JP3302204B2

JP3302204B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3302204B2
Application number: JP28989394A
Authority: JP
Inventors: 義典飯田; 鉄也山口; 章彦古川; 宗平真鍋; 芳樹石塚; 秀俊野崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH08148667A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に係わ
り、特に光導電膜積層型の固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＨＤＴＶ（High Definition Tele
Vision）用の固体撮像装置として、従来の固体撮像素子
を信号電荷の蓄積及び転送部（固体撮像素子チップ）と
して用い、その上に光導電膜を積層した光導電膜積層型
の固体撮像装置（ＰＳＩＤ）が開発されている。このＰ
ＳＩＤは、従来装置と比較して高感度かつ低スミアとい
う特長を有している。

【０００３】光導電膜は一般に、キャリア注入阻止層を
介して光電変換層を積層した構造であるが、上記の特長
を実現するためには、固体撮像素子チップ表面と光電変
換層との付着強度を高い値に維持する必要がある。この
付着強度が低ければ、その製造工程において光電変換層
の内部応力により光電変換層の一部が固体撮像素子チッ
プから剥離し、チップ表面に再付着し画像欠陥の原因と
なり、製造歩留まりを著しく低下させる。さらに、その
剥離が撮像面に及べば、素子の製造が不可能となってし
まう。

【０００４】また、積層型固体撮像装置においては、光
電変換層及びキャリア注入阻止層内部における光生成キ
ャリアの捕獲、熱放出に起因する残像現象の抑制が重要
な課題である。そのためには、光電変換層及びキャリア
注入阻止層内部の裾準位密度を低減することが必要であ
る。

【０００５】一般的に、光電変換層として使用される水
素化非晶質シリコン膜において裾準位密度を低減するた
めには、該水素化非晶質シリコン膜中のシリコン原子と
水素原子の結合状態を変化させ、１個のシリコン原子に
対して２個の水素原子が結合している結合状態（Ｓｉ−
Ｈ₂ 結合）を低減することが必要である。

【０００６】しかし、このように水素化非晶質シリコン
膜中の結合状態を改善すると、裾準位密度が低減される
と同時に、該水素化非晶質シリコン膜の内部応力の増加
を招く。従って、前述の固体撮像素子チップ表面と光電
変換層との付着強度が低ければ、光電変換層の剥離を防
止するために水素化非晶質シリコン膜の裾準位密度低減
が制限されてしまい、十分に残像現象を抑制できない。

【０００７】さらに、固体撮像素子チップ表面と光電変
換層との間に配置されるキャリア注入阻止層において、
光電変換層と同様に裾準位密度を低減することで残像現
象を抑制することが可能である。例えば、キャリア注入
阻止層として水素化非晶質シリコンカーバイド膜を使用
する場合には、膜中のシリコン原子に対する炭素原子の
比を低減することで裾準位密度を低減し、残像現象を抑
制できる。

【０００８】しかし、水素化非晶質シリコンカーバイド
膜のシリコン原子に対する炭素原子の比を低減させる
と、裾準位密度を低減すると同時に水素化非晶質シリコ
ンカーバイド膜のバンドギャップを低減してしまう。こ
のとき、キャリア注入阻止層として、導電型を変調する
ための不純物ドーピングを行わない、いわゆるｉ型（イ
ントリンシック）水素化非晶質シリコンカーバイド膜を
使用する場合には、固体撮像素子チップの画素電極から
のキャリア注入阻止能力は、キャリア注入阻止層のバン
ドギャップに強く依存するので、キャリア注入阻止能力
が低下し暗電流の増加が発生してしまう。即ち、残像現
象の抑制と暗電流の抑制がトレードオフの関係にあり、
十分な残像現象の抑制ができない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、残像
現象を抑制するために光電変換層の裾準位密度を低減す
ると、内部応力の増大を招き、膜剥がれを生じる。ま
た、残像現象の抑制のためにキャリア注入阻止層の裾準
位密度を低減すると、バンドギャップが低減しキャリア
注入阻止能力が低下し、暗電流の増加を招く。

【００１０】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、膜剥がれや暗電流の増
加を招くことなく、残像現象を十分に抑制できる光導電
膜積層型の固体撮像装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、半導体基板に信号電荷蓄積部，信号電荷読出し部
及び信号電荷転送部を設け、且つ最上層に信号電荷蓄積
部と電気的に接続された画素電極を設けた固体撮像素子
チップと、この固体撮像素子チップ上に形成された光導
電膜と、この光導電膜上に形成された透明電極とを備え
た光導電膜積層型の固体撮像装置において、光導電膜は
固体撮像素子チップ上に少なくともキャリア注入阻止層
と光電変換層とを積層してなり、キャリア注入阻止層は
水素化非晶質シリコンカーバイド膜により構成され、且
つ該膜中のシリコン原子と炭素原子及び水素原子の結合
状態においてシリコン−メチル基結合よりもシリコン−
炭素結合の割合が高いことを特徴とする。

【００１２】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 光導電膜は、固体撮像素子チップ上に正孔注入阻止
層を介して光電変換層を積層したものであること。 (2) 光導電膜は、固体撮像素子チップ上に正孔注入阻止
層，光電変換層及び電子注入阻止層を順に積層したもの
であること。 (3) 正孔注入阻止層におけるシリコン原子と炭素原子及
び水素原子との結合状態が、赤外光吸収特性において、
シリコン−メチル基結合（Ｓｉ−ＣＨ₃ 結合）の吸収を
示す赤外光波数７８０ｃｍ^-1近傍での赤外光吸収量より
も、シリコン−炭素結合（Ｓｉ−Ｃ結合）の吸収を示す
赤外光波数７６０ｃｍ^-1近傍での赤外光吸収量が高いこ
と。 (4) 光電変換層は水素化非晶質シリコン膜からなり、該
シリコン膜の内部応力が５×１０⁹ dyne／cm² 以上であ
ること。 (5) 正孔注入阻止層は、導電型変調のための不純物ドー
ピングを行わないイントリンシック型であること。 (6) 正孔注入阻止層と光電変換層との間に、少なくとも
１層の緩衝層が形成されていること。 (7) 緩衝層は、正孔注入阻止層の組成から光電変換層の
組成へと連続的に変化するものであること。

【００１３】

【作用】本発明によれば、固体撮像素子チップと光電変
換層の間に配置されるキャリア注入阻止層である水素化
非晶質シリコンカーバイド膜内部の結合状態として、シ
リコン原子−炭素原子結合（Ｓｉ−Ｃ結合）が多数あ
り、逆にシリコン原子−メチル基結合（Ｓｉ−ＣＨ₃ 結
合）が少ない。このため、Ｓｉ−ＣＨ₃ 結合の周囲にお
いて発生するシリコンカーバイド膜中の結合ネットワー
クの乱れ（例えば、結合角の変動やシリコン原子−水素
原子結合（Ｓｉ−Ｈ₂ 結合）の局所的増加）を十分に抑
制できる。従って、水素化非晶質シリコンカーバイド膜
中の裾準位密度が低減されるので、該水素化非晶質シリ
コンカーバイド膜の裾準位より発生する残像現象を十分
に抑制可能となる。

【００１４】さらに本発明によれば、光電変換層として
水素化非晶質シリコン膜を使用する場合の重要課題であ
る、固体撮像素子チップと光電変換層との密着性が大幅
に向上することが、実験によって明らかになった。即
ち、固体撮像素子チップと光電変換層との間に配置され
るキャリア注入阻止層として水素化非晶質シリコンカー
バイド膜を使用し、該水素化非晶質シリコンカーバイド
膜内部のシリコン原子と炭素原子及び水素原子の結合状
態を制御し、Ｓｉ−Ｃ結合がＳｉ−ＣＨ₃ 結合と比較し
て多数ある状態にすることで、固体撮像素子チップと光
電変換層との密着性は著しく向上する。そして、固体撮
像装置の製造上の課題である光電変換層の剥離は完全に
防止できるので、素子の製造歩留まりは大幅に向上す
る。

【００１５】ここで、シリコン原子と炭素原子及び水素
原子の結合状態の制御により固体撮像素子チップと光電
変換層との密着性が向上する理由は次のように推察され
る。即ち、密着性を向上するためには、キャリア注入阻
止層としての水素化非晶質シリコンカーバイド膜の機械
的強度を高めるために、膜中のマイクロボイドの発生を
抑制することが必要である。このマイクロボイドはＳｉ
−ＣＨ₃ 結合の周囲に発生することから、Ｓｉ−ＣＨ₃
という結合状態を低減することが重要となる。従って本
発明のように、Ｓｉ−Ｃ結合がＳｉ−ＣＨ₃ 結合と比較
して多数ある状態にすることは、Ｓｉ−ＣＨ₃ 結合を減
らすことになり、これにより密着性が向上すると考えら
れる。

【００１６】さらに、従来は光電変換層の剥離を防止す
るために光電変換層である水素化非晶質シリコン膜の内
部応力を抑制する必要があり、固体撮像素子の残像現象
を抑制するために水素化非晶質シリコン膜中のシリコン
原子と水素原子の結合状態を変化させ１個のシリコン原
子に対して２個の水素原子が結合している結合状態を低
減することが必ずしも十分には行えなかった。これに対
し本発明では、固体撮像素子チップと光電変換層との密
着性が大幅に向上するので、上記水素化非晶質シリコン
膜の内部応力が５×１０⁹ dyne／cm² 以上もの高い場合
でも、上記の剥離現象の発生を抑制できる。従って、上
記水素化非晶質シリコン膜中の結合状態の制御が十分に
行えるので、素子の残像現象を大幅に抑制できる。

【００１７】また、本発明においては、キャリア注入阻
止層と光電変換層との間に少なくとも１層の緩衝層を設
けることで、該２層間の界面に形成される準位である、
いわゆる界面準位の密度が低減されている。即ち、水素
化非晶質シリコンカーバイド膜からなるキャリア注入阻
止層と水素化非晶質シリコン膜からなる光電変換層が直
接接触する場合には、両層の構成材料が異なり、両層の
構成材料の原子間距離が異なることに起因した場合のミ
スマッチが発生し、このミスマッチにより両層の界面及
び界面近傍にいわゆる界面準位が形成される。しかし、
本発明のように、両層間に少なくとも１層の緩衝層を設
けることで、上記の界面準位の形成は抑制され、界面準
位に起因する残像現象は十分に抑制される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる固
体撮像装置の１画素構成を示す断面図である。

【００１９】ｐ型シリコン基板１０の表面層に、ｐ⁺ 型
素子分離層１１，ｎ⁺ 型ＣＣＤ埋込みチャネル（信号電
荷転送部）１２，ｎ⁺⁺型蓄積ダイオード（信号電荷蓄積
部）１３が形成されている。基板１０上には転送ゲート
１５ａ，１５ｂが形成されており、転送ゲート１５ａの
一部は蓄積ダイオード１３からＣＣＤ埋込みチャネル１
２へ信号電荷を読出すための信号電荷読出し部として機
能するものとなっている。基板１０及び転送ゲート１５
ａ，１５ｂ上には第１の絶縁膜１６が形成されており、
その上に蓄積ダイオード１３に接続された引出し電極１
７が形成されている。そして、第２の絶縁膜１８が形成
され、その上に引出し電極１７に接続された画素電極２
０が形成されている。

【００２０】ここまでの構成で固体撮像素子チップが構
成され、このチップ上に後述する光導電膜２１が堆積さ
れている。そして、光導電膜２１上に、反応性スパッタ
リング法等により膜厚３５ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin O
xide）からなる透明電極２２が形成されている。

【００２１】なお、図１では１画素のみを示している
が、実際には図１の構成が画素数分だけ配列されてい
る。具体的には、蓄積ダイオード１３がマトリックス状
に配列され、ＣＣＤ埋込みチャネル１２からなる垂直Ｃ
ＣＤは蓄積ダイオード１３間に縦列方向に複数本配列さ
れている。そして、垂直ＣＣＤを転送された信号電荷
は、図示しない横列方向に配置された水平ＣＣＤに読出
されて転送された後、図示しない出力アンプを介して外
部に出力されるものとなっている。

【００２２】光導電膜２１は、ｉ型水素化非晶質シリコ
ンカーバイド膜からなる正孔注入阻止層２１ａ，ｉ型水
素化非晶質シリコン膜からなる光電変換層２１ｂ，ｐ型
水素化非晶質シリコンカーバイド膜からなる電子注入阻
止層２１ｃの３層を上記順に積層してなる。これらの層
は、１３．５６ＭＨｚのいわゆるＲＦ放電を用いたプラ
ズマＣＶＤ法により成膜しており、その成膜条件として
基板温度２３０℃、ＲＦ電力３０Ｗ、ガス圧力０．５To
rrを使用している。

【００２３】画素電極２０からのキャリア注入を阻止す
るためのｉ型水素化非晶質シリコンカーバイド膜２１ａ
の形成においては、材料ガスとしてモノシランガス，メ
タンガス，水素ガスを、各々３SCCM，７SCCM，１００SC
CMの流量にて反応室内に導入し膜厚２０ｎｍの層を形成
している。

【００２４】光電変換層であるｉ型水素化非晶質シリコ
ン膜２１ｂの形成においては、シランガスと水素ガス
を、各々１０SCCM，１００SCCMの流量にて反応室内に導
入し膜厚２μｍの層を形成している。

【００２５】光入射側の透明電極２２からのキャリア注
入を阻止するためのｐ型水素化非晶質シリコンカーバイ
ド膜２１ｃの形成においては、シランガス，メタンガ
ス，水素ガス，ジボランガスを、各々３SCCM，７SCCM，
１００SCCM，０．０６SCCMの流量にて反応室内に導入し
膜厚２０ｎｍの層を形成している。

【００２６】本実施例におけるｉ型水素化非晶質シリコ
ンカーバイド膜２１ａの赤外光吸収特性を図２に示す。
図２において波数７６０ｃｍ^-1の赤外光吸収はシリコン
原子−炭素原子結合（Ｓｉ−Ｃ結合）による吸収であ
り、波数７８０ｃｍ^-1の赤外光吸収はシリコン原子−メ
チル基結合（Ｓｉ−ＣＨ₃ 結合）による吸収である。図
２から分かるように、本実施例におけるｉ型水素化非晶
質シリコンカーバイド膜２１ａではＳｉ−Ｃ結合の吸収
がＳｉ−ＣＨ₃ 結合の吸収よりも高い。

【００２７】このｉ型水素化非晶質シリコンカーバイド
膜中の結合状態については、成膜時の材料ガスの流量
比、特にシランガスとメタンガスの合計流量に対する水
素ガスの流量を制御することで制御可能であり、水素ガ
スの相対的な流量を増加することでＳｉ−Ｃ結合状態を
増加させることができる。或いは、水素ガスをヘリウム
ガスに置換して成膜しても同様に制御可能である。さら
に、反応室内部のガス圧力を低下することでもＳｉ−Ｃ
結合状態を増加させることができる。また、反応室への
ガス導入速度（流量）を増加させることでも同様に制御
できる。

【００２８】一方、上述の方法によってｉ型水素化非晶
質シリコンカーバイド膜２１ａの結合状態を変化させた
ときに、図１に示す積層型固体撮像装置における光導電
膜２１の剥離状況を調整するために行った実験の結果
は、下記の（表１）の通りである。

【００２９】

【表１】（表１）においては、上記の光導電膜２１の剥離が発生
するか否かを、ｉ型水素化非晶質シリコンカーバイド膜
２１ａの赤外光吸収特性におけるＳｉ−Ｃ結合の吸収ピ
ーク高さのＳｉ−ＣＨ₃ 結合の吸収ピーク高さに対する
比に対して評価した結果を示している。（表１）に示さ
れる通り、本発明によりｉ型水素化非晶質シリコンカー
バイド膜２１ａの結合状態としてＳｉ−Ｃ結合状態の赤
外吸収が支配的となっている場合では、光導電膜２１の
剥離は完全に防止されている。従って、光導電膜２１の
剥離による素子製造上の歩留まり低下は完全に防止され
るので、素子製造歩留まりは大幅に向上し、素子製造コ
ストは低減される。

【００３０】また、ｉ型水素化非晶質シリコンカーバイ
ド膜２１ａの裾準位密度について、光熱偏向分光法によ
り評価したところ、裾準位密度の指標であるアーバッハ
エネルギーは（表１）に併記したようにＳｉ−Ｃ結合の
増加に伴い低下しており、素子の残像現象抑制が可能と
なる。その結果、上述の光導電膜２１中の裾準位に起因
する残像現象の指標である光照射停止後５０ｍsec にお
ける残像電流値の定常光電流に対する比は０．４％（定
常光電流＝２．６×１０^-7Ａ／ｃｍ² ）、光導電膜印加
電圧＝６Ｖ）を得ている。

【００３１】さらに、固体撮像素子チップと光導電膜２
１の付着力が大幅に向上しているので、光電変換層であ
るｉ型水素化非晶質シリコン膜２１ｂの内部応力の増加
に対する膜剥離耐性が向上している。このため、内部応
力の増加を伴うｉ型水素化非晶質シリコン膜２１ｂ内部
の結合状態改善が可能となり、ｉ型水素化非晶質シリコ
ン膜２１ｂの裾準位密度低減により、さらに素子の残像
現象を抑制することが可能である。

【００３２】この水素化非晶質シリコン膜の内部応力に
ついては、素子形成と同一条件によって単結晶シリコン
基板上に水素化非晶質シリコン膜を適当な膜厚、例えば
１μｍ程度形成し、水素化非晶質シリコン膜の形成前後
の単結晶シリコン基板の「反り」の変化により評価した
ものであり、以下、特に説明のない場合の膜の内部応力
も同様に評価したものである（例えば、薄膜ハンドブッ
ク，オーム社，p334,1983）。

【００３３】図３に、水素化非晶質シリコン膜の内部応
力と残像及び膜剥がれとの関係を示す。本実施例で示し
た水素化非晶質シリコン膜２１ｂの内部応力は７×１０
⁹ dyne／cm² という高ストレス膜であるが、ｉ型非晶質
シリコンカーバイド膜２１ａよる付着量向上効果により
膜剥離現象は全く発生していない。

【００３４】これに対し従来のように、赤外光吸収特性
におけるＳｉ−Ｃ結合の吸収ピーク高さのＳｉ−ＣＨ₃
結合の吸収ピークの比が０．６程度のｉ型非晶質シリコ
ンカーバイド膜を使用した場合には、ｉ型水素化非晶質
シリコン膜２１ｂの内部応力が５×１０⁹ dyne／cm² 以
上の領域では膜剥離現象が発生してしまい、ｉ型水素化
非晶質シリコン膜中の結合状態改善による残像現象の抑
制を十分に行えなかった。

【００３５】このように本実施例によれば、正孔注入阻
止層としての水素化非晶質シリコンカーバイド膜２１ａ
の内部の結合状態として、Ｓｉ−Ｃ結合が多くＳｉ−Ｃ
Ｈ₃結合が少なくなるようにしているため、Ｓｉ−ＣＨ₃
結合の周囲において発生するシリコンカーバイド膜２
１ａ中の結合ネットワークの乱れを十分に抑制できる。
このため、シリコンカーバイド膜２１ａ中の裾準位密度
を低減することができ、シリコンカーバイド膜２１ａの
裾準位より発生する残像現象を十分に抑制可能となる。

【００３６】そしてこの場合、水素化非晶質シリコンカ
ーバイド膜２１ａのシリコン原子に対する炭素原子の比
を低減させるのではないため、シリコンカーバイド膜２
１ａのバンドギャップが低下し、キャリア注入阻止能力
が低下することもない。従って、暗電流の増加が発生す
る等の不都合もない。

【００３７】また、固体撮像素子チップに対する光導電
膜２１の密着性が向上して膜剥がれが防止されるため、
水素化非晶質シリコン膜２１ｂの内部応力に制限される
ことなく、該膜２１ｂを裾準位密度が低い状態に形成す
ることができる。このため、膜剥がれを招くことなく、
シリコン膜２１の裾準位に起因する残像現象を抑制する
ことができる。（実施例２）図４は、本発明の第２の実施例に係わる積
層型固体撮像装置の１画素構成を示す断面図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。

【００３８】基本的な構成は第１の実施例と同様である
が、本実施例では第１の実施例とは光導電膜２１の構成
が異なっている。即ち、画素電極２０からのキャリア注
入を阻止するためのｉ型水素化非晶質シリコンカーバイ
ド膜２１ａと、光電変換層であるｉ型水素化非晶質シリ
コン膜２１ｂとの間に緩衝層２１ｄが挿入された構造と
なっている。この緩衝層２１ｄ以外の構造については、
第１の実施例と全く同様である。

【００３９】光導電膜２１においては、非晶質材料とい
えども短距離秩序は存在しており、水素化非晶質シリコ
ンカーバイド膜２１ａと水素化非晶質シリコン膜２１ｂ
とはミクロな結合状態は異なっている。具体的には、シ
リコン−シリコンの結合長とシリコン−炭素の結合長は
異なっている。従って、シリコンカーバイド膜２１ａと
シリコン膜２１ｂの界面においては両層の結合長の差異
に起因する未結合手、即ちダングリングボンドが形成さ
れ、これが界面準位となり積層型固体撮像装置の残像特
性を劣化させる。そこで本実施例では、これらの間に緩
衝層２１ｄを挿入し、ｉ型水素化非晶質シリコンカーバ
イド膜２１ａとｉ型水素化非晶質シリコン膜２１ｂの界
面におけるミクロ構造の不整合に起因する界面準位の形
成を抑制している。

【００４０】緩衝層２１ｄの形成方法を、以下に説明す
る。光導電膜２１の成膜には第１の実施例と同様にプラ
ズマＣＶＤ法を用い、その成膜条件は第１の実施例と同
様とした。まず、第１の実施例と同様にして、ｉ型水素
化非晶質シリコンカーバイド膜２１ａを形成する。

【００４１】次いで、連続的に或いは不連続的に材料ガ
スの構成を時間と共に変化させることで緩衝層２１ｄを
形成する。例えば図５に示すように、モノシランガス流
量を３SCCMから１０SCCMに時間と共に増加させる。それ
と共にメタンガス流量を７SCCMから０SCCMに時間と共に
低減させる。その結果として、ｉ型非晶質シリコンカー
バイド層２１ａとの接触面においてはｉ型非晶質シリコ
ンカーバイド膜２１ａと全く同一の構造であり、ｉ型非
晶質シリコン膜２１ｂとの接触面においてはｉ型非晶質
シリコン膜２１ｂと同一の構造であり、さらにその内部
ではミクロな構造が連続的に変化しているような緩衝層
２１ｄが形成される。

【００４２】このようにして形成した緩衝層２１ｄの存
在により、前述の界面準位の形成を抑制することが可能
となり、積層型固体撮像装置の残像特性の劣化を抑制す
ることができる。

【００４３】このとき、図５の例のように緩衝層２１ｄ
の形成条件を、最終的に光電変換層であるｉ型水素化非
晶質シリコン膜２１ｂの形成条件と一致するように形成
すれば、緩衝層２１ｄと光電変換層２１ｂを連続的に形
成することも可能となり、緩衝層２１ｄと光電変換層２
１ｂとの界面が形成されないことから、より望ましい。
さらに、ｉ型シリコンカーバイド膜２１ａと緩衝層２１
ｄも連続的に形成することが、同様の理由でより望まし
い。

【００４４】また、緩衝層２１ｄの膜厚は緩衝の目的か
ら適当な膜厚が必要であり、シリコン−シリコン結合長
が０．２３５ｎｍであることから、その５倍程度の１ｎ
ｍ以上の膜厚を有することが望ましい。一方、緩衝層２
１ｄは光電変換層２１ｂと比較して、その内部にシリコ
ン−炭素結合を有するために、本質的に裾準位が相対的
に多い。このため、緩衝層２１ｄの膜厚が大きすぎれば
残像特性を劣化させてしまう。従って、緩衝層２１ｄの
膜厚はｉ型非晶質シリコンカーバイド膜２１ａの膜厚と
同等か、それ以下であることが望ましい。

【００４５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では光導電膜２１が３層構造
である場合を示しているが、光電変換層と固体撮像素子
チップとの間のみにキャリア注入層を形成した２層積層
構造の光導電膜であってもよいし、４層以上の積層構造
の光導電膜であってもよい。要は、少なくとも固体撮像
素子チップに接するキャリア流入阻止層として前述の水
素化非晶質シリコンカーバイド膜が存在すれば同様な効
果を得ることができる。

【００４６】また、本実施例においては光導電膜２１の
形成方法としてＲＦプラズマＣＶＤ法を使用したが、Ｄ
ＣプラズマＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ
法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、その他
の方法においても同様の効果を得ることができる。そし
て、本実施例においては水素化非晶質シリコンカーバイ
ド膜を形成するための材料ガスとして、シリコン系ガス
としてシランガスを、カーボン系ガスとしてメタンガス
を各々使用しているが、その他のジシラン，トリシラン
等のシリコン系ガスや、エチレン，アセチレン等のカー
ボン系ガスを必要に応じて選択しても良く、同様の効果
を得ることができる。

【００４７】さらに、本実施例においては画素電極から
のキャリア注入阻止層としてｉ型水素化非晶質シリコン
カーバイド膜を用いたが、隣接画素電極間の電気的に分
離が可能であればｎ型水素化非晶質シリコンカーバイド
膜を用いてもよく、同様の効果を得ることができる。

【００４８】また、本実施例では信号電荷転送、読出し
のための半導体基板としてインターライン転送方式ＣＣ
Ｄ基板を使用しているが、フレームインターライン転送
方式ＣＣＤ基板等のＣＣＤ基板を初めとする、信号電荷
転送、読出しの機能を有する基板であれば同様の効果を
得ることができる。

【００４９】さらに、実施例では光電変換された信号電
荷を直接転送し、読出す構造を示したが、光電変換され
た信号電荷を利用して、半導体基板内部の状態を変調す
る構成の素子においても同様の効果を得ることが可能で
ある。

【００５０】また、実施例では水素化非晶質シリコンカ
ーバイド膜中におけるＳｉ−ＣＨ₃結合とＳｉ−Ｃ結合
の割合を確認するために、赤外光吸収特性において、Ｓ
ｉ−ＣＨ₃ 結合の吸収を示す赤外光波数７８０ｃｍ^-1近
傍での赤外光吸収量と、Ｓｉ−Ｃ結合の吸収を示す赤外
光波数７６０ｃｍ^-1近傍での赤外光吸収量とを測定した
が、これに限らず両者の割合を測定できるものであれば
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。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、キ
ャリア注入阻止層の改良により、キャリア阻止能力を低
下させることなく該層に起因する残像現象を抑制するこ
とができ、しかも固体撮像素子チップと光電変換層の密
着性を十分高めることができ、光電変換層の応力が大き
くなっても膜剥がれを防止できる。従って、膜剥がれや
暗電流の増加を招くことなく、残像現象を十分に抑制で
きる光導電膜積層型の固体撮像装置を実現することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる積層型固体撮像装置の１
画素構成を示す断面図。

【図２】第１の実施例に係わる水素化非晶質シリコンカ
ーバイド膜の赤外光吸収特性を示す図。

【図３】水素化非晶質シリコン膜の内部応力と残像及び
膜剥がれとの関係を示す図。

【図４】第２の実施例に係わる積層型固体撮像装置の１
画素構成を示す断面図。

【図５】第２の実施例に係わる緩衝層の形成方法を説明
するための図。

【符号の説明】

１０…ｐ型シリコン基板１１…ｐ⁺ 型素子分離層１２…ｎ⁺ 型ＣＣＤ埋込みチャネル（信号電荷転送部）１３…ｎ⁺⁺型蓄積ダイオード（信号電荷蓄積部）１５ａ，１５ｂ…転送ゲート１６，１８…絶縁膜１７…引出し電極２０…画素電極２１…光導電膜２１ａ…ｉ型水素化非晶質シリコンカーバイド膜２１ｂ…ｉ型水素化非晶質シリコン膜２１ｃ…ｐ型水素化非晶質シリコンカーバイド膜２１ｄ…緩衝層２２…透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者真鍋宗平神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者石塚芳樹神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者野崎秀俊神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献特開昭63−144565（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/146

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に信号電荷蓄積部，信号電荷読
出し部及び信号電荷転送部を設け、且つ最上層に信号電
荷蓄積部と電気的に接続された画素電極を設けた固体撮
像素子チップと、この固体撮像素子チップ上に形成され
た光導電膜と、この光導電膜上に形成された透明電極と
を備えた光導電膜積層型の固体撮像装置において、前記光導電膜は前記固体撮像素子チップ上に少なくとも
キャリア注入阻止層と光電変換層とを積層して構成さ
れ、前記キャリア注入阻止層は水素化非晶質シリコンカ
ーバイド膜により構成され、且つ該膜中のシリコン原子
と炭素原子及び水素原子の結合状態においてシリコン−
メチル基結合よりもシリコン−炭素結合の割合が高いこ
とを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記キャリア注入阻止層におけるシリコン
原子と炭素原子及び水素原子の結合状態が、赤外光吸収
特性において、シリコン−メチル基結合の吸収を示す赤
外光波数７８０ｃｍ^-1近傍での赤外光吸収量よりも、シ
リコン−炭素結合の吸収を示す赤外光波数７６０ｃｍ^-1
近傍での赤外光吸収量が高いことを特徴とする請求項１
記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記光電変換層は水素化非晶質シリコン膜
からなり、該膜の内部応力が５×１０⁹ dyne／cm² 以上
であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記キャリア注入阻止層は、導電型変調の
ための不純物ドーピングを行わないイントリンシック型
であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】前記キャリア注入阻止層と光電変換層との
間に、少なくとも１層の緩衝層が形成されていることを
特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。