JPH0673371B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPH0673371B2 JPH0673371B2 JP59103825A JP10382584A JPH0673371B2 JP H0673371 B2 JPH0673371 B2 JP H0673371B2 JP 59103825 A JP59103825 A JP 59103825A JP 10382584 A JP10382584 A JP 10382584A JP H0673371 B2 JPH0673371 B2 JP H0673371B2
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- semiconductor layer
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- carbon
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像素子に関する。
本発明は暗電流が小さく、光感度の優れた固体撮像素子
（以下光センサーと略す）を再現性よく提供することを
目的としたものである。
（以下光センサーと略す）を再現性よく提供することを
目的としたものである。
近年、光センサー材料として、プラズマCVD法、スパツ
タリング法等で形成する非晶質シリコン（ａ−si）が注
目されている。該材料は可視光（350〜800nm）での光感
度に優れておりイメージセンサー等の用途に期待されて
いる。
タリング法等で形成する非晶質シリコン（ａ−si）が注
目されている。該材料は可視光（350〜800nm）での光感
度に優れておりイメージセンサー等の用途に期待されて
いる。
第１図に従来使用されている光センサーの概念図を示
す。
す。
第１図において、11はシリコンを含有する光導電層、12
及び13は電極で、光入射側の電極は透明電極になつてい
る。
及び13は電極で、光入射側の電極は透明電極になつてい
る。
この様な構造の光センサーでは第２図にその暗電流特性
の一例を示す様に、電極12及び13の間に印加する電圧を
上げると暗電流が大巾に増加する傾向にある。これは、
電極と光導電層との界面からのキヤリアの注入がその原
因と考えられる、又この暗電流特性は、電極の材質に依
存する他、同一基板内でも大きくばらつくことがあり、
再現性良く暗電流を低く保つことが困難であつた。
の一例を示す様に、電極12及び13の間に印加する電圧を
上げると暗電流が大巾に増加する傾向にある。これは、
電極と光導電層との界面からのキヤリアの注入がその原
因と考えられる、又この暗電流特性は、電極の材質に依
存する他、同一基板内でも大きくばらつくことがあり、
再現性良く暗電流を低く保つことが困難であつた。
本発明は、この様な欠点を除去するもので、光導電層31
と電極32、33の間に非晶質シリコンを主体とし且つカー
ボン（炭素）又は後述する窒素又は酸素、さらに元素周
期表中第III−ｂ族の元素又は元素周期表中第Ｖ−ｂ族
の元素を含有する半導体層34、35を設けることにより、
電極（マイナス）−Ｐ型半導体層−光導電層−Ｎ型半導
体層−電極（プラス）、の積層構成とし、これにより暗
電流が小さく光感度の優れた光センサーを再現性よく提
供することを目的としたものでかかる本発明は、第１の
電極と、第２の電極と、前記第１及び第２の電極間に設
けられた非晶質シリコンを主体とする光導電層とを備
え、前記第１の電極が前記第２の電極に比べて相対的に
低い電位となるように電位が印加され、明暗を有する入
射される光の明るさを前記第１及び第２の電極間の電流
に変換する固体撮像素子において、 前記第１の電極と前記光導電層との間には、少なくとも
シリコンと炭素と元素周期表中第III−ｂ族の元素とが
含有された第１の半導体層を設け、前記第２の電極と前
記光導電層との間には、少なくともシリコンと炭素と元
素周期表中第Ｖ−ｂ族の元素とが含有された第２の半導
体層を設けたことを特徴とする。
と電極32、33の間に非晶質シリコンを主体とし且つカー
ボン（炭素）又は後述する窒素又は酸素、さらに元素周
期表中第III−ｂ族の元素又は元素周期表中第Ｖ−ｂ族
の元素を含有する半導体層34、35を設けることにより、
電極（マイナス）−Ｐ型半導体層−光導電層−Ｎ型半導
体層−電極（プラス）、の積層構成とし、これにより暗
電流が小さく光感度の優れた光センサーを再現性よく提
供することを目的としたものでかかる本発明は、第１の
電極と、第２の電極と、前記第１及び第２の電極間に設
けられた非晶質シリコンを主体とする光導電層とを備
え、前記第１の電極が前記第２の電極に比べて相対的に
低い電位となるように電位が印加され、明暗を有する入
射される光の明るさを前記第１及び第２の電極間の電流
に変換する固体撮像素子において、 前記第１の電極と前記光導電層との間には、少なくとも
シリコンと炭素と元素周期表中第III−ｂ族の元素とが
含有された第１の半導体層を設け、前記第２の電極と前
記光導電層との間には、少なくともシリコンと炭素と元
素周期表中第Ｖ−ｂ族の元素とが含有された第２の半導
体層を設けたことを特徴とする。
第３図に本発明に基づく光センサーの構造の概念図を示
す。
す。
第３図において、31はシリコンを含有する光導電層、32
及び33は電極で、光入射側の電極は透明電極になつてい
る。34及び35は本発明に基づくシリコン及びカーボンを
含有する半導体層である。尚、該半導体層には、暗電流
特性を向上させるために、元素周期表中第III−ｂ族を5
ppm〜５％、元素周期表中第Ｖ−ｂ族を5ppm〜0.5％混入
する場合もある。
及び33は電極で、光入射側の電極は透明電極になつてい
る。34及び35は本発明に基づくシリコン及びカーボンを
含有する半導体層である。尚、該半導体層には、暗電流
特性を向上させるために、元素周期表中第III−ｂ族を5
ppm〜５％、元素周期表中第Ｖ−ｂ族を5ppm〜0.5％混入
する場合もある。
次に、本発明の実施例について、図面とともに詳細に説
明する。
明する。
第４図に本発明に基づく光センサーの実施例の断面図を
示す。
示す。
第４図において、41はガラス等の絶縁基板、42はAl、Cr
等より成る下部電極、43は水素又はハロゲンを含有する
非晶質シリコンより成る光導電層、44はITO等より成る
透明上部電極で光は上部より入射する構造になつてい
る。又45は本発明に基づくシリコン及びカーボンを含有
する半導体層で、水素又はハロゲンを含有する非晶質シ
リコンにカーボンをドープすることにより、電極44から
のキヤリアの注入を防ぎ、暗電流を低く押さえると共
に、光学的バンドギヤツプを広げ入射した光を効率よく
光導電層43に伝える窓としての役割も担つている。尚、
電極44に（マイナス電圧）を印加する場合、該半導体
層45にボロン等の元素周期表中第III−ｂ族を5ppm〜５
％の間で適量混入することにより、暗電流をボロンノン
ドープの場合と比べて１ケタ程度低くすることもでき
る。なお、このようにすると半導体層45は当然Ｐ型半導
体層となる。又、該半導体膜の膜厚があまり薄いとピン
ホールの発生により歩留りが低下するとともに、トンネ
ル電流により特性劣化が見られ、逆にあまり厚いと電荷
分離の効率が低下し残像が生じやすく、また該半導体層
での光の吸収量が増加してしまい光電変換効率が低下す
る。そこで、該半導体層の膜厚を300〜700Å程度にする
ことで、これらの調和を図ることができる。すなわち、
トンネル電流による特性劣化がなく、残像の影響もな
く、光の吸収量を450nmで10％未満に抑えることがで
き、光電変換効率も高い固体撮像素子を歩留りよく作成
することができる。又、46は本発明に基づくシリコン及
びカーボンを含有する半導体層で、水素又はハロゲンを
含有する非晶質シリコンにカーボンをドープすることに
より、電極42からのキヤリアの注入を防ぎ、暗電流を低
く押さえることを目的としたものである。尚、該半導体
層の膜厚は、カーボンのドープ量を最適化することによ
り少なくとも300〜2000Åの間で使用可能である。なぜ
なら、膜厚が300Åより薄いとピンホールの発生により
歩留りが低下するとともに、トンネル電流により特性劣
化が見られ、2000Åより厚いと電荷分離の効率が低下し
残像が生じやすく、300〜2000Åの間であればこれらの
影響を無くすことができるからである。又、該電極42に
（プラス電圧）を印加する場合、リン等の元素周期表
中第Ｖ−ｂ族を5ppm〜0.5％原子数パーセントの間で適
量混入することにより、暗電流特性を向上できる他、リ
ンノンドープの場合でも十分な暗電流特性が得られた。
なお、このようにすると半導体層46は当然Ｎ型半導体層
となる。
等より成る下部電極、43は水素又はハロゲンを含有する
非晶質シリコンより成る光導電層、44はITO等より成る
透明上部電極で光は上部より入射する構造になつてい
る。又45は本発明に基づくシリコン及びカーボンを含有
する半導体層で、水素又はハロゲンを含有する非晶質シ
リコンにカーボンをドープすることにより、電極44から
のキヤリアの注入を防ぎ、暗電流を低く押さえると共
に、光学的バンドギヤツプを広げ入射した光を効率よく
光導電層43に伝える窓としての役割も担つている。尚、
電極44に（マイナス電圧）を印加する場合、該半導体
層45にボロン等の元素周期表中第III−ｂ族を5ppm〜５
％の間で適量混入することにより、暗電流をボロンノン
ドープの場合と比べて１ケタ程度低くすることもでき
る。なお、このようにすると半導体層45は当然Ｐ型半導
体層となる。又、該半導体膜の膜厚があまり薄いとピン
ホールの発生により歩留りが低下するとともに、トンネ
ル電流により特性劣化が見られ、逆にあまり厚いと電荷
分離の効率が低下し残像が生じやすく、また該半導体層
での光の吸収量が増加してしまい光電変換効率が低下す
る。そこで、該半導体層の膜厚を300〜700Å程度にする
ことで、これらの調和を図ることができる。すなわち、
トンネル電流による特性劣化がなく、残像の影響もな
く、光の吸収量を450nmで10％未満に抑えることがで
き、光電変換効率も高い固体撮像素子を歩留りよく作成
することができる。又、46は本発明に基づくシリコン及
びカーボンを含有する半導体層で、水素又はハロゲンを
含有する非晶質シリコンにカーボンをドープすることに
より、電極42からのキヤリアの注入を防ぎ、暗電流を低
く押さえることを目的としたものである。尚、該半導体
層の膜厚は、カーボンのドープ量を最適化することによ
り少なくとも300〜2000Åの間で使用可能である。なぜ
なら、膜厚が300Åより薄いとピンホールの発生により
歩留りが低下するとともに、トンネル電流により特性劣
化が見られ、2000Åより厚いと電荷分離の効率が低下し
残像が生じやすく、300〜2000Åの間であればこれらの
影響を無くすことができるからである。又、該電極42に
（プラス電圧）を印加する場合、リン等の元素周期表
中第Ｖ−ｂ族を5ppm〜0.5％原子数パーセントの間で適
量混入することにより、暗電流特性を向上できる他、リ
ンノンドープの場合でも十分な暗電流特性が得られた。
なお、このようにすると半導体層46は当然Ｎ型半導体層
となる。
第５図に本発明に基づく光センサーの暗電流及び光電流
特性を示す。
特性を示す。
第５図において、51又は52は、それぞれ半導体層34又は
35のみを有する光センサーの暗電流特性であり、電圧を
印加するにつれて電極からのキヤリアの注入が著しくな
ることがわかる。また、図において53及び54は本発明に
基づく半導体層34、35を有する光センサーの暗電流及び
光電流特性である。尚、54は450nmの光を10μw/cm2照射
した場合の光電流特性である。
35のみを有する光センサーの暗電流特性であり、電圧を
印加するにつれて電極からのキヤリアの注入が著しくな
ることがわかる。また、図において53及び54は本発明に
基づく半導体層34、35を有する光センサーの暗電流及び
光電流特性である。尚、54は450nmの光を10μw/cm2照射
した場合の光電流特性である。
図より、本発明に基づくセンサー構造を採用することに
より、理論限界に近い光感度を保ちつつ暗電流を10-13A
/mm2のオーダーに押さえることができることがわかる。
より、理論限界に近い光感度を保ちつつ暗電流を10-13A
/mm2のオーダーに押さえることができることがわかる。
さらに、第５図にその暗電流特性を示したサンプルで
は、１μｍであつた光導電層の膜厚をさらに薄くし、0.
3μｍ程度にしても暗電流を〜２×10-12A/mm2程度に押
さえることが可能であることが確認されている。
は、１μｍであつた光導電層の膜厚をさらに薄くし、0.
3μｍ程度にしても暗電流を〜２×10-12A/mm2程度に押
さえることが可能であることが確認されている。
又、本光センサーでは、従来の光センサーでみられた同
一ウエーハー内や下地電極42の材質による暗電流特性の
著しいばらつきや製造装置による特性のばらつきが、大
巾に低減され、下地電極の材質や製造装置によらず、一
定の特性を再現性よく得ることが可能となつた。
一ウエーハー内や下地電極42の材質による暗電流特性の
著しいばらつきや製造装置による特性のばらつきが、大
巾に低減され、下地電極の材質や製造装置によらず、一
定の特性を再現性よく得ることが可能となつた。
さらに、従来の構造に比べ、特性の安定性・信頼性も大
巾に向上した。
巾に向上した。
以上述べた様に、本発明によれば、良好な暗電流、光電
流特性及び信頼性を有する光センサーをより薄い膜厚
で、しかも再現性良く作製することが可能となる。
流特性及び信頼性を有する光センサーをより薄い膜厚
で、しかも再現性良く作製することが可能となる。
尚、半導体層34又は35には、カーボンをドーピングした
場合が最も好ましい結果が得られたが、他に、窒素又は
酸素を適量ドーピングすることによつても良好な特性が
得られた。
場合が最も好ましい結果が得られたが、他に、窒素又は
酸素を適量ドーピングすることによつても良好な特性が
得られた。
又、本発明に基づく半導体層34、35を有するセンサー構
造は、第４図に示したサンドイッチ型光センサーの他に
基板側より光が入射するサイドイツチ型光センサーや、
ブレーナ型光センサー等にも応用できるものである。以
上述べたように本発明の固体撮像素子では、第１の電極
と、第２の電極と、前記第１及び第２の電極間に設けら
れた非晶質シリコンを主体とする光導電層とを備え、前
記第１の電極には前記第２の電極に比べ相対的に低い電
位を与えてなる固体撮像素子において、 前記第１の電極と前記光導電層との間には、非晶質シリ
コンを主体とし且つ炭素と元素周期表中第III−ｂ族の
元素を含有する第１の半導体層を設け、前記第２の電極
と前記光導電層との間には、非晶質シリコンを主体とし
且つ炭素と元素周期表中第Ｖ−ｂ族の元素を含有する第
２の半導体層を設けた。
造は、第４図に示したサンドイッチ型光センサーの他に
基板側より光が入射するサイドイツチ型光センサーや、
ブレーナ型光センサー等にも応用できるものである。以
上述べたように本発明の固体撮像素子では、第１の電極
と、第２の電極と、前記第１及び第２の電極間に設けら
れた非晶質シリコンを主体とする光導電層とを備え、前
記第１の電極には前記第２の電極に比べ相対的に低い電
位を与えてなる固体撮像素子において、 前記第１の電極と前記光導電層との間には、非晶質シリ
コンを主体とし且つ炭素と元素周期表中第III−ｂ族の
元素を含有する第１の半導体層を設け、前記第２の電極
と前記光導電層との間には、非晶質シリコンを主体とし
且つ炭素と元素周期表中第Ｖ−ｂ族の元素を含有する第
２の半導体層を設けた。
これにより、電極（マイナス）−Ｐ型半導体層−光導電
層−Ｎ型半導体層−電極（プラス）、の積層構成をとる
ので、暗電流特性を著しく向上させると共に、センサー
に印加する電圧が低い場合でも、光照射によって発生し
たキャリアが容易に半導体層を通過できるので、光電流
値の著しい低下を招くことがなく極めて感度の優れた固
体撮像素子と構成することができた。さらに、実動作時
の残像の発生をほぼ完全に防ぐことも可能となった。
層−Ｎ型半導体層−電極（プラス）、の積層構成をとる
ので、暗電流特性を著しく向上させると共に、センサー
に印加する電圧が低い場合でも、光照射によって発生し
たキャリアが容易に半導体層を通過できるので、光電流
値の著しい低下を招くことがなく極めて感度の優れた固
体撮像素子と構成することができた。さらに、実動作時
の残像の発生をほぼ完全に防ぐことも可能となった。
第１図は、従来使用されている光センサーの概念図であ
る。11,光導電層、12,13,電極 第２図は従来使用されている光センサーの暗電流特性の
一例である。 第３図は本発明に基づく光センサーの概念図である。3
1,光導電層、32,33,電極、34,35,半導体層 第４図は本発明に基づく光センサーの断面図である。4
1,基板、42,下部電極、43,光導電層、44,透明電極、45,
46,半導体層 第５図は本発明に基づく光センサーの暗電流及び光電流
特性である。51,52,片ブロツキング構造の暗電流特性、
53,54,本発明に基づく両ブロツキング構造光センサーの
暗電流及び光電流特性。
る。11,光導電層、12,13,電極 第２図は従来使用されている光センサーの暗電流特性の
一例である。 第３図は本発明に基づく光センサーの概念図である。3
1,光導電層、32,33,電極、34,35,半導体層 第４図は本発明に基づく光センサーの断面図である。4
1,基板、42,下部電極、43,光導電層、44,透明電極、45,
46,半導体層 第５図は本発明に基づく光センサーの暗電流及び光電流
特性である。51,52,片ブロツキング構造の暗電流特性、
53,54,本発明に基づく両ブロツキング構造光センサーの
暗電流及び光電流特性。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 一 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 株式会 社諏訪精工舎内 (56)参考文献 特開 昭57−187976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−97862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−126175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−61662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−39569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−95875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−187776（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−127063（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−126175（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】第１の電極と、第２の電極と、前記第１及
び第２の電極間に設けられたｉ型非晶質シリコンを主体
とする光導電層とを備え、前記第１の電極が前記第２の
電極に比べて相対的に低い電位となるように電位が印加
され、明暗を有する入射される光の明るさを前記第１及
び第２の電極間の電流に変換する固体撮像素子において 前記第１の電極と前記光導電層との間には、少なくとも
シリコンと炭素と元素周期表中第III−ｂ族の元素とが
含有された第１の半導体層を設け、前記第２の電極と前
記光導電層との間には、少なくともシリコンと炭素と元
素周期表中第Ｖ−ｂ族の元素とが含有された第２の半導
体層を設けたことを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103825A JPH0673371B2 (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103825A JPH0673371B2 (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60247965A JPS60247965A (ja) | 1985-12-07 |
| JPH0673371B2 true JPH0673371B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=14364186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59103825A Expired - Lifetime JPH0673371B2 (ja) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0673371B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61135153A (ja) * | 1984-12-06 | 1986-06-23 | Toshiba Corp | イメ−ジセンサ |
| JP2707540B2 (ja) * | 1986-08-19 | 1998-01-28 | 富士電機株式会社 | 光センサアレイ |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57126175A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-05 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | Amorphous silicon carbide/amorophous silicon hetero junction optoelectric element |
| JPS57187976A (en) * | 1981-05-13 | 1982-11-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor photoelectric converter |
| JPS57197853A (en) * | 1981-05-29 | 1982-12-04 | Hitachi Ltd | Thin-film diode array |
| JPS5861662A (ja) * | 1981-10-08 | 1983-04-12 | Nec Corp | イメ−ジセンサ− |
| JPS5897862A (ja) * | 1981-12-08 | 1983-06-10 | Nec Corp | 密着型イメ−ジセンサ |
| JPS59202663A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-16 | Toshiba Corp | 光電変換部材 |
-
1984
- 1984-05-23 JP JP59103825A patent/JPH0673371B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60247965A (ja) | 1985-12-07 |
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