固体摄像装置的制造方法
固体摄像装置的制造方法
【专利说明】固体摄像装置
[0001]相关申请的参照:
[0002]本申请主张2014年3月4日申请的日本专利申请号2014 — 042132的优先权的利益，其日本专利申请的全部内容被引入本申请中。
技术领域
[0003]本实施方式一般涉及固体摄像装置。
【背景技术】
[0004]以往，固体摄像装置具备对入射的光进行光电变换的多个光电变换元件。在各光电变换元件的受光面侧，例如以2维状拜耳排列有选择性地使红色、蓝色、绿色中的某一色的光透射的滤色器。
[0005]该固体摄像装置近年来随着小型化进展，有对应于摄像图像的各像素的光电变换元件被微细化的倾向。与此相伴地，在固体摄像装置中，各光电变换元件的受光面的面积被缩小，因此受光灵敏度下降。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的课题是，提供一种能够提高受光灵敏度的固体摄像装置。
[0007]—个实施方式的固体摄像装置，具备:半导体层，设有对入射的光进行光电变换的多个光电变换元件；有机光电变换层，设置在上述半导体层的受光面侧，将规定波长区域的光吸收并进行光电变换，使上述规定波长区域以外的波长区域的光透射；以及微透镜，设置在隔着上述有机光电变换层而与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置，将入射的光向上述光电变换元件聚光。
[0008]根据上述构成的固体摄像装置，能够使受光灵敏度提高。
【附图说明】
[0009]图1是表示具备第一实施方式的固体摄像装置的数码摄像机的概略构成的框图。
[0010]图2是表示第一实施方式的固体摄像装置的概略构成的框图。
[0011]图3是示意地表示第一实施方式的像素阵列的上表面的说明图。
[0012]图4是表示图3所示的像素阵列的P— P'线处的剖面的说明图。
[0013]图5A?图是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造工序的剖面示意图。
[0014]图6A?图6C是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造工序的剖面示意图。
[0015]图7A?图7C是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造工序的剖面示意图。
[0016]图8是表示第一实施方式的像素阵列的构成的一部分的说明图。
[0017]图9是表示第二实施方式的像素阵列的构成的一部分的说明图。
[0018]图10是表示第三实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。
[0019]图11是示意地表示第四实施方式的像素阵列的平面的说明图。
[0020]图12是表示图11所示的像素阵列的Q — Q'线处的剖面的说明图。
[0021]图13是表示第五实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。
【具体实施方式】
[0022]根据本实施方式，提供一种固体摄像装置。固体摄像装置具备半导体层、有机光电变换层、和微透镜。半导体层设置将入射的光进行光电变换的多个光电变换兀件。有机光电变换层设置在上述半导体层的受光面侧，吸收规定波长区域的光并进行光电变换，使上述规定波长区域以外的波长区域的光透射。微透镜设置在隔着上述有机光电变换层而与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置上，将入射的光向上述光电变换元件聚光。
[0023]以下参照附图来详细说明实施方式的固体摄像装置以及固体摄像装置的制造方法。另外，并不通过这些实施方式来限定本发明。
[0024](第一实施方式)
[0025]图1是表示具备第一实施方式的固体摄像装置14的数码摄像机I的概略构成的框图。如图1所示，数码摄像机I具备摄像机模块11和后级处理部12。
[0026]摄像机模块11具备摄像光学系统13和固体摄像装置14。摄像光学系统13获取来自被摄体的光，使被摄体像成像。固体摄像装置14对由摄像光学系统13成像的被摄体像进行摄像，将通过摄像而得到的图像信号向后级处理部12输出。该摄像机模块11除了数码摄像机I以外，例如适用于带摄像机的便携式终端等电子设备。
[0027]后级处理部12具备ISP(Image Signal Processor) 15、存储部16以及显示部17。ISP15进行从固体摄像装置14输入的图像信号的信号处理。该ISP15进行例如去噪处理、缺陷像素修正处理、分辨率变换处理等高画质化处理。
[0028]此外，ISP15将信号处理后的图像信号向存储部16、显示部17以及摄像机模块11内的固体摄像装置14所具备的后述的信号处理电路21 (参照图2)输出。从ISP15向摄像机模块11反馈的图像信号被用于固体摄像装置14的调整或控制。
[0029]存储部16将从ISP15输入的图像信号作为图像而存储。此外，存储部16将所存储的图像的图像信号按照用户的操作等而向显示部17输出。显示部17按照从ISP15或存储部16输入的图像信号来显示图像。该显示部17例如是液晶显示器等。
[0030]接着，参照图2来说明摄像机模块I具备的固体摄像装置14。图2是表示第一实施方式的固体摄像装置14的概略构成的框图。如图2所示，固体摄像装置14具备图像传感器20和信号处理电路21。
[0031]这里，说明图像传感器20是对入射光进行光电变换的光电变换元件中与入射光入射的面相反的面侧形成有布线层的所谓背面照射型CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器的情况。
[0032]另外，第一实施方式的图像传感器20并不限定于背面照射型CMOS图像传感器，也可以是表面照射型CMOS图像传感器或CCD(电荷稱合器件,Charge Coupled Device)图像传感器等的任意的图像传感器。
[0033]图像传感器20具备周边电路22和像素阵列23。并且，周边电路22具备垂直移位寄存器24、定时控制部25、CDS (相关双采样)26、ADC (模拟数字变换部)27、以及线存储器28。
[0034]像素阵列23设置在图像传感器20的摄像区域。在该像素阵列23中，配置有与摄像图像的各像素相对应的多个光电变换元件。并且，像素阵列23的对应于各像素的各光电变换元件使与入射光量相应的信号电荷(例如电子)发生并蓄积。
[0035]定时控制部25是对垂直移位寄存器24输出作为动作定时的基准的脉冲信号的处理部。垂直移位寄存器24是将选择信号向像素阵列23输出的处理部，所述选择信号用于从配置的多个光电变换元件之中以行为单位依次选择用于读取信号电荷的光电变换元件。
[0036]像素阵列23将信号电荷作为表示各像素的亮度的像素信号，从光电变换元件向CDS26输出，所述信号电荷是通过从垂直移位寄存器24输入的选择信号而以行为单位选择的各光电变换元件中蓄积的信号电荷。
[0037]⑶S26是将从像素阵列23输入的像素信号通过相关双采样将噪声除去后向ADC27输出的处理部。ADC27是将从CDS26输入的模拟的像素信号变换为数字的像素信号后向线存储器28输出的处理部。线存储器28是将从ADC27输入的像素信号暂时保持、并按照像素阵列23中的光电变换元件的每行而向信号处理电路21输出像素信号的处理部。
[0038]信号处理电路21是对从线存储器28输入的像素信号进行规定的信号处理后向后级处理部12输出的处理部。信号处理电路21对像素信号进行例如镜头阴影修正、缺陷修正、降噪处理等信号处理。
[0039]这样，图像传感器20中，像素阵列23中配置的多个光电变换元件将入射光光电变换为与受光量相应的量的信号电荷并蓄积，周边电路22读取在各光电变换元件中蓄积的信号电荷作为像素信号，从而进行摄像。
[0040]该图像传感器20在对规定波长区域以外的波长区域的光(例如，蓝色光或红色光)进行受光而进行光电变换的光电变换元件的受光面侧，具有吸收规定波长区域的光(例如，绿色光)并进行光电变换、使规定波长区域以外的波长区域的光透射的有机光电变换层。
[0041]该有机光电变换层设置为将包含多个光电变换元件的受光面的区域整体覆盖。由此，在图像传感器20中，例如对绿色光进行光电变换的有机光电变换层的光入射的一侧的面整体成为绿色光用的受光面。从而，图像传感器20中，不需要将绿色光向有机光电变换层进行聚光的微透镜。
[0042]因此，图像传感器20中，能够将以往设有绿色光用微透镜的空间作为蓝色光用或红色光用微透镜的设置空间来使用。因此，图像传感器20中，在有机光电变换层的受光面侧设有将规定波长区域以外的波长区域的光(例如，蓝色光或红色光)向光电变换元件聚光的、与以往相比受光面积更大的微透镜。
[0043]根据该图像传感器20，例如通过有机光电变换层的受光面整体将绿色光受光，并且通过利用与以往相比受光面积更大的微透镜使红色光和蓝色光向光电变换元件聚光，能够提高受光灵敏度。
[0044]以下，对使受光灵敏度提高的像素阵列23更具体地进行说明。图3是示意地表示第一实施方式的像素阵列23的上表面的说明图。另外，图3中，为了明确位置关系，规定了相互正交的X轴、Y轴以及Z轴，并设Z轴正方向为铅垂朝上的方向。
[0045]如图3所示，像素阵列23中，半导体层 内的、将红色的光受光的光电变换元件5a和将蓝色的光受光的光电变换兀件5b被配置为在俯视中成为交错排列。
[0046]具体来说，俯视为矩形状的光电变换元件5a以矩阵状隔开规定的宽度地2维排列，在由各光电变换元件5a包围四周的区域的中心，分别配置俯视为矩形状的光电变换元件5b。
[0047]此外，在图3中，在表示将红色的光受光的光电变换元件5a的矩形内附加R的字符，在表不将蓝色的光受光的光电变换兀件5b的矩形内附加B的字符,使各光电变换兀件5a、5b的配置关系变得明确。另夕卜，以下，将对红色的光进行受光的光电变换兀件5a称为红色用光电变换元件5a，将对蓝色的光进行受光的光电变换元件5b称为蓝色用光电变换元件5b。
[0048]此外，像素阵列23在Z轴正方向上与红色用光电变换元件5a相对置的位置上设有将红色光选择性地透射的滤色器，在Z轴正方向上与蓝色用的光电变换元件5b相对置的位置上设有将蓝色光选择性地透射的滤色器。为了方便说明，这些滤色器未表示在图3中而表示在后述的图4中。
[0049]此外，如图3所示，像素阵列23在光电变换元件5a、5b的受光面50侧设有相当于第二透明电极的下部透明电极4。该下部透明电极4是将由后述的选择性地吸收绿色的光的有机光电变换层变换得到的信号电荷按照每I像素加以读取的像素电极。有机光电变换层在下部透明电极4的受光面上以覆盖各光电变换元件5a、5b的受光面50的方式设置为一片薄膜。
[0050]S卩，作为绿色的像素的下部透明电极4以及有机光电变换层被层叠在交错排列的作为红色的像素的光电变换元件5a以及作为蓝色的像素的光电变换元件5b的受光面50侧。
[0051]如图3所示，下部透明电极4形成为俯视矩形状，并且，下部透明电极4在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域在Z轴正方向上分别相对置的位置上，俯视时被蜂巢排列。具体来说，各下部透明电极4分别排列为，下部透明电极4的与Y轴方向平行的对角线相对于光电变换元件5a，5b的与X轴方向平行的边成90度。另外，图3中，在表示下部透明电极4的矩形内附加G的字符而示出下部透明电极4的配置关系。
[0052]对于如上述那样配置的各下部透明电极4而言，下部透明电极4的中心位于由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域的中心，下部透明电极4的各顶点位于光电变换元件5a、5b的受光面50上。即，对于下部透明电极4而言，下部透明电极4的四角的一部分与各光电变换元件5a、5b的受光面50的一部分重合。另外，光电变换元件5a、5b的受光面50称为，光电变换元件5a、5b的光入射的一侧的端面。
[0053]此外，如图3所示，对于像素阵列23而言，在有机光电变换层的受光面侧，使入射的光向各光电变换元件5a、5b聚光的微透镜3被设置在与各光电变换元件5a、5b的受光面50在Z轴正方向上分别相对置的位置。
[0054]具体来说，俯视呈圆状的微透镜3被设置为,俯视时将光电变换兀件5a、5b的受光面50包含在内(内包)。各微透镜3的光学中心分别处于各光电变换兀件5a、5b的受光面50的中心。将红色用的光电变换元件5a的受光面50内包的微透镜3的外周缘与将蓝色用的光电变换元件5b的受光面50内包的微透镜3的外周缘接触。即，微透镜3的俯视面积与光电变换元件5a、5b的受光面50的面积相比变大。
[0055]这样，在有机光电变换层的受光面侧设有用于将向红色用的光电变换元件5a入射的光聚光的微透镜3、和用于将向蓝色用的光电变换元件5b入射的光聚光的微透镜3。
[0056]该像素阵列23中，在下部透明电极4的受光面上以覆盖各光电变换元件5a、5b的受光面50的方式作为一片薄膜而设置有机光电变换层。因此，有机光电变换层能够容易地捕捉并感知向像素阵列23的受光面的整个面入射的光。即，在像素阵列23中，能够可靠地将红色、蓝色以及绿色的光中的绿色的光通过有机光电变换层来捕捉，因此不需要将绿色的光通过微透镜3来聚光。
[0057]另一方面，像素阵列23中，由于在半导体层内分布着红色用的光电变换元件5a和蓝色用的光电变换元件5b，所以为了将光向这些光电变换元件5a、5b聚光，需要红色的像素用的微透镜3和蓝色的像素用的微透镜3。因此，在像素阵列23中，在有机光电变换层的受光面侧，设置红色的像素用的微透镜3和蓝色的像素用的微透镜3。
[0058]由此，像素阵列23中，在有机光电变换层的受光面侧的微透镜3的铺设区域中，能够在红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置中充分地使用区域。由此，像素阵列23中，能够将设置在与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置上的微透镜3的设置面积设定得较大。
[0059]具体说明的话，在半导体层内红色、蓝色以及绿色的像素处于拜耳排列的像素阵列中，在与各像素对应的位置上设置微透镜，因此各微透镜处于与位于四周的微透镜接触的状态。即，微透镜不能增大为大于等于像素的受光面积。
[0060]另一方面，像素阵列23中，不需要绿色的像素用的微透镜，因此能够将在拜耳排列中在对角配置的2个绿色的像素的区域用于红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置。
[0061]因此，像素阵列23中，与设置在分别相对置于拜耳排列的各像素的位置上的微透镜相比，能够使用绿色2像素的占有区域，因此能够将微透镜3的设置面积设定为接近于约2倍的大小。由此，像素阵列23中，能够大幅地增加向各光电变换元件5a、5b的受光面50入射的光的量。
[0062]此外，像素阵列23中，在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域分别相对置的位置上，设置下部透明电极4，从而同一平面上没有光电变换元件5a、5b，因此能够将下部透明电极4的像素面积设定得较大。
[0063]具体来说，能够将下部透明电极4的四角重合到光电变换元件5a，5b的受光面50上，因此与各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积相比，能够将下部透明电极4的像素面积设定为接近于约2倍的大小。由此，像素阵列23中，能够增加将由有机光电变换层变换后的信号电荷读取的量。
[0064]此外，像素阵列23中，下部透明电极4以及有机光电变换层为绿色的像素，因此能够将半导体层内绿色的像素的设置所需的区域作为红色用的光电变换元件5a以及蓝色用的光电变换元件5b的设置区域来有效地利用。
[0065]这样，固体摄像装置14中，即使尺寸与红色、蓝色以及绿色的像素处于拜耳排列的像素阵列相同，通过设置作为绿色的像素的下部透明电极4以及有机光电变换层，与以往的固体摄像装置相比，也能够提高受光灵敏度。
[0066]接着，参照图4来说明第一实施方式的像素阵列23的剖面构造。图4是表示图3所示的像素阵列23的P — P'线处的剖面的说明图。
[0067]如图4所示，像素阵列23具备第一导电型(这里设为P型)的半导体(这里设为S1:硅)层51。在P型的Si层51的内部设有第二导电型(这里设为N型)的Si区域52。像素阵列23中，通过P型的Si层51与N型的Si区域52的PN结而形成的光电二极管成为上述的光电变换兀件5a、5b。
[0068]在P型的Si层51的光9入射侧的表面上，依次设置绝缘膜62以及由具有透光性的绝缘材料构成的绝缘层70。在绝缘层70的内部，埋设有选择性地透射红色光的滤色器7a、选择性地透射蓝色光的滤色器7b、和遮光部件63。
[0069]另外，在图4中，示出了像素阵列23中的滤色器7a被设置在光电变换元件5a的正上的位置的剖面，没有图示滤色器7b。关于滤色器7b，以下记载表示选择性地透射蓝色光的滤色器。
[0070]该滤色器7a、7b分别设置在与绝缘层70内的各光电变换兀件5a、5b的受光面50相对置的位置。具体来说，俯视为矩形状的滤色器7a设置为在绝缘膜62的上表面覆盖光电变换元件5a的受光面50整体。此外，俯视为矩形状的滤色器7b设置为在绝缘膜62的上表面覆盖光电变换元件5b的受光面50整体。
[0071 ] 遮光部件63分别设置在绝缘层70中的与由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域相对置的位置上。该遮光部件63抑制所谓的光学的混色，该光学的混色是由于相对微透镜3以倾斜方向穿过的光9向相邻的光电变换元件5a、5b的受光面50入射而引起的。
[0072]此外，绝缘层70的光9入射侧的表面上，依次设有下部透明电极4、有机光电变换层40以及相当于第一透明电极的上部透明电极41。另外，在下部透明电极4与下部透明电极4之间，设有用于将下部透明电极4作为I像素划分的绝缘膜45。
[0073]上述的下部透明电极(像素电极)4被设置为，在绝缘层70的、光9入射侧的表面，将下部透明电极4向P型的Si层51投影而形成的投影区域的周缘部在俯视中与光电变换元件5a、5b的受光面50的一部分重合。下部透明电极4例如至少透射红色、蓝色的波长区域的光9。
[0074]有机光电变换层40以在下部透明电极4的受光面上覆盖多个光电变换兀件5a、5b的受光面50的方式作为一片薄膜设置。有机光电变换层40例如吸收绿色的波长区域的光9，使与该光9相应的电荷发生，并至少透射红色、蓝色的波长区域的光9。
[0075]上部透明电极41以在有机光电变换层40的受光面上覆盖多个光电变换兀件5a、5b的受光面50的方式作为一片薄 膜设置。上部透明电极41例如至少透射红色、蓝色以及绿色的波长区域的光9。此外，上部透明电极41将从外部供给的偏置电压施加到有机光电变换层40。由此，在有机光电变换层40发生的电荷分别被聚集到各下部透明电极4。
[0076]此外，像素阵列23中，设有用于将由下部透明电极4聚集的电荷排出的接触插塞6、和用于将由接触插塞6排出的电荷加以保持的存储二极管53。接触插塞6由导电膜60和绝缘膜61构成。在P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面上，作为N型的Si区域形成存储二极管53。
[0077]接触插塞6埋设成为，位于由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域，从绝缘层70的光9入射侧的表面经由遮光部件63而向P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面延伸。
[0078]接触插塞6的上端与下部透明电极4的、与光9入射侧相反的一侧的表面电连接。接触插塞6的下端与存储二极管53电连接。
[0079]存储二极管53作为暂时保持由下部透明电极4聚集的电荷的电荷保持部而发挥功能。另外，保存在存储二极管53中的电荷被向后述的浮置扩散部传送。
[0080]这样，像素阵列23中，在P型的Si层51的由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域，分别设置接触插塞6以及存储二极管53。
[0081]此外，在上部透明电极41的受光面上，将上述的微透镜3设置在隔着将入射的光9向P型的Si层51侧引导的导波通路42而与各光电变换元件5a、5b的受光面50分别相对置的位置。
[0082]此外，像素阵列23在P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面上，依次设置有在内部具有多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32、粘接层31以及支持基板30。
[0083]多层布线33等是用于将蓄积在存储二极管53中的电荷作为像素信号向CDS26输出的构成的一部分。关于这些构成，参照图8而后述。
[0084]在该像素阵列23中，首先，由各微透镜3聚光的包含红色、蓝色以及绿色的波长区域在内的光9向有机光电变换层40入射。另外,有机光电变换层40也受理由各微透镜3包围的空间中穿过的、包含红色、蓝色以及绿色的波长区域在内的光9。
[0085]有机光电变换层40选择性地吸收绿色的波长区域的光9并进行光电变换，发生与其吸收的光9相应的电荷。通过将经由上部透明电极41从外部供给的偏置电压向有机光电变换层40施加，该电荷分别聚集到各下部透明电极4。被聚集到下部透明电极4的电荷经由接触插塞6向存储二极管53排出。
[0086]另一方面，包含红色以及蓝色的波长区域在内的光9透射有机光电变换层40，并分别入射到与各光电变换元件5a、5b对应设置的滤色器7a、7b中。滤色器7a选择性地透射红色的波长区域的光9。并且，光电变换元件5a将入射的红色的波长区域的光9光电变换，蓄积与入射光量相应的电荷。此外，滤色器7b选择性地透射蓝色的波长区域的光9。并且，光电变换兀件5b将入射的蓝色的波长区域的光9光电变换,蓄积与入射光量相应的电荷。
[0087]在第一实施方式的像素阵列23中，在P型的Si层51的受光面侧隔着滤色器7a、7b而设置有有机光电变换层40，该有机光电变换层40选择性地吸收微透镜3的聚光中不需要的绿色的波长区域的光。
[0088]由此，像素阵列23中，在有机光电变换层40的受光面侧的微透镜3的铺设区域中，能够在红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置中充分地使用区域。
[0089]因此，像素阵列23中，能够将设置在与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置上的微透镜3的设置面积设定得较大，能够大幅地增加向光电变换元件5a、5b的受光面50入射的光的量。
[0090]此外，像素阵列23中，在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域分别相对置的位置处设置下部透明电极4，从而能够将下部透明电极4的像素面积积设定得较大。由此，能够增加将有机光电变换层40变换后的信号电荷读取的量。
[0091]此外，像素阵列23中，能够将P型的Si层51内绿色的像素的设置所需要的区域，作为红色用的光电变换元件5a以及蓝色用的光电变换元件5b的设置区域来有效地利用。由此，能够增大各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积。
[0092]此外，像素阵列23中，在P型的Si层51内，光电变换元件5a、5b被配置为在俯视中为交错排列。因此，能够在P型的Si层51内的由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域中设置接触插塞6以及存储二极管53。
[0093]此外，像素阵列23中，俯视中、P型的Si层51内的接触插塞6以及存储二极管53的占有面积比各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积小。因此，能够利用P型的Si层51内的接触插塞6以及存储二极管53的周边的空白区域，来增大各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积。
[0094]接着，参照图5A?图5D，图6A?图6C以及图7A?图7C，来说明包含该像素阵列23的形成方法在内的固体摄像装置14的制造方法。另外，固体摄像装置14中的除像素阵列23以外的部分的制造方法与一般的CMOS图像传感器相同。因此，以下，对固体摄像装置14中的像素阵列23部分的制造方法进行说明。
[0095]图5A?图图6A?图6C以及图7A?图7C是表示第一实施方式的固体摄像装置14的制造工序的剖面示意图。如图5A所示，在制造像素阵列23的情况下，首先，在Si晶片(wafer)等的半导体基板43上，通过使掺杂了例如硼等P型杂质的Si层外延生长，来形成P型的Si层51。
[0096]接着，通过向P型的Si层51的光电变换元件5a、5b的形成位置离子注入例如磷等N型杂质来进行退火处理，从而在P型的Si层51内将N型的Si区域52以交错排列的方式配置。由此,像素阵列23中，通过P型的Si层51与N型的Si区域52之间的PN结，形成作为光电二极管的光电变换元件5a、5b。
[0097]之后，通过向P型的Si层51的内面离子注入例如磷等N型杂质来进行退火处理，从而形成存储二极管53以及后述的浮置扩散部等其他半导体区域。
[0098]接着，在P型的Si层51上，与多层布线33及读取用栅极34 —起形成绝缘层32。在该工序中，在P型的Si层51的上表面形成了读取用栅极34等之后，重复进行如下工序，即:形成氧化Si层的工序、在氧化Si层形成规定的布线图案的工序、以及向布线图案内埋入Cu等而形成多层布线33的工序。由此，形成在内部设置有多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32。
[0099]并且，在绝缘层32的上表面涂覆粘接剂而设置粘接层31，在粘接层31的上表面例如粘贴Si晶片等的支持基板30。之后，在使图5A所示的构造体的上下反转后，例如，通过研磨机等研磨装置将半导体基板43从背面侧(这里是上面侧)起研磨，进行薄化直到使半导体基板43成为规定的厚度。
[0100]并且,例如,通过CMP (Chemical Mechanical Polishing:化学机械抛光)将半导体基板43的背面侧进一步研磨，如图5B所示，使作为P型的Si层51的受光面的背面(这里是上表面)露出。
[0101]接着，如图5C所示，在P型的Si层51的上表面形成由例如SiN、Si02、Hf0、Ta0等透明的绝缘材料构成的绝缘膜62。并且，在该绝缘膜62的遮光部件63的形成位置，通过图案化形成由例如W、Al等金属构成的遮光部件63。
[0102]之后，在绝缘膜62的与各光电变换元件5a、5b的受光面50相对置的位置，使用红色滤色器用以及蓝色滤色器用的颜料或染料，通过光刻而形成滤色器7a、7b。
[0103]之后，如图所示，在绝缘膜62、滤色器7a、7b以及遮光部件63的表面，通过例如等离子体CVD (Chemical Vapor Deposit1n:化学汽相淀积)法,形成由例如Si02等的绝缘材料构成的绝缘层70。由此，滤色器7a、7b以及遮光部件63被埋入绝缘层70。
[0104]接着，如图6A所示，将接触插塞6 (参照图4)的形成位置处的绝缘层70、遮光部件63、绝缘膜62以及P型的Si层51通过例如RIE (Reactive 1n Etching:反应离子刻蚀)除去直到存储二极管53的上端，从而形成沟槽80。
[0105]通过该沟槽80的形成，在遮光部件63的表面中央形成贯通孔。并且，在沟槽80的内侧面通过例如CVD法，形成由例如SiN等的绝缘材料构成的绝缘膜61。
[0106]之后，如图6B所示，在由绝缘膜61覆盖内侧面的沟槽80的内部，通过例如CVD法，埋设由例如S1、W等的导电性材料构成的导电膜60。
[0107]接着，如图6C所示，在绝缘层70的上表面以及露出的接触插塞6的上表面，通过例如CVD法,形成由例如IT0(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)或ZnO等的透明的导电性材料构成的导电层46。
[0108]并且，如图7A所示，在导电层46的上表面涂覆例如抗蚀剂44，通过光刻，将作为下部透明电极4的形成位置的部分(参照图3以及图4)的抗蚀剂44残留，将其以外的抗蚀剂44除去。具体说明的话，抗蚀剂44具有在俯视中比光电变换元件5a、5b或滤色器7a、7b的受光面小的开口。
[ 0109]将该抗蚀剂44作为掩模使用，进行例如RIE，如图7B所示，将未被抗蚀剂44覆盖的部分的导电层46除去，形成下部透明电极4。之后，将作为掩模使用的抗蚀剂44除去。
[0110]并且，为了将下部透明电极4划定作为I个像素，在形成在下部透明电极4与下部透明电极4之间的开口通过例如CVD法形成绝缘膜45。这样，在下部透明电极4的、与光9入射侧相反的一侧的表面上连接接触插塞6。
[0111]之后，如图7C所示，在下部透明电极4的上表面，通过例如CVD法形成有机光电变换层40。该有机光电变换层40由具有选择性地吸收绿色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的有机物构成。之后，在有机光电变换层40的上表面，通过例如CVD法形成由例如IT0(Indium Tin Oxide)或ZnO等的透明的导电性材料构成的上部透明电极41。
[0112]并且，在上部透明电极41的上表面，形成由例如SiN等构成的导波通路42。之后，通过在导波通路42的与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置的上表面，将由例如丙烯酸系的有机化合物等构成微透镜3形成为俯视中将受光面50内包的大小，从而形成图4所示的像素阵列23。
[0113]这样，像素阵列23中，在P型的Si层51的受光面侧隔着滤色器7a、7b而形成选择性地吸收微透镜3的聚光中不需要的绿色的波长区域的光9的有机光电变换层40。
[0114]由此，像素阵列23中，在有机光电变换层40的受光面侧的微透镜3的铺设区域中，能够在红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置中确保充分的区域。
[0115]由此，像素阵列23中，能够将设置在与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置的微透镜3形成得较大，能够大幅地增加向光电变换元件5a、5b的受光面50入射的光的量。
[0116]此外，像素阵列23中，在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域分别相对置的位置上，形成下部透明电极4，从而能够使下部透明电极4增大。由此，能够增加将有机光电变换层40变换后的信号电荷读取的量。
[0117]此外，像素阵列23中，P型的Si层51内，光电变换元件5a、5b以在俯视中为交错排列的方式形成。由此，能够在P型的Si层51内的由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域中形成接触插塞6以及存储二极管53。
[0118]接着，参照图8来说明用于将从下部透明电极4经由接触插塞6保存到存储二极管53中的电荷、作为像素信号向CDS26输出的构成。
[0119]图8是表示第一实施方式的像素阵列23的构成的一部分的说明图。具体来说，图8示出了图4中埋设了多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32的部分。
[0120]如图8所示，像素阵列23在P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面上，隔着未图示的绝缘膜而设置例如读取用栅极(读取电极)64、复位用栅极65、地址用栅极66以及放大用栅极67。这些栅极通过例如多晶硅等形成。
[0121]此外，像素阵列23在P型的Si层51的内部的、与光9入射侧相反的一侧的面侧，形成上述的存储二极管53、浮置扩散部68、作为源极/漏极的N型扩散区域69a、69b、69c。存储二极管53、浮置扩散部68以及N型扩散区域69a、69b、69c分别形成在P型的Si层51中的比光电变换元件5a、5b的与受光面50相反的一面更靠下侧的区域。
[0122]读取用栅极64设置在存储二极管53与浮置扩散部68之间，由此构成传送晶体管。复位用栅极65设置在浮置扩散部68与N型扩散区域69a之间，由此构成复位晶体管。
[0123]地址用栅极66设置在N型扩散区域69a、69b之间，由此构成地址晶体管。放大用栅极67设置在N型扩散区域69b、69c之间，由此构成放大晶体管。
[0124]此外，浮置扩散部68上连接着向放大用栅极67连接的布线71，N型扩散区域69a上连接着漏极线72，N型扩散区域69c上连接着信号线73。另外，布线71、漏极线72以及信号线73相当于设置在绝缘层32中的多层布线33的一部分。
[0125]聚集在下部透明电极4的电荷经由接触插塞6而向存储二极管53排出。保持在存储二极管53中的电荷通过传送晶体管向浮置扩散部68传送。该传送动作通过向读取用栅极64供给控制信号来进行。
[0126]向浮置扩散部68传送的信号电荷通过放大晶体管而经由布线71作为与信号电荷的电荷量相应的放大信号被取出，并经由信号线73向CDS26输出。该输出动作通过向地址晶体管输入地址信号来进行。
[0127]另一方面，蓄积在光电变换兀件5a、5b中的电荷通过形成在P型的Si层51上的读取用栅极34传送，并经由设置在绝缘层32中的多层布线33向⑶S26输出。
[0128](第二实施方式)
[0129]接着说明第二实施方式。第一实施方式的像素阵列23中，通过使用读取用栅极64来进行从存储二极管53向浮置扩散部68的电荷传送动作。
[0130]第二实施方式的像素阵列23a中，不使用读取用栅极64，而通过放大晶体管进行从存储二极管53向浮置扩散部68的传送。关于这样的构成，参照图9来说明。
[0131]图9是表示第二实施方式的像素阵列23a的构成的一部分的说明图。另外，对于图9所示的构成要素中的、与图8所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予与图8所示的符号相同的符号，而省略其说明。
[0132]如图9所示，像素阵列23a除了未设置读取用栅极64这点、在接近于放大用栅极67的位置处设有接触插塞6这点、以及与浮置扩散部68邻接地设有存储二极管53这点以夕卜，是与图8所示的像素阵列23相同的构成。
[0133]聚集在下部透明电极4(图4参照)的电荷经由接触插塞6、将接触插塞6与布线71电连接的连接部(未图示)、布线71以及浮置扩散部68而向存储二极管53送出。另外，未图示的连接部被设置在图9所示的放大用栅极67的里侧。
[0134]并且，保存在存储二极管53中的电荷通过放大晶体管而向浮置扩散部68传送。该传送动作通过向放大用栅极67供给控制信号来进行。
[0135]向浮置扩散部68传送的信号电荷进一步通过放大晶体管而经由布线71，作为与信号电荷的电荷量相应的放大信号被取出，并经由信号线73向CDS26输出。该输出动作通过向地址晶体管输入地址信号来进行。
[0136]这样，像素阵列23a中，通过设为与浮置扩散部68邻接地设置存储二极管53的构成，不需要读取用栅极64，并能够抑制由读取用栅极64引起的噪声电荷的发生。
[0137]此外，像素阵列23a中，通过在接近于放大用栅极67的位置设置接触插塞6，能够利用一条布线71，进行从下部透明电极4向存储二极管53的电荷送出以及来自浮置扩散部68的信号的取出。
[0138](第三实施方式)
[0139]接着说明第三实施方式。第一实施方式的像素阵列23中，滤色器7a、7b设置在有机光电变换层40中的、与光9入射侧相反的一侧的位置。并不限定于该形态，滤色器也可以设置在有机光电变换层40中的光9入射侧的位置。
[0140]该情况下，在有机光电变换层40的受光面侧，设置将红色以及绿色的波长区域的光选择性地透射的黄色(Ye)的滤色器8a和将蓝色以及绿色的波长区域的光选择性地透射的青色(Cy)的滤色器Sb。即，像素阵列23b中使用补色型的滤色器8a、8b。
[0141]图10是表示第三实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。图10中，示出了背面照射型的图像传感器的像素阵列23b的示意性的剖面的一部分。另外，关于图10所示的构成要素中的、与图4所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予与图4所示的符号相同的符号，而省略其说明。
[0142]如图10所示，像素阵列23b中，在上部透明电极41中的、光9入射侧的表面，依次设置绝缘膜62、埋设有黄色的滤色器8a和青色的滤色器Sb的绝缘层70。
[0143]黄色的滤色器8a设置在绝缘层70中的与红色用的光电变换元件5a相对置的位置，青色的滤色器8b设置在绝缘层70中的与蓝色用的光电变换元件5b相对置的位置。
[0144]像素阵列23b中，透射黄色的滤色器8a的、红色以及绿色的波长区域的光9中的绿色的波长区域的光9被有机光电变换层40吸收。并且，透射有机光电变换层40的、红色的波长区域的光9向光电变换元件5a的受光面50入射。
[0145]此外，像素阵列23b中，透射青色的滤色器8b的、蓝色以及绿色的波长区域的光9中的绿色的波长区域的光9被有机光电变换层40吸收。并且，透射有机光电变换层40的、蓝色的波长区域的光9向光电变换元件5b的受光面50入射。
[0146]在具备第三实施方式的像素阵列23b的固体摄像装置14中，也与第一实施方式的像素阵列23同样地，将各像素的入射的光9的量及通过像素电极读取信号电荷的量增加，从而受:光灵敏度提闻。
[0147]此外，第三实施方式的像素阵列23b中，在有机光电变换层40的受光面侧形成滤色器8a、8b，从而能够简单地形成向绝缘层70埋入的滤色器8a、8b，能够容易地制造像素阵列 23b ο
[0148](第四实施方式)
[014 9]接着说明第四实施方式。第一实施方式的像素阵列23中，P型的Si层51内的俯视为矩形状的光电变换元件5a、5b，以俯视中为交错排列的方式被配置。并不限于该形态，P型的Si层51内的俯视为矩形状的光电变换元件5a、5b，也可以在俯视中成为等间隔地交替地蜂巢排列。
[0150]图11是示意地表示第四实施方式的像素阵列23c的上表面的说明图。如图11所示，像素阵列23c中，红色用的光电变换元件5a和蓝色用的光电变换元件5b在俯视中被等间隔地交替地蜂巢排列。并且，下部透明电极4a以及微透镜3a设置在与各光电变换元件5a、5b在Z轴正方向上分别相对置的位置上。
[0151]下部透明电极4a以覆盖各光电变换元件5a、5b的受光面50的方式形成为俯视矩形状，并配置为，下部透明电极4a的与Y轴方向平行的对角线相对于光电变换元件5a、5b的与X轴方向平行的对角线成90度。微透镜3a以收敛于下部透明电极4a内的方式在俯视中形成为圆状。
[0152]通过设为这样的构成，像素阵列23c中，与红色、蓝色、绿色的像素被拜耳排列的像素阵列相比，能够将红色的像素以及蓝色的像素增加为2倍，能够提高红色以及蓝色的像素的分辨率。
[0153]参照图12来说明像素阵列23c的剖面构造。图12是说明图11所示的像素阵列23c的Q — Q'线处的剖面的图。另外，关于图12所示的构成要素中的、与图4所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予与图4所示的符号相同的符号，来省略其说明。
[0154]像素阵列23c中，俯视为矩形状的光电变换元件5a、5b在俯视中被等间隔地交替地蜂巢排列，因此P型的Si层51内的各光电变换元件5a、5b之间变窄。
[0155]因此，该像素阵列23c中成为，在P型的Si层51内各光电变换元件5a、5b间设置的接触插塞6的下端没有设置存储二极管53的构成。即，该像素阵列23c中，采用了利用图9说明的、没有使用读取用栅极64的构成。
[0156]在具备第四实施方式的像素阵列23c的固体摄像装置14中，将红色的像素以及蓝色的像素在俯视中等间隔地交替地蜂巢排列，在与各像素相对置的位置分别设有显示绿色的下部透明电极(像素电极)4a，因此受光灵敏度提高。
[0157](第五实施方式)
[0158]接着说明第五实施方式。图13是表示第五实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。图13中示出了表面照射型的图像传感器的像素阵列23d的示意性的剖面的一部分。另外，关于图13所示的构成要素中的、与图4所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予图4所示的符号，省略其说明。
[0159]如图13所示，像素阵列23d除了将P型的Si层51设置在半导体基板43上这点、以及将设有多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32配置在P型的Si层51的受光面(上表面)侧这点以外，是与图4所示的像素阵列23相同的构成。
[0160]表面照射型的图像传感器的像素阵列23d中，透射滤色器7a、7b的光9经由埋设了多层布线33以及读取用栅极34等的绝缘层32，向各光电变换元件5a、5b的受光面50入射。
[0161]在具备第五实施方式的像素阵列23d的固体摄像装置14中，也与第一实施方式的像素阵列23同样地，将各像素中的入射的光9的量及由像素电极读取信号电荷的量增加，从而受:光灵敏度提闻。
[0162]另外，第一、第二、第三以及第五实施方式中，有机光电变换层40由具有选择性地吸收绿色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料构成，但并不限定于该构成。
[0163]有机光电变换层40也可以由具有选择性地吸收红色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料构成，也可以由具有选择性地吸收蓝色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料构成。
[0164]在有机光电变换层40是具有选择性地吸收红色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料的情况下，在绝缘层70的内部埋设有选择性地透射蓝色光的滤色器7和选择性地透射绿色光的滤色器7。
[0165]此外，在有机光电变换层40是具有选择性地吸收蓝色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料的情况下，在绝缘层70的内部埋设有选择性地透射红色光的滤色器7和选择性地透射绿色光的滤色器7。
[0166]此外，第一?第5实施方式中，将Si层51设为P型，将Si区域52设为N型，但也可以设为，将Si层51作为N型，将Si区域52作为P型来构成像素阵列23。该情况下，存储二极管53以及浮置扩散部68等的其他半导体区域作为P型构成。
[0167]对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例来提示的，并没有意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他多种形态实施，并且在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书记载的发明及其等价的范围中。
【主权项】
1.一种固体摄像装置，具备: 半导体层，设有对入射的光进行光电变换的多个光电变换元件； 有机光电变换层，设置在上述半导体层的受光面侧，吸收规定波长区域的光并进行光电变换，使上述规定波长区域以外的波长区域的光透射；以及 微透镜，设置在隔着上述有机光电变换层而与上述多个光电变换兀件的各受光面分别相对置的位置，将入射的光向上述光电变换元件聚光。2.如权利要求1所述的固体摄像装置， 上述有机光电变换层吸收与绿色对应的上述规定波长区域的光。3.如权利要求1所述的固体摄像装置，具备: 第一透明电极，设置在上述有机光电变换层的受光面侧；以及 多个第二透明电极，设置在上述有机光电变换层的、与受光面侧相反的面侧， 上述有机光电变换层以及上述第一透明电极设置为，覆盖包含上述多个光电变换元件的受光面侧在内的区域， 上述第二透明电极设置为，覆盖将该第二透明电极向上述半导体层投影而形成的投影区域的一部分所邻接的上述光电变换元件的受光面侧的一部分。4.如权利要求1所述的固体摄像装置， 上述微透镜的设置面积比所对置的上述光电变换元件的受光面的面积大。5.如权利要求3所述的固体摄像装置，还具备: 存储二极管，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的面侧，对由上述第二透明电极聚集的电荷进行保持； 接触插塞，埋设在上述半导体层内，将上述第二透明电极与上述存储二极管连接，将上述电荷从上述第二透明电极向上述存储二极管排出； 浮置扩散部，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的面侧，对从上述存储二极管传送的上述电荷进行蓄积；以及 读取用栅极，设置在上述半导体层的与受光面侧相反的表面侧，将上述电荷从上述存储二极管向上述浮置扩散部传送。6.如权利要求3所述的固体摄像装置， 俯视时，上述微透镜的中心位置与上述光电变换元件的中心位置一致，并且上述微透镜设置在从上述第二透明电极的中心位置偏离的位置。7.如权利要求1所述的固体摄像装置， 还具备滤色器，上述滤色器设置在上述半导体层与上述有机光电变换层之间的、与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置，将上述规定波长区域以外的波长区域的光透射。8.如权利要求1所述的固体摄像装置， 还具备遮光部件，上述遮光部件设置在上述半导体层中的、相邻的上述光电变换元件间的区域的、光入射的一侧，对光进行遮光。9.如权利要求3所述的固体摄像装置，还具备: 存储二极管，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的一侧，对由上述第二透明电极聚集的电荷进行保持； 浮置扩散部，与上述存储二极管邻接地设置，对从上述存储二极管传送的上述电荷进行蓄积；以及 放大晶体管，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的一侧，栅极经由布线与上述浮置扩散部连接，对蓄积在该浮置扩散部的电荷进行放大。10.如权利要求1所述的固体摄像装置， 还具备滤色器，上述滤色器设置在隔着绝缘膜而与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置，将上述规定波长区域的光、和比该规定波长区域短的波长区域的光或比该规定波长区域长的波长区域的光透射。11.如权利要求1所述的固体摄像装置，具备: 第一透明电极，设置在上述有机光电变换层的受光面侧；以及 多个第二透明电极，设置在上述有机光电变换层的与受光面侧相反的面侧， 上述有机光电变换层以及上述第一透明电极设置为，覆盖包含上述多个光电变换元件的受光面侧在内的区域， 上述第二透明电极设置在与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置。
【专利摘要】本发明提供一种能够提高受光灵敏度的固体摄像装置。根据实施方式，提供一种具备半导体层、有机光电变换层和微透镜的固体摄像装置。半导体层中设置多个光电变换元件。有机光电变换层设置在半导体层的受光面侧，吸收规定波长区域的光并进行光电变换，使规定波长区域以外的波长区域的光透射。微透镜设置在隔着有机光电变换层而与多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置上，将光向光电变换元件聚光。
【IPC分类】H01L27/146
【公开号】CN104900664
【申请号】CN201410439767
【发明人】杉浦裕树
【申请人】株式会社东芝
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年9月1日
【公告号】US20150255498
【专利说明】固体摄像装置
[0001]相关申请的参照:
[0002]本申请主张2014年3月4日申请的日本专利申请号2014 — 042132的优先权的利益，其日本专利申请的全部内容被引入本申请中。
技术领域
[0003]本实施方式一般涉及固体摄像装置。
【背景技术】
[0004]以往，固体摄像装置具备对入射的光进行光电变换的多个光电变换元件。在各光电变换元件的受光面侧，例如以2维状拜耳排列有选择性地使红色、蓝色、绿色中的某一色的光透射的滤色器。
[0005]该固体摄像装置近年来随着小型化进展，有对应于摄像图像的各像素的光电变换元件被微细化的倾向。与此相伴地，在固体摄像装置中，各光电变换元件的受光面的面积被缩小，因此受光灵敏度下降。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的课题是，提供一种能够提高受光灵敏度的固体摄像装置。
[0007]—个实施方式的固体摄像装置，具备:半导体层，设有对入射的光进行光电变换的多个光电变换元件；有机光电变换层，设置在上述半导体层的受光面侧，将规定波长区域的光吸收并进行光电变换，使上述规定波长区域以外的波长区域的光透射；以及微透镜，设置在隔着上述有机光电变换层而与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置，将入射的光向上述光电变换元件聚光。
[0008]根据上述构成的固体摄像装置，能够使受光灵敏度提高。
【附图说明】
[0009]图1是表示具备第一实施方式的固体摄像装置的数码摄像机的概略构成的框图。
[0010]图2是表示第一实施方式的固体摄像装置的概略构成的框图。
[0011]图3是示意地表示第一实施方式的像素阵列的上表面的说明图。
[0012]图4是表示图3所示的像素阵列的P— P'线处的剖面的说明图。
[0013]图5A?图是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造工序的剖面示意图。
[0014]图6A?图6C是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造工序的剖面示意图。
[0015]图7A?图7C是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造工序的剖面示意图。
[0016]图8是表示第一实施方式的像素阵列的构成的一部分的说明图。
[0017]图9是表示第二实施方式的像素阵列的构成的一部分的说明图。
[0018]图10是表示第三实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。
[0019]图11是示意地表示第四实施方式的像素阵列的平面的说明图。
[0020]图12是表示图11所示的像素阵列的Q — Q'线处的剖面的说明图。
[0021]图13是表示第五实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。
【具体实施方式】
[0022]根据本实施方式，提供一种固体摄像装置。固体摄像装置具备半导体层、有机光电变换层、和微透镜。半导体层设置将入射的光进行光电变换的多个光电变换兀件。有机光电变换层设置在上述半导体层的受光面侧，吸收规定波长区域的光并进行光电变换，使上述规定波长区域以外的波长区域的光透射。微透镜设置在隔着上述有机光电变换层而与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置上，将入射的光向上述光电变换元件聚光。
[0023]以下参照附图来详细说明实施方式的固体摄像装置以及固体摄像装置的制造方法。另外，并不通过这些实施方式来限定本发明。
[0024](第一实施方式)
[0025]图1是表示具备第一实施方式的固体摄像装置14的数码摄像机I的概略构成的框图。如图1所示，数码摄像机I具备摄像机模块11和后级处理部12。
[0026]摄像机模块11具备摄像光学系统13和固体摄像装置14。摄像光学系统13获取来自被摄体的光，使被摄体像成像。固体摄像装置14对由摄像光学系统13成像的被摄体像进行摄像，将通过摄像而得到的图像信号向后级处理部12输出。该摄像机模块11除了数码摄像机I以外，例如适用于带摄像机的便携式终端等电子设备。
[0027]后级处理部12具备ISP(Image Signal Processor) 15、存储部16以及显示部17。ISP15进行从固体摄像装置14输入的图像信号的信号处理。该ISP15进行例如去噪处理、缺陷像素修正处理、分辨率变换处理等高画质化处理。
[0028]此外，ISP15将信号处理后的图像信号向存储部16、显示部17以及摄像机模块11内的固体摄像装置14所具备的后述的信号处理电路21 (参照图2)输出。从ISP15向摄像机模块11反馈的图像信号被用于固体摄像装置14的调整或控制。
[0029]存储部16将从ISP15输入的图像信号作为图像而存储。此外，存储部16将所存储的图像的图像信号按照用户的操作等而向显示部17输出。显示部17按照从ISP15或存储部16输入的图像信号来显示图像。该显示部17例如是液晶显示器等。
[0030]接着，参照图2来说明摄像机模块I具备的固体摄像装置14。图2是表示第一实施方式的固体摄像装置14的概略构成的框图。如图2所示，固体摄像装置14具备图像传感器20和信号处理电路21。
[0031]这里，说明图像传感器20是对入射光进行光电变换的光电变换元件中与入射光入射的面相反的面侧形成有布线层的所谓背面照射型CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器的情况。
[0032]另外，第一实施方式的图像传感器20并不限定于背面照射型CMOS图像传感器，也可以是表面照射型CMOS图像传感器或CCD(电荷稱合器件,Charge Coupled Device)图像传感器等的任意的图像传感器。
[0033]图像传感器20具备周边电路22和像素阵列23。并且，周边电路22具备垂直移位寄存器24、定时控制部25、CDS (相关双采样)26、ADC (模拟数字变换部)27、以及线存储器28。
[0034]像素阵列23设置在图像传感器20的摄像区域。在该像素阵列23中，配置有与摄像图像的各像素相对应的多个光电变换元件。并且，像素阵列23的对应于各像素的各光电变换元件使与入射光量相应的信号电荷(例如电子)发生并蓄积。
[0035]定时控制部25是对垂直移位寄存器24输出作为动作定时的基准的脉冲信号的处理部。垂直移位寄存器24是将选择信号向像素阵列23输出的处理部，所述选择信号用于从配置的多个光电变换元件之中以行为单位依次选择用于读取信号电荷的光电变换元件。
[0036]像素阵列23将信号电荷作为表示各像素的亮度的像素信号，从光电变换元件向CDS26输出，所述信号电荷是通过从垂直移位寄存器24输入的选择信号而以行为单位选择的各光电变换元件中蓄积的信号电荷。
[0037]⑶S26是将从像素阵列23输入的像素信号通过相关双采样将噪声除去后向ADC27输出的处理部。ADC27是将从CDS26输入的模拟的像素信号变换为数字的像素信号后向线存储器28输出的处理部。线存储器28是将从ADC27输入的像素信号暂时保持、并按照像素阵列23中的光电变换元件的每行而向信号处理电路21输出像素信号的处理部。
[0038]信号处理电路21是对从线存储器28输入的像素信号进行规定的信号处理后向后级处理部12输出的处理部。信号处理电路21对像素信号进行例如镜头阴影修正、缺陷修正、降噪处理等信号处理。
[0039]这样，图像传感器20中，像素阵列23中配置的多个光电变换元件将入射光光电变换为与受光量相应的量的信号电荷并蓄积，周边电路22读取在各光电变换元件中蓄积的信号电荷作为像素信号，从而进行摄像。
[0040]该图像传感器20在对规定波长区域以外的波长区域的光(例如，蓝色光或红色光)进行受光而进行光电变换的光电变换元件的受光面侧，具有吸收规定波长区域的光(例如，绿色光)并进行光电变换、使规定波长区域以外的波长区域的光透射的有机光电变换层。
[0041]该有机光电变换层设置为将包含多个光电变换元件的受光面的区域整体覆盖。由此，在图像传感器20中，例如对绿色光进行光电变换的有机光电变换层的光入射的一侧的面整体成为绿色光用的受光面。从而，图像传感器20中，不需要将绿色光向有机光电变换层进行聚光的微透镜。
[0042]因此，图像传感器20中，能够将以往设有绿色光用微透镜的空间作为蓝色光用或红色光用微透镜的设置空间来使用。因此，图像传感器20中，在有机光电变换层的受光面侧设有将规定波长区域以外的波长区域的光(例如，蓝色光或红色光)向光电变换元件聚光的、与以往相比受光面积更大的微透镜。
[0043]根据该图像传感器20，例如通过有机光电变换层的受光面整体将绿色光受光，并且通过利用与以往相比受光面积更大的微透镜使红色光和蓝色光向光电变换元件聚光，能够提高受光灵敏度。
[0044]以下，对使受光灵敏度提高的像素阵列23更具体地进行说明。图3是示意地表示第一实施方式的像素阵列23的上表面的说明图。另外，图3中，为了明确位置关系，规定了相互正交的X轴、Y轴以及Z轴，并设Z轴正方向为铅垂朝上的方向。
[0045]如图3所示，像素阵列23中，半导体层 内的、将红色的光受光的光电变换元件5a和将蓝色的光受光的光电变换兀件5b被配置为在俯视中成为交错排列。
[0046]具体来说，俯视为矩形状的光电变换元件5a以矩阵状隔开规定的宽度地2维排列，在由各光电变换元件5a包围四周的区域的中心，分别配置俯视为矩形状的光电变换元件5b。
[0047]此外，在图3中，在表示将红色的光受光的光电变换元件5a的矩形内附加R的字符，在表不将蓝色的光受光的光电变换兀件5b的矩形内附加B的字符,使各光电变换兀件5a、5b的配置关系变得明确。另夕卜，以下，将对红色的光进行受光的光电变换兀件5a称为红色用光电变换元件5a，将对蓝色的光进行受光的光电变换元件5b称为蓝色用光电变换元件5b。
[0048]此外，像素阵列23在Z轴正方向上与红色用光电变换元件5a相对置的位置上设有将红色光选择性地透射的滤色器，在Z轴正方向上与蓝色用的光电变换元件5b相对置的位置上设有将蓝色光选择性地透射的滤色器。为了方便说明，这些滤色器未表示在图3中而表示在后述的图4中。
[0049]此外，如图3所示，像素阵列23在光电变换元件5a、5b的受光面50侧设有相当于第二透明电极的下部透明电极4。该下部透明电极4是将由后述的选择性地吸收绿色的光的有机光电变换层变换得到的信号电荷按照每I像素加以读取的像素电极。有机光电变换层在下部透明电极4的受光面上以覆盖各光电变换元件5a、5b的受光面50的方式设置为一片薄膜。
[0050]S卩，作为绿色的像素的下部透明电极4以及有机光电变换层被层叠在交错排列的作为红色的像素的光电变换元件5a以及作为蓝色的像素的光电变换元件5b的受光面50侧。
[0051]如图3所示，下部透明电极4形成为俯视矩形状，并且，下部透明电极4在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域在Z轴正方向上分别相对置的位置上，俯视时被蜂巢排列。具体来说，各下部透明电极4分别排列为，下部透明电极4的与Y轴方向平行的对角线相对于光电变换元件5a，5b的与X轴方向平行的边成90度。另外，图3中，在表示下部透明电极4的矩形内附加G的字符而示出下部透明电极4的配置关系。
[0052]对于如上述那样配置的各下部透明电极4而言，下部透明电极4的中心位于由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域的中心，下部透明电极4的各顶点位于光电变换元件5a、5b的受光面50上。即，对于下部透明电极4而言，下部透明电极4的四角的一部分与各光电变换元件5a、5b的受光面50的一部分重合。另外，光电变换元件5a、5b的受光面50称为，光电变换元件5a、5b的光入射的一侧的端面。
[0053]此外，如图3所示，对于像素阵列23而言，在有机光电变换层的受光面侧，使入射的光向各光电变换元件5a、5b聚光的微透镜3被设置在与各光电变换元件5a、5b的受光面50在Z轴正方向上分别相对置的位置。
[0054]具体来说，俯视呈圆状的微透镜3被设置为,俯视时将光电变换兀件5a、5b的受光面50包含在内(内包)。各微透镜3的光学中心分别处于各光电变换兀件5a、5b的受光面50的中心。将红色用的光电变换元件5a的受光面50内包的微透镜3的外周缘与将蓝色用的光电变换元件5b的受光面50内包的微透镜3的外周缘接触。即，微透镜3的俯视面积与光电变换元件5a、5b的受光面50的面积相比变大。
[0055]这样，在有机光电变换层的受光面侧设有用于将向红色用的光电变换元件5a入射的光聚光的微透镜3、和用于将向蓝色用的光电变换元件5b入射的光聚光的微透镜3。
[0056]该像素阵列23中，在下部透明电极4的受光面上以覆盖各光电变换元件5a、5b的受光面50的方式作为一片薄膜而设置有机光电变换层。因此，有机光电变换层能够容易地捕捉并感知向像素阵列23的受光面的整个面入射的光。即，在像素阵列23中，能够可靠地将红色、蓝色以及绿色的光中的绿色的光通过有机光电变换层来捕捉，因此不需要将绿色的光通过微透镜3来聚光。
[0057]另一方面，像素阵列23中，由于在半导体层内分布着红色用的光电变换元件5a和蓝色用的光电变换元件5b，所以为了将光向这些光电变换元件5a、5b聚光，需要红色的像素用的微透镜3和蓝色的像素用的微透镜3。因此，在像素阵列23中，在有机光电变换层的受光面侧，设置红色的像素用的微透镜3和蓝色的像素用的微透镜3。
[0058]由此，像素阵列23中，在有机光电变换层的受光面侧的微透镜3的铺设区域中，能够在红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置中充分地使用区域。由此，像素阵列23中，能够将设置在与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置上的微透镜3的设置面积设定得较大。
[0059]具体说明的话，在半导体层内红色、蓝色以及绿色的像素处于拜耳排列的像素阵列中，在与各像素对应的位置上设置微透镜，因此各微透镜处于与位于四周的微透镜接触的状态。即，微透镜不能增大为大于等于像素的受光面积。
[0060]另一方面，像素阵列23中，不需要绿色的像素用的微透镜，因此能够将在拜耳排列中在对角配置的2个绿色的像素的区域用于红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置。
[0061]因此，像素阵列23中，与设置在分别相对置于拜耳排列的各像素的位置上的微透镜相比，能够使用绿色2像素的占有区域，因此能够将微透镜3的设置面积设定为接近于约2倍的大小。由此，像素阵列23中，能够大幅地增加向各光电变换元件5a、5b的受光面50入射的光的量。
[0062]此外，像素阵列23中，在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域分别相对置的位置上，设置下部透明电极4，从而同一平面上没有光电变换元件5a、5b，因此能够将下部透明电极4的像素面积设定得较大。
[0063]具体来说，能够将下部透明电极4的四角重合到光电变换元件5a，5b的受光面50上，因此与各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积相比，能够将下部透明电极4的像素面积设定为接近于约2倍的大小。由此，像素阵列23中，能够增加将由有机光电变换层变换后的信号电荷读取的量。
[0064]此外，像素阵列23中，下部透明电极4以及有机光电变换层为绿色的像素，因此能够将半导体层内绿色的像素的设置所需的区域作为红色用的光电变换元件5a以及蓝色用的光电变换元件5b的设置区域来有效地利用。
[0065]这样，固体摄像装置14中，即使尺寸与红色、蓝色以及绿色的像素处于拜耳排列的像素阵列相同，通过设置作为绿色的像素的下部透明电极4以及有机光电变换层，与以往的固体摄像装置相比，也能够提高受光灵敏度。
[0066]接着，参照图4来说明第一实施方式的像素阵列23的剖面构造。图4是表示图3所示的像素阵列23的P — P'线处的剖面的说明图。
[0067]如图4所示，像素阵列23具备第一导电型(这里设为P型)的半导体(这里设为S1:硅)层51。在P型的Si层51的内部设有第二导电型(这里设为N型)的Si区域52。像素阵列23中，通过P型的Si层51与N型的Si区域52的PN结而形成的光电二极管成为上述的光电变换兀件5a、5b。
[0068]在P型的Si层51的光9入射侧的表面上，依次设置绝缘膜62以及由具有透光性的绝缘材料构成的绝缘层70。在绝缘层70的内部，埋设有选择性地透射红色光的滤色器7a、选择性地透射蓝色光的滤色器7b、和遮光部件63。
[0069]另外，在图4中，示出了像素阵列23中的滤色器7a被设置在光电变换元件5a的正上的位置的剖面，没有图示滤色器7b。关于滤色器7b，以下记载表示选择性地透射蓝色光的滤色器。
[0070]该滤色器7a、7b分别设置在与绝缘层70内的各光电变换兀件5a、5b的受光面50相对置的位置。具体来说，俯视为矩形状的滤色器7a设置为在绝缘膜62的上表面覆盖光电变换元件5a的受光面50整体。此外，俯视为矩形状的滤色器7b设置为在绝缘膜62的上表面覆盖光电变换元件5b的受光面50整体。
[0071 ] 遮光部件63分别设置在绝缘层70中的与由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域相对置的位置上。该遮光部件63抑制所谓的光学的混色，该光学的混色是由于相对微透镜3以倾斜方向穿过的光9向相邻的光电变换元件5a、5b的受光面50入射而引起的。
[0072]此外，绝缘层70的光9入射侧的表面上，依次设有下部透明电极4、有机光电变换层40以及相当于第一透明电极的上部透明电极41。另外，在下部透明电极4与下部透明电极4之间，设有用于将下部透明电极4作为I像素划分的绝缘膜45。
[0073]上述的下部透明电极(像素电极)4被设置为，在绝缘层70的、光9入射侧的表面，将下部透明电极4向P型的Si层51投影而形成的投影区域的周缘部在俯视中与光电变换元件5a、5b的受光面50的一部分重合。下部透明电极4例如至少透射红色、蓝色的波长区域的光9。
[0074]有机光电变换层40以在下部透明电极4的受光面上覆盖多个光电变换兀件5a、5b的受光面50的方式作为一片薄膜设置。有机光电变换层40例如吸收绿色的波长区域的光9，使与该光9相应的电荷发生，并至少透射红色、蓝色的波长区域的光9。
[0075]上部透明电极41以在有机光电变换层40的受光面上覆盖多个光电变换兀件5a、5b的受光面50的方式作为一片薄 膜设置。上部透明电极41例如至少透射红色、蓝色以及绿色的波长区域的光9。此外，上部透明电极41将从外部供给的偏置电压施加到有机光电变换层40。由此，在有机光电变换层40发生的电荷分别被聚集到各下部透明电极4。
[0076]此外，像素阵列23中，设有用于将由下部透明电极4聚集的电荷排出的接触插塞6、和用于将由接触插塞6排出的电荷加以保持的存储二极管53。接触插塞6由导电膜60和绝缘膜61构成。在P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面上，作为N型的Si区域形成存储二极管53。
[0077]接触插塞6埋设成为，位于由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域，从绝缘层70的光9入射侧的表面经由遮光部件63而向P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面延伸。
[0078]接触插塞6的上端与下部透明电极4的、与光9入射侧相反的一侧的表面电连接。接触插塞6的下端与存储二极管53电连接。
[0079]存储二极管53作为暂时保持由下部透明电极4聚集的电荷的电荷保持部而发挥功能。另外，保存在存储二极管53中的电荷被向后述的浮置扩散部传送。
[0080]这样，像素阵列23中，在P型的Si层51的由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域，分别设置接触插塞6以及存储二极管53。
[0081]此外，在上部透明电极41的受光面上，将上述的微透镜3设置在隔着将入射的光9向P型的Si层51侧引导的导波通路42而与各光电变换元件5a、5b的受光面50分别相对置的位置。
[0082]此外，像素阵列23在P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面上，依次设置有在内部具有多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32、粘接层31以及支持基板30。
[0083]多层布线33等是用于将蓄积在存储二极管53中的电荷作为像素信号向CDS26输出的构成的一部分。关于这些构成，参照图8而后述。
[0084]在该像素阵列23中，首先，由各微透镜3聚光的包含红色、蓝色以及绿色的波长区域在内的光9向有机光电变换层40入射。另外,有机光电变换层40也受理由各微透镜3包围的空间中穿过的、包含红色、蓝色以及绿色的波长区域在内的光9。
[0085]有机光电变换层40选择性地吸收绿色的波长区域的光9并进行光电变换，发生与其吸收的光9相应的电荷。通过将经由上部透明电极41从外部供给的偏置电压向有机光电变换层40施加，该电荷分别聚集到各下部透明电极4。被聚集到下部透明电极4的电荷经由接触插塞6向存储二极管53排出。
[0086]另一方面，包含红色以及蓝色的波长区域在内的光9透射有机光电变换层40，并分别入射到与各光电变换元件5a、5b对应设置的滤色器7a、7b中。滤色器7a选择性地透射红色的波长区域的光9。并且，光电变换元件5a将入射的红色的波长区域的光9光电变换，蓄积与入射光量相应的电荷。此外，滤色器7b选择性地透射蓝色的波长区域的光9。并且，光电变换兀件5b将入射的蓝色的波长区域的光9光电变换,蓄积与入射光量相应的电荷。
[0087]在第一实施方式的像素阵列23中，在P型的Si层51的受光面侧隔着滤色器7a、7b而设置有有机光电变换层40，该有机光电变换层40选择性地吸收微透镜3的聚光中不需要的绿色的波长区域的光。
[0088]由此，像素阵列23中，在有机光电变换层40的受光面侧的微透镜3的铺设区域中，能够在红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置中充分地使用区域。
[0089]因此，像素阵列23中，能够将设置在与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置上的微透镜3的设置面积设定得较大，能够大幅地增加向光电变换元件5a、5b的受光面50入射的光的量。
[0090]此外，像素阵列23中，在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域分别相对置的位置处设置下部透明电极4，从而能够将下部透明电极4的像素面积积设定得较大。由此，能够增加将有机光电变换层40变换后的信号电荷读取的量。
[0091]此外，像素阵列23中，能够将P型的Si层51内绿色的像素的设置所需要的区域，作为红色用的光电变换元件5a以及蓝色用的光电变换元件5b的设置区域来有效地利用。由此，能够增大各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积。
[0092]此外，像素阵列23中，在P型的Si层51内，光电变换元件5a、5b被配置为在俯视中为交错排列。因此，能够在P型的Si层51内的由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域中设置接触插塞6以及存储二极管53。
[0093]此外，像素阵列23中，俯视中、P型的Si层51内的接触插塞6以及存储二极管53的占有面积比各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积小。因此，能够利用P型的Si层51内的接触插塞6以及存储二极管53的周边的空白区域，来增大各光电变换元件5a、5b的受光面50的面积。
[0094]接着，参照图5A?图5D，图6A?图6C以及图7A?图7C，来说明包含该像素阵列23的形成方法在内的固体摄像装置14的制造方法。另外，固体摄像装置14中的除像素阵列23以外的部分的制造方法与一般的CMOS图像传感器相同。因此，以下，对固体摄像装置14中的像素阵列23部分的制造方法进行说明。
[0095]图5A?图图6A?图6C以及图7A?图7C是表示第一实施方式的固体摄像装置14的制造工序的剖面示意图。如图5A所示，在制造像素阵列23的情况下，首先，在Si晶片(wafer)等的半导体基板43上，通过使掺杂了例如硼等P型杂质的Si层外延生长，来形成P型的Si层51。
[0096]接着，通过向P型的Si层51的光电变换元件5a、5b的形成位置离子注入例如磷等N型杂质来进行退火处理，从而在P型的Si层51内将N型的Si区域52以交错排列的方式配置。由此,像素阵列23中，通过P型的Si层51与N型的Si区域52之间的PN结，形成作为光电二极管的光电变换元件5a、5b。
[0097]之后，通过向P型的Si层51的内面离子注入例如磷等N型杂质来进行退火处理，从而形成存储二极管53以及后述的浮置扩散部等其他半导体区域。
[0098]接着，在P型的Si层51上，与多层布线33及读取用栅极34 —起形成绝缘层32。在该工序中，在P型的Si层51的上表面形成了读取用栅极34等之后，重复进行如下工序，即:形成氧化Si层的工序、在氧化Si层形成规定的布线图案的工序、以及向布线图案内埋入Cu等而形成多层布线33的工序。由此，形成在内部设置有多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32。
[0099]并且，在绝缘层32的上表面涂覆粘接剂而设置粘接层31，在粘接层31的上表面例如粘贴Si晶片等的支持基板30。之后，在使图5A所示的构造体的上下反转后，例如，通过研磨机等研磨装置将半导体基板43从背面侧(这里是上面侧)起研磨，进行薄化直到使半导体基板43成为规定的厚度。
[0100]并且,例如,通过CMP (Chemical Mechanical Polishing:化学机械抛光)将半导体基板43的背面侧进一步研磨，如图5B所示，使作为P型的Si层51的受光面的背面(这里是上表面)露出。
[0101]接着，如图5C所示，在P型的Si层51的上表面形成由例如SiN、Si02、Hf0、Ta0等透明的绝缘材料构成的绝缘膜62。并且，在该绝缘膜62的遮光部件63的形成位置，通过图案化形成由例如W、Al等金属构成的遮光部件63。
[0102]之后，在绝缘膜62的与各光电变换元件5a、5b的受光面50相对置的位置，使用红色滤色器用以及蓝色滤色器用的颜料或染料，通过光刻而形成滤色器7a、7b。
[0103]之后，如图所示，在绝缘膜62、滤色器7a、7b以及遮光部件63的表面，通过例如等离子体CVD (Chemical Vapor Deposit1n:化学汽相淀积)法,形成由例如Si02等的绝缘材料构成的绝缘层70。由此，滤色器7a、7b以及遮光部件63被埋入绝缘层70。
[0104]接着，如图6A所示，将接触插塞6 (参照图4)的形成位置处的绝缘层70、遮光部件63、绝缘膜62以及P型的Si层51通过例如RIE (Reactive 1n Etching:反应离子刻蚀)除去直到存储二极管53的上端，从而形成沟槽80。
[0105]通过该沟槽80的形成，在遮光部件63的表面中央形成贯通孔。并且，在沟槽80的内侧面通过例如CVD法，形成由例如SiN等的绝缘材料构成的绝缘膜61。
[0106]之后，如图6B所示，在由绝缘膜61覆盖内侧面的沟槽80的内部，通过例如CVD法，埋设由例如S1、W等的导电性材料构成的导电膜60。
[0107]接着，如图6C所示，在绝缘层70的上表面以及露出的接触插塞6的上表面，通过例如CVD法,形成由例如IT0(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)或ZnO等的透明的导电性材料构成的导电层46。
[0108]并且，如图7A所示，在导电层46的上表面涂覆例如抗蚀剂44，通过光刻，将作为下部透明电极4的形成位置的部分(参照图3以及图4)的抗蚀剂44残留，将其以外的抗蚀剂44除去。具体说明的话，抗蚀剂44具有在俯视中比光电变换元件5a、5b或滤色器7a、7b的受光面小的开口。
[ 0109]将该抗蚀剂44作为掩模使用，进行例如RIE，如图7B所示，将未被抗蚀剂44覆盖的部分的导电层46除去，形成下部透明电极4。之后，将作为掩模使用的抗蚀剂44除去。
[0110]并且，为了将下部透明电极4划定作为I个像素，在形成在下部透明电极4与下部透明电极4之间的开口通过例如CVD法形成绝缘膜45。这样，在下部透明电极4的、与光9入射侧相反的一侧的表面上连接接触插塞6。
[0111]之后，如图7C所示，在下部透明电极4的上表面，通过例如CVD法形成有机光电变换层40。该有机光电变换层40由具有选择性地吸收绿色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的有机物构成。之后，在有机光电变换层40的上表面，通过例如CVD法形成由例如IT0(Indium Tin Oxide)或ZnO等的透明的导电性材料构成的上部透明电极41。
[0112]并且，在上部透明电极41的上表面，形成由例如SiN等构成的导波通路42。之后，通过在导波通路42的与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置的上表面，将由例如丙烯酸系的有机化合物等构成微透镜3形成为俯视中将受光面50内包的大小，从而形成图4所示的像素阵列23。
[0113]这样，像素阵列23中，在P型的Si层51的受光面侧隔着滤色器7a、7b而形成选择性地吸收微透镜3的聚光中不需要的绿色的波长区域的光9的有机光电变换层40。
[0114]由此，像素阵列23中，在有机光电变换层40的受光面侧的微透镜3的铺设区域中，能够在红色的像素用的微透镜3以及蓝色的像素用的微透镜3的设置中确保充分的区域。
[0115]由此，像素阵列23中，能够将设置在与各光电变换元件5a、5b分别相对置的位置的微透镜3形成得较大，能够大幅地增加向光电变换元件5a、5b的受光面50入射的光的量。
[0116]此外，像素阵列23中，在与各光电变换元件5a、5b包围四周的区域分别相对置的位置上，形成下部透明电极4，从而能够使下部透明电极4增大。由此，能够增加将有机光电变换层40变换后的信号电荷读取的量。
[0117]此外，像素阵列23中，P型的Si层51内，光电变换元件5a、5b以在俯视中为交错排列的方式形成。由此，能够在P型的Si层51内的由各光电变换元件5a、5b包围四周的区域中形成接触插塞6以及存储二极管53。
[0118]接着，参照图8来说明用于将从下部透明电极4经由接触插塞6保存到存储二极管53中的电荷、作为像素信号向CDS26输出的构成。
[0119]图8是表示第一实施方式的像素阵列23的构成的一部分的说明图。具体来说，图8示出了图4中埋设了多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32的部分。
[0120]如图8所示，像素阵列23在P型的Si层51的、与光9入射侧相反的一侧的表面上，隔着未图示的绝缘膜而设置例如读取用栅极(读取电极)64、复位用栅极65、地址用栅极66以及放大用栅极67。这些栅极通过例如多晶硅等形成。
[0121]此外，像素阵列23在P型的Si层51的内部的、与光9入射侧相反的一侧的面侧，形成上述的存储二极管53、浮置扩散部68、作为源极/漏极的N型扩散区域69a、69b、69c。存储二极管53、浮置扩散部68以及N型扩散区域69a、69b、69c分别形成在P型的Si层51中的比光电变换元件5a、5b的与受光面50相反的一面更靠下侧的区域。
[0122]读取用栅极64设置在存储二极管53与浮置扩散部68之间，由此构成传送晶体管。复位用栅极65设置在浮置扩散部68与N型扩散区域69a之间，由此构成复位晶体管。
[0123]地址用栅极66设置在N型扩散区域69a、69b之间，由此构成地址晶体管。放大用栅极67设置在N型扩散区域69b、69c之间，由此构成放大晶体管。
[0124]此外，浮置扩散部68上连接着向放大用栅极67连接的布线71，N型扩散区域69a上连接着漏极线72，N型扩散区域69c上连接着信号线73。另外，布线71、漏极线72以及信号线73相当于设置在绝缘层32中的多层布线33的一部分。
[0125]聚集在下部透明电极4的电荷经由接触插塞6而向存储二极管53排出。保持在存储二极管53中的电荷通过传送晶体管向浮置扩散部68传送。该传送动作通过向读取用栅极64供给控制信号来进行。
[0126]向浮置扩散部68传送的信号电荷通过放大晶体管而经由布线71作为与信号电荷的电荷量相应的放大信号被取出，并经由信号线73向CDS26输出。该输出动作通过向地址晶体管输入地址信号来进行。
[0127]另一方面，蓄积在光电变换兀件5a、5b中的电荷通过形成在P型的Si层51上的读取用栅极34传送，并经由设置在绝缘层32中的多层布线33向⑶S26输出。
[0128](第二实施方式)
[0129]接着说明第二实施方式。第一实施方式的像素阵列23中，通过使用读取用栅极64来进行从存储二极管53向浮置扩散部68的电荷传送动作。
[0130]第二实施方式的像素阵列23a中，不使用读取用栅极64，而通过放大晶体管进行从存储二极管53向浮置扩散部68的传送。关于这样的构成，参照图9来说明。
[0131]图9是表示第二实施方式的像素阵列23a的构成的一部分的说明图。另外，对于图9所示的构成要素中的、与图8所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予与图8所示的符号相同的符号，而省略其说明。
[0132]如图9所示，像素阵列23a除了未设置读取用栅极64这点、在接近于放大用栅极67的位置处设有接触插塞6这点、以及与浮置扩散部68邻接地设有存储二极管53这点以夕卜，是与图8所示的像素阵列23相同的构成。
[0133]聚集在下部透明电极4(图4参照)的电荷经由接触插塞6、将接触插塞6与布线71电连接的连接部(未图示)、布线71以及浮置扩散部68而向存储二极管53送出。另外，未图示的连接部被设置在图9所示的放大用栅极67的里侧。
[0134]并且，保存在存储二极管53中的电荷通过放大晶体管而向浮置扩散部68传送。该传送动作通过向放大用栅极67供给控制信号来进行。
[0135]向浮置扩散部68传送的信号电荷进一步通过放大晶体管而经由布线71，作为与信号电荷的电荷量相应的放大信号被取出，并经由信号线73向CDS26输出。该输出动作通过向地址晶体管输入地址信号来进行。
[0136]这样，像素阵列23a中，通过设为与浮置扩散部68邻接地设置存储二极管53的构成，不需要读取用栅极64，并能够抑制由读取用栅极64引起的噪声电荷的发生。
[0137]此外，像素阵列23a中，通过在接近于放大用栅极67的位置设置接触插塞6，能够利用一条布线71，进行从下部透明电极4向存储二极管53的电荷送出以及来自浮置扩散部68的信号的取出。
[0138](第三实施方式)
[0139]接着说明第三实施方式。第一实施方式的像素阵列23中，滤色器7a、7b设置在有机光电变换层40中的、与光9入射侧相反的一侧的位置。并不限定于该形态，滤色器也可以设置在有机光电变换层40中的光9入射侧的位置。
[0140]该情况下，在有机光电变换层40的受光面侧，设置将红色以及绿色的波长区域的光选择性地透射的黄色(Ye)的滤色器8a和将蓝色以及绿色的波长区域的光选择性地透射的青色(Cy)的滤色器Sb。即，像素阵列23b中使用补色型的滤色器8a、8b。
[0141]图10是表示第三实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。图10中，示出了背面照射型的图像传感器的像素阵列23b的示意性的剖面的一部分。另外，关于图10所示的构成要素中的、与图4所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予与图4所示的符号相同的符号，而省略其说明。
[0142]如图10所示，像素阵列23b中，在上部透明电极41中的、光9入射侧的表面，依次设置绝缘膜62、埋设有黄色的滤色器8a和青色的滤色器Sb的绝缘层70。
[0143]黄色的滤色器8a设置在绝缘层70中的与红色用的光电变换元件5a相对置的位置，青色的滤色器8b设置在绝缘层70中的与蓝色用的光电变换元件5b相对置的位置。
[0144]像素阵列23b中，透射黄色的滤色器8a的、红色以及绿色的波长区域的光9中的绿色的波长区域的光9被有机光电变换层40吸收。并且，透射有机光电变换层40的、红色的波长区域的光9向光电变换元件5a的受光面50入射。
[0145]此外，像素阵列23b中，透射青色的滤色器8b的、蓝色以及绿色的波长区域的光9中的绿色的波长区域的光9被有机光电变换层40吸收。并且，透射有机光电变换层40的、蓝色的波长区域的光9向光电变换元件5b的受光面50入射。
[0146]在具备第三实施方式的像素阵列23b的固体摄像装置14中，也与第一实施方式的像素阵列23同样地，将各像素的入射的光9的量及通过像素电极读取信号电荷的量增加，从而受:光灵敏度提闻。
[0147]此外，第三实施方式的像素阵列23b中，在有机光电变换层40的受光面侧形成滤色器8a、8b，从而能够简单地形成向绝缘层70埋入的滤色器8a、8b，能够容易地制造像素阵列 23b ο
[0148](第四实施方式)
[014 9]接着说明第四实施方式。第一实施方式的像素阵列23中，P型的Si层51内的俯视为矩形状的光电变换元件5a、5b，以俯视中为交错排列的方式被配置。并不限于该形态，P型的Si层51内的俯视为矩形状的光电变换元件5a、5b，也可以在俯视中成为等间隔地交替地蜂巢排列。
[0150]图11是示意地表示第四实施方式的像素阵列23c的上表面的说明图。如图11所示，像素阵列23c中，红色用的光电变换元件5a和蓝色用的光电变换元件5b在俯视中被等间隔地交替地蜂巢排列。并且，下部透明电极4a以及微透镜3a设置在与各光电变换元件5a、5b在Z轴正方向上分别相对置的位置上。
[0151]下部透明电极4a以覆盖各光电变换元件5a、5b的受光面50的方式形成为俯视矩形状，并配置为，下部透明电极4a的与Y轴方向平行的对角线相对于光电变换元件5a、5b的与X轴方向平行的对角线成90度。微透镜3a以收敛于下部透明电极4a内的方式在俯视中形成为圆状。
[0152]通过设为这样的构成，像素阵列23c中，与红色、蓝色、绿色的像素被拜耳排列的像素阵列相比，能够将红色的像素以及蓝色的像素增加为2倍，能够提高红色以及蓝色的像素的分辨率。
[0153]参照图12来说明像素阵列23c的剖面构造。图12是说明图11所示的像素阵列23c的Q — Q'线处的剖面的图。另外，关于图12所示的构成要素中的、与图4所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予与图4所示的符号相同的符号，来省略其说明。
[0154]像素阵列23c中，俯视为矩形状的光电变换元件5a、5b在俯视中被等间隔地交替地蜂巢排列，因此P型的Si层51内的各光电变换元件5a、5b之间变窄。
[0155]因此，该像素阵列23c中成为，在P型的Si层51内各光电变换元件5a、5b间设置的接触插塞6的下端没有设置存储二极管53的构成。即，该像素阵列23c中，采用了利用图9说明的、没有使用读取用栅极64的构成。
[0156]在具备第四实施方式的像素阵列23c的固体摄像装置14中，将红色的像素以及蓝色的像素在俯视中等间隔地交替地蜂巢排列，在与各像素相对置的位置分别设有显示绿色的下部透明电极(像素电极)4a，因此受光灵敏度提高。
[0157](第五实施方式)
[0158]接着说明第五实施方式。图13是表示第五实施方式的图像传感器的一部分的剖视的说明图。图13中示出了表面照射型的图像传感器的像素阵列23d的示意性的剖面的一部分。另外，关于图13所示的构成要素中的、与图4所示的构成要素具有相同的功能的构成要素，通过赋予图4所示的符号，省略其说明。
[0159]如图13所示，像素阵列23d除了将P型的Si层51设置在半导体基板43上这点、以及将设有多层布线33及读取用栅极34等的绝缘层32配置在P型的Si层51的受光面(上表面)侧这点以外，是与图4所示的像素阵列23相同的构成。
[0160]表面照射型的图像传感器的像素阵列23d中，透射滤色器7a、7b的光9经由埋设了多层布线33以及读取用栅极34等的绝缘层32，向各光电变换元件5a、5b的受光面50入射。
[0161]在具备第五实施方式的像素阵列23d的固体摄像装置14中，也与第一实施方式的像素阵列23同样地，将各像素中的入射的光9的量及由像素电极读取信号电荷的量增加，从而受:光灵敏度提闻。
[0162]另外，第一、第二、第三以及第五实施方式中，有机光电变换层40由具有选择性地吸收绿色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料构成，但并不限定于该构成。
[0163]有机光电变换层40也可以由具有选择性地吸收红色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料构成，也可以由具有选择性地吸收蓝色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料构成。
[0164]在有机光电变换层40是具有选择性地吸收红色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料的情况下，在绝缘层70的内部埋设有选择性地透射蓝色光的滤色器7和选择性地透射绿色光的滤色器7。
[0165]此外，在有机光电变换层40是具有选择性地吸收蓝色的波长区域的光并使其他波长区域的光透射的性质的材料的情况下，在绝缘层70的内部埋设有选择性地透射红色光的滤色器7和选择性地透射绿色光的滤色器7。
[0166]此外，第一?第5实施方式中，将Si层51设为P型，将Si区域52设为N型，但也可以设为，将Si层51作为N型，将Si区域52作为P型来构成像素阵列23。该情况下，存储二极管53以及浮置扩散部68等的其他半导体区域作为P型构成。
[0167]对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例来提示的，并没有意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他多种形态实施，并且在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书记载的发明及其等价的范围中。
【主权项】
1.一种固体摄像装置，具备: 半导体层，设有对入射的光进行光电变换的多个光电变换元件； 有机光电变换层，设置在上述半导体层的受光面侧，吸收规定波长区域的光并进行光电变换，使上述规定波长区域以外的波长区域的光透射；以及 微透镜，设置在隔着上述有机光电变换层而与上述多个光电变换兀件的各受光面分别相对置的位置，将入射的光向上述光电变换元件聚光。2.如权利要求1所述的固体摄像装置， 上述有机光电变换层吸收与绿色对应的上述规定波长区域的光。3.如权利要求1所述的固体摄像装置，具备: 第一透明电极，设置在上述有机光电变换层的受光面侧；以及 多个第二透明电极，设置在上述有机光电变换层的、与受光面侧相反的面侧， 上述有机光电变换层以及上述第一透明电极设置为，覆盖包含上述多个光电变换元件的受光面侧在内的区域， 上述第二透明电极设置为，覆盖将该第二透明电极向上述半导体层投影而形成的投影区域的一部分所邻接的上述光电变换元件的受光面侧的一部分。4.如权利要求1所述的固体摄像装置， 上述微透镜的设置面积比所对置的上述光电变换元件的受光面的面积大。5.如权利要求3所述的固体摄像装置，还具备: 存储二极管，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的面侧，对由上述第二透明电极聚集的电荷进行保持； 接触插塞，埋设在上述半导体层内，将上述第二透明电极与上述存储二极管连接，将上述电荷从上述第二透明电极向上述存储二极管排出； 浮置扩散部，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的面侧，对从上述存储二极管传送的上述电荷进行蓄积；以及 读取用栅极，设置在上述半导体层的与受光面侧相反的表面侧，将上述电荷从上述存储二极管向上述浮置扩散部传送。6.如权利要求3所述的固体摄像装置， 俯视时，上述微透镜的中心位置与上述光电变换元件的中心位置一致，并且上述微透镜设置在从上述第二透明电极的中心位置偏离的位置。7.如权利要求1所述的固体摄像装置， 还具备滤色器，上述滤色器设置在上述半导体层与上述有机光电变换层之间的、与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置，将上述规定波长区域以外的波长区域的光透射。8.如权利要求1所述的固体摄像装置， 还具备遮光部件，上述遮光部件设置在上述半导体层中的、相邻的上述光电变换元件间的区域的、光入射的一侧，对光进行遮光。9.如权利要求3所述的固体摄像装置，还具备: 存储二极管，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的一侧，对由上述第二透明电极聚集的电荷进行保持； 浮置扩散部，与上述存储二极管邻接地设置，对从上述存储二极管传送的上述电荷进行蓄积；以及 放大晶体管，设置在上述半导体层的内部的与受光面侧相反的一侧，栅极经由布线与上述浮置扩散部连接，对蓄积在该浮置扩散部的电荷进行放大。10.如权利要求1所述的固体摄像装置， 还具备滤色器，上述滤色器设置在隔着绝缘膜而与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置，将上述规定波长区域的光、和比该规定波长区域短的波长区域的光或比该规定波长区域长的波长区域的光透射。11.如权利要求1所述的固体摄像装置，具备: 第一透明电极，设置在上述有机光电变换层的受光面侧；以及 多个第二透明电极，设置在上述有机光电变换层的与受光面侧相反的面侧， 上述有机光电变换层以及上述第一透明电极设置为，覆盖包含上述多个光电变换元件的受光面侧在内的区域， 上述第二透明电极设置在与上述多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置。
【专利摘要】本发明提供一种能够提高受光灵敏度的固体摄像装置。根据实施方式，提供一种具备半导体层、有机光电变换层和微透镜的固体摄像装置。半导体层中设置多个光电变换元件。有机光电变换层设置在半导体层的受光面侧，吸收规定波长区域的光并进行光电变换，使规定波长区域以外的波长区域的光透射。微透镜设置在隔着有机光电变换层而与多个光电变换元件的各受光面分别相对置的位置上，将光向光电变换元件聚光。
【IPC分类】H01L27/146
【公开号】CN104900664
【申请号】CN201410439767
【发明人】杉浦裕树
【申请人】株式会社东芝
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年9月1日
【公告号】US20150255498
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