JP2021119594A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、撮像装置に関する。 The present disclosure relates to an imaging device.
特許文献1は、有機膜積層型の撮像装置を開示する。特許文献1に記載の撮像装置は、光電変換層を対向電極と画素電極とで挟んだ構造の光電変換部を備えている。対向電極にはプラグを介して電圧が供給される。特許文献1に記載の技術では、画素領域と、垂直ドライバ、列ADC(アナログ−デジタルコンバータ)、および水平ドライバなどの周辺回路とに加えて、周辺領域とが配置されている。周辺領域は、対向電極と電圧供給電極とが接続される領域である。さらに、周辺領域は、画素領域とパッドとの間に配置されている。
撮像装置において、耐久性の向上が望まれている。 It is desired to improve the durability of the image pickup apparatus.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る撮像装置は、平面視において、複数の画素が配置される画素領域、および、前記画素領域に隣接する周辺領域を有する半導体基板と、前記半導体基板上に位置する絶縁層と、前記画素領域において前記絶縁層上に位置する複数の画素電極と、前記複数の画素電極上の光電変換層と、前記半導体基板の上方に位置し、前記画素領域において前記光電変換層を介して前記複数の画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極に電圧を供給するための電圧供給電極と、を備え、前記電圧供給電極は、前記周辺領域において前記絶縁層上を前記画素領域の外縁に沿って延びる第1部分を含み、前記対向電極に電気的に接続される第1電極と、前記絶縁層内に位置し、前記外縁に沿って延びる第2部分を含む第2電極と、それぞれが前記第1電極の前記第1部分と前記第2電極の前記第2部分とを接続し、前記外縁に沿って配列される複数のプラグと、を含み、平面視において、前記第1部分の少なくとも一部は、前記第2部分と重なる。 In order to solve the above problems, the image pickup apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged and a peripheral region adjacent to the pixel region in a plan view, and the above. The insulating layer located on the semiconductor substrate, the plurality of pixel electrodes located on the insulating layer in the pixel region, the photoelectric conversion layer on the plurality of pixel electrodes, and the pixels located above the semiconductor substrate. A counter electrode facing the plurality of pixel electrodes via the photoelectric conversion layer in the region and a voltage supply electrode for supplying a voltage to the counter electrode are provided, and the voltage supply electrode is the peripheral region. A first electrode including a first portion extending along the outer edge of the pixel region on the insulating layer and electrically connected to the counter electrode, and a second electrode located in the insulating layer and extending along the outer edge. A second electrode comprising a portion and a plurality of plugs, each connecting the first portion of the first electrode and the second portion of the second electrode and arranged along the outer edge, are included. In plan view, at least a part of the first portion overlaps with the second portion.
なお、本開示の包括的または具体的な態様は、素子、デバイス、または装置で実現されてもよい。また、本開示の包括的または具体的な態様は、素子、デバイス、および装置の任意の組み合わせによって実現されてもよい。開示された実施の形態の追加的な効果および利点は、明細書および図面から明らかになる。効果および/または利点は、明細書および図面に開示の様々な実施の形態または特徴によって個々に提供され、これらの1つ以上を得るために全てを必要とはしない。 In addition, the comprehensive or specific embodiment of the present disclosure may be realized by an element, a device, or an apparatus. In addition, the comprehensive or specific aspects of the present disclosure may be realized by any combination of elements, devices, and devices. The additional effects and benefits of the disclosed embodiments will be apparent from the specification and drawings. The effects and / or advantages are individually provided by the various embodiments or features disclosed in the specification and drawings, and not all are required to obtain one or more of these.
本開示の実施の形態によれば、耐久性を向上させ撮像装置が実現される。 According to the embodiment of the present disclosure, the durability is improved and the image pickup apparatus is realized.
(本開示の基礎となった知見)
対向電極へ電圧を供給するための電圧供給電極は、周辺領域において絶縁層上に設けられる。電圧供給電極は、画素領域の外縁に沿って比較的長い距離に渡って形成される。そのため絶縁層との間の密着性が撮像装置の耐久性に影響することが見出された。また、電圧供給電極は、画素電極と同層に形成されるため、画素電極と同じ材料および工程で形成されることが望ましい。そのため、電圧供給電極に求められる材料の特性と画素電極に求められる材料の特性との両立が必要となる。しかし、画素電極の材料としては、光電変換層等との間の電荷輸送を考慮して仕事関数などの電気的な特性が重要となる。
(Knowledge on which this disclosure was based)
A voltage supply electrode for supplying a voltage to the counter electrode is provided on the insulating layer in the peripheral region. The voltage supply electrodes are formed over a relatively long distance along the outer edge of the pixel region. Therefore, it was found that the adhesion between the insulating layer and the insulating layer affects the durability of the image pickup apparatus. Further, since the voltage supply electrode is formed in the same layer as the pixel electrode, it is desirable that the voltage supply electrode is formed by the same material and process as the pixel electrode. Therefore, it is necessary to have both the material characteristics required for the voltage supply electrode and the material characteristics required for the pixel electrode. However, as a material for the pixel electrode, electrical characteristics such as a work function are important in consideration of charge transport with the photoelectric conversion layer and the like.
そこで本発明者らは、電圧供給電極と絶縁層との密着性を向上させるためには、材料に依存しない構成上の工夫が有効であるとの考えのもと鋭意検討を行い、本開示を発明するに至った。 Therefore, the present inventors have diligently studied the present disclosure based on the idea that a material-independent structural device is effective for improving the adhesion between the voltage supply electrode and the insulating layer. I came to invent it.
以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本明細書において説明される種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show comprehensive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement and connection forms of components, steps, step order, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. The various aspects described herein can be combined with each other as long as there is no conflict. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept are described as arbitrary components. In the following description, components having substantially the same function are indicated by common reference numerals, and the description may be omitted.
[項目1]
本開示の一態様に係る撮像装置は、平面視において、複数の画素が配置される画素領域、および、前記画素領域に隣接する周辺領域を有する半導体基板と、前記半導体基板上に位置する絶縁層と、前記画素領域において前記絶縁層上に位置する複数の画素電極と、前記複数の画素電極上の光電変換層と、前記半導体基板の上方に位置し、前記画素領域において前記光電変換層を介して前記複数の画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極に電圧を供給するための電圧供給電極と、を備え、前記電圧供給電極は、前記周辺領域において前記絶縁層上を前記画素領域の外縁に沿って延びる第1部分を含み、前記対向電極に電気的に接続される第1電極と、前記絶縁層内に位置し、前記外縁に沿って延びる第2部分を含む第2電極と、それぞれが前記第1電極の前記第1部分と前記第2電極の前記第2部分とを接続し、前記外縁に沿って配列される複数のプラグと、を含み、平面視において、前記第1部分の少なくとも一部は、前記第2部分と重なる。
[Item 1]
The image pickup apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged, a peripheral region adjacent to the pixel region, and an insulating layer located on the semiconductor substrate in a plan view. A plurality of pixel electrodes located on the insulating layer in the pixel region, a photoelectric conversion layer on the plurality of pixel electrodes, and a photoelectric conversion layer located above the semiconductor substrate, and via the photoelectric conversion layer in the pixel region. A counter electrode facing the plurality of pixel electrodes and a voltage supply electrode for supplying a voltage to the counter electrode are provided, and the voltage supply electrode has a pixel region on the insulating layer in the peripheral region. A first electrode including a first portion extending along the outer edge and electrically connected to the counter electrode, and a second electrode located in the insulating layer and including a second portion extending along the outer edge. Each includes a plurality of plugs, each connecting the first portion of the first electrode and the second portion of the second electrode and arranged along the outer edge, the first portion in plan view. At least a part of the above overlaps with the second part.
項目1の構成によれば、第1電極下の絶縁層内に第2電極を配置して第1電極下に複数のプラグを配置して第1電極と第2電極とが接続される。これにより、電圧供給電極の機械強度が大きくなり、電圧供給電極と絶縁層との密着性が向上され、ひいては対向電極、光電変換層および画素電極の密着性が向上される。その結果、耐久性が向上された撮像装置が実現される。
According to the configuration of
[項目2]
項目1の撮像装置において、前記第1部分は、前記対向電極の下面に接する。
[Item 2]
In the image pickup apparatus of
項目2の構成によれば、第1電極が直接、対向電極に接するので、電圧供給電極と対向電極との電気的な接続が確実となる。
According to the configuration of
[項目3]
項目1の撮像装置において、前記外縁に沿って延びる第3部分を含む接続電極をさらに備え、前記第3部分は、前記対向電極に電気的に接続され、前記第1部分は、前記第3部分の下面に接する。
[Item 3]
The image pickup apparatus of
項目3の構成によれば、第1電極は、接続電極を介して、対向電極と電気的に接続される。よって、遮光層等の機能をもつ接続電極を対向電極の上に設けた場合であっても、電圧供給回路から対向電極への電圧供給が可能になる。 According to the configuration of item 3, the first electrode is electrically connected to the counter electrode via the connecting electrode. Therefore, even when the connection electrode having a function of a light-shielding layer or the like is provided on the counter electrode, the voltage can be supplied from the voltage supply circuit to the counter electrode.
[項目4]
項目1から3のいずれか一項の撮像装置において、前記第1電極は、前記画素電極と同一層内に位置している。
[Item 4]
In the image pickup apparatus according to any one of
項目4の構成によれば、第1電極と画素電極とを同じ製造工程で形成することができるので、通常の製造方法に比べ、製造工程を削減することができる。さらに、第1電極および画素電極を含む層の平坦化が容易になる。
According to the configuration of
[項目5]
項目1から4のいずれか一項の撮像装置において、前記半導体基板の表面を基準として、前記第1電極の高さは前記画素電極の高さと等しい。
[Item 5]
In the image pickup apparatus according to any one of
項目5の構成によれば、第1電極の高さと画素電極の高さとが等しいので、第1電極および画素電極を含む層の平坦化が容易になる。
According to the configuration of
[項目6]
項目1から5のいずれか一項の撮像装置において、前記第1電極は、前記画素電極と同じ材料で構成される。
[Item 6]
In the image pickup apparatus according to any one of
項目6の構成によれば、第1電極と画素電極とが同じ材料で構成されるので、通常の製造方法に比べ、製造工程を削減することができ、さらに、平坦化も容易になる。
According to the configuration of
[項目7]
項目1から6のいずれか一項の撮像装置において、前記第1電極は、Cu、W、Ti、Ta、Alのいずれか一つ、または、Cu、W、Ti、Ta、Alのいずれか一つの化合物を含む。
[Item 7]
In the imaging device according to any one of
項目7の構成によれば、第1電極はCMOSプロセスで用いられる材料を含むので、CMOSプロセスとの親和性を高くすることができる。
According to the configuration of
[項目8]
項目1から7のいずれか一項の撮像装置において、前記画素領域は、平面視において四角形であり、前記電圧供給電極は、平面視において、前記画素領域の対向する2辺のそれぞれに沿って配置される。
[Item 8]
In the image pickup apparatus according to any one of
項目8の構成によれば、画素領域長辺もしくは短辺の2辺に沿って第1電極下に第2電極が配置されるので、画素領域の2辺での強化により、1辺だけに沿って電圧供給電極を配置した場合に比べ、さらに密着性が向上する。
According to the configuration of
[項目9]
項目1から8のいずれか一項の撮像装置において、前記画素領域は、平面視において四角形であり、前記電圧供給電極は、平面視において、前記画素領域の4辺のそれぞれに沿って配置される。
[Item 9]
In the image pickup apparatus according to any one of
項目9の構成によれば、画素領域長辺および短辺の4辺に沿って第1電極下に第2電極が配置されるので、画素領域の4辺での強化により、2辺だけに沿って電圧供給電極を配置した場合に比べ、さらに密着性が向上する。
According to the configuration of
[項目10]
項目1から9のいずれか一項の撮像装置において、前記第2電極の材料の抵抗率は、前記第1電極の材料の抵抗率よりも小さい。
[Item 10]
In the imaging device according to any one of
項目10の構成によれば、電圧供給電極を経て対向電極に至る電極全体の抵抗率が下がるので、対向電極の電圧応答速度が向上し、シェーディング等の画質特性が向上される。
According to the configuration of
[項目11]
項目1から10のいずれか一項の撮像装置において、前記第2電極の前記外縁に沿った方向の抵抗値は、前記第1電極の前記外縁に沿った方向の抵抗値よりも小さい。
[Item 11]
In the imaging device according to any one of
項目11の構成によれば、電圧供給電極を経て対向電極に至る電極全体の抵抗値が下がるので、対向電極の電圧応答速度が向上し、シェーディング等の画質特性が向上される。
According to the configuration of
(第1の実施の形態)
本実施の形態に係る撮像装置の全体構成について、図1、図2および図3を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る撮像装置100Aの平面構造の一例を説明する図である。なお、各図面に示されるように、撮像装置100Aの画素20が配置される2次元を示す方向をX軸、Y軸とし、XY面に垂直な方向をZ軸としている。
(First Embodiment)
The overall configuration of the image pickup apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a planar structure of the
図1に示すように、撮像装置100Aは、半導体基板1(図2参照)と、半導体基板1上に行列状に配置された複数の画素20と、を含む。半導体基板1は、平面視において、画素領域30と、画素領域30の外側において画素領域30と隣接する周辺領域40とを有する。画素領域30は、複数の画素20が形成される領域である。周辺領域40は、画素領域30の外縁に沿って形成され、対向電極に電圧を供給するための電圧供給電極45aを備える。
As shown in FIG. 1, the
複数の画素20は、例えば、半導体基板1上に2次元に配列されることにより、画素領域30を形成している。図1に示す例では、複数の画素20は、行方向および列方向に配置されている。なお、図面中、紙面における縦方向が列方向であり、横方向が行方向である。図示する例において、各画素20の中心は、正方格子の格子点上に位置している。もちろん、画素20の配置は、図示する例に限定されず、例えば、各中心が、三角格子、六角格子などの格子点上に位置するように、複数の画素20を配置してもよい。なお、複数の画素20は、1次元に配列されてもよい。この場合、撮像装置をラインセンサとして利用することができる。
The plurality of
図1に例示する構成において、周辺領域40は、平面視において画素領域30の周辺に配置され、周辺回路を含む領域である。
In the configuration illustrated in FIG. 1, the
次に、本実施の形態に係る撮像装置100Aの一部構成について、図2および図3を用いて詳細に説明する。図2は、図1のA−A線における概略断面図、図3は、図1のB−B線における概略断面図である。
Next, a partial configuration of the
図2に示すように、撮像装置100Aは、回路の上方に光電変換層が設けられる積層型のイメージセンサであり、半導体基板1と、半導体基板1上に形成された複数の画素20を有する、平面視において四角形の画素領域30と、平面視において画素領域30の周辺に隣接して配置され、周辺回路を含む周辺領域40と、を備える。撮像装置100Aでは、画素領域30は、画素電極3と、画素電極3に対向する対向電極5と、画素電極3と対向電極5とに挟まれる光電変換層4と、半導体基板1上に位置し、画素電極3の電位を検出する検出回路11と、を備える。周辺領域40には、第1電極13、第2電極14およびプラグ15で構成され対向電極5に電圧を供給するため電圧供給電極45a、並びに、周辺回路のトランジスタ21〜23が含まれる。
As shown in FIG. 2, the
画素領域30には、各画素20に対応して、半導体基板1および絶縁層2の界面をまたぐように検出回路11が構成されている。絶縁層2のZ軸方向のプラス側(以下、上方とする)の主面、つまり上面には、画素電極3が形成されている。画素電極3は、対応する検出回路11と、プラグ12を介して接続されている。画素電極3は、光電変換層4で生成された電荷を捕集するための電極である。画素電極3は、例えば、窒化チタン(TiN)などの金属材料からなる。画素電極3は、銅(Cu)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)または、それらの化合物で構成されてもよい。また、複数の画素電極3は、それぞれの膜厚が均一であり、かつ、上面が平坦化されている。
In the
画素電極3は、絶縁層2の上面に、X軸方向およびY軸方向の2軸において、2次元に配置される。このとき、複数の画素電極3は、絶縁層2の上面に、例えば、マトリックス状に配置され、互いに一定の間隔を有している。なお、画素電極3は、画素20の配置に対応して配置される。例えば、複数の画素20がマトリックス状に配置される場合、複数の画素電極3は、画素20の配置に合わせてマトリックス状に配置される。
The pixel electrodes 3 are arranged two-dimensionally on the upper surface of the insulating
検出回路11は、複数の画素電極3の各々に対応して設けられており、対応する画素電極3によって捕集された信号電荷を検出し、電荷に応じた信号電圧を出力する。検出回路11は、例えば、MOS(Metal Oxide Semiconductor)回路あるいはTFT(Thin Film Transistor)回路などで構成されている。検出回路11は、例えば、ゲートが画素電極3に接続された増幅トランジスタを含み、増幅トランジスタが信号電荷の量に応じた信号電圧を出力する。検出回路11は、絶縁層2の内部などに設けられた遮光層(図示を省略)により遮光されている。
The
プラグ12は、各画素20の画素電極3と、対応する検出回路11とを電気的に接続する。プラグ15は、電圧供給電極45aを構成する第1電極13と第2電極14とを電気的に接続する。プラグ12および15は、例えば、銅(Cu)、タングステン(W)などの導電性材料を絶縁層2に埋め込むことにより形成される。第2電極14は、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)またはそれらの化合物などの金属材料からなり、検出回路11や周辺回路のトランジスタ21〜23の配線層にも使用されても良い。図2に示す断面図では、プラグ15が2つ形成されているが、画素領域の外縁に垂直な方向における断面においてプラグ15は1つであってもよく、3つ以上であってもよい。
The plug 12 electrically connects the pixel electrode 3 of each
絶縁層2は、半導体基板1上に形成され、複数の構成層2a、2b、2c、2dおよび2e(以下、2a〜2e)を含む。ここで、半導体基板1は、例えば、シリコン(Si)などから構成される。複数の構成層2a〜2eは、例えば、二酸化シリコン(SiO2)などから構成される。各構成層2a〜2eには、配線およびコンタクトプラグなどの配線層などが配置されている。また、各構成層2a〜2eのそれぞれの間には、例えばエッチングストッパとして機能する絶縁膜が配置されてもよい。図2では、各構成層2a〜2eのそれぞれの間に絶縁膜が配置されている。なお、絶縁層2内の構成層の層数は、任意に設定可能であり、図2に示す5層の構成層2a〜2eの例に限定されない。
The insulating
画素電極3が配置された構成層2eの上面に、光電変換層4が積層され、さらに、光電変換層4の上面に、対向電極5、緩衝層6、および封止層7が順に積層されている。封止層7の上面には、各画素20に対応した透過波長域のカラーフィルタ8が形成され、さらに、平坦化層9を介してマイクロレンズ10が形成されている。
The
なお、隣接する画素電極3の間隙には、絶縁層2の構成層が介挿されている。
A constituent layer of the insulating
光電変換層4は、受光した光の強さに応じて電荷を発生する光電変換材料で構成された層であり、画素電極3と対向電極5とに挟持されている。光電変換材料は、例えば、有機半導体材料であり、p型有機半導体およびn型有機半導体の少なくとも一方を含む。なお、光電変換層4は、画素領域30において、膜厚が均一であることが望ましい。
The
対向電極5は、画素電極3に対向する電極である。また、対向電極5は、平面視において画素領域30よりも面積が大きい。図2に示すように、対向電極5は、画素領域30内において、光電変換層4を挟んで画素電極3と対向するように配置されている。さらに、対向電極5は、画素領域30よりもX軸のマイナス方向(以下、外側)に延伸するように形成され、平面視において周辺領域40と重なっている。
The
本実施の形態に係る撮像装置100Aでは、画素領域30を含む光電変換層4より外側を周辺領域40とする。
In the
本実施の形態では、対向電極5は、撮像装置100Aの光が入射する側に配置されている。対向電極5は、光を光電変換層4に入射させるために透光性を有してもよい。対向電極5の材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)またはIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明酸化物導電材料を用いてもよい。
In the present embodiment, the
電圧供給電極45aを構成する第1電極13は、対向電極5とは異なる導電性材料で形成される。例えば、第1電極13は、導電性の高い金属材料を含んでもよい。このとき、第1電極13は、画素電極3と同じ材料を含んでもよい。例えば、第1電極13は、銅(Cu)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)のうち少なくとも一種を含む。また、第1電極13は、これらの金属材料の化合物であってもよい。
The
また、第1電極13は、画素電極3と同じ配線層内に位置している。すなわち、第1電極13と画素電極3とは、連続する単一の層(図2では構成層2e)に接している。第1電極13が画素電極3と同じ材料を含み、かつ、画素電極3と同じ層に配置されることにより、より詳しくは、半導体基板1の表面を基準として第1電極13の高さと画素電極3の高さとを等しくすることで、第1電極13および画素電極3を同時に形成することができる。これにより、製造時間を短縮することができるとともに、製造コストを削減することができる。
Further, the
図示を省略しているが、封止層7上のカラーフィルタ8が形成された領域以外の領域には、遮光層が形成されている。遮光層の形成により、有効画素領域以外の領域に対しての外光を遮り、有効画素領域以外の領域における光電変換層4への光の入射を防止している。ここで有効画素領域とは、画素領域のうち例えば暗時の出力を検出するためのダミー画素などを除いた画素が配置されている領域を意味する。
Although not shown, a light-shielding layer is formed on the
さらに、撮像装置100Aの外周には、平面視において、パッド領域が設けられている。パッド領域においては、平坦化層9から絶縁層2の構成層2dの上面まで到達する凹部が設けられており、底面にパッド19が形成されている。詳細な図示を省略しているが、パッド19は、信号の入出力回路、および電圧供給などのための各回路に電気的に接続されている。なお、周辺領域40における金属層については、例えば、銅(Cu)を用いて形成されている。
Further, a pad region is provided on the outer periphery of the
図3に示すように、第1電極13は、周辺領域40において絶縁層2上を画素領域30の外縁に沿って延び、対向電極5に電気的に接続される箇所である第1部分を含む。第2電極14は、絶縁層2内に位置し、画素領域30の外縁に沿って延びる箇所である第2部分を含む。複数のプラグ15は、第1電極13の第1部分と第2電極14の第2部分とを接続し、画素領域30の外縁に沿って配列されている。平面視において、第1電極13の第1部分の少なくとも一部は、第2電極14の第2部分と重なっている。本実施の形態では、第1電極13の第1部分は、対向電極5の下面に接している。
As shown in FIG. 3, the
より詳しくは、第1電極13にY方向に平行に第2電極14が配置され、それぞれが第1電極13と第2電極14とを接続する複数のプラグ15が画素領域30の1辺、すなわちY軸方向に沿って配置されている。また図示していないが第2電極が直接外部PADに直接接続されても良い。なお、図3では、複数のプラグ15が等間隔で配置されているが、プラグ15同士の間隔は均一である必要はない。例えば、プラグ15同士の間隔が密な領域と疎な領域とがY軸方向において混在していてもよい。密な領域におけるプラグ15同士の間隔は、例えば、プラグ15の直径の1倍以上10倍以下としてもよい。疎な領域におけるプラグ15同士の間隔は、例えば、プラグ15の直径の100倍以上としてもよい。あるいは、疎な領域におけるプラグ15同士の間隔は、例えば、プラグ15の直径の100倍以上10000倍以下としてもよい。プラグ15同士の間隔が密な領域と疎な領域とをY軸方向において混在させることにより、プラグ15の長さをY軸方向において均一化でき、第1電極13の平坦性を向上できる。
More specifically, the
また、Y軸方向に沿って配列されるプラグ15の数は2以上であればよく、例えば3以上であってもよく、10以上であってもよく、あるいは100以上であってもよい。Y軸方向に沿って配列されるプラグ15の数を大きくすることにより耐久性を向上できる。 Further, the number of plugs 15 arranged along the Y-axis direction may be 2 or more, for example, 3 or more, 10 or more, or 100 or more. Durability can be improved by increasing the number of plugs 15 arranged along the Y-axis direction.
次に、撮像メカニズムについて説明する。 Next, the imaging mechanism will be described.
上方より撮像装置100Aに入射した光は、封止層7、緩衝層6、および対向電極5を通過し、光電変換層4に入射される。光電変換層4は、画素電極3と対向電極5とにより適正なバイアス電圧が印加された状態で、入射された光を光電変換し電荷を生成する。ここで、対向電極5と画素電極3との間における電位差が、光電変換層4に印加されるバイアス電圧となる。
The light incident on the
上記のように光電変換層4で生成された電荷は、画素電極3からプラグ12を介して、検出回路11における蓄積領域に転送され、一時的に蓄積される。そして、検出回路11におけるトランジスタ素子などの開閉動作により、適時に信号として外部に出力される。
As described above, the electric charge generated by the
本実施の形態に係る撮像装置100Aでは、第1電極13と、これに平行に配置された第2電極14との間に複数のプラグ15が配置されている。第1電極13と第2電極14とは平面視において重なっている。本明細書において「重なっている」とは完全に重なっている形態だけでなく、一部が重なり他の一部が重なっていない形態も含むものとする。本実施の形態の撮像装置100Aによれば、第1電極13と下層の絶縁層との密着性を向上できる。ひいては対向電極5、光電変換層4および画素電極3の密着性を向上させることができる。つまり、対向電極5が画素電極3に対しての蓋のように配置されている。よって、このような蓋の密着性を向上させることにより対向電極5と光電変換層4と画素電極3との密着性を向上できる。
In the
また第2電極14が第1電極13より低抵抗または低抵抗率の材質の場合は、PAD19から電圧供給電極45aを経て対向電極5に至る電極全体の抵抗値を下げ、対向電極5の電圧応答速度が向上することによりシェーディング等の画質特性の向上にも寄与できる。
When the
以上のように、本実施の形態に係る撮像装置100Aは、平面視において、複数の画素20が配置される画素領域30、および、画素領域30に隣接する周辺領域40を有する半導体基板1と、半導体基板1上に位置する絶縁層2と、画素領域30において絶縁層2上に位置する複数の画素電極3と、複数の画素電極3上の光電変換層4と、半導体基板1の上方に位置し画素領域30において光電変換層4を介して複数の画素電極3に対向する対向電極5と、対向電極5に電圧を供給するための電圧供給電極45aとを備える。電圧供給電極45aは、周辺領域40において絶縁層2上を画素領域30の外縁に沿って延びる第1部分を含み対向電極5に電気的に接続される第1電極13と、絶縁層2内に位置し外縁に沿って延びる第2部分を含む第2電極14と、それぞれが第1電極13の第1部分と第2電極14の第2部分とを接続し外縁に沿って配列される複数のプラグ15とを含む。そして、平面視において、第1電極13の第1部分の少なくとも一部は、第2電極14の第2部分と重なる。
As described above, the
これにより、第1電極13下の絶縁層2内に第2電極14を配置し、第1電極13下に複数のプラグ15を配置して第1電極13と第2電極14とが接続される。よって、電圧供給電極45aの機械強度が大きくなり、電圧供給電極45aと絶縁層2との密着性が向上され、ひいては対向電極5、光電変換層4および画素電極3の密着性が向上される。その結果、耐久性が向上された撮像装置100Aが実現される。
As a result, the
図4は、図1のB−B線における第1の変形例に係る概略断面図である。本変形例の電圧供給電極45bでは、第1の実施の形態による撮像装置100Aの構成に加えて、さらに第3電極16を第1電極13と平行に配置し、第2電極14と第3電極16とを接続するプラグ17が画素領域30の1辺に沿って配置されている。こうすることで、さらに対向電極5、光電変換層4および画素電極3の密着性を向上し、かつ、PAD19から電圧供給電極45bを経て対向電極5に至る電極全体の抵抗値を下げ、さらに画質特性を向上できる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view according to the first modification in line BB of FIG. In the voltage supply electrode 45b of this modification, in addition to the configuration of the
図5は、図1のA−A線における第2の変形例に係る概略断面図である。本変形例の電圧供給電極45cでは、第1電極13は、直接、対向電極5に接するのではなく、接続電極18を介して、対向電極5に電気的に接続されている。接続電極18は、画素領域30の外縁に沿って延びる箇所である第3部分を含む。接続電極18の第3部分は、対向電極5に電気的に接続されている。第1電極13の第1部分は、接続電極18の第3部分の下面に接する。接続電極18は、導電性の膜であり、例えば、クロム(Cr)などで構成される遮光層である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view according to a second modification in line AA of FIG. In the voltage supply electrode 45c of this modification, the
本変形例では、対向電極5は、平面視において、光電変換層4を含む画素領域30だけに配置されている。接続電極18は、対向電極5の上面の一部と第1電極13の上面とを電気的に接続している。このような構成であっても、対向電極5、光電変換層4および画素電極3の密着性を向上し、かつ、PAD19から電圧供給電極45cおよび接続電極18を経て対向電極5に至る電極全体の抵抗値を下げ、さらに画質特性を向上できる。
In this modification, the
(第2の実施の形態)
図6は、本開示の第2の実施の形態による撮像装置100Bの平面図を示す。画素領域30の外側の対向する2辺に沿って電圧供給電極45aおよび45dが配置されている。図6のB−B線、およびB’−B’線における概略断面図は、いずれも、図3または図4に示される構成となっている。これにより、第1の実施の形態よりも、さらに、対向電極5、光電変換層4および画素電極3の密着性を向上させることができ、対向電極5の電圧応答速度が向上することによりシェーディング等の画質特性の向上にも寄与できる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a plan view of the
(第3の実施の形態)
図7は、本開示の第3の実施の形態による撮像装置100Cの平面図を示す。画素領域30の外側の対向する4辺に沿って電圧供給電極45a、45d、45eおよび45fが配置されている。図7のB−B線、B’−B線、C−C線、およびC’−C’線における概略断面図は、いずれも、図3または図4に示される構成となっている。これにより、第2の実施の形態よりも、さらに対向電極5、光電変換層4および画素電極3の密着性を向上させることができ、対向電極5の電圧応答速度が向上することによりシェーディング等の画質特性の向上にも寄与できる。
(Third Embodiment)
FIG. 7 shows a plan view of the
なお、第2および第3の実施の形態において、第1の実施の形態と同様に、第1電極13が画素電極3と同一層に配置されていてもよいし、第1電極13が画素電極3と同一材料で構成されていてもよいし、第1電極13がCu、W、Ti、Ta、Alまたは、それらの化合物で構成されてもよい。
In the second and third embodiments, the
(第4の実施の形態)
図8は、本開示における第4の実施の形態に係るカメラシステム200の構成例を示すブロック図である。ここでは、第1の実施の形態に係る撮像装置100Aを備えたカメラシステム200の構成の一例が示されている。
(Fourth Embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the
カメラシステム200は、第1の実施の形態で示した撮像装置100Aと、レンズなど光を集光する為の光学系201と、撮像装置100Aで撮像したデータを信号処理し、画像又はデータとして出力する為のカメラ信号処理部202と、撮像装置100Aやカメラ信号処理部202を制御する為のシステムコントローラ203から構成される。
The
本実施の形態におけるカメラシステム200は、第1の実施の形態における撮像装置100Aを用いることにより、対向電極5、光電変換層4および画素電極3の密着性を向上させた撮像装置を有するデジタルカメラとなる。
The
なお、カメラシステム200に用いられる撮像装置は、第1の実施の形態における撮像装置100Aに限定されず、他の実施の形態に係る撮像装置100Bまたは100Cであってもよい。
The image pickup device used in the
以上、本開示の撮像装置について、第1〜第4の実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態および変形例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態および変形例に施したものや、実施の形態および変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。 The imaging apparatus of the present disclosure has been described above based on the first to fourth embodiments and modifications, but the present disclosure is not limited to these embodiments and modifications. As long as the gist of the present disclosure is not deviated, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment and the modified examples, and other forms constructed by combining some components in the embodiments and the modified examples. Is also included within the scope of this disclosure.
本開示に係る撮像装置は、耐久性が向上された撮像装置として、例えば、デジタルスチルカメラ、医療用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、デジタル一眼レフカメラ、デジタルミラーレス一眼カメラ等、様々なカメラシステム及びセンサシステムへの利用が可能である。 The imaging device according to the present disclosure includes various imaging devices having improved durability, such as a digital still camera, a medical camera, a surveillance camera, an in-vehicle camera, a digital single-lens reflex camera, and a digital mirrorless single-lens camera. It can be used for camera systems and sensor systems.
1 半導体基板
2 絶縁層
2a、2b、2c、2d、2e 構成層
3 画素電極
4 光電変換層
5 対向電極
6 緩衝層
7 封止層
8 カラーフィルタ
9 平坦化層
10 マイクロレンズ
11 検出回路
12、15、17 プラグ
13 第1電極
14 第2電極
16 第3電極
18 接続電極
19 パッド
20 画素
21、22、23、24、25、26、27、28、29 トランジスタ
30 画素領域
40 周辺領域
45a〜45f 電圧供給電極
100A、100B、100C 撮像装置
200 カメラシステム
201 光学系
202 カメラ信号処理部
203 システムコントローラ
Claims (11)
前記半導体基板上に位置する絶縁層と、
前記画素領域において前記絶縁層上に位置する複数の画素電極と、
前記複数の画素電極上の光電変換層と、
前記半導体基板の上方に位置し、前記画素領域において前記光電変換層を介して前記複数の画素電極に対向する対向電極と、
前記対向電極に電圧を供給するための電圧供給電極と、
を備え、
前記電圧供給電極は、
前記周辺領域において前記絶縁層上を前記画素領域の外縁に沿って延びる第1部分を含み、前記対向電極に電気的に接続される第1電極と、
前記絶縁層内に位置し、前記外縁に沿って延びる第2部分を含む第2電極と、
それぞれが前記第1電極の前記第1部分と前記第2電極の前記第2部分とを接続し、前記外縁に沿って配列される複数のプラグと、
を含み、
平面視において、前記第1部分の少なくとも一部は、前記第2部分と重なる、
撮像装置。 In a plan view, a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged and a peripheral region adjacent to the pixel region,
The insulating layer located on the semiconductor substrate and
A plurality of pixel electrodes located on the insulating layer in the pixel region,
The photoelectric conversion layer on the plurality of pixel electrodes and
A counter electrode located above the semiconductor substrate and facing the plurality of pixel electrodes via the photoelectric conversion layer in the pixel region.
A voltage supply electrode for supplying a voltage to the counter electrode and
With
The voltage supply electrode is
A first electrode including a first portion extending along the outer edge of the pixel region on the insulating layer in the peripheral region and electrically connected to the counter electrode.
A second electrode located in the insulating layer and including a second portion extending along the outer edge.
A plurality of plugs, each of which connects the first portion of the first electrode and the second portion of the second electrode and is arranged along the outer edge.
Including
In a plan view, at least a part of the first part overlaps with the second part.
Imaging device.
請求項1に記載の撮像装置。 The first portion is in contact with the lower surface of the counter electrode.
The imaging device according to claim 1.
前記第3部分は、前記対向電極に電気的に接続され、
前記第1部分は、前記第3部分の下面に接する、
請求項1に記載の撮像装置。 A connecting electrode including a third portion extending along the outer edge is further provided.
The third portion is electrically connected to the counter electrode and is
The first portion is in contact with the lower surface of the third portion.
The imaging device according to claim 1.
請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置。 The first electrode is located in the same layer as the pixel electrode.
The imaging device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。 With reference to the surface of the semiconductor substrate, the height of the first electrode is equal to the height of the pixel electrode.
The imaging device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。 The first electrode is made of the same material as the pixel electrode.
The imaging device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。 The first electrode contains any one of Cu, W, Ti, Ta and Al, or a compound of any one of Cu, W, Ti, Ta and Al.
The imaging device according to any one of claims 1 to 6.
前記電圧供給電極は、平面視において、前記画素領域の対向する2辺のそれぞれに沿って配置される、
請求項1から7のいずれか一項に記載の撮像装置。 The pixel area is a quadrangle in a plan view and is
The voltage supply electrode is arranged along each of the two opposing sides of the pixel region in a plan view.
The imaging device according to any one of claims 1 to 7.
前記電圧供給電極は、平面視において、前記画素領域の4辺のそれぞれに沿って配置される、
請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。 The pixel area is a quadrangle in a plan view and is
The voltage supply electrodes are arranged along each of the four sides of the pixel region in a plan view.
The imaging device according to any one of claims 1 to 8.
請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像装置。 The resistivity of the material of the second electrode is smaller than the resistivity of the material of the first electrode.
The imaging device according to any one of claims 1 to 9.
請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像装置。 The resistance value of the second electrode in the direction along the outer edge is smaller than the resistance value of the first electrode in the direction along the outer edge.
The imaging device according to any one of claims 1 to 10.
Priority Applications (1)
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