JP7536522B2

JP7536522B2 - 半導体装置

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Publication number: JP7536522B2
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Inventors: 達朗内田; 隆行角田
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Filing date: 2020-06-16
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Description

本発明は、半導体装置に関する。

従来、撮像素子を構成する光検出素子として、単結晶シリコン基板を用いたフォトダイオードが広く用いられてきた。特許文献１には、シリコンでは感度が低い長波長領域に高い光感度を有する有機材料や量子ドットを含む光電変換膜を用いた光検出素子が開示されている。これらの光電変換膜は、真空蒸着や塗布といった簡便なプロセスで成膜することができる。このため、基板上部、すなわち光入射側に光電変換膜を形成することで、１画素当たりの面積の縮小化が可能であり且つ光利用効率の高い撮像素子を実現することができる。

特開２０１９－１２１８０４号公報

撮像素子の製造プロセスでは、光電変換膜を形成した後、光電変換膜の形成時よりも高い温度の熱工程が行われることがある。例えば、塗布法により光電変換膜を形成した場合、光電変換膜の上方にカラーフィルタやマイクロレンズを形成する工程や撮像素子を実装する工程において、光電変換膜の形成時よりも高い温度の熱が加わることがある。しかしながら、塗布法により形成した光電変換膜に膜形成時の温度よりも高い熱が加わると、光電変換膜の表面からの配位子の脱離分解や揮発が生じ得る。その結果、膜が動くことで形成した基板からの膜浮きや膜剥がれなどが生じることがあった。光電変換膜の膜浮きや膜剥がれは、光検出素子の特性劣化につながる虞がある。

本発明の目的は、半導体装置を構成する機能素子の特性劣化を抑制するための技術を提供することにある。

本発明の一観点によれば、複数の画素電極及び制御電極が設けられた基板と、前記複数の画素電極の上に配された機能層と、前記機能層の上に配された透明電極と、前記機能層及び前記透明電極を含む積層体の上面及び側面を覆うように設けられ、前記透明電極に達する第１開口部を有する絶縁層と、前記第１開口部を介して前記透明電極に電気的に接続されるとともに、前記透明電極と前記制御電極とを接続する電気的経路の少なくとも一部を構成する遮光導電層と、を有し、前記遮光導電層の仕事関数は、前記機能層の仕事関数よりも大きい半導体装置が提供される。

また、本発明の他の一観点によれば、複数の画素電極及び制御電極が設けられた基板と、前記複数の画素電極の上に配された機能層と、前記機能層の上に配された透明電極と、前記透明電極の上に配された絶縁層と、前記機能層、前記透明電極及び前記絶縁層を含む積層体の上面の一部及び側面を覆うように設けられた遮光導電層と、前記遮光導電層の上に設けられた第２透明電極と、前記第２透明電極の上に設けられた第２絶縁層と、を有し、前記遮光導電層は、前記積層体の上面の側に位置する第１部分と、前記積層体の前記側面の側に位置する第２部分と、を有し、前記透明電極は、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間に位置し、前記遮光導電層の前記第１部分と前記透明電極との間の距離Ａと、前記遮光導電層の前記第２部分と前記機能層との間の距離Ｂとが、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間の距離Ｃよりも小さく、前記透明電極と前記制御電極とは、前記遮光導電層を介して電気的に接続されており、前記第２透明電極は、前記制御電極に接続されており、前記透明電極と前記制御電極とは、前記遮光導電層及び前記第２透明電極を介して電気的に接続されている半導体装置が提供される。
また、本発明の更に他の一観点によれば、複数の画素電極及び制御電極が設けられた基板と、前記複数の画素電極の上に配された機能層と、前記機能層の上に配された透明電極と、前記透明電極の上に配された絶縁層と、前記機能層、前記透明電極及び前記絶縁層を含む積層体の上面の一部及び側面を覆うように設けられた遮光導電層と、を有し、前記遮光導電層は、前記積層体の上面の側に位置する第１部分と、前記積層体の前記側面の側に位置する第２部分と、を有し、前記遮光導電層の仕事関数は、前記機能層の仕事関数よりも大きく、前記透明電極は、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間に位置し、前記遮光導電層の前記第１部分と前記透明電極との間の距離Ａと、前記遮光導電層の前記第２部分と前記機能層との間の距離Ｂとが、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間の距離Ｃよりも小さく、前記透明電極と前記制御電極とは、前記遮光導電層を介して電気的に接続されている半導体装置が提供される。

本発明によれば、半導体装置を構成する機能素子の特性劣化を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による半導体装置の概略構成を示す平面レイアウト図である。本発明の第１実施形態による半導体装置の概略断面図である。本発明の第１実施形態による半導体装置の画素領域の拡大断面図である。本発明の第１実施形態による半導体装置の機能素子の配置を示す平面レイアウト図である。本発明の第１実施形態による半導体装置の接続領域の拡大断面図である。本発明の第１実施形態による半導体装置における機能素子の構成例を示す拡大断面図である。本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。本発明の第２実施形態による半導体装置の概略構成を示す平面レイアウト図である。本発明の第３実施形態による半導体装置の概略構成を示す平面レイアウト図である。本発明の第４実施形態による半導体装置の概略断面図である。本発明の第４実施形態による半導体装置の接続領域の拡大断面図である。本発明の第５実施形態による半導体装置の概略断面図である。本発明の第６実施形態による半導体装置の接続領域の拡大断面図である。本発明の第６実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体装置及びその製造方法について、図１乃至図９を用いて説明する。なお、本実施形態では、本発明を適用可能な半導体装置の一例として撮像装置について説明する。ただし、本発明を適用可能な半導体装置は撮像装置に限られるものではなく、例えば、画像の取得を目的としない光電変換装置や、発光装置等に適用することも可能である。

はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について、図１乃至図６を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体装置の概略構成を示す平面レイアウト図である。図２は、図１のＩ－Ｉ′線に沿った概略断面図である。図３は、図２の領域Ｂにおける部分断面図である。図４は、機能素子の配置を示す平面レイアウト図である。図５は、図２の領域Ｃにおける部分断面図である。図６は、本実施形態による半導体装置における機能素子の具体的な構造を示す概略断面図である。なお、本実施形態の半導体装置における機能素子は、光検出素子（光電変換素子）である。

本実施形態による半導体装置は、基板１００を有する。本実施形態では、基板１００としてシリコン単結晶基板等の半導体基板を想定する。ただし、基板１００は、必ずしも半導体基板である必要はなく、ガラスやセラミック等の絶縁基板であってもよい。基板１００は、主表面Ｐ１を有する。

平面視における基板１００の主表面Ｐ１の側の中央部には、図１に示すように、画素領域１５０が設けられている。画素領域１５０には、複数の単位セル（不図示）が行列状に配される。画素領域１５０の周囲には、接続領域１５１が設けられている。基板１００の主表面Ｐ１の側の周縁部には、複数のパッド電極１５３が設けられている。パッド電極１５３は、ワイヤーボンデイング等によって不図示の実装基板と電気的に接続するための電極である。接続領域１５１とパッド電極１５３との間には、制御電極１３５が設けられている。なお、制御電極１３５は、画素領域１５０及び接続領域１５１の周囲を囲うように配置してもよい。

基板１００の主表面Ｐ１の上には、図２に示すように、配線構造体１０６が設けられている。配線構造体１０６には、最上層の配線層により、画素電極１３１と、制御電極１３５と、が構成されている。なお、本明細書では、基板１００及び配線構造体１０６を一括して「基板」と呼ぶこともある。

画素領域１５０及び接続領域１５１の配線構造体１０６の上には、中間層１３２と、機能層１３３と、透明電極１３４と、が設けられている。これにより、画素電極１３１、中間層１３２、機能層１３３及び透明電極１３４を含む光検出素子が構成されている。中間層１３２、機能層１３３及び透明電極１３４が設けられた配線構造体１０６の上の全面には、絶縁層１３６が設けられている。絶縁層１３６は、中間層１３２、機能層１３３及び透明電極１３４を含む積層体の上面及び側面を覆うように設けられている。

絶縁層１３６の上には、透明電極１３４と制御電極１３５とを電気的に接続するための配線１４０が設けられている。配線１４０は、絶縁層１３６に設けられた開口部１５２を介して透明電極１３４に接続され、絶縁層１３６に設けられた開口部１５６を介して制御電極１３５に接続されている。透明電極１３４の上方の絶縁層１３６の上には、平坦化層１３８ａと、カラーフィルタ層１３７と、平坦化層１３８ｂと、マイクロレンズ層１３９と、を含む光学構造体が設けられている。

次に、各部の構造について、より詳細に説明する。
基板１００の主表面Ｐ１の近傍には、図３に示すように、トランジスタ１０１及び素子分離部１１３が設けられている。トランジスタ１０１は、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタであり、ソース／ドレイン領域を構成するＮ型半導体領域１０２，１０５と、ゲート絶縁膜１０３と、ゲート電極１０４とを含む。Ｎ型半導体領域１０２，１０５は、基板１００の内部に設けられている。ゲート電極１０４は、Ｎ型半導体領域１０２とＮ型半導体領域１０５との間の主表面Ｐ１の上に、ゲート絶縁膜１０３を介して設けられている。素子分離部１１３は、基板１００の内部に設けられた絶縁構造体であり、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造により構成されている。

基板１００の主表面Ｐ１の上には、配線構造体１０６が設けられている。配線構造体１０６は、絶縁層１１２の中に配された複数の配線層を有する。図３には、配線層１０８を含む第１配線層と、配線層１１０を含む第２配線層と、画素電極１３１及び制御電極１３５を含む第３配線層と、を含む３層の多層配線構造を示している。ただし、配線構造体１０６を構成する多層配線構造は、必ずしも３層である必要はなく、２層以下であってもよいし、４層以上であってもよい。また、配線構造体１０６は、トランジスタ１０１と配線層１０８とを接続するコンタクトプラグ１０７と、配線層１０８と配線層１１０とを接続するビアプラグ１０９と、配線層１１０と画素電極１３１とを接続するビアプラグ１１１と、を含む。

複数の単位セル１２０は、例えば図４に示すように、複数の行及び複数の列にわたってマトリクス状に配されている。画素電極１３１は、画素領域１５０を構成する複数の単位セル１２０の各々に対応して設けられている。複数の画素電極１３１は互いに離間して設けられており、隣り合う画素電極１３１の間は分離領域１３０を構成している。この分離領域１３０は、絶縁層１１２によって構成され得る。複数の画素電極１３１の各々は、対応するビアプラグ１１１に接続されている。制御電極１３５は、図１及び図２に示すように、画素領域１５０の外側に配されている。

画素電極１３１、制御電極１３５及び分離領域１３０は、基板１００とは反対の側に略平坦な面を構成している。中間層１３２は、図３に示すように、画素電極１３１の上部と分離領域１３０の上部とにより構成される略平坦な面の上に連続して設けられている。

配線構造体１０６を構成するこれらの部材は、半導体装置において一般的に用いられている材料や製造プロセスを用いて形成することができる。例えば、コンタクトプラグ１０７及びビアプラグ１０９，１１１は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、窒化チタンから選択された１又は２以上の導電性材料によって構成され得る。典型的には、コンタクトプラグ１０７及びビアプラグ１０９，１１１は、チタン、窒化チタン及びタングステンの積層構造であり得る。配線層１０８，１１０は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、窒化チタン、タンタル等から選択された１又は２以上の導電性材料によって構成され得る。典型的には、配線層１０８，１１０は、タンタル及び銅の積層構造であり得る。複数の画素電極１３１は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性材料によって構成され得る。絶縁層１１２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミ等から選択される絶縁材料によって構成され得る。絶縁層１１２は、図２及び図３には詳細に示していないが、一般的には複数種類の絶縁材料からなる多層膜により構成される。

配線構造体１０６の上には、中間層１３２と、機能層１３３と、透明電極１３４と、がこの順番で設けられている。画素電極１３１は、単位セル１２０毎に設けられた個別電極であり、透明電極１３４は、複数の単位セル１２０に共通して設けられた共通電極である。なお、本実施形態において、透明電極１３４の上面と下面は平坦である。

機能層１３３は、本実施形態では光電変換膜であり、光検出の機能を有する。この場合、中間層１３２、機能層１３３及び透明電極１３４は、画素電極１３１とともに、各単位セル１２０の光検出素子を構成している。画素電極１３１は、機能層１３３における光電変換によって生じた電荷に基づく信号の読み出しに用いられ得る。なお、半導体装置が発光装置である場合には、機能層１３３は、発光の機能を有する。この場合には、画素電極１３１は、発光又は非発光の制御及び発光強度の制御のための制御信号を機能層に供給するために用いられ得る。

中間層１３２は、複数の画素電極１３１の各々と機能層１３３との間に配されている。中間層１３２は、複数の画素電極１３１の各々と機能層１３３との間で、正孔及び電子のうちの一方のキャリアについては電気的絶縁を確保し、他方のキャリアについては導通を確保する層である。したがって、中間層１３２は、キャリア注入阻止層ともいえる。中間層１３２は、複数の画素電極１３１が正孔を捕集する電極（陰極）である場合には、電子をブロックして正孔を伝導する層（電子ブロック層）であり得る。また、中間層１３２は、複数の画素電極１３１が電子を捕集する電極（陽極）である場合には、正孔をブロックして電子を伝導する層（正孔ブロック層）であり得る。

なお、中間層１３２が電子ブロック層である場合には、機能層１３３と透明電極１３４との間には不図示の正孔ブロック層が配され得る。一方、中間層１３２が正孔ブロック層である場合には、機能層１３３と透明電極１３４との間には不図示の電子ブロック層が配され得る。

また、中間層１３２は、複数の画素電極１３１の各々と機能層１３３との間の密着性を向上するための密着層としての機能をも備え得る。中間層１３２を画素電極１３１と機能層１３３との間に配することにより、画素電極１３１と機能層１３３との間の濡れ性の悪さに起因する膜剥がれを低減し得る。中間層１３２は、機能層１３３の下の全面に設けられていることが好ましい。このように構成することで、中間層１３２と機能層１３３との間の接触面積を増やすことができ、膜剥がれの低減効果を更に向上することができる。

中間層１３２、機能層１３３及び透明電極１３４は、図２に示すように、メサ形状をなしており、画素領域１５０及び接続領域１５１に選択的に設けられている。制御電極１３５は、中間層１３２、機能層１３３及び透明電極１３４によって覆われていない。

透明電極１３４の上を含む配線構造体１０６の上の全面には、絶縁層１３６が設けられている。絶縁層１３６は、封止膜（パッシベーション膜）としても機能し得る。絶縁層１３６には、図５に示すように、透明電極１３４の上面に達する開口部１５２と、制御電極１３５に達する開口部１５６と、が設けられている。開口部１５２は、単位セル１２０が設けられていない画素領域１５０の周縁部に設けられている。開口部１５２は、図１における領域Ａの拡大図に示すように、複数の単位セル１２０が配された領域を取り囲むように、接続領域１５１に複数配置されている。

絶縁層１３６の上には、配線１４０が設けられている。配線１４０は、図２及び図５に示すように、開口部１５２を介して透明電極１３４に接続され、開口部１５６を介して制御電極１３５に接続されている。これにより、制御電極１３５と透明電極１３４とは、配線１４０を介して電気的に接続されている。なお、配線１４０は、必ずしも制御電極１３５と透明電極１３４とに直に接続されている必要はなく、制御電極１３５と透明電極１３４とを接続する電気的経路の少なくとも一部を構成していればよい。

配線１４０は、導電性を有する材料、例えば、アルミニウム、金等の金属材料、アルミニウム銅合金等の合金材料、酸化インジウム、酸化錫等の金属酸化物材料、これらを含む複合酸化物材料（例えば、ＩＴＯ又はＩＺＯ）などにより構成され得る。

配線１４０は、図２に示すように、一部の単位セル１２０の絶縁層１３６と平坦化層１３８ａとの間に延在していてもよい。配線１４０がアルミニウム、金等の金属材料、アルミニウム銅合金等の合金材料などの遮光性を有する材料によって構成されている場合、配線１４０は、機能層１３３への入射光を遮る遮光層（遮光導電層）としての役割をも備え得る。この場合、絶縁層１３６と平坦化層１３８ａとの間に配線１４０が延在している単位セル１２０は、リファレンス信号を生成するための画素（オプティカルブラック画素ＯＢ）として利用することが可能である。

中間層１３２、機能層１３３及び透明電極１３４が設けられた領域の絶縁層１３６の上には、平坦化層１３８ａと、カラーフィルタ層１３７と、平坦化層１３８ｂと、マイクロレンズ層１３９と、がこの順番で設けられている。平坦化層１３８ａ，カラーフィルタ層１３７、平坦化層１３８ｂ及びマイクロレンズ層１３９は、機能層１３３に入射する光に対して光学的に作用する光学構造体を構成する。

カラーフィルタ層１３７は、図６に示すように、複数の単位セル１２０の各々に所定の色のカラーフィルタが配されるように、複数の色のカラーフィルタが所定のパターンをなすように配列されてなる。平坦化層１３８ａは、絶縁層１３６及び配線１４０の上に、カラーフィルタ層１３７の形成に適した平坦な上面を形成する。平坦化層１３８ｂは、カラーフィルタ層１３７の上に、マイクロレンズ層１３９の形成に適した平坦な上面を形成する。マイクロレンズ層１３９は、複数の単位セル１２０の各々に対応する複数のマイクロレンズを有する。１つの単位セル１２０は、１つのマイクロレンズを含む。１つの単位セル１２０は、１つのマイクロレンズに対応する複数の光検出素子、すなわち複数の画素電極１３１を含んでもよい。

次に、本実施形態の半導体装置に適用され得る機能層１３３についてより詳しく説明する。なお、本実施形態では、光電変換層として機能する化合物半導体等のナノ粒子の集合体であるコロイダル量子ドット膜を用いていて機能層１３３を構成する例を説明する。ただし、機能層１３３は、光電変換層として機能するものであればよく、その材料及び製造方法は特に限定されるものではない。

コロイダル量子ドットは、平均粒子径が０．５ｎｍ以上、１００ｎｍ未満のナノ粒子を含む。ナノ粒子の材料には、単元素半導体（ＩＶ族半導体）や化合物半導体が用いられ得る。化合物半導体は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体であってもよく、ＩＩ－ＶＩ族半導体であってもよく、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族及びＶＩ族の元素のうちの３つ以上の組み合わせからなる半導体であってもよい。具体的には、ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＩｎＮ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂ，ＩｎＧａＡｓ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，Ｇｅ，ＣｕＩｎＳ，ＣｕＩｎＳｅ，ＣｕＩｎＧａＳｅ，Ｓｉ等の半導体材料が挙げられる。これら材料は、比較的エネルギーバンドギャップが狭い半導体材料である。コロイダル量子ドットは、上述の材料のうちの１種類のナノ粒子のみを含んでいてもよく、２種類以上のナノ粒子を含んでいてもよい。これらの材料を含むコロイダル量子ドットは、半導体量子ドットとも呼ばれる。ナノ粒子の構造は、上述の半導体を含む核（コア）と、核を被覆する被覆材料と、を含むコアシェル構造であってもよい。

ナノ粒子のサイズは、各半導体材料に固有の励起子ボーア半径と同程度のサイズ以下に設定され得る。この場合、量子サイズ効果が発現することにより、サイズに応じた所望のエネルギーバンドギャップが得られる。すなわち、ナノ粒子のサイズを所定の値に制御して製造することにより光吸収波長又は発光波長を制御することができる。

ナノ粒子に用いられる材料は、合成の容易性の観点からＰｂＳ又はＰｂＳｅであることが好ましい。ＰｂＳの励起子ボーア半径はおよそ１８ｎｍであるため、結晶成長の制御及び量子サイズ効果の発現の観点からナノ粒子の平均粒径は２ｎｍから１５ｎｍの範囲であることが好ましい。ナノ粒子の平均粒径を２ｎｍ以上とすることにより、ナノ粒子の合成において、結晶成長の制御が容易になる。なお、ナノ粒子の粒径の測定には、透過型電子顕微鏡が用いられ得る。

機能層１３３の膜厚は、特に限定されるものではないが、高い光吸収特性を得る観点から、１０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。また、製造の容易性の観点から、機能層１３３の膜厚は、８００ｎｍ以下であることが好ましい。

次に、本実施形態の半導体装置に適用され得る中間層１３２についてより詳しく説明する。
中間層１３２は、上述のように、画素電極１３１が捕集するキャリアの種類に応じて電子ブロック層又は正孔ブロック層であり得る。また、中間層１３２は、機能層１３３の膜剥がれを抑制するための密着層としての機能をも有し得る。

まず、中間層１３２が電子ブロック層である場合について説明する。電子ブロック層の材料は、光電変換層である機能層１３３で生成された正孔を効率よく陰極に輸送できるものであることが好ましい。その材料は、正孔移動度が高いこと、電気伝導率が高いこと、陰極との間の正孔注入障壁が小さいこと、機能層１３３から電子ブロック層への正孔注入障壁が小さいこと、などの性質を有することが好ましい。更に、電子ブロック層を介して機能層１３３に光が取り込まれる場合には、電子ブロック層の材料には透明性の高い材料が用いられることが好ましい。透明な電子ブロック層における可視光の透過率は、６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。このような観点から、電子ブロック層の材料の具体例としては、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）等のＰ型の無機半導体や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等のＰ型の有機半導体が挙げられる。

次に、中間層１３２が正孔ブロック層である場合について説明する。正孔ブロック層に求められる機能は、電子ブロック層とは逆に、光電変換層である機能層１３３で生成された正孔をブロックし、電子を陽極に輸送するというものである。したがって、上述の電子ブロック層の記載において、陽極を陰極に置き換え、Ｐ型半導体をＮ型半導体に置き換えたものが正孔ブロック層における好ましい性質である。陽極側から光を照射される場合、あるいは陽極側で反射された光を活用する場合には、正孔ブロック層の材料には透明性の高い材料が用いられることが好ましい。このような観点から、正孔ブロック層の材料の具体例としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等のＮ型のワイドギャップ半導体、フラーレン（Ｃ_６０）等のＮ型の半導体が挙げられる。特に、酸化物系の無機半導体は、量子ドット分散液を塗布する工程において、その分散液に対する溶解度が低いため好ましい。

中間層１３２の膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば１ｎｍから１００ｎｍ程度である。中間層１３２の膜厚が薄い場合には、機能層１３３に印加される電圧を下げることができる。これに対し、中間層１３２の膜厚が厚い場合には、トンネル効果によって電子又は正孔が中間層１３２を通過する可能性を低減することができる。また、中間層１３２の膜厚が厚い場合には、ピンホール等による膜欠陥の発生を低減することができる。例えば、中間層１３２の膜厚が画素電極１３１の表面の凹凸よりも厚い場合には、膜欠陥が低減され得る。これらの観点を考慮して、中間層１３２の膜厚が適宜設定され得る。

次に、本実施形態の半導体装置に適用され得る画素電極１３１及び透明電極１３４についてより詳しく説明する。

画素電極１３１及び透明電極１３４は、導電性を有する任意の材料により形成することが可能である。画素電極１３１の材料の具体例としては、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム等の金属及びこれらの金属を含む合金が挙げられる。また、透明電極１３４の材料は、酸化インジウム、酸化錫等の金属酸化物であってもよく、これらを含む複合酸化物（例えば、ＩＴＯ又はＩＺＯ）であってもよい。画素電極１３１及び透明電極１３４の材料は、例示した複数の材料のうちの１種を単独で用いたものであってもよく、２種以上を所定の組み合わせや比率で用いたものであってもよい。

画素電極１３１及び透明電極１３４は、機能層１３３の内部で生じた電子又は正孔を捕集する機能を有する。したがって、画素電極１３１及び透明電極１３４の材料は、電子又は正孔の捕集に適しているものを用いることがより好ましい。正孔の捕集に適している電極の材料の例としては、金、ＩＴＯ等の高い仕事関数を有する材料が挙げられる。電子の捕集に適している材料の例としては、アルミニウム等の低い仕事関数を有する材料が挙げられる。

次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図７乃至図９を用いて説明する。図７乃至図９は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。

まず、一般的な半導体プロセスを用い、例えばシリコン基板である基板１００の主表面Ｐ１に、不図示のトランジスタや素子分離部等の所定の素子を形成する。

次いで、基板１００の主表面Ｐ１の上に、一般的な半導体プロセスを用い、絶縁層１１２の中に複数の配線層が設けられてなり、最表面部に画素電極１３１及び制御電極１３５を有する配線構造体１０６を形成する。その際、絶縁層１１２、画素電極１３１及び制御電極１３５の上面の高さが一致するように平坦化処理を行う。

次いで、平坦化処理された配線構造体１０６の上に、例えばスパッタリング法により酸化チタンを堆積し、酸化チタンよりなる中間層１３２を形成する。

次いで、中間層１３２の上に、例えばスピンコート法により、予め調整した複数のＰｂＳ量子ドット分散液をそれぞれ塗布する。続いて、分子鎖長が短い有機配位子ベンゼンジチオール（１，４－ＢＤＴ）を含む配位子溶液を同様にして塗布する。この後、この塗布膜を窒素雰囲気（酸素濃度１ｐｐｍ以下、水分濃度１ｐｐｍ以下）のグローブボックス中に放置し、乾燥させることにより、機能層１３３を形成する。なお、機能層１３３を形成する際の温度は、例えば１２０℃程度である。

次いで、機能層１３３の上に、例えば蒸着法により酸化モリブデンを堆積し、酸化モリブデンよりなる電子ブロック層（図示せず）を形成する。

次いで、電子ブロック層の上に、例えばスパッタリング法により酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を堆積し、ＩＴＯよりなる透明電極１３４を形成する（図７（ａ））。

次いで、透明電極１３４の上に、例えばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積し、窒化シリコンよりなる保護膜（図示せず）を形成する。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用い、中間層１３２、機能層１３３、電子ブロック層、透明電極１３４及び保護膜をパターニングする。これにより、画素領域１５０及び接続領域１５１を除く領域の中間層１３２、機能層１３３、電子ブロック層、透明電極１３４及び保護膜を除去する。これにより、接続領域１５１の周囲には制御電極１３５が露出する（図７（ｂ））。

次いで、全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により例えば窒化シリコンを堆積し、窒化シリコンよりなる絶縁層１３６を形成する。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用い、絶縁層１３６をパターニングする。これにより、絶縁層１３６に、接続領域１５１において透明電極１３４を露出する開口部１５２と、制御電極１３５を露出する開口部１５６と、を形成する（図８（ａ））。

次いで、開口部１５２，１５６が設けられた絶縁層１３６の上に、例えばスパッタリング法によりＴｉとＡｌＣｕとを順次堆積し、ＡｌＣｕ／Ｔｉ構造の導電膜を形成する。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用い、この導電膜をパターニングし、ＡｌＣｕ／Ｔｉ構造の配線１４０を形成する（図８（ｂ））。配線１４０は、開口部１５２を介して透明電極１３４に接続され、開口部１５６を介して制御電極１３５に接続される。

次いで、絶縁層１３６及び配線１４０の上に、平坦化層１３８ａと、所定の色配列を有するカラーフィルタ層１３７と、を順次形成する（図９（ａ））。

次いで、カラーフィルタ層１３７の上に、平坦化層１３８ｂと、マイクロレンズ層１３９と、を順次形成する。なお、カラーフィルタ層１３７やマイクロレンズ層１３９を形成する際の温度は、例えば１８０℃程度である。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用い、絶縁層１３６及び絶縁層１１２をパターニングし、パッド電極１５３を露出する開口部１５８を形成する（図９（ｂ））。こうして、本実施形態による半導体装置を完成する。

本実施形態による半導体装置を光電変換装置として機能させるためには、機能層１３３の上方にカラーフィルタ層１３７やマイクロレンズ層１３９を含む光学構造体を配置する必要がある。ここで、カラーフィルタ層１３７やマイクロレンズ層１３９の形成時には、前述のように、機能層１３３の形成時よりも高温の熱が加わることがある。

しかしながら、塗布法により形成した機能層１３３が形成時よりも高い温度に曝されると、機能層１３３の表面からの配位子の脱離分解や揮発が生じ得る。その結果、機能層１３３が動き、下地からの膜浮きや膜剥がれなどの変形が生じることがある。機能層１３３の膜浮きや膜剥がれは、光検出素子の特性劣化につながる虞がある。

機能層１３３及び透明電極１３４を覆うように絶縁層１３６を設けることで、機能層１３３の形成時よりも高い温度に曝された際に機能層１３３が動くことを抑制し、機能層１３３の膜浮きや膜剥がれなどの変形を抑制することはできる。

しかしながら、機能層１３３を光電変換膜として機能させるためには、機能層１３３の上に設けた透明電極１３４と制御電極１３５とを電気的に接続する必要がある。そのためには、透明電極１３４と制御電極１３５とを電気的に接続するための開口部１５２を絶縁層１３６に設けることになるが、絶縁層１３６に開口部１５２を設けることで、機能層１３３の変形を抑制する効果が損なわれることがある。例えば、接続領域１５１に、画素領域１５０を取り囲むようにサイズの大きい開口部１５２を配置した場合、機能層１３３が形成時よりも高い温度に曝されることで、その熱によって開口部１５２の下の機能層１３３が変形することがある。

このような観点から、本実施形態においては、絶縁層１３６に設ける開口部１５２の形状及び配置を最適化することで、機能層１３３の形成後に加わる熱によって機能層１３３が変形することを抑制している。

機能層１３３の変形を抑制するのに必要な開口部１５２の形状は、機能層１３３の構成材料や形成条件、光学構造体の形成条件等によって変化するため一律に定めることは困難であるが、発明者等の経験に基づく１つの指標として以下のように定めることができる。

すなわち、平面視における開口部１５２のサイズは、機能層１３３に熱が加わった際に機能層１３３の変形を押さえ込めるサイズ、具体的には、最大の幅（長辺の長さ或いは径）を２５０μｍ以下に設定する。熱耐性をより高めるためには、開口部１５２の最大の幅（長辺の長さ或いは径）を３０μｍ以下に設定することが更に好ましい。

上述の製造条件において発明者等が検討したところ、短辺が１０μｍで長辺が３００μｍの長方形形状の開口部１５２を配置した場合、開口部１５２の下の機能層１３３に変形が生じることが認められた。これに対し、一辺が１０μｍの正方形形状の開口部１５２を２０μｍピッチで画素領域１５０を取り囲むように配置した場合には、開口部１５２の下の機能層１３３に変形は生じなかった。

また、平面視における複数の開口部１５２の合計の面積は、平面視における画素領域１５０の面積の１０％以下であることが望ましい。熱耐性をより高めるためには、平面視における開口部１５２の合計の面積を、平面視における画素領域１５０の面積の６％以下に設定することが更に好ましい。画素領域１５０の面積に対する複数の開口部１５２の合計の面積の比率を小さくするほど、熱耐性を向上することができる。なお、本実施形態では、画素領域１５０は短辺が５７００μｍ、長辺が１００００μｍとしており、複数の開口部１５２の合計の面積は画素領域１５０の面積の約０．６％である。

また、本実施形態では、絶縁層１３６として窒化シリコンを適用した例を示したが、絶縁層１３６は窒化シリコンに限定されるものではなく、酸化シリコンや酸化アルミニウム等により構成してもよい。

また、本実施形態では開口部１５２を２０μｍピッチで配置する例を示したが、開口部１５２のピッチはこれに限定されるものではない。また、開口部１５２は、必ずしも等間隔で配置する必要はなく、不規則に並べてもよい。

また、本実施形態では、平面視における開口部１５２の形状を一辺１０μｍの正方形形状としたが、開口部１５２の形状はこれに限定されるものではない。例えば、平面視における開口部１５２の形状は、円形、楕円形、長方形、ひし形、多角形等の点対称な図形であってもよい。

このように、本実施形態によれば、半導体装置を構成する機能素子の特性劣化を抑制することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置について、図１０を用いて説明する。第１実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１０は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面レイアウト図である。

本実施形態による半導体装置は、開口部１５２の平面レイアウトが異なるほかは、第１実施形態による半導体装置と同様である。第１実施形態では、一辺１０μｍの正方形形状の開口部１５２を２０μｍピッチで画素領域１５０の周囲を取り囲むように配置する例を示した。これに対し、本実施形態では、一辺１０μｍの正方形形状の開口部１５２を２０μｍピッチで画素領域１５０の周囲を取り囲むように、三重に配置している。

画素領域１５０の周囲を取り囲むように開口部１５２を多重に配置することで、透明電極１３４と配線１４０との間のコンタクト面積が増加し、透明電極１３４と配線１４０との間の接続抵抗を低減することができる。これにより、透明電極１３４と制御電極１３５とを低抵抗に接続することが可能となり、半導体装置の高速化や低消費電力化を図ることができる。

本実施形態においても、平面視における開口部１５２のサイズは、機能層１３３に熱が加わった際に機能層１３３の変形を押さえ込めるサイズ、具体的には、一辺の長さ或いは径を２５０μｍ以下に設定する。熱耐性をより高めるためには、開口部１５２の長辺の長さ或いは径を３０μｍ以下に設定することが更に好ましい。

また、平面視における複数の開口部１５２の合計の面積は、平面視における画素領域１５０の面積の１０％以下であることが望ましい。熱耐性をより高めるためには、平面視における開口部１５２の合計の面積を、平面視における画素領域１５０の面積の６％以下に設定することが更に好ましい。画素領域１５０の面積に対する複数の開口部１５２の合計の面積の比率を小さくするほど、熱耐性を向上することができる。なお、本実施形態では、画素領域１５０は短辺が５７００μｍ、長辺が１００００μｍとしており、複数の開口部１５２の合計の面積は画素領域１５０の面積の約１．８％である。

開口部１５２のサイズやピッチ、２次元的な配置は、これら条件を満たす範囲で適宜設定することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による半導体装置について、図１１を用いて説明する。第１及び第２実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１１は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面レイアウト図である。

本実施形態による半導体装置は、開口部１５２の平面レイアウトが異なるほかは、第１及び第２実施形態による半導体装置と同様である。第１及び第２実施形態では、一辺１０μｍの正方形形状の開口部１５２を２０μｍピッチで画素領域１５０の周囲を取り囲むように配置する例を示した。これに対し、本実施形態では、短辺１０μｍ、長辺２００μｍの長方形形状の開口部１５２を１０μｍピッチで画素領域１５０の周囲を取り囲むように配置している。

本実施形態のように開口部１５２を長方形形状にすることにより、透明電極１３４と配線１４０との間のコンタクト面積が増加し、透明電極１３４と配線１４０との間の接続抵抗を更に低減することができる。これにより、透明電極１３４と制御電極１３５とをより低抵抗に接続することが可能となり、第２実施形態と比較して更に、半導体装置の高速化や低消費電力化を図ることができる。

また、平面視における複数の開口部１５２の合計の面積は、平面視における画素領域１５０の面積の１０％以下であることが望ましい。熱耐性をより高めるためには、平面視における開口部１５２の合計の面積を、平面視における画素領域１５０の面積の６％以下に設定することが更に好ましい。画素領域１５０の面積に対する複数の開口部１５２の合計の面積の比率を小さくするほど、熱耐性を向上することができる。なお、本実施形態では、画素領域１５０は短辺が５７００μｍ、長辺が１００００μｍとしており、複数の開口部１５２の合計の面積は画素領域１５０の面積の約５．９％である。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による半導体装置について、図１２及び図１３を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１２は、本実施形態による半導体装置の構成例を示す概略断面図であり、図１のＩ－Ｉ′線断面に相当する。図１３は、図１２の領域Ｃにおける部分断面図である。

本実施形態による半導体装置は、図１２及び図１３に示すように、画素領域１５０及び接続領域１５１を除く領域に絶縁層１３６が設けられていない点で、第１乃至第３実施形態による半導体装置とは異なっている。すなわち、本実施形態において、絶縁層１３６は、透明電極１３４の上面上には設けられているが、透明電極１３４、機能層１３３及び中間層１３２の側面部と、画素領域１５０及び接続領域１５１を除く領域の配線構造体１０６の上には設けられていない。すなわち、絶縁層１３６は、機能層１３３を挟んで複数の画素電極１３１に対向する部分を覆うように設けられている。

透明電極１３４と配線１４０とは、絶縁層１３６に設けられた開口部１５２を介して電気的に接続されている。透明電極１３４と配線１４０とは、透明電極１３４の側面部において直に接していてもよい。なお、開口部１５２は、透明電極１３４の上面に達していればよく、図１３（ａ）に示すように透明電極１３４の端部から離間していてもよく、図１３（ｂ）に示すように透明電極１３４の端部に設けられていてもよい。

配線１４０は、中間層１３２、機能層１３３、透明電極１３４及び絶縁層１３６を含む積層体の上面の一部及び側面を覆うように設けられている。このように構成することで、配線１４０は、第１乃至第３実施形態における絶縁層１３６と同様、機能層１３３の膜浮きや膜剥がれなどの変形を抑制する機能を備えうる。

また、配線１４０が透明電極１３４、機能層１３３及び中間層１３２の側面を覆うようことで、外部の水分が光検出素子（機能層１３３）に到達するのを抑制し、封止性能を向上することができる。なお、配線１４０は、透明電極１３４、機能層１３３及び中間層１３２の側面に接していてもよい。或いは、配線１４０と、透明電極１３４、機能層１３３及び中間層１３２の側面との間に、絶縁層１３６とは別の膜が介在していてもよい。

ここで、絶縁層１３６の上面の側に位置する部分を配線１４０の第１部分、透明電極１３４、機能層１３３及び中間層１３２の側面の側に位置する部分を配線１４０の第２部分と呼ぶものとする。このように考えた場合、配線１４０の第１部分と機能層１３３との間には、透明電極１３４が位置している。配線１４０の第１部分と透明電極１３４との間の距離Ａ及び配線１４０の第２部分と機能層１３３との間の距離Ｂは、配線１４０の第１部分と機能層１３３との間の距離Ｃよりも小さい。透明電極１３４と制御電極１３５とは、配線１４０を介して電気的に接続されている。

なお、配線１４０と機能層１３３との材料の組み合わせによっては、配線１４０と機能層１３３との間のリーク電流によって光検出素子の特性を低下する虞がある。このようなリーク電流を低減する観点から、配線１４０を構成する材料の仕事関数は、機能層１３３を構成する材料の仕事関数よりも大きいことが望ましい。リーク電流低減の効果は、機能層１３３の側面部において配線１４０が近接している本実施形態において特に大きいが、第１乃至第３実施形態においても同様である。

例えば、機能層１３３に含有されるＰｂＳ量子ドットの粒径が３．８ｎｍ未満の場合、機能層１３３のＬＵＭＯ準位は４．２ｅＶより浅いため、配線１４０の構成材料としては仕事関数が４．２ｅＶよりも大きい材料、例えばＡｌやＡｌＣｕが好ましい。また、ＰｂＳ量子ドットの粒径が３．８ｎｍ以上、４．３ｎｍ未満の場合、機能層１３３のＬＵＭＯ準位は４．３ｅＶより浅いため、配線１４０の構成材料としては仕事関数が４．３ｅＶよりも大きい材料、例えばＴｉやＷが好ましい。また、ＰｂＳ量子ドットの粒径が４．３ｎｍ以上の場合、機能層１３３のＬＵＭＯ準位は４．７ｅＶより浅いため、配線１４０の構成材料としては仕事関数が４．７ｅＶよりも大きい材料、例えばＡｕやＩＴＯが好ましい。機能層１３３の量子ドットが他の材料により構成される場合にも、同様の手法により配線１４０の構成材料を選択可能である。

配線１４０の構成材料としては、金属、合金及びこれらの窒化物が挙げられる。金属材料としては、例えば、Ｔｉ（４．３ｅＶ）、Ａｌ（４．２ｅＶ）、Ｃｕ（４．９ｅＶ）、Ｗ（４．６ｅＶ）、Ａｕ（４．５ｅＶ）、Ａｇ（４．３ｅＶ）、Ｎｉ（４．５ｅＶ）、Ｃｏ（５ｅＶ）等が挙げられる。合金材料としては、例えば、ＡｌＳｉＣｕ等が挙げられる。窒化物としては、例えば、ＴｉＮ（４．３３ｅＶ）が挙げられる。なお、括弧内の数値はこれら材料の仕事関数である。

なお、配線１４０は、透明電極１３４と制御電極１３５との間の接続抵抗を低減する観点、また、遮光層として利用可能な観点から、透明電極１３４よりも抵抗率が２桁程度低く且つ遮光性を有する材料から選択することが更に好ましい。

また、機能層１３３を酸化して機能層１３３の側面部に組成変化部を設けてもよい。このように構成することで、配線１４０と機能層１３３との間のリーク電流を更に低減することが可能である。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による半導体装置について、図１４及び図１５を用いて説明する。第１乃至第４実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１４は、本実施形態による半導体装置の構成例を示す概略断面図であり、図１のＩ－Ｉ′線断面に相当する。図１５は、図１４の領域Ｃにおける部分断面図である。

本実施形態による半導体装置は、図１４及び図１５に示すように、画素領域１５０及び接続領域１５１を除く領域に絶縁層１３６が設けられていない点で第４実施形態と共通している。また、本実施形態による半導体装置には、絶縁層１３６と平坦化層１３８ａとの間及び配線１４０と平坦化層１３８ａとの間に、透明電極１６０と絶縁層１６２とが更に設けられている。

配線１４０は、これまでの実施形態と同様、開口部１５２を介して透明電極１３４に接続されているが、制御電極１３５上までは延在しておらず、制御電極１３５には直に接続されていない。透明電極１６０は、画素領域１５０及び接続領域１５１において絶縁層１３６及び配線１４０の上を覆い、且つ、制御電極１３５の上に延在しており、制御電極１３５に接続されている。すなわち、透明電極１３４と制御電極１３５とは、配線１４０及び透明電極１６０を介して電気的に接続されている。絶縁層１６２は、透明電極１６０上の全面を覆うように設けられており、保護膜としての機能を備え得る。

このように構成することで、機能層１３３の側面部は配線１４０、透明電極１６０及び絶縁層１６２により覆われることとなり、外部からの水分の侵入をより効果的に抑制することができる。また、透明電極１３４と制御電極１３５との間の電気的接続経路の一部に配線１４０を用いることで、透明電極１３４と制御電極１３５との間の接続抵抗を低減することができる。

なお、本実施形態では、透明電極１６０を画素領域１５０上に透明電極１６０を設けているが、画素領域１５０上の透明電極１６０は、必ずしも設ける必要はない。画素領域１５０は、少なくとも、配線１４０と制御電極１３５とを電気的に接続する役割を備えていればよい。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像システムについて、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。

上記第１乃至第５実施形態で述べた半導体装置は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１６には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

図１６に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第５実施形態のいずれかで説明した半導体装置であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。

撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するデジタル信号から画像データの生成を行う。また、信号処理部２０８は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。撮像装置２０１は、信号処理部２０８で処理されるデジタル信号を生成するＡＤ変換部を備えうる。ＡＤ変換部は、撮像装置２０１の光電変換部が形成された半導体層（半導体基板）に形成されていてもよいし、撮像装置２０１の光電変換部が形成された半導体層とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、信号処理部２０８が撮像装置２０１と同一の半導体基板に形成されていてもよい。

撮像システム２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。更に撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。

撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

このように、本実施形態によれば、第１乃至第５実施形態による半導体装置を適用した撮像システムを実現することができる。

［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体について、図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。

図１７（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第５実施形態のいずれかに記載の半導体装置により構成され得る。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１７（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。

また、上記実施形態において示した数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置、構成要素間の接続関係等は本発明の一構成例であり、本発明は実施形態に記載の例に限定されるものではない。

また、上記第６及び第７実施形態に示した撮像システムは、本発明の半導体装置を適用しうるシステムの例を示したものであり、本発明の半導体装置を適用可能なシステムは図１６及び図１７に示した撮像システムに限定されるものではない。例えば、機能層１３３を含む機能素子が発光素子である場合、半導体発光素子アレイを有する発光装置となり、画像形成装置の露光ヘッドを構成することも可能である。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００…基板
１４０…配線
１３６，１６２…絶縁層
１３１…画素電極
１３３…機能層（光電変換膜）
１３４，１６０…透明電極
１３５…制御電極
１３７…カラーフィルタ層
１３９…マイクロレンズ層
１５０…画素領域
１５１…接続領域
１５２，１５６…開口部

Claims

複数の画素電極及び制御電極が設けられた基板と、
前記複数の画素電極の上に配された機能層と、
前記機能層の上に配された透明電極と、
前記機能層及び前記透明電極を含む積層体の上面及び側面を覆うように設けられ、前記透明電極に達する第１開口部を有する絶縁層と、
前記第１開口部を介して前記透明電極に電気的に接続されるとともに、前記透明電極と前記制御電極とを接続する電気的経路の少なくとも一部を構成する遮光導電層と、を有し、
前記遮光導電層の仕事関数は、前記機能層の仕事関数よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
前記絶縁層は、前記制御電極の上に延在し、前記制御電極に達する第２開口部を更に有し、
前記遮光導電層は、前記第２開口部を介して前記制御電極に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
複数の画素電極及び制御電極が設けられた基板と、
前記複数の画素電極の上に配された機能層と、
前記機能層の上に配された透明電極と、
前記透明電極の上に配された絶縁層と、
前記機能層、前記透明電極及び前記絶縁層を含む積層体の上面の一部及び側面を覆うように設けられた遮光導電層と、
前記遮光導電層の上に設けられた第２透明電極と、
前記第２透明電極の上に設けられた第２絶縁層と、を有し、
前記遮光導電層は、前記積層体の上面の側に位置する第１部分と、前記積層体の前記側面の側に位置する第２部分と、を有し、
前記透明電極は、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間に位置し、
前記遮光導電層の前記第１部分と前記透明電極との間の距離Ａと、前記遮光導電層の前記第２部分と前記機能層との間の距離Ｂとが、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間の距離Ｃよりも小さく、
前記透明電極と前記制御電極とは、前記遮光導電層を介して電気的に接続されており、
前記第２透明電極は、前記制御電極に接続されており、
前記透明電極と前記制御電極とは、前記遮光導電層及び前記第２透明電極を介して電気的に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
複数の画素電極及び制御電極が設けられた基板と、
前記複数の画素電極の上に配された機能層と、
前記機能層の上に配された透明電極と、
前記透明電極の上に配された絶縁層と、
前記機能層、前記透明電極及び前記絶縁層を含む積層体の上面の一部及び側面を覆うように設けられた遮光導電層と、を有し、
前記遮光導電層は、前記積層体の上面の側に位置する第１部分と、前記積層体の前記側面の側に位置する第２部分と、を有し、
前記遮光導電層の仕事関数は、前記機能層の仕事関数よりも大きく、
前記透明電極は、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間に位置し、
前記遮光導電層の前記第１部分と前記透明電極との間の距離Ａと、前記遮光導電層の前記第２部分と前記機能層との間の距離Ｂとが、前記遮光導電層の前記第１部分と前記機能層との間の距離Ｃよりも小さく、
前記透明電極と前記制御電極とは、前記遮光導電層を介して電気的に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
前記遮光導電層の上に設けられた第２透明電極と、前記第２透明電極の上に設けられた第２絶縁層と、を更に有し、
前記第２透明電極は、前記制御電極に接続されており、
前記透明電極と前記制御電極とは、前記遮光導電層及び前記第２透明電極を介して電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
前記遮光導電層の前記第１部分は、前記透明電極に接している
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記遮光導電層の前記第２部分は、前記機能層に接している
ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記絶縁層は、前記機能層を挟んで前記複数の画素電極に対向する部分を覆うように設けられている
ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記機能層の側面部が酸化されている
ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記絶縁層は、前記透明電極に達する第１開口部を有し、
前記遮光導電層と前記透明電極とは、前記第１開口部を介して電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記第１開口部が設けられた接続領域は、前記複数の画素電極が設けられた画素領域を囲うように配されている
ことを特徴とする請求項１、２及び１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記第１開口部は、複数の開口部により構成されている
ことを特徴とする請求項１、２、１０及び１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記複数の開口部の合計の面積は、前記複数の画素電極が設けられた画素領域の面積の１０％以下である
ことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
前記複数の開口部の各々は、最大の幅が２５０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の半導体装置。
前記複数の開口部は、前記複数の画素電極が設けられた画素領域を囲うように設けられている
ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記複数の画素電極の一部と前記遮光導電層とが平面視において重なっている
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記透明電極の上に配されたカラーフィルタ層及びマイクロレンズ層を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記機能層は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ及びＳｉを含む群から選択される少なくとも１つの半導体材料からなるナノ粒子を含む
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記遮光導電層は、金属材料又は合金材料により構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の半導体装置。
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
移動体であって、
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置から出力される信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。