JPH11103041A - 光電変換装置およびその作製方法 - Google Patents
光電変換装置およびその作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】積層型の光電変換素子の感度を均一に向上させ
る。 【解決手段】信号転送素子１０１と光電変換素子１０２
が積層してなる光電変換装置において、光電変換素子１
０２の下部電極１０４に湾曲部を有させ、均一に光閉じ
込めを行うことによって感度を向上させる。
る。 【解決手段】信号転送素子１０１と光電変換素子１０２
が積層してなる光電変換装置において、光電変換素子１
０２の下部電極１０４に湾曲部を有させ、均一に光閉じ
込めを行うことによって感度を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号転送素子の上
方に光電変換素子を積層してなる光電変換装置に関す
る。特に、光電変換装置の感度向上に関する。
方に光電変換素子を積層してなる光電変換装置に関す
る。特に、光電変換装置の感度向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】光電変換装置は、光電変換素子を有する
装置である。光電変換素子とは、光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する素子と電気エネルギーを光エネルギ
ーに変換する素子である。光電変換素子のうち、光エネ
ルギー（光信号）を電気エネルギー（電気信号）に変換
する素子は、エネルギー発生を目的とした光起電力素子
（太陽電池）と、信号処理を行なうための受光素子とが
ある。この受光素子は、光起電力効果を用いたホトダイ
オード、ホトトランジスタや、光導電効果を用いた光導
電セル等がある。光電変換装置の一つであるイメージセ
ンサは、集積回路技術の進歩により、ホトダイオードや
光導電セルと信号転送素子とを同一素子基板上に集積化
した装置であり、広く用いられるようになってきてい
る。
装置である。光電変換素子とは、光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する素子と電気エネルギーを光エネルギ
ーに変換する素子である。光電変換素子のうち、光エネ
ルギー（光信号）を電気エネルギー（電気信号）に変換
する素子は、エネルギー発生を目的とした光起電力素子
（太陽電池）と、信号処理を行なうための受光素子とが
ある。この受光素子は、光起電力効果を用いたホトダイ
オード、ホトトランジスタや、光導電効果を用いた光導
電セル等がある。光電変換装置の一つであるイメージセ
ンサは、集積回路技術の進歩により、ホトダイオードや
光導電セルと信号転送素子とを同一素子基板上に集積化
した装置であり、広く用いられるようになってきてい
る。
【０００３】光電変換装置に用いられる光電変換素子は
一般に光エネルギー（光信号）を効率よく電気エネルギ
ー（電気信号）に変換するため、様々な工夫がなされて
いる。例えば光電変換素子の電極をテクスチャー構造に
して光電変換素子の中で光を散乱させ、光電変換素子
（太陽電池）のエネルギー発生量を向上させている。し
かしテクスチャー構造の光散乱は確率論的な乱反射であ
るので意識的に制御できず、均一に電気エネルギー（電
気信号）を増すことはできない。
一般に光エネルギー（光信号）を効率よく電気エネルギ
ー（電気信号）に変換するため、様々な工夫がなされて
いる。例えば光電変換素子の電極をテクスチャー構造に
して光電変換素子の中で光を散乱させ、光電変換素子
（太陽電池）のエネルギー発生量を向上させている。し
かしテクスチャー構造の光散乱は確率論的な乱反射であ
るので意識的に制御できず、均一に電気エネルギー（電
気信号）を増すことはできない。
【０００４】光電変換装置のなかでも特に最近注目され
ているのはイメージセンサである。イメージセンサを用
いたデジタルスチルカメラ、カムコーダ等がマルチメデ
ィアの到来に伴って急速に普及しており、イメージセン
サに入った光信号を電気信号に変換する効率（変換効
率）を向上させる試みが盛んになされている。イメージ
センサは同一素子基板の同一平面上に光電変換素子と信
号転送素子などが配置される結果、イメージセンサの信
号転送素子の領域は光電変換のできないデッドスペース
となる。そこで光信号を光電変換装置の光電変換素子の
領域に集光させるため、マイクロレンズを設けたイメー
ジセンサが提案されている。
ているのはイメージセンサである。イメージセンサを用
いたデジタルスチルカメラ、カムコーダ等がマルチメデ
ィアの到来に伴って急速に普及しており、イメージセン
サに入った光信号を電気信号に変換する効率（変換効
率）を向上させる試みが盛んになされている。イメージ
センサは同一素子基板の同一平面上に光電変換素子と信
号転送素子などが配置される結果、イメージセンサの信
号転送素子の領域は光電変換のできないデッドスペース
となる。そこで光信号を光電変換装置の光電変換素子の
領域に集光させるため、マイクロレンズを設けたイメー
ジセンサが提案されている。
【０００５】また、光電変換素子と信号転送素子とを積
層させ、光電変換機能と信号転送機能とを垂直方向に機
能分担させる図２に示すような積層型のイメージセンサ
が提案されている。図２に示すのは積層型のイメージセ
ンサの一画素の断面図である。積層型のイメージセンサ
は、信号転送素子２０１を集積化した基板上に光電変換
素子２０２を形成するものである。図２に示すような積
層型のイメージセンサの構造にすると、同一平面上に光
電変換素子と信号転送素子が配置されるイメージセンサ
と比べデッドスペースをほとんどなくすことができるの
で、イメージセンサの光電変換素子の領域を増やすこと
ができる。また、図２では信号転送素子２０１にトップ
ゲート型のＭＯＳトランンジスタを用いたＭＯＳ形イメ
ージセンサを示したが、信号転送素子にＭＯＳキャパシ
タを利用したＣＣＤイメージセンサや、他の信号転送素
子を用いたイメージセンサを積層型のイメージセンサに
用いることもできる。
層させ、光電変換機能と信号転送機能とを垂直方向に機
能分担させる図２に示すような積層型のイメージセンサ
が提案されている。図２に示すのは積層型のイメージセ
ンサの一画素の断面図である。積層型のイメージセンサ
は、信号転送素子２０１を集積化した基板上に光電変換
素子２０２を形成するものである。図２に示すような積
層型のイメージセンサの構造にすると、同一平面上に光
電変換素子と信号転送素子が配置されるイメージセンサ
と比べデッドスペースをほとんどなくすことができるの
で、イメージセンサの光電変換素子の領域を増やすこと
ができる。また、図２では信号転送素子２０１にトップ
ゲート型のＭＯＳトランンジスタを用いたＭＯＳ形イメ
ージセンサを示したが、信号転送素子にＭＯＳキャパシ
タを利用したＣＣＤイメージセンサや、他の信号転送素
子を用いたイメージセンサを積層型のイメージセンサに
用いることもできる。
【０００６】イメージセンサは急速な普及に伴い、さら
に小型、さらに安価とすることが要求されている。現
に、イメージセンサの大きさは年々小さくなりつつあ
り、イメージセンサの大きさを決定する光学系の大きさ
が８０年代の２／３インチから現在の１／４インチにま
でなっており、実際に１／４インチカメラ用のイメージ
センサーが商品化されている。また、イメージセンサの
光学系の大きさが小さくなると安価なイメージセンサを
作製できる。イメージセンサの大きさを小さくし、なお
かつ従来と同じ解像度または従来よりも高い解像度を有
する高画質なイメージセンサを得ようとすると、一画素
の大きさを小さくした高密度なイメージセンサが必要に
なる。実際に、イメージセンサの光学系の縮小に伴い画
素の大きさも小さくなっており、一画素の大きさが１０
μｍ×１０μｍ以下のイメージセンサも商品化されてい
る。そして、今後も画素の大きさの縮小化はさらに進む
と予想される。
に小型、さらに安価とすることが要求されている。現
に、イメージセンサの大きさは年々小さくなりつつあ
り、イメージセンサの大きさを決定する光学系の大きさ
が８０年代の２／３インチから現在の１／４インチにま
でなっており、実際に１／４インチカメラ用のイメージ
センサーが商品化されている。また、イメージセンサの
光学系の大きさが小さくなると安価なイメージセンサを
作製できる。イメージセンサの大きさを小さくし、なお
かつ従来と同じ解像度または従来よりも高い解像度を有
する高画質なイメージセンサを得ようとすると、一画素
の大きさを小さくした高密度なイメージセンサが必要に
なる。実際に、イメージセンサの光学系の縮小に伴い画
素の大きさも小さくなっており、一画素の大きさが１０
μｍ×１０μｍ以下のイメージセンサも商品化されてい
る。そして、今後も画素の大きさの縮小化はさらに進む
と予想される。
【０００７】イメージセンサの一画素の大きさが小さく
なると、一画素に入る光信号はそれだけ小さくなる。そ
して、イメージセンサの光電変換素子で変換される電気
信号も小さくなり、すなわち発生する電荷の量が少なく
なるので、発生する電荷の量に対し装置内外の電気的影
響により発生するノイズの相対的な割合が増し、感度が
低下する。
なると、一画素に入る光信号はそれだけ小さくなる。そ
して、イメージセンサの光電変換素子で変換される電気
信号も小さくなり、すなわち発生する電荷の量が少なく
なるので、発生する電荷の量に対し装置内外の電気的影
響により発生するノイズの相対的な割合が増し、感度が
低下する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように高画質で
小さなイメージセンサを得るために、イメージセンサの
一画素の大きさを小さくしていくと、イメージセンサの
感度が低下するという問題が生じる。画素の縮小に伴う
イメージセンサの感度低下を解決するためには、従来の
マイクロレンズを設けたり、光電変換素子と信号転送素
子を積層化させるだけでは不十分である。
小さなイメージセンサを得るために、イメージセンサの
一画素の大きさを小さくしていくと、イメージセンサの
感度が低下するという問題が生じる。画素の縮小に伴う
イメージセンサの感度低下を解決するためには、従来の
マイクロレンズを設けたり、光電変換素子と信号転送素
子を積層化させるだけでは不十分である。
【０００９】イメージセンサの光電変換層に光を閉じ込
めて、発生する電荷量を向上させれば感度を向上させる
ことができる。しかし、テクスチャー構造の電極を有す
る光電変換素子をイメージセンサに用いると、散乱光を
制御できず、各画素毎の感度にばらつきが生じる。
めて、発生する電荷量を向上させれば感度を向上させる
ことができる。しかし、テクスチャー構造の電極を有す
る光電変換素子をイメージセンサに用いると、散乱光を
制御できず、各画素毎の感度にばらつきが生じる。
【００１０】そこで本発明は、イメージセンサの感度を
向上させ、かつ各画素毎の感度の均一性を持ったイメー
ジセンサを得ることを目的とする。また、本発明はイメ
ージセンサに限らず、光電変換素子を有する光電変換装
置の感度を向上させ、かつ感度の均一性を持った光電変
換装置を得ることを目的とする。
向上させ、かつ各画素毎の感度の均一性を持ったイメー
ジセンサを得ることを目的とする。また、本発明はイメ
ージセンサに限らず、光電変換素子を有する光電変換装
置の感度を向上させ、かつ感度の均一性を持った光電変
換装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】光電変換装置の光電変換
素子に入った光信号（以後光とする）をむだなく電気信
号（以後電荷とする）に変換させることによって感度を
上げることができる。特に均一に光を閉じ込めるために
本発明は、光の反射、集光、分散を利用して光を集めて
制御することを特徴とする。そこで、本発明は光電変換
装置の光電変換素子に用いられている電極に注目した。
素子に入った光信号（以後光とする）をむだなく電気信
号（以後電荷とする）に変換させることによって感度を
上げることができる。特に均一に光を閉じ込めるために
本発明は、光の反射、集光、分散を利用して光を集めて
制御することを特徴とする。そこで、本発明は光電変換
装置の光電変換素子に用いられている電極に注目した。
【００１２】本発明の第１の構成は積層型の光電変換装
置において、信号転送素子の上方に有機樹脂膜が設けら
れ、有機樹脂膜の上方に光電変換素子が設けられ、光電
変換素子の下部電極は湾曲部を有することを特徴とする
光電変換装置である。
置において、信号転送素子の上方に有機樹脂膜が設けら
れ、有機樹脂膜の上方に光電変換素子が設けられ、光電
変換素子の下部電極は湾曲部を有することを特徴とする
光電変換装置である。
【００１３】本発明の第１の構成を図１に示す。図１に
示しているのは、信号転送素子１０１と光電変換素子１
０２が積層してなる光電変換装置の一画素の断面図であ
る。光電変換素子１０２は下部電極１０４、光電変換層
１０６、上部電極１０５からなる。信号転送素子１０１
の上方に有機樹脂膜１０３が設けられ、有機樹脂膜１０
３の上方に光電変換素子１０２が設けられ、光電変換素
子の下部電極１０４は湾曲部を有する。図１は光電変換
装置の一画素分の断面を示しており、一画素の下部電極
にに３個の湾曲部が設けられている。すなわち図１に示
す光電変換装置は一画素に３×３の９個の湾曲部が形成
されている。湾曲部を有する下部電極１０４は光閉じ込
めの効果が大きい。また集光機能を有しているので光を
均一に閉じ込めることができる。また各画素毎の感度の
ばらつきを防ぐため下部電極の湾曲部の配置を各画素毎
に同じ配置とすると好ましい。さらに下部電極１０４で
集光された光が上部電極１０５で再反射される際に上部
電極も湾曲部を有すると、この上部電極によって意識的
に光を分散させることができ、上下の電極で分散、集光
を繰り返すことにより、感度を均一に向上できる。
示しているのは、信号転送素子１０１と光電変換素子１
０２が積層してなる光電変換装置の一画素の断面図であ
る。光電変換素子１０２は下部電極１０４、光電変換層
１０６、上部電極１０５からなる。信号転送素子１０１
の上方に有機樹脂膜１０３が設けられ、有機樹脂膜１０
３の上方に光電変換素子１０２が設けられ、光電変換素
子の下部電極１０４は湾曲部を有する。図１は光電変換
装置の一画素分の断面を示しており、一画素の下部電極
にに３個の湾曲部が設けられている。すなわち図１に示
す光電変換装置は一画素に３×３の９個の湾曲部が形成
されている。湾曲部を有する下部電極１０４は光閉じ込
めの効果が大きい。また集光機能を有しているので光を
均一に閉じ込めることができる。また各画素毎の感度の
ばらつきを防ぐため下部電極の湾曲部の配置を各画素毎
に同じ配置とすると好ましい。さらに下部電極１０４で
集光された光が上部電極１０５で再反射される際に上部
電極も湾曲部を有すると、この上部電極によって意識的
に光を分散させることができ、上下の電極で分散、集光
を繰り返すことにより、感度を均一に向上できる。
【００１４】また、本発明の第２の構成は、本発明の第
１の構成において、光電変換素子の下部電極の材料、特
に表面材料は、アルミニウム、モリブデン、タンタル、
チタン、金、銀、白金から選択された金属材料であるこ
とを特徴とする光電変換装置である。本発明の第１の構
成は光電変換素子の下部電極が湾曲部を有し、下部電極
の湾曲部を用いて電荷に変換されなかった光を反射、集
光させることを特徴としている。すなわち下部電極での
反射光を集光させることを特徴としており、その下部電
極の表面材料に反射率の高い材料を設けることは必須で
ある。
１の構成において、光電変換素子の下部電極の材料、特
に表面材料は、アルミニウム、モリブデン、タンタル、
チタン、金、銀、白金から選択された金属材料であるこ
とを特徴とする光電変換装置である。本発明の第１の構
成は光電変換素子の下部電極が湾曲部を有し、下部電極
の湾曲部を用いて電荷に変換されなかった光を反射、集
光させることを特徴としている。すなわち下部電極での
反射光を集光させることを特徴としており、その下部電
極の表面材料に反射率の高い材料を設けることは必須で
ある。
【００１５】また本発明の第３の構成は、本発明の第１
の構成または本発明の第２の構成において、光電変換素
子の下部電極の湾曲部の高低差は０．２５μｍ〜４μｍ
であることを特徴とする光電変換装置である。高低差は
湾曲部を形成する時に用いるレジストの紫外線透過厚に
よって限定される。光電変換素子の下部電極の湾曲部の
高低差（図１の１１０）は反射角度に影響する。この湾
曲部を利用して光を反射、集光させるので、ある程度高
低差の大きい湾曲部、すなわちある程度の反射角度を有
する湾曲部を必要とする。また光電変換素子の下部電極
の湾曲部は、球面レンズ状でなくともシリンドリカルレ
ンズ状でもかまわない。
の構成または本発明の第２の構成において、光電変換素
子の下部電極の湾曲部の高低差は０．２５μｍ〜４μｍ
であることを特徴とする光電変換装置である。高低差は
湾曲部を形成する時に用いるレジストの紫外線透過厚に
よって限定される。光電変換素子の下部電極の湾曲部の
高低差（図１の１１０）は反射角度に影響する。この湾
曲部を利用して光を反射、集光させるので、ある程度高
低差の大きい湾曲部、すなわちある程度の反射角度を有
する湾曲部を必要とする。また光電変換素子の下部電極
の湾曲部は、球面レンズ状でなくともシリンドリカルレ
ンズ状でもかまわない。
【００１６】また、本発明の第４の構成は、本発明の第
１乃至第３の構成において、光電変換素子の下部電極の
湾曲部は、下部電極と信号転送素子とを接続するための
コンタクトホールより大きく、一画素の大きさより小さ
いことを特徴とする光電変換装置である。図１を用いて
本発明の第４の構成を説明する。光電変換素子の下部電
極の湾曲部の大きさ１１１は、下部電極１０４と信号転
送素子１０１とを接続するためのコンタクトホール１１
２より大きく、一画素の大きさ１１３より小さければよ
い。図１の光電変換装置の断面図は、３個の湾曲部を有
する構造としたが、１個や２個でも、また３個よりさら
に複数でもかまわない。
１乃至第３の構成において、光電変換素子の下部電極の
湾曲部は、下部電極と信号転送素子とを接続するための
コンタクトホールより大きく、一画素の大きさより小さ
いことを特徴とする光電変換装置である。図１を用いて
本発明の第４の構成を説明する。光電変換素子の下部電
極の湾曲部の大きさ１１１は、下部電極１０４と信号転
送素子１０１とを接続するためのコンタクトホール１１
２より大きく、一画素の大きさ１１３より小さければよ
い。図１の光電変換装置の断面図は、３個の湾曲部を有
する構造としたが、１個や２個でも、また３個よりさら
に複数でもかまわない。
【００１７】また、本発明の第５の構成は、本発明の第
１乃至第４の構成において、有機樹脂膜の材料は、ポリ
イミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、またはアクリ
ル樹脂から選択された有機樹脂であることを特徴とする
光電変換装置である。
１乃至第４の構成において、有機樹脂膜の材料は、ポリ
イミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、またはアクリ
ル樹脂から選択された有機樹脂であることを特徴とする
光電変換装置である。
【００１８】また、本明細書において信号転送素子と
は、光電変換素子で変換された電気信号の蓄積機能と、
信号蓄積と読み取りの切り換え機能と、画素位置の選択
機能とを少なくとも有する信号転送素子全てを含む。さ
らに、読み取り機能の他に、増幅機能を備えた信号転送
素子も含む。ゆえに、図１の信号転送素子にはＭＯＳト
ランジスタを用いたが、ＭＯＳキャパシタ、ＭＯＳトラ
ンジスタやＭＯＳキャパシタを組み合わせた信号転送素
子、または他の信号転送素子を用いることもできる。そ
して、図１のイメージセンサにはＭＯＳ形イメージセン
サを用いているが、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＩＤイメ
ージセンサ、ＣＰＤイメージセンサ、及びそれらを組み
合わせたイメージセンサを用いることもできる。また、
本発明を用いると、光電変換層の表面積を広げることが
でき、光電変換効率を上げることができる。
は、光電変換素子で変換された電気信号の蓄積機能と、
信号蓄積と読み取りの切り換え機能と、画素位置の選択
機能とを少なくとも有する信号転送素子全てを含む。さ
らに、読み取り機能の他に、増幅機能を備えた信号転送
素子も含む。ゆえに、図１の信号転送素子にはＭＯＳト
ランジスタを用いたが、ＭＯＳキャパシタ、ＭＯＳトラ
ンジスタやＭＯＳキャパシタを組み合わせた信号転送素
子、または他の信号転送素子を用いることもできる。そ
して、図１のイメージセンサにはＭＯＳ形イメージセン
サを用いているが、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＩＤイメ
ージセンサ、ＣＰＤイメージセンサ、及びそれらを組み
合わせたイメージセンサを用いることもできる。また、
本発明を用いると、光電変換層の表面積を広げることが
でき、光電変換効率を上げることができる。
【００１９】本発明の第１の構成の光電変換装置の作製
方法、つまり光電変換素子の下部電極表面に湾曲部を形
成する方法は、下部電極を等方性エッチングして形成さ
せてもよいが、均一で滑らかな湾曲部を形成するため、
本発明の第６の構成では下部電極の下方の有機樹脂膜に
湾曲部を形成し、その上方に湾曲部を有する下部電極を
形成する。
方法、つまり光電変換素子の下部電極表面に湾曲部を形
成する方法は、下部電極を等方性エッチングして形成さ
せてもよいが、均一で滑らかな湾曲部を形成するため、
本発明の第６の構成では下部電極の下方の有機樹脂膜に
湾曲部を形成し、その上方に湾曲部を有する下部電極を
形成する。
【００２０】本発明の第６の構成は、本発明の第１の構
成の光電変換装置の作製方法である。すなわち図１に示
す光電変換装置の作製方法である。本発明の第６の構
成、すなわち図１の光電変換素子の作製方法を図１、図
３、及び図６に示す。まず図３（ａ）に示すように、基
板１０７上に信号転送素子１０１を形成し、信号転送素
子１０１の上方に有機樹脂の平坦化膜３０１を形成す
る。次に、図３（ｂ）に示すように平坦化膜３０１上に
レジスト３０２を形成する。次に、図３（ｃ）に示すよ
うに、レジスト３０２に湾曲部を形成する。そして、平
坦化膜３０２をレジスト３０３の湾曲部とほぼ同じ形状
にエッチングして、図３（ｄ）に示す構造を得る。その
後、図１に示すように、コンタクトホールを形成し、光
電変換素子の下部電極１０４を形成し、下部電極１０４
の上に光電変換層１０６と上部電極１０５を形成して、
第１の構成の光電変換装置を作製する。
成の光電変換装置の作製方法である。すなわち図１に示
す光電変換装置の作製方法である。本発明の第６の構
成、すなわち図１の光電変換素子の作製方法を図１、図
３、及び図６に示す。まず図３（ａ）に示すように、基
板１０７上に信号転送素子１０１を形成し、信号転送素
子１０１の上方に有機樹脂の平坦化膜３０１を形成す
る。次に、図３（ｂ）に示すように平坦化膜３０１上に
レジスト３０２を形成する。次に、図３（ｃ）に示すよ
うに、レジスト３０２に湾曲部を形成する。そして、平
坦化膜３０２をレジスト３０３の湾曲部とほぼ同じ形状
にエッチングして、図３（ｄ）に示す構造を得る。その
後、図１に示すように、コンタクトホールを形成し、光
電変換素子の下部電極１０４を形成し、下部電極１０４
の上に光電変換層１０６と上部電極１０５を形成して、
第１の構成の光電変換装置を作製する。
【００２１】図３（ｃ）に示す、有機樹脂平坦化膜３０
１に湾曲部を形成する方法は、レジスト３０２にパター
ニングによって湾曲部を形成しそれをエッチングする方
法を用いる。パターニング方法にはパターンを密着さ
せて一括露光する方法と、パターンを基板から離して
焦点を合わせて露光するステッパやミラープロジェクシ
ョンアライナ（ＭＰＡ）を用いる方法や、プロキシミテ
ィ方式がある。
１に湾曲部を形成する方法は、レジスト３０２にパター
ニングによって湾曲部を形成しそれをエッチングする方
法を用いる。パターニング方法にはパターンを密着さ
せて一括露光する方法と、パターンを基板から離して
焦点を合わせて露光するステッパやミラープロジェクシ
ョンアライナ（ＭＰＡ）を用いる方法や、プロキシミテ
ィ方式がある。
【００２２】一般には、素子の小型化に伴い、解像度を
できるだけ良くするよう検討されている。例えば、の
方法を用いた場合、マスクパターンを解像度よく基板に
投影するために、光学系を用いる等をしている。本発明
は逆に、解像度を低くして像をぼかし、パターニング形
状を不明瞭とし、湾曲部を形成するものである。基板と
マスクが離れているため光のまわりこみが生じることも
合わせて考慮すると、湾曲部を形成することは可能であ
る。
できるだけ良くするよう検討されている。例えば、の
方法を用いた場合、マスクパターンを解像度よく基板に
投影するために、光学系を用いる等をしている。本発明
は逆に、解像度を低くして像をぼかし、パターニング形
状を不明瞭とし、湾曲部を形成するものである。基板と
マスクが離れているため光のまわりこみが生じることも
合わせて考慮すると、湾曲部を形成することは可能であ
る。
【００２３】解像度を高めるために、光学系を用いて焦
点深度と基板の位置を合わせるのが一般的だが、本発明
では逆に焦点深度と基板の位置を意識的にずらす。光学
系を調節して焦点深度をずらすか、基板の位置を動かす
せば焦点深度と基板の位置をずらすことができる。以
下、図６および図７を用いながら、湾曲部の具体的な形
成方法を説明する。図６（ａ）は、円形がくり抜かれた
パターンが印刷されるマスクである。図６（ｂ）に示す
のは、図６（ａ）のマスク６０１のＡ−Ｂ断面図とポジ
型のレジスト６０２の断面図である。マスクの上方から
矢印で示す光６０５が入射し、マスクと離して置かれて
いるポジ型のレジストを露光する。マスクと離してレジ
ストを置くため光のまわり込みが生じ、一部の光６０７
は斜めに進む。そして焦点が合っている状態からマスク
とレジストとの距離６０３を少しずらして露光すると、
図６（ｃ）に示すパターニング形状の不明瞭な凹湾曲部
を有するレジスト６０４を形成できる。
点深度と基板の位置を合わせるのが一般的だが、本発明
では逆に焦点深度と基板の位置を意識的にずらす。光学
系を調節して焦点深度をずらすか、基板の位置を動かす
せば焦点深度と基板の位置をずらすことができる。以
下、図６および図７を用いながら、湾曲部の具体的な形
成方法を説明する。図６（ａ）は、円形がくり抜かれた
パターンが印刷されるマスクである。図６（ｂ）に示す
のは、図６（ａ）のマスク６０１のＡ−Ｂ断面図とポジ
型のレジスト６０２の断面図である。マスクの上方から
矢印で示す光６０５が入射し、マスクと離して置かれて
いるポジ型のレジストを露光する。マスクと離してレジ
ストを置くため光のまわり込みが生じ、一部の光６０７
は斜めに進む。そして焦点が合っている状態からマスク
とレジストとの距離６０３を少しずらして露光すると、
図６（ｃ）に示すパターニング形状の不明瞭な凹湾曲部
を有するレジスト６０４を形成できる。
【００２４】マスクパターンを図６（ａ）に示すマスク
とほぼ逆転させた、図７（ａ）に示す円形のパターンが
印刷されているマスク７０１を用いて、図７（ｂ）に示
すようにポジ型のレジスト７０２を図６のマスクを用い
たときと同様に露光すると、今度は図７（ｃ）に示す凸
湾曲部を形成できる。また図６、図７では球面レンズ状
の湾曲部を形成したが、シリンドリカルレンズ状に湾曲
部を形成したい場合には細長い長方形のパターンが印刷
されたマスクを用いるて形成することができる。
とほぼ逆転させた、図７（ａ）に示す円形のパターンが
印刷されているマスク７０１を用いて、図７（ｂ）に示
すようにポジ型のレジスト７０２を図６のマスクを用い
たときと同様に露光すると、今度は図７（ｃ）に示す凸
湾曲部を形成できる。また図６、図７では球面レンズ状
の湾曲部を形成したが、シリンドリカルレンズ状に湾曲
部を形成したい場合には細長い長方形のパターンが印刷
されたマスクを用いるて形成することができる。
【００２５】レジストは、ポジ型のレジスト、ネガ型の
レジストのどちらを用いてもよい。同じ種類のレジスト
を用いた場合、図６、図７で示したようにマスクパター
ンを逆転させれば、凹凸が逆になった湾曲部を形成でき
る。また、同じマスクパターンを用いた場合、ポジ型レ
ジスト、ネガ型レジストを使い分ければ、凹湾曲部も凸
湾曲部も形成することができる。すなわち、マスクパタ
ーンとレジストの選択により凸湾曲部も凹湾曲部も形成
できる。さらに有機樹脂膜（例えば図３（ａ）の３０
１）に感光性ポリイミドを用いて、その感光性ポリイミ
ドを図６に示すように直接パターニングで形成すること
でレジストを用いることなく直接有機樹脂膜に湾曲部を
形成できる。感光性ポリイミドとしては、商品名ホトニ
ースのネガ型のレジスト等がある。
レジストのどちらを用いてもよい。同じ種類のレジスト
を用いた場合、図６、図７で示したようにマスクパター
ンを逆転させれば、凹凸が逆になった湾曲部を形成でき
る。また、同じマスクパターンを用いた場合、ポジ型レ
ジスト、ネガ型レジストを使い分ければ、凹湾曲部も凸
湾曲部も形成することができる。すなわち、マスクパタ
ーンとレジストの選択により凸湾曲部も凹湾曲部も形成
できる。さらに有機樹脂膜（例えば図３（ａ）の３０
１）に感光性ポリイミドを用いて、その感光性ポリイミ
ドを図６に示すように直接パターニングで形成すること
でレジストを用いることなく直接有機樹脂膜に湾曲部を
形成できる。感光性ポリイミドとしては、商品名ホトニ
ースのネガ型のレジスト等がある。
【００２６】図６に示すレジストの湾曲部の高低差６１
０は、レジスト厚６１１により限定される。ここでレジ
スト厚とはレジストを露光できうる厚み、すなわちレジ
ストの紫外線透過厚であり、現在の技術ではレジスト厚
０．２５μｍ〜４μｍである。ゆえに湾曲部の高低差は
０．２５μｍ〜４μｍとなる。
０は、レジスト厚６１１により限定される。ここでレジ
スト厚とはレジストを露光できうる厚み、すなわちレジ
ストの紫外線透過厚であり、現在の技術ではレジスト厚
０．２５μｍ〜４μｍである。ゆえに湾曲部の高低差は
０．２５μｍ〜４μｍとなる。
【００２７】また湾曲部の大きさはマスクパターンによ
りコントロールでき、湾曲部の大きさと湾曲部の高低差
をコントロールすることにより湾曲部の形状を変えるこ
とができる。湾曲部は、球面レンズ状の近似的半円球面
もしくはシリンドリカルレンズ状の近似的半円柱面を有
する形状にすることが好ましい。本発明の第６の構成に
おいて、上記方法を用いて図３（ｃ）に示す湾曲部を有
するレジスト３０３を形成し、そのレジスト３０３をエ
ッチングして図３に示す有機樹脂平坦化膜３０１に湾曲
部を形成する。エッチングはレジストと有機樹脂膜の選
択比が１対１から１対２、好ましくは選択比がほぼ１対
１の方法を用いて行なう。
りコントロールでき、湾曲部の大きさと湾曲部の高低差
をコントロールすることにより湾曲部の形状を変えるこ
とができる。湾曲部は、球面レンズ状の近似的半円球面
もしくはシリンドリカルレンズ状の近似的半円柱面を有
する形状にすることが好ましい。本発明の第６の構成に
おいて、上記方法を用いて図３（ｃ）に示す湾曲部を有
するレジスト３０３を形成し、そのレジスト３０３をエ
ッチングして図３に示す有機樹脂平坦化膜３０１に湾曲
部を形成する。エッチングはレジストと有機樹脂膜の選
択比が１対１から１対２、好ましくは選択比がほぼ１対
１の方法を用いて行なう。
【００２８】こうして作製した湾曲部を有する有機樹脂
膜の上方に光電変換素子の下部電極、光電変換層、上部
電極を形成する。下部電極は平坦にならないように無機
材料を用いて湾曲部を形成する。また光電変換層、上部
電極に無機材料を用いて湾曲部を形成すると上部電極も
湾曲部を有するのでさらに好ましい。
膜の上方に光電変換素子の下部電極、光電変換層、上部
電極を形成する。下部電極は平坦にならないように無機
材料を用いて湾曲部を形成する。また光電変換層、上部
電極に無機材料を用いて湾曲部を形成すると上部電極も
湾曲部を有するのでさらに好ましい。
【００２９】本発明の第７の構成は、図４に示すよう
に、積層型の光電変換装置において、信号転送素子１０
１の上方に有機樹脂膜１０３が設けられ、有機樹脂膜１
０３の上方に光電変換素子１０２が設けられ、光電変換
素子の上部電極１０５の上にマイクロレンズ４０１が設
けられ、光電変換素子の下部電極１０４は湾曲部を有す
ることを特徴とする光電変換装置である。本構成は、本
発明の第１の構成の光電変換装置の上にマイクロレンズ
を設けた光電変換装置である。
に、積層型の光電変換装置において、信号転送素子１０
１の上方に有機樹脂膜１０３が設けられ、有機樹脂膜１
０３の上方に光電変換素子１０２が設けられ、光電変換
素子の上部電極１０５の上にマイクロレンズ４０１が設
けられ、光電変換素子の下部電極１０４は湾曲部を有す
ることを特徴とする光電変換装置である。本構成は、本
発明の第１の構成の光電変換装置の上にマイクロレンズ
を設けた光電変換装置である。
【００３０】従来は、光を光電変換素子に集めるためた
め、一画素に１個のマイクロレンズを形成している。し
かし、積層型にすることによって、画素と光電変換素子
をほぼ同じ大きさとすることが可能となり、光を集める
必要はなくなってきている。一方、表面にマイクロレン
ズを形成すると、光をロスなく光電変換素子に取り入れ
ることができる。
め、一画素に１個のマイクロレンズを形成している。し
かし、積層型にすることによって、画素と光電変換素子
をほぼ同じ大きさとすることが可能となり、光を集める
必要はなくなってきている。一方、表面にマイクロレン
ズを形成すると、光をロスなく光電変換素子に取り入れ
ることができる。
【００３１】従来の集光を目的としたマイクロレンズ
は、一画素に１個のマイクロレンズを設けているが、画
素が角形でマイクロレンズが球形なので、画素の四つ角
にはレンズがない領域となる。そこで、１画素当りのマ
イクロレンズの個数に関しても検討した。
は、一画素に１個のマイクロレンズを設けているが、画
素が角形でマイクロレンズが球形なので、画素の四つ角
にはレンズがない領域となる。そこで、１画素当りのマ
イクロレンズの個数に関しても検討した。
【００３２】マイクロレンズのない領域を少なくするに
は、マイクロレンズの大きさを小さくし、一画素に複数
のマイクロレンズを間隔がほとんどゼロとなるように配
置することによって達成できる。さらに、マイクロレン
ズが厚いとマイクロレンズ自体に光が吸収されてしま
う。一画素に複数のマイクロレンズを設ければ、一つの
マイクロレンズは小さくなるので、マイクロレンズの厚
みを薄くでき、光のロスを少なくすることができる。さ
らに、複数のマイクロレンズを形成すると、複数の集光
点が生じ、変換効率を上げることができる。
は、マイクロレンズの大きさを小さくし、一画素に複数
のマイクロレンズを間隔がほとんどゼロとなるように配
置することによって達成できる。さらに、マイクロレン
ズが厚いとマイクロレンズ自体に光が吸収されてしま
う。一画素に複数のマイクロレンズを設ければ、一つの
マイクロレンズは小さくなるので、マイクロレンズの厚
みを薄くでき、光のロスを少なくすることができる。さ
らに、複数のマイクロレンズを形成すると、複数の集光
点が生じ、変換効率を上げることができる。
【００３３】このマイクロレンズの大きさ、光電変換素
子の下部電極の大きさと同じであっても違っていてもか
まわない。さらに、マイクロレンズの凸部と光電変換層
の凹部または凸部の位置は、揃っていてもずれていても
構わない。しかしマイクロレンズの凸部と下部電極の凹
部の位置を揃えると両凸マイクロレンズとなるので、片
凸マイクロレンズよりも効率がさらに上がり好ましい。
子の下部電極の大きさと同じであっても違っていてもか
まわない。さらに、マイクロレンズの凸部と光電変換層
の凹部または凸部の位置は、揃っていてもずれていても
構わない。しかしマイクロレンズの凸部と下部電極の凹
部の位置を揃えると両凸マイクロレンズとなるので、片
凸マイクロレンズよりも効率がさらに上がり好ましい。
【００３４】また、各画素ごとの感度をなるべく同じく
するため、各画素のマイクロレンズの配置を同じ配置と
する。その際、セルの境界付近にマイクロレンズがある
とパターニングが多少ずれただけでセルの感度に影響を
与えてしまう。よって、セルの境界線付近にはマイクロ
レンズを配置しないようにするとさらによい。
するため、各画素のマイクロレンズの配置を同じ配置と
する。その際、セルの境界付近にマイクロレンズがある
とパターニングが多少ずれただけでセルの感度に影響を
与えてしまう。よって、セルの境界線付近にはマイクロ
レンズを配置しないようにするとさらによい。
【００３５】本発明の第８の構成は、本発明の第７の構
成の光電変換装置の作製方法である。図４に示す信号転
送素子１０１の上方に光電変換素子１０２を積層してな
る光電変換装置の作製方法であり、第１の構成の光電変
換装置の上方にマイクロレンズを形成した光電変換装置
の作製方法である。第１の光電変換装置を作製するまで
は、第６の構成と同じ方法を用いる。
成の光電変換装置の作製方法である。図４に示す信号転
送素子１０１の上方に光電変換素子１０２を積層してな
る光電変換装置の作製方法であり、第１の構成の光電変
換装置の上方にマイクロレンズを形成した光電変換装置
の作製方法である。第１の光電変換装置を作製するまで
は、第６の構成と同じ方法を用いる。
【００３６】その後の作製方法を図５、図７に示す。ま
ず、図５（ａ）に示すように、光電変換層の上部電極１
０５の上方に有機樹脂の平坦化膜５０１を形成し、その
上にレジスト５０２を形成する。このレジストに例えば
ポジ型のレジストを用いた場合、図７に示すようなマス
ク７０１を用いてパターニングして、図７（ｃ）に示す
凸湾曲部を有するレジスト７０４（すなわち図５（ｃ）
の５０３）を形成する。そして、レジストと有機樹脂膜
のエッチング選択比が１対１から１対２、好ましくはほ
ぼ１対１となるようにエッチングして、図４のマイクロ
レンズを形成することができる。
ず、図５（ａ）に示すように、光電変換層の上部電極１
０５の上方に有機樹脂の平坦化膜５０１を形成し、その
上にレジスト５０２を形成する。このレジストに例えば
ポジ型のレジストを用いた場合、図７に示すようなマス
ク７０１を用いてパターニングして、図７（ｃ）に示す
凸湾曲部を有するレジスト７０４（すなわち図５（ｃ）
の５０３）を形成する。そして、レジストと有機樹脂膜
のエッチング選択比が１対１から１対２、好ましくはほ
ぼ１対１となるようにエッチングして、図４のマイクロ
レンズを形成することができる。
【００３７】
〔実施例１〕本実施例は、図１に示すような下部電極１
０４、光電変換層１０６、上部電極１０５からなる光電
変換素子１０２の下部電極１０４が湾曲部を有する積層
型のイメージセンサおよびその作製方法である。下部電
極１０４を湾曲部にすると、光を集めることができるの
で、光を均一に閉じ込めることができる。
０４、光電変換層１０６、上部電極１０５からなる光電
変換素子１０２の下部電極１０４が湾曲部を有する積層
型のイメージセンサおよびその作製方法である。下部電
極１０４を湾曲部にすると、光を集めることができるの
で、光を均一に閉じ込めることができる。
【００３８】図１に本実施例の光電変換装置の一画素の
断面図を示す。本実施例の光電変換装置には、ソース領
域１２０、チャンネル領域１２１、ドレイン領域１２２
を有する半導体層と、ゲート絶縁膜１２３、ゲート電極
１２４を有するトップゲート型のＭＯＳトランジスタ１
０１が設けられ、ＭＯＳトランジスタ１０１の上にポリ
イミド膜１０３が設けられている。
断面図を示す。本実施例の光電変換装置には、ソース領
域１２０、チャンネル領域１２１、ドレイン領域１２２
を有する半導体層と、ゲート絶縁膜１２３、ゲート電極
１２４を有するトップゲート型のＭＯＳトランジスタ１
０１が設けられ、ＭＯＳトランジスタ１０１の上にポリ
イミド膜１０３が設けられている。
【００３９】一画素の大きさ１１３は１０μｍ×１０μ
ｍである。しかし、画素の大きさは本実施例では１０μ
ｍ×１０μｍとしたが、この大きさに限定されることは
ない。またＭＯＳトランジスタの上に設けられているポ
リイミド膜１０３の材料は、アクリル樹脂、ポリアミ
ド、ポリイミドアミド等の他の有機樹脂でもよい。
ｍである。しかし、画素の大きさは本実施例では１０μ
ｍ×１０μｍとしたが、この大きさに限定されることは
ない。またＭＯＳトランジスタの上に設けられているポ
リイミド膜１０３の材料は、アクリル樹脂、ポリアミ
ド、ポリイミドアミド等の他の有機樹脂でもよい。
【００４０】ポリイミド膜１０３の上に光電変換素子と
して本実施例ではＰＩＮダイオード１０２が設けられて
いる。ＰＩＮダイオード１０２の下部電極としてアルミ
ニウム１０４、上部電極としてＩＴＯ１０５が設けら
れ、アルミニウム１０４は湾曲部を有する。本実施例で
はＰＩＮダイオードの下部電極として金属の中でも反射
率の大きいアルミニウムを設けているが、表面にアルミ
ニウムが設けられているような、チタンやモリブデンと
アルミニウムの積層膜でもよい。さらに、アルミニウム
以外の反射率の大きな金属材料である、チタン、モリブ
デン、タンタル、白金、金、銀を下部電極の表面材料に
用いることもできる。
して本実施例ではＰＩＮダイオード１０２が設けられて
いる。ＰＩＮダイオード１０２の下部電極としてアルミ
ニウム１０４、上部電極としてＩＴＯ１０５が設けら
れ、アルミニウム１０４は湾曲部を有する。本実施例で
はＰＩＮダイオードの下部電極として金属の中でも反射
率の大きいアルミニウムを設けているが、表面にアルミ
ニウムが設けられているような、チタンやモリブデンと
アルミニウムの積層膜でもよい。さらに、アルミニウム
以外の反射率の大きな金属材料である、チタン、モリブ
デン、タンタル、白金、金、銀を下部電極の表面材料に
用いることもできる。
【００４１】また、光電変換素子として本実施例ではＰ
ＩＮダイオードを設けているが、他のホトダイオードや
光導電セル等であってもよい。また感度の均一性を有さ
せるために、ＰＩＮダイオードの下部電極であるアルミ
ニウム１０４の湾曲部の配置を各画素ごとに同じ配置と
するとさらによい。
ＩＮダイオードを設けているが、他のホトダイオードや
光導電セル等であってもよい。また感度の均一性を有さ
せるために、ＰＩＮダイオードの下部電極であるアルミ
ニウム１０４の湾曲部の配置を各画素ごとに同じ配置と
するとさらによい。
【００４２】さらにアルミニウム１０４で集光された光
が再びＩＴＯ１０５で反射される際にＩＴＯも湾曲部を
有する場合には、反射光がこのＩＴＯの湾曲部によって
意図的に分散させることができ、上下の電極で光の分
散、集光を繰り返すことによりより感度を均一に向上で
きる。
が再びＩＴＯ１０５で反射される際にＩＴＯも湾曲部を
有する場合には、反射光がこのＩＴＯの湾曲部によって
意図的に分散させることができ、上下の電極で光の分
散、集光を繰り返すことによりより感度を均一に向上で
きる。
【００４３】図１、図３、および図６に本実施例で示す
光電変換素子の作製工程を示す。まず、図３（ａ）に示
すように、トップゲート型のＭＯＳトランジスタ１０１
を形成し、その上方に厚み５μｍ〜１０μｍのポリイミ
ドの平坦化膜３０１を設ける。ポリイミドの平坦化膜３
０１の上に、図３（ｂ）に示すようにポジ型のレジスト
３０２を付ける。レジストは、１μｍ〜３．５μｍの厚
みを持つように形成する。
光電変換素子の作製工程を示す。まず、図３（ａ）に示
すように、トップゲート型のＭＯＳトランジスタ１０１
を形成し、その上方に厚み５μｍ〜１０μｍのポリイミ
ドの平坦化膜３０１を設ける。ポリイミドの平坦化膜３
０１の上に、図３（ｂ）に示すようにポジ型のレジスト
３０２を付ける。レジストは、１μｍ〜３．５μｍの厚
みを持つように形成する。
【００４４】そして露光の際に、焦点が合っている状態
から焦点深度を少しずらし、図６（ａ）に示す円が抜か
れたパターンが印刷されているマスク６０１を用い、ポ
ジ型レジスト３０２を図３（ｃ）のように凹湾曲部を有
するレジスト３０３に加工する。図６（ａ）のマスク６
０１は、一画素に相当するマスクを示しており、本実施
例では一画素に３×３の９個の湾曲部を形成する。この
マスクの円の大きさ６０６は２μｍ〜３μｍであるよう
に設計されている。
から焦点深度を少しずらし、図６（ａ）に示す円が抜か
れたパターンが印刷されているマスク６０１を用い、ポ
ジ型レジスト３０２を図３（ｃ）のように凹湾曲部を有
するレジスト３０３に加工する。図６（ａ）のマスク６
０１は、一画素に相当するマスクを示しており、本実施
例では一画素に３×３の９個の湾曲部を形成する。この
マスクの円の大きさ６０６は２μｍ〜３μｍであるよう
に設計されている。
【００４５】露光装置はミラープロジェクションアライ
ナ（ＭＰＡ）を用いる。露光の再にＭＰＡの光学系の焦
点深度を微妙にずらし、パターンをぼかしてレジスト露
光を行い、湾曲部にパターニングする。湾曲部の高低差
６１０はレジスト厚６１１とほぼ同じか、それより少し
小さい０．５μｍ〜３．５μｍである。また、湾曲部の
大きさ６１２はほぼマスクの円の直径６１３と同じか、
それより少し大きい２μｍ〜３．５μｍである。
ナ（ＭＰＡ）を用いる。露光の再にＭＰＡの光学系の焦
点深度を微妙にずらし、パターンをぼかしてレジスト露
光を行い、湾曲部にパターニングする。湾曲部の高低差
６１０はレジスト厚６１１とほぼ同じか、それより少し
小さい０．５μｍ〜３．５μｍである。また、湾曲部の
大きさ６１２はほぼマスクの円の直径６１３と同じか、
それより少し大きい２μｍ〜３．５μｍである。
【００４６】次に、図３に示すレジスト３０３の湾曲部
とほぼ同じ形状にポリイミド３０１を形成するため、エ
ッチングレートがほぼ１対１となるような条件でＲＩＥ
異方性エッチングを行なう。エッチングは、ＣＦ4 ／Ｏ
2 を５対９５の割合で混合したエッチングガスを用いて
ＲＩＥ異方性エッチングを行なう。このエッチングガス
を用いると、レジストと、ポリイミドのエッチング選択
比をほぼ１対１にすることができる。
とほぼ同じ形状にポリイミド３０１を形成するため、エ
ッチングレートがほぼ１対１となるような条件でＲＩＥ
異方性エッチングを行なう。エッチングは、ＣＦ4 ／Ｏ
2 を５対９５の割合で混合したエッチングガスを用いて
ＲＩＥ異方性エッチングを行なう。このエッチングガス
を用いると、レジストと、ポリイミドのエッチング選択
比をほぼ１対１にすることができる。
【００４７】本実施例では、ＣＦ4 ／Ｏ2 を混合したエ
ッチングガスを用いてＲＩＥ異方性エッチングを行なっ
たが、レジストとポリイミドのエッチング選択比を１対
１から１対２になるような、他の材料や他の条件でＲＩ
Ｅ異方性エッチングすることも可能である。また、一般
のドライエッチングによっても可能である。このように
して、図３（ｄ）に示す凹湾曲部を有するポリイミド３
０４を形成することができる。
ッチングガスを用いてＲＩＥ異方性エッチングを行なっ
たが、レジストとポリイミドのエッチング選択比を１対
１から１対２になるような、他の材料や他の条件でＲＩ
Ｅ異方性エッチングすることも可能である。また、一般
のドライエッチングによっても可能である。このように
して、図３（ｄ）に示す凹湾曲部を有するポリイミド３
０４を形成することができる。
【００４８】またポリイミドとレジストのプリベーク温
度を低めに設定しておき、ポリイミドをレジストとほぼ
同じ形状にエッチングした後ポリイミドを再度ベークし
て表面を滑らかにする工程を加えるとさらによい。この
場合プリベークは１００〜２００度で行い、２度目のベ
ークは２５０〜３５０度で行なう。
度を低めに設定しておき、ポリイミドをレジストとほぼ
同じ形状にエッチングした後ポリイミドを再度ベークし
て表面を滑らかにする工程を加えるとさらによい。この
場合プリベークは１００〜２００度で行い、２度目のベ
ークは２５０〜３５０度で行なう。
【００４９】ポリイミド膜に一画素に９個ずつ凹湾曲部
を形成したのち、図１に示すようにコンタクトホールを
形成し、アルミニウム１０４を形成する。アルミニウム
１０４もポリイミド膜１０３とほぼ同じ凹湾曲部を有す
る。このようにして反射率が大きく、光を集める働きを
有する凹湾曲部を下部電極に設ける。更に、アモルファ
スシリコン１０６、ＩＴＯ１０５を形成し、図１に示す
目的のイメージセンサを作製する。このようにして作製
した図１に示す構造のイメージセンサは、画素を小さく
しても感度を均一に向上させることができる。
を形成したのち、図１に示すようにコンタクトホールを
形成し、アルミニウム１０４を形成する。アルミニウム
１０４もポリイミド膜１０３とほぼ同じ凹湾曲部を有す
る。このようにして反射率が大きく、光を集める働きを
有する凹湾曲部を下部電極に設ける。更に、アモルファ
スシリコン１０６、ＩＴＯ１０５を形成し、図１に示す
目的のイメージセンサを作製する。このようにして作製
した図１に示す構造のイメージセンサは、画素を小さく
しても感度を均一に向上させることができる。
【００５０】本実施例は、露光装置としてＭＰＡを用い
たが、焦点深度を調節できるようなステッパを用いて作
製することもできる。またプロキシミティ方式を用いる
こともできる。また、本実施例は、湾曲部の高低差を
０．５μｍ〜３．５μｍに形成したが、０．２５μｍ〜
４μｍをとり得る。さらに、本実施例は、図１に示す湾
曲部の大きさ１１１が２μｍ〜３．５μｍであるが、下
部電極と信号転送素子とを接続するためのコンタクトホ
ールより大きく、画素より小さければよい。
たが、焦点深度を調節できるようなステッパを用いて作
製することもできる。またプロキシミティ方式を用いる
こともできる。また、本実施例は、湾曲部の高低差を
０．５μｍ〜３．５μｍに形成したが、０．２５μｍ〜
４μｍをとり得る。さらに、本実施例は、図１に示す湾
曲部の大きさ１１１が２μｍ〜３．５μｍであるが、下
部電極と信号転送素子とを接続するためのコンタクトホ
ールより大きく、画素より小さければよい。
【００５１】〔実施例２〕本実施例は、実施例１のイメ
ージセンサの上部に複数のマイクロレンズを形成した光
電変換素子およびその作製方法である。１画素の光電変
換素子の上に複数のマイクロレンズを設けることで、変
換効率を上げることができる。
ージセンサの上部に複数のマイクロレンズを形成した光
電変換素子およびその作製方法である。１画素の光電変
換素子の上に複数のマイクロレンズを設けることで、変
換効率を上げることができる。
【００５２】図４に本実施例で示すイメージセンサの一
画素の断面図を示す。実施例１のイメージセンサの光電
変換素子１０２の上方にアクリル樹脂からなるマイクロ
レンズ４０１が断面上に３個設けられており、縦横３個
ずつの計９個のマイクロレンズが一画素に設けられてい
る。
画素の断面図を示す。実施例１のイメージセンサの光電
変換素子１０２の上方にアクリル樹脂からなるマイクロ
レンズ４０１が断面上に３個設けられており、縦横３個
ずつの計９個のマイクロレンズが一画素に設けられてい
る。
【００５３】本実施例のイメージセンサの作製工程を図
５、図７に示す。まず、図５（ａ）に示すように、実施
例１のイメージセンサの光電変換層の上部電極であるＩ
ＴＯ１０５の上方に膜厚５μｍ〜１０μｍアクリル樹脂
の平坦化膜５０１を形成し、その上に膜厚２μｍ〜４μ
ｍのポジ型のレジスト５０２を形成する。
５、図７に示す。まず、図５（ａ）に示すように、実施
例１のイメージセンサの光電変換層の上部電極であるＩ
ＴＯ１０５の上方に膜厚５μｍ〜１０μｍアクリル樹脂
の平坦化膜５０１を形成し、その上に膜厚２μｍ〜４μ
ｍのポジ型のレジスト５０２を形成する。
【００５４】このレジストを図７（ａ）で示すような、
実施例１で用いたマスクとほぼ逆のマスクパターンが形
成されているマスク７０１（円パターンが印刷されてい
るマスク）を用いて実施例１と同様の方法でパターニン
グして図７（ｃ）に示すような湾曲部を有するレジスト
７０４（図５（ｂ）の５０３にあたる）を形成する。マ
スク７０１は一画素に相当するマスクであり、３×３の
円パターンが印刷されており、一画素に３×３の９個の
マイクロレンズを形成することができる。図７（ａ）の
マスクの円の大きさ７１０は２μｍ〜４μｍに設計した
ものを用い、実施例１のマスクと同じ配置とする。本実
施例では、図７（ａ）の７０１で示すマスクを用いた
が、マスクのパターン形状は他の形状であってもかまわ
ない。
実施例１で用いたマスクとほぼ逆のマスクパターンが形
成されているマスク７０１（円パターンが印刷されてい
るマスク）を用いて実施例１と同様の方法でパターニン
グして図７（ｃ）に示すような湾曲部を有するレジスト
７０４（図５（ｂ）の５０３にあたる）を形成する。マ
スク７０１は一画素に相当するマスクであり、３×３の
円パターンが印刷されており、一画素に３×３の９個の
マイクロレンズを形成することができる。図７（ａ）の
マスクの円の大きさ７１０は２μｍ〜４μｍに設計した
ものを用い、実施例１のマスクと同じ配置とする。本実
施例では、図７（ａ）の７０１で示すマスクを用いた
が、マスクのパターン形状は他の形状であってもかまわ
ない。
【００５５】次に、図５（ｂ）に示すレジスト５０３と
アクリル樹脂の平坦化膜５０１のエッチング選択比が１
対１から１対２、好ましくはほぼ１対１となるようにエ
ッチングして、図４のマイクロレンズ４０１を形成する
ことができる。ＣＦ4 ／Ｏ2 を５対９５の割合で混合し
たエッチングガスを用いてレジスト膜をエッチングし、
凸状曲面を有するアクリル樹脂を形成する。本実施例で
はＣＦ4 ／Ｏ2 系のエッチングガスを用いたが、レジス
ト５０３と有機樹脂膜５０１のエッチング選択比が１対
１であるような他のエッチング方法を用いてもよい。
アクリル樹脂の平坦化膜５０１のエッチング選択比が１
対１から１対２、好ましくはほぼ１対１となるようにエ
ッチングして、図４のマイクロレンズ４０１を形成する
ことができる。ＣＦ4 ／Ｏ2 を５対９５の割合で混合し
たエッチングガスを用いてレジスト膜をエッチングし、
凸状曲面を有するアクリル樹脂を形成する。本実施例で
はＣＦ4 ／Ｏ2 系のエッチングガスを用いたが、レジス
ト５０３と有機樹脂膜５０１のエッチング選択比が１対
１であるような他のエッチング方法を用いてもよい。
【００５６】このように、実施例１とマスクパターンを
変えると、同じポジ型レジストを用いても凸湾曲部を形
成できる。
変えると、同じポジ型レジストを用いても凸湾曲部を形
成できる。
【００５７】本実施例のように、一画素に複数のレンズ
を設けることで、変換効率を上げることができる。ま
た、本実施例のように、光電変換素子の下部電極のマス
クパターンとマイクロレンズのマスクパターンを対応さ
せると、両凸マイクロレンズ４０１を形成することがで
き、片凸マイクロレンズよりもさらに変換効率をあげる
ことができる。
を設けることで、変換効率を上げることができる。ま
た、本実施例のように、光電変換素子の下部電極のマス
クパターンとマイクロレンズのマスクパターンを対応さ
せると、両凸マイクロレンズ４０１を形成することがで
き、片凸マイクロレンズよりもさらに変換効率をあげる
ことができる。
【００５８】
【発明の効果】本発明は、光の反射、集光、分散を利用
して変換効率を上げることができ、イメージセンサの画
素の縮小に伴い問題となった感度を向上させることがで
きる。また、意識的に集光させて光を制御できるので、
特にイメージセンサで問題となった画素ごとの感度の均
一性を持たせることができる。また、本発明はイメージ
センサに限らず、光電変換素子を有する光電変換装置の
感度を向上させ、かつ感度の均一性を持たせることがで
きる。
して変換効率を上げることができ、イメージセンサの画
素の縮小に伴い問題となった感度を向上させることがで
きる。また、意識的に集光させて光を制御できるので、
特にイメージセンサで問題となった画素ごとの感度の均
一性を持たせることができる。また、本発明はイメージ
センサに限らず、光電変換素子を有する光電変換装置の
感度を向上させ、かつ感度の均一性を持たせることがで
きる。
【００５９】更に、本発明を用いると、感度の点におい
て一画素の大きさの限界を縮めることが可能となる。
て一画素の大きさの限界を縮めることが可能となる。
【図１】 積層型イメージセンサの模式図
【図２】 積層型イメージセンサの模式図
【図３】 積層型イメージセンサの作製工程の模式図
【図４】 積層型イメージセンサの模式図
【図５】 積層型イメージセンサの作製工程の模式図
【図６】 マスクのパターンおよびマスクとレジストの
断面図
断面図
【図７】 マスクのパターンおよびマスクとレジストの
断面図
断面図
１０１ 信号転送素子 １０２ 光電変換素子 １０３ 有機樹脂 １０４ 下部電極 １０５ 上部電極 １０６ 光電変換層 １０７ 基板 １１０ 湾曲部の高低差 １１１ 湾曲部の大きさ １１２ コンタクトホールの大きさ １１３ 画素の大きさ １２０ ソース １２１ チャネル １２２ ドレイン １２３ ゲート絶縁膜 １２４ ゲート電極 ２０１ 信号転送素子 ２０２ 光電変換素子 ３０１ 有機樹脂の平坦化膜 ３０２ レジスト ３０３ レジスト ４０１ マイクロレンズ ５０１ 有機樹脂の平坦化膜 ５０２ レジスト ５０３ レジスト
Claims (12)
- 【請求項１】信号転送素子の上方に光電変換素子を積層
してなる光電変換装置であって、 前記信号転送素子の上方に有機樹脂膜が設けられ、前記
有機樹脂膜の上方に前記光電変換素子が設けられ、前記
光電変換素子の下部電極は湾曲部を有することを特徴と
する光電変換装置。 - 【請求項２】信号転送素子の上方に光電変換素子を積層
してなる光電変換装置であって、 前記信号転送素子の上方に有機樹脂膜が設けられ、前記
有機樹脂膜の上方に前記光電変換素子が設けられ、前記
光電変換素子の上部電極の上にマイクロレンズが設けら
れ、前記光電変換素子の下部電極は湾曲部を有すること
を特徴とする光電変換装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記湾
曲部の高低差は０．２５μｍ〜４μｍであることを特徴
とする光電変換装置。 - 【請求項４】請求項１乃至請求項３において、前記湾曲
部は、前記下部電極と前記信号転送素子とを接続するた
めのコンタクトホールより大きく、画素より小さいこと
を特徴とする光電変換装置。 - 【請求項５】請求項１乃至請求項４において、前記光電
変換素子の下部電極の表面材料はアルミニウム、モリブ
デン、タンタル、チタン、金、銀、白金から選択された
金属材料であることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項６】請求項１乃至請求項５において、前記有機
樹脂膜の材料は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミド
アミド、またはアクリル樹脂から選択された有機樹脂で
あることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項７】信号転送素子の上方に光電変換素子を積層
してなる光電変換装置の作製方法であって、 基板上に信号転送素子を形成する工程と、前記信号転送
素子の上方に有機樹脂の平坦化膜を形成する工程と、前
記平坦化膜にレジストを形成する工程と、前記レジスト
に湾曲部を形成する工程と、前記平坦化膜を前記湾曲部
とほぼ同じ形状にエッチングする工程と、前記光電変換
素子の下部電極を形成する工程と、前記下部電極の上に
光電変換層と上部電極を形成する工程と、を有すること
を特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 【請求項８】信号転送素子の上方に光電変換素子を積層
してなる光電変換装置の作製方法であって、 基板上に信号転送素子を形成する工程と、前記信号転送
素子の上方に有機樹脂の平坦化膜を形成する工程と、前
記平坦化膜にレジストを形成する工程と、前記レジスト
に湾曲部を形成する工程と、前記平坦化膜を前記湾曲部
とほぼ同じ形状にエッチングする工程と、前記光電変換
素子の下部電極を形成する工程と、前記下部電極の上に
光電変換層と上部電極を形成する工程と、前記上部電極
の上方にマイクロレンズを形成する工程と、を有する光
電変換装置の作製方法。 - 【請求項９】請求項７または請求項８において、前記湾
曲部の高低差を０．２５μｍ〜４μｍに形成することを
特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 【請求項１０】請求項７乃至請求項９において、前記湾
曲部を、前記下部電極と前記信号転送素子とを接続する
ためのコンタクトホールより大きく、画素より小さく形
成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 【請求項１１】請求項７乃至請求項１０において、前記
光電変換素子の下部電極の表面材料として、アルミニウ
ム、モリブデン、タンタル、チタン、金、銀、白金から
選択された金属材料を用いることを特徴とする光電変換
装置の作製方法。 - 【請求項１２】請求項７乃至請求項１１において、前記
有機樹脂膜の材料として、ポリイミド、ポリアミド、ポ
リイミドアミド、またはアクリル樹脂から選択された有
機樹脂を用いることを特徴とする光電変換装置の作製方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27950297A JP4294745B2 (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 光電変換装置の作製方法 |
| US09/160,619 US6288388B1 (en) | 1997-09-26 | 1998-09-24 | Photoelectric converter wherein the lower electrode has bends |
| US09/882,611 US6423569B2 (en) | 1997-09-26 | 2001-06-15 | Photoelectric converter and fabrication method thereof |
| US10/178,385 US6803261B2 (en) | 1997-09-26 | 2002-06-24 | Photoelectric converter and fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27950297A JP4294745B2 (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 光電変換装置の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103041A true JPH11103041A (ja) | 1999-04-13 |
| JP4294745B2 JP4294745B2 (ja) | 2009-07-15 |
Family
ID=17611949
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27950297A Expired - Fee Related JP4294745B2 (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 光電変換装置の作製方法 |
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|---|---|
| US (3) | US6288388B1 (ja) |
| JP (1) | JP4294745B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6891194B2 (en) | 2001-02-07 | 2005-05-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate, electromagnetic detector, and liquid crystal display apparatus |
| EP1195816A3 (en) * | 2000-09-20 | 2008-04-16 | Eastman Kodak Company | CMOS active pixel with scavenging diode |
| WO2014156174A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子および撮像装置 |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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