固態(tài)圖像拾取元件、其制造方法和電子設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】固態(tài)圖像拾取元件、其制造方法和電子設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年7月4日提交的日本在先專利申請(qǐng)JP2013-140398的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本技術(shù)涉及一種包括吸收不同波長(zhǎng)的光的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部的固態(tài)圖像拾取元件、其制造方法和包括該固態(tài)圖像拾取元件的電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]在諸如CXD (電荷耦合元件)圖像傳感器和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器等固態(tài)圖像拾取單元中，隨著像素大小的減小而減少了入射在單位像素(固態(tài)圖像拾取元件)上的光子的數(shù)量，從而引起S/N比的減小。例如，如由拜爾模式(Bayer pattern)所表示的，像素被濾光片分成紅色、綠色和藍(lán)色像素，并且配置在同一平面上。在該方法中，例如，綠色和藍(lán)色波長(zhǎng)的光不透過(guò)紅色像素(濾光片)；因此，導(dǎo)致光損失，并因此降低感度。另外，由于在紅色、綠色和藍(lán)色像素之間進(jìn)行插值處理而產(chǎn)生色信號(hào)，所以可能生成偽色。
[0005]因此，提出了一種通過(guò)使三個(gè)光電轉(zhuǎn)換部層疊使用一個(gè)像素獲得三色光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的方法。例如，三個(gè)光電轉(zhuǎn)換部中的一個(gè)(例如，對(duì)應(yīng)于綠色光的光電轉(zhuǎn)換部)設(shè)置在硅基板上，即，設(shè)置在娃基板外側(cè)，而另兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換部(例如，對(duì)應(yīng)于紅色光和藍(lán)色光的光電轉(zhuǎn)換部)設(shè)置在硅基板的內(nèi)部(例如，參照PTL l)o設(shè)置在硅基板外側(cè)的光電轉(zhuǎn)換部包括包含有機(jī)材料的光電轉(zhuǎn)換層，并且光電轉(zhuǎn)換層設(shè)置在一對(duì)電極之間。另一方面，硅基板內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換部中的每個(gè)都由光電二極管構(gòu)成。
[0006]另外，提出了一種在基板上配置所有三個(gè)光電轉(zhuǎn)換部的方法，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部都包括包含有機(jī)材料的光電轉(zhuǎn)換層(例如，參照PTL 2)。在這種圖像拾取元件中，針對(duì)各個(gè)光電轉(zhuǎn)換部設(shè)置用于讀出信號(hào)的TFT(薄膜晶體管)。
[0007][引用文獻(xiàn)列表]
[0008][專利文獻(xiàn)]
[0009][PTL I]日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2011-29337
[0010][PTL 2]日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2012-160619

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011][技術(shù)問(wèn)題]
[0012]近年來(lái)，希望精確控制上述包含有機(jī)材料的光電轉(zhuǎn)換部的大小以使像素小型化。
[0013]希望提供一種能夠使像素小型化的固態(tài)圖像拾取元件、其制造方法和包括該固態(tài)圖像拾取元件的電子設(shè)備。
[0014][解決問(wèn)題的方案]
[0015]根據(jù)本技術(shù)的說(shuō)明性實(shí)施方案，提供了一種固態(tài)圖像拾取元件，包括:設(shè)置在基板中的至少一個(gè)第一光電轉(zhuǎn)換部；設(shè)置在所述基板上并包括有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層的第二光電轉(zhuǎn)換部；和覆蓋所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層的光入射面的紫外線防護(hù)膜。
[0016]在根據(jù)本技術(shù)實(shí)施方案的固態(tài)圖像拾取元件中，有機(jī)層的光入射面有利地覆蓋有紫外線防護(hù)膜。因此，例如，即使進(jìn)行等離子體照射以形成所述有機(jī)層，由所述等離子體照射所產(chǎn)生的紫外射線也在到達(dá)所述有機(jī)層之前被阻擋。因此，即使通過(guò)干法刻蝕使所述有機(jī)層圖案化，也可以減少由紫外射線所引起的有機(jī)層的劣化。
[0017]根據(jù)本技術(shù)的說(shuō)明性實(shí)施方案，提供了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備設(shè)置有一種固態(tài)圖像拾取元件，所述固態(tài)圖像拾取元件包括:設(shè)置在基板中的至少一個(gè)第一光電轉(zhuǎn)換部；設(shè)置在所述基板上并包括有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層的第二光電轉(zhuǎn)換部；和覆蓋所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層的光入射面的紫外線防護(hù)膜，使得光在射入所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層中之前射入所述紫外線防護(hù)膜中。
[0018]根據(jù)本技術(shù)的說(shuō)明性實(shí)施方案，提供了一種固態(tài)圖像拾取元件的制造方法，所述方法包括:在基板中形成至少一個(gè)或多個(gè)第一光電轉(zhuǎn)換部；在所述基板上形成有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層；形成紫外線防護(hù)膜以覆蓋所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層的光入射面；和使所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層圖案化以形成第二光電轉(zhuǎn)換部。
[0019][發(fā)明的有益效果]
[0020]在根據(jù)本技術(shù)實(shí)施方案的固態(tài)圖像拾取元件、固態(tài)圖像拾取元件的制造方法和電子設(shè)備中，如本文所述的設(shè)置紫外線防護(hù)膜，因此，當(dāng)使有機(jī)層圖案化時(shí)，可以使用例如干法刻蝕等能夠進(jìn)行微細(xì)加工的方法。因此，可以有利地實(shí)現(xiàn)像素的小型化。如本文所使用的，紫外線防護(hù)膜也可以被稱作紫外線保護(hù)膜和/或紫外線吸收膜。
[0021]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上概括說(shuō)明和以下詳細(xì)說(shuō)明都是示例性和說(shuō)明性的，并且旨在提供對(duì)所請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)的進(jìn)一步解釋。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是示出根據(jù)本技術(shù)第一實(shí)施方案的圖像拾取元件的示意構(gòu)成的說(shuō)明性斷面圖。
[0023]圖2A是示出圖1所示的無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成例的說(shuō)明性斷面圖。
[0024]圖2B是示出與無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部的圖2A所示的斷面不同的斷面的說(shuō)明圖。
[0025]圖3是用于說(shuō)明圖1所示的綠色蓄積層的構(gòu)成的說(shuō)明性斷面圖。
[0026]圖4是示出圖1所示的紫外線吸收膜的吸收特性的一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
[0027]圖5是示出圖1所示的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部的端部的說(shuō)明性斷面圖。
[0028]圖6A是示出圖1所示的說(shuō)明性圖像拾取元件的制造過(guò)程的一個(gè)例子的說(shuō)明性斷面圖。
[0029]圖6B是示出接著圖6A的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0030]圖7是示出接著圖6B的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0031]圖8是示出接著圖7的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0032]圖9是示出接著圖8的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0033]圖1OA是示出接著圖9的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0034]圖1OB是示出接著圖1OA的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0035]圖1OC是示出接著圖1OB的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0036]圖1OD是示出接著圖1OC的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0037]圖11是用于說(shuō)明圖1所示的圖像拾取元件的操作的說(shuō)明性斷面圖。
[0038]圖12是用于說(shuō)明圖1所示的圖像拾取元件的操作的說(shuō)明性示意圖。
[0039]圖13A是示出根據(jù)比較例的圖像拾取元件的制造過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0040]圖13B是示出接著圖13A的過(guò)程的說(shuō)明性斷面圖。
[0041]圖14是示出根據(jù)變形例I的圖像拾取元件的構(gòu)成的說(shuō)明性斷面圖。
[0042]圖15是示出根據(jù)變形例2的圖像拾取元件的構(gòu)成的說(shuō)明性斷面圖。
[0043]圖16是示出根據(jù)變形例3的圖像拾取元件的構(gòu)成的說(shuō)明性斷面圖。
[0044]圖17是示出根據(jù)本技術(shù)第二實(shí)施方案的圖像拾取元件的構(gòu)成的說(shuō)明性斷面圖。
[0045]圖18是示出使用圖1所示的圖像拾取元件的圖像拾取單元的整個(gè)構(gòu)成的說(shuō)明性示意圖。
[0046]圖19是示出圖18所示的圖像拾取單元適用的電子設(shè)備的示意構(gòu)成的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)的一些實(shí)施方案。需要指出的是，按以下順序進(jìn)行說(shuō)明。
[0048]1.第一實(shí)施方案(圖像拾取元件:其中有機(jī)光電轉(zhuǎn)換膜覆蓋有紫外線吸收膜的例子)
[0049]2.變形例I (包括多個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部的例子)
[0050]3.變形例2(其中從下部電極將空穴作為信號(hào)電荷取出的例子)
[0051]4.變形例3 (其中從上部電極將電子或空穴作為信號(hào)電荷取出的例子)
[0052]5.第二實(shí)施方案(圖像拾取元件:其中有機(jī)光電轉(zhuǎn)換膜覆蓋有紫外線反射膜的例子)
[0053]6.應(yīng)用例(圖像拾取單元)
[0054](第一實(shí)施方案)
[0055][圖像拾取元件10的構(gòu)成]
[0056]圖1示出了根據(jù)本技術(shù)實(shí)施方案的固態(tài)圖像拾取元件(圖像拾取元件10)的說(shuō)明性斷面構(gòu)成。圖像拾取元件10構(gòu)成諸如CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器等圖像拾取單元(例如，后述的圖18中的圖像拾取單元I)中的一個(gè)像素(例如，后述的圖18中的像素P)。圖像拾取元件10是所謂的背面照射型圖像拾取元件，并在半導(dǎo)體基板11的受光面(面SI)的相反面(面S2)上包括多層配線層51。
[0057]圖像拾取元件10包括彼此對(duì)向并沿著垂直方向(光路)層疊的無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和I IR (第一光電轉(zhuǎn)換部)以及有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IIG (第二光電轉(zhuǎn)換部)。無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IIB和I IR設(shè)置在半導(dǎo)體基板11的內(nèi)部，并且有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG設(shè)置在半導(dǎo)體基板11的面SI上。換句話說(shuō)，在圖像拾取元件10中，光首先射入無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和IlR以及有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG中的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG中。有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG包括在一對(duì)電極(上部電極17和下部電極14)之間的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層16 (有機(jī)層)，并且光從上部電極17射入有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層16中。這種有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG以及無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和IlR選擇性地檢測(cè)不同波長(zhǎng)的光以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；因此，在未設(shè)置濾光片的情況下，在一個(gè)圖像拾取元件10中獲得多個(gè)色信號(hào)。無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部11R、無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG分別可以獲得紅色(例如，約620nm?約750nm的波長(zhǎng))的色信號(hào)、藍(lán)色(例如，約450nm?約495nm的波長(zhǎng))的色信號(hào)和綠色(例如，約495nm?約570nm的波長(zhǎng))的色信號(hào)。
[0058]例如，在半導(dǎo)體基板11的面S2附近設(shè)置有P型半導(dǎo)體阱區(qū)(未示出)。在半導(dǎo)體基板11的面S2的附近也設(shè)置有分別對(duì)應(yīng)于有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG以及無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和IlR的多個(gè)像素晶體管(轉(zhuǎn)移晶體管Trl、Tr2和Tr3)。轉(zhuǎn)移晶體管Trl、Tr2和Tr3分別包括柵電極TG1、TG2和TG3。例如，轉(zhuǎn)移晶體管Trl、Tr2和Tr3被構(gòu)造成將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到垂直信號(hào)線Lsig(后述的圖18所示的)。例如，信號(hào)電荷可以分別包括對(duì)應(yīng)于在有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG中產(chǎn)生的綠色的信號(hào)電荷、對(duì)應(yīng)于在無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB中產(chǎn)生的藍(lán)色的信號(hào)電荷和對(duì)應(yīng)于在無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlR中產(chǎn)生的紅色的信號(hào)電荷。各信號(hào)電荷可以是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換生成的電子或空穴；然而，下面對(duì)其中將電子作為信號(hào)電荷讀出的情況(其中η型半導(dǎo)體區(qū)域充當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層的情況)作為例子進(jìn)行說(shuō)明。
[0059]在半導(dǎo)體基板11的面S2附近，與上述轉(zhuǎn)移晶體管Trl、Tr2和Tr3 —起還設(shè)置有復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管等。例如，這種晶體管可以是M0SFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)并構(gòu)成各光電轉(zhuǎn)換部(有機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlG以及無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和IlR中的每個(gè))中的電路。例如，電路可以具有包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管的三個(gè)晶體管構(gòu)成或者除了三個(gè)晶體管構(gòu)成之外還包括選擇晶體管的四個(gè)晶體管構(gòu)成。轉(zhuǎn)移晶體管之外的晶體管可以在光電轉(zhuǎn)換部或像素間共享。
[0060]例如，半導(dǎo)體基板11可以由η型硅(Si)層構(gòu)成。本文中，η型和ρ型硅層也可以被稱作η型或ρ型硅半導(dǎo)體層、η型或ρ型半導(dǎo)體以及η型或ρ型半導(dǎo)體區(qū)域等。在半導(dǎo)體基板11的內(nèi)部，與上述無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和IlR—起還設(shè)置有綠色蓄積層110G。
[0061]無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB和IlR中的每個(gè)由具有PN結(jié)的光電二極管構(gòu)成，并且例如，無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IIB和無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部I IR可以從半導(dǎo)體基板11的面SI側(cè)開(kāi)始按該順序設(shè)置。
[0062]圖2Α和圖2Β示出了說(shuō)明無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IIB和IlR的具體構(gòu)成。無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換部IlB包括充當(dāng)空穴蓄積層的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域(下文中簡(jiǎn)稱為"P型區(qū)域〃)Illp和充當(dāng)電子蓄積層的η型光電轉(zhuǎn)換層(下文中簡(jiǎn)稱為"η型區(qū)域〃的η型半導(dǎo)體區(qū)域)111η。在圖中，在〃ρ〃或〃η〃上的上標(biāo)〃+(加號(hào))〃表示ρ型或η型雜質(zhì)濃度高。ρ型區(qū)域Illp和η型光電轉(zhuǎn)換層Illn在半導(dǎo)體基板11的面SI附近的預(yù)定區(qū)域中沿著面SI的水平方向設(shè)置，并且P型區(qū)域11 Ip和η型光電轉(zhuǎn)換層11 In中的每個(gè)都彎曲以允許它的至少一部分在面SI的垂直方向上延伸。在半導(dǎo)體基板11的面S2附近設(shè)置有藍(lán)色用的轉(zhuǎn)移晶體管Tr2的浮動(dòng)擴(kuò)散(FD 113)(參照?qǐng)D2B)，并且η型光電轉(zhuǎn)換層Illn與η型區(qū)域的FD 113連接。在ρ型區(qū)域Illp和η型光電轉(zhuǎn)換層Illn與半導(dǎo)體基板11的面S2之間設(shè)置有ρ型區(qū)域113ρ (空穴蓄積層)。P型區(qū)域IllP與在半導(dǎo)體基板11的面SI附近的ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)(未示出)連接。<