(57)【要約】【課題】有機半導体を用いたデバイスにおいて、歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能な半導体装置および固体撮像装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、第１電極上の領域から溝まで延在形成され、溝の段差により分断された有機半導体層と、有機半導体層上に設けられた第２電極と、第２電極上に設けられた保護膜とを備え、第２電極および保護膜の一方または両方が、溝に対向する領域において繋がって形成されている。製造プロセスにおいて、有機半導体層上の第２電極および保護膜等の無機膜の形成時に使用される薬液の影響により、有機半導体層が損傷を受けにくくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、
前記第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在形成され、前記溝の段差により分断された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に設けられた第２電極と、
前記第２電極上に設けられた保護膜とを備え、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方が、前記溝に対向する領域において繋がって形成されている
半導体装置。
【請求項２】
前記基板上に、前記第１電極に対向して開口を有する第１絶縁膜を備え、
前記溝は、前記第１絶縁膜の選択的な領域に形成されている
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基板上に第２絶縁膜を介して前記第１電極が設けられ、
前記溝は、前記第２絶縁膜の選択的な領域に形成されている
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記溝に対向する領域において前記第２電極が繋がって形成され、
前記第２電極は、前記溝の前記有機半導体層と反対側の領域において、前記保護膜から露出している
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２電極の前記保護膜からの露出部分を覆ってコンタクトメタル層が形成されている
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記保護膜の端部がテーパを有する
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２電極の端部がテーパを有する
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記有機半導体層が光電変換機能を有する
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
基板上の選択的な領域に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極に非対向な領域において段差を有する溝を形成する工程と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在して、前記溝の段差により分断された有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に保護膜を形成する工程とを含み、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方を、前記溝に対向する領域において繋げて形成する
半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２電極を形成する工程では、前記有機半導体装置の成膜方法よりも指向性の低い成膜方法を用い、前記第２電極を前記溝に対向する領域において繋げて形成する
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記溝を形成する工程では、
前記基板上に第１絶縁膜を成膜し、
前記第１絶縁膜の前記第１電極に対向する領域に開口を形成すると共に、他の選択的な領域をエッチングすることにより前記溝を形成し、
前記第１電極を形成する工程において、前記第１電極と共に前記溝のエッチングストッパ層を形成する
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１電極は、前記基板上に第２絶縁膜を介して形成され、
前記第１電極を加工する際に、前記第２絶縁膜の選択的な領域をエッチングすることにより、前記溝を、前記下部電極と共に一括形成する
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記溝に対向する領域において前記第２電極を繋げて形成し、
前記第２電極を、前記溝の前記有機半導体層と反対側の領域において加工することにより、前記保護膜から露出させる
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２電極の前記保護膜からの露出部分を覆ってコンタクトメタル層を形成する工程を含む
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記有機半導体層として光電変換材料を用いる
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、
前記有機光電変換部は、
基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、
前記第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在形成され、前記溝の段差により分断された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第２電極と、
前記第２電極上に設けられた保護膜とを備え、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方が、前記溝に対向する領域において繋がって形成されている
固体撮像装置。
【請求項１７】
前記第２電極が前記溝に対向する領域において繋がって形成され、各画素に共通して設けられている
請求項１６に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記画素が複数配設された画素部の周辺に、前記画素部を駆動する周辺回路部を備え、
前記溝は、前記画素部と前記周辺回路部との間の領域に設けられている
請求項１６に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記画素が複数配設された画素部において、前記溝は、各画素間の領域に設けられている
請求項１６に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、
前記有機光電変換部は、
基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、
前記第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在形成され、前記溝の段差により分断された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第２電極と、
前記第２電極上に設けられた保護膜とを備え、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方が、前記溝に対向する領域において繋がって形成されている
固体撮像装置を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば有機光電変換素子などの半導体装置、半導体装置の製造方法、固体撮像装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像装置では、画素サイズの縮小化が進んでいる。これにより、単位画素へ入射するフォトン数が減少することから感度が低下すると共に、Ｓ／Ｎ比の低下が生じている。また、カラー化のために、赤，緑，青の原色フィルタを２次元配列してなるカラーフィルタを用いた場合、赤画素では、緑と青の光がカラーフィルタによって吸収されるために、感度の低下を招いている。また、各色信号を生成する際に、画素間で補間処理を行うことから、いわゆる偽色が発生する。
【０００３】
そこで、１つの画素内に３つの光電変換層を積層し、各光電変換層において、赤色光，緑色光または青色光の光電変換を行い、１画素において３色の信号を得る固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１，２では、例えば、シリコン基板上に、緑色光を検出してこれに応じた信号電荷を発生する有機光電変換部を設け、シリコン基板内に赤色光および青色光をそれぞれ検出するフォトダイオード（無機光電変換部）を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５１６７３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３８９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１，２のような有機光電変換部を有する固体撮像装置では、有機半導体層上において、電極などの無機膜をパターニングする必要がある。このような有機半導体層上に無機膜を積層した構造を有する半導体装置において、有機半導体層の損傷を抑制して、歩留まりおよび信頼性の向上した半導体装置の実現が望まれている。
【０００６】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、有機半導体を用いたデバイスにおいて、歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能な半導体装置とその製造方法、固体撮像装置および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の半導体装置は、基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、第１電極上の領域から溝まで延在形成され、溝の段差により分断された有機半導体層と、有機半導体層上に設けられた第２電極と、第２電極上に設けられた保護膜とを備え、第２電極および保護膜の一方または両方が、溝に対向する領域において繋がって形成されているものである。
【０００８】
本開示の半導体装置の製造方法は、基板上の選択的な領域に第１電極を形成する工程と、第１電極に非対向な領域において段差を有する溝を形成する工程と、第１電極上の領域から溝まで延在して、溝の段差により分断された有機半導体層を形成する工程と、有機半導体層上に第２電極を形成する工程と、第２電極上に保護膜を形成する工程とを含み、第２電極および前記保護膜の一方または両方を、溝に対向する領域において繋げて形成するものである。
【０００９】
本開示の半導体装置および半導体装置の製造方法では、基板上において、第１電極に非対向な領域に段差を有する溝が形成されている。第１電極上に形成される有機半導体層が、この溝の段差によって分断され、有機半導体層上の第２電極および保護膜の一方または両方が、その溝に対向する領域において繋がって形成されている。これにより、製造プロセスにおいて、有機半導体層上の第２電極および保護膜等の無機膜の形成時に使用される薬液の影響により、有機半導体層が損傷を受けにくくなる。
【００１０】
本開示の固体撮像装置は、各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、有機光電変換部は、基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、第１電極上の領域から溝まで延在形成され、溝の段差により分断された有機光電変換層と、有機光電変換層上に設けられた第２電極と、第２電極上に設けられた保護膜とを備え、第２電極および保護膜の一方または両方が、溝に対向する領域において繋がって形成されているものである。
【００１１】
本開示の電子機器は、上記本開示の固体撮像装置を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、基板上の第１電極に非対向な領域に段差を有する溝が設けられ、第１電極上の有機半導体層が、この溝の段差によって分断される一方、第２電極および保護膜の一方または両方が、その溝に対向する領域において繋がって形成されている。これにより、製造プロセスにおいて、有機半導体層の損傷を抑制することができる。よって、有機半導体を用いたデバイスにおいて、歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【００１３】
本開示の固体撮像装置および電子機器によれば、各画素の有機光電変換部において、基板上の第１電極に非対向な領域に段差を有する溝が設けられ、第１電極上の有機半導体層が、この溝の段差によって分断される一方、第２電極および保護膜の一方または両方が、その溝に対向する領域において繋がって形成されている。これにより、製造プロセスにおいて、有機半導体層の損傷を抑制することができる。よって、歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した溝部付近の拡大断面図である。
【図３】図１に示した溝部の平面レイアウト構成を表す模式図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図４に続く工程を表す断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、図５に続く工程を表す断面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、図６に続く工程を表す断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、図７に続く工程を表す断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、図８に続く工程を表す断面図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、図９に続く工程を表す断面図である。
【図１１】図１０に続く工程を表す断面図である。
【図１２】本開示の第２の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）は、図１２に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、図１３に続く工程を表す断面図である。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）は、図１４に続く工程を表す断面図である。
【図１６】変形例１に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図１７】図１６に示した溝部の平面レイアウト構成を表す模式図である。
【図１８】変形例２に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図１９】変形例３に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図２０】変形例４に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図２１】変形例５に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図２２】変形例６に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図２３】変形例７に係る半導体装置の概略構成を表す断面図である。
【図２４】適用例１に係る固体撮像装置の機能ブロック図である。
【図２５】図２４に示した固体撮像装置の１画素の構成を表す断面図である。
【図２６】図２４に示した固体撮像装置を用いた電子機器の概略構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施形態（下部電極分離用の絶縁膜を利用して溝を設けた例）
２．第２の実施形態（層間絶縁膜を利用して溝を設けた例）
３．変形例１（画素間に溝を設けた場合の例）
４．変形例２（封止膜端部にテーパを形成した例）
５．変形例３（上部電極端部にテーパを形成した例）
６．変形例４（溝付近における上部電極および封止膜の接続の他の例）
７．変形例５（溝付近における上部電極および封止膜の接続の他の例）
８．変形例６（溝付近における上部電極および封止膜の接続の他の例）
９．適用例１（固体撮像装置の例）
１０．適用例２（電子機器（カメラ）の例）
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施の形態の半導体装置（半導体装置１０）の断面構成を表すものである。半導体装置１０は、例えば後述の固体撮像装置１における画素部１０Ａとその周辺部１０Ｂとの境界付近の構造に相当するものである。詳細は後述するが、画素部１０Ａには、例えば有機光電変換素子よりなる複数の画素が形成され、周辺部１０Ｂには、各画素を駆動するための周辺回路が形成されている。
【００１７】
半導体装置１０は、半導体基板１１上に、層間絶縁膜１２を介して下部電極１３ａ（第１電極）を有している。この下部電極１３ａは、半導体基板１１上の選択的な領域に配設されており、層間絶縁膜１２には、下部電極１３ａと、図示しない配線層とを電気的に接続させるための導電性プラグ１２０ａが埋設されている。基板１１上には、下部電極１３ａに対向して開口を有する絶縁膜１４が設けられ、この絶縁膜１４の開口に、有機光電変換層１５が形成されている。絶縁膜１４は、そのような開口とは異なる領域（下部電極１３ａに非対向な領域）に、溝２０を有しており、有機光電変換層１５は、絶縁膜１４の開口内部から、絶縁膜１４の溝２０まで延在形成され、溝２０において分断されている（段切れしている）。この有機光電変換層１５上には、上部電極１６（第２電極）および封止膜１７（保護膜）がこの順に積層されている。これらの上部電極１６および封止膜１７の端部を覆うように、コンタクトメタル層１８が形成されている。コンタクトメタル層１８は、例えば下部電極１３ａと同層に配設される配線層１３ｂと、層間絶縁膜１２に埋設された導電性プラグ１２０ｂとを介して図示しない配線層に接続されている。尚、本実施の形態の有機光電変換層１５が、本開示における「有機半導体層」の一具体例である。
【００１８】
半導体基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）等よりなる。但し、半導体装置１０の用途によっては、ガラスやプラスチック、あるいは表面が絶縁処理された金属板により構成されていてもよい。
【００１９】
導電性プラグ１２０ａ，１２０ｂは、半導体基板１１とのコネクタとして機能するものである。これらの導電性プラグ１２０ａ，１２０ｂは、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）およびタングステン（Ｗ）などの材料の積層膜により構成されることが望ましい。
【００２０】
層間絶縁膜１２は、例えば半導体基板１１（シリコン）との界面準位を低減させると共に、シリコン層１１０との界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位の小さな絶縁膜を含んで構成されることが望ましい。例えば、半導体基板１１側から順に、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜とシリコン化合物膜とが形成された積層膜を用いることができる。シリコン化合物膜としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜および酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）のうちのいずれかよりなる単層膜あるいは、これらのうちの２種以上よりなる積層膜を用いることができる。
【００２１】
絶縁膜１４は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび酸化アルミニウム（ＡｌＯx）等のうちの１種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。尚、絶縁膜１４は、半導体装置１０が固体撮像装置に用いられる場合には、各画素の下部電極１３ａ間を電気的に分離する機能を有する。また、この他にも、半導体基板１１などの周囲の膜に内包された水分等から有機光電変換層１５を保護するために、透水性および吸湿性の低い膜であることが望ましい。このような材料としては例えば窒化シリコン、酸化アルミニウムが挙げられる。また、上部電極１６（透明導電膜）との光学干渉による反射成分を考慮した材料であることがより望ましく、例えば上部電極１６としてＩＴＯを用いた場合には、窒化シリコンを用いるとよい。ＩＴＯと窒化シリコンとは、屈折率が近いことから、干渉効果を低減し易くなるためである。
【００２２】
溝２０は、絶縁膜１４の表面に段差を形成し、この段差によって有機光電変換層１５を分断するものである。この溝２０は、本実施の形態では、絶縁膜１４の画素部１０Ａと周辺部１０Ｂとの境界領域に、下部電極１３ａと同層に形成されたストッパ１３ｃの上面までを貫通するように設けられている。ストッパ１３ｃは、溝２０の深さを制御するものであり、例えば下部電極１３ａと同一材料により構成されている。このストッパ１３ｃは、下部電極１３ａをパターン形成する際に同時に形成することができる。尚、溝２０およびその付近の具体的な構成については後述する。
【００２３】
下部電極１３ａは、光透過性を有する導電膜により構成され、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）により構成されている。但し、下部電極１３ａの構成材料としては、このＩＴＯの他にも、ドーパントを添加した酸化スズ（ＳｎＯ2）系材料、あるいはアルミニウム亜鉛酸化物（ＺｎＯ）にドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）添加のガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、インジウム（Ｉｎ）添加のインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が挙げられる。また、この他にも、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ4、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ2、ＭｇＩＮ2Ｏ4、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ3等が用いられてもよい。
【００２４】
有機光電変換層１５は、選択的な波長域の光を光電変換する一方、他の波長域の光を透過させる有機半導体により構成されている。有機半導体としては、有機ｐ型半導体および有機ｎ型半導体のうちの一方または両方を含んで構成されることが望ましい。このような有機半導体としては、キナクリドン誘導体、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、およびフルオランテン誘導体のうちのいずれか１種が好適に用いられる。あるいは、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体やその誘導体が用いられていてもよい。加えて、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、アントラセンおよびピレン等の縮合多環芳香族および芳香環ないし複素環化合物が縮合した鎖状化合物、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基を結合鎖として持つキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の二つの含窒素複素環、または、スクアリリウム基およ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。尚、上記金属錯体色素としては、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、またはルテニウム錯体色素が好ましいが、これらに限定されるものではない。このような有機光電変換層１５の厚みは、例えば５０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
【００２５】
この有機光電変換層１５の下部電極１３ａとの間、および上部電極１６との間には、図示しない他の層が設けられていてもよい。例えば、下部電極１３ａ側から順に、下引き膜、電子ブロッキング膜、有機光電変換層１５、正孔ブロッキング膜、バッファ膜および仕事関数調整膜が積層された構造であってもよい。
【００２６】
上部電極１６は、下部電極１３ａと同様の光透過性を有する導電膜により構成されている。本実施の形態では、この上部電極１６が溝２０に対向する領域において繋がって形成されている。上部電極１６の厚みは、例えば５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。
【００２７】
封止膜１７は、この上部電極１６上に形成されたものであり、例えば、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等のうちの１種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜である。この封止膜１７は、本実施の形態では、上部電極１６の上面を覆うように、溝２０に対向する領域においても繋がって形成されている。但し、封止膜１７の端部（周辺部１０Ｂに対応する領域）では、コンタクトメタル層１８との接続のため、上部電極１６を露出するように形成されている。この封止膜１７の厚みは、例えば１００ｎｍ〜１μｍである。
【００２８】
コンタクトメタル層１８は、例えば、チタン、タングステン、窒化チタンおよびアルミニウム等のいずれか、あるいはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。
【００２９】
（溝２０付近の詳細構成）
図２は、溝２０付近の構成を拡大して示したものである。本実施の形態では、溝２０は、絶縁膜１４を、ストッパ１３ｃの上面まで略垂直に掘り下げられて形成されている。具体的には、溝２０の内壁２０Ｓが絶縁膜１４の上面と略直角を成すように形成され、これにより段差を生じさせている。この溝２０の段差により、画素部１０Ａと周辺部１０Ｂとの境界において、有機光電変換層１５の一部が分断され、半導体装置１０の光電変換動作に寄与しない有機光電変換材料の堆積層１５ａが、溝２０の底面（ストッパ１３ｃの上面）にも形成される。
【００３０】
有機光電変換層１５上には、上述のように上部電極１６および封止膜１７が積層されるが、本実施の形態では、これらの上部電極１６および封止膜１７の両方が、溝２０に対向する領域において繋がって形成されている。上部電極１６は、溝２０の少なくとも上部を埋め込むように、即ち有機光電変換層１５の端部１５ｅを覆うように形成されている。ここでは、上部電極１６が溝２０の上部のみを埋め込む構成を示しているが、溝２０に充填されるように上部電極１６が形成されていてもよい。一方、周辺部１０Ｂに対向する領域では、上部電極１６と絶縁膜１４との間に、空隙Ｈ１を有している（有機光電変換層が形成されていない）。
【００３１】
本実施の形態において、溝２０の幅ｄは、上部電極１６の厚みｔ２よりも小さく（ｄ＜ｔ２）なるように形成されていることが望ましい。また、より望ましくは、幅ｄは、有機光電変換層１５の厚みｔ１と同等かそれよりも大きくなっているとよい。これにより、溝２０において有機光電変換層１５を分断しつつ、上部電極１６については分断することなく繋げて形成し易くなる。溝２０の深さｈは、有機光電変換層１５と堆積層１５ａとの接触を避けるために、有機光電変換層１５の厚みｔ１より大きい（ｈ＞ｔ１）ことが望ましい。このような溝２０のアスペクト比（深ｈ／幅ｄ）は、例えば１〜４程度である。これらの幅ｄ，ｈは、上記を考慮するとともに、有機光電変換層１５および上部電極１６の各成膜条件を考慮して、適切な値に設定されればよい。例えば、有機光電変換層１５を真空蒸着法、上部電極１６をスパッタ法により成膜する場合には、ｔ１＝１００ｎｍ、ｔ２＝１５０ｎｍ、ｄ＝１００ｎｍ、ｈ＝２００ｎｍ（アスペクト比が２）と設定することができる。
【００３２】
図３は、溝２０の平面レイアウト構成を表したものである。このように、溝２０は、例えば矩形状の画素部１０Ａを囲むように、画素部１０Ａと周辺部１０Ｂとの間に設けられている。溝２０は、例えば矩形状の領域を囲むように形成されるが、その角（コーナー部分）に対応する領域では、上部電極１６は必ずしも繋がっていなくともよい。
【００３３】
［製造方法］
上記のような半導体装置１０は、例えば次のようにして製造することができる。図４〜図１１は、半導体装置１０の製造方法を工程順に表したものである。
【００３４】
まず、図４（Ａ）に示したように、半導体基板１１の面Ｓ１上に、層間絶縁膜１２および導電性プラグ１２０ａ，１２０ｂを形成する。この際、具体的には、まず、半導体基板１１上に、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法により酸化ハフニウム膜を成膜した後、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により酸化シリコン膜を成膜する。尚、この後、必要に応じて、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）法により、層間絶縁膜１２の表面を平坦化する。次いで、層間絶縁膜１２の選択的な領域に、コンタクトホールを形成し、これらを上述した材料により埋め込むことで導電性プラグ１２０ａ，１２０ｂを形成する。尚、この後、必要に応じて、例えばＣＭＰ法等を用いて、層間絶縁膜１２上の余剰のプラグ材料（タングステン等）を除去する。
【００３５】
続いて、図４（Ｂ）に示したように、層間絶縁膜１２上に下部電極１３ａを形成する。具体的には、まず、層間絶縁膜１２上の全面にわたって、例えばスパッタ法により、上述した透明導電膜を成膜する。この後、フォトリソグラフィ法を用いたエッチング（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング）により、選択的な部分を除去することにより、下部電極１３ａを形成する。この際、下部電極１３ａを、導電性プラグ１２０ａに対向する領域に形成すると共に、導電性プラグ１２０ｂに対向する領域、および溝２０の形成予定領域にそれぞれ透明導電膜を残存させることにより、配線層１３ｂおよびストッパ１３ｃを、下部電極１３ａと共に一括して形成する。
【００３６】
（溝２０の形成）
次いで、絶縁膜１４を形成する。この際、まず、図５（Ａ）に示したように、半導体基板１１上の全面にわたって、層間絶縁膜１２、下部電極１３ａ、配線層１３ｂおよびストッパ１３ｃを覆うように、上述した材料よりなる絶縁膜１４を、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜する。この後、図５（Ｂ）に示したように、成膜した絶縁膜１４の下部電極１３ａに対向する領域に、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより、開口１４Ｈａを形成し、下部電極１３ａを露出させる。次いで、図５（Ｃ）に示したように、ストッパ１３ｃに対向する領域に、例えばフォトリソグラフィ法を用いたウェットエッチングにより、上述した幅および深さ（例えば、幅１００ｎｍ，深さ２００ｎｍ）となるように溝２０を形成する。尚、開口１４ｈａの形成工程と、溝２０の形成工程は、この逆であってもよく、あるいは開口１４ｈａおよび溝２０を同時に形成してもよい。
【００３７】
（有機光電変換層１５の形成）
次に、有機光電変換層１５を形成する。具体的には、まず、図６（Ａ）に示したように、基板全面にわたって、上述した材料および膜厚（例えば１００ｎｍ）よりなる有機光電変換材料を、できるだけ指向性の高い成膜手法、例えば真空蒸着法により形成する。有機光電変換材料の溝２０の内壁への付着を防ぎ、溝２０の段差によって分断させ易くするためである。この際、蒸着源としては、十分な指向性を得るために、蒸着分子が射出される面の面積が、成膜される基板および蒸着源間の距離に比べ、十分に小さいもの（点源もしくはライン源）が使用されることが望ましい。また、有機光電変換材料が水分の影響により劣化しないように、蒸着装置のチャンバー内を、１．０×１０-5Ｐａ以下の圧力下で、かつ水分圧を十分に落とした雰囲気に保持することが望ましい。加えて、蒸着時に結晶粒の肥大化による平滑化が損なわれることを防ぐため、１００℃以下で基板温度を制御するとよい。尚、上述のように、有機光電変換層１５の上層または下層に、他の有機層（電子ブロッキング層等）を形成する際には、各層を真空工程において連続的に（真空一貫プロセスで）形成する。
【００３８】
これにより、図６（Ｂ）に示したように、溝２０の段差によって、有機光電変換材料が、絶縁膜１４上およびストッパ１３ｃ上にそれぞれ分断されて堆積する。この結果、下部電極１３ａ上には、有機光電変換層１５が形成されると共に、溝２０の底面には、堆積層１５ａが形成される。尚、この段階では、絶縁膜１４上の溝２０よりも外側の領域（周辺部１０Ｂに対応する領域）にも、堆積された有機光電変換材料（堆積層１５ｂ）が残存する。
【００３９】
（上部電極１６の成膜）
続いて、上部電極１６を形成する。まず、図７（Ａ）に示したように、上述した透明導電膜材料（例えばＩＴＯ）を、上述した膜厚（例えば１５０ｎｍ）により基板全面にわたって、できるだけ指向性の低い成膜手法、例えばスパッタ法により成膜する。上部電極１６の溝２０に対するカバレッジ性を高めるためである。スパッタ成膜条件は、有機光電変換層１５にプラズマが晒される影響を低減するために、基板およびターゲット間の距離を１５０ｎｍ以上とし、アルゴンガス圧０．３Ｐａ（アルゴンガス流量１５ｓｃｃｍ）、酸素ガス分圧比１％、直流電力密度１０Ｗ／ｃｍ2以下であることが望ましい。尚、この際、有機光電変換層１５は、水分、酸素、水素などの影響を受けて特性が変動し易いため、上部電極１６を、有機光電変換層１５と真空一貫プロセスにより成膜することが望ましい。この真空一貫での成膜を考慮すると、上部電極１６の成膜手法としては、例えば、乾式のマグネトロンＤＣスパッタ法や蒸着法、ＣＶＤ法が挙げられる。また、成膜時には、有機光電変換層１５への熱的、化学的および電気的ダメージを考慮した条件設定（例えば成膜温度２００℃以下等）が必要である。
【００４０】
これにより、図７（Ｂ）に示したように、有機光電変換層１５ａ，１５ｂを覆い、かつ溝２０の上部を埋め込むように、上部電極１６が形成される。
【００４１】
（封止膜１７の成膜）
次いで、図８（Ａ）に示したように、上部電極１６上に封止膜１７を、例えばＣＶＤ法またはスパッタ法により形成する。尚、この際、封止膜１７についても、上述した理由から、有機光電変換層１５および上部電極１６と真空一貫プロセスにより成膜することが望ましい。尚、この封止膜１７を十分な厚み（例えば５００ｎｍ）で成膜することにより、溝２０のコーナー部分において上部電極１６のカバレッジ性が低下した場合（完全に繋がらずにホールが生じた場合）にも、封止膜１７でこのホール部分を覆って、有機光電変換層１７の露出を防ぐことができる。これにより、後工程において薬液から有機光電変換層１５を保護することができる。
【００４２】
（上部電極１６および封止膜１７の加工：コンタクト用開口の形成）
続いて、周辺部１０Ｂにおいて、形成した有機光電変換層１５、上部電極１６および封止膜１７を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより選択的に除去し、配線層１３ｂとのコンタクトを形成する。具体的には、まず、図８（Ｂ）に示したように、封止膜１７上にフォトレジスト膜１１０を成膜した後、このフォトレジスト膜１１０を、溝２０よりも外側の領域に端面１１０ｅが位置するようにパターニングする。こうすることで、後の工程において、加工残渣を除去するために洗浄性の高い有機薬液を使用しても、有機光電変換材料の消失が、溝２０よりも内側（画素部１０Ａ側）の領域に及ぶことが抑制される。加工箇所の清浄化と画素部１０Ａにおける有機光電変換層１５の保護が可能となる。
【００４３】
この後、図９（Ａ）に示したように、フォトレジスト膜１１０をマスクとしてエッチングを行い、封止膜１７、上部電極１６および有機光電変換層１５ｂの一部を選択的に除去する。これにより、配線層１３ｂが露出する。
【００４４】
次いで、図９（Ｂ）に示したように、フォトレジスト膜１１０をアッシングにより除去し、有機薬液を用いて加工残渣を除去する。有機薬液としては、例えば、フッ化アンモニウム系有機薬液、アミン系有機薬液、濃硫酸系薬液または濃硝酸系薬液などの薬液を用いるが、これらの薬液が有機光電変換層１５などの有機膜に浸入すると、有機膜に損傷を与えたり、膜自体を消失したりする。このため、溝２０よりも外側の領域に形成された有機光電変換層１５ｂは損失し（除去され）、空隙Ｈ１となる。一方、溝２０よりも内側の有機光電変換層１５は、上部電極１６の溝２０に対向する架橋部分Ｂによって、有機薬液の侵入が抑制され、薬液の影響を受けずに残存する。堆積層１５ａも同様である。また、上述のように、フォトレジスト膜１１０の端面１１０ｅを溝２０よりも外側に形成することにより、上部電極１６の欠陥（ピンホール）および結晶粒界からの薬液の浸透から有機光電変換層１５を保護することができる。また、これにより、洗浄性の高い有機薬液の使用が可能となり、配線層１３表面の清浄化が進むことで、コンタクトメタル層１８との接触抵抗が低減される。
【００４５】
続いて、封止膜１７の端部を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより選択的に除去し、上部電極１６を露出させる。具体的には、まず、図１０（Ａ）に示したように、封止膜１７上にフォトレジスト膜１１１を成膜した後、このフォトレジスト膜１１１を、その端面１１１ｅが、溝２０よりも外側で、かつ上部電極１６の端面１６ｅよりも内側の領域に位置するようにパターニングする。
【００４６】
この後、図１０（Ｂ）に示したように、フォトレジスト膜１１１をマスクとしてエッチングを行い、封止膜１７の端部のみを選択的に除去する。これにより、上部電極１６の端部が露出する。尚、エッチング後、上記と同様にして、フォトレジスト膜１１１を剥離し、有機薬液による洗浄を行うが、この際にも、有機光電変換層１５は架橋部分Ｂにより、有機薬液の影響を受けずに済む。
【００４７】
最後に、図１１に示したように、コンタクトメタル層１８を例えば蒸着法またはスパッタ法により形成する。これにより、配線層１３と上部電極１６との電気的接続がなされ、図１に示した半導体装置１０を完成する。
【００４８】
［効果］
上記のような半導体装置１０では、画素部１０Ａにおいて、例えば封止膜１７の上方から光が入射すると、その入射光の一部が有機光電変換層１５において光電変換され、その受光量に応じて信号電荷が得られる。このような半導体装置１０では、有機半導体からなる有機光電変換層１５上に、ＩＴＯなどの無機膜よりなる上部電極１６を加工形成する必要がある。ここで、上部電極１６を加工する際には、フォトリソグラフィ法が用いられるが、この場合フォトレジスト剥離後の洗浄工程において、有機薬液を使用する。この有機薬液は、有機光電変換層１５に侵入すると、有機光電変換層１５を消失する可能性がある。本実施の形態では、半導体基板１１上の絶縁膜１４に溝２０が設けられ、この溝２０に対向する領域において、有機光電変換層１５が分断される一方、上部電極１６および封止膜１７は繋がって形成されている。これにより、上部電極１６および封止膜１７の加工工程において使用される有機薬液の有機光電変換層１５への侵入が抑制される。
【００４９】
以上説明したように本実施の形態では、半導体基板１１上の下部電極１３ａに非対向な領域に段差を有する溝２０が設けられ、下部電極１３ａ上の有機光電変換層１５が、この溝２０の段差によって分断される一方、上部電極１６および封止膜１７が、その溝２０に対向する領域において繋がって形成されている。これにより、製造プロセスにおいて、有機光電変換層１５の損傷を抑制することができる。よって、有機半導体を用いたデバイスにおいて、歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【００５０】
＜第２の実施の形態＞
［構成］
図１２は、本開示の第２の実施の形態の半導体装置の断面構成を表すものである。この半導体装置は、上記第１の実施の形態の半導体装置１０と同様、後述の固体撮像装置１における画素部１０Ａとその周辺部１０Ｂとの境界付近の構造に相当するものである。尚、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態の半導体装置では、上記第１の実施の形態と同様、半導体基板１１上に、層間絶縁膜１２を介して下部電極１３ａを有している。層間絶縁膜１２には、導電性プラグ１２０ａが埋設されている。下部電極１３ａ上には、有機光電変換層１５が形成され、この有機光電変換層１５上には、上部電極１６および封止膜１７（保護膜）がこの順に積層されている。上部電極１６および封止膜１７の端部を覆うように、コンタクトメタル層１８が形成され、コンタクトメタル層１８は、配線層１３ｂおよび導電性プラグ１２０ｂと電気的に接続されている。
【００５２】
但し、本実施の形態では、下部電極１３ａの下層に設けられた層間絶縁膜１２を貫通するように、溝２０Ａが形成されている。この溝２０Ａに対向する領域において、有機光電変換層１５は分断され、上部電極１６および封止膜１７は繋がって形成されている。また、本実施の形態では、溝２０Ａにより、下部電極１３ａと配線層１３ｂとが分離されている。周辺部１０Ｂでは、上部電極１６と配線層１３ｂとの間には空隙Ｈ１が形成されている。
【００５３】
溝２０Ａは、上記第１の実施の形態の溝２０と同様、層間絶縁膜１２の表面に段差を形成し、この段差によって有機光電変換層１５を分断するものであり、層間絶縁膜１２の画素部１０Ａと周辺部１０Ｂとの境界領域に形成されている。また、溝２０Ａの内壁は層間絶縁膜１２の上面と略直角を成すように形成され、溝２０Ａの底面に堆積層１５ａが形成されている。また、溝２０Ａの幅や深さについての設計条件についても、上記第１の実施の形態の溝２０の場合と同様である。
【００５４】
尚、本実施の形態では、溝２０Ａを介する画素部１０Ａから周辺部１０ｂへの漏れ電流が、画素部１０Ａにおいて発生する光電流よりも十分に低いものであることが望ましい。このため、溝２０Ａにおいて有機光電変換層１５が絶縁され、また、下部電極１３ａの厚みが十分に薄いことが望まれる。一例としては、溝２０Ａの幅が１００ｎｍ，深さが２００ｎｍ、有機光電変換層１５の厚みが１００ｎｍである場合には、下部電極１３ａの厚みは、５０ｎｍ程度である。
【００５５】
［製造方法］
本実施の形態の半導体装置は、例えば次のようにして製造することができる。即ち、まず、図１３（Ａ）に示したように、上記第１の実施の形態と同様にして、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２および導電性プラグを形成した後、透明導電膜１３を基板全面にわたって成膜する。この後、図１３（Ｂ）に示したように、透明導電膜１３を例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、下部電極１３ａおよび配線層１３ｂを形成すると同時に、溝２０Ａを形成する。
【００５６】
続いて、図１４（Ａ）に示したように、基板全面にわたって、上記第１の実施の形態と同様にして、上述した材料よりなる有機光電変換材料を、例えば真空蒸着法により形成する。これにより、下部電極１３ａ上には、有機光電変換層１５が形成されると共に、溝２０の底面には堆積層１５ａ、配線層１３ｂ上には、堆積層１５ｂがそれぞれ残存する。
【００５７】
この後、図１４（Ｂ）に示したように、上記第１の実施の形態と同様にして、透明導電膜材料を基板全面にわたって、例えばスパッタ法により成膜する。これにより、有機光電変換層１５ａ，１５ｂを覆い、かつ溝２０Ａの上部を埋め込むように、上部電極１６が形成される。
【００５８】
次いで、図１５（Ａ）に示したように、上記第１の実施の形態と同様にして、上部電極１６上に封止膜１７を、例えばＣＶＤ法またはスパッタ法により形成した後、この封止膜１７上に、端面１１０ｅを有するフォトレジスト膜１１０を成膜する。この後、図１５（Ｂ）に示したように、上記第１の実施の形態と同様にして、フォトレジスト膜１１０をマスクとしてエッチングを行い、封止膜１７、上部電極１６および有機光電変換層１５ｂの一部を選択的に除去する。その後、フォトレジスト膜１１０をアッシングにより除去し、有機薬液を用いて加工残渣を除去する（洗浄する）。本実施の形態においても、溝２０Ａよりも内側の有機光電変換層１５は、上部電極１６の架橋部分Ｂによって、有機薬液の侵入が抑制され、薬液の影響を受けずに残存する。また、洗浄性の高い有機薬液の使用が可能となり、配線層１３ｂとコンタクトメタル層１８との接触抵抗が低減される。
【００５９】
この後、上記第１の実施の形態と同様にして、封止膜１７の端部を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより選択的に除去した後、コンタクトメタル層１８を形成することにより、図１２に示した半導体装置を完成する。
【００６０】
［効果］
本実施の形態の半導体装置においても、上記第１の実施の形態の半導体装置１０と同様、有機半導体からなる有機光電変換層１５上に、ＩＴＯなどの無機膜よりなる上部電極１６を加工形成する必要がある。本実施の形態では、半導体基板１１上の層間絶縁膜１２に溝２０Ａが設けられ、この溝２０Ａに対向する領域において、有機光電変換層１５が分断される一方、上部電極１６および封止膜１７は繋がって形成されている。これにより、上部電極１６および封止膜１７の加工工程において使用される有機薬液の有機光電変換層１５への侵入が抑制される。よって、本実施の形態においても、製造プロセスにおいて、有機光電変換層１５の損傷を抑制することができ、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００６１】
以下、上記第１，第２の実施の形態の半導体装置の変形例（変形例１〜５）について説明する。尚、上記第１，第２の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６２】
＜変形例１＞
図１６は、変形例１に係る半導体装置の断面構成を表すものである。この半導体装置は、上記第１の実施の形態の半導体装置１０と同様、後述の固体撮像装置１に適用されるものであるが、図１６では、画素部１０Ａにおける画素間の構造を示している。即ち、上記第１の実施の形態では、画素部１０Ａと周辺部１０Ｂとの間に、溝２０を形成したが、本変形例では、更に、画素１０Ａ１同士の間にも溝２０を形成している。具体的には、本変形例では、下部電極１３ａ間を電気的に分離する絶縁膜１４に溝２０が形成されており、この溝２０の段差によって、有機光電変換層１５が分断されている（画素間で不連続となっている）。上部電極１６および封止膜１７は、溝２０に対向する領域においても繋がって形成されている（各画素１０Ａ１に共通の層として形成されている）。
【００６３】
図１７（Ａ），（Ｂ）は、本変形例における溝２０の平面レイアウト構成を表したものである。図１７（Ａ）に示したように、溝２０は、画素部１０Ａおよび周辺部１０Ｂの間の領域だけでなく、それらの境界よりも内側の領域を矩形状に囲むように形成されていてもよい。あるいは、図１７（Ｂ）に示したように、各画素１０Ａ１（あるいは数画素からなる画素ブロック領域）を格子状に囲むように、形成されていてもよい。
【００６４】
本変形例のように、画素部１０Ａと周辺部１０Ｂとの間の領域だけでなく、画素部１０Ａにも溝２０を形成することにより、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができると共に、多重にガードを形成できることから、上部電極１６および封止膜１７の欠陥等が生じ外部から、薬液や水分等の侵入が生じた場合であっても、有機光電変換層１５の損傷の拡大を抑制することができる。換言すると、有機光電変換層１５の損傷を外側の一部の領域に留め、その内側の領域まで進行することを抑制できる。よって、歩留まりおよび信頼性の向上に有利となる。
【００６５】
＜変形例２＞
図１８は、変形例２に係る半導体装置の断面構成を表すものである。この半導体装置は、上記第１の実施の形態の半導体装置１０と同様、後述の固体撮像装置１における画素部１０Ａとその周辺部１０Ｂとの境界付近の構造に相当するものである。上記第１の実施の形態では、封止膜１７の端部は垂直に加工されているが、本変形例のように、封止膜１７の端部１７ｅがテーパを有していてもよい。例えば、封止膜１７を上部電極１６とエッチング選択比が確保できる条件で、ドライエッチングを施すことにより、上部電極１６の端部を露出させつつ、封止膜１７の端部１７ｅにテーパを形成する。これにより、コンタクトメタル層１８と上部電極１６との接触面を確保すると共に、コンタクトメタル層１８のカバレッジ性を高めることができる。
【００６６】
＜変形例３＞
図１９は、変形例３に係る半導体装置の断面構成を表すものである。この半導体装置は、上記第１の実施の形態の半導体装置１０と同様、後述の固体撮像装置１における画素部１０Ａとその周辺部１０Ｂとの境界付近の構造に相当するものである。本変形例では、上記変形例２と同様、封止膜１７の端部１７ｅがテーパを有すると共に、上部電極１６の端部１６ｅもテーパを有している。これにより、上記変形例１と同様の効果を得ると共に、上部電極１６とコンタクトメタル層１８との接触面積を増やし、電気的接続を確保し易くなる。
【００６７】
＜変形例４＞
図２０は、変形例４に係る半導体装置における溝付近の断面構成を表すものである。上記実施の形態等では、溝２０の内壁２０Ｓが絶縁膜１４の上面と直角をなす場合を例に挙げたが、本変形例の溝２０Ｂのように、内壁２０Ｓ１が逆テーパを有していてもよい。この場合も、溝２０Ｂの上部側の開口幅ｄが上記第１の実施の形態において説明したように、有機光電変換層１５の厚みや上部電極１６の厚みに応じて設定されていればよい。
【００６８】
＜変形例５〜７＞
図２１〜図２３は、変形例５〜７に係る半導体装置における溝付近の断面構成を表すものである。上記実施の形態等では、溝２０に対向する領域において、上部電極１６および封止膜１７の両方が繋がっている構成としたが、これらのうちの一方が繋がっていればよい。例えば、図２１に示したように、溝２０に対向する領域において、上部電極１６ａが分断される一方、封止膜１７が繋がった構成であってもよいし、図２２に示したように、封止膜１７ａが溝２０内に充填されるように形成されていてもよい。このような上部電極１６が分断された構成は、例えば後述の固体撮像装置１において、上部電極側から信号電荷の取り出しを行う場合に有用である。尚、半導体装置１０の用途によっては、図２３に示したように、上部電極１６ａおよび封止膜１７ｂの両方が溝２０の段差によって分断されていてもよい。
【００６９】
＜適用例１＞
図２４は、上記実施の形態等において説明した半導体装置を適用した固体撮像装置（固体撮像装置１）の全体構成を表したものである。固体撮像装置１は、例えばＣＭＯＳイメージセンサであり、半導体基板１１上に、撮像エリアとしての画素部１０Ａを有すると共に、この画素部１０Ａの周辺領域（上記周辺部１０Ｂに相当）に、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、水平選択部１３４およびシステム制御部１３２からなる周辺回路部１３０を有している。
【００７０】
画素部１０Ａは、例えば行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐ（画素１０Ａ１）を有している。この単位画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
【００７１】
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１０Ａの各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【００７２】
水平選択部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この水平選択部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１９に出力され、当該水平信号線１９を通して基板１１の外部へ伝送される。
【００７３】
行走査部１３１、水平選択部１３３、水平選択部１３４および水平信号線１９からなる回路部分は、基板１１上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
【００７４】
システム制御部１３２は、基板１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、放射線撮像装置１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および水平選択部１３４などの周辺回路の駆動制御を行う。
【００７５】
このような固体撮像装置１では、各画素が例えば次のような構成を有している。図２５は、画素部１０Ａと周辺部１０Ｂとの境界付近の１つ画素１０Ａ１の断面構成を表したものである。このように、固体撮像装置１は、半導体基板１１の表面（受光面と反対側の面Ｓ２）側に、画素トランジスタ（後述の転送トランジスタＴｒ１〜３を含む）を有すると共に、多層配線層（多層配線層５１）を有する、いわゆる裏面照射型の構造を有している。
【００７６】
画素１０Ａ１では、互いに異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行う有機光電変換部と無機光電変換部とを縦方向に積層した構造を有している。これによりカラーフィルタを用いることなく、画素毎に複数種類の色信号を取得可能となる。ここでは、画素１０Ａ１が、１つの有機光電変換部１１Ｇと２つの無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとの積層構造を有しており、これにより、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色信号を取得するようになっている。具体的には、有機光電変換部１１Ｇは、半導体基板１１の裏面（面Ｓ１）上に形成され、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒは、半導体基板１１内に埋め込み形成されている。以下、各部の構成について説明する。
【００７７】
（半導体基板１１）
半導体基板１１は、例えばｎ型のシリコン（Ｓｉ）層１１０の所定の領域に、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒと緑用蓄電層１１０Ｇとが埋め込み形成されたものである。半導体基板１１には、また、有機光電変換部１１Ｇからの電荷（電子または正孔（ホール））の伝送経路となる導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１が埋設されている。本実施の形態では、この半導体基板１１の裏面（面Ｓ１）が受光面となっていえる。半導体基板１１の表面（面Ｓ２）側には、有機光電変換部１１Ｇ，無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒのそれぞれに対応する複数の画素トランジスタ（転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３を含む）が形成されると共に、ロジック回路等からなる周辺回路が形成されている。
【００７８】
画素トランジスタとしては、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタおよび選択トランジスタが挙げられる。これらの画素トランジスタは、いずれも例えばＭＯＳトランジスタにより構成され、面Ｓ２側のｐ型半導体ウェル領域に形成されている。このような画素トランジスタを含む回路が、赤、緑、青の光電変換部毎に形成されている。各回路では、これらの画素トランジスタのうち、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタおよび増幅トランジスタからなる、計３つのトランジスタを含む３トランジスタ構成を有していてもよいし、これに選択トランジスタを加えた４トランジスタ構成であってもよい。ここでは、これらの画素トランジスタのうち、転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３についてのみ図示および説明を行っている。また、転送トランジスタ以外の他の画素トランジスタについては、光電変換部間あるいは画素間において共有することもできる。また、フローティングディフージョンを共有する、いわゆる画素共有構造を適用することもできる。
【００７９】
転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３は、ゲート電極（ゲート電極ＴＧ１〜ＴＧ３）と、フローティングディフージョン（ＦＤ１１３，１１４，１１６）とを含んで構成されている。これらのうち、ゲート電極ＴＧ１〜ＴＧ３は、多層配線層５１内に設けられ、ＦＤ１１３，１１４，１１６は、半導体基板１１内に形成されている。転送トランジスタＴｒ１は、有機光電変換部１１Ｇにおいて発生し、緑用蓄電層１１０Ｇに蓄積された、緑色に対応する信号電荷（本実施の形態では電子）を、後述の垂直信号線Ｌsigへ転送するものである。転送トランジスタＴｒ２は、無機光電変換部１１Ｂにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷（ここでは電子）を、後述の垂直信号線Ｌsigへ転送するものである。同様に、転送トランジスタＴｒ３は、無機光電変換部１１Ｒにおいて発生し、蓄積された、赤色に対応する信号電荷（本実施の形態では電子）を、後述の垂直信号線Ｌsigへ転送するものである。
【００８０】
無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒはそれぞれ、ｐｎ接合を有するフォトダイオード（Photo Diode）であり、半導体基板１１内の光路上において、面Ｓ１側から無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの順に形成されている。これらのうち、無機光電変換部１１Ｂは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、例えば半導体基板１１の面Ｓ１に沿った選択的な領域から、多層配線層５１との界面近傍の領域にかけて延在して形成されている。無機光電変換部１１Ｒは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、例えば無機光電変換部１１Ｂよりも下層（面Ｓ２側）の領域にわたって形成されている。尚、青（Ｂ）は、例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域、赤（Ｒ）は、例えば６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域にそれぞれ対応する色であり、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒはそれぞれ、各波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能となっていればよい。
【００８１】
緑用蓄電層１１０Ｇは、例えば電子蓄積層となるｎ型領域を含んで構成されている。ｎ型領域の一部は、導電性プラグ１２０ａ１に接続されており、下部電極１３ａ側から導電性プラグ１２０ａ１を介して伝送される電子を蓄積するようになっている。
【００８２】
導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１は、導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２と共に、有機光電変換部１１Ｇと半導体基板１１とのコネクタとして機能すると共に、有機光電変換部１１Ｇにおいて生じた電子またはホールの伝送経路となるものである。ここでは、導電性プラグ１２０ａ１は、有機光電変換部１１Ｇの下部電極１３ａと導通しており、緑用蓄電層１１０Ｇと接続されている。導電性プラグ１２０ｂ１は、有機光電変換部１１Ｇの上部電極１６と導通しており、ホールを排出するための配線となっている。
【００８３】
これらの導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１はそれぞれ、例えば貫通ビアにタングステン等の導電膜材料が埋設されて形成されている。この場合、例えばシリコンとの短絡を抑制するために、酸化シリコン（ＳｉＯ2）または窒化シリコン（ＳｉＮ）などの絶縁膜でビア側面が覆われていることが望ましい。あるいは、導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１は、導電型の半導体層により埋め込み形成されたものであってもよい。この場合、導電性プラグ１２０ａ１はｎ型とし（電子の伝送経路となるため）、導電性プラグ１２０ｂ１は、ｐ型とする（ホールの伝送経路となるため）とよい。
【００８４】
（多層配線層５１）
上記のような半導体基板１１の面Ｓ２上には、多層配線層５１が形成されている。多層配線層５１では、複数の配線５１ａが層間絶縁膜５２を介して配設されている。このように、画素１０Ａ１では、多層配線層５１が受光面とは反対側に形成されており、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置を実現可能となっている。この多層配線層５１には、例えばシリコンよりなる支持基板５３が貼り合わせられている。
【００８５】
（有機光電変換部１１Ｇ）
有機光電変換部１１Ｇは、有機半導体を用いて、選択的な波長域の光（ここでは緑色光）を吸収して、電子・ホール対を発生させる有機光電変換素子である。有機光電変換部１１Ｇは、信号電荷を取り出すための一対の電極（下部電極１３ａ，上部電極１６）間に有機光電変換層１５を挟み込んだ構成を有している。下部電極１３ａおよび上部電極１６は、配線層やコンタクトメタル層を介して、半導体基板１１内に埋設された導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１に電気的に接続されている。
【００８６】
具体的には、有機光電変換部１１Ｇでは、半導体基板１１の面Ｓ１上に、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂ（上述の層間絶縁膜１２に相当）が形成され、層間絶縁膜１２Ａには、導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１のそれぞれと対向する領域に貫通孔が設けられ、各貫通孔に導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２が埋設されている。層間絶縁膜１２Ｂには、導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２のそれぞれと対向する領域に、導電性プラグ１２０ａ３，１２０ｂ３が埋設されている。この層間絶縁膜１２Ｂ上に、下部電極１３ａが設けられると共に、この下部電極１３ａと絶縁膜１４によって電気的に分離された配線層１３ｂが設けられている。これらのうち、下部電極１３ａ上に、有機光電変換層１５が形成され、有機光電変換層１５を覆うように上部電極１６および封止膜１７が形成されている。上部電極１６に電気的に接続されて、コンタクトメタル層１８が形成されている。
【００８７】
導電性プラグ１２０ａ２，ａ３（上述の導電性プラグ１２０ａに相当）は、導電性プラグ１２０ａ１と共にコネクタとして機能すると共に、下部電極１３ａから緑用蓄電層１１０Ｇへの電荷（電子）の伝送経路を形成するものである。導電性プラグ１２０ｂ２，ｂ３（上述の導電性プラグ１２０ｂに相当）は、導電性プラグ１２０ｂ１と共にコネクタとして機能すると共に、配線層１３ｂおよびコンタクトメタル層１８と共に、上部電極１６からの電荷（ホール）の排出経路を形成するものである。導電性プラグ１２０ａ２，１２０ｂ２は、遮光膜としても機能させるために、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）およびタングステンなどの金属材料の積層膜により構成されることが望ましい。また、このような積層膜を用いることにより、導電性プラグ１２０ａ１，１２０ｂ１をｎ型またはｐ型の半導体層として形成した場合にも、シリコンとのコンタクトを確保することができるため望ましい。
【００８８】
下部電極１３ａは、半導体基板１１内に形成された無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの受光面と正対して、これらの受光面を覆う領域に画素毎に設けられている。上部電極１６は、各画素に共通して設けられている。
【００８９】
有機光電変換部１１Ｇでは、封止膜１７およびコンタクトメタル層１８上の全面を覆うように、平坦化膜２１が形成されている。平坦化膜２１上には、オンチップレンズ２２（マイクロレンズ）が設けられている。オンチップレンズ２２は、その上方から入射した光を、有機光電変換層１１Ｇ、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒの各受光面へ集光させるものである。本実施の形態では、多層配線層５１が半導体基板１１の面Ｓ２側に形成されていることから、有機光電変換層１１Ｇ、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒの各受光面を互いに近づけて配置することができ、オンチップレンズ２２のＦ値に依存して生じる各色間の感度のばらつきを低減することができる。
【００９０】
このような固体撮像装置１では、例えば次のようにして受光信号が取得される。
【００９１】
画素１０Ａ１へ入射した光Ｌのうち、まず、緑色光Ｌｇが、有機光電変換部１１Ｇにおいて選択的に検出（吸収）され、光電変換される。これにより、発生した電子・ホール対のうちの電子が下部電極１３ａ側から取り出された後、導電性プラグ１２０ａ１〜１２０ａ３を介して緑用蓄電層１１０Ｇへ蓄積される。蓄積された電子は、読み出し動作の際に図示しない画素トランジスタを介して垂直信号線Ｌsigへ読み出される。尚、ホールは、上部電極１６側から、コンタクトメタル層１８、配線層１３ｂおよび導電性プラグ１２０ｂ１〜１２０ｂ３を介して排出される。
【００９２】
続いて、有機光電変換部１１Ｇを透過した光のうち、青色光は無機光電変換部１１Ｂ、赤色光は無機光電変換部１１Ｒにおいて、それぞれ順に吸収され、光電変換される。無機光電変換部１１Ｂでは、入射した青色光に対応した電子が図示しないｎ型領域に蓄積され、蓄積された電子は、読み出し動作の際に、図示しない画素トランジスタを介して垂直信号線Ｌsigへ読み出される。尚、ホールは、図示しないｐ型領域に蓄積される。同様に、無機光電変換部１１Ｒでは、入射した赤色光に対応した電子がｎ型領域に蓄積され、蓄積された電子は、読み出し動作の際に、図示しない画素トランジスタを介して垂直信号線Ｌsigへ読み出される。尚、ホールは、図示しないｐ型領域に蓄積される。
【００９３】
このように、縦方向に有機光電変換部１１Ｇと、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとを積層することにより、カラーフィルタを設けることなく、赤、緑、青の色光を分離して検出すし、各色の信号電荷を得ることができる。これにより、カラーフィルタの色光吸収に起因する光損失（感度低下）や、画素補間処理に伴う偽色の発生を抑制することができる。
【００９４】
＜適用例２＞
上述の固体撮像装置１は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図２６に、その一例として、電子機器２（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置１と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像装置１およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
【００９５】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の画素部１０Ａへ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像装置１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
【００９６】
以上、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、光電変換素子（固体撮像装置）として、緑色光を検出する有機光電変換部１１Ｇと、青色光，赤色光をそれぞれ検出する無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとを積層させた構成としたが、本開示内容はこのような構造に限定されるものではない。即ち、有機光電変換部において赤色光あるいは青色光を検出するようにしてもよいし、無機光電変換部において緑色光を検出するようにしてもよい。また、これらの有機光電変換部および無機光電変換部の数やその比率も限定されるものではなく、２以上の有機光電変換部を設けてもよいし、有機光電変換部だけで複数色の色信号が得られるようにしてもよい。また、有機光電変換部および無機光電変換部を縦方向に積層させる構造に限らず、基板面に沿って並列させてもよい。
【００９７】
また、上記実施の形態等では、裏面照射型の固体撮像装置の構成を例示したが、本開示内容は表面照射型の固体撮像装置にも適用可能である。
【００９８】
更に、上記実施の形態等では、本開示の半導体装置として有機半導体を用いた光電変換素子を例に挙げたが、この他にも、有機半導体上に無機膜がパターン形成された積層構造を有する様々な半導体装置、例えば、有機薄膜トランジスタあるいは有機電界発光素子等にも適用可能である。
【００９９】
加えて、本開示の半導体装置および固体撮像装置では、上記実施の形態等で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また逆に他の層を備えていてもよい。
【０１００】
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、
前記第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在形成され、前記溝の段差により分断された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に設けられた第２電極と、
前記第２電極上に設けられた保護膜とを備え、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方が、前記溝に対向する領域において繋がって形成されている
半導体装置。
（２）
前記基板上に、前記第１電極に対向して開口を有する第１絶縁膜を備え、
前記溝は、前記第１絶縁膜の選択的な領域に形成されている
上記（１）に記載の半導体装置。
（３）
前記基板上に第２絶縁膜を介して前記第１電極が設けられ、
前記溝は、前記第２絶縁膜の選択的な領域に形成されている
上記（１）または（２）に記載の半導体装置。
（４）
前記溝に対向する領域において前記第２電極が繋がって形成され、
前記第２電極は、前記溝の前記有機半導体層と反対側の領域において、前記保護膜から露出している
上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（５）
前記第２電極の前記保護膜からの露出部分を覆ってコンタクトメタル層が形成されている
上記（４）に記載の半導体装置。
（６）
前記保護膜の端部がテーパを有する
上記（５）に記載の半導体装置。
（７）
前記第２電極の端部がテーパを有する
上記（５）に記載の半導体装置。
（８）
前記有機半導体層が光電変換機能を有する
上記（１）〜（７）のいずれかに記載の半導体装置。
（９）
基板上の選択的な領域に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極に非対向な領域において段差を有する溝を形成する工程と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在して、前記溝の段差により分断された有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に保護膜を形成する工程とを含み、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方を、前記溝に対向する領域において繋げて形成する
半導体装置の製造方法。
（１０）
前記第２電極を形成する工程では、前記有機半導体装置の成膜方法よりも指向性の低い成膜方法を用い、前記第２電極を前記溝に対向する領域において繋げて形成する
上記（９）に記載の半導体装置の製造方法。
（１１）
前記溝を形成する工程では、
前記基板上に第１絶縁膜を成膜し、
前記第１絶縁膜の前記第１電極に対向する領域に開口を形成すると共に、他の選択的な領域をエッチングすることにより前記溝を形成し、
前記第１電極を形成する工程において、前記第１電極と共に前記溝のエッチングストッパ層を形成する
上記（９）または（１０）に記載の半導体装置の製造方法。
（１２）
前記第１電極は、前記基板上に第２絶縁膜を介して形成され、
前記第１電極を加工する際に、前記第２絶縁膜の選択的な領域をエッチングすることにより、前記溝を、前記下部電極と共に一括形成する
上記（９）〜（１１）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（１３）
前記溝に対向する領域において前記第２電極を繋げて形成し、
前記第２電極を、前記溝の前記有機半導体層と反対側の領域において加工することにより、前記保護膜から露出させる
上記（９）〜（１２）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（１４）
前記第２電極の前記保護膜からの露出部分を覆ってコンタクトメタル層を形成する工程を含む
上記（１３）に記載の半導体装置の製造方法。
（１５）
前記有機半導体層として光電変換材料を用いる
上記（９）〜（１４）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（１６）
各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、
前記有機光電変換部は、
基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、
前記第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在形成され、前記溝の段差により分断された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第２電極と、
前記第２電極上に設けられた保護膜とを備え、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方が、前記溝に対向する領域において繋がって形成されている
固体撮像装置。
（１７）
前記第２電極が前記溝に対向する領域において繋がって形成され、各画素に共通して設けられている
上記（１６）に記載の固体撮像装置。
（１８）
前記画素が複数配設された画素部の周辺に、前記画素部を駆動する周辺回路部を備え、
前記溝は、前記画素部と前記周辺回路部との間の領域に設けられている
上記（１６）または（１７）に記載の固体撮像装置。
（１９）
前記画素が複数配設された画素部において、前記溝は、各画素間の領域に設けられている
上記（１６）〜（１８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（２０）
各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、
前記有機光電変換部は、
基板上の選択的な領域に設けられた第１電極と、
前記第１電極に非対向な領域に形成されると共に段差を有する溝と、
前記第１電極上の領域から前記溝まで延在形成され、前記溝の段差により分断された有機光電変換層と、
前記有機光電変換層上に設けられた第２電極と、
前記第２電極上に設けられた保護膜とを備え、
前記第２電極および前記保護膜の一方または両方が、前記溝に対向する領域において繋がって形成されている
固体撮像装置を有する電子機器。
【符号の説明】
【０１０１】
１…固体撮像装置、１０…半導体装置、１１…半導体基板、１２，１２Ａ，１２Ｂ…層間絶縁膜、１３ａ…下部電極、１３ｂ…配線層、１３ｃ…ストッパ、１４…絶縁膜、１５…有機光電変換層、１６…上部電極、１７…封止膜、１８…コンタクトメタル層、２０，２０Ａ，２０Ｂ…溝、１１Ｇ…有機光電変換部、１１Ｂ，１１Ｒ…無機光電変換部、２１…平坦化膜、２２…オンチップレンズ、１１０…シリコン層、１１０Ｇ…緑用蓄電層、１２０ａ１〜１２０ａ３，１２０ｂ１〜１２０ｂ３…導電性プラグ、５１…多層配線層、５３…支持基板。
【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】
2013135123.tif 000009
【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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