JP5683245B2 - 撮像素子及び撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Description
また、封止膜を応力の異なる複数の層で構成することによって、封止膜全体の内部応力を抑えることができるが、対向電極の上方に形成される層の応力が対向電極にダメージを与えるため、白傷欠陥の発生を確実に抑えることができない。
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された封止補助層と、を備える撮像素子であって、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含み、
前記封止膜は、前記封止補助層上に第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順で積層したものであり、前記応力緩和層は前記第1の層及び前記第3の層であり、
前記封止補助層は、真空蒸着法又はCVDで形成された膜であり、厚さが5nm以上で、内部応力が100MPa以下であり、
前記封止補助層を形成するときの成膜温度が75℃以上、200℃以下である撮像素子。
(2) 基板上方に二次元状に配列された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された封止補助層と、を備える撮像素子であって、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含み、
前記封止膜は、前記封止補助層上に第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順で積層したものであり、前記応力緩和層は前記第1の層及び前記第3の層であり、
前記封止補助層は、真空蒸着法又はCVDで形成された膜であり、厚さが5nm以上で、内部応力が100MPa以下であり、
前記封止補助層が有機材料を含み、該有機材料の分子量が450以上、1300以下である撮像素子。
(3) 基板上方に二次元状に配列された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された厚さが5nm以上であって、内部応力が100MPa以下である封止補助層と、を備え、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含む撮像素子の製造方法であって、
前記封止膜は、前記封止補助層上に第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順で積層したものであり、前記応力緩和層は前記第1の層及び前記第3の層であり、
前記上部電極上に、真空蒸着法又はCVDによって、75℃以上、200℃以下の成膜温度で前記封止補助層を形成し、該封止補助層上に前記封止膜を形成する撮像素子の製造方法。
また、上部電極と封止膜との間に設けられた封止補助層によって、上部電極の上にスパッタ等で封止膜を成膜する際にスパッタによるダメージが上部電極に直接かかることを防止できる。そして、光電変換層において数画素に亘る感度低下が発生することを抑えることができる。封止補助層の厚さは、その内部応力に比例し、該内部応力が100MPa以下となるように決定される。一方で封止補助層の厚さは、スパッタのダメージから上部電極及び光電変換層を保護するため十分な厚さが必要である。更に、封止補助層の厚さを5nm以上とすることで、上部電極に対して十分な被覆性が得られるため、スパッタのように大きいエネルギーを伴う成膜方法を用いても、ダメージから上部電極及び光電変換層を保護することができる。
有機膜107は、光電変換層の他に電荷ブロッキング層を含んでいてもよい。
画素電極104は、画素電極104上の光電変換層を含む有機膜107で発生した電子又は正孔の電荷を捕集する。各画素電極104で捕集された電荷が、対応する各画素の読出し回路116で信号となり、複数の画素から取得した信号から画像が合成される。
対向電極108は、光電変換層を含む有機膜107を、画素電極104と共に挟込むことで有機膜107に電界を掛け、又、光電変換層で発生した電荷のうち、画素電極104で捕集する信号電荷と逆の極性を持つ電荷を捕集する。この逆極性電荷の捕集は各画素間で分割する必要がないため、対向電極108は複数の画素で共通にすることができる。そのために共通電極(コモン電極)と呼ばれることもある。
複数の画素部にはそれぞれカラーフィルタ111が設けられている。また複数の画素部のうち隣り合うカラーフィルタ111の間に設けられた隔壁112は、画素部に入射した光を該画素部の光電変換層へ集光させるための集光手段として機能する。第1色から第3色(例えば赤,緑,青の3色)のカラーパターンを有するカラーフィルタを製造する場合には、遮光層形成工程、第1色カラーフィルタ形成工程、第2色カラーフィルタ形成工程、第3色カラーフィルタ形成工程、隔壁形成工程を順次に行う。遮光層113として、第1〜3色カラーフィルタのいずれかを有効画素領域外に形成してもよく、遮光層113のみを形成する工程を省略でき製造コストを抑えられる。隔壁形成工程は、遮光層形成工程後、第1色カラーフィルタ形成工程後、第2色カラーフィルタ形成工程後、第3色カラーフィルタ形成工程後のいずれかで実施でき、利用する製造技術、製造方法の組合せにより適宜選択できる。
以下の実施例及び比較例の撮像素子をそれぞれ試料として用いて、封止膜及び封止補助層を設けたことによる効果を実証する。
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。
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
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
予め薄膜を成膜する下地基板の反り量を計測しておき、該下地基板の曲率半径R1を求める。続いて、下地基板の一方の面に薄膜を成膜し、下地基板の反り量を計測し、曲率半径R2を求める。ここで、反り量は、レーザで下地基板の薄膜が形成された側の面を走査し、下地基板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。
σ=E×h2/(1−v)Rt
但し、E/(1−v):下地基板の2軸弾性係数(Pa)、
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:薄膜の平均内部応力(Pa)とする。
対向電極であるITO上に封止補助層として、化学式3で示す材料を抵抗加熱蒸着法によって、厚さ10nm、内部応力9MPaとなるように成膜した。また、封止補助層の材料の分子量は1385である。
対向電極であるITO上に封止補助層として、化学式4で示す材料を抵抗加熱蒸着法によって、厚さ10nm、内部応力5MPaとなるように成膜した。また、封止補助層の材料の分子量は1284である。
対向電極であるITO上に封止補助層として、化学式5で示す材料を抵抗加熱蒸着法によって、厚さ10nm、内部応力7MPaとなるように成膜した。また、封止補助層の材料の分子量は940である。
対向電極であるITO上に封止補助層として、化学式6で示す材料を抵抗加熱蒸着法によって、厚さ10nm、内部応力8MPaとなるように成膜した。また、封止補助層の材料の分子量は798である。
対向電極であるITO上に封止補助層として、化学式7で示す材料を抵抗加熱蒸着法によって、厚さ10nm、内部応力10MPaとなるように成膜した。また、封止補助層の材料の分子量は360である。
封止補助層の材料の分子量が360である試料は、分子量が小さく、耐久性が僅かに低下するため、封止補助層の感度低下の判定が「○」であった。
分子量が小さすぎると、一般的にガラス転移温度も低くなり、耐久性が低下することによって数画素に亘る感度低下が生じやすくなる。ガラス転移温度に起因する耐久性の低下を考慮した場合には、封止補助層の材料の分子量は450以上とすることが好ましい。
対向電極であるITO上に封止補助層として、酸化アルミニウム(Al2O3)をALD法によって、成膜温度200℃、厚さ10nm、内部応力45MPaとなるように成膜した。
対向電極であるITO上に封止補助層として、Al2O3をALD法によって、成膜温度180℃、厚さ10nm、内部応力40MPaとなるように成膜した。
対向電極であるITO上に封止補助層として、Al2O3をALD法によって、成膜温度150℃、厚さ10nm、内部応力32MPaとなるように成膜した。
対向電極であるITO上に封止補助層として、Al2O3をALD法によって、成膜温度125℃、厚さ10nm、内部応力30MPaとなるように成膜した。
対向電極であるITO上に封止補助層として、Al2O3をALD法によって、成膜温度75℃、厚さ10nm、内部応力10MPaとなるように成膜した。
対向電極であるITO上に封止補助層として、Al2O3をALD法によって、成膜温度45℃、厚さ10nm、内部応力11MPaとなるように成膜した。
(1)基板上方に二次元状に配列された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された封止補助層と、を備える撮像素子であって、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含み、
前記封止補助層は、真空蒸着法又はCVDで形成された膜であり、厚さが5nm以上で、内部応力が100MPa以下である撮像素子。
(2)(1)に記載の撮像素子であって、
前記封止補助層が酸化アルミニウムを含む撮像素子。
(3)(1)又は(2)に記載の撮像素子であって、
前記封止補助層を形成するときの成膜温度が75℃以上、200℃以下である撮像素子。
(4)(1)に記載の撮像素子であって、
前記封止補助層が有機材料を含み、該有機材料の分子量が450以上、1300以下である撮像素子。
(5)(1)から(4)のいずれか1つに記載の撮像素子であって
前記封止膜は、前記封止補助層上に第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順で積層したものであり、前記応力緩和層は前記第1の層及び前記第3の層である撮像素子。
(6)(5)に記載の撮像素子であって、
前記封止膜の前記第1の層が酸窒化ケイ素を含む撮像素子。
(7)基板上方に二次元状に配列された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された厚さが5nm以上であって、内部応力が100MPa以下である封止補助層と、を備え、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含む撮像素子の製造方法であって、
前記上部電極上に、真空蒸着法又はCVDによって、前記封止補助層を形成し、該封止補助層上に前記封止膜を形成する撮像素子の製造方法。
(8)(7)に記載の撮像素子の製造方法であって、
前記封止補助層を酸化アルミニウムの蒸着によって形成するときの成膜温度が75℃以上、200℃以下である撮像素子の製造方法。
(9)(7)又は(8)に記載の撮像素子の製造方法であって、
前記封止補助層を原子層堆積法で形成する撮像素子の製造方法。
101 基板
104 画素電極
107 有機膜
108 対向電極
109 封止補助層
110 封止膜
Claims (5)
- 基板上方に二次元状に配列された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された封止補助層と、を備える撮像素子であって、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含み、
前記封止膜は、前記封止補助層上に第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順で積層したものであり、前記応力緩和層は前記第1の層及び前記第3の層であり、
前記封止補助層は、真空蒸着法又はCVDで形成された膜であり、厚さが5nm以上で、内部応力が100MPa以下であり、
前記封止補助層を形成するときの成膜温度が75℃以上、200℃以下である撮像素子。 - 基板上方に二次元状に配列された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された封止補助層と、を備える撮像素子であって、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含み、
前記封止膜は、前記封止補助層上に第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順で積層したものであり、前記応力緩和層は前記第1の層及び前記第3の層であり、
前記封止補助層は、真空蒸着法又はCVDで形成された膜であり、厚さが5nm以上で、内部応力が100MPa以下であり、
前記封止補助層が有機材料を含み、該有機材料の分子量が450以上、1300以下である撮像素子。 - 請求項1又は2に記載の撮像素子であって、
前記封止膜の前記第1の層が酸窒化ケイ素を含む撮像素子。 - 基板上方に二次元状に配列された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極の上方に、各下部電極と対向して配置された上部電極と、
前記複数の下部電極と前記上部電極との間に配置された光電変換層と、
前記上部電極の上方に配置され、該上部電極を覆う封止膜と、
前記上部電極と前記封止膜との間に配置された厚さが5nm以上であって、内部応力が100MPa以下である封止補助層と、を備え、
前記封止膜が複数の層で構成され、該封止膜全体の膜応力を緩和する応力緩和層を含む撮像素子の製造方法であって、
前記封止膜は、前記封止補助層上に第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順で積層したものであり、前記応力緩和層は前記第1の層及び前記第3の層であり、
前記上部電極上に、真空蒸着法又はCVDによって、75℃以上、200℃以下の成膜温度で前記封止補助層を形成し、該封止補助層上に前記封止膜を形成する撮像素子の製造方法。 - 請求項4に記載の撮像素子の製造方法であって、
前記封止補助層を原子層堆積法で形成する撮像素子の製造方法。
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