TWI509782B - 攝像元件及攝像裝置 - Google Patents
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Description
本發明是關於在基板的上側上具有光電轉換層的堆疊型攝像元件及包含所述攝像元件之攝像裝置。
在主要由電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)影像感測器或互補金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)影像感測器表示的單板攝像元件(single-plate image pickup device)中，對應於彩色濾光器之彩色信號經由三種或四種類型的鑲嵌形狀(mosaic-shaped)的彩色濾光器而自像素部分輸出，所述鑲嵌形狀的彩色濾光器安置於執行光電轉換之像素部分(光電二極體(photo diode))的配置的上側上。自單板攝像元件輸出之彩色信號經處理以便產生彩色影像資料。然而，當鑲嵌形狀濾光器為原色(primary colors)之濾光器時，約2/3之入射光由彩色濾光器吸收。因此，在安置有鑲嵌形狀彩色濾光器之單板攝像元件中，每一像素部分中之光使用效率較低，且難以提高敏感度。另外，由於在每一像素部分中僅獲取一種顏色的彩色信號，所以難以增加解析度，且產生假色(false color)。
因此，為處理此類狀況，例如，開發了JP-T-2002-513145中所揭露的攝像元件。根據此攝像元件，藉由在矽基板內配置偵測光信號之三疊井(three-folded well)(光電二極體)，可獲取根據矽基板之深度差異而具有不同光譜敏感度(spectral sensitivity)的信號(在表面上具有藍色、綠色及紅色波長之峰值)。根據本攝像元件，解析度為良好的，且光使用效率得以改良。然而，RGB輸出信號之光譜敏感度特性的分離並不足夠，且色彩再現性惡化。另外，為了獲取真實RGB信號，執行輸出信號之加法及減法。然而，信號雜訊比(Signal to Noise ratio，S/N)由於加法或減法而惡化。
因此，如在JP-T-2002-502120及JP-A-2002-83946中，研究並開發可良好地分離RGB輸出信號之光譜敏感度特性的攝像元件。在此類攝像元件中，每一像素部分具有一種結構，其中順序地產生用於B、G、R之光之信號電荷的光電轉換層順序地堆疊(例如，自光入射側)著。接著，在每一像素部分中，可獨立讀出對應於每一光電轉換層中光所產生之電荷的信號之讀取部分是與像素部分一體式(integrally)安置著。在此類攝像元件中，由於無彩色濾光器置放在每一像素部分之上部側上，所以可見光之使用效率可經組態(configured)為幾乎100%。另外，由於使用了堆疊三個光電轉換層之結構，所以可在每一像素部分中獲取R、G及B三種顏色之彩色信號。此外，可獨立選擇三個光電轉換層之光譜敏感度特性。因此，RGB輸出信號之光譜敏感度特性之分離為良好的。結果，可獲取具有高敏感度、高解析度(假色為視覺上不可辨識的)、極好的色彩再現性及良好S/N的影像。
本發明之發明者已發現以下缺點：歸因於如JP-T-2002-502120及JP-A-2002-83946中所揭露之堆疊型攝像元件中之結構而在影像中出現不均勻性。在下文中，將參看附圖來描述所述缺點。
圖61為繪示習知提出之堆疊型攝像元件之橫截面的示意圖。圖61中所示之攝像元件包含以二維形狀配置之多個像素部分P。每一像素部分P包含基板1、絕緣層2、光電轉換層3、相對電極4、像素電極5、連接部分6及信號讀取部分7。像素電極5安置於絕緣層2(絕緣層2安置於基板1上)上且與每一像素部分P分離。光電轉換層3安置於像素電極5上，且所有像素部分P所共用之一個光電轉換層3經組態。相對電極4安置於光電轉換層3上，且所有像素部分P所共用之一個相對電極4經組態。信號讀取部分7形成於基板1中且藉由MOS電路或類似者來組態。連接部分6由導電材料形成，其將像素電極5與信號讀取部分7彼此電性連接。在攝像元件之像素部分中，藉由在相對電極4與像素電極5之間施加電場，在光電轉換層3中所產生之電荷(電子或電洞)移動至像素電極5。接著，對應於移動至像素電極5之電荷之信號由信號讀取部分7讀出且輸出至外部。
圖62為自頂面查看之圖61中所示之攝像元件的圖。在圖62中，未繪示相對電極4。如圖62中所示，以四方格子(tetragonal lattice)形狀配置多個像素部分P。每一像素部分P之分隔區域為方形。包含在每一像素部分P中之像素電極5呈比像素部分P小的方形形狀，且安置於像素部分P之分隔區域之中心中。另外，像素部分P之像素電極5(其類似於像素部分P)以四方格子形狀而配置。因此，相鄰的像素電極5之間的距離在所有像素部分中為相同的。在圖62中，多個像素電極中定位於最外側之像素電極由未畫陰影之白色β方塊(white beta block)表示。
當集中在一個像素部分P上時，在包含於像素部分P中之像素電極5與像素部分P之末端部分之間存在間隙，且微弱之電場施加於所述間隙之間。因此，在此間隙中產生之電荷移動至像素電極5且轉換為信號。因此，作為自像素部分P輸出之信號，不僅存在對應於在像素電極5與相對電極4之間的光電轉換層3中所產生之電荷的信號，而且存在對應於此間隙中所產生之電荷的信號。
關於圖62中畫陰影之像素電極5，使包含像素電極5之像素部分P之四側與其他像素部分P接觸。因此，不存在自包含像素電極5之像素部分P外部移動至像素電極5之電荷。然而，關於圖62中未畫陰影之像素部分5，包含像素電極5之像素部分P(定位於最外周邊上之像素部分P)之四側中之一者或兩者並未與其他像素部分P接觸，且電荷自光電轉換層3移動至像素電極5，所述光電轉換層3位於定位於最外周邊上之像素部分P之更外側上。
因此，在多個像素部分P中的定位於最外周邊上之像素部分P中，在像素電極5中收集之電荷多於位於內周邊上之像素部分P(包含未畫陰影之像素電極5的像素部分P)之電荷(參見圖62)。因此，像素電極5之電位升高(或下降)。關於位於處於最外周邊上之像素部分P中的四個拐角上之像素部分P(位於最外末端上之像素部分P)，使其他像素部分P僅與所述像素部分P之兩側接觸，因此，具體而言其電位升高(或下降)。結果，基於自攝像元件輸出之信號的影像如圖63中所繪示。
圖63為表示所攝取影像之實例的圖，所攝取影像可在藉由使用圖61及圖62中所示之攝像元件在恆定量之光下執行攝像操作而獲取。如圖63所示，在恆定量之光下攝取之影像中，對應於位於最外周邊上之像素部分P之位於外周邊上的像素較對應於位於內周邊上之像素部分P之位於內周邊上的像素明亮，藉此出現影像之不勻性。具體而言，對應於位於最外端上之像素部分P之位於最外端上的像素最明亮。
另外，在圖61及圖62中所示之攝像元件中，藉由不使用自位於最外周邊上之像素部分P讀出之信號作為影像信號，可認為影像之不均勻性得以抑制。然而，即使當自位於最外周邊上之像素部分P讀出之信號未用作影像信號時，影像品質仍可能惡化。原因如下。當像素電極5之電位超過一般範圍時，電荷自像素電極5溢流，且此類電荷可能對位於內周邊上之像素部分P之像素電極5的電位具有影響。隨著小型化發展，像素電極5之間的間隙變得較窄，且影像品質歸因於此類因素所致之惡化被認為容易發生。
在JP-T-2002-502120及JP-A-2002-83946中，並未充分論及此類堆疊型攝像元件之結構致使影像品質惡化的缺點。另外，並未使用可處理此類缺點之任何組態。
考慮到上述情形而設計出本發明。本發明之目的是提供一種能夠藉由抑制歸因於堆疊型攝像元件之結構所致之影像不勻性來改良影像品質的攝像元件及具有所述攝像元件之攝像裝置。
[1] 根據本發明之態樣，一種攝像元件包含多個第一電極、第二電極、第三電極、光電轉換層、多個信號讀取部分、若干電位調整部分中之至少一者。所述多個第一電極是以二維形式配置於基板之上側上且一預定間隙插入於所述第一電極中之一者與鄰近所述第一電極之所述一者的另一第一電極之間。第二電極鄰接所述第一電極中之配置於最外側上之所述第一電極配置，其中所述預定間隙插入於配置於所述最外側上之所述第一電極與所述第二電極之間。第三電極面向所述多個第一電極及所述第二電極。光電轉換層安置於所述多個第一電極與所述第二電極與所述第三電極之間。所述多個信號讀取部分連接至所述多個第一電極，且讀出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述多個第一電極之電荷的信號。多個電位調整部分中之至少一者連接至所述第二電極，且調整所述第二電極之電位使得根據在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之電荷而確定的所述第二電極之電位不超出預定範圍。
[2] 在[1]之攝像元件中，用於讀出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之所述電荷的信號之讀取部分未連接至所述第二電極。
[3] 在[1]或[2]之攝像元件中，其中多個信號讀取部分中之每一者包含MOS電晶體電路，其包括：重設電晶體，其經組態以重設第一電極之電位；及輸出電晶體，其經組態以輸出對應於在光電轉換層中產生且移動至第一電極之電洞的電壓信號，其中MOS電晶體電路中之每一電晶體為n-通道MOS電晶體，且其中多個電位調整部分中之至少一者調整第二電極之電位使得根據在光電轉換層中產生且移動至第二電極之電洞而確定之第二電極之電位不超過臨限值。
[4] 在[1]或[2]之攝像元件中，其中所述信號讀取部分中之每一者包含MOS電晶體電路，其包括：重設電晶體，其經組態以重設所述第一電極之電位；及輸出電晶體，其經組態以輸出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述第一電極之電子的電壓信號，其中所述MOS電晶體電路中之每一電晶體為p-通道MOS電晶體，且其中多個電位調整部分中之所述至少一者調整所述第二電極之電位，使得根據在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之電子而確定的所述第二電極之電位不低於臨限值。
[5] 在[1]至[4]中任一項之攝像元件中，其中多個電位調整部分中之所述至少一者為將所述第二電極與電源直接連接之佈線。
[6] [1]至[4]中之任一項之攝像元件，其中多個電位調整部分中之所述至少一者為連接至所述第二電極之二極體接法形式(diode-connected transistor)之電晶體。
[7] [1]至[4]中之任一項之攝像元件，其中多個電位調整部分中之所述至少一者為連接至所述第二電極之二極體。
[8] [1]至[7]中之任一項之攝像元件，其中所述第一電極及所述第二電極是以四方格子形狀而配置，且其中以所述四方格子形狀而配置之所述電極中之定位於所述最外側上的所述電極經組態為所述第二電極，且其他電極經組態為所述第一電極。
[9] [1]至[7]中之任一項之攝像元件，其中所述第二電極是藉由連續形成之一個電極來組態以便包圍所述多個第一電極。
[10] [1]至[9]中之任一項之攝像元件，其中所述光電轉換層包含有機材料，且其中所述預定間隙等於或小於3 μm。
[11] 根據本發明之另一態樣，一種攝像裝置包含[1]至[10]中任一項之攝像元件。
藉由[1]至[10]之組態，可提供一種能夠藉由抑制歸因於堆疊型攝像元件之結構所致之影像不均勻性來改良影像品質的攝像元件及具有所述攝像元件之攝像裝置。
藉由[11]之組態，可提供一種能夠藉由抑制歸因於堆疊型攝像元件之結構所致之影像不均勻性來改良影像品質的攝像裝置及具有攝像元件之攝像裝置。
下文中，將參看附圖來描述本發明之例示性實施例。
圖1為表示根據本發明之例示性實施例之攝像元件之橫截面的示意圖。圖1中所表示之攝像元件包含：基板11；絕緣層12；有機層13；相對電極14；多個電極(多個像素電極15及多個電位調整電極19)；連接層16；信號讀取部分17；及電位調整部分18。
基板11為由矽或類似物形成之玻璃基板或半導體基板。在基板11上形成絕緣層12。另外，在絕緣層12上形成所述多個電極。
圖2為自頂側查看之圖1中所表示之攝像元件的圖。圖2中並未繪示相對電極14。
多個電極是在絕緣層12之表面之水平方向及與其正交之方向上以二維方式配置，其間插入一預定間隙A(在圖2中所表示之實例中，四方格子形狀)。在多個電極中，定位於最外側上之電極為電位調整電極19，且其他電極為像素電極15。
有機層13至少包含光電轉換層，其由根據所接收到的光而產生電荷的有機光電轉換材料形成。有機層13安置於像素電極15及電位調整電極19上以便覆蓋電極。
相對電極14為面向像素電極15及電位調整電極19且安置於有機層13上的電極。為了允許光入射於有機層13上，相對電極14由對於入射光透射之導電材料構成。可經由圖中未繪示之佈線將預定電壓施加至相對電極14。因此，可將電場施加於相對電極14與多個電極(像素電極15及電位調整電極19)之間。
在圖1及圖2中，將藉由接合以下多個點之直線所分隔的區塊(藉由圖中之虛線表示的區塊)定義為像素部分：與兩側間隔之點，其位於電極(像素電極15及電位調整電極19)之末端部分中在垂直方向上在電極之間的間隙A的一半處；及與兩側間隔之點，其位於電極之末端部分中在水平方向上電極之間的間隙A的一半處。包含像素電極15的像素部分被設定為標準像素部分P1，且包含電位調整電極19的像素部分被設定為周邊像素部分P2。
像素電極15為用於收集光電轉換層中產生之電荷的電荷收集電極，所述光電轉換層定位於包含在標準像素部分P1中的有機層13內。信號讀取部分17根據多個像素電極15中的每一者而安置，且輸出對應於在相應像素電極15中收集之電荷的信號。舉例而言，信號讀取部分17藉由CCD、MOS電晶體電路(MOS電路)、TFT電路或類似物來組態。連接部分16將像素電極15與其對應的信號讀取部分17彼此連接。連接部分16由埋於絕緣層12中之導電材料構成。
圖3為表示在MOS電路用作圖1中所表示之攝像元件中之信號讀取部分17的狀況下的組態實例的圖。在圖3中，將相同參考標記指派給與圖1中所繪示之組成元件相同之組成元件。
圖3中所示之信號讀取部分17包含浮動擴散層FD、重設電晶體17a、輸出電晶體17b及選擇電晶體17c。重設電晶體17a、輸出電晶體17b及選擇電晶體17c分別藉由n通道MOS電晶體(下文中稱作nMOS電晶體)來組態。
浮動擴散層FD電性連接至像素電極15。因此，浮動擴散層FD之電位根據像素電極15之電位而改變。在圖3所示之實例中，設定施加至相對電極14之電壓VPX，以使得信號電流Isig在曝光週期期間在有機層13內部自相對電極14朝向像素電極15流動(換言之，在有機層13內部在光電轉換層中所產生之電洞是收集於像素電極15中)。因此，在曝光週期期間，藉由允許信號電流Isig流經像素電極15，使像素電極15之電位增加。根據像素電極15之電位的增加，浮動擴散層FD之電位增加。
重設電晶體17a用於將浮動擴散層FD之電位重設至預定電位。重設電晶體17a之汲極端子電性連接至浮動擴散層FD且源極端子被供應以電壓VS。當施加至重設電晶體17a之閘極端子之重設脈衝RS到達高位準時，該重設電晶體17a接通，且電子自該重設電晶體17a之源極注入至汲極。浮動擴散層FD之電位歸因於電子而降低，且將浮動擴散層FD之電位重設至預定電位。將電壓VS設定為低於電壓VPX。因此，信號電流Isig在曝光週期期間自相對電極14朝向像素電極15而流動。在此類組態下，像素電極15之電位可自電壓VS升高至電壓VPX，且因此可在所述範圍中讀出信號。
輸出電晶體17b將浮動擴散層FD之電位轉換為電壓信號並輸出所述電壓信號。換言之，輸出電晶體17b輸出對應於像素電極15中所收集之電荷的信號。輸出電晶體17b之閘極端子電性連接至浮動擴散層FD且汲極端子被供應以電源電壓Vdd。另外，輸出電晶體17b之源極端子連接至選擇電晶體17c之汲極端子。
選擇電晶體17c用於將輸出電晶體17b之輸出信號選擇性地輸出至信號線17d。選擇電晶體17c具有連接至信號線17d之源極端子。當施加至選擇電晶體17c之閘極端子之選擇脈衝RW變為高位準時，選擇電晶體17c接通。因此，藉由輸出電晶體17b轉換之電壓信號輸出至信號線17d。
在此類電路組態下，信號讀取部分17可讀取對應於像素電極15中收集之電荷的輸出至信號線17d中之信號。
在圖3中所示之電路中，其可經組態為使重設電晶體17a、輸出電晶體17b及選擇電晶體17c分別藉由p通道MOS電晶體來組態，電子是收集於像素電極15中，其中電壓VS與電壓VPX之間的關係設定為「VPX<VS」，且藉由以pMOS電晶體組態之MOS電路來讀出對應於電子之量的信號。在此類組態下，像素電極15之電位可自電壓VS降低至電壓VPX，且可在所述範圍中讀出信號。
返回參看圖1，電位調整電極19為新安置之電極，例如用於允許在所有像素電極15中收集之電荷的量在恆定量之光下執行攝影過程時為均一的。為了允許所有像素電極15所收集之電荷的量均一，每一像素電極15在水平方向及垂直方向上可空出均一距離，以便安置收集位於有機層13內部之光電轉換層中所產生之電荷的電極。如圖2中所表示，藉由使用以均一間距以二維方式配置之多個電極中位於最外側上之電極作為電位調整電極19，可滿足上述條件。根據圖2中所示之組態，在水平方向及垂直方向上與每一像素電極15之四側相距恆定距離之位置中，必需置放其他電極。因此，對於每一像素電極15，僅有在包含像素電極15之標準像素部分P1內部之有機層13中產生之電荷會移動。因此，在所有像素電極15中收集之電荷的量可為均一的。
對於電位調整電極19，產生於包含電位調整電極19之周邊像素部分P2內部之有機層13中的電荷及產生於周邊像素部分P2之外側上之有機層13中的電荷根據相對電極14與電位調整電極19之間所施加的電場而移動。然而，對應於移動至電位調整電極19之電荷的信號經組態為不在攝像元件之外部讀出。換言之，讀出對應於有機層13內部之光電轉換層中產生且移動至電位調整電極19之電荷的信號的信號讀取部分經組態為未連接至電位調整電極19。
作為電位調整電極19之材料，可使用任何導電材料。然而，藉由使用與像素電極15相同之材料，電位調整電極19可與像素電極15同時形成，藉此可降低成本。
關於像素電極15，使包含像素電極15之標準像素部分P1之四側與其他像素部分接觸，且因此電荷並未自標準像素部分P1外部之有機層13移動至像素電極15。然而，關於電位調整電極19，未使包含電位調整電極19之周邊像素部分P2之四側中的一側或兩側與其他像素部分接觸。因此，如圖2中所示，電荷自周邊像素部分P2之外側上之有機層13移動至電位調整電極19。
換言之，當藉由使用此攝像元件而在恆定量之光下執行攝影過程時，移動至電位調整電極19之電荷的量大於移動至像素電極15之電荷的量。因此，例如當以恆定量之光執行攝影過程時，在自標準像素部分P1獲取之信號位準與自周邊像素部分P2獲取之信號位準之間存在差異。然而，此攝像元件經組態以不自周邊像素部分P2讀出信號。因此，所述信號位準之間的差異並未導致任何缺點。
另一方面，如上文所述，當大量電荷移動至電位調整電極19，且電位調整電極19之電位顯著升高或下降使得電位調整電極19之電位超出信號讀取部分17之輸出範圍(自電壓VS至電壓VPX之範圍)時，電位之改變可能影響像素電極15之電位。當存在此類影響時，在自標準像素部分P1獲取之信號中存在變化。因此，影像品質可能惡化。
因此，根據此攝像元件，藉由安置該電位調整電極19來調整電位，可進一步改良影像品質。
電位調整部分18是根據每一電位調整電極19而安置且調整電位以使得相應的電位調整電極19之電位不超過輸出範圍。作為電位調整部分18，可使用可防止電位調整電極19之電位過度升高或下降之任何措施。在信號讀取部分17收集像素電極15中之電洞且由nMOS電晶體組態的狀況下，可藉由電位調整部分18來調整電位使得電位調整電極19之電位不超過臨限值。另一方面，在信號讀取部分17收集像素電極15中之電子且由pMOS電晶體組態的狀況下，可藉由電位調整部分18來調整電位使得電位調整電極19之電位不低於臨限值。稍後將描述電位調整部分18之具體實例。
接著，將描述在執行攝像操作時如上文所述而組態之攝像元件之操作。
當曝光是藉由攝像元件開始且光入射至有機層13中時，在有機層13中產生對應於入射光之電荷。在曝光週期期間，電壓VPX施加至相對電極14。因此，根據施加於相對電極14與像素電極15之間的電場，包含於標準像素部分P1中之有機層13內部所產生之電荷(電子或電洞)移動至包含於標準像素部分P1中之像素電極15以便收集於其中。接著，對應於收集於標準像素部分P1之像素電極15中之電荷的信號由信號讀取部分17讀出至外部。藉由處理自多個標準像素部分P1獲取之多個信號，可產生數目與標準像素部分P1之數目相同的具有像素之影像資料。
另一方面，在周邊像素部分P2中，產生於包含在周邊像素部分P2中之有機層13內部之光電轉換層中的電荷(電子或電洞)移動至電場調整電極19，以便根據施加於相對電極14與電位調整電極19之間的電場而收集於其中。如上所述，產生於置放在周邊像素部分P2之外側上之有機層13中的電荷亦移動至電位調整電極19。因此，電位調整電極19之電位高於或低於像素電極15之電位。然而，電位調整電極19之電位藉由電位調整部分18而維持在預定範圍內。因此，像素電極15之電位變得穩定，且其對影像品質之影響得以抑制。
如上所述，根據此攝像元件，在自其讀出信號之每一像素電極15周圍，安置另一像素電極15及電位調整電極19中之至少一者以與像素電極15間隔開一預定間隙。因此，例如，當在恆定量之光下執行攝影過程時，在像素電極15中收集之電荷的量幾乎相同，且藉此自所有標準像素部分P1獲取之信號可為均一的。結果，與不包含電位調整電極19之一般組態的狀況相比較，影像品質可得以改良。
另外，由於安置了電位調整部分18(其調整安置於所有像素電極15之外側上的電位調整電極19之電位)，因此在以恆定量之光執行攝影過程時在曝光週期期間電位調整電極19之電位(亦即，在電位調整電極19中累積之電荷量)可受到限制。因此，例如，當在恆定量之光下執行攝影過程時，自所有標準像素部分P1獲取之信號的位準可為均一的。因此，可實現更高的影像品質。
下文中，將描述電位調整部分18之具體實例。
(第一實例)
圖4為表示圖1中所示之攝像元件之電位調整部分18之第一組態實例的圖。在圖4中，將相同參考標記指派給與圖1中所繪示之組成元件相同的每一組成元件。
在此實例中，用於將用於供應電壓VS之電源與電位調整電極19彼此連接之佈線經組態為電位調整部分18。對於電位調整電極19，連接有作為電位調整部分18之佈線，且此佈線連接至圖中未繪示之襯墊(pad)。另外，位於攝像元件之外部的電源經組態成可連接至該襯墊。佈線形成於絕緣層12內部，且可與用於攝像元件中之其他佈線同時形成。
在此類組態下，在使用攝像元件時，電位調整電極19之電位一直固定至電壓VS。因此，即使在電荷收集於電位調整電極19中的狀況下，仍可防止電位調整電極19之電位超過信號讀取部分17之輸出範圍。因此，其對像素電極15之影響可得以抑制。在此類組態下，由於使用了電位調整電極19直接連接至電源之簡單組態，所以可以低成本來實施電位調整部分19。
(第二實例)
圖5為表示圖1中所示之攝像元件之電位調整部分18之第二實例的圖。在圖5中，將相同參考標記指派給與圖1中所繪示之組成元件相同的每一組成元件。
在此實例中，二極體接法形式之電晶體經組態為電位調整部分18。此電晶體形成於基板11上且電性連接至電位調整電極19。此電晶體為使閘極端子與汲極端子連接在一起之nMOS電晶體，且防止電位調整電極19之電位升高至等於或高於(電壓VS+電晶體之臨限值Vth)。
在此類組態下，電位調整電極19之電位經調整以便不等於或高於臨限值。因此，即使在大電荷收集於電位調整電極19中的狀況下，仍可防止電位調整電極19之電位超過信號讀取部分17之輸出範圍。因此，其對像素電極15之影響可得以抑制。在電子收集於作為信號讀取部分17之像素電極15中且使用pMOS電晶體的狀況下，可將連接至像素電極15之二極體接法形式之pMOS電晶體用作電位調整部分18。
(第三實例)
圖6為表示圖1中所示之攝像元件之電位調整部分18之第三實例的圖。在圖6中，將相同參考標記指派給與圖1中所繪示之組成元件相同的每一組成元件。
在此實例中，電性連接至每一電位調整電極19之二極體經組態為電位調整部分18。舉例而言，此二極體為齊納二極體。齊納二極體形成於基板11上。齊納二極體防止電位調整電極19之電位升高至等於或高於(電壓VS+二極體之擊穿電壓)。
在此類組態下，電位調整電極19之電位經調整以便不等於或高於臨限值。因此，即使在大電荷收集於電位調整電極19中的狀況下，仍可防止電位調整電極19之電位超過信號讀取部分17之輸出範圍。因此，其對像素電極15之影響可得以抑制。
如上文所述，電位調整部分18可藉由各種手段來實施。
另外，在圖2所表示之實例中，在電位調整電極19之間存在間隙。然而，可使用消除此類間隙之組態。換言之，電位調整電極19可經組態為連續形成(亦即，形成為沒有任何間隙)之一個電極以便圍繞像素電極15。
圖7為表示圖2中所示之攝像元件之電位調整電極19之修改實例的圖。在圖7所示之攝像元件中，電位調整電極19形成為沒有任何間隙，以便圍繞像素電極15之周邊。圖7中所示之電位調整電極19之內邊緣與像素電極15之外邊緣之間的距離經組態為與像素電極15之間隙A相同。
藉由利用圖7中所表示的組態，電位調整部分18之數目可經組態以最小化為一。因此，電位調整部分18之數目可減少。另外，在位於電位調整電極19之下側上的基板11中，產生寬的空間。因此，電位調整部分18可藉由使用所述空間而形成，且藉此使設計之自由度得以改良。
接著，將描述上述像素電極15之間隙A之所要值。
在圖1所示之攝像元件中，如圖8及圖9所表示，假設相鄰的像素電極15之間的間隙為a，假設像素電極15之寬度(在電極具有如圖9所示之方形形狀的狀況下，為其周邊邊緣之一側的長度)為d，假設像素電極15之配置間距為p，且假設有機層13之厚度為t。另外，假設有機層13中像素電極15上之電場為E，且假設像素電極15之間的間隙中的電場為E'。另外，假設有機層13中之電荷的遷移率為u。接著，可將電場E及E'表示為以下方程式。
通常，藉由使用載體(carrier)在有機層13內部之遷移率u而將載體在有機層13內部移動所需之時間τ表示為以下方程式。此處，1表示移動距離，且E表示場強度。
因此，藉由以下方程式來確定在像素電極15正上方的相對電極14附近產生之載體到達像素電極15所需的時間T1。
另一方面，藉由以下方程式來確定在有機層13之最上表面上產生之電荷到達像素電極15所需的時間T2。
為了防止產生殘像(afterimage)，T1及T2中之任一者需要短於一個訊框週期T。當基於「T1<T2」而滿足「T2<T」之關係時，不會產生殘像。
在T=33毫秒、V2-V1=10 V、有機層13中遷移率u=1×10-6
cm2
/V‧秒且t=200 nm的狀況下，理論上，當滿足「a<10 μm」之關係時，不會產生殘像。
然而，根據本發明之發明者的研究，在實際元件中，並未獲取與上述理論相同之結果，且除非間隙a進一步減少，否則仍產生殘像。導致此類結果之因素之一被認為是載體在有機層13中之行為，其不能藉由上述方程式來表示。
因此，本發明之發明者如下執行實驗以便檢查在改變組態之狀況下產生殘像的程度。
圖10為表示在部花青(merocyanine)用作形成有機層13之光電轉換材料的狀況下產生殘像之速率的圖表。圖11為表示在部花青用作形成有機層13之光電轉換材料且像素電極15之間的間隙改變的狀況下在訊框1之後產生殘像之速率的圖表。
圖12為表示在酞花青(phthalocyanine)用作形成有機層13之光電轉換材料的狀況下產生殘像之速率的圖表。圖13為表示在酞花青用作形成有機層13之光電轉換材料且像素電極15之間的間隙改變的狀況下在訊框1之後產生殘像之速率的圖表。
圖14為表示在4H-哌喃(pyran)用作組態有機層13之光電轉換材料的狀況下產生殘像之速率的圖表。圖15為表示在4H-哌喃用作形成有機層13之光電轉換材料且像素電極15之間的間隙改變的狀況下在訊框1之後產生殘像之速率的圖表。
在圖10、圖12及圖14所示之圖表中，垂直軸表示殘像相對於訊框數目之產生速率(Sig.%)，且水平軸表示訊框數目。此處，光源與訊框0同步關閉。另外，在圖11、圖13及圖15所示之圖表中，垂直軸表示殘像在訊框1之後的產生速率(Sig.%)，且水平軸表示間隙的大小(μm)。
在圖10所示之攝像元件中，在將像素電極之間的間隙改變為5 μm、4 μm、3 μm及2 μm的同時相互比較殘像的產生程度。當間隙設定為5 μm或4 μm時，在訊框1至3中辨識到殘像之產生。另一方面，可能已知當間隙設定為3 μm或2 μm時將殘像抑制至某一程度，以致在實際使用中不管訊框數目是多少殘像皆不會導致缺點。
如圖11所示，可已知的是當間隙設定為等於或小於3 μm時，在訊框1之後殘像之產生被抑制至幾乎為零。
在圖12所示之攝像元件中，在將像素電極之間的間隙改變為6 μm、4.5 μm、3 μm及1.5 μm的同時相互比較殘像的產生程度。當間隙設定為6 μm或4.5 μm時，在訊框1至4中辨識到殘像之產生。另一方面，可已知的是當間隙設定為3 μm或1.5 μm時將殘像抑制至某一程度，以致在實際使用中不管訊框數目是多少殘像皆不會導致缺點。
如圖13所示，可已知的是當間隙設定為等於或小於3 μm時，在訊框1之後殘像之產生被抑制至幾乎為零。
在圖14所示之攝像元件中，在將像素電極之間的間隙改變為5.5 μm、4 μm、3 μm及2.5 μm的同時相互比較殘像的產生程度。當間隙設定為5.5 μm或4 μm時，在訊框1至4中辨識出殘像之產生。另一方面，當間隙設定為3 μm或2.5 μm時，可已知的是將殘像抑制至某一程度，以致在實際使用中不管訊框數目是多少殘像皆不會導致缺點。
如圖15所示，可已知的是當間隙設定為等於或小於3 μm時，在訊框1之後殘像之產生被抑制至幾乎為零。
如上所述，在有機光電轉換材料(部花青、酞花青或4H-哌喃)用於有機層13中之組態中，可已知的是當像素電極之間的間隙設定為等於或小於3 μm時，將殘像抑制至某一程度，以致在實際使用中不管光電轉換材料如何殘像皆不會導致缺點。另一方面，可已知的是當間隙設定為等於或大於4 μm時殘像顯著地出現。
接著，當像素電極15之面積及施加至相對電極14之電壓改變時，量測訊框之殘像。在此量測過程中，部花青用作光電轉換材料。
圖16為表示在像素電極15之電極面積改變的狀況下產生殘像之速率與訊框數目之相關性的圖表。此處，在電極面積為5 μm×5 μm、10 μm×10 μm及15 μm×15 μm之組態中量測相關性。另外，在量測過程中，像素電極15之間的間隙設定為3 μm，且施加至相對電極14之電壓設定為10 V。結果，當像素電極15之間的間隙為3 μm時，針對每一訊框數目之殘像之產生得以抑制而與電極面積無關。
圖17為表示在相對電極14之電壓改變的狀況下產生殘像之速率與訊框數目之相關性的圖表。此處，在相對電極14之電壓(V2)設定為5 V、7 V及10 V的組態中量測相關性。另外，在量測過程中，像素電極15之間的間隙設定為3 μm，且像素電極15之電極面積為10 μm×10 μm。結果，當像素電極15之間的間隙為3 μm時，針對每一訊框數目之殘像之產生得以抑制而與相對電極14之電壓無關。
經由量測進行驗證，在有機光電轉換材料用於形成圖1或圖2所示之攝像元件之有機層13的狀況下，可已知的是存在像素電極15之間的間隙對殘像之影響，此並未取決於像素電極15之電極面積或相對電極14之電壓。換言之，藉由將像素電極15之間的間隙組態為等於或小於3 μm，殘像之產生可得以抑制(與像素電極15之電極面積或相對電極14之電壓無關)。
下文中，將描述根據本發明之例示性實施例之堆疊型攝像元件之較佳組態實例。
圖18為堆疊型之固態攝像裝置之示意性橫截面圖。
圖18中所示之固態攝像裝置100包含基板101、絕緣層102、連接電極103、像素電極104、連接部分105、連接部分106、有機層107、相對電極108、緩衝層109、密封層110、彩色濾光器111、分隔壁112、光遮蔽層113、保護層114、相對電極電壓供應部分115及讀取電路116。
基板101為由矽或類似物形成之玻璃基板或半導體基板。在基板101上形成絕緣層102。另外，在絕緣層102之表面上形成多個像素電極104及多個連接電極103。
有機層107經組態以便至少包含光電轉換層。光電轉換層根據所接收到的光而產生電荷。有機層107安置於多個像素電極104上以便覆蓋像素電極104。有機層107在像素電極104上具有恆定的膜厚度。然而，有機層107之除了像素部分之外(除了有效像素區域之外)的部分中的膜厚度可能改變。稍後將詳細描述有機層107。另外，有機層107並不限於藉由僅由有機材料形成的層而組態，而是可經組態以包含由無機材料形成之層的一部分。
相對電極108為面向像素電極104且安置於有機層107上以便覆蓋有機層107的電極。為了允許光入射於有機層107上，相對電極108由對於入射光透射之導電材料構成。相對電極108經形成而直至安置於有機層107之外側上之連接電極103的上側，以便電性連接至連接電極103。
連接部分106埋於絕緣層102中，且為用於將該連接電極103與相對電極電壓供應部分115相互電性連接的插頭或類似者。相對電極電壓供應部分115形成於基板101中，且經由連接部分106及該連接電極103而施加一預定電壓至相對電極108。在施加至相對電極108之電壓高於固態攝像裝置100之電源電壓的狀況下，藉由使用諸如電荷泵之升壓電路來升高電源電壓而供應該預定電壓。
像素電極104為用於收集在安置於像素電極104與相對電極108之間面向像素電極104之有機層107中產生的電荷的電荷收集電極。讀取電路116根據多個像素電極104中的每一者而安置於基板101上，且讀出對應於相應的像素電極104中所收集之電荷的信號。舉例而言，該讀取電路116藉由CCD、MOS電路、TFT電路或類似物來組態。該讀取電路116藉由光遮蔽層而被遮蔽，所述光遮蔽層未繪示於圖中且安置於絕緣層102內部。稍後將詳細描述像素電極104及該讀取電路116。
緩衝層109形成於相對電極108上以便覆蓋相對電極108。密封層110形成於緩衝層109上以便覆蓋緩衝層109。彩色濾光器111形成於密封層110之面向像素電極104的部分中。分隔壁112安置於彩色濾光器111之間，且用於改良彩色濾光器111之光傳輸效率。光遮蔽層113形成於密封層110上除了安置彩色濾光器111及分隔壁112之區域之外的區域中，且防止光入射至形成於除了有效像素區域之外的區域中的有機層107。保護層114形成於彩色濾光器111、分隔壁112及光遮蔽層113上，且保護整個固態攝像裝置。稍後將詳細描述緩衝層109、密封層110、彩色濾光器111、分隔壁112、光遮蔽層113及保護層114。
另外，在圖18中所表示之實例中，像素電極104及連接電極103經形成以便埋於絕緣層102之表面部分中。然而，像素電極104及該連接電極103可形成於絕緣層102上。另外，安置各自藉由該連接電極103、連接部分106及相對電極電壓供應部分115組態之多個組(sets)。然而，可僅安置其一組。類似於圖18中所表示之實例，相對電極108之電壓降可藉由自相對電極108之兩個末端部分給相對電極108供應電壓而得以抑制。可考慮元件之晶片面積以適當地增加或減少組之數目。
固態攝像裝置100包含多個像素部分。在基板101是在自光之入射側的平面圖中查看之狀態下，多個像素部分以二維方式配置。像素部分至少包含像素電極104、有機層107、面向像素電極104之相對電極108、密封層110、彩色濾光器111及讀取電路116。
接著，將描述周邊電路之組態實例。上述讀取電路116較佳是使用CCD或CMOS電路以便使用通用影像感測器。另外，在雜訊及速度之觀點上，較佳是使用CMOS電路。在下文描述之周邊電路之組態實例中，其為將CMOS電路用作讀取電路116之組態實例。
圖19為表示包含圖1中所示之固態成像元件之周邊電路之整個組態的實例之圖。如圖19中所示，固態攝像裝置100除了圖18中所表示之組態之外亦包含垂直驅動器121、時序產生器122、信號處理電路123、水平驅動器124、LVDS 125、串列轉換單元126及襯墊127。
圖19中所示之像素區域對應於圖18中所示之第一區域。像素區域內部之每一區塊表示讀取電路116。作為固態攝像裝置之周邊電路，可使用幾乎與通用CMOS影像感測器中所用之周邊電路相同的周邊電路。此固態攝像裝置與通用CMOS影像感測器之周邊電路的組態的不同之處在於添加了相對電極電壓供應部分115。
襯墊127為一種用於自其外部輸入或輸出至其外部的介面。時序產生器122亦藉由供應用於驅動固態攝像裝置之時序來控制多種讀取，例如薄化讀取(thinned reading)或部分讀取。信號處理電路123根據讀取電路116之每一行來安置。信號處理電路123針對自相應行輸出之信號來執行相關雙取樣(correlation double sampling，CDS)，且將經處理信號轉換為數位信號。由信號處理電路123處理
之信號儲存於針對每一行而安置之記憶體中。垂直驅動器(driver)121執行對自該讀取電路116讀取一信號及其類似者的控制。水平驅動器124控制順序地讀出對應於一列的信號，所述信號儲存於信號處理電路123之記憶體中，且將所讀出的信號輸出至LVDS 125。LVDS 125根據低電壓差分傳訊(low voltage differential signaling，LVDS)來傳輸數位信號。串列轉換單元126將輸入的並列數位信號轉換為串列信號並輸出所述串列信號。
可省略串列轉換單元126。另外，可組態為：信號處理電路123僅執行相關雙取樣過程，且安置AD轉換電路以替代LVDS 125。另外，可組態為：信號處理電路123僅執行相關雙取樣過程，且省略LVDS 125及串列轉換單元126。在此類狀況下，AD轉換電路較佳安置於形成有固態攝像裝置之晶片外部。另外，信號處理電路123、LVDS 125及串列轉換單元126可安置於鄰近像素區域之區域的一側及另一側中的每一者上。在此類狀況下，可組態為：讀取電路116之行之一半(例如，奇數行)由安置於鄰近於像素區域之區域的一側上之信號處理電路123處理，且剩餘一半(例如，偶數行)由安置於鄰近於像素區域之區域的另一側上之信號處理電路123處理。
接著，將詳細描述有機層107、像素電極104、相對電極108、緩衝層109、密封層110、彩色濾光器111、分隔壁112、光遮蔽層113、保護層114及讀取電路116。
<有機層>
圖20為繪示有機層之組態之實例的橫截面。如圖20所示，有機層包含光電轉換層12'及電荷阻擋層15'。
電荷阻擋層15'具有抑制暗電流之功能。電荷阻擋層15'藉由第一阻擋層16'及第二阻擋層18'來組態。藉由將電荷阻擋層15'組態為上述多個層，在第一阻擋層16'與第二阻擋層18'之間形成邊界。因此，在多個層之中間層級(intermediate level)存在不連續性。因此，使電荷載體移動以穿過中間層級變得困難，這樣可抑制暗電流。另外，如在稍後將描述之另一組態實例中，電荷阻擋層15'可經組態為單一層。
光電轉換層12'包含p型有機半導體及n型有機半導體。藉由結合p型有機半導體與n型有機半導體而形成施體受體邊界(donor-acceptor boundary)，可增加激子(exiton)解離效率。因此，具有藉由結合p型有機半導體與n型有機半導體而獲取之組態的光電轉換層12'展現出高的光電轉換效率。詳言之，在藉由混合p型有機半導體與n型有機半導體而獲取之光電轉換層12'中，增加了結合邊界，且改良了光電轉換效率，其為有利的。
p型有機半導體(化合物)為施體型有機半導體，且主要由電洞輸送有機半導體來表示。p型有機半導體指出具有容易授予電子之性質的有機化合物。詳細地描述，當兩種有機化合物接觸時，p型有機半導體表示兩種有機化合物中具有較低游離電位(ionization potential)之一者。因此，可使用任何施體型有機化合物，只要其具有授予電子之性質。舉例而言，作為施體型有機化合物，可使用以下化合物：三芳胺化合物、聯苯胺化合物、吡唑啉化合物、苯乙烯胺化合物、腙化合物、三苯甲烷化合物、咔唑化合物、聚矽烷化合物、噻吩化合物、酞花青化合物、花青化合物、部花青化合物、氧喏化合物、聚胺化合物、吲哚化合物、吡咯化合物、吡唑化合物、聚伸芳基化合物、稠合芳族碳環化合物(諸如萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、並四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物或丙二烯合茀衍生物)，及含有含氮雜環化合物作為配位體(ligand)之金屬錯合物或類似物。另外，p型有機半導體並不限於此。因此，如上所述，可將游離電位低於用作n型(受體型)化合物之有機化合物的游離電位之有機化合物用作施體型有機半導體。
n型有機半導體(化合物)為受體型有機半導體，且主要由電子輸送有機化合物表示。n型有機半導體表示具有容易接受電子之性質的有機化合物。詳細地描述，當兩種有機化合物接觸時，n型有機半導體指出兩種有機化合物中具有較高電子親和性(electron affinity)之一者。因此，可使用任何受體型有機化合物，只要其具有接受電子之性質。舉例而言，作為受體型有機化合物，可使用以下化合物：稠合芳族碳環化合物(諸如萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、並四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物或丙二烯合茀衍生物)；含有氮原子、氧原子或硫原子之5-7員雜環化合物(諸如吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪、三嗪、喹啉、喹喏啉、喹唑啉、酞嗪、辛啉(cinnoline)、異喹啉、蝶啶、吖啶、吩嗪、啡啉、四唑、吡唑、咪唑、噻唑、噁唑、吲唑、苯並咪唑、苯並三唑、苯並噁唑、苯並噻唑、咔唑、嘌呤、三唑並噠嗪(triazolopyridazine)、三唑並嘧啶、四氮茚(tetrazaindene)、噁二唑、咪唑並吡啶(imidazopyridine)、pyraridine、吡咯並吡啶、噻二唑並吡啶、二苯並氮呯或三苯並氮呯)；聚伸芳基化合物(polyarylene compound)；茀化合物；環戊二烯化合物；甲矽烷基化合物；含有含氮雜環化合物作為配位體之金屬錯合物，或類似物。受體型有機化合物並不限於此。因此，如上所述，可將電子親和性高於用作p型(施體型)化合物之有機化合物的電子親和性之任何有機化合物用作受體型有機半導體。
另外，可將任何有機染料用作p型有機半導體或n型有機半導體。較佳地，有機染料包含：花青染料；苯乙烯染料；半花青染料；部花青染料(包含零-次甲基部花青(簡單部花青))；三核部花青染料；四核部花青染料；若丹菁(rhodacyanine)染料；複合花青染料；複合部花青染料；變極(allopolar)染料；氧喏染料；半氧喏染料；squarium染料；克酮鎓染料；氮次甲基染料；香豆素染料；亞烯丙基染料；蒽醌染料；三苯甲烷染料；偶氮染料；甲亞胺染料；螺環化合物；茂金屬染料(metallocenedye)；茀酮染料；俘精酸酐染料；苝染料；perynon染料；吩嗪染料；啡噻嗪染料；醌染料；二苯基甲烷染料；多烯染料；吖啶染料；吖啶酮染料；二苯胺染料；喹吖啶酮染料；喹啉酞酮(quinophthalone)染料；啡噁嗪染料；鄰苯二甲醯苝(phthaloperylene)染料；二酮吡咯並吡咯(diketone pyrollo pyrole)染料；卟啉染料；丙烯染料、二噁烷染料、葉綠素染料；酞花青染料；金屬錯合物染料；及稠合芳族碳環染料(諸如萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、並四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物及丙二烯合茀衍生物)。
作為n型有機半導體，較佳可使用具有優越電子輸送特性之芙或芙衍生物。芙表示芙C60、C70、C76、C78、C80、C82、C84、C90、C96、C240及C540、混合芙及芙奈米管。另外，芙衍生物表示藉由添加有一取代基而獲取的化合物。
芙衍生物之取代基較佳為烷基、芳基或雜環基。烷基更佳為具有1至12個碳原子之烷基。烷基及雜環基較佳為：苯環、萘環、蒽環、菲環、茀環、聯伸三苯環、並四苯環、聯苯環、吡咯環、呋喃環、噻吩環、咪唑環、噁唑環、噻唑環、吡啶環、吡嗪環、嘧啶環、噠嗪環、吲哚嗪環、吲哚環、苯並呋喃環、苯並噻吩環、異苯並呋喃環、苯並咪唑環、咪唑並吡啶環、喹嗪環、喹啉環、酞嗪環、奈啶(naphthyridine)環、喹喏啉環、喹噁啉(quinoxazoline)環、異喹啉環、咔唑環、啡啶環、吖啶環、啡啉環、噻嗯環、克烯(chromene)環、二苯並哌喃環、啡噁嗪環、啡噻嗪環及吩嗪環。更佳地，使用苯環、萘環、蒽環、菲環、吡啶環、咪唑環、噁唑環或噻唑環。另外，更較佳地，使用苯環、萘環或吡啶環。此等材料可具有額外的取代基，且取代基可儘可能多地組合以形成環。另外，此等材料可具有多個取代基，且多個取代基可能彼此相同或不同。此外，多個取代基可儘可能多地組合以形成環。
由於光電轉換層12'含有芙或芙衍生物，所以光電轉換過程中產生之電子可以迅速的方式經由芙分子或芙衍生物分子而輸送至像素電極104或相對電極108。當芙分子或芙衍生物分子處於經鏈接以便形成電子路徑之狀態中時，電子輸送能力得以改良。因此，可實現光電轉換元件之高速回應。因此，芙或芙衍生物較佳是含於光電轉換層12'中達到40%或更多。當芙或芙衍生物含量過多時，p型有機半導體減少，且因此使結合邊界減少。因此，激子之解離效率降低。
更佳的是將日本專利第4213832號中所描述之三芳胺(triarylamine)化合物及類似者用作光電轉換層12'中與芙或芙衍生物混合在一起的p型有機半導體，從而可實現光電轉換元件之高SN比。當光電轉換層12'中之芙或芙衍生物的比率過高時，三芳胺化合物減少。因此，入射光之吸收量減少。因此，光電轉換效率降低。因此，光電轉換層12'中所含之芙或芙衍生物較佳等於或小於85%。
作為第一阻擋層16'及第二阻擋層18之材料，可使用授予電子之有機材料。詳細地描述，作為低分子材料，可使用以下化合物：芳族二胺化合物，諸如N,N'-雙(3-甲基苯基)-(1,1'-聯苯)-4,4'二胺(TPD)或4,4'-雙[N-(萘基)-N-苯胺]聯苯(a-NPD)；卟吩化合物，諸如噁唑、噁二唑、三唑、咪唑、咪唑酮、芪衍生物、二氫吡唑酮衍生物、四氫咪唑、聚芳基烷、丁二烯、4,4',4"-參(N-(3-甲基苯基)N-苯基胺)三苯胺(m-MTDATA)；卟啉化合物，諸如卟吩、銅四苯基卟吩、酞花青、銅酞花青及鈦酞花青氧化物、三唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、聚芳基烷衍生物、吡唑啉衍生物、二氫吡唑酮衍生物、苯二胺衍生物、anilamine衍生物、胺基-取代查耳酮衍生物、噁唑衍生物、苯乙烯基-蒽衍生物、茀酮衍生物、腙衍生物、矽氮烷衍生物或類似物。作為聚合物材料，可使用諸如以下之聚合物：伸苯基伸乙烯、茀、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲吡啶、噻吩、乙炔及丁二炔、或其衍生物。可使用具有充分電洞輸送能力之任何化合物，即使其並非授予電子之化合物。
作為電荷阻擋層15'，可使用無機材料。通常，無機材料具有高於有機材料之介電常數(permittivity)的介電常數。因此，當無機材料用於電荷阻擋層15'中時，將高電壓施加至光電轉換層12'，且因此可增加光電轉換效率。作為形成電荷阻擋層15'之材料，存在氧化鈣、氧化鉻、氧化鐵鉻、氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、氧化鐵鎵、氧化鐵鍶、氧化鈮、氧化鉬、氧化鐵銦、氧化銀銦、氧化銥或類似物。
在由多個層所組態之電荷阻擋層15'中，所述多個層中之鄰近光電轉換層12'之層較佳為由與光電轉換層12'中所包含之p型有機半導體相同的材料形成的層。在此類狀況下，藉由針對電荷阻擋層15'使用相同p型有機半導體，在鄰近光電轉換層12'之層的邊界中，中等能階之產生得以抑制。因此，暗電流可得到進一步抑制。
在電荷阻擋層15'經組態為單層的狀況下，所述層可為由無機層形成之層。另一方面，在電荷阻擋層15'經組態為多個層的狀況下，一個、兩個或兩個以上的層可為由無機材料形成之層。
圖21為繪示圖20中所示之光電轉換元件之能帶的圖。在圖21中，自左側開始依序表示像素電極104、光電轉換層12'、第一阻擋層16'、第二阻擋層18'及相對電極108之能階(energy level)。另外，對於類似於此組態之以像素電極104、第二阻擋層18'、第一阻擋層16'、光電轉換層12'及相對電極108之相反順序堆疊之組態(圖中未繪示)，以下描述可適用。
此處，假設包含於光電轉換層12'中之n型有機半導體之電子親和性Ea與鄰近光電轉換層12'之第一阻擋層16'之游離電位Ip之間的差異為△1。另外，假設第二阻擋層18'之電子親和性Ea與鄰近第二阻擋層18之相對電極108之功函數之間的差異為△2。另一方面，在如上所述相反堆疊之組態中(圖中未繪示)，假設第二阻擋層18'之電子親和性與鄰近第二阻擋層18'之像素電極104之功函數之間的差異為△2。
圖20及圖21中所示之光電轉換元件可藉由經組態以便滿足以下條件(a)來抑制暗電流之增加。另外，藉由組態光電轉換元件以便滿足除了條件(a)之外的條件(b)及(c)，可進一步抑制暗電流之增加。
(a)鄰近光電轉換層12'之第一阻擋層16'之游離電位Ip與n型有機半導體之電子親和性Ea之間的差異△1等於或大於1 eV；
(b)包含第一阻擋層16'及第二阻擋層18'之電荷阻擋層15'的總厚度等於或大於20 nm；及
(c)鄰近光電轉換層12'之第一阻擋層16'之膜厚度等於或大於10 nm。
圖22為表示不同於有機層之組態實例之橫截面圖。圖23為表示圖22中所示之光電轉換元件之能帶的圖。在圖22中所示之光電轉換元件中，電荷阻擋層經組態為單層。另外，對於類似於此組態之以像素電極104、電荷阻擋層15'、光電轉換層12'及相對電極108之相反順序堆疊之組態(圖中未繪示)，以下描述可適用。
在電荷阻擋層15'經組態為單層的狀況下，假設包含於光電轉換層12'中之n型有機半導體之電子親和性Ea與電荷阻擋層15'之游離電位Ip之間的差異為△1。另外，假設電荷阻擋層15'之電子親和性Ea與相對電極108之功函數之間的差異為△2。另一方面，在如上所述相反堆疊之組態(圖中未繪示)中，假設電荷阻擋層15'之電子親和性與像素電極104之功函數之間的差異為△2。
圖22及圖23中所示之光電轉換元件可藉由經組態以便滿足以下條件(a)來抑制暗電流之增加。另外，藉由組態光電轉換元件以便滿足除了條件(a)之外的條件(b)，可進一步抑制暗電流之增加。
(a)電荷阻擋層15'之游離電位Ip與n型有機半導體之電子親和性Ea之間的差異△1等於或大於1 eV
(b)組態為單層之電荷阻擋層15'之膜厚度等於或大於20 nm
換言之，根據圖20及圖22中所示之有機層之組態，可藉由將電荷阻擋層15'組態為單層或多個層且滿足以下條件而抑制暗電流之增加。
(a)電荷阻擋層15'(在電荷阻擋層15'藉由多個層來組態的狀況下，為鄰近光電轉換層12'之層)之游離電位Ip與n型有機半導體之電子親和性Ea之間的差異(△1)等於或大於1 eV
(b)電荷阻擋層15'之總膜厚度等於或大於20 nm
(c)在電荷阻擋層15'由多個層組態之狀況下，多個層中之鄰近光電轉換層12'的層之厚度等於或大於10 nm。
在圖20及圖22中所示之光電轉換元件中，為了防止暗電流由於電子自相對電極108或像素電極104注入至光電轉換層12'而增加，△2較佳等於或大於1.3 eV。
當電壓施加至具有上述組態之光電轉換元件之有機層107時，有利的是光電轉換效率得以改良。基於施加至有機層107之場強度來確定所施加的電壓。施加至有機層107之電場較佳等於或高於1×103
V‧m-1
。另外，將施加至有機層107之電場更佳是等於或高於1×105
V‧m-1
，且進一步更佳是等於或高於1×107
V‧m-1
。此外，由於電場變為高電場，所以光電轉換元件之暗電流增加，且所需施加的電壓增加。因此，包含相對電極電壓供應部分115之電路的設計及製造變得複雜。因此，需要適當地確定施加的電壓以用於達成光電轉換元件之SN比率的改良及固態攝像裝置的減少。
<像素電極>
像素電極104收集在包含定位於像素電極上之光電轉換層之有機層107中產生的電子或電洞之電荷。藉由每一像素之讀取電路116自相應像素電極中所收集之電荷而產生信號，且基於自多個像素獲取之信號來合成影像。
當對應於像素電極之膜厚度之水平面差異在像素電極104之末端部分中急劇變化(steep)時，在像素電極之表面上存在顯著的不均勻性，或灰塵(粒子)附著至像素電極，定位於像素電極上之有機層107變得比所要膜厚度薄或在其中產生裂痕。當相對電極108是在此狀態下形成於有機層上時，歸因於像素電極與相對電極之間的接觸或有缺陷部分中電場之集中而出現諸如暗電流增加之像素缺陷或出現短路電路。此外，本發明之發明者藉由檢查而發現此類缺陷使像素電極與有機層之間的接觸及光電轉換元件之耐熱性惡化，藉以使固態攝像裝置之可靠性降級。
為了藉由預防此類缺陷而改良固態攝像裝置之可靠性，像素電極104之表面粗糙度Ra較佳等於或小於0.5 nm。由於像素電極表面粗糙度Ra降低，表面之不均勻性降低，且藉此使表面平坦度得以改良。另外，為了消除位於像素電極上之粒子，較佳是在形成有機層107之前藉由使用半導體製程中所使用之一般技術來清潔基板。
接著，將描述用於預防此類缺陷之像素電極之末端部分的組態。圖24為表示像素電極之橫截面之示意圖。像素電極104經由絕緣層102而安置於基板101上。在此類組態中，電荷阻擋層15'堆疊於絕緣層102上以便覆蓋像素電極104。
傾斜面104'較佳是安置於像素電極104之末端部分中。更佳的是在傾斜面104a相對於基板101之表面(包含絕緣層102)傾斜了角度A的狀況下，A等於或小於50°。藉由將傾斜面安置於像素電極中，有機層中之缺陷得以降低，且像素電極與有機層之間的黏著性得以改良。
<像素電極之完全平坦化>
為了完全消除像素電極之末端部分中的水平面差異，像素電極之表面與像素電極之間的絕緣層之表面經組態為同一表面。換言之，像素電極較佳是經組態以便完全平坦化。下文中，將描述用於完全平坦化像素電極之組態及其製造方法。
自可靠性及製造成本之觀點看，較佳是藉由使用諸如標準CMOS影像感測器製程之一般半導體製造製程中使用的多層佈線技術來形成用於完全平坦化像素電極之組態。作為製造具有完全平坦化組態之像素電極之方法，存在兩種方法，包含凹槽隔離(溝槽隔離)方法及鑲嵌方法。考慮到根據有機光電轉換材料及製造成本而確定之像素電極的材料而適當選擇此等製造方法。
<凹槽隔離方法>
將參看圖25至圖28來描述藉由使用凹槽隔離方法來形成像素電極之程序。如圖25所示，藉由執行一般半導體製程，經由層間絕緣膜而在讀取電路之多層佈線上形成成為像素電極104之金屬層。在形成有像素電極、相對電極連接襯墊、結合墊及其類似物之區域中的金屬層正下方，預先形成將形成於更下層上之多層佈線與金屬層相互連接之通孔插塞(連接部分)105。自可靠性及製造成本之觀點看，金屬層較佳是經形成以具有與讀取電路之多層佈線相同的組態。舉例而言，金屬層較佳是經形成以具有障壁金屬層104a(TiN)、佈線層104b(Al)及障壁金屬層104c(TiN)之三層組態以用於使用鋁(Al)佈線之多層佈線製程。
作為形成像素電極104之程序，首先，如圖26中所表示，在預先形成有多層佈線之絕緣層102上，按如下順序堆疊障壁金屬層104c、佈線層104b及障壁金屬層104a。
接著，如圖27中所表示，消除定位於除了形成有像素電極104、相對電極連接襯墊、結合墊及其類似物的區域之外的區域中的金屬層，且經由通常用作一般多層佈線技術之光微影製程及乾式蝕刻製程而在像素電極104周圍形成對應於金屬層之厚度的凹槽(溝槽)。
隨後，如圖28所示，經由多層佈線製程而在圖案化成像素電極之形狀的金屬層上形成絕緣層。由於絕緣層一般用於CMOS影像感測器製程或類似者中，所以自可靠性及製造成本之觀點看，較佳是使用下部層之多層佈線用的層間絕緣膜之材料以便形成膜。舉例而言，通常使用氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其層疊膜。
在層間絕緣膜形成於圖案化成像素電極之形狀的金屬層上之後，藉由使用化學機械拋光(chemical mechanical polishing，CMP)方法或回蝕方法來執行表面平坦化。由於層間絕緣層一般用於CMOS影像感測器製程或類似者中，所以自可靠性及製造成本之觀點看，較佳是應用下部層之多層佈線用的CMP條件。在形成多層佈線的狀況下，一般而言，完成拋光製程以便允許層間絕緣膜具有一預定厚度。然而，此處，拋光製程繼續直至圖案化成像素電極104之形狀的金屬層的表面暴露為止。構成障壁金屬層104a(其形成於金屬層之表面上)之TiN的拋光速度低於位於其周邊之層間絕緣膜的拋光速度。因此，障壁金屬層104a成為拋光擋止層，且在完成CMP製程之時間點時，可形成完全平坦化之電極，其中像素電極之表面與像素電極之間的溝槽(絕緣層)之表面處於同一平面上。此外，即使在材料TiN之表面暴露時，藉由適當地繼續進行CMP製程至某程度以致不可對溝槽之表面執行表面凹陷，仍可拋光TiN之表面。因此，可獲取顯著平坦化之像素電極104，此為有利的。
<鑲嵌方法>
將參看圖29至圖33來描述藉由使用鑲嵌方法來形成像素電極之程序。
圖29表示藉由使用鑲嵌方法而形成之像素電極104之組態。像素電極104由諸如鎢(W)之材料(其構成通孔插塞)形成，且像素電極104之表面與絕緣層102之表面處於同一平面上。
作為形成像素電極104之程序，首先，如圖30所示，在讀取電路之多層佈線上，形成一製程中使用之層間絕緣膜，且層間絕緣膜之表面藉由經由CMP製程或類似者拋光而平坦化。
如圖31中所表示，在形成像素電極104、相對電極連接襯墊、結合墊及類似物之每一區域中，用於形成通孔插塞(其將像素電極104、相對電極連接襯墊及結合墊及類似物連接至多層佈線)之通孔h1經由在多層佈線製程中使用之光微影製程及乾式蝕刻製程而形成為敞開的。此處，在使用雙鑲嵌方法之狀況下，將層間絕緣膜蝕刻了藉由自層間絕緣膜之厚度減去像素電極104之厚度而獲取的深度。由於安置了蝕刻擋止層，所以蝕刻製程之變化可藉由形成具有多層組態之層間絕緣膜而得以抑制，在所述多層組態中，具有不同蝕刻速度之材料安置在藉由自層間絕緣膜之厚度減去像素電極104之厚度而獲取的深度處，此為有利的。
其後，如圖32中所表示，當形成通孔h1時，另外，根據像素電極104、相對電極襯墊及結合墊之形狀經由光微影製程及乾式蝕刻製程來形成開口h2。當蝕刻對應於像素電極104之厚度的部分時，預先形成之通孔h1穿過位於通孔h1正下方之多層佈線。
自可靠性及製造成本之觀點看，較佳是允許與下部層之多層佈線中所使用之通孔插塞之材料相同的材料在通孔h1中生長。作為此類材料，通常藉由使用化學氣相沈積(CVD)方法來形成鉬(Mo)或鎢W。在藉由通孔插塞之材料來形成膜之前，藉由使用濺鍍方法或CVD方法來預先形成作為障壁金屬之TiN或類似者，作為通孔h1及開口h2之周邊面上的膜。如圖33中所表示，在藉由將層間絕緣膜塗覆於表面上而使用通孔插塞之材料來形成膜之後，藉由使用CMP方法及回蝕方法而使表面平坦化。由於層間絕緣膜成為擋止層，所以當層間絕緣膜之表面暴露時，通孔插塞之材料成為像素電極104。因此，像素電極104之表面及絕緣層102之表面處於同一平面上，藉以形成完全平坦化之電極。
如上所述，完全平坦化之電極消除了像素電極之表面與層間絕緣層之表面之間的水平面差異，藉以防止作為其中堆疊有機層之固態攝像裝置之組態中的缺陷的暗電流之增加及短路電路之出現。此外，由於多層佈線之標準材料用於像素電極104，所以像素電極104亦用作阻擋雜散光朝向讀取電路之光遮蔽層。另外，由於像素電極104將入射光反射至有機層側，所以可有效使用入射光。
<相對電極>
相對電極108藉由插入包含光電轉換層之有機層107以及像素電極104而將電場施加至有機層107，並收集光電轉換層中所產生之電荷中極性與像素電極104中所收集之信號電荷相反的電荷。不需要對於每一像素分別執行具有相反極性之電荷之此類收集。因此，相對電極108可經組態為多個像素所共用的。因此，有時將相對電極108稱作共同電極。
相對電極108允許光入射至包含光電轉換層之有機層107。因此，相對電極108較佳形成為透射的導電膜。舉例而言，作為相對電極108之材料，存在金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硼化物、有機導電化合物及其混合物。作為相對電極108之材料之具體實例，存在：導電的金屬氧化物，諸如氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎢(IWO)及氧化鈦；金屬氮化物，諸如TiN；金屬，諸如金(Au)、鉑(Pt)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鎳(Ni)及鋁(Al)；此類金屬及此類傳導金屬氧化物之混合物或堆疊；有機導電化合物，諸如聚苯胺、聚噻吩及聚吡咯，及此類有機導電化合物與ITO之堆疊；及其類似物。作為透射的導電膜之材料，較佳是可使用ITO、IZO、氧化錫、摻銻氧化錫(ATO)、摻氟氧化錫(FTO)、氧化鋅、摻銻氧化鋅(AZO)及摻鎵氧化鋅(GZO)中之任一種材料。
在該讀取電路116為CMOS類型的狀況下，相對電極108之薄層電阻(sheet resistance)較佳等於或低於10 KΩ/□，且更佳等於或低於1 kΩ。另一方面，在該讀取電路116為CCD類型的狀況下，相對電極108之薄層電阻較佳等於或低於1 KΩ/□，且更佳等於或低於0.1 kΩ/□。
<密封層>
作為密封層，需要以下條件。
首先，密封層藉由在堆疊型固態攝像裝置之每一製製程中阻擋滲漏因素而保護光電轉換層，所述滲漏因素使包含於溶液、電漿或類似物中之光電轉換材料惡化。
第二，密封層藉由在製造好堆疊型固態攝像裝置之後阻擋使光電轉換材料惡化之諸如水分子的因素而防止光電轉換層在長時間保存或長時間使用中惡化。
第三，當形成密封層時，密封層並不使預先形成之光電轉換層惡化。第四，由於入射光經由密封層而到達光電轉換層，所以密封層需要對於光電轉換層所偵測到之波長的光為透射的。
密封層可經組態為由單一材料形成之薄膜。然而，藉由組態密封層以便具有多層組態及將不同功能指派給所述層，可預期以下優點：諸如，減輕施加至整個密封層之應力、抑制歸因於製程或類似者期間的振盪而產生諸如裂縫及針孔之缺陷、及容易最佳化材料之開發。舉例而言，密封層可經形成以具有兩層組態，其中在達成阻擋諸如水分子之惡化因素之滲漏的原始目的之一層上，堆疊具有所述層不能容易實現之功能的「密封輔助層」。密封層可經組態以具有三個或三個以上的層之組態。然而，考慮到製造成本，層之數目較佳需要儘可能的少。
<根據原子層沈積方法以形成密封層>
有機光電轉換材料之效能歸因於諸如水分子之惡化因素而顯著惡化。因此，整個光電轉換層需要用諸如金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氮氧化物之陶瓷(其為緻密的或類鑽石碳(diamond-like carbon，DLC))來塗覆，且需要密封以免允許水分子滲透其中。通常，作為密封層，藉由使用各種真空膜形成技術而形成氧化鋁、氧化矽、氮化矽或氮氧化矽、或其堆疊組態、其具有有機聚合物之堆疊組態或類似物。此外，在此等一般密封層中，薄膜歸因於由基板表面上之結構體、基板表面之微小缺陷、附著至基板表面之粒子或類似物所形成之水平面差異而不能容易生長(水平面差異成為陰影)，且因此密封層之膜厚度與平坦部分相比顯著降低。因此，有水平面差異之部分成為惡化因素滲透所用之路徑。為了用密封層完全塗覆水平面差異，整個密封層需要藉由在平坦部分上形成具有1 μm或更大之膜厚度而成為厚的層。
在像素大小為2 μm或更小(具體而言約1 μm)之堆疊型固態攝像裝置中，當彩色濾光器與光電轉換層之間的距離(亦即，密封層之膜厚度)較大時，入射光繞射且在密封層內部傳播。因此，產生串擾。因此，對於像素大小約1 μm之堆疊型固態攝像裝置，其中元件之效能即使在整個密封層之膜厚度降低時亦不惡化的密封層材料及製造方法是必要的。
原子層沈積(atomic layer deposition，ALD)方法為一種類型之CVD方法。ALD方法為藉由以下動作來形成薄膜之技術：交替重複吸收有機金屬化合物分子、金屬鹵化物分子，或金屬氫化物分子(其成為薄膜之材料)及使其與基板表面反應，以及分解其中所含的未反應的基團(groups)。當薄膜之材料到達基板表面時，基板表面處於低分子狀態。因此，當存在低分子可通過之可忽略空間時，薄膜可生長。因此，根據一般薄膜形成方法，完全塗覆不可容易完全塗覆之有水平面差異之一部分(在有水平面差異之部分中生長之薄膜之厚度與在平坦部分中生長之薄膜的厚度相同)。換言之，水平面差異之塗覆非常優良。因此，可完全塗覆歸因於形成於基板表面上之結構體、基板表面之微小缺陷、附著至基板表面之粒子或類似者所致之水平面差異。因此，有水平面差異之部分並未成為光電轉換材料之惡化因素可通過之路徑。根據一般技術，當藉由使用原子層沈積方法來執行密封層之形成時，密封層之所需膜厚度可有效形成為薄的。
當藉由使用原子層沈積方法形成密封層時，可適當選擇作為密封層為合意的對應於陶瓷的材料。首先，為了使用有機光電轉換材料，根據本發明之光電轉換層之材料限於可在相對低溫度下生長為薄膜之材料，使得有機光電轉換材料並未惡化。根據使用烷基鋁或鹵化鋁作為材料之原子層沈積方法，可在未令有機光電轉換材料惡化之200℃或更低的溫度下形成緻密之氧化鋁薄膜。詳言之，當使用三甲基鋁時，甚至可在約100℃下形成氧化鋁之薄膜，此為有利的。藉由適當選擇氧化矽或氧化鈦之材料(類似於氧化鋁)，可在低於200℃之溫度下形成緻密薄膜，此為有利的。
<密封輔助層>
關於藉由使用原子層沈積方法而形成之薄膜，自塗覆水平面差異及密度之觀點看，可在低溫下形成具有無比優越品質的薄膜。首先，薄膜之材料之物理性質可能歸因於在光微影製程中使用之化學物而惡化。舉例而言，藉由使用原子層沈積方法而形成之氧化鋁之薄膜為非晶形的。因此，薄膜之表面受諸如顯影劑或剝離液(stripping liquid)之鹼性溶液腐蝕。在此類狀況下，需要在氧化鋁之薄膜上形成具有優良耐化學性之薄膜，所述氧化鋁之薄膜是藉由使用原子層沈積方法而形成。換言之，作為用於保護密封層之功能層的密封輔助層為必要的。
另外，藉由使用諸如原子層沈積方法之CVD方法而形成之薄膜常常具有非常強的內部張應力。因此，經由在高溫及高濕度之氛圍下長時間重複間歇加熱及冷卻之過程作為半導體製程或予以保存或使用，薄膜中可能出現裂縫從而惡化。
為了處理藉由使用原子層沈積方法形成密封層之狀況，可較佳地使用安置密封輔助層之組態，其中所述密封輔助層包含藉由使用物理氣相沈積(physical vapor deposition，PVD)方法形成且具有優良耐化學性的金屬氧化物陶瓷、金屬氮化物陶瓷及金屬氮氧化物陶瓷中之至少一者。此處，藉由使用原子層沈積方法形成之密封層經組態為第一密封層，且藉由使用PVD方法形成於第一密封層上且包含金屬氧化物、金屬氮化物及金屬氮氧化物中之任一者的層經組態為第二密封層。在此類狀況下，密封層之整體之耐化學性可以容易的方式改良。另外，藉由使用諸如濺鍍方法之PVD方法而形成為膜之陶瓷常常具有強的壓應力，且可抵消藉由使用原子層沈積方法形成之第一密封層之張應力。因此，減輕了密封層之整體的應力，且藉此改良密封層之可靠性。另外，可顯著抑制諸如光電轉換層之效能惡化或類似者或光電轉換層之破壞或類似者(歸因於密封層之應力)的缺陷之出現。
詳言之，較佳是使用安置第二密封層之組態，其中所述第二密封層藉由使用濺鍍方法而形成於第一密封層上且包含氧化鋁、氧化矽、氮化矽及氮氧化矽中之任一者。
第一密封層之膜厚度較佳等於或大於0.05 μm且等於或小於0.2 μm。另外，第一密封層較佳包含氧化鋁、氧化矽及氧化鈦中之任一者。
<緩衝層>
緩衝層吸收諸如水分子之類的因素及/或與其反應，所述水分子基於密封層之微小缺陷而滲透且使有機光電轉換材料惡化，所述密封層之微小缺陷歸因於製程期間的振盪或類似者而不可能完全容易預防其產生，且所述緩衝層具有阻止惡化的功能，且具有阻擋惡化因素到達定位於密封層下方之有機光電轉換材料的功能。另外，由於用作密封層之材料之緻密陶瓷材料具有大應力，所以應力尤其集中在光電轉換層之末端部分中。因此，可能出現歸因於長時間保存或使用或熱衝擊(亦即，在製程期間之間歇加熱及冷卻)的諸如相對電極與像素電極之間的接觸或光電轉換層之剝落的缺陷。緩衝層亦起到減輕應力的作用。另外，由於緩衝層形成於光電轉換層之上側上，所以緩衝層之材料需要為透射的。
作為滿足上述條件之緩衝層之材料，存在如下所示之有機材料及無機材料。作為有機材料，存在諸如聚乙烯醇之聚合物或用作光電轉換材料之有機半導體。作為無機材料，存在諸如氟化鈣、氟化鎂及氟化鋰之金屬氟化物及諸如氧化鈣、氧化矽、氧化鍶、氧化鋇及氧化鎂之金屬氧化物。
在藉由使用原子層沈積方法來形成密封層以便覆蓋緩衝層的狀況下，較佳是使用具有可與成為其材料之有機金屬化合物、金屬鹵化物化合物或類似物反應之羥基的有機聚合物或金屬氧化物。詳言之，緩衝層較佳包含氧化矽、氮化矽及氮氧化矽中之任一者。另外，當執行所謂的β膜形成(亦即，在整個基板上形成緩衝層)時，諸如水分子之惡化因素自基板之末端部分經由緩衝層更滲透至光電轉換層之內部。因此，緩衝層較佳是在用於塗覆光電轉換層之區域中圖案化，且緩衝層與光電轉換層及相對電極同時使用密封層來完全覆蓋。因此，更佳的是金屬氧化物藉由使用諸如能夠在膜形成製程中使用金屬母板(metal master)進行圖案化之真空沈積方法或濺鍍方法的PVD方法而形成為緩衝層。藉由執行藉由使用PVD方法而進行之緩衝層之真空膜形成，基板未暴露至外部空氣，從而不允許諸如水分子之惡化因素混合於其中，且有機光電轉換材料並未在緩衝層形成製程中惡化，此為有利的。
為了不允許諸如水分子之惡化因素在製程中混合於有機層中，較佳是在真空及/或惰性氣體之氛圍下均一形成至少有機層107、相對電極108、緩衝層109及密封層110而無需將基板暴露至外部空氣。尤其較佳是使用有機電致發光(有機EL)製造裝置，其中在真空及/或諸如Ar或N2
之惰性氣體的中間在根本無需將基板暴露至外部空氣的狀況下形成電荷阻擋層、光電轉換層及緩衝層的真空沈積元件，形成相對電極及密封輔助層之濺鍍元件，及形成密封層之原子層沈積元件直接連接至真空程度為1×10-4
Pa或更小之叢集(clustering)型真空輸送系統。
<彩色濾光器、分隔壁、光遮蔽層及保護層>
在多個像素部分中，安置彩色濾光器。另外，安置於多個像素部分中之鄰近彩色濾光器之間的分隔壁用作光收集構件，其收集入射至像素部分之光電轉換層的光。彩色濾光器製程包含周邊光遮蔽層形成製程、形成第一色彩之彩色濾光器之製程、形成第二色彩之彩色濾光器之製程、形成第三色彩之彩色濾光器之製程及分隔壁形成製程。作為周邊光遮蔽層，第一至第三色彩之彩色濾光器中之任一者可形成於除了有效像素區域之外的區域中。在此類狀況
下，可省略僅用於形成周邊光遮蔽層之製程以便抑制製造成本。可根據所使用製造技術與所使用製造方法之組合而適當選擇在周邊光遮蔽層形成製程之後、在形成第一色彩之彩色濾光器之製程之後、在形成第二色彩之彩色濾光器之製程之後、或在形成第三色彩之彩色濾光器之製程之後執行分隔壁形成製程。在下文所述之程序中，將介紹在形成第二色彩之彩色濾光器之製程之後執行分隔壁形成製程的實例。
作為一般彩色濾光器製造方法，存在光微影方法。光微影方法之製程是依照半導體製造之光微影製程。因此，可抑制初始投資。因此，一般而言，光微影方法廣泛用作彩色濾光器之製造方法。在使用光微影方法來製造彩色濾光器之方法中，藉由重複形成著色像素(coloring pixel)之製程來製造彩色濾光器，所述著色像素是藉由對薄膜執行圖案曝光、顯影及烘焙製程而形成，所述薄膜是藉由使用包含著色可固化組合物之感光組合物來塗覆基板並針對每一色彩來乾燥該基板而形成。此光微影方法可藉由組合已知技術而容易應用於本發明。
在使用光微影方法之彩色濾光器之製造方法中，乾式蝕刻方法用作形成薄膜及具有精細圖案之彩色濾光器之有效方法。在乾式蝕刻方法中，使用並不包含諸如光引發劑或單體或鹼性可溶樹脂之光感組合物的著色可固化組合物。因此，與使用一般光微影方法之彩色濾光器製造方法相比，可增加著色劑在著色可固化組合物之總固體量中的含量。因此，與光微影方法相比，可形成膜厚度減少一半而同時維持相同程度之波譜特性的彩色濾光器。作為在用於顯著串擾(crosstalk)之像素大小小於2 μm且更特定言之約1 μm之固態攝像裝置中的彩色濾光器製造方法，較佳是使用乾式蝕刻方法。
此處，將描述根據乾式蝕刻方法之彩色濾光器製程。在使用乾式蝕刻方法之狀況下，形成第一至第三色彩之彩色濾光器之製程更包含光阻圖案化製程、蝕刻製程、光阻消除製程、著色層形成製程及平坦化製程。平坦化製程在形成第一色彩之彩色濾光器之製程及/或形成第二色彩之彩色濾光器之製程中省略，且在第三色彩濾光器形成製程中共同執行，藉以減少製程之數目。在平坦化製程是在最終製程中共同執行的狀況下，蝕刻製程及平坦化製程之製造變化變得較大。因此，需要根據所使用製造技術與所使用製造方法之組合來適當考慮平坦化製程之省略。以下所述程序是在第一彩色濾光器形成製程中省略平坦化製程的實例。
圖34為表示下文描述之彩色濾光器之組態實例的平面圖。與實際彩色濾光器相比，圖34中所表示之彩色濾光器之組態藉由減少像素部分之數目而簡化。圖35A和圖35B表示圖34中所表示之彩色濾光器之橫截面圖。圖35A表示沿著圖34中所示之線I-I'截取的橫截面，且圖35B表示沿著圖34中所示之線II-II'截取的橫截面。另外，在圖36A、圖36B至圖58A、圖58B中，A表示沿著圖34中所示之線I-I'截取的橫截面，且B表示沿著線II-II'截取的橫截面。
[周邊光遮蔽層形成製程]
圖36A、圖36B至圖40A、圖40B表示周邊光遮蔽層形成製程的實例。
圖36A、圖36B表示周邊光遮蔽層113形成於密封層110上之狀態。圖37A、圖37B表示光阻形成為周邊光遮蔽層113上之膜的狀態。圖38A、圖38B表示形成定位於周邊光遮蔽層113上之光阻之圖案的狀態。圖39A、圖39B表示針對周邊光遮蔽層113執行乾式蝕刻製程之狀態。圖40A、圖40B表示定位於周邊光遮蔽層113上之光阻在乾式蝕刻製程之後分層的狀態。
在周邊光遮蔽層形成製程中，如圖36A、圖36B所表示，使用形成周邊光遮蔽層113之包含黑色著色劑之組合物來塗覆密封層110之整個上側。接著，塗覆膜藉由在180℃至250℃之大氣溫度下加熱持續5至10分鐘而固化以便形成周邊光遮蔽層(黑色著色層)113。此加熱製程可與在組合物塗覆之後執行之乾燥製程同時執行。或者，在塗覆製程及乾燥製程之後，可設置額外的熱固化製程。周邊光遮蔽層113較佳由其中分散鈦黑、碳黑或類似物之黑色著色組合物形成。周邊光遮蔽層113可在形成稍後將描述之第一至第三色彩之彩色濾光器之製程中用作平坦化製程中的拋光擋止層(stopper)。在周邊光遮蔽層113亦用作拋光擋止層的狀況下，為了改良拋光阻力，可將由氧化鋁、氧化矽、氧化鋯或類似物形成之無機細粒子添加至形成周邊光遮蔽層之組合物。在周邊光遮蔽層113形成於第一至第三色彩之彩色濾光器中之任一者中的狀況下，可省略此製程。
另外，在有效像素區域之外部，有機層107之末端部分形成水平面差異。因此，當周邊光遮蔽層113形成時，可在周邊光遮蔽層113之末端部分之上側上形成水平面差異。詳言之，在周邊光遮蔽層113亦用作拋光擋止層的狀況下，較佳是拋光水平面差異以便在周邊光遮蔽層113形成為厚的層之後藉由執行稍後提前描述之平坦化製程而平坦化周邊光遮蔽層113之表面。
接著，在周邊光遮蔽層形成製程中，如下所述，順序執行第一至第三色彩之彩色濾光器之形成製程以便形成彩色濾光器。此處，將描述將紅色濾光器(在圖中用「R」指示)用作第一色彩之彩色濾光器，將藍色濾光器(在圖中用「B」指示)用作第二色彩之彩色濾光器，將綠色濾光器(在圖中用「G」指示)用作第三色彩之彩色濾光器的實例。
[光阻之圖案化]
在形成第一色彩之彩色濾光器之製程中，首先，如圖37A、圖37B中所示，使用正型光阻(例如，由富士(Fujifilm)電子材料有限公司製造的FHi622BC)來塗覆周邊光遮蔽層113之上側。在80℃至100℃之範圍中藉由使用熱板來執行預烘焙製程持續60秒，藉以形成光阻。
其後，如圖38A、圖38B所示，藉由自光阻之上側使用光罩來暴露對應於配置有第一至第三色彩之彩色濾光器的有效像素區域之區域。舉例而言，使用利用汞燈i線(波長365 nm)之曝光步進器(exposure stepper)。接著，藉由使用熱板，在100℃至120℃之範圍中執行曝光製程持續90秒之後，執行加熱(PEB)製程。其後，藉由使用顯影溶液執行水坑式顯影(puddle developing)製程，且藉由使用熱板來執行後烘焙製程，藉以消除定位於有效像素區域中之光阻。此時，定位於周邊光遮蔽層113之上部區域上之光阻保留。
[蝕刻製程]
接著，將描述藉由使用光阻作為遮罩之針對周邊光遮蔽層113來執行的乾式蝕刻製程。作為乾式蝕刻元件，例如，使用反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)元件。RIE元件具有諸如平行板類型、電容耦合類型或電子回旋加速器共振類型之已知結構，且可藉由使用高頻放電來執行乾式蝕刻。藉由使用此類RIE元件，使用光阻作為遮罩來對周邊光遮蔽層113執行乾式蝕刻製程。因此，如圖39A、圖39B中所示，消除了定位於配置有第一至第三色彩之彩色濾光器之有效像素區域中的光遮蔽層。
根據本發明，在周邊光遮蔽層113之蝕刻製程中，順序地執行開口部分形成乾式蝕刻製程及殘留液體消除乾式蝕刻製程。在蝕刻製程中，首先執行開口部分形成乾式蝕刻製程。
[開口部分形成乾式蝕刻製程]
當執行開口部分形成乾式蝕刻製程時，自將周邊光遮蔽層113處理為矩形形狀的觀點看，較佳為將含有至少一種類型之氟化氣體及O2
氣體的混合氣體用作第一蝕刻氣體。因此，在開口部分形成乾式蝕刻製程中，將第一蝕刻氣體引入至處理腔室之內部，在所述處理腔室中半導體基板安裝於平面電極(planar electrode)(陰極)上。接著，在引入蝕刻氣體之狀態中，當將高頻電壓施加於平面電極與相對電極之間時，執行基於陰極效應而將周邊光遮蔽層113處理為矩形形狀的蝕刻。作為用於開口部分形成乾式蝕刻製程中之氟化氣體，較佳是使用下式1中所表示的氟化化合物之氣體。
[化學式1]
式(1)
Cn
Hm
Fl
(此處，n指示1至6，m指示0至13，且l指示1至14)
舉例而言，作為由式(1)表示之氟化氣體，存在包含由以下各物組成之群組形成之至少一類型的氣體：CF4
、C2
F6
、C3
F8
、C2
F4
、C4
F8
、C4
F6
、C5
F8
及CHF3
。作為根據本發明之氟化氣體，可自上述群組選擇一種類型之氣體以便使用。另外，可以組合方式使用兩種或兩種以上類型之氣體。其中，自將經蝕刻部分維持於矩形形狀的觀點看，氟化氣體較佳為選自由以下各物組成之群組中的至少一種：CH4
、C4
H6
、C4
H8
及CHF3
。另外，氟化氣體更佳為CH4
及/或C4F6
。此外，氟化氣體進一步更佳為CH4
與C4
F6
之混合氣體。
自維持著蝕刻電漿之穩定性及垂直蝕刻形狀的觀點看，除了上述氟化氣體及O2
氣體之外，在開口部分形成乾式蝕刻製程中使用之混合氣體較佳為稀有氣體(諸如He、Ne、Ar、Kr及Xe)、含有鹵素原子(氯、氟、溴或類似物)之鹵化氣體(例如，CCl4
、CClF3
、AlF3
、AlCl3
及類似物)，或含有選自由N2
、CO及CO2
組成之群組的至少一者的氣體。另外，混合氣體更佳為含有選自由Ar、He、Kr、N2
及Xe組成之群組的至少一者的氣體。此外，混合氣體進一步更佳為含有選自由He、Ar及Xe組成之群組的至少一者的氣體。然而，在可維持電漿之穩定性及垂直蝕刻形狀的狀況下，在開口部分形成乾式蝕刻製程中使用之混合氣體可為僅由氟化氣體及O2
氣體形成之氣體。
[殘留液體消除乾式蝕刻製程]
在殘留液體消除乾式蝕刻製程中，藉由使用含有O2
氣體之第二蝕刻氣體來執行乾式蝕刻製程，餘留於消除了光阻之表面蝕變(surface alteration)層及光遮蔽層的區域中的殘留液體可消除，而周邊光遮蔽層113之矩形形狀得以維持。
在殘留液體消除乾式蝕刻製程中使用之第二蝕刻氣體經形成以含有O2
氣體。然而，自蝕刻電漿之穩定性觀點看，可更包含由選自由He、Ne、Ar、Kr、Xe及N2
氣體組成之群組的至少一種類型之氣體形成的第三蝕刻氣體。在此類狀況下，第三蝕刻氣體與O2
氣體之混合比率(Ar氣體或類似氣體/O2
氣體)作為流量比(flow ratio)較佳是等於或小於40/1，更佳等於或小於20/1，且進一步更佳等於或小於10/1。為了改良消除殘留液體之能力，可更包含5%或更少之氟化化合物之氣體。
第三蝕刻氣體更佳為選自由He、Ar及Xe組成之群組的至少一類型的氣體。然而，在可維持蝕刻電漿之穩定性之狀況下，第二蝕刻氣體可僅由O2
形成，且可不包含第四氣體。
另外，較佳基於預先計算之蝕刻處理時間來完成殘留液體消除乾式蝕刻製程。舉例而言，自維持光阻之矩形形狀的觀點看，殘留液體消除乾式蝕刻製程之處理時間較佳在3至10秒之範圍內，且更佳在4至8秒之範圍內。
[光阻消除製程]
在執行蝕刻製程之後，執行光阻消除製程。首先，藉由使用溶劑或光阻分層溶液來執行光阻分層製程，且藉此來消除餘留在周邊光遮蔽層113上之光阻。或者，藉由延長殘留液體消除蝕刻製程之處理時間，可消除光阻。
在執行光阻消除製程之後，可另外提供烘焙製程以用於去溶劑化及脫水。如上所述，定位於形成有彩色濾光器之區域(有效像素區域)中之光遮蔽層藉由蝕刻而消除，且將光阻分層。
根據本發明之光阻消除製程較佳是包含：1)施加分層溶液或溶劑至光阻以便允許光阻能夠得到消除之製程；及2)藉由使用清潔水來消除光阻之製程。作為施加分層溶液或溶劑至光阻以便能夠消除光阻之製程，例如，存在水坑式顯影製程，在所述水坑式顯影製程中將分層溶液或溶劑至少施加至光阻之上側並允許保留一預定時間。允許分層溶液或溶劑保留的時間並非特定限制的，而是較佳在幾十秒至幾分鐘之範圍內。
作為藉由使用清潔水來消除光阻之製程，例如，存在藉由將清潔水自噴霧型或噴水型注射噴嘴注入至光阻來消除光阻的製程。作為清潔水，較佳可使用純水。另外，作為注射噴嘴，存在具有包含整個支撐體之注射範圍的注射噴嘴、可移動類型之注射噴嘴及具有包含整個支撐體之可移動範圍的注射噴嘴。在注射噴嘴為可移動類型之狀況下，光阻可藉由在消除光阻之製程期間自支撐體之中心部分移動至支撐體之末端部分兩次或更多次以便注入清潔水而更有效地消除。
一般而言，分層溶液包含有機溶劑，且可額外含有無機溶劑。作為有機溶劑，例如存在：1)烴化合物，2)鹵化烴化合物，3)醇類化合物，4)醚或縮醛化合物，5)酮或醛化合物，6)酯化合物，7)聚乙醇化合物，8)羧酸或其酸酐化合物，9)酚系化合物，10)含氮化合物，11)含硫化合物，及12)含氟化合物。分層溶液較佳是含有含氮化合物，且更佳含有非環含氮化合物及環狀含氮化合物。
分層溶液更佳是含有選自單乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺之至少一者作為非環含氮化合物及選自N-甲基-2-吡咯啶酮及N-乙基嗎啉之至少一者作為環狀含氮化合物。分層溶液進一步更佳含有單乙醇胺及N1-甲基-2-吡咯啶酮。另外，非環含氮化合物之含量相對於100質量份(pts.mass)之分層溶液較佳是等於或高於9質量份且等於或低於11質量份，且環狀含氮化合物之含量等於或高於65質量份且等於或低於70質量份。較佳是藉由用純水稀釋非環含氮化合物與環狀含氮化合物之混合物來獲取根據本發明之分層溶液。
在光阻消除製程中，可消除形成於著色層上之光阻，且即使在蝕刻產物附著至著色層之側壁的狀況下，蝕刻產物仍可能未完全消除。在根據本發明之光阻消除製程中，更佳地額外執行經由後烘焙之脫水製程。
[形成第一色彩之彩色濾光器之製程]
在執行光阻消除製程之後，其後執行第一色彩彩色濾光器製程。圖41A、圖41B表示第一色彩之彩色濾光器形成為膜之狀態。圖42A、圖42B表示光阻形成於第一色彩之彩色濾光器上作為膜之狀態。圖43A、圖43B表示光阻經暴露及顯影之狀態。圖44A、圖44B表示針對第一色彩之彩色濾光器執行乾式蝕刻製程之狀態。圖45A、圖45B表示形成於第一色彩之彩色濾光器上之光阻經分層之狀態。
首先，如圖41A、圖41B所示，使用形成第一色彩之彩色濾光器之組合物來塗覆周邊光遮蔽層113，使得組合物覆蓋周邊光遮蔽層113之整個上表面且埋於開口部分中。其後，藉由使用熱板來執行後烘焙製程，且藉以形成第一色彩之彩色濾光器。
另外，在形成第一色彩之彩色濾光器之製程中，考慮到諸如拋光之平坦化是在其後之製程中執行的，故形成第一色彩之彩色濾光器之上面以使其定位於比充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113之上面高的側上。在包含於形成第一至第三色彩之彩色濾光器之製程中的平坦化製程中，在第一色彩之彩色濾光器用作拋光擋止層的狀況下，為了改良拋光阻力，可將氧化鋁、氧化矽、氧化鋯或類似物之無機細粒子添加至形成第一色彩之彩色濾光器的著色層化合物。
接著，如圖42A、圖42B中所示，使用正型光阻來塗覆第一色彩之彩色濾光器之整個上表面，且接著執行預烘焙製程，藉此形成光阻。
接著，如圖43A、圖43B所示，藉由使用i線曝光步進器而藉由圖案化將形成有第二色彩之彩色濾光器之區域來消除光阻。另外，形成光阻之圖案及類似者之製程與上述圖案化製程相同。
另外，如圖44A、圖44B所示，執行某蝕刻製程，其中藉由使用光阻作為遮罩而消除定位於將形成第二色彩之彩色濾光器的區域中的第一色彩之彩色濾光器。在此蝕刻製程中，自於第一色彩之彩色濾光器中處理矩形像素圖案之觀點看，如上所述，較佳是藉由順序地執行使用含有氟化氣體及O2
氣體之第一蝕刻氣體之開口部分形成乾式蝕刻製程及使用含有N2
氣體及O2
氣體之第二蝕刻氣體之殘留液體消除乾式蝕刻製程來消除將形成第二色彩之彩色濾光器的區域。
在執行蝕刻製程之後，如圖45A、圖45B中所表示，執行光阻消除製程。用於消除光阻之處理方法、條件、溶劑或分層溶液及類似物與上述光阻消除製程相同。
[形成第二色彩之彩色濾光器之製程]
圖46A、圖46B表示第二色彩之彩色濾光器形成為膜之狀態。圖47A、圖47B表示第一及第二色彩之彩色濾光器經平坦化之狀態。
在形成第二色彩之彩色濾光器之製程中，如圖46A、圖46B所示，第二色彩之彩色濾光器經形成以便覆蓋充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113及第一色彩之彩色濾光器之整個上表面且埋於開口部分中。類似於形成第一色彩之彩色濾光器之方法，藉由使用彩色濾光器之組合物來執行塗覆。在藉由使用彩色濾光器之組合物執行塗覆之後，藉由使用熱板來執行後烘焙製程，且藉此形成第二色彩之彩色濾光器。在第二色彩之彩色濾光器用作拋光擋止層的狀況下，為了改良拋光阻力，可將由氧化鋁、氧化矽、氧化鋯或類似物形成之無機細粒子添加至形成第二色彩之彩色濾光器的著色層之組合物。
[平坦化製程]
如圖47A、圖47B中所表示，在平坦化製程中，第一色彩之彩色濾光器及第二色彩之彩色濾光器經拋光以便藉由使用CMP元件來平坦化，直至充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113暴露為止。因此，當充當拋光擋止層(其拋光阻力高於第一色彩之彩色濾光器及第二色彩之彩色濾光器之拋光阻力)之周邊光遮蔽層113暴露時，拋光第一色彩之彩色濾光器及第二色彩之彩色濾光器的速度降低。因此，變得容易將第一色彩之彩色濾光器及第二色彩之彩色濾光器之表面配合至拋光製程之端點，亦即，充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113的表面。
[拋光條件]
作為拋光劑，使用分散有氧化矽之細粒子的研磨漿(slurry)。另外，作為拋光元件，可使用具有100至250 cm3‧min-1
之研磨漿流動速率、0.2至5.0磅/平方吋之水壓及1.0至2.5磅/平方吋之固持環壓力且由砂布(abrasive cloth)形成之元件。藉由將水砂布之旋轉數目設定為約30 rpm至100 rpm，可形成具有小的微型刮傷之彩色濾光器。在經拋光後，藉由使用純水來清潔彩色濾光器。其後，執行後烘焙製程以便消除所含濕氣。
[分隔壁形成製程]
圖48A、圖48B表示光阻形成於第一及第二色彩之彩色濾光器上作為膜之狀態。圖49A、圖49B表示光阻經顯影及曝光之狀態。圖50A、圖50B表示將光阻用作遮罩來執行乾式蝕刻之狀態。圖51A、圖51B表示光阻經分層之狀態。圖52A、圖52B表示分隔壁之材料形成為膜之狀態。圖53A、圖53B表示第一及第二色彩之彩色濾光器及分隔壁經平坦化之狀態。在分隔壁形成製程中，首先，如圖48A、圖48B中所示，第一色彩之彩色濾光器、第二色彩之彩色濾光器及周邊光遮蔽層113之整個上表面用正型光阻塗覆，且執行預烘焙以便形成光阻。
接著，藉由使用i線曝光步進器，如圖49A、圖49B所示，圖案化定位於將形成開口之區域中之光阻以便將其消除。另外，形成光阻之圖案之製程與上述圖案化製程相同。
接著，如圖50A、圖50B所示，執行某蝕刻製程，其中藉由將光阻用作遮罩來消除將形成開口之區域。在此蝕刻製程中，類似於上述蝕刻製程，執行開口部分形成乾式蝕刻製程及殘留液體消除乾式蝕刻製程以便在第一及第二色彩之彩色濾光器中形成開口部分。
在執行蝕刻製程之後，執行光阻消除製程。圖51A、圖51B表示消除了光阻之狀態。用於消除光阻之處理方法、條件、溶劑或分層溶液及類似物與上述光阻消除製程相同。在執行光阻消除製程之後，執行分隔壁形成製程。
在分隔壁形成製程中，形成分隔壁以便覆蓋充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113以及第一及第二色彩之彩色濾光器之整個上表面且埋於開口部分中。如圖52A、圖52B中所示，藉由使用與形成第一色彩之彩色濾光器之方法相同的方法來使用分隔壁之組合物以執行塗覆。在藉由使用分隔壁之組合物執行塗覆之後，藉由使用熱板來執行後烘焙製程以便形成分隔壁112。
作為分隔壁之材料，折射率低於第一至第三色彩之彩色濾光器之折射率的透明材料為較佳的。分隔壁之折射率較佳是低於1.5，且更佳是低於1.4。作為分隔壁之材料，存在由氧化矽或類似物、矽氧烷聚合物、非晶形氟樹脂及類似物形成之多孔膜。JSR公司所製造之OPSTAR低折射率材料JN系列、Toray Industries公司所製造之NR系列、Asahi Glass有限公司所製造之Cytop系列、杜邦公司(E.I. du Pont de Nemours and Company)所製造之TeflonAF等級及類似物均為在市場中可購買的。在分隔壁112用作拋光擋止層的狀況下，為了改良其拋光阻力，可將由氧化鋁、氧化矽、氧化鋯或類似物形成之無機細粒子添加至分隔壁之組合物。
在執行形成第三色彩之彩色濾光器之製程之前，如圖53A、圖53B所示，拋光第一色彩之彩色濾光器、第二色彩之彩色濾光器及分隔壁112直至充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113暴露為止。在執行分隔壁形成製程之後，執行形成第三色彩之彩色濾光器之製程。可經組態為：省略平坦化製程，且在形成第三色彩之彩色濾光器之製程中一起執行拋光製程。
在分隔壁112未形成之狀況下，省略分隔壁形成製程，且在形成第二色彩之彩色濾光器之形成製程之後執行第三色彩之彩色濾光器之形成製程。分隔壁形成製程並不限於在第二色彩之彩色濾光器之形成製程與第三色彩之彩色濾光器之形成製程之間執行。因此，分隔壁形成製程之順序可基於所使用的製造技術與製造方法的組合隨周邊光遮蔽層113之形成製程及第一至第三色彩之彩色濾光器之形成製程適當地改變。
[形成第三色彩之彩色濾光器之製程]
圖54A、圖54B表示光阻形成於第一及第二色彩之彩色濾光器及分隔壁上作為膜之狀態。圖55A、圖55B表示光阻經曝光及顯影之狀態。圖56A、圖56B表示第三色彩之彩色濾光器之區域藉由蝕刻分隔壁之一部分而形成之狀態。圖57A、圖57B表示光阻經分層之狀態。圖58A、圖58B表示第三色彩之彩色濾光器形成為膜之狀態。在形成第三色彩之彩色濾光器之製程中，首先，如圖54A、圖54B中所示，使用正型光阻來塗覆分隔壁材料層之整個上表面，且執行預烘焙以便形成光阻。
接著，藉由使用i線曝光步進器，如圖55A、圖55B所示，使將形成第三色彩之彩色濾光器之區域圖案化以便消除光阻。另外，形成光阻之圖案之製程與上述圖案化製程相同。
接著，如圖56A、圖56B所示，執行某蝕刻製程，其中藉由將光阻用作遮罩來消除將形成第三色彩之彩色濾光器之區域。在此蝕刻製程中，類似於上述蝕刻製程，藉由執行開口部分形成乾式蝕刻製程及殘留液體消除乾式蝕刻
製程來在分隔壁112中形成開口部分。在此製程之前執行之光阻圖案形成製程及此製程中，確定開口部分之大小以便藉由調整光阻之處理條件及/或乾式蝕刻之處理條件而形成具有所要寬度之分隔壁112。舉例而言，在像素大小為1.0μm之狀況下，為了增加像素之孔徑比，分隔壁112之寬度較佳等於或小於0.1μm，且開口部分之大小等於或大於0.9μm且小於1.0μm。
如圖57A、圖57B中所表示，在執行蝕刻製程之後，執行光阻消除製程。用於消除光阻之處理方法、條件、溶劑或分層溶液及類似物與上述光阻消除製程相同。
在消除光阻之後，如圖58A、圖58B所表示，形成第三色彩之彩色濾光器以便覆蓋所有第一色彩之彩色濾光器、第二色彩之彩色濾光器、分隔壁112及開口部分。在形成第三色彩之彩色濾光器之方法中，類似於形成第一色彩之彩色濾光器及第二色彩之彩色濾光器的方法，藉由使用彩色濾光器之組合物來執行塗覆。在藉由使用彩色濾光器之組合物來執行塗覆之後，藉由使用熱板來執行後烘焙製程，且藉此形成第三色彩之彩色濾光器。
在執行第三色彩之彩色濾光器之形成製程之後，執行平坦化製程。
在平坦化製程中，藉由使用CMP元件來執行拋光製程以便平坦化第三色彩之彩色濾光器之表面，直至充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113、第一色彩之彩色濾光器、第二色彩之彩色濾光器及分隔壁112之上表面為止。另外，在平坦化製程中，第三色彩之彩色濾光器藉由執行類似於上述平坦化製程之製程來拋光。因此，當執行拋光製程直至拋光阻力高於第三色彩之彩色濾光器之拋光阻力且充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113暴露為止時，第三色彩之彩色濾光器之上面之位置可容易配合至充當預先形成之拋光擋止層的周邊光遮蔽層113之上表面，亦即拋光製程之終點。因此，如圖35A、圖35B所示，第一至第三色彩之彩色濾光器配置於有效像素區域內，且彩色濾光器藉由用低折射率材料形成之分隔壁112來分隔。因此，形成了上面成為與充當拋光擋止層之周邊光遮蔽層113之上面同一平面的彩色濾光器。
就像在上述實例中，在配置於像素之間的紅色濾光器(R)、綠色濾光器(G)、藍色濾光器(B)及分隔壁112根據圖34中所示之拜耳(Bayer)陣列形成之狀況下，自製造成本之觀點看，在形成紅色濾光器及藍色濾光器之後將分隔壁之材料形成為膜，且最後形成綠色濾光器之順序為較佳的。原因是自平面圖中之表面看，在使用分隔壁之材料形成膜之前形成於蝕刻製程中的開口部分I(圖50A)與在使用綠色濾光器之材料形成膜之前形成於蝕刻製程中的開口部分II(圖56B)具有同一中心，且開口部分之大小僅彼此相差了分隔壁112之寬度。舉例而言，在形成像素大小為1.0 μm且寬度為0.1 μm之分隔壁的狀況下，當假設開口部分I之大小為1.1 μm且假設開口部分II之大小為0.9 μm且開口部分I與II之中心為相同時，分隔壁112之寬度變為0.1 μm。在形成所有彩色濾光器之後形成分隔壁的狀況下，需要高解析度之圖案化技術來形成寬度為0.1 μm之開口部分，藉以增加製造成本。另一方面，在上述實例中，開口部分之最小大小為0.9 μm。因此，可應用一般光微影技術，藉以抑制製造成本。此外，開口部分I與II之形狀及中心均為相同的。因此，在形成開口部分之前的光阻圖案形成製程中，僅可藉由調整曝光條件、顯影條件及蝕刻條件來改變開口部分之大小，其中曝光光罩為一般所使用的光罩。換言之，高價光罩之數目可減少，此為有利的。
另外，在上述平坦化製程中，藉由執行拋光(CMP)製程來平坦化彩色濾光器。然而，本發明並不限於此。因此，可藉由使用與上述乾式蝕刻製程中所使用之相同方法來蝕刻彩色濾光器之整個面(回蝕製程)來平坦化彩色濾光器。
[著色組合物]
將如下描述形成彩色濾光器之著色組合物。著色組合物之光固化成份可藉由經由乾式蝕刻的圖案化而消除。在具有少量光固化成份之著色組合物或較佳是排除光固化成份之著色組合物中，著色劑之密度可升高。因此，可形成厚度小於一般彩色濾光器之彩色濾光器層且維持其透射光譜(transmission spectroscopy)，此為難以實施的。因此，著色組合物較佳為不含有光固化成份之非光阻固化組合物，且更佳為熱固性組合物。
下文中將描述熱固性組合物。熱固性組合物含有著色劑及熱固性化合物。著色劑在總的溶解固體中之密度較佳等於或高於50質量%且低於100質量%。藉由增加著色劑之密度，可形成厚度減少之彩色濾光器。
[著色劑]
著色劑並未特定限制。因此，作為著色劑，可使用一種、兩種或兩種以上類型之已知染料及顏料之混合物。
作為顏料，可使用已知的各種無機顏料或有機顏料。顏料之透射比較佳為高的，不管顏料為無機顏料抑或有機顏料。因此，較佳可使用平均粒徑儘可能多地減小之顏料。另外，考慮到一起處置，顏料之平均粒徑較佳在0.01 μm至0.1 μm之範圍中，且更佳在0.01 μm至0.05 μm之範圍中。
作為較佳顏料，存在以下所述之顏料。然而，本發明並不限於此。
存在有：C.I.顏料黃色11、24、108、109、110、138、139、150、151、154、167、180及185；C.I.顏料橙色36及71；C.I.顏料紅色122、150、171、175、177、209、224、242、254、255及264；C.I.顏料紫色19、23及32；C.I.顏料藍色15:1、15:3、15:6、16、22、60及66；C.I.顏料綠色7、36及58。當著色劑為染料時，可藉由將染料均一溶解於組合物中而獲取非光阻熱固性著色樹脂組合物。
可用作著色劑之染料並未特定限制。因此，作為著色劑，可使用用於一般彩色濾光器之已知染料。關於染料之化學結構，可使用諸如以下之染料：吡唑偶氮(pyrazolazo)、苯胺基偶氮、三苯基甲烷(triphenylmethane)、蒽醌、蒽吡啶酮、苯亞甲基、氧喏、吡唑酮三唑偶氮(pyrazolonetriazorazo)、吡啶酮偶氮、花青、啡噻嗪、吡咯吡唑甲亞胺(pyroropyrazolazomethine)、蒼耳烷(xanthane)、酞花青、苯並哌喃及靛藍類染料。
著色劑在著色熱固性組合物之總溶解固體中之含量並未特定限制，但較佳是在30至60質量%之範圍內。藉由允許含量等於或高於30質量%，可獲取適於作為彩色濾光器之色度。另外，藉由允許含量等於或低於60質量%，可充分執行光固化，且藉此可抑制膜之強度降低。
[熱固性化合物]
熱固性化合物並未特定限制，只要熱固性化合物之膜固化可經由加熱執行即可。舉例而言，作為熱固性化合物，可使用具有熱固性官能基之化合物。舉例而言，熱固性化合物較佳為具有選自環氧基、羥甲基、烷氧甲基及醯氧基甲基中之至少一基團之化合物。
作為更佳之熱固性化合物，存在：(a)環氧化合物；(b)由選自羥甲基、烷氧甲基及醯氧基甲基中之至少一個取代基來取代之三聚氰胺化合物、胍胺化合物、乙二醇(glycol urile)化合物或尿素化合物；及(c)由選自羥甲基、烷氧甲基及醯氧基甲基中之至少一個取代基來取代之苯酚化合物、萘酚化合物或羥基蒽化合物。在上述化合物中，作為熱固性化合物，進一步更佳是使用具有多個官能基之環氧化合物。
儘管熱固性化合物在著色熱固性組合物中之總含量基於材料而不同，但相對於熱固性組合物之總溶解固體(質量)的總含量較佳為0.1至50質量%，更佳為0.2至40質量%，進一步更佳為1至35質量%。
[各種添加劑]
在著色熱固性組合物中，在未縮小本發明之效應之範圍內，必要時，可混合例如以下之各種添加劑：黏合劑、固化劑、固化催化劑、溶劑、填充劑、其他聚合物化合物、界面活性劑、黏著劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、去絮凝劑、分散劑或類似者。
[光阻]
如上所述，在第一至第三色彩之彩色濾光器藉由使用乾式蝕刻方法而形成之狀況下，藉由使用光阻來形成光阻圖案。另外，同樣在移除製程中，較佳藉由使用光阻來形成光阻圖案。
作為正型感光樹脂組合物，可使用對於諸如紫外線(汞燈g線、h線及i線)、包含準分子雷射之遠紫外線、電子射線、離子束及X射線之放射性射線敏感之非常適合作為正型光阻之正光阻組合物。在放射性射線中，g線、h線及i線較佳是用於曝光感光樹脂層，且更佳是使用i線。
詳言之，作為正型感光樹脂組合物，較佳使用含有醌二疊氮化合物及鹼性可溶樹脂之組合物。含有醌二疊氮化合物及鹼性可溶樹脂之正型感光樹脂組合物藉由使用以下現象而用作正型光阻：其中醌二疊氮基藉由照射波長為500 nm或更小之光以便產生羧基而分解，使得樹脂組合物自非鹼性可溶狀態改變至鹼性可溶狀態。由於此正型光阻具有優越的溶解能力，所以光阻廣泛用於半導體製程中。作為醌二疊氮化合物，存在萘酚二疊氮化合物。
可使用任何類型之顯影溶液，只要顯影溶液對周邊光遮蔽層沒有影響且溶解光阻之暴露部分及負光阻之未固化部分。詳言之，可使用各種有機溶劑或鹼性水溶液之組合。
在形成彩色濾光器之製程中所呈現的描述中，已描述產生包含紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)之原色之彩色濾光器的實例。然而，所述色彩並不限於此。因此，可在製造使用品紅、黃色及綠色之互補色之彩色濾光器的狀況下使用此類製程。
[外塗層]
外塗層為形成於彩色濾光器上以便保護彩色濾光器免受以下製程之層。因此，外塗層亦稱作保護層。作為外塗層之材料，可適當使用諸如丙烯酸樹脂、聚矽氧烷樹脂、聚苯乙烯樹脂或含氟樹脂之聚合物材料或諸如氧化矽或氮化矽之無機材料。在使用諸如聚矽氧烷樹脂之感光樹脂的狀況下，可藉由使用光微影方法來圖案化外塗層。因此，在此類狀況下，當安置於結合墊上之周邊光遮蔽層113、密封層110、絕緣層102及類似者形成為敞開時，外塗層可用作光阻，且外塗層可以簡易方式處理為微透鏡，此為有利的。另一方面，外塗層可用作防反射層(reflection preventing layer)，且用於彩色濾光器之分隔壁之各種低折射率材料較佳形成為膜。另外，為了改良作為用於以下製程之保護層的功能或防反射層之功能，外塗層可經組態以具有由上述材料形成之兩個或兩個以上的層。
[微透鏡]
藉由將外塗層形成為微透鏡或在外塗層上形成微透鏡，可進一步改良光收集效率，且可進一步抑制串擾。在上述實例中，使用省略微透鏡之組態。然而，藉由用低折射率分隔壁來分隔彩色濾光器，可充分改良光收集效率，且可充分抑制串擾。考慮到光學設計中之製造成本及困難度，可適當確定微透鏡之形成。
<固態攝像裝置之另一組態實例>
將描述固態攝像裝置之另一組態實例。在以下所描述之組態實例中，對於組態及反應與上述構成部分或類似者之組態及反應等效的每一構成部分或類似者，在附圖中附有相同參考標記或對應的參考標記。因此，將簡化或省略其描述。
圖59為固態攝像裝置之另一組態實例之示意性橫截面圖。在此組態實例之固態攝像裝置中，像素電極104安置於絕緣層102之表面上。另外，安置電荷阻擋層15a以便覆蓋絕緣層102及像素電極104。電荷阻擋層15a具有抑制電子自像素電極104注入至光電轉換層12'之功能。在此組態實例中，使用以下組態：其中，相對電極108之電位設定為高於包含於讀取電路116中之重設電晶體之源極的電位，且電流自相對電極流向像素電極104(換言之，電洞收集於像素電極104中)。
如圖3中所示，作為實例，讀取電路116藉由FD、重設電晶體、輸出電晶體及選擇電晶體來組態。此等電晶體藉由nMOS電晶體來組態。附圖中所示之讀取電路116、包含通孔插塞105、絕緣層102及像素電極104之佈線層經由標準CMOS影像感測器製程來製造。像素電極104藉由使用CVD方法而由TiN(膜厚度為15 nm)形成，且其表面粗糙度為Ra=0.4 nm。另外，在TiN之乾式蝕刻製程中，藉由應用各向同性電漿蝕刻(isotropic plasma etching)條件，在像素電極104之末端部分中形成傾斜面，且圖案化像素電極以使得傾斜面自基板傾斜50度。
電荷阻擋層15a藉由沈積具有下式(2)之化合物以便具有100 nm之膜厚度而形成。另外，藉由共同沈積具有下式(3)之化合物及芙C60使得C60組合物占80%，形成光電轉換層12使其具有400 nm之膜厚度。包含於光電轉換層中之C60之電子親和性Ea為Ea=4.2 eV，且形成電荷阻擋層15a之式(2)之化合物之游離電位Ip為Ip=5.2 eV。因此，△1=1.0 eV，且具有此組態之光電轉換元件可有效抑制暗電流。此外，形成電荷阻擋層15a之具有式(2)之化合物之電子親和性Ea為Ea=1.9 eV，且形成像素電極104之TiN之功函數為4.5 eV。因此，△2=2.6 eV。因此，在具有此組態之光電轉換元件中，抑制電子自像素電極104注入至光電轉換層12'。在上述沈積製程中，真空度等於或小於1×10-4
pa，且電荷阻擋層15a及光電轉換層12'形成於第一區域中(參見圖1)，其中第一金屬遮罩配置於基板之上側上。另外，每一層之功函數及Ip可藉由使用大氣光電子光譜儀(atmospheric photoelectron spectrometer)(Riken Keiki有限公司所製造的AC-2)來量測。另外，藉由自每一層之光譜吸收來獲取吸收邊緣之能量Eg且自相應層之Ip值減去Eg值來計算相應層之Ea(Ea=Ip-Eg)。
相對電極108是由ITO在引入Ar氣體及O2
氣體及0.1 Pa的真空度之氛圍下藉由使用ITO標靶之高頻磁控濺鍍(magnetron sputter)來形成以具有10 nm之膜厚度。另外，第二金屬母板配置於基板之上側上，且相對電極形成於第二區域中。
作為緩衝層109，真空沈積一氧化矽以具有100 nm之膜厚度。在此沈積製程中，真空度設定為等於或低於1×10-4
Pa，且緩衝層109形成於第三區域中，其中第三金屬母板配置於基板之上側上。
使用有機EL製造裝置，其中將電荷阻擋層15a、光電轉換層12'、相對電極108及緩衝層109形成為膜之真空沈積元件及將相對電極108形成為膜之濺鍍元件直接連接至具有1×10-4
Pa或更小之真空度的叢集類型真空輸送系統。
作為密封層110，藉由在真空度為0.5 kPa之氛圍下(其中將Ar用作運載氣體)在基板溫度等於或低於150℃下藉由原子層沈積元件使用三甲基鋁及水來形成具有0.2 μm之膜厚度之氧化鋁。
另外，在密封層110上，形成由氮化矽形成之膜厚度為0.1 μm之密封輔助層110a。密封輔助層110a是在引入Ar氣體及N2
氣體且真空度為0.1 Pa之氛圍下藉由使用氮化矽標靶之高頻磁控濺鍍而形成。
彩色濾光器CF、分隔壁112、光遮蔽層113及外塗層114以與上述組態實例相同之次序形成。
圖60為固態攝像裝置之另一組態實例之示意性橫截面圖。此組態實例之固態攝像裝置經組態使得絕緣層102之表面與像素電極104之表面形成於同一平面上，且像素電極完全平坦化。另外，安置光電轉換層12'以便覆蓋絕緣層102及像素電極104。在光電轉換層12'上，安置電荷阻擋層15b。電荷阻擋層15a具有抑制電子自相對電極108注入至光電轉換層12'之功能。在此組態中，使用以下組態：其中，相對電極108之電位設定為低於包含於讀取電路116中之重設電晶體之源極的電位，且電流自像素電極104流向相對電極108(換言之，電子收集於像素電極104中)。
該讀取電路116包含FD、重設電晶體、輸出電晶體及選擇電晶體。此等電晶體藉由pMOS電晶體來組態。像素電極104藉由低電阻層及表面層來組態，所述低電阻層與連接至FD之通孔插塞105接觸且由Al形成，所述表面層由TiN形成。像素電極104藉由使用上述凹槽隔離方法而形成。包含絕緣層102、像素電極104及通孔插塞105之多層佈線及讀取電路116藉由標準CMOS影像感測器製程來製造。
作為光電轉換層12'，共同沈積具有式(3)之化合物及芙C60以便具有400 nm之膜厚度，使得C60組合物占80%。作為電荷阻擋層15b，沈積具有式(3)之化合物以具有20 nm之膜厚度，且接著，沈積具有下式(4)之化合物以具有300 nm之膜厚度。包含於光電轉換層中之C60之電子親和性為Ea=4.2 eV，且與電荷阻擋層15b中之光電轉換層接觸之具有式(3)之化合物的游離電位為Ip=5.4 eV。因此，△1=1.2 eV。此外，由於光電轉換層及鄰近其之電荷阻擋層含有具有相同式(3)之化合物，所以防止產生中間電位。根據上述效應，具有此組態之光電轉換元件可有效抑制暗電流。另外，在電荷阻擋層15b中，與相對電極108接觸之具有式(4)之化合物的電子親和性為Ea=1.9 eV，且形成相對電極108之ITO之功函數為4.5 eV。因此，△2=2.6 eV。因此，根據具有此組態之光電轉換元件，抑制電子自相對電極108注入至光電轉換層12'。在此類沈積製程中，真空度等於或小於1×10-4
pa，且光電轉換層12'及電荷阻擋層15b藉由配置在基板之上側上配置之第一金屬遮罩而形成於第一區域中。
在此組態之實例中，形成相對電極108、緩衝層109、密封層110、密封輔助層110a、CF、分隔壁112、周邊光遮蔽層113及外塗層114之製程與圖59之組態實例相同。
<堆疊型固體攝像元件之優點及用途>
接著，將描述上述固態攝像裝置之優點及用途。
(形成為相機模組)
固態攝像裝置藉由替換一般Si光電二極體(photo diode)來使用一對電極及插入在其間之有機層作為光感測單元，且任何其他輸入或輸出並非必要的。因此，在固態攝像裝置作為相機模組而內建之狀況下，可使用一般模組。因此，可以簡易方式將相機形成為模組。
(晶片大小)
有機層107及相對電極108可針對所有像素部分共同形成。因此，根據本發明之固態攝像裝置可藉由根據目的而組合該讀取電路116、包含通孔插塞105及像素電極104之多層佈線之製造技術及製造方法而以簡易方式形成微小晶片甚至大面積晶片。在微小晶片之狀況下，可藉由使用標準半導體製程而在無任何限制的情況下應用最新微觀技術。因此，可以簡易方式達成像素大小之最小化/像素數目之最大化及大量生產。另一方面，在大面積晶片之狀況下，可藉由使用液晶型顯示元件之TFT製程或類似者而達成低成本之大量生產。
(像素大小)
在影像感測器中，像素數目之增加及成本降低之需求極為強烈，且現正進行像素大小之減小。結果，使用Si光電二極體之一般影像感測器難以有效將光導引至充當光感測單元之光電二極體。詳言之，在像素大小小於2 μm之狀況下，缺點是顯著的。在根據本發明之固態攝像裝置中，有機層107定位於該讀取電路之上側上。因此，填充因素可較大，藉以避免此類缺點。因此，即使在微觀製程進一步前進且像素大小小於2 μm(特定言之約1 μm)之狀況下，不存在實際缺點。
(成本優勢)
根據本發明之固態攝像裝置，歸因於上述組態而可省略在一般影像感測器中必要的微透鏡及紅外線屏蔽濾波器(infrared ray shielding filter)，且因此可降低成本。換言之，由於像素之孔徑比超過80%，所以微透鏡並非必需的。另外，由於光電轉換層可使用對紅外線不敏感之有機顏料組態，所以紅外線截止濾波器(infrared cutoff filter)可並非必要的。
(效能優勢)
根據本發明之固態攝像裝置，與一般影像感測器相比，經由上述組態可獲取極好的所攝取影像。首先，由於像素之孔徑比超過80%，所以入射光之量增加，且藉此可以簡易方式實施高敏感度。換言之，即使在黑暗場景中亦可良好攝取影像。另外，由於讀取電路之振幅增加，所以可增加飽和電荷之數目。此外，由於可一起獲取高敏感度及飽和電荷之數目增加，所以動態範圍可得以擴寬。因此，即使在具有強對比度之場景中，可良好攝取影像而無光暈或暗區灰度惡化(dark-area-grayscale deterioration)。
(用途)
根據本發明之固態攝像裝置，可基於上述優點而實現數位靜態相機或數位視訊相機之高效能。另外，固態攝像裝置適合於用作同時需要固態攝像裝置之高效能及小型化之內視鏡。此外，在強烈要求固態攝像裝置之高效能、小型化、低成本之蜂巢式電話相機中，本發明之組態顯著優於一般影像感測器。另外，本發明之組態並不限於上述用途，且可用於監視相機、車輛內置相機、機器人相機及類似物中。
如上所述，在本說明書中，揭露以下內容。
一種所揭露之攝像元件包含：多個第一電極，其以二維方式配置於基板之上側上且其間插入一預定間隙；第二電極，其鄰接多個第一電極中之配置於最外側上之第一電極而配置，所述預定間隙插入於所述配置於最外側上之第一電極與所述第二電極之間；第三電極，其面向多個第一電極及第二電極；光電轉換層，其配置於多個第一電極與第二電極與第三電極之間；信號讀取部分，其連接至多個第一電極且讀出對應於在光電轉換層中產生且移動至多個第一電極之電荷的信號；及電位調整部分，其僅連接至第二電極，且調整第二電極之電位使得根據在光電轉換層中產生且移動至第二電極之電荷所確定之第二電極之電位不超出預定範圍。
根據此類組態，在多個第一電極中之每一者附近，配置第一電極及第二電極中之至少一者使其間插入一預定間隙。因此，例如，當在恆定量之光下攝取影像時，移動至第一電極之電荷之量幾乎是相同的，且藉此使所有第一電極之電位可設定為幾乎相同。另外，由於第二電極之電位不超出預定範圍，所以可預防移動至第二電極之電荷對第一電極的影響。結果，當在恆定量之光下攝取影像時，對應於所有第一電極中累積之電荷的信號之位準可為均一的，且藉此可實現高影像品質。
在所揭露之攝像元件中，用於讀出對應於在光電轉換層中產生且移動至第二電極之電荷的信號之讀取部分未連接至第二電極。
根據此類組態，並不將對應於移動至第二電極之電荷的信號讀出至外部。因此，可預防在藉由攝取影像而獲取之影像中出現不均勻性。
在所揭露之攝像元件中，信號讀取部分中之每一者藉由包含以下各者之MOS電晶體電路來組態：重設電晶體，其用於重設第一電極之電位；及輸出電晶體，其用於輸出對應於在光電轉換層中產生且移動至第一電極之電洞的電壓信號，MOS電晶體電路中之每一電晶體為n-通道MOS電晶體，且電位調整部分調整第二電極之電位使得根據在光電轉換層中產生且移動至第二電極之電洞而確定之第二電極之電位不超過臨限值。
根據此類組態，可預防移動至第二電極之電洞對第一電極之電位的影響。
在所揭露之攝像元件中，信號讀取部分中之每一者藉由包含以下各者之MOS電晶體電路來組態：重設電晶體，其用於重設第一電極之電位；及輸出電晶體，其用於輸出對應於在光電轉換層中產生且移動至第一電極之電子的電壓信號，MOS電晶體電路中之每一電晶體為p-通道MOS電晶體，且電位調整部分調整第二電極之電位使得根據在光電轉換層中產生且移動至第二電極之電子而確定之第二電極之電位不低於臨限值。
根據此類組態，可預防移動至第二電極之電子對第一電極之電位的影響。
在所揭露之攝像元件中，電位調整部分是將第二電極及電源直接彼此連接之佈線。
根據此類組態，由於第二電極之電位可形成為恆定之電源電位，所以可防止第二電極之電位超出一預定範圍。
在所揭露之攝像元件中，電位調整部分是連接至第二電極之二極體接法形式之電晶體。
根據此類組態，可防止第二電極之電位超出一預定範圍。
在所揭露之攝像元件中，電位調整部分是連接至第二電極之二極體。
根據此類組態，可防止第二電極之電位超出一預定範圍。
在所揭露之攝像元件中，第一電極及第二電極以四方格子形狀而配置，且以四方格子形狀而配置之多個電極中之定位於最外側上的電極經組態為第二電極，且其他電極經組態為第一電極。
根據此類組態，僅以四方格子形狀而配置之多個電極之最外周邊需要設定為第二電極，且藉此可在無需顯著改變一般組態之設計的情況下實施所述組態。
在所揭露之攝像元件中，第二電極藉由連續形成之一個電極來組態以便包圍多個第一電極。
根據此類組態，在第二電極下方之佈線佈局之自由度得以增加，且因此，可以簡易方式執行電位調整部分之設計。
在所揭露之攝像元件中，光電轉換層包含有機材料，且預定間隙等於或小於3 μm。
根據此類組態，可抑制殘像之產生。
所揭露之攝像裝置包含上述攝像元件。
1．．．基板
2．．．絕緣層
3．．．光電轉換層
4．．．相對電極
5．．．像素電極
6．．．連接部分
7．．．信號讀取部分
11．．．基板
12．．．絕緣層
12'．．．光電轉換層
13．．．有機層
14．．．相對電極
15．．．像素電極
15'．．．電荷阻擋層
15a．．．電荷阻擋層
15b．．．電荷阻擋層
16．．．連接層
16'．．．第一阻擋層
17．．．信號讀取部分
17a．．．重設電晶體
17b．．．輸出電晶體
17c．．．選擇電晶體
18．．．電位調整部分
18'．．．第二阻擋層
19．．．電位調整電極
100．．．固態攝像裝置
101．．．基板
102．．．絕緣層
103．．．連接電極
104．．．像素電極
104a．．．障壁金屬層
104a'．．．傾斜面
104b．．．佈線層
104c．．．障壁金屬層
105．．．連接部分
106．．．連接部分
107．．．有機層
108．．．相對電極
109．．．緩衝層
110．．．密封層
111．．．彩色濾光器
112．．．分隔壁
113．．．光遮蔽層
114．．．保護層
115．．．相對電極電壓供應部分
116．．．讀取電路
121．．．垂直驅動器
122．．．時序產生器
123．．．信號處理電路
124．．．水平驅動器
125．．．低電壓差分傳訊(LVDS)
126．．．串列轉換單元
127．．．襯墊
B．．．藍色濾光器
FD．．．浮動擴散層
G．．．綠色濾光器
h1．．．通孔
h2．．．開口
P．．．像素部分
P1．．．標準像素部分
P2．．．周邊像素部分
R．．．紅色濾光器
圖1為表示根據本發明之例示性實施例之攝像元件之橫截面的示意圖。
圖2為自頂側查看之圖1中所表示之攝像元件的圖。圖2中並未繪示相對電極14。
圖3為表示在MOS電路用作圖1中所表示之攝像元件中之信號讀取部分17的狀況下的組態實例的圖。
圖4為表示圖1中所示之攝像元件之電位調整部分之第一組態實例的圖。
圖5為表示圖1中所示之攝像元件之電位調整部分之第二組態實例的圖。
圖6為表示圖1中所示之攝像元件之電位調整部分之第三組態實例的圖。
圖7為表示圖2中所示之攝像元件之電位調整電極之修改實例的圖。
圖8為說明圖1中所示之攝像元件之像素電極之間的間隙之較佳值的圖。
圖9為說明圖1中所示之攝像元件之像素電極之間的間隙之較佳值的圖。
圖10為表示在圖8中所表示的組態中部花青用作形成有機層之光電轉換材料的狀況下產生殘像之速率的圖表。
圖11為表示在圖8中所表示的組態中部花青用作形成有機層之光電轉換材料且像素電極之間的間隙改變的狀況下在訊框1之後產生殘像之速率的圖表。
圖12為表示在圖8中所表示的組態中酞花青用作形成有機層之光電轉換材料的狀況下產生殘像之速率的圖表。
圖13為表示在圖8中所表示的組態中酞花青用作形成有機層之光電轉換材料且像素電極之間的間隙改變的狀況下在訊框1之後產生殘像之速率的圖表。
圖14為表示在圖8中所表示的組態中4H-哌喃用作組態有機層之光電轉換材料的狀況下產生殘像之速率的圖表。
圖15為表示在圖8中所表示的組態中4H-哌喃用作形成有機層之光電轉換材料且像素電極之間的間隙改變的狀況下在訊框1之後產生殘像之速率的圖表。
圖16為表示在圖8中所表示的組態中像素電極之電極面積改變的狀況下產生殘像之速率與訊框數目之相關性的圖表。
圖17為表示在圖8中所表示的組態中像素電極之電壓改變的狀況下產生殘像之速率與訊框數目之相關性的圖表。
圖18為堆疊型之固態攝像裝置之示意性橫截面圖。
圖19為表示固態成像元件之周邊電路之組態的實例之圖。
圖20為繪示有機層之組態之實例的橫截面。
圖21為繪示圖20中所示之光電轉換元件之能帶的圖。
圖22為表示不同於有機層之組態實例之橫截面圖。
圖23為表示圖22中所示之光電轉換元件之能帶的圖。
圖24為表示像素電極之組態之一項實例的示意性橫截面圖。
圖25為表示藉由使用凹槽隔離方法而形成之像素電極之組態的圖。
圖26為說明藉由使用凹槽隔離方法形成像素電極之順序的圖。
圖27為說明藉由使用凹槽隔離方法形成像素電極之順序的圖。
圖28為說明藉由使用凹槽隔離方法形成像素電極之順序的圖。
圖29表示藉由使用鑲嵌方法形成之像素電極之組態。
圖30為說明藉由使用鑲嵌方法形成像素電極之順序的圖。
圖31為說明藉由使用鑲嵌方法形成像素電極之順序的圖。
圖32為說明藉由使用鑲嵌方法形成像素電極之順序的圖。
圖33為說明藉由使用鑲嵌方法形成像素電極之順序的圖。
圖34為表示彩色濾光器之組態實例的平面圖。
圖35A、圖35B為圖34中所示之彩色濾光器之橫截面圖。
圖36A、圖36B為表示周邊光遮蔽層形成為膜之狀態的圖。
圖37A、圖37B為表示光阻形成為膜之狀態的圖。
圖38A、圖38B為表示針對光阻執行圖案曝光、顯影及後烘焙之狀態的圖。
圖39A、圖39B為表示針對周邊光遮蔽層執行乾式蝕刻製程之狀態的圖。
圖40A、圖40B為表示定位於周邊光遮蔽層上之光阻經分層之狀態的圖。
圖41A、圖41B為表示第一色彩之彩色濾光器形成為膜之狀態的圖。
圖42A、圖42B為表示光阻形成於第一色彩之彩色濾光器上作為膜之狀態的圖。
圖43A、圖43B為表示針對光阻執行圖案曝光、顯影及後烘焙之狀態的圖。
圖44A、圖44B為表示針對第一色彩之彩色濾光器執行乾式蝕刻製程之狀態的圖。
圖45A、圖45B為表示形成於第一色彩之彩色濾光器上之光阻經分層之狀態的圖。
圖46A、圖46B為表示第二色彩之彩色濾光器形成為膜之狀態的圖。
圖47A、圖47B為表示第一及第二色彩之彩色濾光器經平坦化之狀態的圖。
圖48A、圖48B為表示光阻形成於第一及第二色彩之彩色濾光器上作為膜之狀態的圖。
圖49A、圖49B為表示針對光阻執行圖案曝光、顯影及後烘焙之狀態的圖。
圖50A、圖50B為表示將光阻用作遮罩來執行乾式蝕刻之狀態的圖。
圖51A、圖51B為表示光阻經分層之狀態的圖。
圖52A、圖52B為表示分隔壁之材料形成為膜之狀態的圖。
圖53A、圖53B為表示第一及第二色彩之彩色濾光器及分隔壁經平坦化之狀態的圖。
圖54A、圖54B為表示光阻形成於第一及第二色彩之彩色濾光器及分隔壁上作為膜之狀態的圖。
圖55A、圖55B為表示針對光阻執行圖案曝光、顯影及後烘焙之狀態的圖。
圖56A、圖56B為表示第三色彩之彩色濾光器之區域藉由蝕刻分隔壁之一部分而形成之狀態的圖。
圖57A、圖57B為表示光阻經分層之狀態的圖。
圖58A、圖58B為表示第三色彩之彩色濾光器形成為膜之狀態的圖。
圖59為固態攝像裝置之另一組態實例之橫截面圖。
圖60為固態攝像裝置之另一組態實例之橫截面圖。
圖61為繪示習知堆疊型攝像元件之橫截面的示意圖。
圖62為習知堆疊型攝像元件之示意平面圖。
圖63為表示所攝取影像之實例的圖，所攝取影像可在藉由使用圖61及圖62中所示之攝像元件在恆定量之光下執行攝像操作而獲取。
11．．．基板
12．．．絕緣層
13．．．有機層
14．．．相對電極
15．．．像素電極
16．．．連接層
17．．．信號讀取部分
18．．．電位調整部分
19．．．電位調整電極
P1．．．標準像素部分
P2．．．周邊像素部分
Claims (13)
- 一種攝像元件，其包括：多個第一電極，其以二維方式配置於基板之上側上且一預定間隙插入於所述第一電極中之一者與鄰近所述第一電極之所述一者的另一第一電極之間；第二電極，其鄰接所述第一電極中之配置於最外側上之所述第一電極而配置著，其中所述預定間隙插入於配置於所述最外側上之所述第一電極與所述第二電極之間；第三電極，其面向所述多個第一電極及所述第二電極；光電轉換層，其安置於所述多個第一電極與所述第二電極與所述第三電極之間；多個信號讀取部分，其連接至所述多個第一電極且讀出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述多個第一電極之電荷的信號；以及多個電位調整部分中之至少一者，其連接至所述第二電極，且調整所述第二電極之電位使得根據在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之電荷而確定的所述第二電極之所述電位不超出預定範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述之攝像元件，其中用於讀出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之所述電荷的信號之讀取部分未連接至所述第二電極。
- 如申請專利範圍第1項所述之攝像元件，其中所述信號讀取部分中之每一者包含MOS電晶體電路，其包括：重設電晶體，其經組態以重設所述第一電極之電位；及輸出電晶體，其經組態以輸出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述第一電極之電洞的電壓信號，其中所述MOS電晶體電路中之每一電晶體為n-通道MOS電晶體，且其中多個電位調整部分中之所述至少一者調整所述第二電極之電位，使得根據在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之電洞而確定的所述第二電極之電位不超過臨限值。
- 如申請專利範圍第1項所述之攝像元件，其中所述信號讀取部分中之每一者包含MOS電晶體電路，其包括：重設電晶體，其經組態以重設所述第一電極之電位；及輸出電晶體，其經組態以輸出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述第一電極之電子的電壓信號，其中所述MOS電晶體電路中之每一電晶體為p-通道MOS電晶體，且其中多個電位調整部分中之所述至少一者調整所述第二電極之電位，使得根據在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之電子而確定的所述第二電極之電位不低於臨限值。
- 如申請專利範圍第2項所述之攝像元件，其中所述信號讀取部分中之每一者包含MOS電晶體電路，其包括：重設電晶體，其經組態以重設所述第一電極之電位；及輸出電晶體，其經組態以輸出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述第一電極之電洞的電壓信號，其中所述MOS電晶體電路中之每一電晶體為n-通道MOS電晶體，且其中電位調整部分中之所述至少一者調整所述第二電極之電位，使得根據在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之電洞而確定的所述第二電極之電位不超過臨限值。
- 如申請專利範圍第2項所述之攝像元件，其中所述信號讀取部分中之每一者包含MOS電晶體電路，其包括：重設電晶體，其經組態以重設所述第一電極之電位；及輸出電晶體，其經組態以輸出對應於在所述光電轉換層中產生且移動至所述第一電極之電子的電壓信號，其中所述MOS電晶體電路中之每一電晶體為p-通道MOS電晶體，且其中多個電位調整部分中之所述至少一者調整所述第二電極之電位，使得根據在所述光電轉換層中產生且移動至所述第二電極之電子而確定的所述第二電極之電位不低於臨限值。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之攝像元件，其中多個電位調整部分中之所述至少一者為將所述第二電極與電源直接連接之佈線。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之攝像元件，其中多個電位調整部分中之所述至少一者為連接至所述第二電極之二極體接法形式之電晶體。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之攝像元件，其中多個電位調整部分中之所述至少一者為連接至所述第二電極之二極體。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之攝像元件，其中所述第一電極及所述第二電極是以四方格子形狀而配置，且其中以所述四方格子形狀而配置之所述電極中之定位於所述最外側上的所述電極經組態為所述第二電極，且其他電極經組態為所述第一電極。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之攝像元件，其中所述第二電極是藉由連續形成之一個電極來組態以便包圍所述多個第一電極。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之攝像元件，其中所述光電轉換層包含有機材料，且其中所述預定間隙等於或小於3 μm。
- 一種攝像裝置，其包括如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之攝像元件。
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