JPS6245063A - 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】 皮鼠匁１ 本発明は固体撮像装置に関し、特に半導体基板上に非晶
質の半導体層を積層した固体撮像装置に関する。

宣」１１班 半導体基板上に半導体層を積層した固体撮像装置におい
て、高感度化を目的として非晶質シリコンの半導体層を
用いたものがある。

これはＮＯ９型またはＣＣＤ型の走査回路基板上に画素
ごとに下地電極を形成し、下地電極の上に不純物をドー
プ、しない非晶質のＳｉＨ，またはＢをわずかにドープ
した非晶質のＳｉＨからなるｉ型半導体の１層を形成し
、この１層の上にＢをドープした非晶質のＳｉからなる
ｐ型半導体のｐｍを形成し、さらにｐ層の上にＩＴＯ、
Ｉｎ２Ｏ３，５ｎ０２などの透明電極層を形成したもの
である。

すなわち走査回路基板上に形成される光電荷蓄桔部の構
成は、透明電極層／ｐ型ａ−５ｉ／ｆ型ａ−ＳｉＨ／下
地電極とされていた。このような構成の場合にｐ型ａ−
Ｓｉおよびｉ型ａ−９ｉＨによりｐｉ接合ダイオードが
形成され、入射光によってこのｐｉ接合ダイオードに光
電荷が発生する。

ところがｐ型ａ−９ｉにより構成されるｐ型領域は不純
物漬度が高いため、ｐｉ接合ダイオードの空乏層はｉ型
ａ−ＳｉＨにより構成されるｉ型領域に形成され、この
空乏層に大部分の電界が印加される。

したがって入射光によりｐ型領域に光電荷が発生しても
、ｐ型領域には電界が印加されていないため発生した電
子とホールはすぐに再結合してしまうから、光電荷を蓄
積することができない、入射光がｐ型領域を通過してｉ
型領域に達すると、ｉ型領域には電界の印加された空乏
層が形成されているから光電荷を蓄積することができる
。

したがって、入射光によりｐｉ接合ダイオードに光電荷
を発生させ蓄積するためには、入射光がｐ型領域を通過
してｉ型領域に到達することが必要である。ところがＢ
をドープした非晶質のＳｒは短波長光の吸収係数が大き
いため、短波長の入射光はｐｌＳ領域に多く吸収され、
ｉ型領域に到達する光に対してロスとなる。したがって
、ｉ型領域において光電荷の発生が少なく、感度が低下
する欠点があった。

目　　　的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、非晶質の
半導体層を積層した固体撮像装置で、特性短波長光の感
度の高い固体撮像装置を提供することを目的とする。

灸ｑｏυ肌透 本発明によれば、入射光に応じた電荷を発生して蓄梳す
る感光手段と、感光手段から電荷に応じた信号電流を読
み出すための信号読み出し手段とを有する感光セルが半
導体基板の一方の主表面に形成された固体撮像装置は、
感光手段が、非晶質の半導体層と半導体層の上面に形成
された透明電極層とを有するペテロ接合ダイオードから
なり、透明電極層側から光を入射させるものである。

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実
施例を詳細に説明する。

第１図を参照すると本発明を適用したＭＯ３型固体撮像
装置が示されている。

ＭＯ５走査回路基板ｌ上に下地電極２０、非晶質のｉ型
半導体からなる１層２２、透明電極層２４、シールド層
２６が形成されている。１層２２および透明電極層２４
により入射した光に応じた光電荷を蓄積するフォトダイ
オード２が構成される。　ＭＯ９走査回路基板１上に形
成されたこれらの構成要素およびＮＯＳ走査回路基板１
により感光セルが構成される。感光セルは１次元または
２次元の感光セルアレイに構成される。

下地電極２０は、ＭＯ９Ｏ９走査回路基板ｌ上定の間隔
を置いて形成され、フォトダイオード２ごとの読み出し
用電極として使用される。

ｉ゛層２２は、不純物をドープしない非晶質のＳｉＨま
たはＢをわずかにドープした非晶質のＳｉＨにより形成
されるｉ型半導体である。

透明電極層２４は、ＩＴＯ、Ｉｎ　Ｏ、５ｎ０２などに
より形成され、この透明電極層２４と１層２２により、
導電体とｉ型半導体のへテロ接合ダイオードが構成され
る。

シールド層２Ｂは、Ａ１．　Ａｌ−９ｉ−Ｇｕ、Ａｌ−
９ｉ　、　Ｃｒ、Ｔｉ、　Ｎｏ、　Ｗなどの金属により
形成され、各画素ごとの分離のためのものであり、省略
してもさしつかえない。

第１図においてＭＯＳ走査回路基板ｌは、Ｐ型シリコン
基板１０の一方の主表面に２つのｎ÷領域１２および１
４が形成されている。２つのｎ十領域１２と１４の間の
基板表面にはゲート酸化膜１Ｂを介してゲート電極１８
が配設されている。ゲート電極１８は多結晶シリコンが
有利に使用される。これら２つのｎ十領域１２および１
４．ゲート酸化膜１Ｂ、ならびにゲート電極１８によっ
てＭＯＳトランジスタすなわち　ＦＥＴが形成されてい
る。この例ではｎチャネル導電型の　ＦＥＴであり、ｎ
◆領域１２がソースとして、またｎ十領域１４がドレー
ンとして機能する。Ｈ＋領域１２にはソー・スミ極１２
０が接続され、ソース電極１２０は下地電極２０に接続
されている。またｎ÷領域１４には信号読み出し電極１
４０が接続されている。

さらにシリコン基板ｌＯのｎ十領域１２．１４、ゲート
電極１８の形成されていない部分にはＳ　ｉ　０２の絶
縁層１１０が形成され、この絶縁層１１０上にはＰＳＧ
の絶縁層１３０が形成されている。この絶縁層１３０、
ソース電極１２０および信号読み出し電極１４０上には
ＰＳＧ　、　Ｓ＋０２またはポリイミドの絶縁層１５０
がその上面を平担に形成されている。絶縁層１５０は、
ヘテロ接合ダイオードに発生するリーク電流を抑制する
ため平担化が十分性なわれる必要がある。

上記の下地電極２０および１層２２は、こ・の絶縁層１
５０上に形成されている。

このような固体撮像装置の感光セルに光が入射すると、
入射光は透明Ｗａｉ層２４を通過して１層２２に達する
。１層２２はｉ型の半導体であり、透明電極層２４との
境界付近に空乏層が形成されているから、入射光に応じ
て１層２２に光電荷が発生し蓄積される。

次にシフトレジスタからの読み出し信号が選択されたゲ
ート電極１８に印加されると、その選択された　ＦＥＴ
が導通し、ヘテロ接合ダイオードに蓄積された光電荷に
対応した信号電荷が下地電極２０、ソース電極１２０お
よび　ＦＥＴを通過して信号読み出し電極１４０に読み
出される。

本実施例によれば、前述のように入射光は透明電極層２
４を通過して１層２２に達し、ｉ＠２２に光電荷を発生
させる０本実施例においては透明電極層２４と１層２２
によって導電体とｉ型半導体のへテロ接合ダイオードを
構成し、このヘテロ接合ダイオードにより光電荷を蓄積
するものであり、−従来のようにｐｉ接合ダイオードに
より光電荷を蓄積するもののようにｐ型半導体の層が設
けられていない、したがって短波長光の吸収係数の大き
いｐ型半導体の層がないから、短波長光が入射した場合
にも入射光はｐ型半導体の層に吸収されることなくｉ型
半導体の１層２２に達し、１層２２に十分なキャリアを
発生させることができ、短波長光、特に波長３５０〜５
００ｎｍの光に対する感度が高い。

第２図に、本発明を適用した固体撮像装置の他の実施例
が、ＭＯ９走査回路基板ｌを省略して示されている。

この実施例においては、１層２２の表面側の一部にトレ
ンチを形成しシールド層２Ｂとシールド層２Ｂの下部の
透明電極層２４によりトレンチ部をおおい、トレンチ構
造とし、これによって画素ごとの分離を行っている。こ
のような構成とすれば。

１層２２に発生した光電荷が隣接する画素の１層２２に
移動するのを防ぐことができるから、クロストークを少
なくすることができる。

第３図に本発明を適用した固体撮像装置のさらに他の実
施例が、ＮＯＳ走査回路基板！を省略して示されている
。

この実施例においては、１層２２をトレンチ形成により
完全分離しシールド層２Ｂとシールド層２Ｂの下部の透
明電極層２４および透明電極層２４の下部に設けた絶縁
５２１０とによって深いトレンチ構造とし、これによっ
て１層２２を画素ごとに分離している。したがって１層
２２に発生した光電荷が隣接する画業の１層２２に移動
するのを完全に防ぐことができるから、第２図に示すも
のよりもさらに確実にクロストークをなくすことができ
る。

上記のいずれの実施例においても、フォトダイオード２
に蓄積された電荷の読み出し手段として、上述のＭＯ３
走査回路に代えてＣＯＤを用いてもよい。

次に上述した固体撮像装置の製造工程について説明する
。　ＰＳＧ　、　５ｉ０２．ポリイミドの絶縁層１５０
により平担化されたＭＯＳ走査回路基板１上に、Ａ１．
　Ａｌ５ｉＣｕ、　Ｎｏ、　Ｗ　、　Ｃｒ、　Ｐｉ等の
金属膜を蒸着して下地電極２０を形成する０次に下地電
極２０．絶縁Ｎｊ１５０の上にグロー放電分解法による
気相成長またはスパッタ法により１層２２を形成する。

グロー放電分解法による場合には、Ｓ　ｒ　Ｈａガスを
ＡＣ放電または高周波放電により分解し、分解したガス
雰囲気によりＭＯＪ走査回路基板１上に気相成長させて
１層２２を形成する。この場合に例えば平行平板容量結
合型のグロー放・電分解装置を用い。

気圧０．１〜１．０　Ｔｏｒｒ、単位電極面積当りの電
力密度０．０１〜０．Ｉ　Ｗ／ｃｍ２テ行う。

スパッタ法による場合にはＳｉのターゲットをＡ　ｒ　
−Ｈ２ガスにより放電させてスパッタによりＭＯＳ走査
回路基板１上に１層２２を形成する。

いずれの方法による場合にもＭＯＳ走査走査回路基板基
板温度は１５０〜３００°Ｃとし、１層２２の厚さは０
．５〜２．０層ｍとなるようにする。

次にスパッタリングにより１ｎ２０３．５ｎ０２、ｒＴ
。

の透明電極層２４を１層２２上に１００〜２０００Ａの
膜厚で形成した後、Ｎ２雰囲気中で温度１５０〜３００
°Ｃにより０．５〜２．０時間程度加熱処理を行う。

これによってヘテロ接合ダイオードの界面の特性が改善
され、整流接触が形成されるから、逆方向リーク電流が
小さくなり、ＳＮ比が良くなる。

この工程は逆方向リーク電流を１ｎＡ／ｃ−以下にする
ため必要ある。

さらにアルミニウムのシールド層２Ｂを電子ビームまた
は抵抗加熱による真空蒸着、あるいはスパッタリングに
よって透明電極層２４上に形成することにより固体撮像
装置が製造される。

なお第２図に示す浅いトレンチ型を製造する場合におい
ては、１層２２を形成した後、適当なマスクを使用して
、１層２２の途中の深さまでをプラズマエツチングして
溝を形成する０次にこの溝および１層２２に透明電極層
２４およびシールド層２６を上記と同様に形成する。

また、第３図に示す深いトレンチ型を製造する場合にお
いては、１層２２を形成した後、適当なマスクを使用し
て、プラズマエツチングして溝を形成する０次にこの溝
および１層２２にプラズマＳｉｎ、プラズマＳ　ｒ　０
２　、プラズマＰＳＧ　、有機ポリイミド等により絶縁
層２１０を形成した後、透明電極層２４およびシールド
層２Ｇを上記と同様に形成する。

効　　果 このように本発明では、透明電極層とＩ型半導体の層に
よって導電体とｊ型半導体のへテロ接合ダイオードを構
成し、従来の非晶質の半導体を用いたフォトダイオード
のＰ型半導体の層をなくしたので、短波長光が入射した
場合にも従来のようにｐ型半導体の層に吸収されること
なくｉ型半導体の層に達し、ｉ型半導体の層に十分な光
電荷を発生させるから短波長光に対する感度が高い。

・また、半導体層が従来のｐｉ接合ダイオードの場合の
２層に対して１層でよいから、製造が容易で歩留りが向
上しコストも安くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の一実施例の断面構
造を概念的に示す断面図、 第２図は本発明による固体撮像装置の他の実施例の断面
構造を概念的に示す一部省略断面図、第３図は本発明に
よる固体撮像装置のさらに他の実施例の断面構造を概念
的に示す一部省略断面図である。 部分の符号の説明 １、、、ＭＯＳ走査回路基板 ２０９．フォトダイオード ２Ｇ、、、下地電極 ２２、、、非晶質Ｓｉのｉ層 ２４、、、透明電極層 ２Ｂ、、、シールド層 ２１０　、　、絶縁層 ’Ｊｉ、ＩＵＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光に応じた電荷を発生して蓄積する感光手段と
   、該感光手段から該電荷に応じた信号電流を読み出すた
   めの信号読み出し手段とを有する感光セルが半導体基板
   の一方の主表面に形成された固体撮像装置において、該
   装置は、 前記感光手段が、非晶質の半導体層と該半導体層の上面
   に形成された透明電極層とを有するヘテロ接合ダイオー
   ドからなり、前記透明電極層側から光を入射させること
   を特徴とする固体撮像装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記半
   導体層の各画素を構成する部分がトレンチ型構造により
   分離され、またシールド層によっても分離されているこ
   とを特徴とする固体撮像装置。