JP7483324B2 - 半導体装置、光検出システム、発光システム、および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、光検出システム、発光システム、および移動体に関する。

２つの電極と光電変換層とを光電変換部として有する画素が配された光電変換装置が知られている。特許文献１の光電変換装置は、１つの電極の上に配された絶縁部材を、光電変換層が覆う構成が開示されている。

特開２０１６－０３３９７８号公報

本発明者らの検討の結果、特許文献１の構成では、隣接画素との電気的な分離が十分ではない場合がある。そこで、本発明では、光電変換層などの機能層にて生じるクロストークの低減を目的とする。

本発明の１つの側面は、主面を有する基板と、前記基板の上に配された上部電極と、前記基板と前記上部電極との間に配された第１下部電極と、前記基板と前記上部電極との間に配された第２下部電極と、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間に配された分離領域と、前記第１下部電極と前記上部電極との間、および、前記第２下部電極と前記上部電極との間に配され、発光あるいは光電変換を行う機能層と、前記第１下部電極と前記機能層の間に配された部分と、前記第２下部電極と前記機能層の間に配された部分とを有する界面層と、を有し、前記機能層は、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間に配され、前記界面層の前記第１下部電極と前記機能層の間に配された部分の上面よりも前記主面から離れた位置に配された第１部分を有する、第１絶縁体部を有し、前記第１絶縁体部は空隙であり、前記分離領域は空隙でなく、前記主面に対する平面視において、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間の領域に前記機能層が連続的に配される。

本発明の別の側面は、主面を有する基板と、前記基板の上に配された上部電極と、前記基板と前記上部電極との間に配された第１下部電極と、前記基板と前記上部電極との間に配された第２下部電極と、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間に配された分離領域と、前記第１下部電極と前記上部電極との間、および、前記第２下部電極と前記上部電極との間に配され、発光あるいは光電変換を行う機能層と、前記第１下部電極の上面と前記機能層の間に少なくとも配された界面層と、を有し、前記機能層は、第１絶縁体部を有し、前記第１絶縁体部は空隙であり、前記分離領域は空隙でなく、前記第１下部電極と前記第１絶縁体部との間に前記界面層が位置し、前記主面に対する平面視において、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間の領域に前記機能層が連続的に配される。

本発明では、光電変換層などの機能層にて生じるクロストークの低減を可能にすることができる。

第１実施形態における半導体装置を示す断面模式図である。 （ａ）第１実施形態における半導体装置を示す断面模式図である。（ｂ）第１実施形態における半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 （ａ）第２実施形態における半導体装置を示す断面模式図である。（ｂ）第２実施形態における半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 （ａ）第３実施形態における半導体装置を示す断面模式図である。（ｂ）第３実施形態における半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 （ａ）第４実施形態における半導体装置を示す断面模式図である。（ｂ）第４実施形態における半導体装置の変形例を示す断面模式図である。（ｃ）第４実施形態における半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 （ａ）第５実施形態における半導体装置を示す断面模式図である。（ｂ）第５実施形態における半導体装置の変形例を示す断面模式図である。（ｃ）第５実施形態における半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 （ａ）第１実施形態における半導体装置を示す平面模式図である。（ｂ）第３実施形態における半導体装置を示す平面模式図である。（ｃ）第３実施形態における半導体装置の変形例を示す平面模式図である。 第１実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面模式図である。 第４実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面模式図である。 電子機器の一例を示すブロック図。 移動体を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら本発明に係る半導体装置について説明する。各実施形態は、いずれも本発明の一例を示しており、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続などは、本発明を限定するものではない。例えば、各実施形態では、半導体装置として光電変換装置を用いているが、発光装置にも適用可能である。また、各実施形態においてトランジスタや半導体領域などの説明を行うが、その導電型は適宜変更可能である。

各図面において同じ符号が付されている構成は、同等の構成を指すものとして説明を省略する。また、繰り返しパターンや同一の構成物と理解できるものについては、符号を省略する場合がある。

（第１実施形態）
本発明に係る半導体装置として、本実施形態では光電変換装置を用いて説明する。図１は、光電変換装置の３つの単位セル１２０を示す断面模式図である。ここで、図１は上方向であるＺ方向とＸ方向を含む面での断面である。単位セル１２０は画素や副画素とも称される。各単位セル１２０は等価な回路構成を有する。ここで、半導体装置が光電変換装置の場合には、単位セル１２０は少なくとも１つの光電変換素子を有する。半導体装置が発光装置の場合には、単位セル１２０は少なくとも１つの発光素子を有する。光電変換素子と発光素子は、後に説明する機能層の材料を適宜、選択することによって構成される。また、光電変換装置や発光装置の単位セルの回路構成については、適宜、設定される。次に、図１の光電変換装置について詳細に説明する。

図１において、基板１００は主面Ｐ１を有する。基板１００の材料は、ガラスやセラミックなどでもよく、本実施形態ではシリコン単結晶からなる半導体基板である。基板１００は、トランジスタ１０１や素子分離部１１３を有する。トランジスタ１０１は、ソース・ドレイン領域１０２と、ゲート絶縁膜１０３と、ゲート電極１０４と、ソース・ドレイン領域１０５と、を含む。ゲート電極１０４は、主面Ｐ１の上に配される。ゲート絶縁膜１０３は、ゲート電極１０４と主面Ｐ１との間に位置する。ソース・ドレイン領域１０２とソース・ドレイン領域１０５は、基板１００の内部に配される。

基板１００の主面Ｐ１の上には、配線構造体１０６が配されている。配線構造体１０６は、コンタクトプラグ１０７と、配線層１０８と、ビアプラグ１０９と、配線層１１０と、ビアプラグ１１１と、絶縁膜１１２とを有する。絶縁膜１１２は、図１では詳細に示していないが多層膜であってもよい。これらの部材は、一般的な半導体材料を用いることができる。

基板１００の上には、上部電極１３４が配されている。本実施形態においては、上部電極１３４は、３つの単位セル１２０に渡って連続して設けられている。そして、上部電極１３４の上面と下面は平坦である。また、下部電極１３１は配線構造体１０６に含まれているともいえる。下部電極１３１は、基板１００と上部電極１３４との間に配されている。下部電極１３１は、単位セル１２０ごとに少なくとも１つが含まれる。本実施形態では、単位セル１２０ごとに１つの下部電極１３１が配された構成を示している。複数の下部電極１３１の間には、分離領域１３０が配されている。分離領域１３０は、配線構造体１０６の絶縁膜１１２であってもよい。機能層１３３は、それぞれの下部電極１３１と上部電極１３４との間に配されている。機能層１３３は、発光あるいは光電変換を行う。機能層１３３が発光を行う場合には、下部電極１３１は発光と非発光の制御や発光強度を制御する制御信号を機能層１３３へ供給しうる。機能層１３３が光電変換を行う場合には、下部電極１３１は光電変換によって生じた電荷に基づく信号を読み出しうる。本実施形態では、機能層１３３は光電変換を行うものとして説明する。機能層１３３と複数の下部電極１３１との間に界面層１３２が配されている。図１では、互いに分離された３つの界面層が示されている。ここで、界面層１３２は、例えば、機能層１３３と１つの下部電極１３１との間に配された部分と、機能層１３３と１つの下部電極１３１とは別の下部電極１３１との間に配された部分を有するとも言える。界面層１３２は、下部電極１３１と機能層１３３との間で一部のキャリアに関して電気的絶縁を確保するための層である。また、界面層１３２は、下部電極１３１と機能層１３３との間で別のキャリアに関しては導通を確保する層である。界面層１３２は、キャリア注入阻止層ともいえる。また、界面層１３２は、密着層としても機能することが可能であり、下部電極１３１と機能層１３３との濡れ性が悪いために起こる膜剥がれを抑制しうる。界面層１３２がない部分は、下部電極１３１と機能層１３３、あるいは分離領域１３０と機能層１３３のそれぞれの界面に絶縁体部１３５が形成されうる。界面層１３２は、正孔を捕集する電極（正極）には、電子をブロックして正孔のみ伝導する層（電子ブロック界面層）を、電子を捕集する電極（負極）には、正孔をブロックして電子のみ伝導する層（ホールブロック界面層）を適用することができる。

図１において、上部電極１３４の上には、Ｚ方向に沿って、絶縁層１３６と、カラーフィルタ層１３７と、平坦化層１３８と、マイクロレンズ層１３９とがこの順に配されている。絶縁層１３６は、保護層や封止層として機能しうる。カラーフィルタ層１３７は、複数の色に対応したカラーフィルタを有する。例えば、１つの単位セル１２０は、１つのカラーフィルタを含む。平坦化層１３８は、カラーフィルタ層１３７の上に配され、平坦な上面を有する。マイクロレンズ層１３９は、複数のマイクロレンズを有する。例えば、１つの単位セル１２０は、１つのマイクロレンズを含む。

本実施形態の半導体装置は、２つの下部電極１３１の間に配された絶縁体部１３５を有する。絶縁体部１３５について、図１と図２（ａ）を用いて説明する。ここで、本実施形態においては、絶縁体部１３５は空隙であり、例えば空気や絶縁性のガスが含まれているものとする。

図２（ａ）は、図１の配線構造体１０６の一部からカラーフィルタ層１３７までを拡大した断面図である。絶縁体部１３５は、下部電極１３１の上に配された界面層１３２の上面よりも主面Ｐ１から離れた位置に配された部分２０１を有する。また、絶縁体部１３５は、主面Ｐ１に垂直な断面視において、機能層１３３に囲まれる部分２０１を有する。ここで、絶縁体部１３５と界面層１３２と下部電極１３１の位置関係について説明する。主面Ｐ１からＺ方向に沿って高さＨ１、高さＨ２、高さＨ３を取る。この時、高さＨ１は、下部電極１３１の上面１３１Ｔと、界面層１３２の下面１３２Ｂと、絶縁体部１３５の下面１３５Ｂと、を含む。高さＨ２は、界面層１３２の上面１３２Ｔを含む。高さＨ３は、絶縁体部１３５の上面１３５Ｔを含む。ここで、絶縁体部１３５が有する部分２０１は、界面層１３２の上面１３２Ｔよりも主面Ｐ１から離れた位置に配されている。つまり、部分２０１は、高さＨ２と高さＨ３の間に位置する。このような絶縁体部１３５によって、上部電極１３４と下部電極１３１の間に電圧が印加される状態において、隣接する単位セル１２０方向への電界強度を緩和することができる。これは、部分２０１によって図２（ａ）の点線で示す電界Ｅ１が弱められるためである。よって、下部電極１３１の上に生成したキャリアだけを、選択的にかつ有効に収集することが可能になる。

更に、絶縁体部１３５は部分２０２を有する。部分２０２は、界面層１３２の上面１３２Ｔよりも主面Ｐ１の近くに位置する。また、部分２０２は、高さＨ１と高さＨ２の間に位置する。部分２０２は、主面Ｐ１に垂直な断面において、主面Ｐ１に平行な方向（例えばＸ方向）に沿って２つの界面層１３２の間に位置する。絶縁体部１３５によって、隣接する下部電極１３１の界面層１３２が分離され連続していない。このような構成によって、界面層１３２の電気伝導率が高い場合においても、隣接する単位セル１２０のキャリアが界面層１３２を介して混入することを低減することができる。界面層１３２は、膜厚方向、図２（ａ）ではＺ方向にはキャリア注入をブロックできるが、界面層１３２の水平方向、図２（ａ）ではＸ方向には界面層１３２の電気伝導率が高いとキャリアが自由に動くことができる。つまり、界面層１３２の電気伝導率が高いと、単位セル間のリーク電流や単位セル間のクロストークが発生しうる。

なお、本実施形態において、機能層１３３の一部は、主面Ｐ１に平行な面での平面視において、絶縁体部１３５で囲まれているとも言える。機能層１３３の一部は、下部電極１３１の上であって、高さＨ２と高さＨ３の間に位置する部分である。このような構成によって、単位セル１２０と、それに隣接する単位セル１２０との間のクロストークを低減することができる。

更には、機能層１３３と絶縁体部１３５の材料として、それらの屈折率の差が大きくなる材料を選択すれば、絶縁体部１３５の側面に到達した光を絶縁体部１３５で反射し下部電極１３１の上に集光することができる。すなわち、絶縁体部１３５と機能層１３３の材料を選択することで、絶縁体部１３５に囲まれた機能層１３３が導光部として機能しうる。

図７（ａ）は、下部電極１３１と界面層１３２と絶縁体部１３５の平面的な位置関係を説明する平面模式図である。下部電極１３１と界面層１３２は矩形を呈しており、下部電極１３１よりも界面層１３２の方が大きく、界面層１３２の外縁によって下部電極１３１は内包されている。単位セル１２０の境界部に絶縁体部１３５が配されており、単位セル１２０が２次元に配される場合には、絶縁体部１３５は格子状であり、各下部電極１３１を囲んでいる。なお、下部電極１３１の外縁と絶縁体部１３５の外縁が同一の位置にあってもよい。本実施形態では、下部電極１３１と絶縁体部１３５の製造時のばらつきを考慮し、下部電極１３１の外縁から離間した位置に絶縁体部１３５の外縁が位置している。離間距離は、単位セル１２０の大きさに応じて、０．０１μｍ以上５．０μｍ以下の間に設定することができる。クロストークを低減させるためには、この離間距離を小さくすることが好ましく、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が良い。また、絶縁体部１３５の面積が大きくなると、機能層１３３と界面層１３２とが接する面積が減るため、機能層１３３の膜剥がれが生じる可能性がある。機能層１３３と界面層１３２の材料などを考慮しつつ、単位セル１２０の面積に対する絶縁体部１３５や機能層１３３の面積比を設定することが好ましい。絶縁体部１３５の大きさは、０．１ｎｍ～２０μｍの範囲である。絶縁体部１３５は、機能層１３３より薄い場合もありうる。機能層１３３が量子ドットで構成される場合は、絶縁体部１３５の大きさが、ナノ粒子（平均粒子径が０．５ｎｍ以上１００ｎｍ未満）と同程度の大きさであってもよい。また、図７（ａ）に示すように絶縁体部１３５は、絶縁体部１３５は、格子状の１つの領域として示され、連続的な形状を有しているが、部分的に切断され、断続的に存在していてもよい。

図２（ｂ）は本実施形態の半導体装置の変形例を示す断面模式図である。図２（ｂ）では、絶縁体部１３５の幅が狭くなっている点と、絶縁体部１３５が部分２０３を有する点が異なる。まず、図２（ａ）では絶縁体部１３５は幅Ｗ１を有する。しかし、図２（ｂ）では絶縁体部１３５は幅Ｗ１よりも小さい幅Ｗ２を有している。ここで、幅Ｗ１と幅Ｗ２はそれぞれの絶縁体部１３５の最大幅とする。絶縁体部１３５の幅が狭いことで、機能層１３３の面積が大きくなるため、感度を向上させることができる。次に、絶縁体部１３５が有する部分２０３は、高さＨ１よりも主面Ｐ１側に位置し、高さＨ１と主面Ｐ１との間に位置する。部分２０３を有することで、単位セル１２０の間の電気的分離を行うことが可能となる。なお、部分２０３の高さＨ１からの深さについては、適宜変更することができる。

（第１実施形態の半導体装置の材料）
第１実施形態の半導体装置の材料について説明する。まず、機能層１３３について説明する。本実施形態における機能層１３３は、光電変換膜である。その材料としては、無機材料であっても有機材料であってもよい。例えば、光電変換膜は、非晶質（アモルファス）シリコン、有機半導体、又は化合物半導体材料のナノ粒子の集合体である量子ドット、等を用いることができる。有機半導体としては、例えばフラーレン（Ｃ６０）、クマリン６（Ｃ６）、ローダミン６Ｇ（Ｒ６Ｇ）、キナクリドン、フタロシアニン系、ナフタロシアニン系等が好適である。本実施形態では、化合物半導体材料のナノ粒子の集合体である量子ドットを例として説明する。

機能層１３３を構成する量子ドットは、ナノ粒子（平均粒子径が０．５ｎｍ以上１００ｎｍ未満）からなる。ナノ粒子の材料としては、例えば一般的な半導体結晶である、ＩＶ族半導体、ＩＩＩ－Ｖ族、ＩＩ－ＶＩ族の化合物半導体、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、および、ＶＩ族元素の内３つ以上の組み合わせからなる化合物半導体などである。具体的には、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、Ｓｉなどの比較的バンドギャップの狭い半導体材料が挙げられる。これらは、半導体量子ドットとも呼ばれる。量子ドットとしては、これらの半導体量子ドット材料を少なくとも１種類含んでいればよい。量子ドットは、半導体量子ドット材料を核（コア）とし、半導体量子ドット材料を被覆化合物で覆ったコアシェル構造であってもよい。半導体量子ドット材料は、以上の中でも、量子ドットの合成のし易さから、ＰｂＳ、またはＰｂＳｅであることが望ましい。量子ドットの平均粒径は、２ｎｍ～１５ｎｍであることが望ましい。量子ドットの粒径の測定には、透過型電子顕微鏡を用いる。量子ドットの平均粒径が、１５ｎｍ以下であれば、量子サイズ効果によるバンドギャップの制御が可能となる。量子ドットの平均粒径を２ｎｍ以上とすることで、量子ドットの合成において、量子ドットの結晶成長を制御し易くすることができる。量子ドットとしてナノ粒子の集合体を含んで構成される機能層１３３の製造方法は特に限定されない。機能層１３３の膜厚は、特に制限されないが、高い電気伝導性を得る観点から、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、製造し易さの観点から、機能層１３３の膜厚は、８００ｎｍ以下であることが好ましい。

次に、界面層１３２の材料について説明する。本実施形態では、界面層１３２は、下部電極１３１と機能層１３３、あるいは分離領域１３０と機能層１３３、の濡れ性が悪いために起こる機能層１３３の膜剥がれを抑制するためにも有効な膜でもある。界面層１３２がない部分は、下部電極１３１と機能層１３３、あるいは分離領域１３０と機能層１３３、それぞれの界面に絶縁体部１３５を設けることができる。界面層１３２の種類としては、電子をブロックして正孔のみ伝導する層（電子ブロック界面層）と、正孔をブロックして電子のみ伝導する層（ホールブロック界面層）がある。例えば、正孔を捕集する電極（正極）に対しては電子ブロック界面層を、電子を捕集する電極（負極）にはホールブロック界面層を設けることができる。以下、機能層１３３が光電変換を行う光電変換層であるとして説明する。

電子ブロック界面層の場合について説明する。電子ブロック界面層の材料としては、光電変換層で生成した正孔を効率よく正極へ輸送できるものが好ましい。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、正極との間の正孔注入障壁が小さいこと、光電変換層から電子ブロック界面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。さらに、電子ブロック界面層を通して光電変換層に光を取り込む場合には、電子ブロック界面層の材料として、透明性の高い材料を用いることが好ましい。可視光を光電変換層に取り込む場合には、透明な電子ブロック界面層材料としては、透過する可視光の透過率が、通常６０％以上、中でも８０％以上となるものを用いることが好ましい。このような観点から、電子ブロック界面層材料として、酸化モリブデンＭｏＯ_３、酸化ニッケルＮｉＯ_２等の無機半導体などのＰ型半導体材料が挙げられる。一方、ホールブロック界面層に求められる機能は、光電変換層から分離された正孔をブロックし、電子を負極に輸送することであるので、上記ホールブロック界面層の記載において、正極を負極に、Ｐ型半導体をＮ型半導体に、正孔を電子に置き換えたものである。また、負極側から光を照射する構成や負極側から反射した光を有効に利用することも考えられ、その場合には透過率も高い必要がある。このような観点から、ホールブロック界面層材料の好適な例を挙げると、酸化チタンＴｉＯ_２、酸化亜鉛ＺｎＯ等の無機半導体などのＮ型半導体材料や、フラーレンＣ６０などのＮ型半導体材料が挙げられる。

界面層１３２の膜厚は１ｎｍ程度～１００ｎｍ程度で形成される。界面層１３２は、膜厚方向に対する電界印加で電荷の注入が制御できるが、膜厚に対して水平方向には、電荷が自由に動くことが可能である。界面層１３２の膜としての電気伝導率が高い場合には、単位セル間のリーク電流やクロストークとして生じうる。

次に、下部電極１３１と上部電極１３４の材料について説明する。下部電極１３１および上部電極１３４は、電極として、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。電極の構成材料の例を挙げると、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あるいはそれらの合金、酸化インジウムや酸化錫等の金属酸化物、あるいはその複合酸化物（例えばＩＴＯ、ＩＺＯ）である。また、電極の構成材料としては、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の導電性粒子あるいはそれらをポリマーバインダー等のマトリクスに分散したような導電性の複合材料などが挙げられる。電極の構成材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。光電変換装置や発光装置において、少なくとも一対（２個）の電極が設けられ、この一対の電極の間に機能層１３３が設けられる。この際、一対の電極のうち、少なくとも一方は透明であることが好ましい。なぜなら、機能層１３３が吸収する光を透過させる、あるいは機能層１３３が発光する光を透過させるためである。電極は、機能層１３３の内部に生じた電子および正孔を捕集する機能を有するものである。従って、電極の構成材料としては、上述した材料のうち、電子および正孔を捕集するのに適した構成材料を用いることが好ましい。正孔の捕集に適した電極の材料を挙げると、例えば、Ａｕ、ＩＴＯ等の高い仕事関数を有する材料が挙げられる。一方、電子の捕集に適した電極の材料を挙げると、例えば、Ａｌのような低い仕事関数を有する材料が挙げられる。電極の厚さには特に制限はなく、用いた材料と、必要とされる導電性、透明性等を考慮して適宜決定されるが、通常１０ｎｍ～１０μｍ程度である。

絶縁体部１３５の材料について説明する。絶縁体部１３５は、電気的な絶縁性を保つ材料からなる。また、絶縁体部１３５の材料は、光学的な屈折率を低くするため、周囲の材料よりも低い密度の材料であることが好ましい。屈折率が低い材料を用いることで、絶縁体部１３５が導光部の壁として機能しうる。絶縁体部１３５は、絶縁性のガスあるいは空気が含まれることが好ましいが、機能層が気化したものであってもよい。例えば、ナノ粒子が気化したもの、ナノ粒子を分散していた溶媒の気化したもの、が含まれていてもよい。また、絶縁体部１３５は、真空であってもよく、あるいは、窒素、水蒸気、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンなどの気体で満たされていてもよい。あるいは、絶縁体部１３５は、有機溶剤等の絶縁性を有する液体や電解液、イオン液体で満たされていてもよい。また、絶縁体部１３５は、これらの混合物であってもよい。

（第１実施形態の半導体装置の製造方法）
第１実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図８（ａ）～図８（ｄ）は、半導体装置の製造方法を示す断面模式図である。図８（ａ）～図８（ｄ）において、加工前の部材についても加工後である図１の部材と同一の符号を付す場合がある。

図８（ａ）に示す工程を説明する。まず、配線構造体１０６が形成された基板１００を準備する。そして、配線構造体１０６の上に界面層１３２となる膜を形成する。まず、配線構造体１０６が形成された基板１００を準備する工程について説明する。半導体基板である基板１００に、素子分離部１１３と、トランジスタ１０１を形成する。素子分離部１１３は、例えばＳＴＩ構造（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｒｉｏｎ）を有する。トランジスタ１０１は、例えばＮ型のＭＯＳトランジスタであり、ゲート電極１０４、ゲート絶縁膜１０３、ソース・ドレイン領域１０２、ソース・ドレイン領域１０５からなる。ソース・ドレイン領域１０２、１０５は、Ｎ型の半導体領域からなる。

次に、基板１００の上に配線構造体１０６を形成する。コンタクトプラグ１０７、ビアプラグ１０９、ビアプラグ１１１は、金属、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等から選ばれた材料からなり、本実施形態では、チタンと窒化チタンとタングステンの積層構造を有しうる。配線層１０８と配線層１１０は、金属、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等から選ばれた材料からなり、本実施形態では、タンタルと銅の積層構造を有しうる。絶縁膜１１２は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどの膜からなる。次に、ビアプラグ１１１の上に、銅やアルミニウムからなる下部電極１３１を形成する。下部電極１３１は、１０ｎｍ程度～５００ｎｍ程度の厚みに形成される。下部電極１３１を形成後に、絶縁膜１１２を形成する構成を有していてもよい。その際には、絶縁膜１１２と下部電極１３１の上面が高さＨ１で一致するように平坦化処理が行われる。平坦化処理は、エッチングあるいはＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法で行われる。これらの製造方法については、一般的な半導体プロセスが適用できる。

その後、絶縁膜１１２と下部電極１３１の上に界面層１３２となる膜を形成する。界面層１３２となる膜は、上述の材料からなり、例えば、蒸着法やスパッタ法により形成される。界面層１３２となる膜は、１ｎｍ程度～１００ｎｍ程度の厚みになるよう堆積される。界面層１３２の膜厚が薄い場合には、機能層１３３に印加する電圧を下げることができる。しかし、界面層１３２の膜厚が厚い場合には、トンネル効果による電子又はホールが通過してしまうことを低減でき、また、ピンホールなどの膜欠陥を避けることができる。例えば、界面層１３２の膜厚は下部電極１３１の表面の凹凸よりも厚くすることで、界面層１３２の欠陥を低減することができる。これらの観点を考慮して、界面層１３２の膜厚は適宜、設定されうる。このようにして、図８（ａ）の構成が出来上がる。

次に、図８（ｂ）に示すように、界面層１３２の一部を除去する。界面層１３２となる膜の上に、フォトリソグラフィーによりレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いて絶縁膜１１２の表面の一部が露出するまでエッチングすることにより、界面層１３２を除去することができる。

続いて、図８（ｃ）に示すように、機能層１３３を形成する。具体的には、化合物半導体のナノ粒子の集合体である量子ドットを、全面に堆積し、機能層１３３を形成する。機能層１３３は、分離領域１３０を構成する絶縁膜１１２と界面層１３２を覆うように形成される。機能層１３３は、下部電極１３１および下部電極１３１以外の分離領域１３０の上に形成されるが、下部電極１３１と一部の分離領域１３０では、界面層１３２の上に形成される。分離領域１３０の上では界面層１３２を除去したため、機能層１３３が一部設けられていない。このような機能層１３３がない領域については、上述したように、絶縁体部１３５が形成される。

ここで、絶縁体部１３５の形成方法について詳細に説明する。上述したように、界面層１３２を除去することによって、絶縁体部１３５を形成することができる。界面層１３２の除去方法については、例えば、凸部を有する構造においては、界面層１３２を蒸着方法やスパッタ法を用いて形成すると、凸部の側面に界面層１３２の膜厚が薄い、あるいは界面層１３２が堆積しない部分を形成することができる。また、界面層１３２を成膜した後に、フォトリソグラフィーによりレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いて界面層１３２に対してエッチングを行うことで、界面層１３２を除去することができる。

また、絶縁体部１３５は機能層１３３に対して熱処理を行うことで形成することもできる。更に、絶縁体部１３５は、機能層１３３に対してではなく、カラーフィルタ層１３７を形成する際の熱処理を行うことによって形成することもできる。これは、機能層１３３の加熱時の変形を利用する方法である。例えば、機能層１３３がナノ粒子の集合体で構成された量子ドット材料の場合、線膨張係数は約１ｘ１０^－４／Ｋとなる。基板１００のシリコンの線膨張係数は約４×１０^－６／Ｋであるので、機能層１３３の線膨張係数は２５倍も大きい。基板１００の上に機能層１３３が形成された状態で加熱処理を行うことで、機能層１３３の変形を利用し、絶縁体部１３５を形成することができる。

その後、上部電極１３４を形成する。詳細には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＺｎＯ等を機能層１３３上に堆積し、上部電極１３４を形成する。そして、絶縁層１３６、カラーフィルタ層１３７、平坦化層１３８、マイクロレンズ層１３９を順次形成する。これらの製造方法は、一般の半導体装置の製造方法が適用できる。以上のようにして、図１に示す半導体装置を製造することができる。

以上のように本実施形態によれば、上部電極１３４と下部電極１３１の間に電圧が印加される状態において、隣接する単位セル１２０へ広がる電界を緩和することができる。そして、本実施形態によれば、下部電極１３１の上に生成したキャリアだけを、選択的にかつ有効に収集することが可能になる。また、隣接する下部電極１３１の間の界面層１３２の一部を除去する構成を有することで、隣接する単位セル１２０で生成したキャリアによるクロストークを低減することができる。隣接する下部電極１３１の間の機能層１３３の一部に絶縁体部１３５を有することで、隣接する単位セル１２０で生成したキャリアによるクロストークを低減することができる。このように、本実施形態の半導体装置によれば、クロストークを低減することが可能となる。また、機能層１３３と絶縁体部１３５との屈折率の差が大きい場合には、絶縁体部１３５の側面に到達した光を、絶縁体部１３５で反射させ、下部電極１３１の上に集光することができるため、感度の向上が可能である。

（第２実施形態）
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図３（ａ）に示す。図３（ａ）は、図２（ａ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図３（ａ）に示していない部分は、図１と同様の構成を有するものとする。以下、第１実施形態との違いを中心に説明を行う。

図３（ａ）の構成において、図２（ａ）の構成とは、絶縁体部１３５の幅が異なる点と、２つの下部電極１３１の間に２つの絶縁体部１３５が配されている点が異なる。また、図３（ａ）においては、１つの下部電極１３１に対して２つの絶縁体部１３５が設けられているともいえる。具体的には、１つの下部電極１３１の両端にそれぞれ１つの絶縁体部１３５が配されている。このような構成によっても、図２（ａ）と同様に、隣接する単位セル１２０の間におけるクロストークを低減することができる。

また、本実施形態の変形例を図３（ｂ）に示す。こちらは、図３（ａ）の構成において、絶縁体部１３５が図２（ｂ）に示したような部分２０３を有する点が異なる。このような構成によっても、図２（ｂ）と同様に、隣接する単位セル１２０の間におけるクロストークを低減することができる。

（第３実施形態）
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図４（ａ）に示す。図４（ａ）は、図２（ａ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図４（ａ）に示していない部分は、図２（ａ）と同様に図１に記載の構成を有するものとする。本実施形態では、分離領域１３０の構造が第１実施形態と異なる。具体的には、本実施形態の分離領域１３０は２つの下部電極１３１の間に加えて下部電極１３１の一部の上に配されている。分離領域１３０の上面１３０Ｔは下部電極１３１の上面１３１Ｔよりも主面Ｐ１から離れた位置に設けられている。図４（ａ）では、下部電極１３１の上面１３１Ｔは高さＨ１に位置し、界面層１３２の上面１３２Ｔは高さＨ６に位置し、絶縁体部１３５の上面１３５Ｔは高さＨ６に位置する。分離領域１３０の上面１３０Ｔは、高さＨ１と高さＨ６の間に位置する高さＨ５に位置する。つまり、下部電極１３１と分離領域１３０によって上面に凹凸が構成されている。

界面層１３２は、下部電極１３１と分離領域１３０によって上面に凹凸が構成されている面に沿って設けられる。界面層１３２は、一様な厚みの膜、下地の形状と踏襲した膜、コンフォーマルな膜などとも言える。界面層１３２の上面１３２Ｔの凹凸があるため、アンカー効果によって、機能層１３３と界面層１３２との密着性が向上する。また、下部電極１３１の上に位置する機能層１３３の厚みを増大させることができるため、感度の向上が可能である。

絶縁体部１３５は、２つの下部電極１３１の間に配され、下部電極１３１の上に配された界面層１３２の上面１３２Ｔよりも上に位置する部分２０１を有する。図４（ａ）の構造であっても、第１実施形態と同様にクロストークを低減することができる。

絶縁体部１３５は、下部電極１３１の上に設けられている。絶縁体部１３５と下部電極１３１との間に界面層１３２が配されている。下部電極１３１の上に配された界面層１３２の上に絶縁体部１３５が配されていることによって、電界の広がりを低減し、クロストークを低減することが可能となる。

図４（ａ）の構成において、各部材の位置関係を説明する。下部電極１３１の上面１３１Ｔは高さＨ１に位置し、分離領域１３０の上面１３０Ｔと界面層１３２の下面１３２Ｂは高さＨ５に位置する。絶縁体部１３５の上面１３５Ｔと界面層１３２の上面１３２Ｔは高さＨ６に位置する。高さＨ５は高さＨ６と高さＨ１との間に位置する。図４（ａ）の下部電極１３１と絶縁体部１３５と界面層１３２は、図７（ｂ）のような平面レイアウトとなる。絶縁体部１３５が下部電極１３１を囲み、界面層１３２が格子状である。なお、絶縁体部１３５は、下部電極１３１を囲む１つの領域として示され、連続的な形状を有しているが、部分的に切断され、断続的に存在していてもよい。

次に、図４（ｂ）を用いて、本実施形態の変形例を説明する。図４（ｂ）の絶縁体部１３５は、部分４０１と、図４（ａ）に示した絶縁体部１３５に相当する部分４０２の両方を有する構造である。部分４０１は２つの下部電極１３１の間に位置し、分離領域１３０に位置する界面層１３２の下面１３２Ｂよりも主面Ｐ１の近くまで位置し、分離領域１３０に位置する界面層１３２の上面１３２Ｔよりも主面Ｐ１から遠くまで位置する。このような構成によっても、クロストーク低減が可能である。つまり、部分４０１と部分４０２の少なくとも１つを有する構成によって、クロストーク低減が可能である。なお、図４（ｂ）の下部電極１３１と絶縁体部１３５と界面層１３２は、図７（ｃ）のような平面レイアウトとなる。部分４０２である絶縁体部１３５が下部電極１３１を囲み、部分４０１である絶縁体部１３５はＹ方向に複数の単位セル１２０に渡って延在し、界面層１３２は梯子状である。なお、絶縁体部１３５の一部は、Ｙ方向に沿った１つの領域として示され、連続的な形状を有しているが、部分的に切断され、断続的に存在していてもよい。また、絶縁体部１３５の一部は、下部電極１３１を囲む１つの領域として示され、連続的な形状を有しているが、部分的に切断され、断続的に存在していてもよい。

（第４実施形態）
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図５（ａ）に示す。図５（ａ）は、図４（ａ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図５（ａ）に示していない部分は、図４（ａ）と同様に図１に記載の構成を有するものとする。本実施形態では、第４実施形態と同様に分離領域１３０と下部電極１３１とで凹凸を有する面を構成するが、分離領域１３０で凸部を構成していた第４実施形態とは下部電極１３１が凸部を構成している点で異なる。具体的には、分離領域１３０の上面１３０Ｔと下部電極１３１の下面１３１Ｂは高さＨ５０１に位置し、下部電極１３１の上面１３１Ｔは高さＨ５０２に位置する。界面層１３２の下面１３２Ｂは、分離領域１３０の上に配された部分は高さＨ５０１に位置し、下部電極１３１の上に配された部分は高さＨ５０２に位置する。下部電極１３１の上に配された界面層１３２の上面１３２Ｔは、高さＨ５０３に位置する。

絶縁体部１３５は分離領域１３０の上であって、下部電極１３１の側面に配される。絶縁体部１３５と下部電極１３１との間に界面層１３２が位置する。つまり、絶縁体部１３５は下部電極１３１の側面に沿って配され、より詳細には下部電極１３１の側面に沿った界面層１３２に沿って配されている。絶縁体部１３５は、下部電極１３１の側面に沿った方向、例えばＺ方向に長手の形状を有する。絶縁体部１３５によって、下部電極１３１の側面から界面層１３２を介して生じる隣接する単位セル１２０へ広がる電界を低減することができるためクロストークを低減することができる。また、下部電極１３１の側面における界面層１３２に欠陥があったとしても、絶縁体部１３５で界面層１３２の側面を覆うことにより、下部電極１３１から機能層１３３へのリークを低減することができる。本実施形態において、絶縁体部１３５の幅は１０ｎｍ～１μｍ程度であり、絶縁体部１３５の高さは１０ｎｍ～１μｍ程度である。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する断面模式図である。以下の説明において、第１実施形態にて説明した製造方法と同様な工程については、説明を省略する。

まず、図９（ａ）に示す工程では、トランジスタなどの素子が形成された基板１００の上に、配線構造体１０６が形成される。そして、下部電極１３１が絶縁膜１１２の上面に形成される。分離領域１３０と下部電極１３１とで構成される凹凸部を覆って、界面層１３２を一様な膜厚で形成する。下部電極１３１の厚さは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であればよい。ここで、下部電極１３１は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みに形成することで、凹凸が小さくなり、界面層１３２の形成が容易となる。本実施形態では、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲の中から選択される。

次に、図９（ｂ）に示すように、界面層１３２の上に機能層１３３を形成する。機能層１３３は、下部電極１３１の上、分離領域１３０の上に形成される。下部電極１３１の側面、且つ界面層１３２を介した位置には、絶縁体部１３５が形成されうる。絶縁体部１３５の形成は、界面層１３２が下部電極１３１の側面に形成されにくい特性を利用してもよい。また、加熱処理によって形成する方法であってもよい。本実施形態の凹凸部がある構造では、凸部の下部電極１３１の上に配された機能層１３３よりも、凹部となる下部電極１３１以外の上に配された機能層１３３の膜厚が大きくなる。このように機能層１３３の膜厚に変化がある構造においては、機能層１３３の熱膨張と熱収縮による変形量が大きく、絶縁体部１３５を形成することが容易である。また、絶縁体部１３５の大きさは、機能層１３３の加熱時の変形量と、下部電極１３１の高さで調整することができる。機能層１３３の加熱時の変形量が小さくなるように熱処理の条件を設定することで、絶縁体部１３５の幅を小さくすることができる。そして、機能層１３３の加熱時の変形量が大きくなるように熱処理の条件を設定することで、絶縁体部１３５の幅を大きくすることができる。

また、機能層１３３の加熱時の変形量は、機能層１３３の膜厚にも依存する。機能層１３３の膜厚を小さくすることで絶縁体部１３５の幅を小さく、機能層１３３の膜厚を大きくすることで絶縁体部１３５の幅を大きくすることができる。つまり、下部電極１３１や分離領域１３０の膜厚や配置によって、絶縁体部１３５の幅を適宜設定することができる。また、絶縁体部１３５の高さは、下部電極１３１の側面の長さに依存し、下部電極１３１の高さを低くすることで、絶縁体部１３５の高さを低くすることができる。下部電極１３１の高さが高いと、絶縁体部１３５の高さも大きくなる。

なお、絶縁体部１３５は、第１実施形態にて説明したような他の方法で形成してもよい。その後、第１実施形態で説明した製造方法を行うことで、本実施形態の半導体装置を形成することができる。

次に、本実施形態の半導体装置の変形例を説明する。図５（ｂ）は本実施形態の半導体装置の変形例を示した断面模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図５（ｂ）に示していない部分は、図５（ａ）と同様に図１に記載の構成を有するものとする。図５（ｂ）の絶縁体部１３５は、図５（ａ）に示す絶縁体部１３５に相当する部分５０４と、２つの部分５０４の間にＸ方向に沿って長手の形状を有する部分５０５を有している。部分５０５は、２つの下部電極１３１の間の分離領域１３０の上の界面層１３２と、機能層１３３との間に配されている。また、部分５０５は、ある単位セルの部分５０４と隣接する単位セルの部分５０４と連続して一体となるように構成されている。部分５０５を有することで、機能層１３３から配線構造体１０６へのリークを低減することができる。また、部分５０５を機能層１３３の屈折率よりも低い屈折率とすることで、機能層１３３で吸収されなかった漏れ光が部分５０５と機能層１３３との界面で反射され、配線構造体１０６から基板１００への光混入によるノイズ、誤動作を抑制することができる。また、絶縁体部１３５によって、使用環境の温度変化における機能層１３３の熱変形を吸収することが可能となり、信頼性を向上することもできる。

次に、本実施形態の半導体装置の変形例を説明する。図５（ｃ）は本実施形態の半導体装置の変形例を示した断面模式図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図５（ｃ）に示していない部分は、図５（ｂ）と同様に図１に記載の構成を有するものとする。ここで、図５（ｃ）の絶縁体部１３５の部分５０４はその上面５０４Ｔが高さＨ５０３よりも上に位置する高さＨ５０６まで位置している。つまり、部分５０４は、下部電極１３１の上に位置する界面層１３２の上面１３２Ｔよりも主面Ｐ１から離れた位置に配されている。このような構成によって、機能層１３３まで分離が可能となり、クロストークをより低減することができる。図５（ｃ）では、絶縁体部１３５は部分５０５を有する構成であったが図５（ａ）のように部分５０４のみの構成であってもよい。

本実施形態によれば、下部電極１３１が凸部となるため、下部電極１３１の上の機能層１３３の膜厚は、分離領域１３０の上の機能層１３３の膜厚に比べて薄くなる。機能層１３３の膜厚が薄くなることで、下部電極１３１と上部電極１３４の間に印加される電圧が集中し、電界が強くなるため、下部電極１３１の上に生成したキャリアだけを、選択的にかつ早く収集することができる。下部電極１３１の側面に絶縁体部１３５を配置することで、隣接する単位セル１２０方向への電界強度を緩和することができる。界面層１３２あるいは機能層１３３の電気伝導率が高い場合でも、隣接する単位セル１２０で生成したキャリアを収集することなく、クロストークを低減することができる。また、下部電極１３１の側面に配置される界面層１３２に欠陥が生じる等が起こった場合にも、絶縁体部１３５によって下部電極１３１と機能層１３３が直接、接することがなくなり、機能層１３３へのリーク電流が低減可能である。

（第５実施形態）
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図６（ａ）に示す。図６（ａ）は、図４（ａ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図６（ａ）に示していない部分は、図４（ａ）と同様に図１に記載の構成を有するものとする。図６（ａ）では、図４（ａ）と同様に、分離領域１３０で凸部を構成しているが、下部電極１３１の上に分離領域１３０が配されていない点が異なる。このような形態によっても、隣接する単位セル１２０へのクロストークの低減が可能である。

本実施形態の半導体装置の変形例を、図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）は、図６（ａ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図６（ｂ）に示していない部分は、図６（ａ）と同様に図１に記載の構成を有するものとする。図６（ｂ）の絶縁体部１３５は、図６（ａ）に示した絶縁体部１３５に相当する部分６０１と、図４（ｃ）に示した部分４０１に相当する部分６０２の両方を有する構造である。このような構造であっても、クロストーク低減が可能である。

本実施形態の半導体装置の変形例を、図６（ｃ）を用いて説明する。図６（ｃ）は、図６（ａ）に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図６（ｃ）に示していない部分は、図６（ａ）と同様に図１に記載の構成を有するものとする。図６（ｃ）の絶縁体部１３５は、分離領域１３０の上に配されている。界面層１３２は凸部を構成する分離領域１３０の上面１３０Ｔには形成されていないため、絶縁体部１３５が分離領域１３０に接している。下部電極１３１の上に配された界面層１３２の上面よりも上に絶縁体部１３５が配されている。また、絶縁体部１３５と下部電極１３１との間に界面層１３２が配されている。このような構成によっても、クロストークの低減は可能である。

（第６実施形態）
上記のような半導体装置は、光検出システムや発光システムに適用されうる。半導体装置が光検出システムに適用される場合には、機能層は光電変換を行う。この場合の半導体装置は、光電変換装置や撮像装置ともいえる。半導体装置が光検出システムに適用される場合には、機能層は光電変換を行う。この場合の半導体装置は、光電変換装置や撮像装置ともいえる。光検出システムは、半導体装置と、半導体装置によって取得された信号を処理する信号処理部とを有する。また、半導体装置が発光システムに適用される場合には、機能層は電気信号によって発光を行う。この場合の半導体装置は、発光装置や表示装置ともいえる。発光システムは、半導体装置と、半導体装置を発光させるための制御信号を供給する制御部とを有する。

光検出システムや発光システムは、例えば、電子機器でありうる。電子機器は、例えば、カメラ、コンピュータ、照明、灯具、携帯端末、ディスプレイ、車載表示装置等である。本実施形態では、光検出システムとしてカメラの撮像部分を、発光システムとしてカメラの表示部分を示す。

図１０を用いて、半導体装置をカメラに適用した例を説明する。半導体装置は、撮像装置１００５と表示装置１０１２の少なくとも１つに適用される。レンズ部１００１は被写体の光学像を撮像装置１００５に結像させる撮像光学系であり、フォーカスレンズや変倍レンズ、絞りなどを有している。レンズ部１００１におけるフォーカスレンズ位置、変倍レンズ位置、絞りの開口径などの駆動はレンズ駆動部１００２を通じて制御部１００９によって制御される。シャッタ１００３は、レンズ部１００１と撮像装置１００５の間に配置されるメカニカルシャッタである。その駆動はシャッタ駆動部１００４を通じて制御部１００９によって制御される。撮像装置１００５は複数の画素によってレンズ部１００１で結像された光学像を画像信号に変換する。信号処理部１００６は撮像装置１００５から出力される画像信号にＡ／Ｄ変換、デモザイク処理、ホワイトバランス調整処理、符号化処理などの信号処理を行う。制御部１００９は、例えばメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）とマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を有し、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵが実行して各部を制御することによって、カメラの各種機能を実現する。制御部１００９が実現する機能には、自動焦点検出（ＡＦ）や自動露出制御（ＡＥ）が含まれる。

メモリ部１００８は制御部１００９や信号処理部１００６が画像データを一時的に記憶したり、作業領域として用いたりする。媒体Ｉ／Ｆ部１０１０は例えば着脱可能なメモリカードである記録媒体１０１１を読み書きするためのインタフェースである。表示装置１０１２は、撮影した画像やカメラの各種情報を表示する。表示装置１０１２は、制御部１００９によって制御され、画像や各種情報を表示する。操作部１００７は電源スイッチ、レリーズボタン、メニューボタンなど、ユーザがカメラに指示や設定を行うためのユーザインタフェースである。

次いで、撮影時のカメラの動作について説明する。電源がオンされると、撮影スタンバイ状態となる。制御部１００９は、表示装置１０１２を電子ビューファインダーとして動作させるための動画撮影処理および表示処理を開始する。撮影スタンバイ状態において撮影準備指示（例えば操作部１００７のレリーズボタンの半押し）が入力されると、制御部１００９は焦点検出処理を開始する。

そして、制御部１００９は得られたデフォーカス量と方向とから、レンズ部１００１のフォーカスレンズの移動量および移動方向を求め、レンズ駆動部１００２を通じてフォーカスレンズを駆動し、撮像光学系の焦点を調節する。駆動後、必要に応じてコントラスト評価値に基づく焦点検出をさらに行ってフォーカスレンズ位置を微調整しても良い。

その後、撮影開始指示（例えばレリーズボタンの全押し）が入力されると、制御部１００９は記録用の撮影動作を実行し、得られた画像データを信号処理部１００６で処理し、メモリ部１００８に記憶する。そして、制御部１００９はメモリ部１００８に記憶した画像データを、媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１０を通じて記録媒体１０１１に記録する。また、このとき制御部１００９は、撮影した画像を表示するように、表示装置１０１２を駆動してもよい。また、制御部１００９は、図示しない外部Ｉ／Ｆ部から画像データをコンピュータ等の外部装置に出力してもよい。

このようにして、各実施形態の半導体装置はカメラに搭載されうる。本実施形態では、光検出システムおよび発光システムの両方を有するカメラを例に挙げたが、いずれか１つであってもよい。

（第７実施形態）
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、上述の半導体装置を車戴カメラに関する撮像システムに適用した例を示している。本実施形態において、撮像装置２０１０が上述の半導体装置に相当する。

撮像システム２０００は、撮像装置２０１０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２０３０と、撮像システム２０００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）の算出を行う視差算出部２０４０を有する。また、撮像システム２０００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計測部２０５０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２０６０とを有する。ここで、視差算出部２０４０、距離計測部２０５０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２０６０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）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）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２０００は車両情報取得装置２３１０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２０００は、衝突判定部２０６０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ＥＣＵ２４１０が接続されている。また、撮像システム２０００は、衝突判定部２０６０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２４２０とも接続されている。例えば、衝突判定部２０６０の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ２４１０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２４２０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、シートベルトまたは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。撮像システム２０００は上述のように車両を制御する動作の制御を行う制御手段として機能する。

本実施形態では車両の周囲、例えば前方または後方を撮像システム２０００で撮像する。図１１（ｂ）に、車両前方（撮像範囲２５１０）を撮像する場合の撮像システムを示す。撮像制御手段としての車両情報取得装置２３１０が、撮像システム２０００ないしは撮像装置２０１０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。

上述では、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、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。さらに、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。

また、移動体は、上述の半導体装置による発光装置として、例えば、テールランプなどの灯具や車内の表示装置と、制御部とを有していてもよい。

上述の実施形態において、半導体装置の基板は、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタの場合について説明を行ったが、それには限定されず、基板の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタでもよい。半導体基板として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコンなどの非単結晶シリコン、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体が挙げられる。尚、トランジスタは、薄膜トランジスタであってもよく、薄膜トランジスタはＴＦＴ素子とも呼ばれる。

なお、上記の各実施形態は、何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。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
１０６ 配線構造体
１３０ 分離領域
１３１ 下部電極
１３２ 界面層
１３３ 機能層
１３４ 上部電極
１３５ 絶縁体部

Claims (24)

1. 主面を有する基板と、
   前記基板の上に配された上部電極と、
   前記基板と前記上部電極との間に配された第１下部電極と、
   前記基板と前記上部電極との間に配された第２下部電極と、
   前記第１下部電極と前記第２下部電極との間に配された分離領域と、
   前記第１下部電極と前記上部電極との間、および、前記第２下部電極と前記上部電極との間に配され、発光あるいは光電変換を行う機能層と、
   前記第１下部電極と前記機能層の間に配された部分と、前記第２下部電極と前記機能層の間に配された部分とを有する界面層と、を有する半導体装置であって、
   前記機能層は、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間に配され、前記界面層の前記第１下部電極と前記機能層の間に配された部分の上面よりも前記主面から離れた位置に配された第１部分を有する、第１絶縁体部を有し、
   前記第１絶縁体部は空隙であり、前記分離領域は空隙でなく、
   前記主面に対する平面視において、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間の領域に前記機能層が連続的に配されることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１絶縁体部は、前記界面層の前記第１下部電極と前記機能層の間に配された部分の上面よりも前記主面の近くに位置する第２部分を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１絶縁体部は、前記第１下部電極の上面よりも前記主面の近くに位置する第３部分を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記第１絶縁体部は前記第１下部電極の側面に接することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記機能層は第２絶縁体部を更に有し、前記第２絶縁体部は、前記第１絶縁体部と前記第２下部電極との間に配され、前記界面層の前記第１下部電極と前記機能層の間に配された部分の上面よりも上に位置し、前記主面に平行な面に沿った平面視において前記機能層に囲まれる第１部分を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記第２絶縁体部が空隙であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記分離領域の上面と前記主面との距離が、前記第１下部電極の上面と前記主面との距離と同じであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
8. 前記分離領域の上面と前記主面との距離が、前記第１下部電極の上面と前記主面との距離より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
9. 主面を有する基板と、
   前記基板の上に配された上部電極と、
   前記基板と前記上部電極との間に配された第１下部電極と、
   前記基板と前記上部電極との間に配された第２下部電極と、
   前記第１下部電極と前記第２下部電極との間に配された分離領域と、
   前記第１下部電極と前記上部電極との間、および、前記第２下部電極と前記上部電極との間に配され、発光あるいは光電変換を行う機能層と、
   前記第１下部電極の上面と前記機能層の間に少なくとも配された界面層と、を有する半導体装置であって、
   前記機能層は、第１絶縁体部を有し、
   前記第１絶縁体部は空隙であり、前記分離領域は空隙でなく、
   前記第１下部電極と前記第１絶縁体部との間に前記界面層が位置し、
   前記主面に対する平面視において、前記第１下部電極と前記第２下部電極との間の領域に前記機能層が連続的に配されることを特徴とする半導体装置。
10. 前記分離領域の上面と前記主面との距離が、前記第１下部電極の上面と前記主面との距離よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記主面に対する平面視において、前記第１絶縁体部は、前記第１下部電極上に配されることを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体装置。
12. 前記界面層は前記分離領域の上面と前記機能層との間に配され、
    前記分離領域に配された前記界面層の上面と前記主面との距離は、前記第１絶縁体部の上面と前記主面との距離よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
13. 前記分離領域の一部は前記第１下部電極の一部の上および前記第２下部電極の一部の上に位置し、
    前記第１絶縁体部と前記第１下部電極の上面との間、且つ前記第１絶縁体部と前記分離領域の一部との間に前記界面層が配されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
14. 前記空隙は、真空、空気、あるいは気化した前記機能層の構成要素の一部が含まれていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
15. 前記界面層は、前記第１下部電極と前記機能層との間で一方の電荷の受け渡しを制限することができるキャリア注入阻止層であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の半導体装置。
16. 前記基板は、前記第１下部電極と電気的に接続されたトランジスタを有す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。
17. 前記機能層は、有機材料からなる光電変換層であ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。
18. 前記機能層は、複数のナノ粒子の集合体を含む量子ドットからなる光電変換層である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。
19. 前記複数のナノ粒子の集合体は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅのいずれかを含むことを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記機能層は光電変換を行い、
    前記半導体装置が取得した信号を処理する信号処理部と、を有する光検出システム。
21. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記機能層は光電変換を行い、
    前記半導体装置が取得した信号を処理する信号処理部と、を有する移動体。
22. 前記機能層は、有機材料からなり、発光を行う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。
23. 請求項２２に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置を発光させるための制御信号を供給する制御部と、を有する発光システム。
24. 請求項２２に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置を発光させるための制御信号を供給する制御部と、を有する移動体。

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