JPS586166A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS586166A JPS586166A JP56104887A JP10488781A JPS586166A JP S586166 A JPS586166 A JP S586166A JP 56104887 A JP56104887 A JP 56104887A JP 10488781 A JP10488781 A JP 10488781A JP S586166 A JPS586166 A JP S586166A
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- amorphous silicon
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/191—Photoconductor image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/223—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PIN barrier
- H10F30/2235—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PIN barrier the devices comprising Group IV amorphous materials
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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。
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、固体撮像装置に関するものであり、更に詳し
くは走査回路上に光検出部を設けた積層型固体撮像装置
に関するものである。
くは走査回路上に光検出部を設けた積層型固体撮像装置
に関するものである。
従来の固体撮像装置は、マトリックス状に配置されたフ
ォトダイオードの如き光検出部と、更にこの光検出部で
検出された信号を順次選択する走査回路とから構成され
ている。
ォトダイオードの如き光検出部と、更にこの光検出部で
検出された信号を順次選択する走査回路とから構成され
ている。
例えば光検出部のマトリックスとＸＹ走査のための電界
効果トランジスタ回路を組合せたもの（以下ＸＹマトリ
ックス型という。例えば特公昭４５−３０７６８号公報
に記載されている。）、同じ（光検出部のマトリックス
とバケットプリゲートデバイス（ＢＢＤ）、チャージカ
ップルドデバイス（ＣＯＤ）あるいは呼び水転送（ＣＰ
Ｔ）型電荷転送部を組合せたもの（これらは、例えば特
開昭４６−１２２１号、同４７−２６０９１号公報及び
「電子材料」誌、１９８０年３月号、第６頁以降に記載
されている。）などが′ある。しかしながら、これら公
知の固体撮像装置においては光検出部とこの光検出部で
検出した信号を順次選択する回路（上記ＸＹマドＩＪッ
クス回路、電荷転送回路及びこれらの回路に電荷を送り
込むスイッチ素子としての電界効果トランジスタなどを
包含する）とが同一平面上に二次元的に配置されている
ので装置の単位面積当りの光利用効率が極めて低いとい
う欠点があった。
効果トランジスタ回路を組合せたもの（以下ＸＹマトリ
ックス型という。例えば特公昭４５−３０７６８号公報
に記載されている。）、同じ（光検出部のマトリックス
とバケットプリゲートデバイス（ＢＢＤ）、チャージカ
ップルドデバイス（ＣＯＤ）あるいは呼び水転送（ＣＰ
Ｔ）型電荷転送部を組合せたもの（これらは、例えば特
開昭４６−１２２１号、同４７−２６０９１号公報及び
「電子材料」誌、１９８０年３月号、第６頁以降に記載
されている。）などが′ある。しかしながら、これら公
知の固体撮像装置においては光検出部とこの光検出部で
検出した信号を順次選択する回路（上記ＸＹマドＩＪッ
クス回路、電荷転送回路及びこれらの回路に電荷を送り
込むスイッチ素子としての電界効果トランジスタなどを
包含する）とが同一平面上に二次元的に配置されている
ので装置の単位面積当りの光利用効率が極めて低いとい
う欠点があった。
近年に至り、上記の固体撮像装置の光検出部に代えて光
導電体を上記走査回路に積層して多層構造とすることに
よって光利用効率を高めたものが開発されている。例え
ば電界効果型トランジスターを用いたＸＹマトリックス
型の走査＠路の上に光導電体を積層した固体撮像装置が
特開昭４９−９１１１６号公報に、あるいはＢＢＤ型、
ＣＣＤ型の走査回路の上に■−■族化合物半導体のへテ
ロ接合を用いた多結晶蒸着膜を設けた固体撮像装置が特
開昭５５−２７７７２号公報にそれぞれ示されている。
導電体を上記走査回路に積層して多層構造とすることに
よって光利用効率を高めたものが開発されている。例え
ば電界効果型トランジスターを用いたＸＹマトリックス
型の走査＠路の上に光導電体を積層した固体撮像装置が
特開昭４９−９１１１６号公報に、あるいはＢＢＤ型、
ＣＣＤ型の走査回路の上に■−■族化合物半導体のへテ
ロ接合を用いた多結晶蒸着膜を設けた固体撮像装置が特
開昭５５−２７７７２号公報にそれぞれ示されている。
他方、太陽電池あるいは電子写真感光体用の半導体とし
て非晶質シリコンの利用の試みが積極的に行なわれてい
る。ここで言５非晶質シリコン膜とは原子配列が周期性
をもたないもので原子配列において長周期をもつ結晶シ
リコンとは異なっている。従って従来の非晶質シリコン
はこの周期性をもたないことに起因する構造欠陥のため
非常に悪い光電特性しか示さなかった。ところが非晶質
シリコンのエネルギーギャップ内の電子、正孔の局在準
位（ｇａｐ ５ｔａｔｅ） Ｙ減少させる元素即ち水素
及び／又はフッ素を含む非晶質シリコンは、比較的高い
抵抗率（１０８〜ＩＯ１ｍ）で大きな光電導度を示すと
いう特徴が生じることが見い出された。しかも重要な事
は、かかる非晶質シリコンは結晶シリコンと同様不純物
ドーピングによる電導度制御が可能なことが明らかにな
り、（例えばＷ、Ｅ、 ５ｐｅａｒ ’ａｎｄ Ｐ、Ｑ
、Ｌｅ Ｃｏｍｂｅｒ著：５ｏ１ｉｄ ５ｔａｔｅ Ｃ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”、１７巻（１９７５年）１
１９３頁からに記載されている。 ）例えばり、Ｅ、Ｃ
ａｒｌｓｏｎ ａｎｄ Ｃ，Ｒ，Ｗｒｏｎｓｋｉ著″Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ″２８
巻、（１９７６年）、６７１頁からに記載の如き、光起
電力素子への応用を中心に基礎分野、応用分野で大変注
目されるに至っている。
て非晶質シリコンの利用の試みが積極的に行なわれてい
る。ここで言５非晶質シリコン膜とは原子配列が周期性
をもたないもので原子配列において長周期をもつ結晶シ
リコンとは異なっている。従って従来の非晶質シリコン
はこの周期性をもたないことに起因する構造欠陥のため
非常に悪い光電特性しか示さなかった。ところが非晶質
シリコンのエネルギーギャップ内の電子、正孔の局在準
位（ｇａｐ ５ｔａｔｅ） Ｙ減少させる元素即ち水素
及び／又はフッ素を含む非晶質シリコンは、比較的高い
抵抗率（１０８〜ＩＯ１ｍ）で大きな光電導度を示すと
いう特徴が生じることが見い出された。しかも重要な事
は、かかる非晶質シリコンは結晶シリコンと同様不純物
ドーピングによる電導度制御が可能なことが明らかにな
り、（例えばＷ、Ｅ、 ５ｐｅａｒ ’ａｎｄ Ｐ、Ｑ
、Ｌｅ Ｃｏｍｂｅｒ著：５ｏ１ｉｄ ５ｔａｔｅ Ｃ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”、１７巻（１９７５年）１
１９３頁からに記載されている。 ）例えばり、Ｅ、Ｃ
ａｒｌｓｏｎ ａｎｄ Ｃ，Ｒ，Ｗｒｏｎｓｋｉ著″Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ″２８
巻、（１９７６年）、６７１頁からに記載の如き、光起
電力素子への応用を中心に基礎分野、応用分野で大変注
目されるに至っている。
そこで前記した多層構造の固体撮像装置に用いられる光
導電体としてかかる非晶質シリコンを用いる試みが特開
昭５５−３９４０４号公報によって開示されている。か
かる固体撮像装置はマトリックス状に配置されたＭＯＳ
型の電界効果トランジスターと組合わされたＸＹマトリ
ックス型あるいは電荷転送型の走査回路の電界効果トラ
ンジスターのソース電極あるいはドレイン電極に電気的
に接続されるように単層の非晶質シリコン層を設は更に
その上に透明電極を設けた構造である。
導電体としてかかる非晶質シリコンを用いる試みが特開
昭５５−３９４０４号公報によって開示されている。か
かる固体撮像装置はマトリックス状に配置されたＭＯＳ
型の電界効果トランジスターと組合わされたＸＹマトリ
ックス型あるいは電荷転送型の走査回路の電界効果トラ
ンジスターのソース電極あるいはドレイン電極に電気的
に接続されるように単層の非晶質シリコン層を設は更に
その上に透明電極を設けた構造である。
しかしながら、本発明者等は上述の如き走査回路上に光
検出部としてシリコンを主体とする非晶質材料層を積層
した積層型固体撮像装置について鋭意研究を重ねたとこ
ろ、珪化水素ガス、水素ガス等からなるケミカルペーパ
ーをグロー放電することＫより得られた従来の水素化非
晶質シリコンは青色及び赤色に対する感度が低（、可視
光全域にわたっては十分良好な光導電特性が得られない
ことを見い出した。特に青色光は光検出部の光入射側に
設置された透明電極に於いても吸収され、光検出部の青
感度はさらに低下することが判った。そこで低感度の波
長の信号を増幅する方法が考えられるが、この方法では
増幅時に雑音をも増幅してしまう結果Ｓ／Ｎの低下をも
たらすことになり、他方量も低感度の波長の信号に合わ
せて他の波長の感度を低下させる古せｔことも考えられ
るが、これで（よ撮像素子の感度が最も感度の低い部分
に引きずられて低くなってしまう。
検出部としてシリコンを主体とする非晶質材料層を積層
した積層型固体撮像装置について鋭意研究を重ねたとこ
ろ、珪化水素ガス、水素ガス等からなるケミカルペーパ
ーをグロー放電することＫより得られた従来の水素化非
晶質シリコンは青色及び赤色に対する感度が低（、可視
光全域にわたっては十分良好な光導電特性が得られない
ことを見い出した。特に青色光は光検出部の光入射側に
設置された透明電極に於いても吸収され、光検出部の青
感度はさらに低下することが判った。そこで低感度の波
長の信号を増幅する方法が考えられるが、この方法では
増幅時に雑音をも増幅してしまう結果Ｓ／Ｎの低下をも
たらすことになり、他方量も低感度の波長の信号に合わ
せて他の波長の感度を低下させる古せｔことも考えられ
るが、これで（よ撮像素子の感度が最も感度の低い部分
に引きずられて低くなってしまう。
従って本発明の目的は、可視光全域にわたって十分な°
感度を有した光検出部を備えた積層型固体撮像装置を提
供丁水ことにある。
感度を有した光検出部を備えた積層型固体撮像装置を提
供丁水ことにある。
かかる目的は窒素を６〜３７原子チ含んだ−に分散した
ものであり、更にこれら微結晶シリコンと非晶質シリコ
ンとはその結晶構造が連続して変化する構造を有するシ
リコンの少な（とも２層を設けることにより達成される
。
ものであり、更にこれら微結晶シリコンと非晶質シリコ
ンとはその結晶構造が連続して変化する構造を有するシ
リコンの少な（とも２層を設けることにより達成される
。
本発明者等は水素化非晶質シリコンに窒素原子を多量に
含有させることにより青感度を向上させることができる
ことを以下に記載される実験を行なうことにより見い出
した。
含有させることにより青感度を向上させることができる
ことを以下に記載される実験を行なうことにより見い出
した。
実験に用いられた試料は次の様にして作製された。
グロー放電反応室中に設置された石英基板又は８ｉ基板
に垂直に０．８ Ｋ Ｇの磁場を印加し、次ＫＨ２Ｙ
１０ ｍｏ１％含有しりＳｉＨ，ガスに対しＮＨｓガス
を６〜９５ｍｏ１％の範囲で含有したケミカルペーパー
を反応室中に一定の流量で導入しつつ、周波数１３．５
６ＭＦ匂、電力２０Ｗの放電条件でグロー放電を行ない
前記基板上に窒素を含有した水素化非晶質シリコンを作
製した。基板温度は２５０〜３００ ℃、典型的には３
００℃が用いられた。
に垂直に０．８ Ｋ Ｇの磁場を印加し、次ＫＨ２Ｙ
１０ ｍｏ１％含有しりＳｉＨ，ガスに対しＮＨｓガス
を６〜９５ｍｏ１％の範囲で含有したケミカルペーパー
を反応室中に一定の流量で導入しつつ、周波数１３．５
６ＭＦ匂、電力２０Ｗの放電条件でグロー放電を行ない
前記基板上に窒素を含有した水素化非晶質シリコンを作
製した。基板温度は２５０〜３００ ℃、典型的には３
００℃が用いられた。
次に上述の様にして得られた窒素を含有した水素化非晶
質シリコンの光学的・電気的特性を示す。
質シリコンの光学的・電気的特性を示す。
第１図は１光係数のフォトンエネルギー依存性を表示す
るものである。５ＩＨ４ガス圧対しＮＦＩ３ガスＹ２６
ｍｏ１％含有したＮＨｓ ＋ ５ＩＨ４＋Ｈ２ガスによ
り析出された非晶質シリコンは窒素＋Ｙ金含有ていない
非晶質シリコンと比較すると高エネルギー側ヘシフトし
ているのがわかる。
るものである。５ＩＨ４ガス圧対しＮＦＩ３ガスＹ２６
ｍｏ１％含有したＮＨｓ ＋ ５ＩＨ４＋Ｈ２ガスによ
り析出された非晶質シリコンは窒素＋Ｙ金含有ていない
非晶質シリコンと比較すると高エネルギー側ヘシフトし
ているのがわかる。
第２図は吸光係数とフォトンエネルギーの関係からｆ百
−−ＦＴ （αは吸光襟数）の式を用いることにより求
めた光学ギャップのＳｉＨ４に対するＮＨ３ガスのｍｏ
ｌ比依存性を示したものである。この図から明らかなよ
うに窒素含有量が増大するとともに光学ギャップが広が
ることがわかる。例えばＮＨ３のｍｏｌ濃度が２層チ時
には２． Ｏｅｖになる。従って短波長、青感度を増大
させることが可能であることが理解される。
−−ＦＴ （αは吸光襟数）の式を用いることにより求
めた光学ギャップのＳｉＨ４に対するＮＨ３ガスのｍｏ
ｌ比依存性を示したものである。この図から明らかなよ
うに窒素含有量が増大するとともに光学ギャップが広が
ることがわかる。例えばＮＨ３のｍｏｌ濃度が２層チ時
には２． Ｏｅｖになる。従って短波長、青感度を増大
させることが可能であることが理解される。
第３図は光電導度（ＡＭＩの光照射時）、室温電導塵及
び活性−イヒエネルギーのＮＨ３ガスの濃度依存性を示
す。光電導度及び室温電導塵は窒素含有量が増加すると
ともに増大し、ＮＨ３が２６ｍ０１％で最大値をとって
、のち減少する傾向がある。
び活性−イヒエネルギーのＮＨ３ガスの濃度依存性を示
す。光電導度及び室温電導塵は窒素含有量が増加すると
ともに増大し、ＮＨ３が２６ｍ０１％で最大値をとって
、のち減少する傾向がある。
特に光電導度はＮＨ３のｍｏｌ濃度が２６％の場合１．
６Ｘ１０−３（Ω・ｃＷＬ）−１であり、ノンドープの
場合と比較して２桁以上の改善である。
６Ｘ１０−３（Ω・ｃＷＬ）−１であり、ノンドープの
場合と比較して２桁以上の改善である。
なお、活性化エネルギーはＮＨ３のｍｏｌ濃度が２６％
まで増大してもさほどの変化はみとめられなかった。
まで増大してもさほどの変化はみとめられなかった。
第４図は、光電導度のフォトンエネルギー依存性を示し
たものであり、ＮＨ３ガスを２６ｍｏ１％含有した非晶
質シリコンはノンドープのものと比較してフォトンエネ
ルギーが２．２ｅｖ以下では約２桁、ノンドープの場合
感度が低下するフォトンエネルギー２．２ｅｖ以上の高
エネルギー側ではそれ以上の大幅な改善がなされている
ことがわかる。
たものであり、ＮＨ３ガスを２６ｍｏ１％含有した非晶
質シリコンはノンドープのものと比較してフォトンエネ
ルギーが２．２ｅｖ以下では約２桁、ノンドープの場合
感度が低下するフォトンエネルギー２．２ｅｖ以上の高
エネルギー側ではそれ以上の大幅な改善がなされている
ことがわかる。
第１表は、禾発明者等が行なった実験結果を表にしたも
のであり、オージェ分析により求めた窒素含有水素化非
晶質シリコンの窒素原子の含有率を合わせて記した。さ
らに参考のためにＮＨ３の濃度が２３０ ｍｏｌチであ
る場合のプラズマＣＶＤ ＳｉＮの結果を記した。
のであり、オージェ分析により求めた窒素含有水素化非
晶質シリコンの窒素原子の含有率を合わせて記した。さ
らに参考のためにＮＨ３の濃度が２３０ ｍｏｌチであ
る場合のプラズマＣＶＤ ＳｉＮの結果を記した。
以上述べた実験結果から光電導度が十分得られ、かっ又
光学ギャップが可視光領域に適合しつるものとしてＮＨ
３ガスのＳｉＨ４ガスに対ｆるｍｏ１％が６〜６０％で
あるケミカルペーパーから析出した窒素含有水素化非晶
質シリコン、即ち組成比で窒素を６〜３７原子チ含有し
た水素化非晶質シリコンが光検出部を形成する材料とし
て好適なものであることがわかる。
光学ギャップが可視光領域に適合しつるものとしてＮＨ
３ガスのＳｉＨ４ガスに対ｆるｍｏ１％が６〜６０％で
あるケミカルペーパーから析出した窒素含有水素化非晶
質シリコン、即ち組成比で窒素を６〜３７原子チ含有し
た水素化非晶質シリコンが光検出部を形成する材料とし
て好適なものであることがわかる。
また、本発明者等は微結晶シリコンと非晶質シリコンと
が均一に分布したものであり更にこれら微結晶シリコン
と非晶質シリコンとはその結晶構造が連続して変化する
構造を有する材料は赤感度が非晶質シリコンよりも向上
することを以下に記載される実験を行なうことにより見
い出した。
が均一に分布したものであり更にこれら微結晶シリコン
と非晶質シリコンとはその結晶構造が連続して変化する
構造を有する材料は赤感度が非晶質シリコンよりも向上
することを以下に記載される実験を行なうことにより見
い出した。
実験に用いられた試料は次の様にして作製された。
グロー放電反応室中に設置された石英基板に垂直に０〜
０．８ Ｋ Ｑの磁場を印加し、１及び１０ｍｏ１％の
鶴ガスを含有した５ＩＨ４ガスを流量２７８ＣＣＭで導
入しつつＳ周波数１３．５６ＭＨ！、電力５〜５０Ｗの
放電条件でグロー放電を行ない微結晶シリコンから非晶
質シリコンとが均一に分布し更に結晶構造が連続的に変
化するよ５Ｋｔ、たシリコン（以下微結晶化シリコンと
いう）を作製した。試料作製時の反応室内の圧力は約０
．２Ｔｏｒｒであった。基板温度は２５０〜３００℃、
典型的には３００℃であった。
０．８ Ｋ Ｑの磁場を印加し、１及び１０ｍｏ１％の
鶴ガスを含有した５ＩＨ４ガスを流量２７８ＣＣＭで導
入しつつＳ周波数１３．５６ＭＨ！、電力５〜５０Ｗの
放電条件でグロー放電を行ない微結晶シリコンから非晶
質シリコンとが均一に分布し更に結晶構造が連続的に変
化するよ５Ｋｔ、たシリコン（以下微結晶化シリコンと
いう）を作製した。試料作製時の反応室内の圧力は約０
．２Ｔｏｒｒであった。基板温度は２５０〜３００℃、
典型的には３００℃であった。
次に上述の様にして得られた微結晶化シリコンの光学的
・電気的特性を示す。
・電気的特性を示す。
第５図は作製した微結晶化シリコンのＸ線回折の結果を
示すものである。この図から微結晶化されることにより
非晶質シリコンの場合には出現しなかった（１１１）格
子面に対応する回折のピークが２０＝２８°付近に出現
し、さらに微結晶化の度合いが高まるにつれてピークの
高さが増大することがわかる。またこのピークの半値幅
はピークの高さが変化しても約１．５°の一定の値をと
りつづけることから結晶粒径の大きさは不変であり、結
晶粒の数が増大していることがわかった。また各微結晶
化シリコンに対する室温電導度ガニを第１図に合わせて
記したが、これから室温電導度σ１工が〜１Ｏ−７（Ω
・ｃＷＬ）−’ 以上で微結晶化が行なわれているこ
とがわかった。
示すものである。この図から微結晶化されることにより
非晶質シリコンの場合には出現しなかった（１１１）格
子面に対応する回折のピークが２０＝２８°付近に出現
し、さらに微結晶化の度合いが高まるにつれてピークの
高さが増大することがわかる。またこのピークの半値幅
はピークの高さが変化しても約１．５°の一定の値をと
りつづけることから結晶粒径の大きさは不変であり、結
晶粒の数が増大していることがわかった。また各微結晶
化シリコンに対する室温電導度ガニを第１図に合わせて
記したが、これから室温電導度σ１工が〜１Ｏ−７（Ω
・ｃＷＬ）−’ 以上で微結晶化が行なわれているこ
とがわかった。
第６図と第７図は各々ＲＦパワー５０Ｗと２５Ｗで作成
した場合の微結晶化シリコンの吸光係数のフォトンエネ
ルギー依存性を示すものである。これらの図から明らか
なように、水素化非晶質シリコンは単結晶シリコンと比
較して赤色光の吸収が著しく劣化していることがわかる
。これは非晶質シリコンの光学ギャップが約１．７ ｅ
ｖと単結晶シリコンの約１．１ｅｖよりも広いことに起
因している。第６図及び第７図にはそれぞれ作表条件の
異なる微結晶化シリコンの４つの例（ＲＦパワー、８ｉ
Ｈ。
した場合の微結晶化シリコンの吸光係数のフォトンエネ
ルギー依存性を示すものである。これらの図から明らか
なように、水素化非晶質シリコンは単結晶シリコンと比
較して赤色光の吸収が著しく劣化していることがわかる
。これは非晶質シリコンの光学ギャップが約１．７ ｅ
ｖと単結晶シリコンの約１．１ｅｖよりも広いことに起
因している。第６図及び第７図にはそれぞれ作表条件の
異なる微結晶化シリコンの４つの例（ＲＦパワー、８ｉ
Ｈ。
に対するＩ（２のｍｏ１％が各々５０Ｗ、ｘ％／ｓ。
Ｗ、１０％／２５Ｗ、１％／２５Ｗ、１０％）が示めさ
れている。これら４つの例いずれに於いても長波長１に
おける吸光係数は単結晶の場合に近づき、２． Ｏｅｖ
以上の短波長側では非晶質シリコンの性質が残っており
、単結晶シリコンよりも高い吸光係数を有している。ま
たＲＦパワーが犬であるほど微結晶化が進んでいること
がわかる。
れている。これら４つの例いずれに於いても長波長１に
おける吸光係数は単結晶の場合に近づき、２． Ｏｅｖ
以上の短波長側では非晶質シリコンの性質が残っており
、単結晶シリコンよりも高い吸光係数を有している。ま
たＲＦパワーが犬であるほど微結晶化が進んでいること
がわかる。
第８図は光電導度（フォトン数〜１０１１０ｌ５！【１
、フォトンエネルギー２ ｅｖの光照射時）、光学ギャ
ップ及び活性化エネルギーの室温型導度依存性を示す。
、フォトンエネルギー２ ｅｖの光照射時）、光学ギャ
ップ及び活性化エネルギーの室温型導度依存性を示す。
光電導度は微結晶化とともに増大する傾向がみられる。
光学ギャップは微結晶化とともに減少し室温電導度が１
Ｏ−４（Ω・ｃｍ ）−’程度では約１．５ ｅｖにな
ることがわかった。また１、５ ｅｖのフォトンエネル
ギーにおける吸光係数は〜１０３ｃｒＩＬ−１である。
Ｏ−４（Ω・ｃｍ ）−’程度では約１．５ ｅｖにな
ることがわかった。また１、５ ｅｖのフォトンエネル
ギーにおける吸光係数は〜１０３ｃｒＩＬ−１である。
従って微結晶化シリコンは非晶質シリコンより赤色に対
しより高感度であることが理解される。
しより高感度であることが理解される。
なお活性化エネルギーは微結晶化とともに減少すること
がわかった。
がわかった。
以上で説明したような青色光に対し高い感度を有する窒
素原子を含有した水素化非晶質シリコンを光検出部上層
に設げ、下層に微結晶シリコンを設けることにより可視
光全域にわたって十分な感度を有した光検出部を備えた
積層型固体撮像装置を提供することができる。
素原子を含有した水素化非晶質シリコンを光検出部上層
に設げ、下層に微結晶シリコンを設けることにより可視
光全域にわたって十分な感度を有した光検出部を備えた
積層型固体撮像装置を提供することができる。
第９図に本発明の固体撮像装置の好ましい実施例を示す
。
。
ｐ型半導体基板１０はｎ”型領域１１によりダイオード
が形成されている。１２はｐ１型領域で、ＣＣＤ動作の
場合Ｋｒ型領域１３からの電子の注入を阻止するための
電位障壁であり、１３はｎ型領域でＢＢＤ動作の場合の
電位の井戸であり、それぞれＣＯＤ 、ＢＢＤの時のみ
に設置すればよい。以下は一型領域１３のあるＢＢＤ動
作で説明を行なう。１４は第１ゲート電極であり評型領
域１１との重なり部分を有している。１５は半導体基板
１０と第１ゲート電極１４との間の絶縁体膜でゲート酸
化膜である。１６は第１電極１７と半導体基板１０及び
第１ゲート電極１４とを電気的に分離するための絶縁体
層である。１７は第１電極でｎ十型領域１１と電気的に
接続したダイオードの電極である。１８はｎ型微結晶化
シリコン層で正孔阻止層であり、１９は！型機結晶化シ
リコン層、２０はｌ型窒素含有非晶質シリコン層、２１
はｐ型窒素含有非晶質シリコン層であり、電子阻止層と
して作用する。このようにしてｐ −ｉ −ｎ型フォト
ダイオードが形成され、光検出部がなっている。この光
検出部上部に透明電極２２が設けられており、この透明
電極２２は電源２３によって正電圧が印加されている。
が形成されている。１２はｐ１型領域で、ＣＣＤ動作の
場合Ｋｒ型領域１３からの電子の注入を阻止するための
電位障壁であり、１３はｎ型領域でＢＢＤ動作の場合の
電位の井戸であり、それぞれＣＯＤ 、ＢＢＤの時のみ
に設置すればよい。以下は一型領域１３のあるＢＢＤ動
作で説明を行なう。１４は第１ゲート電極であり評型領
域１１との重なり部分を有している。１５は半導体基板
１０と第１ゲート電極１４との間の絶縁体膜でゲート酸
化膜である。１６は第１電極１７と半導体基板１０及び
第１ゲート電極１４とを電気的に分離するための絶縁体
層である。１７は第１電極でｎ十型領域１１と電気的に
接続したダイオードの電極である。１８はｎ型微結晶化
シリコン層で正孔阻止層であり、１９は！型機結晶化シ
リコン層、２０はｌ型窒素含有非晶質シリコン層、２１
はｐ型窒素含有非晶質シリコン層であり、電子阻止層と
して作用する。このようにしてｐ −ｉ −ｎ型フォト
ダイオードが形成され、光検出部がなっている。この光
検出部上部に透明電極２２が設けられており、この透明
電極２２は電源２３によって正電圧が印加されている。
この正電圧の大きさは、公知の方法によりプルーミング
抑止に適合する値にえらばれる。
抑止に適合する値にえらばれる。
このように本実施例に於いて光検出部をダイオード構成
としたのは微結晶化シリコンが比較的低抵抗を有してい
ることから生じる暗電流の増大を阻止するためである。
としたのは微結晶化シリコンが比較的低抵抗を有してい
ることから生じる暗電流の増大を阻止するためである。
また、非晶質シリコン及び微結晶化シリコンのｐｎ型制
御を行なうためには、ＳｉＨ４等のシランガス及びＨ２
等ガス等からなるケミカルペーパーにｎ型の場合例えば
ＰＨ３をｐ型の場合例えばＢ２Ｈ６を混入すれば可能で
あることはよ（知られている。
御を行なうためには、ＳｉＨ４等のシランガス及びＨ２
等ガス等からなるケミカルペーパーにｎ型の場合例えば
ＰＨ３をｐ型の場合例えばＢ２Ｈ６を混入すれば可能で
あることはよ（知られている。
前記ｎ型微結晶化シリコン層１８の膜厚は０．０５〜０
．２μ、ｉ型機結晶化シリコン層１９の膜厚は３００Ａ
〜３μ好ましくは５ｏｏｏ１〜３μ、ｉ型窒素含有非晶
質シリコン層２０の膜厚は５０＾〜１μ好ましくは３０
０Ａ〜５０００ｋ、ｐ型の窒素含有非晶質シリコン層２
１ （７）膜厚は０．０５〜０．２μであることが望ま
しい。なお１型機結晶化シリコン層１９とｉ型窒素含有
シリコン層２０の膜厚の比は微結晶化シリコンの微結晶
化の度合いにより、窒素含有量により或いは入射光の分
光特性により適宜決定されつる。
．２μ、ｉ型機結晶化シリコン層１９の膜厚は３００Ａ
〜３μ好ましくは５ｏｏｏ１〜３μ、ｉ型窒素含有非晶
質シリコン層２０の膜厚は５０＾〜１μ好ましくは３０
０Ａ〜５０００ｋ、ｐ型の窒素含有非晶質シリコン層２
１ （７）膜厚は０．０５〜０．２μであることが望ま
しい。なお１型機結晶化シリコン層１９とｉ型窒素含有
シリコン層２０の膜厚の比は微結晶化シリコンの微結晶
化の度合いにより、窒素含有量により或いは入射光の分
光特性により適宜決定されつる。
また微結晶化シリコン層１９と窒素含有シリコン層２０
との境界を明確なものにする必要はな（、両層は徐々に
変化し５るようＫしたものでもよい。
との境界を明確なものにする必要はな（、両層は徐々に
変化し５るようＫしたものでもよい。
なお、微結晶化シリコン層１９と窒素含有シリコン層２
０の間に窒素を含有しない非晶質シリコン層を設けても
よい。
０の間に窒素を含有しない非晶質シリコン層を設けても
よい。
本発明の他の実施例としてはｐ −ｎ型ダイオードを光
検出部として有したものがある。
検出部として有したものがある。
本実施例は前記実施例に於けるｉ型層をｐ塑成いはｎ型
とし、前記実施例に於けるｎ型或いはｐ型層を除去した
構成になっている。
とし、前記実施例に於けるｎ型或いはｐ型層を除去した
構成になっている。
このように構成された本発明の固体撮像装置の光検出部
に入射光２４を照射すると、青色はｉ型窒素含有非晶質
シリコン層２０で、赤色はｉ型機結晶化シリコン層１９
で各々吸ぐニジ 収され電子−正孔対を生成し、それぞれ電極１７．２２
に到達して電極１７の電位を低下させる。この電位低下
は入射光量に比例し、１フイ一ルド期間蓄積される。次
に、第１ゲート電極１４に読み取り信号電圧を印加する
とその下の半導体の表面電位は上昇し、その結電荷の総
量は入射光の照度に比例する。
に入射光２４を照射すると、青色はｉ型窒素含有非晶質
シリコン層２０で、赤色はｉ型機結晶化シリコン層１９
で各々吸ぐニジ 収され電子−正孔対を生成し、それぞれ電極１７．２２
に到達して電極１７の電位を低下させる。この電位低下
は入射光量に比例し、１フイ一ルド期間蓄積される。次
に、第１ゲート電極１４に読み取り信号電圧を印加する
とその下の半導体の表面電位は上昇し、その結電荷の総
量は入射光の照度に比例する。
以上は光検知部と第１ゲート電極１４による固体素子の
一単位についての説明であるが、ｎ＋型領領域１３読込
まれた光電変換信号の電荷転送はこれまでに知られてい
る方法忙よって行なわれる。
一単位についての説明であるが、ｎ＋型領領域１３読込
まれた光電変換信号の電荷転送はこれまでに知られてい
る方法忙よって行なわれる。
例えば次に示す如き自己走査によって電荷転送を行なう
ことが可能である。第１０図は第９図に示した固体素子
の一単位を一次元に配置した場合の平面図であり、破線
でかこまれた部分２５は上記一単位を示している。隣り
合う単位に含まれる第１ゲート馬極１４．２７との間に
第２ゲート電極２６．２８が付設されている。公知のパ
ルス印加操作で第１ゲート電極１４で読み込まれた電荷
は転送パルスを加えることにより電荷転送の形で第２ゲ
ート”電−唖２６の下に移動する。さらに第２ゲート電
極２６の下に移動し“た電荷は同機に原理に基づいて第
１ゲート電極２゛７、第２ゲート電極２８と次々に転送
され出力段まで転送される。すなわち光検出部で光電変
換された信号を２相のクロック信号で出力段に送り出す
ことができるのである。
ことが可能である。第１０図は第９図に示した固体素子
の一単位を一次元に配置した場合の平面図であり、破線
でかこまれた部分２５は上記一単位を示している。隣り
合う単位に含まれる第１ゲート馬極１４．２７との間に
第２ゲート電極２６．２８が付設されている。公知のパ
ルス印加操作で第１ゲート電極１４で読み込まれた電荷
は転送パルスを加えることにより電荷転送の形で第２ゲ
ート”電−唖２６の下に移動する。さらに第２ゲート電
極２６の下に移動し“た電荷は同機に原理に基づいて第
１ゲート電極２゛７、第２ゲート電極２８と次々に転送
され出力段まで転送される。すなわち光検出部で光電変
換された信号を２相のクロック信号で出力段に送り出す
ことができるのである。
以上の説明においては、ＣＣＤおよびＢＢＤ等の電荷転
送型の走査回路について述べたが、走査回路として例え
ば特開昭４９−９１１１６号公報に記載の如きＸ−Ｙマ
） ＩＪラックスのものを用いてもよいことは勿論であ
る。更に上記の如き電界効果型トランジスタ回路に代え
て例えば［Ｐｒｏｃｅｅｄ ｉｎｇ ｏ ｆ ｔｈｅ
Ｉ］１ＪＥｊＴｈｅ Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ、Ｉｎｃ 発行、１９６４年、
１２月、Ｖｏｌｓ２、屑１２の第１４７９頁〜第１４８
６頁に示される如きガラス支持体上に設けられる薄膜型
電界効果トランジスタ回路なども使用することができ、
更に公知の半導体スイッチング回路を用いて走査回路を
構成することができる。
送型の走査回路について述べたが、走査回路として例え
ば特開昭４９−９１１１６号公報に記載の如きＸ−Ｙマ
） ＩＪラックスのものを用いてもよいことは勿論であ
る。更に上記の如き電界効果型トランジスタ回路に代え
て例えば［Ｐｒｏｃｅｅｄ ｉｎｇ ｏ ｆ ｔｈｅ
Ｉ］１ＪＥｊＴｈｅ Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ、Ｉｎｃ 発行、１９６４年、
１２月、Ｖｏｌｓ２、屑１２の第１４７９頁〜第１４８
６頁に示される如きガラス支持体上に設けられる薄膜型
電界効果トランジスタ回路なども使用することができ、
更に公知の半導体スイッチング回路を用いて走査回路を
構成することができる。
なお、前述した実施例に於いてはｐ型半導体基板が用い
られているが、ｎ型半導体基板を用いても光検出部なら
びに走査回路の電導型をすべて変換させることにより、
まったく同様の固体撮像装置を得ることができる。
られているが、ｎ型半導体基板を用いても光検出部なら
びに走査回路の電導型をすべて変換させることにより、
まったく同様の固体撮像装置を得ることができる。
以上詳細に説明したように本発明の固体撮像装置は窒素
を含有した水素化非晶質シリコンを光検出部上層に設け
、下層に微結晶シリコンを設けられているので可視光全
域にわたって高い感度を有し、また８／Ｎがよいとい５
極めて著大な効果を奏する。
を含有した水素化非晶質シリコンを光検出部上層に設け
、下層に微結晶シリコンを設けられているので可視光全
域にわたって高い感度を有し、また８／Ｎがよいとい５
極めて著大な効果を奏する。
第１図は窒素を含んだ非晶質シリコンの吸光係数のフォ
トンエネルギー依存性を示すグラフ、 第２図は窒素を含んだ非晶質シリコンの光学ギャップの
ＮＨ３ｍｏ ｌ濃度依存性を示すグラフ、 第３図は窒素を含んだ非晶質シリコンの室温室導度、光
電導度及び活性化エネルギーのＮＨ３ｍｏｌ濃度依存性
を示すグラフ、第４図は窒素を含んだ非晶質シリコンの
光電導度のフォトンエネルギー依存性を示すグラフ、 第５図は微結晶化シリコンのＸ線回折の結果を表わすグ
ラフ、 第６図及び第７図は吸光係数のフォトンエネルギー依存
性を示すグラフ、 第８図は微結晶化シリコンの光電導度、光学ギャップ及
び活性化エネルギーの室温電導度依存性を示すグラフ、 第９図は本発明の固体撮像装置の一単位の断面構造を表
わす図、 第１θ図は第９図に示した一単位を一次元的に配置した
ときの平面図である。 １０・・・半導体基板 １１．１３・・・♂型領域１２
・・・−型 領 域 １４．２８・パ・第１ゲート電極
１５・・・絶 縁 層 １６・・・絶縁 体 膜１７
・・・第 １ 電 極 １８・・・ｎ那捌市
譬Ｖレリコン１９ ・・・ ｉ肴卯駒峻−イヒシリコン
２０ ・・・ ｉ４店自ツ１自１リシノ
コン′２１・・・丙智姶有シ＋）：Ｆ／２２・・・透明
電 極２３・・・電・ 源 ２４・・・入
射 光２５・・・固体素子単ｉ ２６，２８・
・・第２ゲート電極１１１１図 □□−■ フｒｌ−−ｙｓ”１−ｗ４’−（ｅＶ）第２図 ＮＮＨ；３ ／ＮＳｖ Ｈ４ １Ｋ ５ 図 叱り２−ｅ（創 第６図 営ヒγや沼ｒｖｉ−（ｅＶ） ＩＮ７図 方ヒソ手粕Ｖギ一（ｅＶ） １１８ 図
トンエネルギー依存性を示すグラフ、 第２図は窒素を含んだ非晶質シリコンの光学ギャップの
ＮＨ３ｍｏ ｌ濃度依存性を示すグラフ、 第３図は窒素を含んだ非晶質シリコンの室温室導度、光
電導度及び活性化エネルギーのＮＨ３ｍｏｌ濃度依存性
を示すグラフ、第４図は窒素を含んだ非晶質シリコンの
光電導度のフォトンエネルギー依存性を示すグラフ、 第５図は微結晶化シリコンのＸ線回折の結果を表わすグ
ラフ、 第６図及び第７図は吸光係数のフォトンエネルギー依存
性を示すグラフ、 第８図は微結晶化シリコンの光電導度、光学ギャップ及
び活性化エネルギーの室温電導度依存性を示すグラフ、 第９図は本発明の固体撮像装置の一単位の断面構造を表
わす図、 第１θ図は第９図に示した一単位を一次元的に配置した
ときの平面図である。 １０・・・半導体基板 １１．１３・・・♂型領域１２
・・・−型 領 域 １４．２８・パ・第１ゲート電極
１５・・・絶 縁 層 １６・・・絶縁 体 膜１７
・・・第 １ 電 極 １８・・・ｎ那捌市
譬Ｖレリコン１９ ・・・ ｉ肴卯駒峻−イヒシリコン
２０ ・・・ ｉ４店自ツ１自１リシノ
コン′２１・・・丙智姶有シ＋）：Ｆ／２２・・・透明
電 極２３・・・電・ 源 ２４・・・入
射 光２５・・・固体素子単ｉ ２６，２８・
・・第２ゲート電極１１１１図 □□−■ フｒｌ−−ｙｓ”１−ｗ４’−（ｅＶ）第２図 ＮＮＨ；３ ／ＮＳｖ Ｈ４ １Ｋ ５ 図 叱り２−ｅ（創 第６図 営ヒγや沼ｒｖｉ−（ｅＶ） ＩＮ７図 方ヒソ手粕Ｖギ一（ｅＶ） １１８ 図
Claims (1)
- 上部に光検出部を備え、該光検出部によって検出された
信今ヲ画素毎に順次選択する走査手段を備えた半導体基
板からなる固体撮像装置において、前記光検出部が少な
くとも上下２層から構成されており、前記２層のうち上
側の層が窒素を６〜３７原子チ含んだ水素化非晶質シリ
コンの層であり、下側の層が微結晶シリコンと非晶質シ
リコンとが均一に分布したものであり更にこれら微結晶
シリコンと非晶質シリコンとはその結晶構造が連続して
変化する構造を有するシリコン層であることを特徴とす
る固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56104887A JPS586166A (ja) | 1981-07-03 | 1981-07-03 | 固体撮像装置 |
| US06/394,499 US4523214A (en) | 1981-07-03 | 1982-07-02 | Solid state image pickup device utilizing microcrystalline and amorphous silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56104887A JPS586166A (ja) | 1981-07-03 | 1981-07-03 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS586166A true JPS586166A (ja) | 1983-01-13 |
Family
ID=14392682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56104887A Pending JPS586166A (ja) | 1981-07-03 | 1981-07-03 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS586166A (ja) |
-
1981
- 1981-07-03 JP JP56104887A patent/JPS586166A/ja active Pending
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