JP2011198855A - 光電変換膜積層型固体撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高品質の撮像画像信号を得ることができ、製造歩留まりを高めることができる光電変換膜積層型固体撮像素子を提供する。
【解決手段】信号読出手段が表面部に形成された半導体基板１１０と、半導体基板１１０の表面上方に積層され第１電極膜１０４と画素毎に区分けされた複数の第２電極膜１１３との間に光電変換膜１０３が形成された光電変換層と、該光電変換層に対して光入射側且つ有効画素領域１０１の外側に形成され第１電極膜１０４と電気的に短絡状態（１１５）で積層された導電性の遮光膜１２１とを備える。遮光膜１２１が第１電極膜１０４と短絡されて実効的にインピーダンスが低下するため、遮光膜１２１が製造工程中に帯電してもこれによる膜破壊が回避される。
【選択図】図３
【解決手段】信号読出手段が表面部に形成された半導体基板１１０と、半導体基板１１０の表面上方に積層され第１電極膜１０４と画素毎に区分けされた複数の第２電極膜１１３との間に光電変換膜１０３が形成された光電変換層と、該光電変換層に対して光入射側且つ有効画素領域１０１の外側に形成され第１電極膜１０４と電気的に短絡状態（１１５）で積層された導電性の遮光膜１２１とを備える。遮光膜１２１が第１電極膜１０４と短絡されて実効的にインピーダンスが低下するため、遮光膜１２１が製造工程中に帯電してもこれによる膜破壊が回避される。
【選択図】図３
Description
本発明は、光電変換膜を積層した固体撮像素子及びこの固体撮像素子を搭載した撮像装置に関する。
従来の一般的に用いられているＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサ（固体撮像素子）は、半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素（光電変換部：フォトダイオード）で構成される受光部（有効画素領域部）を備え、この受光部に結像された被写体光像に応じた被写体画像信号が、各画素から出力される構成になっている。そして、受光部の周囲には、遮光膜で覆ったオプティカルブラック（Optical Black：ＯＢ）部が設けられており、このＯＢ部から出力された暗時の信号を基準信号として、受光部から出力された被写体画像信号のオフセット成分を除去している。
即ち、光が入射しない状態での熱的に発生するノイズ成分（＝ＯＢ部出力）いわゆる暗電流を被写体画像信号（＝受光部出力）から減算することにより、受光部からの微小な被写体画像信号を高精度に検出することが可能となり、固体撮像素子の高Ｓ／Ｎ化が達成可能となる。
上述した従来のＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子は、半導体基板上に、光電変換部（フォトダイオード）と、光電変換部で検出した被写体画像信号を外部に読み出す信号読出回路（ＣＣＤ型であれば電荷転送路及び出力アンプ、ＣＭＯＳ型であればＭＯＳトランジスタ回路）とを同じ半導体基板表面部に形成しなければならないため、固体撮像素子のチップ面積に対する光電変換部の占める割合を１００％にすることはできないという開口率の問題がある。この開口率は、近年では、画素の微細化に伴って小さくなる傾向があり、Ｓ／Ｎを低下させる要因となってきている。
そこで、光電変換部を半導体基板表面部に設けずに、半導体基板には信号読出回路だけを設け、半導体基板の上方に光電変換膜を積層する構造の固体撮像素子が注目を集めるようになってきている。
例えば、下記の特許文献１に記載されている積層型固体撮像素子は、半導体基板表面上方に積層したアモルファスシリコン等で光電変換を行ってＸ線や電子線を検出する様になっている。また、下記の特許文献２記載の光電変換膜積層型固体撮像素子は、赤色検出用の光電変換膜と、緑色検出用の光電変換膜と、青色検出用の光電変換膜の３つの光電変換層を設け、被写体のカラー画像を撮像する様になっている。
そして、特許文献１記載の固体撮像素子では、固体撮像素子の最表面のうち、有効画素領域（受光部）の周囲に厚さ２μｍの遮光層を積層することで、暗電流を検出する様になっている。特許文献２記載の固体撮像素子では、半導体基板表面と最下層の光電変換膜との間に遮光膜を積層し、光が信号読出回路に入射しない様にしているだけであり、ＯＢ部の構成については特に考慮していない。
特許文献１に記載されている積層型固体撮像素子では、ＯＢ部に設ける遮光膜を、厚さ２μｍ積層しているため、ＯＢ部と受光部との間に２μｍの段差が生じている。従って、この段差部分に光に入射し乱反射すると、被写体画像を劣化させる虞がある。また、特許文献２に記載の光電変換膜積層型固体撮像素子では、光電変換膜に光を入射させない状態つまり遮光した状態での暗電流を検出することができないため、高Ｓ／Ｎの被写体画像信号を得ることができない。
また、積層型固体撮像素子では、半導体基板の上方に光電変換層を設け、この光電変換層の上部にＯＢ部用の遮光膜を形成するが、この遮光膜を、遮光性の高い金属材料で膜形成する場合がある。この金属製遮光膜が、高インピーダンスで電気的に浮いていると、製造工程時等に発生する帯電により、膜が破壊され、或いは、帯電集塵して膜形成の欠陥（膜厚むら、亀裂、ピンホール）を起こし、製造不良や画質を劣化させる虞がある。遮光膜に信号読出回路や周辺回路の電源を供給する構成にすることも考えられるが、そうすると、信号読出回路の電源から半導体基板上方の遮光膜まで別途配線しなければならず、構造が複雑になってしまうという問題がある。
本発明の目的は、高品質，高Ｓ／Ｎの撮像画像信号を得ることができ、しかも、複雑な構造にすることなくインピーダンスを低くして、製造工程時等に発生する帯電による膜破壊、帯電集塵による欠陥のない膜を形成し、製造歩留まりを向上させ、安定した画像信号を得ることができる光電変換膜積層型固体撮像素子及び撮像装置を提供することにある。
本発明の光電変換膜積層型固体撮像素子は、信号読出手段が表面部に形成された半導体基板と、該半導体基板の表面上方に積層され第１電極膜と画素毎に区分けされた複数の第２電極膜との間に光電変換膜が形成された光電変換層と、該光電変換層に対して光入射側且つ有効画素領域の外側に形成され前記第１電極膜と電気的に短絡状態で積層された導電性の遮光膜とを備えることを特徴とする。
本発明の撮像装置は、上記の光電変換膜積層型固体撮像素子を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、有効画素領域の外側に遮光膜を設けＯＢ部としたため、品質の高い撮像画像を得ることが可能となる。また、ＯＢ部から精度の高い暗時の基準信号を得ることができ、高Ｓ／Ｎの高品質な撮像画像信号を得ることが可能となる。
更に、本発明によれば、遮光膜と第１電極膜とを素子内で短絡させる構成としたため、簡単な構造で遮光膜のインピーダンスを低くでき、製造工程時等に発生する帯電による膜破壊がなく、帯電集塵による欠陥のない膜を形成でき、製造歩留まりが向上し、安定した画像信号を得ることが可能となる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラ（撮像装置）の構成図である。このデジタルカメラは２０は、固体撮像素子１００と、固体撮像素子１００の前段に置かれた撮影レンズ２１と、固体撮像素子１００から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によって撮影レンズ２１，Ａ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，固体撮像素子１００の駆動制御を行う駆動制御部（タイミングジェネレータを含む）２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。駆動制御部２４は、後述する上部電極膜１０４と画素電極膜１１３との間に所要のバイアス電圧を印加する制御も行う。
本実施形態のデジタルカメラは更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス４０とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。
図２（ａ）は、図１に示す固体撮像素子１００の表面模式図である。固体撮像素子１００の中央部分の矩形領域１０１は、有効画素領域（受光部）であり、この受光部１０１に結像した被写体の光像が電気信号に変換され、被写体画像信号として出力される。
図示する例では、受光部１０１の四辺の夫々に隣接して、詳細は後述する構成のＯＢ（オプティカルブラック）部１０２が設けられている。矩形枠１０３で示す領域は、後述の有機膜（光電変換膜）が設けられた領域であり、矩形枠１０４で示す領域は、後述の上部電極（対向電極）膜が設けられた領域である。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に替わる別実施形態に係る固体撮像素子１００の表面模式図である。図２（ａ）に示す例では、有効画素領域１０１の四辺の夫々に隣接してＯＢ部１０２を設けたが、本実施形態では、有効画素領域１０１の左右の二辺に隣接してＯＢ部１０２を設けている。
ＯＢ部１０２から検出する暗時の基準信号と、有効画素領域１０１の各画素信号との差分を取るには、ＯＢ部１０２を有効画素領域１０１の行方向の端部に設けることで、各水平走査期間内の水平ブランキング期間にてＯＢ部１０２の画素からＯＢレベルを取得できる。各水平ブランキング期間に得られるＯＢレベルは、図１のアナログ信号処理部２２内に設けられた相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）回路によりクランプされ、当該水平ブランキング期間の直後に続く有効映像期間の被写体画像信号の補正に用いられる。
図３は、図２（ａ）（ｂ）のIII―III線位置における固体撮像素子１００の断面模式図である。光電変換膜積層型の固体撮像素子１００は、半導体基板１１０に形成されるが、この半導体基板１１０の表面部には、信号読出回路としてのＭＯＳ回路（図示省略）が画素毎に形成されている。信号読出回路は、ＣＣＤ型でも良い。
半導体基板１１０の表面には絶縁層１１１が積層されると共に、この絶縁層１１１内に、配線層１１２が埋設される。この配線層１１２は、上層を透過して洩れてきた入射光が上記の信号読出回路等に入射しない様にする遮蔽板の機能も果たす。
絶縁層１１１の表面には、画素毎に区分けされ上方から見たとき正方格子状に配列される複数の画素電極膜１１３が成膜されている。各画素電極膜１１３には、半導体基板１１０の表面にまで達する縦配線１１４が立設され、各縦配線１１４は、半導体基板１１０の表面に形成された図示しない信号電荷蓄積部に接続される。
上記の画素毎の信号読出回路は、対応する信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷量に応じた信号を被写体画像信号として外部に読み出す様になっている。なお、画素電極膜１１３は、図２で説明した有効画素領域１０１とＯＢ部１０２とに設けられる。
正方格子状に配列形成された複数の画素電極膜１１３の上には、光電変換機能を有する図２で説明した有機膜１０３が各画素電極膜共通に一枚構成で積層され、その上に、同様に一枚構成の上部電極膜（対向電極膜，共通電極膜ともいう。）１０４が積層される。本実施形態の固体撮像素子１００では、有機膜１０３と、これを上下に挟む下部電極膜１１３，上部電極膜１０４とで光電変換層が形成される。
上部電極膜１０４は、端部において、絶縁層１１１の表面に露出する接続端子１１６に電気的に接続状態となっており、配線層１１２ａ，接続パッド１１２ｂを介して所要電圧（上部電極は画素電極に対する対向電極であるため、この所要電圧を、以下、対向電圧という。）が印加される様になっている。即ち、図１の駆動制御部２４によって、上部電極膜１０４と各画素電極膜１１３との間に所要のバイアス電圧が印加される。
上部電極膜１０４の上には保護層１１７が積層され、その上に平滑化層１１８が積層される。平滑化層１１８の上の、図２で説明した有効画素領域１０１上方には、各画素電極膜１１３に対応するカラーフィルタ１２０が積層される。例えば三原色赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のカラーフィルタがベイヤ配列される。
また、本実施形態では、有効画素領域１０１の周囲且つカラーフィルタ１２０と同層に、遮光膜１２１が積層される。この遮光膜１２１は、上方から入射する光が、ＯＢ部１０２に形成された有機膜１０３に入射しない様に機能し、ＯＢ部１０２の上記信号電荷蓄積部に、暗時の基準信号に応じた電荷が蓄積される様にする。
遮光膜１２１は、端部の例えばその一部が立ち下げられて保護膜１１７の裾野部分を覆うように形成され、更に、接続端子１１６の位置において、保護膜１１７に設けられた開口（短絡部１１５）を通して上部電極膜１０４に電気的に接触する状態で積層される。遮光膜１２１と上部電極膜１０４とが短絡部１１５を通して電気的に導通状態となっているため、遮光膜１２１及び上部電極膜１０４のインピーダンスは低インピーダンスとなっている。
カラーフィルタ１２０及び遮光膜１２１の上には、平坦化層１２２が積層される。
上述した上部電極膜１０４は、有機膜１０３に光を入射させる必要があるため、入射光に対して透明な導電性材料で構成される。上部電極膜１０４の材料としては、可視光に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conducting Oxide）を用いることができる。
Ａｕ（金）などの金属薄膜も用いることができるが、透過率を９０％以上得ようとして膜厚を薄くすると、抵抗値が極端に増大するため、ＴＣＯの方が好ましい。ＴＣＯとして、特に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化錫、弗素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化チタン等を好ましく用いることができる。プロセス簡易性、低抵抗性、透明性の観点からはＩＴＯが最も好ましい。尚、上部電極膜は、実施形態では全画素部で共通の一枚構成としているが、画素部毎に分割してあっても良い。
下部電極膜（画素電極膜）１１３は、画素部毎に分割された薄膜であり、透明又は不透明の導電性材料で構成される。下部電極膜１１３の材料として、Ｃｒ，Ｉｎ，Ａｌ，Ａｇ、Ｗ、ＴｉＮ（窒化チタン）等の金属や、ＴＣＯを用いることができる。
遮光膜１２１は、金属からなる不透明な材料、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＴｉＷ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、それらの合金、または、そのシリサイド（遷移金属ケイ化物）を使用する。金属材料の場合、スパッタ、蒸着等とフォトリソグラフィ及びエッチング、メタルマスクを使用し周知の技術で形成する。
保護層１１７、平滑化層１１８、平坦化層１２２は、積層製造上、平滑化、平坦化させるだけでなく、製造工程時の発塵等による光電変換膜欠陥（亀裂やピンホール等）に起因する光電変換膜（有機膜１０３）の特性劣化と水分や酸素等による光電変換膜の経時劣化を防止する。
保護層１１７、平滑化層１１８、平坦化層１２２には、透明な絶縁材料、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ポリパラキシレン系樹脂、アクリル樹脂、全フッ素透明樹脂（サイトップ）等で構成される。
保護層、平滑化層、平坦化層は、化学気相法（ＣＶＤ法）、原子層堆積法（ＡＬＤ ＡＬＣＶＤ）等の周知の技術で形成し、必要に応じてＣＶＤ法、原子層堆積法等で堆積された複数の絶縁膜と組み合わせた多層膜であってもよい。平滑化層、平坦化層は、成膜した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）により、凸部を除去し平滑、平坦化する。
保護層、平滑化層、平坦化層の厚みはそれぞれの機能を果たし、且つ極力薄いことが望ましく、それぞれ、０．１μｍ〜１０μｍが好ましい。
次に、製造方法の一例を説明する。公知のプロセスによって信号電荷蓄積部及び信号読出回路を形成した半導体基板１１０上に、配線層１１２を埋設しながら酸化珪素等からなる絶縁膜１１１を形成し、そこにフォトリソグラフィによって開口を形成し、この開口にタングステンを埋め込んでプラグ（縦配線１１４）を形成する。
次に、絶縁膜１１１上にスパッタ法等によってＴｉＮを成膜、この膜をフォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングし、下部電極膜（画素電極膜１１３）を形成する。
次に、下部電極膜１１３上にスパッタ法、蒸着法等によって光電変換材料を成膜して光電変換膜（有機膜１０３）を形成し、この上にスパッタ法、蒸着法等によってＩＴＯを成膜して上部電極膜１０４を形成する。次に、上部電極膜１０４上に、物理気相堆積法（例えばスパッタ法）、化学気相法（ＣＶＤ法）、原子層堆積法（ＡＬＤ ＡＬＣＶＤ）等によって、保護膜１１７，平滑膜１１８を形成する。
光電変換膜１０３や保護膜1１７の形成は、その形成時に水分や酸素等の光電変換膜１０３を劣化させる劣化因子が混入されるのを防ぐために、真空中又は不活性ガス雰囲気下で一貫して形成することが好ましい。
次に、遮光膜が金属材料の場合、スパッタ法、蒸着法等とフォトリソグラフィ及びエッチング、メタルマスクを使用し、有効画素領域１０１の周囲部分に、周知の技術で形成する。
次に、有効画素領域１０１内の平滑膜上に、カラーフィルタ材料を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングする。この工程をＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ材料毎に繰り返し、例えばベイヤ配列のカラーフィルタ層１２０を形成する。
次に、カラーフィルタ層１２０の上に、平坦化層１２２を、保護膜１１７と同様の周知の技術で形成する。カラーフィルタ層１２０の上に、マイクロレンズを形成する場合もある。
光電変換膜１０３の上に積層する上層は、これを構成する膜形成（成膜）温度が低い方が良い。つまり、光電変換膜１０３の耐熱性を考慮した低い温度で形成可能な材料で上層を形成し、あるいは、耐熱性の低い材料で上層を形成するのが好ましい。膜成膜時の基板温度は、好ましくは、３００℃以下で、さらに好ましくは２００℃以下、さらに好ましくは１５０℃以下が良い。
カラーフィルタ層１２０の上層を構成する膜形成（成膜）温度も、カラーフィルタ１２０の耐熱性を考慮した低い温度で形成可能、あるいは、耐熱性の低い材料で形成するのが好ましい。膜成膜時の基板温度は、上記と同様に、好ましくは３００℃以下で、さらに好ましくは２００℃以下、さらに好ましくは１５０℃以下が良い。
図４は、図３で説明した遮光膜１２１を設けた固体撮像素子１００の簡易断面模式図である。図示する様に、本実施形態の固体撮像素子１００は、遮光膜１２１を上部電極膜１０４の上に保護層１１７（図では、平滑化層１１８と分けて図示していない）を挟んで、カラーフィルタ層１２０と同層に形成したため、固体撮像素子１００の薄型化を図ることができ、更に固体撮像素子１００の表面全体の平坦化を図ることができ、画像出力用の有効画素間の混色を防ぐことが可能となる。また、ＯＢ部１０２への斜め光の入射防止を図ることも可能となり、暗時の基準信号の精度を向上させることが可能となる。
また、本実施形態の固体撮像素子１００では、遮光膜１２１と上部電極膜１０４とは、短絡部１１５を通して電気的に導通状態となっているため、簡単な構成により遮光膜１２１は低インピーダンスとなっている。このため、固体撮像素子１００の製造工程時等に発生する帯電による膜破壊がなく、帯電集塵による欠陥のない膜を形成でき、製造歩留まりが向上し、安定した画像信号を得ることが可能となる。
実施形態の固体撮像素子１００では、電源１５０から、上部電極膜１０４及び遮光膜１２１に対向電圧を印加する。対向電圧は、通常、固体撮像素子１００を高感度に動作させ且つ高速応答させるため、半導体基板中の信号読出回路で使用する電圧とは異なる電圧を供給する。
図５は、対向電圧と、信号出力との関係を示すグラフである。露光期間が長ければ、それだけ光電変換膜１０３で発生する信号電荷量が増えるため、信号出力は増加する。このとき、遮光膜１２１及び上部電極膜１０４に印加する対向電圧を大きくすると、同じ露光量でも、信号出力が増大する。光入射を受けた光電変換膜１０３では励起子が発生し、この励起子は、上部電極膜１０４と画素電極膜１１３との間に印加されるバイアス電圧によって正孔・電子対に解離する。このバイアス電圧（対向電圧）が大きいと、正孔・電子対が多く解離するためである。即ち、図１の駆動部２４は、対向電圧を制御することで、固体撮像素子１００の感度調整を行うことができる。
図６〜図９は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の簡易断面模式図である。光電変換膜１０３、電極膜１０４，１１３、絶縁材料、カラーフィルタなどの積層材料の温度、圧力、化学反応等の積層条件によっては、遮光膜１２１の積層構造を変更する必要が生じ、図４の構造をとれない場合も生じる。
図６の実施形態では、上部電極膜１０４上の保護膜１３１の上に遮光膜１２１を設けている。遮光膜１２１は、保護膜１１７上に形成された第２の保護膜１３１と同層且つ有効画素領域外に形成されており、保護膜１３１及び遮光膜１２１の層上に平滑化層１３２が積層され、その上に、カラーフィルタ層１２０，平坦化層１２２が設けられている。図示する例では、カラーフィルタ層１２０は、有効画素領域にのみ設けられ、その周囲には絶縁層１３３が設けられている。そして、本実施形態でも、短絡部１１５において、遮光膜１２１と上部電極膜１０４とが電気的に導通状態で積層される。
この実施形態では、光電変換膜１０３とカラーフィルタ１２０との間の距離が図４の実施形態に比較して離れるが、保護膜や平滑化層は薄くて良いため、問題はない。
図７の実施形態では、図６の実施形態の絶縁層１３３の替わりに遮光膜１２１ｂを設けた点が異なる。この実施形態では、遮光膜１２１ａ，１２１ｂの２層の遮光膜を備えるため、遮光性が優れる。２層の遮光膜１２１ａ，１２１ｂは共に短絡部１１５で上部電極膜１０４に電気的に接続され、遮光膜の面積が増大するため、遮光膜全体のインピーダンスが低下する。
２層の遮光膜１２１ａ，１２１ｂを短絡する場合には、短絡部１１５において、間の絶縁層（保護膜や平滑化膜）等にエッチングで開口を開け、その上に上層となる遮光膜を積層することで短絡する。なお、２層のうちの一方の遮光膜が金属製でなく樹脂製の場合には、樹脂製の遮光膜を他方の遮光膜や上部電極膜に短絡する必要がないのはいうまでもない。
図８の実施形態では、図６の実施形態の絶縁層１３３位置までカラーフィルタ層１２０を設けた点が異なる。絶縁層１３３をカラーフィルタ層と別工程で製造する替わりに、絶縁層１３３の箇所までカラーフィルタ１２０を設けるため、製造工程数が少なくなる。
図９の実施形態では、図８の実施形態の有効画素領域から外れた箇所のカラーフィルタ層１２０の上に第２の遮光膜１２１ｂを形成し、遮光膜１２１ａ，１２１ｂの２層の遮光膜で遮光性を高めている。遮光膜１２１ｂと同層の有効画素領域上には透明な絶縁膜１３４を形成し、最上層に平坦化膜１２２を設けている。
この実施形態でも、２層の遮光膜１２１ａ，１２１ｂを共に短絡部１１５において上部電極膜１０４に電気的に接続している。
以上述べた様に、実施形態による光電変換膜積層型固体撮像素子は、信号読出手段が表面部に形成された半導体基板と、該半導体基板の表面上方に積層され第１電極膜と画素毎に区分けされた複数の第２電極膜との間に光電変換膜が形成された光電変換層と、該光電変換層に対して光入射側且つ有効画素領域の外側に形成され前記第１電極膜と電気的に短絡状態で積層された導電性の遮光膜とを備えることを特徴とする。
また、実施形態の光電変換膜積層型固体撮像素子は、信号読出手段が表面部に形成された半導体基板と、該半導体基板の表面上方に積層され第１電極膜と画素毎に区分けされた複数の第２電極膜との間に光電変換膜が形成された光電変換層と、該光電変換層の光入射側の上方に積層され光を透過する材料で形成された光透過層と、該光透過層と同層に形成され有効画素領域の外側を覆い前記第１電極膜と電気的に短絡状態で積層された導電性の遮光膜とを備えることを特徴とする。
また、実施形態の光電変換膜積層型固体撮像素子は、前記光透過層がカラーフィルタ層であることを特徴とする。
また、実施形態の光電変換膜積層型固体撮像素子は、前記有効画素領域の外側位置で前記上部電極膜に前記遮光膜が直接積層され短絡状態となることを特徴とする。
また、実施形態の光電変換膜積層型固体撮像素子は、前記遮光膜とは別の遮光膜が前記光電変換層の上層且つ有効画素領域の外側に積層され２層の遮光膜で遮光を行うことを特徴とする。
また、実施形態の光電変換膜積層型固体撮像素子は、前記別の遮光膜が導電性材料で形成され、該遮光膜も前記上部電極膜に電気的に短絡されることを特徴とする。
また、実施形態の撮像装置は、上記のいずれかに記載の光電変換膜積層型固体撮像素子を搭載したことを特徴とする。
また、実施形態の撮像装置は、前記第１電極膜に印加する電圧を調整する撮像素子駆動部を備えることを特徴とする。
以上述べた実施形態によれば、有効画素領域の外側に設ける遮光膜を、有効画素領域内に設ける第１光透過膜等の他の構成膜と同層に設けるため、固体撮像素子の表面を平坦にすることができ、光が乱反射に起因する画質劣化を避けることが可能となる。また、ＯＢ部における暗時の信号を基準信号として精度良く検出できるため、高品質な被写体画像信号を得ることが可能となる。
更に、上部電極膜に遮光膜を電気的に短絡して設けたため、実効的に遮光膜のインピーダンスが低下し、製造工程中に遮光膜が電気的に浮いた状態になってもそれによる不具合は回避可能となる。なお、遮光膜は、基板上の上部電極とは異なるいずれかの電源（例えばグランド、ただしこれに限るものではない）に接続すればよい。
本発明に係る光電変換膜積層型固体撮像素子は、製造歩留まりが高く安価に製造でき、しかも高品質な被写体画像を撮像することができるため、デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ，カメラ付携帯電話機，カメラ付電子装置，監視カメラ，内視鏡，車載カメラ等に搭載すると有用である。
２１ 撮影レンズ
２６ デジタル信号処理部
２９ システム制御部
１００ 光電変換膜積層型固体撮像素子
１０１ 有効画素領域
１０２ ＯＢ（オプティカルブラック）部
１０３ 光電変換膜（有機膜）
１０４ 上部電極膜（共通電極膜，対向電極膜：第１電極膜）
１１０ 半導体基板
１１１ 絶縁層
１１２ 配線層
１１３ 下部電極膜（画素電極膜：第２電極膜）
１１４ 縦配線（プラグ）
１１７ 保護層
１１８，１３３，１３４ 平滑化層
１２０ カラーフィルタ層
１２１，１２１ａ，１２１ｂ 遮光膜
１２２ 平坦化層
２６ デジタル信号処理部
２９ システム制御部
１００ 光電変換膜積層型固体撮像素子
１０１ 有効画素領域
１０２ ＯＢ（オプティカルブラック）部
１０３ 光電変換膜（有機膜）
１０４ 上部電極膜（共通電極膜，対向電極膜：第１電極膜）
１１０ 半導体基板
１１１ 絶縁層
１１２ 配線層
１１３ 下部電極膜（画素電極膜：第２電極膜）
１１４ 縦配線（プラグ）
１１７ 保護層
１１８，１３３，１３４ 平滑化層
１２０ カラーフィルタ層
１２１，１２１ａ，１２１ｂ 遮光膜
１２２ 平坦化層
Claims (8)
- 信号読出手段が表面部に形成された半導体基板と、該半導体基板の表面上方に積層され第１電極膜と画素毎に区分けされた複数の第２電極膜との間に光電変換膜が形成された光電変換層と、該光電変換層に対して光入射側且つ有効画素領域の外側に形成され前記第１電極膜と電気的に短絡状態で積層された導電性の遮光膜とを備える光電変換膜積層型固体撮像素子。
- 信号読出手段が表面部に形成された半導体基板と、該半導体基板の表面上方に積層され第１電極膜と画素毎に区分けされた複数の第２電極膜との間に光電変換膜が形成された光電変換層と、該光電変換層の光入射側の上方に積層され光を透過する材料で形成された光透過層と、該光透過層と同層に形成され有効画素領域の外側を覆い前記第１電極膜と電気的に短絡状態で積層された導電性の遮光膜とを備える光電変換膜積層型固体撮像素子。
- 請求項２に記載の光電変換膜積層型固体撮像素子であって、前記光透過層がカラーフィルタ層である光電変換膜積層型固体撮像素子。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換膜積層型固体撮像素子であって、前記有効画素領域の外側位置で前記上部電極膜に前記遮光膜が直接積層され短絡状態となる光電変換膜積層型固体撮像素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換膜積層型固体撮像素子であって、前記遮光膜とは別の遮光膜が前記光電変換層の上層且つ有効画素領域の外側に積層され２層の遮光膜で遮光を行う光電変換膜積層型固体撮像素子。
- 請求項５に記載の光電変換膜積層型固体撮像素子であって、前記別の遮光膜が導電性材料で形成され、該遮光膜も前記上部電極膜に電気的に短絡される光電変換膜積層型固体撮像素子。
- 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光電変換膜積層型固体撮像素子を搭載したことを特徴とする撮像装置。
- 請求項７に記載の撮像装置であって、前記第１電極膜に印加する電圧を調整する撮像素子駆動部を備える撮像装置。
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