固态图像传感器件和包含该器件的固态摄像单元的制作方法
固态图像传感器件和包含该器件的固态摄像单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本技术涉及具有光电转换部的固态图像传感器件和设置有该固态图像传感器件的固态摄像单元，所述光电转换部包含有机材料。
【背景技术】
[0002]在诸如CO)(Charge Coupled Device，电荷親合器件)图像传感器和CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态摄像单元中，进入单位像素(固态图像传感器件)中的光子的数量随着像素尺寸的缩小而减少，且S/N比减小。正如例如拜耳阵列等所表示的，通过使用滤色器将像素划分为红色、绿色和蓝色，且将这些像素布置于同一平面上。在该技术中，例如，使得具有绿色波长和蓝色波长的光无法通过红色像素(滤色器)，且因此发生了光损耗且灵敏度下降。此外，因为通过在红色像素、绿色像素与蓝色像素之间进行插值处理而产生色彩信号，所以可能生成伪彩色。
[0003]因此，已经提出了通过层叠三个光电转换部从而利用I个像素获得三种颜色的光电转换信号的方法。例如，这三个光电转换部中的一个(例如，与绿光对应的光电转换部)被设置于硅基板上，具体地，被设置于该硅基板的外部，且剩余的两个(例如，与红光和蓝光对应的光电转换部)被设置于该硅基板的内部。位于所述硅基板的外部的所述光电转换部包含有机材料，且该光电转换部被设置于一对电极之间。另一方面，在所述硅基板的内部的所述光电转换部是由光电二极管(Photo D1de)构成的。
[0004]例如，在日本待审查的专利申请公开第2011-29337号(PTL I)的固态摄像单元中，包含有机材料的光电转换部被设置于硅基板的一个表面上，且电路和布线的多层结构(以下，简称为“布线层”)被设置于所述硅基板的另一个表面上。换言之，这个固态摄像单元是所谓的背侧照射型固态摄像单元，其中受光表面和电路形成表面被彼此相对地设置。当所述光电转换部和所述布线层被如此设置时，位于所述硅基板的外部的所述光电转换部与位于所述硅基板的内部的所述光电转换部之间的距离变短。因为所述光电转换部的灵敏度依赖于片上透镜的F数，所以减小层叠的每个颜色的所述光电转换部之间的距离使得能够抑制相对于彼此的灵敏度的不均匀。
[0005]引用文献列表
[0006]专利文献
[0007]PTL I JP 2011-29337
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]近年来，人们一直在追求发展出具有更高光电转换效率的摄像单元。特别地，已经预期能够提高如上所述的包含有机材料的光电转换部的光电转换效率。
[0010]期望的是，提供一种具有更高光电转换效率的固态图像传感器件和设置有这个固态图像传感器件的固态摄像单元。
[0011 ] 解决问题的技术方案
[0012]本技术的实施例提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括第一绝缘层，所述第一绝缘层在半导体基板的上方。在所述第一绝缘层中形成有凹陷部。还设置有填充所述凹陷部的有机光电转换部。
[0013]根据另一个实施例，所述图像传感器包括至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。此外，所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少一个第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。
[0014]根据又一个实施例，所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。可替代地或额外地，所述有机光电转换部包括多层。在所述有机光电转换部包括多层的实施例中，所述有机光电转换部的所述多层中的第一层能够被设置为邻近所述半导体基板并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。此外，所述有机光电转换部的所述多层中的所述第一层能够是η型半导体层，且所述有机光电转换部的所述多层中的第二层能够是包括η型半导体和P型半导体的混合层，同时所述有机光电转换部的所述多层中的第三层能够是P型半导体层。所述图像传感器还能够包括第二无机光电转换部，所述第二无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，且所述有机光电转换部能够与所述第一无机光电转换部以及所述第二无机光电转换部重叠。
[0015]根据另一个实施例，所述图像传感器能够包括上电极和下电极，所述上电极与所述有机光电转换部的上表面接触，所述下电极与所述有机光电转换部的下表面接触，且所述下电极在所述有机光电转换部与所述半导体基板之间。此外，所述图像传感器能够包括存储层，所述存储层被形成于所述半导体基板中且与所述下电极是相互电连接的。根据又一个实施例，所述图像传感器能够是背侧照射型图像传感器，其中所述至少一个第一无机光电转换部被设置于所述半导体基板的受光表面与所述布线层之间。
[0016]本发明的另一实施例提供了一种摄像装置。所述装置包括片上透镜和平坦化层，且所述片上透镜被设置于所述平坦化层上。所述装置还包括固体摄像装置，所述固体摄像装置具有第一绝缘层、凹陷部和有机光电转换部，所述第一绝缘层在半导体基板的上方，所述凹陷部被形成于所述第一绝缘层中，所述有机光电转换部填充所述凹陷部。
[0017]根据又一个实施例，所述摄像装置还包括至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，且所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠，且其中所述平坦化层与所述固体摄像装置相互连接。所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。可替代地或额外地，所述有机光电转换部能够包含混合层，该混合层包含η型半导体和P型半导体。
[0018]本发明的又一实施例提供了一种电子设备。所述设备包括光学系统、快门单元和摄像单元，所述快门单元接收来自所述光学系统的光，其中所述快门单元控制所述摄像单元的光照周期。所述摄像单元包括第一绝缘层、凹陷部和有机光电转换部，所述第一绝缘层在半导体基板的上方，所述凹陷部被形成于所述绝缘层中，所述有机光电转换部填充所述凹陷部。此外，所述设备还包括驱动部，所述驱动部能够进行操作以控制所述快门单元的操作和所述摄像单元的传输操作。此外，所述电子设备能够包括信号处理部，其中所述信号处理部能够进行操作以对从所述摄像单元输出的信号进行信号处理。
[0019]根据另一个实施例，电子设备能够包括至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。可替代地或额外地，所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。所述有机光电转换部能够包括混合层，所述混合层具有η型半导体和P型半导体。所述有机光电转换部能够包括多层。所述有机光电转换部的所述多层中的第一层能够被设置为邻近所述半导体表面并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
[0020]本发明的有益效果
[0021]根据本技术的各个实施例中的固态图像传感器件和固态摄像单元，所述第一光电转换部具有大的厚度，且因此能够使其光路长度增加。因此，能够使光电转换效率提高。
[0022]应当理解的是，前述的一般说明和下面的详细说明都是示例性的，且提供这些说明是为了对如要求保护的本技术提供进一步的解释。
【附图说明】
[0023]本发明包括附图以提供本技术的进一步理解，且附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。这些图图示了实施例，且与说明书一起，用来解释本技术的原理。
[0024]图1是图示了根据本技术实施例的摄像装置的示意性构造的截面图。
[0025]图2Α是图示了图1中所示的无机光电转换部的构造示例的截面图。
[0026]图2Β是图示了与图2Α中所示的无机光电转换部的横截面不同的横截面的图。
[0027]图3是用来说明图1中所示的绿色存储层的构造的截面图。
[0028]图4是图示了图1中所示的有机光电转换部的细节的截面图。
[0029]图5是图示了图4中所示的凹陷部的另一个示例的截面图。
[0030]图6是图示了图4中所示的有机光电转换部的另一个示例的截面图。
[0031]图7是图示了图4中所示的有机光电转换部的又一个示例的截面图。
[0032]图8Α是图示了图1中所示的摄像装置的制造工艺的示例的截面图。
[0033]图8Β是图示了图8Α中的工艺之后的工艺的截面图。
[0034]图9是图示了图8Β中的工艺之后的工艺的截面图。
[0035]图10是图示了在图9中的工艺之后的工艺的截面图。
[0036]图11是图示了图10中的工艺之后的工艺的截面图。
[0037]图12是图示了图11中的工艺之后的工艺的截面图。
[0038]图13是用来说明图1中所示的摄像装置的操作的截面图。
[0039]图14是用来说明图1中所示的摄像装置的操作的示意图。
[0040]图15是图示了根据比较例的摄像装置的构造的截面图。
[0041]图16是图示了根据变形例I的摄像装置的构造的截面图。
[0042]图17是图示了根据变形例2的摄像装置的构造的截面图。
[0043]图18是图示了根据变形例3的摄像装置的构造的截面图。
[0044]图19是图示了根据变形例4的摄像装置的构造的截面图。
[0045]图20是图示了使用图1中所示的摄像装置的摄像单元的总体构造的示意图。
[0046]图21是图示了应用了图20中所示的摄像单元的电子设备的示意构造的图。
【具体实施方式】
[0047]将参照附图详细地说明本技术的实施例。需要注意的是，将按照下列顺序提供说明:
[0048]1.实施例(摄像装置:有机光电转换部被设置于绝缘层的凹陷部中的示例);
[0049]2.变形例I (有机光电转换部被设置于更靠近半导体基板的位置处的示例)；
[0050]3.变形例2(下电极被设置于凹陷部中的示例)；
[0051]4.变形例3 (空穴作为信号电荷从下电极侧被提取出来的示例)；
[0052]5.变形例4(电子或空穴作为信号电荷从上电极侧被提取出来的示例)；
[0053]6.应用示例(摄像单元)。
[0054]实施例
[0055]摄像装置10的构造
[0056]图1图示了根据本技术实施例的摄像装置(摄像装置10)的截面构造。例如，摄像装置10可以形成诸如CCD图像传感器和CMOS图像传感器等摄像单元(例如，稍后说明的图20中的摄像单元I)中的I个像素(例如，稍后说明的图20中的像素P)。摄像装置10是背侧照射型摄像装置，其中多层布线层51被设置于与半导体基板11的受光表面(表面SI)相反的表面(表面S2)上。 [0057]摄像装置10包括无机光电转换部IIB和I IR (第二光电转换部)以及有机光电转换部16 (第一光电转换部)，这三个光电转换部沿垂直方向(光路)层叠。无机光电转换部IlB和IlR被设置于半导体基板11的内部，且有机光电转换部16被设置于半导体基板11的表面S I上。有机光电转换部16被设置于一对电极(上电极17和下电极14a)之间，且光从一个电极(上电极17)侧进入有机光电转换部16。如上所述的有机光电转换部16以及无机光电转换部IIB和IlR中的每一个无机光电转换部选择性地检测互不相同的波长区域中的光且对所述光进行光电转换。因此，不用设置滤色器，就可以利用单个摄像装置10获得多种色彩信号。在无机光电转换部IlR中检测红色的色彩信号(例如，具有约620nm至约750nm的波长)，在无机光电转换部IlB中检测蓝色的色彩信号(例如，具有约450nm至约495nm的波长)，且在有机光电转换部16中检测绿色的色彩信号(例如，具有约495nm至约570nm的波长)。
[0058]靠近半导体基板11的表面S2例如可以设置有P型半导体阱区域(未图示)。靠近半导体基板11的表面S2，设置有传输晶体管Trl、Tr2和Tr3，这三者分别对应于有机光电转换部16、无机光电转换部IlB和无机光电转换部I IR。传输晶体管Trl、Tr2和Tr3可以将与在有机光电转换部16中生成的绿色对应的信号电荷、与在无机光电转换部IlB中生成的蓝色对应的信号电荷以及与在无机光电转换部IlR中生成的红色对应的信号电荷分别传输至例如垂直信号线Lsig(稍后说明的图20)。每个传输晶体管Trl、Tr2和Tr3的栅电极TGl、TG2和TG3例如可以被包含在多层布线层51中。所述信号电荷可以是利用光电转换而生成的电子或空穴，但是下面，作为示例将说明其中电子作为信号电荷被读出的情况(其中η型半导体区域是光电转换层的情况)。
[0059]靠近半导体基板11的表面S2，与传输晶体管Trl、Tr2和Tr3—起例如可以设置有复位晶体管、放大晶体管、选择晶体管等。这些晶体管可以都是例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSEFT:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，且可以形成用于每个所述光电转换部(有机光电转换部16以及无机光电转换部IlB和11R)的电路。这些电路中的每个电路可以具有例如包括传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管的三晶体管构造，或者可以具有如下的四晶体管构造:其中，除了上述的三个晶体管之外，还设置有选择晶体管。除了传输晶体管之外的所述晶体管可以被光电转换部或像素所共用。
[0060]半导体基板11可以由例如η型娃(Si)层构成，且绿色存储层IlOG与上述的无机光电转换部IlB和IlR—起被设置于半导体基板11中。
[0061]无机光电转换部IIB和IlR中的每个无机光电转换部是具有ρη结的光电二极管。例如，无机光电转换部IlB和无机光电转换部IlR可以从半导体基板11的表面SI侧按照所述的顺序设置。如例如在图2Α中所示，无机光电转换部IlB包括将会变为空穴存储层的P型半导体区域(以下，简称为“P型区域”)Illp和将会变为电子存储层的η型光电转换层(以下，简称为“η型区域”)111η。在图2Α中，被设置成“ρ”和“η”中各者的上标的“ + (正)”表示P型或η型杂质浓度高。沿着平行于表面SI的水平方向，ρ型区域Illp和η型光电转换层11 In被设置于靠近半导体基板11的表面SI的各自的预定区域中。ρ型区域Illp和η型光电转换层Illn中各者的至少一部分通过弯曲而沿着垂直于表面SI的方向延伸。靠近半导体基板11的表面S2设置有用于蓝色的传输晶体管Tr2中的浮动扩散部(FD:floating diffus1n) 113 (图2B)，且η型光电转换层Illn被连接至η型区域的FD113。ρ型区域113ρ (空穴存储层)被设置于半导体基板11的表面S2与ρ型区域Illp和η型光电转换层Illn之间。ρ型区域Illp被连接至靠近半导体基板11的表面SI的ρ型半导体阱区域(未图示)。
[0062]无机光电转换部IlR可以具有例如沿半导体基板11的厚度方向(垂直于表面SI和S2的方向)的ρ-η-ρ层叠结构。η型光电转换层112η(电子存储层)被设置于P型区域112pl (空穴存储层)与ρ型区域112ρ2之间。η型光电转换层112η的至少一部分通过弯曲而沿着垂直于半导体基板11的表面SI的方向延伸。用于红色的传输晶体管Tr3的浮动扩散部(FD) 114被设置成靠近半导体基板11的表面S2，且η型光电转换层112η被连接至η型区域的FD 114。
[0063]如图3所示，绿色存储层110G包括将会变为电子存储层的η型区域115η，且η型区域115η被连接至导电插头120al。导电插头120al被嵌入到半导体基板11中，且用作有机光电转换部16与绿色存储层110G之间的信号电荷(电子)的传输路径。换言之，通过导电插头120al而从下电极14a传输过来的电子被存储于绿色存储层110G中。用于绿色的传输晶体管Trl中的浮动扩散部(FD) 116被设置成靠近半导体基板11的表面S2，且η型区域115η被连接至FD 116。在η型区域115η与半导体基板11的表面S2之间，设置有P型区域115ρ (空穴存储层)。
[0064]导电插头120bl (图1)用作在有机光电转换部16中生成的空穴的传输路径，且所述空穴通过导电插头120bl而从上电极17排出。导电插头120bl与导电插头120al —起被嵌入在半导体基板11中。导电插头120al和120bl可以都由例如导电半导体层构成，且都被形成为嵌入在半导体基板11中。导电插头120al成为电子的传输路径，因此，导电插头120al可以优选地由η型半导体构成。导电插头120bl成为空穴的传输路径，因此，导电插头120bl可以优选地由ρ型半导体构成。或者，导电插头120al和120bl可以通过例如将诸如鹤等导电材料嵌入到通孔(through-via)中而构成。在如上所述的导电插头120al和120bl中，优选地，该通孔的侧表面可以被绝缘膜覆盖以用来抑制与硅的短路，该绝缘膜由二氧化娃(S12)、氮化娃(SiN)等制成。
[0065]多层布线层51被设置成与半导体基板11的表面S2接触。多层布线层51包含多个布线51a，且多个布线51a之间设置有层间绝缘膜52。多层布线层51可以被粘接至例如由硅制成的支撑基板53。多层布线层51被设置于支撑基板53与半导体基板11之间。
[0066]在半导体基板11的表面SI侧上设置有层间绝缘层12。按照如下顺序，层间绝缘层12可以从表面SI侧包括例如层间绝缘层12-1 (第二绝缘层)、层间绝缘层12-2、层间绝缘层12-3和层间绝缘层12-4。层间绝缘层12-2和层间绝缘层12_3可以被一体化(单层)。层间绝缘层12-1被设置成与半导体基板11的表面SI接触，以降低半导体基板11(硅层110)的界面态且抑制暗电流从层间绝缘层12-1与硅层110的界面生成。优选地，具有低界面态的绝缘材料可以被用于如上所述的层间绝缘层12-1，且可以由例如二氧化铪膜(HfO2)构成。例如，层间绝缘层12-2可以具有约1，OOOnm以下的厚度，且可以被设置于层间绝缘层12-1与下电极14a之间。下电极14a和绿色存储层IlOG通过导电插头120a2和导电插头120al彼此电连接。导电插头120a2穿过层间绝缘层12_1和12_2，且导电插头120al如上所述地被嵌入在半导体基板11中。层间绝缘层12-3被设置用来使多个图形化的下电极14a电分离，且可以具有例如约1nm至约300nm(包括两个端点)的厚度。在本实施例中，在位于层间绝缘层12-3之上的层间绝缘层12-4(第一绝缘层)中设置有凹陷部或凹部12C，且有机光电转换部16被形成以填充凹陷部12C。如稍后将详细说明的，这使得可以通过增大有机光电转换部16的光路长度而提高光电转换效率。层间绝缘层12-4可以具有例如约3，OOOnm以下的厚度。
[0067]例如，如图4所示，凹陷部12C可以穿过层间绝缘层12-4且到达下电极14a。优选地，凹陷部12C的横截面可以具有锥形形状，即，直径从上电极17到下电极14a逐渐减小的形状。这是因为具有这样锥形形状的凹陷部12C能够高效率地聚光。或者，凹陷部12C的直径可以是从上电极17到下电极14a固定的(图5)。
[0068]层间绝缘层12-2、12-3和12_4中的各层间绝缘层可以由例如单层膜或层叠膜构成，所述单层膜由氧化硅、氮化硅和氮氧化硅(S1N)中的一种制成，所述层叠膜由上述单层膜中的两个以上制成。层间绝缘层12-2、12-3和12-4可以是例如分别具有约200nm、约50nm和约500nm厚度的氧化硅膜。在这种情况下，穿过层间绝缘层12_4的凹陷部12C具有约500nm的厚度。
[0069]有机光电转换部16以填充层间绝缘层12-4中的凹陷部12C的方式而被设置。有机光电转换部16的表面(在上电极17侧的表面)的位置和除了凹陷部12C以外的层间绝缘层12-4的表面的位置基本相同。在不损害本技术实施例的效果的程度上，有机光电转换部16的所述表面的所述位置和层间绝缘层12-4的所述表面的所述位置可以彼此不对齐。可替代地，有机光电转换部16的表面可以在半导体基板11侧或在片上透镜22侦U。
[0070]有机光电转换部16由有机半导体材料构成，且通过吸收选择的波长区域内的光(这里，绿光)而生成电子-空穴对。在有机光电转换部16中生成的信号电荷(电子)被下电极14a提取，且空穴通过上电极17而被排出。
[0071]优选地，有机光电转换部16可以包括η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ(图1)。因为包括η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ，所以产生了 ρη结平面，且形成了所谓的钉扎体异质结构(pin bulk heterostructure)。因此，所述ρη结平面在凹陷部12C中增大，这使得能够进一步提高光电转换效率。
[0072]优选地，除了 η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ的这样的混合层(共沉积层16ΡΝ)之外，有机光电转换部16还可以包括η型半导体层16ΝΑ和ρ型半导体层16ΡΑ，η型半导体层16ΝΑ由η型半导体16Ν制成，ρ型半导体层16ΡΑ由ρ型半导体16Ρ制成(图4)。η型半导体层16ΝΑ沿着凹陷部12C的侧壁和底部而设置，且与下电极14a接触。ρ型半导体层16ΡΑ与上电极17接触，且覆盖上电极17的一个表面。例如，共沉积层16ΡΝ可以被设置于P型半导体层16ΡΑ与η型半导体层16ΝΑ之间。在共沉积层16ΡΝ中生成的电子-空穴对之中，电子通过η型半导体层16ΝΑ向下电极14a移动，且空穴通过ρ型半导体层16PA向上电极17移动。如图6所示，可以通过层叠η型半导体层16ΝΑ和ρ型半导体层16ΡΑ来构成有机光电转换部16。或者，如图7所示，可以通过只使用η型半导体层16ΝΑ和ρ 型半导体层16ΡΑ中的任何一个来构成有机光电转换部16。优选地，在下电极14a与η型半导体层16ΝΑ之间以及在上电极17与ρ型半导体层16ΡΑ之间可以分别设置有ρ型阻挡层(未图示)和η型阻挡层(未图示)。所述P型阻挡层和所述η型阻挡层被设置用来分别抑制由于从下电极14a注入空穴而出现的暗电流和由于从上电极17注入电子而出现的暗电流。诸如内涂层膜(undercoating film)、缓冲膜和功函数调节膜(这些膜都没有图示)等膜可以被设置于有机光电转换部16中。所述内涂层膜被设置用来使下电极14a的凹凸不平平滑化。所述缓冲膜被设置用来抑制在形成上电极17时的劣化。所述功函数调节膜被设置用来通过调节上电极17的功函数而抑制暗电流的出现。
[0073]如上所述的有机光电转换部16面对着无机光电转换部IlB和11R，且层间绝缘层12-1和12-2以及下电极14a被布置在有机光电转换部16与无机光电转换部IIB和I IR之间。换言之，在平面视图中，有机光电转换部16被设置成与无机光电转换部IlB和IlR重叠。光在穿过有机光电转换部16和下电极14a之后进入无机光电转换部IlB和11R。因此，优选地，有机光电转换部16 (凹陷部12C)可以具有能够使光聚集在无机光电转换部IlB和IlR上的结构，即，波导结构。具体地，有机光电转换部16的材料(η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ)的折射率和下电极14a的折射率优选地可以高于有机光电转换部16的周边(层间绝缘层12-4)的折射率。因此，已经穿过有机光电转换部16和下电极14a的光被聚集且进入无机光电转换部IlB和11R。例如，有机光电转换部16的折射率可以是约1.7至约2.0 (包括两个端点)，由ITO制成的下电极14a的折射率可以是约1.8，且由氧化硅膜制成的层间绝缘层12-4的折射率可以是约1.4。
[0074]有机光电转换部16对在特定波长区域中的光(绿光)进行光电转换，且使得在其它波长区域中的光能够穿过有机光电转换部16。优选地，关于在其它波长区域中的光，有机光电转换部16的材料可以具有70%以上的透射率。
[0075]优选地，作为η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ的材料，例如，可以使用喹B丫啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物和荧蒽衍生物中的任何一个。η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ的材料的示例还可以包括苯乙炔、芴、咔挫J引噪、芘、吡略、甲基吡啶、噻吩、乙炔、丁二炔等的聚合物、衍生物等。还可以使用金属络合物染料、花青基染料、部花青基染料、苯基咕吨基染料、三苯甲烷基染料、复合份菁(rhodacyanine)基染料、咕吨基染料、大环氮杂轮稀(azaannulene)基染料、奧基染料和萘醌基或蒽醌基染料中的任何一个。金属络合物染料的优选示例可以包括二硫酚金属络合物基染料、金属酞青染料、金属卟啉染料和钌络合物染料。在它们之中，特别地，钌络合物染料可以是优选的。η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ可以由通过诸如蒽和芘等多环芳烃、芳香环或杂环化合物的缩合而获得的链状化合物构成。其他可用的示例可以包括:使用方酸菁基团和/或克铜酸次甲基(croconic methine)基团作为连接链而键合诸如喹啉、苯并噻挫和苯并恶唑等两种以上的含氮杂环的化合物；和被方酸菁基团和/或克酮酸次甲基基团键合的花青类似染料。
[0076]在凹陷部12C的深度方向上，下电极14a和上电极17彼此面对，且有机光电转换部16被设置于这两者之间。下电极14a提取在有机光电转换部16中生成的信号电荷(空穴)，且通过导电插头120al和120a2而被电连接至绿色存储层110G。如上所述，下电极14a被设置成面对无机光电转换部IlB和IlR中各者的受光表面。换言之，下电极14a被设置在无机光电转换部IIB和IlR的正上方。因此，下电极14a可以由透光导电材料构成，例如，ITO(Indium-Tin-Oxide:铟锡氧化物)。下电极14a还可以由例如氧化锡(SnO2)基材料或氧化锌(ZnO)基材料构成。所述氧化锡基材料是通过将掺杂剂添加到氧化锡中而获得的。所述氧化锌基材料的示例可以包括:将铝(Al)作为掺杂剂添加到氧化锌中的铝锌氧化物(AZO)、将镓(Ga)作为掺杂剂添加到氧化锌中的镓锌氧化物(GZO)和将铟(In)作为掺杂剂添加到氧化锌中的铟锌氧化物(IZO)。而且，可以使用IGZ0、Cu1、InSb04、ZnMg0、CuIn02、Mgln204、CdO、ZnSnO3等中的任何一个。下电极14a具有与层间绝缘层12_3的厚度相等的厚度，且该厚度可以是例如约1nm至约300nmo
[0077]接触金属层19、导电插头120b3、布线14b、导电插头120b2和导电插头120bl被电连接至上电极17。导电插头120b3穿过层间绝缘层12-4，且导电插头120b2穿过层间绝缘层12-1和12-2。在有机光电转换部16中所生成的空穴通过这个传输路径而被排出。布线14b可以被设置于例如层间绝缘层12-2上，且被下电极14a和层间绝缘层12_3分开。优选地，导电插头120b2、布线14b和导电插头120b3可以被电连接在上电极17与导电插头120bl (半导体基板11)之间，且用作遮光部。导电插头120b2、布线14b和导电插头120b3可以由层叠膜构成，所述层叠膜由具有遮光功能的导电材料制成，例如，诸如钛(Ti)、氮化钛(TiN)和钨(W)等金属材料。也可以将与导电插头120b2的材料相同的材料用于导电插头 120a2o
[0078]与下电极14a—样，上电极17由透光导电材料构成。在摄像装置10中，从上电极17提取出来的空穴被排出。因此，当布置有多个摄像装置10时(例如，稍后说明的图20中的摄像单元I)，上电极17可以被设置成摄像装置10 (图20中的像素P)所共用的电极。上电极17可以具有例如约1nm至约200nm(包括两端点)的厚度。
[0079]保护膜18被设置于层间绝缘层12 (层间绝缘层12-4)上，且覆盖上电极17。保护膜18设置有连接孔Hl和H2。上电极17和接触金属层19通过连接孔Hl而彼此电连接。接触金属层19和导电插头120b3通过连接孔H2而彼此电连接。连接孔Hl和连接孔H2分别被设置于面对着上电极17的位置处和面对着导电插头120b3的位置处。保护膜18具有透光性，且可以由例如单层膜或层叠膜构成，所述单层膜由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等中的任一者制成，所述层叠膜由任意的上述单层膜制成。保护膜18可以具有例如约10nm至约300nm(包括两端点)的厚度。
[0080]平坦化层21被设置于保护膜18的整个表面上，且覆盖接触金属层19。在平坦化层21上，设置有片上透镜22。从上方进入的光通过片上透镜22而被聚集在有机光电转换部16、无机光电转换部IlB和无机光电转换部IlR中的各者的受光表面上。在背侧照射型的摄像装置10中，片上透镜22与无机光电转换部IlB和IlR中的各者的受光表面之间的距离很短。因此，能够抑制每种颜色的灵敏度的不均匀，这种不均匀的出现取决于片上透镜22的F数。
[0081]摄像装置10的制造方法
[0082]例如，可以如下地制造如上所述的摄像装置10(图8A至图12)。
[0083]首先，形成半导体基板11。如图8A所示，首先，制备在硅基板1101与硅层110之间具有氧化硅膜1102的基板(所谓的SOI基板)。然后在硅层110中形成导电插头120al和120bl，从而形成半导体基板11。在娃层110中，与氧化娃膜1102接触的表面是半导体基板11的表面SI。可以例如通过在硅层110中形成通孔、然后以钨和诸如氮化硅等绝缘膜填充这个通孔来形成导电插头120al和120bl。或者，可以通过将离子注入到硅层110中形成导电杂质半导体层作为导电插头120al和120bl。然后，在娃层110中的不同深度的各个区域中，形成彼此重叠的无机光电转换部IlB和I IR。与无机光电转换部IlB和I IR—起，利用离子注入形成绿色存储层110G。在靠近半导体基板11的表面S2处，形成诸如传输晶体管Trl、Tr2和Tr3等晶体管和诸如逻辑电路等周边电路。因此，形成了半导体基板11 (图8B)。
[0084]然后，如图9所示，在半导体基板11的表面S2上形成多层布线层51。在多层布线层51中，形成多个布线51a且在多个布线51a之间设置层间绝缘膜52。其后，将支撑基板53粘接至多层布线层51，随后从硅层110除去氧化硅膜1102和硅基板1101，从而露出硅层110的表面SI (图10)。然后，在半导体基板11的表面SI上按照顺序可以利用例如原子层沉积(ALD:Atomic Layer Deposit1n)形成氧化給膜且可以利用例如等离子体化学气相沉积(CVD:Chemical Vapor Deposit1n)形成氧化娃膜，这样如图11所示，形成层间绝缘层12-1 和 12-2。
[0085]然后，在层间绝缘层12-1和12-2中，在面对导电插头120al和120bl的对应位置处设置连接孔。然后，通过在层间绝缘层12-2上形成导电膜的方式，利用导电材料填充各连接孔。因此，形成导电插头120a2和120b2。对层间绝缘层12_2上的导电膜进行图形化而使其具有期望图像，这样使得布线14b与导电插头120a2和120b2 —起形成。
[0086]在形成导电插头120a2和120b2以及布线14b之后，在层间绝缘层12_2上形成下电极14a。例如，可以通过如下方式来形成下电极14a:沉积例如通过溅射而形成的具有约50nm厚度的ITO膜，然后使用光刻技术对该ITO膜进行图形化，随后进行干式蚀刻或湿式蚀亥IJ。可以在形成布线14b之前设置下电极14a。
[0087]在形成下电极14a和布线14b之后，可以通过例如凭借等离子体CVD沉积氧化硅膜而在下电极14a、布线14b和层间绝缘层12-2上均形成层间绝缘层12_3和12_4。可以通过例如化学机械抛光(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等预先使层间绝缘层12_3和12-4平坦化。然后，在层间绝缘层12-4中的面对布线14b的位置处形成导电插头120b3。例如，可以通过在层间绝缘层12-4中设置连接孔并且随后在这个连接孔内依次沉积氮化钛和钨来形成导电插头120b3。可以通过例如CMP去除残留在层间绝缘层12-4上的氮化钛和钨。
[0088]然后，如图12所示，在层间绝缘层12-4中形成凹陷部12C且使其到达下电极14a。可以通过例如干式蚀刻、氩(Ar)溅射等形成凹陷部12C。其后，可以通过利用例如真空沉积在凹陷部12C中形成喹吖啶酮衍生物的膜来形成有机光电转换部16。例如，可以通过依次设置η型半导体层16ΝΑ、共沉积层16ΡΝ和ρ型半导体层16ΡΑ来形成有机光电转换部16。可以通过涂敷形成有机光电转换部16。
[0089]在形成有机光电转换部16之后，可以通过利用例如真空沉积在有机光电转换部16上沉积IT O而形成上电极17。在水分、氧气和氢气等的影响下，有机光电转换部16的性能可能波动。因此，优选地，可以在机光电转换部16之后在真空状态下形成上电极17。可以通过溅射等形成上电极17。在形成上电极17之后，在上电极17和层间绝缘层12-4上形成保护膜18。如下地形成保护膜18。可以通过例如等离子体CVD沉积氮化硅或氧化硅，然后利用光刻技术对沉积的氮化硅或氧化硅进行图形化并且进行干式蚀刻。最后，通过应用诸如灰化和有机清洗等后处理来去除沉积物和残留物。
[0090]在形成保护膜18之后，在保护膜18中的分别面对上电极17的位置和面对导电插头120b3的位置处形成连接孔Hl和连接孔H2。然后，在保护膜18上形成接触金属层19以填充连接孔Hl和H2。此后，在接触金属层19和保护膜18上形成平坦化层21，然后在平坦化层21上形成片上透镜22。通过进行上述的处理，完成了图1所示的摄像装置10。
[0091]摄像装置10的操作
[0092]在如上所述的摄像装置10中，例如可以如下地获得信号电荷(电子)作为摄像单元中的像素。当光L (图13)通过片上透镜22 (图1)进入摄像装置10时，光L依次穿过有机光电转换部16、无机光电转换部IlB和无机光电转换部11R。在穿过这些部件的同时，针对绿光、蓝光和红光中的每种光，对光L进行光电转换。具体地，如图14所示，在进入摄像装置10的光L中，首先，在有机光电转换部16中选择性地检测(吸收)绿光Lg且对其进行光电转换。在有机光电转换部16中生成的电子-空穴对中的电子Eg被下电极14a提取且通过传输路径A (导电插头120al和120a2)被存储于绿色存储层IlOG中。在读取操作中，所存储的电子Eg被传送到FD 116。另一方面，空穴Hg通过传输路径B (导电插头120bl、120b2和120b3以及布线14b)而从上电极17排出。
[0093]在摄像装置10中，预定的负电位VL (<0V)和低于电位VL的电位VU (<VL)分别被施加至下电极14a和上电极17。因此，在电荷存储状态(复位晶体管(未图示)和传输晶体管Trl被切断的状态)下，在有机光电转换部16中生成的电子-空穴对中的电子被引导至具有相对高电位的下电极14a。电子Eg从下电极14a被提取出来，然后通过传输路径A被存储在绿色存储层IlOG中(具体地，在η型区域115η中)。当电子Eg被存储时，与绿色存储层IlOG电连接的下电极14a的电位VL发生改变。电位VL的这个改变等于信号电位(这里，绿色信号的电位)。需要注意的是，例如，可以从多层布线层51中的布线51a通过传输路径A将电位VL施加至下电极14a，且例如，可以从多层布线层51中的布线51a通过传输路径B将电位VU施加至上电极17。
[0094]在所述读取操作中，传输晶体管Trl进入导通(ON)状态，且被存储于绿色存储层I1G中的电子Eg被传输到FD 116。结果，例如，基于所接收的绿光Lg的量的所述绿色信号通过像素晶体管(未图示)而被读出至垂直信号线Lsig(在稍后说明的图20中)。其后，复位晶体管(未图示)和传输晶体管Trl分别进入导通状态，且例如，η型区域的FD 116和绿色存储层IlOG的存储区域(η型区域115η)可以被复位至电源电压VDD。
[0095]在通过有机光电转换部16之后的光中，蓝光和红光分别被无机光电转换部IIB和无机光电转换部IlR吸收且被进行光电转换。在无机光电转换部IlB中，与入射的蓝光对应的电子Eb被存储于η型区域(η型光电转换层Illn)中。所存储的电子Eb在读取操作中被传送到FD 113。这时，在无机光电转换部IlB中生成的空穴被存储于ρ型区域(在图14中未图示)中。在无机光电转换部IlR中进行类似的处理。在无机光电转换部IlR中，与入射的红光对应的电子Er被存储于η型区域(η型光电转换层112η)中。所存储的电子Er在读取操作中被传送到FD 114。这时，在无机光电转换部IlR中生成的空穴被存储于P型区域(在图14中未图示)中。
[0096]在电荷存储状态下，如上所述，负电位VL被施加给下电极14a。因此，在作为无机光电转换部IlB的空穴存储层的P型区域(图2中的ρ型区域Illp)中的空穴密度很容易增大。这使得能够抑制在P型区域Illp与层间绝缘层12-1之间的界面处出现暗电流。
[0097]在无机光电转换部IlB和IlR中的读取操作以与在有机光电转换部16中的所述读取操作相同的方式进行。传输晶体管Tr2和Tr3都进入导通状态，且分别存储于η型光电转换层Illn和112η中的电子Eb和Er分别被传送到FD 113和FD 114。结果，例如，基于所接收的蓝光Lb的量的蓝色信号和基于所接收的红光Lr的量的红色信号通过像素晶体管(未图示)而被读出至垂直信号线Lsig(稍后说明的图20)。其后，复位晶体管(未图示)以及传输晶体管Tr2和Tr3都进入导通状态，且FD113和FD 114 (它们是η型区域)例如可以被复位至电源电压VDD。
[0098]摄像装置10的功能和效果
[0099]以这种方式，通过在垂直方向上层叠有机光电转换部16以及无机光电转换部IlB和11R，不用设置滤色器就能够分离并检测红光、绿光和蓝光，且能够获得每种颜色的信号电荷。因此，能够抑制因为彩色光被滤色器吸收而引起的光学损耗(减敏)和伴随着像素插值处理的伪彩色的生成。
[0100]在摄像装置10中，层间绝缘层12-4具有凹陷部12C，且有机光电转换部16是以填充凹陷部12C的方式被设置的。因此，能够提高有机光电转换部16的光电转换效率。将在下面对此进行说明。
[0101]图15图示了根据比较例的摄像装置(摄像装置100)的主要部分的横截面构造。摄像装置100不包含位于下电极14a与上电极17之间的层间绝缘膜，且也不具有凹陷部。换言之，在下电极14a与上电极17之间的有机光电转换部160的形状类似于薄膜，且很难增大有机光电转换部160的光路长度。因此，有机光电转换部160的灵敏度低，且光电转换效率也低。
[0102]相比之下，在摄像装置10中，层间绝缘层12-4被设置于下电极14a与上电极17之间，且层间绝缘层12-4具有凹陷部12C。有机光电转换部16以填充凹陷部12C的形式而被形成。换言之，有机光电转换部16被形成为与凹陷部12C —样深。因此，与摄像装置100中的有机光电转换部160的厚度相比，有机光电转换部16的厚度大。因此，每单位面积的有机半导体材料(P型半导体16P和η型半导体16Ν)增大，且有机光电转换部16的光路长度变长。特别地，当有机光电转换部16具有钉扎体异质结构时，ρη结的面积大大增加。因此，在摄像装置10中，光电转换效率高于摄像装置100中的光电转换效率。
[0103]还可以通过利用层间绝缘层12-4中的凹陷部12C构成朝向无机光电转换部IlB和IlR的波导结构。通过使有机光电转换部16的折射率和下电极14a的折射率增大至高于层间绝缘层12-4的折射率，光被有效地引导至设置于凹陷部12C(有机光电转换部16)正下方的无机光电转换部IlB和11R。通过将凹陷部12C形成为锥形形状，进一步提高了集光效率。以这种方式，在摄像装置10中，还能够提高无机光电转换部IlB和IlR的光电转换效率。
[0104]如上所述，在本实施例中，有机光电转换部16被设置于层间绝缘层12-4的凹陷部12C中，且因此，通过使有机光电转换部16的光路长度增大，使得能够提高光电转换效率。
[0105]下面将说明上述实施例的变形例。在下面的说明中，与上述实施例中的元件相同的元件将设置有与上述实施例中的附图标记相同的附图标记，且将适当地省略它们的说明。
[0106]变形例I
[0107]图16图示了根据上述实施例的变形例I的摄像装置(摄像装置10A)的横截面构造。在摄像装置1A中，在下电极14a与层间绝缘层12-1之间不存在层间绝缘膜(层间绝缘层12-2)。除此之外，摄像装置1A在构造、功能和效果方面与摄像装置10相同。
[0108]在摄像装置1A中，下电极14a与层间绝缘层12_1接触，并且半导体基板11与有机光电转换部16之间的绝缘膜被最小化。这使得当光从有机光电转换部16向无机光电转换部IlB传播时能够减少反射，由此进一步提高光电转换效率。
[0109]变形例2
[0110]图17图示了根据上述实施例的变形例2的摄像装置(摄像装置10B)的横截面构造。在摄像装置1B中，下电极(下电极24a)与光电转换部16—起被设置于凹陷部12C中。除此之外，摄像装置1B在构造、功能和效果方面与摄像装置10相同。
[0111]在摄像装置1B中，可以省略层间绝缘层12-3，且具有凹陷部12C的层间绝缘层12-4被设置于层间绝缘层12-2上。下电极24a沿着层间绝缘层12_4中的凹陷部12C的侧壁和底部而设置。绿色存储层I1G可以被设置于任何位置处；并且相对于无机光电转换部IlB和I IR，绿色存储层IlOG可以被设置于导电插头120bl的相对侧(图17)，或者可以被设置于与导电插头120bl相同的侧(图1)。
[0112]例如，可以如下地制造摄像装置10B。首先，在与摄像装置10相同的方式形成层间绝缘层12-1和12-2之后，形成层间绝缘层12-4。然后，设置穿过层间绝缘层12_1、12_2和12-4的连接孔，且用例如钨来填充所述连接孔。因此，形成导电插头120a2和120b2。其后，利用例如光刻技术在层间绝缘层12-4中形成凹陷部12C。具体地，在层间绝缘层12-4上形成抗蚀剂图形之后，使用抗蚀剂图形作为掩模进行层间绝缘层12-4的干式蚀刻。通过灰化等除去残留的抗蚀剂。在如此形成凹陷部12C之后，在面对凹陷部12C的各个对应位置处，按照顺序形成下电极24a、有机光电转换部16和上电极17的各自材料的膜。例如，可以通过溅射形成下电极24a和上电极17的各自材料的膜，且可以利用真空沉积形成有机光电转换部16的材料的膜。其后，使用例如光刻技术对上述三种膜同时进行图形化，从而形成下电极24a、有机光电转换部16和上电极17。下电极24a被电连接至导电插头120a2。可以进行图形化以致例如在上电极17上形成抗蚀剂图形，使用该抗蚀剂图形作为掩模进行干式蚀刻，然后利用灰化除去残留的抗蚀剂。在设置上电极17之后，可以使用例如钨来形成接触金属层19，且接触金属层19和上电极17彼此电连接。接触金属层19被电连接至导电插头120b2。然后，在半导体基板11的整个表面上形成保护膜18。其后的处理与摄像装置10的处理相同。
[0113]以这种方式，在摄像装置1B中，使得下电极24a、有机光电转换部16和上电极17能够在一个光刻工序中被图形化。因此，能够通过减少步骤的数量用简单的方法制造摄像装置10B。
[0114]变形例3
[0115]如图18所示，可以从下电极14a提取空穴作为信号电荷，且将其存储于绿色存储层(绿色存储 层110G1)中(变形例3)。
[0116]在这种类型的摄像装置10中，半导体基板11的表面SI上的每个部件的构造与上述的实施例中的各部件的构造相同，但是半导体基板11中的绿色存储层I 1Gl和浮动扩散部(FD 116a)的构造是不同的。在绿色存储层110G1中，空穴存储层的ρ型区域115p被连接至导电插头120al，且电子存储层的η型区域115η被设置于ρ型区域115p与半导体基板11的表面S2之间。FD 116a被形成为ρ型区域。
[0117]在绿色存储层110G1中，如下地存储空穴。当比上电极17的电位低的电位VL被施加至下电极14a时，在有机光电转换部16中生成的电子-空穴对中的空穴被引导至下电极14a。所述空穴通过导电插头120al和120a2而被存储于绿色存储层IlOG的ρ型区域115ρ中。在读取操作中，所存储的空穴被传送至FD 116a。
[0118]变形例4
[0119]如图19所示，可以从上电极17提取信号电荷(变形例4)。
[0120]在这种类型的摄像装置10中，半导体基板11中的绿色存储层(绿色存储层110G2)被连接至导电插头120bl，且通过导电插头120b2、布线14b、导电插头120b3而被进一步电连接至上电极17。通过以与上述的实施例相同的方式构成绿色存储层110G2和浮动扩散部，使得能够从上电极17提取作为信号电荷的电子，且将其存储于绿色存储层110G2中。在这种情况下，将施加至上电极17的电位设定成高于施加至下电极14a的电位。空穴通过导电插头120al和120a2而从下电极14a排出。
[0121]或者，通过以与变形例3相同的方式构成绿色存储层110G2和浮动扩散部，使得能够从上电极17提取作为信号电荷的空穴，且将其存储于绿色存储层110G2中。在这种情况下，将施加至上电极17的电位设定成低于施加至下电极14a的电位。电子通过导电插头120al和120a2而从下电极14a排出。
[0122]应用示例
[0123]图20图示了其中在所述实施例和所述变形例中所说明的任意摄像装置(摄像装置10、1A和10B)被用作每个像素的固态摄像单元(摄像单元I)的总体构造。摄像单元I是CMOS图像传感器，且在半导体基板11上的中心部分具有作为摄像区域的像素部la。在像素部Ia的周边区域中，例如，设置有周边电路部130，周边电路部130包括行扫描部131、系统控制部132、水平选择部133和列扫描部134。
[0124]像素部Ia可以包括例如以行和列的方式被二维布置着的多个单位像素P(对应于摄像装置10、10A和10B)。关于单位像素P，例如，每个像素行可以连接有像素驱动线Lread (具体地，行选择线和复位控制线)，且每个像素列可以连接有垂直信号线Lsig。像素驱动线Lread传输用来从像素读取信号的驱动信号。像素驱动线Lread的一端被连接至行扫描部131的对应于每行的输出端子。
[0125]行扫描部131可以是例如由移位寄存器、地址解码器等构成的像素驱动部，且一行一行地驱动像素部Ia中的每个像素P。从通过行扫描部131选择的像素行中的每个像素P输出的信号通过各垂直信号线Lsig而被提供给水平选择部133。水平选择部133可以由例如针对每个垂直信号线Lsig而设置的放大器和水平选择开关等构成。
[0126]列扫描部134由移位寄存器、地址解码器等构成，且在对水平选择部133的每个水平选择开关进行扫描的同时，进行顺序驱动。通过每个垂直信号线Lsig而传输过来的各像素P的信号通过由列扫描部134进行的选择扫描而被顺序地输出至水平信号线135。然后，被输出的信号通过水平信号线135而被传输到半导体基板11的外部。
[0127]包括行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和水平信号线135的电路部可以被直接地形成在半导体基板11上，或者还可以被设置在外部控制IC中。该电路部可以被设置在通过电缆等连接的其它基板中。
[0128]系统控制部132接收从半导体基板11的外部提供的时钟、操作模式指令数据等，并且还输出关于摄像单元I的内部信息。而且，例如，系统控制部132可以包括生成各种时序信号的时序发生器，且可以基于由该时序发生器生成的各种时序信号而控制诸如行扫描部131、水平选择部133和列扫描部134等周边电路的驱动。
[0129]如上所述的摄像单元I可以被安装于具有摄像功能的各种各样的电子设备上。例如，摄像单元I适用于诸如数码相机和摄像机等照相机系统、便携式电话等。图21图示了作为示例的照相机(电子设备2)的示意构造。电子设备2可以是例如能够拍摄静态图像或动态图像的摄像机，且包括摄像单元1、光学系统(光学镜头)310、快门单元311、信号处理部312和驱动部313。
[0130]光学系统310将来自拍摄对象的图像光(入射光)引导到摄像单元I中的像素部Ia0光学系统310可以包括多个光学透镜。快门单元311控制摄像单元I的光照周期和遮光周期。驱动部313控制快门单元311的快门操作和摄像单元I的传输操作。信号处理部312对从摄像单元I输出的信号进行各种各样的信号处理。信号处理之后的图像信号Dout被存储于诸如存储器等存储介质中，或者被输出至监视器等。
[0131]已经参照实施例和变形例说明了本技术，但是本技术不局限于此且可以对本技术进行各种修改。例如，在上述的实施例等中，针对每个摄像装置10、10A和10B，已经说明了使检测绿光的有机光电转换部16和分别检测红光和蓝光的无机光电转换部IlB和IlR层叠的情况。然而，本技术不局限于这种构造。例如，可以通过有机光电转换部来检测红光或蓝光，或者可以通过无机光电转换部来检测绿光。有机光电转换部和无机光电转换部的数量和比例也不局限于上述的那些。例如，可以设置两个以上的有机光电转换部，且可以只通过有机光电转换部来获得多种颜色的色彩信号。所述光电转换部(有机光电转换部和无机光电转换部)不仅可以沿垂直方向层叠，而且可以沿着半导体基板表面平行地布置。
[0132]此外，在上述的实施例等中，已经以背侧照射型的各摄像装置10、10A和1B的构造当作示例，但是本技术也适用于表面照射型的摄像装置。
[0133]此外，不一定设置在所述实施例等中说明的所有元件，且可以设置其它元件。
[0134]需要注意的是，可以如下地构成本技术。
[0135](I) 一种固态图像传感器件，其包括:
[0136]第一绝缘层，其包括凹陷部；和
[0137]第一光电转换部，其填充所述凹陷部。
[0138](2)根据⑴所述的固态图像传感器件，其中所述第一光电转换部沿所述凹陷部的深度方向被设置于彼此相对的一对电极之间。
[0139](3)根据(2)所述的固态图像传感器件，其中所述第一光电转换部包含有机光电转换材料。
[0140](4)根据(3)所述的固态图像传感器件，其中用所述有机光电转换材料填充所述凹陷部。
[0141](5)根据(3)或(4)所述的固态图像传感器件，其中所述有机光电转换材料包括第一导电半导体和第二导电半导体。
[0142](6)根据(5)所述的固态图像传感器件，其中
[0143]所述第一光电转换部包括，
[0144]所述第一导电半导体的第一导电半导体层，
[0145]所述第二导电半导体的第二导电半导体层，和
[0146]混合层，其包含所述第一导电半导体和所述第二导电半导体，且
[0147]所述一对电极中的一个电极与所述第一导电半导体层接触，且所述一对电极中的另一个电极与所述第二导电半导体层接触。
[0148](7)根据(I)至(6)中任一项所述的固态图像传感器件，其中所述凹陷部具有锥形形状。
[0149](8)根据(2)至(7)中任一项所述的固态图像传感器件，其中所述第一绝缘层和所述第一光电转换部设置在半导体基板上。
[0150](9)根据⑶所述的固态图像传感器件，其中在所述半导体基板的内部设置有第二光电转换部。
[0151](10)根据(9)所述的固态图像传感器件，其中
[0152]所述第一光电转换部的折射率高于所述第一绝缘层的折射率，且
[0153]所述第一光电转换部和所述第二光电转换部被设置成在平面视图中彼此重叠。
[0154](11)根据(10)所述的固态图像传感器件，其中，所述一对电极中的被设置于所述半导体基板与所述第一光电转换部之间的一个电极的折射率也高于所述第一绝缘层的折射率。
[0155](12)根据(11)所述的固态图像传感器件，所述一对电极中的所述一个电极被设置于所述凹陷部中。
[0156](13)根据(8)至(12)中任一项所述的固态图像传感器件，其包括第二绝缘层，所述第二绝缘层包括在所述半导体基板与所述第一绝缘层之间的氧化铪膜。
[0157](14)根据⑴至(13)中任一项所述的固态图像传感器件，其中所述第一光电转换部吸收特定波长区域内的光。
[0158](15)根据(14)所述的固态图像传感器件，其中对于在所述特定波长区域之外的光，所述第一光电转换部具有70 %以上的透射率。
[0159](16) 一种固态摄像单元，其包括固态图像传感器件，所述固态图像传感器件包括:
[0160]第一绝缘层，其包括凹陷部；和
[0161]第一光电转换部，其填充所述凹陷部。
[0162][I] 一种图像传感器，其包括:
[0163]第一绝缘层，其在半导体基板的上方；
[0164]凹陷部，其被形成于所述第一绝缘层中；和
[0165]有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。
[0166][2]根据[I]所述的图像传感器，其还包括:
[0167]至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。
[0168][3]根据[2]所述的图像传感器，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少一个第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。
[0169][4]根据[I]至[3]中任一项所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和ρ型半导体。
[0170][5]根据[I]至[4]中任一项所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层O
[0171][6]根据[I]至[5]中任一项所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体基板并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
[0172][7]根据[6]所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部的所述多层中的所述第一层是η型半导体层，其中所述有机光电转换部的所述多层 中的第二层是包括η型半导体和P型半导体的混合层，且其中所述有机光电转换部的所述多层中的第三层是P型半导体层。
[0173][8]根据[2]至[7]中任一项所述的图像传感器，还包括:
[0174]第二无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述第一无机光电转换部以及所述第二无机光电转换部重叠。
[0175][9]根据[I]至[8]中任一项所述的图像传感器，还包括:
[0176]上电极，其与所述有机光电转换部的上表面接触；
[0177]下电极，其与所述有机光电转换部的下表面接触，其中所述下电极位于所述有机光电转换部与所述半导体基板之间。
[0178][10]根据[9]所述的图像传感器，其还包括:
[0179]存储层，其中所述存储层被形成于所述半导体基板中，且其中所述存储层与所述下电极是相互电连接的。
[0180][11]根据[I]至[10]中任一项所述的图像传感器，其还包括:
[0181]布线层，其中所述图像传感器是背侧照射型图像传感器，其中所述至少一个第一无机光电转换部被设置于所述半导体基板的受光表面与所述布线层之间。
[0182][12] 一种摄像装置，其包括:
[0183]片上透镜；
[0184]平坦化层，其中所述片上透镜设置在所述平坦化层上；
[0185]固体摄像装置，所述固体摄像装置包括:
[0186]第一绝缘层，其在半导体基板的上方；
[0187]凹陷部，其形成在所述第一绝缘层中；
[0188]有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。
[0189][13]根据[12]所述的摄像装置，其还包括:
[0190]至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠，且其中所述平坦化层与所述固体摄像装置相互连接。
[0191][14]根据[12]或[13]所述的装置，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。
[0192][15]根据[12]至[14]中任一项所述的装置，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和ρ型半导体。
[0193][16] 一种电子设备，其包括:
[0194]光学系统；
[0195]快门单元，其中所述快门单元接收来自所述光学系统的光；
[0196]摄像单元，其中所述快门单元控制所述摄像单元的光照周期，所述摄像单元包括:
[0197]第一绝缘层，其在半导体基板的上方；
[0198]凹陷部，其形成在所述第一绝缘层中；
[0199]有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部；
[0200]驱动部，其中所述驱动部能够进行操作以控制所述快门单元的操作和所述摄像单元的传输操作；
[0201]信号处理部，其中所述信号处理部能够进行操作以对从所述摄像单元输出的信号进行信号处理。
[0202][17]根据[16]所述的电子设备，还包括:
[0203]至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。
[0204][18]根据[16]或[17]所述的设备，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。
[0205][19]根据[16]至[18]中任一项所述的设备，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和ρ型半导体。
[0206][20]根据[16]至[19]中任一项所述的设备，其中所述有机光电转换部包括多层。
[0207][21]根据[20]所述的设备，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体表面并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
[0208]本发明包含与在2012年12月26日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-282107中披露的主题相关的主题，因此将该优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
[0209]本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
[0210]附图标记列表
[0211]I 摄像单元
[0212]10摄像装置
[0213]11半导体基板
[0214]IlBUlR无机光电转换部
[0215]12、12-1、12-2、12-3、12-4、52 层间绝缘层
[0216]12C凹陷部
[0217]14a下电极
[0218]14b,51a 布线
[0219]16有机光电转换部
[0220]17上电极
[0221]18保护膜
[0222]19接触金属层
[0223]21平坦化层
[0224]22片上透镜
[0225]51多层布线层
[0226]53支撑基板
[0227]110 硅层
[0228]110G、110G1、110G2 绿色存储层
[0229]120al、120a2、120bl、120b2、120b3 导电插头
[0230]H1、H2 连接孔
【主权项】
1.一种图像传感器，其包括: 第一绝缘层，所述第一绝缘层位于半导体基板的上方； 凹陷部，所述凹陷部形成在所述第一绝缘层中；和 有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括: 至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少一个第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体基板并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部的所述多层中的所述第一层是η型半导体层，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第二层是包含η型半导体和P型半导体的混合层，且其中所述有机光电转换部的所述多层中的第三层是P型半导体层。8.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括: 第二无机光电转换部，所述第二无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述第一无机光电转换部以及所述第二无机光电转换部重叠。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其还包括: 上电极，所述上电极与所述有机光电转换部的上表面接触； 下电极，所述下电极与所述有机光电转换部的下表面接触，其中所述下电极在所述有机光电转换部与所述半导体基板之间。10.根据权利要求9所述的图像传感器，还包括: 存储层，其中所述存储层被形成于所述半导体基板中，且其中所述存储层与所述下电极是相互电连接的。11.根据权利要求1所述的图像传感器，其还包括: 布线层，其中所述图像传感器是背侧照射型图像传感器，其中所述至少一个第一无机光电转换部设置在所述半导体基板的受光表面与所述布线层之间。12.一种摄像装置，其包括: 片上透镜； 平坦化层，其中所述片上透镜设置在所述平坦化层上； 固体摄像装置，所述固体摄像装置包括: 第一绝缘层，所述第一绝缘层位于半导体基板的上方； 凹陷部，所述凹陷部形成在所述第一绝缘层中； 有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。13.根据权利要求12所述的摄像装置，还包括: 至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部形成在所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠，且其中所述平坦化层与所述固体摄像装置相互连接。14.根据权利要求12所述的装置，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。15.根据权利要求12所述的装置，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。16.—种电子设备，其包括: 光学系统； 快门单元，其中所述快门单元接收来自所述光学系统的光； 摄像单元，其中所述快门单元控制所述摄像单元的光照周期，所述摄像单元包括: 第一绝缘层，所述第一绝缘层位于半导体基板的上方； 凹陷部，所述凹陷部形成在所述第一绝缘层中； 有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部； 驱动部，其中所述驱动部能够进行操作以控制所述快门单元的操作和所述摄像单元的传输操作； 信号处理部，其中所述信号处理部能够进行操作以对从所述摄像单元输出的信号进行信号处理。17.根据权利要求16所述的电子设备，还包括: 至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部形成在所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。18.根据权利要求16所述的设备，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。19.根据权利要求16所述的设备，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。20.根据权利要求16所述的设备，其中所述有机光电转换部包括多层。21.根据权利要求20所述的设备，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体表面并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
【专利摘要】本发明提供了图像传感器、摄像装置和电子设备。上述这些能够包括含有位于半导体基板上方的第一绝缘层的图像传感器或摄像装置。在所述第一绝缘层中形成有凹陷部。有机光电转换部填充所述凹陷部。还能够设置有一个以上的无机光电转换部，且所述有机光电转换部与所述无机光电转换部重叠。可替代地或额外地，所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。
【IPC分类】H01L27/30, H01L27/146
【公开号】CN104885221
【申请号】CN201380066582
【发明人】定荣正大
【申请人】索尼公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月17日
【公告号】EP2939268A1, US20150311259, WO2014103240A1
【技术领域】
[0001]本技术涉及具有光电转换部的固态图像传感器件和设置有该固态图像传感器件的固态摄像单元，所述光电转换部包含有机材料。
【背景技术】
[0002]在诸如CO)(Charge Coupled Device，电荷親合器件)图像传感器和CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态摄像单元中，进入单位像素(固态图像传感器件)中的光子的数量随着像素尺寸的缩小而减少，且S/N比减小。正如例如拜耳阵列等所表示的，通过使用滤色器将像素划分为红色、绿色和蓝色，且将这些像素布置于同一平面上。在该技术中，例如，使得具有绿色波长和蓝色波长的光无法通过红色像素(滤色器)，且因此发生了光损耗且灵敏度下降。此外，因为通过在红色像素、绿色像素与蓝色像素之间进行插值处理而产生色彩信号，所以可能生成伪彩色。
[0003]因此，已经提出了通过层叠三个光电转换部从而利用I个像素获得三种颜色的光电转换信号的方法。例如，这三个光电转换部中的一个(例如，与绿光对应的光电转换部)被设置于硅基板上，具体地，被设置于该硅基板的外部，且剩余的两个(例如，与红光和蓝光对应的光电转换部)被设置于该硅基板的内部。位于所述硅基板的外部的所述光电转换部包含有机材料，且该光电转换部被设置于一对电极之间。另一方面，在所述硅基板的内部的所述光电转换部是由光电二极管(Photo D1de)构成的。
[0004]例如，在日本待审查的专利申请公开第2011-29337号(PTL I)的固态摄像单元中，包含有机材料的光电转换部被设置于硅基板的一个表面上，且电路和布线的多层结构(以下，简称为“布线层”)被设置于所述硅基板的另一个表面上。换言之，这个固态摄像单元是所谓的背侧照射型固态摄像单元，其中受光表面和电路形成表面被彼此相对地设置。当所述光电转换部和所述布线层被如此设置时，位于所述硅基板的外部的所述光电转换部与位于所述硅基板的内部的所述光电转换部之间的距离变短。因为所述光电转换部的灵敏度依赖于片上透镜的F数，所以减小层叠的每个颜色的所述光电转换部之间的距离使得能够抑制相对于彼此的灵敏度的不均匀。
[0005]引用文献列表
[0006]专利文献
[0007]PTL I JP 2011-29337
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]近年来，人们一直在追求发展出具有更高光电转换效率的摄像单元。特别地，已经预期能够提高如上所述的包含有机材料的光电转换部的光电转换效率。
[0010]期望的是，提供一种具有更高光电转换效率的固态图像传感器件和设置有这个固态图像传感器件的固态摄像单元。
[0011 ] 解决问题的技术方案
[0012]本技术的实施例提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括第一绝缘层，所述第一绝缘层在半导体基板的上方。在所述第一绝缘层中形成有凹陷部。还设置有填充所述凹陷部的有机光电转换部。
[0013]根据另一个实施例，所述图像传感器包括至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。此外，所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少一个第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。
[0014]根据又一个实施例，所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。可替代地或额外地，所述有机光电转换部包括多层。在所述有机光电转换部包括多层的实施例中，所述有机光电转换部的所述多层中的第一层能够被设置为邻近所述半导体基板并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。此外，所述有机光电转换部的所述多层中的所述第一层能够是η型半导体层，且所述有机光电转换部的所述多层中的第二层能够是包括η型半导体和P型半导体的混合层，同时所述有机光电转换部的所述多层中的第三层能够是P型半导体层。所述图像传感器还能够包括第二无机光电转换部，所述第二无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，且所述有机光电转换部能够与所述第一无机光电转换部以及所述第二无机光电转换部重叠。
[0015]根据另一个实施例，所述图像传感器能够包括上电极和下电极，所述上电极与所述有机光电转换部的上表面接触，所述下电极与所述有机光电转换部的下表面接触，且所述下电极在所述有机光电转换部与所述半导体基板之间。此外，所述图像传感器能够包括存储层，所述存储层被形成于所述半导体基板中且与所述下电极是相互电连接的。根据又一个实施例，所述图像传感器能够是背侧照射型图像传感器，其中所述至少一个第一无机光电转换部被设置于所述半导体基板的受光表面与所述布线层之间。
[0016]本发明的另一实施例提供了一种摄像装置。所述装置包括片上透镜和平坦化层，且所述片上透镜被设置于所述平坦化层上。所述装置还包括固体摄像装置，所述固体摄像装置具有第一绝缘层、凹陷部和有机光电转换部，所述第一绝缘层在半导体基板的上方，所述凹陷部被形成于所述第一绝缘层中，所述有机光电转换部填充所述凹陷部。
[0017]根据又一个实施例，所述摄像装置还包括至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，且所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠，且其中所述平坦化层与所述固体摄像装置相互连接。所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。可替代地或额外地，所述有机光电转换部能够包含混合层，该混合层包含η型半导体和P型半导体。
[0018]本发明的又一实施例提供了一种电子设备。所述设备包括光学系统、快门单元和摄像单元，所述快门单元接收来自所述光学系统的光，其中所述快门单元控制所述摄像单元的光照周期。所述摄像单元包括第一绝缘层、凹陷部和有机光电转换部，所述第一绝缘层在半导体基板的上方，所述凹陷部被形成于所述绝缘层中，所述有机光电转换部填充所述凹陷部。此外，所述设备还包括驱动部，所述驱动部能够进行操作以控制所述快门单元的操作和所述摄像单元的传输操作。此外，所述电子设备能够包括信号处理部，其中所述信号处理部能够进行操作以对从所述摄像单元输出的信号进行信号处理。
[0019]根据另一个实施例，电子设备能够包括至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。可替代地或额外地，所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。所述有机光电转换部能够包括混合层，所述混合层具有η型半导体和P型半导体。所述有机光电转换部能够包括多层。所述有机光电转换部的所述多层中的第一层能够被设置为邻近所述半导体表面并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
[0020]本发明的有益效果
[0021]根据本技术的各个实施例中的固态图像传感器件和固态摄像单元，所述第一光电转换部具有大的厚度，且因此能够使其光路长度增加。因此，能够使光电转换效率提高。
[0022]应当理解的是，前述的一般说明和下面的详细说明都是示例性的，且提供这些说明是为了对如要求保护的本技术提供进一步的解释。
【附图说明】
[0023]本发明包括附图以提供本技术的进一步理解，且附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。这些图图示了实施例，且与说明书一起，用来解释本技术的原理。
[0024]图1是图示了根据本技术实施例的摄像装置的示意性构造的截面图。
[0025]图2Α是图示了图1中所示的无机光电转换部的构造示例的截面图。
[0026]图2Β是图示了与图2Α中所示的无机光电转换部的横截面不同的横截面的图。
[0027]图3是用来说明图1中所示的绿色存储层的构造的截面图。
[0028]图4是图示了图1中所示的有机光电转换部的细节的截面图。
[0029]图5是图示了图4中所示的凹陷部的另一个示例的截面图。
[0030]图6是图示了图4中所示的有机光电转换部的另一个示例的截面图。
[0031]图7是图示了图4中所示的有机光电转换部的又一个示例的截面图。
[0032]图8Α是图示了图1中所示的摄像装置的制造工艺的示例的截面图。
[0033]图8Β是图示了图8Α中的工艺之后的工艺的截面图。
[0034]图9是图示了图8Β中的工艺之后的工艺的截面图。
[0035]图10是图示了在图9中的工艺之后的工艺的截面图。
[0036]图11是图示了图10中的工艺之后的工艺的截面图。
[0037]图12是图示了图11中的工艺之后的工艺的截面图。
[0038]图13是用来说明图1中所示的摄像装置的操作的截面图。
[0039]图14是用来说明图1中所示的摄像装置的操作的示意图。
[0040]图15是图示了根据比较例的摄像装置的构造的截面图。
[0041]图16是图示了根据变形例I的摄像装置的构造的截面图。
[0042]图17是图示了根据变形例2的摄像装置的构造的截面图。
[0043]图18是图示了根据变形例3的摄像装置的构造的截面图。
[0044]图19是图示了根据变形例4的摄像装置的构造的截面图。
[0045]图20是图示了使用图1中所示的摄像装置的摄像单元的总体构造的示意图。
[0046]图21是图示了应用了图20中所示的摄像单元的电子设备的示意构造的图。
【具体实施方式】
[0047]将参照附图详细地说明本技术的实施例。需要注意的是，将按照下列顺序提供说明:
[0048]1.实施例(摄像装置:有机光电转换部被设置于绝缘层的凹陷部中的示例);
[0049]2.变形例I (有机光电转换部被设置于更靠近半导体基板的位置处的示例)；
[0050]3.变形例2(下电极被设置于凹陷部中的示例)；
[0051]4.变形例3 (空穴作为信号电荷从下电极侧被提取出来的示例)；
[0052]5.变形例4(电子或空穴作为信号电荷从上电极侧被提取出来的示例)；
[0053]6.应用示例(摄像单元)。
[0054]实施例
[0055]摄像装置10的构造
[0056]图1图示了根据本技术实施例的摄像装置(摄像装置10)的截面构造。例如，摄像装置10可以形成诸如CCD图像传感器和CMOS图像传感器等摄像单元(例如，稍后说明的图20中的摄像单元I)中的I个像素(例如，稍后说明的图20中的像素P)。摄像装置10是背侧照射型摄像装置，其中多层布线层51被设置于与半导体基板11的受光表面(表面SI)相反的表面(表面S2)上。 [0057]摄像装置10包括无机光电转换部IIB和I IR (第二光电转换部)以及有机光电转换部16 (第一光电转换部)，这三个光电转换部沿垂直方向(光路)层叠。无机光电转换部IlB和IlR被设置于半导体基板11的内部，且有机光电转换部16被设置于半导体基板11的表面S I上。有机光电转换部16被设置于一对电极(上电极17和下电极14a)之间，且光从一个电极(上电极17)侧进入有机光电转换部16。如上所述的有机光电转换部16以及无机光电转换部IIB和IlR中的每一个无机光电转换部选择性地检测互不相同的波长区域中的光且对所述光进行光电转换。因此，不用设置滤色器，就可以利用单个摄像装置10获得多种色彩信号。在无机光电转换部IlR中检测红色的色彩信号(例如，具有约620nm至约750nm的波长)，在无机光电转换部IlB中检测蓝色的色彩信号(例如，具有约450nm至约495nm的波长)，且在有机光电转换部16中检测绿色的色彩信号(例如，具有约495nm至约570nm的波长)。
[0058]靠近半导体基板11的表面S2例如可以设置有P型半导体阱区域(未图示)。靠近半导体基板11的表面S2，设置有传输晶体管Trl、Tr2和Tr3，这三者分别对应于有机光电转换部16、无机光电转换部IlB和无机光电转换部I IR。传输晶体管Trl、Tr2和Tr3可以将与在有机光电转换部16中生成的绿色对应的信号电荷、与在无机光电转换部IlB中生成的蓝色对应的信号电荷以及与在无机光电转换部IlR中生成的红色对应的信号电荷分别传输至例如垂直信号线Lsig(稍后说明的图20)。每个传输晶体管Trl、Tr2和Tr3的栅电极TGl、TG2和TG3例如可以被包含在多层布线层51中。所述信号电荷可以是利用光电转换而生成的电子或空穴，但是下面，作为示例将说明其中电子作为信号电荷被读出的情况(其中η型半导体区域是光电转换层的情况)。
[0059]靠近半导体基板11的表面S2，与传输晶体管Trl、Tr2和Tr3—起例如可以设置有复位晶体管、放大晶体管、选择晶体管等。这些晶体管可以都是例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSEFT:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，且可以形成用于每个所述光电转换部(有机光电转换部16以及无机光电转换部IlB和11R)的电路。这些电路中的每个电路可以具有例如包括传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管的三晶体管构造，或者可以具有如下的四晶体管构造:其中，除了上述的三个晶体管之外，还设置有选择晶体管。除了传输晶体管之外的所述晶体管可以被光电转换部或像素所共用。
[0060]半导体基板11可以由例如η型娃(Si)层构成，且绿色存储层IlOG与上述的无机光电转换部IlB和IlR—起被设置于半导体基板11中。
[0061]无机光电转换部IIB和IlR中的每个无机光电转换部是具有ρη结的光电二极管。例如，无机光电转换部IlB和无机光电转换部IlR可以从半导体基板11的表面SI侧按照所述的顺序设置。如例如在图2Α中所示，无机光电转换部IlB包括将会变为空穴存储层的P型半导体区域(以下，简称为“P型区域”)Illp和将会变为电子存储层的η型光电转换层(以下，简称为“η型区域”)111η。在图2Α中，被设置成“ρ”和“η”中各者的上标的“ + (正)”表示P型或η型杂质浓度高。沿着平行于表面SI的水平方向，ρ型区域Illp和η型光电转换层11 In被设置于靠近半导体基板11的表面SI的各自的预定区域中。ρ型区域Illp和η型光电转换层Illn中各者的至少一部分通过弯曲而沿着垂直于表面SI的方向延伸。靠近半导体基板11的表面S2设置有用于蓝色的传输晶体管Tr2中的浮动扩散部(FD:floating diffus1n) 113 (图2B)，且η型光电转换层Illn被连接至η型区域的FD113。ρ型区域113ρ (空穴存储层)被设置于半导体基板11的表面S2与ρ型区域Illp和η型光电转换层Illn之间。ρ型区域Illp被连接至靠近半导体基板11的表面SI的ρ型半导体阱区域(未图示)。
[0062]无机光电转换部IlR可以具有例如沿半导体基板11的厚度方向(垂直于表面SI和S2的方向)的ρ-η-ρ层叠结构。η型光电转换层112η(电子存储层)被设置于P型区域112pl (空穴存储层)与ρ型区域112ρ2之间。η型光电转换层112η的至少一部分通过弯曲而沿着垂直于半导体基板11的表面SI的方向延伸。用于红色的传输晶体管Tr3的浮动扩散部(FD) 114被设置成靠近半导体基板11的表面S2，且η型光电转换层112η被连接至η型区域的FD 114。
[0063]如图3所示，绿色存储层110G包括将会变为电子存储层的η型区域115η，且η型区域115η被连接至导电插头120al。导电插头120al被嵌入到半导体基板11中，且用作有机光电转换部16与绿色存储层110G之间的信号电荷(电子)的传输路径。换言之，通过导电插头120al而从下电极14a传输过来的电子被存储于绿色存储层110G中。用于绿色的传输晶体管Trl中的浮动扩散部(FD) 116被设置成靠近半导体基板11的表面S2，且η型区域115η被连接至FD 116。在η型区域115η与半导体基板11的表面S2之间，设置有P型区域115ρ (空穴存储层)。
[0064]导电插头120bl (图1)用作在有机光电转换部16中生成的空穴的传输路径，且所述空穴通过导电插头120bl而从上电极17排出。导电插头120bl与导电插头120al —起被嵌入在半导体基板11中。导电插头120al和120bl可以都由例如导电半导体层构成，且都被形成为嵌入在半导体基板11中。导电插头120al成为电子的传输路径，因此，导电插头120al可以优选地由η型半导体构成。导电插头120bl成为空穴的传输路径，因此，导电插头120bl可以优选地由ρ型半导体构成。或者，导电插头120al和120bl可以通过例如将诸如鹤等导电材料嵌入到通孔(through-via)中而构成。在如上所述的导电插头120al和120bl中，优选地，该通孔的侧表面可以被绝缘膜覆盖以用来抑制与硅的短路，该绝缘膜由二氧化娃(S12)、氮化娃(SiN)等制成。
[0065]多层布线层51被设置成与半导体基板11的表面S2接触。多层布线层51包含多个布线51a，且多个布线51a之间设置有层间绝缘膜52。多层布线层51可以被粘接至例如由硅制成的支撑基板53。多层布线层51被设置于支撑基板53与半导体基板11之间。
[0066]在半导体基板11的表面SI侧上设置有层间绝缘层12。按照如下顺序，层间绝缘层12可以从表面SI侧包括例如层间绝缘层12-1 (第二绝缘层)、层间绝缘层12-2、层间绝缘层12-3和层间绝缘层12-4。层间绝缘层12-2和层间绝缘层12_3可以被一体化(单层)。层间绝缘层12-1被设置成与半导体基板11的表面SI接触，以降低半导体基板11(硅层110)的界面态且抑制暗电流从层间绝缘层12-1与硅层110的界面生成。优选地，具有低界面态的绝缘材料可以被用于如上所述的层间绝缘层12-1，且可以由例如二氧化铪膜(HfO2)构成。例如，层间绝缘层12-2可以具有约1，OOOnm以下的厚度，且可以被设置于层间绝缘层12-1与下电极14a之间。下电极14a和绿色存储层IlOG通过导电插头120a2和导电插头120al彼此电连接。导电插头120a2穿过层间绝缘层12_1和12_2，且导电插头120al如上所述地被嵌入在半导体基板11中。层间绝缘层12-3被设置用来使多个图形化的下电极14a电分离，且可以具有例如约1nm至约300nm(包括两个端点)的厚度。在本实施例中，在位于层间绝缘层12-3之上的层间绝缘层12-4(第一绝缘层)中设置有凹陷部或凹部12C，且有机光电转换部16被形成以填充凹陷部12C。如稍后将详细说明的，这使得可以通过增大有机光电转换部16的光路长度而提高光电转换效率。层间绝缘层12-4可以具有例如约3，OOOnm以下的厚度。
[0067]例如，如图4所示，凹陷部12C可以穿过层间绝缘层12-4且到达下电极14a。优选地，凹陷部12C的横截面可以具有锥形形状，即，直径从上电极17到下电极14a逐渐减小的形状。这是因为具有这样锥形形状的凹陷部12C能够高效率地聚光。或者，凹陷部12C的直径可以是从上电极17到下电极14a固定的(图5)。
[0068]层间绝缘层12-2、12-3和12_4中的各层间绝缘层可以由例如单层膜或层叠膜构成，所述单层膜由氧化硅、氮化硅和氮氧化硅(S1N)中的一种制成，所述层叠膜由上述单层膜中的两个以上制成。层间绝缘层12-2、12-3和12-4可以是例如分别具有约200nm、约50nm和约500nm厚度的氧化硅膜。在这种情况下，穿过层间绝缘层12_4的凹陷部12C具有约500nm的厚度。
[0069]有机光电转换部16以填充层间绝缘层12-4中的凹陷部12C的方式而被设置。有机光电转换部16的表面(在上电极17侧的表面)的位置和除了凹陷部12C以外的层间绝缘层12-4的表面的位置基本相同。在不损害本技术实施例的效果的程度上，有机光电转换部16的所述表面的所述位置和层间绝缘层12-4的所述表面的所述位置可以彼此不对齐。可替代地，有机光电转换部16的表面可以在半导体基板11侧或在片上透镜22侦U。
[0070]有机光电转换部16由有机半导体材料构成，且通过吸收选择的波长区域内的光(这里，绿光)而生成电子-空穴对。在有机光电转换部16中生成的信号电荷(电子)被下电极14a提取，且空穴通过上电极17而被排出。
[0071]优选地，有机光电转换部16可以包括η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ(图1)。因为包括η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ，所以产生了 ρη结平面，且形成了所谓的钉扎体异质结构(pin bulk heterostructure)。因此，所述ρη结平面在凹陷部12C中增大，这使得能够进一步提高光电转换效率。
[0072]优选地，除了 η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ的这样的混合层(共沉积层16ΡΝ)之外，有机光电转换部16还可以包括η型半导体层16ΝΑ和ρ型半导体层16ΡΑ，η型半导体层16ΝΑ由η型半导体16Ν制成，ρ型半导体层16ΡΑ由ρ型半导体16Ρ制成(图4)。η型半导体层16ΝΑ沿着凹陷部12C的侧壁和底部而设置，且与下电极14a接触。ρ型半导体层16ΡΑ与上电极17接触，且覆盖上电极17的一个表面。例如，共沉积层16ΡΝ可以被设置于P型半导体层16ΡΑ与η型半导体层16ΝΑ之间。在共沉积层16ΡΝ中生成的电子-空穴对之中，电子通过η型半导体层16ΝΑ向下电极14a移动，且空穴通过ρ型半导体层16PA向上电极17移动。如图6所示，可以通过层叠η型半导体层16ΝΑ和ρ型半导体层16ΡΑ来构成有机光电转换部16。或者，如图7所示，可以通过只使用η型半导体层16ΝΑ和ρ 型半导体层16ΡΑ中的任何一个来构成有机光电转换部16。优选地，在下电极14a与η型半导体层16ΝΑ之间以及在上电极17与ρ型半导体层16ΡΑ之间可以分别设置有ρ型阻挡层(未图示)和η型阻挡层(未图示)。所述P型阻挡层和所述η型阻挡层被设置用来分别抑制由于从下电极14a注入空穴而出现的暗电流和由于从上电极17注入电子而出现的暗电流。诸如内涂层膜(undercoating film)、缓冲膜和功函数调节膜(这些膜都没有图示)等膜可以被设置于有机光电转换部16中。所述内涂层膜被设置用来使下电极14a的凹凸不平平滑化。所述缓冲膜被设置用来抑制在形成上电极17时的劣化。所述功函数调节膜被设置用来通过调节上电极17的功函数而抑制暗电流的出现。
[0073]如上所述的有机光电转换部16面对着无机光电转换部IlB和11R，且层间绝缘层12-1和12-2以及下电极14a被布置在有机光电转换部16与无机光电转换部IIB和I IR之间。换言之，在平面视图中，有机光电转换部16被设置成与无机光电转换部IlB和IlR重叠。光在穿过有机光电转换部16和下电极14a之后进入无机光电转换部IlB和11R。因此，优选地，有机光电转换部16 (凹陷部12C)可以具有能够使光聚集在无机光电转换部IlB和IlR上的结构，即，波导结构。具体地，有机光电转换部16的材料(η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ)的折射率和下电极14a的折射率优选地可以高于有机光电转换部16的周边(层间绝缘层12-4)的折射率。因此，已经穿过有机光电转换部16和下电极14a的光被聚集且进入无机光电转换部IlB和11R。例如，有机光电转换部16的折射率可以是约1.7至约2.0 (包括两个端点)，由ITO制成的下电极14a的折射率可以是约1.8，且由氧化硅膜制成的层间绝缘层12-4的折射率可以是约1.4。
[0074]有机光电转换部16对在特定波长区域中的光(绿光)进行光电转换，且使得在其它波长区域中的光能够穿过有机光电转换部16。优选地，关于在其它波长区域中的光，有机光电转换部16的材料可以具有70%以上的透射率。
[0075]优选地，作为η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ的材料，例如，可以使用喹B丫啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物和荧蒽衍生物中的任何一个。η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ的材料的示例还可以包括苯乙炔、芴、咔挫J引噪、芘、吡略、甲基吡啶、噻吩、乙炔、丁二炔等的聚合物、衍生物等。还可以使用金属络合物染料、花青基染料、部花青基染料、苯基咕吨基染料、三苯甲烷基染料、复合份菁(rhodacyanine)基染料、咕吨基染料、大环氮杂轮稀(azaannulene)基染料、奧基染料和萘醌基或蒽醌基染料中的任何一个。金属络合物染料的优选示例可以包括二硫酚金属络合物基染料、金属酞青染料、金属卟啉染料和钌络合物染料。在它们之中，特别地，钌络合物染料可以是优选的。η型半导体16Ν和ρ型半导体16Ρ可以由通过诸如蒽和芘等多环芳烃、芳香环或杂环化合物的缩合而获得的链状化合物构成。其他可用的示例可以包括:使用方酸菁基团和/或克铜酸次甲基(croconic methine)基团作为连接链而键合诸如喹啉、苯并噻挫和苯并恶唑等两种以上的含氮杂环的化合物；和被方酸菁基团和/或克酮酸次甲基基团键合的花青类似染料。
[0076]在凹陷部12C的深度方向上，下电极14a和上电极17彼此面对，且有机光电转换部16被设置于这两者之间。下电极14a提取在有机光电转换部16中生成的信号电荷(空穴)，且通过导电插头120al和120a2而被电连接至绿色存储层110G。如上所述，下电极14a被设置成面对无机光电转换部IlB和IlR中各者的受光表面。换言之，下电极14a被设置在无机光电转换部IIB和IlR的正上方。因此，下电极14a可以由透光导电材料构成，例如，ITO(Indium-Tin-Oxide:铟锡氧化物)。下电极14a还可以由例如氧化锡(SnO2)基材料或氧化锌(ZnO)基材料构成。所述氧化锡基材料是通过将掺杂剂添加到氧化锡中而获得的。所述氧化锌基材料的示例可以包括:将铝(Al)作为掺杂剂添加到氧化锌中的铝锌氧化物(AZO)、将镓(Ga)作为掺杂剂添加到氧化锌中的镓锌氧化物(GZO)和将铟(In)作为掺杂剂添加到氧化锌中的铟锌氧化物(IZO)。而且，可以使用IGZ0、Cu1、InSb04、ZnMg0、CuIn02、Mgln204、CdO、ZnSnO3等中的任何一个。下电极14a具有与层间绝缘层12_3的厚度相等的厚度，且该厚度可以是例如约1nm至约300nmo
[0077]接触金属层19、导电插头120b3、布线14b、导电插头120b2和导电插头120bl被电连接至上电极17。导电插头120b3穿过层间绝缘层12-4，且导电插头120b2穿过层间绝缘层12-1和12-2。在有机光电转换部16中所生成的空穴通过这个传输路径而被排出。布线14b可以被设置于例如层间绝缘层12-2上，且被下电极14a和层间绝缘层12_3分开。优选地，导电插头120b2、布线14b和导电插头120b3可以被电连接在上电极17与导电插头120bl (半导体基板11)之间，且用作遮光部。导电插头120b2、布线14b和导电插头120b3可以由层叠膜构成，所述层叠膜由具有遮光功能的导电材料制成，例如，诸如钛(Ti)、氮化钛(TiN)和钨(W)等金属材料。也可以将与导电插头120b2的材料相同的材料用于导电插头 120a2o
[0078]与下电极14a—样，上电极17由透光导电材料构成。在摄像装置10中，从上电极17提取出来的空穴被排出。因此，当布置有多个摄像装置10时(例如，稍后说明的图20中的摄像单元I)，上电极17可以被设置成摄像装置10 (图20中的像素P)所共用的电极。上电极17可以具有例如约1nm至约200nm(包括两端点)的厚度。
[0079]保护膜18被设置于层间绝缘层12 (层间绝缘层12-4)上，且覆盖上电极17。保护膜18设置有连接孔Hl和H2。上电极17和接触金属层19通过连接孔Hl而彼此电连接。接触金属层19和导电插头120b3通过连接孔H2而彼此电连接。连接孔Hl和连接孔H2分别被设置于面对着上电极17的位置处和面对着导电插头120b3的位置处。保护膜18具有透光性，且可以由例如单层膜或层叠膜构成，所述单层膜由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等中的任一者制成，所述层叠膜由任意的上述单层膜制成。保护膜18可以具有例如约10nm至约300nm(包括两端点)的厚度。
[0080]平坦化层21被设置于保护膜18的整个表面上，且覆盖接触金属层19。在平坦化层21上，设置有片上透镜22。从上方进入的光通过片上透镜22而被聚集在有机光电转换部16、无机光电转换部IlB和无机光电转换部IlR中的各者的受光表面上。在背侧照射型的摄像装置10中，片上透镜22与无机光电转换部IlB和IlR中的各者的受光表面之间的距离很短。因此，能够抑制每种颜色的灵敏度的不均匀，这种不均匀的出现取决于片上透镜22的F数。
[0081]摄像装置10的制造方法
[0082]例如，可以如下地制造如上所述的摄像装置10(图8A至图12)。
[0083]首先，形成半导体基板11。如图8A所示，首先，制备在硅基板1101与硅层110之间具有氧化硅膜1102的基板(所谓的SOI基板)。然后在硅层110中形成导电插头120al和120bl，从而形成半导体基板11。在娃层110中，与氧化娃膜1102接触的表面是半导体基板11的表面SI。可以例如通过在硅层110中形成通孔、然后以钨和诸如氮化硅等绝缘膜填充这个通孔来形成导电插头120al和120bl。或者，可以通过将离子注入到硅层110中形成导电杂质半导体层作为导电插头120al和120bl。然后，在娃层110中的不同深度的各个区域中，形成彼此重叠的无机光电转换部IlB和I IR。与无机光电转换部IlB和I IR—起，利用离子注入形成绿色存储层110G。在靠近半导体基板11的表面S2处，形成诸如传输晶体管Trl、Tr2和Tr3等晶体管和诸如逻辑电路等周边电路。因此，形成了半导体基板11 (图8B)。
[0084]然后，如图9所示，在半导体基板11的表面S2上形成多层布线层51。在多层布线层51中，形成多个布线51a且在多个布线51a之间设置层间绝缘膜52。其后，将支撑基板53粘接至多层布线层51，随后从硅层110除去氧化硅膜1102和硅基板1101，从而露出硅层110的表面SI (图10)。然后，在半导体基板11的表面SI上按照顺序可以利用例如原子层沉积(ALD:Atomic Layer Deposit1n)形成氧化給膜且可以利用例如等离子体化学气相沉积(CVD:Chemical Vapor Deposit1n)形成氧化娃膜，这样如图11所示，形成层间绝缘层12-1 和 12-2。
[0085]然后，在层间绝缘层12-1和12-2中，在面对导电插头120al和120bl的对应位置处设置连接孔。然后，通过在层间绝缘层12-2上形成导电膜的方式，利用导电材料填充各连接孔。因此，形成导电插头120a2和120b2。对层间绝缘层12_2上的导电膜进行图形化而使其具有期望图像，这样使得布线14b与导电插头120a2和120b2 —起形成。
[0086]在形成导电插头120a2和120b2以及布线14b之后，在层间绝缘层12_2上形成下电极14a。例如，可以通过如下方式来形成下电极14a:沉积例如通过溅射而形成的具有约50nm厚度的ITO膜，然后使用光刻技术对该ITO膜进行图形化，随后进行干式蚀刻或湿式蚀亥IJ。可以在形成布线14b之前设置下电极14a。
[0087]在形成下电极14a和布线14b之后，可以通过例如凭借等离子体CVD沉积氧化硅膜而在下电极14a、布线14b和层间绝缘层12-2上均形成层间绝缘层12_3和12_4。可以通过例如化学机械抛光(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等预先使层间绝缘层12_3和12-4平坦化。然后，在层间绝缘层12-4中的面对布线14b的位置处形成导电插头120b3。例如，可以通过在层间绝缘层12-4中设置连接孔并且随后在这个连接孔内依次沉积氮化钛和钨来形成导电插头120b3。可以通过例如CMP去除残留在层间绝缘层12-4上的氮化钛和钨。
[0088]然后，如图12所示，在层间绝缘层12-4中形成凹陷部12C且使其到达下电极14a。可以通过例如干式蚀刻、氩(Ar)溅射等形成凹陷部12C。其后，可以通过利用例如真空沉积在凹陷部12C中形成喹吖啶酮衍生物的膜来形成有机光电转换部16。例如，可以通过依次设置η型半导体层16ΝΑ、共沉积层16ΡΝ和ρ型半导体层16ΡΑ来形成有机光电转换部16。可以通过涂敷形成有机光电转换部16。
[0089]在形成有机光电转换部16之后，可以通过利用例如真空沉积在有机光电转换部16上沉积IT O而形成上电极17。在水分、氧气和氢气等的影响下，有机光电转换部16的性能可能波动。因此，优选地，可以在机光电转换部16之后在真空状态下形成上电极17。可以通过溅射等形成上电极17。在形成上电极17之后，在上电极17和层间绝缘层12-4上形成保护膜18。如下地形成保护膜18。可以通过例如等离子体CVD沉积氮化硅或氧化硅，然后利用光刻技术对沉积的氮化硅或氧化硅进行图形化并且进行干式蚀刻。最后，通过应用诸如灰化和有机清洗等后处理来去除沉积物和残留物。
[0090]在形成保护膜18之后，在保护膜18中的分别面对上电极17的位置和面对导电插头120b3的位置处形成连接孔Hl和连接孔H2。然后，在保护膜18上形成接触金属层19以填充连接孔Hl和H2。此后，在接触金属层19和保护膜18上形成平坦化层21，然后在平坦化层21上形成片上透镜22。通过进行上述的处理，完成了图1所示的摄像装置10。
[0091]摄像装置10的操作
[0092]在如上所述的摄像装置10中，例如可以如下地获得信号电荷(电子)作为摄像单元中的像素。当光L (图13)通过片上透镜22 (图1)进入摄像装置10时，光L依次穿过有机光电转换部16、无机光电转换部IlB和无机光电转换部11R。在穿过这些部件的同时，针对绿光、蓝光和红光中的每种光，对光L进行光电转换。具体地，如图14所示，在进入摄像装置10的光L中，首先，在有机光电转换部16中选择性地检测(吸收)绿光Lg且对其进行光电转换。在有机光电转换部16中生成的电子-空穴对中的电子Eg被下电极14a提取且通过传输路径A (导电插头120al和120a2)被存储于绿色存储层IlOG中。在读取操作中，所存储的电子Eg被传送到FD 116。另一方面，空穴Hg通过传输路径B (导电插头120bl、120b2和120b3以及布线14b)而从上电极17排出。
[0093]在摄像装置10中，预定的负电位VL (<0V)和低于电位VL的电位VU (<VL)分别被施加至下电极14a和上电极17。因此，在电荷存储状态(复位晶体管(未图示)和传输晶体管Trl被切断的状态)下，在有机光电转换部16中生成的电子-空穴对中的电子被引导至具有相对高电位的下电极14a。电子Eg从下电极14a被提取出来，然后通过传输路径A被存储在绿色存储层IlOG中(具体地，在η型区域115η中)。当电子Eg被存储时，与绿色存储层IlOG电连接的下电极14a的电位VL发生改变。电位VL的这个改变等于信号电位(这里，绿色信号的电位)。需要注意的是，例如，可以从多层布线层51中的布线51a通过传输路径A将电位VL施加至下电极14a，且例如，可以从多层布线层51中的布线51a通过传输路径B将电位VU施加至上电极17。
[0094]在所述读取操作中，传输晶体管Trl进入导通(ON)状态，且被存储于绿色存储层I1G中的电子Eg被传输到FD 116。结果，例如，基于所接收的绿光Lg的量的所述绿色信号通过像素晶体管(未图示)而被读出至垂直信号线Lsig(在稍后说明的图20中)。其后，复位晶体管(未图示)和传输晶体管Trl分别进入导通状态，且例如，η型区域的FD 116和绿色存储层IlOG的存储区域(η型区域115η)可以被复位至电源电压VDD。
[0095]在通过有机光电转换部16之后的光中，蓝光和红光分别被无机光电转换部IIB和无机光电转换部IlR吸收且被进行光电转换。在无机光电转换部IlB中，与入射的蓝光对应的电子Eb被存储于η型区域(η型光电转换层Illn)中。所存储的电子Eb在读取操作中被传送到FD 113。这时，在无机光电转换部IlB中生成的空穴被存储于ρ型区域(在图14中未图示)中。在无机光电转换部IlR中进行类似的处理。在无机光电转换部IlR中，与入射的红光对应的电子Er被存储于η型区域(η型光电转换层112η)中。所存储的电子Er在读取操作中被传送到FD 114。这时，在无机光电转换部IlR中生成的空穴被存储于P型区域(在图14中未图示)中。
[0096]在电荷存储状态下，如上所述，负电位VL被施加给下电极14a。因此，在作为无机光电转换部IlB的空穴存储层的P型区域(图2中的ρ型区域Illp)中的空穴密度很容易增大。这使得能够抑制在P型区域Illp与层间绝缘层12-1之间的界面处出现暗电流。
[0097]在无机光电转换部IlB和IlR中的读取操作以与在有机光电转换部16中的所述读取操作相同的方式进行。传输晶体管Tr2和Tr3都进入导通状态，且分别存储于η型光电转换层Illn和112η中的电子Eb和Er分别被传送到FD 113和FD 114。结果，例如，基于所接收的蓝光Lb的量的蓝色信号和基于所接收的红光Lr的量的红色信号通过像素晶体管(未图示)而被读出至垂直信号线Lsig(稍后说明的图20)。其后，复位晶体管(未图示)以及传输晶体管Tr2和Tr3都进入导通状态，且FD113和FD 114 (它们是η型区域)例如可以被复位至电源电压VDD。
[0098]摄像装置10的功能和效果
[0099]以这种方式，通过在垂直方向上层叠有机光电转换部16以及无机光电转换部IlB和11R，不用设置滤色器就能够分离并检测红光、绿光和蓝光，且能够获得每种颜色的信号电荷。因此，能够抑制因为彩色光被滤色器吸收而引起的光学损耗(减敏)和伴随着像素插值处理的伪彩色的生成。
[0100]在摄像装置10中，层间绝缘层12-4具有凹陷部12C，且有机光电转换部16是以填充凹陷部12C的方式被设置的。因此，能够提高有机光电转换部16的光电转换效率。将在下面对此进行说明。
[0101]图15图示了根据比较例的摄像装置(摄像装置100)的主要部分的横截面构造。摄像装置100不包含位于下电极14a与上电极17之间的层间绝缘膜，且也不具有凹陷部。换言之，在下电极14a与上电极17之间的有机光电转换部160的形状类似于薄膜，且很难增大有机光电转换部160的光路长度。因此，有机光电转换部160的灵敏度低，且光电转换效率也低。
[0102]相比之下，在摄像装置10中，层间绝缘层12-4被设置于下电极14a与上电极17之间，且层间绝缘层12-4具有凹陷部12C。有机光电转换部16以填充凹陷部12C的形式而被形成。换言之，有机光电转换部16被形成为与凹陷部12C —样深。因此，与摄像装置100中的有机光电转换部160的厚度相比，有机光电转换部16的厚度大。因此，每单位面积的有机半导体材料(P型半导体16P和η型半导体16Ν)增大，且有机光电转换部16的光路长度变长。特别地，当有机光电转换部16具有钉扎体异质结构时，ρη结的面积大大增加。因此，在摄像装置10中，光电转换效率高于摄像装置100中的光电转换效率。
[0103]还可以通过利用层间绝缘层12-4中的凹陷部12C构成朝向无机光电转换部IlB和IlR的波导结构。通过使有机光电转换部16的折射率和下电极14a的折射率增大至高于层间绝缘层12-4的折射率，光被有效地引导至设置于凹陷部12C(有机光电转换部16)正下方的无机光电转换部IlB和11R。通过将凹陷部12C形成为锥形形状，进一步提高了集光效率。以这种方式，在摄像装置10中，还能够提高无机光电转换部IlB和IlR的光电转换效率。
[0104]如上所述，在本实施例中，有机光电转换部16被设置于层间绝缘层12-4的凹陷部12C中，且因此，通过使有机光电转换部16的光路长度增大，使得能够提高光电转换效率。
[0105]下面将说明上述实施例的变形例。在下面的说明中，与上述实施例中的元件相同的元件将设置有与上述实施例中的附图标记相同的附图标记，且将适当地省略它们的说明。
[0106]变形例I
[0107]图16图示了根据上述实施例的变形例I的摄像装置(摄像装置10A)的横截面构造。在摄像装置1A中，在下电极14a与层间绝缘层12-1之间不存在层间绝缘膜(层间绝缘层12-2)。除此之外，摄像装置1A在构造、功能和效果方面与摄像装置10相同。
[0108]在摄像装置1A中，下电极14a与层间绝缘层12_1接触，并且半导体基板11与有机光电转换部16之间的绝缘膜被最小化。这使得当光从有机光电转换部16向无机光电转换部IlB传播时能够减少反射，由此进一步提高光电转换效率。
[0109]变形例2
[0110]图17图示了根据上述实施例的变形例2的摄像装置(摄像装置10B)的横截面构造。在摄像装置1B中，下电极(下电极24a)与光电转换部16—起被设置于凹陷部12C中。除此之外，摄像装置1B在构造、功能和效果方面与摄像装置10相同。
[0111]在摄像装置1B中，可以省略层间绝缘层12-3，且具有凹陷部12C的层间绝缘层12-4被设置于层间绝缘层12-2上。下电极24a沿着层间绝缘层12_4中的凹陷部12C的侧壁和底部而设置。绿色存储层I1G可以被设置于任何位置处；并且相对于无机光电转换部IlB和I IR，绿色存储层IlOG可以被设置于导电插头120bl的相对侧(图17)，或者可以被设置于与导电插头120bl相同的侧(图1)。
[0112]例如，可以如下地制造摄像装置10B。首先，在与摄像装置10相同的方式形成层间绝缘层12-1和12-2之后，形成层间绝缘层12-4。然后，设置穿过层间绝缘层12_1、12_2和12-4的连接孔，且用例如钨来填充所述连接孔。因此，形成导电插头120a2和120b2。其后，利用例如光刻技术在层间绝缘层12-4中形成凹陷部12C。具体地，在层间绝缘层12-4上形成抗蚀剂图形之后，使用抗蚀剂图形作为掩模进行层间绝缘层12-4的干式蚀刻。通过灰化等除去残留的抗蚀剂。在如此形成凹陷部12C之后，在面对凹陷部12C的各个对应位置处，按照顺序形成下电极24a、有机光电转换部16和上电极17的各自材料的膜。例如，可以通过溅射形成下电极24a和上电极17的各自材料的膜，且可以利用真空沉积形成有机光电转换部16的材料的膜。其后，使用例如光刻技术对上述三种膜同时进行图形化，从而形成下电极24a、有机光电转换部16和上电极17。下电极24a被电连接至导电插头120a2。可以进行图形化以致例如在上电极17上形成抗蚀剂图形，使用该抗蚀剂图形作为掩模进行干式蚀刻，然后利用灰化除去残留的抗蚀剂。在设置上电极17之后，可以使用例如钨来形成接触金属层19，且接触金属层19和上电极17彼此电连接。接触金属层19被电连接至导电插头120b2。然后，在半导体基板11的整个表面上形成保护膜18。其后的处理与摄像装置10的处理相同。
[0113]以这种方式，在摄像装置1B中，使得下电极24a、有机光电转换部16和上电极17能够在一个光刻工序中被图形化。因此，能够通过减少步骤的数量用简单的方法制造摄像装置10B。
[0114]变形例3
[0115]如图18所示，可以从下电极14a提取空穴作为信号电荷，且将其存储于绿色存储层(绿色存储 层110G1)中(变形例3)。
[0116]在这种类型的摄像装置10中，半导体基板11的表面SI上的每个部件的构造与上述的实施例中的各部件的构造相同，但是半导体基板11中的绿色存储层I 1Gl和浮动扩散部(FD 116a)的构造是不同的。在绿色存储层110G1中，空穴存储层的ρ型区域115p被连接至导电插头120al，且电子存储层的η型区域115η被设置于ρ型区域115p与半导体基板11的表面S2之间。FD 116a被形成为ρ型区域。
[0117]在绿色存储层110G1中，如下地存储空穴。当比上电极17的电位低的电位VL被施加至下电极14a时，在有机光电转换部16中生成的电子-空穴对中的空穴被引导至下电极14a。所述空穴通过导电插头120al和120a2而被存储于绿色存储层IlOG的ρ型区域115ρ中。在读取操作中，所存储的空穴被传送至FD 116a。
[0118]变形例4
[0119]如图19所示，可以从上电极17提取信号电荷(变形例4)。
[0120]在这种类型的摄像装置10中，半导体基板11中的绿色存储层(绿色存储层110G2)被连接至导电插头120bl，且通过导电插头120b2、布线14b、导电插头120b3而被进一步电连接至上电极17。通过以与上述的实施例相同的方式构成绿色存储层110G2和浮动扩散部，使得能够从上电极17提取作为信号电荷的电子，且将其存储于绿色存储层110G2中。在这种情况下，将施加至上电极17的电位设定成高于施加至下电极14a的电位。空穴通过导电插头120al和120a2而从下电极14a排出。
[0121]或者，通过以与变形例3相同的方式构成绿色存储层110G2和浮动扩散部，使得能够从上电极17提取作为信号电荷的空穴，且将其存储于绿色存储层110G2中。在这种情况下，将施加至上电极17的电位设定成低于施加至下电极14a的电位。电子通过导电插头120al和120a2而从下电极14a排出。
[0122]应用示例
[0123]图20图示了其中在所述实施例和所述变形例中所说明的任意摄像装置(摄像装置10、1A和10B)被用作每个像素的固态摄像单元(摄像单元I)的总体构造。摄像单元I是CMOS图像传感器，且在半导体基板11上的中心部分具有作为摄像区域的像素部la。在像素部Ia的周边区域中，例如，设置有周边电路部130，周边电路部130包括行扫描部131、系统控制部132、水平选择部133和列扫描部134。
[0124]像素部Ia可以包括例如以行和列的方式被二维布置着的多个单位像素P(对应于摄像装置10、10A和10B)。关于单位像素P，例如，每个像素行可以连接有像素驱动线Lread (具体地，行选择线和复位控制线)，且每个像素列可以连接有垂直信号线Lsig。像素驱动线Lread传输用来从像素读取信号的驱动信号。像素驱动线Lread的一端被连接至行扫描部131的对应于每行的输出端子。
[0125]行扫描部131可以是例如由移位寄存器、地址解码器等构成的像素驱动部，且一行一行地驱动像素部Ia中的每个像素P。从通过行扫描部131选择的像素行中的每个像素P输出的信号通过各垂直信号线Lsig而被提供给水平选择部133。水平选择部133可以由例如针对每个垂直信号线Lsig而设置的放大器和水平选择开关等构成。
[0126]列扫描部134由移位寄存器、地址解码器等构成，且在对水平选择部133的每个水平选择开关进行扫描的同时，进行顺序驱动。通过每个垂直信号线Lsig而传输过来的各像素P的信号通过由列扫描部134进行的选择扫描而被顺序地输出至水平信号线135。然后，被输出的信号通过水平信号线135而被传输到半导体基板11的外部。
[0127]包括行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和水平信号线135的电路部可以被直接地形成在半导体基板11上，或者还可以被设置在外部控制IC中。该电路部可以被设置在通过电缆等连接的其它基板中。
[0128]系统控制部132接收从半导体基板11的外部提供的时钟、操作模式指令数据等，并且还输出关于摄像单元I的内部信息。而且，例如，系统控制部132可以包括生成各种时序信号的时序发生器，且可以基于由该时序发生器生成的各种时序信号而控制诸如行扫描部131、水平选择部133和列扫描部134等周边电路的驱动。
[0129]如上所述的摄像单元I可以被安装于具有摄像功能的各种各样的电子设备上。例如，摄像单元I适用于诸如数码相机和摄像机等照相机系统、便携式电话等。图21图示了作为示例的照相机(电子设备2)的示意构造。电子设备2可以是例如能够拍摄静态图像或动态图像的摄像机，且包括摄像单元1、光学系统(光学镜头)310、快门单元311、信号处理部312和驱动部313。
[0130]光学系统310将来自拍摄对象的图像光(入射光)引导到摄像单元I中的像素部Ia0光学系统310可以包括多个光学透镜。快门单元311控制摄像单元I的光照周期和遮光周期。驱动部313控制快门单元311的快门操作和摄像单元I的传输操作。信号处理部312对从摄像单元I输出的信号进行各种各样的信号处理。信号处理之后的图像信号Dout被存储于诸如存储器等存储介质中，或者被输出至监视器等。
[0131]已经参照实施例和变形例说明了本技术，但是本技术不局限于此且可以对本技术进行各种修改。例如，在上述的实施例等中，针对每个摄像装置10、10A和10B，已经说明了使检测绿光的有机光电转换部16和分别检测红光和蓝光的无机光电转换部IlB和IlR层叠的情况。然而，本技术不局限于这种构造。例如，可以通过有机光电转换部来检测红光或蓝光，或者可以通过无机光电转换部来检测绿光。有机光电转换部和无机光电转换部的数量和比例也不局限于上述的那些。例如，可以设置两个以上的有机光电转换部，且可以只通过有机光电转换部来获得多种颜色的色彩信号。所述光电转换部(有机光电转换部和无机光电转换部)不仅可以沿垂直方向层叠，而且可以沿着半导体基板表面平行地布置。
[0132]此外，在上述的实施例等中，已经以背侧照射型的各摄像装置10、10A和1B的构造当作示例，但是本技术也适用于表面照射型的摄像装置。
[0133]此外，不一定设置在所述实施例等中说明的所有元件，且可以设置其它元件。
[0134]需要注意的是，可以如下地构成本技术。
[0135](I) 一种固态图像传感器件，其包括:
[0136]第一绝缘层，其包括凹陷部；和
[0137]第一光电转换部，其填充所述凹陷部。
[0138](2)根据⑴所述的固态图像传感器件，其中所述第一光电转换部沿所述凹陷部的深度方向被设置于彼此相对的一对电极之间。
[0139](3)根据(2)所述的固态图像传感器件，其中所述第一光电转换部包含有机光电转换材料。
[0140](4)根据(3)所述的固态图像传感器件，其中用所述有机光电转换材料填充所述凹陷部。
[0141](5)根据(3)或(4)所述的固态图像传感器件，其中所述有机光电转换材料包括第一导电半导体和第二导电半导体。
[0142](6)根据(5)所述的固态图像传感器件，其中
[0143]所述第一光电转换部包括，
[0144]所述第一导电半导体的第一导电半导体层，
[0145]所述第二导电半导体的第二导电半导体层，和
[0146]混合层，其包含所述第一导电半导体和所述第二导电半导体，且
[0147]所述一对电极中的一个电极与所述第一导电半导体层接触，且所述一对电极中的另一个电极与所述第二导电半导体层接触。
[0148](7)根据(I)至(6)中任一项所述的固态图像传感器件，其中所述凹陷部具有锥形形状。
[0149](8)根据(2)至(7)中任一项所述的固态图像传感器件，其中所述第一绝缘层和所述第一光电转换部设置在半导体基板上。
[0150](9)根据⑶所述的固态图像传感器件，其中在所述半导体基板的内部设置有第二光电转换部。
[0151](10)根据(9)所述的固态图像传感器件，其中
[0152]所述第一光电转换部的折射率高于所述第一绝缘层的折射率，且
[0153]所述第一光电转换部和所述第二光电转换部被设置成在平面视图中彼此重叠。
[0154](11)根据(10)所述的固态图像传感器件，其中，所述一对电极中的被设置于所述半导体基板与所述第一光电转换部之间的一个电极的折射率也高于所述第一绝缘层的折射率。
[0155](12)根据(11)所述的固态图像传感器件，所述一对电极中的所述一个电极被设置于所述凹陷部中。
[0156](13)根据(8)至(12)中任一项所述的固态图像传感器件，其包括第二绝缘层，所述第二绝缘层包括在所述半导体基板与所述第一绝缘层之间的氧化铪膜。
[0157](14)根据⑴至(13)中任一项所述的固态图像传感器件，其中所述第一光电转换部吸收特定波长区域内的光。
[0158](15)根据(14)所述的固态图像传感器件，其中对于在所述特定波长区域之外的光，所述第一光电转换部具有70 %以上的透射率。
[0159](16) 一种固态摄像单元，其包括固态图像传感器件，所述固态图像传感器件包括:
[0160]第一绝缘层，其包括凹陷部；和
[0161]第一光电转换部，其填充所述凹陷部。
[0162][I] 一种图像传感器，其包括:
[0163]第一绝缘层，其在半导体基板的上方；
[0164]凹陷部，其被形成于所述第一绝缘层中；和
[0165]有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。
[0166][2]根据[I]所述的图像传感器，其还包括:
[0167]至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。
[0168][3]根据[2]所述的图像传感器，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少一个第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。
[0169][4]根据[I]至[3]中任一项所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和ρ型半导体。
[0170][5]根据[I]至[4]中任一项所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层O
[0171][6]根据[I]至[5]中任一项所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体基板并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
[0172][7]根据[6]所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部的所述多层中的所述第一层是η型半导体层，其中所述有机光电转换部的所述多层 中的第二层是包括η型半导体和P型半导体的混合层，且其中所述有机光电转换部的所述多层中的第三层是P型半导体层。
[0173][8]根据[2]至[7]中任一项所述的图像传感器，还包括:
[0174]第二无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述第一无机光电转换部以及所述第二无机光电转换部重叠。
[0175][9]根据[I]至[8]中任一项所述的图像传感器，还包括:
[0176]上电极，其与所述有机光电转换部的上表面接触；
[0177]下电极，其与所述有机光电转换部的下表面接触，其中所述下电极位于所述有机光电转换部与所述半导体基板之间。
[0178][10]根据[9]所述的图像传感器，其还包括:
[0179]存储层，其中所述存储层被形成于所述半导体基板中，且其中所述存储层与所述下电极是相互电连接的。
[0180][11]根据[I]至[10]中任一项所述的图像传感器，其还包括:
[0181]布线层，其中所述图像传感器是背侧照射型图像传感器，其中所述至少一个第一无机光电转换部被设置于所述半导体基板的受光表面与所述布线层之间。
[0182][12] 一种摄像装置，其包括:
[0183]片上透镜；
[0184]平坦化层，其中所述片上透镜设置在所述平坦化层上；
[0185]固体摄像装置，所述固体摄像装置包括:
[0186]第一绝缘层，其在半导体基板的上方；
[0187]凹陷部，其形成在所述第一绝缘层中；
[0188]有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。
[0189][13]根据[12]所述的摄像装置，其还包括:
[0190]至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠，且其中所述平坦化层与所述固体摄像装置相互连接。
[0191][14]根据[12]或[13]所述的装置，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。
[0192][15]根据[12]至[14]中任一项所述的装置，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和ρ型半导体。
[0193][16] 一种电子设备，其包括:
[0194]光学系统；
[0195]快门单元，其中所述快门单元接收来自所述光学系统的光；
[0196]摄像单元，其中所述快门单元控制所述摄像单元的光照周期，所述摄像单元包括:
[0197]第一绝缘层，其在半导体基板的上方；
[0198]凹陷部，其形成在所述第一绝缘层中；
[0199]有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部；
[0200]驱动部，其中所述驱动部能够进行操作以控制所述快门单元的操作和所述摄像单元的传输操作；
[0201]信号处理部，其中所述信号处理部能够进行操作以对从所述摄像单元输出的信号进行信号处理。
[0202][17]根据[16]所述的电子设备，还包括:
[0203]至少一个第一无机光电转换部，其被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。
[0204][18]根据[16]或[17]所述的设备，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。
[0205][19]根据[16]至[18]中任一项所述的设备，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和ρ型半导体。
[0206][20]根据[16]至[19]中任一项所述的设备，其中所述有机光电转换部包括多层。
[0207][21]根据[20]所述的设备，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体表面并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
[0208]本发明包含与在2012年12月26日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-282107中披露的主题相关的主题，因此将该优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
[0209]本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
[0210]附图标记列表
[0211]I 摄像单元
[0212]10摄像装置
[0213]11半导体基板
[0214]IlBUlR无机光电转换部
[0215]12、12-1、12-2、12-3、12-4、52 层间绝缘层
[0216]12C凹陷部
[0217]14a下电极
[0218]14b,51a 布线
[0219]16有机光电转换部
[0220]17上电极
[0221]18保护膜
[0222]19接触金属层
[0223]21平坦化层
[0224]22片上透镜
[0225]51多层布线层
[0226]53支撑基板
[0227]110 硅层
[0228]110G、110G1、110G2 绿色存储层
[0229]120al、120a2、120bl、120b2、120b3 导电插头
[0230]H1、H2 连接孔
【主权项】
1.一种图像传感器，其包括: 第一绝缘层，所述第一绝缘层位于半导体基板的上方； 凹陷部，所述凹陷部形成在所述第一绝缘层中；和 有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括: 至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少一个第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部包括多层，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体基板并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述有机光电转换部的所述多层中的所述第一层是η型半导体层，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第二层是包含η型半导体和P型半导体的混合层，且其中所述有机光电转换部的所述多层中的第三层是P型半导体层。8.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括: 第二无机光电转换部，所述第二无机光电转换部被形成于所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述第一无机光电转换部以及所述第二无机光电转换部重叠。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其还包括: 上电极，所述上电极与所述有机光电转换部的上表面接触； 下电极，所述下电极与所述有机光电转换部的下表面接触，其中所述下电极在所述有机光电转换部与所述半导体基板之间。10.根据权利要求9所述的图像传感器，还包括: 存储层，其中所述存储层被形成于所述半导体基板中，且其中所述存储层与所述下电极是相互电连接的。11.根据权利要求1所述的图像传感器，其还包括: 布线层，其中所述图像传感器是背侧照射型图像传感器，其中所述至少一个第一无机光电转换部设置在所述半导体基板的受光表面与所述布线层之间。12.一种摄像装置，其包括: 片上透镜； 平坦化层，其中所述片上透镜设置在所述平坦化层上； 固体摄像装置，所述固体摄像装置包括: 第一绝缘层，所述第一绝缘层位于半导体基板的上方； 凹陷部，所述凹陷部形成在所述第一绝缘层中； 有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部。13.根据权利要求12所述的摄像装置，还包括: 至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部形成在所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠，且其中所述平坦化层与所述固体摄像装置相互连接。14.根据权利要求12所述的装置，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。15.根据权利要求12所述的装置，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。16.—种电子设备，其包括: 光学系统； 快门单元，其中所述快门单元接收来自所述光学系统的光； 摄像单元，其中所述快门单元控制所述摄像单元的光照周期，所述摄像单元包括: 第一绝缘层，所述第一绝缘层位于半导体基板的上方； 凹陷部，所述凹陷部形成在所述第一绝缘层中； 有机光电转换部，其中所述有机光电转换部填充所述凹陷部； 驱动部，其中所述驱动部能够进行操作以控制所述快门单元的操作和所述摄像单元的传输操作； 信号处理部，其中所述信号处理部能够进行操作以对从所述摄像单元输出的信号进行信号处理。17.根据权利要求16所述的电子设备，还包括: 至少一个第一无机光电转换部，所述至少一个第一无机光电转换部形成在所述半导体基板中，其中所述有机光电转换部与所述至少一个第一无机光电转换部重叠。18.根据权利要求16所述的设备，其中所述凹陷部从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述半导体基板相邻的一侧逐渐变细。19.根据权利要求16所述的设备，其中所述有机光电转换部包含混合层，所述混合层包含η型半导体和P型半导体。20.根据权利要求16所述的设备，其中所述有机光电转换部包括多层。21.根据权利要求20所述的设备，其中所述有机光电转换部的所述多层中的第一层被设置成邻近所述半导体表面并且沿着所述凹陷部的侧壁和底面。
【专利摘要】本发明提供了图像传感器、摄像装置和电子设备。上述这些能够包括含有位于半导体基板上方的第一绝缘层的图像传感器或摄像装置。在所述第一绝缘层中形成有凹陷部。有机光电转换部填充所述凹陷部。还能够设置有一个以上的无机光电转换部，且所述有机光电转换部与所述无机光电转换部重叠。可替代地或额外地，所述凹陷部能够从与所述图像传感器的光接收侧相邻的一侧到与所述至少第一无机光电转换部相邻的一侧逐渐变细。
【IPC分类】H01L27/30, H01L27/146
【公开号】CN104885221
【申请号】CN201380066582
【发明人】定荣正大
【申请人】索尼公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月17日
【公告号】EP2939268A1, US20150311259, WO2014103240A1
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