(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの光感知素子がその内部に集積された半導体基板と、
前記半導体基板の表面に位置し、不純物がドーピングされた導電層からなる第１透光電極と、
前記半導体基板の前記第１透光電極が位置する面上に位置し、前記光感知素子で感知する波長と異なる波長領域の光を吸収する有機光電変換層と、
前記有機光電変換層の上面に位置する第２透光電極と、を有し、
前記第１透光電極、前記有機光電変換層、及び前記第２透光電極は、有機光電素子を形成し、
前記第１透光電極は、ｎ型又はｐ型不純物がドーピングされた非晶質シリコンを含み、
前記半導体基板と前記有機光電変換層との間に絶縁膜が介在しないことを特徴とするイメージセンサー。
【請求項２】
前記第１透光電極は、２ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記半導体基板に集積された光感知素子は、
第１波長領域の光を感知する第１光感知素子と、
前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の光を感知する第２光感知素子と、を含み、
前記有機光電変換層は、前記第１波長領域及び前記第２波長領域とは異なる第３波長領域の光を吸収することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記第１光感知素子と前記第２光感知素子とは、前記半導体基板の表面から互いに異なる深さに位置することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記第１光感知素子は、前記第２光感知素子よりも長波長領域の光を感知し、
前記第１光感知素子は、前記第２光感知素子よりも前記半導体基板の表面から深い位置に位置することを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記第１光感知素子と前記第１透光電極との間に位置する半透過領域をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記半透過領域は、前記第１波長領域の光を選択的に透過させ、前記第２波長領域の光を選択的に反射又は吸収することを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記半透過領域は、結晶質シリコンを含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記第１透光電極は、非晶質シリコンを含み、
前記半透過領域は、結晶質シリコンを含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
前記第２透光電極の一面に位置する色フィルター層をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項１１】
前記色フィルター層は、
前記第１光感知素子の位置に対応するよう位置し、前記第１波長領域及び前記第３波長領域の光を選択的に透過させる第１色フィルターと、
前記第２光感知素子の位置に対応するよう位置し、前記第２波長領域及び前記第３波長領域の光を選択的に透過させる第２色フィルターと、を含むことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサー。
【請求項１２】
前記第１光感知素子と前記第２光感知素子とは、前記半導体基板の表面から実質的に同一の深さで水平方向に離隔して位置することを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサー。
【請求項１３】
前記半導体基板と前記有機光電変換層との間に有機色フィルターが介在しないことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項１４】
前記第１波長領域、前記第２波長領域、及び前記第３波長領域は、それぞれ可視光線領域の三原色のうちの一つであることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項１５】
前記第１波長領域は、赤色波長領域であり、
前記第２波長領域は、青色波長領域であり、
前記第３波長領域は、緑色波長領域であることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項１６】
前記赤色波長領域は、５８０ｎｍ超過７００ｎｍ以下で最大吸収波長（λｍａｘ）を有し、
前記青色波長領域は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満で最大吸収波長（λｍａｘ）を有し、
前記緑色波長領域は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有することを特徴とする請求項１５に記載のイメージセンサー。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のイメージセンサーを含むことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサー及びこれを含む電子装置に関し、特に、光の損失を減らしながらも、工程を単純化することができるイメージセンサー及びこれを含む電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電素子は、光電効果を用いて光を電気信号に変換させる素子であって、光ダイオード及び光トランジスタなどを含み、イメージセンサー、太陽電池などに適用され得る。
光ダイオードを含むイメージセンサーは、日増しに小型化及び高い解像度が要求されており、これによって、画素の大きさを減らすことが必要である。
【０００３】
しかしながら、現在、主に使用されているシリコン光ダイオードの場合、画素の大きさが小さくなりながら吸収面積が減るため、感度の低下が発生する恐れがある。
これによって、シリコン光ダイオードの少なくとも一部を代替する有機光電素子が研究されている。
しかし、シリコン光ダイオードと有機光電素子を共に形成することによって、工程が複雑になり、イメージセンサーに入射する光の損失が大きくなる可能性があるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記従来のイメージセンサーにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、小型化に適しており、光の損失を減らしながらも、工程を単純化することができるイメージセンサーを提供することにある。
又、他の目的は、上記イメージセンサーを含む電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサーは、少なくとも一つの光感知素子がその内部に集積された半導体基板と、前記半導体基板の表面に位置し、不純物がドーピングされた導電層からなる第１透光電極と、前記半導体基板の前記第１透光電極が位置する面上に位置し、前記光感知素子で感知する波長と異なる波長領域の光を吸収する有機光電変換層と、前記有機光電変換層の上面に位置する第２透光電極と、を有し、前記第１透光電極、前記有機光電変換層、及び前記第２透光電極は、有機光電素子を形成し、前記第１透光電極は、ｎ型又はｐ型不純物がドーピングされた非晶質シリコンを含み、前記半導体基板と前記有機光電変換層との間に絶縁膜が介在しないことを特徴とする。
【０００６】
前記第１透光電極は、２ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
前記半導体基板に集積された光感知素子は、第１波長領域の光を感知する第１光感知素子と、前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の光を感知する第２光感知素子と、を含み、前記有機光電変換層は、前記第１波長領域及び前記第２波長領域とは異なる第３波長領域の光を吸収することが好ましい。
前記第１光感知素子と前記第２光感知素子とは、前記半導体基板の表面から互いに異なる深さに位置することが好ましい。
前記第１光感知素子は、前記第２光感知素子よりも長波長領域の光を感知し、前記第１光感知素子は、前記第２光感知素子よりも前記半導体基板の表面から深い位置に位置することが好ましい。
前記第１光感知素子と前記第１透光電極との間に位置する半透過領域をさらに有することが好ましい。
前記半透過領域は、前記第１波長領域の光を選択的に透過させ、前記第２波長領域の光を選択的に反射又は吸収することが好ましい。
前記半透過領域は、結晶質シリコンを含むことが好ましい。
前記第１透光電極は、非晶質シリコンを含み、前記半透過領域は、結晶質シリコンを含むことが好ましい。
【０００７】
前記第２透光電極の一面に位置する色フィルター層をさらに有することが好ましい。
前記色フィルター層は、前記第１光感知素子の位置に対応するよう位置し、前記第１波長領域及び前記第３波長領域の光を選択的に透過させる第１色フィルターと、前記第２光感知素子の位置に対応するよう位置し、前記第２波長領域及び前記第３波長領域の光を選択的に透過させる第２色フィルターとを含むことが好ましい。
前記第１光感知素子と前記第２光感知素子とは、前記半導体基板の表面から実質的に同一の深さで水平方向に離隔して位置することが好ましい。
前記半導体基板と前記有機光電変換層との間に有機色フィルターが介在しないことが好ましい。
前記第１波長領域、前記第２波長領域、及び前記第３波長領域は、それぞれ可視光線領域の三原色のうちの一つであることが好ましい。
前記第１波長領域は、赤色波長領域であり、前記第２波長領域は、青色波長領域であり、前記第３波長領域は、緑色波長領域であることが好ましい。
前記赤色波長領域は、５８０ｎｍ超過７００ｎｍ以下で最大吸収波長（λｍａｘ）を有し、前記青色波長領域は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満で最大吸収波長（λｍａｘ）を有し、前記緑色波長領域は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有することが好ましい。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明による電子装置は、上記イメージセンサーを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るイメージセンサー及びこれを含む電子装置によれば、小型化に適しており、下部に入射する光の損失を減らしながらも、イメージセンサの構造及び工程を単純化することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係るイメージセンサー及びこれを含む電子装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
以下、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
図面において、複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似する部分については同一の図面符号を付した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には、中間にさらに他の部分がないことを意味する。
【００１３】
次に、図面を参照して本発明の一実施形態に係るイメージセンサーを説明する。ここではイメージセンサーの一例としてＣＭＯＳイメージセンサーについて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係るイメージセンサーは、半導体基板１１０、半導体基板１１０内に位置する下部電極１０、半導体基板１１０の一面に位置する有機光電変換層３０、及び有機光電変換層３０の一面に位置する上部電極２０を含む。
【００１５】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、単結晶のシリコン基板であり得る。
半導体基板１１０は、青色光感知素子５０Ｂ、赤色光感知素子５０Ｒ、電荷貯蔵所（５５Ｂ、５５Ｒ、５５Ｇ）、及び伝送トランジスタ（図示せず）が集積されている。
青色光感知素子５０Ｂ及び赤色光感知素子５０Ｒは、光ダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）であり得る。
【００１６】
青色光感知素子５０Ｂ、電荷貯蔵所５５Ｂ、及び伝送トランジスタは、青色画素ごとに集積されてもよく、青色光感知素子５０Ｂは貫通口５７Ｂを通じて電荷貯蔵所５５Ｂと電気的に接続されている。
赤色光感知素子５０Ｒ、電荷貯蔵所５５Ｒ、及び伝送トランジスタは、赤色画素ごとに集積されてもよく、赤色光感知素子５０Ｒは貫通口５７Ｒを通じて電荷貯蔵所５５Ｒと電気的に接続されている。
電荷貯蔵所５５Ｇは、貫通口５７Ｇを通じて下部電極１０と電気的に接続されている。
【００１７】
青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒは、半導体基板１１０の表面から互いに異なる深さに位置することができ、長波長領域の光を感知する赤色光感知素子５０Ｒが短波長領域の光を感知する青色光感知素子５０Ｂより半導体基板１１０の表面からより深く位置することができる。
青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒは、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収することができる。
【００１８】
一方、赤色光感知素子５０Ｒは、半導体基板１１０の表面から所定の深さに位置することによって、赤色光感知素子５０Ｒの上部に所定の厚さの単結晶又は多結晶のような結晶質シリコン領域が位置することができ、結晶質シリコン領域により短波長領域、つまり、青色波長領域の光に対する反射度を高めて赤色光感知素子５０Ｒに入射する光の波長選択度を高めることができる。
【００１９】
下部電極１０は、各画素ごとに配置されてもよく、半導体基板１１０の表面にｎ型又はｐ型不純物が高濃度にドーピングされた導電層であり得る。
一例として、下部電極１０は、ｎ型又はｐ型不純物がドーピングされた非晶質シリコンを含む。
非晶質シリコンは、赤色波長領域、緑色波長領域、及び青色波長領域を含む可視光線領域で反射度又は吸収度が低いため、高い透光性を有する。
【００２０】
ｎ型不純物は、例えばリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）及び／又はアンチモン（Ｓｂ）であってもよく、ｐ型不純物は、例えばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）及び／又はガリウム（Ｇａ）であってもよいが、これに限定されない。
ｎ型又はｐ型不純物は、例えば約１×１０１４／ｃｍ２以上の濃度にドーピングされ、例えば約５×１０１４／ｃｍ２〜９×１０１６／ｃｍ２の濃度にドーピングされ得る。
下部電極１０は、透光電極であり、例えば約２ｎｍ〜５０ｎｍ厚さを有することができる。
【００２１】
有機光電変換層３０は、緑色波長領域の光を選択的に吸収し、緑色波長領域以外の波長領域、つまり、青色波長領域と赤色波長領域の光をそのまま通過させる。
有機光電変換層３０は、例えばｐ型半導体とｎ型半導体を含むことができ、ｐ型半導体とｎ型半導体は、ｐｎ接合（ｐｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成することができる。
ｐ型半導体とｎ型半導体のうちの少なくとも一つは、緑色波長領域の光を選択的に吸収することができ、緑色波長領域の光を選択的に吸収してエキシトン（励起子）（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成した後、生成されたエキシトンを正孔と電子に分離して光電効果を奏することができる。
【００２２】
ｐ型半導体とｎ型半導体は、それぞれ、例えば約２．０〜２．５ｅＶのエネルギーバンドギャップを有することができ、ｐ型半導体とｎ型半導体は、例えば約０．２〜０．９ｅＶのＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ：最低空軌道）差を有することができる。
【００２３】
ｐ型半導体物質は、例えばキナクリドン（ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）又はその誘導体、サブフタロシアニン（ｓｕｂｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）又はその誘導体であり、ｎ型半導体物質は、例えばシアノビニル基を有するチオフェン誘導体（ｃｙａｎｏｖｉｎｙｌ  ｇｒｏｕｐ  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）、サブフタロシアニン（ｓｕｂｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）又はその誘導体、フラーレン又はフラーレン誘導体であり得るが、これに限定されない。
【００２４】
有機光電変換層３０は、単一層であってもよく、複数層であってもよい。
有機光電変換層３０は、例えば真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｌａｙｅｒ、Ｉ層）、ｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／ｎ型層など多様な組み合わせであり得る。
【００２５】
真性層（Ｉ層）は、ｐ型半導体とｎ型半導体が約１：１００〜約１００：１の厚さ比で混合されて含まれ得る。
上記範囲内で約１：５０〜５０：１の厚さ比で含まれてもよく、上記範囲内で約１：１０〜１０：１の厚さ比で含まれてもよく、上記範囲内で約１：１の厚さ比で含まれてもよい。
ｐ型半導体とｎ型半導体が上記範囲の組成比を有することによって効果的なエキシトンの生成及びｐｎ接合の形成に有利である。
ｐ型層は、ｐ型半導体を含むことができ、ｎ型層は、ｎ型半導体を含むことができる。
【００２６】
有機光電変換層３０は、約１ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有することができる。
上記範囲内で約５ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。
上記範囲の厚さを有することによって光を効果的に吸収し、正孔と電子を効果的に分離及び伝達することによって光電変換効率を効果的に改善することができる。
【００２７】
上部電極２０は、有機光電変換層３０の上部に位置し、光が入射される透光電極であり得る。
上部電極２０は、例えばインジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、インジウムジンクオキサイド（ＩＺＯ）のような透明導電体で形成され得、数〜数十ｎｍの厚さの薄い厚さに形成された金属薄膜、又は金属酸化物がドーピングされた数〜数十ｎｍの厚さの薄い厚さに形成された単一層又は複数層の金属薄膜であり得る。
下部電極１０と上部電極２０のうちの一つはアノードであり、他の一つはカソードであり得る。
【００２８】
下部電極１０、有機光電変換層３０、及び上部電極２０は、有機光電素子を形成し、上部電極２０側から光が入射して有機光電変換層３０が緑色波長領域の光を吸収すれば、内部でエキシトンが生成され得る。
エキシトンは、有機光電変換層３０で正孔と電子に分離され、分離された正孔は下部電極１０と上部電極２０のうちの一つであるアノード側に移動し、分離された電子は下部電極１０と上部電極２０のうちの他の一つであるカソード側に移動して電流が流れるようになる。
分離された電子又は正孔は、電荷貯蔵所５５Ｇに集まる。緑色波長領域を除いた残りの波長領域の光は、下部電極１０を通過して青色光感知素子５０Ｂ又は赤色光感知素子５０Ｒによりセンシングされる。
【００２９】
有機光電素子１００は、イメージセンサーの全面に形成され、これによって、イメージセンサーの全面で光を吸収することができるため、光面積を増やして高い吸光効率を有することができる。
【００３０】
図１では、青色波長領域の光を感知する青色光感知素子５０Ｂと、赤色波長領域の光を感知する赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０内に集積されており、有機光電素子１００が緑色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層３０を含む構造を示したが、これに限定されず、青色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に集積され、有機光電素子１００が赤色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含む構造であるか、又は赤色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に集積され、有機光電素子１００が青色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含む構造にも同一に適用され得る。
【００３１】
ここで、赤色波長領域は、例えば約５８０ｎｍ超過７００ｎｍ以下で最大吸収波長（λｍａｘ）を有することができ、青色波長領域は、例えば約４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満で最大吸収波長（λｍａｘ）を有することができ、緑色波長領域は、例えば約５００ｎｍ〜５８０ｎｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有することができる。
【００３２】
本実施形態に係るイメージセンサーは、上述のように半導体基板１１０の表面に導電層を形成して有機光電素子１００の一つの電極として活用することによって構造及び工程を単純化することができる。
また、このような構造により半導体基板１１０と有機光電素子１００との間に別途の絶縁膜を形成しないことによって、絶縁膜による光の吸収及び／又は反射を減らして半導体基板側に入射する光の損失を減らすことができる。
【００３３】
また、半導体基板１１０内に集積されている青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０から互いに異なる深さに位置し、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収することによって、別途の有機色フィルター層を備える必要なしに、高い色分離特性を有することができる。
しかも、上述のように赤色光感知素子５０Ｒの上部に位置する所定の厚さの結晶質シリコン領域により短波長領域、つまり、青色波長領域の光に対する反射度を高めて赤色光感知素子５０Ｒに入射する光の波長選択度を高めることができるため、色フィルターがなくても色分離特性を一層高めることができる。
これによって、イメージセンサーの構造及び工程を単純化することができる。
【００３４】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
図２を参照すると、本実施形態に係るイメージセンサーは、上述した第１の実施形態と同様に半導体基板１１０、半導体基板１１０内に位置する下部電極１０、半導体基板１１０の一面に位置する有機光電変換層３０、及び有機光電変換層３０の一面に位置する上部電極２０を含み、下部電極１０、有機光電変換層３０及び上部電極２０は、有機光電素子を形成する。
【００３５】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、単結晶のシリコン基板であり得る。
半導体基板１１０は、青色光感知素子５０Ｂ、赤色光感知素子５０Ｒ、電荷貯蔵所（５５Ｂ、５５Ｒ、５５Ｇ）、及び伝送トランジスタ（図示せず）が集積されている。
【００３６】
青色光感知素子５０Ｂ、電荷貯蔵所５５Ｂ、及び伝送トランジスタは、青色画素ごとに集積されていてもよく、青色光感知素子５０Ｂは貫通口５７Ｂを通じて電荷貯蔵所５５Ｂと電気的に接続されている。
赤色光感知素子５０Ｒ、電荷貯蔵所５５Ｒ、及び伝送トランジスタは、赤色画素ごとに集積されていてもよく、赤色光感知素子５０Ｒは貫通口５７Ｒを通じて電荷貯蔵所５５Ｒと電気的に接続されている。
電荷貯蔵所５５Ｇは、貫通口５７Ｇを通じて下部電極１０と電気的に接続されている。
【００３７】
青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒは、半導体基板１１０の表面から互いに異なる深さに位置することができ、長波長領域の光を感知する赤色光感知素子５０Ｒが短波長領域の光を感知する青色光感知素子５０Ｂより半導体基板１１０の表面からより深い位置に位置することができる。
青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒは、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収することができる。
【００３８】
本実施形態は、上述した第１の実施形態とは異なり、赤色光感知素子５０Ｒの上部に半透過領域８０が形成されている。
半透過領域８０は、赤色波長領域の光を選択的に透過させ、青色波長領域の光を選択的に反射または吸収し、例えば結晶質シリコンからなることができる。
ここで結晶質シリコンは、単結晶シリコン及び／又は多結晶シリコンであり得る。
半透過領域８０は、上述した第１の実施形態のように、シリコン基板をそのまま用いたりレーザなどを用いて人為的に形成することができるが、特に制限されない。
このように赤色光感知素子５０Ｒの上部に半透過領域８０を含むことによって、赤色光感知素子５０Ｒに入射する光の波長選択性を高めてイメージセンサーの感度を高め、クロストークを減らすことができる。
【００３９】
下部電極１０は、各画素ごとに配置される透光電極であり、半導体基板１１０の表面にｎ型又はｐ型不純物が高濃度にドーピングされた導電層であり得る。
一例として、下部電極１０は、ｎ型又はｐ型不純物がドーピングされた非晶質シリコンであり得る。
有機光電変換層３０は、緑色波長領域の光を選択的に吸収し、緑色波長領域以外の波長領域、つまり、青色波長領域と赤色波長領域の光をそのまま通過させる。
上部電極２０は、有機光電変換層３０の上部に位置し、光が入射される透光電極であり得る。
下部電極１０と上部電極２０のうちの一つはアノードであり、他の一つはカソードであり得る。
【００４０】
図２では、青色波長領域の光を感知する青色光感知素子５０Ｂと、赤色波長領域の光を感知する赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０内に集積されており、半透過領域８０が赤色光感知素子５０Ｒの上部に位置し、有機光電素子１００が緑色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層３０を含む構造を示したが、これに限定されず、青色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に集積されており、半透過領域が緑色波長領域の光を感知する光感知素子の上部に位置し、有機光電素子１００が赤色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含む構造であるか、又は赤色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に集積され、半透過領域が赤色波長領域の光を感知する光感知素子の上部に位置し、有機光電素子１００が青色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含む構造にも同一に適用され得る。
【００４１】
本実施形態に係るイメージセンサーは、上述のように半導体基板１１０の表面に導電層を形成して有機光電素子１００の一つの電極として活用することによって構造及び工程を単純化することができる。
また、このような構造により半導体基板１１０と有機光電素子１００との間に別途の絶縁膜を形成しないことによって、絶縁膜による光の吸収及び／又は反射を減らして半導体基板側に入射される光の損失を減らすことができる。
【００４２】
また、半導体基板１１０内に集積されている青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０表面から互いに異なる深さに位置し、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収することによって、別途の有機色フィルター層を備える必要なしに、高い色分離特性を有することができる。
しかも、上述のように赤色光感知素子５０Ｒの上部に、赤色波長領域の光を選択的に透過させ、青色波長領域の光を選択的に反射又は吸収することができる半透過領域８０を形成することによって、赤色光感知素子５０Ｒに入射する光の波長選択性を一層高めて感度を高め、クロストークを減らすことができる。
【００４３】
図３は、本発明の第３の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
図３を参照すると、本実施形態に係るイメージセンサーは、上述した第１、第２の実施形態と同様に半導体基板１１０、半導体基板１１０内に位置する下部電極１０、半導体基板１１０の一面に位置する有機光電変換層３０、及び有機光電変換層３０の一面に位置する上部電極２０を含み、下部電極１０、有機光電変換層３０及び上部電極２０は、有機光電素子を形成する。
【００４４】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、単結晶のシリコン基板であり得る。
半導体基板１１０は、青色光感知素子５０Ｂ、赤色光感知素子５０Ｒ、電荷貯蔵所（５５Ｂ、５５Ｒ、５５Ｇ）、及び伝送トランジスタ（図示せず）が集積されている。
青色光感知素子５０Ｂは貫通口５７Ｂを通じて電荷貯蔵所５５Ｂと電気的に接続されており、赤色光感知素子５０Ｒは貫通口５７Ｒを通じて電荷貯蔵所５５Ｒと電気的に接続されている。
電荷貯蔵所５５Ｇは貫通口５７Ｇを通じて下部電極１０と電気的に接続されている。
【００４５】
青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒは、半導体基板１１０の表面から互いに異なる深さに位置することができ、長波長領域の光を感知する赤色光感知素子５０Ｒは、短波長領域の光を感知する青色光感知素子５０Ｂより半導体基板１１０の表面から深い位置に位置することができる。
青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒは、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収することができる。
【００４６】
本実施形態は、上述した第１、第２の実施形態とは異なり、青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒとが垂直方向に積層されている。
このように青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒとが垂直方向に積層されることによって、イメージセンサの大きさを一層減らして小型化イメージセンサーを実現することができる。
【００４７】
下部電極１０は、各画素ごとに配置されている透光電極であり、半導体基板１１０の表面にｎ型又はｐ型不純物が高濃度にドーピングされた導電層であり得る。
一例として、下部電極１０は、ｎ型又はｐ型不純物がドーピングされた非晶質シリコンであり得る。
有機光電変換層３０は、緑色波長領域の光を選択的に吸収し、緑色波長領域以外の波長領域、つまり、青色波長領域と赤色波長領域の光をそのまま通過させる。
上部電極２０は、有機光電変換層３０の上部に位置し、光が入射される透光電極であり得る。
下部電極１０と上部電極２０のうちの一つはアノードであり、他の一つはカソードであり得る。
【００４８】
図３では、青色波長領域の光を感知する青色光感知素子５０Ｂと、赤色波長領域の光を感知する赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０内に垂直方向に積層されており、有機光電素子１００が緑色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層３０を含む構造を示したが、これに限定されず、青色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に垂直に積層され、有機光電素子１００が赤色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含む構造であるか、又は赤色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に垂直に積層され、有機光電素子１００が青色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含む構造にも同一に適用され得る。
【００４９】
本実施形態に係るイメージセンサーは、上述のように半導体基板１１０の表面に導電層を形成して有機光電素子１００の一つの電極として活用することによって、構造及び工程を単純化することができる。
また、このような構造により半導体基板１１０と有機光電素子１００との間に別途の絶縁膜を形成しないことによって、絶縁膜による光の吸収及び／又は反射を減らして半導体基板側に入射する光の損失を減らすことができる。
【００５０】
また、半導体基板１１０内に集積されている青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０から互いに異なる深さに位置し、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収することによって、別途の色フィルター層を備える必要がない。
しかも、上述のように青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒとが垂直方向に積層されることによってイメージセンサーの大きさを一層減らして小型化イメージセンサーを実現することができる。
【００５１】
図４は、本発明の第４の実施形態に係るイメージセンサーを示す断面図である。
図４を参照すると、本実施形態に係るイメージセンサーは、上述した第１〜第３の実施形態と同様に半導体基板１１０、半導体基板１１０内に位置する下部電極１０、半導体基板１１０の一面に位置する有機光電変換層３０、及び有機光電変換層３０の一面に位置する上部電極２０を含み、下部電極１０、有機光電変換層３０及び上部電極２０は、有機光電素子を形成する。
【００５２】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、単結晶のシリコン基板であり得る。
半導体基板１１０は、青色光感知素子５０Ｂ、赤色光感知素子５０Ｒ、電荷貯蔵所（５５Ｂ、５５Ｒ、５５Ｇ）、及び伝送トランジスタ（図示せず）が集積されている。
青色光感知素子５０Ｂは貫通口５７Ｂを通じて電荷貯蔵所５５Ｂと電気的に接続されており、赤色光感知素子５０Ｒは貫通口５７Ｒを通じて電荷貯蔵所５５Ｒと電気的に接続されている。
電荷貯蔵所５５Ｇは貫通口５７Ｇを通じて下部電極１０と電気的に接続されている。
【００５３】
本実施形態では、上述した第１〜第３の実施形態とは異なり、青色光感知素子５０Ｂと赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０の表面から実質的に同一の深さに水平方向に離隔して位置している。
【００５４】
下部電極１０は、各画素ごとに配置されている透光電極であり、半導体基板１１０の表面にｎ型又はｐ型不純物が高濃度にドーピングされた導電層であり得る。
一例として、下部電極１０は、ｎ型又はｐ型不純物がドーピングされた非晶質シリコンであり得る。
有機光電変換層３０は、緑色波長領域の光を選択的に吸収し、緑色波長領域以外の波長領域、つまり、青色波長領域と赤色波長領域の光をそのまま通過させる。
上部電極２０は、有機光電変換層３０の上部に位置し、光が入射される透光電極であり得る。
下部電極１０と上部電極２０のうちの一つはアノードであり、他の一つはカソードであり得る。
【００５５】
本実施形態では、上述した第１〜第３の実施形態とは異なり、上部電極２０の上に色フィルター層７０を含む。
色フィルター層７０は、赤色光感知素子５０Ｒの位置に対応するように位置し、赤色波長領域及び緑色波長領域の光を選択的に透過させる第１色フィルター７１と、青色光感知素子５０Ｂの位置に対応するように位置し、青色波長領域及び緑色波長領域の光を選択的に透過させる第２色フィルター７２とを含む。
一例として、第１色フィルター７１は、黄色（ｙｅｌｌｏｗ）フィルターであり、第２色フィルター７２は、シアン（ｃｙａｎ）フィルターであり得る。
【００５６】
図４では、青色波長領域の光を感知する青色光感知素子５０Ｂと、赤色波長領域の光を感知する赤色光感知素子５０Ｒとが半導体基板１１０内に集積され、有機光電素子１００が緑色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層３０を含み、赤色波長領域及び緑色波長領域の光を選択的に透過させる第１色フィルター７１と、青色波長領域及び緑色波長領域の光を選択的に透過させる第２色フィルター７２とを含む構造を示したが、これに限定されず、青色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に集積され、有機光電素子１００が赤色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含み、青色波長領域及び赤色波長領域の光を選択的に透過させる色フィルターと、緑色波長領域及び赤色波長領域の光を選択的に透過させる色フィルターとを含む構造であるか、又は赤色波長領域の光を感知する光感知素子と、緑色波長領域の光を感知する光感知素子とが半導体基板１１０内に集積され、有機光電素子１００が青色波長領域の光を選択的に吸収する有機光電変換層を含み、赤色波長領域及び青色波長領域の光を選択的に透過させる色フィルターと、緑色波長領域及び青色波長領域の光を選択的に透過させる色フィルターとを含む構造にも同一に適用され得る。
【００５７】
本実施形態に係るイメージセンサーは、上述のように半導体基板１１０の表面に導電層を形成して有機光電素子１００の一つの電極として活用することによって構造及び工程を単純化することができる。
また、このような構造により半導体基板１１０と有機光電素子１００との間に別途の絶縁膜を形成しないことによって、絶縁膜による光の吸収及び／又は反射を減らして半導体基板側に入射する光の損失を減らすことができる。
【００５８】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係るイメージセンサーは、例えばモバイルフォン、デジタルカメラ、生体認識センサーなど、イメージセンサーを含み得る多様な電子装置に好適に使用される。
【符号の説明】
【００６０】
１０    下部電極
２０    上部電極
３０    有機光電変換層
５０Ｂ    青色光感知素子
５０Ｒ    赤色光感知素子
５５Ｂ、５５Ｒ、５５Ｇ    電荷貯蔵所
５７Ｂ、５７Ｒ、５７Ｇ    貫通口
７０    色フィルター層
７１    第１色フィルター
７２    第２色フィルター
１００    有機光電素子
１１０    半導体基板
【図１】
0006405252.tif 000002
【図２】
0006405252.tif 000003
【図３】
0006405252.tif 000004
【図４】
0006405252.tif 000005