(57)【要約】  本開示の一実施形態の撮像素子は、対向する一の面および他の面を有すると共に、一の面と他の面との間を貫通する貫通孔を有する半導体基板と、半導体基板の一の面の上方に設けられた第１の光電変換部と、第１の光電変換部と電気的に接続されると共に、貫通孔内において半導体基板を貫通する貫通電極と、半導体基板の一の面に設けられると共に、第１の膜厚を有する第１の誘電体膜と、貫通孔の側面に設けられると共に、第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚を有する第２の誘電体膜とを備える。
2020017305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一の面および他の面を有すると共に、前記一の面と前記他の面との間を貫通する貫通孔を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記一の面の上方に設けられた第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部と電気的に接続されると共に、前記貫通孔内において前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記半導体基板の前記一の面に設けられると共に、第１の膜厚を有する第１の誘電体膜と、
前記貫通孔の側面に設けられると共に、前記第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚を有する第２の誘電体膜と
を備えた撮像素子。
【請求項２】
前記半導体基板は、さらに前記他の面側に増幅トランジスタおよび浮遊拡散層を有し、
前記貫通電極は、前記増幅トランジスタおよび前記浮遊拡散層の少なくとも一方と電気的に接続されている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜の少なくとも一方は積層膜からなる、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記第１の誘電体膜の前記第１の膜厚は１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、
前記第２の誘電体膜の前記第２の膜厚は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記第１の誘電体膜は、前記半導体基板上の領域ごとに異なる膜厚を有する、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記半導体基板は、第２の光電変換部が埋め込み形成されており、
前記第１の誘電体膜は、前記貫通電極の周囲の領域の膜厚よりも前記第２の光電変換部上の膜厚が厚い、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記第１の誘電体膜は、前記半導体基板上の領域ごとに異なる材料を用いて形成されている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜は、負の固定電荷を有する材料および前記半導体基板よりもバンドギャップの広い半導体材料または導電材料のうちの少なくとも１種を含む、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記第２の誘電体膜は、前記一の面の近傍と前記他の面の近傍とで異なる膜厚を有し、
前記一の面の近傍の膜厚は、前記他の面の近傍の膜厚よりも厚い、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記貫通電極は、前記貫通孔内において周囲に絶縁膜を有する、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記半導体基板は平面方向に複数の画素を有し、
前記貫通電極は、前記画素毎に設けられている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記半導体基板は平面方向に複数の画素を有し、
前記貫通電極は、２以上の画素に対して１つずつ設けられている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記半導体基板の平面方向に画素領域と前記画素領域を囲う周辺領域とを有し、
前記貫通電極は周辺領域に設けられている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記第１の光電変換部は、対向配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機光電変換層とを有し、前記第１電極は複数の電極からなる、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記半導体基板の内部に、さらに第２の光電変換部に積層された第３の光電変換部を有する、請求項６に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記半導体基板の前記一の面の上方に、さらに前記第１の光電変換部に積層された第３の光電変換部を有する、請求項６に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記半導体基板の前記他の面に多層配線層が形成されている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１８】
１または複数の撮像素子がそれぞれ設けられている複数の画素を備え、
前記撮像素子は、
対向する一の面および他の面を有すると共に、前記一の面と前記他の面との間を貫通する貫通孔を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記一の面の上方に設けられた第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部と電気的に接続されると共に、前記貫通孔内において前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記半導体基板の前記一の面に設けられると共に、第１の膜厚を有する第１の誘電体膜と、
前記貫通孔の側面に設けられると共に、前記第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚を有する第２の誘電体膜と
を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば有機材料を用いた撮像素子およびこれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等では、赤，緑，青の原色フィルタが２次元配列された画素配列を有する固体撮像装置が広く用いられている。しかしながら、このような画素配列を有する固体撮像装置では、各色信号を生成する際に画素間で補完処理を行うことから、いわゆる偽色が発生する。【０００３】
これに対して、赤色、緑色および青色の波長帯域の光をそれぞれ光電変換する光電変換領域が積層された固体撮像素子が開発されている。また、光電変換領域を半導体基板の外部に設置する構造が提案されており、例えば半導体基板の上部に光電変換部を配置し、その光電変換部で生成された信号電荷を半導体基板に蓄積する固体撮像素子が開発されている。上記構造が適用された裏面照射型の固体撮像素子としては、例えば、特許文献１において、半導体基板に貫通電極を設け、これを介して半導体基板の裏面側に配置された有機光電変換部で生成された信号電荷を半導体基板の表面側に転送する固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２９３３７号公報
【発明の概要】
【０００５】
ところで、撮像装置では、感度特性の向上が求められている。
【０００６】
感度特性を向上させることが可能な撮像素子および撮像装置を提供することが望ましい。
【０００７】
本開示の一実施形態の撮像素子は、対向する一の面および他の面を有すると共に、一の面と他の面との間を貫通する貫通孔を有する半導体基板と、半導体基板の一の面の上方に設けられた第１の光電変換部と、第１の光電変換部と電気的に接続されると共に、貫通孔内において半導体基板を貫通する貫通電極と、半導体基板の一の面に設けられると共に、第１の膜厚を有する第１の誘電体膜と、貫通孔の側面に設けられると共に、第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚を有する第２の誘電体膜とを備えたものである。
【０００８】
本開示の一実施形態の撮像装置は、複数の画素毎に、１または複数の上記本開示の一実施形態の撮像素子を備えたものである。
【０００９】
本開示の一実施形態の撮像素子および一実施形態の撮像装置では、上方に第１の光電変換部が配置された半導体基板の一の面に第１の膜厚を有する第１の誘電体膜を、半導体基板の一の面と他の面との間を貫通する貫通孔の側面に第２の膜厚を有する第２の誘電体膜を設け、第２の誘電体膜の膜厚（第２の膜厚）が第１の誘電体膜の膜厚（第１の膜厚）よりも薄くなるようにした。貫通孔内には、第１の光電変換部と電気的に接続されると共に、半導体基板を貫通する貫通電極が設けられている。これにより、貫通電極の容量の増大を抑えつつ、半導体基板の一の面における入射光の反射を低減する。
【００１０】
本開示の一実施形態の撮像素子および一実施形態の撮像装置によれば、半導体基板の一の面上に第１の膜厚を有する第１の絶縁膜を、半導体基板の一の面と他の面との間を貫通すると共に、内部に貫通電極が形成される貫通孔の側面に、第１の絶縁膜の膜厚よりも薄い膜厚（第２の膜厚）を有する第２の絶縁膜を設けるようにしたので、貫通電極の容量の増大が抑えつつ、半導体基板の一の面における入射光の反射が低減される。よって、高い感度特性を有する撮像素子およびこれを備えた撮像装置を提供することが可能となる。
【００１１】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の構成の一例を表す断面模式図である。
【図２】図１に示した撮像素子の全体構成を表す図である。
【図３】図１に示した撮像素子の等価回路図である。
【図４】図１に示した撮像素子の下部電極および制御部を構成するトランジスタの配置を表わす模式図である。
【図５Ａ】図１に示した撮像素子における誘電体膜の貫通電極の周辺における構成の一例を表す断面模式図である。
【図５Ｂ】図１に示した撮像素子における誘電体膜の貫通電極の周辺における構成の他の例を表す断面模式図である。
【図５Ｃ】図１に示した撮像素子における誘電体膜の貫通電極の周辺における構成の他の例を表す断面模式図である。
【図５Ｄ】図１に示した撮像素子における誘電体膜の貫通電極の周辺における構成の他の例を表す断面模式図である。
【図６】図１に示した撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を表す断面図である。
【図８】図７に続く工程を表す断面図である。
【図９】図８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１に示した撮像素子の一動作例を表すタイミング図である。」
【図１３】貫通電極の容量を説明するための模式図である。
【図１４】本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の構成の一例を表す断面模式図である。
【図１５】本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の構成の一例を表す断面模式図である。
【図１６】本開示の変形例１に係る撮像素子の構成の一例を表す断面模式図である。
【図１７】本開示の変形例２に係る撮像素子の要部の概略構成の一例を表す断面模式図である。
【図１８】図１等に示した撮像素子を画素として用いた撮像装置の構成を表すブロック図である。
【図１９】図１８に示した撮像装置を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。
【図２０】体内情報取得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２１】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２２】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。
【図２３】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２４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示における一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（受光面上および内部に貫通電極が形成される貫通孔の側面に、貫通孔の側面よりも受光面上の膜厚が厚い誘電体膜を設けた例）
１−１．撮像素子の構成
１−２．撮像素子の製造方法
１−３．作用・効果
２．第２の実施の形態（半導体基板上に２つの有機光電変換部が積層された例）
３．第３の実施の形態（下部電極がベタ膜で形成された有機光電変換部を有する例）
４．変形例
４−１．変形例１（受光面上の一部に別途誘電膜を成膜することで、受光面上の所定の領域の誘電体膜を厚膜化した例）
４−２．変形例２（周辺領域に貫通電極を設けた例）
５．適用例
【００１４】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子（撮像素子１０Ａ）の断面構成を表したものである。図２は、図１に示した撮像素子１０Ａの平面構成を表したものである。図３は、図１に示した撮像素子１０Ａの等価回路図であり、図２に示した領域１００に相当するものである。図４は、図１に示した撮像素子１０Ａの下部電極２１および制御部を構成するトランジスタの配置を模式的に表したものである。撮像素子１０Ａは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像装置（撮像装置１；図１８参照）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。
【００１５】
本実施の形態の撮像素子１０Ａは、半導体基板３０の受光面（一の面；第１面（面３０Ｓ１））および半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）と第２面（面３０Ｓ２）との間を貫通すると共に、内部に貫通電極３４が形成される貫通孔３０Ｈの側面に、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上と貫通孔３０Ｈの側面とで互いに膜厚の異なる誘電体膜２６が形成されたものである。この誘電体膜２６は、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上に設けられると共に、第１の膜厚を有する第１誘電体膜２６ａと、貫通孔３０Ｈの側面に設けられた第２誘電体膜２６ｂとから構成され、第１の膜厚は第２の膜厚よりも厚い。即ち、撮像素子１０Ａは、受光面である第１面（面３０Ｓ２）から貫通電極３４を通す貫通孔３０Ｈの側面にかけて設けられる誘電体膜２６を、貫通孔３０Ｈの側面側よりも半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）側を厚膜に形成したものである。
【００１６】
（１−１．撮像素子の構成）
撮像素子１０Ａは、例えば、１つの有機光電変換部２０と、２つの無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒとが縦方向に積層された、いわゆる縦方向分光型のものである。有機光電変換部２０は、半導体基板３０の第１面（裏面；面３０Ｓ１）側に設けられている。無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒは、半導体基板３０内に埋め込み形成されており、半導体基板３０の厚み方向に積層されている。有機光電変換部２０は、対向配置された下部電極２１（第１電極）と上部電極２５（第２電極）との間に、有機材料を用いて形成された光電変換層２４を有する。この光電変換層２４は、ｐ型半導体およびｎ型半導体を含んで構成され、層内にバルクヘテロ接合構造を有する。バルクヘテロ接合構造は、ｐ型半導体およびｎ型半導体が混ざり合うことで形成されたｐ／ｎ接合面である。
【００１７】
本実施の形態の有機光電変換部２０は、下部電極２１が複数の電極（読み出し電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂ）から構成されており、この下部電極２１と光電変換層２４との間に絶縁層２２および半導体層２３を順に有する。絶縁層２２には、読み出し電極２１Ａ上に開口２２Ｈが設けられており、読み出し電極２１Ａはこの開口２２Ｈを介して半導体層２３と電気的に接続されている。
【００１８】
有機光電変換部２０と、無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒとは、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ものである。具体的には、例えば、有機光電変換部２０では、緑（Ｇ）の色信号を取得する。無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒでは、吸収係数の違いにより、それぞれ、青（Ｂ）および赤（Ｒ）の色信号を取得する。これにより、撮像素子１０Ａでは、カラーフィルタを用いることなく一つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。
【００１９】
なお、本実施の形態では、光電変換によって生じる電子および正孔の対（電子−正孔対）のうち、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）について説明する。また、図中において、「ｐ」「ｎ」に付した「＋（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。
【００２０】
半導体基板３０の第２面（表面；３０Ｓ２）には、例えば、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）ＦＤ１（半導体基板３０内の領域３６Ｂ），ＦＤ２（半導体基板３０内の領域３７Ｃ），ＦＤ３（半導体基板３０内の領域３８Ｃ）と、転送トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３と、アンプトランジスタ（変調素子）ＡＭＰと、リセットトランジスタＲＳＴと、選択トランジスタＳＥＬと、多層配線４０とが設けられている。多層配線４０は、例えば、配線層４１，４２，４３が絶縁層４４内に積層された構成を有している。
【００２１】
なお、図面では、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）側を光入射側Ｓ１、第２面（面３０Ｓ２）側を配線層側Ｓ２と表している。
【００２２】
有機光電変換部２０は、上記のように、下部電極２１、半導体層２３、光電変換層２４、および上部電極２５が、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）の側からこの順に積層された構成を有している。また、下部電極２１と半導体層２３との間には、絶縁層２２が設けられている。下部電極２１は、例えば、撮像素子１０Ａごとに分離形成されると共に、詳細は後述するが、絶縁層２２を間に互いに分離された読み出し電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂとから構成されている。下部電極２１のうち、読み出し電極２１Ａは、絶縁層２２に設けられた開口２２Ｈを介して半導体層２３と電気的に接続されている。半導体層２３、光電変換層２４および上部電極２５は、図１では、複数の撮像素子１０Ａに共通した連続層として設けられている例を示したが、例えば、撮像素子１０Ａごとに分離形成されていてもよい。半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）と下部電極２１との間には、例えば、誘電体膜２６と、絶縁膜２７と、層間絶縁層２８とが設けられている。上部電極２５の上には、保護層５１が設けられている。保護層５１内には、例えば、読み出し電極２１Ａ上に遮光膜５２が設けられている。この遮光膜５２Ａは、少なくとも蓄積電極２１Ｂにはかからず、少なくとも半導体層２３と直接接している読み出し電極２１Ａの領域を覆うように設けられていればよい。保護層５１の上方には、平坦化層（図示せず）やオンチップレンズ５３等の光学部材が配設されている。
【００２３】
半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）と第２面（面３０Ｓ２）との間には貫通電極３４が設けられている。この貫通電極３４は、有機光電変換部２０の読み出し電極２１Ａと電気的に接続されており、有機光電変換部２０は、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐと、フローティングディフュージョンＦＤ１を兼ねるリセットトランジスタＲＳＴ（リセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔ）の一方のソース／ドレイン領域３６Ｂに接続されている。これにより、撮像素子１０Ａでは、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ２１）側の有機光電変換部２０で生じた電荷（ここでは、電子）を半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）側に良好に転送し、特性を高めることが可能となっている。
【００２４】
貫通電極３４の下端は、配線層４１内の接続部４１Ａに接続されており、接続部４１Ａと、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐとは、下部第１コンタクト４５を介して接続されている。接続部４１Ａと、フローティングディフュージョンＦＤ１（領域３６Ｂ）とは、例えば、下部第２コンタクト４６を介して接続されている。貫通電極３４の上端は、例えば、上部第１コンタクト２９Ａ、パッド部３９Ａおよび上部第２コンタクト２９Ｂを介して読み出し電極２１Ａに接続されている。
【００２５】
貫通電極３４は、例えば、撮像素子１０Ａの各々において有機光電変換部２０ごとに設けられている。貫通電極３４は、有機光電変換部２０とアンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐおよびフローティングディフュージョンＦＤ１とのコネクタとしての機能を有すると共に、有機光電変換部２０において生じた電荷（ここでは、電子）の伝送経路となっている。
【００２６】
フローティングディフュージョンＦＤ１（リセットトランジスタＲＳＴの一方のソース／ドレイン領域３６Ｂ）の隣にはリセットトランジスタＲＳＴのリセットゲートＧｒｓｔが配置されている。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された電荷を、リセットトランジスタＲＳＴによりリセットすることが可能となる。
【００２７】
本実施の形態の撮像素子１０Ａでは、上部電極２５側から有機光電変換部２０に入射した光は、光電変換層２４で吸収される。これによって生じた励起子は、光電変換層２４を構成する電子供与体と電子受容体との界面に移動し、励起子分離、即ち、電子と正孔とに解離する。ここで発生した電荷（電子および正孔）は、キャリアの濃度差による拡散や、陽極（ここでは、上部電極２５）と陰極（ここでは、下部電極２１）との仕事関数の差による内部電界によってそれぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流として検出される。また、下部電極２１と上部電極２５との間に電位を印加することによって、電子および正孔の輸送方向を制御することができる。
【００２８】
以下、各部の構成や材料等について説明する。
【００２９】
有機光電変換部２０は、選択的な波長域（例えば、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下）の一部または全部の波長域に対応する緑色光を吸収して、電子−正孔対を発生させる有機光電変換素子である。
【００３０】
下部電極２１は、上記のように、分離形成された読み出し電極２１Ａと蓄積電極２１Ｂとから構成されている。読み出し電極２１Ａは、光電変換層２４内で発生した電荷（ここでは、電子）をフローティングディフュージョンＦＤ１に転送するためのものであり、例えば、上部第１コンタクト２９Ａ、上部第２コンタクト２９Ｂ、パッド部３９Ａ、貫通電極３４、接続部４１Ａおよび下部第２コンタクト４６を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。蓄積電極２１Ｂは、光電変換層２４内で発生した電荷のうち、信号電荷として電子を半導体層２３内に蓄積するためのものである。蓄積電極２１Ｂは、半導体基板３０内に形成された無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒの受光面と正対して、これらの受光面を覆う領域に設けられている。蓄積電極２１Ｂは、読み出し電極２１Ａよりも大きいことが好ましく、これにより、多くの電荷を蓄積することができる。蓄積電極２１Ｂには、図４に示したように、配線を介して電圧印加回路６０が接続されている。
【００３１】
下部電極２１は、光透過性を有する導電膜により構成され、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）により構成されている。但し、下部電極２１の構成材料としては、このＩＴＯの他にも、ドーパントを添加した酸化スズ（ＳｎＯ2）系材料、あるいは亜鉛酸化物（ＺｎＯ）にドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、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）、ガリウム（Ｇａ）添加のガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、インジウム（Ｉｎ）添加のインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が挙げられる。また、この他にも、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ4、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ2、ＭｇＩＮ2Ｏ4、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ3等を用いてもよい。
【００３２】
半導体層２３は、光電変換層２４の下層、具体的には、絶縁層２２と光電変換層２４との間に設けられ、光電変換層２４で発生した信号電荷（ここでは、電子）を蓄積するためのものである。半導体層２３は、光電変換層２４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２３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およ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２３の厚みは、例えば１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。上記材料によって構成された半導体層２３を光電変換層２４の下層に設けることにより、電荷蓄積時における電荷の再結合を防止し、転送効率を向上させることが可能となる。
【００３３】
光電変換層２４は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。光電変換層２４は、例えば、それぞれｐ型半導体またはｎ型半導体として機能する有機材料（ｐ型半導体材料またはｎ型半導体材料）を２種以上含んで構成されている。光電変換層２４は、層内に、このｐ型半導体材料とｎ型半導体材料との接合面（ｐ／ｎ接合面）を有する。ｐ型半導体は、相対的に電子供与体（ドナー）として機能するものであり、ｎ型半導体は、相対的に電子受容体（アクセプタ）として機能するものである。光電変換層２４は、光を吸収した際に生じる励起子が電子と正孔とに分離する場を提供するものであり、具体的には、電子供与体と電子受容体との界面（ｐ／ｎ接合面）において、励起子が電子と正孔とに分離する。
【００３４】
光電変換層２４は、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料の他に、所定の波長域の光を光電変換する一方、他の波長域の光を透過させる有機材料、いわゆる色素材料を含んで構成されていてもよい。光電変換層２４をｐ型半導体材料、ｎ型半導体材料および色素材料の３種類の有機材料を用いて形成する場合には、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料は、可視領域（例えば、４５０ｎｍ〜８００ｎｍ）において光透過性を有する材料であることが好ましい。光電変換層２４の厚みは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００３５】
光電変換層２４を構成する有機材料としては、例えば、キナクリドン、塩素化ホウ素サブフタロシアニン、ペンタセン、ベンゾチエノベンゾチオフェン、フラーレンおよびそれらの誘導体が挙げられる。光電変換層２４は、上記有機材料を２種以上組み合わせて構成されている。上記有機材料は、その組み合わせによってｐ型半導体またはｎ型半導体として機能する。
【００３６】
なお、光電変換層２４を構成する有機材料は特に限定されない。上記した有機材料以外には、例えば、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン、ペリレン、およびフルオランテンあるいはそれらの誘導体のうちのいずれか１種が好適に用いられる。あるいは、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れらの誘導体を用いてもよい。加えて、金属錯体色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセンおよびピレン等の縮合多環芳香族および芳香環あるいは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二つの含窒素複素環、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。なお、上記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、またはルテニウム錯体色素が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３７】
光電変換層２４と下部電極２１との間（例えば、半導体層２３と光電変換層２４との間）および光電変換層２４と上部電極２５との間には、他の層が設けられていてもよい。具体的には、例えば、下部電極２１側から順に、半導体層２３、電子ブロッキング膜 、光電変換層２４、正孔ブロッキング膜および仕事関数調整層等が積層されていてもよい。更に、下部電極２１と光電変換層２４との間に下引き層および正孔輸送層や、光電変換層２４と上部電極２５との間にバッファ層や電子輸送層を設けるようにしてもよい。
【００３８】
上部電極２５は、下部電極２１と同様に光透過性を有する導電膜により構成されている。撮像素子１０Ａを１つの画素として用いた撮像装置１では、上部電極２５は画素毎に分離されていてもよいし、各画素に共通の電極として形成されていてもよい。上部電極２５の厚みは、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００３９】
誘電体膜２６は、半導体基板３０と絶縁膜２７との間の屈折率差によって生じる光の反射を防止するためのものである。誘電体膜２６の材料としては、半導体基板３０の屈折率と絶縁膜２７の屈折率との間の屈折率を有する材料であることが好ましい。更に、誘電体膜２６の材料としては、例えば、負の固定電荷を有する膜を形成可能な材料を用いることが好ましい。あるいは、誘電体膜２６の材料としては、半導体基板３０よりもバンドギャップの広い半導体材料または導電材料を用いることが好ましい。これにより、半導体基板３０の界面における暗電流の発生を抑えることが可能となる。このような材料としては、酸化ハフニウム（ＨｆＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯx）、酸化タンタル（ＴａＯx）、酸化チタン（ＴｉＯx）、酸化ランタン（ＬａＯx）、酸化プラセオジム（ＰｒＯx）、酸化セリウム（ＣｅＯx）、酸化ネオジム（ＮｄＯx）、酸化プロメチウム（ＰｍＯx）、酸化サマリウム（ＳｍＯx）、酸化ユウロピウム（ＥｕＯx）、酸化ガドリニウム（ＧｄＯx）、酸化テルビウム（ＴｂＯx）、酸化ジスプロシウム（ＤｙＯx）、酸化ホルミウム（ＨｏＯx）、酸化ツリウム（ＴｍＯx）、酸化イッテルビウム（ＹｂＯx）、酸化ルテチウム（ＬｕＯx）、酸化イットリウム（ＹＯx）、窒化ハフニウム（ＨｆＮx）、窒化アルミニウム（ＡｌＮx）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯxＮy）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯxＮy）等が挙げられる。
【００４０】
誘電体膜２６は、上記のように、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上に設けられた第１の膜厚Ｗ１を有する第１誘電体膜２６ａと、貫通孔３０Ｈの側面に設けられた第２の膜厚Ｗ２を有する第２誘電体膜２６ｂとから構成されている。半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上の第１誘電体膜２６ａは、貫通孔３０Ｈの側面に形成される第２誘電体膜２６ｂの膜厚（第２の膜厚：Ｗ２）よりも厚い膜厚（第１の膜厚：Ｗ１）を有する。具体的には、例えば、撮像素子１０Ａが可視光用の撮像素子である場合には、第１誘電体膜２６ａの膜厚は、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。第２誘電体膜２６ｂの膜厚は、例えば１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。撮像素子１０Ａが赤外光用の撮像素子である場合には、第１誘電体膜２６ａの膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。第２誘電体膜２６ｂの膜厚は、例えば１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、貫通孔３０Ｈ内に設けられる貫通電極３４の容量の増大を抑えつつ、半導体基板３０の受光面（第１面（面３０Ｓ１））における入射光の反射を抑えることが可能となる。
【００４１】
誘電体膜２６は、例えば図５Ａに示したように、半導体基板３０上の第１誘電体膜２６ａおよび貫通孔３０Ｈの側面に形成される第２誘電体膜２６ｂを連続する単層膜として形成するようにしてもよいが、これに限らない。
【００４２】
例えば、誘電体膜２６は、図５Ｂに示したように、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）から貫通孔３０Ｈの側面にかけて一様な膜厚を有する連続膜として形成した誘電体膜２６Ａと、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上の誘電体膜２６Ａにのみ形成した誘電体膜２６Ｂとの部分的な積層膜として形成することで、貫通孔３０Ｈの側面の第２誘電体膜２６ｂよりも膜厚の厚い第１誘電体膜２６ａを形成するようにしてもよい。
【００４３】
例えば、誘電体膜２６は、図５Ｃに示したように、誘電体膜２６全体を積層膜（誘電体膜２６Ａ，２６Ｂ）として形成し、半導体基板３０上の第１誘電体膜２６ａ１，２６ａ２の膜厚を、貫通孔３０Ｈの側面に形成された第２誘電体膜２６ｂ１，２６ｂ２よりも厚膜に形成することで、貫通孔３０Ｈの側面よりも半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上の膜厚の厚い誘電体膜２６を形成するようにしてもよい。
【００４４】
なお、図５Ｂおよび図５Ｃでは、誘電体膜２６を積層膜として２層積層した例を示したが３層以上積層するようにしてもよい。例えば、第１誘電体膜２６ａを３層、第２誘電体膜２６ｂを１層としてよいし、第１誘電体膜２６ａを３層、第２誘電体膜２６ｂを２層としてもよい。また、上記のように、誘電体膜２６を積層膜として形成する場合には、互いに同じ材料を用いて形成してもよいし、互いに異なる材料を用いて形成するようにしてもよい。このように、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上に設けられる第１誘電体膜２６ａを２種以上の膜を積層した構成とすることにより、正孔蓄積層として性能を付加することが可能となる。更に、上記のように、誘電体膜２６を積層膜として形成する場合には、絶縁膜２７側から半導体基板３０側にかけて屈折率が徐々に半導体基板３０の屈折率に近づくように変化させることが好ましい。これにより、半導体基板３０の界面における入射光の反射が抑えられ、入射光が半導体基板３０に入射されやすくなり、埋め込み形成された無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒにおける光電変換効率を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、詳細は後述するが、半導体基板３０に貫通孔３０Ｈを形成する方法としては、例えばドライエッチングが用いられる。その場合、貫通孔３０Ｈの上部、即ち、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）近傍には大きなダメージが生じる。このため、貫通孔３０Ｈの上部には、図５Ｄに示したように、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）から貫通孔３０Ｈの側面にかけて一様な膜厚を有する連続膜である誘電体膜２６Ａを形成したのち、さらに、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上から貫通孔３０Ｈの側面の上部まで延在する誘電体膜２６Ｂを形成し、第２誘電体膜２６ｂの貫通孔３０Ｈの側面の上部の膜厚を厚く形成することが好ましい。
【００４６】
なお、半導体基板３０と誘電体膜２６との間には、酸化膜等の絶縁膜を形成するようにしてもよい。
【００４７】
絶縁膜２７は、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）に形成された第１誘電体膜２６ａ上および貫通孔３０Ｈの側面に形成された第２誘電体膜２６ｂと貫通電極３４との間に設けられ、貫通電極３４と半導体基板３０との間を電気的に絶縁するためのものである。絶縁膜２７の材料は特に限定されないが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、ＴＥＯＳ、窒化シリコン（ＳｉＮx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等によって形成されている。
【００４８】
層間絶縁層２８は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、ＴＥＯＳ、窒化シリコン（ＳｉＮx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。
【００４９】
絶縁層２２は、蓄積電極２１Ｂと半導体層２３とを電気的に分離するためのものである。絶縁層２２は、下部電極２１を覆うように、例えば、層間絶縁層２８上に設けられている。また、絶縁層２２には、下部電極２１のうち、読み出し電極２１Ａ上に開口２２Ｈが設けられており、この開口２２Ｈを介して、読み出し電極２１Ａと半導体層２３とが電気的に接続されている。絶縁層２２は、例えば、層間絶縁層２８と同様の材料を用いて形成することができ、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。絶縁層２２の厚みは、例えば、２０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００５０】
保護層５１は、光透過性を有する材料により構成され、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等のうちのいずれかよりなる単層膜、あるいはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。この保護層５１の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜３００００ｎｍである。
【００５１】
半導体基板３０は、例えば、ｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板により構成され、所定の領域（例えば画素部１ａ）にｐウェル３１を有している。ｐウェル３１の第２面（面３０Ｓ２）には、上述した転送トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３と、アンプトランジスタＡＭＰと、リセットトランジスタＲＳＴと、選択トランジスタＳＥＬ等が設けられている。また、半導体基板３０の周辺部（周辺部１ｂ）には、図２に示したように、ロジック回路等からなる、例えば、画素読み出し回路１１０および画素駆動回路１２０が設けられている。
【００５２】
リセットトランジスタＲＳＴ（リセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔ）は、有機光電変換部２０からフローティングディフュージョンＦＤ１に転送された電荷をリセットするものであり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。具体的には、リセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔは、リセットゲートＧｒｓｔと、チャネル形成領域３６Ａと、ソース／ドレイン領域３６Ｂ，３６Ｃとから構成されている。リセットゲートＧｒｓｔは、リセット線ＲＳＴ１に接続され、リセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔの一方のソース／ドレイン領域３６Ｂは、フローティングディフュージョンＦＤ１を兼ねている。リセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域３６Ｃは、電源ＶＤＤに接続されている。
【００５３】
アンプトランジスタＡＭＰは、有機光電変換部２０で生じた電荷量を電圧に変調する変調素子であり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。具体的には、アンプトランジスタＡＭＰは、ゲートＧａｍｐと、チャネル形成領域３５Ａと、ソース／ドレイン領域３５Ｂ，３５Ｃとから構成されている。ゲートＧａｍｐは、下部第１コンタクト４５、接続部４１Ａ、下部第２コンタクト４６および貫通電極３４等を介して、読み出し電極２１ＡおよびリセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔの一方のソース／ドレイン領域３６Ｂ（フローティングディフュージョンＦＤ１）に接続されている。また、一方のソース／ドレイン領域３５Ｂは、リセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域３６Ｃと、領域を共有しており、電源ＶＤＤに接続されている。
【００５４】
選択トランジスタＳＥＬ（選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌ）は、ゲートＧｓｅｌと、チャネル形成領域３４Ａと、ソース／ドレイン領域３４Ｂ，３４Ｃとから構成されている。ゲートＧｓｅｌは、選択線ＳＥＬ１に接続されている。また、一方のソース／ドレイン領域３４Ｂは、アンプトランジスタＡＭＰを構成する他方のソース／ドレイン領域３５Ｃと、領域を共有しており、他方のソース／ドレイン領域３４Ｃは、信号線（データ出力線）ＶＳＬ１に接続されている。
【００５５】
無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒは、それぞれ、半導体基板３０の所定の領域にｐｎ接合を有する。無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒは、シリコン基板において光の入射深さに応じて吸収される光の波長が異なることを利用して縦方向に光を分光することを可能としたものである。無機光電変換部３２Ｂは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、青色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。無機光電変換部３２Ｒは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、赤色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。なお、青（Ｂ）は、例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域、赤（Ｒ）は、例えば６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域にそれぞれ対応する色である。無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒはそれぞれ、各波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能となっていればよい。
【００５６】
無機光電変換部３２Ｂは、例えば、正孔蓄積層となるｐ＋領域と、電子蓄積層となるｎ領域とを含んで構成されている。無機光電変換部３２Ｒは、例えば、正孔蓄積層となるｐ＋領域と、電子蓄積層となるｎ領域とを有する（ｐ−ｎ−ｐの積層構造を有する）。無機光電変換部３２Ｂのｎ領域は、縦型の転送トランジスタＴｒ２に接続されている。無機光電変換部３２Ｂのｐ＋領域は、転送トランジスタＴｒ２に沿って屈曲し、無機光電変換部３２Ｒのｐ＋領域につながっている。
【００５７】
転送トランジスタＴｒ２（転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓ）は、無機光電変換部３２Ｂにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷（ここでは、電子）を、フローティングディフュージョンＦＤ２に転送するためのものである。無機光電変換部３２Ｂは半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）から深い位置に形成されているので、無機光電変換部３２Ｂの転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓは縦型のトランジスタにより構成されていることが好ましい。また、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓは、転送ゲート線ＴＧ２に接続されている。更に、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓのゲートＧｔｒｓ２の近傍の領域３７Ｃには、フローティングディフュージョンＦＤ２が設けられている。無機光電変換部３２Ｂに蓄積された電荷は、ゲートＧｔｒｓ２に沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。
【００５８】
転送トランジスタＴｒ３（転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓ）は、無機光電変換部３２Ｒにおいて発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷（ここでは、電子）を、フローティングディフュージョンＦＤ３に転送するものであり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。また、転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓは、転送ゲート線ＴＧ３に接続されている。更に、転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓのゲートＧｔｒｓ３の近傍の領域３８Ｃには、フローティングディフュージョンＦＤ３が設けられている。無機光電変換部３２Ｒに蓄積された電荷は、ゲートＧｔｒｓ３に沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンＦＤ３に読み出される。
【００５９】
半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）側には、さらに、無機光電変換部３２Ｂの制御部を構成するリセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔと、アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐと、選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌが設けられている。また、無機光電変換部３２Ｒの制御部を構成するリセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔと、アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐおよび選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌが設けられている。
【００６０】
リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔのゲートはリセット線ＲＳＴ２に接続され、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔの一方のソース／ドレイン領域は電源ＶＤＤに接続されている。リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔの他方のソース／ドレイン領域は、フローティングディフュージョンＦＤ２を兼ねている。
【００６１】
アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔの他方のソース／ドレイン領域（フローティングディフュージョンＦＤ２）に接続されている。また、アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐを構成する一方のソース／ドレイン領域は、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔを構成する一方のソース／ドレイン領域と領域を共有しており、電源ＶＤＤに接続されている。
【００６２】
選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、選択線ＳＥＬ２に接続されている。また、選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌを構成する一方のソース／ドレイン領域は、アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐを構成する他方のソース／ドレイン領域と領域を共有している。選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌを構成する他方のソース／ドレイン領域は、信号線（データ出力線）ＶＳＬ２に接続されている。
【００６３】
リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔのゲートはリセット線ＲＳＴ３に接続され、リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する一方のソース／ドレイン領域は電源ＶＤＤに接続されている。リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域は、フローティングディフュージョンＦＤ３を兼ねている。
【００６４】
アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域（フローティングディフュージョンＦＤ３）に接続されている。また、アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐを構成する一方のソース／ドレイン領域は、リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する一方のソース／ドレイン領域と、領域を共有しており、電源ＶＤＤに接続されている。
【００６５】
選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、選択線ＳＥＬ３に接続されている。また、選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌを構成する一方のソース／ドレイン領域は、アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐを構成する他方のソース／ドレイン領域と、領域を共有している。選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌを構成する他方のソース／ドレイン領域は、信号線（データ出力線）ＶＳＬ３に接続されている。
【００６６】
リセット線ＲＳＴ１，ＲＳＴ２，ＲＳＴ３、選択線ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３、転送ゲート線ＴＧ２，ＴＧ３は、それぞれ、駆動回路を構成する垂直駆動回路１１２に接続されている。信号線（データ出力線）ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３は、駆動回路を構成するカラム信号処理回路１１３に接続されている。
【００６７】
下部第１コンタクト４５、下部第２コンタクト４６、上部第１コンタクト２９Ａ、上部第２コンタクト２９Ｂおよび上部第３コンタクト２９Ｃは、例えば、ＰＤＡＳ（Phosphorus Doped Amorphous Silicon）等のドープされたシリコン材料、または、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）等の金属材料により構成されている。
【００６８】
（１−２．撮像素子の製造方法）
本実施の形態の撮像素子１０Ａは、例えば、次のようにして製造することができる。
【００６９】
図６〜図１１は、撮像素子１０Ａの製造方法を工程順に表したものである。まず、図６に示したように、半導体基板３０内に、第１の導電型のウェルとして例えばｐウェル３１を形成し、このｐウェル３１内に第２の導電型（例えばｎ型）の無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒを形成する。半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）近傍にはｐ＋領域を形成する。
【００７０】
半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）には、同じく図６に示したように、例えばフローティングディフュージョンＦＤ１〜ＦＤ３となるｎ＋領域を形成したのち、ゲート絶縁層３３と、転送トランジスタＴｒ２、転送トランジスタＴｒ３、選択トランジスタＳＥＬ、アンプトランジスタＡＭＰおよびリセットトランジスタＲＳＴの各ゲートを含むゲート配線層４７とを形成する。これにより、転送トランジスタＴｒ２、転送トランジスタＴｒ３、選択トランジスタＳＥＬ、アンプトランジスタＡＭＰおよびリセットトランジスタＲＳＴを形成する。更に、半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）上に、下部第１コンタクト４５、下部第２コンタクト４６および接続部４１Ａを含む配線層４１〜４３および絶縁層４４からなる多層配線４０を形成する。
【００７１】
半導体基板３０の基体としては、例えば、半導体基板３０と、埋込み酸化膜（図示せず）と、保持基板（図示せず）とを積層したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いる。埋込み酸化膜および保持基板は、図６には図示しないが、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）に接合されている。イオン注入後、アニール処理を行う。
【００７２】
次いで、半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）側（多層配線４０側）に支持基板（図示せず）または他の半導体基体等を接合して、上下反転する。続いて、半導体基板３０をＳＯＩ基板の埋込み酸化膜および保持基板から分離し、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）を露出させる。以上の工程は、イオン注入およびＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等、通常のＣＭＯＳプロセスで使用されている技術にて行うことが可能である。
【００７３】
次いで、図７に示したように、例えばドライエッチングにより半導体基板３０を第１面（面３０Ｓ１）側から加工し、例えば環状の貫通孔３０Ｈを形成する。貫通孔３０Ｈの深さは、図７に示したように、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）から第２面（面３０Ｓ２）まで貫通するものである。
【００７４】
続いて、図８に示したように、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）および貫通孔３０Ｈの側面に、例えば原子層堆積（Atomic Layer Deposition；ＡＬＤ）法を用いて誘電体膜２６Ａを成膜する。これにより、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）、貫通孔３０Ｈの側面および底面に連続する誘電体膜２６Ａが形成される。次に、誘電体膜２６Ａの半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上に、例えばスパッタ法を用いて誘電体膜２６Ｂを成膜したのち、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上および貫通孔３０Ｈ内に絶縁膜２７を成膜する。
【００７５】
続いて、図９に示したように、例えばドライエッチングにより貫通孔３０Ｈ内に形成された絶縁膜２７内に、絶縁膜２７、第１誘電体膜２６ａおよび絶縁層４４を貫通し、接続部４１Ａに到達する貫通孔２７Ｈを形成する。なお、このとき、第１面（面３０Ｓ１）上の絶縁膜２７も薄膜化される。
【００７６】
次に、図１０に示したように、絶縁膜２７上および貫通孔２７Ｈ内に導電膜３４ｘを成膜したのち、導電膜３４ｘ上の所定の位置にフォトレジストＰＲを形成する。その後、エッチングおよびフォトレジストＰＲを除去することで、図１１に示した、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上に張り出し部を有する貫通電極３４が形成される。
【００７７】
その後、絶縁膜３７および貫通電極３４上に層間絶縁層２８を構成する絶縁膜を形成し、貫通電極３４上等に上部第１コンタクト２９Ａ、パッド部３９Ａ，３９Ｂ、上部第２コンタクト２９Ｂおよび上部第３コンタクト２９Ｃを形成したのち、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて層間絶縁層２８の表面を平坦化する。続いて、層間絶縁層２８上に導電膜を成膜したのち、導電膜の所定の位置にフォトレジストを形成する。その後、エッチングおよびフォトレジストを除去することで、読み出し電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂを形成する。次に、層間絶縁層２８および読み出し電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂ上に絶縁層２２を成膜したのち、読み出し電極２１Ａ上に開口２２Ｈを設ける。続いて、絶縁層２２上に、半導体層２３、光電変換層２４、上部電極２５、保護層５１および遮光膜５２を形成する。なお、有機材料を用いて半導体層２３やその他有機層を形成する場合には、真空工程において連続的に（真空一貫プロセスで）形成することが望ましい。また、光電変換層２４の成膜方法としては、必ずしも真空蒸着法を用いた手法に限らず、他の手法、例えば、スピンコート技術やプリント技術等を用いてもよい。最後に、保護層５１、遮光膜５２およびオンチップレンズ５３を配設する。以上により、図１に示した撮像素子１０Ａが完成する。
【００７８】
撮像素子１０Ａでは、有機光電変換部２０に、オンチップレンズ５３を介して光が入射すると、その光は、有機光電変換部２０、無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒ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。以下、各色の信号取得動作について説明する。
【００７９】
（有機光電変換部２０による緑色信号の取得）
撮像素子１０Ａへ入射した光のうち、まず、緑色光が、有機光電変換部２０において選択的に検出（吸収）され、光電変換される。
【００８０】
有機光電変換部２０は、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐとフローティングディフュージョンＦＤ１とに接続されている。よって、有機光電変換部２０で発生した電子−正孔対のうちの電子が、下部電極２１側から取り出され、貫通電極３４を介して半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）側へ転送され、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積される。これと同時に、アンプトランジスタＡＭＰにより、有機光電変換部２０で生じた電荷量が電圧に変調される。
【００８１】
また、フローティングディフュージョンＦＤ１の隣には、リセットトランジスタＲＳＴのリセットゲートＧｒｓｔが配置されている。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された電荷は、リセットトランジスタＲＳＴによりリセットされる。
【００８２】
ここでは、有機光電変換部２０が、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰだけでなくフローティングディフュージョンＦＤ１にも接続されているので、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された電荷をリセットトランジスタＲＳＴにより容易にリセットすることが可能となる。
【００８３】
これに対して、貫通電極３４とフローティングディフュージョンＦＤ１とが接続されていない場合には、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された電荷をリセットすることが困難となり、大きな電圧をかけて上部電極２５側へ引き抜くことになる。そのため、光電変換層２４がダメージを受けるおそれがある。また、短時間でのリセットを可能とする構造は暗時ノイズの増大を招き、トレードオフとなるため、この構造は困難である。
【００８４】
図１２は、撮像素子１０Ａの一動作例を表したものである。（Ａ）は、蓄積電極２１Ｂにおける電位を示し、（Ｂ）は、フローティングディフュージョンＦＤ１（読み出し電極２１Ａ）における電位を示し、（Ｃ）は、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔのゲート（Ｇｓｅｌ）における電位を示したものである。撮像素子１０Ａでは、読み出し電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂは、それぞれ個別に電圧が印加されるようになっている。
【００８５】
撮像素子１０Ａでは、蓄積期間においては、駆動回路から読み出し電極２１Ａに電位Ｖ１が印加され、蓄積電極２１Ｂに電位Ｖ２が印加される。ここで、電位Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ２＞Ｖ１とする。これにより、光電変換によって生じた電荷（ここでは、電子）は、蓄積電極２１Ｂに引きつけられ、蓄積電極２１Ｂと対向する半導体層２３の領域に蓄積される（蓄積期間）。因みに、蓄積電極２１Ｂと対向する半導体層２３の領域の電位は、光電変換の時間経過に伴い、より負側の値となる。なお、正孔は、上部電極２５から駆動回路へと送出される。
【００８６】
撮像素子１０Ａでは、蓄積期間の後期においてリセット動作がなされる。具体的には、タイミングｔ１において、走査部は、リセット信号ＲＳＴの電圧を低レベルから高レベルに変化させる。これにより、単位画素Ｐでは、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔがオン状態になり、その結果、フローティングディフュージョンＦＤ１の電圧が電源電圧ＶＤＤに設定され、フローティングディフュージョンＦＤ１の電圧がリセットされる（リセット期間）。
【００８７】
リセット動作の完了後、電荷の読み出しが行われる。具体的には、タイミングｔ２において、駆動回路から読み出し電極２１Ａには電位Ｖ３が印加され、蓄積電極２１Ｂには電位Ｖ４が印加される。ここで、電位Ｖ３，Ｖ４は、Ｖ３＜Ｖ４とする。これにより、蓄積電極２１Ｂに対応する領域に蓄積されていた電荷（ここでは、電子）は、読み出し電極２１ＡからフローティングディフュージョンＦＤ１へと読み出される。即ち、半導体層２３に蓄積された電荷が制御部に読み出される（転送期間）。
【００８８】
読み出し動作完了後、再び、駆動回路から読み出し電極２１Ａに電位Ｖ１が印加され、蓄積電極２１Ｂに電位Ｖ２が印加される。これにより、光電変換によって生じた電荷（ここでは、電子）は、蓄積電極２１Ｂに引きつけられ、蓄積電極２１Ｂと対向する光電変換層２４の領域に蓄積される（蓄積期間）。
【００８９】
（無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒによる青色信号，赤色信号の取得）
続いて、有機光電変換部２０を透過した光のうち、青色光は無機光電変換部３２Ｂ、赤色光は無機光電変換部３２Ｒにおいて、それぞれ順に吸収され、光電変換される。無機光電変換部３２Ｂでは、入射した青色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｂのｎ領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタＴｒ２によりフローティングディフュージョンＦＤ２へと転送される。同様に、無機光電変換部３２Ｒでは、入射した赤色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｒのｎ領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタＴｒ３によりフローティングディフュージョンＦＤ３へと転送される。
【００９０】
（１−３．作用・効果）
前述したように、ＣＣＤイメージセンサ、あるいはＣＭＯＳイメージセンサ等では、赤，緑，青の原色フィルタが２次元配列された画素配列を有する固体撮像装置が広く用いられているが、偽色が発生する。これに対して、赤色、緑色および青色の波長帯域の光をそれぞれ光電変換する光電変換領域が積層され、例えば一部の光電変換領域を半導体基板上に設置する構造が提案されている。
【００９１】
上記構造を裏面照射型の撮像素子に適用する場合には、半導体基板の上部に配置された光電変換部で生成された信号電荷を半導体基板に導くために、例えばコンタクト部を半導体基板の裏面に形成することが考えられる。しかしながら、半導体基板の裏面側には高温プロセスを適用できないため、画素トランジスタを設けることができず、裏面側で信号電荷を電圧に変換することができない。このため、半導体基板に貫通電極を設け、これを介して半導体基板の裏面側に配置された有機光電変換部で生成された信号電荷を半導体基板の表面側に設けられた画素トランジスタに転送する撮像素子が提案されている。貫通電極は複数画素で共有することは可能であるが、一般的には、画素領域内に設けられる。このため、貫通電極が画素セルサイズよりも微細に形成することが求められる。
【００９２】
ところで、裏面照射型のＣＩＳでは、半導体基板の裏面において発生する暗電流を抑制するために、半導体基板の裏面に電荷固定膜を形成する。また、この電荷固定膜の屈折率を、半導体基板の裏面上に形成される層間絶縁層を構成する酸化膜よりもＳｉに近くすることで反射防止膜としての機能を付加することができる。
【００９３】
上記反射防止機能が付加された電荷固定膜（以下、反射防止膜と称する）を、貫通電極を有する撮像素子に適用する場合、反射防止膜は半導体基板の光入射面側および貫通電極の側壁に形成される。半導体基板の光入射面側に設けられる反射防止膜は、半導体基板の界面における反射防止と電荷の固定のためであり、反射防止の観点での反射防止膜に求められる膜厚は数十ｎｍである。貫通電極の側面に設けられる反射防止膜は、電荷の固定のためであり、電荷の固定に求められる膜厚は数ｎｍである。
【００９４】
因みに、貫通電極周囲の反射防止膜は、貫通電極の容量を増大させる虞がある。貫通電極の容量は、簡易的に下記式（１），（２）で表される。ここでは、図１３に示したように、貫通電極１１１０と半導体基板（図示せず）との間に２種類の絶縁膜１１２１，１１２２を埋め込むことを想定している。外径（ｒ３）と内径（ｅ１）を一定にした場合、埋め込む絶縁膜１１２１，１１２２の誘電率が大きくなると貫通電極１１１０の容量は増大してしまう。貫通電極はフローティングディフュージョンＦＤの構成要素となっているため、貫通電極の容量が増大すると変換効率が減少してしまう。
【００９５】
【数１】
2020017305.tif 000003
【００９６】
これに対して本実施の形態では、半導体基板３０の受光面である第１面（面３０Ｓ１）に第１の膜厚を有する第１誘電体膜２６ａを、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）から第２面（面３０Ｓ２）にかけて貫通すると共に、内部に貫通電極３４が形成される貫通孔３０Ｈの側面に、第１の膜厚よりも膜厚の薄い第２の膜厚を有する第２誘電体膜２６ｂを形成するようにした。これにより、貫通電極３４の外径を拡大することなく、貫通孔３０Ｈ側面における容量の増大を抑えつつ、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）における入射光の反射を低減することが可能となる。
【００９７】
以上により、本実施の形態の撮像素子１０Ａでは、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）に第１の膜厚を有する第１誘電体膜２６ａを、内部に貫通電極３４が形成される貫通孔３０Ｈの側面に、第１の膜厚よりも膜厚の薄い第２の膜厚を有する第２誘電体膜２６ｂを形成するようにしたので、貫通孔３０Ｈ側面における容量の増大を抑えつつ、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）における入射光の反射を低減することが可能となる。これにより、高い感度特性を有する撮像素子１０Ａを提供することが可能となる。
【００９８】
次に、本開示の第２，第３の実施の形態および変形例について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００９９】
＜２．第２の実施の形態＞
【０１００】
図１４は、本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子（撮像素子１０Ｂ）の断面構成を表したものである。撮像素子１０Ｂは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置（撮像装置１）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。本実施の形態の撮像素子１０Ｂは、２つの有機光電変換部２０および有機光電変換部７０と、１つの無機光電変換部３２とが縦方向に積層されたものである。
【０１０１】
有機光電変換部２０，７０と、無機光電変換部３２とは、互いに波長域の光を選択的に検出して光電変換を行うものである。具体的には、例えば有機光電変換部２０では、上記第１の実施の形態と同様に、緑（Ｇ）の色信号を取得する。有機光電変換部７０は、例えば赤（Ｒ）の色信号を取得する。無機光電変換部３２では、例えば青（Ｂ）の色信号を取得する。これにより、撮像素子１０Ａでは、カラーフィルタを用いることなく一つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。
【０１０２】
有機光電変換部７０は、例えば有機光電変換部２０の上方に積層され、有機光電変換部２０と同様に、下部電極７１、半導体層７３、光電変換層７４、および上部電極７５が、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）の側からこの順に積層された構成を有している。また、下部電極７１と半導体層７３との間には、絶縁層７２が設けられている。下部電極７１は、例えば、撮像素子１０Ａごとに分離形成されると共に、詳細は後述するが、絶縁層７２を間に互いに分離された読み出し電極７１Ａおよび蓄積電極７１Ｂとから構成されている。下部電極７１のうち、読み出し電極７１Ａは、絶縁層７２に設けられた開口７２Ｈを介して光電変換層７４と電気的に接続されている。半導体層７３、光電変換層７４および上部電極７５は、図１では、撮像素子１０Ａごとに分離形成されている例を示したが、例えば、複数の撮像素子１０Ａに共通した連続層として設けられていてもよい。
【０１０３】
光電変換層７４は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、光電変換層２４と同様に、それぞれｐ型半導体またはｎ型半導体として機能する有機材料（ｐ型半導体材料またはｎ型半導体材料）を２種以上含んで構成されている。光電変換層７４は、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料の他に、所定の波長域の光を光電変換する一方、他の波長域の光を透過させる有機材料、いわゆる色素材料を含んで構成されていてもよい。光電変換層７４をｐ型半導体材料、ｎ型半導体材料および色素材料の３種類の有機材料を用いて形成する場合には、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料は、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において光透過性を有する材料であることが好ましい。光電変換層７４の厚みは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍである。光電変換層７４に用いられる色素材料としては、例えば、ローダミン系色素およびメロシアニン系色素等が挙げられる。
【０１０４】
半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）と第２面（面３０Ｓ２）との間には、２つの貫通電極３４Ｘ，３４Ｙが設けられている。
【０１０５】
貫通電極３４Ｘは、上記第１の実施の形態と同様に、有機光電変換部２０の読み出し電極２１Ａと電気的に接続されており、有機光電変換部２０は、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐと、フローティングディフュージョンＦＤ１を兼ねるリセットトランジスタＲＳＴ（リセットトランジスタＴｒ１ｒｓｔ）の一方のソース／ドレイン領域３６Ｂ１に接続されている。貫通電極３４Ｘの上端は、例えば、上部第１コンタクト２９Ａ、パッド部３９Ａおよび上部第２コンタクト２９Ｂを介して読み出し電極２１Ａに接続されている。
【０１０６】
貫通電極３４Ｙは、有機光電変換部７０の読み出し電極７１Ａと電気的に接続されており、有機光電変換部７０は、貫通電極３４Ｙを介して、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐと、フローティングディフュージョンＦＤ２を兼ねるリセットトランジスタＲＳＴ（リセットトランジスタＴｒ２ｒｓｔ）の一方のソース／ドレイン領域３６Ｂ２に接続されている。貫通電極３４Ｙの上端は、例えば、上部第４コンタクト７９Ａ、パッド部６９Ａ、上部第５コンタクト７９Ｂ、パッド部６９Ｂおよび上部第６コンタクト７９Ｃを介して読み出し電極７１Ａに接続されている。また、有機光電変換部７０を構成する下部電極７１の蓄積電極７１Ｂには、上部第７コンタクト７９Ｄを介してパッド６９Ｃが接続されている。
【０１０７】
内部に貫通電極３４Ｘおよび貫通電極３４Ｙが形成される貫通孔３０Ｈ１，３０Ｈ２の側面には、上記第１の実施の形態における貫通孔３０Ｈと同様に、その側面には半導体基板３０の第１位面（面３０Ｓ１）に形成される第１誘電体膜２６ａよりも膜厚の薄い第２誘電体膜２６ｂが形成されている。
【０１０８】
以上のように、本実施の形態の撮像素子１０Ｂでは、２つの有機光電変換部２０，７０と、１つの無機光電変換部３２とが積層された構成とし、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上および有機光電変換部２０，７０とそれぞれ電気的に接続される貫通電極３４Ｘ，３４Ｙが貫通する貫通孔３０Ｈ１，３０Ｈ２の側面に形成される誘電体膜２６として、貫通孔３０Ｈ１，３０Ｈ２の側面に形成される第２誘電体膜２６ｂの膜厚を、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上の第１誘電体膜２６ａの膜厚よりも薄く形成するようにした。これにより、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１０９】
＜３．第３の実施の形態＞
図１５は、本開示の第３の実施の形態の光電変換素子（撮像素子１０Ｃ）の断面構成を模式的に表したものである。撮像素子１０Ｃは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置（撮像装置１）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。本実施の形態の有機光電変換部８０は、下部電極８１と、光電変換層２４と、上部電極２５とがこの順に積層された構成を有し、下部電極８１が画素内においてベタ膜として形成されている点が上記第１、第２の実施の形態とは異なる。
【０１１０】
撮像素子１０Ｃは、単位画素Ｐ毎に、１つの有機光電変換部８０と、２つの無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒと縦方向に積層されものである。有機光電変換部８０と、無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒとは、互いに異なる波長帯域の光を選択的に検出して光電変換を行うものである。具体的には、有機光電変換部８０では、上記第１の実施の形態と同様に、例えば緑（Ｇ）の色信号を取得する。半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）上には多層配線層９０が設けられている。多層配線層９０は、例えば、配線層９１，９２，９３が絶縁層９４内に積層された構成を有している。
【０１１１】
有機光電変換部８０は、選択的な波長帯域（例えば、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下）の一部または全部の波長帯域に対応する光を吸収して、電子−正孔対を発生させる有機光電変換素子である。有機光電変換部８０は、上記のように、例えば、対向配置された下部電極８１および上部電極２５と、下部電極８１と上部電極２５との間に設けられた光電変換層２４とから構成されている。本実施の形態の有機光電変換部８０は、図１５に示したように、下部電極８１が各画素内においてベタ膜で形成されていることを除き、下部電極８１、光電変換層２４および上部電極２５は、上記第１の実施の形態における有機光電変換部２０と同様の構成を有する。
【０１１２】
半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）には、例えば、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３と、縦型トランジスタ（転送トランジスタ）Ｔｒ１と、転送トランジスタＴｒ２と、アンプトランジスタ（変調素子）ＡＭＰと、リセットトランジスタＲＳＴとが設けられている。
【０１１３】
縦型トランジスタＴｒ１は、無機光電変換部３２Ｂにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤ１に転送する転送トランジスタである。無機光電変換部３２Ｂは半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）から深い位置に形成されているので、無機光電変換部３２Ｂの転送トランジスタは縦型トランジスタＴｒ１により構成されていることが好ましい。転送トランジスタＴｒ２は、無機光電変換部３２Ｒにおいて発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤ２に転送するものであり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。アンプトランジスタＡＭＰは、有機光電変換部８０で生じた電荷量を電圧に変調する変調素子であり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。リセットトランジスタＲＳＴは、有機光電変換部８０からフローティングディフュージョンＦＤ３に転送された電荷をリセットするものであり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。
【０１１４】
下部第１コンタクト９５および下部第２コンタクト９６は、例えば、ＰＤＡＳ（Phosphorus Doped Amorphous Silicon）等のドープされたシリコン材料、または、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）等の金属材料により構成されている。
【０１１５】
撮像素子１０Ｃでは、以下のようにして各色の信号が取得される。
【０１１６】
（有機光電変換部８０による緑色信号の取得）
撮像素子１０Ｃへ入射した光のうち、まず、緑色光が、有機光電変換部８０において選択的に検出（吸収）され、光電変換される。
【０１１７】
有機光電変換部８０は、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐとフローティングディフュージョンＦＤ３とに接続されている。よって、有機光電変換部８０で発生した電子−電子対のうちの電子が、下部電極８１側から取り出され、貫通電極３４を介して半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）側へ転送され、フローティングディフュージョンＦＤ３に蓄積される。これと同時に、アンプトランジスタＡＭＰにより、有機光電変換部８０で生じた電荷量が電圧に変調される。
【０１１８】
また、フローティングディフュージョンＦＤ３の隣には、リセットトランジスタＲＳＴのリセットゲートＧｒｓｔが配置されている。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ３に蓄積された電荷は、リセットトランジスタＲＳＴによりリセットされる。
【０１１９】
ここでは、有機光電変換部８０が、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰだけでなくフローティングディフュージョンＦＤ３にも接続されているので、フローティングディフュージョンＦＤ３に蓄積された電荷をリセットトランジスタＲＳＴにより容易にリセットすることが可能となる。
【０１２０】
これに対して、貫通電極３４とフローティングディフュージョンＦＤ３とが接続されていない場合には、フローティングディフュージョンＦＤ３に蓄積された電荷をリセットすることが困難となり、大きな電圧をかけて上部電極２５側へ引き抜くことになる。そのため、光電変換層２４がダメージを受けるおそれがある。また、短時間でのリセットを可能とする構造は暗時ノイズの増大を招き、トレードオフとなるため、この構造は困難である。
【０１２１】
（無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒによる青色信号，赤色信号の取得）
続いて、有機光電変換部８０を透過した光のうち、青色光は無機光電変換部３２Ｂ、赤色光は無機光電変換部３２Ｒにおいて、それぞれ順に吸収され、光電変換される。無機光電変換部３２Ｂでは、入射した青色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｂのｎ領域に蓄積され、蓄積された電子は、縦型トランジスタＴｒ１によりフローティングディフュージョンＦＤ１へと転送される。同様に、無機光電変換部３２Ｒでは、入射した赤色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｒのｎ領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタＴｒ２によりフローティングディフュージョンＦＤ２へと転送される。
【０１２２】
以上のように、本実施の形態の撮像素子１０Ｃでは、有機光電変換部８０を構成する下部電極８１をベタ膜として形成し、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上および有機光電変換部８０と電気的に接続される貫通電極３４が貫通する貫通孔３０Ｈの側面に形成される誘電体膜２６として、貫通孔３０Ｈの側面に形成される第２誘電体膜２６ｂの膜厚を、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上の第１誘電体膜２６ａの膜厚よりも薄く形成するようにした。これにより、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１２３】
＜４．変形例＞
（４−１．変形例１）
図１６は、本開示の変形例１に係る撮像素子（撮像素子１０Ｄ）の断面構成を表したものである。撮像素子１０Ｄは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置（撮像装置１）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。本変形例の撮像素子１０Ｄは、受光面である半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）に設けられた第１誘電体膜６６ａが部分的に厚膜に形成されたものである。具体的には、第１誘電体膜６６ａは、例えば、半導体基板３０内に埋め込み形成された無機光電変換部３２Ｂ、３２Ｒに対応する領域が厚膜に形成された構成を有する。
【０１２４】
本変形例における第１誘電体膜６６ａは、単層膜として成膜し、無機光電変換部３２Ｂ、３２Ｒに対応する領域を他の領域よりも厚膜に形成してもよいが、図１６に示したように、誘電体膜６６Ａと誘電体膜６６Ｂとの積層膜として形成してもよい。なお、誘電体膜６６Ａおよび誘電体膜６６Ｂは、同じ材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。
【０１２５】
以上のように、本変形例の撮像素子１０Ｄでは、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）に形成される第１誘電体膜６６ａを、無機光電変換部３２Ｂ、３２Ｒに対応する領域のみを厚膜で形成するようにした。このように、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上の第１誘電体膜６６ａを部分的に厚膜化しても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１２６】
（４−２．変形例２）
図１７は、本開示の変形例２に係る撮像素子（撮像素子１０Ｅ）の要部の構成を模式的に表したものである。上記第１〜第３の実施の形態および変形例１では、貫通電極３４が画素ごとに設けられた例を示したが、貫通電極３４の形成位置はこれに限らない。例えば、２以上の画素に対して１つずつ設けられていてもよいし、図１７に示したように、例えば画素部１ａ（画素領域）の周囲に設けられた周辺部１ｂ（周辺領域）に形成するようにしてもよい。
【０１２７】
＜５．適用例＞
（適用例１）
図１８は、上記第１〜第３実施の形態（または、変形例）において説明した撮像素子１０Ａ（または、撮像素子１０Ｂ〜１０Ｂ）を各画素に用いた撮像装置（撮像装置１）の全体構成を表したものである。この撮像装置１は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、半導体基板３０上に、撮像エリアとしての画素部１ａを有すると共に、この画素部１ａの周辺領域に、例えば、行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２からなる周辺回路部１３０を有している。
【０１２８】
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）が配線され、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る。画素駆動線Ｌread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。
【０１２９】
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の各単位画素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によって選択走査された画素行の各単位画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、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って構成されている。
【０１３０】
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の各々を通して伝送される各画素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を通して半導体基板３０の外部へ伝送される。
【０１３１】
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３０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。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
【０１３２】
システム制御部１３２は、半導体基板３０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等を受け取り、また、撮像装置１の内部情報等のデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、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等の周辺回路の駆動制御を行う。
【０１３３】
（適用例２）
上記撮像装置１は、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、撮像機能を有する携帯電話等、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図１９に、その一例として、電子機器２（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器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と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、撮像装置１およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
【０１３４】
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へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。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するものである。駆動部３１３は、撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。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、メモリ等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。
【０１３５】
更に、上記撮像装置１は、下記電子機器（カプセル型内視鏡１０１００および車両等の移動体）にも適用することが可能である。
【０１３６】
（適用例３）
＜体内情報取得システムへの応用例＞
更に、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。
【０１３７】
図２０は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得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。
【０１３８】
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
【０１３９】
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
【０１４０】
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
【０１４１】
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
【０１４２】
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
【０１４３】
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
【０１４４】
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
【０１４５】
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
【０１４６】
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
【０１４７】
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
【０１４８】
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
【０１４９】
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図２０では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
【０１５０】
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
【０１５１】
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ，ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
【０１５２】
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
【０１５３】
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得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、例えば、撮像部１０１１２に適用され得る。これにより、検出精度が向上する。
【０１５４】
（適用例４）
＜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。
【０１５５】
図２１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。
【０１５６】
図２１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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
図２２は、図２１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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、検出精度が向上する。
【０１８６】
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。
【０１８７】
（適用例５）
＜移動体への応用例＞
本開示に係る技術は、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、建設機械、農業機械（トラクター）など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。
【０１８８】
図２３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。
【０１８９】
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２３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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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２３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。
【０１９９】
図２４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２００】
図２４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０２０１】
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。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。
【０２０２】
なお、図２４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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
以上、第１〜第３の実施の形態および変形例１，２ならびに適用例を挙げて説明したが、本開示内容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、上記実施の形態では、撮像素子として、緑色光を検出する有機光電変換部２０と、青色光，赤色光をそれぞれ検出する無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒとを積層させた構成としたが、本開示内容はこのような構造に限定されるものではない。即ち、有機光電変換部において赤色光あるいは青色光を検出するようにしてもよいし、無機光電変換部において緑色光を検出するようにしてもよい。
【０２０８】
また、これらの有機光電変換部および無機光電変換部の数やその比率も限定されるものではなく、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。
【０２０９】
更に、上記実施の形態等では、下部電極２１を構成する複数の電極として、読み出し電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂの２つの電極から構成した例を示したが、この他に、転送電極あるいは排出電極等の３つあるいは４つ以上の電極を設けるようにしてもよい。
【０２１０】
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【０２１１】
なお、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
対向する一の面および他の面を有すると共に、前記一の面と前記他の面との間を貫通する貫通孔を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記一の面の上方に設けられた第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部と電気的に接続されると共に、前記貫通孔内において前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記半導体基板の前記一の面に設けられると共に、第１の膜厚を有する第１の誘電体膜と、
前記貫通孔の側面に設けられると共に、前記第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚を有する第２の誘電体膜と
を備えた撮像素子。
（２）
前記半導体基板は、さらに前記他の面側に増幅トランジスタおよび浮遊拡散層を有し、
前記貫通電極は、前記増幅トランジスタおよび前記浮遊拡散層の少なくとも一方と電気的に接続されている、前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜の少なくとも一方は積層膜からなる、前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記第１の誘電体膜の前記第１の膜厚は１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、
前記第２の誘電体膜の前記第２の膜厚は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（５）
前記第１の誘電体膜は、前記半導体基板上の領域ごとに異なる膜厚を有する、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（６）
前記半導体基板は、第２の光電変換部が埋め込み形成されており、
前記第１の誘電体膜は、前記貫通電極の周囲の領域の膜厚よりも前記第２の光電変換部上の膜厚が厚い、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（７）
前記第１の誘電体膜は、前記半導体基板上の領域ごとに異なる材料を用いて形成されている、前記（１）乃至（６）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（８）
前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜は、負の固定電荷を有する材料および前記半導体基板よりもバンドギャップの広い半導体材料または導電材料のうちの少なくとも１種を含む、前記（１）乃至（７）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（９）
前記第２の誘電体膜は、前記一の面の近傍と前記他の面の近傍とで異なる膜厚を有し、
前記一の面の近傍の膜厚は、前記他の面の近傍の膜厚よりも厚い、前記（１）乃至（８）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１０）
前記貫通電極は、前記貫通孔内において周囲に絶縁膜を有する、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１１）
前記半導体基板は平面方向に複数の画素を有し、
前記貫通電極は、前記画素毎に設けられている、前記（１）乃至（１０）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１２）
前記半導体基板は平面方向に複数の画素を有し、
前記貫通電極は、２以上の画素に対して１つずつ設けられている、前記（１）乃至（１１）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
前記半導体基板の平面方向に画素領域と前記画素領域を囲う周辺領域とを有し、
前記貫通電極は周辺領域に設けられている、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１４）
前記第１の光電変換部は、対向配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機光電変換層とを有し、前記第１電極は複数の電極からなる、前記（１）乃至（１３）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１５）
前記半導体基板の内部に、さらに第２の光電変換部に積層された第３の光電変換部を有する、前記（６）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１６）
前記半導体基板の前記一の面の上方に、さらに前記第１の光電変換部に積層された第３の光電変換部を有する、前記（６）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１７）
前記半導体基板の前記他の面に多層配線層が形成されている、前記（１）乃至（１６）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１８）
１または複数の撮像素子がそれぞれ設けられている複数の画素を備え、
前記撮像素子は、
対向する一の面および他の面を有すると共に、前記一の面と前記他の面との間を貫通する貫通孔を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記一の面の上方に設けられた第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部と電気的に接続されると共に、前記貫通孔内において前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記半導体基板の前記一の面に設けられると共に、第１の膜厚を有する第１の誘電体膜と、
前記貫通孔の側面に設けられると共に、前記第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚を有する第２の誘電体膜と
を有する撮像装置。
【０２１２】
本出願は、日本国特許庁において２０１８年７月１７日に出願された日本特許出願番号２０１８−１３４２８６号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【０２１３】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図１】
2020017305.tif 000004
【図２】
2020017305.tif 000005
【図３】
2020017305.tif 000006
【図４】
2020017305.tif 000007
【図５Ａ】
2020017305.tif 000008
【図５Ｂ】
2020017305.tif 000009
【図５Ｃ】
2020017305.tif 000010
【図５Ｄ】
2020017305.tif 000011
【図６】
2020017305.tif 000012
【図７】
2020017305.tif 000013
【図８】
2020017305.tif 000014
【図９】
2020017305.tif 000015
【図１０】
2020017305.tif 000016
【図１１】
2020017305.tif 000017
【図１２】
2020017305.tif 000018
【図１３】
2020017305.tif 000019
【図１４】
2020017305.tif 000020
【図１５】
2020017305.tif 000021
【図１６】
2020017305.tif 000022
【図１７】
2020017305.tif 000023
【図１８】
2020017305.tif 000024
【図１９】
2020017305.tif 000025
【図２０】
2020017305.tif 000026
【図２１】
2020017305.tif 000027
【図２２】
2020017305.tif 000028
【図２３】
2020017305.tif 000029
【図２４】
2020017305.tif 000030
【国際調査報告】
2020017305.tif 000031
2020017305.tif 000032
2020017305.tif 000033