成像元件、层叠型成像元件和固态成像装置

技术领域

本公开涉及一种成像元件、层叠型成像元件和固态成像装置。

背景技术

在光电转换层中使用有机半导体材料的成像元件能够对特定的颜色(波长带)进行光电转换，因此，在这样的成像元件用于固态成像装置中的情况下，由于这样的特性，因此成为可能使得获得其中子像素层叠的结构(层叠型成像元件)，这在其中片上滤色器(OCCF)和成像元件构成子像素并且子像素二维排列的常规固态成像装置中是不可能的(例如，参见日本特开第2011-138927号公报)。此外，由于不需要去马赛克，因此具有不出现任何伪色的优点。注意，在以下的说明中，为了方便起见，设置在半导体基板上或上方并且包括光电转换单元的成像元件可以称为“第一类型的成像元件”，为了方便起见，形成第一类型的成像元件的光电转换单元可以称为“第一类型的光电转换单元”，为了方便起见，设置在半导体基板内的成像元件可以称为“第二类型的成像元件”，为了方便起见，形成第二类型的成像元件的光电转换单元可以称为“第二类型的光电转换单元”。

图95示出了在日本特开第2017-157816号公报中公开的层叠型成像元件(层叠型成像装置)的结构例。在图95所示的示例中，在半导体基板370内层叠并形成构成第三成像元件330和第二成像元件320(作为第二类型的成像元件)的第三光电转换单元331和第二光电转换单元321(作为第二类型的光电转换单元)。作为第一类型的光电转换单元的第一光电转换单元310’配置在半导体基板370的上方(具体地，在第二成像元件320的上方)。这里，第一光电转换单元310’包括第一电极311、由有机材料形成的光电转换层313和第二电极312，并且形成作为第一类型的成像元件的第一成像元件310。此外，电荷累积用电极314与第一电极311隔开设置，并且光电转换层313经由其间的绝缘层382位于电荷累积用电极314的上方。第二光电转换单元321和第三光电转换单元331例如根据吸收系数的不同分别对蓝色光和红色光进行光电转换。另一方面，第一光电转换单元310’对绿色光进行光电转换。

当在第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中临时累积之后，在第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中通过光电转换产生的电荷分别由纵型晶体管(示为栅极部322)和传输晶体管(示为栅极部332)传输到第二浮动扩散层FD

在第一光电转换单元310’中通过光电转换产生的电荷在电荷累积期间被吸引到电荷累积用电极314，并且在光电转换层313中累积。在电荷传输期间，在光电转换层313中累积的电荷经由第一电极311、接触孔部361和配线层362在形成于半导体基板370中的第一浮动扩散层FD

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本特开第2017-157816号公报

发明内容

发明要解决的问题

尽管上述专利出版物中公开的成像元件具有优异的特性，但是在电荷传输期间需要将在光电转换层313中累积的电荷更可靠地传输到第一电极311。

因此，本公开的目的是提供一种具有能够在电荷传输期间将在光电转换层中累积的电荷更可靠地传输到第一电极的构成和结构的成像元件、包括该成像元件的层叠型成像元件、包括该成像元件或层叠型成像元件的固态成像装置。

问题的解决方案

用于实现上述目的的根据本公开第一实施方案的成像元件包括：

第一电极；

与第一电极隔开配置的电荷累积用电极；

与第一电极接触并形成在所述电荷累积用电极上方的光电转换层，绝缘层夹设在所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间；和

形成在所述光电转换层上的第二电极，其中

所述绝缘层的位于所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间的部分包括第一区域和第二区域，

所述绝缘层的占据第一区域的部分由第一绝缘层形成，

所述绝缘层的占据第二区域的部分由第二绝缘层形成，和

形成第二绝缘层的材料的固定电荷的绝对值小于形成第一绝缘层的材料的固定电荷的绝对值。

用于实现上述目的的根据本公开第二实施方案的成像元件包括：

第一电极；

与第一电极隔开配置的电荷累积用电极；

与第一电极接触并形成在所述电荷累积用电极上方的光电转换层，绝缘层夹设在所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间；和

形成在所述光电转换层上的第二电极，其中

绝缘材料层设置在第一电极和所述电荷累积用电极之间，和

形成所述绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性。

用于实现上述目的的根据本公开第三实施方案的成像元件包括：

第一电极；

与第一电极隔开配置的电荷累积用电极；

与第一电极接触并形成在所述电荷累积用电极上方的光电转换层，绝缘层夹设在所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间；和

形成在所述光电转换层上的第二电极，其中

绝缘材料层形成为与所述电荷累积用电极的不面对第一电极的部分的至少一部分接触，和

形成所述绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

用于实现上述目的的根据本公开的层叠型成像元件包括至少一个根据本公开第一至第三实施方案的成像元件。

用于实现上述目的的根据本公开第一实施方案的固态成像装置包括多个根据本公开第一至第三实施方案的成像元件。此外，用于实现上述目的的根据本公开第二实施方案的固态成像装置包括多个本公开的层叠型成像元件。

附图说明

图1A和图1B是实施例1的成像元件及其变形例的示意性局部断面图。

图2是示出实施例1的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系的示意图。

图3A和图3B是实施例2的成像元件及其变形例的示意性局部断面图，图3C是实施例3的成像元件的示意性局部断面图。

图4是示出实施例2的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系的示意图。

图5是示出实施例3的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系的示意图。

图6A和图6B是实施例4的成像元件及其变形例的示意性局部断面图。

图7是示出实施例4的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系的示意图。

图8A和图8B是实施例5的成像元件及其变形例的示意性局部断面图。

图9是示出图8A所示的实施例5的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系的示意图。

图10是示出图8B所示的实施例5的成像元件的变形例(实施例4的成像元件和实施例5的成像元件的组合)中的第一电极、绝缘层等的位置关系的示意图。

图11是实施例6的成像元件(并排布置的两个成像元件)的一部分的示意性断面图。

图12是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。

图13是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

图14是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

图15是实施例6的成像元件的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。

图16是构成实施例6的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。

图17是构成实施例6的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的变形例(实施例6的变形例1)的示意性布局图。

图18是示出在实施例6的成像元件的操作期间在各部分处的电位的状态的示意图。

图19A、图19B和图19C是实施例6、实施例10和实施例11的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图，用于说明图18(实施例6)、图46(实施例10)和图53(实施例11)中所示的各部分。

图20是实施例6的固态成像装置的概念图。

图21是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的变形例(实施例6的变形例2)的等效电路图。

图22是图21所示的实施例6的成像元件的变形例(实施例6的变形例2)的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。

图23是构成实施例6的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的变形例(实施例6的变形例3)的示意性布局图。

图24是构成实施例6的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的变形例(实施例6的变形例4)的示意性布局图。

图25是构成实施例6的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的变形例(实施例6的变形例5)的示意性布局图。

图26是实施例6的成像元件(并排布置的两个成像元件)的变形例(实施例6的变形例6)的示意性断面图。

图27是实施例7的成像元件(并排布置的两个成像元件)的一部分的示意性断面图。

图28是实施例7的成像元件(并排布置的2×2个成像元件)的一部分的示意性平面图。

图29是实施例7的成像元件(并排布置的2×2个成像元件)的变形例(实施例7的变形例1)的一部分的示意性平面图。

图30A和图30B是实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例2)的一部分的示意性平面图。

图31A和图31B是实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例3)的一部分的示意性平面图。

图32A和图32B是实施例7的成像元件(并排布置的两个成像元件)的变形例(实施例7的变形例4A和变形例4B)的一部分的示意性断面图。

图33A和图33B是实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例4A)的一部分的示意性平面图。

图34A和图34B是实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例4B)的一部分的示意性平面图。

图35A和图35B是实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例4C)的一部分的示意性平面图。

图36A和图36B是实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例4D)的一部分的示意性平面图。

图37是实施例8的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。

图38是实施例9的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。

图39是实施例9的成像元件和层叠型成像元件的变形例的示意性局部断面图。

图40是实施例9的成像元件的另一变形例的示意性局部断面图。

图41是实施例9的成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。

图42是实施例10的成像元件和层叠型成像元件的一部分的示意性局部断面图。

图43是实施例10的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

图44是实施例10的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

图45是实施例10的成像元件的第一电极、传输控制用电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。

图46是示出在实施例10的成像元件的操作期间在各部分处的电位的状态的示意图。

图47是示出在实施例10的成像元件的另一个操作期间在各部分处的电位的状态的示意图。

图48是实施例10的成像元件的变形例的第一电极、传输控制用电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。

图49是实施例11的成像元件和层叠型成像元件的一部分的示意性局部断面图。

图50是实施例11的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

图51是实施例11的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

图52是实施例11的成像元件的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。

图53是示出在实施例11的成像元件的操作期间在各部分处的电位的状态的示意图。

图54是示出在实施例11的成像元件的另一个操作期间(在电荷传输期间)在各部分处的电位的状态的示意图。

图55是构成实施例11的成像元件的变形例的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。

图56是实施例12的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。

图57是示出在实施例12的成像元件中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的放大图的示意性局部断面图。

图58是实施例12的成像元件的变形例的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。

图59是示出在实施例13的成像元件中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的放大图的示意性局部断面图。

图60是实施例14的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。

图61是实施例15和实施例16的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。

图62A和图62B是实施例16中的电荷累积用电极段的示意性平面图。

图63A和图63B是实施例16中的电荷累积用电极段的示意性平面图。

图64是实施例16的成像元件的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。

图65是构成实施例16的成像元件的变形例的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。

图66是实施例17和实施例16的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。

图67A和图67B是实施例17中的电荷累积用电极段的示意性平面图。

图68是实施例18的固态成像装置中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图69是实施例18的固态成像装置的第一变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图70是实施例18的固态成像装置的第二变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图71是实施例18的固态成像装置的第三变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图72是实施例18的固态成像装置的第四变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图73是实施例18的固态成像装置的第五变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图74是实施例18的固态成像装置的第六变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图75是实施例18的固态成像装置的第七变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图76是实施例18的固态成像装置的第八变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图77是实施例18的固态成像装置的第九变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图78A、图78B和图78C是示出实施例18的成像元件块中的读出驱动的示例的图。

图79是实施例19的固态成像装置中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图80是实施例19的固态成像装置的变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图81是实施例19的固态成像装置的变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图82是实施例19的固态成像装置的变形例中的第一电极和电荷累积用电极段的示意性平面图。

图83是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的另一变形例的示意性局部断面图。

图84是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。

图85A、图85B和图85C是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例中的第一电极的部分等的放大图的示意性局部断面图。

图86是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。

图87是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。

图88是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。

图89是实施例10的成像元件和层叠型成像元件的另一变形例的示意性局部断面图。

图90是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。

图91是实施例6的成像元件和层叠型成像元件的又一变形例的示意性局部断面图。

图92是示出在实施例12的成像元件的变形例中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的放大图的示意性局部断面图。

图93是示出在实施例13的成像元件的变形例中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分的放大图的示意性局部断面图。

图94是在电子设备(相机)中使用包括本公开的成像元件和层叠型成像元件的固态成像装置的示例的概念图。

图95是常规的层叠型成像元件(层叠型固态成像装置)的概念图。

具体实施方式

以下是基于实施方案并参照附图对本公开的说明。然而，本公开不限于这些实施方案，在实施方案中提及的各种数值和材料仅是示例。注意，按以下顺序进行说明。

1.根据本公开第一至第三实施方案的成像元件和层叠型成像元件以及根据本公开第一和第二实施方案的固态成像装置的一般说明

2.实施例1(根据本公开第一实施方案的成像元件和根据本公开第一实施方案A的成像元件)

3.实施例2(根据本公开第一实施方案B的成像元件)

4.实施例3(根据本公开第一实施方案C的成像元件)

5.实施例4(根据本公开第二实施方案的成像元件)

6.实施例5(根据本公开第三实施方案的成像元件)

7.实施例6(本公开的层叠型成像元件以及根据本公开第二实施方案的固态成像装置)

8.实施例7(本公开的层叠型成像元件和根据本公开第二实施方案的固态成像装置)

9.实施例8(实施例6和7的成像元件的变形)

10.实施例9(实施例6～8的变形以及根据本公开第一实施方案的固态成像装置)

11.实施例10(实施例6～9的变形以及包括传输控制用电极的成像元件)

12.实施例11(实施例6～10的变形以及包括多个电荷累积用电极段的成像元件)

13.实施例12(第一和第六构成的成像元件)

14.实施例13(本公开的第二和第六构成的成像元件)

15.实施例14(第三构成的成像元件)

16.实施例15(第四构成的成像元件)

17.实施例16(第五构成的成像元件)

18.实施例17(第六构成的成像元件)

19.实施例18(第一和第二构成的固态成像装置)

20.实施例19(实施例18的变形)

21.其他方面

<根据本公开第一至第三实施方案的成像元件和层叠型成像元件以及根据本公开第一和第二实施方案的固态成像装置的一般说明>

根据本公开第一实施方案的成像元件、形成层叠型成像元件的根据本公开第一实施方案的成像元件以及形成根据本公开第一或第二实施方案的固态成像装置的根据本公开第一实施方案的成像元件，在某些情况下，下文将统称为“根据本公开第一实施方案的成像元件等”。此外，根据本公开第二实施方案的成像元件、形成层叠型成像元件的根据本公开第二实施方案的成像元件以及形成根据本公开第一或第二实施方案的固态成像装置的根据本公开第二实施方案的成像元件，在某些情况下，下文将统称为“根据本公开第二实施方案的成像元件等”。此外，根据本公开第三实施方案的成像元件、形成层叠型成像元件的根据本公开第三实施方案的成像元件以及形成根据本公开第一或第二实施方案的固态成像装置的根据本公开第三实施方案的成像元件，在某些情况下，下文将统称为“根据本公开第三实施方案的成像元件等”。

在根据本公开第一实施方案的成像元件等中，

第二区域可以位于与第一电极相对的位置，和

第一区域可以位于与第二区域相邻的位置。注意，为了方便起见，在这种形态下的根据本公开第一实施方案的成像元件等可以称为“根据本公开第一实施方案A的成像元件等”。此外，在根据本公开第一实施方案A的成像元件等中，形成第一绝缘层的材料可以具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

此外，将被发送到第一电极的载流子可以是电子，

第一绝缘层可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成，和

第二绝缘层可以由氧化硅形成。此外，在这些情况下，从第二绝缘层延伸的第二绝缘层延伸部可以形成在第一绝缘层和所述光电转换层之间。注意，在将被发送到第一电极的载流子是空穴的情况下，

第一绝缘层可以由氮氧化硅或氮化硅形成，和

第二绝缘层可以由氧化硅形成。

如果第一区域的面积由S

0.1≤S

可选择地，在根据本公开第一实施方案的成像元件等中，

第一区域可以位于与第一电极相对的位置，和

第二区域可以位于与第一区域相邻的位置。注意，为了方便起见，在这种形态下的根据本公开第一实施方案的成像元件等可以称为“根据本公开第一实施方案B的成像元件等”。此外，在根据本公开第一实施方案B的成像元件等中，形成第一绝缘层的材料可以具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性。

此外，将被发送到第一电极的载流子可以是电子，

第一绝缘层可以由氮氧化硅或氮化硅形成，和

第二绝缘层可以由氧化硅形成。此外，在这些情况下，从第二绝缘层延伸的第二绝缘层延伸部可以形成在第一绝缘层和所述光电转换层之间。注意，在将被发送到第一电极的载流子是空穴的情况下，

第一绝缘层可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成，和

第二绝缘层可以由氧化硅形成。

在根据本公开第一实施方案B的成像元件等中，优选满足

0.1≤S

可选择地，在根据本公开第一实施方案的成像元件等中，

所述绝缘层的位于所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间的部分还可以具有第三区域，

第一区域可以位于与第一电极相对的位置，

第三区域可以位于与第一区域相邻的位置，

第二区域可以位于第一区域和所述光电转换层之间以及第三区域和所述光电转换层之间，

所述绝缘层的占据第三区域的部分可以由第三绝缘层形成，和

形成第二绝缘层的材料的固定电荷的绝对值可以小于形成第三绝缘层的材料的固定电荷的绝对值。注意，为了方便起见，在这种形态下的根据本公开第一实施方案的成像元件等可以称为“根据本公开第一实施方案C的成像元件等”。此外，在根据本公开第一实施方案C的成像元件等中，

形成第一绝缘层的材料可以具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性，和

形成第三绝缘层的材料可以具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

此外，将被发送到第一电极的载流子可以是电子，

第一绝缘层可以由氮氧化硅或氮化硅形成，

第三绝缘层可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成，和

第二绝缘层可以由氧化硅形成。注意，在将被发送到第一电极的载流子是空穴的情况下，

第一绝缘层可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成，

第三绝缘层可以由氮氧化硅或氮化硅形成，和

第二绝缘层可以由氧化硅形成。

如果第三区域的面积由S

0.1≤S

在根据本公开第一实施方案的成像元件等中，可以通过基于纳米探测技术的CV测量方法来测量固定电荷。即，可以通过CV测量获得平坦带电压，以评价固定电荷量。

此外，在以上说明的包括根据本公开第一实施方案A的成像元件等、根据本公开第一实施方案B的成像元件等和根据本公开第一实施方案C的成像元件等的根据本公开第一实施方案的成像元件等中，

绝缘材料层(为方便起见，可以称为“第一绝缘材料层”)可以设置在第一电极和所述电荷累积用电极之间，和

形成所述绝缘材料层(第一绝缘材料层)的材料可以具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性。即，这种形态是根据本公开第一实施方案的成像元件等和根据本公开第二实施方案的成像元件等的组合。

此外，在上述优选形态的包括以上说明的根据本公开第一实施方案A的成像元件等、根据本公开第一实施方案B的成像元件等和根据本公开第一实施方案C的成像元件等的根据本公开第一实施方案的成像元件等中，

第二绝缘材料层可以设置为与所述电荷累积用电极的不面对第一电极的部分的至少一部分接触，和

形成第二绝缘材料层的材料可以具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。即，这种形态是根据本公开第一实施方案的成像元件等和根据本公开第三实施方案的成像元件等的组合。此外，可以适当地组合根据本公开第一实施方案的成像元件等、根据本公开第二实施方案的成像元件等和根据本公开第三实施方案的成像元件等。

在根据本公开第二实施方案的成像元件等中，所述绝缘层可以沿着所述光电转换层和所述绝缘材料层之间的至少一部分延伸。此外，在包括这种形态的根据本公开第二实施方案的成像元件等中，

第二绝缘材料层可以设置为与所述电荷累积用电极的不面对第一电极的部分的至少一部分接触，和

形成第二绝缘材料层的材料可以具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

此外，将被发送到第一电极的载流子可以是电子，

绝缘材料层可以由氮氧化硅或氮化硅形成，和

第二绝缘材料层可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成。注意，在将被发送到第一电极的载流子是空穴的情况下，

所述绝缘材料层可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成，和

第二绝缘材料层可以由氮氧化硅或氮化硅形成。

在根据本公开第三实施方案的成像元件等中，

将被发送到第一电极的载流子可以是电子，和

所述绝缘材料层可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成。注意，在将被发送到第一电极的载流子是空穴的情况下，

所述绝缘材料层可以由氮氧化硅或氮化硅形成。

在包括以上说明的各种优选形态的根据本公开第一至第三实施方案的成像元件、形成层叠型成像元件的根据本公开第一至第三实施方案的成像元件以及形成根据本公开第一和第二实施方案的固态成像装置的根据本公开第一至第三实施方案的成像元件(在某些情况下，这些成像元件下文将统称为“本公开的成像元件等”)中，选自氧化铝(Al

此外，在包括以上说明的各种优选形态的本公开的成像元件等中，代替氧化硅，可以使用广义上的氧化硅材料。这里，氧化硅材料的例子不仅包括氧化硅(SiO

形成绝缘层、第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层的方法的示例包括各种CVD法、各种PVD法和ALD法。

在包括上述优选形态的本公开的成像元件等中，

还可以设有控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，

第一电极和所述电荷累积用电极可以连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路可以将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路可以将电位V

V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

此外，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中，电荷移动控制电极(下部电荷移动控制电极)可以形成在经由绝缘层与所述光电转换层的位于所述成像元件和相邻的成像元件之间的区域相对的区域中。此外，在这种情况下，

还可以设有控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，

第一电极、第二电极、所述电荷累积用电极和所述电荷移动控制电极可以连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路可以将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路可以将电位V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

此外，或者可选择地，代替第二电极，电荷移动控制电极(上部电荷移动控制电极)可以形成在所述光电转换层的位于所述成像元件和相邻的成像元件之间的区域的上方。此外，在这种情况下，

还可以设有控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，

第一电极、第二电极、所述电荷累积用电极和所述电荷移动控制电极可以连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路可以将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路可以将电位V

V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

包括上述优选形态的本公开的成像元件等还可以包括半导体基板，并且光电转换单元可以配置在所述半导体基板的上方。注意，第一电极、所述电荷累积用电极、第二电极和各种电极连接到后述的驱动电路。

此外，包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等还可以包括设置在第一电极和所述电荷累积用电极之间、与第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置并且经由根据本公开第一实施方案的成像元件等的绝缘层或根据本公开第二实施方案的成像元件等的绝缘材料层与所述光电转换层对向配置的传输控制用电极(电荷传输电极)。注意，在某些情况下，为了方便起见，这种形态的本公开的成像元件等也可以称为“包括传输控制用电极的本公开的成像元件等”。此外，在包括传输控制用电极的本公开的成像元件等中，

还可以设有控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，

第一电极、所述电荷累积用电极和所述传输控制用电极可以连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路可以将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路可以将电位V

V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

此外，包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等还可以包括连接到所述光电转换层并且与第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置的电荷排出电极。注意，为了方便起见，这种形态的本公开的成像元件等也称为“包括电荷排出电极的本公开的成像元件等”。此外，在包括电荷排出电极的本公开的成像元件等中，所述电荷排出电极可以配置为围绕第一电极和所述电荷累积用电极(换句话说，像框一样)。所述电荷排出电极可以由多个成像元件共用(共用)。此外，在这种情况下，

所述光电转换层可以在形成于所述绝缘层中的第二开口部内延伸，并连接到所述电荷排出电极，

所述电荷排出电极的顶面的边缘部可以被所述绝缘层覆盖，

所述电荷排出电极可以通过第二开口部的底面露出，和

其中，所述绝缘层的与所述电荷排出电极的顶面接触的表面是第三面，并且所述绝缘层的与所述光电转换层的面对所述电荷累积用电极的部分接触的表面是第二面，第二开口部的侧面可以是从第三面朝向第二面扩展的倾斜。

此外，在包括电荷排出电极的本公开的成像元件等中，

还可以设有控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，

第一电极、所述电荷累积用电极和所述电荷排出电极可以连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路可以将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路可以将电位V

V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

此外，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中，所述电荷累积用电极可以由多个电荷累积用电极段形成。注意，为了方便起见，在某些情况下，这种形态的本公开的成像元件等也可以称为“包括多个电荷累积用电极段的本公开的成像元件等”。所述电荷累积用电极段的数量仅需要为两个以上。此外，在包括多个电荷累积用电极段的本公开的成像元件等中，在将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个的情况下，

在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间，将要施加到位于最靠近第一电极的位置处的电荷累积用电极段(第一光电转换单元段)的电位可以高于将要施加到位于最远离第一电极的位置处的电荷累积用电极段(第N光电转换单元段)的电位，和

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间，将要施加到位于最靠近第一电极的位置处的电荷累积用电极段(第一光电转换单元段)的电位可以低于将要施加到位于最远离第一电极的位置处的电荷累积用电极段(第N光电转换单元段)的电位。

此外，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中，所述电荷累积用电极的尺寸可以大于第一电极的尺寸。如果所述电荷累积用电极的面积由s

除了在形成有上部电荷移动控制电极的情况下，位于光入射侧的第二电极可以由多个成像元件共用。即，第二电极可以是所谓的固体电极。在本公开的成像元件等中，所述光电转换层可以由多个成像元件共用。即，可以针对多个成像元件形成一个光电转换层。

此外，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中，第一电极可以在形成于所述绝缘层(在根据本公开第二实施方案的成像元件等中，在某些情况下，所述绝缘材料层的一部分和所述绝缘层)中的开口部内延伸并且连接到所述光电转换层。可选择地，所述光电转换层可以在形成于所述绝缘层中的开口部内延伸并且连接到第一电极。

在这种情况下，

第一电极的顶面的边缘部可以被所述绝缘层覆盖，

第一电极可以通过所述开口部的底面露出，和

其中，所述绝缘层的与第一电极的顶面接触的表面为第一面，并且所述绝缘层的与所述光电转换层的面对所述电荷累积用电极的部分接触的表面为第二面，所述开口部的侧面可以是从第一面朝向第二面扩展的倾斜，并且此外，具有从第一面朝向第二面扩展的倾斜的所述开口部的侧面可以位于电荷累积用电极侧。注意，这包括其中在所述光电转换层和第一电极之间形成有其他层的形态(例如，其中在所述光电转换层和第一电极之间形成有适于电荷累积的材料层的形态)。

此外，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中，

在半导体基板中可以配置有构成控制单元的至少浮动扩散层和放大晶体管，和

第一电极可以连接到所述浮动扩散层和所述放大晶体管的栅极部。此外，在这种情况下，

在所述半导体基板中还可以配置有构成所述控制单元的复位晶体管和选择晶体管，

所述浮动扩散层可以连接到所述复位晶体管的一个源/漏区域，和

所述放大晶体管的一个源/漏区域可以连接到所述选择晶体管的一个源/漏区域，并且所述选择晶体管的另一个源/漏区域可以连接到信号线。

可选择地，包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等的变形例可以包括以下说明的第一构成至第六构成的成像元件。具体地，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中的第一构成至第六构成的成像元件中，

光电转换单元由N(N≥2)个光电转换单元段形成，

光电转换层由N个光电转换层段形成，

绝缘层由N个绝缘层段形成，

在第一构成至第三构成的成像元件中，电荷累积用电极由N个电荷累积用电极段形成，

在第四构成和第五构成的成像元件中，电荷累积用电极由彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段形成，

第n(n＝1，2，3，...，N)光电转换单元段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，

更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极的位置。

此外，在第一构成的成像元件中，所述绝缘层段的厚度从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变化。此外，在第二构成的成像元件中，所述光电转换层段的厚度从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变化。此外，在第三构成的成像元件中，形成所述绝缘层段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的。此外，在第四构成的成像元件中，形成所述电荷累积用电极段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的。此外，在第五构成的成像元件中，所述电荷累积用电极段的面积从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变小。注意，面积可以连续地或以阶梯状变小。

可选择地，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中的第六构成的成像元件中，沿着Y-Z假想平面截取的电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，其中电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠方向为Z方向，并且远离第一电极的方向为X方向。注意，截面积的变化可以是连续的或阶梯状的。

在第一构成和第二构成的成像元件中，所述N个光电转换层段连续地布置，所述N个绝缘层段也连续地布置，并且所述N个电荷累积用电极段也连续地布置。此外，在第三构成至第五构成的成像元件中，所述N个光电转换层段连续地布置。此外，在第四构成和第五构成的成像元件中，所述N个绝缘层段连续地布置。另一方面，在第三构成的成像元件中，针对所述各个光电转换单元段一一对应地设置所述N个绝缘层段。此外，在第四构成和第五构成的成像元件中，并且在某些情况下，在第三构成的成像元件中，针对所述各个光电转换单元段一一对应地设置所述N个电荷累积用电极段。此外，在第一构成至第六构成的成像元件中，将相同的电位施加到所有的所述电荷累积用电极段。可选择地，在第四构成和第五构成的成像元件中，并且在某些情况下，在第三构成的成像元件中，可以将不同的电位施加到所述N个电荷累积用电极段中的每个。

在第一构成至第六构成的成像元件中以及在其中使用所述成像元件的本公开的层叠型成像元件和固态成像装置中，规定各绝缘层段的厚度，规定各光电转换层段的厚度，形成所述绝缘层段的材料不同，形成所述电荷累积用电极段的材料不同，规定各电荷累积用电极段的面积，或者规定各层叠部分的截面积。因此，形成了一种电荷传输梯度，因而可以更容易且更可靠地将通过光电转换产生的电荷传输到第一电极。结果，可以进一步防止残像的产生和电荷传输残余的产生。

本公开的层叠型成像元件的变形例可以是包括至少一个上述第一构成至第六构成的成像元件的层叠型成像元件。此外，根据本公开第一实施方案的固态成像装置的变形例可以是包括多个上述第一构成至第六构成的成像元件的固态成像装置，并且根据本公开第二实施方案的固态成像装置的变形例可以是包括多个具有上述第一构成至第六构成的成像元件中的至少一个的层叠型成像元件的固态成像装置。

在第一构成至第五构成的成像元件中，更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极的位置，并且基于X方向判断光电转换单元段是否位于远离第一电极的位置。此外，在第六构成的成像元件中，远离第一电极的方向是X方向。然而，“X方向”定义如下。具体地，其中布置有多个成像元件或层叠型成像元件的像素区域由以二维阵列状或在X方向和Y方向上规则排列的多个像素形成。在各像素的平面形状是矩形的情况下，将最靠近第一电极的边延伸的方向设定为Y方向，并将与Y方向直交的方向设定为X方向。可选择地，在各像素的平面形状是期望形状的情况下，将包括最接近第一电极的线段或曲线的整体方向设定为Y方向，并将与Y方向直交的方向设定为X方向。

在以下说明的情况下，在第一构成至第六构成的成像元件中，第一电极的电位高于第二电极的电位。然而，在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，仅需要切换各电位的高低。

在第一构成的成像元件中，所述绝缘层段的厚度从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变化。然而，所述绝缘层段的厚度可以逐渐变厚或变薄。通过这种变化，形成了一种电荷传输梯度。

在将要累积的电荷为电子的情况下，仅需要采用使绝缘层段的厚度逐渐变厚的构成。在将要累积的电荷为空穴的情况下，仅需要采用使绝缘层段的厚度逐渐变薄的构成。此外，在这些情况下，在电荷累积期间，当|V

在第二构成的成像元件中，所述光电转换层段的厚度可以从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变化。然而，所述光电转换层段的厚度可以逐渐变厚或变薄。通过这种变化，形成了一种电荷传输梯度。

在将要累积的电荷是电子的情况下，仅需要采用光电转换层段的厚度逐渐变厚的构成。在将要累积的电荷是空穴的情况下，仅需要采用光电转换层段的厚度逐渐变薄的构成。此外，在光电转换层段的厚度逐渐变厚的情况下，在电荷累积期间，当V

在第三构成的成像元件中，形成所述绝缘层段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的，因此，形成了一种电荷传输梯度。然而，形成所述绝缘层段的材料的相对介电常数的值优选从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变小。此外，由于采用了这样的构成，所以在电荷累积期间，当V

在第四构成的成像元件中，形成所述电荷累积用电极段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的，因此，形成了一种电荷传输梯度。然而，形成所述绝缘层段的材料的功函数的值从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变大。由于采用了这样的构成，所以无论电压是正还是负，都能够形成有利于信号电荷传输的电位梯度。

在第五构成的成像元件中，所述电荷累积用电极段的面积从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变小，因此，形成了一种电荷传输梯度。在电荷累积期间，当V

在第六构成的成像元件中，层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，因此，形成了一种电荷传输梯度。具体地，在其中在层叠部分的断面的宽度在更远离第一电极的位置处更小的同时使层叠部分的断面的厚度一致的构成中，如同上述的第五构成的成像元件中那样，在电荷累积期间，当V

根据本公开第一实施方案的固态成像装置的另一个变形例可以是这样的固态成像装置，所述固态成像装置包括

多个第一构成至第六构成的成像元件，其中

成像元件块由多个成像元件形成，和

第一电极由构成所述成像元件块的多个成像元件共用。注意，为了方便起见，具有这种构成的固态成像装置称为“第一构成的固态成像装置”。可选择地，根据本公开第二实施方案的固态成像装置的另一个变形例可以是这样的固态成像装置，所述固态成像装置包括

多个层叠型成像元件，所述层叠型成像元件包括至少一个第一构成至第六构成的成像元件，其中

成像元件块由多个层叠型成像元件形成，和

第一电极由构成所述成像元件块的多个层叠型成像元件共用。注意，为了方便起见，具有这种构成的固态成像装置称为“第二构成的固态成像装置”。此外，在如上那样第一电极由构成成像元件块的多个成像元件共用的情况下，可以使其中布置有多个成像元件的像素区域中的构成和结构简单化和微型化。

在第一构成和第二构成的固态成像装置中，针对多个成像元件(或一个成像元件块)设置一个浮动扩散层。这里，针对一个浮动扩散层设置的多个成像元件可以由后述的多个第一类型的成像元件形成，或者可以由至少一个第一类型的成像元件和一个或多个后述的第二类型的成像元件形成。于是，适宜地控制电荷传输期间的时机，使得多个成像元件可以共享一个浮动扩散层。多个成像元件彼此联动地操作，并且作为成像元件块连接到后述的驱动电路。换句话说，构成成像元件块的多个成像元件连接到一个驱动电路。然而，针对各成像元件执行电荷累积用电极的控制。此外，多个成像元件可以共享一个接触孔部。关于由多个成像元件共用的第一电极和各个成像元件的电荷累积用电极之间的位置关系，在某些情况下，第一电极可以配置成与各个成像元件的电荷累积用电极相邻。可选择地，第一电极配置成与多个成像元件中的一个成像元件的电荷累积用电极相邻，并且不与多个成像元件的其余电荷累积用电极相邻。在这种情况下，电荷经由多个成像元件中的一个成像元件从多个其余成像元件移动到第一电极。为了确保从各成像元件到第一电极的电荷的移动，成像元件的电荷累积用电极与另一个成像元件的电荷累积用电极之间的距离(为了方便起见，称为“距离A”)优选长于在同第一电极相邻的成像元件中的第一电极与电荷累积用电极之间的距离(为了方便起见，称为“距离B”)。此外，对于位于更远离第一电极的位置处的成像元件，距离A的值优选更大。

此外，在包括上述各种优选形态的本公开的成像元件等中，光可以从第二电极侧进入，并且遮光层可以形成在更靠近第二电极的光入射侧。可选择地，光可以从第二电极侧进入，但是光不进入第一电极(或者在某些情况下，第一电极和传输控制用电极)。此外，在这种情况下，遮光层可以形成在更靠近第二电极的光入射侧并在第一电极的上方(或者在某些情况下在第一电极和传输控制用电极的上方)。可选择地，在电荷累积用电极和第二电极的上方可以设有片上微透镜，并且进入所述片上微透镜的光可以被收集到所述电荷累积用电极。这里，所述遮光层可以配置在第二电极的光入射侧的表面的上方，或者可以配置在第二电极的光入射侧的表面上。在某些情况下，所述遮光层可以形成在第二电极中。形成遮光层的材料的示例包括铬(Cr)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)和不透光的树脂(例如，聚酰亚胺树脂)。

本公开的成像元件的具体示例包括：包括吸收蓝色光(425nm～495nm的光)的光电转换层(为了方便起见，称为“第一类型的蓝色光电转换层”)并对蓝色光敏感的成像元件(为了方便起见，称为“第一类型的蓝色光用成像元件”)；包括吸收绿色光(495nm～570nm的光)的光电转换层(为了方便起见，称为“第一类型的绿色光电转换层”)并对绿色光敏感的成像元件(为了方便起见，称为“第一类型的绿色光用成像元件”)；以及包括吸收红色光(620nm～750nm的光)的光电转换层(为了方便起见，称为“第一类型的红色光电转换层”)并对红色光敏感的成像元件(为了方便起见，称为“第一类型的红色光用成像元件”)。此外，在不具有任何电荷累积用电极的常规的成像元件中，为了方便起见，对蓝色光敏感的成像元件称为“第二类型的蓝色光用成像元件”，为了方便起见，对绿色光敏感的成像元件称为“第二类型的绿色光用成像元件”，为了方便起见，对红色光敏感的成像元件称为“第二类型的红色光用成像元件”，为了方便起见，形成第二类型的蓝色光用成像元件的光电转换层称为“第二类型的蓝色光电转换层”，为了方便起见，形成第二类型的绿色光用成像元件的光电转换层称为“第二类型的绿色光电转换层”，为了方便起见，形成第二类型的红色光用成像元件的光电转换层称为“第二类型的红色光电转换层”。

本公开的层叠型成像元件包括至少一个本公开的成像元件(光电转换元件)。例如，这种层叠型成像元件的具体示例包括：

[A]其中第一类型的蓝色光用光电转换单元、第一类型的绿色光用光电转换单元和第一类型的红色光用光电转换单元沿垂直方向层叠，和

第一类型的蓝色光用成像元件、第一类型的绿色光用成像元件和第一类型的红色光用成像元件的各控制单元配置在半导体基板中的构成和结构；

[B]其中第一类型的蓝色光用光电转换单元和第一类型的绿色光用光电转换单元沿垂直方向层叠，

在这两个第一类型的光电转换单元的下方配置第二类型的红色光用光电转换单元，和

第一类型的蓝色光用成像元件、第一类型的绿色光用成像元件和第二类型的红色光用成像元件的各控制单元配置在半导体基板中的构成和结构；

[C]其中在第一类型的绿色光用光电转换单元的下方配置第二类型的蓝色光用光电转换单元和第二类型的红色光用光电转换单元，和

第一类型的绿色光用成像元件、第二类型的蓝色光用成像元件和第二类型的红色光用成像元件的各控制单元配置在半导体基板中的构成和结构；和

[D]其中在第一类型的蓝色光用光电转换单元的下方配置第二类型的绿色光用光电转换单元和第二类型的红色光用光电转换单元，和

第一类型的蓝色光用成像元件、第二类型的绿色光用成像元件和第二类型的红色光用成像元件的各控制单元配置在半导体基板中的构成和结构。

注意，这些成像元件的光电转换单元在垂直方向上的配置顺序优选如下：从光入射方向起，蓝色光用光电转换单元、绿色光用光电转换单元和红色光用光电转换单元，或者从光入射方向起，绿色光用光电转换单元、蓝色光用光电转换单元和红色光用光电转换单元。这是因为较短波长的光在光入射侧被更有效地吸收。由于红色是三种颜色中波长最长的，所以当从光入射面观察时，优选将红色光用光电转换单元配置在最下层。由这些成像元件形成的层叠结构形成一个像素。也可以包括第一类型的红外线用光电转换单元。这里，例如，第一类型的红外线用光电转换单元的光电转换层由有机材料形成，并且优选配置在第一类型的成像元件的层叠结构的最下层以及第二类型的成像元件的上方。可选择地，在第一类型的光电转换单元的下方可以设有第二类型的红外线用光电转换单元。

在第一类型的成像元件中，例如，第一电极形成在设置于半导体基板上的层间绝缘层上。形成在半导体基板上的成像元件可以是背面照射型或前面照射型的成像元件。

在光电转换层包含有机材料的情况下，光电转换层可以具有以下四种形式中的一种：

(1)由p型有机半导体形成；

(2)由n型有机半导体形成；

(3)由p型有机半导体层和n型有机半导体层的层叠结构形成，

p型有机半导体层、p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(本体异质结构)以及n型有机半导体层的层叠结构形成，

p型有机半导体层以及p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(本体异质结构)的层叠结构形成，或

n型有机半导体层以及p型有机半导体和n型有机半导体的混合层(本体异质结构)的层叠结构形成；以及

(4)由p型有机半导体和n型有机半导体的混合结构(本体异质结构)形成。然而，在各构成中，层叠顺序可以适宜地改变。

p型有机半导体的例子包括萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、

可选择地，形成光电转换绿色光的有机光电转换层的材料的例子包括若丹明染料、部花青染料、喹吖啶酮衍生物、亚酞菁染料(亚酞菁衍生物)等。形成光电转换蓝色光的有机光电转换层的材料的例子包括香豆酸染料、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)、部花青染料等。形成光电转换红色光的有机光电转换层的材料的例子包括酞菁染料和亚酞菁颜料(亚酞菁衍生物)。

可选择地，形成光电转换层的无机材料的例子包括晶体硅、非晶硅、微晶硅、晶体硒、非晶硒以及作为黄铜矿化合物的诸如CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe

可选择地，光电转换层可以具有由下部半导体层和上部光电转换层形成的层叠结构。由于以这种方式包括下部半导体层，因此可以防止例如在电荷累积期间的再结合。另外，还可以提高光电转换层中累积的电荷向第一电极的传输效率。此外，可以临时地保持在光电转换层中生成的电荷，并且可以控制传输时机等。此外，可以减少或防止暗电流。形成上部半导体层的材料仅需要从上述可以形成光电转换层的各种材料中适宜地选择。另一方面，形成下部半导体层的材料优选是带隙能量的值较大(例如，带隙能量的值为3.0eV以上)并且比形成光电转换层的材料具有更高的迁移率的材料。其具体例子包括诸如IGZO等氧化物半导体材料；过渡金属二硫族化物；碳化硅；金刚石；石墨烯；碳纳米管；和诸如缩合多环烃化合物和缩合杂环化合物等有机半导体材料。可选择地，在将要累积的电荷是电子的情况下，形成下部半导体层的材料可以是电离电位比形成光电转换层的材料的电离电位大的材料。在将要累积的电荷是空穴的情况下，形成下部半导体层的材料可以是电子亲和性比比形成光电转换层的材料的电子亲和性低的材料。可选择地，形成下部半导体层的材料中的杂质浓度优选等于或小于1×10

单板式彩色固态成像装置可以由根据本公开第一或第二实施方案的固态成像装置或者由第一或第二构成的固态成像装置形成。

包括层叠型成像元件的根据本公开第二实施方案的固态成像装置或第二构成的固态成像装置不同于包括拜耳阵列的成像元件的固态成像装置(换句话说，未使用滤色器进行蓝色、绿色和红色的色分离)。在这种固态成像装置中，对多种波长的光敏感的成像元件在同一像素内在光入射方向上层叠，以形成一个像素。因此，可以提高感度，并且还可以提高每单位体积的像素密度。此外，有机材料的吸收系数高。因此，可以使有机光电转换层的厚度小于常规的Si系光电转换层。因此，可以减少从相邻像素的漏光和对光入射角的限制。此外，在常规的Si系成像元件中，由于在三种颜色的像素之间执行插值处理以产生色信号，所以产生伪色。另一方面，在包括层叠型成像元件的根据本公开第二实施方案的固态成像装置中或在第二构成的固态成像装置中，可以减少或防止伪色的产生。由于为有机光电转换层还用作滤色器，因此可以在没有任何滤色器的情况下进行色分离。

另一方面，在根据本公开第一实施方案的固态成像装置中或在第一构成的固态成像装置中，使用滤色器可以减轻对蓝色、绿色和红色的光谱特性的要求，并且可以实现高的量产性。在根据本公开第一实施方案的固态成像装置或第一构成的固态成像装置中的成像元件的阵列的例子不仅包括拜耳阵列，还包括隔行阵列、G条纹RB方格阵列、G条纹RB完全方格阵列、方格互补色阵列、条纹阵列、斜条纹阵列、原色差阵列、场色差顺次阵列、帧色差顺次阵列、MOS型阵列、改进的MOS型阵列、帧交错阵列和场交错阵列。这里，一个像素(或子像素)由一个成像元件形成。

排列有多个本公开的成像元件或多个本公开的层叠型成像元件的像素区域由以二维阵列规则排列的多个像素形成。像素区域包括实际上接收光、放大通过光电转换产生的信号电荷并将信号电荷读出到驱动电路中的有效像素区域以及用于输出用作黑水平基准的光学黑的黑基准像素区域。黑基准像素区域通常位于有效像素区域的外周部。

在包括以上说明的各种优选形态和构成的本公开的成像元件等中，进行光照射，在光电转换层中发生光电转换，并且载流子分离成空穴和电子。然后，从其提取空穴的电极用作阳极，从其提取电子的电极用作阴极。在某些形态下，第一电极可以形成阳极，而第二电极可以形成阴极，相反，在某些形态下，第一电极可以形成阴极，而第二电极可以形成阳极。

在形成层叠型成像元件的情况下，第一电极、电荷累积用电极、电荷移动控制电极、传输控制用电极和第二电极可以由透明导电材料形成。注意，在某些情况下，电荷累积用电极、电荷移动控制电极和传输控制用电极可以统称为“第一电极等”。可选择地，在本公开的成像元件等像拜耳阵列那样排列在平面中的情况下，例如，可以使用透明导电材料来形成第二电极，并且可以使用金属材料来形成第一电极等。在这种情况下，具体地，位于光入射侧的第二电极可以由透明导电材料形成，并且第一电极等可以由例如Al-Nd(铝和钕的合金)或ASC(铝、钐和铜的合金)形成。注意，在某些情况下，由透明导电材料形成的电极可以称为“透明电极”。这里，透明导电材料的带隙能量优选为2.5eV以上，更优选为3.1eV以上。形成透明电极的透明导电材料包括导电性金属氧化物。具体地，这些例子包括氧化铟、氧化铟锡(包括ITO、氧化铟锡、Sn掺杂的In

可选择地，在不需求透明性的情况下，形成具有作为提取空穴的电极的功能的阳极的导电材料优选为具有高功函数(例如，

用于形成第一电极等和第二电极(阳极和阴极)的成膜方法可以是干式法或湿式法。干式法的例子包括物理气相沉积法(PVD法)和化学气相法。使用PVD法原理的成膜方法的例子包括使用电阻加热或高频加热的真空气相沉积法、EB(电子束)气相沉积法、各种溅射法(磁控溅射法、RF-DC耦合偏压溅射法、ECR溅射法、对向靶溅射法和射频溅射法)频率溅射法)、离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法和激光转印法。此外，CVD法的例子包括等离子体CVD法、热CVD法、金属有机(MO)CVD法和光CVD法。另一方面，湿式法的例子包括电解镀覆法、化学镀覆法、旋涂法、喷墨法、喷涂法、压模法、微接触印刷法、柔版印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、浸涂法等。图案化法的例子包括荫罩技术、激光转印、光刻术等化学蚀刻和使用紫外光、激光等的物理蚀刻。第一电极等和第二电极的平坦化技术可以是激光平坦化法、回流法、化学机械抛光(CMP)法等。

形成各种层间绝缘层和绝缘膜的材料的例子不仅包括通常是金属氧化物高介电绝缘材料的无机材料，例如：氧化硅系材料；氮化硅(SiN

构成控制单元的浮动扩散层、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的构成和结构可以类似于常规浮动扩散层、常规放大晶体管、常规复位晶体管和常规选择晶体管的构成和结构。驱动电路也可以具有已知的构成和结构。

第一电极连接到浮动扩散层和放大晶体管的栅极部，但是仅需要形成接触孔部以将第一电极连接到浮动扩散层和放大晶体管的栅极部。形成接触孔部的材料的例子包括掺杂有杂质的多晶硅、诸如钨、Ti、Pt、Pd、Cu、TiW、TiN、TiNW、WSi

可以在有机光电转换层和第一电极之间设置第一载流子阻挡层，或者可以在有机光电转换层和第二电极之间设置第二载流子阻挡层。此外，可以在第一载流子阻挡层和第一电极之间设置第一电荷注入层，或者可以在第二载流子阻挡层和第二电极之间设置第二电荷注入层。例如，形成电子注入层的材料可以是诸如锂(Li)、钠(Na)或钾(K)等碱金属、此类碱金属的氟化物或氧化物、诸如镁(Mg)或钙(Ca)等碱土金属或此类碱土金属的氟化物或氧化物。

形成各种有机层的成膜方法的例子包括干式成膜法和湿式成膜法等。干式成膜法的例子包括电阻加热法、射频加热法、利用电子束加热的真空气相沉积法、闪蒸沉积法、等离子体气相沉积法、EB气相沉积法、各种溅射法(双极溅射法、直流溅射法、直流磁控管溅射法、射频溅射法、磁控管溅射法、RF-DC耦合偏压溅射法、ECR溅射法、对向靶溅射法、射频溅射法和离子束溅射法)、直流(DC)法、RF法、多阴极法、活化反应法、电场沉积法、诸如射频离子镀法和反应性离子镀法等各种离子镀法、激光烧蚀法、分子束外延法、激光转印法和分子束外延法(MBE法)。CVD法的例子包括等离子体CVD法、热CVD法、MOCVD法和光CVD法。湿式法的具体例子包括各种印刷法，例如：旋涂法；浸渍法；浇铸法；微接触印刷法；滴铸法；丝网印刷法；喷墨印刷法；胶版印刷法；凹版印刷法；和苯胺印刷法，以及各种涂布法，例如：压模法；喷涂法；气刀涂布法；刮刀涂布法；棒涂布法；刀涂布法；挤压涂布法；反向辊涂布法；转印辊涂布法；凹版涂布法；亲吻涂布法；流延涂布法；喷雾法；狭缝孔口涂布法；和压延涂布法。注意，在涂布法中，例如，可以使用诸如甲苯、氯仿、己烷或乙醇等非极性或低极性的有机溶剂作为溶剂。图案化法的例子包括荫罩技术、激光转印、光刻术等化学蚀刻和使用紫外观、激光等的物理蚀刻。各种有机层的平坦化技术可以是激光平坦化法、回流法等。

包括以上说明的优选形态和构成的本公开第一至第三实施方案的成像元件等以及以上说明的第一至第六构成的成像元件中的两种或更多种可以根据需要进行组合。

如上所述，在成像元件或固态成像装置中，可以根据需要设置片上微透镜和遮光层，并且设置用于驱动成像元件的驱动电路和配线。在需要时，可以设置用于控制光进入成像元件的快门，并且固态成像装置根据其目的可以包括光学截止滤波器。

此外，在第一和第二构成的固态成像装置中，可以在一个成像元件的上方设置一个片上微透镜。可选择地，成像元件块可以由两个成像元件形成，并且可以在所述成像元件块的上方可以设置一个片上微透镜。

例如，在将固态成像装置和读出用集成电路(ROIC)层叠的情况下，其上形成有读出用集成电路和包括铜(Cu)的连接部的驱动用基板和其上形成有连接部的成像元件彼此层叠，使得各连接部彼此接触，并且各连接部彼此接合。以这种方式，固态成像装置和读出用集成电路可以层叠，并且各连接部可以通过焊料凸块等彼此接合。

另一方面，用于驱动根据本公开第一或第二实施方案的固态成像装置的驱动方法可以是通过重复以下步骤来驱动固态成像装置的方法：

在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层中的同时，第一电极中的电荷从系统同时排出；之后，在所有成像元件中，在光电转换层中累积的电荷同时传输到第一电极；并且，在传输完成之后，传输到第一电极的电荷在各成像元件中顺次读出。

在这样的固态成像装置的驱动方法中，各成像元件具有这样的结构，其中从第二电极侧进入的光不进入第一电极，并且在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层中的同时，第一电极中的电荷被排出。因此，在所有成像元件中，可以可靠地使第一电极同时复位。之后，在所有成像元件中，在电荷转换层中累积的电荷同时传输到第一电极，并且在传输完成之后，传输到第一电极的电荷在各成像元件中顺次读出。因此，可以容易地实现所谓的全局快门功能。

[实施例1]

实施例1涉及根据本公开第一实施方案的成像元件。注意，在实施例6及其后的实施例中，对成像元件进行详细说明。图1A示出实施例1的成像元件的示意性局部断面图。图2示意性地示出实施例1的成像元件中的第一电极、绝缘层等的位置关系。注意，为了简化附图，位于后述的层间绝缘层下方的各种成像元件的构成要素，为了方便起见，在一些情况下，统一用附图标记91表示。附图标记63、64、65、66和81也将在实施例6中说明。

实施例1的成像元件包括：

第一电极11；

与第一电极11隔开配置的电荷累积用电极14；

与第一电极11接触并经由绝缘层82形成在电荷累积用电极14上方的光电转换层13；和

形成在光电转换层13上的第二电极12。

进一步地，

绝缘层82的位于电荷累积用电极14和光电转换层13之间的部分包括第一区域82a

绝缘层的占据第一区域82a

绝缘层的占据第二区域82a

形成第二绝缘层82A

这里，在实施例1的成像元件中，第二区域82a

形成第一绝缘层82A

如果第一区域82a

0.1≤S

或具体地，例如可以满足以下条件：

S

在实施例1的成像元件中，形成第二绝缘层的材料的固定电荷的绝对值小于形成第一绝缘层的材料的固定电荷的绝对值。因此，在电荷传输期间，在光电转换层的位于第一绝缘层上的部分中累积的电荷的传输状态和在光电转换层的位于第二绝缘层上的部分中累积的电荷的传输状态之间引起差异。结果，在电荷传输期间，在光电转换层中累积的电荷可以更可靠地传输到第一电极。

即，在实施例1的成像元件中，在电荷累积期间，在光电转换层13中生成的载流子(电子)被吸引到电荷累积用电极14，但是第一区域82a

另外，实施例1或后述的实施例2～5的各成像元件包括与第一电极隔开配置并且经由绝缘层与光电转换层对向配置的电荷累积用电极。因此，当光照射到光电转换单元并且在光电转换单元中进行光电转换时，电荷可以存储在光电转换层中。因此，在曝光开始时，电荷累积部可以完全耗尽，并且电荷消去。结果，可以减少或防止其中kTC噪声变大、随机噪声加重并且成像质量降低的现象的发生。

图1B示出了实施例1的成像元件的变形例的示意性局部断面图。在该变形例中，在第一绝缘层82A

[实施例2]

实施例2是实施例1的变形例，涉及根据本公开第一实施方案B的成像元件。图3A示出实施例2的成像元件的示意性局部断面图。此外，图4示意性地示出实施例2的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系。

在实施例2的成像元件中，第一区域82b

如果第一区域82b

0.1≤S

或具体地，例如可以满足以下条件：

S

在实施例2的成像元件中，在电荷累积期间，在光电转换层13中生成的载流子(电子)被吸引到电荷累积用电极14，但是第一区域82b

图3B示出了实施例2的成像元件的变形例的示意性局部断面图。在该变形例中，在第一绝缘层82B

[实施例3]

实施例3也是实施例1的变形，涉及根据本公开第一实施方案C的成像元件。图3C示出实施例3的成像元件的示意性局部断面图。图5示意性地示出实施例3的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系。

在实施例3的成像元件中，

绝缘层的位于电荷累积用电极14和光电转换层13之间的部分还包括第三区域82c

第一区域82c

第三区域82c

第二区域82c

绝缘层的占据第三区域82c

形成第二绝缘层82C

第一区域82c

如果第一区域82c

0.1≤S

或具体地，例如可以满足以下条件：

S

在实施例3的成像元件中，在电荷累积期间，在光电转换层13中生成的载流子(电子)被吸引到电荷累积用电极14。然而，第一区域82c

[实施例4]

实施例4涉及根据本公开第二实施方案的成像元件。图6A示出实施例4的成像元件的示意性局部断面图。此外，图7示意性地示出实施例4的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系。注意，在图7中，绝缘材料层由斜线表示，从而清楚地示出了绝缘材料层。

实施例4的成像元件包括：

第一电极11；

与第一电极11隔开配置的电荷累积用电极14；

与第一电极11接触并经由绝缘层82形成在电荷累积用电极14上方的光电转换层13；和

形成在光电转换层13上的第二电极12。

绝缘材料层(第一绝缘材料层)82D设置在第一电极11和电荷累积用电极14之间，和

形成绝缘材料层(第一绝缘材料层)82D的材料具有与将在光电转换层13中生成并被发送到第一电极11的载流子的极性(具体地，负极性)不同的极性(具体地，正极性)。这里，在实施例4中，将被发送到第一电极11的载流子是电子，绝缘材料层82D由氮氧化硅或氮化硅(或更具体地，氮化硅，SiN)形成，并且绝缘层82由氧化硅(SiO

在附图所示的示例中，绝缘材料层82D具有与电荷累积用电极14相同的厚度，但是可以比电荷累积用电极14更薄或更厚。绝缘层82优选地形成在绝缘材料层82D上。即，绝缘层82设置在各成像元件之间以及第一电极11和电荷累积用电极14之间。

在实施例4的成像元件中，形成所述绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性。因此，在电荷传输期间，在光电转换层中累积的电荷经由位于绝缘材料层上或上方的光电转换层传输到第一电极，但是可以更可靠地进行该传输。

绝缘层82沿着光电转换层13与绝缘材料层82D之间的至少一部分延伸。在图6A所示的例子中，绝缘层82设置在第一电极11与电荷累积用电极14之间。另一方面，在其示意性局部断面图如图6B所示的实施例4的成像元件的变形例中，绝缘层82设置在第一电极11与电荷累积用电极14之间的一部分处。即，光电转换层13不仅与第一电极11接触，而且与绝缘材料层82D的一部分接触。因此，在电荷传输期间，在光电转换层中累积的电荷经由位于绝缘材料层82D上方的光电转换层13并且经由绝缘材料层82D传输到第一电极11。因而，可以更可靠地进行该传输。

可选择地，可以与电荷累积用电极14的不面对第一电极11的部分的至少一部分相邻地设置绝缘材料层82D。换句话说，在各成像元件之间，绝缘材料层82D和绝缘层82可以层叠。

实施例1～3中的任意一个的成像元件或其变形例可以与实施例4的成像元件或其变形例组合。即，在实施例1～3中的任意一个的成像元件或其变形例中，绝缘材料层82D可以设置在第一电极11和电荷累积用电极14之间，并且形成绝缘材料层82D的材料可以具有与将在光电转换层13中生成并被发送到第一电极11的载流子的极性不同的极性。

[实施例5]

实施例5涉及根据本公开第三实施方案的成像元件。图8A示出实施例5的成像元件的示意性局部断面图。此外，图9示意性地示出实施例5的成像元件中的第一电极、绝缘层等之间的位置关系。在图9中，绝缘材料层由斜线表示，从而清楚地示出了绝缘材料层。

实施例5的成像元件包括：

第一电极11；

与第一电极11隔开配置的电荷累积用电极14。

与第一电极11接触并经由绝缘层82形成在电荷累积用电极14上方的光电转换层13；和

形成在光电转换层13上的第二电极12。

绝缘材料层(为了方便起见，有时称为“第二绝缘材料层”，以与实施例4的绝缘材料层(第一绝缘材料层)82D区分开)82E设置为与电荷累积用电极14的不面对第一电极11的部分的至少一部分接触，和

形成第二绝缘材料层82E的材料具有与将在光电转换层13中生成并被发送到第一电极11的载流子的极性(具体地，负极性)相同的极性(具体地，负极性)。此外，将被发送到第一电极11的载流子是电子，并且第二绝缘材料层82E由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料(更具体地，氧化铝，Al

在实施例5的成像元件中，形成绝缘材料层(第二绝缘材料层)的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。因此，在电荷累积和电荷传输期间，可以减少或防止电荷流向绝缘材料层(第二绝缘材料层)，并且在电荷传输期间，在光电转换层中累积的电荷可以更可靠地传输到第一电极。

实施例1～3中的任意一个的成像元件或其变形例可以与实施例5的成像元件或其变形例组合。即，在实施例1～3中的任意一个的成像元件或其变形例中，

绝缘材料层82E(第二绝缘材料层82E)可以设置成与电荷累积用电极14的不面对第一电极11的部分的至少一部分接触，和

形成绝缘材料层82E(第二绝缘材料层82E)的材料可以具有与将在光电转换层13中生成并被发送到第一电极11的载流子的极性相同的极性。

可选择地，可以将实施例4的成像元件或其变形例与实施例5的成像元件或其变形例组合。即，在实施例4的成像元件或其变形例中，如图8B的示意性局部断面图所示，以及如示意性地示出第一电极、绝缘层等之间的位置关系的图10所示，

第二绝缘材料层82E可以设置成与电荷累积用电极14的不面对第一电极11的部分的至少一部分接触，和

形成第二绝缘材料层82E的材料可以具有与将在光电转换层13中生成并被发送到第一电极11的载流子的极性相同的极性。注意，在图10中，绝缘材料层82D和第二绝缘材料层82E由斜线表示，所以绝缘材料层82D和第二绝缘材料层82E被清楚地区分开。进一步地，

将被发送到第一电极11的载流子可以是电子，

绝缘材料层82D可以由氮氧化硅或氮化硅形成，和

第二绝缘材料层82E可以由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛的中的至少一种材料形成。

[实施例6]

实施例6涉及本公开的层叠型成像元件，并且涉及根据本公开第二实施方案的固态成像装置。即，实施例6的层叠型成像元件包括实施例1～5的成像元件或其变形例中的至少一个，实施例6的固态成像装置包括多个实施例6的层叠型成像元件。

图11示出实施例6的成像元件(并排布置的两个成像元件)的一部分的示意性断面图。此外，图12示出实施例6的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。图13和图14示出实施例6的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。图15示出实施例6的成像元件的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。此外，图16示出构成实施例6的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的示意性布局图。图18示意性地示出在实施例6的成像元件的操作期间在各部分处的电位的状态。图19A示出实施例6的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图，用于说明图18中所示的各部分。图20示出实施例6的固态成像装置的概念图。

如同上面在实施例1～5中所述的那样，实施例6的成像元件(例如，后述的绿色光用成像元件)或后述的实施例7的成像元件包括其中第一电极11、光电转换层13和第二电极12层叠的光电转换单元。所述光电转换单元还包括与第一电极11隔开配置并且经由绝缘层82与光电转换层13对向配置的电荷累积用电极14。

注意，在图16所示的示例中，在一个成像元件中针对一个第一电极11设置一个电荷累积用电极14。另一方面，在图17所示的示例(实施例6的变形例1)中，在两个成像元件中，针对两个电荷累积用电极14设置一个共用的第一电极11。图11所示的实施例6的成像元件(并排布置的两个成像元件)的一部分的示意断面图与图17相对应。

除了后述的实施例7的成像元件等以外，位于光入射侧的第二电极12由多个成像元件共用。即，第二电极12是所谓的固体电极。光电转换层13由多个成像元件共用。即，针对多个成像元件形成一个光电转换层13。

实施例6的层叠型成像元件包括实施例6的成像元件或后述的实施例7的成像元件中的至少一个。在实施例6中，层叠型成像元件包括一个实施例6的成像元件或一个后述的实施例7的成像元件。

此外，实施例6的固态成像装置包括多个实施例6或后述的实施例7的成像元件的层叠型成像元件。

可选择地，在实施例6的成像元件中，电荷移动控制电极21形成在经由绝缘层82与光电转换层13的区域13

不包括第一区域82a

此外，还包括半导体基板(更具体地，硅半导体层)70，并且光电转换单元配置在半导体基板70的上方。此外，在半导体基板70中还设置有控制单元，并且该控制单元包括第一电极11和第二电极12与其连接的驱动电路。这里，半导体基板70的光入射面为上侧，半导体基板70的相反侧为下侧。在半导体基板70的下方设有由多个配线形成的配线层62。

半导体基板70至少具有形成控制单元的浮动扩散层FD

具体地，实施例6的成像元件和层叠型成像元件是背面照射型的成像元件和背面照射型的层叠型成像元件，并且具有层叠三个成像元件的结构。这三个成像元件是：实施例6的第一类型的绿色光用成像元件，其包括吸收绿色光的第一类型的绿色光电转换层并对绿色光敏感(该成像元件下文将称为“第一成像元件”)；第二类型的常规的蓝色光用成像元件，其包括吸收蓝色光的第二类型的蓝色光电转换层并对蓝色光敏感(该成像元件下文将称为“第二成像元件”)；以及第二类型的常规的红色光用成像元件，其包括吸收红色光的第二类型的红色光电转换层并对红色光敏感(该成像元件下文将称为“第三成像元件”)。这里，红色光用成像元件(第三成像元件)和蓝色光用成像元件(第二成像元件)配置在半导体基板70内，并且与第三成像元件相比，第二成像元件位于更靠近光入射侧的位置。此外，绿色光用成像元件(第一成像元件)配置在蓝色光用成像元件(第二成像元件)的上方。一个像素由第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件的层叠结构形成。没有设置任何滤色器。

在第一成像元件中，第一电极11和电荷累积用电极14在层间绝缘层81上彼此隔开形成。此外，电荷移动控制电极21形成在层间绝缘层81上而与电荷累积用电极14分离。层间绝缘层81、电荷累积用电极14和电荷移动控制电极21由绝缘层82覆盖。光电转换层13形成在绝缘层82上，并且第二电极12形成在光电转换层13上。保护层83形成在包括第二电极12的整个表面上，并且片上微透镜90设置在保护层83上。第一电极11、电荷累积用电极14、电荷移动控制电极21和第二电极12例如由用ITO(功函数约4.4eV)形成的透明电极形成。光电转换层13由含有至少对绿色光敏感的已知的有机光电转换材料(例如，若丹明染料、部花青染料或喹吖啶酮等有机材料)的层形成。光电转换层13还可以包括适于电荷累积的材料层。换句话说，可以在光电转换层13和第一电极11之间(或者在连接部内)进一步形成适于电荷累积的材料层。层间绝缘层81、绝缘层82和保护层83由已知的绝缘材料(例如SiO

电荷累积用电极14与驱动电路连接。具体地，电荷累积用电极14经由设置在层间绝缘层81内的连接孔66、焊盘部64和配线V

电荷移动控制电极21也与驱动电路连接。具体地，电荷移动控制电极21经由设置在层间绝缘层81内的连接孔23、焊盘部22和配线V

电荷累积用电极14的尺寸大于第一电极11的尺寸。如果电荷累积用电极14的面积由s

4≤s

但这不是限制性的。

在实施例6或后述的实施例7的成像元件中，例如，

s

但这不是限制性的。注意，在后述的实施例12～15中，三个光电转换单元段10

在半导体基板70的第一面(前面)70A侧上形成有元件分离区域71，并且在半导体基板70的第一面70A上形成有氧化膜72。此外，在半导体基板70的第一面侧上，设置有构成第一成像元件的控制单元的复位晶体管TR1

复位晶体管TR1

第一电极11经由设置在层间绝缘层81内的连接孔65和焊盘部63、设置在半导体基板70和层间绝缘层76内的接触孔部61和形成并且在层间绝缘层76中的配线层62连接到复位晶体管TR1

放大晶体管TR1

选择晶体管TR1

第二成像元件包括作为设置在半导体基板70中的n型半导体区域41的光电转换层。由纵型晶体管形成的传输晶体管TR2

在第二成像元件中，构成第二成像元件的控制单元的复位晶体管TR2

复位晶体管TR2

放大晶体管TR2

选择晶体管TR2

第三成像元件包括作为设置在半导体基板70中的n型半导体区域43的光电转换层。传输晶体管TR3

在第三成像元件中，构成第三成像元件的控制单元的复位晶体管TR3

复位晶体管TR3

放大晶体管TR3

选择晶体管TR3

复位线RST

在n型半导体区域43与半导体基板70的前面70A之间设置有p

HfO

在以下的说明中，参照图18和图19A，说明实施例6的成像元件(第一成像元件)的操作。实施例6的成像元件设置在半导体基板70上，并且还包括具有驱动电路的控制单元。第一电极11、第二电极12、电荷累积用电极14和电荷移动控制电极21连接到驱动电路。这里，第一电极11的电位高于第二电极12的电位。具体地，例如，第一电极11具有正的电位，第二电极12具有负的电位，并且通过光电转换层13中的光电转换产生的电子被读出到浮动扩散层中。这同样适用于其他实施例。注意，在第一电极11具有负的电位、第二电极12具有正的电位并且通过光电转换层13中的光电转换而产生的空穴被读出到浮动扩散层中的形态下，仅需要切换以下描述的电位的高低。

在图18、后述的实施例10的图46和图47、后述的实施例11的图53和图54中使用的符号如下。注意，图19A、图19B和图19C是实施例6、实施例10和实施例11的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图，用于说明图18(实施例6)、图46(实施例10)和图53(实施例11)所示的各部分。

P

P

P

P

P

P

P

FD：在第一浮动扩散层FD

V

V

V

V

V

RST：在复位晶体管TR1

V

VSL

TR1

TR1

TR1

在电荷累积期间，驱动电路将电位V

在电荷累积期间的后期中执行复位操作。结果，第一浮动扩散层FD

在完成复位操作之后，读出电荷。换句话说，在电荷传输期间，驱动电路将电位V

以上述方式，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。

在将电子读出到第一浮动扩散层FD

如上所述，在实施例6或后述的实施例7的成像元件中，电荷累积用电极与第一电极隔开配置，并且经由绝缘层与光电转换层对向配置。因此，当光照射到光电转换单元并且在光电转换单元中进行光电转换时，由光电转换层、绝缘层和电荷累积用电极形成一种电容器，并且电荷可以存储在光电转换层中。因此，在曝光开始时，电荷累积部可以完全耗尽，并且电荷可以消去。结果，可以减少或防止其中kTC噪声变大、随机噪声加重并且成像质量降低的现象的发生。此外，可以使所有像素同时复位，从而可以实现所谓的全局快门功能。

此外，在实施例6的成像元件中，当光进入光电转换层并且在光电转换层中发生光电转换时，施加到光电转换层的与电荷累积用电极相对的部分的电位的绝对值大于施加到光电转换层的区域-B的电位的绝对值。因此，通过光电转换产生的电荷被强烈地吸引到光电转换层的与电荷累积用电极相对的部分。结果，可以减少或防止通过光电转换产生的电荷流入到相邻的成像元件中，由此所捕获的视频图像(图像)的质量不会劣化。可选择地，由于电荷移动控制电极形成在经由绝缘层与光电转换层的区域-B相对的区域中，因此可以控制位于电荷移动控制电极上方的光电转换层的区域-B中的电场和电位。结果，电荷移动控制电极可以减少或防止通过光电转换产生的电荷流入到相邻的成像元件中，由此所捕获的视频图像(图像)的质量不会劣化。

图20是实施例6的固态成像装置的概念图。实施例6的固态成像装置100包括其中层叠型成像元件101以二维阵列状排列的成像区域111、作为用于层叠型成像元件101的驱动电路(周边电路)的垂直驱动电路112、列信号处理电路113、水平驱动电路114、输出电路115、驱动控制电路116等。注意，这些电路可以由已知的电路形成，或者当然可以由其他电路构成(例如，在常规的CCD固态成像装置或CMOS固态成像装置中使用的各种电路)形成。注意，在图20中，用于层叠型成像元件101的附图标记“101”仅在一行中示出。

基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，驱动控制电路116生成用作垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114的操作基准的时钟信号和控制信号。然后，将所生成的时钟信号和控制信号输入到垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114。

例如，垂直驱动电路112由移位寄存器形成，并且在垂直方向上逐行地顺次选择性地扫描成像区域111中的各个层叠型成像元件101。然后，将基于根据在各层叠型成像元件101中接收的光量生成的电流(信号)的像素信号(图像信号)经由信号线(数据输出线)117和VSL发送到列信号处理电路113。

例如，列信号处理电路113针对层叠型成像元件101的每列设置，并且针对各成像元件，根据来自黑基准像素(尽管未示出，但是其形成在有效像素区域的周围)的信号，对从一行的层叠型成像元件101输出的图像信号进行诸如噪声去除和信号放大等信号处理。水平选择开关(未示出)设置在列信号处理电路113的输出段和水平信号线118之间并与之连接。

例如，水平驱动电路114由移位寄存器形成。水平驱动电路114通过顺次地输出水平扫描脉冲来顺次选择各个列信号处理电路113，并使各个列信号处理电路113将信号输出到水平信号线118。

输出电路115对通过水平信号线118从各个列信号处理电路113顺次供给的信号进行信号处理，并输出处理后的信号。

图21示出实施例6的成像元件和层叠型成像元件的变形例(实施例6的变形例2)的等效电路图。图22示出实施例6的成像元件的变形例(实施例6的变形例2)的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。如图22所示，代替连接到电源V

例如，实施例6的成像元件和层叠型成像元件可以通过以下的方法来制造。具体地，首先准备SOI基板。然后，通过外延生长法在SOI基板的表面上形成第一硅层，并且在第一硅层中形成p

在图23(实施例6的变形例3)、图24(实施例6的变形例4)和图25(实施例6的变形例5)中示出构成实施例6的成像元件的第一电极和电荷累积用电极的其他变形例的示意性布局图。在这些图所示的示例中，在四个成像元件中，针对四个电荷累积用电极14设置一个共用的第一电极11。在图23所示的示例中，在位于夹设在电荷累积用电极14和电荷累积用电极14之间的区域(区域-b)中的绝缘层82的部分82

可选择地，在图26中示出实施例6的成像元件(并排布置的两个成像元件)的变形例(实施例6的变形例6)的一部分的示意性断面图，其中光电转换层可以是由下部半导体层13

实施例6的以上说明是以其中形成有电荷移动控制电极21的形态为基础。然而，不必须形成电荷移动控制电极21，并且在某些情况下，也可以省略电荷移动控制电极21的形成。

[实施例7]

实施例7也涉及本公开的层叠型成像元件，并且涉及根据本公开第二实施方案的固态成像装置。即，实施例7的层叠型成像元件包括实施例1至实施例5的成像元件或其变形例中的至少一个，并且实施例7的固态成像装置包括多个实施例6的层叠型成像元件。

图27示出实施例7的成像元件(并排布置的两个成像元件)的一部分的示意性断面图。图28和图29示出实施例7的成像元件(并排布置的2×2个成像元件)的一部分的示意性平面图。在实施例7的成像元件中，代替第二电极12，电荷移动控制电极24形成在位于成像元件与相邻的成像元件之间的光电转换层13的区域13

注意，在图28所示的示例中，在一个成像元件中，针对一个第一电极11设置一个电荷累积用电极14。另一方面，在图29所示的示例(实施例7的变形例1)中，在两个成像元件中，针对两个电荷累积用电极14设置一个共用的第一电极11。图27所示的实施例7的成像元件(并排布置的两个成像元件)的一部分的示意性断面图与图29相对应。

在实施例7中，位于光入射侧的第二电极12由在图28的纸面上沿左右方向排列的成像元件共用，并且也由在图28的纸面上沿上下方向排列的一对成像元件共用。电荷移动控制电极24也由在图28的纸面上沿左右方向排列的成像元件共用，并且还由在图28的纸面上沿上下方向排列的一对成像元件共用。形成第二电极12和电荷移动控制电极24的材料层形成在光电转换层13上，然后对该材料层进行图案化，从而可以获得第二电极12和电荷移动控制电极24。第二电极12和电荷移动控制电极24中的每个分别连接到配线(未示出)，并且这些配线连接到驱动电路。连接到第二电极12的配线由多个成像元件共用。连接到电荷移动控制电极24的配线也由多个成像元件共用。

在实施例7的成像元件中，在电荷累积期间中，驱动电路将电位V

V

如上所述，在实施例7的成像元件中，代替第二电极，电荷移动控制电极形成在位于成像元件和相邻的成像元件之间的光电转换层的区域上。因此，电荷移动控制电极可以减少或防止通过光电转换产生的电荷流入到相邻的成像元件中，由此所捕获的视频图像(图像)的质量不会劣化。

图30A和图30B示出实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例2)的一部分的示意性平面图。注意，在图30A、图31A、图33A、图34A、图35A和图36A所示的示例中，在四个成像元件中，针对四个电荷累积用电极14设置一个共用的第一电极11。此外，如图30B所示，第二电极12设置在电荷累积用电极14的上方，并且具有与电荷累积用电极14基本相同的尺寸。第二电极12被电荷移动控制电极24包围。电荷移动控制电极24由各个成像元件共用。在包括第二电极12和电荷移动控制电极24的光电转换层13上形成有绝缘膜(未示出)，在第二电极12上方的绝缘膜中形成有连接到第二电极12的接触孔(未示出)，并且在绝缘膜上设有连接到接触孔的配线V

图31A和图31B示出实施例7的变形例3的一部分的示意性平面图。如图31B所示，第二电极12设置在电荷累积用电极14的上方，并且具有与电荷累积用电极14基本相同的尺寸。第二电极12被电荷移动控制电极24包围。电荷移动控制电极24由四个成像元件共用。共用部分形成在光电转换层13上。

图32A示出实施例7的成像元件(并排布置的两个成像元件)的变形例(实施例7的变形例4A)的一部分的示意性断面图。图33A和图33B示出这一部分的示意性平面图。在实施例7的变形例4A中，针对各成像元件设置第二电极12，电荷移动控制电极24设置为围绕第二电极12的至少一部分并且与第二电极12隔开配置，并且电荷累积用电极14的一部分存在于电荷移动控制电极24的下方。第二电极12设置在电荷累积用电极14的上方，并且具有小于电荷累积用电极14的尺寸。

图32B示出实施例7的成像元件(并排布置的两个成像元件)的变形例(实施例7的变形例4B)的一部分的示意性断面图。图34A和图34B示出这一部分的示意性平面图。在实施例7的变形例4B中，针对各成像元件设置第二电极12，电荷移动控制电极24设置为围绕第二电极12的至少一部分并且与第二电极12隔开配置，并且电荷累积用电极14的一部分存在于电荷移动控制电极24的下方。此外，在电荷移动控制电极(上部电荷移动控制电极)24的下方配置有电荷移动控制电极(下部电荷移动控制电极)21。第二电极12的尺寸小于变形例4A中的第二电极的尺寸。即，与变形例4A中第二电极12的与电荷移动控制电极24相对的区域相比，第二电极12的与电荷移动控制电极24相对的区域位于更靠近第一电极11的位置。电荷累积用电极14被电荷移动控制电极21包围。

图35A和图35B示出实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例4C)的一部分的示意性平面图。在变形例4C中，如同在实施例7的变形例4B中那样，电荷累积用电极14的一部分存在于电荷移动控制电极24的下方。第二电极12的尺寸小于变形例4A中的第二电极的尺寸。即，与变形例4A中第二电极12的与电荷移动控制电极24相对的区域相比，第二电极12的与电荷移动控制电极24相对的区域位于更靠近第一电极11的位置。此外，电荷移动控制电极24包括外侧电荷移动控制电极24

图36A和图36B示出实施例7的成像元件的变形例(实施例7的变形例4D)的一部分的示意性平面图。在变形例4D中，如同在实施例7的变形例4B中那样，在电荷移动控制电极(上部电荷移动控制电极)24的下方配置有电荷移动控制电极(下部电荷移动控制电极)21。第二电极12的尺寸小于变形例4B中的第二电极的尺寸。即，与变形例4B中第二电极12的与电荷移动控制电极24相对的区域相比，第二电极12的与电荷移动控制电极24相对的区域位于更靠近第一电极11的位置。此外，电荷移动控制电极24与各第二电极12之间的距离长于变形例4B中的距离。电荷累积用电极14被电荷移动控制电极21包围。将通过电荷移动控制电极24和第二电极12之间的耦合产生的电位施加到位于电荷移动控制电极24与第二电极12之间的区域下方的光电转换层13的区域。

[实施例8]

实施例8是实施例6和实施例7的变形。图37示出实施例8的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。成像元件和层叠型成像元件是前面照射型的成像元件和前面照射型的层叠型成像元件，并且具有其中三个成像元件层叠的结构。三个成像元件是：包括吸收绿色光的第一类型的绿色光电转换层并对绿色光敏感的第一类型的实施例6的绿色光用成像元件(第一成像元件)；包括吸收蓝色光的第二类型的蓝色光电转换层并对蓝色光敏感的第二类型的常规的蓝色光用成像元件(第二成像元件)；以及包括吸收红色光的第二类型的红色光电转换层并对红色光敏感的第二类型的常规的红色光用成像元件(第三成像元件)。这里，红色光用成像元件(第三成像元件)和蓝色光用成像元件(第二成像元件)配置在半导体基板70内，并且与第三成像元件相比，第二成像元件位于更靠近光入射侧的位置。此外，绿色光用成像元件(第一成像元件)配置在蓝色光用成像元件(第二成像元件)的上方。

如同实施例6中那样，在半导体基板70的前面70A侧，设有构成控制单元的各种晶体管。这些晶体管可以具有与实施例6中说明的晶体管基本类似的构成和结构。此外，在半导体基板70内设有第二成像元件和第三成像元件，并且这些成像元件可以具有与实施例6中说明的第二成像元件和第三成像元件基本类似的构成和结构。

在半导体基板70的前面70A上形成有层间绝缘层77和78，并且在层间绝缘层78上配置有构成实施例6的成像元件的光电转换单元(第一电极11、光电转换层13和第二电极12)和电荷累积用电极14等。

如上所述，除了前面照射型，实施例8的成像元件和层叠型成像元件的构成和结构可以类似于实施例6的成像元件和层叠型成像元件的构成和结构，因此这里省略其详细说明。

[实施例9]

实施例9是实施例6至实施例8的变形。

图38示出实施例9的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。成像元件和层叠型成像元件是背面照射型的成像元件和背面照射型的层叠型成像元件，并且具有其中层叠有第一类型的实施例6的第一成像元件和第二类型的第二成像元件这两个成像元件的结构。此外，图39示出实施例9的成像元件和层叠型成像元件的变形例的示意性局部断面图。成像元件和层叠型成像元件是前面照射型的成像元件和前面照射型的层叠型成像元件，并且具有其中层叠有第一类型的实施例6的第一成像元件和第二类型的第二成像元件这两个成像元件的结构。这里，第一成像元件吸收原色的光，并且第二成像元件吸收互补色的光。可选择地，第一成像元件吸收白色光，第二成像元件吸收红外线。

图40示出实施例9的成像元件的变形例的示意性局部断面图。该变形例是背面照射型的成像元件，并且由第一类型的实施例6的第一成像元件形成。此外，图41示出实施例9的成像元件的变形例的示意性局部断面图。该变形例是前面照射型的成像元件，并且由第一类型的实施例6的第一成像元件形成。这里，第一成像元件由吸收红色光的成像元件、吸收绿色光的成像元件和吸收蓝色光的成像元件这三种成像元件形成。

此外，多个这样的成像元件构成根据本公开第一实施方案的固态成像装置。多个这样的成像元件可以以拜耳阵列状排列。在各成像元件的光入射侧，根据需要配置用于进行蓝色、绿色或红色光谱分离的滤色器。

注意，代替第一类型的实施例6的一个成像元件，可以层叠两个成像元件(换句话说，层叠两个光电转换单元，并且在半导体基板中设有用于两个成像元件的控制单元)。可选择地，可以层叠三个成像元件(换句话说，层叠三个光电转换单元，并且在半导体基板中设有用于三个成像元件的控制单元)。在下表中示出由第一类型的成像元件和第二类型的成像元件形成的层叠结构的示例。

[实施例10]

实施例10是实施例6至实施例9的变形，并且涉及包括传输控制用电极(电荷传输电极)的本公开的成像元件等。图42示出实施例10的成像元件和层叠型成像元件的一部分的示意性局部断面图。图43和图44示出实施例10的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。图45示出构成实施例10的成像元件的第一电极、传输控制用电极和电荷累积用电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。图46和图47示意性地示出在实施例10的成像元件的操作中在各部分处的电位的状态。此外，图48示出构成实施例10的成像元件的第一电极、传输控制用电极和电荷累积用电极的示意性布局图。图19B示出用于说明图46和图47所示的各部分的实施例10的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

在实施例10的成像元件和层叠型成像元件中，在第一电极11和电荷累积用电极14之间还设有传输控制用电极(电荷传输电极)15。传输控制用电极15与第一电极11和电荷累积用电极14隔开配置，并且经由绝缘层82与光电转换层13对向配置。传输控制用电极15经由在层间绝缘层81内形成的连接孔68B、焊盘部68A和配线V

在以下的说明中，参照图46和图47对实施例10的成像元件(第一成像元件)的操作进行说明。注意，特别地，将要施加到电荷累积用电极14的电位的值和在点P

在电荷累积期间，驱动电路将电位V

在电荷累积期间的后期中执行复位操作。结果，第一浮动扩散层FD

在完成复位操作之后，读出电荷。换句话说，在电荷传输期间，驱动电路将电位V

以上述方式，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。

在将电子读出到第一浮动扩散层FD

图48示出实施例10的成像元件的变形例的第一电极、电荷累积用电极和构成控制单元的晶体管的示意性布局图。如图48所示，代替连接到电源V

[实施例11]

实施例11是实施例6至实施例10的变形，并且涉及包括多个电荷累积用电极段的本公开的成像元件等。

图49示出实施例11的成像元件的一部分的示意性局部断面图。图50和图51示出实施例11的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。图52示出构成实施例11的成像元件的第一电极和电荷累积用电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。图53和图54示意性地示出在实施例11的成像元件的操作期间在各部分处的电位状态。此外，图19C示出用于说明图53所示的各部分的实施例11的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。

在实施例11中，电荷累积用电极14由多个电荷累积用电极段14A,14B和14C形成。电荷累积用电极段的数量为两个以上，并且在实施例11中为“3”。此外，在实施例11的成像元件和层叠型成像元件中，将不同的电位施加到N个电荷累积用电极段中的每个。第一电极11的电位高于第二电极12的电位，或者例如，在将负电位施加到第二电极12的同时将正电位施加到第一电极11。因此，在电荷传输期间，将要施加到位于最靠近第一电极11的位置处的电荷累积用电极段(第一光电转换单元段)14A的电位高于将要施加到位于最远离第一电极11的位置处的电荷累积用电极段(第N光电转换单元段)14C的电位。由于在电荷累积用电极14中形成了这样的电位梯度，因此残留在光电转换层13的与电荷累积用电极14相对的区域中的电子被读出到第一电极11中，进而被更可靠地读出到第一浮动扩散层FD

在图53所示的示例中，在电荷传输期间，电荷累积用电极段14C的电位<电荷累积用电极段14B的电位<电荷累积用电极段14A的电位。通过这种布置，将残留在光电转换层13的区域中的电子同时读出到第一浮动扩散层FD

图55示出实施例11的成像元件的变形例的第一电极、电荷累积用电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。如图55所示，代替连接到电源V

[实施例12]

实施例12是实施例6至实施例11的变形，并且涉及第一构成和第六构成的成像元件。

图56示出实施例12的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。图57示出其中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分被放大的示意性局部断面图。实施例12的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图与参照图13和图14说明的实施例6的成像元件的等效电路图类似。构成实施例12的成像元件的第一电极和电荷累积用电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图与参照图15说明的实施例6的成像元件的示意性布局图类似。此外，实施例12的成像元件(第一成像元件)的操作与实施例6的成像元件的操作基本类似。

这里，在实施例12的成像元件或后述的实施例13至实施例17的任一个的成像元件中，

光电转换单元由N(N≥2)个光电转换单元段(具体地，三个光电转换单元段10

光电转换层13由N个光电转换层段(具体地，三个光电转换层段13

绝缘层82由N个绝缘层段(具体地，三个绝缘层段82

在实施例12至实施例14中，电荷累积用电极14由N个电荷累积用电极段(具体地，在这些示例中的每个示例中，三个电荷累积用电极段14

在实施例15和实施例16中以及在某些情况下的实施例14中，电荷累积用电极14由彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段(具体地，三个电荷累积用电极段14

第n(n＝1，2，3，...，N)光电转换单元段10

更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极11的位置。

可选择地，实施例12的成像元件或者后述的实施例13或实施例16的成像元件还包括

其中层叠有第一电极11、光电转换层13和第二电极12的光电转换单元。

光电转换单元还包括与第一电极11隔开配置并且经由绝缘层82与光电转换层13对向配置的电荷累积用电极14。

在电荷累积用电极14、绝缘层82和光电转换层13的层叠方向为Z方向并且远离第一电极11的方向为X方向的情况下，沿着Y-Z假想平面截取的电荷累积用电极14、绝缘层82和光电转换层13的层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化。

此外，在实施例12的成像元件中，各绝缘层段的厚度从第一光电转换单元段10

在以下的说明中，对实施例12的成像元件的操作进行说明。

在电荷累积期间，驱动电路将电位V

实施例12的成像元件具有其中绝缘层段的厚度逐渐增厚的构成。因此，在电荷累积期间，当V

在电荷累积期间的后期中执行复位操作。结果，第一浮动扩散层FD

在完成复位操作之后，读出电荷。换句话说，在电荷传输期间，驱动电路将电位V

更具体地，在电荷传输期间，当V

以上述方式，完成了包括电荷累积、复位操作和电荷传输的一系列操作。

在实施例12的成像元件中，由于绝缘层段的厚度从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变化，或者由于沿着Y-Z假想平面截取的电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，因此形成了一种电荷传输梯度，并且可以更容易且更可靠地传输通过光电转换产生的电荷。

可以通过与实施例6的成像元件的制造方法基本类似的方法来制造实施例12的成像元件和层叠型成像元件，因此这里省略其详细说明。

注意，在实施例12的成像元件中，为了形成第一电极11、电荷累积用电极14和绝缘层82，首先在层间绝缘层81上形成用于形成电荷累积用电极14

图58示出实施例12的成像元件的变形例的第一电极、电荷累积用电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。如图58所示，代替连接到电源V

[实施例13]

实施例13的成像元件涉及本公开的第二构成和第六构成的成像元件。图59是其中层叠有电荷累积用电极、光电转换层和第二电极的部分被放大的示意性局部断面图。如图59所示，在实施例13的成像元件中，各光电转换层段的厚度从第一光电转换单元段10

在实施例13的成像元件中，光电转换层段的厚度逐渐增厚。因此，在电荷累积期间，当V

如上所述，在实施例13的成像元件中，由于光电转换层段的厚度从第一光电转换单元段到第N光电转换单元段逐渐变化，或者由于沿着Y-Z假想平面截取的电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，因此形成了一种电荷传输梯度，并且可以更容易且更可靠地传输通过光电转换产生的电荷。

注意，在实施例13的成像元件中，为了形成第一电极11、电荷累积用电极14、绝缘层82和光电转换层13，首先在层间绝缘层81上形成用于形成电荷累积用电极14

[实施例14]

实施例14涉及第三构成的成像元件。图60示出实施例14的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。在实施例14的成像元件中，形成绝缘层段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的。这里，形成绝缘层段的材料的相对介电常数的值从第一光电转换单元段10

于是，由于采用这种构成，因此形成了一种电荷传输梯度，并且在电荷累积期间，当V

[实施例15]

实施例15涉及第四构成的成像元件。图61示出实施例15的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。在实施例15的成像元件中，形成电荷累积用电极段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的。这里，形成绝缘层段的材料的功函数的值从第一光电转换单元段10

[实施例16]

实施例16的成像元件涉及第五构成的成像元件。图62A、图62B、图63A和图63B示出实施例16中的电荷累积用电极段的示意性平面图。图64示出构成实施例16的成像元件的第一电极和电荷累积用电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。实施例16的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图与图61或图66所示的类似。在实施例16的成像元件中，电荷累积用电极段的面积从第一光电转换单元段10

在实施例16中，电荷累积用电极14由多个电荷累积用电极段14

此外，在电荷传输期间，电荷累积用电极段14

图65示出实施例16的成像元件的变形例的第一电极、电荷累积用电极以及构成控制单元的晶体管的示意性布局图。如图65所示，代替连接到电源V

在实施例16的成像元件中，采用这种构成，从而形成了一种电荷传输梯度。换句话说，电荷累积用电极段的面积从第一光电转换单元段10

[实施例17]

实施例17涉及第六构成的成像元件。图66示出实施例17的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部断面图。此外，图67A和图67B示出实施例17中的电荷累积用电极段的示意性平面图。实施例17的成像元件包括通过层叠第一电极11、光电转换层13和第二电极12形成的光电转换单元，并且该光电转换单元还包括与第一电极11隔开配置并且经由绝缘层82与光电转换层13对向配置的电荷累积用电极14。此外，在电荷累积用电极14、绝缘层82和光电转换层13的层叠方向为Z方向并且远离第一电极11的方向为X方向的情况下，沿着Y-Z假想平面截取的电荷累积用电极14、绝缘层82和光电转换层13的层叠部分的截面积依据距第一电极11的距离而变化。

具体地，在实施例17的成像元件中，层叠部分的断面的厚度是恒定的，并且层叠部分的断面的宽度在距第一电极11更长的距离处更窄。注意，宽度可以连续变窄(参照图67A)或者可以阶梯状变窄(参照图67B)。

如上所述，在实施例17的成像元件中，由于沿着Y-Z假想平面截取的电荷累积用电极14、绝缘层82和光电转换层13的层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化，因此形成了一种电荷传输梯度，并且可以更容易且更可靠地传输通过光电转换产生的电荷。

[实施例18]

实施例18涉及第一构成和第二构成的固态成像装置。

实施例18的固态成像装置包括

其中层叠有第一电极11、光电转换层13和第二电极12的光电转换单元，其中

所述光电转换单元还包括多个成像元件，每个成像元件包括与第一电极11隔开配置并且经由绝缘层82与光电转换层13对向配置的电荷累积用电极14，

成像元件块由多个成像元件形成，和

第一电极11由构成成像元件块的多个成像元件共用。

可选择地，实施例18的固态成像装置包括多个实施例6至实施例17中的任一个所说明的成像元件。

在实施例18中，针对多个成像元件设置一个浮动扩散层。然后，适宜地控制电荷传输期间的时机，使得多个成像元件可以共享一个浮动扩散层。此外，在这种情况下，多个成像元件可以共享一个接触孔部。

注意，除了构成成像元件块的多个成像元件共用第一电极11，实施例18的固态成像装置具有与实施例6至实施例17中说明的固态成像装置的构成和结构类似的构成和结构。

在图68(实施例18)、图69(实施例18的第一变形例)、图70(实施例18的第二变形例)、图71(实施例18的第三变形例)和图72(实施例18的第四变形例)中示意性地示出实施例18的固态成像装置中的第一电极11和电荷累积用电极14的布局。图68、图69、图72和图73分别示出16个成像元件，而图70和图71分别示出12个成像元件。此外，各成像元件块由两个成像元件形成。各成像元件块被图中的虚线包围。在第一电极11和电荷累积用电极14上附加的后缀是用于彼此区分第一电极11和电荷累积用电极14。这同样适用于以下说明。另一方面，在一个成像元件的上方配置有一个片上微透镜(图68～77中未示出)。此外，在每一个成像元件块中，配置有一个第一电极11介于其间的两个电荷累积用电极14(参照图68、图69)。可选择地，一个第一电极11配置成与两个并排布置的电荷累积用电极14相对(参照图72和图73)。换句话说，第一电极配置成与各成像元件中的电荷累积用电极相邻。可选择地，第一电极配置成与多个成像元件中的一个成像元件的电荷累积用电极相邻，并且不与其余成像元件的电荷累积用电极相邻(参照图70和图71)。在这种情况下，电荷经由多个成像元件中的一个成像元件从其余的成像元件移动到第一电极。为了确保从各成像元件到第一电极的电荷的移动，成像元件的电荷累积用电极与另一个成像元件的电荷累积用电极之间的距离A优选长于在同第一电极相邻的成像元件中的第一电极与电荷累积用电极之间的距离B。此外，对于位于更远离第一电极的位置处的成像元件，距离A的值优选更大。另一方面，在图69、图71和图73所示的示例中，在构成成像元件块的多个成像元件之间配置有电荷移动控制电极21。由于设置有电荷移动控制电极21，因此可以可靠地减少位于夹着电荷移动控制电极21的位置处的成像元件块中电荷的移动。注意，在将要施加到电荷移动控制电极21的电位由V

电荷移动控制电极21可以以与第一电极11或电荷累积用电极14相同的水平或者可以以不同的水平(具体地，以比第一电极11或电荷累积用电极14低的水平)形成在第一电极侧。在前一种情况下，可以缩短电荷移动控制电极21与光电转换层之间的距离，因此，可以容易地控制电位。另一方面，在后一种情况下，可以缩短电荷移动控制电极21与电荷累积用电极14之间的距离，这有利于微型化。

以下是由第一电极11

在电荷累积期间，驱动电路将电位V

在电荷累积期间的后期中执行复位操作。结果，第一浮动扩散层的电位被复位，并且第一浮动扩散层的电位变成等于电源的电位V

在完成复位操作之后，读出电荷。具体地，在电荷传输期间，驱动电路将电位V

图78A示出实施例18的成像元件块中的读出驱动的示例。

[步骤-A]

自动归零信号到比较器的输入；

[步骤-B]

共享的浮动扩散层的复位操作；

[步骤-C]

与电荷累积用电极14

[步骤-D]

与电荷累积用电极14

[步骤-E]

共享的浮动扩散层的复位操作；

[步骤-F]

自动归零信号到比较器的输入；

[步骤-G]

与电荷累积用电极14

[步骤-H]

与电荷累积用电极14

在该流程中，读出来自与电荷累积用电极14

注意，可以省略[步骤-E]中的操作(参照图78B)。此外，也可以省略[步骤-F]中的操作，并且此外，在这种情况下，也可以省略[步骤-G](参照图78C)。[步骤-C]中的P相读出和[步骤-D]中的D相读出之间的差分是来自与电荷累积用电极14

在示意性示出第一电极11和电荷累积用电极14的布局的图74(实施例18的第六变形例)和图75(实施例18的第七变形例)所示的变形例中，成像元件块由四个成像元件形成。这些固态成像装置的操作可以与图68～73所示的固态成像装置的操作基本类似。

在示意性地示出第一电极11和电荷累积用电极14的布局的图76所示的第八变形例和图77所示的第九变形例中，成像元件块由16个成像元件形成。如图76和图77所示，电荷移动控制电极21A

[步骤-10]

具体地，首先从第一电极11读出累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-20]

之后，将累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-21]

将累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-22]

将累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-30]

然后，再次进行[步骤-10]，使得可以经由第一电极11读出累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-40]

之后，将累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-41]

将累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-50]

然后，再次进行[步骤-10]，使得可以经由第一电极11读出累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-60]

之后，将累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

[步骤-70]

然后，再次进行[步骤-10]，使得可以经由第一电极11读出累积在光电转换层13的与电荷累积用电极14

在实施例18的固态成像装置中，构成成像元件块的多个成像元件共用第一电极，因此，可以使其中配置有多个成像元件的像素区域中的构成和结构简单化和微型化。注意，针对一个浮动扩散层设置的多个成像元件可以由多个第一类型的成像元件形成，或者可以由至少一个第一类型的成像元件和一个或多个第二类型的成像元件形成。

[实施例19]

实施例19是实施例18的变形。在示意性地示出第一电极11和电荷累积用电极14的布局的图79、图80、图81和图82所示的实施例19的固态成像装置中，成像元件块由两个成像元件形成。然后，在成像元件块的上方配置有一个片上微透镜90。注意，在图80和图82所示的示例中，电荷移动控制电极21配置在构成成像元件块的多个成像元件之间。

例如，与成像元件块的电荷累积用电极14

尽管到目前为止已经基于优选实施例说明了本公开，但是本公开不限于这些实施例。实施例中说明的成像元件、层叠型成像元件和固态成像装置的结构、构成、制造条件、制造方法以及所使用的材料仅是示例，并且可以适宜地修改。各实施例的成像元件可以适宜地组合。例如，能够以期望的方式组合实施例12的成像元件、实施例13的成像元件、实施例14的成像元件、实施例15的成像元件和实施例16的成像元件。还能够以期望的方式组合实施例12的成像元件、实施例13的成像元件、实施例14的成像元件、实施例15的成像元件和实施例17的成像元件。

在某些情况下，可以共享浮动扩散层FD

如示出实施例6中说明的成像元件和层叠型成像元件的变形例的图83所示，例如，第一电极11可以在形成于绝缘层82中的开口部84A内延伸，并且连接到光电转换层13。

可选择地，如示出实施例6中说明的成像元件和层叠型成像元件的变形例的图84所示，以及如示出第一电极的一部分等被放大的示意性局部断面图的图85A所示，第一电极11的顶面的边缘部被绝缘层82覆盖，并且第一电极11通过开口部84B的底面露出。在绝缘层82的与第一电极11的顶面接触的表面是第一面82p并且绝缘层82的与光电转换层13的面对电荷累积用电极14的部分接触的表面是第二面82q的情况下，开口部84B的侧面例如是从第一面82p向第二面82q扩展的倾斜。由于开口部84B的侧面如上所述倾斜，所以从光电转换层13到第一电极11的电荷的传输变得更顺利。注意，在图85A所示的示例中，开口部84B的侧面关于开口部84B的轴线旋转对称。然而，如图85B所示，开口部84C可以设计成使得具有从第一面82p朝向第二面82q扩展的倾斜的开口部84C的侧面位于电荷累积用电极14侧。这使得电荷难于从在开口部84C的电荷累积用电极14的相对侧的光电转换层13的部分移动。虽然开口部84B的侧面具有从第一面82p朝向第二面82q扩展的倾斜，但是在第二面82q中开口部84B的侧面的边缘部可以如图85A所示位于第一电极11的边缘部的外侧，或者可以如图85C所示位于第一电极11的边缘部的内侧。采用前一种构成，以进一步便于电荷传输。采用后一种构成，以减小开口部的形成时形状的变化。

为了形成这些开口部84B和84C，使包括当通过蚀刻法在绝缘层中形成开口部时形成的抗蚀剂材料的蚀刻掩模回流，使得蚀刻掩模的开口侧面倾斜，并且利用蚀刻掩模在绝缘层82上进行蚀刻。

此外，如示出实施例6中说明的成像元件和层叠型成像元件的变形例的图86所示，光可以从第二电极12的侧进入，并且例如，遮光层92可以形成在更靠近第二电极12的光入射侧。注意，设置在光电转换层的光入射侧的各种配线也可以用作遮光层。

注意，在图86所示的示例中，遮光层92形成在第二电极12的上方，或者遮光层92形成在更靠近第二电极12的光入射侧且在第一电极11的上方。然而，如图87所示，遮光层92可以配置在第二电极12的光入射侧的表面上。此外，在某些情况下，如图88所示，遮光层92可以形成在第二电极中。

可选择地，光可以从第二电极12的侧进入，但是光不进入第一电极11。具体地，如图86所示，遮光层92形成在更靠近第二电极12的光入射侧且在第一电极11的上方。可选择地，如图90所示，在电荷累积用电极14和第二电极12的上方可以设有片上微透镜90，使得进入片上微透镜90的光被收集到电荷累积用电极14但不到达第一电极11。注意，如实施例10所说明的，在设有传输控制用电极15的情况下，可以阻止光进入第一电极11和传输控制用电极15。具体地，如图89所示，遮光层92可以形成在第一电极11和传输控制用电极15的上方。可选择地，进入片上微透镜90的光不可能到达第一电极11，或者不可能到达第一电极11和传输控制用电极15。

由于采用了上述构成和结构，或者由于遮光层92设置成或片上微透镜90设计成使得光仅进入位于电荷累积用电极14上方的光电转换层13的部分，所以位于第一电极11的上方(或者第一电极11和传输控制用电极15的上方)的光电转换层13的部分未对光电转换做出贡献。因此，可以更可靠地使所有像素同时复位，并且可以更容易地实现全局快门功能。换句话说，在包括多个具有上述构成和结构的成像元件的固态成像装置的驱动方法中，重复以下步骤。

在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层13中的同时，第一电极11中的电荷从系统中同时排出。

之后，在所有成像元件中，在光电转换层13中累积的电荷同时传输到第一电极11，并且在传输完成之后，传输到第一电极11的电荷在各成像元件中顺次读出。

在这样的固态成像装置的驱动方法中，各成像元件具有这样的结构，其中从第二电极侧进入的光不进入第一电极，并且在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层中的同时，第一电极中的电荷从系统排出。因此，在所有的成像元件中，可以可靠地使第一电极同时复位。之后，在所有成像元件中，在光电转换层中累积的电荷同时传输到第一电极，并且在传输完成之后，传输到第一电极的电荷在各成像元件中顺次读出。因此，可以容易地实现所谓的全局快门功能。

另外，在实施例10的变形例中，如图90所示，可以从最靠近第一电极11的位置朝向电荷累积用电极14配置多个传输控制用电极。注意，图91示出其中设有两个传输控制用电极15A和15B的示例。此外，也可以在电荷累积用电极14和第二电极12的上方设置片上微透镜90，使得进入片上微透镜90的光被收集到电荷累积用电极14，但未到达第一电极11以及传输控制用电极15A和15B。

在图56和图57所示的实施例12中，使电荷累积用电极段14

此外，在图59所示的实施例13中，使电荷累积用电极段14

毫无疑问，上述各种变形例也可以适用于实施例6以外的实施例。

在实施例中，电子用作信号电荷，并且在半导体基板上形成的光电转换层的导电类型为n型。然而，本技术也可以适用于其中空穴用作信号电荷的固态成像装置。在这种情况下，各半导体区域仅需要由相反导电类型的半导体区域形成，并且形成在半导体基板上的光电转换层的导电类型仅需要是p型。

此外，在实施例中说明的示例情况下，本技术适用于CMOS固态成像装置，其中将与入射光量相对应的信号电荷作为物理量检测的单位像素以矩阵状排列。然而，本技术不必须适用于这种CMOS固态成像装置，并且也可以适用于CCD固态成像装置。在后一种情况下，信号电荷通过CCD结构的垂直传输寄存器沿垂直方向传输，通过水平传输寄存器沿水平方向传输并放大，从而输出像素信号(图像信号)。此外，本公开不必须适用于其中像素以二维矩阵状排列并且针对各像素行设置列信号处理电路的列方式的一般固态成像装置。此外，在某些情况下，也可以省略选择晶体管。

此外，本公开的成像元件和层叠型成像元件不必须用在感测可见入射光的分布并捕获该分布作为图像的固态成像装置中，而是也可以用在捕获红外线、X射线、粒子等的入射量分布作为图像的固态成像装置中。此外，在广义上，本公开可以适用于检测诸如压力和电容等其他物理量的分布并捕获这种分布作为图像的诸如指纹检测传感器等任何固态成像装置(物理量分布检测装置)。

此外，本公开不限于按行顺次地扫描成像区域中的各个单位像素并且从各个单位像素读取像素信号的固态成像装置。本公开还可以适用于逐个地选择期望的像素并且从所选择的像素逐个地读取像素信号的X-Y地址型的固态成像装置。固态成像装置可以是单芯片的形式，或者可以是通过将成像区域与驱动电路或光学系统封装在一起来形成并且具有成像功能的模块的形式。

此外，本公开不必须适用于固态成像装置，而是也可以适用于成像装置。这里，成像装置是诸如数码相机或摄像机等相机系统，或者是诸如便携式电话设备等具有成像功能的电子设备。在某些情况下，安装在电子设备上的模块的形式或相机模块为成像装置。

图94是示出其中包括本公开的成像元件和层叠型成像元件的固态成像装置201用于电子设备(相机)200的示例的概念图。电子设备200包括固态成像装置201、光学透镜210、快门装置211、驱动电路212和信号处理电路213。光学透镜210收集来自被摄体的图像光(入射光)，并在固态成像装置201的成像面上形成图像。由此，信号电荷在固态成像装置201中累积一定时间段。快门装置211控制固态成像装置201的曝光期间和遮光期间。驱动电路212供给用于控制固态成像装置201的传输操作等和快门装置211的快门操作的驱动信号。根据从驱动电路212供给的驱动信号(定时信号)，固态成像装置201执行信号传输。信号处理电路213执行各种类型的信号处理。将经过信号处理的视频信号存储到诸如存储器等存储介质中，或者输出到监视器。在这种电子设备200中，能够实现固态成像装置201中的像素尺寸的微型化和传输效率的改善。因此，可以获得像素特性得到改善的电子设备200。固态成像装置201可以适用的电子设备200不必须是相机，而是可以是用于诸如数码相机和便携式电话装置等移动装置的诸如相机模块等成像装置。

注意，本公开还可以在以下构成中来体现。

[A01]《成像元件：第一实施方案》

一种成像元件，包括：

第一电极；

与第一电极隔开配置的电荷累积用电极；

与第一电极接触并形成在所述电荷累积用电极上方的光电转换层，绝缘层夹设在所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间；和

形成在所述光电转换层上的第二电极，其中

所述绝缘层的位于所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间的部分包括第一区域和第二区域，

所述绝缘层的占据第一区域的部分由第一绝缘层形成，

所述绝缘层的占据第二区域的部分由第二绝缘层形成，和

形成第二绝缘层的材料的固定电荷的绝对值小于形成第一绝缘层的材料的固定电荷的绝对值。

[A02]根据[A01]所述的成像元件，其中

第二区域位于与第一电极相对的位置，和

第一区域位于与第二区域相邻的位置。

[A03]根据[A02]所述的成像元件，其中形成第一绝缘层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

[A04]根据[A03]所述的成像元件，其中

将被发送到第一电极的载流子是电子，

第一绝缘层由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成，和

第二绝缘层由氧化硅形成。

[A05]根据[A02]～[A04]中任一项所述的成像元件，其中从第二绝缘层延伸的第二绝缘层延伸部形成在第一绝缘层和所述光电转换层之间。

[A06]根据[A01]所述的成像元件，其中

第一区域位于与第一电极相对的位置，和

第二区域位于与第一区域相邻的位置。

[A07]根据[A06]所述的成像元件，其中形成第一绝缘层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性。

[A08]根据[A07]所述的成像元件，其中

将被发送到第一电极的载流子是电子，

第一绝缘层由氮氧化硅或氮化硅形成，和

第二绝缘层由氧化硅形成。

[A09]根据[A06]～[A08]中任一项所述的成像元件，其中从第二绝缘层延伸的第二绝缘层延伸部形成在第一绝缘层和所述光电转换层之间。

[A10]根据[A01]所述的成像元件，其中

所述绝缘层的位于所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间的部分还包括第三区域，

第一区域位于与第一电极相对的位置，

第三区域位于与第一区域相邻的位置，

第二区域位于第一区域和所述光电转换层之间以及第三区域和所述光电转换层之间，

所述绝缘层的占据第三区域的部分由第三绝缘层形成，和

形成第二绝缘层的材料的固定电荷的绝对值小于形成第三绝缘层的材料的固定电荷的绝对值。

[A11]根据[A10]所述的成像元件，其中

形成第一绝缘层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性，和

形成第三绝缘层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

[A12]根据[A11]所述的成像元件，其中

将被发送到第一电极的载流子是电子，

第一绝缘层由氮氧化硅或氮化硅形成，

第三绝缘层由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成，和

第二绝缘层由氧化硅形成。

[A13]根据[A01]～[A12]中任一项所述的成像元件，其中

绝缘材料层设置在第一电极和所述电荷累积用电极之间，和

形成所述绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性。

[A14]根据[A01]～[A13]中任一项所述的成像元件，其中

第二绝缘材料层设置为与所述电荷累积用电极的不面对第一电极的部分的至少一部分接触，和

形成第二绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

[A15]《成像元件：第二实施方案》

一种成像元件，包括：

第一电极；

与第一电极隔开配置的电荷累积用电极；

与第一电极接触并形成在所述电荷累积用电极上方的光电转换层，绝缘层夹设在所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间；和

形成在所述光电转换层上的第二电极，其中

绝缘材料层设置在第一电极和所述电荷累积用电极之间，和

形成所述绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性不同的极性。

[A16]根据[A15]所述的成像元件，其中所述绝缘层沿着所述光电转换层和所述绝缘材料层之间的至少一部分延伸。

[A17]根据[A15]或[A16]所述的成像元件，其中

第二绝缘材料层设置为与所述电荷累积用电极的不面对第一电极的部分的至少一部分接触，和

形成第二绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

[A18]根据[A17]所述的成像元件，其中

将被发送到第一电极的载流子是电子，

所述绝缘材料层由氮氧化硅或氮化硅形成，和

第二绝缘材料层由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成。

[A19]《成像元件：第三实施方案》

一种成像元件，包括：

第一电极；

与第一电极隔开配置的电荷累积用电极；

与第一电极接触并形成在所述电荷累积用电极上方的光电转换层，绝缘层夹设在所述电荷累积用电极和所述光电转换层之间；和

形成在所述光电转换层上的第二电极，其中

绝缘材料层形成为与所述电荷累积用电极的不面对第一电极的部分的至少一部分接触，和

形成所述绝缘材料层的材料具有与将在所述光电转换层中生成并被发送到第一电极的载流子的极性相同的极性。

[A20]根据[A19]所述的成像元件，其中

将被发送到第一电极的载流子是电子，和

所述绝缘材料层由选自氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽和氧化钛中的至少一种材料形成。

[B01]根据[A01]～[A20]中任一项所述的成像元件，其中电荷移动控制电极形成在与所述光电转换层的位于所述成像元件和相邻的成像元件之间的区域相对的区域中，绝缘层夹设在所述区域和所述电荷移动控制电极之间。

[B02]根据[A01]～[A20]中任一项所述的成像元件，其中代替第二电极，电荷移动控制电极形成在所述光电转换层的位于所述成像元件和相邻的成像元件之间的区域上。

[B03]根据[B01]所述的成像元件，还包括

控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，

第一电极、第二电极、所述电荷累积用电极和所述电荷移动控制电极连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路将电位V

这里，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，

V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

[B04]根据[B02]所述的成像元件，还包括

控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，

第一电极、第二电极、所述电荷累积用电极和所述电荷移动控制电极连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路将电位V

这里，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，

V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

[B05]根据[A01]～[B04]中任一项所述的成像元件，还包括

半导体基板，

其中光电转换单元配置在所述半导体基板的上方。

[B06]根据[A01]～[B05]中任一项所述的成像元件，还包括

设置在第一电极和所述电荷累积用电极之间、与第一电极和所述电荷累积用电极隔开配置并且经由所述绝缘层与所述光电转换层对向配置的传输控制用电极。

[B07]根据[A01]～[B06]中任一项所述的成像元件，其中所述电荷累积用电极由多个电荷累积用电极段形成。

[B08]根据[A01]～[B07]中任一项所述的成像元件，其中所述电荷累积用电极的尺寸大于第一电极的尺寸。

[B09]根据[A01]～[B08]中任一项所述的成像元件，其中第一电极在形成于所述绝缘层中的开口部内延伸并且连接到所述光电转换层。

[B10]根据[A01]～[B08]中任一项所述的成像元件，其中所述光电转换层在形成于所述绝缘层中的开口部内延伸并且连接到第一电极。

[B11]根据[B10]所述的成像元件，其中

第一电极的顶面的边缘部被所述绝缘层覆盖，

第一电极通过所述开口部的底面露出，和

所述开口部的侧面是从第一面朝向第二面扩展的倾斜，第一面是所述绝缘层的与第一电极的顶面接触的表面，第二面是所述绝缘层的与所述光电转换层的面对所述电荷累积用电极的部分接触的表面。

[B12]根据[B11]所述的成像元件，其中具有从第一面朝向第二面扩展的倾斜的所述开口部的侧面位于电荷累积用电极侧。

[B13]<<第一电极和电荷累积用电极的电位的控制>>

根据[A01]～[B12]中任一项所述的成像元件，还包括

控制单元，所述控制单元配置在半导体基板中并且包括驱动电路，其中

第一电极和所述电荷累积用电极连接到所述驱动电路，

在电荷累积期间，所述驱动电路将电位V

在电荷传输期间，所述驱动电路将电位V

这里，在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，

V

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，

V

[B14]<<电荷累积用电极段>>

根据[A01]～[B06]中任一项所述的成像元件，其中所述电荷累积用电极由多个电荷累积用电极段形成。

[B15]根据[B14]所述的成像元件，其中

在第一电极的电位高于第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间，将要施加到位于最靠近第一电极的位置处的电荷累积用电极段的电位高于将要施加到位于最远离第一电极的位置处的电荷累积用电极段的电位，和

在第一电极的电位低于第二电极的电位的情况下，在电荷传输期间，将要施加到位于最靠近第一电极的位置处的电荷累积用电极段的电位低于将要施加到位于最远离第一电极的位置处的电荷累积用电极段的电位。

[B16]根据[A01]～[B15]中任一项所述的成像元件，其中

在半导体基板中配置有构成控制单元的至少浮动扩散层和放大晶体管，和

第一电极连接到所述浮动扩散层和所述放大晶体管的栅极部。

[B17]根据[B16]所述的成像元件，其中

在所述半导体基板中还配置有构成所述控制单元的复位晶体管和选择晶体管，

所述浮动扩散层连接到所述复位晶体管的一个源/漏区域，和

所述放大晶体管的一个源/漏区域连接到所述选择晶体管的一个源/漏区域，并且所述选择晶体管的另一个源/漏区域连接到信号线。

[B18]根据[A01]～[B17]中任一项所述的成像元件，其中光从第二电极侧进入，并且遮光层形成在更靠近第二电极的光入射侧。

[B19]根据[A01]～[B17]中任一项所述的成像元件，其中光从第二电极侧进入，并且光不进入第一电极。

[B20]根据[B19]所述的成像元件，其中遮光层形成在更靠近第二电极的光入射侧并在第一电极的上方。

[B21]根据[B19]所述的成像元件，其中

在所述电荷累积用电极和第二电极的上方设有片上微透镜，和

进入所述片上微透镜的光被收集到所述电荷累积用电极。

[C01]<<成像元件：第一构成>>

根据[A01]～[B21]中任一项所述的成像元件，其中

光电转换单元由N(N≥2)个光电转换单元段形成，

光电转换层由N个光电转换层段形成，

绝缘层由N个绝缘层段形成，

电荷累积用电极由N个电荷累积用电极段形成，

第n(n＝1，2，3，...，N)光电转换单元段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，

更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极的位置，和

各绝缘层段的厚度从第一光电转换单元段到第n光电转换单元段逐渐变化。

[C02]<<成像元件：第二构成>>

根据[A01]～[B21]中任一项所述的成像元件，其中

光电转换单元由N(N≥2)个光电转换单元段形成，

光电转换层由N个光电转换层段形成，

绝缘层由N个绝缘层段形成，

电荷累积用电极由N个电荷累积用电极段形成，

第n(n＝1，2，3，...，N)光电转换单元段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，

更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极的位置，和

各光电转换层段的厚度从第一光电转换单元段到第n光电转换单元段逐渐变化。

[C03]<<成像元件：第三构成>>

根据[A01]～[B21]中任一项所述的成像元件，其中

光电转换单元由N(N≥2)个光电转换单元段形成，

光电转换层由N个光电转换层段形成，

绝缘层由N个绝缘层段形成，

电荷累积用电极由N个电荷累积用电极段形成，

第n(n＝1，2，3，...，N)光电转换单元段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，

更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极的位置，和

形成绝缘层段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的。

[C04]<<成像元件：第四构成>>

根据[A01]～[B21]中任一项所述的成像元件，其中

光电转换单元由N(N≥2)个光电转换单元段形成，

光电转换层由N个光电转换层段形成，

绝缘层由N个绝缘层段形成，

电荷累积用电极由彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段形成，

第n(n＝1，2，3，...，N)光电转换单元段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，

更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极的位置，和

形成电荷累积用电极段的材料在相邻的光电转换单元段之间是不同的。

[C05]<<成像元件：第五构成>>

根据[A01]～[B21]中任一项所述的成像元件，其中

光电转换单元由N(N≥2)个光电转换单元段形成，

光电转换层由N个光电转换层段形成，

绝缘层由N个绝缘层段形成，

电荷累积用电极由彼此隔开配置的N个电荷累积用电极段形成，

第n(n＝1，2，3，...，N)光电转换单元段包括第n电荷累积用电极段、第n绝缘层段和第n光电转换层段，

更大n值的光电转换单元段位于更远离第一电极的位置，和

所述电荷累积用电极段的面积从第一光电转换单元段到第n光电转换单元段逐渐变小。

[C06]<<成像元件：第六构成>>

根据[A01]～[B21]中任一项所述的成像元件，其中，当电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠方向为Z方向并且远离第一电极的方向为X方向时，沿着Y-Z假想平面截取的电荷累积用电极、绝缘层和光电转换层的层叠部分的截面积依据距第一电极的距离而变化。

[D01]<<层叠型成像元件>>

一种层叠型成像元件，包括至少一个根据[A01]～[C06]中任一项所述的成像元件。

[E01]<<固态成像装置：第一实施方案>>

一种固态成像装置，包括多个根据[A01]～[C06]中任一项所述的成像元件。

[E02]<<固态成像装置：第二实施方案>>

一种固态成像装置，包括多个根据[D01]所述的层叠型成像元件。

[E03]<<固态成像装置：第一构成>>

一种固态成像装置，包括

多个根据[A01]～[B06]中任一项所述的成像元件，其中

成像元件块由多个成像元件形成，和

第一电极由构成所述成像元件块的多个成像元件共用。

[E04]<<固态成像装置：第二构成>>

一种固态成像装置，包括

多个层叠型成像元件，所述层叠型成像元件包括至少一个根据[A01]～[C06]中任一项所述的成像元件，其中

成像元件块由多个层叠型成像元件形成，和

第一电极由构成所述成像元件块的多个层叠型成像元件共用。

[E05]根据[E01]～[E04]中任一项所述的固态成像装置，其中在一个成像元件的上方设置一个片上微透镜。

[E06]根据[E01]～[E04]中任一项所述的固态成像装置，其中

成像元件块由两个成像元件形成，和

在所述成像元件块的上方设置一个片上微透镜。

[E07]根据[E01]～[E06]中任一项所述的固态成像装置，其中针对多个成像元件设置一个浮动扩散层。

[E08]根据[E01]～[E07]中任一项所述的固态成像装置，其中第一电极配置成与各个成像元件的电荷累积用电极相邻。

[E09]根据[E01]～[E08]中任一项所述的固态成像装置，其中

第一电极配置成与多个成像元件中的一个或一些成像元件的电荷累积用电极相邻，并且不与多个成像元件的其余电荷累积用电极相邻。

[E10]根据[E09]所述的固态成像装置，其中形成成像元件的电荷累积用电极与形成另一个成像元件的电荷累积用电极之间的距离长于在同第一电极相邻的成像元件中的第一电极与电荷累积用电极之间的距离。

[F01]<<固态成像装置的驱动方法>>

一种用于驱动固态成像装置的方法，所述固态成像装置包括：其中层叠有第一电极、光电转换层和第二电极的光电转换单元，所述光电转换单元还包括与第一电极隔开配置并且经由绝缘层与所述光电转换层对向配置的电荷累积用电极；和多个成像元件，所述成像元件具有其中光从第二电极侧入射并且光不进入第一电极的结构，

所述方法包括以下步骤：

在所有成像元件中，在电荷累积在光电转换层中的同时，第一电极中的电荷从系统同时排出，和

在所有成像元件中，在光电转换层中累积的电荷同时传输到第一电极，然后，传输到第一电极的电荷在各成像元件中顺次读出，

所述各步骤重复进行。

附图标记列表

10

11 第一电极

12 第二电极

13 光电转换层

13

13

13

13

13

14 电荷累积用电极

14A，14B，14C 电荷累积用电极段

15，15A，15B 传输控制用电极(电荷传输电极)

21 电荷移动控制电极

22 焊盘部

23 连接孔

24，24

41 形成第二成像元件的n型半导体区域

43 形成第三成像元件的n型半导体区域

42，44，73 p

FD

TR1

TR1

TR1

51 复位晶体管TR1

51A 复位晶体管TR1

51B，51C 复位晶体管TR1

52 放大晶体管TR1

52A 放大晶体管TR1

52B，52C 放大晶体管TR1

53 选择晶体管TR1

53A 选择晶体管TR1

53B，53C 选择晶体管TR1

TR2

45 传输晶体管的栅极部

TR2

TR2

TR2

TR3

46 传输晶体管的栅极部

TR3

TR3

TR3

V

RST

SEL

117，VSL

TG

V

61 接触孔部

62 配线层

63，64，68A 焊盘部

65，68B 连接孔

66，67，69 连接部

70 半导体基板

70A 半导体基板的第一面(前面)

70B 半导体基板的第二面(背面)

71 元件分离区域

72 氧化膜

74 HfO

75 绝缘膜

76 层间绝缘层

77，78，81 层间绝缘层

82 绝缘层

82a

82a

82c

82 绝缘层

82A

82A

82A

82C

82D 绝缘材料层(第一绝缘材料层)

82E 绝缘材料层(第二绝缘材料层)

82

82

82

82

82p 绝缘层的第一面

82b 绝缘层的第二面

83 保护层

84，84A，84B，84C 开口部

85，85A 第二开口部

90 片上微透镜

91 位于层间绝缘层下方的各种成像元件构成要素

92 遮光层

100 固态成像装置

101 层叠型成像元件

111 成像区域

112 垂直驱动电路

113 列信号处理电路

114 水平驱动电路

115 输出电路

116 驱动控制电路

118 水平信号线

200 电子设备(相机)

201 固态成像装置

210 光学透镜

211 快门装置

212 驱动电路

213 信号处理电路