JP2007311647A - Solid state imaging element - Google Patents

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Daisuke Yokoyama
大輔 横山
Yoshinori Maehara
佳紀 前原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state imaging element capable of performing a good imaging even with a low bias voltage in the solid state imaging element having a photoelectric conversion device constituted by sandwiching an organic photoelectric conversion layer between a pair of electrodes. <P>SOLUTION: The solid state imaging element is equipped with: the photoelectric conversion device having a lower electrode formed in an upper part of a semiconductor substrate, an upper electrode formed in an upper part of the lower electrode, and an interlayer including the organic photoelectric conversion layer formed between the lower electrode and the upper electrode; and a signal reader which outwardly reads out a signal corresponding to a signal charge occurring in the photoelectric conversion device. When a bias voltage of 0.1 V or more and 3 V or less is applied between the lower electrode and the upper electrode to perform the imaging, an external quantum efficiency becomes 1% or more in a wavelength region of a light absorbed in the organic photoelectric conversion layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板上方に形成された下部電極と、前記下部電極上方に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された有機光電変換層を含む中間層とを有する光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号電荷に応じた信号を外部に読み出す信号読み出し部とを備える固体撮像素子に関する。   The present invention includes a lower electrode formed above a semiconductor substrate, an upper electrode formed above the lower electrode, and an intermediate layer including an organic photoelectric conversion layer formed between the lower electrode and the upper electrode. The present invention relates to a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element having a signal read-out unit that reads a signal corresponding to a signal charge generated by the photoelectric conversion element to the outside.

従来の光センサは、シリコン(Si)などの半導体基板中にフォトダイオード(PD)を形成して作成した素子が一般的であり、固体撮像素子としては、半導体基板中にPDを2次元的に配列し、各PDで光電変換により発生した信号電荷に応じた信号をCCDやCMOS回路で読み出す平面型固体撮像素子が広く用いられている。カラー固体撮像素子を実現する方法としては、平面型固体撮像素子の光入射面側に、色分離用に特定の波長の光のみを透過するカラーフィルタを配した構造が一般的であり、特に、現在デジタルカメラなどに広く用いられている方式として、2次元的に配列した各PD上に、青色(B)光、緑色(G)光、赤色(R)光をそれぞれ透過するカラーフィルタを規則的に配した単板式固体撮像素子がよく知られている。   A conventional optical sensor is generally an element formed by forming a photodiode (PD) in a semiconductor substrate such as silicon (Si). As a solid-state image sensor, a PD is two-dimensionally formed in a semiconductor substrate. 2. Description of the Related Art Flat-type solid-state imaging devices that are arranged and read out a signal corresponding to a signal charge generated by photoelectric conversion in each PD by a CCD or CMOS circuit are widely used. As a method for realizing a color solid-state imaging device, a structure in which a color filter that transmits only light of a specific wavelength for color separation is generally arranged on the light incident surface side of the flat-type solid-state imaging device. As a method widely used in digital cameras and the like at present, color filters that respectively transmit blue (B) light, green (G) light, and red (R) light are regularly arranged on the two-dimensionally arranged PDs. A single-plate type solid-state imaging device arranged in is well known.

ただし、単板式固体撮像素子においては、カラーフィルタが限られた波長の光のみしか透過しないため、カラーフィルタを透過しなかった光が利用されず光利用効率が悪い。また、高集積化に伴い、PDのサイズが光の波長と同程度のサイズとなり、光がPDに導波されにくくなる。また、青色光、緑色光、赤色光を、近接するそれぞれ別々のPDで検出した後それらを演算処理することによって色再現するため、偽色が生じることがあり、この偽色を回避するために光学的ローパスフィルタを必要とし、このフィルタによる光損失も生じる。   However, in the single-plate solid-state imaging device, the color filter transmits only light of a limited wavelength, so that the light that does not pass through the color filter is not used and the light use efficiency is poor. Further, with the high integration, the size of the PD becomes about the same as the wavelength of light, and the light is less likely to be guided to the PD. In addition, since blue light, green light, and red light are color-reproduced by detecting them with separate PDs that are close to each other, false colors may be generated. In order to avoid this false color An optical low-pass filter is required, and optical loss due to this filter also occurs.

従来、これらの欠点を解決する素子として、シリコンの吸収係数の波長依存性を利用して、シリコン基板内に3つのPDを積層し、それぞれのPDのpn接合面の深さの差によって色分離を行うカラーセンサが報告されている(特許文献1,2,3参照)。しかしながら、この方式では、積層されたPDでの分光感度の波長依存性がブロードであり、色分離が不十分であるという問題点がある。特に、青色と緑色の色分離が不十分である。   Conventionally, as a device for solving these drawbacks, three PDs are stacked in a silicon substrate by utilizing the wavelength dependence of the absorption coefficient of silicon, and color separation is performed by the difference in the depth of the pn junction surface of each PD. A color sensor that performs the above has been reported (see Patent Documents 1, 2, and 3). However, this method has a problem that the wavelength dependence of spectral sensitivity in the stacked PD is broad and color separation is insufficient. In particular, blue and green color separation is insufficient.

この問題点を解決するために、緑色光を検出してこれに応じた信号電荷を発生する有機光電変換素子をシリコン基板上方に設け、シリコン基板内に積層した2つのPDで青色光と赤色光を検出するというセンサが提案されている(特許文献4参照)。シリコン基板上方に設けられる有機光電変換素子は、シリコン基板上に積層された下部電極と、下部電極上に積層された有機材料からなる光電変換層と、光電変換層上に積層された上部電極とを含んで構成されており、下部電極及び上部電極間にバイアス電圧を印加することで、光電変換層内で発生した電荷が下部電極と上部電極に移動し、いずれかの電極に移動した電荷に応じた信号が、シリコン基板内に設けられたCCDやCMOS回路等で読み出される構成となっている。本明細書において、光電変換層とは、そこに入射した特定の波長の光を吸収し、吸収した光量に応じた電荷(電子及び正孔)を発生する層のことを言う。   In order to solve this problem, an organic photoelectric conversion element that detects green light and generates a signal charge corresponding thereto is provided above the silicon substrate, and blue light and red light are formed by two PDs stacked in the silicon substrate. Has been proposed (see Patent Document 4). The organic photoelectric conversion element provided above the silicon substrate includes a lower electrode stacked on the silicon substrate, a photoelectric conversion layer made of an organic material stacked on the lower electrode, and an upper electrode stacked on the photoelectric conversion layer. By applying a bias voltage between the lower electrode and the upper electrode, the charge generated in the photoelectric conversion layer moves to the lower electrode and the upper electrode, and the charge moved to one of the electrodes A corresponding signal is read out by a CCD, a CMOS circuit or the like provided in the silicon substrate. In this specification, the photoelectric conversion layer refers to a layer that absorbs light having a specific wavelength incident thereon and generates charges (electrons and holes) according to the absorbed light quantity.

米国特許第5965875号明細書US Pat. No. 5,965,875 米国特許第6632701号明細書US Pat. No. 6,632,701 特開平7−38136号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-38136 特開2003−332551号公報JP 2003-332551 A

有機光電変換素子としては、有機薄膜太陽電池等に用いられる従来の有機光電変換素子を転用することが考えられる。これらは外部バイアスの印加無く電荷を取り出す必要があるため、一般に有機光電変換層が薄く設計されている。そのため、撮像素子を想定する場合、次のような問題が生じる。   As an organic photoelectric conversion element, it is possible to divert the conventional organic photoelectric conversion element used for an organic thin-film solar cell etc. Since it is necessary to take out electric charges without applying an external bias, the organic photoelectric conversion layer is generally designed to be thin. Therefore, when an image sensor is assumed, the following problems occur.

撮像素子を構成するためには、従来の有機光電変換素子とは異なり、有機光電変換層を挟む電極のうち、少なくとも上部の電極に光透過性の高い電極を用いる必要がある。このとき上部の透明電極を有機膜上に直接成膜することになる。透明性の高い電極としては透明導電性酸化物が適当であり、プロセス適性や平滑性の観点からITO(Snがドープされた酸化インジウム)電極等が候補として挙げられる。しかし、これら透明導電性酸化物は一般にスパッタ法により膜形成が行われるため、上部電極として膜形成する際、光電変換層の隙間にスパッタ粒子が潜り込む、または、プラズマにより光電変換層が損傷を受けるといった原因で、素子がショートしやすい。そのため、例えば有機薄膜太陽電池に用いられている従来の有機光電変換素子の上下両方の電極を透明電極としようとした場合、光電変換層が100nm程度と薄いためにショートが頻発し、歩留まりが大きく低下するといった重大な問題が起こる。光電変換層を厚くすることで、ショートを徐々に低減させることができるが、光電変換層が厚い場合、外部バイアス電圧を印加しないと光電変換層に生じたキャリアを十分に電極まで取り出すことができない。   In order to configure the imaging device, unlike the conventional organic photoelectric conversion device, it is necessary to use a highly light-transmitting electrode as at least the upper electrode among the electrodes sandwiching the organic photoelectric conversion layer. At this time, the upper transparent electrode is directly formed on the organic film. A transparent conductive oxide is suitable as a highly transparent electrode, and an ITO (indium oxide doped with Sn) electrode or the like is a candidate from the viewpoint of process suitability and smoothness. However, since these transparent conductive oxides are generally formed by sputtering, when the film is formed as the upper electrode, sputtered particles may sink into the gaps of the photoelectric conversion layer or the photoelectric conversion layer may be damaged by plasma. For this reason, the device is easily short-circuited. Therefore, for example, when both the upper and lower electrodes of a conventional organic photoelectric conversion element used in an organic thin film solar cell are to be transparent electrodes, the photoelectric conversion layer is as thin as about 100 nm, so shorts frequently occur and the yield is large. Serious problems such as degradation occur. Shortening can be gradually reduced by increasing the thickness of the photoelectric conversion layer. However, when the photoelectric conversion layer is thick, carriers generated in the photoelectric conversion layer cannot be sufficiently extracted to the electrode unless an external bias voltage is applied. .

一方、大きな外部バイアス電圧を印加した際にも問題が生じる。有機の光電変換層は真空加熱蒸着法等により形成されるため、有機の光電変換層表面には少なからず凹凸が見られる。このため、大きな外部バイアス電圧を印加すると、局所的に強電界が印加される箇所が生じ、多くの画素欠陥が生じる。欠陥とならない画素についても、局所的な電界が画素によって異なるため、出力信号にバラツキを生じ、ザラツキの目立つ撮像結果となる。   On the other hand, a problem also occurs when a large external bias voltage is applied. Since the organic photoelectric conversion layer is formed by a vacuum heating deposition method or the like, there are not a few irregularities on the surface of the organic photoelectric conversion layer. For this reason, when a large external bias voltage is applied, a portion where a strong electric field is applied locally occurs, and many pixel defects occur. Even for pixels that do not become defective, since the local electric field varies from pixel to pixel, the output signal varies, resulting in a noticeable imaging result.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、有機光電変換層を一対の電極で挟んだ構成の光電変換素子を有する固体撮像素子において、低いバイアス電圧でも良好な撮像を行うことが可能な固体撮像素子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 in a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having a configuration in which an organic photoelectric conversion layer is sandwiched between a pair of electrodes, it is possible to perform good imaging even with a low bias voltage. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device.

(1)半導体基板上方に形成された下部電極と、前記下部電極上方に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された有機光電変換層を含む中間層とを有する光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号電荷に応じた信号を外部に読み出す信号読み出し部とを備える固体撮像素子であって、
前記下部電極と前記上部電極間に0.1V以上3V以下のバイアス電圧を印加して撮像を行った場合に、前記有機光電変換層で吸収する光の波長域での外部量子効率が1%以上となる固体撮像素子。
(1) A lower electrode formed above a semiconductor substrate, an upper electrode formed above the lower electrode, and an intermediate layer including an organic photoelectric conversion layer formed between the lower electrode and the upper electrode. A solid-state imaging device comprising: a photoelectric conversion element having a signal reading unit that reads a signal corresponding to a signal charge generated by the photoelectric conversion element;
When imaging is performed by applying a bias voltage of 0.1 V or more and 3 V or less between the lower electrode and the upper electrode, the external quantum efficiency in the wavelength region of light absorbed by the organic photoelectric conversion layer is 1% or more A solid-state imaging device.

(2)(1)記載の固体撮像素子であって、前記上部電極が透明電極である固体撮像素子。 (2) The solid-state imaging device according to (1), wherein the upper electrode is a transparent electrode.

(3)(2)記載の固体撮像素子であって、前記下部電極が透明電極である固体撮像素子。 (3) The solid-state imaging device according to (2), wherein the lower electrode is a transparent electrode.

(4)(2)又は(3)記載の固体撮像素子であって、前記透明電極の材料が透明導電性酸化物である固体撮像素子。 (4) The solid-state imaging device according to (2) or (3), wherein the material of the transparent electrode is a transparent conductive oxide.

(5)(4)記載の固体撮像素子であって、前記透明導電性酸化物がITOである固体撮像素子。 (5) The solid-state imaging device according to (4), wherein the transparent conductive oxide is ITO.

(6)(1)〜(5)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記有機光電変換層がキナクリドン骨格、フタロシアニン骨格、及びアントラキノン骨格のいずれかの材料を含む固体撮像素子。 (6) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (5), wherein the organic photoelectric conversion layer includes a material of any one of a quinacridone skeleton, a phthalocyanine skeleton, and an anthraquinone skeleton. .

(7)(1)〜(6)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記中間層の前記上部電極側の表面の平均面粗さRaが1nm以下である固体撮像素子。 (7) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (6), wherein an average surface roughness Ra of the surface of the intermediate layer on the upper electrode side is 1 nm or less.

(8)(1)〜(7)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記中間層の厚さが150nm以上である固体撮像素子。 (8) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the intermediate layer has a thickness of 150 nm or more.

(9)(1)〜(8)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記上部電極及び前記下部電極のうち、前記有機光電変換層で発生した電子を取り出すための電極の仕事関数が4.5eV以下である固体撮像素子。 (9) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (8), wherein an electrode for extracting electrons generated in the organic photoelectric conversion layer out of the upper electrode and the lower electrode. A solid-state imaging device having a work function of 4.5 eV or less.

(10)(9)記載の固体撮像素子であって、前記電子を取り出すための電極が、透明な電極と、仕事関数が4.5eV以下の金属薄膜との2層構造であり、
前記金属薄膜は、前記中間層と前記透明な電極との間に位置する固体撮像素子。
(10) The solid-state imaging device according to (9), wherein the electrode for extracting electrons has a two-layer structure of a transparent electrode and a metal thin film having a work function of 4.5 eV or less,
The metal thin film is a solid-state imaging device positioned between the intermediate layer and the transparent electrode.

(11)(10)記載の固体撮像素子であって、前記金属薄膜がInからなる固体撮像素子。 (11) The solid-state imaging device according to (10), wherein the metal thin film is made of In.

(12)(11)記載の固体撮像素子であって、前記Inの厚みが0.5〜10nmである固体撮像素子。 (12) The solid-state imaging device according to (11), wherein the In thickness is 0.5 to 10 nm.

(13)(1)〜(12)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記光電変換素子上に形成され、前記光電変換素子を封止する封止膜を備える固体撮像素子。 (13) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (12), comprising a sealing film that is formed on the photoelectric conversion device and seals the photoelectric conversion device. .

(14)(13)記載の固体撮像素子であって、前記封止膜が原子層堆積(ALD)法で成膜されたものである固体撮像素子。 (14) The solid-state imaging device according to (13), wherein the sealing film is formed by an atomic layer deposition (ALD) method.

(15)(13)又は(14)記載の固体撮像素子であって、前記封止膜の材料が金属酸化物を含む固体撮像素子。 (15) The solid-state imaging device according to (13) or (14), wherein the material of the sealing film includes a metal oxide.

(16)(15)記載の固体撮像素子であって、前記金属酸化物がAlである固体撮像素子。 (16) The solid-state imaging device according to (15), wherein the metal oxide is Al 2 O 3 .

(17)(15)又は(16)記載の固体撮像素子であって、前記封止膜が、前記金属酸化物からなる膜と、前記金属酸化物からなる膜上に形成された高分子化合物からなる膜との2層構造である固体撮像素子。 (17) The solid-state imaging device according to (15) or (16), wherein the sealing film includes a film made of the metal oxide and a polymer compound formed on the film made of the metal oxide. A solid-state imaging device having a two-layer structure with a film.

(18)(17)記載の固体撮像素子であって、前記高分子化合物がパラキシリレン系樹脂である固体撮像素子。 (18) The solid-state imaging device according to (17), wherein the polymer compound is a paraxylylene resin.

(19)(1)〜(18)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記光電変換素子が不活性ガス雰囲気中でパッケージ本体内にガラス封止された固体撮像素子。 (19) The solid-state image sensor according to any one of (1) to (18), wherein the photoelectric conversion element is glass-sealed in a package body in an inert gas atmosphere.

(20)(19)記載の固体撮像素子であって、前記不活性ガスに含まれる酸素の濃度が0.05%以下である固体撮像素子。 (20) The solid-state imaging device according to (19), wherein the concentration of oxygen contained in the inert gas is 0.05% or less.

(21)(19)又は(20)記載の固体撮像素子であって、前記不活性ガスの露点が−75℃以下である固体撮像素子。 (21) The solid-state imaging device according to (19) or (20), wherein a dew point of the inert gas is −75 ° C. or lower.

(22)(1)〜(21)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記信号読み出し部がCMOS回路からなる固体撮像素子。 (22) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (21), wherein the signal readout unit is a CMOS circuit.

(23)(1)〜(22)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記半導体基板内に、前記光電変換素子の前記有機光電変換層を透過した光を吸収し、該光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する基板内光電変換部を備える固体撮像素子。 (23) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (22), wherein the semiconductor substrate absorbs light transmitted through the organic photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion device, and A solid-state imaging device including an in-substrate photoelectric conversion unit that generates and accumulates charges according to light.

(24)(23)記載の固体撮像素子であって、前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内に積層されたそれぞれ異なる色の光を吸収する2つのフォトダイオードである固体撮像素子。 (24) The solid-state imaging device according to (23), wherein the in-substrate photoelectric conversion unit is two photodiodes that absorb light of different colors stacked in the semiconductor substrate.

(25)(23)記載の固体撮像素子であって、前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内の入射光の入射方向に対して垂直な方向に配列されたそれぞれ異なる色の光を吸収する2つのフォトダイオードである固体撮像素子。 (25) The solid-state imaging device according to (23), wherein the in-substrate photoelectric conversion unit absorbs light of different colors arranged in a direction perpendicular to an incident direction of incident light in the semiconductor substrate. A solid-state imaging device that is two photodiodes.

(26)(24)又は(25)記載の固体撮像素子であって、前記2つのフォトダイオードが、それぞれ、赤色、青色、及び緑色のいずれかの波長域の光を吸収する光電変換素子。 (26) The solid-state imaging device according to (24) or (25), wherein each of the two photodiodes absorbs light in a wavelength region of red, blue, or green.

(27)(1)〜(22)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、前記光電変換素子が、前記半導体基板上方に複数積層された固体撮像素子。 (27) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (22), wherein a plurality of the photoelectric conversion elements are stacked above the semiconductor substrate.

本発明によれば、有機光電変換層を一対の電極で挟んだ構成の光電変換素子を有する固体撮像素子において、低いバイアス電圧でも良好な撮像を行うことが可能な固体撮像素子を提供することができる。   According to the present invention, in a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having a configuration in which an organic photoelectric conversion layer is sandwiched between a pair of electrodes, it is possible to provide a solid-state imaging element capable of performing good imaging even with a low bias voltage. it can.

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パッケージの概略構成を示す断面模式図である。
図1に示す固体撮像素子パッケージは、固体撮像素子チップ200を収容するための収容部500を有する凹状のパッケージ本体100と、パッケージ本体100の開口を塞いで収容部500内に固体撮像素子パッケージ200を封止する封止部材であるガラス板400とを含み、パッケージ本体100の開口の周縁部とガラス板400とが、図示しない樹脂等の接着剤を介して貼り合わせられた構成となっている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a solid-state imaging device package for explaining an embodiment of the present invention.
The solid-state imaging device package shown in FIG. 1 has a concave package body 100 having a housing portion 500 for housing the solid-state imaging device chip 200, and the solid-state imaging device package 200 in the housing portion 500 by closing the opening of the package body 100. The peripheral part of the opening of the package body 100 and the glass plate 400 are bonded together via an adhesive such as resin (not shown). .

図2は、図1に示す固体撮像素子チップ200の概略構成を示す平面模式図である。
固体撮像素子チップ200は、シリコン等の半導体基板1上に二次元状に配列された多数の画素200bと、多数の画素200bが形成される領域以外の部分に形成された多数の電極パッド200aとを備える。多数の電極パッド200aには、外部機器と固体撮像素子チップ200との電気的接続を行うために配線300がボンディングされている。
FIG. 2 is a schematic plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging element chip 200 shown in FIG.
The solid-state imaging device chip 200 includes a large number of pixels 200b arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate 1 such as silicon, and a large number of electrode pads 200a formed in a portion other than a region where the large number of pixels 200b are formed. Is provided. A large number of electrode pads 200 a are bonded with wirings 300 for electrical connection between an external device and the solid-state imaging device chip 200.

図3は、図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図である。図4は、図3に示す光電変換素子の拡大図である。
図3に示すように、固体撮像素子チップ200の画素200bは、p型シリコン基板1上方に形成された下部電極11と、下部電極11上に形成された有機光電変換層122を含む中間層12と、中間層12上に形成された上部電極13とからなる光電変換素子を備える。下部電極11は、電極11aと電極11a上に形成された電極11bとの2層構造となっている。下部電極11及び上部電極13間にバイアス電圧を印加することで、有機光電変換層122内で発生した電荷が下部電極11と上部電極13に移動し、いずれかの電極に移動した電荷に応じた信号が、p型シリコン基板1内に設けられたCCDやCMOS回路等の信号読み出し部(図示せず)で読み出される構成となっている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of one pixel shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged view of the photoelectric conversion element shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the pixel 200 b of the solid-state imaging device chip 200 includes a lower electrode 11 formed above the p-type silicon substrate 1 and an intermediate layer 12 including an organic photoelectric conversion layer 122 formed on the lower electrode 11. And a photoelectric conversion element comprising the upper electrode 13 formed on the intermediate layer 12. The lower electrode 11 has a two-layer structure of an electrode 11a and an electrode 11b formed on the electrode 11a. By applying a bias voltage between the lower electrode 11 and the upper electrode 13, the charges generated in the organic photoelectric conversion layer 122 move to the lower electrode 11 and the upper electrode 13, and according to the charges transferred to one of the electrodes The signal is read out by a signal reading unit (not shown) such as a CCD or CMOS circuit provided in the p-type silicon substrate 1.

p型シリコン基板1内には、光電変換素子で発生した信号電荷を蓄積するためのn型の高濃度不純物領域(以下、n+領域という)6が形成されている。p型シリコン基板1上には絶縁膜7が形成されており、n+領域6は、絶縁膜7に開けられた開口に形成されたアルミニウムやタングステン等の金属からなる接続部9を介して下部電極11と電気的に接続されている。n+領域6には、有機光電変換層122で発生して下部電極11に移動した電子が、接続部9を介して蓄積される。   In the p-type silicon substrate 1, an n-type high concentration impurity region (hereinafter referred to as an n + region) 6 for accumulating signal charges generated in the photoelectric conversion element is formed. An insulating film 7 is formed on the p-type silicon substrate 1, and the n + region 6 has a lower electrode via a connection portion 9 made of a metal such as aluminum or tungsten formed in an opening opened in the insulating film 7. 11 is electrically connected. In the n + region 6, electrons generated in the organic photoelectric conversion layer 122 and moved to the lower electrode 11 are accumulated through the connection portion 9.

p型シリコン基板1上の絶縁膜7内には遮光膜16が形成されており、この遮光膜16の下方に信号読み出し部が形成される。この遮光膜16により、信号読み出し部に光が入射するのを防ぐことができる。   A light shielding film 16 is formed in the insulating film 7 on the p-type silicon substrate 1, and a signal readout portion is formed below the light shielding film 16. The light shielding film 16 can prevent light from entering the signal readout portion.

絶縁層7の上には上述した光電変換素子が形成され、上部電極13上には、光電変換素子を封止するための透明な封止膜15が形成されている。この封止膜15は、光電変換素子の特に有機光電変換層に、酸素や水分等が浸入するのを防ぐためのものである。   The above-described photoelectric conversion element is formed on the insulating layer 7, and a transparent sealing film 15 for sealing the photoelectric conversion element is formed on the upper electrode 13. The sealing film 15 is for preventing oxygen, moisture, and the like from entering the photoelectric conversion element, particularly the organic photoelectric conversion layer.

図4に示すように、固体撮像素子チップ200bに含まれる光電変換素子の中間層12は、下部電極11上に形成された有機光電変換層122と、有機光電変換層122上に形成された有機光電変換層122表面の凹凸を緩和する平滑層123とを含む。   As shown in FIG. 4, the intermediate layer 12 of the photoelectric conversion element included in the solid-state imaging element chip 200 b includes an organic photoelectric conversion layer 122 formed on the lower electrode 11 and an organic layer formed on the organic photoelectric conversion layer 122. And a smoothing layer 123 that relieves unevenness on the surface of the photoelectric conversion layer 122.

図4に示す光電変換素子は、有機光電変換層122で発生した電荷のうち、正孔を上部電極13に移動させ、電子を下部電極11に移動させるように、下部電極11及び上部電極13間にバイアス電圧が印加される。   In the photoelectric conversion element shown in FIG. 4, among the charges generated in the organic photoelectric conversion layer 122, holes are moved to the upper electrode 13 and electrons are moved to the lower electrode 11. A bias voltage is applied to.

下部電極11は、有機光電変換層122で発生した電子を取り出すための電子取り出し用の電極である。光電変換素子は、後述するが、その下方にも光を透過させる必要がある場合がある。このため、下部電極11は透明な透明電極であることが好ましい。ここで、透明とは、可視域(約420nmから約660nm)の光を全体として80%以上透過することを意味している。透明電極としては、透明導電性酸化物の薄膜が適しており、プロセス適性や平滑性の観点から、ITOを用いることが特に好ましい。又、金属を、可視域の光が透過できる程度に薄く蒸着することで、透明電極を実現することも可能である。下部電極11は、バイアス電圧を制御することで、有機光電変換層122で発生した正孔を取り出すための正孔取り出し用の電極とすることも可能である。下部電極11の材料としては、ITO、IZO、AZO、ZnO2、SnO2、TiO2、FTO、Al、Ag、及びAu等を用いることができる。下部電極11は、多数の画素200b毎に独立して信号を読み出す必要があるため、画素200b毎に分離されている。 The lower electrode 11 is an electrode for extracting electrons for extracting electrons generated in the organic photoelectric conversion layer 122. Although the photoelectric conversion element will be described later, it may be necessary to transmit light below the photoelectric conversion element. For this reason, it is preferable that the lower electrode 11 is a transparent transparent electrode. Here, “transparent” means that 80% or more of light in the visible region (about 420 nm to about 660 nm) is transmitted as a whole. A transparent conductive oxide thin film is suitable as the transparent electrode, and it is particularly preferable to use ITO from the viewpoint of process suitability and smoothness. It is also possible to realize a transparent electrode by depositing metal so thin that light in the visible range can be transmitted. The lower electrode 11 may be a hole extraction electrode for extracting holes generated in the organic photoelectric conversion layer 122 by controlling a bias voltage. As the material of the lower electrode 11, ITO, IZO, AZO, ZnO 2 , SnO 2 , TiO 2 , FTO, Al, Ag, Au, and the like can be used. The lower electrode 11 is separated for each pixel 200b because it is necessary to read signals independently for each of the large number of pixels 200b.

上部電極13は、有機光電変換層122で発生した正孔を捕集するための電極である。有機光電変換層122に光を入射させる必要があるため、上部電極13は透明電極であることが好ましい。上部電極13の材料としては、ITO、IZO、AZO、ZnO2、SnO2、TiO2、FTO、Al、Ag、及びAu等を用いることができる。上部電極13は、全画素で共通して用いることができるため、1枚構成の膜であれば良く、画素毎に分離しておく必要はない。 The upper electrode 13 is an electrode for collecting holes generated in the organic photoelectric conversion layer 122. Since light needs to be incident on the organic photoelectric conversion layer 122, the upper electrode 13 is preferably a transparent electrode. As a material of the upper electrode 13, ITO, IZO, AZO, ZnO 2 , SnO 2 , TiO 2 , FTO, Al, Ag, Au, or the like can be used. Since the upper electrode 13 can be used in common for all pixels, it may be a single-layer film and does not need to be separated for each pixel.

有機光電変換層122は、特定の波長の光を吸収して、吸収した光に応じた電荷を発生する光電変換材料で構成される。有機光電変換層122は単層構造でも多層構造でも良い。光電変換性能の高さから、結晶性の高い有機材料がさらに好ましい。有機光電変換層122を構成する材料としては、キナクリドン骨格、フタロシアニン骨格、及びアントラキノン骨格の材料等が挙げられる。有機光電変換層122として以下の化学式1で示されるキナクリドンを用いた場合には、有機光電変換層122にて緑色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。有機光電変換層122として以下の化学式2で示される亜鉛フタロシアニンを用いた場合には、有機光電変換層122にて赤色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。有機光電変換層122として以下の化学式3で示されるアントラキノンAを用いた場合には、有機光電変換層122にて青色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。有機光電変換層122も、全画素で共通して用いることができるため、1枚構成の膜であれば良く、画素毎に分離しておく必要はない。   The organic photoelectric conversion layer 122 is composed of a photoelectric conversion material that absorbs light of a specific wavelength and generates a charge corresponding to the absorbed light. The organic photoelectric conversion layer 122 may have a single layer structure or a multilayer structure. From the viewpoint of high photoelectric conversion performance, an organic material having high crystallinity is more preferable. Examples of the material constituting the organic photoelectric conversion layer 122 include materials having a quinacridone skeleton, a phthalocyanine skeleton, and an anthraquinone skeleton. When quinacridone represented by the following chemical formula 1 is used as the organic photoelectric conversion layer 122, the organic photoelectric conversion layer 122 can absorb light in the green wavelength region and generate a charge corresponding to the light. Become. In the case where zinc phthalocyanine represented by the following chemical formula 2 is used as the organic photoelectric conversion layer 122, the organic photoelectric conversion layer 122 can absorb light in the red wavelength region and generate a charge corresponding thereto. It becomes. When anthraquinone A represented by the following chemical formula 3 is used as the organic photoelectric conversion layer 122, the organic photoelectric conversion layer 122 can absorb light in the blue wavelength region and generate a charge corresponding to the light. It becomes. Since the organic photoelectric conversion layer 122 can also be used in common for all pixels, it may be a single-layer film and does not need to be separated for each pixel.

平滑層123は、その表面に凹凸の少なく且つ有機光電変換層122をショートさせない材料であれば良く、有機材料や無機材料を用いることができる。特に、アモルファス材料は、その表面に凹凸があまりないため、好ましく用いられる。平滑層123は、有機光電変換層122に光を入射させる必要があるため、透明であることが好ましい。なお、平滑層を導入したことによる効果については、特願2006−45955において詳細に説明されている。   The smooth layer 123 may be any material that has less unevenness on the surface and does not short-circuit the organic photoelectric conversion layer 122, and an organic material or an inorganic material can be used. In particular, an amorphous material is preferably used because there is not much unevenness on the surface. The smooth layer 123 is preferably transparent because it is necessary to make light incident on the organic photoelectric conversion layer 122. In addition, the effect by having introduce | transduced the smooth layer is demonstrated in detail in Japanese Patent Application No. 2006-45955.

図4に示す光電変換素子では、上部電極13を正孔取り出し用の電極としている。このため、平滑層123を構成する材料は、正孔輸送性材料であることが好ましい。平滑層123に適している正孔輸送性材料としては、トリフェニルアミン構造を有するトリフェニルアミン系の有機材料が挙げられる。トリフェニルアミン系の有機材料としては、トリフェニルアミン構造が星状に繋がっているスターバーストアミン構造を有するスターバーストアミン系の有機材料が挙げられる。トリフェニルアミン系の有機材料としては、以下の化学式4に示したm−MTDATA(4,4',4''-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine)や、以下の化学式5に示した材料(アミンAとする)等を用いることができる。スターバーストアミン系の有機材料としては、以下の化学式6に示したTDATA等を用いることができる。   In the photoelectric conversion element shown in FIG. 4, the upper electrode 13 is used as an electrode for extracting holes. For this reason, it is preferable that the material which comprises the smooth layer 123 is a hole transportable material. As a hole transporting material suitable for the smooth layer 123, a triphenylamine-based organic material having a triphenylamine structure can be given. Examples of the triphenylamine-based organic material include a starburstamine-based organic material having a starburstamine structure in which the triphenylamine structure is connected in a star shape. Examples of the triphenylamine-based organic material include m-MTDATA (4,4 ′, 4 ″ -tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine) represented by the following chemical formula 4, and a material (amine) represented by the following chemical formula 5. A) and the like can be used. As the starburst amine-based organic material, TDATA shown in the following chemical formula 6 or the like can be used.

尚、図4に示す光電変換素子において、上部電極13を電子取り出し用の電極とし、下部電極11を正孔取り出し用の電極とした場合、平滑層123を構成する材料は、電子輸送性材料であることが好ましい。平滑層123に適している電子輸送性材料としては、以下の化学式7に示すAlq(Alqtris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III))もしくはその誘導体等を用いることができる。
In the photoelectric conversion element shown in FIG. 4, when the upper electrode 13 is an electrode for extracting electrons and the lower electrode 11 is an electrode for extracting holes, the material constituting the smooth layer 123 is an electron transporting material. Preferably there is. As an electron transporting material suitable for the smooth layer 123, Alq 3 (Alqtris (8-hydroxyquinolinato) aluminum (III)) represented by the following chemical formula 7 or a derivative thereof can be used.

この平滑層123が存在することにより、上部電極13をスパッタ法によって形成する場合でも、有機光電変換層122表面の凹凸にスパッタ粒子が潜り込むことを防ぐことができる。スパッタ粒子の潜り込みを効果的に防ぐために、平滑層123の上部電極13側の表面の平均面粗さRaが1nm以下であることが好ましい。   Due to the presence of the smooth layer 123, it is possible to prevent the sputtered particles from entering the irregularities on the surface of the organic photoelectric conversion layer 122 even when the upper electrode 13 is formed by the sputtering method. In order to effectively prevent spattering of the sputtered particles, the average surface roughness Ra of the surface of the smooth layer 123 on the upper electrode 13 side is preferably 1 nm or less.

又、この平滑層123が存在することにより、平滑層123によって有機光電変換層122がスパッタ時のプラズマに曝されるのを防ぐことができる。又、平滑層123上に上部電極13が形成されるため、上部電極13を平坦に形成することができ、有機光電変換層122内に均一にバイアス電圧を印加することができるようになる。このように、平滑層123を設けたことで、光電変換素子の性能劣化を防ぐことが可能となる。尚、有機光電変換層122の表面に凹凸が多くなるのは、有機光電変換層122が多結晶材料から構成されている場合である。このため、このような構成において平滑層123を設けることが特に効果的である。又、平滑層123は、それ自身、光電変換材料で構成しても良い。多結晶の有機材料としては、上述したキナクリドンが挙げられる。   In addition, the presence of the smooth layer 123 can prevent the organic photoelectric conversion layer 122 from being exposed to plasma during sputtering. Further, since the upper electrode 13 is formed on the smooth layer 123, the upper electrode 13 can be formed flat, and a bias voltage can be applied uniformly within the organic photoelectric conversion layer 122. Thus, by providing the smooth layer 123, it becomes possible to prevent the performance deterioration of a photoelectric conversion element. Note that the surface of the organic photoelectric conversion layer 122 has more irregularities when the organic photoelectric conversion layer 122 is made of a polycrystalline material. For this reason, it is particularly effective to provide the smooth layer 123 in such a configuration. Further, the smooth layer 123 may itself be composed of a photoelectric conversion material. An example of the polycrystalline organic material is quinacridone described above.

次に、下部電極11を構成する電極11bの機能について説明する。電極11bにより、下部電極の仕事関数が調整される。なお、電極の仕事関数の調整については、特願2005−251745号において詳細に説明されている。   Next, the function of the electrode 11b constituting the lower electrode 11 will be described. The work function of the lower electrode is adjusted by the electrode 11b. The adjustment of the work function of the electrode is described in detail in Japanese Patent Application No. 2005-251745.

光電変換層を2つの電極で挟んだ構造の光電変換素子では、特に、ITO等の透明性の高い透明電極を電子取り出し用の電極とした場合、バイアス印加時の暗電流が、電圧1V印加時で10μA/cm2程度とかなり大きなものとなる。
暗電流の原因の一つとして、バイアス印加時に電子取り出し用の電極から光電変換層へと流入する電流が考えられる。ITO透明電極等の透明性の高い電極を電子取り出し用の電極とした場合は、その電極の仕事関数が比較的大きいことにより、正孔が電子取り出し用の電極から光電変換層へと移動する際の障壁が低くなり、光電変換層への正孔注入が起こりやすくなるのではないかと考えられた。実際、ITO等の透明性の高い金属酸化物系透明電極の仕事関数を調べてみると、例えばITO電極の仕事関数は4.8eV程度であり、Al(アルミニウム)電極の仕事関数が約4.3eVであるのと比べてかなり高く、また、ITO以外の他の金属酸化物系の透明電極も、最も小さいAZO(Alがドープされた酸化亜鉛)の4.5eV程度を除くと、約4.6〜5.4とその仕事関数は比較的大きいものであることが知られている(例えば、J.Vac.Sci.Technol.A17(4),Jul/Aug 1999 p.1765−1772のFig.12参照)。
In a photoelectric conversion element having a structure in which a photoelectric conversion layer is sandwiched between two electrodes, in particular, when a highly transparent transparent electrode such as ITO is used as an electrode for extracting electrons, the dark current when a bias is applied is when a voltage of 1 V is applied. Is about 10 μA / cm 2 .
As one of the causes of dark current, a current flowing from the electrode for extracting electrons into the photoelectric conversion layer when a bias is applied can be considered. When a highly transparent electrode such as an ITO transparent electrode is used as an electrode for extracting electrons, when the holes move from the electrode for extracting electrons to the photoelectric conversion layer because the work function of the electrode is relatively large It was thought that the barrier of the hole would be lowered and hole injection into the photoelectric conversion layer would easily occur. Actually, when examining the work function of a highly transparent metal oxide transparent electrode such as ITO, the work function of the ITO electrode is about 4.8 eV, and the work function of the Al (aluminum) electrode is about 4. It is considerably higher than 3 eV, and other metal oxide-based transparent electrodes other than ITO are about 4. e.g., except for the smallest AZO (Al-doped zinc oxide) of about 4.5 eV. 6 to 5.4 and its work function are known to be relatively large (for example, see J. Vac. Sci. Technol. A17 (4), Jul / Aug 1999 p. 1765-1772, FIG. 1). 12).

このように、電子取り出し用の電極の仕事関数が大きいと、バイアス印加時に、正孔が電子取り出し用の電極から光電変換層へ移動する際の障壁が低くなり、電子取り出し用の電極から光電変換層への正孔注入が起こりやすく、その結果として暗電流が大きくなると考えられる。   Thus, when the work function of the electrode for extracting electrons is large, the barrier when holes are transferred from the electrode for extracting electrons to the photoelectric conversion layer when a bias is applied is lowered, and photoelectric conversion from the electrode for extracting electrons is performed. It is considered that hole injection tends to occur in the layer, and as a result, dark current increases.

そこで、図4に示す光電変換素子では、電子取り出し用の電極である下部電極11の仕事関数を4.5eV以下としている。下部電極11の仕事関数を4.5eV以下にする方法を以下に列挙する。   Therefore, in the photoelectric conversion element shown in FIG. 4, the work function of the lower electrode 11 which is an electrode for extracting electrons is set to 4.5 eV or less. Methods for setting the work function of the lower electrode 11 to 4.5 eV or less are listed below.

(A)図4に示すように、下部電極11を2層構造とし、電極11aと有機光電変換層122との間に、電極11aの仕事関数を調節する電極11bを設ける。
例えば、電極11aとしてITOを使用し、電極11bとして仕事関数4.5eV以下のInまたはAgまたはMgを含む金属薄膜を使用する。Inを用いた場合は、後述する実施例にも示されるように、その厚みは0.5〜10nmであることが好ましい。
(B)下部電極11として、仕事関数4.5eV以下の導電性透明金属酸化物薄膜を使用する。
例えば、導電性透明金属酸化物薄膜として、仕事関数4.5eVのAZO薄膜を使用する。
(C)下部電極11として、金属酸化物にドープして仕事関数を4.5eV以下とした透明電極を使用する。
例えば、導電性金属酸化物としてのITOにCsをドープして仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。
(D)下部電極11として、導電性透明金属酸化物薄膜を表面処理して仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。
例えば、下部電極11としてITOを用い、このITOをアルカリ性溶液に浸して表面処理し、仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。または、ITOをArイオンまたはNeイオンでスパッタして表面処理し、仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。
(A) As shown in FIG. 4, the lower electrode 11 has a two-layer structure, and an electrode 11 b that adjusts the work function of the electrode 11 a is provided between the electrode 11 a and the organic photoelectric conversion layer 122.
For example, ITO is used as the electrode 11a, and a metal thin film containing In, Ag, or Mg having a work function of 4.5 eV or less is used as the electrode 11b. When In is used, the thickness thereof is preferably 0.5 to 10 nm, as will be shown in Examples described later.
(B) A conductive transparent metal oxide thin film having a work function of 4.5 eV or less is used as the lower electrode 11.
For example, an AZO thin film having a work function of 4.5 eV is used as the conductive transparent metal oxide thin film.
(C) As the lower electrode 11, a transparent electrode doped with metal oxide and having a work function of 4.5 eV or less is used.
For example, an electrode having a work function of 4.5 eV or less by doping Cs into ITO as a conductive metal oxide is used.
(D) As the lower electrode 11, an electrode having a work function of 4.5 eV or less by surface-treating a conductive transparent metal oxide thin film is used.
For example, ITO is used as the lower electrode 11, and an electrode having a work function of 4.5 eV or less is used by immersing the ITO in an alkaline solution and performing surface treatment. Alternatively, an electrode in which ITO is sputtered with Ar ions or Ne ions and surface-treated to have a work function of 4.5 eV or less is used.

尚、上部電極13を電子取り出し用の電極とした場合には、上部電極13の仕事関数を4.5eV以下とすれば良い。上部電極13の仕事関数を4.5eV以下にする方法は、以下の(E)と、上記(B)〜(D)の説明において下部電極11を上部電極13に変更したものとが挙げられる。
(E)図4において、上部電極13と平滑層123との間に、上部電極13の仕事関数を調整する電極を設け、電極11bは削除する。例えば、上部電極13としてITOを使用し、仕事関数調節のための電極として仕事関数4.5eV以下のInまたはAgまたはMgを含む金属薄膜を使用する。
In the case where the upper electrode 13 is an electrode for extracting electrons, the work function of the upper electrode 13 may be 4.5 eV or less. Examples of the method of setting the work function of the upper electrode 13 to 4.5 eV or less include the following (E) and those in which the lower electrode 11 is changed to the upper electrode 13 in the description of the above (B) to (D).
(E) In FIG. 4, an electrode for adjusting the work function of the upper electrode 13 is provided between the upper electrode 13 and the smooth layer 123, and the electrode 11b is deleted. For example, ITO is used as the upper electrode 13, and a metal thin film containing In, Ag, or Mg having a work function of 4.5 eV or less is used as an electrode for adjusting the work function.

以下に、ITOからなる透明電極の仕事関数調整に関する文献例を挙げる。   Examples of literature relating to work function adjustment of a transparent electrode made of ITO will be given below.

また、以下に、仕事関数が4.5以下の金属をその特性とともに列挙する。   Moreover, the metal whose work function is 4.5 or less is enumerated below with the characteristic.

以上のような構成の固体撮像素子によれば、後述する実施例で示されるように、下部電極11及び上部電極13間に0.5V以上3V以下といった非常に低いバイアス電圧を印加して撮像を行った場合でも、有機光電変換層122で吸収する光の波長域において、1%以上の外部量子効率を得ることができる。低バイアスで駆動できるため、平滑層123表面にある多少の凹凸に起因する画素欠陥を少なくすることができ、高画質を実現することができる。又、信号読出し部としてCMOS回路を用いた場合、通常のCMOS回路の駆動電圧は3V程度であることから、CMOS回路と同じ電圧源を使用することも可能となる。   According to the solid-state imaging device having the above-described configuration, as shown in an example described later, imaging is performed by applying a very low bias voltage of 0.5 V to 3 V between the lower electrode 11 and the upper electrode 13. Even when it is performed, an external quantum efficiency of 1% or more can be obtained in the wavelength range of light absorbed by the organic photoelectric conversion layer 122. Since it can be driven with a low bias, pixel defects due to some unevenness on the surface of the smooth layer 123 can be reduced, and high image quality can be realized. In addition, when a CMOS circuit is used as the signal reading unit, the driving voltage of a normal CMOS circuit is about 3 V, so that the same voltage source as that of the CMOS circuit can be used.

上述した中間層12の厚みは、上部電極13形成工程に起因するショート防止効果を考慮すると、後述する実施例にも示されるように、150nm以上であることが好ましい。   The thickness of the intermediate layer 12 described above is preferably 150 nm or more, as shown in Examples described later, in consideration of the short-circuit preventing effect due to the upper electrode 13 formation step.

以下、上述したような光電変換素子を半導体基板上に積層した固体撮像素子の変形例を説明する。   Hereinafter, modifications of the solid-state imaging device in which the photoelectric conversion elements as described above are stacked on a semiconductor substrate will be described.

(第一の変形例)
図5は、図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図であり、第一の変形例を示す図である。
図5に示す画素200bは、図4に示した構成の光電変換素子と、この光電変換素子下方のシリコン基板1に形成された2つのフォトダイオードとを有する構成である。図5において、図3と同様の符号には同一符号を付してある。
(First modification)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of one pixel illustrated in FIG. 2, and is a diagram illustrating a first modification.
A pixel 200b illustrated in FIG. 5 includes a photoelectric conversion element having the configuration illustrated in FIG. 4 and two photodiodes formed on the silicon substrate 1 below the photoelectric conversion element. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG.

図5に示す画素200bは、p型シリコン基板1と、p型シリコン基板1上に形成された絶縁膜7と、絶縁膜7上に形成された光電変換素子とを含んで構成され、光電変換素子上には開口の設けられた遮光膜14が形成されている。また、遮光膜14及び上部電極13上には透明な封止膜15が形成されている。   A pixel 200b shown in FIG. 5 includes a p-type silicon substrate 1, an insulating film 7 formed on the p-type silicon substrate 1, and a photoelectric conversion element formed on the insulating film 7. A light shielding film 14 having an opening is formed on the element. A transparent sealing film 15 is formed on the light shielding film 14 and the upper electrode 13.

図5の構成では、有機光電変換層122は、緑色光を吸収してこれに応じた電子及び正孔を発生する材料を用いる。   In the configuration of FIG. 5, the organic photoelectric conversion layer 122 uses a material that absorbs green light and generates electrons and holes corresponding thereto.

p型シリコン基板1内には、その浅い方からn型半導体領域(以下、n領域と略す)4と、p型半導体領域(以下、p領域と略す)3と、n領域2がこの順に形成されている。n領域4の遮光膜14によって遮光されている部分の表面部には、高濃度のn領域(n+領域という)6が形成され、n+領域6の周りはp領域5によって囲まれている。   In the p-type silicon substrate 1, an n-type semiconductor region (hereinafter abbreviated as n region) 4, a p-type semiconductor region (hereinafter abbreviated as p region) 3, and an n region 2 are formed in this order from the shallower side. Has been. A high-concentration n region (referred to as n + region) 6 is formed on the surface portion of the n region 4 that is shielded by the light shielding film 14, and the n + region 6 is surrounded by the p region 5.

n領域4とp領域3とのpn接合面のp型シリコン基板1表面からの深さは、青色光を吸収する深さ(約0.2μm)となっている。したがって、n領域4とp領域3は、青色光を吸収してそれに応じた電子を発生し、これを蓄積するフォトダイオード(Bフォトダイオード)を形成する。Bフォトダイオードで発生した電子は、n領域4に蓄積される。   The depth of the pn junction surface between the n region 4 and the p region 3 from the surface of the p-type silicon substrate 1 is a depth that absorbs blue light (about 0.2 μm). Therefore, the n region 4 and the p region 3 absorb blue light, generate electrons corresponding thereto, and form a photodiode (B photodiode) that accumulates the electrons. Electrons generated in the B photodiode are accumulated in the n region 4.

n領域2とp型シリコン基板1とのpn接合面のp型シリコン基板1表面からの深さは、赤色光を吸収する深さ(約2μm)となっている。したがって、n領域2とp型シリコン基板1は、赤色光を吸収してそれに応じた電子を発生し、これを蓄積するフォトダイオード(Rフォトダイオード)を形成する。Rフォトダイオードで発生した電子は、n領域2に蓄積される。   The depth of the pn junction surface between the n region 2 and the p-type silicon substrate 1 from the surface of the p-type silicon substrate 1 is a depth that absorbs red light (about 2 μm). Therefore, the n region 2 and the p-type silicon substrate 1 absorb red light, generate electrons corresponding thereto, and form a photodiode (R photodiode) that accumulates the electrons. Electrons generated in the R photodiode are accumulated in the n region 2.

n+領域6は、接続部9を介して下部電極11と電気的に接続されており、接続部9を介して、下部電極11に移動した電子を蓄積する。接続部9は、下部電極11とn+領域6以外とは絶縁膜8によって電気的に絶縁される。   The n + region 6 is electrically connected to the lower electrode 11 via the connection portion 9, and accumulates electrons that have moved to the lower electrode 11 via the connection portion 9. The connecting portion 9 is electrically insulated by the insulating film 8 except for the lower electrode 11 and the n + region 6.

n領域2に蓄積された電子は、p型シリコン基板1内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n領域4に蓄積された電子は、p領域3内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域6に蓄積された電子は、p領域5内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換されて、固体撮像素子200外部へと出力される。各CMOS回路は配線10によって図示しない信号読み出しパッドに接続される。尚、n領域2、n領域4に引き出し電極を設け、所定のリセット電位をかけると、各領域が空乏化し、各pn接合部の容量は限りなく小さい値になる。これにより、接合面に生じる容量を極めて小さくすることができる。   The electrons accumulated in the n region 2 are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) made of an n channel MOS transistor formed in the p-type silicon substrate 1 and accumulated in the n region 4. The electrons are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p region 3, and the electrons accumulated in the n + region 6 The signal is converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) composed of an n-channel MOS transistor formed in, and output to the outside of the solid-state imaging device 200. Each CMOS circuit is connected to a signal readout pad (not shown) by wiring 10. If extraction electrodes are provided in the n region 2 and the n region 4 and a predetermined reset potential is applied, each region is depleted, and the capacitance of each pn junction becomes an extremely small value. Thereby, the capacity | capacitance produced in a joint surface can be made very small.

このような構成により、有機光電変換層122でG光を光電変換し、p型シリコン基板1中のBフォトダイオードとRフォトダイオードでB光およびR光を光電変換することができる。また上部でG光がまず吸収されるため、B-G間およびG-R間の色分離は優れている。これが、シリコン基板内に3つのPDを積層し、シリコン基板内でBGR光を全て分離する形式の固体撮像素子に比べ、大きく優れた点である。以下の説明では、画素200bのp型シリコン基板1内に形成される無機材料からなる光電変換を行う部分(Bフォトダイオード及びRフォトダイオード)のことを無機層とも言う。   With such a configuration, G light can be photoelectrically converted by the organic photoelectric conversion layer 122, and B light and R light can be photoelectrically converted by the B photodiode and the R photodiode in the p-type silicon substrate 1. In addition, since G light is first absorbed at the top, color separation between BG and GR is excellent. This is a great advantage over a solid-state imaging device in which three PDs are stacked in a silicon substrate and all BGR light is separated in the silicon substrate. In the following description, the part (B photodiode and R photodiode) that performs photoelectric conversion made of an inorganic material formed in the p-type silicon substrate 1 of the pixel 200b is also referred to as an inorganic layer.

尚、p型シリコン基板1と下部電極膜11との間(例えば絶縁膜7とp型シリコン基板1との間)に、有機光電変換層122を透過した光を吸収して、該光に応じた電荷を発生しこれを蓄積する無機材料からなる無機光電変換部を形成することも可能である。この場合、p型シリコン基板1内に、この無機光電変換部の電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すためのMOS回路を設け、このCMOS回路にも配線10を接続しておけば良い。   Note that light transmitted through the organic photoelectric conversion layer 122 is absorbed between the p-type silicon substrate 1 and the lower electrode film 11 (for example, between the insulating film 7 and the p-type silicon substrate 1), and in response to the light. It is also possible to form an inorganic photoelectric conversion portion made of an inorganic material that generates and accumulates the charges. In this case, a MOS circuit for reading a signal corresponding to the charge accumulated in the charge accumulation region of the inorganic photoelectric conversion unit is provided in the p-type silicon substrate 1, and the wiring 10 is also connected to this CMOS circuit. It ’s fine.

(無機層について)
無機層は、結晶シリコン、アモルファスシリコン、GaAsなどの化合物半導体のpn接合またはpin接合が一般的に用いられる。この場合、シリコンの光進入深さで色分離を行っているため積層された各受光部で検知するスペクトル範囲はブロードとなる。しかしながら、図5に示すように中間層12を上層に用いることにより、すなわち中間層12を透過した光をシリコンの深さ方向で検出することにより色分離が顕著に改良される。特に図5に示すように、中間層12でG光を検出すると、中間層12を透過する光はB光とR光になるため、シリコンでの深さ方向での光の分別はBR光のみとなり色分離が改良される。中間層12がB光またはR光を検出する場合でも、シリコンのpn接合面の深さを適宜選択することにより顕著に色分離が改良される。
(Inorganic layer)
As the inorganic layer, a pn junction or a pin junction of a compound semiconductor such as crystalline silicon, amorphous silicon, or GaAs is generally used. In this case, since color separation is performed based on the light penetration depth of silicon, the spectral range detected by each stacked light receiving unit is broad. However, the color separation is remarkably improved by using the intermediate layer 12 as an upper layer as shown in FIG. 5, that is, by detecting the light transmitted through the intermediate layer 12 in the depth direction of silicon. In particular, as shown in FIG. 5, when G light is detected in the intermediate layer 12, the light transmitted through the intermediate layer 12 becomes B light and R light, so that the light separation in the depth direction in silicon is only BR light. The color separation is improved. Even when the intermediate layer 12 detects B light or R light, the color separation is remarkably improved by appropriately selecting the depth of the pn junction surface of silicon.

無機層の構成は、光入射側から、npn又はpnpnとなっていることが好ましい。特に、表面にp層を設け表面の電位を高くしておくことで、表面付近で発生した正孔、及び暗電流をトラップすることができ暗電流を低減できるため、pnpn接合とすることがより好ましい。   The structure of the inorganic layer is preferably npn or pnpn from the light incident side. In particular, by providing a p layer on the surface and increasing the surface potential, holes generated in the vicinity of the surface and dark current can be trapped and dark current can be reduced. preferable.

尚、図5では、図4に示す構成の光電変換素子がp型シリコン基板1上方に1つ積層される構成を示したが、p型シリコン基板1上方に、図4に示す構成の光電変換素子を複数積層した構成にすることも可能である。図4に示す構成の光電変換素子を複数積層した構成については後の第三の変形例で説明する。このようにした場合は、無機層で検出する光は一色で良く、好ましい色分離が達成できる。また、画素200bにて4色の光を検出しようとする場合には、例えば、光電変換素子にて1色を検出して無機層にて3色を検出する構成、光電変換素子を2つ積層して2色を検出し、無機層にて2色を検出する構成、光電変換素子を3つ積層して3色を検出し、無機層にて1色を検出する構成等が考えられる。   5 shows a configuration in which one photoelectric conversion element having the configuration shown in FIG. 4 is stacked above the p-type silicon substrate 1, the photoelectric conversion having the configuration shown in FIG. A structure in which a plurality of elements are stacked is also possible. A configuration in which a plurality of photoelectric conversion elements having the configuration shown in FIG. 4 are stacked will be described in a third modification later. In this case, the light detected by the inorganic layer may be one color, and preferable color separation can be achieved. Further, when detecting four colors of light in the pixel 200b, for example, a configuration in which one color is detected by the photoelectric conversion element and three colors are detected by the inorganic layer, and two photoelectric conversion elements are stacked. Thus, a configuration in which two colors are detected and two colors are detected in the inorganic layer, a configuration in which three photoelectric conversion elements are stacked and three colors are detected, and one color is detected in the inorganic layer can be considered.

無機層についてさらに詳細に説明する。無機層の好ましい構成としては、光伝導型、p−n接合型、ショットキー接合型、PIN接合型、MSM(金属−半導体−金属)型の受光素子やフォトトランジスタ型の受光素子が挙げられる。特に、図5に示したように、単一の半導体基板内に、第1導電型の領域と、第1導電型と逆の導電型である第2導電型の領域とを交互に複数積層し、第1導電型及び第2導電型の領域の各接合面を、それぞれ異なる複数の波長帯域の光を主に光電変換するために適した深さに形成してなる無機層を用いることが好ましい。単一の半導体基板としては、単結晶シリコンが好ましく、シリコン基板の深さ方向に依存する吸収波長特性を利用して色分離を行うことができる。   The inorganic layer will be described in more detail. As a preferable configuration of the inorganic layer, a photoconductive type, a pn junction type, a Schottky junction type, a PIN junction type, an MSM (metal-semiconductor-metal) type light receiving element or a phototransistor type light receiving element can be given. In particular, as shown in FIG. 5, a plurality of first conductivity type regions and second conductivity type regions, which are opposite to the first conductivity type, are alternately stacked in a single semiconductor substrate. It is preferable to use an inorganic layer formed by forming each bonding surface of the first conductivity type region and the second conductivity type region to a depth suitable for mainly photoelectrically converting light in a plurality of different wavelength bands. . As the single semiconductor substrate, single crystal silicon is preferable, and color separation can be performed using absorption wavelength characteristics depending on the depth direction of the silicon substrate.

無機半導体として、InGaN系、InAlN系、InAlP系、又はInGaAlP系の無機半導体を用いることもできる。nGaN系の無機半導体は、Inの含有組成を適宜変更し、青色の波長範囲内に極大吸収値を有するよう調整されたものである。すなわち、InxGa1-xN(0≦X<1)の組成となる。このような化合物半導体は、有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて製造される。Gaと同じ13族原料のAlを用いる窒化物半導体のInAlN系についても、InGaN系と同様に短波長受光部として利用することができる。また、GaAs基板に格子整合するInAlP、InGaAlPを用いることもできる。 As the inorganic semiconductor, an InGaN-based, InAlN-based, InAlP-based, or InGaAlP-based inorganic semiconductor can also be used. The nGaN-based inorganic semiconductor is adjusted so as to have a maximum absorption value in the blue wavelength range by appropriately changing the composition of In. That is, the composition is In x Ga 1-x N (0 ≦ X <1). Such a compound semiconductor is manufactured using a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). A nitride semiconductor InAlN system using Al, which is the same group 13 raw material as Ga, can also be used as a short wavelength light receiving section in the same manner as the InGaN system. InAlP or InGaAlP lattice-matched to the GaAs substrate can also be used.

無機半導体は、埋め込み構造となっていてもよい。埋め込み構造とは、短波長受光部部分の両端を短波長受光部とは異なる半導体で覆われる構成のものをいう。両端を覆う半導体としては、短波長受光部のバンドギャップ波長より短い又は同等のバンドギャップ波長を有する半導体であることが好ましい。   The inorganic semiconductor may have a buried structure. The embedded structure means a structure in which both ends of the short wavelength light receiving part are covered with a semiconductor different from the short wavelength light receiving part. The semiconductor covering both ends is preferably a semiconductor having a band gap wavelength shorter than or equivalent to the band gap wavelength of the short wavelength light receiving part.

(第二の変形例)
第二の変形例では、第一の変形例で説明した図5に示す構成の無機層を、p型シリコン基板内で2つのフォトダイオードを積層するのではなく、入射光の入射方向に対して垂直な方向に2つのフォトダイオードを配列して、p型シリコン基板内で2色の光を検出するようにしたものである。
(Second modification)
In the second modification, the inorganic layer having the structure shown in FIG. 5 described in the first modification is not laminated with two photodiodes in a p-type silicon substrate, but in the incident direction of incident light. Two photodiodes are arranged in a vertical direction to detect light of two colors in a p-type silicon substrate.

図6は、図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図であり、第二の変形例を示す図である。図6において図3と同じ構成には同一符号を示してある。
図6に示す画素200bは、p型シリコン基板17と、p型シリコン基板17上方に形成された図4に示した構成の光電変換素子とを含んで構成され、光電変換素子上には開口の設けられた遮光膜34が形成されている。また、遮光膜34及び上部電極13上には透明な封止膜33が形成されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of one pixel illustrated in FIG. 2, and is a diagram illustrating a second modification. In FIG. 6, the same components as those in FIG.
A pixel 200b illustrated in FIG. 6 includes a p-type silicon substrate 17 and the photoelectric conversion element having the configuration illustrated in FIG. 4 formed above the p-type silicon substrate 17, and an opening is formed on the photoelectric conversion element. A provided light shielding film 34 is formed. A transparent sealing film 33 is formed on the light shielding film 34 and the upper electrode 13.

遮光膜34の開口下方のp型シリコン基板17表面には、p領域19とn領域18からなるフォトダイオードと、p領域21とn領域20からなるフォトダイオードとが、p型シリコン基板17表面に並んで形成されている。p型シリコン基板17表面上の任意の方向が、入射光の入射方向に対して垂直な方向となる。   On the surface of the p-type silicon substrate 17 below the opening of the light shielding film 34, a photodiode composed of the p region 19 and the n region 18 and a photodiode composed of the p region 21 and the n region 20 are formed on the surface of the p-type silicon substrate 17. It is formed side by side. An arbitrary direction on the surface of the p-type silicon substrate 17 is a direction perpendicular to the incident direction of incident light.

p領域19とn領域18からなるフォトダイオードの上方には、透明な絶縁膜24を介してB光を透過するカラーフィルタ28が形成され、その上に下部電極11が形成されている。p領域21とn領域20からなるフォトダイオードの上方には、透明な絶縁膜24を介してR光を透過するカラーフィルタ29が形成され、その上に下部電極11が形成されている。カラーフィルタ28,29の周囲は、透明な絶縁膜25で覆われている。   Above the photodiode composed of the p region 19 and the n region 18, a color filter 28 that transmits B light is formed through a transparent insulating film 24, and the lower electrode 11 is formed thereon. Above the photodiode composed of the p region 21 and the n region 20, a color filter 29 that transmits R light is formed through a transparent insulating film 24, and the lower electrode 11 is formed thereon. The periphery of the color filters 28 and 29 is covered with a transparent insulating film 25.

p領域19とn領域18からなるフォトダイオードは、カラーフィルタ28を透過したB光を吸収してそれに応じた電子を発生し、発生した電子をn領域18に蓄積する。p領域21とn領域20からなるフォトダイオードは、カラーフィルタ29を透過したR光を吸収してそれに応じた電子を発生し、発生した電子をn領域20に蓄積する。   The photodiode including the p region 19 and the n region 18 absorbs the B light transmitted through the color filter 28 and generates electrons corresponding thereto, and accumulates the generated electrons in the n region 18. The photodiode composed of the p region 21 and the n region 20 absorbs the R light transmitted through the color filter 29 and generates electrons corresponding thereto, and accumulates the generated electrons in the n region 20.

p型シリコン基板17表面の遮光膜34によって遮光されている部分には、n+領域23が形成され、n+領域23の周りはp領域22によって囲まれている。   An n + region 23 is formed in a portion of the surface of the p-type silicon substrate 17 that is shielded by the light shielding film 34, and the n + region 23 is surrounded by the p region 22.

n+領域23は、絶縁膜24,25に開けられた開口に形成されたアルミニウムやタングステン等の金属からなる接続部27を介して下部電極11と電気的に接続されており、接続部27を介して、下部電極11に移動した電子を蓄積する。接続部27は、下部電極11とn+領域23以外とは絶縁膜26によって電気的に絶縁される。   The n + region 23 is electrically connected to the lower electrode 11 through a connection portion 27 made of a metal such as aluminum or tungsten formed in an opening formed in the insulating films 24 and 25. Thus, the moved electrons are accumulated in the lower electrode 11. The connecting portion 27 is electrically insulated by the insulating film 26 except for the lower electrode 11 and the n + region 23.

n領域18に蓄積された電子は、p型シリコン基板17内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n領域20に蓄積された電子は、p型シリコン基板17内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域23に蓄積された電子は、p領域22内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換されて、固体撮像素子300外部へと出力される。各CMOS回路は配線35によって図示しない信号読み出しパッドに接続される。
尚、信号読出し部は、CMOS回路ではなくCCDとアンプによって構成しても良い。つまり、n領域18、n領域20、及びn+領域23に蓄積された電子をp型シリコン基板17内に形成した電荷転送チャネルに読み出し、これをアンプまで転送して、アンプからその電子に応じた信号を出力させるような信号読出し部であっても良い。
The electrons accumulated in the n region 18 are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) made of an n channel MOS transistor formed in the p-type silicon substrate 17 and accumulated in the n region 20. The electrons are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p-type silicon substrate 17, and the electrons accumulated in the n + region 23 are converted into the p region. The signal is converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in 22 and output to the outside of the solid-state imaging device 300. Each CMOS circuit is connected to a signal readout pad (not shown) by wiring 35.
The signal reading unit may be constituted by a CCD and an amplifier instead of the CMOS circuit. That is, the electrons accumulated in the n region 18, the n region 20, and the n + region 23 are read out to the charge transfer channel formed in the p-type silicon substrate 17, and transferred to the amplifier. A signal reading unit that outputs a signal may be used.

このように、信号読み出し部は、CCDおよびCMOS構造が挙げられるが、消費電力、高速読出し、画素加算、部分読出し等の点から、CMOSの方が好ましい。また、CMOSの場合、取り扱うことのできる信号電荷としては、電子および正孔のいずれかが考えられるが、電荷移動度に由来する信号読み出しの高速性、製造におけるプロセス条件の完成度等の点から電子の方が優れているため、電子取り出し用の電極をn+領域に接続するのが好ましい。   As described above, the signal reading unit includes a CCD and a CMOS structure, but CMOS is preferable in terms of power consumption, high-speed reading, pixel addition, partial reading, and the like. In addition, in the case of CMOS, signal charges that can be handled are either electrons or holes, but from the viewpoints of high-speed signal readout derived from charge mobility, completeness of process conditions in manufacturing, etc. Since electrons are superior, it is preferable to connect an electron extraction electrode to the n + region.

尚、図6では、カラーフィルタ28,29によってR光とB光の色分離を行っているが、カラーフィルタ28,29を設けず、n領域20とp領域21のpn接合面の深さと、n領域18とp領域19のpn接合面の深さを各々調整して、それぞれのフォトダイオードでR光とB光を吸収するようにしても良い。この場合、p型シリコン基板17と下部電極11との間(例えば絶縁膜24とp型シリコン基板17との間)に、有機光電変換層122を透過した光を吸収して、該光に応じた電荷を発生しこれを蓄積する無機材料からなる無機光電変換部を形成することも可能である。この場合、p型シリコン基板17内に、この無機光電変換部の電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すためのCMOS回路を設け、このCMOS回路にも配線35を接続しておけば良い。   In FIG. 6, color separation of the R light and B light is performed by the color filters 28 and 29, but the color filters 28 and 29 are not provided, and the depths of the pn junction surfaces of the n region 20 and the p region 21 are The depths of the pn junction surfaces of the n region 18 and the p region 19 may be adjusted to absorb the R light and the B light by the respective photodiodes. In this case, the light transmitted through the organic photoelectric conversion layer 122 is absorbed between the p-type silicon substrate 17 and the lower electrode 11 (for example, between the insulating film 24 and the p-type silicon substrate 17), and according to the light. It is also possible to form an inorganic photoelectric conversion portion made of an inorganic material that generates and accumulates the charges. In this case, a CMOS circuit for reading a signal corresponding to the charge accumulated in the charge accumulation region of the inorganic photoelectric conversion unit is provided in the p-type silicon substrate 17, and the wiring 35 is also connected to the CMOS circuit. It ’s fine.

また、p型シリコン基板17内に設けるフォトダイオードを1つとし、p型シリコン基板17上方に光電変換素子を複数積層した構成としても良い。更に、p型シリコン基板17内に設けるフォトダイオードを複数とし、p型シリコン基板17上方に光電変換素子を複数積層した構成としても良い。また、カラー画像を作る必要がないのであれば、p型シリコン基板17内に設けるフォトダイオードを1つとし、光電変換素子を1つだけ積層した構成としても良い。   Alternatively, a single photodiode may be provided in the p-type silicon substrate 17 and a plurality of photoelectric conversion elements may be stacked above the p-type silicon substrate 17. Further, a plurality of photodiodes provided in the p-type silicon substrate 17 may be provided, and a plurality of photoelectric conversion elements may be stacked above the p-type silicon substrate 17. If there is no need to produce a color image, a single photodiode provided in the p-type silicon substrate 17 and only one photoelectric conversion element may be stacked.

(第三の変形例)
第三の変形例では、第一の変形例で説明した図5に示す構成の無機層を設けず、シリコン基板上方に図4に示した構成の光電変換素子を複数(ここでは3つ)積層した構成である。
図7は、図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図であり、第三の変形例を示す図である。図7では、光電変換素子として、G光を検出する光電変換素子と、R光を検出する光電変換素子と、B光を検出する光電変換素子とを積層した構成例を示している。それぞれの光電変換素子は、図4に示した構成と同様である。図7では、3つの光電変換素子を区別するために、図4とは符号を変えてある。
(Third modification)
In the third modification, the inorganic layer having the structure shown in FIG. 5 described in the first modification is not provided, and a plurality (three in this case) of photoelectric conversion elements having the structure shown in FIG. 4 are stacked above the silicon substrate. This is the configuration.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of one pixel illustrated in FIG. 2, and is a diagram illustrating a third modification. FIG. 7 illustrates a configuration example in which a photoelectric conversion element that detects G light, a photoelectric conversion element that detects R light, and a photoelectric conversion element that detects B light are stacked as photoelectric conversion elements. Each photoelectric conversion element has the same configuration as that shown in FIG. In FIG. 7, in order to distinguish the three photoelectric conversion elements, the reference numerals are changed from those in FIG.

図7に示す画素200bは、シリコン基板41上方に、下部電極56、下部電極56上に形成された有機光電変換層を含む中間層57、中間層57上に形成された上部電極58からなるR光電変換素子と、下部電極60、下部電極60上に形成された有機光電変換層を含む中間層61、中間層61上に形成された上部電極62からなるB光電変換素子と、下部電極64、下部電極64上に形成された有機光電変換層を含む中間層65、中間層65上に形成された上部電極66からなるG光電変換素子とが、それぞれに含まれる下部電極をシリコン基板41側に向けた状態で、この順に積層された構成となっている。   The pixel 200b shown in FIG. 7 includes a lower electrode 56, an intermediate layer 57 including an organic photoelectric conversion layer formed on the lower electrode 56, and an upper electrode 58 formed on the intermediate layer 57 above the silicon substrate 41. B photoelectric conversion element comprising a photoelectric conversion element, a lower electrode 60, an intermediate layer 61 including an organic photoelectric conversion layer formed on the lower electrode 60, an upper electrode 62 formed on the intermediate layer 61, a lower electrode 64, The G photoelectric conversion element including the intermediate layer 65 including the organic photoelectric conversion layer formed on the lower electrode 64 and the upper electrode 66 formed on the intermediate layer 65 has the lower electrode included in the silicon substrate 41 side. In this state, the layers are stacked in this order.

シリコン基板41上には透明な絶縁膜48が形成され、その上にR光電変換素子が形成され、その上に透明な絶縁膜59が形成され、その上にB光電変換素子が形成され、その上に透明な絶縁膜63が形成され、その上にG光電変換素子が形成され、その上に開口の設けられた遮光膜68が形成され、その上に透明な封止膜67が形成されている。   A transparent insulating film 48 is formed on the silicon substrate 41, an R photoelectric conversion element is formed thereon, a transparent insulating film 59 is formed thereon, and a B photoelectric conversion element is formed thereon, A transparent insulating film 63 is formed thereon, a G photoelectric conversion element is formed thereon, a light shielding film 68 having an opening is formed thereon, and a transparent sealing film 67 is formed thereon. Yes.

G光電変換素子に含まれる下部電極64、中間層65、及び上部電極66は、それぞれ、図4に示す下部電極11、中間層12、及び上部電極13と同じ構成である。ただし、中間層65に含まれる有機光電変換層は、緑色光を吸収してこれに応じた電子及び正孔を発生する材料を用いる。   The lower electrode 64, the intermediate layer 65, and the upper electrode 66 included in the G photoelectric conversion element have the same configuration as the lower electrode 11, the intermediate layer 12, and the upper electrode 13 shown in FIG. However, the organic photoelectric conversion layer included in the intermediate layer 65 uses a material that absorbs green light and generates electrons and holes corresponding thereto.

B光電変換素子に含まれる下部電極60、中間層61、及び上部電極62は、それぞれ、図4に示す下部電極11、中間層12、及び上部電極13と同じ構成である。ただし、中間層61に含まれる有機光電変換層は、青色光を吸収してこれに応じた電子及び正孔を発生する材料を用いる。   The lower electrode 60, the intermediate layer 61, and the upper electrode 62 included in the B photoelectric conversion element have the same configuration as the lower electrode 11, the intermediate layer 12, and the upper electrode 13 shown in FIG. However, the organic photoelectric conversion layer included in the intermediate layer 61 uses a material that absorbs blue light and generates electrons and holes according to the blue light.

R光電変換素子に含まれる下部電極56、中間層57、及び上部電極58は、それぞれ、図4に示す下部電極11、中間層12、及び上部電極13と同じ構成である。ただし、中間層57に含まれる有機光電変換層は、赤色光を吸収してこれに応じた電子及び正孔を発生する材料を用いる。   The lower electrode 56, the intermediate layer 57, and the upper electrode 58 included in the R photoelectric conversion element have the same configurations as the lower electrode 11, the intermediate layer 12, and the upper electrode 13 shown in FIG. However, the organic photoelectric conversion layer included in the intermediate layer 57 uses a material that absorbs red light and generates electrons and holes corresponding thereto.

シリコン基板41表面の遮光膜68によって遮光されている部分には、n+領域43,45,47が形成され、それぞれの周りはp領域42,44,46によって囲まれている。   N + regions 43, 45, and 47 are formed in portions of the surface of the silicon substrate 41 that are shielded by the light-shielding film 68, and each is surrounded by p regions 42, 44, and 46.

n+領域43は、絶縁膜48に開けられた開口に形成されたアルミニウムやタングステン等の金属からなる接続部54を介して下部電極56と電気的に接続されており、接続部54を介して、下部電極56に移動した電子を蓄積する。接続部54は、下部電極56とn+領域43以外とは絶縁膜51によって電気的に絶縁される。   The n + region 43 is electrically connected to the lower electrode 56 through a connection portion 54 made of a metal such as aluminum or tungsten formed in an opening opened in the insulating film 48, and through the connection portion 54, The moved electrons are accumulated in the lower electrode 56. The connecting portion 54 is electrically insulated by the insulating film 51 except for the lower electrode 56 and the n + region 43.

n+領域45は、絶縁膜48、R光電変換素子、及び絶縁膜59に開けられた開口に形成されたアルミニウムやタングステン等の金属からなる接続部53を介して下部電極60と電気的に接続されており、接続部53を介して、下部電極60に移動した電子を蓄積する。接続部53は、下部電極60とn+領域45以外とは絶縁膜50によって電気的に絶縁される。   The n + region 45 is electrically connected to the lower electrode 60 via a connecting portion 53 made of a metal such as aluminum or tungsten formed in an opening formed in the insulating film 48, the R photoelectric conversion element, and the insulating film 59. The moved electrons are accumulated in the lower electrode 60 through the connection portion 53. The connection portion 53 is electrically insulated by the insulating film 50 except for the lower electrode 60 and the n + region 45.

n+領域47は、絶縁膜48、R光電変換素子、絶縁膜59、B光電変換素子、及び絶縁膜63に開けられた開口に形成されたアルミニウムやタングステン等の金属からなる接続部52を介して下部電極64と電気的に接続されており、接続部52を介して、下部電極64に移動した電子を蓄積する。接続部52は、下部電極64とn+領域47以外とは絶縁膜49によって電気的に絶縁される。   The n + region 47 is connected to the insulating film 48, the R photoelectric conversion element, the insulating film 59, the B photoelectric conversion element, and the connection part 52 made of a metal such as aluminum or tungsten formed in the opening opened in the insulating film 63. The electrons are electrically connected to the lower electrode 64, and the moved electrons are accumulated in the lower electrode 64 through the connection part 52. The connection portion 52 is electrically insulated by the insulating film 49 except for the lower electrode 64 and the n + region 47.

n+領域43に蓄積された電子は、p領域42内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域45に蓄積された電子は、p領域44内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域47に蓄積された電子は、p領域46内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるCMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換されて、固体撮像素子チップ外部へと出力される。各CMOS回路は配線55によって図示しない信号読み出しパッドに接続される。尚、信号読出し部は、CMOS回路ではなくCCDとアンプによって構成しても良い。つまり、n+領域43,45,47に蓄積された電子をシリコン基板41内に形成した電荷転送チャネルに読み出し、これをアンプまで転送して、アンプからその電子に応じた信号を出力させるような信号読出し部であっても良い。   The electrons accumulated in the n + region 43 are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p region 42, and accumulated in the n + region 45. Is converted into a signal corresponding to the amount of charge by a CMOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p region 44, and the electrons accumulated in the n + region 47 are formed in the p region 46. The signal is converted into a signal corresponding to the amount of electric charge by a CMOS circuit (not shown) composed of the n-channel MOS transistors and output to the outside of the solid-state imaging device chip. Each CMOS circuit is connected to a signal readout pad (not shown) by wiring 55. The signal reading unit may be constituted by a CCD and an amplifier instead of the CMOS circuit. That is, a signal that reads electrons stored in the n + regions 43, 45, and 47 to a charge transfer channel formed in the silicon substrate 41, transfers this to the amplifier, and outputs a signal corresponding to the electrons from the amplifier. It may be a reading unit.

なお、シリコン基板41と下部電極56との間(例えば絶縁膜48とシリコン基板41との間)に、中間層65,61,57を透過してきた光を吸収して、該光に応じた電荷を発生しこれを蓄積する無機材料からなる無機光電変換部を形成することも可能である。この場合、シリコン基板41内に、この無機光電変換部の電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すためのCMOS回路を設け、このCMOS回路にも配線55を接続しておけば良い。   The light transmitted through the intermediate layers 65, 61, and 57 is absorbed between the silicon substrate 41 and the lower electrode 56 (for example, between the insulating film 48 and the silicon substrate 41), and a charge corresponding to the light is absorbed. It is also possible to form an inorganic photoelectric conversion part made of an inorganic material that generates and accumulates the above. In this case, a CMOS circuit for reading a signal corresponding to the charge stored in the charge storage region of the inorganic photoelectric conversion unit is provided in the silicon substrate 41, and the wiring 55 may be connected to the CMOS circuit. .

このように、図4に示す構成の光電変換素子をシリコン基板上に複数積層する構成は、図7のような構成によって実現できる。   As described above, the configuration in which a plurality of photoelectric conversion elements having the configuration shown in FIG. 4 are stacked on the silicon substrate can be realized by the configuration as shown in FIG.

以上の説明において、B光を吸収する有機光電変換層とは、少なくとも400〜500nmの光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率が50%以上であるものを意味する。G光を吸収する有機光電変換層とは、少なくとも500〜600nmの光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率が50%以上であることを意味する。R光を吸収する有機光電変換層とは、少なくとも600〜700nmの光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率が50%以上であることを意味する。   In the above description, the organic photoelectric conversion layer that absorbs B light can absorb light of at least 400 to 500 nm, and preferably has a peak wavelength absorptance of 50% or more in that wavelength region. Means things. The organic photoelectric conversion layer that absorbs G light can absorb light of at least 500 to 600 nm, and preferably means that the absorption rate of the peak wavelength in that wavelength region is 50% or more. The organic photoelectric conversion layer that absorbs R light can absorb light of at least 600 to 700 nm, and preferably means that the absorption rate of the peak wavelength in the wavelength region is 50% or more.

第一の変形例や第三の変形例のような構成の場合は、上層からBGR、BRG、GBR、GRB、RBG、RGBという順序で色を検出するパターンが考えられる。好ましくは最上層がGである。また、第二の変形例の場合は、上層がR層の場合は下層が同一平面状にBG層、上層がB層の場合は下層が同一平面状にGR層、上層がG層の場合は下層が同一平面状にBR層といった組み合わせが可能である。好ましくは上層がG層で下層が同一平面状にBR層である図6のような構成である。   In the case of the configuration as in the first modification example or the third modification example, a pattern in which colors are detected in the order of BGR, BRG, GBR, GRB, RBG, and RGB from the upper layer can be considered. Preferably, the uppermost layer is G. In the case of the second modification, when the upper layer is the R layer, the lower layer is the same BG layer, and when the upper layer is the B layer, the lower layer is the same plane and the upper layer is the G layer. A combination of the lower layer and the BR layer on the same plane is possible. Preferably, the upper layer is the G layer and the lower layer is the same plane as shown in FIG.

以下、実施例を説明する。   Examples will be described below.

(実施例1)
図1〜図4に示した構成の固体撮像素子パッケージを作製した。CMOS回路及び高濃度不純物領域を形成したp型シリコン基板1上に酸化シリコンからなる絶縁膜7を形成し、その上に、15.6μm角、厚み100nmの下部電極11aを、マグネトロンスパッタ法およびフォトリソグラフィー法によって横160×縦120個形成した。図8に示すように、各下部電極11a間の距離は4.4μmとした。図8は実施例1で作製した固体撮像素子チップの部分断面模式図であり、図3と同じ構成には同一符号を付してある。
Example 1
A solid-state imaging device package having the configuration shown in FIGS. An insulating film 7 made of silicon oxide is formed on a p-type silicon substrate 1 on which a CMOS circuit and a high concentration impurity region are formed, and a lower electrode 11a having a 15.6 μm square and a thickness of 100 nm is formed thereon using a magnetron sputtering method and a photo A lateral 160 × longitudinal 120 pieces were formed by a lithography method. As shown in FIG. 8, the distance between the lower electrodes 11a was 4.4 μm. FIG. 8 is a partial cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device chip manufactured in Example 1, and the same components as those in FIG.

次に、下部電極11a上に、Inを真空加熱蒸着によって2nm成膜して電極11bを形成した。次に、キナクリドンを真空加熱蒸着によって100nm成膜して有機光電変換層122を形成し、キナクリドンの上に、m−MTDATAを真空加熱蒸着によって100nm成膜して平滑層123を形成した。次に、m−MTDATA上に、ITOをRFマグネトロンスパッタによって10nm成膜して上部電極13を形成した。次に、上部電極13にバイアス電圧を印加できるように配線を形成し、固体撮像素子チップを作製した。   Next, a 2 nm film of In was formed on the lower electrode 11a by vacuum heating vapor deposition to form an electrode 11b. Next, 100 nm of quinacridone was formed by vacuum heating deposition to form an organic photoelectric conversion layer 122, and m-MTDATA was deposited to 100 nm by vacuum heating evaporation to form a smooth layer 123 on quinacridone. Next, ITO was deposited to a thickness of 10 nm on the m-MTDATA by RF magnetron sputtering to form the upper electrode 13. Next, wiring was formed so that a bias voltage could be applied to the upper electrode 13, and a solid-state imaging device chip was produced.

このようにして作製した固体撮像素子チップを、セラミックからなるパッケージ本体100内に収容し、ワイヤーボンディングを行った後、パッケージ本体100の開口部をガラス板により塞いで固体撮像素子チップを封止した。ガラス板による封止は、不活性ガス雰囲気中で紫外線硬化樹脂を用いて行った。不活性ガスとしては窒素ガスを用い、その酸素濃度は0.03%、露点は−75℃であった。これにより、ガラス板によって封止された固体撮像素子チップの作製を完了した。   The solid-state imaging device chip thus manufactured is accommodated in a package body 100 made of ceramic, and after wire bonding, the opening of the package body 100 is closed with a glass plate to seal the solid-state imaging device chip. . Sealing with a glass plate was performed using an ultraviolet curable resin in an inert gas atmosphere. Nitrogen gas was used as the inert gas, the oxygen concentration was 0.03%, and the dew point was -75 ° C. This completed the production of the solid-state imaging device chip sealed with the glass plate.

作製した固体撮像素子パッケージを用いて撮像を行った。撮像に際しては、上部電極に対して下部電極側が正バイアスとなるようバイアス電圧を印加した。   Imaging was performed using the manufactured solid-state imaging device package. In imaging, a bias voltage was applied so that the lower electrode side was positively biased with respect to the upper electrode.

図9〜図11は、上部電極に印加するバイアス電圧を0.5V,2.5V,4.0Vとしたときの撮像結果を示す図である。図9(a)はバイアス電圧が4.0Vのときの暗時の出力結果を示す図であり、同じく図9(b)はバイアス電圧が2.5Vのとき、図9(c)はバイアス電圧が0.5Vのときの暗時の出力結果を示す図である。図10(a)はバイアス電圧が4.0Vのときの富士写真フイルム(株)のロゴマークの撮像結果を示す図であり、同じく図10(b)はバイアス電圧が2.5Vのとき、図10(c)はバイアス電圧が0.5Vのときの撮像結果を示す図である。図11(a)はバイアス電圧が4.0Vのときの日本人形の撮像結果を示す図であり、同じく図11(b)はバイアス電圧が2.5Vのとき、図11(c)はバイアス電圧が0.5Vのときの撮像結果を示す図である。   9 to 11 are diagrams illustrating imaging results when the bias voltage applied to the upper electrode is 0.5 V, 2.5 V, and 4.0 V. FIG. FIG. 9A is a diagram showing an output result in the dark when the bias voltage is 4.0 V. Similarly, FIG. 9B shows the bias voltage when the bias voltage is 2.5 V, and FIG. 9C shows the bias voltage. It is a figure which shows the output result at the time of dark when is 0.5V. FIG. 10 (a) is a diagram showing the imaging result of the logo mark of Fuji Photo Film Co., Ltd. when the bias voltage is 4.0V. Similarly, FIG. 10 (b) is a diagram when the bias voltage is 2.5V. 10 (c) is a diagram showing an imaging result when the bias voltage is 0.5V. FIG. 11 (a) is a diagram showing a result of imaging in a Japanese form when the bias voltage is 4.0V. Similarly, FIG. 11 (b) shows a bias voltage of 2.5V, and FIG. 11 (c) shows a bias voltage. It is a figure which shows the imaging result when is 0.5V.

図9に示す結果から分かるように、バイアス電圧が4Vから0.5Vまで低くなるにしたがって、画素のリークを示す白点が減っていることが分かる。又、画素間の出力バラツキも低減していることが分かる。特に、バイアス電圧が3V付近を超えると白点や出力バラツキは増加する一方であり、3V付近以下だと白点や出力バラツキは減少していっていることが分かる。   As can be seen from the results shown in FIG. 9, it can be seen that as the bias voltage decreases from 4 V to 0.5 V, the white spots indicating pixel leakage decrease. It can also be seen that output variations between pixels are reduced. In particular, it can be seen that when the bias voltage exceeds about 3V, the white spot and output variation increase, and when the bias voltage is less than 3V, the white point and output variation decrease.

図10,11に示す撮像結果は、撮像時の出力信号から暗時の出力信号を減算することで撮像結果としており、リークした欠陥画素においては撮像時の出力も暗時の出力も飽和に達しているため、撮像結果としては黒点となっている。図10,図11に示す結果から分かるように、バイアス電圧が4Vから0.5Vまで低くなるにしたがって、画素のリークを示す黒点が減っていることが分かる。又、画素間の出力バラツキも低減していることが分かる。特に、バイアス電圧が3V付近を超えると黒点や出力バラツキは増加する一方であり、3V付近以下だと黒点や出力バラツキは減少していっていることが分かる。   The imaging results shown in FIGS. 10 and 11 are obtained by subtracting the dark output signal from the output signal at the time of imaging, and in the leaked defective pixel, both the output at the time of imaging and the output at the time of darkness reach saturation. Therefore, the imaging result is a black spot. As can be seen from the results shown in FIGS. 10 and 11, as the bias voltage is lowered from 4V to 0.5V, it can be seen that the black spots indicating pixel leakage decrease. It can also be seen that output variations between pixels are reduced. In particular, it can be seen that when the bias voltage exceeds about 3V, the black spot and output variation increase, and when it is below 3V, the black spot and output variation decrease.

尚、図10および図11には示していないが、バイアス電圧を0Vにした場合には、ロゴマーク、及び日本人形のいずれの場合も、画像を得ることができなかった。   Although not shown in FIGS. 10 and 11, when the bias voltage was set to 0 V, an image could not be obtained in either case of the logo mark or the Japanese type.

以上の結果から、実施例1の固体撮像素子チップは、バイアス電圧を0.5V〜3V程度とすることで良好な画像を撮像できることが分かる。   From the above results, it can be seen that the solid-state imaging device chip of Example 1 can capture a good image by setting the bias voltage to about 0.5 V to 3 V.

(実施例2)
実施例1において、固体撮像素子チップをガラス板によって封止しない固体撮像素子パッケージを作製した。作製した固体撮像素子パッケージを用いて撮像を行った。撮像に際しては、上部電極に対して下部電極側が正バイアスとなるようバイアス電圧を印加した。
(Example 2)
In Example 1, a solid-state image sensor package in which the solid-state image sensor chip was not sealed with a glass plate was produced. Imaging was performed using the manufactured solid-state imaging device package. In imaging, a bias voltage was applied so that the lower electrode side was positively biased with respect to the upper electrode.

図12は、実施例2の固体撮像素子チップにおいて、上部電極に印加するバイアス電圧を1.5Vにして、グレースケールチャートを撮像したときの撮像結果を示す図である。図13は、実施例1の固体撮像素子チップにおいて、上部電極に印加するバイアス電圧を0.5Vにして、グレースケールチャートを撮像したときの撮像結果を示す図である。尚、グレースケールチャートの撮像条件は実施例1の固体撮像素子チップ、実施例2の固体撮像素子チップのいずれも同一とした。   FIG. 12 is a diagram illustrating an imaging result when a grayscale chart is imaged with the bias voltage applied to the upper electrode set to 1.5 V in the solid-state imaging device chip according to the second embodiment. FIG. 13 is a diagram illustrating an imaging result when the gray scale chart is imaged with the bias voltage applied to the upper electrode set to 0.5 V in the solid-state imaging element chip according to the first embodiment. The imaging conditions of the gray scale chart were the same for both the solid-state image sensor chip of Example 1 and the solid-state image sensor chip of Example 2.

図12、図13から分かるように、実施例1の固体撮像素子チップの方が画像のざらつきが少なく、実施例2の固体撮像素子チップよりも低いバイアス電圧で且つ良好な画像を得ることができた。尚、実施例2の固体撮像素子チップにおいて、バイアス電圧を0.5Vにして撮像を行ったときは、画像を得ることができなかった。これは、有機光電変換層へ酸素および水分が侵入し、有機光電変換層内において電荷トラップが形成されたためであると考えられる。ただ、実施例2の固体撮像素子チップでも、バイアス電圧を1.5Vにした場合には、画像のざらつきは多いものの図12に示したように画像を得ることができているため、特に低いバイアス電圧で良好な撮像を可能にする際には、ガラス封止が必要であると考えられる。   As can be seen from FIGS. 12 and 13, the solid-state imaging device chip of Example 1 has less image roughness, and a favorable image can be obtained with a lower bias voltage than the solid-state imaging device chip of Example 2. It was. In the solid-state imaging device chip of Example 2, when imaging was performed with a bias voltage of 0.5 V, an image could not be obtained. This is presumably because oxygen and moisture entered the organic photoelectric conversion layer and charge traps were formed in the organic photoelectric conversion layer. However, even in the solid-state imaging device chip of Example 2, when the bias voltage is set to 1.5 V, an image can be obtained as shown in FIG. It is considered that glass sealing is necessary to enable good imaging with voltage.

さらにガラス封止による効果を定量的に調べるために、石英基板上に、実施例2および実施例1の固体撮像素子チップに用いたものと同じ構成の光電変換素子(ITO(100nm)/In(2nm)/キナクリドン(100nm)/m-MTDATA(100nm)/ITO(10nm))を、素子面積2mm×2mmの大きさで作成して評価を行った。ガラス板による封止を行わなかった光電変換素子を素子A、ガラス封止を行った光電変換素子を素子Bとして比較した。   Further, in order to quantitatively investigate the effect of glass sealing, a photoelectric conversion element (ITO (100 nm) / In () having the same configuration as that used in the solid-state imaging device chip of Example 2 and Example 1 was formed on a quartz substrate. 2 nm) / quinacridone (100 nm) / m-MTDATA (100 nm) / ITO (10 nm)) was prepared with an element area of 2 mm × 2 mm and evaluated. A photoelectric conversion element that was not sealed with a glass plate was compared as element A, and a photoelectric conversion element that was sealed with glass was compared as element B.

素子A,素子Bのそれぞれの上部電極に対して下部電極側が正バイアスとなるよう電圧を印加して、光電変換性能を調べた。素子Aと素子Bから出力される光電流および暗電流の測定結果を図14に示す。光電流については、550nmのG光を50μW/cm2の強度で照射した際の電流値を示している。また、図15には、バイアス電圧0.5Vのときにおいて50μW/cm2の単色光を照射して測定した作用スペクトル(照射光の波長と外部量子効率との関係)を示した。図14および図15から、ガラス封止を行うことで0.5Vという低いバイアス電圧でもG光に応答できるようになったことが分かる。有機光電変換層中への酸素および水分の侵入を防ぐことで、有機光電変換層内における電荷トラップの形成を抑制できたためと考えられる。これにより、ガラス封止を行うことで、0.5Vという低いバイアス条件でもG光に応答させることができ、良質な画像を撮影することができた。 A voltage was applied to each of the upper electrodes of the elements A and B so that the lower electrode side had a positive bias, and the photoelectric conversion performance was examined. The measurement results of the photocurrent and dark current output from the element A and the element B are shown in FIG. As for the photocurrent, the current value when 550 nm G light is irradiated at an intensity of 50 μW / cm 2 is shown. FIG. 15 shows the action spectrum (relation between the wavelength of the irradiated light and the external quantum efficiency) measured by irradiating with 50 μW / cm 2 monochromatic light at a bias voltage of 0.5V. FIG. 14 and FIG. 15 show that the glass sealing can respond to the G light even with a bias voltage as low as 0.5V. It is considered that the formation of charge traps in the organic photoelectric conversion layer could be suppressed by preventing the entry of oxygen and moisture into the organic photoelectric conversion layer. Thus, by sealing the glass, it was possible to respond to the G light even under a bias condition as low as 0.5 V, and a high-quality image could be taken.

尚、素子Aに0.5Vのバイアスを印加した際の外部量子効率は、図15よりG光に対して0.4%程度であり、素子Aを用いた実施例2の固体撮像素子は、バイアス電圧0.5Vで撮像素子として機能しなかった。この結果と実施例1および実施例2の結果から、撮像素子として機能させるためには、有機光電変換層で吸収する光の波長域における外部量子効率が1%程度必要であることが分かる。尚、外部量子効率は、10%以上が好ましく、20%以上が更に好ましく、50%以上が更に好ましく、80%以上が理想的である。実施例1の固体撮像素子チップは、図9〜図11の結果からも分かるように、0.5〜3Vのバイアス電圧で画像を得ることができるため、0.5〜3Vのバイアス電圧を印加して撮像を行った場合の外部量子効率は1%以上となっている。   The external quantum efficiency when a bias of 0.5 V is applied to the element A is about 0.4% with respect to the G light from FIG. 15, and the solid-state imaging element of Example 2 using the element A is It did not function as an image sensor at a bias voltage of 0.5V. From this result and the results of Example 1 and Example 2, it can be seen that the external quantum efficiency in the wavelength region of light absorbed by the organic photoelectric conversion layer is required to be about 1% in order to function as an imaging device. The external quantum efficiency is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, further preferably 50% or more, and ideally 80% or more. Since the solid-state imaging device chip of Example 1 can obtain an image with a bias voltage of 0.5 to 3 V, as can be seen from the results of FIGS. 9 to 11, a bias voltage of 0.5 to 3 V is applied. Thus, the external quantum efficiency when imaging is 1% or more.

又、実施例2の固体撮像素子チップおよび素子Aは、大気中で使用するにつれ、素子性能が劣化していき、特に暗電流の増加が顕著に見られた。また、実施例2の固体撮像素子チップにおいては、残像が消えるまでの時間が著しく長くなった。特に、上下電極間のバイアス電圧を大きくして測定した際に劣化が激しくなり、大気中で10V程度バイアスを印加すると、その後バイアス電圧を下げても動作しなくなった。一方、実施例1の固体撮像素子チップおよび素子Bは、1ヶ月経過しても、素子劣化は全く見られなかった。有機光電変換層に大気中の酸素および水分を触れさせないことで、経時あるいは使用時の有機光電変換層の劣化が抑えられたことを示している。10V以上のバイアス電圧を印加すると暗電流は著しく大きくなるものの、その後バイアス電圧を下げれば、バイアス電圧を上げる前と同等の撮像性能を示した。このように、光電変換素子をガラス板で封止することにより、撮像性能が向上し、耐久性も向上することが分かった。   Further, as the solid-state imaging device chip and the device A of Example 2 were used in the atmosphere, the device performance deteriorated, and particularly the dark current was significantly increased. Further, in the solid-state imaging device chip of Example 2, the time until the afterimage disappeared was significantly increased. In particular, when the bias voltage between the upper and lower electrodes was increased and measured, the deterioration became severe, and when a bias of about 10 V was applied in the atmosphere, the device did not operate even when the bias voltage was lowered thereafter. On the other hand, in the solid-state imaging device chip and the device B of Example 1, no device deterioration was observed even after one month. This shows that the deterioration of the organic photoelectric conversion layer over time or in use was suppressed by preventing the oxygen and moisture in the atmosphere from touching the organic photoelectric conversion layer. When a bias voltage of 10 V or higher is applied, the dark current is remarkably increased. However, when the bias voltage is lowered thereafter, the imaging performance equivalent to that before the bias voltage is increased is shown. Thus, it turned out that imaging performance improves and durability improves by sealing a photoelectric conversion element with a glass plate.

(実施例3)
実施例1の固体撮像素子チップの上部電極上に、光電変換素子を封止する封止膜として、原子層堆積(ALD)法により、金属酸化物の一例であるAl2O3を100nm積層した。ALD法によるAl2O3膜の成膜においては、トリメチルアルミニウムガスとオゾンガスを用いた。トリメチルアルミニウムガスの導入、パージのための窒素ガスの導入、オゾンガスの導入、パージのための窒素ガスの導入、という手順を繰り返すことで、1原子層ずつの成膜が可能となる。基板温度100℃、成膜速度0.8Å/sの条件でAl2O3を100nm成膜した。
(Example 3)
On the upper electrode of the solid-state imaging device chip of Example 1, 100 nm of Al 2 O 3 which is an example of a metal oxide was laminated by an atomic layer deposition (ALD) method as a sealing film for sealing the photoelectric conversion element. . In the formation of the Al 2 O 3 film by the ALD method, trimethylaluminum gas and ozone gas were used. By repeating the procedures of introduction of trimethylaluminum gas, introduction of nitrogen gas for purging, introduction of ozone gas, introduction of nitrogen gas for purging, deposition of one atomic layer is possible. Al 2 O 3 was deposited to a thickness of 100 nm under the conditions of a substrate temperature of 100 ° C. and a deposition rate of 0.8 kg / s.

続いて、さらに封止を強化し、かつ水分によるAl2O3膜の腐食も抑えるために、Al2O3膜上に、高分子化合物の一例である以下の化4に示した構造式のパラキシリレン系樹脂(poly-monochloro-paraxylylene)を2.0μm成膜した。パラキシリレン2量体を加熱した後に、高温の熱分解質でラジカルモノマーとし、これがAl2O3上で重合することで、水分透過性の極めて小さいパラキシリレン樹脂膜となる。これら封止膜によって光電変換素子を封止した固体撮像素子チップを、実施例1と同様にガラス板で更に封止した。この結果、封止膜を設けたことで、実施例1の固体撮像素子に比べ、耐久性をさらに向上させることができた。 Subsequently, in order to further strengthen the sealing and suppress corrosion of the Al 2 O 3 film due to moisture, the structural formula shown in the following chemical formula 4 as an example of a polymer compound is formed on the Al 2 O 3 film. A para-xylylene-based resin (poly-monochloro-paraxylylene) was formed to a thickness of 2.0 μm. After heating the paraxylylene dimer, a high-temperature pyrolyzate is used as a radical monomer, which is polymerized on Al 2 O 3 to form a paraxylylene resin film with extremely low moisture permeability. The solid-state imaging element chip in which the photoelectric conversion element was sealed with these sealing films was further sealed with a glass plate in the same manner as in Example 1. As a result, by providing the sealing film, the durability could be further improved as compared with the solid-state imaging device of Example 1.

尚、実施例3では、封止膜を、金属酸化物膜とパラキシリレン樹脂膜との2層構造としたが、どちらか片方だけの構成であっても、耐久性を向上させることは可能である。   In Example 3, the sealing film has a two-layer structure of a metal oxide film and a paraxylylene resin film. However, even if only one of the structures is used, the durability can be improved. .

次に、上記実施形態で説明した電子取り出し用の電極の仕事関数を4.5eV以下にすることによる、暗電流抑制効果について証明する。
(比較例1)
厚み250nmのITO下部電極(理研計器(株)製の大気中光電子分光装置AC−2で求めた仕事関数4.8eV;可視域光透過率約90%)が積層されたガラス基板(市販品)の上に、厚み100nmのキナクリドンおよび厚み100nmのAl上部電極(仕事関数4.3eV;可視域光透過率0%)を順次真空蒸着により積層した構造で、ITO下部電極側で電子を捕集する場合を例として挙げる。素子面積2mm×2mmとして実際に素子作製および測定を行った結果、電圧1V印加時(下部電極を正バイアスとして電子捕集、以下も同様)で暗電流が9.3μA/cm2となった。
この場合、電子取り出し用の電極であるITO下部電極の仕事関数が大きいため、バイアス電圧印加時には、ITO下部電極からキナクリドンへの正孔注入が起こりやすく、暗電流が大きくなると考えられる。
Next, the dark current suppression effect by setting the work function of the electrode for extracting electrons described in the above embodiment to 4.5 eV or less will be proved.
(Comparative Example 1)
A glass substrate (commercially available) on which an ITO lower electrode having a thickness of 250 nm is laminated (work function 4.8 eV obtained by an atmospheric photoelectron spectrometer AC-2 manufactured by Riken Keiki Co., Ltd .; visible light transmittance of about 90%) On top of this, quinacridone with a thickness of 100 nm and an Al upper electrode with a thickness of 100 nm (work function 4.3 eV; visible light transmittance 0%) are sequentially stacked by vacuum deposition, and electrons are collected on the ITO lower electrode side. Take the case as an example. As a result of actual device fabrication and measurement with an element area of 2 mm × 2 mm, the dark current was 9.3 μA / cm 2 when a voltage of 1 V was applied (electron collection with the lower electrode as a positive bias, and so on).
In this case, since the work function of the ITO lower electrode, which is an electrode for extracting electrons, is large, holes are likely to be injected from the ITO lower electrode to quinacridone when a bias voltage is applied, and the dark current is considered to increase.

(実施例4)
一方、仕事関数が4.3eVと小さいInを2nm真空蒸着によりITO下部電極とキナクリドンの間に形成した以外は比較例1と同様の素子を作製した(2nmのInの可視域光透過率は約98%)。その結果、電圧1V印加時の暗電流が1.8nA/cm2と4桁程度大きく抑制された。このことは、電子取り出し用の電極である下部電極の仕事関数を小さくすることで電子取り出し用の電極からの正孔注入が大きく抑制されたことを示している。同じく1Vバイアス印加条件で、下部ITO側から550nmの光を照射強度50μW/cm2で入射したところ、外部量子効率(入射フォトン数に対する測定電荷数)で12%であった。また、バイアス2V印加時においては、暗電流は約100nA/cm2、外部量子効率は19%であった。
Example 4
On the other hand, an element similar to that of Comparative Example 1 was prepared except that In having a small work function of 4.3 eV was formed between the ITO lower electrode and quinacridone by 2 nm vacuum deposition (the visible light transmittance of 2 nm In was about 98%). As a result, the dark current when a voltage of 1 V was applied was greatly suppressed by 1.8 nA / cm 2 and about 4 digits. This indicates that hole injection from the electrode for extracting electrons is greatly suppressed by reducing the work function of the lower electrode, which is an electrode for extracting electrons. Similarly, when light of 550 nm was incident from the lower ITO side at an irradiation intensity of 50 μW / cm 2 under the 1 V bias application condition, the external quantum efficiency (measured charge number relative to the number of incident photons) was 12%. When a bias voltage of 2 V was applied, the dark current was about 100 nA / cm 2 and the external quantum efficiency was 19%.

尚、比較例1と実施例4では、平滑層を設けていないが、平滑層を設けた場合にも同様の効果が得られる。   In Comparative Example 1 and Example 4, the smooth layer is not provided, but the same effect can be obtained when the smooth layer is provided.

本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子パッケージの概略構成を示す断面模式図1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a solid-state imaging device package for explaining an embodiment of the present invention. 図1に示す固体撮像素子チップの概略構成を示す平面模式図1 is a schematic plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging device chip shown in FIG. 図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of one pixel shown in FIG. 図3に示す光電変換素子の拡大図Enlarged view of the photoelectric conversion element shown in FIG. 図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図であり、第一の変形例を示す図FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of one pixel illustrated in FIG. 2 and illustrates a first modification example. 図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図であり、第二の変形例を示す図It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematic structure of one pixel shown in FIG. 2, and is a figure which shows a 2nd modification. 図2に示す1つの画素の概略構成を示す断面模式図であり、第三の変形例を示す図FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of one pixel illustrated in FIG. 2 and illustrates a third modification example. 実施例1で作製した固体撮像素子チップの部分断面模式図Partial cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device chip fabricated in Example 1 実施例1の固体撮像素子チップの上部電極に印加するバイアス電圧を0.5V,2.5V,4.0Vとしたときの暗時の出力結果を示す図The figure which shows the output result at the time of dark when the bias voltage applied to the upper electrode of the solid-state image sensor chip | tip of Example 1 is 0.5V, 2.5V, and 4.0V. 実施例1の固体撮像素子チップの上部電極に印加するバイアス電圧を0.5V,2.5V,4.0Vとしたときの撮像結果を示す図The figure which shows an imaging result when the bias voltage applied to the upper electrode of the solid-state image sensor chip of Example 1 is 0.5V, 2.5V, and 4.0V. 実施例1の固体撮像素子チップの上部電極に印加するバイアス電圧を0.5V,2.5V,4.0Vとしたときの撮像結果を示す図The figure which shows an imaging result when the bias voltage applied to the upper electrode of the solid-state image sensor chip of Example 1 is 0.5V, 2.5V, and 4.0V. 実施例2の固体撮像素子チップにおいて、上部電極に印加するバイアス電圧を1.5Vにして、グレースケールチャートを撮像したときの撮像結果を示す図The figure which shows the image pick-up result when the bias voltage applied to an upper electrode is 1.5V in the solid-state image sensor chip | tip of Example 2, and it imaged a gray scale chart. 実施例1の固体撮像素子チップにおいて、上部電極に印加するバイアス電圧を0.5Vにして、グレースケールチャートを撮像したときの撮像結果を示す図The figure which shows the imaging result when the bias voltage applied to an upper electrode is 0.5V in the solid-state image sensor chip | tip of Example 1, and imaged a gray scale chart. ガラス封止をした光電変換素子とガラス封止をしない光電変換素子からそれぞれ出力される光電流および暗電流の測定結果を示す図The figure which shows the measurement result of the photocurrent and dark current which are each output from the photoelectric conversion element which carried out glass sealing, and the photoelectric conversion element which does not carry out glass sealing ガラス封止をした光電変換素子とガラス封止をしない光電変換素子の作用スペクトルを示す図The figure which shows the action | operation spectrum of the photoelectric conversion element which carried out glass sealing, and the photoelectric conversion element which does not carry out glass sealing

符号の説明Explanation of symbols

100 パッケージ本体
200 固体撮像素子チップ
400 ガラス板
200b 画素
1 シリコン基板
6 高濃度不純物領域
7 絶縁層
9 接続部
11a,11b 下部電極
12 中間層
13 上部電極
15 封止膜
122 有機光電変換層
123 平滑層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Package main body 200 Solid-state image sensor chip 400 Glass plate 200b Pixel 1 Silicon substrate 6 High concentration impurity region 7 Insulating layer 9 Connection part 11a, 11b Lower electrode 12 Middle layer 13 Upper electrode 15 Sealing film 122 Organic photoelectric conversion layer 123 Smooth layer

Claims (27)

半導体基板上方に形成された下部電極と、前記下部電極上方に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された有機光電変換層を含む中間層とを有する光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号電荷に応じた信号を外部に読み出す信号読み出し部とを備える固体撮像素子であって、
前記下部電極と前記上部電極間に0.1V以上3V以下のバイアス電圧を印加して撮像を行った場合に、前記有機光電変換層で吸収する光の波長域での外部量子効率が1%以上となる固体撮像素子。
A photoelectric conversion comprising a lower electrode formed above a semiconductor substrate, an upper electrode formed above the lower electrode, and an intermediate layer including an organic photoelectric conversion layer formed between the lower electrode and the upper electrode A solid-state imaging device comprising: an element; and a signal readout unit that reads out a signal corresponding to a signal charge generated in the photoelectric conversion element,
When imaging is performed by applying a bias voltage of 0.1 V or more and 3 V or less between the lower electrode and the upper electrode, the external quantum efficiency in the wavelength region of light absorbed by the organic photoelectric conversion layer is 1% or more A solid-state imaging device.
請求項1記載の固体撮像素子であって、
前記上部電極が透明電極である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device in which the upper electrode is a transparent electrode.
請求項2記載の固体撮像素子であって、
前記下部電極が透明電極である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 2,
A solid-state imaging device in which the lower electrode is a transparent electrode.
請求項2又は3記載の固体撮像素子であって、
前記透明電極の材料が透明導電性酸化物である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 2 or 3,
The solid-state image sensor whose material of the said transparent electrode is a transparent conductive oxide.
請求項4記載の固体撮像素子であって、
前記透明導電性酸化物がITOである固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 4,
A solid-state imaging device in which the transparent conductive oxide is ITO.
請求項1〜5のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記有機光電変換層がキナクリドン骨格、フタロシアニン骨格、及びアントラキノン骨格のいずれかの材料を含む固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A solid-state imaging device in which the organic photoelectric conversion layer includes a material of any one of a quinacridone skeleton, a phthalocyanine skeleton, and an anthraquinone skeleton.
請求項1〜6のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記中間層の前記上部電極側の表面の平均面粗さRaが1nm以下である固体撮像素子。
It is a solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 6,
The solid-state image sensor whose average surface roughness Ra of the surface by the side of the said upper electrode of the said intermediate layer is 1 nm or less.
請求項1〜7のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記中間層の厚さが150nm以上である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7,
A solid-state imaging device having a thickness of the intermediate layer of 150 nm or more.
請求項1〜8のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記上部電極及び前記下部電極のうち、前記有機光電変換層で発生した電子を取り出すための電極の仕事関数が4.5eV以下である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8,
The solid-state image sensor whose work function of the electrode for taking out the electron which generate | occur | produced in the said organic photoelectric converting layer is 4.5 eV or less among the said upper electrode and the said lower electrode.
請求項9記載の固体撮像素子であって、
前記電子を取り出すための電極が、透明な電極と、仕事関数が4.5eV以下の金属薄膜との2層構造であり、
前記金属薄膜は、前記中間層と前記透明な電極との間に位置する固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 9,
The electrode for extracting electrons has a two-layer structure of a transparent electrode and a metal thin film having a work function of 4.5 eV or less,
The metal thin film is a solid-state imaging device positioned between the intermediate layer and the transparent electrode.
請求項10記載の固体撮像素子であって、
前記金属薄膜がInからなる固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 10,
A solid-state imaging device in which the metal thin film is made of In.
請求項11記載の固体撮像素子であって、
前記Inの厚みが0.5〜10nmである固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 11,
A solid-state imaging device having a thickness of In of 0.5 to 10 nm.
請求項1〜12のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子上に形成され、前記光電変換素子を封止する封止膜を備える固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 12,
A solid-state imaging device comprising a sealing film that is formed on the photoelectric conversion element and seals the photoelectric conversion element.
請求項13記載の固体撮像素子であって、
前記封止膜が原子層堆積(ALD)法で成膜されたものである固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 13,
A solid-state imaging device in which the sealing film is formed by an atomic layer deposition (ALD) method.
請求項13又は14記載の固体撮像素子であって、
前記封止膜の材料が金属酸化物を含む固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 13 or 14,
A solid-state imaging device in which a material of the sealing film contains a metal oxide.
請求項15記載の固体撮像素子であって、
前記金属酸化物がAlである固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 15,
The solid-state imaging device wherein the metal oxide is Al 2 O 3.
請求項15又は16記載の固体撮像素子であって、
前記封止膜が、前記金属酸化物からなる膜と、前記金属酸化物からなる膜上に形成された高分子化合物からなる膜との2層構造である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 15 or 16,
The solid-state imaging device in which the sealing film has a two-layer structure of a film made of the metal oxide and a film made of a polymer compound formed on the film made of the metal oxide.
請求項17記載の固体撮像素子であって、
前記高分子化合物がパラキシリレン系樹脂である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 17,
A solid-state imaging device in which the polymer compound is a paraxylylene resin.
請求項1〜18のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子が不活性ガス雰囲気中でパッケージ本体内にガラス封止された固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device in which the photoelectric conversion device is glass-sealed in a package body in an inert gas atmosphere.
請求項19記載の固体撮像素子であって、
前記不活性ガスに含まれる酸素の濃度が0.05%以下である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 19,
A solid-state imaging device in which the concentration of oxygen contained in the inert gas is 0.05% or less.
請求項19又は20記載の固体撮像素子であって、
前記不活性ガスの露点が−75℃以下である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 19 or 20,
The solid-state image sensor whose dew point of the said inert gas is -75 degrees C or less.
請求項1〜21のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記信号読み出し部がCMOS回路からなる固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 21,
A solid-state imaging device in which the signal readout unit is a CMOS circuit.
請求項1〜22のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記半導体基板内に、前記光電変換素子の前記有機光電変換層を透過した光を吸収し、該光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する基板内光電変換部を備える固体撮像素子。
It is a solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 22,
A solid-state imaging device including an in-substrate photoelectric conversion unit that absorbs light transmitted through the organic photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element, generates a charge corresponding to the light, and accumulates the charge in the semiconductor substrate.
請求項23記載の固体撮像素子であって、
前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内に積層されたそれぞれ異なる色の光を吸収する2つのフォトダイオードである固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 23,
The solid-state imaging device, wherein the in-substrate photoelectric conversion unit is two photodiodes that absorb light of different colors stacked in the semiconductor substrate.
請求項23記載の固体撮像素子であって、
前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内の入射光の入射方向に対して垂直な方向に配列されたそれぞれ異なる色の光を吸収する2つのフォトダイオードである固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 23,
The solid-state image sensor which is two photodiodes in which the said photoelectric conversion part in a board | substrate absorbs the light of a respectively different color arranged in the direction perpendicular | vertical with respect to the incident direction of the incident light in the said semiconductor substrate.
請求項24又は25記載の固体撮像素子であって、
前記2つのフォトダイオードが、それぞれ、赤色、青色、及び緑色のいずれかの波長域の光を吸収する光電変換素子。
The solid-state imaging device according to claim 24 or 25,
A photoelectric conversion element in which the two photodiodes absorb light in a wavelength region of red, blue, or green, respectively.
請求項1〜22のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子が、前記半導体基板上方に複数積層された固体撮像素子。
It is a solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 22,
A solid-state imaging device in which a plurality of the photoelectric conversion elements are stacked above the semiconductor substrate.
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