって、
   前記複数の光電変換素子の各々で検出する光の波長域が同じであり、
   前記多数の画素は、赤色の波長域の光を検出する前記複数の光電変換素子を備える赤色画素と、緑色の波長域の光を検出する前記複数の光電変換素子を備える緑色画素と、青色の波長域の光を検出する前記複数の光電変換素子を備える青色画素とを含み、
   前記赤色画素の数と、前記緑色画素と、前記青色画素の数との比が１：２：１である固体撮像素子。
8. 請求項１〜７のいずれか記載の固体撮像素子であって、
   前記基板上光電変換素子が光電変換膜を含んで構成され、
   前記複数の光電変換素子が、少なくとも２つの前記基板上光電変換素子を含む場合、前記画素に含まれる少なくとも２つの前記光電変換膜は、前記半導体基板に近いほど外部量子効率が高くなっている固体撮像素子。
9. 請求項８記載の固体撮像素子であって、
   前記基板上光電変換素子は、前記光電変換膜と、前記光電変換膜を挟む一対の電極とを含んで構成される固体撮像素子。
10. 請求項１〜７のいずれか記載の固体撮像素子であって、
    前記基板上光電変換素子は、光電変換膜と、前記光電変換膜を挟む一対の電極とを含んで構成される固体撮像素子。
11. 請求項８〜１０のいずれか記載の固体撮像素子であって、
    前記光電変換膜が有機材料を含む固体撮像素子。
12. 請求項１１記載の固体撮像素子であって、
    前記有機材料がホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含む固体撮像素子。
13. 請求項１２記載の固体撮像素子であって、
    前記ホール輸送性有機材料と前記電子輸送性有機材料が、前記半導体基板側からこの順に積層されている固体撮像素子。
14. 請求項１〜１３のいずれか記載の固体撮像素子であって、
    １つの前記画素において、平面視における前記基板内光電変換素子の受光面積が、平面視における前記基板上光電変換素子の受光面積に対して２０％以上９０％以下である固体撮像素子。
15. 請求項１〜１４のいずれか記載の固体撮像素子であって、
    １つの前記画素において、平面視における前記基板内光電変換素子の受光領域の中心と、平面視における前記基板上光電変換素子の受光領域の中心とのずれが、前記基板上光電変換素子の受光領域の幅に対して３０％以下である固体撮像素子。

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