TW201911549A - 攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置 - Google Patents
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Abstract
攝像元件具備積層第1電極21、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部，且於第1電極21與光電轉換層23A之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層23B1及第2半導體材料層23B2，第2半導體材料層23B2接於光電轉換層23A，且光電轉換部進而具備：絕緣層82；及電荷儲存用電極24，其與第1電極21相隔地配置，且介隔絕緣層82而與第1半導體材料層23B1對向地配置；且於將第1半導體材料層23B1之載子遷移率設為μ1，將第2半導體材料層23B2之載子遷移率設為μ2時，滿足μ2＜μ1。
Description
本發明係關於一種攝像元件、積層型攝像元件及固體攝像裝置。
作為構成影像感測器等之攝像元件，近年來，積層型攝像元件受到關注。於積層型攝像元件中，具有光電轉換層(受光層)由2個電極所夾著之構造。而且，關於積層型攝像元件，需要儲存、傳輸基於光電轉換而於光電轉換層中產生之信號電荷之構造。於先前之構造中，需要將信號電荷儲存及傳輸至FD(Floating Drain，浮動汲極)電極之構造，且為了使信號電荷不延遲，需要高速之傳輸。
用以解決此種問題之攝像元件(光電轉換元件)例如揭示於日本專利特開2016-63165號公報。該攝像元件具備： 儲存電極，其形成於第1絕緣層上； 第2絕緣層，其形成於儲存電極上； 半導體層，其以覆蓋儲存電極及第2絕緣層之方式形成； 捕獲電極，其以與半導體層相接之方式形成，且以自儲存電極離開之方式形成； 光電轉換層，其形成於半導體層上；及 上部電極，其形成於光電轉換層上。而且，於該日本專利特開2016-63165號公報中所揭示之技術中，作為構成半導體層之材料，例如可列舉IGZO。
於光電轉換層中使用有機半導體材料之攝像元件能夠對特定之顏色(波段)進行光電轉換。而且，由於具有此種特徵，故而於用作固體攝像裝置中之攝像元件之情形時，能夠獲得於由晶載-彩色濾光片層(OCCF)與攝像元件之組合形成副像素且將副像素二維排列之先前之固體攝像裝置中無法獲得之積層有副像素之構造(積層型攝像元件)(例如，參照日本專利特開2011-138927號公報)。又，由於無需解馬賽克處理，故而有不會產生偽色等優點。於以下之說明中，有時為了方便起見，將具備設置於半導體基板之上或上方之光電轉換部之攝像元件稱為『第1類型之攝像元件』，為了方便起見，將構成第1類型之攝像元件之光電轉換部稱為『第1類型之光電轉換部』，為了方便起見，將設置於半導體基板內之攝像元件稱為『第2類型之攝像元件』，為了方便起見，將構成第2類型之攝像元件之光電轉換部稱為『第2類型之光電轉換部』。
於圖78中表示先前之積層型攝像元件(積層型固體攝像裝置)之構成例。於圖78所示之例中，於半導體基板370內，積層而形成有構成作為第2類型之攝像元件之第3攝像元件343及第2攝像元件341之作為第2類型之光電轉換部的第3光電轉換部343A及第2光電轉換部341A。又，於半導體基板370之上方(具體而言，第2攝像元件341之上方)，配置有作為第1類型之光電轉換部之第1光電轉換部310A。此處，第1光電轉換部310A具備第1電極321、包含有機材料之光電轉換層323、及第2電極322，且構成作為第1類型之攝像元件之第1攝像元件310。於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中，根據吸收係數之差異，分別例如對藍色光及紅色光進行光電轉換。又，於第1光電轉換部310A中，例如對綠色光進行光電轉換。
關於在第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中藉由光電轉換所產生之電荷，暫時儲存至該等第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A之後，分別藉由縱型電晶體(圖示閘極部345)及傳輸電晶體(圖示閘極部346)而傳輸至第2浮動擴散層(Floating Diffusion)FD2
及第3浮動擴散層FD3
，進而，輸出至外部之讀出電路(未圖示)。該等電晶體及浮動擴散層FD2
、FD3
亦形成於半導體基板370。
於第1光電轉換部310A中藉由光電轉換所產生之電荷係經由接觸孔部361、配線層362而被儲存至形成於半導體基板370之第1浮動擴散層FD1
。又，第1光電轉換部310A亦經由接觸孔部361、配線層362而連接於將電荷量轉換為電壓之放大電晶體之閘極部352。而且，第1浮動擴散層FD1
構成重設電晶體(圖示閘極部351)之一部分。參考編號371為元件分離區域，參考編號372為形成於半導體基板370之表面之氧化膜，參考編號376、381為層間絕緣層，參考編號383為絕緣層，參考編號314為晶載微透鏡。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2016-63165號公報 [專利文獻2]日本專利特開2011-138927號公報
[發明所欲解決之問題]
然，關於日本專利特開2016-63165號公報中所揭示之構造之攝像元件，為了以不使信號電荷延遲為目的之高速之傳輸，對半導體層要求高載子遷移率。然而，若於具有高載子遷移率之半導體層上直接形成光電轉換層，則有導致暗電流增加等攝像畫質降低之虞。
因此，本發明之目的在於提供一種具有能夠將於光電轉換層中所產生之信號電荷迅速地傳輸至第1電極，而且不會導致攝像畫質之降低之構成、構造之攝像元件、以及具備該攝像元件之積層型攝像元件及固體攝像裝置。 [解決問題之技術手段]
用以達成上述目的之本發明之第1態樣、第2態樣、第3態樣及第4態樣之攝像元件係 具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置。
而且，關於本發明之第1態樣之攝像元件，於將第1半導體材料層之電子遷移率設為μ1
，將第2半導體材料層之電子遷移率設為μ2
時，滿足μ2
＜μ1
。
又，關於本發明之第2態樣之攝像元件，於將第2半導體材料層之游離電位設為IP2
，將光電轉換層之游離電位設為IP0
時，滿足IP0
＜IP2
。
進而，關於本發明之第3態樣之攝像元件，於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
，將第2半導體材料層之電子遷移率設為μ2
時，滿足μ0
≦μ2
。
又，關於本發明之第4態樣之攝像元件，於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。
用以達成上述目的之本發明之積層型攝像元件具有至少1個本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件。
用以達成上述目的之本發明之第1態樣之固體攝像裝置具備複數個本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件。又，用以達成上述目的之本發明之第2態樣之固體攝像裝置具備複數個本發明之積層型攝像元件。 [發明之效果]
關於本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件等(將於下文敍述)，於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，且規定了第1半導體材料層之各種特性、第2半導體材料層之各種特性及光電轉換層之各種特性之關係。因此，能夠將於光電轉換層中所產生之信號電荷迅速地傳輸至第1電極，而且，不易導致攝像畫質之降低。再者，本說明書中所記載之效果僅為例示而並非限定者，又，亦可具有附加之效果。
以下，參照圖式，基於實施例對本發明進行說明，但本發明並非限定於實施例，實施例中之各種數值或材料為例示。再者，說明係按以下之順序進行。 1.關於本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置全體之說明 2.實施例1(本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、本發明之第2態樣之固體攝像裝置) 3.實施例2(實施例1之變化) 4.實施例3(實施例1～實施例2之變化，本發明之第1態樣之固體攝像裝置) 5.實施例4(實施例1～實施例3之變化，具備傳輸控制用電極之攝像元件) 6.實施例5(實施例1～實施例4之變化，具備電荷排放電極之攝像元件) 7.實施例6(實施例1～實施例5之變化，具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件) 8.實施例7(第1構成及第6構成之攝像元件) 9.實施例8(本發明之第2構成及第6構成之攝像元件) 10.實施例9(第3構成之攝像元件) 11.實施例10(第4構成之攝像元件) 12.實施例11(第5構成之攝像元件) 13.實施例12(第6構成之攝像元件) 17.實施例13(第1構成～第2構成之固體攝像裝置) 15.實施例14(實施例13之變化) 16.其他
＜關於本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件、本發明之積層型攝像元件、及本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置全體之說明＞ 為了方便起見，有時將本發明之第1態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第1態樣之攝像元件、及構成本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第1態樣之攝像元件統稱為『本發明之第1態樣之攝像元件等』。又，為了方便起見，有時將本發明之第2態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第2態樣之攝像元件、及構成本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第2態樣之攝像元件統稱為『本發明之第2態樣之攝像元件等』。進而，為了方便起見，有時將本發明之第3態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第3態樣之攝像元件、及構成本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第3態樣之攝像元件統稱為『本發明之第3態樣之攝像元件等』。又，為了方便起見，有時將本發明之第4態樣之攝像元件、構成本發明之積層型攝像元件之本發明之第4態樣之攝像元件、及構成本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之本發明之第4態樣之攝像元件統稱為『本發明之第4態樣之攝像元件等』。進而，為了方便起見，有時將本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件等統稱為『本發明之攝像元件等』。又，有時將第1半導體材料層及第2半導體材料層統稱為『半導體材料積層體』，有時亦將第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層統稱為『複合積層體』。
可組合本發明之第1態樣之攝像元件等及本發明之第2態樣之攝像元件等。即，關於本發明之第1態樣之攝像元件等，可設為於將第2半導體材料層之游離電位設為IP2
，將光電轉換層之游離電位設為IP0
時，滿足IP0
＜IP2
之形態。進而，於該情形時，可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件等、本發明之第2態樣之攝像元件等及本發明之第3態樣之攝像元件等。即，關於此種形態，可設為於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
之形態。抑或，於該情形時，可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件等、本發明之第2態樣之攝像元件等及本發明之第4態樣之攝像元件等，亦可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件等、本發明之第2態樣之攝像元件等、本發明之第3態樣之攝像元件等及本發明之第4態樣之攝像元件等。即，關於此種形態，可設為於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
抑或，可組合本發明之第1態樣之攝像元件等及本發明之第3態樣之攝像元件等。即，關於本發明之第1態樣之攝像元件等，可設為於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
之形態。進而，於該情形時，可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件等、本發明之第3態樣之攝像元件等及本發明之第4態樣之攝像元件等，或者亦可組合本發明之第1態樣之攝像元件等及本發明之第4態樣之攝像元件等。即，關於此種形態，可設為於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
可組合本發明之第2態樣之攝像元件等及本發明之第3態樣之攝像元件等。即，關於本發明之第2態樣之攝像元件等，可設為於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
之形態。進而，於該情形時，可進而組合本發明之第2態樣之攝像元件等、本發明之第3態樣之攝像元件等及本發明之第4態樣之攝像元件等，或者亦可組合本發明之第2態樣之攝像元件等及本發明之第4態樣之攝像元件等。即，關於此種形態，可設為於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
可組合本發明之第3態樣之攝像元件等及本發明之第4態樣之攝像元件等。即，關於本發明之第3態樣之攝像元件等，可設為於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
於本發明之攝像元件等中，理想為，第1半導體材料層為非晶質(例如為局部地不具有晶體結構之非晶質)。第1半導體材料層是否為非晶質可基於X射線繞射分析而決定。
於包含上述較佳之形態、構成之本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件等中，第1半導體材料層可包含複合氧化物(或對於入射光具有透明之導電性之無機氧化物半導體材料)，具體而言，可設為包含銦-鎵-鋅氧化物(IGZO)之構成，亦可設為包含選自由銦、鎢、錫及鋅所組成之群之至少2種元素之形態。即，具體而言，第1半導體材料層可設為包含於氧化銦中添加有鎢(W)之材料即銦-鎢氧化物(IWO)、於氧化銦中添加有鎢(W)及鋅(Zn)之材料即銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)、於氧化鋅中添加有銦作為摻雜劑之銦-鋅氧化物(IZO)、於氧化銦中添加有錫(Sn)及鋅(Zn)之材料即銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、或鋅-錫氧化物(ZTO)之構成。更具體而言，第1半導體材料層包含In-W氧化物，或者包含In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、或W-Sn氧化物、或W-Zn氧化物、或Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn氧化物、或In-W-Zn氧化物、或In-Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn-Zn氧化物。關於IWO，於將銦氧化物與鎢氧化物之合計質量設為100質量%時，鎢氧化物之質量比率較佳為10質量%至30質量%。進而，關於IWZO，於將銦氧化物、鎢氧化物及Zn氧化物之合計質量設為100質量%時，鎢氧化物之質量比率較佳為2質量%至15質量%，Zn氧化物之質量比率較佳為1質量%至3質量%。又，關於ITZO，於將銦氧化物、Zn氧化物及Sn氧化物之合計質量設為100質量%時，鎢氧化物之質量比率較佳為3質量%至10質量%，錫氧化物之質量比率較佳為10質量%至17質量%。但是，並非限定於該等值。抑或，亦可自構成透明電極之透明導電材料(將於下文敍述)適當選擇構成第1半導體材料層之材料。
構成第2半導體材料層之材料只要自構成上述第1半導體材料層之材料適當選擇即可，亦可自構成下述光電轉換層之材料適當選擇。
第1半導體材料層可為單層構成，亦可為多層構成。抑或，亦可使構成位於下述電荷儲存用電極之上方之第1半導體材料層之材料、與構成位於第1電極之上方之第1半導體材料層之材料不同。第2半導體材料層亦是可為單層構成，亦可為多層構成。
第1半導體材料層例如可基於使用不同之靶進行複數次濺鍍之濺鍍法而進行成膜，亦可基於共濺鍍(co-sputtering)法而進行成膜，亦可使成膜時之氧氣流量變化並基於濺鍍法而進行成膜。具體而言，作為濺鍍裝置，使用平行板濺鍍裝置或DC(Direct Current，直流)磁控濺鍍裝置。而且，可例示使用氬氣(Ar)作為處理氣體，並且將IGZO燒結體、或InZnO燒結體、InWO燒結體等所期望之燒結體用作靶之濺鍍法。
進而，於包含以上所說明之較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等中，可設為第1半導體材料層與第2半導體材料層之厚度合計(半導體材料積層體之厚度)為2×10-8
m至1×10-7
m之形態。又，於將第1半導體材料層之厚度設為T1
，將第2半導體材料層之厚度設為T2
時，並非限定者，可例示0.04≦T2
/T1
≦0.7。
進而，於包含以上所說明之較佳之形態、構成之本發明之第1態樣～第4態樣之攝像元件等中，可設為如下形態，即，光自第2電極入射，且光電轉換層與第2半導體材料層之界面中之第2半導體材料層之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，第2半導體材料層之均方根粗糙度Rq之值為2.5 nm以下。表面粗糙度Ra、Rq係基於JIS B0601：2013之規定。此種光電轉換層與第2半導體材料層之界面中之第2半導體材料層之平滑性能夠抑制第2半導體材料層中之表面散射反射，並謀求光電轉換中之明電流(light current)特性之提高。可設為下述電荷儲存用電極之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，且電荷儲存用電極之均方根粗糙度Rq之值為2.5 nm以下之形態。
關於本發明之攝像元件等，第1半導體材料層及第2半導體材料層之對於波長400 nm至660 nm之光之透光率較佳為65%以上。又，下述電荷儲存用電極之對於波長400 nm至660 nm之光之透光率亦較佳為65%以上。電荷儲存用電極之薄片電阻值較佳為3×10 Ω/□至1×103
Ω/□。
於圖78所示之先前之攝像元件中，於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A中藉由光電轉換所產生之電荷被暫時儲存於第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A後，被傳輸至第2浮動擴散層FD2
及第3浮動擴散層FD3
。因此，能夠將第2光電轉換部341A及第3光電轉換部343A完全空乏化。然而，於第1光電轉換部310A中藉由光電轉換所產生之電荷直接被儲存至第1浮動擴散層FD1
。因此，難以將第1光電轉換部310A完全空乏化。而且，以上之結果為，有kTC雜訊變大，隨機雜訊變差，而導致攝像畫質之降低之虞。
然而，由於具備與第1電極相隔地配置且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置之電荷儲存用電極，故而於光被照射至光電轉換部，而於光電轉換部中進行光電轉換時，能夠將電荷儲存至第1半導體材料層(或者第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層)。因此，於曝光開始時，能夠將電荷儲存部完全空乏化，並消除電荷。其結果為，能夠抑制kTC雜訊變大，隨機雜訊變差，而導致攝像畫質之降低等現象之產生。
再者，藉由光被照射至光電轉換部而於光電轉換部中進行光電轉換所產生之電荷主要被儲存至第1半導體材料層，但視情形，亦存在被儲存至第1半導體材料層及第2半導體材料層(半導體材料積層體)之情形，視情形，亦存在被儲存至第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層(複合積層體)之情形。於以下之說明中亦相同。
關於本發明之攝像元件等，可設為如下形態，即， 進而具備半導體基板，且 光電轉換部配置於半導體基板之上方。再者，第1電極、電荷儲存用電極及第2電極連接於下述驅動電路。
位於光入射側之第2電極亦可於複數個攝像元件中共通化。即，可將第2電極設為所謂整面電極。光電轉換層及第2半導體材料層可於複數個攝像元件中共通化、即於複數個攝像元件中形成有1層光電轉換層及1層第2半導體材料層，亦可設置於每個攝像元件。第1半導體材料層較佳為設置於每個攝像元件，但視情形，亦可於複數個攝像元件中共通化。即，例如，亦可藉由將下述電荷移動控制電極設置於攝像元件與攝像元件之間，而於複數個攝像元件中形成有1層第1半導體材料層。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等中，可設為第1電極於設置於絕緣層之開口部內延伸，且與第1半導體材料層連接之形態。抑或，可設為第1半導體材料層(或半導體材料積層體)於設置於絕緣層之開口部內延伸，且與第1電極連接之形態，於該情形時，可設為如下形態，即， 第1電極之頂面之緣部係由絕緣層覆蓋，且 於開口部之底面，第1電極露出，且 於將與第1電極之頂面相接之絕緣層之面設為第1面，且將相接於與電荷儲存用電極對向之第1半導體材料層之部分的絕緣層之面設為第2面時，開口部之側面具有自第1面朝向第2面擴展之傾斜，進而，可設為具有自第1面朝向第2面擴展之傾斜之開口部之側面位於電荷儲存用電極側的形態。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等中，可設為如下構成，即， 進而具備設置於半導體基板，且具有驅動電路之控制部，且 第1電極及電荷儲存用電極連接於驅動電路，且 於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V11
，對電荷儲存用電極施加電位V12
，並將電荷儲存至第1半導體材料層，且 於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V21
，對電荷儲存用電極施加電位V22
，並將儲存於第1半導體材料層之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， 為V12
≧V11
，且V22
＜V21
， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， 為V12
≦V11
，且V22
＞V21
。
進而，關於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等，可設為如下形態，即，於第1電極與電荷儲存用電極之間，進而具備與第1電極及電荷儲存用電極相隔地配置且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置之傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)。為了方便起見，將此種形態之本發明之攝像元件等稱為『本發明之具備傳輸控制用電極之攝像元件等』。
而且，關於本發明之具備傳輸控制用電極之攝像元件等，可設為如下構成，即， 進而具備設置於半導體基板，且具有驅動電路之控制部，且 第1電極、電荷儲存用電極及傳輸控制用電極連接於驅動電路，且 於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V11
，對電荷儲存用電極施加電位V12
，對傳輸控制用電極施加電位V13
，並將電荷儲存至第1半導體材料層，且 於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V21
，對電荷儲存用電極施加電位V22
，對傳輸控制用電極施加電位V23
，並將儲存於第1半導體材料層之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， 為V12
＞V13
，且V22
≦V23
≦V21
， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， 為V12
＜V13
，且V22
≧V23
≧V21
。
進而，關於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等，可設為進而具備連接於第1半導體材料層且與第1電極及電荷儲存用電極相隔地配置之電荷排放電極的形態。為了方便起見，將此種形態之本發明之攝像元件等稱為『本發明之具備電荷排放電極之攝像元件等』。而且，於本發明之具備電荷排放電極之攝像元件等中，可設為電荷排放電極以包圍第1電極及電荷儲存用電極之方式(即，呈邊框狀地)配置之形態。電荷排放電極可於複數個攝像元件中共有化(共通化)。而且，於該情形時，可設為如下形態，即， 第1半導體材料層係於設置於絕緣層之第2開口部內延伸，且與電荷排放電極連接，且 電荷排放電極之頂面之緣部係由絕緣層覆蓋，且 於第2開口部之底面，電荷排放電極露出，且 於將與電荷排放電極之頂面相接之絕緣層之面設為第3面，且將相接於與電荷儲存用電極對向之第1半導體材料層之部分的絕緣層之面設為第2面時，第2開口部之側面具有自第3面朝向第2面擴展之傾斜。
進而，關於本發明之具備電荷排放電極之攝像元件等，可設為如下構成，即， 進而具備設置於半導體基板，且具有驅動電路之控制部，且 第1電極、電荷儲存用電極及電荷排放電極連接於驅動電路，且 於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V11
，對電荷儲存用電極施加電位V12
，對電荷排放電極施加電位V14
，並將電荷儲存至第1半導體材料層，且 於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V21
，對電荷儲存用電極施加電位V22
，對電荷排放電極施加電位V24
，並將儲存於第1半導體材料層之電荷經由第1電極而讀出至控制部。其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， 為V14
＞V11
，且V24
＜V21
， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， 為V14
＜V11
，且V24
＞V21
。
進而，於本發明之攝像元件等中之以上所說明之各種較佳之形態、構成中，可設為電荷儲存用電極包含複數個電荷儲存用電極區段之形態。為了方便起見，將此種形態之本發明之攝像元件等稱為『本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等』。電荷儲存用電極區段之數目只要為2以上即可。而且，關於本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等，於對N個電荷儲存用電極區段之各者施加不同之電位之情形時，可設為如下形態，即， 於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間內，對位於距第1電極最近之位置之電荷儲存用電極區段(第1個光電轉換部區段)施加之電位係高於對位於距第1電極最遠之位置之電荷儲存用電極區段(第N個光電轉換部區段)施加之電位， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間內，對位於距第1電極最近之位置之電荷儲存用電極區段(第1個光電轉換部區段)施加之電位係低於對位於距第1電極最遠之位置之電荷儲存用電極區段(第N個光電轉換部區段)施加之電位。
於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等中，可設為如下構成，即， 於半導體基板設置有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體，且 第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。而且，於該情形時，進而可設為如下構成，即， 於半導體基板進而設置有構成控制部之重設電晶體及選擇電晶體，且 浮動擴散層連接於重設電晶體之一源極/汲極區域，且 放大電晶體之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體之一源極/汲極區域，且選擇電晶體之另一源極/汲極區域連接於信號線。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等中，可設為電荷儲存用電極之大小大於第1電極之形態。於將電荷儲存用電極之面積設為S1
'，且將第1電極之面積設為S1
時，雖並非限定者，但較佳為滿足 4≦S1
'/S1
。
抑或，作為包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等之變化例，可列舉以下進行說明之第1構成～第6構成之攝像元件。即，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中之第1構成～第6構成之攝像元件中， 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，且 第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層(複合積層體)包含N個光電轉換層區段，且 絕緣層包含N個絕緣層區段，且 關於第1構成～第3構成之攝像元件，電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，且 關於第4構成～第5構成之攝像元件，電荷儲存用電極包含彼此相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段，且 第n個(其中，n＝1、2、3···N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，且 n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極相離。此處，『光電轉換層區段』如上所述般係指包含複合積層體之區段。
而且，關於第1構成之攝像元件，自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化。又，關於第2構成之攝像元件，自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化。再者，於光電轉換層區段中，可使光電轉換層之部分之厚度變化，並將半導體材料積層體之部分之厚度設為固定，而使光電轉換層區段之厚度變化；亦可將光電轉換層之部分之厚度設為固定，並使半導體材料積層體之部分之厚度變化，而使光電轉換層區段之厚度變化；亦可使光電轉換層之部分之厚度變化，並使半導體材料積層體之部分之厚度變化，而使光電轉換層區段之厚度變化。進而，關於第3構成之攝像元件，於鄰接之光電轉換部區段中，構成絕緣層區段之材料不同。又，關於第4構成之攝像元件，於鄰接之光電轉換部區段中，構成電荷儲存用電極區段之材料不同。進而，關於第5構成之攝像元件，自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，電荷儲存用電極區段之面積逐漸變小。面積可連續地變小，亦可呈階梯狀地變小。
抑或，於包含以上所說明之各種較佳之形態之本發明之攝像元件等中之第6構成之攝像元件中，於將電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料積層體及光電轉換層之積層方向設為Z方向，將自第1電極離開之方向設為X方向時，利用YZ假想平面將積層有電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料積層體及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之截面面積係依存於距第1電極之距離而變化。截面面積之變化可為連續之變化，亦可為階梯狀之變化。
於第1構成～第2構成之攝像元件中，N個光電轉換層區段係連續地設置，N個絕緣層區段亦連續地設置，N個電荷儲存用電極區段亦連續地設置。於第3構成～第5構成之攝像元件中，N個光電轉換層區段係連續地設置。又，於第4構成、第5構成之攝像元件中，N個絕緣層區段係連續地設置，另一方面，於第3構成之攝像元件中，N個絕緣層區段係對應於光電轉換部區段之各者而設置。進而，於第4構成～第5構成之攝像元件中，及視情形於第3構成之攝像元件中，N個電荷儲存用電極區段係對應於光電轉換部區段之各者而設置。而且，關於第1構成～第6構成之攝像元件，對所有電荷儲存用電極區段施加相同之電位。抑或，亦可於第4構成～第5構成之攝像元件中，及視情形於第3構成之攝像元件中，對N個電荷儲存用電極區段之各者施加不同之電位。
關於包含第1構成～第6構成之攝像元件之本發明之攝像元件等，由於規定了絕緣層區段之厚度、抑或規定了光電轉換層區段之厚度、抑或構成絕緣層區段之材料不同、抑或構成電荷儲存用電極區段之材料不同、抑或規定了電荷儲存用電極區段之面積、抑或規定了積層部分之截面面積，故而形成一種電荷傳輸梯度，能夠將藉由光電轉換所產生之電荷更容易且確實地傳輸至第1電極。而且，其結果為，能夠防止殘像之產生或傳輸殘留之產生。
關於第1構成～第5構成之攝像元件，n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極相離，但是否與第1電極相離係以X方向為基準進行判斷。又，關於第6構成之攝像元件，將自第1電極離開之方向設為X方向，將『X方向』如下所述般定義。即，排列有複數個攝像元件或積層型攝像元件之像素區域包含呈二維陣列狀地、即於X方向及Y方向上規律地排列有複數個之像素。於將像素之平面形狀設為矩形之情形時，將最接近第1電極之邊延伸之方向設為Y方向，將與Y方向正交之方向設為X方向。抑或，於將像素之平面形狀設為任意之形狀之情形時，將包含最接近第1電極之線段或曲線之整體之方向設為Y方向，將與Y方向正交之方向設為X方向。
以下，關於第1構成～第6構成之攝像元件，進行關於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形之說明。
關於第1構成之攝像元件，自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化，但絕緣層區段之厚度較佳為逐漸變厚，藉此，形成一種電荷傳輸梯度。而且，若於電荷儲存期間內，變為｜V12
｜≧｜V11
｜等狀態，則第n個光電轉換部區段能夠儲存較第(n＋1)個光電轉換部區段更多之電荷，亦能施加更強之電場，而確實地防止電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動。又，若於電荷傳輸期間內，變為｜V22
｜＜｜V21
｜等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段之流動。
關於第2構成之攝像元件，自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化，但光電轉換層區段之厚度較佳為逐漸變厚，藉此，形成一種電荷傳輸梯度。而且，若於電荷儲存期間內變為V12
≧V11
等狀態，則第n個光電轉換部區段能夠施加較第(n＋1)個光電轉換部區段更強之電場，而確實地防止電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動。又，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段之流動。
關於第3構成之攝像元件，於鄰接之光電轉換部區段中，構成絕緣層區段之材料不同，藉此，形成一種電荷傳輸梯度，但較佳為自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料之相對介電常數之值逐漸變小。而且，藉由採用此種構成，若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則第n個光電轉換部區段能夠儲存較第(n＋1)個光電轉換部區段更多之電荷。又，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段之流動。
關於第4構成之攝像元件，於鄰接之光電轉換部區段中，構成電荷儲存用電極區段之材料不同，藉此，形成一種電荷傳輸梯度，但較佳為自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，構成絕緣層區段之材料之功函數之值逐漸變大。而且，藉由採用此種構成，能夠不依存於電壓之正負，而形成有利於信號電荷傳輸之電位梯度。
關於第5構成之攝像元件，自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，電荷儲存用電極區段之面積逐漸變小，藉此，形成一種電荷傳輸梯度，故而若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則第n個光電轉換部區段能夠儲存較第(n＋1)個光電轉換部區段更多之電荷。又，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段之流動。
於第6構成之攝像元件中，積層部分之截面面積依存於距第1電極之距離而變化，藉此，形成一種電荷傳輸梯度。具體而言，若採用將積層部分之剖面之厚度設為固定，且使積層部分之剖面之寬度越自第1電極離開則越窄之構成，則與第5構成之攝像元件中所說明同樣地，若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則距第1電極較近之區域能夠儲存較較遠之區域更多之電荷。因此，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自距第1電極較近之區域向第1電極之流動、及電荷自較遠之區域向較近之區域之流動。另一方面，若採用將積層部分之剖面之寬度設為固定，且使積層部分之剖面之厚度、具體而言使絕緣層區段之厚度逐漸變厚之構成，則與第1構成之攝像元件中所說明同樣地，若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則距第1電極較近之區域能夠儲存較較遠之區域更多之電荷，亦能施加較強之電場，而確實地防止自距第1電極較近之區域向第1電極之電荷之流動。而且，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自距第1電極較近之區域向第1電極之流動、及電荷自較遠之區域向較近之區域之流動。又，若採用使光電轉換層區段之厚度逐漸變厚之構成，則與第2構成之攝像元件中所說明同樣地，若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則距第1電極較近之區域能夠施加較較遠之區域更強之電場，而確實地防止電荷自距第1電極較近之區域向第1電極之流動。而且，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自距第1電極較近之區域向第1電極之流動、及電荷自較遠之區域向較近之區域之流動。
作為本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之變化例，可設為如下之固體攝像裝置，即， 具有複數個第1構成～第6構成之攝像元件，且 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊，且 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極。為了方便起見，將此種構成之固體攝像裝置稱為『第1構成之固體攝像裝置』。抑或，作為本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之變化例，可設為如下之固體攝像裝置，即， 包含複數個第1構成～第6構成之攝像元件、或具有至少1個第1構成～第6構成之攝像元件之積層型攝像元件，且 由複數個攝像元件或積層型攝像元件構成攝像元件區塊，且 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件或積層型攝像元件中共有第1電極。為了方便起見，將此種構成之固體攝像裝置稱為『第2構成之固體攝像裝置』。而且，只要如此於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中將第1電極共有化，便能夠將排列有複數個攝像元件之像素區域中之構成、構造簡化、微細化。
關於第1構成～第2構成之固體攝像裝置，相對於複數個攝像元件(1個攝像元件區塊)而設置1個浮動擴散層。此處，相對於1個浮動擴散層而設置之複數個攝像元件可包含複數個下述第1類型之攝像元件，亦可包含至少1個第1類型之攝像元件、及1個或2個以上之下述第2類型之攝像元件。而且，藉由恰當地控制電荷傳輸期間之時序，能夠使複數個攝像元件共有1個浮動擴散層。複數個攝像元件係聯合動作，且作為攝像元件區塊而連接於下述驅動電路。即，構成攝像元件區塊之複數個攝像元件連接於1個驅動電路。但是，電荷儲存用電極之控制係針對每個攝像元件而進行。又，複數個攝像元件能夠共有1個接觸孔部。由複數個攝像元件所共有之第1電極、與各攝像元件之電荷儲存用電極之配置關係亦存在第1電極鄰接於各攝像元件之電荷儲存用電極而配置之情形。抑或，亦存在第1電極鄰接於複數個攝像元件之一部分之電荷儲存用電極而配置，而未與複數個攝像元件之其餘之電荷儲存用電極鄰接地配置之情形，於該情形時，電荷自複數個攝像元件之其餘向第1電極之移動變為經由複數個攝像元件之一部分之移動。為了使電荷自各攝像元件向第1電極之移動變為確實者，較佳為構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離(為了方便起見，稱為『距離A』)較鄰接於第1電極之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離(為了方便起見，稱為『距離B』)更長。又，較佳為越與第1電極相離之攝像元件，距離A之值越大。
進而，於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等中，可設為光自第2電極側入射，且於自第2電極之光入射側形成有遮光層之形態。抑或，可設為光自第2電極側入射，且光不入射至第1電極(視情形，第1電極及傳輸控制用電極)之形態。而且，於該情形時，可設為於自第2電極之光入射側、且第1電極(視情形，第1電極及傳輸控制用電極)之上方形成有遮光層之構成，或者亦可設為於電荷儲存用電極及第2電極之上方設置有晶載微透鏡，且入射至晶載微透鏡之光聚光至電荷儲存用電極之構成。此處，遮光層可配設於較第2電極之光入射側之面更靠上方，亦可配設於第2電極之光入射側之面之上。視情形，亦可於第2電極形成有遮光層。作為構成遮光層之材料，可例示鉻(Cr)或銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、及不使光通過之樹脂(例如，聚醯亞胺樹脂)。
作為本發明之攝像元件等，具體而言，可列舉：具備吸收藍色光(425 nm至495 nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(為了方便起見，稱為『第1類型之藍色光用光電轉換層』或『第1類型之藍色光用光電轉換部』)之對藍色光具有感度之攝像元件(為了方便起見，稱為『第1類型之藍色光用攝像元件』)、具備吸收綠色光(495 nm至570 nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(為了方便起見，稱為『第1類型之綠色光用光電轉換層』或『第1類型之綠色光用光電轉換部』)之對綠色光具有感度之攝像元件(為了方便起見，稱為『第1類型之綠色光用攝像元件』)、具備吸收紅色光(620 nm至750 nm之光)之光電轉換層或光電轉換部(為了方便起見，稱為『第1類型之紅色光用光電轉換層』或『第1類型之紅色光用光電轉換部』)之對紅色光具有感度之攝像元件(為了方便起見，稱為『第1類型之紅色光用攝像元件』)。又，為了方便起見，將不具備電荷儲存用電極之先前之攝像元件、且對藍色光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之藍色光用攝像元件』，為了方便起見，將對綠色光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之綠色光用攝像元件』，為了方便起見，將對紅色光具有感度之攝像元件稱為『第2類型之紅色光用攝像元件』，為了方便起見，將構成第2類型之藍色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之藍色光用光電轉換層』或『第2類型之藍色光用光電轉換部』，為了方便起見，將構成第2類型之綠色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之綠色光用光電轉換層』或『第2類型之綠色光用光電轉換部』，為了方便起見，將構成第2類型之紅色光用攝像元件之光電轉換層或光電轉換部稱為『第2類型之紅色光用光電轉換層』或『第2類型之紅色光用光電轉換部』。
關於具備電荷儲存用電極之積層型攝像元件，具體而言，例如，可列舉： [A]第1類型之藍色光用光電轉換部、第1類型之綠色光用光電轉換部及第1類型之紅色光用光電轉換部於垂直方向上積層，且 第1類型之藍色光用攝像元件、第1類型之綠色光用攝像元件及第1類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板的構成、構造 [B]第1類型之藍色光用光電轉換部及第1類型之綠色光用光電轉換部於垂直方向上積層，且 於該等2層第1類型之光電轉換部之下方，配置第2類型之紅色光用光電轉換部，且 第1類型之藍色光用攝像元件、第1類型之綠色光用攝像元件及第2類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板的構成、構造 [C]於第1類型之綠色光用光電轉換部之下方，配置第2類型之藍色光用光電轉換部及第2類型之紅色光用光電轉換部，且 第1類型之綠色光用攝像元件、第2類型之藍色光用攝像元件及第2類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板的構成、構造 [D]於第1類型之藍色光用光電轉換部之下方，配置第2類型之綠色光用光電轉換部及第2類型之紅色光用光電轉換部，且 第1類型之藍色光用攝像元件、第2類型之綠色光用攝像元件及第2類型之紅色光用攝像元件之控制部之各者設置於半導體基板的構成、構造。 該等攝像元件之光電轉換部之垂直方向上之配置順序較佳為自光入射方向起藍色光用光電轉換部、綠色光用光電轉換部、紅色光用光電轉換部之順序、或者自光入射方向起綠色光用光電轉換部、藍色光用光電轉換部、紅色光用光電轉換部之順序。其原因在於，越短之波長之光越於入射表面側被效率良好地吸收。由於紅色於3種顏色之中為最長之波長，故而較佳為自光入射面觀察時使紅色光用光電轉換部位於最下層。由該等攝像元件之積層構造構成1個像素。又，亦可具備第1類型之近紅外光用光電轉換部(或紅外光用光電轉換部)。此處，第1類型之紅外光用光電轉換部之光電轉換層較佳為包含例如有機系材料，並且配置於第1類型之攝像元件之積層構造之最下層、且較第2類型之攝像元件更靠上。抑或，亦可於第1類型之光電轉換部之下方，具備第2類型之近紅外光用光電轉換部(或紅外光用光電轉換部)。
關於第1類型之攝像元件，例如，第1電極形成在設置於半導體基板之上之層間絕緣層上。形成於半導體基板之攝像元件可設為背面照射型，亦可設為正面照射型。
於使光電轉換層包含有機系材料之情形時，可將光電轉換層設為如下4個態樣之任一者，即， (1)包含p型有機半導體。 (2)包含n型有機半導體。 (3)包含p型有機半導體層/n型有機半導體層之積層構造。包含p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)/n型有機半導體層之積層構造。包含p型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)之積層構造。包含n型有機半導體層/p型有機半導體與n型有機半導體之混合層(本體異質構造)之積層構造。 (4)包含p型有機半導體與n型有機半導體之混合(本體異質構造)。 但是，可設為積層順序任意地替換之構成。
作為p型有機半導體，可列舉：萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、稠四苯衍生物、稠五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、衍生物、螢蒽衍生物、酞菁衍生物、亞酞菁衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、以雜環化合物作為配位基之金屬錯合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等。作為n型有機半導體，可列舉富勒烯及富勒烯衍生物＜例如，C60、或C70、C74等富勒烯(高次富勒烯)、內包富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如，富勒烯氟化物或PCBM富勒烯化合物、富勒烯多聚體等)＞、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital，最高佔據分子軌域)及LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未佔分子軌域)較p型有機半導體更大(深)之有機半導體、透明之無機金屬氧化物。作為n型有機半導體，具體而言，可列舉：含有氮原子、氧原子、硫原子之雜環化合物、於分子骨架之一部分具有例如吡啶衍生物、吡衍生物、嘧啶衍生物、三衍生物、喹啉衍生物、喹㗁啉衍生物、異喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、啡啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、㗁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并㗁唑衍生物、苯并㗁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、聚苯乙炔衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等之有機分子、有機金屬錯合物或亞酞菁衍生物。作為富勒烯衍生物所包含之基等，可列舉：鹵素原子；直鏈、支鏈或環狀之烷基或苯基；具有直鏈或稠環之芳香族化合物之基；具有鹵化物之基；部分氟烷基；全氟烷基；矽烷基烷基；矽烷基烷氧基；芳基矽烷基；芳基氫硫基；烷基氫硫基；芳基磺醯基；烷基磺醯基；芳基硫醚基；烷基硫醚基；胺基；烷基胺基；芳基胺基；羥基；烷氧基；醯胺基；醯氧基；羰基；羧基；甲醯胺基；烷氧羰基；醯基；磺醯基；氰基；硝基；具有硫族化物之基；膦基；膦基；及其等之衍生物。包含有機系材料之光電轉換層(有時稱為『有機光電轉換層』)之厚度並非限定者，但可例示例如1×10-8
m至5×10-7
m，較佳為2.5×10-8
m至3×10-7
m，更佳為2.5×10-8
m至2×10-7
m，進而較佳為1×10-7
m至1.8×10-7
m。再者，有機半導體多數情況下被分類為p型、n型，p型意指易傳輸電洞，n型意指易傳輸電子，且並不限定於如無機半導體般具有電洞或電子作為熱激發之多個載子之解釋。
抑或，作為構成對綠色光進行光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：若丹明系色素、部花青素(Merocyanine)系色素、喹吖啶酮衍生物、亞酞菁系色素(亞酞菁衍生物)等；作為構成對藍色光進行光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：闊馬酸(coumalic acid)色素、三-8-羥基喹啉鋁(Alq3)、部花青素系色素等；作為構成對紅色光進行光電轉換之有機光電轉換層之材料，例如可列舉：酞菁系色素、亞酞菁系色素(亞酞菁衍生物)。
抑或，作為構成光電轉換層之無機系材料，可列舉：結晶矽、非晶矽、微晶矽、結晶硒、非晶硒、及作為黃銅礦(chalcopyrite)系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2
)、CuInS2
、CuAlS2
、CuAlSe2
、CuGaS2
、CuGaSe2
、AgAlS2
、AgAlSe2
、AgInS2
、AgInSe2
、抑或作為III-V族化合物之GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、進而CdSe、CdS、In2
Se3
、In2
S3
、Bi2
Se3
、Bi2
S3
、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等化合物半導體。此外，亦可將包含該等材料之量子點用於光電轉換層。
可由本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置、第1構成～第2構成之固體攝像裝置構成單板式彩色固體攝像裝置。
關於具備積層型攝像元件之本發明之第2態樣之固體攝像裝置，與具備拜耳排列之攝像元件之固體攝像裝置不同(即，並非使用彩色濾光片層進行藍色、綠色、紅色之分光)，而是於同一像素內於光之入射方向上，積層對複數種波長之光具有感度之攝像元件而構成1個像素，故而能夠謀求感度之提高及每單位體積之像素密度之提高。又，由於有機系材料之吸收係數較高，故而能夠使有機光電轉換層之膜厚與先前之Si系光電轉換層相比變薄，而自鄰接像素之漏光、或光之入射角之限制得以緩和。進而，於先前之Si系攝像元件中，因於3種顏色之像素間進行插值處理而製作顏色信號而產生偽色，但關於具備積層型攝像元件之本發明之第2態樣之固體攝像裝置，偽色之產生被抑制。由於有機光電轉換層其本身亦作為彩色濾光片層而發揮功能，故而即便不配設彩色濾光片層亦能進行顏色分離。
另一方面，關於本發明之第1態樣之固體攝像裝置，藉由使用彩色濾光片層，能夠緩和對藍色、綠色、紅色之分光特性之要求，又，亦具有較高之量產性。作為本發明之第1態樣之固體攝像裝置中之攝像元件之排列，除了拜耳排列以外，可列舉：行間插入(interline)排列、G條紋RB棋盤格排列、G條紋RB完全棋盤格排列、棋盤格補色排列、條紋排列、傾斜條紋排列、原色色差排列、場色差順序排列、幀色差順序排列、MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)型排列、改良MOS型排列、幀交錯排列、場交錯排列。此處，由1個攝像元件構成1個像素(或副像素)。
作為彩色濾光片層(波長選擇機構)，可列舉不僅使紅色、綠色、藍色透過，而且視情形使青色、洋紅色、黃色等特定波長透過之濾光片層。關於彩色濾光片層，不僅包含使用顏料或染料等有機化合物之有機材料系彩色濾光片層，而且亦可包含應用有光子晶體、或電漿子之波長選擇元件(具有於導體薄膜設置有晶格狀之孔構造之導體晶格構造之彩色濾光片層；例如，參照日本專利特開2008-177191號公報)、及包含非晶矽等無機材料之薄膜。
排列有複數個本發明之攝像元件等之像素區域包含呈二維陣列狀地規律地排列有複數個之像素。像素區域通常包含：有效像素區域，其實際上接受光，將藉由光電轉換所產生之信號電荷放大並讀出至驅動電路；及黑基準像素區域(亦被稱為光學黑像素區域(OPB))，其係用以輸出成為黑位準之基準之光學黑色。黑基準像素區域通常配置於有效像素區域之外周部。
於包含以上所說明之各種較佳之形態、構成之本發明之攝像元件等中，照射光，於光電轉換層中發生光電轉換，電洞(hole)與電子被載子分離。而且，將提取電洞之電極設為陽極，將提取電子之電極設為陰極。存在第1電極構成陰極，第2電極構成陽極之情形，相反亦存在第1電極構成陽極，第2電極構成陰極之情形。
第1電極、電荷儲存用電極、傳輸控制用電極、電荷排放電極及第2電極可設為包含透明導電材料之構成。有時將第1電極、電荷儲存用電極、傳輸控制用電極及電荷排放電極統稱為『第1電極等』。抑或，於本發明之攝像元件等如例如拜耳排列般平面地排列之情形時，可設為第2電極包含透明導電材料，且第1電極等包含金屬材料之構成，於該情形時，具體而言，可設為位於光入射側之第2電極包含透明導電材料，且第1電極等例如包含Al-Nd(鋁及釹之合金)或ASC(鋁、釤及銅之合金)之構成。有時將包含透明導電材料之電極稱為『透明電極』。此處，理想為，透明導電材料之帶隙能為2.5 eV以上，較佳為3.1 eV以上。作為構成透明電極之透明導電材料，可列舉具有導電性之金屬氧化物，具體而言，可例示：氧化銦、銦-錫氧化物(ITO，Indiμm Tin Oxide，包含摻雜Sn之In2
O3
、晶質ITO及非晶質ITO)、於氧化鋅中添加有銦作為摻雜劑之銦-鋅氧化物(IZO，Indiμm Zinc Oxide)、於氧化鎵中添加有銦作為摻雜劑之銦-鎵氧化物(IGO)、於氧化鋅中添加有銦及鎵作為摻雜劑之銦-鎵-鋅氧化物(IGZO，In-GaZnO4
)、於氧化鋅中添加有銦及錫作為摻雜劑之銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、IFO(摻雜F之In2
O3
)、氧化錫(SnO2
)、ATO(摻雜Sb之SnO2
)、FTO(摻雜F之SnO2
)、氧化鋅(包含摻雜有其他元素之ZnO)、於氧化鋅中添加有鋁作為摻雜劑之鋁-鋅氧化物(AZO)、於氧化鋅中添加有鎵作為摻雜劑之鎵-鋅氧化物(GZO)、氧化鈦(TiO2
)、於氧化鈦中添加有鈮作為摻雜劑之鈮-鈦氧化物(TNO)、氧化銻、尖晶石型氧化物、具有YbFe2
O4
構造之氧化物。抑或，可列舉以鎵氧化物、鈦氧化物、鈮氧化物、鎳氧化物等作為母層之透明電極。作為透明電極之厚度，可列舉2×10-8
m至2×10-7
m，較佳為3×10-8
m至1×10-7
m。於第1電極被要求透明性之情形時，就製造製程之簡化等觀點而言，較佳為電荷排放電極亦包含透明導電材料。
抑或，於不需要透明性之情形時，作為構成具有作為提取電洞之電極之功能之陽極的導電材料，較佳為包含具有高功函數(例如，φ＝4.5 eV～5.5 eV)之導電材料，具體而言，可例示：金(Au)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鐵(Fe)、銥(Ir)、鍺(Ge)、鋨(Os)、錸(Re)、碲(Te)。另一方面，作為構成具有作為提取電子之電極之功能之陰極的導電材料，較佳為包含具有低功函數(例如，φ＝3.5 eV～4.5 eV)之導電材料，具體而言，可列舉：鹼金屬(例如Li、Na、K等)及其氟化物或氧化物、鹼土金屬(例如Mg、Ca等)及其氟化物或氧化物、鋁(Al)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鉈(Tl)、鈉-鉀合金、鋁-鋰合金、鎂-銀合金、銦、鐿等稀土類金屬、或其等之合金。抑或，作為構成陽極或陰極之材料，可列舉：鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、銅(Cu)、鈦(Ti)、銦(In)、錫(Sn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉬(Mo)等金屬、或包含該等金屬元素之合金、包含該等金屬之導電性粒子、包含該等金屬之合金之導電性粒子、含有雜質之多晶矽、碳系材料、氧化物半導體材料、碳奈米管、石墨烯等導電性材料，亦可設為包含該等元素之層之積層構造。進而，作為構成陽極或陰極之材料，亦可列舉聚(3,4-乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]等有機材料(導電性高分子)。又，亦可使將該等導電性材料混合至黏合劑(高分子)中而製成漿料或墨水所得者硬化，並用作電極。
作為第1電極等或第2電極(陰極或陽極)之成膜方法、抑或作為第1半導體材料層(視情形，進而，第2半導體材料層)之成膜方法，可使用乾式法或濕式法。作為乾式法，可列舉物理氣相沈積法(PVD法)及化學氣相沈積法(CVD法)。作為使用PVD法之原理之成膜方法，可列舉：使用電阻加熱或高頻加熱之真空蒸鍍法、EB(Electron Beam，電子束)蒸鍍法、各種濺鍍法(磁控濺鍍法、RF-DC(Radio Frequency-Direct Current，射頻-直流)結合型偏壓濺鍍法、ECR(electron cyclotron resonance，電子迴旋加速器共振)濺鍍法、對向靶濺鍍法、高頻濺鍍法)、離子電鍍法、雷射剝蝕法、分子束磊晶法、雷射轉印法。又，作為CVD法，可列舉：電漿CVD法、熱CVD法、有機金屬(MO)CVD法、光CVD法。另一方面，作為濕式法，可列舉：電鍍法或無電解鍍覆法、旋轉塗佈法、噴墨法、噴塗法、衝壓(stamping)法、微接觸印刷法、軟版印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、浸漬法等方法。作為圖案化法，可列舉：遮蔽罩(shadow mask)、雷射轉印、光微影法等化學蝕刻、及利用紫外線或雷射等而進行之物理蝕刻等。作為第1電極等或第2電極之平坦化技術，可使用雷射平坦化法、回焊法、CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械拋光)法等。
作為構成絕緣層之材料，不僅可列舉：氧化矽系材料；氮化矽(SiNY
)；氧化鋁(Al2
O3
)等金屬氧化物高介電絕緣材料所例示之無機系絕緣材料，而且可列舉：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚乙烯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚醯亞胺；聚碳酸酯(PC)；聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；聚苯乙烯；N-2(胺基乙基)3-胺基丙基三甲氧基矽烷(AEAPTMS)、3-巰基丙基三甲氧基矽烷(MPTMS)、十八烷基三氯矽烷(OTS)等矽烷醇衍生物(矽烷偶合劑)；酚醛清漆型酚系樹脂；氟系樹脂；利用於十八硫醇、十二烷基異氰酸酯等之一端具有能夠與控制電極結合之官能基之直鏈烴類所例示之有機系絕緣材料(有機聚合物)；亦可使用其等之組合。作為氧化矽系材料，可例示：氧化矽(SiOX
)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化矽(SiON)、SOG(Spin On Glass，旋塗玻璃)、低介電常數絕緣材料(例如，聚芳醚、環全氟碳聚合物及苯并環丁烯、環狀氟樹脂、聚四氟乙烯、氟化芳基醚、氟化聚醯亞胺、非晶質碳、有機SOG)。絕緣層可設為單層構成，亦可設為積層有複數層(例如，兩層)之構成。於後者之情形時，只要至少於電荷儲存用電極之上、及電荷儲存用電極與第1電極之間之區域形成絕緣層·下層，並藉由在絕緣層·下層實施平坦化處理而至少於電荷儲存用電極與第1電極之間之區域殘留絕緣層·下層，並且於殘留之絕緣層·下層及電荷儲存用電極之上形成絕緣層·上層即可，藉此，能夠確實地達成絕緣層之平坦化。構成各種層間絕緣層或絕緣材料膜之材料亦自該等材料適當選擇即可。
構成控制部之浮動擴散層、放大電晶體、重設電晶體及選擇電晶體之構成、構造可設為與先前之浮動擴散層、放大電晶體、重設電晶體及選擇電晶體之構成、構造相同。驅動電路亦可設為眾所周知之構成、構造。
第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部，為了第1電極與浮動擴散層及放大電晶體之閘極部之連接，只要形成接觸孔部即可。作為構成接觸孔部之材料，可例示：摻雜有雜質之多晶矽、或鎢、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi2
、MoSi2
等高熔點金屬或金屬矽化物、包含該等材料之層之積層構造(例如，Ti/TiN/W)。
亦可於第1半導體材料層與第1電極之間設置第1載子阻擋層，且亦可於有機光電轉換層與第2電極之間設置第2載子阻擋層。又，亦可於第1載子阻擋層與第1電極之間設置第1電荷注入層，且亦可於第2載子阻擋層與第2電極之間設置第2電荷注入層。例如，作為構成電子注入層之材料，例如可列舉：鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)等鹼金屬及其氟化物或氧化物、鎂(Mg)、鈣(Ca)等鹼土金屬及其氟化物或氧化物。
作為各種有機層之成膜方法，可列舉乾式成膜法及濕式成膜法。作為乾式成膜法，可列舉：使用電阻加熱或高頻加熱、電子束加熱之真空蒸鍍法、閃蒸法、電漿蒸鍍法、EB蒸鍍法、各種濺鍍法(二極濺鍍法、直流濺鍍法、直流磁控濺鍍法、高頻濺鍍法、磁控濺鍍法、RF-DC結合型偏壓濺鍍法、ECR濺鍍法、對向靶濺鍍法、高頻濺鍍法、離子束濺鍍法)、DC(Direct Current)法、RF(radio frequency，射頻)法、多陰極法、活化反應法、電場蒸鍍法、高頻離子電鍍法或反應性離子電鍍法等各種離子電鍍法、雷射剝蝕法、分子束磊晶法、雷射轉印法、分子束磊晶法(MBE法)。又，作為CVD法，可列舉：電漿CVD法、熱CVD法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化學氣相沈積)法、光CVD法。另一方面，作為濕式法，具體而言，可例示：旋轉塗佈法；浸漬法；澆鑄法；微接觸印刷法；滴注法；網版印刷法或噴墨印刷法、膠版印刷法、凹版印刷法、軟版印刷法等各種印刷法；衝壓法；噴霧法；空氣刀塗法、刮塗法、桿式塗佈法、刮刀塗法、擠壓式塗佈法、逆輥塗佈法、傳料輥塗法、凹版塗佈法、接觸式塗佈法、塗鑄法、噴塗法、孔縫式塗佈法、軋輥塗佈法等各種塗佈法。於塗佈法中，作為溶劑，可例示甲苯、氯仿、己烷、乙醇等無極性或極性較低之有機溶劑。作為圖案化法，可列舉：遮蔽罩、雷射轉印、光微影法等化學蝕刻、及利用紫外線或雷射等而進行之物理蝕刻等。作為各種有機層之平坦化技術，可使用雷射平坦化法、回焊法等。
可根據需要，適當組合以上所說明之第1構成～第6構成之攝像元件之2種或2種以上。
於攝像元件或固體攝像裝置中，如上所述般亦可視需要設置晶載微透鏡或遮光層，而且設置有用以驅動攝像元件之驅動電路或配線。視需要，亦可配設用以控制光向攝像元件之入射之快門，而且根據固體攝像裝置之目的，亦可具備光學截止濾光鏡。
又，關於第1構成～第2構成之固體攝像裝置，可設為於1個本發明之攝像元件等之上方配設有1個晶載微透鏡之形態，或者亦可設為由2個本發明之攝像元件等構成攝像元件區塊，且於攝像元件區塊之上方配設有1個晶載微透鏡之形態。
例如，於將固體攝像裝置與讀出用積體電路(ROIC)積層之情形時，可使形成有讀出用積體電路及包含銅(Cu)之連接部之驅動用基板、與形成有連接部之攝像元件以連接部彼此相接之方式重合，並且藉由將連接部彼此接合而積層，亦可將連接部彼此使用焊料凸塊等進行接合。
又，關於用以驅動本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置之驅動方法，可設為反覆進行如下各製程之固體攝像裝置之驅動方法，即， 於所有攝像元件中，同時一面將電荷儲存至第1半導體材料層，一面將第1電極中之電荷排放至系統外，其後， 於所有攝像元件中，同時將儲存於第1半導體材料層之電荷傳輸至第1電極，並於傳輸完成後，依序於各攝像元件中讀出被傳輸至第1電極之電荷。
關於此種固體攝像裝置之驅動方法，由於各攝像元件具有自第2電極側入射之光不入射至第1電極之構造，且於所有攝像元件中，同時一面將電荷儲存至第1半導體材料層，一面將第1電極中之電荷排放至系統外，故而能夠於所有攝像元件中同時確實地進行第1電極之重設。而且，其後，於所有攝像元件中，同時將儲存於第1半導體材料層之電荷傳輸至第1電極，並於傳輸完成後，依序於各攝像元件中讀出被傳輸至第1電極之電荷。因此，能夠容易地實現所謂全域快門(global shutter)功能。
作為本發明之攝像元件，可列舉：CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)元件、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)影像感測器、CIS(Contact Image Sensor，接觸式影像感測器)、CMD(Charge Modulation Device，電荷調製元件)型之信號放大型影像感測器。由本發明之第1態樣～第2態樣之固體攝像裝置、第1構成～第2構成之固體攝像裝置能構成例如數位靜態相機或視訊攝影機、攝錄影機、監控相機、車輛搭載用相機、智慧型手機用相機、遊戲用之用戶介面相機、生物認證(biometric authentication)用相機。 [實施例1]
實施例1係關於本發明之第1態樣～實施例4之攝像元件、本發明之積層型攝像元件及本發明之第2態樣之固體攝像裝置。於圖1中表示實施例1之攝像元件及積層型攝像元件(以下，有時將其等統稱為『攝像元件等』)之模式性局部剖視圖，於圖2及圖3中表示實施例1之攝像元件等之等效電路圖，於圖4中表示構成實施例1之攝像元件等之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖，於圖5中模式性地表示實施例1之攝像元件等之動作時之各部位中之電位的狀態，於圖6A中表示用以說明實施例1之攝像元件等之各部位之等效電路圖。又，於圖7中表示構成實施例1之攝像元件等之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極的模式性配置圖，於圖8中表示第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。進而，於圖76中表示實施例1之固體攝像裝置之概念圖。再者，於圖2、圖3、圖6A、圖6B、圖6C、圖9、圖17、圖18、圖29、圖30、圖66A、圖66B、圖66C中，以1層顯示第1半導體材料層及第2半導體材料層。
實施例1之攝像元件之攝像元件具備積層第1電極21、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部，且於第1電極21與光電轉換層23A之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層23B1
及第2半導體材料層23B2
，第2半導體材料層23B2
接於光電轉換層23A，且光電轉換部進而具備：絕緣層82；及電荷儲存用電極24，其與第1電極21相隔地配置，且介隔絕緣層82而與第1半導體材料層23B1
對向地配置。光係自第2電極側入射。再者，於圖式中，有時以參考編號23B表示第1半導體材料層23B1
及第2半導體材料層23B2
之半導體材料積層體。
於實施例1中，為了調查 [A]第1半導體材料層23B1
之電子遷移率μ1
與第2半導體材料層23B2
之電子遷移率μ2
之關係 [B]第2半導體材料層23B2
之游離電位IP2
與光電轉換層23A之游離電位IP0
之關係 [C]光電轉換層23A之電子遷移率μ0
與第2半導體材料層23B2
之電子遷移率μ2
之關係 [D]第1半導體材料層23B1
之電子親和力EA1
與第2半導體材料層23B2
之電子親和力EA2
與光電轉換層23A之電子親和力EA0
之關係， 而製作了以下之試樣。
即，於SiO2
層上形成包含ITO之第1電極。然後，於第1電極上，使用濺鍍法而形成厚度100 nm之包含IGZO之第1半導體材料層。繼而，藉由對第1半導體材料層進行退火處理而使第1半導體材料層空乏化後，使用真空蒸鍍法，依序積層包含各種半導體材料之厚度10 nm之第2半導體材料層、具有本體異質構造之包含各種有機半導體材料之厚度230 nm之光電轉換層、及厚度10 nm之氧化鉬層，進而，基於濺鍍法，形成厚度50 nm之包含ITO之第2電極。然後，為了將第2電極低電阻化而實施退火處理。
基於霍爾測定法測定如此獲得之各種試樣之第1半導體材料層之電子遷移率，製作單一載子元件並基於空間電荷限制電流法測定光電轉換層及第2半導體材料層之電子遷移率。又，使用紫外線光電子光譜法計測構成第2半導體材料層及光電轉換層之材料之游離電位。電子親和力可使用藉由紫外線光電子光譜法所求出之游離電位及藉由吸收分光測定所獲得之光學帶隙而算出。又，於氮氣氛圍下，使用半導體參數分析器計測如此獲得之各種試樣之暗電流。量子效率之值係設為激發波長550 nm、照射強度5微瓦/cm2
、逆偏壓施加電壓1伏特而求出。光響應性之評估係對試樣照射波長550 nm之光10毫秒，且將至光遮斷後之光電流值變為光照射時之光電流值之10%為止之時間設為響應時間而進行評估。於光響應性之評估中，亦與量子效率之測定同樣地，設為逆偏壓施加電壓1伏特。
將實施例1A、實施例1B、實施例1C及實施例1D、以及比較例1A及比較例1C中之第1半導體材料層及第2半導體材料層之電子遷移率μ1
、μ2
(單位：cm2
/V·s)及暗電流之測定結果示於以下之表1。再者，暗電流之測定結果係將比較例1A之暗電流之測定結果設為「1」時之相對值。於實施例1A～實施例1D、比較例1A、比較例1C中，使第1半導體材料層如上所述般包含IGZO。又，於實施例1A～實施例1D、比較例1C中，如上所述般形成有第2半導體材料層，但於比較例1A中，未形成第2半導體材料層。
將實施例1E、實施例1F、實施例1G及實施例1H、以及比較例1A及比較例1D中之第2半導體材料層及光電轉換層之游離電位IP2
、IP0
(單位：eV)及暗電流之測定結果示於以下之表1。再者，暗電流之測定結果係將比較例1A之暗電流之測定結果設為「1」時之相對值。於實施例1E～實施例1H、比較例1A、比較例1D中，使第1半導體材料層如上所述般包含IGZO。又，於實施例1E～實施例1H、比較例1D中，如上所述般形成有第2半導體材料層，但於比較例1A中，未形成第2半導體材料層。
將實施例1J、實施例1K、實施例1L及實施例1M、以及比較例1B及比較例1E中之第2半導體材料層及光電轉換層之電子遷移率μ2
、μ0
以及光響應性及量子效率之測定結果示於以下之表1。再者，光響應性及量子效率之測定結果係將比較例1B之光響應性及量子效率之測定結果設為「1」時之相對值。於實施例1J～實施例1M、比較例1B、比較例1E中，使第1半導體材料層如上所述般包含IGZO。又，於實施例1J～實施例1M、比較例1E中，如上所述般形成有第2半導體材料層，但於比較例1B中，未形成第2半導體材料層。
將實施例1N、實施例1P及實施例1Q、以及比較例1B、比較例1F及比較例1G中之第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層之電子親和力EA1
、EA2
、EA0
(單位：eV)以及光響應性及量子效率之測定結果示於以下之表1。再者，光響應性及量子效率之測定結果係將比較例1B之光響應性及量子效率之測定結果設為「1」時之相對值。於實施例1N、實施例1P、實施例1Q、比較例1B、比較例1F及比較例1G中，使第1半導體材料層如上所述般包含IGZO。又，於實施例1N、實施例1P、實施例1Q、比較例1F、比較例1G中，如上所述般形成有第2半導體材料層，但於比較例1B中，未形成第2半導體材料層。
＜表1＞
若比較實施例1A、實施例1B、實施例1C及實施例1D、以及比較例1A及比較例1C，則於第1半導體材料層23B1
之電子遷移率μ1
與第2半導體材料層23B2
之電子遷移率μ2
滿足μ2
＜μ1
時，能謀求暗電流之降低，另一方面，於比較例1C中，為μ2
＞μ1
，暗電流增加。
若比較實施例1E、實施例1F、實施例1G及實施例1H、以及比較例1A及比較例1D，則於第2半導體材料層及光電轉換層之游離電位IP2
、IP0
滿足IP0
＜IP2
時，則能謀求暗電流之降低，另一方面，於比較例1D中，為IP0
＞IP2
，暗電流增加。又，於實施例1A、實施例1B、實施例1C及實施例1D中亦滿足IP0
＜IP2
，能謀求暗電流之降低。
若比較實施例1J、實施例1K、實施例1L及實施例1M、以及比較例1B及比較例1E，則於光電轉換層23A及第2半導體材料層23B2
之電子遷移率μ0
、μ2
滿足μ0
≦μ2
時，能謀求光響應性之提高、及量子效率之提高，另一方面，於比較例1E中，為μ0
＞μ2
，無法謀求光響應性之提高、及量子效率之提高。又，於實施例1A、實施例1B、實施例1C、實施例1D、實施例1E、實施例1F、實施例1G及實施例1H中，亦於有效數字設為1位數時，滿足μ0
≦μ2
，能謀求光響應性之提高、及量子效率之提高。
若比較實施例1N、實施例1P及實施例1Q、以及比較例1B、比較例1F及比較例1G，則於第1半導體材料層23B1
之電子親和力、第2半導體材料層23B2
之電子親和力、光電轉換層23A之電子親和力EA1
、EA2
、EA0
滿足EA0
≦EA2
≦EA1
時，能謀求光響應性之提高、及量子效率之提高，另一方面，於比較例1F中，為EA2
＞EA1
，於比較例1G中，為EA0
＞EA2
，無法謀求光響應性之提高、及量子效率之提高。
關於實施例1之攝像元件，可組合本發明之第1態樣之攝像元件及本發明之第2態樣之攝像元件。即，關於實施例1之攝像元件，可設為於將第2半導體材料層23B2
之游離電位設為IP2
，將光電轉換層23A之游離電位設為IP0
時，滿足IP0
＜IP2
之形態。進而，於該情形時，可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件、本發明之第2態樣之攝像元件及本發明之第3態樣之攝像元件。即，關於此種形態，可設為於將光電轉換層23A之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
之形態。抑或，於該情形時，亦可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件、本發明之第2態樣之攝像元件及本發明之第4態樣之攝像元件，亦可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件、本發明之第2態樣之攝像元件、本發明之第3態樣之攝像元件及本發明之第4態樣之攝像元件。即，關於此種形態，可設為於將第1半導體材料層23B1
之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層23B2
之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層23A之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
抑或，關於實施例1之攝像元件，可組合本發明之第1態樣之攝像元件及本發明之第3態樣之攝像元件。即，關於本發明之第1態樣之攝像元件，可設為於將光電轉換層23A之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
之形態。進而，於該情形時，可進而組合本發明之第1態樣之攝像元件、本發明之第3態樣之攝像元件及本發明之第4態樣之攝像元件，或者亦可組合本發明之第1態樣之攝像元件及本發明之第4態樣之攝像元件。即，關於此種形態，可設為於將第1半導體材料層23B1
之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層23B2
之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層23A之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
抑或，關於實施例1之攝像元件，可組合本發明之第2態樣之攝像元件及本發明之第3態樣之攝像元件。即，關於本發明之第2態樣之攝像元件，可設為於將光電轉換層23A之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
之形態。進而，於該情形時，可進而組合本發明之第2態樣之攝像元件、本發明之第3態樣之攝像元件及本發明之第4態樣之攝像元件，或者亦可組合本發明之第2態樣之攝像元件及本發明之第4態樣之攝像元件。即，關於此種形態，可設為於將第1半導體材料層23B1
之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層23B2
之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層23A之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
抑或，關於實施例1之攝像元件，可組合本發明之第3態樣之攝像元件及本發明之第4態樣之攝像元件。即，關於本發明之第3態樣之攝像元件，可設為於將第1半導體材料層23B1
之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層23B2
之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層23A之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
之形態。
又，於實施例1之攝像元件中，根據X射線繞射分析，第1半導體材料層23B1
為非晶質。即，例如為局部地不具有晶體結構之非晶質。
實施例1之積層型攝像元件具有至少1個實施例1之攝像元件。又，實施例1之固體攝像裝置具備複數個實施例1之積層型攝像元件。而且，由實施例1之固體攝像裝置構成有例如數位靜態相機或視訊攝影機、攝錄影機、監控相機、車輛搭載用相機(車載相機)、智慧型手機用相機、遊戲用之用戶介面相機、生物認證用相機等。
以下，進行實施例1之攝像元件等、固體攝像裝置之具體之說明。
實施例1之攝像元件等進而具備半導體基板(更具體而言，矽半導體層)70，光電轉換部配置於半導體基板70之上方。又，進而具備設置於半導體基板70，且具有連接有第1電極21及第2電極22之驅動電路之控制部。此處，將半導體基板70中之光入射面設為上方，將半導體基板70之相反側設為下方。於半導體基板70之下方設置有包含複數條配線之配線層62。
於半導體基板70，設置有構成控制部之至少浮動擴散層FD1
及放大電晶體TR1amp
，第1電極21連接於浮動擴散層FD1
及放大電晶體TR1amp
之閘極部。於半導體基板70，進而設置有構成控制部之重設電晶體TR1rst
及選擇電晶體TR1sel
。浮動擴散層FD1
連接於重設電晶體TR1rst
之一源極/汲極區域，放大電晶體TR1amp
之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體TR1sel
之一源極/汲極區域，選擇電晶體TR1sel
之另一源極/汲極區域連接於信號線VSL1
。該等放大電晶體TR1amp
、重設電晶體TR1rst
及選擇電晶體TR1sel
構成驅動電路。
具體而言，實施例1之攝像元件等係背面照射型攝像元件，且具有積層有如下3個攝像元件之構造，即，具備吸收綠色光之第1類型之綠色光用光電轉換層之對綠色光具有感度的第1類型之實施例1之綠色光用攝像元件(以下，稱為『第1攝像元件』)、具備吸收藍色光之第2類型之藍色光用光電轉換層之對藍色光具有感度的第2類型之先前之藍色光用攝像元件(以下，稱為『第2攝像元件』)、及具備吸收紅色光之第2類型之紅色光用光電轉換層之對紅色光具有感度的第2類型之先前之紅色光用攝像元件(以下，稱為『第3攝像元件』)。此處，紅色光用攝像元件(第3攝像元件)及藍色光用攝像元件(第2攝像元件)設置於半導體基板70內，第2攝像元件位於較第3攝像元件更靠光入射側。又，綠色光用攝像元件(第1攝像元件)設置於藍色光用攝像元件(第2攝像元件)之上方。由第1攝像元件、第2攝像元件及第3攝像元件之積層構造構成1個像素。未設置彩色濾光片層。
關於第1攝像元件，第1電極21與電荷儲存用電極24相隔地形成於層間絕緣層81上。層間絕緣層81及電荷儲存用電極24係由絕緣層82覆蓋。於絕緣層82上形成有半導體材料積層體23B(第1半導體材料層23B1
及第2半導體材料層23B2
)以及光電轉換層23A，於光電轉換層23A上形成有第2電極22。於包含第2電極22之整個面形成有絕緣層83，於絕緣層83上設置有晶載微透鏡14。第1電極21、電荷儲存用電極24及第2電極22包含透明電極，該透明電極例如包含ITO(功函數：約4.4 eV)。第1半導體材料層23B1
例如包含IGZO或IWZO、IWO、ZTO、ITZO，第2半導體材料層23B2
包含無機或有機半導體材料。光電轉換層23A包含含有至少對綠色光具有感度之眾所周知之有機光電轉換材料(例如，若丹明系色素、部花青素系色素、喹吖啶酮等有機系材料)之層。層間絕緣層81或絕緣層82、83包含眾所周知之絕緣材料(例如，SiO2
或SiN)。第1半導體材料層23B1
與第1電極21係藉由設置於絕緣層82之連接部67而連接。於連接部67內，半導體材料積層體23B延伸。即，第1半導體材料層23B1
係於設置於絕緣層82之開口部85內延伸，且與第1電極21連接。
電荷儲存用電極24連接於驅動電路。具體而言，電荷儲存用電極24係經由設置於層間絕緣層81內之連接孔66、焊墊部64及配線VOA
而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112。
電荷儲存用電極24之大小大於第1電極21。於將電荷儲存用電極24之面積設為S1
'，將第1電極21之面積設為S1
時，雖並非限定者，但較佳為滿足 4≦S1
'/S1
，關於實施例1，雖並非限定者，但例如設為 S1
'/S1
＝8。 再者，關於下述實施例7～實施例10，將3個光電轉換部區段10'1
、10'2
、10'3
)之大小設為相同之大小，且平面形狀亦設為相同。
於半導體基板70之第1面(正面)70A之側形成有元件分離區域71，又，於半導體基板70之第1面70A形成有氧化膜72。進而，於半導體基板70之第1面側，設置有構成第1攝像元件之控制部之重設電晶體TR1rst
、放大電晶體TR1amp
及選擇電晶體TR1sel
，進而設置有第1浮動擴散層FD1
。
重設電晶體TR1rst
包含閘極部51、通道形成區域51A、及源極/汲極區域51B、51C。重設電晶體TR1rst
之閘極部51連接於重設線RST1
，重設電晶體TR1rst
之一源極/汲極區域51C兼用作第1浮動擴散層FD1
，另一源極/汲極區域51B連接於電源VDD
。
第1電極21係經由設置於層間絕緣層81內之連接孔65、焊墊部63、形成於半導體基板70及層間絕緣層76之接觸孔部61、及形成於層間絕緣層76之配線層62，而連接於重設電晶體TR1rst
之一源極/汲極區域51C(第1浮動擴散層FD1
)。
放大電晶體TR1amp
包含閘極部52、通道形成區域52A、及源極/汲極區域52B、52C。閘極部52係經由配線層62而連接於第1電極21及重設電晶體TR1rst
之一源極/汲極區域51C(第1浮動擴散層FD1
)。又，一源極/汲極區域52B連接於電源VDD
。
選擇電晶體TR1sel
包含閘極部53、通道形成區域53A、及源極/汲極區域53B、53C。閘極部53連接於選擇線SEL1
。又，一源極/汲極區域53B係與構成放大電晶體TR1amp
之另一源極/汲極區域52C共有區域，另一源極/汲極區域53C連接於信號線(資料輸出線)VSL1
(117)。
第2攝像元件具備設置於半導體基板70之n型半導體區域41作為光電轉換層。包含縱型電晶體之傳輸電晶體TR2trs
之閘極部45延伸至n型半導體區域41，且連接於傳輸閘極線TG2
。又，於傳輸電晶體TR2trs
之閘極部45之附近之半導體基板70之區域45C，設置有第2浮動擴散層FD2
。儲存於n型半導體區域41之電荷經由沿閘極部45形成之傳輸通道而被讀出至第2浮動擴散層FD2
。
關於第2攝像元件，進而，於半導體基板70之第1面側，設置有構成第2攝像元件之控制部之重設電晶體TR2rst
、放大電晶體TR2amp
及選擇電晶體TR2sel
。
重設電晶體TR2rst
包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。重設電晶體TR2rst
之閘極部連接於重設線RST2
，重設電晶體TR2rst
之一源極/汲極區域連接於電源VDD
，另一源極/汲極區域兼用作第2浮動擴散層FD2
。
放大電晶體TR2amp
包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。閘極部連接於重設電晶體TR2rst
之另一源極/汲極區域(第2浮動擴散層FD2
)。又，一源極/汲極區域連接於電源VDD
。
選擇電晶體TR2sel
包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。閘極部連接於選擇線SEL2
。又，一源極/汲極區域係與構成放大電晶體TR2amp
之另一源極/汲極區域共有區域，另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL2
。
第3攝像元件具備設置於半導體基板70之n型半導體區域43作為光電轉換層。傳輸電晶體TR3trs
之閘極部46連接於傳輸閘極線TG3
。又，於傳輸電晶體TR3trs
之閘極部46之附近之半導體基板70之區域46C，設置有第3浮動擴散層FD3
。儲存於n型半導體區域43之電荷經由沿閘極部46形成之傳輸通道46A而被讀出至第3浮動擴散層FD3
。
關於第3攝像元件，進而，於半導體基板70之第1面側，設置有構成第3攝像元件之控制部之重設電晶體TR3rst
、放大電晶體TR3amp
及選擇電晶體TR3sel
。
重設電晶體TR3rst
包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。重設電晶體TR3rst
之閘極部連接於重設線RST3
，重設電晶體TR3rst
之一源極/汲極區域連接於電源VDD
，另一源極/汲極區域兼用作第3浮動擴散層FD3
。
放大電晶體TR3amp
包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。閘極部連接於重設電晶體TR3rst
之另一源極/汲極區域(第3浮動擴散層FD3
)。又，一源極/汲極區域連接於電源VDD
。
選擇電晶體TR3sel
包含閘極部、通道形成區域、及源極/汲極區域。閘極部連接於選擇線SEL3
。又，一源極/汲極區域係與構成放大電晶體TR3amp
之另一源極/汲極區域共有區域，另一源極/汲極區域連接於信號線(資料輸出線)VSL3
。
重設線RST1
、RST2
、RST3
、選擇線SEL1
、SEL2
、SEL3
、傳輸閘極線TG2
、TG3
連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112，信號線(資料輸出線)VSL1
、VSL2
、VSL3
連接於構成驅動電路之行信號處理電路113。
於n型半導體區域43與半導體基板70之正面70A之間設置有p+
層44，暗電流產生得以抑制。於n型半導體區域41與n型半導體區域43之間形成有p+
層42，進而，n型半導體區域43之側面之一部分係由p+
層42包圍。於半導體基板70之背面70B之側，形成有p+
層73，於p+
層73至半導體基板70之內部之應形成接觸孔部61之部分，形成有HfO2
膜74及絕緣材料膜75。於層間絕緣層76，涵蓋複數個層地形成有配線，但省略圖示。
HfO2
膜74係具有固定負電荷之膜，藉由設置此種膜，能夠抑制暗電流之產生。亦可代替HfO2
膜，而使用氧化鋁(Al2
O3
)膜、氧化鋯(ZrO2
)膜、氧化鉭(Ta2
O5
)膜、氧化鈦(TiO2
)膜、氧化鑭(La2
O3
)膜、氧化鐠(Pr2
O3
)膜、氧化鈰(CeO2
)膜、氧化釹(Nd2
O3
)膜、氧化鉕(Pm2
O3
)膜、氧化釤(Sm2
O3
)膜、氧化銪(Eu2
O3
)膜、氧化釓((Gd2
O3
)膜、氧化鋱(Tb2
O3
)膜、氧化鏑(Dy2
O3
)膜、氧化鈥(Ho2
O3
)膜、氧化銩(Tm2
O3
)膜、氧化鐿(Yb2
O3
)膜、氧化鎦(Lu2
O3
)膜、氧化釔(Y2
O3
)膜、氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜、氮氧化鋁膜。作為該等膜之成膜方法，例如可列舉CVD法、PVD法、ALD(atomic layer deposition，原子層沈積)法。
以下，參照圖5及圖6A，對實施例1之具備電荷儲存用電極之攝像元件等(第1攝像元件)之動作進行說明。此處，使第1電極21之電位高於第2電極22之電位。即，例如，將第1電極21設為正電位，將第2電極22設為負電位，光電轉換層23A中藉由光電轉換所產生之電子被讀出至浮動擴散層。於其他實施例中亦相同。再者，關於將第1電極21設為負電位，將第2電極設為正電位，且光電轉換層23A中基於光電轉換所產生之電洞被讀出至浮動擴散層之形態，只要將以下所述之電位之高低設為相反即可。
圖5、下述實施例4中之圖20、圖21、實施例6中之圖32、圖33中所使用之符號係如下所述。
PA
·····和位於電荷儲存用電極24或傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25與第1電極21之中間之區域對向的第1半導體材料層23B1
之點PA
處之電位 PB
·····與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域之點PB
處之電位 PC1
·····與電荷儲存用電極區段24A對向之第1半導體材料層23B1
之區域之點PC1
處之電位 PC2
·····與電荷儲存用電極區段24B對向之第1半導體材料層23B1
之區域之點PC2
處之電位 PC3
·····與電荷儲存用電極區段24C對向之第1半導體材料層23B1
之區域之點PC3
處之電位 PD
·····與傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25對向之第1半導體材料層23B1
之區域之點PD
處之電位 FD·····第1浮動擴散層FD1
中之電位 VOA
·····電荷儲存用電極24中之電位 VO A -A
·····電荷儲存用電極區段24A中之電位 VO A -B
·····電荷儲存用電極區段24B中之電位 VO A -C
·····電荷儲存用電極區段24C中之電位 VOT
·····傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25中之電位 RST·····重設電晶體TR1rst
之閘極部51中之電位 VDD
·····電源之電位 VSL1
·····信號線(資料輸出線)VSL1
TR1rst
·····重設電晶體TR1rst
TR1amp
·····放大電晶體TR1amp
TR1sel
·····選擇電晶體TR1sel
於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V11
，對電荷儲存用電極24施加電位V12
。因入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞係自第2電極22經由配線VOU
而被發送至驅動電路。另一方面，由於使第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，例如由於對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故而設為V12
≧V11
，較佳為設為V12
＞V11
。藉此，藉由光電轉換所產生之電子被電荷儲存用電極24吸引，且停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域。即，電荷被儲存至第1半導體材料層23B1
。由於為V12
＞V11
，故而於光電轉換層23A之內部產生之電子不會朝第1電極21移動。伴隨光電轉換之時間經過，與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域中之電位變為負側更低之值。
於電荷儲存期間之後期，進行重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1
之電位被重設，第1浮動擴散層FD1
之電位變為電源之電位VDD
。
於重設動作之完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V21
，對電荷儲存用電極24施加電位V22
。此處設為V22
＜V21
。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被讀出至第1電極21，進而被讀出至第1浮動擴散層FD1
。即，儲存於第1半導體材料層23B1
之電荷被讀出至控制部。
至此，電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作完成。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD1
後之放大電晶體TR1amp
、選擇電晶體TR1sel
之動作係與先前之該等電晶體之動作相同。又，第2攝像元件、第3攝像元件之電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作係與先前之電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作相同。又，第1浮動擴散層FD1
之重設雜訊係與先前同樣地，能夠藉由相關雙取樣(CDS，Correlated Double Sampling)處理而去除。
如上所述，關於實施例1，由於具備與第1電極相隔地配置、且介隔絕緣層而與光電轉換層對向地配置之電荷儲存用電極，故而於光被照射至光電轉換層，且於光電轉換層中進行光電轉換時，能夠藉由第1半導體材料層、絕緣層及電荷儲存用電極形成一種電容器，並且將電荷儲存至第1半導體材料層。因此，於曝光開始時，能夠將電荷儲存部完全空乏化，且消除電荷。其結果為，能夠抑制kTC雜訊變大，隨機雜訊變差，導致攝像畫質之降低等現象之產生。又，由於能夠將所有像素同時重設，故而能夠實現所謂全域快門功能。
於圖76中表示實施例1之固體攝像裝置之概念圖。實施例1之固體攝像裝置100包含呈二維陣列狀地排列有積層型攝像元件101之攝像區域111、以及作為其驅動電路(周邊電路)之垂直驅動電路112、行信號處理電路113、水平驅動電路114、輸出電路115及驅動控制電路116等。當然，該等電路可包含眾所周知之電路，又，亦可使用其他電路構成(例如，於先前之CCD攝像裝置或CMOS攝像裝置中使用之各種電路)而構成。於圖76中，積層型攝像元件101中之參考編號「101」之顯示僅設為1列。
驅動控制電路116基於垂直同步信號、水平同步信號及主時脈，產生成為垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114之動作之基準之時脈信號或控制信號。而且，所產生之時脈信號或控制信號被輸入至垂直驅動電路112、行信號處理電路113及水平驅動電路114。
垂直驅動電路112例如包含移位暫存器，並且將攝像區域111之各積層型攝像元件101以列單位依序於垂直方向上選擇掃描。而且，各積層型攝像元件101中之基於根據受光量所產生之電流(信號)之像素信號(圖像信號)係經由信號線(資料輸出線)117、VSL而被輸送至行信號處理電路113。
行信號處理電路113例如配置於積層型攝像元件101之各行，且對自1列之積層型攝像元件101輸出之圖像信號，根據來自每個攝像元件之黑基準像素(雖未圖示，但形成於有效像素區域之周圍)之信號，進行雜訊去除或信號放大之信號處理。於行信號處理電路113之輸出級，於其與水平信號線118之間連接而設置有水平選擇開關(未圖示)。
水平驅動電路114例如包含移位暫存器，藉由依序輸出水平掃描脈衝，而依序選擇行信號處理電路113之各者，並且自行信號處理電路113之各者將信號輸出至水平信號線118。
輸出電路115對自行信號處理電路113之各者經由水平信號線118而依序供給之信號進行信號處理並將其輸出。
如於圖9中表示實施例1之攝像元件等之變化例之等效電路圖，且於圖10中表示第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖般，亦可將重設電晶體TR1rst
之另一源極/汲極區域51B接地以代替連接於電源VDD
。
實施例1之攝像元件等例如可藉由以下之方法而製作。即，首先，準備SOI(Silicon On Insulator，絕緣層上矽)基板。然後，於SOI基板之表面基於磊晶生長法而形成第1矽層，於該第1矽層形成p+
層73、n型半導體區域41。繼而，於第1矽層上基於磊晶生長法而形成第2矽層，於該第2矽層形成元件分離區域71、氧化膜72、p+
層42、n型半導體區域43、p+
層44。又，於第2矽層形成構成攝像元件之控制部之各種電晶體等，進而於其上形成配線層62或層間絕緣層76、各種配線之後，使層間絕緣層76與支持基板(未圖示)貼合。其後，將SOI基板去除而使第1矽層露出。第2矽層之表面相當於半導體基板70之正面70A，第1矽層之表面相當於半導體基板70之背面70B。又，將第1矽層與第2矽層彙總表達為半導體基板70。繼而，於半導體基板70之背面70B之側，形成用以形成接觸孔部61之開口部，形成HfO2
膜74、絕緣材料膜75及接觸孔部61，進而，形成焊墊部63、64、層間絕緣層81、連接孔65、66、第1電極21、電荷儲存用電極24、絕緣層82。其次，將連接部67開口，且形成半導體材料積層體23B(第1半導體材料層23B1
及第2半導體材料層23B2
)、光電轉換層23A、第2電極22、絕緣層83及晶載微透鏡14。藉由以上，能獲得實施例1之攝像元件等。
雖省略圖示，但亦可將絕緣層82設為絕緣層·下層及絕緣層·上層之二層構成。即，只要至少於電荷儲存用電極24之上、及電荷儲存用電極24與第1電極21之間之區域形成絕緣層·下層(更具體而言，於包含電荷儲存用電極24之層間絕緣層81上形成絕緣層·下層)，並於絕緣層·下層實施平坦化處理之後，於絕緣層·下層及電荷儲存用電極24之上形成絕緣層·上層即可，藉此，能確實地達成絕緣層82之平坦化。而且，只要於如此獲得之絕緣層82開口出連接部67即可。
關於在具有載子儲存及載子傳輸功能之第1半導體材料層上形成有光電轉換層之攝像元件(光電轉換元件)，不僅第1半導體材料層之載子傳輸速度之提高較為重要，而且攝像元件中之暗電流之降低、及高S/N比(signal/noise ratio，信噪比)之達成較為重要。因此，關於實施例1之攝像元件，於具有載子儲存及載子傳輸功能之第1半導體材料層與設置於其上方之光電轉換層之間，插入有規定了與鄰接之層之能階之位置關係及電子遷移率之第2半導體材料層。即，關於實施例1之攝像元件，於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側與光電轉換層相接地形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，且規定了第1半導體材料層之各種特性、第2半導體材料層之各種特性及光電轉換層之各種特性之關係。因此，能夠提供一種能將於光電轉換層中所產生之信號電荷迅速地傳輸至第1電極，而且不易導致攝像畫質之降低之攝像元件(光電轉換元件)。
然，於在負責載子之儲存及載子傳輸之第1半導體材料層之上直接積層有光電轉換層之情形時，存在於第1半導體材料層/光電轉換層之界面中產生之暗電流成為問題之情形。可認為該暗電流產生係由載子之產生再結合所導致，於再結合模型為朗之萬型之情形時，為了暗電流之抑制，除了由第1半導體材料層之電子親和力(傳導帶)與光電轉換層之游離電位之差所定義之有效帶隙以外，第1半導體材料層及光電轉換層之電子遷移率之大小較為重要。具體而言，第1半導體材料層/光電轉換層之界面中之產生再結合速率係與第1半導體材料層之電子遷移率及光電轉換層之電子遷移率中之電子遷移率較高者表現出正之依存性。於實現高速之載子傳輸之情形時，必然地必須使第1半導體材料層之電子遷移率高於光電轉換層之電子遷移率，因此可謂第1半導體材料層/光電轉換層之界面中之暗電流產生依存於第1半導體材料層之電子遷移率之大小(高度)。因此，為了抑制第1半導體材料層/光電轉換層之界面中之暗電流產生，必須擴寬有效帶隙，必須插入具有大於光電轉換層之游離電位之第2半導體材料層。然而，存在因第2半導體材料層之插入而於第2半導體材料層/光電轉換層之界面中產生暗電流之情形。於該情形時，暗電流之大小亦依存於第2半導體材料層/光電轉換層之界面之有效帶隙、及各個層之電子遷移率中具有較高之電子遷移率之層。因此，關於第2半導體材料層之電子遷移率，必須使用至少低於第1半導體材料層之電子遷移率之材料。另一方面，於第2半導體材料層之電子遷移率低於光電轉換層之電子遷移率之情形時，存在第2半導體材料層中之載子傳導性降低，而使量子效率或光電流之響應性變差之情形。因此，第2半導體材料層之電子遷移率必須低於第1半導體材料層之電子遷移率，且為光電轉換層之電子遷移率以上。進而，於第2半導體材料層之電子親和力大於第1半導體材料層之電子親和力之情形時、或者小於光電轉換層之電子親和力之情形時，因光照射而產生之電子之傳導被妨礙。因此，第2半導體材料層之電子親和力必須為光電轉換層之電子親和力以上、且第1半導體材料層之電子親和力以下。 [實施例2]
實施例2係實施例1之變化。於圖11中表示模式性局部剖視圖之實施例2之攝像元件等係正面照射型攝像元件，且具有積層有如下3個攝像元件之構造，即，具備吸收綠色光之第1類型之綠色光用光電轉換層之對綠色光具有感度的第1類型之實施例1之綠色光用攝像元件(第1攝像元件)、具備吸收藍色光之第2類型之藍色光用光電轉換層之對藍色光具有感度的第2類型之先前之藍色光用攝像元件(第2攝像元件)、及具備吸收紅色光之第2類型之紅色光用光電轉換層之對紅色光具有感度的第2類型之先前之紅色光用攝像元件(第3攝像元件)。此處，紅色光用攝像元件(第3攝像元件)及藍色光用攝像元件(第2攝像元件)設置於半導體基板70內，且第2攝像元件位於較第3攝像元件更靠光入射側。又，綠色光用攝像元件(第1攝像元件)設置於藍色光用攝像元件(第2攝像元件)之上方。
於半導體基板70之正面70A側，與實施例1同樣地設置有構成控制部之各種電晶體。該等電晶體可設為實質上與實施例1中所說明之電晶體相同之構成、構造。又，於半導體基板70中設置有第2攝像元件、第3攝像元件，但該等攝像元件亦可設為實質上與實施例1中所說明之第2攝像元件、第3攝像元件相同之構成、構造。
於半導體基板70之正面70A之上方形成有層間絕緣層81，於層間絕緣層81之上方設置有具備構成實施例1之攝像元件等之電荷儲存用電極的光電轉換部(第1電極21、第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
、光電轉換層23A及第2電極22、以及電荷儲存用電極24等)。
如此，除了為正面照射型之點以外，實施例2之攝像元件等之構成、構造可設為與實施例1之攝像元件等之構成、構造相同，故而省略詳細之說明。 [實施例3]
實施例3係實施例1及實施例2之變化。
於圖12中表示模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件等係背面照射型攝像元件，且具有積層有第1類型之實施例1之第1攝像元件、及第2類型之第2攝像元件之2個攝像元件的構造。又，於圖13中表示模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件等之變化例係正面照射型攝像元件，且具有積層有第1類型之實施例1之第1攝像元件、及第2類型之第2攝像元件之2個攝像元件的構造。此處，第1攝像元件吸收原色之光，第2攝像元件吸收補色之光。抑或，第1攝像元件吸收白色光，第2攝像元件吸收紅外線。
於圖14中表示模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件等之變化例係背面照射型攝像元件，且包含第1類型之實施例1之第1攝像元件。又，於圖15中表示模式性局部剖視圖之實施例3之攝像元件之變化例係正面照射型攝像元件，且包含第1類型之實施例1之第1攝像元件。此處，第1攝像元件包含吸收紅色光之攝像元件、吸收綠色光之攝像元件、及吸收藍色光之攝像元件之3種攝像元件。進而，由該等攝像元件之複數個構成本發明之第1態樣之固體攝像裝置。作為複數個該等攝像元件之配置，可列舉拜耳排列。於各攝像元件之光入射側，視需要，配設有用以進行藍色、綠色、紅色之分光之彩色濾光片層。
關於第1類型之實施例1之具備電荷儲存用電極之光電轉換部，亦可代替設置1個，而設為積層2個之形態(即，積層2個具備電荷儲存用電極之光電轉換部，且於半導體基板設置2個光電轉換部之控制部之形態)、抑或積層3個之形態(即，積層3個具備電荷儲存用電極之光電轉換部，且於半導體基板設置3個光電轉換部之控制部之形態)。將第1類型之攝像元件及第2類型之攝像元件之積層構造例例示於以下之表中。
實施例4係實施例1～實施例3之變化，且係關於本發明之具備傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)之攝像元件等。於圖16中表示實施例4之攝像元件等之一部分之模式性局部剖視圖，於圖17及圖18中表示實施例4之攝像元件等之等效電路圖，於圖19中表示構成實施例4之攝像元件等之光電轉換部之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖，於圖20及圖21中模式性地表示實施例4之攝像元件等之動作時之各部位中之電位的狀態，於圖6B中表示用以對實施例4之攝像元件等之各部位進行說明之等效電路圖。又，於圖22中表示構成實施例4之攝像元件等之光電轉換部之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極的模式性配置圖，於圖23中表示第1電極、傳輸控制用電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
關於實施例4之攝像元件等，於第1電極21與電荷儲存用電極24之間，進而具備與第1電極21及電荷儲存用電極24相隔地配置、且介隔絕緣層82而與第1半導體材料層23B1
對向地配置之傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25。傳輸控制用電極25係經由設置於層間絕緣層81內之連接孔68B、焊墊部68A及配線VOT
，而連接於構成驅動電路之像素驅動電路。再者，為了簡化圖式，將位於較層間絕緣層81靠下方之各種攝像元件構成要素為了方便起見彙總地以參考編號13表示。
以下，參照圖20、圖21，對實施例4之攝像元件等(第1攝像元件)之動作進行說明。再者，於圖20及圖21中，尤其是，施加於電荷儲存用電極24之電位及點PD
處之電位之值不同。
於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V11
，對電荷儲存用電極24施加電位V12
，並對傳輸控制用電極25施加電位V13
。因入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞係自第2電極22經由配線VOU
而被發送至驅動電路。另一方面，由於使第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，例如由於設為對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故而設為V12
＞V13
(例如，V12
＞V11
＞V13
、或V11
＞V12
＞V13
)。藉此，藉由光電轉換所產生之電子被電荷儲存用電極24吸引，且停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域。即，電荷被儲存至第1半導體材料層23B1
。由於為V12
＞V13
，故而能夠確實地防止於光電轉換層23A之內部產生之電子朝向第1電極21移動。伴隨光電轉換之時間經過，與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域中之電位變為負側之更低之值。
於電荷儲存期間之後期，進行重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1
之電位被重設，第1浮動擴散層FD1
之電位變為電源之電位VDD
。
於重設動作之完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V21
，對電荷儲存用電極24施加電位V22
，並對傳輸控制用電極25施加電位V23
。此處，設為V22
≦V23
≦V21
(較佳為V22
＜V23
＜V21
)。於對傳輸控制用電極25施加電位V13
之情形時，只要設為V22
≦V13
≦V21
(較佳為V22
＜V13
＜V21
)即可。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被確實地讀出至第1電極21，進而被確實地讀出至第1浮動擴散層FD1
。即，儲存於第1半導體材料層23B1
之電荷被讀出至控制部。
至此，電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作完成。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD1
後之放大電晶體TR1amp
、選擇電晶體TR1sel
之動作係與先前之該等電晶體之動作相同。又，例如，第2攝像元件、第3攝像元件之電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作係與先前之電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作相同。
如於圖24中表示構成實施例4之攝像元件等之變化例之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖般，亦可將重設電晶體TR1rst
之另一源極/汲極區域51B接地以代替連接於電源VDD
。 [實施例5]
實施例5係實施例1～實施例4之變化，且係關於本發明之具備電荷排放電極之攝像元件等。於圖25中表示實施例5之攝像元件等之一部分之模式性局部剖視圖，於圖26中表示構成實施例5之攝像元件等之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極、電荷儲存用電極及電荷排放電極的模式性配置圖，於圖27中表示第1電極、電荷儲存用電極、電荷排放電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
關於實施例5之攝像元件等，進而具備電荷排放電極26，該電荷排放電極26係經由連接部69而連接於第1半導體材料層23B1
，且與第1電極21及電荷儲存用電極24相隔地配置。此處，電荷排放電極26係以包圍第1電極21及電荷儲存用電極24之方式(即，呈邊框狀地)配置。電荷排放電極26連接於構成驅動電路之像素驅動電路。於連接部69內，第1半導體材料層23B1
延伸。即，第1半導體材料層23B1
係於設置於絕緣層82之第2開口部86內延伸，且與電荷排放電極26連接。電荷排放電極26係於複數個攝像元件中被共有化(共通化)。
關於實施例5，於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V11
，對電荷儲存用電極24施加電位V12
，對電荷排放電極26施加電位V14
，且電荷被儲存至第1半導體材料層23B1
。因入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞係自第2電極22經由配線VOU
而被發送至驅動電路。另一方面，由於使第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，例如由於對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故而設為V14
＞V11
(例如，V12
＞V14
＞V11
)。藉此，藉由光電轉換所產生之電子被電荷儲存用電極24吸引，並停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域，能確實地防止其朝第1電極21移動。但是，未被電荷儲存用電極24充分地吸引、抑或未完全儲存至第1半導體材料層23B1
之電子(所謂溢流之電子)係經由電荷排放電極26而被發送至驅動電路。
於電荷儲存期間之後期，進行重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1
之電位被重設，第1浮動擴散層FD1
之電位變為電源之電位VDD
。
於重設動作之完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V21
，對電荷儲存用電極24施加電位V22
，並對電荷排放電極26施加電位V24
。此處，設為V24
＜V21
(例如，V24
＜V22
＜V21
)。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被確實地讀出至第1電極21，進而被確實地讀出至第1浮動擴散層FD1
。即，儲存於第1半導體材料層23B1
之電荷被讀出至控制部。
至此，電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作完成。
電子被讀出至第1浮動擴散層FD1
後之放大電晶體TR1amp
、選擇電晶體TR1sel
之動作係與先前之該等電晶體之動作相同。又，例如，第2攝像元件、第3攝像元件之電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作係與先前之電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作相同。
關於實施例5，由於所謂溢流之電子係經由電荷排放電極26而被發送至驅動電路，故而能夠抑制向鄰接像素之電荷儲存部之漏入，能夠抑制模糊現象(blooming)之產生。而且，藉此，能夠提高攝像元件之拍攝性能。 [實施例6]
實施例6係實施例1～實施例5之變化，且係關於本發明之具備複數個電荷儲存用電極區段之攝像元件等。
於圖28中表示實施例6之攝像元件等之一部分之模式性局部剖視圖，於圖29及圖30中表示實施例6之攝像元件等之等效電路圖，於圖31中表示構成實施例6之攝像元件等之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖，於圖32、圖33中模式性地表示實施例6之攝像元件等之動作時之各部位中之電位的狀態，於圖6C中表示用以說明實施例6之攝像元件等之各部位之等效電路圖。又，於圖34中表示構成實施例6之攝像元件等之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極的模式性配置圖，於圖35中表示第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。
於實施例6中，電荷儲存用電極24包含複數個電荷儲存用電極區段24A、24B、24C。電荷儲存用電極區段之數目只要為2以上即可，於實施例6中設為「3」。而且，關於實施例6之攝像元件等，由於第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，例如對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位。而且，於電荷傳輸期間內，施加於位於距第1電極21最近之位置之電荷儲存用電極區段24A之電位係高於施加於位於距第1電極21最遠之位置之電荷儲存用電極區段24C之電位。藉由如此對電荷儲存用電極24賦予電位梯度，而停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被更確實地讀出至第1電極21，進而被更確實地讀出至第1浮動擴散層FD1
。即，儲存於第1半導體材料層23B1
之電荷被讀出至控制部。
於圖32所示之例中，藉由在電荷傳輸期間內，設為電荷儲存用電極區段24C之電位＜電荷儲存用電極區段24B之電位＜電荷儲存用電極區段24A之電位，而將停留於第1半導體材料層23B1
之區域之電子同時讀出至第1浮動擴散層FD1
。另一方面，於圖33所示之例中，藉由在電荷傳輸期間內，使電荷儲存用電極區段24C之電位、電荷儲存用電極區段24B之電位、電荷儲存用電極區段24A之電位逐漸變化(即，藉由使其等呈階梯狀或斜坡狀地變化)，而使停留於與電荷儲存用電極區段24C對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24B對向之第1半導體材料層23B1
之區域，繼而，使停留於與電荷儲存用電極區段24B對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24A對向之第1半導體材料層23B1
之區域，繼而，將停留於與電荷儲存用電極區段24A對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子確實地讀出至第1浮動擴散層FD1
。
如於圖36中表示構成實施例6之攝像元件等之變化例之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖般，亦可將重設電晶體TR1rst
之另一源極/汲極區域51B接地以代替連接於電源VDD
。 [實施例7]
實施例7係實施例1～實施例6之變化，且係關於第1構成及第6構成之攝像元件。
於圖37中表示實施例7之攝像元件等之模式性局部剖視圖，於圖38中表示將積層有電荷儲存用電極、第1半導體材料層、第2半導體材料層、光電轉換層及第2電極之部分放大所得之模式性局部剖視圖。實施例7之攝像元件等之等效電路圖係與圖2及圖3中所說明之實施例1之攝像元件等之等效電路圖相同，而且構成實施例7之攝像元件等之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖係與圖4中所說明之實施例1之攝像元件等相同。進而，實施例7之攝像元件等(第1攝像元件)之動作實質上與實施例1之攝像元件等之動作相同。
此處，於實施例7之攝像元件等或下述實施例8～實施例12之攝像元件等中， 光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段(具體而言，3個光電轉換部區段10'1
、10'2
、10'3
)，且 第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
及光電轉換層23A(複合積層體)包含N個光電轉換層區段(具體而言，3個光電轉換層區段23'1
、23'2
、23'3
)，且 絕緣層82包含N個絕緣層區段(具體而言，3個絕緣層區段82'1
、82'2
、82'3
)，且 於實施例7～實施例9中，電荷儲存用電極24包含N個電荷儲存用電極區段(具體而言，於各實施例中為3個電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
)，且 於實施例10～實施例11中，及視情形於實施例9中，電荷儲存用電極24包含彼此相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段(具體而言，3個電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
)，且 第n個(其中，n＝1、2、3···N)光電轉換部區段10'n
包含第n個電荷儲存用電極區段24'n
、第n個絕緣層區段82'n
及第n個光電轉換層區段23'n
，且 n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極21相離。此處，光電轉換層區段23'1
、23'2
、23'3
係指積層第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
及光電轉換層而成之區段，於圖式中，為了簡化圖式，以1層表現。以下亦相同。
再者，於光電轉換層區段中，可使光電轉換層之部分之厚度變化，並將半導體材料積層體之部分之厚度設為固定，而使光電轉換層區段之厚度變化，亦可將光電轉換層之部分之厚度設為固定，並使半導體材料積層體之部分之厚度變化，而使光電轉換層區段之厚度變化，亦可使光電轉換層之部分之厚度變化，並使半導體材料積層體之部分之厚度變化，而使光電轉換層區段之厚度變化。
抑或，實施例7之攝像元件等或下述實施例8、實施例11之攝像元件等係 具備積層第1電極21、半導體材料積層體23B、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部，且 光電轉換部進而具備與第1電極21相隔地配置、且介隔絕緣層82而與第1半導體材料層23B1
對向地配置之電荷儲存用電極24，且 於將電荷儲存用電極24、絕緣層82、半導體材料積層體23B及光電轉換層23A之積層方向設為Z方向，將自第1電極21離開之方向設為X方向時，利用YZ假想平面將積層有電荷儲存用電極24、絕緣層82、半導體材料積層體23B及光電轉換層23A之積層部分切斷時之積層部分之截面面積係依存於距第1電極之距離而變化。
進而，關於實施例7之攝像元件等，自第1個光電轉換部區段10'1
至第N個光電轉換部區段10'N
，絕緣層區段之厚度逐漸變化。具體而言，絕緣層區段之厚度逐漸變厚。抑或，關於實施例7之攝像元件等，積層部分之剖面之寬度為固定，積層部分之剖面之厚度、具體而言絕緣層區段之厚度係依存於距第1電極21之距離而逐漸變厚。再者，絕緣層區段之厚度係呈階梯狀地變厚。第n個光電轉換部區段10'n
內之絕緣層區段82'n
之厚度設為固定。於將第n個光電轉換部區段10'n
中之絕緣層區段82'n
之厚度設為「1」時，可例示2至10作為第(n＋1)個光電轉換部區段10'(n+1)
中之絕緣層區段82'(n+1)
之厚度，但並非限定於此種值。關於實施例7，藉由使電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
之厚度逐漸變薄，而使絕緣層區段82'1
、82'2
、82'3
之厚度逐漸變厚。光電轉換層區段23'1
、23'2
、23'3
之厚度為固定。
以下，對實施例7之攝像元件等之動作進行說明。
於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V11
，對電荷儲存用電極24施加電位V12
。因入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞係自第2電極22經由配線VOU
而被發送至驅動電路。另一方面，由於使第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，例如由於設為對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故而設為V12
≧V11
，較佳為設為V12
＞V11
。藉此，藉由光電轉換所產生之電子被電荷儲存用電極24吸引，且停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域。即，電荷被儲存至第1半導體材料層23B1
之區域。由於為V12
＞V11
，故而於光電轉換層23A之內部產生之電子不會朝第1電極21移動。伴隨光電轉換之時間經過，與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域中之電位變為負側之更低之值。
關於實施例7之攝像元件等，由於採用絕緣層區段之厚度逐漸變厚之構成，故而若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則第n個光電轉換部區段10'n
能夠儲存較第(n＋1)個光電轉換部區段10'(n+1)
更多之電荷，亦能施加更強之電場，而確實地防止電荷自第1個光電轉換部區段10'1
向第1電極21之流動。
於電荷儲存期間之後期，進行重設動作。藉此，第1浮動擴散層FD1
之電位被重設，第1浮動擴散層FD1
之電位變為電源之電位VDD
。
於重設動作之完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極21施加電位V21
，對電荷儲存用電極24施加電位V22
。此處，設為V21
＞V22
。藉此，停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被讀出至第1電極21，進而被讀出至第1浮動擴散層FD1
。即，儲存於第1半導體材料層23B1
之區域之電荷被讀出至控制部。
更具體而言，若於電荷傳輸期間內，變為V21
＞V22
等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段10'1
向第1電極21之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段10'(n+1)
向第n個光電轉換部區段10'n
之流動。
至此，電荷儲存、重設動作、電荷傳輸等一連串之動作完成。
關於實施例7之攝像元件等，由於自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化，抑或由於利用YZ假想平面將積層有電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料積層體及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之截面面積依存於距第1電極之距離而變化，故而形成一種電荷傳輸梯度，能夠更容易地且確實地傳輸藉由光電轉換所產生之電荷。
由於實施例7之攝像元件等實質上可藉由與實施例1之攝像元件等相同之方法而製作，故而省略詳細之說明。
再者，關於實施例7之攝像元件等，於第1電極21、電荷儲存用電極24及絕緣層82之形成中，首先，藉由在層間絕緣層81上成膜用以形成電荷儲存用電極24'3
之導電材料層，並將導電材料層圖案化而於應形成光電轉換部區段10'1
、10'2
、10'3
及第1電極21之區域殘留導電材料層，而能獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24'3
。其次，藉由在整個面成膜用以形成絕緣層區段82'3
之絕緣層，將絕緣層圖案化，並進行平坦化處理，而能獲得絕緣層區段82'3
。其次，藉由在整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24'2
之導電材料層，並將導電材料層圖案化而於應形成光電轉換部區段10'1
、10'2
及第1電極21之區域殘留導電材料層，而能獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24'2
。其次，藉由在整個面成膜用以形成絕緣層區段82'2
之絕緣層，將絕緣層圖案化，並進行平坦化處理，而能獲得絕緣層區段82'2
。其次，藉由在整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24'1
之導電材料層，並將導電材料層圖案化而於應形成光電轉換部區段10'1
及第1電極21之區域殘留導電材料層，而能獲得第1電極21及電荷儲存用電極24'1
。其次，藉由在整個面成膜絕緣層，並進行平坦化處理，而能獲得絕緣層區段82'1
(絕緣層82)。然後，於絕緣層82上形成第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
、光電轉換層23A。以此方式，能獲得光電轉換部區段10'1
、10'2
、10'3
。
如於圖39中表示構成實施例7之攝像元件等之變化例之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖般，亦可將重設電晶體TR1rst
之另一源極/汲極區域51B接地以代替連接於電源VDD
。 [實施例8]
實施例8之攝像元件等係關於本發明之第2構成及第6構成之攝像元件。如於圖40中表示將積層有電荷儲存用電極、半導體材料積層體、光電轉換層及第2電極之部分放大所得之模式性局部剖視圖般，關於實施例8之攝像元件等，自第1個光電轉換部區段10'1
至第N個光電轉換部區段10'N
，光電轉換層區段之厚度逐漸變化。抑或，關於實施例8之攝像元件等，積層部分之剖面之寬度為固定，使積層部分之剖面之厚度、具體而言光電轉換層區段之厚度依存於距第1電極21之距離而逐漸變厚。更具體而言，光電轉換層區段之厚度逐漸變厚。再者，光電轉換層區段之厚度呈階梯狀地變厚。第n個光電轉換部區段10'n
內之光電轉換層區段23'n
之厚度設為固定。於將第n個光電轉換部區段10'n
中之光電轉換層區段23'n
之厚度設為「1」時，可例示2至10作為第(n＋1)個光電轉換部區段10'(n+1)
中之光電轉換層區段23(n+1)
之厚度，但並非限定於此種值。關於實施例8，藉由使電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層區段23'1
、23'2
、23'3
之厚度逐漸變厚。絕緣層區段82'1
、82'2
、82'3
之厚度為固定。又，於光電轉換層區段中，例如，只要藉由將半導體材料積層體之部分之厚度設為固定，且使光電轉換層之部分之厚度變化，而使光電轉換層區段之厚度變化即可。
關於實施例8之攝像元件等，由於光電轉換層區段之厚度逐漸變厚，故而若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則第n個光電轉換部區段10'n
施加較第(n＋1)個光電轉換部區段10'(n+1)
更強之電場，能夠確實地防止電荷自第1個光電轉換部區段10'1
向第1電極21之流動。而且，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段10'1
向第1電極21之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段10'(n+1)
向第n個光電轉換部區段10'n
之流動。
如此，關於實施例8之攝像元件等，由於自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化，抑或由於利用YZ假想平面將積層有電荷儲存用電極、絕緣層、半導體材料積層體及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之截面面積依存於距第1電極之距離而變化，故而形成一種電荷傳輸梯度，能夠更容易地且確實地傳輸藉由光電轉換所產生之電荷。
關於實施例8之攝像元件等，於第1電極21、電荷儲存用電極24、絕緣層82、第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
及光電轉換層23A之形成中，首先，藉由在層間絕緣層81上成膜用以形成電荷儲存用電極24'3
之導電材料層，並將導電材料層圖案化而於應形成光電轉換部區段10'1
、10'2
、10'3
及第1電極21之區域殘留導電材料層，而能獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24'3
。繼而，藉由在整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24'2
之導電材料層，並將導電材料層圖案化而於應形成光電轉換部區段10'1
、10'2
及第1電極21之區域殘留導電材料層，而能獲得第1電極21之一部分及電荷儲存用電極24'2
。繼而，藉由在整個面成膜用以形成電荷儲存用電極24'1
之導電材料層，並將導電材料層圖案化而於應形成光電轉換部區段10'1
及第1電極21之區域殘留導電材料層，而能獲得第1電極21及電荷儲存用電極24'1
。其次，於整個面共形地成膜絕緣層82。然後，於絕緣層82之上形成第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
及光電轉換層23A，並於光電轉換層23A實施平坦化處理。以此方式，能夠獲得光電轉換部區段10'1
、10'2
、10'3
。 [實施例9]
實施例9係關於第3構成之攝像元件。於圖41中表示實施例9之攝像元件等之模式性局部剖視圖。關於實施例9之攝像元件等，於鄰接之光電轉換部區段中，構成絕緣層區段之材料不同。此處，自第1個光電轉換部區段10'1
至第N個光電轉換部區段10'N
，使構成絕緣層區段之材料之相對介電常數之值逐漸變小。關於實施例9之攝像元件等，可對N個電荷儲存用電極區段之全部施加相同之電位，亦可對N個電荷儲存用電極區段之各者施加不同之電位。於後者之情形時，與實施例10中所要說明同樣地，只要將彼此相隔而配置之電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
經由焊墊部641
、642
、643
而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112即可。
而且，藉由採用此種構成，而形成一種電荷傳輸梯度，若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則第n個光電轉換部區段能夠儲存較第(n＋1)個光電轉換部區段更多之電荷。而且，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段之流動。 [實施例10]
實施例10係關於第4構成之攝像元件。於圖42中表示實施例10之攝像元件等之模式性局部剖視圖。關於實施例10之攝像元件等，於鄰接之光電轉換部區段中，構成電荷儲存用電極區段之材料不同。此處，自第1個光電轉換部區段10'1
至第N個光電轉換部區段10'N
，使構成絕緣層區段之材料之功函數之值逐漸變大。關於實施例10之攝像元件等，可對N個電荷儲存用電極區段之全部施加相同之電位，亦可對N個電荷儲存用電極區段之各者施加不同之電位。於後者之情形時，電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
係經由焊墊部641
、642
、643
而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112。 [實施例11]
實施例11之攝像元件等係關於第5構成之攝像元件。於圖43A、圖43B、圖44A及圖44B中表示實施例11中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖，於圖45中表示構成實施例11之攝像元件等之具備電荷儲存用電極之光電轉換部之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖。實施例11之攝像元件等之模式性局部剖視圖係與圖42或圖47所示相同。關於實施例11之攝像元件等，自第1個光電轉換部區段10'1
至第N個光電轉換部區段10'N
，電荷儲存用電極區段之面積逐漸變小。關於實施例11之攝像元件等，可對N個電荷儲存用電極區段之全部施加相同之電位，亦可對N個電荷儲存用電極區段之各者施加不同之電位。具體而言，與實施例10中所說明同樣地，只要將彼此相隔而配置之電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
經由焊墊部641
、642
、643
而連接於構成驅動電路之垂直驅動電路112即可。
於實施例11中，電荷儲存用電極24包含複數個電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
。電荷儲存用電極區段之數目只要為2以上即可，於實施例11中設為「3」。而且，關於實施例11之攝像元件等，由於第1電極21之電位高於第2電極22之電位，即，例如由於對第1電極21施加正電位，對第2電極22施加負電位，故而於電荷傳輸期間內，施加於位於距第1電極21最近之位置之電荷儲存用電極區段24'1
之電位係高於施加於位於距第1電極21最遠之位置之電荷儲存用電極區段24'3
之電位。藉由如此對電荷儲存用電極24賦予電位梯度，而停留於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被更確實地讀出至第1電極21，進而被更確實地讀出至第1浮動擴散層FD1
。即，儲存於第1半導體材料層23B1
之區域之電荷被讀出至控制部。
而且，藉由在電荷傳輸期間內，設為電荷儲存用電極區段24'3
之電位＜電荷儲存用電極區段24'2
之電位＜電荷儲存用電極區段24'1
之電位，能夠將停留於第1半導體材料層23B1
之區域之電子同時讀出至第1浮動擴散層FD1
。抑或，藉由在電荷傳輸期間內，使電荷儲存用電極區段24'3
之電位、電荷儲存用電極區段24'2
之電位、電荷儲存用電極區段24'1
之電位逐漸變化(即，藉由使其等呈階梯狀或斜坡狀地變化)，能夠使停留於與電荷儲存用電極區段24'3
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24'2
對向之第1半導體材料層23B1
之區域，繼而，使停留於與電荷儲存用電極區段24'2
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子移動至與電荷儲存用電極區段24'1
對向之第1半導體材料層23B1
之區域，繼而，將停留於與電荷儲存用電極區段24'1
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子確實地讀出至第1浮動擴散層FD1
。
如於圖46中表示構成實施例11之攝像元件等之變化例之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖般，亦可將重設電晶體TR3rst
之另一源極/汲極區域51B接地以代替連接於電源VDD
。
關於實施例11之攝像元件等，亦藉由採用此種構成，而形成一種電荷傳輸梯度。即，由於自第1個光電轉換部區段10'1
至第N個光電轉換部區段10'N
，電荷儲存用電極區段之面積逐漸變小，故而若於電荷儲存期間內，變為V12
≧V11
等狀態，則第n個光電轉換部區段能夠儲存較第(n＋1)個光電轉換部區段更多之電荷。而且，若於電荷傳輸期間內，變為V22
＜V21
等狀態，則能夠確實地確保電荷自第1個光電轉換部區段向第1電極之流動、及電荷自第(n＋1)個光電轉換部區段向第n個光電轉換部區段之流動。 [實施例12]
實施例12係關於第6構成之攝像元件。於圖47中表示實施例12之攝像元件等之模式性局部剖視圖。又，於圖48A及圖48B中表示實施例12中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。實施例12之攝像元件等具備積層第1電極21、第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部，光電轉換部進而具備與第1電極21相隔地配置、且介隔絕緣層82而與第1半導體材料層23B1
對向地配置之電荷儲存用電極24(24"1
、24"2
、24"3
)。而且，於將電荷儲存用電極24(24"1
、24"2
、24"3
)、絕緣層82、半導體材料積層體23B及光電轉換層23A之積層方向設為Z方向，將自第1電極21離開之方向設為X方向時，利用YZ假想平面將積層有電荷儲存用電極24(24"1
、24"2
、24"3
)、絕緣層82、半導體材料積層體23B及光電轉換層23A之積層部分切斷時之積層部分之截面面積係依存於距第1電極21之距離而變化。
具體而言，關於實施例12之攝像元件等，積層部分之剖面之厚度為固定，積層部分之剖面之寬度係越自第1電極21離開則越窄。再者，寬度可連續地變窄(參照圖48A)，亦可呈階梯狀地變窄(參照圖48B)。
如此，關於實施例12之攝像元件等，由於利用YZ假想平面將積層有電荷儲存用電極24(24"1
、24"2
、24"3
)、絕緣層82及光電轉換層23A之積層部分切斷時之積層部分之截面面積係依存於距第1電極之距離而變化，故而形成一種電荷傳輸梯度，變得能夠更容易地且確實地傳輸藉由光電轉換所產生之電荷。 [實施例13]
實施例13係關於第1構成及第2構成之固體攝像裝置。
實施例13之固體攝像裝置係 具備積層第1電極21、第1半導體材料層23B1
、第2半導體材料層23B2
、光電轉換層23A及第2電極22而成之光電轉換部，且 具有複數個攝像元件，其中光電轉換部進而具備與第1電極21相隔地配置且介隔絕緣層82而與第1半導體材料層23B1
對向地配置之電荷儲存用電極24，且 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊， 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極21。
抑或，實施例13之固體攝像裝置具備複數個實施例1～實施例12中所說明之攝像元件等。
關於實施例13，相對於複數個攝像元件而設置1個浮動擴散層。而且，藉由恰當地控制電荷傳輸期間之時序，能夠使複數個攝像元件共有1個浮動擴散層。而且，於該情形時，能夠使複數個攝像元件共有1個接觸孔部。
再者，除了於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極21之點以外，實施例13之固體攝像裝置實質上具有與實施例1～實施例12中所說明之固體攝像裝置相同之構成、構造。
將實施例13之固體攝像裝置中之第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖49(實施例13)、圖50(實施例13之第1變化例)、圖51(實施例13之第2變化例)、圖52(實施例13之第3變化例)及圖53(實施例13之第4變化例)。於圖49、圖50、圖53及圖54中，圖示有16個攝像元件等，於圖51及圖52中，圖示有12個攝像元件等。而且，由2個攝像元件等構成攝像元件區塊。以利用虛線包圍之方式表示攝像元件區塊。標註於第1電極21、電荷儲存用電極24之下標係用以區別第1電極21、電荷儲存用電極24者。於以下之說明中亦相同。又，於1個攝像元件等之上方配設有1個晶載微透鏡(於圖49～圖58中未圖示)。而且，於1個攝像元件區塊中，隔著第1電極21而配置有2個電荷儲存用電極24(參照圖49、圖50)。抑或，與並列設置之2個電荷儲存用電極24對向地配置有1個第1電極21(參照圖53、圖54)。即，第1電極係鄰接於各攝像元件等之電荷儲存用電極而配置。抑或，第1電極係鄰接於複數個攝像元件等之一部分之電荷儲存用電極而配置，且未與複數個攝像元件等之其餘之電荷儲存用電極鄰接地配置(參照圖51、圖52)，於該情形時，電荷自複數個攝像元件等之其餘向第1電極之移動變為經由複數個攝像元件等之一部分之移動。為了將電荷自各攝像元件等向第1電極之移動設為確實者，較佳為使構成攝像元件等之電荷儲存用電極與構成攝像元件等之電荷儲存用電極之間之距離A較鄰接於第1電極之攝像元件等中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離B更長。又，較佳為，越與第1電極相離之攝像元件等，距離A之值越大。又，於圖50、圖52及圖54所示之例中，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件等之間配設有電荷移動控制電極27。藉由配設電荷移動控制電極27，能夠確實地抑制隔著電荷移動控制電極27而定位之攝像元件區塊中之電荷之移動。再者，於將施加於電荷移動控制電極27之電位設為V17
時，只要設為V12
＞V17
即可。
電荷移動控制電極27係於第1電極側，可形成為與第1電極21或電荷儲存用電極24相同之高度，亦可形成為不同之高度(具體而言，較第1電極21或電荷儲存用電極24更靠下方之高度)。於前者之情形時，由於能夠縮短電荷移動控制電極27與光電轉換層之間之距離，故而易於控制電位。另一方面，於後者之情形時，由於能夠縮短電荷移動控制電極27與電荷儲存用電極24之間之距離，故而有利於微細化。
以下，對包含第1電極212
及2個2個電荷儲存用電極2421
、2422
之攝像元件區塊之動作進行說明。
於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極212
施加電位Va
，對電荷儲存用電極2421
、2422
施加電位VA
。因入射至光電轉換層23A之光而於光電轉換層23A中發生光電轉換。藉由光電轉換所產生之電洞係自第2電極22經由配線VOU
而被發送至驅動電路。另一方面，由於使第1電極212
之電位高於第2電極22之電位，即，例如由於設為對第1電極212
施加正電位，對第2電極22施加負電位，故而設為VA
≧Va
，較佳為設為VA
＞Va
。藉此，藉由光電轉換所產生之電子被電荷儲存用電極2421
、2422
吸引，並停留於與電荷儲存用電極2421
、2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。即，電荷被儲存至第1半導體材料層23B1
之區域。由於為VA
≧Va
，故而於光電轉換層23A之內部產生之電子不會朝第1電極212
移動。伴隨光電轉換之時間經過，與電荷儲存用電極2421
、2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域中之電位變為負側之更低之值。
於電荷儲存期間之後期，進行重設動作。藉此，第1浮動擴散層之電位被重設，第1浮動擴散層之電位變為電源之電位VDD
。
於重設動作之完成後，進行電荷之讀出。即，於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極212
施加電位Vb
，對電荷儲存用電極2421
施加電位V21-B
，並對電荷儲存用電極2422
施加電位V22-B
。此處，設為V21-B
＜Vb
＜V22-B
。藉此，停留於與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被讀出至第1電極212
，進而被讀出至第1浮動擴散層。即，儲存於與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷被讀出至控制部。若讀出完成，則設為V22-B
≦V21-B
＜Vb
。再者，關於圖53、圖54所示之例，亦可設為V22-B
＜Vb
＜V21-B
。藉此，停留於與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子被讀出至第1電極212
，進而被讀出至第1浮動擴散層。又，關於圖51、圖52所示之例，亦可將停留於與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電子經由電荷儲存用電極2422
所鄰接之第1電極213
而讀出至第1浮動擴散層。如此，儲存於與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷被讀出至控制部。再者，若儲存於與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷之向控制部之讀出完成，則亦可將第1浮動擴散層之電位重設。
於圖59A中表示實施例13之攝像元件區塊中之讀出驅動例，以如下流程讀出來自對應於電荷儲存用電極2421
及電荷儲存用電極2422
之2個攝像元件等之信號，即， [步驟-A] 向比較器之自動歸零信號輸入 [步驟-B] 共有之1個浮動擴散層之重設動作 [步驟-C] 對應於電荷儲存用電極2421
之攝像元件等中之P相讀出及電荷向第1電極212
之移動 [步驟-D] 對應於電荷儲存用電極2421
之攝像元件等中之D相讀出及電荷向第1電極212
之移動 [步驟-E] 共有之1個浮動擴散層之重設動作 [步驟-F] 向比較器之自動歸零信號輸入 [步驟-G] 對應於電荷儲存用電極2422
之攝像元件等中之P相讀出及電荷向第1電極212
之移動 [步驟-H] 對應於電荷儲存用電極2422
之攝像元件等中之D相讀出及電荷向第1電極212
之移動。 基於相關雙取樣(CDS)處理，[步驟-C]中之P相讀出與[步驟-D]中之D相讀出之差量係來自對應於電荷儲存用電極2421
之攝像元件等之信號，[步驟-G]中之P相讀出與[步驟-H]中之D相讀出之差量係來自對應於電荷儲存用電極2422
之攝像元件等之信號。
再者，亦可省略[步驟-E]之動作(參照圖59B)。又，亦可省略[步驟-F]之動作，於該情形時，進而可省略[步驟-G](參照圖59C)，[步驟-C]中之P相讀出與[步驟-D]中之D相讀出之差量係來自對應於電荷儲存用電極2421
之攝像元件等之信號，[步驟-D]中之D相讀出與[步驟-H]中之D相讀出之差量變為來自對應於電荷儲存用電極2422
之攝像元件等之信號。
於將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖55(實施例13之第6變化例)及圖56(實施例13之第7變化例)之變化例中，由4個攝像元件等構成攝像元件區塊。該等固體攝像裝置之動作可設為實質上與圖49～圖54所示之固體攝像裝置之動作相同。
於將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖57及圖58之第8變化例及第9變化例中，由16個攝像元件等構成攝像元件區塊。如圖57及圖58所示，於電荷儲存用電極2411
與電荷儲存用電極2412
之間、電荷儲存用電極2412
與電荷儲存用電極2413
之間、電荷儲存用電極2413
與電荷儲存用電極2414
之間，配設有電荷移動控制電極27A1
、27A2
、27A3
。又，如圖58所示，於電荷儲存用電極2421
、2431
、2441
與電荷儲存用電極2422
、2432
、2442
之間、電荷儲存用電極2422
、2432
、2442
與電荷儲存用電極2423
、2433
、2443
之間、電荷儲存用電極2423
、2433
、2443
與電荷儲存用電極2424
、2434
、2444
之間，配設有電荷移動控制電極27B1
、27B2
、27B3
。進而，於攝像元件區塊與攝像元件區塊之間，配設有電荷移動控制電極27C。而且，於該等固體攝像裝置中，可藉由控制16個電荷儲存用電極24，而自第1電極21讀出儲存於第1半導體材料層23B1
之區域之電荷。
[步驟-10] 具體而言，首先，自第1電極21讀出儲存於與電荷儲存用電極2411
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷。其次，將儲存於與電荷儲存用電極2412
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷經由與電荷儲存用電極2411
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之區域而自第1電極21讀出。其次，將儲存於與電荷儲存用電極2413
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷經由與電荷儲存用電極2412
及電荷儲存用電極2411
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之區域而自第1電極21讀出。
[步驟-20] 其後，使儲存於與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2411
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2412
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2423
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2413
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2424
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2414
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。
[步驟-21] 使儲存於與電荷儲存用電極2431
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2432
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2433
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2423
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2434
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2424
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。
[步驟-22] 使儲存於與電荷儲存用電極2441
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2431
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2442
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2432
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2443
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2433
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2444
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2434
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。
[步驟-30] 然後，藉由再次執行[步驟-10]，能夠經由第1電極21而讀出儲存於與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、儲存於與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、儲存於與電荷儲存用電極2423
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、及儲存於與電荷儲存用電極2424
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷。
[步驟-40] 其後，使儲存於與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2411
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2412
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2423
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2413
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2424
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2414
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。
[步驟-41] 使儲存於與電荷儲存用電極2431
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2432
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2433
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2423
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2434
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2424
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。
[步驟-50] 然後，藉由再次執行[步驟-10]，能夠經由第1電極21而讀出儲存於與電荷儲存用電極2431
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、儲存於與電荷儲存用電極2432
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、儲存於與電荷儲存用電極2433
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、及儲存於與電荷儲存用電極2434
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷。
[步驟-60] 其後，使儲存於與電荷儲存用電極2421
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2411
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2422
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2412
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2423
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2413
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。使儲存於與電荷儲存用電極2424
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷移動至與電荷儲存用電極2414
對向之第1半導體材料層23B1
之區域。
[步驟-70] 然後，藉由再次執行[步驟-10]，能夠經由第1電極21而讀出儲存於與電荷儲存用電極2441
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、儲存於與電荷儲存用電極2442
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、儲存於與電荷儲存用電極2443
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷、及儲存於與電荷儲存用電極2444
對向之第1半導體材料層23B1
之區域之電荷。
關於實施例13之固體攝像裝置，由於在構成攝像元件區塊之複數個攝像元件等中共有第1電極，故而能夠將排列有複數個攝像元件等之像素區域中之構成、構造簡化且微細化。再者，相對於1個浮動擴散層而設置之複數個攝像元件等可包含第1類型之攝像元件之複數個，亦可包含至少1個第1類型之攝像元件、及1個或2個以上之第2類型之攝像元件。 [實施例14]
實施例14係實施例13之變化。關於將第1電極21及電荷儲存用電極24之配置狀態模式性地示於圖60、圖61、圖62及圖63之實施例14之固體攝像裝置，由2個攝像元件等構成攝像元件區塊。而且，於攝像元件區塊之上方配設有1個晶載微透鏡14。再者，於圖61及圖63所示之例中，於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件等之間配設有電荷移動控制電極27。
例如，與構成攝像元件區塊之電荷儲存用電極2411
、2421
、2431
、2441
對應之光電轉換層係對來自圖式右上方之入射光具有較高之感度。又，與構成攝像元件區塊之電荷儲存用電極2412
、2422
、2432
、2442
對應之光電轉換層係對來自圖式左上方之入射光具有較高之感度。因此，例如，藉由組合具有電荷儲存用電極2411
之攝像元件等與具有電荷儲存用電極2412
之攝像元件等，能夠獲取像面相位差信號。又，若將來自具有電荷儲存用電極2411
之攝像元件等之信號與來自具有電荷儲存用電極2412
之攝像元件等之信號相加，則能夠藉由與該等攝像元件等之組合構成1個攝像元件等。於圖60所示之例中，於電荷儲存用電極2411
與電荷儲存用電極2412
之間配置有第1電極211
，但如圖62所示之例般，藉由與並列設置之2個電荷儲存用電極2411
、2412
對向地配置1個第1電極211
，能夠謀求感度之進一步之提高。
以上，基於較佳之實施例對本發明進行了說明，但本發明並非限定於該等實施例。實施例中所說明之攝像元件或積層型攝像元件、固體攝像裝置之構造或構成、製造條件、製造方法、所使用之材料係例示，可適當變更。可適當組合各實施例之攝像元件等。例如，可任意地組合實施例7之攝像元件等、實施例8之攝像元件等、實施例9之攝像元件等、實施例10之攝像元件等、及實施例11之攝像元件等，亦可任意地組合實施例7之攝像元件等、實施例8之攝像元件等、實施例9之攝像元件等、實施例10之攝像元件等及實施例12之攝像元件等。
視情形，亦可將浮動擴散層FD1
、FD2
、FD3
、51C、45C、46C共有化。
關於實施例，僅由IGZO構成第1半導體材料層，可代替其而設為使第1半導體材料層包含選自由銦、鎢、錫及鋅所組成之群之至少2種元素之形態，具體而言，可設為包含銦-鎢氧化物(IWO)、銦-鎢-鋅氧化物(IWZO)、銦-鋅氧化物(IZO)、銦-錫-鋅氧化物(ITZO)、或鋅-錫氧化物(ZTO)之構成。更具體而言，第1半導體材料層亦可設為包含In-W氧化物，或者包含In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、或W-Sn氧化物、或W-Zn氧化物、或Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn氧化物、或In-W-Zn氧化物、或In-Sn-Zn氧化物、或In-W-Sn-Zn氧化物之構成。而且，藉由該等構成，亦與由IGZO構成第1半導體材料層之情形同樣地，能夠提供一種能將於光電轉換層中所產生之信號電荷迅速地傳輸至第1電極，而且不易導致攝像畫質之降低之攝像元件。
又，亦可設為於第1半導體材料層23B1
與第2半導體材料層23B2
之間形成有包含半導體材料之中間層之構造。
如於圖64中表示例如實施例1中所說明之攝像元件等之變化例般，亦可設為第1電極21於設置於絕緣層82之開口部85A內延伸，且與第1半導體材料層23B1
連接之構成。
抑或，如於圖65中表示例如實施例1中所說明之攝像元件、積層型攝像元件之變化例，且於圖66A中表示將第1電極之部分等放大所得之模式性局部剖視圖般，第1電極21之頂面之緣部係由絕緣層82覆蓋，且於開口部85B之底面，第1電極21露出，於將與第1電極21之頂面相接之絕緣層82之面設為第1面82a，且將相接於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之部分的絕緣層82之面設為第2面82b時，開口部85B之側面具有自第1面82a朝向第2面82b擴展之傾斜。藉由如此於開口部85B之側面附加傾斜，而電荷自第1半導體材料層23B1
向第1電極21之移動變得更順利。再者，於圖66A所示之例中，以開口部85B之軸線為中心，開口部85B之側面為旋轉對稱，但亦可如圖66B所示般，以具有自第1面82a朝向第2面82b擴展之傾斜之開口部85C之側面位於電荷儲存用電極24側之方式，設置開口部85C。藉此，來自隔著開口部85C而與電荷儲存用電極24為相反側之第1半導體材料層23B1
之部分之電荷的移動變得不易進行。又，開口部85B之側面具有自第1面82a朝向第2面82b擴展之傾斜，但第2面82b中之開口部85B之側面之緣部可如圖66A所示般位於較第1電極21之緣部更靠外側，亦可如圖66C所示般位於較第1電極21之緣部更靠內側。藉由採用前者之構成，而電荷之傳輸變得更容易，藉由採用後者之構成，能夠減小開口部之形成時之形狀偏差。
該等開口部85B、85C能夠藉由如下方法而形成，即，藉由將包含基於蝕刻法而於絕緣層形成開口部時所形成之抗蝕劑材料的蝕刻用遮罩進行回焊，而對蝕刻用遮罩之開口側面附加傾斜，並使用該蝕刻用遮罩對絕緣層82進行蝕刻。
抑或，關於實施例5中所說明之電荷排放電極26，可如圖67所示般設為如下形態，即，第1半導體材料層23B1
係於設置於絕緣層82之第2開口部86A內延伸，且與電荷排放電極26連接，電荷排放電極26之頂面之緣部係由絕緣層82覆蓋，於第2開口部86A之底面，電荷排放電極26露出，於將與電荷排放電極26之頂面相接之絕緣層82之面設為第3面82c，且將相接於與電荷儲存用電極24對向之第1半導體材料層23B1
之部分的絕緣層82之面設為第2面82b時，第2開口部86A之側面具有自第3面82c朝向第2面82b擴展之傾斜。
又，如於圖68中表示例如實施例1中所說明之攝像元件、積層型攝像元件之變化例般，亦可設為光自第2電極22之側入射，且於自第2電極22之光入射側形成有遮光層15之構成。再者，亦可使設置於較光電轉換層更靠光入射側之各種配線作為遮光層而發揮功能。
再者，於圖68所示之例中，遮光層15形成於第2電極22之上方，即，於自第2電極22之光入射側、且第1電極21之上方形成有遮光層15，但亦可如圖69所示般配設於第2電極22之光入射側之面之上。又，視情形，亦可如圖70所示般，於第2電極22中形成有遮光層15。
抑或，亦可設為光自第2電極22側入射，且光不入射至第1電極21之構造。具體而言，如圖68所示，於自第2電極22之光入射側、且第1電極21之上方形成有遮光層15。抑或，亦可如圖72所示般設為於電荷儲存用電極24及第2電極22之上方設置有晶載微透鏡14，入射至晶載微透鏡14之光聚光於電荷儲存用電極24，且不到達至第1電極21之構造。再者，於如實施例4中所說明般設置有傳輸控制用電極25之情形時，可設為光不入射至第1電極21及傳輸控制用電極25之形態，具體而言，亦可如圖71所圖示般，設為於第1電極21及傳輸控制用電極25之上方形成有遮光層15之構造。抑或，亦可設為入射至晶載微透鏡14之光不到達至第1電極21或第1電極21及傳輸控制用電極25之構造。
藉由採用該等構成、構造，抑或藉由以光僅入射至位於電荷儲存用電極24之上方之光電轉換層23A之部分之方式設置遮光層15、或設計晶載微透鏡14，而位於第1電極21之上方(或第1電極21及傳輸控制用電極25之上方)之光電轉換層23A之部分變得無助於光電轉換，因此，能夠更確實地同時將所有像素重設，能夠更容易地實現全域快門功能。即，關於具備複數個具有該等構成、構造之攝像元件等之固體攝像裝置之驅動方法，反覆進行如下各製程，即， 於所有攝像元件等中，一面同時將電荷儲存至第1半導體材料層23B1
，一面將第1電極21中之電荷排放至系統外，其後， 於所有攝像元件等中，同時將儲存於第1半導體材料層23B1
之電荷傳輸至第1電極21，並於傳輸完成後，依序於各攝像元件等中讀出被傳輸至第1電極21之電荷。
關於此種固體攝像裝置之驅動方法，由於各攝像元件等具有自第2電極側入射之光不入射至第1電極之構造，且於所有攝像元件等中，一面同時將電荷儲存至第1半導體材料層，一面將第1電極中之電荷排放至系統外，故而能夠於所有攝像元件等中同時確實地進行第1電極之重設。而且，其後，於所有攝像元件等中，同時將儲存於第1半導體材料層之電荷傳輸至第1電極，並於傳輸完成後，依序於各攝像元件等中讀出被傳輸至第1電極之電荷。因此，能夠容易地實現所謂全域快門功能。
又，作為實施例4之變化例，亦可如圖73所示般，自距第1電極21最近之位置朝向電荷儲存用電極24，設置複數個傳輸控制用電極。再者，於圖73中，表示設置有2個傳輸控制用電極25A、25B之例。而且，亦可設為於電荷儲存用電極24及第2電極22之上方設置有晶載微透鏡14，入射至晶載微透鏡14之光聚光於電荷儲存用電極24，且不到達至第1電極21及傳輸控制用電極25A、25B之構造。
關於圖37及圖38所示之實施例7，藉由使電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
之厚度逐漸變薄，而使絕緣層區段82'1
、82'2
、82'3
之厚度逐漸變厚。另一方面，如於圖74中表示將實施例7之變化例中之積層有電荷儲存用電極、半導體材料積層體、光電轉換層及第2電極之部分放大所得之模式性局部剖視圖般，亦可將電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
之厚度設為固定，並使絕緣層區段82'1
、82'2
、82'3
之厚度逐漸變厚。再者，光電轉換層區段23'1
、23'2
、23'3
之厚度為固定。
又，關於圖40所示之實施例8，藉由使電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層區段23'1
、23'2
、23'3
之厚度逐漸變厚。另一方面，如於圖75中表示將實施例8之變化例中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大所得之模式性局部剖視圖般，亦可藉由將電荷儲存用電極區段24'1
、24'2
、24'3
之厚度設為固定，並使絕緣層區段82'1
、82'2
、82'3
之厚度逐漸變薄，而使光電轉換層區段23'1
、23'2
、23'3
之厚度逐漸變厚。
以上所說明之各種變化例當然亦能夠應用於實施例2～實施例14。
於實施例中，預先將電子設為信號電荷，並將形成於半導體基板之光電轉換層之導電型設為n型，但亦可應用於將電洞設為信號電荷之固體攝像裝置。於該情形時，只要由相反之導電型之半導體區域構成各半導體區域即可，且只要將形成於半導體基板之光電轉換層之導電型設為p型即可。
關於實施例，列舉應用於偵測與入射光量對應之信號電荷作為物理量之呈矩陣狀地配置單位像素而成之CMOS型固體攝像裝置的情形為例而進行了說明，但並非限於向CMOS型固體攝像裝置之應用，亦可應用於CCD型固體攝像裝置。於後者之情形時，藉由將信號電荷利用CCD型構造之垂直傳輸暫存器於垂直方向上傳輸，並利用水平傳輸暫存器於水平方向上傳輸並放大，而輸出像素信號(圖像信號)。又，亦並非限定於像素形成為二維矩陣狀，並且於各像素行配置行信號處理電路而成之行方式之固體攝像裝置整體。進而，視情形，亦可省略選擇電晶體。
進而，本發明之攝像元件、積層型攝像元件並不限於向偵測可見光之入射光量之分佈並拍攝為圖像之固體攝像裝置的應用，亦可應用於將紅外線或X射線、或者粒子等之入射量之分佈拍攝為圖像之固體攝像裝置。又，廣義而言，可應用於偵測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並拍攝為圖像之指紋檢測感測器等固體攝像裝置(物理量分佈偵測裝置)整體。
進而，並非限於以列單位依序掃描攝像區域之各單位像素並自各單位像素讀出像素信號之固體攝像裝置。亦可應用於以像素單位選擇任意之像素，並自選擇像素以像素單位讀出像素信號之X-Y位址型固體攝像裝置。固體攝像裝置可為形成為單晶片之形態，亦可為將攝像區域、及驅動電路或光學系統彙集而進行封裝所得之具有攝像功能之模組狀之形態。
又，並非限於向固體攝像裝置之應用，亦可應用於攝像裝置。此處，攝像裝置係指數位靜態相機或視訊攝影機等之相機系統、或行動電話等具有攝像功能之電子設備。亦存在將搭載於電子設備之模組狀之形態、即相機模組設為攝像裝置之情形。
於圖77中以概念圖之形式表示將包含本發明之攝像元件、積層型攝像元件之固體攝像裝置201用於電子設備(相機)200之例。電子設備200具有固體攝像裝置201、光學透鏡210、快門裝置211、驅動電路212、及信號處理電路213。光學透鏡210係使來自被攝體之圖像光(入射光)成像於固體攝像裝置201之攝像面上。藉此，於固體攝像裝置201內，於固定期間內儲存信號電荷。快門裝置211控制對固體攝像裝置201之光照射期間及遮光期間。驅動電路212供給控制固體攝像裝置201之傳輸動作等及快門裝置211之快門動作之驅動信號。藉由自驅動電路212供給之驅動信號(時序信號)，進行固體攝像裝置201之信號傳輸。信號處理電路213進行各種信號處理。已進行信號處理之影像信號被記憶至記憶體等記憶媒體、或輸出至監視器。於此種電子設備200中，能夠達成固體攝像裝置201中之像素尺寸之微細化及傳輸效率之提高，故而能夠獲得能謀求像素特性之提高之電子設備200。作為能夠應用固體攝像裝置201之電子設備200，並非限於相機，能夠應用於數位靜態相機、面向行動電話等移動設備之相機模組等攝像裝置。
再者，本發明亦可取如以下般之構成。 [A01]《攝像元件：第1態樣》 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將第1半導體材料層之電子遷移率設為μ1
，將第2半導體材料層之電子遷移率設為μ2
時，滿足μ2
＜μ1
。 [A02]如[A01]之攝像元件，其中於將第2半導體材料層之游離電位設為IP2
，將光電轉換層之游離電位設為IP0
時，滿足IP0
＜IP2
。 [A03]如[A02]之攝像元件，其中於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
。 [A04]如[A02]之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A05]如[A03]之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A06]如[A01]之攝像元件，其中於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
。 [A07]如[A06]之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A08]如[A01]之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A09]《攝像元件：第2態樣》 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將第2半導體材料層之游離電位設為IP2
，將光電轉換層之游離電位設為IP0
時，滿足IP0
＜IP2
。 [A10]如[A09]之攝像元件，其中於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
時，滿足μ0
≦μ2
。 [A11]如[A10]之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A12]如[A09]之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A13]《攝像元件：第3態樣》 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0
，將第2半導體材料層之電子遷移率設為μ2
時，滿足μ0
≦μ2
。 [A14]如[A13]之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A15]《攝像元件：第4態樣》 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1
，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2
，將光電轉換層之電子親和力設為EA0
時，滿足EA0
≦EA2
≦EA1
。 [A16]如[A01]至[A15]中任一項之攝像元件，其中第1半導體材料層為非晶質。 [A17]如[A01]至[A15]中任一項之攝像元件，其進而具備半導體基板，且 光電轉換部配置於半導體基板之上方。 [A18]如[A01]至[A17]中任一項之攝像元件，其中第1電極係於設置於絕緣層之開口部內延伸，且與第1半導體材料層連接。 [A19]如[A01]至[A17]中任一項之攝像元件，其中第1半導體材料層係於設置於絕緣層之開口部內延伸，且與第1電極連接。 [A20]如[A19]之攝像元件，其中第1電極之頂面之緣部係由絕緣層覆蓋，且 於開口部之底面，第1電極露出，且 於將與第1電極之頂面相接之絕緣層之面設為第1面，且將相接於與電荷儲存用電極對向之第1半導體材料層之部分的絕緣層之面設為第2面時，開口部之側面具有自第1面朝向第2面擴展之傾斜。 [A21]如[A20]之攝像元件，其中具有自第1面朝向第2面擴展之傾斜之開口部之側面位於電荷儲存用電極側。 [A22]《第1電極及電荷儲存用電極之電位之控制》 如[A01]至[A21]中任一項之攝像元件，其進而具備設置於半導體基板且具有驅動電路之控制部，且 第1電極及電荷儲存用電極連接於驅動電路，且 於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V11
，對電荷儲存用電極施加電位V12
，並將電荷儲存至第1半導體材料層，且 於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V21
，對電荷儲存用電極施加電位V22
，並將儲存於第1半導體材料層之電荷經由第1電極而讀出至控制部； 其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， 為V12
≧V11
，且V22
＜V21
， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， 為V12
≦V11
，且V22
＞V21
。 [A23]《傳輸控制用電極》 如[A01]至[A22]中任一項之攝像元件，其中於第1電極與電荷儲存用電極之間，進而具備與第1電極及電荷儲存用電極相隔地配置、且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置之傳輸控制用電極。 [A24]《第1電極、電荷儲存用電極及傳輸控制用電極之電位之控制》 如[A23]之攝像元件，其進而具備設置於半導體基板且具有驅動電路之控制部，且 第1電極、電荷儲存用電極及傳輸控制用電極連接於驅動電路，且 於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V11
，對電荷儲存用電極施加電位V12
，對傳輸控制用電極施加電位V13
，並將電荷儲存至第1半導體材料層；且 於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V21
，對電荷儲存用電極施加電位V22
，對傳輸控制用電極施加電位V23
，並將儲存於第1半導體材料層之電荷經由第1電極而讀出至控制部； 其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， 為V12
＞V13
，且V22
≦V23
≦V21
， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， 為V12
＜V13
，且V22
≧V23
≧V21
。 [A25]《電荷排放電極》 如[A01]至[A24]中任一項之攝像元件，其進而具備連接於第1半導體材料層，且與第1電極及電荷儲存用電極相隔地配置之電荷排放電極。 [A26]如[A25]之攝像元件，其中電荷排放電極係以包圍第1電極及電荷儲存用電極之方式配置。 [A27]如[A25]或[A26]之攝像元件，其中第1半導體材料層係於設置於絕緣層之第2開口部內延伸，且與電荷排放電極連接，且 電荷排放電極之頂面之緣部係由絕緣層覆蓋，且 於第2開口部之底面，電荷排放電極露出，且 於將與電荷排放電極之頂面相接之絕緣層之面設為第3面，且將相接於與電荷儲存用電極對向之第1半導體材料層之部分的絕緣層之面設為第2面時，第2開口部之側面具有自第3面朝向第2面擴展之傾斜。 [A28]《第1電極、電荷儲存用電極及電荷排放電極之電位之控制》 如[A25]至[A27]中任一項之攝像元件，其進而具備設置於半導體基板且具有驅動電路之控制部，且 第1電極、電荷儲存用電極及電荷排放電極連接於驅動電路，且 於電荷儲存期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V11
，對電荷儲存用電極施加電位V12
，對電荷排放電極施加電位V14
，並將電荷儲存至第1半導體材料層，且 於電荷傳輸期間內，自驅動電路對第1電極施加電位V21
，對電荷儲存用電極施加電位V22
，對電荷排放電極施加電位V24
，並將儲存於第1半導體材料層之電荷經由第1電極而讀出至控制部； 其中，於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時， 為V14
＞V11
，且V24
＜V21
， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時， 為V14
＜V11
，且V24
＞V21
。 [A29]《電荷儲存用電極區段》 如[A01]至[A28]中任一項之攝像元件，其中電荷儲存用電極包含複數個電荷儲存用電極區段。 [A30]如[A29]之攝像元件，其中於第1電極之電位高於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間內，施加於位於距第1電極最近之位置之電荷儲存用電極區段之電位係高於施加於位於距第1電極最遠之位置之電荷儲存用電極區段之電位， 於第1電極之電位低於第2電極之電位之情形時，於電荷傳輸期間內，施加於位於距第1電極最近之位置之電荷儲存用電極區段之電位係低於施加於位於距第1電極最遠之位置之電荷儲存用電極區段之電位。 [A31]如[A01]至[A30]中任一項之攝像元件，其中第1半導體材料層及第2半導體材料層之厚度合計為2×10-8
m至1×10-7
m。 [A32如[A01]至[A31]中任一項之攝像元件，其中光自第2電極入射，且 光電轉換層與第1半導體材料層之界面中之第1半導體材料層之表面粗糙度Ra為1.5 nm以下，第1半導體材料層之均方根粗糙度Rq之值為2.5 nm以下。 [A33]如[A01]至[A32]中任一項之攝像元件，其中於半導體基板設置有構成控制部之至少浮動擴散層及放大電晶體，且 第1電極連接於浮動擴散層及放大電晶體之閘極部。 [A34]如[A33]之攝像元件，其中於半導體基板，進而設置有構成控制部之重設電晶體及選擇電晶體，且 浮動擴散層連接於重設電晶體之一源極/汲極區域，且 放大電晶體之一源極/汲極區域連接於選擇電晶體之一源極/汲極區域，且選擇電晶體之另一源極/汲極區域連接於信號線。 [A35]如[A01]至[A34]中任一項之攝像元件，其中電荷儲存用電極之大小大於第1電極。 [A36]如[A01]至[A35]中任一項之攝像元件，其中光自第2電極側入射，且於自第2電極之光入射側形成有遮光層。 [A37]如[A01]至[A35]中任一項之攝像元件，其中光自第2電極側入射，且光不入射至第1電極。 [A38]如[A37]之攝像元件，其中於自第2電極之光入射側、且第1電極之上方形成有遮光層。 [A39]如[A37]之攝像元件，其中於電荷儲存用電極及第2電極之上方設置有晶載微透鏡，且 入射至晶載微透鏡之光被聚光於電荷儲存用電極。 [A40]《攝像元件：第1構成》 如[A01]至[A39]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，且 第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，且 絕緣層包含N個絕緣層區段，且 電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，且 第n個(其中，n＝1、2、3···N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，且 n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極相離，且 自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，絕緣層區段之厚度逐漸變化。 [A41]《攝像元件：第2構成》 如[A01]至[A39]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，且 第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，且 絕緣層包含N個絕緣層區段，且 電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，且 第n個(其中，n＝1、2、3···N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，且 n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極相離，且 自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，光電轉換層區段之厚度逐漸變化。 [A42]《攝像元件：第3構成》 如[A01]至[A39]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，且 第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，且 絕緣層包含N個絕緣層區段，且 電荷儲存用電極包含N個電荷儲存用電極區段，且 第n個(其中，n＝1、2、3···N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，且 n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極相離，且 於鄰接之光電轉換部區段中，構成絕緣層區段之材料不同。 [A43]《攝像元件：第4構成》 如[A01]至[A39]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，且 第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，且 絕緣層包含N個絕緣層區段，且 電荷儲存用電極包含彼此相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段，且 第n個(其中，n＝1、2、3···N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，且 n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極相離，且 於鄰接之光電轉換部區段中，構成電荷儲存用電極區段之材料不同。 [A44]《攝像元件：第5構成》 如[A01]至[A39]中任一項之攝像元件，其中光電轉換部包含N個(其中，N≧2)光電轉換部區段，且 第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層包含N個光電轉換層區段，且 絕緣層包含N個絕緣層區段，且 電荷儲存用電極包含彼此相隔而配置之N個電荷儲存用電極區段，且 第n個(其中，n＝1、2、3···N)光電轉換部區段包含第n個電荷儲存用電極區段、第n個絕緣層區段及第n個光電轉換層區段，且 n之值越大之光電轉換部區段越與第1電極相離，且 自第1個光電轉換部區段至第N個光電轉換部區段，電荷儲存用電極區段之面積逐漸變小。 [A45]《攝像元件：第6構成》 如[A01]至[A39]中任一項之攝像元件，其中於將電荷儲存用電極、絕緣層、第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層之積層方向設為Z方向，且將自第1電極離開之方向設為X方向時，利用YZ假想平面將積層有電荷儲存用電極、絕緣層、第1半導體材料層、第2半導體材料層及光電轉換層之積層部分切斷時之積層部分之截面面積係依存於距第1電極之距離而變化。 [B01]《積層型攝像元件》 一種積層型攝像元件，其具有至少1個如[A01]至[A45]中任一項之攝像元件。 [C01]《固體攝像裝置：第1態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個如[A01]至[A45]中任一項之攝像元件。 [C02]《固體攝像裝置：第2態樣》 一種固體攝像裝置，其具備複數個如[B01]之積層型攝像元件。 [D01]《固體攝像裝置：第1構成》 一種固體攝像裝置，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 具有複數個攝像元件，其中光電轉換部如[A01]至[A45]中任一項之攝像元件，且 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊，且 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極。 [D02]《固體攝像裝置：第2構成》 一種固體攝像裝置，其具有複數個如[A01]至[A45]中任一項之攝像元件，且 由複數個攝像元件構成攝像元件區塊，且 於構成攝像元件區塊之複數個攝像元件中共有第1電極。 [D03]如[D01]或[D02]之固體攝像裝置，其中於1個攝像元件之上方配設有1個晶載微透鏡。 [D04]如[D01]或[D02]之固體攝像裝置，其中由2個攝像元件構成攝像元件區塊，且 於攝像元件區塊之上方配設有1個晶載微透鏡。 [D05]如[D01]至[D04]中任一項之固體攝像裝置，其中相對於複數個攝像元件而設置有1個浮動擴散層。 [D06]如[D01]至[D05]中任一項之固體攝像裝置，其中第1電極鄰接於各攝像元件之電荷儲存用電極而配置。 [D07]如[D01]至[D06]中任一項之固體攝像裝置，其中第1電極係鄰接於複數個攝像元件之一部分之電荷儲存用電極而配置，且未與複數個攝像元件之其餘之電荷儲存用電極鄰接地配置。 [D08]如[D07]之固體攝像裝置，其中構成攝像元件之電荷儲存用電極與構成攝像元件之電荷儲存用電極之間之距離係較鄰接於第1電極之攝像元件中之第1電極與電荷儲存用電極之間之距離更長。 [E01]《固體攝像裝置之驅動方法》 一種固體攝像裝置之驅動方法，其係具備複數個如[A01]至[A45]中任一項之攝像元件、且具有光自第2電極側入射且光不入射至第1電極之構造之攝像元件之固體攝像裝置的驅動方法，且反覆進行如下各製程，即， 於所有攝像元件中，一面同時將電荷儲存至第1半導體材料層，一面將第1電極中之電荷排放至系統外，其後， 於所有攝像元件中，同時將儲存於第1半導體材料層之電荷傳輸至第1電極，並於傳輸完成後，依序於各攝像元件中讀出被傳輸至第1電極之電荷。
10'1‧‧‧光電轉換部區段
10'2‧‧‧光電轉換部區段
10'3‧‧‧光電轉換部區段
13‧‧‧位於較層間絕緣層靠下方之各種攝像元件構成要素
14‧‧‧晶載微透鏡(OCL)
15‧‧‧遮光層
21‧‧‧第1電極
211‧‧‧第1電極
212‧‧‧第1電極
213‧‧‧第1電極
22‧‧‧第2電極
23A‧‧‧光電轉換層
23B‧‧‧半導體材料積層體
23B1‧‧‧第1半導體材料層
23B2‧‧‧第2半導體材料層
23'1、23'2、23'3‧‧‧光電轉換層區段
24‧‧‧電荷儲存用電極
24"1、24"2、24"3‧‧‧
電荷儲存用電極
24A‧‧‧電荷儲存用電極區段
24B‧‧‧ 電荷儲存用電極區段
24C‧‧‧電荷儲存用電極區段
24'1‧‧‧電荷儲存用電極區段
24'2‧‧‧電荷儲存用電極區段
24'3‧‧‧電荷儲存用電極區段
2411‧‧‧電荷儲存用電極
2412‧‧‧電荷儲存用電極
2413‧‧‧電荷儲存用電極
2414‧‧‧電荷儲存用電極
2421‧‧‧電荷儲存用電極
2422‧‧‧電荷儲存用電極
2423‧‧‧電荷儲存用電極
2424‧‧‧電荷儲存用電極
2431‧‧‧電荷儲存用電極
2432‧‧‧電荷儲存用電極
2433‧‧‧電荷儲存用電極
2434‧‧‧電荷儲存用電極
2441‧‧‧電荷儲存用電極
2442‧‧‧電荷儲存用電極
2443‧‧‧電荷儲存用電極
2444‧‧‧電荷儲存用電極
25‧‧‧傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)
25A、25B‧‧‧傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)
26‧‧‧電荷排放電極
27‧‧‧電荷移動控制電極
27A1、27A2、27A3‧‧‧電荷移動控制電極
27B1、27B2、27B3‧‧‧電荷移動控制電極
27C‧‧‧電荷移動控制電極
31、33‧‧‧n型半導體區域
32、34‧‧‧p+層
35、36‧‧‧傳輸電晶體之閘極部
35C、36C‧‧‧半導體基板之區域
36A‧‧‧傳輸通道
41‧‧‧ n型半導體區域
42‧‧‧p+
層
43‧‧‧n型半導體區域
44‧‧‧p+層
45‧‧‧傳輸電晶體之閘極部
45C‧‧‧浮動擴散層
46‧‧‧傳輸電晶體之閘極部
46A‧‧‧傳輸通道
46C‧‧‧浮動擴散層
51‧‧‧重設電晶體TR1rst之閘極部
51A‧‧‧重設電晶體TR1rst之通道形成區域
51B‧‧‧重設電晶體TR1rst之源極/汲極區域
51C‧‧‧重設電晶體TR1rst之源極/汲極區域
52‧‧‧放大電晶體TR1amp之閘極部
52A‧‧‧放大電晶體TR1amp之通道形成區域
52B‧‧‧放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
52C‧‧‧放大電晶體TR1amp之源極/汲極區域
53‧‧‧選擇電晶體TR1sel之閘極部
53A‧‧‧選擇電晶體TR1sel之通道形成區域
53B‧‧‧選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
53C‧‧‧選擇電晶體TR1sel之源極/汲極區域
61‧‧‧接觸孔部
62‧‧‧配線層
63‧‧‧焊墊部
64‧‧‧焊墊部
641、642、643‧‧‧焊墊部
65‧‧‧連接孔
66‧‧‧連接部
67‧‧‧連接部
68A‧‧‧焊墊部
68B‧‧‧連接孔
69‧‧‧連接部
70‧‧‧半導體基板
70A‧‧‧半導體基板之第1面(正面)
70B‧‧‧半導體基板之第2面(背面)
71‧‧‧元件分離區域
72‧‧‧氧化膜
73‧‧‧p+層
74‧‧‧HfO2膜
75‧‧‧絕緣材料膜
76‧‧‧層間絕緣層
81‧‧‧間絕緣層
82‧‧‧絕緣層
82'1‧‧‧絕緣層區段
82'2‧‧‧絕緣層區段
82'3‧‧‧絕緣層區段
82a‧‧‧絕緣層之第1面
82b‧‧‧絕緣層之第2面
82c‧‧‧絕緣層之第3面
83‧‧‧絕緣層
85‧‧‧開口部
85A‧‧‧開口部
85B‧‧‧開口部
85C‧‧‧開口部
86‧‧‧第2開口部
86A‧‧‧第2開口部
100‧‧‧固體攝像裝置
101‧‧‧積層型攝像元件
111‧‧‧攝像區域
112‧‧‧垂直驅動電路
113‧‧‧行信號處理電路
114‧‧‧水平驅動電路
115‧‧‧輸出電路
116‧‧‧驅動控制電路
117‧‧‧信號線(資料輸出線)
118‧‧‧水平信號線
200‧‧‧電子設備(相機)
201‧‧‧固體攝像裝置
210‧‧‧光學透鏡
211‧‧‧快門裝置
212‧‧‧驅動電路
213‧‧‧信號處理電路
310‧‧‧第1攝像元件
310A‧‧‧第1光電轉換部
314‧‧‧參考編號
321‧‧‧第1電極
322‧‧‧第2電極
323‧‧‧光電轉換層
341‧‧‧第2攝像元件
341A‧‧‧第2光電轉換部
343‧‧‧第3攝像元件
343A‧‧‧第3光電轉換部
345‧‧‧閘極部
346‧‧‧閘極部
351‧‧‧閘極部
352‧‧‧閘極部
361‧‧‧接觸孔部
362‧‧‧配線層
370‧‧‧半導體基板
371‧‧‧參考編號
372‧‧‧參考編號
376、381‧‧‧參考編號
383‧‧‧參考編號
FD‧‧‧第1浮動擴散層FD1中之電位
FD1‧‧‧浮動擴散層(第1浮動擴散層)
FD2‧‧‧浮動擴散層(第2浮動擴散層)
FD3‧‧‧浮動擴散層(第3浮動擴散層)
PA‧‧‧點
PA‧‧‧點PA之電位
PB‧‧‧點
PB‧‧‧點PB之電位
PC1‧‧‧點
PC1‧‧‧點PC1之電位
PC2‧‧‧點
PC2‧‧‧點PC2之電位
PC3‧‧‧點
PC3‧‧‧點PC3之電位
PD‧‧‧點
PD‧‧‧點PD之電位
RST‧‧‧重設電晶體TR1rst之閘極部51中之電位
RST1‧‧‧重設線
RST2‧‧‧重設線
RST3‧‧‧重設線
SEL1‧‧‧選擇線
SEL2‧‧‧選擇線
SEL3‧‧‧選擇線
TG1‧‧‧傳輸閘極線
TG2‧‧‧傳輸閘極線
TG3‧‧‧傳輸閘極線
TR1amp‧‧‧放大電晶體
TR2amp‧‧‧放大電晶體
TR3amp‧‧‧放大電晶體
TR1rst‧‧‧重設電晶體
TR2rst‧‧‧重設電晶體
TR3rst‧‧‧重設電晶體
TR1sel‧‧‧選擇電晶體
TR2sel‧‧‧選擇電晶體
TR3sel‧‧‧選擇電晶體
TR1trs‧‧‧傳輸電晶體
TR2trs‧‧‧傳輸電晶體
TR3trs‧‧‧傳輸電晶體
VSL‧‧‧信號線(資料輸出線)
VSL1‧‧‧信號線(資料輸出線)
VSL2‧‧‧信號線(資料輸出線)
VSL3‧‧‧信號線(資料輸出線)
V11‧‧‧電位
V12‧‧‧電位
V13‧‧‧電位
V21‧‧‧電位
V22‧‧‧電位
V23‧‧‧電位
VDD‧‧‧電源
VDD‧‧‧電源之電位
VOA‧‧‧配線
VOA‧‧‧電荷儲存用電極24中之電位
VOA-A‧‧‧電荷儲存用電極區段24A中之電位
VOA-B‧‧‧電荷儲存用電極區段24B中之電位
VOA-C‧‧‧電荷儲存用電極區段24C中之電位
VOT‧‧‧配線
VOT‧‧‧傳輸控制用電極(電荷傳輸電極)25中之電位
VOU‧‧‧配線
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係實施例1之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖2係實施例1之攝像元件之等效電路圖。 圖3係實施例1之攝像元件之等效電路圖。 圖4係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖。 圖5係模式性地表示實施例1之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態的圖。 圖6A、圖6B及圖6C係用以說明圖5(實施例1)、圖20及圖21(實施例4)以及圖32及圖33(實施例6)之各部位之實施例1、實施例4及實施例6之攝像元件的等效電路圖。 圖7係構成實施例1之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖8係構成實施例1之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖9係實施例1之攝像元件之變化例之等效電路圖。 圖10係構成圖9所示之實施例1之攝像元件之變化例的第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體之模式性配置圖。 圖11係實施例2之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖12係實施例3之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖13係實施例3之攝像元件之變化例之模式性局部剖視圖。 圖14係實施例3之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖15係實施例3之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖16係實施例4之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖。 圖17係實施例4之攝像元件之等效電路圖。 圖18係實施例4之攝像元件之等效電路圖。 圖19係構成實施例4之攝像元件之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖。 圖20係模式性地表示實施例4之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態的圖。 圖21係模式性地表示實施例4之攝像元件之另一動作時之各部位中之電位之狀態的圖。 圖22係構成實施例4之攝像元件之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖23係構成實施例4之攝像元件之第1電極、傳輸控制用電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖24係構成實施例4之攝像元件之變化例之第1電極、傳輸控制用電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖。 圖25係實施例5之攝像元件之一部分之模式性局部剖視圖。 圖26係構成實施例5之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極及電荷排放電極之模式性配置圖。 圖27係構成實施例5之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、電荷排放電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖28係實施例6之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖29係實施例6之攝像元件之等效電路圖。 圖30係實施例6之攝像元件之等效電路圖。 圖31係構成實施例6之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖。 圖32係模式性地表示實施例6之攝像元件之動作時之各部位中之電位之狀態的圖。 圖33係模式性地表示實施例6之攝像元件之另一動作時(傳輸時)之各部位中之電位之狀態的圖。 圖34係構成實施例6之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極之模式性配置圖。 圖35係構成實施例6之攝像元件之第1電極、電荷儲存用電極、第2電極及接觸孔部之模式性透視立體圖。 圖36係構成實施例6之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極的模式性配置圖。 圖37係實施例7之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖38係將實施例7之攝像元件中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大所得的模式性局部剖視圖。 圖39係構成實施例7之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖。 圖40係將實施例8之攝像元件中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大所得的模式性局部剖視圖。 圖41係實施例9之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖42係實施例10及實施例11之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖43A及圖43B係實施例11中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖44A及圖44B係實施例11中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖45係構成實施例11之攝像元件之第1電極及電荷儲存用電極、以及構成控制部之電晶體的模式性配置圖。 圖46係構成實施例11之攝像元件之變化例之第1電極及電荷儲存用電極的模式性配置圖。 圖47係實施例12及實施例11之攝像元件之模式性局部剖視圖。 圖48A及圖48B係實施例12中之電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖49係實施例13之固體攝像裝置中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖50係實施例13之固體攝像裝置之第1變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖51係實施例13之固體攝像裝置之第2變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖52係實施例13之固體攝像裝置之第3變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖53係實施例13之固體攝像裝置之第4變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖54係實施例13之固體攝像裝置之第5變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖55係實施例13之固體攝像裝置之第6變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖56係實施例13之固體攝像裝置之第7變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖57係實施例13之固體攝像裝置之第8變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖58係實施例13之固體攝像裝置之第9變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖59A、圖59B及圖59C係表示實施例13之攝像元件區塊中之讀出驅動例之圖。 圖60係實施例14之固體攝像裝置中之第1電極及電荷儲存用電極區段之模式性俯視圖。 圖61係實施例14之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖62係實施例14之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖63係實施例14之固體攝像裝置之變化例中之第1電極及電荷儲存用電極區段的模式性俯視圖。 圖64係實施例1之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖65係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖66A、圖66B及圖66C係將實施例1之攝像元件之又一變化例之第1電極之部分等放大所得的模式性局部剖視圖。 圖67係將實施例5之攝像元件之另一變化例之電荷排放電極之部分等放大所得的模式性局部剖視圖。 圖68係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖69係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖70係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖71係實施例4之攝像元件之另一變化例之模式性局部剖視圖。 圖72係實施例1之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖73係實施例4之攝像元件之又一變化例之模式性局部剖視圖。 圖74係將實施例7之攝像元件之變化例中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大所得的模式性局部剖視圖。 圖75係將實施例8之攝像元件之變化例中之積層有電荷儲存用電極、光電轉換層及第2電極之部分放大所得的模式性局部剖視圖。 圖76係實施例1之固體攝像裝置之概念圖。 圖77係將包含本發明之攝像元件等之固體攝像裝置用於電子設備(相機)之例的概念圖。 圖78係先前之積層型攝像元件(積層型固體攝像裝置)之概念圖。
Claims (18)
- 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將第1半導體材料層之電子遷移率設為μ1 ，將第2半導體材料層之電子遷移率設為μ2 時，滿足μ2 ＜μ1 。
- 如請求項1之攝像元件，其中於將第2半導體材料層之游離電位設為IP2 ，將光電轉換層之游離電位設為IP0 時，滿足IP0 ＜IP2 。
- 如請求項2之攝像元件，其中於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0 時，滿足μ0 ≦μ2 。
- 如請求項2之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 如請求項3之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 如請求項1之攝像元件，其中於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0 時，滿足μ0 ≦μ2 。
- 如請求項6之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 如請求項1之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將第2半導體材料層之游離電位設為IP2 ，將光電轉換層之游離電位設為IP0 時，滿足IP0 ＜IP2 。
- 如請求項9之攝像元件，其中於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0 時，滿足μ0 ≦μ2 。
- 如請求項10之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 如請求項9之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將光電轉換層之電子遷移率設為μ0 ，將第2半導體材料層之電子遷移率設為μ2 時，滿足μ0 ≦μ2 。
- 如請求項13之攝像元件，其中於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 一種攝像元件，其具備積層第1電極、光電轉換層及第2電極而成之光電轉換部，且 於第1電極與光電轉換層之間，自第1電極側形成有第1半導體材料層及第2半導體材料層，第2半導體材料層接於光電轉換層，且 光電轉換部進而具備：絕緣層；及電荷儲存用電極，其與第1電極相隔地配置，且介隔絕緣層而與第1半導體材料層對向地配置；且 於將第1半導體材料層之電子親和力設為EA1 ，將第2半導體材料層之電子親和力設為EA2 ，將光電轉換層之電子親和力設為EA0 時，滿足EA0 ≦EA2 ≦EA1 。
- 一種積層型攝像元件，其具有至少1個如請求項1至15中任一項之攝像元件。
- 一種固體攝像裝置，其具備複數個如請求項1至15中任一項之攝像元件。
- 一種固體攝像裝置，其具備複數個如請求項16之積層型攝像元件。
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