JP2013183056A - Photoelectric conversion element, manufacturing method therefor, solid state image pickup device and electronic apparatus - Google Patents

Photoelectric conversion element, manufacturing method therefor, solid state image pickup device and electronic apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element reliability of which can be enhanced, and to provide a manufacturing method of photoelectric conversion element, a solid state image pickup device and an electronic apparatus.SOLUTION: The photoelectric conversion element includes a first electrode, an inorganic insulation film provided on the first electrode, and having an aperture and a first uneven shape on the periphery of the aperture, an organic photoelectric conversion layer formed on the inorganic insulation film from the inside of the aperture across the peripheral region thereof, and a second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer. Since the first uneven shape is provided in the peripheral region of the aperture in the inorganic insulation film on the first electrode, and the organic photoelectric conversion layer is provided from the inside of the aperture across the peripheral region thereof, adhesion of the inorganic insulation film and the organic photoelectric conversion layer is enhanced.

Description

本開示は、有機光電変換膜を用いた光電変換素子とその製造方法、および固体撮像装置ならびに電子機器に関する。   The present disclosure relates to a photoelectric conversion element using an organic photoelectric conversion film, a manufacturing method thereof, a solid-state imaging device, and an electronic apparatus.

CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、あるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像装置では、一般に、画素毎に赤,緑,青のいずれかのカラーフィルタが設けられている。この場合、各画素では、単一の色信号しか得られないことから、信号取得後に、デモザイク処理と呼ばれる信号処理が行われる。例えば、緑画素では、隣接する赤画素,青画素から取得された各色の信号を用いた補間処理により、赤,青の各信号を生成する。このような信号処理を行った場合、いわゆる偽色に起因する画質劣化が生じる。   In a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, a color filter of red, green, or blue is generally provided for each pixel. In this case, since each pixel can obtain only a single color signal, signal processing called demosaic processing is performed after signal acquisition. For example, in a green pixel, red and blue signals are generated by interpolation processing using signals of respective colors acquired from adjacent red and blue pixels. When such signal processing is performed, image quality deterioration due to so-called false color occurs.

そこで、1つの画素内に3つの光電変換層を積層し、1画素において3色の信号を得る固体撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1の固体撮像装置では、例えば、シリコン基板上に、緑色光を検出してこれに応じた信号電荷を発生する有機光電変換部を設け、シリコン基板内に赤色光および青色光をそれぞれ検出するフォトダイオード(無機光電変換部)を設けている。   Therefore, a solid-state imaging device has been proposed in which three photoelectric conversion layers are stacked in one pixel and three color signals are obtained in one pixel (for example, Patent Document 1). In the solid-state imaging device of Patent Document 1, for example, an organic photoelectric conversion unit that detects green light and generates a signal charge according to the green light is provided on a silicon substrate, and red light and blue light are detected in the silicon substrate, respectively. A photodiode (inorganic photoelectric conversion unit) is provided.

特開2011−29337号公報JP 2011-29337 A

上記のような固体撮像装置では、有機光電変換部において、絶縁膜などの無機膜と、光電変換層としての有機膜との積層構造を有する。このため、有機膜の膜剥がれが生じ易く、固体撮像装置の信頼性に影響を与えている。   In the solid-state imaging device as described above, the organic photoelectric conversion unit has a laminated structure of an inorganic film such as an insulating film and an organic film as a photoelectric conversion layer. For this reason, the organic film is easily peeled off, which affects the reliability of the solid-state imaging device.

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、信頼性を向上させることが可能な光電変換素子、光電変換素子の製造方法および固体撮像装置ならびに電子機器を提供することにある。   The present disclosure has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion element, a method for manufacturing the photoelectric conversion element, a solid-state imaging device, and an electronic apparatus that can improve reliability. .

本開示の光電変換素子は、第1電極と、第1電極上に設けられると共に、開口を有し、かつ開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜と、無機絶縁膜上に、開口の内部から開口の周辺領域にわたって形成された有機光電変換層と、有機光電変換層上に設けられた第2電極とを備えたものである。   A photoelectric conversion element of the present disclosure is provided on a first electrode, an inorganic insulating film that is provided on the first electrode, has an opening, and has a first uneven shape in a peripheral region of the opening; and the inorganic insulating film The organic photoelectric conversion layer formed from the inside of the opening to the peripheral region of the opening, and the second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer are provided.

本開示の光電変換素子では、第1電極上において、無機絶縁膜の開口の周辺領域に第1の凹凸形状が設けられ、その開口の内部から周辺領域にわたって有機光電変換層が設けられていることにより、無機絶縁膜と有機光電変換層との密着性が高まる。   In the photoelectric conversion element of the present disclosure, on the first electrode, the first uneven shape is provided in the peripheral region of the opening of the inorganic insulating film, and the organic photoelectric conversion layer is provided from the inside of the opening to the peripheral region. Thereby, the adhesiveness of an inorganic insulating film and an organic photoelectric converting layer increases.

本開示の光電変換素子の製造方法は、第1電極を形成する工程と、第1電極上に、開口を有すると共に開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜を形成する工程と、無機絶縁膜上に、開口の内部から開口の周辺領域にわたって有機光電変換層を形成する工程と、有機光電変換層上に第2電極を形成する工程とを含むものである。   The method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present disclosure includes a step of forming a first electrode, a step of forming an inorganic insulating film having an opening and a first uneven shape in a peripheral region of the opening on the first electrode, And a step of forming an organic photoelectric conversion layer on the inorganic insulating film from the inside of the opening to a peripheral region of the opening, and a step of forming the second electrode on the organic photoelectric conversion layer.

本開示の光電変換素子の製造方法では、第1電極上において、無機絶縁膜の開口の周辺領域に第1の凹凸形状を形成した後、この開口の内部から周辺領域にわたって有機光電変換層を形成することにより、無機絶縁膜と有機光電変換層との密着性が高まる。   In the manufacturing method of the photoelectric conversion element of the present disclosure, after forming the first uneven shape in the peripheral region of the opening of the inorganic insulating film on the first electrode, the organic photoelectric conversion layer is formed from the inside of the opening to the peripheral region By doing, the adhesiveness of an inorganic insulating film and an organic photoelectric converting layer increases.

本開示の固体撮像装置は、画素として上記本開示の光電変換素子を含むものである。   A solid-state imaging device of the present disclosure includes the photoelectric conversion element of the present disclosure as a pixel.

本開示の電子機器は、画素として上記本開示の光電変換素子を含む固体撮像装置を備えたものである。   An electronic apparatus according to the present disclosure includes a solid-state imaging device including the photoelectric conversion element according to the present disclosure as a pixel.

本開示の固体撮像装置および電子機器では、画素として上記本開示の光電変換素子を含むことにより、無機絶縁膜と有機光電変換層との密着性が高まる。   In the solid-state imaging device and the electronic apparatus of the present disclosure, the adhesion between the inorganic insulating film and the organic photoelectric conversion layer is increased by including the photoelectric conversion element of the present disclosure as a pixel.

本開示の光電変換素子、光電変換素子の製造方法および固体撮像装置ならびに電子機器によれば、第1電極上において、無機絶縁膜の開口の周辺領域に第1の凹凸形状を設け、この開口の内部から周辺領域にわたって有機光電変換層を形成することにより、無機絶縁膜と有機光電変換層との密着性を高めることができる。よって、信頼性を向上させることが可能となる。   According to the photoelectric conversion element, the photoelectric conversion element manufacturing method, the solid-state imaging device, and the electronic apparatus of the present disclosure, the first uneven shape is provided in the peripheral region of the opening of the inorganic insulating film on the first electrode. By forming the organic photoelectric conversion layer from the inside to the peripheral region, the adhesion between the inorganic insulating film and the organic photoelectric conversion layer can be increased. Therefore, reliability can be improved.

本開示の一の実施の形態の光電変換素子の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the photoelectric conversion element of one embodiment of this indication. 無機光電変換部の構成例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structural example of an inorganic photoelectric conversion part. 有機光電変換部の電荷(電子)蓄積層の構成例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structural example of the electric charge (electron) storage layer of an organic photoelectric conversion part. 図1に示した遮光層の平面構成を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the plane structure of the light shielding layer shown in FIG. 上部電極と多層配線層51とのコンタクト例を表す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating an example of contact between an upper electrode and a multilayer wiring layer 51. FIG. 図1に示した光電変換素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the photoelectric conversion element shown in FIG. 図6に続く工程を表す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 6. 図7に続く工程を表す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 7. 図8に続く工程を表す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 8. 遮光層形成時の成膜条件について説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the film-forming conditions at the time of light shielding layer formation. 実施例の遮光層の表面状態を撮影したものである。The surface state of the light shielding layer of an Example was image | photographed. 比較例の遮光層の表面状態を撮影したものである。The surface state of the light shielding layer of the comparative example is photographed. 図9に続く工程を表す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 9. 図13に続く工程を表す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 13. 図14に続く工程を表す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 14. 図15に続く工程を表す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 15. 図16に続く工程を表す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 16. 比較例に係る光電変換素子の要部構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the principal part structure of the photoelectric conversion element which concerns on a comparative example. 図18に示した光電変換素子の有機光電変換層の剥がれの様子を表した図である。It is the figure showing the mode of peeling of the organic photoelectric converting layer of the photoelectric conversion element shown in FIG. 変形例に係る光電変換素子の要部構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the principal part structure of the photoelectric conversion element which concerns on a modification. 図20に示した光電変換素子の一部の拡大断面図である。It is a one part expanded sectional view of the photoelectric conversion element shown in FIG. 適用例1に係る固体撮像装置の機能ブロック図である。12 is a functional block diagram of a solid-state imaging device according to application example 1. FIG. 適用例2に係る電子機器の機能ブロック図である。12 is a functional block diagram of an electronic device according to application example 2. FIG.

以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明する順序は、下記の通りである。
1.実施の形態(凹凸形状を有する遮光部上に無機絶縁膜および有機光電変換層を積層した光電変換素子の例)
2.変形例(無機絶縁膜の表面に凹凸形状をパターン形成した場合の例)
3.適用例1(固体撮像装置の例)
4.適用例2(電子機器(カメラ)の例)
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The order of explanation is as follows.
1. Embodiment (an example of a photoelectric conversion element in which an inorganic insulating film and an organic photoelectric conversion layer are stacked on a light-shielding portion having an uneven shape)
2. Modified example (example when patterning irregularities on the surface of an inorganic insulating film)
3. Application example 1 (example of solid-state imaging device)
4). Application example 2 (Example of electronic device (camera))

<実施の形態>
[構成]
図1は、本開示の一実施の形態の光電変換素子(光電変換素子10)の断面構成を表すものである。光電変換素子10は、例えばCCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像装置(後述)において1つの画素を構成するものである。光電変換素子10では、半導体基板11の表面(受光面と反対側の面S2)側に、画素トランジスタ(後述の転送トランジスタTr1〜3を含む)が形成されると共に、この面S2側に多層配線層(多層配線層51)が設けられている。
<Embodiment>
[Constitution]
FIG. 1 illustrates a cross-sectional configuration of a photoelectric conversion element (photoelectric conversion element 10) according to an embodiment of the present disclosure. The photoelectric conversion element 10 constitutes one pixel in a solid-state imaging device (described later) such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. In the photoelectric conversion element 10, pixel transistors (including transfer transistors Tr1 to 3 described later) are formed on the surface of the semiconductor substrate 11 (surface S2 opposite to the light receiving surface), and multilayer wiring is formed on the surface S2 side. A layer (multilayer wiring layer 51) is provided.

光電変換素子10は、互いに異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行う有機光電変換部と無機光電変換部とを縦方向に積層した構造を有している。これにより後述の固体撮像装置では、カラーフィルタを用いることなく、1画素において複数種類の色信号を取得可能となる。本実施の形態では、光電変換素子10が、1つの有機光電変換部11Gと2つの無機光電変換部11B,11Rとの積層構造を有しており、これにより、赤(R),緑(G),青(B)の各色信号を取得する。有機光電変換部11Gは、半導体基板11の裏面(面S1)側に形成され、無機光電変換部11B,11Rは、半導体基板11内に埋め込み形成されている。尚、半導体基板11が、本開示における「基板」の一具体例に相当する。以下、各部の構成について説明する。   The photoelectric conversion element 10 has a structure in which an organic photoelectric conversion unit that selectively detects light in different wavelength ranges and performs photoelectric conversion and an inorganic photoelectric conversion unit are stacked in the vertical direction. Thereby, in the solid-state imaging device described later, a plurality of types of color signals can be acquired in one pixel without using a color filter. In the present embodiment, the photoelectric conversion element 10 has a stacked structure of one organic photoelectric conversion unit 11G and two inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R, whereby red (R), green (G ) And blue (B) color signals. The organic photoelectric conversion unit 11 </ b> G is formed on the back surface (surface S <b> 1) side of the semiconductor substrate 11, and the inorganic photoelectric conversion units 11 </ b> B and 11 </ b> R are embedded in the semiconductor substrate 11. The semiconductor substrate 11 corresponds to a specific example of “substrate” in the present disclosure. Hereinafter, the structure of each part is demonstrated.

(半導体基板11)
半導体基板11は、例えばn型のシリコン(Si)層110の所定の領域に、無機光電変換部11B,11Rと緑用蓄電層110Gとが埋め込まれたものである。半導体基板11には、また、有機光電変換部11Gからの電荷(電子または正孔(ホール))の伝送経路となる導電性プラグ120a1が埋設されている。本実施の形態では、この半導体基板11の裏面(面S1)が受光面となっている。半導体基板11の表面(面S2)側には、有機光電変換部11G,無機光電変換部11B,11Rのそれぞれに対応する複数の画素トランジスタ(転送トランジスタTr1〜Tr3を含む)が形成されると共に、ロジック回路等からなる周辺回路が形成されている。
(Semiconductor substrate 11)
The semiconductor substrate 11 is, for example, one in which inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R and a green power storage layer 110G are embedded in a predetermined region of an n-type silicon (Si) layer 110. Also embedded in the semiconductor substrate 11 is a conductive plug 120a1 serving as a transmission path for charges (electrons or holes) from the organic photoelectric conversion unit 11G. In the present embodiment, the back surface (surface S1) of the semiconductor substrate 11 is a light receiving surface. On the surface (surface S2) side of the semiconductor substrate 11, a plurality of pixel transistors (including transfer transistors Tr1 to Tr3) corresponding to the organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R are formed. A peripheral circuit composed of a logic circuit or the like is formed.

画素トランジスタとしては、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタおよび選択トランジスタが挙げられる。これらの画素トランジスタは、いずれも例えばMOSトランジスタにより構成され、面S2側のp型半導体ウェル領域に形成されている。このような画素トランジスタを含む回路が、赤、緑、青の光電変換部毎に形成されている。各回路では、これらの画素トランジスタのうち、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタおよび増幅トランジスタからなる、計3つのトランジスタを含む3トランジスタ構成を有していてもよいし、これに選択トランジスタを加えた4トランジスタ構成であってもよい。ここでは、これらの画素トランジスタのうち、転送トランジスタTr1〜Tr3についてのみ図示している。尚、転送トランジスタ以外の他の画素トランジスタについては、光電変換部間あるいは画素間において共有することもできる。また、フローティングディフージョンを共有する、いわゆる画素共有構造を適用することもできる。   Examples of the pixel transistor include a transfer transistor, a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor. Each of these pixel transistors is formed of a MOS transistor, for example, and is formed in the p-type semiconductor well region on the surface S2. A circuit including such a pixel transistor is formed for each of the red, green, and blue photoelectric conversion units. Each circuit may have a three-transistor configuration including a total of three transistors, such as a transfer transistor, a reset transistor, and an amplifying transistor, among these pixel transistors, or four transistors including a selection transistor. It may be a configuration. Here, among these pixel transistors, only the transfer transistors Tr1 to Tr3 are illustrated. The pixel transistors other than the transfer transistor can be shared between the photoelectric conversion units or between the pixels. Further, a so-called pixel sharing structure that shares a floating diffusion can also be applied.

転送トランジスタTr1〜Tr3は、ゲート電極(ゲート電極TG1〜TG3)と、フローティングディフージョン(FD113,114,116)とを含んで構成されている。転送トランジスタTr1は、有機光電変換部11Gにおいて発生し、緑用蓄電層110Gに蓄積された、緑色に対応する信号電荷(本実施の形態では電子)を、後述の垂直信号線Lsigへ転送するものである。転送トランジスタTr2は、無機光電変換部11Bにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷(本実施の形態では電子)を、後述の垂直信号線Lsigへ転送するものである。同様に、転送トランジスタTr3は、無機光電変換部11Rにおいて発生し、蓄積された、赤色に対応する信号電荷(本実施の形態では電子)を、後述の垂直信号線Lsigへ転送するものである。   The transfer transistors Tr1 to Tr3 include gate electrodes (gate electrodes TG1 to TG3) and floating diffusions (FDs 113, 114, and 116). The transfer transistor Tr1 transfers the signal charge corresponding to green (electrons in the present embodiment) generated in the organic photoelectric conversion unit 11G and accumulated in the green power storage layer 110G to a vertical signal line Lsig described later. It is. The transfer transistor Tr2 transfers the signal charge (electrons in the present embodiment) corresponding to blue generated and accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 11B to a vertical signal line Lsig described later. Similarly, the transfer transistor Tr3 transfers signal charges (electrons in the present embodiment) corresponding to red color generated and accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 11R to a vertical signal line Lsig described later.

無機光電変換部11B,11Rはそれぞれ、pn接合を有するフォトダイオード(Photo Diode)であり、半導体基板11内に、例えば、面S1側から無機光電変換部11B,11Rの順に形成されている。これらのうち、無機光電変換部11Bは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、例えば半導体基板11の面S1に沿った選択的な領域から、多層配線層51との界面近傍の領域にかけて延在して形成されている。無機光電変換部11Rは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、例えば無機光電変換部11Bよりも下層(面S2側)の領域に形成されている。尚、青(B)は、例えば450nm〜495nmの波長域、赤(R)は、例えば620nm〜750nmの波長域にそれぞれ対応する色であり、無機光電変換部11B,11Rはそれぞれ、上記波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能であればよい。   Each of the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R is a photodiode having a pn junction, and is formed in the semiconductor substrate 11 in the order of, for example, the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R from the surface S1 side. Among these, the inorganic photoelectric conversion unit 11B selectively detects blue light and accumulates signal charges corresponding to blue. For example, from the selective region along the surface S1 of the semiconductor substrate 11, multiple layers are formed. It is formed to extend over a region near the interface with the wiring layer 51. The inorganic photoelectric conversion unit 11R selectively detects red light and accumulates signal charges corresponding to red. For example, the inorganic photoelectric conversion unit 11R is formed in a lower layer (surface S2 side) region than the inorganic photoelectric conversion unit 11B. . In addition, blue (B) is a color corresponding to a wavelength range of 450 nm to 495 nm, for example, and red (R) is a color corresponding to a wavelength range of 620 nm to 750 nm, for example. The inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R are each in the wavelength range described above. It is sufficient that light in a part or all of the wavelength region can be detected.

図2(A)は、無機光電変換部11B,11Rの詳細構成例を表したものである。図2(B)は、図2(A)の他の断面における構成に相当するものである。尚、本実施の形態では、光電変換によって生じる電子およびホールの対のうち、電子を信号電荷として読み出す場合(n型半導体領域を光電変換層とする場合)について説明を行う。また、図中において、「p」「n」に上付きで記した「+(プラス)」は、p型またはn型の不純物濃度が高いことを表している。また、画素トランジスタのうち、転送トランジスタTr2,Tr3のゲート電極TG2,TG3についても示している。   FIG. 2A illustrates a detailed configuration example of the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R. FIG. 2B corresponds to a structure in another cross section of FIG. Note that in this embodiment, a case where electrons out of a pair of electrons and holes generated by photoelectric conversion are read as signal charges (when an n-type semiconductor region is a photoelectric conversion layer) will be described. In the figure, “+ (plus)” superscripted on “p” and “n” represents a high p-type or n-type impurity concentration. In addition, among the pixel transistors, the gate electrodes TG2 and TG3 of the transfer transistors Tr2 and Tr3 are also shown.

無機光電変換部11Bは、例えば、ホール蓄積層となるp型半導体領域(以下、単にp型領域という、n型の場合についても同様。)111pと、電子蓄積層となるn型光電変換層(n型領域)111nとを含んで構成されている。p型領域111pおよびn型光電変換層111nはそれぞれ、面S1近傍の選択的な領域に形成されると共に、その一部が屈曲し、面S2との界面に達するように延在形成されている。p型領域111pは、面S1側において、図示しないp型半導体ウェル領域に接続されている。n型光電変換層111nは、青色用の転送トランジスタTr2のFD113(n型領域)に接続されている。尚、p型領域111pおよびn型光電変換層111nの面S2側の各端部と面S2との界面近傍には、p型領域113p(ホール蓄積層)が形成されている。   The inorganic photoelectric conversion unit 11B includes, for example, a p-type semiconductor region serving as a hole accumulation layer (hereinafter also referred to simply as a p-type region, the same applies to an n-type case) 111p and an n-type photoelectric conversion layer serving as an electron accumulation layer ( n-type region) 111n. Each of the p-type region 111p and the n-type photoelectric conversion layer 111n is formed in a selective region in the vicinity of the surface S1, and a part thereof is bent so as to extend to reach the interface with the surface S2. . The p-type region 111p is connected to a p-type semiconductor well region (not shown) on the surface S1 side. The n-type photoelectric conversion layer 111n is connected to the FD 113 (n-type region) of the blue transfer transistor Tr2. Note that a p-type region 113p (a hole accumulation layer) is formed in the vicinity of the interface between each surface S2 side end of the p-type region 111p and the n-type photoelectric conversion layer 111n and the surface S2.

無機光電変換部11Rは、例えば、p型領域112p1,112p2(ホール蓄積層)間に、n型光電変換層112n(電子蓄積層)を挟み込んで形成されている(p−n−pの積層構造を有する)。n型光電変換層112nは、その一部が屈曲し、面S2との界面に達するように延在形成されている。n型光電変換層112nは、赤色用の転送トランジスタTr3のFD114(n型領域)に接続されている。尚、少なくともn型光電変換層111nの面S2側の端部と面S2との界面近傍にはp型領域113p(ホール蓄積層)が形成されている。   The inorganic photoelectric conversion unit 11R is formed, for example, by sandwiching an n-type photoelectric conversion layer 112n (electron storage layer) between p-type regions 112p1 and 112p2 (hole storage layer) (stacked structure of pnp). Have). A part of the n-type photoelectric conversion layer 112n is bent and extended so as to reach the interface with the surface S2. The n-type photoelectric conversion layer 112n is connected to the FD 114 (n-type region) of the red transfer transistor Tr3. Note that a p-type region 113p (hole accumulation layer) is formed at least near the interface between the end of the n-type photoelectric conversion layer 111n on the surface S2 side and the surface S2.

図3は、緑用蓄電層110Gの詳細構成例を表したものである。尚、ここでは、有機光電変換部11Gによって生じる電子およびホールの対のうち、電子を信号電荷として、下部電極14a側から読み出す場合について説明を行う。また、図3には、画素トランジスタのうち、転送トランジスタTr1のゲート電極TG1についても示している。   FIG. 3 illustrates a detailed configuration example of the green power storage layer 110G. Here, a description will be given of a case where electrons are read out from the lower electrode 14a side as signal charges out of a pair of electrons and holes generated by the organic photoelectric conversion unit 11G. FIG. 3 also shows the gate electrode TG1 of the transfer transistor Tr1 among the pixel transistors.

緑用蓄電層110Gは、電子蓄積層となるn型領域115nを含んで構成されている。n型領域115nの一部は、導電性プラグ120a1に接続されており、下部電極14a側から導電性プラグ120a1を介して供給される電子を蓄積するようになっている。このn型領域115nは、また、緑色用の転送トランジスタTr1のFD116(n型領域)に接続されている。尚、n型領域115nと面S2との界面近傍には、p型領域115p(ホール蓄積層)が形成されている。   The green power storage layer 110G includes an n-type region 115n that serves as an electron storage layer. A part of the n-type region 115n is connected to the conductive plug 120a1, and accumulates electrons supplied from the lower electrode 14a side through the conductive plug 120a1. The n-type region 115n is also connected to the FD 116 (n-type region) of the green transfer transistor Tr1. A p-type region 115p (hole accumulation layer) is formed in the vicinity of the interface between the n-type region 115n and the surface S2.

導電性プラグ120a1は、後述の導電性プラグ120a2と共に、有機光電変換部11Gと半導体基板11とのコネクタとして機能すると共に、有機光電変換部11Gにおいて生じた電子またはホールの伝送経路を形成するものである。ここでは、導電性プラグ120a1は、有機光電変換部11Gの下部電極14aと導通すると共に、緑用蓄電層110Gと接続されている。   The conductive plug 120a1, together with a conductive plug 120a2 described later, functions as a connector between the organic photoelectric conversion unit 11G and the semiconductor substrate 11, and forms a transmission path for electrons or holes generated in the organic photoelectric conversion unit 11G. is there. Here, the conductive plug 120a1 is electrically connected to the lower electrode 14a of the organic photoelectric conversion unit 11G and is connected to the green power storage layer 110G.

この導電性プラグ120a1は、例えば導電型の半導体層により構成され、半導体基板11に埋め込み形成されたものである。この場合、電子の伝送経路となることから、導電性プラグ120a1はn型とするとよい。あるいは、導電性プラグ120a1は、例えば貫通ビアにタングステン等の導電膜材料が充填されたものであってもよい。この場合、例えばシリコンとの短絡を抑制するために、酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(SiN)などの絶縁膜でビア側面が覆われていることが望ましい。 The conductive plug 120a1 is formed of, for example, a conductive semiconductor layer and is embedded in the semiconductor substrate 11. In this case, since it becomes an electron transmission path, the conductive plug 120a1 is preferably an n-type. Alternatively, the conductive plug 120a1 may be, for example, a through via filled with a conductive film material such as tungsten. In this case, for example, in order to suppress a short circuit with silicon, it is desirable that the via side surface be covered with an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN).

上記のような半導体基板11の面S2側には、多層配線層51を介して、例えばシリコンよりなる支持基板53が貼り合わせられている。多層配線層51では、複数の配線51aおよび配線51bが層間絶縁膜52を介して配設されている。このように、光電変換素子10では、多層配線層51が受光面とは反対側に形成されており、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置を実現可能となっている。   A support substrate 53 made of, for example, silicon is bonded to the surface S2 side of the semiconductor substrate 11 with a multilayer wiring layer 51 interposed therebetween. In the multilayer wiring layer 51, a plurality of wirings 51 a and wirings 51 b are arranged via an interlayer insulating film 52. Thus, in the photoelectric conversion element 10, the multilayer wiring layer 51 is formed on the side opposite to the light receiving surface, and a so-called back-illuminated solid-state imaging device can be realized.

一方、半導体基板11の面S1側には、有機光電変換部11Gが形成されている。以下、半導体基板11の面S1側の構成について説明する。   On the other hand, an organic photoelectric conversion unit 11G is formed on the surface S1 side of the semiconductor substrate 11. Hereinafter, the configuration on the surface S1 side of the semiconductor substrate 11 will be described.

(有機光電変換部11G)
有機光電変換部11Gは、有機半導体を用いて、選択的な波長域の光(ここでは緑色光)を吸収して、電子・ホール対を発生させる有機光電変換素子である。有機光電変換部11Gは、信号電荷を取り出すための一対の電極(下部電極14a,上部電極18)間に有機光電変換層17を挟み込んだ構成を有している。下部電極14a(第1電極)は、半導体基板11内に埋設された導電性プラグ120a1に電気的に接続されている。上部電極18(第2電極)は、例えば固体撮像装置の周縁部において、後述のコンタクト部を介して多層配線層51内の配線51aに接続されており、これにより電荷(ここではホール)が排出されるようになっている。
(Organic photoelectric conversion unit 11G)
The organic photoelectric conversion unit 11G is an organic photoelectric conversion element that generates an electron / hole pair by absorbing light in a selective wavelength range (here, green light) using an organic semiconductor. The organic photoelectric conversion unit 11G has a configuration in which the organic photoelectric conversion layer 17 is sandwiched between a pair of electrodes (lower electrode 14a and upper electrode 18) for extracting signal charges. The lower electrode 14a (first electrode) is electrically connected to a conductive plug 120a1 embedded in the semiconductor substrate 11. The upper electrode 18 (second electrode) is connected to the wiring 51a in the multilayer wiring layer 51 via a contact portion described later, for example, at the periphery of the solid-state imaging device, and thereby charges (here, holes) are discharged. It has come to be.

この有機光電変換部11Gは、半導体基板11の面S1上に、層間絶縁膜12A,12Bを介して形成されている。層間絶縁膜12Aには、導電性プラグ120a1と対向する領域に導電性プラグ120a2が埋設され、層間絶縁膜12Bには、導電性プラグ120a2と対向する領域に、配線層13aが埋設されている。この層間絶縁膜12B上に、下部電極14aが配設されている。下部電極14a上には、開口Hを有する無機絶縁膜15A,15Bが形成されている。このような無機絶縁膜15A,15Bの開口Hの内部(下部電極14aの上面)からその周辺領域にわたって、有機光電変換層17が形成されている。この有機光電変換層17を覆うように上部電極18が設けられ、上部電極18上には、保護膜19および平坦化層20がこの順に積層されている。   The organic photoelectric conversion unit 11G is formed on the surface S1 of the semiconductor substrate 11 via interlayer insulating films 12A and 12B. In the interlayer insulating film 12A, a conductive plug 120a2 is embedded in a region facing the conductive plug 120a1, and in the interlayer insulating film 12B, a wiring layer 13a is embedded in a region facing the conductive plug 120a2. A lower electrode 14a is disposed on the interlayer insulating film 12B. On the lower electrode 14a, inorganic insulating films 15A and 15B having openings H are formed. The organic photoelectric conversion layer 17 is formed from the inside of the opening H of the inorganic insulating films 15A and 15B (the upper surface of the lower electrode 14a) to the peripheral region thereof. An upper electrode 18 is provided so as to cover the organic photoelectric conversion layer 17, and a protective film 19 and a planarizing layer 20 are laminated on the upper electrode 18 in this order.

導電性プラグ120a2は、上述のように導電性プラグ120a1と共にコネクタとして機能すると共に、導電性プラグ120a1および配線層13aと共に、下部電極14aから緑用蓄電層110Gへの電荷(電子)の伝送経路を形成するものである。導電性プラグ120a2は、遮光膜として機能させてもよく、この場合には、例えばチタン(Ti)、窒化チタン(TiN)およびタングステンなどの金属材料の積層膜により構成されることが望ましい。   As described above, the conductive plug 120a2 functions as a connector together with the conductive plug 120a1, and together with the conductive plug 120a1 and the wiring layer 13a, a conductive (electron) transmission path from the lower electrode 14a to the green power storage layer 110G. To form. The conductive plug 120a2 may function as a light shielding film. In this case, it is desirable that the conductive plug 120a2 is formed of a laminated film of a metal material such as titanium (Ti), titanium nitride (TiN), and tungsten.

層間絶縁膜12Aは、半導体基板11(シリコン層110)との界面準位を低減させると共に、シリコン層110との界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位の小さな絶縁膜から構成されることが望ましい。このような絶縁膜としては、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)膜と酸化シリコン(SiO2)膜との積層膜を用いることができる。層間絶縁膜12Bは、例えば酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン(SiON)等のうちの1種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。 The interlayer insulating film 12A is made of an insulating film having a small interface state in order to reduce the interface state with the semiconductor substrate 11 (silicon layer 110) and to suppress the generation of dark current from the interface with the silicon layer 110. It is desirable to be configured. As such an insulating film, for example, a stacked film of a hafnium oxide (HfO 2 ) film and a silicon oxide (SiO 2 ) film can be used. The interlayer insulating film 12B is composed of, for example, a single layer film made of one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride (SiON), or a laminated film made of two or more of these.

下部電極14aは、半導体基板11内に形成された無機光電変換部11B,11Rの受光面と正対して、これらの受光面を覆う領域に設けられている。この下部電極14aは、光透過性を有すると共に、例えば屈折率1.8〜2.0の導電膜、例えばITO(インジウム錫酸化物)から構成されている。但し、この他にも、酸化錫(TO)、ドーパントを添加した酸化スズ(SnO2)系材料、あるいは酸化亜鉛(ZnO)にドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料が用いられてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム(Al)を添加したアルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ガリウム(Ga)添加のガリウム亜鉛酸化物(GZO)、インジウム(In)添加のインジウム亜鉛酸化物(IZO)が挙げられる。また、この他にも、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIN24、CdO、ZnSnO3等が用いられてもよい。尚、本実施の形態では、上述のように下部電極14aから信号電荷(電子)の取り出しがなされるので、光電変換素子10を画素として用いた後述の固体撮像装置では、下部電極14aが、無機絶縁膜15A,15Bによって画素毎に分離される。 The lower electrode 14a is provided in a region that faces the light receiving surfaces of the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R formed in the semiconductor substrate 11 and covers these light receiving surfaces. The lower electrode 14a has optical transparency and is made of, for example, a conductive film having a refractive index of 1.8 to 2.0, such as ITO (indium tin oxide). However, in addition to this, tin oxide (TO), tin oxide (SnO 2 ) -based material added with a dopant, or zinc oxide-based material obtained by adding a dopant to zinc oxide (ZnO) may be used. Examples of the zinc oxide-based material include aluminum zinc oxide (AZO) to which aluminum (Al) is added as a dopant, gallium zinc oxide (GZO) to which gallium (Ga) is added, and indium zinc oxide to which indium (In) is added. (IZO). In addition, CuI, InSbO 4 , ZnMgO, CuInO 2 , MgIN 2 O 4 , CdO, ZnSnO 3, or the like may be used. In the present embodiment, signal charges (electrons) are extracted from the lower electrode 14a as described above. Therefore, in the solid-state imaging device described later using the photoelectric conversion element 10 as a pixel, the lower electrode 14a is inorganic. Each pixel is separated by insulating films 15A and 15B.

無機絶縁膜15A,15Bは、例えば酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン(SiON)等のうちの1種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。これらの無機絶縁膜15A,15Bは、光電変換素子10が、固体撮像装置の画素として用いられる場合に、各画素の下部電極14a間を電気的に分離する機能を有すると共に、遮光層16を挟み込むように積層されている。これらの無機絶縁膜15A,15Bにより、遮光層16と下部電極14aおよび有機光電変換層17との絶縁性が確保される。尚、無機絶縁膜15Bが、本開示における「無機絶縁膜」の一具体例に相当し、無機絶縁膜15Aが、本開示における「他の絶縁膜」の一具体例に相当する。   The inorganic insulating films 15A and 15B are composed of, for example, a single layer film made of one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride (SiON), or a laminated film made of two or more of these. Yes. These inorganic insulating films 15A and 15B have a function of electrically separating the lower electrodes 14a of each pixel and sandwiching the light shielding layer 16 when the photoelectric conversion element 10 is used as a pixel of a solid-state imaging device. Are stacked. By these inorganic insulating films 15A and 15B, insulation between the light shielding layer 16, the lower electrode 14a, and the organic photoelectric conversion layer 17 is secured. The inorganic insulating film 15B corresponds to a specific example of “an inorganic insulating film” in the present disclosure, and the inorganic insulating film 15A corresponds to a specific example of “another insulating film” in the present disclosure.

本実施の形態では、これらの無機絶縁膜15A,15Bのうちの上側に設けられた無機絶縁膜15Bが、開口Hの周辺領域に凹凸形状A1(第1の凹凸形状)を有している。この凹凸形状A1は、遮光層16の凹凸形状A2(第2の凹凸形状)に倣って(凹凸形状A2の形状を反映させて)形成されたものである。また、無機絶縁膜15Bの凹凸形状A1は、有機光電変換層17の上面(上部電極18側の面)にも反映されており、有機光電変換層17の上面は、凹凸形状A1に倣った凹凸形状A3を有している。尚、図1では、この遮光層16の凹凸形状A2、無機絶縁膜15Bの凹凸形状A1および有機光電変換層17の凹凸形状A3について、模式的に示している。   In the present embodiment, the inorganic insulating film 15B provided on the upper side of these inorganic insulating films 15A and 15B has an uneven shape A1 (first uneven shape) in the peripheral region of the opening H. The uneven shape A1 is formed following the uneven shape A2 (second uneven shape) of the light shielding layer 16 (reflecting the shape of the uneven shape A2). The uneven shape A1 of the inorganic insulating film 15B is also reflected on the upper surface (surface on the upper electrode 18 side) of the organic photoelectric conversion layer 17, and the upper surface of the organic photoelectric conversion layer 17 is uneven according to the uneven shape A1. It has a shape A3. In FIG. 1, the uneven shape A2 of the light shielding layer 16, the uneven shape A1 of the inorganic insulating film 15B, and the uneven shape A3 of the organic photoelectric conversion layer 17 are schematically shown.

遮光層16は、有機光電変換部11Gおよび無機光電変換部11B,11Rへの外光(ノイズ光)の入射を抑制するものである。通常、そのような遮光機能を有する層は、下部電極14aよりも下層に設けられたメタル(例えば導電性プラグ120a2)と同層に設けられるか、あるいはその導電性プラグ120a2が遮光層を兼ねている場合が多い。本実施の形態では、下部電極14aよりも上層に遮光層16が設けられ、この遮光層16の表面に凹凸形状A2が形成されている。これにより、その遮光層16の凹凸形状A2に倣った凹凸形状A1が、無機絶縁膜15Bの有機光電変換層17側の面に形成されている。   The light shielding layer 16 suppresses the incidence of external light (noise light) to the organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R. Usually, such a layer having a light shielding function is provided in the same layer as a metal (for example, conductive plug 120a2) provided below the lower electrode 14a, or the conductive plug 120a2 also serves as a light shielding layer. There are many cases. In the present embodiment, the light shielding layer 16 is provided above the lower electrode 14a, and the uneven shape A2 is formed on the surface of the light shielding layer 16. Thereby, the uneven shape A1 following the uneven shape A2 of the light shielding layer 16 is formed on the surface of the inorganic insulating film 15B on the organic photoelectric conversion layer 17 side.

この遮光層16は、開口Hの周辺領域に形成されており、例えばその表面の全域が凹凸形状A2を有している。例えば、後述する固体撮像装置では、図4に示したように、開口Hを有する遮光層16が、全体として格子状に形成されている。尚、凹凸形状A2は、遮光層16の表面の部分的な領域にのみ形成されていてもよいが、本実施の形態のように、遮光層16の表面の全域にわたって形成されている方が、密着性向上の観点から望ましい。   The light shielding layer 16 is formed in the peripheral region of the opening H, and for example, the entire surface thereof has an uneven shape A2. For example, in the solid-state imaging device described later, as shown in FIG. 4, the light shielding layer 16 having the openings H is formed in a lattice shape as a whole. The concavo-convex shape A2 may be formed only in a partial region of the surface of the light shielding layer 16, but it is preferable that the uneven shape A2 is formed over the entire surface of the light shielding layer 16 as in the present embodiment. It is desirable from the viewpoint of improving adhesion.

遮光層16の表面は、詳細には、後述するCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)工程において形成される粗面となっており、この粗面が上記の凹凸形状A2を含んでいる。具体的には、RMS粒状度(Root Mean Square granularity)が、例えば8nm以上の粗面であることが望ましく、より望ましくは10nm程度以上である。これは、無機絶縁膜15Bの成膜工程において、この無機絶縁膜15Bの上面に、凹凸形状A2に倣った形状(凹凸形状A1)を形成し易い(凹凸形状A2を反映させ易い)ためである。   Specifically, the surface of the light shielding layer 16 is a rough surface formed in a later-described CVD (Chemical Vapor Deposition) process, and the rough surface includes the uneven shape A2. Specifically, the RMS granularity (Root Mean Square granularity) is preferably a rough surface of, for example, 8 nm or more, and more preferably about 10 nm or more. This is because in the film forming process of the inorganic insulating film 15B, it is easy to form a shape (uneven shape A1) that follows the uneven shape A2 on the upper surface of the inorganic insulating film 15B (it is easy to reflect the uneven shape A2). .

このような遮光層16は、例えばタングステン(W),チタン(Ti),アルミニウム(Al)または銅(Cu)等の可視光に対して透過率の低い材料を用いて構成されており、具体的には、無機絶縁膜15Aの側から順に、窒化チタン(TiN)とタングステンとが積層されたもの(TiN/W)が挙げられる。あるいは、無機絶縁膜15Aの側から順に、チタンとTiNとタングステンとが積層されたもの(Ti/TiN/W)が挙げられる。これらのうち、Ti層とTiN層との積層膜、またはTiN単層膜は、主に無機絶縁膜15Aに対する密着性を高める機能を有し、その厚みは、例えば10nm〜40nmである。W層は、主に遮光性を確保するために設けられ、その厚みは例えば150nm〜250nmである。   Such a light shielding layer 16 is made of a material having low transmittance with respect to visible light, such as tungsten (W), titanium (Ti), aluminum (Al), or copper (Cu). In this case, a laminate (TiN / W) in which titanium nitride (TiN) and tungsten are stacked in this order from the inorganic insulating film 15A side can be mentioned. Or the thing (Ti / TiN / W) by which titanium, TiN, and tungsten were laminated | stacked in order from the inorganic insulating film 15A side is mentioned. Among these, the laminated film of the Ti layer and the TiN layer or the TiN single layer film mainly has a function of improving the adhesion to the inorganic insulating film 15A, and the thickness thereof is, for example, 10 nm to 40 nm. The W layer is provided mainly to ensure light shielding properties, and the thickness thereof is, for example, 150 nm to 250 nm.

有機光電変換層17は、選択的な波長域の光を吸収して光電変換する一方、他の波長域の光を透過させる有機半導体により構成されている。有機半導体としては、有機p型半導体および有機n型半導体のうちの一方または両方を含んで構成されることが望ましい。このような有機半導体としては、キナクリドン誘導体、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、およびフルオランテン誘導体のうちのいずれか1種が好適に用いられる。あるいは、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が用いられていてもよい。加えて、金属錯体色素、ローダーミン系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセンおよびピレン等の縮合多環芳香族および芳香環ないし複素環化合物が縮合した鎖状化合物、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基を結合鎖として持つキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の二つの含窒素複素環、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を好ましく用いることができる。尚、上記金属錯体色素としては、ジチオール金属錯体系色素、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素、またはルテニウム錯体色素が好ましいが、これに限定されるものではない。本実施の形態では、有機光電変換層17が、例えば495nm〜570nmの波長域の一部または全部の波長域に対応する緑色光を光電変換可能であり、上記材料のうちの1または2種以上の材料を含んで構成されている。このような有機光電変換層17の厚みは、例えば50nm〜500nmである。   The organic photoelectric conversion layer 17 is composed of an organic semiconductor that absorbs light in a selective wavelength range and performs photoelectric conversion while transmitting light in other wavelength ranges. The organic semiconductor is preferably configured to include one or both of an organic p-type semiconductor and an organic n-type semiconductor. As such an organic semiconductor, any one of quinacridone derivatives, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, and fluoranthene derivatives is preferably used. Alternatively, a polymer such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, diacetylene, or a derivative thereof may be used. In addition, metal complex dyes, rhodamine dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, phenylxanthene dyes, triphenylmethane dyes, rhodacyanine dyes, xanthene dyes, macrocyclic azaannulene dyes, azulene dyes, naphthoquinones , Anthraquinone dyes, condensed polycyclic aromatics such as anthracene and pyrene, chain compounds condensed with aromatic rings or heterocyclic compounds, or quinoline, benzothiazole, benzoxazole having a squarylium group and a croconic methine group as a bonding chain Or the like, or a cyanine-like dye bonded by two nitrogen-containing heterocycles or the like, or a squarylium group and a croconite methine group can be preferably used. The metal complex dye is preferably a dithiol metal complex dye, a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye, or a ruthenium complex dye, but is not limited thereto. In the present embodiment, the organic photoelectric conversion layer 17 can photoelectrically convert green light corresponding to a part or all of the wavelength range of 495 nm to 570 nm, for example, and one or more of the above materials It is comprised including the material of. The thickness of such an organic photoelectric conversion layer 17 is, for example, 50 nm to 500 nm.

尚、2種以上の有機半導体(例えばp型有機半導体とn型有機半導体)を同時に蒸着させることにより、それらの有機半導体の複合膜である有機共蒸着膜を有機光電変換層17と用いられていてもよい。また、有機光電変換層17の下部電極14aとの間、および上部電極18との間には、図示しない他の層が設けられていてもよい。例えば、下部電極14a側から順に、下引き膜、電子ブロッキング膜、有機光電変換層17、正孔ブロッキング膜、バッファ膜および仕事関数調整膜等が積層されていてもよい。   Two or more organic semiconductors (for example, a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor) are vapor-deposited at the same time, whereby an organic co-deposition film that is a composite film of these organic semiconductors is used as the organic photoelectric conversion layer 17. May be. Further, other layers (not shown) may be provided between the lower electrode 14 a of the organic photoelectric conversion layer 17 and the upper electrode 18. For example, an undercoat film, an electron blocking film, an organic photoelectric conversion layer 17, a hole blocking film, a buffer film, a work function adjusting film, and the like may be stacked sequentially from the lower electrode 14a side.

上部電極18は、下部電極14aと同様の光透過性を有する無機導電膜により構成されている。この上部電極18は、開口Hの周辺領域において、有機光電変換層17の凹凸形状A3に接して設けられている。   The upper electrode 18 is composed of an inorganic conductive film having the same light transmittance as that of the lower electrode 14a. The upper electrode 18 is provided in contact with the concavo-convex shape A3 of the organic photoelectric conversion layer 17 in the peripheral region of the opening H.

上部電極18は、また、その選択的な領域において、図5に示したように、コンタクトメタル層18c(図1には図示せず)を介して多層配線層51に接続されている。尚、図5では、簡便化のため、多層配線層51および支持基板53と、保護層19および平坦化層20との図示を省略している。コンタクトメタル層18cは、上部電極18から電荷の取り出し(本実施の形態では、ホールの排出)を行うために、上部電極18を、その下層の配線層(導電性プラグ120b1,12b2,配線層13b,14b)と電気的に接続させるものである。尚、本実施の形態のように、下部電極18側から信号電荷の取り出しを行う場合、後述の固体撮像装置では、上部電極18が各画素に共通して設けられ、コンタクトメタル層18cは、その上部電極18に対して少なくとも1箇所設けられていればよい。   Further, as shown in FIG. 5, the upper electrode 18 is connected to the multilayer wiring layer 51 via the contact metal layer 18c (not shown in FIG. 1) in the selective region. In FIG. 5, illustration of the multilayer wiring layer 51 and the support substrate 53, the protective layer 19, and the planarizing layer 20 is omitted for simplification. The contact metal layer 18c is formed by removing the upper electrode 18 from the lower wiring layer (conductive plugs 120b1, 12b2, and wiring layer 13b) in order to extract charges from the upper electrode 18 (discharge of holes in the present embodiment). , 14b). In the case where signal charges are extracted from the lower electrode 18 side as in the present embodiment, in the solid-state imaging device described later, the upper electrode 18 is provided in common for each pixel, and the contact metal layer 18c It is sufficient that at least one location is provided for the upper electrode 18.

保護膜19は、例えば光透過性を有する無機材料により構成され、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等のうちのいずれかよりなる単層膜、あるいはそれらのうちの2種以上よりなる積層膜である。この保護膜19の厚みは、例えば0.1μm〜30μmである。   The protective film 19 is made of, for example, a light-transmitting inorganic material, and is made of, for example, a single-layer film made of any of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like, or two or more of them. It is a laminated film. The thickness of the protective film 19 is, for example, 0.1 μm to 30 μm.

平坦化層20は、例えば、アクリル系樹脂材料、スチレン系樹脂材料またはエポキシ系樹脂材料等により構成されている。この平坦化層20上には、オンチップレンズ21が設けられている。尚、平坦化層20は、必要に応じて設けられればよく、上記保護層19が平坦化層20を兼ねていてもよい。   The planarization layer 20 is made of, for example, an acrylic resin material, a styrene resin material, an epoxy resin material, or the like. An on-chip lens 21 is provided on the planarizing layer 20. The planarization layer 20 may be provided as necessary, and the protective layer 19 may also serve as the planarization layer 20.

オンチップレンズ21は、その上方から入射した光を、有機光電変換層11G、無機光電変換層11B,11Rの各受光面へ集光させるものである。本実施の形態では、多層配線層51が半導体基板11の面S2側に形成されていることから、有機光電変換層11G、無機光電変換層11B,11Rの各受光面を互いに近づけて配置することができ、オンチップレンズ21のF値に依存して生じる各色間の感度のばらつきを低減することができる。   The on-chip lens 21 collects light incident from above on the light receiving surfaces of the organic photoelectric conversion layer 11G and the inorganic photoelectric conversion layers 11B and 11R. In the present embodiment, since the multilayer wiring layer 51 is formed on the surface S2 side of the semiconductor substrate 11, the light receiving surfaces of the organic photoelectric conversion layer 11G and the inorganic photoelectric conversion layers 11B and 11R are arranged close to each other. Thus, it is possible to reduce the variation in sensitivity between the colors depending on the F value of the on-chip lens 21.

[製造方法]
上記のような光電変換素子10は、例えば次のようにして製造することができる。図6〜図9および図13〜図17は、光電変換素子10の製造方法を工程順に表したものである。但し、ここでは、光電変換素子10の要部構成のみを図示し、半導体基板11の面S1側に、有機光電変換部11Gを形成する際の手順について具体的に説明する。
[Production method]
The photoelectric conversion element 10 as described above can be manufactured, for example, as follows. 6-9 and FIGS. 13-17 show the manufacturing method of the photoelectric conversion element 10 in process order. However, here, only the main configuration of the photoelectric conversion element 10 is illustrated, and a procedure for forming the organic photoelectric conversion unit 11G on the surface S1 side of the semiconductor substrate 11 will be specifically described.

尚、図示はしないが、有機光電変換部11Gを形成する前に、無機光電変換部11A,11Bを有する半導体基板11を形成し、この半導体基板11の面S2側に、多層配線層51および支持基板53を形成しておく。具体的には、まず、例えばシリコン酸化膜等よりなる仮基板上にシリコン層110を形成し、このシリコン層110に、導電性プラグ120a1、緑用蓄積層110Gおよび無機光電変換部11B,11Rを、例えばイオン注入により埋め込むことにより、半導体基板11を形成する。この後、半導体基板11の面S2側に、転送トランジスタTr1〜Tr3を含む画素トランジスタと、ロジック回路などの周辺回路および多層配線層51を形成する。続いて、多層配線層51上に支持基板53を貼り合わせた後、半導体基板11の面S1側から上記仮基板を剥離し、半導体基板11の面S1を露出させる。   Although not shown, the semiconductor substrate 11 having the inorganic photoelectric conversion portions 11A and 11B is formed before the organic photoelectric conversion portion 11G is formed, and the multilayer wiring layer 51 and the support are formed on the surface S2 side of the semiconductor substrate 11. A substrate 53 is formed. Specifically, first, a silicon layer 110 is formed on a temporary substrate made of, for example, a silicon oxide film, and the conductive plug 120a1, the green storage layer 110G, and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R are formed on the silicon layer 110. For example, the semiconductor substrate 11 is formed by embedding by ion implantation. Thereafter, a pixel transistor including transfer transistors Tr1 to Tr3, a peripheral circuit such as a logic circuit, and a multilayer wiring layer 51 are formed on the surface S2 side of the semiconductor substrate 11. Subsequently, after the support substrate 53 is bonded onto the multilayer wiring layer 51, the temporary substrate is peeled off from the surface S1 side of the semiconductor substrate 11 to expose the surface S1 of the semiconductor substrate 11.

まず、図6に示したように、半導体基板11の面S1上に、層間絶縁膜12A,12Bを形成する。具体的には、まず、半導体基板11の面S1上に、上述したような酸化ハフニウム膜と酸化シリコン膜との積層膜よりなる層間絶縁膜12Aを形成する。この際、例えば、ALD(原子層堆積)法により酸化ハフニウム膜を成膜した後、例えばプラズマCVD法により酸化シリコン膜を成膜する。この後、層間絶縁膜12Aの導電性プラグ120a1に対向する領域を開口し、上述した材料よりなる導電性プラグ120a2を形成する。続いて、層間絶縁膜12A上に、上述した材料よりなる層間絶縁膜12Bを、例えばプラズマCVD法により成膜する。次いで、層間絶縁膜12Bの導電性プラグ120a2に対向する領域を開口し、上述した材料よりなる配線層13aを形成する。   First, as shown in FIG. 6, interlayer insulating films 12 </ b> A and 12 </ b> B are formed on the surface S <b> 1 of the semiconductor substrate 11. Specifically, first, an interlayer insulating film 12A made of a laminated film of a hafnium oxide film and a silicon oxide film as described above is formed on the surface S1 of the semiconductor substrate 11. At this time, for example, after a hafnium oxide film is formed by an ALD (atomic layer deposition) method, a silicon oxide film is formed by a plasma CVD method, for example. Thereafter, a region facing the conductive plug 120a1 of the interlayer insulating film 12A is opened, and the conductive plug 120a2 made of the above-described material is formed. Subsequently, an interlayer insulating film 12B made of the above-described material is formed on the interlayer insulating film 12A by, for example, a plasma CVD method. Next, a region of the interlayer insulating film 12B facing the conductive plug 120a2 is opened, and the wiring layer 13a made of the above-described material is formed.

次いで、図7に示したように、層間絶縁膜12B上に下部電極14aを形成する。具体的には、まず、層間絶縁膜12B上の全面にわたって、上述した透明導電膜を成膜する。成膜手法としては、例えばゾルゲル法、スピンコーティング法、スプレー法、ロールコーティング法、イオンビーム蒸着(Ion Beam Deposition)法、電子ビーム蒸着(electron beam deposition)法、レーザーアブレーション(laser ablation)法、CVD法またはスパッタリング法などが挙げられる。但し、特に大面積かつ均一な厚みの下部電極14aを成膜するためには、上記手法のうちスパッタリング法を用いることが望ましい。この後、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチング(またはウェットエッチング)を用いて、パターニングすることにより、下部電極14aを形成する。この際、下部電極14aを、配線層13aに対向する領域に形成することにより、下部電極14aが配線層13aおよび導電性プラグ120a1,120a2を介して緑用蓄電層110Gに電気的に接続されるようにする。   Next, as shown in FIG. 7, the lower electrode 14a is formed on the interlayer insulating film 12B. Specifically, first, the above-described transparent conductive film is formed over the entire surface of the interlayer insulating film 12B. Examples of film forming methods include sol-gel method, spin coating method, spray method, roll coating method, ion beam deposition method, electron beam deposition method, laser ablation method, CVD Method or sputtering method. However, in order to form the lower electrode 14a having a particularly large area and a uniform thickness, it is desirable to use the sputtering method among the above methods. Thereafter, the lower electrode 14a is formed by patterning, for example, using dry etching (or wet etching) using a photolithography method. At this time, by forming the lower electrode 14a in a region facing the wiring layer 13a, the lower electrode 14a is electrically connected to the green power storage layer 110G via the wiring layer 13a and the conductive plugs 120a1 and 120a2. Like that.

続いて、図8に示したように、無機絶縁膜15Aを形成する。具体的には、半導体基板11上の全面にわたって、層間絶縁膜12Bおよび下部電極14aを覆うように、上述した材料よりなる無機絶縁膜15Aを、例えばプラズマCVD法により成膜する。次いで、成膜した無機絶縁膜15Aの表面を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)法を用いて平坦化する。   Subsequently, as shown in FIG. 8, an inorganic insulating film 15A is formed. Specifically, the inorganic insulating film 15A made of the above-described material is formed by, for example, a plasma CVD method so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate 11 so as to cover the interlayer insulating film 12B and the lower electrode 14a. Next, the surface of the formed inorganic insulating film 15A is planarized using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

尚、上述の導電性プラグ120a2、配線層13aおよび後述の遮光層16の各形成工程において、図5に示したコンタクト部18cにおける導電性プラグ120b2、配線層13b,14bを形成する。   In each of the steps of forming the conductive plug 120a2, the wiring layer 13a and the light shielding layer 16 described later, the conductive plug 120b2 and the wiring layers 13b and 14b in the contact portion 18c shown in FIG. 5 are formed.

(遮光層形成工程)
この後、以下のようにして、遮光層16を形成する。具体的には、まず、図9に示したように、上述した材料等よりなる遮光層16を無機絶縁膜15A上の全面にわたって成膜する。具体的には、まず、例えばTi層とTiN層との積層膜、またはTiN層(単層膜)を、例えばスパッタ法やCVD法により成膜し、続いて、W層を、例えばCVD法により成膜する。
(Light shielding layer forming process)
Thereafter, the light shielding layer 16 is formed as follows. Specifically, first, as shown in FIG. 9, the light shielding layer 16 made of the above-described material or the like is formed over the entire surface of the inorganic insulating film 15A. Specifically, first, for example, a laminated film of a Ti layer and a TiN layer, or a TiN layer (single layer film) is formed by, for example, a sputtering method or a CVD method, and then a W layer is formed by, for example, a CVD method. Form a film.

ここで、W層を成膜する際には、その表面に凹凸形状A2が形成されるような成膜条件を用いる。成膜手法として、CVD法を用いた場合、詳細には、核形成(核発生)ステップと、その核の成長ステップとを経て、W層が成膜されるが、各ステップにおいて、例えば以下のような条件に設定するとよい。   Here, when forming the W layer, film forming conditions are used so that the concavo-convex shape A2 is formed on the surface thereof. When the CVD method is used as the film forming method, in detail, a W layer is formed through a nucleation (nucleation generation) step and a growth step of the nuclei. It is recommended to set such conditions.

(1)核形成ステップ
成膜温度:450℃
WF6流量:15sccm
SiH4流量:4sccm
2流量:400sccm
成膜圧力:500Pa
膜厚:20〜30nm
(2)成長ステップ
成膜温度:450℃
WF6流量:80sccm
SiH4流量:0sccm
2流量:720sccm
成膜圧力:10500Pa
膜厚:200nm
(1) Nucleation step Film formation temperature: 450 ° C
WF 6 flow rate: 15sccm
SiH 4 flow rate: 4 sccm
H 2 flow rate: 400sccm
Deposition pressure: 500Pa
Film thickness: 20-30nm
(2) Growth step Deposition temperature: 450 ° C
WF 6 flow rate: 80sccm
SiH 4 flow rate: 0 sccm
H 2 flow rate: 720sccm
Deposition pressure: 10500 Pa
Film thickness: 200nm

上記条件で成膜されたW層の表面は、上述したような凹凸形状A2を含む粗面となり、そのRMS粒状度は約10nmとなる。このような粗面の形成には、上記成膜条件のうち、特に、成膜温度、H2に対するWF6の流量比率が大きく影響する。具体的には、特に成長ステップにおいて、比較的低温の状態で成膜を進行させたり、H2に対するWF6の流量比率を通常よりも高く設定することにより、W層表面のRMS粒状度を大きくして、凹凸形状A2を含む粗面を形成可能である。 The surface of the W layer formed under the above conditions is a rough surface including the uneven shape A2 as described above, and its RMS granularity is about 10 nm. The formation of such a rough surface is greatly influenced by the film formation temperature and the flow rate ratio of WF 6 to H 2 among the film formation conditions. Specifically, especially in the growth step, the RMS granularity of the surface of the W layer is increased by allowing film formation to proceed at a relatively low temperature or setting the flow ratio of WF 6 to H 2 higher than usual. Thus, a rough surface including the uneven shape A2 can be formed.

例えば、上記のような成膜条件のうち、成膜温度のみを変化させた場合、W層の表面形状に対して以下のような影響を与える。図10(A)に、成長ステップにおける成膜温度(℃)と、成膜されたW層表面の反射率(%)との関係を、図10(B)に成膜温度(℃)と、成膜されたW層表面の粗さ(nm)との関係をそれぞれ示す。このように、成膜温度を、例えば350〜500℃の範囲において段階的に変化させると、より低温の状態で成膜した場合に、反射率が低くなり、表面粗さが大きくなることがわかる。この結果から、成膜温度の低下により、遮光層16の表面のRMS粒状度が大きく(表面を粗く)なる傾向があることがわかる。また、RMS粒状度が大きくなることにより、後工程において形成する、無機絶縁膜15Bおよび有機光電変換層17に対して凹凸形状A2を反映させ、上述のような凹凸形状A1,A3を形成し易くなる。   For example, when only the film forming temperature is changed among the film forming conditions as described above, the following effects are exerted on the surface shape of the W layer. FIG. 10A shows the relationship between the film formation temperature (° C.) in the growth step and the reflectance (%) of the surface of the formed W layer. FIG. 10B shows the film formation temperature (° C.) The relationship with the roughness (nm) of the surface of the deposited W layer is shown. Thus, when the film forming temperature is changed stepwise in the range of 350 to 500 ° C., for example, when the film is formed at a lower temperature, the reflectance is lowered and the surface roughness is increased. . From this result, it is understood that the RMS granularity of the surface of the light shielding layer 16 tends to increase (the surface becomes rough) due to the decrease in the film formation temperature. Further, since the RMS granularity is increased, the uneven shape A2 is reflected on the inorganic insulating film 15B and the organic photoelectric conversion layer 17 to be formed in a later step, and the uneven shapes A1 and A3 as described above are easily formed. Become.

また、図11(A)に、実施例として、上記成膜条件(1),(2)によって形成したW層の表面状態(RMS粒状度が9.934nm)を撮影したものを示す。但し、図11(A)は、W層を斜め上方からみたものであり、図11(B)は、W層を上方からみたものである。更に、その比較例として、成膜ステップにおいて、WF6の流量を20sccm、H2の流量を2000sccmとそれぞれ設定した場合(WF6およびH2の流量以外の条件については上記実施の形態と同様)のW層の表面状態を、図12(A),(B)に示す。つまり、比較例では、実施例に比べ、H2に対するWF6の流量の割合が低く設定されており、この場合、RMS粒状度が実施例よりも低くなり(3.525nm)、W層の表面は比較的平滑な面となっている。この結果から、H2に対するWF6の流量比率を高くすることにより、遮光層16の表面のRMS粒状度を大きく(表面を粗く)なる傾向があることがわかる。従って、H2に対するWF6の流量比率を高く設定することによっても、上記成膜温度を低下させる場合と同様、上述のような凹凸形状A1,A3を形成し易くなる。 FIG. 11A shows a photograph of the surface state (RMS granularity: 9.934 nm) of the W layer formed under the film forming conditions (1) and (2) as an example. However, FIG. 11A shows the W layer as viewed obliquely from above, and FIG. 11B shows the W layer as viewed from above. Further, as a comparative example, when the flow rate of WF 6 is set to 20 sccm and the flow rate of H 2 is set to 2000 sccm in the film forming step (the conditions other than the flow rates of WF 6 and H 2 are the same as in the above embodiment). 12A and 12B show the surface state of the W layer. That is, in the comparative example, the ratio of the flow rate of WF 6 to H 2 is set lower than in the example. In this case, the RMS granularity is lower than in the example (3.525 nm), and the surface of the W layer Has a relatively smooth surface. From this result, it is understood that the RMS granularity of the surface of the light shielding layer 16 tends to increase (the surface becomes rough) by increasing the flow rate ratio of WF 6 to H 2 . Therefore, even when the flow rate ratio of WF 6 to H 2 is set high, it is easy to form the uneven shapes A1 and A3 as described above, as in the case where the film forming temperature is lowered.

続いて、上記のようにして成膜した遮光層16をパターニングする。具体的には、図13に示したように、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより、下部電極14aに対向する領域を開口する。   Subsequently, the light shielding layer 16 formed as described above is patterned. Specifically, as shown in FIG. 13, a region facing the lower electrode 14a is opened by, for example, dry etching using a photolithography method.

次いで、図14に示したように、無機絶縁膜15Bを形成する。具体的には、上述した材料よりなる無機絶縁膜15Bを、例えばCVD法により、遮光層16と、その開口部分を覆うように成膜する。これにより、無機絶縁膜15Bの表面には、遮光層16の表面の凹凸形状A2に倣った凹凸形状A1が形成される。   Next, as shown in FIG. 14, an inorganic insulating film 15B is formed. Specifically, the inorganic insulating film 15B made of the above-described material is formed by, for example, a CVD method so as to cover the light shielding layer 16 and its opening. Thereby, an uneven shape A1 is formed on the surface of the inorganic insulating film 15B, following the uneven shape A2 of the surface of the light shielding layer 16.

この後、図15に示したように、開口Hを形成する。具体的には、無機絶縁膜15A,15Bの下部電極14aに対向する領域を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより選択的に除去する。これにより、下部電極14aの表面を無機絶縁膜15A,15Bから露出させる。   Thereafter, an opening H is formed as shown in FIG. Specifically, the regions facing the lower electrode 14a of the inorganic insulating films 15A and 15B are selectively removed by, for example, dry etching using a photolithography method. Thereby, the surface of the lower electrode 14a is exposed from the inorganic insulating films 15A and 15B.

続いて、図16に示したように、上述した材料等よりなる有機光電変換層17を、例えば真空蒸着法を用いて形成する。これにより、有機光電変換層17が、上述のように開口Hの内部から開高Hの周辺領域にわたって成膜されると共に、その周辺領域では、有機光電変換層17が無機絶縁膜15Bの凹凸形状A1に接して形成される。また、開口Hの周辺領域では、有機光電変換層17の表面には、絶縁層15Bの表面の凹凸形状A1に倣った凹凸形状A3が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 16, the organic photoelectric conversion layer 17 made of the above-described material or the like is formed using, for example, a vacuum evaporation method. As a result, the organic photoelectric conversion layer 17 is formed from the inside of the opening H to the peripheral region of the open height H as described above, and in the peripheral region, the organic photoelectric conversion layer 17 has the uneven shape A1 of the inorganic insulating film 15B. It is formed in contact with. Further, in the peripheral region of the opening H, an uneven shape A3 that follows the uneven shape A1 of the surface of the insulating layer 15B is formed on the surface of the organic photoelectric conversion layer 17.

この後、図17に示したように、上部電極18を形成する。具体的には、有機光電変換層17上に、上述した導電膜を、例えば真空蒸着法、スパッタリング法等により、半導体基板11の全面にわたって成膜する。この際、導電膜を、有機光電変換層17と真空雰囲気において連続的に(真空一貫プロセスで)形成することが望ましい。このようにして導電膜を成膜した後、導電膜を例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングによりパターニングすることにより、上部電極18を形成する。尚、この際、有機光電変換層17を同時にパターニングしてもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 17, the upper electrode 18 is formed. Specifically, the above-described conductive film is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 11 on the organic photoelectric conversion layer 17 by, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. At this time, it is desirable to form the conductive film continuously with the organic photoelectric conversion layer 17 in a vacuum atmosphere (by a consistent vacuum process). After forming the conductive film in this way, the upper electrode 18 is formed by patterning the conductive film by etching using, for example, a photolithography method. At this time, the organic photoelectric conversion layer 17 may be patterned at the same time.

最後に、図示はしないが、上部電極18上に、保護層19を例えばプラズマCVD法により成膜した後、平坦化層20を、例えばスピンコート法等により成膜する。この後、平坦化層20上に、オンチップレンズ21を形成することにより、図1に示した光電変換素子10を完成する。   Finally, although not shown, after the protective layer 19 is formed on the upper electrode 18 by, for example, plasma CVD, the planarizing layer 20 is formed by, for example, spin coating. Thereafter, an on-chip lens 21 is formed on the planarizing layer 20 to complete the photoelectric conversion element 10 shown in FIG.

[作用、効果]
本実施の形態の光電変換素子10では、例えば固体撮像装置の画素として、次のようにして信号電荷が取得される。即ち、光電変換素子10に、オンチップレンズ21を介して光が入射すると、この入射光は、有機光電変換部11G、無機光電変換部11B,11Rの順に通過し、その通過過程において赤、緑、青の色光毎に光電変換される。
[Action, effect]
In the photoelectric conversion element 10 of the present embodiment, signal charges are acquired as follows, for example, as a pixel of a solid-state imaging device. That is, when light enters the photoelectric conversion element 10 through the on-chip lens 21, the incident light passes through the organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R in this order, and red, green in the passing process. , Photoelectric conversion is performed for each blue color light.

具体的には、まず、緑色光が、有機光電変換部11Gにおいて選択的に検出(吸収)され、光電変換される。これにより、発生した電子・ホール対のうち、例えば電子が下部電極14a側から取り出された後、配線層13aおよび導電性プラグ120a1,120a2を介して緑用蓄電層110Gへ蓄積される。尚、ホールは、上部電極18側から、コンタクトメタル層18c,配線層14b,13b,導電性プラグ120b2,120b1および配線層51aを介して排出される。この後、有機光電変換部11Gを透過した光のうち、青色光は無機光電変換部11B、赤色光は無機光電変換部11Rにおいて、それぞれこの順に吸収され、光電変換される。無機光電変換部11Bでは、青色光に対応した電子がn型領域(n型光電変換層111n)に蓄積される。同様に、無機光電変換部11Rでは、赤色光に対応した電子がn型領域(n型光電変換層112n)に蓄積される。   Specifically, first, green light is selectively detected (absorbed) in the organic photoelectric conversion unit 11G and subjected to photoelectric conversion. Thereby, for example, electrons out of the generated electron / hole pairs are extracted from the lower electrode 14a side, and then stored in the green power storage layer 110G via the wiring layer 13a and the conductive plugs 120a1 and 120a2. The holes are discharged from the upper electrode 18 side through the contact metal layer 18c, the wiring layers 14b and 13b, the conductive plugs 120b2 and 120b1, and the wiring layer 51a. Thereafter, among the light transmitted through the organic photoelectric conversion unit 11G, blue light is absorbed and photoelectrically converted in this order by the inorganic photoelectric conversion unit 11B and red light by the inorganic photoelectric conversion unit 11R. In the inorganic photoelectric conversion unit 11B, electrons corresponding to blue light are accumulated in the n-type region (n-type photoelectric conversion layer 111n). Similarly, in the inorganic photoelectric conversion unit 11R, electrons corresponding to red light are accumulated in the n-type region (n-type photoelectric conversion layer 112n).

読み出し動作の際には、転送トランジスタTr1,Tr2,Tr3がオン状態となり、緑用蓄電層110Gおよびn型光電変換層111n,112nにそれぞれ蓄積された電子が、FD113,114,116に転送される。これにより、各色の受光信号がそれぞれ、図示しない他の画素トランジスタを通じて後述の垂直信号線Lsigに読み出される。このように、縦方向に有機光電変換部11G、無機光電変換部11B,11Rを積層することにより、カラーフィルタを設けることなく、赤、緑、青の色光を分離して検出し、各色の信号電荷を得ることができる。   During the read operation, the transfer transistors Tr1, Tr2, and Tr3 are turned on, and the electrons accumulated in the green power storage layer 110G and the n-type photoelectric conversion layers 111n and 112n are transferred to the FDs 113, 114, and 116, respectively. . As a result, the light reception signals of the respective colors are read out to a vertical signal line Lsig described later through other pixel transistors (not shown). Thus, by stacking the organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R in the vertical direction, the color light of red, green, and blue is separated and detected without providing a color filter, and the signal of each color Charge can be obtained.

ここで、上記のような光電変換素子10の有機光電変換部11Gでは、下部電極14a上の領域において、有機光電変換層17が、無機膜よりなる絶縁層15A,15Bと上部電極18に挟み込まれた構成を有する。このため、有機膜と無機膜との間で、以下に説明するように膜剥がれが生じてしまう。   Here, in the organic photoelectric conversion unit 11G of the photoelectric conversion element 10 as described above, the organic photoelectric conversion layer 17 is sandwiched between the insulating layers 15A and 15B made of an inorganic film and the upper electrode 18 in the region on the lower electrode 14a. Have a configuration. For this reason, film peeling occurs between the organic film and the inorganic film as described below.

(比較例)
図18は、本実施の形態の比較例の光電変換素子(光電変換素子100)の要部構成を表したものである。光電変換素子100は、本実施の形態と同様、無機光電変換部11B,11Rを含む半導体基板11上に有機光電変換部100Gを積層したものである。但し、本実施の形態と異なり、半導体基板11上に設けられる層間絶縁膜102A,102B間に、遮光層101bが設けられている。尚、導電性プラグ101aは、遮光層を兼ねている。また、層間絶縁膜102B上に下部電極104が配設され、下部電極104上に、開口H100を有する無機絶縁膜105が設けられている。この無機絶縁膜105の表面は、平坦面となっている。無機絶縁膜105の開口H100の内部と周辺領域を覆うように有機光電変換層106が形成されており、この有機光電変換層106上に上部電極107が設けられている。
(Comparative example)
FIG. 18 illustrates a main configuration of a photoelectric conversion element (photoelectric conversion element 100) of a comparative example of the present embodiment. As in the present embodiment, the photoelectric conversion element 100 is obtained by stacking an organic photoelectric conversion unit 100G on a semiconductor substrate 11 including inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R. However, unlike this embodiment, a light shielding layer 101b is provided between the interlayer insulating films 102A and 102B provided on the semiconductor substrate 11. The conductive plug 101a also serves as a light shielding layer. Further, the lower electrode 104 is disposed on the interlayer insulating film 102B, on the lower electrode 104, an inorganic insulating film 105 is provided with an opening H 100. The surface of the inorganic insulating film 105 is a flat surface. An organic photoelectric conversion layer 106 is formed so as to cover the inside and the peripheral region of the opening H100 of the inorganic insulating film 105, and an upper electrode 107 is provided on the organic photoelectric conversion layer 106.

比較例の光電変換素子100では、有機光電変換層106が、無機絶縁膜105および上部電極106との間に挟まれるが、有機膜と無機膜との密着性が悪いことから、膜剥がれが生じる。例えば、図19に示したように、有機光電変換層106の一部が、その下層に設けられた無機絶縁膜105の表面から剥離してしまう。これは、電気的特性にも影響を及ぼすことから、信頼性を低下させる要因となる。   In the photoelectric conversion element 100 of the comparative example, the organic photoelectric conversion layer 106 is sandwiched between the inorganic insulating film 105 and the upper electrode 106, but film peeling occurs due to poor adhesion between the organic film and the inorganic film. . For example, as shown in FIG. 19, a part of the organic photoelectric conversion layer 106 is peeled off from the surface of the inorganic insulating film 105 provided thereunder. This also affects the electrical characteristics, which causes a decrease in reliability.

これに対し、本実施の形態では、無機絶縁膜15Bの開口Hの周辺領域に凹凸形状A1が設けられており、有機光電変換層17は、開口Hの内部から周辺領域にわたって形成されている。凹凸形状A1により、無機絶縁膜15Bおよび有機光電変換層17間の界面の表面積が増加し、有機光電変換層17の無機絶縁膜15Bに対する密着性が向上する。このため、有機光電変換層17が絶縁層15Bから剥がれ難く、電気的特性への影響が抑制される。   On the other hand, in the present embodiment, the uneven shape A1 is provided in the peripheral region of the opening H of the inorganic insulating film 15B, and the organic photoelectric conversion layer 17 is formed from the inside of the opening H to the peripheral region. The uneven surface shape A1 increases the surface area of the interface between the inorganic insulating film 15B and the organic photoelectric conversion layer 17, and improves the adhesion of the organic photoelectric conversion layer 17 to the inorganic insulating film 15B. For this reason, the organic photoelectric conversion layer 17 is hardly peeled off from the insulating layer 15B, and the influence on the electrical characteristics is suppressed.

また、この凹凸形状A1は、開口Hの周辺領域に設けられることから、凹凸面における光散乱が、デバイス特性に影響を及ぼしにくい。   Moreover, since this uneven | corrugated shape A1 is provided in the peripheral region of the opening H, the light scattering in an uneven surface does not affect a device characteristic easily.

更に、本実施の形態では、無機絶縁膜15A,15B間に、凹凸形状A2を有する遮光層16が設けられ、この上に無機絶縁膜15Bが設けられている。ここで、一般的には、上記比較例のように、遮光層101b(および遮光層を兼ねた導電性プラグ102a)は、下部電極104よりも下層に設けられる。本実施の形態では、遮光層16を下部電極14aよりも上層に設けることにより、製造プロセスにおいて、遮光層16の凹凸形状A2を利用して、無機絶縁膜15Bに凹凸形状A1を形成することができる。また、遮光層16の凹凸形状A2は、例えばCVD法を用いて、その成膜条件を適宜調整することによって形成することが可能である。   Further, in the present embodiment, the light shielding layer 16 having the uneven shape A2 is provided between the inorganic insulating films 15A and 15B, and the inorganic insulating film 15B is provided thereon. Here, generally, as in the comparative example, the light shielding layer 101b (and the conductive plug 102a also serving as the light shielding layer) is provided below the lower electrode 104. In the present embodiment, by providing the light shielding layer 16 above the lower electrode 14a, the uneven shape A1 can be formed in the inorganic insulating film 15B by using the uneven shape A2 of the light shielding layer 16 in the manufacturing process. it can. Further, the uneven shape A2 of the light shielding layer 16 can be formed by appropriately adjusting the film forming conditions using, for example, a CVD method.

加えて、本実施の形態では、有機光電変換層17の表面(上部電極18側の面)に、凹凸形状A1に倣った凹凸形状A3が設けられている。即ち、遮光層16の凹凸形状A1が、無機絶縁膜15Bの表面だけでなく、有機光電変換層17の表面まで反映されている。これにより、有機光電変換層17および上部電極18間の界面の表面積が増加し、有機光電変換層17の上部電極18に対する密着性をも向上させることができる。   In addition, in this Embodiment, the uneven | corrugated shape A3 which followed the uneven | corrugated shape A1 is provided in the surface (surface by the side of the upper electrode 18) of the organic photoelectric converting layer 17. FIG. That is, the uneven shape A1 of the light shielding layer 16 is reflected not only on the surface of the inorganic insulating film 15B but also on the surface of the organic photoelectric conversion layer 17. Thereby, the surface area of the interface between the organic photoelectric conversion layer 17 and the upper electrode 18 increases, and the adhesion of the organic photoelectric conversion layer 17 to the upper electrode 18 can also be improved.

また、上記の凹凸形状A1〜A3により、熱等により生じる収縮ストレスを逃がす効果が高まることから、有機光電変換層17と無機絶縁膜15Bとの間、あるいは有機光電変換層17と上部電極18との間において生じる応力が緩和される。このように、凹凸形状A1〜A3の放熱効果によっても、膜剥がれが抑制され、密着性が向上する。   Moreover, since the effect of releasing the shrinkage stress caused by heat or the like is enhanced by the above-described concavo-convex shapes A1 to A3, between the organic photoelectric conversion layer 17 and the inorganic insulating film 15B, or between the organic photoelectric conversion layer 17 and the upper electrode 18 The stress generated during the period is relaxed. Thus, film peeling is also suppressed by the heat dissipation effect of the uneven shapes A1 to A3, and the adhesion is improved.

以上説明したように本実施の形態では、下部電極14a上において、無機膜よりなる無機絶縁膜15Bの開口Hの周辺領域に凹凸形状A1を設け、有機光電変換層17をその開口A1の内部から周辺領域にわたって形成することにより、無機絶縁膜15Bと有機光電変換層17との密着性を高めることができる。よって、信頼性を向上させることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the uneven shape A1 is provided in the peripheral region of the opening H of the inorganic insulating film 15B made of an inorganic film on the lower electrode 14a, and the organic photoelectric conversion layer 17 is formed from the inside of the opening A1. By forming over the peripheral region, the adhesion between the inorganic insulating film 15B and the organic photoelectric conversion layer 17 can be improved. Therefore, reliability can be improved.

<変形例>
次に、上記実施の形態の光電変換素子の変形例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同様の符号を付し、適宜その説明を省略する。
<Modification>
Next, a modification of the photoelectric conversion element of the above embodiment will be described. In the following, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.

図20は、変形例の光電変換素子(光電変換素子10A)の要部構成を表したものである。図21には、光電変換素子10Aの一部を拡大したものを示す。上記実施の形態では、無機絶縁膜15Bの凹凸形状A1を、遮光層16の凹凸形状A2を利用して形成したが、本変形例のように、無機絶縁膜15の表面をパターニングすることによって、凹凸形状(凹凸形状A1a)を形成してもよい。即ち、上記実施の形態では、遮光層16の表面が粗面となるように成膜を行い、この粗面に含まれる凹凸形状A2に倣って凹凸形状A1が形成される。このため、凹凸形状A1における凹部(または凸部)の配置はランダムなものとなるが、本変形例のように、無機絶縁膜15の表面に対して直接、規則的またはランダムな配列でパターン形成されたものであってもよい。また、本変形例では、遮光層(遮光層16A)は、導電性プラグ120a2と共に、層間絶縁膜12A,12B間に設けられている。   FIG. 20 illustrates a configuration of a main part of a photoelectric conversion element (photoelectric conversion element 10A) according to a modification. FIG. 21 shows an enlarged part of the photoelectric conversion element 10A. In the above embodiment, the concavo-convex shape A1 of the inorganic insulating film 15B is formed using the concavo-convex shape A2 of the light shielding layer 16, but by patterning the surface of the inorganic insulating film 15 as in this modification, An uneven shape (uneven shape A1a) may be formed. That is, in the above embodiment, film formation is performed so that the surface of the light shielding layer 16 is a rough surface, and the uneven shape A1 is formed following the uneven shape A2 included in the rough surface. For this reason, the arrangement of the concave portions (or convex portions) in the concavo-convex shape A1 is random, but pattern formation is performed directly or regularly on the surface of the inorganic insulating film 15 as in this modification. It may be what was done. In this modification, the light shielding layer (light shielding layer 16A) is provided between the interlayer insulating films 12A and 12B together with the conductive plug 120a2.

無機絶縁膜15は、上記実施の形態の無機絶縁膜15A,15Bと同様の材料により構成され、厚みは例えば500nm〜800nmである。この無機絶縁膜15の凹凸形状A1aは、複数の凹部15a1が配列したものである。各凹部15a1のアスペクト比(幅d1/深さd2)および凹部15a1同士の間隔(ピッチ)は、無機絶縁膜15および有機光電変換層17の各膜厚等に応じて、適切な値に設計されている。このような凹部15a1は、一方向に延在する溝であってもよいし、あるいはマトリクス状に形成された孔であってもよい。尚、凹部15a1のアスペクト比としては、密着性の観点から例えば0.25〜1.0程度に設定されることが望ましい。   The inorganic insulating film 15 is made of the same material as the inorganic insulating films 15A and 15B of the above embodiment, and has a thickness of, for example, 500 nm to 800 nm. The uneven shape A1a of the inorganic insulating film 15 is formed by arranging a plurality of recesses 15a1. The aspect ratio (width d1 / depth d2) of each recess 15a1 and the interval (pitch) between the recesses 15a1 are designed to appropriate values according to the respective film thicknesses of the inorganic insulating film 15 and the organic photoelectric conversion layer 17. ing. Such a recess 15a1 may be a groove extending in one direction, or may be a hole formed in a matrix. The aspect ratio of the recess 15a1 is preferably set to about 0.25 to 1.0 from the viewpoint of adhesion.

このような無機絶縁膜15は、特に図示はしないが、例えば次のようにして形成することができる。即ち、下部電極14a上に、上述した材料等よりなる絶縁膜を成膜した後、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより開口Hを形成する。この後、絶縁膜の開口Hの周辺領域に、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより複数の凹部15a1を形成することにより、凹凸形状A1aを形成する。尚、凹凸形状A1aは、開口Hよりも前に形成してもよいし、同時であってもよい。   Such an inorganic insulating film 15 is not particularly shown, but can be formed as follows, for example. That is, after the insulating film made of the above-described material or the like is formed on the lower electrode 14a, the opening H is formed by dry etching using, for example, a photolithography method. Thereafter, a plurality of recesses 15a1 are formed in the peripheral region of the opening H of the insulating film by, for example, dry etching using a photolithography method, thereby forming the uneven shape A1a. Note that the concavo-convex shape A1a may be formed before the opening H or at the same time.

本変形例のように、無機絶縁膜15の表面に設けられる凹凸形状A1aは、パターン形成されたものであってもよく、この場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。   As in this modification, the concavo-convex shape A1a provided on the surface of the inorganic insulating film 15 may be a pattern formed, and even in this case, the same effect as in the above embodiment can be obtained. Can do.

<適用例1>
図22は、上記実施の形態および変形例等において説明した光電変換素子を各画素に用いた固体撮像装置(固体撮像装置1)の機能ブロック図である。この固体撮像装置1は、CMOSイメージセンサであり、撮像エリアとしての画素部1aを有すると共に、例えば行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132からなる回路部130を有している。この画素部1aの周辺領域あるいは画素部1aと積層されて、回路部130は、画素部1aの周辺領域に設けられていてもよいし、画素部1aと積層されて(画素部1aに対向する領域に)設けられていてもよい。
<Application example 1>
FIG. 22 is a functional block diagram of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 1) that uses the photoelectric conversion elements described in the above-described embodiments and modifications for each pixel. The solid-state imaging device 1 is a CMOS image sensor and includes a pixel unit 1a as an imaging area, and includes a circuit unit 130 including, for example, a row scanning unit 131, a horizontal selection unit 133, a column scanning unit 134, and a system control unit 132. Have. The circuit unit 130 may be provided in the peripheral region of the pixel unit 1a or the pixel unit 1a, and may be provided in the peripheral region of the pixel unit 1a, or may be stacked with the pixel unit 1a (opposing the pixel unit 1a). May be provided).

画素部1aは、例えば行列状に2次元配置された複数の単位画素P(光電変換素子10に相当)を有している。この単位画素Pには、例えば画素行ごとに画素駆動線Lread(具体的には行選択線およびリセット制御線)が配線され、画素列ごとに垂直信号線Lsigが配線されている。画素駆動線Lreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Lreadの一端は、行走査部131の各行に対応した出力端に接続されている。   The pixel unit 1a has, for example, a plurality of unit pixels P (corresponding to the photoelectric conversion element 10) that are two-dimensionally arranged in a matrix. In the unit pixel P, for example, a pixel drive line Lread (specifically, a row selection line and a reset control line) is wired for each pixel row, and a vertical signal line Lsig is wired for each pixel column. The pixel drive line Lread transmits a drive signal for reading a signal from the pixel. One end of the pixel drive line Lread is connected to an output end corresponding to each row of the row scanning unit 131.

行走査部131は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部1aの各画素Pを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部131によって選択走査された画素行の各画素Pから出力される信号は、垂直信号線Lsigの各々を通して水平選択部133に供給される。水平選択部133は、垂直信号線Lsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。   The row scanning unit 131 includes a shift register, an address decoder, and the like, and is a pixel driving unit that drives each pixel P of the pixel unit 1a, for example, in units of rows. A signal output from each pixel P in the pixel row selected and scanned by the row scanning unit 131 is supplied to the horizontal selection unit 133 through each of the vertical signal lines Lsig. The horizontal selection unit 133 is configured by an amplifier, a horizontal selection switch, and the like provided for each vertical signal line Lsig.

列走査部134は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部133の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部134による選択走査により、垂直信号線Lsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線135に伝送され、当該水平信号線135を通して外部へ出力される。   The column scanning unit 134 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives each of the horizontal selection switches of the horizontal selection unit 133 in order while scanning. By the selective scanning by the column scanning unit 134, the signal of each pixel transmitted through each of the vertical signal lines Lsig is sequentially transmitted to the horizontal signal line 135 and output to the outside through the horizontal signal line 135.

システム制御部132は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、固体撮像装置1の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部132はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部131、水平選択部133および列走査部134などの駆動制御を行う。   The system control unit 132 receives a clock supplied from the outside, data for instructing an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device 1. The system control unit 132 further includes a timing generator that generates various timing signals. The row scanning unit 131, the horizontal selection unit 133, the column scanning unit 134, and the like are based on the various timing signals generated by the timing generator. Drive control is performed.

<適用例2>
上述の光電変換素子10を画素として用いた固体撮像装置1は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図23に、その一例として、電子機器2(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器2は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置1と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置1およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
<Application example 2>
The solid-state imaging device 1 using the above-described photoelectric conversion element 10 as a pixel is applied to all types of electronic devices having an imaging function, such as a camera system such as a digital still camera and a video camera, and a mobile phone having an imaging function. can do. FIG. 23 shows a schematic configuration of the electronic apparatus 2 (camera) as an example. The electronic device 2 is, for example, a video camera capable of shooting a still image or a moving image, and drives the solid-state imaging device 1, the optical system (optical lens) 310, the shutter device 311, the solid-state imaging device 1 and the shutter device 311. And a signal processing unit 312.

光学系310は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の画素部1aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、固体撮像装置1への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、固体撮像装置1の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、固体撮像装置1から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。   The optical system 310 guides image light (incident light) from a subject to the pixel unit 1 a of the solid-state imaging device 1. The optical system 310 may be composed of a plurality of optical lenses. The shutter device 311 controls the light irradiation period and the light shielding period for the solid-state imaging device 1. The drive unit 313 controls the transfer operation of the solid-state imaging device 1 and the shutter operation of the shutter device 311. The signal processing unit 312 performs various types of signal processing on the signal output from the solid-state imaging device 1. The video signal Dout after the signal processing is stored in a storage medium such as a memory, or is output to a monitor or the like.

以上、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、光電変換素子として、緑色光を検出する有機光電変換部11Gと、青色光,赤色光をそれぞれ検出する無機光電変換部11B,11Rとを積層させた構成としたが、本開示内容はこのような構造に限定されるものではない。即ち、有機光電変換部において赤色光あるいは青色光を検出するようにしてもよいし、無機光電変換部において緑色光を検出するようにしてもよい。また、これらの有機光電変換部および無機光電変換部の数やその比率も限定されるものではなく、2以上の有機光電変換部を設けてもよいし、有機光電変換部だけで複数色の色信号が得られるようにしてもよい。また、有機光電変換部および無機光電変換部を縦方向に積層させる構造に限らず、基板面に沿って並列させた構造であってもよい。   As described above, the embodiments and modifications have been described, but the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made. For example, in the said embodiment etc., it was set as the structure which laminated | stacked the organic photoelectric conversion part 11G which detects green light, and the inorganic photoelectric conversion parts 11B and 11R which each detect blue light and red light as a photoelectric conversion element. However, the present disclosure is not limited to such a structure. That is, red light or blue light may be detected in the organic photoelectric conversion unit, or green light may be detected in the inorganic photoelectric conversion unit. Further, the number and ratio of these organic photoelectric conversion units and inorganic photoelectric conversion units are not limited, and two or more organic photoelectric conversion units may be provided. A signal may be obtained. In addition, the organic photoelectric conversion unit and the inorganic photoelectric conversion unit are not limited to a structure in which the organic photoelectric conversion unit and the inorganic photoelectric conversion unit are stacked in the vertical direction.

また、上記実施の形態等では、下部電極14aよりも上層に、凹凸形状A2を有する遮光層16を設けたが、遮光層16は、下部電極14aと同層に(層間絶縁膜12B上に)設けられていてもよい。即ち、有機光電変換層17に接する無機絶縁膜15Bの表面に、凹凸形状を反映可能であれば、遮光層16の形成位置は特に限定されない。但し、上記実施の形態等のように、遮光層16が無機絶縁膜15Bの直下に設けられていることが、凹凸形状A1を反映し易いため、望ましい。   In the above embodiment and the like, the light shielding layer 16 having the concavo-convex shape A2 is provided above the lower electrode 14a. However, the light shielding layer 16 is in the same layer as the lower electrode 14a (on the interlayer insulating film 12B). It may be provided. That is, the formation position of the light shielding layer 16 is not particularly limited as long as the uneven shape can be reflected on the surface of the inorganic insulating film 15B in contact with the organic photoelectric conversion layer 17. However, it is desirable that the light shielding layer 16 is provided directly below the inorganic insulating film 15B as in the above embodiment and the like because the uneven shape A1 is easily reflected.

更に、本開示の光電変換素子では、上記実施の形態等で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また逆に他の層を備えていてもよい。   Furthermore, the photoelectric conversion element of the present disclosure does not have to include all the constituent elements described in the above-described embodiments and the like, and conversely, may include other layers.

尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
(1)
第1電極と、
前記第1電極上に設けられると共に、開口を有し、かつ前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって形成された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第2電極と
を備えた光電変換素子。
(2)
前記無機絶縁膜と前記基板との間の領域であって前記開口の周辺領域に、第2の凹凸形状を有する遮光層を更に備え、
前記無機絶縁膜の第1の凹凸形状は、前記遮光層の第2の凹凸形状に倣って形成されたものである
上記(1)に記載の光電変換素子。
(3)
前記遮光層は、前記無機絶縁膜側の面に、前記第2の凹凸形状を含む粗面を有する
上記(2)に記載の光電変換素子。
(4)
前記第1電極上の前記開口の周辺領域には、他の絶縁膜を介して前記遮光層および前記無機絶縁膜がこの順に設けられている
上記(2)または(3)に記載の光電変換素子。
(5)
前記第1の凹凸形状は、前記有機光電変換層側に設けられた複数の溝または複数の孔がにより構成されている
上記(1)〜(4)のいずれかに記載の光電変換素子。
(6)
前記有機光電変換層は、前記開口の周辺領域において、前記第2電極側の面に、前記第1の凹凸形状に倣って形成された第3の凹凸形状を有する
上記(1)〜(5)のいずれかに記載の光電変換素子。
(7)
前記有機光電変換層が緑色光の光電変換を行い、
前記基板内に、青色光の光電変換を行う無機光電変換部と、赤色光の光電変換を行う無機光電変換部とが積層されている
上記(1)〜(6)のいずれかに記載の光電変換素子。
(8)
第1電極を形成する工程と、
前記第1電極上に、開口を有すると共に前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって有機光電変換層を形成する工程と、
前記有機光電変換層上に第2電極を形成する工程と
を含む光電変換素子の製造方法。
(9)
前記無機絶縁膜と前記基板との間の領域であって前記開口の周辺領域に、第2の凹凸形状を有する遮光層を形成する工程を更に含み、
前記無機絶縁膜の第1の凹凸形状を、前記遮光層の第2の凹凸形状に倣って形成する
上記(8)に記載の光電変換素子の製造方法。
(10)
前記遮光層を形成する工程では、前記遮光層の前記無機絶縁膜側の面に、前記第2の凹凸形状を含む粗面を形成する
上記(9)に記載の光電変換素子の製造方法。
(11)
前記遮光層を、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて成膜することにより、前記粗面を形成する
上記(10)に記載の光電変換素子の製造方法。
(12)
前記第1電極上の前記開口の周辺領域に、他の絶縁膜を介して前記遮光層および前記無機絶縁膜をこの順に形成する
上記(9)または(10)に記載の光電変換素子の製造方法。
(13)
前記無機絶縁膜を形成する工程では、
前記第1の凹凸形状として、前記有機光電変換層側の面に複数の溝または複数の孔を形成する
上記(8)〜(12)のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
(14)
前記溝または孔を、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより形成する
上記(13)に記載の光電変換素子の製造方法。
(15)
前記有機光電変換層を形成する工程では、
前記開口の周辺領域において、前記第2電極側の面に、前記第1の凹凸形状に倣って形成された第3の凹凸形状を形成する
上記(8)〜(14)のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
(16)
画素として光電変換素子を含み、
前記光電変換素子は、
第1電極と、
前記第1電極上に設けられると共に、開口を有し、かつ前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって形成された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第2電極と
を備えた固体撮像装置。
(17)
画素として光電変換素子を含む固体撮像装置を備え、
前記光電変換素子は、
第1電極と、
前記第1電極上に設けられると共に、開口を有し、かつ前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって形成された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第2電極と
を備えた電子機器。
The present disclosure may be configured as follows.
(1)
A first electrode;
An inorganic insulating film provided on the first electrode, having an opening, and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
On the inorganic insulating film, an organic photoelectric conversion layer formed from the inside of the opening to the peripheral region of the opening;
A photoelectric conversion element comprising: a second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer.
(2)
A light shielding layer having a second uneven shape in a region between the inorganic insulating film and the substrate and in the peripheral region of the opening;
The photoelectric conversion element according to (1), wherein the first uneven shape of the inorganic insulating film is formed following the second uneven shape of the light shielding layer.
(3)
The photoelectric conversion element according to (2), wherein the light shielding layer has a rough surface including the second uneven shape on a surface on the inorganic insulating film side.
(4)
The photoelectric conversion element according to (2) or (3), wherein the light shielding layer and the inorganic insulating film are provided in this order through another insulating film in a peripheral region of the opening on the first electrode. .
(5)
Said 1st uneven | corrugated shape is the photoelectric conversion element in any one of said (1)-(4) comprised by the some groove | channel or several hole provided in the said organic photoelectric converting layer side.
(6)
The organic photoelectric conversion layer has a third concavo-convex shape formed on the surface on the second electrode side, following the first concavo-convex shape, in the peripheral region of the opening. (1) to (5) The photoelectric conversion element in any one of.
(7)
The organic photoelectric conversion layer performs green light photoelectric conversion,
In the substrate, an inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of blue light and an inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of red light are stacked. The photoelectric according to any one of (1) to (6) above. Conversion element.
(8)
Forming a first electrode;
Forming an inorganic insulating film having an opening on the first electrode and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
Forming an organic photoelectric conversion layer on the inorganic insulating film from the inside of the opening to the peripheral region of the opening; and
Forming a second electrode on the organic photoelectric conversion layer. A method for manufacturing a photoelectric conversion element.
(9)
Forming a light-shielding layer having a second concavo-convex shape in a region between the inorganic insulating film and the substrate and in the peripheral region of the opening;
The manufacturing method of the photoelectric conversion element according to (8), wherein the first uneven shape of the inorganic insulating film is formed following the second uneven shape of the light shielding layer.
(10)
In the step of forming the light shielding layer, the rough surface including the second concavo-convex shape is formed on the surface of the light shielding layer on the inorganic insulating film side. The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to (9) above.
(11)
The method for producing a photoelectric conversion element according to (10), wherein the rough surface is formed by forming the light shielding layer using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
(12)
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to (9) or (10), wherein the light shielding layer and the inorganic insulating film are formed in this order through another insulating film in a peripheral region of the opening on the first electrode. .
(13)
In the step of forming the inorganic insulating film,
The manufacturing method of the photoelectric conversion element according to any one of (8) to (12), wherein a plurality of grooves or a plurality of holes are formed on the surface on the organic photoelectric conversion layer side as the first uneven shape.
(14)
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to (13), wherein the groove or hole is formed by etching using a photolithography method.
(15)
In the step of forming the organic photoelectric conversion layer,
In the peripheral region of the opening, a third concavo-convex shape formed in accordance with the first concavo-convex shape is formed on the surface on the second electrode side. The method according to any one of (8) to (14) above. A method for producing a photoelectric conversion element.
(16)
Including a photoelectric conversion element as a pixel,
The photoelectric conversion element is
A first electrode;
An inorganic insulating film provided on the first electrode, having an opening, and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
On the inorganic insulating film, an organic photoelectric conversion layer formed from the inside of the opening to the peripheral region of the opening;
A solid-state imaging device comprising: a second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer.
(17)
A solid-state imaging device including a photoelectric conversion element as a pixel,
The photoelectric conversion element is
A first electrode;
An inorganic insulating film provided on the first electrode, having an opening, and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
On the inorganic insulating film, an organic photoelectric conversion layer formed from the inside of the opening to the peripheral region of the opening;
An electronic device comprising: a second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer.

10…光電変換素子、11…半導体基板、11G…有機光電変換部、11B,11R…無機光電変換部、12A,12B…層間絶縁膜、13a…配線層、14a…下部電極、15a,15b,15…無機絶縁膜、16,16A…遮光層、17…有機光電変換層、18…上部電極、19…保護層、20…平坦化層、21…オンチップレンズ、110…シリコン層、110G…緑用蓄電層、120a1,120a2…導電性プラグ、51…多層配線層、53…支持基板、A1〜A3,A1a…凹凸形状、1…固体撮像装置、2…電子機器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Photoelectric conversion element, 11 ... Semiconductor substrate, 11G ... Organic photoelectric conversion part, 11B, 11R ... Inorganic photoelectric conversion part, 12A, 12B ... Interlayer insulation film, 13a ... Wiring layer, 14a ... Lower electrode, 15a, 15b, 15 Inorganic insulating film 16, 16A ... Light shielding layer, 17 ... Organic photoelectric conversion layer, 18 ... Upper electrode, 19 ... Protective layer, 20 ... Planarization layer, 21 ... On-chip lens, 110 ... Silicon layer, 110G ... For green Storage layer, 120a1, 120a2 ... conductive plug, 51 ... multilayer wiring layer, 53 ... support substrate, A1 to A3, A1a ... uneven shape, 1 ... solid-state imaging device, 2 ... electronic equipment.

Claims (17)

第1電極と、
前記第1電極上に設けられると共に、開口を有し、かつ前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって形成された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第2電極と
を備えた光電変換素子。
A first electrode;
An inorganic insulating film provided on the first electrode, having an opening, and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
On the inorganic insulating film, an organic photoelectric conversion layer formed from the inside of the opening to the peripheral region of the opening;
A photoelectric conversion element comprising: a second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer.
前記無機絶縁膜と前記基板との間の領域であって前記開口の周辺領域に、第2の凹凸形状を有する遮光層を更に備え、
前記無機絶縁膜の第1の凹凸形状は、前記遮光層の第2の凹凸形状に倣って形成されたものである
請求項1に記載の光電変換素子。
A light shielding layer having a second uneven shape in a region between the inorganic insulating film and the substrate and in the peripheral region of the opening;
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first uneven shape of the inorganic insulating film is formed following the second uneven shape of the light shielding layer.
前記遮光層は、前記無機絶縁膜側の面に、前記第2の凹凸形状を含む粗面を有する
請求項2に記載の光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the light shielding layer has a rough surface including the second uneven shape on a surface on the inorganic insulating film side.
前記第1電極上の前記開口の周辺領域には、他の絶縁膜を介して前記遮光層および前記無機絶縁膜がこの順に設けられている
請求項2に記載の光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the light shielding layer and the inorganic insulating film are provided in this order through another insulating film in a peripheral region of the opening on the first electrode.
前記第1の凹凸形状は、前記有機光電変換層側に設けられた複数の溝または複数の孔がにより構成されている
請求項1に記載の光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first uneven shape includes a plurality of grooves or a plurality of holes provided on the organic photoelectric conversion layer side.
前記有機光電変換層は、前記開口の周辺領域において、前記第2電極側の面に、前記第1の凹凸形状に倣って形成された第3の凹凸形状を有する
請求項1に記載の光電変換素子。
2. The photoelectric conversion according to claim 1, wherein the organic photoelectric conversion layer has a third concavo-convex shape formed on the surface on the second electrode side following the first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening. element.
前記有機光電変換層が緑色光の光電変換を行い、
前記基板内に、青色光の光電変換を行う無機光電変換部と、赤色光の光電変換を行う無機光電変換部とが積層されている
請求項1に記載の光電変換素子。
The organic photoelectric conversion layer performs green light photoelectric conversion,
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein an inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of blue light and an inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of red light are stacked in the substrate.
第1電極を形成する工程と、
前記第1電極上に、開口を有すると共に前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって有機光電変換層を形成する工程と、
前記有機光電変換層上に第2電極を形成する工程と
を含む光電変換素子の製造方法。
Forming a first electrode;
Forming an inorganic insulating film having an opening on the first electrode and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
Forming an organic photoelectric conversion layer on the inorganic insulating film from the inside of the opening to the peripheral region of the opening; and
Forming a second electrode on the organic photoelectric conversion layer. A method for manufacturing a photoelectric conversion element.
前記無機絶縁膜と前記基板との間の領域であって前記開口の周辺領域に、第2の凹凸形状を有する遮光層を形成する工程を更に含み、
前記無機絶縁膜の第1の凹凸形状を、前記遮光層の第2の凹凸形状に倣って形成する
請求項8に記載の光電変換素子の製造方法。
Forming a light-shielding layer having a second concavo-convex shape in a region between the inorganic insulating film and the substrate and in the peripheral region of the opening;
The manufacturing method of the photoelectric conversion element according to claim 8, wherein the first uneven shape of the inorganic insulating film is formed following the second uneven shape of the light shielding layer.
前記遮光層を形成する工程では、前記遮光層の前記無機絶縁膜側の面に、前記第2の凹凸形状を含む粗面を形成する
請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein in the step of forming the light shielding layer, a rough surface including the second uneven shape is formed on a surface of the light shielding layer on the inorganic insulating film side.
前記遮光層を、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて成膜することにより、前記粗面を形成する
請求項10に記載の光電変換素子の製造方法。
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 10, wherein the rough surface is formed by forming the light shielding layer using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
前記第1電極上の前記開口の周辺領域に、他の絶縁膜を介して前記遮光層および前記無機絶縁膜をこの順に形成する
請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein the light shielding layer and the inorganic insulating film are formed in this order through another insulating film in a peripheral region of the opening on the first electrode.
前記無機絶縁膜を形成する工程では、
前記第1の凹凸形状として、前記有機光電変換層側の面に複数の溝または複数の孔を形成する
請求項8に記載の光電変換素子の製造方法。
In the step of forming the inorganic insulating film,
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 8, wherein a plurality of grooves or a plurality of holes are formed on the surface on the organic photoelectric conversion layer side as the first uneven shape.
前記溝または孔を、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより形成する
請求項13に記載の光電変換素子の製造方法。
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 13, wherein the groove or hole is formed by etching using a photolithography method.
前記有機光電変換層を形成する工程では、
前記開口の周辺領域において、前記第2電極側の面に、前記第1の凹凸形状に倣って形成された第3の凹凸形状を形成する
請求項8に記載の光電変換素子の製造方法。
In the step of forming the organic photoelectric conversion layer,
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 8, wherein a third uneven shape formed following the first uneven shape is formed on a surface on the second electrode side in a peripheral region of the opening.
画素として光電変換素子を含み、
前記光電変換素子は、
第1電極と、
前記第1電極上に設けられると共に、開口を有し、かつ前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって形成された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第2電極と
を備えた固体撮像装置。
Including a photoelectric conversion element as a pixel,
The photoelectric conversion element is
A first electrode;
An inorganic insulating film provided on the first electrode, having an opening, and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
On the inorganic insulating film, an organic photoelectric conversion layer formed from the inside of the opening to the peripheral region of the opening;
A solid-state imaging device comprising: a second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer.
画素として光電変換素子を含む固体撮像装置を備え、
前記光電変換素子は、
第1電極と、
前記第1電極上に設けられると共に、開口を有し、かつ前記開口の周辺領域に第1の凹凸形状を有する無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に、前記開口の内部から前記開口の周辺領域にわたって形成された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第2電極と
を備えた電子機器。
A solid-state imaging device including a photoelectric conversion element as a pixel,
The photoelectric conversion element is
A first electrode;
An inorganic insulating film provided on the first electrode, having an opening, and having a first concavo-convex shape in a peripheral region of the opening;
On the inorganic insulating film, an organic photoelectric conversion layer formed from the inside of the opening to the peripheral region of the opening;
An electronic device comprising: a second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer.
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