固态图像拾取元件、其制造方法和电子设备的制造方法
【专利说明】固态图像拾取元件、其制造方法和电子设备
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求于2013年7月4日提交的日本在先专利申请JP2013-140398的权益，其全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0003]本技术涉及一种包括吸收不同波长的光的多个光电转换部的固态图像拾取元件、其制造方法和包括该固态图像拾取元件的电子设备。
【背景技术】
[0004]在诸如CXD (电荷耦合元件)图像传感器和CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态图像拾取单元中，随着像素大小的减小而减少了入射在单位像素(固态图像拾取元件)上的光子的数量，从而引起S/N比的减小。例如，如由拜尔模式(Bayer pattern)所表示的，像素被滤光片分成红色、绿色和蓝色像素，并且配置在同一平面上。在该方法中，例如，绿色和蓝色波长的光不透过红色像素(滤光片)；因此，导致光损失，并因此降低感度。另外，由于在红色、绿色和蓝色像素之间进行插值处理而产生色信号，所以可能生成伪色。
[0005]因此，提出了一种通过使三个光电转换部层叠使用一个像素获得三色光电转换信号的方法。例如，三个光电转换部中的一个(例如，对应于绿色光的光电转换部)设置在硅基板上，即，设置在娃基板外侧，而另两个光电转换部(例如，对应于红色光和蓝色光的光电转换部)设置在硅基板的内部(例如，参照PTL l)o设置在硅基板外侧的光电转换部包括包含有机材料的光电转换层，并且光电转换层设置在一对电极之间。另一方面，硅基板内部的光电转换部中的每个都由光电二极管构成。
[0006]另外，提出了一种在基板上配置所有三个光电转换部的方法，每个光电转换部都包括包含有机材料的光电转换层(例如，参照PTL 2)。在这种图像拾取元件中，针对各个光电转换部设置用于读出信号的TFT(薄膜晶体管)。
[0007][引用文献列表]
[0008][专利文献]
[0009][PTL I]日本未审查专利申请公开N0.2011-29337
[0010][PTL 2]日本未审查专利申请公开N0.2012-160619
【发明内容】
[0011][技术问题]
[0012]近年来，希望精确控制上述包含有机材料的光电转换部的大小以使像素小型化。
[0013]希望提供一种能够使像素小型化的固态图像拾取元件、其制造方法和包括该固态图像拾取元件的电子设备。
[0014][解决问题的方案]
[0015]根据本技术的说明性实施方案，提供了一种固态图像拾取元件，包括:设置在基板中的至少一个第一光电转换部；设置在所述基板上并包括有机光电转换层的第二光电转换部；和覆盖所述有机光电转换层的光入射面的紫外线防护膜。
[0016]在根据本技术实施方案的固态图像拾取元件中，有机层的光入射面有利地覆盖有紫外线防护膜。因此，例如，即使进行等离子体照射以形成所述有机层，由所述等离子体照射所产生的紫外射线也在到达所述有机层之前被阻挡。因此，即使通过干法刻蚀使所述有机层图案化，也可以减少由紫外射线所引起的有机层的劣化。
[0017]根据本技术的说明性实施方案，提供了一种电子设备，所述电子设备设置有一种固态图像拾取元件，所述固态图像拾取元件包括:设置在基板中的至少一个第一光电转换部；设置在所述基板上并包括有机光电转换层的第二光电转换部；和覆盖所述有机光电转换层的光入射面的紫外线防护膜，使得光在射入所述有机光电转换层中之前射入所述紫外线防护膜中。
[0018]根据本技术的说明性实施方案，提供了一种固态图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个或多个第一光电转换部；在所述基板上形成有机光电转换层；形成紫外线防护膜以覆盖所述有机光电转换层的光入射面；和使所述有机光电转换层图案化以形成第二光电转换部。
[0019][发明的有益效果]
[0020]在根据本技术实施方案的固态图像拾取元件、固态图像拾取元件的制造方法和电子设备中，如本文所述的设置紫外线防护膜，因此，当使有机层图案化时，可以使用例如干法刻蚀等能够进行微细加工的方法。因此，可以有利地实现像素的小型化。如本文所使用的，紫外线防护膜也可以被称作紫外线保护膜和/或紫外线吸收膜。
[0021]应当理解的是，以上概括说明和以下详细说明都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所请求保护的技术的进一步解释。
【附图说明】
[0022]图1是示出根据本技术第一实施方案的图像拾取元件的示意构成的说明性断面图。
[0023]图2A是示出图1所示的无机光电转换部的构成例的说明性断面图。
[0024]图2B是示出与无机光电转换部的图2A所示的断面不同的断面的说明图。
[0025]图3是用于说明图1所示的绿色蓄积层的构成的说明性断面图。
[0026]图4是示出图1所示的紫外线吸收膜的吸收特性的一个例子的说明图。
[0027]图5是示出图1所示的有机光电转换部的端部的说明性断面图。
[0028]图6A是示出图1所示的说明性图像拾取元件的制造过程的一个例子的说明性断面图。
[0029]图6B是示出接着图6A的过程的说明性断面图。
[0030]图7是示出接着图6B的过程的说明性断面图。
[0031]图8是示出接着图7的过程的说明性断面图。
[0032]图9是示出接着图8的过程的说明性断面图。
[0033]图1OA是示出接着图9的过程的说明性断面图。
[0034]图1OB是示出接着图1OA的过程的说明性断面图。
[0035]图1OC是示出接着图1OB的过程的说明性断面图。
[0036]图1OD是示出接着图1OC的过程的说明性断面图。
[0037]图11是用于说明图1所示的图像拾取元件的操作的说明性断面图。
[0038]图12是用于说明图1所示的图像拾取元件的操作的说明性示意图。
[0039]图13A是示出根据比较例的图像拾取元件的制造过程的说明性断面图。
[0040]图13B是示出接着图13A的过程的说明性断面图。
[0041]图14是示出根据变形例I的图像拾取元件的构成的说明性断面图。
[0042]图15是示出根据变形例2的图像拾取元件的构成的说明性断面图。
[0043]图16是示出根据变形例3的图像拾取元件的构成的说明性断面图。
[0044]图17是示出根据本技术第二实施方案的图像拾取元件的构成的说明性断面图。
[0045]图18是示出使用图1所示的图像拾取元件的图像拾取单元的整个构成的说明性示意图。
[0046]图19是示出图18所示的图像拾取单元适用的电子设备的示意构成的说明图。
【具体实施方式】
[0047]下面参照附图详细说明本技术的一些实施方案。需要指出的是，按以下顺序进行说明。
[0048]1.第一实施方案(图像拾取元件:其中有机光电转换膜覆盖有紫外线吸收膜的例子)
[0049]2.变形例I (包括多个有机光电转换部的例子)
[0050]3.变形例2(其中从下部电极将空穴作为信号电荷取出的例子)
[0051]4.变形例3 (其中从上部电极将电子或空穴作为信号电荷取出的例子)
[0052]5.第二实施方案(图像拾取元件:其中有机光电转换膜覆盖有紫外线反射膜的例子)
[0053]6.应用例(图像拾取单元)
[0054](第一实施方案)
[0055][图像拾取元件10的构成]
[0056]图1示出了根据本技术实施方案的固态图像拾取元件(图像拾取元件10)的说明性断面构成。图像拾取元件10构成诸如CCD图像传感器或CMOS图像传感器等图像拾取单元(例如，后述的图18中的图像拾取单元I)中的一个像素(例如，后述的图18中的像素P)。图像拾取元件10是所谓的背面照射型图像拾取元件，并在半导体基板11的受光面(面SI)的相反面(面S2)上包括多层配线层51。
[0057]图像拾取元件10包括彼此对向并沿着垂直方向(光路)层叠的无机光电转换部IlB和I IR (第一光电转换部)以及有机光电转换部IIG (第二光电转换部)。无机光电转换部IIB和I IR设置在半导体基板11的内部，并且有机光电转换部IlG设置在半导体基板11的面SI上。换句话说，在图像拾取元件10中，光首先射入无机光电转换部IlB和IlR以及有机光电转换部IlG中的有机光电转换部IlG中。有机光电转换部IlG包括在一对电极(上部电极17和下部电极14)之间的有机光电转换层16 (有机层)，并且光从上部电极17射入有机光电转换层16中。这种有机光电转换部IlG以及无机光电转换部IlB和IlR选择性地检测不同波长的光以进行光电转换；因此，在未设置滤光片的情况下，在一个图像拾取元件10中获得多个色信号。无机光电转换部11R、无机光电转换部IlB和有机光电转换部IlG分别可以获得红色(例如，约620nm?约750nm的波长)的色信号、蓝色(例如，约450nm?约495nm的波长)的色信号和绿色(例如，约495nm?约570nm的波长)的色信号。
[0058]例如，在半导体基板11的面S2附近设置有P型半导体阱区(未示出)。在半导体基板11的面S2的附近也设置有分别对应于有机光电转换部IlG以及无机光电转换部IlB和IlR的多个像素晶体管(转移晶体管Trl、Tr2和Tr3)。转移晶体管Trl、Tr2和Tr3分别包括栅电极TG1、TG2和TG3。例如，转移晶体管Trl、Tr2和Tr3被构造成将信号电荷转移到垂直信号线Lsig(后述的图18所示的)。例如，信号电荷可以分别包括对应于在有机光电转换部IlG中产生的绿色的信号电荷、对应于在无机光电转换部IlB中产生的蓝色的信号电荷和对应于在无机光电转换部IlR中产生的红色的信号电荷。各信号电荷可以是通过光电转换生成的电子或空穴；然而，下面对其中将电子作为信号电荷读出的情况(其中η型半导体区域充当光电转换层的情况)作为例子进行说明。
[0059]在半导体基板11的面S2附近，与上述转移晶体管Trl、Tr2和Tr3 —起还设置有复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管等。例如，这种晶体管可以是M0SFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)并构成各光电转换部(有机光电转换部IlG以及无机光电转换部IlB和IlR中的每个)中的电路。例如，电路可以具有包括转移晶体管、复位晶体管和放大晶体管的三个晶体管构成或者除了三个晶体管构成之外还包括选择晶体管的四个晶体管构成。转移晶体管之外的晶体管可以在光电转换部或像素间共享。
[0060]例如，半导体基板11可以由η型硅(Si)层构成。本文中，η型和ρ型硅层也可以被称作η型或ρ型硅半导体层、η型或ρ型半导体以及η型或ρ型半导体区域等。在半导体基板11的内部，与上述无机光电转换部IlB和IlR—起还设置有绿色蓄积层110G。
[0061]无机光电转换部IlB和IlR中的每个由具有PN结的光电二极管构成，并且例如，无机光电转换部IIB和无机光电转换部I IR可以从半导体基板11的面SI侧开始按该顺序设置。
[0062]图2Α和图2Β示出了说明无机光电转换部IIB和IlR的具体构成。无机光电转换部IlB包括充当空穴蓄积层的ρ型半导体区域(下文中简称为"P型区域〃)Illp和充当电子蓄积层的η型光电转换层(下文中简称为"η型区域〃的η型半导体区域)111η。在图中，在〃ρ〃或〃η〃上的上标〃+(加号)〃表示ρ型或η型杂质浓度高。ρ型区域Illp和η型光电转换层Illn在半导体基板11的面SI附近的预定区域中沿着面SI的水平方向设置，并且P型区域11 Ip和η型光电转换层11 In中的每个都弯曲以允许它的至少一部分在面SI的垂直方向上延伸。在半导体基板11的面S2附近设置有蓝色用的转移晶体管Tr2的浮动扩散(FD 113)(参照图2B)，并且η型光电转换层Illn与η型区域的FD 113连接。在ρ型区域Illp和η型光电转换层Illn与半导体基板11的面S2之间设置有ρ型区域113ρ (空穴蓄积层)。P型区域IllP与在半导体基板11的面SI附近的ρ型半导体阱区(未示出)连接。<