JP2011258729A - Solid-state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像装置に関し、特に光電変換膜を有する積層型固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a stacked solid-state imaging device having a photoelectric conversion film.
デジタルスチルカメラなどに利用されているイメージセンサは、半導体基板上にフォトダイオードを含む画素セルを配列し、フォトダイオードに光を入射することにより生じた電荷を信号電荷として読み出すCCDセンサやCMOSセンサがよく知られている。これらの固体撮像装置は、半導体基板上にフォトダイオードおよび駆動回路の配線などが形成されている。画素セル部の配線は、受光のためにフォトダイオード上を開口したレイアウトとなっている。 An image sensor used in a digital still camera is a CCD sensor or a CMOS sensor in which pixel cells including photodiodes are arranged on a semiconductor substrate and charges generated by entering light into the photodiodes are read as signal charges. well known. In these solid-state imaging devices, photodiodes, wiring for driving circuits, and the like are formed on a semiconductor substrate. The wiring of the pixel cell portion has a layout in which an opening is formed on the photodiode for light reception.
近年、デジタルスチルカメラなどの高画素数化に伴って、固体撮像装置の画素セルの微細化が進められている。画素セルが微細になるにつれて、受光領域となるフォトダイオード上の配線開口が狭くなることによる感度低下が問題となっている。 In recent years, with the increase in the number of pixels of a digital still camera or the like, the pixel cells of a solid-state imaging device have been miniaturized. As pixel cells become finer, there is a problem of sensitivity reduction due to narrowing of the wiring opening on the photodiode serving as the light receiving region.
そこで、受光領域を拡大するために、フォトダイオードと回路の配線を形成した半導体基板上方に光電変換層を積層させた積層型固体撮像装置が提案されている。 Therefore, in order to enlarge the light receiving region, a stacked solid-state imaging device has been proposed in which a photoelectric conversion layer is stacked above a semiconductor substrate on which photodiodes and circuit wiring are formed.
積層型固体撮像装置の構成と動作の一例を図8によって説明する。 An example of the configuration and operation of the stacked solid-state imaging device will be described with reference to FIG.
図8に示す固体撮像装置900は、半導体基板901上に積層された下部電極902と、前記下部電極902上に積層された有機材料からなる有機光電変換膜903と、前記有機光電変換膜903上に積層された上部電極904とを含む光電変換素子を半導体基板上に配列した構成である。光電変換素子の下部電極902と上部電極904との間に電圧を印加することで、有機光電変換膜903内で発生した信号電荷が下部電極902と上部電極904とに移動し、いずれかの電極に移動した電荷に応じた信号を、半導体基板901内の回路によって読み出される。
8 includes a
また、カラー固体撮像装置を実現する方法として、光入射面側に色分離のための特定の波長の光のみを透過するカラーフィルタを設ける構造が一般的であり、図9に示すような、青光、緑光、赤光をそれぞれ透過するカラーフィルタを規則的に配置した単板式センサがよく知られている。 Further, 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 provided on the light incident surface side is generally used. A single-plate sensor in which color filters that transmit light, green light, and red light are regularly arranged is well known.
しかしながら、従来技術においては、有機光電変換膜の量子効率および画素電極の反射率に波長依存性があるため、それぞれのカラーフィルタを透過する光の波長によって、光利用効率に差があるという課題が存在する。 However, in the prior art, the quantum efficiency of the organic photoelectric conversion film and the reflectance of the pixel electrode are wavelength-dependent, so there is a problem that there is a difference in light use efficiency depending on the wavelength of light transmitted through each color filter. Exists.
図10は、有機光電変換膜の光吸収率の波長依存性を示すグラフである。同図の横軸には入射光の波長が示され、縦軸には光吸収率が示されている。 FIG. 10 is a graph showing the wavelength dependence of the light absorption rate of the organic photoelectric conversion film. In the figure, the horizontal axis indicates the wavelength of the incident light, and the vertical axis indicates the light absorption rate.
図11は、下部電極の反射率の波長依存性を示すグラフである。同図の縦軸には、入射光の波長が示され、縦軸には反射率が示されている。 FIG. 11 is a graph showing the wavelength dependence of the reflectance of the lower electrode. In the figure, the vertical axis represents the wavelength of incident light, and the vertical axis represents the reflectance.
具体的には、図10は、有機光電変換膜として用いられるキナクリドン(膜厚50nm)の光吸収率の波長依存性を示す。また、図11は、下部電極に用いられる金属の一例として、下部電極にTiNを用いた場合の反射率の波長依存性を示す。 Specifically, FIG. 10 shows the wavelength dependence of the light absorption rate of quinacridone (film thickness 50 nm) used as an organic photoelectric conversion film. FIG. 11 shows the wavelength dependence of the reflectance when TiN is used for the lower electrode as an example of the metal used for the lower electrode.
有機光電変換膜を厚くした場合、光吸収の割合は高くなるが、500nm〜580nmの波長の光については、有機光電変換膜の裏面に設けられた下部電極から離れた有機光電変換膜表面で光電子(信号電荷)が発生することになる。その結果、電子移動度の小さい有機光電変換膜では応答性が悪くなる。つまり、500nm〜580nmの波長の光には十分な感度が得られない。 When the organic photoelectric conversion film is thickened, the ratio of light absorption increases, but for light with a wavelength of 500 nm to 580 nm, photoelectrons are generated on the surface of the organic photoelectric conversion film away from the lower electrode provided on the back surface of the organic photoelectric conversion film. (Signal charge) is generated. As a result, the organic photoelectric conversion film with low electron mobility has poor responsiveness. That is, sufficient sensitivity cannot be obtained for light having a wavelength of 500 nm to 580 nm.
一方、有機光電変換膜を薄くした場合、400nm〜500nmおよび580nm〜700nmの波長の光は光電変換膜を透過してしまうため、十分な感度を得ることができない。このうち、580nm〜700nmの波長の光は、図11に示すように下部電極での反射率が高いので、下部電極で反射されるが、400nm〜500nmの波長の光は、図11に示すように下部電極での反射率が低いので、光電変換膜から下部電極へと透過してしまう。よって、400nm〜500nmの波長の光には十分な感度が得られない。 On the other hand, when the organic photoelectric conversion film is thinned, light with wavelengths of 400 nm to 500 nm and 580 nm to 700 nm passes through the photoelectric conversion film, so that sufficient sensitivity cannot be obtained. Among these, light having a wavelength of 580 nm to 700 nm is reflected by the lower electrode because the reflectance at the lower electrode is high as shown in FIG. 11, but light having a wavelength of 400 nm to 500 nm is shown in FIG. 11. In addition, since the reflectance at the lower electrode is low, the light is transmitted from the photoelectric conversion film to the lower electrode. Therefore, sufficient sensitivity cannot be obtained for light having a wavelength of 400 nm to 500 nm.
上記の課題に鑑みて、本発明は、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることのできる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining sufficient sensitivity for any wavelength of light and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素が2次元状に配列された固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された配線層と、前記配線層の上に形成された、前記複数の画素に対応する複数の下部電極層と、前記複数の下部電極層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層と、前記上部電極層の上に形成された、前記複数の画素に対応する複数のカラーフィルタとを備え、前記複数のカラーフィルタは、主に第1の波長の光を透過する第1のカラーフィルタと、主に前記第1の波長よりも短い第2の波長の光を透過する第2のカラーフィルタとを含み、前記第2のカラーフィルタの下方に位置する前記光電変換膜の厚さは、前記第1のカラーフィルタの下方に位置する前記光電変換膜の厚さより厚い。 In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally, and includes a semiconductor substrate and a wiring layer formed on the semiconductor substrate. A plurality of lower electrode layers corresponding to the plurality of pixels formed on the wiring layer, a photoelectric conversion film formed on the plurality of lower electrode layers, and formed on the photoelectric conversion film. An upper electrode layer and a plurality of color filters corresponding to the plurality of pixels formed on the upper electrode layer, wherein the plurality of color filters mainly transmit light of a first wavelength. The photoelectric conversion film that includes a first color filter and a second color filter that mainly transmits light having a second wavelength shorter than the first wavelength, and is located below the second color filter The thickness is below the first color filter Larger than the thickness of the photoelectric conversion film located.
これにより、光電変換膜の厚さを、光電変換膜の量子効率の波長依存性、及び、下部電極層の反射率の波長依存性に応じた厚さとするので、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることができる。 Thereby, since the thickness of the photoelectric conversion film is set to a thickness according to the wavelength dependency of the quantum efficiency of the photoelectric conversion film and the wavelength dependency of the reflectance of the lower electrode layer, in any wavelength light, Sufficient sensitivity can be obtained.
例えば、光電変換膜の量子効率の高い波長と、下部電極層の反射率の高い波長とに対応する画素の光電変換膜を薄くする場合、光電変換膜中において信号電荷を下部電極層に近い位置で発生させることできる上に、光電変換膜中の電界強度を大きくできるため、信号電荷の読出し効率を向上させることができる。 For example, when thinning the photoelectric conversion film of the pixel corresponding to the wavelength with high quantum efficiency of the photoelectric conversion film and the wavelength with high reflectance of the lower electrode layer, the signal charge is located near the lower electrode layer in the photoelectric conversion film. In addition, the electric field strength in the photoelectric conversion film can be increased, so that the signal charge read efficiency can be improved.
一方、光電変換膜の量子効率の高い波長と、下部電極層の反射率の低い波長とに対応する画素の光電変換膜を、他の画素の光電変換膜と比較して厚くする場合、光電変換膜中での低量子効率を補うことができる。 On the other hand, when the photoelectric conversion film of the pixel corresponding to the wavelength with high quantum efficiency of the photoelectric conversion film and the wavelength with low reflectance of the lower electrode layer is made thicker than the photoelectric conversion film of other pixels, photoelectric conversion Low quantum efficiency in the film can be compensated.
つまり、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることが可能となる。 That is, sufficient sensitivity can be obtained for light of any wavelength.
また、前記複数の下部電極層は、前記第1のカラーフィルタの下方に位置する第1の下部電極と、前記第2のカラーフィルタの下方に位置する第2の下部電極とを含み、前記第2の下部電極の上面は、前記第1の下部電極の上面よりも前記半導体基板に近くてもよい。 The plurality of lower electrode layers may include a first lower electrode positioned below the first color filter and a second lower electrode positioned below the second color filter, The upper surface of the second lower electrode may be closer to the semiconductor substrate than the upper surface of the first lower electrode.
また、前記第2のカラーフィルタの下方に位置する前記上部電極の下面は、前記第1のカラーフィルタの下方に位置する前記上部電極の下面よりも前記半導体基板から遠くてもよい。 The lower surface of the upper electrode located below the second color filter may be farther from the semiconductor substrate than the lower surface of the upper electrode located below the first color filter.
また、隣接するカラーフィルタの境界を含む領域の下方に位置する前記光電変換膜の厚さは、他の領域の下方に位置する前記光電変換膜の厚さより薄くてもよい。 In addition, the thickness of the photoelectric conversion film positioned below a region including the boundary between adjacent color filters may be smaller than the thickness of the photoelectric conversion film positioned below another region.
これにより、一の画素に対応する光電変換膜で発生した信号電荷が、隣接する他の画素に対応する光電変換膜へと移動する経路が狭くなる。また、隣接画素との境界の光電変換膜中の電界強度が強くなる。これにより、一の画素で発生した信号電荷が隣接する他の画素に対応する光電変換膜へと移動して偽信号として読み出されることを防止できる。つまり、混色を防止し、分光特性が向上する。 As a result, the path through which the signal charge generated in the photoelectric conversion film corresponding to one pixel moves to the photoelectric conversion film corresponding to another adjacent pixel is narrowed. In addition, the electric field strength in the photoelectric conversion film at the boundary between adjacent pixels is increased. As a result, it is possible to prevent the signal charge generated in one pixel from moving to a photoelectric conversion film corresponding to another adjacent pixel and being read as a false signal. That is, color mixing is prevented and spectral characteristics are improved.
また、前記第1の波長における前記光電変換膜の量子効率は、前記第2の波長における前記光電変換膜の量子効率より高くてもよい。 The quantum efficiency of the photoelectric conversion film at the first wavelength may be higher than the quantum efficiency of the photoelectric conversion film at the second wavelength.
これにより、光電変換膜中で、量子効率の高い第1の波長の光に応じて発生する信号電荷を、下部電極層に近い位置で発生できるので、信号電荷の読み出し効率を確実に向上できる。一方、光電変換膜の量子効率の低い第2の波長の光が入射する光電変換膜の厚さを厚くできるので、光電変換膜中で発生する信号電荷を多くすることができ、低量子効率を確実に補うことができる。 Thereby, in the photoelectric conversion film, the signal charge generated according to the light having the first wavelength with high quantum efficiency can be generated at a position close to the lower electrode layer, so that the read efficiency of the signal charge can be reliably improved. On the other hand, since the thickness of the photoelectric conversion film on which light of the second wavelength having a low quantum efficiency of the photoelectric conversion film is incident can be increased, the signal charge generated in the photoelectric conversion film can be increased, and the low quantum efficiency can be reduced. Can be reliably compensated.
また、前記第1の波長における前記複数の下部電極層の反射率は、前記第2の波長における前記複数の下部電極層の反射率より高くてもよい。 The reflectance of the plurality of lower electrode layers at the first wavelength may be higher than the reflectance of the plurality of lower electrode layers at the second wavelength.
これにより、第1のカラーフィルタの下方に位置する光電変換膜が薄い場合であっても、光電変換膜に入射した第1の波長の光が下部電極層へ透過せずに反射する。よって、第1の波長における光電変換膜の量子効率が低い場合であっても、光電変換膜中でより多くの信号電荷を発生させることができる。つまり、感度が向上する。 Thereby, even when the photoelectric conversion film located below the first color filter is thin, the light having the first wavelength incident on the photoelectric conversion film is reflected without being transmitted to the lower electrode layer. Therefore, even when the quantum efficiency of the photoelectric conversion film at the first wavelength is low, more signal charges can be generated in the photoelectric conversion film. That is, the sensitivity is improved.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の画素が2次元状に配列された固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板の上に配線層を形成する工程と、前記配線層の上に、前記複数の画素に対応する複数の下部電極層を形成する工程と、前記複数の下部電極層上に光電変換膜を形成する工程と、前記光電変換膜上に上部電極層を形成する工程と、前記上部電極層の上に、前記複数の画素に対応する複数のカラーフィルタを形成する工程とを含み、前記複数のカラーフィルタを形成する工程は、主に第1の波長の光を透過する第1のカラーフィルタを形成する工程と、主に前記第1の波長よりも短い第2の波長の光を透過する第2のカラーフィルタを形成する工程とを含み、前記光電変換膜を形成する工程では、前記第2のカラーフィルタに対応する前記光電変換膜の厚さが、前記第1のカラーフィルタに対応する前記光電変換膜の厚さより厚くなるように前記光電変換膜を形成する。 The solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention is a manufacturing method of a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally, the step of forming a wiring layer on a semiconductor substrate, and the wiring Forming a plurality of lower electrode layers corresponding to the plurality of pixels on the layer; forming a photoelectric conversion film on the plurality of lower electrode layers; and forming an upper electrode layer on the photoelectric conversion film. Forming a plurality of color filters corresponding to the plurality of pixels on the upper electrode layer, and the step of forming the plurality of color filters mainly includes a first wavelength. Forming a first color filter that transmits light, and forming a second color filter that mainly transmits light having a second wavelength shorter than the first wavelength, the photoelectric conversion In the step of forming a film, the second collar The thickness of the photoelectric conversion layer corresponding to the filter forms the first of said photoelectric conversion layer to be thicker than the thickness of the photoelectric conversion layer corresponding to the color filter.
また、前記複数の下部電極層を形成する工程は、前記第2のカラーフィルタに対応する第2の下部電極を形成する工程と、前記第2の下部電極を形成する工程の後に、前記配線層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に、前記第1のカラーフィルタに対応する第1の下部電極を形成する工程とを含んでもよい。 In addition, the step of forming the plurality of lower electrode layers includes the step of forming a second lower electrode corresponding to the second color filter and the step of forming the second lower electrode after the step of forming the second lower electrode. An insulating film may be formed on the insulating film, and a first lower electrode corresponding to the first color filter may be formed on the insulating film.
また、前記複数の下部電極層を形成する工程では、前記複数の下部電極層を同時に形成し、前記光電変換膜を形成する工程は、前記複数の下部電極層上に、均一な厚みの前記光電変換膜を形成する工程と、前記第1のカラーフィルタに対応する前記均一な厚みの光電変換膜を選択的にエッチングする工程とを含んでもよい。 Further, in the step of forming the plurality of lower electrode layers, the step of simultaneously forming the plurality of lower electrode layers and forming the photoelectric conversion film includes the step of forming the photoelectric conversion film having a uniform thickness on the plurality of lower electrode layers. You may include the process of forming a conversion film, and the process of selectively etching the photoelectric conversion film of the said uniform thickness corresponding to a said 1st color filter.
これにより、製造プロセスを簡易化することができる。 Thereby, the manufacturing process can be simplified.
上記手段によって、本発明は、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることのできる固体撮像装置及びその製造方法を実現できる。 By the above means, the present invention can realize a solid-state imaging device capable of obtaining sufficient sensitivity in any wavelength of light and a manufacturing method thereof.
(第1の実施形態)
本実施形態に係る固体撮像装置は、複数の画素が2次元状に配列された固体撮像装置であって、半導体基板と、半導体基板の上に形成された配線層と、配線層の上に形成された、複数の画素に対応する複数の下部電極層と、複数の下部電極層上に形成された光電変換膜と、光電変換膜上に形成された上部電極層と、上部電極層の上に形成された、複数の画素に対応する複数のカラーフィルタとを備え、複数のカラーフィルタは、主に第1の波長の光を透過する第1のカラーフィルタと、主に第1の波長よりも短い第2の波長の光を透過する第2のカラーフィルタとを含み、第2のカラーフィルタの下方に位置する光電変換膜の厚さは、第1のカラーフィルタの下方に位置する光電変換膜の厚さより厚い。
(First embodiment)
The solid-state imaging device according to the present embodiment is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, and is formed on a semiconductor substrate, a wiring layer formed on the semiconductor substrate, and a wiring layer A plurality of lower electrode layers corresponding to the plurality of pixels, a photoelectric conversion film formed on the plurality of lower electrode layers, an upper electrode layer formed on the photoelectric conversion film, and an upper electrode layer A plurality of color filters corresponding to the plurality of pixels, wherein the plurality of color filters mainly includes a first color filter that transmits light of the first wavelength, and is mainly longer than the first wavelength. A photoelectric conversion film positioned below the first color filter, wherein the photoelectric conversion film positioned below the second color filter includes a second color filter that transmits light having a short second wavelength. Thicker than the thickness.
これにより、本実施形態に係る固体撮像装置は、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることができる。 Thereby, the solid-state imaging device according to the present embodiment can obtain sufficient sensitivity for light of any wavelength.
以下、図面を用いて本実施形態に係る固体撮像装置について説明する。 Hereinafter, the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1Aは、第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す上面図であり、特に、当該固体撮像装置に含まれる撮像領域の構成を示す上面図である。 FIG. 1A is a top view illustrating the configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and in particular, is a top view illustrating the configuration of an imaging region included in the solid-state imaging device.
図1Aに示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の100は、2次元状に配列された複数の画素を有する。この複数の画素は、赤系の光を透過するカラーフィルタ108rを有する画素と、緑系の光を透過するカラーフィルタ108gを有する画素と、青系の光を透過するカラーフィルタ108bを有する画素とを含む。例えば、赤系の光を透過するカラーフィルタ108rは主に波長580〜700nmを透過帯域とし、緑系の光を透過するカラーフィルタ108gは主に波長500〜580nmを透過帯域とし、青系の光を透過するカラーフィルタ108bは主に波長400〜500nmを透過帯域とする。これらのカラーフィルタ108r、108g及び108bは、例えばベイヤ配列に従って配置されている。
As shown in FIG. 1A, the solid-
なお、緑系の光を透過するカラーフィルタ108gは本発明の第1のカラーフィルタに相当し、青系の光を透過するカラーフィルタ108bは本発明の第2のカラーフィルタに相当する。また、カラーフィルタ108gを透過する波長500〜580nmの光は、本発明の第1の波長の光に相当し、カラーフィルタ108bを透過する波長400〜500nmの光は本発明の第2の波長の光に相当する。
The
図1Bは、図1AのA−A’断面における固体撮像装置100の構成を示す断面図である。
FIG. 1B is a cross-sectional view showing a configuration of the solid-
同図に示す固体撮像装置100は、半導体基板101上に、金属配線102、層間絶縁膜103、コンタクト・ビア104aからなる配線部を備える。配線部の上方に下部電極105b、105gと下部電極105b、105gに対向する上部電極107と、下部電極105b、105gと上部電極107の間に有機光電変換膜106を有する。上部電極107の上方にそれぞれ下部電極105b、105gに対向するようにカラーフィルタ108b、108gを設ける構成となっている。さらに、カラーフィルタ108b及び108gの上方にマイクロレンズ109を形成する構成としてもよい。なお、カラーフィルタ108rが配置された画素の断面構成は、カラーフィルタ108gが配置された断面構成と同様である。
A solid-
つまり、固体撮像装置100は、半導体基板101と、複数の金属配線102と、層間絶縁膜103と、複数のコンタクト・ビア104a〜104cと、複数の下部電極105b及び105gと、有機光電変換膜106と、上部電極107と、カラーフィルタ108b及び108gとを含み、さらに、マイクロレンズ109を含んでもよい。
That is, the solid-
半導体基板101は、複数の画素に対応する複数の不純物領域が形成され、有機光電変換膜106で生成された信号電荷を保持する、例えば、シリコン基板である。
The
複数の金属配線102は、層間絶縁膜103を介して積層され、コンタクト・ビア104aを介して電気的に接続されている。
The plurality of
コンタクト・ビア104bは、下部電極105bと、カラーフィルタ108bの下方に形成された最上層の金属配線102とを電気的に接続する。
The contact via 104b electrically connects the
コンタクト・ビア104cは、下部電極105gと、カラーフィルタ108gの下方に形成された最上層の金属配線102とを電気的に接続する。
The contact via 104c electrically connects the
層間絶縁膜103は、複数の金属配線102間及び複数の下部電極105b及び105g間に形成され、複数の金属配線102間及び複数の下部電極105b及び105g間を絶縁する。
The
下部電極105b及び105gのそれぞれは、本発明の下部電極層に対応し、下部電極105bはカラーフィルタ108bの下方に配置され、下部電極105gはカラーフィルタ108gの下方に配置されている。また、下部電極105bの上面は、下部電極105gの上面よりも半導体基板101に近い。これら下部電極105b及び105gの具体的な材料については後述するが、下部電極105b及び105gは、例えば図11に示すような反射率の波長依存性を有する。つまり、波長500〜580nmにおける下部電極105b及び105gの反射率は、波長400〜500nmにおける下部電極105b及び105gの反射率より高い。なお、下部電極105gは本発明の第1の下部電極に相当し、下部電極105bは本発明の第2の下部電極に相当する。
Each of the
有機光電変換膜106は、本発明の光電変換膜に相当し、下部電極105b及び105g上に設けられ、入射光を光電変換することにより入射光に応じた信号電荷を生成する。この有機光電変換膜106で生成された信号電荷は、上部電極107と下部電極105b及び105gとの間に印加されるバイアス電圧に応じて下方に位置する下部電極105b及び105gへ移動し、コンタクト・ビア104a〜104c及び複数の金属配線102を介して半導体基板101へ移動する。
The organic
この有機光電変換膜106は、例えばキナクリドンからなり、図10に示すような光吸収率の波長依存性を有する。つまり、波長500〜580nmにおける有機光電変換膜106の光吸収率は、波長400〜500nmにおける有機光電変換膜106の光吸収率より高い。言い換えると、波長500〜580nmにおける有機光電変換膜106の量子効率は、波長400〜500nmにおける有機光電変換膜106の量子効率より高い。
The organic
ここで、カラーフィルタ108bの下方に位置する有機光電変換膜106の厚みは、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜106の厚みより厚くなっている。このように、波長の短い光を透過するカラーフィルタ108bの下方に位置する有機光電変換膜106の厚みを厚くすることにより、カラーフィルタ108bを介して有機光電変換膜106に入射した光が有機光電変換膜106を透過してしまうことによる感度の低下を防止できる。
Here, the thickness of the organic
一方、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜106の厚みを薄くすることにより、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜106は、下面側で信号電荷を発生できる。つまり、下部電極105gに近い位置で信号電荷を発生できる。これにより、カラーフィルタ108gを透過する光に対する応答性が向上する。さらに、上部電極107と下部電極105gとの距離が近くなるので、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜106中の電界強度が大きくなる。その結果、有機光電変換膜106で発生した信号電荷の読み出し効率が高くなる。
On the other hand, by reducing the thickness of the organic
上部電極107は、本発明の上部電極層に相当し、有機光電変換膜106上に設けられる。下部電極105g及び105gとの間にバイアス電圧を印加する。
The
マイクロレンズ109は、カラーフィルタ108b及び108g上に形成され、入射した光を集光する。
The
このように構成された固体撮像装置100は、マイクロレンズ109側から光が入射され、カラーフィルタ108b及び108gによって特定の波長の光のみ透過させ、この光に応じた信号電荷が有機光電変換膜106で発生する。そして、下部電極105b及び105gと上部電極107との間にバイアス電圧を印加することにより、有機光電変換膜106中に電界をかけ、発生した信号電荷を下部電極105b及び105gに移動させて、移動した信号電荷に応じた信号を外部に取り出すことができる構成となっている。
In the solid-
上述した有機光電変換膜106は、2種類以上の膜厚を有する構造であり、波長の短い光(400nm〜500nm)を透過するカラーフィルタ108bの下方で、膜厚が厚い構成となっている。
The organic
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置100は、複数の画素が2次元状に配列された固体撮像装置であって、半導体基板101と、半導体基板101の上に形成された配線層と、配線層の上に形成された、複数の画素に対応する下部電極105b及び105gと、下部電極105b及び105g上に形成された有機光電変換膜106と、有機光電変換膜106上に形成された上部電極107と、上部電極107の上に形成された、複数の画素に対応するカラーフィルタ108b及び108gとを備え、カラーフィルタ108b及び108gは、主に500〜580nmの波長の光を透過するカラーフィルタ108gと、主に400〜500nmの波長の光を透過するカラーフィルタ108bとを含み、カラーフィルタ108bの下方に位置する有機光電変換膜106の厚さは、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜106の厚さより厚い。
As described above, the solid-
この構成により、有機光電変換膜106の量子効率の高い500nm〜580nmの波長の光を吸収する画素と、下部電極105b及び105gの反射率の高い580nm〜700nmの波長の光を吸収する画素との有機光電変換膜106を薄くすることができ、信号電荷を下部電極105gに近い位置で発生させることできる上に、有機光電変換膜106中の電界強度を大きくできるため、信号電荷の読出し効率を向上させることができる。
With this configuration, the organic
一方、400nm〜500nmの波長の光については、有機光電変換膜106の膜厚を他の画素と比較して厚くすることで、有機光電変換膜106中での低量子効率を補うことができる。
On the other hand, for light having a wavelength of 400 nm to 500 nm, the low quantum efficiency in the organic
言い換えると、カラーフィルタ108gを介して有機光電変換膜106に入射される500nm〜580nmの波長の光に対応する信号電荷を、有機光電変換膜106の下部電極105gに近い位置で発生させることができる。また、下部電極105gと上部電極107との間で発生される電界強度を大きくできる。これにより、信号電荷の読み出し効率が向上する。
In other words, a signal charge corresponding to light having a wavelength of 500 nm to 580 nm incident on the organic
また、カラーフィルタ108rを介して有機光電変換膜106に入射される580nm〜700nmの光に対しては、カラーフィルタ108rの下方に位置する下部電極の580nm〜700nmの光の反射率が高いことにより、同様の効果を奏する。
In addition, for light of 580 nm to 700 nm incident on the organic
一方、カラーフィルタ108bの下方に位置する有機光電変換膜106の膜厚を厚くすることにより、カラーフィルタ108bを介して有機光電変換膜106に入射される400〜500nmの波長の光の下部電極105bへの透過を防止でき、膜厚が薄い場合と比較して、入射した光に対して発生させる信号電荷の変換効率を向上できる。
On the other hand, by increasing the film thickness of the organic
つまり、第1の実施形態に係る固体撮像装置100は、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることができる。
That is, the solid-
次に、上述した固体撮像装置100の製造方法について説明する。ここで、固体撮像装置100の製造方法は、下部電極105b及び105gに用いる材料により一部異なる。
Next, a method for manufacturing the above-described solid-
まず、下部電極の材料としてTiN、Al又はAlを含む化合物を用いた場合の製造方法について説明する。 First, a manufacturing method when TiN, Al, or a compound containing Al is used as the material of the lower electrode will be described.
図2は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100の製造方法の一例を示す工程断面図である。具体的には、下部電極105b及び105gにTiN、Al又はAlを含む化合物を用い、半導体基板101の表面からの距離が異なる複数の下部電極105b及び105gを形成することにより、有機光電変換膜106の膜厚を複数持たせる第1の実施形態の第1の製造方法例の各工程の断面図を示している。
FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing method of the solid-
まず、図2(a)に示すように、半導体基板上101上に金属配線102、層間絶縁膜103及びコンタクト・ビア104aを積層して形成して、固体撮像装置100を駆動するための回路を形成する。金属配線102及びコンタクト・ビア104aの材料としては銅(Cu)を用いることで、層間絶縁膜103に対してダマシンプロセスと用いることができ、配線の微細化が可能となる。
First, as shown in FIG. 2A, a circuit for driving the solid-
次に、図2(b)に示すように、層間絶縁膜103を堆積し、エッチングによりビアホールを形成した後に、コンタクト・ビア104bの材料を堆積して、ビアホールの埋め込みを行う。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)によりコンタクト・ビア104bを形成する。コンタクト・ビア104bの材料としては、W、Al、TiNなどが挙げられる。なお、ここまでの工程で構成された、層間絶縁膜103と、金属配線102と、コンタクト・ビア104a及び104bとからなる積層配線層120は、本発明の配線層に相当する。
Next, as shown in FIG. 2B, after an
次に、図2(c)に示すように、下部電極105bを形成する。また、波長の長い光を透過するカラーフィルタ108gに対向する位置に形成される下部電極105gと電気的な接続が取れるように金属配線102を形成する。ここで、下部電極105bの材料としては、上述したようにTiN、Al又はAlを含む化合物などが挙げられる。
Next, as shown in FIG. 2C, the
次に、図2(d)及び図2(e)に示すように、図2(b)から図2(c)に示した工程と同様の工程で、コンタクト・ビア104cを形成した後、下部電極105gを形成する。
Next, as shown in FIGS. 2D and 2E, the contact via 104c is formed in the same process as the process shown in FIGS. An
次に、図2(f)に示すように、下部電極105b上の層間絶縁膜103を選択的にエッチングして、下部電極105bを露出させる。
Next, as shown in FIG. 2F, the
次に、図2(g)に示すように、有機光電変換膜106を下部電極105b及び105gの上方に蒸着または堆積する。有機光電変換膜106を蒸着または堆積した後、平坦化を行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 2G, an organic
次に、図2(h)に示すように、有機光電変換膜106上に、上部電極107を形成した後、カラーフィルタ108b及び108cを形成する。なお、カラーフィルタ108b及び108cの上方にマイクロレンズ109を形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 2H, after the
以上のようにして、図1A及び図1Bに示す固体撮像装置100を製造することができる。
As described above, the solid-
つまり、本実施形態に係る固体撮像装置100の製造方法は、半導体基板101の上に積層配線層120を形成する工程と、積層配線層120の上に、複数の画素に対応する下部電極105b及び105gを形成する工程と、下部電極105b及び105g上に有機光電変換膜106を形成する工程と、有機光電変換膜106上に上部電極107を形成する工程と、上部電極107の上に、複数の画素に対応するカラーフィルタ108b及び108gを形成する工程とを含み、カラーフィルタ108b及び108gを形成する工程は、主に500〜580nmの波長の光を透過するカラーフィルタ108gを形成する工程と、主に400〜500nmの波長の光を透過するカラーフィルタ108bを形成する工程とを含み、有機光電変換膜106を形成する工程では、カラーフィルタ108bに対応する光電変換膜の厚さが、カラーフィルタ108gに対応する有機光電変換膜106の厚さより厚くなるように有機光電変換膜106を形成する。
That is, the manufacturing method of the solid-
具体的には、下部電極105b及び108gを形成する工程は、カラーフィルタ108bに対応する下部電極105bを形成する工程と、下部電極を形成する工程の後に、積層配線層120上に層間絶縁膜103を形成する工程と、層間絶縁膜103上に、カラーフィルタ108gに対応する下部電極105bを形成する工程とを含む。
Specifically, the step of forming the
これにより、下部電極105bの上面を、下部電極105gの上面よりも半導体基板101に近くなるように形成できる。よって、有機光電変換膜106を表面が実質的に平坦になるように下部電極105b及び105g上に蒸着又は堆積させることで、カラーフィルタ108bに対応する有機光電変換膜106の厚さが、カラーフィルタ108gに対応する有機光電変換膜106の厚さより厚くなる。
Thus, the upper surface of the
したがって、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることができる固体撮像装置100を製造できる。
Therefore, it is possible to manufacture the solid-
次に、下部電極の材料としてCu又はCuを含む化合物を用いた場合の製造方法について説明する。 Next, a manufacturing method when Cu or a compound containing Cu is used as the material of the lower electrode will be described.
図3は、本実施形態に係る固体撮像装置100の製造方法の他の一例を示す工程断面図である。具体的には、下部電極105b及び105gにCu又はCuを含む化合物を用い、半導体基板101の表面からの距離が異なる複数の下部電極105b及び105gを形成することにより、有機光電変換膜106の膜厚を複数持たせる第1の実施形態の第2の製造方法例の各工程の断面図を示している。
FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating another example of the method for manufacturing the solid-
まず、図3(a)に示すように、半導体基板101上に金属配線102、層間絶縁膜103及びコンタクト・ビア104aを積層して、固体撮像装置100を駆動するための回路を形成する。金属配線102及びコンタクト・ビア104aの材料としては銅(Cu)を用いることで、層間絶縁膜103に対してダマシンプロセスと用いることができ、配線の微細化が可能となる。さらに本実施形態では後の下部電極105gの工程まで同じ銅(Cu)プロセスを用いることができるため、プロセスを簡略化できる。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、層間絶縁膜103を堆積し、エッチングにより、堆積した層間絶縁膜103の一部を除去することにより溝を形成する。この除去する層間絶縁膜103は、後の工程で形成されるコンタクト・ビア104b及び下部電極105bに対応する。
Next, as shown in FIG. 3B, an
次に、図3(c)に示すように、層間絶縁膜103に形成した溝部分にCuまたはCuを含む金属材料を埋め込んだ後、CMPにより、コンタクト・ビア104b及び下部電極105gを形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, after filling the groove formed in the
次に、図3(d)及び図3(e)に示すように、図3(b)〜図3(c)と同様の手順で、コンタクト・ビア104c及び下部電極105gを形成する。
Next, as shown in FIGS. 3D and 3E, the contact via 104c and the
次に、図3(f)〜図3(h)に示すように、図2(f)〜図2(h)に示した製造方法の工程と同様の手順により、図1A及び図1Bに示す固体撮像装置100を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 3 (f) to FIG. 3 (h), it is shown in FIG. 1A and FIG. 1B by the same procedure as the steps of the manufacturing method shown in FIG. 2 (f) to FIG. The solid-
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る固体撮像装置は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100と比較してほぼ同じであるが、カラーフィルタ108bの下方に位置する上部電極の下面がカラーフィルタ108gの下方に位置する上部電極の下面よりも半導体基板101から遠く、下部電極105gの上面から半導体基板101までの距離と、下部電極105bの上面から半導体基板101までの距離とは実質的に等しい点が異なる。
(Second Embodiment)
The solid-state imaging device according to the second embodiment is substantially the same as the solid-
図4は、第2の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。なお、この断面は、図1AのA−A’断面に相当する。 FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to the second embodiment. This cross section corresponds to the A-A 'cross section of FIG. 1A.
図4に示す固体撮像装置200は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100と比較して、全ての画素で下部電極105b及び105gが半導体基板101の表面から同じ高さに形成される。言い換えると、下部電極105b及び105gは、同じ配線層に形成されている。
In the solid-
また、固体撮像装置200は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100と比較して、有機光電変換膜106に代わり有機光電変換膜206を備え、上部電極107に代わり上部電極207を備える。この上部電極207は、カラーフィルタ108bの下方に位置する当該上部電極207の下面がカラーフィルタ108gの下方に位置する当該上部電極207の下面よりも半導体基板101から遠い。言い換えると、実施形態1では、カラーフィルタ108bの下方に位置する有機光電変換膜の厚みが、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜の厚みより厚くなるように、有機光電変換膜106は下面に凹凸を有した。これに対して、実施形態2では、カラーフィルタ108bの下方に位置する有機光電変換膜の厚みが、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜の厚みより厚くなるように、有機光電変換膜206は上面に凹凸を有する。
The solid-
したがって、第2の実施形態に係る固体撮像装置200は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100と同様の効果を奏する。つまり、いずれの波長の光においても、十分な感度を得ることができる。
Therefore, the solid-
以上のように、第2の実施形態に係る固体撮像装置200は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100と比較して、カラーフィルタ108bの下方に位置する上部電極207の下面がカラーフィルタ108gの下方に位置する上部電極207の下面よりも半導体基板101から遠く、下部電極105gの上面から半導体基板101までの距離と、下部電極105bの上面から半導体基板101までの距離とは実質的に等しい点が異なる。
As described above, in the solid-
次に、上述した固体撮像装置200の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the above-described solid-
図5は、第2の実施形態に係る固体撮像装置200の製造方法の一例を示す工程断面図である。
FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing method of the solid-
まず、図5(a)及び図5(b)に示すように、図2(a)及び図2(b)に示した第1の実施形態に係る固体撮像装置100の工程と同様の工程により、半導体基板101上に、積層配線層120を形成する。但し、図5(b)に示す積層配線層120は、この後の工程で形成される下部電極105gと接続されるコンタクト・ビア104cも含む。つまり、図5(b)に示す積層配線層120は、層間絶縁膜103と、金属配線102と、コンタクト・ビア104a〜104cとからなる。
First, as shown in FIGS. 5A and 5B, the same process as that of the solid-
次に、図5(c)に示すように、図2(c)に示した第1の実施形態に係る固体撮像装置100の工程と同様の工程により、下部電極105b及び105gを同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図5(d)に示すように、有機光電変換膜206’を蒸着又は堆積する。ここで、蒸着又は堆積されることにより形成される有機光電変換膜206’は、複数の画素のいずれにおいても均一な厚みである。言い換えると、有機光電変換膜206’の上面は同一平面である。
Next, as shown in FIG. 5D, an organic photoelectric conversion film 206 'is deposited or deposited. Here, the organic
次に、図5(e)に示すように、有機光電変換膜206’を選択的にエッチングすることにより、下部電極105gの上方の有機光電変換膜206’のみ薄膜化する。その結果、有機光電変換膜206が形成される。言い換えると、カラーフィルタ108gに対応する有機光電変換膜206’を選択的にエッチングすることにより、カラーフィルタ108bの下方に位置する有機光電変換膜206の厚みが、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜206の厚みより厚い有機光電変換膜206を形成する。
Next, as shown in FIG. 5E, only the organic photoelectric conversion film 206 'above the
次に、図5(f)に示すように、第1の実施形態と同様に、有機光電変換膜206上に上部電極207と、カラーフィルタ108b及び108gを形成する。カラーフィルタ108b及び108gの上方にマイクロレンズ109を形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 5F, the
以上のようにして、図4に示す固体撮像装置200を製造することができる。
As described above, the solid-
つまり、本実施形態に係る固体撮像装置200の製造方法は、図2及び図3に示した第1の実施形態に係る固体撮像装置100の製造方法と比較して、下部電極105bと下部電極105gとを同じ工程で形成する。その後、下部電極105b及び105g上に、均一な厚みの有機光電変換膜206’を形成する工程と、カラーフィルタ108gに対応する均一な厚みの有機光電変換膜206’を選択的にエッチングすることにより有機光電変換膜206を形成する工程とを含む。
That is, the manufacturing method of the solid-
これにより、本実施形態に係る固体撮像装置200の製造方法によれば、第1の実施形態に係る固体撮像装置100の製造方法と比較して、下部電極105b及び105gを形成する工程を削減することができるため、製造プロセスを簡易化することができる。
Thereby, according to the manufacturing method of the solid-
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る固体撮像装置は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100と比較してほぼ同じであるが、隣接するカラーフィルタの境界を含む領域の下方に位置する光電変換膜の厚さが、他の領域の下方に位置する光電変換膜の厚さより薄い点が異なる。
(Third embodiment)
The solid-state imaging device according to the third embodiment is substantially the same as the solid-
図6は、第3の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。なお、この断面は、図1AのA−A’断面に相当する。 FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to the third embodiment. This cross section corresponds to the A-A 'cross section of FIG. 1A.
第3の実施形態に係る固体撮像装置300は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100において、隣接する画素の境界にあたる部分の有機光電変換膜306の膜厚をその他の部分と比べて最も薄くする構造である。
In the solid-
言い換えると、本実施形態に係る固体撮像装置300は、図1Bに示す固体撮像装置100と比較して、有機光電変換膜106に代わり有機光電変換膜306を有し、上部電極107に代わり上部電極307を有する。この有機光電変換膜306は、隣接するカラーフィルタ108bとカラーフィルタ108gとの境界を含む領域の下方の厚みが、他の領域の下方の厚みより薄くなっている。また、それに伴い、隣接するカラーフィルタ108bとカラーフィルタ108gとの境界を含む領域の下方の上部電極307が厚くなっている。
In other words, the solid-
これにより、一の画素に対応する有機光電変換膜306で発生した信号電荷が、隣接する他の画素に対応する有機光電変換膜306へと移動する経路が狭くなる。また、隣接画素との境界の有機光電変換膜306中の電界強度が強くなる。これにより、一の画素で発生した信号電荷が隣接する他の画素に対応する有機光電変換膜306へと移動して偽信号として読み出されることを防止できる。つまり、第3の実施形態に係る固体撮像装置300は、混色を防止し、分光特性が向上する。
As a result, the path through which the signal charge generated in the organic
なお、図6では、有機光電変換膜306を選択的にエッチングすることにより、隣接画素との境界の有機光電変換膜306の膜厚を薄くした場合の構造を示しているが、有機光電変換膜306の下地に段差を形成することによって、有機光電変換膜306の膜厚差を設ける構成としても構わない。言い換えると、図6に示す固体撮像装置300は、上面に高低差を設けることにより、隣接するカラーフィルタ108b及び108gの境界を含む領域の下方の有機光電変換膜306の膜厚を薄くした。これに対し、隣接するカラーフィルタ108b及び108gの境界を含む領域の下方の層間絶縁膜103を厚くすることにより、当該領域の下方の有機光電変換膜306の膜厚を薄くしてもよい。
Note that FIG. 6 shows a structure in which the organic
また、第3の実施形態に係る固体撮像装置300は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100の構成に対して、隣接するカラーフィルタ108b及び108gの境界を含む領域の下方に位置する有機光電変換膜306の膜厚を薄くする構成であったが、第2の実施形態に係る固体撮像装置200に対して、隣接するカラーフィルタ108b及び108gの境界を含む領域の下方に位置する光電変換膜の膜厚を薄くする構成であってもよい。この場合も、第3の実施形態と同様の効果と奏する。
Further, the solid-
(第4の実施形態)
本実施形態に係る固体撮像装置は、第1の実施形態に係る固体撮像装置と比較して、下部電極層が駆動回路の配線層と同時に形成されている点が異なる。
(Fourth embodiment)
The solid-state imaging device according to this embodiment is different from the solid-state imaging device according to the first embodiment in that the lower electrode layer is formed simultaneously with the wiring layer of the drive circuit.
図7は、第4の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment.
同図に示す第4の実施形態に係る固体撮像装置400は、第1の実施形態に係る固体撮像装置100と比較して、下部電極105bに代わり下部電極405bを有する。この下部電極405bは、固体撮像装置400の駆動回路の金属配線102と同時に形成されている。
The solid-
本実施形態に係る固体撮像装置400の構成によれば、工程数を大幅に増やすことなく有機光電変換膜106の膜厚を複数有する構成とすることができる。また、下部電極405bの下方のスペースを固体撮像装置400の駆動回路の配線領域として活用することができ、配線レイアウトの自由度を拡大することができる。
According to the configuration of the solid-
以上、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、こららの実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which made the said embodiment the various deformation | transformation which those skilled in the art think, and the form constructed | assembled combining the component in a different embodiment are also contained in the scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、カラーフィルタ108gの下方の構造と、カラーフィルタ108rの下方の構造とは同一であるとしたが、これらは異なる構造であってもよい。具体的には、カラーフィルタ108gの下方に位置する有機光電変換膜の膜厚と、カラーフィルタ108rの下方に位置する有機光電変換膜の膜厚とは異なっていてもよい。
For example, in the above embodiment, the structure below the
本発明を有機光電変換膜を有する積層型固体撮像装置に用いると、カラーフィルタを透過する光の波長によらず、発生した信号電荷を効率よく読み出すことのできるという効果を奏し、例えば、デジタルカメラなどの撮像装置に利用することができる。 When the present invention is used in a stacked solid-state imaging device having an organic photoelectric conversion film, the generated signal charge can be efficiently read regardless of the wavelength of light transmitted through the color filter. It can utilize for imaging devices, such as.
100、200、300、400、900 固体撮像装置
101、901 半導体基板
102 金属配線
103 層間絶縁膜
104a、104b、104c コンタクト・ビア
105b、105g、405b、902 下部電極
106、206、306、903 有機光電変換膜
107、207、307、904 上部電極
108b、108g、108r カラーフィルタ
109 マイクロレンズ
120 積層配線層
100, 200, 300, 400, 900 Solid-
Claims (9)
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された配線層と、
前記配線層の上に形成された、前記複数の画素に対応する複数の下部電極層と、
前記複数の下部電極層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層と、
前記上部電極層の上に形成された、前記複数の画素に対応する複数のカラーフィルタとを備え、
前記複数のカラーフィルタは、
主に第1の波長の光を透過する第1のカラーフィルタと、
主に前記第1の波長よりも短い第2の波長の光を透過する第2のカラーフィルタとを含み、
前記第2のカラーフィルタの下方に位置する前記光電変換膜の厚さは、前記第1のカラーフィルタの下方に位置する前記光電変換膜の厚さより厚い
固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally,
A semiconductor substrate;
A wiring layer formed on the semiconductor substrate;
A plurality of lower electrode layers corresponding to the plurality of pixels formed on the wiring layer;
A photoelectric conversion film formed on the plurality of lower electrode layers;
An upper electrode layer formed on the photoelectric conversion film;
A plurality of color filters corresponding to the plurality of pixels formed on the upper electrode layer;
The plurality of color filters are:
A first color filter that mainly transmits light of a first wavelength;
A second color filter that mainly transmits light having a second wavelength shorter than the first wavelength;
The thickness of the photoelectric conversion film positioned below the second color filter is thicker than the thickness of the photoelectric conversion film positioned below the first color filter.
前記第1のカラーフィルタの下方に位置する第1の下部電極と、
前記第2のカラーフィルタの下方に位置する第2の下部電極とを含み、
前記第2の下部電極の上面は、前記第1の下部電極の上面よりも前記半導体基板に近い
請求項1記載の固体撮像装置。 The plurality of lower electrode layers are:
A first lower electrode located below the first color filter;
A second lower electrode located below the second color filter,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an upper surface of the second lower electrode is closer to the semiconductor substrate than an upper surface of the first lower electrode.
請求項1又は2記載の固体撮像装置。 3. The solid-state imaging according to claim 1, wherein a lower surface of the upper electrode positioned below the second color filter is farther from the semiconductor substrate than a lower surface of the upper electrode positioned below the first color filter. apparatus.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 4. The thickness of the photoelectric conversion film positioned below a region including a boundary between adjacent color filters is thinner than the thickness of the photoelectric conversion film positioned below another region. The solid-state imaging device described.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a quantum efficiency of the photoelectric conversion film at the first wavelength is higher than a quantum efficiency of the photoelectric conversion film at the second wavelength.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a reflectance of the plurality of lower electrode layers at the first wavelength is higher than a reflectance of the plurality of lower electrode layers at the second wavelength. .
半導体基板の上に配線層を形成する工程と、
前記配線層の上に、前記複数の画素に対応する複数の下部電極層を形成する工程と、
前記複数の下部電極層上に光電変換膜を形成する工程と、
前記光電変換膜上に上部電極層を形成する工程と、
前記上部電極層の上に、前記複数の画素に対応する複数のカラーフィルタを形成する工程とを含み、
前記複数のカラーフィルタを形成する工程は、
主に第1の波長の光を透過する第1のカラーフィルタを形成する工程と、
主に前記第1の波長よりも短い第2の波長の光を透過する第2のカラーフィルタを形成する工程とを含み、
前記光電変換膜を形成する工程では、
前記第2のカラーフィルタに対応する前記光電変換膜の厚さが、前記第1のカラーフィルタに対応する前記光電変換膜の厚さより厚くなるように前記光電変換膜を形成する
固体撮像装置の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally,
Forming a wiring layer on the semiconductor substrate;
Forming a plurality of lower electrode layers corresponding to the plurality of pixels on the wiring layer;
Forming a photoelectric conversion film on the plurality of lower electrode layers;
Forming an upper electrode layer on the photoelectric conversion film;
Forming a plurality of color filters corresponding to the plurality of pixels on the upper electrode layer,
The step of forming the plurality of color filters includes:
Forming a first color filter that mainly transmits light of a first wavelength;
Forming a second color filter that mainly transmits light of a second wavelength shorter than the first wavelength,
In the step of forming the photoelectric conversion film,
The photoelectric conversion film is formed such that the photoelectric conversion film corresponding to the second color filter is thicker than the photoelectric conversion film corresponding to the first color filter. Method.
前記第2のカラーフィルタに対応する第2の下部電極を形成する工程と、
前記第2の下部電極を形成する工程の後に、前記配線層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記第1のカラーフィルタに対応する第1の下部電極を形成する工程とを含む
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 The step of forming the plurality of lower electrode layers includes:
Forming a second lower electrode corresponding to the second color filter;
A step of forming an insulating film on the wiring layer after the step of forming the second lower electrode;
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, further comprising: forming a first lower electrode corresponding to the first color filter on the insulating film.
前記光電変換膜を形成する工程は、
前記複数の下部電極層上に、均一な厚みの前記光電変換膜を形成する工程と、
前記第1のカラーフィルタに対応する前記均一な厚みの光電変換膜を選択的にエッチングする工程とを含む
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the plurality of lower electrode layers, the plurality of lower electrode layers are formed simultaneously,
The step of forming the photoelectric conversion film includes:
Forming the photoelectric conversion film having a uniform thickness on the plurality of lower electrode layers;
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, further comprising: selectively etching the photoelectric conversion film having a uniform thickness corresponding to the first color filter.
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