(57)【要約】  光電変換層と、前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられた半導体層と、前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜と、前記半導体層と前記光電変換層との間に設けられた障壁層とを備えた固体撮像素子。
2019181456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜と、
前記半導体層と前記光電変換層との間に設けられた障壁層と
を備えた固体撮像素子。
【請求項２】
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられ、前記光電変換層との接合面に電位障壁を有する半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜と、
を備えた固体撮像素子。
【請求項３】
前記光電変換層は、有機半導体材料を含み、
前記半導体層は、前記有機半導体材料の移動度よりも高い移動度を有する半導体材料を含む
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
更に、対向する第１面および第２面を有する半導体基板を有し、
前記半導体基板の前記第１面上に、前記第１電極、前記半導体層、前記障壁層、前記光電変換層および前記第２電極がこの順に設けられている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
更に、対向する第１面および第２面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第２面と前記第１電極との間に設けられた多層配線とを含む
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
更に、前記半導体基板内に設けられた無機光電変換部を有する
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
更に、前記絶縁膜を間にして前記半導体層に対向して設けられ、前記半導体層での信号電荷の移動を制御する転送電極を有する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
更に、前記第１電極と離間して設けられ、前記半導体層に電気的に接続された排出電極を有する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
更に、前記光電変換層を間にして前記第１電極を覆う遮光膜を有する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記障壁層は、酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコンまたは有機材料を含む
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
複数の固体撮像素子を備え、
前記固体撮像素子は、
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜と、
前記半導体層と前記光電変換層との間に設けられた障壁層とを含む
固体撮像装置。
【請求項１２】
複数の固体撮像素子を備え、
前記固体撮像素子は、
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられ、前記光電変換層との接合面に電位障壁を有する半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜とを含む
固体撮像装置。
【請求項１３】
更に、前記絶縁膜を間にして前記半導体層に対向する遮蔽電極を有し、
前記遮蔽電極は、隣り合う前記蓄積電極の間に配置されている
請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記固体撮像素子が設けられた画素を複数有し、
前記画素毎に、前記半導体層が分離して設けられている
請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記固体撮像素子が設けられた画素を複数有し、
前記画素毎に、前記光電変換層が分離して設けられている
請求項１１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば有機光電変換材料を用いた固体撮像素子および固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサおよびＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の固体撮像素子が、固体撮像装置に用いられている。固体撮像素子には、例えば、有機光電変換材料を含む光電変換層が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６３１６５号公報
【発明の概要】
【０００４】
このような固体撮像素子および固体撮像装置では、例えば、信号電荷の転送不良等の発生を抑え、素子特性を向上させることが望まれている。
【０００５】
したがって、素子特性を向上させることが可能な固体撮像素子および固体撮像装置を提供することが望ましい。
【０００６】
本開示の一実施の形態に係る第１の固体撮像素子は、光電変換層と、光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、第１電極と光電変換層との間に設けられた半導体層と、半導体層を間にして光電変換層に対向する蓄積電極と、蓄積電極と半導体層との間に設けられた絶縁膜と、半導体層と光電変換層との間に設けられた障壁層とを備えたものである。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る第１の固体撮像装置は、上記本開示の一実施の形態に係る第１の固体撮像素子を備えたものである。
【０００８】
本開示の一実施の形態に係る第１の固体撮像素子および固体撮像装置では、光電変換層で発生した信号電荷が半導体層に蓄積された後、第１電極に読み出される。ここで、半導体層と光電変換層との間に障壁層が設けられているので、半導体層に蓄積された信号電荷は、光電変換層に戻りにくくなる。障壁層は、信号電荷の移動の際に、電位的または物理的な障壁として機能する。
【０００９】
本開示の一実施の形態に係る第２の固体撮像素子は、光電変換層と、光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、第１電極と光電変換層との間に設けられ、光電変換層との接合面に電位障壁を有する半導体層と、半導体層を間にして光電変換層に対向する蓄積電極と、蓄積電極と半導体層との間に設けられた絶縁膜とを備えたものである。
【００１０】
本開示の一実施の形態に係る第２の固体撮像装置は、上記本開示の一実施の形態に係る第２の固体撮像素子を備えたものである。
【００１１】
本開示の一実施の形態に係る第２の固体撮像素子および固体撮像装置では、光電変換層で発生した信号電荷が半導体層に蓄積された後、第１電極に読み出される。ここで、半導体層と光電変換層との接合面に電位障壁が設けられているので、半導体層に蓄積された信号電荷は、光電変換層に戻りにくくなる。
【００１２】
本開示の一実施の形態に係る第１の固体撮像素子および固体撮像装置によれば、半導体層と光電変換層との間に障壁層を設けるようにし、また、本開示の一実施の形態に係る第２の固体撮像素子および固体撮像装置によれば、半導体層と光電変換層との接合面に電位障壁を設けるようにしたので、半導体層に蓄積された信号電荷の転送不良の発生を抑えることができる。よって、素子特性を向上させることが可能となる。
【００１３】
尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２】図１に示した第１電極および蓄積電極の平面構成を表す模式図である。
【図３】図１に示した半導体層の他の例を表す断面模式図である。
【図４Ａ】図１に示した障壁層のエネルギーについて説明するための図（１）である。
【図４Ｂ】図１に示した障壁層のエネルギーについて説明するための図（２）である。
【図５】図１に示した光電変換層の他の例を表す断面模式図である。
【図６】図１に示した半導体層および光電変換層の他の例を表す断面模式図である。
【図７】図１に示した固体撮像素子の等価回路図である。
【図８】図１に示した固体撮像素子の第１電極，蓄積電極および各種トランジスタの配置を表す模式図である。
【図９】図１に示した固体撮像素子の製造方法の一工程を表す断面模式図である。
【図１０】図９に続く工程を表す断面模式図である。
【図１１】図１０に続く工程を表す断面模式図である。
【図１２】図１１に続く工程を表す断面模式図である。
【図１３】図１２に続く工程を表す断面模式図である。
【図１４】図１３に続く工程を表す断面模式図である。
【図１５】図１に示した固体撮像素子の動作について説明するための模式図である。
【図１６】図１に示した固体撮像素子のグローバルシャッタ駆動について説明するための模式図である。
【図１７】比較例１に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１８】比較例２に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１９】変形例１に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２０】変形例２に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２１】図２０に示した固体撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図２２】変形例３に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２３】図２２に示した固体撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図２４】変形例４に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２５】図２４に示した第１電極、蓄積電極および転送電極の平面構成を表す模式図である。
【図２６】変形例５に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２７】図２６に示した第１電極、蓄積電極および排出電極の平面構成を表す模式図である。
【図２８】変形例６に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２９】変形例７に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図３０】本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図３１】図３０に示した接合面によって形成される電位障壁について説明するための模式図である。
【図３２】図１等に示した固体撮像素子を含む固体撮像装置の構成を表すブロック図である。
【図３３】図３２に示した撮像素子を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。
【図３４】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３５】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３６】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３７】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３８】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】
【００１５】
以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。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（半導体層と光電変換層との間に障壁層を有する固体撮像素子の例）
２．変形例１（半導体基板の第１面に多層配線を設けた例）
３．変形例２（半導体基板内に１つのフォトダイオード部を有する例）
４．変形例３（半導体基板内にフォトダイオード部を有しない例）
５．変形例４（第１電極と蓄積電極との間に転送電極を有する例）
６．変形例５（第１電極と分離された排出電極を有する例）
７．変形例６（隣り合う蓄積電極の間に遮蔽電極を有する例）
８．変形例７（第１電極に対向する遮光膜を有する例）
９．第２の実施の形態（半導体層と光電変換層との接合面に電位障壁が設けられた固体撮像素子）
１０．適用例１（固体撮像装置の例）
１１．適用例２（電子機器の例）
１２．適用例３（体内情報取得システムへの応用例）
１３．適用例４（内視鏡手術システムへの応用例）
１４．適用例５（移動体への応用例）
【００１６】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態の固体撮像素子（固体撮像素子１０）の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０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固体撮像装置（例えば、図３２の固体撮像装置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。
【００１７】
（１−１．固体撮像素子の構成）
固体撮像素子１０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３０Ａ（裏面）側に設けられている。半導体基板３０は、第１面３０Ａに対向する第２面３０Ｂ（表面）を有している。固体撮像素子１０では、第１面３０Ａ側から光が入射し（光入射側Ｓ１）、第２面３０Ｂ側に多層配線（配線層側Ｓ２）が設けられている。
【００１８】
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、対向配置された一対の電極（第１電極２１Ａおよび第２電極２６）の間に、有機光電変換材料を用いて形成された光電変換層２５を有している。この光電変換層２５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。
【００１９】
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、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、固体撮像素子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。
【００２０】
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、「＋＋」はｐ型またはｎ型の不純物濃度が「＋」よりも更に高いことを表している。
【００２１】
半導体基板３０の第２面３０Ｂ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。
【００２２】
半導体基板３０の第１面３０Ａと有機光電変換部２０との間には、例えば、固定電荷を有する層（固定電荷層）２７ｋと、絶縁性を有する誘電体層２７ｙと、層間絶縁層２２ｓとが設けられている。有機光電変換部２０の上（光入射側Ｓ１）には、保護層５１が設けられている。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５２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３０Ａと第２面３０Ｂとの間には、貫通電極３４が設けられている。有機光電変換部２０は、この貫通電極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、固体撮像素子１０では、半導体基板３０の第１面３０Ａ側の有機光電変換部２０で生じた電荷（ここでは、電子）を、貫通電極３４を介して半導体基板３０の第２面３０Ｂ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、接続配線３９Ａおよび上部第１コンタクト２９Ａを介して第１電極２１Ａに接続されている。
【００２５】
貫通電極３４は、例えば、固体撮像素子１０の各々に、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）の伝送経路となるものである。貫通電極３４は、例えば、アルミニウム，タングステン，チタン，コバルト，ハフニウムおよびタンタル等の金属材料により構成されている。貫通電極３４は、ＰＤＡＳ（Phosphorus Doped Amorphous Silicon）等のドープされたシリコン材料により構成されていてもよい。
【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】
本実施の形態の固体撮像素子１０では、第２電極２６側から有機光電変換部２０に入射した光は、光電変換層２５で吸収される。これによって生じた励起子は、光電変換層２５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。ここで発生した一方の電荷（例えば電子）は、蓄積電極２１Ｂに対向する半導体層２３内に蓄積され、他方の電荷（例えば正孔）は、第２電極２６に排出される。
【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。この有機光電変換部２０は、半導体基板３０の第１面３０Ａに近い位置から順に、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂと、絶縁層２２と、半導体層２３と、障壁層２４と、光電変換層２５と、第２電極２６とを有している。絶縁層２２には、開口２２Ｈが設けられ、この開口２２Ｈにより、半導体層２３に第１電極２１Ａが電気的に接続されている。蓄積電極２１Ｂと半導体層２３との間には、絶縁層２２が介在している。
【００３０】
図２は、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂの平面構成を表している。第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂは各々、例えば、四角形の平面形状を有しており、互いに離間して配置されている。例えば、蓄積電極２１Ｂの面積の方が、第１電極２１Ａの面積よりも大きくなっている。一つの画素（画素Ｐ）には、例えば、１つの第１電極２１Ａと、１つの蓄積電極２１Ｂとが設けられている。第１電極２１Ａは、光電変換層２５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、読み出し電極として機能する。この第１電極２１Ａは、例えば、上部第１コンタクト２９Ａ、接続配線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。
【００３１】
半導体層２３を間にして光電変換層２５に対向する蓄積電極２１Ｂは、光電変換層２５内で発生した電荷のうち、信号電荷（例えば、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、例えば、上部第２コンタクト２９Ｂおよび接続配線３９Ｂを介して駆動回路（図示せず）に電気的に接続されている。蓄積電極２１Ｂの面積を、第１電極２１Ａの面積よりも大きくすることにより、多くの電荷が蓄積される。
【００３２】
第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂは、例えば、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、あるいはアルミニウム亜鉛酸化物（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。
【００３３】
第１電極２１Ａは、遮光性を有する導電性材料により構成するようにしてもよい。具体的には、第１電極２１Ａを、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属膜、または、これらの合金膜、あるいは、これらの金属膜にシリコン、あるいは、酸素を含有させた膜等により構成するようにしてもよい。
【００３４】
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り、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂを覆うように、例えば、層間絶縁層２７ｓ上に設けられている。この絶縁層２２に設けられた開口２２Ｈにより、第１電極２１Ａが絶縁層２２から露出され、半導体層２３に接している。絶縁層２２は、例えば、酸化シリコン、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜か、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、３ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００３５】
第１電極２１Ａまたは絶縁層２２と光電変換層２５との間に設けられた半導体層２３は、光電変換層２５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構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は、単膜により構成するようにしてもよく、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。半導体層２３の厚みは、例えば１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、好ましくは３０ｎｍ〜１５０ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍである。このような半導体層２３を光電変換層２５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することができ、転送効率を向上させることが可能となる。
【００３６】
半導体層２３の構成材料の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下であることが好ましい。半導体層２３は、例えば、複数の固体撮像素子１０に共通して設けられている（図１）。
【００３７】
図３に示したように、素子（画素）毎に半導体層２３を分離して設けるようにしてもよい。このとき、隣り合う固体撮像素子１０の半導体層２３の間には、素子分離層（素子分離層２０ｉ）が配置される。
【００３８】
本実施の形態では、この半導体層２３と光電変換層２５との間に障壁層２４が設けられている。障壁層２４は、信号電荷の移動の際に、電位的または物理的な障壁として機能するものである。詳細は後述するが、これにより、半導体層２３に蓄積された信号電荷が、光電変換層２５に戻りにくくなるので、転送不良の発生が抑えられる。障壁層２４は、半導体層２３と光電変換層２５との間の電荷の移動を制御するものであり、電荷移動のエネルギー障壁として機能するようになっている。
【００３９】
図４Ａは、障壁層２４の構成材料の電子親和力を模式的に表している。信号電荷が電子であるとき、障壁層２４の構成材料の電子親和力（電子親和力ＥＡ２）は、光電変換層２５の構成材料の電子親和力（電子親和力ＥＡ１）および半導体層２３の構成材料の電子親和力（電子親和力ＥＡ３）よりも小さくなっている。障壁層２４を設けることにより、半導体層２３の構成材料の電子親和力ＥＡ３は、光電変換層２５の構成材料の電子親和力ＥＡ１と同じになっていてもよく、あるいは、電子親和力ＥＡ１よりも小さくなっていてもよい。即ち、半導体層２３および光電変換層２５の構成材料の自由度を高めることができる。
【００４０】
図４Ｂは、障壁層２４の構成材料のイオン化ポテンシャルを模式的に表している。信号電荷が正孔であるとき、障壁層２４の構成材料のイオン化ポテンシャル（イオン化ポテンシャルＩＰ２）は、光電変換層２５の構成材料のイオン化ポテンシャル（イオン化ポテンシャルＩＰ１）および半導体層２３の構成材料のイオン化ポテンシャル（イオン化ポテンシャルＩＰ３）よりも大きくなっている。
【００４１】
障壁層２４は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ），窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）により構成されており、その厚みは０．１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍである。信号電荷が電子であるとき、障壁層２４が、電子注入ブロック機能を有する有機材料により構成されていてもよい。信号電荷が正孔であるとき、障壁層２４が、正孔注入ブロック機能を有する有機材料により構成されていてもよい。障壁層２４は、例えば、複数の固体撮像素子１０に共通して設けられている（図１）。
【００４２】
障壁層２４と第２電極２６との間に設けられた光電変換層２５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２５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半導体材料（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２５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２５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。
【００４３】
光電変換層２５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半導体材料、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２５をｐ型半導体材料、ｎ型半導体材料および色素材料の３種類の有機半導体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２５の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。光電変換層２５は、例えば、複数の固体撮像素子１０に共通して設けられている（図１）。
【００４４】
図５，図６に示したように、素子（画素）毎に光電変換層２５を分離して設けるようにしてもよい。このとき、隣り合う固体撮像素子１０の光電変換層２５の間には、保護層５１が配置される。半導体層２３を複数の固体撮像素子１０に共通して設け、障壁層２４および光電変換層２５を素子毎に分離して設けるようにしてもよい（図５）。半導体層２３、障壁層２４および光電変換層２５を素子毎に分離して設けるようにしてもよい（図６）。
【００４５】
光電変換層２５は、例えば、ｐ型半導体、ｎ型半導体および色素材料を含んでいる。ｐ型半導体としては、例えば、チオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、フェロセン誘導体、パラフェニレンビニレン誘導体、カルバゾール誘導体、ピロール誘導体、アニリン誘導体、ジアミン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ヒドラゾン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、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、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、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およびポリフルオレン誘導体等が挙げられる。これらの材料は、比較的移動度が高く、正孔輸送性の設計をし易い。
【００４６】
光電変換層２５に含まれるｎ型半導体としては、例えば、フラーレンまたはフラーレン誘導体が挙げられる。このフラーレンは、例えば、高次フラーレンおよび内包フラーレン等である。高次フラーレンは、例えば、Ｃ60、Ｃ70およびＣ74等である。フラーレン誘導体は、例えば、フラーレンフッ化物、ＰＣＢＭ（[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester）フラーレン化合物およびフラーレン多量体等である。フラーレン誘導体には、ハロゲン原子、アルキル基、フェニル基、芳香族化合物を有する官能基、ハロゲン化物を有する官能基、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、シリルアルコシキ基、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、カルボキシアミド基、カルボアルコシキ基、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、ホスフィン基またはホスホン基等が含まれていてもよい。アルキル基は直鎖状であっても、分岐していてもよい。環状のアルキル基がフラーレン誘導体に含まれていてもよい。芳香族化合物は、複数の環状構造体を有していてもよい。複数の環状構造体は、単結合で結合されていてもよく、あるいは縮環構造を有していてもよい。
【００４７】
光電変換層２５に含まれるｎ型半導体は、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、複素環化合物を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体またはサブフタロシアニン誘導体等であってもよい。複素環化合物は、窒素原子、酸素原子または硫黄原子を含んでいる。複素環化合物は、例えば、ピリジン誘導体、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、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、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、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およびポリフルオレン誘導体等である。これらの材料は、比較的移動度が高く、電子輸送性の設計をし易い。
【００４８】
光電変換層２５に含まれる色素材料としては、例えば、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、ナフタロシアニン誘導体およびスクアリリウム誘導体等が挙げられる。光電変換層２５には、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、クマリン酸色素またはトリス―８−ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）等がふくまれていてもよい。光電変換層２５は、複数の材料を含んでいてもよく、あるいは、積層構造を有していてもよい。光電変換層２５が、直接光電変換に寄与しない材料を含んでいてもよい。
【００４９】
光電変換層２５と第１電極２１Ａとの間（具体的には、半導体層２３と絶縁層２２との間）、および光電変換層２５と第２電極２６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、第１電極２１Ａ側から順に、下引き膜、正孔輸送層、電子ブロッキング膜 、光電変換層２５、正孔ブロッキング膜、バッファ膜、電子輸送層および仕事関数調整膜等が積層されていてもよい。
【００５０】
第２電極２６は、半導体層２３、障壁層２４および光電変換層２５を間にして、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂに対向している。この第２電極２６は、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂ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。固体撮像素子１０を１つの画素として用いた固体撮像装置１では、第２電極２６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。第２電極２６の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００５１】
絶縁層２２と半導体基板３０の第１面３０Ａとの間に設けられた層間絶縁層２７ｓは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜か、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。
【００５２】
層間絶縁層２７ｓと半導体基板３０の第１面３０Ａとの間に、誘電体層２７ｙが設けられている。この誘電体層２７ｙの材料は特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等によって形成されている。
【００５３】
誘電体層２７ｙと半導体基板３０の第１面３０Ａとの間に、固定電荷層２７ｋが設けられている。この固定電荷層２７ｋは、正の固定電荷を有する膜でもよいし、負の固定電荷を有する膜でもよい。負の固定電荷を有する膜の材料としては、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン等が挙げられる。また上記以外の材料としては酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜または酸窒化アルミニウム膜等を用いてもよい。
【００５４】
固定電荷層２７ｋは、２種類以上の膜を積層した構成を有していてもよい。それにより、例えば負の固定電荷を有する膜の場合には正孔蓄積層としての機能をさらに高めることが可能である。
【００５５】
第２電極２６を覆うように保護層５１が設けられている。この保護層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。
【００５６】
保護層５１上にオンチップレンズ５２が設けられている。このオンチップレンズ５２は、例えば、蓄積電極２１Ｂに対向する領域に設けられており、蓄積電極２１Ｂに対向する部分の光電変換層２５に入射光が集光されるようになっている。固体撮像素子１０にはボンディングパッド（図示せず）が設けられていてもよい。
【００５７】
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、所定領域にｐウェル３１を有している。ｐウェル３１の第２面３０Ｂ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の周辺部には、ロジック回路等からなる周辺回路（図示せず）が設けられている。
【００５８】
図７は、固体撮像素子１０の等価回路図であり、図８は、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂとともに、各トランジスタの配置を表すものである。図１とともに、図７，８を用いて半導体基板３０の構成を説明する。
【００５９】
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。
【００６０】
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、第１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。
【００６１】
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。
【００６２】
無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒは、それぞれ、半導体基板３０の所定領域に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。
【００６３】
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。
【００６４】
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３０Ｂ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。
【００６５】
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。
【００６６】
半導体基板３０の第２面３０Ｂ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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および上部第２コンタクト２９Ｂ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。
【００７５】
（１−２．固体撮像素子の製造方法）
固体撮像素子１０は、例えば、次のようにして製造することができる（図９〜図１４）。
【００７６】
まず、図９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３０Ａ近傍にはｐ＋領域を形成する。
【００７７】
半導体基板３０の第２面３０Ｂには、同じく図９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３０Ｂ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（多層配線４０）および絶縁層４４を形成する。
【００７８】
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９には図示しないが、半導体基板３０の第１面３０Ａに接合されている。イオン注入後、アニール処理を行う。
【００７９】
次いで、半導体基板３０の第２面３０Ｂ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３０Ａ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。
【００８０】
次いで、図１０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３０Ａ側から加工し、例えば環状の開口３４Ｈを形成する。開口３４Ｈの深さは、図１０に示したように、半導体基板３０の第１面３０Ａから第２面３０Ｂまで貫通すると共に、例えば、接続部４１Ａまで達するものである。
【００８１】
続いて、半導体基板３０の第１面３０Ａおよび開口３４Ｈの側面に、例えば負の固定電荷層２７ｋを形成する。負の固定電荷層２７ｋとして、２種類以上の膜を積層してもよい。それにより、正孔蓄積層としての機能をより高めることが可能となる。負の固定電荷層２７ｋを形成したのち、誘電体層２７ｙを形成する。次に、誘電体層２７ｙ上の所定の位置に接続配線３９Ａ，３９Ｂを形成したのち、フォトリソグラフィ法およびＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、接続配線３９Ａ，３９Ｂ上に上部第１コンタクト２９Ａおよび上部第２コンタクト２９Ｂが埋め込まれた、例えばＳｉＯ膜からなる層間絶縁層２７ｓを形成する。
【００８２】
続いて、図１１に示したように、上部第１コンタクト２９Ａ、上部第２コンタクト２９Ｂおよび層間絶縁層２７ｓ上に導電膜２１ｙを成膜したのち、導電膜２１ｙ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１２に示したように、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂが形成される。
【００８３】
次いで、層間絶縁層２７ｓ、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂ上に、例えばＳｉＯ膜を成膜したのち、ＣＭＰ法を用いてＳｉＯ膜を平坦化する。続いて、層間絶縁層２７ｓ、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂ上に絶縁層２２を成膜する。絶縁層２２は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いて成膜する。
【００８４】
次に、図１３に示したように、第１電極２１Ａに対向する領域にフォトレジストＰＲを形成し、例えばドライエッチング法を用いて絶縁層２２をエッチングする。これにより、開口２２Ｈが形成される。
【００８５】
続いて、図１４に示したように、絶縁層２２および第１電極２１Ａ上に、半導体層２３、障壁層２４、光電変換層２５および第２電極２６をこの順に形成する。次いで、保護層５１を形成する。その後、平坦化層等の光学部材およびオンチップレンズ５２を配設する。以上により、図１に示した固体撮像素子１０が完成する。
【００８６】
（１−３．固体撮像素子の動作）
固体撮像素子１０では、有機光電変換部２０に、オンチップレンズ５２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。
【００８７】
（有機光電変換部２０による緑色信号の取得）
固体撮像素子１０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。
【００８８】
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、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂ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３０Ｂ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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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第２電極２６側へ引き抜くことになる。そのため、光電変換層２５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。
【００９２】
図１５を用いて、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂによる信号電荷の蓄積および転送について説明する。
【００９３】
固体撮像素子１０では、蓄積電極２１Ｂに印加する電位を変化させることにより、電荷の蓄積および転送がなされる。蓄積期間においては、駆動回路から蓄積電極２１Ｂに正の電位Ｖ１が印加される。これにより、障壁層２４に一定以上の電界が印加されるので、光電変換層２５で発生した電荷（ここでは、電子）が、光電変換層２５から障壁層２４を介して半導体層２３に移動し、蓄積電極２１Ｂに対向する部分の半導体層２３に蓄積される（蓄積期間）。光電変換層２５で発生した正孔は、第２電極２６を介して排出される。
【００９４】
蓄積期間の後期には、リセット動作がなされる。具体的には、走査部が、所定のタイミングでリセット信号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。
【００９５】
リセット動作の完了後、信号電荷の読み出しが行われる。この信号電荷の読み出しの際には、駆動回路から第１電極２１Ａに電位Ｖ２が印加される。電位Ｖ２は、Ｖ２＜Ｖ１である。電位Ｖ２は負の電位であってもよい。ここで、障壁層２４は、絶縁層として機能する。第１電極２１Ａに電位Ｖ２を印加することにより、半導体層２３の蓄積電極２１Ｂに対向する部分に蓄積されていた信号電荷（ここでは、電子）は、第１電極２１Ａを介して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に蓄積された信号電荷が制御部に読み出される（転送期間）。
【００９６】
また、図１６に示したように、固体撮像素子１０では、グローバルシャッタ駆動も可能である。
【００９７】
まず、蓄積期間においては、駆動回路から蓄積電極２１Ｂに所定の電位Ｖ３が印加される。ここで、障壁層２４は絶縁層として機能し、光電変換層２５で発生した電荷（ここでは、電子）は、蓄積電極２１Ｂに対向する部分の光電変換層２５に蓄積される（蓄積期間）。光電変換層２５で発生した正孔は、第２電極２６を介して排出される。
【００９８】
次の転送期間（第１転送期間）では、駆動回路から蓄積電極２１Ｂに所定の電位Ｖ４が印加される。電位Ｖ４は、Ｖ３＜Ｖ４である。これにより、障壁層２４に一定以上の電界が印加されるので、光電変換層２５に蓄積されていた信号電荷が、全画素（画素Ｐ）一斉に、障壁層２４を介して半導体層２３に転送される（第１転送期間）。
【００９９】
半導体層２３に転送された信号電荷は、半導体層２３の蓄積電極２１Ｂに対向する部分に一定期間保持される（メモリ期間）。その後、随時信号電荷の読み出しが行われる。この信号電荷の読み出しの際には、駆動回路から第１電極２１Ａに電位Ｖ４が印加される。電位Ｖ４は、Ｖ４＜Ｖ３である。電位Ｖ４は負の電位であってもよい。ここで、障壁層２４は、絶縁層として機能する。第１電極２１Ａに電位Ｖ４を印加することにより、半導体層２３の蓄積電極２１Ｂに対向する部分に保持されていた信号電荷（ここでは、電子）は、第１電極２１Ａを介してフローティングディフュージョンＦＤ１へと読み出される（第２転送期間）。
【０１００】
（無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒによる青色信号，赤色信号の取得）
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。
【０１０１】
（１−３．作用・効果）
本実施の形態では、光電変換層２５内に生成された信号電荷は、蓄積電極２１Ｂに対向する部分の半導体層２３に蓄積される。この蓄積された信号電荷が、第１電極２１Ａに転送されて読み出される。即ち、有機光電変換部２０も、無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒと同様に、信号電荷が一旦、蓄積された後に、フローティングディフュージョンＦＤ１へと読み出される。これにより、信号電荷の転送直前にフローティングディフュージョンＦＤ１をリセットすることができる。したがって、ノイズ成分を除去し、撮像画質を向上させることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態では、半導体層２３と光電変換層２５との間に障壁層２４が設けられているので、半導体層２３に蓄積された信号電荷の転送不良の発生が抑えられる。以下、これについて比較例（比較例１）を用いて説明する。
【０１０３】
図１７は、比較例１に係る固体撮像素子（固体撮像素子１００）の要部の模式的な断面構成を表している。この固体撮像素子１００には、障壁層（図１の障壁層２４）が設けられておらず、半導体層２３と光電変換層２５とが接している。このような固体撮像素子１００では、半導体層２３に蓄積された信号電荷が、より移動度の小さい光電変換層２５に戻りやすい。このような信号電荷の逆流に起因して、信号電荷の転送不良が発生する。
【０１０４】
これに対し、本実施の形態では、半導体層２３と光電変換層２５と間に障壁層２４が設けられている。この障壁層２４は、蓄積電極２１Ｂに電位Ｖ２（図１５）が印加されると、絶縁層として機能するので、半導体層２３から障壁層２４を跨いだ信号電荷の移動が抑えられる。即ち、信号電荷は半導体層２３から光電変換層２５に戻りにくくなる。よって、半導体層２３に蓄積された信号電荷の転送不良の発生が抑えられる。
【０１０５】
更に、本実施の形態では、半導体層２３と光電変換層２５との間に障壁層２４が設けられているので、グローバルシャッタ駆動時に、光電変換層２５に信号電荷を蓄積することができる（図１６の蓄積期間）。この光電変換層２５に蓄積された信号電荷は、全画素一斉に、半導体層２３に転送され、一旦、半導体層２３に保持される（図１６のメモリ期間）。このように、半導体層２３、障壁層２４および光電変換層２５の積層方向に沿って、信号電荷の蓄積、転送および保持（メモリ）がなされるので、開口率を低下させることなく、グローバルシャッタ駆動を実現することができる。以下、これについて比較例（比較例２）を用いて説明する。
【０１０６】
図１８は、比較例２に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０１）の要部の模式的な断面構成を表している。この固体撮像素子１０１には、固体撮像素子１００と同様に、障壁層（図１の障壁層２４）が設けられていない。固体撮像素子１０１は、メモリ電極（メモリ電極２１Ｍ）を有しており、グローバルシャッタ駆動が可能に構成されている。メモリ電極２１Ｍは、例えば、第１電極２１Ａと蓄積電極２１Ｂとの間に、これらに並んで設けられている。第１電極２１Ａおよびメモリ電極２１Ｍに対向する部分の半導体層２３は、遮光膜（遮光膜５４）で覆われている。
【０１０７】
この固体撮像素子１０１では、光電変換層２５で発生した信号電荷が半導体層２３に移動し、半導体層２３の蓄積電極２１Ｂに対向する部分に蓄積される。この後、この信号電荷は全画素一斉に、蓄積電極２１Ｂに対向する部分から、メモリ電極２１Ｍに対向する部分へと半導体層２３内で転送され、保持される。即ち、固体撮像素子１０１では、半導体層２３の面方向に沿って、信号電荷の蓄積、転送および保持（メモリ）がなされ、メモリ電極２１Ｍに対向する部分の半導体層２３は遮光される。したがって、グローバルシャッタ機能を備えることに起因して、開口率が低下する。
【０１０８】
これに対し、本実施の形態では、上述のように、半導体層２３、障壁層２４および光電変換層２５の積層方向に沿って、信号電荷の蓄積、転送および保持（メモリ）がなされるので、開口率を低下させることなく、グローバルシャッタ駆動を実現することができる。
【０１０９】
以上説明したように、本実施の形態の固体撮像素子１０では、半導体層２３と光電変換層２５との間に障壁層２４を設けるようにしたので、半導体層２３に蓄積された信号電荷の転送不良の発生を抑えることができる。よって、素子特性を向上させることが可能となる。
【０１１０】
また、本実施の形態では、障壁層２４を設けることにより、半導体層２３、障壁層２４および光電変換層２５の積層方向に沿って、信号電荷の蓄積、転送および保持（メモリ）がなされるので、開口率を低下させることなく、グローバルシャッタ駆動を実現することができる。
【０１１１】
以下、上記第１実施の形態の変形例および他の実施の形態について説明するが、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。
【０１１２】
＜２．変形例１＞
図１９は、上記第１の実施の形態の変形例１に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０Ａ）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０Ａは、表面照射型の固体撮像素子であり、半導体基板３０には、第２面３０Ｂ側から光が入射するようになっている。この点を除き、固体撮像素子１０Ａは固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１１３】
半導体基板３０の第２面３０Ｂと有機光電変換部２０（第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂ）との間には、接続部４１Ａ、多層配線４０および層間絶縁層２７ｓ等が設けられている。第１電極２１Ａは、層間絶縁層２７ｓに設けられた上部第１コンタクト２９Ａおよび接続配線３９Ａを介して接続部４１Ａに接続されている。即ち、この表面照射型の固体撮像素子１０Ａでは、半導体基板３０の貫通電極（図１の貫通電極３４）が不要となる。
【０１１４】
＜３．変形例２＞
図２０は、上記第１の実施の形態の変形例２に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０Ｂ）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０Ｂは、半導体基板３０内に１つの無機光電変換部（無機光電変換部３２Ｃ）を有するものである。この点を除き、固体撮像素子１０Ｂは固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１１５】
無機光電変換部３２Ｃは、カラーフィルタ層５３および有機光電変換部２０を透過した光を光電変換する部分である。固体撮像素子１０Ｂには、互いに異なる色の光を検出する無機光電変換部３２Ｃが設けられていてもよい。固体撮像素子１０Ｂは、例えば、有機光電変換部２０とオンチップレンズ５２との間にカラーフィルタ層５３を有しており、カラーフィルタ層５３は、無機光電変換部３２Ｃに対向する位置に配置されている。カラーフィルタ層５３は、半導体基板３０と有機光電変換部２０との間に設けられていてもよい（図示せず）。
【０１１６】
このように、半導体基板３０に設けられた無機光電変換部（無機光電変換部３２Ｃ）が１つであってもよい。固体撮像素子１０Ｂでは、画素毎に任意の波長の光を選択的に利用することが可能となる。
【０１１７】
図２１に示したように、固体撮像素子１０Ｂは、表面照射型の固体撮像素子であってもよい。
【０１１８】
＜４．変形例３＞
図２２は、上記第１の実施の形態の変形例３に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０Ｃ）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０Ｃでは、半導体基板３０内に無機光電変換部（図１の無機光電変換部３２Ｒ，３２Ｂまたは図２０の無機光電変換部３２Ｃ）が設けられていない。この点を除き、固体撮像素子１０Ｃは固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１１９】
この固体撮像素子１０Ｃは、上記変形例２の固体撮像素子１０Ｂと同様にカラーフィルタ層５３を有している。このカラーフィルタ層５３は、有機光電変換部２０とオンチップレンズ５２との間に設けられていてもよく（図２０）、あるいは、半導体基板３０と有機光電変換部２０との間に設けられていてもよい（図示せず）。このような固体撮像素子１０Ｃでは、画素毎に任意の波長の光を選択的に利用することが可能となる。
【０１２０】
また、半導体基板３０内に無機光電変換部が設けられていないので、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂを構成する導電材料の選択の自由度を向上させることができる。具体的には、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂを構成する導電材料は、光透過性の導電材料に限定されず、より汎用性の高い金属材料を用いることが可能となる。
【０１２１】
更に、裏面照射型の固体撮像素子１０Ｃでは、半導体基板３０を用いることにより、積層型撮像素子を構成することができる。
【０１２２】
図２３に示したように、固体撮像素子１０Ｃは、表面照射型の固体撮像素子であってもよい。この固体撮像素子１０Ｃでは、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂに対向する部分の半導体基板３０に、機能向上のための回路を設けるようにしてもよい。
【０１２３】
＜５．変形例４＞
図２４は、上記第１の実施の形態の変形例４に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０Ｄ）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０Ｄは、半導体層２３を間にして第２電極２６に対向する電極として、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂに加えて、転送電極２１Ｃを有している。この転送電極２１Ｃは、半導体層２３での信号電荷の移動を制御するためのものである。この点を除き、固体撮像素子１０Ｄは固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１２４】
図２５は、第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび転送電極２１Ｃの平面構成を表している。第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび転送電極２１Ｃは、互いに離間して設けられている。転送電極２１Ｃは、例えば、四角形の平面形状を有しており、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂに並んで設けられている。転送電極２１Ｃは、第１電極２１Ａと蓄積電極２１Ｂとの間に配置されている。
【０１２５】
この転送電極６２Ｃは、蓄積電極２１Ｂで蓄積された信号電荷の第１電極２１Ａへの転送の効率を向上させるためのものであり、絶縁層２２を間にして半導体層２３に対向している。この転送電極２１Ｃは、例えば、上部第３コンタクト２９Ｃおよび接続配線３９Ｃを介して駆動回路を構成する画素駆動回路（図示せず）に接続されている。第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび転送電極２１Ｃは、各々独立して電圧を印加することが可能となっている。例えば、転送電極２１Ｃに印加する電位を調整することにより、蓄積電極２１Ｂに対向する部分の半導体層２３に蓄積された信号電荷が、意図せずに、第１電極２１Ａに移動するのを防ぐことができる。
【０１２６】
このように、固体撮像素子１０Ｄでは、第１電極２１Ａと蓄積電極２１Ｂとの間の転送電極２１Ｃにより、半導体層２３に蓄積された信号電荷の転送効率をより向上させることが可能となる。
【０１２７】
固体撮像素子１０Ｄは、表面照射型であってもよい（図１９参照）。固体撮像素子１０Ｄの半導体基板３０内には、１つの無機光電変換部３２Ｃが設けられていてもよく（図２０，図２１参照）、あるいは、半導体基板３０内に無機光電変換部が設けられていなくてもよい（図２２，図２３参照）。
【０１２８】
＜６．変形例５＞
図２６は、上記第１の実施の形態の変形例５に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０Ｅ）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０Ｅは、半導体層２３を間にして第２電極２６に対向する電極として、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂに加えて、排出電極２１Ｄを有している。この点を除き、固体撮像素子１０Ｅは固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１２９】
図２７は、第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび排出電極２１Ｄの平面構成を表している。第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび排出電極２１Ｄは、互いに離間して設けられている。排出電極２１Ｄは、例えば、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂを囲むように設けられている。この排出電極２１Ｄは、例えば画素に共通に設けられている。排出電極２１Ｄは、画素毎に分離して設けられていてもよい（図示せず）。
【０１３０】
排出電極２１Ｄは、絶縁層２２の開口に設けられ、半導体層２３に電気的に接続されている。この排出電極２１Ｄは、蓄積電極２１Ｂによる引きつけが十分ではない信号電荷あるいは、転送能力以上の信号電荷が発生した場合に余った信号電荷（所謂、オーバーフローした信号電荷）を駆動回路に送出するためのものである。排出電極２１Ｄは、例えば、上部第４コンタクト２９Ｄおよび接続配線３９Ｄを介して駆動回路を構成する画素駆動回路（図示せず）に接続されている。第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび排出電極２１Ｄは、各々独立して電圧を印加することが可能となっている。
【０１３１】
このように、固体撮像素子１０Ｅでは、半導体層２３に電気的に接続された排出電極２１Ｄにより、半導体層２３中に生じた余分な信号電荷を、半導体層２３中に残さず排出することが可能となる。
【０１３２】
固体撮像素子１０Ｅは、表面照射型であってもよい（図１９参照）。固体撮像素子１０Ｅの半導体基板３０内には、１つの無機光電変換部３２Ｃが設けられていてもよく（図２０，図２１参照）、あるいは、半導体基板３０内に無機光電変換部が設けられていなくてもよい（図２２，図２３参照）。固体撮像素子１０Ｅは、排出電極２１Ｄとともに転送電極２１Ｃを有していてもよい（図２４参照）。
【０１３３】
＜７．変形例６＞
図２８は、上記第１の実施の形態の変形例６に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０Ｆ）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０Ｆは、半導体層２３を間にして第２電極２６に対向する電極として、第１電極２１Ａ，蓄積電極２１Ｂに加えて、遮蔽電極２１Ｅを有している。この点を除き、固体撮像素子１０Ｆは固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１３４】
第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび遮蔽電極２１Ｅは、互いに離間して設けられている。遮蔽電極２１Ｅは、第１電極２１Ａおよび蓄積電極２１Ｂに並んで設けられ、隣り合う蓄積電極２１Ｂの間に配置されている。この遮蔽電極２１Ｅは、隣り合う蓄積電極２１Ｂの間の信号電荷の漏れ（リーク）を抑えるためのものであり、絶縁層２２を間にして半導体層２３に対向している。遮蔽電極２１Ｅは、例えば、上部第５コンタクト２９Ｅおよび接続配線３９Ｅを介して駆動回路を構成する画素駆動回路（図示せず）に接続されている。第１電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよび遮蔽電極２１Ｅは、各々独立して電圧を印加することが可能となっている。
【０１３５】
このように、固体撮像素子１０Ｆでは、隣り合う蓄積電極２１Ｂの間に設けられた遮蔽電極２１Ｅにより、隣り合う蓄積電極２１Ｂの間の信号電荷の漏れを抑えることが可能となる。
【０１３６】
固体撮像素子１０Ｆは、表面照射型であってもよい（図１９参照）。固体撮像素子１０Ｆの半導体基板３０内には、１つの無機光電変換部３２Ｃが設けられていてもよく（図２０，図２１参照）、あるいは、半導体基板３０内に無機光電変換部が設けられていなくてもよい（図２２，図２３参照）。固体撮像素子１０Ｆは、遮蔽電極２１Ｅとともに転送電極２１Ｃ（図２４参照）または排出電極２１Ｄ（図２６参照）を有していてもよい。
【０１３７】
＜８．変形例７＞
図２９は、上記第１の実施の形態の変形例７に係る固体撮像素子（固体撮像素子１０Ｇ）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子１０Ｇは、光電変換層２５を間にして、第１電極２１Ａを覆う遮光膜５４を有している。この点を除き、固体撮像素子１０Ｇは固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１３８】
遮光膜５４は、例えば、第２電極２６とオンチップレンズ５２との間に設けられ、第１電極２１Ａに対向する部分の光電変換層２５を覆っている。これにより、第１電極２１Ａに近い領域（光電変換層２５）での光電変換が抑えられる。したがって、余分な信号電荷が第１電極２１Ａに転送されるのを抑えることができる。この遮光膜５４は、例えば、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）等の金属を含んでおり、単体の金属により構成されていてもよく、あるいは、合金により構成されていてもよい。遮光膜５４は、カラーフィルタ層（例えば、図２０のカラーフィルタ層５３）の構成材料を含んでいてもよく、積層構造を有していてもよい。蓄積電極２１Ｂの一部が遮光膜５４で覆われていてもよい。
【０１３９】
このように、固体撮像素子１０Ｇでは、第１電極２１Ａに対向する部分の光電変換層２５が遮光膜５４に覆われているので、第１電極２１Ａへの余分な信号電荷の転送が抑えられる。
【０１４０】
固体撮像素子１０Ｇは、表面照射型であってもよい（図１９参照）。固体撮像素子１０Ｇの半導体基板３０内には、１つの無機光電変換部３２Ｃが設けられていてもよく（図２０，図２１参照）、あるいは、半導体基板３０内に無機光電変換部が設けられていなくてもよい（図２２，図２３参照）。固体撮像素子１０Ｇは、転送電極２１Ｃ（図２４参照）、排出電極２１Ｄ（図２６参照）または遮蔽電極２１Ｅ（図２８参照）を有していてもよい。転送電極２１Ｃ、排出電極２１Ｄまたは遮蔽電極２１Ｅの一部が遮光膜５４で覆われていてもよい。
【０１４１】
＜９．第２の実施の形態＞
図３０は、本開示の第２の実施の形態の固体撮像素子（固体撮像素子６０）の要部の断面構成を模式的に表したものである。この固体撮像素子６０では、半導体層２３と光電変換層２５との間の接合面（接合面２０Ｓ）が電位障壁として機能するようになっている。即ち、固体撮像素子６０では、障壁層（図１の障壁層２４）に代えて、電位障壁となる接合面２０Ｓが設けられている。この点を除き、固体撮像素子６０は、上記第１の実施の形態の固体撮像素子１０と同様の構成および効果を有している。
【０１４２】
図３１は、半導体層２３および光電変換層２５のポテンシャルエネルギーの一例を表している。このように半導体層２３と光電変換層２５との接合面２０Ｓに電位障壁が形成される。例えば、以下のような条件下で、このような接合面２０Ｓが構成される。
【０１４３】
信号電荷が電子であるとき、半導体層２３は、光電変換層２５の伝導体のポテンシャルよりも低い伝導帯のポテンシャルエネルギーを有し、かつ、光電変換層２５のフェルミレベル（真空順位基準）よりも低いフェルミレベルを有している。信号電荷が正孔であるとき、半導体層２３は、光電変換層２５の価電子帯のポテンシャルエネルギーよりも高いポテンシャルエネルギーを有し、かつ、光電変換層２５のフェルミレベルよりも低いフェルミレベルを有している。
【０１４４】
このように、固体撮像素子６０では、半導体層２３と光電変換層２５との間の接合面２０Ｓが電位障壁として機能するので、上記固体撮像素子１０と同様に、半導体層２３に蓄積された信号電荷の転送不良の発生を抑えることができる。よって、素子特性を向上させることが可能となる。
【０１４５】
また、接合面２０Ｓにより、半導体層２３および光電変換層２５の積層方向に沿って、信号電荷の蓄積、転送および保持（メモリ）がなされるので、開口率を低下させることなく、グローバルシャッタ駆動を実現することができる。
【０１４６】
固体撮像素子６０は、表面照射型であってもよい（図１９参照）。固体撮像素子６０の半導体基板３０内には、１つの無機光電変換部３２Ｃが設けられていてもよく（図２０，図２１参照）、あるいは、半導体基板３０内に無機光電変換部が設けられていなくてもよい（図２２，図２３参照）。固体撮像素子６０は、転送電極２１Ｃ（図２４参照）、排出電極２１Ｄ（図２６参照）または遮蔽電極２１Ｅ（図２８参照）を有していてもよい。固体撮像素子６０には、遮光膜５４が設けられていてもよい（図２９参照）。
【０１４７】
＜適用例１＞
図３２は、上記実施の形態等において説明した固体撮像素子１０（または、固体撮像素子１０Ａ〜１０Ｇ，６０。以下、まとめて固体撮像素子１０という））を各画素に用いた固体撮像装置（固体撮像装置１）の全体構成を表したものである。この固体撮像装置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。
【０１４８】
画素部１ａは、例えば行列状に２次元配置された複数の画素Ｐ（固体撮像素子１０）を有している。画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（例えば、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Ｐ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。
【０１４９】
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、素子領域Ｒ１の各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部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。
【０１５０】
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を通して図示しない信号処理部等へ入力される。
【０１５１】
システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、撮像素子４の内部情報など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などの駆動制御を行う。
【０１５２】
＜適用例２＞
上記固体撮像装置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３３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、固体撮像装置１と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像装置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。
【０１５３】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像素子４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、固体撮像装置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、固体撮像装置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、固体撮像装置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、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
【０１５４】
＜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。
【０１５５】
図３４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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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３４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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
＜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。
【０１７３】
図３５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。
【０１７４】
図３５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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
図３６は、図３５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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
＜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。
【０２０６】
図３７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。
【０２０７】
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３７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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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１３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。
【０２１７】
図３８は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２１８】
図３８では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０２１９】
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。
【０２２０】
なお、図３８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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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に適用され得る。具体的には、図３２の固体撮像装置１は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
【０２２６】
以上、実施の形態等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、上記実施の形態等では、固体撮像素子１０等として、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。
【０２２７】
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、２以上の有機光電変換部を設けてもよい。例えば、本技術は、基板上に、絶縁層を介して、それぞれ所定の波長域の光を選択的に吸収することが可能な有機半導体材料を含んで構成された、赤色光電変換部、緑色光電変換部および青色光電変換部がこの順に積層された縦方向分光型の固体撮像素子においても上記実施の形態等と同様の効果が得られる。また、本技術は、有機光電変換部および無機光電変換部を基板面に沿って並列させた固体撮像素子においても上記実施の形態等と同様の効果が得られる。
【０２２８】
更に、本開示の固体撮像素子の構成は、上記実施の形態等で示した組み合わせに限定されるものではない。例えば、固体撮像素子が、転送電極２１Ｃ、排出電極２１Ｄおよび遮蔽電極２１Ｅを有していてもよい。また、蓄積電極２１Ｂを２つあるいは３つ以上に分割形成してもよい。
【０２２９】
加えて、本開示の固体撮像素子および固体撮像装置では、上記実施の形態等で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また逆に他の層を備えていてもよい。
【０２３０】
上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
【０２３１】
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜と、
前記半導体層と前記光電変換層との間に設けられた障壁層と
を備えた固体撮像素子。
（２）
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられ、前記光電変換層との接合面に電位障壁を有する半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜と、
を備えた固体撮像素子。
（３）
前記光電変換層は、有機半導体材料を含み、
前記半導体層は、前記有機半導体材料の移動度よりも高い移動度を有する半導体材料を含む
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
更に、対向する第１面および第２面を有する半導体基板を有し、
前記半導体基板の前記第１面上に、前記第１電極、前記半導体層、前記障壁層、前記光電変換層および前記第２電極がこの順に設けられている
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（５）
更に、対向する第１面および第２面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第２面と前記第１電極との間に設けられた多層配線とを含む
前記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（６）
更に、前記半導体基板内に設けられた無機光電変換部を有する
前記（４）または（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
更に、前記絶縁膜を間にして前記半導体層に対向して設けられ、前記半導体層での信号電荷の移動を制御する転送電極を有する
前記（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（８）
更に、前記第１電極と離間して設けられ、前記半導体層に電気的に接続された排出電極を有する
前記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（９）
更に、前記光電変換層を間にして前記第１電極を覆う遮光膜を有する
前記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１０）
前記障壁層は、酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコンまたは有機材料を含む
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（１１）
複数の固体撮像素子を備え、
前記固体撮像素子は、
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜と、
前記半導体層と前記光電変換層との間に設けられた障壁層とを含む
固体撮像装置。
（１２）
複数の固体撮像素子を備え、
前記固体撮像素子は、
光電変換層と、
前記光電変換層を間にして対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられ、前記光電変換層との接合面に電位障壁を有する半導体層と、
前記半導体層を間にして前記光電変換層に対向する蓄積電極と、
前記蓄積電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜とを含む
固体撮像装置。
（１３）
更に、前記絶縁膜を間にして前記半導体層に対向する遮蔽電極を有し、
前記遮蔽電極は、隣り合う前記蓄積電極の間に配置されている
前記（１１）または（１２）に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記固体撮像素子が設けられた画素を複数有し、
前記画素毎に、前記半導体層が分離して設けられている
前記（１１）ないし（１３）のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１５）
前記固体撮像素子が設けられた画素を複数有し、
前記画素毎に、前記光電変換層が分離して設けられている
前記（１１）ないし（１４）のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【０２３２】
本出願は、日本国特許庁において２０１８年３月１９日に出願された日本特許出願番号第２０１８−５０８０８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。
【０２３３】
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【国際調査報告】
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