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TW201403804A - 固體攝像裝置及其製造方法、以及電子機器 - Google Patents

固體攝像裝置及其製造方法、以及電子機器 Download PDF

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TW201403804A
TW201403804A TW102120446A TW102120446A TW201403804A TW 201403804 A TW201403804 A TW 201403804A TW 102120446 A TW102120446 A TW 102120446A TW 102120446 A TW102120446 A TW 102120446A TW 201403804 A TW201403804 A TW 201403804A
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solid
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state imaging
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TW102120446A
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English (en)
Inventor
Masahiro Joei
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

本發明提供一種可提高畫質之固體攝像裝置及其製造方法、以及電子機器。本發明之固體攝像裝置包含：像素部，其具有複數個像素，且各像素含有1個或複數個有機光電轉換部；且上述像素部具備有效像素區域、及光學黑色區域；上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部於光入射側具有遮光膜及緩衝膜。

Description

固體攝像裝置及其製造方法、以及電子機器
本技術係關於具備將有機膜作為光電轉換膜使用之有機光電轉換部之固體攝像裝置及其製造方法、以及具備該固體攝像裝置之電子機器。
使用有機膜之光電轉換元件係例如具有於上部電極與下部電極之間夾持具備光電轉換功能之有機膜之構成。上部電極係以密封膜予以覆蓋，以抑制氧或水浸入有機膜。該密封膜係膜應力(內部應力)較高，有使有機膜受損傷而導致所謂白傷等之畫質降低之虞。因此，例如專利文獻1中記述有以複數層構成密封膜，且以使密封膜整體之膜應力在特定範圍內之方式加以調整。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-228648號公報
然而，在使用有機膜之光電轉換元件中，除密封膜以外，亦將各種層積層於有機膜上。因此，為提升畫質，期望採用不僅密封膜，亦對其他膜之膜應力加以考慮之構成。
藉此，期望提供一種可提升畫質之固體攝像裝置及其製造方法、以及具備該固體攝像裝置之電子機器。
本揭示之一實施形態之固體攝像裝置具有：像素部，其具備複 數個像素且各像素包含1個或複數個有機光電轉換部；像素部具備有效像素區域、及光學黑色區域；光學黑色區域之有機光電轉換部於光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
本揭示之一實施形態之固體攝像裝置中，因於光學黑色區域之有機光電轉換部之光入射側設置有遮光膜及緩衝膜，故可抑制光學黑色區域中因遮光膜之膜應力引起暗電流相較於有效像素區域增加。
本揭示之一實施形態之固體攝像裝置之製造方法係製造具有具備複數個像素且各像素包含1個或複數個有機光電轉換部之像素部之固體攝像裝置者；於像素部內設置有效像素區域、及光學黑色區域，於有效像素區域之有機光電轉換部中，依序形成第1電極、具有光電轉換功能之有機半導體層、及第2電極，於光學黑色區域之有機光電轉換部中，依序形成第1電極、有機半導體層、第2電極、及遮光膜，且於有機半導體層之第2電極側形成緩衝膜。
本揭示之一實施形態之電子機器係包含一種固體攝像裝置者，該固體攝像裝置具有：像素部，其具備複數個像素且各像素包含1個或複數個有機光電轉換部；像素部具備有效像素區域、及光學黑色區域；光學黑色區域之有機光電轉換部於光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
本揭示之一實施形態之電子機器係利用上述本揭示之一實施形態之固體攝像裝置進行攝像。
依據本揭示之一實施形態之固體攝像裝置、或本揭示之一實施形態之固體攝像裝置之製造方法、又或本揭示之一實施形態之電子機器，因於光學黑色區域之有機光電轉換部之光入射側(有機半導體層之第2電極側)設置遮光膜及緩衝膜，故能緩和遮光膜之膜應力所引起之有效像素區域與光學黑色區域之應力差，從而提高畫質。
1‧‧‧固體攝像裝置
1A‧‧‧像素部
1B‧‧‧有效像素區域
1C‧‧‧光學黑色區域
2‧‧‧電子機器
10B‧‧‧光電轉換元件
10C‧‧‧光電轉換元件
10D‧‧‧光電轉換元件
11‧‧‧半導體基板
11B‧‧‧無機光電轉換部
11G‧‧‧有機光電轉換部
11R‧‧‧無機光電轉換部
12‧‧‧層間絕緣膜
13A‧‧‧配線層
13B‧‧‧配線層
14‧‧‧層間絕緣膜
15A‧‧‧下部電極
15B‧‧‧配線層
16‧‧‧絕緣膜
17‧‧‧有機光電轉換層
18‧‧‧上部電極
19‧‧‧保護膜
20‧‧‧接觸金屬層
21‧‧‧平坦化膜
22‧‧‧單片透鏡
30‧‧‧遮光膜
40‧‧‧緩衝膜
40A‧‧‧緩衝材料膜
41‧‧‧抗蝕劑圖案
51‧‧‧多層配線層
51A‧‧‧配線
52‧‧‧層間絕緣膜
53‧‧‧支撐基板
110‧‧‧矽層
110G‧‧‧綠用蓄電層
110G1‧‧‧綠用蓄電層
110G2‧‧‧綠用蓄電層
111n‧‧‧n型光電轉換層
111p‧‧‧p型半導體區域
112n‧‧‧n型光電轉換層
112p1‧‧‧p型區域
112p2‧‧‧p型區域
113‧‧‧浮動擴散區
113p‧‧‧p型區域
114‧‧‧浮動擴散區
115n‧‧‧n型區域
115p‧‧‧p型區域
116‧‧‧浮動擴散區
116A‧‧‧浮動擴散區
120A1‧‧‧導電性插頭
120A2‧‧‧導電性插頭
120B1‧‧‧導電性插頭
120B2‧‧‧導電性插頭
130‧‧‧周邊電路部
131‧‧‧列掃描部
132‧‧‧系統控制部
133‧‧‧水平選擇部
134‧‧‧水平選擇部
135‧‧‧水平訊號線
310‧‧‧光學系統(光學透鏡)
311‧‧‧快門裝置
312‧‧‧訊號處理部
313‧‧‧驅動部
1101‧‧‧矽基體
1102‧‧‧矽氧化膜
A‧‧‧傳送路徑
B‧‧‧傳送路徑
(B)‧‧‧藍
Dout‧‧‧影像訊號
Eb‧‧‧電子
Er‧‧‧電子
Eg‧‧‧電子
(G)‧‧‧綠
H‧‧‧接觸孔
H1A‧‧‧接觸孔
H1B‧‧‧接觸孔
Hg‧‧‧電洞
IC‧‧‧外部控制
L‧‧‧光
Lb‧‧‧藍色光
Lg‧‧‧綠色光
Lr‧‧‧紅色光
Lread‧‧‧像素驅動線
Lsig‧‧‧垂直訊號線
P‧‧‧像素
(R)‧‧‧紅
S1‧‧‧面
S2‧‧‧面
TG1‧‧‧閘極電極
TG2‧‧‧閘極電極
TG3‧‧‧閘極電極
Tr1‧‧‧傳送電晶體
Tr2‧‧‧傳送電晶體
Tr3‧‧‧傳送電晶體
VL‧‧‧電位
VU‧‧‧電位
圖1係本揭示之一實施形態之固體攝像裝置之功能方塊圖。
圖2係顯示圖1所示之像素部之構成之俯視圖。
圖3係顯示圖2所示之有效像素區域中之光電轉換元件之概略構成之剖面圖。
圖4係顯示圖3所示之無機光電轉換部之構成之一例之剖面圖。
圖5係顯示圖4所示之無機光電轉換部之不同剖面之構成之一例之剖面圖。
圖6係顯示圖3所示之有機光電轉換部之電荷(電子)累積層之構成(下側電子取出)之剖面圖。
圖7係顯示圖2所示之光學黑色區域之光電轉換元件之概略構成之剖面圖。
圖8係顯示不設置緩衝膜之光電轉換元件之概略構成之剖面圖。
圖9係用以說明有效像素區域與光學黑色區域之電性階差(光學黑色階差)之圖。
圖10係用以說明光學黑色區域與有效像素區域之應力差、與光學黑色階差之關係之圖。
圖11係按步驟順序顯示圖3及圖7所示之光電轉換元件之製造方法之剖面圖。
圖12係顯示圖11之後續步驟之剖面圖。
圖13係顯示圖12之後續步驟之剖面圖。
圖14係顯示圖13之後續步驟之剖面圖。
圖15係顯示圖14之後續步驟之剖面圖。
圖16係顯示圖15之後續步驟之剖面圖。
圖17係顯示圖16之後續步驟之剖面圖。
圖18係顯示圖17之後續步驟之剖面圖。
圖19係顯示圖18之後續步驟之剖面圖。
圖20係顯示圖19之後續步驟之剖面圖。
圖21係顯示圖20之後續步驟之剖面圖。
圖22係顯示圖21之後續步驟之剖面圖。
圖23係顯示有效像素區域中圖22之後續步驟之剖面圖。
圖24係顯示光學黑色區域中圖22之後續步驟之剖面圖。
圖25係顯示有效像素區域中圖23之後續步驟之剖面圖。
圖26係顯示光學黑色區域中圖24之後續步驟之剖面圖。
圖27係顯示有效像素區域中圖25之後續步驟之剖面圖。
圖28係顯示光學黑色區域中圖26之後續步驟之剖面圖。
圖29係顯示有效像素區域中圖27之後續步驟之剖面圖。
圖30係顯示光學黑色區域中圖28之後續步驟之剖面圖。
圖31係說明圖3所示之光電轉換元件之作用之要部剖面圖。
圖32係用以說明圖3所示之光電轉換元件之作用之模式圖。
圖33係顯示變化例1之光電轉換元件之構成之剖面圖。
圖34係顯示變化例2之光電轉換元件之構成之剖面圖。
圖35係顯示變化例3之光電轉換元件之構成之剖面圖。
圖36係顯示變化例4之光電轉換元件(下側電洞取出)之剖面圖。
圖37係顯示變化例5之光電轉換元件(上側取出)之剖面圖。
圖38係顯示使用圖1所示之固體攝像裝置之電子機器之概略構成之方塊圖。
以下，關於本揭示之實施形態，參照圖式進行詳細說明。另，說明之順序係如下所述。
1.實施形態(在光學黑色區域之有機光電轉換部中，於上部電極與保護膜之間設置緩衝膜之例)
2.變化例1(將緩衝膜設置於保護膜與遮光膜之間之例)
3.變化例2(將緩衝膜設置於遮光膜上之例)
4.變化例3(將緩衝膜設置於有機光電轉換層與上部電極之間之例)
5.變化例4(自下部電極側取出電洞作為訊號電荷之情形之例)
6.變化例5(自上部電極側取出電子/電洞作為訊號電荷之情形之例)
7.應用例1(電子機器(照相機)之例)
圖1係顯示本揭示之一實施形態之固體攝像裝置之整體構成者。該固體攝像裝置1為例如CMOS影像感測器，於半導體基板11上，具有作為攝像區域之像素部1A，且於該像素部1A之周邊區域內，具有周邊電路部130。周邊電路部130係例如包含列掃描部131、水平選擇部133、水平選擇部134、及系統控制部132。
像素部1A具有2維配置成例如列行狀之複數個像素P(相當於後述之光電轉換元件10B、10C)。該像素P係例如於各像素列內配線有像素驅動線Lread(具體為列選擇線及重置控制線)，且於各像素行配線有垂直訊號線Lsig。像素驅動線Lread係傳送用以自像素P讀出訊號之驅動訊號者。像素驅動線Lread之一端係連接於對應列掃描部131之各列之輸出端。
列掃描部131係藉由位移暫存器或位址解碼器等構成，且以例如列單位來驅動像素部1A之各像素P之像素驅動部。自由列掃描部131所選擇掃描之像素列之各像素P輸出之訊號係通過垂直訊號線Lsig之各者，而供給至水平選擇部133。水平選擇部133係藉由設置於每條垂直訊號線Lsig之放大器或水平選擇開關等加以構成。
水平選擇部134係藉由位移暫存器或位址解碼器等構成，且對水平選擇部133之各水平選擇開關一邊掃描一邊依序驅動者。藉由利用該水平選擇部134進行之選擇掃描，通過垂直訊號線Lsig之各者而傳送之各像素P之訊號係依序輸出至水平訊號線135，且通過該水平訊號 線135傳送至半導體基板11之外部。
包含列掃描部131、水平選擇部133、水平選擇部134、及水平訊號線135之電路部分可直接形成於半導體基板11上，或亦可配設於外部控制IC。此外，該等電路部分亦可形成於藉由電纜等加以連接之其他基板上。
系統控制部132係接收自半導體基板11之外部賦與之時脈或指示動作模式之資料等，且輸出固體攝像裝置1之內部資訊等之資料者。系統控制部132進而具有生成各種時序訊號之時序產生器，且基於該時序產生器中生成之各種時序訊號，而進行列掃描部131、水平選擇部133、及水平選擇部134等之周邊電路之驅動控制。
圖2係顯示圖1所示之像素部1A之平面構成之一例之圖。像素部1A例如具有有效像素區域1B、光學黑色區域1C(以下為「OB區域」)。有效像素區域1B係在設置於像素部1A之總像素中，可作為影像訊號輸出(聚光)之像素區域，且佔據像素部1A之中央部。OB區域1C係以影像訊號來規定黑之基準之像素區域，且框架狀地設置於有效像素區域1B之周圍。
圖3係顯示有效像素區域1B之光電轉換元件10B之剖面構成之圖。光電轉換元件10B係構成有效像素區域1B中之一個像素P。
該光電轉換元件10B例如具有將選擇性地檢測互不相同之波長域之光且進行光電轉換之有機光電轉換部、與無機光電轉換部沿縱向積層之構造。藉此，在固體攝像裝置1中，無需使用彩色濾光片，而可於一個像素P中取得複數種色訊號。具體而言，光電轉換元件10B具有一個有機光電轉換部11G、與兩個無機光電轉換部11B、11R之積層構造，藉此取得紅(R)、綠(G)、藍(B)之各色訊號。有機光電轉換部11G係設置於半導體基板11之背面(面S1)上，該背面(面S1)成為受光面。無機光電轉換部11B、11R係嵌入半導體基板11內。
光電轉換元件10B係於半導體基板11之表面(與受光面為相反側之面S2)側，具有像素電晶體(包含下述之傳送電晶體Tr1~Tr3)，且具有多層配線層(多層配線層51)。以下，對各部之構成加以說明。
(半導體基板11)
半導體基板11係例如於n型矽(Si)層110之特定區域內，嵌入有無機光電轉換部11B、11R與綠用蓄電層110G者。半導體基板11內又埋設有作為來自有機光電轉換部11G之電荷(電子或正孔(電洞))之傳送路徑之導電性插頭120A1、120B1。半導體基板11之表面(面S2)側係設置有與有機光電轉換部11G、無機光電轉換部11B、11R之各者對應之複數個像素電晶體(包含傳送電晶體Tr1~Tr3)，且設置有上述之周邊電路部130。
作為像素電晶體，可例舉傳送電晶體、重置電晶體、放大電晶體、及選擇電晶體。該等像素電晶體皆由例如MOS電晶體構成，且形成於面S2側之p型半導體晶圓區域。包含此種像素電晶體之電路係形成於紅、綠、藍之各個光電轉換部。在各電路中，可具有在該等像素電晶體內，包含例如傳送電晶體、重置電晶體、及放大電晶體之共計3個電晶體之3電晶體構成，亦可為於其中增加選擇電晶體之4電晶體構成。此處，在該等像素電晶體中，僅關於傳送電晶體Tr1~Tr3進行圖示及說明。又，關於傳送電晶體以外之其他像素電晶體，亦可在光電轉換部間或像素間共有。此外，亦可應用共有浮動擴散區之所謂像素共有構造。
傳送電晶體Tr1~Tr3構成為包含閘極電極(閘極電極TG1~TG3)、及浮動擴散區(FD113、114、116)。傳送電晶體Tr1係將產生於有機光電轉換部11G，且累積於綠用蓄電層110G之對應綠色之訊號電荷(本實施形態中為電子)傳送至垂直訊號線Lsig者。傳送電晶體Tr2係將產生於無機光電轉換部11B，且累積之對應藍色之訊號電荷(本實施形態 中為電子)傳送至垂直訊號線Lsig者。同樣，傳送電晶體Tr3係將產生於無機光電轉換部11R，且累積之對應紅色之訊號電荷(本實施形態中為電子)傳送至垂直訊號線Lsig者。
無機光電轉換部11B、11R係分別具有pn接合之光電二極體(Photo Diode)，且於半導體基板11內之光學路徑上，自面S1側按無機光電轉換部11B、11R之順序而形成。該等中，無機光電轉換部11B係選擇性地檢測藍色光，且累積藍色所對應之訊號電荷者，從例如半導體基板11之沿著面S1之選擇區域，延伸到與多層配線層51之界面附近之區域。無機光電轉換部11R係選擇性地檢測紅色光且累積紅色所對應之訊號電荷者，且係跨較例如無機光電轉換部11B更靠向下層(面S2側)之區域而設置。另，可行的是，藍(B)為對應例如450nm~495nm之波長域之顏色，紅(R)為對應例如620nm~750nm之波長域之顏色，無機光電轉換部11B、11R各自檢測各波長域中之一部分或全部之波長域之光。
圖4係顯示無機光電轉換部11B、11R之詳細構成例者。圖5係相當於圖4之不同剖面之構成者。另，本實施形態係對在藉由光電轉換而產生之電子及電洞之對中，將電子作為訊號電荷讀出之情形(將n型半導體區域作為光電轉換層之情形)進行說明。又，圖中以上標標記於「p」「n」上之「+(加號)」係表示p型或n型之雜質濃度較高。又，在像素電晶體中，亦顯示有傳送電晶體Tr2、Tr3之閘極電極TG2、TG3。
無機光電轉換部11B構成為例如包含作為電洞累積層之p型半導體區域(以下，簡稱為p型區域，n型之情形時亦相同。)111p、及作為電子累積層之n型光電轉換層(n型區域)111n。p型區域111p及n型光電轉換層111n係分別設置於面S1附近之選擇區域內，且以其一部分彎曲，並抵達於其與面S2之界面之方式延伸。p型區域111p係在面S1側 內，連接於未圖示之p型半導體晶圓區域。n型光電轉換層111n係連接於藍色用之傳送電晶體Tr2之FD113(n型區域)。另，p型區域111p及n型光電轉換層111n之面S2側之各端部與面S2之界面附近係設置有p型區域113p(電洞累積層)。
無機光電轉換部11R係例如具有於p型區域112p1、112p2(電洞累積層)間夾持有n型光電轉換層112n(電子累積層)之構成(具有p-n-p之積層構造)。n型光電轉換層112n係以其一部分彎曲，且抵達於其與面S2之界面之方式延伸。n型光電轉換層112n係連接於紅色用之傳送電晶體Tr3之FD114(n型區域)。另，至少在n型光電轉換層111n之面S2側之端部與面S2之界面附近，設置有p型區域113p(電洞累積層)。
圖6係顯示綠用蓄電層110G之詳細構成例者。另，此處，針對在藉由有機光電轉換部11G產生之電子及電洞之對中，將電子作為訊號電荷而自下部電極15A側讀出之情形進行說明。另，圖6中，亦對像素電晶體中傳送電晶體Tr1之閘極電極TG1加以顯示。
綠用蓄電層110G構成為包含成為電子累積層之n型區域115n。n型區域115n之一部分係連接於導電性插頭120A1，且累積自下部電極15A側經由導電性插頭120A1而傳送之電子。該n型區域115n又連接於綠色用之傳送電晶體Tr1之FD116(n型區域)。另，於n型區域115n與面S2之界面附近形成有p型區域115p(電洞累積層)。
圖3所示之導電性插頭120A1、120B1係與下述之導電性插頭120A2、120B2一同作為有機光電轉換部11G與半導體基板11之連接器而發揮功能，且成為有機光電轉換部11G中所產生之電子或電洞之傳送路徑者。導電性插頭120A1例如與有機光電轉換部11G之下部電極15A導通，且與綠用蓄電層110G連接。導電性插頭120B1係與有機光電轉換部11G之上部電極18導通，且作為用以排出電洞之配線。
該等之導電性插頭120A1、120B1係分別藉由例如導電型之半導 體層構成，且嵌入於半導體基板11而形成者。該情形時，可為導電性插頭120A1為n型(用以成為電子之傳送路徑)，且導電性插頭120B1為p型(用以成為電洞之傳送路徑)。或，導電性插頭120A1、120B1亦可為例如於貫通通道內埋設有鎢等之導電膜材料者。該情形時，為抑制例如與矽之短路，而期望以氧化矽(SiO2)或氮化矽(SiN)等之絕緣膜覆蓋通道側面。
(多層配線層51)
圖3所示之多層配線層51係設置於半導體基板11之面S2上，且具有將複數條配線51A介隔層間絕緣膜52而配設之構成。如此，在光電轉換元件10B中，多層配線層51係設置於與半導體基板11之受光面(面S1)相反側，而可實現所謂背面照射型之固體攝像裝置1。於該多層配線層51上貼合有包含例如矽之支撐基板53。
(有機光電轉換部11G)
圖3所示之有機光電轉換部11G係使用有機半導體吸收選擇性之波長域之光(此處為綠色光)，而產生電子、電洞對之有機光電轉換元件。有機光電轉換部11G具有於用以取出訊號電荷之一對電極(下部電極15A、上部電極18)間夾持有機光電轉換層17之構成。下部電極15A及上部電極18係以下述方式經由配線層或接觸金屬層，而電性連接於埋設於半導體基板11內之導電性插頭120A1、120B1。
此處，下部電極15A係對應本揭示之「第1電極」之一具體例。有機光電轉換層17係對應本揭示之「有機半導體層」之一具體例。上部電極18係對應本揭示之「第2電極」之一具體例。
更詳細而言，在有機光電轉換部11G中，於半導體基板11之面S1上，依序設置有層間絕緣膜12、導電性插頭120A2、120B2、層間絕緣膜14、配線層13A、13B、下部電極15A及配線層15B、絕緣膜16、有機光電轉換層17、上部電極18、保護膜19、及接觸金屬層20。
層間絕緣膜12係為降低與半導體基板11(矽層110)之界面態位，且抑制產生來自其與矽層110之界面之暗電流，而期望由界面態位較小之絕緣膜來構成。作為此種絕緣膜，例如可使用氧化鉿(HfO2)膜與氧化矽(SiO2)膜之積層膜。但，層間絕緣膜12之構成材料並未特別限定。
導電性插頭120A2、120B2係設置於與導電性插頭120A1、120B1之各者對向之區域，且埋設於層間絕緣膜12之貫通孔中。導電性插頭120A2係如上述般與導電性插頭120A1一同作為連接器發揮功能，且與導電性插頭120A1及配線層13A一同形成自下部電極15A通往綠用蓄電層110G之電荷(電子)之傳送路徑者。導電性插頭120B2係如上述般與導電性插頭120B1一同作為連接器發揮功能，且與導電性插頭120B1、配線層13B、配線層15B及接觸金屬層20一同形成自上部電極18之電荷(電洞)之排出路徑者。導電性插頭120A2、120B2係為作為遮光膜發揮功能，而期望採用例如作為障壁金屬之鈦(Ti)及氮化鈦(TiN)之積層膜、與鎢(W)等之金屬膜之積層構造。又，藉由使用此種積層構造，即使在將導電性插頭120A1、120B1形成為n型或p型之半導體層之情形時，因仍可確保與矽之接觸，故而較佳。
層間絕緣膜14係藉由包含例如氧化矽、氮化矽、及氮氧化矽(SiON)等中之1種之單層膜、或包含該等中之2種以上之積層膜而構成。
配線層13A、13B係設置於與導電性插頭120A2、120B2之各者對向之區域內，且埋設於層間絕緣膜14之貫通孔中。配線層13A、13B係例如具有TiN膜與W膜之積層構造。
絕緣膜16係使下部電極15A與配線層15B之間電性分離者。又，絕緣膜16係在使用光電轉換元件10B作為固體攝像裝置1之像素P之情形時，亦具有使各像素P之下部電極15A間電性分離之功能。絕緣膜 16係藉由包含例如氧化矽、氮化矽及氮氧化矽(SiON)等中之1種之單層膜、或包含該等中之2種以上之積層膜而構成。絕緣膜16係例如具有其表面平坦化，且與下部電極15A及配線層15B大致無階差之形狀及圖案。
下部電極15A係正對形成於半導體基板11內之無機光電轉換部11B、11R之受光面，且設置於覆蓋該等受光面之區域。該下部電極15A係藉由具有透光性之導電膜而構成，例如藉由ITO(銦錫氧化物)予以構成。作為下部電極15A之構成材料，除該ITO外，亦可使用添加有摻雑物之氧化錫(SnO2)系材料、或添加有摻雑物之氧化鋅(ZnO)系材料。作為氧化鋅系材料，可例舉鋁鋅氧化物(將鋁(Al)作為摻雑物添加至ZnO，例如AZO)、鎵鋅氧化物(將鎵(Ga)作為摻雑物添加至ZnO，例如GZO)、銦鋅氧化物(將銦(In)作為摻雑物添加至ZnO，例如IZO)。又，此外亦可使用CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIN2O4、CdO、ZnSnO3等。另，在本實施形態中，因如上述般完成自下部電極15A取出訊號電荷(電子)，故在使用光電轉換元件10B作為像素P之固體攝像裝置1中，該下部電極15A係分離形成於每個像素P。
配線層15B係設置於與配線層13B對向之區域內，且藉由絕緣膜16而與下部電極15A電性分離。
有機光電轉換層17設置於下部電極15A上，係由對選擇之波長域之光進行光電轉換，且透過其他波長域之光之有機半導體構成。作為有機半導體，期望構成為包含有機p型半導體及有機n型半導體中之一者或兩者。作為此種有機半導體，較好使用喹吖啶酮衍生物、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中之任一種。或，亦可使用亞苯乙烯、茀、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔、聯乙炔等之聚合體或其之 衍生物。此外，較好可使用金屬配合物色素、花青系色素、部花青系色素、苯基氧雜蒽系色素、三苯甲烷系色素、若丹菁系色素、氧雜蒽系色素、大環狀氮雜甘菊蘭系色素、甘菊藍系色素、萘醌、蒽醌系色素、蒽及芘等之縮合多環芳香族及芳香環或雑環化合物加以縮合之鏈式化合物、或具有方酸菁基及克酮酸次甲基作為鍵結鏈之喹啉、苯幷噻唑、苯幷惡唑等之兩個含氮雜環、或藉由方酸菁基及克酮酸次甲基鍵結之類似花青系之色素等。另，作為上述金屬配合物色素，雖然較好為硫醇金屬配合物系色素、金屬酞菁色素、金屬卟啉色素、或釕配合物色素，但並非限定於此。在本實施形態中，該有機光電轉換層17可對與例如495nm~570nm之波長域之一部分或全部之波長域對應之綠色光進行光電轉換。此種有機光電轉換層17之厚度為例如50nm~500nm。
在該有機光電轉換層17之與下部電極15A之間、及與上部電極18之間，可設置有未圖示之其它層。例如，可自下部電極15A側依序積層有底塗層膜、電子阻障膜、有機光電轉換層17、電洞阻障膜、緩衝膜、及功函數調整膜。
上部電極18設置於有機光電轉換層17之上表面及側面，係由與下部電極15A相同之具有透光性之導電膜構成。在本實施形態中，如上述般，由於排出自上部電極18取出之電洞，故在使用光電轉換元件10作為像素P之固體攝像裝置1中，可將該上部電極18分離於每個像素P，亦可於各像素P形成為共通之電極。上部電極18之厚度為例如10nm~200nm。
保護膜19係設置於上部電極18之上。保護膜19係藉由具有透光性之材料而構成，例如包含氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、及氮氧化矽等中任一者之單層膜、或包含該等中之2種以上之積層膜。該保護膜19之厚度為例如100nm~30000nm。
接觸金屬層20係嵌入於設置於保護膜19之接觸孔H，且延伸至配線層15B之上表面。接觸金屬層20係藉由例如包含鈦、鎢、氮化鈦、及鋁等之任一者或該等中之2種以上之積層膜而構成。
於保護膜19及接觸金屬層20上，跨整面設置有平坦化膜21。平坦化膜21上設置有單片透鏡22(微透鏡)。單片透鏡22係令自其上方入射之光聚光至有機光電轉換部11G、無機光電轉換部11B、11R之各受光面者。在本實施形態中，因多層配線層51形成於半導體基板11之面S2側，故可將有機光電轉換部11G、無機光電轉換部11B、11R之各受光面彼此接近而配置，而可降低依存於單片透鏡22之F值而產生之各色間之感度偏差。
另，在光電轉換元件10B中，由於自下部電極15A取出訊號電荷(電子)，故在使用其作為像素之固體攝像裝置1中，亦可如上所述，將上部電極18作為共通電極。該情形時，包含上述接觸孔H、接觸金屬層20、配線層15B、13B、及導電性插頭120B1、120B2之傳送路徑係只要針對全部像素P而至少形成於1部位即可。
圖7係顯示OB區域1C之光電轉換元件10C之剖面構成者。光電轉換元件10C係於OB區域1C中構成有一個像素P。
光電轉換元件10C係與光電轉換元件10B同樣具有一個有機光電轉換部11G與兩個無機光電轉換部11B、11R之積層構造。有機光電轉換部11G係設置於半導體基板11之背面(面S1)上，該背面(面S1)成為受光面。無機光電轉換部11B、11R係嵌入半導體基板11內。此外，光電轉換元件10C係於半導體基板11之表面(與受光面為相反側之面S2)側，具有像素電晶體(包含傳送電晶體Tr1~Tr3)，且具有多層配線層(多層配線層51)及支撐基板53。
光電轉換元件10C之無機光電轉換部11B、11R、半導體基板11、多層配線層51、及支撐基板53係與光電轉換元件10B同樣地構成。
光電轉換元件10C之有機光電轉換部11G係於光入射側具有遮光膜30及緩衝膜40。藉此，在該固體攝像裝置1中，可提升畫質。
遮光膜30係藉由阻止向有機光電轉換部11G及無機光電轉換部11B、11R之光入射，而以影像訊號來規定黑(入射光為零)之基準者。遮光膜30係設置於有機光電轉換層17之光入射側(上部電極18側)，具體而言係設置於保護膜19上，且厚度為例如200nm，並藉由鎢(W)或鋁(Al)予以構成。遮光膜30之厚度期望在50nm左右以上，利於遮光，上限為500nm左右足矣。另，遮光膜30兼用作接觸金屬層20，設置為與接觸金屬層20相連之一片膜。
緩衝膜40係具有緩和由遮光膜30之膜應力所引起之有效像素區域1B與OB區域1C之應力差之作為應力反轉膜之功能者，且設置於有機光電轉換層17之光入射側，具體而言係設置於上部電極18與保護膜19之間。
即，構成遮光膜30之鎢膜，一般而言膜應力較高(為例如+500MPa左右，+表示拉伸應力)。假設於OB區域1C內設置如圖8所示之不具有緩衝膜40之光電轉換元件10D，且於有效像素區域1B內設置如圖3所示之光電轉換元件10B。該情形時，在有效像素區域1B中，係對有機光電轉換層17施加上部電極18及保護膜19之膜應力之總和。另一方面，在OB區域1C中，除此之外，還施加遮光膜30之膜應力。因此，如圖9所示，OB區域1C中，與有效像素區域1B相比，暗電流增加。將此種OB區域1C與有效像素區域1B之暗電流比稱為光學黑色階差(以下為「OB階差」)。緩衝膜40係藉由縮小OB區域1C與有效像素區域1B之應力差，而降低OB階差，提升畫質者。
圖10係顯示OB區域1C與有效像素區域1B之應力差、與OB階差之關係者。OB區域1C與有效像素區域1B之應力差係OB區域1C中之有機光電轉換層17之光入射側(上部電極18側)之膜應力之總和、與有效 像素區域1B中之有機光電轉換層17之光入射側(上部電極18側)之膜應力之總和之差。由圖10可知，若OB區域1C與有效像素區域1B之應力差小於-150MPa(-表示壓縮應力)、或超過+200MPa，則OB階差增加。其理由為，若應力增加，則有機光電轉換層17會產生彎曲，從而致使暗電流增加。因此，OB區域1C與有效像素區域1B之應力差較好為在-150MPa以上200MPa以下。
此處，關於緩衝膜40所需之膜應力，使用下述例算出。例如，將上部電極18之膜應力設為+100MPa，將保護膜19之膜應力設為-500MPa，且將遮光膜30之膜應力設為+500MPa。有效像素區域1B中之有機光電轉換層17之光入射側之膜應力之總和係以上部電極18之膜應力與保護膜19之膜應力之和表示。藉此，成為下述數1。
(數1)+100+(-500)=-400MPa‧‧‧(1)
又，除去緩衝膜40之OB區域1C中之有機光電轉換層17之光入射側之膜應力之總和係以上部電極18、保護膜19、及遮光膜30之膜應力之和表示。藉此，成為下述公式2。
(數2)+100+(-500)+(+500)=+100MPa‧‧‧(2)
為藉由緩衝膜40抵消OB區域1C與有效像素區域1B之應力差，而期望使用緩衝膜40將(1)-(2)=-500MPa應用至OB區域1C。其中，根據圖10，因OB區域1C與有效像素區域1B之應力差容許為-150MPa至+200MPa，故該例之情形時，只要將緩衝膜40之膜應力控制在-650MPa至-300MPa即可。
再者，OB區域1C之光入射側之膜應力較好為-150MPa以上+200MPa以下。又，有效像素區域1B之光入射側之膜應力較好為-150MPa以上+200MPa以下。其理由為，藉此，可使OB區域1C與有 效像素區域1B之應力差落在-150MPa以上+200MPa以下。
此種緩衝膜40較好為例如由包含SiN(氮化矽)、SiO2(氧化矽)、SiON(氮氧化矽)、SiC(碳化矽)、SiCN(碳氮化矽)、ITO(銦錫氧化物)、Al(鋁)、及AlO(鋁氧化物)之群中之至少1種構成。
除上述以外，光電轉換元件10C之有機光電轉換部11G具有與光電轉換元件10B相同之構成。
該光電轉換元件10B、10C例如可以下述方式進行製造。
圖11至圖30係按步驟順序顯示光電轉換元件10B、10C之製造方法者。另，在圖19~圖30中，僅顯示有光電轉換元件10B、10C之要部構成。
首先，形成半導體基板11。具體而言，如圖11所示，準備於矽基體1101上介隔矽氧化膜1102而形成有矽層110之所謂SOI基板。另，矽層110之矽氧化膜1102側之面成為半導體基板11之背面(面S1)。圖11至圖14中，係將圖3或圖7所示之構造以上下逆轉之狀態予以圖示。
繼而，如圖12所示，於矽層110形成導電性插頭120A1、120B1。此時，導電性插頭120A1、120B1係可藉由例如於矽層110形成貫通通道後，於該貫通通道內嵌入如上所述之氮化矽等之障壁金屬與鎢而形成。或，亦可藉由對例如矽層110進行離子注入而形成導電型雜質半導體層。該情形時，將導電性插頭120A1形成為n型半導體層，且將導電性插頭120B1形成為p型半導體層。此後，於矽層110內之深度不同之區域內(以彼此重疊之方式)，藉由離子注入而形成各自具有例如圖4及圖5所示之p型區域及n型區域之無機光電轉換部11B、11R。又，於鄰接導電性插頭120A1之區域內，藉由離子注入形成綠用累積層110G。如此，形成半導體基板11。
另，此後雖未圖示，但於半導體基板11之面S2側，形成包含傳送電晶體Tr1~Tr3之像素電晶體、及周邊電路部130。
接著，如圖13所示，於半導體基板11之面S2上，介隔層間絕緣膜52形成複數層配線51A，藉此形成多層配線層51。
其後，如圖14所示，於多層配線層51上黏貼包含矽之支撐基板53。此後，自半導體基板11之面S1側，剝離矽基體1101及矽氧化膜1102，而使半導體基板11之面S1露出。
在多層配線層51貼合有支撐基板53後，於半導體基板11之面S1上形成有機光電轉換部11G。具體而言，首先，如圖15所示，於半導體基板11之面S1上，形成如上所述之包含氧化鉿膜與氧化矽膜之積層膜之層間絕緣膜12。例如，在藉由ALD(原子層堆積)法使氧化鉿膜成膜後，藉由例如電漿CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積)法而令氧化矽膜成膜。但，層間絕緣膜12之構成材料及形成方法並非特別限定。
在形成層間絕緣膜12後，如圖16所示，於層間絕緣膜12之與導電性插頭120A1、120B1對向之位置上，設置接觸孔H1A、H1B。對接觸孔H1A、H1B，以包含上述材料之導電性插頭120A2、120B2嵌入。此時，亦可將導電性插頭120A2、120B2以自接觸孔H1A、H1B內伸出至層間絕緣膜12之上表面，且覆蓋層間絕緣膜12上之所欲遮光之區域之方式形成。或，亦可在與層間絕緣膜12上之導電性插頭120A2、120B2分離之區域內，另行形成遮光層(未圖示)。
形成導電性插頭120A2、120B2後，如圖17所示，藉由例如電漿CVD法使包含上述材料之層間絕緣膜14成膜。另，成膜後，期望藉由例如CMP(Chemical Mechanical Polishing；化學機械研磨)法，使層間絕緣膜14之表面平坦化。繼而，於層間絕緣膜14之與導電性插頭120A2、120B2對向之位置上，使接觸孔開口，且於該接觸孔內形成包含上述材料之配線層13A、13B。配線層13A、13B係例如藉由在形成TiN膜及W膜之積層膜後，使用例如CMP法，除去層間絕緣膜14上 剩餘之配線層材料(TiN及W等)而形成。
在形成層間絕緣膜14及配線層13A、13B後，如圖18所示，於層間絕緣膜14上形成下部電極15A。具體而言，首先，跨層間絕緣膜14上之整面，藉由例如濺鍍法，使包含ITO等之上述材料之透明導電膜(未圖示)成膜。其後，使用光微影法進行圖案化，且使用例如乾蝕刻或濕蝕刻對透明導電膜進行加工。此時，將下部電極15A形成於與配線層13A對向之區域。此外，在加工透明導電膜時，藉由使透明導電膜亦殘存於與配線層13B對向之區域內，而將構成電洞之傳送路徑之一部分之配線層15B與下部電極15A同時形成。
在形成下部電極15A及配線層15B後，形成絕緣膜16。此時，首先，如圖19所示，跨半導體基板11上之整面，以覆蓋層間絕緣膜14、下部電極15A及配線層15B之方式，藉由例如電漿CVD法，而使包含上述材料之絕緣膜16成膜。繼而，如圖20所示，藉由利用例如CMP法對成膜之絕緣膜16進行研磨，而使下部電極15A及配線層15B自絕緣膜16露出。此時，使絕緣膜16以比下部電極15A及配線層15B更薄之方式後退。
在形成絕緣膜16後，如圖21所示，於下部電極15A上形成有機光電轉換層17。此時，藉由使用例如金屬遮罩之真空蒸鍍法，將包含上述材料之光電轉換材料形成圖案。例如，喹吖啶酮衍生物可藉由真空蒸鍍法而成膜。另，如上所述，在有機光電轉換層17之上層或下層形成其他有機層(電子阻障層等)時，期望使用同一金屬遮罩，於真空步驟中連續(以多腔室製程)形成各層。此外，作為有機光電轉換層17之成膜方法，並非完全限定於如上所述之使用金屬遮罩之技術，亦可使用其他技術，例如印刷技術等。
在形成有機光電轉換層17後，如圖22所示，形成上部電極18。首先，利用例如真空蒸鍍法或濺鍍法，以覆蓋有機光電轉換層17之上 表面及側面之方式，將包含上述之透明導電材料之上部電極材料膜(未圖示)遍及半導體基板11之整面而成膜。另，由於有機光電轉換層17其特性容易受水分、氧、氫等之影響而變動，故上部電極材料膜期望為與有機光電轉換層17藉由多腔室製程而成膜。接著，將光阻膜成膜於上部電極材料膜上，且將該光阻膜圖案化為特定形狀。繼而，藉由以該光阻膜為遮罩之乾蝕刻加工上部電極材料膜，而形成上部電極18。
在形成上部電極18後，如圖23及圖24所示，於有效像素區域1B及OB區域1C兩者，遍及整面形成包含上述材料之緩衝材料膜40A。繼而，同樣如圖24所示，於OB區域1C內形成抗蝕劑圖案41。此時，設為於OB區域1C之緩衝材料膜40A上必然形成抗蝕劑圖案41。另，圖23至圖30中，將同一步驟分別以有效像素區域1B與OB區域1C顯示。
在形成抗蝕劑圖案41後，如圖25及圖26所示，藉由將抗蝕劑圖案41作為遮罩之乾蝕刻等，除去有效像素區域1B之緩衝材料膜40A，並同時除去OB區域1C之緩衝材料膜40A之無用部分。藉此，形成緩衝膜40。其後，藉由灰化及洗淨而除去抗蝕劑圖案41。
在形成緩衝膜40後，如圖27及圖28所示，於緩衝膜40上，形成包含上述材料之保護膜19。具體而言，遍及整面形成包含例如SiN之保護膜材料膜(未圖示)後，使用光微影技術進行圖案化，且使用乾蝕刻進行加工，並進行灰化、有機洗淨等之後續處理，從而除去堆積物、殘渣物。
在形成保護膜19後，如圖29及圖30所示，藉由使用例如光微影法之蝕刻，而於保護膜19上設置接觸孔H。繼而，藉由例如濺鍍法，在有效像素區域1B內形成接觸金屬層20，同時於OB區域1C內形成接觸金屬層20及遮光膜30。另，在有效像素區域1B中，接觸金屬層20 係以於保護膜19上嵌入接觸孔H、且延伸至配線層15B之上表面之方式形成。
最後，雖未圖示，但跨半導體基板11上之整面形成平坦化膜21後，於該平坦化膜21上形成單片透鏡22。藉由上述，完成圖3所示之光電轉換元件10B、及圖7所示之光電轉換元件10C。
在該固體攝像裝置1中，例如圖31所示，當光L經由單片透鏡22(圖31中未圖示)入射至有效像素區域1B之光電轉換元件10B時，光L係依序通過有機光電轉換部11G、無機光電轉換部11B、11R，且在該通過過程中，分別光電轉換成紅、綠、藍色光。另一方面，在OB區域1C中，藉由遮光膜30切斷向光電轉換元件10C之光L之入射。
圖32係模式性顯示基於入射光之訊號電荷(電子)取得之流程。以下，對各光電轉換部之具體之訊號取得動作加以說明。
(藉由有機光電轉換部11G進行之綠色訊號之取得)
入射至光電轉換元件10之光L中，首先，綠色光Lg係在有機光電轉換部11G中選擇性地檢測出(吸收)，且進行光電轉換。藉此，將所產生之電子、電洞對中之電子Eg自下部電極15A側取出後，經由傳送路徑A(配線層13A及導電性插頭120A1、120A2)累積於綠用蓄電層110G。所累積之電子Eg係在讀出動作時傳送至FD116。另，電洞Hg係自上部電極18側經由傳送路徑B(接觸金屬層20、配線層13B、15B、及導電性插頭120B1、120B2)而排出。
具體而言，係以下述方式累積訊號電荷。即，在本實施形態中，對下部電極15A施加例如特定之負電位VL(<0V)，且對上部電極18施加低於電位VL之電位VU(<VL)。另，電位VL係自例如多層配線層51內之配線51A，通過傳送路徑A，而施加至下部電極15A。電位VL係自例如多層配線層51內之配線51A，通過傳送路徑B，而施加至上部電極18。藉此，在電荷累積狀態(未圖示之重置電晶體及傳送電 晶體Tr1之關閉狀態)中，有機光電轉換層17所產生之電子、電洞對內，電子被引導至相對而言電位較高之下部電極15A側(電洞被引導至上部電極18側)。如此，自下部電極15A取出電子Eg，且經由傳送路徑A而累積於綠用蓄電層110G(詳細而言為n型區域115n)。此外，藉由該電子Eg之累積，與綠用蓄電層110G導通之下部電極15A之電位VL亦發生變動。該電位VL之變化量與訊號電位(此處為綠色訊號之電位)相當。
接著，在讀出動作時，傳送電晶體Tr1成為開啟狀態，累積於綠用蓄電層110G之電子Eg被傳送至FD116。藉此，基於綠色光Lg之受光量之綠色訊號通過未圖示之其他像素電晶體而讀出至垂直訊號線Lsig。其後，未圖示之重置電晶體及傳送電晶體Tr1成為開啟狀態，而將n型區域之FD116、與綠用蓄電層110G之蓄電區域(n型區域115n)重置為例如電源電壓VDD。
(藉由無機光電轉換部11B、R進行之藍色訊號、紅色訊號之取得)
繼而，在透過有機光電轉換部11G之光中，藍色光於無機光電轉換部11B內，紅色光於無機光電轉換部11R內，各自依序被吸收，且進行光電轉換。在無機光電轉換部11B中，入射之藍色光所對應之電子Eb係累積於n型區域(n型光電轉換層111n)，累積之電子Ed係在讀出動作時傳送至FD113。另，電洞係累積於未圖示之p型區域。同樣，在無機光電轉換部11R中，入射之紅色光所對應之電子Er係累積於n型區域(n型光電轉換層112n)內，累積之電子Er係在讀出動作時傳送至FD114。另，電洞係累積於未圖示之p型區域。
在電荷累積狀態下，由於如上所述，對有機光電轉換部11G之下部電極15A施加負電位VL，故無機光電轉換部11B之電洞累積層即p型區域(圖4之p型區域111p)之電洞濃度有增加之傾向。因而，可抑制p型區域111p與層間絕緣膜12之界面中產生暗電流。
進行讀出動作時，與上述有機光電轉換部11G相同，傳送電晶體Tr2、Tr3成為開啟狀態，而將分別累積於n型光電轉換層111n、112n之電子Eb、Er傳送至FD113、114。藉此，基於藍色光Lb之受光量之藍色訊號、與基於紅色光Lr之受光量之紅色訊號分別通過未圖示之其他像素電晶體，讀出至垂直訊號線Lsig。其後，未圖示之重置電晶體及傳送電晶體Tr2、3成為開啟狀態，而將n型區域之FD113、114重置成例如電源電壓VDD。
如此般，藉由沿縱向將有機光電轉換部11G、無機光電轉換部11B、11R積層，無需設置彩色濾光器，即可分離檢測紅、綠、藍色光，從而獲得各色之訊號電荷。藉此，可抑制產生因彩色濾光器吸收色光而引起之光損失(感度降低)、或由像素內插處理引起之偽色。
又，在OB區域1C之光電轉換元件10C之有機光電轉換部11G中，於光入射側設置有遮光膜30及緩衝膜40。藉此，可抑制OB區域1C中因遮光膜30之膜應力引起暗電流與有效像素區域1B相比增加。
如此，本實施形態係在OB區域1C之光電轉換元件10C之有機光電轉換部11C中，於光入射側(有機半導體層17之上部電極18側)設置遮光膜30及緩衝膜40。藉此，能緩和由遮光膜30之膜應力所引起之有效像素區域1B與OB區域1C之應力差，從而提高畫質。
其次，對上述實施形態之光電轉換元件10B、10C之變化例(變化例1~5)加以說明。以下，針對與上述實施形態相同之構成要件標註同一符號，適當省略其說明。
(變化例1~3)
雖然在上述實施形態中，已對將緩衝膜40設置於上部電極18與保護膜19之間之情形加以說明，但緩衝膜40之積層方向之位置若在有機光電轉換部11C之光入射側，則未特別限定。例如，緩衝膜40可如圖33所示，設置於保護膜19與遮光膜30之間。此外，緩衝膜40亦可如 圖34所示，設置於遮光膜30之光入射側(遮光膜30與平坦化膜21之間)。或，緩衝膜40又可如圖35所示，設置於有機光電轉換層17與上部電極18之間。
(變化例4)
圖36係顯示變化例4之光電轉換元件之要部構成(半導體基板11之一部分)者。雖然根據上述實施形態，已例舉說明於有機光電轉換部11G中自下部電極15A取出電子作為訊號電荷之情形，但亦可構成為自下部電極15A取出電洞作為訊號電荷。該情形時，半導體基板11之面S1上之構成雖可與上述實施形態相同，但形成於半導體基板11內之蓄電層(綠用蓄電層110G1)、及浮動擴散區(FD116A)之構成為不同者。即，綠用蓄電層110G1中，p型區域115p係作為電洞累積層而連接於導電性插頭120A1，且於該p型區域115p與面S2之界面附近形成作為電子累積層之n型區域115n。此外，FD116A形成為p型區域。另，在電荷累積狀態中，對下部電極15A施加低於上部電極18之電位VL。藉此，在有機光電轉換層17所產生之電子、電洞對中，電洞係被引導至下部電極15A側，且自下部電極15A取出電洞。該電洞通過導電性插頭120A1、120A2等，累積於綠用蓄電層110G1之p型區域115p。在讀出動作時，該累積之電洞係被傳送至FD116A。
(變化例5)
圖37係顯示變化例5之光電轉換元件之要部構成(有機光電轉換部11G及半導體基板11)者。雖然根據上述實施形態及變化例4，已例舉說明於有機光電轉換部11G中自下部電極15A取出訊號電荷(電子或電洞)之情形，但亦可構成為自上部電極18取出訊號電荷。該情形時，採用將嵌入形成於半導體基板11之綠用蓄電層110G2連接於導電性插頭120B1，且經由導電性插頭120B2、配線層13B、15B、及接觸金屬層20導通至上部電極18之構成。另，將綠用蓄電層110G2之構成及 FD(未圖示)之導電型設定成與上述實施形態相同，且於電荷累積時，將對上部電極18施加之電位設定成比對下部電極15A施加之電位更高，藉此可自上部電極18取出電子作為訊號電荷，且累積至綠用蓄電層110G2。該情形時，電洞係自下部電極15A側經由配線層13A、導電性插頭120A1，120A2而排出。或，將綠用蓄電層110G2之構成及FD(未圖示)之導電型設定成與上述變化例4相同，且於電荷累積時，將對上部電極18施加之電位設定成比對下部電極15A施加之電位更低，藉此可自上部電極18取出電洞作為訊號電荷，且累積至綠用蓄電層110G2。該情形時，電子係自下部電極15A側經由配線層13A、導電性插頭120A1、120A2而排出。
(應用例1)
上述固體攝像裝置1可應用於例如數位靜態照相機或攝像機等之照相機系統、或具有攝像功能之行動電話等之具備攝像功能之所有類型之電子機器。圖38係作為其一例而顯示電子機器2(照相機)之概略構成。該電子機器2係可拍攝例如靜態圖像或動態圖像之攝像機，具有固體攝像裝置1、光學系統(光學透鏡)310、快門裝置311、驅動固體攝像裝置1及快門裝置311之驅動部313、及訊號處理部312。
光學系統310係將來自被攝體之像光(入射光)引導至固體攝像裝置1之像素部1A者。該光學系統310可由複數個光學透鏡構成。快門裝置311係控制對固體攝像裝置1之光照射期間及遮光期間者。驅動部313係控制固體攝像裝置1之傳送動作及快門裝置311之快門動作者。訊號處理部312係針對自固體攝像裝置1輸出之訊號，進行各種訊號處理者。訊號處理後之影像訊號Dout係儲存於記憶體等之記憶媒體或輸出至監視器等。
以上，雖例舉實施形態進行說明，但本揭示內容並非限定於上述實施形態等，可進行多種變形。
例如，緩衝膜40可藉由利用例如準常壓CVD堆積之SiO2構成。由於以準常壓CVD可形成機械強度較弱之膜，其作為緩衝膜40，使上層膜之應力不會傳遞至有機光電轉換層17，故可期待與上述實施形態相同之效果。
又，例如，藉由將上部電極18、或保護膜19、又或遮光膜30分別形成於有效像素區域1B與OB區域1C，可控制有效像素區域1B與OB區域1C之應力差。如此，亦可期待與上述實施形態相同之效果。
再者，例如，雖然上述實施形態中，已例舉將使下部電極15A間電性分離之絕緣膜16平坦化，而緩和與下部電極15A之階差之構造，但絕緣膜16亦可於下部電極15A上具有開口，而與下部電極15A具有階差。且，期望開口之側面成平緩之錐形狀，並於絕緣膜16之開口上形成有有機光電轉換層17。
此外，例如，雖然上述實施形態中，作為光電轉換元件10B、10C，採用使檢測綠色光之有機光電轉換部11G、及分別檢測藍色光、紅色光之無機光電轉換部11B、11R積層之構成，但本揭示內容並非限定於此種構造者。即，可在有機光電轉換部中檢測出紅色光或藍色光，可在無機光電轉換部中檢測出綠色光。又，該等之有機光電轉換部及無機光電轉換部之數量或其比例亦並非限定者，可設置2個以上之有機光電轉換部，亦可以有機光電轉換部獲得複數色之色訊號。此外，並非限定於使有機光電轉換部及無機光電轉換部沿縱向積層之構造，亦可沿基板面並列。
再者，雖然上述實施形態等中，例示有背面照射型之固體攝像裝置之構成，但本揭示內容亦可應用於表面照射型之固體攝像裝置。
此外，本揭示之固體攝像裝置(光電轉換元件)中，可不完全具備上述實施形態所說明之各構成要件，且可相反地具備其他層。
另，本技術亦可採取如下所述之構成。
(1)一種固體攝像裝置，其具有：像素部，其具備複數個像素且各像素包含1個或複數個有機光電轉換部；且上述像素部具備有效像素區域、及光學黑色區域；上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部係於光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
(2)如上述技術方案(1)之固體攝像裝置，其中上述有效像素區域之上述有機光電轉換部在第1電極與第2電極間具備具有光電轉換功能之有機半導體層；且上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部在上述第1電極與上述第2電極之間具有上述有機半導體層，且於上述有機半導體層之光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
(3)如上述技術方案(2)之固體攝像裝置，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置有保護膜；且上述緩衝膜設置於上述第2電極與上述保護膜之間。
(4)如上述技術方案(2)之固體攝像裝置，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置有保護膜；且上述緩衝膜設置於上述保護膜與上述遮光膜之間。
(5)如上述技術方案(2)之固體攝像裝置，其中上述緩衝膜設置於上述有機半導體層與上述第2電極之間。
(6)如上述技術方案(2)之固體攝像裝置，其中上述緩衝膜設置於上 述遮光膜之光入射側。
(7)如上述技術方案(1)至(6)中任一項之固體攝像裝置，其中上述緩衝膜係由包含SiN、SiO2、SiON、SiC、SiCN、ITO、Al、AlO之群中之至少一種構成。
(8)如上述技術方案(1)至(7)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光學黑色區域與上述有效像素區域之應力差係在-150MPa以上200MPa以下。
(9)如上述技術方案(8)之固體攝像裝置，其中上述光學黑色區域之光入射側之膜應力係在-150MPa以上200MPa以下。
(10)如上述技術方案(8)或(9)之固體攝像裝置，其中上述有效像素區域之光入射側之膜應力係在-150MPa以上200MPa以下。
(11)如上述技術方案(1)至(10)中任一項之固體攝像裝置，其中各像素中積層有1個或複數個上述有機光電轉換部、及與上述有機光電轉換部進行不同之波長域之光電轉換之1個或複數個無機光電轉換部。
(12)如上述技術方案(11)之固體攝像裝置，其中上述無機光電轉換部嵌入形成於半導體基板內；且上述有機光電轉換部形成於上述半導體基板之第1面側。
(13)如上述技術方案(12)之固體攝像裝置，其中於上述半導體基板之第2面側形成有多層配線層。
(14)如上述技術方案(12)或(13)之固體攝像裝置，其中上述有機光電轉換部進行綠色光之光電轉換；且於上述半導體基板內，積層有進行藍色光之光電轉換之無機光電轉換部、及進行紅色光之光電轉換之無機光電轉換部。
(15)一種固體攝像裝置之製造方法，其係具有具備複數個像素且各像素包含1個或複數個有機光電轉換部之像素部之固體攝像裝置之製造方法；且於上述像素部內設置有效像素區域、及光學黑色區域；於上述有效像素區域之上述有機光電轉換部中，依序形成第1電極、具有光電轉換功能之有機半導體層、及第2電極；於上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部中，依序形成上述第1電極、上述有機半導體層、上述第2電極、及遮光膜，且於上述有機半導體層之上述第2電極側形成緩衝膜。
(16)如上述技術方案(15)之固體攝像裝置之製造方法，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置保護膜；且將上述緩衝膜設置於上述第2電極與上述保護膜之間。
(17)如上述技術方案(15)之固體攝像裝置之製造方法，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置保護膜；且將上述緩衝膜設置於上述保護膜與上述遮光膜之間。
(18)如上述技術方案(15)之固體攝像裝置之製造方法，其中將上述緩衝膜設置於上述有機半導體層與上述第2電極之間。
(19)如上述技術方案(15)之固體攝像裝置之製造方法，其中將上述緩衝膜設置於上述遮光膜上。
(20)一種電子機器，其包含固體攝像裝置，該固體攝像裝置具有：像素部，其具備複數個像素且各像素包含1個或複數個有機光電轉換部；上述像素部具備有效像素區域、及光學黑色區域；上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部係於光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
本申請案係基於且主張日本國專利廳2012年7月5日申請之日本專利申請第2012-151006號之優先權者，該申請案之全部內容以引用之方式併入本申請案中。
本領域技術人員當可想到，根據設計上之必要條件或其他要因，可進行多種修正、組合、子組合及變更，亦可理解該等係包含於附加之申請專利範圍或其均等物之範圍內者。
10B‧‧‧光電轉換元件
11‧‧‧半導體基板
11B‧‧‧無機光電轉換部
11G‧‧‧有機光電轉換部
11R‧‧‧無機光電轉換部
12‧‧‧層間絕緣膜
13A‧‧‧配線層
13B‧‧‧配線層
14‧‧‧層間絕緣膜
15A‧‧‧下部電極
15B‧‧‧配線層
16‧‧‧絕緣膜
17‧‧‧有機光電轉換層
18‧‧‧上部電極
19‧‧‧保護膜
20‧‧‧接觸金屬層
21‧‧‧平坦化膜
22‧‧‧單片透鏡
51‧‧‧多層配線層
51A‧‧‧配線
52‧‧‧層間絕緣膜
53‧‧‧支撐基板
110‧‧‧矽層
110G‧‧‧綠用蓄電層
120A1‧‧‧導電性插頭
120A2‧‧‧導電性插頭
120B1‧‧‧導電性插頭
120B2‧‧‧導電性插頭
(B)‧‧‧藍
(G)‧‧‧綠
H‧‧‧接觸孔
(R)‧‧‧紅
S1‧‧‧面
S2‧‧‧面
TG1‧‧‧閘極電極
TG2‧‧‧閘極電極
TG3‧‧‧閘極電極

Claims (20)

  1. 一種固體攝像裝置，其包含：像素部，其具有複數個像素，且各像素含有1個或複數個有機光電轉換部；且上述像素部具備有效像素區域、及光學黑色區域；上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部於光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述有效像素區域之上述有機光電轉換部在第1電極與第2電極間包含具有光電轉換功能之有機半導體層；且上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部在上述第1電極與上述第2電極之間具有上述有機半導體層，且於上述有機半導體層之光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
  3. 如請求項2之固體攝像裝置，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置有保護膜；且上述緩衝膜設置於上述第2電極與上述保護膜之間。
  4. 如請求項2之固體攝像裝置，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置有保護膜；且上述緩衝膜設置於上述保護膜與上述遮光膜之間。
  5. 如請求項2之固體攝像裝置，其中上述緩衝膜設置於上述有機半導體層與上述第2電極之間。
  6. 如請求項2之固體攝像裝置，其中上述緩衝膜設置於上述遮光膜之光入射側。
  7. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述緩衝膜包含由SiN、SiO2、SiON、SiC、SiCN、ITO、Al、AlO所組成之群中之至少一種。
  8. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述光學黑色區域與上述有效 像素區域之應力差係在-150MPa以上200MPa以下。
  9. 如請求項8之固體攝像裝置，其中上述光學黑色區域之光入射側之膜應力係在-150MPa以上200MPa以下。
  10. 如請求項8之固體攝像裝置，其中上述有效像素區域之光入射側之膜應力係在-150MPa以上200MPa以下。
  11. 如請求項1之固體攝像裝置，其中在各像素中，積層有1個或複數個上述有機光電轉換部、及進行與上述有機光電轉換部不同波長域之光電轉換之1個或複數個無機光電轉換部。
  12. 如請求項11之固體攝像裝置，其中上述無機光電轉換部嵌入形成於半導體基板內；且上述有機光電轉換部形成於上述半導體基板之第1面側。
  13. 如請求項12之固體攝像裝置，其中於上述半導體基板之第2面側形成有多層配線層。
  14. 如請求項12之固體攝像裝置，其中上述有機光電轉換部進行綠色光之光電轉換；且於上述半導體基板內，積層有進行藍色光之光電轉換之無機光電轉換部、及進行紅色光之光電轉換之無機光電轉換部。
  15. 一種固體攝像裝置之製造方法，其係包含具有複數個像素且各像素含有1個或複數個有機光電轉換部之像素部之固體攝像裝置之製造方法；且於上述像素部設置有效像素區域、及光學黑色區域；於上述有效像素區域之上述有機光電轉換部中，依序形成第1電極、具有光電轉換功能之有機半導體層、及第2電極；於上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部中，依序形成上述第1電極、上述有機半導體層、上述第2電極、及遮光膜，且於上述有機半導體層之上述第2電極側形成緩衝膜。
  16. 如請求項15之固體攝像裝置之製造方法，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置保護膜；且將上述緩衝膜設置於上述第2電極與上述保護膜之間。
  17. 如請求項15之固體攝像裝置之製造方法，其中於上述第2電極與上述遮光膜之間設置保護膜；且將上述緩衝膜設置於上述保護膜與上述遮光膜之間。
  18. 如請求項15之固體攝像裝置之製造方法，其中將上述緩衝膜設置於上述有機半導體層與上述第2電極之間。
  19. 如請求項15之固體攝像裝置之製造方法，其中將上述緩衝膜設置於上述遮光膜上。
  20. 一種電子機器，其包含固體攝像裝置，該固體攝像裝置具有：像素部，其具備複數個像素且各像素含有1個或複數個有機光電轉換部；上述像素部具備有效像素區域、及光學黑色區域；上述光學黑色區域之上述有機光電轉換部於光入射側具有遮光膜及緩衝膜。
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