WO2017086180A1 - 固体撮像素子、製造方法、および電子機器 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device, and more particularly, to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device that can be further miniaturized.
  • a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor is used.
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • solid-state imaging devices having a photoelectric conversion layer containing an organic material have been developed. For example, a single pixel is formed by stacking a photoelectric conversion layer on the light receiving surface side of a semiconductor substrate on which a photodiode is formed. The structure which receives light with a photodiode and a photoelectric converting layer is implement
  • Patent Document 1 in a solid-state imaging device having a photoelectric conversion layer containing an organic material, an electrode is provided under an insulating film (SiO2 film), and a potential barrier can be controlled by voltage application by the electrode.
  • SiO2 film insulating film
  • Patent Document 1 in the configuration in which the electrodes are provided between the pixels, a space for providing the electrodes is required, so that a certain amount of width is required in the region where the pixels are separated. . For this reason, it has been difficult in recent years to achieve the increase in the number of pixels and the reduction in size required for solid-state imaging devices.
  • the present disclosure has been made in view of such a situation, and is intended to enable further densification.
  • a solid-state imaging device is arranged to separate a lower electrode provided for each pixel and the lower electrode between the pixels so that a photoelectric conversion film containing an organic material is sandwiched between the upper electrode and the upper electrode. And a separation region having at least a fixed charge film having a fixed charge.
  • a lower electrode provided for each pixel is formed so that a photoelectric conversion film containing an organic material is sandwiched between the upper electrode and the lower electrodes are separated between the pixels. Forming an isolation region having at least a fixed charge film having a fixed charge in the arrangement.
  • An electronic apparatus is configured to separate a lower electrode provided for each pixel and the lower electrode between the pixels so that a photoelectric conversion film containing an organic material is sandwiched between the upper electrode and the upper electrode.
  • a solid-state imaging device including at least a separation region having a fixed charge film having a fixed charge.
  • the lower electrode is provided for each pixel so that a photoelectric conversion film containing an organic material is sandwiched between the lower electrode and the separation region is an arrangement for separating the lower electrodes between the pixels.
  • the separation region is an arrangement for separating the lower electrodes between the pixels.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration example of a first embodiment of a solid-state imaging device to which the present technology is applied.
  • FIG. 1 shows a cross section of a plurality of pixels 12 arranged on the sensor surface of the solid-state imaging device 11 at a place where three pixels 12-1 to 12-3 are arranged.
  • the solid-state imaging device 11 is configured by laminating a semiconductor substrate 21, a wiring layer 22, an insulating film 23, an organic photoelectric conversion film 24, and an on-chip lens layer 25.
  • the upper electrode 26 formed entirely on the on-chip lens layer 25 side, and the lower electrodes 27-1 to 27-3 formed on the insulating film 23 side for each of the pixels 12-1 to 12-3. 17-3, the organic photoelectric conversion film 24 is sandwiched.
  • the pixels 12-1 to 12-3 are configured in the same manner. If it is not necessary to distinguish the pixels 12-1 to 12-3 from time to time, the pixels 12-1 to 12-3 are simply Called.
  • the semiconductor substrate 21 is, for example, a wafer obtained by thinly slicing single crystal silicon, and a photoelectric conversion unit (photodiode) including a PN junction is formed for each pixel 12.
  • a photoelectric conversion unit 31R that photoelectrically converts red light is formed deeper from the light receiving surface side
  • a photoelectric conversion unit 31B that photoelectrically converts blue light is formed on the light receiving surface side. It is formed in the shallower side.
  • an impurity region 36 serving as a charge transfer path is used to read from the surface side of the semiconductor substrate 21 charges generated in the photoelectric conversion unit 31 ⁇ / b> G that photoelectrically converts green light in the organic photoelectric conversion film 24. Is formed.
  • a transfer transistor 32R, a transfer transistor 32G, and a transfer transistor 32B that transfer charges are formed for each pixel 12.
  • the semiconductor substrate 21 is formed with an FD portion 33R, an FD portion 33G, and an FD portion 33B for temporarily accumulating transferred charges and converting them into a pixel signal corresponding to the potential.
  • the wiring layer 22 is stacked on the surface side of the semiconductor substrate 21 and, for example, wiring for transmitting a pixel signal output from the pixel 12, wiring for transmitting a driving signal supplied to a transistor for driving the pixel 12, and the like. Is formed.
  • the wiring layer 22 includes a through electrode 34R, a through electrode 34G, and a through electrode 34B that connect the FD unit 33R, the FD unit 33G, and the FD unit 33B to a gate electrode of an amplification transistor (not shown).
  • the insulating film 23 is laminated on the back surface side of the semiconductor substrate 21 and is, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) having insulating properties.
  • the back surface side of the semiconductor substrate 21 is flattened, and adjacent lower electrodes 27 are connected to each other. Insulate between.
  • An electrode 35 is formed so as to penetrate the insulating film 23, and the lower electrode 27 and the impurity region 36 are connected via the electrode 35.
  • the organic photoelectric conversion film 24 is a photoelectric conversion film containing an organic material and, for example, photoelectrically converts green light.
  • the organic photoelectric conversion film 24 is formed over the entire surface as shown in the figure, but depends on the light received by the potential applied between the upper electrode 26 and the lower electrode 27 formed for each pixel 12. It functions as a photoelectric conversion unit 31G that outputs the charged charges for each pixel 12.
  • the on-chip lens layer 25 is configured by forming a microlens 28 for each pixel 12 and condenses the irradiated light for each pixel 12.
  • the solid-state imaging device 11 is configured by arranging the photoelectric conversion unit 31G, the photoelectric conversion unit 31B, and the photoelectric conversion unit 31R in the vertical direction in one pixel 12, so that one pixel 12 Green, blue, and red light can be photoelectrically converted.
  • the solid-state imaging device 11 has a configuration in which an isolation region 40 is provided between the lower electrodes 27 in the insulating film 23.
  • the separation region 40-1 is provided between the lower electrodes 27-1 and 17-2
  • the separation region 40-2 is provided between the lower electrodes 27-2 and 17-3.
  • FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional configuration in the vicinity of the organic photoelectric conversion film 24 between the pixels 12-1 and 12-2.
  • the separation region 40-1 is arranged to separate the lower electrodes 27-1 and 17-2 between the pixels 12-1 and 12-2, for example, positive or negative fixed
  • a fixed charge film 41-1 having a charge is included.
  • the fixed charge film 41-1 is formed so as to be embedded in a recess (see FIG. 3) formed deeper than the thickness of the lower electrodes 27-1 and 17-2.
  • the afterimage can be improved by performing the potential control with the fixed charge film 41 provided in the separation region 40 so that the lower electrodes 27 are separated from each other.
  • the occurrence of leaks can be suppressed.
  • the solid-state imaging element 11 does not need to be provided with an electrode for potential control between the lower electrodes 27, and thus can be made finer.
  • the element structure of the solid-state imaging device 11 is the hole readout method
  • positive fixed charges are given to the fixed charge film 41.
  • a silicon nitride film (SiN) or a silicon oxynitride film (SiON) can be used as the fixed charge film 41.
  • the potential between the lower electrodes 27 is positively increased, so that the potential gradient between the lower electrodes 27 via the organic photoelectric conversion film 24 is increased on the insulating film 23.
  • the afterimage can be improved by making it easier to read out the holes.
  • the potential barrier between the lower electrodes 27 is increased, it becomes difficult for holes to move between the lower electrodes 27, thereby suppressing the occurrence of leakage.
  • a negative fixed charge is given to the fixed charge film 41.
  • a hafnium oxide film (HfO2), a zirconium dioxide film (ZrO2), an alumina film (AlO3), a titanium dioxide film (TiO2), a tantalum pentoxide film (Ta2O5), or the like is used as the fixed charge film 41.
  • HfO2 hafnium oxide film
  • ZrO2 zirconium dioxide film
  • AlO3 alumina film
  • TiO2O2O5 tantalum pentoxide film
  • the potential between the lower electrodes 27 is negatively increased, so that the potential gradient between the lower electrodes 27 via the organic photoelectric conversion film 24 is increased on the insulating film 23.
  • the solid-state imaging device 11 can improve afterimages because electrons are easily read out.
  • the potential barrier between the lower electrodes 27 is increased, it becomes difficult for electrons to move between the lower electrodes 27, thereby suppressing the occurrence of leakage.
  • the solid-state imaging device 11 can be densified while suppressing the occurrence of afterimages and leakage by separating the lower electrodes 27 by the separation region 40 formed of the fixed charge film 41. That is, if the solid-state imaging device 11 has the same size, the number of pixels can be increased, and if the number of pixels is the same, the size can be reduced.
  • the electrode material is separated for each pixel 12. Then, etching for forming the lower electrode 27 is performed. At this time, the recess 51 is formed by etching until the thickness becomes lower than the thickness of the lower electrode 27-1 and the lower electrode 27-2.
  • a fixed charge film 52 is formed on the entire surface of the insulating film 23 and the lower electrode 27, and the fixed charge film 52 is embedded in the recess 51.
  • silicon nitride (SiN) or silicon nitride oxide (SiON) is used, for example, by atomic layer deposition (ALD) method or chemical vapor deposition (CVD: Chemical Vapor Deposition).
  • ALD atomic layer deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the solid-state imaging device 11 in which the fixed charge film 41 is formed by the process as described above and the separation region 40 is provided so as to separate the lower electrodes 27 can be manufactured.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration example of the second embodiment of the solid-state imaging device to which the present technology is applied. 4 shows an enlarged cross-sectional configuration in the vicinity of the organic photoelectric conversion film 24 between the pixels 12-1 and 12-2, as in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the solid-state imaging device 11 ⁇ / b> A is configured such that a lower electrode 27 is provided for each pixel 12 and the organic photoelectric conversion film 24 is sandwiched between the lower electrode 27 and the upper electrode 26.
  • the solid-state imaging device 11 of FIG. 4 Common to the solid-state imaging device 11 of FIG.
  • the solid-state imaging device 11A is different from the solid-state imaging device 11 in FIG. 2 in that an isolation region 40A configured by a laminated structure of the insulating film 42 and the fixed charge film 43 is provided between the lower electrodes 27. It is said.
  • the separation region 40A-1 provided between the pixels 12-1 and 12-2 is disposed so as to separate the lower electrodes 27-1 and 17-2, and has a fixed charge so as to be in contact with the organic photoelectric conversion film 24.
  • a film 43-1 is formed, and an insulating film 42-1 is formed below the fixed charge film 43-1.
  • the fixed charge film 43-1 is formed shallower than the thickness of the lower electrodes 27-1 and 17-2, and the insulating film 42-1 is formed deeper than the thickness of the lower electrodes 27-1 and 17-2. .
  • the solid-state imaging device 11A having such a configuration, as with the solid-state imaging device 11 in FIG. 2, it is possible to improve the afterimage, to suppress the occurrence of leakage, and to increase the density. . Further, the solid-state imaging device 11A has a structure in which a larger amount of fixed charge is easily generated at the interface with the organic photoelectric conversion film 24 than the solid-state imaging device 11 of FIG. Therefore, the potential barrier between the lower electrodes 27 can be further increased.
  • the electrode material is separated for each pixel 12. Then, etching for forming the lower electrode 27 is performed. At this time, the recess 61 is formed by etching until the thickness becomes deeper than the thickness of the lower electrode 27-1 and the lower electrode 27-2.
  • an insulating film 62 is formed by laminating silicon oxide (SiO 2) over the entire surface of the insulating film 23 and the lower electrode 27, and the insulating film 62 is also formed inside the recess 61. Embedded. At this time, the thickness of the insulating film 62 is set to be less than the depth of the concave portion 61, and the insulating film 62 is formed so as to have at least the concave portion for stacking the fixed charge film 43 in the concave portion 61.
  • the fixed charge film 63 is formed on the entire surface of the insulating film 62, and the fixed charge film 63 is also embedded inside the recess of the insulating film 62 corresponding to the recess 61.
  • the insulating film 62 and the fixed charge film 63 formed on the upper surface of the lower electrode 27 are removed.
  • the insulating film 42-1 and the fixed charge film 43-1 are formed by a part of the insulating film 62 and the fixed charge film 63 embedded in the recess 61, and the lower electrode 27-1 and the lower electrode 27-2 are formed.
  • a separation region 40A-1 is provided therebetween.
  • the organic photoelectric conversion film 24, the upper electrode 26, and the on-chip lens layer 25 are formed.
  • the solid-state imaging device 11A in which the insulating film 42 and the fixed charge film 43 are formed by the above-described steps and the separation region 40A is provided so as to separate the lower electrodes 27 can be manufactured.
  • the solid-state imaging device 11 of each embodiment as described above is, for example, an imaging system such as a digital still camera or a digital video camera, a mobile phone having an imaging function, or other equipment having an imaging function. It can be applied to various electronic devices.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device.
  • the imaging apparatus 101 includes an optical system 102, an imaging element 103, a signal processing circuit 104, a monitor 105, and a memory 106, and can capture still images and moving images.
  • the optical system 102 includes one or more lenses, guides image light (incident light) from a subject to the image sensor 103, and forms an image on a light receiving surface (sensor unit) of the image sensor 103.
  • the solid-state image sensor 11 of each embodiment described above is applied.
  • electrons are accumulated for a certain period according to an image formed on the light receiving surface via the optical system 102. Then, a signal corresponding to the electrons accumulated in the image sensor 103 is supplied to the signal processing circuit 104.
  • the signal processing circuit 104 performs various signal processing on the pixel signal output from the image sensor 103.
  • An image (image data) obtained by performing signal processing by the signal processing circuit 104 is supplied to the monitor 105 and displayed, or supplied to the memory 106 and stored (recorded).
  • the number of pixels or the size can be reduced by applying the solid-state imaging device 11 of each embodiment described above.
  • FIG. 7 is a diagram showing a usage example in which the above-described image sensor (solid-state imaging device 11) is used.
  • the image sensor described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
  • this technique can also take the following structures.
  • a lower electrode provided for each pixel so as to sandwich a photoelectric conversion film containing an organic material between the upper electrode and the upper electrode;
  • a solid-state imaging device comprising: a separation region configured to have at least a fixed charge film having a fixed charge in an arrangement for separating the lower electrodes from each other between the pixels.
  • the isolation region includes the fixed charge film formed shallower than the thickness of the lower electrode so as to contact the photoelectric conversion film, and an insulating layer formed deeper than the thickness of the lower electrode on the lower layer side of the fixed charge film.
  • the solid-state imaging device according to (1) which is formed by a laminated structure with a film.
  • the solid-state image sensor is a hole readout method, The solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), wherein the fixed charge film has a positive fixed charge.
  • the solid-state imaging device is an electronic readout method, The solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), wherein the fixed charge film has a negative fixed charge.
  • a lower electrode provided for each pixel is formed so as to sandwich a photoelectric conversion film containing an organic material between the upper electrode and
  • a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising: forming an isolation region including at least a fixed charge film having a fixed charge in an arrangement for separating the lower electrodes from each other between the pixels.
  • a lower electrode provided for each pixel so as to sandwich a photoelectric conversion film containing an organic material between the upper electrode and the upper electrode;
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device having an isolation region configured to have at least a fixed charge film having a fixed charge in an arrangement for separating the lower electrodes between the pixels.
  • 11 solid-state imaging device 12 pixels, 21 semiconductor substrate, 22 wiring layer, 23 insulating film, 24 organic photoelectric conversion film, 25 on-chip lens layer, 26 upper electrode, 27 lower electrode, 28 microlens, 40 separation region, 41 fixed Charge film, 42 insulating film, 43 fixed charge film

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Abstract

本開示は、固体撮像素子のさらなる細密化を図ることができるようにする固体撮像素子、製造方法、および電子機器に関する。 下部電極は、上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられ、分離領域は、画素間で下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される。そして、分離領域は、下部電極の厚みよりも深く形成された固定電荷膜により形成される。例えば、固体撮像素子がホール読み出し方式であるとき、固定電荷膜は正の固定電荷を有し、固体撮像素子が電子読み出し方式であるとき、固定電荷膜は負の固定電荷を有する。本技術は、例えば、有機光電変換膜を有する固体撮像素子に適用できる。

Description

固体撮像素子、製造方法、および電子機器
　本開示は、固体撮像素子、製造方法、および電子機器に関し、特に、さらなる細密化を図ることができるようにした固体撮像素子、製造方法、および電子機器に関する。
　従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像機能を備えた電子機器においては、例えば、CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子が使用されている。また、近年、有機材料を含む光電変換層を有する固体撮像素子の開発が進められており、例えば、フォトダイオードが形成される半導体基板の受光面側に光電変換層を積層することで、１画素においてフォトダイオードと光電変換層とで光を受光する構成が実現される。
　例えば、特許文献１には、有機材料を含む光電変換層を有する固体撮像素子において、絶縁膜(SiO2膜)下に電極を設け、電極による電圧印加によってポテンシャル障壁をコントロールすることができる固体撮像装置が開示されている。
国際公開第２０１３／００１８０９号パンフレット
　しかしながら、上述したような特許文献１に開示されているように、画素間に電極を設ける構成では、電極を設けるスペースが必要となるため、画素を分離する領域に、ある程度の幅が必要となる。そのため、近年、固体撮像素子に求められている高画素数化や小型化を実現することは困難であった。
　本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、さらなる細密化を図ることができるようにするものである。
　本開示の一側面の固体撮像素子は、上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極と、前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域とを備える。
　本開示の一側面の製造方法は、上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極を形成し、前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域を形成するステップを含む。
　本開示の一側面の電子機器は、上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極と、前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有する分離領域とを有して構成される固体撮像素子を備える。
　本開示の一側面においては、下部電極は、上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられ、分離領域は、画素間で下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される。
　本開示の一側面によれば、さらなる細密化を図ることができる。
本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態の断面的な構成例を示す図である。 固定電荷膜の構成を説明する図である。 固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 固体撮像素子の第２の実施の形態における固定電荷膜の構成を説明する図である。 固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサを使用する使用例を示す図である。
　以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜固体撮像素子の第１の実施の形態＞
　図１は、本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態の断面的な構成例を示す図である。
　図１には、固体撮像素子１１のセンサ面に配置される複数の画素１２のうち、３個の画素１２－１乃至１２－３が配置されている箇所における断面が示されている。
　図１に示すように、固体撮像素子１１は、半導体基板２１、配線層２２、絶縁膜２３、有機光電変換膜２４、およびオンチップレンズ層２５が積層されて構成されている。また、固体撮像素子１１では、オンチップレンズ層２５側に全面的に形成される上部電極２６と、絶縁膜２３側に画素１２－１乃至１２－３ごとに形成される下部電極２７－１乃至１７－３とにより、有機光電変換膜２４が挟み込まれる構成となっている。
　また、固体撮像素子１１において、画素１２－１乃至１２－３は、それぞれ同様に構成されており、以下適宜、画素１２－１乃至１２－３それぞれを区別する必要がない場合、単に画素１２と称する。
　半導体基板２１は、例えば、単結晶のシリコンが薄くスライスされたウェハであり、画素１２ごとにＰＮ接合からなる光電変換部（フォトダイオード）が形成される。例えば、半導体基板２１には、画素１２ごとに、赤色の光を光電変換する光電変換部３１Ｒが受光面側から深い方に形成され、青色の光を光電変換する光電変換部３１Ｂが受光面側から浅い方に形成される。また、半導体基板２１には、有機光電変換膜２４において緑色の光を光電変換する光電変換部３１Ｇで発生した電荷を半導体基板２１の表面側から読み出すために、電荷の転送経路となる不純物領域３６が形成される。
　そして、半導体基板２１の表面には、画素１２ごとに、電荷を転送する転送トランジスタ３２Ｒ、転送トランジスタ３２Ｇ、および転送トランジスタ３２Ｂが形成される。また、半導体基板２１には、転送される電荷を一時的に蓄積するとともに電位に応じた画素信号に変換するためのＦＤ部３３Ｒ、ＦＤ部３３Ｇ、およびＦＤ部３３Ｂが形成される。
　配線層２２は、半導体基板２１の表面側に積層され、例えば、画素１２から出力される画素信号を伝送する配線や、画素１２を駆動するためのトランジスタに供給される駆動信号を伝送する配線などが形成される。例えば、配線層２２には、ＦＤ部３３Ｒ、ＦＤ部３３Ｇ、およびＦＤ部３３Ｂと、図示しない増幅トランジスタのゲート電極とを接続する貫通電極３４Ｒ、貫通電極３４Ｇ、および貫通電極３４Ｂが形成される。
　絶縁膜２３は、半導体基板２１の裏面側に積層され、例えば、絶縁性を備えたシリコン酸化膜（SiO2膜）であり、半導体基板２１の裏面側を平坦化するとともに、隣接する下部電極２７どうしの間を絶縁する。また、絶縁膜２３を貫通するように電極３５が形成され、電極３５を介して下部電極２７および不純物領域３６が接続される。
　有機光電変換膜２４は、有機材料を含む光電変換膜であり、例えば、緑色の光を光電変換する。有機光電変換膜２４は、図示するように全面的に成膜されるが、上部電極２６と、画素１２ごとに形成される下部電極２７との間で印加される電位により、受光した光に応じた電荷を画素１２ごとに出力する光電変換部３１Ｇとして機能する。
　オンチップレンズ層２５は、画素１２ごとにマイクロレンズ２８が形成されて構成され、照射される光を画素１２ごとに集光する。
　このように、固体撮像素子１１は、１つの画素１２において縦方向に、光電変換部３１Ｇ、光電変換部３１Ｂ、および光電変換部３１Ｒが配置されて構成されることにより、１つの画素１２で、緑色、青色、および赤色の光を光電変換することができる。
　また、固体撮像素子１１は、絶縁膜２３において、下部電極２７どうしの間に、分離領域４０が設けられた構成となっている。例えば、下部電極２７－１および１７－２の間に分離領域４０－１が設けられ、下部電極２７－２および１７－３の間に分離領域４０－２が設けられる。
　ここで、図２を参照して、固体撮像素子１１の画素１２間の構成について説明する。
　図２には、画素１２－１および１２－２の間の有機光電変換膜２４近傍における断面的な構成が拡大して示されている。
　図２に示すように、分離領域４０－１は、画素１２－１および１２－２の間で、下部電極２７－１および１７－２を分離するように配置され、例えば、正または負の固定電荷を有する固定電荷膜４１－１を有して構成される。固定電荷膜４１－１は、下部電極２７－１および１７－２の厚みよりも深く形成される凹部（図３参照）に埋め込まれるように形成される。
　このように、固体撮像素子１１では、下部電極２７どうしを分離するように分離領域４０に設けられる固定電荷膜４１によってポテンシャル制御を行うことで、残像を改善することができるとともに、下部電極２７の間におけるリークの発生を抑制することができる。また、固体撮像素子１１は、上述した特許文献１に開示されているように、ポテンシャル制御するための電極を下部電極２７どうしの間に設ける必要がないため、細密化を図ることができる。
　例えば、固体撮像素子１１の素子構造が、ホール読み出し方式であるとき、固定電荷膜４１には正の固定電荷が与えられる。具体的には、固定電荷膜４１として、シリコン窒化膜（SiN）やシリコン窒化酸化膜（SiON）を用いることができる。
　従って、固体撮像素子１１では、下部電極２７間におけるポテンシャルが正に大きくなることで、絶縁膜２３上において有機光電変換膜２４を介した下部電極２７間のポテンシャルの傾斜が大きくなる。その結果、固体撮像素子１１では、ホールが読み出され易くなることによって、残像の改善を図ることができる。さらに、固体撮像素子１１では、下部電極２７間のポテンシャル障壁が大きくなることで、下部電極２７間でホールが移動し難くなることによって、リークの発生を抑制することができる。
　また、例えば、固体撮像素子１１の素子構造が、電子読み出し方式であるとき、固定電荷膜４１には負の固定電荷が与えられる。具体的には、固定電荷膜４１として、酸化ハフニウム膜（HfO2）や、二酸化ジルコニウム膜（ZrO2）、アルミナ膜（ＡｌＯ３）、二酸化チタン膜（TiO2）、五酸化タンタル膜（Ta2O5）などを用いることができる。
　従って、固体撮像素子１１では、下部電極２７間におけるポテンシャルが負に大きくなることで、絶縁膜２３上において有機光電変換膜２４を介した下部電極２７間のポテンシャルの傾斜が大きくなる。その結果、固体撮像素子１１では、電子が読み出され易くなることによって、残像の改善を図ることができる。さらに、固体撮像素子１１では、下部電極２７間のポテンシャル障壁が大きくなることで、下部電極２７間で電子が移動し難くなることで、リークの発生を抑制することができる。
　以上のように、固体撮像素子１１は、固定電荷膜４１からなる分離領域４０によって下部電極２７間を分離することで、残像およびリークの発生を抑制しつつ、細密化を図ることができる。つまり、固体撮像素子１１は、同一サイズのであれば高画素数化を図ることができ、画素数が同一であれば小型化を図ることができる。
　次に、図３を参照して、固体撮像素子１１の製造方法において分離領域４０を設ける工程について説明する。
　まず、第１の工程において、図１の半導体基板２１に絶縁膜２３が成膜され、下部電極２７となる電極材料が全面的に成膜された後、その電極材料を画素１２ごとに分離して下部電極２７を形成するためのエッチングを行う。このとき、下部電極２７－１および下部電極２７－２の厚みよりも深くなるまでエッチングすることで、凹部５１を形成する。
　次に、第２の工程において、絶縁膜２３および下部電極２７に対して全面的に固定電荷膜５２を成膜し、凹部５１の内部にも固定電荷膜５２が埋め込まれる。例えば、固体撮像素子１１がホール読み出し方式であるとき、窒化シリコン（SiN）または窒化酸化シリコン（SiON）を、例えば、原子層堆積（ALD：Atomic Layer Deposition）法や化学蒸着（CVD:Chemical Vapor Deposition）法などによって成膜することで、固定電荷膜５２が形成される。
　そして、第３の工程において、例えば、化学機械研磨（CMP：Chemical Mechanical Polishing）を行って、下部電極２７の上面に形成された固定電荷膜５２を除去する。これにより、凹部５１の内部に埋め込まれた固定電荷膜５２の一部分によって固定電荷膜４１－１が形成され、下部電極２７－１および下部電極２７－２の間に分離領域４０が設けられる。その後、有機光電変換膜２４や、上部電極２６、オンチップレンズ層２５が形成され、図１に示したような固体撮像素子１１が製造される。
　以上のような工程によって固定電荷膜４１が形成され、下部電極２７どうしを分離するように分離領域４０が設けられた固体撮像素子１１を製造することができる。
　＜固体撮像素子の第２の実施の形態＞
　次に、図４は、本技術を適用した固体撮像素子の第２の実施の形態の断面的な構成例を示す図である。なお、図４には、図２と同様に、画素１２－１および１２－２の間の有機光電変換膜２４近傍における断面的な構成が拡大して示されており、図２の固体撮像素子１１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　即ち、図４に示すように、固体撮像素子１１Ａは、画素１２ごとに下部電極２７が設けられ、下部電極２７および上部電極２６により有機光電変換膜２４を挟み込むような構成とされる点で、図２の固体撮像素子１１と共通する。
　一方、固体撮像素子１１Ａは、下部電極２７どうしの間に、絶縁膜４２および固定電荷膜４３の積層構造により構成される分離領域４０Ａが設けられる点で、図２の固体撮像素子１１と異なる構成とされる。
　即ち、画素１２－１および１２－２の間に設けられる分離領域４０Ａ－１は、下部電極２７－１および１７－２を分離するように配置され、有機光電変換膜２４に接するように固定電荷膜４３－１が形成され、固定電荷膜４３－１の下層側に絶縁膜４２－１が形成されて構成される。固定電荷膜４３－１は、下部電極２７－１および１７－２の厚みよりも浅く形成され、絶縁膜４２－１が、下部電極２７－１および１７－２の厚みよりも深くまで形成される。
　このような構成の固体撮像素子１１Ａにおいても、図２の固体撮像素子１１と同様に、残像の改善を図ることができるとともに、リークの発生を抑制することができ、細密化を図ることができる。また、固体撮像素子１１Ａは、固定電荷膜４３を薄く形成することによって、図２の固体撮像素子１１と比較して、有機光電変換膜２４との界面により多くの固定電荷が発生し易い構造となるため、下部電極２７間のポテンシャル障壁をより高くすることができる。
　次に、図５を参照して、固体撮像素子１１Ａの製造方法において分離領域４０Ａを設ける工程について説明する。
　まず、第１１の工程において、図１の半導体基板２１に絶縁膜２３が成膜され、下部電極２７となる電極材料が全面的に成膜された後、その電極材料を画素１２ごとに分離して下部電極２７を形成するためのエッチングを行う。このとき、下部電極２７－１および下部電極２７－２の厚みよりも深くなるまでエッチングすることで、凹部６１を形成する。
　次に、第１２の工程において、絶縁膜２３および下部電極２７に対して全面的に、酸化シリコン（SiO2）を積層することによって絶縁膜６２成膜し、凹部６１の内部にも絶縁膜６２が埋め込まれる。このとき、絶縁膜６２の厚みは、凹部６１の深さ未満とされ、少なくとも凹部６１において固定電荷膜４３を積層するだけの凹みを有するように絶縁膜６２が成膜される。
　また、第３の工程において、絶縁膜６２に対して全面的に固定電荷膜６３を成膜し、凹部６１に応じた絶縁膜６２の凹みの内部にも固定電荷膜６３が埋め込まれる。
　そして、第１４の工程において、下部電極２７の上面に形成された絶縁膜６２および固定電荷膜６３を除去する。これにより、凹部６１の内部に埋め込まれた絶縁膜６２および固定電荷膜６３の一部分により絶縁膜４２－１および固定電荷膜４３－１が形成され、下部電極２７－１および下部電極２７－２の間に分離領域４０Ａ－１が設けられる。その後、有機光電変換膜２４や、上部電極２６、オンチップレンズ層２５が形成される。
　以上のような工程によって絶縁膜４２および固定電荷膜４３が形成され、下部電極２７どうしを分離するように分離領域４０Ａが設けられた固体撮像素子１１Ａを製造することができる。
　＜電子機器の構成例＞
　なお、上述したような各実施の形態の固体撮像素子１１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図６は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図６に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
　撮像素子１０３としては、上述した各実施の形態の固体撮像素子１１が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。
　信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
　このように構成されている撮像装置１０１では、上述した各実施の形態の固体撮像素子１１を適用することで、例えば、高画素数化または小型化を図ることができる。
　＜イメージセンサの使用例＞
　図７は、上述のイメージセンサ（固体撮像素子１１）を使用する使用例を示す図である。
　上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極と、
　前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域と
　を備える固体撮像素子。
（２）
　前記分離領域は、前記下部電極の厚みよりも深く形成された前記固定電荷膜により形成される
　上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
　前記分離領域は、前記光電変換膜に接するように前記下部電極の厚みよりも浅く形成された前記固定電荷膜と、前記固定電荷膜の下層側において前記下部電極の厚みよりも深く形成された絶縁膜との積層構造により形成される
　上記（１）に記載の固体撮像素子。
（４）
　前記固体撮像素子は、ホール読み出し方式であり、
　前記固定電荷膜は、正の固定電荷を有する
　上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
　前記固体撮像素子は、電子読み出し方式であり、
　前記固定電荷膜は、負の固定電荷を有する
　上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
　上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極を形成し、
　前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域を形成する
　ステップを含む固体撮像素子の製造方法。
（７）
　上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極と、
　前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域と
　を有する固体撮像素子を備える電子機器。
　なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　１１　固体撮像素子，　１２　画素，　２１　半導体基板，　２２　配線層，　２３　絶縁膜，　２４　有機光電変換膜，　２５　オンチップレンズ層，　２６　上部電極，　２７　下部電極，　２８　マイクロレンズ，　４０　分離領域，　４１　固定電荷膜，　４２　絶縁膜，　４３　固定電荷膜

Claims (7)

  1. 　上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極と、
    　前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域と
    　を備える固体撮像素子。
  2. 　前記分離領域は、前記下部電極の厚みよりも深く形成された前記固定電荷膜により形成される
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記分離領域は、前記光電変換膜に接するように前記下部電極の厚みよりも浅く形成された前記固定電荷膜と、前記固定電荷膜の下層側において前記下部電極の厚みよりも深く形成された絶縁膜との積層構造により形成される
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記固体撮像素子は、ホール読み出し方式であり、
    　前記固定電荷膜は、正の固定電荷を有する
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記固体撮像素子は、電子読み出し方式であり、
    　前記固定電荷膜は、負の固定電荷を有する
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 　上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極を形成し、
    　前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域を形成する
    　ステップを含む固体撮像素子の製造方法。
  7. 　上部電極との間に有機材料を含む光電変換膜を挟み込むように、画素ごとに設けられる下部電極と、
    　前記画素間で前記下部電極どうしを分離する配置で、固定電荷を有する固定電荷膜を少なくとも有して構成される分離領域と
    　を有する固体撮像素子を備える電子機器。
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