(57)【要約】【課題】開口率を小さくしても剥離しにくい固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置２次元に配列された複数の画素２０を有し、それぞれの画素２０は、第１電極９と、第１電極９と同じ層であって隣の第１電極９との間に設けられた第２電極１０と、第１電極９と第２電極１０とに接するように設けられた有機光電変換膜１１と、有機光電変換膜１１に対し第１電極９と接する面と反対側に設けられた対向電極１２と、を含み、有機光電変換膜１１は複数の画素２０に跨って形成され、第１電極９は有機光電変換膜１１で発生する電子又は正孔を取り出すためのものであり、第１電極９の画素当たりの面積率が２５％以下であり、第１電極９と第２電極１０とを合わせた画素当たりの面積率が４０％以上である。【選択図】図１
2015195336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配列された複数の画素を有し、
それぞれの画素は、第１電極と、前記第１電極と同じ層であって隣の第１電極との間に設けられた第２電極と、
前記第１電極と第２電極とに接するように設けられた有機光電変換膜と、前記有機光電変換膜に対し前記第１電極と接する面と反対側に設けられた対向電極と、を含み、
前記有機光電変換膜は前記複数の画素に跨って形成され、
前記第１電極は前記有機光電変換膜で発生する電子又は正孔を取り出すためのものであり、
前記第１電極の画素当たりの面積率が２５％以下であり、
前記第１電極と前記第２電極とを合わせた画素当たりの面積率が４０％以上である
固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の画素のピッチが１μｍ以下である請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１電極の画素当たりの面積率が５％以上である
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２電極は前記第１電極の四方を囲むように形成されている
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２電極は前記複数の画素に跨った格子形状であり、画素毎に開口を有し、
前記第１電極は前記開口の中に矩形状に形成され、
前記開口は、矩形の４隅が丸まった形状である
請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の画素のピッチが１μｍ以下であり、
前記開口の４隅のそれぞれの曲率半径は０．１μｍ以上である
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２電極は、前記第１電極の周囲に前記絶縁物を挟んで離散的に形成される
請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２電極は前記第１電極とは異なる機能を有する
請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１電極間はシリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする絶縁膜により電気的に分離されている
請求項１〜８のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記有機光電変換膜は、
電子供与性有機材料を含む電子阻止層、および、電子受容性有機材料を含む正孔阻止層の少なくとも一方と、
前記電子阻止層または前記正孔阻止層に積層された有機光電変換層とを有する
請求項１〜９のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置を実装した基材とを備える
撮像モジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載の撮像モジュールを備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、撮像モジュールおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１６は、有機光電変換膜を用いた固体撮像装置の画素アレイ部の断面図である。半導体基板には、電荷蓄積部１０２と信号読み出し部１０３が形成されている。半導体基板の上には、絶縁膜１０４が形成されている。電荷蓄積部１０２と接続されたプラグ１０５が絶縁膜１０４を貫通して形成されている。絶縁膜１０４の上には、電荷蓄積部１０２に対応し、プラグ１０５に接続された下部電極１０６が形成されている。下部電極１０６の上には有機光電変換膜１０７、上部電極１０８、保護膜１０９が形成されている。保護膜１０９の上には、下部電極１０６に対応して、赤色カラーフィルタ１１０Ｒ，緑色カラーフィルタ１１０Ｇ，青色カラーフィルタ１１０Ｂが形成されている。カラーフィルタ１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂの上には、カラーフィルタに対応してマイクロレンズ１１１が形成されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５２００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術にあっては、開口率（画素ピッチに対する下部電極１０６の幅の割り合い（または画素面積に対する下部電極の面積の割り合い））を小さくすると、有機光電変換膜が剥離しやすくなるという問題がある。
【０００５】
本開示は、開口率を小さくしても剥離しにくい固体撮像装置、撮像モジュールおよび撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような問題を解決するために、本開示の１態様に係る固体撮像装置は、２次元に配列された複数の画素を有し、それぞれの画素は、第１電極と、第１電極と同じ層であって隣の第１電極との間に設けられた第２電極と、第１電極と第２電極とに接するように設けられた有機光電変換膜と、有機光電変換膜に対し第１電極と接する面と反対側に設けられた対向電極と、を含み、有機光電変換膜は複数の画素に跨って形成され、第１電極は有機光電変換膜で発生する電子又は正孔を取り出すためのものであり、第１電極の画素当たりの面積率が２５％以下であり、第１電極と第２電極とを合わせた画素当たりの面積率が４０％以上である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示における固体撮像装置、撮像モジュールおよび撮像装置によれば、開口率（すなわち画素に占める第１電極の割り合い）を小さくしても（つまり２５％以下にしても）有機光電変換膜が剥離しにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る固体撮像装置の構成例を示す模式的な断面図である。
【図２】実施の形態に係る固体撮像装置において有機光電変換膜が堆積される下地のレイアウト例を示す平面図である。
【図３】有機光電変換膜の下地に対する密着力の電極面積率依存性を示した特性図である。
【図４】実施の形態に係る固体撮像装置において有機光電変換材料が堆積される下地の他のレイアウト例を示す平面図である。
【図５Ａ】実施の形態に係る有機光電変換膜の構成例を示す断面図である。
【図５Ｂ】実施の形態に係る有機光電変換膜の他の構成例を示す断面図である。
【図６】実施の形態に係る撮像モジュールおよび被写体付きの電子プレパラートの構成例を示す断面図である。
【図７】実施の形態に係る撮像システムの構成例を示すブロック図である。
【図８】実施の形態に係る撮像システムの撮像例を示す説明図である。
【図９】実施の形態に係る撮像システムの他の撮像例を示す説明図である。
【図１０】実施の形態に係る撮像システムの超解像の例を示す説明図である。
【図１１Ａ】面積率約２５％の第１電極をもつ固体撮像装置と、異なる入射角度の光で撮像される試料の撮像部位を表す模式図である。
【図１１Ｂ】面積率約３３％の第１電極をもつ固体撮像装置と、異なる入射角度の光で撮像される試料の撮像部位を表す模式図である。
【図１２】第１電極面積率と、撮像部位の重なりが全体に占める割合とを示した特性図である。
【図１３】撮像データの感度ばらつきの６σ値を表した感度ばらつきの第１電極面積率依存性を表した特性図である。
【図１４】第１電極および第２電極の形状を示す図である。
【図１５】第１電極に取り込む電荷が一定時間の後にどれがだけ残存したかをしめ示す残像を表した特性図である。
【図１６】従来の積層型固体撮像装置の画素部の断面構造を示す図である。
【図１７】従来の第１の積層型固体撮像装置の下部電極レイアウトを示す図である。
【図１８】従来の第２の積層型固体撮像装置の下部電極レイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、固体撮像装置の表層側に有機光電変換膜を有する固体撮像装置における開口率と高解像度化（つまり超解像）に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１０】
第１に、開口率を高めても（開口率を１に近付けても）解像度を高める技術である超解像には適していないという問題がある。一般に、超解像は低解像度の複数枚の画像を用いて画素補間することにより高解像度の画像を生成することをいい、１枚の低解像度の画像に欠落している部分を、他の画像によって補間することが望ましいが、図１７のように、開口率が１に近い場合、１枚の低解像度の画像に欠落している部分が極めて小さいので、他の画像により補間するのが困難になる。このように、図１７のように開口率が１に近いと超解像に適していない。従って、超解像に適した撮影を行う場合、図１８のように固体撮像装置における開口率は小さい方が良い。
【００１１】
また、超解像技術を使用しないケースであっても、光の強度が強すぎる環境で感度を下げて撮像したい場合なども固体撮像装置における開口率は小さい方が好ましい。
【００１２】
第２に、開口率を小さくすると有機光電変換膜が剥離しやすくなるという問題がある。具体的には、固体撮像装置の製造過程で有機光電変換膜を形成した後の工程において、例えば、有機光電変換膜の上に上部電極を形成する際の加熱工程や上部電極の上に形成される保護膜を形成する際の加熱工程や、ウェーハーをダイシングする前に貼り付けられるテープを、ダイシング後に剥がす工程で、有機光電変換膜が剥離するという問題がある。
【００１３】
物質間の密着性は、機械的な結合力、化学結合力、分子間力により決定されるが、有機光電変換膜は金属材料との密着性が高く、絶縁膜との密着性は低いことによるものと推定される。
【００１４】
以下、このような問題を解決するための実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１５】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１６】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について、図面を用いて説明する。
【００１７】
［固体撮像装置の構成］
図１は、実施の形態に係る固体撮像装置の構成例を示す模式的な断面図である。同図のように、固体撮像装置１００は、シリコン基板１、読み出し回路２１、有機光電変換膜１１、層間絶縁膜８、第１電極９、第２電極１０、上部電極１２（対向電極とも呼ぶ）、保護膜１３を有している。同図では３つの単位画素２０の断面に相当する。
【００１８】
シリコン基板１は、例えばｐ型のシリコン基板である。
【００１９】
読み出し回路２１は、シリコン基板１上に半導体プロセスにより形成され、単位画素２０内の対応する第１電極９を介して取り出された電子又は正孔に応じた画素信号を読み出す回路である。
【００２０】
有機光電変換膜１１は、有機光電変換層を少なくとも含んで構成されている。有機光電変換層は、受光した光に応じて電荷を発生する光電変換材料で構成された層である。有機光電変換膜１１は、層間絶縁膜８、複数の第１電極９、第２電極１０の上にこれらを覆って設けられている。つまり、有機光電変換膜１１は複数の単位画素２０に跨って形成されている。
【００２１】
また、有機光電変換膜１１は、第１電極９の上では一定の膜厚となっているが、単位画素２０以外（有効画素領域外）では膜厚が変化していても問題ない。なお、有機光電変換膜１１は、有機材料のみからなる層で構成されたものだけでなく、一部の層が無機材料を含む構成であるものであってもよい。
【００２２】
層間絶縁膜８は、例えば、シリコン酸化物またはシリコン窒化物により形成され、第１電極９、第２電極１０等を絶縁する。
【００２３】
第１電極９は、第１電極９とそれに対向する上部電極１２との間にある有機光電変換膜１１で発生した電子又は正孔を取り出すための電極である。取り出された電子又は正孔は、読み出し回路２１によって読み出し回路２１内の蓄積容量に蓄積される。本実施の形態では、単位画素２０当たりの第１電極９の面積率が２５％以下に形成される。面積率を２５％以下にすることにより、後述する超解像を容易にする。以下、電子又は正孔を総称して電荷という。第１電極９としては、後述する電子阻止層１１ａや正孔阻止層１１ｃと接したときに両者の仕事関数を良好な関係に保つ材料としてＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｍｏなどの高融点金属又はその化合物が望ましい。
【００２４】
第２電極１０は、第１電極９と同じ材料、同じプロセスにより形成され、単位画素２０当たりの電極面積率を調整するための電極であり、読み出し回路２１内の蓄積容量には接続されていない。つまり、前記第２電極１０は、前記第１電極９とは異なる機能である、メタル面積率の調整用のダミー電極である。
【００２５】
そして、第１電極９と前記第２電極１０とを合わせた単位画素２０当たりの面積率（以下、メタル面積率と呼ぶ）が４０％以上であるように形成される。メタル面積率を４０％以上にすることにより、有機光電変換膜１１を剥離しにくくする。
【００２６】
上部電極１２は、第１電極９と対向する電極であり、有機光電変換膜１１上にこれを覆って設けられている。上部電極１２は、有機光電変換膜１１に光を入射させるため、透明な導電性材料（例えば、ＩＴＯ：インジウム・チタン・スズ）で構成されている。
【００２７】
保護膜１３は、上部電極１２の上に、上部電極１２を覆って形成される。上部電極１２には正のバイアス電圧が印加されており、光の入射により有機光電変換膜１１で発生した電子正孔対の内、第１電極９上方に発生する正孔が第１電極９へ移動する。正孔は、単位画素２０毎に第１電極９を介して読み出し回路２１内の蓄積容量に蓄積される。
【００２８】
図２は実施の形態に係る固体撮像装置において有機光電変換膜１１が堆積される下地のレイアウト例を示す平面図である。図２の構成例では単位画素２０の画素ピッチが０．９μｍである。第２電極１０は、格子上に形成され、正方形の各格子窓の中央部に第１電極９が配置される。つまり、第２電極１０は第１電極９の四方を囲むように形成されており、四方の第２電極１０の各中心線で囲まれた領域が単位画素２０に相当する。ここで、画素ピッチとは、図２において横方向に隣接する第２電極１０のそれぞれの中心間の距離を指す。有機光電変換膜１１が堆積される下地には、層間絶縁膜８、第１電極９、第２電極１０が形成されている。有機光電変換膜１１は、これらに接して且つ密着するように形成される。超解像を実現する為、第１電極９は、例えば、縦方向・横方向共に画素ピッチ３０の１／２の幅となる０．４５μｍに設計している。第１電極９の単位画素２０当たりの面積は２５％以下である。また、同図における第１電極９および第２電極１０の単位画素２０当たりの面積は４０％以上である。これは、有機光電変換膜１１の剥離を低減または防止するためである。
【００２９】
図３は、有機光電変換膜１１の下地に対する密着力の電極面積率依存性を示した特性図である。
【００３０】
同図において横軸は、有機光電変換膜１１下部におけるメタル（つまり第１電極９および第２電極１０）の単位画素２０の面積に占める面積率（メタル面積率）を示す。縦軸は、任意単位の密着力を測定した結果を示す。
【００３１】
同図のように密着力はメタル面積率が２５％以下で極端に低下する。また、メタル面積率が４０％以上では、有機光電変換膜１１の剥離は生じていない。
【００３２】
上述した通り、物質間の密着性は、機械的な結合力、化学結合力、分子間力により決定されるが、一般的に有機膜は金属材料との密着性が高く、絶縁膜との密着性は低いことによるものと推定している。本開示は、信号を発生させる電荷を取り込む第１電極９の幅を画素ピッチの１／２程度と小さく設定することにより超解像に適した構成にすると共に、第１電極９と同じ電極材料で構成された第２電極１０を、第１電極９と第２電極１０の面積の和が有機光電変換膜１１が剥離しない面積率まで高めることを提案する。すなわち、同図から、第１に、剥離を低減または防止するためにメタルの面積率は４０％以上にすることを提案する。第２に、超解像を効果的に行う観点からは、第１電極９の単画素当たりの面積率は２５％以下であることを提案する。
【００３３】
［有機光電変換膜１１の下地の変形例］
図４は、実施の形態に係る固体撮像装置において有機光電変換膜１１の下地の他のレイアウト例を示す平面図である。図４では、第２電極１０は、第１電極９の周囲に離散的に形成されている。このような構成においても、第１電極９おび第２電極１０を合わせたメタル面積率を４０％以上にし、かつ、第１電極９の単画素当たりの面積率を２５％以下にする。これにより、有機光電変換膜１１の剥離を低減または防止し、かつ超解像に適した画像を得ることができる。
【００３４】
次に、有機光電変換膜１１の構成例について説明する。
【００３５】
図５Ａは、実施の形態に係る有機光電変換膜の構成例を示す断面図である。また、図５Ｂは、実施の形態に係る有機光電変換膜の他の構成例を示す断面図である。
【００３６】
図５Ａおよび図５Ｂのように、有機光電変換膜１１は、電子阻止層１１ａ、有機光電変換層１１ｂおよび正孔阻止層１１ｃを有する。図５Ａと図５Ｂとでは積層の順番が逆になっている。これは、有機光電変換層１１ｂの光電変換により発生する正孔−電子対のうち第１電極９を介して取り出される電荷が電子であるか正孔であるかの違いによる。なお、有機光電変換膜１１において、上部電極１２側に存在する電子阻止層１１ａ又は正孔阻止層１１ｃは省略しても良い。
【００３７】
電子阻止層１１ａは、電子供与性有機材料を含み、例えば芳香族ジアミン化合物、ポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、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、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、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、シラザン誘導体などを用いることができる。
【００３８】
正孔阻止層１１ｃは、電子受容性材料を含み、有機Ｃ６０、Ｃ７０をはじめとするフラーレンおよびそれらの誘導体などを用いることができる。
【００３９】
有機光電変換層１１ｂは、有機ｐ型半導体と有機ｎ型半導体の混合・分散（バルクヘテロ接合構造）層を持つ。
【００４０】
［撮像モジュールの構成］
次に、上記の固体撮像装置１００を用いた撮像モジュールについて説明する。
【００４１】
図６は、実施の形態に係る撮像モジュール２００および被写体付きの試料片３００の構成例を示す断面図である。
【００４２】
撮像モジュール２００は、固体撮像装置１００と、基材２０１（例えば、プラスチックパッケージ）と、固体撮像装置１００を半田付けする半田ボール２０３と、配線２０２と、接続用配線２０４とを備える。
【００４３】
この撮像モジュール２００は、医療用のダイレクトイメージングに用いられ、その表面には、例えば、試料片３００が押し付けられる。それゆえ、撮像モジュール２００は、電子プレパラートとも呼ばれる。
【００４４】
試料片３００は、ダイレクトイメージングの対象となる被写体としての試料３０１と、試料３０１が付着されたスライドガラス３０２とを有する。試料３０１は、病理検体等であり、例えば約４μｍの薄さにスライスされ、スライドガラス３０２に付着している。
【００４５】
［撮像システムの構成］
次に、上記の撮像モジュールを用いた撮像装置および撮像システムについて説明する。
【００４６】
図７は、実施の形態に係る撮像システムの構成例を示すブロック図である。
【００４７】
同図の撮像システムは、照明装置４０と撮像装置５０とを備える。同図において照明装置４０は、複数の光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、・・・を備える。撮像装置５０は、撮像モジュール２００と画像処理部４００とを備え、試料片３００を異なる入射角度の光により複数枚の画像を撮像し、高解像度化する。
【００４８】
複数の光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、異なる入射角度の光を択一的に試料片３００に照射する。各光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃの光は同じであり、例えば白色の可視光でよい。あるいは、試料の特定部位を透過するあるいは透過しない特定の波長の光でもよい。
【００４９】
撮像モジュール２００は、図６の構成例のとおりである。照明装置４０は、同図では、光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃの３つを備える例を示しているが、超解像に用いる画像の枚数と同数の光源を備える。
【００５０】
画像処理部４００は、撮像モジュール２００によって互いに異なる入射角度の照明光で撮像された複数枚の画像を高解像度化（つまり超解像）する。
【００５１】
［撮像システムの動作］
以上のように構成された撮像システムについて、以下その動作例を説明する。ここでは図７に示した撮影システムが、４枚の画像（低解像度画像）を撮像し、４倍の解像度をもつ画像（高解像度画像）を得る超解像動作の例について説明する。
【００５２】
４枚の低解像度画像のうち２枚の低解像度画像について図８、図９を用いて説明する。
【００５３】
図８は、実施の形態に係る撮像システムにおける低解像度画像の撮像例を示す説明図である。図９は、実施の形態に係る撮像システムにおける他の低解像度画像の撮像例を示す説明図である。
【００５４】
図８において、被写体である試料３０１には、光源の１つから垂直に光が照射されている。図８（ａ）は、試料３０１を透過した光が有機光電変換膜１１に入射する様子を模式的に示す断面図である。図８（ｂ）は、着目する６個の単位画素２０内の第１電極９を模式的に示す平面図である。図８（ｃ）は、６個の第１電極９から得られる画素を模式的に表した図である。図８（ｃ）の画素２１ｃから低解像度画像６０ｃが構成される。６個の画素２１ｃの位置は試料３０１の光透過面のうち第１電極９を介して電荷が取り出される部分を表している。つまり、６個の画素２１ｃの位置は、試料３０１の光透過面のうちの実際に撮像に用いられた部分を表している。
【００５５】
図９は、実施の形態に係る撮像システムの他の撮像例を示す説明図である。図９は、図８と比べて、試料３０１への斜め光が入射されている点が異なり、また、画素２１ｄの位置が図８（ｃ）の画素２１ｃの位置とは異なっている。以下、異なっている点を中心に説明する。図９（ｃ）における６個の画素２１ｄの位置は、試料３０１の斜め光が透過した面のうちの実際に撮像に用いられた部分を表している。すなわち、図９の画素２１ｄと図８の画素２１ｃとでは、試料３０１中の撮像される部分が互いに異なっている。図９の画素２１ｄは、図８の画素２１ｃでは欠落している情報を表している。言い換えれば、図８の画像６０ｃと図９の画像６０ｄは、画像レベルでは共に試料３０１のほぼ同じ位置の画像であるが、画素レベルでは互いに欠落している部分の情報を表している。
【００５６】
図８および図９に示したように、撮像システムの光源を切り替えて異なる入射角度の光で複数回撮像することによって、試料３０１の画像レベルではほぼ同じ位置の画像ではあるが、画素レベルでは画素間の欠落している部分を表す複数の画像を得ることができる。このような複数の画像を用いれば有効に超解像（高解像度化）することができる。
【００５７】
図１０は、実施の形態に係る撮像システムの超解像の例を示す説明図である。同図の画像６０ａ〜６０ｄは、４つの異なる入射角度で試料３０１を撮像した画像である。画像６０ｃ、６０ｄは、それぞれ図８、図９のように撮像した画像である。画像６０ａ、６０ｂは、さらに異なる入射角度で撮像した画像である。
【００５８】
４枚の画像６０ａ〜６０ｄは、図１０のように画像レベルでは試料３０１の同じ部分の表しているが、画素レベルでは互いに異なる部分を表している。画像処理部４００は、このような画像６０ａ〜６０ｄを用いて互いに画素間を補間することにより、１枚の高解像度画像６０を生成する。
【００５９】
図８〜図１０の例では、面積率が２５％の第１電極９を用いている。これは斜め光を用いて１画素を２×２＝４分割して分解能を縦２倍横２倍に高める際に、第１電極９が取り込む電荷の元となる撮像部位が重ならないようにする為である。
【００６０】
図１１Ａ、図１１Ｂを用いて撮像部位の重なりについて説明する。図１１Ａは、面積率２５％の第１電極９をもつ固体撮像装置１００と、異なる入射角度の光で撮像される試料３０１の撮像部位を表す模式図である。図１１Ａの左側には面積率約２５％の第１電極９をもつ固体撮像装置１００の模式的に表している。同図の右側は、異なる入射角度で試料３０１を４回撮像したときの撮像部位を表している。撮像部位３０１ａ〜３０１ｄは、異なる入射角度で撮像される部位を表している。図１１Ａのように、第１電極９の面積率が２５％で、撮像回数が４回の場合は、撮像部位３０１ａ〜３０１ｄは互いに重なることなく、かつ、撮像されない部位を余すことなく撮像することができる。
【００６１】
これに対して、図１１Ｂは、面積率３０％の第１電極９をもつ固体撮像装置１００と、異なる入射角度の光で撮像される試料３０１の撮像部位を表す模式図である。図１１Ｂのように、第１電極９の面積率が３０％で、撮像回数が４回の場合は、撮像部位３０１ａ〜３０１ｄのそれぞれは、他の入射角度での撮像部位と互いに重なる部分が生じてしまう。このように、第１電極９の面積率が２５％を超えて３０％になると、図１１Ｂに示すように、撮像部位の情報が重なってしまうことになり、撮像部位間のクロストークを発生させ、解像度（ここでは単位面積当たりの分解能）を実質的に劣化させてしまう。このクロストークは画像ボケ等の画質劣化を生じさせる。
【００６２】
図１２は、第１電極９の面積率と、撮像部位の重なりが全体に占める割り合いとを示した特性図である。縦軸の「電化抽出面積重なり」は「撮像部位の重なりが占める割り合い」を意味する。同図のように第１電極９の面積率が２５％を超えると急激にクロストークが増えてしまうことがわかる。この場合、クロストークによる画質劣化を低減するには、第１電極９の画素面積率が２５％以下であることが望ましい。
【００６３】
なお、２５％以下であれば撮像部位間のクロストークは生じないが、第１電極９の面積率が小さければ良い訳ではない。この点について図１３を用いて説明する。
【００６４】
図１３は、撮像データの感度ばらつきの６σ値を表した感度ばらつきの第１電極面積率依存性を表した特性図である。第１電極９の面積率を小さくすると有機光電変換膜１１の量子効率ばらつきや電極面積の加工ばらつきにより感度ばらつきは悪化する傾向にある。例えば、量子効率ばらつきは、固体撮像装置１００の画素サイズが１μｍ以下になると第１電極９あたりに対応する有機光電変換膜１１の分子数のばらつきの影響を受けやすくなる。図１３のように、第１電極面積率が５％を下回ると感度ばらつきは急激に悪化する。従って、第１電極面積率は５％以上が望ましい。
【００６５】
また、図１４は、第１電極９および第２電極１０の形状を示す図である。第２電極１０は複数の画素に跨った格子形状であり、画素毎に開口を有する。第１電極９は、第２電極１０の開口の中に矩形状に形成されている。第２電極１０の開口は、矩形の４隅が丸まった形状である。図１４に示すように、第２電極１０の形状を内側の角部を丸めた形にすることで、電極面積率を確保しながら、第１電極９と第２電極１０の間の電荷を速やかに電極に取り込むことが可能になる。より詳しく説明すると、有機光電変換膜１１で発生した電荷は、第１電極９または第２電極の電界によって、第１電極９または第２電極１０に取り出される。ところが、有機光電変換膜１１と、第１電極９および第２電極１０とが接していない部分（図１４の白抜き部分）では電界が弱いので、電荷は第１電極９および第２電極１０のどちらかに取り出されるものの、その移動速度は、接している部分に比べて小さくなる。したがって、有機光電変換膜１１と、第１電極９および第２電極１０とが接していない部分では、弱い電界により有機光電変換膜１１中の電荷が残留電荷になりやすい。この残留電荷はノイズおよび画質劣化の原因となる。
【００６６】
もし、第２電極１０の形状が内側の角部を丸めた形ではなく直角に近い形状であれば、第１電極９の角と第２電極１０の角との距離は、第１電極９の辺と第２電極１０の辺との距離よりも大きくなる。この場合、上記の接していない部分において、第１電極９の角と第２電極１０の角との間に対応する有機光電変換膜１１の電界は、第１電極９の辺と第２電極１０の辺との間に対応する有機光電変換膜１１の電界よりも小さくなる。したがって、第２電極１０の形状が内側の角部を丸めた形にすることによって、図１４の白抜き部分に対応する有機光電変換膜１１の残留電荷を低減することができる。つまり、第１電極９の角と第２電極１０の角との間に対応する有機光電変換膜１１の残留電荷を、第１電極９の辺と第２電極１０の辺との間に対応する有機光電変換膜１１の残留電荷と同等にすることができる。
【００６７】
図１５は、第１電極９に取り込む電荷が一定時間の後にどれだけ残存したかを示す残像を表した特性図である。横軸の曲率半径「０．０μｍ」は、第２電極１０の内側の角部がほぼ直角であることを示す。曲率半径が「０．０μｍ」以外は、図１４のような第２電極１０の内側の角部を丸めた形状を示す。図１５のように、第２電極１０の内側の角部の曲率半径を大きくすることで、角部での第１電極９と第２電極１０の距離を縮めることができ、残像を低減することが可能となる。なぜなら、第１電極９の角と第２電極１０の角との間に対応する有機光電変換膜１１の電界（または電荷移動速度）を、第１電極９の辺と第２電極１０の辺との間に対応する有機光電変換膜１１の電界（または電荷移動速度）と同じか小さくすることができるからである。画素サイズが１μｍ以下の場合には、第２電極１０の内側の角部の曲率半径を０．１μｍ以上にすることが望ましい。
【００６８】
このように本実施の形態における固体撮像装置１００によれば、第１電極９と第２電極１０とを合わせた画素当たりの面積率が４０％以上であるので、有機光電変換膜１１の剥離を低減または防止することができる。しかも、開口率（すなわち画素に占める第１電極９の割り合い）を小さくして（つまり２５％以下にして）いるので超解像に適しているという効果がある。
【００６９】
以上説明してきたように本開示における固体撮像装置は、２次元に配列された複数の画素を有し、それぞれの画素は、第１電極と、第１電極と同じ層であって隣の第１電極との間に設けられた第２電極と、第１電極と第２電極とに接するように設けられた有機光電変換膜と、有機光電変換膜に対し第１電極と接する面と反対側に設けられた対向電極と、を含み、有機光電変換膜は複数の画素に跨って形成され、第１電極は有機光電変換膜で発生する電子又は正孔を取り出すためのものであり、第１電極の画素当たりの面積率が２５％以下であり、第１電極と前記第２電極とを合わせた画素当たりの面積率が４０％以上である。
【００７０】
この構成によれば、開口率（すなわち画素に占める第１電極の割り合い）を小さく（２５％以下）しつつ有機光電変換膜の剥離を低減または防止することができる。
【００７１】
ここで、複数の画素のピッチが１μｍ以下であってもよい。
【００７２】
ここで、第１電極の画素当たりの面積率が５％以上であってもよい。
【００７３】
ここで、第２電極は第１電極の四方を囲むように形成されていてもよい。
【００７４】
ここで、第２電極は複数の画素に跨った格子形状であり、画素毎に開口を有し、第１電極は開口の中に矩形状に形成され、開口は、矩形の４隅が丸まった形状であってもよい。
【００７５】
ここで、複数の画素のピッチが１μｍ以下であり、前記開口の４隅のそれぞれの曲率半径は０．１μｍ以上であってもよい。
【００７６】
ここで、第２電極は第１電極の周囲に絶縁物を挟んで離散的に形成されてもよい。
【００７７】
ここで、第２電極は第１電極とは異なる機能を有してもよい。
【００７８】
ここで、第１電極間はシリコン酸化物またはシリコン窒化物を主成分とする絶縁膜により電気的に分離されていてもよい。
【００７９】
ここで、有機光電変換膜は、電子供与性有機材料を含む電子阻止層、および、電子受容性有機材料を含む正孔阻止層の少なくとも一方と、電子阻止層または正孔阻止層に積層された有機光電変換層とを有していてもよい。
【００８０】
また、本開示における固体撮像装置は、２次元に配列された複数の画素を有し、それぞれの画素は、第１電極と、第１電極と同じ層であって隣の第１電極との間に設けられた第２電極と、第１電極と第２電極とに接するように設けられた有機光電変換膜と、有機光電変換膜に対し第１電極と接する面と反対側に設けられた対向電極と、を含み、有機光電変換膜は複数の画素に跨って形成され、第１電極は有機光電変換膜で発生する電子又は正孔を取り出すためのものであり、第２電極は複数の画素に跨った格子形状であり、画素毎に開口を有し、第１電極は開口の中に矩形状に形成され、開口は、矩形の４隅が丸まった形状である。この構成によれば、残像を低減することができる。
【００８１】
ここで、複数の画素のピッチが１μｍ以下であり、開口の４隅のそれぞれの曲率半径は０．１μｍ以上であってもよい。
【００８２】
また、本開示における撮像モジュールは、上記の固体撮像装置と、前記固体撮像装置を実装した基材とを備える。
【００８３】
また、本開示における撮像装置は、上記の撮像モジュールを備える。
【００８４】
なお、図８〜図１０、図１１Ａ、図１１Ｂでは４枚の低解像度画像を用いて超解像することによって１枚の高解像度画像を得る動作例を説明したが、低解像度画像の枚数は２枚以上であればよく、例えば９枚、１６枚であってもよい。
【００８５】
また、医療用のコンタクトイメージングに固体撮像装置１００を用いる例について説明したが、固体撮像装置１００は、この用途に限らない。固体撮像装置１００は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いてもよい。
【００８６】
以上、例示的な各実施の形態について説明したが、本願の請求の範囲は、これらの実施の形態に限定されるものではない。添付の請求の範囲に記載された主題の新規な教示および利点から逸脱することなく、上記各実施の形態においてさまざまな変形を施してもよく、上記各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせて他の実施の形態を得てもよいことを、当業者であれば容易に理解するであろう。したがって、そのような変形例や他の実施の形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、有機光電変換膜を用いた積層型イメージセンサで超解像を実現するために必要不可欠となる、極めて産業上の価値の高いものである。
【符号の説明】
【００８８】
１  シリコン基板
８  層間絶縁膜
９  第１電極
１０  第２電極
１１  有機光電変換膜
１１ａ  電子阻止層
１１ｂ  有機光電変換層
１１ｃ  正孔阻止層
１２  上部電極
１３  保護膜
２０  単位画素
２１  読み出し回路
２１ｃ、２１ｄ  画素
４０  照明装置
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  光源
５０  撮像装置
６０、６０ａ〜６０ｄ  画像
１００  固体撮像装置
２００  撮像モジュール
２０１  基材
２０２  配線
２０３  半田ボール
２０４  信号接続部
３００  試料片
３０１  試料
３０２  スライドガラス
４００  画像処理部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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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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