JP2013084789A - Organic image pick-up element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a residual image in an organic image pick-up element.SOLUTION: An organic image pick-up element 1 includes: plural pixel electrodes 40 having plural pixel parts 100 on a substrate 10, formed on a surface of the substrate 10 on a light incident side via an interlayer insulation layer 20, spaced from each other per pixel part 100, and electrically connected to a signal reading circuit 101; an optical functional layer 50 arranged on the plural pixel electrodes 40 in a continuous film manner; a counter electrode 60 arranged on the optical functional layer 50 and shared by the plural pixel parts 100; and at least one metallic wiring layer including plural metallic wiring portions 32 in the interlayer insulation layer 20. The optical functional layer 50 includes a photoelectric conversion layer including an organic material. A metallic wiring layer 32T nearest the pixel electrodes 40 has the metallic wiring portions 32 under the plural pixel electrodes 40, respectively. A gap 32w between the metallic wiring portions exists under a gap G between the pixel electrodes.

Description

本発明は撮像素子に関するものであり、特に、画素部に有機材料を含む光電変換層を有する有機光電変換素子を備えてなる撮像素子に関するものである。   The present invention relates to an image pickup device, and more particularly to an image pickup device including an organic photoelectric conversion device having a photoelectric conversion layer containing an organic material in a pixel portion.

デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、内視鏡用カメラ等に利用されているイメージセンサとして、CCDセンサやCMOSセンサなどの撮像素子が広く知られている。   Image sensors such as CCD sensors and CMOS sensors are widely known as image sensors used in digital still cameras, digital video cameras, mobile phone cameras, endoscope cameras, and the like.

現在、読出し回路等が形成された基板上に複数の画素電極が二次元状に配列形成され、その上に少なくとも有機材料を含む光電変換層、対向電極が順次設けられてなる積層型の撮像素子が提案されている(特許文献1)。   Currently, a plurality of pixel electrodes are arranged in a two-dimensional array on a substrate on which a readout circuit and the like are formed, and a photoelectric conversion layer containing at least an organic material and a counter electrode are sequentially provided thereon. Has been proposed (Patent Document 1).

特許文献1に記載の積層型の撮像素子においては、光電変換層は、全画素部に共通に一枚構成としてもよいし、画素部毎に分割されていてもよい。   In the stacked imaging device described in Patent Document 1, the photoelectric conversion layer may be configured as a single sheet common to all the pixel portions, or may be divided for each pixel portion.

一方で、複数の画素電極上に共通膜状に光電変換層が設けられた構成の撮像素子においては、隣接する画素電極間の間隙上の光電変換層に光が入射した場合にも、画素電極上の光電変換層に光が入射した場合と同様に信号電荷が発生する。これらの信号電荷は画素電極上で発生した信号電荷と同様に画素電極に捕集され、信号電荷として読み出される。その結果、画素電極サイズが画素サイズよりも小さいにもかかわらず、実質的な開口率はほぼ100%となり、高い感度を実現している。   On the other hand, in an image sensor having a configuration in which a photoelectric conversion layer is provided in a common film shape on a plurality of pixel electrodes, even when light is incident on the photoelectric conversion layer in the gap between adjacent pixel electrodes, Signal charges are generated in the same manner as when light enters the upper photoelectric conversion layer. These signal charges are collected by the pixel electrodes in the same manner as the signal charges generated on the pixel electrodes, and are read out as signal charges. As a result, although the pixel electrode size is smaller than the pixel size, the substantial aperture ratio is almost 100%, realizing high sensitivity.

特開2008−263178号公報JP 2008-263178 A

しかしながら、上記構成の撮像素子では、特に強い光が照射されて多くの信号電荷が発生した後に、光電変換層中の残留電荷に起因して複数フレームに渡って残像が発生することがあり、実用上問題となっている。   However, in the image pickup device having the above configuration, after a lot of signal charges are generated due to particularly intense light irradiation, an afterimage may occur over a plurality of frames due to the residual charges in the photoelectric conversion layer. It is an upper problem.

このような残像は、有機撮像素子の中でも特に画素電極よりも下層の信号読み出し回路に複数の金属配線層とトランジスタからなるCMOSトランジスタ回路を用いた有機CMOS撮像素子の場合に顕著である。   Such an afterimage is conspicuous particularly in the case of an organic CMOS image sensor using a CMOS transistor circuit composed of a plurality of metal wiring layers and transistors in a signal readout circuit below the pixel electrode, among organic image sensors.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、有機撮像素子における残像発生の原因となる残留電荷の発生を抑制し、残像の少ない有機撮像素子を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an organic imaging device that suppresses the generation of residual charge that causes afterimage generation in an organic imaging device and has little afterimage.

本発明の有機撮像素子は、信号読み出し回路が形成された基板上に、複数の画素部を有する有機撮像素子であって、
前記基板の光入射側の表面に、層間絶縁層を介して形成され、前記画素部毎に分離して形成され前記信号読み出し回路と電気的に接続された複数の画素電極と、
該複数の画素電極上および該画素電極間に連続膜状に配された、前記複数の画素部に共有される光機能層と、
該光機能層の上に配された、前記複数の画素部に共有される対向電極と、
前記層間絶縁層内に、複数の金属配線部分からなる金属配線層を少なくとも一層含み、
前記光機能層は、有機材料を含む光電変換層を含むものであり、
前記画素電極に最も近い前記金属配線層は、
前記複数の画素電極下に、それぞれ前記金属配線部分を有し、
隣接する該金属配線部分同士の間隙が、該金属配線部分に対応する前記画素電極同士の間隙下に存在するように形成されてなることを特徴とするものである。
The organic imaging device of the present invention is an organic imaging device having a plurality of pixel portions on a substrate on which a signal readout circuit is formed,
A plurality of pixel electrodes formed on the surface on the light incident side of the substrate via an interlayer insulating layer, formed separately for each pixel portion and electrically connected to the signal readout circuit;
An optical functional layer disposed on the plurality of pixel electrodes and between the pixel electrodes in a continuous film shape and shared by the plurality of pixel portions;
A counter electrode disposed on the optical functional layer and shared by the plurality of pixel portions;
In the interlayer insulating layer, including at least one metal wiring layer composed of a plurality of metal wiring portions,
The optical functional layer includes a photoelectric conversion layer containing an organic material,
The metal wiring layer closest to the pixel electrode is
Each of the metal wiring portions is provided under the plurality of pixel electrodes,
The gap between the adjacent metal wiring portions is formed so as to exist under the gap between the pixel electrodes corresponding to the metal wiring portions.

本発明の有機撮像素子において、前記画素電極同士を結ぶ方向の厚み方向断面視において、前記画素電極同士の間隙の中心線と、前記金属配線部分同士の間隙の中心線とが重なっていることが好ましく、また、前記金属配線層が、前記中心線を対称軸として、略線対称に形成されてなることがより好ましく、更に、前記金属配線部分同士の間隙が、前記画素電極同士の間隙よりも大きいことが好ましい。   In the organic imaging device of the present invention, the center line of the gap between the pixel electrodes and the center line of the gap between the metal wiring portions overlap in a cross-sectional view in the thickness direction in the direction connecting the pixel electrodes. Preferably, the metal wiring layer is formed to be substantially line symmetric with respect to the center line as an axis of symmetry, and the gap between the metal wiring portions is more than the gap between the pixel electrodes. Larger is preferred.

本発明者は、複数の画素電極上に共通膜状に有機光電変換層が設けられた構成の撮像素子において生じる残像の主要因が、画素電極間の間隙上の光電変換層中において発生した信号電荷の一部が、画素電極に捕集されるのに時間を要することに起因することを見出した。かかる知見に基づき、鋭意検討を行った結果、本発明者は、有機撮像素子において、層間絶縁層内の最も画素電極に近い金属配線層に関して、画素電極同士の間隙下に間隙を有して形成された構成とすることにより、画素電極同士の間隙上の光機能層内において、画素電極に向かう方向の電界強度を強め、信号電荷が画素電極に捕集されるのに要する時間を短縮し、残像を低減することが可能であることを見出した。   The present inventor has found that the main cause of the afterimage generated in the image sensor having a configuration in which an organic photoelectric conversion layer is provided in a common film form on a plurality of pixel electrodes is a signal generated in the photoelectric conversion layer above the gap between the pixel electrodes. It has been found that a part of the electric charge is caused by taking time to be collected by the pixel electrode. As a result of intensive studies based on such knowledge, the present inventor has formed a metal wiring layer closest to the pixel electrode in the interlayer insulating layer with a gap under the gap between the pixel electrodes in the organic imaging device. With this configuration, in the optical functional layer above the gap between the pixel electrodes, the electric field strength in the direction toward the pixel electrodes is increased, and the time required for signal charges to be collected by the pixel electrodes is shortened. It has been found that the afterimage can be reduced.

本発明によれば、有機撮像素子において、残像発生の原因となる残留電荷の発生を抑制することができるので、残像の少ない有機撮像素子を提供することができる。   According to the present invention, in the organic imaging device, it is possible to suppress the generation of residual charges that cause afterimage generation, and thus it is possible to provide an organic imaging device with little afterimage.

本発明の実施形態に係る撮像素子の主要部の構成を示す断面模式図1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of an image sensor according to an embodiment of the present invention. 図1Aの撮像素子において画素電極の配置を示す平面図The top view which shows arrangement | positioning of a pixel electrode in the image pick-up element of FIG. 1A 画素電極間間隙と残像との関係を示す図(その1)The figure which shows the relationship between the gap between pixel electrodes, and an afterimage (the 1) 画素電極間間隙と残像との関係を示す図(その2)The figure which shows the relationship between the gap between pixel electrodes, and an afterimage (the 2) 光機能層内の電界分布を示す断面模式図(その1)Cross-sectional schematic diagram showing electric field distribution in optical functional layer (Part 1) 光機能層内の電界分布を示す断面模式図(その2)Cross-sectional schematic diagram showing electric field distribution in optical functional layer (Part 2) 光機能層内の電界強度分布を示す図Diagram showing electric field strength distribution in the optical functional layer 光機能層内の電界強度分布の画素電極間の間隙幅依存性を示す図(厚み方向電界強度)Diagram showing gap width dependency between pixel electrodes of electric field strength distribution in optical functional layer (thickness direction electric field strength) 光機能層内の電界強度分布の画素電極間の間隙幅依存性を示す図(面内方向電界強度)Diagram showing the gap width dependency between pixel electrodes in the electric field strength distribution in the optical functional layer (in-plane direction electric field strength) 図6における電界強度の弱い領域幅の画素電極間間隙幅依存性を示す図The figure which shows the gap width dependence between pixel electrodes of the area | region width | variety with weak electric field strength in FIG. 図6における電界強度の弱い領域幅と残像電子数との関係を示す図The figure which shows the relationship between the area | region width with weak electric field strength in FIG. 6, and the number of afterimage electrons 実施例における電界強度検討モデルの断面模式図(電界調整用金属配線層間隙なし)Schematic cross-sectional view of electric field strength examination model in the example (without electric wiring adjustment metal wiring layer gap) 実施例における電界強度検討モデルの断面模式図(電界調整用金属配線層間隙あり)Cross-sectional schematic diagram of electric field strength examination model in Example (with electric wiring adjustment metal wiring layer gap) 実施例における画素電極間間隙の光機能層中の電界強度分布の金属配線層の間隙幅依存性を示す図(面内方向電界強度)The figure which shows the gap width dependence of the metal wiring layer of the electric field strength distribution in the optical functional layer of the gap between pixel electrodes in an Example (in-plane direction electric field strength) 図10Aの一部拡大図Partial enlarged view of FIG. 10A 実施例における金属配線層の間隙幅と電界強度の弱い領域幅との関係を示す図The figure which shows the relationship between the gap | interval width | variety of a metal wiring layer in an Example, and the area | region width with a weak electric field strength

図面を参照して、本発明に係る一実施形態の有機撮像素子について説明する。図1Aは、本実施形態の撮像素子1の主要部の構成を示す断面模式図であり、図1Bは、図1Aの撮像素子1において画素電極の配置を示した平面図である。視認しやすくするために各部の縮尺は適宜変更して示してある。   An organic imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the main part of the image sensor 1 of the present embodiment, and FIG. 1B is a plan view showing the arrangement of pixel electrodes in the image sensor 1 of FIG. 1A. In order to facilitate visual recognition, the scale of each part is appropriately changed and shown.

本実施形態の有機撮像素子1は、画素ごとに設けられた信号読み出し回路にて蓄積した信号電荷を電圧に変換するCMOS信号読み出し回路を有する有機CMOS撮像素子であり、図1に示されるように、信号読み出し回路101が形成された基板10上に、複数の画素部100を有し、基板10の光入射側の表面に、層間絶縁層20を介して形成され、画素部100毎に分離して形成された信号読み出し回路101と電気的に接続された複数の画素電極40と、複数の画素電極40上および該画素電極40間に連続膜状に配された、複数の画素部100に共有される光機能層50と、光機能層50の上に配された、複数の画素部100に共有される対向電極60と、層間絶縁層20内に、複数の金属配線部分32からなる金属配線層32を少なくとも一層含み、光機能層50は、有機材料を含む光電変換層52を含むものであり、画素電極40に最も近い金属配線層32Tは、複数の画素電極40下に、それぞれ金属配線部分32Tを有し、隣接する金属配線部分32T同士の間隙(gap)32wが、該金属配線部分に対応する画素電極40同士の間隙(gap)G下に存在するように形成されてなることを特徴としている。   The organic imaging device 1 of the present embodiment is an organic CMOS imaging device having a CMOS signal readout circuit that converts a signal charge accumulated in a signal readout circuit provided for each pixel into a voltage, as shown in FIG. The plurality of pixel portions 100 are provided on the substrate 10 on which the signal readout circuit 101 is formed, and are formed on the light incident side surface of the substrate 10 via the interlayer insulating layer 20 and separated for each pixel portion 100. And a plurality of pixel electrodes 40 electrically connected to the signal readout circuit 101 formed in this manner, and shared by the plurality of pixel portions 100 arranged in a continuous film shape on and between the pixel electrodes 40. An optical functional layer 50, a counter electrode 60 disposed on the optical functional layer 50 and shared by the plurality of pixel units 100, and a metal wiring including a plurality of metal wiring portions 32 in the interlayer insulating layer 20. Layer 32 The optical functional layer 50 includes a photoelectric conversion layer 52 including an organic material, and the metal wiring layer 32T closest to the pixel electrode 40 is provided under the plurality of pixel electrodes 40, respectively. And a gap (gap) 32w between adjacent metal wiring portions 32T is formed under a gap (gap) G between pixel electrodes 40 corresponding to the metal wiring portions. Yes.

複数の画素電極40は、図1Bに示されるように、画素電極間間隙Gを介して2次元配列されている。画素電極40の幅40wは、画素部100よりも小さくなっている。   The plurality of pixel electrodes 40 are two-dimensionally arranged via the inter-pixel electrode gaps G as shown in FIG. 1B. The width 40 w of the pixel electrode 40 is smaller than that of the pixel unit 100.

また、対向電極60上には、封止層70と、カラーフィルタ80とが順次積層されている。
「残像発生のメカニズム」
In addition, a sealing layer 70 and a color filter 80 are sequentially stacked on the counter electrode 60.
"Mechanism of afterimage generation"

まず、本発明者は、有機撮像素子における残像の主要因について検討した。画素部100の幅を3μmに固定し、画素電極間の間隙Gを0.3μm〜1.2μmまで変化させた時の残像電子数について、フレームレート25fpsにて30フレームまで調べた。その結果を図2Aに示す。   First, the present inventor examined the main factors of afterimages in an organic imaging device. The number of afterimage electrons when the width of the pixel portion 100 was fixed to 3 μm and the gap G between the pixel electrodes was changed from 0.3 μm to 1.2 μm was examined up to 30 frames at a frame rate of 25 fps. The result is shown in FIG. 2A.

図2Aに示されるように、画素電極間の間隙Gが大きくなればなるほど残像電子数が大きくなること、つまり、残像を生じやすいことが確認された。また、残像は1フレーム目のみではなく、複数フレームに渡って生じることが確認された。   As shown in FIG. 2A, it was confirmed that the larger the gap G between the pixel electrodes, the larger the number of afterimage electrons, that is, the afterimage is likely to occur. Further, it was confirmed that the afterimage was generated not only in the first frame but over a plurality of frames.

残像と画素電極間の間隙Gとの関係を明らかにするために、消灯後の第3フレーム、第4フレーム、第7フレームについて、残像と画素電極間の間隙Gとの関係を調べた。その結果を図2Bに示す。   In order to clarify the relationship between the afterimage and the gap G between the pixel electrodes, the relationship between the afterimage and the gap G between the pixel electrodes was examined for the third frame, the fourth frame, and the seventh frame after extinguishing. The result is shown in FIG. 2B.

図2Bには、いずれのフレームにおいても、間隙Gが小さくなるほど残像電子数もリニアに少なくなることが示されている。図2A,Bより、残像と間隙Gとに深い関係があり、間隙Gが残像に対して支配的であることが明らかになった。   FIG. 2B shows that the number of afterimage electrons linearly decreases as the gap G decreases in any frame. 2A and 2B, it is clear that there is a deep relationship between the afterimage and the gap G, and the gap G is dominant over the afterimage.

次に、残像が発生する要因について検討を行った。有機撮像素子では、対向電極に電圧を印加することで光機能層に電界を形成する。電界が形成された状態で光機能層に光が照射されると、光機能層のうちの光電変換層で信号電荷が発生し、発生した信号電荷が画素電極40まで輸送される。すなわち、光機能層中での信号電荷の振る舞いは電界によって支配されている。そこで、電圧印加時の光機能層内の電界強度分布について検討を行った。   Next, the cause of the afterimage was examined. In the organic imaging device, an electric field is formed in the optical functional layer by applying a voltage to the counter electrode. When light is applied to the optical functional layer in a state where an electric field is formed, signal charges are generated in the photoelectric conversion layer of the optical functional layer, and the generated signal charges are transported to the pixel electrode 40. That is, the behavior of the signal charge in the optical functional layer is governed by the electric field. Therefore, the electric field strength distribution in the optical functional layer when a voltage was applied was examined.

通常、有機撮像素子では画素電極と信号読出し回路とを接続する接続部(ビアプラグ)を有する。加えて、有機CMOS撮像素子の場合には、駆動部および信号読み出し回路を形成するために画素電極下層の層間絶縁層内部に複数の金属配線層を有するのが特徴である。   Usually, an organic imaging device has a connection portion (via plug) that connects a pixel electrode and a signal readout circuit. In addition, in the case of an organic CMOS image sensor, a plurality of metal wiring layers are provided inside an interlayer insulating layer below the pixel electrode in order to form a drive unit and a signal readout circuit.

前述したように、有機撮像素子の中でも、信号読み出し回路にCMOS回路を用いた有機CMOS撮像素子の場合に残像が顕著になる。CMOS回路は画素電極下層の層間絶縁層内部に複数の金属配線層を有するのが特徴であるため、画素電極下層に金属配線層がある場合と無い場合について、光機能層内の電界を検討した。   As described above, an afterimage becomes noticeable in the case of an organic CMOS image sensor using a CMOS circuit as a signal readout circuit among organic image sensors. Since the CMOS circuit is characterized by having a plurality of metal wiring layers inside the interlayer insulating layer under the pixel electrode, the electric field in the optical functional layer was examined with and without the metal wiring layer under the pixel electrode. .

有機撮像素子の好適な態様は、本実施形態の有機撮像素子1のように、複数の画素電極及びその間隙上に連続膜状に配された光機能層50に、電子ブロッキング層51と光電変換層52が含まれる構成であることから、電子ブロッキング層と光電変換層とを考慮した光機能層50中における電界について検討を行った。検討した構造および結果を図3Aおよび図3Bに示す。   A preferred mode of the organic imaging device is that, like the organic imaging device 1 of the present embodiment, an electron blocking layer 51 and a photoelectric conversion layer are provided on a plurality of pixel electrodes and an optical functional layer 50 arranged in a continuous film shape on the gap between them. Since the layer 52 is included, the electric field in the optical functional layer 50 in consideration of the electron blocking layer and the photoelectric conversion layer was examined. The studied structures and results are shown in FIGS. 3A and 3B.

図3Aが、金属配線層がない場合、図3Bが、金属配線層がある場合である。画素電極40、光機能層50、対向電極60については、図3A、Bで同一の構成とした。光機能層50の厚みは500nm、画素電極間の間隙Gは0.3μmである。図3Aにおける画素電極下の絶縁層の厚みは600nmであり、絶縁層の下に金属配線層が画素電極間の間隙Gの下を全てカバーするように配置されている。各電極の電圧は対向電圧が10V、画素電極が1V、金属配線層が0Vである。   FIG. 3A shows the case where there is no metal wiring layer, and FIG. 3B shows the case where there is a metal wiring layer. The pixel electrode 40, the optical functional layer 50, and the counter electrode 60 have the same configuration in FIGS. 3A and 3B. The thickness of the optical functional layer 50 is 500 nm, and the gap G between the pixel electrodes is 0.3 μm. The thickness of the insulating layer under the pixel electrode in FIG. 3A is 600 nm, and the metal wiring layer is disposed under the insulating layer so as to cover all the space G between the pixel electrodes. The voltage of each electrode is 10V for the counter voltage, 1V for the pixel electrode, and 0V for the metal wiring layer.

画素電極の間隙Gにおける光機能層50内の画素電極40方向(図面上横方向)の電界に注目すると、図3A、B共に、両側の画素電極40の近傍ほど、電界が強くなっている。   When attention is paid to the electric field in the direction G of the pixel electrode 40 (horizontal direction in the drawing) in the optical function layer 50 in the gap G between the pixel electrodes, the electric field becomes stronger in the vicinity of the pixel electrodes 40 on both sides in both FIGS.

一方、図面上縦方向の電界については、図3Aの態様では、画素電極間間隙Gの中央部ほど電界が弱くなっている。一方、図3Bに示される、連続膜である金属配線層32を備えた態様においては、全体的に図3Aの態様に比して画素電極間間隙Gにおける縦方向の電界は強く、特に間隙中央部上においては図3Aに比べて強い縦方向の電界が観察される。   On the other hand, regarding the electric field in the vertical direction in the drawing, in the aspect of FIG. 3A, the electric field is weaker toward the center of the gap G between the pixel electrodes. On the other hand, in the embodiment provided with the metal wiring layer 32 that is a continuous film shown in FIG. 3B, the electric field in the vertical direction in the inter-pixel electrode gap G is generally stronger than the embodiment in FIG. A stronger vertical electric field is observed on the part than in FIG. 3A.

図4に、図3A及び図3Bにおいて、画素電極40上及び間隙中央部の電界強度の厚み方向の分布を検討した結果を示す。図では、画素電極40上の電界強度を1として規格化してある。図示されるように、画素電極40上においては、金属配線層32の有無にかかわらず、電界強度は略同等であり、光機能層中のいずれの高さ(厚み方向の位置)においても一定である。一方、間隙中央部においては、特に画素電極付近の高さにおいて、金属配線を有するBの方が、Aに比べて劇的に電界強度が強くなっていることが示されている。   FIG. 4 shows the result of examining the distribution in the thickness direction of the electric field intensity on the pixel electrode 40 and in the central portion of the gap in FIGS. 3A and 3B. In the figure, the electric field intensity on the pixel electrode 40 is normalized as 1. As shown in the figure, on the pixel electrode 40, the electric field strength is substantially the same regardless of the presence or absence of the metal wiring layer 32, and is constant at any height (position in the thickness direction) in the optical functional layer. is there. On the other hand, in the central part of the gap, it is shown that the electric field strength is dramatically stronger in B having metal wiring than in A particularly at the height near the pixel electrode.

以上より、層間絶縁層内に金属配線層を備えた有機CMOS撮像素子では、金属配線層のないものに比べて間隙中央部での縦方向の電界強度が強いことが示された。また、横方向の電界強度については金属配線層の有無があまり影響しなかった。有機CMOS撮像素子は金属配線層を有することが他の有機撮像素子との大きな違いであることから、金属配線層がある場合の、このような特徴的な電界強度分布が、有機CMOS撮像素子において顕著に残像が発生する主要因と考えられる。そこで次に、これらの電界強度分布と図2で示した有機CMOS撮像素子における残像との関係について検討を行った。   From the above, it was shown that the organic CMOS image pickup device provided with the metal wiring layer in the interlayer insulating layer has higher electric field strength in the vertical direction at the central portion of the gap than that without the metal wiring layer. Further, the presence or absence of the metal wiring layer did not significantly affect the lateral electric field strength. Since the organic CMOS image sensor has a metal wiring layer that is a big difference from other organic image sensors, such a characteristic electric field strength distribution in the case where there is a metal wiring layer is This is considered to be the main cause of the remarkable afterimage. Then, next, the relationship between these electric field strength distributions and the afterimage in the organic CMOS image sensor shown in FIG. 2 was examined.

図2に示した残像の原因を明らかにするため、図3Bの態様において、画素電極40間の間隙Gの幅を変えて電界強度分布を検討した。光機能層50の画素電極40上、及び、画素電極間の間隙中央部上における厚み方向の電界強度分布を、縦方向(厚み方向)の電界強度、及び横方向(画素電極に向かう方向)の電界強度に分けて纏めたグラフを図5及び図6に示す。図5及び図6には、画素電極間の間隙Gは0.3μm,0.6μm,1.2μmとした場合の結果のみを示す。図5および図6とも、画素電極上の縦方向と同じ大きさの電界強度を1として規格化した。   In order to clarify the cause of the afterimage shown in FIG. 2, the electric field strength distribution was examined by changing the width of the gap G between the pixel electrodes 40 in the embodiment of FIG. 3B. The electric field strength distribution in the thickness direction on the pixel electrode 40 of the optical functional layer 50 and on the central portion of the gap between the pixel electrodes is represented by the electric field strength in the vertical direction (thickness direction) and the horizontal direction (direction toward the pixel electrode). Graphs divided into electric field strengths are shown in FIGS. 5 and 6 show only results when the gap G between the pixel electrodes is 0.3 μm, 0.6 μm, and 1.2 μm. Both FIG. 5 and FIG. 6 were normalized by assuming that the electric field intensity having the same magnitude as the vertical direction on the pixel electrode is 1.

図5及び図6において、画素電極上においては当然のことながら横方向の電界は0であった。また、縦方向の電界は光機能層50中のあらゆる高さで一定であった。一方、画素電極間の間隙G上においては、縦方向の電界は強く、画素電極上の半分から略同等の電界強度が得られた。しかしながら、画素電極方向に向かう横方向の電界は弱く、特に、画素電極間の間隙Gの中心付近ほど弱いことが示された。   5 and 6, the electric field in the lateral direction is 0 on the pixel electrode. In addition, the vertical electric field was constant at all heights in the optical functional layer 50. On the other hand, on the gap G between the pixel electrodes, the electric field in the vertical direction was strong, and substantially the same electric field strength was obtained from the half on the pixel electrode. However, it was shown that the electric field in the lateral direction toward the pixel electrode direction is weak, and in particular, it is weaker near the center of the gap G between the pixel electrodes.

また、図5、図6より、間隙が広くなると、縦方向の電界もわずかに弱くなるが、それ以上に横方向の電界が顕著に弱くなることがわかった。横方向の電界が弱いということは、信号電荷が画素電極に向かう力が弱いということを意味しており、残像に強く影響する可能性が高い。そこで、横方向の電界の弱い領域(縦方向の電界強度の1/5以下となる領域)の、画素電極間の間隙幅依存性を図7に、上記横方向の電界強度の弱い領域の幅と第3、第4、第7フレームにおける残像電子数との関係について調べた結果を図8に示す。   5 and 6, it was found that when the gap is widened, the vertical electric field is slightly weakened, but the horizontal electric field is significantly weakened. That the electric field in the lateral direction is weak means that the force of the signal charges directed to the pixel electrode is weak, and there is a high possibility that the afterimage will be strongly affected. Therefore, FIG. 7 shows the gap width dependency between the pixel electrodes in a region where the horizontal electric field is weak (region which is 1/5 or less of the vertical electric field strength), and FIG. 7 shows the width of the region where the horizontal electric field strength is weak. FIG. 8 shows the results of examining the relationship between the number of afterimage electrons in the third, fourth, and seventh frames.

図7より、画素電極間の間隙幅が広いほど、横方向の電界強度が弱い領域もリニアに広がっていることが分かる。また、図8より、横方向の電界が弱い領域の幅と残像電子数がリニアに相関していることが分かる。したがって、横方向の電界が弱い領域の存在が有機CMOS撮像素子における残像の支配要因であると考えられる。   From FIG. 7, it can be seen that the wider the gap width between the pixel electrodes, the wider the region where the lateral electric field strength is weaker. Further, it can be seen from FIG. 8 that the width of the region where the electric field in the lateral direction is weak and the number of afterimage electrons are linearly correlated. Therefore, it can be considered that the presence of a region having a weak lateral electric field is a dominant factor of the afterimage in the organic CMOS image sensor.

ここまでの検討結果をもとにすると、有機CMOS撮像素子の原因は以下のように考えられる。まず、画素電極上の光機能層では、強い縦方向の電界により光電変換層において信号電荷が発生し、強い縦方向の電界により発生した信号電荷が速やかに画素電極に輸送されるため、残像の原因となる残留電荷は生じない。一方、画素電極間の間隙上の光機能層では、強い縦方向の電界により画素電極上と同様に光電変換層において信号電荷が発生する。しかしながら横方向の電界が弱いため、信号電荷が画素電極まで輸送されるのに長い時間を要し、残留電荷となる。その結果、残像を引き起こしているものと考えられる。   Based on the examination results so far, the cause of the organic CMOS image sensor is considered as follows. First, in the optical functional layer on the pixel electrode, a signal charge is generated in the photoelectric conversion layer by a strong vertical electric field, and the signal charge generated by the strong vertical electric field is quickly transported to the pixel electrode. There is no causative residual charge. On the other hand, in the optical functional layer above the gap between the pixel electrodes, a signal charge is generated in the photoelectric conversion layer in the same manner as on the pixel electrode due to a strong vertical electric field. However, since the electric field in the lateral direction is weak, it takes a long time for signal charges to be transported to the pixel electrode, resulting in residual charges. As a result, it is considered that an afterimage is caused.

以上より、画素電極間の間隙における横方向の電界を強め、画素電極間隙の中央付近上の光電変換層において発生した信号電荷が、より速く画素電極に輸送されるようにすることにより、残留電荷を抑制して残像を少なくできることが見いだされた。   As described above, the electric field in the lateral direction in the gap between the pixel electrodes is strengthened so that the signal charges generated in the photoelectric conversion layer near the center of the pixel electrode gap are transported to the pixel electrodes more quickly. It was found that the afterimage can be reduced by suppressing the image.

「撮像素子の構成」
上記知見を基に、本発明者は、画素電極間の間隙における横方向の電界を強め、残留電荷を抑制する構成として、層間絶縁層内の画素電極に最も近い金属配線層に関して、画素電極間間隙の中央付近に間隙を有して、好ましくは、画素電極間間隙以上の幅の間隙を有する構成を見いだした。
"Image sensor configuration"
Based on the above knowledge, the present inventor has developed a configuration in which the electric field in the lateral direction in the gap between the pixel electrodes is strengthened and the residual charge is suppressed, with respect to the metal wiring layer closest to the pixel electrode in the interlayer insulating layer. The present inventors have found a configuration having a gap in the vicinity of the center of the gap, and preferably having a gap larger than the gap between the pixel electrodes.

かかる構成では、縦方向の電界の強い画素電極間間隙の中央付近の光機能層内において、横方向の電界強度を強めることができるので、画素電極間隙の中央付近上の光電変換層において発生した信号電荷を、より速く画素電極に輸送して、残留電荷を抑制し、その結果、残像を少なくすることができる。   In such a configuration, since the electric field strength in the lateral direction can be increased in the optical functional layer near the center of the gap between the pixel electrodes where the electric field in the vertical direction is strong, it occurred in the photoelectric conversion layer near the center of the gap between the pixel electrodes. The signal charge can be transported to the pixel electrode faster to suppress the residual charge, and as a result, the afterimage can be reduced.

すなわち、本実施形態の有機撮像素子1は、画素ごとに設けられた信号読み出し回路にて蓄積した信号電荷を電圧に変換するCMOS撮像素子であり、信号読み出し回路101が形成された基板10上に、複数の画素部100を有し、基板10の光入射側の表面に、層間絶縁層20を介して形成され、画素部100毎に分離して形成された信号読み出し回路101と電気的に接続された複数の画素電極40と、複数の画素電極40上および該画素電極40間に連続膜状に配された、複数の画素部100に共有される、光機能層50と、光機能層50の上に配された、複数の画素部100に共有される対向電極60と、層間絶縁層20内に、複数の金属配線部分32からなる金属配線層32を少なくとも一層含み、光機能層50は、有機材料を含む光電変換層52を含むものであり、画素電極40に最も近い金属配線層32Tは、複数の画素電極40下には、それぞれ金属配線部分32を有し、金属配線部分同士の間隙32wが、画素電極同士の間隙G下に存在するように形成されてなることを特徴としている。   That is, the organic imaging device 1 of the present embodiment is a CMOS imaging device that converts signal charges accumulated in a signal readout circuit provided for each pixel into a voltage, and is formed on the substrate 10 on which the signal readout circuit 101 is formed. , Having a plurality of pixel portions 100, formed on the light incident side surface of the substrate 10 through the interlayer insulating layer 20, and electrically connected to the signal readout circuit 101 formed separately for each pixel portion 100. A plurality of pixel electrodes 40, and an optical functional layer 50 shared by the plurality of pixel portions 100 arranged in a continuous film shape on and between the pixel electrodes 40, and the optical functional layer 50 The counter electrode 60 that is shared by the plurality of pixel units 100 and the metal insulating layer 32 including a plurality of metal wiring portions 32 are included in the interlayer insulating layer 20. , Organic materials The metal wiring layer 32T closest to the pixel electrode 40 has a metal wiring part 32 under each of the plurality of pixel electrodes 40, and a gap 32w between the metal wiring parts is It is characterized by being formed so as to exist under the gap G between the pixel electrodes.

画素電極40に最も近い金属配線層32Tは、画素電極40間の間隙Gにおける横方向の電界を強め、残留電荷を抑制する電界調整用金属配線層32Tである。電界調整用金属配線層32Tは、電界調整機能を有するものであるが、電界調整機能を損なわない範囲において電界調整以外の機能を兼ね備えた配線層であってもよい。以下、画素電極40に最も近い金属配線層32Tを電界調整用金属配線層32Tとして表す。   The metal wiring layer 32T closest to the pixel electrode 40 is an electric field adjusting metal wiring layer 32T that strengthens the electric field in the lateral direction in the gap G between the pixel electrodes 40 and suppresses residual charges. The electric field adjusting metal wiring layer 32T has an electric field adjusting function, but may be a wiring layer having a function other than electric field adjusting as long as the electric field adjusting function is not impaired. Hereinafter, the metal wiring layer 32T closest to the pixel electrode 40 is represented as an electric field adjusting metal wiring layer 32T.

電界調整用金属配線層32Tと画素電極40との距離は撮像素子を作製するプロセスのデザインルールによって決まる。近い方が好ましいが、50nm〜2000nm程度である。   The distance between the electric field adjusting metal wiring layer 32T and the pixel electrode 40 is determined by the design rule of the process for manufacturing the image sensor. Although the closer one is preferable, it is about 50 nm to 2000 nm.

有機撮像素子1において、画素電極40同士を結ぶ方向の厚み方向断面視(図1A)において、画素電極40同士の間隙の中心線と、隣接する電界調整用金属配線層32T同士の間隙32wの中心線とが重なっていることが好ましく、また、電界調整用金属配線層32Tが、中心線を対称軸として、略対称に形成されてなることがより好ましく、更に、電界調整用金属配線層32T同士の間隙32wが、画素電極40同士の間隙G以上であることが好ましい。電界調整用金属配線層32Tが画素電極40同士の間隙Gの中心線を軸として略対称に形成されていることにより、画素全体にわたって良好に残像を抑制することができる。   In the organic imaging device 1, in the cross-sectional view in the thickness direction in the direction connecting the pixel electrodes 40 (FIG. 1A), the center line of the gap between the pixel electrodes 40 and the center of the gap 32w between the adjacent electric field adjusting metal wiring layers 32T. Preferably, the electric field adjusting metal wiring layer 32T is formed substantially symmetrically with the center line as the axis of symmetry, and further, the electric field adjusting metal wiring layers 32T are arranged with each other. The gap 32w is preferably equal to or larger than the gap G between the pixel electrodes 40. Since the electric field adjusting metal wiring layer 32T is formed substantially symmetrically about the center line of the gap G between the pixel electrodes 40, the afterimage can be satisfactorily suppressed over the entire pixel.

上記有機撮像素子1によれば、残像発生の原因となる残留電荷の発生を抑制することができるので、残像の少ない高画質な有機撮像素子とすることができる。   According to the organic imaging device 1, since it is possible to suppress the generation of residual charges that cause afterimages, a high-quality organic imaging device with few afterimages can be obtained.

以下に有機光電変換素子1のその他の層構成について説明する。   Below, the other layer structure of the organic photoelectric conversion element 1 is demonstrated.

<基板〜層間絶縁層>
基板10は、CMOSプロセス用のシリコン半導体基板が用いられる。基板10上には、SiO等の公知の絶縁材料からなる層間絶縁層20が形成されている。層間絶縁層20には、表面に複数の画素電極40が形成されている。画素電極40は、例えば、1次元または2次元状に配列される。画素電極については後記する。
<Substrate to interlayer insulation layer>
As the substrate 10, a silicon semiconductor substrate for a CMOS process is used. On the substrate 10, an interlayer insulating layer 20 made of a known insulating material such as SiO 2 is formed. A plurality of pixel electrodes 40 are formed on the surface of the interlayer insulating layer 20. The pixel electrodes 40 are arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner, for example. The pixel electrode will be described later.

また、層間絶縁層20には、画素電極40と信号読出し回路101とを接続する接続部31(ビアプラグ)が埋設されている。接続部31は、導電性材料で形成されている。   Further, a connection portion 31 (via plug) that connects the pixel electrode 40 and the signal readout circuit 101 is embedded in the interlayer insulating layer 20. The connection part 31 is made of a conductive material.

<<信号読み出し回路>>
信号読出し回路101は、基板中に形成されたトランジスタと、層間絶縁層中の金属配線層32からなるCMOSトランジスタ回路(MOSトランジスタ回路も含む)で構成されている。
<< Signal readout circuit >>
The signal readout circuit 101 includes a CMOS transistor circuit (including a MOS transistor circuit) including a transistor formed in a substrate and a metal wiring layer 32 in an interlayer insulating layer.

信号読出し回路101は、例えば、図示しない、フローティングディフュージョン、リセットトランジスタ、出力トランジスタ、選択トランジスタなどを備える。リセットトランジスタ、出力トランジスタ、及び選択トランジスタは、それぞれnチャネルMOSトランジスタ(以下、nMOSトランジスタ)で構成される。   The signal readout circuit 101 includes, for example, a floating diffusion, a reset transistor, an output transistor, a selection transistor, etc., not shown. The reset transistor, the output transistor, and the selection transistor are each configured by an n-channel MOS transistor (hereinafter referred to as an nMOS transistor).

また、信号読み出し回路101の各トランジスタは、層間絶縁層20内に設けられた遮光層(図示せず)によって遮光されている。信号読み出し回路101は、接続部31を介して画素電極40と接続されており、光機能層で発生した信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷量に応じた信号電圧を外部に出力する機能を有する。   Each transistor of the signal readout circuit 101 is shielded from light by a light shielding layer (not shown) provided in the interlayer insulating layer 20. The signal readout circuit 101 is connected to the pixel electrode 40 via the connection unit 31, accumulates signal charges generated in the optical functional layer, and outputs a signal voltage corresponding to the accumulated signal charge amount to the outside. Have

なお、信号読み出し回路101、層間絶縁層20、接続部31、金属配線層32、電界調整用金属配線層32Tは、標準のCMOSプロセスを用いて形成される。   The signal readout circuit 101, the interlayer insulating layer 20, the connection portion 31, the metal wiring layer 32, and the electric field adjusting metal wiring layer 32T are formed using a standard CMOS process.

<光機能層>
複数の画素電極40を覆うとともに、層間絶縁層20を覆うように、有機材料を含む光電変換層52及び電子ブロッキング層51とを有する光機能層50が形成されている。
<Optical functional layer>
An optical functional layer 50 having a photoelectric conversion layer 52 containing an organic material and an electron blocking layer 51 is formed so as to cover the plurality of pixel electrodes 40 and the interlayer insulating layer 20.

光機能層50は、電子ブロッキング層51が画素電極40側に形成されており、電子ブロッキング層51上に光電変換層52が形成されている。これらの光機能層50の形成方法は特に制限されないが、真空蒸着法が好ましい。より具体的には、抵抗加熱蒸着法、あるいは電子ビーム加熱蒸着法が好ましい。   In the optical functional layer 50, an electron blocking layer 51 is formed on the pixel electrode 40 side, and a photoelectric conversion layer 52 is formed on the electron blocking layer 51. The method for forming these optical functional layers 50 is not particularly limited, but vacuum vapor deposition is preferred. More specifically, resistance heating vapor deposition or electron beam heating vapor deposition is preferable.

<<電子ブロッキング層>>
電子ブロッキング層51は、画素電極40から光電変換層52に電子が注入されるのを抑制するための層であり、暗電流を抑制する機能を有する。
<< Electron blocking layer >>
The electron blocking layer 51 is a layer for suppressing injection of electrons from the pixel electrode 40 to the photoelectric conversion layer 52 and has a function of suppressing dark current.

電子ブロッキング層51は複数の層から構成されていてもよく、例えば、第1ブロッキング層と第2ブロッキング層とから構成されていてもよい。このように、電子ブロッキング層51を複数層にすることにより、第1ブロッキング層と第2ブロッキング層との間に界面が形成され、各層に存在する中間準位に不連続性が生じることで、中間準位を介して電荷担体が移動しにくくなり、暗電流を抑制することができる。なお、電子ブロッキング層51は単層としてもよい。   The electron blocking layer 51 may be composed of a plurality of layers, for example, may be composed of a first blocking layer and a second blocking layer. Thus, by making the electron blocking layer 51 into a plurality of layers, an interface is formed between the first blocking layer and the second blocking layer, and discontinuity occurs in the intermediate level existing in each layer. It becomes difficult for the charge carriers to move through the intermediate level, and dark current can be suppressed. The electron blocking layer 51 may be a single layer.

電子ブロッキング層51には、電子供与性有機材料を用いることができる。具体的には、低分子材料では、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)や4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体などを用いることができ、高分子材料では、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体を用いることができる。電子供与性化合物でなくとも、充分な正孔輸送性を有する化合物であれば用いることは可能である。   An electron-donating organic material can be used for the electron blocking layer 51. Specifically, in a low molecular material, N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD) or 4,4′-bis [N Aromatic diamine compounds such as-(naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivative, pyrazoline derivative, tetrahydroimidazole, polyarylalkane, butadiene 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, etc. Polyphyrin compounds, triazole derivatives, oxa Zazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, annealed amine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, silazane derivatives, etc. In the polymer material, a polymer such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, diacetylene, or a derivative thereof can be used. Any compound having sufficient hole transportability can be used.

電子ブロッキング層51としては無機材料を用いることもできる。一般的に、無機材料は有機材料よりも誘電率が大きいため、電子ブロッキング層51に用いた場合に、光電変換層に電圧が多くかかるようになり、光電変換効率を高くすることができる。電子ブロッキング層51となりうる材料としては、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化クロム銅、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化インジウム銅、酸化インジウム銀、酸化イリジウム等がある。   An inorganic material can also be used for the electron blocking layer 51. In general, since an inorganic material has a dielectric constant larger than that of an organic material, when it is used for the electron blocking layer 51, a large voltage is applied to the photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion efficiency can be increased. Materials that can be used as the electron blocking layer 51 include calcium oxide, chromium oxide, chromium oxide copper, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, gallium copper oxide, strontium copper oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, indium copper oxide, Examples include indium silver oxide and iridium oxide.

<<光電変換層>>
光電変換層52は、有機材料を含み、受光した光量に応じた信号電荷を発生する。光電変換層52に有機材料を含むことで、所望の分光感度を容易に得ることが可能である。また、光電変換層52は有機材料の中でも特にp型有機半導体とn型有機半導体とを含む。p型有機半導体とn型有機半導体を接合させてドナ‐アクセプタ界面を形成することにより励起子解離効率を増加させることができる。このために、p型有機半導体とn型有機半導体を接合させた構成の光電変換層52は高い光電変換効率を発現する。特に、p型有機半導体とn型有機半導体を混合した光電変換層52は、接合界面が増大して光電変換効率が向上するので好ましい。
<< Photoelectric conversion layer >>
The photoelectric conversion layer 52 includes an organic material and generates a signal charge corresponding to the amount of received light. By including an organic material in the photoelectric conversion layer 52, desired spectral sensitivity can be easily obtained. The photoelectric conversion layer 52 includes a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor, among organic materials. Exciton dissociation efficiency can be increased by joining a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor to form a donor-acceptor interface. For this reason, the photoelectric conversion layer 52 having a configuration in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are joined exhibits high photoelectric conversion efficiency. In particular, the photoelectric conversion layer 52 in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are mixed is preferable because the junction interface is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved.

p型有機半導体(化合物)は、ドナ性有機半導体であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナ性有機半導体としては、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。   A p-type organic semiconductor (compound) is a donor organic semiconductor, and is mainly represented by a hole-transporting organic compound and refers to a compound having a property of easily donating electrons. More specifically, an organic compound having a smaller ionization potential when two organic materials are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic semiconductor as long as it is an electron-donating organic compound.

p型半導体としては、特に限定されないが、例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これに限らず、上記したように、n型(アクセプタ性)化合物として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナ性有機半導体として用いてよい。   Although it does not specifically limit as a p-type semiconductor, For example, a triarylamine compound, a benzidine compound, a pyrazoline compound, a styrylamine compound, a hydrazone compound, a triphenylmethane compound, a carbazole compound, a polysilane compound, a thiophene compound, a phthalocyanine compound, a cyanine compound , Merocyanine compounds, oxonol compounds, polyamine compounds, indole compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives ), A metal complex having a nitrogen-containing heterocyclic compound as a ligand can be used. Not limited to this, as described above, any organic compound having an ionization potential smaller than that of an organic compound used as an n-type (acceptor) compound may be used as a donor organic semiconductor.

n型有機半導体(化合物)は、アクセプタ性半導体であり、主に電子輸送性化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある化合物をいう。さらに詳しくは、n型半導体とは、2つの化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の化合物をいう。したがって、アクセプタ性化合物は、電子受容性のある化合物であればいずれの化合物も使用可能である。   An n-type organic semiconductor (compound) is an acceptor semiconductor, and is mainly represented by an electron-transporting compound and refers to a compound that easily accepts electrons. More specifically, an n-type semiconductor refers to a compound having a higher electron affinity when two compounds are used in contact with each other. Therefore, any compound can be used as the acceptor compound as long as it is an electron-accepting compound.

n型半導体としては、特に限定されないが、例えば、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5〜7員のヘテロ環化合物(例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、上記したように、p型(ドナ性)化合物として用いた化合物よりも電子親和力の大きな化合物であればアクセプタ性半導体として用いてよい。   The n-type semiconductor is not particularly limited. For example, a condensed aromatic carbocyclic compound (naphthalene derivative, anthracene derivative, phenanthrene derivative, tetracene derivative, pyrene derivative, perylene derivative, fluoranthene derivative), nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom 5- to 7-membered heterocyclic compounds (for example, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline, isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole , Oxazole, indazole, benzimidazole, benzotriazole, benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, tria Ropyrimidine, tetrazaindene, oxadiazole, imidazopyridine, pyralidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine, etc.), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds And a metal complex having as a ligand. However, the present invention is not limited thereto, and as described above, any compound having an electron affinity higher than that of the compound used as the p-type (donor) compound may be used as the acceptor semiconductor.

p型有機半導体、又はn型有機半導体としては、いかなる有機色素を用いても良いが、好ましくは、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素(ゼロメチンメロシアニン(シンプルメロシアニン)を含む)、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、ペリノン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ジケトピロロピロール色素、ジオキサン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素、縮合芳香族炭素環系色素(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)が挙げられる。   Any organic dye may be used as the p-type organic semiconductor or the n-type organic semiconductor, but preferably a cyanine dye, a styryl dye, a hemicyanine dye, a merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), 3 Nuclear merocyanine dye, 4-nuclear merocyanine dye, rhodacyanine dye, complex cyanine dye, complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, croconium dye, azamethine dye, coumarin dye, arylidene dye, anthraquinone dye, tri Phenylmethane dye, azo dye, azomethine dye, spiro compound, metallocene dye, fluorenone dye, fulgide dye, perylene dye, perinone dye, phenazine dye, phenothiazine color , Quinone dye, diphenylmethane dye, polyene dye, acridine dye, acridinone dye, diphenylamine dye, quinacridone dye, quinophthalone dye, phenoxazine dye, phthaloperylene dye, diketopyrrolopyrrole dye, dioxane dye, porphyrin dye, chlorophyll dye, phthalocyanine dye, And metal complex dyes and condensed aromatic carbocyclic dyes (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives).

n型有機半導体として、電子輸送性に優れた、フラーレン又はフラーレン誘導体を用いることが特に好ましい。フラーレンとは、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、フラーレンC240、フラーレン540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブを表し、フラーレン誘導体とはこれらに置換基が付加された化合物のことを表す。 As the n-type organic semiconductor, it is particularly preferable to use fullerene or a fullerene derivative having excellent electron transport properties. Fullerene C 60 , fullerene C 70 , fullerene C 76 , fullerene C 78 , fullerene C 80 , fullerene C 82 , fullerene C 84 , fullerene C 90 , fullerene C 96 , fullerene C 240 , fullerene 540 , mixed fullerene Represents a fullerene nanotube, and a fullerene derivative represents a compound having a substituent added thereto.

フラーレン誘導体の置換基として好ましくは、アルキル基、アリール基、又は複素環基である。アルキル基として更に好ましくは、炭素数1〜12までのアルキル基であり、アリール基、及び複素環基として好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、ベンズイミダゾール環、イミダゾピリジン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、またはフェナジン環であり、さらに好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピリジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、またはチアゾール環であり、特に好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、またはピリジン環である。これらはさらに置換基を有していてもよく、その置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。なお、複数の置換基を有しても良く、それらは同一であっても異なっていても良い。また、複数の置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。   The substituent for the fullerene derivative is preferably an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. More preferably, the alkyl group is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and the aryl group and the heterocyclic group are preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring. , Biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, indolizine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran Ring, benzimidazole ring, imidazopyridine ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, phenanthridine ring, acridine ring, phenanthroline , Thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring, or phenazine ring, more preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyridine ring, imidazole ring, oxazole ring, or A thiazole ring, particularly preferably a benzene ring, a naphthalene ring, or a pyridine ring. These may further have a substituent, and the substituents may be bonded as much as possible to form a ring. In addition, you may have a some substituent and they may be the same or different. A plurality of substituents may be combined as much as possible to form a ring.

光電変換層52がフラーレン又はフラーレン誘導体を含むことで、フラーレン分子またはフラーレン誘導体分子を経由して、光電変換により発生した電子を画素電極40又は対向電極60まで早く輸送できる。フラーレン分子またはフラーレン誘導体分子が連なった状態になって電子の経路が形成されていると、電子輸送性が向上して光電変換素子の高速応答性が実現可能となる。このためにはフラーレン又はフラーレン誘導体が光電変換層に40%以上含まれていることが好ましい。もっとも、フラーレン又はフラーレン誘導体が多すぎるとp型有機半導体が少なくなって接合界面が小さくなり励起子解離効率が低下してしまう。   When the photoelectric conversion layer 52 includes fullerene or a fullerene derivative, electrons generated by photoelectric conversion can be quickly transported to the pixel electrode 40 or the counter electrode 60 via the fullerene molecule or the fullerene derivative molecule. When fullerene molecules or fullerene derivative molecules are connected to form an electron path, the electron transport property is improved, and high-speed response of the photoelectric conversion element can be realized. For this purpose, it is preferable that 40% or more of fullerene or fullerene derivative is contained in the photoelectric conversion layer. However, when there are too many fullerenes or fullerene derivatives, the p-type organic semiconductor is reduced, the junction interface is reduced, and the exciton dissociation efficiency is lowered.

光電変換層52において、フラーレン又はフラーレン誘導体と共に混合されるp型有機半導体として、特許第4213832号公報等に記載されたトリアリールアミン化合物を用いると光電変換素子の高SN比が発現可能になり、特に好ましい。光電変換層内のフラーレン又はフラーレン誘導体の比率が大きすぎると該トリアリールアミン化合物が少なくなって入射光の吸収量が低下する。これにより光電変換効率が減少するので、光電変換層に含まれるフラーレン又はフラーレン誘導体は85%以下の組成であることが好ましい。   When the triarylamine compound described in Japanese Patent No. 4213832 is used as a p-type organic semiconductor mixed with fullerene or a fullerene derivative in the photoelectric conversion layer 52, a high SN ratio of the photoelectric conversion element can be expressed. Particularly preferred. If the ratio of fullerene or fullerene derivative in the photoelectric conversion layer is too large, the amount of the triarylamine compound is reduced and the amount of incident light absorbed is reduced. As a result, the photoelectric conversion efficiency is reduced, so that the fullerene or fullerene derivative contained in the photoelectric conversion layer preferably has a composition of 85% or less.

<対向電極>
対向電極60は、画素電極40と対向する電極であり、光機能層50を覆うようにして設けられている。画素電極40と対向電極60との間に光電変換層52を含む光機能層50が設けられている。
<Counter electrode>
The counter electrode 60 is an electrode facing the pixel electrode 40 and is provided so as to cover the optical functional layer 50. An optical functional layer 50 including a photoelectric conversion layer 52 is provided between the pixel electrode 40 and the counter electrode 60.

対向電極60は、光電変換層52に光を入射させるため、入射光に対して透明な導電性材料で構成されている。対向電極60は、光電変換層52よりも外側に配置された接続部(不図示)を介して、対向電極60に所定の電圧を印加する対向電極電圧供給部に接続されている(不図示)。   The counter electrode 60 is made of a conductive material that is transparent to incident light so that light enters the photoelectric conversion layer 52. The counter electrode 60 is connected to a counter electrode voltage supply unit (not illustrated) that applies a predetermined voltage to the counter electrode 60 via a connection unit (not illustrated) disposed outside the photoelectric conversion layer 52. .

対向電極60は、光電変換層52を含む光機能層50に光を入射させるため、透明導電膜で構成されることが好ましく、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硼化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられる。具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、酸化チタン等の導電性金属酸化物、TiN等の金属窒化物、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。透明導電膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、弗素ドープ酸化錫(FTO)、酸化亜鉛、アンチモンドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)のいずれかの材料である。   The counter electrode 60 is preferably composed of a transparent conductive film in order to allow light to enter the optical functional layer 50 including the photoelectric conversion layer 52, for example, a metal, a metal oxide, a metal nitride, a metal boride, an organic Examples thereof include conductive compounds and mixtures thereof. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tungsten oxide (IWO), conductive metal oxides such as titanium oxide, and metal nitrides such as TiN. Metal, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), etc., and a mixture or laminate of these metals and conductive metal oxides Products, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and laminates of these with ITO. Particularly preferable materials for the transparent conductive film are ITO, IZO, tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, antimony-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide ( GZO).

対向電極60の面抵抗は、信号読出し回路101がCMOS型の場合は10kΩ/□以下が好ましく、より好ましくは、1kΩ/□以下である。信号読出し回路101がCCD型の場合には1kΩ/□以下が好ましく、より好ましくは、0.1kΩ/□以下である。   The surface resistance of the counter electrode 60 is preferably 10 kΩ / □ or less, more preferably 1 kΩ / □ or less when the signal readout circuit 101 is a CMOS type. When the signal readout circuit 101 is a CCD type, it is preferably 1 kΩ / □ or less, and more preferably 0.1 kΩ / □ or less.

対向電極60の光透過率は、可視光波長において、60%以上が好ましく、より好ましくは80%以上で、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。   The light transmittance of the counter electrode 60 is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and more preferably 95% or more in the visible light wavelength.

光電変換層52で発生した信号電荷のうち、正孔を画素電極40に捕集し、電子を対向電極に捕集するため、対向電極60には画素電極よりも高い電圧が印加される。高い感度と低い暗電流を両立するために、対向電極60に印加される電圧は5V〜20V程度である。   Of the signal charges generated in the photoelectric conversion layer 52, holes are collected at the pixel electrode 40 and electrons are collected at the counter electrode, so that a higher voltage than the pixel electrode is applied to the counter electrode 60. In order to achieve both high sensitivity and low dark current, the voltage applied to the counter electrode 60 is about 5V to 20V.

<画素電極>
画素電極40は、画素電極40とそれに対向する対向電極60との間にある光電変換層52で発生した電荷を捕集するための電荷捕集用の電極である。画素電極40は、接続部31を介して信号読出し回路101に接続されている。この信号読出し回路101は、複数の画素電極40の各々に対応して基板10に設けられており、対応する画素電極40で捕集された電荷に応じた信号を読出すものである。なお、各画素電極40で捕集された電荷が、対応する各画素の信号読出し回路101で信号となり、複数の画素から取得した信号から画像が合成される。
<Pixel electrode>
The pixel electrode 40 is an electrode for collecting charges for collecting charges generated in the photoelectric conversion layer 52 between the pixel electrode 40 and the counter electrode 60 facing the pixel electrode 40. The pixel electrode 40 is connected to the signal readout circuit 101 via the connection unit 31. The signal readout circuit 101 is provided on the substrate 10 corresponding to each of the plurality of pixel electrodes 40, and reads out a signal corresponding to the charge collected by the corresponding pixel electrode 40. The charges collected by each pixel electrode 40 become a signal in the signal readout circuit 101 of each corresponding pixel, and an image is synthesized from signals acquired from a plurality of pixels.

画素電極40は層間絶縁膜20上にスパッタリング法などによって成膜された後、マスクを介してエッチングされ、所定のパターンで形成されたものであり、光機能層50の形成前においては、画素電極40の間に層間絶縁膜が露出している。   The pixel electrode 40 is formed on the interlayer insulating film 20 by sputtering or the like and then etched through a mask to form a predetermined pattern. Before the optical functional layer 50 is formed, the pixel electrode 40 is formed. The interlayer insulating film is exposed between 40.

画素電極40は、一般に電極として用いられている導電材料であれば特に制限はなく、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硼化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられる。具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、酸化チタン等の導電性金属酸化物、酸化窒化チタン(TiNxOx)、窒化チタン(TiN)等の金属窒化物、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。画素電極40の材料として特に好ましいのは、酸化窒化チタン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステンのいずれかの材料である。   The pixel electrode 40 is not particularly limited as long as it is a conductive material generally used as an electrode, and examples thereof include metals, metal oxides, metal nitrides, metal borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tungsten oxide (IWO), conductive metal oxides such as titanium oxide, and titanium oxynitride (TiNxOx). ), Metal nitrides such as titanium nitride (TiN), metals such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), and these metals And conductive metal oxide mixtures or laminates, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and laminates of these with ITO. Particularly preferred as the material of the pixel electrode 40 is any one of titanium oxynitride, titanium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride, and tungsten nitride.

なお、画素電極40のサイズは3μm以下が本発明の効果が顕著で好ましい。より好ましくは2μm以下である。更に好ましくは1.5μm以下である。画素電極40同士の間隙(画素電極間間隙)Gは0.3μm以下が好ましく、より好ましくは0.25μm以下であり、更に好ましくは0.2μm以下である。   The size of the pixel electrode 40 is preferably 3 μm or less because the effect of the present invention is remarkable. More preferably, it is 2 μm or less. More preferably, it is 1.5 μm or less. The gap (pixel gap) G between the pixel electrodes 40 is preferably 0.3 μm or less, more preferably 0.25 μm or less, and still more preferably 0.2 μm or less.

画素電極40の端部において画素電極40の膜厚に相当する段差が急峻だったり、画素電極40の表面に顕著な凹凸が存在したり、画素電極40上に微小な塵埃が付着したりすると、画素電極40上の層が所望の膜厚より薄くなったり亀裂が生じたりする。そのような状態で層上に対向電極60を形成すると、欠陥部分における画素電極40と対向電極60の接触や電界集中により、暗電流の増大や短絡などの画素不良が発生する。更に、上記の欠陥は、画素電極40とその上の層の密着性の低下などにより製造時の歩留まりを低下させるおそれがある。   When the step corresponding to the film thickness of the pixel electrode 40 is steep at the end of the pixel electrode 40, there are significant irregularities on the surface of the pixel electrode 40, or minute dust adheres to the pixel electrode 40, A layer on the pixel electrode 40 becomes thinner than a desired film thickness or a crack occurs. When the counter electrode 60 is formed on the layer in such a state, a pixel defect such as an increase in dark current or a short circuit occurs due to contact or electric field concentration between the pixel electrode 40 and the counter electrode 60 in the defective portion. Further, the above-described defects may cause a decrease in manufacturing yield due to a decrease in the adhesion between the pixel electrode 40 and the layer above it.

上記の欠陥を防止して素子の信頼性を向上させるためには、画素電極40の表面平滑性が良好であることが好ましい。また、画素電極40上のパーティクルを除去するため、電子ブロッキング層を形成する前に、半導体製造工程で利用されている一般的な洗浄技術を用いて、画素電極40等を洗浄することが特に好ましい。   In order to prevent the above defects and improve the reliability of the element, it is preferable that the surface smoothness of the pixel electrode 40 is good. In order to remove particles on the pixel electrode 40, it is particularly preferable to clean the pixel electrode 40 and the like using a general cleaning technique used in a semiconductor manufacturing process before forming the electron blocking layer. .

<封止層>
封止層70は、光機能層50を水分子などの劣化因子から保護するものである。封止層70は、対向電極20を覆うようして形成されている。
<Sealing layer>
The sealing layer 70 protects the optical functional layer 50 from deterioration factors such as water molecules. The sealing layer 70 is formed so as to cover the counter electrode 20.

封止層70としては、次の条件が求められる。   As the sealing layer 70, the following conditions are required.

第一に、素子の各製造工程において溶液、プラズマなどに含まれる有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して光電変換層を保護することが挙げられる。   First, it is possible to protect the photoelectric conversion layer by preventing intrusion of factors that degrade the organic photoelectric conversion material contained in the solution, plasma, and the like in each manufacturing process of the device.

第二に、素子の製造後に、水分子などの有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して、長期間の保存/使用にわたって、有機光電変換層の劣化を防止する。   Secondly, after the device is manufactured, the intrusion of factors such as water molecules that degrade the organic photoelectric conversion material is prevented, and the organic photoelectric conversion layer is prevented from deteriorating over a long period of storage / use.

第三に、封止層70を形成する際は既に形成された光電変換層を劣化させない。   Third, when the sealing layer 70 is formed, the already formed photoelectric conversion layer is not deteriorated.

第四に、入射光は封止層70を通じて光電変換層に到達するので、光電変換層で検知する波長の光に対して封止層70は透明でなくてはならない。   Fourth, since incident light reaches the photoelectric conversion layer through the sealing layer 70, the sealing layer 70 must be transparent to light having a wavelength detected by the photoelectric conversion layer.

封止層70は、単一材料からなる薄膜で構成することもできるが、多層構成にして各層に別々の機能を付与することで、封止層70全体の応力緩和、製造工程中の発塵等によるクラック、ピンホールなどの欠陥発生の抑制、材料開発の最適化が容易になることなどの効果が期待できる。封止層70の積層数は、特に限定されるものではなく、例えば、封止層70としては、ALCVD法で形成されたアルミナ膜、CVD法で形成された酸化珪素膜の2層構造である。   The sealing layer 70 can be composed of a thin film made of a single material. However, by providing a multi-layer structure and providing each layer with a different function, stress relaxation of the entire sealing layer 70 and generation of dust during the manufacturing process are possible. Such effects as the suppression of defects such as cracks and pinholes caused by the above, and the optimization of material development can be expected. The number of stacked sealing layers 70 is not particularly limited. For example, the sealing layer 70 has a two-layer structure of an alumina film formed by the ALCVD method and a silicon oxide film formed by the CVD method. .

カラーフィルタ80は、封止層70上の各画素電極40と対向する位置に形成されている。図示していないが、実際は封止層70上のカラーフィルタ80同士の間に、光利用効率を向上させるための隔壁が設けられていてもよい。
以上のように、有機撮像素子1は構成されている。
The color filter 80 is formed at a position facing each pixel electrode 40 on the sealing layer 70. Although not shown, in practice, a partition for improving light utilization efficiency may be provided between the color filters 80 on the sealing layer 70.
As described above, the organic imaging element 1 is configured.

「設計変更」
以上、本発明の有機撮像素子について詳細に説明した。上記実施形態では、金属配線層の最上層のみに画素電極間隙を有する態様について説明したが、最上層以外の金属配線層が、画素電極同士の間隙G下に間隙を有する態様であってもよい。その他の実施形態についても、上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
"Design changes"
The organic imaging device of the present invention has been described in detail above. In the above embodiment, the mode in which the pixel electrode gap is provided only in the uppermost layer of the metal wiring layer has been described. However, the metal wiring layer other than the uppermost layer may have a gap under the gap G between the pixel electrodes. . Other embodiments are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

本発明の実施例および比較例について説明する。   Examples of the present invention and comparative examples will be described.

実施例として、画素電極同士の間隙G下において、間隙Gの中心線を軸として対称に分割された電界調整用金属配線層32Tが、間隙32wを有してなる態様(図9B)、比較例として、電界調整用金属配線層32Tが、画素電極同士の間隙G下において間隙を有していない態様(図9A)について、以下の条件で、光電変換層及び電子ブロッキング層を考慮した光機能層50中の電界強度分布の検討を行った。   As an example, a mode (FIG. 9B) in which the electric field adjustment metal wiring layer 32T divided symmetrically about the center line of the gap G under the gap G between the pixel electrodes has a gap 32w (FIG. 9B), comparative example As for the embodiment (FIG. 9A) in which the electric field adjusting metal wiring layer 32T does not have a gap under the gap G between the pixel electrodes, an optical functional layer considering the photoelectric conversion layer and the electron blocking layer under the following conditions: The electric field strength distribution in 50 was examined.

図中に記載の数値は、各金属層における電圧値である。また、層間絶縁膜厚0.6μm、画素電極厚15nm、光機能層厚0.5μm、間隙Gは0.3μmであり、層間絶縁膜20および光機能層50の比誘電率はいずれも4とした。この構成において、図9Bにおける電界調整用金属配線層32Tの間隙32wを0.2μm〜0.6μmまで変化させた場合の光機能層50中の電界強度分布を検討した。   The numerical value described in the figure is a voltage value in each metal layer. The interlayer insulating film thickness is 0.6 μm, the pixel electrode thickness is 15 nm, the optical functional layer thickness is 0.5 μm, the gap G is 0.3 μm, and the relative dielectric constants of the interlayer insulating film 20 and the optical functional layer 50 are both 4. did. In this configuration, the electric field strength distribution in the optical functional layer 50 when the gap 32w of the electric field adjusting metal wiring layer 32T in FIG. 9B was changed from 0.2 μm to 0.6 μm was examined.

検討結果を図10Aおよび図10B(図10Aで丸で囲んだ領域の拡大図)に示す。図10A、Bにおいて凡例で示した数字は電界調整用金属配線層32Tの間隙32wを表している。0が図9Aの場合に対応する。図10A、Bは画素電極間の間隙Gにおける光電変換膜50と層間絶縁膜20の界面での横方向の電界強度をプロットしたグラフである。0が間隙Gの中央に対応し、±0.15umが画素電極端に対応する。   The examination results are shown in FIG. 10A and FIG. 10B (enlarged view of the region circled in FIG. 10A). The numbers shown in the legend in FIGS. 10A and 10B represent the gap 32w of the electric field adjusting metal wiring layer 32T. 0 corresponds to the case of FIG. 9A. 10A and 10B are graphs plotting the electric field strength in the lateral direction at the interface between the photoelectric conversion film 50 and the interlayer insulating film 20 in the gap G between the pixel electrodes. 0 corresponds to the center of the gap G, and ± 0.15 μm corresponds to the pixel electrode end.

図10Bに示されるように、電界調整用金属配線層32Tの離間幅32wが大きくなればなるほど、画素電極40の間隙G上の光機能層50における横方向の電界が強くなることが明らかになった。   As shown in FIG. 10B, it becomes clear that the lateral electric field in the optical functional layer 50 on the gap G of the pixel electrode 40 becomes stronger as the separation width 32w of the electric field adjusting metal wiring layer 32T becomes larger. It was.

また、図11に、離間幅32w(制御メタル間space)を変化させた時の、電界が弱い領域(縦方向の電界強度の1/5以下となる電界強度)の幅の変化を示した。図11に示されるように、離間幅32wを広く形成することにより、横方向(画素電極に向かう方向)の電界強度の弱い領域の幅を小さくすることができることが示された。前述したように、この領域が残像の主原因であることから、このような構成により残像を低減することが可能となる。   FIG. 11 shows the change in the width of the region where the electric field is weak (the electric field strength that is 1/5 or less of the electric field strength in the vertical direction) when the separation width 32w (space between control metals) is changed. As shown in FIG. 11, it was shown that by forming the separation width 32w wide, the width of the region having a low electric field strength in the lateral direction (direction toward the pixel electrode) can be reduced. As described above, since this region is the main cause of the afterimage, such a configuration can reduce the afterimage.

1 撮像素子
10 基板
20 層間絶縁層
31 接続部
32 金属配線部分(金属配線層)
32T 画素電極に最も近い金属配線層(電界調整用金属配線層)
40 画素電極
50 光機能層
60 対向電極
70 封止層
80 カラーフィルタ
100 画素部
101 信号読出し部
G 画素電極同士の間隙(画素電極間間隙)
32w 金属配線部分同士の間隙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image sensor 10 Board | substrate 20 Interlayer insulating layer 31 Connection part 32 Metal wiring part (metal wiring layer)
Metal wiring layer closest to the 32T pixel electrode (metal wiring layer for electric field adjustment)
40 pixel electrode 50 optical functional layer 60 counter electrode 70 sealing layer 80 color filter 100 pixel part 101 signal readout part G gap between pixel electrodes (gap between pixel electrodes)
32w gap between metal wiring parts

Claims (4)

信号読み出し回路が形成された基板上に、複数の画素部を有する有機撮像素子であって、
前記基板の光入射側の表面に、層間絶縁膜を介して形成され、前記画素部毎に分離して形成され前記信号読み出し回路と電気的に接続された複数の画素電極と、
該複数の画素電極上および該画素電極間に連続膜状に配された、前記複数の画素部に共有される光機能層と、
該光機能層の上に配された、前記複数の画素部に共有される対向電極と、
前記層間絶縁膜内に、複数の金属配線部分からなる金属配線層を少なくとも一層含み、
前記光機能層は、有機材料を含む光電変換層を含むものであり、
前記画素電極に最も近い前記金属配線層は、
前記複数の画素電極下に、それぞれ前記金属配線部分を有し、
隣接する該金属配線部分同士の間隙が、該金属配線部分に対応する前記画素電極同士の間隙下に存在するように形成されてなることを特徴とする有機撮像素子。
An organic imaging device having a plurality of pixel portions on a substrate on which a signal readout circuit is formed,
A plurality of pixel electrodes formed on the light incident side surface of the substrate through an interlayer insulating film and formed separately for each pixel portion and electrically connected to the signal readout circuit;
An optical functional layer disposed on the plurality of pixel electrodes and between the pixel electrodes in a continuous film shape and shared by the plurality of pixel portions;
A counter electrode disposed on the optical functional layer and shared by the plurality of pixel portions;
In the interlayer insulating film, including at least one metal wiring layer composed of a plurality of metal wiring portions,
The optical functional layer includes a photoelectric conversion layer containing an organic material,
The metal wiring layer closest to the pixel electrode is
Each of the metal wiring portions is provided under the plurality of pixel electrodes,
An organic imaging device, wherein a gap between adjacent metal wiring portions is formed so as to exist under a gap between the pixel electrodes corresponding to the metal wiring portions.
前記画素電極同士を結ぶ方向の厚み方向断面視において、前記画素電極同士の間隙の中心線と、前記金属配線部分同士の間隙の中心線とが重なっていることを特徴とする請求項1に記載の有機撮像素子。   2. The center line of the gap between the pixel electrodes and the center line of the gap between the metal wiring portions overlap in a cross-sectional view in the thickness direction in the direction connecting the pixel electrodes. Organic imaging device. 前記金属配線層が、前記中心線を対称軸として、略線対称に形成されてなることを特徴とする請求項2に記載の有機撮像素子。   The organic imaging element according to claim 2, wherein the metal wiring layer is formed in substantially line symmetry with the center line as a symmetry axis. 前記金属配線部分同士の間隙が、前記画素電極同士の間隙よりも大きいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の有機撮像素子。   The organic imaging element according to claim 1, wherein a gap between the metal wiring portions is larger than a gap between the pixel electrodes.
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