(57)【要約】【課題】駆動耐久特性が非常に良く、かつ、良好な性能を持つ機能素子を提供する。【解決手段】シリコン基板２１３上に、下から第一電極膜２１４と、第一電極膜２１４に対向する第二電極膜２０５，２０６と、第一電極膜２１４と第二電極膜２０５，２０６の間に存在する光電変換膜２０７，２０８，２０９，２１０と、第一電極膜２１４及び第二電極膜２０５，２０６に電位を与える配線２１８とを有する光電変換膜積層型固体撮像素子であって、第二電極膜２０６と配線２１８の間にバリヤーメタル２２８を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも１つ積層された有機材料を含む機能膜と、前記機能膜を機能させるための複数の電極とを有する機能素子であって、
前記複数の電極の各々に接続される配線を備え、
前記複数の電極の少なくとも１つと、これに接続される前記配線との間にバリヤーメタルが介在せしめられた機能素子。
【請求項２】
請求項１記載の機能素子であって、
前記複数の電極が、前記基板上に積層された第一電極膜と、前記第一電極膜より上に形成され、前記第一電極膜と前記機能膜を挟んで対向する第二電極膜である機能素子。
【請求項３】
請求項２記載の機能素子であって、
前記第一電極膜、前記機能膜、及び前記第二電極膜からなる層構造を前記基板上に複数積層した機能素子。
【請求項４】
請求項２又は３記載の機能素子であって、
前記第一電極膜及び第二電極膜が、それぞれＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＦＴＯの少なくとも１つを含んで構成される機能素子。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか記載の機能素子であって、
前記第二電極膜が透光性の酸化物導電性膜であり、前記配線がアルミニウムを含有する機能素子。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか記載の機能素子であって、
前記有機材料が少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含む機能素子。
【請求項７】
請求項６記載の機能素子であって、
前記ホール輸送性有機材料と、前記電子輸送性有機材料が、この順番で下から順に積層されている機能素子。
【請求項８】
請求項７記載の機能素子であって、
前記機能膜が、画像を形成するために機能する膜であり、
前記第二電極膜が画素毎に分割形成されており、
前記各画素が、前記第二電極膜と前記配線とのコンタクト領域を有している機能素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか記載の機能素子であって、
前記バリヤーメタルが、ＴａＮ、Ｔａ、ＷＮ、ＴｉＷ、ＷＳｉ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮのいずれかで構成される機能素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか記載の機能素子であって、
前記バリヤーメタルが少なくとも１層の絶縁膜に形成された開口内に設けられ、
前記絶縁膜の水透過率が１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下である機能素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか記載の機能素子であって、
前記バリヤーメタルの最小辺の長さが１ｍｍ以下である機能素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか記載の機能素子であって、
前記機能膜が光電変換膜である機能素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか記載の機能素子であって、
前記機能膜が発光膜である機能素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換膜や発光膜を基板上に積層した機能素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料を用いた機能素子は、有機発光素子を代表として近年目覚しい進歩をとげており、有機発光素子の代表例である有機ＥＬディスプレイなどは、実用化に成功している。また、機能素子の一例である光電変換素子は、製造化には成功していないものの、近年著しく進歩を遂げており、以下に述べる従来の撮像素子の問題を克服する可能性を秘めている。従来のＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子では、半導体基板の表面に、受光部となる多数の光電変換素子（フォトダイオード）と、各光電変換素子で得られた光電変換信号を外部に読み出す信号読出回路が形成されている。信号読出回路は、ＣＣＤ型であれば電荷転送回路と転送電極、ＣＭＯＳ型であればＭＯＳトランジスタ回路と信号配線で構成される。
【０００３】
従って従来の固体撮像素子では、多数の受光部と信号読出回路とを同一半導体基板の表面に形成しなければならず、受光部の面積を十分に広くとることができないという問題がある。受光部の面積が大きくできないと光利用効率が大きく低下するため、従来の固体撮像素子では、上方にマイクロレンズやインナーレンズを設置することで受光部に光を集光することにより、光利用効率の低下を補ってきた。しかし、光学的な反射による光量ロスの増大等の問題は避けられず、現状の撮像素子では数十％の光量ロスがあるといわれている。また、固体撮像素子に要求される微細化は年々厳しくなる一方で、受光部の微細化が進むと撮像素子の周辺部と中心部の光入射角度の違いにより、マイクロレンズによる集光率に違いを生じ、シェーディングが起こるという問題が生じている。
【０００４】
そこで、例えば下記特許文献１に記載されている固体撮像素子の構造が見直されている。この固体撮像素子では信号読出回路を表面に形成した半導体基板上に、感光層を積層することで、これらの感光層を受光部とし、各感光層で得られた光電変換信号を、信号読出回路によって、外部に取り出すという構造、すなわち、光電変換膜積層型の構造になっている。
【０００５】
このような構造にすることで、受光面積を大きくとることができ、先ほど触れた問題を解決することが可能となり、近年では下記特許文献２，３，４，５に記載されている光電変換膜積層型固体撮像素子が提案されている。このような構造の光電変換膜に有機材料を用いた素子を用いることは、以下の観点で非常に望ましい。有機材料はその化合物の構造を変化させることで、分光波長を比較的容易に調節することが可能で、かつ、有機半導体を用いた光電変換膜は、１００ｎｍオーダーの厚みで実現することができ、積層しても総膜厚をおさえることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８―１０３１６５号公報
【特許文献２】特開２００２―８３９４６号公報
【特許文献３】特表２００２―５０２１２０号公報
【特許文献４】特表２００３―５０２８４７号公報
【特許文献５】特許第３４０５０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、有機材料を用いた機能素子の形成に際しては、機能膜上の電極をパターニングする必要があるが、従来の方法で微細加工を行うと素子性能が著しく悪化するという問題を抱えていた。特にフォトリソグラフィ工程においては、露光後現像工程が必須となるが、この現像工程において水洗処理に用いられる純水が有機半導体膜に到達してしまうと有機半導体膜が劣化し素子機能の低下が著しくなるという問題がある。
また、有機材料を用いた機能素子の場合、駆動時に有機膜を挟む電極や配線に電界が印加されると、電極や配線に用いられている金属が、隣接する層に拡散（マイグレーション）して、劣化を生じることがある。特に、発光素子や受光素子などの光機能素子の場合、コンタクト領域は、遮光領域となるため、受光面積を増大するためには、できるだけコンタクト領域の面積を小さくするのが望ましいが、微細化されたコンタクト領域で、上述したような拡散が生じると、コンタクト性能が低下し、素子機能が大幅に低下する。
特に、光機能素子において透光性電極として広く用いられている導電性材料はＩＴＯなどの金属酸化物が主流であるが、これをアルミニウム配線と直接コンタクトさせると、アルミニウムと酸素との反応で、コンタクト性能が著しく低下してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、駆動耐久特性が非常に良く、かつ、微細化に際しても信頼性の高い良好な性能を持つ機能素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の機能素子は、基板上に少なくとも１つ積層された有機材料を含む機能膜と、前記機能膜を機能させるための複数の電極とを有する機能素子であって、前記複数の電極の各々に接続される配線を備え、前記複数の電極の少なくとも１つと、これに接続される前記配線との間にバリヤーメタルが介在せしめられている。
【００１０】
この構成により、電界が印加された場合にも、電極または配線に含まれる金属が隣接する層に拡散し、コンタクト不良が生じるのを防止することができ、駆動耐久性能を向上させることができる。
【００１１】
本発明の機能素子は、前記複数の電極が、前記基板上に積層された第一電極膜と、前記第一電極膜より上に形成され、前記第一電極膜と前記機能膜を挟んで対向する第二電極膜である。
【００１２】
本発明の機能素子は、前記第一電極膜、前記機能膜、及び前記第二電極膜からなる層構造を前記基板上に複数積層した。
【００１３】
本発明の機能素子は、前記第一電極膜及び第二電極膜が、それぞれＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＦＴＯの少なくとも１つを含んで構成される。
【００１４】
本発明の機能素子は、前記第二電極膜が透光性の酸化物導電性膜であり、前記配線がアルミニウムを含有する。例えば、配線としてＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ合金等のアルミニウムを含有する合金を用いることができる。
【００１５】
透光性の酸化物導電性膜とアルミニウムを含有する合金とをコンタクトする場合には、マイグレーションが特に問題となるため、効果的である。
【００１６】
本発明の機能素子は、前記有機材料が少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含む。
【００１７】
本発明の機能素子は、前記ホール輸送性有機材料と、前記電子輸送性有機材料が、この順番で下から順に積層されている。
【００１８】
本発明の機能素子は、前記機能膜が、画像を形成するために機能する膜であり、前記第二電極膜が画素毎に分割形成されており、前記各画素が、前記第二電極膜と前記配線とのコンタクト領域を有している。
【００１９】
本発明の機能素子は、前記バリヤーメタルが、ＴａＮ、Ｔａ、ＷＮ、ＴｉＷ、ＷＳｉ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮのいずれかで構成される。
【００２０】
本発明の機能素子は、前記バリヤーメタルが少なくとも１層の絶縁膜に形成された開口内に設けられ、前記絶縁膜の水透過率が１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下である。
【００２１】
この構成により、バリヤーメタル形成プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程等において、機能膜が損傷してしまうのを防ぐことができる。
【００２２】
本発明の機能素子は、前記バリヤーメタルの最小辺の長さが１ｍｍ以下である。
【００２３】
本発明の機能素子は、前記機能膜が光電変換膜である。
【００２４】
この構成により、機能素子を用いた撮像素子等において、その性能を向上させることができる。
【００２５】
本発明の機能素子は、前記機能膜が発光膜である。
【００２６】
この構成により、機能素子を用いた表示素子等において、その性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、駆動耐久特性が非常に良く、かつ、良好な性能を持つ機能素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、基板上に少なくとも１つ積層された有機材料を含む機能膜と、前記機能膜を機能させるための複数の電極とを有する機能素子であって、前記複数の電極の各々に接続される配線を備え、前記複数の電極の少なくとも１つと、これに接続される前記配線との間にバリヤーメタルが介在せしめられたことを特徴としている。機能素子としては、機能膜として光電変換膜を用いた光電変換膜積層型固体撮像素子や、機能膜として発光膜を用いた発光素子等が例として挙げられる。これら機能素子には、機能膜を挟む２つの電極膜に電位を与えるため、２つの電極膜の各々にボンディングＰＡＤに接続された配線が接続される構成をとるのが一般的である。本発明は、特に、これら２つの電極膜の少なくとも一方と、配線との間にバリヤーメタルを介在させたことを特徴とし、この構成によって駆動耐久特性の向上を実現した。以下、このような特徴を持つ機能素子として、光電変換膜積層型固体撮像素子と発光素子を例にして、その構成を説明する。
【００２９】
（第一実施形態）
光電変換膜積層型固体撮像素子としては、２つの電極膜で挟まれた有機材料からなる光電変換膜を３つシリコン基板上に積層して、シリコン基板上で３色の光を検出してカラー撮像を可能にする第１の構成や、２つの電極膜で挟まれた有機材料からなる光電変換膜をシリコン基板上に１つ積層し、シリコン基板内の深さの異なる位置にｐｎ接合を２つ形成し、シリコン基板内で２色の光を検出し、シリコン基板上で１色の光を検出してカラー撮像を可能にする特開２００３−３３２５５１号公報の図５に記載のような第２の構成等、様々な構成が存在するが、本実施形態では、第２の構成を例にして説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の断面模式図である。図１では、光を検出して電荷を蓄積する部分である画素部における２画素分の断面と、その画素部にある電極に接続される配線や、その配線に接続されるボンディングＰＡＤ等が形成される部分である周辺回路部との断面を併せて示した。
【００３１】
画素部のｐ型シリコン基板２１３には、表面部にｎ型不純物領域２２１が形成され、ｎ型不純物領域２２１の表面部にはｐ型不純物領域２２２が形成され、ｐ型不純物領域２２２の表面部にはｎ型不純物領域２２３が形成され、ｎ型不純物領域２２３の表面部にはｐ型不純物領域２２４が形成されている。
【００３２】
ｎ型不純物領域２２１は、ｐ型シリコン基板２１３とのｐｎ接合により光電変換された赤色（Ｒ）成分の信号電荷を蓄積する。Ｒ成分の信号電荷が蓄積されたことによるｎ型不純物領域２２１の電位変化が、ｐ型シリコン基板２１３の表面に形成されたＭＯＳトランジスタ２２６から、そこに接続されたメタル配線２１９を介して信号読み出しＰＡＤ２２７に読み出される。
【００３３】
ｎ型不純物領域２２３は、ｐ型不純物領域２２２とのｐｎ接合により光電変換された青色（Ｂ）成分の信号電荷を蓄積する。Ｂ成分の信号電荷が蓄積されたことによるｎ型不純物領域２２３の電位変化が、ｐ型シリコン基板２１３の表面に形成されたＭＯＳトランジスタ２２６’から、そこに接続されたメタル配線２１９を介して信号読み出しＰＡＤ２２７に読み出される。
【００３４】
ｐ型不純物領域２２４内には、ｐ型シリコン基板２１３上方に積層された光電変換膜で発生した緑色（Ｇ）成分の信号電荷を蓄積するｎ型不純物領域からなる電荷蓄積領域２２５が形成されている。Ｇ成分の信号電荷が蓄積されたことによる電荷蓄積領域２２５の電位変化が、ｐ型シリコン基板２１３の表面に形成されたＭＯＳトランジスタ２２６’’から、そこに接続されたメタル配線２１９を介して信号読み出しＰＡＤ２２７に読み出される。通常、信号読み出しＰＡＤ２２７は、各色成分が読み出されるトランジスタ毎に別々に設けられる。
【００３５】
ここでｐ型不純物領域、ｎ型不純物領域、トランジスタ、メタル配線等は模式的に示したが、それぞれの構造等はこれに限らず、適宜最適なものが選ばれる。Ｂ光、Ｒ光はシリコン基板の深さにより分別しているのでｐｎ接合等のシリコン基板表面からの深さ、各不純物のドープ濃度の選択などは重要である。光電変換膜積層型固体撮像素子の信号読み出し回路となるＣＭＯＳ回路には、通常のＣＭＯＳイメージセンサーに用いられている技術を適用することができる。低ノイズ読出カラムアンプやＣＤＳ回路を初めとして、画素部のトランジスタ数を減らす回路構成を適用することができる。
【００３６】
また、図１では、電荷蓄積領域２２５と、Ｒ光及びＢ光を検出するフォトダイオードとが、平面視上重なった位置に配設されているが、これに限定されるものではない。例えば、電荷蓄積領域２２５と、Ｒ光及びＢ光を検出するフォトダイオードとを、平面視上重ならないように配置しても良い。
【００３７】
ｐ型シリコン基板２１３上には、酸化シリコン、窒化シリコン等を主成分とする透明な絶縁膜２１２が形成され、絶縁膜２１２上には酸化シリコン、窒化シリコン等を主成分とする透明な絶縁膜２１１が形成されている。絶縁膜２１２の膜厚は薄いほど好ましく５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下である。
【００３８】
絶縁膜２１１，２１２内には、光電変換膜と電荷蓄積領域としてのｎ型不純物領域２２５とを電気的に接続する例えばタングステンを主成分としたプラグ２１５が形成されており、プラグ２１５は絶縁膜２１１と絶縁膜２１２との間でパッド２１６によって中継接続されている。パッド２１６はアルミニウムを主成分としたものが好ましく用いられる。絶縁膜２１２内には、前述したメタル配線２１９やトランジスタ２２６，２２６’，２２６’’のゲート電極等も形成されている。メタル配線も含めてバリヤー層が設けられていることが好ましい。プラグ２１５は、１画素毎に設けられている。
【００３９】
絶縁膜２１１内には、ｐ型不純物領域２２４とｎ型不純物領域２２５のｐｎ接合による電荷の発生に起因するノイズを防ぐために、遮光膜２１７が設けられている。遮光膜２１７は通常、タングステンやアルミニウム等を主成分としたものが用いられる。絶縁膜２１１内には、ボンディングＰＡＤ２２０（外部から電源を供給するためのＰＡＤ）と、信号読み出しＰＡＤ２２７が形成され、ボンディングＰＡＤ２２０と後述する画素電極膜２１４とを電気的に接続するためのメタル配線（図示せず）も形成されている。
【００４０】
絶縁膜２１１内の各画素のプラグ２１５上にはパッド２１６’が形成され、パッド２１６’上に透明な第一電極膜である画素電極膜２１４が形成されている。パッド２１６’は、プラグ２１５と画素電極膜２１４との電気的接続を良好にするためのものであり、アルミニウムやモリブデン等が用いられる。画素電極膜２１４は、画素毎に分割されており、この大きさによって受光面積が決定される。画素電極膜２１４には、ボンディングＰＡＤ２２０からの配線を通じてバイアスがかけられる。後述する対向電極膜に対して画素電極膜２１４に正のバイアスをかけることで、電荷蓄積領域２２５に電子を蓄積できる構造が好ましい。
【００４１】
この構造を実現するために、画素電極膜２１４上には、ホールブロッキング層２１０、ｎ型半導体層２０９、ｐ型半導体層２０８、及び電子ブロッキング層２０７がこの順に積層され、これらがＧ光を検出してそれに応じた信号電荷を発生する光電変換膜を構成する。光電変換膜の厚みは好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以下、特に好ましくは０．２μｍ以下である。
【００４２】
光電変換膜上には透明な第二電極膜である対向電極膜が形成されている。対向電極膜は、透明電極膜２０６，２０５をこの順に積層した２層構造となっているが、１層構造であっても良い。対向電極膜は、各画素で共通して使用することができるため、画素毎に分離しなくても良い。対向電極膜及び画素電極膜２１４のそれぞれの厚みは、好ましくは０．２μｍ以下である。
【００４３】
対向電極膜上には光電変換膜を保護する機能を持つ窒化シリコン等を主成分とする保護膜２０４が形成されている。透明電極膜２０５及び保護膜２０４には、画素部の画素電極膜２１４と重ならない位置に開口が形成され、絶縁膜２１１及び保護膜２０４には、ボンディングＰＡＤ２２０上の一部に開口が形成されている。そして、この２つの開口によって露出する透明電極膜２０６とボンディングＰＡＤ２２０とを電気的に接続して、対向電極膜に電位を与えるためのアルミニウム等からなる配線２１８が、開口内部及び保護膜２０４上に形成されている。配線２１８の材料としては、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ合金等のアルミニウムを含有する合金を用いることもできる。
【００４４】
透明電極膜２０６と配線２１８との間には、タングステン等を主成分とするバリヤーメタル２２８が形成されている。このバリヤーメタル２２８は、配線２１８や透明電極膜２０６に電界が印加されたときに、これら配線や電極膜に用いられている金属が、隣接する層に拡散（マイグレーション）して劣化が生じてしまうのを防ぐために設けられる。配線２１８と透明電極膜２０６とのコンタクト領域を大きくしておけば、マイグレーションが起こっても、コンタクト性能を維持することはできるが、図１に示す固体撮像素子では、配線２１８と透明電極膜２０６とのコンタクト領域を、画素部に設けているため、コンタクト領域を大きくすることは難しい。そこで、本実施形態のようにバリヤーメタル２２８を設けることにより、コンタクト領域を小さくしながらも、配線２１８と透明電極膜２０６とのコンタクト性能を維持することができ、駆動耐久特性を向上させることが可能となる。コンタクト領域の大きさ（バリヤーメタル２２８のサイズと等価）は、形状が四角形だとした場合、その最小辺の長さが１ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下である。
【００４５】
尚、バリヤーメタル２２８は、ボンディングＰＡＤ２２０と配線２１８との間に設けてあっても良いし、画素電極膜２１４とボンディングＰＡＤ２２０とを接続する配線と、画素電極膜２１４との間に設けてあっても良い。または、これらの間のいずれかだけに設けてあっても良い。最も好ましいのは、画素部にバリヤーメタルを設ける場合、つまり、画素電極膜２１４とボンディングＰＡＤ２２０とを接続する配線と、画素電極膜２１４との間と、透明電極膜２０６と配線２１８の間に設ける場合である。本実施形態のように、有機材料を含む光電変換膜を用いた場合には、画素電極膜及び対向電極膜と配線とのコンタクト領域においてマイグレーションが起こりやすいためである。
【００４６】
又、本実施形態では、対向電極膜を各画素で共通して使用するものとしたが、対向電極膜は画素毎に分割してあっても良い。この場合は、分割された対向電極膜毎に配線２１８を接続する必要があるが、各対向電極膜と配線２１８とを接続するためのコンタクト領域は、該対向電極膜上において、該対向電極膜と対向する画素電極膜と平面視上重ならない位置に形成し、このコンタクト領域にバリヤーメタルを介して配線を接続して、ボンディングＰＡＤ２２０と対向電極膜を電気的に接続すれば良い。該コンタクト領域を小さくすればするほど、画素電極膜を大きくすることができ、受光面積を大きくすることが可能である。このような構成にした場合には、コンタクト領域を大きくすることがより困難となるため、バリヤーメタルを設けることが重要となる。
【００４７】
配線２１８上には、配線２１８を保護するための窒化シリコン等を主成分とする保護膜２０３が形成され、保護膜２０３上には赤外カット誘電体多層膜２０２が形成され、赤外カット誘電体多層膜２０２上には反射防止膜２０１が形成されている。保護膜２０４は、後述するが、有機材料を含む層の製造プロセスを容易にするためのものでもある。特にこれらの層は配線２１８作成時のレジストパタ−ン作成、エッチング時等の光電変換膜に対するダメ−ジを低減させることができる。
【００４８】
以上のような構成により、１画素でＢＧＲ３色の光を検出してカラー撮像を行うことが可能となる。図１の構成では、２つの画素においてＲ，Ｂを共通の値として用い、Ｇの値だけを別々に用いるが、画像を生成する際はＧの感度が重要となるため、このような構成であっても、良好なカラー画像を生成することが可能である。
【００４９】
尚、第一電極膜は単一の構造である必要は全くない。異なる材料からなる２層以上の積層構造でも良い。このような２層以上の構成の場合に、これら２層以上の第一電極膜の中から選ばれる二つの電極膜の間にバリヤーメタルを介在させることでも、駆動耐久性の良好な光電変換膜積層型固体撮像素子を得ることができる。バリヤーメタルとして特に好ましい材料は、ＴａＮ、Ｔａ、ＷＮ、ＴｉＷ、ＷＳｉ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮのいずれかである。また、バリヤーメタルとして上記材料を選択した場合には、第一電極膜を構成する材料としてＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＦＴＯの中の少なくとも１つを用いることが特に好ましい。
【００５０】
また、第一電極膜及び第二電極膜の材料としては、基本的に何であっても構わない。例えば、金属、合金、金属酸化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては例えば、「Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｆｒ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ，Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ，Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｏ、Ｓ、Ｎ」の中から選ばれる任意の組み合わせで良いが、特に好ましいものは、Ａｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎの中から選ばれる任意の組み合わせである。尚、配線２１８やボンディングＰＡＤ２２０の材料も、第一電極膜及び第二電極膜の材料と同じものを用いることができる。
【００５１】
また、第一電極膜及び第二電極膜として透明なものを用いることは大変好ましい。具体的な材料として酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル等の金属を用いて作成した厚みの薄い半透過性電極、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性材料、これらとＩＴＯとの積層物、などが挙げられる。また、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」（シーエムシー刊、1999年）、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」（オーム社、１９９９年）等に詳細に記載されているものを用いても良い。本発明において特に好ましいのは、第一電極膜及び第二電極膜が、それぞれＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＦＴＯの少なくとも１つを含んで構成されることである。
【００５２】
上記のような材料を一例として第一電極膜を製膜することができるが、この第一電極膜のパターニングはどのような方法を用いても良い。印刷法やマスク法を用いてパターンを作成しても良いが、好ましいのはフォトリソグラフィによる方法である。
【００５３】
また、光電変換膜の構成は、図１に示したように、電子ブロッキング層とホールブロッキング層とで電子輸送性材料層とホール輸送性材料層とをはさんだ構造の他、下から、[1]電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層という構成、[2]ホール輸送性材料層、電子輸送性材料層という構成などが挙げられるが、これに限定されるものではない。例えば、電子輸送性材料を二つ以上の層に分割しても良いし、ホール輸送性材料層を二つ以上に分割しても構わない。この場合は、光電変換膜が、下から[3]電子輸送性材料層,電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層という構成、[4]電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、ホール輸送性材料層という構成、[5]電子輸送性材料層,電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、ホール輸送性材料層という構成が考えられる。
【００５４】
また、光電変換膜を構成する材料は、無機材料であっても、有機材料であっても構わないが、有機材料が含まれている場合、本発明は特に有効である。このため、上述した電子輸送性材料やホール輸送性材料として、電子輸送性有機材料やホール輸送性有機材料を用いることが極めて望ましい。
【００５５】
電子輸送性有機材料としては、例えば、アクセプター性有機半導体（化合物）を好ましく用いることができる。アクセプター性有機半導体（化合物）とは主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは２つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、縮合芳香族炭素環化合物（ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体）、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する５ないし７員のヘテロ環化合物（例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等）、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用いてよい。
【００５６】
ホール輸送性有機材料としては、例えば、ポリ-N-ビニルカルバゾール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリメチルフェニルシラン、ポリアニリン、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン誘導体（フタロシアニン等）、芳香族三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ベンジジン誘導体、ポリスチレン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体、スターバーストポリアミン誘導体等が使用可能である。
また、有機色素を用いることも非常に好ましく、上記の材料に光を吸収する構造を持たせることや、他にも金属錯体色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセン、ピレン等の縮合多環芳香族及び芳香環乃至複素環化合物が縮合した鎖状化合物、キノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の２ケの含窒素複素環、スクアリリウム基及びクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を好ましく用いることができる。
金属錯体色素である場合、ジチオール金属錯体系色素、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素又はルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号、特開平7-249790号、特表平10-504512 号、WO98/50393号、特開2000-26487号等に記載の錯体色素等が挙げられる。また、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素などのポリメチン色素の具体例としては特開平11-35836号、特開平11-67285号、特開平11-86916号、特開平11-97725号、特開平11-158395号、特開平11-163378号、特開平11-214730 号、特開平11-214731号、特開平11-238905号、特開2000-26487号、欧州特許892411号、同911841号及び同991092号の各明細書に記載の色素である。
なお、これらの材料を必要に応じて、ポリマ−バインダ−内に含有させても良い。そのように用いられるポリマ−バインダ−としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリカ−ボネ−ト、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリブチルメタクリレ−ト、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロ−ス、酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラ−ル、ポリビニルアセタ−ル等を挙げることができる。
【００５７】
以上のような構成の光電変換膜積層型固体撮像素子の製造プロセスについて、図面を参照して説明する。
図２〜図１２は、図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。図２は、第一電極膜２１４までを作成した状態であり、これ以降を詳しく説明する。なぜなら、ここまでは通常の半導体プロセスにて作成することができるからである。
【００５８】
第一電極膜２１４を形成後、図３に示すように、第一電極膜２１４上に、ホール（正孔）ブロッキング層２１０、ｎ型半導体層２０９、ｐ型半導体層２０８、及び電子ブロッキング層２０７をこの順に形成して、光電変換膜を形成する。次に、図４に示すように、光電変換膜上に透明電極膜２０６，２０５をこの順に形成して、対向電極膜を形成する。次に、図５に示すように、周辺回路部上の光電変換膜及び対向電極膜を選択的にエッチング除去する。
【００５９】
次に、図６に示すように、保護膜２０４を形成する。次に、対向電極膜の一部である透明電極膜２０６を露出させるために、図７に示すように、保護膜２０４の一部及び対向電極膜の一部を選択的にエッチング除去する。このとき、ボンディングＰＡＤ２２０上の保護膜２０４もエッチング除去しておく。次に、図８に示すように、タングステン等のバリヤーメタル２２８を、透明電極膜２０６の露出面のみに成膜する。次に、図９に示すように、ボンディングＰＡＤ２２０上の絶縁膜２１１を選択的にエッチング除去して、ボンディングＰＡＤ２２０の一部を露出させる。
【００６０】
次に、図１０に示すように、アルミニウム等の配線材料２１８’を成膜する。このとき、透明電極膜２０６上の開口と、ボンディングＰＡＤ２２０上の開口には、それぞれ配線材料２１８’が入り込む。次に、透明電極膜２０６とボンディングＰＡＤ２２０とが配線材料２１８’によって接続される状態を維持しながら、不要な配線材料２１８’を、図１１に示すように選択的にエッチング除去し、配線２１８を形成する。次に、保護膜２０４及び配線２１８上に保護膜２０３を形成し、その上に赤外カット誘電体多層膜２０２を形成し、その上に反射防止膜２０１を形成して、図１に示すような光電変換膜積層型固体撮像素子を得る。
【００６１】
以上のような製造プロセスによれば、図６と図７の間において、図７に示す開口を形成するためのマスクパターンをフォトリソグラフィによって形成するに際し、絶縁性の保護膜２０４によって光電変換膜が保護された状態でマスクパターンを形成することができる。このため、光電変換膜の特性劣化を防ぐことができるといった利点がある。光電変換膜が有機材料を含む場合には、特性劣化が特に懸念されるため、本方法はより効果的である。このような効果は、図１１において配線２１８を形成する際のマスクパターン形成時にも同様に得られる。
【００６２】
尚、光電変換膜の特性劣化を防ぐ上で必要な保護膜２０４の条件は、その水透過率が、１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることが好ましく、より好ましくは、１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは、１×１０−９〜１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−４ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下である。水透過性は、例えば米国ＭＯＣＯＮ社製の水透過性測定装置で測定することができる。フォトリソグラフィにおいてレジストパターンを形成する際には、水洗処理等に純水が用いられるが、このような条件に設定しておくことで、この純水が光電変換膜に到達してしまうといったことを確実に防ぐことができる。また、保護膜２０４は１層構造である必要はなく、複数の絶縁膜からなる多層構造であっても良い。多層構造の場合には、光電変換膜の保護性能をより向上させることができる。
【００６３】
配線２１８とボンディングＰＡＤ２２０との間にもバリヤーメタル２２８を形成する場合には、図７において、ボンディングＰＡＤ２２０上の絶縁膜２１１にも開口を空けてボンディングＰＡＤ２２０の一部を露出させておき、次の工程で、ボンディングＰＡＤ２２０の露出面上にもバリヤーメタル２２８を成膜すれば良い。
【００６４】
または、図７において、ボンディングＰＡＤ２２０上の絶縁膜２１１にも開口を空けてボンディングＰＡＤ２２０の一部を露出させておき、次の工程で、バリヤーメタル２２８を全面に成膜し、その上に配線材料２１８’を成膜した後、バリヤーメタル２２８と配線材料２１８’を一緒にパターニングすることで、配線２１８と透明電極膜２０６との間及び配線２１８とボンディングＰＡＤ２２０との間に、バリヤーメタル２２８を介在させるようにしても良い。
【００６５】
以上説明した光電変換膜積層型固体撮像素子では、光電変換膜が、少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含み、これらが下からホール輸送性有機材料、電子輸送性有機材料という順番で位置する構造をとることが特に好ましい。ホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を用いて光電変換膜を作成した場合には、上述した構造にした方が、素子の性能が高くなることが実験的に証明されているためである。
【００６６】
（第二実施形態）
本実施形態では、第二電極膜が画素毎に分割されており、分割された各第二電極膜にバリヤーメタルを介して配線が接続された構成の機能素子として発光素子を例にして説明する。発光素子は、ディスプレイ等に用いられる素子であり、画像の１画素を表現するための光を発する部分を１画素として以下では説明する。
【００６７】
図１３（ａ）は発光素子の２画素分の概略構成を示す表面模式図、（ｂ）は（ａ）に示すα−α’線での断面模式図、（ｃ）は発光素子の駆動回路の１例を示す図、（ｄ）は発光素子の駆動回路の従来例を示す図である。この図では、第一電極膜を全画素で共通して用いる場合を示したが、第一電極膜が画素毎に分割されていても良い。
図１３（ｂ）に示すように、シリコン基板２４０７の表面部にはｐウェル層２４０８が形成され、ここに駆動回路に含まれる駆動トランジスタのドレイン２４０４が形成されている。ｐウェル層２４０８上には絶縁膜２４１２が形成され、その上には絶縁膜２４１３が形成されている。絶縁膜２４１２内の駆動トランジスタのドレイン２４０４上にはプラグ２４１０が形成され、プラグ２４１０は絶縁膜２４１３内に形成された電極パッド２４１１に接続されている。電極パッド２４１１上にはプラグ２４１０’が形成され、プラグ２４１０’は絶縁膜２４１５内に形成された電極パッド２４１１’に接続されている。このように、電極パッド２４１１’と駆動トランジスタのドレイン２４０４とは電気的に接続されている。
【００６８】
絶縁膜２４１３内には、電極パッド２４１１と第一電極膜２４０２を電気的に接続するための図示しないメタル配線が形成されている。絶縁膜２４１５内には、下から順に第一電極膜２４０２、有機材料からなる発光膜２４０５、画素毎に分割された第二電極膜２４０１、絶縁性の保護膜２４１４が形成されている。絶縁膜２４１５内の第二電極膜上の一部及び電極パッド２４１１’上の一部には開口が形成され、この開口内部と絶縁膜２４０１上にはバリヤーメタル２４０６が形成されている。バリヤーメタル２４０６上には、第二電極膜２４０１と電極パッド２４１１’とを電気的に接続するための配線２４０３が形成されている。配線２４０３上には配線２４０３を保護する保護膜２４１６が形成されている。本実施形態では、平面視上、第二電極膜２４０１と重なる部分を画素と定義する。
【００６９】
図１３（ｃ）に示すように、本実施形態の発光素子の駆動回路は、ＮＭＯＳトランジスタ２４２０と、駆動トランジスタであるＮＭＯＳトランジスタ２４２１と、コンデンサ２４２２と、ダイオード２４２３と、走査信号線２４２４と、電源供給線２４２５と、データ信号線２４２６とを備える。従来の駆動回路は、図１３（ｄ）に示すように、駆動トランジスタとしてＰＭＯＳトランジスタ２４２１’を用いている。このように、本実施形態の発光素子の構成によれば、駆動回路の駆動トランジスタとしてＮＭＯＳ型のものを用いることができる。
【００７０】
ＮＭＯＳトランジスタはキャリアーが電子であるため移動度が高く、トランジスタの面積を半分程度に小さくできる。特に、発光素子に有機材料が含まれている場合その駆動電流が大きくその面積は比較的大きくなりやすいため、これは想像以上に大きなメリットである。また、基板にＳｉ単結晶基板を用いる場合、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタを共存させるためには、どちらかをキャリアーと逆特性のＷｅｌｌ上に作成しなければならない。このＷｅｌｌ作成が、デザインルールに大変大きな束縛を与える（例えば、ＰＭＯＳ側をＮｗｅｌｌ上に作成した場合、ＮｗｅｌｌとＮＭＯＳトランジスタの距離を十分とらなくてはならない）。この二つの効果は画素部が小さい機能素子においては、性能差に決定的に影響する。
【００７１】
図１３に示す発光素子は、配線２４０３と第二電極膜２４０１との間にバリヤーメタル２４０６が介在する構成のため、第一実施形態と同様に、その駆動耐久特性を向上させることができる。本実施形態で説明した第一電極膜、第二電極膜、バリヤーメタル、プラグ、配線、及び電極パッド等は、第一実施形態で説明した材料をそのまま用いることができる。発光膜としては、有機材料を含むものを用いた場合に、本発明の効果が発揮される。
【００７２】
また、絶縁膜２４１５及び保護膜２４１４の水透過率は１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることが好ましく、より好ましくは、１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは、１×１０−９〜１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−４ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下である。また、バリヤーメタルは、第一電極膜２４０２と、それに接続されるメタル配線との間に設けてあっても良い。
【００７３】
以上説明した発光素子では、発光膜が、少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含むことが好ましい。特に、これらが下からホール輸送性有機材料、電子輸送性有機材料という順番で位置する構造をとる場合には、第二電極膜を画素毎に分割することが重要となる。ホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を用いて発光膜を作成した場合には、上述した構造にした方が、素子の性能が高いことが実験的に証明されている。
【００７４】
なお、本実施形態の機能膜が光電変換膜になっても、そのまま非常に好ましい例として上述構造を挙げることができる。具体的には、光電変換膜の構造が下からホール輸送性有機材料、電子輸送性有機材料という順番で位置する素子であって、第二電極膜から電子を基板側に取り出す構造を持つものである。その理由は、光電変換膜の構造が下からホール輸送性有機材料、電子輸送性有機材料という順番で位置する素子の光電変換特性が非常に高く、かつ、電子を光信号電荷として基板内で処理できるからである。
【００７５】
以上のような構成の発光素子の製造プロセスについて、図面を参照して説明する。
図１４〜図２５は、図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。図１４は、第一電極膜２４０２までを作成した状態であり、これ以降を詳しく説明する。なぜなら、ここまでは通常の半導体プロセスにて作成することができるからである。
【００７６】
第一電極膜２４０２を形成後、図１５に示すように、第一電極膜２４０２上に、発光膜２４０５及び第二電極膜２４０１をこの順に積層する。次に、図１６に示すように、第二電極膜２４０１上に発光膜２４０５を保護するための保護膜２４１４を形成する。次に、発光膜２４０５を画素毎に分離するために、図１７に示すように、所定のレジストパターンＲを保護膜２４１４上に形成する。
【００７７】
次に、図１８に示すように、レジストパターンＲをマスクにして保護膜２４１４をエッチングする。次に、図１９に示すように、レジストパターンＲを除去する。次に、図２０に示すように、保護膜２４１４をマスクにして、第一電極膜２４０２、発光膜２４０５、及び第二電極膜２４０１をエッチングする。次に、図２１に示すように、全面に絶縁膜２４１５を形成する。次に、図２２に示すように、絶縁膜２４１５上にレジストパターンＲを形成する。次に、レジストパターンＲをマスクにして絶縁膜２４１５及び保護膜２４１５をエッチングして、図２３に示すように、第二電極膜２４０１上の一部及び電極パッド２４１１’上の一部に開口を形成する。
【００７８】
次に、バリヤーメタル２４０６を全面に形成した後、図２４に示すように、第二電極膜２４０１と電極パッド２４１１’とを接続する部分のみを残してバリヤーメタル２４０６をパターニングする。この状態で、第二電極膜２４０１及び電極パッド２４１１’上の開口にはバリヤーメタル２４０６が埋まった状態となる。次に、配線材料を成膜した後、バリヤーメタル２４０６上にのみ配線材料が残るようにパターニングを行って、図２５に示すように配線２４０３を形成する。最後に、配線２４０３上に保護膜２４１６を形成して、図１３に示すような発光素子を得る。なお、配線２４０３とバリヤーメタル２４０６のパターニングは同時に行っても良い。
【００７９】
この製造方法では、発光膜上に保護膜２４１４と絶縁膜２４１５の２つの絶縁膜が存在した状態で、バリヤーメタル２４０６及び配線２４０３をパターニングして形成することができる。このため、バリヤーメタル２４０６及び配線２４０３形成時のフォトリソグラフィ工程において、発光膜２４０５へのダメージ、特に水洗工程における水の浸透をこの保護膜２４１４と絶縁膜２４１５との２層の絶縁膜の存在によって極力少なくすることができ、性能劣化を防ぐことができる。また、図１３に示す発光素子は、各画素に、第二電極膜２４０１と配線２４０３とのコンタクト領域が設けられている。このため、このコンタクト領域が小さければ小さいほど発光面積を大きくすることができるといった効果がある。尚、本実施形態のように第二電極膜を分割する構成は、次の例のような三層積層構造にも適用することができる。
【００８０】
（第三実施形態）
本実施の形態では、光電変換膜積層型固体撮像素子の構成として、２つの電極膜で挟まれた光電変換膜を３つシリコン基板上に積層して、シリコン基板上で３色の光を検出してカラー撮像を可能にする第１の構成を例にして説明する。
図２６は、本発明の第三実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図である。図２６に示す光電変換膜積層型固体撮像素子１０００には、多数の受光部（画素）１１０１が、この例では縦横に格子状に配列されている。
【００８１】
光電変換膜積層型固体撮像素子１１００の受光部１１０１の下側に設けられた半導体基板の表面には、列方向に並ぶ受光部１１０１の各列の夫々に対応して３本の垂直転送路（列方向ＣＣＤレジスタ）１１０２ｂ，１１０２ｇ，１１０２ｒ（添え字ｂ，ｇ，ｒは、以下も同様であるが、夫々、青色（Ｂ），緑色（Ｇ），赤色（Ｒ）に対応する。）が形成されており、該半導体基板の下辺部には水平転送路（行方向ＣＣＤレジスタ）１１０３が形成されている。
【００８２】
水平転送路１１０３の出口部分には増幅器１１０４が設けられ、各受光部１１０１で検出された信号電荷は、先ず、垂直転送路１１０２ｂ，１１０２ｇ，１１０２ｒによって水平転送路１１０３に転送され、次に水平転送路１１０３によって増幅器１１０４まで転送され、増幅器１１０４から出力信号１１０５として出力される。
【００８３】
半導体基板の表面には、垂直転送路１１０２ｂ，１１０２ｇ，１１０２ｒに重ねて設けられた図示しない４相の転送電極に接続され４相の転送パルスが印加される電極端子１１０６，１１０７，１１０８，１１０９と、後述の第二電極膜に接続される電極端子１１１０と、水平転送路１１０３の２相の転送用電極端子１１１１，１１１２とが設けられる。
【００８４】
図２７（ａ）は、図２６に示す点線矩形枠II内の拡大模式図であり、９画素分の受光部１１０１と、電極端子１１１０が接続される第二電極膜用の縦配線１１１９部分を図示している。尚、この図２７（ａ）では、図２６に示す垂直転送路１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂは省略している。
【００８５】
各受光部１１０１は、矩形の第一電極膜（画素毎に分離されているため画素電極膜ともいう）１１２０によって画成されている。図２７（ａ）に示す第一電極膜１１２０は、図２７（ｂ）に示す様に、３枚の第一電極膜１１２０ｒ，１１２０ｇ，１１２０ｂが後述の光電変換膜等を介して光入射方向に整列して設けられている。
【００８６】
赤色用の第一電極膜１１２０ｒには該第一電極膜１１２０ｒと同一平面上に縦配線接続用のパッド１１１７ｒが突設され、緑色用の第一電極膜１１２０ｇにも同様に縦配線接続用のパッド１１１７ｇが突設され、青色用の第一電極膜１１２０ｂにも同様に縦配線接続用のパッド１１１７ｂが突設されている。同一画素（受光部）１１０１の各パッド１１１７ｒ，１１１７ｇ，１１１７ｂは、図２７（ａ）に示す様に、位置がずれるように突設される。
【００８７】
図２７（ａ）に示す符号１１２２は、第二電極膜を示す。本実施形態では、この第二電極膜１１２２も、後述する様に、赤色用の第二電極膜１１２２ｒと緑色用の第二電極膜１１２２ｇと青色用の第二電極膜１１２２ｂとが、光電変換膜等を介して重ねて設けられる。
【００８８】
図２８は、図２７（ａ）のIII―III線断面模式図であり、パッド１１１７ｒ，１１１７ｇ，１１１７ｂ部分の断面を示し、図２９は、図２７（ａ）のIV―IV線断面模式図であり、画素の中央部分の断面を示す。
【００８９】
ｎ型半導体基板１１３０の表面部分にはＰウェル層１１３１が形成され、Ｐウェル層１１３１の表面部分にはｎ型領域でなる電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂが形成されると共に、チャネルストップ１１１５で画成された垂直転送路（ｎ型半導体層）１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂが形成される。各電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂの中央部にはｎ＋領域でなる縦配線接続部１１３７ｒ，１１３７ｇ，１１３７ｂが形成される。
【００９０】
半導体基板１１３０の表面には、ゲート絶縁膜１１３２が形成され、その上に、ポリシリコンでなる転送電極１１３９が形成され、その上部に絶縁膜１１３４が形成される。この絶縁膜１１３４中には光遮蔽膜１１３３が形成され、入射光が垂直転送路に入射しないようになっている。
【００９１】
絶縁膜１１３４の上には、導電膜が形成され、パターニングすることにより、図２８に示す横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂが形成される。電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂの縦配線接続部１１３７ｒ，１１３７ｇ，１１３７ｂと横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂとは第１縦配線１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂによって接続される。
【００９２】
横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂが設けられた層の上部には絶縁層１１２５が形成され、その上に、透明な導電膜が積層される。この導電膜はパターニングされ、受光部１１０１毎に区分けされた第一電極膜１１２０ｒが形成される。また、このパターニングにより、図２７（ｂ）に示すパッド１１１７ｒが形成されると共に、パッド１１１７ｂ，１１１７ｇに光入射方向に整列し他から分離した導電膜１１１６ｂ，１１１６ｇが残される。
【００９３】
これらの第一電極膜１１２０ｒ，パッド１１１７ｒ，導電膜１１１６ｂ，１１１６ｇの上部には、赤色（Ｒ）を検出する光電変換膜１１２１ｒが積層される。この光電変換膜１１２１ｒは受光部毎に区分けして設ける必要はなく、各受光部１１０１が集合する受光面全面に対し１枚構成で積層される。
【００９４】
光電変換膜１１２１ｒの上には、赤色信号を検出する各受光部１１０１に共通の第二電極膜（第一電極膜に対向するため、「対向電極膜」ともいう。）１１２２ｒがこれも一枚構成で積層され、その上部に、透明の絶縁膜１１２７が積層される。
【００９５】
絶縁膜１１２７の上部には、透明な導電膜が積層され、この導電膜がパターニングされ、上記と同様に、受光部１１０１毎に区分けされた第一電極膜１１２０ｇ及びパッド１１１７ｇと、他から分離し図２７（ｂ）に示すパッド１１１７ｂに整列する導電膜１１１８ｂが形成される。これらの第一電極膜１１２０ｇ等の上には、緑色（Ｇ）を検出する光電変換膜１１２１ｇが上記と同様に１枚構成で積層され、更にその上部に、第二電極膜１１２２ｇが積層され、その上部に、透明の絶縁膜１１２８が積層される。
【００９６】
この絶縁膜１１２８の上部には、透明な導電膜が積層され、パターニングされることで、受光部１１０１毎に区分けされた第一電極膜１１２０ｂ及びパッド１１１７ｂが形成され、その上に、青色（Ｂ）を検出する光電変換膜１１２１ｂが上記と同様に１枚構成で積層され、更にその上部に、第二電極膜１１２２ｂが積層され、最上層に透明の保護膜１１２９が積層される。
【００９７】
横配線１１２４ｂと青色第一電極膜１１２０ｂのパッド１１１７ｂとは第２縦配線１１１４ｂによって接続され、横配線１１２４ｇと緑色第一電極膜１１２０ｇのパッド１１１７ｇとは第２縦配線１１１４ｇによって接続され、横配線１１２４ｒと赤色第一電極膜１１２０ｒのパッド１１１７ｒとは第２縦配線１１１４ｒによって接続される。各縦配線１１１４ｒ，１１１４ｇ，１１１４ｂ，１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂは、対応の第一電極膜のパッド，導電膜１１１６ｇ，１１１６ｂ，１１１８ｂ、横配線以外とは、詳細は後述するように、電気的に絶縁して製造される。
【００９８】
図３０は、図２７（ａ）のV―V線断面模式図であり、図２６の電極端子１１１０と、各第二電極膜１１２２ｂ，１１２２ｇ，１１２２ｒとの接続構成を示す図である。ｎ型半導体基板１１３０の表面部に形成されたＰウェル層１１３１の表面部には、高濃度Ｐ層１１４１が形成され、その上部に、フィールド領域（絶縁膜）１１４２が形成される。
【００９９】
この高濃度Ｐ層１１４１は、図２８，図２９に示すチャネルストップ１１１５と同一工程で形成しても、また、別工程で形成してもよい。絶縁膜１１４２は、図２８，図２９に示すゲート絶縁膜１１３２の形成と同時に形成すると共に、ゲート絶縁膜１１３２の形成後にも引き続き絶縁膜形成工程を続け、膜厚をゲート絶縁膜１１３２より厚くする。
【０１００】
絶縁膜１１４２の上には、図２８，図２９と同じ絶縁膜１１３４が形成され、その上に、導電膜１１２４ｋが積層される。この導電膜１１２４ｋは、図２８，図２９に示す横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂを形成する導電膜をパターニングすることで形成され、図２６に示す電極端子１１１０はこの導電膜１１２４ｋに接続される。
【０１０１】
第一電極膜１１２０ｒを形成する導電膜をパターニングすることにより導電膜１１２０ｋ―１が形成され、導電膜１１２４ｋと導電膜１１２０ｋ―１との間に縦配線１１４３―１が形成される。
【０１０２】
同様に、第一電極膜１１２０ｇを形成する導電膜をパターニングすることにより導電膜１１２０ｋ―２が形成され、第二電極膜１１２２ｒと導電膜１１２０ｋ―２との間に縦配線１１４３―２が形成されると共に、導電膜１１２０ｋ―２と導電膜１１２０ｋ―１との間に縦配線１１４３―３が形成される。これにより、第二電極膜１１２２ｒと導電膜１１２４ｋとが電気的に接続され、第二電極膜１１２２ｒが電極端子１１１０に接続される。
【０１０３】
同様に、第一電極膜１１２０ｂを形成する導電膜をパターニングすることにより導電膜１１２０ｋ―３が形成され、第二電極膜１１２２ｇと導電膜１１２０ｋ―３との間に縦配線１１４３―４が形成されると共に、導電膜１１２０ｋ―３と導電膜１１２０ｋ―２との間に縦配線１１４３―５が形成される。これにより、第二電極膜１１２２ｇと導電膜１１２４ｋとが電気的に接続され、第二電極膜１１２２ｇが電極端子１１１０に接続される。
【０１０４】
保護膜１１２９の上面部隅には透明導電膜１１４４が積層され、第二電極膜１１２２ｂと導電膜１１４４との間に縦配線１１４３―６が形成されると共に、導電膜１１４４と導電膜１１２０ｋ―３との間に縦配線１１４３―７が形成される。これにより、第二電極膜１１２２ｂと導電膜１１２４ｋとが電気的に接続され、第二電極膜１１２２ｂが電極端子１１１０に接続される。
【０１０５】
本実施形態の光電変換膜積層型固体撮像素子は、２つの異なる電極間、例えば、第二電極膜１１２２ｒと縦配線１１４３―２との間、第二電極膜１１２２ｇと縦配線１１４３―４との間、第二電極膜１１２２ｂと縦配線１１４３―６との間、導電膜１１２０ｋ―１と縦配線１１４３―３の間、導電膜１１２０ｋ―２と縦配線１１４３―５の間、導電膜１１２０ｋ―３と縦配線１１４３―７の間に、図３０に示すようにバリヤーメタル１２００が介在していることを特徴としている。この構成により、駆動耐久特性を向上させることができる。第二電極膜やバリヤーメタルの材料は、第一実施形態と同じものを用いることができる。尚、バリヤーメタルは、上述した間の少なくとも１つに存在していれば良い。
【０１０６】
均質な透明の電極膜１１２２ｒ，１１２２ｇ，１１２２ｂ，１１２０ｒ，１１２０ｇ，１１２０ｂ等としては、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化インジウム（ＩｎＯ2）、酸化インジウム−錫（ＩＴＯ）薄膜を用いるが、これに限るものではない。
【０１０７】
光電変換膜１１２１ｒ，１１２１，１１２１ｂとしては、単層膜でも多層膜でもよく、膜材料としては、シリコンや化合物半導体等の無機材料，有機半導体，有機色素などを含む有機材料，ナノ粒子で構成した量子ドット堆積膜など種々の材料が使用できる。好ましい構成は、第一実施形態で説明した構成である。
【０１０８】
また、本実施形態では、シリコン基板上に光電変換膜が複数積層される構成である。例えばシリコン基板上に２つの光電変換膜を積層する際は、各光電変換膜の構成を、第一実施形態で説明した構成例[1]、[2]、[3]、[4]、[5]から選ばれる組み合わせで任意に構成しても良いし、[1]、[2]、[3]、[4]、[5]以外の他の構成と[1]、[2]、[3]、[4]、[5]とを任意に組み合わせても良い。シリコン基板上に複数の光電変換膜を積層することは、一つの場合よりも単位面積あたりの光利用効率が上がるため、本発明ではより好ましく構成要件として挙げることができる。さらに、本実施形態のように、シリコン基板上に３つ以上の光電変換膜を積層することは、さらに光利用効率を上げることができるため、本発明では特に好ましい。特に３つ以上の場合では、青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜を作成することができるため、フルカラー撮像素子を作成することが可能となる。そのため、本発明では非常に好ましい。当然のことながら、基板上に３つ以上の光電変換膜を積層する場合の構成は、二つの場合と同様に、構成例[1]、[2]、[3]、[4]、[5]から選ばれる任意の組み合わせや、他の構成と構成例[1]、[2]、[3]、[4]、[5]との組み合わせが挙げられ、もちろん、それ以外の組み合わせでも構わない。
【０１０９】
斯かる構成の光電変換膜積層型固体撮像素子１１００に被写体からの光が入射すると、入射光のうちの青色の光量に応じた光電荷が青色光電変換膜１１２１ｂにて発生し、この光電荷が縦配線１１１４ｂ，横配線１１２４ｂ，縦配線１１２６ｂを通って電荷蓄積部１１３８ｂに蓄積される。同様に、緑色の入射光量に応じた光電荷が電荷蓄積部１１３８ｇに蓄積され、赤色の入射光量に応じた光電荷が電荷蓄積部１１３８ｒに蓄積される。各電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂに蓄積された電荷（信号電荷）は、垂直転送路１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂに読み出されて水平転送路１１０３まで転送され、水平転送路１１０３を転送されてこの光電変換膜積層型固体撮像素子１１００から出力される。
【０１１０】
図３１〜図４６は、図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、各図（ａ）は図２８と同じ位置における断面模式図であり、各図（ｂ）は図３０と同じ位置における断面模式図である。製造完了を示す図４６（ａ）は図２８と同じとなり、図４６（ｂ）は図３０と同じとなる。
【０１１１】
図３１に示す状態までは、従来のＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の固体撮像装置と同様の半導体製造手順で製造され、半導体基板１１３０のＰウェル層１１３１に、電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂや垂直転送路１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂが形成され、表面部に絶縁膜１１３４が形成される。この絶縁膜１１３４に第１縦配線１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂ用の開口がエッチングにより形成された後、各開口がタングステンや銅等の金属あるいは導電性を有する多結晶シリコンで埋められ、第１縦配線１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂが形成される。そして、表面部に透明の導電膜が形成され、パターニングされることで、横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂおよび導電膜１１２４ｋが形成される。パターニングは、例えば、レジスト塗布、露光、現像、エッチングの順に行われる。
【０１１２】
次に、図３２に示す様に、表面部に絶縁膜１１２５が積層され、図３３に示す様に、横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂ，導電膜１１２４ｋに夫々到達する開口１１５０ｒ，１１５０ｇ，１１５０ｂ，１１５０ｋがエッチングにより形成される。そして、図３４に示す様に、透明な導電材料で開口１１５０ｒ，１１５０ｇ，１１５０ｂ，１１５０ｋが埋められ、縦配線１１１４ｒ，１１１４ｇ，１１１４ｂの一部と、図３１で説明した縦配線１１４３―１が形成される。そして更に、図３５に示す様に、表面部に透明の導電膜１１５１が形成される。
【０１１３】
次に、図３６に示す様に、導電膜１１５１をパターニングすることで、第一電極膜１１２０ｒを形成すると共に、パッド１１１７ｒや図２８で説明した導電膜１１１６ｂ，１１１６ｇ，１１２０ｋ―１が形成される。その後、図３７に示す様に、表面部に赤色検出用の光電変換膜１１２１ｒが積層され、更に、図３８に示す様に、光電変換膜１１２１ｒの上に、第二電極膜１１２２ｒが積層される。
【０１１４】
次に、図３９に示す様に、表面にレジスト膜１１５２が形成され、導電膜１１１６ｒ，１１１６ｇの位置に整合する開口１１５３ｂ，１１５３ｇがエッチングにより形成され、また、導電膜１１２０ｋ―１上の光電変換膜１１２１ｒ及び第二電極膜１１２２ｒの端部が、図３９（ｂ）に示す様に、削成される。
【０１１５】
このように、本実施形態では、光電変換膜１１２１ｒの積層工程に続けて第二電極膜１１２２ｒの積層を連続して行い、第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒとを一緒にエッチングして開口１１５３ｇ，１１５３ｂを形成するため、光電変換膜１１２１ｒと第二電極膜１１２２ｒとの間の界面が荒れることはなく、しかも、縦配線用開口のエッチング回数を減らすことができる。また、エッチングを行うときに、開口底部に導電膜１１１６ｇ，１１１６ｂを設けてあるため、この導電膜１１１６ｇ，１１１６ｂの箇所でエッチングを精度良く止めることが可能となる。
【０１１６】
開口１１５３ｂ，１１５３ｇが形成された後は、図４０に示す様に、表面部に絶縁膜１２７を積層して開口１１５３ｂ，１１５３ｇを埋めると共に、図４０（ｂ）に示す削成部に絶縁層１１２７を積層する。そして次に、図４１に示す様に、開口１１５３ｂ，１１５３ｇより小径の開口１１５４ｇ，１１５４ｂをエッチングにより開けると共に、端部（図４１（ｂ））において、第二電極膜１１２２ｒに到達する開口１１５４ｋ―１と、導電膜１１２０ｋ―１に到達する開口１１５４―２とを開ける。
【０１１７】
次に、図４２（ｂ）に示すように、開口１１５４ｋ―１と開口１１５４ｋ―２によって露出している第二電極膜１１２２ｒ及び導電性膜１１２０ｋ−１上に、バリヤーメタル１２００を選択成長させて形成する。
【０１１８】
次に、図４３に示す様に、開口１１５４ｇ，１１５４ｂ，１１５４ｋ―１，１１５４ｋ―２を透明導電材料で埋め、縦配線１１１４ｇ，１１１４ｂ，１１４３―２，１１４３―３を形成する。各開口を透明導電材料で埋めた後は、表面を平滑処理する。これは、例えばエッチバックやＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）にて行う。
【０１１９】
この様に、本実施形態では、絶縁層１１２７と第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒの３層を貫通する縦配線１１１４ｇ，１１１４ｂを同一工程にて製造するため、縦配線製造工程数が少なくなる。
【０１２０】
そして、図３５〜図４３の製造手順と同様の手順を繰り返すことで、図４４に示す様に、緑色検出用の光電変換膜１１２１ｇ及び第二電極膜１１２２ｇを貫通する縦配線１１１４ｂを形成すると共に、端部において縦配線１１４３―４，１１４３―５を形成する。
【０１２１】
更に、図４５に示す様に、第一電極膜１１２０ｂ及びパッド１１１７ｂを形成してその上に青色検出用の光電変換膜１１２１ｂ、第二電極膜１１２２ｂ、透明の保護膜１１２９を形成し、透明保護膜１１２９の所定箇所に開口をエッチングにより開けて導電材料で埋め、縦配線１１４３―６，１１４３―７を形成する。最後に、図４６に示す様に、縦配線１１４３―６と縦配線１１４３―７とを接続する導電膜１１４４を形成する。
【０１２２】
以上述べたように、本実施形態では、光電変換膜の積層工程に続けて第二電極膜の積層を連続的に行い、第二電極膜と光電変換膜とを一緒にエッチングして開口を設けるため、光電変換膜と第二電極膜との間の界面が荒れることがなくなり、しかも、縦配線用開口のエッチング回数を減らすことが可能となる。これにより、光電変換性能が向上すると共に製造コストの低減を図ることができる。
【０１２３】
以上のような３層積層例を説明したが、以下では上記光電変換膜積層型固体撮像素子の製造方法の変形例について説明する。
図４７〜図５３は、図３８〜図４１までの製造工程の変形例を示す図であり、図２８と同じ位置における断面模式図である。図４７〜図５３では、図４１（ａ）に示す開口１１５４ｂの下方に位置する部位のみを図示した。
【０１２４】
第二電極膜１１２２ｒを形成した後、図４７に示すように絶縁膜１２０１を形成する。次に、図４８に示すように、絶縁膜１２０１上にレジストパターン１２０２を形成する。このレジストパターン１２０２を用いて絶縁膜１２０１のみを図４９に示すようにエッチングする。次に、図５０に示すようにレジストパターン１２０２を除去する。第二電極膜１１２２ｒに保護機能があれば、レジストパターンを剥離液によりＷＥＴ処理で除去することが可能である。もちろん、光電変換膜１１２１ｒを損傷しないようなレジスト処理があれば、図４９の状態から第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒとをエッチングすることも可能である。次に、絶縁膜１２０１をマスクにして、図５１に示すように、第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒをエッチングする。次に、図５２に示すように絶縁膜１１２７を形成して平滑化した後、図５３に示すようにビアホール１１５４ｂを形成する。
【０１２５】
光電変換膜が損傷しやすいものである場合、図３９におけるレジスト形成の際、下には第二電極膜しかないために、光電変換膜を保護することができない。レジスト形成時には、溶剤塗布、アルカリ現像液処理、水洗などの工程を経るため、これらの処理に損傷しやすいものであれば、たちまち素子特性が劣化する。特に光電変換膜に有機材料が含まれている場合顕著である。しかし、図４８を見ると、レジスト形成時に光電変換膜全面に絶縁膜による保護があるため、劣化することがなく、素子特性の劣化を防ぐことができる。
【０１２６】
（第四実施形態）
第三実施形態で説明した光電変換膜積層型固体撮像素子のシリコン基板に形成される電荷蓄積部の配置は正方格子配列としたが、これに限らず、様々な配列が採用可能である。例えば、垂直方向に並ぶ電荷蓄積部からなる電荷蓄積部列のうち、奇数列と偶数列を電荷蓄積部の垂直方向配列ピッチの略１／２ずらしたいわゆるハニカム配列を採用することもできる。ハニカム配列の詳細構成は、特開平１０−１３６３９１号公報などに開示されている。
【０１２７】
図５４は、本発明の第四実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図である。
光電変換膜積層型固体撮像素子２１００には、シリコン基板２１０７表面に多数の電荷蓄積部２１０１が配列され、その配列は、特開平１０−１３６３９１号公報等にあるようなハニカム配列となっている。シリコン基板２１０７の表面には、列方向に並ぶ電荷蓄積部２１０１の各列に対応して垂直転送路（列方向ＣＣＤレジスタ）２１０２が形成されており、シリコン基板２１０７の下辺部には水平転送路（行方向ＣＣＤレジスタ）２１０３が形成されている。水平転送路２１０３の出口部分には、増幅器２１０４が設置されており信号電荷がここで増幅され出力信号２１０５として出力される。シリコン基板２１０７の両端には電源供給用のボンディングＰＡＤ２１０６が設けられ、ボンディングＰＡＤ２１０６は、シリコン基板２１０７上に積層された３つの光電変換膜２１０８をそれぞれ挟む、画素毎に分離された第一電極膜２１０９と画素毎に分離されていない第二電極膜２１１０に配線を介して接続される。
【０１２８】
図５５は、図５４に示す固体撮像素子の部分拡大図である。図５６は、図５５に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線断面模式図である。
図５５に示す固体撮像素子は、前述したように、電荷蓄積部２１０１と、それに隣接する垂直転送チャネル１０６及び転送電極１１１〜１１４からなる垂直転送路２１０２とが二次元平面状に配置されている。１つの電荷蓄積部２１０１に対し、４相の転送パルスφ１〜φ４を供給するための転送電極１１１〜１１４が配設されている。各転送電極１１１〜１１４は行方向に延在しており、電荷蓄積部２１０１を避けるようにしながら蛇行して形成されている。
【０１２９】
光電変換膜で発生して電荷蓄積部２１０１に蓄積された信号電荷は、図において右下方に設けられた読み出しゲート１０７から垂直転送チャネル１０６に読み出される。各電荷蓄積部２１０１に隣接する垂直転送チャネル１０６は、図５５において上部から下部に向かって縦方向に連なっており、ハニカム状に配列した電荷蓄積部２１０１の間を蛇行しながら列方向に延在し、転送電極１１１〜１１４とともに垂直転送路２１０２を形成している。各垂直転送路２１０２の端部は、遮光された水平転送路２１０３に接続されている。さらに水平転送路２１０３の末端には、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）等を有してなる増幅器２１０４が接続され、ここから信号電荷に応じた信号が出力される。
【０１３０】
電荷蓄積部２１０１は、図５６に示すように、Ｎ型高濃度不純物層１０５ａ中にｎ＋領域１０５ｂを形成した構成となっている。ｎ＋領域１０５ａ上にはプラグαが設けられ、この上に第一電極膜β等が積層される。垂直転送チャネル１０６の上部には、２層構造のポリシリコン電極による転送電極１１１，１１２，１１３，１１４が形成されている。２層ポリシリコン電極は、転送電極１１１，１１３を形成した後、端部が重なるように絶縁膜１０９を介して転送電極１１２，１１４を形成したものである。これらの転送電極１１１，１１２，１１３，１１４によって例えばφ１，φ２，φ３，φ４の４相の転送パルスを印加して垂直転送路２１０２を駆動し、全画素読み出しが可能である。
【０１３１】
Ｎ型高濃度不純物層１０５ａの外周の一側部には、光電変換により蓄積された電荷を垂直転送チャネル１０６へ読み出すための読み出しゲート１０７が設けられ、他方の側部には上下方向にわたって隣の画素列の垂直転送チャネルに電荷が流れないように堰き止めるＰ型高濃度不純物による素子分離領域（チャネルストップ）１０８が形成されている。
【０１３２】
このような構成の固体撮像素子では、列方向ＣＣＤレジスタを駆動するための転送電極を２層ポリシリコン構造としても全画素読み出しに対応できるため、製造プロセスを簡略化できる。また、１つの電荷蓄積部あたり４電極を配置することができる。この場合、４相の転送パルスで駆動することによって、扱う電荷量を３相駆動の場合の約１．５倍大きくすることができる。ハニカムＣＣＤの構造では、従来の正方格子ＣＣＤに比べて、電荷蓄積部の面積を相対的に大きくでき、しかも水平・垂直の解像度が高いことから、微細化（高密度化、多画素化）していった場合でも高感度の固体撮像素子が得られる。
【０１３３】
本実施形態では、転送電極１１１〜１１４として使用しているポリシリコン電極の電気抵抗を下げるために、ポリシリコンより比抵抗が小さい電極材料、例えばＡｌ（アルミニウム）やＷ（タングステン）を金属配線１２５としてポリシリコン電極上に絶縁膜を介して積層したいわゆるメタル裏打ち構造を形成している。この金属配線１２５はコンタクトホール１２６を介してそれぞれの転送電極１１１〜１１４に電気接続されている。本実施形態のようなハニカム配列では、従来の正方格子配列とは異なり、２層構造のポリシリコン電極の長手方向に沿って、すなわち図において横方向（水平方向）に蛇行しながら全ての相（層）の転送電極１１１〜１１４に対応して金属配線１２５を敷設することができる。
【０１３４】
この金属配線１２５は、図において横方向に延出され、末端が素子外部より供給される駆動用の転送パルスφ１〜φ４を伝送するための配線パターン１３０と電気接続されている。図５５の例では、金属配線１２５及び配線パターン１３０をＡｌで形成し、金属配線１２５と他の位相の配線パターン１３０とが交わる部分はポリシリコン電極の上に絶縁膜を介して配線パターン１３０を形成して配線し、金属配線１２５及び配線パターン１３０とポリシリコン電極とをコンタクト部で電気的に導通させる構成を示している。
【０１３５】
電極材料としては、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、あるいはこれらの窒化物（ＷＳｉ（タングステンシリコン）など）、シリサイド（ＴｉＳｉ（チタンシリコン）など）、合金、化合物、複合物が適する。Ａｌは加工が容易で扱いやすく、電気抵抗が小さいので裏打金属配線によく用いられる。ＷはＡｌに比べてポリシリコンとの間で合金を形成しないので、合金によるポテンシャルシフト（ポテンシャルの部分的な変化）が起こりにくく、垂直転送路において効率の良い電荷転送が可能である。また、Ｗは固体撮像素子の遮光膜に用いられるため、遮光膜部分と合わせて使用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の断面模式図
【図２】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図３】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図４】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図５】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図６】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図７】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図８】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図９】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図１０】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図１１】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図１２】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図
【図１３】（ａ）は発光素子の２画素分の概略構成を示す表面模式図、（ｂ）は（ａ）に示すα−α’線での断面模式図
【図１４】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図１５】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図１６】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図１７】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図１８】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図１９】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図２０】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図２１】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図２２】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図２３】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図２４】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図２５】図１３に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図
【図２６】本発明の第三実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図
【図２７】（ａ）は図２６に示す点線矩形枠II内の拡大模式図、（ｂ）は受光部の第一電極膜の分解図
【図２８】図２７（ａ）のIII―III線断面模式図
【図２９】図２７（ａ）のIV―IV線断面模式図
【図３０】図２７（ａ）のＶ―Ｖ線断面模式図
【図３１】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３２】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３３】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３４】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３５】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３６】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３７】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３８】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図３９】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４０】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４１】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４２】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４３】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４４】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４５】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４６】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順を示す図
【図４７】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順の変形例を示す図
【図４８】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順の変形例を示す図
【図４９】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順の変形例を示す図
【図５０】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順の変形例を示す図
【図５１】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順の変形例を示す図
【図５２】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順の変形例を示す図
【図５３】図２８〜図３０に示した光電変換膜積層型固体撮像装置の製造手順の変形例を示す図
【図５４】本発明の第四実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図
【図５５】図５４に示す固体撮像素子の部分拡大図
【図５６】図５５に示す固体撮像素子のＡ−Ａ線断面模式図
【符号の説明】
【０１３７】
２１３  シリコン基板
２１４  第一電極膜
２０５，２０６  第二電極膜
２０７  電子ブロッキング層
２０８  ｐ型不純物層
２０９  ｎ型不純物層
２１０  ホールブロッキング層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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