JPH08204164A - Multilayered solid-state image sensing device and its manufacture - Google Patents
Multilayered solid-state image sensing device and its manufactureInfo
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- JPH08204164A JPH08204164A JP7025805A JP2580595A JPH08204164A JP H08204164 A JPH08204164 A JP H08204164A JP 7025805 A JP7025805 A JP 7025805A JP 2580595 A JP2580595 A JP 2580595A JP H08204164 A JPH08204164 A JP H08204164A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、走査回路部上に光電
変換膜を積層して構成した積層型固体撮像装置及びその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated solid-state image pickup device having a photoelectric conversion film laminated on a scanning circuit portion and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、ＣＣＤ等の固体撮像装置におい
ては、光電変換を行うフォトダイオード部（光電変換
部）と信号電荷読み出し回路部（走査回路部）とが、シ
リコン基板の同一平面上に配置されているため、入射さ
れた光の利用率が悪く、感度の向上には限界がある。2. Description of the Related Art Generally, in a solid-state image pickup device such as a CCD, a photodiode section (photoelectric conversion section) for photoelectric conversion and a signal charge reading circuit section (scanning circuit section) are arranged on the same plane of a silicon substrate. Therefore, the utilization rate of incident light is poor, and there is a limit to the improvement of sensitivity.
【０００３】そのため、従来、撮像管で使用されている
光電変換膜を固体撮像素子上に積層して構成した固体撮
像装置（光電変換膜積層型固体撮像装置とも呼ばれる）
が、例えば特公昭５９−２６１５４号やＴＶ学会全国大
会予稿集1989. pp41〜42（ａ−Se膜＋ＡＭＩ撮像素子）
において提案されている。Therefore, a solid-state image pickup device (also referred to as a photoelectric conversion film-stacking type solid-state image pickup device) in which a photoelectric conversion film conventionally used in an image pickup tube is laminated on a solid-state image pickup element is used.
However, for example, Japanese Patent Publication No. 59-26154 and Proceedings of National Conference of TV Society 1989. pp41-42 (a-Se film + AMI image sensor)
Have been proposed in.
【０００４】図10は、かかる積層型固体撮像装置の構成
例を示す断面図である。この構成例は、ＭＯＳ型走査回
路基板上に光電変換膜を積層して構成したもので、２画
素部分の基本構造を示している。図10において、101 は
透明電極で、該透明電極101を透過した入射光102 によ
って光電変換膜103 中で電子・正孔対が発生し、透明電
極101 と画素電極104 の間に印加した電界によって、電
子又は正孔が画素電極104 まで光電変換膜103 中を走行
して蓄積される。各画素には画素電極104 に接続された
ソース部（電荷蓄積部）105 ，ドレイン部（電荷転送
部）106 ，及びゲート電極107 よりなるＭＯＳスイッチ
が設けられており、このＭＯＳスイッチを所定のタイミ
ングでＯＮ／ＯＦＦすることによって、蓄積された信号
電荷が順次出力されるようになっている。なお図10にお
いて、108 は半導体基板、109 は画素分離領域、110 ，
111 は絶縁膜、112 は電極、113 は電荷注入阻止層であ
る。FIG. 10 is a sectional view showing an example of the structure of such a laminated solid-state image pickup device. This configuration example is configured by stacking a photoelectric conversion film on a MOS type scanning circuit substrate, and shows a basic structure of two pixel portions. In FIG. 10, 101 is a transparent electrode, and an electron-hole pair is generated in the photoelectric conversion film 103 by incident light 102 transmitted through the transparent electrode 101, and an electric field applied between the transparent electrode 101 and the pixel electrode 104. , Electrons or holes travel through the photoelectric conversion film 103 to the pixel electrode 104 and are accumulated. Each pixel is provided with a MOS switch composed of a source part (charge storage part) 105, a drain part (charge transfer part) 106, and a gate electrode 107 connected to the pixel electrode 104. By turning on / off at, the accumulated signal charges are sequentially output. In FIG. 10, 108 is a semiconductor substrate, 109 is a pixel separation region, 110,
111 is an insulating film, 112 is an electrode, and 113 is a charge injection blocking layer.
【０００５】そして、光電変換膜103 には、光導電性に
優れ暗抵抗が高く膜の形成が容易なことから、水素化非
晶質シリコン（ａ−SiＨ）やセレンを主体とする非晶質
半導体（ａ−Si）等が用いられ、必要に応じて、透明電
極101 と光電変換膜103 との間や画素電極104 と光電変
換膜103 との間には、各電極からの電荷注入を阻止する
電荷注入阻止層113 が設けられている（この構成例では
透明電極101 と光電変換膜103 との間にのみ設けてい
る）。また、走査回路部としては、ＭＯＳを主体とした
ものの他に、ＣＣＤを利用したものも知られている。Since the photoelectric conversion film 103 is excellent in photoconductivity and has a high dark resistance and is easy to form, an amorphous film mainly composed of hydrogenated amorphous silicon (a-SiH) or selenium is used. A semiconductor (a-Si) or the like is used, and charge injection from each electrode is blocked between the transparent electrode 101 and the photoelectric conversion film 103 or between the pixel electrode 104 and the photoelectric conversion film 103 as needed. A charge injection blocking layer 113 is provided (in this configuration example, it is provided only between the transparent electrode 101 and the photoelectric conversion film 103). Further, as the scanning circuit section, in addition to the one mainly composed of MOS, one utilizing a CCD is also known.
【０００６】このような構成の積層型固体撮像装置で
は、撮像管に比べ装置の小型化が可能であり、また光電
変換部が装置の最上部に配置されるため、紫外線や青色
光等の短波長光の利用率も高くすることができ、また光
電変換膜材料を選択することによって分光感度を自由に
設計できる利点が得られる。例えば、撮像管のサチコン
に用いられているセレンを主体とした光電変換膜は、波
長400 nm付近の青色光に分光感度ピークをもち、また太
陽電池などに用いられる微結晶シリコンは、波長800 nm
付近の赤色光に分光感度ピークをもつことが知られてい
る。更に、前記サチコンと同じ材料を用い、アバランシ
ェ現象を利用して光電変換膜自体で信号増倍を行えるア
バランシェ増倍型の積層型固体撮像装置（特開昭６３−
３０４５５１号）は、青色光に感度ピークをもつほか
に、利得が10を超えるような特性を示すものも得られて
いる。In the laminated solid-state image pickup device having such a structure, the size of the device can be made smaller than that of the image pickup tube, and since the photoelectric conversion portion is arranged at the uppermost portion of the device, it is possible to reduce ultraviolet rays, blue light, etc. The utilization factor of the wavelength light can be increased, and the advantage of being able to freely design the spectral sensitivity can be obtained by selecting the photoelectric conversion film material. For example, the photoelectric conversion film mainly composed of selenium, which is used for SATICON of an image pickup tube, has a spectral sensitivity peak in blue light near a wavelength of 400 nm, and microcrystalline silicon used for solar cells has a wavelength of 800 nm.
It is known that red light in the vicinity has a spectral sensitivity peak. Further, using the same material as the SATICON, the photoelectric conversion film itself can perform signal multiplication by utilizing the avalanche phenomenon, and an avalanche multiplication type laminated solid-state image pickup device (Japanese Patent Laid-Open No. 63-
No. 304551) has a sensitivity peak in blue light and also has a gain of more than 10.
【０００７】ところが、このような積層型固体撮像装置
は、光電変換膜を走査回路部上に積層して構成するもの
であるため、下地となる走査回路部表面の凹凸に影響さ
れ、光電変換膜の平坦性が得られ難く、特に前記光電変
換膜内でのアバランシェ増倍動作を利用する光電変換膜
を積層する場合は、光電変換膜に約 1.2×106 Ｖ／cm以
上の高い電界を必要とするため、凸部に電界が集中する
など問題が多かった。この原因は、画素電極が島状に分
離していることに起因して、画素電極のエッジ部分にあ
る光電変換膜の方が、画素電極中央部の真上にある光電
変換膜よりも膜内電荷が強まり、局所的な電界集中が生
じるためである。However, since such a laminated solid-state image pickup device is constructed by laminating the photoelectric conversion film on the scanning circuit portion, it is affected by the unevenness of the surface of the underlying scanning circuit portion, and the photoelectric conversion film is affected. Is difficult to obtain, especially when a photoelectric conversion film utilizing the avalanche multiplication operation in the photoelectric conversion film is laminated, a high electric field of about 1.2 × 10 6 V / cm or more is required for the photoelectric conversion film. Therefore, there are many problems such as the electric field being concentrated on the convex portion. This is because the pixel electrodes are separated into islands, and the photoelectric conversion film at the edge of the pixel electrode is more likely to be inside the film than the photoelectric conversion film right above the center of the pixel electrode. This is because the electric charges are strengthened and local electric field concentration occurs.
【０００８】このような画素電極のエッジ部における電
界の集中を緩和させるための提案、更には積層面の平滑
化を目的とした提案が、従来なされている。例えば、特
開平５−１６７０５６号には、図９に示すように、画素
電極201 のエッジ部及び間隙部をシリコン酸化膜からな
る絶縁膜202 で被覆し、その上に電荷注入阻止層203を
介して光電変換膜204 を積層し、画素電極201 のエッジ
部における電界集中を緩和させるように構成した積層型
固体撮像装置が開示されている。また特開昭６０−４７
５７４号には、図10に示すように、画素電極301 の間隙
予定部へ酸素をイオン注入法で注入し加熱することによ
って、画素電極301 を部分的に酸化して絶縁膜302 を形
成し、その上に電荷注入阻止層303 を介して光電変換膜
304 を積層したものが開示されており、更には特開昭６
２−１９３２７７号には、同様に熱酸化法によって画素
電極間隙予定部に酸化絶縁膜を形成したものが開示され
ている。Conventionally, there have been proposals for alleviating the concentration of the electric field at the edge portion of the pixel electrode, and further for the purpose of smoothing the laminated surface. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-167056, as shown in FIG. 9, an edge portion and a gap portion of a pixel electrode 201 are covered with an insulating film 202 made of a silicon oxide film, and a charge injection blocking layer 203 is formed on the insulating film 202. There is disclosed a stacked solid-state imaging device in which photoelectric conversion films 204 are stacked to relax electric field concentration at the edge portion of the pixel electrode 201. Also, JP-A-60-47
In No. 574, as shown in FIG. 10, by injecting oxygen into the planned gap portion of the pixel electrode 301 by an ion implantation method and heating, the pixel electrode 301 is partially oxidized to form an insulating film 302. A photoelectric conversion film is formed on top of this via a charge injection blocking layer 303.
A stack of 304 is disclosed, and further, it is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
No. 2-193277 discloses a device in which an oxide insulating film is similarly formed in a pixel electrode gap planned portion by a thermal oxidation method.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図９に示す
ような、各画素電極間隙部に絶縁膜202 を埋め込み被覆
する構成のものにおいては、絶縁膜を形成するための工
程が複雑で、歩留りが低下するという問題点がある。ま
た図10に示すようなイオン注入により絶縁膜302を形成
する構成のものにおいては、画素電極の膜厚如何によっ
ては高い加速電圧を必要とし、絶縁膜を完全に形成させ
るための製造上の問題点があり、また熱酸化により絶縁
膜を形成する場合には、画素電極の所望部分以外の部分
への酸化が進行し、所望の絶縁膜を安定的に形成できな
いという問題点がある。By the way, in the structure shown in FIG. 9 in which the insulating film 202 is buried in the gaps between the pixel electrodes, the process for forming the insulating film is complicated and the yield is high. There is a problem in that Further, in the structure in which the insulating film 302 is formed by ion implantation as shown in FIG. 10, a high acceleration voltage is required depending on the film thickness of the pixel electrode, which is a manufacturing problem for completely forming the insulating film. In addition, when the insulating film is formed by thermal oxidation, there is a problem that the desired insulating film cannot be stably formed due to the progress of oxidation to the portion other than the desired portion of the pixel electrode.
【００１０】本発明は、従来提案された積層型固体撮像
装置における上記問題点を解消するためになされたもの
で、請求項１記載の発明は、極めて安易な手段で画素電
極のエッジ部の電界集中の緩和と積層面の平滑化を可能
にしたアバランシェ増倍型の積層型固体撮像装置を提供
することを目的とする。また請求項２記載の発明は、請
求項１記載の積層型固体撮像装置における熱水酸化によ
る絶縁膜の形成しやすい画素電極材料を提供することを
目的とし、請求項３及び４記載の発明は、請求項１又は
２記載の積層型固体撮像装置において、平坦化された光
電変換膜における感度を一層向上させた積層型固体撮像
装置を提供することを目的とする。また請求項５記載の
発明の積層型固体撮像装置における熱水酸化による絶縁
膜の極めて安易な製造方法を提供することを目的とす
る。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventionally proposed stacked type solid-state image pickup device. The invention according to claim 1 is an extremely easy means to provide an electric field at the edge portion of the pixel electrode. It is an object of the present invention to provide an avalanche multiplication type stacked solid-state imaging device capable of relieving concentration and smoothing a stacked surface. A second aspect of the present invention is to provide a pixel electrode material in which an insulating film can be easily formed by thermal oxidation in the laminated solid-state imaging device according to the first aspect. It is an object of the present invention to provide a laminated solid-state imaging device according to claim 1 or 2, in which the sensitivity of the flattened photoelectric conversion film is further improved. It is another object of the present invention to provide an extremely easy method of manufacturing an insulating film by thermal oxidation in the laminated solid-state imaging device according to the fifth aspect of the invention.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、半導体基板上に信
号電荷蓄積部及び信号読み出し部を画素毎に形成し、且
つ各信号電荷蓄積部に電気的に接続された各画素電極を
有する走査回路部上に、光電変換膜を積層してなる積層
型固体撮像装置において、前記隣接する各画素電極の間
隙部に、該画素電極の熱水酸化により形成された絶縁膜
を備えていることを特徴とするものである。In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 forms a signal charge accumulating portion and a signal reading portion for each pixel on a semiconductor substrate, and further, for each signal charge. In a stacked solid-state imaging device in which a photoelectric conversion film is stacked on a scanning circuit unit having each pixel electrode electrically connected to a storage unit, in the gap between the adjacent pixel electrodes, the pixel electrode It is characterized by comprising an insulating film formed by thermal oxidation.
【００１２】このように隣接する画素電極間に熱水酸化
による絶縁膜を形成することにより、極めて安易な構成
で画素電極のエッジ部の電界集中を緩和し、また光電変
換膜の下地の平坦化を図ることができる。By forming the insulating film by thermal oxidation between the adjacent pixel electrodes in this way, the electric field concentration at the edge portion of the pixel electrode is relaxed with a very easy structure, and the base of the photoelectric conversion film is flattened. Can be achieved.
【００１３】また請求項２記載の発明は、前記画素電極
を、アルミニウム，アルミニウムシリコン，多結晶シリ
コンの何れか一種又は二種以上の材料で構成するもので
ある。このような材料で画素電極を構成することによ
り、容易に熱水酸化による絶縁膜を形成することができ
る。According to a second aspect of the present invention, the pixel electrode is made of one or more materials selected from aluminum, aluminum silicon, and polycrystalline silicon. By forming the pixel electrode with such a material, the insulating film by thermal oxidation can be easily formed.
【００１４】また請求項３記載の発明は、請求項１又は
２記載の発明において、光電変換膜を、セレン，非晶質
シリコン，又はシリコン，ガリウム砒素の結晶体を主体
とする半導体で構成するものであり、また請求項４記載
の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明に
おいて、光電変換膜内に電荷増倍作用が生じる強さの電
界を印加する手段を設けるものである。このように光電
変換膜の材料を選定し、更に電荷増倍作用が生じる強さ
の電界を印加する手段を設けることにより、平坦化され
た光電変換膜におけるアバランシェ増倍効果により、高
感度の積層型固体撮像装置を実現することができる。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the photoelectric conversion film is made of selenium, amorphous silicon, or a semiconductor mainly composed of a crystal body of silicon or gallium arsenide. The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein means for applying an electric field having a strength causing a charge multiplication action is provided in the photoelectric conversion film. It is a thing. By thus selecting the material of the photoelectric conversion film and further providing a means for applying an electric field having a strength that causes a charge multiplication effect, the avalanche multiplication effect in the flattened photoelectric conversion film enables a highly sensitive laminated film. Type solid-state imaging device can be realized.
【００１５】また請求項５記載の発明は、前記請求項１
〜４のいずれか１項に記載の積層型固体撮像装置の製造
方法において、隣接する画素電極の間隙予定部に対して
60〜100℃の熱水により熱水酸化処理を行い、各画素電
極に分離するための絶縁膜を形成する工程を備えている
ものである。このような工程により、極めて容易に熱水
酸化による絶縁膜を形成することができる。The invention according to claim 5 is the same as claim 1.
5. In the method for manufacturing a stacked solid-state imaging device according to any one of items 1 to 4, the gaps between adjacent pixel electrodes are planned to be adjacent to each other.
The method includes a step of performing a thermal oxidation treatment with hot water of 60 to 100 ° C. to form an insulating film for separating each pixel electrode. By such a process, the insulating film formed by thermal oxidation can be formed very easily.
【００１６】[0016]
【実施例】次に実施例について説明する。図１の
（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る積層型固体撮像装置の
基本的な実施例を示す断面図及び走査回路部の上面図で
ある。図１の（Ａ），（Ｂ）において、１は半導体基
板、２は該基板１上に形成されたソース部（電荷蓄積
部）、３はドレイン部（電荷転送部）、４はゲート電極
で、ソース部２とドレイン部３とゲート電極４とでＭＯ
Ｓトランジスタを構成している。５は素子分離領域、６
はフィールド酸化膜、７は第１の絶縁膜、８，９はソー
ス部２及びドレイン部３に接続された第１の金属電極、
10は第２の絶縁膜、11は第２の金属電極、12はソース部
２に第１及び第２の金属電極８，11を介して接続された
アルミニウムからなる画素電極で、各画素電極12，12間
にはアルミニウムからなる画素電極12を熱水酸化して得
られた絶縁膜13が形成され、走査回路部が構成されてい
る。EXAMPLES Next, examples will be described. 1A and 1B are a cross-sectional view showing a basic embodiment of a stacked solid-state imaging device according to the present invention and a top view of a scanning circuit section. In FIGS. 1A and 1B, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a source part (charge storage part) formed on the substrate 1, 3 is a drain part (charge transfer part), and 4 is a gate electrode. , The source part 2, the drain part 3 and the gate electrode 4 are MO
It constitutes an S-transistor. 5 is an element isolation region, 6
Is a field oxide film, 7 is a first insulating film, 8 and 9 are first metal electrodes connected to the source part 2 and the drain part 3,
Reference numeral 10 is a second insulating film, 11 is a second metal electrode, 12 is a pixel electrode made of aluminum connected to the source portion 2 via the first and second metal electrodes 8 and 11, and each pixel electrode 12 , 12, an insulating film 13 obtained by thermally oxidizing the pixel electrode 12 made of aluminum is formed, and a scanning circuit portion is configured.
【００１７】そして、このように構成された走査回路部
上には、第１の電荷注入阻止層14を介して光電変換膜15
が積層され、更に光電変換膜15上には第２の電荷注入阻
止層16を介して透明電極17を形成して、積層型固体撮像
装置を構成している。A photoelectric conversion film 15 is formed on the scanning circuit portion having the above structure, with the first charge injection blocking layer 14 interposed therebetween.
Are laminated, and the transparent electrode 17 is formed on the photoelectric conversion film 15 via the second charge injection blocking layer 16 to form a laminated solid-state imaging device.
【００１８】ところで画素電極の熱水酸化処理に当たっ
て、アルミニウムの熱水酸化処理における処理時間と、
深さ方向に形成される酸化膜の膜厚との関係を実験によ
り求めたところ、図２に示すような結果が得られ、指数
関数的に酸化が進行することが判明した。なお、この
際、熱水としては80℃の純水を用いた。よって、この実
験結果を利用して、画素電極の膜厚に応じて処理時間を
設定し、画素電極の間隙予定領域の熱水酸化処理を行
う。By the way, in the thermal oxidation treatment of the pixel electrode, the treatment time in the thermal oxidation treatment of aluminum,
When the relationship with the film thickness of the oxide film formed in the depth direction was obtained by experiments, the results shown in FIG. 2 were obtained, and it was found that the oxidation proceeded exponentially. At this time, pure water at 80 ° C. was used as the hot water. Therefore, using this experimental result, the processing time is set in accordance with the film thickness of the pixel electrode, and the thermal oxidation treatment of the planned gap region of the pixel electrode is performed.
【００１９】この熱水酸化処理は、画素電極自体を酸化
させるものであるため、酸化時の結晶構造転移により体
積が膨脹する。したがって、この画素電極12の間隙予定
領域に形成された絶縁膜13は、画素電極12の表面より光
電変換膜15側に凸状になる。したがって、光電変換膜15
の電界集中が起こりやすい凹凸部（うねり）は、この絶
縁膜13の凸部の上部にあたるため、電界集中によるリー
ク電流が生じるおそれはなくなる。また電界は画素電極
12の上部に均等に印加されるため、光電変換膜15のアバ
ランシェ増倍作用が生じやすくなる。なお、アバランシ
ェ増倍作用をもたせるには、膜厚２μｍのアモルファス
セレンを光電変換膜に用いる場合、透明電極17と画素電
極12間に、外部電源により240 Ｖ程度の電圧を印加す
る。Since this thermal oxidation treatment oxidizes the pixel electrode itself, the volume expands due to the crystal structure transition at the time of oxidation. Therefore, the insulating film 13 formed in the gap planned region of the pixel electrode 12 becomes convex toward the photoelectric conversion film 15 side from the surface of the pixel electrode 12. Therefore, the photoelectric conversion film 15
Since the uneven portion (waviness) in which the electric field concentration is likely to occur hits the upper portion of the convex portion of the insulating film 13, there is no possibility of generating a leak current due to the electric field concentration. Also, the electric field is the pixel electrode
Since the voltage is evenly applied to the upper part of 12, the avalanche multiplication effect of the photoelectric conversion film 15 is likely to occur. In order to have an avalanche multiplication effect, when amorphous selenium having a film thickness of 2 μm is used for the photoelectric conversion film, a voltage of about 240 V is applied between the transparent electrode 17 and the pixel electrode 12 by an external power source.
【００２０】図３は、本発明と図８に示した従来例にお
ける信号電流と暗電流の光電変換膜印加電圧依存性を比
較して示す図であり、α，βは本発明における信号電流
と暗電流を示し、α′，β′は図８に示した従来例の信
号電流と暗電流を示している。図３に示すように、信号
電流と光電変換膜印加電圧との関係は、Ａ，Ｂ，Ｃの３
領域に分けられる。領域Ａは、信号電流が電界の増加と
共に増大するが、入射光によって生成した電子・正孔対
が再結合することが多く、撮像装置としての実効量子効
率は１以下である。領域Ｂでは、生成した電子・正孔対
の大部分が再結合することなく電界により分離されるた
め、透明電極側及び画素電極側にそれぞれ移動する。こ
の領域では信号電流が印加電界に対し飽和する傾向を示
し、またその飽和量子効率はほぼ１になる。しかし、入
射光子が全て電子・正孔対に変換され、更に信号電流と
なる場合の１を越えることはない。FIG. 3 is a diagram showing a comparison between the signal current and dark current applied voltage dependence of the photoelectric conversion film in the present invention and the conventional example shown in FIG. 8, and α and β are the signal current in the present invention. The dark current is shown, and α'and β'show the signal current and the dark current of the conventional example shown in FIG. As shown in FIG. 3, the relationship between the signal current and the voltage applied to the photoelectric conversion film is 3 for A, B, and C.
It is divided into areas. In the region A, the signal current increases as the electric field increases, but the electron-hole pairs generated by the incident light are often recombined, and the effective quantum efficiency of the image pickup device is 1 or less. In the region B, most of the generated electron-hole pairs are separated by the electric field without recombination, and thus move to the transparent electrode side and the pixel electrode side, respectively. In this region, the signal current tends to be saturated with respect to the applied electric field, and its saturation quantum efficiency becomes almost 1. However, the incident photons are all converted into electron-hole pairs, and the signal current does not exceed 1.
【００２１】従来例の撮像装置は、この領域Ｂにおいて
作動させているが、本発明では領域Ｃにおいて作動させ
ている。領域Ｃにおいては、光電変換膜としてアモルフ
ァスセレンを用いた場合、透明電極が正になるように約
1.2×106 Ｖ／cmの電界を印加する。この状態で光が光
電変換膜に入射すると、領域Ａ，Ｂの場合と同様に、電
子・正孔対を生成した後、電子は透明電極側に、正孔は
光電変換膜内を走行し、画素電極側へ移動するが、その
途中でアバランシェ現象によって次々に新たな電子・正
孔対を生成する。このため、量子効率は光電変換膜内の
正孔の走行距離に比例するが、膜厚が２μｍの場合、青
色光入射で約30という高い値が得られ、また本発明に係
る積層型固体撮像装置は白傷が少なく、焼き付きや残像
も認められないという特徴をもっている。The conventional image pickup device is operated in the area B, but is operated in the area C in the present invention. In the region C, when amorphous selenium is used as the photoelectric conversion film, the transparent electrode is adjusted to be positive.
An electric field of 1.2 × 10 6 V / cm is applied. When light is incident on the photoelectric conversion film in this state, electrons and hole pairs are generated, and then electrons travel to the transparent electrode side and holes travel inside the photoelectric conversion film, as in the case of the regions A and B. While moving to the pixel electrode side, new electron-hole pairs are generated one after another due to the avalanche phenomenon on the way. Therefore, the quantum efficiency is proportional to the traveling distance of holes in the photoelectric conversion film, but when the film thickness is 2 μm, a high value of about 30 is obtained when blue light is incident, and the stacked solid-state imaging device according to the present invention is obtained. The device is characterized by few white scratches and no image sticking or afterimages.
【００２２】次に、本発明に係る積層型固体撮像装置の
製造方法の第１実施例を、図４〜図６に示す製造工程図
に基づいて説明する。この実施例においては走査回路部
にＭＯＳトランジスタを備えている構成について説明す
る。まず、図４の（Ａ）に示すように、半導体基板21の
表面層でトランジスタ領域に相当する部分22を除く領域
に、素子分離領域23を備えたフィールド酸化膜24を形成
し、次いでゲート絶縁膜25を形成する。次に、図４の
（Ｂ）に示すように、多結晶シリコンあるいはＭｏ等の
高融点金属よりなるゲート電極26を形成し、更に、不純
物をイオン注入してトランジスタのソース部27とドレイ
ン部28を形成する。次いで、図４の（Ｃ）に示すよう
に、この上に第１の絶縁膜29を堆積した後、第１の絶縁
膜29に設けたコンタクトホール30を介して、ソース部27
及びドレイン部28とそれぞれ電気的に接続した第１の金
属電極31，32を形成する。再び同様にして、図４の
（Ｄ）に示すように、この上に第２の絶縁膜33を堆積し
た後、第２の絶縁膜33に設けたコンタクトホール34を介
して、ソース部27と電気的に導通されている第１の金属
電極31に接続して第２の金属電極膜を形成し、画素毎に
分離して第２の金属電極35を形成する。Next, a first embodiment of a method of manufacturing a laminated solid-state image pickup device according to the present invention will be described with reference to the manufacturing process drawings shown in FIGS. In this embodiment, a configuration in which a MOS transistor is provided in the scanning circuit section will be described. First, as shown in FIG. 4A, a field oxide film 24 having an element isolation region 23 is formed on a surface layer of a semiconductor substrate 21 except a portion 22 corresponding to a transistor region, and then a gate insulating film is formed. Form the membrane 25. Next, as shown in FIG. 4B, a gate electrode 26 made of polycrystalline silicon or a refractory metal such as Mo is formed, and impurities are ion-implanted to form a source portion 27 and a drain portion 28 of the transistor. To form. Next, as shown in FIG. 4C, after depositing a first insulating film 29 on this, a source portion 27 is formed through a contact hole 30 provided in the first insulating film 29.
And the first metal electrodes 31 and 32 electrically connected to the drain portion 28 and the drain portion 28, respectively. In the same manner, as shown in FIG. 4D, after the second insulating film 33 is deposited on the second insulating film 33, the source portion 27 and the source portion 27 are formed through the contact holes 34 formed in the second insulating film 33. The second metal electrode film is formed by connecting to the electrically conductive first metal electrode 31, and the second metal electrode 35 is formed separately for each pixel.
【００２３】次に、図５の（Ａ）に示すように、無機
系，有機系のいずれか一方又は両方を用いたＳＯＧ（Sp
in-on-Glass ）法や、ＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silan）
法、ポリイミド塗布法などで、厚さ数μｍ〜数10μｍの
平坦化された第３の絶縁膜36を形成する。そして、この
第３の絶縁膜36の平坦化表面37を、第２の金属電極35の
頂部35ａが露出するまでエッチバックする。次いで、図
５の（Ｂ）に示すように、その上にアルミニウム，アル
ミニウムシリコン，多結晶シリコン等の何れか一種、又
は二種以上の材料からの画素電極層38を形成する。この
時、下地の形状を受けて画素電極層38の表面38ａも平坦
化される。次に図５の（Ｃ）に示すように、平坦化され
た画素電極層38上に、画素電極の間隙予定部39を開口し
たレジストパターン40を形成する。そしてレジストパタ
ーン40を 150℃のＮ2 雰囲気中で30分ベークして硬化さ
せる。Next, as shown in FIG. 5A, an SOG (Sp) using either or both of an inorganic type and an organic type is used.
in-on-Glass) method and TEOS (Tetra Ethoxy Silan)
Method, a polyimide coating method or the like to form a flattened third insulating film 36 having a thickness of several μm to several tens of μm. Then, the flattened surface 37 of the third insulating film 36 is etched back until the top portion 35a of the second metal electrode 35 is exposed. Next, as shown in FIG. 5B, a pixel electrode layer 38 made of one kind of aluminum, aluminum silicon, polycrystalline silicon, or the like, or two or more kinds of materials is formed thereon. At this time, the surface 38a of the pixel electrode layer 38 is also flattened due to the shape of the base. Next, as shown in FIG. 5C, a resist pattern 40 is formed on the flattened pixel electrode layer 38, in which a predetermined gap portion 39 of the pixel electrode is opened. Then, the resist pattern 40 is baked in an N 2 atmosphere at 150 ° C. for 30 minutes to be hardened.
【００２４】次に、このように処理したウエハ全体を、
80℃に温めた純水へ浸し、図６の（Ａ）に示すように、
画素電極の間隙予定部39を酸化し、絶縁膜からなる画素
分離領域41を形成する。この際の酸化条件は、200 nmの
膜厚のアルミニウムからなる画素電極膜の場合は、約10
分程度である。次いでウエハを乾燥させた後、レジスト
パターン40を剥離することにより、画素分離領域41と平
滑化した画素電極42が形成された走査回路部が得られ
る。Next, the entire wafer thus processed is
Soak in pure water warmed to 80 ° C, and as shown in Fig. 6 (A),
The planned gap 39 of the pixel electrode is oxidized to form a pixel isolation region 41 made of an insulating film. The oxidation condition at this time is about 10 in the case of a pixel electrode film made of aluminum with a thickness of 200 nm.
It's about a minute. Next, the wafer is dried, and then the resist pattern 40 is peeled off to obtain a scanning circuit unit in which the pixel separation region 41 and the smoothed pixel electrode 42 are formed.
【００２５】次に、上記のように構成された走査回路部
の画素分離領域41と画素電極42上に、図６の（Ｂ）に示
すように、３硫化アンチモン（Sb2 Ｓ3 ）や３セレン化
砒素（As2 Se3 ）等からなる第１の電荷注入阻止層43を
形成する。次いで、アモルファスセレン（ａ−Se）を主
体とした光電変換膜44を形成する。この際、同時に砒素
（As）やテルル（Te）をドープして耐熱性や分光感度を
制御する。次に、酸化セリウム（CeＯ2 ），酸化ゲルマ
ニウム（GeＯ2 ）等からなる第２の電荷注入阻止層45を
形成する。次いで、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化膜）か
らなる透光性電極46を形成して、積層型固体撮像装置を
完成する。この工程については、阻止型撮像管ターゲッ
ト製造工程を用いる。Next, as shown in FIG. 6B, antimony trisulfide (Sb 2 S 3 ) or 3 is formed on the pixel separation region 41 and the pixel electrode 42 of the scanning circuit section configured as described above. A first charge injection blocking layer 43 made of arsenic selenide (As 2 Se 3 ) or the like is formed. Next, the photoelectric conversion film 44 mainly composed of amorphous selenium (a-Se) is formed. At this time, arsenic (As) and tellurium (Te) are simultaneously doped to control heat resistance and spectral sensitivity. Next, the second charge injection blocking layer 45 made of cerium oxide (CeO 2 ) or germanium oxide (GeO 2 ) is formed. Next, the transparent electrode 46 made of ITO (indium-tin oxide film) is formed to complete the stacked solid-state imaging device. For this step, a blocking type image pickup tube target manufacturing step is used.
【００２６】このようにして製造された積層型固体撮像
装置においては、走査回路部上の画素電極42から絶縁膜
で形成された画素分離領域41への形状は、緩やかなテー
パになっており、しかも電界が集中しやすい形状である
ところの凸部は、絶縁膜からなる画素分離領域41の凸部
であるため、電界集中によるリーク電流が流れるおそれ
は生じない。In the laminated solid-state image pickup device manufactured as described above, the shape from the pixel electrode 42 on the scanning circuit portion to the pixel separation region 41 formed of an insulating film is a gradual taper, Moreover, since the convex portion where the electric field is easily concentrated is the convex portion of the pixel isolation region 41 made of the insulating film, there is no possibility that a leak current flows due to the electric field concentration.
【００２７】次に、製造方法の第２実施例を図７の
（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。この実施例は、画
素電極を予め形成しておいて、各画素電極のエッジ部分
に絶縁膜を形成するものである。したがって、第１実施
例の図５の（Ａ）に示す第３の絶縁膜36の平坦化表面37
を、第２の金属電極35の頂部35ａが露出するまでエッチ
バックするまでの工程は、第１実施例と同様である。本
実施例においては、次いで、図７の（Ａ）に示すよう
に、画素毎に形成された第２の金属電極35に対応させ、
該第２の金属電極35に接触させて画素電極51を形成す
る。次いで、画素電極51のエッジ部を開口したレジスト
パターン52を形成し、該レジストパターン52を 150℃の
Ｎ2 雰囲気中で30分間ベークして硬化させる。次に、こ
のようにレジストパターン52を形成したウェハ全体を80
℃に温めた純水へ浸し、画素電極51のエッジ部を酸化処
理して、絶縁膜53を形成する。この際の酸化処理条件
は、第１実施例より短時間の１〜５分程度でよい。次い
で、ウェハを乾燥させた後、レジストパターン52を剥離
して除去することにより、図７の（Ｂ）に示すように、
エッジ部に絶縁膜53を形成した平滑化された画素電極51
が得られる。次いで、図７の（Ｃ）に示すように、第１
実施例と同様に、第１の電荷注入阻止層43，光電変換膜
44，第２の電荷注入阻止層45及び透光性電極46を順次積
層して、積層型固体撮像装置を完成する。Next, a second embodiment of the manufacturing method will be described with reference to FIGS. In this embodiment, pixel electrodes are formed in advance and an insulating film is formed on the edge portion of each pixel electrode. Therefore, the planarized surface 37 of the third insulating film 36 shown in FIG. 5A of the first embodiment.
The steps up to etching back until the top portion 35a of the second metal electrode 35 is exposed are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, next, as shown in FIG. 7A, the second metal electrode 35 formed in each pixel is made to correspond to the second metal electrode 35.
The pixel electrode 51 is formed in contact with the second metal electrode 35. Next, a resist pattern 52 having an opening at the edge of the pixel electrode 51 is formed, and the resist pattern 52 is baked and cured in an N 2 atmosphere at 150 ° C. for 30 minutes. Next, the entire wafer on which the resist pattern 52 is thus formed is
The edge portion of the pixel electrode 51 is oxidized by immersing it in pure water warmed to ° C to form an insulating film 53. The oxidation treatment condition at this time may be 1 to 5 minutes, which is shorter than that in the first embodiment. Next, after the wafer is dried, the resist pattern 52 is peeled and removed, so that as shown in FIG.
Smoothed pixel electrode 51 having an insulating film 53 formed on the edge portion
Is obtained. Then, as shown in FIG. 7C, the first
Similar to the embodiment, the first charge injection blocking layer 43, the photoelectric conversion film
44, the second charge injection blocking layer 45, and the translucent electrode 46 are sequentially stacked to complete the stacked solid-state imaging device.
【００２８】このようにして製造された積層型固体撮像
装置においても、走査回路部上の画素電極51から絶縁膜
53への形状は、緩やかなテーパになっているが、第２実
施例により画素電極51のエッジ部に形成された絶縁膜53
は薄いため、画素電極51と絶縁膜53とはほぼ同一面上に
位置するようになる。そしてこの実施例による積層型固
体撮像装置においても、電界が集中しやすい画素電極の
エッジ部には、酸化膜からなる絶縁膜が形成されている
ため、リーク電流が流れるおそれはない。Also in the laminated solid-state image pickup device manufactured in this manner, the insulating film is formed from the pixel electrode 51 on the scanning circuit section.
Although the shape to 53 is a gentle taper, the insulating film 53 formed on the edge portion of the pixel electrode 51 according to the second embodiment.
Since it is thin, the pixel electrode 51 and the insulating film 53 are located on substantially the same plane. Also in the laminated solid-state imaging device according to this embodiment, since the insulating film made of the oxide film is formed at the edge portion of the pixel electrode where the electric field is likely to be concentrated, there is no risk of leak current.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項１記載の発明によれば、隣接する画素電極間に熱
水酸化による絶縁膜を形成することにより、極めて安易
な構成で画素電極のエッジ部の電界集中を緩和し、また
光電変換膜の下地の平坦化を図ることができる。また請
求項２記載の発明によれば、容易に熱水酸化による絶縁
膜を形成することができ、また請求項３及び４記載の発
明によれば、平坦化された光電変換膜におけるアバラン
シェ増倍効果により、高感度の積層型固体撮像装置が得
られる。また請求項５記載の発明によれば、極めて容易
に熱水酸化による絶縁膜を形成することができる積層型
固体撮像装置の製造方法を実現することができる。As described above on the basis of the embodiments,
According to the invention described in claim 1, by forming the insulating film by thermal oxidation between the adjacent pixel electrodes, the electric field concentration at the edge portion of the pixel electrode is relieved with an extremely easy structure, and the photoelectric conversion film The base can be flattened. Further, according to the invention of claim 2, the insulating film can be easily formed by thermal oxidation, and according to the inventions of claims 3 and 4, the avalanche multiplication in the flattened photoelectric conversion film is achieved. Due to the effect, a highly sensitive laminated solid-state imaging device can be obtained. Further, according to the invention of claim 5, it is possible to realize a method of manufacturing a laminated solid-state imaging device capable of forming an insulating film by thermal oxidation very easily.
【図１】本発明に係る積層型固体撮像装置の基本的な実
施例を示す断面図及びその走査回路部の上面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic embodiment of a stacked solid-state imaging device according to the present invention and a top view of a scanning circuit section thereof.
【図２】熱水酸化処理におけるアルミニウムの処理時間
と酸化膜の膜厚との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an aluminum treatment time and a film thickness of an oxide film in the thermal oxidation treatment.
【図３】本発明と従来例における信号電流と暗電流の光
電変換膜印加電圧依存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a photoelectric conversion film applied voltage dependency of a signal current and a dark current in the present invention and a conventional example.
【図４】本発明に係る積層型固体撮像装置の製造方法の
第１実施例を説明するための製造工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process for explaining the first embodiment of the method of manufacturing a stacked solid-state imaging device according to the present invention.
【図５】図４に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process that follows the manufacturing process shown in FIG. 4;
【図６】図５に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process that follows the manufacturing process shown in FIG. 5;
【図７】本発明に係る積層型固体撮像装置の製造方法の
第２実施例を説明するための製造工程を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process for explaining the second embodiment of the method of manufacturing a stacked solid-state imaging device according to the present invention.
【図８】従来の積層型固体撮像装置の構成例を示す断面
図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional stacked solid-state imaging device.
【図９】従来の積層型固体撮像装置の他の構成例を示す
断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing another configuration example of a conventional stacked solid-state imaging device.
【図10】従来の積層型固体撮像装置の更に他の構成例を
示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the conventional stacked solid-state imaging device.
１ 半導体基板 ２ ソース部 ３ ドレイン部 ４ ゲート電極 ５ 素子分離領域 ６ フィールド酸化膜 ７ 第１の絶縁膜 ８，９ 第１の金属電極 10 第２の絶縁膜 11 第２の金属電極 12 画素電極 13 絶縁膜 14 第１の電荷注入阻止層 15 光電変換膜 16 第２の電荷注入阻止層 17 透明電極 21 半導体基板 23 素子分離領域 24 フィールド酸化膜 25 ゲート絶縁膜 26 ゲート電極 27 ソース部 28 ドレイン部 29 第１の絶縁膜 30 コンタクトホール 31，32 第１の金属電極 33 第２の絶縁膜 34 コンタクトホール 35 第２の金属電極 36 第３の絶縁膜 37 平坦化表面 38 画素電極層 39 間隙予定部 40 レジストパターン 41 画素分離領域 42 画素電極 43 第１の電荷注入阻止層 44 光電変換膜 45 第２の電荷注入阻止層 51 画素電極 52 レジストパターン 53 絶縁膜 1 semiconductor substrate 2 source part 3 drain part 4 gate electrode 5 element isolation region 6 field oxide film 7 first insulating film 8, 9 first metal electrode 10 second insulating film 11 second metal electrode 12 pixel electrode 13 Insulating film 14 First charge injection blocking layer 15 Photoelectric conversion film 16 Second charge injection blocking layer 17 Transparent electrode 21 Semiconductor substrate 23 Element isolation region 24 Field oxide film 25 Gate insulating film 26 Gate electrode 27 Source part 28 Drain part 29 First insulating film 30 Contact holes 31, 32 First metal electrode 33 Second insulating film 34 Contact hole 35 Second metal electrode 36 Third insulating film 37 Planarized surface 38 Pixel electrode layer 39 Predetermined gap 40 Resist pattern 41 Pixel separation region 42 Pixel electrode 43 First charge injection blocking layer 44 Photoelectric conversion film 45 Second charge injection blocking layer 51 Pixel electrode 52 Resist pattern 53 Insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 文彦 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 小杉 美津男 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Fumihiko Ando 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Inside the Japan Broadcasting Corporation Broadcasting Technology Laboratory (72) Inventor Mitsuo Kosugi 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Issue Broadcasting Technology Research Institute, Japan Broadcasting Corporation
Claims (5)
読み出し部を画素毎に形成し、且つ各信号電荷蓄積部に
電気的に接続された各画素電極を有する走査回路部上
に、光電変換膜を積層してなる積層型固体撮像装置にお
いて、前記隣接する各画素電極の間隙部に、該画素電極
の熱水酸化により形成された絶縁膜を備えていることを
特徴とする積層型固体撮像装置。1. A photoelectric conversion device is provided on a scanning circuit unit, in which a signal charge storage unit and a signal readout unit are formed for each pixel on a semiconductor substrate, and each pixel electrode is electrically connected to each signal charge storage unit. A stacked solid-state imaging device comprising a stack of films, characterized in that an insulating film formed by thermal oxidation of the pixel electrodes is provided in a gap between the adjacent pixel electrodes. apparatus.
ニウムシリコン，多結晶シリコンの何れか一種又は二種
以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項１
記載の積層型固体撮像装置。2. The pixel electrode is made of one or more materials selected from the group consisting of aluminum, aluminum silicon, and polycrystalline silicon.
The laminated solid-state imaging device described.
コン，又はシリコン，ガリウム砒素の結晶体を主体とす
る半導体で構成されていることを特徴とする請求項１又
は２記載の積層型固体撮像装置。3. The laminated type according to claim 1, wherein the photoelectric conversion film is made of a semiconductor mainly composed of selenium, amorphous silicon, or a crystal body of silicon or gallium arsenide. Solid-state imaging device.
る強さの電界を印加する手段を備えていることを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型固体撮
像装置。4. The laminated solid according to claim 1, further comprising means for applying an electric field having a strength causing a charge multiplication effect in the photoelectric conversion film. Imaging device.
の積層型固体撮像装置の製造方法において、隣接する画
素電極の間隙予定部に対して60〜 100℃の熱水により熱
水酸化処理を行い、各画素電極に分離するための絶縁膜
を形成する工程を備えていることを特徴とする積層型固
体撮像装置の製造方法。5. The method for manufacturing a laminated solid-state image pickup device according to claim 1, wherein hot water at 60 to 100 ° C. is applied to a predetermined gap between adjacent pixel electrodes. A method of manufacturing a stacked solid-state imaging device, comprising a step of performing an oxidation process to form an insulating film for separating each pixel electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025805A JPH08204164A (en) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | Multilayered solid-state image sensing device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025805A JPH08204164A (en) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | Multilayered solid-state image sensing device and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08204164A true JPH08204164A (en) | 1996-08-09 |
Family
ID=12176087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7025805A Withdrawn JPH08204164A (en) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | Multilayered solid-state image sensing device and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08204164A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006191007A (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-20 | Dongbuanam Semiconductor Inc | Cmos image sensor and its manufacturing method |
| JP2009010075A (en) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Fujifilm Corp | Radiation image detector |
| JP2015156493A (en) * | 2011-05-31 | 2015-08-27 | キヤノン株式会社 | Detection device manufacturing method and detection device and detection system |
| JP2020010062A (en) * | 2019-10-02 | 2020-01-16 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device and imaging system |
-
1995
- 1995-01-23 JP JP7025805A patent/JPH08204164A/en not_active Withdrawn
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