JP2023504960A - 画像センサ - Google Patents

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Abstract

本開示は、放射線を捕捉可能な有機フォトダイオードを有する光センサを備える光電子デバイスの製造方法に関する。光センサは、ＭＯＳトランジスタ（１０２）を有する電子回路（１０１）を覆っている。方法は、光センサ上に、電子デバイスとは反対側において、放射線を通し、光センサとは反対側に平坦な表面を有する第１の層（２０１）を形成するステップと、前記表面上に酸素気密性及び水密性の第２の層（３０１）を形成するステップとを含む。

Description

本開示は、一般的に、ＭＯＳトランジスタを備える基板上に集積され、有機フォトダイオードを備える光センサに基づく光電子部品に関する。
透明なスクリーンの下に光センサを集積する技術は多く知られており、例えば、携帯電話に指紋センサを集積する技術、又は顔認識のために携帯電話のスクリーンに光センサを集積する技術が挙げられる。
特定のセンサは、フォトダイオードの制御電子回路を形成するＭＯＳトランジスタを備える基板上に集積されている。
一実施形態では、既知の光電子デバイスの欠点の全部又は一部に対処する。
一実施形態では、光電子デバイスの製造方法を提供し、該方法は、放射線を捕捉可能な有機フォトダイオードを有し、ＭＯＳトランジスタを有する電子回路を覆っている光センサを備える光電子デバイスの製造方法であって、以下の連続したステップ：
ａ）前記光センサ上に、前記電子回路とは反対側において、前記放射線を通し、前記光センサとは反対側に平坦な表面を有する第１の層を形成するステップと、
ｂ）前記表面上に、酸素気密性及び水密性の第２の層を形成するステップと
を備える。
一実施形態によれば、前記電子回路は、その表面に少なくとも１つの導電性のパッドを備え、本方法は、
ｃ）前記第１の層に少なくとも１つの第１の開口部を形成して前記パッドを露出させるステップ
をさらに備える。
一実施形態によれば、前記第１の開口部の形成は、反応性イオンエッチングによって達成される。
一実施形態によれば、前記第１の開口部の形成は、レーザアブレーションによって達成される。
一実施形態によれば、前記第１の開口部の形成は、ナノインプリント・リソグラフィによって達成される。
一実施形態によれば、前記第１の層は、電磁放射線に感光性を有する材料で製造され、前記第１の開口部の形成は、前記第１の層を前記電磁放射線に曝すステップを備える。
一実施形態によれば、ステップｂ）がステップｃ）の前にあり、本方法は、ステップｂ）及びｃ）の間に、前記第２の層に第２の開口部を形成するステップを備え、前記第１の開口部は、ステップｃ）において前記第２の開口部に一致するように形成される。
一実施形態によれば、本方法は、
頂部及び側面を備え、前記導電性のパッドに面するレジストブロックを形成するステップと、
ステップｃ）を実行し、前記第２の層が、特に前記ブロックの頂部を覆い、前記ブロックの側面を完全には覆わないステップと、
前記ブロックを除去するステップと
をさらに備える。
一実施形態によれば、ステップｃ）がステップｂ）の前にあり、前記第２の層は、前記第１の開口部の側壁をさらに覆う。
一実施形態によれば、前記第１の層は、ポリスチレン、ポリエポキシド、ポリアクリレート、有機樹脂、特にレジスト、窒化ケイ素、及び二酸化ケイ素を含む群から選択される材料で製造される。
一実施形態によれば、前記第１の層は、液相成長、カソードスパッタリング、物理気相成長、薄膜堆積、又はプラズマ強化化学気相成長によって堆積される。
一実施形態によれば、前記第１の層は、１００ｎｍから１５μｍ、好ましくは５００ｎｍから５μｍ、より好ましくは１μｍから３μｍの範囲の平均厚さを有する。
一実施形態によれば、前記第２の層は、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、及び二酸化ケイ素を含む群から選択される材料で製造される。
一実施形態によれば、前記第２の層は、２ｎｍから３００ｎｍの範囲の平均厚さを有する。
一実施形態によれば、本方法は、
第３の反射防止及び／又は赤外線フィルタリングコーティングを形成するステップと、
マイクロレンズのアレイを形成するステップと、
をさらに備える。
一実施形態では、また、光電子デバイスを提供し、該光電子デバイスは、
ＭＯＳトランジスタを有する電子回路と、
放射線を捕捉可能な有機フォトダイオードを備え、前記電子回路を覆っている光センサと、
前記放射線を通し、前記光センサとは反対側に平坦な表面を有し、前記光センサ上に、前記電子回路とは反対側において前記光センサを覆っている第１の層と、
前記第１の層上における第２の平坦な層と
を備える。
上記及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。
ＭＯＳトランジスタを有する集積回路上に有機フォトダイオードを備える光電子デバイスを製造する方法の実施形態のステップで得られた構造を示す部分概略断面図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 ＭＯＳトランジスタを有する集積回路上に有機フォトダイオードを備える光電子デバイスを製造する方法の他の実施形態のステップで得られた構造を示す部分概略断面図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 ＭＯＳトランジスタを有する集積回路上に有機フォトダイオードを備える光電子デバイスを製造する方法の他の実施形態のステップで得られた構造を示す部分概略断面図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 ＭＯＳトランジスタを有する集積回路上に有機フォトダイオードを備える光電子デバイスを製造する方法の他の実施形態のステップで得られた構造を示す部分概略断面図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 方法の他のステップを示す図である。 光電子デバイスを備えるシステムの実施形態を示す部分概略横断面図である。 光電子デバイスを備えるシステムの他の実施形態を示す部分概略横断面図である。
同様の特徴が、様々な図面で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態で共通の構造的特徴及び／又は機能的特徴は同一の参照符号を有する場合があり、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有する場合がある。明瞭化のために、本明細書に記載されている実施形態の理解に有用なステップ及び要素のみが図示され、詳細に記載されている。特に、有機フォトダイオード及びその下のＭＯＳトランジスタを形成するステップについては、詳細に説明しない。
さらに、ここでは、「絶縁性」及び「導電性」という用語は、それぞれ「電気絶縁性」及び「電気伝導性」を意味するものと考えられる。フォトダイオードの「活性領域」という表現は、対象の放射線の大部分がフォトダイオードによって捕捉されるフォトダイオードの領域を指す。「対象の放射線」という表現は、フォトダイオードを備える光センサによって捕捉されるべき放射線を指す。一例として、対象の放射線は、可視スペクトル及び近赤外、即ち、４００ｎｍから１，１００ｎｍの範囲の波長を備えてもよい。層の放射線に対する透過率は、その層から出た放射線の強度の、その層に入った放射線の強度に対する比に対応し、入った放射線はその層に対して垂直である。以下の説明では、層又は膜を通る放射線の透過率が１０％未満であるとき、その層又は膜は放射線を通さないとする。以下の説明では、層又は膜を通る放射線の透過率が１０％を超えるとき、その層又は膜は放射線を通すとする。以下の説明では、４０℃での酸素に対する膜又は層の透過率が１．１０－１ｃｍ３／（ｍ２・ｄａｙ）より低いとき、その膜又は層は酸素気密性とする。酸素に対する透過率を、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｘｙｇｅｎ Ｇａｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒａｔｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｌｍ ａｎｄ Ｓｈｅｅｔｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｃｏｕｌｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ」というＡＳＴＭ Ｄ３９８５法に従って測定してもよい。以下の説明では、４０℃での水に対する膜又は層の透過率が１．１０－１ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）より低いとき、その膜又は層は水密性とする。水に対する透過率を、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒａｔｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｌｍ ａｎｄ Ｓｈｅｅｔｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｅｎｓｏｒ」というＡＳＴＭ Ｆ１２４９法に従って測定してもよい。
以下の開示では、特に指定しない限り、「前」「後ろ」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置、若しくは「上方」、「下方」、「上側」、「下側」などの相対位置を限定する用語、又は「水平」、「垂直」などの方向を限定する用語を参照する場合、図に示された方向を参照する。「約」、「略」、「実質的に」及び「程度」という表現は、特に指定されていない場合、該当する値の１０％の範囲内、好ましくは５％の範囲内を表す。
図１から図１３は、有機フォトダイオード及びＭＯＳトランジスタを有するセンサを備える光電子デバイスの製造方法の実施形態の連続したステップで得られた構造を示す部分概略断面図である。
図１は、ＭＯＳトランジスタ１０２のアレイを備える集積回路１０１の例を示す部分概略断面図であり、図１において、６つのＭＯＳトランジスタ１０２が矩形で模式的に示されている。一実施形態によれば、集積回路１０１は、マイクロエレクトロニクスにおける従来の技術によって形成される。集積回路１０１の表面には、導電性パッドが形成されている。導電性パッドのうち、集積回路１０１の領域１０５に形成され、有機フォトダイオードの下部電極として使用されるパッド１０６と、領域１０５の外側（例えば、回路１０１の周縁部）に形成され、フォトダイオードの上部電極のバイアスに使用されるパッド１０８（図において単一のパッド１０８が示されている）と、集積回路１０１のバイアスに使用されるパッド１０９（図において単一のパッド１０９が示されている）とが区別できる。
従来、集積回路１０１は、例えば単結晶シリコンで製造され、その内部及び頂部に絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳトランジスタとも呼ばれ、例えば、Ｎ型及びＰ型のＭＯＳトランジスタ）を有する半導体基板と、基板及びトランジスタ１０２を覆い、トランジスタ１０２及びパッド１０６、１０８、１０９を電気的に結合するための導電性トラック及びビアが形成されている絶縁性層の積層体とを備えてもよい。集積回路１０１は、１００μｍから７７５μｍ、好ましくは２００μｍから４００μｍの範囲の厚さを有してもよい。
図２には、各パッド１０６上に有機界面層１１０を形成した後に得られた構造が示されている。使用される形成方法は、パッド１０８及び１０９上に有機界面層１１０を形成することにも使用され得る。界面層１１０は、炭酸セシウム（ＣｓＣＯ３）、金属酸化物（特に酸化亜鉛（ＺｎＯ））、又はこれらの化合物のうち少なくとも２つの混合物で製造されてもよい。界面層１１０は、自己組織化された単分子層、又は、例えば（ポリエチレンイミン、エトキシル化ポリエチレンイミン、ポリ［（９，９－ｂｉｓ（３’－（Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノ）プロピル）－２，７－フルオレン）－ａｌｔ－２，７－（９，９－ジオクチルフルオレン）］などのポリマを備えてもよい。界面層１１０の厚さは、０．１ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。界面層１１０をパッド１０６（及び場合によっては１０８及び１０９）上に特別にグラフトしてもよく、この場合、図２に示す構造が直接に得られる。変形例として、図１に示された構造全体にわたって界面層１１０を堆積してから、パッド１０６、１０８、１０９の外側をエッチングすることで、図２に示された結果を提供してもよい。図示しない他の変形例によれば、図１に示された構造全体にわたって、非常に低い横方向導電率を有する界面層１１０を堆積してもよく、この場合、パッド１０６の外側を除去する必要はない。
図３には、図２に示した構造全体にわたって有機層１１１を形成した後に得られた構造が示されており、有機層１１１は、活性層と呼ばれ、動作中にフォトダイオードの活性領域が有機層１１１に形成される。活性層１１１は、小分子、オリゴマ、又はポリマを備えてもよい。これらは、有機材料又は無機材料であってもよい。活性層１１１は、両極性半導体材料を備えてもよく、又は、Ｎ型半導体材料及びＰ型半導体材料の混合物を、例えば、バルクヘテロ接合を形成すべくナノメートルスケールで積層の形態もしくは均質な混合物の形態で備えてもよい。活性層１１１の厚さは、５０ｎｍから２μｍの範囲で、例えば３００ｎｍ程度であってもよい。
活性層１１１を形成可能なＰ型半導体ポリマの例として、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ［Ｎ－９’－ヘプタデカニル－２，７－カルバゾール－ａｌｔ－５，５－（４，７－ｄｉ－２－チエニル－２’，１’，３’－ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＤＴＢＴ）、ポリ［（４，８－ｂｉｓ－（２－エチルヘキシルオキシ）－ベンゾ［１，２－ｂ；４，５－ｂ’］ジチオフェン）－２，６－ジイル－ａｌｔ－（４－（２－エチルヘキサノイル）－チエノ［３，４－ｂ］チオフェン））－２，６－ジイル］（ＰＢＤＴＴＴ－Ｃ）、ポリ［２－メトキシ－５－（２－エチル－ヘキシルオキシ）－１，４－フェニレン－ビニレン］（ＭＥＨ－ＰＰＶ）、又はポリ［２，６－（４，４－ｂｉｓ－（２－エチルヘキシル）－４Ｈ－シクロペンタ［２，１－ｂ；３，４－ｂ’］ジチオフェン）－ａｌｔ－４，７（２，１，３－ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）が挙げられる。
活性層１１１を形成可能なＮ型半導体材料の例として、フラーレン、特にＣ６０、［６，６］－フェニル－Ｃ６１－メチルブタノエート（［６０］ＰＣＢＭ）、［６，６］－フェニル－Ｃ７１－メチルブタノエート（［７０］ＰＣＢＭ）、ペリレンジイミド、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は量子ドットを形成可能なナノ結晶が挙げられる。
図４には、活性領域１１１上に感光性レジスト層１１２を堆積し、フォトリソグラフィ技術により、開口部１１３を感光性層１１２に形成してパッド１０８及び１０９の上方における有機層１１１を露出させた後に得られた構造が示されており、図４において単一の開口部１１３が示されている。
図５には、感光性層１１２の開口部１１３に一致するように有機層１１１に開口部１１４をエッチングし、層１０６をエッチングしてパッド１０８、１０９を露出させた後に得られた構造が示されている。
図６には、感光性層１１２を除去した後、構造全体にわたって電極層１１５を堆積した後に得られた構造が示されている。電極層１１５は、特にパッド１０８に接している。
電極層１１５は、活性層１１１によって捕捉される光放射の少なくとも一部分を通す。電極層１１５は、透明な導電性材料（例えば、透明な導電性酸化物もしくはＴＣＯ）、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性ポリマ、金属、又はこれらの化合物のうち少なくとも２つの混合物もしくは合金で製造されてもよい。導電性層１１５は、単層構造又は多層構造を有してもよい。
電極層１１５を形成可能なＴＣＯの例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、及びガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）が挙げられる。導電性層１１５を形成可能な導電性ポリマの例としては、ＰＡｎｉとも呼ばれるポリアニリン、及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとして知られているポリマが挙げられる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、ポリ（３，４）－エチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸ナトリウムとの混合物である。電極層１１５を形成可能な金属の例としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、及びクロム（Ｃｒ）が挙げられる。電極層１１５を形成可能な多層構造の一例としては、ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ型のＡＺＯ及び銀の多層構造が挙げられる。好ましくは、電極層１１５はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで製造される。
酸化物層１１５の厚さは、１０ｎｍから５μｍの範囲で、例えば、３０ｎｍ程度であってもよい。電極層１１５が金属である場合、電極層１１５の厚さは、２０ｎｍ以下であり、１０ｎｍ以下が好ましい。
図７には、電極層１１５上に感光性レジスト層１１６を堆積し、フォトリソグラフィ技術により、開口部１１７を感光性層１１６において形成させてパッド１０９の上方における電極層１１５を露出させた後に得られた構造が示されており、図７において単一の開口部１１７が示されている。
図８には、感光性層１１６の開口部１１７に一致するように電極層１１５に開口部１１８をエッチングしてパッド１０９を露出させた後に得られた構造が示されている。
図９には、感光性層１１６を除去した後に得られた構造が示されている。有機層１１０、１１１、１１５の積層体１０３は、上面１０４を備える。この構造は、領域１０５において、光センサを形成する有機フォトダイオード１０７のアレイを備え、各フォトダイオード１０７は、有機層１１１，１１５のうち、一方の電極１０６に面する部分によって画定される。図９の例には、６つの有機フォトダイオード１０７が示されている。実際には、このアレイは、動作中にフォトダイオード１０７の制御及び読み出しに使用され得るトランジスタ１０２のアレイと垂直に整列するように配置されている。本実施形態では、層１１０はフォトダイオード１０７のレベルで不連続であるように示されているが、有機層１１１及び１１５はフォトダイオード１０７のレベルで連続であるように示されている。変形例として、界面層１１０はフォトダイオード１０７のレベルで連続であってもよい。変形例として、有機層１１１、１１５はフォトダイオード１０７のレベルで不連続であってもよい。好ましくは、少なくとも活性層１１１及び電極層１１５は、少なくともフォトダイオード１０７のレベルで連続である。これにより、積層体１０３の層をエッチングしてフォトダイオード１０７を画定するステップを避けることができる。積層体の厚さは、３００ｎｍから１μｍ、好ましくは３００ｎｍから５００ｎｍの範囲であってよい。
一実施形態によれば、有機フォトダイオード１０７を形成する積層体１０３の層は、いわゆるアディティブプロセスに従って形成されてもよく、例えば、各層を形成する材料を備える流体又は粘性組成物を、例えば、インクジェット印刷、ヘリオグラフィ、シルクスクリーン、フレキソグラフィ、スプレーコーティング、又はドロップキャスティングなどによって、所望の位置に直接に印刷することにより、形成されてもよい。有機層を形成する方法は、層を形成する材料を構造全体にわたって堆積してから、例えばフォトリソグラフィ又はレーザアブレーションによって非使用部分を除去する、いわゆるサブトラクティブ法に対応してもよい。考慮される材料によって、構造全体にわたる堆積は、例えば、液相成長、カソードスパッタリング、又は蒸着の方法によって行われてもよい。特に、スピンコーティング、スプレーコーティング、ヘリオグラフィ、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、フレキソグラフィ、又はシルクスクリーンなどの方法を用いてもよい。
電子回路１０１は、隆起領域を備える上面を有してもよい。これにより、電子回路１０１の形状に沿った層を有する積層体１０３に段差が形成され、このため、積層体１０３の上面１０４に隆起領域が形成される。従って、上面１０４は平坦ではない。
有機フォトダイオードを備える光センサに基づく光電子デバイスを製造する通常の方法では、封止層とも呼ばれる保護層で有機層の積層体１０３を覆うことが必要である。封止層は、積層体１０３の有機層を保護するために、水も空気中の酸素も実質的に通さない。封止層は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の無機材料で製造されてもよい。封止層の厚さは、数ｎｍ（例えば２ｎｍ、特に封止層が原子層堆積法（ＡＬＤ）によって形成された場合）から、略２００ｎｍの厚さ（例えば、封止層が物理気相成長法（ＰＶＤ）又はプラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって形成された場合）まで、さまざまな厚さを有していてもよく、又は１０μｍ程度までの厚さであってもよい。特に、封止層が有機層及び無機層の積層体を備える場合、無機層は前に言及した封止層の材料で、有機層はエポキシ樹脂、アクリレート樹脂、パリレン、又はゴムで製造されてもよい。
表面１０４上に隆起領域が存在するため、均質な堆積を形成して封止層を形成することが困難になる。そのため、封止層の所望の密閉特性が局所的に得られない可能性がある。さらに、封止層の製造方法は、積層体１０３の層の有機性と相容れない可能性がある。一例として、積層体１０３の頂部にある電極層１１５は、親水性材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで製造されてもよく、ＡＬＤによるＡｌ２Ｏ３封止層の形成には、水蒸気を前駆体として使用してもよい。そのため、封止層を形成する際にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと水蒸気との相互作用が生じる。これにより、積層体１０３に機械的な応力が現れ、該応力によって、積層体１０３が電子回路１０１から部分的に分離する可能性がある。
図１０には、図９に示した構造上に、対象の放射線を通す中間層２０１（バッファ層とも呼ばれる）を形成した後に得られた構造が示されている。一実施形態によれば、バッファ層２０１は、自己平坦化し、即ち、重力のみの作用下で実質的に平坦な上面２０２が形成される。一実施形態によれば、図９に示す構造上に液体材料を堆積することによりバッファ層２０１を得るため、重力の作用下で、実質的に平坦な上層２０２が自動的に得られる。その後、液体材料の乾燥及び／又は液体材料の重合によって、バッファ層２０１を得ることができる。堆積された液体材料の量は、得られたバッファ層２０１が積層体１０３の表面１０４に存在するすべての隆起領域を覆うような量が好ましい。
一実施形態によれば、バッファ層２０１は、誘電体、有機物、又は無機物の層である。有機材料の例として、ポリスチレン、ポリエポキシド、ポリアクリレート、又は有機樹脂が挙げられ、特にレジストが挙げられる。特に、封止層の平坦化が得られるように、堆積される材料の粘度及び厚さが調整される。無機材料の例としては、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯ２が挙げられる。バッファ層２０１は、Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＯ２で製造される場合、例えば、カソードスパッタリング、ＰＶＤ、又はＰＥＣＶＤによって堆積される。
他の実施形態によれば、封止層の形成方法によって実質的に平坦な表面２０２を自動的に得ることができない場合、この方法は、バッファ層２０１を平坦化するステップを備えてもよい。一実施形態によれば、平坦化のステップは、化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって行われてもよい。
バッファ層２０１の平均厚さは、１００ｎｍから１５μｍ、好ましくは５００ｎｍから５μｍ、より好ましくは１μｍから３μｍの範囲である。
図１１には、バッファ層２０１の表面２０２上に封止層３０１を形成するステップの後に得られた構造が示されている。一実施形態によれば、封止層３０１は、水密性及び酸素気密性である。好ましくは、バッファ層２０１は、積層体１０３の有機層を水及び酸素から保護できる。封止層３０１が実質的に平坦な表面２０２上に形成されているため、実質的に一定の厚さの封止層３０１を形成することができ、これにより、封止層３０１の特性、特に密閉特性を実質的に均質に確保することができる。さらに、バッファ層２０１を形成する材料は、有利には、封止層３０１の形成のために実施された方法と適合するように選択される。
封止層３０１は、例えば、
例えばＡＬＤ法によって得られた酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３）、
例えばＰＶＤもしくはＰＥＣＶＤによって得られたＳｉ３Ｎ４もしくはＳｉＯ２層、又は
水密性及び酸素気密性のポリマ（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、もしくは環状オレフィンコポリマ（ＣＯＰ））の層である。
一実施形態によれば、封止層３０１は、２ｎｍから３００ｎｍ、好ましくは２ｎｍから２００ｎｍ、より好ましくは２ｎｍから１５０ｎｍの範囲の厚さを有する。
図１２には、封止層３０１上にレジスト層４０１を堆積し、フォトリソグラフィ技術により、レジスト層４０１に開口部４０２を形成してパッド１０９のレベルでの封止層３０１を露出させた後に得られた構造が示されており、図１２において単一の開口部４０２が示されている。
図１３には、レジスト層４０１をエッチングマスクとして封止層３０１に開口部４０３をエッチングしてパッド１０９を露出させた後に得られた構造が示されており、開口部４０３がバッファ層２０１における開口部４０４に一致し、開口部４０４が封止層３０１をエッチングマスクとしてバッファ層２０１の全厚にわたって形成され、開口部４０４が開口部４０２に一致する。開口部４０３は、ウェットエッチングによって形成されてもよい。開口部４０４は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって形成されてもよい。ＲＩＥは、酸素と六フッ化硫黄との混合ガス（Ｏ２＋ＳＦ６）、酸素とメタンとの混合物（Ｏ２＋ＣＨ４）、又は純酸素（Ｏ２）を用いて行われてもよい。他の実施形態によれば、開口部４０３は、封止層３０１のレーザアブレーションによって得られる。この場合、感光性層４０１は省略されてもよい。一実施形態によれば、開口部４０４は、緩衝層２０１のレーザアブレーションによって得られる。
一実施形態によれば、表面２０２に垂直な方向に沿って見ると、開口部４０２、４０３、４０４は、パッド１０９の表面積よりも実質的に大きな表面積を有する。例えば、表面２０２に垂直な方向に沿って見ると、開口部４０２、４０３、４０４は１００μｍ×１００μｍ程度の寸法を有するが、パッド１０９は７０μｍ×７０μｍ程度の寸法を有する。
開口部４０４の側壁が封止層３０１によって覆われていなくても、緩衝層２０１の水密性及び酸素気密性の特性のメリットを受けることができる。さらに、パッド１０９及び開口部４０４は、水及び／又は酸素によるフォトダイオード１０７のレベルでの積層体１０３の有機層の劣化を減少させるために、フォトダイオードアレイ１０７から十分遠くに配置されてもよい。
開口部４０４には、金属材料を充填してもよく、この場合、光電子デバイスを外部の要素に接続することができる。
図１４から図１８は、有機フォトダイオードとＭＯＳトランジスタとを有するセンサを備える光電子回路の製造方法の他の実施形態の連続したステップで得られた構造の部分概略断面図である。
図１４には、前述した図２から図１０に関するステップを実行した後、バッファ層２０１上にレジスト層５０１を堆積し、フォトリソグラフィ技術により、感光性層５０１に開口部５０２を形成してバッファ層２０１をパッド１０９のレベルで露出させた後に得られた構造が示されており、図１４において単一の開口部５０２が示されている。感光性層５０１は、前述した感光性層４０１と同様な組成及び厚さを有してもよい。
図１５には、感光性層５０１をエッチングマスクとして、開口部５０２に一致するようにバッファ層２０１に開口部５０３をエッチングして、パッド１０９を露出させた後に得られた構造が示されている。開口部５０３は、ＲＩＥによって形成されてもよい。ＲＩＥは、酸素と六フッ化硫黄との混合ガス（Ｏ２＋ＳＦ６）、酸素とメタンとの混合物（Ｏ２＋ＣＨ４）、又は純酸素（Ｏ２）を用いて行われてもよい。一実施形態によれば、開口部５０３は、バッファ層２０１のレーザアブレーションによって得られる。
一実施形態によれば、表面２０２に垂直な方向に沿って見ると、開口部５０３は、パッド１０９の表面積よりも実質的に大きい表面積を有する。一例として、表面２０２に垂直な方向に沿って見ると、開口部５０３は１００μｍ×１００μｍ程度の寸法を有するが、パッド１０９は７０μｍ×７０μｍ程度の寸法を有する。
図１６には、感光性層５０１を除去するステップの後、且つ各パッド１０９上に犠牲ブロック５０４を形成するステップの後に得られた構造が示されている。各犠牲ブロック５０４は、好ましくはレジストで製造される。犠牲ブロック５０４は、フォトリソグラフィのステップによって形成されてもよい。一実施形態によれば、図１６に示すように、各犠牲ブロック５０４は、それが置かれたパッド１０９から広がる形状を有してもよく、又は、パッド１０９に接した基部よりも大きい寸法の頂部を有する、いわゆるキャップ状の輪郭を有してもよい。一例によれば、このような形状は、特に、フォトリソグラフィのステップ中に、ブロック５０４を形成するための感光性層の表面を硬化させるステップ（例えば、樹脂層をクロロベンゼンなどの芳香族溶媒に浸漬するステップ）を設けることにより、得られてもよい。他の例によれば、このような形状は、樹脂層成長のステップ中に得られてもよく、樹脂は、樹脂層に垂直な方向に沿って変化する成長速度を有するように選択され、樹脂層は、その自由な上面の側で成長に対してより耐性がある。一実施形態によれば、ブロック５０４の基部の寸法がパッド１０９の寸法よりも大きく、このため、ブロック５０４がパッド１０９全体を覆うことが確保される。
図１７には、図１６に示す構造上に封止層５０５を堆積するステップの後に得られた構造が示されている。封止層５０５は、図１６に示す構造と同様な厚さ及び組成を有する。封止層５０５は、前述した封止層３０１と同様な厚さ及び組成を有し、前述した封止層３０１の形成方法と同様な方法によって形成されてもよい。封止層５０５は、バッファ層２０１上、開口部５０３の側壁及び底面上、及び各犠牲ブロック５０４の上面上に延在している。封止層５０５の形成方法は、方向性堆積法が好ましく、これにより、ブロック５０４の頂部が基部よりも広い先広がり状のため、ブロック５０４の側壁の少なくとも一部上に封止層５０５が堆積されていない。しかし、コンフォーマルと知られている堆積法（例えばＡＬＤ）を使用した場合（特にブロック５０４のキャップ状の輪郭が標記されており、封止層の厚さが非常に小さく、例えば２５ｎｍよりも小さい場合）であっても、ブロック５０４の側壁の少なくとも一部に封止層が堆積されないことがある。
図１８には、犠牲ブロック５０５を除去するステップの後に得られた構造が示されている。一実施形態によれば、これは、犠牲ブロック５０５を溶解する溶媒を含む溶液槽に図１７に示す構造を浸漬することによって行われる。
光電子デバイスの形成方法の本実施形態では、開口部５０３の側壁が封止層５０５によって覆われているという利点がある。そのため、有機フォトダイオード１０７を水及び酸素から保護することは強化される。
開口部５０３には、金属材料を充填してもよく、これにより、光電子デバイスを外部の要素に接続することができる。
図１９から図２２は、有機フォトダイオード及びＭＯＳトランジスタを有するセンサを備える光電子回路の製造方法の他の実施形態の連続したステップで得られた構造の部分概略断面図である。
図１９には、前述した図２から図１０に関するステップを実行した後に得られた構造が示されている。図１９には、さらに、マイクロメートルスケールの突出したパターン６０２を備えるパンチ６０１が示されており、図１９において単一のパターン６０２が示されており、パターン６０２はバッファ層２０１に形成したい開口部と相補的な形状を実質的に有する。
図２０には、パターン６０２がバッファ層２０１に入り込むように、バッファ層２０１に対してパンチ６０１を適用することを備えるナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）のステップの後に得られた構造が示されている。一実施形態によれば、緩衝層２０１に対するパンチ６０１の適用は、圧力下で行われる。一実施形態によれば、バッファ層２０１に対するパンチ６０１の適用は、バッファ層２０１を形成する材料のガラス転移温度よりも高い温度で行われる。
図２１には、パンチ６０１を除去した後に得られた構造が示されている。所望の開口部の形状を実質的に有する凹部６０３がバッファ層２０１に存在している。バッファ層２０１の望ましくない残留物６０４は、特にパッド１０９上及び光電子回路１０１の残りの部分上に存在してもよい。
図２２には、残留物６０４を除去する方向性エッチング(例えば、プラズマエッチング)のステップの後に得られた構造が示されている。このようにして、パッド１０９を露出させる所望の開口部６０５が得られる。
本方法は、構造全体上、特に開口部６０５及びパッド１０９上に、図示しない封止層を堆積し、例えばエッチングにより封止層の一部を除去してパッド１０９を露出させることにより進み、又は、パッド１０９上に犠牲樹脂ブロックを形成し、構造全体上に封止層を堆積し、例えば図１６から１８に関して前述したように犠牲ブロックを除去することにより進む。
本実施形態では、フォトリソグラフィのステップによって画定された開口部を有するマスクを使用せずに、バッファ層２０１に開口部６０５を形成することができる。これは、特にバッファ層２０１が厚い場合に、有利となる可能性がある。なぜなら、マスクとして使用するためにバッファ層２０１上に堆積されたレジストの層は、一般的にバッファ層２０１の厚さよりも大きい厚さを有するべきだからである。
図２３から図２６は、有機フォトダイオード及びＭＯＳトランジスタを有するセンサを備える光電子回路の製造方法の他の実施形態の連続したステップで得られた構造の部分概略断面図である。
図２３には、前述した図２から図１０に関するステップを実行した後、且つ各パッド１０９に実質的に対向する犠牲ブロック７０１をバッファ層２０１上に形成するステップの後に得られた構造が示されている。各犠牲ブロック７０１は、好ましくは、レジストで製造される。犠牲ブロック７０１は、フォトリソグラフィのステップによって形成されてもよい。一実施形態によれば、図２３に示すように、各犠牲ブロック７０１は、感光性層２０１までの距離が長くなるにつれて広がる形状、又は前述したブロック５０４のようにいわゆるキャップ状の輪郭を有してもよい。
図２４には、図２３に示す構造上に封止層７０２を堆積するステップの後に得られた構造が示されている。一実施形態によれば、封止層７０２は、前述した封止層３０１と同様な厚さ及び組成を有し、前述した封止層３０１の形成方法と同様な方法によって形成されてもよい。封止層７０２は、バッファ層２０１上及び各犠牲ブロック７０１の上面に延在している。封止層７０２の形成方法は方向性堆積法であり、ブロック７０１の頂部が基部よりも広い先広がり状のため、ブロック７０１の側壁の少なくとも一部上に封止層７０２が堆積されない。
図２５には、犠牲ブロック７０１を除去するステップの後に得られた構造が示されている。一実施形態によれば、これは、犠牲ブロック７０１を溶解する溶媒を含む浴に図２４に示す構造を浸漬することにより達成される。変形例として、犠牲ブロック７０１は、等方性ＲＩＥのステップによって除去されてもよい。このようにして、開口部７０３は、以前に犠牲ブロック７０１によって占められていた位置で封止層７０２に画定され、図２５において単一の開口部７０３が示されている。
図２６には、封止層２０１をエッチングマスクとして、開口部７０４が開口部７０３に一致するように、バッファ層２０１に開口部７０４をエッチングして、パッド１０９を露出させた後に得られた構造が示されている。開口部７０４は、ＲＩＥによって形成されてもよい。ＲＩＥは、酸素と六フッ化硫黄との混合ガス（Ｏ２＋ＳＦ６）、酸素とメタンとの混合物（Ｏ２＋ＣＨ４）、又は純酸素（Ｏ２）を用いて行われてもよい。
開口部７０４の側壁が封止層７０２によって覆われていなくても、バッファ層２０１の水密性及び酸素気密性の特性のメリットを受けることができる。さらに、パッド１０９及び開口部７０４は、水及び／又は酸素によるフォトダイオード１０７のレベルでの積層体１０３の有機層の劣化を減少させるために、フォトダイオードアレイ１０７から十分に遠く配置されてもよい。
図２７は、前述した製造方法の実施形態の１つに従って製造された光電子デバイス８０１を備えるシステム８００の実施形態の部分概略横断面図である。
システム８００は、光電子デバイス８０１上に、図２７において底部から頂部へ、平坦な透明層８０２と、マイクロレンズのアレイ８０３と、低い屈折率を有する層８０４（層８０４が省略されてもよい）と、反射防止及び／又は赤外線フィルタリングコーティング８０５とをさらに備える。
光電子デバイス８０１上に配置された層８０２は、前述したバッファ層２０１と同様な組成を有し、同様な方法によって形成されてもよい。層８０２は、１００ｎｍから１５μｍ、好ましくは１μｍから３μｍの範囲の厚さを有してもよい。
マイクロレンズアレイ８０３は、各マイクロレンズ８０３がフォトダイオード（不図示）に面するように、層８０２上に堆積されてもよい。マイクロレンズ８０３は、０．４μｍから１０μｍ、好ましくは０．４μｍから２μｍの範囲の厚さを有し、０．９μｍから１５μｍ、好ましくは０．９μｍから３μｍの範囲の直径を有する。マイクロレンズ８０３は、ポリ（メチル）メタクリレート（ＰＭＭＡ）、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＣＯＰ、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）／シリコーン、又はエポキシ樹脂で製造されてもよい。マイクロレンズ８０３は、有利には、フォトダイオード１０７に向けて入射した放射線の収集を増加させることができる。
マイクロレンズアレイ８０３上には、層８０４が堆積されている。層８０４は、例えば、酸化ケイ素粒子（ＳｉＯ２）と、アクリルポリマと、結合剤としてのエポキシ樹脂とを備える材料で製造される。層８０４は、０．４μｍから１０μｍ、好ましくは０．４μｍから３μｍの範囲の厚さを有してもよい。
一実施形態によれば、コーティング８０５は、好ましくは、酸窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）を、層８０４上又は直接マイクロレンズアレイ８０３上に堆積することにより形成される。コーティング８０５は、５０ｎｍから１μｍ、好ましくは１００ｎｍから２５０ｎｍの範囲の厚さを有してもよい。
図２８は、前述した製造方法の実施形態の１つに従って製造された光電子デバイス８０１を備えるシステム９００の他の実施形態の部分概略横断面図である。
システム９００は、前述したシステム８００のすべての要素を備えるが、層８０４が存在しない点、及びコーティング８０５が光電子デバイス８０１と透明層８０２との間に介在している点で異なる。
図２７又は図２８の実施形態は、好ましくは、透明層２０１及び封止層５０１、５０５、又は７０２の合計厚さが、各フォトダイオード間の間隔よりも大きく、又は大きくない（例えば、１μｍから１０μｍの程度、好ましくは１μｍから３μｍの程度、例えば略１．１μｍの程度である）場合に実施される。これにより、放射線を各フォトダイオードに向けて集中させることができ、このため、隣接するフォトダイオードの寄生励起を避けることができる。
様々な実施形態及び変形例が説明された。当業者であれば、これらの実施形態の特定の特徴を組み合わせることができ、他の変形例を容易に想到できることを理解されるべきである。
最後に、本明細書に記載された実施形態及び変形例の実用的な実装は、本明細書で提供された機能的な表示に基づいて、当業者の能力の範囲内である。特に、前述した図１０から図１３及び図１４、図１５に関する実施形態のステップにおいて、封止層２０１における開口部４０４又は５０３のエッチングによって、封止層２０１上にレジスト層４０１、５０１の堆積が実行され、フォトリソグラフィのステップによって、レジスト層４０１、５０１における開口部４０２、５０２が形成される。他の実施形態によれば、封止層２０１が放射線に感光性を有する材料で製造されている場合、感光性の封止層の一部を放射線に曝すことを備えるフォトリソグラフィのステップによって、封止層に開口部４０４、５０３を直接形成してもよい。
本特許出願は、参照によって本明細書に組み込まれる仏国特許出願第１９／０８０１７号明細書の優先権を主張している。

Claims (16)

  1. 放射線を捕捉可能な有機フォトダイオード（１０７）を有し、ＭＯＳトランジスタ（１０２）を有する電子回路（１０１）を覆っている光センサを備える光電子デバイスの製造方法であって、以下の連続したステップ：
    ａ）前記光センサ上に、前記電子回路とは反対側において、前記放射線を通し、前記光センサとは反対側の面に平坦な表面（２０２）を有する第１の層（２０１）を形成するステップと、
    ｂ）前記表面上に、酸素気密性及び水密性の第２の層（３０１；５０５；７０２）を形成するステップと、
    を備え、
    前記電子回路（１０１）は、その表面に少なくとも１つの導電性のパッド（１０９）を備え、
    ｃ）前記第１の層（２０１）に少なくとも第１の開口部（４０４；５０３；６０５；７０４）を形成して前記パッドを露出させるステップ
    をさらに備える
    方法。
  2. ｄ）前記パッドに面する前記第２の層（２０１）に、少なくとも第２の開口部（４０４；５０３；６０５；７０４）を形成するステップをさらに備える
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の開口部（４０４；５０３；７０４）の形成は、反応性イオンエッチングによって達成される
    請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記第１の開口部（４０４；５０３；７０４）の形成は、レーザアブレーションによって達成される
    請求項１又は２に記載の方法。
  5. 前記第１の開口部（６０５）の形成は、ナノインプリント・リソグラフィによって達成される
    請求項１又は２に記載の方法。
  6. 前記第１の層（２０１）は、電磁放射線に感光性を有する材料で製造され、前記第１の開口部の形成は、前記第１の層を前記電磁放射線に曝すステップを備える
    請求項１又は２に記載の方法。
  7. ステップｂ）がステップｃ）の前にあり、
    ステップｂ）及びステップｃ）の間に、前記第２の層（３０１；７０２）に第２の開口部（４０３；７０３）を形成するステップを備え、
    前記第１の開口部は、ステップｃ）において前記第２の開口部に一致するように形成される
    請求項１から６のいずれか１つに記載の方法。
  8. 頂部及び側面を備え、前記導電性のパッド（１０９）に面するレジストブロック（５０４；７０１）を形成するステップと、
    ステップｃ）を実行し、前記第２の層（５０５；７０２）が、特に前記ブロックの頂部を覆い、前記ブロックの側面を完全には覆わないステップと、
    前記ブロックを除去するステップと
    をさらに備える請求項１から７のいずれか１つに記載の方法。
  9. ステップｃ）がステップｂ）の前にあり、
    前記第２の層（５０５）は、前記第１の開口部（５０３；６０５；７０４）の側壁をさらに覆う
    請求項８に記載の方法。
  10. 前記第１の層（２０１）は、ポリスチレン、ポリエポキシド、ポリアクリレート、有機樹脂、特にレジスト、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む群から選択される材料で製造される
    請求項１から９のいずれか１つに記載の方法。
  11. 前記第１の層（２０１）は、液相成長、カソードスパッタリング、物理気相成長、薄膜堆積、又はプラズマ強化化学気相成長によって堆積される
    請求項１から１０のいずれか１つに記載の方法。
  12. 前記第１の層（２０１）は、１００ｎｍから１５μｍ、好ましくは５００ｎｍから５μｍ、より好ましくは１μｍから３μｍの範囲の平均厚さを有する
    請求項１から１０のいずれか１つに記載の方法。
  13. 前記第２の層（３０１；５０５；７０２）は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む群から選択される材料で製造されている
    請求項１から１２のいずれか１つに記載の方法。
  14. 前記第２の層（３０１；５０５；７０２）は、２ｎｍから３００ｎｍの範囲の平均厚さを有する
    請求項１から１３のいずれか１つに記載の方法。
  15. 第３の反射防止及び／又は赤外線フィルタリングコーティング（８０５）を形成するステップと、
    マイクロレンズ（８０３）のアレイを形成するステップと
    をさらに備える請求項１から１４のいずれか１つに記載の方法。
  16. ＭＯＳトランジスタを有する電子回路（１０１）と、
    放射線を捕捉可能な有機フォトダイオードを備え、前記電子回路（１０１）を覆っている光センサと、
    前記放射線を通し、前記光センサとは反対側に平坦な表面（２０２）を有し、前記光センサ上に、前記電子回路とは反対側において前記光センサを覆っている第１の層（２０１）と、
    前記第１の層上における第２の平坦な層（３０１；５０５；７０２）と
    を備える光電子デバイス。
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