成像元件、层叠型成像元件、固态成像装置及其驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种成像元件。所述成像元件可包括：基板，所述基板具有第一光电转换单元；以及第二光电转换单元，所述第二光电转换单元位于所述基板的光入射侧。所述第二光电转换单元可以包括：光电转换层；第一电极；位于所述光电转换层上方的第二电极；第三电极；以及位于所述第三电极与所述光电转换层之间的绝缘材料，其中，所述绝缘材料的一部分位于所述第一电极与所述第三电极之间。

【技术实现步骤摘要】
成像元件、层叠型成像元件、固态成像装置及其驱动方法
本专利技术涉及成像元件、层叠型成像元件、固态成像装置以及固态成像装置的驱动方法。
技术介绍
将有机半导体材料用于光电转换层的成像元件可以对特定颜色(波段)进行光电转换。此外，由于该特性，在将该成像元件用作固态成像装置中的成像元件的情况下，可以实现如下子像素结构(层叠型成像元件)：其中，每个子像素被构造为片上滤色器(on-chipcolorfilter，OCCF)和成像元件的组合，并且子像素被二维地排列(例如，参见JP2011-138927A)。此外，由于无需进行去马赛克处理，因此其优点在于不会出现假色。注意，在以下说明中，在某些情况下，为便于说明，将设置在半导体基板上或上方并包括光电转换单元的成像元件称为“第一类型成像元件”；为便于说明，将构成第一类型成像元件的光电转换单元称为“第一类型光电转换单元”；为便于说明，将设置在半导体基板中的成像元件称为“第二类型成像元件”，并且为便于说明，将构成第二类型成像元件的光电转换单元称为“第二类型光电转换单元”。在图49中示出了现有技术中层叠型成像元件(层叠型固态成像装置)的结构实施例。在图49示出的实施例中，第三光电转换单元331和第二光电转换单元321分别是构成作为形成在被层叠的半导体基板370中的第二类型成像元件的第三成像元件330和第二成像元件320的第二类型光电转换单元。此外，第一光电转换单元311为布置在半导体基板370上方(具体地，第二成像元件320上方)的第一类型光电转换单元。第一光电转换单元311被构造成包括第一电极311、由有机材料制成的光电转换层315以及第二电极316，并且第一光电转换单元构成作为第一类型成像元件的第一成像元件310。由于吸收系数的差异，第二光电转换单元321和第三光电转换单元331分别对例如蓝色光和红色光进行光电转换。此外，第一光电转换单元311对例如绿色光进行光电转换。通过第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中的光电转换而生成的电荷暂时存储在第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中，此后，经由垂直型晶体管(示出了其栅极部322)和传输晶体管(示出了其栅极部332)将这些电荷分别传输至第二浮动扩散层(FloatingDiffusion)FD2和第三浮动扩散层FD3。这些电荷被进一步输出至外部读取电路(未示出)。上述晶体管和浮动扩散层FD2、FD3也形成在半导体基板370中。通过第一光电转换单元311中的光电转换而生成的电荷经由接触孔部361和配线层362存储至形成在半导体基板370中的第一浮动扩散层FD1中。第一光电转换单元311也通过接触孔部361和配线层362连接至将电荷量转换成电压的放大晶体管的栅极部318。另外，第一浮动扩散层FD1构成复位晶体管(示出了其栅极部317)的一部分。注意，附图标记371表示元件隔离区，附图标记372表示形成在半导体基板370的表面上的氧化膜，附图标记376和381表示层间绝缘层，附图标记383表示保护层，并且附图标记390表示片上微透镜。引用列表专利文献专利文献1：JP2011-138927A
技术实现思路
技术问题然而，通过第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中的光电转换而生成的电荷暂时存储在第二光电转换单元321和第三光电转换单元331中，此后，将这些电荷分别传输至第二浮动扩散层FD2和第三浮动扩散层FD3。因此，能够完全耗尽第二光电转换单元321和第三光电转换单元331。然而，通过第一光电转换单元311中的光电转换而生成的电荷直接存储在第一浮动扩散层FD1中。因此，难以完全耗尽第一光电转换单元311。因此，kTC噪声增大，随机噪声劣化，从而使成像的图像质量劣化。本专利技术旨在提供一种将光电转换单元布置在半导体基板上或上方且具有能够抑制成像质量劣化的构造和结构的成像元件、该成像元件构成的层叠型成像元件、包括该成像元件或层叠型成像元件的固态成像装置以及固态成像装置的驱动方法。技术方案根据本专利技术的第一实施方案，提供了一种成像元件。所述成像元件可以包括：基板，所述基板具有第一光电转换单元；以及在所述基板的光入射侧的第二光电转换单元。所述第二光电转换单元可以包括光电转换层、第一电极、位于所述光电转换层上方的第二电极、第三电极以及所述第三电极与所述光电转换层之间的绝缘材料，其中，所述绝缘材料的一部分位于所述第一电极与所述第三电极之间。根据本专利技术的第二实施方案，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：成像装置，所述成像装置包括：基板，所述基板具有第一光电转换单元；以及在所述基板的光入射侧的第二光电转换单元。第二光电转换单元可包括光电转换层、第一电极、所述光电转换层上方的第二电极、第三电极以及所述第三电极与所述光电转换层之间的绝缘材料，其中，所述绝缘材料的一部分位于所述第一电极与所述第三电极之间，并且透镜被构造成将光引导至所述成像装置的表面。根据本专利技术的第三实施方案，提供了一种成像装置的驱动方法。该方法包括以下步骤：在充电期间将第一电位施加至电荷存储电极，在充电期间将第二电位施加至第一电极，其中，所述第一电位大于所述第二电位；在电荷传输期间将第三电位施加至所述电荷存储电极，在电荷传输期间将第四电位施加至所述第一电极，其中，所述第四电位大于所述第三电位。在一些实施方案中，成像装置包括：基板，所述基板具有第一光电转换单元；以及在所述基板的光入射侧处的第二光电转换单元。第二光电转换单元可包括光电转换层、第一电极、所述光电转换层上方的第二电极、电荷存储电极以及所述电荷存储电极与所述光电转换层之间的绝缘材料，其中，所述绝缘材料的一部分位于所述第一电极与所述电荷存储电极之间。有益效果在根据本专利技术的实施方案的成像元件、构成根据本专利技术的实施方案的层叠型成像元件的根据本专利技术的实施方案的成像元件或构成根据本专利技术的第一实施方案或第二实施方案的固态成像装置的根据本专利技术的实施方案的成像元件(在下文中，在某些情况下，将这些成像元件统称为“根据本专利技术的实施方案的成像元件等”)中，由于包含与第一电极分离地布置且被布置成面对光电转换层的电荷存储电极(在电荷存储电极和光电转换层之间插入有绝缘层)，因此当用光照射光电转换单元时能够存储光电转换层的电荷，并且在光电转换单元中对光进行光电转换。因此，在开始曝光时，通过完全耗尽电荷存储单元，能够清除电荷。因此，能够抑制kTC噪声增大、随机噪声劣化以及成像时图像质量劣化这些现象的出现。在根据本专利技术的实施方案的固态成像装置的驱动方法中，各成像元件具有从第二电极侧入射的光不会入射在第一电极上的结构，因此在所有成像元件中，电荷同时存储在光电转换层中，并且第一电极的电荷被排出至外部，使得能够在所有成像元件中同时可靠地将第一电极复位。接着，在所有成像元件中，存储在光电转换层中的电荷同时被传输至第一电极，并且在完成传输之后，顺序地读出各个成像元件中的被传输至第一电极的电荷。因此，能够容易地实现所谓的全局快门功能。注意，在说明书中披露的效果是示例性的而非限制性的，并且还可具有附加效果。附图说明图1A-1D是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的示意性局部横截面图。图2是实施例1的成像元件和层叠型成像元件的等效电路图。图3是实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像元件，所述成像元件包括：基板，所述基板具有第一光电转换单元；以及第二光电转换单元，所述第二光电转换单元位于所述基板的光入射侧，所述第二光电转换单元包括：光电转换层；第一电极；位于所述光电转换层上方的第二电极；第三电极；以及位于所述第三电极与所述光电转换层之间的绝缘材料，其特征在于，所述绝缘材料的一部分位于所述第一电极与所述第三电极之间。

【技术特征摘要】
2016.03.01 JP 2016-0387771.一种成像元件，所述成像元件包括：基板，所述基板具有第一光电转换单元；以及第二光电转换单元，所述第二光电转换单元位于所述基板的光入射侧，所述第二光电转换单元包括：光电转换层；第一电极；位于所述光电转换层上方的第二电极；第三电极；以及位于所述第三电极与所述光电转换层之间的绝缘材料，其特征在于，所述绝缘材料的一部分位于所述第一电极与所述第三电极之间。2.根据权利要求1所述的成像元件，进一步包括：所述绝缘材料的位于所述第三电极与所述光电转换层之间的第一区域；以及所述绝缘材料的位于所述第三电极与所述第一电极之间的第二区域，其特征在于，所述绝缘材料的所述第二区域包括含有所述绝缘材料的第一绝缘层和含有所述绝缘材料的第二绝缘层，并且所述第一绝缘材料层叠在所述第二绝缘材料上。3.根据权利要求2所述的成像元件，其特征在于，所述第二区域中的所述第一绝缘层的一部分位于所述第一电极和所述光电转换层之间。4.根据权利要求2所述的成像元件，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域包括含有所述绝缘材料的不同数量的绝缘层。5.根据权利要求1所述的成像元件，进一步包括：传输控制电极，所述传输控制电极位于所述第一电极和第三电极之间。6.根据权利要求5所述的成像元件，其特征在于，在电荷存储操作期间，施加至所述传输控制电极的电位低于施加至所述第三电极的电位。7.根据权利要求5所述的成像元件，其特征在于，所述基板包括第三光电转换单元，并且所述第一光电转换单元、所述第二光电转换单元和所述第三光电转换单元分别连接至单独的信号线。8.根据权利要求1所述的成像元件，进一步包括：电荷排出电极，所述电荷排出电极与所述第一电极和所述第三电极分离，并且所述光电转换层与所述电荷排出电极接触。9.根据权利要求8所述的成像元件，其特征在于，所述电荷排出电极围绕所述第一电极和所述第三电极。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：富樫秀晃，古闲史彦，山口哲司，平田晋太郎，渡部泰一郎，安藤良洋，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP