摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置制造方法及图纸

一种摄像元件包括光电转换单元，所述光电转换单元是通过把第一电极21、光电转换层23A和第二电极22层叠起来而形成的。在第一电极21与光电转换层23A之间，从第一电极侧形成有第一半导体材料层23B

Camera element, stack camera element and solid-state camera device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置
本专利技术涉及摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置。
技术介绍
近年来，层叠式摄像元件作为用于构成图像传感器等的摄像元件而受到关注。层叠式摄像元件具有在两个电极之间夹有光电转换层(光接收层)的结构。另外，层叠式摄像元件必须有如下结构：该结构中，能够累积且传输基于光电转换而在光电转换层中产生的信号电荷。常规的结构必须有能够把信号电荷累积和传输至浮动漏极(FD：floatingdrain)电极中的结构，并且必须以信号电荷不会延迟的方式进行高速传输。用于解决上述问题的摄像元件(光电转换元件)例如在日本专利申请特开No.2016-63165中已经被公开。该摄像元件包括：累积电极，其形成在第一绝缘层上；第二绝缘层，其形成在所述累积电极上；半导体层，其以覆盖所述累积电极和所述第二绝缘层的方式而被形成；收集电极，其以与所述半导体层接触的方式而被形成，并与所述累积电极分离开；光电转换层，其形成在所述半导体层上；以及上电极，其形成在所述光电转换层上。此外，该日本专利申请特开No.2016-63165中所公开的技术列举了例如IGZO作为用于构成所述半导体层的材料。把有机半导体材料用于光电转换层的摄像元件能够对特定颜色(波长带)进行光电转换。另外，由于这种特性，在将上述摄像元件用作固态摄像装置中的摄像元件的情况下，可以获得在常规固态摄像装置中不可能实现的把子像素(sub-pixel)层叠起来的结构(层叠式摄像元件)，在这样的结构(层叠式摄像元件)中，每个子像素包括芯片上彩色滤光片层(OCCF：on-chipcolorfilterlayer)和摄像元件的组合，并且各子像素呈二维方式排列着(例如，参见日本专利申请特开No.2011-138927)。此外，还有一个优点是：由于不需要去马赛克处理(demosaicprocessing)，因此不会产生伪色。在下面的说明中，为了方便起见，设置于半导体基板上或半导体基板上方的包括光电转换单元的摄像元件可以被称为“第一类型摄像元件”，也为了方便起见，用于构成第一类型摄像元件的光电转换单元可以被称为“第一类型光电转换单元”，还为了方便起见，设置于半导体基板中的摄像元件可以被称为“第二类型摄像元件”，以及为了方便起见，用于构成第二类型摄像元件的光电转换单元可以被称为“第二类型光电转换单元”。图78示出了常规的层叠式摄像元件(层叠式固态摄像装置)的构造示例。在图78所示的示例中，第三光电转换单元343A和第二光电转换单元341A(它们分别是用于构成作为第二类型摄像元件的第三摄像元件343和第二摄像元件341的第二类型光电转换单元)层叠在一起，并且形成在半导体基板370中。此外，在半导体基板370的上方(具体地，在第二摄像元件341的上方)，设置有作为第一类型光电转换单元的第一光电转换单元310A。这里，第一光电转换单元310A包括第一电极321、含有有机材料的光电转换层323、以及第二电极322，并且第一光电转换单元310A构成作为第一类型摄像元件的第一摄像元件310。在第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中，例如，由于吸收系数的差别而分别对蓝光和红光进行光电转换。此外，在第一光电转换单元310A中，例如，能够对绿光进行光电转换。通过第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中的光电转换而产生的电荷被临时累积在第二光电转换单元341A和第三光电转换单元343A中，随后，纵型晶体管(示出了栅极部345)和传输晶体管(示出了栅极部346)将上述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中，最后，上述电荷进一步被分别输出至外部读取电路(未示出)。这些晶体管以及浮动扩散层FD2和FD3也形成在半导体基板370中。通过第一光电转换单元310A中的光电转换而产生的电荷经由接触孔部361和布线层362而被累积到形成于半导体基板370中的第一浮动扩散层FD1。此外，第一光电转换单元310A还经由接触孔部361和布线层362连接到用于将电荷量转换成电压的放大晶体管的栅极部352。另外，第一浮动扩散层FD1构成复位晶体管(示出了栅极部351)的一部分。附图标记371表示元件分离区域，附图标记372表示在半导体基板370的表面上形成的氧化膜，附图标记376和381表示层间绝缘膜，附图标记383表示绝缘膜，附图标记314表示芯片上微透镜。引用列表专利文献专利文献1：日本专利申请特开No.2016-63165专利文献2：日本专利申请特开No.2011-138927
技术实现思路
本专利技术要解决的问题顺便提及，具有日本专利申请特开No.2016-63165中所公开的结构的摄像元件要求在半导体层中有高的载流子迁移率从而以信号电荷不会被延迟的方式进行高速传输。然而，当在具有高载流子迁移率的半导体层上直接形成光电转换层时，拍摄图像的质量可能会降低，例如，暗电流可能增加了。因此，本专利技术的目的是提供一种具有如下构造和结构的摄像元件以及各自都包括该摄像元件的层叠式摄像元件和固态摄像装置：在该构造和结构中，在光电转换层中产生的信号电荷能够快速地传输到第一电极、而且拍摄图像的质量不会降低。解决问题的技术方案用于实现上述目的的根据本专利技术的第一至第四方面中任一者的摄像元件包括：光电转换单元，所述光电转换单元是通过把第一电极、光电转换层和第二电极层叠起来而形成的，在所述第一电极与所述光电转换层之间，从所述第一电极侧形成有第一半导体材料层和第二半导体材料层，并且所述第二半导体材料层与所述光电转换层接触，并且所述光电转换单元还包括绝缘层和电荷累积电极，所述电荷累积电极与所述第一电极分开布置着，且所述电荷累积电极隔着所述绝缘层面对着所述第一半导体材料层。此外，在根据本专利技术的第一方面的摄像元件中，当所述第一半导体材料层的电子迁移率由μ1表示，所述第二半导体材料层的电子迁移率由μ2表示时，满足μ2<μ1。此外，在根据本专利技术的第二方面的摄像元件中，当所述第二半导体材料层的电离势由IP2表示，所述光电转换层的电离势由IP0表示时，满足IP0<IP2。此外，在根据本专利技术的第三方面的摄像元件中，当所述光电转换层的电子迁移率由μ0表示，所述第二半导体材料层的电子迁移率由μ2表示时，满足μ0≤μ2。此外，在根据本专利技术的第四方面的摄像元件中，当所述第一半导体材料层的电子亲和力由EA1表示，所述第二半导体材料层的电子亲和力由EA2表示，所述光电转换层的电子亲和力由EA0表示时，满足EA0≤EA2≤EA1。用于实现上述目的的根据本专利技术的层叠式摄像元件包括至少一个根据本专利技术的第一至第四方面的摄像元件。用于实现上述目的的根据本专利技术的第一方面的固态摄像装置包括多个根据本专利技术的第一至第四方面的摄像元件。此外，用于实现上述目的的根据本专利技术的第二方面的固态摄像装置包括多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摄像元件，其包括光电转换单元，所述光电转换单元是通过把第一电极、光电转换层和第二电极层叠起来而形成的，/n其中，在所述第一电极与所述光电转换层之间，从所述第一电极侧形成有第一半导体材料层和第二半导体材料层，并且所述第二半导体材料层与所述光电转换层接触，/n所述光电转换单元还包括绝缘层和电荷累积电极，所述电荷累积电极与所述第一电极分开布置着，且所述电荷累积电极隔着所述绝缘层面对着所述第一半导体材料层，并且/n当所述第一半导体材料层的电子迁移率由μ

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170816 JP 2017-1571491.一种摄像元件，其包括光电转换单元，所述光电转换单元是通过把第一电极、光电转换层和第二电极层叠起来而形成的，
其中，在所述第一电极与所述光电转换层之间，从所述第一电极侧形成有第一半导体材料层和第二半导体材料层，并且所述第二半导体材料层与所述光电转换层接触，
所述光电转换单元还包括绝缘层和电荷累积电极，所述电荷累积电极与所述第一电极分开布置着，且所述电荷累积电极隔着所述绝缘层面对着所述第一半导体材料层，并且
当所述第一半导体材料层的电子迁移率由μ1表示，并且所述第二半导体材料层的电子迁移率由μ2表示时，满足μ2<μ1。


2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，当所述第二半导体材料层的电离势由IP2表示，并且所述光电转换层的电离势由IP0表示时，满足IP0<IP2。


3.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，当所述光电转换层的电子迁移率由μ0表示时，满足μ0≤μ2。


4.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，当所述第一半导体材料层的电子亲和力由EA1表示，所述第二半导体材料层的电子亲和力由EA2表示，所述光电转换层的电子亲和力由EA0表示时，满足EA0≤EA2≤EA1。


5.根据权利要求3所述的摄像元件，其中，当所述第一半导体材料层的电子亲和力由EA1表示，所述第二半导体材料层的电子亲和力由EA2表示，所述光电转换层的电子亲和力由EA0表示时，满足EA0≤EA2≤EA1。


6.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，当所述光电转换层的电子迁移率由μ0表示时，满足μ0≤μ2。


7.根据权利要求6所述的摄像元件，其中，当所述第一半导体材料层的电子亲和力由EA1表示，所述第二半导体材料层的电子亲和力由EA2表示，所述光电转换层的电子亲和力由EA0表示时，满足EA0≤EA2≤EA1。


8.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，当所述第一半导体材料层的电子亲和力由EA1表示，所述第二半导体材料层的电子亲和力由EA2表示，所述光电转换层的电子亲和力由EA0表示时，满足EA0≤EA2≤EA1。


9.一种摄像元件，其包括光电转换单元，所述光电转换单元是通过把第一电极、光电转换层和第二电极层叠起来而形成的，
其中，在所述第一电极与所述光电转换层之间，从所述第一电极侧形成有第一半导体材料层和第二半导体材料层，并且所述第二半导体材料层与所述光电转换层接触，
所述光电转换单元还包括绝缘层和电荷累积电极，所述电荷累积电极与所述第一电极分开布置着，且所述电荷累积电极隔着所述绝缘层面对着所述第一半导体材料层，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂东雅史，齐藤阳介，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP