JPH03270177A - 半導体受光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ＩＲ要］ アモルファス半導体を光電変換層に用いた半導体受光装
置及びその製造方法に関し、 光電変換層と電極層の界面特性を改善し、暗電流を低減
することができる半導体受光装置及びその製造方法を提
供することを目的とし、アモルファス半導体の光電変換
層と、前記光電変換層の信号光入射側に形成された透明
電極層と、前記光電変換層の前記信号光入射側と反対側
に形成された不透明電極層とを有する半導体受光装置に
おいて、前記不透明！極層が、少なくとも信号光を実質
的に７透過しない程度のゲルマニウムを含むシリコンゲ
ルマニウム層又はゲルマニウム層であるように構成する
。

［産業上の利用分野］ 本発明はアモルファス半導体を光電変換層に用いた半導
体受光装置及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 近年、ｍ像素子等における受光部としてアモルファス半
導体を光電変換層に用いた半導体受光装置が用いられて
いる。撮像素子等の受光部として暗電流の低減が特に要
求されている。暗電流を低減するためには、その−因で
ある光電変換層と電極層との界面特性を改善する必要が
ある。

従来の半導体受光装置の原理を第７図に示す。

支持体１上にアルミニウムやアルミニウムシリコン等の
アルミニウム系合金である不透１す１な下部電極層３が
形成され、下部電極層３上にアモルファスシリコンの光
電変換層５が形成され、光電変換層５上にｌＴＯの透明
電極層７が形成されている。下部電極層３と透明電極層
７間に電圧を印加すると、透ＩＩＪ］電極層７を介して
入射した光に応じて光電変換層５は光電流を発生−する
。

半導体受光装置において光電変換ＮＪ５下の下部！極層
３として要求される条件は、■低抵抗であること、■上
層の光電変換層５と反応しにくいこと、■下地にアルミ
ニウム配線やカラス基板等の耐熱性に劣る材料を用いて
いる場合には下部電極層の形成温度が下地に悪影響を及
ぼさない程度に低いこと、等である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の半導体受光装置では、第７図に示
すように、下部ｔ＃１Ｊ１３にアルミニウムやアルミニ
ウムシリコン等のアルミニウム系合金を用いているため
、低抵抗ではあるものの、光電変換層５のアモルファス
シリコンと容易に反応して、界面において相互拡散を起
こす。界面特性が劣化すると、暗電流が増加して、半導
体受光装置の特性が劣化してしまうという問題かあった
。

本発明の目的は、光電変換層と＠極層の界面特性を改善
し、暗電流を低減することができる半導体受光装置及び
その製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の原理を第１図を用いて説明する。

本発明により半導体受光装置においては、支持体１上に
形成された不透明な下部′に＆極！＠９がシリコンゲル
マニウム合金である点に特徴がある。シリコンゲルマニ
ウム合金の下部＠極層９は、その上に形成された光電変
換層５のアモルファスシリコンと反応しにくいので光電
変換層５と下部電極層９の界面特性を良好に維持できる
。

本発明による半導体受光装置の暗電流を従来と比較して
第２図に示す、同図から明らかなように、従来の半導体
受光装置の暗電流（破線）に比べて、本発明による半導
体受光装置（実線）では１桁以上暗電流を低減させるこ
とかできた。

１作用］ 本発明によれば、光電変換層の光入射と反対側の不″ｓ
１す１電極層にシリコンゲルマニウム合金又はゲルマニ
ウムを用いたので、光電変換層のアモルファスシリコン
と反応することなく良好な界面特性を維持でき、暗電流
の低減を図ることができる。

［実施例］ 本発明による半導体受光装置を用いた固体撮像装置の一
具体例を第３図に示す。

シリコン基板１０表面のフィールド酸化ＪＩｇ１２によ
り画定された素子領域に、電荷を蓄積する電荷蓄積領ｊ
ｌｌｌｉ１４が形成され、電荷蓄積領１ｊｌ１１４に隣
接して電荷転送領域１６が形成されている。電荷転送領
域１６上には酸化１Ｗ１８を介して２つの多結晶シリコ
ンの転送＄極層２０．２２が形成されている。転送＠極
２０．２２は絶縁層２４により埋め込まれている。絶縁
層２４上にはアルミニウムシリコン、タングステンシリ
サイド等の配線層２６が形成され、絶縁層２４に形成さ
れたコンタクトホールを介して電荷蓄積領域１４に接続
されている。

配線層２６上にはＰＳＧやＳＯＧを用いた平坦化層２８
を介して画素型４１ｉ１３０が形成されている。画素電
極層３０はゲルマニウム金属又はシリコンゲルマニウム
合金により形成されている。このシリコンゲルマニウム
合金は、少なくとも光が透過しない程度のゲルマニウム
を含んだものである０画素電極層３０は画素毎に分離す
るようにパターニングされている。画素電極層３０はｎ
型にドーピングされて低抵抗化されている。

なお、シリコンゲルマニウム合金のゲルマニウム含有量
は、少なくとも光を透過しない程度でよく、約１％から
１００％（ゲルマニウム金属）の範囲内であることが望
ましい。

画素＠極層３０上にはアモルファスシリコンの光電変換
層３２が形成されている。光電変換層３２上には、光電
変換層３２への電子の注入を阻止するＰ型アモルファス
ＳｉＣ層３４を介してＩＴＯの透明＠極層３６が形成さ
れている。

本実線側では画素電極層３０が、光電変換層３２のアモ
ルファスシリコンと反応しにくいゲルマニウム金属又は
シリコンゲルマニウム合金により形成されているので、
画素電極層３０の光電変換層３２との界面が劣化するこ
となく暗電流を発生させない。

次に、第３図に示す固体撮１装置の製造方法を第４図を
用いて説明する。

まず、シリコン基板１０表面のフィールド酸化膜１２に
より画定された素子領域に、電荷を蓄積する電荷蓄積領
域１４と電荷転送領域１６を形成し、電荷転送領域１６
上には酸化膜１８を介して転送電極層２０．２２を形威
し、更に転送を極２０．２２上に絶縁層２４を形成する
（第４図（ａ））。

次に、電荷蓄積領域１４上の絶縁層２４と酸化膜１８に
コンタクトホール４０を形成し、このコンタクトポール
４０からイオン注入して電荷蓄積領域１４を形成する（
第４図（ｂ））。

次に、絶縁層２４上に配線層２６を堆積し、所定形状に
パターニングする。続いて、配線層２６上に平坦化層２
８を形成して全面を平坦化した後、転送電［ｉ層２０．
２２上方の平坦化層２８にコンタクトホール４２を形成
する（第４図（Ｃ））。

次に、平坦化層２８上に気相成長方法により画素電極層
３０を堆積し、所定形状にパターニングする（第４図＋
ｄ））、画素を極層３０がゲルマニウム金属又はシリコ
ンゲルマニウム合金であるので、４５０℃以下の低温の
気相成長法により堆積することができる。

次に、全面にアモルファスシリコンの光電変換層３２を
形成し、続いて、光電変換層３２上に、ｐ型アモルファ
スＳｉＣ層３４、透明電極層３６を順次形成して、固体
撮像装置を完成する（第４図ｔｅ））。

このように本実線側によれば、画素電極層３０が低温気
相成長可能なゲルマニウム金属又はシリコンゲルマニウ
ム合金であるので、下地にアルミニウム等の低融点材料
を用いていても画素電極層３０の製造工程により下地の
特性を劣化させることかない。

本発明による半導体受光装置を用いた固体撮像装置の他
の具体例を第５図に示す、第３図の固体Ｉｌａ像装置と
同一の構成要素には同一の符号を付して説１すｊを省略
する。

本具体例は画素電極層３０がコンタクトボール４２内の
選択成長層３０ａと平坦化層２８上の薄い堆Ｗｉ層３０
ｂに分かれている点に特徴がある。

本実施例では堆積層３０ｂ上面が平坦であるので、画素
電極層３０上に形成される光電変換層３２、ρ型アモル
ファスＳＩＣ層３４、透明電極層３６が、コンタクトホ
ール４２上においても平坦に形成することができる。

このように本実施例によれば全面が平坦な光電変ｔ＊Ｎ
Ｊを形成できるので均一な電界印加を行うことができ、
＠電流を低減させると共に残像を低減させることができ
る。

次に、第５図に示す固体撮像装置の製造方法を第６図を
用いて説明する。

平坦化層２８にコンタクトホール４２を形成する工程ま
では第４図の製造方法と同じである（第４図（ａ）〜（
Ｃ））。

次に、所定の条件で減圧ＣＶＤ法によりゲルマニウム金
属又はシリコンゲルマニウム合金を堆積させると、ＰＳ
Ｇの平坦化層２８上には堆積せず、アルミニウムシリコ
ン、タングステンシリサイド等の配線層２６上のみに、
ゲルマニウム金属又はシリコンゲルマニウム合金が選択
成長して画素電極層３０の選択成長層３０ａが形成され
る（第６図（ａ））、このようにコンタクトホール４２
が選択成長層３０ａで埋め込まれ全体が平坦化する。

次に、全面にゲルマニウム金属又はシリコンゲルマニウ
ム合金を堆積させた後、パターニングして所定形状の堆
積層３０ｂを形成する（第６図（ａ））。

次に、全面にアモルファスシリコンの光電変換層３２を
形成し、続いて、光電変換ＪＩ３２上に、ρ型アモルフ
ァスＳｉＣ層３４、透明電極層３６を順次形成して、固
体撮像装置を完成する（第６図［Ｃ））。

本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施例では光電変換層がアモルファスシリ
コンであったが、アモルファスＳＩＣやアモルファス５
ｉＧｅ等の他のアモルファス半導体でもよい。

１発１すｊの効果」 以上の通り、本発明によれば、光電変換層の光入射と反
対側の不透明電極層にシリコンゲルマニウム合金又はゲ
ルマニウムを用いたので、光電変換層のアモルファスシ
リコンと反応することなく良好な界湘特性を維持でき、
暗電流の低減を図ることができる。したがって、固体撮
像装置に適用した場合の撮像特性の向上に大きく寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体受光装置の原理図、第２図は本
発明の半導体受光装置の晴＠流を示すグラフ、 第３図は本発明による半導体受光装置を用いた固体撮像
装置の一具体例の断面図、 第４図は第３図に示す固体撮像装置の製造方法の工程断
面図、 第５図は本発明による半導体受光装置を用いた固体撮像
装置の他の具体例の断面図、 第６図は第５図に示す固体撮像装置の製造方法の工程断
面図、 第７図は従来の半導体受光装置の原理図である。 図において、 １・・・支持体 ３・・・下部電極層 ５・・・光電変換層 ７・・・透明電極層 ９・・・下部電極層 １０・・・シリコン基板 １２・・・フィールド酸化膜 １４・・・電荷蓄積領域 １６・・・電荷転送領域 １８・・・酸化膜 ２０．２２・・・転送電極層 ２４・・・絶縁層 ２６・・・配線層 ２８・・・平坦化層 ３０・・・画素電極層 ３０ａ・・・選択成長層 ３０ｂ・・・堆積層 ３２・・・光電変換層 ３４・・・ｐ型アモルファスＳｉＣ層 ３６・・・透明電極層 ４０．４２・・・コンタクトホール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アモルファス半導体の光電変換層と、前記光電変換
   層の信号光入射側に形成された透明電極層と、前記光電
   変換層の前記信号光入射側と反対側に形成された不透明
   電極層とを有する半導体受光装置において、 前記不透明電極層が、少なくとも信号光を実質的に透過
   しない程度のゲルマニウムを含むシリコンゲルマニウム
   層又はゲルマニウム層であることを特徴とする半導体受
   光装置。 ２、請求項１記載の半導体受光装置において、前記光電
   変換層がアモルファスシリコンであることを特徴とする
   半導体受光装置。 ３、請求項１又は２記載の半導体受光装置において、 前記不透明電極層がｎ型にドーピングされていることを
   特徴とする半導体受光装置。 ４、アモルファス半導体の光電変換層と、前記光電変換
   層の信号光入射側に形成された透明電極層と、前記光電
   変換層の前記信号光入射側と反対側に形成された不透明
   電極層とを有する半導体受光装置の製造方法において、 約４５０℃以下の温度によりシリコンゲルマニウム層又
   はゲルマニウム層を気相成長させて前記不透明電極層を
   形成することを特徴とする半導体受光装置の製造方法。