JPS583273A - 複合形固体撮像素子とその製造方法 - 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】 本発明は光導電体と自己走査機能を有する素子とを組み
合わせ九複合形固体撮１象素子に係り特に光導電体にア
モルファス・シリコンを用い九複合形固体撮像素子に関
する。

現在固体撮像素子の発展は目覚ましいが、従来毫ノＶシ
ックのシリコン素子と考えられていた固体撮儂嵩子に光
導電膜を上部に配置した複合形固体撮ｇＩｉ素子も開発
されている。この複合形固体撮像素−子では従来のモノ
リシック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り、
走査部と光電変換部から構成された素子である。光導電
膜には光導電形撮儂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５ｂ
２８Ｂ　、　（Ｃｄ、Ｚｎ）Ｔｅ、Ａｓ−８ｅ−Ｔｅ　
系などのようにシリコン素子の製造工程には余９なじみ
のないｖＩ族の材料が含まれているのに対して、アモル
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。

一方、現在、８ｉ０２ヤ８　ｉ　ＳＮ４のような非晶質
絶縁物上に、単結晶膜や良質の多結晶膜を成長させる試
みが発表されている０例えば、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌ
ｅｔＬ。

Ｖｏｌ、３５．Ｎｏ、１．ｆ）ＧＩ７１−７４　、Ｊｕ
ｌｙｌ、１９７９”Ｃｒｙｓｔａｌｌｏ−ｇｒａｐｈｉ
ｃ　　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ｓｉｌｌｉ
ｃｏｇ　　ｏｎ　　ａｎ　　ａｍｏｒｐ−ｈｏｕｓ　　
５ｕｂｓｔｒａｔｅ　　ｕｓｌｎｇ　　ａｎ　　ａｒｔ
目量ｃｉａｌ　　５ｕｒｆａｃｅ−ｒｅｌｉｅｆ　ｇｒ
ａｔｉｎｇ　ａｎｄ　１ａｓｅｒ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉ
ｚａｔｉｏｎ”には、非晶質絶縁基板表面に周期的な微
細な溝を設け、デポジットし７（ｓｔ結晶膜の結晶軸を
制御し、革結晶を成長させることが示されている。

第１図は従来の複合形固体撮（ＩＮ素子の一実施例を示
す、即ち、例えばＰ型半導装基板＋１）上にＭＯ８電界
効果トランジスタのドレイン及びノースに相当し九Ｎ＋
１１１２１　、　（３１が設けられる。ここで第１の計
１１１２）は信号電荷読出し線であ抄、第１の継−（２
）と第２の継層（３）間にゲート酸化ＩＩ　（４）を介
してゲート電極（５）が設けられる。このゲート電極（
５）には信号電荷を銃出す際、ゲート電極（川下の半導
体基板１１）表面を導通状態にせしめる電圧が印加され
る。第２の１−１層ｍ（３１Ｋ接続して例えばアルミニ
ウム（ＡＩ）Ｋよる電［ｉ　（６）が設けられる。この
ＡＩ電極（６）は第１の１層（２）、ゲート電極（５）
上をも覆うがととく形成されている。第１のＮ＋−（２
）と第２のＮ＋　ＩＩＩ（３）そしてゲート電極（５）
で形成されているｖ）ｓ　（界効果トランジスタの周囲
には厚い酸化膜（９−１）、（９−２）力監形成されて
いる。この酸化膜（９−１）、（９−２）、そして前記
ＡＩ電極（６）上にはアモルファス・シリコンなどの光
導電体−（７）が形成されている。そしてこの光導電体
層（７）上に透明電極（８）が形成される。

この光導電膜（７）にアモルファス・シリコン素子用い
られ九場合に膜の欠陥やピンホールがあると透明電極（
８）とアル１ニウム電極（６）との間で、電気的短絡が
起りやすく、映倫信号では白キズが生じたヤ、あるいは
動作不能となってしまう。従って大面積に透明電極を形
成するため、横方１句の膜の欠陥は問題である。

本発明は上起点に鑑みなされたもので、自己走査機能部
を有する半導体を板と、この自己走査機能部に市って形
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１に開口部を設は前記信号電荷
蓄積−城と電気的に結合され先非単結晶シリコン層と、
この非単結晶シリコン層に隣接して設けられ九第１導電
噛とを具備することによって、従来薄−膜を使用してい
え丸め発生していたピノホール中欠陥による電極間の短
絡を防止し、歩留が向上し九複合形固体撮１＃素子。

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図は本発明に係る複合形固体撮（ａ素子の一実施例
である。

尚、以下第１図と同一箇所には同一符号を付して説明す
る。まず、Ｐ５１半導体基板（１）上にＭＤ８電界効果
トランジスタのドレイン及びソースに相幽ト電極（６）
が設けられる。このゲート電極（５）には信号電荷を読
出す際、ゲート電極（５）下の半導体基板ｊｌ）表面を
導通状態にせしめる電圧が印加される。

第２のＮ　’　１１（３）に接続してアル＜ニクム（λ
ｌ）などの電極に代わってモリブデンなどの電極０υを
従来よ）小さく形成する。第１ＯＮ”　ＩＩ（２）と第
２の１層（３）そしてゲート電極（５）で形成されてい
るＭＤＳ電界効果トランジスタの周囲には厚い酸化膜（
９−３）。

（ト４）が形成されている。

酸化膜を形成した後に、その一部に例えば深さ０１ＪＩ
ｆｆｌ、ピッチ３．８μｍの溝ａ〔を形成しておく。次
に、前記電極αυ上にアモルファス・シリコン膜（７）
を例えば８１Ｈ４の熱分解によ４７６１０℃の＠度にて
化学気相成長（ＣＶＤ）法によ抄形成する。このアモル
ファス・シリコン膜としては、出来る限り高抵抗のもの
が良く、例えば元導型彫撮儂管のターゲットの条件であ
る１０１２Ω−１に近い屯のが望まれるが、後述するよ
うに横方向伝導を使うので１０１００−１前後でも良く
、場合によりては１０６Ω−１橿度でも良い。全面にア
モルファス昏シリコン膜を形成し先後に、溝顛が形成さ
れている部分にレーザー光をレンズで絞って照射する。

照射によって１１１１１（ＩＯアモルファス・シリコン
が多結晶シリコンに変化する。レーザー光照射を位置種
度Ｏ制御を良くして、何回か繰〉返し、多結晶シリコン
をさらに単結晶シリコンＩに変化する。

第３図は第２図に示す１体操像素子の平面概略図である
。第３図において電極αＤを点線で示しである。

図に示すように、あらかじめ溝を縦横に形成しておき、
これに市ってレーザー光照射を行なうと、単結晶シリコ
ン０３も縦横に形成される。アモルファス−シリコン膜
（７）の一部をレーザー光照射により単結晶シリコンα
−に変え先後に、この単結晶シリコンに従来の透明電極
のかわ）として電圧を印加する。

＃Ｉ２図及び第３図の構成と配置することによってアモ
ルファス０シリコン膜に入射し九党により励起されたキ
ャリヤは王として―直方向に動く。

第１図の従来構成と異なり、主として、膜中を横ないし
斜め方向に動いて各電＠Ｋｇ４達する。以後、このキャ
リヤの動きを横方向伝導と名付けておく。

第２図の構成によれば、従来の第１図のような薄い膜で
のピンホール中欠陥による電極間の短絡は皆無く出来る
ので、歩留９が向上する利点があり、さらに動作上も安
定となプ寿命ものがる利点がある。を九、形成する材料
はアモルファス・シリコン膜で良く、透明電極を用いる
必要が無いので、工程が少なくなる。なお、工程として
増える溝の形成は電極ａυのためのコンタクト−ホール
形成にあわせてやっても良い。

上述したように、アモルファス・シリコン膜の大部分を
光電変換膜、一部を変換して電極として光電変換部を構
成する。アモルファス・シリコン−かも変換する単結晶
シリコン電極部は電圧をアモルファス昏シリコン膜に印
加し、キャリヤを集める役目をするので、特に単結晶シ
リコンである必要は無く、適当な導電率をもった多結晶
シリコンでも良い、ま九両者が混合した中間の状態でも
良い。

従って、レーザー光照射の回数は何回も精度良く、位置
決めをして実施する必要は無く、出力を高めて一回の照
射でも目的を達する事が出来る。

なお、電極は実施例では縦横に格子状に形成したが、こ
れに限らず一方向だけの縞状のものでも艮い、また、レ
ーデ−光の照射の走査が可能である場合にはもっと複傭
なパターンで電極を構成しても良い。

横方向伝導による充電変換を利用する場合に、従来の縦
方向に比べて電界強度が弱ｔ９、効率が劣化する事が心
配される。しかし、多画素の素子で画素が小さくなる方
向では、それ機心配する事は無く、逆にシリコン・チッ
クの縮少や多画素化では有利になる。

上記実施例では、酸化膜上に溝を形成した例を述べたが
、第４図に示す如く第１　ｏ　Ｎ＋１１２＞につながる
信号電荷読み出し線の上部の酸化膜にある凹凸を利用し
て、この部分をレーザー光により照射し、多結晶あるい
は単結晶のシリコンに変換し九構成をとっても良い０Ｍ
ＤＳ形の走査部を用いている場合には、ＸＹの信号読み
出し線上に上記のような光電変換膜用の電極を形成する
事ができる。

上記実施例では、透明電極を多結晶または単結晶しリコ
ンで形成した例を述べ九がこれに対向する電極に本同様
の構成を適用できる。

第５図に示すように、第２図にて説明した構成を形成す
るが電極ａυは“構成せずに、全面に薄くアモルファス
・シリコン膜を形成し、電極として必要な部分にスポッ
ト状にて、レーザー光照射を行ない、多結晶あるいは単
結晶シリコンの電極０．１に変える。この後、さらに厚
くアモルファス・シリコン膜を形成し、電極Ｇつを同様
の方法で形成する。

第６図は他の実施例を示す。

第５図で説明した薄いアモルファス・シリコン形成を省
いて、全面に厚い膜を形成する。この後に、対向電極と
なる部分をスポット状にてレーザー光照射して電極Ｉと
する。電極α２は既に説明しえように格子状あるいは縞
状に形成する。この構成にすると、光電変換のアモルフ
ァス・シリコン膜の有効面積が減少し、感度が落ちる欠
点はあるが、工程が簡単になる事、および横方向の電界
が＃Ｉｉ１面附近でも十分な強度となり、短波長側の感
度は逆に増加できる利点がある。

なお、第５図および第６図にて、アモルファス・シリコ
ン膜の特性によっては、第２の針ｍｔａｈの接続に金属
電極中多結晶あるいは単結晶シリコンの電極を必要とし
な＾場合もある。

上記実施例は］Ｓ杉の走査部の例について述べ九が、他
の形成の走査部にも適用できる０例えば、インターライ
ン転送形α℃の実施例について以下に述べる。

第７図は、インターライン・トランスファ一方式のＣＯ
Ｄからなる走査部との履み合わせである。

２ケの画素を示す、第７ｗＪに示すようにｐｍ！ｍ幕引
０１）には埋込みチャンネルｎ　　Ｉ’ｌｌ＠、オーバ
ー・フロー・ドレイｙ（０６Ｆ＠Ｄ）のｎ土層（至）、
チャンネル・ストッパ（Ｃ−Ｓ）のｐ十噛彌、ゲート酸
化膜（ハ）、第ｉｌｌ目ｐｏｌｙ−８ｉ　電１ｃ＠ｓ　
ｉ［ｔＷＩｒ＠、第２１目ｐＯ１ｙ−別電極弼、ＣＶＤ
酸化膜（至）が形成されている。

そして感光部はこ（ＤＰｌ［８１基板ｃ１１上にｎｉｌ
の拡散ＩＩ＠として形成され、＊ｎｗａ＠と０＠Ｆ＠Ｄ
。

ｎ土層（至）ノ間ノオーバー・フ冒−・コントレールゲ
ート（Ｏ・Ｆ＠Ｃ・Ｇ）＠はｎ−１−からなり、これが
電位バリヤーとなっている。一方、Ｇ■酸化膜（至）上
には例えばｋｌ電極Ｑ３が形成されるが、０・Ｆ−Ｃ・
ＧのｎＪ−（至）の上部にもＡＩ電極（至）が設けられ
、該Ａｊ電極（至）によって０・Ｆ−Ｃ−Ｇのｎｌ（至
）の電位の高さを所定の値にコントロールすると同時に
、元７−ルドの役目も持たせている。この図の場合、光
入射が行なわれ、これにより生成され九償号電荷は、走
査部のｔｌ１９７）により形成される電位の井戸に蓄積
される。そしてこの蓄積された信号電荷ハ、トランスフ
ァー・コントロールｌ’−）（Ｔ−Ｃ＠Ｇ）　ｃＩｉｉ
を通して読み出される。

一方、強烈な入射光により、過剰な信号電荷が生成した
時には、０・Ｆ・Ｄ＠にこの信号電荷を排岬、 ＼出来る様に、λＩ電極（至）に適当な電圧を印加して
おくことにより、ＯΦＰ−Ｃ−Ｇのｎｌ（至）の電位の
高さを蛾適な状ｓｉｉにすることができる。なお。

Ｍ電極の代わ９にＭＯ電極の方が高温に耐えることがで
き、製造上都合良いことが多い。

上記の走査部をもっ九複合形固体撮１象票子とする時に
、既にＩＳ形で述べえように、上１１Ｋアモルファス・
シリコン膜（７）を彫成し、その一部をレーザー光照射
にて多結晶または単結晶シリコンの電極αりを形成する
。走査部の信号電荷蓄積部ＯｔＳ層（ロ）とアモルファ
ス・シリコン膜との電気的な接触が良好でない場合には
、金属電極（至）又は第５図及び＃！６図で述べ九レー
ザー光で結晶化させ九電極を用いても良い。なお、第７
図では全面にパッジベージ璽ン膜（イ）を設は九例を示
した。

第８図は他の実施例であり、構成は第７図と同じなので
説明は省略する。入射光に対する実効面積は減少するが
、信号蓄積部のＮ層（ロ）へ強烈な光が入るのを金属膜
（財）にて紡ぎブルーイングに防止対策を行なったもの
である。なお、バッジページロン膜（イ）の一部に穴を
あけ、多結晶又は単結晶シリコンの電極ａ湯と電気的に
接続し丸金属膜の電極■を形成しても良い。

また、上記実施例では、オーバー嘩フローΦトンインを
設は九例について説明し九が、入射光の大部分が走査部
の上に設けられ九光電変換部にて吸１１Ｌされたり、接
合部の面積増加によシ蓄積する電荷量が増ええために、
特に必要としない場合もある。％に素子の多画素化や小
形化の時にはこの点が有利となってくる。

以上述べたように、充電変換部と走査部からなる複合形
固体撮儂素子において、充電変換部にアモにファス・シ
リコン膜を形成し、その一部をレーず画先照射により多
結晶あるいは単結晶シリコンに変換する事により、横方
向ある匹は斜め方向のキャリヤの伝導を利用し九固体撮
ｇＩＩ素子ができる。

走査部には鳩逮形とインターライン転送ＣＣＤの例を述
べ九が、これに限らず、フレーム転送形ＣＣＤでもＣＩ
ＤでもＢＢＤあるいはこれらの粗み合わせてあっても良
い。

！丸、以上ａ明したように、本発明では信号電荷蓄積領
域と鴫気的に結合してアモルファス・シリーンを形成し
、その後の工程で一部の多結晶シリコンあるいは単結晶
シリコンに変換したが、これに限る必要はなく、アモル
ファス・シリコンの代わりに、多結晶シリコンを形成し
、後の工程で一部単結晶シリコンに変換してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の複合ｆ＃固体ｊＩ儂素子の断面概略図、
第２図は本発明に係る複合形固体撮像素子の一実施例を
示す断面概略図、第３図は第２図の平面概略図、ＪＩＩ
ｆＬ図乃至第８図は本発明に係る複合形固体撮１象索子
の他の実施例を示す断面概略図である。図において。 １・・・半導装基板、２，３・・・炉１．４・・・ゲー
ト酸化膜、５・・・ゲート電極、６・・・人ノ電極、７
・・・アモルファス・シリコン膜、８・・、透ａ電ｗ、
９−１　、９−２　、９−３　、９−４・・・厚い酸化
膜、１Ｇ・・・溝、１１・・・モリブデン電極、１２，
１３．１４・・・単結晶シリコン。 ′ＶＪＩ図 ￥Ｊ　ｚ　図 第３図 ！　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）自己走査機能部を有する半導体基板と、この自己
   走査ＷＡｄ部Ｋ１％ｊりて形成され良信号電荷蓄積領域
   と、前記半導体基Ｉ［Ｋ形成された絶縁層と、この絶縁
   −に゛開口部を設け＃配信゛号電荷蓄積領域と電気的に
   結合され九非学結晶シリコン層と、こＯ非単結晶シリコ
   ン層に隣接しそ設けられた第１導電層とを具備し九こと
   を特徴とす複合形固体撮儂素子。 （２）鹸記慣号電荷蓄積領域と非単結晶シリコン−との
   間に第２導電噛を介在させたことを特徴とする特許 會素子。 ｛３｝前記第ＩＴｏるいは第２導電層が前記非単結晶シ
   リコン層をエネルギー照射により少なくとも一部結晶性
   が向上し九シリコン層によシなることを特徴とする餉紀
   特許饋求の範囲第１項又は第２項記載の機会ｌ＃固体撮
   像素子。 杉固体撮會素子。 （５）前記第２導電層が前記自己走査機部上に絶縁層を
   介して形成されたζとを特徴とする前記特許゜　請求の
   範囲第１項乃至第４項μずれか記載の複合形固体操會素
   子。 （６）中導装基板に自己走査機．屹部を形成する工程と
   ，この自己走査機能部に沿りて信号電荷蓄積領域を形成
   する工程と、前記半４体基板κ絶縁−を形成する工程と
   ，この絶縁ｌｌｌＫＲ口部を設は前記信号電荷蓄積領域
   と電気的に結合して非単結晶シリコン層を形成する工程
   と、この非単結晶シリコン層を厚さ方向にわ九シレーザ
   光照射によシ少なくとも一部結晶性が向上し九シリコン
   層に変換する工程とを具備し九ことを特徴とする複合形
   固体撮像票子の製造方法。