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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-15
(45)【発行日】2024-08-23
(54)【発明の名称】固体撮像装置及び電子機器
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240816BHJP
H04N 25/70 20230101ALI20240816BHJP
H04N 25/704 20230101ALI20240816BHJP
H04N 25/705 20230101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 E
H01L27/146 D
H04N25/70
H04N25/704
H04N25/705
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2021511398
(86)(22)【出願日】2020-03-17
(86)【国際出願番号】 JP2020011652
(87)【国際公開番号】W WO2020203249
(87)【国際公開日】2020-10-08
【審査請求日】2023-03-09
(31)【優先権主張番号】P 2019069180
(32)【優先日】2019-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】富樫 秀晃
(72)【発明者】
【氏名】河合 信宏
【審査官】小山 満
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０６３１５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０３７９５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１５２３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０３６６４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５３９６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２１９０４６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０２６１０９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１６３７２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０３５２５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３５１６０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１２５６１１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
Ｈ０４Ｎ ２５／７０
Ｈ０４Ｎ ２５／７０４
Ｈ０４Ｎ ２５／７０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備え、
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも薄い、
固体撮像装置。
【請求項2】
前記第３電極には、複数の開口部が設けられており、前記開口部それぞれの内部には、前記半導体層の一部が延在している
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項3】
前記第３電極と前記第２電極との間の前記絶縁膜の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも薄い請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項4】
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備え、
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極の上部側から下部側へ向かうにつれて薄くなっている、
固体撮像装置。
【請求項5】
前記光電変換素子それぞれは、前記絶縁膜内であって前記第３電極と前記第１電極との間に配置された第４電極をさらに備える請求項１～４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項6】
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第４電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の膜厚よりも薄い請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項7】
前記第２電極は、それぞれ異なる領域で前記第１電極と対向する複数の電極に分割されている請求項１～６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項8】
前記第２電極の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第３電極の前記主平面と平行な方向の幅よりも狭い請求項１～７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項9】
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備え、
前記半導体層の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第１電極側から前記第２電極側へ向かうにつれて細くなっている、
固体撮像装置。
【請求項10】
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向に配列する複数の第５電極を含む請求項１～９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項11】
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向において複数の領域に分割されている請求項１～１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項12】
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備え、
前記光電変換膜における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出し、
前記第１電極における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している、
固体撮像装置。
【請求項13】
前記半導体層の前記主平面と垂直な方向の組成は、前記第２電極からの距離に応じて異なる請求項１～１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項14】
前記第１電極を挟んで前記第２電極と反対側に配置されたオンチップレンズと、前記オンチップレンズに対して前記主平面と垂直な方向に配置され、所定の波長の光を透過するカラーフィルタと、
をさらに備える請求項１～１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項15】
前記光電変換膜と前記半導体層の少なくとも一部とは、同一の材料を含む請求項１～１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項16】
前記主平面と垂直な方向に配置された複数の前記光電変換素子を備える請求項１～１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項17】
前記光電変換膜は、有機膜である請求項１～１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項18】
固体撮像装置と、入射光を前記固体撮像装置の受光面に結像する光学系と、
前記固体撮像装置を制御するプロセッサと、
を備え、
前記固体撮像装置は、行列状に配列する複数の光電変換素子を備え、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備え、
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも薄い、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、固体撮像装置、電子機器及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、複数の光電変換素子を半導体基板の基板厚方向に積層した積層型イメージセンサが提案されている。例えば、特許文献１には、偽色を解決する方法として、同一の画素の縦方向にグリーン、ブルー及びレッドそれぞれの波長の光を光電変換する光電変換領域を積層し、グリーンの光電変換領域は、有機光電変換膜で構成するという積層型固体撮像装置が提案されている。また、特許文献２には、光電変換で発生して蓄積電極の上側に溜まった電荷を、蓄積電極の下方に設置した捕集電極へ縦方向に転送する構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１５７８１６号公報
【文献】特開２０１６－６３１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の積層型固体撮像装置では、蓄積電極上の半導体層に溜まった蓄積電荷が、蓄積電極上面に沿って一旦横方向に移動した後に、蓄積電極下方に位置する読出し用の電極に流れ込む構造であるため、蓄積電極から読出し用の電極への蓄積電荷の転送に時間がかかる。そのため、各画素から画素信号を読み出す読出し速度を高速化することが困難であるという問題が存在する。
【0005】
そこで本開示では、読出し速度を高速化することが可能な固体撮像装置、電子機器及び固体撮像装置の製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本開示に係る一形態の固体撮像装置は、行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、前記光電変換素子それぞれは、主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、前記半導体層内に配置された絶縁膜と、前記絶縁膜内に配置された第３電極とを備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施形態に係る固体撮像装置を搭載した電子機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図2】第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。
【図3】第１の実施形態に係る固体撮像装置の積層構造例を示す図である。
【図4】第１の実施形態に係るＢ画素の概略構成例を示す回路図である。
【図5】第１の実施形態に係るＲ画素の概略構成例を示す回路図である。
【図6】第１の実施形態に係るＧ画素の概略構成例を示す回路図である。
【図9】第１の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素の断面構造例を示す断面図である。
【図10】第１の実施形態に係る電荷蓄積時の共通電極と読出し電極との間に形成されるバンドギャップを示す図である。
【図11】第１の実施形態に係る電荷読出し時の電荷蓄積時に共通電極と読出し電極との間に形成されるバンドギャップを示す図である。
【図12】第１の実施形態に係る単位画素の平面レイアウト例を示す平面図である。
【図13】第１の実施形態に係る蓄積電極の平面レイアウト例を示す平面図である（第１例）。
【図14】第１の実施形態に係る蓄積電極の平面レイアウト例を示す平面図である（第２例）。
【図15】第１の実施形態に係る蓄積電極の平面レイアウト例を示す平面図である（第３例）。
【図16】第１の実施形態に係る蓄積電極の平面レイアウト例を示す平面図である（第４例）。
【図17】第１の実施形態に係る蓄積電極の平面レイアウト例を示す平面図である（第５例）。
【図18】第２の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図19】第２の実施形態の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図20】第２の実施形態の他の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図21】第３の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図22】第３の実施形態に係るシールド電極の平面レイアウト例を示す平面図である。
【図23】第２の実施形態に係るシールド電極と蓄積電極とを光の入射方向から見た場合の平面図である。
【図24】第３の実施形態の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図25】第４の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図26】第４の実施形態に係る読出し電極の平面レイアウト例を示す平面図である。
【図27】第５の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図28】第５の実施形態の第１の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図29】第５の実施形態の第２の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図30】第５の実施形態の第３の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図31】第６の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図32】第６の実施形態の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図33】第６の実施形態の他の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図34】第７の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図35】第７の実施形態に係る蓄積電極の平面レイアウト例を示す平面図である。
【図36】第７の実施形態に係る蓄積電極の他の平面レイアウト例を示す平面図である。
【図37】第８の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図38】第９の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図39】第１０の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図40】第１１の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図41】第１２の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図42】第１３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その１）。
【図43】第１３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その２）。
【図44】第１３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その３）。
【図45】第１３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その４）。
【図46】第１３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その５）。
【図47】第１３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その６）。
【図48】第１３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その７）。
【図49】第１４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その１）。
【図50】第１４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その２）。
【図51】第１４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その３）。
【図52】第１４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その４）。
【図53】第１４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するためのプロセス断面図である（その５）。
【図54】第１５の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図55】第１６の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図56】第１６の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の他の概略構成例を示す断面図である。
【図57】第１６の実施形態の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図58】第１７の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図59】第１８の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図60】第１８の実施形態の変形例に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図61】第１９の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図62】第２０の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図63】第２０の実施形態に係る読出し電極の平面レイアウト例を示す平面図である。
【図64】第２０の実施形態の変形例１に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図65】第２０の実施形態の変形例２に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。
【図66】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67】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【図68】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69】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】
【0008】
以下に、本開示の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【0009】
また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
１．第１の実施形態
１．１ 電子機器の構成例
１．２ 固体撮像装置の構成例
１．３ 固体撮像装置の積層構造例
１．４ 画素の構成例
１．４．１ Ｂ画素及びＲ画素について
１．４．２ Ｇ画素について
１．５ 単位画素の接続例
１．６ 単位画素の断面構造例
１．７ 蓄積電極の作用
１．８ 単位画素の平面レイアウト例
１．９ 蓄積電極の形状
１．１０ 光電変換膜
１．１１ 作用・効果
２．第２の実施形態
３．第３の実施形態
４．第４の実施形態
５．第５の実施形態
５．１ 第１の変形例
５．２ 第２の変形例
５．３ 第３の変形例
６．第６の実施形態
７．第７の実施形態
８．第８の実施形態
９．第９の実施形態
１０．第１０の実施形態
１１．第１１の実施形態
１２．第１２の実施形態
１３．第１３の実施形態
１３．１ 構成要素ごとの製造プロセスの詳細
１４．第１４の実施形態
１５．第１５の実施形態
１６．第１６の実施形態
１６．１ 変形例
１７．第１７の実施形態
１８．第１８の実施形態
１９．第１９の実施形態
２０．第２０の実施形態
２０．１ 変形例１
２０．２ 変形例２
２１．応用例１
２２．応用例２
１．第１の実施形態
１．１ 電子機器の構成例
１．２ 固体撮像装置の構成例
１．３ 固体撮像装置の積層構造例
１．４ 画素の構成例
１．４．１ Ｂ画素及びＲ画素について
１．４．２ Ｇ画素について
１．５ 単位画素の接続例
１．６ 単位画素の断面構造例
１．７ 蓄積電極の作用
１．８ 単位画素の平面レイアウト例
１．９ 蓄積電極の形状
１．１０ 光電変換膜
１．１１ 作用・効果
２．第２の実施形態
３．第３の実施形態
４．第４の実施形態
５．第５の実施形態
５．１ 第１の変形例
５．２ 第２の変形例
５．３ 第３の変形例
６．第６の実施形態
７．第７の実施形態
８．第８の実施形態
９．第９の実施形態
１０．第１０の実施形態
１１．第１１の実施形態
１２．第１２の実施形態
１３．第１３の実施形態
１３．１ 構成要素ごとの製造プロセスの詳細
１４．第１４の実施形態
１５．第１５の実施形態
１６．第１６の実施形態
１６．１ 変形例
１７．第１７の実施形態
１８．第１８の実施形態
１９．第１９の実施形態
２０．第２０の実施形態
２０．１ 変形例１
２０．２ 変形例２
２１．応用例１
２２．応用例２
【0010】
１．第１の実施形態
まず、第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、同一の画素の縦方向にグリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）及びレッド（Ｒ）それぞれの波長の光を光電変換する光電変換領域が積層された構造を備える積層型の固体撮像装置を例に挙げる。また、本実施形態では、グリーン、ブルー及びレッドのうち、グリーンの波長の光を光電変換する光電変換領域が有機膜で構成されている場合を例示する。
まず、第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、同一の画素の縦方向にグリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）及びレッド（Ｒ）それぞれの波長の光を光電変換する光電変換領域が積層された構造を備える積層型の固体撮像装置を例に挙げる。また、本実施形態では、グリーン、ブルー及びレッドのうち、グリーンの波長の光を光電変換する光電変換領域が有機膜で構成されている場合を例示する。
【0011】
１．１ 電子機器の構成例
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を搭載した電子機器の概略構成例を示すブロック図である。図１に示すように、電子機器３０００は、例えば、撮像レンズ３０２０と、固体撮像装置１００と、記憶部３０３０と、プロセッサ３０４０とを備える。
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を搭載した電子機器の概略構成例を示すブロック図である。図１に示すように、電子機器３０００は、例えば、撮像レンズ３０２０と、固体撮像装置１００と、記憶部３０３０と、プロセッサ３０４０とを備える。
【0012】
撮像レンズ３０２０は、入射光を集光してその像を固体撮像装置１００の受光面に結像する光学系の一例である。受光面とは、固体撮像装置１００における光電変換素子が配列する面であってよい。固体撮像装置１００は、入射光を光電変換して画像データを生成する。また、固体撮像装置１００は、生成した画像データに対し、ノイズ除去やホワイトバランス調整等の所定の信号処理を実行する。
【0013】
記憶部３０３０は、例えば、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等で構成され、固体撮像装置１００から入力された画像データ等を記録する。
【0014】
プロセッサ３０４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成され、オペレーティングシステムや各種アプリケーションソフトウエア等を実行するアプリケーションプロセッサや、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）やベースバンドプロセッサなどが含まれ得る。プロセッサ３０４０は、固体撮像装置１００から入力された画像データや記憶部３０３０から読み出した画像データ等に対し、必要に応じた種々処理を実行したり、ユーザへの表示を実行したり、所定のネットワークを介して外部へ送信したりする。
【0015】
１．２ 固体撮像装置の構成例
図２は、第１の実施形態に係るＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）型の固体撮像装置（以下、単にイメージセンサという）の概略構成例を示すブロック図である。ここで、ＣＭＯＳ型のイメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。
図２は、第１の実施形態に係るＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）型の固体撮像装置（以下、単にイメージセンサという）の概略構成例を示すブロック図である。ここで、ＣＭＯＳ型のイメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。
【0016】
図２に示すように、イメージセンサ１００は、例えば、画素アレイ部３１０１と、垂直駆動回路３１０２と、カラム処理回路３１０３と、水平駆動回路３１０４と、システム制御部３１０５と、信号処理部３１０８と、データ格納部３１０９とを備える。以下の説明において、垂直駆動回路３１０２、カラム処理回路３１０３、水平駆動回路３１０４、システム制御部３１０５、信号処理部３１０８及びデータ格納部３１０９は、周辺回路とも称される。
【0017】
画素アレイ部３１０１は、受光した光量に応じた電荷を生成しかつ蓄積する光電変換素子を有する単位画素３１１０が行方向及び列方向に、すなわち、行列状に２次元格子状（以下、行列状という）に配置された構成を有する。ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（図面中、横方向）をいい、列方向とは画素列の画素の配列方向（図面中、縦方向）をいう。
【0018】
本実施形態に係るイメージセンサ１００は、同一の画素の縦方向にグリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）及びレッド（Ｒ）それぞれの波長の光を光電変換する光電変換領域が積層された構造を備える積層型であるため、１つの単位画素３１１０は、グリーン（Ｇ）の波長の光を受光して画素信号を生成する画素３１１０Ｇと、ブルー（Ｂ）の波長の光を受光して画素信号を生成する画素３１１０Ｂと、レッド（Ｒ）の波長の光を受光して画素信号を生成する画素３１１０Ｒとを含む。単位画素３１１０の具体的な回路構成や画素構造の詳細については、後述する実施形態において説明する。
【0019】
画素アレイ部３１０１では、行列状の画素配列に対し、画素行ごとに画素駆動線ＬＤが行方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線ＶＳＬが列方向に沿って配線されている。画素駆動線ＬＤは、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図２では、画素駆動線ＬＤが１本ずつの配線として示されているが、１本ずつに限られるものではない。画素駆動線ＬＤの一端は、垂直駆動回路３１０２の各行に対応した出力端に接続されている。
【0020】
垂直駆動回路３１０２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、画素アレイ部３１０１の各画素を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動回路３１０２は、当該垂直駆動回路３１０２を制御するシステム制御部３１０５と共に、画素アレイ部３１０１の各画素の動作を制御する駆動部を構成している。この垂直駆動回路３１０２はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系との２つの走査系を備えている。
【0021】
読出し走査系は、単位画素３１１０の各画素から信号を読み出すために、画素アレイ部３１０１の単位画素３１１０の各画素を行単位で順に選択走査する。単位画素３１１０の各画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりも露光時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
【0022】
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素３１１０の各画素の光電変換素子から不要な電荷が掃き出されることによって当該光電変換素子がリセットされる。そして、この掃出し走査系で不要電荷を掃き出す（リセットする）ことにより、所謂電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の電荷を捨てて、新たに露光を開始する（電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
【0023】
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に受光した光量に対応している。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素３１１０の各画素における電荷の蓄積期間（露光期間ともいう）となる。
【0024】
垂直駆動回路３１０２によって選択走査された画素行の各単位画素３１１０の各画素から出力される信号は、画素列ごとに垂直信号線ＶＳＬの各々を通してカラム処理回路３１０３に入力される。カラム処理回路３１０３は、画素アレイ部３１０１の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線ＶＳＬを通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
【0025】
具体的には、カラム処理回路３１０３は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、例えばＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）処理や、ＤＤＳ（Double Data Sampling）処理を行う。例えば、ＣＤＳ処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。カラム処理回路３１０３は、その他にも、例えば、ＡＤ（アナログ－デジタル）変換機能を備え、光電変換素子から読み出され得たアナログの画素信号をデジタル信号に変換して出力する。
【0026】
水平駆動回路３１０４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、カラム処理回路３１０３の画素列に対応する読出し回路（以下、画素回路という）を順番に選択する。この水平駆動回路３１０４による選択走査により、カラム処理回路３１０３において画素回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
【0027】
システム制御部３１０５は、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などによって構成され、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を基に、垂直駆動回路３１０２、カラム処理回路３１０３、及び、水平駆動回路３１０４などの駆動制御を行う。
【0028】
信号処理部３１０８は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理回路３１０３から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部３１０９は、信号処理部３１０８での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
【0029】
なお、信号処理部３１０８から出力された画像データは、例えば、イメージセンサ１００を搭載する電子機器３０００におけるプロセッサ３０４０等において所定の処理が実行されたり、所定のネットワークを介して外部へ送信されたりしてもよい。
【0030】
１．３ 固体撮像装置の積層構造例
図３は、第１の実施形態に係るイメージセンサの積層構造例を示す図である。図３に示すように、イメージセンサ１００は、受光チップ３１２１と回路チップ３１２２とが上下に積層されたスタック構造を備える。受光チップ３１２１は、例えば、複数の単位画素３１１０が行列状に配列する画素アレイ部３１０１を備える半導体チップであり、回路チップ３１２２は、例えば、図２における周辺回路等を備える半導体チップであってよい。
図３は、第１の実施形態に係るイメージセンサの積層構造例を示す図である。図３に示すように、イメージセンサ１００は、受光チップ３１２１と回路チップ３１２２とが上下に積層されたスタック構造を備える。受光チップ３１２１は、例えば、複数の単位画素３１１０が行列状に配列する画素アレイ部３１０１を備える半導体チップであり、回路チップ３１２２は、例えば、図２における周辺回路等を備える半導体チップであってよい。
【0031】
受光チップ３１２１と回路チップ３１２２との接合には、例えば、それぞれの接合面を平坦化して両者を電子間力で貼り合わせる、いわゆる直接接合を用いることができる。ただし、これに限定されず、例えば、互いの接合面に形成された銅（Ｃｕ）製の電極パッド同士をボンディングする、いわゆるＣｕ－Ｃｕ接合や、その他、バンプ接合などを用いることも可能である。
【0032】
また、受光チップ３１２１と回路チップ３１２２とは、例えば、半導体基板を貫通するＴＳＶ（Through-Silicon Via）などの接続部を介して電気的に接続される。ＴＳＶを用いた接続には、例えば、受光チップ３１２１に設けられたＴＳＶと受光チップ３１２１から回路チップ３１２２にかけて設けられたＴＳＶとの２つのＴＳＶをチップ外表で接続する、いわゆるツインＴＳＶ方式や、受光チップ３１２１から回路チップ３１２２まで貫通するＴＳＶで両者を接続する、いわゆるシェアードＴＳＶ方式などを採用することができる。
【0033】
ただし、受光チップ３１２１と回路チップ３１２２との接合にＣｕ－Ｃｕ接合やバンプ接合を用いた場合には、Ｃｕ－Ｃｕ接合部やバンプ接合部を介して両者が電気的に接続される。
【0034】
１．４ 画素の構成例
図４～図６は、第１の実施形態に係る画素の概略構成例を示す回路図である。なお、図４は、例えば、ブルー（Ｂ）の波長の光を光電変換する画素３１１０Ｂの回路図を示し、図５は、例えば、レッド（Ｒ）の波長の光を光電変換する画素３１１０Ｒの回路図を示し、図６は、例えば、グリーン（Ｇ）の波長の光を光電変換する画素３１１０Ｇの回路図を示している。
図４～図６は、第１の実施形態に係る画素の概略構成例を示す回路図である。なお、図４は、例えば、ブルー（Ｂ）の波長の光を光電変換する画素３１１０Ｂの回路図を示し、図５は、例えば、レッド（Ｒ）の波長の光を光電変換する画素３１１０Ｒの回路図を示し、図６は、例えば、グリーン（Ｇ）の波長の光を光電変換する画素３１１０Ｇの回路図を示している。
【0035】
まず、図４に示すように、画素３１１０Ｂは、フォトダイオードＰＤ１と、転送トランジスタＴＲＧ１と、リセットトランジスタＲＳＴ１と、増幅トランジスタＡＭＰ１と、選択トランジスタＳＥＬ１と、浮遊拡散層ＦＤ１とを備える。
【0036】
同様に、画素３１１０Ｒは、図５に示すように、フォトダイオードＰＤ２と、転送トランジスタＴＲＧ２と、リセットトランジスタＲＳＴ２と、増幅トランジスタＡＭＰ２と、選択トランジスタＳＥＬ２と、浮遊拡散層ＦＤ２とを備える。
【0037】
一方、光電変換素子が有機膜で構成された画素３１１０Ｇは、図６に示すように、有機光電変換素子ＰＤ３と、リセットトランジスタＲＳＴ３と、増幅トランジスタＡＭＰ３と、選択トランジスタＳＥＬ３と、浮遊拡散層ＦＤ３とを備える。
【0038】
以下では、簡略化のため、画素３１１０Ｂ及び画素３１１０Ｇに着目して説明する。なお、画素３１１０Ｒの構成及び動作は、画素３１１０Ｂと同様であってよい。
【0039】
１．４．１ Ｂ画素及びＲ画素について
まず、図４に示すように、画素３１１０Ｂにおいて、選択トランジスタＳＥＬ１のゲートには、画素駆動線ＬＤに含まれる選択トランジスタ駆動線が接続され、リセットトランジスタＲＳＴ１のゲートには、画素駆動線ＬＤに含まれるリセットトランジスタ駆動線が接続され、転送トランジスタＴＲＧ１のゲートには、画素駆動線ＬＤに含まれる転送トランジスタ駆動線が接続される。また、増幅トランジスタＡＭＰ１のドレインには、カラム処理回路３１０３に一端が接続される垂直信号線ＶＳＬ１が選択トランジスタＳＥＬ１を介して接続される。
まず、図４に示すように、画素３１１０Ｂにおいて、選択トランジスタＳＥＬ１のゲートには、画素駆動線ＬＤに含まれる選択トランジスタ駆動線が接続され、リセットトランジスタＲＳＴ１のゲートには、画素駆動線ＬＤに含まれるリセットトランジスタ駆動線が接続され、転送トランジスタＴＲＧ１のゲートには、画素駆動線ＬＤに含まれる転送トランジスタ駆動線が接続される。また、増幅トランジスタＡＭＰ１のドレインには、カラム処理回路３１０３に一端が接続される垂直信号線ＶＳＬ１が選択トランジスタＳＥＬ１を介して接続される。
【0040】
以下の説明において、リセットトランジスタＲＳＴ１、増幅トランジスタＡＭＰ１及び選択トランジスタＳＥＬ１は、まとめて画素回路とも称される。この画素回路には、浮遊拡散領域ＦＤ１及び／又は転送トランジスタＴＲＧ１が含まれてもよい。
【0041】
フォトダイオードＰＤ１は、入射した光を光電変換する。転送トランジスタＴＲＧ１は、フォトダイオードＰＤ１に発生した電荷を転送する。浮遊拡散層ＦＤ１は、転送トランジスタＴＲＧ１が転送した電荷を蓄積する。増幅トランジスタＡＭＰ１は、浮遊拡散領域ＦＤ１に蓄積された電荷に応じた電圧値の画素信号を垂直信号線ＶＳＬ１に出現させる。リセットトランジスタＲＳＴ１は、浮遊拡散領域ＦＤ１に蓄積された電荷を放出する。選択トランジスタＳＥＬ１は、読出し対象の画素３１１０Ｂを選択する。
【0042】
フォトダイオードＰＤ１のアノードは、接地されており、カソ－ドは、転送トランジスタＴＲＧ１のソースに接続されている。転送トランジスタＴＲＧ１のドレインは、リセットトランジスタＲＳＴ１のソースおよび増幅トランジスタＡＭＰ１のゲートに接続されており、これらの接続点であるノードが浮遊拡散領域ＦＤ１を構成する。なお、リセットトランジスタＲＳＴ１のドレインは、不図示の垂直リセット入力線に接続されている。
【0043】
増幅トランジスタＡＭＰ１のソースは、不図示の垂直電流供給線に接続されている。増幅トランジスタＡＭＰ１のドレインは、選択トランジスタＳＥＬ１のソースに接続されており、選択トランジスタＳＥＬ１のドレインは、垂直信号線ＶＳＬ１に接続されている。
【0044】
浮遊拡散領域ＦＤ１は、蓄積している電荷をその電荷量に応じた電圧値の電圧に変換する。なお、浮遊拡散領域ＦＤ１は、例えば、対接地容量であってもよい。ただし、これに限定されず、浮遊拡散領域ＦＤ１は、転送トランジスタＴＲＧ１のドレインとリセットトランジスタＲＳＴ１のソースと増幅トランジスタＡＭＰ１のゲートとが接続するノードにキャパシタなどを意図的に接続することで付加された容量であってもよい。
【0045】
１．４．２ Ｇ画素について
一方、図６に示すように、画素３１１０Ｇは、上述した画素３１１０Ｂと同様の構成において、フォトダイオードＰＤ１及び転送トランジスタＴＲＧ１が有機光電変換素子ＰＤ３に置き換えられた構成を備える。
一方、図６に示すように、画素３１１０Ｇは、上述した画素３１１０Ｂと同様の構成において、フォトダイオードＰＤ１及び転送トランジスタＴＲＧ１が有機光電変換素子ＰＤ３に置き換えられた構成を備える。
【0046】
有機光電変換素子ＰＤ３の共通電極１１２は、例えば、接地電位などの所定の電位ＶＯＵに接続される。一方、蓄積電極１１５は、例えば、垂直駆動回路３１０２に含まれる電圧印加回路に、画素駆動線ＬＤを介して接続される。
【0047】
その他の構成は、上述した画素３１１０Ｂと同様であってよい。
【0048】
【0049】
図７に示すように、図２に例示したカラム処理回路３１０３は、２つのカラム処理回路３１０３Ａ及び３１０３Ｂに分割されていてもよい。その場合、一方のカラム処理回路３１０３Ａが、例えば、画素アレイ部３１０１に対してカラム方向（図面中、上下方向）上側に配置し、他方のカラム処理回路３１０３Ｂがカラム方向下側に配置されてもよい。それにより、各カラム処理回路３１０３Ａ及び３１０３Ｂの実装面積を小さくすることが可能となる。
【0050】
なお、各カラム処理回路３１０３Ａ及び３１０３Ｂに接続される画素は、画素３１１０Ｒ、３１１０Ｇ及び３１１０Ｂごとに分けられてもよいし、画素アレイ部３１０１における列又は行ごとに分けられてもよいし、画素アレイ部３１０１の領域（例えば、絡む方向における上半分と下半分）ごとに分けられてもよい。
【0051】
また、図８に示すように、１つの単位画素３１１０は、上述した回路構成を備える３つの画素３１１０Ｂ、３１１０Ｒ及び３１１０Ｇを含む。各画素３１１０Ｂ、３１１０Ｒ及び３１１０Ｇに対しては、例えば、ロウ方向（図面中、左右方向）に配線された画素駆動線ＬＤが接続される。また、垂直信号線ＶＳＬ１～ＶＳＬ３は、カラム方向（図面中、上下方向）、すなわち、画素駆動線ＬＤの延在方向に対して垂直な方向に配線されている。カラム処理回路３１０３は、垂直信号線ＶＳＬ１～ＶＳＬ３の延在する方向に配置されている（図２又は図７参照）。
【0052】
１．６ 単位画素の断面構造例
図９は、第１の実施形態に係るイメージセンサにおける単位画素の断面構造例を示す断面図である。なお、図４には、単位画素３１１０が作り込まれる半導体基板、すなわち、受光チップ３１２１を構成する半導体基板１０１の基板厚方向に沿った断面構造例が示されている。
図９は、第１の実施形態に係るイメージセンサにおける単位画素の断面構造例を示す断面図である。なお、図４には、単位画素３１１０が作り込まれる半導体基板、すなわち、受光チップ３１２１を構成する半導体基板１０１の基板厚方向に沿った断面構造例が示されている。
【0053】
図９に示すように、単位画素３１１０は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１における素子形成面（これを表面とする）の反対側の裏面（図面中、上面）に設けられた絶縁層１１１と、半導体基板１０１の表面に設けられた配線層１２１とを備える。なお、半導体基板１０１の裏面は、光の入射面に相当する。
【0054】
単位画素３１１０のうち、画素３１１０Ｇは、共通電極（第１電極）１１２と、光電変換膜１１３と、半導体層１１４と、読出し電極（第２電極）１１７とが積層されて成る有機光電変換素子ＰＤ３を備える。この有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、絶縁層１１１に設けられている。また、光電変換膜１１３の少なくとも一部及び半導体層１１４の少なくとも一部は、例えば、主平面（半導体基板１０１の裏面又は表面と平行な面）が互いに対向するように配置された共通電極１１２及び読出し電極１１７の間に配置されている。さらに、半導体層１１４は、少なくとも一部で読出し電極１１７と接触している。
【0055】
有機光電変換素子ＰＤ３はさらに、光電変換膜１１３と読出し電極１１７との間の半導体層１１４中に、半導体基板１０１の裏面と平行に配置された蓄積電極（第３電極）１１５を備える。蓄積電極１１５は、絶縁膜１１６により覆われることで、半導体層１１４から電気的に分離されている。
【0056】
一方、画素３１１０ＢのフォトダイオードＰＤ１及び画素３１１０ＲのフォトダイオードＰＤ２は、半導体基板１０１に設けられる。具体的には、半導体基板１０１は、半導体基板１０１の裏面側から順に配置された、Ｎ型半導体領域１０３と、Ｎ型半導体領域１０５とを備える。これらＮ型半導体領域１０３及び１０５は、例えば、半導体基板１０１の基板厚方向において、有機光電変換素子ＰＤ３の下方に配置されている。
【0057】
Ｎ型半導体領域１０５は、例えば、半導体基板１０１に設けられたＰ型半導体領域１０４によって囲まれている。Ｎ型半導体領域１０３は、例えば、半導体基板１０１の裏面に設けられたＰ型半導体領域１０２と、Ｎ型半導体領域１０５を囲むＰ型半導体領域１０４の上部とによって挟まれている。
【0058】
Ｎ型半導体領域１０３、Ｐ型半導体領域１０２及びＰ型半導体領域１０４の上部は、例えば、画素３１１０ＢのフォトダイオードＰＤ１を構成する。一方、Ｎ型半導体領域１０５及びＰ型半導体領域１０４は、画素３１１０ＲのフォトダイオードＰＤ２を構成する。
【0059】
絶縁層１１１に設けられた有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、絶縁層１１１中に設けられた配線１１８と、半導体基板１０１を貫通する貫通電極１１９と、半導体基板１０１の表面側に設けられた配線層１２１中の配線１２２とを介して、半導体基板１０１の表面側に設けられた浮遊拡散領域ＦＤ３等（図６参照）に接続される。なお、画素３１１０Ｇの読出し回路を構成するリセットトランジスタＲＳＴ３、増幅トランジスタＡＭＰ３及び選択トランジスタＳＥＬ３は、半導体基板１０１の表面側に形成されていてもよい。
【0060】
一方、半導体基板１０１に設けられたフォトダイオードＰＤ１は、半導体基板１０１に設けられた縦型トランジスタである転送トランジスタＴＲＧ１を介して、浮遊拡散領域ＦＤ１等（図４参照）に接続される。また、フォトダイオードＰＤ２は、半導体基板１０１の表面に設けられた転送トランジスタＴＲＧ２を介して、浮遊拡散領域ＦＤ２等（図５参照）に接続される。なお、画素３１１０Ｂの読出し回路を構成するリセットトランジスタＲＳＴ１、増幅トランジスタＡＭＰ１及び選択トランジスタＳＥＬ１は、半導体基板１０１の表面側に形成されていてもよい。同じく、画素３１１０Ｒの読出し回路を構成するリセットトランジスタＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ２及び選択トランジスタＳＥＬ２は、半導体基板１０１の表面側に形成されていてもよい。
【0061】
半導体基板１０１の表面は、例えば、一部が各トランジスタのゲート絶縁膜として用いられる絶縁膜１０６で覆われていてもよい。また、半導体基板１０１の裏面及び半導体基板に形成された貫通電極１１９用のトレンチの内表面は、反射防止膜１１０で覆われていてもよい。
【0062】
半導体層１１４は、絶縁層１１１の上面を覆っていてもよく、また、光電変換膜１１３及び共通電極１１２は、それぞれ半導体層１１４又は光電変換膜１１３を覆うベタ膜であってもよい。
【0063】
共通電極１１２上には、保護膜１３１及び平坦化膜１３２が設けられてもよい。また、平坦化膜１３２上であって、有機光電変換素子ＰＤ３、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に対して基板厚方向において対応する領域には、単位画素３１１０ごとのオンチップレンズ１３３が設けられていてもよい。
【0064】
このように、第１の実施形態では、有機光電変換素子ＰＤ３が、共通電極１１２と読出し電極１１７との間に、光電変換膜１１３と、周囲を半導体層１１４と絶縁膜１１６とに覆われた蓄積電極１１５とが設けられた構造を備える。
【0065】
このような構造では、図９に例示するように、蓄積電極１１５の上部側だけではなく、側壁側や下部側も、光電変換膜１１３で発生した電荷を蓄積する蓄積領域として機能する。そのため、有機光電変換素子ＰＤ３に蓄積された蓄積電荷１２０のうち、読出し電極１１７までの距離が長い蓄積電極１１５の上部に蓄積されている蓄積電荷１２０の割合が減少する。その結果、蓄積領域から読出し電極１１７までの蓄積電荷１２０の転送経路では、蓄積電極１１５の側壁側又は下部側の蓄積領域から読出し電極１１７までの最短距離を形成する垂直な成分が支配的になる。なお、垂直方向とは、半導体基板１０１の基板厚方向に相当する。
【0066】
１．７ 蓄積電極の作用
図１０は、第１の実施形態に係る電荷蓄積時の共通電極と読出し電極との間に形成されるバンドギャップを示す図であり、図１１は、第１の実施形態に係る電荷読出し時の電荷蓄積時に共通電極と読出し電極との間に形成されるバンドギャップを示す図である。
図１０は、第１の実施形態に係る電荷蓄積時の共通電極と読出し電極との間に形成されるバンドギャップを示す図であり、図１１は、第１の実施形態に係る電荷読出し時の電荷蓄積時に共通電極と読出し電極との間に形成されるバンドギャップを示す図である。
【0067】
第１の実施形態では、電荷蓄積時と電荷読出し時との双方で、共通電極１１２から読出し電極１１７には、垂直方向に電界が印加される。そこで、図１０に示すように、電荷蓄積時には、半導体層１１４における伝導帯と禁制帯との境界に窪みができるように、蓄積電極１１５に電圧が印加される。これにより、光電変換膜１１３に発生した電荷を蓄積電極１１５周囲の半導体層１１４に蓄積することが可能となる。また、電荷読出し時には、図１１に示すように、読出し時に形成した伝導帯と禁制帯との境界の窪みが反転して凸状に盛り上がるように、蓄積電極１１５に電圧が印加される。これにより、蓄積電極１１５周囲にトラップされた蓄積電荷１２０を吐き出して読出し電極１１７へ流すことが可能となる。
【0068】
このように、蓄積電極１１５に印加する電圧を電荷蓄積時の電圧（図１０参照）から電荷読出し時の電圧（図１１参照）に変化させることで、蓄積電極１１５周囲の蓄積領域に蓄積された蓄積電荷１２０を、スムーズに読出し電極１１７に転送することが可能である。
【0069】
例えば、光電変換により発生した電子を信号として利用する場合、蓄積期間中（図１０参照）は、共通電極１１２に印加する電圧を－２Ｖ（ボルト）、読出し電極１１７に印加する電圧（すなわち、浮遊拡散領域ＦＤ３のリセット電圧）を３Ｖ、蓄積電極１１５に印加する電圧を１Ｖとすることができる。
【0070】
また、転送期間中（図１１参照）は、共通電極１１２に印加する電圧を－２Ｖ、読出し電極１１７に印加する電圧（浮遊拡散領域ＦＤ３のリセット電圧）を３Ｖ、蓄積電極１１５の電圧を－１Ｖとすることができる。なお、電子の逆流を防止するため、共通電極１１２に印加する電圧は、－３Ｖなど、動的に変更されてよい。
【0071】
このような電圧制御により、光電変換膜１１３や半導体層１１４のポテンシャルを制御して、光電変換により発生した電子を、光電変換膜１１３から蓄積電極１１５の周囲の半導体層１１４に移動させて蓄積し、その後に読出し電極１１７へ読み出すことが可能となる。
【0072】
読出し電極１１７に転送された電子は、浮遊拡散領域ＦＤ３の電位を変化させると共に、増幅トランジスタＡＭＰ３によって電圧に変換され、読出し回路（図６参照）によって画素信号として読み出される。
【0073】
以上のように、第１の実施形態では、蓄積電極１１５の上部側の半導体層１１４だけではなく、側壁側や下部側の半導体層１１４も蓄積領域として使用することが可能であるため、蓄積可能な電荷量を増加させることが可能となる。
【0074】
１．８ 単位画素の平面レイアウト例
図１２は、第１の実施形態に係る単位画素の平面レイアウト例を示す平面図である。なお、図１２において、図面中左上の領域Ｒ１は、半導体基板１０１の表面側のレイアウト例を示し、右上の領域Ｒ２は、領域Ｒ１と対応する領域における読出し電極１１７のレイアウト例を示し、右下の領域Ｒ３は、蓄積電極１１５のレイアウト例を示している。
図１２は、第１の実施形態に係る単位画素の平面レイアウト例を示す平面図である。なお、図１２において、図面中左上の領域Ｒ１は、半導体基板１０１の表面側のレイアウト例を示し、右上の領域Ｒ２は、領域Ｒ１と対応する領域における読出し電極１１７のレイアウト例を示し、右下の領域Ｒ３は、蓄積電極１１５のレイアウト例を示している。
【0075】
図１２に示すように、単位画素３１１０は、半導体基板１０１の表面側においては、各単位画素３１１０に割り当てられた領域Ｒ１内において、フォトダイオードＰＤ２を三方から囲むように、画素３１１０Ｂの読出し回路と、画素３１１０Ｒの読出し回路と、画素３１１０Ｇの読出し回路とが配置されたレイアウトを備える。各読出し回路を構成するトランジスタは、例えば、直線状に配列されている。
【0076】
また、読出し電極１１７は、半導体基板１０１表面の領域Ｒ１と基板厚方向において対応する領域Ｒ２内に設けられており、蓄積電極１１５は、領域Ｒ２と基板厚方向において対応する領域Ｒ３内に設けられている。この蓄積電極１１５は、例えば、画素駆動線ＬＤを介して、垂直駆動回路３１０２内の電圧印加回路３１０２Ａに接続されている。
【0077】
【0078】
第１の実施形態に係る蓄積電極１１５は、図１３に例示するように、行列状に配列する複数の開口Ａ１を備える格子状の構造物であってもよい。また、開口Ａ１の数や大きさは、図１４に例示するように、有機光電変換素子ＰＤ３に要求される特性（例えば、転送、飽和電子量、画素サイズなど）に応じて、種々変形されてもよい。
【0079】
【0080】
さらにまた、図１７に例示するように、蓄積電極１１５には、サイズや形状等が同じ一種類の開口Ａ１に限定されず、サイズや形状等が異なる開口Ａ２が設けられてもよい。
【0081】
１．１０ 光電変換膜
第１の実施形態において、光電変換膜１１３の材料に有機系半導体を用いる場合、光電変換膜１１３の層構造は、以下のような構造とすることが可能である。ただし、積層構造の場合、その積層順は適宜入れ替えることが可能である。
（１）ｐ型有機半導体の単層構造
（２）ｎ型有機半導体の単層構造
（３－１）ｐ型有機半導体層／ｎ型有機半導体層の積層構造
（３－２）ｐ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）／ｎ型有機半導体層の積層構造
（３－３）ｐ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）の積層構造
（３－４）ｎ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）の積層構造
（４）ｐ型有機半導体とｐ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）
第１の実施形態において、光電変換膜１１３の材料に有機系半導体を用いる場合、光電変換膜１１３の層構造は、以下のような構造とすることが可能である。ただし、積層構造の場合、その積層順は適宜入れ替えることが可能である。
（１）ｐ型有機半導体の単層構造
（２）ｎ型有機半導体の単層構造
（３－１）ｐ型有機半導体層／ｎ型有機半導体層の積層構造
（３－２）ｐ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）／ｎ型有機半導体層の積層構造
（３－３）ｐ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）の積層構造
（３－４）ｎ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）の積層構造
（４）ｐ型有機半導体とｐ型有機半導体との混合層（バルクヘテロ構造）
【0082】
ここで、ｐ型有機半導体としては、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、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、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、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。
【0083】
ｎ型有機半導体としては、フラーレン及びフラーレン誘導体〈例えば、Ｃ６０や、Ｃ７０，Ｃ７４等のフラーレン（高次フラーレン、内包フラーレン等）又はフラーレン誘導体（例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭフラーレン化合物、フラーレン多量体等）〉、ｐ型有機半導体よりもＨＯＭＯ及びＬＵＭＯが大きい（深い）有機半導体、透明な無機金属酸化物を挙げることができる。
【0084】
ｎ型有機半導体として、具体的には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、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、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。
【0085】
フラーレン誘導体に含まれる基等として、ハロゲン原子；直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基；直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基；ハロゲン化物を有する基；パーシャルフルオロアルキル基；パーフルオロアルキル基；シリルアルキル基；シリルアルコキシ基；アリールシリル基；アリールスルファニル基；アルキルスルファニル基；アリールスルホニル基；アルキルスルホニル基；アリールスルフィド基；アルキルスルフィド基；アミノ基；アルキルアミノ基；アリールアミノ基；ヒドロキシ基；アルコキシ基；アシルアミノ基；アシルオキシ基；カルボニル基；カルボキシ基；カルボキソアミド基；カルボアルコキシ基；アシル基；スルホニル基；シアノ基；ニトロ基；カルコゲン化物を有する基；ホスフィン基；ホスホン基；これらの誘導体を挙げることができる。
【0086】
以上のような有機系材料から構成された光電変換膜１１３の膜厚としては、次の値に限定されるものではないが、例えば、１×１０－８ｍ（メートル）乃至５×１０－７ｍ、好ましくは、２．５×１０－８ｍ乃至３×１０－７ｍ、より好ましくは、２．５×１０－８ｍ乃至２×１０－７ｍ、一層好ましくは、１×１０－７ｍ乃至１．８×１０－７ｍを例示することができる。尚、有機半導体は、ｐ型、ｎ型と分類されることが多いが、ｐ型とは正孔を輸送し易いという意味であり、ｎ型とは電子を輸送し易いという意味であり、無機半導体のように熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているという解釈に限定されるものではない。
【0087】
緑色の波長の光を光電変換する光電変換膜１１３を構成する材料としては、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を挙げることができる。
【0088】
また、青色の光を光電変換する光電変換膜１１３を構成する材料としては、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を挙げることができる。
【0089】
さらに、赤色の光を光電変換する光電変換膜１１３を構成する材料としては、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）を挙げることができる。
【0090】
さらにまた、光電変換膜１１３としては、紫外域から赤色域にかけて略全ての可視光に対して感光するパンクロマチックな感光性有機光電変換膜を用いることも可能である。
【0091】
一方、光電変換膜１１３を構成する無機系材料としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、結晶セレン、アモルファスセレン、及び、カルコパライト系化合物であるＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳｅ２、あるいは又、ＩＩＩ－Ｖ族化合物であるＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、更には、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｂｉ２Ｓ３、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等の化合物半導体を挙げることができる。加えて、これらの材料から成る量子ドットを光電変換膜１１３に使用することも可能である。
【0092】
また、光電変換膜１１３を、下層の半導体層１１４と上層の光電変換膜１１３との積層構造とすることもできる。このように、光電変換膜１１３の下層に半導体層１１４を設けることで、電荷蓄積時の再結合を防止することができ、光電変換膜１１３に蓄積した電荷の読出し電極１１７への転送効率を増加させることが可能となる。加えて、暗電流の生成を抑制することも可能となる。なお、この場合の光電変換膜１１３を構成する材料は、上記の光電変換膜１１３を構成する各種材料から、適宜、選択されてよい。
【0093】
ここで、半導体層１１４を構成する材料には、バンドギャップの値が大きく（例えば、３．０ｅＶ（エレクトロンボルト）以上のバンドギャップの値）、しかも、光電変換膜１１３を構成する材料よりも高い移動度を有する材料が用いられることが好ましい。具体的には、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体材料、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や縮合複素環化合物等の有機半導体材料等を挙げることができる。
【0094】
或いは、蓄積電荷１２０が電子である場合、半導体層１１４を構成する材料には、光電変換膜１１３を構成する材料のイオン化ポテンシャルよりも大きなイオン化ポテンシャルを有する材料を用いることができる。一方、蓄積電荷１２０が正孔である場合、半導体層１１４を構成する材料には、光電変換膜１１３を構成する材料の電子親和力よりも小さな電子親和力を有する材料を用いることができる。
【0095】
なお、半導体層１１４を構成する材料における不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以下であることが好ましい。また、光電変換性能と移動度性能とを満たすことが可能であれば、光電変換膜１１３と半導体層１１４とを同じ材料で構成することも可能である。
【0096】
ここで、共通電極１１２、読出し電極１１７、半導体層１１４及び蓄積電極１１５それぞれの材料には、透明材料が用いられることが望ましい。具体的には、Ａｌ－Ｎｄ（アルミニウム及びネオジウムの合金）又はＡＳＣ（アルミニウム、サマリウム及び銅の合金）から成る材料を用いることができる。
【0097】
また、透明導電材料のバンドギャップエネルギーは、２．５ｅＶ以上、好ましくは、３．１ｅＶ以上であることが望ましい。
【0098】
一方、共通電極１１２、読出し電極１１７及び蓄積電極１１５を透明電極とする場合には、それらを構成する透明導電材料としては、導電性のある金属酸化物を挙げることができる。
【0099】
具体的には、酸化インジウム、インジウム－錫酸化物（ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＳｎドープのＩｎ２Ｏ３、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムを添加したインジウム－亜鉛酸化物（ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide））、酸化ガリウムにドーパントとしてインジウムを添加したインジウム－ガリウム酸化物（ＩＧＯ）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムとガリウムを添加したインジウム－ガリウム－亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ（Ｉｎ－ＧａＺｎＯ４））、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムと錫を添加したインジウム－錫－亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ２）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ２）、酸化亜鉛（他元素をドープしたＺｎＯを含む）、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウムを添加したアルミニウム－亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、酸化亜鉛にドーパントとしてガリウムを添加したガリウム－亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化チタンにドーパントとしてニオブを添加したニオブ－チタン酸化物（ＴＮＯ）、酸化アンチモン、スピネル型酸化物、ＹｂＦｅ２Ｏ４構造を有する酸化物を例示することができる。
【0100】
或いは、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明電極を挙げることもできる。
【0101】
さらに、透明電極の厚さとしては、２×１０－８ｍ乃至２×１０－７ｍ、好ましくは、３×１０－８ｍ乃至１×１０－７ｍを挙げることができる。
【0102】
１．１１ 作用・効果
以上のように、本実施形態によれば、読出し電極１１７上の半導体層１１４中に、周囲が絶縁膜１１６で覆われた蓄積電極１１５が設けられる。すなわち、本実施形態では、蓄積電極１１５と読出し電極１１７との間にも、半導体層１１４が設けられる。
以上のように、本実施形態によれば、読出し電極１１７上の半導体層１１４中に、周囲が絶縁膜１１６で覆われた蓄積電極１１５が設けられる。すなわち、本実施形態では、蓄積電極１１５と読出し電極１１７との間にも、半導体層１１４が設けられる。
【0103】
それにより、蓄積電極１１５の上部側だけではなく、側壁側や下部側の半導体層１１４も蓄積領域として使用することが可能となるため、半導体層１１４に蓄積された蓄積電荷１２０のうち、蓄積電極１１５の上部側に存在する横方向（裏面及び表面に沿った方向）の転送が必要な蓄積電荷１２０の割合が減少する。その結果、多くの蓄積電荷１２０の転送経路において垂直成分の支配率を高めることが可能となる。
【0104】
その結果、蓄積電極１１５から読出し電極１１７への蓄積電荷１２０の転送時間が短縮されるため、単位画素３１１０からの画素信号の読出し速度を高速化することが可能となる。
【0105】
また、共通電極１１２と読出し電極１１７との間には、基板厚方向に電位差が与えられているため、蓄積電極１１５に印加する電圧を電荷蓄積時の電圧から電荷読出し時の電圧に変化させることで、蓄積電荷１２０をスムーズに読出し電極１１７へ転送することも可能となる。
【0106】
さらに、蓄積電極１１５の上部側だけではなく、側壁側や下部側の半導体層１１４も蓄積領域として使用することで、蓄積可能な電荷量を増大させることが可能となる。すなわち、蓄積容量Ｑ＝ＣＶであって、Ｃ＝εＳ／ｄであることから、蓄積電極１１５周囲の絶縁膜１１６の膜厚ｄと絶縁膜１１６の誘電率εとが同じで、同じ電圧Ｖを印加した場合には、蓄積電極１１５の面積を増大させることで、蓄積容量を増大させることができる。
【0107】
２．第２の実施形態
次に、第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0108】
図１８は、第２の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。具体的には、図１８には、半導体基板１０１の光照射面側に設置される、オンチップレンズ１３３、平坦化膜１３２、保護膜１３１、共通電極１１２、光電変換膜１１３、半導体層１１４、蓄積電極１１５、絶縁膜１１６、読出し電極１１７、各種配線などを含む領域が示されている。
【0109】
図１８に示すように、本実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３では、第１の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、蓄積電極１１５の周囲の絶縁膜１１６が、絶縁膜２１６に置き換えられている。
【0110】
絶縁膜２１６は、例えば、蓄積電極１１５の読出し電極１１７側の膜厚が、蓄積電極１１５の側壁や光電変換膜１１３側の膜厚よりも薄い構造を備える。
【0111】
このような構造とすることで、例えば、第１の実施形態において例示した電圧設定と同じ電圧を印加した場合でも、蓄積電極１１５の読出し電極１１７側の領域の半導体層１１４のポテンシャル電位（例えば、図１０における窪み部分）をさらに低下させることが可能となる。それにより、蓄積期間中により多くの蓄積電荷１２０を蓄積することが可能になる。
【0112】
加えて、蓄積期間中に、蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４の蓄積電荷１２０が蓄積電極１１５の読出し電極１１７側に移動し易くなる。それにより、蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４の蓄積電荷１２０の濃度を例えば第１の実施形態よりもさらに低減することが可能となる。それにより、読出し電極１１７への距離が相対的に長い蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４の蓄積電荷１２０の割合が減少するため、転送特性をより改善することが可能となる。
【0113】
なお、絶縁膜２１６の膜厚は、転送特性の最適化や、各電極（１１２、１１５及び１１７）に印加する電圧の設定値に応じて適宜設定することが可能である。
【0114】
例えば、図１９に示すように、蓄積電極１１５の読出し電極１１７側の絶縁膜２１６の膜厚に加え、蓄積電極１１５の側壁側の絶縁膜２１６の膜厚も、光電変換膜１１３側の絶縁膜２１６の膜厚よりも薄くしてもよい。
【0115】
これにより、読出し電極１１７への距離が相対的に長い蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４の蓄積電荷１２０の割合がさらに減少するため、転送特性をより改善することが可能となる。
【0116】
また、図２０に示すように、蓄積電極１１５の側壁側の絶縁膜２１６の膜厚を、側壁の上方から下方に向かって徐々に薄くしてもよい。このような構造は、例えば、蓄積電極１１５を断面形状が台形の蓄積電極２１５に置き換えることで可能である。ただし、これに限定されず、絶縁膜２１６の断面形状における外形を逆台形とするなど、種々変形することが可能である。
【0117】
このように、蓄積電極１１５の側壁側の絶縁膜２１６の膜厚を側壁の上方から下方に向かって徐々に薄くすることで、蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の電荷の蓄積電極１１５の読出し電極１１７側への移動をさらに容易にすることが可能となる。
【0118】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0119】
３．第３の実施形態
次に、第３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0120】
図２１は、第３の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図２１に示すように、第３の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第１の実施形態において図９等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、絶縁膜１１６が絶縁膜３１６に置き換えられるとともに、シールド電極（第４電極）３１５をさらに備える。
【0121】
絶縁膜３１６は、例えば、その底面が読出し電極１１７に接している。蓄積電極１１５は、例えば、絶縁膜３１６における上面と底面との間の中央付近に配置される。シールド電極３１５は、絶縁膜３１６内における蓄積電極１１５よりも光電変換膜１１３側であって、絶縁膜３１６の上面付近に配置される。
【0122】
このシールド電極３１５は、例えば、蓄積電極１１５の側壁側の半導体層１１４のポテンシャルと、蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４のポテンシャルとを個別に制御するための電極である。
【0123】
【0124】
図２２に示すように、シールド電極３１５は、行列状に配列する複数の開口Ａ３を備える格子状の構造物であってもよい。また、図２３に示すように、シールド電極３１５の開口Ａ３の数やサイズや形状や位置は、シールド電極３１５と蓄積電極１１５とを重ねた場合に蓄積電極１１５の開口Ａ１と重畳するような数やサイズや形状や位置であってよい。したがって、第１の実施形態において図１３～図１７を用いて説明したように、蓄積電極１１５の開口Ａ１及び／又はＡ２の数やサイズや形状や位置を変更した場合、シールド電極３１５の開口Ａ３もそれに応じて変更されるとよい。
【0125】
このような構造において、光電変換により発生した電子を信号として利用する場合、蓄積期間中は、例えば、共通電極１１２の電圧を－２Ｖ、読出し電極１１７の電圧（浮遊拡散領域ＦＤのリセット電圧）を３Ｖ、蓄積電極１１５の電圧を１Ｖ、シールド電極３１５の電圧を０Ｖとすることができる。
【0126】
また、転送期間中は、共通電極１１２の電圧を－２Ｖ、読出し電極１１７の電圧（浮遊拡散領域ＦＤのリセット電圧）を３Ｖ、蓄積電極１１５の電圧を－１Ｖとすることができる。
【0127】
この際、シールドの電極を動的に－１．５Ｖ等に設定して、蓄積電極１１５の側壁の半導体層１１４に蓄積された蓄積電荷１２０の読出し電極１１７への転送を補助することもできる。
【0128】
このような構造及び電圧制御により、蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４の蓄積電荷１２０の濃度を例えば第１の実施形態よりも減少させることが可能となる。それにより、読出し電極１１７への距離が相対的に長い蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４の蓄積電荷１２０の割合が減少するため、転送特性をより改善することが可能となる。
【0129】
なお、本実施形態では、蓄積電極１１５の光電変換膜１１３側の半導体層１１４の蓄積電荷１２０の濃度が減少するため、蓄積電極１１５と読出し電極１１７との間の半導体層１１４を省略することが可能となる。その場合、蓄積電極１１５とシールド電極３１５との電圧設定や、蓄積電極１１５の高さを拡大することにより、蓄積電極１１５の側壁側の半導体層１１４への蓄積電荷１２０の蓄積量を増大させることも可能である。
【0130】
また、本実施形態では、光照射量に応じて各電極（１１２、１１５、１１７及び３１５）に印加する電圧を変化させてもよい。例えば、非常に大量の電荷を蓄積させる必要がある場合などでは、図２４に例示するように、蓄積期間中に、共通電極１１２の電圧を－２Ｖ、読出し電極１１７の電圧（浮遊拡散領域ＦＤのリセット電圧）を３Ｖ、蓄積電極１１５の電圧を０Ｖ、シールド電極３１５の電圧を－０．５Ｖなどとして、蓄積電極１１５の側壁側の半導体層１１４のポテンシャルを上げることで、蓄積電荷１２０がポテンシャル障壁を越えて読出し電極１１７側へ漏れ出すことを防止してもよい。このように、本実施形態によれば、蓄積電荷１２０を大量に蓄積させるような動作も可能である。
【0131】
なお、蓄積電極１１５の側壁側の半導体層１１４のポテンシャルを上げて蓄積電荷１２０の読出し電極１１７への漏れ出しを塞き止める場合などでは、蓄積電極１１５の側壁側の絶縁膜３１６を、他の面の膜厚と比較して薄くしてもよい。それにより、蓄積電極１１５の側壁側の半導体層１１４のポテンシャルの変調性を向上させることが可能となるため、蓄積電荷１２０の読出し電極１１７への漏れ出しを塞き止める効果をより向上させることが可能となる。
【0132】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0133】
４．第４の実施形態
次に、第４の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第４の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0134】
【0135】
図２５に示すように、第４の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第３の実施形態において図２１等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、読出し電極１１７が読出し電極４１７に置き換えられた構成を備える。
【0136】
図２６に示すように、読出し電極４１７は、電荷収集に必要な領域を残して面積が縮小された平面形状を備えている。図２６に示す例では、読出し電極４１７は、シールド電極３１５の開口Ａ３及び蓄積電極１１５の開口Ａ１（及びＡ２）と基板厚方向において対応する領域を残し、それ以外の領域であって各領域の接続に必要な領域以外を除去した平面形状を有している。
【0137】
このような形状とすることで、読出し電極４１７の静電容量が減少する。読出し電極４１７は、浮遊拡散領域ＦＤに接続されているため、読出し電極４１７の容量を減少させることで、変換効率を上昇させて単位画素３１１０のダイナミックレンジを広げることが可能となる。
【0138】
なお、読出し電極４１７の形状としては、図２６に例示するような格子状に限定されず、例えば、円形状にくり抜いた平面形状など、種々変形されてよい。
【0139】
読出し電極４１７の形状は、読出し電極４１７から蓄積電極１１５までの距離や、蓄積電極１１５の開口Ａ１の径及びピッチや、単位画素３１１０のサイズ等に応じて適宜変更されてもよい。
【0140】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0141】
５．第５の実施形態
次に、第５の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第５の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0142】
図２７は、第５の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図２７に示すように、第５の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第４の実施形態において図２５等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、半導体層１１４が半導体層５１４に置き換えられた構成を備える。
【0143】
半導体層５１４は、例えば、光電変換膜１１３から読出し電極４１７へ向かうにつれて、その幅が縮径するように、先細の形状を有している。具体的には、蓄積電極１１５の側壁側の絶縁膜３１６と半導体層１１４との境界と、隣り合う蓄積電極１１５の側壁側の絶縁膜３１６と半導体層１１４との境界との幅において、読出し電極４１７側の下端の幅が、光電変換膜１１３側の上側の幅よりも狭くなっている。
【0144】
このような構造とすることで、光電変換により発生した電荷の蓄積電極１１５間の領域への転送のし易さを維持したまま、読出し電極に要求される面積を縮小することが可能となる。それにより、第４の実施形態でも触れたように、読出し電極４１７の容量が減少するため、変換効率を上昇させて単位画素３１１０のダイナミックレンジを広げることが可能となる。
【0145】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0146】
５．１ 第１の変形例
読出し電極に要求される面積を縮小する構成としては、上述において図２７を用いて説明した構造に限定されない。例えば、図２８に例示するように、読出し電極５１７の上方であって蓄積電極１１５よりも近い位置（例えば、読出し電極５１７の直上）に、絶縁膜５１６で囲まれ得た捕集電極５１５が配置された構成とすることも可能である。
読出し電極に要求される面積を縮小する構成としては、上述において図２７を用いて説明した構造に限定されない。例えば、図２８に例示するように、読出し電極５１７の上方であって蓄積電極１１５よりも近い位置（例えば、読出し電極５１７の直上）に、絶縁膜５１６で囲まれ得た捕集電極５１５が配置された構成とすることも可能である。
【0147】
このような構成では、電荷読出し時に、捕集電極５１５に所定の電圧を印加して半導体層１１４内のポテンシャルを変調させることで、蓄積電荷１２０の周辺に蓄積されている蓄積電荷１２０を読出し電極５１７の特定の領域に効果的に導くことが可能となるため、読出し電極１１７に要求される面積を縮小することが可能となる。
【0148】
５．２ 第２の変形例
また、図２９に例示するように、蓄積電極１１５から読出し電極１１７までの半導体層５１４が、読出し電極５１７に近づくにつれて先細となるテーパ形状の半導体層５２４に置き換えられてもよい。
また、図２９に例示するように、蓄積電極１１５から読出し電極１１７までの半導体層５１４が、読出し電極５１７に近づくにつれて先細となるテーパ形状の半導体層５２４に置き換えられてもよい。
【0149】
このような構成では、電荷読出し時に、蓄積電荷１２０の周辺に蓄積されている蓄積電荷１２０が半導体層５２４と絶縁層１１１との境界に沿って流れるため、読出し電極５１７に要求される面積を縮小することが可能となる。また、捕集電極５１５及びその周囲の絶縁膜５１６を省略することが可能となるため、設計の容易化や製造プロセスの簡略化等も達成することが可能となる。
【0150】
５．３ 第３の変形例
さらに、図３０に例示するように、例えば、第２の変形例で例示した構成に加え、絶縁層１１１中であって半導体層５２４の斜面近傍に、変調電極５２５が配置された形状とすることも可能である。
さらに、図３０に例示するように、例えば、第２の変形例で例示した構成に加え、絶縁層１１１中であって半導体層５２４の斜面近傍に、変調電極５２５が配置された形状とすることも可能である。
【0151】
このような構成では、電荷読出し時に、変調電極５２５に所定の電圧を印加して半導体層５２４内のポテンシャルを外側から変調させることで、蓄積電荷１２０の周辺に蓄積されている蓄積電荷１２０を読出し電極５１７の特定の領域に効果的に導くことが可能となるため、読出し電極５１７に要求される面積をさらに縮小することが可能となる。
【0152】
６．第６の実施形態
次に、第６の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第６の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0153】
図３１は、第６の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図３１に示すように、第６の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第３の実施形態において図２１等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、蓄積電極１１５が蓄積電極６１５に置き換えられるとともに、読出し電極１１７が読出し電極６１７Ａ及び６１７Ｂに置き換えられた構造を備える。
【0154】
なお、蓄積電極６１５は、電気的に分離した２つの蓄積電極で構成されてもよいが、これに限定されず、少なくとも蓄積領域を異なる２つの領域に区分けである２つの領域６１５Ａ及び６１５Ｂを有していればよい。
【0155】
例えば、第３の実施形態で例示したような、シールド電極３１５を備える構造では、蓄積電荷１２０の大部分が蓄積電極６１５の側壁側の半導体層１４に蓄積される。そのため、少なくとも蓄積領域を異なる２つの領域に区分けするためには、蓄積電極６１５の開口Ａ４を、例えば、図３２又は図３３に例示するような、２つの系統Ｓ１及びＳ２に区分けされた形状とすればよい。
【0156】
このように、１つの単位画素３１１０における蓄積電極及び読出し電極を、２つの蓄積電極６１５（領域６１５Ａ及び６１５Ｂ）と２つの読出し電極６１７Ａ及び６１７Ｂに分けることで、像面位相差情報を取得することが可能となる。
【0157】
すなわち、本実施形態に係る構造によれば、２つの異なる経路を辿ってきた光をそれぞれ光電変換して発生した蓄積電荷１２０は、蓄積電極６１５の領域６１５Ａ及び６１５Ｂそれぞれによって半導体層１１４における異なる蓄積領域に蓄積される。また、読出し電極を２つの読出し電極６１７Ａ及び６１７Ｂに分けておくことで、半導体層１１４の異なる蓄積領域に蓄積されている蓄積電荷１２０を別々に読出し電極６１７Ａ又は６１７Ｂへ転送することが可能となる。
【0158】
そこで、例えば、ある期間中に入射した光を光電変換することで発生した蓄積電荷１２０を読出し電極６１７Ａから読み出し、後の期間中に入射した光を光電変換することで発生した蓄積電荷１２０を読出し電極６１７Ｂから読み出し、それぞれの比率を求めることで、対象物までの距離を求めることが可能となる。
【0159】
さらに、蓄積電極１１５及び読出し電極１１７を３つ以上に分割することで、より詳細な光線情報を取得することが可能な、いわゆるライトフィールドカメラを構築することも可能となる。
【0160】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0161】
７．第７の実施形態
次に、第７の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第７の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0162】
図３４は、第７の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図３４に示すように、第７の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第６の実施形態において図３１等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、読出し電極１１７に代えて、蓄積電極１１５が、２つの蓄積電極７１５Ａ及び７１５Ｂに分割された構造を備える。
【0163】
図３５及び図３６は、第７の実施形態に係る蓄積電極の平面レイアウト例を示す平面図である。図３５又は図３６に示すように、蓄積電極７１５Ａ及び７１５Ｂは、例えば、第６の実施形態において図３２又は図３３を用いて説明した蓄積電極６１５と同様の開口Ａ４を備える平面レイアウトと同様のレイアウトにおいて、電気的に２つの蓄積電極７１５Ａ及び７１５Ｂに電気的に分離された構造を備える。
【0164】
このような構造によっても、第６の実施形態と同様に、２つの異なる経路を辿ってきた光をそれぞれ光電変換して発生した蓄積電荷１２０半導体層１１４の異なる蓄積領域に蓄積し、そして、半導体層１１４の異なる蓄積領域に蓄積されている蓄積電荷１２０を別々に読出し電極１１７へ転送することが可能となるため、像面位相差情報を取得することが可能となる。
【0165】
また、本実施形態では、蓄積電荷１２０を読み出す２つの系統で、読出し電極１１７、貫通電極１１９、浮遊拡散領域ＦＤ３等の構成要素を共有できるため、単位画素３１１０のレイアウト効率を向上することも可能となる。
【0166】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0167】
８．第８の実施形態
次に、第８の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第８の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0168】
図３７は、第８の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図３７に示すように、第８の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第６又は第７の実施形態において図３１又は図３４等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、読出し電極１１７と蓄積電極１１５との両方が、２つの蓄積電極８１５Ａ及び８１５Ｂ及び２つの読出し電極８１７Ａ及び８１７Ｂに分割された構造を備える。また、本実施形態では、シールド電極３１５が省略されている。
【0169】
本実施形態では、蓄積電極８１５Ａおよび８１５Ｂは、電荷の蓄積には用いられずに、周囲の半導体層１１４のポテンシャルを制御する電極（ポテンシャル制御電極）として使用される。
【0170】
一般に、イメージセンサを用いた測距装置であってその測距方式にＴｏＦ（Time of Flight）動作を採用するものは、単一画素内で、光電変換に発生した電荷を左右に高速で振り分けて転送を行う必要がある。
【0171】
そこで、第８の実施形態のように、読出し電極と蓄積電極との両方を２つの蓄積電極８１５Ａ及び８１５Ｂ及び２つの読出し電極８１７Ａ及び８１７Ｂに分割し、蓄積電極８１５Ａおよび８１５Ｂを周囲の半導体層１１４のポテンシャルを制御するポテンシャル制御電極として使用する構成とする。それにより、蓄積電極８１５Ａ及び８１５Ｂに印加する電圧を交互に変化させることで、光電変換により発生した電荷を２つの読出し電極８１７Ａ及び８１８Ｂの何れかに高速に振り分けることが可能となる。
【0172】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0173】
９．第９の実施形態
次に、第９の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第９の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0174】
本実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第８の実施形態において図３７を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様であってよい。ただし、本実施形態では、有機光電変換素子ＰＤ３の駆動と、読出し電極８１７Ａ及び８１７Ｂの役割とが第８の実施形態とは異なる。
【0175】
図３８に示すように、本実施形態では、第８の実施形態と同様に、読出し電極と蓄積電極との両方が２つの蓄積電極８１５Ａ及び８１５Ｂ及び２つの読出し電極８１７Ａ及び８１７Ｂに分割されている。
【0176】
このような構成において、本実施形態では、例えば、露光期間中は、光電変換により発生した電荷が蓄積電極８１５Ａ側に誘引されて読出し電極８１７Ａから読み出され続ける一方、シャッタ期間は、光電変換により発生した電荷が蓄積電極８１５Ｂ側に誘引されて読出し電極８１７Ｂから読み出され続ける。
【0177】
このとき、読出し電極８１７Ａは、浮遊拡散領域ＦＤ３に接続されている。そのため、露光期間中に光電変換により発生した電荷は浮遊拡散領域ＦＤに蓄積され、カラム処理回路３１０３により画素信号として読み出される。一方、シャッタ期間中、読出し電極８１７Ｂは、電源電圧ＶＤＤに接続されている。そのため、シャッタ期間中の光電変換により発生した電荷は、電源電圧ＶＤＤ側へ排出される。
【0178】
このように動作させることで、全ての単位画素３１１０のシャッタ動作を一斉に開始する、いわゆるグローバルシャッタ動作が可能となる。
【0179】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0180】
１０．第１０の実施形態
次に、第１０の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１０の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0181】
図３９は、第１０の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図３９に示すように、第１０の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第８の実施形態において図３７等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、読出し電極８１７Ａ及び８１７Ｂが１つの読出し電極１１７に置き換えられ、蓄積電極８１５Ａ及び８１５Ｂそれぞれを覆う絶縁膜３１６が読出し電極１１７まで達しない絶縁膜１１６に置き換えられるとともに、半導体層１１４が蓄積電極８１５Ａ及び８１５Ｂごとのトレンチを有しない半導体層９１４に置き換えられた構造を備える。
【0182】
このような構造において、本実施形態では、露光期間中は、蓄積電極８１５Ｂの周囲で電荷を蓄積し、シャッタ動作開始のタイミングで全ての単位画素３１１０で一斉に蓄積電極８１５Ｂの周囲から蓄積電極８１５Ａの周囲へ蓄積電荷１２０を転送して保持する。その後、順次、蓄積電極８１５Ａの周囲から読出し電極１１７へ蓄積電荷１２０（不図示）を転送して読み出す。
【0183】
このように、全ての単位画素３１１０で一斉にシャッタ動作を実行し、それにより発生した電荷を蓄積電極８１５Ｂに保持しておき、後に、各単位画素３１１０から順に読み出すことで、全ての単位画素３１１０で一斉にシャッタ動作を実行するグローバルシャッタ動作が可能となる。
【0184】
つまり、本実施形態では、蓄積電極１１５Ｂは、シャッタ動作により発生した電荷を保持しておくメモリとして機能する。
【0185】
なお、本実施形態では、蓄積電極８１５Ａ及び８１５Ｂを含む有機光電変換素子ＰＤ３の全ての構成要素に透明材料を用いることで、メモリ領域を遮光する必要がなくなるため、単位画素３１１０内の面積を最大限活用した高感度なグローバルシャッタ構造を実現することが可能となる。
【0186】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0187】
１１．第１１の実施形態
次に、第１１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0188】
図４０は、第１１の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図４０に示すように、第１１の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第３の実施形態において図２１等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、絶縁膜３１６内であって蓄積電極１１５と読出し電極１１７との間に、メモリ電極（第５電極）１１１６をさらに設けた構成を備える。
【0189】
このような構造において、本実施形態では、露光期間中は、光電変換膜１１３に近い蓄積電極１１５へ電荷を蓄積し、シャッタ動作開始のタイミングで全ての単位画素３１１０で一斉に蓄積電極１１５の周囲からメモリ電極１１１６の周囲へ蓄積電荷１２０を転送して保持する。その後、順次、メモリ電極１１１６の周囲から読出し電極１１７へ蓄積電荷１２０を転送して読み出す。
【0190】
このように、全ての単位画素３１１０で一斉にシャッタ動作を実行し、それにより発生した電荷をメモリ電極１１１６に保持しておき、後に、各単位画素３１１０から順に読み出すことで、全ての単位画素３１１０で一斉にシャッタ動作を実行するグローバルシャッタ動作が可能となる。
【0191】
また、本実施形態では、例えば、第９又は第１０の実施形態と比較して、蓄積電極１１５に対して横方向（基板厚方向と垂直な方向）にメモリ領域を設けずに、縦方向（基板厚方向）にメモリ領域を設けているため、メモリ領域によって蓄積領域のサイズが縮小することを抑制することができる。それにより、蓄積電荷量を最大化したグローバルシャッタ構造を実現することが可能となる。
【0192】
なお、本実施形態において、光電変換により発生した電子を信号として利用する場合、蓄積期間中は、例えば、共通電極１１２の電圧を－２Ｖ、読出し電極１１７の電圧を３Ｖ、シールド電極３１５の電圧を０Ｖ、蓄積電極１１５の電圧を１Ｖ、メモリ電極１１１６の電圧を０．５Ｖとすることができる。
【0193】
また、転送期間中は、シールド電極３１５の電圧を－２Ｖ、蓄積電極１１５の電圧を－１Ｖ、メモリ電極１１１６の電圧を１Ｖとすることができる。
【0194】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0195】
１２．第１２の実施形態
次に、第１２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0196】
図４１は、第１２の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図４１に示すように、第１２の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第１の実施形態において図９等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、絶縁膜１１６で囲まれた蓄積電極１１５が基板厚方向に多段に設けられた構造を備える。なお、この多段構造を実現するために、半導体層１１４は、基板厚方向に厚膜化されている。
【0197】
このような構造によれば、光電変換により発生した電荷を読出し電極１１７から読み出すまでに、３次元的に配置された個々の蓄積電極１１５を独立に制御することで、電荷の加減算等の演算が可能となる。
【0198】
例えば、一回目のシャッタ動作により発生した電荷をある蓄積電極１１５の周囲に保持しておき、二回目のシャッタ動作により発生した電荷を別の蓄積電極１１５の周囲に保持しておき、その後、これらの電荷を１つの蓄積電極１１５の周囲にまとめることで、電荷の加算が可能となる。
【0199】
このように、本実施形態によれば、単位画素３１１０から画素信号を読み出す前に有機光電変換素子ＰＤ３内で演算処理することが可能となるため、画素加算や画像認識などの高度な演算をイメージセンサ内で実行することが可能となる。
【0200】
また、１つの単位画素３１１０に設ける蓄積電極１１５の数をより増加することで、各単位画素３１１０内で実行可能な演算処理を複雑化することも可能である。
【0201】
なお、蓄積電極１１５は、各有機光電変換素子ＰＤ３内で基板厚方向に多段に設けられている必要はなく、基板厚方向と垂直な面内で複数の蓄積電極１１５が配列するように構成することでも、各単位画素３１１０内で演算処理を実行することが可能である。
【0202】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0203】
１３．第１３の実施形態
次に、第１３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0204】
本実施形態では、第１の実施形態において例示したイメージセンサ１００の製造方法について説明する。図４２～図４８は、第１３の実施形態に係る製造方法を説明するためのプロセス断面図である。なお、本実施形態で例示する製造方法では、受光チップ３１２１と回路チップ３１２２とを個片化前のウエハ状態で貼り合わせることを含むウエハレベルＣＳＰ（Chip Size Packaging）技術を用いた製造方法であってよい。
【0205】
本製造方法では、まず、Ｐ型の半導体基板１０１内の所定の領域に所定のアクセプタ及びドナーを順次イオン注入することで、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２を形成するＰ型半導体領域１０２及び１０４並びにＮ型半導体領域１０３及び１０５を形成する。なお、隣接する単位画素３１１０の境界部分には、隣接する単位画素３１１０間のフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２並びに各種トランジスタを素子分離するための素子分離領域が設けられてもよい。この素子分離領域は、半導体基板１０１に形成されたトレンチ内に絶縁膜及び／又は遮光膜が形成された構造や、隣接する単位画素３１１０間を跨ぐチャネルが形成されることを防止するためのチャネルストッパなどであってもよい。
【0206】
次に、半導体基板１０１の表面（図面中、下面）に縦型トランジスタである転送トランジスタＴＲＧ１を形成する。つづいて、各画素３１１０Ｂ、３１１０Ｒ及び３１１０Ｇの読出し回路を構成する各トランジスタのゲート絶縁膜となる絶縁膜１０６及びゲート電極を形成する。そして、ゲート電極の加工後、ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成し、つづいて、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとしたイオン注入を行なうことで、読出し回路を構成する各トランジスタのソース・ドレインを形成する。
【0207】
その後、半導体基板１０１の表面に、各トランジスタのゲート電極やソースやドレイン等に接続された配線１２２を含む配線層１２１を形成する。なお、この段階で、別途用意しておいた回路チップ３１２２と半導体基板１０１を含む受光チップ３１２１とが貼り合わせられてもよい。
【0208】
次に、半導体基板１０１の裏面から半導体基板１０１を貫通するトレンチを形成し、半導体基板１０１の裏面及びトレンチ内を覆う反射防止膜１１０、トレンチ内を埋める絶縁膜（絶縁層１１１の一部）、トレンチ内で半導体基板１０１を貫通して配線層１２１内の配線に接続する貫通電極１１９、貫通電極に接続された配線１１８等を形成する。
【0209】
次に、上記絶縁膜上に透明電極材料を堆積し、形成された透明電極材料膜をフォトリソグラフィ及びドライエッチングにて加工する。つづいて、加工された透明電極材料膜を埋めるように絶縁膜（絶縁層１１１の一部）を堆積し、その上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等で平坦化することで、読出し電極１１７を形成する。これにより、図４２に示す断面構造が得られる。
【0210】
次に、読出し電極１１７が形成された絶縁膜上に半導体材料を堆積し、形成された半導体膜をフォトリソグラフィ及びドライエッチングにて加工する。つづいて、加工された半導体膜を埋めるように絶縁膜（絶縁層１１１の一部）を堆積し、その上面をＣＭＰ等で平坦化することで、半導体層１１４の下部となる半導体層１１４Ａを形成する。
【0211】
次に、絶縁膜１１６の下部分となる絶縁膜１１６Ａの堆積、蓄積電極１１５に加工される透明導電材料膜１５Ａの堆積、フォトリソグラフィ及びドライエッチングに透明電極材料膜１１５Ａの加工、絶縁膜（絶縁層１１１の一部）の堆積、ＣＭＰ等による透明電極材料膜１１５Ａ及び絶縁膜上面の平坦化、及び、絶縁膜１１６の下部分となる絶縁膜１１６Ｂの堆積を経ることで、図４３に示すように、後の蓄積電極１１５及び絶縁膜１１６となる積層構造を形成する。
【0212】
次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより絶縁膜１１６Ｂ、透明電極材料膜１１５Ａ及び絶縁膜１１６Ａを加工することで、図４４に示すように、開口領域を形成して透明電極材料膜１１５Ａを蓄積電極１１５に加工する。
【0213】
次に、図４５に示すように、現時点での絶縁層１１１の表面を覆う絶縁膜１１６Ｃを形成する。つづいて、絶縁膜１１６Ｃの一部をエッチバック等により除去することで、開口領域における半導体層１１４Ａを露出させるとともに、蓄積電極１１５の側面に絶縁膜を形成する。これにより、図４６に示すように、蓄積電極１１５を覆う絶縁膜１１６が形成される。
【0214】
次に、蓄積電極１１５及び絶縁膜１１６が形成された面に半導体材料を堆積し、これにより形成された半導体層の表面をＣＭＰ等により平坦化する。これにより、図４７に示すように、蓄積電極１１５を覆う絶縁膜１１６の周囲に半導体層１１４が形成される。
【0215】
次に、図４８に示すように、半導体層１１４上に、光電変換膜１１３、共通電極１１２、保護膜１３１及び平坦化膜１３２を順次堆積する。その後、共通電極１１２に対する配線構造や、単位画素３１１０ごとのオンチップレンズ１３３や、ボンディングパッドを形成することで、図９に例示する断面構造を備えるイメージセンサ１００が作製される。
【0216】
なお、上述した製造方法において、半導体層１１４Ａ及び１１４の形成には、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）やスピンコートなどを用いることもできる。また、光電変換膜１１３には、素子特性向上のため、数種類の材料が混合された膜や、数種類の材料膜が積層された積層膜などを用いることも可能である。その際、混合又は積層する材料一部は、それ自体が光電変換を行なわない材料であってもよい。
【0217】
１３．１ 構成要素ごとの製造プロセスの詳細
以下に、各構成要素の製造プロセスをさらに詳細に説明する。
以下に、各構成要素の製造プロセスをさらに詳細に説明する。
【0218】
各種電極の成膜方法としては、乾式法又は湿式法を用いることが可能である。
【0219】
乾式法としては、ＰＶＤ法やＣＶＤ（Chemical Vaper Deposition）法を挙げることができる。ＰＶＤ法の原理を用いた成膜方法としては、抵抗加熱あるいは高周波加熱を用いた真空蒸着法、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、各種スパッタリング法（マグネトロンスパッタリング法、ＲＦ－ＤＣ結合形バイアススパッタリング法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法等）、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法、レーザー転写法を挙げることができる。また、ＣＶＤ法として、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、有機金属（ＭＯ）ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法を挙げることができる。
【0220】
一方、湿式法としては、電解メッキ法や無電解メッキ法、スピンコート法、インクジェット法、スプレーコート法、スタンプ法、マイクロコンタクトプリント法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、ディップ法等の方法を挙げることができる。パターニング法として、シャドーマスク、レーザー転写、フォトリソグラフィ等の化学的エッチング、紫外線やレーザー等による物理的エッチング等を挙げることができる。
【0221】
読出し電極１１７や共通電極１１２の平坦化技術としては、レーザー平坦化法、リフロー法、ＣＭＰ法等を用いることができる。
【0222】
絶縁膜１１６を構成する材料としては、酸化ケイ素系材料や窒化ケイ素（ＳｉＮＹ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物高誘電絶縁材料に例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、Ｎ－２（アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＥＡＰＴＭＳ）や３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）やオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等のシラノール誘導体（シランカップリング剤）、ノボラック型フェノール樹脂、フッ素系樹脂、オクタデカンチオールやドデシルイソシアネイト等の一端に制御電極と結合可能な官能基を有する直鎖炭化水素類にて例示される有機系絶縁材料（有機ポリマー）等を挙げることができる。また、これらの組み合わせを用いることも可能である。
【0223】
なお、酸化ケイ素系材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯＸ）、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低誘電率材料（例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ）を例示することができる。
【0224】
また、絶縁層１１１や配線層１２１の絶縁膜を構成する材料も、これらの材料から適宜選択されてよい。
【0225】
光電変換膜１１３などの各種有機層の成膜方法としては、乾式成膜法及び湿式成膜法を挙げることができる。
【0226】
乾式成膜法としては、抵抗加熱あるいは高周波加熱、電子ビーム加熱を用いた真空蒸着法、フラッシュ蒸着法、プラズマ蒸着法、ＥＢ蒸着法、各種スパッタリング法（２極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、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、イオンビームスパッタリング法）、ＤＣ（Direct Current）法、ＲＦ法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法や反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法、レーザー転写法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を挙げることができる。
【0227】
また、ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、光ＣＶＤ法を挙げることができる。
【0228】
一方、湿式法としては、具体的には、スピンコート法、浸漬法、キャスト法、マイクロコンタクトプリント法、ドロップキャスト法、スクリーン印刷法又はインクジェット印刷法やオフセット印刷法やグラビア印刷法やフレキソ印刷法といった各種印刷法、スタンプ法、スプレー法、エアドクタコーター法やブレードコーター法やロッドコーター法やナイフコーター法やスクイズコーター法やリバースロールコーター法やトランスファーロールコーター法やグラビアコーター法やキスコーター法やキャストコーター法やスプレーコーター法やスリットオリフィスコーター法やカレンダーコーター法といった各種コーティング法等を例示することができる。
【0229】
尚、塗布法においては、溶媒として、トルエン、クロロホルム、ヘキサン、エタノールといった無極性又は極性の低い有機溶媒を例示することができる。
【0230】
各種有機層のパターニング法としては、シャドーマスク、レーザー転写、フォトリソグラフィ等の化学的エッチング、紫外線やレーザー等による物理的エッチング等を挙げることができる。
【0231】
各種有機層の平坦化技術としては、レーザー平坦化法、リフロー法等を用いることができる。
【0232】
１４．第１４の実施形態
次に、第１４の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１４の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0233】
本実施形態では、第３の実施形態において例示したイメージセンサ１００の製造方法について説明する。図４９～図５３は、第１４の実施形態に係る製造方法を説明するためのプロセス断面図である。なお、本実施形態において、第１３の実施形態と同様の製造工程については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。また、本実施形態で例示する製造方法では、第１３の実施形態と同様に、受光チップ３１２１と回路チップ３１２２とを個片化前のウエハ状態で貼り合わせることを含むウエハレベルＣＳＰ技術を用いた製造方法であってよい。
【0234】
本製造方法では、まず、第１３の実施形態において図４２を用いて説明した工程と同様の工程を経ることで、半導体基板１０１の裏面に形成された絶縁膜（絶縁層１１１の一部）の表面に、読出し電極１１７を形成する。
【0235】
次に、読出し電極１１７が形成された絶縁膜上に対し、絶縁膜３１６Ａ（絶縁層１１１の一部及び絶縁膜３１６の一部）の堆積、絶縁膜３１６Ａ表面の平坦化、透明電極材料膜の堆積、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによる透明電極材料膜から透明電極材料膜１１５Ａへのパターニング、絶縁膜（絶縁層１１１の一部）の堆積、この絶縁膜表面及び透明電極材料膜１１５Ａ表面の平坦化、絶縁膜３１６Ｂ（絶縁層１１１の一部及び絶縁膜３１６の一部）の堆積、絶縁膜３１６Ｂ表面の平坦化、透明電極材料膜の堆積、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによる透明電極材料膜から透明電極材料膜３１５Ａへのパターニング、絶縁膜（絶縁層１１１の一部）の堆積、及び、この絶縁膜表面及び透明電極材料膜３１５Ａ表面の平坦化を順に実行する。これにより、図４９に示すような断面構造が得られる。
【0236】
次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより透明電極材料膜３１５Ａ、絶縁膜３１６Ｂ、透明電極材料膜１１５Ａ及び絶縁膜３１６Ａを加工することで、図５０に示すように、開口領域を形成して透明電極材料膜３１５Ａをシールド電極３１５に加工するとともに、透明電極材料膜１１５Ａを蓄積電極１１５に加工する。
【0237】
次に、図５１に示すように、現時点での絶縁層１１１の表面を覆う絶縁膜Ｃ１６Ｃを形成する。つづいて、絶縁膜３１６Ｃの一部をエッチバック等により除去することで、開口領域における読出し電極１１７を露出させるとともに、蓄積電極１１５及びシールド電極３１５の側面に絶縁膜を形成する。これにより、図５２に示すように、蓄積電極１１５及びシールド電極３１５を覆う絶縁膜３１６が形成される。
【0238】
次に、蓄積電極１１５、シールド電極３１５及び絶縁膜３１６が形成された面に半導体材料を堆積し、これにより形成された半導体層の表面をＣＭＰ等により平坦化する。これにより、図５３に示すように、蓄積電極１１５及びシールド電極３１５を覆う絶縁膜３１６の周囲に半導体層１１４が形成される。
【0239】
【0240】
１５．第１５の実施形態
次に、第１５の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１５の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0241】
図５４は、第１５の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図５４に示すように、第１５の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第３の実施形態において図２１等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、半導体層１１４が半導体層１５１４に置き換えられた構造を備える。
【0242】
例えば、第３及び第１４の実施形態において例示したイメージセンサ１００における半導体層１１４のポテンシャルは、共通電極１１２、蓄積電極１１５、シールド電極３１５及び読出し電極１１７それぞれに印加する電圧を制御することで、三次元的に制御することが可能である。また、その他の実施形態における半導体層１１４のポテンシャルも同様に、各電極に印加する電圧を制御することで、三次元的に制御することが可能である。
【0243】
そこで本実施形態では、光電変換により発生した電荷がスムーズに読出し電極１１７に転送されるように、半導体層１５１４の材料や組成を、連続的又は多層構造となるように変化させる。例えば、図５４に示すように、半導体層１５１４を、最もポテンシャルが高い材料や組成で構成された最上層の半導体層１５１４ａと、次にポテンシャルが高い材料や組成で構成された中間層の半導体層１５１４ｂと、最もポテンシャルが低い材料や組成で構成された最下層の半導体層１５１４ｃとで構成する。
【0244】
なお、半導体層１５１４中のポテンシャルの連続的又は段階的な変化は、例えば、半導体層１５１４の成膜中に成膜条件や材料の混合比を変化させたり、層状に異なるターゲットによるＰＶＤを実施したり、異なる材料を層状にスピンコートしたりする方法を用いることで、実現することが可能である。
【0245】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0246】
１６．第１６の実施形態
次に、第１６の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１６の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0247】
図５５は、第１６の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図５５に示すように、第１６の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第３の実施形態において図２１等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、光電変換膜１１３が光電変換膜１６１３に置き換えられた構造を備える。
【0248】
光電変換膜１６１３は、例えば、その一部が蓄積電極１１５の開口領域内の半導体層１１４内部にまで突出した構造を備える。このように、光電変換膜１６１３の少なくとも一部を蓄積電極１１５へ向けて突出させることで、この突出した部分から蓄積電極１１５周囲の蓄積領域までの距離を短くすることが可能となる。それにより、光電変換より発生した電荷の蓄積領域までの移動距離を短縮することが可能となるため、各単位画素３１１０からの画素信号の読出し速度をより高速化することが可能となる。
【0249】
また、図５５に例示したように、光電変換膜１６１３を蓄積電極１１５の側壁側まで突出させることで、光電変換により発生した電荷の移動距離を最小化することが可能となるため、各単位画素３１１０からの画素信号の読出し速度をさらに高速化することが可能となる。
【0250】
ただし、光電変換膜１６１３は、蓄積電極１１５の開口領域内まで突出している必要はなく、例えば、図５６に例示するように、少なくとも一部が蓄積電極１１５側へ突出していればよい。
【0251】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0252】
１６．１ 変形例
また、図５７に示すように、光電変換膜１６１３に加えて、共通電極１６１２の一部も蓄積電極１１５へ向けて突出させてもよい。これにより、光電変換膜１６１３の突出部分での光電変換の発生確率を高めることが可能となるため、光電変換により発生した電荷の平均的な移動距離がさらに短縮化される。その結果、各単位画素３１１０からの画素信号の読出し速度をさらに高速化することが可能となる。
また、図５７に示すように、光電変換膜１６１３に加えて、共通電極１６１２の一部も蓄積電極１１５へ向けて突出させてもよい。これにより、光電変換膜１６１３の突出部分での光電変換の発生確率を高めることが可能となるため、光電変換により発生した電荷の平均的な移動距離がさらに短縮化される。その結果、各単位画素３１１０からの画素信号の読出し速度をさらに高速化することが可能となる。
【0253】
１７．第１７の実施形態
次に、第１７の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１７の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0254】
図５８は、第１７の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図５８に示すように、第１７の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、第３の実施形態において図２１等を用いて説明した有機光電変換素子ＰＤ３と同様の構成において、複数の蓄積電極（第５電極）１１５が基板厚方向に多段に配置された構造を備える。
【0255】
このような構造によれば、蓄積電極１１５の開口領域における半導体層１１４のポテンシャルを電荷の転送経路に沿って効率的に変調することが可能となるため、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupling Device）の転送方向を基板厚方向とした場合のように、基板厚方向にスムーズに蓄積電荷１２０を転送することが可能となる。それにより、例えば、光電変換により発生した電荷の転送距離が長くなったとしても、蓄積電荷１２０のスムーズな転送により読出し速度の高速化を図ることが可能となる。
【0256】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0257】
１８．第１８の実施形態
次に、第１８の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１８の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0258】
図５９は、第１８の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図５９に示すように、第１８の実施形態に係るイメージセンサ１００は、例えば、第２の実施形態において図１８等を用いて説明したイメージセンサ１００と同様の構成において、オンチップレンズ１３３と有機光電変換素子ＰＤ３との間であって平坦化膜１３２中に、カラーフィルタ１８３３が配置された構造を備える。
【0259】
このように、第２の実施形態に限らず、上述した実施形態において、縦積みされた有機光電変換素子ＰＤ３、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に対してカラーフィルタ１８３３を組み合わせることで、単位画素３１１０の分光特性をより向上させて、画質を向上することが可能となる。
【0260】
なお、カラーフィルタ１８３３は、図５９に示したように、有機光電変換素子ＰＤ３、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の縦積み構造に対して、光入射側（以下、上流側という）に配置されてもよいし、図６０に示すように、有機光電変換素子ＰＤ３、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の縦積み構造に対して、下流側の例えば絶縁層１１１中に配置されてもよい。
【0261】
また、本説明におけるカラーフィルタとは、例えば、特定の波長帯の光を透過させる透過スペクトルを備えるフィルタであってよい。さらに、カラーフィルタ１８３３には、有機材料を用いたものや、パターニングされた金属薄膜によるプラズモン共鳴を用いたものや、誘電体積層膜によるファブリペロー干渉を用いたものなどの種々のカラーフィルタを用いることができる。
【0262】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0263】
１９．第１９の実施形態
次に、第１９の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第１９の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0264】
図６１は、第１９の実施形態に係る有機光電変換素子及びその周辺部分の概略構成例を示す断面図である。図６１に示すように、第１９の実施形態に係るイメージセンサ１００は、例えば、第２の実施形態において図１８等を用いて説明したイメージセンサ１００と同様の構成において、有機光電変換素子ＰＤ３を含む絶縁層１１１から平坦化膜１３２までの層構造Ｔ１及びＴ２が２層以上に縦積みされた構造を備える。
【0265】
なお、これにより作り込まれた２つ以上の有機光電変換素子ＰＤ３は、例えば、同一の読出し回路（図６参照）に並列に接続されてもよい。
【0266】
このように、有機光電変換素子ＰＤ３を光の入射軸に沿って縦積みすることで、単位画素３１１０の分光特性を向上することが可能となる。
【0267】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0268】
２０．第２０の実施形態
次に、第２０の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
次に、第２０の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成及び動作については、それを引用することで、その重複する説明を省略する。
【0269】
例えば、上述した第３の実施形態のように、半導体層１１４における読出し電極１１７側を絶縁膜３１６で複数の凸部に分割した構造では、個々の凸部を１つの有機光電変換素子として機能させることも可能である。そこで第２０の実施形態では、半導体層１１４における個々の凸部をそれぞれ個別の有機光電変換素子とする場合について、例を挙げて説明する。
【0270】
【0271】
図６２に示すように、第２０の実施形態では、半導体層１１４における絶縁膜３１６で区切られた凸部１１４Ａそれぞれに、有機光電変換素子ＰＤ２０３が形成されている。すなわち、本実施形態では、図６２及び図６３に例示するように、例えば、第３の実施形態に係る有機光電変換素子ＰＤ３が、３×３の行列状に配列する９個の有機光電変換素子ＰＤ２０３に分割されている。なお、有機光電変換素子ＰＤ３の分割数は、例示した９に限定されず、２以上であってよい。
【0272】
そこで本実施形態では、例えば、第３の実施形態において図２１等を用いて説明した構造と同様の構造において、第３の実施形態における蓄積電極１１５及び読出し電極１１７が、有機光電変換素子ＰＤ２０３それぞれの蓄積電極２０１５及び読出し電極２０１７に置き換えられている。また、本実施形態では、第３の実施形態におけるオンチップレンズ１３３が、有機光電変換素子ＰＤ２０３それぞれのオンチップレンズ２０３３に置き換えられている。
【0273】
図６３に示すように、読出し電極２０１７は、各有機光電変換素子ＰＤ２０３に対して個別に設けられている。本実施形態では、例えば、各読出し電極２０１７に対して、図６に例示した読出し回路が接続される。その場合、各有機光電変換素子ＰＤ２０３に対する電荷読出し動作が、各読出し電極２０１７を介して個別に実行される。
【0274】
このように、本実施形態では、半導体層１１４の凸部１１４Ａそれぞれに対して個別の有機光電変換素子ＰＤ２０３を形成する。それにより、例えば従来のシリコンを材料とした場合のプロセス精度では到達し得ないレベルの画素の微細化が可能となる。その結果、単位面積あたりの単位画素３１１０の数、すなわち画素密度（解像度ともいう）を大幅に増加させることが可能となる。
【0275】
なお、本実施形態では、上述の第３の実施形態をベースとした場合を例示したが、これに限定されず、他の実施形態をベースとした場合に対しても、本実施形態を同様に適用することが可能である。
【0276】
また、上述した構成では、１つの凸部１１４Ａで１つの有機光電変換素子ＰＤ２０３を構成した場合を例示したが、これに限定されず、２以上の凸部１１４Ａで１つの有機光電変換素子ＰＤ２０３を構成することも可能である。例えば、９つに分割された有機光電変換素子ＰＤ２０３のうちの１つでＨＤＲ（High Dynamic Range）用の単位画素３１１０を構成し、残りの８つでＬＤＲ（Low Dynamic Range）用の単位画素３１１０を構成してもよい。そのような場合、同一の有機光電変換素子ＰＤ２０３を構成する２以上の凸部１１４Ａに対する蓄積電極２０１５及び読出し電極２０１７は、分割されていなくてもよい。
【0277】
さらに、オンチップレンズ２０３３は、各有機光電変換素子ＰＤ２０３に対して一対一に設けられている必要はなく、複数の有機光電変換素子ＰＤ２０３に対して１つのオンチップレンズ２０３３が設けられていてもよい。
【0278】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0279】
２０．１ 変形例１
上述の第２０の実施形態では、蓄積電極２０１５を有機光電変換素子ＰＤ２０３ごとに個別に設ける場合を例示したが、これに限定されず、例えば、図６３に例示するように、複数又は全ての有機光電変換素子ＰＤ２０３ごとに共通の蓄積電極２０１５が設けられてもよい。
上述の第２０の実施形態では、蓄積電極２０１５を有機光電変換素子ＰＤ２０３ごとに個別に設ける場合を例示したが、これに限定されず、例えば、図６３に例示するように、複数又は全ての有機光電変換素子ＰＤ２０３ごとに共通の蓄積電極２０１５が設けられてもよい。
【0280】
２０．２ 変形例２
また、例えば、図６４に例示するように、蓄積電極２０１５の後段（読出し電極２０１４側）にメモリ電極２０１６を設け、蓄積電極２０１５の近傍に蓄積した蓄積電荷１２０を一旦、メモリ電極２０１６周囲で保持するように構成することも可能である。
また、例えば、図６４に例示するように、蓄積電極２０１５の後段（読出し電極２０１４側）にメモリ電極２０１６を設け、蓄積電極２０１５の近傍に蓄積した蓄積電荷１２０を一旦、メモリ電極２０１６周囲で保持するように構成することも可能である。
【0281】
２１．応用例１
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【0282】
図６６は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図６６では、術者（医師）５０６７が、内視鏡手術システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１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５０００は、内視鏡５００１と、その他の術具５０１７と、内視鏡５００１を支持する支持アーム装置５０２７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５０３７と、から構成される。
【0283】
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５０２５ａ～５０２５ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５０２５ａ～５０２５ｄから、内視鏡５００１の鏡筒５００３や、その他の術具５０１７が患者５０７１の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５０１７として、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３が、患者５０７１の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５０２１は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５０１７はあくまで一例であり、術具５０１７としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
【0284】
内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体腔内の術部の画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５０２１や鉗子５０２３を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３は、手術中に、術者５０６７又は助手等によって支持される。
【0285】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃ、及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂから構成されており、アーム制御装置５０４５からの制御により駆動される。アーム部５０３１によって内視鏡５００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５００１の安定的な位置の固定が実現され得る。
支持アーム装置５０２７は、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃ、及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂから構成されており、アーム制御装置５０４５からの制御により駆動される。アーム部５０３１によって内視鏡５００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５００１の安定的な位置の固定が実現され得る。
【0286】
（内視鏡）
内視鏡５００１は、先端から所定の長さの領域が患者５０７１の体腔内に挿入される鏡筒５００３と、鏡筒５００３の基端に接続されるカメラヘッド５００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００１を図示しているが、内視鏡５００１は、軟性の鏡筒５００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
内視鏡５００１は、先端から所定の長さの領域が患者５０７１の体腔内に挿入される鏡筒５００３と、鏡筒５００３の基端に接続されるカメラヘッド５００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００１を図示しているが、内視鏡５００１は、軟性の鏡筒５００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【0287】
鏡筒５００３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５００１には光源装置５０４３が接続されており、当該光源装置５０４３によって生成された光が、鏡筒５００３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５０７１の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５００１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。
【0288】
カメラヘッド５００５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）５０３９に送信される。なお、カメラヘッド５００５には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
【0289】
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５００５には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５００３の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
【0290】
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ５０３９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡５００１及び表示装置５０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５から受け取った画像信号に対して、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。ＣＣＵ５０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５０４１に提供する。また、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
ＣＣＵ５０３９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡５００１及び表示装置５０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５から受け取った画像信号に対して、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。ＣＣＵ５０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５０４１に提供する。また、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
【0291】
表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９からの制御により、当該ＣＣＵ５０３９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。内視鏡５００１が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５０４１としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５０４１として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５０４１が設けられてもよい。
【0292】
光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５００１に供給する。
【0293】
アーム制御装置５０４５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の駆動を制御する。
【0294】
入力装置５０４７は、内視鏡手術システム５０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５０４７を介して、内視鏡手術システム５０００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、入力装置５０４７を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、アーム部５０３１を駆動させる旨の指示や、内視鏡５００１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、エネルギー処置具５０２１を駆動させる旨の指示等を入力する。
【0295】
入力装置５０４７の種類は限定されず、入力装置５０４７は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５０４７としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５０５７及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５０４７としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５０４１の表示面上に設けられてもよい。
【0296】
あるいは、入力装置５０４７は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head Mounted Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５０４７は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５０４７は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５０４７が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５０６７）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
【0297】
処置具制御装置５０４９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５０２１の駆動を制御する。気腹装置５０５１は、内視鏡５００１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５０７１の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５０１９を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５０５３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５０５５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。
【0298】
以下、内視鏡手術システム５０００において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
【0299】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、基台であるベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、複数の関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃと、関節部５０３３ｂによって連結される複数のリンク５０３５ａ、５０３５ｂと、から構成されているが、図６６では、簡単のため、アーム部５０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５０３１が所望の自由度を有するように、関節部５０３３ａ～５０３３ｃ及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５０３３ａ～５０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５０３１の可動範囲内において内視鏡５００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５００１の鏡筒５００３を患者５０７１の体腔内に挿入することが可能になる。
支持アーム装置５０２７は、基台であるベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、複数の関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃと、関節部５０３３ｂによって連結される複数のリンク５０３５ａ、５０３５ｂと、から構成されているが、図６６では、簡単のため、アーム部５０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５０３１が所望の自由度を有するように、関節部５０３３ａ～５０３３ｃ及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５０３３ａ～５０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５０３１の可動範囲内において内視鏡５００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５００１の鏡筒５００３を患者５０７１の体腔内に挿入することが可能になる。
【0300】
関節部５０３３ａ～５０３３ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５０３３ａ～５０３３ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５０４５によって制御されることにより、各関節部５０３３ａ～５０３３ｃの回転角度が制御され、アーム部５０３１の駆動が制御される。これにより、内視鏡５００１の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５０４５は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５０３１の駆動を制御することができる。
【0301】
例えば、術者５０６７が、入力装置５０４７（フットスイッチ５０５７を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１の駆動が適宜制御され、内視鏡５００１の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５０３１の先端の内視鏡５００１を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５０３１は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５０３１は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５０４７を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【0302】
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５０４５は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５０３１が移動するように、各関節部５０３３ａ～５０３３ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５０３１に触れながらアーム部５０３１を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５０３１を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５００１を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【0303】
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５００１が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５０２７を用いることにより、人手によらずに内視鏡５００１の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
【0304】
なお、アーム制御装置５０４５は必ずしもカート５０３７に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５０４５は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５０４５は、支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の各関節部５０３３ａ～５０３３ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５０４５が互いに協働することにより、アーム部５０３１の駆動制御が実現されてもよい。
【0305】
（光源装置）
光源装置５０４３は、内視鏡５００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５０４３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される。このとき、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５０４３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５００５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。
光源装置５０４３は、内視鏡５００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５０４３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される。このとき、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５０４３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５００５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。
【0306】
また、光源装置５０４３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５００５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。
【0307】
また、光源装置５０４３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もの（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もの等が行われ得る。光源装置５０４３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。
【0308】
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図６７を参照して、内視鏡５００１のカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能についてより詳細に説明する。図６７は、図６６に示すカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。
図６７を参照して、内視鏡５００１のカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能についてより詳細に説明する。図６７は、図６６に示すカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。
【0309】
図６７を参照すると、カメラヘッド５００５は、その機能として、レンズユニット５００７と、撮像部５００９と、駆動部５０１１と、通信部５０１３と、カメラヘッド制御部５０１５と、を有する。また、ＣＣＵ５０３９は、その機能として、通信部５０５９と、画像処理部５０６１と、制御部５０６３と、を有する。カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９とは、伝送ケーブル５０６５によって双方向に通信可能に接続されている。
【0310】
まず、カメラヘッド５００５の機能構成について説明する。レンズユニット５００７は、鏡筒５００３との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５００３の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５００５まで導光され、当該レンズユニット５００７に入射する。レンズユニット５００７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。レンズユニット５００７は、撮像部５００９の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
【0311】
撮像部５００９は撮像素子によって構成され、レンズユニット５００７の後段に配置される。レンズユニット５００７を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５００９によって生成された画像信号は、通信部５０１３に提供される。
【0312】
撮像部５００９を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５０６７は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
【0313】
また、撮像部５００９を構成する撮像素子は、３Ｄ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る。３Ｄ表示が行われることにより、術者５０６７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５００９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５００７も複数系統設けられる。
【0314】
また、撮像部５００９は、必ずしもカメラヘッド５００５に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５００９は、鏡筒５００３の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【0315】
駆動部５０１１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５０１５からの制御により、レンズユニット５００７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５００９による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【0316】
通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９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５０１３は、撮像部５００９から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５０６７が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５０１３には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信される。
【0317】
また、通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９から、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を受信する。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。通信部５０１３は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５０１５に提供する。なお、ＣＣＵ５０３９からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５０１３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５０１５に提供される。
【0318】
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、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５０３９の制御部５０６３によって自動的に設定される。つまり、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５００１に搭載される。
【0319】
カメラヘッド制御部５０１５は、通信部５０１３を介して受信したＣＣＵ５０３９からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５００５の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５００９の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５０１１を介してレンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５０１５は、更に、鏡筒５００３やカメラヘッド５００５を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
【0320】
なお、レンズユニット５００７や撮像部５００９等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５００５について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
【0321】
次に、ＣＣＵ５０３９の機能構成について説明する。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５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５０５９は、カメラヘッド５００５から、伝送ケーブル５０６５を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５０５９には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５０５９は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５０６１に提供する。
【0322】
また、通信部５０５９は、カメラヘッド５００５に対して、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
【0323】
画像処理部５０６１は、カメラヘッド５００５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。当該画像処理としては、例えば現像処理、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、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５０６１は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
【0324】
画像処理部５０６１は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５０６１が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５０６１は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
【0325】
制御部５０６３は、内視鏡５００１による術部の撮像、及びその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５０６３は、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５０６３は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５００１にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５０６３は、画像処理部５０６１による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
【0326】
また、制御部５０６３は、画像処理部５０６１によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５０４１に表示させる。この際、制御部５０６３は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５０６３は、術部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５０２１使用時のミスト等を認識することができる。制御部５０６３は、表示装置５０４１に術部の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る。手術支援情報が重畳表示され、術者５０６７に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
【0327】
カメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９を接続する伝送ケーブル５０６５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。
【0328】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル５０６５を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５０６５を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５０６５によって妨げられる事態が解消され得る。
【0329】
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５０００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム５０００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
【0330】
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部５００９に好適に適用され得る。撮像部５００９に本開示に係る技術を適用することにより、画像データの読出し速度を高速化することができるため、手術をより安全にかつより確実に行うことが可能になる。
【0331】
２２．応用例２
また、本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
また、本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【0332】
図６８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。
【0333】
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６８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。
【0334】
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。
【0335】
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。
【0336】
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。
【0337】
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。
【0338】
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。
【0339】
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。
【0340】
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。
【0341】
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。
【0342】
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６８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。
【0343】
図６９は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【0344】
図６９では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【0345】
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。
【0346】
なお、図６９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。
【0347】
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。
【0348】
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。
【0349】
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。
【0350】
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。
【0351】
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、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、運転者状態検出部１２０４１等に適用され得る。これらに本開示に係る技術を適用することにより、画像データの読出し速度を高速化することができるため、ドライバの運転をより好適にサポートするなどの効果を得ることが可能となる。
【0352】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【0353】
また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
【0354】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える固体撮像装置。
（２）
前記第３電極には、複数の開口部が設けられており、
前記開口部それぞれの内部には、前記半導体層の一部が延在している
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第３電極と前記第２電極との間の前記絶縁膜の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（１）～（３）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（５）
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極の上部側から下部側へ向かうにつれて薄くなっている前記（１）～（４）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（６）
前記光電変換素子それぞれは、前記絶縁膜内であって前記第３電極と前記第１電極との間に配置された第４電極をさらに備える前記（１）～（５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（７）
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第４電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（６）に記載の固体撮像装置。
（８）
前記第２電極は、それぞれ異なる領域で前記第１電極と対向する複数の電極に分割されている前記（１）～（７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（９）
前記第２電極の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第３電極の前記主平面と平行な方向の幅よりも狭い前記（１）～（８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記半導体層の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第１電極側から前記第２電極側へ向かうにつれて細くなっている前記（１）～（９）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１１）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向に配列する複数の第５電極を含む前記（１）～（１０）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１２）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向において複数の領域に分割されている前記（１）～（１１）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１３）
前記光電変換膜における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（１）～（１２）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記第１電極における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（１３）に記載の固体撮像装置。
（１５）
前記半導体層の前記主平面と垂直な方向の組成は、前記第２電極からの距離に応じて異なる前記（１）～（１４）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１６）
前記第１電極を挟んで前記第２電極と反対側に配置されたオンチップレンズと、
前記オンチップレンズに対して前記主平面と垂直な方向に配置され、所定の波長の光を透過するカラーフィルタと、
をさらに備える前記（１）～（１５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１７）
前記光電変換膜と前記半導体層の少なくとも一部とは、同一の材料を含む前記（１）～（１６）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１８）
前記主平面と垂直な方向に配置された複数の前記光電変換素子を備える前記（１）～（１７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１９）
前記光電変換膜は、有機膜である前記（１）～（１８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２０）
固体撮像装置と、
入射光を前記固体撮像装置の受光面に結像する光学系と、
前記固体撮像装置を制御するプロセッサと、
を備え、
前記固体撮像装置は、行列状に配列する複数の光電変換素子を備え、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える電子機器。
（２１）
半導体基板の第１面上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上の第１領域に読出し電極を形成する工程と、
前記第１電極上に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜上に第１透明電極材料膜を形成する工程と、
前記第１透明電極材料膜上に第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上に第２透明電極材料膜を形成する工程と、
前記第２透明電極材料膜上に第４絶縁膜を形成する工程と、
前記第２～第４絶縁膜並びに前記第１及び第２透明電極材料膜に、前記読出し電極の一部を露出させる開口を形成する工程と、
前記第４絶縁膜上及び前記開口内に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に光電変換膜を形成する工程と、
前記光電変換膜上に共通電極を形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。
（２２）
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える固体撮像装置。
（２３）
前記第３電極には、複数の開口部が設けられており、
前記開口部それぞれの内部には、前記半導体層の一部が延在している
前記（２２）に記載の固体撮像装置。
（２４）
前記第３電極と前記第２電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（２２）又は（２３）に記載の固体撮像装置。
（２５）
前記第３電極の側壁側に位置する前記第１絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（２２）～（２４）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２６）
前記第３電極の側壁側に位置する前記第１絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極の上部側から下部側へ向かうにつれて薄くなっている前記（２２）～（２５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２７）
前記第２電極は、それぞれ異なる領域で前記第１電極と対向する複数の電極に分割されている前記（２２）～（２６）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２８）
前記第２電極の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第３電極の前記主平面と平行な方向の幅よりも狭い前記（２２）～（２７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２９）
前記半導体層の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第１電極側から前記第２電極側へ向かうにつれて細くなっている前記（２２）～（２８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３０）
前記第３電極と前記第２電極との間であって前記第２電極と接触する領域に配置された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜内に配置された第４電極と、
をさらに備える前記（２２）～（２９）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３１）
前記半導体層の前記第２電極側の面の少なくとも一部は、前記主平面に対して傾斜した傾斜領域であり、
前記半導体層外であって前記傾斜領域に近接して配置された第５電極をさらに備える
前記（２９）に記載の固体撮像装置。
（３２）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向に配列する複数の第５電極を含む前記（２２）～（３１）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３３）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向において複数の領域に分割されている前記（２２）～（３２）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３４）
前記光電変換膜における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（２２）～（３３）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３５）
前記第１電極における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（３４）に記載の固体撮像装置。
（３６）
前記半導体層の前記主平面と垂直な方向の組成は、前記第２電極からの距離に応じて異なる前記（２２）～（３５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３７）
前記第１電極を挟んで前記第２電極と反対側に配置されたオンチップレンズと、
前記オンチップレンズに対して前記主平面と垂直な方向に配置され、所定の波長の光を透過するカラーフィルタと、
をさらに備える前記（２２）～（３６）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３８）
前記光電変換膜と前記半導体層の少なくとも一部とは、同一の材料を含む前記（２２）～（３７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３９）
前記主平面と垂直な方向に配置された複数の前記光電変換素子を備える前記（２２）～（３８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（４０）
前記光電変換膜は、有機膜である前記（２２）～（３９）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（４１）
固体撮像装置と、
入射光を前記固体撮像装置の受光面に結像する光学系と、
前記固体撮像装置を制御するプロセッサと、
を備え、
前記固体撮像装置は、行列状に配列する複数の光電変換素子を備え、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える電子機器。
（４２）
半導体基板の第１面上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上の第１領域に読出し電極を形成する工程と、
前記読出し電極上に第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層上に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜上に透明電極材料膜を形成する工程と、
前記透明電極材料膜上に第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第２及び第３絶縁膜並びに前記透明電極材料膜に、前記読出し電極の一部を露出させる開口を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上及び前記開口内を覆う第４絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上の前記４絶縁膜上及び前記開口内の前記第４絶縁膜上に第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層上に光電変換膜を形成する工程と、
前記光電変換膜上に共通電極を形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。
（１）
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える固体撮像装置。
（２）
前記第３電極には、複数の開口部が設けられており、
前記開口部それぞれの内部には、前記半導体層の一部が延在している
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第３電極と前記第２電極との間の前記絶縁膜の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（１）～（３）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（５）
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極の上部側から下部側へ向かうにつれて薄くなっている前記（１）～（４）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（６）
前記光電変換素子それぞれは、前記絶縁膜内であって前記第３電極と前記第１電極との間に配置された第４電極をさらに備える前記（１）～（５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（７）
前記第３電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第４電極の側壁側に位置する前記絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（６）に記載の固体撮像装置。
（８）
前記第２電極は、それぞれ異なる領域で前記第１電極と対向する複数の電極に分割されている前記（１）～（７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（９）
前記第２電極の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第３電極の前記主平面と平行な方向の幅よりも狭い前記（１）～（８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記半導体層の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第１電極側から前記第２電極側へ向かうにつれて細くなっている前記（１）～（９）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１１）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向に配列する複数の第５電極を含む前記（１）～（１０）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１２）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向において複数の領域に分割されている前記（１）～（１１）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１３）
前記光電変換膜における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（１）～（１２）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記第１電極における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（１３）に記載の固体撮像装置。
（１５）
前記半導体層の前記主平面と垂直な方向の組成は、前記第２電極からの距離に応じて異なる前記（１）～（１４）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１６）
前記第１電極を挟んで前記第２電極と反対側に配置されたオンチップレンズと、
前記オンチップレンズに対して前記主平面と垂直な方向に配置され、所定の波長の光を透過するカラーフィルタと、
をさらに備える前記（１）～（１５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１７）
前記光電変換膜と前記半導体層の少なくとも一部とは、同一の材料を含む前記（１）～（１６）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１８）
前記主平面と垂直な方向に配置された複数の前記光電変換素子を備える前記（１）～（１７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（１９）
前記光電変換膜は、有機膜である前記（１）～（１８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２０）
固体撮像装置と、
入射光を前記固体撮像装置の受光面に結像する光学系と、
前記固体撮像装置を制御するプロセッサと、
を備え、
前記固体撮像装置は、行列状に配列する複数の光電変換素子を備え、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面の少なくとも一部が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える電子機器。
（２１）
半導体基板の第１面上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上の第１領域に読出し電極を形成する工程と、
前記第１電極上に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜上に第１透明電極材料膜を形成する工程と、
前記第１透明電極材料膜上に第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上に第２透明電極材料膜を形成する工程と、
前記第２透明電極材料膜上に第４絶縁膜を形成する工程と、
前記第２～第４絶縁膜並びに前記第１及び第２透明電極材料膜に、前記読出し電極の一部を露出させる開口を形成する工程と、
前記第４絶縁膜上及び前記開口内に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に光電変換膜を形成する工程と、
前記光電変換膜上に共通電極を形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。
（２２）
行列状に配列する複数の光電変換素子を備える固体撮像装置であって、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える固体撮像装置。
（２３）
前記第３電極には、複数の開口部が設けられており、
前記開口部それぞれの内部には、前記半導体層の一部が延在している
前記（２２）に記載の固体撮像装置。
（２４）
前記第３電極と前記第２電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（２２）又は（２３）に記載の固体撮像装置。
（２５）
前記第３電極の側壁側に位置する前記第１絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記第１絶縁膜の膜厚よりも薄い前記（２２）～（２４）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２６）
前記第３電極の側壁側に位置する前記第１絶縁膜の前記主平面と平行な方向の膜厚は、前記第３電極の上部側から下部側へ向かうにつれて薄くなっている前記（２２）～（２５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２７）
前記第２電極は、それぞれ異なる領域で前記第１電極と対向する複数の電極に分割されている前記（２２）～（２６）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２８）
前記第２電極の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第３電極の前記主平面と平行な方向の幅よりも狭い前記（２２）～（２７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（２９）
前記半導体層の前記主平面と平行な方向の幅は、前記第１電極側から前記第２電極側へ向かうにつれて細くなっている前記（２２）～（２８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３０）
前記第３電極と前記第２電極との間であって前記第２電極と接触する領域に配置された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜内に配置された第４電極と、
をさらに備える前記（２２）～（２９）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３１）
前記半導体層の前記第２電極側の面の少なくとも一部は、前記主平面に対して傾斜した傾斜領域であり、
前記半導体層外であって前記傾斜領域に近接して配置された第５電極をさらに備える
前記（２９）に記載の固体撮像装置。
（３２）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向に配列する複数の第５電極を含む前記（２２）～（３１）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３３）
前記第３電極は、前記主平面と垂直な方向において複数の領域に分割されている前記（２２）～（３２）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３４）
前記光電変換膜における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（２２）～（３３）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３５）
前記第１電極における前記第２電極と対向する面の一部は、前記第２電極へ向けて突出している前記（３４）に記載の固体撮像装置。
（３６）
前記半導体層の前記主平面と垂直な方向の組成は、前記第２電極からの距離に応じて異なる前記（２２）～（３５）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３７）
前記第１電極を挟んで前記第２電極と反対側に配置されたオンチップレンズと、
前記オンチップレンズに対して前記主平面と垂直な方向に配置され、所定の波長の光を透過するカラーフィルタと、
をさらに備える前記（２２）～（３６）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３８）
前記光電変換膜と前記半導体層の少なくとも一部とは、同一の材料を含む前記（２２）～（３７）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（３９）
前記主平面と垂直な方向に配置された複数の前記光電変換素子を備える前記（２２）～（３８）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（４０）
前記光電変換膜は、有機膜である前記（２２）～（３９）の何れか１項に記載の固体撮像装置。
（４１）
固体撮像装置と、
入射光を前記固体撮像装置の受光面に結像する光学系と、
前記固体撮像装置を制御するプロセッサと、
を備え、
前記固体撮像装置は、行列状に配列する複数の光電変換素子を備え、
前記光電変換素子それぞれは、
主平面が互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜と前記第２電極との間に配置され、第１面が前記光電変換膜に接触するとともに、前記第１面と反対側の第２面が前記第２電極に接触する半導体層と、
前記半導体層内に配置された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜内に配置された第３電極と、
を備える電子機器。
（４２）
半導体基板の第１面上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上の第１領域に読出し電極を形成する工程と、
前記読出し電極上に第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層上に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜上に透明電極材料膜を形成する工程と、
前記透明電極材料膜上に第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第２及び第３絶縁膜並びに前記透明電極材料膜に、前記読出し電極の一部を露出させる開口を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上及び前記開口内を覆う第４絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上の前記４絶縁膜上及び前記開口内の前記第４絶縁膜上に第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層上に光電変換膜を形成する工程と、
前記光電変換膜上に共通電極を形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。
【符号の説明】
【0355】
１００ 固体撮像装置（イメージセンサ）
１０１ 半導体基板
１０２、１０４ Ｐ型半導体領域
１０３、１０５ Ｎ型半導体領域
１０６ 絶縁膜
１１１ 絶縁層
１１２、１６１２ 共通電極
１１３、１６１３ 光電変換膜
１１４、１１４Ａ、５１４、５２４、９１４、１５１４、１５１４ａ、１５１４ｂ、１５１４ｃ 半導体層
１１４Ａ 凸部
１１５、２１５、６１５、７１５Ａ、７１５Ｂ、８１５Ａ、８１５Ｂ、２０１５ 蓄積電極
１１５Ａ、３１５Ａ 透明電極材料膜
１１６、１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、２１６、３１６、３１６Ａ、３１６Ｂ、３１６Ｃ、５１６ 絶縁膜
１１７、４１７、５１７、６１７Ａ、６１７Ｂ、８１７Ａ、８１７Ｂ、２０１４ 読出し電極
１１８、１２２ 配線
１１９ 貫通電極
１２０ 蓄積電荷
１２１ 配線層
１３１ 保護膜
１３２ 平坦化膜
１３３ オンチップレンズ
３１５ シールド電極
５１５ 捕集電極
５２５ 変調電極
６１５Ａ、６１５Ｂ 領域
１１１６、２０１６ メモリ電極
１８３３ カラーフィルタ
３０００ 電子機器
３０２０ 撮像レンズ
３０３０ 記憶部
３０４０ プロセッサ
３１０１ 画素アレイ部
３１０２ 垂直駆動回路
３１０２Ａ 電圧印加回路
３１０３、３１０３Ａ、３１０３Ｂ カラム処理回路
３１０４ 水平駆動回路
３１０５ システム制御部
３１０８ 信号処理部
３１０９ データ格納部
３１１０ 単位画素
３１１０Ｂ、３１１０Ｇ、３１１０Ｒ 画素
３１２１ 受光チップ
３１２２ 回路チップ
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 開口
ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３ 増幅トランジスタ
ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３ 浮遊拡散領域
ＬＤ 画素駆動線
ＰＤ１、ＰＤ２ フォトダイオード
ＰＤ３、ＰＤ２０３ 有機光電変換素子
ＲＳＴ１、ＲＳＴ２、ＲＳＴ３ リセットトランジスタ
Ｓ１、Ｓ２ 系統
ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３ 選択トランジスタ
ＴＲＧ１、ＴＲＧ２ 転送トランジスタ
ＶＳＬ 垂直信号線
１０１ 半導体基板
１０２、１０４ Ｐ型半導体領域
１０３、１０５ Ｎ型半導体領域
１０６ 絶縁膜
１１１ 絶縁層
１１２、１６１２ 共通電極
１１３、１６１３ 光電変換膜
１１４、１１４Ａ、５１４、５２４、９１４、１５１４、１５１４ａ、１５１４ｂ、１５１４ｃ 半導体層
１１４Ａ 凸部
１１５、２１５、６１５、７１５Ａ、７１５Ｂ、８１５Ａ、８１５Ｂ、２０１５ 蓄積電極
１１５Ａ、３１５Ａ 透明電極材料膜
１１６、１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、２１６、３１６、３１６Ａ、３１６Ｂ、３１６Ｃ、５１６ 絶縁膜
１１７、４１７、５１７、６１７Ａ、６１７Ｂ、８１７Ａ、８１７Ｂ、２０１４ 読出し電極
１１８、１２２ 配線
１１９ 貫通電極
１２０ 蓄積電荷
１２１ 配線層
１３１ 保護膜
１３２ 平坦化膜
１３３ オンチップレンズ
３１５ シールド電極
５１５ 捕集電極
５２５ 変調電極
６１５Ａ、６１５Ｂ 領域
１１１６、２０１６ メモリ電極
１８３３ カラーフィルタ
３０００ 電子機器
３０２０ 撮像レンズ
３０３０ 記憶部
３０４０ プロセッサ
３１０１ 画素アレイ部
３１０２ 垂直駆動回路
３１０２Ａ 電圧印加回路
３１０３、３１０３Ａ、３１０３Ｂ カラム処理回路
３１０４ 水平駆動回路
３１０５ システム制御部
３１０８ 信号処理部
３１０９ データ格納部
３１１０ 単位画素
３１１０Ｂ、３１１０Ｇ、３１１０Ｒ 画素
３１２１ 受光チップ
３１２２ 回路チップ
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 開口
ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３ 増幅トランジスタ
ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３ 浮遊拡散領域
ＬＤ 画素駆動線
ＰＤ１、ＰＤ２ フォトダイオード
ＰＤ３、ＰＤ２０３ 有機光電変換素子
ＲＳＴ１、ＲＳＴ２、ＲＳＴ３ リセットトランジスタ
Ｓ１、Ｓ２ 系統
ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３ 選択トランジスタ
ＴＲＧ１、ＴＲＧ２ 転送トランジスタ
ＶＳＬ 垂直信号線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【図60】
【図61】
【図62】
【図63】
【図64】
【図65】
【図66】
【図67】
【図68】
【図69】