JPS5812481A - 固体撮像素子 - 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】 本発明は、固体撮像素子に係り特に基板内部への光入射
を減少せしめ九光電変換部を有する固体撮像素子に関す
る。

現在固体撮偉素子の発展は目覚ましいが、従来モノシリ
ツクのシリコン素子と考えられていた固体撮像素子に光
導電膜を上部に配置した複合体操体操僚嵩子も開発され
ている。この複合形固体撮像素子では従来のモノシリツ
タ固体撮像素子は自己走査機能を有し九素子として使い
、光電変換は上部の光導電膜で行なわれてお）、走査部
と光電変換部から構成された素子である。光導電膜には
光導電形撮俸管の光導電ターゲット材料を中心に種々の
材料が使用されている．その中で特に注目されるのはア
モルファス−シリコン膜である．他の材料は８ｂ！Ｓ３
　（Ｃｄ，Ｚｎ）Ｔｅ，Ａｓ−８ｅ−Ｔｅ系などのよう
にシリコシ素子の製造工程には余シなじみの喰いＶＩ族
の材料が含まれているのに対して、ア篭ルファス●シリ
コンは材料的に同一であるため、従来の製造工程にもと
りいれやすい利点があるからである。

第１閣はインターライン転送形ＣｃＤを自己走査機能部
として有する従来構成の複合体操体操儂素子を示す＊　
ｐ　彫８’基１［１１）に瀾め込みチャンネル形の垂直
転送ＣＯＤとなるｎ一層（２）、オーバー・フロー・ド
レインのｎ土層（３）、チャンネル・ストッパの９”　
ＩＩＩ（５）、ゲート酸化膜（６）、第一層ポリ・シリ
コン電１ｍ　（７）　％酸化膜（８）、第二層ポリのシ
リコン電極ｉ９１、ＣｖＤ酸化属ａのが形成されており
、信号電荷を蓄積するｎｉｌの拡散層α力とオーバー・
フロードレインＯｎ土層（ａ）０間にはｎ一層からなる
オーバー・フロー・コントロール・ゲート部ａ３が設け
られている。

また、蓄積され良信号電荷を垂直転送ＣＯＤのｎ一層（
２）　Ｋ　ａ　！　丸め、トランスファ・コントロール
・ゲート部−がある、ｔた、Ｇ■酸化膜上にはＡＩ電＠
ａｎがｈ〉、光シールドとオーバー・フローコン）Ｅｌ
−ル・ゲート部αりの電位を制御する。これらの構成に
てインターライン転送形ＣＯＤの固体の撮儂素子ができ
るが、複合体操体操儂素子にＧ■−伯ｊＩ（１９を形成
し、ｎ＊ａυの一部に穴をあけて、金属Ｏ信号電荷蓄積
電極ａ呻を形成する。すなわち、アルミ膜などの金属膜
を全面に形成した後に、所定の位置にのみ残るようにエ
ツチングを行ない、信号蓄積電極端とする。さらに光導
電体１１αηを蒸着等により形成し、さらにその上部に
透明電極α口を形成して複合要因体操ｇＲ素子を形成す
る。信号電荷蓄積電極α・は透明電極α・と対向して、
光導電体ＩＩαηに電界を生ぜしめて、光励起されたキ
ャリヤの分離を行ない、第１図の例では電子を集める役
割をする。また信号電荷を効率良く集め、これをｎｉα
υヲＡＬ、テ、　　）ランスファ拳コ／）ロール・ゲー
）（１ｍが開い友時に効率良く垂直転送ＣＯＤへ送る仲
介の役割をするので、光導電体層αηとｎ層ａυとに電
気的接触が良好である事が要求される。

つまり、二種の異なった材料に対して電気的な接触が良
好である事が要求される。さらには光導電体層α７）Ｋ
正孔を供給しないようなコンタクトである事が望ましい
、現状で電極として使えるのはアルＺ電極やモリプデ／
電極が王であり、目的によっては白金ヤ金電極などがあ
るが、上記の条件を完全に溝九す材料は無い、まえ、全
面に形成し１後に、エツチングで所定の形状とする工程
が必要である。さらに、エツチング時点で、酸化膜α９
にピンホールがあると、光シールドを兼ね九Ａ７電極Ｉ
を損傷することもあシ、場合によってはさらに下部のポ
リシリコン電極にも悪影響を及ぼす。

本発明は上記点に鑑みなされたもので自己走査機能部を
有する半導体基板と、この自己走査機能部に宿って形成
された信号電荷蓄積領域と、前記半導体基板に形成され
九絶縁層と、この絶縁層に開口部を設は前記信号電荷蓄
積領域と電気的に請合Ｌｔエピタキシャル層とこのエピ
タキシャル層上に選択的に形成された導電層とを具備し
九ことによって、高感度、高解像度で偽信号の少ない固
体撮ｇＲ素子を提供することを目的とするものである。

以下、図面を参照して本発明を実施例に基き詳細に説明
する。第２図は本発明の一実施例を示す固体撮儂装置の
断面概略図である。

以下、第２図に従い説明する。尚、第１図と同一箇所は
同一符号を付して説明する。ｐ形Ｓｉ基板（１）には埋
め込みチャンネル形の垂直転送ＣＣＤとなるｎ　　ＩＩ
（２）、オーバー・７０−ドレイ７ノｎ十層（３）、チ
ャンネル・ストッパのｐ＋１ｌｌ（５）、ゲート震化膜
（６）、第一層ポリ・シリコン電極（７）、酸化膜（８
）、第二層ポリ・シリコン電極１９）％　ｃｖＤ酸化膜
αＱが形成されており、信号電荷を蓄積するｎｆｌｌの
拡散層αυとオーバー・フロー・ドレインのｎ十ＮＭ（
３）の’ｌａＫハｎ一層カラナルオーバー・フロー・コ
ントロール・ゲート部（ｌ看が設けられている。ま九蓄
積され良信号電荷を垂直転送ＣＯＤ　（Ｄ　ｆｌ　ＩＩ
Ｉ（２）に送るため、トランスファ・コントロール・ケ
−）部（１１＞！６．＆。

また、ｃ′ＶＤ１１！化虞上にはＡｎ電極Ｉがあシ、光
シールトドオーバー・７０−・コントロール・ゲート部
ａりの電位を制御する。これらの構成を自己走査機能部
として使用するため、さらにｃｖ’ｎ＠化膜住９を形成
する６次にインターライン転送形ＣＯＤの信号電荷蓄積
部となるｆｉ４Ｑ１ｏ上部に穴をあける。

この場合後の工程でエピタキシャル成長層が良く成長す
るように開口面積を大きくあける事が大切である。

この後、ζＯ素子を含むクエハーをエピタキシャル成長
装置に入れて、第２図のようにシリコンのエピタキシャ
ル成長を行なう。すなわち、例えば８ｉＣｊ４　Ｑ蒸気
とＨ２ガスを混合して、高温の素子上に送り、８１の園
が露出している部分にエピタキシャル成長をおこなう、
なおエピタキシャル成長に先立ってＨＣｊを送る事によ
り気押エツチングを行ない引露出−を清浄にしておく。

まえ、エピタキシャル成長は１２００℃前後と高温なの
で、Ａｌ電極はあらかじめモリブデンやモリブデン・シ
リサイドの電極としておく配慮は必要である。第２図の
ようにＢｘＨｓＣディボラン）をドーパントとして用い
てｐ　形８１０ｆ）を所定の厚さに成長させる。この後
、エピタキシャルｐ−ｓｔにオーにツク・コンタクトの
電極（２）を形成する。さらに全体にパッジページ冒ン
膜（至）を形成する。

このような構成の固体撮像素子においては、入射光は、
エピタキシャル成長した４内で大部分が吸収され、電子
がｎ領域に集められ正孔は電極を通して外部へ引き出さ
れる。し九がって、入射光が基板のｐ　−８ｉ側に到達
する割合が少なくなり、ブルーミングを減少する事がで
きる。

第３図は本発明の他の実施例を示す断面概略図である。

第２図の説明と同じ手板にて、エピタキシャル成長を行
なわせるが、この際ドーパントとしてＰＨ，（フォスフ
イン）等を用いて、ｎ層別（財）を形成する０次に適当
な厚さに成長した後に、ドーパントを８２Ｈ６等にかえ
て、ｐ形８ｉ（ハ）を形成する。さらに、第２図で説明
したと同じく電極（２）を設け、さらにパッジページ冒
ンＦｌｌｔ＠を形成する。

この素子の構成は＠２１１１のそれと異なり、気相成長
部分にｐ　−ｎ接合を形成しである。この丸め、接合面
積は第２図では小さな開口部であう九のに対して、第３
図ではさらに大きくとれる九めに光電変換や信号電荷蓄
積の効果が増大する利点がある。なお、上記実施例では
気相成長時にｎ−ｐ。

順で形成し九が、これ（限らず、例えばｎ形Ｓｉを所定
の厚さに形成し九後に、ｐ形の拡散を行なっても良い事
は勿論である。ｐ形の拡散を十分く行なえば第２図と同
様になる。

上記実施例で示したように１通常のインターライン転送
形ＣＯＤを形成した後に、その感光部、し九がって信号
電荷蓄積部上の酸化膜に穴をあけ、この部分に８１のエ
ピタキシャル成長を行なって光電変換部を形成する素子
を提供する事が出来る。

従来の光導電体を用いる複合体操要因儂素子では、光導
電体層に電界をかける丸めに、王として金属の電極と上
部に透明電極を必要とし、半導体素子製造工程にあまり
なじみが無い光導電体材料やＩｎ２０３１や８ｎＯ２な
どの透明電極を必要とし、さらに対向電極間での電気的
な短絡が心配されるのに対して、本発明に係る素子では
それらの欠点がすべて除かれ、信頼性が高くなる利点が
生ずる。

なお、実施例では、下部の走査機能を主として有する部
分とこれにエピタキシャル成長させ先部分を完全に区別
したが、成長あるいは拡散の過福で両者の領域が判然と
しない場合もある。キャリヤの移送の点からはこのよう
な場合が望ましい。

実施例では製造王権のａ明も兼ねているため領域は区別
しである。なお、Ｓｌの導電形は走査機能能都との関連
で選ぶ事が必要である事は勿論である。

ｔた上記実施例では、オーバー・フォスフインを設は九
例について説明し九が、入射光の大部分が走査部の上に
設けられ九充電変換部にて吸収されたシ接合部の面積増
加によシ蓄積する電荷量が増え九九めに、特に必要とし
ない場合もある。

特に素子の多−素化や小形化の時にはこの点が有利とな
ってくる。

なお、走査部にはインターライン転送形ＣＣＤ。

例を述べたがこれに限らず、フレーム転送形ＣＣＤ、Ｍ
ＯＳ形、（ＪＤ＋ＢＢＤあるいはこれらの組み合せでも
良い。

【図面の簡単な説明】

第１＠は従来の固体撮像素子を示す断面概略１図、第２
図乃至第３図はこの発明による固要因ｌ素子の各々異な
る実施例を示す断面概略図である０図において、 １：ｐ＄８１基榎ｓ２＊１２：ｎ−拡ｌｌｋ層。 ３：ｎ＋拡散層、ｓａｐ＋拡散１．６：ゲート酸化膜％
７：第１層目ポリ別電極、８二酸化膜、９：第２層目ポ
リｓｉ電極、１Ｇ、　１５　：　ｃｖＤ　ＩＩ化ｌｌ５
１１：ｎ形波散層、１２ニオ−バー・７０−嘩コントロ
ール・ゲート部、１３：トランスファー・コントロール
部、１４：Ａｊ電極、１６：信号電荷蓄積電極、１７：
光導体層、１８：透明電極、２１ｓ２５：ｐ形エピタキ
シャル１．２２：電極、２３：パッシペーシ冒ンＩＩ、
２４：ｎ形エピタキシャル層。 （７３１７）代理人　弁理士　則　近　憲　佑（はか１
名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自己走査機能部を有する半導体基板と、この自己
   走査機能部に沿りて形成され良信号電荷蓄積領域と、前
   記半導体基板に形成された絶ｌｌＩ層と、この絶縁層に
   開口部を設は前記信号電荷蓄積領域と電気的に結合し九
   エピタキシャル層とこのエピタキシャル層上に選択的に
   形成された導電層とを具備し九ことを特徴とする固体撮
   像素子。
2. （２）前記エピタ中シャル畷が前記信号電荷蓄積領域と
   逆導電形であることを特徴とする特許求のｍｌｌＪＩＥ
   ｔ項記献の固体撮像素子。 《３）前記エピタキシャル層が、前記信号電荷蓄積領域
   と同導電形の＠１領域と、前記信号電荷蓄積領域と対向
   し、前記第１領域と逆導電形の第２領域とよヤなること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の固体撮像
   素子。