JP2007208139A - Solid-state imaging element and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板上方の同一平面上に形成された多数の光電変換膜と、前記多数の光電変換膜の各々で発生した信号電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを有する固体撮像素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device having a large number of photoelectric conversion films formed on the same plane above a semiconductor substrate, and a signal reading unit for reading out a signal corresponding to a signal charge generated in each of the large number of photoelectric conversion films. It relates to the manufacturing method.
CCD型やCMOS型のイメージセンサに代表される単板式カラー固体撮像素子では、光電変換素子の配列上に3種または4種の色フィルタをモザイク状に配置している。これにより、各光電変換素子から色フィルタに対応した色信号が出力され、これ等の色信号を信号処理することでカラー画像が生成される。 In a single-plate color solid-state imaging device represented by a CCD type or CMOS type image sensor, three or four types of color filters are arranged in a mosaic pattern on the array of photoelectric conversion elements. Accordingly, color signals corresponding to the color filters are output from the photoelectric conversion elements, and a color image is generated by performing signal processing on these color signals.
しかし、モザイク状に色フィルタを配列した単板式カラー固体撮像素子は、原色の色フィルタの場合、およそ入射光の2/3が色フィルタで吸収されてしまうため、光利用効率が悪く、感度が低いという問題がある。また、各光電変換素子で1色の色信号しか得られないため、解像度も悪く、特に、偽色が目立つという問題もある。 However, in a single-plate color solid-state imaging device in which color filters are arranged in a mosaic shape, in the case of a primary color filter, approximately 2/3 of incident light is absorbed by the color filter, so that the light use efficiency is poor and the sensitivity is low. There is a problem that it is low. Further, since only one color signal can be obtained by each photoelectric conversion element, the resolution is poor, and in particular, there is a problem that false colors are conspicuous.
そこで、斯かる問題を克服するために、信号読出回路が形成された半導体基板の上に3層の光電変換膜を積層する構造の撮像素子(以下、積層型撮像素子ともいう)が研究・開発されている(例えば、下記の特許文献1,2)。この積層型撮像素子は、例えば、光入射面から順次、青(B),緑(G),赤(R)の光に対して信号電荷を発生する光電変換膜を重ねた受光部構造を備え、しかも各受光部毎に、各光電変換膜で光発生した信号電荷を独立に読み出すことができる信号読み出し回路が設けられる。
In order to overcome such problems, an image sensor having a structure in which three layers of photoelectric conversion films are stacked on a semiconductor substrate on which a signal readout circuit is formed (hereinafter also referred to as a multilayer image sensor) is researched and developed. (For example,
斯かる構造の積層型撮像素子の場合、入射光が殆ど光電変換されて読み出され、可視光の利用効率は100%に近く、しかも各受光部でR,G,Bの3色の色信号が得られるため、高感度で、高解像度(偽色が目立たない)の良好な画像が生成できる。 In the case of the multilayer image pickup device having such a structure, incident light is almost photoelectrically converted and read out, the visible light utilization efficiency is close to 100%, and color signals of three colors of R, G, and B in each light receiving unit. Therefore, it is possible to generate a good image with high sensitivity and high resolution (false color is not noticeable).
上述した積層型撮像素子は、半導体基板上方に3層の光電変換膜が積層されているため、単板式のカラー固体撮像素子に比べると、その厚みが大きくなってしまう。積層型撮像素子の考えを応用し、半導体基板上方にR,G,Bの各色を検出する光電変換膜を同一平面上に配列した素子にすることで、単板式カラー固体撮像素子よりも高画質化を実現しながら、薄型化を実現することが可能である。このような構成を実現するには、3つの光電変換膜のそれぞれをパターニングして形成する必要がある。パターニングには一般にフォトリソグラフィ法が用いられるが、この方法だと、パターニングを行う度に、光電変換膜が高温下に置かれたり、現像液や洗浄液に曝されたりするため、その特性が劣化してしまう。光電変換膜が有機材料からなる場合には、この特性劣化がより顕著となる。このように、半導体基板上方の同一平面上に多数の光電変換膜を配列した構成にする場合には、特性劣化を防ぐことが難しかった。 Since the above-described stacked image sensor has three layers of photoelectric conversion films stacked above the semiconductor substrate, the thickness thereof is larger than that of a single-plate color solid-state image sensor. Applying the idea of the multilayer image sensor, the photoelectric conversion film that detects each color of R, G, B is arranged on the same plane above the semiconductor substrate, resulting in higher image quality than a single-plate color solid-state image sensor. It is possible to reduce the thickness while realizing the reduction in size. In order to realize such a configuration, it is necessary to form each of the three photoelectric conversion films by patterning. Photolithography is generally used for patterning. However, with this method, the photoelectric conversion film is placed at a high temperature or exposed to a developing solution or a cleaning solution every time patterning is performed, and its characteristics deteriorate. End up. When the photoelectric conversion film is made of an organic material, this characteristic deterioration becomes more remarkable. As described above, in the case where a large number of photoelectric conversion films are arranged on the same plane above the semiconductor substrate, it is difficult to prevent deterioration of characteristics.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、単板式カラー固体撮像素子よりも高画質で、積層型撮像素子よりも薄型化を実現することが可能な固体撮像素子の製造方法であって、素子の特性劣化を少なくすることが可能な固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a method of manufacturing a solid-state image sensor that can achieve higher image quality than a single-plate color solid-state image sensor and can be thinner than a multilayer image sensor. Thus, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of reducing deterioration of the characteristics of the device.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、基板上方の同一平面上に配列された多数の光電変換膜と、前記多数の光電変換膜の各々で発生した信号電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記多数の光電変換膜は、それぞれ異なる波長を検出する2種類以上の光電変換膜に分類され、前記2種類以上の光電変換膜の各々を構成する材料を、前記同一平面上にマスクを介して選択的に順次成膜して、前記多数の光電変換膜を形成する光電変換膜形成工程を含む。 A manufacturing method of a solid-state imaging device according to the present invention includes a large number of photoelectric conversion films arranged on the same plane above a substrate, and a signal reading unit that reads a signal corresponding to a signal charge generated in each of the large number of photoelectric conversion films. The plurality of photoelectric conversion films are classified into two or more types of photoelectric conversion films that detect different wavelengths, and each of the two or more types of photoelectric conversion films is configured. And a photoelectric conversion film forming step of forming the plurality of photoelectric conversion films by selectively depositing the material to be selectively formed on the same plane through a mask.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記多数の光電変換膜と前記基板の間に、前記多数の光電変換膜毎に対応する多数の第一の電極膜を形成する第一の電極膜形成工程と、前記多数の光電変換膜の上に、前記多数の第一の電極膜の各々に対向し、前記多数の光電変換膜で共通化された第二の電極膜を形成する第二の電極膜形成工程とを含む。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a first electrode film is formed by forming a plurality of first electrode films corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion films between the plurality of photoelectric conversion films and the substrate. And a second electrode that forms a second electrode film that is common to the plurality of photoelectric conversion films on the plurality of photoelectric conversion films, facing each of the plurality of first electrode films. Film forming step.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記光電変換膜を構成する材料が有機材料である。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the material constituting the photoelectric conversion film is an organic material.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記マスクがメタルマスクである。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the mask is a metal mask.
本発明の固体撮像素子は、基板上方の同一平面上に形成された多数の光電変換膜と、前記多数の光電変換膜の各々で発生した信号電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを有する固体撮像素子であって、前記多数の光電変換膜は、それぞれ異なる波長を検出する2種類以上の光電変換膜に分類され、前記多数の光電変換膜と前記基板との間に形成された前記多数の光電変換膜の各々に対応する多数の第一の電極膜と、前記多数の光電変換膜を介して前記多数の第一の電極膜の各々に対向し、前記多数の光電変換膜で共通化された第二の電極膜とを備え、前記多数の第一の電極膜が、それぞれに対応する前記光電変換膜の種類毎に異なる電源に接続されている。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a large number of photoelectric conversion films formed on the same plane above the substrate, and a signal reading unit that reads a signal corresponding to a signal charge generated in each of the large number of photoelectric conversion films. In the solid-state imaging device, the multiple photoelectric conversion films are classified into two or more types of photoelectric conversion films that detect different wavelengths, and the multiple photoelectric conversion films formed between the multiple photoelectric conversion films and the substrate. A large number of first electrode films corresponding to each of the photoelectric conversion films, and facing each of the multiple first electrode films through the large number of photoelectric conversion films, and common to the large number of photoelectric conversion films The plurality of first electrode films are connected to different power sources for each type of the photoelectric conversion film corresponding to each of the first electrode films.
本発明の固体撮像素子は、前記光電変換膜を構成する材料が有機材料である固体撮像素子。 The solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device in which the material constituting the photoelectric conversion film is an organic material.
本発明によれば、単板式カラー固体撮像素子よりも高画質で、積層型撮像素子よりも薄型化を実現することが可能な固体撮像素子の製造方法であって、素子の特性劣化を少なくすることが可能な固体撮像素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a solid-state image sensor that can achieve a higher image quality than a single-plate color solid-state image sensor and can be made thinner than a multilayer image sensor, and reduce deterioration in characteristics of the element. The manufacturing method of the solid-state image sensor which can be provided can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の部分表面模式図である。図2は、図1に示す固体撮像素子のA−A線の断面模式図である。
n型シリコン基板1上にはpウェル層2が形成されている。以下では、n型シリコン基板1とpウェル層2とを併せて半導体基板という。半導体基板上方には、主としてRの波長領域の光に感度を有し、入射光の内の赤色の入射光量に応じたR信号電荷を発生する多数のR光電変換膜(R膜)9rと、主としてGの波長領域の光に感度を有し、入射光の内の緑色の入射光量に応じたG信号電荷を発生する多数のG光電変換膜(G膜)9gと、主としてBの波長領域の光に感度を有し、入射光の内の青色の入射光量に応じたB信号電荷を発生する多数のB光電変換膜(B膜)9bとを含む多数の光電変換膜が、同一平面上の行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列されている。図1の例では、列方向に並ぶ多数のR光電変換膜9rからなる光電変換膜列と、列方向に並ぶ多数のG光電変換膜9gからなる光電変換膜列と、列方向に並ぶ多数のB光電変換膜9bからなる光電変換膜列とが、この順番で行方向に繰り返し配列された構成となっている。
FIG. 1 is a partial surface schematic diagram of a solid-state imaging device for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of the solid-state imaging device shown in FIG.
A p-
R光電変換膜9rを構成する材料は、無機材料でも有機材料でも良い。無機材料の場合は、例えば、GaAlAs,Siを用いる。有機材料の場合は、例えば、ZnPc(亜鉛フタロシアニン)/Alq3(キノリノールアルミ錯体)を用いる。
The material constituting the R
G光電変換膜9gを構成する材料は、無機材料でも有機材料でも良い。無機材料の場合は、例えば、InGaAlPやGaPAsを用いる。有機材料の場合は、例えば、R6G/PMPS(rhodamine 6G (R6G)-doped polymethylphenylsilane)を用いる。
The material constituting the G
B光電変換膜9bを構成する材料は、無機材料でも有機材料でも良い。無機材料の場合は、例えば、InAlPを用いる。有機材料の場合は、例えば、C6/PHPPS(coumarin 6 (C6)-doped poly(m-hexoxyphenyl)phenylsilane)を用いる。
The material constituting the B
R光電変換膜9rの下方のpウェル層2表面にはR光電変換膜9rで発生した信号電荷を蓄積するための高濃度のn型不純物領域3r(以下、n+領域3rと略す)が形成されている。G光電変換膜9gの下方のpウェル層2表面にはG光電変換膜9gで発生した信号電荷を蓄積するための高濃度のn型不純物領域3g(以下、n+領域3gと略す)が形成されている。B光電変換膜9bの下方のpウェル層2表面にはB光電変換膜9bで発生した信号電荷を蓄積するための高濃度のn型不純物領域3b(以下、n+領域3bと略す)が形成されている。
A high-concentration n-
pウェル層2表面のn+領域3r,3g,3bが形成されている以外の領域には、n+領域3r,3g,3bのそれぞれに蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出すための信号読み出し部4r,4g,4bが形成されている。
In a region other than the n +
信号読み出し部4rは、n+領域3rに蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出す。信号読み出し部4gは、n+領域3gに蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出す。信号読み出し部4bは、n+領域3bに蓄積された信号電荷に応じた信号を読み出す。信号読み出し部4r,4g,4bは、CCDやMOS回路を用いた公知の構成を採用することができる。
The
n+領域3r上にはアルミニウム等の金属からなるコンタクト部5rが形成され、コンタクト部5r上にR光電変換膜9rに対応する第一の電極膜7rが形成されており、第一の電極膜7r上にR光電変換膜9rが形成されている。n+領域3rと第一の電極膜7rはコンタクト部5rによって電気的に接続されている。第一の電極膜7rは、n+領域3rの遮光を兼ねるために不透明であることが好ましい。
A
n+領域3g上にはアルミニウム等の金属からなるコンタクト部5gが形成され、コンタクト部5g上にG光電変換膜9gに対応する第一の電極膜7gが形成されており、第一の電極膜7g上にG光電変換膜9gが形成されている。n+領域3gと第一の電極膜7gはコンタクト部5gによって電気的に接続されている。第一の電極膜7gは、n+領域3gの遮光を兼ねるために不透明であることが好ましい。
A
n+領域3b上にはアルミニウム等の金属からなるコンタクト部5bが形成され、コンタクト部5b上にB光電変換膜9bに対応する第一の電極膜7bが形成されており、第一の電極膜7b上にB光電変換膜9bが形成されている。n+領域3bと第一の電極膜7bはコンタクト部5bによって電気的に接続されている。第一の電極膜7bは、n+領域3bの遮光を兼ねるために不透明であることが好ましい。
A
コンタクト部5r,5g,5bは、それぞれ絶縁膜6内に埋設されている。第一の電極膜7r,7g,7bは、それぞれ絶縁膜8内に埋設されている。n+領域3r,3g,3bと、信号読出し部4r,4g,4bを遮光するために、絶縁膜6や絶縁膜8を不透明なものにしておくことが好ましい。絶縁膜6や絶縁膜8を透明にした場合には、第一の電極膜7r,7g,7b同士の間から半導体基板に光が漏れないようにするための遮光膜を絶縁膜6内又は絶縁膜8内に設けておく必要がある。
The
各光電変換膜9r,9g,9bの上には、第一の電極膜7r,7g,7bの各々に対向し、各光電変換膜9r,9g,9bで共通の1枚構成の第二の電極膜11が形成されている。第二の電極膜11は、各光電変換膜9r,9g,9bに光を入射させるために、ITO等の透明電極である必要がある。第二の電極膜11上には透明な保護膜12が形成されている。このように、光電変換膜9r,9g,9bは、それぞれ、各光電変換膜9r,9g,9b毎に分離された第一の電極膜と、各光電変換膜9r,9g,9bで共通の第二の電極膜11とによって挟まれる構造となっている。
On each
以上のような構成の固体撮像素子では、入射光のうちのRの波長域の光がR光電変換膜9rで吸収され、ここでR光の光量に応じた信号電荷が発生する。同様に、入射光のうちのGの波長域の光がG光電変換膜9gで吸収され、ここでG光の光量に応じた信号電荷が発生する。同様に、入射光のうちのBの波長域の光がB光電変換膜9bで吸収され、ここでB光の光量に応じた信号電荷が発生する。
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, light in the R wavelength region of incident light is absorbed by the R
第一の電極膜7r,7g,7bの各々と、第二の電極膜11に所定のバイアス電圧を印加すると、各光電変換膜9r,9g,9bで発生した信号電荷が第一の電極膜7r,7g,7bとコンタクト部5r,5g,5bを介してn+領域3r,3g,3bに移動し、ここに蓄積される。そして、n+領域3r,3g,3bに蓄積された信号電荷に応じた信号が、信号読み出し部4r,4g,4bによって読み出され、固体撮像素子外部に出力される。出力された信号の配列は、図1のようなカラーフィルタ配列の単板式カラー固体撮像素子から出力される信号の配列と同様となるため、単板式カラー固体撮像素子で用いられる信号処理を行うことで、カラー画像データを生成することができる。
When a predetermined bias voltage is applied to each of the
以上のような固体撮像素子によれば、光電変換膜を半導体基板上方に形成しているため、光電変換領域を大きくすることができる。又、光電変換膜を隙間なく配列することも可能になるため、光を効率良く利用することができる。したがって、信号読出部とフォトダイオードとを同一平面上に形成した従来の単板式カラー固体撮像素子に比べ、感度を向上させることができる。 According to the solid-state imaging device as described above, since the photoelectric conversion film is formed above the semiconductor substrate, the photoelectric conversion region can be enlarged. In addition, since the photoelectric conversion films can be arranged without gaps, light can be used efficiently. Therefore, the sensitivity can be improved as compared with the conventional single-plate color solid-state imaging device in which the signal reading unit and the photodiode are formed on the same plane.
又、以上のような固体撮像素子によれば、光電変換膜は開口率がほぼ100%であるため、光電変換膜上方にマイクロレンズを設ける必要がない。このため、マイクロレンズを設けたことによる光量減少がなく、高感度化を実現することができる。又、マイクロレンズを設けたことによるシェーディングの発生を抑えることもできる。 Further, according to the solid-state imaging device as described above, since the photoelectric conversion film has an aperture ratio of almost 100%, it is not necessary to provide a microlens above the photoelectric conversion film. For this reason, there is no reduction in the amount of light due to the provision of the microlens, and high sensitivity can be realized. In addition, the occurrence of shading due to the provision of the microlens can be suppressed.
又、以上のような固体撮像素子によれば、半導体基板上方に光電変換膜を1層設ける構成であるため、半導体基板上方に光電変換膜を3層設ける固体撮像素子に比べ、その厚み(図2の上下方向の長さ)を薄くすることができる。 In addition, according to the solid-state imaging device as described above, since one photoelectric conversion film is provided above the semiconductor substrate, the thickness (see FIG. The vertical length of 2) can be reduced.
又、以上のような固体撮像素子によれば、従来からある固体撮像素子の信号読出部の製造技術や、デジタルカメラ等で従来から行われている信号処理をそのまま利用することができる。 In addition, according to the solid-state imaging device as described above, the conventional signal reading unit manufacturing technology of a solid-state imaging device and the signal processing conventionally performed in a digital camera or the like can be used as they are.
以上のような構成の固体撮像素子を製造するにあたり、各光電変換膜9r,9g,9bをパターニングする際にフォトリソグラフィ法を用いると、上述したように、各光電変換膜9r,9g,9bの特性が劣化してしまう。本発明では、各光電変換膜9r,9g,9bをメタルマスク等のマスクを介して順次成膜することによって、この特性劣化を防いでいる。以下、図1に示した固体撮像素子の製造方法について説明する。
In manufacturing the solid-state imaging device having the above-described configuration, when the
図3〜図6は、図2に示した固体撮像素子の製造工程を示す図である。図3〜図6において図2と同じ構成には同一符号を付してある。
n+領域3r,3g,3bと、信号読み出し部4r,4g,4bを、従来の単板式カラー固体撮像素子の製造プロセスと同様のプロセスによって形成後、半導体基板上にフォトリソグラフィ法によってパターニングしたコンタクト部5r,5g,5bを形成する。次に、コンタクト部5r,5g,5b上に不透明な絶縁膜6を形成してこれを平坦化し、コンタクト部5r,5g,5bの表面を露出させる。次に、絶縁膜6及びコンタクト部5r,5g,5b上にフォトリソグラフィ法によってパターニングした第一の電極膜7r,7g,7bを形成する。次に、第一の電極膜7r,7g,7b上に透明又は不透明な絶縁膜8を形成してこれを平坦化し、第一の電極膜7r,7g,7bの表面を露出させる。このときの状態を示した図が図3である。ここまでの工程では、光電変換膜がまだ存在しないため、フォトリソグラフィ法を使用しても、光電変換膜の特性が劣化することはない。
3-6 is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor shown in FIG. 3 to 6, the same components as those in FIG.
The n +
次に、絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7b上方に、G光電変換膜9gを形成すべき領域に相当する部分にのみ開口が形成されたメタルマスクMgを設置する。そして、メタルマスクMgを介して絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7b上にG光電変換膜9gを選択的に成膜する(図4)。例えば、メタルマスクMg上にG光電変換膜9gを構成する材料を蒸着することで、メタルマスクMgの開口下方の絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7bの表面にのみ、G光電変換膜9gを選択的に成膜することができる。尚、メタルマスクMgの開口面積は、第一の電極膜7gの平面視での面積よりも大きいことが好ましい。このようにしておくことで、第一の電極膜7g上の一部に光電変換材料がのらないという事態を防ぐことができ、第一の電極膜7g上に確実にG光電変換膜9gを形成することができる。
Next, a metal mask Mg having an opening formed only in a portion corresponding to a region where the G
次に、メタルマスクMgを取り外し、絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7b上方に、B光電変換膜9bを形成すべき領域に相当する部分にのみ開口が形成されたメタルマスクMbを設置する。そして、メタルマスクMbを介して絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7b上にB光電変換膜9bを選択的に成膜する(図5)。例えば、メタルマスクMb上にB光電変換膜9bを構成する材料を蒸着することで、メタルマスクMbの開口下方の絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7bの表面にのみ、B光電変換膜9bを選択的に成膜することができる。尚、メタルマスクMbの開口面積は、第一の電極膜7bの平面視での面積よりも大きいことが好ましい。このようにしておくことで、第一の電極膜7b上の一部に光電変換材料がのらないという事態を防ぐことができ、第一の電極膜7b上に確実にB光電変換膜9bを形成することができる。
Next, the metal mask Mg is removed, and an opening is formed only in a portion corresponding to the region where the B
次に、メタルマスクMbを取り外し、絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7b上方に、R光電変換膜9rを形成すべき領域に相当する部分にのみ開口が形成されたメタルマスクMrを設置する。そして、メタルマスクMrを介して絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7b上にR光電変換膜9rを選択的に成膜する。例えば、メタルマスクMr上にR光電変換膜9rを構成する材料を蒸着することで、メタルマスクMrの開口下方の絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7bの表面にのみ、R光電変換膜9rを選択的に成膜することができる。尚、メタルマスクMrの開口面積は、第一の電極膜7rの平面視での面積よりも大きいことが好ましい。このようにしておくことで、第一の電極膜7r上の一部に光電変換材料がのらないという事態を防ぐことができ、第一の電極膜7r上に確実にR光電変換膜9rを形成することができる。
Next, the metal mask Mb is removed, and the metal mask Mr in which an opening is formed only in a portion corresponding to the region where the R
次に、メタルマスクMrを取り外し、各光電変換膜9r,9g,9b上にITO等からなる第二の電極膜11を形成し、その上に透明な絶縁材料等からなる保護膜12を形成して、図2に示す構成の固体撮像素子を得る。
Next, the metal mask Mr is removed, a
尚、以上の説明では、メタルマスクを用いたが、マスクの材料はメタルに限らず、光電変換膜を構成する材料が半導体基板側に到達しないように遮蔽できるものであれば良い。 In the above description, a metal mask is used. However, the material of the mask is not limited to metal, and any material can be used as long as it can shield the material constituting the photoelectric conversion film from reaching the semiconductor substrate side.
以上の製造方法によれば、フォトリソグラフィ法を用いることなく各光電変換膜9r,9g,9bを形成することができる。又、第二の電極膜11を各光電変換膜9r,9g,9bで共通化しているため、各光電変換膜9r,9g,9b形成後にフォトリソグラフィ法を実施する必要がない。したがって、各光電変換膜9r,9g,9bの特性劣化を防ぐことができる。
According to the above manufacturing method, each
フォトリソグラフィ法を用いて光電変換膜を形成するには、まず、絶縁膜8及び第一の電極膜7r,7g,7b上に全体に渡って光電変換膜を形成し、形成した光電変換膜上にパターニングしたレジストを形成し、このレジストをマスクにして光電変換膜を選択的にエッチング除去するといった工程を3回繰り返し行う必要がある。これに対して、本実施形態の製造方法は光電変換膜形成時の工程数を大幅に削減することができるため、製造コストを削減することができる。
In order to form a photoelectric conversion film using a photolithography method, first, a photoelectric conversion film is formed over the insulating
又、図2に示すような構成の固体撮像素子の場合、第一電極膜7r,7g,7bがそれぞれ分離されていれば、光電変換膜同士でショートが起こることはない。このため、各光電変換膜の位置合わせ精度はそれほど要求されない。したがって、本実施形態のように、マスクを介して光電変換膜を選択的に成膜する方法を採用しても、十分に性能を維持することが可能である。
In the case of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 2, if the
以上のような製造方法によって図2に示す固体撮像素子を製造することで、単板式カラー固体撮像素子よりも高画質で、積層型撮像素子よりも薄く、光電変換膜の特性劣化の少ない固体撮像素子を実現することができる。 By manufacturing the solid-state imaging device shown in FIG. 2 by the manufacturing method as described above, the solid-state imaging has higher image quality than the single-plate color solid-state imaging device, is thinner than the stacked imaging device, and has less characteristic deterioration of the photoelectric conversion film. An element can be realized.
図2に示す構成の固体撮像素子では、各光電変換膜9r,9g,9bで発生した信号電荷をn+領域3r,3g,3bに移動させるために、各光電変換膜9r,9g,9bにバイアス電圧を印加する必要がある。各光電変換膜9r,9g,9bに印加するバイアス電圧が全て同じであっても、撮影を行ってカラー画像を得ることは可能である。しかし、光電変換膜9r,9g,9bは、それぞれ特性が異なるものであるため、全てに同一のバイアス電圧が印加されてしまうと、良好な画質が得られない。例えば、ある光電変換膜では信号電荷の再結合が少ないが、他の光電変換膜では信号電荷の再結合が多くなってしまい、色毎に感度差が生じるといったことが起こる。そこで、本実施形態では、画質を向上させるために、光電変換膜9r,9g,9bの各々に印加するバイアス電圧を独立に制御可能にしている。
In the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 2, in order to move the signal charges generated in the
図7は、図2の固体撮像素子の構成を等価的に示した図である。図7において図2と同じ構成には同一符号を付してある。図7に示す固体撮像素子は、図2に示す信号読出し部4r,4g,4bとして、公知の3トランジスタからなるMOS回路を用いた構成である。
信号読出し部4r,4g,4bの各々の構成は同一であるため、信号読出し部4rについて説明する。信号読出し部4rは、出力トランジスタ21と、出力トランジスタ21のゲートに移動した信号電荷をリセットするためのリセットトランジスタ20と、行方向に並ぶ多数の光電変換膜からなる光電変換膜行を選択するための行選択トランジスタ22とを備える。
FIG. 7 is a diagram equivalently showing the configuration of the solid-state imaging device of FIG. In FIG. 7, the same components as those in FIG. The solid-state imaging device shown in FIG. 7 has a configuration using a known three-transistor MOS circuit as the
Since the
リセットトランジスタ20は、そのソースが入力端子Iに接続され、そのドレインが電源Vn(R)に接続され、そのゲートがリセット信号線Resetに接続される。出力トランジスタ21は、そのゲートが入力端子Iとリセットトランジスタ20のソースに接続され、そのソースが電源Vccに接続され、そのドレインが行選択トランジスタ22のソースに接続される。行選択トランジスタ22は、そのゲートが行選択信号線Rowに接続され、そのドレインが出力信号線V−out(R)に接続される。
The
信号読出し部4r,4g,4bそれぞれの違いは、リセットトランジスタ20のドレインに接続される電源が異なる点と、出力信号線が異なる点である。リセットトランジスタ20のドレインに接続される電源を、信号読出し部4r,4g,4b毎に異なるものとすることで、第一電極膜7r,7g,7bに印加するバイアス電圧を、それぞれ独立に制御することができる。このような構成にすることで、光電変換膜9r,9g,9bの各々に印加するバイアス電圧を最適な値に設定することができ、画質向上を図ることができる。
The difference between the
有機材料からなる光電変換膜は、そこに印加するバイアス電圧を変えることで、量子効率を変化させることが可能である。このため、光電変換膜を構成する材料が有機材料である場合には、本実施形態のように、光電変換膜9r,9g,9bの各々に印加するバイアス電圧を独立に制御することで、光電変換時に、RGB各成分の光の感度調整を行うことができるといった効果も得られる。
A photoelectric conversion film made of an organic material can change quantum efficiency by changing a bias voltage applied thereto. For this reason, when the material constituting the photoelectric conversion film is an organic material, the bias voltage applied to each of the
尚、図7に示した構成は一例であり、光電変換膜9r,9g,9bの各々に印加するバイアス電圧を独立に制御するためには、第一電極膜7r,7g,7bに接続される電源がそれぞれ異なっていれば良い。又、信号読出し部4r,4g,4bがCCDを用いたものであっても、第一電極膜7r,7g,7bに接続される電源をそれぞれ異なるものにすることで、光電変換膜9r,9g,9bの各々に印加するバイアス電圧を最適な値に設定することが可能である。
Note that the configuration shown in FIG. 7 is an example, and in order to independently control the bias voltage applied to each of the
又、各光電変換膜9r,9g,9bの配列は図1に示したものに限らず、図8の(a)や(b)に示したような配列であっても良い。
Further, the arrangement of the
又、本実施形態では、固体撮像素子が有する多数の光電変換膜に、R光電変換素子9r、G光電変換素子9g、B光電変換素子9bの3種類が含まれるものとしたが、2種類又は4種類以上含まれていても良い。又、光電変換膜の種類も、RGBの光を検出するものに限らず、シアン(Cy)、マゼンタ(Mg)、イエロー(Ye)の光を検出するものとしても良い。例えば、多数の光電変換膜が、Cyの光を検出する多数の光電変換膜Cyと、Mgの光を検出する多数の光電変換膜Mgと、Yeの光を検出する多数の光電変換膜Yeと、Gの光を検出する多数の光電変換膜Gとを含み、これらが図8(c)に示したように配列された構成であっても良い。
In the present embodiment, a large number of photoelectric conversion films included in the solid-state imaging device include three types of R
又、以上の説明では、光電変換膜が無機材料からなるものでも、有機材料からなるものでもどちらでも良いとしたが、上述した製造方法の効果が大きいのは、光電変換素子が有機材料からなる場合である。このため、光電変換膜を構成する材料は有機材料であることが特に好ましい。 In the above description, the photoelectric conversion film may be made of either an inorganic material or an organic material. However, the above-described manufacturing method has a great effect because the photoelectric conversion element is made of an organic material. Is the case. For this reason, it is especially preferable that the material which comprises a photoelectric converting film is an organic material.
4r R信号読出し部
4g G信号読出し部
4b B信号読出し部
9r R光電変換膜
9g G光電変換膜
9b B光電変換膜
4r R
Claims (6)
前記多数の光電変換膜は、それぞれ異なる波長を検出する2種類以上の光電変換膜に分類され、
前記2種類以上の光電変換膜の各々を構成する材料を、前記同一平面上にマスクを介して選択的に順次成膜して、前記多数の光電変換膜を形成する光電変換膜形成工程を含む固体撮像素子の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a large number of photoelectric conversion films arranged on the same plane above a substrate; and a signal reading unit that reads a signal corresponding to a signal charge generated in each of the large number of photoelectric conversion films. And
The large number of photoelectric conversion films are classified into two or more types of photoelectric conversion films that detect different wavelengths,
Including a photoelectric conversion film forming step of forming the plurality of photoelectric conversion films by selectively and sequentially forming a material constituting each of the two or more types of photoelectric conversion films on the same plane through a mask. Manufacturing method of solid-state image sensor.
前記多数の光電変換膜と前記基板の間に、前記多数の光電変換膜毎に対応する多数の第一の電極膜を形成する第一の電極膜形成工程と、
前記多数の光電変換膜の上に、前記多数の第一の電極膜の各々に対向し、前記多数の光電変換膜で共通化された第二の電極膜を形成する第二の電極膜形成工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
A first electrode film forming step of forming a number of first electrode films corresponding to the number of photoelectric conversion films between the number of photoelectric conversion films and the substrate;
A second electrode film forming step of forming a second electrode film which is opposed to each of the plurality of first electrode films and shared by the plurality of photoelectric conversion films on the plurality of photoelectric conversion films. The manufacturing method of the solid-state image sensor containing these.
前記光電変換膜を構成する材料が有機材料である固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1 or 2,
The manufacturing method of the solid-state image sensor whose material which comprises the said photoelectric converting film is an organic material.
前記マスクがメタルマスクである固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the mask is a metal mask.
前記多数の光電変換膜は、それぞれ異なる波長を検出する2種類以上の光電変換膜に分類され、
前記多数の光電変換膜と前記基板との間に形成された前記多数の光電変換膜の各々に対応する多数の第一の電極膜と、
前記多数の光電変換膜を介して前記多数の第一の電極膜の各々に対向し、前記多数の光電変換膜で共通化された第二の電極膜とを備え、
前記多数の第一の電極膜が、それぞれに対応する前記光電変換膜の種類毎に異なる電源に接続されている固体撮像素子。 A solid-state imaging device having a large number of photoelectric conversion films formed on the same plane above the substrate, and a signal reading unit that reads a signal corresponding to a signal charge generated in each of the large number of photoelectric conversion films,
The large number of photoelectric conversion films are classified into two or more types of photoelectric conversion films that detect different wavelengths,
A number of first electrode films corresponding to each of the number of photoelectric conversion films formed between the number of photoelectric conversion films and the substrate;
A second electrode film that is opposed to each of the plurality of first electrode films through the plurality of photoelectric conversion films and is shared by the plurality of photoelectric conversion films;
The solid-state imaging device in which the multiple first electrode films are connected to different power sources for each type of the photoelectric conversion film corresponding to each of the first electrode films.
前記光電変換膜を構成する材料が有機材料である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 5,
The solid-state image sensor whose material which comprises the said photoelectric converting film is an organic material.
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JP2007287977A (en) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Fujifilm Corp | Solid state imaging element, and method of manufacturing solid state imaging element |
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