(57)【要約】  本開示の一実施形態の撮像素子は、複数の画素が配置された有効画素領域および有効画素領域の周囲に設けられた周辺領域を有する半導体基板と、半導体基板の受光面側に設けられると共に、複数の電極からなる第１電極と、第１電極と対向配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間に順に積層して設けられると共に、有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層とを有する有機光電変換部と、有機光電変換層の上方および側面ならびに電荷蓄積層の側面を覆う第１の水素ブロック層とを備える。
2020026851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配置された有効画素領域および前記有効画素領域の周囲に設けられた周辺領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に設けられると共に、複数の電極からなる第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に順に積層して設けられると共に、前記有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層とを有する有機光電変換部と、
前記有機光電変換層の上方および側面ならびに前記電荷蓄積層の側面を覆う第１の水素ブロック層と
を備えた撮像素子。
【請求項２】
前記電荷蓄積層の下方に、さらに、第２の水素ブロック層を有する、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第２の水素ブロック層は、前記半導体基板と前記電荷蓄積層との間に設けられている、請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記有機光電変換部は、さらに、前記第１電極と前記電荷蓄積層との間に絶縁層を有し、
前記絶縁層が前記第２の水素ブロック層として形成されている、請求項２に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記第２の水素ブロック層は、前記周辺領域において前記第１の水素ブロック層と接している、請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は、絶縁材料を用いて形成されている、請求項２に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は、光透過性を有する金属酸化物を含んで形成されている、請求項２に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は単層または複数の層からなる、請求項２に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）膜、窒化シリコン（ＳｉＮx）膜または炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）膜である、請求項２に記載の撮像素子。
【請求項１０】
さらに、第１保護層および第２保護層を有し、
前記第１の水素ブロック層、前記第１保護層および前記第２保護層の順に積層されている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記第１保護層および前記第２保護層は、絶縁材料を用いて形成されている、請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記第１保護層および前記第２保護層は、光透過性を有する金属酸化物を含んで形成されている、請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記第１保護層および前記第２保護層は単層または複数の層からなる、請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記第１保護層および前記第２保護層は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）膜、窒化シリコン（ＳｉＮx）膜、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）、酸化シリコン（ＳｉＯx）膜および酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）膜による単層膜または２種以上よりなる積層膜である、請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１５】
さらに、パッド部と、前記第２電極と前記パッド部とを接続する配線とを有し、
前記第２保護層は、少なくとも、前記第２電極と前記配線との接続部上および前記パッド部と前記配線との接続部上に設けられている、請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記有機光電変換部は、さらに、前記第１電極と前記電荷蓄積層との間に絶縁層を有し、
前記絶縁層は、前記第１電極を構成する複数の電極のうちの一の電極上に開口を有し、前記一の電極と前記電荷蓄積層とは前記開口を介して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１７】
前記半導体基板は、内部に無機光電変換部が埋め込まれている、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１８】
撮像素子を備え、
前記撮像素子は、
複数の画素が配置された有効画素領域および前記有効画素領域の周囲に設けられた周辺領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に設けられると共に、複数の電極からなる第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に順に積層して設けられると共に、前記有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層とを有する有機光電変換部と、
前記有機光電変換層の上方および側面ならびに前記電荷蓄積層の側面を覆う第１の水素ブロック層と
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、有機半導体材料を用いた光電変換層を有する撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像装置では、埋め込み形成されたフォトダイオードを有する半導体基板上に有機半導体材料を用いた有機光電変換層が積層された、いわゆる、積層型撮像素子が用いられている。積層型撮像素子では、１画素から、Ｒ／Ｇ／Ｂの信号を取り出すことができ、また、デモザイク処理を必要としないことから、偽色が発生しないといった利点がある。【０００３】
ところが、積層型撮像素子では、以下の課題が存在する。例えば、フォトダイオードからなる無機光電変換部では、光電変換によって生成した電荷は無機光電変換部に一端蓄積された後、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン；ＦＤ）に転送されるため、無機光電変換部を完全空乏化することができる。一方で、有機光電変換層を有する有機光電変換部では、光電変換によって生成した電荷は、直接浮遊拡散層ＦＤに蓄積されるため、有機光電変換部を完全空乏化することは難しく、これによって、ｋＴＣノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化して撮像画質の低下が引き起こされる。【０００４】
これに対して、例えば、特許文献１では、半導体基板の上方に設けられる、第１電極、光電変換層および第２電極が積層されてなる光電変換部において、第１電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向配置された電荷蓄積用電極を有する撮像素子が開示されている。この撮像素子では、光電変換によって生成した電荷を電荷蓄積用電極上に蓄えることが可能となるため、露光開始時に電荷蓄積部を完全空乏化し、電荷を消去することが可能となる。その結果、ｋＴＣノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化するといった現象の発生が抑制され、撮像画質の低下が低減される。更に、特許文献１では、光電変換層に蓄積した電荷の再結合を防止すると共に、第１電極への転送効率を増加させる構成として、光電変換層を、下層半導体層と上層光電変換層との積層構造とした例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１５７８１６号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、上記下層半導体層は、例えばＩＧＺＯなどの酸化物半導体材料を用いて形成されているが、酸化物半導体材料は、水素によって容易に還元され、酸素欠陥が発生する。このため、下層半導体層が設けられた撮像素子では、動作の安定性が低下する虞があり、信頼性の向上が求められている。
【０００７】
信頼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。
【０００８】
本開示の一実施形態の撮像素子は、複数の画素が配置された有効画素領域および有効画素領域の周囲に設けられた周辺領域を有する半導体基板と、半導体基板の受光面側に設けられると共に、複数の電極からなる第１電極と、第１電極と対向配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間に順に積層して設けられると共に、有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層とを有する有機光電変換部と、有機光電変換層の上方および側面ならびに電荷蓄積層の側面を覆う第１の水素ブロック層とを備えたものである。
【０００９】
本開示の一実施形態の撮像装置は、上記本開示の一実施形態の撮像素子を有するものである。
【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では、第１の電極と第２電極との間に順に積層されると共に、有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層を有する有機光電変換部において、有機光電変換層の上方ならびに有機光電変換層および電荷蓄積層の側面を覆う第１の水素ブロック層を設けるようにした。これにより、電荷蓄積層への水素の侵入が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２】図１に示した撮像素子の要部の構成を表す断面模式図である。
【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す模式図である。
【図５Ａ】図１に示した有機光電変換部を構成する下部電極のレイアウトの一例を表す平面模式図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示した下部電極のレイアウトの透視斜視図である。
【図６Ａ】図１に示した有機光電変換部を構成する下部電極のレイアウトの他の例を表す平面模式図である。
【図６Ｂ】図５Ａに示した下部電極のレイアウトの透視斜視図である。
【図７】図１に示した一の無機光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの一例を表す平面模式図である。
【図８】図１に示した他の無機光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの一例を表す平面模式図である。
【図９】図１に示した蓄積電極を駆動するための信号線配置図である。
【図１０】隣接する光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタに接続される配線の一部を表す図である。
【図１１】隣接する光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタに接続される配線の一部を表す図である。
【図１２】隣接する光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタに接続される配線の一部を表す図である。
【図１３】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１４】図１３に続く工程を表す断面模式図である。
【図１５】図１４に続く工程を表す断面模式図である。
【図１６】図１５に続く工程を表す断面模式図である。
【図１７】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１８】本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の要部の構成を表す断面模式図である。
【図１９】本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の要部の構成を表す断面模式図である。
【図２０】本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の要部の構成を表す断面模式図である。
【図２１】本開示の変形例に係る有機光電変換部を構成する下部電極のレイアウトの他の例を表す平面模式図である。
【図２２】本開示の変形例に係る一の無機光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの他の例を表す平面模式図である。
【図２３】本開示の変形例に係る他の無機光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの他の例を表す平面模式図である。
【図２４】本開示の変形例に係る光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタに接続される配線の他の例を表す図である。
【図２５】本開示の変形例に係る光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタに接続される配線の他の例を表す図である。
【図２６】本開示の変形例に係る光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタに接続される配線の他の例を表す図である。
【図２７】本開示の変形例に係る光電変換部およびこれに関連する各種トランジスタに接続される配線の他の例を表す図である。
【図２８】図１など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２９】図２８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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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】
【００１２】
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、寸法比などについても、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
（光電変換層および電荷蓄積層の上方および側面を覆う第１の水素ブロック層を設けた例）
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
（下部電極の下層にさらに第２の水素ブロック層を設けた例）
３．第３の実施の形態
（周辺領域において第１の水素ブロック層と第２の水素ブロック層とを直接積層した例）
４．第４の実施の形態
（下部電極上の絶縁層を第２の水素ブロック層として形成した例）
５．変形例
（画素レイアウトの他の例）
６．適用例
７．応用例
【００１３】
＜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の要部の断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の等価回路図である。図４は、図１に示した撮像素子１０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、ビデオカメラなどの電子機器に用いられるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像装置（撮像装置１；図２８参照）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。撮像装置１は、複数の画素が配置された有効画素領域１１０Ａと、その周辺に設けられ、例えば行走査部１３１などの周辺回路が形成された周辺領域１１０Ｂとを有する。複数の画素には、それぞれ、撮像素子１０Ａが形成されている。
【００１４】
本実施の形態の撮像素子１０Ａは、半導体基板３０の受光面（第１面；面３０Ｓ１）に有機光電変換部２０が設けられたものであり、有機光電変換部２０は、半導体基板３０側から、複数の電極からなる下部電極２１（第１電極）、絶縁層２２、電荷蓄積層２３、光電変換層２４（有機光電変換層）および上部電極２５（第２電極）がこの順に積層された構成を有する。本実施の形態では、積層された電荷蓄積層２３および光電変換層２４は、有効画素領域１１０Ａに設けられた複数の画素に対する共通層として有効画素領域１１０Ａに延在して形成されており、さらに、光電変換層２４の上方および側面ならびに電荷蓄積層２３の側面を覆う水素ブロック層２６（第１の水素ブロック層）が形成された構成を有する。また、本実施の形態の撮像素子１０Ａは、互いに隣接する４つの画素が、それぞれに対応する１つのフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３を共有する、画素共有構造を有するものである。
【００１５】
（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撮像素子である。有機光電変換部２０は、上記のように、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、半導体基板３０の厚み方向に積層されている。
【００１６】
有機光電変換部２０は、詳細は後述するが、対向配置された下部電極２１と上部電極２５との間に、電荷蓄積層２３および光電変換層２４を有し、下部電極２１と電荷蓄積層２３との間には、絶縁層２２が設けられている。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、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃ）から構成されている。読み出し電極２１Ａは、絶縁層２２に形成された開口２２Ｈを介して電荷蓄積層２３と電気的に接続されている。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】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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３５），ＦＤ２，ＦＤ３と、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓ，ＴＲ３ｔｒｓと、アンプトランジスタ（変調素子）ＴＲ１ａｍｐ，ＴＲ２ａｍｐと、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔ，ＴＲ２ｒｓｔと、選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌ，ＴＲ２ｓｅｌ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。
【００２０】
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。
【００２１】
有機光電変換部２０は、上記のように、下部電極２１、絶縁層２２、電荷蓄積層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。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、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、互いに隣接する４つの画素を囲うシールド電極２１Ｃ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、例えば図５Ａおよび図６Ａなどに示したように、互いに隣接する２つあるいは４つの画素間で共有されると共に、絶縁層２２に設けられた開口２２Ｈを介して電荷蓄積層２３と電気的に接続されている。電荷蓄積層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、有効画素領域１１０Ａに延在している。上部電極２５上には、さらに水素ブロック層２６が設けられている。この水素ブロック層２６は、例えば周辺領域１１０Ｂにおいて、上部電極２５上から上部電極２５、光電変換層２４および電荷蓄積層２３の側面を介して、絶縁層２２上に積層されている。
【００２２】
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、固定電荷層２７、絶縁層２８および層間絶縁層２９がこの順に設けられている。水素ブロック層２６上には、第１保護層５１、第２保護層５３およびオンチップレンズ層５６がこの順に設けられている。更に、周辺領域１１０Ｂでは、第１保護層５１と第２保護層５３との間に配線５２が、第２保護層５３とオンチップレンズ層５６との間に遮光膜５４がそれぞれ設けられている。
【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３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが設けられている。貫通電極３４Ａ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、例えば、アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐ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。貫通電極３４Ｂは、有機光電変換部２０の蓄積電極２１Ｂと電気的に接続されており、これにより、蓄積電極２１Ｂには、読み出し電極２１Ａと独立して電圧を印加可能となっている。貫通電極３４Ｃは、シールド電極２１Ｃと電気的に接続されており、これにより、隣接する画素への電荷のリークが抑制されている。貫通電極３４Ｄは、周辺領域１１０Ｂに設けられたパッド部３６Ｄと電気的に接続されている。パッド部３６Ｄには、図２に示したように、開口５１Ｈ１を介して配線５２が電気的に接続されており、ガードリング５５を構成している。これによって、上部電極２５へ電圧を印加可能となっている。また、ガードリング５５は外周からの水の浸入を防止することができる。なお、ガードリング５５を構成する配線５２は、必ずしも上部電極２５と電気的に接続されていなくてもよい。また、ガードリング５５を構成する開口５１Ｈ１には、図２では第２保護層５３が埋め込まれた例を示したが、これに限らず、例えば水素ブロック層２６や第１保護層５１が埋め込まれていてもよい。
【００２４】
貫通電極３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの下端は、配線層４１にそれぞれ接続されている。特に、貫通電極３４Ａは、配線層４１内の接続部４１Ａに接続されており、接続部４１Ａと、フローティングディフュージョンＦＤ１（領域３５）とは、例えば、下部第１コンタクト４５を介して接続されている。貫通電極３４Ａの上端は、例えば、パッド部３５Ａ、ビアＶ２、パッド部３６ＡおよびビアＶ１を介して読み出し電極２１Ａに接続されている。
【００２５】
貫通電極３４Ａは、例えば、互いに隣接する４つの画素に対して１つずつ設けられている。貫通電極３４Ａは、各画素の有機光電変換部２０とアンプトランジスタＴＲ１ａｍｐ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ＴＲ１ｒｓｔの一方のソース／ドレイン領域）の隣にはリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔ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ＴＲ１ｒｓｔ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、各部の構成や材料などについて説明する。
【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、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃ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、ビアＶ１、パッド部３６Ａ、ビアＶ２、パッド部３５Ａ、貫通電極３４、接続部４１Ａおよび下部第１コンタクト４５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電荷蓄積層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。シールド電極２１Ｃは、上記のように、隣接する画素への電荷のリークを抑制するためのものである。
【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などを用いてもよい。下部電極２１の厚みは、例えば２０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００３２】
絶縁層２２は、蓄積電極２１Ｂと電荷蓄積層２３とを電気的に絶縁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２９および下部電極２１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と電荷蓄積層２３とが電気的に接続されている。絶縁層２２は、例えば、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（ＳｉＯxＮy）などのうちの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。
【００３３】
電荷蓄積層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。電荷蓄積層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、電荷蓄積層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などの酸化物半導体材料および有機半導体材料などが挙げられる。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などが挙げられる。電荷蓄積層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電荷蓄積層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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、アセチレンおよびジアセチレンなど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など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など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など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。
【００３８】
光電変換層２４と下部電極２１との間（例えば、電荷蓄積層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、電荷蓄積層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など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。
【００３９】
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。上部電極２５には、図２に示したように、例えば開口５１Ｈ２を介して配線５２が電気的に接続されている。この配線５２は、図２に示したように、開口５１Ｈ１を介してパッド部３６Ｄとも電気的に接続されている。つまり、上部電極２５は、例えば配線５２を介してパッド部３６Ｄと電気的に接続されている。
【００４０】
水素ブロック層２６は、電荷蓄積層２３への水素（Ｈ2）の侵入を抑制するためのもの
であり、上記のように、有効画素領域１１０Ａ内において上部電極２５上に設けられ、周辺領域１１０Ｂにおいて、上部電極２５の上面から上部電極２５、光電変換層２４および電荷蓄積層２３の側面を介して絶縁層２２上に積層され、例えば周辺領域１１０Ｂの端部まで延在して形成されている。水素ブロック層２６を構成する材料としては、例えば絶縁材料が挙げられる。具体的には、光透過性を有し、高い封止性を有する材料を用いることが好ましく、このような材料としては、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯx）などの金属酸化物、窒化シリコン（ＳｉＮx）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）などが挙げられる。あるいは、水素ブロック層２６には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの酸化物半導体を用いてもよい。また、水素ブロック層２６は、例えば、絶縁層２２よりも水素含有量が少ない、もしくは、膜自身が水素を含まないことが好ましい。更に、水素ブロック層２６は、応力が小さく、さらに紫外線吸収能を有することが好ましい。更にまた、含有する水分量が少ない膜を形成すると共に、水分（Ｈ2Ｏ）の侵入を抑制することが好ましい。以上から、水素ブロック層２６の材料としては、上記材料の中でも酸化アルミニウム（ＡｌＯx）を用いることが望ましい。水素ブロック層２６は、上記材料を用いて形成された単層膜、あるいは上記材料のうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。水素ブロック層２６の厚みは、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００４１】
固定電荷層２７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（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）などが挙げられる。
【００４２】
固定電荷層２７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。
【００４３】
絶縁層２８は、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）に形成された固定電荷層２７上および貫通電極３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが形成される貫通孔３０Ｈ１，３０Ｈ２，３０Ｈ３，３０Ｈ４内において固定電荷層２７と貫通電極３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ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。絶縁層２８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（ＳｉＯxＮy）などによって形成されている。
【００４４】
層間絶縁層２９は、絶縁層２８と同様に、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（ＳｉＯxＮy）などのうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。なお、層間絶縁層２９内には、例えば、読み出し電極２１Ａと貫通電極３４Ａとを電気的に接続するパッド部３５Ａ，３６Ａ、蓄積電極２１Ｂと貫通電極３４Ｂとを電気的に接続するパッド部３５Ｂ，３６Ｂ、シールド電極２１Ｃと貫通電極３４Ｃとを電気的に接続するパッド部３５Ｃ，３６Ｃ、配線５２と貫通電極３４Ｄとを電気的に接続するパッド部３５Ｄ，３６Ｄおよび各電極とパッド部とを電気的に接続するビアＶ１，Ｖ２などの配線が設けられている。
【００４５】
第１保護層５１および第２保護層５３は、例えば、有効画素領域１１０Ａおよび周辺領域１１０Ｂを含む、半導体基板３０上の全面に設けられている。第１保護層５１および第２保護層５３は、例えば、光透過性を有すると共に、高い封止性を有する材料を用いて形成することが好ましい。このような材料としては、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）および炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）などの絶縁材料が挙げられる。また、第１保護層５１および第２保護層５３は、水素ブロック層２６と同様に、例えば、絶縁層２２よりも水素含有量が少ない、もしくは、膜自身が水素を含まないことが好ましい。更に、第１保護層５１および第２保護層５３は、応力が小さく、さらに紫外線吸収能を有することが好ましい。更にまた、第１保護層５１および第２保護層５３は、含有する水分量が少ないことが好ましく、水分（Ｈ2Ｏ）の侵入を抑制することが好ましい。以上のことから、第１保護層５１および第２保護層５３の材料としては、上記材料の中でも酸化アルミニウム（ＡｌＯx）を用いることが望ましい。
【００４６】
なお、第１保護層５１および第２保護層５３は、上記絶縁層２８および層間絶縁層２９と同様の材料を用いて形成してもよい。例えば、第１保護層５１および第２保護層５３は、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）などのうちの１種よりなる単層膜か、あるいは、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）、酸化シリコン（ＳｉＯx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）のうちの２種以上よりなる積層膜としてもよい。第１保護層５１の厚みは、例えば、１００ｎｍから１０００ｎｍである。第２保護層５３の厚みは、例えば、１０ｎｍから１０００ｎｍである。
【００４７】
周辺領域１１０Ｂの第２保護層５３上には、配線５２が設けられている。この配線５２は、上記のように、例えば、第１保護層５１および水素ブロック層２６を貫通する開口５１Ｈ２を介して上部電極２５と電気的に接続されている。また、配線５２は、周辺領域１１０Ｂにおいて、第１保護層５１、水素ブロック層２６および絶縁層２２を貫通する開口５１Ｈ１を介して層間絶縁層２９内に設けられたパッド部３６Ｄと電気的に接続されており、ガードリング５５を形成している。パッド部３６Ｄには、ビアＶ２、パッド部３５Ｄおよび半導体基板３０を貫通して、半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）側に設けられた配線層４１に接続される貫通電極３４Ｄが接続されており、これによって、有機光電変換部２０において生じた電荷（ここでは、正孔）の伝送経路として機能する。
【００４８】
周辺領域１１０Ｂの第２保護層５３上には、遮光膜５４が設けられている。遮光膜５４の材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）が挙げられ、遮光膜５４は、例えばＷ／ＴｉＮ／Ｔｉの積層膜あるいはＷの単層膜として構成されている。遮光膜５４の厚みは、例えば５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。
【００４９】
更に、第２保護層５３上には、有効画素領域１１０Ａの、例えば単位画素Ｐ毎にオンチップレンズ５６Ｌ（マイクロレンズ）が形成されたオンチップレンズ層５６が設けられている。オンチップレンズ５６Ｌは、上方から入射した光を、有機光電変換部２０、無機光電変換部３２Ｂおよび無機光電変換部３２Ｒの各受光面へ集光させるものである。なお、オンチップレンズ５６Ｌの下方には、分光を制御するカラーフィルタなどの光学部材を設けるようにしてもよい。
【００５０】
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ＴＲ１ｔｒｓ，ＴＲ２ｔｒｓ，ＴＲ３ｔｒｓ、アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐ，ＴＲ２ａｍｐ、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔ，ＴＲ２ｒｓｔ、選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌ，ＴＲ２ｓｅｌなどが設けられている。更に、半導体基板３０の周辺領域１１０Ｂには、ロジック回路などからなる、例えば、画素読み出し回路や画素駆動回路などが設けられている。
【００５１】
本実施の形態の撮像素子１０Ａは、上記のように、１つのフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３を、互いに隣接する４つの画素が共有するようにレイアウトとされている。図５Ａは、有機光電変換部２０を構成する下部電極２１のレイアウトの一例を表したものであり、図５Ｂは、図５Ａに示した下部電極２１のレイアウトを透視斜視図として表したものである。図６Ａは、有機光電変換部２０を構成する下部電極２１のレイアウトの一例を表したものであり、図６Ｂは、図６Ａに示した下部電極２１のレイアウトを透視斜視図として表したものである。図７は、無機光電変換部３２Ｂおよびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの一例を表したものである。図８は、無機光電変換部Ｒおよびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの一例を表したものである。図９は、有機光電変換部２０において、蓄積電極２１Ｂを駆動するための信号配線の一例を表したものである。図１０〜図１２は、各光電変換部２０，３２Ｂ，３２Ｒおよびこれらに関連する各種トランジスタに接続される配線の一例を表したものである。
【００５２】
本実施の形態の有機光電変換部２０では、互いに隣接する４つの有機光電変換部２０は１つのフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。フローティングディフュージョンＦＤ１には、１つのリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔと電源線Ｖｄｄが直列に接続されている。また、これとは別に、フローティングディフュージョンＦＤ１には、アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐおよび選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌのそれぞれ１つと信号線（データ出力線）ＶＳＬ１とが直列に接続されている。本実施の形態の有機光電変換部２０では、互いに隣接する４つの蓄積電極２１Ｂと、それぞれ各画素毎に１つずつ設けられたリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔ、アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐおよび選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌとで、互いに隣接する４つの有機光電変換部２０の読み出し動作およびリセット動作を担う１組の制御部（第１の制御部）を構成している。互いに隣接する４つの有機光電変換部２０から信号電荷を読み出す際には、この第１の制御部を用いて、例えば時分割して順番に読み出し処理が行われる。
【００５３】
本実施の形態の無機光電変換部３２Ｂでは、互いに隣接する４つのフォトダイオードＰＤ２が、各画素毎に１つずつ設けられた４つの転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓを介して、１つのフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。
【００５４】
本実施の形態の無機光電変換部３２Ｒでは、無機光電変換部３２Ｂと同様に、互いに隣接する４つのフォトダイオードＰＤ３が、各画素毎に１つずつ設けられた４つの転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓを介して、１つのフローティングディフュージョンＦＤ３に接続されている。
【００５５】
１つのフローティングディフュージョンＦＤ２には、１つのリセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔと、電源線Ｖｄｄが直列に接続されている。また、これとは別に、フローティングディフュージョンＦＤ２には、アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐおよび選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌのそれぞれ１つと信号線（データ出力線）ＶＳＬ２が直列に接続されている。本実施の形態のように画素共有構造を有する撮像素子１０Ａでは、無機光電変換部３２Ｂおよび無機光電変換部３２Ｒは、各画素毎に設けられた転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓおよび転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓと、各画素毎に１つずつ設けられたリセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔ、アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐおよび選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌとで、互いに隣接する４つの無機光電変換部３２Ｂおよび無機光電変換部３２Ｒの読み出し動作およびリセット動作を担う１組の制御部（第２の制御部）を構成している。即ち、４画素分の積層型の撮像素子１０Ａに備わる４つの無機光電変換部３２Ｂおよび４つの無機光電変換部３２Ｒでは、転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓ，ＴＲ３ｔｒｓを除いて、１組の制御部（第２の制御部）を共有した構成となっている。互いに隣接する４つの無機光電変換部３２Ｂに対応するフローティングディフュージョンＦＤ２および４つの無機光電変換部３２Ｒに対応するフローティングディフュージョンＦＤ３から信号電荷を読み出す際には、この第２の制御部を用いて、例えば時分割して順番に読み出し処理が行われる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、互いに隣接する４つの無機光電変換部３２Ｂおよび無機光電変換部３２Ｒが共有するフローティングディフュージョンＦＤ２，ＦＤ３は、それぞれ、１画素分ずつ離間した場所に配置されている。これにより、撮像素子１０Ａの高集積化を実現することが可能となる。
【００５７】
（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。
【００５８】
まず、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。
【００５９】
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ＦＤ１〜ＦＤ３となるｎ＋領域を形成したのち、ゲート絶縁層３３と、各種転送トランジスタＴＲ１ｔｒｓ，ＴＲ２ｔｒｓ，ＴＲ３ｔｒｓ、選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌ，ＴＲ２ｓｅｌ、アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐ，ＴＲ２ａｍｐおよびリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔ，ＴＲ２ｒｓｔ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、各種転送トランジスタＴＲ１ｔｒｓ，ＴＲ２ｔｒｓ，ＴＲ３ｔｒｓ、選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌ，ＴＲ２ｓｅｌ、アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐ，ＴＲ２ａｍｐおよびリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔ，ＴＲ２ｒｓｔが形成される。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。
【００６０】
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、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。
【００６１】
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などを接合して、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）など、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
。
【００６２】
次いで、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３０Ｈ１，３０Ｈ２，３０Ｈ３，３０Ｈ４を形成する。貫通孔３０Ｈ１〜３０Ｈ４の深さは、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。
【００６３】
続いて、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）法を用いて固定電荷層２７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３０Ｈ１，３０Ｈ２，３０Ｈ３，３０Ｈ４の側面および底面に連続する固定電荷層２７が形成される。次に、固定電荷層２７の半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上および貫通孔３０Ｈ１，３０Ｈ２，３０Ｈ３，３０Ｈ４内に絶縁層２８を成膜したのち、さらに、絶縁層２８上に、層間絶縁層２９を構成する絶縁膜を成膜する。
【００６４】
続いて、例えばドライエッチングにより貫通孔３０Ｈ１，３０Ｈ２，３０Ｈ３，３０Ｈ４内に形成された絶縁層２８内に、層間絶縁層２９を構成する絶縁膜、絶縁層２８および固定電荷層２７および絶縁層４４を貫通し、接続部４１Ａに到達する貫通孔を形成する。なお、このとき、第１面（面３０Ｓ１）上の層間絶縁層２９を構成する絶縁膜も薄膜化される。次に、層間絶縁層２９を構成する絶縁膜上および貫通孔２７Ｈ内に導電膜を成膜したのち、導電膜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、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）上にパッド部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄをそれぞれ有する貫通電極３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが形成される。
【００６５】
次に、層間絶縁層２９を構成する絶縁膜および貫通電極３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ上に、それぞれビアＶ２、パッド部３６，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ、ビアＶ１を形成したのち、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて層間絶縁層２９の表面を平坦化する。続いて、層間絶縁層２９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、読み出し電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃを形成する。次に、層間絶縁層２９および読み出し電極２１Ａ、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃ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、電荷蓄積層２３、光電変換層２４および上部電極２５を形成する。
【００６６】
なお、有機材料を用いて電荷蓄積層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などを用いてもよい。
【００６７】
続いて、図１３に示したように、上部電極２５上の有効画素領域１１０Ａにハードマスクとして、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯx）膜２６Ｂを、例えば物理気相成長（physical vapor deposition；ＰＶＤ）法を用いて、例えば１０ｎｍ〜５０ｎｍの厚みで形成する。なお、成膜方法はこれに限らず、例えば、ＣＶＤ法やＡＬＤ法を用いてもよい。ＰＶＤ法の成膜方法としては、例えば、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、各種スパッタリング法（マグネトロンスパッタリング法、ＲＦ−ＤＣ結合形バイアススパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法）などが挙げられる。特に、上部電極２５の表面粗さが大きい場合には、被覆性に優れるＣＶＤ／ＡＬＤ法を用いて成膜することが好ましい。但し、ＣＶＤ／ＡＬＤ法は、ＰＶＤ法と比較して成膜レートが顕著に小さい。このため、ＰＶＤ法で十分に上部電極２５を被覆できるのであれば、ＰＶＤ法を用いることが好ましい。次に、例えばリソグラフィ法を用いてＡｌＯx膜２６Ｂをパターニングし、ハードマスクを形成する。なお、後述する図１４では、フォトレジストＰＲを除去した例を示しているが、ＡｌＯx膜２６Ｂをパターニングした
後にレジストを残し、次の工程を実施するようにしてもよい。
【００６８】
次に、図１４に示したように、周辺領域１１０Ｂに形成された電荷蓄積層２３、光電変換層２４および上部電極２５をエッチングする。続いて、図１５に示したように、例えばＰＶＤ法を用いてＡｌＯx膜２６Ａを、例えば５０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みで成膜する。これにより、ＡｌＯx膜２６Ａ，２６Ｂからなる水素ブロック層２６が形成される。なお、ＡｌＯx膜２６Ａは、ＡｌＯx膜２６Ｂと同様に、ＣＶＤ法やＡＬＤ法を用いて形成してもよく、例えば、電荷蓄積層２３、光電変換層２４および上部電極２５の段差が大きい場合には被覆性の優れるＣＶＤ／ＡＬＤ法を、成膜レートの高さおよび半導体基板３０の反り（ストレス）調整を優先する場合には、ＰＶＤ法を用いることが好ましい。更に、ＰＶＤ法とＣＶＤ／ＡＬＤ法とを組み合わせて積層膜からなる水素ブロック層２６を形成するようにしてもよい。
【００６９】
続いて、図１６に示したように、第１保護層５１を成膜したのち、第１保護層５１上にフォトレジストＰＲをパターニングし、周辺領域１１０Ｂの貫通電極３４Ｄと電気的に接続されたパッド部３６Ｄまで貫通する開口５１Ｈ１を形成する。次に、上部電極２５まで貫通する開口５１Ｈ２を形成する。なお、開口５１Ｈ１および開口５１Ｈ２の形成順序はこれに限定されるものではなく、例えば、開口５１Ｈ１および開口５１Ｈ２を同時に形成してもよい。その後、第１保護層５１上および開口５１Ｈ１，５１Ｈ２の側面および底面に連続する配線５２を形成したのち、第１保護層５１および配線５２上、ならびに、開口５１Ｈ１，５１Ｈ２内を埋設する第２保護層５３を形成する。これにより、開口５１Ｈ１，５１Ｈ２を介した電荷蓄積層２３への水素および水分の侵入が抑制される。最後に、遮光膜５４およびオンチップレンズ層５６を形成する。以上により、図１に示した撮像素子１０Ａが完成する。
【００７０】
撮像素子１０Ａでは、有機光電変換部２０に、オンチップレンズ５６Ｌ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。
【００７１】
（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。
【００７２】
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。
【００７３】
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ＴＲ１ｒｓｔ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ＴＲ１ｒｓｔによりリセットされる。
【００７４】
ここでは、有機光電変換部２０が、貫通電極３４Ａを介して、アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐ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ＴＲ１ｒｓｔにより容易にリセットすることが可能となる。
【００７５】
これに対して、貫通電極３４Ａ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虞がある。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。
【００７６】
図１７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。
【００７７】
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と対向する電荷蓄積層２３の領域に蓄積される（蓄積期間）。因みに、蓄積電極２１Ｂと対向する電荷蓄積層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。
【００７８】
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）。
【００７９】
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、電荷蓄積層２３に蓄積された電荷が制御部に読み出される（転送期間）。
【００８０】
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）。
【００８１】
（無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒによる青色信号および赤色信号の取得）
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ＴＲ２ｔｒｓ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ＴＲ３ｔｒｓ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。
【００８２】
（１−３．作用・効果）
前述したように、近年、ＣＣＤイメージセンサ、あるいはＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像装置では、１画素から、Ｒ／Ｇ／Ｂの信号を取り出すことができ、且つ、デモザイク処理を必要としないことから、偽色が発生しない積層型撮像素子が用いられている。この積層型撮像素子は、フォトダイオードが埋め込み形成された半導体基板上に、有機半導体材料を用いた有機光電変換層を備えた有機光電変換部が積層された構成を有する。
【００８３】
但し、上記のような積層型撮像素子では、有機光電変換部において生成された電荷は、直接浮遊拡散層ＦＤに蓄積される。このため、有機光電変換部を完全空乏化することは難しく、ｋＴＣノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化して撮像画質の低下を引き起こす。このため、有機光電変換部の電荷蓄積部を完全空乏化することが可能な積層型撮像素子として、半導体基板の上方に配置された有機光電変換部において、有機光電変換層を間に対向配置された一対の電極（第１電極および第２電極）のうちの一方の電極（例えば、第１電極）側に、第１電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して有機光電変換層と対向配置された電荷蓄積用電極を設けた撮像素子が開発されている。
【００８４】
この撮像素子では、有機光電変換層を、例えば酸化物半導体材料を用いて形成された下層半導体層と、有機半導体材料を用いて形成された上層光電変換層との積層構造とすることにより、有機光電変換層に蓄積された電荷の再結合を防止すると共に、第１電極への転送効率を増加させることが可能となっている。しかしながら、下層半導体層を構成する酸化物半導体材料は水素によって還元されやすく、これによって酸素欠陥が発生し、動作の安定性が低下する虞がある。
【００８５】
これに対して、本実施の形態の撮像素子１０Ａでは、有効画素領域１１０Ａ内に設けられた複数の単位画素Ｐに対する共通層として有効画素領域１１０Ａに延在して形成された電荷蓄積層２３および光電変換層２４の上方、具体的には、同じく有効画素領域１１０Ａに延在して形成された上部電極２５上に水素ブロック層２６を設けるようにした。この水素ブロック層２６は、例えば、有効画素領域１１０Ａおよび周辺領域１１０Ｂの全面に設けられており、上部電極２５の上面から上部電極２５、光電変換層２４および電荷蓄積層２３の側面を覆い、周辺領域１１０Ｂにおいて、例えば絶縁層２２上に直接積層された構成を有する。
【００８６】
上記のように、下層半導体層に酸化物半導体材料を用いた場合、酸化物半導体材料が水素によって還元され、酸素欠陥が発生する。その結果、リーク電流が増大、あるいは、電荷の蓄積や転送の不良などが発生する虞がある。下層半導体層は、本実施の形態の電荷蓄積層２３に相当する。本実施の形態では、上述したように、水素ブロック層２６を有効画素領域１１０Ａおよび周辺領域１１０Ｂの全面に設け、上部電極２５の上面から上部電極２５、光電変換層２４および電荷蓄積層２３の側面を覆い、周辺領域１１０Ｂにおいて、例えば絶縁層２２上に直接積層させるようにした。これにより、電荷蓄積層２３への水素（Ｈ2）の侵入が抑制される。
【００８７】
以上のように、本実施の形態では、有効画素領域１１０Ａに延在して形成された電荷蓄積層２３および光電変換層２４の上方およびそれらの側面を封止する水素ブロック層２６を設けるようにしたので、電荷蓄積層２３への水素の侵入が抑制される。よって、電荷蓄積層２３における酸素欠陥の発生が低減され、動作の安定性が向上する。即ち、撮像素子１０Ａおよびこれを備えた撮像装置１の信頼性を向上させることが可能となる。
【００８８】
また、本実施の形態では、含有する水素量が少ないことに加えて、含有する水分量が少ない膜を形成可能な材料を用いて水素ブロック層２６を形成することにより、光電変換層２４への水分（Ｈ2Ｏ）の侵入が抑制され、光電変換層２４の劣化を防ぐことが可能とな
る。
【００８９】
更に、本実施の形態では、水素ブロック層２６上に、第１保護層５１および第２保護層５３を設け、第１保護層５１、水素ブロック層２６および絶縁層２２を貫通する開口５１Ｈ１および第１保護層５１および水素ブロック層２６を貫通する開口５１Ｈ２を、例えば、第２保護層５３で埋設するようにした。これにより、開口５１Ｈ１，５１Ｈ２を介した電荷蓄積層２３への水素および水分の侵入が抑制される。また、光電変換層２４への水分（Ｈ2Ｏ）の侵入が抑制され、光電変換層２４の劣化を防ぐことが可能となる。よって、
撮像素子１０Ａおよびこれを備えた撮像装置１の信頼性をさらに向上させることが可能となる。
【００９０】
次に、第２〜第４の実施の形態および変形例について説明する。なお、第１の実施の形態の撮像素子１０Ａに対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９１】
＜２．第２の実施の形態＞
図１８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）の要部の断面構成を模式的に表したものである。撮像素子１０Ｂは、上記第１の実施の形態と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどの電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像装置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、下部電極２１の下層、例えば、層間絶縁層２９上にさらに水素ブロック層６１（第２の水素ブロック層）を設けたものである。
【００９２】
水素ブロック層６１は、上記のように、層間絶縁層２９上に、例えば有効画素領域１１０Ａおよび周辺領域１１０Ｂの全面に設けられたものであり、電荷蓄積層２３の下方からの水素（Ｈ2）の侵入を抑制するためのものである。水素ブロック層６１を構成する材料としては、例えば、絶縁材料が挙げられる。具体的には、光透過性を有し、高い封止性を有する材料を用いることが好ましく、このような材料としては、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）などが挙げられる。また、水素ブロック層６１は、例えば、絶縁層２２よりも水素含有量が少ない、もしくは、膜自身が水素を含まないことが好ましい。更に、水素ブロック層６１は、応力が小さくい。以上から、水素ブロック層６１の材料としては、上記材料の中でも酸化アルミニウム（ＡｌＯx）を用いることが望ましい。水素ブロック層６１の厚みは、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００９３】
以上のように、本実施の形態では、上部電極２５上に設けられ、その側面から電荷蓄積層２３および光電変換層２４の側面を覆う水素ブロック層２６に加えて、下部電極２１の下層に水素ブロック層６１を設けるようにした。これにより、下部電極２１側から電荷蓄積層２３への水素（Ｈ2）の侵入を抑制することが可能となる。よって、撮像素子１０Ｂおよびこれを備えた撮像装置１の信頼性をさらに向上させることが可能となる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、下部電極２１の下層に設けられる水素ブロック層６１を、下部電極２１の直下である層間絶縁層２９上に設けた例を示したが、これに限らない。水素ブロック層６１は、半導体基板３０と下部電極２１との間に設けられていればよく、例えば、層間絶縁層２９内に形成するようにしてもよい。
【００９５】
＜３．第３の実施の形態＞
図１９は、本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子（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。撮像素子１０Ｃは、上記第１の実施の形態と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどの電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像装置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１０Ｃは、上記第２の実施の形態における絶縁層２２に代えて、下部電極２１と電荷蓄積層２３との間を電気的に絶縁すると共に、周辺領域１１０Ｂにおいて、例えば電荷蓄積層２３、光電変換層２４および上部電極２５と同一の側面を有する絶縁層６２を設けたものである。
【００９６】
絶縁層６２は、上記絶縁層２２と同様に、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃと電荷蓄積層２３とを電気的に絶縁するためのものである。絶縁層６２は、下部電極２１を覆うように、例えば、層間絶縁層２９および下部電極２１上に設けられており、上記のように、周辺領域１１０Ｂにおいて、例えば電荷蓄積層２３、光電変換層２４および上部電極２５と同一の側面を形成している。また、絶縁層６２には、図示していないが、上記絶縁層２２と同様に、下部電極２１のうち、読み出し電極２１Ａ上に開口が設けられており、この開口を介して、読み出し電極２１Ａと電荷蓄積層２３とが電気的に接続されている。絶縁層６２は、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（ＳｉＯxＮy）などのうちの１種よりなる単層膜か、あるいは酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、酸化シリコン（ＳｉＯx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）のうちの２種以上よりなる積層膜としてもよい。絶縁層６２の厚みは、例えば、２０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００９７】
以上のように、本実施の形態では、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃと電荷蓄積層２３とを電気的に絶縁すると共に、周辺領域１１０Ｂにおいて電荷蓄積層２３、光電変換層２４および上部電極２５と同一の側面を有する絶縁層６２を形成した。これにより、上述したように、例えばＡＬＤ法を用いてＡｌＯx膜を成膜した際に、上部電極２５、光電変換層２４、電荷蓄積層２３および絶縁層６２の側面ならびに、層間絶縁層２９上に形成された水素ブロック層６１上にＡｌＯx膜が成膜される。即ち、本実施の形態の撮像素子１０Ｃは、水素ブロック層２６と水素ブロック層６１とが、周辺領域１１０Ｂにおいて直接積層されるようになる。よって、電荷蓄積層２３を含む有機光電変換部２０は、水素ブロック層２６および水素ブロック層６１によって封止されるようになるため、上記第１の実施の形態および第２の実施の形態の撮像素子１０Ａ，１０Ｂよりも、さらに電荷蓄積層２３への水素（Ｈ2）の侵入を抑制することが可能となり、撮像素子１０Ｃおよびこれを備えた撮像装置１の信頼性をさらに向上させることが可能となる。
【００９８】
＜４．第４の実施の形態＞
図２０は、本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子（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。撮像素子１０Ｄは、上記第１の実施の形態と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどの電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像装置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１０Ｄは、上記第１の実施の形態において下部電極２１と電荷蓄積層２３との間を電気的に絶縁する絶縁層として、水素ブロック層２６および水素ブロック層６１と同様の材料を用いた絶縁層７２を設けたものである。
【００９９】
絶縁層７２は、上記絶縁層２２と同様に、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃと電荷蓄積層２３とを電気的に絶縁すると共に、電荷蓄積層２３の下方からの水素（Ｈ2）の侵入を抑制するためのものである。絶縁層７２を構成する材料としては、水素ブロック層２６および水素ブロック層６１と同様に、光透過性を有し、高い封止性を有することが好ましい。更に、欠陥の少ない緻密な膜であることが好ましい。このような材料としては、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯx）が挙げられる。
【０１００】
以上のように、本実施の形態では、蓄積電極２１Ｂおよびシールド電極２１Ｃと電荷蓄積層２３とを電気的に絶縁する絶縁層７２を、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯx）を用いて形成するようにしたので、絶縁層７２には、水素ブロック層としての機能が付加され、電荷蓄積層２３の下方からの水素（Ｈ2）の侵入を抑制することが可能となる。よって、記第１の実施の形態および第２の実施の形態の撮像素子１０Ａ，１０Ｂよりも、さらに電荷蓄積層２３への水素（Ｈ2）の侵入を抑制することが可能となる。よって、撮像素子１０Ｄおよびこれを備えた撮像装置１の信頼性をさらに向上させることが可能となる。
【０１０１】
＜５．変形例＞
図２１は、本開示の変形例に係る撮像素子１０Ａの有機光電変換部２０を構成する下部電極２１のレイアウトの他の例を表したものである。図２２は、本開示の変形例に係る撮像素子１０Ａの無機光電変換部３２Ｂおよびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの他の例を表したものである。図２３は、本開示の変形例に係る撮像素子１０Ａの無機光電変換部Ｒおよびこれに関連する各種トランジスタのレイアウトの他の例を表したものである。図２４〜図２７は、各光電変換部２０，３２Ｂ，３２Ｒおよびこれらに関連する各種トランジスタに接続される配線の他の例を表したものである。上記第１の実施の形態では、互いに隣接する４つの画素が、それぞれに対応する１つのフローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３を共有する、画素共有構造を備えた例を示したが、これに限らない。例えば、上記第１の実施の形態における撮像素子１０Ａは、図２１〜図２７に示したように、画素共有構造を持たない、いわゆる単画素構造の積層型撮像素子として形成することができる。
【０１０２】
＜６．適用例＞
（適用例１）
図２８は、上記第１〜第４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〜１０Ｄ）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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、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などによって構成されている。
【０１０５】
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、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。
【０１０６】
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、ケーブルなどにより接続された他の基板に形成されていてもよい。
【０１０７】
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などを受け取り、また、撮像装置１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などの周辺回路の駆動制御を行う。
【０１０８】
（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などのカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、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２９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。
【０１０９】
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、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、
あるいは、モニタなどに出力される。
【０１１０】
＜７．応用例＞
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。
【０１１１】
＜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。
【０１１２】
図３０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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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３０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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
＜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。
【０１３０】
図３１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。
【０１３１】
図３１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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
図３２は、図３１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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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１１
１００に搭載されていることになる。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
＜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。
【０１６３】
図３３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。
【０１６４】
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３３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）１２０
５３が図示されている。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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３３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。
【０１７４】
図３４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１７５】
図３４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１７６】
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。
【０１７７】
なお、図３４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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
以上、第１〜第４の実施の形態および変形例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など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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
更に、上記実施の形態などでは、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などの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。
【０１８５】
更にまた、上記第１の実施の形態では、電荷蓄積層２３、光電変換層２４および上部電極２５を複数の撮像素子１０Ａに共通した連続層として形成した例を示したが、画素Ｐごとに分離して形成するようにしてもよい。但し、その場合には、電荷蓄積層２３および光電変換層２４に対する加工ダメージの影響により、暗電流特性が悪化する虞がある。また、上記第１の実施の形態のように、複数の撮像素子１０Ａに共通した連続層として有効画素領域１１０Ａ内において延在形成した場合には、画素間が光電変換層で接続されるため、画素間の電荷混入による混色は発生する虞がある。これに対しては、上述したように、シールド電極２１Ｃを設けることで抑制される。
【０１８６】
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。
【０１８７】
なお、本開示は、以下のような構成であってもよい。以下の構成の本技術によれば、有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層の上方ならびにそれぞれの側面を覆う第１の水素ブロック層を設けるようにしたので、電荷蓄積層への水素の侵入が抑制される。よって、上記有機光電変換部を有する撮像素子およびこれを備えた撮像装置の信頼性を向上させることが可能となる。
（１）
複数の画素が配置された有効画素領域および前記有効画素領域の周囲に設けられた周辺領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に設けられると共に、複数の電極からなる第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に順に積層して設けられると共に、前記有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層とを有する有機光電変換部と、
前記有機光電変換層の上方および側面ならびに前記電荷蓄積層の側面を覆う第１の水素ブロック層と
を備えた撮像素子。
（２）
前記電荷蓄積層の下方に、さらに、第２の水素ブロック層を有する、前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記第２の水素ブロック層は、前記半導体基板と前記電荷蓄積層との間に設けられている、前記（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記有機光電変換部は、さらに、前記第１電極と前記電荷蓄積層との間に絶縁層を有し、
前記絶縁層が前記第２の水素ブロック層として形成されている、前記（２）または（３）に記載の撮像素子。
（５）
前記第２の水素ブロック層は、前記周辺領域において前記第１の水素ブロック層と接している、前記（４）に記載の撮像素子。
（６）
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は、絶縁材料を用いて形成されている、前記（２）乃至（５）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（７）
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は、光透過性を有する金属酸化物を含んで形成されている、前記（２）乃至（６）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（８）
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は単層または複数の層からなる、前記（２）乃至（７）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（９）
前記第１の水素ブロック層および前記第２の水素ブロック層は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）膜、窒化シリコン（ＳｉＮx）膜または炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）膜である、前記（２）乃至（８）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１０）
さらに、第１保護層および第２保護層を有し、
前記第１の水素ブロック層、前記第１保護層および前記第２保護層の順に積層されている、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１１）
前記第１保護層および前記第２保護層は、絶縁材料を用いて形成されている、前記（１０）に記載の撮像素子。
（１２）
前記第１保護層および前記第２保護層は、光透過性を有する金属酸化物を含んで形成されている、前記（１０）または（１１）に記載の撮像素子。
（１３）
前記第１保護層および前記第２保護層は単層または複数の層からなる、前記（１０）乃至（１２）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１４）
前記第１保護層および前記第２保護層は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）膜、窒化シリコン（ＳｉＮx）膜、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）、酸化シリコン（ＳｉＯx）膜および酸窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）膜による単層膜または２種以上よりなる積層膜である、前記（１０）乃至（１３）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１５）
さらに、パッド部と、前記第２電極と前記パッド部とを接続する配線とを有し、
前記第２保護層は、少なくとも、前記第２電極と前記配線との接続部上および前記パッド部と前記配線との接続部上に設けられている、前記（１０）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１６）
前記有機光電変換部は、さらに、前記第１電極と前記電荷蓄積層との間に絶縁層を有し、
前記絶縁層は、前記第１電極を構成する複数の電極のうちの一の電極上に開口を有し、前記一の電極と前記電荷蓄積層とは前記開口を介して電気的に接続されている、前記（１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１７）
前記半導体基板は、内部に無機光電変換部が埋め込まれている、前記（１）乃至（１６）のうちのいずれかに記載の撮像素子。
（１８）
撮像素子を備え、
前記撮像素子は、
複数の画素が配置された有効画素領域および前記有効画素領域の周囲に設けられた周辺領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に設けられると共に、複数の電極からなる第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に順に積層して設けられると共に、前記有効画素領域に延在する電荷蓄積層および有機光電変換層とを有する有機光電変換部と、
前記有機光電変換層の上方および側面ならびに前記電荷蓄積層の側面を覆う第１の水素ブロック層と
を有する撮像装置。
【０１８８】
本出願は、日本国特許庁において２０１８年７月３１日に出願された日本特許出願番号２０１８−１４３５１１号および２０１８年１２月１４日に出願された日本特許出願番号２０１８−２３４６７３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。
【０１８９】
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４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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