JPS6030280A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の稿する技術分野〕 本発明は固体撮像装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

近年、走査部を形成した半導体基板上に光導電膜を設け
、この光導電膜で発生した信号′電荷を走査部によって
読み出す固体撮像装置が開発されている。即ち第１図に
示すように、例えばｐ型の半導体基板（２）に第１の砂
型不純物領域（４）　、　（６）がマトリクス状に設け
られ、この第１の１１”を不純物領域に隣接してゲート
領域（８）　、　（１０）を介して第２のｎ十型不純物
領域Ｕａ　、（ロ）が夫々設けられ−Ｃいる。この砂型
不純物領域＠、（ロ）は、インターライン転送方式のＣ
ＣＤならばＣＣＤチャンネルとなる。また第１、第２の
砂型不純物領域（４）　、　ＩＪ３を１単位としてこれ
ら単位間を分離する１型のストッパー領域（ト）。

（ト）、（ホ）が設けられている。更にゲート領域、第
２のｎ＋型不純物領域及びストッパー領域が位置する基
板（２）上には、ゲート絶縁膜（２）、ｅ２４１．Ｈを
介して転送電極である多結晶シリコンのゲート′電極＠
。

（１）、に）が設けられている。ゲート電極を含む基板
十 上には、第１のｎ型不純物領域（４）　、　（６）の一
部を除いて絶縁膜■が設けられ、この絶縁膜上には、コ
＋ ンタクト・ホール（至）、（至）を介して第１のｎｍ不
純物領域（４）　、　（６）と接続され、各々独立した
複数の第１の電極に）、（４ａが設けられている。第１
の電極及び絶縁膜上には、光導電膜（４委が全面に被覆
され、この光導電膜上には透明電極（４０が被覆されて
いる。

上述の固体撮像装置は、透明電極（４Ｇ）に所定の賦圧
を印加させた状態で光導電膜０４）に光が照射されると
、光導電膜で光電変換されて信号電荷が発生すると共に
、その信号電荷は第１の電極１４ｔ）　、　（θを通っ
て逆バイアスされたｐ型半導体基板（２）の第１−ト のｎ型不純物領域ｆ４）　、　（６）に主として蓄積さ
れる。

こうして蓄積された信号電荷は、任意の蓄積時間後にゲ
ー）　ｎＥ極＠、（１）ｌ□□□に電圧を印加すること
により、ゲート領域（８）　、　１Ｇを通って第２のｎ
型不純物領域（６）、０４１に読み出される。

光導電膜（４４）には、光導電型撮像管の光導電ターゲ
ット材料を中心に種々の材料が使用されている。

その中で特にアモルファスシリコン膜が注目されている
。他の材料はＳｂ２５ｇ　、　（Ｃｄ　、Ｚｎ）Ｔｅ　
、Ａｓ　−８ｅ−Ｔｅ等などのようにシリコン素子の製
造工程にあまりなじみのない■族の材料が含まれでいる
が、アモルファス７リコン膜は材料的に同一であるため
従来の製造工程にもとり入れ易い利点を有している。

〔背景技術の問題点〕

上述の固体撮像素子においては、走査部の凹凸が１〜２
μｍ程度あるため、光導電膜を積層させると第２図に拡
大図を示すように、凹凸の端部において光導電膜の内部
クラック（４η、（慢を起こし易い。

この内部クラックは、内部応力が端部に集中する為に生
じるもので、画像欠陥の原因となる。従って光導電膜が
堆積される面は、撮像管のターゲットの場合と同様可能
な限り平担な面とするのが望ましい。

上記走査部表面の凹凸を軽減する手段として、平滑化層
を設けることが提案されている。即ち第３図に示すよう
に、第１の電極−，０り、（イ）を形成後、絶縁材料６
２で走査部の凹凸を覆うことによってその表面平滑化す
るものである。絶縁材料６３にはコンタクト・ホール５
４）　、ｆ：ｉｊＩが設けられ、絶縁材料上には６第１
の電極と接続する第２の電極（イ）。

−９（Ｇりが設けられ、その上に光導電膜ｌ４ＩＯ１透
明電極＋ｔＣが順次積層されている。絶縁材料としては
、５ｉｎ２．Ｓｉ３Ｎ４．８ｉＣなとの無機絶縁材料或
はポリイミド系の耐熱性有機絶縁材料が用いられる。

この平滑化手段を用いたものでは、第２図に示すような
内部クランクの発生はみられず、良好な画像が得られる
。

しかしながら、これら平滑化手段を用いた場合にも、次
のような問題点があることが明らかになった。即ち、無
機絶縁材料の場合は、スパッタ法、゛ｄ子ビーム蒸着法
、ダロー分解法或はＣＶＤ法などによって堆積させるが
、膜厚が１０μｍ程度でも下の走を部の凹凸が転写され
て完全には平担とはならないっ 従って平滑化する為に研摩を行なうが、この研摩の際精
度が容易に得られず、場合によっては走査部を破損する
危険性を伴う欠点を有する。一方有機絶縁材料の場合は
溶液製膜法が用いられ、粘度を適度に調整すればスピン
ナーによって必要最低限の厚さで回転塗布が可能で容易
に平滑化できる。しかしポリイミド、ポリパラバン酸、
全芳香性ポリアミドなどの有機絶縁材料が第２の電極か
ら露出する為、光導電膜は異なる材質の上に堆積される
ことになる。光導電膜の成長は下地の影響を受け易いた
め、耐熱有機材料上に成長する光導電膜は、無機材料で
ある第２の電極上に成長する光導電膜に比較し付着力が
弱く、また暗比抵抗も１〜２桁小さいことが判明した。

このことは、第２の電極間のリークを引き起こし解像度
及び画質の劣化を招く。また耐熱有機絶縁材料に直接光
導電膜を堆積することは、寿命の点からも好ましいもの
ではない。即ち、耐熱有機絶縁材料に含有されている微
量の残在溶媒、ガス成分あるいは水分などの汚染物質が
長期的に表面に侵み出して光導電膜の特性を劣化させる
。

〔発明の目的〕

本発明は走査部の凹凸を平滑化する絶縁材料を用いた際
の上述の欠点を除去した固体撮像装置を提供するもので
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、特に平滑化手段として耐熱有機絶縁材料と無
機絶縁材料を用いて２重平滑化層としてまた光導電膜と
接する側を無機絶縁材料としたものである。

〔発明の実施例〕

第４図に本発明の一実施例に係る固体撮像素子の要部断
面構造示す。平滑化層を除いて第３図示の固体撮像素子
と同様であり、同一の参照番号を符したものは同等部を
示す。

第１図或は第３図に示される固体撮像素子と同様にして
第１の電極■、　（４２、５（＋）まで形成された走査
部を有する半導体基板が用意される。この基板上に、第
１の平滑化層（Ｇ４）として耐熱有機絶縁材料であるポ
リイミドが塗布される。ポリイミドはスピナーによって
回転塗布され、第１の電極輪、　（４２゜ｔａｉｌの工
部より約２０００〜３０００人の高さに形成された。次
に第１の平滑化層（６４）を形成した半導体基板を真空
炉に入れ、約４００°Ｃで約１時間ベーキングを行い、
ポリイミドの固化及び脱ガスを行った。このときポリイ
ミドから水分や残存溶媒などがガスとして放出されるが
、完全に除去できるのではなく長期的にはポリイミドの
表面に侵み出す。

次に、第１の平滑化層［Ｆ］ａ上に無機絶縁材料６３６
）を被覆した。無機絶縁材料（６（９は数千λ程度の厚
さで良く、この程度の厚さで第１の平滑化層（６（イ）
からの汚染を防止できる。無機絶縁材料ｍは、５ｉ０２
　。

８ｉ３Ｎ４．８ｉＣなどから選択され、電子ビーム蒸着
法、スパッタリング法、グロー放電分解法、ＣＶＤ法な
どにより形成される。本実施例では、無機絶縁材料とし
てＳｉＣが用いられ、ＳｉＣはＳｉＨ４、Ｈ２゜ＣＨ３
の３元素ガスをグロー放電分解して圧力１．０Ｔｏｒｒ
、温度２５０°Ｃ１電力４Ｗの条件で厚さ２００人七堆
積した。この条件下では、８ｉＣとポリイミドとの付着
力は充分であった。この無機絶縁膜（６Ｇ）の形成後に
は、表面の研摩工程は不要である。

次に、第１の平滑化層（６４）及び無機絶縁膜からなる
第２の平滑化層（６６）の所定の位置にコンタクト・ホ
ール（［ｉ８１　、　（７０）を設け、この後アルミシ
リコンを全欠に光導電膜σ６）を第２の電極及び第２の
電極から露出する無機絶縁膜（６６）上に形成する。光
導電膜ａ０としてアモルファスシリコンを積層した。ア
モルフスシリコンは、一般に１１□で希釈された５ＩＨ
４ガスをグロー放電分解して得られ、この様にして形成
されたアモルファスシリコン膜はやや１】型であり、暗
比抵抗は１０９〜１０１０Ωｃｎｔ程度の値を示す。こ
の暗比抵抗では撮像動作を行なうには若干比抵抗が小さ
いが、微量のボロンＢをドーピングすることによって真
性化し比抵抗を太きぐすることが可能である。本実施例
では、ＦＩ２希釈１０％ＳｉＨ４ガスに１０ｐｐｍ程度
のＢ　２）−Ｉ６　ガスを混合しアモルファスシリコン
膜を形成した。形成条件は圧力２．０　’Ｊ’ｏｒｒ　
、温度２５０℃、゛底力’８　Ｗで約３μｍ堆積させた
。この場合、無機絶縁膜ＳｉＣ上に成長したアモルファ
スシリコン膜の暗比抵抗は１０１１〜１０１２Ωｃｍ程
度であり、撮像動作を行なうに充分な高比抵抗膜が得ら
れた。因みに、Ｂをドーピングしたアモルファスシリコ
ン膜をポリイミド層上に堆積させた時の暗比抵抗は１０
１０Ωｃｍ　程度であり第２の平滑化層として無機絶縁
材料膜を介在させた効果が辰われでいる。

この後透明電極−としてＩ　Ｔ　Ｏ（ＩｎｄｉｕＩｎ−
Ｔｉｎ−０ｘｉｄｅ　）を、光導゛成膜（７１１９上に
スパッタリングにより形成した。

〔発明の他の実施例〕

本実施例の要部断面構造は第５図に示され、第４図に示
すものとほぼ同様で、第２の゛電極（溌、（７（イ）及
び第２の電極から無比する平滑化層上に電極コーティン
グ層ｌ８０）を設けたものである。前述したように光導
電膜の成長は下地の影響を受け易く、第２の電極材料と
の界面反応を考慮することが好ましい。耐熱有機絶縁材
料と比較すればその程度は極めて小さいが、電極材料と
の反応生成物が光導電膜に取り込まれ、無機絶縁材料上
に形成した光導電膜の特性よりも若干劣化する。

従って本実施例では、第２の開極（７２、（７４）及び
第２のα係から露出する第２の平滑化層（［ｉ６１上に
心棒コーティング層ｊ８０）を全面にうすく設けること
によって、均一な光電ｌ特性を有する光導電膜の形成を
可能にするものである。醒極コーティング層１に＋）は
ＳｉＣをグロー放電分解法によって厚さが１５ＯＡに形
成した。この成極コーティング層：（０は厚さが２０Ｏ
Ａ以上になると、光導電膜内に発生した信号電荷がトン
ネル効果によって第２の電極＋Ｉ７Ｊ　、　（Ｔ４１１
に到達できなくなるので好ましくない。この実施例では
、電極コーティング層として平滑化層に用いた無機絶縁
材料と同じＳｉＣを用いたが、無機絶縁材料であれば必
ずしも平滑化層と同一材料とする必要はない。

なお、無機絶縁材料からなる第２の平滑化層と設けてい
るので、第２の平ｍ化層を設けない場合に比べ第２の電
極以外の部分での平滑化層と付着力を考慮して電極コー
ティング層の製造条件を厳しくする必要はなくなる。

上述の実施例では、走査基板としてＣＯＤを例にして説
明したが、これに限らず１ＶＩＯ８，形、ＣＩＤやＢＢ
Ｄあるいはこれらの組合せであっても良い。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明の固体撮像装置は耐熱有機絶
縁材料と無機絶縁材料を組合せた平滑化層を用いたので
、光導電膜の形成される面が容易に平滑化でき、また第
２の電極間に堆積する光導電膜の暗比抵抗を小さくする
ことなく堆積することが可能である。この為、耐熱有機
絶縁材料層に直接光導電膜を堆積したものに比べ解像度
及び画質の劣化が少なく、長期的な寿命の点からも高信
頼性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一例の固体撮像装置の髪部断面図、第２
図は第１図示の固体撮像装置における問題点を説明する
為の図、第３図は他の従来例を示す固体撮像装置の要部
断面図、第４図は本発明の一実施例に係る固体撮像装置
の要部断面図、第５図は本発明の他の実施例を示す固体
撮像装置の要部断面図である。 ｔ６４）・・・・・耐熱有機絶縁材料からなる第１のＳ
ト滑化層 霞・・・・・無機絶縁（珂料からなる第２の平滑化層（
／′ｊＪ、　Ｃ７４）・・・・・第２の４極（７０・・
・・・光導電膜 （ＩｇＩ・・・・・透明成極 代理人　弁理士　則　近　憲市（ほか１名）第１凶 第２図 乙２２　（ 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）接合部及びこれと隣接した走査部を有する半導体
   基板と、該接合部に接続された第１の？４体電極と、該
   第１の４体電極上に積層された平滑化層と、該平滑化層
   に設けられたコンタクト・ホールを介して前記第１の４
   体電極と接続され前記平滑化層上に形成された第２の４
   鉢電極と、該第２の≠停電極上に積層され入射光により
   信号電荷を発生する光導電膜と、該光導電膜層上に設け
   られた透明電極とを備え、前記信号電荷を前記走査部で
   読み出す固体撮像装置において、前記平滑化層が耐熱有
   機絶縁層と無機絶縁層とからなり、前記第２の電極が形
   成される側が無機絶縁層であることを特徴とする固体撮
   像装置。
2. （２）　前記光導電膜と、前記第２の電極及び該第２の
   １極から露出する前記平滑化層との間に、厚さ２００Ａ
   以下の無機絶縁層が設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。