JP5866248B2 - Solid-state image sensor - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
- H10K39/30—Devices controlled by radiation
- H10K39/32—Organic image sensors
Description
本発明は、受光した光に応じて電荷を生成する有機層（光電変換層）を有し、可視光像を電気信号に変換する撮像素子に関する。 The present invention relates to an imaging device that has an organic layer (photoelectric conversion layer) that generates charges in response to received light and converts a visible light image into an electrical signal.
テジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、内視鏡用カメラ等に利用されているイメージセンサとして、シリコン（Ｓｉ）チップなどの半導体基板にフォトダイオードを含む画素を配列し、各画素のフォトダイオードで発生した光電子に対応する信号電荷をＣＣＤ型やＣＭＯＳ型読出し回路で取得する、固体撮像素子（所謂ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）が広く知られている。 As an image sensor used for a digital still camera, a digital video camera, a mobile phone camera, an endoscope camera, etc., pixels including photodiodes are arranged on a semiconductor substrate such as a silicon (Si) chip, Solid-state imaging devices (so-called CCD sensors and CMOS sensors) that acquire signal charges corresponding to photoelectrons generated in a photodiode with a CCD type or CMOS type readout circuit are widely known.
近年、有機材料を用いた、受光した光に応じて電荷を生成する有機光電変換層を有する固体撮像素子が検討されている。
有機光電変換層を有する固体撮像素子は、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る保護膜と、カラーフィルタ等とで構成される。
In recent years, a solid-state imaging device using an organic material and having an organic photoelectric conversion layer that generates a charge in response to received light has been studied.
A solid-state imaging device having an organic photoelectric conversion layer is formed on 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 an organic photoelectric conversion layer. The counter electrode (upper electrode), a protective film formed on the counter electrode, a color filter, and the like.
固体撮像素子においては、画素電極と対向電極との間にバイアス電圧を印加することで、有機光電変換層内で発生した励起子が電子と正孔に解離して、バイアス電圧に従って画素電極に移動した電子又は正孔の電荷に応じた信号が、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の信号読出し回路で取得される。 In a solid-state imaging device, by applying a bias voltage between the pixel electrode and the counter electrode, excitons generated in the organic photoelectric conversion layer dissociate into electrons and holes, and move to the pixel electrode according to the bias voltage. A signal corresponding to the charge of the electron or hole is acquired by a CCD or CMOS type signal readout circuit.
ところが近年の固体撮像素子においては画素サイズが１μｍ程度まで小さくなってきており、サイズダウンによる感度劣化が問題になっている。そのため例えば裏面照射型の素子が開発されている。ところが裏面照射型素子は製造工程が難しくなるために歩留が低く、コストが高いことが問題となっている。 However, in recent solid-state imaging devices, the pixel size has been reduced to about 1 μm, and sensitivity deterioration due to size reduction has become a problem. Therefore, for example, back-illuminated elements have been developed. However, the back-illuminated device has a problem in that the manufacturing process becomes difficult, so the yield is low and the cost is high.
そのため各社共、別の手法で感度向上を図っている。例えば特許文献１では、マイクロレンズの中心部の屈折率を周辺部より高くすることで集光効率を上げる構造が開示されている。また特許文献２や特許文献３では、カラーフィルタを形成する前の平坦化膜に高屈折率材料を用い、受光部までの光導波効率を高くして感度向上を図る構造が開示されている。 Therefore, each company is trying to improve sensitivity using different methods. For example, Patent Document 1 discloses a structure in which the light collection efficiency is increased by making the refractive index of the central portion of the microlens higher than that of the peripheral portion. Patent Documents 2 and 3 disclose a structure in which a high refractive index material is used for the planarizing film before forming the color filter, and the optical waveguide efficiency up to the light receiving portion is increased to improve the sensitivity.
特許文献１、２および３等により集光効率、導波効率等による感度向上が図られているが、いずれも製造工程が複雑になり、十分な低コスト化が図れないという問題がある。 Patent Documents 1, 2 and 3 and the like attempt to improve sensitivity by condensing efficiency, waveguide efficiency, and the like, but all have a problem that the manufacturing process becomes complicated and sufficient cost cannot be reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、低コストでより高い感度を達成する構造を備えた撮像素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an image pickup device having a structure that achieves higher sensitivity at low cost.
本発明の固体撮像素子は、同一平面上に２次元状に複数配列されてなる光電変換素子と、
前記光電変換素子上に形成された透明な保護膜と、
前記保護膜に接して該保護膜上に形成されたカラーフィルタとを有し、
前記カラーフィルタの屈折率が該カラーフィルタ下の前記保護膜の屈折率とほぼ同じ大きさであることを特徴とするものである。
The solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements that are two-dimensionally arranged on the same plane,
A transparent protective film formed on the photoelectric conversion element;
A color filter formed on the protective film in contact with the protective film;
The refractive index of the color filter is approximately the same as the refractive index of the protective film under the color filter.
ここで、「前記カラーフィルタの屈折率が該カラーフィルタ下の前記保護膜の屈折率とほぼ同じ大きさ」とは、両者の屈折率差が０．０１未満であることをいうものとする。
また、「透明な」とは光電変換層で受光すべき波長の光に対して透明であることを意味し、透明とはその波長の光に対する透過率が６０％以上であることをいうものとする。
Here, “the refractive index of the color filter is approximately the same as the refractive index of the protective film under the color filter” means that the refractive index difference between them is less than 0.01.
Further, “transparent” means transparent to light having a wavelength to be received by the photoelectric conversion layer, and transparent means that the transmittance for light having the wavelength is 60% or more. To do.
本発明の固体撮像素子において、前記カラーフィルタ層の屈折率を制御するために、前記カラーフィルタ層中に所定の屈折率を有する屈折率制御微粒子が含むものとすることができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, in order to control the refractive index of the color filter layer, refractive index control fine particles having a predetermined refractive index may be included in the color filter layer.
前記屈折率制御微粒子として金属酸化物からなる微粒子を用いることが好ましい。 It is preferable to use fine particles made of a metal oxide as the refractive index control fine particles.
本発明の固体撮像素子は、カラーフィルタの屈折率をその直下の保護膜の屈折率とほぼ同じ大きさとしていることから、入射光がカラーフィルタを透過して保護膜に入射する際の光量ロスをより低減することができ、結果として、光電変換素子への集光効率を向上させることができ、感度の向上を図ることができる。
また、本発明の固体撮像素子は、裏面照射型素子のように製造工程を難しくすることなく製造することができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, since the refractive index of the color filter is almost the same as the refractive index of the protective film immediately below, the light amount loss when incident light passes through the color filter and enters the protective film. As a result, the light collection efficiency to the photoelectric conversion element can be improved, and the sensitivity can be improved.
Moreover, the solid-state imaging device of the present invention can be manufactured without making the manufacturing process difficult unlike the back-illuminated device.
以下、図面を参照して本発明の撮像素子を詳細に説明する。 Hereinafter, an image sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態の固体撮像素子の一部を示す模式的断面図である。
図１に示すように、固体撮像素子１０は、半導体回路基板１１と、半導体回路基板１１上に形成された複数の画素電極（下部電極）１２と、複数の画素電極１２上に連続して形成された有機材料からなる光電変換層１４と、光電変換層１４上に形成された、複数の画素電極に対向する対向電極であり、単一層として設けられた共通電極（上部電極）１６とを備えている。また、上部電極１６の上には透明な絶縁層からなる保護膜１８が積層されており、この保護膜１８上に、２色以上（本実施形態においては３色）のカラーフィルタ２１（２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ）と各色のカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを隔てて分離する透明な隔壁２２とからなるカラーフィルタ層ＣＦが設けられ、さらにカラーフィルタ層ＣＦ上にはオーバーコート層２８が設けられている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a part of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 10 is continuously formed on a semiconductor circuit substrate 11, a plurality of pixel electrodes (lower electrodes) 12 formed on the semiconductor circuit substrate 11, and the plurality of pixel electrodes 12. And a common electrode (upper electrode) 16 provided as a single layer, which is a counter electrode facing the plurality of pixel electrodes, formed on the photoelectric conversion layer 14, and formed as a single layer. ing. Further, a protective film 18 made of a transparent insulating layer is laminated on the upper electrode 16, and the color filters 21 (21 r, 21 r, 2 colors or more (3 colors in the present embodiment) of two colors or more are formed on the protective film 18. 21g, 21b) and a transparent partition wall 22 separating the color filters 21r, 21g, 21b for each color, and an overcoat layer 28 is provided on the color filter layer CF. Yes.
画素電極１２が、半導体回路基板１１上に２次元状に多数配置されており、１つの画素電極１２と該画素電極１２上に光電変換層１４および上部電極１６により１つの光電変換素子１７（１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ）が構成される。そして、１つの光電変換素子１７（１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ）を備えた画素２０（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）が２次元状に配列されて固体撮像素子１０が構成されている。
なお、画素電極１２と光電変換層１４との間および上部電極１６と光電変換層１４との間には、電荷ブロッキング層等の他の層が形成されていてもよい。
A large number of pixel electrodes 12 are two-dimensionally arranged on the semiconductor circuit substrate 11, and one photoelectric conversion element 17 (17 r) is formed on one pixel electrode 12 and the photoelectric conversion layer 14 and the upper electrode 16 on the pixel electrode 12. 17g, 17b). The pixels 20 (20R, 20G, 20B) including one photoelectric conversion element 17 (17r, 17g, 17b) are two-dimensionally arranged to constitute the solid-state imaging element 10.
Note that another layer such as a charge blocking layer may be formed between the pixel electrode 12 and the photoelectric conversion layer 14 and between the upper electrode 16 and the photoelectric conversion layer 14.
以下、各構成要素についての詳細を説明する。 Details of each component will be described below.
（半導体回路基板）
半導体回路基板１１は、ｎ型シリコン基板１（以下、単に基板１とする。）の表面にｐ型のウェル領域２を備え、ウェル領域２にはｎ型の不純物拡散領域３が複数形成されている。不純物拡散領域３は、回路基板１１上に形成される画素電極１２と対応して二次元アレイ状に形成されている。また、ウェル領域２の表面において、不純物拡散領域３の近傍には、該不純物拡散領域３に蓄積した電荷に応じた信号を出力する信号読出し部４が設けられている。
(Semiconductor circuit board)
The semiconductor circuit substrate 11 includes a p-type well region 2 on the surface of an n-type silicon substrate 1 (hereinafter simply referred to as the substrate 1), and a plurality of n-type impurity diffusion regions 3 are formed in the well region 2. Yes. The impurity diffusion region 3 is formed in a two-dimensional array corresponding to the pixel electrode 12 formed on the circuit substrate 11. In addition, on the surface of the well region 2, in the vicinity of the impurity diffusion region 3, a signal reading unit 4 that outputs a signal corresponding to the charge accumulated in the impurity diffusion region 3 is provided.
信号読出し部４は、不純物拡散領域３に蓄積された電荷を電圧信号に変換して出力する回路であって、例えば公知のＣＣＤやＣＭＯＳ回路によって構成することができる。 The signal reading unit 4 is a circuit that converts the charge accumulated in the impurity diffusion region 3 into a voltage signal and outputs the voltage signal, and can be configured by, for example, a known CCD or CMOS circuit.
さらに、基板１のウェル領域２が形成された表面上に絶縁層５が積層されている。絶縁層５の上には、平面視略矩形状の画素電極１２が複数、所定の間隔で配列形成されている。各画素電極１２は、絶縁層５を貫通するように形成された導電性材料からなる接続部６を介して、基板１の不純物拡散領域３に電気的に接続されている。 Further, an insulating layer 5 is laminated on the surface of the substrate 1 where the well region 2 is formed. On the insulating layer 5, a plurality of pixel electrodes 12 having a substantially rectangular shape in plan view are arrayed at a predetermined interval. Each pixel electrode 12 is electrically connected to the impurity diffusion region 3 of the substrate 1 through a connection portion 6 made of a conductive material so as to penetrate the insulating layer 5.
撮像素子１０は、光電変換層１４に光が入射されると、光電変換層１４で発生した電荷（正孔及び電子）のうち、例えば、正孔を上部電極１６に移動させ、電子を画素電極１２に移動させるように、画素電極１２及び上部電極１６間には、図示しない電圧供給部によってバイアス電圧が印加される。この場合、上部電極１６を正孔捕集電極とし、画素電極１２を電子捕集電極としている。 When light enters the photoelectric conversion layer 14, the imaging element 10 moves, for example, holes from the charges (holes and electrons) generated in the photoelectric conversion layer 14 to the upper electrode 16, and transfers the electrons to the pixel electrode. 12, a bias voltage is applied between the pixel electrode 12 and the upper electrode 16 by a voltage supply unit (not shown). In this case, the upper electrode 16 is a hole collecting electrode and the pixel electrode 12 is an electron collecting electrode.
（電極）
上部電極１６及び画素電極１２は、光電変換層１４との密着性や、電子親和力や、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。
(electrode)
The upper electrode 16 and the pixel electrode 12 are selected in consideration of adhesion to the photoelectric conversion layer 14, electron affinity, ionization potential, stability, and the like.
上部電極１６及び画素電極１２の作製には、その材料によって種々の方法が用いられるが、例えばＩＴＯの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法（ゾルーゲル法など）、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で膜形成される。ＩＴＯの場合、ＵＶ−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。 Various methods are used to manufacture the upper electrode 16 and the pixel electrode 12 depending on the material. For example, in the case of ITO, an electron beam method, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, a chemical reaction method (sol-gel method, etc.), an oxidation method, and the like. A film is formed by a method such as application of a dispersion of indium tin. In the case of ITO, UV-ozone treatment, plasma treatment, etc. can be performed.
上部電極１６は、光電変換層１４に光を入射させる必要があるため、入射光（可視光）に対して透明な導電性材料で構成されている。ここで、上部電極１６は、例えば波長が約４２０ｎｍ〜約６６０ｎｍの範囲の可視光波長において、光透過率が６０％以上であることが好ましく、より好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上であり、さらには９５％以上であることがより好ましい。 The upper electrode 16 is made of a conductive material that is transparent to incident light (visible light) because it is necessary to make light incident on the photoelectric conversion layer 14. Here, the upper electrode 16 preferably has a light transmittance of 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more at a visible light wavelength in a range of about 420 nm to about 660 nm, for example. And more preferably 95% or more.
上部電極１６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、などが挙げられる。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 upper electrode 16 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 is ITO.
また、上部電極は、厚さが５〜３０ｎｍであることが好ましい。上部電極を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、上部電極の膜厚が３０ｎｍを超えると、上部電極と画素電極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。上部電極を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 upper electrode preferably has a thickness of 5 to 30 nm. By making the upper electrode 5 nm or more in thickness, the lower layer can be sufficiently covered, and uniform performance can be obtained. On the other hand, when the film thickness of the upper electrode exceeds 30 nm, the upper electrode and the pixel electrode are locally short-circuited, and the dark current may increase. By making the upper electrode 30 nm or less in thickness, it is possible to suppress the occurrence of a local short circuit.
画素電極１２は、対向する上部電極との間にある光電変換層１４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。画素電極の材料としては、導電性材料であればよく、透明である必要はない。具体的には、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。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。一方、画素電極１２の下方の基板１側にも光を透過させることが必要な構成とする場合には、画素電極１２も透明電極材料で構成することが必要となる。このとき、画素電極１２の透明電極材料としては、上部電極１６と同様に、ＩＴＯを用いることが好ましい。 The pixel electrode 12 is a charge collecting electrode for collecting charges generated in the photoelectric conversion layer 14 between the opposing upper electrodes. The material for the pixel electrode may be a conductive material and need not be transparent. Specific examples include metals, metal oxides, metal nitrides, metal borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. A particularly preferable material is any material of titanium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride, and tungsten nitride. On the other hand, when it is necessary to transmit light also to the substrate 1 side below the pixel electrode 12, the pixel electrode 12 also needs to be made of a transparent electrode material. At this time, as the transparent electrode material of the pixel electrode 12, it is preferable to use ITO similarly to the upper electrode 16.
なお、本実施形態においては、画素電極１２は、絶縁層５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５の表面部に埋設された構成でもよい。 In the present embodiment, the pixel electrode 12 is configured to be formed on the surface of the insulating layer 5, but is not limited thereto, and may be configured to be embedded in the surface portion of the insulating layer 5.
（光電変換層）
光電変換層１４は、光を吸収して電荷を生じる有機材料または無機材料を含むものである。無機材料からなる光電変換層としては、アモルファスシリコン膜が挙げられる。
光電変換層１４を構成する有機材料としては、例えば電子写真の感光材料に用いられているような、様々な有機半導体材料を用いることができる。その中でも、高い光電変換性能を有すること、分光する際の色分離に優れていること、長時間の光照射に対する耐久性が高いこと、真空蒸着を行いやすいこと、等の観点から、キナクリドン骨格を含む材料やフタロシアニン骨格を含む有機材料が特に好ましい。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer 14 includes an organic material or an inorganic material that absorbs light and generates a charge. An example of the photoelectric conversion layer made of an inorganic material is an amorphous silicon film.
As the organic material constituting the photoelectric conversion layer 14, various organic semiconductor materials such as those used for electrophotographic photosensitive materials can be used. Among them, the quinacridone skeleton is selected from the viewpoints of having high photoelectric conversion performance, excellent color separation at the time of spectroscopy, high durability against long-time light irradiation, and easy vacuum deposition. Particularly preferred are materials containing and organic materials containing a phthalocyanine skeleton.
有機材料による光電変換層１４は、厚みが０．１μｍから１．０μｍの範囲となるように成膜される。光電変換層１４の層厚は薄いほどイメージセンサの混色には有効となるが、光吸収とのトレードオフがあり、実質的には０．５μｍ程度が最適な層厚となる。 The photoelectric conversion layer 14 made of an organic material is formed to have a thickness in the range of 0.1 μm to 1.0 μm. The thinner the photoelectric conversion layer 14 is, the more effective the color mixing of the image sensor is. However, there is a trade-off with light absorption, and the optimum layer thickness is substantially about 0.5 μm.
光電変換層１４を構成する有機材料は、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。例えば、ｐ型有機型半導体及びｎ型有機半導体として、それぞれキナクリドン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、及びフルオランテン誘導体のいずれかを特に好ましく用いることができる。 The organic material constituting the photoelectric conversion layer 14 preferably includes at least one of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. For example, as the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor, any of quinacridone derivatives, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, and fluoranthene derivatives can be particularly preferably used.
光電変換層１４を有機材料で構成すれば、シリコン基板などに形成したフォトダイオードを光電変換部として用いる構成に比べて、可視光に対する光吸収係数が大きい。このため、光電変換層１４に入射した光が吸収されやすくなる。この性質によれば、光電変換層１４に斜めに入射した光も隣接する画素部へ漏れにくくなり、画素部で光電変換されることになり、透過効率の向上とクロストークの抑制を図ることができる。 If the photoelectric conversion layer 14 is made of an organic material, the light absorption coefficient with respect to visible light is larger than a structure using a photodiode formed on a silicon substrate or the like as a photoelectric conversion portion. For this reason, the light incident on the photoelectric conversion layer 14 is easily absorbed. According to this property, light obliquely incident on the photoelectric conversion layer 14 is less likely to leak to the adjacent pixel portion, and is photoelectrically converted at the pixel portion, thereby improving transmission efficiency and suppressing crosstalk. it can.
（保護膜）
保護膜１８は絶縁性材料から構成され、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）またはこれらの混合膜などから構成することができる。
(Protective film)
The protective film 18 is made of an insulating material, and can be made of, for example, aluminum oxide (AlOx), silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiON), or a mixed film thereof.
特に、光電変換層が有機材料を含むものである場合、保護膜１８は有機層を水分子、酸素などの劣化因子から保護する機能を担うものである。保護膜１８により、撮像素子１０の各製造工程において、有機溶媒等の溶液、プラズマなど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を保護する。また、撮像素子１０の製造後に、水分子、酸素など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、有機層の劣化を防止する。また、入射光（可視光）は、保護膜１８を通じて光電変換層１４に到達する。このため、保護膜１８は、光電変換素子１７で検知する波長の光、例えば、可視光に対して透明である。保護膜１８は、光透過率が６０％以上であることが好ましく、より好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上であり、さらには９５％以上であることがより好ましい。 In particular, when the photoelectric conversion layer includes an organic material, the protective film 18 has a function of protecting the organic layer from deterioration factors such as water molecules and oxygen. The protective film 18 protects the organic layer by preventing entry of factors that degrade the organic photoelectric conversion material contained in a solution such as an organic solvent or plasma in each manufacturing process of the imaging element 10. In addition, after the image pickup device 10 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 is prevented during long-term storage and long-term use. Further, incident light (visible light) reaches the photoelectric conversion layer 14 through the protective film 18. For this reason, the protective film 18 is transparent to light having a wavelength detected by the photoelectric conversion element 17, for example, visible light. The protective film 18 preferably has a light transmittance of 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and even more preferably 95% or more.
本実施形態において、保護膜１８は、膜厚が５０〜５００ｎｍである。
保護膜１８の厚さが５０ｎｍを下回るとバリア性の低下や、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１８の厚さが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。なお、例えば、画素寸法が２μｍ未満、特に１μｍ程度の撮像素子１０において、カラーフィルタ層ＣＦと光電変換層との距離、すなわち、保護膜１８の膜厚が厚いと、保護膜１８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１８は薄い方が好ましい。
In the present embodiment, the protective film 18 has a thickness of 50 to 500 nm.
When the thickness of the protective film 18 is less than 50 nm, there is a possibility that the barrier property is lowered and the resistance of the color filter to the developer is lowered. On the other hand, if the thickness of the protective film 18 exceeds 500 nm, it is difficult to suppress color mixing when the pixel size is less than 1 μm. For example, in the imaging device 10 having a pixel size of less than 2 μm, particularly about 1 μm, if the distance between the color filter layer CF and the photoelectric conversion layer, that is, the thickness of the protective film 18 is large, the incident light in the protective film 18 is incident. There is a risk that the influence of the oblique incidence component of light (visible light) becomes large and color mixing occurs. For this reason, it is preferable that the protective film 18 is thin.
（カラーフィルタ層）
図１に示すように、カラーフィルタ層ＣＦは、それぞれ異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタを有する。ここでは、カラーフィルタ層ＣＦは赤／青／緑色の顔料、もしくは染料の入った有機材料によるカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂが画素毎に（各画素電極に対向する位置に）配置され、各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ間にはカラーフィルタ材料よりも屈折率が小さな透明材料で構成される隔壁２２が設けられている。隔壁２２は、保護膜１８上のカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ同士の間に設けられており、各カラーフィルタの光透過効率を向上させるためのものである。カラーフィルタ層ＣＦは、例えば、フォトリソグラフィ法により形成される。
(Color filter layer)
As shown in FIG. 1, the color filter layer CF includes a plurality of color filters that transmit light of different wavelengths. Here, in the color filter layer CF, color filters 21r, 21g, and 21b made of an organic material containing red / blue / green pigments or dyes are arranged for each pixel (at positions facing each pixel electrode), and each color A partition wall 22 made of a transparent material having a refractive index smaller than that of the color filter material is provided between the filters 21r, 21g, and 21b. The partition wall 22 is provided between the color filters 21r, 21g, and 21b on the protective film 18, and is for improving the light transmission efficiency of each color filter. The color filter layer CF is formed by, for example, a photolithography method.
カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂは、それぞれ異なる波長の光を透過するものであり、カラーフィルタ２１ｒは、入射光のうち赤色の波長の光を透過する構成を有するＲ光カラーフィルタとして機能する。同様にカラーフィルタ２１ｇは、入射光のうち緑色の波長の光を透過する構成を有するＧ光カラーフィルタとして、カラーフィルタ２１ｂは、入射光のうち青色の波長の光を透過する構成を有するＢ光カラーフィルタとして機能する。 The color filters 21r, 21g, and 21b transmit light of different wavelengths, and the color filter 21r functions as an R light color filter having a configuration that transmits light of red wavelength among incident light. Similarly, the color filter 21g is a G light color filter having a configuration that transmits green light of incident light, and the color filter 21b is a B light having a configuration of transmitting blue light of incident light. Functions as a color filter.
複数のカラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、各画素部にいずれか１つが含まれ、画素部の配列に応じてベイヤー配列などのカラーパターンで配列されている。複数のカラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂの配列はこの構成例で説明するベイヤー配列に限定されず、任意に変更可能である。白（Ｗ）光カラーフィルタを備えていてもよい。 Any one of the plurality of color filters 21r, 21g, and 21b is included in each pixel portion, and is arranged in a color pattern such as a Bayer arrangement according to the arrangement of the pixel portions. The arrangement of the plurality of color filters 21r, 21g, and 21b is not limited to the Bayer arrangement described in this configuration example, and can be arbitrarily changed. A white (W) light color filter may be provided.
カラーフィルタの屈折率は赤青緑の各色で異なり、また入射光の波長によっても異なるものであるが、カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂのいずれも入射光波長（少なくともその可視光域の波長（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に対し１．５〜１．８の範囲内の屈折率を有する。 The refractive index of the color filter is different for each color of red, blue, and green, and also varies depending on the wavelength of incident light. However, any of the color filters 21r, 21g, and 21b has an incident light wavelength (at least a wavelength in the visible light region (400 nm). With a refractive index in the range of 1.5 to 1.8.
カラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを互いに分離するための隔壁２２は、図３に示す平面視においては、略格子状に形成され、各カラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂそれぞれを個別に囲うように形成されている。 The partition walls 22 for separating the color filters 21r, 21g, and 21b from each other are formed in a substantially lattice shape in a plan view shown in FIG. 3, and are formed so as to individually surround the color filters 21r, 21g, and 21b. ing.
各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの間隔に相当する隔壁２２の幅ｔは０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲内にあり、その屈折率は１．２２〜１．３４の範囲内にある。隔壁２２の屈折率は低い程イメージセンサとしての特性は向上するが、あまり低い材料を用いると膜としての脆弱性が問題となることから実効的には１．２８〜１．３０程度の材料を用いることが望ましい。 The width t of the partition wall 22 corresponding to the distance between the color filters 21r, 21g, and 21b is in the range of 0.05 μm to 0.2 μm, and the refractive index thereof is in the range of 1.22 to 1.34. The lower the refractive index of the partition wall 22, the better the characteristics as an image sensor. However, if a very low material is used, the vulnerability as a film becomes a problem, so a material of about 1.28 to 1.30 is effectively used. It is desirable to use it.
なお、各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの屈折率が、それぞれ保護膜の各フィルタを透過する光波長に対する屈折率と略同じ大きさとなるように、それぞれ屈折率制御微粒子２５、２６が混入されている。カラーフィルタと保護膜の屈折率の詳細については後述する。 The refractive index control fine particles 25 and 26 are mixed so that the refractive indexes of the color filters 21r, 21g, and 21b are approximately the same as the refractive index with respect to the light wavelength that passes through the filters of the protective film. Yes. Details of the refractive indexes of the color filter and the protective film will be described later.
（オーバーコート層）
オーバーコート層２８は、カラーフィルタ層ＣＦを後工程等から保護するためのものであり、カラーフィルタ層ＣＦを覆うようにして形成されている。
(Overcoat layer)
The overcoat layer 28 is for protecting the color filter layer CF from subsequent processes and is formed so as to cover the color filter layer CF.
オーバーコート層２８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、弗素樹脂などのような高分子材料や、酸化珪素、窒化珪素のような無機材料を適宜使用できる。ポリスチレン系など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２８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、絶縁層など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２８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２８を反射防止層として使用することも可能であり、カラーフィルタ層ＣＦ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２８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。 For the overcoat layer 28, a polymer material such as an acrylic resin, a polysiloxane resin, a polystyrene resin, or a fluorine resin, or an inorganic material such as silicon oxide or silicon nitride can be used as appropriate. When a photosensitive resin such as polystyrene is used, the overcoat layer 28 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. In particular, it is preferable that the overcoat layer 28 itself is processed as a microlens. On the other hand, it is possible to use the overcoat layer 28 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 layer CF. 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 28 can be configured to have two or more layers in combination of the above materials.
以下、保護膜とカラーフィルタについてより詳細に説明する。 Hereinafter, the protective film and the color filter will be described in more detail.
ここでは、各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの屈折率がその直下の保護膜１８ｒ、１８ｇ、１８ｂの屈折率とほぼ同等となるように制御されていることを特徴とする。
保護膜１８自体は全画素に同一材料で共通して形成されるものであるが、屈折率は一般に波長依存性があり、入射光の波長が異れば屈折率も異なる。各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ直下の保護膜１８の屈折率とは、それぞれの領域１８ｒ、１８ｇ、１８ｂにおける各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを透過した光の波長に対する屈折率をいう。なお、通常、各カラーフィルタを透過する光の波長にはある程度の幅があるので、この場合には、各カラーフィルタを透過する波長域のほぼ中心となる波長に対する屈折率を用いる。具体的には、例えば青色帯を４５０ｎｍ、緑色帯を５３０ｎｍ、赤色帯を６５０ｎｍの各波長に対する屈折率を用いる。
Here, the color filters 21r, 21g, and 21b are controlled so that the refractive indexes of the color filters 21r, 21g, and 21b are substantially equal to the refractive indexes of the protective films 18r, 18g, and 18b immediately below the color filters.
The protective film 18 itself is commonly formed of the same material for all pixels, but the refractive index is generally wavelength-dependent, and the refractive index varies with the wavelength of incident light. The refractive index of the protective film 18 immediately below each color filter 21r, 21g, 21b refers to the refractive index with respect to the wavelength of the light transmitted through each color filter 21r, 21g, 21b in each region 18r, 18g, 18b. In general, the wavelength of light transmitted through each color filter has a certain width, and in this case, a refractive index with respect to a wavelength that is substantially at the center of a wavelength range transmitted through each color filter is used. Specifically, for example, the refractive index for each wavelength of 450 nm for the blue band, 530 nm for the green band, and 650 nm for the red band is used.
以下、保護膜１８としてＳｉＯＮを用いた場合について検討する。
カラーフィルタは一般的にはカラーレジストを紫外線にて露光・現
像することにより形成する。カラーレジストは各色の顔料、光硬化樹脂、粘度調整材等より構成されるが、露光、現像してパターン形成後のカラーフィルタの屈折率は主成分となる顔料と光硬化樹脂とで決まる。
Hereinafter, a case where SiON is used as the protective film 18 will be considered.
The color filter is generally formed by exposing and developing a color resist with ultraviolet rays. The color resist is composed of a pigment of each color, a photocurable resin, a viscosity adjusting material, and the like. The refractive index of the color filter after patterning by exposure and development is determined by the main component pigment and the photocurable resin.
図２に屈折率制御前の各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタ、及び保護膜に用いるＳｉＯＮの屈折率波長依存性を示す。屈折率制御前のカラーフィルタの屈折率はおおむね１．５〜２．０の範囲でいずれも大きな波長依存性を有している。これに対しＳｉＯＮは波長に対し若干の変化を見せるものの、屈折率は１．７５〜１．７８の範囲にありカラーフィルタに較べればその変化量が小さい。 FIG. 2 shows the refractive index wavelength dependency of the color filters (R, G, B) before refractive index control and SiON used for the protective film. The refractive index of the color filter before the refractive index control has a large wavelength dependence in the range of about 1.5 to 2.0. On the other hand, although SiON shows a slight change with respect to the wavelength, the refractive index is in the range of 1.75 to 1.78, and its change is small compared to the color filter.
ここで問題となるのが保護膜とカラーフィルタとの屈折率差である。光は屈折率の異なる物質の境界面を通過する際に光の一部が反射する。すなわち、保護膜とカラーフィルタとの屈折率差が大きいと、その分両者の界面で光の一部が反射し、撮像素子においては感度低下の原因となる。 The problem here is the difference in refractive index between the protective film and the color filter. A part of the light is reflected when the light passes through the boundary surfaces of substances having different refractive indexes. That is, if the refractive index difference between the protective film and the color filter is large, a part of the light is reflected at the interface between the two, and this causes a decrease in sensitivity in the image sensor.
図２に示すカラーフィルタおよび保護膜の屈折率差による反射損失を演算により求めたものを表１に示す。
表１には、青は波長４５０ｎｍ、緑は波長５３０ｎｍ、赤は波長６５０ｎｍとして、各波長におけるＳｉＯＮの屈折率、図２に示す屈折率制御前の各色カラーフィルタについての透過波長における屈折率、カラーフィルタの屈折率を制御する前の状態で生じる反射損失および、カラーフィルタの屈折率をＳｉＯＮの屈折率と一致させた場合の反射損失を示している。
Table 1 shows the reflection loss due to the refractive index difference between the color filter and the protective film shown in FIG.
In Table 1, the wavelength is 450 nm for blue, the wavelength is 530 nm for green, the wavelength is 650 nm for red, the refractive index of SiON at each wavelength, the refractive index at the transmission wavelength for each color filter before refractive index control shown in FIG. It shows the reflection loss that occurs in the state before controlling the refractive index of the filter, and the reflection loss when the refractive index of the color filter matches the refractive index of SiON.
ここで、カラーフィルタの屈折率をＳｉＯＮの屈折率と一致させた屈折率制御後の反射損失は各色毎に、カラーフィルタの屈折率とそのカラーフィルタを透過した色に対するＳｉＯＮの屈折率とが一致しているとして演算したものである。例えば、青色４５０ｎｍ波長に対するＢカラーフィルタの屈折率が青色に対するＳｉＯＮの屈折率と同じ１．７６９であると仮定して求めた。ここでは、ＳｉＯＮの屈折率の波長依存性に伴い、表１に示す通り、各カラーフィルタの屈折率は短波長側が若干屈折率が大きくなるように設定される。 Here, the reflection loss after the refractive index control in which the refractive index of the color filter is matched with the refractive index of SiON is the same for each color as the refractive index of the color filter and the refractive index of SiON for the color transmitted through the color filter. It is calculated as having done. For example, it was determined on the assumption that the refractive index of the B color filter for the blue wavelength of 450 nm is 1.769, the same as the refractive index of SiON for blue. Here, along with the wavelength dependence of the refractive index of SiON, as shown in Table 1, the refractive index of each color filter is set so that the refractive index slightly increases on the short wavelength side.
表１に示す通り、各カラーフィルタの屈折率をその直下のＳｉＯＮ屈折率と一致させることにより、反射損失をそれぞれ１％以上低減できることが明らかである。 As shown in Table 1, it is clear that the reflection loss can be reduced by 1% or more by matching the refractive index of each color filter with the SiON refractive index immediately below it.
さて、図２に示すように、本例の場合には、青色カラーフィルタおよび赤色カラーフィルタは屈折率を下げるように、緑色カラーフィルタは屈折率を上げるように、それぞれ図中矢印で示す方向に屈折率を制御する。 As shown in FIG. 2, in the case of this example, the blue color filter and the red color filter decrease the refractive index, and the green color filter increases the refractive index. Control the refractive index.
各カラーフィルタの屈折率は、各カラーフィルタを構成するレジストにそれぞれ屈折率制御微粒子を含有させることにより制御することができる。 The refractive index of each color filter can be controlled by including refractive index control fine particles in the resist constituting each color filter.
図１に示すように、屈折率制御微粒子として、青、および赤のレジストには屈折率を小さくするためにそれぞれのレジストよりも低屈折率を有する中空構造の二酸化珪素（ＳｉＯ２）微粒子２５を、緑のレジストには屈折率を高めるために緑レジストよりも高屈折率を有するジルコニウム（ＺｒＯ）微粒子２６を、屈折率がＳｉＯＮと同等になるように混入させればよい。中空構造のＳｉＯ２微粒子２５の屈折率は１．２５、ＺｒＯ微粒子２６の屈折率は２．４０である。例えば、レジストと保護膜との屈折率差の大きい青はＳｉＯ２微粒子２５を屈折率差の小さい赤よりも多く含有させるなど、屈折率制御粒子の含有量により屈折率を制御すればよい。屈折率制御微粒子を含有させることによりカラーフィルタと、その直下の保護膜との屈折率をほぼ一致させることができ、表１に示すように反射損失を低減することができる。 As shown in FIG. 1, as the refractive index control fine particles, the blue and red resists have hollow structure silicon dioxide (SiO 2 ) fine particles 25 having a lower refractive index than the respective resists in order to reduce the refractive index. In order to increase the refractive index, zirconium (ZrO) fine particles 26 having a higher refractive index than that of the green resist may be mixed into the green resist so that the refractive index is equal to that of SiON. The refractive index of the hollow SiO 2 fine particles 25 is 1.25, and the refractive index of the ZrO fine particles 26 is 2.40. For example, blue having a large refractive index difference between the resist and the protective film may contain the SiO 2 fine particles 25 more than red having a small refractive index difference, and the refractive index may be controlled by the content of the refractive index control particles. By including the refractive index control fine particles, the refractive index of the color filter and the protective film immediately below the color filter can be made substantially equal, and the reflection loss can be reduced as shown in Table 1.
屈折率制御微粒子としては、ＳｉＯ２、ＺｒＯ以外にもレジストに対して高屈折率あるいは低屈折率を有する金属酸化物微粒子を用いることができる。
金属酸化物からなる屈折率制御微粒子の平均粒径は１〜２０００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜１００ｎｍ程度である。
屈折率制御微粒子の添加量は１〜３０重量％程度の範囲で変化させることにより屈折率を所望の値に調整することができる。
As the refractive index control fine particles, metal oxide fine particles having a high refractive index or a low refractive index with respect to the resist can be used in addition to SiO 2 and ZrO.
The average particle diameter of the refractive index control fine particles made of a metal oxide is preferably 1 to 2000 nm, more preferably about 10 to 100 nm.
The refractive index can be adjusted to a desired value by changing the addition amount of the refractive index control fine particles in the range of about 1 to 30% by weight.
屈折率を高くするための金属酸化物微粒子材料としては、ジルコニウムの他、アルミニウム、チタン、アンチモン、すず、亜鉛、インジウム、タンタル等の酸化物が挙げられる。
屈折率を低くするための金属酸化物微粒子としては、中空構造の二酸化ケイ素が最も好ましい。
屈折率制御微粒子が金属酸化物からなるものであれば、カラーフィルタの原料となる有機樹脂材料（レジスト）や溶剤等と反応しないので、屈折率の制御が容易である。
Examples of the metal oxide fine particle material for increasing the refractive index include zirconium, oxides such as aluminum, titanium, antimony, tin, zinc, indium, and tantalum.
As the metal oxide fine particles for lowering the refractive index, hollow structure silicon dioxide is most preferable.
If the refractive index control fine particles are made of a metal oxide, the refractive index can be easily controlled because it does not react with an organic resin material (resist), a solvent, or the like, which is a color filter raw material.
屈折率制御微粒子を含むカラーフィルタは、レジスト中に屈折率制御微粒子を混入した材料を用いて通常のカラーフィルタと同様にフォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。したがって、裏面照射型素子のように製造工程を難しくすることなく、低コストで感度向上の効果を得ることができる。
また、カラーフィルタを層内レンズや導波路型に形成する場合と比較しても、製造工程が容易であり、低コスト化を図ることができる。
The color filter containing the refractive index control fine particles can be formed using a material in which the refractive index control fine particles are mixed in the resist, using a photolithography method in the same manner as a normal color filter. Therefore, the effect of improving the sensitivity can be obtained at low cost without making the manufacturing process difficult unlike the back-illuminated type element.
Further, compared with the case where the color filter is formed in an in-layer lens or a waveguide type, the manufacturing process is easy and the cost can be reduced.
以上、本発明の実施形態に係る固体撮像素子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 solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements or modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
従来は、撮像素子について保護膜とカラーフィルタ間における反射損失は着目されていなかった。それに対し、本発明者は撮像素子の感度向上を図る上で、初めて保護膜とカラーフィルタ間における反射損失に着目し、この反射損失を低減する方法として本発明に至ったものである。 Conventionally, the reflection loss between the protective film and the color filter has not been paid attention to in the imaging device. On the other hand, the present inventor has focused on the reflection loss between the protective film and the color filter for the first time in order to improve the sensitivity of the image sensor, and has reached the present invention as a method of reducing this reflection loss.
上記実施形態においては、光電変換素子１７が画素電極、光電変換膜および対向電極からなる構成、特に光電変換膜が有機材料を含有する場合について述べたが、本発明は、光電変換素子がシリコン基板に形成されるシリコンフォトダイオードであっても、同様に、集光効率の向上効果すなわち、感度向上の効果を得ることができる。
また、上記実施形態においてはカラーフィルタを２色以上備えたカラー画像用の固体撮像素子について説明したが、単色のカラーフィルタを備えた白黒画像用の固体撮像素子においても、本発明は同様に適用することができる。
In the said embodiment, although the photoelectric conversion element 17 described the structure which consists of a pixel electrode, a photoelectric conversion film, and a counter electrode, especially the case where a photoelectric conversion film contains an organic material, this invention is a photoelectric conversion element is a silicon substrate. Even in the case of the silicon photodiode formed in the same manner, the effect of improving the light collection efficiency, that is, the effect of improving the sensitivity can be obtained.
In the above-described embodiment, the solid-state image sensor for color images having two or more color filters has been described. However, the present invention is similarly applied to a solid-state image sensor for monochrome images having a single color filter. can do.
本発明の固体撮像素子は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置に用いることができる。更には電子内視鏡および携帯電話機等の撮像モジュール等に搭載して用いることができる。 The solid-state imaging device of the present invention can be used in imaging devices such as digital cameras and digital video cameras. Further, it can be used by being mounted on an imaging module such as an electronic endoscope and a mobile phone.
１０ 固体撮像素子
１１ 半導体回路基板
１２ 下部電極（画素電極）
１４ 有機光電変換層
１６ 上部電極（対向電極）
１７、１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ 光電変換素子
１８ 保護膜
２０、２０Ｒ，２０Ｇ、２０Ｂ 画素
２１、２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ カラーフィルタ
２２ 隔壁
２５、２６ 屈折率制御微粒子
２８ オーバーコート層
ＣＦ カラーフィルタ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid-state image sensor 11 Semiconductor circuit board 12 Lower electrode (pixel electrode)
14 Organic photoelectric conversion layer 16 Upper electrode (counter electrode)
17, 17r, 17g, 17b Photoelectric conversion element 18 Protective film 20, 20R, 20G, 20B Pixel 21, 21r, 21g, 21b Color filter 22 Partition 25, 26 Refractive index control fine particle 28 Overcoat layer CF Color filter layer
Claims (3)
前記光電変換素子上に形成された透明な保護膜と、
前記保護膜に接して該保護膜上に形成された、２色以上のカラーフィルタとを有し、
前記２色以上のカラーフィルタが互いに異なる波長依存性の屈折率を有する異なる主成分を含み、かつ、前記カラーフィルタが屈折率制御微粒子を含み、
前記各カラーフィルタを透過する光波長に対する屈折率と、該各カラーフィルタ下の前記保護膜の、前記光波長に対する屈折率との差が０．０１未満であることを特徴とする固体撮像素子。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally on the same plane;
A transparent protective film formed on the photoelectric conversion element;
Two or more color filters formed on the protective film in contact with the protective film,
The two or more color filters include different main components having different wavelength-dependent refractive indexes, and the color filter includes refractive index control fine particles;
Wherein a refractive index with respect to a light of a wavelength transmitted through each color filter, the said protective layer under each color filter, a solid-state imaging device the difference between the refractive index with respect to the light wavelength and less than 0.01.
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