JP2525780B2 - 積層型固体撮像装置 - Google Patents
積層型固体撮像装置Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像素子チップに光電変換部として光
導電体膜を積層して構成される積層型固体撮像装置に関
する。
導電体膜を積層して構成される積層型固体撮像装置に関
する。
（従来の技術） 固体撮像素子チップに光導電体膜を積層した２階建て
構造の固体撮像装置は、感光部の開口面積を広くするこ
とができるため、高感度且つ低スミアという優れた特性
を有する。このためこの固体撮像装置は、各種監視用TV
や高品位TVなどのカメラとして有望視されている。この
種の固体撮像装置用の光導電体膜としては、現在のとこ
ろアモルファス材料膜が用いられている。例えば、アモ
ルファスシリコン（ａ−Si）膜が代表的である。
構造の固体撮像装置は、感光部の開口面積を広くするこ
とができるため、高感度且つ低スミアという優れた特性
を有する。このためこの固体撮像装置は、各種監視用TV
や高品位TVなどのカメラとして有望視されている。この
種の固体撮像装置用の光導電体膜としては、現在のとこ
ろアモルファス材料膜が用いられている。例えば、アモ
ルファスシリコン（ａ−Si）膜が代表的である。
しかしながら積層型固体撮像素子では、有効感度領域
の増大の伴う容量の増大により、いわゆる容量性残像が
増大する。従来の固体撮像素子では、蓄積ダイオードの
部分のみが有効感度領域であるのに対し、積層型固体撮
像素子では蓄積ダイオードに接続される画素電極を撮像
素子チップ上に配設し、この上に光導電体膜を形成する
ために、画素電極部分が有効感度領域となる。そして画
素電極上の光導電膜が大きい容量として入ることになる
ため、この容量に起因する残像が増加が大きいのであ
る。積層型でない固体撮像素子の場合には、蓄積ダイオ
ードを完全空乏化することによって、容量性残像をでき
るだけ低減することが行われている。しかし積層型固体
撮像素子の場合には、蓄積ダイオードは金属電極を介し
て光導電体膜に電気的に接続されるから、良好なオーミ
ック接触をとるためには蓄積ダイオードのカソード領域
を十分高不純物濃度のn+型層としなければならない。こ
の結果蓄積ダイオード部を完全に空乏化することができ
ず、従って容量性残像を低減することが難しい。
の増大の伴う容量の増大により、いわゆる容量性残像が
増大する。従来の固体撮像素子では、蓄積ダイオードの
部分のみが有効感度領域であるのに対し、積層型固体撮
像素子では蓄積ダイオードに接続される画素電極を撮像
素子チップ上に配設し、この上に光導電体膜を形成する
ために、画素電極部分が有効感度領域となる。そして画
素電極上の光導電膜が大きい容量として入ることになる
ため、この容量に起因する残像が増加が大きいのであ
る。積層型でない固体撮像素子の場合には、蓄積ダイオ
ードを完全空乏化することによって、容量性残像をでき
るだけ低減することが行われている。しかし積層型固体
撮像素子の場合には、蓄積ダイオードは金属電極を介し
て光導電体膜に電気的に接続されるから、良好なオーミ
ック接触をとるためには蓄積ダイオードのカソード領域
を十分高不純物濃度のn+型層としなければならない。こ
の結果蓄積ダイオード部を完全に空乏化することができ
ず、従って容量性残像を低減することが難しい。
（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来の積層型固体撮像装置では、容量性
残像が大きいという問題があった。
残像が大きいという問題があった。
本発明は上記の点に鑑み、容量性残像の低減を図った
積層型固体撮像装置を提供することを目的とする。
積層型固体撮像装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明にかかる積層型固体撮像装置は、光導電体膜を
アンドープのａ−Si膜で構成し、画素電極およびこれと
蓄積ダイオードの第１導電型不純物層の間の接続導体を
第１導電型のａ−Si膜で構成したことを特徴とする。よ
り望ましくは、接続導体の側面から蓄積ダイオードの第
１導電型不純物層表面を伝い第２導電型チャネルストッ
パ層に達する第２導電型層を設けたことを特徴とする。
さらに望ましくは、接続導体はVLS法による単結晶半導
体ウィスカーであることを特徴とする。
アンドープのａ−Si膜で構成し、画素電極およびこれと
蓄積ダイオードの第１導電型不純物層の間の接続導体を
第１導電型のａ−Si膜で構成したことを特徴とする。よ
り望ましくは、接続導体の側面から蓄積ダイオードの第
１導電型不純物層表面を伝い第２導電型チャネルストッ
パ層に達する第２導電型層を設けたことを特徴とする。
さらに望ましくは、接続導体はVLS法による単結晶半導
体ウィスカーであることを特徴とする。
（作用） この様な構成とすれば、蓄積ダイオードと光導電体膜
の間を半導体により電気的に接続するために、金属導体
を用いる従来例におけるように接触電位差を考慮する必
要がなく、蓄積ダイオードの第１導電型不純物層の不純
物濃度を低い値に設定することができる。この結果、光
導電体膜から画素電極，接続導体および蓄積ダイオード
の第１導電型不純物層に達する部分を完全空乏化するこ
とが容易にできる。またこれら接続導体から蓄積ダイオ
ードの第１導電型不純物層表面を伝って第２導電型チャ
ネルストッパ層に達するまで第２導電型不純物層を設け
ることにより、蓄積ダイオードの表面電位にチャネルス
トッパ層の電位に規定することができる。以上により、
蓄積ダイオードの容量は従来に比べて小さいものとな
り、従って容量性残像を効果的に低減することができ
る。
の間を半導体により電気的に接続するために、金属導体
を用いる従来例におけるように接触電位差を考慮する必
要がなく、蓄積ダイオードの第１導電型不純物層の不純
物濃度を低い値に設定することができる。この結果、光
導電体膜から画素電極，接続導体および蓄積ダイオード
の第１導電型不純物層に達する部分を完全空乏化するこ
とが容易にできる。またこれら接続導体から蓄積ダイオ
ードの第１導電型不純物層表面を伝って第２導電型チャ
ネルストッパ層に達するまで第２導電型不純物層を設け
ることにより、蓄積ダイオードの表面電位にチャネルス
トッパ層の電位に規定することができる。以上により、
蓄積ダイオードの容量は従来に比べて小さいものとな
り、従って容量性残像を効果的に低減することができ
る。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
る。
図は一実施例による積層型固体撮像装置の断面構造で
ある。この実施例ではｐ型Si基板１にインターライン転
送型CCD撮像素子が形成されている。即ち基板１に、信
号電荷を蓄積する蓄積ダイオードを構成するｎ型カソー
ド層３がマトリクス状に形成され、蓄積ダイオードの列
に隣接してｎ型の埋め込みチャネルCCDからなる垂直CCD
2が形成されている。ここでｎ型カソード層３は従来の
それに比べて十分低不純物濃度とする。５はp+型チャネ
ルストッパであり、これにより分離されて同様の構成の
蓄積ダイオード列と垂直CCDの組が繰返し配列形成され
る。41,42は垂直CCD2の転送ゲート電極であり、その一
部即ち電極41は蓄積ダイオードからCCDチャネルへの電
荷転送ゲート電極を兼ねている。転送ゲート電極41,42
が形成された基板上はCVD酸化膜からなる層間絶縁膜12
で覆われて平坦化されており、その上に画素電極として
のｎ型ａ−Si電極８が形成されている。このｎ型ａ−Si
電極８と蓄積ダイオードのｎ型カソード層３の間はｎ型
単結晶Siウィスカー６により接続されている。これらｎ
型ａ−Si電極８およびｎ型単結晶Siウィスカー６の不純
物濃度もｎ型カソード層３と同様低濃度とする。ｎ型単
結晶Siウィスカー６の側面からｎ型カソード層表面を伝
ってp+型チャネルストッパ層５に達する部分にはｐ型層
７が形成されている。
ある。この実施例ではｐ型Si基板１にインターライン転
送型CCD撮像素子が形成されている。即ち基板１に、信
号電荷を蓄積する蓄積ダイオードを構成するｎ型カソー
ド層３がマトリクス状に形成され、蓄積ダイオードの列
に隣接してｎ型の埋め込みチャネルCCDからなる垂直CCD
2が形成されている。ここでｎ型カソード層３は従来の
それに比べて十分低不純物濃度とする。５はp+型チャネ
ルストッパであり、これにより分離されて同様の構成の
蓄積ダイオード列と垂直CCDの組が繰返し配列形成され
る。41,42は垂直CCD2の転送ゲート電極であり、その一
部即ち電極41は蓄積ダイオードからCCDチャネルへの電
荷転送ゲート電極を兼ねている。転送ゲート電極41,42
が形成された基板上はCVD酸化膜からなる層間絶縁膜12
で覆われて平坦化されており、その上に画素電極として
のｎ型ａ−Si電極８が形成されている。このｎ型ａ−Si
電極８と蓄積ダイオードのｎ型カソード層３の間はｎ型
単結晶Siウィスカー６により接続されている。これらｎ
型ａ−Si電極８およびｎ型単結晶Siウィスカー６の不純
物濃度もｎ型カソード層３と同様低濃度とする。ｎ型単
結晶Siウィスカー６の側面からｎ型カソード層表面を伝
ってp+型チャネルストッパ層５に達する部分にはｐ型層
７が形成されている。
このように表面を平坦化して最上部に各画素電極が形
成されたCCD撮像素子上に、光電変換部としてアンドー
プａ−Si膜９が形成され、この上に障壁層であるｐ型ａ
−SiC膜10を介してITO膜11が形成されている。
成されたCCD撮像素子上に、光電変換部としてアンドー
プａ−Si膜９が形成され、この上に障壁層であるｐ型ａ
−SiC膜10を介してITO膜11が形成されている。
次にこの様な構造を得るための製造工程について説明
する。先ず、画素電極であるｎ型ａ−Si電極８と蓄積ダ
イオードのｎ型のカソード層３の間を接続する接続導体
としてのｎ型単結晶Siウィスカー６の形成法を具体的に
説明する。蓄積ダイオードアレイおよびCCDが形成され
たCCD撮像素子の各蓄積ダイオード部に、p+型チャネル
ストッパ層にまたがるコンタクト孔を開け、その基板表
面に先ずAu膜をスパッタ法あるいは化学メッキ法により
被着する。このAu膜のうち、蓄積ダイオード上の部分を
残して他は除去する。そしてこのCCD撮像素子基板を850
℃に保持した反応炉に入れ、この反応炉にPCl4とSiClx
および水素の混合ガスを導入する。これにより、SiCl4
は金とSiの接合面で反応を起こしてSiを析出させ、この
接合面でSi単結晶がウィスカー状に成長する。この結晶
成長法は、気相−液相−固相成長法（VLS法）と呼ばれ
る。金はSiウィスカー上下端部のSiとの接合面のみ偏析
しており内部には拡散しない。SiCl4と同時に導入して
いるPCl4により、Siウィスカー内部にリンが添加されて
Siウィスカーはｎ型となる。
する。先ず、画素電極であるｎ型ａ−Si電極８と蓄積ダ
イオードのｎ型のカソード層３の間を接続する接続導体
としてのｎ型単結晶Siウィスカー６の形成法を具体的に
説明する。蓄積ダイオードアレイおよびCCDが形成され
たCCD撮像素子の各蓄積ダイオード部に、p+型チャネル
ストッパ層にまたがるコンタクト孔を開け、その基板表
面に先ずAu膜をスパッタ法あるいは化学メッキ法により
被着する。このAu膜のうち、蓄積ダイオード上の部分を
残して他は除去する。そしてこのCCD撮像素子基板を850
℃に保持した反応炉に入れ、この反応炉にPCl4とSiClx
および水素の混合ガスを導入する。これにより、SiCl4
は金とSiの接合面で反応を起こしてSiを析出させ、この
接合面でSi単結晶がウィスカー状に成長する。この結晶
成長法は、気相−液相−固相成長法（VLS法）と呼ばれ
る。金はSiウィスカー上下端部のSiとの接合面のみ偏析
しており内部には拡散しない。SiCl4と同時に導入して
いるPCl4により、Siウィスカー内部にリンが添加されて
Siウィスカーはｎ型となる。
こうしてSiウィスカー６を形成した後、その表面のAu
膜をエッチング除去し、ボロン蒸気中例えば1000℃の拡
散炉に入れてウィスカーの表面および蓄積ダイオードの
表面にチャネルストッパ層５につながるｐ型層７を形成
する。このｐ型層６は、ウィスカーおよび蓄積ダイオー
ドのごく表面のみでよく、全体をｐ型化してはならな
い。
膜をエッチング除去し、ボロン蒸気中例えば1000℃の拡
散炉に入れてウィスカーの表面および蓄積ダイオードの
表面にチャネルストッパ層５につながるｐ型層７を形成
する。このｐ型層６は、ウィスカーおよび蓄積ダイオー
ドのごく表面のみでよく、全体をｐ型化してはならな
い。
この後層間絶縁膜12を埋め込む。具体的にはCVD酸化
膜を堆積し、その表面を例えばレドジストにより平坦化
した後、レジストと酸化膜に対してエッチング速度の等
しい条件でドライエッチングを行なって、表面が平坦に
なるように酸化膜を埋め込む。
膜を堆積し、その表面を例えばレドジストにより平坦化
した後、レジストと酸化膜に対してエッチング速度の等
しい条件でドライエッチングを行なって、表面が平坦に
なるように酸化膜を埋め込む。
そしてSi単結晶ウィスカー６が露出した層間絶縁膜12
上にｎ型ａ−Si電極８を形成する。このａ−Si電極８の
形成には、イオンダメージの少ない光CVD法を用いるこ
とが好ましい。このａ−Si電極８が形成された後、アン
ドープのａ−Si膜９およびｐ型ａ−SiC膜10を順次例え
ばグロー放電分解法により形成し、その上にスパッタ法
によりITO膜11を形成して完成する。
上にｎ型ａ−Si電極８を形成する。このａ−Si電極８の
形成には、イオンダメージの少ない光CVD法を用いるこ
とが好ましい。このａ−Si電極８が形成された後、アン
ドープのａ−Si膜９およびｐ型ａ−SiC膜10を順次例え
ばグロー放電分解法により形成し、その上にスパッタ法
によりITO膜11を形成して完成する。
この実施例によれば、CCD撮像素子の蓄積ダイオード
と光導電体膜間を電気的に接続する手段として金属を用
いていない。従って、良好なオーミック接触を得るため
に蓄積ダイオードのカソード層を高濃度のn+型層にする
必要がなく、実際カソード層３を低濃度のｎ型層として
いる。またこのカソード層およびSiウィスカー６の表面
にチャネルストッパ層５につながるｐ型層７を設けるこ
とにより、この部分をチャネルストッパ層５と同時に基
板電位に固定することができる。そしてこの撮像素子の
ITO膜11に所定の負電位を与えた撮像状態で、蓄積ダイ
オードのｎ型カソード層３、単結晶Siウィスカー６およ
びａ−Si電極８の部分を含めてａ−Si膜９を完全空乏化
することができる。この結果、各蓄積ダイオードに附随
する容量成分が小さいものとなり、積層型CCD撮像素子
の容量性残像を低減することができる。
と光導電体膜間を電気的に接続する手段として金属を用
いていない。従って、良好なオーミック接触を得るため
に蓄積ダイオードのカソード層を高濃度のn+型層にする
必要がなく、実際カソード層３を低濃度のｎ型層として
いる。またこのカソード層およびSiウィスカー６の表面
にチャネルストッパ層５につながるｐ型層７を設けるこ
とにより、この部分をチャネルストッパ層５と同時に基
板電位に固定することができる。そしてこの撮像素子の
ITO膜11に所定の負電位を与えた撮像状態で、蓄積ダイ
オードのｎ型カソード層３、単結晶Siウィスカー６およ
びａ−Si電極８の部分を含めてａ−Si膜９を完全空乏化
することができる。この結果、各蓄積ダイオードに附随
する容量成分が小さいものとなり、積層型CCD撮像素子
の容量性残像を低減することができる。
なお実施例では、CCD撮像素子を用いたが、MOS型やBB
D型撮像素子チップを用いてこれにａ−Si光導電体層を
積層形成する場合にも、本発明を同様に適用することが
できる。また実施例ではVLS法によりSiウィスカーが形
成するための金属としてAuを用いたが、PtやPdなど、析
出温度でSiと液滴合金を作り、偏析係数が１より十分小
さい他の金属を用いることができる。更に画素電運極と
して多結晶シリコン電極を用いてもよいし、更にこれを
レーザアニールにより単結晶化して用いてもよい。
D型撮像素子チップを用いてこれにａ−Si光導電体層を
積層形成する場合にも、本発明を同様に適用することが
できる。また実施例ではVLS法によりSiウィスカーが形
成するための金属としてAuを用いたが、PtやPdなど、析
出温度でSiと液滴合金を作り、偏析係数が１より十分小
さい他の金属を用いることができる。更に画素電運極と
して多結晶シリコン電極を用いてもよいし、更にこれを
レーザアニールにより単結晶化して用いてもよい。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、画素電極およびこ
れを蓄積ダイオードに接続する接続導体部に半導体を用
いることにより、蓄積ダイオードのカソード層を低不純
物濃度として容量性残像の低減を図った積層型固体撮像
装置を得ることができる。
れを蓄積ダイオードに接続する接続導体部に半導体を用
いることにより、蓄積ダイオードのカソード層を低不純
物濃度として容量性残像の低減を図った積層型固体撮像
装置を得ることができる。
図は本発明の一実施例の積層型CCD撮像装置を示す断面
図である。 １……ｐ型Si基板、２……垂直CCD、３……ｎ型カソー
ド層（蓄積ダイオード）、41,42……転送ゲート電極、
５……p+型チャネルストッパ層、６……ｎ型単結晶Siウ
ィスカー（接続導体）、７……ｐ型層、８……ｎ型ａ−
Si電極（画素電極）、９……アンドープａ−Si膜、10…
…ｐ型ａ−SiC膜、11……ITO膜、12……層間絶縁膜。
図である。 １……ｐ型Si基板、２……垂直CCD、３……ｎ型カソー
ド層（蓄積ダイオード）、41,42……転送ゲート電極、
５……p+型チャネルストッパ層、６……ｎ型単結晶Siウ
ィスカー（接続導体）、７……ｐ型層、８……ｎ型ａ−
Si電極（画素電極）、９……アンドープａ−Si膜、10…
…ｐ型ａ−SiC膜、11……ITO膜、12……層間絶縁膜。
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板に信号電荷蓄積ダイオードと信
号電荷読出し部が形成され、最上部に前記信号電荷蓄積
ダイオードの第１導電型不純物層に接続された画素電極
が形成された固体撮像素子チップ上に、光電変換部とし
て光導電体膜が積層された固体撮像装置において、 前記光導電体膜はアンドープのａ−Si膜であり、前記画
素電極と前記蓄積ダイオードの第１導電型不純物層との
間の接続導体は第１導電型の単結晶半導体層であること
を特徴とする積層型固体撮像装置。 - 【請求項２】前記接続導体の側面から前記蓄積ダイオー
ドの第１導電型不純物層表面を伝い第２導電型チャネル
ストッパ層に達する第２導電型層を設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の積層型固体撮像装置。 - 【請求項３】前記接続導体はVIS法による単結晶半導体
ウィスカーである特許請求の範囲第１項記載の積層型固
体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61210986A JP2525780B2 (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 積層型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61210986A JP2525780B2 (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 積層型固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6366965A JPS6366965A (ja) | 1988-03-25 |
| JP2525780B2 true JP2525780B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=16598420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61210986A Expired - Fee Related JP2525780B2 (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 積層型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2525780B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2665644B2 (ja) * | 1992-08-11 | 1997-10-22 | 三菱電機株式会社 | 半導体記憶装置 |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57149721A (en) * | 1981-03-12 | 1982-09-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method of vapor epitaxial growth |
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-
1986
- 1986-09-08 JP JP61210986A patent/JP2525780B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6366965A (ja) | 1988-03-25 |
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