(57)【要約】【課題】より高い光電変換効率を有する固体撮像素子およびこれを備えた固体撮像装置を提供する【解決手段】凹部を有する第１絶縁層と、前記凹部を埋め込む第１光電変換部とを備えた固体撮像素子。【選択図】図１
2014127545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する第１絶縁層と、
前記凹部を埋め込む第１光電変換部と
を備えた固体撮像素子。
【請求項２】
前記凹部の深さ方向に対向する一対の電極の間に前記第１光電変換部を有する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１光電変換部は有機光電変換材料を含む
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記凹部は有機光電変換材料により満たされている
請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記有機光電変換材料は第１導電型半導体および第２導電型半導体を含む
請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１光電変換部は、
第１導電型半導体の第１導電型半導体層と
第２導電型半導体の第２導電型半導体層と、
第１導電型半導体および第２導電型半導体を含む混合層とを有し、
前記一対の電極の一方は前記第１導電型半導体層、他方は前記第２導電型半導体層にそれぞれ接している
請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記凹部はテーパ状である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記第１絶縁層および第１光電変換部は半導体基板上に設けられている
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記半導体基板の内部に第２光電変換部を有する
請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記第１光電変換部の屈折率は前記第１絶縁層の屈折率よりも大きく、
平面視で前記第１光電変換部および第２光電変換部が重なるように配置されている
請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記一対の電極のうち、前記半導体基板と前記第１光電変換部との間の一方の電極の屈折率も前記第１絶縁層の屈折率より高い
請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記一方の電極を前記凹部内に有する
請求項１１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記半導体基板と前記第１絶縁層との間にハフニウム酸化膜を含む第２絶縁層を有する
請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記第１光電変換部は特定の波長域の光を吸収する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記第１光電変換部は前記特定の波長域以外の光に対して７０％以上の透過率を有する
請求項１４に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
凹部を有する第１絶縁層と、
前記凹部を埋め込む第１光電変換部とを備えた
固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、有機材料を含む光電変換部を有する固体撮像素子およびこれを備えた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサおよびＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の固体撮像装置では、画素サイズを縮小するにつれて単位画素（固体撮像素子）に入射するフォトン数が減少し、Ｓ／Ｎ比が低下する。画素は、例えばベイヤー配列等に代表されるように、カラーフィルタを用いて赤、緑および青の各色に分けられ、同一平面に配置される。この方法では、例えば緑、青の波長の光は赤の画素（カラーフィルタ）を透過できないため、光の損失が生じ、感度が低下する。また、赤、緑および青の画素間で補間処理を行って色信号を作るため、偽色が生じる虞がある。
【０００３】
そこで、３つの光電変換部を積層させて１つの画素で３色の光電変換信号を得る方法が提案されている。例えば、３つの光電変換部のうちの１つ（例えば緑色光に対応する光電変換部）はシリコン基板上、即ち、シリコン基板の外側に配置し、残りの２つ（例えば赤色光、青色光に対応する光電変換部）はシリコン基板の内部に設ける。シリコン基板の外側の光電変換部は有機材料を含み、一対の電極の間に設けられている。一方、シリコン基板の内部の光電変換部はフォトダイオード（Photo Diode）により構成される。
【０００４】
特許文献１の固体撮像装置では、シリコン基板の一方の面上に有機材料を含む光電変換部、他方の面に回路および配線の多層構造（以下、単に配線層という）がそれぞれ設けられている。即ち、この固体撮像装置は受光面と回路形成面とが互いに反対側に配置された、所謂裏面照射型である。このように光電変換部および配線層を配置すると、シリコン基板の外側の光電変換部とシリコン基板の内部の光電変換部との間の距離が短くなる。光電変換部の感度はオンチップレンズのＦ値に依存するため、積層された各色の光電変換部間の距離を近付けることで互いの感度のばらつきを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２９３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、より高い光電変換効率を有する撮像装置の開発が進められ、特に、上記のような有機材料を含む光電変換部の光電変換効率を向上させることが望まれている。
【０００７】
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より高い光電変換効率を有する固体撮像素子およびこれを備えた固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本技術による固体撮像素子は、凹部を有する第１絶縁層と、凹部を埋め込む第１光電変換部とを備えたものである。
【０００９】
本技術の固体撮像素子では、第１光電変換部が凹部を埋め込むように設けられているので、平面上に光電変換部を設けた場合と比較して、第１光電変換部の厚みが大きくなる。この第１光電変換部は、例えば有機光電変換材料等の光電変換材料により構成される。
【００１０】
本技術による固体撮像装置は、上記本技術の固体撮像素子を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本技術の撮像素子および撮像装置によれば、第１光電変換部の厚みを大きくするようにしたので、その光路長を長くすることができる。よって、光電変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本技術の一実施の形態に係る撮像素子の概略構成を表す断面図である。
【図２Ａ】図１に示した無機光電変換部の一構成例を表す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した無機光電変換部の断面とは異なる断面を表す図である。
【図３】図１に示した緑用蓄電層の構成について説明するための断面図である。
【図４】図１に示した有機光電変換部の詳細を表す断面図である。
【図５】図４に示した凹部の他の例を表す断面図である。
【図６】図４に示した有機光電変換部の他の例を表す断面図である。
【図７】図４に示した有機光電変換部のその他の例を表す断面図である。
【図８Ａ】図１に示した撮像素子の製造工程の一例を表す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに続く工程を表す断面図である。
【図９】図８Ｂに続く工程を表す断面図である。
【図１０】図９に続く工程を表す断面図である。
【図１１】図１０に続く工程を表す断面図である。
【図１２】図１１に続く工程を表す断面図である。
【図１３】図１に示した撮像素子の動作について説明するための断面図である。
【図１４】図１に示した撮像素子の動作について説明するための模式図である。
【図１５】比較例に係る撮像素子の構成を表す断面図である。
【図１６】変形例１に係る表示装置の構成を表す断面図である。
【図１７】変形例２に係る表示装置の構成を表す断面図である。
【図１８】変形例３に係る表示装置の構成を表す断面図である。
【図１９】変形例４に係る表示装置の構成を表す断面図である。
【図２０】図１に示した撮像素子を用いた撮像装置の全体構成を表す模式図である。
【図２１】図２０に示した撮像装置を適用した電子機器の概略構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明
は以下の順序で行う。
１．実施の形態（撮像素子：絶縁層の凹部に有機光電変換部を有する例）
２．変形例１（半導体基板により近い位置に有機光電変換部を有する例）
３．変形例２（凹部に下部電極を設けた例）
４．変形例３（下部電極側からホールを信号電荷として取り出す例）
５．変形例４（上部電極側から電子またはホールを信号電荷として取り出す例）
６．適用例（撮像装置）
【００１４】
＜実施の形態＞
［撮像素子１０の構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係る撮像素子（撮像素子１０）の断面構成を表したものである。撮像素子１０は、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像装置（例えば、後述の図２０  撮像装置１）において１つの画素（例えば後述の図２０  画素Ｐ）を構成するものである。この撮像素子１０は裏面照射型であり、半導体基板１１の受光面（面Ｓ１）とは反対側の面（面Ｓ２）に多層配線層５１が設けられている。
【００１５】
撮像素子１０は無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒ（第２光電変換部）と有機光電変換部１６（第１光電変換部）とを有しており、これらが縦方向（光路）に積み重ねられている。無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒは半導体基板１１の内部に、有機光電変換部１６は半導体基板１１の面Ｓ１上にそれぞれ設けられている。有機光電変換部１６は一対の電極（上部電極１７および下部電極１４ａ）の間に設けられており、一方の電極（上部電極１７）側から有機光電変換部１６に光が入射する。このような有機光電変換部１６と無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとでは、互いに異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行うため、カラーフィルタを設けずに、１つの撮像素子１０で複数種類の色信号を取得することができる。無機光電変換部１１Ｒでは赤色（例えば、波長６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、無機光電変換部１１Ｂでは青色（例えば、波長４５０ｎｍ〜４９５ｎｍ）、有機光電変換部１６では緑色（例えば、波長４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）の色信号がそれぞれ取得されるようになっている。
【００１６】
半導体基板１１の面Ｓ２近傍には例えばｐ型半導体ウェル領域（図示せず）が設けられている。この半導体基板１１の面Ｓ２近傍には、有機光電変換部１６、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒそれぞれに対応する転送トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３も配置されている。転送トランジスタＴｒ１は有機光電変換部１６で発生した緑色に対応する信号電荷を、転送トランジスタＴｒ２は無機光電変換部１１Ｂで発生した青色に対応する信号電荷を、転送トランジスタＴｒ３は無機光電変換部１１Ｒで発生した赤色に対応する信号電荷をそれぞれ例えば垂直信号線Ｌsig（後述の図２０）に転送するものである。この転送トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３それぞれのゲート電極ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３は例えば多層配線層５１に含まれている。信号電荷は、光電変換によって生じる電子およびホールのどちらであってもよいが、以下では、電子を信号電荷として読み出す場合（ｎ型半導体領域を光電変換層とする場合）を例に挙げて説明する。
【００１７】
半導体基板１１の面Ｓ２近傍には、上記転送トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３と共に例えば、リセットトランジスタ、増幅トランジスタおよび選択トランジスタ等が設けられている。このようなトランジスタは例えばＭＯＳＥＦＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、光電変換部（有機光電変換部１６、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒ）毎に回路を構成する。各回路は、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタおよび増幅トランジスタを含む３トランジスタ構成であってもよく、あるいはこれに選択トランジスタが加わった４トランジスタ構成であってもよい。転送トランジスタ以外のトランジスタは、光電変換部間または画素間で共有することも可能である。
【００１８】
半導体基板１１は例えばｎ型のシリコン（Ｓｉ）層により構成されており、その内部には上述の無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒと共に緑用蓄電層１１０Ｇが設けられている。
【００１９】
無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒは、ｐｎ接合を有するフォトダイオードであり、半導体基板１１の面Ｓ１側から、例えば無機光電変換部１１Ｂおよび無機光電変換部１１Ｒの順に設けられている。無機光電変換部１１Ｂは、例えば図２Ａに示したように、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域（以下、単にｐ型領域という、ｎ型についても同様。）１１１ｐと電子蓄積層となるｎ型光電変換層（ｎ型領域）１１１ｎとを含んで構成されている。図中、「ｐ」「ｎ」に上付きで記した「＋（プラス）」は、ｐ型またはｎ型の不純物濃度が高いことを表している。ｐ型領域１１１ｐおよびｎ型光電変換層１１１ｎは、半導体基板１１の面Ｓ１近傍の所定の領域に面Ｓ１の水平方向に設けられると共に、少なくともその一部は屈曲して面Ｓ１と垂直方向に延在している。半導体基板１１の面Ｓ２近傍には青色用の転送トランジスタＴｒ２のフローティングディフュージョン（ＦＤ１１３）が設けられ（図２Ｂ）、このｎ型領域のＦＤ１１３にｎ型光電変換層１１１ｎが接続されている。ｐ型領域１１１ｐおよびｎ型光電変換層１１１ｎと半導体基板１１の面Ｓ２との間にはｐ型領域１１３ｐ（ホール蓄積層）が設けられている。ｐ型領域１１１ｐは半導体基板１１の面Ｓ１近傍のｐ型半導体ウェル領域（図示せず）に接続されている。
【００２０】
無機光電変換部１１Ｒは例えば半導体基板１１の厚み方向（面Ｓ１，Ｓ２と垂直方向）にｐ−ｎ−ｐの積層構造を有するものであり、ｐ型領域１１２ｐ１（ホール蓄積層）とｐ型領域１１２ｐ２との間にｎ型光電変換層１１２ｎ（電子蓄積層）が設けられている。このｎ型光電変換層１１２ｎの少なくとも一部は屈曲して半導体基板１１の面Ｓ１と垂直方向に延在している。半導体基板１１の面Ｓ２近傍には赤色用の転送トランジスタＴｒ３のフローティングディフュージョン（ＦＤ１１４）が設けられ、このｎ型領域のＦＤ１１４にｎ型光電変換層１１２ｎが接続されている。
【００２１】
緑用蓄電層１１０Ｇは図３に示したように、電子蓄積層となるｎ型領域１１５ｎを含んでおり、このｎ型領域１１５ｎは導電性プラグ１２０ａ１に接続されている。導電性プラグ１２０ａ１は半導体基板１１に埋設されており、有機光電変換部１６と緑用蓄電層１１０Ｇとの間の信号電荷（電子）の伝送経路として機能する。即ち、下部電極１４ａから導電性プラグ１２０ａ１を介して伝送される電子が緑用蓄電層１１０Ｇに蓄積されるようになっている。半導体基板１１の面Ｓ２近傍には緑色用の転送トランジスタＴｒ１のフローティングディフュージョン（ＦＤ１１６）が設けられ、このＦＤ１１６にｎ型領域１１５ｎが接続されている。ｎ型領域１１５ｎと半導体基板１１の面Ｓ２との間にはｐ型領域１１５ｐ（ホール蓄積層）が設けられている。
【００２２】
導電性プラグ１２０ｂ１（図１）は有機光電変換部１６で生じたホールの伝送経路として機能するものであり、上部電極１７からこの導電性プラグ１２０ｂ１を介してホールが排出されるようになっている。導電性プラグ１２０ｂ１は導電性プラグ１２０ａ１と共に半導体基板１１に埋設されている。これら導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１は例えば導電型の半導体層により構成され、半導体基板１１に埋め込み形成されている。導電性プラグ１２０ａ１は電子の伝送経路となるのでｎ型半導体、導電性プラグ１２０ｂ１はホールの伝送経路となるのでｐ型半導体によりそれぞれ構成することが好ましい。あるいは、貫通ビアに例えばタングステン等の導電材料を埋設して導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１を構成するようにしてもよい。このような導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１では、これらとシリコンとの短絡を抑えるため、酸化シリコン（ＳｉＯ2）または窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁膜でビアの側面を覆っておくことが好ましい。
【００２３】
多層配線層５１は半導体基板１１の面Ｓ２に接して設けられている。この多層配線層５１は層間絶縁膜５２を介して複数の配線５１ａを有するものである。多層配線層５１は例えば、シリコンからなる支持基板５３に貼り合わされており、支持基板５３と半導体基板１１との間に多層配線層５１が配置される。
【００２４】
半導体基板１１の面Ｓ１側には層間絶縁層１２が設けられ、この層間絶縁層１２は面Ｓ１側から、例えば層間絶縁層１２−１（第２絶縁層），層間絶縁層１２−２，層間絶縁層１２−３および層間絶縁層１２−４をこの順に有している。層間絶縁層１２−２および層間絶縁層１２−３は一体化していてもよい（単層）。層間絶縁層１２−１は半導体基板１１の面Ｓ１に接して設けられており、半導体基板１１（シリコン層１１０）の界面準位を低減すると共にシリコン層１１０との界面からの暗電流の発生を抑制する。このような層間絶縁層１２−１には界面準位の低い絶縁材料を用いることが好ましく、例えばハフニウム酸化膜（ＨｆＯ2）により構成されている。層間絶縁層１２−２は、例えば１０００ｎｍ以下の厚みで層間絶縁層１２−１と下部電極１４ａとの間に設けられている。これら層間絶縁層１２−１，１２−２を貫通する導電性プラグ１２０ａ２および上述の半導体基板１１に埋設された導電性プラグ１２０ａ１を介して下部電極１４ａと緑用蓄電層１１０Ｇとが導通するようになっている。層間絶縁層１２−３は、パターニングされた複数の下部電極１４ａ間を電気的に分離するためのものであり、その厚みは例えば１０〜３００ｎｍである。本実施の形態では、この層間絶縁層１２−３上の層間絶縁層１２−４（第１絶縁層）に凹部１２Ｃが設けられ、凹部１２Ｃを埋め込むように、有機光電変換部１６が形成されている。詳細は後述するが、これにより、有機光電変換部１６の光路長を長くして光電変換効率を向上させることができる。層間絶縁層１２−４の厚みは例えば３０００ｎｍ以下である。
【００２５】
凹部１２Ｃは例えば図４に示したように、層間絶縁層１２−４を貫通し、下部電極１４ａに達している。凹部１２Ｃの断面形状はテーパ形状、即ち上部電極１７から下部電極１４ａにかけて徐々に径が小さくなるような形状であることが好ましい。このようなテーパ形状の凹部１２Ｃは高い効率で集光できるためである。凹部１２Ｃの直径は、上部電極１７から下部電極１４ａまで一定であってもよい（図５）。
【００２６】
層間絶縁層１２−２，１２−３，１２−４はそれぞれ例えば酸化シリコン，窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜あるいはこれらのうちの２種類以上よりなる積層膜により構成されている。層間絶縁層１２−２，１２−３，１２−４は例えばそれぞれの厚みが２００ｎｍ，５０ｎｍ，５００ｎｍのシリコン酸化膜である。このとき、層間絶縁層１２−４を貫通する凹部１２Ｃの深さは５００ｎｍとなる。
【００２７】
有機光電変換部１６は、この層間絶縁層１２−４の凹部１２Ｃを満たすように設けられ、有機光電変換部１６の表面（上部電極１７側の面）の位置と凹部１２Ｃ以外の層間絶縁層１２−４の表面の位置とが略同位置となっている。本技術の効果を損なわない程度において、有機光電変換部１６の表面の位置と層間絶縁層１２−４の表面の位置とはずれていてもよく、有機光電変換部１６の表面が半導体基板１１側またはオンチップレンズ２２側にあってもよい。
【００２８】
有機光電変換部１６は有機半導体材料により構成されており、選択的な波長域の光（ここでは緑色光）を吸収して、電子・ホール対を発生させるものである。この有機光電変換部１６で発生した信号電荷（電子）は下部電極１４ａにより取り出され、ホールは上部電極１７を介して排出される。
【００２９】
有機光電変換部１６にはｎ型半導体１６Ｎおよびｐ型半導体１６Ｐが共に含まれていることが好ましい（図１）。ｎ型半導体１６Ｎおよびｐ型半導体１６Ｐを両方含んでいることにより、ｐｎ接合面が生じ、所謂ｐｉｎバルクヘテロ構造が形成される。従って、凹部１２Ｃ内でｐｎ接合面が増加し、光電変換効率をより向上させることができる。
【００３０】
有機光電変換部１６は、このようなｎ型半導体１６Ｎとｐ型半導体１６Ｐとの混合層（共蒸着層１６ＰＮ）に加えて、ｎ型半導体１６Ｎからなるｎ型半導体層１６ＮＡとｐ型半導体１６Ｐからなるｐ型半導体層１６ＰＡとを有することが好ましい（図４）。ｎ型半導体層１６ＮＡは凹部１２Ｃの側壁および底面に沿って設けられ、下部電極１４ａに接している。ｐ型半導体層１６ＰＡは上部電極１７に接して上部電極１７の一面を覆っている。このｐ型半導体層１６ＰＡとｎ型半導体層１６ＮＡとの間に例えば共蒸着層１６ＰＮが設けられている。共蒸着層１６ＰＮで生じた電子・ホール対のうち、電子はｎ型半導体層１６ＮＡを介して下部電極１４ａに、ホールはｐ型半導体層１６ＰＡを介して上部電極１７に移動する。有機光電変換部１６は、図６に示したように、ｎ型半導体層１６ＮＡとｐ型半導体層１６ＰＡとを積層させて構成するようにしてもよい。あるいは、図７に示したように、ｎ型半導体層１６ＮＡおよびｐ型半導体層１６ＰＡのうち、どちらか一方のみを用いて構成することも可能である。下部電極１４ａとｎ型半導体層１６ＮＡとの間にｐ型ブロッキング層（図示せず）、上部電極１７とｐ型半導体層１６ＰＡとの間にｎ型ブロッキング層（図示せず）をそれぞれ設けることが好ましい。ｐ型ブロッキング層は下部電極１４ａからホールが、ｎ型ブロッキング層は上部電極１７から電子がそれぞれ注入されて暗電流が発生するのを抑えるために設けられる。下部電極１４ａの凹凸をなだらかにするための下引き膜(図示せず)、上部電極１７を形成する際の劣化を抑制するためのバッファ膜（図示せず）および上部電極１７の仕事関数を調整して暗電流の発生を抑制するための仕事関数調整膜（図示せず）等を有機光電変換部１６に設けるようにしてもよい。
【００３１】
このような有機光電変換部１６は、層間絶縁層１２−１，１２−２および下部電極１４ａを間にして無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒと対向している。換言すれば、有機光電変換部１６は平面視で無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒと重なるように配置されており、光は有機光電変換部１６および下部電極１４ａを通過して無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに入射するようになっている。このため、有機光電変換部１６（凹部１２Ｃ）が光を無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒへと集光可能な構造、即ち導波路構造を有することが好ましい。具体的には、有機光電変換部１６の構成材料（ｎ型半導体１６Ｎおよびｐ型半導体１６Ｐ）の屈折率および下部電極１４ａの屈折率が有機光電変換部１６の周囲（層間絶縁層１２−４）の屈折率よりも高いことが好ましい。これにより、有機光電変換部１６および下部電極１４ａを通過した光は無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに集光されて入射する。例えば、有機光電変換部１６の屈折率が１．７〜２．０、ＩＴＯからなる下部電極１４ａの屈折率が１．８、シリコン酸化膜からなる層間絶縁層１２−４の屈折率が１．４である。
【００３２】
有機光電変換部１６は特定の波長域の光（緑色光）を光電変換し、それ以外の他の波長域の光を透過する。有機光電変換部１６の構成材料は、この他の波長域の光に対して７０％以上の透過率を有することが好ましい。
【００３３】
ｎ型半導体１６Ｎおよびｐ型半導体１６Ｐには、例えばキナクリドン誘導体，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，ペリレン誘導体およびフルオランテン誘導体のいずれかを用いることが好ましい。ｎ型半導体１６Ｎおよびｐ型半導体１６Ｐとしてフェニレンビニレン，フルオレン，カルバゾール，インドール，ピレン，ピロール，ピコリン，チオフェン，アセチレン，ジアセチレン等の重合体またはその誘導体等を用いることも可能である。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，ナフトキノンまたはアントラキノン系色素を用いてもよい。金属錯体色素としては、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およびルテニウム錯体色素を用いることが好ましく、中でもルテニウム錯体色素が特に好ましい。ｎ型半導体１６Ｎおよびｐ型半導体１６Ｐを、アントラセンまたはピレン等の縮合多環芳香族、あるいは芳香環または複素環化合物が縮合した鎖状化合物により構成することも可能である。スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基を結合鎖としてキノリン，ベンゾチアゾールまたはベンゾオキサゾール等の含窒素複素環を二以上結合させた化合物、または、スクアリリウム基およ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用いるようにしてもよい。
【００３４】
下部電極１４ａおよび上部電極１７は有機光電変換部１６を間にして凹部１２Ｃの深さ方向に対向している。下部電極１４ａは有機光電変換部１６で生じた信号電荷（ホール）を取り出すものであり、導電性プラグ１２０ａ１，１２０ａ２を介して緑用蓄電層１１０Ｇに電気的に接続されている。この下部電極１４ａは上述のように、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの受光面と正対、即ち無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの直上に設けられているため、光透過性の導電材料、例えばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）により構成される。下部電極１４ａは、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）系材料または酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料により構成するようにしてもよい。酸化スズ系材料とは酸化スズにドーパントを添加したものであり、酸化亜鉛系材料とは例えば、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ），酸化亜鉛にドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を添加したガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）および酸化亜鉛にドーパントとしてインジウム（Ｉｎ）を添加したインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等である。この他、ＩＧＺＯ，ＣｕＩ，ＩｎＳｂＯ4，ＺｎＭｇＯ，ＣｕＩｎＯ2，ＭｇＩｎ2Ｏ4，ＣｄＯおよびＺｎＳｎＯ3等を用いることも可能である。下部電極１４ａの厚みは層間絶縁層１２−３の厚みと同じであり、例えば１０〜３００ｎｍである。
【００３５】
上部電極１７には、コンタクトメタル層１９、層間絶縁層１２−４を貫通する導電性プラグ１２０ｂ３、配線１４ｂ、層間絶縁層１２−１，１２−２を貫通する導電性プラグ１２０ｂ２および導電性プラグ１２０ｂ１が電気的に接続されている。この伝送経路を通じて有機光電変換部１６で発生したホールが排出されるようになっている。配線１４ｂは例えば層間絶縁層１２−２上に設けられており、下部電極１４ａと層間絶縁層１２−３により分離されている。導電性プラグ１２０ｂ２，配線１４ｂおよび導電性プラグ１２０ｂ３は、上部電極１７と導電性プラグ１２０ｂ１（半導体基板１１）との間を電気的に接続すると共に、遮光部として機能することが好ましい。導電性プラグ１２０ｂ２，配線１４ｂおよび導電性プラグ１２０ｂ３は遮光機能を有する導電材料、例えば、チタン（Ｔｉ），窒化チタン（ＴｉＮ）およびタングステン（Ｗ）などの金属材料の積層膜により構成されている。導電性プラグ１２０ａ２にも、導電性プラグ１２０ｂ２と同様の材料を用いることができる。
【００３６】
上部電極１７は、下部電極１４ａと同様に光透過性の導電材料により構成されている。撮像素子１０では、この上部電極１７から取り出されるホールは排出されるため、複数の撮像素子１０を配置した際に（例えば後述の図２０  撮像装置１）上部電極１７を各撮像素子１０（図２０  画素Ｐ）に共通して設けるようにしてもよい。上部電極１７の厚みは例えば、１０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００３７】
保護膜１８は、層間絶縁層１２（層間絶縁層１２−４）上に設けられ、上部電極１７を覆っている。この保護膜１８には接続孔Ｈ１，Ｈ２が設けられ、接続孔Ｈ１を介して上部電極１７とコンタクトメタル層１９とが、接続孔Ｈ２を介してコンタクトメタル層１９と導電性プラグ１２０ｂ３とがそれぞれ電気的に接続されている。接続孔Ｈ１は上部電極１７に、接続孔Ｈ２は導電性プラグ１２０ｂ３にそれぞれ対向する位置に設けられている。保護膜１８は光透過性を有し、例えば窒化シリコン，酸化シリコンおよび酸窒化シリコン等の単層膜あるいはこれらの積層膜により構成されている。保護膜１８の厚みは、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００３８】
保護膜１８上の全面に平坦化層２１が設けられ、平坦化層２１はコンタクトメタル層１９を覆っている。平坦化層２１上にはオンチップレンズ２２が設けられている。オンチップレンズ２２は、その上方から入射した光を有機光電変換部１６，無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの受光面に集光させるものである。裏面照射型の撮像素子１０では、オンチップレンズ２２と無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの受光面との距離が近くなるので、オンチップレンズ２２のＦ値に依存して生じる各色の感度のばらつきを抑えることができる。
【００３９】
[撮像素子１０の製造方法]
このような撮像素子１０は、例えば以下のようにして製造することができる（図８Ａ〜図１２）。
【００４０】
まず、半導体基板１１を形成する。半導体基板１１は、まず、図８Ａに示したように、シリコン基体１１０１とシリコン層１１０との間にシリコン酸化膜１１０２を有する基板（所謂ＳＯＩ基板）を準備し、シリコン層１１０に導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１を形成する。シリコン層１１０のうち、シリコン酸化膜１１０２との接触面が半導体基板１１の面Ｓ１となる。導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１は、例えば、シリコン層１１０に貫通ビアを形成し、この貫通ビア内に窒化シリコン等の絶縁膜およびタングステンを埋め込んで形成する。あるいは、導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１として、シリコン層１１０へのイオン注入により導電型不純物半導体層を形成するようにしてもよい。次いで、シリコン層１１０内の深さの異なる領域に、互いに重畳するようにして、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを形成する。無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒと共にイオン注入により緑用蓄電層１１０Ｇを形成しておく。半導体基板１１の面Ｓ２近傍には、転送トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３等のトランジスタおよびロジック回路等の周辺回路を設ける。これにより半導体基板１１が形成される（図８Ｂ）。
【００４１】
続いて、図９に示したように、半導体基板１１の面Ｓ２上に多層配線層５１を形成する。多層配線層５１には層間絶縁膜５２を介して複数の配線５１ａを設ける。次いで、多層配線層５１に支持基板５３を貼り付けた後、シリコン層１１０からシリコン酸化膜１１０２およびシリコン基体１１０１を剥離してシリコン層１１０の面Ｓ１を露出させる（図１０）。その後、図１１に示したように、この半導体基板１１の面Ｓ１上に例えば原子層堆積（ＡＬＤ:Atomic Layer Deposition）法により
ハフニウム酸化膜、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により酸化シリコン膜をこの順に成膜して層間絶縁層１２−１，１２−２を形成する。
【００４２】
次いで、この層間絶縁層１２−１，１２−２のうち、導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１それぞれに対向する位置に接続孔を設けた後、層間絶縁層１２−２上に導電膜を成膜してこの接続孔に導電材料を埋め込む。これにより、導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２が形成される。層間絶縁層１２−２上の導電膜は所望の形状にパターニングし、導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２と共に配線１４ｂを形成しておく。
【００４３】
導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２および配線１４ｂを形成した後、層間絶縁層１２−２上に下部電極１４ａを形成する。下部電極１４ａは、例えばスパッタ法により厚み５０ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した後、これをフォトリソグラフィ技術によりパターニングしてドライエッチングまたはウェットエッチングを行うことにより形成する。配線１４ｂを形成する前に下部電極１４ａを設けるようにしてもよい。
【００４４】
下部電極１４ａおよび配線１４ｂを形成した後、下部電極１４ａ上、配線１４ｂ上および層間絶縁層１２−２上に、例えばプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を成膜して層間絶縁層１２−３，１２−４を形成する。層間絶縁層１２−３，１２−４は例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により平坦化しておく。次いで、層間絶縁層１２−４のうち、配線１４ｂに対向する位置に導電性プラグ１２０ｂ３を形成する。導電性プラグ１２０ｂ３は、例えば層間絶縁層１２−４に接続孔を設けた後、この接続孔内に窒化チタンおよびタングステンをこの順に成膜して形成する。層間絶縁層１２−４上に残存した窒化チタンおよびタングステンは、例えばＣＭＰにより除去する。
【００４５】
続いて、図１２に示したように、層間絶縁層１２−４に下部電極１４ａに達するようにして凹部１２Ｃを形成する。凹部１２Ｃは、例えばドライエッチングまたはアルゴン（Ａｒ）スパッタ法等により形成することができる。次いで、この凹部１２Ｃ内に例えば真空蒸着法によりキナクリドン誘導体を成膜して有機光電変換部１６を形成する。有機光電変換部１６は、例えばｎ型半導体層１６ＮＡ、共蒸着層１６ＰＮおよびｐ型半導体層１６ＰＡをこの順に設けて形成する。塗布法により有機光電変換部１６を形成するようにしてもよい。
【００４６】
有機光電変換部１６を形成した後、有機光電変換部１６上に例えば真空蒸着法によりＩＴＯを成膜して上部電極１７を形成する。有機光電変換部１６は水分，酸素および水素などの影響を受けて特性が変動する虞があるため、有機光電変換部１６から真空状態のまま連続して形成することが好ましい。スパッタ法等により上部電極１７を形成するようにしてもよい。上部電極１７を形成した後、上部電極１７上および層間絶縁層１２−４上に保護膜１８を形成する。保護膜１８は例えばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンまたは酸化シリコンを成膜した後、フォトリソグラフィ技術によるパターニング、ドライエッチングを行い、最後にアッシングおよび有機洗浄などの後処理により堆積物および残さ物を除去して形成する。
【００４７】
保護膜１８を形成した後、保護膜１８のうち上部電極１７に対向する位置に接続孔Ｈ１、導電性プラグ１２０ｂ３に対向する位置に接続孔Ｈ２を形成する。次いで、接続孔Ｈ１，Ｈ２に埋め込むようにして、保護膜１８上にコンタクトメタル層１９を形成する。次いで、コンタクトメタル層１９上および保護膜１８上に平坦化層２１を形成した後、平坦化層２１上にオンチップレンズ２２を形成する。以上の工程により図１に示した撮像素子１０が完成する。
【００４８】
[撮像素子１０の動作]
このような撮像素子１０では、例えば撮像装置の画素として、次のようにして信号電荷（電子）が取得される。撮像素子１０に、オンチップレンズ２２（図１）を介して光Ｌが入射すると（図１３）、光Ｌは有機光電変換部１６、無機光電変換部１１Ｂおよび無機光電変換部１１Ｒの順に通過し、その通過過程において緑、青、赤の色光毎に光電変換される。詳細には、図１４に示したように、撮像素子１０へ入射した光Ｌのうち、まず、緑色光Ｌｇが有機光電変換部１６で選択的に検出（吸収）され、光電変換される。有機光電変換部１６で発生した電子・ホール対のうちの電子Ｅｇが下部電極１４ａから取り出され、伝送経路Ａ（導電性プラグ１２０ａ１，１２０ａ２）を介して緑用蓄電層１１０Ｇへ蓄積される。蓄積された電子Ｅｇは、読み出し動作の際にＦＤ１１６へ転送される。一方、ホールＨｇは上部電極１７から伝送経路Ｂ（導電性プラグ１２０ｂ１，１２０ｂ２，１２０ｂ３および配線１４ｂ）を介して排出される。
【００４９】
撮像素子１０では、下部電極１４ａに所定の負電位ＶＬ（＜０Ｖ）が、上部電極１７に電位ＶＬよりも低い電位ＶＵ（＜ＶＬ）がそれぞれ印加される。従って、電荷蓄積状態（リセットトランジスタ（図示せず）および転送トランジスタＴｒ１のオフ状態）では、有機光電変換部１６で発生した電子・ホール対のうち、電子が相対的に高電位となっている下部電極１４ａに導かれる。この下部電極１４ａから電子Ｅｇが取り出され、伝送経路Ａを介して緑用蓄電層１１０Ｇ（詳細にはｎ型領域１１５ｎ）に蓄積される。電子Ｅｇが蓄積されると、緑用蓄電層１１０Ｇと導通した下部電極１４ａの電位ＶＬが変動する。この電位ＶＬの変化量が信号電位（ここでは、緑色信号の電位）に相当する。なお、電位ＶＬは例えば多層配線層５１の配線５１ａから伝送経路Ａを通じて下部電極１４ａに、電位ＶＵは例えば多層配線層５１の配線５１ａから伝送経路Ｂを通じて上部電極１７にそれぞれ与えられる。
【００５０】
読み出し動作の際には、転送トランジスタＴｒ１がオン状態となり、緑用蓄電層１１０Ｇに蓄積された電子ＥｇがＦＤ１１６に転送される。これにより、緑色光Ｌｇの受光量に基づく緑色信号が、例えば画素トランジスタ（図示せず）を通じて垂直信号線Ｌｓｉｇ（後述の図２０）に読み出される。その後、リセットトランジスタ（図示せず）および転送トランジスタＴｒ１がオン状態となり、ｎ型領域であるＦＤ１１６と緑用蓄電層１１０Ｇの蓄電領域（ｎ型領域１１５ｎ）とが例えば電源電圧ＶＤＤにリセットされる。
【００５１】
有機光電変換部１６を透過した光のうち、青色光は無機光電変換部１１Ｂ、赤色光は無機光電変換部１１Ｒに吸収され、光電変換される。無機光電変換部１１Ｂでは、入射した青色光に対応した電子Ｅｂがｎ型領域（ｎ型光電変換層１１１ｎ）に蓄積される。この蓄積された電子Ｅｂは、読み出し動作の際にＦＤ１１３へと転送される。このとき無機光電変換部１１Ｂで発生したホールはｐ型領域（図１４には図示せず）に蓄積される。無機光電変換部１１Ｒも同様である。無機光電変換部１１Ｒでは、入射した赤色光に対応した電子Ｅｒがｎ型領域（ｎ型光電変換層１１２ｎ）に蓄積される。この蓄積された電子Ｅｒは、読み出し動作の際にＦＤ１１４へと転送される。このとき無機光電変換部１１Ｒで発生したホールはｐ型領域（図１４には図示せず）に蓄積される。
【００５２】
電荷蓄積状態では、上述のように、下部電極１４ａに負の電位ＶＬが印加されるので、無機光電変換部１１Ｂのホール蓄積層であるｐ型領域（図２  ｐ型領域１１１ｐ）の正孔濃度が増加しやすい。これにより、ｐ型領域１１１と層間絶縁層１２−１との界面での暗電流の発生を抑えることができる。
【００５３】
無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの読み出し動作は、上記有機光電変換部１６と同様に行われる。転送トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がオン状態となり、ｎ型光電変換層１１１ｎ，１１２ｎに蓄積された電子Ｅｂ，ＥｒがＦＤ１１３，１１４に転送される。これにより、青色光Ｌｂの受光量に基づく青色信号と赤色光Ｌｒの受光量に基づく赤色信号とが例えば画素トランジスタ（図示せず）を通じて垂直信号線Ｌsig（後述の図２０）に読み出される。その後、リセットトランジスタ（図示せず）および転送トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がオン状態となり、ｎ型領域であるＦＤ１１３，１１４が例えば電源電圧ＶＤＤにリセットされる。
【００５４】
[撮像素子１０の作用・効果]
このように、縦方向に有機光電変換部１６および無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを積み重ねることにより、カラーフィルタを設けることなく、赤，緑，青の色光を分離して検出し、各色の信号電荷を得ることができる。従って、カラーフィルタの色光吸収に起因する光損失（感度低下）や、画素補間処理に伴う偽色の発生を抑制することが可能となる。
【００５５】
撮像素子１０では、層間絶縁層１２−４が凹部１２Ｃを有しており、この凹部１２Ｃを埋め込むように有機光電変換部１６が設けられている。これにより、有機光電変換部１６の光電変換効率を向上させることができる。以下、これについて説明する。
【００５６】
図１５は比較例に係る撮像素子（撮像素子１００）の要部の断面構成を表したものである。この撮像素子１００は、下部電極１４ａと上部電極１７との間に層間絶縁膜を有しておらず、凹部も設けられていない。即ち、下部電極１４ａと上部電極１７との間の有機光電変換部１６０は薄い膜状であり、有機光電変換部１６０の光路長を長くすることは困難である。このため、有機光電変換部１６０の感度は低く、光電変換効率も低くなる。
【００５７】
これに対し、撮像素子１０では下部電極１４ａと上部電極１７との間に層間絶縁層１２−４が設けられ、層間絶縁層１２−４は凹部１２Ｃを有している。有機光電変換部１６はこの凹部１２Ｃを埋め込むように、即ち凹部１２Ｃの深さに渡り形成されているので、撮像素子１００の有機光電変換部１６０に比べてその厚みは大きくなる。従って、単位面積当たりの有機半導体材料（ｐ型半導体１６Ｐ，ｎ型半導体１６Ｎ）が増え、有機光電変換部１６の光路長は延びる。特に、有機光電変換部１６がｐｉｎバルクヘテロ構造を有していると、ｐｎ接合面積が大きく向上する。よって、撮像素子１０では撮像素子１００に比べて光電変換効率が高くなる。
【００５８】
また、層間絶縁層１２−４の凹部１２Ｃにより無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒへの導波路構造を構成することも可能である。有機光電変換部１６の屈折率および下部電極１４ａの屈折率を、層間絶縁層１２−４の屈折率よりも高くすると、光は効率よく凹部１２Ｃ（有機光電変換部１６）の直下の無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに導かれる。凹部１２Ｃをテーパ形状にすることで、更に集光効率は向上する。このように、撮像素子１０では無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの光電変換効率も向上させることが可能である。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態では、層間絶縁層１２−４の凹部１２Ｃ内に有機光電変換部１６を設けるようにしたので、有機光電変換部１６の光路長を長くして光電変換効率を向上させることができる。
【００６０】
以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
【００６１】
＜変形例１＞
図１６は、上記実施の形態の変形例１に係る撮像素子（撮像素子１０Ａ）の断面構成を表したものである。この撮像素子１０Ａでは、下部電極１４ａと層間絶縁層１２−１との間に層間絶縁膜（層間絶縁層１２−２）が存在しない。この点を除き、撮像素子１０Ａは撮像素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００６２】
撮像素子１０Ａでは、下部電極１４ａが層間絶縁層１２−１に接しており、半導体基板１１と有機光電変換部１６との間の絶縁膜が最小限に抑えられている。これにより、有機光電変換部１６から無機光電変換部１１Ｂへと光が進行する際の反射を低減してより光電変換効率を高めることができる。
【００６３】
＜変形例２＞
図１７は上記実施の形態の変形例２に係る撮像素子（撮像素子１０Ｂ）の断面構成を表したものである。この撮像素子１０Ｂでは、光電変換部１６と共に下部電極（下部電極２４ａ）が凹部１２Ｃ内に設けられている。この点を除き、撮像素子１０Ｂは撮像素子１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００６４】
撮像素子１０Ｂでは、層間絶縁層１２−３を省略することが可能であり、層層絶縁層１２−２上に凹部１２Ｃを有する層間絶縁層１２−４が設けられている。下部電極２４ａはこの層間絶縁層１２−４の凹部１２Ｃの底面および側壁に沿って設けられている。緑用蓄電層１１０Ｇの配置は任意であり、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに対して、導電性プラグ１２０ｂ１と反対側に設けるようにしてもよく（図１７）、同じ側に設けるようにしてもよい（図１）。
【００６５】
撮像素子１０Ｂは例えば以下のようにして製造する。まず、撮像素子１０と同様にして層間絶縁層１２−１，１２−２まで成膜した後、層間絶縁層１２−４を形成する。次いで、これら層間絶縁層１２−１，１２−２，１２−４を貫通する接続孔を設け、これに例えばタングステンを埋め込む。これにより導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２が形成される。続いて、例えばフォトリソグラフィ技術により、層間絶縁層１２−４に凹部１２Ｃを形成する。具体的には、層間絶縁層１２−４上にレジストパターンを形成した後、これをマスクにして層間絶縁層１２−４のドライエッチングを行う。残存したレジストがアッシング等で除去しておく。このようにして凹部１２Ｃを設けた後、この凹部１２Ｃに対向する位置に下部電極２４ａ、有機光電変換部１６および上部電極１７それぞれの構成材料をこの順に成膜する。例えば下部電極２４ａおよび上部電極１７の構成材料はスパッタ法、有機光電変換部１６の構成材料は真空蒸着法により成膜する。この後、これらを例えばフォトリソグラフィ技術を用いて同時にパターニングにし、下部電極２４ａ、有機光電変換部１６および上部電極１７を形成する。下部電極２４ａは導電性プラグ１２０ａ２に電気的に接続しておく。パターニングは、例えば上部電極１７上にレジストパターンを形成した後、これをマスクにしてドライエッチングを行い、アッシングでレジストを除去することにより行う。上部電極１７を設けた後、例えばタングステンを用いてコンタクトメタル層１９を形成し、コンタクトメタル層１９と上部電極１７とを電気的に接続する。コンタクトメタル層１９は導電性プラグ１２０ｂ２に電気的に接続しておく。続いて、半導体基板１１の全面に保護膜１８を形成する。以降の工程は撮像素子１０と同様である。
【００６６】
このようにして撮像素子１０Ｂでは、下部電極２４ａ、有機光電変換部１６および上部電極１７を一度のフォトリソグラフィ工程でパターニングすることができるので、工程数を少なくして、簡便な方法で製造することが可能となる。
【００６７】
＜変形例３＞
図１８に示したように、下部電極１４ａから信号電荷としてホールを取り出して緑色蓄電層（緑用蓄電層１１０Ｇ１）に蓄積するようにしてもよい（変形例３）。
【００６８】
このような撮像素子１０では、半導体基板１１の面Ｓ１上の各部の構成は上記実施の形態と同じであるが、半導体基板１１内の緑用蓄電層１１０Ｇ１およびフローティングディフュージョン（ＦＤ１１６ａ）の構成が異なる。緑用蓄電層１１０Ｇ１ではホール蓄積層のｐ型領域１１５ｐが導電性プラグ１２０ａ１に接続され、ｐ型領域１１５ｐと半導体基板１１の面Ｓ２との間に電子蓄積層のｎ型領域１１５ｎが設けられている。ＦＤ１１６ａはｐ型領域として形成される。
【００６９】
緑用蓄電層１１０Ｇ１には、以下のようにしてホールが蓄積される。下部電極１４ａに、上部電極１７よりも低い電位ＶＬが印加されると、有機光電変換部１６で生じた電子・ホール対のうち、ホールが下部電極１４ａに導かれる。このホールは導電性プラグ１２０ａ１，１２０ａ２を通じて緑用蓄電層１１０Ｇのｐ型領域１１５ｐに蓄積される。読み出し動作の際には、この蓄積されたホールがＦＤ１１６ａに転送される。
【００７０】
＜変形例４＞
図１９に示したように、上部電極１７から信号電荷を取り出すようにしてもよい（変形例４）。
【００７１】
このような撮像素子１０では、半導体基板１１内の緑色蓄電層（緑用蓄電層１１０Ｇ２）が導電性プラグ１２０ｂ１に接続され、更に、導電性プラグ１２０ｂ２、配線１４ｂおよび導電性プラグ１２０ｂ３を介して上部電極１７に電気的に接続されている。緑用蓄電層１１０Ｇ２およびフローティングディフュージョンの構成を上記実施の形態と同様に構成することにより、上部電極１７から信号電荷として電子を取り出して緑用蓄電層１１０Ｇ２に蓄積することが可能となる。このとき、上部電極１７への印加電位は下部電極１４ａへの印加電位よりも高く設定する。ホールは下部電極１４ａから導電性プラグ１２０ａ１，１２０ａ２を介して排出される。
【００７２】
一方、緑用蓄電層１１０Ｇ２およびフローティングディフュージョンの構成を上記変形例３と同様に構成することにより、上部電極１７から信号電荷としてホールを取り出して緑用蓄電層１１０Ｇ２に蓄積することが可能となる。このとき、上部電極１７への印加電位は下部電極１４ａへの印加電位よりも低く設定する。電子は下部電極１４ａから導電性プラグ１２０ａ１，１２０ａ２を介して排出される。
【００７３】
＜適用例＞
図２０は上記実施の形態および変形例で説明した撮像素子（撮像素子１０，１０Ａ，１０Ｂ）を各画素に用いた固体撮像装置（撮像装置１）の全体構成を表している。この撮像装置１はＣＭＯＳイメージセンサであり、半導体基板１１上の中央部に撮像エリアとしての画素部１ａを有している。画素部１ａの周辺領域には、例えば行走査部１３１、システム制御部１３２、水平選択部１３３および列走査部１３４を含む周辺回路部１３０が設けられている。
【００７４】
画素部１ａは、例えば行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐ（撮像素子１０，１０Ａ，１０Ｂに相当）を有している。この単位画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（具体的には行選択線およびリセット制御線）が、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものであり、その一端は行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
【００７５】
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１ａの各画素Ｐを例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通じて水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、例えば垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等により構成されている。
【００７６】
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通じて伝送される各画素Ｐの信号が順番に水平信号線１３５に出力され、当該水平信号線１３５を通じて半導体基板１１の外部へ伝送される。
【００７７】
行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４および水平信号線１３５からなる回路部分は、半導体基板１１上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。ケーブル等により接続された他の基板にこの回路部分を設けることも可能である。
【００７８】
システム制御部１３２は、半導体基板１１の外部から与えられるクロックや動作モードを指令するデータなどを受け取ると共に、撮像装置１の内部情報を出力するものである。システム制御部１３２は、これに加え、例えば各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの周辺回路の駆動制御を行う。
【００７９】
このような撮像装置１は、撮像機能を有するあらゆるタイプの電子機器に搭載でき、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話などに適用できる。図２１には、その一例として、カメラ（電子機器２）の概略構成を示す。電子機器２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、撮像装置１、光学系（光学レンズ）３１０、シャッタ装置３１１、信号処理部３１２および駆動部３１３を有している。
【００８０】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像装置１の画素部１ａへと導くものである。光学系３１０は複数の光学レンズを含んでいてもよい。シャッタ装置３１１は撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御し、駆動部３１３は、このシャッタ装置３１１のシャッタ動作および撮像装置１の転送動作を制御する。信号処理部３１２は、撮像装置１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、例えばメモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいはモニタ等に出力されるようになっている。
【００８１】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、撮像素子１０，１０Ａ，１０Ｂとして、緑色光を検出する有機光電変換部１６と、赤色光および青色光を検出する無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとを積層させて場合について説明したが、本技術はこの構成に限定されるものではない。例えば、有機光電変換部で赤色光または青色光を検出するようにしてもよく、無機光電変換部で緑色光を検出するようにしてもよい。有機光電変換部、無機光電変換部の数やその比率も上記で説明した例に限定されるものではなく、例えば２以上の有機光電変換部を設けてもよく、有機光電変換部だけで複数色の色信号が得られるようにしてもよい。光電変換部（有機光電変換部、無機光電変換部）を縦方向に積層させるだけでなく、半導体基板面に沿って並列に配置するようにしてもよい。
【００８２】
また、上記実施の形態等においては、裏面照射型の撮像素子１０，１０Ａ，１０Ｂの構成を例示したが、表面照射型に適用させることも可能である。
【００８３】
更に、上記実施の形態等で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また、他の構成要素を備えていてもよい。
【００８４】
なお、本技術は以下の様な構成をとることも可能である。
（１）凹部を有する第１絶縁層と、前記凹部を埋め込む第１光電変換部とを備えた固体撮像素子。
（２）前記凹部の深さ方向に対向する一対の電極の間に前記第１光電変換部を有する前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記第１光電変換部は有機光電変換材料を含む前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記凹部は有機光電変換材料により満たされている前記（３）に記載の固体撮像素子。
（５）前記有機光電変換材料は第１導電型半導体および第２導電型半導体を含む前記（３）または（４）に記載の固体撮像素子。
（６）前記第１光電変換部は、第１導電型半導体の第１導電型半導体層と第２導電型半導体の第２導電型半導体層と、第１導電型半導体および第２導電型半導体を含む混合層とを有し、前記一対の電極の一方は前記第１導電型半導体層、他方は前記第２導電型半導体層にそれぞれ接している前記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）前記凹部はテーパ状である前記（１）乃至（６）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（８）前記第１絶縁層および第１光電変換部は半導体基板上に設けられている前記（２）乃至（７）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（９）前記半導体基板の内部に第２光電変換部を有する前記（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）前記第１光電変換部の屈折率は前記第１絶縁層の屈折率よりも大きく、平面視で前記第１光電変換部および第２光電変換部が重なるように配置されている前記（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）前記一対の電極のうち、前記半導体基板と前記第１光電変換部との間の一方の電極の屈折率も前記第１絶縁層の屈折率より高い前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）前記一方の電極を前記凹部内に有する前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１３）前記半導体基板と前記第１絶縁層との間にハフニウム酸化膜を含む第２絶縁層を有する前記（８）乃至（１２）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１４）前記第１光電変換部は特定の波長域の光を吸収する前記（１）乃至（１３）のうちいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１５）前記第１光電変換部は前記特定の波長域以外の光に対して７０％以上の透過率を有する前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）固体撮像素子を有し、前記固体撮像素子は、凹部を有する第１絶縁層と、前記凹部を埋め込む第１光電変換部とを備えた固体撮像装置。
【符号の説明】
【００８５】
１…撮像装置、１０…撮像素子、１１…半導体基板、１１Ｇ，１１Ｒ…無機光電変換部、１２，１２−１，１２−２，１２−３，１２−４，５２…層間絶縁層１２Ｃ…凹部、１４ａ…下部電極、１４ｂ，５１ａ…配線、１６…有機光電変換部、１７…上部電極、１８…保護膜、１９…コンタクトメタル層、２１…平坦化層、２２…オンチップレンズ、５１…多層配線層、５３…支持基板、１１０…シリコン層、１１０Ｇ，１１０Ｇ１，１１０Ｇ２…緑用蓄電層、１２０ａ１，１２０ａ２，１２０ｂ１，１２０ｂ２，１２０ｂ３…導電性プラグ、Ｈ１，Ｈ２…接続孔。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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