本發(fā)明涉及攝像元件、層疊型攝像元件和固態(tài)攝像裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，層疊型攝像元件作為用于構(gòu)成圖像傳感器等的攝像元件而受到關(guān)注。層疊型攝像元件具有在兩個電極之間夾持光電轉(zhuǎn)換層(光接收層)的結(jié)構(gòu)。另外，層疊型攝像元件需要如下結(jié)構(gòu)：在該結(jié)構(gòu)中，基于光電轉(zhuǎn)換而在光電轉(zhuǎn)換層中產(chǎn)生的信號電荷被累積和傳輸。常規(guī)的結(jié)構(gòu)需要能夠把在其中累積信號電荷并且把信號電荷傳輸至浮動漏極(fd：floating?drain)電極中的結(jié)構(gòu)，并且需要高速傳輸以使信號電荷不會延遲。

2、用于解決上述問題的攝像元件(光電轉(zhuǎn)換元件)例如在日本專利申請?zhí)亻_第2016-63165號中已經(jīng)被公開。該攝像元件包括：

3、累積電極，其形成在第一絕緣層上；

4、第二絕緣層，其形成在累積電極上；

5、半導(dǎo)體層，其被形成為覆蓋累積電極和第二絕緣層；

6、收集電極，其被形成為與半導(dǎo)體層接觸并與累積電極分離；

7、光電轉(zhuǎn)換層，其形成在半導(dǎo)體層上；以及

8、上電極，其形成在光電轉(zhuǎn)換層上。

9、把有機半導(dǎo)體材料用于光電轉(zhuǎn)換層的攝像元件能夠?qū)μ囟伾?波長帶)進行光電轉(zhuǎn)換。另外，由于這種特性，在將上述攝像元件用作固態(tài)攝像裝置中的攝像元件的情況下，可以獲得在常規(guī)固態(tài)攝像裝置中不可能實現(xiàn)的具有層疊子像素的結(jié)構(gòu)(層疊型攝像元件)，其中，每個子像素包括片上濾色片層(occf：on-chip?color?filter?layer)和攝像元件的組合，并且子像素二維地排列(例如，參見日本專利申請?zhí)亻_第2011-138927)。此外，還有一個優(yōu)點是：由于不需要去馬賽克處理，因此不會產(chǎn)生偽色。在下面的說明中，為了方便起見，包含設(shè)置于半導(dǎo)體基板上或半導(dǎo)體基板上方的光電轉(zhuǎn)換單元的攝像元件可以被稱為“第一類型攝像元件”；為了方便起見，構(gòu)成第一類型攝像元件的光電轉(zhuǎn)換單元可以被稱為“第一類型光電轉(zhuǎn)換單元”；為了方便起見，設(shè)置于半導(dǎo)體基板中的攝像元件可以被稱為“第二類型攝像元件”；為了方便起見，構(gòu)成第二類型攝像元件的光電轉(zhuǎn)換單元可以被稱為“第二類型光電轉(zhuǎn)換單元”。

10、圖78示出了常規(guī)的層疊型攝像元件(層疊式固態(tài)攝像裝置)的構(gòu)造示例。在圖78所示的示例中，第三光電轉(zhuǎn)換單元343a和第二光電轉(zhuǎn)換單元341a(它們分別是構(gòu)成作為第二類型攝像元件的第三攝像元件343和第二攝像元件341的第二類型光電轉(zhuǎn)換單元)層疊在一起，并形成在半導(dǎo)體基板370中。此外，在半導(dǎo)體基板370的上方(具體地，在第二攝像元件341的上方)，設(shè)置有作為第一類型光電轉(zhuǎn)換單元的第一光電轉(zhuǎn)換單元310a。這里，第一光電轉(zhuǎn)換單元310a包括第一電極321、含有有機材料的光電轉(zhuǎn)換層323、以及第二電極322，并且第一光電轉(zhuǎn)換單元310a構(gòu)成作為第一類型攝像元件的第一攝像元件310。在第二光電轉(zhuǎn)換單元341a和第三光電轉(zhuǎn)換單元343a中，例如，由于吸收系數(shù)的差異能夠分別對藍(lán)光和紅光進行光電轉(zhuǎn)換。此外，在第一光電轉(zhuǎn)換單元310a中，例如，能夠?qū)G光進行光電轉(zhuǎn)換。

11、通過第二光電轉(zhuǎn)換單元341a和第三光電轉(zhuǎn)換單元343a中的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷被暫時累積在第二光電轉(zhuǎn)換單元341a和第三光電轉(zhuǎn)換單元343a中，隨后上述電荷通過縱型晶體管(示出了柵極部345)和傳輸晶體管(示出了柵極部346)被分別傳輸至第二浮動擴散層(floating?diffusion)fd2和第三浮動擴散層fd3中，并且被進一步被分別輸出至外部讀取電路(未示出)。這些晶體管以及浮動擴散層fd2和fd3也形成在半導(dǎo)體基板370中。

12、通過第一光電轉(zhuǎn)換單元310a中的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷經(jīng)由接觸孔部361和配線層362而被累積到形成于半導(dǎo)體基板370中的第一浮動擴散層fd1中。此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元310a還經(jīng)由接觸孔部361和配線層362連接到用于將電荷量轉(zhuǎn)換成電壓的放大晶體管的柵極部352。另外，第一浮動擴散層fd1構(gòu)成復(fù)位晶體管(示出了柵極部351)的一部分。附圖標(biāo)記371表示元件分離區(qū)域，附圖標(biāo)記372表示在半導(dǎo)體基板370的表面上形成的氧化膜，附圖標(biāo)記376和381表示層間絕緣層，附圖標(biāo)記383表示絕緣層，附圖標(biāo)記314表示片上微透鏡。

13、引用列表

14、專利文獻(xiàn)

15、專利文獻(xiàn)1：日本專利申請?zhí)亻_第2016-63165號公報

16、專利文獻(xiàn)2：日本專利申請?zhí)亻_第2011-138927號公報

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的問題

2、順便提及地，上述在日本專利申請?zhí)亻_第2016-63165號公報中公開的技術(shù)例如引用igzo作為構(gòu)成半導(dǎo)體層的材料。然而，在使用含有igzo的半導(dǎo)體層的情況下，構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換層的有機半導(dǎo)體材料的狀態(tài)密度與構(gòu)成半導(dǎo)體層的igzo的狀態(tài)密度之間存在著很大的差異。例如，有機半導(dǎo)體材料的狀態(tài)密度約為1×1021cm-3，igzo的狀態(tài)密度約為1×1018cm-3。因此，當(dāng)通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的載流子(例如，光電子)從光電轉(zhuǎn)換層流入半導(dǎo)體層時，在光電轉(zhuǎn)換層與半導(dǎo)體層之間的界面處很可能發(fā)生載流子停滯(carrier?stagnation)。結(jié)果，攝像元件(光電轉(zhuǎn)換元件)的光響應(yīng)性(photoresponsiveness)受到不利影響。

3、因此，本發(fā)明的目的是提供具有幾乎不會不利地影響光響應(yīng)性的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的攝像元件(即，累積在光電轉(zhuǎn)換層中的電荷具有優(yōu)異的傳輸特性的攝像元件)以及分別包括所述攝像元件的層疊型攝像元件和固態(tài)攝像裝置。

4、解決問題的技術(shù)方案

5、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的攝像元件(光電轉(zhuǎn)換元件)包括：

6、光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元是通過層疊第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極而形成的，

7、在所述第一電極與所述光電轉(zhuǎn)換層之間，形成有包含銦復(fù)合氧化物的復(fù)合氧化物層，

8、所述復(fù)合氧化物層包括與所述第一電極相鄰的第一層和與所述光電轉(zhuǎn)換層相鄰的第二層，并且

9、所述第一層具有比所述第二層更高的銦成分。

10、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的攝像元件(光電轉(zhuǎn)換元件)包括：

11、光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元是通過層疊第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極而形成的，

12、在所述第一電極與所述光電轉(zhuǎn)換層之間，形成有包含銦-鎵-鋅復(fù)合氧化物的復(fù)合氧化物層，

13、所述復(fù)合氧化物層包括與所述第一電極相鄰的第一層和與所述光電轉(zhuǎn)換層相鄰的第二層，

14、所述第一層具有比所述第二層更高的銦成分，或者

15、所述第一層具有比所述第二層更低的鎵成分，或者

16、所述第一層具有比所述第二層更高的鋅成分?？商娲?，所述第一層中的氧原子含量低于所述第二層中的氧原子含量。

17、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第三方面的攝像元件(光電轉(zhuǎn)換元件)包括：

18、光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元是通過層疊第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極而形成的，

19、在所述第一電極與所述光電轉(zhuǎn)換層之間，形成有包含銦復(fù)合氧化物(銦-鎵-鋅復(fù)合氧化物)的復(fù)合氧化物層，

20、所述復(fù)合氧化物層包括與所述第一電極相鄰的第一層和與所述光電轉(zhuǎn)換層相鄰的第二層，并且

21、所述第一層具有比所述第二層更高的載流子遷移率。

22、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第四方面的攝像元件(光電轉(zhuǎn)換元件)包括：

23、光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元是通過層疊第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極而形成的，

24、在所述第一電極與所述光電轉(zhuǎn)換層之間，形成有包含銦復(fù)合氧化物(銦-鎵-鋅復(fù)合氧化物)的復(fù)合氧化物層，

25、所述復(fù)合氧化物層包括與所述第一電極相鄰的第一層和與所述光電轉(zhuǎn)換層相鄰的第二層，并且

26、所述第一層具有比所述第二層更低的狀態(tài)密度。

27、用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的層疊型攝像元件包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的第一至第四方面所述的攝像元件。

28、用于實現(xiàn)上述目的的根據(jù)本發(fā)明的第一方面的固態(tài)攝像裝置包括多個根據(jù)本發(fā)明的第一至第四方面的攝像元件。此外，用于實現(xiàn)上述目的的根據(jù)本發(fā)明的第二方面的固態(tài)攝像裝置包括多個本發(fā)明的層疊型攝像元件。

29、本發(fā)明的有益效果

30、在根據(jù)本發(fā)明的(稍后所述的)第一方面和第二方面的攝像元件等中，各層的組成被限定在具有至少兩層的復(fù)合氧化物層中。在根據(jù)本發(fā)明的(稍后所述的)第三方面和第四方面的攝像元件等中，各層之間的載流子遷移率或狀態(tài)密度的關(guān)系被限定在具有至少兩層的復(fù)合氧化物層中。因此，當(dāng)通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的載流子(例如，光電子)從光電轉(zhuǎn)換層流入復(fù)合氧化物層時，在光電轉(zhuǎn)換層與復(fù)合氧化物層之間的界面處幾乎不發(fā)生載流子停滯。此外，能夠提高光電轉(zhuǎn)換層和復(fù)合氧化物層整體的載流子傳輸能力。因此，能夠提供對攝像元件的光響應(yīng)性沒有不利影響且累積在光電轉(zhuǎn)換層中的電荷具有優(yōu)異的傳輸特性的攝像元件。另外，本發(fā)明的(稍后所述的)攝像元件等具有復(fù)合氧化物層和光電轉(zhuǎn)換層的兩層結(jié)構(gòu)。因此，能夠防止電荷累積期間的再結(jié)合(recombination)，能夠提高累積于光電轉(zhuǎn)換層中的電荷去往第一電極的傳輸效率，并且能夠抑制暗電流的產(chǎn)生。注意，這里所述的效果僅僅是說明性的，而不是限制性的。此外，還可以有其它有益效果。