JP2856774B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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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、電荷蓄積部と電荷転送部を有する半導体板
上に光電変換部として光導電体膜を積層した積層型の固
体撮像装置に係わり、特に光導電体膜の上に積層される
遮光層の構造の改良を図った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云う優れた特性
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等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、Se
−As−Te膜(サチコン膜),ZnSe−ZnCdTe(ニュービコ
ン膜),a−Si:H膜(水素化非晶質シリコン膜)等であ
る。これらの材料の中で特に、特性や加工生の良さ、低
温形成の可能性等から、a−Si:Hが最も有望である。
この光導電体膜を積層した固体撮像装置においては、
光の入らない状態での信号レベルを検出するために、固
体撮像装置の一部の画素上に遮光層を設けて、入射光を
しゃ断して、その画素で暗時での信号レベルを検出す
る。これらの遮光部における画素の部分はオプティカル
・ブラックと呼ばれている。第3図に従来構造の積層型
固体撮像装置のオプティカル・ブラックを含む部分の断
面図が示されている。
第3図において、1は電荷蓄積部及び電荷転送部を有
するCCD撮像素子チップである。その上に光導電体膜2
が積層してある。光導電体膜2は正孔注入層21、主とし
て光電変換が行なわれる感光層22、及び電子の注入阻止
層23の3層構造からなっている。
光導電体膜に電圧を印加するため、この上に透明電極
24が形成されている。またオプティカル・ブラック部に
関しては、透明電極上に遮光層26が形成されている。
第4図(a)〜第4図(c)にはオプティカル・ブラ
ック部形成の工程が簡単に示されている。
この第4図では感光層22の上部のみを記し、第3図と
対応する部分は同一記号を付した。第4図(a)では遮
光層26を形成するために光反射膜27が透明電極24上全面
に被着されている。この上に、フォトレジストを塗布
し、リソグラフィーにより、オプティカル・ブラック部
をおおう様にフォトレジスト28が形成される。その後第
4図(b)に示す様に、反応性イオンエッチング等の方
法でエッチングして、オプティカル・ブラック以外の部
分の光反射膜27を除去し、第4図(c)図に示す様に、
遮光層26が形成される。
(発明が解決しようとする課題) この第4図から明らかなように、オプティカル・ブラ
ック部形成時には光反射膜27をエッチングする時に透明
電極24の一部もエッチングされてしまい、透明電極24の
膜厚は光反射膜27のエッチング後、若干薄くなる。透明
電極24は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等からな
り、光の透過率を大きく保つために、300Åほどの小さ
な膜厚でなければならない。透明電極24の光の透過率に
関しては下の電子の注入阻止層23との多重反射によっ
て、透明電極24の分光透過率が決まる。透明電極24の膜
厚はこの分光透過率を最適にするべく決定される。従っ
て光反射膜27をエッチング時に非常に薄い透明電極24の
膜厚が変化すると分光透過率が変動する。この変動は固
体撮像装置でいえば、分光感度の変動となる。よって光
反射膜27のエッチング時の透明電極24の膜厚の変動によ
って、固体撮像装置の分光感度が変動し、各固体撮像装
置の分光感度の再現性がなくなる。また、反応性エッチ
ングの様にイオンを用いたエッチングでは300Åほどの
薄い透明電極では、透明電極24を通してイオンダメージ
の影響が電子の注入阻止層23や感光層22にあらわれ、透
明電極24と画素電極19間のリーク電流が増したり、残像
が増加したり、青色光の感度が減少したりする。また、
300Åほどの薄い透明電極24では、透明電極被着前の電
子の注入阻止層23上のゴミ等の影響により、透明電極24
は局所的に薄いあるいは膜のない部分、即ちピンホール
が存在する。ピンホールがあると、光反射膜27のエッチ
ング時に電子の注入阻止層23や感光層22がエッチングさ
れて、透明電極24と画素電極19間のリーク電流が増す。
これは固体撮像装置の再生画像上で画像欠陥となって、
固体撮像装置の歩留りを低下させる。
このように従来の光導電体膜を光電変換部として積層
した積層型固体撮像装置では、光導体膜上のオプティカ
ル・ブラックを形成する時の光反射層のエッチング時に
透明電極や光導電体膜がエッチングされるため、分光感
度の再現性がなくなったり、画像欠陥が生じる等の問題
があった。
本発明は上記問題点を考慮してなされたものであり、
その目的とする所は、オプティカル・ブラックのための
光反射層のエッチング時の透明電極や光導電体膜への影
響を防ぎ分光感度およびその再現性がすぐれ、画像欠陥
のない固体撮像装置を提供する事にある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の特徴は、光導電体膜積層型の固体撮像装置に
おいて、光導電体膜上の光反射膜のエッチングによる透
明電極及び光導電体膜への影響を防ぐために、透明電極
と遮光層の間に保護層を配設した事にある。
即ち、本発明は半導体基板に信号電荷蓄積部と信号電
荷転送部が配列され、最上部に信号電荷蓄積部に電気的
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
と、このチップ上に光電変換部として積層された光導電
体膜と、光導電体膜に電圧を印加するための透明電極
と、オプティカル・ブラックのための遮光層とを具備し
た積層型固体撮像装置において、透明電極と遮光層との
間に透明電極、光導電体膜を保護する保護層を挿入した
ことを特徴とする。
(作用) 本発明によれば、透明電極と遮光層との間に透明電極
及び光導電体膜を保護する保護層を配設しているため、
遮光層のエッチング時における透明電極及び光導電体膜
へのダメージがこの保護層により防止することができ
る。
(実施例) 以下本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例に係わる積層型CCD撮像装
置の概略構成を示す断面図である。p+型Si基板11上にp
ウェル12が形成されたウェーハを用いて、インターライ
ン転送型CCD撮像素子チップ1が構成されている。即
ち、信号電荷を蓄積する蓄積ダイオード13がマトリック
ス状に形成され、蓄積ダイオード13の列に隣接してn+
の埋込みチャネルCCDからなる垂直CCD14が形成されてい
る。15はチャネル・ストッパとしてのp+型層であり、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。
161,162は垂直CCD14の転送ゲート電極であり、その一
部は蓄積ダイオード13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161,162が形成
された基板上は層間絶縁膜181,182に覆われ、且つ蓄積
ダイオード13に接続される多結晶シリコン電極17が形成
されて、平坦化されている。第1の層間絶縁膜181は例
えばCVDによるSiO2膜であり、第2の層間絶縁膜182はプ
ラズマCVDによるBPSG膜である。この構造は、多結晶シ
リコン膜電極17を各蓄積ダイオード13上に立てた後、BP
SG膜を被着してこれを溶融し、反応性イオンエッチング
法でBPSG膜をエッチングして多結晶シリコン電極17の表
面を露出させることで得られる。
このように表面が平坦化されたCCD撮像素子チップ1
上に、各多結晶シリコン電極17に接続される画素電極19
が形成されている。
画素電極19が形成されたチップ基板上には、光導電体
膜2が積層形成される。
光導電体膜2は、正孔注入阻止層21としてのi型のa
−SiC:H膜(水素化アモルファスシリコン・カーバイ
ド)膜、主として光電変換が行われる感光層22としての
高抵抗のa−Si:H膜及び電子注入阻止層23となるp型の
a−SiC:H膜の3層構造からなる。これらの膜は、SiH4
ガスを主成分とするガスのグロー放電分解法により形成
される。i型のa−SiC:H膜は、暗導電率σ〜10-14/
Ωcmで厚さ100Å程度とする。高抵抗a−Si:H膜は、暗
導電率σ〜10-12/Ωcmで光電変換に必要十分な厚さとす
る。p型a−SiC:H膜は約200Å程度とする。このように
形成された光導電体膜2上に透明電極24として、例えば
ITO電極が形成されている。
この透明電極24上に透明電極24と光導電体膜2の保護
のために保護層25としてa−SiN:H(水素化アモルファ
スシリコン・ナイトライド)膜が形成される。この上に
オプティカル・ブラックの上を覆うように、遮光層26が
形成される。
このように透明電極24と遮光層26の間に保護層25を挿
入する利点について第2図を用いて説明する。
第2図は遮光層の形成の工程を示しており感光層22の
上部のみを記している。第1図と対応する部分には同一
記号を付して詳細な説明は省略する。第2図(a)は透
明電極24上に保護層25と遮光層26のための光反射膜27が
被着された上にフォトレジストを塗布し、リソグラフィ
ーにより、オプティカル・ブラック上を覆う様にフォト
レジスト28が形成される。光反射膜27はたとえばMo,Cr,
Ti,Ta,Al,W等の金属薄膜あるいはこれらの金属のシリサ
イド薄膜である。光反射膜27は十分に遮光するため5000
Åほどの厚みが必要である。この光反射膜27の一部は第
2図(b)に示した様に反応性イオンエッチング等によ
り除去され遮光層26が形成される。この場合保護層25の
一部もエッチングされ除去されるが、保護層25の厚みを
光反射膜27と同程度としておけば保護層25のエッチング
速度が光反射膜27よりも小さければ、保護層25は光反射
膜27のエッチング時に消失する事がないため、光反射膜
27のエッチング時により透明電極24と光導電体膜2は露
出される事なく、保護層25によって保護される。従って
従来構造の積層型固体撮像装置において生じた、光反射
膜27のエッチング時における透明電極24のエッチングに
よる分光感度の再現性の無さや光導電体膜のエッチング
による画像欠陥の発生はない。保護層25の材料としては
透明でかつ、光反射膜27のエッチング速度よりも小さい
エッチング速度を有するものであれば良い。当然、この
エッチング速度は小さけれ小さいほど良い。保護層25の
材料としてはa−SiN:Hの他にたとえばa−SiON:H(水
素化アモルファスオキンナイトライド)、a−SiC:H
(アモルファスシリコンカーバイト)、有機レジストで
も良い。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。実施例ではCCD撮像素子を用いたが、MOS型やBBD
型撮像素子チップを用いてこれにa−Si:H光導電体膜を
積層する場合にも、本発明を同様に適用することができ
る。さらに、a−Si:H光導電体膜の製法も、実施例のも
のに限らず、例えば光励起膜形成法により形成してもよ
い。また、光導電体膜はa−Si:H膜が主体であればよ
く、a−SiC:H,a−SiGe:H,a−SiN:H,a−SiSn:H、更にこ
れらのFを含有するものを用いた場合にも本発明は有効
である。また、光電体膜は、Siを主体としたものでなく
ともよく、例えば、Se−As−Te膜(サチコン膜),ZnSe
−ZnCdTe(ニュービコン膜)等でもよい。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、透明電極とオプ
ティカル・ブラックを形成する遮光層の間に保護層を設
ける事により、遮光層のエッチングの透明電極や光導電
体膜への影響を防ぐ事ができ、再現性の良い分光感度を
実現でき、画像欠陥のない、固体撮像装置を提供する事
が出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる積層型CCD撮像装置
の概略構造を示す断面図である。 第2図は本発明実施例において、遮光層を形成する場合
の工程を示す断面図である。 第3図は従来の積層型CCD撮像装置の概略構造を示す断
面図である。 第4図は第3図に示した従来装置において、遮光層を形
成する場合の工程を示す断面図である。 1……CCD撮像素子チップ 2……光導電体膜 11……p+型Si基板、12……pウェル 13……蓄積ダイオード、14……垂直CCD 15……p+型層 161,162……転送ゲート電極 17……n+型多結晶シリコン電極 181,182……層間絶縁膜 19……画素電極、21……正孔の注入阻止層 22……感光層、23……電子の注入阻止層 24……透明電極、25……保護層 26……遮光層、27……光反射膜 28……フォトレジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/14 H01L 27/146

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板に信号電荷蓄積部と信号電荷転
    送部が配列され、最上部に信号電荷蓄積部に電気的に接
    続された画素電極が形成された固体撮像素子チップと、
    このチップ上に光電変換部として積層された光導電体膜
    と、光導電体膜に電圧を印加するための透明電極と、オ
    プティカル・ブラックのための遮光層とを具備した積層
    型固体撮像装置において、透明電極と遮光層との間に透
    明電極および光導電体膜を保護するための、a−SiN:H
    あるいはa−SiN:O:Hあるいは有機レジストからなる保
    護層を配設したことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】前記光導電体膜が水素化アモルファスシリ
    コンを主体とした非晶質半導体であることを特徴とする
    請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】前記遮光層が金属あるいは金属シリサイド
    膜からなることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装
    置。
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