[发明专利]固体摄像装置、其制造方法以及电子设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请包含与2010年8月26日向日本专利局提交的日本专利申请JP2010-189284中公开的相关主题并要求其优先权，将其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及一种固体摄像装置、其制造方法以及一种诸如相机等具有所述固体摄像装置的电子设备。

背景技术

固体摄像装置(图像传感器)分为两种类型：前照射型和背照射型。而且，已知存在其中光电转换部由硅基光电二极管或有机材料层形成的固体摄像装置。

在具有硅基光电二极管的固体摄像装置中，光电二极管由注入了杂质的晶体硅层形成，并且用于对入射光进行光电转换，以提取信号电荷(例如电子)。在光电二极管的上层上布置有用于使可见颜色成像的滤色器。该固体摄像装置具有下列特征。即，尽管经光电转换的电子在晶体硅中传播，但由于硅的特性，所述电子具有高的迁移率，并且硅易于加工且具有高的机械强度。此外，可运用现有的CMOS技术，并且可实现高速且稳定的驱动。市售的CCD图像传感器和CMOS图像传感器的光电转换部主要由硅基光电二极管形成。

另一方面，在其中以有机材料层作为光电转换部的固体摄像装置中，由于堆叠有多个对各自的光波长敏感的所谓的有机光电转换膜，以便沿垂直方向使光发生色散，因此可不使用滤色器而使光发生色散(例如，见JP-A-2003-332551)。该固体摄像装置具有下述特征。即，因为有机光电转换膜的光吸收系数比硅大，故易于减小光电转换部的厚度。而且，由于未使用滤色器和光学低通滤波器的结构，故其入射光效率优于具有硅基光电二极管的固体摄像装置。而且，由于可在相同位置实现光接收和分色，故可避免由光接收位置的差异引起的伪色问题。而且，因为有机光电转换膜是柔性的，故可制成各种形状和颜色。近年来，人们开发了其中堆叠有有机光电转换膜的CMOS图像传感器(例如，见JP-A-2005-268476)，该CMOS图像传感器可实现彩色摄像。

有机光电转换膜不仅用于固体摄像装置中，还用于太阳能电池中。例如，日本专利3423279号中提出了一种使用由两种有机材料制成的有机膜而有效地提取通过光电转换产生的电子的方法，所述有机膜例如为其中将p型晶体微粒混入n型非晶质体的有机膜。

在根据相关技术的具有硅基光电二极管的固体摄像装置中，由于晶体硅的特性，长波长区中的可见光的吸收率差。换言之，长波长区中的可见光的吸收率差是无机半导体的一般特性。当红光(波长650nm)、绿光(540nm)以及蓝光(440nm)入射至四个像素(蓝、红、绿以及绿)的光电二极管时，对硅中在光电转换后立即产生的电子(电荷)的分布进行仿真。根据仿真结果，在蓝像素中，厚度为1μm的硅膜将蓝光完全吸收，而在绿和红像素中，厚度为3μm的硅膜将绿光和红光的95％吸收。

由于硅的这种光学特性，固体摄像装置的光电二极管的设计膜厚度需要厚达3μm。于是，在当前情况下必需进行昂贵的处理，该处理牵涉到用于使杂质离子注入光电二极管的高注入能量以及多次离子注入。具体来说，CMOS固体摄像装置的制造工艺包括用于将杂质注入光电二极管中并通过退火处理以实现热扩散的三十个以上的步骤。不仅需要这些步骤，还需要很多其它仿真步骤以预测最佳工艺条件。而且，虽然由于硅的光学特性而通常需要彩色摄像用的滤色器，但是由于滤色器中的光的吸收和反射，会发生光量的损耗。而且，因为在为避免伪色问题而加入的光学低通滤波器中也发生光量的损耗，故入射到光电二极管的光的效率通常差。

另一方面，在使用有机光电转换膜的固体摄像装置中，由于有机膜的特性，电子(电荷)的迁移率通常低。根据最近的研究，开发了一种有机膜(并五苯)，该有机膜可实现电子的迁移率达到非晶硅的迁移率，但比晶体硅的迁移率小一个数位以上(例如，见Lin，Y.-Y.等，IEEE Trans.Electron Dev.Lett.18，606(1997))。因此，对于加快使用堆叠的有机光电转换膜的固体摄像装置的工作速度受到限制。量子效率的提高也是待解决的大课题。而且，光电转换部的形成工艺包括很多热处理步骤，这对于布线层的可靠性(发生裂纹等)而言是不希望的。而且，在当前的工艺技术中，通过卷对卷工艺(roll-to-roll processing)而在大气压下制备膜时，存在与膜的粘附性和耐久性有关的问题，并且不易于大规模生产。

发明内容

于是，期望提供一种其中至少提高光吸收效率以增大灵敏度并提高电荷的迁移率以实现高速且稳定的驱动的固体摄像装置，并且提供一种该固体摄像装置的制造方法。