JPH04258167A

JPH04258167A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH04258167A
Application number: JP3019581A
Authority: JP
Inventors: Kenji Morishita; 森下　健二; Tetsuo Nishikawa; 哲夫西川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1992-09-14

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子スチールカメラ、
ビデオカメラ等に使用される固体撮像素子のダイナミッ
クレンジや青色感度を向上する改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＯＳ構造のフォトダイオードと光照射
により発生したキャリヤを読み出す手段とを有する固体
撮像素子の構成図の１例を図１に示す。

【０００３】図において、１は例えばｐ型のシリコン基
板であり、２は二酸化シリコン絶縁膜であり、３はキャ
リヤ蓄積用電極であり、多結晶シリコンをもって形成さ
れている。

【０００４】キャリヤ蓄積用電極３に正バイアスを印加
し、光入射領域４に光を入射すると、光入射領域４のｐ
型のシリコン基板１の絶縁膜２との界面に電子が蓄積す
る。５はｎ型の拡散層であり、前記の蓄積した電子を界
面トラップ等の影響を避けてシリコン基板内部を転送す
るようにするために設けられたもので、シリコン基板１
の絶縁膜２との界面に蓄積した電子はｐ型のシリコン基
板１とｎ型の拡散層５とからなるｐｎ接合に流れ込む。キャリヤ読み出し手段としては、一般に電荷結合デバイ
ス（以下ＣＣＤと云う。）を使用する方法とＭＯＳ型ト
ランジスタよりなるＸ・Ｙマトリックスを使用する方法
とがあるが、図１はＣＣＤを使用する場合について示し
てあり、紙面に直角な方向に配列されているキャリヤ転
送電極６にクロック信号を加えることによってｎ型の拡
散層５に流れ込んだ電子は紙面に直角な方向に転送され
る。

【０００５】次に、キャリヤ蓄積用とキャリヤ転送用と
を兼ねたキャリヤ蓄積・転送電極を有するＣＣＤ構造の
固体撮像素子の１例を図２に示す。

【０００６】図において、１１は例えばｐ型のシリコン
基板であり、１４はｎ型のシリコン層であり、１２は絶
縁膜であり、１３はキャリヤ蓄積・転送電極であり、多
結晶シリコンをもって形成されている。

【０００７】キャリヤ蓄積・転送電極１３に４相のクロ
ック電圧、Φ１、Φ２　、Φ３　、Φ４　∵（Φ１　＞
Φ２　＞Φ３　＞Φ４　＞０）を印加し、キャリヤ蓄積
・転送電極１３を介して光を入射すると、ｎ型のシリコ
ン層１４とｐ型の基板の界面に電子が蓄積する。この蓄
積された電子は、４相クロック電圧により転送される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１に示すＭＯＳ構造
のフォトダイオードとキャリヤ読み出し手段とを有する
固体撮像素子におけるキャリヤ蓄積用電極３及び図２に
示すＣＣＤ構造の固体撮像素子におけるキャリヤ蓄積・
転送電極１３は、いずれも多結晶シリコンをもって形成
されている。多結晶シリコンの光の各波長に対する吸収
係数を図３に示す。図３においてグラフＡは多結晶シリ
コンがアンドープの場合、グラフＢはリンが３×１０１
９ｃｍ−３ドープされている場合、グラフＣはリンが７
×１０２０ｃｍ−３ドープされている場合を示す。いず
れも短波長の光に対する吸収係数が大きく、固体撮像素
子の青色に対する感度が低下する原因となっている。

【０００９】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、青色感度の向上された固体撮像素子を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、下記いず
れの手段によっても達成される。

【００１１】第１の手段は、半導体層（１）上に絶縁膜
（２）を介してキャリア蓄積用電極（３）を有するＭＯ
Ｓ構造のフォトダイオードとこのフォトダイオードに蓄
積されたキャリヤを読み出すキャリヤ読み出し手段とを
有する固体撮像素子において、前記のキャリヤ蓄積用電
極（３）は、酸化物透明導電体よりなる固体撮像素子で
ある。なお、前記の酸化物透明導電体よりなるキャリヤ
蓄積用電極（３）と前記の絶縁膜（２）との間に多結晶
シリコン層（７）が形成され、その厚さは５０〜５００
Åであることが好適である。

【００１２】第２の手段は、半導体層（１１）上に絶縁
膜（１２）を介して１層からなるキャリヤ蓄積・転送用
電極（１３）が形成されている電荷結合デバイス（ＣＣ
Ｄ）構造の固体撮像素子において、前記のキャリヤ蓄積
・転送用電極（１３）は酸化物透明導電体よりなる固体
撮像素子である。

【００１３】第３の手段は、半導体層（１１）上に絶縁
膜（１２）を介して２層からなるキャリヤ蓄積・転送用
電極（１３ａ・１３ｂ）が形成されている電荷結合デバ
イス（ＣＣＤ）構造の固体撮像素子において、前記の２
層からなるキャリヤ蓄積・転送用電極（１３ａ・１３ｂ
）のうち少なくとも１層は酸化物透明導電体よりなる固
体撮像素子である。なお、第２と第３の手段において、
酸化物透明導電体よりなるキャリヤ蓄積・転送用電極（
１３・１３ａ・１３ｂ）と絶縁膜（１２）との間に多結
晶シリコン層（１６）が形成され、その厚さは１００〜
５００Åであることが好適である。また、前記の酸化物
透明導電体は酸化インジュウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（
ＳｎＯ２　）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることが好
ましい。

【００１４】

【作用】図４に酸化物透明導電体の一つである酸化イン
ジュウム錫（ＩＴＯ）よりなる厚さ２０００Åの膜の光
に対する透過率を示す。波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍ
の範囲の光に対して８５％以上の透過率が得られている
。一方、厚さ２０００Åの多結晶シリコン膜の透過率を
図３に示す吸収率曲線を使用して計算すると、波長５５
０ｎｍ（緑色）の光に対しては８１％であり、波長４５
０ｎｍ（青色）の光に対しては３６％である。

【００１５】従って、固体撮像素子の光入射側に形成さ
れているキャリヤ蓄積用電極３またはキャリヤ蓄積・転
送用電極１３に、多結晶シリコンに代えて酸化物透明導
電体を使用することによって光の透過量が増加し、固体
撮像素子の感度は図５に示すように改善される。図５に
おいてグラフＡは従来技術に係る固体撮像素子の感度を
示し、グラフＢは本発明に係る固体撮像素子の感度を示
し、波長４５０ｎｍ付近の青色感度が大幅に改善されて
いる。なお、参考までに量子効率が１００％、５０％、
２０％、１０％の時の各波長に対する感度曲線をそれぞ
れ図中に示してある。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の五つの実施
例に係る固体撮像素子について説明する。

【００１７】第１例図６にＭＯＳ構造のフォトダイオードとキャリヤ読み出
し手段の一つとしてキャリヤ転送電極とを有する固体撮
像素子の断面図を示す。従来構造と同様に、図において
、１は例えばｐ型シリコン基板であり、５はｎ型拡散相
であり、２は二酸化シリコン絶縁膜である。６はキャリ
ヤ転送電極であり、遮光用のアルミニウム層６ａと多結
晶シリコン層６ｂとの積層体をもって構成されている。３は本発明の要旨に係るＭＯＳ構造のフォトダイオード
のキャリヤ蓄積用電極であり、酸化インジュウム錫（Ｉ
ＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２　）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等
の酸化物透明導電体をもって形成されている。

【００１８】第２例図７に固体撮像素子の断面図を示す。図中、図６で示し
たものと同一のものは同一記号で示してある。第１例に
示す固体撮像素子の酸化透明導電体よりなるキャリヤ蓄
積用電極３と絶縁膜２との間に５０〜５００Å厚の多結
晶シリコン膜７が形成されており、キャリヤ蓄積用電極
３をなす酸化物透明導電体中に含まれるインジュウム、
錫等が酸化膜２中に拡散することが防止される。

【００１９】第３例キャリヤ蓄積用とキャリヤ転送用とを兼ねたキャリヤ蓄
積・転送電極を有するＣＣＤ構造の固体撮像素子を図２
を参照して説明する。従来構造の固体撮像素子と同様に
図において、１１は例えばｐ型のシリコン基板であり、
１４はｎ型のシリコン層であり、１２は二酸化シリコン
絶縁膜である。１３は本発明の要旨に係るキャリヤ蓄積
・転送電極であり、酸化インジュウム錫（ＩＴＯ）、酸
化錫（ＳｎＯ２　）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物透
明導電体をもって形成されている。Φ１　、Φ２　、Φ
３　、Φ４　は、キャリヤ転送用の４相クロック電圧の
印加端子である。

【００２０】第４例図８に固体撮像素子の断面図を示す。図中、図２で示し
たものと同一のものは同一記号で示してある。第３例と
相違する点は、酸化物透明導電体よりなるキャリヤ蓄積
・転送電極１３を２層１３ａ・１３ｂに形成しているこ
とで、これによって電極間の間隙をなくし、転送効率を
高めている。２層からなるキャリヤ蓄積・転送電極１３
ａ・１３ｂのうち１層のみ、すなわち１３ａのみまたは
１３ｂのみを酸化物透明導電体をもって形成する場合と
、両方の層１３ａ・１３ｂを酸化物透明導電体をもって
形成する場合とがある。前者の場合には固体撮像素子の
感度が幾分低下するが製造工程が簡略化されるという利
点がある。

【００２１】第５例図９に固体撮像素子の断面図を示す。図中、図８で示し
たものと同一のものは同一記号で示してある。酸化物透
明導電体よりなるキャリヤ蓄積・転送電極１３ａ・１３
ｂと絶縁膜１２との間に１００〜５００Å厚の多結晶シ
リコン層１６が形成されており、キャリア蓄積・転送電
極１３ａ・１３ｂを構成する酸化物透明導電体中に含ま
れるインジュウム、錫等が絶縁膜１２中へ拡散すること
が防止される。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る固体
撮像素子においては、光入射側に形成されているキャリ
ヤ蓄積用電極またはキャリヤ蓄積・転送用電極が酸化物
透明導電体をもって形成されているので、光の透過率、
特に短波長光の透過率が高くなり、固体撮像素子の青色
感度が著しく改善された。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＯＳ型フォトダイオードとキャリヤ転送手段
とを有する固体撮像素子の構成図である。

【図２】ＣＣＤ構造の固体撮像素子の構成図である。

【図３】多結晶シリコンの光吸収係数を光の波長の関数
として描いたグラフである。

【図４】ＩＴＯの光透過率を光の波長の関数として描い
たグラフである。

【図５】固体撮像素子の感度を光の波長の関数として描
いたグラフである。図中、グラフＡは従来例の場合、グ
ラフＢは本発明の場合を示す。

【図６】本発明に係るＭＯＳ型フォトダイオードとキャ
リヤ転送手段とを有する固体撮像素子の構成図である。

【図７】本発明に係るＭＯＳ型フォトダイオードとキャ
リヤ転送手段とを有する固体撮像素子の構成図である。

【図８】本発明に係るＣＣＤ構造の固体撮像素子の構成
図である。

【図９】本発明に係るＣＣＤ構造の固体撮像素子の構成
図である。

【符号の説明】

１、１１　　　　　　半導体基板２、１２　　　　　　絶縁膜３　　　　　　キャリヤ蓄積用電極４　　　　　　光入射領域５　　　　　　ｎ型拡散層６　　　　　　キャリヤ転送電極６ａ　　　　アルミニウム層６ｂ、７、１６　　　　　　多結晶シリコン層１３、１
３ａ、１３ｂ　　　　キャリヤ蓄積・転送電極１４　　
　　　　ｎ型半導体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　半導体層（１）上に絶縁膜（２）を介
してキャリア蓄積用電極（３）を有するＭＯＳ構造のフ
ォトダイオードと該フォトダイオードに蓄積されたキャ
リヤを読み出すキャリヤ読み出し手段とを有する固体撮
像素子において、前記キャリヤ蓄積用電極（３）は、酸
化物透明導電体よりなることを特徴とする固体撮像素子
。
【請求項２】　　前記酸化物透明導電体よりなるキャリ
ヤ蓄積用電極（３）と前記絶縁膜（２）との間に多結晶
シリコン層（７）が形成されてなることを特徴とする請
求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】　　前記多結晶シリコン層（７）の厚さは
５０〜５００Åであることを特徴とする請求項２記載の
固体撮像素子。
【請求項４】　　半導体層（１１）上に絶縁膜（１２）
を介して１層からなるキャリヤ蓄積・転送用電極（１３
）が形成されてなる電荷結合デバイス（ＣＣＤ）構造の
固体撮像素子において、前記キャリヤ蓄積・転送用電極
（１３）は酸化物透明導電体よりなることを特徴とする
固体撮像素子。
【請求項５】　　半導体層（１１）上に絶縁膜（１２）
を介して２層からなるキャリヤ蓄積・転送用電極（１３
ａ・１３ｂ）が形成されてなる電荷結合デバイス（ＣＣ
Ｄ）構造の固体撮像素子において、前記２層からなるキ
ャリヤ蓄積・転送用電極（１３ａ・１３ｂ）のうち少な
くとも１層は酸化物透明導電体よりなることを特徴とす
る固体撮像素子。
【請求項６】　　前記酸化物透明導電体よりなるキャリ
ヤ蓄積・転送用電極（１３・１３ａ・１３ｂ）と前記絶
縁膜（１２）との間に多結晶シリコン層（１６）が形成
されてなることを特徴とする請求項４または５記載の固
体撮像素子。
【請求項７】　　前記多結晶シリコン層（１６）の厚さ
は５０〜５００Åであることを特徴とする請求項６記載
の固体撮像素子。
【請求項８】　　前記酸化物透明導電体は酸化インジュ
ウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２　）または酸化亜
鉛（ＺｎＯ）であることを特徴とする請求項１、２、３
、４、５、６または７記載の固体撮像素子。