JPH08116045A

JPH08116045A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH08116045A
Application number: JP7059602A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Ishizuka; 芳樹石塚; Hisanori Ihara; 久典井原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】光電変換膜としてアモルファスシリコンを用
いた場合においても、画素電極間のリーク電流を抑制す
ることができ、白傷発生の抑制及び解像度特性の向上は
かり得る固体撮像装置を提供すること。【構成】ｐ型Ｓｉ基板１１上に信号電荷蓄積部１２、
信号電荷読み出し部及び信号電荷転送部１３を設け、最
上層に信号電荷蓄積部１２に接続される画素電極１９を
設けた固体撮像素子チップ１０と、この光電変換膜２０
上に形成されたＩＴＯ透明電極３０とを備えた積層型の
固体撮像装置において、画素電極１９間に、上層の画素
分離性能を有する膜の絶縁性を損なうことなく、かつ下
層が上層へ及ぼす影響を遮断し、画素分離性能を維持す
る効果を有する高抵抗保護膜４０を形成したことを特徴
とする。

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、特に固体撮像素子チップ上に光電変換膜を積層した
積層型の固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来の撮像管に変わる撮像装置と
して、ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いた固体撮像素子が
開発されている。この固体撮像素子の特徴は、図５に示
すように、電荷転送部と光電変換部（信号電荷生成部）
とが横並びの配列になっていることである。光電変換領
域は結晶シリコンのｐｎ接合で形成されており、このｐ
ｎ接合に逆バイアスを印加した状態で光が照射される
と、空乏化領域で光電変換により生成されたフリー・キ
ャリア（電子）が信号電荷となって電荷転送部へと送ら
れていく。

【０００３】なお、図５の１はｐ型ウェル、２は光電変
換部としての光電変換ダイオード、３は電荷転送部とし
てのｎ型ＣＣＤチャネル（垂直ＣＣＤ）、４はゲート、
５は遮光膜、７はマイクロレンズを示している。

【０００４】この構造における問題点としては、例えば
電荷転送部３に光が漏れ込んだ場合に信号電荷以外の電
荷が発生することによるスミアの問題や、素子構造が横
置き構造（光電変換部２と電荷転送部３が横置き）であ
ることにより、微細化が進行した場合に光電変換部２の
有効領域が十分に確保されないために感度及びダイナミ
ックレンジの低下等の問題が生じる。これらの問題への
対策として、光電変換部２上にマイクロレンズ７を設置
する方法がとられているが、画素サイズが５μｍ以下程
度になると限界と考えられている。

【０００５】このような状況への対応策として、図６に
示すように、素子構造自体を改良した新たな素子（積層
型固体撮像装置）が提案されている。この素子は、従来
の固体撮像素子を電荷蓄積部兼電荷転送部（固体撮像素
子チップ）１０として用い、その上に光電変換部２０及
び透明電極３０を積層したものである。

【０００６】同素子の特徴は、光電変換部２０として従
来の結晶シリコンでなく水素化アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）によるダイオード（この場合、ｉ型水
素化アモルファスシリコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：
Ｈ（ｉ））２１、ｉ型水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ（ｉ））２２及びｐ型水素化アモルファスシ
リコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ））２３の積
層構造）を用いていることであり、この材料を採用する
ことにより電荷転送部１３と光電変換部２０との積層型
の構造を可能としている。そして光電変換部２０として
の各層は、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）層２３が外部電極３０
からの電子の注入素子層、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）層２２が
光電変換層、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層２１が画素電極１
９からの正孔の注入素子層としての役割を担っている。

【０００７】このような積層型固体撮像装置では、電荷
転送部と光電変換部が横置きにされた従来構造と比較し
て、入射光の大部分が光電変換層２２で吸収されるこ
と、さらに画素電極１９及び引き出し電極１７により、
下地の電荷転送部への光の侵入を妨げられるため、電荷
転送部へ到達する光強度は弱められ、スミアの低減が可
能となる。また、開口率が１００％となるため、素子の
微細化が進行した場合に置いても感度及びダイナミック
レンジ等の特性劣化を小さく抑えられる、という特徴が
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した積層型固体撮
像装置について種々研究したところ、この種の装置にお
いて次のような問題点が生じることが判明した。即ち、
水素化アモルファスシリコンを光電変換部に用いた積層
型固体撮像装置においては、優れた素子特性の実現が可
能となるものの、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層を量産に適し
たプラズマＣＶＤ法で形成した場合には、十分な素子性
能が得られないことが認められた。例えば、１インチ２
００万画素素子（画素サイズ〜７μｍ、画素間ギャップ
長〜１．２μｍ）を用いて画出し評価を行った結果、ａ
−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層をプラズマＣＶＤ法で形成した場
合、常に５個以上の白傷の発生が認められた。

【０００９】本発明は、上記事情を鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、白傷発生の抑制及び
解像度特性の向上を図り得る固体撮像装置を提供するこ
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
明の固体撮像装置は、半導体基板上に信号電荷蓄積部，
信号電荷読みだし部及び信号電荷転送部を設け、最上層
に信号電荷蓄積部に接続される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の画素電極
間に形成された高抵抗保護膜と、前記固体撮像素子チッ
プ及び高抵抗保護膜上に積層された光電変換膜と、この
高電変換膜上に形成された透明電極とを具備してなるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】さらに本発明の固体撮像装置は、高抵抗保
護膜は画素電極下部にも形成されていることを特徴とす
るものである。ここで、本発明の望ましい実施態様とし
ては、次のものが挙げられる。（１）高抵抗保護膜は、上層の画素分離性能を有する
膜の絶縁性を損なうことなく、かつ下層が上層へ及ぼす
影響を遮断し、画素分離性能を維持する効果を有するも
のであること。（２）高抵抗保護膜は、シリコン・カーバイド膜、シ
リコン・オキサイド膜、シリコン・ナイトライド膜のい
ずれかであること。（３）光電変換部は正孔注入阻止層としてのアモルフ
ァスシリコン・カーバイド（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ））、光
電変換層としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ
（ｉ））、電子注入阻止層としてのアモルファスシリコ
ン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ））の積層構造で
あること。（４）高抵抗保護膜はａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）であり、
正孔注入阻止層としてのａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）よりもＣ
／Ｓｉ組成比が大きいこと、或いはＨ濃度が高いこと。
つまり、正孔注入阻止層の一部で高抵抗保護膜を形成す
ること。この場合高抵抗保護膜は１０¹³Ωｃｍよりも高
い抵抗値であることが好ましい。

【００１２】ここで画素分離性能を説明する。隣接画素
電極間で信号電荷の行き来があると、画像とした場合、
解像度特性が劣化してしまうことになる。従って隣合う
画素電極間で多少の電位差が生じても、信号の行き来が
ない状態をつくる必要がある。この状態を画素分離性能
があるという。

【００１３】

【作用】本発明者らは上記したプラズマＣＶＤ法を用い
て光電変換膜を形成した場合、素子として白傷が発生
し、解像度が劣化してしまうという欠点は、画素電極１
９間に設けられたａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層２１に低抵抗
領域が形成されていると考えた。なぜならペア傷の発生
及び解像度の特性の劣化は隣接画素間でのリークに基づ
くためである。

【００１４】そこで、図６に示した素子の画素電極間
（画素電極間ギャップ〜１．２μｍ）に２Ｖ印加したと
きのリーク電流を測定すると、２０ｎｍのａ−ＳｉＣ：
Ｈ（ｉ）層をプラズマＣＶＤ法で形成した場合には４×
１０^-11 Ａ／ｃｍ² 、一方光ＣＶＤ法で形成した場合に
は６×１０^-12 Ａ／ｃｍ² が得られた。

【００１５】またこのリークがどのような原因によって
発生しているのか調べてみるために本発明者らは、画素
電極領域付近をＳＩＭＳにより分析を行ってみた。この
結果を図７に示す。同図において、縦軸は信号強度に対
応する量としているが各元素間での相対的な値には意味
を持たせていない。横軸はエッチング時間、つまり素子
の縦方向（深さ方向）の距離に対応する値を示してい
る。右側領域は平坦化絶縁層（ＢＰＳＧ）領域の分析に
対応しており、左側は画素電極及び画素電極間領域の分
析に対応している。

【００１６】同図において、Ｔｉ及びＣが均一に存在し
ている領域、即ち画素電極とＢＰＳＧ界面にＢが存在し
ているということから、下地平坦化絶縁膜１８として用
いているＢＰＳＧからａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層２１へボ
ロンが拡散していることが判明した。

【００１７】つまり図６からも明らかなように光電変換
層を形成する際、画素電極１９間ではＢＰＳＧ１８が表
面に現れており、プラズマＣＶＤ法でａ−ＳｉＣ：Ｈ
（ｉ）層２１を形成する場合、ＢＰＳＧ１８がプラズマ
によるダメージを受け、ＢＰＳＧ１８からボロンが成長
層であるａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層２１に拡散混入してい
ることが判明した。このことから画素間リーク電流は、
ＢＰＳＧ１８との界面付近のａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層２
１が下地であるＢＰＳＧからのボロン不純物の拡散によ
り低抵抗領域を形成することによって生じていることが
判明した。

【００１８】上記メカニズムによると、平坦化絶縁膜と
してＢＳＧを用いた場合も同様である。また、平坦化絶
縁膜としてＰＳＧを用いた場合或いはＢＰＳＧでもリン
濃度の大きい条件で用いた場合には、リンの拡散による
低抵抗化が生じ、リーク電流の原因になる。

【００１９】上記したように本発明者らは、積層型固体
撮像装置の光電変換部としてのアモルファスシリコンや
アモルファスシリコン・カーバイドを特にプラズマＣＶ
Ｄ法で形成した場合、プラズマダメージを受ける下地平
坦化絶縁層からのボロンやリンの光電変換部中への拡散
により、下地平坦化絶縁層と光電変換部との界面付近に
低抵抗層が生じ、これにより画素電極のリーク電流が発
生し、白傷及び解像度特性の劣化を招くという問題を見
いだした。

【００２０】上記したように本発明の前提として存在す
る問題点にはプラズマダメージに起因するａ−ＳｉＣ：
Ｈ（ｉ）正孔注入阻止層内への不純物の混入がある。そ
こで本発明は画素電極間に、上層の画素分離性能を有す
る膜（例えばａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜）の絶縁性を損な
うことなく、かつ下層（例えばＢＰＳＧ）からの上層へ
の不純物（例えばボロン）の拡散を遮断する高抵抗保護
膜を形成することを特徴とする。この高抵抗保護膜は、
量産性に優れたプラズマＣＶＤ法を用いてこの高抵抗保
護膜を形成する場合、下地からの不純物がたとえ拡散し
たとしても、元々この層は高抵抗であり、リーク電流が
発生するような低抵抗層にはならない。また不純物の拡
散はこの高抵抗保護膜で抑えることが可能であり、上層
の不純物による低抵抗化を防ぐことが可能となる。従っ
て画素間リーク電流を抑制し、白傷発生の抑制及び解像
度特性に優れた装置の供給を可能とする。

【００２１】

【実施例】先ず高抵抗保護膜は、それ自信がリークパス
とならないことが必要であるため、代表例としてはシリ
コン・ナイトライドやシリコン・オキサイド等の絶縁膜
であることが好ましい。また別の絶縁膜としては、元
来、光電変換部の正孔注入阻止層として用いるａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ（ｉ）膜を、より高抵抗となる条件にて形成する
手段が挙げられる。特に、高抵抗ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）
膜を高抵抗保護膜として用いた場合には、その膜と接す
る正孔注入阻止層として用いているａ−ＳｉＣ：Ｈ
（ｉ）とほぼ同様の構造をしているため、界面準位の形
成が抑えられ、界面リークパスの形成も抑制されると同
時に、構成元素が同一であるため、ａ−ＳｉＣ：Ｈ
（ｉ）正孔注入阻止層への不純物混入の影響は完全に除
去される。

【００２２】このとき正孔注入素子層をａ−Ｓｉ_1-x Ｃ
_x ：Ｈ（ｉ）とした場合、０．１５≦ｘ≦０．２５（抵
抗率ρ₀ ＝１０¹²〜１０¹³Ωｃｍ）であり、高抵抗保護
膜ａ−Ｓｉ_1-x Ｃ_x ：Ｈ（ｉ）とした場合、ｘ＞０．３
（抵抗率ρ≧ρ₀ ）であればよい。

【００２３】本発明の高抵抗保護膜は、画素電極上に形
成されてしまうと光電変換部と画素電極との間で高抵抗
部が形成されてしまい電流が流れにくくなるので、残像
等の影響を及ぼしてしまう。従って高抵抗保護膜は、画
素電極間領域に極在しなければならない。しかしながら
画素電極下へ延在してもよい。この場合画素電極をエッ
チングでパターニングする際、高抵抗保護膜をエッチン
グストップ層とすることで、下層のＢＰＳＧをオーバエ
ッチングすることを防ぐことができる。こうすうること
で、オーバエッチによる画素電極端面のえぐれに起因す
る電界集中を防ぐことができる。

【００２４】本発明を形成するための製造方法として、
画素電極間領域に極在させるためには、画素電極を形成
する際に用いたマスクを利用し、このマスクを残した状
態で高抵抗保護膜を形成する。それに引き続き、リフト
・オフ法により画素電極上のマスク上に形成された高抵
抗保護膜を除去する。この下地上にａ−ＳｉＣ：Ｈ
（ｉ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）／ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）層
を順次積層していくことにより所望の構造が簡単なプロ
セスで得られる。

【００２５】図１に本発明の１実施例による積層型固体
撮像装置の断面図を示す。ｐ型Ｓｉ基板（半導体基板）
１１の表面部にｎ型蓄積ダイオード（信号電荷蓄積部）
１２、ｎ型ＣＣＤチャネル（信号電荷転送部）１３、ｐ
型素子分離層１４が形成され、基板１１には転送ゲート
１５が形成されている。転送ゲート１５は２層構造であ
り、その一部が信号電荷読みだしゲートを兼ねるものと
なっている。転送ゲート１５を形成した基板１１上には
層間絶縁膜１６が形成され、その上には蓄積ダイオード
１２と接続された引き出し電極１７が形成されている。
また、層間絶縁膜１６及び引き出し電極１７上にはＢＰ
ＳＧからなる平坦化絶縁膜１８が形成され、その上には
引き出し電極１７に接続されたＴｉからなる画素電極１
９が形成されている。

【００２６】ここまでの構成で固体撮像素子チップ１０
が構成されているが、この固体撮像素子チップ１０自体
の構成は従来と同様である。本実施例ではこれに加え
て、画素電極１９間に高抵抗保護膜４０が形成されてい
る。この高抵抗保護膜４０は、水素化アモルファスシリ
コン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ））膜で形成さ
れており、そのＣ／Ｓｉ組成比が後述する正孔注入阻止
層よりも高くなっている。

【００２７】固体撮像素子チップ１０上には従来と同様
に光電変換部２０が積層され、その上にＩＴＯ等の透明
電極３０が形成されている。光電変換部２０は、正孔注
入阻止層としての水素化アモルファスシリコン・カーバ
イド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ））層２１、光電変換層とし
ての水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ
（ｉ））層２２、電子注入阻止層としての水素化アモル
ファスシリコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ））
層２３を積層した３層構造である。

【００２８】本実施例においては、画素電極１９の膜厚
を１００ｎｍ、高抵抗ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜４０の膜
厚を２０ｎｍとした。以上示した素子構造で２００万画
素素子を形成して同素子の画出し評価を行ったところ、
白傷は２個、水平解像度は８００ＴＶ本を達成してい
た。この素子に対して、図６に示したものと同様にＳＩ
ＭＳ分析を行った結果を図２に示す。この結果から、ボ
ロンの拡散は高抵抗ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜４０内で抑
えられており、光電変換部２０の正孔注入阻止層として
のａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜２１には影響を及ぼしていな
いことが分かる。

【００２９】次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法
について、図３を参照して説明する。ここでは画素電極
形成後の素子形成プロセスについて説明する。先ず、図
３（ａ）に示すように、従来知られている方法により形
成された下地部（固体撮像素子チップ）を用意し、この
下地部上に画素電極１９となるＴｉ膜を蒸着する。この
Ｔｉ膜上に形成したマスク４１を用いて画素電極１９を
選択１９を選択エッチングした後、画素電極１９上のマ
スク４１を残した状態の基板を、平行平板容量結合型プ
ラズマＣＶＤ室内に搬入する。そして、図５（ｂ）に示
すように、マスク４１上及び露出した下地平坦化絶縁膜
１８上に高抵抗ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜４０を形成す
る。

【００３０】プラズマＣＶＤ法でａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）
膜４０を形成する際、原料ガスとしてはシランとメタ
ン、希釈ガスとしては水素を用いる。このガスの組み合
わせは、光電変換部２０の正孔注入阻止層２１としての
ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層を形成する場合と同様である
が、その場合と比較して、（１）水素希釈度（原料ガス
に対する水素の流量の比）を小さくする、（２）全ガス
流量を小さくする、（３）シランに対するメタンの流量
比を大きくする、等の条件にて膜形成を行うことにより
高抵抗のａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜が得られる。

【００３１】今回用いた条件は、シラン２ｓｃｃｍ、メ
タン８ｓｃｃｍ、水素１０ｓｃｃｍ、反応空間圧力０．
８Ｔｏｒｒ、高周波電力３０Ｗとした。（次に示す正孔
注入阻止層の形成条件と比較すると高抵抗化の処置が理
解される。）また、同条件にて形成した高抵抗ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ（ｉ）膜を組成分析してみると、Ｃ／Ｓｉ組成比
は０．３４、水素濃度は１．３×１０²²ｃｍ^-3であっ
た。

【００３２】次いで、図２（ｃ）に示すように、リフト
・オフ法により画素電極１９上のマスク４１及び高抵抗
ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜４０を除去する。そして、全面
に光電変換部２０の正孔注入阻止層であるａ−ＳｉＣ：
Ｈ（ｉ）層２１を形成する。その条件は、シラン３ｓｃ
ｃｍ、メタン７ｓｃｃｍ、水素１００ｓｃｃｍ、反応空
間圧力０．８Ｔｏｒｒ、高周波電力３０Ｗとした。この
条件で形成したａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）層２１の組成分析
の結果は、Ｃ／Ｓｉ組成比は０．１６、水素濃度は１．
０×１０²²ｃｍ^-3であった。

【００３３】これ以降は、光電変換層としてのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（ｉ）膜２２、電子注入阻止層としてのａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ（ｐ）層２３、さらに透明電極としてのＩＴＯ膜
３０を順次形成して行けばよく、特に製法上の特徴はな
い。但し、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）層２３の形成時にはジ
ボランをドーピングガスとして用いた。また、ＩＴＯ膜
３０はスパッタ法によって形成した。

【００３４】ここで、画素電極１９及び画素電極間の高
抵抗保護祖膜４０の厚さと素子特性の関係を調べた。高
抵抗保護膜４０の膜厚を大きくするとスループットに影
響を及ぼすため、画素電極１９の膜厚をパラメータとし
て、高抵抗保護膜４０の膜厚は５０ｎｍで一定とした。

【００３５】画素電極１９の膜厚を５０ｎｍ、１００ｎ
ｍ、１５０ｎｍとしたときの光電変換部２０の暗時リー
ク電流（２μｍ膜厚に対し６Ｖ印加とした場合）の値を
下記の（表１）にまとめる。

【００３６】

【表１】

【００３７】この（表１）より、画素電極１９の膜厚が
大きくなるに従い、つまり画素電極エッジでの段差が大
きくなるに従いリーク電流が増加することが分かる。画
素電極エッジにおいて段差が存在する場合は線状欠陥が
生じる。マージンを考慮するとリーク電流は小さい方が
望ましいが、ここに示された値の範囲であるならば素子
特性上の問題はない。

【００３８】このように本実施例によれば、画素電極１
９間に高抵抗保護膜としてａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜４０
を形成することにより、正孔注入素子層としてのａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ（ｉ）膜２１へのボロンの拡散を抑制すること
ができ、これにより画素間リーク電流を抑制し、白傷の
発生抑制及び解像度特性に優れた素子の供給が可能とな
る。また、高抵抗保護膜４０を正孔注入素子層２１と同
じ材料系で形成しているので、不純物混入の影響及び界
面準位の形成が抑えられ、界面リークパスの形成も抑制
される。さらに、プラズマＣＶＤ法を用いて光電変換部
２０を形成できることから量産性に優れている。

【００３９】図８に本発明の他の実施例を示す。図１に
示す実施例の構造とは、高抵抗保護膜４０を画素電極間
領域に極在しているのではなく、画素電極１９の下部領
域にも延在させている点で異なる。またその他の構成は
図１で説明したものと同様なので、同一個所には同一符
号を付してその詳しい説明を省略する。

【００４０】次に本実施例の積層型固体撮像装置の製造
方法を説明する。先ず、画素電極がまだ形成されていな
い固体撮像素子チップを用意する。平坦化工程により作
成されたＢＰＳＧ上に、高抵抗保護膜をＳｉＯ₂ により
全面に形成する。この時、ＳｉＨ₄ ＋Ｎ₂ Ｏでのプラズ
マＣＶＤやａ−Ｓｉ膜形成後Ｏ₂雰囲気によるプラズマ
酸化等を用いてＳｉＯ₂ 高抵抗保護膜を形成することが
できる。この時の膜厚は数百オングストローム（２００
オングストローム程度）であればよい。

【００４１】次に、画素電極との電気的接続をとるため
のコンタクトホールをエッチングにより引き出し電極上
に形成する。この時エッチャントとしては代表的には希
ＨＦがあるが、ＳｉＯ₂ のエッチングができれば何でも
よい。またコンタクトホールは１μｍφ程度或いはそれ
以上であればよい。

【００４２】次に前記ＳｉＯ₂ 高抵抗保護膜上にＴｉ膜
を蒸着法により全面に形成し、エッチング（ＢＣｌ₃ 、
Ｃｌ₂ による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））によ
りＴｉ電極１９をパターニングする。この時Ｔｉ電極エ
ッチングの際下地のＢＰＳＧは直接ＲＩＥに晒されるこ
とはなく、ＢＰＳＧがオーバエッチングされることはな
い。このようにＳｉＯ₂ 高抵抗保護膜はＴｉ電極パター
ニングの際下地のＢＰＳＧを保護する作用をも有する。
つまりＢＰＳＧがオーバエッチングされることによる固
体撮像チップ１０の表面の凹凸が大きくなることを防ぐ
作用を有するのである。

【００４３】この後の工程で、固体撮像素子チップ上に
光電変換膜を形成する際、ミクロにみても下地形状は平
坦であることが望まれる。つまり下地の凹凸が大きい
と、凹凸のエッジ部から欠陥線が生じたり、下地形状の
不均一さを反映した応力分布が生じることがある。光電
変換膜に応力分布による膜内でのバラツキが存在する
と、素子特性としてもバラツキを生じてしまい良好な固
体撮像装置を得ることはできない。本実施例のように高
抵抗保護膜を画素電極形成の前に形成し、画素電極をパ
ターニングする際の下地の保護膜として用いることによ
り、凹凸の少ない下地面を提供するという効果を有して
いる。

【００４４】次に上記のように形成された固体撮像素子
チップ上に、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）正孔注入阻止膜２
１、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）光電変換膜２２、ａ−ＳｉＣ：
Ｈ（ｐ）電荷注入阻止膜２３をプラズマＣＶＤにより順
次積層形成する。

【００４５】この時の各層の条件を以下に示す。ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）正孔注入阻止膜２１［ＳｉＨ₄ ／
ＣＨ₄ ／Ｈ₂ ＝１５／３５／５００（ｓｃｃｍ），圧力
０．５Ｔｏｒｒ，基板温度２３０℃］ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）光電変換膜２２［ＳｉＨ₄ ／Ｈ₂ ＝
２０／１００（ｓｃｃｍ），圧力０．８Ｔｏｒｒ，基板
温度２３０℃］ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）電荷注入阻止膜２３［ＳｉＨ₄ ／
ＣＨ₄ ／Ｂ₂ Ｈ₆ ／Ｈ₂ ＝５／１２／５０／５０（ｓｃ
ｃｍ），圧力０．８Ｔｏｒｒ，基板温度２３０℃］＜但し、Ｂ₂ Ｈ₆ はＨ₂ 希釈１００ｐｐｍのボンベを使
用した。＞最後に電荷注入素子膜２３上にＩＴＯ透明電極を形成し
固体撮像装置が完成する。

【００４６】本実施例では、高抵抗保護膜としてシリコ
ン・オキサイド膜を用いたがこのように高抵抗保護膜と
してシリコン・オキサイド膜やシリコン・ナイトライド
膜等の絶縁膜を用いることが可能である。要は、上層の
画素分離性能を有する膜の絶縁性を損なうことがなく、
かつ下層が上層へ及ぼす影響を遮断し、画素分離性能を
維持する効果を有するものであればよい。

【００４７】つまり高抵抗保護膜の存在によって、上層
の例えばａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）正孔注入素子層が低抵抗
になって画素分離性能が下がってはならなず、下層のＢ
ＰＳＧのＢやＰの拡散を高抵抗保護膜が遮断しなければ
ならない。

【００４８】また、下地平坦化絶縁膜はＢＰＳＧに限る
ものではなく、ＰＳＧ、その他の絶縁膜を用いることが
できる。さらに、光電変換部は必ずしも水素化アモルフ
ァスシリコンに限るものではなく、光の入射により信号
電荷を発生す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。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
体撮像素子チップの画素電極間に、上層の画素分離性能
を有する膜の絶縁性を損なうことなく、かつ下層が上層
へ及ぼす影響を遮断し、画素分離性能を維持する効果を
有する高抵抗保護膜を形成することにより、光電変換部
としてアモルファスシリコンを用いた場合においても、
画素電極間のリーク電流を抑制することができ、白傷発
生の抑制及び解像度特性の向上を図り得る固体撮像装置
を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１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】本発明の１実施例における素子のＳＩＭＳ分析
による深さ方向のカーボン、チタン、ボロンの濃度分布
を示す図。

【図３】本発明の１実施例における画素電極間の高抵抗
保護膜形成プロセスを示す断面図。

【図４】本発明の他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】従来の固体撮像素子の１画素構成を示す断面
図。

【図６】従来の積層型固体撮像装置の１画素構成を示す
断面図。

【図７】従来素子におけるＳＩＭＳ分析による深さ方向
のカーボン、チタン、ボロンの濃度分布を示す図。

【符号の説明】

１０…固体撮像素子チップ１１…ｐ型Ｓｉ基板１２…ｎ型蓄積ダイオード１３…ｎ型ＣＣＤチャネル（垂直ＣＣＤ）１５…転送ゲート１６…層間絶縁膜１７…引き出し電極１８…平坦化絶縁膜１９…画素電極２０…光電変換部２１…正孔注入阻止層（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ））２２…光電変換層（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ））２３…電子注入阻止層（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ））３０…ＩＴＯ透明電極４０…高抵抗保護膜（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ））４１…マスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に信号電荷蓄積部，信号電荷
読みだし部及び信号電荷転送部を設け、最上層に信号電
荷蓄積部に接続される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の画素電極間に形成された高
抵抗保護膜と、前記固体撮像素子チップ及び高抵抗保護膜上に積層され
た光電変換膜と、この高電変換膜上に形成された透明電極とを具備してな
ることを特徴とする積層型の固体撮像装置。
【請求項２】前記高抵抗保護膜は前記画素電極下部にも
形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層型
の固体撮像装置。