JPS62273767A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置の製造方法

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JPS62273767A
JPS62273767A JP61116657A JP11665786A JPS62273767A JP S62273767 A JPS62273767 A JP S62273767A JP 61116657 A JP61116657 A JP 61116657A JP 11665786 A JP11665786 A JP 11665786A JP S62273767 A JPS62273767 A JP S62273767A
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solid
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孝明 上村
Hidetoshi Nozaki
野崎　秀俊
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像素子基板に光導電体膜を積層して構
成される積層型固体ｗ４Ｉｉ！装置の製造方法に関する
。
（従来の技術） 固体Ｉ＃ｌ像素子基板に光導電体膜を積層した２階建て
構造の固体撮像装置は、＾感度且つ低スミアという優れ
た特性を有する。このためこの固体ｍｅ装置は、各種監
視用ＴＶや高品位ＴＶなどのカメラとして有望視されて
いる。この種の固体撮像装置用の光導電体膜としては、
非晶質シリコン膜が多く用いられ、またその膜形成法と
してはシランのグロー放電分解法が一般に用いられてい
る（例えば、Ｎ、　ｌ−１ａｒａｄａ　ｅｔ　ａｌ　、
　　Ｉ　Ｅ　Ｅ　ＥＴｒａｎｓ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　
　Ｄｅｖｉｃｅｓ　　Ｖｏｌ、ＥＤ−３２゜Ｎｏ　、　
８　　（１９８５）　ｐ、　１４９９　　参照）。
しかしながら、グロー放電分解法を用いた非晶質シリコ
ン膜形成法を利用して２階建て構造の撮像装置を製造す
る方法では、次のような問題があった。この方法では原
料ガスの分解にプラズマを用いるため、気相中に多数の
荷電粒子が存在し、この荷電粒子による損傷を受けて形
成される膜の特性が劣化する。このため非晶質シリコン
膜を光電変換部として積層した固体撮像装置では、非晶
質シリコン膜に起因する残像特性が、非晶質シリコン膜
の膜質或いは界面特性の劣化により悪いものとなる。非
晶質シリコン膜による光導電体膜構成としては通常、ｉ
型非晶質シリコン膜上に更に障！層としてｐ型非晶貿シ
リコン・カーボン膜を設ける構造、即ちｐ型ａ−８ｉＣ
／ｉ型ａ−８ｉ構造を採用することが多い。このような
構造をグロー放電分解法で形成した場合にはｐ型ａ−８
ｉ　Ｃ／　ｉ型ａ−８ｉの界面特性が悪くなる。この結
果、光入射により生成された電子と正孔は界面で再結合
し易くなるため、特に表面近傍で吸収される青色領域の
感度が低下する。
この様な界面特性の問題を解決するために、ａ−８ｉＣ
／ａ−８ｉ界而にカーボン添加量が連続的に変化するグ
レーテッド領域をいれる方法も提案されている。しかし
この方法は工程制御を難しくし、結果的に残像特性の劣
化をもたらす。
（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来の積層型固体陽像装置は、光電変換部
としてのａ−３ｉ膜が優れた膜質をもって形成されてい
ないため、残像特性が悪く、また青色感度が悪い、とい
う問題があった。
本発明は、上記のような問題を解決した積層型固体撮像
装置の製造方法を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、ａ−３ｉ１１ｇを光導電体膜として積層する
固体撮像装置の製造方法において、ａ　−８ｉｌ！を光
励起膜形成法により形成することを特徴とする。
（作用） 本発明の方法では、ａ−５＋膜が、気相中に荷電粒子が
存在しない状態でラジカル反応のみで形成されるため損
傷が少なく、膜質や界面特性が優れたものとなる。この
ため、光導電体膜に起因する残像特性が改善される。特
に、ｐ型ａ−ｓｔｃ／＋型ａ−３ｉ構造を採用した場合
、その界面特性が改善されて青色感度の向上が図られる
。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。
第１図は一実施例による積層型固体撮像装置の断面構造
である。ｐウェル／ｐ＋シリコン基板１に、ｎ＋型層か
らなる信号電荷を蓄積する蓄積ダイオード２がマトリク
ス状に形成され、蓄積ダイオード２の列に隣接してｎ＋
型の埋め込みチャネルＣＯＤからなる垂直ＣＣＤ３が形
成されている。４はチャネル・ストッパとしてのｐ＋型
層であり、これにより分離されて同様の構成の蓄積ダイ
オード列と垂直ＣＯＤの組が繰返し配列形成される。５
ｔ　、５２は垂直ＣＣＤ３の転送ゲート電極であり、そ
の一部は蓄積ダイオード２からＣＯＤチャネルへの電荷
転送ゲート電極を兼ねて６一 いる。転送ゲート電極５１．５２が形成された基板上は
第１の層間絶縁膜６に覆われ、この第１の層間絶縁膜６
に蓄積ダイオード２に対するコンタマクト孔が開けられ
て画素毎に独立の第１の電極７が形成されている。第１
の電極７は、Ａｌ２−８ｉｌｌ又はｎ＋型型詰結晶シリ
コン膜により形成される。そして第１の電極７が形成さ
れた基板上を平滑化するため、ポリイミド、ＰＳＧある
いＢＰＳＧなどからなる第２の層間絶縁膜８が形成され
、この上に第１の電極７とコンタクトする。
画素毎に独立の第２の電極９が形成されている。
第２の電極９は例えば、Ａｎ−８ｉ、Ｔ　ｉ、Ｍｏ。
Ｃｒ或いはｎ＋型型詰結晶シリコン膜である。このよう
にして、ＣＣＤＩ像素子基板１０が構成されている。
このＣＯＤｌ１ｍ素子基板１０の表面に、ａ−３ｉ光導
電体層１１が積層され、更にその上にＩＴＯなどの透明
電極１２が形成されて、積層型ＣＣＤＩＩ像装置が構成
されている。ａ−８ｉ光導電体１１１１としてはこの実
施例では、ｉ型ａ−８ｉＣＩ１１３．ｉ型ａ−８ｉｌ１
１４およびｐ型ａ−８ＩＣ膜１５の３１１１造からなる
。
以上の３層構造のａ−８ｉ光導電体１１１を、光励起膜
形成法により形成する具体的な本発明の実施例の方法を
説明する。
第２図はその方法に用いた光励起膜形成装置の概略構成
であり、まずこの構成を説明する。図中、１６は膜形成
室であり、この膜形成室１６内に試料であるｃｃｏｍ像
素子基板１７を載置した試料台１８が収容されている。
試料台１８の内部には、　　　′試料を加熱するための
ヒーター１９が設けられている。膜形成室１６の上部に
はランプハウス２０があり、このランプハウス２０内に
例えば低圧水銀ランプからなる光１！１２１およびこの
光源２１からの光を反射する反射板２２が設けられてい
る。
不活性ガスライン２３は、ランプハウス２０内を不活性
ガスでパージするためのものである。光源２１からの光
は光透過！２４を介して試料基板１７に照射されるよう
になっている。また膜形成室１６内にはガス供給部２５
から原料ガスが供給され、膜形成室１６内のガスは排気
ポンプ２６により排気されるようになっている。
次にこのような膜形成装置を用いて、ａ−８ｔ光導電体
膜１１を形成するには、先ず膜形成室１６内を真空度１
０−６ｔｏｒｒ程度まで排気し、原料ガスとしてモノシ
ラン（ＳｉＨ＋）ガスとアセチレン（Ｃ２Ｈ２＞ガス、
および水銀蒸気と希釈ガスであるヘリウム（Ｈｅ）ガス
を導入して、内部圧力を１　ｔｏｒｒ程度になるように
する。次いで試料基板１７を２００℃に加熱し、低圧水
銀ランプからなる光［２１を点灯して、波長２５４　ｒ
ｖ。
１８５ｎ■の紫外光を試料基板１７表面に照射する。
これにより、１型ａ−８ｉ　Ｃａ１１３を形成する。
次に原料ガスであるモノシランガスと水銀蒸気を膜形成
室１６内に圧力Ｑ、３ｔＯｒｒで導入し、低圧水銀ラン
プ光源２１を点灯して、ｉＰ！１ａ−８ｉ膜１４を形成
する。最後に、原料ガスとしてモノシランガスとアセチ
レンガス、およびドーピングガスであるジボラン（Ｂ２
　Ｈ６）ガスと、希釈ガスであるヘリウムガスおよび水
銀蒸気を、膜形成室１６内に圧力１　ｔｏｒｒで導入し
、光１１２１を点灯してｐ型ａ−８ｉＣ膜１５を形成す
る。
このようにしてａ−９ｉ光導電体Ｈ１１が積層されたこ
の実施例によるＣＣＤ撮像装置の光導電性残像を測定し
た結果、３フイールドで約１％であった。ちなみに、従
来のグロー放電分解法より同様の積層ｍ造を形成した場
合、３フイールド後の光導電性残像は５〜１０％である
。これに対してこの実施例によれば、光導電性残像が１
／２以下と大幅に低減される。また青色感度は、グロー
放雷分解法を利用した場合に比べて波長４５０ｎｌで約
１．５倍に増大し、大きく改善された。
ところで、第１図の構成におけるａ−３ｉ光導電体層１
１のうち特にｉ型ａ−８ｉ膜１４中の局在準位密度およ
び３ｉダングリングボンド密度が大きいと光Ｉ電性残像
も増大する。第３図は、上記実施例で説明した光励起膜
形成法により形成したｉ型ａ−８ｉ膜（膜厚０．５〜１
μｍ）中の、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法から求めたＳ
１ダングリングボンド密度（Ｎ８）と空間電荷制限電流
（ＳＣＬＣ）法から求めた禁制帯中央付近における局在
準位密度の最小値（Ｎｍｉｎ）の基板温度依存性を測定
した結果である。この結果から、基板温度１００〜３５
０℃の範囲内で、Ｎｓが２Ｘ　１０”　’　／ｃｒｔｒ
３以下、且つＮ　１ｎが５Ｘ１０１Ｂ／ｃｍ３・ｅ■で
あり、良質な膜が形成されているが、それ以外の範囲で
はＮｓ。
Ｎ　ｗｉｎともに大きく増大する。従って本発明におい
て光励起膜形成法により１型ａ−８ｉ膜を形成する場合
、基板温度を１００〜３５０℃の範囲内に設定すること
が好ましく、より好ましくは１５０〜３００℃の範囲に
設定するとよい。
本発明において、光励起膜形成法によりａ　−８ｉ光導
電体層を形成する場合の膜形成室内の圧力は、ｌＸ１０
−２〜１０ｔｏｒｒの範囲内に設定することが好ましい
。何故なら、圧力を ｌＸｌ０−２ｔｏｒｒ未満にすると原料ガス濃度が低く
なるために膜の堆積速度が大きく低下し、また圧力を１
０ｔｏｒｒ以上に大きくすると、光透過窓への膜付着が
激しくなって結果的に堆積速度が太きく減少するからで
ある。ａ−８ｉ光導電体層を薄くするとその静電容量が
大きくなり、容量性残像が増大する。このため、ａ−８
ｉ光導電体層の膜厚としては１μｍ以上、より好ましく
は３μｍ以上必要であるが、この点から、十分速い堆積
速度が得られる圧力を選ぶことが重要になる。
本発明は上記実施例に限られるものではない。
例えば、主原料ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス
を用い、光源に低圧水銀ランプを用いれば、水銀増感法
によらず直接光励起膜形成法によってａ−３ｉ光導電体
層を形成することができる。また光源に希ガス（Ｘｅ、
Ｋｒ、　Ａｒなど）や水素のマイクロ波放電等の光を用
い、且つ原料ガスとしてモノシラン或いはジシランを用
いて、直接光励起膜形成法によりａ−３ｉ光導電体層を
形成することもできる。直接光励起法、水銀増感法を問
わず、光源に重水素ランプや紫外光レーザなどを用いる
こともできる。更に原料ガス流量や水銀溜め温度等の条
件は、必要とする膜厚、膜質により適宜選択することが
できる。
実施例では、ｃｃｏｍ像素子基板を用いたが、ＭＯＳ型
やＢＢＤ型撮像素子基板を用いてこれにａ−８ｉ光導電
体層を積層形成する場合にも、本発明を同様に適用する
ことができる。またａ−８１光導電体層の構造も、実施
例のものに限らず、例えば１型ａ−ｓ　ｉ／ｐ型ａ−８
１０積層構造を用いることができる。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、光励起膜形成法によ
り積層型固体撮像装置のａ−３ｉ光導電体層を形成する
ために、光導電体層の膜質および界面特性が優れたもの
となり、光導電体層に起因する残像を従来に比べて大幅
に少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例によるＣＣＤ撮像装置を示す
断面図、第２図は同実施例に用いたａ−８ｉｎ形成装置
を示す図、第３図はａ−３ｉ膜の特性と基板温度の関係
を測定した結果を示す図である。 １・・・ｐ”　／Ｉ）型３ｉ基板、２・・・信号電荷蓄
積ダイオード、３・・・垂直ＣＣＤ　（信号電荷読出し
部）、４・・・ｐ＋型層（チャネル・ストッパ）、５１
゜５２・・・転送グー１〜電極、６・・・第１の層間絶
縁膜、７・・・第１の電極、８・・・第２の層間絶縁膜
、９・・・第２の電極、１０・・・ＣＣＤ撮像素子基板
、１１・・・ａ−８１光導電体層、１２・・・透明電極
、１３・・・ｉ型ａ−３ｉＣ膜、１４　・ｉ型ａ−３ｉ
膜、１５　・。 型ａ−８ｉ　ＣＩＩＬ　１６・・・膜形成室、１７・・
・試料基板、１８・・・試料台、１９・・・ヒーター、
２０・・・ランプハウス、２１・・・光源（低圧水銀ラ
ンプ）、２２・・・反射板、２３・・・不活性ガスライ
ン、２４・・・光透過窓、２５・・・原料ガス供給部、
２６・・・排気ポンプ。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）信号電荷蓄積ダイオードと信号電荷読出し部が形
    成された固体撮像素子基板上に光電変換部として非晶質
    シリコン膜からなる光導電体膜が積層された固体撮像装
    置を製造するに際し、前記非晶質シリコン膜を光励起膜
    形成法により形成することを特徴とする固体撮像装置の
    製造方法。
  2. （２）前記非晶質シリコン膜の光励起膜形成法において
    、固体撮像素子基板の温度を１００〜３５０℃に設定す
    る特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方法
    。
  3. （３）前記非晶質シリコン膜の光励起膜形成法において
    、紫外光を用いた水銀増感光励起法を利用する特許請求
    の範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方法。
  4. （４）前記非晶質シリコン膜の光励起膜形成法において
    、波長１０００Å以上の紫外光を用いた直接光励起法を
    利用する特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製
    造方法。
  5. （５）前記非晶質シリコン膜の光励起膜形成法において
    、主原料ガスとしてモノシランまたはジシランを用いる
    特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方法。
  6. （６）前記非晶質シリコン膜の光励起膜形成法において
    、導入するガスの全圧力を１×１０＾−＾２〜１０ｔｏ
    ｒｒに設定する特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装
    置の製造方法。
  7. （７）前記非晶質シリコン膜の光励起膜形成法において
    、主原料ガスを用いた非晶質シリコン膜形成に引続き、
    或いは前後に主原料ガスにアセチレンガス又はエチレン
    ガスを導入した非晶質シリコン・カーボン膜形成を行う
    特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. （８）前記非晶質シリコン・カーボン膜の光励起膜形成
    法において、前記アセチレンガス又はエチレンガスと共
    にジボランガスを導入する特許請求の範囲第７項記載の
    固体撮像装置の製造方法。
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