JP2011249677A - 固体撮像素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板上方に配列された複数の光電変換部を有する固体撮像素子であって、画素間の混色、感度低下、および、高照度時のシェーディングの抑制が可能な、固体撮像素子を提供する。
【解決手段】基板５の上方に配列された複数の光電変換部９を有する固体撮像素子１であって、前記光電変換部９が、基板５の上方に形成された下部電極２５と、下部電極２５の上面に形成された光電変換膜２７と、光電変換膜２７の上面に形成された上部電極２９とを含んで構成され、上部電極２９の上面に接して配置され、光電変換部９に開口を有する形状で、隣接する光電変換部９の境界部分に形成された導電膜３３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に配列された光電変換部を複数有する固体撮像素子であって、前記光電変換部が、下部電極と、前記下部電極上に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜上に形成された上部電極とを含んで構成された素子に関するものである。
従来より、２次元配列された多数の画素部（以下、単に「画素」ともいう。）を有し、画素部毎に半導体基板の上部に形成された光電変換素子であるフォトダイオードと画素信号読み出し用のＣＣＤやＭＯＳトランジスタを設けるとともに、各フォトダイオード上に赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各カラーフィルタを形成したＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子がある。
このような従来の固体撮像素子は、半導体基板の上面部にフォトダイオード及びＣＣＤやＭＯＳトランジスタや各種配線を配置しているため、半導体基板の面積を増加させることなく画素数を増大させると、受光領域の開口率が小さくなり、感度が悪化する等の課題が生じていた。
この欠点を無くす固体撮像素子として、例えば半導体基板上に赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の光を検出する３つの光電変換膜を積層したもの（特許文献１）も検討されているが、３つの光電変換膜を積層するため、その厚みが増してしまうとともに製造工程が複雑になるという課題があった。
これらに対し、例えば特許文献２及び特許文献３に記載されている固体撮像素子（以下、「従来技術の固体撮像素子」とする。）が提案されている。
図８は、従来技術の固体撮像素子を説明するための断面模式図である。
従来技術の固体撮像素子９０１は、例えば、ｎ型シリコン基板９０３上にｐウェル層９０５が形成されてなる半導体基板９０７と、半導体基板９０７の上方に絶縁膜９０９を介して形成された複数の光電変換部９１１と、各光電変換部９１１上に配されたカラーフィルタ９１３と、カラーフィルタ９１３上に形成されたマイクロレンズ９１５とを備え、光電変換部９１１は、半導体基板９０７側から、画素単位で形成された下部電極９１７、光電変換膜９１９、上部電極９２１、保護膜９２３が順次積層されてなる。
光電変換膜９１９で変換された電荷は、上部電極９２１と下部電極９１７との間で印加されたバイアス電圧により、コンタクトプラグ９２５を介して半導体基板９０７の電荷蓄積部９２７に蓄積された後、信号読み出し部９２９から外部へと読み出される。
ここで、上部電極９２１は、光電変換膜９１９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。これにより、上部電極９２１を光電変換膜９１９上に形成でき、半導体基板９０７の面積を増加させることなく画素数を増大させても、受光領域の開口率が小さくなるのを防ぐことができ、高感度の撮像が可能となる。
また、光電変換膜９１９を単層構造にしているため、素子全体としての厚みを薄くでき、かつ半導体プロセスを利用して容易に製造できる。
特開２００２−８３９４６号公報 特開２００８−２５２００４号公報 特開２００９−１３００９０号公報
しかしながら、従来の固体撮像素子９０１では、以下の課題が生じる。
光電変換部９１１を構成する上部電極９２１は、光電変換膜９１９に光を入射させる必要があるため透明な導電性材料で構成され、その材料としては、可視光に対する透過率が高く、しかも、抵抗値が小さい特性が要求される。
特に、撮像領域（入射光に対して電気信号を得ることができる多数の画素が２次元に配列されている領域）の全体にわたって上部電極９２１に均一なバイアス電圧を印加するためには、相応する低い抵抗値が必要とされる。
そのため、上部電極９２１として、光電変換膜９１９で発生した電荷を移動させる際に撮像特性に悪影響を与えない範囲でバイアス電圧の低下が生じることのない低い抵抗値を確保しうる膜厚が必要となる。
しかしながら、透過特性を高めるために上部電極９２１の膜厚を薄くした場合、上部電極９２１の抵抗値が上昇し、これによって撮像領域全体に対して均一なバイアス電圧を印加することが困難となる。つまり、強い光が入射したとき（高照度時）、多量に発生した電荷の流れ（電流）が増大し、光電変換膜９１９から発生した電荷を取り出す際に上部電極９２１の抵抗値に起因したバイアス低下が生じてしまい、撮像領域内の位置に依存した信号出力（感度）の傾斜（いわゆる、感度シェーディング現象である。）が生じてしまう。
なお、この感度シェーディング現象は、特に、撮像領域の中央付近と外周付近とで信号出力の差（感度の差）が大きくなりやすい。
それに反して、上部電極９２１の抵抗値を下げるために上部電極９２１の膜厚を厚くした場合、上部電極９２１の膜厚が厚くなるに応じて入射光の透過特性が低下し、光電変換膜９１９への光の入射量が低下するため、信号出力（感度）の低下が生じる他、固体撮像素子９０１の撮像領域に対して斜め方向から入射した光が、隣接する画素部から洩れ込んで、当該画素部の光電変換部９１１に入り込む、いわゆる、画素間の混色現象を引き起こしてしまう。
隣接する画素部から洩れ込んだ入射光によって発生した電荷の信号出力は、本来、当該画素に入射する光から発生する電荷によって出力された信号に対するノイズ成分となる。特に、カラーフィルタ９１３を備えた固体撮像素子の場合、例えば、隣接する画素部に設けられたカラーフィルタ９１３を透過した緑色光や青色光が赤色画素部の光電変換膜へ漏れ込むため、画質の大きな劣化を生じる。
特に、近年は市場からの要望として大きな撮像領域を備え且つ単位画素サイズの縮小によって半導体基板（９０７）の面積を増加させることなく撮像領域内の画素数を増大することが求められており、上記の感度シェーディング現象、感度の低下、画素間の混色現象等の画素特性の劣化を抑制して高画質を実現することは、従来の固体撮像素子において困難であった。
これらの課題に鑑み、本発明の目的は、画素特性の劣化を抑制することが可能な固体撮像素子を提供することである。なお、上記課題は、カラーフィルタを備えるカラー固体撮像素子だけでなく、カラーフィルタを備えない、いわゆる、白黒用の固体撮像素子においても生じる。
前記の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、次の構成を備えることとする。
（１）基板上に２次元配列された複数の光電変換部を有する固体撮像素子において、前記光電変換部は、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極の上面に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の上面に形成された上部電極とを含み、前記上部電極は、全画素に対応した１または複数の共通の電極膜から構成され、当該共通の電極膜の主面であって１または複数の光電変換部から構成される所定領域と当該所定領域に隣接する他の光電変換部との境界部分に、当該電極膜に接する状態で導電膜が形成されていることを特徴としている。
（２）前記導電膜は、１枚の電極膜から構成された上部電極であって各光電変換部における隣接する他の光電変換部との境界部分に沿って形成されていることを特徴としている。
（３）前記複数の光電変換部の各々の上方にカラーフィルタを有し、前記導電膜が、前記上部電極の上面に接する状態で、隣接するカラーフィルタの境界部分に形成されていることを特徴としている。
（４）前記導電膜が、前記下部電極上に四角形状の開口を有した格子状をしていることを特徴としている。
（５）前記導電膜が、前記下部電極上に多角形状の開口を有しているハニカム状をしていることを特徴としている。
（６）前記導電膜が、入射光に対して遮光性を有していることを特徴としている。
（７）前記導電膜が、タングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタン、銅のいずれかの膜、または、それらのうち２種以上の積層膜で構成されていることを特徴としている。
本発明に係る固体撮像素子によれば、上記（１）に示したように、導電膜が一方の電極膜に接触する状態で形成されているため、当該導電膜が、一方の電極の裏打ち配線としての役割を果たすため、一方の電極の膜厚を薄くした場合においても、当該電極の抵抗値の上昇を抑えることができる。
これにより、撮像領域（入射光に対して電気信号を得ることができる多数の画素が２次元に配列されている領域）の全体にわたって均一なバイアス印加が可能となる。特に強い光が入射したとき（高照度時）、多量に発生した電荷の流れ（電流）が増大し、光電変換膜から発生した電荷を取り出す際に一方の電極の抵抗値に起因したバイアス低下が生じないため、撮像領域内の位置に依存した信号出力（感度）の傾斜（いわゆる、感度シェーディング現象）の発生が抑制できる。このため、高照度時においても、撮像領域の位置に依存することのない均一な画質の撮像が実現できる。
さらに、導電膜を備えることによって、一方の電極の膜厚を薄くできるため、当該電極に対する入射光の透過率を低下させることがなく、光電変換膜への光の入射量も低下することが無いため、高い感度を有する固体撮像素子を実現できる。
それに加えて、一方の電極の膜厚を薄くできるため、固体撮像素子の撮像面の鉛直方向に対して斜め方向から入射した光が、隣接画素上の電極を透過して当該画素の光電変換膜に洩れ込む現象、いわゆる、画素間の混色現象も抑制できる。
また、上記（２）に示したように、下層電極に透明電極を用いる必要がなくなり、安価に固体撮像素子を得ることができる。また、導電膜を上部電極に設けることによって、上部電極の膜厚を薄くできる。これにより、上部電極に対する入射光の透過率を低下させることがなく、光電変換膜への光の入射量も低下することが無いため、高い感度を有する固体撮像素子を実現できる。さらに、上部電極の膜厚を薄くできるため画素間の混色現象も抑制できる。
また、上記（３）に示したように、複数の光電変換部の上方にカラーフィルタを有しているため、カラー画像を撮像できるカラーフィルタを有する固体撮像素子の画素特性の劣化（感度シェーディング現象、感度低下）を抑制することが可能な、固体撮像素子を実現できる。さらに、導電膜が、隣接する光電変換部に形成されたカラーフィルタの境界部分に形成されているため、固体撮像素子の撮像面の鉛直方向に対して斜め方向から入射した光が、例えば、隣接する緑色画素部または青色画素部に設けられたカラーフィルタを透過し、赤色画素部の光電変換膜へ漏れ込む現象を抑制できる。これにより、カラー画像を撮像できるカラーフィルタを有する固体撮像素子においても画素間の混色現象を抑制できる。
以上のような、隣接する光電変換部の境界部分に形成された導電膜を備える構成を供えることによって、透明な電極である上部電極の裏打ち配線として光電変換部に開口を有する導電膜を形成することによって、膜厚が薄くても上部電極の抵抗値の上昇が抑えることができる構成は、上記（４）の固体撮像素子において、導電膜が光電変換部上にしか矩形状の格子状の開口を有する構造や、上記（５）の固体撮像素子において、導電膜が、光電変換部上に多角形状の開口を有する構造を採用することによって、一層の低抵抗化を実現できるため、より高い効果を発揮できる。
さらに、上記（６）に示したように、導電膜が入射光に対して遮光性を有し、特に、上記（７）に示すように、導電膜が高い遮光性を有するタングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタン、銅のいずれか、または、それらのうち２種以上の積層膜で構成することによって、画素部間の混色現象を誘発する、隣接する光電変換部の境界部分に入射した光を遮ることが可能となり、より高い混色抑制効果を実現できる。
このように、本発明に係る固体撮像素子によれば、高照度時のシェーディングの抑制と感度低下の抑制、画素間の混色の抑制の鼎立が可能となり、撮像性能が大幅に向上した高画質な画像を撮像できる固体撮像素子を実現できる効果を有する。
上記効果は、特に、大きな撮像領域を備え、かつ、画素数の拡大を実現できる微細な単位画素サイズを有する固体撮像素子において、顕著となるものである。
第１の実施の形態に係る固体撮像素子を説明するための断面模式図である。 図１のＸ−Ｘ線断面を矢印方向から見た模式図である。 第２の実施の形態に係る固体撮像素子を説明するための断面模式図である。 変形例１に係る固体撮像素子を説明するための部分表面模式図である。 変形例２に係る固体撮像素子を説明するための部分表面模式図である。 変形例３に係る固体撮像素子を説明するための部分表面模式図である。 変形例４に係る固体撮像素子を説明するための断面模式図である。 従来技術の固体撮像素子を説明するための断面模式図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態の例である実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施の形態＞
１．全体構成
図１は、第１の実施の形態に係る固体撮像素子１を説明するための断面模式図である。
図２は、図１のＸ−Ｘ線断面を矢印方向から見た図である。
固体撮像素子１は、同図に示すように、複数の画素部３を有し、これら複数の画素部３は、例えば、行列状（マトリクス状）に２次元配列されている。なお、図２で現れているのは、各画素部３を構成している後述のカラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂであり、その配列が分かるように各カラーフィルタの光色を各カラーフィルタに図示しているため、各カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂのハッチングは省略する。ここでの固体撮像素子１は、いわゆる、カラー固体撮像素子である。
ここで、カラーフィルタ１１ｒは主として赤色（Ｒ）の波長域の光を透過し、カラーフィルタ１１ｇは主として緑色（Ｇ）の波長域の光を透過し、カラーフィルタ１１ｂは主として青色（Ｂ）の波長域の光を透過する。
また、平面視において、カラーフィルタ１１ｒと重なる部分を赤色画素部３ｒとし、カラーフィルタ１１ｇと重なる部分を緑色画素部３ｇとし、カラーフィルタ１１ｂと重なる部分を青色画素部３ｂとする。
各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂは、図１に示すように、半導体基板５と、当該半導体基板５上に絶縁膜７を介して形成され且つ各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂに対応した光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂと、当該光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂ上に形成された所定色のカラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂと、当該カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に形成されてマイクロレンズ１３とを備える。
これにより、固体撮像素子１は、各画素部３において、マイクロレンズ１３により集光され、各カラーフィルタ１１を透過した光に応じた電荷を取り出すことが可能となる。
なお、各色に関係なく、画素部を表す際には符号「３」を、光電変換部を表す際には符号「９」を、カラーフィルタを表す際には符号「１１」をそれぞれ用いる。
２．各部構成
（１）半導体基板５
半導体基板５は、例えば、ｎ型シリコン基板１５と、当該シリコン基板１５上に形成されたｐウェル層１７とからなる。なお、半導体基板５としてｐ型シリコン基板を利用しても良い。
半導体基板５は、各光電変換部９に対応させて、光電変換部９で光電変換された電荷を蓄積するための電荷蓄積部１９と、電荷蓄積部１９に蓄積された電荷を電圧信号に変換する信号読み出し部２１とが形成されている。
電荷蓄積部１９は、ｎ型不純物領域（具体的にはトランジスタのソースである。）から構成され、絶縁膜７を貫通して形成された導電性材料のコンタクトプラグ２３によって光電変換部９と電気的に接続されている。
これにより、各光電変換部９で変換された電荷を電荷蓄積部１９へと移動させることができる。
信号読み出し部２１は、公知のＣＭＯＳ回路、またはＣＣＤとアンプとを組み合わせた回路によって構成されている。
なお、各色に対応して、電荷蓄積部を表す際には符号「１９」に各色の「ｒ」、「ｇ」、「ｂ」を付加したものを用い、同様に、信号読み出し部を表す際には符号「２１」に各色の「ｒ」、「ｇ」、「ｂ」を付加したものを用いる。
本実施の形態では、基板として半導体基板５を用いているが、例えば、ガラス基板や石英基板等の、基板内部及び基板上に電子回路を設置できるものであれば良い。
また、コンタクトプラグ２３は、いずれの金属で形成しても良いが、銅、アルミニウム、銀、金、クロム、タングステンの中から選択するのが好ましい。
複数の光電変換部９に応じて、下部電極２５と電荷蓄積部１９とが形成されており、コンタクトプラグ２３は、下部電極２５と電荷蓄積部１９とを１対１で接続するように形成されている。
（２）絶縁膜７
絶縁膜７は、上述したコンタクトプラグ２３を含むほか、電荷蓄積部１９や信号読み出し部２１に入射光が当たらないようにするための遮光膜や信号読み出し部２１を駆動するための配線等（図示省略）が埋設されている。このように、絶縁膜７に遮光膜を形成することで、光電変換部９で光電変換されずに透過した光が電荷蓄積部１９や信号読み出し部２１で光電変換されてノイズとなることを防止できる。
特に、下部電極２５を遮光性のある金属で形成した場合であっても、下部電極２５の間隙から光が進入することがあるため、絶縁膜７においては、下部電極２５の間隙の下方に遮光膜を形成することが好ましい。また、下部電極２５の間隙の下方に遮光性のある金属配線を配置すれば、配線が遮光膜を兼ねることもできる。
（３）光電変換部９
各光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂは、各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂに対応しており、画素部３ｒ，３ｇ，３ｂ毎に分割された状態に形成された下部電極２５ｒ，２５ｇ，２５ｂと、当該下部電極２５ｒ，２５ｇ，２５ｂの上面に形成された光電変換膜２７と、当該光電変換膜２７の上面に形成された上部電極２９と、当該上部電極２９の上面であって隣接する光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂ間に形成された導電膜３３と、当該導電膜３３及び上部電極２９の上面であって導電膜３３が存しない部分に形成された保護膜３１とを含む。
各光電変換部９は、光電変換膜２７における下部電極２５と上部電極２９とで挟まれている部分で発生した電荷（正孔や電子である。）を、上部電極２９と下部電極２５間に所定のバイアス電圧を印加することで、上部電極２９や下部電極２５に移動させることができる。
例えば、ここでは、上部電極２９に配線（図示省略）が接続され、この配線を介して上部電極２９に負のバイアス電圧が印加され、光電変換膜２７に発生した電子が下部電極２５に、正孔が上部電極２９にそれぞれ移動するようにしている。
なお、下部電極２５ｒ，２５ｇ，２５ｂも、各色に関係なく表す際には、符号「２５」を用いる。
各下部電極２５は、各画素部３の入射光に対応して変換された電荷を取り出すために、各画素部３で分割されており、平面視において、各画素部３の各カラーフィルタ１１と略同じ形状・大きさをしている。
光電変換膜２７は、特定の波長域の光を吸収して、この光に応じた電荷を発生するものであり、共通の材料で各画素部３単位でなく全体として一枚構成されている。
上部電極２９は、光電変換膜２７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、光電変換膜２７と同様に、共通の材料で各画素部３単位でなく全体として一枚の電極膜で構成されている。
保護膜３１は、水分や酸素等による光電変換膜２７の経時劣化を防止するために設けられている。具体的には、カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの形成後も、時間の経過とともに水分や酸素が光電変換膜２７に侵入してくる可能性があり、これによって光電変換膜２７の性能が劣化するのである。
この特性劣化は、光電変換膜２７の材料として有機光電変換材料を用いた場合に特に顕著となる。このような保護膜３１は、上部電極２９や光電変換膜２７の保護機能（水分や酸素が浸入しにくい緻密性、水分や酸素と反応しにくい非反応性）と透明性とを兼ね備えた材料（薄膜）により構成される。
導電膜３３は、図１及び図２に示すように、上部電極２９の上面に接して配置され、光電変換部９に対応する部分が開口する形状で、隣接する光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂの境界部分（例えば、光電変換部９ｒと光電変換部９ｇとの境界部分である。）に形成されている。つまり、隣接するカラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの境界部分に亘って形成されている。
ここでは、導電膜３３は、図２に示すように、行列状に配列されたカラーフィルタ１１（光電変換部９）に対応して格子状をしている。このように導電膜３３は、各光電変換部９の受光領域に対応した部分に開口を有するように上部電極２９の上面に接する状態で設けられている。また、導電膜３３はハッチング部分であり、保護膜３１は導電膜３３を囲繞する線分である。
（４）カラーフィルタ１１
各カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂに対応して、各光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂの保護膜３１の上面に形成されている。
カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの配列、つまり、各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂの配列は、公知の単板式固体撮像素子に用いられているカラーフィルタ配列（例えばベイヤー配列）を採用している。なお、ベイヤー配列以外に、例えば、縦ストライプ、横ストライプ等も採用することができる。
（５）マイクロレンズ１３
マイクロレンズ１３は、各カラーフィルタ１１の上面に例えばドーム状に形成されており、マイクロレンズ１３に入射した光を各画素部３における光電変換部９の光電変換膜２７に集光させる。
３．実施例
（１）下部電極２５
下部電極２５は、画素部３毎に分割された薄膜であり、不透明の導電性材料で構成される。このような導電性材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｕ、Ｃｒ，Ｉｎ，Ａｇ等の金属を用いることができる。
（２）光電変換膜２７
光電変換膜２７は、特定の波長域の光を吸収してこの光に応じた電荷を発生する光電変換材料を含んで構成される。このような光電変換材料としては、分光特性や感度特性の観点からは有機光電変換材料を用いることが好ましく、例えば、キナクリドン等を用いることができ、その膜厚は、４００［ｎｍ］〜６００［ｎｍ］が好ましく、本実施例では５００［ｎｍ］程度である。
固体撮像素子１では、各画素部３での分光をカラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂによって行うため、光電変換膜２７は、可視域全域にわたって光吸収率の高い光吸収スペクトルを持つ材料で構成され、また、高感度を維持するために量子効率も高い材料を用いることが望ましい。
一方、上述のように、光電変換膜２７は光吸収率が高いほど良いが、光吸収率を大きくするために膜厚を大きくすると、量子効率の低下につながるので、光吸収係数が大きい材料を用いて、より薄い膜厚で十分に光を吸収できるようにすることが好ましい。
また、光電変換膜２７は、波長４００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］における光吸収率が５０［％］以上であるような材料を用いることで、撮影に問題ない程度の画質を得ることが可能となる。
また、光電変換膜２７の材料としては、可視光領域の光を主に光電変換するものであれば好ましく、紫外光や赤外光に対しては、可視光よりも光電変換能力が小さい、もしくは光電変換能力がないものが好ましい。このようにすれば、紫外光や赤外光によるノイズを低減もしくはなくすことができる。ただし、本発明の固体撮像素子１の外部に紫外カットフィルタや赤外カットフィルタ（図示せず）を設けておけば、固体撮像素子１に紫外光や赤外光が入ることを防止でき、光電変換膜２７の材料は可視光に対する感度のみを考慮して選択することができる。
（３）上部電極２９
上部電極２９は、光電変換膜２７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。このような導電性材料としては、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。
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。また、プロセス簡易性、低抵抗性、透明性の観点からはＩＴＯが好ましい。
透明電極（上部電極２９）の材料は、プラズマフリーである成膜装置、ＥＢ蒸着装置、及びパルスレーザ蒸着装置により成膜できるものが好ましく、特に好ましいのは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、ＦＴＯ、酸化亜鉛、ＡＺＯ、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化チタンのいずれかの材料である。
上部電極２９の光透過率は、その上部電極２９が存する光電変換部９に含まれる光電変換膜２７の光電変換光の吸収ピーク波長において、６０［％］以上が好ましく、より好ましくは８０［％］以上である。これは、各光電変換膜２７に十分に可視光を入射させるためである。
また、上部電極２９の表面抵抗は、電荷蓄積／転送／読み出し構造がＣＣＤ構造であるかＣＭＯＳ構造であるか等により好ましい範囲は異なる。
例えば、電荷蓄積／転送／読み出し構造がＣＭＯＳ構造の場合には１００００［Ω／□］以下が好ましく、より好ましくは、１０００［Ω／□］以下である。一方、電荷蓄積／転送／読み出し構造がＣＣＤ構造の場合には１０００［Ω／□］以下が好ましく、より好ましくは、１００［Ω／□］以下である。なお、ＣＣＤ構造の方がＣＭＯＳ構造より小さいのはＣＣＤ構造の方が駆動時に流れる電流が約１桁程度多いためである。
また、光電変換膜２７に電圧を印加すると、光電変換効率が向上するため、光電変換膜２７に電圧を印加するのが好ましい。印加電圧としては、いかなる電圧でも良いが、光電変換膜２７の膜厚により必要な電圧は変わるため、膜厚にあわせて決定すれば良い。
すなわち、光電変換膜２７の光電変換効率は、光電変換膜２７に加わる電界が大きいほど向上するが、同じ印加電圧でも光電変換膜２７の膜厚が薄いほど加わる電界は大きくなる。従って、光電変換膜２７の膜厚が薄い場合は、印加電圧は相対的に小さくても良い。
また、光電変換膜２７に加える電界として好ましくは、１０［Ｖ・ｍ−１］以上であり、さらに好ましくは１×１０３［Ｖ・ｍ−１］以上である。上限は特にないが、電界を加えすぎると暗所でも電流が流れてしまうため好ましくないので、１×１０１２［Ｖ・ｍ−１］以下が好ましく、さらに１×１０９［Ｖ・ｍ−１］以下が好ましい。
なお、上部電極２９の機能は電界を発生させるためであり、各画素部において、電界を発生させるのに十分な面積が確保されていれば、開口部を形成していても良い。このようにすることで、開口部では光の減衰は全く起こらないため、さらに光電変換部９に入射する光を増やし、感度を向上することができる。
（４）導電膜３３
導電膜３３は、隣接する光電変換部９ｒ，９ｇ，９ｂの境界部分に配置され、単位画素サイズにも依存するが、受光用の所望の開口及び抵抗値を得るためには、その幅（図２における左右方向や上下方向の寸法である。）は０．１［μｍ］〜０．６［μｍ］程度であることが好ましい。
導電膜３３は、入射光に対して遮光性を有することが望ましく、タングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタン、銅のいずれか、または、それらのうち２種以上の積層膜で構成される。
（５）保護膜３１
保護膜３１は、上部電極２９等を保護するために上部電極２９の上面に形成されている。このため光透過性が必要される。光透過性については、波長４００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］における光透過率が８０［％］以上であれば、各光電変換膜２７に十分に可視光を入射させることができる。
上記保護機能と透明性を兼ね備えた薄膜としては、透明性の高い膜であることと、上部電極２９や光電変換膜２７を保護することができる材料からなることが必要とされる。このような膜としては、窒化珪素等の窒化物の薄膜がある。窒化物を物理気相堆積法によって成膜することで、上部電極２９や光電変換膜２７の特性等を実質的に変化させることなく、緻密な窒化物の膜を形成することができる。
なお、保護膜３１の膜厚は、０．１［μｍ］〜１０［μｍ］が好ましく、０．５［μｍ］〜５［μｍ］がより好ましい。さらには、１［μｍ］〜３［μｍ］が好ましい。
これは、保護膜３１の膜厚が薄いと保護膜としての機能（耐湿性、不純物の進入の抑制）が不十分となり、膜厚が厚いと入射光が吸収され感度の低下を引き起こすためである。
４．動作
上記構成の固体撮像素子１では、入射光のうちの赤色光が赤色画素部３ｒの光電変換膜２７で吸収されて電荷に変換され、この電荷がバイアス電圧の印加により下部電極２５ｒへ移動した後に電荷蓄積部１９ｒに蓄積され、信号読み出し部２１ｒによって赤色信号として出力される。
また、入射光のうちの緑色光が緑色画素部３ｇの光電変換膜２７で吸収されて電荷に変換され、この電荷がバイアス電圧の印加により下部電極２５ｇへ移動した後に電荷蓄積部１９ｇに蓄積され、信号読み出し部２１ｇによって緑色信号として出力される。
また、入射光のうちの青色光が青色画素部３ｂの光電変換膜２７で吸収されて電荷に変換され、この電荷がバイアス電圧の印加により下部電極２５ｂへ移動した後に電荷蓄積部１９ｂに蓄積され、信号読み出し部２１ｂによって青色信号として出力される。
このように、固体撮像素子１からは、撮像によって各画素部３ｒ，３ｇ，３ｂから対応した各赤色信号、緑色信号及び青色信号が出力されるため、公知の信号処理により、カラー画像データを生成することが可能となる。
（１）バイアス電圧印加時
固体撮像素子１は、各光電変換部９の受光領域に対応した部分に開口を有する導電膜３３を上部電極２９の上面に、当該電極２９に接する状態で備えている。これにより、導電膜３３は透明電極である上部電極２９の裏打ち配線としての役割を果たすため、上部電極２９の膜厚を従来の２００［ｎｍ］程度からその半分の１００［ｎｍ］程度へと薄くした場合においても、上部電極２９としての抵抗値の上昇を抑えることが可能となり、撮像領域の全体にわたって均一なバイアス印加を可能とすることができる。
（２）感度シェーディング
強い光が光電変換部９に入射した場合（高照度時である。）に、光電変換膜２７に多量の電荷が発生し、電荷の流れ（電流）が増大する。しかし、バイアス印加時に、上述したように均一なバイアス印加が可能となるため、光電変換膜２７から発生した電荷を取り出す際に上部電極２９の抵抗値に起因したバイアス低下が生じなく（小さく）なる。
これにより、撮像領域内の位置に依存した信号出力（感度）の傾斜（いわゆる、感度シェーディング現象）の発生を抑制することができ、結果的に、高照度時においても、撮像領域の位置に依存することのない均一な画質の撮像を実現することができる。
（３）感度
導電膜３３は、上部電極２９の上面に接して配置され、隣接する光電変換部の境界部分に形成されている。これによって、上部電極２９の膜厚を従来の半分程度まで薄くできるため、上部電極２９に対する入射光の透過率を低下させることがなくなる。このため、高い感度を有する固体撮像素子１を実現することができる。
また、カラーフィルタ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの上に、マイクロレンズ１３を設け、さらに隣接する光電変換部９の境界部分に導電膜３３を設ける構成を採用している。これにより、導電膜３３を形成しない場合と比べると、光電変換部９の受光用の開口面積が減少することとなり、マイクロレンズ１３を用いた入射光の集光を効率良く行うことができ、感度の向上に寄与できる。
（４）混色
固体撮像素子１は導電膜３３を備えることにより、上部電極２９の膜厚を従来の半分程度まで薄くできる。これにより、固体撮像素子１の撮像領域に対して斜め方向から光が入射した場合でも、隣接する画素部３の上部電極２９を透過して光電変換膜２７に洩れ込むのを抑制でき、結果的に画素間の混色現象を抑制することができる。
（５）まとめ
このように、第１の実施の形態に係る固体撮像素子１によれば、高照度時のシェーディングの発生、感度の低下、画素間の混色の鼎立する課題の解消が可能となり、撮像性能が大幅に向上した高画質な画像を撮像できる固体撮像素子１を実現することができる。
５．比較例
従来の固体撮像素子は、導電膜３３を備えず、金属膜等で上部電極を形成した場合は、例えば、上部電極の抵抗を１００［Ω／□］以下にするには、２００［ｎｍ］以上の膜厚を必要とする。
これに対して、本実施の形態における固体撮像素子１では、導電膜３３を上部電極（２９）の裏打ち配線として適用し、導電膜３３を構成する金属膜をタングステン、窒化チタンで構成すると、導電膜３３の抵抗値が、上部電極（２９）を構成するＩＴＯの１／１０となる。
これにより、単位画素サイズが、例えば２．０［μｍ］の１／１０の幅（例えば０．２［μｍ］）の場合、上部電極２９と導電膜３３とをそれぞれ１００［ｎｍ］以下の膜厚で形成することができ、従来の固体撮像素子の半分程度にすることができる。
＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態に係る固体撮像素子１０１を説明するための断面模式図である。なお、図３は、赤色画素部、緑色画素部及び青色画素部の各断面を仮想的に並べて表している。
第２の実施の形態では、光電変換部の導電膜の膜厚を、第１の実施の形態における導電膜３３の膜厚よりも厚くしている。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成については、同じ符号を用いて説明する。
１．構成
第２の実施の形態に係る固体撮像素子１０１は、複数の画素部１０３を有し、これら複数の画素部１０３は、第１の実施の形態と同様に、２次元配列されている。なお、各画素部１０３は、赤色画素部１０３ｒ、緑色画素部１０３ｇ及び青色画素部１０３ｂの３種類を含む。
各画素部１０３ｒ，１０３ｇ，１０３ｂは、図３に示すように、半導体基板５と、当該半導体基板５の上方に絶縁膜７を介して形成された各画素部１０３ｒ，１０３ｇ，１０３ｂに対応した光電変換部１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂと、当該光電変換部１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂ上に形成された所定色のカラーフィルタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂと、当該カラーフィルタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂ上に形成されてマイクロレンズ１３とを備える。
なお、各色に関係なく、画素部を表す際には符号「１０３」を、光電変換部を表す際には符号「１０５」を、カラーフィルタを表す際には符号「１０７」をそれぞれ用いる。
光電変換部１０５は、下部電極２５、光電変換膜２７、上部電極２９、導電膜１０９、保護膜１１１を備える。
導電膜１０９は、図３に示すように、カラーフィルタ１０７と同等（０．２［μｍ］〜０．５［μｍ］程度）、または、それ以下の膜厚を有し、第１の実施の形態に係る導電膜３３の膜厚よりも厚くなっている。
導電膜１０９は、カラーフィルタ１０７の側面に形成され（側面に位置し）、隣接するカラーフィルタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂを分離する位置（つまり、隣接するカラーフィルタ間である。）に配置され、全体として光電変換部１０５の下部電極２５の上方が開口した格子形状をしている。
カラーフィルタ１０７は、格子形状の導電膜１０９の開口部分に形成されている。カラーフィルタ１０７の上面は、導電膜１０９を被覆して保護する保護膜１１１の上面と略一致し、カラーフィルタ１０７と保護膜１１１との上面にマイクロレンズ１３が形成されている。
２．実施例
第１の実施の形態で説明した実施例と異なるところだけを以下では説明する。
導電膜１０９は、タングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタン、銅のいずれか、または、それらのうち２種以上の積層膜で構成され、例えば、ここでは、タングステンと窒化チタンの積層膜で構成されている。
導電膜１０９の幅は、単位画素サイズにも依存するが、所望の開口及び抵抗値を得るためには、０．１［μｍ］〜０．６［μｍ］程度であることが望ましく、例えば、１．５［μｍ］程度の画素サイズであれば、導電膜１０９の幅は０．２［μｍ］程度が望ましい。
また、導電膜１０９は、入射光に対して遮光性を有することが望ましく、その膜厚は、０．２［μｍ］〜０．５［μｍ］程度、例えば、０．４［μｍ］である。
３．効果
（１）上部電極の抵抗・透過率
導電膜１０９を備えずに上部電極２９のみを形成した場合は、１００［Ω／□］以下の抵抗を実現するには、膜厚が２００［ｎｍ］以上の上部電極を必要とする（従来の固体撮像素子である。）。
これに対して、導電膜１０９を上部電極２９の裏打ち配線として適用した場合、導電膜１０９をタングステンと窒化チタンとの積層膜で、上部電極２９をＩＴＯでそれぞれ構成すると、単位画素サイズが、例えば、２．０［μｍ］の１／１０の幅の場合、導電膜１０９の膜厚を０．４［μｍ］にすると、上部電極２９は２５［ｎｍ］程度の膜厚で形成することができる。
このように、導電膜１０９は透明電極である上部電極２９の裏打ち配線としての役割を果たすため、上部電極２９の膜厚を従来の２００［ｎｍ］程度から２５［ｎｍ］へと薄くした場合においても、上部電極２９としての抵抗値の上昇を抑えることが可能となり、撮像領域の全体に亘って均一なバイアス印加が可能となる。
それとともに、上部電極２９の膜厚を従来の１／８程度まで薄くできるため、上部電極２９に対する入射光の透過率が大幅に向上し、非常に高い感度を有する固体撮像素子を実現することができる。
（２）遮光性
導電膜１０９は、上部電極２９の上面に接して配置され、隣接する光電変換部１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂの境界部分に形成されている。しかも、隣接するカラーフィルタ１０７ｒ，１０７ｇ，１０７ｂの間を分離する位置に配置されている。
そして、入射光に対して高い遮光性を有するタングステンや窒化チタンで構成する導電膜１０９を備えることによって、カラーフィルタ１０７の側面に遮光体（遮光膜）を形成することとなる。
これにより、半導体基板５の主面と直交する方向（垂直方向）に対して斜め方向から入射する光がカラーフィルタ１０７を透過して隣接する画素部１０３に漏れ込む現象を完全に抑制することができる。これにより、画素部１０３ｒ，１０３ｇ，１０３ｂ間の混色をなくす（抑制する）ことが可能となる。
（３）まとめ
このように、第２の実施の形態に係る固体撮像素子１０１によれば、各光電変換部１０５の受光領域に対応した部分に開口を有する導電膜１０９を上部電極２９の上面に当該電極２９に接する状態で備えているため、第１の実施の形態と同様に、高照度時のシェーディングの抑制が可能となる。
さらに、導電膜１０９の膜厚を、第１の実施の形態における導電膜３３の膜厚よりも厚くしているため、上述のように、大幅な感度向上、画素間の混色を無くすることが可能となり、撮像性能の大幅に向上した高画質な画像を撮像できる固体撮像素子を実現することができる。
また、第２の実施の形態において、各カラーフィルタ１０７の上面に、マイクロレンズ１３を設ける構成としている。このため、第１の実施の形態と同様に、隣接する光電変換部１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂの境界部分に導電膜１０９を設けることによって、マイクロレンズ１３を用いた入射光の集光を効率良く行うことができ、感度の向上に寄与できる。
＜変形例＞
１．導電膜
（１）構造
上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態における導電膜３３，１０９は、平面（２次元）構造をし、全体としての形状が正方格子形状となるように配設（形成）されている。しかしながら、導電膜は、第１の実施の形態や第２の実施の形態のように平面構造とする必要はなく、他の構造であっても良い。以下、導電膜の他の構造を変形例１として説明する。
図４は、変形例１に係る固体撮像素子２０１を説明するための部分表面模式図である。
図４は、変形例１に係る固体撮像素子２０１において、図１におけるＸ−Ｘ線に相当する仮想線での断面を、図１における矢印方向から見た断面図である。
変形例１に係る固体撮像素子２０１は複数の画素部２０３ｒ，２０３ｇ，２０３ｂ（破線で示す。）を有している。各画素部２０３の導電膜２０５は、同図に示すように、直線（１次元）構造をしている。つまり、導電膜２０５は、列方向に延伸するライン状に構成して、行方向に複数本配設する構成としても良い。本変形例１においても導電膜２０５は、保護膜２０７により被覆され、また、各光電変換部上には所定の配列となるカラーフィルタ２０９ｒ，２０９ｇ，２０９ｂが形成されている。
なお、図４で現れているカラーフィルタ２０９は断面であり、本来はハッチングが必要であるが、各色のカラーフィルタ２０９の配列が分かるように、ハッチングを施していない。また、導電膜２０５はハッチング部分であり、保護膜２０７は導電膜２０５を囲繞する線分である。さらに、カラーフィルタ２０９の配列は、列方向に直線状に配列された赤色、緑色、青色が行方向にこの順序で繰り返されている。
変形例１における固体撮像素子２０１では、導電膜３３，１０９を正方格子形状に配設した場合（第１及び第２の実施の形態である。）に比べて、高照度時のシェーディングの抑制と、画素間の混色については改善効果が劣るが、開口面積を大きくできるため感度についての向上が可能となり、シェーディング及び混色に対して感度を優先する用途に使用する際に有利である。
（２）形状
上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態における導電膜３３，１０９は、平面視において各光電変換部９，１０５の受光領域が開口した正方格子形状をしている。しかしながら、導電膜の平面視における形状は、第１の実施の形態や第２の実施の形態のように正方格子形状とする必要はなく、他の形状であっても良い。以下、導電膜の他の形状を変形例２、３として説明する。
図５は変形例２に係る固体撮像素子２５１を説明するための部分表面模式図であり、図６は変形例３に係る固体撮像素子３０１を説明するための部分表面模式図である。
なお、図５及び図６は、図４と同様に、図１におけるＸ−Ｘ線に相当する仮想線での固体撮像素子２５１，３０１の断面を、図１における矢印方向から見た断面図であり、図５及び図６で現れているカラーフィルタ２５７，３０９は断面であり、本来はハッチングが必要であるが、各色のカラーフィルタの配列が分かるように、ハッチングを施していない。
変形例２に係る固体撮像素子２５１は、複数の画素部２５３ｒ，２５３ｇ，２５３ｂ（破線で示す。）を有している。各画素部２５３は、図５に示すように、平面視において、多角形状、ここでは、正六角形状をしている。
各画素部２５３の導電膜２５５は、平面視において、各画素部２５３に対応して、多角形状の環状、ここでは、正六角形状のハニカム形状をしている。
また、各画素部２５３ｒ，２５３ｇ，２５３ｂのカラーフィルタ２５７ｒ，２５７ｇ，２５７ｂは、奇数行に緑色のカラーフィルタ２５７ｇが複数配列され、偶数行に赤色のカラーフィルタ２５７ｒと青色のカラーフィルタ２５７ｂとが交互に複数配列され、奇数行と偶数行とが行方向に配列ピッチの約１／２だけ互いにずらして配列されている。
本変形例２においても導電膜２５５は、保護膜２５９により被覆され、また、各光電変換部上には上記配列となるカラーフィルタ２５７ｒ，２５７ｇ，２５７ｂが形成されている。
このような構成をした固体撮像素子２５１では、各画素部２５３から出力される信号の空間位置がハニカム配置になるため、信号が得られていない虚画素位置の信号を、その位置の周囲の信号から求める信号補間処理を行うことで、解像度を２倍にすることができる。
この信号補間処理については、画素部２５３がハニカム状に配列された従来からある固体撮像素子を搭載する撮像装置で行われている各種手法を用いることができる。
変形例３に係る固体撮像素子３０１は、複数の画素部３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂ（破線で示す。）を有している。各画素部３０３の導電膜３０５は、図６に示すように、平面視おいて、格子形状をし、縦・横の交差している部分のみ幅広い形状をしている。つまり、導電膜３０５は、光電変換部の受光領域として平面視が正八角形の開口を有するような形状をしている。
本変形例３においても導電膜３０５は、保護膜３０７により被覆され、また、各光電変換部上には所定の配列となるカラーフィルタ３０９ｒ，３０９ｇ，３０９ｂが形成されている。
変形例３に係る固体撮像素子３０１では、導電膜３３，１０９を平面視において正方格子状に配設した場合に比べて、感度については劣るが、高照度時のシェーディングの抑制と、画素間の混色については向上が可能となり、感度に対して、シェーディング及び混色を優先する用途に使用する際に有利である。
なお、導電膜３０５は、固体撮像素子３０１の内部において基準となる信号を出力する画素（いわゆる、オプティカル・ブラック画素）に対する遮光膜として用いることで、固体撮像素子３０１の構造を簡略化することも可能となる。
（３）配置位置
上記第１及び第２の実施の形態並びに上記変形例１〜３では、導電膜は上部電極の上面に接する状態で形成されていたが、上部電極の抵抗値の上昇を抑えるだけの観点からは、導電膜を上部電極の上面に接する状態で設ける必要はなく、他の領域に形成することもできる。
以下、導電膜の他の構造を変形例４として説明する。
図７は、変形例４に係る固体撮像素子３５１を説明するための断面模式図である。
変形例４に係る固体撮像素子３５１の光電変換部３５３は、下部電極２５、光電変換膜２７、上部電極２９、導電膜３３，３５５、そして保護膜３１を備える。
導電膜３３は、同図に示すように、上部電極２９の上面に接する状態で隣接する光電変換部３５３間の境界部分に配置され、導電膜３５５は、同図に示すように、上部電極２９の下面に接する状態で隣接する光電変換部３５３間の境界部分に配置されている。
２．光電変換部
（１）バイアス電圧
各画素部に含まれる光電変換部では、上部電極と下部電極との間に所定のバイアス電圧を印加することで、光電変換膜における下部電極と上部電極とで挟まれる部分で発生した電荷（正孔、電子）のうちの一方を上部電極に移動させ、他方を下部電極に移動させることができる。
本実施の形態等では、負のバイアス電圧を上部電極に印加する構成を使用していたが、逆に、負のバイアス電圧を下部電極に印加する構成としても良い。
この場合、上部電極と電荷蓄積部とを接続するコンタクトプラグを、絶縁層及び光電変換膜を貫通させて設けることで実施できる。なお、このコンタクトプラグは、言うまでもなく、下部電極と接触しないように形成する必要があり、形成箇所は、隣接する光電変換部の境界部分が好ましい。
さらに下部電極を共通電極として一枚構造とする場合、コンタクトプラグと接触しないように絶縁部を形成し、この部分をコンタクトプラグが通過するようにすれば良い。
（２）上部電極
実施の形態等では、上部電極は、全画素部で共通の材料であって一枚の共通の電極膜で構成されていたが、複数の画素部に対応して、全体として複数の共通の電極膜により構成しても良い。
例えば、図４に示す固体撮像素子２０１において、列方向に配置された複数の画素部の領域を所定領域としても良いし、平面視において２行２列等の正方形状や長方形状等に含まれる複数の画像部の領域を所定領域としても良い。
この場合、導電膜は、上記の所定領域と隣接する他の光電変換部との境界部分のすべての範囲に形成しても良いし、或いは境界部分の一部に形成しても良い。なお、バイアス電圧の均一な印加の観点からは、境界部分のすべてに形成するのが好ましい。
（３）光電変換膜
実施の形態等における光電変換膜は１つの有機光電変換材料により構成されていたが、例えば、他の材料と組合せても良い。
組合せる場所としては、例えば、下部電極と光電変換膜との間、上部電極と光電変換膜との間、またはこれらの両方に他の材料を形成することができる。
また、他の材料としては、例えば、光電変換素子の機能を向上させるための機能膜（例えば、暗電流を抑制するための電荷阻止層）等がある。
さらに、実施の形態等では、光電変換膜は、全画素部で共通の材料であって一枚構成であったが、画素部毎、或いは列方向に配された複数の画素部毎（図４参照）等に分割した構成であっても良い。
本発明に係る光電変換膜積層型の固体撮像素子は、撮像性能が大幅に向上し、従来の光電変換膜積層型の固体撮像素子において課題であった感度シェーディング現象、感度低下、及び、画素間の混色現象の発生が回避できるため、現在において主流となっているＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサに代わる、高画質な画像を撮像できる固体撮像素子として有用である。
１ 固体撮像素子
３ 画素部
５ 半導体基板
９ 光電変換部
１１ カラーフィルタ
１３ マイクロレンズ
２５ 下部電極
２７ 光電変換膜
２９ 上部電極
３１ 保護膜
３３ 導電膜

Claims (7)

  1. 基板上に２次元配列された複数の光電変換部を有する固体撮像素子において、
    前記光電変換部は、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極の上面に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の上面に形成された上部電極とを含み、
    前記上部電極は、全画素に対応した１または複数の共通の電極膜から構成され、
    当該共通の電極膜の主面であって１または複数の光電変換部から構成される所定領域と当該所定領域に隣接する他の光電変換部との境界部分に、当該電極膜に接する状態で導電膜が形成されている
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  2. 前記導電膜は、１枚の電極膜から構成された上部電極であって各光電変換部における隣接する他の光電変換部との境界部分に沿って形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記複数の光電変換部の各々の上方にカラーフィルタを有し、
    前記導電膜が、前記上部電極の上面に接する状態で、隣接するカラーフィルタの境界部分に形成されている
    ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 前記導電膜が、前記下部電極上に四角形状の開口を有した格子状をしている
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像素子。
  5. 前記導電膜が、前記下部電極上に多角形状の開口を有しているハニカム状をしている
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像素子。
  6. 前記導電膜が、入射光に対して遮光性を有している
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  7. 前記導電膜が、タングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタン、銅のいずれかの膜、または、それらのうち２種以上の積層膜で構成されている
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014067948A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Fujifilm Corp 固体撮像素子および撮像装置
JP2014179577A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Visera Technologies Company Ltd 固体撮像素子
JP2015119113A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 野洲メディカルイメージングテクノロジー株式会社 アクティブマトリクスアレイ基板、信号処理装置、受光装置及び表示装置
KR20160009953A (ko) * 2014-07-17 2016-01-27 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
JP2016032053A (ja) * 2014-07-30 2016-03-07 キヤノン株式会社 撮像装置、および、撮像システム
JP2016072389A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 キヤノン株式会社 光電変換装置、及び撮像システム
JP2017168757A (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 凸版印刷株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
JP2017223675A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 株式会社ミツトヨ 超解像度ボア撮像システム
JP2019192938A (ja) * 2014-10-24 2019-10-31 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置
JP2019216270A (ja) * 2014-04-23 2019-12-19 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置
CN112331684A (zh) * 2020-11-20 2021-02-05 联合微电子中心有限责任公司 图像传感器及其形成方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109075182B (zh) * 2016-08-05 2023-05-12 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
JP6311771B2 (ja) * 2016-10-31 2018-04-18 凸版印刷株式会社 固体撮像素子
CN114520268B (zh) * 2020-11-19 2024-01-30 无锡华润微电子有限公司 光电二极管单元及光电二极管阵列

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57211770A (en) * 1981-06-24 1982-12-25 Hitachi Ltd Solid state image pickup device
US4441123A (en) * 1981-09-30 1984-04-03 Fuji Photo Film Co., Ltd. Photosensor pattern of solid-state imaging sensors
JP2010067827A (ja) * 2008-09-11 2010-03-25 Fujifilm Corp 固体撮像素子及び撮像装置

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014067948A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Fujifilm Corp 固体撮像素子および撮像装置
JP2014179577A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Visera Technologies Company Ltd 固体撮像素子
US9502453B2 (en) 2013-03-14 2016-11-22 Visera Technologies Company Limited Solid-state imaging devices
JP2015119113A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 野洲メディカルイメージングテクノロジー株式会社 アクティブマトリクスアレイ基板、信号処理装置、受光装置及び表示装置
JP2019216270A (ja) * 2014-04-23 2019-12-19 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置
KR20160009953A (ko) * 2014-07-17 2016-01-27 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR102338334B1 (ko) * 2014-07-17 2021-12-09 삼성전자주식회사 유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치
JP2016032053A (ja) * 2014-07-30 2016-03-07 キヤノン株式会社 撮像装置、および、撮像システム
US9502451B2 (en) 2014-07-30 2016-11-22 Canon Kabushiki Kaisha Imaging device having electrode overlying photoelectric conversion layer and having electrical contact to electrode
US9653498B2 (en) 2014-07-30 2017-05-16 Canon Kabushiki Kaisha Imaging device having electrode overlying photoelectric conversion layer and having electrical contact to electrode
US9583523B2 (en) 2014-09-29 2017-02-28 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and imaging system
JP2016072389A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 キヤノン株式会社 光電変換装置、及び撮像システム
JP7122430B2 (ja) 2014-10-24 2022-08-19 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置
JP2019192938A (ja) * 2014-10-24 2019-10-31 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置
JP2019212918A (ja) * 2014-10-24 2019-12-12 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置
JP2021103801A (ja) * 2014-10-24 2021-07-15 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置
JP2017168757A (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 凸版印刷株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
JP2017223675A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 株式会社ミツトヨ 超解像度ボア撮像システム
CN112331684A (zh) * 2020-11-20 2021-02-05 联合微电子中心有限责任公司 图像传感器及其形成方法
CN112331684B (zh) * 2020-11-20 2024-02-09 联合微电子中心有限责任公司 图像传感器及其形成方法

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