JPS6243163A - 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。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、電荷転送素子或いは固体のスイッチング走査素子
と光導電体とを組み合わせ、この光導電体により光電変
換を行なう固体撮像装置が開発されている。

この種の固体撮像装置の一例としては、電荷転送機能を
有する半導体基板例えばＣＣＤ上に、光導電膜と透明電
極を順次積層させた形の構造のものがある。即ち、半導
体基板に形成され一画素ごとに分離されたダイオード領
域に接続された画素電極を半導体基板上に設け、この画
素電極上に光導電膜を形成し、更に光導電膜上に透明電
極を設けている。なお光導電膜が形成される表面を平滑
化するため、半導体基板の凹凸表面上に有機絶縁物或い
は無機絶縁物からなる絶縁層を形成することがある。

この固体撮像装置では、画素電極は例えば金属で形成さ
れることが多く、金属膜の抵抗等から使用ｉｉＪ能な膜
ノリとしては１０００人程度以Ｆである。また画素電極
は画像特性上、１画素ごとに分離して形成する１必要が
ある。故に前述の絶縁層により半導体基板の凹凸表面が
いかに平滑化されようとも、画素電極の端部において膜
厚分の段差が生じてしまう。そしてこの段差が急峻にな
らないように、画ｓ’ｗｔ極のテーパーエツチングにつ
いても検討されているが、均一なテーパー付けは一般に
困難である。

このような急峻な段差或いは不均一なテーパー付けは、
積層される光導電膜に悪影響を及ぼすことが知られてい
る。即ち画素電極の端部上で膜質が劣化し、極端な場合
にはクランクが生ずることがある。この結果、画素電極
間にリークが起こって解像度劣化をまねき、寿命の点か
らも好ましくない状況になる。

またこの固体撮像装置では、光導電膜に光導電型撮像管
の光導電ターゲット材料を中心に種々の材料が使用しう
るが、この中で特に分光感度特性。

解像度、ＳＮ比及び残像特性が優れた水素化非晶質シリ
コン（以下ａ−３ｉ：Ｈと称す）が注目されている。し
かしａ−３ｉ：Ｈは先導？１ｔｌｉとして優れた材料で
あるが波長７００　ｎｍ以上の赤外領域における感度が
低いという欠点を持っており、赤外領域に対しても高感
度を必要とする監視用カメラには不充分である。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の欠点を解決するためになされ
たもので、光導電膜が形成される際の下地の平滑性を向
上させるとともに長波長の光に対する感度を良好にする
ことの可能な固体撮像装置の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、光導電膜を積層させた形の固体撮像装置
で、画素電極の平滑化層上の部分は非晶質シリコンゲル
マニウムボロン（以下ａ　−５ｉ　：　Ｇｅ：Ｂと称す
）からなり且つａ−５ｉ：Ｇｅ：Ｂの酸化膜により１画
素ごとに分離されていることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以■本発明の詳細を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。

これからこの実施例を製造工程にしたがって説明する。

まずｔ導体基板■例えばｐ型シリコン基板の一面には、
ｎ＋型の埋め込みチャンネルＣＣＤからなる垂直ＣＣＤ
■と、ｐｎ接合からなる電荷蓄積ダイオード（３）が隣
接して形成され、この一体となったものはｐ＋型のスト
ッパー領域■により互いに分離されている。そして垂直
ＣＣＤ■上には例えば多結晶シリコンからなる転送用の
ゲート電極０が、ゲート酸化膜０を介して形成されてお
り、更にゲートｆｆ電極０を覆いしかも電荷ＴＩ積ダイ
オード（３）のｎ＋型領領域上一部が露出するように、
保護絶縁膜■が形成されている。こうして接合部や走査
部が形成された半導体基板■は、表面が凹凸面になって
いる。そして接合部に接触するように保護絶縁膜■及び
露出した電荷蓄積ダイオード■」二に、例えば多結晶シ
リコンからなる第１電極（８）が。

１画素ごとに分離して形成されている。またこの状態で
は、半導体基板■の凹凸面がそのまま残っているので、
第１１１ｔ極（８）上に例えばリンガラスからなる絶縁
層である平滑化層（９）が積層され、凹凸面の平滑化が
なされている。なお平滑化層■は安定させるために、形
成後に約１０００’ｃにて熱処理を行なう。　そしてＣ
Ｆ４ガスと１１□ガスを用いたりアクティブイオンエツ
チングにより、平滑化層（９）内の所定の位置にコンタ
クト部（１ｏ）を設ける。

次にコンタクト部（１ｏ）を覆うように、平滑化層■）
上にａ−３ｉ：Ｇｅ：Ｂ膜を形成する。このａ　−３ｉ
：Ｇｅ：Ｂ膜は、Ｈｅで希釈したＳｉＨ，ガス、Ｇｅ１
１４ガス及びＢ、　Ｈ，ガスを用いた低圧ＣＶＤ法によ
り、基板温度を５００℃に設定した状態で約３０００人
の厚さに形成しており、　この膜の組成はＢが１０ｍｏ
１２％、　Ｇｅが２５ｍｏｌ％に設定されている。なお
こうして形成したａ−５ｉ：Ｇｅ：Ｂ膜は、導電率が１
０２（Ω１）−１程度で、後述する第２電極（１１）と
して充分に用いろる。

次に第２電極（１１）の形成予定領域となるａ−５ｉ：
Ｇｅ：Ｂ膜上にＳｉＮ膜を形成し、　これをマスクとし
て８１０℃の温度にて熱酸化を行なう、　こうして形成
したａ−３ｉ：Ｇｅ：Ｂの酸化膜（１２）は、膜質安定
化のため、更に９００℃の温度にて３０分間のＨ２処理
を行なう、　この後、ＳｉＮ膜を除去することにより、
ａ−５ｉ：Ｇｅ：Ｂからなる第２電極（１１）が得られ
、更にこの材料を酸化して得た膜（１２）により、第２
電極（１１）は第１電極（８）に対応するように分離さ
れている。ここでａ−５ｉ：Ｇｏ：Ｂの酸化膜（１２）
の抵抗率は１０１６Ω１程度で、絶縁性は充分にある。

また第２電極（１１）はコンタクト部（１０）を介して
、第１電極（ハ）と電気的に接続されている。

そして第２電極（１１）上には、光導電膜（１３）例え
ばａ　−３ｉ　：　Ｈが形成されている。ａ−５Ｌ：Ｈ
は一般に、Ｈ２で希釈されたＳｉＨ４ガスをグロー放電
分解して得られる。このようにして形成されたａ　−５
ｉ：Ｈ膜はややｎ型であり、暗比抵抗は１０１〜１０１
ｏΩ１程度の値を示す。この暗比抵抗では撮像動作を行
なうに若干比抵抗が小さいが、微量のＢ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。この実施例では、Ｉ＋２で１０％に希釈した
ＳｉＨ，ガスに１０ｐｐｍ程度のＢ１１．ガスを混合し
て、　ａ−３ｉ：）Ｉ膜を約３μｍの厚さに形成した。

なお形成条件は圧力２．ＯＴｏｏｒ、温度２５０℃及び
電力８Ｗである。この場合ａ　−Ｓｉ　：　Ｈの暗比抵
抗は１０１１〜１０１２Ω１程度であり、良好な撮像動
作を行なうに充分な高比抵抗が得られた。そして光導電
膜（１３）上に、透明電極（１４）例えばＩＴＯをスパ
ッタリングにより形成し、所望の固体撮像装置が得られ
る。

この実施例は、透明電極（１４）に所定の電圧が印加さ
れた状態で、光導電膜（１３）に光が照射されると、光
導電膜（１３）と第２電極（１１）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電極（１１）と第
１電極（８）を通って、電荷蓄積ダイオード■に主に蓄
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■に電圧を印加することにより、ゲ
ート領域を通って垂直ＣＣＤ■に読み出される。

第２図は第２電極（１１）と酸化膜（１２）を光導電膜
（１３）側からみたときの平面図である。同図かられか
るように、第２電極（１１）は四角形状であり、周辺が
酸化膜（１２）により囲まれている。

この実施例は、光導電膜（１３）のみならず、赤外領域
に対して主に感度が高い材料であるａ−３ｉ：Ｇａ：Ｂ
からなる第２電極（１１）も光電変換層として働くので
、赤外領域の感度を改善することができる。実際のその
様子は、第３図の縦軸が吸収係数（（！ｌ−”）　、　
　横軸が波長（ｎ■）を表わしている吸収係数の波長依
存性を示す図に示されている。即ち同図中、（２０）は
この実施例、（２１）は第２電極（１１）が金属で構成
され酸化膜（１２）に相当するものがない点を除いては
この実施例と同様の構造を有する従来の固体撮像装置の
特性を示しており、両者の８００　ｎｍ以上の波長の光
に対する感度には歴然とした差があることがわかる。

またこの実施例は、第２電極（１１）間の分離は酸化膜
（１２）により行なっているが、ａ−５ｉ：Ｇｅ：Ｂは
酸化に際して体積膨張がほとんどない特性を有している
ため、光導電膜（１３）を形成する際の下地の平滑性が
従来よりよくなり、光導電膜（１３）の膜質の劣化やク
ラックの発生を防止することができる。

なおこの実施例では、第２電極（１１）として用いるａ
−５ｉ：Ｇｅ：Ｂの膜組成をＢが１０ｍｏｆｆ％、　　
Ｇｅが２５＋ｍｏＮ％としたが、これに限る必要はない
。長波長光に対する感度を高めるという目的を考慮した
場合、Ｂを１〜２０ｍｏｆ１％、　Ｇｅを１〜５０Ｉｌ
ｏＱ％の範囲にあることが望ましい。また今までは、走
査部としてインターライン転送形ＣＯＤの例を示したが
、他にはフレーム転送形ＣＣＤ、ＭＯＳ形ＣＩＤやＢＢ
Ｄ或いはこれらの組合せでもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の固体撮像装置は、平滑化層
上に形成された画素電極である第２ｆｌ！極の材料とし
てａ−３ｉ：Ｇｅ：Ｂを用いているので、感度を近赤外
まで延ばすことができ、低照度下での監視用として充分
に良好な画質を得られる。また第２電極の各々はａ−５
ｉ：Ｇｅ：Ｂの酸化膜により分離されるので、光導電膜
を形成する際の下地の平滑性が向−卜し、光導電膜のク
ラックや膜質の劣った部分を少なくすることが可能とな
る。この結果、解像度及び画質の劣化が少なくなり、寿
命の点からも信頼性が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２回は本発
明の第２電極を光導電膜側からみたときの一例を示す平
面図、第３図は本発明の一実施例と従来の固体撮像装置
の吸収係数の波長依存性を示す同である。 （１）　　半導体基板 （８）・　第１電極 （９）　　・　平滑化層 （１１）・・・第２電極 （１２）・・酸化膜 （１３）・光導電膜 （１４）・・透明電極 第　　１　図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）接合部と走査部が形成された半導体基板と、前記
   接合部に接触するように１画素ごとに分離して形成され
   た第１電極と、この第１電極上に積層された平滑化層と
   、この平滑化層上に形成され且つ前記第１電極と電気的
   に接続された第２電極と、この第２電極上に形成された
   光導電膜と、この光導電膜上に形成された透明電極とを
   備えた固体撮像装置において、前記第２電極は非晶質シ
   リコンゲルマニウムボロンからなり且つこの材料を酸化
   して得た膜により分離されていることを特徴とする固体
   撮像装置。
2. （２）前記第２電極として用いる非晶質シリコンゲルマ
   ニウムボロンの膜組成は、ボロンが１〜２０ｍｏｌ％、
   ゲルマニウムが１〜５０ｍｏｌ％の範囲にあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
3. （３）前記光導電膜は水素化非晶質シリコンからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の固体撮像装置。