(57)【要約】  特性向上を可能にする、固体撮像素子、固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法を提供する。半導体基板（５００）と、前記半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部（ＰＤ２００）と、前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部（ＰＤ１００）と、を有する積層構造を備え、前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極（１０２，２０２）と、光電変換膜（１０４，２０４）と、読み出し電極（１０８，２０８）とが積層された光電変換積層構造を有する、固体撮像素子（１０）を提供する。
2019240121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、
を有する積層構造を備え、
前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、
固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１の光電変換部の前記光電変換積層構造は、前記第２の光電変換部の前記光電変換積層構造を、前記垂直面を軸として反転させた構造を有する、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記光電変換積層構造は、
前記光電変換膜と前記読み出し電極とに挟まれた半導体層をさらに有する、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記光電変換積層構造は、
絶縁膜を介して、前記光電変換膜の、前記共通電極とは反対側に位置する第１の面と対向する、蓄積電極をさらに有する、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記光電変換積層構造は、
前記絶縁膜を介して、前記第１の面と対向する、電荷の転送を制御する転送電極をさらに有する、
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記光電変換積層構造は、
前記絶縁膜を介して、前記第１の面と対向する、シールド電極をさらに有する、
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記第１の光電変換部の前記光電変換積層構造は、
第１の読み出し電極と、
前記第１の読み出し電極の上方に設けられた第１の光電変換膜と、
前記第１の光電変換膜の上方に設けられた第１の共通電極と、
を有し、
前記第２の光電変換部の前記光電変換積層構造は、
第２の共通電極と、
前記第２の共通電極の上方に設けられた第２の光電変換膜と、
前記第２の光電変換膜の上方に設けられた第２の読み出し電極と、
を有する、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記第１の共通電極及び前記第２の共通電極は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とに共通する一体の電極である、請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記積層構造は、
前記第１の光電変換部の下方に設けられた、光を電荷に変換する第３の光電変換部をさらに有する、
請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記積層構造は、
前記第２の光電変換部の上方に設けられ、前記第２の光電変換部と電気的に接続された複数の画素トランジスタを含む第１の制御部をさらに有する、
請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記第１の制御部は、他の半導体層を含み、
前記他の半導体層は、入射面の上方から見た場合、前記第２の光電変換部の一部を露出する開口部を有する、
請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記積層構造は、
前記第２の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第３の光電変換部と、
前記第２の光電変換部と前記第３の光電変換部とに挟まれるように設けられ、前記第２及び第３の光電変換部と電気的に接続された複数の画素トランジスタを含む第２の制御部と、をさらに有する、
請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記第３の光電変換部は、
第３の読み出し電極と、
前記第３の読み出し電極の上方に設けられた第３の光電変換膜と、
前記第３の光電変換膜の上方に設けられた第３の共通電極と、
を有する、
請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記第１、第２及び第３の光電変換膜は、有機系光電変換膜からなる、請求項１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記第２の共通電極は、前記第２の光電変換膜と比べて、前記垂直面の延伸する方向の沿って長く延び、
積層する前記第２の光電変換膜と前記第２の共通電極とは、端部において階段形状をなす、
請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記半導体基板は、光を電荷に変換する第４の光電変換部を含む、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
複数の固体撮像素子を備える固体撮像装置であって、
前記各固体撮像素子は、
半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、
を有する積層構造を有し、
前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、
固体撮像装置。
【請求項１８】
複数の固体撮像素子を有する固体撮像装置を含む電子機器であって、
前記各固体撮像素子は、
半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、
を有する積層構造を有し、
前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、
電子機器。
【請求項１９】
第１の基板の上方に、第１の読み出し電極と、第１の光電変換膜と、第１の共通電極とを順次積層し、
第２の基板の上方に、第２の読み出し電極と、第２の光電変換膜と、第２の共通電極とを順次積層し、
前記第１及び第２の共通電極が互いに向かい合うように、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼りあわせる、
ことを含む、固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
光を電荷に変換する第１及び第２の光電変換部が積層された第３の基板と、複数の画素トランジスタが形成された第４の基板とを貼りあわせ、
所定の領域に位置する前記複数の画素トランジスタを除去する、
ことを含む、固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第３の基板の平面上に、第１の間隔で、複数の前記第２の光電変換部を形成し、
前記第４の基板の平面上に、前記第１の間隔に比べて短い第２の間隔で、前記複数の画素トランジスタを形成する、
ことをさらに含む、請求項２０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子、固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子においては、単位画素において、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ検知する光電変換素子を縦方向に３層積層し、１つの単位画素で３色の光を検出することができる積層構造が提案されている（例えば、下記特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１５７８１６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０２７５８８号
【特許文献３】特開２０１３−５５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３のように複数の光電変換素子を積層した場合、積層方向において、上方に位置する光電変換素子と下方に位置する光電変換素子との距離が長くなってしまうことを避けることが難しい。このような積層構造では、上記距離が長いことに起因して、積層された全ての光電変換素子に対して好適に集光することが難しくなり、固体撮像素子の特性向上を妨げる要因と１つとなる。従って、固体撮像素子の特性向上のために、単位画素における積層構造のさらなる検討が求められていた。【０００５】
加えて、従来の提案においては、各光電変換素子からの電荷を画素信号として出力するための画素トランジスタの好適な配置については、具体的に検討されているとは言い難い状況であった。従って、固体撮像素子の特性向上のために、画素トランジスタの配置の観点からの積層構造のさらなる検討も求められていた。【０００６】
そこで、このような状況を鑑みて、本開示では、特性向上を可能にする、新規且つ改良された固体撮像素子、固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示によれば、半導体基板と、前記半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、を有する積層構造を備え、前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、固体撮像素子が提供される。【０００８】
また、本開示によれば、複数の固体撮像素子を備える固体撮像装置であって、前記各固体撮像素子は、半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、を有する積層構造を有し、前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、固体撮像装置が提供される。【０００９】
また、本開示によれば、複数の固体撮像素子を有する固体撮像装置を含む電子機器であって、前記各固体撮像素子は、半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、を有する積層構造を有し、前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、電子機器が提供される。【００１０】
また、本開示によれば、第１の基板の上方に、第１の読み出し電極と、第１の光電変換膜と、第１の共通電極とを順次積層し、第２の基板の上方に、第２の読み出し電極と、第２の光電変換膜と、第２の共通電極とを順次積層し、前記第１及び第２の共通電極が互いに向かい合うように、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼りあわせる、ことを含む、固体撮像素子の製造方法が提供される。【００１１】
さらに、本開示によれば、光を電荷に変換する第１及び第２の光電変換部が積層された第３の基板と、複数の画素トランジスタが形成された第４の基板とを貼りあわせ、所定の領域に位置する前記複数の画素トランジスタを除去する、ことを含む、固体撮像素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本開示によれば、特性向上を可能にする、固体撮像素子、固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法を提供することができる。【００１３】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１０の断面図である。
【図２】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置１の模式的平面図である。
【図３】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１０の等価回路図である。
【図４】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１０のレイアウト図である。
【図５】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像素子１０ａの断面図である。
【図６】本開示の第３の実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの断面図である。
【図７】本開示の第４の実施形態に係る固体撮像素子１０、１０ｂの積層構造の模式図である。
【図８Ａ】本開示の第４の実施形態に係る固体撮像素子１２、１２ｂの積層構造の模式図である。
【図８Ｂ】本開示の第４の実施形態に係る固体撮像素子１２ｃ、１２ｄの積層構造の模式図である。
【図９】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その１）である。
【図１０】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その２）である。
【図１１】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その３）である。
【図１２】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その４）である。
【図１３】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その５）である。
【図１４】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その６）である。
【図１５】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その７）である。
【図１６】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その８）である。
【図１７】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その９）である。
【図１８】本開示の第５の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その１０）である。
【図１９】本開示の第６の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その１）である。
【図２０】本開示の第６の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図（その２）である。
【図２１】本開示の第７の実施形態に係る配線４３０を説明するための説明図（その１）である。
【図２２】本開示の第７の実施形態に係る配線４３０を説明するための説明図（その２）である。
【図２３】本開示の第７の実施形態に係る配線４３０を説明するための説明図（その３）である。
【図２４】本開示の第８の実施形態に係る固体撮像素子１０ｃの断面図である。
【図２５】本開示の第８の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの断面図である。
【図２６】本開示の第８の実施形態に係る固体撮像素子１０ｃのレイアウト図である。
【図２７】本開示の第８の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄのレイアウト図である。
【図２８】本開示の第９の実施形態に係る固体撮像素子１０ｃの製造方法を説明するための説明図（その１）である。
【図２９】本開示の第９の実施形態に係る固体撮像素子１０ｃの製造方法を説明するための説明図（その２）である。
【図３０】本開示の第９の実施形態に係る固体撮像素子１０ｃの製造方法を説明するための説明図（その３）である。
【図３１】本開示の第１０の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法のコンセプトを説明するための説明図（その１）である。
【図３２】本開示の第１０の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法のコンセプトを説明するための説明図（その２）である。
【図３３】本開示の第１０の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法を説明するための説明図（その１）である。
【図３４】本開示の第１０の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法を説明するための説明図（その２）である。
【図３５】本開示の第１０の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法を説明するための説明図（その３）である。
【図３６】本開示の第１０の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法を説明するための説明図（その４）である。
【図３７】本開示の第１０の実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法を説明するための説明図（その５）である。
【図３８】本開示の第１１の実施形態に係る電子機器９００の一例を説明するための説明図である。
【図３９】比較例に係る固体撮像素子９０の断面図である。
【図４０】比較例に係る固体撮像素子９０ａの断面図である。
【図４１】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図４２】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【図４３】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図４４】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
また、本明細書及び図面において、実質的に同一又は類似の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一又は類似の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
【００１７】
また、以下の説明で参照される図面は、本開示の一実施形態の説明とその理解を促すための図面であり、わかりやすくするために、図中に示される形状や寸法、比などは実際と異なる場合がある。さらに、図中に示される固体撮像素子は、以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。また、固体撮像素子の断面図を用いた説明においては、固体撮像素子の積層構造の上下方向は、固体撮像素子に対して光が入射する入射面を上とした場合の相対方向に対応し、実際の重力加速度に従った上下方向とは異なる場合がある。
【００１８】
さらに、以下の回路構成の説明においては、特段の断りがない限りは、「接続」とは、複数の要素の間を電気的に接続することを意味する。加えて、以下の説明における「接続」には、複数の要素を直接的に、且つ、電気的に接続する場合だけでなく、他の要素を介して間接的に、且つ、電気的に接続する場合も含むものとする。
【００１９】
また、以下の説明においては、「ゲート」とは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極を表す。「ドレイン」とは、ＦＥＴのドレイン電極またはドレイン領域を表し、「ソース」とは、ＦＥＴのソース電極またはソース領域を表す。
【００２０】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．  本発明者らが本開示に係る実施形態を創作するに至った背景
２．  第１の実施形態
２．１  固体撮像素子１０の積層構造について
２．２  固体撮像装置１の概略構成について
２．３  固体撮像素子１０の等価回路について
２．４  固体撮像素子１０のレイアウト構成について
３．  第２の実施形態
４．  第３の実施形態
５．  第４の実施形態
６．  第５の実施形態
７．  第６の実施形態
８．  第７の実施形態
９．  第８の実施形態
９．１  固体撮像素子１０ｃ、１０ｄの積層構造について
９．２  固体撮像素子１０ｃ、１０ｄのレイアウト構成について
１０．  第９の実施形態
１１．  第１０の実施形態
１２．  第１１の実施形態
１３．  まとめ
１４．  移動体への応用例
１５．  内視鏡手術システムへの応用例
１６．  補足
【００２１】
＜＜１．  本発明者らが本開示に係る実施形態を創作するに至った背景＞＞
まずは、本開示に係る各実施形態の詳細を説明する前に、本発明者らが本開示に係る実施形態を創作するに至った背景について、図３９及び図４０を参照して説明する。なお、図３９は比較例に係る固体撮像素子９０の断面図であり、図４０は比較例に係る固体撮像素子９０ａの断面図である。ここで、比較例とは、本発明者らが本開示の実施形態をなす前に、検討を重ねていた固体撮像素子のことを意味するものとする。
【００２２】
先にも説明したように、固体撮像素子においては、単位画素において、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ検知する光電変換素子を縦方向に３層積層し、１つの単位画素で３色の光を検出することができる積層構造が提案されている。
【００２３】
例えば、比較例に係る固体撮像素子９０においては、図３９に示すように、半導体基板５００内に２つの光電変換素子（ＰＤ）２００、３００が設けられており、当該半導体基板５００上に光電変換膜１０４を持つＰＤ１００が積層されている。詳細には、ＰＤ１００は、光が入射してくる光入射側に設けられた共通電極１０２と、当該光入射側とは反対側に設けられた読み出し電極１０８と、共通電極１０２及び読み出し電極１０８に挟まれた上記光電変換膜１０４及び半導体層１０６と、からなる光電変換積層構造を持つ。さらに、ＰＤ１００は、光電変換膜１０４の、共通電極１０２とは反対側に位置する面と対向するように、絶縁膜３４２及び半導体層１０６を介して光電変換膜１０４と接する蓄積電極１１０をさらに有する。このような比較例に係る固体撮像素子９０は、ＰＤ１００、２００、３００が積層されていることから、固体撮像素子９０に入射する光の利用効率が高くなり、Ｓ／Ｎ（信号／ノイズ比）特性が向上する。しかしながら、半導体基板５００内に積層されたＰＤ２００、３００において、原理上混色が生じることを避けることが難しい。
【００２４】
そこで、混色を避けるべく、他の積層構造が提案されている。例えば、比較例に係る固体撮像素子９０ａにおいては、図４０に示すように、半導体基板５００内に１つのＰＤ３００が設けられている。さらに、比較例に係る固体撮像素子９０ａにおいては、上記半導体基板５００上に、図３９に示される比較例に係る固体撮像素子９０のＰＤ１００と同様の構成を持つＰＤ１００、２００が積層されている。このような比較例に係る固体撮像素子９０ａにおいては、ＰＤ１００、２００の光電変換膜１０４、２０４を、特定の波長の光のみを吸収して光電変換するような材料によって形成することで、ＰＤ１００、２００間の混色を避けることが期待される。
【００２５】
しかしながら、上述のように複数のＰＤ１００、２００、３００を積層した場合、積層方向において、上方に位置するＰＤ１００と下方に位置するＰＤ３００との距離が長くなってしまうことを避けることが難しい。このような積層構造では、上記距離が長いことから、積層されたＰＤ１００、２００、３００のそれぞれに好適に集光することが難しく、固体撮像素子の特性向上を妨げる要因と１つとなる。そこで、本発明者らは、固体撮像素子の特性向上のために、積層されたＰＤ１００、３００間の積層方向における距離をより短くすることができるような、固体撮像素子の好適な積層構造及びそれを実現することができるプロセスについて鋭意検討を行っていた。
【００２６】
また、先に説明したように、従来の提案においては、上述のような複数のＰＤ１００、２００、３００を積層した積層構造において、光入射側に位置するＰＤ１００からの電荷を画素信号として出力するための画素トランジスタや配線の好適な配置については、具体的に検討されていなかった。従って、本発明者らは、固体撮像素子のさらなる特性向上のために、画素トランジスタ等の配置の観点からも、固体撮像素子の好適な積層構造及びそれを実現することができるプロセスについての検討を鋭意進めていた。
【００２７】
そして、上述のような本発明者らの独自の検討を通じて、本発明者らは、特性向上を可能にする、固体撮像素子、固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法に係る本開示の実施形態を創作するに至った。以下に、本開示に係る実施形態の詳細について順次説明する。
【００２８】
＜＜２．  第１の実施形態＞＞
＜２．１  固体撮像素子１０の積層構造について＞
まずは、図１を参照して、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子１０の積層構造について説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像素子１０の断面図であり、詳細には、図１においては、固体撮像素子１０に対して光が入射する入射面が上となるように固体撮像素子１０が図示されている。以下の説明においては、固体撮像素子１０の下側に位置する半導体基板５００から、半導体基板５００の上方に位置する光電変換素子（ＰＤ）２００（第１の光電変換部）、ＰＤ１００（第２の光電変換部）に向かう順に従って、固体撮像素子１０における積層構造を説明する。
【００２９】
詳細には、図１に示すように、固体撮像素子１０においては、例えばシリコンからなる半導体基板５００の第１の導電型（例えばＰ型）を持つ半導体領域に、第２の導電型（例えばＮ型）を持つ半導体領域５１２が設けられている。このような半導体領域５１２によるＰＮ接合によって、光電変換素子（ＰＤ）３００（第４の光電変換部）が半導体基板５００内に形成される。なお、本実施形態においては、ＰＤ３００は、例えば、赤色光（例えば、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を持つ光）を吸収して電荷を発生する光電変換素子である。
【００３０】
また、半導体基板５００の、半導体領域５１２に対して反対側（言い換えると、受光面の反対側）には（図１の下側）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）等によって形成される配線５３０を含む配線層が設けられている。当該配線層には、上述のＰＤ３００で発生した電荷の読み出しを行う複数の画素トランジスタのゲート電極として、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ等によって形成される複数の電極５３２が設けられている。具体的には、当該電極５３２は、絶縁膜５４０を介して、半導体基板５００内の第１の導電型（例えばＰ型）を持つ半導体領域と対向するように設けられている。さらに、半導体基板５００内には、第１の導電型を持つ上記半導体領域を挟み込むようにして第２の導電型（例えばＮ型）を持つ半導体領域５１４が設けられており、当該半導体領域５１４は、上記画素トランジスタのソース／ドレイン領域として機能する。
【００３１】
また、図１に示されるように、半導体基板５００には、後述する光電変換膜１０４、２０４で生成された電荷を配線５３０に取り出すための貫通電極５２０が半導体基板５００を貫通するように設けられている。なお、図１においては、光電変換膜２０４で生成された電荷を取り出すための貫通電極５２０が図示されている。一方、光電変換膜１０４で生成された電荷を取り出すための貫通電極（図示省略）は、例えば、複数の固体撮像素子１０が配置された画素アレイ部２（図２参照）の周囲に、上記貫通電極５２０と同様に設けることができる。
【００３２】
また、当該貫通電極５２０の外周には、貫通電極５２０と半導体基板５００との短絡を防ぐために、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）等からなる絶縁膜３４４が設けられている。当該絶縁膜３４４は、半導体基板５００との間の界面準位を低減させ、半導体基板５００と絶縁膜３４４との間の界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位が低いことが好ましい。
【００３３】
さらに、上記貫通電極５２０は、上述の配線層に設けられた配線５３０により、半導体基板５００に設けられた第２の導電型（例えばＮ型）を持つ半導体領域に設けられたフローティングディフュージョン部５１４ａや電極５３２と接続されてもよい。当該フローティングディフュージョン部５１４ａは、光電変換膜１０４、２０４で生成された電荷を、一時的に蓄積する領域である。また、半導体基板５００には、上記フローティングディフュージョン部５１４ａや各画素トランジスタのソース／ドレイン領域５１４と隣り合うように分離絶縁膜（図示省略）が設けられていてもよい。
【００３４】
加えて、半導体基板５００の光入射側の面には、第１の導電型（例えばＰ型）を持つ半導体領域５０２が設けられてもよく、さらに半導体領域５０２上には、アルミニウム酸化（ＡｌｘＯｙ）膜からなる反射防止膜４０２が設けられてもよい。なお、反射防止膜４０２は、例えば、光電変換膜２０４で発生する電荷と同じ極性を持つ固定電荷を持つ膜であってもよい。
【００３５】
そして、図１に示すように、半導体基板５００上には、例えば、ＳｉＯｘ膜等からなる、光を透過することができる絶縁膜３４４が設けられている。絶縁膜３４４は、光を透過させることができることから、絶縁膜３４４の下方に設けられたＰＤ３００は、光を受光し、光電変換を行うこと、すなわち、光を検出することができる。
【００３６】
さらに、絶縁膜３４４内には、貫通電極５２０と電気的に接続し、遮光膜として機能する配線５２２が設けられる。配線５２２は、例えば、Ｗと、バリアメタルとなるチタン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜の積層膜とを用いることができる。しかしながら、本実施形態においては、配線５２２を形成する材料については、特に限定されるものではない。
【００３７】
そして、絶縁膜３４４の上方には、光電変換膜（第１の光電変換膜）２０４が、隣り合う固体撮像素子１０間で共有する共通電極（第１の共通電極）２０２と、光電変換膜２０４で発生した電荷を読み出す読み出し電極（第１の読み出し電極）２０８とに挟まれるように設けられる。当該光電変換膜２０４と、当該共通電極２０２と、当該読み出し電極２０８とは、ＰＤ２００（第１の光電変換部）の光電変換積層構造の一部を構成する。本実施形態においては、当該ＰＤ２００は、例えば、青色光（例えば、４００ｎｍから５００ｎｍの波長を持つ光）を吸収して電荷を発生（光電変換）する光電変換素子である。なお、共通電極２０２及び読み出し電極２０８は、透明導電膜から形成することが好ましい。また、光電変換膜２０４を形成する材料については、後述する。
【００３８】
さらに、図１に示すように、ＰＤ２００は、光電変換膜２０４で発生した電荷を光電変換膜２０４において一時的に蓄積するために、光電変換膜２０４を介して共通電極２０２と対向する蓄積電極２１０を有する。詳細には、蓄積電極２１０は、絶縁膜３４４を介して、もしくは、絶縁膜３４４及び半導体層２０６を介して、光電変換膜２０４と接している。言い換えると、蓄積電極２１０は、光電変換膜２０４の、共通電極２０２とは反対側に位置する面（第１の面）と対向するように設けられている。さらに、半導体層２０６は、光電変換膜２０４と読み出し電極２０８とに挟まれるように設けられている。なお、本実施形態においては、半導体層２０６は、電荷の蓄積をより効率的に行うために設けられ、光を透過することができる酸化物半導体材料から形成されることが好ましい。
【００３９】
また、共通電極２０２、読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０は、図示しない配線等に電気的に接続されており、これら配線等を用いて、共通電極２０２、読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０に所望の電位が印加される。詳細には、上記読み出し電極２０８は、半導体層２０６を介して、光電変換膜２０４に接している。加えて、読み出し電極２０８は、貫通電極５２０を介して、上述した、半導体基板５００に設けられたフローティングディフュージョン部５１４ａと接続されている。従って、本実施形態においては、読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０に印加される電位を制御することにより、光電変換膜２０４で発生した電荷を当該光電変換膜２０４又は光電変換膜２０４の界面に蓄積したり、当該電荷をフローティングディフュージョン部５１４ａに取り出したりすることができる。言い換えると、蓄積電極２１０は、印加される電位に応じて、光電変換膜２０４で発生した電荷を引き寄せて、当該電荷を光電変換膜２０４に蓄積するための電荷蓄積用電極として機能することができる。なお、本実施形態においては、固体撮像素子１０に入射した光を効果的に利用するために、入射面の上方から固体撮像素子１０を見た場合、蓄積電極２１０は、読み出し電極２０８よりも面積が広くなるように設けられることが好ましい。
【００４０】
また、上記蓄積電極２１０は、上述した共通電極２０２及び読み出し電極２０８と同様に、透明導電膜で形成されることが好ましい。このように、本実施形態においては、共通電極２０２、読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０を、透明導電膜で形成することにより、固体撮像素子１０に入射する光をＰＤ３００でも検出することが可能となる。
【００４１】
さらに、絶縁膜３４４は、読み出し電極２０８と蓄積電極２１０との間、及び、半導体層２０６と蓄積電極２１０との間に、これらを電気的に絶縁するために設けられている。
【００４２】
さらに、共通電極２０２の上方には、絶縁膜３４６を介して、ＰＤ１００（第２の光電変換部）が設けられている。当該ＰＤ１００は、例えば、緑色光（例えば５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長を持つ光）を吸収して電荷を発生（光電変換）する光電変換素子である。詳細には、絶縁膜３４６の上は、ＰＤ１００として、共通電極（第２の共通電極）１０２と、光電変換膜（第２の光電変換膜）１０４と、半導体層１０６と、絶縁膜３４２と、読み出し電極（第２の読み出し電極）１０８と、蓄積電極１１０とが順次積層されている。
【００４３】
図１に示すように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、固体撮像素子１０の積層構造において、共通電極１０２、２０２、光電変換膜１０４、２０４、半導体層１０６、２０６、及び読み出し電極１０８、２０８をそれぞれ有する。しかしながら、ＰＤ１００及びＰＤ２００のそれぞれが有する光電変換積層構造においては、上述の各層が積層する順序が異なっている。詳細には、ＰＤ１００の光電変換積層構造においては、下方から、共通電極１０２、光電変換膜１０４、半導体層１０６、読み出し電極１０８が順次積層されている。一方、ＰＤ２００の光電変換積層構造においては、下方から、読み出し電極２０８、半導体層２０６、光電変換膜２０４、共通電極２０２が順次積層されている。すなわち、本実施形態においては、ＰＤ１００及びＰＤ２００が、互いに、固体撮像素子１０の積層構造の積層方向に垂直な垂直面（例えば、絶縁膜３４６の面）を対称軸とした線対称の関係となるように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、共通電極１０２、２０２、光電変換膜１０４、２０４、半導体層１０６、２０６、及び読み出し電極１０８、２０８が積層された光電変換積層構造をそれぞれ有する。言い換えると、ＰＤ２００の光電変換積層構造は、ＰＤ１００の光電変換積層構造を、上記垂直面を軸として反転させた構造を有する。
【００４４】
なお、本実施形態においては、固体撮像素子１０の積層構造において、ＰＤ１００及びＰＤ２００が、互いに、固体撮像素子１０の積層構造の積層方向に垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、各層が積層された光電変換積層構造をそれぞれ有していればよい。すなわち、本実施形態においては、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、各層の積層の順序が上述した順序でなくてもよい。また、本実施形態においては、入射面の上方から固体撮像素子１０を見た場合、ＰＤ１００及びＰＤ２００の読み出し電極１０８、２０８及び蓄積電極１１０、２１０等が互いに重なっていなくてもよく、対称の関係になるように設けられていなくてもよい。すなわち、本実施形態においては、入射面の上方から固体撮像素子１０を見た場合、ＰＤ１００、２００の有する各層のレイアウトは特に限定されるものではない。さらに、本実施形態においては、ＰＤ１００及びＰＤ２００の間で、配線等を共有してもよい。
【００４５】
そして、図１に示すように、ＰＤ１００の上方には、例えば、光を透過することができる、ＳｉＯｘ膜等の材料からなる絶縁膜３４２が設けられている。加えて、絶縁膜３４２の上には、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＯｙＮｚ、ＳｉｘＣｙ等の無機膜からなる高屈折率層２５２が設けられている。さらに、当該高屈折率層２５２の上には、オンチップレンズ２５０が固体撮像素子１０ごとに設けられている。オンチップレンズ２５０は、例えば、シリコン窒化膜、又は、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル共重合系樹脂、若しくはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料によって形成することができる。
【００４６】
上述の光電変換膜１０４、２０４は、有機材料（有機系光電変換膜）又は無機材料（無機系光電変換膜）から形成することができる。例えば、光電変換膜を有機材料から形成する場合には、（ａ）Ｐ型有機半導体材料、（ｂ）Ｎ型有機半導体材料、（ｃ）Ｐ型有機半導体材料層、Ｎ型の有機半導体材料層、及び、Ｐ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料との混合層（バルクヘテロ構造）のうちの少なくとも２つの積層構造、（ｄ）Ｐ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料との混合層の４態様のいずれかを選択することができる。なお、有機材料を用いた光電変換膜は、例えば、読み出し電極に接する電子ブロッキング膜兼バッファ膜と、光電変換膜と、正孔ブロッキング膜と、正孔ブロッキング兼バッファ膜と、仕事関数調整膜のように積層された積層構造等も含むものとする。
【００４７】
詳細には、Ｐ型有機半導体材料として、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、ピロメテン誘導体、ピラン誘導体、フェノキサゾン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン（ＢＴＢＴ）誘導体、ジナフトチエノチオフェン（ＤＮＴＴ）誘導体、ジアントラセノチエノチオフェン（ＤＡＴＴ）誘導体、ベンゾビスベンゾチオフェン（ＢＢＢＴ）誘導体、ナフタレンビスベンゾチオフェン（ＮＢＢＴ）、チエノビスベンゾチオフェン（ＴＢＢＴ）誘導体、ジベンゾチエノビスベンゾチオフェン（ＤＢＴＢＴ）誘導体、ジチエノベンゾジチオフェン（ＤＴＢＤＴ）誘導体、ジベンゾチエノジチオフェン（ＤＢＴＤＴ）誘導体、ベンゾジチオフェン（ＢＤＴ）誘導体、ナフトジチオフェン（ＮＤＴ）誘導体、アントラセノジチオフェン（ＡＤＴ）誘導体、テトラセノジチオフェン（ＴＤＴ）誘導体、ペンタセノジチオフェン（ＰＤＴ）誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。
【００４８】
また、Ｎ型有機半導体材料として、フラーレン及びフラーレン誘導体（例えば、Ｃ６０や、Ｃ７０、Ｃ７４等のフラーレン（高次フラーレン）、内包フラーレン等）又はフラーレン誘導体（例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭ（Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ）フラーレン化合物、フラーレン多量体等））、Ｐ型有機半導体よりもＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）及びＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）が深い有機半導体、光を透過することができる無機金属酸化物等を挙げることができる。より具体的には、Ｎ型有機半導体材料としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピロメテン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、フェノキサゾン誘導体、ペリレン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。また、フラーレン誘導体に含まれる基等として、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基；直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基；ハロゲン化物を有する基；パーシャルフルオロアルキル基；パーフルオロアルキル基；シリルアルキル基；シリルアルコキシ基；アリールシリル基；アリールスルファニル基；アルキルスルファニル基；アリールスルホニル基；アルキルスルホニル基；アリールスルフィド基；アルキルスルフィド基；アミノ基；アルキルアミノ基；アリールアミノ基；ヒドロキシ基；アルコキシ基；アシルアミノ基；アシルオキシ基；カルボニル基；カルボキシ基；カルボキソアミド基；カルボアルコキシ基；アシル基；スルホニル基；シアノ基；ニトロ基；カルコゲン化物を有する基；ホスフィン基；ホスホン基；これらの誘導体を挙げることができる。なお、有機材料から形成された光電変換膜の膜厚は、限定されるものではないが、例えば、１×１０−８ｍ〜５×１０−７ｍ、好ましくは２．５×１０−８ｍ〜３×１０−７ｍ、より好ましくは２．５×１０−８ｍから２×１０−７ｍとすることができる。また、上記説明においては、有機半導体材料をＰ型、Ｎ型に分類したが、ここでは、Ｐ型とは正孔を輸送し易いという意味であり、Ｎ型とは電子を輸送し易いという意味である。すなわち、有機半導体材料においては、無機半導体材料のように、熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているというという解釈に限定されるものではない。
【００４９】
また、光電変換膜１０４、２０４を無機材料から形成する場合には、無機半導体材料としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、結晶セレン、アモルファスセレン、及び、カルコパライト系化合物であるＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳｅ２、あるいは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物であるＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、更には、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｂｉ２Ｓ３、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等の化合物半導体を挙げることができる。加えて、本実施形態においては、上述のこれらの材料から成る量子ドットを、光電変換膜１０４、２０４として使用することも可能である。
【００５０】
また、光電変換膜１０４、２０４は、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やその誘導体により形成されてもよい。
【００５１】
さらに、光電変換膜１０４、２０４は、青色光、緑色光を検出するために、例えば、金属錯体色素、ローダミン系色素、キナクリドン系色素、シアニン系色素、メラシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセン、ピレン等の縮合多環芳香族および芳香環ないし複素環化合物が縮合した鎖状化合物、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基を結合鎖として持つキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の２つの含窒素複素環、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好ましく用いることができる。また、上記金属錯体色素では、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、またはルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましいが、上記に限定するものではない。
【００５２】
また、光電変換膜１０４、２０４を、赤色光を検出する光電変換膜として機能させる場合には、当該光電変換膜は、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含むことができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、光電変換膜１０４、２０４は、特性向上のため、数種類の材料を混合して形成したり、積層したりすることが可能である。さらに、本実施形態においては、光電変換膜１０４、２０４は、特性向上のために、直接光電変換に寄与しない材料を積層したり、混合したりして形成することができる。
【００５４】
なお、上述の絶縁膜３４２、３４４、３４６としては、例えば、光を透過することができる、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）、アルミニウム酸化膜（ＡｌｘＯｙ）、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、シリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉｘＯｙＮｚ）、シリコンカーバイド（ＳｉｘＣｙ）膜、炭素添加シリコン酸化膜（ＳｉｘＣｙＯｚ）等を用いることができ、特に限定されるものではない。これらの膜の成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）法、物理気相成長（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）法等を挙げることができる。しかしながら、本実施形態においては、絶縁膜３４２、３４４、３４６を形成する材料や方法については、特に限定されるものではない。
【００５５】
また、共通電極１０２、２０２、読み出し電極１０８、２０８及び蓄積電極１１０、２１０は、例えば、スズ−酸化インジウム（ＩＴＯ、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）膜等の光を透過することができる透明導電膜で形成されることができる。しかしながら、本実施形態においては、共通電極１０２、２０２、読み出し電極１０８、２０８及び蓄積電極１１０、２１０を形成する材料は、上述のようなＩＴＯに限定されるものではなく、他の材料であってもよい。例えば、透明導電膜は、バンドギャップとしては２．５ｅＶ以上好ましくは３．１ｅＶ以上の材料であることが好ましい。例えば、透明導電膜としては、酸化スズ系材料では、酸化スズ、アンチモン−酸化スズ（ＳｎＯ２にＳｂをドーパンとして添加、例えばＡＴＯ）、フッ素−酸化スズ（ＳｎＯ２にＦをドーパンとして添加、例えばＦＴＯ）等を挙げることができる。酸化亜鉛系材料では、アルミニウム−亜鉛酸化物（ＺｎＯにＡｌをドーパントとして添加、例えばＡＺＯ）、ガリウム−亜鉛酸化物（ＺｎＯにＧａをドーパントとして添加、例えばＧＺＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＺｎＯにＩｎをドーパントとして添加、例えばＩＺＯ）、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ＺｎＯ４にＩｎ及びＧａをドーパントとして添加、例えば、ＩＧＺＯ）、インジウム−スズ−亜鉛酸化物（ＺｎＯにＩｎ及びＳｎをドーパントとして添加、例えば、ＩＴＺＯ）等を挙げることができる。また、他には、インジウム−ガリウム酸化物（Ｇａ２Ｏ３にＩｎをドーパントして添加、例えば、ＩＧＯ）や、ＣｕＩｎＯ２、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ４、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ３、グラフェン等を挙げることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態においては、半導体層１０６、２０６は、光電変換膜１０４、２０４よりも電荷の移動度が高く、且つ、バンドギャップが大きな材料を用いて形成されていることが好ましい。例えば、半導体層１０６、２０６の構成材料のバンドギャップは、３．０ｅＶ以上であることが好ましい。このような材料としては、例えば、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体材料及び有機半導体材料等が挙げられる。有機半導体材料としては、例えば、遷移金属ダイカルコゲナイド、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブ、縮合多環炭化水素化合物および縮合複素環化合物等が挙げられる。半導体層１０６、２０６は、単膜により構成してもよく、あるいは複数の膜を積層して構成するようにしてもよい。
【００５７】
以上のように、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１０は、３色の光にそれぞれを検出するＰＤ１００、ＰＤ２００、ＰＤ３００が積層された積層構造を持つ。すなわち、上述の固体撮像素子１０は、例えば、緑色光については半導体基板５００の上方に形成された光電変換膜１０４（ＰＤ１００）で光電変換し、青色光については、ＰＤ１００の下方に設けられた光電変換膜２０４（ＰＤ２００）で光電変換し、赤色光については半導体基板５００内に設けられたＰＤ３００で光電変換する、縦方向分光型の固体撮像素子であるといえる。
【００５８】
なお、本実施形態においては、上述の固体撮像素子１０は、上述のような縦方向分光型の積層構造に限定されるものではない。例えば、青色光については半導体基板５００の上方に形成された光電変換膜１０４で光電変換し、緑色光については、ＰＤ１００の下方に設けられた光電変換膜２０４で光電変換してもよい。
【００５９】
以上のように、本実施形態においては、固体撮像素子１０の積層構造において、ＰＤ１００及びＰＤ２００が、互いに、固体撮像素子１０の積層構造の積層方向に垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、各層が積層された光電変換積層構造をそれぞれ有している。本実施形態によれば、ＰＤ１００及びＰＤ２００をこのような光電変換積層構造とすることで、上方に位置するＰＤ１００と下方に位置するＰＤ３００との距離をより短くすることができる。その結果、本実施形態によれば、積層された全てのＰＤ１００、２００、３００に好適に集光することが容易となり、固体撮像素子１０のシェーディング特性、感度特性及び信頼性を向上させることができる。
【００６０】
＜２．２  固体撮像装置１の概略構成について＞
次に、図２を参照して、上述した複数の固体撮像素子１０を有する固体撮像装置１の概略構成について説明する。図２は、本実施形態に係る固体撮像装置１の模式的平面図である。
【００６１】
図２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１は、例えばシリコンからなる半導体基板５００（図示省略）上に、上述した複数の固体撮像素子１０がマトリックス状に配置されている画素アレイ部２と、当該画素アレイ部２を取り囲むように設けられた周辺回路部を有する。さらに、当該周辺回路部には、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３６等が含まれる。なお、図２においては、左上の固体撮像素子１０以外の固体撮像素子１０について、わかりやすくするために配線との接続の図示を省略している。以下に、本実施形態に係る固体撮像装置１の各ブロックの詳細について説明する。
【００６２】
（画素アレイ部２）
画素アレイ部２は、半導体基板５００（図示省略）上にマトリックス状に２次元配置された複数の固体撮像素子１０を有する。各固体撮像素子１０は、積層されたＰＤ１００、２００、３００と、複数の画素トランジスタ（例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ）（図示省略）とを有している。さらに詳細には、当該画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタ等を含むことができる。なお、各固体撮像素子１０における等価回路（接続構成）の詳細については、後述する。
【００６３】
（垂直駆動回路部３２）
垂直駆動回路部３２は、例えばシフトレジスタによって形成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に、固体撮像素子１０を駆動するためのパルスを供給し、行単位で固体撮像素子１０を駆動する。すなわち、垂直駆動回路部３２は、画素アレイ部２の各固体撮像素子１０を行単位で順次垂直方向（図２中の上下方向）に選択走査し、各固体撮像素子１０のＰＤ１００、２００、３００の受光量に応じて生成された電荷に基づく画素信号を、垂直信号線を通して後述するカラム信号処理回路部３６に供給する。
【００６４】
（カラム信号処理回路部３６）
カラム信号処理回路部３６は、固体撮像素子１０の列ごとに配置されており、１行分の固体撮像素子１０のＰＤ１００、２００、３００から出力される画素信号に対して列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路部３６は、固体撮像素子１０固有の固定パターンノイズを除去するためにＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング)及びＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｅｇｉｔａｌ）変換等の信号処理を行う。
【００６５】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置１の平面構成例は、図２に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の回路部等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
【００６６】
＜２．３  固体撮像素子１０の等価回路について＞
次に、本実施形態に係る固体撮像素子１０の等価回路について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る固体撮像素子１０の等価回路図である。すなわち、図２において矩形によって示される固体撮像素子１０内は、図３示す等価回路で構成される。
【００６７】
先に説明したように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、共通電極１０２、２０２と、読み出し電極１０８、２０８と、これらに挟まれた光電変換膜１０４、２０４とを有する。さらに、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、絶縁膜３４２、３４４（図示省略）を介して光電変換膜１０４、２０４と接する蓄積電極１１０、２１０を有する。なお、以下の説明においては、固体撮像素子１０に含まれるＰＤ１００の等価回路について説明するが、ＰＤ２００の等価回路についても、ＰＤ１００の等価回路と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６８】
図３に示されるように、読み出し電極１０８は、蓄積した電荷をリセットするためのリセットトランジスタＴＲＳＴ１のドレイン／ソースの一方に配線等を介して電気的に接続される。リセットトランジスタＴＲＳＴ１のゲートは、リセット信号線ＲＳＴ１に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。また、リセットトランジスタＴＲＳＴ１のドレイン／ソースの他方（読み出し電極１０８に接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。
【００６９】
さらに、読み出し電極１０８は、電荷を電圧に変換して画素信号として出力する増幅トランジスタＴＡＭＰ１のゲートに配線を介して電気的に接続される。また、読み出し電極１０８、増幅トランジスタＴＡＭＰ１のゲート及びリセットトランジスタＴＲＳＴ１のドレイン／ソースの一方を接続するノードＦＤ１は、リセットトランジスタＴＲＳＴ１の一部を構成する。読み出し電極１０８からの電荷は、ノードＦＤ１の電位を変化させ、増幅トランジスタＴＡＭＰ１によって電圧に変換される。また、増幅トランジスタＴＡＭＰ１のソース／ドレインの一方は、選択信号に従って、変換によって得た上記画素信号を信号線ＶＳＬ１に出力する選択トランジスタＴＳＥＬ１のソース／ドレインの一方に配線を介して電気的に接続される。さらに、増幅トランジスタＴＡＭＰ１のソース／ドレインの他方（選択トランジスタＴＳＥＬ１に接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。
【００７０】
さらに、選択トランジスタＴＳＥＬ１のソース／ドレインの他方（増幅トランジスタＴＡＭＰ１と接続されていない側）は、変換された電圧を画素信号として伝達する上記信号線ＶＳＬ１に電気的に接続され、さらに上述したカラム信号処理回路部３６に電気的に接続される。また、選択トランジスタＴＳＥＬ１のゲートは、画素信号を出力する行を選択する選択線ＳＥＬ１に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。
【００７１】
また、蓄積電極１１０は、配線ＶＯＡ１を介して上述の垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。先に説明したように、蓄積電極１１０は、印加される電位に応じて、光電変換膜１０４で発生した電荷を引き寄せて、当該電荷を光電変換膜１０４に蓄積し、もしくは、当該電荷を読み出し電極１０８へ転送することができる。さらに、共通電極１０２は、画素信号を出力する列を選択する選択線ＶＯＵに電気的に接続されている。
【００７２】
なお、図３には図示されていないが、後述するＰＤ３００と同様に、ＰＤ１００及びＰＤ２００も、転送トランジスタに電気的に接続されていてもよい。
【００７３】
次に、参考として、ＰＤ３００の等価回路についても、図３を参照して説明する。半導体基板５００内に設けられたＰＤ３００は、図３に示すように、半導体基板５００内に設けられた画素トランジスタ（増幅トランジスタＴＡＭＰ３、転送トランジスタＴＴＲＮ、リセットトランジスタＴＲＳＴ３、選択トランジスタＴＳＥＬ３）に配線を介して接続されている。詳細には、ＰＤ３００の一方は、電荷を転送する転送トランジスタＴＴＲＮのソース／ドレインの一方と配線を介して電気的に接続される。さらに、転送トランジスタＴＴＲＮのソース／ドレインの他方（ＰＤ３００と接続されていない側）は、リセットトランジスタＴＲＳＴ３のソース／ドレインの一方と配線を介して電気的に接続される。また、転送トランジスタＴＴＲＮのゲートは、転送ゲート線ＴＧ３に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に接続される。そして、リセットトランジスタＴＲＳＴ３のソース／ドレインの他方（転送トランジスタＴＴＲＮと接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。さらに、リセットトランジスタＴＲＳＴ３のゲートは、リセット線ＲＳＴ３に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に接続される。
【００７４】
さらに、転送トランジスタＴＴＲＮのソース／ドレインの他方（ＰＤ３００と接続されていない側）は、電荷を増幅（変換）して画素信号として出力する増幅トランジスタＴＡＭＰ３のゲートにも配線を介して電気的に接続される。また、増幅トランジスタＴＡＭＰ３のソース／ドレインの一方は、選択信号に従って上記画素信号を信号線ＶＳＬ３に出力する選択トランジスタＴＳＥＬ３のソース／ドレインの一方に、配線を介して電気的に接続される。そして、増幅トランジスタＴＡＭＰ３のソース／ドレインの他方（選択トランジスタＴＳＥＬ３と接続されていない側）は、電源回路ＶＤＤに電気的に接続される。また、選択トランジスタＴＳＥＬ３のソース／ドレインの他方（増幅トランジスタＴＡＭＰ３と接続されていない側）は、上記信号線ＶＳＬ３に電気的に接続され、さらに上述したカラム信号処理回路部３６に電気的に接続される。そして、選択トランジスタＴＳＥＬ３のゲートは、選択線ＳＥＬ３に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。
【００７５】
なお、以下に、固体撮像素子１０のレイアウトについて説明するが、当該レイアウトにおいても、ＰＤ１００、２００、３００の各層や画素トランジスタは、図３の等価回路図に従って電気的に接続されているものとする。
【００７６】
＜２．４  固体撮像素子１０のレイアウト構成について＞
次に、本実施形態に係る固体撮像素子１０のレイアウト構成について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る固体撮像素子１０のレイアウト図であり、詳細には、固体撮像素子１０の積層構造における各層を、入射面の上方から見た場合の図である。すなわち、図４の左側には、固体撮像素子１０の積層構造の一番上に位置するＰＤ１００のレイアウトが示され、図４の中央には、積層構造の真ん中に位置するＰＤ２００のレイアウトが示され、図４の右側には、積層構造の一番下に位置するＰＤ３００のレイアウトが示されている。
【００７７】
具体的には、ＰＤ１００においては、中央部に矩形状の蓄積電極１１０が設けられ、当該蓄積電極１１０よりも狭い面積を持つ矩形状の読み出し電極１０８が、蓄積電極１１０に隣り合うように設けられている。さらに、ＰＤ１００においては、読み出し電極１０８及び蓄積電極１１０と重ならないように、周辺部に、ＰＤ１００に電気的に接続する画素トラジスタ（リセットトランジスタＴＲＳＴ１、増幅トランジスタＴＡＭＰ１及び選択トランジスタＴＳＥＬ１）と、これら画素トランジスタに電気的に接続される各種配線（電源回路ＶＤＤ、信号線ＶＳＬ１、配線ＶＯＡ１）とが設けられている。
【００７８】
ＰＤ２００においては、ＰＤ１００と同様に、中央部に矩形状の蓄積電極２１０が設けられ、当該蓄積電極２１０よりも狭い面積を持つ矩形状の読み出し電極２０８が、蓄積電極２１０に隣り合うように設けられている。なお、ＰＤ２００に電気的に接続される画素トランジスタ等は、蓄積電極２１０がより広い面積を持つことができるように、後述する一番下のＰＤ３００の層に設けられることが好ましい。従って、読み出し電極２０８は、半導体基板５００を貫く貫通電極５２０によって、一番下のＰＤ３００の層に設けられた画素トランジスタに電気的に接続される。
【００７９】
ＰＤ３００においては、中央部に矩形状の半導体領域５１２が設けられている。さらに、ＰＤ３００においては、周辺部に、ＰＤ２００及びＰＤ３００に接続される画素トランジスタ（リセットトランジスタＴＲＳＴ２、ＴＲＳＴ３、増幅トランジスタＴＡＭＰ２、ＴＡＭＰ３、選択トランジスタＴＳＥＬ２、ＴＳＥＬ３及び転送トランジスタＴＴＲＮ）と、これら画素トランジスタに電気的に接続される各種配線（電源回路ＶＤＤ、信号線ＶＳＬ２、ＶＳＬ３）と、フローティングディフュージョン部５１４ａとが設けられている。
【００８０】
なお、本実施形態においては、固体撮像素子１０の各層のレイアウトは、図４に示されるような例に限定されるものではなく、他のレイアウトであってもよい。
【００８１】
＜＜３．  第２の実施形態＞＞
次に、図５を参照して、上述の第１の実施形態を変形した、本開示の第２の実施形態に係る固体撮像素子１０ａの積層構造について説明する。図５は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ａの断面図である。なお、以下の説明においては、上述した第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、当該第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００８２】
本実施形態に係る固体撮像素子１０ａにおいては、図５に示すように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、第１の実施形態と異なり、絶縁膜３４２、３４４を介して、光電変換膜１０４、２０４の、共通電極１０２、２０２とは反対側の面と対向する、転送電極１２０、２２０をさらに有する。転送電極１２０、２２０は、読み出し電極１０８、２０８と蓄積電極１１０、２１０との間に設けられ、電荷の転送を制御する。詳細には、当該転送電極１２０、２２０は、光電変換膜１０４、２０４に電荷を蓄積する蓄積期間の間には、所定の電位が印加され、蓄積電極１１０、２１０上に蓄積された電荷をせき止めることができる。さらに、当該転送電極１２０、２２０は、電荷を転送する転送期間の間には、開放状態になって、蓄積された電荷を読み出し電極１０８、２０８に転送することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態においては、図５に示すように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、絶縁膜３４２、３４４を介して、光電変換膜１０４、２０４の、共通電極１０２、２０２とは反対側の面と対向する、シールド電極１３０、２３０をさらに有する。シールド電極１３０、２３０は、蓄積電極１１０、２１０の外側に設けられ、蓄積された電極がしみだすことを避けることができる。詳細には、当該シールド電極１３０、２３０は、光電変換膜１０４、２０４に電荷を蓄積する蓄積期間の間には、蓄積電極１１０、２１０によって蓄積された電荷が、隣接する固体撮像素子１０へしみだす、ブルーミングを防止することができる。なお、当該シールド電極１３０、２３０は、所定の電圧を印加する配線（図示省略）に電気的に接続されていてもよい。
【００８４】
なお、本実施形態に係る転送電極１２０、２２０及びシールド電極１３０、２３０は、読み出し電極１０８、２０８及び蓄積電極１１０、２１０と同様の材料で形成することが可能である。さらに、上述の転送電極１２０、２２０及びシールド電極１３０、２３０は、読み出し電極１０８、２０８及び蓄積電極１１０、２１０と同時に形成することが可能である。
【００８５】
＜＜４．  第３の実施形態＞＞
次に、図６を参照して、上述の第１の実施形態を変形した、本開示の第６の実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの積層構造について説明する。図６は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの断面図である。なお、以下の説明においては、上述した第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、当該第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００８６】
本実施形態においては、図６に示すように、ＰＤ１００とＰＤ２００とが、１つの共通電極１０２を共有する。すなわち、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの積層構造においては、ＰＤ２００として、読み出し電極２０８、半導体層２０６、光電変換膜２０４、共通電極１０２が順次積層されている。さらに、上記積層構造においては、ＰＤ１００として、上記共通電極１０２の上に、光電変換膜１０４、半導体層１０６、読み出し電極１０８とが順次積層されている。従って、本実施形態においては、第１の実施形態に係る共通電極２０２や絶縁膜３４６が設けられていない。
【００８７】
以下のように、本実施形態においては、ＰＤ１００とＰＤ２００とが、１つの共通電極１０２を共有し、言い換えると、ＰＤ１００の共通電極１０２とＰＤ２００の共通電極２０２とが一体の電極として設けられている。本実施形態によれば、このような構造を用いることで、固体撮像素子１０の積層構造における層の数を減らすことができる。従って、本実施形態によれば、上方に位置するＰＤ１００と下方に位置するＰＤ３００との距離をより短くすることができ、積層されたＰＤ１００、２００、３００に好適に集光することが容易となることから、固体撮像素子１０ｂのシェーディング特性、感度特性及び信頼性を向上させることができる。加えて、本実施形態によれば、固体撮像素子１０の積層構造における層の数を減らすことができることから、界面が少なくなり固体撮像素子１０へ入射する入射光の反射による戻りも防ぐことができる。さらに、本実施形態によれば、固体撮像素子１０の製造に係るコストや時間を抑えることができる。
【００８８】
＜＜５．  第４の実施形態＞＞
ここで、本開示の第４の実施形態として、上述した第１及び第３の実施形態を踏まえて、固体撮像素子１０の積層構造を検討する。以下の説明においては、図７、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、各種の固体撮像素子１０の積層構造を検討する。図７は、本実施形態に係る固体撮像素子１０、１０ｂの積層構造の模式図であり、詳細には、３つのＰＤ１００、２００、３００を有する固体撮像素子１０、１０ｂの積層構造の模式図を、比較例に係る固体撮像素子９０ａと対比させて示している。また、図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態に係る固体撮像素子１２、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの積層構造の模式図であり、詳細には、４つのＰＤ１００、２００、３００、４００を有する固体撮像素子１２、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの積層構造の模式図を、比較例に係る固体撮像素子９２ａと対比させて示している。
【００８９】
詳細には、図７の左側には、図４０の比較例に係る固体撮像素子９０ａの積層構造が模式的に示されている。先に説明したように、当該固体撮像素子９０ａにおいては、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、同じ順序で各層が積層された光電変換積層構造を持つ。さらに、ＰＤ１００とＰＤ２００との間には、ＰＤ１００に電気的に接続される画素トランジスタや配線を含む層が設けられ、ＰＤ２００の下方には、ＰＤ２００、３００に電気的に接続される画素トランジスタや配線を含む層と、ＰＤ３００を含む半導体基板５００が設けられている。
【００９０】
そして、図７の中央には、図１の第１の実施形態に係る固体撮像素子１０の積層構造が模式的に示されている。先に説明したように、当該固体撮像素子１０においては、ＰＤ１００及びＰＤ２００が、互いに、固体撮像素子１０の積層構造の積層方向に垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、ＰＤ１００及びＰＤ２００は、各層が積層された光電変換積層構造をそれぞれ有している。さらに、当該固体撮像素子１０においては、固体撮像素子９０ａと異なり、ＰＤ１００の上方に、ＰＤ１００に電気的に接続される画素トランジスタや配線を含む層（第１の制御部）が設けられている。このように積層することにより、当該固体撮像素子１０によれば、比較例に係る固体撮像素子９０ａに比べて、上方に位置するＰＤ１００と下方に位置するＰＤ３００との距離をより短くすることができる。
【００９１】
さらに、図７の右側には、図６の第３の実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの積層構造が模式的に示されている。先に説明したように、当該固体撮像素子１０ｂにおいては、ＰＤ１００とＰＤ２００とは、互いに共有する共通電極１０２が設けられている。このように積層することにより、当該固体撮像素子１０ｂによれば、固体撮像素子１０に比べて、上方に位置するＰＤ１００と下方に位置するＰＤ３００との距離をより短くすることができる。
【００９２】
次に、ＰＤ２００の下方に、ＰＤ１００、２００と同様の構成を持つＰＤ４００（第３の光電変換部）を設け、さらに、半導体基板５００内にＰＤ３００（第４の光電変換部）を設けた場合を、図８Ａ及び図８Ｂを参照して検討する。ここで、ＰＤ４００は、ＰＤ１００、２００と同様の積層構造及び材料であり、すなわち、共通電極（第３の共通電極）、光電変換膜（第３の光電変換膜）、半導体層、読み出し電極（第３の読み出し電極）及び蓄積電極からなる積層構造を持つものとする。ただし、ＰＤ４００の光電変換積層構造においては、各層の積層の順序は特に限定されるものではない。また、半導体基板５００内に設けられたＰＤ３００は、例えば、赤外光を検出することができる光電変換素子であるものとする。
【００９３】
詳細には、図８Ａの左側には、比較例に係る固体撮像素子９０ａの積層構造と同様に、同一の順序で各層が積層された光電変換積層構造を持つＰＤ１００、２００、４００を有する固体撮像素子９２ａの積層構造が模式的に示されている。また、図８Ａの中央には、ＰＤ１００とＰＤ２００とが第１の実施形態に係る固体撮像素子１０の積層構造と同様の積層構造を持つ、固体撮像素子１２の積層構造が模式的に示されている。また、図８Ａの右側には、ＰＤ１００とＰＤ２００とが第３の実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの積層構造と同様の積層構造を持つ、固体撮像素子１２ｂの積層構造が模式的に示されている。なお、固体撮像素子９２ａにおいては、ＰＤ１００、２００、４００に接続される画素トランジスタを含む層は、それぞれＰＤ１００、２００、４００の下方に設けられている。一方、固体撮像素子１２、１２ｂにおいては、固体撮像素子９２ａと異なり、ＰＤ１００の上方に、ＰＤ１００に電気的に接続される画素トランジスタを含む層が設けられている。
【００９４】
図８Ａからわかるように、本実施形態に係る固体撮像素子１２、１２ｂによれば、比較例に係る固体撮像素子９２ａと比べて、上方に位置するＰＤ１００と下方に位置するＰＤ３００との距離をより短くすることができる。
【００９５】
また、図８Ｂの左側には、ＰＤ２００とＰＤ４００とが第１の実施形態に係る固体撮像素子１０の積層構造と同様の積層構造を持つ、固体撮像素子１２ｃの積層構造が模式的に示されている。さらに、図８Ｂの右側には、ＰＤ２００とＰＤ４００とが第３の実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの積層構造と同様の積層構造を持つ、固体撮像素子１２ｄの積層構造が模式的に示されている。固体撮像素子１２ｃ、１２ｄにおいては、ＰＤ１００とＰＤ２００との間に、ＰＤ１００及びＰＤ２００に電気的に接続される、共通の画素トランジスタや配線を含む層（第２の制御部）が設けられている。このように、固体撮像素子１２ｃ、１２ｄによれば、画素トランジスタ等を含む層をＰＤ１００及びＰＤ２００で共有することにより、画素トランジスタ等により遮蔽される平面の面積が少なくなることから、固体撮像素子１０に入射される入射光の利用効率をより高めることができる。
【００９６】
なお、本実施形態においては、例えば、図７、図８Ａ及び図８Ｂに示される積層構造において、半導体基板５００内のＰＤ３００は設けられていなくてもよい。さらに、本実施形態においては、ＰＤ４００の下方に、ＰＤ１００、２００と同様の構成を持つ、他のＰＤがさらに設けられていてもよい。
【００９７】
＜＜６．  第５の実施形態＞＞
次に、図９から図１８を参照して、本開示の第５の実施形態として、上述の第１の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法について説明する。図９から図１８は、本実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図である。
【００９８】
まず、半導体基板５００の表面にシリコン層（図示省略）を、エピタキシャル成長法を用いて形成し、当該シリコン層に、不純物イオン注入を用いて、ＰＤ３００となる半導体領域５１２（図示省略）等を形成する。また、当該シリコン層に、ゲート酸化（絶縁膜５４０の形成）、ゲート電極５３２の形成、サイドウォールの形成、イオン注入を行うことで、ＰＤ３００の画素トランジスタ等（図示省略）を形成する。さらに、上記シリコン層の上に、配線５３０、絶縁膜５４２等を形成する。また、上述と同様に、例えば、他の半導体基板６００の表面に、各種のトランジスタ、配線６３０、電極６３２、絶縁膜６４２を形成する。このようにして、図９に示すような、２つの半導体基板５００、６００を得ることができる。なお、上述の説明においては触れていないが、不純物イオン注入を用いて半導体領域５０２を形成してもよく、さらに、反射防止膜４０２を形成してもよい。
【００９９】
そして、半導体基板５００、６００のそれぞれの貼りあわせ面５００ａ、６００ａを対向させて、半導体基板５００、６００の貼りあわせを行う。その際、配線５３０、６３０が一致するように貼りあわせを行うことが好ましい。また、貼りあわせた後に、半導体基板５００の研削等を行い、絶縁膜３４４や貫通電極５２０を形成する。このようにして、図１０に示すような構造を得ることができる。なお、これ以降の説明は、図１０に示す領域９５０の箇所について説明する。従って、図１１以降の図は、領域９５０の拡大断面図であり、図１の固体撮像素子１０の断面図に対応する。
【０１００】
次に、図１１に示すように、貫通電極５２０の上には、遮光膜を兼ねる配線５２２を形成する。配線５２２は、遮光したい箇所を残すように加工を行うことで形成される。当該配線５２２は、貫通電極５２０と電気的に接続しており、かつ遮光膜としても用いることから、ＷとバリアメタルであるＴｉとＴｉＮの積層膜とにより形成することが好ましい。
【０１０１】
そして、図１２及び図１３に示すように、上記絶縁膜３４４の上に、リソグラフィ、エッチング等を用いて、所望の形状を持つ読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０を形成する。詳細には、これら電極は、例えば、スパッタ法を用いてＩＴＯ等の透明導電膜２１０ａを積層した後に、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行い、ドライエッチングもしくはウエットエッチングを用いて加工することにより、所望の形状を持つ読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０を形成することができる。なお、読み出し電極２０８と蓄積電極２１０との間は、プラズマＣＶＤ等で形成した絶縁膜３４４によって埋め込まれ、読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０の上面及びその間の絶縁膜３４４の上面は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって平坦化されることが好ましい。
【０１０２】
次いで、図１４に示すように、読み出し電極２０８及び蓄積電極２１０の上に、絶縁膜３４４を形成し、読み出し電極２０８の一部が露出するように絶縁膜３４４にリソグラフィ等を用いて、開口部８０２を形成する。さらに、当該開口部８０２及び絶縁膜３４４の上に半導体層２０６を形成する。なお、半導体層２０６を形成する前に、絶縁膜３４４の上面をＣＭＰ等により平坦化してもよい。
【０１０３】
さらに、半導体層２０６の上に、順次、光電変換膜２０４、共通電極２０２及び絶縁膜３４６を順次積層する。光電変換膜２０４の形成は、スピンコートや真空蒸着等を用いて行うことができる。また、絶縁膜３４６の形成前後に、アッシング、有機洗浄等の後処理を行い、堆積物、残渣物を除去してもよい。そして、絶縁膜３４６の上に、順次、共通電極１０２、光電変換膜１０４、半導体層１０６、及び絶縁膜３４２を順次積層する。このようにすることで、図１５に示される構造を得ることができる。
【０１０４】
次いで、図１６に示すように、半導体層１０６の一部が露出するように絶縁膜３４２にリソグラフィ等を用いて、開口部８０４を形成する。
【０１０５】
次に、図１７に示すように、上記開口部８０４に透明導電膜を埋込み、さらに、その上に透明導電膜を積層する。
【０１０６】
さらに、図１８に示すように、積層した透明導電膜を加工し、読み出し電極１０８及び蓄積電極１１０を形成する。
【０１０７】
その後、絶縁膜３４２、高屈折率層２５２、及びオンチップレンズ２５０等を順次積層、形成することにより、図１に示すような固体撮像素子１０を得ることができる。
【０１０８】
なお、上述の各層を形成する方法としては、例えば、ＰＶＤ法及びＣＶＤ法等を挙げることができる。ＰＶＤ法としては、抵抗加熱あるいは高周波加熱を用いた真空蒸着法、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、各種スパッタリング法（マグネトロンスパッタリング法、ＲＦ−ＤＣ結合形バイアススパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法等）、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）法、レーザー転写法等を挙げることができる。また、ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、有機金属（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ；ＭＯ）ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等を挙げることができる。さらに、他の方法としては、電解メッキ法や無電解メッキ法、スピンコート法；浸漬法；キャスト法；マイクロコンタクトプリント法；ドロップキャスト法；スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法といった各種印刷法；スタンプ法；スプレー法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法を挙げることができる。また、各層のパターニング法としては、シャドーマスク、レーザー転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザー等による物理的エッチング等を挙げることができる。加えて、平坦化技術としては、ＣＭＰ法、レーザー平坦化法、リフロー法等を挙げることができる。
【０１０９】
＜＜７．  第６の実施形態＞＞
次に、本開示の第６の実施形態として、上述の第５の実施形態に係る製造方法とは異なる、固体撮像素子１０の製造方法について説明する。
【０１１０】
ところで、上述のようにＰＤ１００、２００が積層された積層構造を持つ固体撮像素子１０を形成する際には、上方に位置するＰＤ１００の形成時に印加される熱が、下方に位置するＰＤ２００に含まれる各層、特に、光電変換膜２０４へダメージを与える可能性がある。そこで、このようなダメージを避けるために、以下に説明するように、ＰＤ１００が既に設けられている半導体基板７５０と、ＰＤ２００が既に設けられている半導体基板５００とを貼りあわせする方法を用いることが考えられる。さらに、このような方法を選択した場合、ＰＤ１００、２００に含まれる半導体層１０６、２０６をそれぞれ高温プロセスで形成することが可能になることから、ＰＤ１００、２００の特性をより向上させることができる。
【０１１１】
上述のような貼りあわせを採用した場合、上方に位置するＰＤ１００と、下方に位置するＰＤ２００とが互いに所定の位置関係となるように、半導体基板５００、７５０を貼りあわせすることが求められることとなる。しかしながら、精度よく、半導体基板５００、７５０を貼りあわせることは、量産工程においては難しいことがある。すなわち、上述の貼りあわせを採用した場合、貼りあわせズレが生じる可能性がある。そこで、本実施形態においては、貼りあわせズレが生じた場合であっても、上方に位置するＰＤ１００については、貼りあわせした後に、読み出し電極１０８や蓄積電極１１０を形成する（膜の積層、リソグラフィ等による加工）ことで、ＰＤ１００とＰＤ２００とを互いに所定の位置関係とする。このようにすることで、本実施形態によれば、光電変換膜１０４、２０４の熱によるダメージを避けつつ、ＰＤ１００とＰＤ２００とが互いに所定の位置関係となるように精度よく形成することができる（アライメントズレを避けることができる）。
【０１１２】
そこで、以下に、図１９及び図２０を参照して、上述のような貼りあわせを用いた、第６の実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明する。図１９及び図２０は、本実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法を説明するための説明図であり、図１の固体撮像素子１０の断面図に対応する。
【０１１３】
まず、第５の実施形態と同様に、ＰＤ２００やＰＤ３００及びそれらに対応する画素トランジスタ、電極５３２、配線５３０、貫通電極５２０等を形成した半導体基板５００（第１の基板）を準備する。さらに、当該半導体基板５００の上に設けられた共通電極２０２上に絶縁膜３４６ａ（例えば、ＳｉＯＸ膜）を形成する。このようにして、図１９の下側に示される、半導体基板５００を得ることができる。
【０１１４】
次に、例えば、別の半導体基板７５０（例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、搬送基板等）（第２の基板）の上に、半導体層１０６、光電変換膜１０４、共通電極１０２を順次積層する。さらに、共通電極１０２上に絶縁膜３４６ｂ（例えば、ＳｉＯＸ膜）を積層する。このようにして、図１９の上側に示される、ＰＤ１００が形成された基板７５０を得ることができる。なお、各層の形成の詳細については、第５の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１１５】
さらに、図２０に示すように、絶縁膜３４６ａ、３４６ｂが互いに向かい合うように、半導体基板５００と基板７５０とを貼りあわせる。なお、貼りあわせの際には、絶縁膜３４６ａ、３４６ｂの上面に対してプラズマ処理したり、加熱したりすることにより、貼りあわせを行うことができる。また、本実施形態においては、接着剤等を用いて、貼りあわせを行ってもよい。このようにして、図２０に示される構造を得ることができる。
【０１１６】
その後、半導体層１０６上の半導体基板７５０を除去し、読み出し電極１０８や蓄積電極１１０を形成する（積層、及びリソグラフィ等による加工を行う）。さらに、絶縁膜３４２、高屈折率層２５２、及びオンチップレンズ２５０等を積層、形成することにより、図１に示すような固体撮像素子１０を得ることができる。
【０１１７】
なお、上述の説明においては、ＳＯＩ基板、搬送基板等の半導体基板７５０を使用するものとして説明したが、本実施形態においては、これに限定されるものではなく、各層（半導体層１０６、光電変換膜１０４、共通電極１０２等）が積層された薄膜を、ベルヌーイチャックを用いて吸着、固定しつつ、貼りあわせを行ってもよい。
【０１１８】
＜＜８．  第７の実施形態＞＞
ところで、ＰＤ１００及びＰＤ２００においては、例えば、共通電極１０２、２０２等のように同じ配線に接続される場合がある（図３参照）。例えば、ＰＤ２００の共通電極２０２に電気的に接続された配線４３０（図２１参照）は、ＰＤ１００の共通電極１０２と電気的に接続されるために、共通電極２０２からその上方に向かって延伸するように設けられることがある。このような場合、上記配線４３０の形成により、上方に位置するＰＤ１００の光電変換膜１０４や半導体層１０６にダメージが与えられる可能性がある。そこで、このようなダメージを避けるために、以下に説明するように、ＰＤ１００の端部を階段状に形成して、上記配線４３０がＰＤ１００の光電変換膜１０４や半導体層１０６を貫通するような形状になることを避けることが考えられる。
【０１１９】
そこで、本開示の第７の実施形態として、図２１から図２３を参照して、上記配線４３０の引き回しを説明する。図２１から図２３は、本実施形態に係る配線４３０を説明するための説明図である。
【０１２０】
例えば、本実施形態に係る固体撮像素子１０は、ＰＤ２００の共通電極２０２に電気的に接続される配線４３０を有するものとする。図２１に示すように、ＰＤ１００の端部においては、光電変換膜１０４及び半導体層１０６の一部が除去されて、共通電極１０２は、光電変換膜１０４及び半導体層１０６と比べて、固体撮像素子１０の積層構造の平面方向（垂直面の延伸する方向）に沿って長く伸び、互いに積層する半導体層１０６、光電変換膜１０４及び共通電極１０２は、階段形状をなしている。配線４３０は、入射面の上方から見た場合、半導体層１０６及び光電変換膜１０４から露出した共通電極２０２の領域に電気的に接続するように設けられる。このようにすることで、本実施形態によれば、上記配線４３０がＰＤ１００の光電変換膜１０４や半導体層１０６を貫通することを避けることができ、配線４３０の形成の際に、光電変換膜１０４や半導体層１０６にダメージを与えることを避けることができる。
【０１２１】
さらに、本実施形態を上述した第３の実施形態に係る固体撮像素子１０ｂに適用した場合には、配線４３０は、図２２に示すように設けることができる。詳細には、配線４３０は、入射面の上方から見た場合、半導体層１０６及び光電変換膜１０４から露出した共通電極１０２の領域に電気的に接続するように設けられる。
【０１２２】
さらに、固体撮像素子１０が、ＰＤ１００の共通電極１０２とＰＤ２００の共通電極２０２とに電気的に接続される配線４３０を有する場合には、配線４３０は、図２３に示すように設けてもよい。詳細には、図２３に示すように、ＰＤ１００の端部においては、光電変換膜１０４及び半導体層１０６の一部が除去されて、共通電極１０２は、光電変換膜１０４及び半導体層１０６と比べて、固体撮像素子１０の積層構造の平面方向に沿って長く伸び、互いに積層する半導体層１０６、光電変換膜１０４及び共通電極１０２は、階段形状をなしている。図２１に示す配線４３０と同様に、図２３の配線４３０は、入射面の上方から見た場合、半導体層１０６及び光電変換膜１０４から露出した共通電極２０２の領域に電気的に接続するように設けられる。
【０１２３】
さらに、図２３に示すように、固体撮像素子１０の積層構造の平面方向においては、ＰＤ１００の共通電極１０２は、ＰＤ２００の共通電極２０２に比べて短くなるように設けられている。従って、配線４３０は、入射面の上方から見た場合、共通電極１０２から露出した共通電極２０２の領域に電気的に接続するように設けられる。このようにすることで、本実施形態によれば、上記配線４３０がＰＤ１００の共通電極１０２を貫通することを避けることができ、配線４３０の形成の際に、共通電極１０２にダメージを与えることを避けることができる。
【０１２４】
なお、本実施形態においては、上述の階段状になっているＰＤ１００の端部等に、半導体層１０６及び光電変換膜１０４等を保護するための保護膜（絶縁膜）を、上記端部に沿って設けてもよい。また、上述の説明においては、配線４３０は、ＰＤ１００の上方に引き回されるものとして説明したが、本実施形態においては、これに限定されるものではなく、ＰＤ１００の下方に引き回されてもよい。
【０１２５】
＜＜９．第８の実施形態＞＞
ここで、本開示の各実施形態に係る固体撮像素子１０における上方に位置するＰＤ１００と電気的に接続される画素トランジスタの配置について検討する。先に説明したように、固体撮像素子１０の特性を向上させるためには、上方に位置するＰＤ１００と下方に位置するＰＤ３００との距離をより短くすることが好ましい。従って、ＰＤ１００と電気的に接続される画素トランジスタや配線等は、ＰＤ１００とＰＤ２００との間ではなく、ＰＤ１００の上方に設けられることが好ましい。そこで、以下に説明する本実施形態においては、ＰＤ１００と電気的に接続される画素トランジスタ等をＰＤ１００の上方に設けた、固体撮像素子１０ｃ、１０ｄについて説明する。
【０１２６】
＜９．１  固体撮像素子１０ｃ、１０ｄの積層構造について＞
まずは、図２４及び図２５を参照して、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｃ、１０ｄの積層構造について説明する。図２４は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｃの断面図であり、図２５は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの断面図である。
【０１２７】
詳細には、図２４の下側に示すように、固体撮像素子１０ｃにおいては、上述した第１の実施形態と同様に、ＰＤ３００を含む半導体基板５００と、半導体基板５００の上方に設けられたＰＤ２００と、ＰＤ２００の上方に設けられたＰＤ１００とを有する。さらに、固体撮像素子１０ｃにおいては、図２４の上側に示すように、ＰＤ１００の上には、ＰＤ１００と電気的に接続される画素トランジスタ及び配線を含む画素トランジスタ／配線層（第１の制御部）７００が設けられている。
【０１２８】
より具体的には、絶縁膜３４２の上方には、ＰＤ１００と電気的に接続される画素トランジスタのチャネル領域やソース／ドレイン領域となる半導体領域７１４を含む、光を透過する半導体層７０２が設けられている。当該半導体層７０２は、ＰＤ１００に接続される画素トランジスタ（例えば、増幅トランジスタＴＡＭＰ１、リセットトランジスタＴＲＳＴ１、選択トランジスタＴＳＥＬ１）のチャネル形成領域やソース／ドレイン領域として機能することができる。すなわち、ＰＤ１００に接続される画素トランジスタのチャネル形成領域等を、光を透過することができる半導体層７０２によって構成することにより、上記画素トランジスタの下方に設けられたＰＤ１００、ＰＤ２００、ＰＤ３００にも光を到達させることができる。
【０１２９】
本実施形態においては、当該半導体層７０２を形成する材料としては、光を透過することができるような半導体材料を挙げることができる。具体的には、当該半導体材料としては、例えば、シリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、遷移金属ダイカルコゲナイド、ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブ、縮合多環炭化水素化合物や縮合複素環化合物等の有機半導体材料等であることができる。また、当該半導体材料としては、例えば、酸化スズ系材料として、ＳｎＯ２（ドーパント添加）、亜鉛−スズ酸化物等のドーパントが添加された酸化スズ、酸化亜鉛系材料として、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＴＺＯ等を挙げることができる。さらに、当該半導体材料としては、ＩｎＳｂＯ４、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ２、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＣｄＯ、ＧｅＯ、ＴｉＯ２等を挙げることができる。
【０１３０】
さらに、半導体層７０２の上方には、光を透過することができる、ＡｌｘＯｙ膜、ＳｉＯｘ膜、ＨｆＯｘ膜等の材料からなる絶縁膜７４０が設けられている。さらに、当該絶縁膜７４０内には、読み出し電極１０８及び蓄積電極１１０と電気的に接続された配線７３０や、上記半導体層７０２をチャネル形成領域とする画素トランジスタのゲート電極７３２が設けられている。これら配線７３０や電極７３２は、ＩＴＯ等の透明導電膜から設けられることが好ましい。本実施形態においては、配線７３０や電極７３２を透明導電膜により形成することにより、固体撮像素子１０に入射する光をＰＤ１００、ＰＤ２００及びＰＤ３００に到達させることができる。
【０１３１】
なお、上述の半導体層７０２が、光を吸収する特性を有している場合には、当該半導体層７０２が固体撮像素子１０のＰＤ１００、２００、３００に入射する光を遮ってしまうこととなるため、これらＰＤ１００、２００、３００の感度特性が低下することとなる。そこで、図２５に示す固体撮像素子１０ｄにおいては、上述した図２４の半導体層７０２のうち、ＰＤ１００の蓄積電極１１０と重なる部分を除去している。すなわち、固体撮像素子１０ｄにおいては、入射面の上方から見た場合、蓄積電極１１０は半導体層７０２から露出するように設けられていることとなる。このようにすることで、固体撮像素子１０ｄによれば、ＰＤ１００、２００、３００に入射する光を半導体層７０２によって遮ることを避けることができることから、ＰＤ１００、２００、３００の感度特性が低下することを避けることができる。
【０１３２】
＜９．２  固体撮像素子１０ｃ、１０ｄのレイアウト構成について＞
次に、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｃ、１０ｄのレイアウト構成について、図２６及び図２７を参照して説明する。図２６は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｃのレイアウト図であり、図２７は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｄのレイアウト図である。
【０１３３】
詳細には、図２６の左側には、固体撮像素子１０ｃの積層構造の一番上に位置する画素トランジスタ／配線層７００のレイアウトが示され、図２６の右側には、画素トランジスタ／配線層７００の下方に位置するＰＤ１００のレイアウトが示されている。具体的には、画素トランジスタ／配線層７００においては、その周辺部に、下方に位置する蓄積電極１１０と重ならないように、ＰＤ１００に電気的に接続する画素トラジスタ（リセットトランジスタＴＲＳＴ１、増幅トランジスタＴＡＭＰ１及び選択トランジスタＴＳＥＬ１）と、これら画素トランジスタに電気的に接続される各種配線（電源回路ＶＤＤ、信号線ＶＳＬ１）とが設けられる。
【０１３４】
さらに、ＰＤ１００においては、第１の実施形態と同様に、中央部に矩形状の蓄積電極１１０が設けられ、当該蓄積電極１１０よりも狭い面積を持つ矩形状の読み出し電極１０８が、当該蓄積電極１１０に隣り合うように設けられている。本実施形態によれば、画素トラジスタ等を蓄積電極１１０と重ならないように設けることにより、ＰＤ１００、２００、３００に入射する光を画素トランジスタ等によって遮ることを避けることができることから、ＰＤ１００、２００、３００の感度特性が低下することを避けることができる。
【０１３５】
さらに、詳細には、図２７の左側には、固体撮像素子１０ｄの積層構造の一番上に位置する画素トランジスタ／配線層７００のレイアウトが示され、図２７の右側には、画素トランジスタ／配線層７００の下方に位置するＰＤ１００のレイアウトが示されている。具体的には、画素トランジスタ／配線層７００においては、固体撮像素子１０ｃと同様に、周辺部に、下方に位置する蓄積電極１１０と重ならないように、ＰＤ１００に電気的に接続する画素トラジスタと、これら画素トランジスタに電気的に接続される各種配線とが設けられる。さらに、固体撮像素子１０ｄにおいては、蓄積電極１１０と重なる領域に、半導体層７０２の開口部８００が設けられる。当該開口部８００は、入射面の上方から見た場合、ＰＤ１００の一部を露出させることができる。詳細には、本実施形態においては、蓄積電極１１０と重なる個所に開口部８００を設けている。本実施形態によれば、このような開口部８００を設けることにより、ＰＤ１００、２００、３００に入射する光を半導体層７０２によって遮ることを避けることができることから、ＰＤ１００、２００、３００の感度特性が低下することを避けることができる。
【０１３６】
＜＜１０．  第９の実施形態＞＞
次に、図２８から図３０を参照して、本開示の第９の実施形態として、上述の第８の実施形態に係る固体撮像素子１０ｃの製造方法について説明する。図２８から図３０は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｃの製造方法を説明するための説明図である。
【０１３７】
詳細には、図２８に示すように、ＰＤ３００を含む半導体基板５００に、半導体基板５００の上方に設けられたＰＤ２００と、ＰＤ２００の上方に設けられたＰＤ１００とを形成する。なお、各層の形成の詳細については、第５の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１３８】
次に、図２９に示すように、ＰＤ１００の上に、半導体層７０２と、絶縁膜７４０とを順次積層し、次いで、絶縁膜７４０内に配線７３０や電極７３２を形成する。
【０１３９】
さらに、図３０に示すように、絶縁膜７４０の上に、次いで、配線７３０を形成する。さらに、絶縁膜７４０、高屈折率層２５２、及びオンチップレンズ２５０等を積層、形成することにより、図２４に示すような固体撮像素子１０ｃを得ることができる。
【０１４０】
なお、上述の各層を形成する方法としては、上述した第５の実施形態と同様に、例えば、上述したＰＶＤ法及びＣＶＤ法等を挙げることができる。また、各層のパターニング法としても、上述した第５の実施形態と同様に、化学的エッチング、物理的エッチング等を挙げることができる。加えて、平坦化技術としても、ＣＭＰ法等を挙げることができる。
【０１４１】
＜＜１１．  第１０の実施形態＞＞
ところで、光電変換膜１０４、２０４は、先に説明したように、熱に弱いため、上述のように、ＰＤ１００の上方に、画素トランジスタ／配線層７００を形成した場合には、画素トランジスタ／配線層７００を形成する際に印加される熱により、光電変換膜１０４、２０４にダメージが与えられる恐れがある。そこで、本実施形態においては、別の半導体基板７６０（図３１参照）上に形成した、複数の画素トランジスタ７１０（図３１参照を含む画素トランジスタ／配線層７００を、ＰＤ１００等が積層された半導体基板５００に貼りあわせる方法を提案する。このような方法を採用することにより、本実施形態においては、画素トランジスタ／配線層７００に含まれる画素トランジスタ７１０を半導体基板５００とは異なる工程で予め形成することができることから、高温プロセスが使用することができる。その結果、本実施形態によれば、画素トランジスタ７１０の品質を向上させることができる。
【０１４２】
上述のような貼りあわせを採用した場合、上方に位置する画素トランジスタ７１０と、下方に位置するＰＤ１００とが互いに所定の位置関係となるように、半導体基板５００、７６０を貼りあわせすることが求められることとなる。しかしながら、精度よく、半導体基板５００、７６０を貼りあわせることは、量産工程においては難しいことがある。すなわち、上述の貼りあわせを採用した場合、貼りあわせズレが生じる可能性がある。そこで、本実施形態においては、予めマトリックス状に複数の画素トランジスタ７１０を形成しておいて、貼りあわせた後に、ＰＤ１００と所定の位置関係にある画素トランジスタ７１０以外の画素トランジスタ７１０を除去するものとする。このようにすることで、本実施形態によれば、光電変換膜１０４、２０４の熱によるダメージを避けつつ、上方に位置する画素トランジスタ７１０と、下方に位置するＰＤ１００とが互いに所定の位置関係となるように精度よく形成することができる（アライメントズレを避けることができる。）。
【０１４３】
以下に、図３１から図３７を参照して、本開示の第１０の実施形態に係る製造方法を説明する。図３１及び図３２は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法のコンセプトを説明するための説明図である。また、図３３から図３７は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｄの製造方法を説明するための説明図である。
【０１４４】
まずは、本実施形態に係る製造方法のコンセプトを図３１及び図３２を参照して説明する。図３１の左側に示すように、半導体基板（第４の基板）７６０上にマトリックス状に複数の画素トランジスタ７１０を形成する。この際、半導体基板７６０の平面上における画素トランジスタ７１０の間隔Ｗ２（第２の間隔）が、図３１の右側に示される半導体基板５００の平面上に設けられた固体撮像素子１０ｄの間隔、すなわち、蓄積電極１１０の間隔Ｗ１（第１の間隔）に比べて狭くなるように、数の画素トランジスタ７１０を形成する。さらに好ましくは、上記間隔Ｗ２が間隔Ｗ１の半分になるように、複数の画素トランジスタ７１０を形成する。
【０１４５】
さらに、図３２に示すように、基板７６０を、ＰＤ１００、２００、３００が積層された半導体基板５００（第３の基板）に貼りあわせ、ＰＤ１００と重なる部分、すなわち、読み出し電極１０８及び蓄積電極１１０と重なる領域の画素トランジスタ７１０を除去するように、基板７６０に開口部８００を形成する。
【０１４６】
このようにすることで、本実施形態によれば、光電変換膜１０４、２０４の熱によるダメージを避けつつ、上方に位置する画素トランジスタ７１０と、下方に位置するＰＤ１００とが互いに所定の位置関係となるように精度よく形成することができる。加えて、本実施形態においては、入射面の上方から見た場合、蓄積電極１１０が基板７６０から露出するように設けられていることから、ＰＤ１００、２００、３００に入射する光を画素トランジスタ７１０によって遮ることを避けることができる。その結果、本実施形態によれば、ＰＤ１００、２００、３００の感度特性が低下することを避けることができる。
【０１４７】
次に、本実施形態に係る製造方法を図３３から図３７を参照して説明する。
【０１４８】
図３３に示すように、基板７６０上にマトリックス状に複数の画素トランジスタ７１０を形成する。そして、図３４に示すように、半導体基板７６０を、ＰＤ１００、２００、３００が積層された半導体基板５００に貼りあわせる。さらに、図３５に示すように、半導体基板７６０を除去する。
【０１４９】
次に、図３６に示すように、ドライエッチング等を用いて、所望の領域に開口部８００を形成することにより、当該領域に形成された複数の画素トランジスタ７１０を除去する。
【０１５０】
そして、残った画素トランジスタ７１０をＰＤ１００と電気的に接続するための配線等を形成し、絶縁膜７４０を積層することにより、図３７に示すような積層構造を得ることができる。そして、図示は省略するが、高屈折率層２５２、及びオンチップレンズ２５０等を積層することにより、図２５に示すような固体撮像素子１０ｄを得ることができる。
【０１５１】
なお、本実施形態においては、上述のように、複数の画素トランジスタ７１０が形成された半導体基板７６０と、ＰＤ１００、２００、３００が積層された半導体基板５００とを貼りあわせることに限定されるものではない。本実施形態においては、例えば、複数の画素トランジスタ７１０とＰＤ１００とが積層された基板（図示省略）と、ＰＤ２００、３００が積層された基板（図示省略）とを貼りあわせてもよい。この場合、複数の画素トランジスタ７１０とＰＤ１００とが積層された基板の形成工程においては、画素トランジスタ７１０のチャネル領域を含む半導体層７０２を形成した上に、ＰＤ１００を形成することとなる。もしくは、上記形成工程においては、ＰＤ１００に含まれる半導体層１０６に画素トランジスタ７１０のチャネル領域を形成するようにしてもよく、特に限定されるものではない。
【０１５２】
さらに、本実施形態に係る製造方法を、上述した第６の実施形態に係る製造方法と組み合わせてもよい。この場合、例えば、複数の画素トランジスタ７１０が形成された基板（図示省略）と、ＰＤ１００が形成された基板（図示省略）と、ＰＤ２００、３００が積層された基板（図示省略）とを互いに貼りあわせてもよい。
【０１５３】
なお、上述の説明においては、半導体基板７６０を使用するものとして説明したが、本実施形態においても、これに限定されるものではなく、各層が積層された薄膜を、ベルヌーイチャックを用いて吸着、固定しつつ、貼りあわせを行ってもよい。
【０１５４】
＜＜１２．  第１１の実施形態＞＞
上述した本開示の実施形態に係る固体撮像装置１は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機等、画像取込部に撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。さらに、本開示の実施形態は、上述の固体撮像装置１を含むロボット、ドローン、自動車、医療機器（内視鏡）等にも適用可能である。なお、本実施形態に係る固体撮像装置１は、ワンチップとして形成された形態であってもよく、撮像部と信号処理部又は光学系とが１つにパッケージングされた撮像機能を有するモジュールの形態であってもよい。以下に、上述した固体撮像装置１を有する撮像装置９０２を含む電子機器９００の一例を、本開示の第１１の実施形態として、図３８を参照して説明する。図３８は、本実施形態に係る電子機器９００の一例を示す説明図である。
【０１５５】
図３８に示すように、電子機器９００は、撮像装置９０２、光学レンズ９１０、シャッタ機構９１２、駆動回路ユニット９１４、及び、信号処理回路ユニット９１６を有する。光学レンズ９１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像装置９０２の撮像面上に結像させる。これにより、撮像装置９０２の固体撮像素子１０内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。シャッタ機構９１２は、開閉することにより、撮像装置９０２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路ユニット９１４は、撮像装置９０２の信号の転送動作やシャッタ機構９１２のシャッタ動作等を制御する駆動信号をこれらに供給する。すなわち、撮像装置９０２は、駆動回路ユニット９１４から供給される駆動信号（タイミング信号）に基づいて信号転送を行うこととなる。信号処理回路ユニット９１６は、各種の信号処理を行う。例えば、信号処理回路ユニット９１６は、信号処理を行った映像信号を例えばメモリ等の記憶媒体（図示省略）に出力したり、表示部（図示省略）に出力したりする。
【０１５６】
＜＜１３．  まとめ＞＞
以上説明したように、本開示の実施形態によれば、特性向上を可能にする、固体撮像素子、固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【０１５７】
なお、上述した本開示の実施形態においては、第１の導電型をＰ型とし、第２の導電型をＮ型とし、電子を信号電荷として用いた固体撮像素子１０について説明したが、本開示の実施形態はこのような例に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、第１の導電型をＮ型とし、第２の導電型をＰ型とし、正孔を信号電荷として用いる固体撮像素子１０に適用することが可能である。
【０１５８】
また、上述した本開示の実施形態においては、各種の半導体基板は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板（例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板やＳｉＧｅ基板等）でも良い。また、上記半導体基板は、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものでも良い。
【０１５９】
さらに、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１０は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）に対して適用することができる。
【０１６０】
さらに、上述した本開示の実施形態及び参照される図面においては、わかりやすくするために、各種の絶縁膜等を簡略化して示している場合がある。しかしながら、実際には、これら絶縁膜は、複数の異なる絶縁材料からなる積層膜であってもよく、複数の異なる工程によって形成された積層膜であってもよい。
【０１６１】
＜＜１４．  移動体への応用例＞＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０１６２】
図４１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０１６３】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図４１に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【０１６４】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０１６５】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０１６６】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０１６７】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１６８】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０１６９】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｉｖｅｒ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１７０】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１７１】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０１７２】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図４１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０１７３】
図４２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１７４】
図４２では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１７５】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０１７６】
なお、図４２には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１７７】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１７８】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１７９】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１８０】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１８１】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、撮像部１２０３１としての撮像部１２１０１〜１２１０５等に適用され得る。
【０１８２】
＜＜１５．  内視鏡手術システムへの応用例＞＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１８３】
図４３は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【０１８４】
図４３では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【０１８５】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０１８６】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０１８７】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Ｃａｍｅｒａ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
【０１８８】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【０１８９】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【０１９０】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【０１９１】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【０１９２】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０１９３】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０１９４】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０１９５】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ  Ｂａｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０１９６】
図４４は、図４３に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０１９７】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【０１９８】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【０１９９】
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【０２００】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０２０１】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０２０２】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【０２０３】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【０２０４】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ  Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【０２０５】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【０２０６】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【０２０７】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【０２０８】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【０２０９】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０２１０】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０２１１】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０２１２】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０２１３】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２等に適用され得る。撮像部１１４０２等に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
【０２１４】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【０２１５】
＜＜１６．  補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０２１６】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０２１７】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、
を有する積層構造を備え、
前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、
固体撮像素子。
（２）
前記第１の光電変換部の前記光電変換積層構造は、前記第２の光電変換部の前記光電変換積層構造を、前記垂直面を軸として反転させた構造を有する、上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記光電変換積層構造は、
前記光電変換膜と前記読み出し電極とに挟まれた半導体層をさらに有する、
上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記光電変換積層構造は、
絶縁膜を介して、前記光電変換膜の、前記共通電極とは反対側に位置する第１の面と対向する、蓄積電極をさらに有する、
上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（５）
前記光電変換積層構造は、
前記絶縁膜を介して、前記第１の面と対向する、電荷の転送を制御する転送電極をさらに有する、
上記（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記光電変換積層構造は、
前記絶縁膜を介して、前記第１の面と対向する、シールド電極をさらに有する、
上記（４）又は（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記第１の光電変換部の前記光電変換積層構造は、
第１の読み出し電極と、
前記第１の読み出し電極の上方に設けられた第１の光電変換膜と、
前記第１の光電変換膜の上方に設けられた第１の共通電極と、
を有し、
前記第２の光電変換部の前記光電変換積層構造は、
第２の共通電極と、
前記第２の共通電極の上方に設けられた第２の光電変換膜と、
前記第２の光電変換膜の上方に設けられた第２の読み出し電極と、
を有する、
上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（８）
前記第１の共通電極及び前記第２の共通電極は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とに共通する一体の電極である、上記（７）に記載の固体撮像素子。
（９）
前記積層構造は、
前記第１の光電変換部の下方に設けられた、光を電荷に変換する第３の光電変換部をさらに有する、
上記（７）又は（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）
前記積層構造は、
前記第２の光電変換部の上方に設けられ、前記第２の光電変換部と電気的に接続された複数の画素トランジスタを含む第１の制御部をさらに有する、
上記（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）
前記第１の制御部は、他の半導体層を含み、
前記他の半導体層は、入射面の上方から見た場合、前記第２の光電変換部の一部を露出する開口部を有する、
上記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）
前記積層構造は、
前記第２の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第３の光電変換部と、
前記第２の光電変換部と前記第３の光電変換部とに挟まれるように設けられ、前記第２及び第３の光電変換部と電気的に接続された複数の画素トランジスタを含む第２の制御部と、をさらに有する、
上記（７）又は（８）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記第３の光電変換部は、
第３の読み出し電極と、
前記第３の読み出し電極の上方に設けられた第３の光電変換膜と、
前記第３の光電変換膜の上方に設けられた第３の共通電極と、
を有する、
上記（９）〜（１２）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１４）
前記第１、第２及び第３の光電変換膜は、有機系光電変換膜からなる、上記（１３）に記載の固体撮像素子。
（１５）
前記第２の共通電極は、前記第２の光電変換膜と比べて、前記垂直面の延伸する方向の沿って長く延び、
積層する前記第２の光電変換膜と前記第２の共通電極とは、端部において階段形状をなす、
上記（７）に記載の固体撮像素子。
（１６）
前記半導体基板は、光を電荷に変換する第４の光電変換部を含む、上記（１）〜（１５）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１７）
複数の固体撮像素子を備える固体撮像装置であって、
前記各固体撮像素子は、
半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、
を有する積層構造を有し、
前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、
固体撮像装置。
（１８）
複数の固体撮像素子を有する固体撮像装置を含む電子機器であって、
前記各固体撮像素子は、
半導体基板の上方に設けられた、光を電荷に変換する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の上方に設けられた、光を電荷に変換する第２の光電変換部と、
を有する積層構造を有し、
前記第１及び第２の光電変換部が、互いに、前記積層構造の積層方向に対して垂直な垂直面を対称軸とした線対称の関係となるように、前記第１及び第２の光電変換部は、共通電極と、光電変換膜と、読み出し電極とが積層された光電変換積層構造を有する、
電子機器。
（１９）
第１の基板の上方に、第１の読み出し電極と、第１の光電変換膜と、第１の共通電極とを順次積層し、
第２の基板の上方に、第２の読み出し電極と、第２の光電変換膜と、第２の共通電極とを順次積層し、
前記第１及び第２の共通電極が互いに向かい合うように、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼りあわせる、
ことを含む、固体撮像素子の製造方法。
（２０）
光を電荷に変換する第１及び第２の光電変換部が積層された第３の基板と、複数の画素トランジスタが形成された第４の基板とを貼りあわせ、
所定の領域に位置する前記複数の画素トランジスタを除去する、
ことを含む、固体撮像素子の製造方法。
（２１）
前記第３の基板の平面上に、第１の間隔で、複数の前記第２の光電変換部を形成し、
前記第４の基板の平面上に、前記第１の間隔に比べて短い第２の間隔で、前記複数の画素トランジスタを形成する、
ことをさらに含む、上記（２０）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【符号の説明】
【０２１８】
１    固体撮像装置
２    画素アレイ部
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１２、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、９０、９０ａ、９２ａ    固体撮像素子
３２    垂直駆動回路部
３６    カラム信号処理回路部
１００、２００、３００、４００    光電変換素子
１０２、２０２    共通電極
１０４、２０４    光電変換膜
１０６、２０６、７０２    半導体層
１０８、２０８    読み出し電極
１１０、２１０    蓄積電極
１２０、２２０    転送電極
１３０、２３０    シールド電極
２１０ａ    透明導電膜
２５０    オンチップレンズ
２５２    高屈折率層
３４０、３４２、３４４、３４６、３４６ａ、３４６ｂ、５４０、５４２、６４２、７４０    絶縁膜
４０２    反射防止膜
４３０、５２２、５３０、６３０、７３０    配線
５００、６００、７５０、７６０    半導体基板
５００ａ、６００ａ    貼りあわせ面
５０２、５１２、５１４、７１４    半導体領域
５１４ａ    フローティングディフュージョン部
５２０    貫通電極
５３２、６３２、７３２    電極
７００    画素トランジスタ／配線層
７１０    画素トランジスタ
８００、８０２、８０４    開口部
９００    電子機器
９０２    撮像装置
９１０    光学レンズ
９１２    シャッタ機構
９１４    駆動回路ユニット
９１６    信号処理回路ユニット
９５０    領域
【図１】
2019240121.tif 000003
【図２】
2019240121.tif 000004
【図３】
2019240121.tif 000005
【図４】
2019240121.tif 000006
【図５】
2019240121.tif 000007
【図６】
2019240121.tif 000008
【図７】
2019240121.tif 000009
【図８Ａ】
2019240121.tif 000010
【図８Ｂ】
2019240121.tif 000011
【図９】
2019240121.tif 000012
【図１０】
2019240121.tif 000013
【図１１】
2019240121.tif 000014
【図１２】
2019240121.tif 000015
【図１３】
2019240121.tif 000016
【図１４】
2019240121.tif 000017
【図１５】
2019240121.tif 000018
【図１６】
2019240121.tif 000019
【図１７】
2019240121.tif 000020
【図１８】
2019240121.tif 000021
【図１９】
2019240121.tif 000022
【図２０】
2019240121.tif 000023
【図２１】
2019240121.tif 000024
【図２２】
2019240121.tif 000025
【図２３】
2019240121.tif 000026
【図２４】
2019240121.tif 000027
【図２５】
2019240121.tif 000028
【図２６】
2019240121.tif 000029
【図２７】
2019240121.tif 000030
【図２８】
2019240121.tif 000031
【図２９】
2019240121.tif 000032
【図３０】
2019240121.tif 000033
【図３１】
2019240121.tif 000034
【図３２】
2019240121.tif 000035
【図３３】
2019240121.tif 000036
【図３４】
2019240121.tif 000037
【図３５】
2019240121.tif 000038
【図３６】
2019240121.tif 000039
【図３７】
2019240121.tif 000040
【図３８】
2019240121.tif 000041
【図３９】
2019240121.tif 000042
【図４０】
2019240121.tif 000043
【図４１】
2019240121.tif 000044
【図４２】
2019240121.tif 000045
【図４３】
2019240121.tif 000046
【図４４】
2019240121.tif 000047
【国際調査報告】
2019240121.tif 000048
2019240121.tif 000049
2019240121.tif 000050
2019240121.tif 000051