JP3020563B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP3020563B2
JP3020563B2 JP2203546A JP20354690A JP3020563B2 JP 3020563 B2 JP3020563 B2 JP 3020563B2 JP 2203546 A JP2203546 A JP 2203546A JP 20354690 A JP20354690 A JP 20354690A JP 3020563 B2 JP3020563 B2 JP 3020563B2
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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上に光導電膜を積層し
て構成される積層型の固体撮像装置に係わり、特に光導
電膜の改良をはかった固体撮像装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a stacked solid-state imaging device configured by laminating a photoconductive film on a solid-state imaging device chip, and in particular, relates to an optical The present invention relates to a solid-state imaging device in which a conductive film is improved.

(従来の技術) 固体撮像素子チップ上に光導電膜を積層した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テ
レビジョンやHDTV(High Definition Television)等の
カメラへの応用が期待されている。この種の固体撮像装
置用の光導電膜としては、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,ZnSe−Z
nCdTe膜,a−Si:H膜(水素化アモルファスシリコン膜)
等である。これらの材料の中でも、特性や加工性の良
さ,低温形成等の理由で、特にa−Si:H膜が本命になっ
ている。
(Prior Art) A solid-state imaging device having a two-story structure in which a photoconductive film is stacked on a solid-state imaging device chip can increase an opening area of a photosensitive portion, and thus has excellent characteristics of high sensitivity and low smear. Have. For this reason, this solid-state imaging device is expected to be applied to cameras such as various monitoring televisions and HDTV (High Definition Television). At present, an amorphous material film is used as a photoconductive film for this type of solid-state imaging device. For example, Se-As-Te film, ZnSe-Z
nCdTe film, a-Si: H film (hydrogenated amorphous silicon film)
And so on. Among these materials, an a-Si: H film is particularly preferred for reasons of good properties, good workability, low-temperature formation, and the like.

第1図はこの種の積層型固体撮像装置の概略構造を示
す断面図である。図中10はp型Si基板、11はp+素子分離
層、12nは垂直CCDチャネル、13はn++蓄積ダイオー
ド、15a,15bは転送ゲート電極、16は第1絶縁層、17は
画素電極配線、18は第2絶縁層、20は画素電極、21は光
導電膜、22は透明電極を示している。光導電膜21は、正
孔注入阻止層21a,光電変換層21b及び電子注入阻止層21c
により構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the schematic structure of this type of stacked solid-state imaging device. In the figure, 10 is a p-type Si substrate, 11 is a p + element isolation layer, 12n is a + vertical CCD channel, 13 is an n ++ storage diode, 15a and 15b are transfer gate electrodes, 16 is a first insulating layer, and 17 is a pixel. Electrode wiring, 18 denotes a second insulating layer, 20 denotes a pixel electrode, 21 denotes a photoconductive film, and 22 denotes a transparent electrode. The photoconductive film 21 includes a hole injection blocking layer 21a, a photoelectric conversion layer 21b, and an electron injection blocking layer 21c.
It consists of.

第2図は撮像時の光導電膜21のエネルギーバンド図で
ある。透明電極22側からの入射光は光電変換層21bで吸
収され、電子−正孔対を生成する。生成した電子と正孔
は画素側と透明電極側にドリフトする。このうち、電子
は信号電荷として画素電極20,画素電極配線17を介して
蓄積ダイオード13に注入・蓄積され、その後に垂直CCD1
2,水平CCDを介して読み出される。
FIG. 2 is an energy band diagram of the photoconductive film 21 at the time of imaging. The incident light from the transparent electrode 22 side is absorbed by the photoelectric conversion layer 21b to generate electron-hole pairs. The generated electrons and holes drift to the pixel side and the transparent electrode side. Of these, electrons are injected and stored as signal charges into the storage diode 13 via the pixel electrode 20 and the pixel electrode wiring 17, and thereafter, the vertical CCD 1
2, read via horizontal CCD.

ここで、正孔注入阻止層21aと光電変換層21bは、隣接
する画素電極20を電気的に分離するために高抵抗である
必要があり、通常いずれもi型半導体膜を使用する。こ
の場合、画素電極20からの正孔注入を阻止するため、正
孔注入阻止層21aのバンドギャップは、光電変換層21bの
バンドギャップよりも大きい。例えば、光電変換層21b
として水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)膜を用
いた場合には、正孔注入阻止層21aとして水素化アモル
ファスシリコンカーバイド(a−SiC:H)膜、水素化ア
モルファスシリコンナイトライド(a−SiN:H)膜、を
用いることを提案している(特願昭58−137594号)。
Here, the hole injection blocking layer 21a and the photoelectric conversion layer 21b need to have high resistance in order to electrically separate the adjacent pixel electrodes 20, and usually use an i-type semiconductor film. In this case, in order to prevent hole injection from the pixel electrode 20, the band gap of the hole injection blocking layer 21a is larger than the band gap of the photoelectric conversion layer 21b. For example, the photoelectric conversion layer 21b
When a hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) film is used as the material, a hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC: H) film and a hydrogenated amorphous silicon nitride (a- (SiN: H) film has been proposed (Japanese Patent Application No. 58-137594).

しかしながら、正孔注入阻止層21aとして上記のよう
なi型半導体膜を使用した場合には、固体撮像装置の重
要な特性の一つである残像特性が劣化する。この積層型
固体撮像装置の光導電膜において発生する残像は、光電
変換層21bの局在準位における信号電荷の捕獲と熱的放
出により説明され、光電変換層21bの局在準位密度と膜
厚に比例することが知られている(J.G.Simmons et a
l.,Phys.Rev.B 7,3076(1973))。そこで、残像特性を
向上させるには、光電変換層21bの局算準位密度と膜厚
を最適化することが考えられる。
However, when the above-described i-type semiconductor film is used as the hole injection blocking layer 21a, the afterimage characteristic which is one of the important characteristics of the solid-state imaging device is deteriorated. The afterimage generated in the photoconductive film of the stacked solid-state imaging device is explained by the capture and thermal emission of signal charges at the localized level of the photoelectric conversion layer 21b. It is known to be proportional to the thickness (JGSimmons et a
l., Phys. Rev. B 7,3076 (1973)). Therefore, in order to improve the afterimage characteristics, it is conceivable to optimize the local level density and the film thickness of the photoelectric conversion layer 21b.

これに対し、正孔注入阻止層21aは光電変換層21bの僅
か1/100程度の薄膜であるため、正孔注入阻止層21aの局
在準位が上記の残像特性に影響するとは、これまで考え
られていなかった。しかし、正孔注入阻止層21aとして
の上記ワイドギャップ材料の局在準位密度は、光電変換
層21bのa−Si:H膜の局在準位密度と比べて一般に高密
度であり、その数百倍にも及ぶ。今回、我々の実験の結
果、この正孔注入阻止層21aの局在準位においても、光
電変換層21bと同様の機構により残像が発生することが
明らかとなった。
On the other hand, since the hole injection blocking layer 21a is a thin film that is only about 1/100 of the photoelectric conversion layer 21b, it has been considered that the localized level of the hole injection blocking layer 21a affects the afterimage characteristics. Was not considered. However, the localized level density of the wide gap material as the hole injection blocking layer 21a is generally higher than the localized level density of the a-Si: H film of the photoelectric conversion layer 21b. Hundred times. This time, as a result of our experiments, it has been clarified that an afterimage also occurs in the localized level of the hole injection blocking layer 21a by the same mechanism as that of the photoelectric conversion layer 21b.

(発明が解決しようとする課題) このように、従来の積層型固体撮像装置においては、
画素電極からの正孔注入による暗電流・画像欠陥の増加
を抑えるために、正孔注入阻止層としてワイドギャップ
i型半導体膜を使用した場合、固体撮像装置の重要な特
性の一つである残像特性が劣化してしまうという問題が
あった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional stacked solid-state imaging device,
When a wide-gap i-type semiconductor film is used as a hole injection blocking layer in order to suppress an increase in dark current and image defects due to hole injection from a pixel electrode, an afterimage, which is one of the important characteristics of a solid-state imaging device, is used. There is a problem that characteristics are deteriorated.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、光電変換層として用いるi型水素
化アモルファスシリコン(a−Si:H)膜よりワイドギャ
ップのi型水素化アモルファスシリコンカーバイド(a
−SiC:H)膜を正孔注入阻止層として用いることで、画
素電極からの正孔注入による暗電流・画像欠陥の増加を
抑えることができ、且つ残像特性の向上をはかり得る積
層型固体撮像装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an i-type hydrogenated amorphous silicon having a wider gap than an i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) film used as a photoelectric conversion layer. Silicon carbide (a
-SiC: H) film is used as a hole injection blocking layer to reduce the increase in dark current and image defects due to hole injection from the pixel electrode, and to improve the afterimage characteristics. It is to provide a device.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、光導電膜の正孔注入阻止層として使
用するi型水素化アモルファスシリコンカーバイド(a
−SiC:H)膜の膜厚と炭素含有量を最適化することによ
り、価電子帯側では十分な正孔注入阻止層能力を維持
し、画素電極からの正孔注入による暗電流・画像欠陥の
著しい増加を抑えながら、なおかつ残像の原因となる正
孔注入阻止層内の局在準位を十分に低い密度に保ち、残
像値を低い値に抑える光導電膜構造を実現することにあ
る。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is an i-type hydrogenated amorphous silicon carbide (a) used as a hole injection blocking layer of a photoconductive film.
-SiC: H) film thickness and carbon content are optimized to maintain sufficient hole injection blocking layer capability on the valence band side, and dark current and image defects due to hole injection from pixel electrodes It is an object of the present invention to realize a photoconductive film structure in which the localization level in the hole injection blocking layer, which causes an afterimage, is kept at a sufficiently low density while suppressing a remarkable increase in the afterimage, and the afterimage value is kept at a low value.

即ち本発明は、半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオー
ド及び信号電荷読出し部の配列がそれぞれ形成され、最
上部に信号電荷蓄積ダイオードと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、この固体撮
像素子チップ上に積層された電子注入阻止層,光電変換
層及び正孔注入阻止層からなる光導電膜と、この光導電
膜上に形成された透明電極備えた固体撮像装置におい
て、前記光導電膜中の正孔注入阻止層として水素化アモ
ルファスシリコンカーバイド(a−SiC:H)膜を用い、
且つこの水素化アモルファスシリコンカーバイド膜の膜
厚dを100Å〜590Åの範囲に設定し、炭素含有量Cを9
%〜21%の範囲に設定するようにしたものである。
That is, the present invention relates to a solid-state imaging device chip in which an array of signal charge storage diodes and a signal charge readout unit are formed on a semiconductor substrate, and a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage diode is formed at the top. In a solid-state imaging device including a photoconductive film including an electron injection blocking layer, a photoelectric conversion layer, and a hole injection blocking layer stacked on the solid-state imaging device chip, and a transparent electrode formed on the photoconductive film, A hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC: H) film is used as a hole injection blocking layer in the photoconductive film,
Further, the thickness d of the hydrogenated amorphous silicon carbide film is set in the range of 100 ° to 590 °, and the carbon content C is set to 9%.
% To 21%.

また、本発明は、より望ましくは膜厚d(Å)と炭素
含有量C(%)との関係が、C≦189.2×d−0.477を満
足するように設定したものである。
In the present invention, more preferably, the relationship between the film thickness d (Å) and the carbon content C (%) is set so as to satisfy C ≦ 189.2 × d− 0.477 .

(作用) 本発明によれば、正孔注入阻止層であるi型アモルフ
ァスシリコンカーバイド(a−SiC:H)膜における炭素
含有量C及び膜厚dの規定により、後述するように暗電
流を3×10-10Acm-2以下に抑えることができ、さらに3
フィールド残像を1%以下に低減することができる。従
って、画素電極からの正孔注入による暗電流・画像欠陥
の増加を抑えることができ、且つ残像特性の向上をはか
ることが可能となる。
(Action) According to the present invention, the dark current is reduced by 3 as described later by defining the carbon content C and the film thickness d in the i-type amorphous silicon carbide (a-SiC: H) film serving as the hole injection blocking layer. × 10 -10 Acm -2 or less.
Field afterimage can be reduced to 1% or less. Therefore, it is possible to suppress an increase in dark current and image defects due to hole injection from the pixel electrode, and to improve afterimage characteristics.

(実施例) 実施例を説明する前に、本発明で規定した正孔注入阻
止層の膜厚d及び炭素含有量Cについて説明する。
(Examples) Before describing the examples, the thickness d and the carbon content C of the hole injection blocking layer defined in the present invention will be described.

まず、前記第1図に示す構成において、正孔注入阻止
層であるアモルファスシリコンカーバイド(s−SiC:
H)膜の膜厚と暗電流との関係は、第3図に示すように
なる。この図から、膜厚が厚くなると暗電流は小さくな
り、また膜厚が100Åよりも薄くなると暗電流が急激に
増大することが判る。なお、この特性は炭素含有量を9
%としたもので、膜厚100Å以上では暗電流は十分に小
さく、且つ安定したものであった。なお、炭素含有量を
変えても、膜厚が100Å以下では暗電流が急増し、さら
に100Å以上では安定するという特性は変わらなかっ
た。また、膜厚100ÅはCVD法等で形成可能な最適の厚さ
に近いものである。従って本発明では、膜厚dの下限を
100Åに設定した。
First, in the structure shown in FIG. 1, amorphous silicon carbide (s-SiC:
H) The relationship between the film thickness and the dark current is as shown in FIG. From this figure, it can be seen that the dark current decreases as the film thickness increases, and that the dark current sharply increases as the film thickness decreases below 100 °. In addition, this property has a carbon content of 9%.
%, The dark current was sufficiently small and stable when the film thickness was 100 mm or more. Even when the carbon content was changed, the characteristic that the dark current increased sharply when the film thickness was 100 mm or less, and remained stable when the film thickness was 100 mm or more. The thickness of 100 mm is close to the optimum thickness that can be formed by the CVD method or the like. Therefore, in the present invention, the lower limit of the film thickness d is
Set to 100 mm.

暗電流は膜厚dのみならず、炭素含有量Cにも依存す
る。そこで、炭素含有量Cに対する暗電流の変化を測定
した。その結果を第4図に示す。この図から、暗電流と
して一般に許容される3×1010Acm-2以下となる炭素含
有量Cの範囲は、4%以上で37%以下の範囲である。な
お、この特性は膜厚dを200Åとしたときのものである
が、膜厚が100Å以上の範囲では膜厚dを変えても基本
的な特性は変わらず、炭素含有量Cが4%≦C≦37%の
範囲であれば暗電流を十分小さく(3×10-10Acm-2
下)することが可能であった。
The dark current depends not only on the film thickness d but also on the carbon content C. Therefore, the change in the dark current with respect to the carbon content C was measured. The result is shown in FIG. From this figure, the range of the carbon content C that is generally 3 × 10 10 Acm −2 or less, which is generally accepted as dark current, is 4% or more and 37% or less. Note that this characteristic is obtained when the film thickness d is set to 200 °. However, when the film thickness d is in the range of 100 ° or more, the basic characteristics do not change even when the film thickness d is changed, and the carbon content C is 4% ≦ If C is in the range of 37%, the dark current can be made sufficiently small (3 × 10 −10 Acm −2 or less).

3フィールド残像値は、膜厚dが厚いほど大きく、炭
素含有量Cが多いほど大きくなるものである。そこで、
膜厚dが最小(100Å)の時の炭素含有量Cに対する3
フィールド残像値を測定し、さらに炭素含有量Cが最小
(4%)の時の膜厚dに対する3フィールド残像値を測
定した。その結果を、第5図及び第6図に示す。第5図
から、3フィールド残像を1%以下に抑えるには、炭素
含有量Cを21%以下にすればよいことが判る。同様に第
6図から、3フィールド残像を1%以下に抑えるには、
膜厚dを3200Å以下にすればよいことが判る。
The three-field afterimage value increases as the film thickness d increases, and increases as the carbon content C increases. Therefore,
3 for carbon content C when film thickness d is minimum (100 °)
Field afterimage values were measured, and three-field afterimage values were measured for the film thickness d when the carbon content C was the minimum (4%). The results are shown in FIGS. 5 and 6. From FIG. 5, it can be seen that in order to suppress the afterimage of three fields to 1% or less, the carbon content C may be reduced to 21% or less. Similarly, from FIG. 6, in order to suppress the afterimage of three fields to 1% or less,
It can be seen that the film thickness d should be 3200 ° or less.

一方、炭素含有量Cに対する暗電流値の変化は、前記
第4図に示すように炭素含有量10%以下の領域では急峻
なものとなり、この領域では暗電流値に大きなバラツキ
がある。暗電流のバラツキにより一部で暗電流が大きく
なると、いわゆる白キズと称される画像欠陥が発生す
る。この白キズは炭素含有量Cが少なくなるほど発生す
る可能性が大きくなり、炭素含有量Cが多くなると殆ど
発生しない。本発明者らの実験によれば、炭素含有量C
を9%以下にすれば白キズの発生を略完全に防止するこ
とができた。この点を考慮し、炭素含有量9%で膜厚d
に対する3フィールド残像値を測定した結果を第7図に
示す。この図から、白傷を確実に無くし3フィート残像
を1%以下に抑えるには、膜厚dの上限値が590Åであ
ることが判る。
On the other hand, the change in the dark current value with respect to the carbon content C becomes sharp in the region where the carbon content is 10% or less, as shown in FIG. 4, and there is a large variation in the dark current value in this region. When the dark current partially increases due to the variation of the dark current, an image defect called a so-called white defect occurs. The possibility of the occurrence of white flaws increases as the carbon content C decreases, and hardly occurs when the carbon content C increases. According to our experiments, the carbon content C
Was set to 9% or less, the occurrence of white scratches could be almost completely prevented. Considering this point, when the carbon content is 9%, the film thickness d
FIG. 7 shows the results of measuring the after-image values of three fields with respect to. From this figure, it can be seen that the upper limit of the film thickness d is 590 ° in order to surely eliminate white flaws and suppress the afterimage of 3 feet to 1% or less.

なお、残像値の正孔注入阻止層の局在準位密度NSIC
対する依存性は第8図に示す通りであり、NSIC≧5×10
16cm-3の領域で残像値はNSICに比例して増加する。この
図から、正孔注入阻止層においても光電変換層と同様の
機構による残像が発生していることが判る。また、この
局在準位密度と炭素含有量との関係は第9図に示す通り
であり、炭素含有量を制御することで、正孔注入層の局
在準位密度を制御することが可能である。
The dependence of the afterimage value on the localized state density N SIC of the hole injection blocking layer is as shown in FIG. 8, where N SIC ≧ 5 × 10
In the region of 16 cm -3 , the afterimage value increases in proportion to NSIC . From this figure, it can be seen that an afterimage is also generated in the hole injection blocking layer by the same mechanism as the photoelectric conversion layer. The relationship between the localized level density and the carbon content is as shown in FIG. 9. It is possible to control the localized level density of the hole injection layer by controlling the carbon content. It is.

以下の実験結果から、暗電流を十分に小さく(3×10
-10Acm-2以下)、且つ残像を少なく(1%以下)にする
には、正孔注入阻止層であるアモルファスシリコンカー
バイド(a−SiC:H)膜の膜厚d及び炭素濃度Cを、 4%≦C≦21% 100Å≦d≦3200Å にすればよい。さらに、これに加えて白キズも確実に防
止するには、 9%≦C≦21% 100Å≦d≦590Å にすればよい。これらの結果をまとめて図示したのが第
10図である。厳密に言えば、暗電流を小さく(3×10
-10Acm-2以下)、且つ残像を少なく(1%以下)にする
には第10図のハッチングで示す領域とする必要があり、
白傷も防止するには第10図のクロスハッチングで示す領
域とする必要があり、これらは上記の各条件に加えて、 C%≦189.2×(dÅ)−0.477 を満足するようにすればよい。
From the following experimental results, it was found that the dark current was sufficiently small (3 × 10
-10 Acm -2 or less) and to reduce the afterimage (1% or less), the thickness d of the amorphous silicon carbide (a-SiC: H) film serving as the hole injection blocking layer and the carbon concentration C are set as follows: 4% ≦ C ≦ 21% 100 ° ≦ d ≦ 3200 ° Further, in order to surely prevent white flaws, 9% ≦ C ≦ 21% 100 ° ≦ d ≦ 590 °. These results are shown together in the figure.
FIG. Strictly speaking, the dark current should be small (3 × 10
-10 Acm -2 or less) and to reduce the afterimage (1% or less), it is necessary to make the area shown by hatching in FIG.
In order to prevent white flaws, it is necessary to set the areas shown by cross-hatching in FIG. 10. These areas may satisfy the conditions of C% ≦ 189.2 × (dÅ) −0.477 in addition to the above conditions.

以下、本発明の一実施例について具体的に説明する。
第1図は本発明の一実施例に係わる積層型固体撮像装置
の概略構成を示す断面図であり、読出し部にインターラ
イン転送CCDを用いた例である。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be specifically described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a stacked solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, in which an interline transfer CCD is used for a reading section.

これを製造工程に沿って説明すれば、まずp型Si基板
10の表面層にp+層(素子分離領域)11,n+層(垂直CCDチ
ャネル)12及びn++層(蓄積ダイオード)13を形成す
る。さらに、この基板10上にゲート絶縁膜を介して垂直
CCDの転送ゲート電極15a,15bを形成する。次いで、この
上に第1絶縁層16を堆積した後に、該絶縁層16に画素電
極配線17と蓄積ダイオード13との電気的接続のためのコ
ンタクトホールを形成する。そして、画素電極配線17を
形成した後に、表面形状を平坦化する目的でBPSG膜或い
はPSG膜からなる第2絶縁層18を形成し、この絶縁層18
に画素コンタクトホールを形成する。次に、Ti,Al等の
金属或いはTiSiX,MoSiX等の金属シリサイドからなる画
素電極20を形成し、最後に光導電膜21と、透明電極22と
して例えばITOを形成することになる。以下、光電変換
層としてi型a−Si:H膜を使用した例について光導電膜
の構造21を説明する。
If this is explained along the manufacturing process, first, a p-type Si substrate
A p + layer (element isolation region) 11, an n + layer (vertical CCD channel) 12 and an n ++ layer (storage diode) 13 are formed on the surface layer 10. Furthermore, the substrate 10 is vertically placed on the substrate 10 with a gate insulating film interposed therebetween.
The transfer gate electrodes 15a and 15b of the CCD are formed. Next, after depositing the first insulating layer 16 thereon, a contact hole for electrical connection between the pixel electrode wiring 17 and the storage diode 13 is formed in the insulating layer 16. After the pixel electrode wiring 17 is formed, a second insulating layer 18 made of a BPSG film or a PSG film is formed for the purpose of planarizing the surface shape.
Then, a pixel contact hole is formed. Next, a pixel electrode 20 made of a metal such as Ti or Al or a metal silicide such as TiSi X or MoSi X is formed, and finally, for example, ITO is formed as a photoconductive film 21 and a transparent electrode 22. Hereinafter, the structure 21 of the photoconductive film will be described for an example in which an i-type a-Si: H film is used as the photoelectric conversion layer.

まず、正孔注入阻止層21aとしてi型a−SiC:H膜を20
0Å、次に光電変換層21bとしてi型a−Si:H膜を2μ
m、最後に電子注入阻止層21cとしてp型a−siC:H膜を
200Å、各々光CVD法により形成する。
First, an i-type a-SiC: H film is formed as a hole injection blocking layer 21a.
0 °, and then an i-type a-Si: H film of 2 μm as the photoelectric conversion layer 21b.
m, and finally a p-type a-siC: H film as the electron injection blocking layer 21c.
Each is formed by a photo-CVD method at 200 °.

正孔注入阻止層21aの形成条件としては、例えば原料
ガスとしてシラン(SiH4),アセチレン(C2H2)を、キ
ャリアガスとしてヘリウム(He)を各々10sccm,3.6scc
m,100sccmの流量で、水銀蒸気と混合してCVD反応室に導
入し、圧力を0.1Torrに設定する。半導体基板を230℃に
加熱し、励起光として低圧水銀ランプを点灯し波長185n
m,254nmの真空紫外光を半導体基板に照射することで正
孔注入層21aであるi型a−SiC:H膜が形成される。
The conditions for forming the hole injection blocking layer 21a include, for example, silane (SiH 4 ) and acetylene (C 2 H 2 ) as source gases, and helium (He) as carrier gases at 10 sccm and 3.6 scc, respectively.
At a flow rate of m, 100 sccm, it is mixed with mercury vapor and introduced into the CVD reaction chamber, and the pressure is set to 0.1 Torr. Heat the semiconductor substrate to 230 ° C, turn on the low-pressure mercury lamp as excitation light,
By irradiating the semiconductor substrate with vacuum ultraviolet light of m and 254 nm, an i-type a-SiC: H film serving as the hole injection layer 21a is formed.

光電変換層21bとしてのi型a−Si:H膜、或いは電子
注入阻止層21cとしてのp型a−SiC:H膜の形成において
は、基板温度,照射光の条件は全く同一であるが、導入
するガスと圧力が異なる。光電変換層21bの形成におい
ては、SiH4ガス20sccmを導入し、圧力は0.2Torrに設定
する。また、電子注入阻止層21cの形成においては、SiH
4ガス10sccm,C2H2ガス0.5sccm,ジボラン(B2H6)ガス2s
ccm,Heガス100sccmを導入し、圧力は0.1Torrに設定す
る。
In forming the i-type a-Si: H film as the photoelectric conversion layer 21b or the p-type a-SiC: H film as the electron injection blocking layer 21c, the conditions of the substrate temperature and the irradiation light are completely the same, The introduced gas and pressure are different. In forming the photoelectric conversion layer 21b, a SiH 4 gas of 20 sccm is introduced, and the pressure is set to 0.2 Torr. In the formation of the electron injection blocking layer 21c, SiH
4 Gas 10sccm, C 2 H 2 gas 0.5 sccm, diborane (B 2 H 6) gas 2s
ccm, He gas 100 sccm is introduced, and the pressure is set to 0.1 Torr.

本実施例においては、正孔注入阻止層21aのi型a−S
iC:H膜の炭素含有量は9原子%となり、バンドギャップ
及び活性化エネルギーは各々1.93eV,0.97eVとなる。こ
の炭素含有量は、膜形成時の導入ガスの流量比により制
御でき、同時に上記バンドギャップ及び活性化エネルギ
ーも制御可能である。
In this embodiment, the i-type aS of the hole injection blocking layer 21a is
The carbon content of the iC: H film is 9 atomic%, and the band gap and activation energy are 1.93 eV and 0.97 eV, respectively. The carbon content can be controlled by the flow ratio of the gas introduced during film formation, and at the same time, the band gap and the activation energy can be controlled.

本実施例において、信号電流=2.6×10-7Acm-2,光導
電膜中電界=0.03MVcm-1なる条件下での光導電膜に起因
する3フィールド残像値は0.66%という非常に低い値を
得ることができた。また、画素電極からの正孔注入に起
因する画像欠陥は発生せず、暗電流値も3×10-11Acm-2
という非常に低い値を示した。
In this embodiment, the three-field afterimage value caused by the photoconductive film under the condition that the signal current is 2.6 × 10 −7 Acm −2 and the electric field in the photoconductive film is 0.03 MVcm −1 is a very low value of 0.66%. Could be obtained. Further, no image defect caused by hole injection from the pixel electrode occurred, and the dark current value was 3 × 10 −11 Acm −2
It showed a very low value.

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BB
D型撮像素子チップを用いて、これに光導電膜を積層す
る場合にも、本発明を適用することができる。さらに、
光導電膜の製造方法も実施例に限らず、例えばプラズマ
CVD法等により形成してもよい。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
The present invention is not limited to the embodiments described above. In the embodiment, the CCD image sensor is used.
The present invention can also be applied to a case where a D-type imaging element chip is used and a photoconductive film is stacked thereon. further,
The method of manufacturing the photoconductive film is not limited to the embodiment, but may be, for example, a plasma.
It may be formed by a CVD method or the like. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、光導電膜の正孔
注入素子層として使用するi型水素化アモルファスシリ
コンカーバイド(a−SiC:H)膜の膜厚と炭素含有量を
最適化することにより、正孔注入阻止層による価電子帯
側での十分な正孔注入阻止能力を維持し、画素電極から
正孔注入の著しい増加を抑えた上で、正孔注入阻止層に
起因する残像を大幅に低減することが可能である。従っ
て、固体撮像装置の暗電流,画像欠陥を増すことなく、
残像を大幅に低減することができる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, the film thickness and carbon content of an i-type hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC: H) film used as a hole injection element layer of a photoconductive film. By optimizing the amount, the hole injection blocking layer maintains a sufficient hole injection blocking ability on the valence band side, and suppresses a significant increase in hole injection from the pixel electrode. It is possible to greatly reduce the afterimage caused by the layer. Therefore, without increasing the dark current and image defects of the solid-state imaging device,
Afterimages can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の概略
構成を示す断面図、第2図は上記装置における光導電膜
の撮像時のエネルギーバンドを示す模式図、第3図乃至
第10図は本発明で規定する正孔注入阻止層の膜厚d及び
炭素含有量Cを説明するためのもので、第3図は膜厚と
暗電流との関係を示す特性図、第4図は炭素含有量と暗
電流との関係を示す特性図、第5図は炭素含有量と残像
との関係を示す特性図、第6図は炭素含有量4%のとき
の膜厚と残像との関係を示す特性図、第7図は炭素含有
量9%のときの膜厚と残像との関係を示す特性図、第8
図は局在準位密度と残像との関係を示す特性図、第9図
は炭素含有量と局在準位密度との関係を示す特性図、第
10図は膜厚及び炭素含有量の最適範囲を示す模式図であ
る。 11……p型Si基板、 12……n+垂直CCDチャネル、 13……n++蓄積ダイオード、 15a,15b……転送ゲート電極、 16,18……絶縁層、 17……画素電極配線、 20……画素電極、 21……光導電膜、 21a……正孔注入阻止層、 21b……光電変換層、 21c……電子注入阻止層、 22……透明電極。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing an energy band at the time of imaging a photoconductive film in the device, and FIGS. The figure is for explaining the film thickness d and the carbon content C of the hole injection blocking layer defined in the present invention. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness and the dark current, and FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the carbon content and the dark current, FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the carbon content and the afterimage, and FIG. 6 is a relationship between the film thickness and the afterimage when the carbon content is 4%. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness and the afterimage when the carbon content is 9%, and FIG.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the localized level density and the afterimage. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the carbon content and the localized level density.
FIG. 10 is a schematic diagram showing the optimum ranges of the film thickness and the carbon content. 11 …… p-type Si substrate, 12 …… n + vertical CCD channel, 13 …… n ++ storage diode, 15a, 15b …… transfer gate electrode, 16,18 …… insulating layer, 17 …… pixel electrode wiring, 20 pixel electrode, 21 photoconductive film, 21a hole injection blocking layer, 21b photoelectric conversion layer, 21c electron injection blocking layer, 22 transparent electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−144565(JP,A) 特開 昭55−127080(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/146 ────────────────────────────────────────────────── (5) References JP-A-63-144565 (JP, A) JP-A-55-127080 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/146

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード及
び信号電荷読出し部の配列がそれぞれ形成され、最上部
に信号電荷蓄積ダイオードと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、この固体撮像素
子チップ上に積層された電子注入阻止層,光電変換層及
び正孔注入阻止層からなる光導電膜と、この光導電膜上
に形成された透明電極とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記光導電膜中の正孔注入阻止層として水素化アモルフ
ァスシリコンカーバイド(a−SiC:H)膜を用い、且つ
この水素化アモルファスシリコンカーバイド膜の膜厚d
と炭素含有量Cを、 100Å≦d≦590Å 9%≦C≦21% に設定してなることを特徴とする固体撮影装置。
An array of signal charge storage diodes and a signal charge read-out unit formed on a semiconductor substrate, and a solid-state image pickup device chip having a pixel electrode formed at an uppermost portion and electrically connected to the signal charge storage diode. A solid-state imaging device comprising: a photoconductive film including an electron injection blocking layer, a photoelectric conversion layer, and a hole injection blocking layer laminated on the solid-state imaging device chip; and a transparent electrode formed on the photoconductive film. Wherein a hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC: H) film is used as a hole injection blocking layer in the photoconductive film, and the film thickness d of the hydrogenated amorphous silicon carbide film is
And a carbon content C is set as follows: 100 ° ≦ d ≦ 590 ° 9% ≦ C ≦ 21%.
【請求項2】前記正孔注入阻止層としての水素化アモル
ファスシリコンカーバイド膜の膜厚d(Å)と炭素含有
量C(%)との関係を、 C≦189.2×d−0.477 に設定してなることを特徴とする請求項1記載の固体撮
像装置。
2. The relationship between the thickness d (Å) of the hydrogenated amorphous silicon carbide film as the hole injection blocking layer and the carbon content C (%) is set to C ≦ 189.2 × d− 0.477. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein:
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