JP3451833B2 - 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置及び固
体撮像装置の製造方法に関し、詳しくは、光電変換素子
としての半導体薄膜が半導体基板上に積層された固体撮
像装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置に用いられる固体撮
像装置としては、ファクシミリ、イメージスキャナー、
デジタル複写機等に用いられる一次元固体撮像装置、及
び、ビデオカメラ等に用いられる二次元固体撮像装置が
提供されている。

【０００３】近年、上記の固体撮像装置を有する画像形
成装置において、高い解像度をもつ画像を形成すること
が要求されている。この要求を満たすためには、固体撮
像装置の画素サイズを微細にすることが必要である。し
かしながら、画素サイズを微細にすると、固体撮像装置
の感度が不足するという問題が生じる。

【０００４】この問題を解決する構成としては、受光部
に光電流を増倍させる増倍膜を積層する構成が考えられ
る。ところで、特開昭63-174480号は、ガラス基板上
に、読み出し電極、整流性接触補助層としてのCeO2薄
膜、光導電膜としての非晶質Se層、透光性導電膜を積層
した一次元センサーを開示している。この一次元センサ
ーにおいては、ガラス基板上に光導電膜としての非晶質
Se層を積層し、非晶質層に強い電界をかけて非晶質層内
で電荷増倍作用を発生させることにより、センサーの感
度を高くしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の一次
元センサーにおいては、画素間の信号を分離するために
読み出し電極を設ける必要があるため、構造が複雑とな
り、また、センサーの製造工程が増えてしまうという問
題がある。

【０００６】さらに、従来の一次元センサーにおいて
は、ガラス基板上に読み出し電極が設けられているため
に光導電層の下地が平坦でない。この例にように下地が
平坦でない場合、膜厚が均一にならず、センサーの電気
的出力にバラツキが生じるという問題がある。

【０００７】また、上記一次元センサーのように、半導
体薄膜を積層した場合、その積層部の界面の欠陥等に起
因して、暗電流が発生したり、耐電圧特性が悪化すると
いう問題が生じる。さらに、基板が半導体基板であれ
ば、その基板からの注入電流が発生するという問題も生
じる。

【０００８】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
であり、簡単な工程で製造可能な、構造の簡単な積層型
固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００９】さらに、簡単な構造でありながら高い受光
感度をもつ積層型固体撮像装置及びその製造方法を提供
することを目的とする。

【００１０】加えて、暗電流成分の少ない出力が得られ
る積層型の固体撮像装置及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するため
本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基
板上に設けられた正または負の導電型の第１の拡散領域
と、前記第１の拡散領域の中に設けられ、第１の拡散領
域と逆の導電型の複数の第２の拡散領域と、前記第１の
拡散領域と複数の前記第２の拡散領域とに同時に接触す
るように形成された光電変換機能を有する半導体薄膜
と、を有する。

【００１２】また、上記の目的を達するため本発明の固
体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に接触す
るように形成された半導体薄膜を有する固体撮像装置に
おいて、前記半導体薄膜が多層からなり、前記半導体基
板に接触する第１の層及び第１の層上に設けられた第２
の層がドーピングされていない異なる半導体材料からな
る構造を有する。

【００１３】さらに、上記の目的を達するため本発明の
固体撮像装置製造方法は、半導体基板と、前記半導体基
板に直接接触するように形成された半導体薄膜を有する
固体撮像装置において、前記半導体薄膜を形成する前
に、前記半導体基板の表面を水素プラズマ処理する工程
を含む。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例に係る
一次元固体撮像装置の画素部の構造を示す平面図であ
る。図２はそのＹ−Ｙ’断面図を、図３はＸ−Ｘ’断面
図を示したものである。ここで（１）はｐ型半導体基
板、（２）はｐ型半導体基板にイオン注入法または熱拡
散法により形成されたｎウェル領域、（３）はｎウェル
領域（２）内にイオン注入法または熱拡散法により形成
されたｐ型不純物拡散層、（４）は光電変換層としての
ｉ型半導体薄膜、（５）はｎ型半導体薄膜、（６）は透
明電極、（７）はＡｌ（アルミニウム）電極である。ｉ
型半導体薄膜はドーピングされていない半導体材料で形
成されたもので、本実施例におけるｉ型半導体薄膜
（４）は、高い抵抗をもち、可視光の吸収係数の大きい
ａ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ、ポリシリコンまたは単晶質
Ｓｉ層等により形成される。また、ｎ型半導体薄膜
（５）は、入射光を透過させ、かつ、導電性材料により
形成される。ｎ型半導体薄膜（５）の材料としては、太
陽電池などで用いられているａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＣ：
Ｈやμｃ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ等が用いられて
いる。特に、シリコンよりもバンドギャップの広いａ−
ＳｉＣ等が用いられる。透明電極（６）はＩＴＯ、Ｓｎ
Ｏ₂などで構成する。透明電極（６）から入射した光は
ｉ型半導体薄膜（４）で吸収され、電子正孔対を生じ
る。透明電極（６）には、正極の電圧が印加されている
ため、生成した正孔はｐ型不純物拡散層（３）へ向かっ
て、電子は透明電極（６）へ向かってそれぞれ移動す
る。ｉ型半導体薄膜（４）にて生じたキャリアはＡｌ電
極（７）より光電流として取り出される。Ａｌ電極
（７）は、図示していないＣＣＤアナログシフトレジス
タや、特願平1-334472号に開示されている対数変換回路
などに接続されている。

【００１５】第１実施例においては、ｐ型不純物拡散層
（３）により画素分離が行われているので、従来の固体
撮像装置のように画素電極を設ける必要がない。また、
ｉ型半導体薄膜（４）がｐ型不純物拡散層（３）及びｎ
ウェル領域（２）の両方に直接接触するようにｎウェル
領域（２）内にｐ型不純物拡散層（３）が設けられてい
る。そして、ｉ型半導体薄膜（４）の下地は平坦であ
る。従って、従来の積層型の固体撮像装置のように、光
電変換層の下地が平坦でないためにセンサーの電気的出
力にバラツキが生じるということが防止される。

【００１６】図３は、第１実施例に係る固体撮像装置に
おいて、ｎウェル領域（２）内に形成されたｐ型不純物
拡散層（３）が１画素を形成し、それらが多数横方向に
並んでいる様子を示している。固体撮像装置の画素部
は、各画素に対応した複数の光電変換部により構成され
る。また、その上に積層された膜が各画素をつなぐ形
で、ｎウェル領域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）の
両方に接する様に形成されている様子を示している。ｉ
型半導体薄膜（４）で光電変換され生成されたキャリア
は、ｉ型半導体薄膜（４）が高い抵抗をもち、かつ、薄
膜の膜厚ｔに比べて画素間の距離ｄが広いため、横方向
にはほとんど拡散せずｐ型不純物拡散層（３）に達す
る。具体的には、図３に示されているように、距離ｄは
約５ー１０μｍ、膜厚ｔは約１μｍである。

【００１７】図４は、本発明の第２実施例に係る固体撮
像装置の画素部の構造を示した図である。第１実施例に
おいてｎウェル領域及びｎウェル領域内に形成されたｐ
型不純物拡散層上に直接積層されたｉ型半導体薄膜が単
層であったのに対して、第２実施例においてはｉ型半導
体薄膜が第１ｉ型半導体薄膜（１４）、第２ｉ型半導体
薄膜（１５）の２層により構成されている。これ以外の
第２実施例の装置の構成は第１実施例と同様である。

【００１８】第２実施例において、第１ｉ型半導体薄膜
（１４）は、半導体薄膜とｎウェル領域（２）及びｐ型
不純物拡散層（３）との界面の欠陥等が原因となって発
生する暗電流を抑制するとともに、半導体薄膜の耐電圧
特性を改善し、さらに、ｐ型不純物拡散層（３）からの
注入電流を阻止するブロッキング層として働く。第１ｉ
型半導体薄膜（１４）を設けることにより、光電変換層
である第２ｉ型半導体薄膜（１５）にアバランシェ増倍
等の光電流増倍に必要な高い電圧が印加できるようにな
るため、暗電流の発生を抑制しつつ、アバランシェ増倍
等の光電流増倍を行うことができる。

【００１９】光電変換層としての第２ｉ型半導体薄膜
（１５）は可視光の吸収係数の大きいａ−Ｓｉ：Ｈや、
μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ポリシリコンなどにより形成される。
第１ｉ型半導体薄膜（１４）は、ポリシリコン、μｃ−
Ｓｉ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、Ｃ−Ｓｉ等により形成され
る。このうちバンドギャップの広いａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ
−ＳｉＮ：Ｈが望ましい。また、ｎ型半導体薄膜（５）
は、入射光を透過させ、かつ、導電性材料により形成さ
れる。ｎ型半導体薄膜（５）の材料としては、太陽電池
などで用いられているａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＣ：Ｈやμ
ｃ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ等が用いられる。透明
電極（６）はＩＴＯ、ＳｎＯ₂などで形成される。透明
電極（６）から入射した光は第２ｉ型半導体薄膜（１
５）で吸収され、電子正孔対を生じる。透明電極（６）
には、正極の電圧が印加されているため、生成した正孔
はｐ型不純物拡散層（３）へ向かって、電子は透明電極
（６）へ向かってそれぞれ移動する。第２ｉ型半導体薄
膜（１５）にて生じたキャリアは第１ｉ型半導体薄膜
（１４）にてアバランシェ増倍され、Ａｌ電極（７）よ
り増倍された光電流として取り出される。Ａｌ電極
（７）は、図示していないＣＣＤアナログシフトレジス
タや対数変換回路などに接続されている。

【００２０】図５は、第２実施例に係る固体撮像装置に
おいて、ｎウェル領域（２）内に形成されたｐ型不純物
拡散層（３）が１画素を形成し、それらが多数横方向に
並んでいる様子を示している。また、その上に積層され
た膜が各画素をつなぐ形で、ｎウェル領域（２）及びｐ
型不純物拡散層（３）の両方に接する様に形成されてい
る様子を示している。第２ｉ型半導体薄膜（１５）で光
電変換され生成されたキャリアは、第１ｉ型半導体薄膜
（１４）及び第２ｉ型半導体薄膜（５）が高い抵抗をも
ち、膜厚ｔに比べて画素間の距離ｄが広いため、横方向
にはほとんど拡散せずｐ型不純物拡散層（３）に達す
る。具体的には、図５に示されているように、距離ｄは
約５ー１０μｍ、膜厚ｔは約１μｍである。

【００２１】図６は、第２実施例の変形例を示してい
る。図５に示される第２実施例では、第１ｉ型半導体薄
膜（１４）が各画素をつなぐ形で、ｎウェル領域（２）
及びｐ型不純物拡散層（３）の両方に接する様に形成さ
れている。一方、この変形例では、第１ｉ型半導体薄膜
（１４）が画素部であるｐ型不純物拡散層（３）のみに
接する様に形成されている。変形例においては、光導電
層における暗電流の発生をより減少させるために、第１
ｉ型半導体薄膜（１４）と不純物拡散層（３）との接合
面積を減少させている。（８）は、絶縁膜で、熱酸化膜
のＳｉＯ2やＳｉＮが用いられる。

【００２２】図７は本発明の第３実施例に係る固体撮像
装置の画素部の構造を示す。第２実施例と異なる点は、
ｎウェル領域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）上部に
積層された膜の構造であり、それ以外の構成は第２実施
例と同様である。

【００２３】第３実施例における積層膜は、第１ｉ型半
導体薄膜（２４）、第１ｎ型半導体薄膜（２５）、第２
ｉ型半導体薄膜（２６）、第２ｎ型半導体薄膜（２７）
により構成される。

【００２４】第１ｉ型半導体薄膜（２４）は、生成した
キャリアの移動度の大きいポリシリコン、μｃ−Ｓｉ、
μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈ、
ａ−ＳｉＮ：Ｈ、Ｃ−Ｓｉなどにより形成される。この
うちバンドギャップの広い、ａ−ＳｉＣ：Ｈやａ−Ｓｉ
Ｎ：Ｈが望ましい。

【００２５】第１ｎ型半導体薄膜（２５）は、ａ−Ｓｉ
Ｃ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：
Ｈにより形成される。第２ｉ型半導体薄膜（２６）は光
電変換層であり、ここで光をほとんど吸収するように可
視光の吸収係数の大きいａ−Ｓｉ：Ｈなどで形成され
る。第２ｎ型半導体薄膜（２７）は、ａ−ＳｉＣ層から
成る正孔注入阻止層である。透明電極（６）はＩＴＯ、
ＳｎＯ₂などで形成される。

【００２６】透明電極（６）から入射した光は、光電変
換層である第２ｉ型半導体薄膜（２６）で吸収され、電
子正孔対を生じる。透明電極（６）には、正極の電圧が
印加されているため、生成した正孔はｐ型不純物拡散層
（３）へ向かって、電子は透明電極（６）へ向かってそ
れぞれ移動する。第１ｉ型半導体薄膜（２４）は、ｎ型
半導体薄膜（２５）と不純物拡散層（３）に挟まれてい
るため、電圧のほとんどがここにかかる。この第１ｉ型
半導体薄膜（２４）において生じたキャリアはその移動
中にアバランシェ増倍され、Ａｌ電極（７）より光電流
として取り出される。Ａｌ電極（７）は、図示していな
いＣＣＤアナログシフトレジスタや対数変換回路などに
接続されている。

【００２７】図８は、本発明の第４実施例に係る固体撮
像装置の画素部の構造を示す。第２実施例と異なる点
は、ｎウェル領域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）上
部に積層された膜の構造であり、それ以外の構成は第２
実施例と同様である。

【００２８】第４実施例における積層膜は、第１ｉ型半
導体薄膜（３４）、第２ｉ型半導体薄膜（３５）、第１
ｎ型半導体薄膜（３６）、第３ｉ型半導体薄膜（３
７）、第２ｎ型半導体薄膜（３８）により構成されてい
る。

【００２９】第１ｉ型半導体薄膜（３４）は、半導体薄
膜とｎウェル領域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）と
の界面の欠陥等が原因となって発生する暗電流を抑制す
るとともに、半導体薄膜の耐電圧特性を改善し、さら
に、ｐ型不純物拡散層（３）からの注入電流を阻止する
ブロッキング層として働く。第１ｉ型半導体薄膜（３
４）は、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−Ｓｉ
Ｎ：Ｈ、Ｃ−Ｓｉ等で形成される。第３ｉ型半導体薄膜
（３７）は光電変換層であり、ここで光をほとんど吸収
するように可視光の吸収係数の大きいａ−Ｓｉ：Ｈなど
で形成されている。第２ｉ型半導体薄膜（３５）はアバ
ランシェ増倍層であり、生成したキャリアの移動度の大
きいμｃ−Ｓｉ：Ｈやポリシリコンなどを用いる。第１
ｎ型半導体薄膜（３６）はａ−ＳｉＣ：Ｈやμｃ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈなどにより形成される。この構
成においては、ｎ型とｐ型に挟まれた部分、つまり、ｎ
型半導体薄膜（３６）と不純物拡散層（３）に挟まれた
部分に電圧のほとんどがかかる。

【００３０】第２ｎ型半導体薄膜（３８）は入射光を透
過させ、かつ、導電性材料により形成される。第２ｎ型
半導体薄膜（３８）の材料としては、太陽電池などで用
いられるａ−ＳｉＣ：Ｈやμｃ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈなどが用いられる。

【００３１】透明電極（６）から入射した光は第３ｉ型
半導体薄膜（３７）で吸収され、電子正孔対を生じる。
透明電極（６）には、正極の電圧が印加されているた
め、生成した正孔はｐ型不純物拡散層（３）へ向かっ
て、電子は透明電極（６）へ向かってそれぞれ移動す
る。ここで高い電圧が印加されている第２ｉ型半導体薄
膜（３５）においてほとんどキャリアだけがアバランシ
ェ増倍され、Ａｌ電極（７）より光電流として取り出さ
れる。Ａｌ電極（７）は、図示していないＣＣＤアナロ
グシフトレジスタや対数変換回路などに接続されてい
る。

【００３２】図９は、本発明の第５実施例に係る固体撮
像装置の画素部の構造を示す。図８に示される第４実施
例においては、アバランシェ増倍されるキャリアが正孔
の場合を想定しているのに比べ、本実施例はアバランシ
ェ増倍されるキャリアが電子の場合を考慮している。
（４４）は第１ｉ型半導体薄膜、（４５）は第２ｉ型半
導体薄膜、（４６）はｐ型半導体薄膜、（４７）は第３
ｉ型半導体薄膜、（４８）はｎ型半導体薄膜をそれぞれ
示している。それ以外の構成については、第５実施例は
第２実施例と同様である。

【００３３】第１ｉ型半導体薄膜（４４）は、半導体薄
膜とｎウェル領域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）と
の界面の欠陥等が原因となって発生する暗電流を抑制す
るとともに、半導体薄膜の耐電圧特性を改善し、さら
に、ｐ型不純物拡散層（３）からの注入電流を阻止する
ブロッキング層として働く。第２ｉ型半導体薄膜（４
５）は光電変換層であり、ここで光をほとんど吸収する
ように可視光の吸収係数の大きいａ−Ｓｉ：Ｈなどで形
成されている。第３ｉ型半導体薄膜（４７）はアバラン
シェ増倍層であり、キャリアの移動度の大きいμｃ−Ｓ
ｉ：Ｈやｐｏｌｙ−Ｓｉなどを用いる。十分に高い逆電
圧を印加した場合、第２ｉ型半導体薄膜（４５）よりも
第３ｉ型半導体薄膜（４７）にほとんど電圧がかかるよ
うに、ｐ型半導体薄膜（４６）とｎ型半導体薄膜（４
８）で第３ｉ型半導体薄膜（４７）を挟んだ構造として
いる。ｐ型半導体薄膜（４６）はａ−ＳｉＣ：Ｈやμｃ
−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈなどで形成される。ｎ型
半導体薄膜（４８）は、入射光を透過させ、かつ、導電
性の材料により形成される。ｎ型半導体薄膜（４８）の
材料としては、太陽電池などで用いられているａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈやμｃ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈなどが用い
られる。

【００３４】透明電極（６）から入射した光は第２ｉ型
半導体薄膜（４５）で吸収され、電子正孔対を生じる。
透明電極（６）には、正極の電圧が印加されているた
め、生成した正孔はｐ型不純物拡散層（３）へ向かっ
て、電子は透明電極（６）へ向かって、それぞれ移動す
る。ここで高い電圧が印加されている第３ｉ型半導体薄
膜（４７）においてほとんど電子だけが、アバランシェ
増倍され、Ａｌ電極（７）より光電流として取り出され
る。Ａｌ電極（７）は、図示していないＣＣＤアナログ
シフトレジスタや対数変換回路などに接続されている。

【００３５】なお、ここで示したすべての実施例は、ｐ
型およびｎ型を入れ替えた場合にも可能である。また、
Ｙ−Ｙ’断面図で示したそれぞれの実施例は、Ｘ−Ｘ’
断面図で示したいかなる膜構造とも組み合わせが可能で
ある。さらにＡｌ電極（７）より取り出された信号電流
は、対数変換回路によって入射光強度の積分値の対数に
比例した電圧に変換することも可能である。

【００３６】さらに、上記第２〜第５実施例において
は、アバランシェ増倍型の半導体薄膜を開示したが、ト
ンネリング増倍型の半導体薄膜を用いてもよい。

【００３７】図１０及び図１１は、本発明の第６実施例
に係る二次元固体撮像装置の構造を示す。図１０は第６
実施例の概念図、図１１は１単位画素（６０）周辺の詳
細を表す平面図である。図１２はそのＸ−Ｘ’断面図、
図１３はＹ−Ｙ’断面図である。

【００３８】図１２に示されるように、第６実施例に係
る固体撮像装置は、ｐ型シリコン基板上に垂直シフトレ
ジスタを構成するｎ型埋め込み拡散層（５７）、素子分
離領域を構成するｐ型拡散層（５６）、画素電極を構成
するｎ型拡散層（５８）が、イオン注入法または熱拡散
法により形成される。半導体積層膜（５９）は、ｎ型拡
散層（５８）上に直接プラズマＣＶＤ法等で形成され
る。（４０）、（４１）は、それぞれ垂直シフトレジス
タの第１層及び第２層ポリシリコン電極を示し、図示し
ていないアルミニウム等の金属材料で形成された配線に
よって、外部からシフトレジスタに駆動電圧を印加でき
る構成になっている。（４２）は第３層ポリシリコン電
極で形成され、信号電荷をシフトレジスタに転送するた
めのシフトゲートを示している。また、半導体積層膜
（５９）は第１実施例の半導体積層膜と同様に、ｉ型半
導体薄膜（５１）、ｐ型半導体薄膜（５２）、透明電極
（５３）により構成される。光は、透明電極（５３）よ
り入射し、ｐ型半導体薄膜（５２）を通過して、光電変
換層であるｉ型半導体薄膜（５１）で吸収され、電子正
孔対を生じる。透明電極（５３）には、負極の電圧が印
加されているため、正孔はｐ型半導体薄膜（５２）へ向
かって、電子は画素電極を構成するｎ型拡散層（５８）
へ向かってそれぞれ移動する。そして、図１０に示され
るように、信号電荷である電子は、ｎ型拡散層（５８）
に蓄積され、読み出しのタイミングパルスが第３層ポリ
シリコン電極に（４２）に印加されると、シフトゲート
（４２）を経て垂直レジスタ（６１）に読み出され、水
平シフトレジスタ（６２）、出力回路（６３）へと転送
され、画像信号として出力される。

【００３９】図１４は、従来の２次元固体撮像装置の１
画素の断面構造を示す。図１４において、（１００）は
ｐ型シリコン基板、（２０）は素子分離領域を形成する
ｐ型拡散層、（３０）はｎ型不純物領域からなる蓄積ダ
イオード、（９０）はｎ型の不純物領域からなるＣＣＤ
チャネル領域である。チャネル領域（９０）の上部に
は、引き出し電極（７０）が形成されている。引き出し
電極（７０）及び絶縁膜（６ａ）の上には、表面平坦用
の第２絶縁膜（６ｂ）が形成されており、この絶縁膜
（６ｂ）上には１画素毎に対応した画素電極（８０）が
形成されている。この画素電極（８０）上には、光電変
換素子として例えばａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ型の非晶質水素化
シリコン）からなる半導体薄膜（９）が形成されてお
り、この半導体薄膜（９）上には透明電極（１０）が形
成されている。

【００４０】図１４に示される従来の二次元固体撮像装
置では、半導体積層膜により受光部を構成する場合に、
第１の絶縁膜（６ａ）、蓄積ダイオード（３０）、引き
出し電極（７０）、表面平坦化用の第２絶縁膜（６ｂ）
が必要である。一方、本発明の第６実施例では、表面が
ｎ型拡散層（５８）だけで蓄積ダイオードと画素電極の
役割を果たしているため、受光部を作製する際の工程が
簡略化される。さらに、図１３に示されているように、
ｎ型拡散層（５８）の表面は平坦であるので、ｎ型拡散
層（５８）上に設けられた半導体積層膜（５９）からの
電気的出力のバラツキがなくなる。また、直接シリコン
基板上にｎ型拡散層（５８）を形成するため、暗電流の
発生の防止にも効果的である。

【００４１】尚、ここでは、半導体積層膜（５９）の構
造を第１実施例と同様な構造としたが、第２、第３実施
例と同様な構造を用いてもよい。第２、第３実施例と同
様な構造の半導体積層膜を用いる場合、膜質や積層膜の
表面が平坦でないことが原因で、ブレイクダウンしやす
いという光電流増倍型半導体積膜層の特性も改善され
る。

【００４２】次に、本発明の第７実施例に係る一次元固
体撮像装置について説明する。図１５は第７実施例に係
る固体撮像装置の画素部の構造を示した平面図であり、
図１６はそのＹ−Ｙ’断面図を、図１７、図１８はＸ−
Ｘ’断面図を示したものである。第７実施例において、
（１）はｐ型半導体基板、（２）はｐ型半導体基板にイ
オン注入法または熱拡散法により形成されたｎウェル領
域、（３）はｎウェル領域（２）内にイオン注入法また
は熱拡散法により形成されたｐ型不純物拡散層、（１１
０）はｉ型半導体薄膜、（１１１）はｎ型半導体薄膜、
（６）は透明電極、（７）はＡｌ電極である。ｉ型半導
体薄膜（１１０）は可視光の吸収係数の大きいａ−Ｓ
ｉ：Ｈや、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ポリシリコンなどにより形
成される。また、ｎ型半導体薄膜（１１１）は、入射光
を透過し、かつ、導電性の材料、例えば、太陽電池など
で用いられているａ−ＳｉＣ：Ｈやμｃ−ＳｉＣ：Ｈ、
μｃ−Ｓｉ：Ｈなどで形成される。透明電極（６）はＩ
ＴＯ、ＳｎＯ₂などで形成される。透明電極（６）から
入射した光はｉ型半導体薄膜（１１０）で吸収され、電
子正孔対を生じる。透明電極（６）には、正極の電圧が
印加されているため、生成した正孔はｐ型不純物拡散層
（３）の方向、電子は透明電極（６）の方向へそれぞれ
移動する。ｉ型半導体薄膜（１１０）にて生じたキャリ
アはＡｌ電極（７）より光電流として取り出される。Ａ
ｌ電極（７）は、図示していないＣＣＤアナログシフト
レジスタや対数変換回路などに接続されている。

【００４３】図１７は、ｎウェル領域（２）内に形成さ
れたｐ型不純物拡散層（３）が１画素を形成し、それら
が多数横方向に並んでいる様子を示している。また、そ
の上に積層された膜が各画素をつなぐ形で、ｎウェル領
域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）の両方に接する様
に形成されている様子を示している。ｉ型半導体薄膜
（１１０）で光電変換され生成されたキャリアは、ｉ型
半導体薄膜（１１０）が高い抵抗をもち、かつ、膜厚ｔ
に比べて画素間の距離ｄが広いため、横方向にはほとん
ど拡散せずｐ型不純物拡散層（３）に達する。図１７に
示されるように、具体的には、距離ｄは約５ー１０μ
ｍ、膜厚ｔは約１μｍである。

【００４４】図１８は、第７実施例の変形例を示してい
る。図１７では積層された半導体膜が各画素をつなぐ形
で、ｎウェル領域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）の
両方に接する様に形成されているが、本実施例は画素部
であるｐ型不純物拡散層（３）のみに接する様に形成さ
れている。光電変換層において発生する暗電流をより減
少させるために、ｉ型半導体膜（１１０）と不純物拡散
層（３）との接合面積を減少させた構造としている。

【００４５】次に、第７実施例に係る固体撮像装置の製
造方法を図１９を参照しながら以下に説明する。図１９
において、（ａ）は水素プラズマ処理工程を、（ｂ）は
半導体薄膜成膜工程を、（ｃ）は上部電極である透明電
極成膜工程を各々示している。（ａ）、（ｂ）は同一の
プラズマＣＶＤ装置内、（ｃ）は電子ビーム蒸着装置内
での製造工程を示している。

【００４６】工程（ａ）、（ｂ）は真空の状態で連続し
て行う。まず、半導体薄膜を積層する受光部をウェット
エッチング法またはドライエッチング法などで設けた基
板を、プラズマＣＶＤ装置にセットし、装置内を真空状
態にする。装置内が十分な真空度に到達したら水素ガス
をチャンバー内に導入する。そして、工程（ａ）に示さ
れているように基板に水素プラズマが十分接するように
プラズマの放電条件を設定する。その後、工程（ｂ）に
示されているように半導体薄膜を順次成膜する。次に、
ＣＶＤ装置内を真空状態にせずに、工程（ｃ）に示され
ているように透明電極成膜を電子ビーム蒸着装置により
行う。

【００４７】図２０は、ｎウェル領域（２）及びｐ型不
純物拡散層（３）の表面を水素プラズマ処理した時間が
暗電流に与える効果を示している。同一の放電条件で
は、処理時間が長いほどダングリングボンドや欠陥等
の、半導体薄膜とｎウェル領域（２）及びｐ型不純物拡
散層（３）との界面で発生する問題が改善され、暗電流
を抑制する効果が大きい。従って、前記半導体薄膜にア
バランシェ増倍等の光電流増倍に必要な高い電圧を印加
できるようになる。

【００４８】上述したように、本発明の第７実施例に係
る固体撮像装置においては、ｉ型半導体薄膜（１１０）
を形成する前に、ｎウェル領域（２）とｐ型不純物拡散
層（３）の両領域の表面を水素プラズマで処理すること
で、ダングリングボンドや欠陥などの、半導体薄膜とｎ
ウェル領域（２）及びｐ型不純物拡散層（３）との界面
で発生する問題を改善し、暗電流を抑制するとともに、
光電変換層である半導体薄膜にアバランシェ増倍等の光
電流増倍に必要な高い電圧を印加できるようにするもの
である。

【００４９】尚、第７実施例においては、ｉ型半導体薄
膜（１１０）を形成する前に、ｎウェル領域（２）とｐ
型不純物拡散層（３）の両領域の表面を水素プラズマで
処理しているが、ｐ型不純物拡散層（３）のみを水素プ
ラズマで処理することによっても同様の効果が得られ
る。

【００５０】さらに、第１〜第６実施例において、ｉ型
半導体薄膜を形成する前にｎウェル領域とｐ型不純物拡
散層の両方、あるいは、ｐ型不純物拡散層のみを水素プ
ラズマで処理することによっても同様の効果が得られ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体薄膜を積層することにより受光部を形成する固体
撮像装置において、下部電極をｐ型またはｎ型の不純物
層により基板内に形成し、この下部電極の上に直接半導
体薄膜を形成することにより、画素電極を用いることな
く画素分離することが可能であるとともに、従来の二次
元固体撮像装置のように画素電極上に絶縁膜を設けて表
面を平坦にすることなく、平坦な下部電極の上に直接半
導体薄膜を積層することが可能となった。

【００５２】従って、画素電極を作製する工程、及び画
素電極層の表面を平坦にする工程が不要となり、製造工
程を簡略にすることができる。

【００５３】また、本発明によれば、光電変換層である
半導体薄膜の下地が平坦であるため、従来の一次元固体
撮像装置のように電気的出力にバラツキが生じることが
防止される。

【００５４】さらに、本発明によれば、半導体薄膜がア
バランシェ増倍型またはトンネリング増倍等の積層構造
を有しているため、簡単な構造でありながら、高い受光
感度を有する積層型固体撮像装置を提供することができ
る。

【００５５】さらに、本発明によれば、ｉ型半導体薄膜
を２層構造とし半導体基板側のｉ型半導体薄膜を、半導
体基板に形成された拡散領域からのキャリア注入阻止層
とすることにより、界面の欠陥などに起因する暗電流お
よび耐電圧特性を改善し、前記半導体薄膜に高電圧を印
加できるようし、アバランシェ増倍またはトンネリング
増倍等の光電流増倍を行うことができる積層型の固体撮
像装置を提供することができる。 加えて、本発明によ
れば、前記半導体薄膜を形成する前に少なくともｐ型ま
たはｎ型の不純物層の表面を水素プラズマで処理するこ
とにより、半導体薄膜の積層部の界面の欠陥などに起因
する暗電流および耐電圧特性を改善し、前記半導体薄膜
に高電圧を印加できるようにし、アバランシェ増倍また
はトンネリング増倍等の光電流増倍を行うことのできる
固体撮像装置の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る一次元固体撮像装
置の画素部の構造を示す平面図

【図２】 図１の装置のＹ−Ｙ’断面図

【図３】 図１の装置のＸ−Ｘ’断面図

【図４】 本発明の第２実施例に係る固体撮像装置の画
素部の構造を示す図

【図５】 第２実施例に係る固体撮像装置において、ｎ
ウェル領域（２）内に形成されたｐ型不純物拡散層
（３）が１画素を形成し、それらが多数横方向に並んで
いる様子を示す図

【図６】 第２実施例の変形例を示す図

【図７】 本発明の第３実施例に係る固体撮像装置の画
素部の構造を示す図

【図８】 本発明の第４実施例に係る固体撮像装置の画
素部の構造を示す図

【図９】 本発明の第５実施例に係る固体撮像装置の画
素部の構造を示す図

【図１０】 本発明の第６実施例に係る二次元固体撮像
装置の概念図

【図１１】 １単位画素（６０）周辺の詳細を表す平面
図

【図１２】 図１１の装置のＸ−Ｘ’断面図

【図１３】 図１１の装置のＹ−Ｙ’断面図

【図１４】 従来の２次元固体撮像装置の１画素の断面
構造を示す図

【図１５】 第７実施例に係る固体撮像装置の画素部の
構造を示した平面図

【図１６】 図１５に示される装置のＹ−Ｙ’断面図

【図１７】 図１５に示される装置のＸ−Ｘ’断面図

【図１８】 第７実施例の変形例を示す図

【図１９】 第７実施例に係る固体撮像装置の製造方法
を示す図

【図２０】 ｎウェル領域及びｐ型不純物拡散層の表面
を水素プラズマ処理した時間が暗電流に与える効果を示
す図

【符号の説明】

１ ｐ型半導体基板 ２ ｎウェル領域 ３ ｐ型不純物拡散層 ４ ｉ型半導体薄膜 ５ ｎ型半導体薄膜 ６ 透明電極 １４ 第１ｉ型半導体薄膜 １５ 第２ｉ型半導体薄膜 １１０ ｉ型半導体薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 博明 兵庫県川西市多田桜木２丁目６−10− 113 (56)参考文献 特開 平１−55859（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−243150（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67570（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/146 H01L 31/10 H04N 5/335

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられた正または負の導電型の第
   １の拡散領域と、 前記第１の拡散領域の中に設けられ、第１の拡散領域と
   逆の導電型の複数の第２の拡散領域と、 前記第１の拡散領域と複数の前記第２の拡散領域とに同
   時に接触するように形成された光電変換機能を有する半
   導体薄膜と、 を有する固体撮像装置。
2. 【請求項２】前記半導体薄膜がアバランシェ増倍型また
   はトンネリング増倍型の光電流増倍機能をもつ積層構造
   を有していることを特徴とする請求項１に記載の固体撮
   像装置。
3. 【請求項３】前記半導体薄膜が多層からなり、前記半導
   体基板に接触する第１の層及び第１の層上に設けられた
   第２の層がドーピングされていない異なる半導体材料か
   らなる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の
   固体撮像装置。
4. 【請求項４】前記半導体薄膜がアバランシェ増倍型また
   はトンネリング増倍型の光電流増倍機能をもつ積層構造
   を有していることを特徴とする請求項３に記載の固体撮
   像装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法
   において、 前記半導体薄膜を形成する前に、前記半導体基板の表面
   を水素プラズマ処理する工程を有する固体撮像装置の製
   造方法。
6. 【請求項６】前記半導体薄膜を形成する装置と同一の装
   置内で水素プラズマを発生させ、前記半導体基板の表面
   を水素プラズマで処理する工程の後に、連続して前記半
   導体薄膜を形成する請求項５に記載の固体撮像装置の製
   造方法。