JP2015109384A - Substrate with organic functional layer, and manufacturing method of the same - Google Patents

Substrate with organic functional layer, and manufacturing method of the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate with an organic functional layer having a protective film which does not cause a loss due to reflected light, has membrane stress within a predetermined range, and has excellent stability under high temperature and high humidity environment, and to provide a manufacturing method of the substrate.SOLUTION: A substrate with organic functional layer has: a base material; an organic functional layer arranged on the base material having heat resistance of 245°C or less; and a protective film arranged on the organic functional layer. The protective film has a plurality of silicon oxynitride layers expressed in SiOxNy, each silicon oxynitride layer has a refractive index difference within 0.1 in an absolute value, where x and y satisfy 0.5≤x≤1.0 and -2.2y+2.1≤x≤-2.2y+2.41. In the protective film, a silicon oxynitride layer farther from the organic functional layer out of the plurality of silicon oxynitride layers has a larger value of x than that of a silicon oxynitride layer formed at a position closest to the organic functional layer by 0.05 or more.

Description

本発明は、有機機能層を保護する保護膜を有する有機機能層付き基板およびその製造方法に関し、特に、カラーフィルタ、撮像素子、有機太陽電池および有機EL等に適用可能な有機機能層付き基板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a substrate with an organic functional layer having a protective film for protecting the organic functional layer and a method for producing the same, and more particularly, a substrate with an organic functional layer applicable to a color filter, an image sensor, an organic solar battery, an organic EL, and the like. It relates to the manufacturing method.

従来、有機光電変換層を使用するカラー撮像装置が提案されている。従来のカラー撮像装置は、信号読出し回路が形成された半導体基板上に形成された画素電極と、画素電極上に形成された有機光電変換層と、有機光電変換層上に形成された対向電極(上部電極)と、この対向電極上に形成され、この対向電極を保護する保護膜と、カラーフィルタ等とで構成されている。保護膜は、プラズマCVD法で形成されたSiOxNy膜で構成される。このような保護膜は、従来から種々提案されている(特許文献1、2および非特許文献1参照)。   Conventionally, a color imaging device using an organic photoelectric conversion layer has been proposed. A conventional color imaging device includes a pixel electrode formed on a semiconductor substrate on which a signal readout circuit is formed, an organic photoelectric conversion layer formed on the pixel electrode, and a counter electrode ( An upper electrode), a protective film formed on the counter electrode and protecting the counter electrode, a color filter, and the like. The protective film is composed of a SiOxNy film formed by a plasma CVD method. Various types of such protective films have been conventionally proposed (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1).

特許文献1には、有機光電変換層を有する撮像素子において、対向電極を保護する保護膜として、プラズマCVD法により形成された酸窒化珪素膜(SiOxNy膜)を用いたものが記載されている。この保護膜は、単層の場合、保護膜全体の内部応力が−50MPa〜+60MPaであることが記載されている。   Patent Document 1 describes an imaging device having an organic photoelectric conversion layer that uses a silicon oxynitride film (SiOxNy film) formed by a plasma CVD method as a protective film for protecting a counter electrode. When this protective film is a single layer, it is described that the internal stress of the entire protective film is -50 MPa to +60 MPa.

特許文献2には、ポリイミドフィルムの両面に、耐溶剤層(アクリル系の硬化樹脂)と、カルドポリマー層(エポキシ系の硬化樹脂)と、酸窒化珪素層とがその順で形成されているガスバリアフィルムが記載されている。この酸窒化珪素層は、プラズマCVD法で形成されることが記載されている。
また、これ以外にも、耐溶剤層(アクリル系の硬化樹脂)上にガスバリア層としてSiOxNy層をスパッタリングで形成し、その上にカルドポリマー層を形成し、このカルドポリマー層上に酸窒化珪素層を形成したガスバリアフィルムが記載されている。
特許文献2では、バリア性に適したSiNxOyの組成として、x=0.5〜1.5、y=0.15〜1であることが記載されている。xの好ましい範囲として0.5〜1.5、より好ましい範囲として0.7〜1.3、yの好ましい範囲として0.15〜1、より好ましい範囲として0.3〜0.7が記載されている。
Patent Document 2 discloses a gas barrier in which a solvent-resistant layer (acrylic cured resin), a cardo polymer layer (epoxy cured resin), and a silicon oxynitride layer are formed in this order on both surfaces of a polyimide film. A film is described. It is described that this silicon oxynitride layer is formed by a plasma CVD method.
In addition, a SiOxNy layer is formed as a gas barrier layer by sputtering on a solvent resistant layer (acrylic cured resin), a cardo polymer layer is formed thereon, and a silicon oxynitride layer is formed on the cardo polymer layer. A gas barrier film formed of is described.
Patent Document 2 describes that x = 0.5 to 1.5 and y = 0.15 to 1 as the composition of SiNxOy suitable for the barrier property. A preferred range for x is 0.5 to 1.5, a more preferred range is 0.7 to 1.3, a preferred range for y is 0.15 to 1, and a more preferred range is 0.3 to 0.7. ing.

非特許文献1には、PET基板に反応性スパッタリングによりSiON膜を形成した透明ガスバリア材が記載されている。非特許文献1では、SiOxNy膜の組成と、酸素透過率との関係が示されている。非特許文献1には、xが0.6から1.0に増加することでガスバリア性が良化することが示されている。   Non-Patent Document 1 describes a transparent gas barrier material in which a SiON film is formed on a PET substrate by reactive sputtering. Non-Patent Document 1 shows the relationship between the composition of the SiOxNy film and the oxygen permeability. Non-Patent Document 1 shows that gas barrier properties are improved by increasing x from 0.6 to 1.0.

特開2013−118363号公報JP 2013-118363 A 特開2009−241483号公報JP 2009-241483 A

S. Iwamori et al. Vacuum 68 (2003) 113-117.S. Iwamori et al. Vacuum 68 (2003) 113-117.

上述のように、特許文献1〜3には、保護膜として用いるSiOxNy膜について、内部応力、膜組成およびガスバリア性に関する記載がある。しかしながら、SiOxNy膜の圧縮応力が大きいと膜剥がれが生じ、引張応力が作用すると所定のガスバリア性が得られない。このように、膜応力の状態によって膜の剥離、ガスバリア性の低下が生じ、膜応力として適正な範囲がある。ガスバリア性を向上させたSiOxNy膜は膜応力が高く剥離することがある。
また、特許文献1〜3には、高温高湿度でのSiOxNy膜の安定性については何ら示されておらず、湿熱保管安定性について何ら考慮されていない。
現状では、保護膜として用いるSiOxNy膜において、上述の適正な膜応力とし、かつ高温高湿度環境でもガスバリア性能が劣化しないものがない。
As described above, Patent Documents 1 to 3 describe the internal stress, film composition, and gas barrier properties of the SiOxNy film used as the protective film. However, when the compressive stress of the SiOxNy film is large, the film peels off, and when a tensile stress acts, a predetermined gas barrier property cannot be obtained. As described above, depending on the state of the film stress, the film is peeled off and the gas barrier property is lowered, and there is an appropriate range as the film stress. The SiOxNy film with improved gas barrier properties has high film stress and may be peeled off.
Further, Patent Documents 1 to 3 do not describe anything about the stability of the SiOxNy film at high temperature and high humidity, and do not take into account the wet heat storage stability.
At present, there is no SiOxNy film used as a protective film that has the above-mentioned appropriate film stress and does not deteriorate the gas barrier performance even in a high temperature and high humidity environment.

本発明の目的は、前述の従来技術に基づく問題点を解消し、反射光による損失がなく、膜応力が所定の範囲にあり、かつ高温高湿度環境下での安定性に優れた保護膜を有する有機機能層付き基板およびその製造方法を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems based on the prior art, and to provide a protective film having no loss due to reflected light, having a film stress within a predetermined range, and excellent stability in a high temperature and high humidity environment. It is to provide a substrate with an organic functional layer and a method for producing the same.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、基材と、基材上に配置された245℃以下の耐熱性を有する有機機能層と、有機機能層上に配置された保護膜とを有し、保護膜は、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層を複数有し、各酸窒化珪素層は屈折率差が絶対値で0.1以内であり、さらに好ましくは0.05以内であり、x、yは0.5≦x≦1.0、かつ−2.2y+2.1≦x≦−2.2y+2.41を満たしており、保護膜では、複数の酸窒化珪素層のうち、有機機能層から遠い側の酸窒化珪素層は、xの値が有機機能層に最も近い位置に形成された酸窒化珪素層のxの値よりも0.05以上大きいことを特徴とする有機機能層付き基板を提供するものである。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a base material, an organic functional layer having a heat resistance of 245 ° C. or less disposed on the base material, and a protection disposed on the organic functional layer. The protective film has a plurality of silicon oxynitride layers represented by SiOxNy, and each silicon oxynitride layer has a refractive index difference of 0.1 or less in absolute value, more preferably 0.05 or less. X and y satisfy 0.5 ≦ x ≦ 1.0 and −2.2y + 2.1 ≦ x ≦ −2.2y + 2.41, and the protective film includes a plurality of silicon oxynitride layers. The organic oxynitride layer far from the organic functional layer has an x value that is 0.05 or more larger than the x value of the silicon oxynitride layer formed closest to the organic functional layer. A substrate with a functional layer is provided.

保護膜は、各酸窒化珪素層の間に他の層を有する構成でもよい。
例えば、有機機能層は、光が照射されると電荷を発生する有機光電変換層であり、有機光電変換層は、基材側に下部電極が設けられ、基材の反対側に透明な上部電極が設けられており、上部電極上に保護膜が配置されていることが好ましい。
また、例えば、有機機能層は、有機物を含むカラーフィルタ層であり、カラーフィルタ層上に保護膜が配置されている。
なお、x、yは0.5≦x≦1.0、かつ−2.2y+2.1≦x≦−2.2y+2.32を満たすことが好ましい。
The protective film may have another layer between the silicon oxynitride layers.
For example, the organic functional layer is an organic photoelectric conversion layer that generates charges when irradiated with light, and the organic photoelectric conversion layer is provided with a lower electrode on the substrate side and a transparent upper electrode on the opposite side of the substrate It is preferable that a protective film is disposed on the upper electrode.
Further, for example, the organic functional layer is a color filter layer containing an organic substance, and a protective film is disposed on the color filter layer.
Note that x and y preferably satisfy 0.5 ≦ x ≦ 1.0 and −2.2y + 2.1 ≦ x ≦ −2.2y + 2.32.

本発明の第2の態様は、基材上に配置された245℃以下の耐熱性を有する有機機能層上に、プラズマCVD法を用いて、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層を複数、保護膜として形成する保護膜形成工程を有し、保護膜形成工程では、プラズマCVD法における成膜条件のうち高周波電力だけを変えて、有機機能層から遠い側の酸窒化珪素層を、xの値が有機機能層に最も近い位置に形成された酸窒化珪素層のxの値よりも0.05以上、さらに好ましくは0.1以上、さらにより好ましくは0.15以上大きい組成で形成することを特徴とする有機機能層付き基板の製造方法を提供するものである。   According to a second aspect of the present invention, a plurality of silicon oxynitride layers represented by SiOxNy are formed on a functional organic layer having a heat resistance of 245 ° C. or lower disposed on a substrate by using a plasma CVD method. In the protective film forming step, the silicon oxynitride layer far from the organic functional layer is changed by changing only the high frequency power among the film forming conditions in the plasma CVD method. The silicon oxynitride layer formed at a position closest to the organic functional layer is formed with a composition larger than 0.05 by x, more preferably 0.1 or more, and even more preferably 0.15 or more. A method for producing a substrate with an organic functional layer is provided.

本発明によれば、反射光による損失を抑制でき、膜応力が所定の範囲にあり、かつ高温高湿度環境下での安定性に優れた保護膜を有する有機機能層付き基板を提供することができる。特に、有機機能層に有機光電変換層を用いた場合、反射光による感度ロスを減らすことができる。
また、本発明によれば、反射光による損失を抑制でき、膜応力が所定の範囲にあり、かつ高温高湿度環境下での安定性に優れた保護膜を有する有機機能層付き基板を製造することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the board | substrate with an organic functional layer which has the protective film which can suppress the loss by reflected light, has a film stress in the predetermined range, and was excellent in stability in a high temperature, high humidity environment is provided. it can. In particular, when an organic photoelectric conversion layer is used for the organic functional layer, sensitivity loss due to reflected light can be reduced.
In addition, according to the present invention, a substrate with an organic functional layer that can suppress a loss due to reflected light, has a film stress within a predetermined range, and has a protective film excellent in stability under a high temperature and high humidity environment is manufactured. be able to.

(a)は、本発明の実施形態の有機機能層付き基板を示す模式図であり、(b)は、本発明の実施形態の有機機能層付き基板の他の例を示す模式図であり、(c)は、本発明の実施形態の有機機能層付き基板の他の例を示す模式図であり、(d)は、図1(a)の有機機能層付き基板において保護膜が形成される前の状態を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the board | substrate with an organic functional layer of embodiment of this invention, (b) is a schematic diagram which shows the other example of the board | substrate with an organic functional layer of embodiment of this invention, (C) is a schematic diagram which shows the other example of the board | substrate with an organic functional layer of embodiment of this invention, (d) is a protective film formed in the board | substrate with an organic functional layer of Fig.1 (a). It is a schematic diagram which shows the previous state. (a)は、本発明の実施形態の撮像素子を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態の撮像素子の他の例を示す模式的断面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the image sensor of embodiment of this invention, (b) is typical sectional drawing which shows the other example of the image sensor of embodiment of this invention. (a)および(b)は、本発明の実施形態の撮像素子の製造方法を工程順に示す模式的断面図である。(A) And (b) is typical sectional drawing which shows the manufacturing method of the image pick-up element of embodiment of this invention in order of a process. (a)および(b)は、本発明の実施形態の撮像素子の製造方法を工程順に示す模式的断面図であり、図3(b)の後工程を示す。(A) And (b) is typical sectional drawing which shows the manufacturing method of the image pick-up element of embodiment of this invention in order of a process, and shows the post process of FIG.3 (b). (a)は、本発明の実施形態の有機太陽電池を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態の有機EL素子を示す模式的断面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the organic solar cell of embodiment of this invention, (b) is typical sectional drawing which shows the organic EL element of embodiment of this invention. (a)および(b)は、それぞれ基板に形成された薄膜に作用する応力を説明するための模式的断面図である。(A) And (b) is typical sectional drawing for demonstrating the stress which acts on the thin film each formed in the board | substrate. 薄膜が形成された基板の反り量を測定する測定装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measuring apparatus which measures the curvature amount of the board | substrate with which the thin film was formed.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の有機機能層付き基板およびその製造方法を詳細に説明する。
図1(a)は、本発明の実施形態の有機機能層付き基板を示す模式図であり、(b)は、本発明の実施形態の有機機能層付き基板の他の例を示す模式図であり、(c)は、本発明の実施形態の有機機能層付き基板の他の例を示す模式図であり、(d)は、図1(a)の有機機能層付き基板において保護膜が形成される前の状態を示す模式図である。
Hereinafter, a substrate with an organic functional layer and a method for producing the same according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a substrate with an organic functional layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating another example of the substrate with an organic functional layer according to an embodiment of the present invention. And (c) is a schematic view showing another example of the substrate with an organic functional layer of the embodiment of the present invention, and (d) is a protective film formed on the substrate with the organic functional layer of FIG. 1 (a). It is a schematic diagram which shows the state before being performed.

図1(a)に示すように、有機機能層付き基板10は、基材12と有機機能層14と保護膜16とを有する。
基材12は、有機機能層14と保護膜16とを支持するものである。基材12は、有機機能層14と保護膜16とを支持することができ、かつ有機機能層14および保護膜16の作製時にかかる熱等に対して所定の強度を有するものである。例えば、平板で構成される。基材12としては、例えば、ガラス基材、絶縁層付き金属基材、樹脂基材および金属基材等を用いることができる。なお、基材12については、有機機能層14の種類等に応じて導電性または絶縁性の基材を適宜用いることができる。
As shown in FIG. 1A, the substrate 10 with an organic functional layer has a base material 12, an organic functional layer 14, and a protective film 16.
The substrate 12 supports the organic functional layer 14 and the protective film 16. The base material 12 can support the organic functional layer 14 and the protective film 16 and has a predetermined strength against heat and the like applied when the organic functional layer 14 and the protective film 16 are produced. For example, it is composed of a flat plate. As the base material 12, a glass base material, a metal base material with an insulating layer, a resin base material, a metal base material, etc. can be used, for example. In addition, about the base material 12, according to the kind etc. of the organic functional layer 14, a conductive or insulating base material can be used suitably.

有機機能層14は、有機物を含み、所定の機能を発揮するもののことであり、耐熱性が245℃以下である。有機機能層14としては、例えば、撮像素子に用いられる有機光電変換層、有機太陽電池に用いられる有機物を含む光電変換層、有機ELに用いられる有機EL層、およびカラーフィルタ等である。
有機機能層14は、使用形態としてはカラーフィルタのように単体で使うもの、撮像素子に用いられる有機光電変換層、有機太陽電池に用いられる有機物を含む光電変換層および有機EL層のように電極が設けられて使用されるもの等がある。
耐熱性とは、有機機能層14の機能を維持できる状態の温度のことである。本発明では245℃以下であるため、温度が245℃を超えると、有機機能層14の機能が損なわれる。例えば、カラーフィルタであれば透過度、色味が変わる等の不具合が生じ、もともとの分光特性が変化してしまう。有機光電変換層であれば、暗電流の上昇等の性能低下が生じる。有機EL層であれば発光強度が低下する。
The organic functional layer 14 includes an organic substance and exhibits a predetermined function, and has a heat resistance of 245 ° C. or lower. Examples of the organic functional layer 14 include an organic photoelectric conversion layer used for an image sensor, a photoelectric conversion layer containing an organic substance used for an organic solar cell, an organic EL layer used for an organic EL, and a color filter.
The organic functional layer 14 is used in the form of a single element such as a color filter, an organic photoelectric conversion layer used for an image sensor, a photoelectric conversion layer containing an organic substance used for an organic solar cell, and an organic EL layer. Are used.
The heat resistance is a temperature at which the function of the organic functional layer 14 can be maintained. In this invention, since it is 245 degrees C or less, when temperature exceeds 245 degreeC, the function of the organic functional layer 14 will be impaired. For example, in the case of a color filter, problems such as changes in transmittance and color occur, and the original spectral characteristics change. If it is an organic photoelectric conversion layer, performance degradation, such as a raise of a dark current, will arise. If it is an organic EL layer, light emission intensity will fall.

保護膜16は、有機機能層14を保護するためのものである。保護膜16は、高温高湿度環境下で、長時間に亘り有機機能層14を保護する機能を有するものであり、バリア膜として機能する。
保護膜16は、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層が複数積層された多層構造体である。図1(a)に示す例では、保護膜16は第1の酸窒化珪素層16aと第2の酸窒化珪素層16bである。しかし、層数は、特に限定されるものではない。また、図1(a)の保護膜16では、有機機能層14上に直接設けられているが、有機機能層14を保護することができれば、保護膜16の配置は、これに限定されるものではない。例えば、有機機能層14上に電極、透明電極、他の構成部または構造部等が設けられており、その電極、他の構成部または構造部上に保護膜16が設けられる構成でもよい。
The protective film 16 is for protecting the organic functional layer 14. The protective film 16 has a function of protecting the organic functional layer 14 for a long time in a high temperature and high humidity environment, and functions as a barrier film.
The protective film 16 is a multilayer structure in which a plurality of silicon oxynitride layers represented by SiOxNy are stacked. In the example shown in FIG. 1A, the protective film 16 is a first silicon oxynitride layer 16a and a second silicon oxynitride layer 16b. However, the number of layers is not particularly limited. In addition, the protective film 16 in FIG. 1A is directly provided on the organic functional layer 14, but the arrangement of the protective film 16 is limited to this as long as the organic functional layer 14 can be protected. is not. For example, an electrode, a transparent electrode, another component or structure, etc. may be provided on the organic functional layer 14, and the protective film 16 may be provided on the electrode or other component or structure.

保護膜16を構成する酸窒化珪素層において、SiOxNyのx、yは、0.5≦x≦1.0、かつ−2.2y+2.1≦x≦−2.2y+2.41(0.5≦y≦0.86)を満たす。好ましくは、0.5≦x≦1.0、かつ−2.2y+2.1≦x≦−2.2y+2.32を満たす。   In the silicon oxynitride layer constituting the protective film 16, x and y of SiOxNy are 0.5 ≦ x ≦ 1.0 and −2.2y + 2.1 ≦ x ≦ −2.2y + 2.41 (0.5 ≦ y ≦ 0.86) is satisfied. Preferably, 0.5 ≦ x ≦ 1.0 and −2.2y + 2.1 ≦ x ≦ −2.2y + 2.32 are satisfied.

保護膜16では、複数の酸窒化珪素層は、いずれも組成が異なり、複数の酸窒化珪素層のうち、有機機能層14から遠い側の酸窒化珪素層は、xの値が有機機能層に最も近い位置に形成された酸窒化珪素層のxの値よりも0.05以上大きい。具体的には、図1(a)の場合では、第1の酸窒化珪素層16aが有機機能層14の直上に形成されたものであり、第2の酸窒化珪素層16bが有機機能層14から遠い側の酸窒化珪素層に該当する。図1(a)の場合、第2の酸窒化珪素層16bと、第1の酸窒化珪素層16aとを比較すると、第2の酸窒化珪素層16bのSiOxNyのxの値をxとし、第1の酸窒化珪素層16aのSiOxNyのxの値をxとするとき、x+0.05≦xである。 In the protective film 16, the plurality of silicon oxynitride layers all have different compositions, and the silicon oxynitride layer far from the organic functional layer 14 among the plurality of silicon oxynitride layers has an x value as the organic functional layer. It is 0.05 or more larger than the value of x of the silicon oxynitride layer formed at the nearest position. Specifically, in the case of FIG. 1A, the first silicon oxynitride layer 16a is formed directly on the organic functional layer 14, and the second silicon oxynitride layer 16b is formed on the organic functional layer 14. This corresponds to the silicon oxynitride layer on the side far from the surface. For FIG. 1 (a), and a second silicon oxynitride layer 16b, is compared with the first silicon oxynitride layer 16a, the value of x of SiOxNy the second silicon oxynitride layer 16b and x 2, when the value of x of SiOxNy the first silicon oxynitride layer 16a and x 1, is x 1 + 0.05 ≦ x 2.

2層以上の場合、有機機能層14に対する相対的な位置関係により、酸窒化珪素層のSiOxNyのxの値が異なり、有機機能層14側から順にxの値が少なくとも0.05大きい。保護膜16において、酸窒化珪素層は最上層になるにつれてxの値が、上記組成の範囲内で大きい値をとる。保護膜16の最上層は、yの値が0.60〜0.68であることが好ましく、より好ましくは、yの値は0.62〜0.66である。
なお、xの値は少なくとも0.05以上大きい組成であるが、より好ましくは0.1以上、さらにより好ましくは0.15以上である。
In the case of two or more layers, the value of x of SiOxNy of the silicon oxynitride layer differs depending on the relative positional relationship with respect to the organic functional layer 14, and the value of x is at least 0.05 larger in order from the organic functional layer 14 side. In the protective film 16, as the silicon oxynitride layer becomes the uppermost layer, the value of x takes a larger value within the range of the composition. The uppermost layer of the protective film 16 preferably has a y value of 0.60 to 0.68, more preferably a y value of 0.62 to 0.66.
In addition, although the value of x is a composition larger by at least 0.05 or more, it is more preferably 0.1 or more, and even more preferably 0.15 or more.

例えば、図1(b)に示す有機機能層付き基板10aのように、保護膜16が第1の酸窒化珪素層16a〜第3の酸窒化珪素層17の3層構造である場合、第1の酸窒化珪素層16a〜第3の酸窒化珪素層17のうち、最上層の第3の酸窒化珪素層17が、上記組成の範囲内で最も大きいxの値をとる。しかしながら、これに限定されるものではなく、3層以上の場合には、第1の酸窒化珪素層16aと第2の酸窒化珪素層16bの構成が上記組成を満たし、第1の酸窒化珪素層16aと第2の酸窒化珪素層16bで保護膜16の機能を発揮することができれば、最上層の第3の酸窒化珪素層17は上述の酸窒化珪素層の組成を満たさなくてもよい。   For example, when the protective film 16 has a three-layer structure of a first silicon oxynitride layer 16a to a third silicon oxynitride layer 17 as in the substrate 10a with an organic functional layer shown in FIG. Of the silicon oxynitride layer 16a to the third silicon oxynitride layer 17, the third silicon oxynitride layer 17 as the uppermost layer has the largest value of x within the above composition range. However, the present invention is not limited to this, and in the case of three or more layers, the configuration of the first silicon oxynitride layer 16a and the second silicon oxynitride layer 16b satisfies the above composition, and the first silicon oxynitride If the function of the protective film 16 can be exhibited by the layer 16a and the second silicon oxynitride layer 16b, the uppermost third silicon oxynitride layer 17 may not satisfy the above-described composition of the silicon oxynitride layer. .

逆に、第2の酸窒化珪素層16bと最上層の第3の酸窒化珪素層17の構成が上記組成を満たし、第2の酸窒化珪素層16bと最上層の第3の酸窒化珪素層17で保護膜16の機能を発揮することができれば、第1の酸窒化珪素層16aは上述の酸窒化珪素層の組成を満たさなくてもよい。
また、保護膜16は有機機能層付基板の最上層である必要はなく、保護膜16上に更に、膜を形成してもよい。この場合、膜の構成および組成は特に限定されるものではない。
On the contrary, the second silicon oxynitride layer 16b and the uppermost third silicon oxynitride layer 17 satisfy the above composition, and the second silicon oxynitride layer 16b and the uppermost third silicon oxynitride layer 17 If the function of the protective film 16 can be exhibited at 17, the first silicon oxynitride layer 16 a does not have to satisfy the above-described composition of the silicon oxynitride layer.
Further, the protective film 16 does not need to be the uppermost layer of the substrate with an organic functional layer, and a film may be further formed on the protective film 16. In this case, the structure and composition of the film are not particularly limited.

また、図1(c)に示す有機機能層付き基板10bのように、第1の酸窒化珪素層16aと第2の酸窒化珪素層16bとの間に他の構成層があってもよい。この他の構成層は、例えば、透明電極、樹脂層または接着剤層である。図1(b)に示す3層構成の有機機能層付き基板10aにも適用することができる。
本発明においては、保護膜16の構成によらず、総厚で50nm以上であることが好ましい。
Further, there may be another component layer between the first silicon oxynitride layer 16a and the second silicon oxynitride layer 16b as in the substrate 10b with an organic functional layer shown in FIG. This other constituent layer is, for example, a transparent electrode, a resin layer, or an adhesive layer. The present invention can also be applied to the substrate 10a with an organic functional layer having a three-layer structure shown in FIG.
In the present invention, the total thickness is preferably 50 nm or more regardless of the configuration of the protective film 16.

保護膜16は、SiOxNyに関し、上記組成の範囲であることにより、透明であり、かつ膜質が安定した酸窒化珪素層となる。しかも、屈折率が1.65〜1.75の範囲にある。
ここで、透明とは、波長400〜800nm(可視光域)の波長範囲において、光吸収率が0.2%未満であるこという。すなわち、透明とは、波長400〜800nmの波長範囲での光吸収率は最大値で0.2%未満であるこという。上述の可視光域での光吸収率が0.2%であれば、光吸収を無視できる。
保護膜16は、上記組成の範囲から外れると、透明ではなく、かつ屈折率が1.65〜1.75の範囲に入らない。なお、透明ではないとは、上述の可視光域での光吸収率が0.2%以上であることをいう。
保護膜16において、各酸窒化珪素層は屈折率差が絶対値で0.1以内、より好ましくは0.05以内である。具体的には、図1(a)に示す例では、第1の酸窒化珪素層16aと第2の酸窒化珪素層16bとの屈折率差が絶対値で0.1以内である。また、保護膜16の層数が3以上である場合、全ての酸窒化珪素層の屈折率差が絶対値で0.1以内である。すなわち、保護膜16においては、酸窒化珪素層の屈折率の最大値と最小値との差が0.1以内である。これにより、保護膜16の第1の酸窒化珪素層16aと第2の酸窒化珪素層16bとの界面での入射光Lの反射を抑制することができる。なお、屈折率差は絶対値で0.03以内であることが好ましい。
With respect to SiOxNy, the protective film 16 is a silicon oxynitride layer that is transparent and has a stable film quality by being in the above composition range. Moreover, the refractive index is in the range of 1.65 to 1.75.
Here, the term “transparent” means that the light absorption rate is less than 0.2% in the wavelength range of 400 to 800 nm (visible light range). That is, the term “transparent” means that the light absorption rate in the wavelength range of 400 to 800 nm is a maximum value of less than 0.2%. If the light absorption rate in the visible light region is 0.2%, light absorption can be ignored.
When the protective film 16 is out of the above composition range, it is not transparent and the refractive index does not fall within the range of 1.65 to 1.75. “Not transparent” means that the light absorption rate in the visible light region is 0.2% or more.
In the protective film 16, each silicon oxynitride layer has an absolute value of a difference in refractive index within 0.1, more preferably within 0.05. Specifically, in the example shown in FIG. 1A, the refractive index difference between the first silicon oxynitride layer 16a and the second silicon oxynitride layer 16b is 0.1 or less in absolute value. Further, when the number of layers of the protective film 16 is 3 or more, the refractive index difference of all the silicon oxynitride layers is within 0.1 in absolute value. That is, in the protective film 16, the difference between the maximum value and the minimum value of the refractive index of the silicon oxynitride layer is within 0.1. Thereby, reflection of the incident light L at the interface between the first silicon oxynitride layer 16a and the second silicon oxynitride layer 16b of the protective film 16 can be suppressed. The refractive index difference is preferably within 0.03 in absolute value.

ここで、耐久性ある酸窒化珪素層(SiON膜)は圧縮の膜応力が大きい。保護膜の膜厚を薄くして膜剥がれを避けることは、光路長が変わり、入射光Lの反射率が増大し、有機機能層14が光電変換層であれば、その感度が低下するため採用できない。また、単層膜では応力と耐久性が両立しない。そこで、膜構成を多層構成とし、各層の組成および屈折率差を上述の本発明の範囲とすることで、全体膜厚を変えずに、高応力層を表面のみに設けることで保護膜の膜剥がれの抑制と、反射率増大の抑制の両方を両立することができる。   Here, the durable silicon oxynitride layer (SiON film) has a large compressive film stress. To prevent film peeling by reducing the thickness of the protective film, the optical path length is changed, the reflectance of the incident light L is increased, and if the organic functional layer 14 is a photoelectric conversion layer, the sensitivity is decreased. Can not. In addition, in a single layer film, stress and durability are not compatible. Therefore, the film structure is a multi-layer structure, and the composition and refractive index difference of each layer are within the above-described range of the present invention, so that the high-stress layer is provided only on the surface without changing the overall film thickness. It is possible to achieve both suppression of peeling and suppression of increase in reflectance.

保護膜16は、その密度をρ(g/m)とするとき、2.20(g/m)≦ρ≦2.60(g/m)である。好ましくは、2.30(g/m)≦ρ≦2.60(g/m)である。 The protective film 16 is 2.20 (g / m 3 ) ≦ ρ ≦ 2.60 (g / m 3 ), where the density is ρ (g / m 3 ). Preferably, 2.30 (g / m 3 ) ≦ ρ ≦ 2.60 (g / m 3 ).

保護膜16は、密度ρ(g/m)が上記範囲であれば、所定の耐熱性を有し、有機機能層14を保護することができる。保護膜16は、密度が2.20(g/m)未満であると所定の耐熱性が得られない。一方、保護膜16は、密度が2.60(g/m)を超えると保護膜16の膜応力が高くなり、下層の有機機能層14に悪影響を与える。 If the density ρ (g / m 3 ) is in the above range, the protective film 16 has a predetermined heat resistance and can protect the organic functional layer 14. When the density of the protective film 16 is less than 2.20 (g / m 3 ), predetermined heat resistance cannot be obtained. On the other hand, when the density of the protective film 16 exceeds 2.60 (g / m 3 ), the film stress of the protective film 16 increases and adversely affects the lower organic functional layer 14.

SiOxNyで表わされる保護膜16は、有機機能層14の耐熱性の観点から、プロセスチャンバ等の反応室内で、温度245℃以下で、プラズマCVD法により形成される。プラズマCVD法を用いることにより、蒸着法等に比して速い成膜レートで成膜することができる。
図1(a)の有機機能層付き基板10では、例えば、図1(d)に示すように、基材12上に有機機能層14を形成した後、有機機能層14上に、保護膜16として、上述のように、基板温度(成膜温度)245℃以下で、プラズマCVD法を用いて、上記組成の範囲の酸窒化珪素層を形成する。酸窒化珪素層の組成およびその密度については、予め反応ガスの流量等を変えて酸窒化珪素層を形成し、成膜条件(成膜温度(基板温度)、成膜時の反応室内の圧力(以下、成膜時の圧力という)、成膜時の高周波電力、ガス種(SiH、NH、NO)およびガスの混合比等)を決めておくことにより上記組成の範囲にある酸窒化珪素層を形成することができる。
The protective film 16 represented by SiOxNy is formed by a plasma CVD method at a temperature of 245 ° C. or lower in a reaction chamber such as a process chamber from the viewpoint of heat resistance of the organic functional layer 14. By using the plasma CVD method, it is possible to form a film at a higher film formation rate than the vapor deposition method or the like.
In the substrate 10 with an organic functional layer in FIG. 1A, for example, as shown in FIG. 1D, after forming the organic functional layer 14 on the base material 12, the protective film 16 is formed on the organic functional layer 14. As described above, the silicon oxynitride layer having the above composition is formed by plasma CVD at a substrate temperature (film formation temperature) of 245 ° C. or lower. Regarding the composition and density of the silicon oxynitride layer, the silicon oxynitride layer is formed in advance by changing the flow rate of the reaction gas, and the film formation conditions (film formation temperature (substrate temperature), pressure in the reaction chamber during film formation ( (Hereinafter referred to as pressure during film formation), high-frequency power during film formation, gas type (SiH 4 , NH 3 , N 2 O), gas mixing ratio, etc.) A silicon nitride layer can be formed.

保護膜16では、複数の酸窒化珪素層を形成し、それぞれ組成が異なる。この場合、プラズマCVD法における成膜条件のうち高周波電力だけを変えて、酸窒化珪素層のSiOxNyのxの値を、有機機能層14に最も近い位置に形成した酸窒化珪素層のxの値よりも0.05以上大きくできる。複数の酸窒化珪素層の際にしては、原料ガスの供給を止めることなく成膜条件である高周波電力だけを変えて、複数の酸窒化珪素層を連続して形成してもよい。また、原料ガスの供給を止めて、高周波電力だけを変えて、複数の酸窒化珪素層を連続して形成してもよい。このように、高周波電力を変えるだけで、酸窒化珪素層の組成を変えて、複数の酸窒化珪素層を形成することができるため、複数の酸窒化珪素層の形成に要するプロセスチャンバ等の反応室が1つで済む。このため、基材の搬入搬出、成膜雰囲気に要する時間などが不要になり、保護膜の成膜時間の増加を抑制することができ、ひいては生産コストを低くすることができる。   In the protective film 16, a plurality of silicon oxynitride layers are formed, each having a different composition. In this case, the value of x of the silicon oxynitride layer formed in the position closest to the organic functional layer 14 is changed by changing only the high-frequency power among the film formation conditions in the plasma CVD method. More than 0.05. In the case of a plurality of silicon oxynitride layers, a plurality of silicon oxynitride layers may be continuously formed by changing only the high-frequency power that is a film forming condition without stopping the supply of the source gas. Alternatively, a plurality of silicon oxynitride layers may be continuously formed by stopping the supply of the source gas and changing only the high frequency power. As described above, since a plurality of silicon oxynitride layers can be formed by changing the composition of the silicon oxynitride layer only by changing the high frequency power, the reaction in the process chamber or the like required for forming the plurality of silicon oxynitride layers One room is enough. For this reason, the time required for loading and unloading of the base material and the film forming atmosphere becomes unnecessary, and an increase in the film forming time of the protective film can be suppressed, and the production cost can be reduced.

また、保護膜16において酸窒化珪素層の組成を変えて形成することができ、これにより、保護膜16の膜応力を調整することができる。なお、膜応力およびその測定方法については後に詳細に説明する。保護膜16の膜応力とは、多層構造体における応力の値である。保護膜が図1(c)に示すような酸窒化珪素層の間に他の層がある構成であっても、膜応力とは多層構造体の状態での応力の値である。   Further, the protective film 16 can be formed by changing the composition of the silicon oxynitride layer, whereby the film stress of the protective film 16 can be adjusted. The film stress and its measuring method will be described in detail later. The film stress of the protective film 16 is a stress value in the multilayer structure. Even if the protective film has another layer between the silicon oxynitride layers as shown in FIG. 1C, the film stress is the value of stress in the state of the multilayer structure.

以下、本発明の有機機能層付き基板の具体例について説明する。本発明の有機機能層付き基板は、具体的には、例えば、有機CMOSと呼ばれるものとすることができる。
図2(a)は、本発明の実施形態の撮像素子を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態の撮像素子の他の例を示す模式的断面図である。
図2(a)に示す撮像素子20は、有機CMOSと呼ばれるものであり、可視光像を電気信号に変換する。撮像素子20は、基板30と、絶縁層32と、画素電極(下部電極)34と、有機層36と、対向電極(上部電極)38と、保護膜(封止層)40と、カラーフィルタ42と、隔壁44と、遮光層46と、オーバーコート層48とを有する。基板30には読出し回路60と、対向電極電圧供給部62とが形成されている。
Hereinafter, the specific example of the board | substrate with an organic functional layer of this invention is demonstrated. Specifically, the substrate with an organic functional layer of the present invention can be called, for example, an organic CMOS.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view illustrating an image sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the image sensor according to the embodiment of the present invention.
The imaging element 20 shown in FIG. 2A is called an organic CMOS, and converts a visible light image into an electrical signal. The imaging device 20 includes a substrate 30, an insulating layer 32, a pixel electrode (lower electrode) 34, an organic layer 36, a counter electrode (upper electrode) 38, a protective film (sealing layer) 40, and a color filter 42. And a partition wall 44, a light shielding layer 46, and an overcoat layer 48. A reading circuit 60 and a counter electrode voltage supply unit 62 are formed on the substrate 30.

基板30は、本発明の基材12(図1(a)参照)に相当するものである。基板30には、例えば、ガラス基板またはSi等の半導体基板が用いられる。基板30上には公知の絶縁材料からなる絶縁層32が形成されている。絶縁層32には、表面に複数の画素電極34が形成されている。画素電極34は、例えば、絶縁層32の表面32a上にマトリクス状に配置されている。
絶縁層32には、画素電極34と読出し回路60とを接続する第1の接続部64が形成されている。更には、対向電極38と対向電極電圧供給部62とを接続する第2の接続部66が形成されている。第2の接続部66は、画素電極34および有機層36に接続されない位置に形成されている。第1の接続部64および第2の接続部66は、導電性材料で形成されている。
The board | substrate 30 is corresponded to the base material 12 (refer Fig.1 (a)) of this invention. As the substrate 30, for example, a glass substrate or a semiconductor substrate such as Si is used. An insulating layer 32 made of a known insulating material is formed on the substrate 30. A plurality of pixel electrodes 34 are formed on the surface of the insulating layer 32. The pixel electrodes 34 are arranged in a matrix on the surface 32a of the insulating layer 32, for example.
A first connection portion 64 that connects the pixel electrode 34 and the readout circuit 60 is formed in the insulating layer 32. Further, a second connection portion 66 that connects the counter electrode 38 and the counter electrode voltage supply unit 62 is formed. The second connection part 66 is formed at a position not connected to the pixel electrode 34 and the organic layer 36. The first connection part 64 and the second connection part 66 are made of a conductive material.

絶縁層32の内部には、読出し回路60および対向電極電圧供給部62を、例えば、撮像素子20の外部と接続するための導電性材料からなる配線層68が形成されている。
上述のように、基板30上の絶縁層32の表面32aに、各第1の接続部64に接続された画素電極34が形成されたものを回路基板35という。なお、この回路基板35はCMOS基板ともいう。
Inside the insulating layer 32, a wiring layer 68 made of a conductive material for connecting the readout circuit 60 and the counter electrode voltage supply unit 62 to, for example, the outside of the imaging element 20 is formed.
As described above, the circuit board 35 is formed by forming the pixel electrodes 34 connected to the first connection portions 64 on the surface 32 a of the insulating layer 32 on the substrate 30. The circuit board 35 is also referred to as a CMOS substrate.

複数の画素電極34を覆うとともに、第2の接続部66を避けるようにして有機層36が形成されており、この有機層36は複数の画素電極34に跨って形成されている。有機層36は、少なくとも可視光を含む入射光Lを受光して、その光量に応じた電荷を発生するものであり、光電変換層52と電子ブロッキング層50とを有する。
有機層36は、電子ブロッキング層50が画素電極34側に形成されており、電子ブロッキング層50の表面50aに光電変換層52が形成されている。なお、有機層36は、電子ブロッキング層50を設けることなく、光電変換層52単層であってもよい。
An organic layer 36 is formed so as to cover the plurality of pixel electrodes 34 and avoid the second connection portion 66, and the organic layer 36 is formed across the plurality of pixel electrodes 34. The organic layer 36 receives incident light L including at least visible light and generates electric charges according to the amount of light, and includes a photoelectric conversion layer 52 and an electron blocking layer 50.
In the organic layer 36, the electron blocking layer 50 is formed on the pixel electrode 34 side, and the photoelectric conversion layer 52 is formed on the surface 50 a of the electron blocking layer 50. The organic layer 36 may be a single photoelectric conversion layer 52 without providing the electron blocking layer 50.

電子ブロッキング層50は、画素電極34から光電変換層52に電子が注入されるのを抑制するための層である。
光電変換層52は、入射光L、例えば、可視光等の受光した光の光量に応じた電荷を発生するものである。光電変換層52は、主に有機材料で構成されている有機光電変換層であり、電子ブロッキング層50上に、複数の画素電極34に跨って形成されている。
光電変換層52および電子ブロッキング層50は、画素電極34上で一定の膜厚であれば、それ以外で膜厚が一定でなくてもよい。この場合、膜厚とは膜厚が一定で領域での厚さのことである。なお、光電変換層52については、後に詳細に説明する。
The electron blocking layer 50 is a layer for suppressing injection of electrons from the pixel electrode 34 to the photoelectric conversion layer 52.
The photoelectric conversion layer 52 generates charges according to the amount of incident light L, for example, received light such as visible light. The photoelectric conversion layer 52 is an organic photoelectric conversion layer mainly composed of an organic material, and is formed on the electron blocking layer 50 across the plurality of pixel electrodes 34.
As long as the photoelectric conversion layer 52 and the electron blocking layer 50 have a constant film thickness on the pixel electrode 34, the film thickness may not be constant otherwise. In this case, the film thickness is a thickness in a region where the film thickness is constant. The photoelectric conversion layer 52 will be described in detail later.

対向電極38は、画素電極34と対向する電極であり、光電変換層52を覆うようにして設けられている。画素電極34と対向電極38との間に光電変換層52が設けられている。
対向電極38は、光電変換層52に光を入射させるため、入射光L(少なくとも可視光を含む光)に対して透明な導電性材料で構成されている。対向電極38は、光電変換層52よりも外側に配置された第2の接続部66と電気的に接続されており、第2の接続部66を介して対向電極電圧供給部62に接続されている。
The counter electrode 38 is an electrode facing the pixel electrode 34, and is provided so as to cover the photoelectric conversion layer 52. A photoelectric conversion layer 52 is provided between the pixel electrode 34 and the counter electrode 38.
The counter electrode 38 is made of a conductive material that is transparent to the incident light L (light including at least visible light) in order to make light incident on the photoelectric conversion layer 52. The counter electrode 38 is electrically connected to the second connection portion 66 disposed outside the photoelectric conversion layer 52, and is connected to the counter electrode voltage supply portion 62 via the second connection portion 66. Yes.

対向電極38の材料としては、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硼化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられる。具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、酸化チタン等の導電性金属酸化物、TiN等の金属窒化物、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、これらとITOとの積層物、等が挙げられる。透明導電膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、弗素ドープ酸化錫(FTO)、酸化亜鉛、アンチモンドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)のいずれかの材料である。この対向電極38の材料中でも特に好ましい材料は、ITOである。   Examples of the material of the counter electrode 38 include metals, metal oxides, metal nitrides, metal borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tungsten oxide (IWO), conductive metal oxides such as titanium oxide, and metal nitrides such as TiN. Metal, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), etc., and a mixture or laminate of these metals and conductive metal oxides Products, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and laminates of these with ITO. Particularly preferable materials for the transparent conductive film are ITO, IZO, tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, antimony-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide ( GZO). A particularly preferable material among the materials of the counter electrode 38 is ITO.

対向電極38の光透過率は、可視光波長において、60%以上が好ましく、より好ましくは80%以上で、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。
対向電極38は、厚さが5〜30nmであることが好ましい。対向電極38を5nm以上の膜厚にすることにより、下層を十分に被覆することができ、均一な性能が得られる。一方、対向電極38の膜厚が30nmを超えると、対向電極38と画素電極34が局所的に短絡してしまい、暗電流が上昇してしまうことがある。対向電極38を30nm以下の膜厚にすることで、局所的な短絡が発生するのを抑制することができる。
The light transmittance of the counter electrode 38 is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and more preferably 95% or more in the visible light wavelength.
The counter electrode 38 preferably has a thickness of 5 to 30 nm. By making the counter electrode 38 have a thickness of 5 nm or more, the lower layer can be sufficiently covered, and uniform performance can be obtained. On the other hand, if the thickness of the counter electrode 38 exceeds 30 nm, the counter electrode 38 and the pixel electrode 34 may be locally short-circuited, resulting in an increase in dark current. By making the counter electrode 38 have a film thickness of 30 nm or less, the occurrence of a local short circuit can be suppressed.

対向電極電圧供給部62は、第2の接続部66を介して対向電極38に所定の電圧を印加するものである。対向電極38に印加すべき電圧が撮像素子20の電源電圧よりも高い場合は、チャージポンプ等の昇圧回路によって電源電圧を昇圧して上記所定の電圧を供給するものである。   The counter electrode voltage supply unit 62 applies a predetermined voltage to the counter electrode 38 via the second connection unit 66. When the voltage to be applied to the counter electrode 38 is higher than the power supply voltage of the image sensor 20, the power supply voltage is boosted by a booster circuit such as a charge pump to supply the predetermined voltage.

画素電極34は、光電変換層52で発生した電荷を捕集するための電荷捕集用の電極である。画素電極34は、第1の接続部64を介して読出し回路60に接続されている。この読出し回路60は、複数の画素電極34の各々に対応して基板30に設けられており、対応する画素電極34で捕集された電荷に応じた信号を読出すものである。   The pixel electrode 34 is an electrode for collecting charges for collecting charges generated in the photoelectric conversion layer 52. The pixel electrode 34 is connected to the readout circuit 60 via the first connection portion 64. The readout circuit 60 is provided on the substrate 30 corresponding to each of the plurality of pixel electrodes 34, and reads out a signal corresponding to the charge collected by the corresponding pixel electrode 34.

画素電極34の材料としては、例えば、金属、導電性のある金属酸化物、金属窒化物および金属硼化物、ならびに有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられる。具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、酸化チタン等の導電性金属酸化物、窒化チタン(TiN)、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステン等の導電性金属窒化物、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、これらとITOとの積層物、等が挙げられる。透明導電膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、弗素ドープ酸化錫(FTO)、酸化亜鉛、アンチモンドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)のいずれかの材料である。この画素電極34の材料中でも特に好ましい材料は、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステンのいずれかの材料である。   Examples of the material of the pixel electrode 34 include metals, conductive metal oxides, metal nitrides and borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tungsten oxide (IWO), conductive metal oxides such as titanium oxide, and titanium nitride (TiN). , Conductive metal nitrides such as molybdenum nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, metals such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), Furthermore, mixtures or laminates of these metals and conductive metal oxides, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole, laminates of these with ITO, and the like can be mentioned. Particularly preferable materials for the transparent conductive film are ITO, IZO, tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, antimony-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide ( GZO). Among the materials of the pixel electrode 34, a particularly preferable material is any one of titanium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride, and tungsten nitride.

読出し回路60は、例えば、CCD、MOS回路、またはTFT回路等で構成されており、絶縁層32内に設けられた遮光層(図示せず)によって遮光されている。なお、読出し回路60はノイズおよび高速性の観点からはCMOS回路を採用することが好ましい。
なお、図示しないが、例えば、基板30にp領域によって囲まれた高濃度のn領域が形成されており、このn領域に第1の接続部64が接続されている。p領域に読出し回路60が設けられている。n領域は光電変換層52の電荷を蓄積する電荷蓄積部として機能する。n領域に蓄積された信号電荷は読出し回路60によって、その電荷量に応じた信号に変換されて、例えば、配線層68を介して撮像素子20の外部等に出力される。
The readout circuit 60 is constituted by, for example, a CCD, a MOS circuit, a TFT circuit, or the like, and is shielded from light by a light shielding layer (not shown) provided in the insulating layer 32. The readout circuit 60 is preferably a CMOS circuit from the viewpoint of noise and high speed.
Although not shown, for example, a high-concentration n region surrounded by a p region is formed on the substrate 30, and the first connection portion 64 is connected to the n region. A read circuit 60 is provided in the p region. The n region functions as a charge storage unit that stores the charge of the photoelectric conversion layer 52. The signal charge accumulated in the n region is converted into a signal corresponding to the amount of charge by the readout circuit 60 and output to the outside of the image sensor 20 or the like via the wiring layer 68, for example.

撮像素子20では、有機層36が本発明の有機機能層に相当し、耐熱性は245℃以下である。保護膜40は対向電極38を覆うようにして形成されている。保護膜40は有機層36上に直接設けられていない。しかしながら、保護膜40は、光電変換層52含む有機層36を水分子、酸素等の劣化因子から保護することができる。
保護膜40により、撮像素子20の各製造工程において、有機溶媒等の溶液、プラズマ等に含まれる有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して有機層36を保護する。また、撮像素子20の製造後に、水分子、酸素等の有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して、長期間の保存、および長期の使用にわたって、有機層36の劣化を防止する。更には、保護膜40を形成する際、既に形成された有機層36を劣化させない。また、入射光Lは保護膜40を通じて有機層36に到達する。このため、保護膜40は、有機層36で検知する波長の光、例えば、可視光に対して透明である。
In the image sensor 20, the organic layer 36 corresponds to the organic functional layer of the present invention, and the heat resistance is 245 ° C. or lower. The protective film 40 is formed so as to cover the counter electrode 38. The protective film 40 is not directly provided on the organic layer 36. However, the protective film 40 can protect the organic layer 36 including the photoelectric conversion layer 52 from deterioration factors such as water molecules and oxygen.
The protective film 40 protects the organic layer 36 by preventing entry of factors that degrade the organic photoelectric conversion material contained in a solution such as an organic solvent, plasma, or the like in each manufacturing process of the imaging element 20. Further, after the image pickup device 20 is manufactured, the intrusion of factors that deteriorate the organic photoelectric conversion material such as water molecules and oxygen is prevented, and the deterioration of the organic layer 36 is prevented during long-term storage and long-term use. . Further, when the protective film 40 is formed, the already formed organic layer 36 is not deteriorated. Further, the incident light L reaches the organic layer 36 through the protective film 40. For this reason, the protective film 40 is transparent to light having a wavelength detected by the organic layer 36, for example, visible light.

保護膜40は、上述の保護膜16と同じ多層構造体である。保護膜40は、上述の保護膜16と同じ組成および密度を有し、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層が2層形成されたものである。保護膜40は、第1の酸窒化珪素層41aと第2の酸窒化珪素層41bとが積層されたものである。保護膜40は、温度245℃以下で、プラズマCVD法で形成される。
また、例えば、保護膜40は、総膜厚が50〜500nmである。
保護膜40の総膜厚が50nmを下回るとバリア性が低下したり、カラーフィルタの現像液に対する耐性が低下する虞がある。一方、保護膜40の総膜厚が500nmを超えると、画素サイズが1μmを切る場合に、混色を抑制することが難しくなる。
The protective film 40 is the same multilayer structure as the protective film 16 described above. The protective film 40 has the same composition and density as the protective film 16 described above, and is formed by forming two silicon oxynitride layers represented by SiOxNy. The protective film 40 is formed by laminating a first silicon oxynitride layer 41a and a second silicon oxynitride layer 41b. The protective film 40 is formed by a plasma CVD method at a temperature of 245 ° C. or lower.
For example, the protective film 40 has a total film thickness of 50 to 500 nm.
If the total film thickness of the protective film 40 is less than 50 nm, the barrier property may be lowered, or the resistance of the color filter to the developer may be lowered. On the other hand, when the total thickness of the protective film 40 exceeds 500 nm, it is difficult to suppress color mixing when the pixel size is less than 1 μm.

なお、例えば、画素寸法が2μm未満、特に1μm程度の撮像素子20において、カラーフィルタ42と光電変換層52との距離、すなわち、保護膜40の総膜厚が厚いと、保護膜40内での入射光(可視光)の斜入射成分の影響が大きくなり混色が発生する虞がある。このために、保護膜40の総膜厚は薄い方が好ましい。   For example, in the imaging device 20 having a pixel size of less than 2 μm, particularly about 1 μm, if the distance between the color filter 42 and the photoelectric conversion layer 52, that is, the total film thickness of the protective film 40 is thick, The influence of the oblique incident component of the incident light (visible light) may increase, and color mixing may occur. For this reason, it is preferable that the total film thickness of the protective film 40 is thinner.

カラーフィルタ42は、保護膜40上の各画素電極34と対向する位置に形成されている。隔壁44は、保護膜40上のカラーフィルタ42同士の間に設けられており、カラーフィルタ42の光透過効率を向上させるためのものである。遮光層46は、保護膜40上のカラーフィルタ42および隔壁44を設けた領域(有効画素領域)以外に形成されており、有効画素領域以外に形成された光電変換層52に光が入射することを防止するものである。カラーフィルタ42、隔壁44および遮光層46は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成される。
なお、カラーフィルタ42を設ける構成としたが、カラーフィルタ42を設けなくてもよい。この場合、カラーフィルタ42以外に隔壁44および遮光層46を設けないので、保護膜40が最上層になる。保護膜40においても、上述の保護膜16と同様に第1の酸窒化珪素層41aと第2の酸窒化珪素層41bとの間に他の構成層を有する構成でもよい。
The color filter 42 is formed at a position facing each pixel electrode 34 on the protective film 40. The partition wall 44 is provided between the color filters 42 on the protective film 40 and is for improving the light transmission efficiency of the color filter 42. The light shielding layer 46 is formed in a region other than the region (effective pixel region) where the color filter 42 and the partition wall 44 are provided on the protective film 40, and light is incident on the photoelectric conversion layer 52 formed outside the effective pixel region. Is to prevent. The color filter 42, the partition wall 44, and the light shielding layer 46 are formed by, for example, a photolithography method.
Although the color filter 42 is provided, the color filter 42 may not be provided. In this case, since the partition wall 44 and the light shielding layer 46 are not provided in addition to the color filter 42, the protective film 40 is the uppermost layer. The protective film 40 may also have a configuration in which another constituent layer is provided between the first silicon oxynitride layer 41a and the second silicon oxynitride layer 41b, similarly to the protective film 16 described above.

オーバーコート層48は、カラーフィルタ42を後工程等から保護するためのものであり、カラーフィルタ42、隔壁44および遮光層46を覆うようにして形成されている。
撮像素子20においては、有機層36、対向電極38およびカラーフィルタ42が上方に設けられた画素電極34、1つが単位画素になる。
The overcoat layer 48 is for protecting the color filter 42 from subsequent processes and is formed so as to cover the color filter 42, the partition wall 44 and the light shielding layer 46.
In the image sensor 20, one pixel electrode 34, on which the organic layer 36, the counter electrode 38, and the color filter 42 are provided, is a unit pixel.

オーバーコート層48は、アクリル系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、ポリスチレン系樹脂および弗素樹脂等のような高分子材料、または酸化珪素および窒化珪素のような無機材料を適宜使用できる。ポリスチレン系等の感光性樹脂を使用すると、フォトリソグラフィ法によってオーバーコート層48をパターニングできるので、ボンディング用パッド上の周辺遮光層、封止層、絶縁層等を開口する際のフォトレジストとして使用すること、オーバーコート層48自体をマイクロレンズとして加工することが容易になり好ましい。一方、オーバーコート層48を反射防止層として使用することも可能であり、カラーフィルタ42の隔壁として使用した各種低屈折率材料を成膜することも好ましい。また、後工程に対する保護層としての機能、反射防止層としての機能を追求するために、オーバーコート層48を、上記材料を組合せた2層以上の構成にすることも可能である。
カラーフィルタ42は、有機物を含むものであり、本発明の有機機能層に相当する。このため、オーバーコート層48を、上述の保護膜40と同様に、上述の保護膜16と同じ組成および密度を有し、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層が2層形成されたものであってもよい。この場合、図2(b)に示す撮像素子20aのように、オーバーコート層48が第1の酸窒化珪素層48aと第2の酸窒化珪素層48bとが積層されたものであってもよい。なお、図2(b)に示す撮像素子20aは、図2(a)に示す撮像素子20に比してオーバーコート層48の構成が異なる以外は、同一の構成物であるため、その詳細な説明は省略する。
For the overcoat layer 48, a polymer material such as an acrylic resin, a polysiloxane resin, a polystyrene resin, and a fluorine resin, or an inorganic material such as silicon oxide and silicon nitride can be used as appropriate. When a photosensitive resin such as polystyrene is used, the overcoat layer 48 can be patterned by a photolithography method, so that it is used as a photoresist when opening the peripheral light shielding layer, sealing layer, insulating layer, etc. on the bonding pad. The overcoat layer 48 itself is preferably processed as a microlens, which is preferable. On the other hand, it is also possible to use the overcoat layer 48 as an antireflection layer, and it is also preferable to form various low refractive index materials used as the partition walls of the color filter 42. In addition, in order to pursue a function as a protective layer and a function as an antireflection layer with respect to a subsequent process, the overcoat layer 48 can be configured to have two or more layers combining the above materials.
The color filter 42 contains an organic substance and corresponds to the organic functional layer of the present invention. For this reason, the overcoat layer 48 is formed by forming two silicon oxynitride layers represented by SiOxNy having the same composition and density as the above-described protective film 16, similarly to the above-described protective film 40. Also good. In this case, the overcoat layer 48 may be formed by laminating the first silicon oxynitride layer 48a and the second silicon oxynitride layer 48b as in the imaging device 20a shown in FIG. . 2B is the same component except that the configuration of the overcoat layer 48 is different from that of the image sensor 20 shown in FIG. Description is omitted.

撮像素子20は、保護膜40により、有機層36を、温度85℃相対湿度85%のような高温高湿度の過酷な環境下でも、長時間に亘り保護することができる。このため、撮像素子20は、上述の高温高湿度の過酷な環境下でも、長時間に亘り性能を低下させることなく使用することができる。このため、撮像素子20は、監視カメラ等の使用環境が厳しい用途に好適である。
また、保護膜40は、屈折率差が0.1以内、好ましくは0.05以内と小さく反射光の発生が抑制され、撮像素子20での感度ロスも少ない。これにより、撮像素子20の効率を高くすることができる。
The imaging element 20 can protect the organic layer 36 by the protective film 40 for a long time even in a severe environment of high temperature and high humidity such as a temperature of 85 ° C. and a relative humidity of 85%. For this reason, the image sensor 20 can be used without degrading performance for a long time even in the above-mentioned severe environment of high temperature and high humidity. For this reason, the image sensor 20 is suitable for applications where the use environment is severe such as a monitoring camera.
Further, the protective film 40 has a difference in refractive index within 0.1, preferably within 0.05, so that the generation of reflected light is suppressed, and the sensitivity loss in the image sensor 20 is small. Thereby, the efficiency of the image sensor 20 can be increased.

なお、本実施形態においては、画素電極34は、絶縁層32の表面に形成された構成であるが、これに限定されるものではなく、絶縁層32の表面部に埋設された構成でもよい。また、第2の接続部66および対向電極電圧供給部62を1つ設ける構成としたが、複数であってもよい。例えば、対向電極38の両端部から対向電極38へ電圧を供給することにより、対向電極38での電圧降下を抑制することができる。第2の接続部66および対向電極電圧供給部62のセットの数は、素子のチップ面積を勘案して、適宜増減すればよい。   In the present embodiment, the pixel electrode 34 is configured to be formed on the surface of the insulating layer 32, but is not limited thereto, and may be configured to be embedded in the surface portion of the insulating layer 32. In addition, the second connection portion 66 and one counter electrode voltage supply portion 62 are provided, but a plurality of the second connection portion 66 and the counter electrode voltage supply portion 62 may be provided. For example, a voltage drop at the counter electrode 38 can be suppressed by supplying a voltage from both ends of the counter electrode 38 to the counter electrode 38. The number of sets of the second connection portion 66 and the counter electrode voltage supply portion 62 may be appropriately increased or decreased in consideration of the chip area of the element.

次に、有機層36を構成する光電変換層52および電子ブロッキング層50について更に詳細に説明する。
光電変換層52は、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とを含むものである。p型有機半導体材料とn型有機半導体材料を接合させてドナーアクセプタ界面を形成することにより励起子解離効率を増加させることができる。このために、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料を接合させた構成の光電変換層は高い光電変換効率を発現する。特に、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料を混合した光電変換層は、接合界面が増大して光電変換効率が向上するので好ましい。
Next, the photoelectric conversion layer 52 and the electron blocking layer 50 constituting the organic layer 36 will be described in more detail.
The photoelectric conversion layer 52 includes a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material. Exciton dissociation efficiency can be increased by joining a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material to form a donor-acceptor interface. For this reason, the photoelectric conversion layer of the structure which joined the p-type organic-semiconductor material and the n-type organic-semiconductor material expresses high photoelectric conversion efficiency. In particular, a photoelectric conversion layer in which a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material are mixed is preferable because the junction interface is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved.

p型有機半導体材料(化合物)は、ドナー性有機半導体材料(化合物)であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。更に詳しくは2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機化合物は、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これに限らず、上述のようにn型(アクセプタ性)化合物として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用いてよい。   The p-type organic semiconductor material (compound) is a donor-type organic semiconductor material (compound), which is mainly represented by a hole-transporting organic compound and refers to an organic compound having a property of easily donating electrons. More specifically, an organic compound having a smaller ionization potential when two organic materials are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic compound as long as it is an electron-donating organic compound. For example, triarylamine compound, benzidine compound, pyrazoline compound, styrylamine compound, hydrazone compound, triphenylmethane compound, carbazole compound, polysilane compound, thiophene compound, phthalocyanine compound, cyanine compound, merocyanine compound, oxonol compound, polyamine compound, indole Compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), nitrogen-containing heterocyclic compounds The metal complex etc. which it has as can be used. However, the present invention is not limited to this, and any organic compound having an ionization potential smaller than that of the organic compound used as the n-type (acceptor) compound as described above may be used as the donor organic semiconductor.

n型有機半導体材料(化合物)は、アクセプタ性有機半導体材料であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。更に詳しくは、n型有機半導体とは、2つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプタ性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5〜7員のヘテロ環化合物(例えば、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピロリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等が挙げられる。なお、これに限らず、上記したように、p型(ドナー性)化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプタ性有機半導体として用いてよい。   The n-type organic semiconductor material (compound) is an acceptor organic semiconductor material, and is mainly represented by an electron-transporting organic compound and refers to an organic compound having a property of easily accepting electrons. More specifically, an n-type organic semiconductor refers to an organic compound having a larger electron affinity when two organic compounds are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the acceptor organic compound as long as it is an electron-accepting organic compound. For example, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), 5- to 7-membered heterocyclic compounds containing nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms (E.g., pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline, isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole, oxazole, indazole, benzimidazole, benzotriazole , Benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, triazolopyrimidine, tetrazaindene, oxy Diazole, imidazopyridine, pyrrolidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine, etc.), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands Etc. Not limited to this, as described above, any organic compound having an electron affinity higher than that of the organic compound used as the p-type (donor property) compound may be used as the acceptor organic semiconductor.

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

n型有機半導体材料として、電子輸送性に優れた、フラーレンまたはフラーレン誘導体を用いることが特に好ましい。フラーレンとは、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブを表し、フラーレン誘導体とはこれらに換基が付加された化合物のことを表す。 As the n-type organic semiconductor material, it is particularly preferable to use fullerene or a fullerene derivative having excellent electron transport properties. The fullerene, fullerene C 60, fullerene C 70, fullerene C 76, fullerene C 78, fullerene C 80, fullerene C 82, fullerene C 84, fullerene C 90, fullerene C 96, fullerene C 240, fullerene C 540, mixed Fullerene and fullerene nanotube are represented, and a fullerene derivative represents a compound having a substituent added thereto.

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

光電変換層がフラーレンまたはフラーレン誘導体を含むことで、フラーレン分子またはフラーレン誘導体分子を経由して、光電変換により発生した電子を画素電極34または対向電極38まで早く輸送できる。フラーレン分子またはフラーレン誘導体分子が連なった状態になって電子の経路が形成されていると、電子輸送性が向上して光電変換素子の高速応答性が実現可能となる。このためにはフラーレンまたはフラーレン誘導体が光電変換層に40%(体積比)以上含まれていることが好ましい。フラーレンまたはフラーレン誘導体が多すぎるとp型有機半導体が少なくなって接合界面が小さくなり励起子解離効率が低下してしまう。   When the photoelectric conversion layer contains fullerene or a fullerene derivative, electrons generated by photoelectric conversion can be quickly transported to the pixel electrode 34 or the counter electrode 38 via the fullerene molecule or fullerene derivative molecule. When fullerene molecules or fullerene derivative molecules are connected to form an electron path, the electron transport property is improved, and high-speed response of the photoelectric conversion element can be realized. For this purpose, the fullerene or fullerene derivative is preferably contained in the photoelectric conversion layer by 40% (volume ratio) or more. If there are too many fullerenes or fullerene derivatives, the p-type organic semiconductor will decrease, the junction interface will become smaller, and the exciton dissociation efficiency will decrease.

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

電子ブロッキング層50には、電子供与性有機材料を用いることができる。具体的には、低分子材料では、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)および4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体、カルバゾール誘導体、ビフルオレン誘導体等を用いることができ、高分子材料では、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレンおよびジアセチレン等の重合体、ならびにその誘導体を用いることができる。電子供与性化合物でなくとも充分な正孔輸送性を有する化合物であれば用いることは可能である。   An electron donating organic material can be used for the electron blocking layer 50. Specifically, for low molecular weight materials, N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD) and 4,4′-bis [N Aromatic diamine compounds such as-(naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivative, pyrazoline derivative, tetrahydroimidazole, polyarylalkane, butadiene 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, etc. Porphyrin compounds, triazole derivatives, Sadiazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, annealing amine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, silazane derivatives, carbazole derivatives, bifluorenes Derivatives and the like can be used, and as the polymer material, polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, and diacetylene, and derivatives thereof can be used. It is possible to use any compound that has sufficient hole transport properties, even if it is not a functional compound.

電子ブロッキング層50としては、無機材料を用いることもできる。一般的に、無機材料は有機材料よりも誘電率が大きいため、電子ブロッキング層50に用いた場合に、光電変換層に電圧が多くかかるようになり、光電変換効率を高くすることができる。電子ブロッキング層50となりうる材料としては、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化クロム銅、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化インジウム銅、酸化インジウム銀、酸化イリジウム等がある。   As the electron blocking layer 50, an inorganic material can also be used. In general, since an inorganic material has a dielectric constant larger than that of an organic material, when it is used for the electron blocking layer 50, a large voltage is applied to the photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion efficiency can be increased. Materials that can be used as the electron blocking layer 50 include calcium oxide, chromium oxide, chromium oxide copper, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, gallium copper oxide, strontium copper oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, indium copper oxide, Examples include indium silver oxide and iridium oxide.

複数層からなる電子ブロッキング層において、複数層のうち光電変換層52と隣接する層が光電変換層52に含まれるp型有機半導体と同じ材料からなる層であることが好ましい。このように、電子ブロッキング層50にも同じp型有機半導体を用いることで、光電変換層52と隣接する層の界面に中間準位が形成されるのを抑制し、暗電流を更に抑制することができる。
電子ブロッキング層50が単層の場合にはその層を無機材料からなる層にでき、複数層の場合には1つまたは2以上の層を無機材料からなる層にできる。
In the electron blocking layer composed of a plurality of layers, the layer adjacent to the photoelectric conversion layer 52 among the plurality of layers is preferably a layer made of the same material as the p-type organic semiconductor contained in the photoelectric conversion layer 52. Thus, by using the same p-type organic semiconductor for the electron blocking layer 50, it is possible to suppress the formation of intermediate levels at the interface between the photoelectric conversion layer 52 and the adjacent layer, and to further suppress the dark current. Can do.
When the electron blocking layer 50 is a single layer, the layer can be a layer made of an inorganic material, and when it is a plurality of layers, one or more layers can be a layer made of an inorganic material.

次に、撮像素子20の製造方法について説明する。
図3(a)および(b)は、本発明の実施形態の撮像素子の製造方法を工程順に示す模式的断面図であり、図4(a)および(b)は、本発明の実施形態の撮像素子の製造方法を工程順に示す模式的断面図であり、図3(b)の後工程を示す。
本発明の実施形態の撮像素子20の製造方法においては、まず、図3(a)に示すように、読出し回路60と対向電極電圧供給部62とが形成された基板30上に、第1の接続部64と第2の接続部66と、配線層68が設けられた絶縁層32が形成され、更に絶縁層32の表面32aに、各第1の接続部64に接続された画素電極34が形成された回路基板35(CMOS基板)を用意する。この場合、上述の如く、第1の接続部64と読出し回路60とが接続されており、第2の接続部66と対向電極電圧供給部62とが接続されている。画素電極34は、例えば、TiNで形成される。
Next, a manufacturing method of the image sensor 20 will be described.
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of the image sensor according to the embodiment of the present invention in the order of steps, and FIGS. 4A and 4B are diagrams of the embodiment of the present invention. It is typical sectional drawing which shows the manufacturing method of an image pick-up element in order of a process, and shows the post process of FIG.3 (b).
In the method of manufacturing the image sensor 20 according to the embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 3A, the first circuit is formed on the substrate 30 on which the readout circuit 60 and the counter electrode voltage supply unit 62 are formed. The insulating layer 32 provided with the connecting portion 64, the second connecting portion 66, and the wiring layer 68 is formed, and the pixel electrode 34 connected to each first connecting portion 64 is further formed on the surface 32a of the insulating layer 32. A formed circuit board 35 (CMOS substrate) is prepared. In this case, as described above, the first connection unit 64 and the readout circuit 60 are connected, and the second connection unit 66 and the counter electrode voltage supply unit 62 are connected. The pixel electrode 34 is made of, for example, TiN.

次に、電子ブロッキング層50の成膜室(図示せず)に所定の搬送経路で搬送し、図3(b)に示すように、第2の接続部66上を除き、かつ全ての画素電極34を覆うように電子ブロッキング材料を、例えば、蒸着法を用いて所定の真空下で成膜し、電子ブロッキング層50を形成する。電子ブロッキング材料には、例えば、カルバゾール誘導体、更に好ましくはビフルオレン誘導体が用いられる。   Next, the electron blocking layer 50 is transferred to a film forming chamber (not shown) through a predetermined transfer path, and as shown in FIG. The electron blocking material is formed into a film under a predetermined vacuum using, for example, an evaporation method so as to cover 34, thereby forming the electron blocking layer 50. As the electron blocking material, for example, a carbazole derivative, more preferably a bifluorene derivative is used.

次に、光電変換層52の成膜室(図示せず)に所定の搬送経路で搬送し、電子ブロッキング層50の表面50aに、光電変換層52を、例えば、蒸着法を用いて所定の真空下で形成する。光電変換材料として、例えば、p型有機半導体材料とフラーレンまたはフラーレン誘導体が用いられる。これにより、光電変換層52が形成されて、有機層36が形成される。   Next, the photoelectric conversion layer 52 is transported to a film forming chamber (not shown) by a predetermined transport path, and the photoelectric conversion layer 52 is deposited on the surface 50a of the electron blocking layer 50 by a predetermined vacuum using, for example, a vapor deposition method. Form below. As the photoelectric conversion material, for example, a p-type organic semiconductor material and fullerene or a fullerene derivative are used. Thereby, the photoelectric conversion layer 52 is formed and the organic layer 36 is formed.

次に、対向電極38の成膜室(図示せず)に所定の搬送経路で搬送した後、有機層36(光電変換層52および電子ブロッキング層50)を覆い、かつ第2の接続部66上に形成されるパターンで対向電極38を、例えば、スパッタ法を用いて所定の真空下で形成する。   Next, after transporting to a film forming chamber (not shown) of the counter electrode 38 through a predetermined transport path, the organic layer 36 (the photoelectric conversion layer 52 and the electron blocking layer 50) is covered, and the second connection portion 66 is covered. The counter electrode 38 is formed in a predetermined vacuum by using, for example, a sputtering method with the pattern formed in (1).

次に、保護膜40の成膜室(図示せず)に所定の搬送経路で搬送し、図4(a)に示すように、対向電極38を覆うようにして、絶縁層32の表面32aに、保護膜40として、例えば、RFプラズマCVD法により、厚さ100nmの第1の酸窒化珪素層41aと、厚さ100nmの第2の酸窒化珪素層41bとを積層して形成する。
この場合、保護膜40として、基板温度(成膜温度)245℃以下で、プラズマCVD法を用いて、上記組成および密度の範囲の酸窒化珪素層を形成する。酸窒化珪素層の組成およびその密度については、予め反応ガスの流量等を変えて酸窒化珪素層を形成し、成膜条件(成膜温度、成膜時の圧力、成膜時の高周波電力、ガス種(SiH、NH、NO)およびガスの混合比等)を決めておくことにより上記組成の範囲にある酸窒化珪素層を形成することができる。
Next, the protective film 40 is transferred to a film forming chamber (not shown) through a predetermined transfer path, and as shown in FIG. 4A, the counter electrode 38 is covered so as to cover the surface 32a of the insulating layer 32. As the protective film 40, for example, a first silicon oxynitride layer 41a having a thickness of 100 nm and a second silicon oxynitride layer 41b having a thickness of 100 nm are stacked by an RF plasma CVD method.
In this case, as the protective film 40, a silicon oxynitride layer having the above composition and density is formed using a plasma CVD method at a substrate temperature (film formation temperature) of 245 ° C. or lower. As for the composition and density of the silicon oxynitride layer, the silicon oxynitride layer is formed in advance by changing the flow rate of the reaction gas, etc., and the film formation conditions (film formation temperature, pressure during film formation, high frequency power during film formation, By determining the gas type (SiH 4 , NH 3 , N 2 O), gas mixing ratio, etc.), a silicon oxynitride layer within the above composition range can be formed.

保護膜40の形成では、上述の保護膜16と同様に、第1の酸窒化珪素層41aを形成した後、成膜条件のうち、高周波電力だけを変えて、第2の酸窒化珪素層41bを形成する。これにより、第2の酸窒化珪素層41bのxの値を第1の酸窒化珪素層41aのxの値よりも0.05以上大きくでき、組成を変えることができる。しかも、屈折率差を0.1以内にでき、0.05以内にもできる。
また、成膜条件のうち、高周波電力だけを変えて、成膜ガスを止めることなく連続して第1の酸窒化珪素層41aと第2の酸窒化珪素層41bとを形成することができる。
In the formation of the protective film 40, as with the protective film 16, the first silicon oxynitride layer 41a is formed, and then the second silicon oxynitride layer 41b is changed by changing only the high-frequency power among the film forming conditions. Form. Thereby, the value of x of the second silicon oxynitride layer 41b can be made 0.05 or more larger than the value of x of the first silicon oxynitride layer 41a, and the composition can be changed. Moreover, the difference in refractive index can be within 0.1 and within 0.05.
In addition, the first silicon oxynitride layer 41a and the second silicon oxynitride layer 41b can be continuously formed by changing only the high frequency power among the film formation conditions without stopping the film formation gas.

次に、図4(b)に示すように、保護膜40の表面40aに、カラーフィルタ42、隔壁44および遮光層46を、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。カラーフィルタ42、隔壁44および遮光層46には、有機固体撮像素子に用いられる公知のものが用いられる。カラーフィルタ42、隔壁44および遮光層46の形成工程は、所定の真空下でも、非真空下であってもよい。   Next, as shown in FIG. 4B, the color filter 42, the partition wall 44, and the light shielding layer 46 are formed on the surface 40a of the protective film 40 by using, for example, a photolithography method. As the color filter 42, the partition wall 44, and the light shielding layer 46, known ones used for organic solid-state imaging devices are used. The formation process of the color filter 42, the partition wall 44, and the light shielding layer 46 may be under a predetermined vacuum or non-vacuum.

次に、カラーフィルタ42、隔壁44および遮光層46の表面47を覆うようにして、オーバーコート層48を、例えば、塗布法を用いて形成する。これにより、図2に示す撮像素子20を形成することができる。オーバーコート層48には、有機固体撮像素子に用いられる公知のものが用いられる。オーバーコート層48の形成工程は、所定の真空下でも、非真空下であってもよい。
オーバーコート層48を多層の酸窒化珪素層(SiOxNy層)で構成する場合、保護膜40と同様の方法で形成することができる。
Next, an overcoat layer 48 is formed using, for example, a coating method so as to cover the color filter 42, the partition wall 44, and the surface 47 of the light shielding layer 46. Thereby, the image sensor 20 shown in FIG. 2 can be formed. As the overcoat layer 48, a known layer used for an organic solid-state imaging device is used. The overcoat layer 48 may be formed in a predetermined vacuum or non-vacuum.
When the overcoat layer 48 is formed of a multi-layered silicon oxynitride layer (SiOxNy layer), it can be formed by the same method as the protective film 40.

以下、有機機能層付き基板の他の具体例について説明する。
本発明の有機機能層付き基板は、例えば、有機太陽電池および有機EL素子と呼ばれるものとすることもできる。
図5(a)は、本発明の実施形態の有機太陽電池を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態の有機EL素子を示す模式的断面図である。
図5(a)に示す有機太陽電池70は有機光電変換層76を有する。この有機光電変換層76が本発明の有機機能層に相当し、耐熱性が245℃以下である。有機太陽電池70は、基板72上に下部電極74と、有機光電変換層76と、透明電極(上部電極)78と、保護膜80とが、この順で積層されてなる。透明電極78側から入射光Lが入射される。
Hereinafter, other specific examples of the substrate with an organic functional layer will be described.
The board | substrate with an organic functional layer of this invention can also be called an organic solar cell and an organic EL element, for example.
Fig.5 (a) is typical sectional drawing which shows the organic solar cell of embodiment of this invention, (b) is typical sectional drawing which shows the organic EL element of embodiment of this invention.
An organic solar cell 70 shown in FIG. 5A has an organic photoelectric conversion layer 76. This organic photoelectric conversion layer 76 corresponds to the organic functional layer of the present invention, and the heat resistance is 245 ° C. or lower. The organic solar cell 70 is formed by laminating a lower electrode 74, an organic photoelectric conversion layer 76, a transparent electrode (upper electrode) 78, and a protective film 80 in this order on a substrate 72. Incident light L is incident from the transparent electrode 78 side.

保護膜80は、上述の保護膜16と同じ2層構造であり、かつ保護膜16と同じ組成および密度を有する。この保護膜80は、保護膜16と同様の製造方法で形成される。このため、その詳細な説明は省略する。基板72が本発明の基材12(図1(a)参照)に相当するものである。
保護膜80は、第1の酸窒化珪素層81aと第2の酸窒化珪素層81bとで構成される。保護膜80は、保護膜16と同じく図1(b)、(c)に示す構成とすることもできる。
The protective film 80 has the same two-layer structure as the protective film 16 described above, and has the same composition and density as the protective film 16. The protective film 80 is formed by the same manufacturing method as the protective film 16. For this reason, the detailed description is abbreviate | omitted. The board | substrate 72 is corresponded to the base material 12 (refer Fig.1 (a)) of this invention.
The protective film 80 is composed of a first silicon oxynitride layer 81a and a second silicon oxynitride layer 81b. The protective film 80 can be configured as shown in FIGS. 1B and 1C as well as the protective film 16.

下部電極74、有機光電変換層76および透明電極78は、公知の有機太陽電池に用いられる一般的なもので構成される。このため、その詳細な説明は省略する。
入射光Lの照射により有機光電変換層76で発生した電流は下部電極74と透明電極78で外部に取り出される。
このような構成の有機太陽電池70においても、上述の保護膜16と同じ保護膜80を設けることにより、高温高湿度環境下で、長時間に亘り有機光電変換層76を保護することができる。これにより、有機太陽電池70の耐久性を向上させることができる。しかも、保護膜80は、上述のように透明であり、有機光電変換層76への入射光Lの入射を妨げることがない。
The lower electrode 74, the organic photoelectric conversion layer 76, and the transparent electrode 78 are configured by general materials used for known organic solar cells. For this reason, the detailed description is abbreviate | omitted.
The current generated in the organic photoelectric conversion layer 76 by the irradiation of the incident light L is taken out by the lower electrode 74 and the transparent electrode 78.
Also in the organic solar cell 70 having such a configuration, the organic photoelectric conversion layer 76 can be protected over a long period of time in a high temperature and high humidity environment by providing the same protective film 80 as the protective film 16 described above. Thereby, durability of the organic solar cell 70 can be improved. Moreover, the protective film 80 is transparent as described above, and does not prevent the incident light L from entering the organic photoelectric conversion layer 76.

図5(b)に示す有機EL素子70aは、有機EL層86を用いた発光素子であり、トップエミッション方式と呼ばれるものである。なお、有機EL素子70aにおいて、図5(a)に示す有機太陽電池70と同様に構成物には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
有機EL層86が本発明の有機機能層に相当し、耐熱性が245℃以下である。有機EL素子70aは、基板72上にTFT82と、陰極84と、有機EL層86と、透明電極(上部電極)78と、保護膜80とが、この順で積層されている。TFT82、陰極84および透明電極78に電源88が接続されている。保護膜80は、上述の図5(a)に示す有機太陽電池70と同じものであり、2層構造である。この場合でも、保護膜80は、保護膜16と同じく図1(b)、(c)に示す構成とすることもできる。
An organic EL element 70a shown in FIG. 5B is a light emitting element using the organic EL layer 86, and is called a top emission method. In addition, in the organic EL element 70a, the same code | symbol is attached | subjected to a structure similarly to the organic solar cell 70 shown to Fig.5 (a), and the detailed description is abbreviate | omitted.
The organic EL layer 86 corresponds to the organic functional layer of the present invention, and the heat resistance is 245 ° C. or lower. In the organic EL element 70a, a TFT 82, a cathode 84, an organic EL layer 86, a transparent electrode (upper electrode) 78, and a protective film 80 are laminated on a substrate 72 in this order. A power source 88 is connected to the TFT 82, the cathode 84 and the transparent electrode 78. The protective film 80 is the same as the organic solar cell 70 shown in FIG. 5A and has a two-layer structure. Even in this case, the protective film 80 can be configured as shown in FIGS.

有機EL層86は、発光する部位であり、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入・輸送層などが順次積層されたものである。
陰極84と透明電極78とは有機EL層86を発光させるに必要な電圧を印加するためのものであり、TFT82は、有機EL素子70aの発光を制御するためのものである。
電源88は、有機EL層86を発光させるに必要な電圧を発生するものであるとともに、TFT82を駆動するものである。
なお、TFT82、陰極84、有機EL層86および透明電極78は、公知の有機EL素子に用いられる一般的なもので適宜構成される。このため、その詳細な説明は省略する。
The organic EL layer 86 is a portion that emits light, and is a layer in which a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron injection / transport layer, and the like are sequentially stacked.
The cathode 84 and the transparent electrode 78 are for applying a voltage necessary for causing the organic EL layer 86 to emit light, and the TFT 82 is for controlling the light emission of the organic EL element 70a.
The power supply 88 generates a voltage necessary for causing the organic EL layer 86 to emit light, and drives the TFT 82.
The TFT 82, the cathode 84, the organic EL layer 86, and the transparent electrode 78 are appropriately configured with general materials used for known organic EL elements. For this reason, the detailed description is abbreviate | omitted.

このような構成の有機EL素子70aにおいても、上述の保護膜16と同じ保護膜80を設けることにより、高温高湿度環境下で、長時間に亘り有機EL層86を保護することができる。これにより、有機EL素子70aの耐久性を向上させることができる。しかも、保護膜80は、上述のように透明であり、有機EL層86での発光光に影響を及ぼすことがない。   Also in the organic EL element 70a having such a configuration, by providing the same protective film 80 as the above-described protective film 16, the organic EL layer 86 can be protected over a long period of time in a high temperature and high humidity environment. Thereby, durability of the organic EL element 70a can be improved. Moreover, the protective film 80 is transparent as described above, and does not affect the light emitted from the organic EL layer 86.

本発明の保護膜は、上述のいずれの例に限定されるものではなく、耐熱性が245℃以下の有機機能層を、高温高湿度環境下で長時間に亘り保護し、かつ有機機能層への光の入射および有機機能層からの光の出射を妨げない透明性が要求されるものに適宜利用することができる。   The protective film of the present invention is not limited to any of the above-described examples, and the organic functional layer having a heat resistance of 245 ° C. or lower is protected over a long period of time in a high temperature and high humidity environment. It can be suitably used for those requiring transparency that does not hinder the incidence of light and the emission of light from the organic functional layer.

以下、保護膜16および保護膜40の膜応力、およびその測定方法について説明する。なお、保護膜16と保護膜40とは同様の構成であるため、保護膜16を例にして説明する。なお、オーバーコート層48も保護膜40と同様の構成とすることができる。このため、下記膜応力およびその測定方法の説明は、オーバーコート層48も含まれる。
図6(a)および(b)に示すように、保護膜16に相当する薄膜102が形成された基板100を例にして、薄膜102に作用する応力を、保護膜16に作用する応力として説明する。保護膜16は多層構造体であり、多層構造体を1つの膜として応力を測定すれば、保護膜16の膜応力を得ることができる。また、保護膜16の各酸窒化珪素層の応力を、それぞれ単層状態で測定し、各応力の平均を求めることにより、保護膜16の膜応力を測定することもできる。
Hereinafter, the film stress of the protective film 16 and the protective film 40 and the measurement method thereof will be described. Since the protective film 16 and the protective film 40 have the same configuration, the protective film 16 will be described as an example. Note that the overcoat layer 48 can have the same configuration as the protective film 40. For this reason, the description of the following film stress and its measuring method includes the overcoat layer 48.
As shown in FIGS. 6A and 6B, the stress acting on the thin film 102 is described as the stress acting on the protective film 16 by taking the substrate 100 on which the thin film 102 corresponding to the protective film 16 is formed as an example. To do. The protective film 16 is a multilayer structure, and if the stress is measured using the multilayer structure as one film, the film stress of the protective film 16 can be obtained. The film stress of the protective film 16 can also be measured by measuring the stress of each silicon oxynitride layer of the protective film 16 in a single layer state and obtaining the average of the respective stresses.

図6(a)は、薄膜102を形成した基板100を膨張させたときに、薄膜102に働く圧縮応力σの方向を矢印で示している。図6(a)のように、薄膜102が成膜された側を突出させるように基板100を反らせると、基板100に成膜された薄膜102が膨張し、基板100と密着している薄膜102に圧縮しようとする力が働く。この力が圧縮応力σである。 FIG. 6A shows the direction of the compressive stress σ c acting on the thin film 102 by an arrow when the substrate 100 on which the thin film 102 is formed is expanded. As illustrated in FIG. 6A, when the substrate 100 is warped so that the side on which the thin film 102 is formed protrudes, the thin film 102 formed on the substrate 100 expands, and the thin film 102 in close contact with the substrate 100. The force that tries to compress it works. This force is compressive stress sigma c.

図6(b)は、薄膜102を形成した基板100を収縮させたときに、薄膜102に働く引張応力σの方向を矢印で示している。図6(b)のように、薄膜102が成膜された側を窪ませるように基板100を反らせると、基板100に成膜された薄膜102が収縮し、基板100と密着している薄膜102に伸長しようとする力が働く。この力が引張応力σである。 FIG. 6B shows the direction of the tensile stress σ t acting on the thin film 102 by arrows when the substrate 100 on which the thin film 102 is formed is contracted. As shown in FIG. 6B, when the substrate 100 is warped so that the side on which the thin film 102 is formed is depressed, the thin film 102 formed on the substrate 100 contracts and the thin film 102 in close contact with the substrate 100 is formed. The force which tries to extend to works. This force is a tensile stress σ t.

ここで、薄膜102の圧縮応力σおよび引張応力σは、基板100の反り量に影響する。次に、基板100の反り量に基づいて応力は光てこ法を用いて測定することができる。
図7は、薄膜が形成された基板の反り量を測定する測定装置を示す模式図である。図7に示す測定装置200は、レーザ光を照射するレーザ照射部202と、レーザ照射部202から照射された光のうち一部の光を反射すると共に他の光を透過するスプリッタ204と、スプリッタ204を透過した光を反射するミラー206とを備えている。基板100の一方の面には、被測定物である薄膜102が成膜されている。スプリッタ204で反射した光を基板100の薄膜102に照射し、その際に薄膜102の表面で反射した光の反射角度を第1の検出部208で検出する。ミラー206で反射した光を基板100の薄膜102に照射し、その際に薄膜102の表面で反射した光の反射角度を第2の検出部210で検出する。
なお、図7では、基板100を薄膜102が成膜された側の面を突出させるように反らせることで、薄膜102に働く圧縮応力を測定する例を示している。ここで、基板100の厚さをhとし、薄膜102の厚さをtとする。
Here, the compressive stress σ c and the tensile stress σ t of the thin film 102 affect the amount of warpage of the substrate 100. Next, the stress can be measured using an optical lever method based on the warpage amount of the substrate 100.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a measuring apparatus for measuring the amount of warpage of a substrate on which a thin film is formed. 7 includes a laser irradiation unit 202 that irradiates laser light, a splitter 204 that reflects part of light emitted from the laser irradiation unit 202 and transmits other light, and a splitter. And a mirror 206 for reflecting the light transmitted through 204. On one surface of the substrate 100, a thin film 102 which is an object to be measured is formed. The light reflected by the splitter 204 is irradiated onto the thin film 102 of the substrate 100, and the reflection angle of the light reflected by the surface of the thin film 102 at that time is detected by the first detection unit 208. The light reflected by the mirror 206 is applied to the thin film 102 of the substrate 100, and the reflection angle of the light reflected by the surface of the thin film 102 at that time is detected by the second detection unit 210.
FIG. 7 shows an example in which the compressive stress acting on the thin film 102 is measured by bending the substrate 100 so that the surface on which the thin film 102 is formed protrudes. Here, the thickness of the substrate 100 is h, and the thickness of the thin film 102 is t.

次に、測定装置200による薄膜の応力の測定手順を説明する。
測定に用いる装置としては、例えば、東朋テクノロジー社製、薄膜ストレス測定装置FLX−2320−Sを用いることができる。以下に、この装置を用いた場合の測定条件を示す。
Next, a procedure for measuring the stress of the thin film by the measuring apparatus 200 will be described.
As an apparatus used for the measurement, for example, a thin film stress measuring apparatus FLX-2320-S manufactured by Toago Technology Co., Ltd. can be used. The measurement conditions when this apparatus is used are shown below.

(レーザ光(レーザ照射部202))
使用レーザ:KLA−Tencor−2320−S
レーザ出力:4mW
レーザ波長:670nm
走査速度:30mm/s
(Laser light (laser irradiation unit 202))
Laser used: KLA-Tencor-2320-S
Laser power: 4mW
Laser wavelength: 670 nm
Scanning speed: 30mm / s

(基板)
基板材質:シリコン(Si)
方位:<100>
Type:P型(ドーパント:Boron)
厚み:250±25μm若しくは、280±25μm
(substrate)
Substrate material: Silicon (Si)
Direction: <100>
Type: P type (Dopant: Boron)
Thickness: 250 ± 25 μm or 280 ± 25 μm

(測定手順)
予め薄膜102を成膜する基板100の反り量を計測しておき、基板100の曲率半径R1を求める。続いて、基板100の一方の面に薄膜102を成膜し、基板100の反り量を計測し、曲率半径R2を求める。ここで、反り量は、図7に示すようにレーザで基板100の薄膜102が形成された側の面を走査し、基板100から反射してくるレーザ光の反射角度から反り量を算出し、反り量を元に曲率半径R=R1・R2/(R1−R2)を算出している。
(Measurement procedure)
The amount of curvature of the substrate 100 on which the thin film 102 is formed is measured in advance, and the curvature radius R1 of the substrate 100 is obtained. Subsequently, the thin film 102 is formed on one surface of the substrate 100, the amount of warpage of the substrate 100 is measured, and the curvature radius R2 is obtained. Here, the amount of warpage is calculated from the reflection angle of the laser beam reflected from the substrate 100 by scanning the surface of the substrate 100 on which the thin film 102 is formed with a laser as shown in FIG. The radius of curvature R = R1 · R2 / (R1-R2) is calculated based on the amount of warpage.

その後、下記の計算式により薄膜102の応力が算出される。薄膜102の応力の単位はPaで表されている。圧縮応力であれば負の値を示し、引張応力であれば正の値を示す。なお、薄膜102の応力を測定する方法は特に限定されず、公知のものを使用することができる。   Thereafter, the stress of the thin film 102 is calculated by the following calculation formula. The unit of stress of the thin film 102 is represented by Pa. A negative value is indicated for compressive stress, and a positive value is indicated for tensile stress. Note that a method for measuring the stress of the thin film 102 is not particularly limited, and a known method can be used.

(応力ストレス計算式)
σ=E×h/6(1−ν)Rt
但し、E/(1−ν):下地基板の2軸弾性係数(Pa)、ν:ポアソン比
h:下地基板の厚さ(m)、
t:薄膜の膜厚(m)、
R:下地基板の曲率半径(m)、
σ:薄膜の平均応力(Pa)とする。
(Stress stress calculation formula)
σ = E × h 2/6 (1-ν) Rt
Where E / (1-ν): biaxial elastic modulus (Pa) of the underlying substrate, ν: Poisson's ratio h: thickness of the underlying substrate (m),
t: film thickness (m) of the thin film,
R: radius of curvature of base substrate (m),
σ: The average stress (Pa) of the thin film.

本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の有機機能層付き基板およびその製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。   The present invention is basically configured as described above. As mentioned above, although the board | substrate with an organic functional layer of this invention and its manufacturing method were demonstrated in detail, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of this invention, various improvement or a change is carried out. Of course it is also good.

以下、本発明の保護膜の効果について具体的に説明する。
本実施例においては、実施例1、2および比較例1〜9のサンプルを作製し、本発明の保護膜の効果を確認した。
Hereinafter, the effect of the protective film of the present invention will be specifically described.
In this example, samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 9 were prepared, and the effect of the protective film of the present invention was confirmed.

本実施例では、サンプルとして、基材上に、基材表面の一部の領域に画素電極が形成され、この画素電極を覆うようにして基材上に光電変換層として有機機能層が形成され、この有機機能層上に対向電極が形成されており、この対向電極を覆う保護膜が形成された、構成を簡略化した光電変換素子本体を用いた。
なお、保護膜には、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層の2層構造のものを用いた。各酸窒化珪素層
実施例1、2および比較例1〜9のサンプルは、保護膜の構成以外、同じ構成の後述の素子ユニットを用いた。
In this embodiment, as a sample, a pixel electrode is formed on a part of the surface of the base material on the base material, and an organic functional layer is formed on the base material as a photoelectric conversion layer so as to cover the pixel electrode. A photoelectric conversion element main body having a simplified structure in which a counter electrode is formed on the organic functional layer and a protective film covering the counter electrode is formed was used.
In addition, the thing of the 2 layer structure of the silicon oxynitride layer represented by SiOxNy was used for the protective film. Each silicon oxynitride layer The samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 9 used the below-described element units having the same configuration except for the configuration of the protective film.

以下、素子ユニットについて説明する。
各サンプルには、以下のようにして形成された素子ユニットを用意した。
基材として、厚さが0.7mmの無アルカリガラス基材を用意し、この基材上に、画素電極として、スパッタ法により、厚さ100nmの酸化インジウム錫(ITO)膜を形成した。
次に、基材上に、画像電極を覆うようにして、電子ブロッキング層として、抵抗加熱蒸着法により下記化学式1で示す材料を、蒸着速度10〜20nm/sで厚み100nmとなるように蒸着した。次に、有機層(光電変換層)として、下記化学式2で示す材料(フラーレンC60)と下記化学式3で示す材料を、それぞれ蒸着速度16〜18nm/s、25〜28nm/sで、下記化学式2に示す材料と下記化学式3に示す材料の体積比が1:3になるように共蒸着して、400nmの厚さに形成した。
Hereinafter, the element unit will be described.
For each sample, an element unit formed as follows was prepared.
A non-alkali glass substrate having a thickness of 0.7 mm was prepared as a substrate, and an indium tin oxide (ITO) film having a thickness of 100 nm was formed as a pixel electrode on the substrate by a sputtering method.
Next, a material represented by the following chemical formula 1 was deposited as an electron blocking layer on the substrate so as to have a thickness of 100 nm at a deposition rate of 10 to 20 nm / s as an electron blocking layer so as to cover the image electrode. . Next, as an organic layer (photoelectric conversion layer), a material represented by the following chemical formula 2 (fullerene C 60 ) and a material represented by the following chemical formula 3 are deposited at a deposition rate of 16 to 18 nm / s and 25 to 28 nm / s, respectively. Co-evaporated so that the volume ratio of the material shown in 2 and the material shown in chemical formula 3 below was 1: 3, and formed to a thickness of 400 nm.

次に、対向電極として、スパッタ法により、厚さ10nmの酸化インジウム錫(ITO)膜を、有機層を覆うようにして有機層上に形成した。
次に、対向電極上に、原子層化学気相蒸着法(AL−CVD法)により、厚さ30nmの酸化アルミニウム膜(AlOx膜)を形成した。
Next, as a counter electrode, an indium tin oxide (ITO) film having a thickness of 10 nm was formed on the organic layer by sputtering to cover the organic layer.
Next, an aluminum oxide film (AlOx film) having a thickness of 30 nm was formed on the counter electrode by atomic layer chemical vapor deposition (AL-CVD).

実施例1のサンプルは、以下のようにして作製した。
このようにして準備された素子ユニットの対向電極を覆うようにして、酸化アルミニウム膜上および基材上に、保護膜として、プラズマCVD法により、酸窒化珪素層(SiOxNy層)を、300nmの厚さに形成した。このようにして、実施例1のサンプルを作製した。
The sample of Example 1 was produced as follows.
A silicon oxynitride layer (SiOxNy layer) having a thickness of 300 nm is formed as a protective film on the aluminum oxide film and the base material by plasma CVD so as to cover the counter electrode of the element unit thus prepared. Formed. Thus, the sample of Example 1 was produced.

実施例1、2および比較例1〜9の各サンプルの保護膜の組成は、下記表1に示す通りである。なお、保護膜は、所定の組成および密度となるように、予め成膜条件(成膜温度(基板温度)、成膜時の圧力、成膜時の高周波電力、ガス種(SiH、NH、NO)およびガスの混合比等)を求めておき、その製造条件で成膜した。ガスの流量、成膜温度、成膜時の圧力および成膜時の高周波の周波数を固定し、高周波電力だけを変えて保護膜を作製して、実施例1、2および比較例1〜3の各サンプルの保護膜を作り分けた。比較例4、5は、高周波電力と成膜温度の両方を変えて各サンプルの保護膜を作り分けた。
実施例1、2および比較例1〜9は、下記表1に成膜温度が明記されてないものは成膜温度を154℃とした。特に断りがない限り、成膜にはSiH、NH、NOの成分比が固定された同じガス種のものを用いた。
また、比較例6の下層と比較例7の上層は、成膜温度を350℃に変え、ガス種をガス種Aに変えて成膜した。比較例8の下層と比較例9の上層は、成膜温度を350℃に変え、ガス種をガス種Bに変えて成膜した。なお、ガス種Aは、上記特に断りがない限り成膜に用いられるガス種に比して、上記成分のうちNHの成分量が多いものである。ガス種Bは、上記特に断りがない限り成膜に用いられるガス種に比して、上記成分のうちNOの成分量が多いものである。
The composition of the protective film of each sample of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 9 is as shown in Table 1 below. It should be noted that the protective film is formed in advance so as to have a predetermined composition and density (film formation temperature (substrate temperature), pressure during film formation, high-frequency power during film formation, gas type (SiH 4 , NH 3 , N 2 O) and gas mixing ratio, etc.) were determined, and a film was formed under the production conditions. The gas flow rate, deposition temperature, deposition pressure, and high frequency frequency during deposition were fixed, and only the high frequency power was changed to produce a protective film. A protective film for each sample was made separately. In Comparative Examples 4 and 5, the protective film of each sample was made separately by changing both the high frequency power and the film forming temperature.
In Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 9, the film formation temperature was 154 ° C. for those in which the film formation temperature was not specified in Table 1 below. Unless otherwise specified, the same gas type with a fixed component ratio of SiH 4 , NH 3 , and N 2 O was used for film formation.
Further, the lower layer of Comparative Example 6 and the upper layer of Comparative Example 7 were formed by changing the film formation temperature to 350 ° C. and changing the gas type to gas type A. The lower layer of Comparative Example 8 and the upper layer of Comparative Example 9 were formed by changing the film formation temperature to 350 ° C. and changing the gas type to gas type B. The gas species A has a larger amount of NH 3 among the above components than the gas species used for film formation unless otherwise specified. The gas type B has a larger amount of N 2 O among the above components than the gas type used for film formation unless otherwise specified.

本実施例では、実施例1、2および比較例1〜9の各サンプルの保護膜について、膜応力を測定し、エリプソメータを用いて波長550nmにおける屈折率を測定した。この結果を下記表1に示す。
また、実施例1、2および比較例1〜9の各サンプルを、温度85℃相対湿度85%の環境に放置し、前述の環境下で放置後の暗電流が、前述の環境に放置する前の2倍の値になる迄の時間を測定した。この測定時間を寿命とした。この結果を下記表1に示す。
膜応力については、上述の図7に示す方法を用いて測定した。
In this example, the film stress was measured for the protective films of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 9, and the refractive index at a wavelength of 550 nm was measured using an ellipsometer. The results are shown in Table 1 below.
Further, the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 9 were left in an environment having a temperature of 85 ° C. and a relative humidity of 85%, and the dark current after being left in the above environment was not left in the above environment. The time required to reach twice the value was measured. This measurement time was defined as the life. The results are shown in Table 1 below.
The film stress was measured using the method shown in FIG.

膜の組成は、以下のようにして測定(XPS)した。
膜組成の測定機器には、PHI製QuanteraSXMとX線源として15kV−25Wの単色化したAl−Kα線を使用した。深さ方向分析はArエッチング/XPSで行った。Arエッチングに関してはArの加速電圧を3kVとし、エッチング面積を2×2mmとした。XPSに関してはX線照射範囲および分析範囲を300×300μmとし、Pass Energyを112eV、Stepを0.2eVとした。帯電補正はありとし(電子銃・低速イオン銃併用)、C1s,O1s,N1s,Si2pの各強度を感度係数で補正し、原子数比に変換した。
The composition of the film was measured (XPS) as follows.
As a film composition measurement instrument, PHI Quantara SXM and a monochromatic Al-Kα ray of 15 kV-25 W as an X-ray source were used. The depth direction analysis was performed by Ar + etching / XPS. Regarding Ar + etching, the acceleration voltage of Ar + was 3 kV, and the etching area was 2 × 2 mm 2 . Regarding XPS, the X-ray irradiation range and the analysis range were 300 × 300 μm 2 , the pass energy was 112 eV, and the step was 0.2 eV. There was charging correction (both electron gun and low-speed ion gun), and each intensity of C1s, O1s, N1s, and Si2p was corrected with a sensitivity coefficient, and converted to an atomic ratio.

暗電流については、光電変換素子本体を遮光した状態で、60℃の環境下で、対向電極側に2×10V/cmの電場を印加し、この状態でソースメータ(Keithley社製6430)を用いて測定された電流の値を暗電流とした。
なお、比較例6〜9は、保護膜を形成する際に、上層および下層のうち、いずれか一方の成膜温度が350℃と高く、保護膜を形成することができたものの有機層(光電変換層)が損傷してしまった。このため、下記表1の「85℃85%RH経時耐性(相対時間)」の欄には「NG」と記した。
Regarding the dark current, an electric field of 2 × 10 5 V / cm was applied to the counter electrode side in an environment of 60 ° C. with the photoelectric conversion element body shielded from light, and in this state, a source meter (Keithley 6430) The value of the current measured using was used as the dark current.
In Comparative Examples 6 to 9, when the protective film was formed, either the upper layer or the lower layer had a film formation temperature as high as 350 ° C., and the protective layer could be formed. The conversion layer has been damaged. Therefore, “NG” is described in the column of “85 ° C. 85% RH resistance (relative time)” in Table 1 below.

上記表1に示すように、実施例1、2は、保護膜の全体膜応力が0〜−220MPaであり、膜応力として適した領域であった。しかも、温度85℃相対湿度85%の環境下でも、暗電流が2倍になるまでの時間が最低でも実施例1の1000時間と長く、耐久性を向上させることができた。実施例1、2では、高周波電力を変えることで、上層と下層の組成を変えることができた。   As shown in Table 1 above, in Examples 1 and 2, the overall film stress of the protective film was 0 to −220 MPa, which was a region suitable as the film stress. In addition, even in an environment of a temperature of 85 ° C. and a relative humidity of 85%, the time until the dark current doubled is at least 1000 hours of Example 1, and the durability could be improved. In Examples 1 and 2, the composition of the upper layer and the lower layer could be changed by changing the high frequency power.

一方、比較例1は、保護膜の上層と下層とが同じ組成であり、保護膜の全体膜応力が+5MPaと引張応力が作用しており、しかも温度85℃相対湿度85%耐性も100時間と低い。
比較例2は、保護膜の上層と下層とが同じ組成であり、保護膜の全体膜応力が−120MPaと圧縮応力が作用しているが、温度85℃相対湿度85%耐性が350時間と低い。
比較例3は、保護膜の上層と下層とが同じ組成であり、保護膜の全体膜応力が−280MPaと圧縮応力が作用している。温度85℃相対湿度85%耐性が1000時間であった。
比較例4は、保護膜の下層が、xの値の上限値を超えている。また、比較例4では保護膜の上層と下層とを形成するには、下層の形成時に成膜温度を変える必要がある。このため、比較例4は、本発明の製造方法では製造することができない。
On the other hand, in Comparative Example 1, the upper layer and the lower layer of the protective film have the same composition, the total film stress of the protective film is +5 MPa and tensile stress acts, and the temperature is 85 ° C. and the relative humidity is 85% and the resistance is 100 hours. Low.
In Comparative Example 2, the upper layer and the lower layer of the protective film have the same composition, and the entire film stress of the protective film is −120 MPa and compressive stress is applied, but the temperature 85 ° C. and relative humidity 85% resistance is as low as 350 hours. .
In Comparative Example 3, the upper layer and the lower layer of the protective film have the same composition, and the entire film stress of the protective film is −280 MPa, and the compressive stress acts. A temperature of 85 ° C. and a relative humidity of 85% were 1000 hours.
In Comparative Example 4, the lower layer of the protective film exceeds the upper limit value of x. Further, in Comparative Example 4, in order to form the upper layer and the lower layer of the protective film, it is necessary to change the film formation temperature when forming the lower layer. For this reason, Comparative Example 4 cannot be manufactured by the manufacturing method of the present invention.

比較例5は、保護膜の下層がxの値およびyの式を満たし、上層がxの値の上限値を超えている。このため、バリア性が低くなり、温度85℃相対湿度85%耐性が10時間であった。
比較例6〜9は、上述のように成膜温度が350℃と高く保護膜は形成できたものの、有機層(光電変換層)が損傷してしまった。
また、比較例6、7は、いずれも屈折率差が0.12と本発明の範囲を超えているため、入射光の反射を抑制することができず、反射率が増大し、光電変換素子本体の感度が低下した。
比較例8は、下層がyの式を満たさず、上層がxの値およびyの式を満たすものである。比較例8は、保護膜全体の膜応力が−350MPaと大きく膜剥れが生じる。
比較例9は、下層がxの値およびyの式を満たし、上層がyの式を満たさないものである。比較例9は、保護膜全体の膜応力が−350MPaと大きく膜剥れが生じる。
In Comparative Example 5, the lower layer of the protective film satisfies the value of x and the formula of y, and the upper layer exceeds the upper limit of the value of x. For this reason, barrier property became low and the temperature 85 degreeC relative humidity 85% tolerance was 10 hours.
In Comparative Examples 6 to 9, although the film forming temperature was as high as 350 ° C. and the protective film could be formed as described above, the organic layer (photoelectric conversion layer) was damaged.
Moreover, since the comparative examples 6 and 7 both have a refractive index difference of 0.12, which exceeds the range of the present invention, reflection of incident light cannot be suppressed, the reflectance increases, and the photoelectric conversion element The sensitivity of the main unit has decreased.
In Comparative Example 8, the lower layer does not satisfy the equation of y, and the upper layer satisfies the value of x and the equation of y. In Comparative Example 8, the film stress of the entire protective film is as large as -350 MPa, and film peeling occurs.
In Comparative Example 9, the lower layer satisfies the value of x and the equation of y, and the upper layer does not satisfy the equation of y. In Comparative Example 9, the film stress of the entire protective film is as large as -350 MPa, and film peeling occurs.

10 有機層付き基板
12 基材
14 有機機能層
16、40、80 保護膜
16a、41a、81a 第1の酸窒化珪素層
16b、41b、81b 第2の酸窒化珪素層
20 撮像素子
30 基板
32 絶縁層
34 画素電極(下部電極)
36 有機層
48 オーバーコート層
50 電子ブロッキング層
52 光電変換層
70 有機太陽電池
70a 有機EL素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate with organic layer 12 Base material 14 Organic functional layer 16, 40, 80 Protective film 16a, 41a, 81a First silicon oxynitride layer 16b, 41b, 81b Second silicon oxynitride layer 20 Imaging element 30 Substrate 32 Insulation Layer 34 Pixel electrode (lower electrode)
36 organic layer 48 overcoat layer 50 electron blocking layer 52 photoelectric conversion layer 70 organic solar cell 70a organic EL element

Claims (7)

基材と、
基材上に配置された245℃以下の耐熱性を有する有機機能層と、
前記有機機能層上に配置された保護膜とを有し、
前記保護膜は、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層を複数有し、前記各酸窒化珪素層は屈折率差が絶対値で0.1以内であり、
前記x、yは0.5≦x≦1.0、かつ−2.2y+2.1≦x≦−2.2y+2.41を満たしており、
前記保護膜では、複数の前記酸窒化珪素層のうち、前記有機機能層から遠い側の酸窒化珪素層は、前記xの値が前記有機機能層に最も近い位置に形成された酸窒化珪素層のxの値よりも0.05以上大きいことを特徴とする有機機能層付き基板。
A substrate;
An organic functional layer having a heat resistance of 245 ° C. or less disposed on the substrate;
A protective film disposed on the organic functional layer,
The protective film has a plurality of silicon oxynitride layers represented by SiOxNy, and each silicon oxynitride layer has a refractive index difference of 0.1 or less in absolute value,
X and y satisfy 0.5 ≦ x ≦ 1.0 and −2.2y + 2.1 ≦ x ≦ −2.2y + 2.41;
In the protective film, among the plurality of silicon oxynitride layers, a silicon oxynitride layer far from the organic functional layer is a silicon oxynitride layer formed at a position where the value of x is closest to the organic functional layer A substrate with an organic functional layer, which is 0.05 or more larger than the value of x.
前記保護膜は、総厚が50nm以上である請求項1に記載の有機機能層付き基板。   The substrate with an organic functional layer according to claim 1, wherein the protective film has a total thickness of 50 nm or more. 前記保護膜は、各酸窒化珪素層の間に他の層を有する請求項1または2に記載の有機機能層付き基板。   The substrate with an organic functional layer according to claim 1, wherein the protective film has another layer between each silicon oxynitride layer. 前記有機機能層は、光が照射されると電荷を発生する有機光電変換層であり、
前記有機光電変換層は、前記基材側に下部電極が設けられ、前記基材の反対側に透明な上部電極が設けられており、
前記上部電極上に前記保護膜が配置されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機機能層付き基板。
The organic functional layer is an organic photoelectric conversion layer that generates charges when irradiated with light,
The organic photoelectric conversion layer is provided with a lower electrode on the substrate side and a transparent upper electrode on the opposite side of the substrate,
The substrate with an organic functional layer according to claim 1, wherein the protective film is disposed on the upper electrode.
前記有機機能層は、有機物を含むカラーフィルタ層であり、
前記カラーフィルタ層上に前記保護膜が配置されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機機能層付き基板。
The organic functional layer is a color filter layer containing an organic substance,
The substrate with an organic functional layer according to claim 1, wherein the protective film is disposed on the color filter layer.
前記x、yは0.5≦x≦1.0、かつ−2.2y+2.1≦x≦−2.2y+2.32を満たす請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機機能層付き基板。   6. The organic functional layer according to claim 1, wherein x and y satisfy 0.5 ≦ x ≦ 1.0 and −2.2y + 2.1 ≦ x ≦ −2.2y + 2.32. substrate. 基材上に配置された245℃以下の耐熱性を有する有機機能層上に、プラズマCVD法を用いて、SiOxNyで表わされる酸窒化珪素層を複数、保護膜として形成する保護膜形成工程を有し、
前記保護膜形成工程では、前記プラズマCVD法における成膜条件のうち高周波電力だけを変えて、前記有機機能層から遠い側の酸窒化珪素層を、前記xの値が前記有機機能層に最も近い位置に形成された酸窒化珪素層のxの値よりも0.05以上大きい組成で形成することを特徴とする有機機能層付き基板の製造方法。
A protective film forming step of forming a plurality of silicon oxynitride layers represented by SiOxNy as a protective film on the organic functional layer having a heat resistance of 245 ° C. or less disposed on the substrate by using a plasma CVD method; And
In the protective film forming step, only the high frequency power is changed among the film forming conditions in the plasma CVD method, and the silicon oxynitride layer far from the organic functional layer is set, and the value of x is closest to the organic functional layer. A method for producing a substrate with an organic functional layer, characterized in that the silicon oxynitride layer formed at a position is formed with a composition larger than 0.05 by the value of x.
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