JPS61206258A

JPS61206258A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS61206258A
Application number: JP60046651A
Authority: JP
Inventors: Kunio Matsumura; 松村　邦夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1985-03-11
Publication date: 1986-09-12

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】〔発明の技術分野〕本発明は光導電膜を積層させた形の固体撮像装置に関す
るものである。

〔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り読み
出す固体撮像装置が開発されている。　次に従来の固体
撮像装置の一例を第２図により説明する。

即ち、同図に示すようにｐ型の半導体基板（２）の第１
のｎ＋型不純物領域（４）、（６）をマトリックス状に
形成し、これら第１のｎ　＋型不純物領域（４）、（６
）に隣接してゲート領域（８）　、　（１０）を介して
第２のｎ＋型不純物領域（１２）　、　（１４）をそれ
ぞれ設ける。この第２のｎ＋型不純物領域（１２）、（
１４）はインターライン転送方式のＣＣＤならば、ＣＣ
Ｄチャンネルとなる。また第１及び第２のｎ＋型不純物
領域（４）、（１２）を１単位として、これら単位間を
分離するＰ＋型のストッパ領域（１６）　、　（１８）
　、　（２０）が設けられている。更に、ゲート領域（
８）　、　（１０）、第２のｎ＋型不純物領域（１２）
、（１，４）及びストッパ領域（１６）　、　（１８）
　、　（２０）が位置する半導体基板（２）上には、ゲ
ート酸化層（２２）　、　（２４）、　（２６）を介し
て転送電極である多結晶シリコンのゲート電極（２８）
　、　（３０）　、　（３２）が設けられている。

ゲート電極（２８）　、　（３０）　、　（３２）を含
む半導体基板（２）上には絶縁膜（３４）が設けられ、
この絶縁膜（３４）上にはコンタクト・ホール（３６）
　、　（３８）を介して第１のｎ＋型不純物領域（４）
　、　（６）と電気的に接続する各々独立した複数の第
１の電ｍ　（４０）　、　（４２）　、　（４４）が設
けられている。

この第１の電極（４０）　、　（４２）　、　（４４）
が形成された後も走査部の凹凸がそのまま残るので、こ
の凹凸を無くすために耐熱有機絶縁層（４６）、無機絶
縁層（４８）が順次積層され走査部表面を覆い平滑化が
なされている。この耐熱有機絶縁層（４６）及び無機絶
縁層（４８）の一部にはコンタクトホール（５０）　、
　（５２）が形成され、このコンタクトホ・−ル（５０
）　、　（５２）を介して第１の電極（４０）　、　（
４２）　、　（４４）と接続する第２の電極（５４）　
、　（５６）　、　（５ｇ）が無機絶縁層（４８）上に
分離形成されている。この第２の電極（５４）　、　（
５６）　、　（５８）及び無機絶縁層（４８）上には光
導電膜（６０）が被覆され、この光導電膜（６０）上に
は透明電極（６２）が被覆されている。

上述の固体撮像装置の動作は、透明電極（６２）に所定
の電圧を印加させた状態で光導電膜（６０）に光が照射
されると、光導電膜（６０）で光電変換されて信号電荷
が発生し、この信号電荷は第２の電極（５４）、　（５
６）　、　（５８）、第１の電極（４０）　、　（４２
）　、　（４４）を通って逆バイアスに保持されたｐ型
半導体基板（２）の第１のｎ＋型不純物領域（４）、（
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ト電極（２ｇ）　、　（
３０）　、　（３２）に電圧を印加することにより、ゲ
ート領域（８）　、　（１０）を通って第２のｎ＋型不
純物領域（１２）、（１４）に読み出されるようになっ
ている。

この様に固体撮像装置において、光導電膜（６０）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。他の材料としては５ｂ２Ｓ：Ｉ＋
　（Ｃｄｔ　Ｚｎ）Ｔｅ、　Ａｓ−５ｓ−Ｔｅ等のよう
にシリコン素子の製造工程にあまりなじみのない■族の
材料が含まれているが、アモルファスシリコン膜は材料
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。このような構造の固体撮像装置にお
いて、撮像特性を支配しているのは光導電膜（６０）に
よるところが大である。また、均一な光導電膜（６０）
を形成するためには、走査部の凹凸を耐熱有機絶縁層（
４６）無機絶縁層（４８）からなる平滑化層で如何に良
く平滑化すること、及び層（４６）、　（４ｇ）の材質
による影響を受けずに光導電膜を積層出来るかというこ
とが重要な問題である。

〔背景技術の問題点〕

上述の固体撮像装置においては、走査部の凹凸は通常２
〜３μｍ程度ある。一方、均一性の良い光導電膜（６０
）を積層させ、画像欠陥を少なくするためには光導電膜
（６０）が積層される面は、撮像管ターゲットの場合と
同様に可能な限り平坦な面とすることが望ましい。また
平滑化層としては第２図で説明したように耐熱有機絶縁
層（４６）と無機絶縁層（４８）の２層構造とすること
が望ましい。

このような構造にした場合、耐熱有機絶縁層（４６）と
無機絶縁層（４８）の膨張係数の違いにより無機絶縁層
（４６）を３０００Å以下に保たないとクラックが入り
易い。また、この２層構造の平滑化層は、この層上に形
成された第２の電極（５４）、　（５６）　、　（５ｇ
）と、第１の電極（４０）　、　（４２）　、　（４４
）を電気的に接続するためにコンタクト・ホール（５０
）　、　（５２）を形成する必要があり、良好なコンタ
クト・ホール（５０）　、　（５２）を形成する制約か
らも無機絶縁層（４８）の層厚は３０００人程度戻限度
である。そしてコンタクト・ホール（５０）　、　（５
２）を形成後、シリコンを１％程度含むアルミニウムを
全面にスパッタリングにより積層後、所定パターンに分
離形成し、第２の電極（５４）。

（５６）　、　（５ｇ）としている。

次に工程的には熱処理を施す。この熱処理は。

第１の電極（４０）　、　（４２）　、　（４４）、耐
熱有機絶縁層（４６）と無機絶縁層（４８）とからなる
平滑化層、第２の電極（５４）　、　（５６）　、　（
５８）形成時に転送部及び蓄積部が損傷を受けており、
撮像特性の劣化、特に暗電流の増加が起きているため、
この損傷を取り除くために行なわれる。

しかし熱処理を行なうと、無機絶縁層（４８）と第２の
電極（５４）　、　（５６）　、　（５ｇ）間で界面反
応が起こる。

即ち、検討した無機絶縁層（４８）としては、代表的な
絶縁材料である５ｉ（ｈ、５Ｌ２Ｎ４．ＳｉＣ等のケイ
素化合物であるが、これらケイ素化合物は熱処理によっ
て第２の電極（５４）　、　（５６）　、　（５ｇ）と
相互拡散を起したり、シリサイド化が進行する現象を引
き起こすことがわかった。これらの現象は無機絶縁層（
４８）の抵抗の低下を引き起こし、画像物性が劣化する
ことがわかった。また極端な場合には無機絶縁層（４８
）の１部が反応のため薄くなり、耐熱有機絶縁層（４６
）が光導電膜積層面に露出しているのに近い状態になる
ことも起きることがわかった。この様な状態で光導電膜
（６０）を積層することは寿命の点からも好ましくない
。即ち、耐熱有機絶縁層（４６）に含有されている微量
の残存溶媒や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（６０）の特性を劣化
させることも起っている。

以上説明した様に熱処理に伴なう界面反応は第２の電極
（５４）　、　（５６）　、　（５８）の材料と無機絶
縁層（４ｇ）　　’の材料の組み合せから起こるもので
あり、従来は、この組み合せが不適切であった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、走
査部の凹凸を平滑化する平滑化層の無機絶縁層の材料の
一部を変えることにより品位の良好な周体撮像装置を提
供することを目的としている。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は接合部及びこの接合部と隣接する走査部
を有する半導体基板と、接合部に接続された第１の電極
と、この第１の電極上に積層された平滑化層と、この平
滑化層の所定部に設けられたコンタクトホールを介して
第１の電極と接続され、平滑化層上に形成された第２の
電極と、この第２の電極上及び平滑化層上に積層された
光導電膜と、この光導電膜上に設けられた透明電極とを
具備する固体撮像装置において、平滑化層が第１の電極
側より耐熱有機絶縁層と、第２の電極および光導電膜と
化合物を形成することのない無機絶縁層とから端成され
てなることを特徴ととしており、無機絶縁層がアルミニ
ウム酸化物、亜鉛酸化物、タリウム酸化物あるいはアン
チモン酸化物の少なくとも一種から形成されていること
を実施態様としている。

〔発明の実施例〕

次に本発明の固体撮像装置の一実施例を第１図により説
明する。

即ち、第１図に示すようにｐ型半導体基板（２）に第１
のｎ＋型不純物領域（４）、（６）をマトリックス状に
形成し、これら第１のｎ＋型不純物領域（４）、（６ｉ
）に隣接してゲート領域（８）　、　（１０）を介して
第２のｎ＋不純物領域（１２）　、　（１４）をそれぞ
れ設ける。この第２のｎ＋型不純物領域（１２）　、　
（１４）はインターライン転送方式のＣＯＤならばＣＯ
Ｄチャンネルとなる。また第１及び第２のｎ＋型不純物
領域（４）、（１２）を１単位とじてこれら単位間を分
離するρ１型のストッパ領域（１６）。

（１８）　、　（２０）が設けられている。更にゲート
領域（８）。

（１０）、第２のｎ＋型不純物領域（１２）　、　（１
４）及びストッパ領域（１６）　、　（１１３）　、　
（２０）が位置する基板上にはゲート酸化膜（２２）　
、　（２４）　、　（２６）を介して転送電極である多
結晶シリコンのゲート電極（２８）　、　（３０）　、
　（３２）が設けられている。

ゲート電極（２Ｂ）　、　（３０）　、　（３２）を含
む基板（２）上には絶縁膜（３４）が設けられており、
その絶縁膜（３４）上にはコンタクト・ホール（３６）
　、　（３ｇ）を介して第１のｎ＋型不純物領域（４）
、（６）と電気的に接続する各々独立した複数の第１の
電極（４０）　、　（４２）　、　（４４）が股、けら
れている。

ここ迄の構造は従来例と同様であるが、本実施例におい
ては、この第１の電極（４０）　、　（４２）　、　（
４４）を含む絶縁膜（３４）上に耐熱有機絶縁材料であ
るポリイミドが塗布される。このポリイミドはスピンナ
ーによって回転塗布され、第１の電極（４０）　、　（
４２）　。

（４４）の頂部より約２０００〜３０００人の高さに形
成される。このようにして耐熱有機絶縁層（６４）を形
成した半導体基板（２）を真空炉に入れ、約４００℃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
スを行なう。この時、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。次の無機絶縁層（６４）の
材料としては種々の材料について検討した結果、アルミ
ニウム酸化物（ＡＱｘＯｙ）、亜鉛酸化物（ＺｎｘＯｙ
）、タリウム酸化物（Ｔｕ、ｏｙ）アンチモン酸化物（
ＳｂｘＯｙ）等が良いことがわかった。例えばアルミニ
ウム酸化物を用いる場合、＾Ｑ２０３ターゲットを用い
酸素分圧３〜１０％０２Ａｒガスを用いて５Ｘ　１Ｏ−
３ＴｏｒｒでＲＦマグネトロンスパッタリングにより１
５００人形成した。このような条件で得られたアルミニ
ウム酸化物は抵抗率ＩＱＩ　４Ｏ１程度であり。

無機絶縁層（６６）としては十分であり、ポリイミドと
の付着力は十分であり、形成後は十分な平滑性が得られ
た。

次に耐熱有機絶縁層（６４）及び無機絶縁層（６６）の
所定の位置にコンタクト・ホール（６８）　、　（７０
）を設けたのち、アルミニウムシリコンを全面蒸着し、
これを所定のパターン形状に分離して第１の電極（４０
）　、　（４２）　、　（４４）に接続された第２の電
極（７２）　、　（７４）　。

（７６）が形成される。

次に、第２の電極（７２）　、　（７４）、　（７６）
まで形成された半導体基板（２）を真空炉に入れて約４
３°、約１時間のベーキングを行なう。このベーキング
により、第２の電極（７２）　、　（７４）　、　（７
６）形成までに転送部、蓄積部を受けた損傷は撮像特性
に問題を与えないレベルまで軽減される。

また、従来例で問題となった第２の電極（７２）。

（７４）　、　（７６）と無機絶縁層（６６）との反応
は起こらず。

良好な絶縁性を保つと共に耐熱有機絶縁層（６４）のし
み出しも無機絶縁層（６６）によって完全にブロックさ
れる。

次に光導電［（７８）を第２の電極（７２）　、（７４
）　、　（７６）及び無機絶縁層（６６）上に形成する
。光導電膜（７８）としてはアモルファス・シリコンを
積層した。このアモルファス・シリコンは、一般にＨ２
希釈された５ｉ）１４ガスをグロー放電分解して得られ
、この様にして得られたアモルファス・シリコン膜はや
やｎ型であり、暗比抵抗は１０９〜１０１０Ω国程度の
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、微量のボロンをドーピングすることによって真
性化し、比抵抗を大きくすることが可能である。本実施
例では、Ｈ２希釈１０％ＳｉＨ４ガスに１０ｐｐｍ程度
の８２）１．ガスを混合してアモルファスシリコン膜を
形成した。形成条件は２．０Ｔｏｒｒ基板温度２５０℃
電力８ｖで約３μｍ堆積した。この場合、光導電膜（７
８）として無機絶縁層（６６）としてのＡρｘ０７層上
に成長したアモルファスジルコン膜の暗比抵抗はＩＱＩ
　１〜１０１２Ω■程度であり、撮像動作を行なう充分
な高比抵抗膜が得られた。

因みにボロンをトーンピングしたアモルファスシリコン
膜を耐熱有機絶縁層（６４）を構成するポリイミド層上
に堆積させた時の暗比抵抗は１０１０Ω１程度であり、
無機絶縁層（６６）を介在させた効果が現われている。

次に透明電極（８０）としてＩＴｏ（インジウム−スズ
−オキサイド）を光導電膜（７８）上にマグネトロンス
パッタリングにより形成した。

以上の実施例では無機絶縁層（６６）としてアルミニウ
ム酸化物、第２の電極（７２）　、　（７４）　、　（
７６）としてアルミニウムの組み合せについて説明した
が、アルミニウム酸化物は他の第２の電極（７２）　、
　（７４）　。

（７６）の材料と組み合せても有用である。この材料の
代表的なＣｒやＭｏともシリサイド化合物を形成しない
ので極めて安定な平滑材料である。

また、上述の実施例では走査基板としてｃｃｏを例にし
て説明したがこれに限定されるものではなく、ＭＯＳ形
、ＣＩＯやＢＢＤあるいはこれらの組合せであっても良
いことは勿論である。

〔発明の効果〕

上述のように本発明の固体撮像装置は耐熱有機絶縁層と
無機絶縁層とを用いかつ無機絶縁層として走査部及び蓄
積部の損傷を軽減するための熱処理をほどこしても光導
電膜や第２の電極と化合物を形成することのないものを
使用することによって光導電膜の暗比抵抗を劣化するこ
とがないし、また熱処理が可能であるので走査部、蓄積
部の性能を十分維持発揮できる。このため、従来のもの
に比較して解像度、暗電流等が優れた撮像特性が得られ
る。更に耐熱有機絶縁層に直接光導電膜が積層されるこ
とがないので長期的な寿命の点からも高信頼性が得られ
るなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部断面図、第２図は従来
例の要部断面図であ。６４・・・耐熱有機絶縁層６６・・・無機絶縁層７２、７４．７６・・・第２の電極７８・・・光導電膜８０・・・透明電極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）接合部及びこの接合部と隣接する走査部を有する
半導体基板と、前記接合部に接続された第１の電極と、
この第１の電極上に積層された平滑化層と、この平滑化
層の所定部に設けられたコンタクトホールを介して前記
第１の電極と接続され、前記平滑化層上に積層された第
２の電極と、この第２の電極上及び前記平滑化層上に積
層された光導電膜と、この光導電膜上に設けられた透明
電極とを具備する固体撮像装置において、前記平滑化層
が前記第１の電極側より耐熱有機絶縁層と、前記第２の
電極及び前記光導電膜と化合物を形成することのない無
機絶縁層とから構成されてなることを特徴とする固体撮
像装置。
（２）無機絶縁層がアルミニウム酸化物、亜鉛酸化物、
タリウム酸化物あるいはアンチモン酸化物の少なくとも
一種から形成さ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。