(57)【要約】【課題】固定パターンノイズの低減された高画質の画像が得られる固体撮像素子を提供すること。【解決手段】信号読み出し回路を有する基板１上に、第１電極２と光電変換層３と第２電極４とが、この順に積層された固体撮像素子１０であって、光電変換層３が多結晶膜からなる光電変換膜を有し、光電変換膜３の最大結晶粒径Ａと、画素サイズＢとの関係が、以下の式（１）を満足する固体撮像素子とする。光電変換膜の平均結晶粒径Ｃと、画素サイズＢとの関係が、以下の式（２）を満足することが好ましい。Ａ／Ｂ≦１．０    ‥（１）Ｃ／Ｂ≦０．１０    ‥（２）【選択図】図１
2015216271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号読み出し回路を有する基板上に、第１電極と光電変換層と第２電極とが、この順に積層された固体撮像素子であって、
前記光電変換層が多結晶膜からなる光電変換膜を有し、前記光電変換膜の最大結晶粒径Ａと、画素サイズＢとの関係が、以下の式（１）を満足することを特徴とする固体撮像素子。
Ａ／Ｂ≦１．０    ‥（１）
【請求項２】
前記光電変換膜の平均結晶粒径Ｃと、画素サイズＢとの関係が、以下の式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
Ｃ／Ｂ≦０．１０    ‥（２）
【請求項３】
前記光電変換膜が、結晶セレン膜からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記画素サイズＢが３μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１電極が下部電極であり、前記第２電極が透明電極であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子の多画素化および高フレームレート化が急速に進んでいる。このため、１画素あたりで発生する電荷量が減少し、固体撮像素子の感度をより一層向上させることが要求されている。
【０００３】
この要求に対応するために、基板上に形成された信号読み出し回路上に、下部電極と光電変換膜と透明電極とを、この順に積層した固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。このような固体撮像素子では、透明電極側から固体撮像素子に入射した光が、信号読み出し回路に遮られることなく光電変換膜で受光される。このため、光の利用効率が高く、高感度の固体撮像素子が実現できる。
【０００４】
また、特許文献２には、高感度の固体撮像装置として、光電変換膜の結晶粒径を１画素の大きさよりも大きく成長させて、１個の画素内に存在する結晶粒界密度を下げることで、光電流の低損失での取出しを可能としたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５１２７１号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の固体撮像素子では、撮像した画像に現れる固定パターンノイズが大きく、これを低減することが要求されていた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、固定パターンノイズの低減された高画質の画像が得られる固体撮像素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決すべく、光電変換層に多結晶膜からなる光電変換膜を用いた固体撮像装置において、光電変換膜の結晶粒径と固定パターンノイズとの関係に着目し、鋭意検討した。その結果、光電変換膜の最大結晶粒径を、画素サイズ以下とすることで、撮像した画像の固定パターンノイズを低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、以下の発明に関わるものである。
［１］信号読み出し回路を有する基板上に、第１電極と光電変換層と第２電極とが、この順に積層された固体撮像素子であって、前記光電変換層が多結晶膜からなる光電変換膜を有し、前記光電変換膜の最大結晶粒径Ａと、画素サイズＢとの関係が、以下の式（１）を満足することを特徴とする固体撮像素子。
Ａ／Ｂ≦１．０    ‥（１）
［２］前記光電変換膜の平均結晶粒径Ｃと、画素サイズＢとの関係が、以下の式（２）を満足することを特徴とする［１］に記載の固体撮像素子。
Ｃ／Ｂ≦０．１０    ‥（２）
［３］前記光電変換膜が、結晶セレン膜からなることを特徴とする［１］または［２］に記載の固体撮像素子。
［４］前記画素サイズＢが３μｍ以下であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の固体撮像素子。
［５］前記第１電極が下部電極であり、前記第２電極が透明電極であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の固体撮像素子。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の固体撮像素子は、光電変換層が多結晶膜からなる光電変換膜を有し、前記光電変換膜の最大結晶粒径Ａと、画素サイズＢとの関係がＡ／Ｂ≦１．０を満足するものであるので、撮像した画像の固定パターンノイズを低減でき、高画質の画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の固体撮像素子の一例を示した断面模式図である。
【図２】実施例１の結晶セレン膜の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した写真である。
【図３】比較例１の結晶セレン膜の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した写真である。
【図４】結晶セレン膜の膜厚と、結晶セレン膜の最大結晶粒径および平均結晶粒径との関係を示したグラフである。
【図５】実施例１の固体撮像素子を用いて撮像した画像の輝度の分布を示したヒストグラムである。
【図６】実施例２の固体撮像素子を用いて撮像した画像の輝度の分布を示したヒストグラムである。
【図７】比較例１の固体撮像素子を用いて撮像した画像の輝度の分布を示したヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１２】
「固体撮像素子」
図１は、本発明の固体撮像素子の一例を示した断面模式図である。図１に示す固体撮像素子１０は、基板１上に、下部電極２（第１電極）と、光電変換層３と、透明電極４（第２電極）とがこの順に積層されたものである。図１に示す固体撮像素子１０は、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor、相補型金属酸化膜半導体）型固体撮像素子である。また、図１に示す固体撮像素子１０は、基板１の光電変換層３側から光を入射するものである。
【００１３】
図１に示す基板１は、信号読み出し回路（不図示）を有する半導体基板である。信号読み出し回路としては、各画素の光電変換層３に蓄積された電荷を、画素毎に増幅器で電荷から電圧に変換するとともに増幅してから、固体撮像素子１０を備えた電子機器（不図示）の信号処理手段に送るものが形成されている。このような信号読み出し回路を有する半導体基板としては、従来、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の信号読み出し回路を有する半導体基板として用いられている公知のものなどを用いることができる。
【００１４】
基板１の信号読み出し回路上には、下部電極２が形成されている。図１に示す固体撮像素子１０においては、下部電極２が、基板１に埋め込まれるように形成され、画素電極を兼ねるものとなっている。下部電極２に用いられる材料としては、例えば、Ａｌ（アルミ）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）などが挙げられる。
【００１５】
図１に示す光電変換層３は、接合層（不図示）と、接合層上に形成された多結晶膜からなる光電変換膜とからなるものである。
接合層は、多結晶膜からなる光電変換膜の直下に配置される。接合層は、接合層の直下に配置される層と、多結晶膜からなる光電変換膜との密着性を向上させるものである。接合層は、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）から選ばれる１種からなるものであることが好ましい。特に、多結晶膜からなる光電変換膜が結晶セレン膜である場合、接合層は、テルル（Ｔｅ）からなるものであることが好ましい。
【００１６】
接合層の膜厚は、０．１〜３ｎｍの範囲であることが好ましい。接合層は、多結晶膜からなる光電変換膜の下層の全面に連続して形成されていてもよいし、接合層の厚みを薄くすることによって多結晶膜からなる光電変換膜の下層の一部に形成されていない領域が存在していてもよい。接合層の膜厚が、０．１ｎｍ以上であると、接合層の直下に配置される層と、多結晶膜からなる光電変換膜との高い密着性が得られ、好ましい。また、接合層の膜厚が、３ｎｍ以下であると、接合層が光電変換膜中の結晶欠陥となって、暗電流増加の要因となることを防止できる。
【００１７】
多結晶膜からなる光電変換膜としては、例えば、結晶セレン、多結晶シリコン、カルコパイライト系化合物材料（例えばＣｕＩｎＧａＳｅなど）からなるものが挙げられる。多結晶膜からなる光電変換膜としては、これらの中でも特に、結晶セレン膜が好ましい。光電変換層３の多結晶膜からなる光電変換膜が、結晶セレン膜を有する場合、高い光吸収性能と視感度に近い分光感度特性とを有するものとなる。したがって、高画質の画像が得られる固体撮像素子１０となる。
【００１８】
多結晶膜からなる光電変換膜が結晶セレン膜からなるものである場合、光電変換膜の膜厚は、０．２μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましい。結晶セレン膜の膜厚が０．２μｍ以上である場合、光電変換膜として良好に機能する。また、結晶セレン膜の膜厚は、薄いほど結晶粒径が小さくなり、画素間における光電変換膜の感度の差の小さい光電変換層３が得られやすいものとなる。このため、結晶セレン膜の膜厚は、４μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。
【００１９】
多結晶膜からなる光電変換膜の最大結晶粒径Ａと、画素サイズＢとは、以下の式（１）を満足する関係を有している。画素サイズは、略正方形である一画素の一辺の長さである。
Ａ／Ｂ≦１．０    ‥（１）
固体撮像素子１０で撮像した画像の固定パターンノイズは、画素毎のノイズ量の差で形成される。Ａ／Ｂが１．０を超えると、光電変換膜の結晶粒界が全くない画素が形成されたり、結晶粒界が僅かしかない画素が形成されたりする場合がある。また、Ａ／Ｂが１．０を超えると、結晶粒界の長さが他の画素と比較して非常に長い画素が形成される場合がある。このため、Ａ／Ｂが１．０を超えると、各画素の光電変換膜の感度の差が大きくなり、画素毎のノイズ量の差が大きくなる。
【００２０】
これに対し、Ａ／Ｂが、１．０以下であると、各画素の光電変換膜の結晶粒径が平均化され、結晶の大きさに起因する画素間の光電変換膜の感度の差が小さいものとなる。よって、画素毎のノイズ量の差が抑制され、固定パターンノイズが低減する。結晶の大きさに起因する各画素の光電変換膜の感度の差をより一層低減するためには、Ａ／Ｂは、０．６以下であることが好ましい。
【００２１】
しかし、Ａ／Ｂを０．３未満にすると、固定パターンノイズを低減する効果が飽和する。したがって、Ａ／Ｂは０．３以上であることが好ましい。
また、最大結晶粒径Ａの小さい光電変換膜を得るために、光電変換膜の膜厚を薄くした場合、高い感度が得られにくくなる。具体的には、例えば、最大結晶粒径Ａが１μｍ未満の光電変換膜を形成するために光電変換膜の膜厚を薄くすると、光電変換膜における長波長の光の感度が低下する場合がある。このため、画素サイズＢが例えば３μｍ以下と小さい場合、Ａ／Ｂは０．３以上であることが好ましい。
【００２２】
多結晶膜からなる光電変換膜の最大結晶粒径Ａは、以下に示す方法により測定できる。
光電変換膜を走査型電子顕微鏡（Scanning  Electron  Microscope、ＳＥＭ）を用いて撮影し、面積０．７ｍｍ２の領域の画像に含まれる結晶粒子の最大面積を算出する。次に、結晶粒子が円であると仮定して、最大面積の直径を算出し、最大結晶粒径とした。
【００２３】
多結晶膜からなる光電変換膜の平均結晶粒径Ｃと、画素サイズＢとは、以下の式（２）を満足する関係を有している。
Ｃ／Ｂ≦０．１０    ‥（２）
Ｃ／Ｂが、０．１０以下であると、各画素の光電変換膜の結晶粒径がより一層平均化され、結晶の大きさに起因する画素間の光電変換膜の感度の差がより小さいものとなる。したがって、画素毎のノイズ量の差が抑制され、より一層固定パターンノイズが低減する。結晶の大きさに起因する各画素の光電変換膜の感度の差をより一層低減するためには、Ｃ／Ｂは、０．０９以下であることが好ましい。
【００２４】
しかし、Ｃ／Ｂを０．０８未満にすると、固定パターンノイズを低減する効果が飽和する。したがって、Ｃ／Ｂは０．０８以上であることが好ましい。
また、平均結晶粒径Ｃの小さい光電変換膜を得るために、光電変換膜の膜厚を薄くした場合、高い感度が得られにくくなる。具体的には、例えば、平均結晶粒径Ｃが０．２５μｍ未満の光電変換膜を形成するために光電変換膜の膜厚を薄くすると、光電変換膜における長波長の光の感度が低下する場合がある。このため、画素サイズＢが例えば３μｍ以下と小さい場合、Ｃ／Ｂは０．０８以上であることが好ましい。
【００２５】
多結晶膜からなる光電変換膜の平均結晶粒径Ｃは、以下に示す方法により測定できる。
光電変換膜を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、面積０．７ｍｍ２の領域の画像に含まれる結晶粒子の総面積を結晶粒子の総個数で割り、平均面積を算出する。次に、結晶粒子が全て円であると仮定して、平均面積の直径を算出し、平均結晶粒径とした。
【００２６】
画素サイズＢは、３μｍ以下であることが好ましい。画素サイズＢが３μｍ以下であると、高画質の画像が得られやすくなる。
【００２７】
透明電極４としては、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化亜鉛スズ）などを用いることができる。
【００２８】
「製造方法」
図１に示す固体撮像素子１０は、例えば、以下に示す方法により製造できる。
まず、基板１として、信号読み出し回路を有する半導体基板を用意する。次いで、基板１の信号読み出し回路上に、真空蒸着法、スパッタリング法など従来公知の方法を用いて、下部電極２を形成する。
次に、下部電極２の形成された基板１上に、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法など公知の方法を用いて、テルルなどからなる接合層（不図示）を形成する。
【００２９】
次に、接合層上に、真空蒸着法など公知の方法を用いて、多結晶膜からなる光電変換膜を形成する。このことにより、接合層と、多結晶膜からなる光電変換膜とからなる光電変換層３が形成される。
多結晶膜からなる光電変換膜の最大結晶粒径または、最大結晶粒径および平均結晶粒径は、多結晶膜からなる光電変換膜の材料、膜厚、成膜時の雰囲気および温度などの条件のうちから選ばれる１つ以上の項目を変化させることにより、制御できる。
【００３０】
多結晶膜からなる光電変換膜として、結晶セレン膜を形成する場合、例えば、以下に示す方法により、結晶セレン膜を形成することが好ましい。まず、真空蒸着法により、接合層上にアモルファスセレン膜を形成する。その後、大気中で５０〜２１５℃の熱処理温度で１０秒〜２分間の加熱処理を行うことにより、アモルファスセレン膜を結晶化し、結晶セレン膜とする。
【００３１】
また、多結晶膜からなる光電変換膜として、例えば、結晶セレン膜を形成する場合、膜厚を変化させることにより、所定の最大結晶粒径または、最大結晶粒径および平均結晶粒径を有する結晶セレン膜を形成することが好ましい。
本発明者は、結晶セレン膜の結晶粒径を制御するべく検討した。その結果、結晶セレン膜は、膜厚を小さくするほど、最大結晶粒径および平均結晶粒径が小さくなることを見出した。そして、以下に示す方法により、容易かつ高精度で所定の最大結晶粒径および平均結晶粒径を有する結晶セレン膜が得られることを確認した。
初めに、結晶セレン膜の膜厚と、最大結晶粒径または、最大結晶粒径および平均結晶粒径との関係を調べる。そして、得られた結果に基づいて、必要とされる最大結晶粒径または、最大結晶粒径および平均結晶粒径となる膜厚で、結晶セレン膜を形成する。結晶セレン膜の膜厚は、例えば、結晶化によって結晶セレン膜とされるアモルファスセレン膜の厚みを制御する方法により、調整できる。アモルファスセレン膜の厚みは、成膜時間を変化させる方法などにより制御できる。
【００３２】
次に、高周波（ＲＦ）スパッタ法など公知の方法を用いて、光電変換層３上に透明電極４を形成する。
以上の工程により、図１に示す固体撮像素子１０が得られる。
【００３３】
図１に示す固体撮像素子１０は、信号読み出し回路を有する基板１上に、下部電極２と、光電変換層３と、透明電極４とがこの順に積層されたものであり、光電変換層３が多結晶膜からなる光電変換膜を有し、光電変換膜の最大結晶粒径Ａと、画素サイズＢとの関係が、Ａ／Ｂ≦１．０を満足するものである。このため、図１に示す固体撮像素子１０では、各画素における光電変換膜の結晶粒界に起因する感度の差が平均化され、光電変換膜の結晶の大きさに起因する画素間の光電変換膜の感度の差が小さくなる。よって、画素毎のノイズ量の差が抑制され、撮像した画像の固定パターンノイズが低減し、高画質の画像が得られる。
【００３４】
図１に示す固体撮像素子１０において、光電変換膜の平均結晶粒径Ｃと、画素サイズＢとの関係が、Ｃ／Ｂ≦０．１０を満足する場合、より一層各画素における光電変換膜の結晶粒界に起因する感度の差が平均化され、光電変換膜の結晶の大きさに起因する画素間の光電変換膜の感度の差が小さくなる。したがって、撮像した画像の固定パターンノイズがより一層少なくなり、より高画質の画像が得られる。
【００３５】
図１に示す固体撮像素子１０は、信号読み出し回路を有する基板１上に、下部電極２と、光電変換層３と、透明電極４とがこの順に積層されたものであるので、透明電極４側から固体撮像素子１０に入射した光が、信号読み出し回路に遮られることなく光電変換層３で受光される。このため、図１に示す固体撮像素子１０は、光の利用効率が高く、高感度のものとなる。
【００３６】
図１に示す固体撮像素子１０は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子であり、各画素の光電変換層３に蓄積された電荷を、画素毎に増幅器で電荷から電圧に変換するとともに増幅してから、固体撮像素子１０を備えた電子機器の信号処理手段に送るものである。したがって、画素毎のノイズ量には、各画素の光電変換膜の感度の差に起因するノイズに加えて、画素毎に設けられている増幅器の特性に起因するノイズも含まれる。このため、ＣＭＯＳ型固体撮像素子では、固定パターンノイズが大きくなりやすい。本実施形態の固体撮像素子１０は、各画素の光電変換膜の感度の差によるノイズが小さいものであるため、ＣＭＯＳ型固体撮像素子における画素毎のノイズ量の差を抑制でき、固定パターンノイズを抑制できる。
【００３７】
「他の例」
本発明の固体撮像素子は、上述した実施形態の固体撮像素子に限定されるものではない。例えば、図１に示す固体撮像素子１０においては、基板１の光電変換層３側から光を入射するものを例に挙げて説明したが、基板１の光電変換層３と反対側から光を入射するものであってもよい。この場合、図１に示す固体撮像素子１０の下部電極２および信号読み出し回路を有する基板１として、透光性を有するものを用いる。
【００３８】
図１に示す固体撮像素子１０は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子であるが、本発明の固体撮像素子は、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device、電荷結合素子）型固体撮像素子であってもよい。この場合、信号読み出し回路として、全ての画素の光電変換層に蓄積された電荷を１つの増幅器に転送し、その増幅器で電荷から電圧に変換するとともに増幅してから、固体撮像素子を備えた電子機器の信号処理手段に送るものが形成されている半導体基板を用いる。このような信号読み出し回路を有する半導体基板としては、例えば、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の信号読み出し回路を有する半導体基板として用いられている公知のものなどを用いることができる。
【００３９】
図１に示す固体撮像素子１０の光電変換層３のように、光電変換層は、多結晶膜からなる光電変換膜の他に接合層などの他の層を有するものであってもよいし、多結晶膜からなる光電変換膜のみからなるものであってもよい。
また、光電変換層の有する光電変換膜は、図１に示す固体撮像素子１０のように、多結晶膜からなる１層の光電変換膜のみであってもよいし、多結晶膜からなる１層の光電変換膜に加えて、さらに１層以上の光電変換膜を有していてもよい。光電変換層が複数の光電変換膜を有するものである場合、複数の光電変換膜は全て異なる光電変換膜であってもよいし、複数の光電変換膜のうち一部または全部が同じ光電変換膜であってもよい。また、光電変換層が複数の光電変換膜を有するものである場合、積層された光電変換層間には、電極と相関絶縁膜と電極とがこの順で配置されていることが好ましい。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
「実施例１」
以下に示す方法により、図１に示す固体撮像素子１０を形成し、評価した。
画素サイズが３μｍであるＣＭＯＳ型固体撮像素子の信号読み出し回路を有する半導体基板を用意し、信号読み出し回路上に下部電極２を形成した。
【００４１】
次に、下部電極２の形成された基板１上に、真空蒸着法を用いて、膜厚０．１ｎｍのテルルからなる接合層を形成した。次に、接合層上に、真空蒸着法を用いて、アモルファスセレン膜を形成した。その後、大気中で２００℃の熱処理温度で１分間の加熱処理を行うことにより、アモルファスセレン膜を結晶化し、膜厚０．５μｍの結晶セレン膜を形成した。このことにより、テルル膜と結晶セレン膜とからなる光電変換層３を形成した。
【００４２】
このようにして得られた実施例１の結晶セレン膜の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、上述した方法を用いて、結晶セレン膜の最大結晶粒径および平均結晶粒径を調べた。その結果、結晶セレン膜の最大結晶粒径は１．４３μｍであり、平均結晶粒径は０．３０μｍであった。図２は、実施例１の結晶セレン膜の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した写真である。図２に示すように、実施例１の結晶セレン膜では、画素サイズである３μｍを超える粒径を有する結晶は見られなかった。
【００４３】
次に、室温でＤＣ（直流）スパッタ法を用いて、光電変換層３上にＩＴＯからなる透明電極４を形成した。
以上の工程により、実施例１の固体撮像素子を得た。
【００４４】
「実施例２」
結晶セレン膜として膜厚１．０μｍの結晶セレン膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして実施例２の固体撮像素子を得た。
また、実施例１と同様にして、透明電極４を形成する前に結晶セレン膜の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、結晶セレン膜の最大結晶粒径および平均結晶粒径を調べた。その結果、結晶セレン膜の最大結晶粒径は１．７９μｍであり、平均結晶粒径は０．３３μｍであった。
【００４５】
「比較例１」
結晶セレン膜として膜厚２．０μｍの結晶セレン膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして比較例１の固体撮像素子を得た。
また、実施例１と同様にして、透明電極４を形成する前に結晶セレン膜の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、結晶セレン膜の最大結晶粒径および平均結晶粒径を調べた。その結果、結晶セレン膜の最大結晶粒径は４．１４μｍであり、平均結晶粒径は０．４０μｍであった。図３は、比較例１の結晶セレン膜の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した写真である。図３に示すように、比較例１の結晶セレン膜では、画素サイズである３μｍを超える粒径を有する結晶が見られた。
【００４６】
実施例１、実施例２、比較例１において測定した結晶セレン膜の最大結晶粒径および平均結晶粒径を図４および表１に示す。図４は、結晶セレン膜の膜厚と、結晶セレン膜の最大結晶粒径および平均結晶粒径との関係を示したグラフである。図４において白丸（○）は最大結晶粒径を示し、黒丸（●）は平均結晶粒径を示す。
【００４７】
【表１】
2015216271.tif 000003
【００４８】
図４および表１に示すように、膜厚の薄い結晶セレン膜ほど、最大結晶粒径および平均結晶粒径が小さいことが確認できた。
【００４９】
実施例１、実施例２、比較例１の固体撮像素子を用いてそれぞれ画像を撮像し、グレー１色の部分から抜き出した４００画素（２００画素×２００画素）について輝度の分布を調べた。その結果を図５〜図７に示す。
図５〜図７は、固体撮像素子を用いて撮像した画像の輝度の分布を示したヒストグラムであり、図５は実施例１の固体撮像素子を用いたヒストグラムであり、図６は実施例２の固体撮像素子を用いたヒストグラムであり、図７は比較例１の固体撮像素子を用いたヒストグラムである。
【００５０】
また、図５〜図７に示す実施例１、実施例２、比較例１の輝度の分布について標準偏差σを算出した。その結果、実施例１の標準偏差σは２２．７９、実施例２の標準偏差σは２３．４０、比較例１の標準偏差σは３２．６１であった。
図５〜図７および標準偏差から分かるように、結晶セレン膜の膜厚が０．５μｍである実施例１の固体撮像素子および結晶セレン膜の膜厚が１．０μｍである実施例２の固体撮像素子では、結晶セレン膜の膜厚が２．０μｍである比較例１の固体撮像素子と比較して、標準偏差σが小さく、輝度のばらつきが小さかった。
【００５１】
また、実施例１、実施例２、比較例１の固体撮像素子の画素サイズは３μｍである。上記の結果より、結晶セレン膜の最大結晶粒径Ａと画素サイズＢとの関係がＡ／Ｂ≦１．０を満足する実施例１および実施例２では、光電変換膜の結晶の大きさに起因する各画素の光電変換膜の感度の差が小さいことが確認できた。
また、上記の結果より、結晶セレン膜の平均結晶粒径Ｃと画素サイズＢとの関係がＣ／Ｂ≦０．１０を満足する実施例１では、光電変換膜の結晶の大きさに起因する各画素の光電変換膜の感度の差が非常に小さいことが確認できた。
【００５２】
また、実施例１、実施例２、比較例１の標準偏差σから分かるように、Ａ／Ｂ≦１．０を満足する実施例１と実施例２とでは、標準偏差σの差が小さかった。また、実施例１および実施例２と、Ａ／Ｂ≦１．０を満足しない比較例１とでは、標準偏差σの差が大きかった。
【符号の説明】
【００５３】
１…基板、２…下部電極（第１電極）、３…光電変換層、４…透明電極（第２電極）、１０…固体撮像素子
【図１】
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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２】
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【図３】
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