JPS6074784A - 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】 産業上の利用分野 家庭用ＶＴＲの普及に伴ない、ビデオカメラの需要も急
激に増加しているが、固定撮像装置は、小型、軽量、低
消費電力等の多ぐの特徴を有するため、家庭ＶＴＲ用カ
メラの本命視されている。

本発明は前記特徴に加え、高感度で耐ブルーミング特性
の良い固体撮像装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 信号走査機能を有する半導体基鈑上に光導電膜全積層し
た構成の固体撮像装置（以下積層型置体操像装置と呼ぶ
）は、通常のＳｉ半導体のみの固体撮像装置に比し、光
利用率が犬であることから高感度であり、また入射光は
ほとんど光導電膜で吸収さｎることから、スメアリング
が生じにぐいという特徴を有する、しかしながら、通常
の撮像管ターゲ・ｙ）用の光導電膜が平担なフェースプ
レート上に形成されるのに対し、積層型固体撮像装置の
場合には、段差を有する半導体回路基板上に形成する必
要があり、光導電膜には多くの制約が生ずる。

以下図面に従−て、積層型固体撮像装置の従来例を説明
する−１ 第１図は信号走査回路にｃｃｎ　（電荷結合素子）を用
いた場合の積層型固体撮像装置の一絵素の段面図であり
、Ｆ２図は第１図の構成の固体撮像装置を複数個形成し
た場合の平面図である。また、第３図は第１図構成の一
体撮像装置の一絵素の等価回路図である。

Ｐ型Ｓｉ基板１ｏにｎ領域１１全形成し、ダイオード領
域とする。１２は電荷転送段であり・絶縁層１４を介し
たゲート電極１５により駆動される。約５０００Ｘのボ
ＩＪ８ｉで形成されたゲート電極１５は、ダイオード領
域１１に蓄積された信号電荷を転送段に読み込むための
ゲート電極も兼ねている。１７は光導電膜１９で発生し
た信号電荷を集めるだめの第１電極であり、ダイオード
領域１１と電気的に接続されている。第１電極１７とゲ
ート電極１５とは、ＰＳＧ等の１低融点ガラス層１６に
より絶縁されている。１８は約３０００　ＡのＺｎ５ｅ
で形成された緩衝層であり、（ｚｎ、−ｕＣｄｕＴｅ）
１−ｖ（Ｉｎ２Ｔｅ３）、　７０００Ａ　で形成された
光導電膜１９の良好な下地となるとともに、正孔の注入
全阻止する働きを有する、２ｏは光導電体１９のもう一
方の電極であり、透明電極である。入射２１は透明電極
２ＯｆＩＱより入射する。

上記の構成の固体撮像装置においては、二相駆動にてｃ
ａｎは駆動される。この場合、最大の段差を有する場所
は、第２図中Ａ−Ｂで示した断面部であり、１．０〜１
．２μｍの段差を有する。また、第１電極としてはＭｏ
　、　Ｔａ、　Ｗ等を使用するが、入射光がＳｉ基板に
達し、スメアリング金主じさせないためには約１０００
Ａ以上形成する必要がある。

また絵素毎に独立させるために、モザイク状に分離する
必要があり、ここにも段差が生ずる。（第１図の２２）
、こｎらの段差は光導電膜の暗電流全増加させ耐圧全署
るしく低下させる。この対策として緩衝層としてのＺｎ
Ｓθ膜厚を増加させれば良いが・Ｚｎ５ａは高抵抗であ
るため、膜厚増加は光導電膜の動作電圧の上昇音引き起
こし、半導体回路基板の耐圧にとっては望ましくない。

上記の問題は信号走査回路がｃａｎの場合について述べ
たがＢＢＤ（パケッリレー素子）の場合も同様なことが
言える。また、ＭＯＳスイッチ全マトリクス状に構成し
たＭＯＳアドレス型の場合も本質的にけ変わりがない。

さらに・もう一つの問題として電荷のバランスがあげら
れる。特に、信号走査回路が電荷転送素子の場合にこの
問題は顕著となる。第３図から明らかなように・−絵素
あたり蓄積可能な電荷Ｑｐｍα は光導電膜の容量０Ｎ（３ｉ）、Ｓｉダイオード容量（
、＋（３２）およびゲート電極と第１電他との間の寄生
容量０ｐ（３３）の和ｌＣｔとし、信号読み込み後のノ
ード（３４）の電位と透明電極（３５）の電位差（光導
電膜の動作電圧〕をムＶとすると、Ｑ、、、＝（ＯＨ＋
Ｏ８＋Ｃｐ）−ΔＶ−Ｏｔ−ΔＶで表わせる。

題はないが、Ｑ□工〉Ｑ□工となる場合には、残像現象
や・転送段でのオーバーフロー現象を引き起こす。後者
は、いわゆるプルーミング現象となる。この対策のため
には、全容量Ｃｆの減少あるいけ光導電膜の動作電圧の
低下をはかる必要かある。このうち後者の動作電圧の低
下は、走査回路側の負担を和らげるため特に重要である
。前記の従来例の場合、Ｑ、ｌ１ａｘ：Ｑｍａ！＝８＝
１にもおよびその解決なくしては実用化は不可能であっ
た。

発明の目的 本発明は・上述したような積層型固体撮像装置の実用化
をはばんでいた光導電膜の耐圧不良や残像およびプルー
ミング現象を大巾に改善し、さらに焼きっけや解像度劣
化の非常に少ない光導電膜を積層した固体撮像装置を提
供することを目的とする。

発明の構成 −ヒ述したように、段差の緩和のためには、厚い緩衝層
が必要であるが、従来例のように緩衝層としてＺｎ５ｅ
を用いた時には光導電体の動作電圧の増加を寸ね〈。緩
衝層として低抵抗の材料を用いれば上記の問題は解決さ
れるが、この時隣接絵素へ信号電荷の流出を止め、解像
度を確保するにはある程度以上の抵抗を有することが必
要である。

本発明者らは、上記目的のため、ＣｄＳｅの検討を行な
ってきたが、ｅｄＳｅは抵抗が低すぎ解像度に問題が生
ずることがわかった。そこで、特願昭６７−５１７４６
号で提案したように、Ｚｎ５ｅとＣｄＳｅの固溶体によ
り抵抗の制御を検討し、良好な緩衝層を得ることができ
よ。本発明は、さらにこの検討を行ない最良値を見出し
だものである。

実施例の説明 実施例１ 本発明の構造を第１図とともに述べる。Ｚ”１−ＸＣｄ
ｘ５θよりなる緩衝層１８は、１０００ムの厚みを有す
るＭＯ電極１７とＰＳＧ１８上に形成さｎる。（第１図
参照）。形成方法は真空蒸着ｃｖｎまたはスパータリン
グの何れでも良いが、本実施例では、Ｚｎ５ｅと０ｄｄ
ｓを所定の比率で混合し、ホットプレスしたものを真空
蒸着法を用いて・６０００Ａの膜厚に蒸着し緩衝層とし
た。これはＺｎ５ｅと（３ｄＳｅを別々のるつぼより同
時蒸着しても差しつかえはない。この後、連続して光導
電体１９として（Ｚｎ４．ｃ４ｕＴｅ）、−７（Ｉｎ２
Ｔｅ３）ｖヲ約０．７μｍ蒸着し、真空熱処理の後光導
電膜とする。

透明導電膜２０としてＩＴＯ膜をスノくツタリング法に
て約１００ＯＡ形成すれば、積層型固体撮像装置が構成
される。

緩衝層１８のＺｎ、−ＸＣｄｘＳｅ膜の組成比Ｘ変化し
た場合の光導電膜２ｏの動作電圧（第１電極と透明電極
間の電位）と変調度（ＷＦ像度〕の変化を第４図に示し
た、変調度は空間周波数ｓＭＨｚでの従来例との相対値
であり、従来例の動作電圧は約８ｖ以上必要である。第
４図から明らかなように・組成比Ｘを増加すると動作電
圧は低下し、ｘ　＝　０．１で約６ｖである。しかし、
組成比Ｘを増加しすぎると変調度が低下し、Ｘ　、＝　
０．２で約９６チである。

このため、Ｘ値を０．１〜０．２の範囲とすることによ
り、動作電圧を低下した状態において良好な解像度を得
ることができる。

次に、段差緩和のために必要な緩衝層１８の厚みについ
て次に述べる。平担な基板に、１０００ム電極がモザイ
ク状に形成され、１０００人の段差だけが存在するとき
には、約３００ＯＡ以上の緩ｆＪｊ層を設けることによ
り光導電膜の特性は、全く平担な場合と同等の特性を示
す。ところが、実際のデバイスでは上記第１電極の段差
以外に、約１０〜１．２μｍ以上の段差を有する。この
段差は、約１．０μｍ以上の低融点ガラス層１８により
緩和される。

この時、光導電膜１９の耐圧に影響を及ぼす要因は、最
大傾斜角度であり、その様子を第５図に示した。固体撮
像装置はより小型化、すなわちチップサイズの減少が望
まれるが、チップサイズの減少に伴って、配線材料の厚
みを薄くできるわけではなく・段差部の最大傾斜角度が
増大する結果となる・−例として、第１図の構成の積層
型固体撮像装置で１／２インチ光学系適用サイズの場合
、最大傾斜角度は４０〜４５°となる。この傾斜角度が
光導電膜１９の耐圧に影響をおよぼさないようにするに
は、層低５０００Ａの緩衝層１８が必要である。しかし
、緩衝層１８が１μｍ以上となると基板と緩衝層１８と
の膨張係数の差により緩衝層１８が剥がれやすくなる。

このため、緩衝層１８の厚さは０．３〜１μｍとする必
要がある。

第１表は、緩衝層として従来のＺｎＳθ３０００Ａと本
発明によるＺｎｑｓｓＣｄｑｘｓ　Ｓｓ　５０００人と
を用いた場合、光導電膜の耐圧（この場合、白点キズ発
生電圧）と、１−あたりの静電容量を比較した一例であ
る。緩衝層の厚みを増加させることにより耐圧が非常に
改善されている。寸だ、動作電圧の低下にあいまって、
静電容量も減少することから、最大信号電荷は二重に減
少し、残像の点および走査回路の耐圧にとって非常に有
利となる。

第　１　表 さらに、もう一つ大きな利点として、光導電膜ＶＣＺｎ
　ｙ　Ｃｄ　１ｙ　Ｔ　ｅ　（Ｉ　ｎ　）を用いた時、
ＺｎＳ　ｅを緩衝層とすると、動作電圧が８ｖ以下とな
った場合焼きっけが目立ってぐるが、Ｚ　ｎｘＯｄ　１
ｘ　Ｓ　ｅを緩衝層とすると全く焼きっけが生じない。

この原因としては以下のように考えられる。光導電膜１
９を蒸着後、６００〜６５０’Ｃで５〜１０分の熱処理
を施こすが、この時、成分元素であるＣｄがある程度蒸
発する・この結果Ｚｎ５ｅを緩衝層とした場合、Ｚｎｙ
Ｃｄ、−ｙＴｅ（Ｉｎ）中にはｃｄの空孔がが数多く存
在し、アクセプターレベルを形成する。このレベルはキ
ャリアーのトラップとして働く。トラップされたキャリ
アは空間電荷を形成して光導電膜の電界を変化させる。

この結果キャリアの飛程μｍＥが減少し、光が入射して
いた部分で一信−号電荷の減少が生じ焼きつけとなる・ 一方、緩衝層１８としてＺｎｘＣｄｌ−ｘＳｅを使用し
た場合、緩衝層のｃｄがＺ　ｎｙ　Ｃｄ　１ｙＴｅ　（
Ｉ　ｎ　）中に拡散し、Ｃｄ空孔の生成を阻止する。こ
のため、焼つけは生じないと考えらノする。

実施例２ 光導電膜１９としてＣｔｌＴｅと（Ｚｎ　Ｔｅ　）　、
ｙ　（工、ｎ　２Ｔ　ｅ　３．）ｙとの二層構造を用い
た場合を次に述べる。

緩衝Ｎ１８の蒸着後、連続してＣｄ　Ｔａを約Ｑ　４　
ｔ・ｍ蒸着し、つづいて（Ｚｎ　Ｔ　ｅ　）　１ｙ　（
Ｉ　ｎ　２　Ｔ　ｅ　３　）ｙを０．３７４ｎ蒸着し、
真空熱処理の後、光導電膜１９とする。

実施例１と同様にＩＴＯ膜を形成して積層型固体撮像装
置が構成される。

第２表は、従来の積層型固体撮像装置と本発明によるも
のと特性を比較した一例である。光電流は色温度３２０
０°にで１１ｘの照度の値である。

光導電膜として、実施例１の（Ｚｎ１−ｕＣｄｕＴｅ）
、−７（Ｉｎ２Ｔｅρ７を実施例２のＣｔｌＴｅと（Ｚ
　ｎ　Ｔ　ｅ）１＋＋　ｙ（Ｉｎ　２Ｔｅ　３）ｙとの
二層構造とすることにより暗電流が減少していることが
わかるーその他の特性についてはほぼ同等であり、同様
の効果が得られた。

このため、積層型固定撮像装置としてＳ／Ｈの良好なも
のを得ることができる。

上記実施例においては走査回路としてｃａｎを用いた例
を示したが、これは、ＢＢＤやＭＯＳアドレス型でも全
く同様な効果が得られることは言う寸でもない。さらに
、他の光導電膜、例えばアモルファスＳｉ、５ｂ２ＳＪ
等を用いても同様の効果は得られる。

発明の効果 Ｓｉ走査デバイスと光導電膜を組みあわせた構成の固体
撮像装置に本発明を用いるなら、光導電膜の耐圧の同上
、動作電圧の低下および解像度の劣化の防止がはかれる
。動作電圧の低下はブルーミングや残像を低減する。捷
た、従来焼きっけの多かった光導電膜においては、焼き
つけはほとんど発生しなくなる。従って、本発明はその
産業−にの意識は極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は積層型固体撮像装置！の一絵素の断面図、第２
図は同装置の複数の絵素部の要部概略平面図、第３図は
積層型固体撮像装置の一絵素の等価回路図、第４図は緩
衝層Ｚ　ｎ　１ｘ（：ｊ　ｄｘＳ　ｅ膜の組成比Ｘと光
導電膜の動作電圧、変調度との関係を示しだ図、第５図
は光導電膜の耐圧と段差部層大傾斜角度との関係を示し
だ図である、 １ｏ・・・・・・Ｐ型シリコン基板、１１・・・・・・
ｎ（ダイオード領域、１２・・・・・・電荷転送段、１
４−−−−−−絶縁層、１５・・・・・・ゲート電極、
１了・・・・・・電極、１８・・・−−−Ｚｎ１−ｘ０
ｄｘＳｅ緩衝層、１９−−−−・−光導電膜、２０・・
・・・・透明電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名。 第３図 第４図 阜ｌｌＡ比χ愼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイオード領域と・前記ダイオード領域に蓄積さ
   几た信号電荷を出力するだめの電荷転送素子あるいはス
   イッチング素子とを有する半導体基鈑と、前記ダイオー
   ド領域の一部で開孔するように前記半導体基鈑上に形成
   された絶縁膜と、上記開孔部を介して一部が前記ダイオ
   ード領域に接するように単位絵素ごとに前記絶縁膜上に
   形成された電極と、前記電極および前記絶縁膜上に形成
   された緩衝層と、前記緩衝層上に光導成分とする膜とす
   ることを特徴とする固体撮像装置。 Ｑ）緩衝層ｉｃ１．３〜１μｍの膜厚に形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の固体撮像装置
   。 （′４　光導電膜ＣｄＴｅを主成分とする膜と（Ｚｎ　
   Ｔｅ　）、□（Ｉｎ　２　Ｔｅｓ　）ｙｋ主成分とする
   膜との二層構造とするこ表金特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の固体撮像装置。