KR20100085849A - Solid-state image device, method for producing the same, and image pickup apparatus - Google Patents

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KR20100085849A
KR20100085849A KR1020100003792A KR20100003792A KR20100085849A KR 20100085849 A KR20100085849 A KR 20100085849A KR 1020100003792 A KR1020100003792 A KR 1020100003792A KR 20100003792 A KR20100003792 A KR 20100003792A KR 20100085849 A KR20100085849 A KR 20100085849A
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Abstract

PURPOSE: A solid state imaging device, a manufacturing method thereof, and an imaging device are provided to suppress a dark current by including a photoelectric conversion layer with a high light absorption coefficient. CONSTITUTION: A solid state imaging device(1) comprises a silicon substrate(11) and a photoelectric conversion layer(13). The photoelectric conversion layer is formed on the silicon substrate and is lattice-matched on the silicon substrate. The photoelectric conversion layer is made of chalcopyrite-based chemical semiconductor. The photoelectric conversion layer includes first to third photoelectric conversion layers. The first to third photoelectric conversion layers split light into red, green, and blue elements.

Description

고체 촬상 장치, 그 제조 방법 및 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGE DEVICE, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND IMAGE PICKUP APPARATUS}Solid-state imaging device, manufacturing method, and imaging device {SOLID-STATE IMAGE DEVICE, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND IMAGE PICKUP APPARATUS}

본 발명은, 고체 촬상 장치, 그 제조 방법 및 촬상 장치에 관한 것이다.This invention relates to a solid-state imaging device, its manufacturing method, and an imaging device.

다화소화에 수반하여, 화소 사이즈를 작게 하는 개발이 진행되고 있다. 또한 한편으로는, 고속 촬상하여 동화상 특성을 좋게 하는 개발도 동시에 진행되고 있다. 이와 같이 화소가 작아지거나, 고속으로 촬상하거나 하면, 하나의 화소에 입사하는 광자수가 감소하고, 감도가 저하된다.With multiple pixels, developments for reducing the pixel size are in progress. On the other hand, the development which improves a moving image characteristic by high speed imaging is also progressing simultaneously. When the pixels are reduced in this way or imaged at high speed, the number of photons incident on one pixel is reduced, and the sensitivity is lowered.

또한 감시용 카메라용에서는, 어두운 곳에서 촬영할 수 있는 카메라의 요망이 있다. 즉 고감도 센서를 필요로 하고 있다.In addition, for surveillance cameras, there is a demand for a camera that can shoot in a dark place. In other words, a high sensitivity sensor is required.

또한, 통상의 베이어(Bayer) 배열의 이미지 센서라면, 색마다 화소가 나뉘어져 있기 때문에, 디모자이크 처리(주위의 화소의 색으로부터, 그 화소의 색을 만들어 내는 연산 처리)가 필요하게 된다. 이 때문에 위색(僞色)이 나오는 결점이 있다.In addition, in an ordinary Bayer array image sensor, since pixels are divided for each color, demosaicing processing (arithmetic processing for producing the color of the pixel from the color of the surrounding pixel) is required. For this reason, there is a drawback that a false color appears.

이와 같은 요망에 있어서, 광흡수계수가 높은 광전변환층으로서 CuInGaSe2막을 이미지 센서에 응용하고, 고감도화를 달성하고 있다는 보고가 있다(예를 들면, 일본 특개2007-123720호 공보 및 2008년 춘계 응용물리학회 학술강연회 예강집 29p-ZC-12(2008년) 참조). 그러나, 이 광전변환층은, 기본적으로 전극의 위에 결정 성장하고 있기 때문에 다결정으로 되어 있다. 그 때문에, 결정 결함에 의한 암전류의 발생이 현저해진다. 또한, 이대로는 분광(分光)할 수가 없다.In such a request, there is a report that a CuInGaSe 2 film is applied to an image sensor as a photoelectric conversion layer having a high light absorption coefficient, thereby achieving high sensitivity (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-123720 and 2008 Spring Application). See 29p-ZC-12 (2008). However, this photoelectric conversion layer is basically polycrystalline because crystals grow on the electrode. Therefore, generation of dark current due to crystal defects becomes remarkable. In addition, it is impossible to spectroscopy as it is.

한편, 디모자이크 처리가 없고, 위색이 없는 방법으로서, 파장에 의한 실리콘의 흡수계수의 차이를 이용하여 분광하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 미국 특허 제5965875호 명세서 참조).On the other hand, as a method without demosaicing and without false color, a method of spectroscopy using a difference in absorption coefficient of silicon by wavelength has been proposed (for example, see US Patent No. 5965875).

이 방법에서는, 혼색이 많고, 색 재현성이 나쁘다.In this method, there are many mixed colors and the color reproducibility is bad.

즉, 파장에 의한 흡수계수의 차이를 이용한 미국 특허 제5965875호 명세서에 기재된 구조에서는, 이론상 검지할 수 있는 광량은 저하되지 않는다. 그러나, 청색광을 검지하는 층에서는, 적색광이나 녹색광이 통과할 때에 어느 정도의 적색광이나 녹색광이 흡수되기 때문에, 그들의 광이 청색광으로서 검지되게 된다. 이 때문에, 청의 신호가 본래 없는 경우에도, 녹이나 적의 신호가 들어감으로써 청에도 신호가 들어가, 위신호(僞信號)가 생기게 된다. 따라서, 충분한 색 재현성을 얻는 것이 곤란하다.That is, in the structure described in US Patent No. 5965875 using the difference in absorption coefficient by wavelength, the amount of light that can be detected theoretically does not decrease. However, in the layer which detects blue light, since some red light and green light are absorbed when red light and green light pass, those light will be detected as blue light. For this reason, even if the blue signal is not originally present, the green light and the red signal enter the blue signal, thereby producing a false signal. Therefore, it is difficult to obtain sufficient color reproducibility.

위신호가 생기는 것을 피하기 위해서는, 3원색 전체에서 계산에 의한 신호 처리를 행하여 보정할 필요가 있기 때문에, 그 계산에 필요한 회로가 별도 필요해진다. 이 때문에, 그 회로분만큼 회로 구성이 복잡하면서 대규모적이 되고, 또한 비용적으로 높아진다. 또한, 예를 들면3 원색중 어느 1색이 포화하면, 그 포화한 광의 본래의 값이 알 수 없게 됨으로써 계산에 차질이 생기고, 결과로서 본래의 색과는 다르도록 신호를 처리하게 된다. 또한, 플러그를 사용한 신호 판독이기 때문에, 플러그 영역이 별도로 필요하게 되어, 포토다이오드의 면적이 작아지고, 화소의 미세화에는 적합하지 않다.In order to avoid the above-mentioned signal, it is necessary to perform signal processing by calculation in all three primary colors and to correct it, so a circuit necessary for the calculation is necessary separately. For this reason, the circuit configuration is complicated and large-scale as well as the cost for the circuit. For example, when any one of the three primary colors saturates, the original value of the saturated light becomes unknown, resulting in a problem in calculation, and as a result, the signal is processed to be different from the original color. In addition, since the signal is read using the plug, a plug area is required separately, and the area of the photodiode is reduced, which is not suitable for miniaturization of pixels.

그런데, 도 46에 도시하는 바와 같이, 대부분의 반도체는 적외광에 대해 흡수 감도를 갖는다. 따라서 예를 들면 실리콘(Si) 반도체가 사용된 고체 촬상 장치(이미지 센서)에서는, 통상, 감색 필터의 한 예로서 적외선 컷트 필터를 센서의 앞에 넣을 필요가 있다. 이와 같은, 파장에 의한 흡수계수의 차이를 이용한 구조가 갖는 문제를 해결하려고 하는 센서가 제안되어 있다. 이 센서는, 감색 필터를 사용하지 않고 밴드 갭을 이용함으로써, 광량 변환 효율 및 색의 분별이 좋고. 또한 하나의 센서로 3원색의 각각의 광을 검지할 수 있다는 것이다(예를 들면, 일본 특개평1-151262호 공보 내지 5 참조). 이들에 개시되어 있는 이미지 센서는, 밴드 갭을 깊이 방향으로 변화시킨 구조를 갖는 것으로 되어 있다.By the way, as shown in FIG. 46, most semiconductors have absorption sensitivity with respect to infrared light. Therefore, for example, in a solid-state imaging device (image sensor) in which a silicon (Si) semiconductor is used, it is usually necessary to put an infrared cut filter in front of the sensor as an example of a dark blue filter. A sensor is proposed to solve the problem of the structure using the difference in absorption coefficient due to the wavelength. This sensor has good light quantity conversion efficiency and color separation by using a band gap without using a dark blue filter. In addition, each light of three primary colors can be detected by one sensor (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-51262). The image sensor disclosed in these has a structure which changed the band gap in the depth direction.

일본 특개평1-151262호 공보에 기재된 발명에서는, 유리 기판상에 밴드 갭(Eg)이 다른 재료를 순차적으로 반도체층의 깊이 방향으로 적층시킴으로써 색 분별시킨다는 것이다. 그러나, 예를 들면, 청(B), 녹(G), 적(R)의 색 분별에서는, Eg(B)>Eg(G)>Eg(R)가 되도록 적층하는 것이 진술되어 있는데 지나지 않고, 구체적인 재료에 관한 기재는 없다.In the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-51262, color separation is performed by sequentially stacking materials having different band gaps (Eg) on a glass substrate in a depth direction of a semiconductor layer. However, for example, in the color classification of blue (B), green (G), and red (R), it is stated that the lamination is performed such that Eg (B)> Eg (G)> Eg (R). There is no description of specific materials.

이에 대해, 일본 특개평3-289523호 공보에는, SiC 재료를 사용한 색분별에 관해 기재되어 있고, 또한 일본 특개평6-209107호 공보에는, AlGaInAs나 AlGaAs 재료에 관한 기재가 있다.On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 3-289523 describes color separation using a SiC material, and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 6-209107 discloses an AlGaInAs or AlGaAs material.

그러나, 일본 특개평3-289523호 공보 및 특개평6-209107호에서는, 다른 재료의 헤테로 접합에서의 결정성(結晶性)에 관한 기재가 없다.However, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-289523 and 6-209107, there is no description of crystallinity in heterojunction of other materials.

다른 결정 구조의 재료를 접합시킨 경우에는, 격자 정수의 차이에 의해 미스 피트 전위가 발생하고 결정성이 악화한다. 그 결과, 밴드 갭중에 형성된 결함 준위에 트랩된 전자가 토출됨으로써 암전류의 발생을 초래하게 된다.In the case where materials of different crystal structures are bonded together, mispit dislocations are generated due to differences in lattice constants, and crystallinity deteriorates. As a result, electrons trapped at the defect level formed in the band gap are discharged to cause the dark current.

이것을 개량하는 방법으로서, 실리콘(Si) 기판상의 밴드 갭 제어에 의한 분광이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개2006-245088호 공보 참조). 격자 정합계가 아닌 SiCGe계 혼정이나 Si/SiC의 초격자를 Si기판상에 제작하는 것이고, 실리콘(Si)의 흡수계수가 낮기 때문에, 분광하기 위해서는 두껍게 할 필요가 있다. 그러므로, 결정 결함이 들어가기 쉬워지기 때문에, 암전류가 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 갈륨비소(GaAs) 기판을 사용한 것도 제안되어 있지만, GaAs 기판은 비용이 높고, 일반적인 이미지 센서로서 친화성이 실리콘(Si) 기판보다 뒤떨어진다.As a method of improving this, spectroscopy by band gap control on a silicon (Si) substrate is proposed (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 2006-245088). The SiCGe-based mixed crystal and Si / SiC superlattice, not the lattice matching system, are fabricated on the Si substrate, and the absorption coefficient of silicon (Si) is low. Therefore, there is a problem that dark current easily occurs because crystal defects easily enter. In addition, although the use of a gallium arsenide (GaAs) substrate has been proposed, the GaAs substrate has a high cost and is inferior to a silicon (Si) substrate as a general image sensor.

또한, 감도를 높게 하는 시도의 일 예로서, 애벌란시 증배(增配)에 의한 신호 증폭이 있다. 예를 들면 높은 전압을 인가하여 광전자를 증배하는 시도가 있다(예를 들면, IEEE Transactions Electron Devices Vol.44, No.10 October 1997 참조). 여기서는, 광전자를 증배하기 위해 40V라는 높은 전압을 인가하기 때문에, 누화 등의 문제로 화소의 미세화가 곤란해진다. 이 센서에서는, 화소 사이즈가 11.5㎛×13.5㎛이였다.In addition, one example of an attempt to increase the sensitivity is signal amplification by avalanche multiplication. For example, attempts have been made to multiply photoelectrons by applying high voltages (see, for example, IEEE Transactions Electron Devices Vol. 44, No. 10 October 1997). In this case, since a high voltage of 40 V is applied to multiply the photoelectrons, miniaturization of the pixels becomes difficult due to crosstalk and the like. In this sensor, the pixel size was 11.5 μm × 13.5 μm.

또한, 다른 애벌란시 증배형 이미지 센서(예를 들면, IEEE J.Solid-State Circuits, 40, 1847, (2005년) 참조)에서는, 증배를 위해 25.5V의 전압의 인가가 필요하고, 또한 누화(crosstalk)를 피하기 위해, 폭이 넓은 가드 링(guard-ring)층 등을 필요로 하고, 화소 사이즈를 58㎛×58㎛로 크게 할 필요가 있다.In addition, other avalanche multiplication image sensors (see, for example, IEEE J. Solid-State Circuits, 40, 1847, (2005)) require the application of a voltage of 25.5 V for multiplication, and also crosstalk ( In order to avoid crosstalk, a wide guard-ring layer or the like is required, and the pixel size needs to be increased to 58 mu m x 58 mu m.

해결하고자 하는 문제점은, 다(多)화소화에 의해 화소을 작게 하는 요구, 고속으로 촬상하는 요구, 어두운 곳에서 촬상하는 요구 등에 의해, 하나의 화소에 입사하는 광자수가 감소하여, 감도가 저하되는 점이다.The problem to be solved is that the number of photons incident on one pixel decreases due to the demand for making the pixel small due to multiple pixels, the demand for imaging at high speed, and the need for imaging in a dark place, and the sensitivity is lowered. to be.

본 발명은, 결정성이 좋고 광흡수계수가 높은 광전변환층을 가짐으로써, 암전류의 발생을 억제하고, 감도를 높인 고체 촬상 장치를 가능하게 한다.This invention enables the solid-state imaging device which suppresses generation | occurrence | production of a dark current and raises sensitivity by having a photoelectric conversion layer with a good crystallinity and a high light absorption coefficient.

본 발명의 고체 촬상 장치는, 실리콘 기판과 실리콘 기판상에 격자(格子) 정합(整合)되어 형성되는 광전변환층을 포함한다. 광전변환층은 구리-알루미늄-갈륨-인듐-유황-셀렌(CuAlGaInSSe)계 혼정(混晶) 또는 구리-알루미늄-갈륨-인듐-아연-유황-셀렌(CuAlGaInZnSSe)계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어진다.The solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion layer formed by lattice matching on a silicon substrate and a silicon substrate. The photoelectric conversion layer is composed of a copper-aluminum-gallium-indium-sulfur-selenide (CuAlGaInSSe) mixed crystal or a copper-aluminum-gallium-indium-zinc-sulfur-selenide (CuAlGaInZnSSe) mixed crystal. It consists of a semiconductor.

본 발명의 고체 촬상 장치는, 실리콘 기판과 실리콘 기판상에 격자 정합되어 형성되는 광전변환층을 포함한다. 광전변환층은 CuAlGaInSSe계 혼정 또는 CuAlGaInZnSSe계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어진다. 이로써, 암전류의 발생이 억제되고, 감도가 높아진다. 따라서, 화질이 우수한 고감도의 화상을 얻을 수 있다는 이점이 있다.The solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion layer formed by lattice matching on a silicon substrate and a silicon substrate. The photoelectric conversion layer is made of a chalcopyrite-based compound semiconductor composed of a CuAlGaInSSe-based mixed crystal or a CuAlGaInZnSSe-based mixed crystal. As a result, the generation of dark current is suppressed and the sensitivity is increased. Therefore, there is an advantage that a high sensitivity image having excellent image quality can be obtained.

본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 실리콘 기판상에 격자 정합된 광전변환층을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 광전변환층은 구리-알루미늄-갈륨-인듐-유황-셀렌(CuAlGaInSSe)계 혼정 또는 구리-알루미늄-갈륨-인듐-아연-유황-셀렌(CuAlGaInZnSSe)계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어진다.The manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention includes a step of forming a lattice matched photoelectric conversion layer on a silicon substrate, the photoelectric conversion layer being a copper-aluminum-gallium-indium-sulfur-selenide (CuAlGaInSSe) -based mixed crystal. Or a chalcopyrite-based compound semiconductor composed of a copper-aluminum-gallium-indium-zinc-sulfur-selenium (CuAlGaInZnSSe) -based mixed crystal.

본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는, 실리콘 기판상에 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정 또는 CuAlGaInZnSSe계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지는 광전변환층이 형성된다. 이로써, 암전류의 발생이 억제되고, 감도가 높아진다. 따라서, 화질이 우수한 고감도의 화상을 얻을 수 있다는 이점이 있다.In the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention, a photoelectric conversion layer is formed on a silicon substrate by lattice matching and consists of a chalcoprite-based compound semiconductor composed of CuAlGaInSSe-based mixed crystals or CuAlGaInZnSSe-based mixed crystals. As a result, the generation of dark current is suppressed and the sensitivity is increased. Therefore, there is an advantage that a high sensitivity image having excellent image quality can be obtained.

본 발명의 촬상 장치는, 입사광을 집광한 집광 광학 시스템과, 상기 집광 광학 시스템에서 집광한 광을 수광하여 광전변환하는 고체 촬상 장치와, 광전변환된 신호를 처리하는 신호 처리 유닛을 가지며, 상기 고체 촬상 장치는, 실리콘 기판상에 격자 정합되어 형성되며 구리-알루미늄-갈륨-인듐-유황-셀렌(CuAlGaInSSe)계 혼정 또는 구리-알루미늄-갈륨-인듐-아연-유황-셀렌(CuAlGaInZnSSe)계 혼정의 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지는 광전변환층을 갖는다.The imaging device of the present invention includes a condensing optical system that focuses incident light, a solid-state imaging device that receives and photoelectrically converts the light condensed by the condensing optical system, and a signal processing unit that processes the photoelectrically converted signal. The imaging device is formed by lattice matching on a silicon substrate and is made of a copper-aluminum-gallium-indium-sulfur-selenide (CuAlGaInSSe) -based crystal or a copper-aluminum-gallium-indium-zinc-sulfur-selenide (CuAlGaInZnSSe) -based crystal It has a photoelectric conversion layer which consists of a copyrite-type compound semiconductor.

본 발명의 촬상 장치에서는, 고체 촬상 장치가, 실리콘 기판상에 격자 정합되어 형성되며 CuAlGaInSSe계 혼정 또는 CuAlGaInZnSSe계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지는 광전변환층을 갖는다. 이로써, 암전류의 발생이 억제되기 때문에 백점(白点)에 의한 화질의 열화가 억제되고, 또한 고체 촬상 장치의 감도가 높아지기 때문에, 고감도의 촬상이 가능해진다. 따라서, 고감도의 촬상과 화질 열화의 억제에 의해, 예를 들면 밤과 같이 어두운 환경에서도 고감도의 촬상이 가능해진다.In the imaging device of the present invention, a solid-state imaging device is formed by lattice matching on a silicon substrate, and has a photoelectric conversion layer made of a chalcoprite-based compound semiconductor composed of CuAlGaInSSe-based mixed crystals or CuAlGaInZnSSe-based mixed crystals. As a result, since the generation of dark current is suppressed, deterioration in image quality due to white spots is suppressed, and the sensitivity of the solid-state imaging device is increased, so that high sensitivity imaging is possible. Therefore, high sensitivity imaging and suppression of image quality deterioration enable high sensitivity imaging even in a dark environment such as at night.

도 1은 본 발명의 제 1 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 1 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 2는 칼코파이라이트계 혼정을 도시한 모식적 구조도.
도 3은 칼코파이라이트계 재료의 밴드 갭과 격자 정수의 관계도.
도 4는 칼코파이라이트계 재료의 밴드 갭과 격자 정수의 관계도.
도 5는 칼코파이라이트계 재료의 광전변환층의 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 6은 초격자를 이용한 칼코파이라이트계 재료의 광전변환층의 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 7은 밴드 갭으로부터 예측되는 흡수계수(α)와 파장과의 관계도.
도 8은 분광 감도 특성을 측정한 본 발명의 고체 촬상 장치의 한 예의 개략 구성 단면도.
도 9는 본 발명의 고체 촬상 장치의 한 예의 분광 감도 특성도.
도 10은 분광 감도 특성을 측정한 종래의 고체 촬상 장치의 한 예의 개략 구성 단면도.
도 11은 종래의 고체 촬상 장치의 한 예의 분광 감도 특성도.
도 12는 본 발명의 제 2 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 2 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 13은 판독 회로의 한 예를 도시한 회로도.
도 14는 제 2 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 밴드 다이어그램.
도 15는 R신호를 판독할 때의 밴드 다이어그램.
도 16은 G신호를 판독할 때의 밴드 다이어그램.
도 17은 B신호를 판독할 때의 밴드 다이어그램.
도 18은 제 2 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치에서의 판독용 전극를 이용한 변형례를 도시한 개략 구성 단면도.
도 19는 본 발명의 제 3 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치의 제로 바이어스시의 밴드 다이어그램.
도 20은 본 발명의 제 3 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치의 역바이어스시의 밴드 다이어그램.
도 21은 본 발명의 제 3 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 3 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 22는 판독 회로의 한 예를 도시한 회로도.
도 23은 본 발명의 제 3 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치의 밴드 다이어그램.
도 24는 본 발명의 제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 4 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 25는 본 발명의 제 4 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 밴드 다이어그램.
도 26은 본 발명의 제 5 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 5 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 27은 제 5 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 분광 감도 특성도.
도 28은 본 발명의 제 6 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 한 예의 밴드 갭과 격자 정수의 관계도.
도 29는 본 발명의 제 6의 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 6 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 30은 본 발명의 제 7 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 7 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 31은 판독 회로의 한 예를 도시한 회로도.
도 32는 고체 촬상 장치의 제 7 예의 변형례 1을 도시한 개략 구성 단면도.
도 33은 고체 촬상 장치의 제 7 예의 변형례 2를 도시한 개략 구성 단면도.
도 34는 고체 촬상 장치가 적용되는 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로 블록도.
도 35는 고체 촬상 장치가 적용되는 CCD를 도시한 블록도.
도 36은 본 발명의 제 12 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 5 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 37은 제 12 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 밴드 갭과 격자 정수의 관계도.
도 38은 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 39는 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 40은 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 41은 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 42는 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 43은 MOCVD 장치의 한 예를 도시한 블록도.
도 44는 MBE 장치의 한 예를 도시한 개략 구성도.
도 45는 본 발명의 촬상 장치에 관한 한 실시의 형태를 도시한 블록도.
도 46은 반도체의 광흡수 스펙트럼도.
1 is a schematic configuration sectional view showing a first example of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic structural diagram showing a chalcopyrite-based mixed crystal.
3 is a relation between a band gap and a lattice constant of a chalcopite-based material.
4 is a relation diagram of a band gap and a lattice constant of a chalcopide-based material.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of a photoelectric conversion layer of a chalcopide-based material. FIG.
6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photoelectric conversion layer of a chalcopide-based material using a superlattice.
Fig. 7 is a diagram showing a relationship between an absorption coefficient α and a wavelength predicted from a band gap.
8 is a schematic sectional view of an example of a solid-state imaging device of the present invention in which spectral sensitivity characteristics are measured.
9 is a spectral sensitivity characteristic diagram of an example of a solid-state imaging device of the present invention.
10 is a schematic sectional view of an example of a conventional solid-state imaging device having measured spectral sensitivity characteristics.
11 is a spectral sensitivity characteristic diagram of an example of a conventional solid-state imaging device.
12 is a schematic configuration sectional view showing a second example of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
13 is a circuit diagram showing an example of a read circuit.
14 is a band diagram of a solid-state imaging device according to the second embodiment.
Fig. 15 is a band diagram when an R signal is read.
Fig. 16 is a band diagram when reading a G signal.
17 is a band diagram when reading a B signal.
18 is a schematic sectional view showing a modification example using a reading electrode in the solid-state imaging device according to the second embodiment.
Fig. 19 is a band diagram at the time of zero bias of the solid-state imaging device in the third embodiment of the present invention.
Fig. 20 is a band diagram of reverse biasing of the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention.
Fig. 21 is a schematic sectional view showing the third example of the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention.
22 is a circuit diagram showing an example of a read circuit.
Fig. 23 is a band diagram of the solid-state imaging device in the third embodiment of the present invention.
Fig. 24 is a schematic sectional view showing the fourth example of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention.
25 is a band diagram of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention.
Fig. 26 is a schematic sectional view showing the fifth example of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention.
27 is a spectral sensitivity characteristic diagram of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
Fig. 28 is a relationship diagram between a band gap and a lattice constant of one example of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention.
29 is a schematic sectional view showing the sixth example of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention.
30 is a schematic sectional view showing the seventh example of the solid-state imaging device according to the seventh embodiment of the present invention.
31 is a circuit diagram showing an example of a read circuit.
32 is a schematic sectional view showing the modification 1 of the seventh example of a solid-state imaging device.
33 is a schematic sectional view illustrating Modification Example 2 of the seventh example of the solid-state imaging device.
34 is a circuit block diagram showing a CMOS image sensor to which a solid-state imaging device is applied.
35 is a block diagram showing a CCD to which a solid-state imaging device is applied.
36 is a schematic sectional view showing the fifth example of the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the twelfth embodiment of the present invention.
37 is a relationship diagram between a band gap and a lattice constant of the solid-state imaging device according to the twelfth embodiment.
38 is a schematic sectional view showing one example of the configuration of a solid-state imaging device for hole reading.
39 is a schematic sectional view showing one example of the configuration of a solid-state imaging device for hole reading.
40 is a schematic sectional view showing one example of the configuration of a solid-state imaging device for hole reading.
Fig. 41 is a schematic sectional view showing one example of the configuration of a solid-state imaging device for hole reading.
42 is a schematic sectional view showing one example of the configuration of a solid-state imaging device for hole reading.
43 is a block diagram showing an example of a MOCVD apparatus.
44 is a schematic structural diagram showing an example of an MBE apparatus;
45 is a block diagram showing an embodiment of the imaging device of the present invention.
Fig. 46 is a light absorption spectrum diagram of a semiconductor.

<1. 제 1의 실시의 형태><1. First embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 1 예][First Example of Configuration of Solid-State Imaging Device]

본 발명의 제 1 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 1 예를, 도 1의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.The 1st example of the solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated with schematic sectional drawing of FIG.

도 1에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)에 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 n형 실리콘 영역으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 구리-알루미늄-갈륨-인듐-유황-셀렌(이하, CuAlGaInSSe라고 기재한다)계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 상기 칼코파이라이트계 화합물반도체로서는, 구리-알루미늄-갈륨-인듐-아연-유황-셀렌(이하, CuAlGaInZnSSe라고 기재한다)계 혼정을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 광전변환층(13)상에는, 투광성을 갖는 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 예를 들면 인듐주석옥사이드(ITO), 산화 아연, 인듐아연 산화물 등의 투명 전극 재료로 형성되어 있다. 고체 촬상 장치(이미지 센서)(1)는, 상기한 바와 같은 기본 구성을 갖는다.As shown in FIG. 1, the first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, an n-type silicon region formed in the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a chalcoprite-based compound semiconductor composed of a lattice-matched and copper-aluminum-gallium-indium-sulfur-selenium (hereinafter referred to as CuAlGaInSSe) based crystals Is formed. Copper-aluminum-gallium-indium-zinc-sulfur-selenium (hereinafter, referred to as CuAlGaInZnSSe) -based mixed crystals may also be used as the chalcoidite compound semiconductor. On the photoelectric conversion layer 13, a second electrode layer 14 having light transparency is formed. The second electrode layer 14 is formed of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide, indium zinc oxide, or the like. The solid-state imaging device (image sensor) 1 has a basic configuration as described above.

깊이 방향으로 RGB의 분광을 하는 상기 칼코파이라이트계의 화합물반도체로 이루어진 상기 광전변환층(13)은 상기 실리콘 기판(11)상에 격자 정합하도록 형성되어 있다.The photoelectric conversion layer 13 made of the chalcopide-based compound semiconductor that performs RGB spectroscopy in the depth direction is formed to lattice match on the silicon substrate 11.

광흡수계수가 높은 칼코파이라이트계 재료의 혼정으로 Si(100) 기판에 격자 정합하여 에피택셜 성장시킴으로써, 결정성이 양호하게 되고, 결과로서 암전류가 낮은 고감도의 고체 촬상 장치(1)가 제공된다.By lattice matching and epitaxial growth on a Si (100) substrate with a mixed crystal of a chalcopyrite-based material having a high light absorption coefficient, crystallinity is improved, and as a result, a highly sensitive solid-state imaging device 1 having a low dark current is provided. .

칼코파이라이트 구조를 도 2에 도시한다. 도 2에서는 한 예로서, 칼코파이라이트 재료의 하나인 CuInSe2의 예를 도시한다.The chalcopite structure is shown in FIG. As an example, FIG. 2 shows an example of CuInSe 2 which is one of the chalcoprite materials.

도 2에 도시하는 바와 같이, CuInSe2는 실리콘(Si)과 같이 다이아몬드 구조가 기본형으로 되어 있다. 따라서, 실리콘 원자의 일부가 구리(Cu)이나 인듐(In)이나 갈륨(Ga) 등등으로 치환됨으로써, 칼코파이라이트 구조를 형성하고 있다. 따라서, 실리콘 기판상에의 에피택셜 성장은, 기본적으로 가능해진다. 에피택셜 성장법으로는, 예를 들면, 분자선 에피택시 법(MBE : Molecular Beam Epitaxy), 유기 금속 기상 성장법(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 액상 에피택시법(LPE : Liquid Phase Epitaxy) 등이 있다. 즉, 에피택셜 성장하는 방법이라면 기본적으로 어떤 성막 방법이라도 좋다.As shown in FIG. 2, the CuInSe 2 has a diamond structure as a basic type like silicon (Si). Therefore, a part of a silicon atom is substituted by copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), etc., and the chalcopite structure is formed. Therefore, epitaxial growth on a silicon substrate is basically possible. As the epitaxial growth method, for example, Molecular Beam Epitaxy (MBE), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), Liquid Phase Epitaxy (LPE), etc. There is this. In other words, any method of film formation may be used as long as it is an epitaxial growth method.

칼코파이라이트계 재료의 밴드 갭과 격자 정수를 도 3에 도시한다.The band gap and lattice constant of the chalcopyrite-based material are shown in FIG. 3.

도 3에 도시하는 바와 같이, 실리콘(Si)의 격자 정수(a)는 a=5.431(도면중, 1점쇄선으로 도시한다)이다. 이 격자 정수치에 격자 정합시켜서 형성하는 것이 가능한 혼정으로서, CuAlGaInSSe계 혼정이 있고, CuAlGaInSSe계 혼정으로 하면 실리콘(100) 기판상에 에피택셜 성장이 가능해진다.As shown in FIG. 3, the lattice constant a of silicon (Si) is a = 5.431 (shown with a dashed-dotted line in drawing). As a mixed crystal which can be formed by lattice matching to the lattice constant value, there is a CuAlGaInSSe-based mixed crystal, and when the CuAlGaInSSe-based mixed crystal is used, epitaxial growth is possible on the silicon 100 substrate.

도 4에 도시하는 바와 같이, 격자 정수(a)=5.431(도면중, 1점쇄선으로 도시한다)의 조건으로, 조성을 바꾸어 밴드 갭을 제어하는 것이 가능해지기 때문에, RGB 분광시키는 막을 성장시키는 것도 가능해진다. 이하, R은 적색, G는 녹색, B는 청색으로 하여 설명한다. 예를 들면, R분광용 광전변환 재료로서 CuGa0 .52In0 .48S2를 사용한다. G분광용 광전변환 재료로서 CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2를 사용한다. 또한 B분광용 광전변환 재료로서, CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72를 사용한다. 이 경우, 각각의 밴드 갭이 2.00eV, 2.20eV, 2.51eV가 된다. 이때 도 5에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)상에 R분광용 광전변환 재료, G분광용 광전변환 재료, B분광용 광전변환 재료의 순서로 적층함으로써, 깊이 방향으로 분광하는 것이 가능해진다.As shown in Fig. 4, the band gap can be controlled by changing the composition under the condition of lattice constant (a) = 5.431 (indicated by a dashed line in the figure), so that it is also possible to grow a film for RGB spectroscopy. Become. Hereinafter, it demonstrates that R is red, G is green, and B is blue. For example, the use of CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 as a photoelectric conversion material for R spectroscopy. As G spectral photoelectric conversion material for use CuAl 0 .24 Ga 0 .23 In 0 .53 S 2. Also uses B as a photoelectric conversion material for spectroscopic, CuAl .28 0 .36 0 .64 Ga 1 S Se 0 .72. In this case, each band gap is 2.00 eV, 2.20 eV, and 2.51 eV. At this time, as shown in FIG. 5, by laminating in order of the R-spectral photoelectric conversion material, the G-spectral photoelectric conversion material, and the B-spectral photoelectric conversion material on the silicon substrate 11, spectroscopy in the depth direction becomes possible. .

이와 같이 깊이 방향의 분광이 가능한 밴드 갭 영역으로서는, RGB의 광자 에너지를 고려하면 이하와 같이 된다. 즉, 도 1에 도시한 상기 광전변환층(13)은, 적색광을 분광하는 제 1 광전변환층(21)과, 녹색광을 분광하는 제 2 광전변환층(22)과, 청색광을 분광하는 제 3 광전변환층(23)으로 형성되어 있다. 상기 제 1 광전변환층(21)은, 밴드 갭이 2.00eV±0.1eV(파장 590㎚ 내지 650㎚)의 범위에 있으면 좋다. 상기 제 2 광전변환층(22)은, 밴드 갭이 2.20eV±0.15eV(파장 530㎚ 내지 605㎚)의 범위에 있으면 좋다. 상기 제 3 광전변환층(23)은, 밴드 갭이 2.51eV±0.2eV(파장 460㎚ 내지 535㎚))의 범위에 있으면 좋다.Thus, as a band gap area | region which can spectrograph in a depth direction, when considering photon energy of RGB, it becomes as follows. That is, the photoelectric conversion layer 13 shown in FIG. 1 includes a first photoelectric conversion layer 21 for spectroscopy of red light, a second photoelectric conversion layer 22 for spectra of green light, and a third for spectroscopy of blue light. It is formed of the photoelectric conversion layer 23. The first photoelectric conversion layer 21 may have a band gap in the range of 2.00 eV ± 0.1 eV (wavelength of 590 nm to 650 nm). The second photoelectric conversion layer 22 may have a band gap in the range of 2.20 eV ± 0.15 eV (wavelengths of 530 nm to 605 nm). The third photoelectric conversion layer 23 may have a band gap in the range of 2.51 eV ± 0.2 eV (wavelengths of 460 nm to 535 nm).

이때의 조성으로서는, 상기 제 1 광전변환층(21)은, CuAlxGayInzS2이고, 또한 0≤x≤0.12, 0.38≤y≤0.52, 0.48≤z≤0.50이면서 x+y+z=1이다. 상기 제 2 광전변환층(22)은, CuAlxGayInzS2이고, 또한 0.06≤x≤0.41, 0.01≤y≤0.45, 0.49≤z≤0.58이면서 x+y+z=1이다. 상기 제 3 광전변환층(23)은, CuAlxGaySuSev이고, 또한 0.31≤x≤0.52, 0.48≤y≤0.69, 1.33≤u≤1.38, 0.62≤v≤0.67, 또한 x+y+u+v=3(또는 x+y=1 및 u+v=2)이다. 도 1에서는, 각각의 한 예를 도시하고 있다.At this time, the first photoelectric conversion layer 21 is CuAl x Ga y In z S 2 , and 0 + x ≦ 0.12, 0.38 ≦ y ≦ 0.52, 0.48 ≦ z ≦ 0.50 and x + y + z. = 1. The second photoelectric conversion layer 22 is CuAl x Ga y In z S 2 , and 0.06 ≦ x ≦ 0.41, 0.01 ≦ y ≦ 0.45, 0.49 ≦ z ≦ 0.58 and x + y + z = 1. The third photoelectric conversion layer 23 is CuAl x Ga y S u Se v , further 0.31 ≦ x ≦ 0.52, 0.48 ≦ y ≦ 0.69, 1.33 ≦ u ≦ 1.38, 0.62 ≦ v ≦ 0.67, and x + y + u + v = 3 (or x + y = 1 and u + v = 2). In FIG. 1, an example of each is shown.

[고체 촬상 장치의 변형례(초격자(超格子)의 적용)][Modifications of Solid-State Imaging Apparatus (Application of Superlattice)]

그런데, 에피택셜 성장 장치의 제약이나 에피택셜 성장 조건에 따라서는, 칼코파이라이트계의 RGB용 광전변환층의 각 층의 일부, 또는 모든 층이 고용(固容) 상태이고 결정 성장할 수가 없는 경우가 있다.By the way, depending on the constraints and epitaxial growth conditions of the epitaxial growth apparatus, some or all of the layers of the chalcopite-based RGB photoelectric conversion layer may be in solid solution and cannot be crystal-grown. have.

그 경우에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 임계 막두께 이내의 초격자를 이용하여 성장시키는 것도 가능하다. 예를 들면 CuGaXIn1 - XS2의 성장에서는, 실리콘 기판(11)상에, 성장 가능한 CuGaS2층(32)과 CuInS2층(31)을 임계 막두께 이내로교대로 성장시킨다.In that case, as shown in FIG. 6, it is also possible to grow using a superlattice within a critical film thickness. For example, in the growth of CuGa X In 1 - X S 2, the growable CuGaS 2 layer 32 and the CuInS 2 layer 31 are alternately grown on the silicon substrate 11 to within the critical film thickness.

이 때, 각 층의 두께를 제어함으로써, 전체의 조성비가 희망하는 조성비가 되도록 설계할 수 있고, 의사적(擬似的)인 혼정을 형성할 수 있다. 여기서, 초격자의 각 층을 임계 막두께(hc) 이내로 설정하는 이유는, 임계 막두께(hc)를 초과하여 성막하면, 미스 피트 전위의 결함이 들어가 버려 결정성을 손상시키기 때문에, 이것을 피하기 위해서다. 임계 막두께의 정의로서는, 도면중의 Matthews-Blakeslee의 식(式)으로 규정된다.At this time, by controlling the thickness of each layer, it is possible to design so that the total composition ratio becomes a desired composition ratio, and a pseudo mixed crystal can be formed. The reason why each layer of the superlattice is set within the critical film thickness hc is to avoid this because film formation exceeding the critical film thickness hc causes defects in mispit dislocations and impairs crystallinity. . As the definition of the critical film thickness, it is defined by the equation of Matthews-Blakeslee in the figure.

또한, 와이드 밴드 갭 재료를 광전변환층으로서 사용한 경우, 열에 의한 캐리어의 발생이 억제됨으로써, 열 잡음이 작아지고, 결과로서 양호한 화상을 제공할 수 있다.In addition, when a wide band gap material is used as the photoelectric conversion layer, generation of carriers due to heat is suppressed, whereby thermal noise is reduced, and as a result, a good image can be provided.

그런데, 결정 성장 방법이지만, 트랜지스터나 판독 회로나 배선 등의 부분을 미리, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료로 덮고, 일부 실리콘 기판이 노출하여 있는 곳에, 선택적으로 상기 광전변환층(13)을 성장시켜도 좋다. 또한 그 후, 산화 실리콘이나 질화 실리콘 등의 재료 표면에서 래터럴 방향으로 성장시켜서, 거의 전면에 광전변환층(13)을 성장시켜도 좋다.By the way, in the crystal growth method, a portion of a transistor, a readout circuit, a wiring, or the like is previously covered with a material such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), and at least a portion of the silicon substrate is exposed to the photoelectric. The conversion layer 13 may be grown. After that, the photoelectric conversion layer 13 may be grown almost on the entire surface by growing in the lateral direction on the surface of a material such as silicon oxide or silicon nitride.

이 때, RGB 분광도 양호하고, 또한 혼색이 작아진다. 이러한 재료의 밴드 갭으로부터 예측되는 흡수계수(α)의 파장 의존성을 도 7에 도시한다.At this time, RGB spectroscopy is also favorable and mixing color becomes small. The wavelength dependence of the absorption coefficient α predicted from the band gap of this material is shown in FIG.

도 7에 도시하는 바와 같이, 밴드 갭보다 저에너지측의 광자 에너지로는 흡수계수(α)가 가파르게 작아지고 있는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the absorption coefficient α is steeply reduced with the photon energy on the lower energy side than the band gap.

[특성의 비교][Comparison of Characteristics]

다음에, 본 발명의 고체 촬상 장치의 한 예의 분광 감도 특성을 나타낸다. 그 만큼광 감도 특성은, 한 예로서, 도 8에 도시하는 깊이 방향으로 분광하는 구성의 것을 이용하였다. 즉, 상기 광전변환층(13)의 제 1 광전변환층(21)으로는, 두께가 0.8㎛의 CuGa0 .52In0 .48S2막을 사용하였다. 또한 제 2 광전변환층(22)으로는, 두께가 0.7㎛의 CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2막을 사용하였다. 또한 제 3 광전변환층(23)으로는, 두께가 0.3㎛의 CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 . 72을 사용하였다.Next, the spectral sensitivity characteristic of one example of the solid-state imaging device of the present invention is shown. As an example, as the light sensitivity characteristic, one having a configuration spectroscopically in the depth direction shown in FIG. 8 was used. That is, the first photoelectric conversion layer 21 of the photoelectric conversion layer 13 has a thickness that was used CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 film of 0.8㎛. Further it was used the second photoelectric conversion layer 22, the thickness of 0.7㎛ CuAl 0 .24 Ga 0 .23 In 0 .53 S 2 of the film. The third photoelectric conversion layer to 23, Se 0 .28 0 .36 CuAl the thickness 0.3㎛ Ga 0 .64 S 1. 72 was used.

상기 구성의 광전변환층(13)의 분광 감도 특성은, 도 9에 도시하는 바와 같이, R광, G광, B광의 각 색의 분리가 좋고, 혼색이 작은 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, the spectral sensitivity characteristics of the photoelectric conversion layer 13 having the above-described configuration have good separation of each color of the R light, the G light, and the B light, and show that the mixed color is small.

한편, 전술한 미국 특허 제5965875호 명세서에 기재된 깊이 방향으로 분광하는 구성에서는, 예를 들면, 도 10에 도시하는 바와 같이, R분광용 광전변환층(121)은 Si층이 2.6㎛의 두께로 형성되어 있다. G분광용 광전변환층(122)은 Si층이 1.7㎛의 두께로 형성되어 있다. B분광용 광전변환층(123)은 Si층이 0.6㎛의 두께로 형성되어 있다. 즉, 광전변환층(113)의 막두께는 4.9㎛가 되어 있다.On the other hand, in the structure spectroscopically described in the depth direction described in the above-mentioned US Patent No. 5965875, for example, as shown in FIG. 10, the R-spectral photoelectric conversion layer 121 has a Si layer of 2.6 mu m thickness. Formed. In the G-spectral photoelectric conversion layer 122, the Si layer is formed to a thickness of 1.7 mu m. In the B-spectral photoelectric conversion layer 123, the Si layer is formed to a thickness of 0.6 mu m. That is, the film thickness of the photoelectric conversion layer 113 is 4.9 micrometers.

이 광전변환층(113)의 분광 감도 특성은, 도 11에 도시하는 바와 같이, R광, G광, B광의 각 색의 분리가 나쁘고, 혼색이 큰 분광 감도 특성으로 되어 있다.As shown in FIG. 11, the spectral sensitivity characteristics of the photoelectric conversion layer 113 are poor in separation of each color of the R light, the G light, and the B light, and have a large spectral sensitivity characteristic.

상기 고체 촬상 장치(1)라면, 온 칩 컬러 필터(OCCF)를 이용하지 않아도 색 분리가 양호한 분광을 행할 수 있는데다가, 온 칩 컬러 필터(OCCF)와 같이 광을 컷트하지 않기 때문에, 광의 이용 효율이 높고, 감도도 높은 것이 된다.The solid-state imaging device 1 can perform spectroscopy with good color separation without using an on-chip color filter (OCCF), and does not cut light like an on-chip color filter (OCCF). This is high and the sensitivity is also high.

또한 1화소에 RGB의 3색의 정보가 얻어지기 때문에, 디모자이크 처리가 불필요하게 되고, 위색의 발생이 원리적으로 없고, 고해상도가 된다.In addition, since information of three colors of RGB is obtained in one pixel, demosaicing processing becomes unnecessary, and there is no generation of false colors in principle, resulting in high resolution.

또한 동시에 로우패스 필터가 불필요하게 되어, 비용적인 메리트도 있다.At the same time, the low-pass filter becomes unnecessary, and there is a cost merit.

또한 실리콘(Si) 기판에 격자 정합하고 있기 때문에, 두껍게 결정 성장시켜도 결정 결함이 들어가지 않는다. 따라서 암전류가 작다.In addition, since lattice matching is performed on the silicon (Si) substrate, crystal defects do not enter even when the crystal is grown thick. Therefore, the dark current is small.

그런데, 전술한 일본 특개2006-245088호 공보(특개2006-245088호 공보)의 발명은, SiCGe계 혼정이나 Si/SiC의 초격자를 실리콘(Si) 기판상에 제작하는 것이다. 이 구성에서는, 실리콘(Si)의 흡수계수가 낮기 때문에, 분광하는데는 두껍게 형성할 필요가 있고, 그 때문에, 결정 결함이 들어가기 쉽다. 또한 GaAs 기판상의 결정 성장에도 언급하고 있지만, GaAs의 경우, Ga원소가 자원으로서 적고, 기판 비용이 높다. 또한, 기판에 독성이 있기 때문에 환경에 악영향을 미친다.By the way, the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 2006-245088 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-245088) manufactures a SiCGe-based mixed crystal and a Si / SiC superlattice on a silicon (Si) substrate. In this configuration, since the absorption coefficient of silicon (Si) is low, it is necessary to form thick for spectroscopy, and therefore crystal defects tend to enter. In addition, although mention is also made of crystal growth on a GaAs substrate, in the case of GaAs, Ga elements are small as resources and the substrate cost is high. In addition, the toxicity to the substrate adversely affects the environment.

<2. 제 2의 실시의 형태><2. Second Embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 2 예][2nd example of the structure of a solid-state imaging device]

다음에, 본 발명의 제 2 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 2 예를, 도 12의 개략 구성 단면도, 도 13의 신호 판독의 회로도, 도 12의 제로 바이어스 상태에서의 밴드 다이어그램에 의해 설명한다. 여기서는, 신호 판독과 애벌란시 증배를 동시에 일으키는 구조에 관해 설명한다.Next, the 2nd example of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated with the schematic block sectional drawing of FIG. 12, the circuit diagram of the signal reading of FIG. 13, and the band diagram in the zero bias state of FIG. do. Here, a structure for causing signal reading and avalanche multiplication at the same time will be described.

도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 p형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 n형 실리콘층으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 이 광전변환층(13)은, 제 1 전극층(12)상에, i-CuGa0.52In0.48S2막의 제 1 광전변환층(21), i-CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2막의 제 2 광전변환층(22), p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 제 3 광전변환층(23)이 차례로 적층, 형성되어 있다. 또한, 상기 광전변환층(13)상에는, 투광성을 갖는 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 예를 들면 인듐주석옥사이드(ITO), 산화 아연, 인듐아연 산화물 등의 투명 전극 재료로 형성되어 있다.As shown in FIG. 12 and FIG. 13, the silicon substrate 11 is formed of a p-type silicon substrate. The first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, an n-type silicon layer formed on the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a lattice match and formed of a CuAlGaInSSe-based mixed crystal is formed. The photoelectric conversion layer 13, first electrode layer 12 on, i-CuGa 0.52 In 0.48 S 2 film, the first photoelectric conversion layer (21), i-CuAl Ga 0 .24 0 .23 0 .53 In S 2 film a second photoelectric conversion layer (22), p-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 third photoelectric conversion layer 23 are sequentially stacked of Se 0 .72, is formed. On the photoelectric conversion layer 13, a second electrode layer 14 having light transparency is formed. The second electrode layer 14 is formed of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide, indium zinc oxide, or the like.

단, 상기 광전변환층(13)은, 전체로 p-i-n 구조로 되어 있다.However, the photoelectric conversion layer 13 has a p-i-n structure as a whole.

또한, 상기 제 1 전극층(12)에는 판독용 전극(15)이 형성되고, 또한 상기 실리콘 기판(11)에는 게이트 MOS(41)를 통하여 화살표 방향으로 판독하는 판독 회로(51)가 형성되어 있다. 게이트 MOS(41)는, 게이트 절연막상에 게이트 전극이 형성된 구조이고, 이하에 기재한 게이트 MOS도 같은 구조이다.The first electrode layer 12 is provided with a read electrode 15, and the silicon substrate 11 has a read circuit 51 for reading in the direction of the arrow through the gate MOS 41. The gate MOS 41 has a structure in which a gate electrode is formed on the gate insulating film, and the gate MOS described below has the same structure.

상기 판독 회로(51)는, 광전변환층(13)에 접속된 플로팅 디퓨전부(FD)에 리셋 트랜지스터(M1)의 확산층, 증폭 트랜지스터(M2)의 게이트 전극이 접속되어 있다. 또한 증폭 트랜지스터(M2)의 확산층을 공통으로 하는 선택 트랜지스터(M3)가 접속되어 있다. 이 선택 트랜지스터(M3)의 확산층에는 출력 라인이 접속되어 있다.In the readout circuit 51, the diffusion layer of the reset transistor M 1 and the gate electrode of the amplifying transistor M 2 are connected to the floating diffusion portion FD connected to the photoelectric conversion layer 13. Further, a selection transistor M3 having a common diffusion layer of the amplifying transistor M 2 is connected. An output line is connected to the diffusion layer of the selection transistor M 3 .

고체 촬상 장치(이미지 센서)(2)는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는다.The solid-state imaging device (image sensor) 2 has a structure as described above.

다음에, 도 14의 밴드 다이어그램에 도시하는 바와 같이, 상기 광전변환층(13)이 p-i-n 구조로 되어 있기 때문에, 내부 전계에 의해 밴드가 경사하고 있다. 이 경사 때문에, 광조사로 생성된 전자-정공 쌍이, 전자와 정공으로 공간적으로 분리되게 된다.Next, as shown in the band diagram of FIG. 14, since the photoelectric conversion layer 13 has a p-i-n structure, the band is inclined by an internal electric field. Because of this inclination, the electron-hole pairs generated by light irradiation are spatially separated into electrons and holes.

또한, 각각 각 3층의 계면 부근의 와이드 갭측에 연속적인 조성 제어에 의한 스파이크형상의 장벽이 BB≥BG≥BR>kT(=26meV)의 조건으로 형성됨으로써, 광전자가 갇혀져서 RGB별로 축적이 가능해진다(광전자 축적). 여기서, k는 볼쯔만 상수이고, kT는 실온의 열에너지에 대응하다.Further, spike-like barriers by continuous composition control are formed on the wide gap side near the interface of each of the three layers, respectively, under the conditions of B B ≥ B G ≥ B R > kT (= 26 meV), whereby the photoelectrons are trapped and for each RGB Accumulation is possible (photoelectron accumulation). Where k is the Boltzmann constant and kT corresponds to the thermal energy at room temperature.

또한, 가령 상기 장벽이 없다면, 밴드 갭이 높은 층부터 낮은 층으로 캐리어가 자연스럽게 이동하기 때문에, RGB별로 축적은 불가능하게 된다.In addition, without the above-mentioned barrier, since carriers naturally move from a layer having a high band gap to a layer having a low band gap, accumulation by RGB becomes impossible.

이와 같은 고체 촬상 장치(2)에서는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 역바이어스(VR)를 인가함으로써, 우선 R신호만 판독할 수 있다. G신호나 B신호에 관해서는 스파이크형상의 장벽에 의해, 갇혀 있다.In such a solid-state imaging device 2, as shown in FIG. 15, only the R signal can be read first by applying the reverse bias V R. The G and B signals are trapped by spike-like barriers.

이때, 제 1 전극층(12)의 n형 실리콘층과 제 1 광전변환층(21)의 i-CuGa0.52In0.48S2막과의 사이에는, 전도대의 에너지 단차가 원래 있다. 이 때문에, 낮은 전압 인가로도, 충돌에 의해 격자에 큰 운동 에너지를 줌으로써, 이온화에 의한 새로운 전자-정공 쌍을 생성하고, 애벌란시 증배가 생긴다.At this time, an energy step of the conduction band is originally present between the n-type silicon layer of the first electrode layer 12 and the i-CuGa 0.52 In 0.48 S 2 film of the first photoelectric conversion layer 21. For this reason, even with a low voltage application, by giving a large kinetic energy to the lattice by collision, a new electron-hole pair by ionization is generated, and avalanche multiplication occurs.

또한, 신호 판독에는, 일단, 제 1 전극층(12)의 n형 실리콘층에 전하를 축적한 상태로 한 다음, 게이트 MOS(41)를 이용하여, 판독 회로(51)측에서 신호를 판독한다. 또한, 도 16, 도 17에 도시하는 바와 같이, VG, VB의 순서로 전압을 순차적으로 인가함으로써, G신호와 B신호를 판독하는 것이 가능해진다(단지 VB>VG>VR). 이 경우도 제 1 전극층(12)의 n형 실리콘층과 제 1 광전변환층(21)의 i-CuGa0 .52In0 .48S2막과의 사이의 전도대의 에너지 단차뿐만 아니라, 각 칼코파이라이트계 재료의 전도대의 에너지 단차의 효과로도, 애벌란시 증배가 마찬가지로 생긴다.Further, for signal reading, once the charge is accumulated in the n-type silicon layer of the first electrode layer 12, the signal is read from the read circuit 51 side using the gate MOS 41. 16 and 17, by sequentially applying voltages in the order of V G and V B , it becomes possible to read the G signal and the B signal (only V B > V G > V R ). . In this case as well as the energy level difference of the conduction band between the i-CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 film of the first electrode layer (12) n-type silicon layer and the first photoelectric conversion layer 21 of each knife Even with the effect of the energy step of the conduction band of the copyrite-based material, avalanche multiplication occurs similarly.

이와 같은 판독 방법에서는, 상기 일본 특개2007-123720호 공보(미국 특허 제5965875호 명세서)과 같은 플러그 구조가 불필요하기 때문에, 포토다이오드 면적이 크게 취할 수 있다. 그 결과, 감도가 향상할 뿐만 아니라, 프로세스가 간편하게 되기 때문에, 비용이 낮게 억제된다.In such a reading method, since the plug structure as in Japanese Patent Laid-Open No. 2007-123720 (US Patent No. 5965875) is unnecessary, the photodiode area can be large. As a result, not only the sensitivity is improved but also the process is simplified, so that the cost is kept low.

그런데, 상술한 바와 같이 신호의 판독에 게이트 MOS를 사용한 판독 방법을 기술하였지만, 도 18에 도시하는 바와 같이, 직접, 제 1 전극층(12)의 n형 실리콘층에 판독용 전극(15)을 형성하여, 판독하여도 좋다.By the way, as described above, the reading method using the gate MOS has been described. However, as shown in Fig. 18, the reading electrode 15 is formed on the n-type silicon layer of the first electrode layer 12 directly. May be read.

이상과 같이, 상기 고체 촬상 장치(2)와 같이, 조성을 바꾸어 밴드 갭을 제어함으로써, RGB 깊이 방향의 분광과, 광전자 축적과, 3단계 전압 인가에 의한 신호 판독과, 애벌란시 증배의 저전압화가 동시에 가능해진다.As described above, by changing the composition to control the band gap as in the solid-state imaging device 2, the spectroscopy in the RGB depth direction, the photoelectron accumulation, the signal reading by applying the three-stage voltage, and the reduction of the avalanche multiplication at the same time It becomes possible.

<3. 제 3의 실시의 형태><3. Third embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 3 예][Third example of configuration of solid state imaging device]

상기에서는, 깊이 방향으로 분광하는 구조와, 애벌란시 증배를 동시에 일으키는 구조에 관해 기술하였다. 다음에, 본 발명의 제 3 실시의 형태로서, 단순하게 애벌란시 증배만의 구조도 가능하기 때문에, 그 한 예를, 도 19의 제로 바이어스시의 밴드 다이어그램 및 도 20의 역바이어스시의 밴드 다이어그램에 의해 설명한다.In the above, the structure which spectroscopy in the depth direction and the structure which produces avalanche multiplication simultaneously were described. Next, as the third embodiment of the present invention, a simple avalanche multiplication structure is also possible, and examples thereof include a band diagram at zero bias in FIG. 19 and a band diagram at reverse bias in FIG. 20. Explain by.

도 19 및 도 20에 도시하는 바와 같이, 밴드 갭을 연속적으로, 또는, 단계적으로 변화시킴으로써, 큰 단차를 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 도 14 내지 도 17에 도시한 경우에 비하여, 전도대의 에너지 단차가 더욱 커지기 때문에, 낮은 구동 전압으로, 보다 큰 애벌란시 증배가 가능하게 된다. 이 경우, 표면측에 온 칩 컬러 필터(OCCF) 등의 컬러 필터를 붙여서, 색 분리를 행하여도 좋다.As shown in FIG.19 and FIG.20, a big step | step can be obtained by changing a band gap continuously or stepwise. In this case, since the energy step of the conduction band becomes larger than in the case shown in FIGS. 14 to 17, a large avalanche multiplication is possible at a low driving voltage. In this case, color separation may be performed by attaching a color filter such as an on-chip color filter (OCCF) to the surface side.

또한, 신호의 판독 방법으로서는, 상기 설명한 바와 같이 깊이 방향으로 전압을 인가하는 것만이 아니다. 예를 들면, 광전변환층을 p-i-n 구조 또는 pn 구조로 하여, 전압을 인가함으로써 신호를 판독하는 것이 가능하다. 이 한 예를, 도 21 및 도 22에 의해 설명한다.In addition, as a method of reading a signal, as described above, not only a voltage is applied in the depth direction. For example, a signal can be read out by applying a voltage using the photoelectric conversion layer as a p-i-n structure or a pn structure. One example of this will be explained with reference to FIGS. 21 and 22.

도 21에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 p형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 n형 실리콘층으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 이 광전변환층(13)은, 제 1 전극층(12)상부터, CuGa0.52In0.48S2막의 제 1 광전변환층(21), CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2막의 제 2 광전변환층(22), CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 제 3 광전변환층(23)이 적층되어 형성되어 있다. 또한 상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22) 및 상기 제 3 광전변환층(23)은, 각각의 중앙부가 i층으로 형성되고, 그 일방측이 p층, 타방측이 n층으로 형성되어 있다. 따라서, p-i-n 구조로 되어 있다.As shown in FIG. 21, the silicon substrate 11 is formed of a p-type silicon substrate. The first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, an n-type silicon layer formed on the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a lattice match and formed of a CuAlGaInSSe-based mixed crystal is formed. The photoelectric conversion layer 13, first electrode layer 12 from the, CuGa 2 S 0.48 0.52 In the first photoelectric conversion layer film (21), CuAl Ga 0 .24 0 .23 0 .53 In the film 2 S second photoelectric conversion layer (22), CuAl 0 .36 is Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 the third photoelectric conversion layer 23 of 0.72 is formed is stacked. In the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23, each center portion is formed of an i layer, and one side thereof has a p layer and the other side. The side is formed by n layers. Therefore, it has a pin structure.

또는, 도시는 하고 있지 않지만, 상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22) 및 상기 제 3 광전변환층(23)은, 각각의 일방측이 p층, 타방측이 n층으로 형성되어 있다. 따라서, pn 구조로 되어 있다.Alternatively, although not illustrated, each of the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23 has a p layer and the other side thereof. It is formed by n layers. Therefore, it has a pn structure.

또한, 상기 광전변환층(13)의 제 2 광전변환층(22)의 p층상 및 제 3 광전변환층(23)의 p층상에는, p형 전극(제 2 전극층)층(14p)이 형성되어 있다. 또한, 상기 광전변환층(13)의 제 2 광전변환층(22)의 n층상 및 제 3 광전변환층(23)의 n층상에는, n형 전극(제 2 전극층)층(14n)이 형성되어 있다. 상기 p형 전극층(14p)은, 필요 없는 경우도 있다.Further, a p-type electrode (second electrode layer) layer 14p is formed on the p layer of the second photoelectric conversion layer 22 and the p layer of the third photoelectric conversion layer 23 of the photoelectric conversion layer 13. have. In addition, an n-type electrode (second electrode layer) layer 14n is formed on the n-layer of the second photoelectric conversion layer 22 and the n-layer of the third photoelectric conversion layer 23 of the photoelectric conversion layer 13. have. The p-type electrode layer 14p may not be necessary.

또한, 상기 실리콘 기판(11)에는 게이트 MOS(41)를 통하여 화살표 방향으로 판독하는 판독 회로(51)가 형성되어 있다.The silicon substrate 11 is provided with a read circuit 51 for reading in the direction of the arrow through the gate MOS 41.

도 22에 도시하는 바와 같이, 상기 판독 회로(51)는, 광전변환층(13)에 접속된 플로팅 디퓨전부(FD)에 리셋 트랜지스터(M1)의 확산층, 증폭 트랜지스터(M2)의 게이트 전극이 접속되어 있다. 또한 증폭 트랜지스터(M2)의 확산층을 공통으로 하는 선택 트랜지스터(M3)가 접속되어 있다. 이 선택 트랜지스터(M3)의 확산층에는 출력 라인이 접속되어 있다.As shown in FIG. 22, the read circuit 51 includes a diffusion layer of the reset transistor M 1 and a gate electrode of the amplifying transistor M 2 in the floating diffusion portion FD connected to the photoelectric conversion layer 13. Is connected. Further, a selection transistor M 3 having a common diffusion layer of the amplifying transistor M 2 is connected. An output line is connected to the diffusion layer of the selection transistor M 3 .

고체 촬상 장치(이미지 센서)(3)는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는다.The solid-state imaging device (image sensor) 3 has a structure as described above.

상기한 바와 같이, 광전변환층(13)을 p-i-n 구조 또는 pn 구조로 하여도, 전압을 인가함으로써 신호를 판독하는 것이 가능하다. 또한, 반드시 역바이어스를 인가하지 않아도 신호를 판독하는 것은 가능해진다.As described above, even when the photoelectric conversion layer 13 has a p-i-n structure or a pn structure, it is possible to read a signal by applying a voltage. Further, the signal can be read without necessarily applying the reverse bias.

상기 도 21에 도시한 고체 촬상 장치(3)에서는, 도 23에 도시한 밴드 다이어그램으로 되어 있다. 즉, 제 2 광전변환층(22)/제 3 광전변환층(23)의 계면 부근의 와이드 갭측에 조성 제어에 의한 장벽이 B>kT(=26meV)의 조건으로 형성됨으로써, B의 광전자가 갇혀져서 B의 광전자의 축적이 가능해진다. 마찬가지로, 제 1 광전변환층(21)/제 2 광전변환층(22)의 계면 부근의 각각의 와이드 갭측에 조성 제어에 의한 장벽이 B>kT(=26meV)의 조건으로 형성됨으로써, G의 광전자가 갇혀져서 G의 광전자의 축적이 가능해진다. R에 관해서는 n형 실리콘층의 제 1 전극층(12)측으로 전자가 이동하여, 그것을 게이트 MOS(41)에서 판독하고 있다.In the solid-state imaging device 3 shown in FIG. 21, the band diagram shown in FIG. That is, a barrier by composition control is formed on the wide gap side near the interface of the second photoelectric conversion layer 22 / third photoelectric conversion layer 23 under the condition of B> kT (= 26 meV), whereby the photoelectron of B is trapped. It is possible to accumulate B photoelectrons. Similarly, a barrier by composition control is formed on the wide gap side near the interface of the first photoelectric conversion layer 21 / the second photoelectric conversion layer 22 under the condition of B> kT (= 26 meV), whereby G photoelectron Is trapped, allowing the accumulation of G photoelectrons. Regarding R, electrons move to the first electrode layer 12 side of the n-type silicon layer and are read by the gate MOS 41.

<4. 제 4의 실시의 형태><4. Fourth embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 4 예][Fourth Example of Configuration of Solid-State Imaging Device]

또한, 상기 고체 촬상 장치(3)를 이하와 같은 구성으로 하는 것도 가능하다. 그 구성을, 본 발명의 제 4 실시의 형태로서, 이하에 설명한다.Moreover, it is also possible to make the said solid-state imaging device 3 into the following structures. The configuration will be described below as a fourth embodiment of the present invention.

도 24에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 p형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 상기 실리콘 기판(11)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 이 광전변환층(13)은, 제 1 전극층(12)상부터, CuGa0.52In0.48S2막의 제 1 광전변환층(21), CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2막의 제 2 광전변환층(22), CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 제 3 광전변환층(23)이 적층되어 형성되어 있다. 또한 상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22) 및 상기 제 3 광전변환층(23)은, 각각의 중앙부가 i층으로 형성되고, 그 일방측이 p층, 타방측이 n층으로 형성되어 있다. 따라서, p-i-n 구조로 되어 있다.As shown in FIG. 24, the silicon substrate 11 is formed of a p-type silicon substrate. On the silicon substrate 11, a photoelectric conversion layer 13 including lattice matching and CuAlGaInSSe-based mixed crystals is formed. The photoelectric conversion layer 13, first electrode layer 12 from the, CuGa 2 S 0.48 0.52 In the first photoelectric conversion layer film (21), CuAl Ga 0 .24 0 .23 0 .53 In the film 2 S second photoelectric conversion layer (22), CuAl 0 .36 is Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 the third photoelectric conversion layer 23 of 0.72 is formed is stacked. In the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23, each center portion is formed of an i layer, and one side thereof has a p layer and the other side. The side is formed by n layers. Therefore, it has a pin structure.

또는, 도시는 하고 있지 않지만, 상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22) 및 상기 제 3 광전변환층(23)은, 각각의 일방측이 p층, 타방측이 n층으로 형성되어 있다. 따라서, pn 구조로 되어 있다.Alternatively, although not illustrated, each of the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23 has a p layer and the other side thereof. It is formed by n layers. Therefore, it has a pn structure.

또한, 상기 광전변환층(13)의 제 1 광전변환층(21)의 p층상 및 제 2 광전변환층(22)의 p층상 및 제 3 광전변환층(23)의 p층상에는, 각각, p형 전극(제 2 전극층)층(14p)이 형성되어 있다. 또한, 상기 광전변환층(13)의 제 1 광전변환층(21)의 n층상 및 제 2 광전변환층(22)의 n층상 및 제 3 광전변환층(23)의 n층상에는, 각각, n형 전극(제 2 전극층)층(14n)이 형성되어 있다. 상기 p형 전극층(14p)은, 필요 없는 경우도 있다.In addition, p is on the p layer of the first photoelectric conversion layer 21 of the photoelectric conversion layer 13, p of the second photoelectric conversion layer 22 and p of the third photoelectric conversion layer 23, respectively. The type electrode (second electrode layer) layer 14p is formed. In addition, n is on the n layer of the first photoelectric conversion layer 21 of the photoelectric conversion layer 13, n of the second photoelectric conversion layer 22 and n of the third photoelectric conversion layer 23, respectively. The type electrode (second electrode layer) layer 14n is formed. The p-type electrode layer 14p may not be necessary.

또한, 상기 실리콘 기판(11)에는, 상기 제 1 광전변환층(21)의 예를 들면 일방측에 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 n형 실리콘층으로 이루어진다. 또한 제 1 광전변환층(21)상에 형성된 n형 전극층(14n)이 상기 제 1 전극층(12)상에 형성된 전극(17)에 예를 들면 배선(18)으로 접속되어 있다. 또한, 상기 실리콘 기판(11)에는, 상기 제 1 전극층(12)에 인접하여 게이트 MOS(41)가 형성되고, 이 게이트 MOS(41)를 통하여, 상기 도 22의 회로도에서 설명한 바와 마찬가지의 판독 회로가 형성되어 있다.In the silicon substrate 11, the first electrode layer 12 is formed on one side of the first photoelectric conversion layer 21, for example. The first electrode layer 12 is made of, for example, an n-type silicon layer formed on the silicon substrate 11. The n-type electrode layer 14n formed on the first photoelectric conversion layer 21 is connected to the electrode 17 formed on the first electrode layer 12 by, for example, a wiring 18. In the silicon substrate 11, a gate MOS 41 is formed adjacent to the first electrode layer 12, and through this gate MOS 41, a read circuit similar to that described in the circuit diagram of FIG. Is formed.

고체 촬상 장치(이미지 센서)(4)는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는다.The solid-state imaging device (image sensor) 4 has a structure as described above.

상기 고체 촬상 장치(4)의 밴드 다이어그램을 도 25에 의해 설명한다. 도 25에 도시하는 바와 같이, 제 2 광전변환층(22)/제 3 광전변환층(23)의 계면 부근의 와이드 갭측에 조성 제어에 의한 장벽이 B>kT(=26meV)의 조건으로 형성됨으로써, B의 광전자가 갇혀져서 B의 광전자의 축적이 가능해진다. 마찬가지로, 제 1 광전변환층(21)/제 2 광전변환층(22)의 계면 부근의 각각의 와이드 갭측에 조성 제어에 의한 장벽이 B>kT(=26meV)의 조건으로 형성됨으로써, G의 광전자가 갇혀져서 G의 광전자의 축적이 가능해진다. 또한, 마찬가지로, 제 1 광전변환층(21)/실리콘 기판(11)의 계면 부근의 각각의 와이드 갭측에 조성 제어에 의한 장벽이 B>kT(=26meV)의 조건으로 형성된다. 또한, 제 1 광전변환층(21)의 위에 n 전극층(14n)이 마련되어 있음으로써, 제 1 광전변환층(21)중에서 축적된 전자를 직접 판독하여도 좋다.The band diagram of the said solid-state imaging device 4 is demonstrated by FIG. As shown in FIG. 25, a barrier by composition control is formed on the wide gap side near the interface of the second photoelectric conversion layer 22 / third photoelectric conversion layer 23 under the condition of B> kT (= 26 meV). The photoelectrons of B are trapped, allowing the accumulation of photoelectrons of B. Similarly, a barrier by composition control is formed on the wide gap side near the interface of the first photoelectric conversion layer 21 / the second photoelectric conversion layer 22 under the condition of B> kT (= 26 meV), whereby G photoelectron Is trapped, allowing the accumulation of G photoelectrons. Similarly, a barrier by composition control is formed on the wide gap side near the interface of the first photoelectric conversion layer 21 / silicon substrate 11 under the condition of B> kT (= 26 meV). In addition, since the n electrode layer 14n is provided on the first photoelectric conversion layer 21, the electrons accumulated in the first photoelectric conversion layer 21 may be directly read.

또는, RGB 전부를 일단 실리콘 기판(11)중에 제각기 축적하여, 그것을 게이트 MOS(41)로 판독하여도 좋다. 여기서는 p형 전극층(14p)은, 정공을 취출하는 것이지만, 직접 그라운드에 붙임으로써 차지 업을 피할 수 있다. 또한 p형 농도를 높게 설정함으로써, 실리콘 기판(11)측에 정공을 놓아주는 것도 가능해진다. 이 경우, p형 전극층(14p)은 반드시는 필요가 없다. 이 구조의 경우, R의 판독을 제외하고, 에너지 단차가 없기 때문에, 반드시 저전압 구동으로 애벌란시 증배는 일어난다고는 한하지 않지만, 신호의 판독을 상술한 바와 같이 순차적이 아니라, 동시에 행할 수 있는 이점이 있다.Alternatively, all of the RGB may be accumulated in the silicon substrate 11 once and read out by the gate MOS 41. Here, although the p-type electrode layer 14p extracts holes, charge up can be avoided by directly attaching to the ground. Further, by setting the p-type concentration high, it is also possible to leave holes on the silicon substrate 11 side. In this case, the p-type electrode layer 14p is not necessarily necessary. In this structure, since there is no energy step except for reading R, avalanche multiplication is not necessarily caused by low voltage driving, but there is an advantage that the reading of signals can be performed simultaneously rather than sequentially as described above. have.

<5. 제 5의 실시의 형태><5. Fifth Embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 5 예][Fifth Example of Configuration of Solid-State Imaging Device]

상기 설명에서는, 깊이 방향으로 분광용의 제 1 광전변환층 내지 제 3 광전변환층을 적층시켰지만, 반드시 적층할 필요는 없다. 다음에, 제 1 광전변환층 내지 제 3 광전변환층을 적층시키지 않는 한 예를, 본 발명의 제 5의 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 5 예로서, 도 26의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.In the above description, although the first to third photoelectric conversion layers for spectroscopy are laminated in the depth direction, the lamination is not necessary. Next, as an example of the fifth embodiment of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention, the first photoelectric conversion layer to the third photoelectric conversion layer are not laminated. Explain.

도 26에 도시하는 바와 같이, 횡방향으로 R분광용의 제 1 광전변환층(21), G분광용의 제 2 광전변환층(22), B분광용의 제 3 광전변환층(23)을 나열하여 배치하여도 좋다.As shown in Fig. 26, in the lateral direction, the first photoelectric conversion layer 21 for R spectra, the second photoelectric conversion layer 22 for G spectra, and the third photoelectric conversion layer 23 for B spectroscopy are You may arrange them in a row.

이하, 구체적으로 설명한다. 실리콘 기판(11)은 p형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에는, RGB의 각 색을 분광하는 광전변환층이 형성되는 위치에 대응하여 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 n형 실리콘층으로 이루어진다.Hereinafter, this will be described in detail. The silicon substrate 11 is formed of a p-type silicon substrate. In this silicon substrate 11, a first electrode layer 12 is formed corresponding to a position where a photoelectric conversion layer for spectroscopically analyzing each color of RGB is formed. The first electrode layer 12 is made of, for example, an n-type silicon layer formed on the silicon substrate 11.

R분광하는 위치의 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 제 1 광전변환층(21)이 형성되어 있다. 이 제 1 광전변환층(21)은, 예를 들면 CuGa0 .52In0 .48S2막으로 형성되어 있다.On the first electrode layer 12 at the R-split position, a first photoelectric conversion layer 21 made of lattice-matched CuAlGaInSSe-based mixed crystals is formed. The first photoelectric conversion layer 21 are formed of, for example, a CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 film.

또한 G분광하는 위치의 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 제 2 광전변환층(22)이 형성되어 있다. 이 제 2 광전변환층(22)은, 예를 들면 CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2막으로 형성되어 있다.Further, on the first electrode layer 12 at the G-split position, a second photoelectric conversion layer 22 made of lattice matched CuAlGaInSSe-based mixed crystals is formed. The second photoelectric conversion layer 22 are formed of, for example, a CuAl 0 .24 Ga 0 .23 In 0 .53 S 2 film.

또한 B분광하는 위치의 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 제 3 광전변환층(23)이 형성되어 있다. 이 제 3 광전변환층(23)은, 예를 들면 CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72로 형성되어 있다.Further, a third photoelectric conversion layer 23 formed of lattice-matched CuAlGaInSSe-based mixed crystals is formed on the first electrode layer 12 at the B-split position. The third photoelectric conversion layer 23 are formed of, for example, a .28 CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 Se 0 .72.

상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22), 상기 제 3 광전변환층(23)의 두께는, 예를 들면 각각 0.8㎛, 0.7㎛, 0.7㎛이다.The thicknesses of the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23 are, for example, 0.8 μm, 0.7 μm, and 0.7 μm, respectively.

상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22), 상기 제 3 광전변환층(23)상에는, 각각 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 상기 제 1 실시의 형태에서 설명한 바와 마찬가지의 투명 전극으로 형성되어 있다.The second electrode layer 14 is formed on the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23, respectively. This second electrode layer 14 is formed of the same transparent electrode as described in the first embodiment.

따라서 실리콘 기판(11)에, 제 1 전극층(12), 제 1 광전변환층(21), 제 2 전극층(14)을 적층하여 이루어지는 제 1 광전변환층(24)이 형성된다. 마찬가지로, 제 1 전극층(12), 제 2 광전변환층(22), 제 2 전극층(14)을 적층하여 이루어지는 제 2 광전변환층(25)이 형성된다. 마찬가지로, 제 1 전극층(12), 제 3 광전변환층(23), 제 2 전극층(14)을 적층하여 이루어지는 제 3 광전변환층(26)이 형성된다. 따라서 실리콘 기판(11)에는, 횡방향으로, 제 1 내지 제 3 광전변환층(24 내지 26)이 배치된다.Accordingly, the first photoelectric conversion layer 24 formed by stacking the first electrode layer 12, the first photoelectric conversion layer 21, and the second electrode layer 14 is formed on the silicon substrate 11. Similarly, the 2nd photoelectric conversion layer 25 formed by laminating | stacking the 1st electrode layer 12, the 2nd photoelectric conversion layer 22, and the 2nd electrode layer 14 is formed. Similarly, the third photoelectric conversion layer 26 formed by stacking the first electrode layer 12, the third photoelectric conversion layer 23, and the second electrode layer 14 is formed. Accordingly, the first to third photoelectric conversion layers 24 to 26 are disposed on the silicon substrate 11 in the lateral direction.

상기 구성의 고체 촬상 장치(5)에서는, 칼코파이라이트계 재료를 p형으로 하여, 반드시 역바이어스를 인가하는 일 없이, 광전자가 실리콘 기판(11)(실리콘)측에 에너지 차로 자연스럽게 이동한다. 그 광전자를 실리콘 기판(11)에 형성한 게이트 MOS(41)로 신호를 판독하여도 좋다. 이 게이트 MOS(41)는, 각 제 1 전극층(12)에 인접하여 실리콘 기판(12)에 형성되어 있다. 이와 같은 구조이라면, RGB신호의 판독을 동시에 행하는 것이 가능해진다.In the solid-state imaging device 5 having the above-described configuration, the photocoil is naturally moved to the silicon substrate 11 (silicon) side by an energy difference without necessarily applying a reverse bias to the p-type chacopyrite-based material. The signal may be read out by the gate MOS 41 formed on the silicon substrate 11. This gate MOS 41 is formed in the silicon substrate 12 adjacent to each first electrode layer 12. With such a structure, the RGB signal can be read simultaneously.

또한 베이어(Bayer) 배열과 마찬가지로, G의 화소수를 늘려서, G해상도를 높게 하여도 좋다. 이 구조의 경우의 분광 감도 특성을 도 27에 도시한다.Like the Bayer arrangement, the G resolution may be increased by increasing the number of G pixels. The spectral sensitivity characteristic in the case of this structure is shown in FIG.

도 27에 도시하는 바와 같이, 단파장측이 컷트되지 않기 때문에, 예를 들면, 디모자이크 처리 후에, 다음과 같은 색 연산 처리를 행하면 좋다.As shown in Fig. 27, since the short wavelength side is not cut, for example, the following color calculation processing may be performed after demosaicing processing.

R=r-g, G=g-b, B=bR = r-g, G = g-b, B = b

여기서, r, g, b는 RAW 데이터이다.Here, r, g, and b are RAW data.

상기 설명한 칼코파이라이트계 재료는, CuAlGaInSSe계의 혼정이다.The above-described chalcopyrite-based material is a mixed crystal of CuAlGaInSSe system.

<6. 제 6의 실시의 형태><6. Sixth embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 6 예][Sixth Example of Configuration of Solid-State Imaging Device]

다음에, 본 발명의 제 6의 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 6 예로서, 칼코파이라이트계 재료에, 예를 들면, CuGaInZnSSe계의 혼정을 사용한 경우를 설명한다. 이와 같은 CuGaInZnSSe계 혼정이라면, 상기 설명한 바와 마찬가지의 밴드 갭 제어가 가능하고, 상기 각 고체 촬상 장치와 같은 효과를 인출할 수 있다.Next, as a sixth example of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention, a case where a mixed crystal of, for example, CuGaInZnSSe system is used for the chalcopite-based material will be described. With such a CuGaInZnSSe-based mixed crystal, the same band gap control as described above can be performed, and the same effects as those of the respective solid-state imaging devices can be obtained.

CuGaInZnSSe계의 밴드 갭과 격자 정수의 관계를 도 28에 도시한다.28 shows the relationship between the band gap of the CuGaInZnSSe system and the lattice constant.

도 28에 도시하는 바와 같이, CuGaInZnSSe계 혼정은 실리콘(100) 기판(11)의 위에 격자 정합시키면서 결정 성장이 가능한 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 28, it can be seen that CuGaInZnSSe-based mixed crystals can grow crystals while lattice matching on the silicon 100 substrate 11.

이와 같은 특징을 갖는 구성으로서는, 예를 들면 도 29에 도시한 단면 구조로 함으로써, RGB 분광이 가능해진다.As a structure which has such a characteristic, RGB spectroscopy becomes possible by setting it as the cross-sectional structure shown in FIG. 29, for example.

그 한 예로서, 도 29에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)에 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 n형 실리콘 영역으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInZnSSe계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 상기 광전변환층(13)상에는, 투광성을 갖는 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 예를 들면 인듐주석옥사이드(ITO), 산화 아연, 인듐아연 산화물 등의 투명 전극 재료로 형성되어 있다. 고체 촬상 장치(이미지 센서)(6)는, 상기한 바와 같은 기본 구성을 갖는다.As an example, as shown in FIG. 29, the first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, an n-type silicon region formed in the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a chalcopide-based compound semiconductor composed of CuAlGaInZnSSe-based mixed crystals is formed. On the photoelectric conversion layer 13, a second electrode layer 14 having transparency is formed. The second electrode layer 14 is formed of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide, indium zinc oxide, or the like. The solid-state imaging device (image sensor) 6 has a basic configuration as described above.

상기 칼코파이라이트계의 깊이 방향으로 RGB의 분광을 하는 상기 광전변환층(13)은 상기 실리콘 기판(11)상에 격자 정합하도록 형성되어 있다.The photoelectric conversion layer 13 for RGB spectroscopy in the depth direction of the chalcopite system is formed on the silicon substrate 11 to be lattice matched.

광흡수계수가 높은 칼코파이라이트계 재료의 혼정으로 Si(100) 기판에 격자 정합하고 에피택셜 성장시킴으로써, 결정성이 양호하게 되고, 결과로서 암전류가 낮은 고감도의 고체 촬상 장치(이미지 센서)(6)가 제공된다.By lattice matching and epitaxially growing on a Si (100) substrate with a mixed crystal of a chacopyrite-based material having a high light absorption coefficient, crystallinity is improved, and as a result, a highly sensitive solid-state imaging device (image sensor) having low dark current (6) ) Is provided.

상기 광전변환층(13)은, 하층부터 R분광용 광전변환 재료로 이루어지는 제 1 광전변환층(21), G분광용 광전변환 재료로 이루어지는 제 2 광전변환층(22), B분광용 광전변환 재료로 이루어지는 제 3 광전변환층(23)의 순서로 적층되어 있다.The photoelectric conversion layer 13 includes a first photoelectric conversion layer 21 made of an R-spectral photoelectric conversion material, a second photoelectric conversion layer 22 made of a G-spectral photoelectric conversion material, and a B-spectral photoelectric conversion. The third photoelectric conversion layer 23 made of a material is laminated in this order.

예를 들면, R분광용 광전변환 재료로서 CuGa0 .52In0 .48S2를 사용한다. G분광용 광전변환 재료로서 CuGaIn1 .39Se0 . 6를 사용한다. 또한 B분광용 광전변환 재료로서, CuGa0.74Zn0.26S1.49Se0.51를 사용한다. 이와 같이, 실리콘 기판(11)상에 R분광용 광전변환 재료, G분광용 광전변환 재료, B분광용 광전변환 재료의 순서로 적층함으로써, 깊이 방향으로 분광하는 것이 가능해진다.For example, the use of CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 as a photoelectric conversion material for R spectroscopy. .39 CuGaIn G 1 as the photoelectric conversion material for spectroscopic Se 0. 6 is used. Further, CuGa 0.74 Zn 0.26 S 1.49 Se 0.51 is used as the photoelectric conversion material for B spectroscopy. Thus, by laminating | stacking on the silicon substrate 11 in order of the R-spectral photoelectric conversion material, the G-spectral photoelectric conversion material, and the B-spectral photoelectric conversion material, it becomes possible to spectroscopically in a depth direction.

이와 같이 깊이 방향의 분광이 가능한 밴드 갭 영역으로서는, RGB의 광자 에너지를 고려하면 이하와 같이 된다. 즉, 상기 제 1 광전변환층(21)은, 밴드 갭이 2.00eV±0.1eV(파장 590㎚ 내지 650㎚)의 범위에 있으면 좋다. 상기 제 2 광전변환층(22)은, 밴드 갭이 2.20eV±0.15eV(파장 530㎚ 내지 605㎚)의 범위에 있으면 좋다. 상기 제 3 광전변환층(23)은, 밴드 갭이 2.51eV±0.2eV(파장 460㎚ 내지 535㎚)의 범위에 있으면 좋다.Thus, as a band gap area | region which can spectrograph in a depth direction, when considering photon energy of RGB, it becomes as follows. That is, the first photoelectric conversion layer 21 may have a band gap in the range of 2.00 eV ± 0.1 eV (wavelength of 590 nm to 650 nm). The second photoelectric conversion layer 22 may have a band gap in the range of 2.20 eV ± 0.15 eV (wavelengths of 530 nm to 605 nm). The third photoelectric conversion layer 23 may have a band gap in the range of 2.51 eV ± 0.2 eV (wavelengths of 460 nm to 535 nm).

이때의 조성 범위는, 상기 제 1 광전변환층(21)은, CuGayInzSuSev이고, 또한 0.52≤y≤0.76, 0.24≤z≤0.48, 1.70≤u≤2.00, 0≤u≤0.30, 또한 y+z+u+v=3이다. 또는, y+z=1 및 u+v=2이다.At this time, the composition range of the first photoelectric conversion layer 21 is CuGa y In z S u Se v, and 0.52 ≦ y ≦ 0.76, 0.24 ≦ z ≦ 0.48, 1.70 ≦ u ≦ 2.00, 0 ≦ u ≦ 0.30, and y + z + u + v = 3. Or y + z = 1 and u + v = 2.

상기 제 2 광전변환층(22)은, CuGayInzZnwSuSev이고, 또한 0.64≤y≤0.88, 0≤z≤0.36, 0≤w≤0.12, 0.15≤u≤1.44, 0.56≤v≤1.85이면서 y+z+w+u+v=3이다. 또는, y+z+w=1 및 u+v=2이다.The second photoelectric conversion layer 22 is CuGa y In z Z n w S u Se v, and 0.64 ≦ y ≦ 0.88, 0 ≦ z ≦ 0.36, 0 ≦ w ≦ 0.12, 0.15 ≦ u ≦ 1.44, 0.56 ≦ v + 1.85 and y + z + w + u + v = 3. Or y + z + w = 1 and u + v = 2.

상기 제 3 광전변환층(23)은, CuGayZnwSuSev이고, 또한 0.74≤y≤0.91, 0.09≤w≤0.26, 1.42≤u≤1.49, 0.51≤v≤0.58이면서 y+w+u+v=3이다.The third photoelectric conversion layer 23 is CuGa y Zn w S u Se v , and 0.74 ≤ y ≤ 0.91, 0.09 ≤ w ≤ 0.26, 1.42 ≤ u ≤ 1.49, 0.51 ≤ v ≤ 0.58 and y + w +. u + v = 3.

상술한 CuAlGaInSSe계의 조성에, 새롭게, 이들의 조성의 것에 일부 치환하여도 좋고, 전부 치환하여도 좋다. 도 29에서는, 각각의 한 예를 도시하고 있다.The composition of CuAlGaInSSe system described above may be partially substituted with those of these compositions, or may be substituted in its entirety. 29 shows one example of each.

<7. 제 7의 실시의 형태><7. Seventh embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 7 예][Seventh Example of Configuration of Solid-State Imaging Device]

다음에, 본 발명의 제 7 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제 7 예를, 도 30의 개략 구성 단면도 및 도 31의 회로도에 의해 설명한다. 도 30에서는, 한 예로서, 트랜지스터나 배선 등이 형성된 표면측과는 반대의 이면측부터 광이 입사하는 이면 조사형 센서에 관해 도시한다. 이 이면 조사형 센서에 대해서도, 트랜지스터나 배선 등이 형성된 표면측부터 광이 입사하는 표면 조사형 센서와 같은 효과를 얻을 수 있다.Next, a seventh example of the solid-state imaging device according to the seventh embodiment of the present invention will be described with a schematic configuration sectional view of FIG. 30 and a circuit diagram of FIG. 31. In FIG. 30, as an example, the back side irradiation type sensor which light injects from the back surface side opposite to the surface side in which a transistor, wiring, etc. were formed is shown. Also with this backside irradiation type sensor, the same effect as the surface irradiation type sensor in which light injects from the surface side in which a transistor, wiring, etc. were formed can be acquired.

도 30에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 p형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에는, 제 1 전극층(12)이 실리콘 기판(11)의 이면측 부근까지 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 n형 실리콘층으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 이 광전변환층(13)은, 제 1 전극층(12)상에, i-CuGa0 .52In0 .48S2막의 제 1 광전변환층(21), i-CuAl0.24Ga0.23In0.53S2막의 제 2 광전변환층(22), p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 제 3 광전변환층(23)이 적층되어 형성되어 있다.As shown in FIG. 30, the silicon substrate 11 is formed of a p-type silicon substrate. The first electrode layer 12 is formed in the silicon substrate 11 to the vicinity of the back surface side of the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, an n-type silicon layer formed on the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a lattice match and formed of a CuAlGaInSSe-based mixed crystal is formed. The photoelectric conversion layer 13, on the first electrode layer (12), i-CuGa 0 .52 0 .48 S 2 In the film the first photoelectric conversion layer (21), i-CuAl 0.24 Ga 0.23 In 0.53 S 2 film a second photoelectric conversion layer 22, a p-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 the third photoelectric conversion layer 23 of 0.72 is formed is stacked.

따라서 상기 광전변환층(13)은, 전체로 p-i-n 구조로 되어 있다.Therefore, the photoelectric conversion layer 13 has a p-i-n structure as a whole.

상기 광전변환층(13)에는, 상기 설명한 조성 범위의 것을 사용할 수 있고, 또한 상기 설명한 CuGaInZnSSe계 혼정을 사용할 수도 있다.As the photoelectric conversion layer 13, one having the composition range described above may be used, and the CuGaInZnSSe based mixed crystal described above may be used.

상기 광전변환층(13)상에는, 투광성을 갖는 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 예를 들면 인듐주석옥사이드(ITO), 산화 아연, 인듐아연 산화물 등의 투명 전극 재료로 형성되어 있다.On the photoelectric conversion layer 13, a second electrode layer 14 having transparency is formed. The second electrode layer 14 is formed of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide, indium zinc oxide, or the like.

또한, 상기 실리콘 기판(11)의 표면측(도면에서는 실리콘 기판(11)의 하면측)에는, 상기 제 1 전극층(12)의 판독용 전극(15)이 형성되고, 또한 상기 실리콘 기판(11)의 표면측에는 게이트 MOS(41)를 통하여 화살표 방향으로 판독하는 판독 회로(51)가 형성되어 있다.In addition, a read electrode 15 of the first electrode layer 12 is formed on the surface side of the silicon substrate 11 (in the lower surface side of the silicon substrate 11 in the drawing), and the silicon substrate 11 On the surface side of the side, a read circuit 51 for reading in the direction of the arrow through the gate MOS 41 is formed.

도 31에 도시하는 바와 같이, 상기 판독 회로(51)는, 광전변환층(13)에 접속된 플로팅 디퓨전부(FD)에 리셋 트랜지스터(M1)의 확산층, 증폭 트랜지스터(M2)의 게이트 전극이 접속되어 있다. 또한 증폭 트랜지스터(M2)의 확산층을 공통으로 하는 선택 트랜지스터(M3)가 접속되어 있다. 이 선택 트랜지스터(M3)의 확산층에는 출력 라인이 접속되어 있다.As shown in FIG. 31, the read circuit 51 includes a diffusion layer of the reset transistor M 1 and a gate electrode of the amplifying transistor M 2 in the floating diffusion portion FD connected to the photoelectric conversion layer 13. Is connected. Further, a selection transistor M 3 having a common diffusion layer of the amplifying transistor M 2 is connected. An output line is connected to the diffusion layer of the selection transistor M 3 .

고체 촬상 장치(이미지 센서)(7)는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는다.The solid-state imaging device (image sensor) 7 has a structure as described above.

상기 고체 촬상 장치(7)에서는, RGB의 깊이 방향에서의 분광과, 광전자 축적과, 3단계 전압 인가에 의한 신호 판독과, 애벌란시 증배의 저전압화가 동시에 가능해진다.In the solid-state imaging device 7, spectroscopy in the depth direction of RGB, photoelectron accumulation, signal reading by applying a three-stage voltage, and reduction of avalanche multiplication can be simultaneously performed.

또한, 실리콘 기판(11)의 표면측에 판독용 전극(15), 게이트 MOS(41) 등의 전극, 트랜지스터, 배선 등이 형성된다. 그리고 실리콘 기판(11)의 이면측(도면에서는 실리콘 기판(11)의 윗면측)에 광전변환층(13)이 형성됨으로써, 인접하는 광전변환층(13)과의 간격을 마련하는 이외에, 실리콘 기판(11)의 전면에 광전변환층(13)을 형성할 수 있다. 이 때문에, 광의 개구가 넓게 되기 때문에 광의 입사량이 증대하여서, 비약적으로 감도를 향상시킬 수 있다.Further, electrodes such as the read electrode 15 and the gate MOS 41, transistors, wirings, and the like are formed on the surface side of the silicon substrate 11. The photoelectric conversion layer 13 is formed on the back surface side of the silicon substrate 11 (in the figure, the upper surface side of the silicon substrate 11), thereby providing a gap with the adjacent photoelectric conversion layer 13, as well as providing a gap between the silicon substrate 11 and the silicon substrate 11. The photoelectric conversion layer 13 can be formed on the entire surface of the (11). For this reason, since the opening of light becomes wide, the incident amount of light increases, and a sensitivity can be improved remarkably.

[고체 촬상 장치의 제 7 예의 변형례 1][Modification Example 1 of Seventh Example of Solid State Imaging Device]

또한 도 32에 도시하는 바와 같이, 상기 도 30에 도시한 고체 촬상 장치(7)에서, 광전변환층(13)을 실리콘 기판(11)측부터, n-CuAlS1 .2Se0 .8 또는 i-CuAlS1 .2Se0 .8로부터 p-CuGa0.52In0.48S2로 조성 변화시킨 것을 사용하여도 좋다. 이 고체 촬상 장치(이미지 센서)(8)에서는, 낮은 구동 전압으로, 보다 큰 애벌란시 증배가 가능하게 된다.In addition, from the side in a solid-state imaging device 7 shown in FIG. 30, as shown in FIG 32, the silicon substrate 11, a photoelectric conversion layer (13), n-CuAlS 1 .2 Se 0 .8 or i -CuAlS may be used in which the composition changes from 1 .2 .8 Se 0 to p-CuGa 0.52 in 0.48 S 2 . In this solid-state imaging device (image sensor) 8, larger avalanche multiplication is possible at a low drive voltage.

[고체 촬상 장치의 제 7 예의 변형례 2][Modification Example 2 of Seventh Example of Solid State Imaging Device]

또한, 고체 촬상 장치(이미지 센서)를 도 33에 의해 설명한다. 도 33에 도시하는 바와 같이, 상기 도 26에 도시한 고체 촬상 장치(5)에서, 실리콘 기판(11)의 표면측(도면에서는 실리콘 기판(11)의 하면측)에 판독용 전극(15), 게이트 MOS(41) 등의 전극, 트랜지스터, 배선 등이 형성된 것이다. 즉, 상기 도 30에 도시한 고체 촬상 장치(7)에서, 광전변환층(13)을 각 색의 1층만의 분광용 광전변환층을 형성한 것이다. 따라서 실리콘 기판(11)의 이면측(도면에서는 실리콘 기판(11)의 윗면측)에, R분광용 광전변환층의 제 1 광전변환층(21), G분광용 광전변환층의 제 2 광전변환층(22), B분광용 광전변환층의 제 3 광전변환층(23)을 적층하지 않고, 1층마다 형성된 것이다.In addition, a solid-state imaging device (image sensor) is explained with reference to FIG. 33. As shown in FIG. 33, in the solid-state imaging device 5 shown in FIG. 26, the reading electrode 15 is placed on the surface side of the silicon substrate 11 (in the drawing, the lower surface side of the silicon substrate 11). Electrodes such as the gate MOS 41, transistors, wirings, and the like are formed. That is, in the solid-state imaging device 7 shown in FIG. 30, the photoelectric conversion layer 13 forms the spectrophotoelectric conversion layer of only one layer of each color. Therefore, the first photoelectric conversion layer 21 of the R-spectral photoelectric conversion layer 21 and the second photoelectric conversion layer of the G-spectral photoelectric conversion layer are formed on the back side of the silicon substrate 11 (in the figure, the upper surface side of the silicon substrate 11). The layer 22 and the third photoelectric conversion layer 23 of the B-spectral photoelectric conversion layer are not laminated, and are formed for each layer.

따라서, 상기 고체 촬상 장치(9)에서는, 횡방향으로 RGB의 광전변환층을 나열한 구조로 되어 있다. 또한, 광전자의 판독 회로(도시 생략), 판독용 전극(15), 게이트 MOS(41), 배선(도시 생략) 등은, 상기 실리콘 기판(11)의 표면측(도면에서는 실리콘 기판(11)의 하면측)에 존재하게 된다.Therefore, the solid-state imaging device 9 has a structure in which RGB photoelectric conversion layers are arranged in the lateral direction. The photonic readout circuit (not shown), the readout electrode 15, the gate MOS 41, the wiring (not shown), and the like are used for the surface side of the silicon substrate 11 (not shown). The lower surface side).

이와 같은 구성에서는, 인접하는 광전변환층(13)과의 간격을 마련하는 이외에, 실리콘 기판(11)의 전면에 광전변환층(13)을 형성할 수 있다. 이 때문에, 광의 개구가 넓게 되기 때문에 광의 입사량이 증대하여, 비약적으로 감도를 향상시킬 수 있다.In such a configuration, the photoelectric conversion layer 13 can be formed on the entire surface of the silicon substrate 11 in addition to providing a gap with the adjacent photoelectric conversion layer 13. For this reason, since the opening of light becomes wide, the incident amount of light increases, and a sensitivity can be improved remarkably.

<8. 제 8의 실시의 형태><8. 8th Embodiment>

[고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 1 예][First Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device]

본 발명의 제 8 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 1 예를 이하에 설명한다.The 1st example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 8th Embodiment of this invention is demonstrated below.

예를 들면, 상기 도 12에 도시한 고체 촬상 장치(2)는, 도 34에 도시한 CMOS 이미지 센서의 포토다이오드에 적용할 수 있다. 또한, 상기 고체 촬상 장치(2)의 밴드 다이어그램은, 상기 도 14에 도시하는 바와 같다.For example, the solid-state imaging device 2 shown in FIG. 12 can be applied to the photodiode of the CMOS image sensor shown in FIG. The band diagram of the solid-state imaging device 2 is as shown in FIG. 14.

상기 고체 촬상 장치(2)는, 예를 들면, 실리콘 기판(11)에 통상의 CMOS 프로세스 공정으로 형성할 수 있다. 이하, 상세를, 상기 도 12를 참조하여 설명한다.The said solid-state imaging device 2 can be formed in the silicon substrate 11 by a normal CMOS process process, for example. The details will be described below with reference to FIG. 12.

상기 실리콘 기판(11)으로는, (100)실리콘 기판을 사용한다. 우선, 상기 실리콘 기판(11)에 주변의 트랜지스터나 전극 등의 회로(도시 생략)를 제작한다.As the silicon substrate 11, a (100) silicon substrate is used. First, a circuit (not shown) of peripheral transistors or electrodes is fabricated on the silicon substrate 11.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)에, 제 1 전극층(12)을 형성한다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면, 이온 주입에 의해, n형 실리콘층으로 형성한다. 이 이온 주입에서는, 레지스트 마스크를 이용하여, 이온 주입 영역을 확정하고 있다. 이 레지스트 마스크는, 이온 주입 후에 제거된다.Next, the first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is formed of an n-type silicon layer by ion implantation, for example. In this ion implantation, the ion implantation region is determined using a resist mask. This resist mask is removed after ion implantation.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)의 제 1 전극층(12)상에, R분광용 광전변환층인 제 1 광전변환층(21)을 형성한다. 이 제 1 광전변환층(21)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, i-CuGa0 .52In0 .48S2 혼정의 결정 성장을 행하여 형성하였다. 단, 여기서 장벽을 BR>kT=26meV의 조건으로 실리콘 기판(11)과의 계면측에 넣는다. 예를 들면, 최초에 i-CuAl0 .06Ga0 .45In0 .49S2의 조성으로 성장시킨 후에, Al와 In의 조성을 서서히 작게 하는 동시에 Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, i-CuGa0 .52In0 .48S2의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BR)는, 50meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높다. 또한, 장벽의 두께를 100㎚로 하였다. R분광용의 광전변환층은 전체 0.8㎛로 하였다.Next, on the first electrode layer 12 of the silicon substrate 11, a first photoelectric conversion layer 21 that is an R-spectral photoelectric conversion layer is formed. The first photoelectric conversion layer 21 is, for example, by using the MBE method, to form by performing the crystal growth of the i-CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 mixed crystal. However, the barrier is placed on the interface side with the silicon substrate 11 under the condition of B R > kT = 26meV. For example, the first after growth in the proportion of i-CuAl 0 .06 Ga 0 .45 In 0 .49 S 2, at the same time to reduce gradually the composition of Al and Ga in the In composition gradually increases by, i-CuGa 0. by a composition of 52 in 0 .48 S 2, it is possible to laminate the barrier spike. Since the energy B R of this barrier becomes 50 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature. In addition, the thickness of the barrier was 100 nm. The photoelectric conversion layer for R spectroscopy was made 0.8 micrometer in total.

다음에, G분광용 광전변환층인 제 2 광전변환층(22)을 상기 제 1 광전변환층(21)상에 형성한다. 이 제 2 광전변환층(22)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.7㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 2 광전변환층(22)의 조성은, i-CuAl0.24Ga0.23In0.53S2로 하였다.Next, a second photoelectric conversion layer 22 which is a G-spectral photoelectric conversion layer is formed on the first photoelectric conversion layer 21. The second photoelectric conversion layer 22 was formed to have a thickness of, for example, 0.7 µm using, for example, the MBE method. The composition of this second photoelectric conversion layer 22 was i-CuAl 0.24 Ga 0.23 In 0.53 S 2 .

장벽은 제 1 광전변환층(21)과의 계면측에 적층한다. 최초에 i-CuAl0.33Ga0.11In0.56S2로 한 후, Al와 In의 조성을 서서히 감소시키는 동시에, Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, i-CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BG)은, 84meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, 상기 BR보다 높다.The barrier is laminated on the interface side with the first photoelectric conversion layer 21. First to i-CuAl 0.33 Ga 0.11 In0 .56 S and then to the second, at the same time to gradually decrease the composition of Al and In, by gradually increasing the composition of Ga, Ga i-CuAl 0 .24 0 .23 0 .53 In 2 S By setting it as the composition of, the spike-like barrier can be laminated. Since the energy B G of this barrier becomes 84 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature and higher than the B R.

또한 B분광용 광전변환층인 제 3 광전변환층(23)을 상기 제 2 광전변환층(22)상에 형성한다. 이 제 3 광전변환층(23)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.3㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 3 광전변환층(23)의 조성은, p-CuAl0.36Ga0.64S1.28Se0.72 로 하였다.In addition, a third photoelectric conversion layer 23, which is a B-spectral photoelectric conversion layer, is formed on the second photoelectric conversion layer 22. The third photoelectric conversion layer 23 was formed to have a thickness of, for example, 0.3 µm using, for example, the MBE method. The composition of this third photoelectric conversion layer 23 was p-CuAl 0.36 Ga 0.64 S 1.28 Se 0.72 .

장벽은 제 2 광전변환층(22)과의 계면측에 적층한다. 최초에 p-CuAl0.42Ga0.58S1.36Se0.64로 한 후 Al와 S의 조성을 서서히 감소시키는 동시에, Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BB)는, 100meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, BG, BR보다 높다. 또한, p형 도전성으로 하는데는 Cu/13족 원소비를 1 이하로 한 것으로 가능하다. 예를 들면, 이 비를 0.98 내지 0.99로 하여 결정 성장함으로써 가능해진다.The barrier is laminated on the interface side with the second photoelectric conversion layer 22. After the first to p-CuAl 0.42 Ga 0.58 S 1.36 Se 0.64 the composition of Al and S while at the same time gradually reduced, by gradually increasing the composition of Ga, p-CuAl Ga 0 .36 0 .64 1 .28 S Se 0 .72 By setting it as the composition of, the spike-like barrier can be laminated. Since the energy B B of this barrier becomes 100 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature and higher than B G and B R. In addition, it is possible to make p-type electroconductivity into the Cu / Group 13 element ratio 1 or less. For example, it becomes possible by crystal growth by making this ratio into 0.98-0.99.

단, 상술한 결정 성장에 관해, 조건에 따라서는 고용체의 성장이 곤란한 경우가 있다. 이 경우, 초격자에 의한 의사적인 혼정을 성장시켜도 좋다. 예를 들면, R분광용 광전변환층이라면, i-CuInS2의 조성과 i-CuGaS2의 조성을 교대로 임계 막두께 이내의 박막으로 적층시켜서, 전체의 조성이 i-CuGa0 .52In0 .48S2가 되도록 적층시킨다.However, regarding the crystal growth mentioned above, growth of a solid solution may be difficult depending on conditions. In this case, pseudo-orientation by the superlattice may be grown. For example, if the R photoelectric conversion layer for spectroscopic, i-CuInS by the critical film laminated with a thin film thickness of less than 2 in the composition and the composition of the shift i-CuGaS 2, the overall composition of i-CuGa 0 .52 In 0. Laminate to 48 S 2 .

예를 들면, X선 회절법 등을 이용하여 i-CuInS2층과 i-CuGaS2층을 교대로 적층시켜서, Si(100)에 격자 정합시키는 성장 조건을 미리 구하고 나서, 전체 조성이 희망하는 조성이 되도록 적층시킬 수 있다.For example, by using an X-ray diffraction method or the like, the i-CuInS 2 layer and the i-CuGaS 2 layer are alternately stacked to obtain growth conditions for lattice matching to Si (100) in advance, and then the total composition is desired. It can be laminated so that.

또한 상기 결정 성장에서는, 트랜지스터나 판독 회로나 배선 등의 부분을 미리, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막으로 덮고, 일부 실리콘 기판(11)이 노출하여 있는 곳에, 선택적으로 상기의 광전변환층을 성장시켰다.In the crystal growth, portions of transistors, readout circuits, wirings, and the like are previously covered with a material film such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), and the like, where a portion of the silicon substrate 11 is exposed. The photoelectric conversion layer was grown.

또한 그 후, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막의 위에서 래터럴 방향으로 성장시켜서, 거의 전면에 광전변환층을 성장시켰다.After that, growth was made in the lateral direction on the material film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), and the photoelectric conversion layer was grown almost on the entire surface.

또한, 제 2 전극층(14)으로서, 투명 전극 재료인 인듐주석옥사이드(ITO)를 스퍼터 증착법으로 적층하여 형성한다. 이 ITO의 위에 금속의 배선을 시행함으로써, 그라운드에 접지하고, 정공 축적에 의한 차지를 막는다. 또한, 바람직하게는, 전기적으로 신호가 섞이지 않도록, 예를 들면 레지스트 마스크를 형성하여 반응성 이온 에칭(RIE) 가공 등에 의해, 화소마다 분리한다. 이 때, 투명 전극뿐만 아니라 광전변환층도 분리한다. 또한, 집광 효율을 올리기 위해, 화소마다 온 칩 렌즈(OCL)를 형성하여도 좋다.As the second electrode layer 14, indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode material, is formed by laminating by sputter deposition. By wiring the metal on this ITO, the ground is grounded and charges due to hole accumulation are prevented. Further, preferably, a resist mask is formed so as not to be electrically mixed with signals, and is separated for each pixel by reactive ion etching (RIE) processing or the like. At this time, not only the transparent electrode but also the photoelectric conversion layer is separated. In order to increase the light collection efficiency, an on-chip lens OCL may be formed for each pixel.

이상과 같은 프로세스로 제작된 고체 촬상 장치(이미지 센서)(2)에서는, 전압을 VR, VG, VB로 순차적으로, 역바이어스로 인가함으로써, 애벌란시 증배가 생김과 함께, RGB가 증폭된 각 신호를 얻을 수 있다. 단, VR>VG>VB이다. 이와 같은 방법으로 얻어진 화상은, 통상의 온 칩 컬러 필터(OCCF)의 디바이스 수준의 색 재현성을 나타내는데다가, 감도가 높다.In the solid-state imaging device (image sensor) 2 manufactured by the above process, by applying voltage to V R , V G , and V B sequentially in reverse bias, avalanche multiplication occurs and RGB is amplified. Each signal can be obtained. However, V R > V G > V B. The image obtained by such a method shows the device level color reproducibility of a normal on-chip color filter (OCCF), and its sensitivity is high.

<9. 제 9의 실시의 형태><9. 9th Embodiment>

[고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 2 예][2nd example of manufacturing method of solid-state imaging device]

본 발명의 제 9 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 2 예를 이하에 설명한다.A second example of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the ninth embodiment of the present invention is described below.

예를 들면, 상기 도 21에 도시한 고체 촬상 장치(3)는, 상기 도 34에 도시한 CMOS 이미지 센서의 포토다이오드에 적용할 수 있다. 또한, 상기 고체 촬상 장치(3)의 밴드 다이어그램은, 상기 도 23에 도시하는 바와 같다.For example, the solid-state imaging device 3 shown in FIG. 21 can be applied to the photodiode of the CMOS image sensor shown in FIG. In addition, the band diagram of the said solid-state imaging device 3 is as showing in FIG.

상기 고체 촬상 장치(3)는, 예를 들면, 실리콘 기판(11)에 통상의 CMOS 프로세스 공정으로 형성할 수 있다. 이하, 상세를, 상기 도 21을 참조하여 설명한다.The said solid-state imaging device 3 can be formed in the silicon substrate 11 by a normal CMOS process process, for example. Details will be described below with reference to FIG. 21.

상기 실리콘 기판(11)으로는, (100)실리콘 기판을 사용한다. 우선, 상기 실리콘 기판(11)에 주위의 트랜지스터나 전극 등의 회로를 제작한다.As the silicon substrate 11, a (100) silicon substrate is used. First, circuits such as transistors and electrodes around the silicon substrate 11 are fabricated.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)에, 제 1 전극층(12)을 형성한다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면, 이온 주입에 의해, n형 실리콘층으로 형성한다. 이 이온 주입에서는, 레지스트 마스크를 이용하여, 이온 주입 영역을 확정하고 있다. 이 레지스트 마스크는, 이온 주입 후에 제거된다.Next, the first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is formed of an n-type silicon layer by ion implantation, for example. In this ion implantation, the ion implantation region is determined using a resist mask. This resist mask is removed after ion implantation.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)의 제 1 전극층(12)상에, R분광용 광전변환층인 제 1 광전변환층(21)을 형성한다. 이 제 1 광전변환층(21)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, i-CuGa0 .52In0 .48S2 혼정의 결정 성장을 행하여 형성하였다. 그 두께는, 예를 들면 0.8㎛로 하였다.Next, on the first electrode layer 12 of the silicon substrate 11, a first photoelectric conversion layer 21 that is an R-spectral photoelectric conversion layer is formed. The first photoelectric conversion layer 21 is, for example, by using the MBE method, to form by performing the crystal growth of the i-CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 mixed crystal. The thickness was 0.8 micrometer, for example.

다음에, G분광용 광전변환층인 제 2 광전변환층(22)을 상기 제 1 광전변환층(21)상에 형성한다. 이 제 2 광전변환층(22)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.7㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 2 광전변환층(22)의 조성은, i-CuAl0.24Ga0.23In0.53S2로 하였다.Next, a second photoelectric conversion layer 22 which is a G-spectral photoelectric conversion layer is formed on the first photoelectric conversion layer 21. The second photoelectric conversion layer 22 was formed to have a thickness of, for example, 0.7 µm using, for example, the MBE method. The composition of this second photoelectric conversion layer 22 was i-CuAl 0.24 Ga 0.23 In 0.53 S 2 .

장벽은 제 1 광전변환층(21)과의 계면측에 적층한다. 최초에 i-CuAl0.33Ga0.11In0.56S2를 50㎚의 두께로 성장한 후에, i-CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2를 성장함으로써 형성할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BG)는, 84meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, 상기 BR보다 높다.The barrier is laminated on the interface side with the first photoelectric conversion layer 21. After growing the i-CuAl 0.33 Ga 0.11 In 0.56 S 2 to a thickness of the first 50㎚, it can be formed by growing the i-CuAl 0 .24 Ga 0 .23 In 0 .53 S 2. Since the energy B G of this barrier becomes 84 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature and higher than the B R.

또한 B분광용 광전변환층인 제 3 광전변환층(23)을 상기 제 2 광전변환층(22)상에 형성한다. 이 제 3 광전변환층(23)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.3㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 3 광전변환층(23)의 조성은, p-CuAl0.36Ga0.64S1.28Se0.72로 하였다.In addition, a third photoelectric conversion layer 23, which is a B-spectral photoelectric conversion layer, is formed on the second photoelectric conversion layer 22. The third photoelectric conversion layer 23 was formed to have a thickness of, for example, 0.3 µm using, for example, the MBE method. The composition of this third photoelectric conversion layer 23 was p-CuAl 0.36 Ga 0.64 S 1.28 Se 0.72 .

장벽은 제 2 광전변환층(22)과의 계면측에 적층한다. 최초에 p-CuAl0.42Ga0.58S1.36Se0.64를 50㎚의 두께로 성장한 후에, i-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 조성을 성장함으로써, 장벽이 만들어진다. 이 장벽의 에너지(BG)는, 100meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, BG, BR보다 높다.The barrier is laminated on the interface side with the second photoelectric conversion layer 22. After growing the p-CuAl 0.42 Ga 0.58 S 1.36 Se 0.64 for a thickness of the first 50㎚, by growing a composition of i-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 .72, made of a barrier. Since the energy B G of this barrier becomes 100 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature, and higher than B G and B R.

다음에, 상기 제 1 광전변환층(21), 제 2 광전변환층(22), 제 3 광전변환층(23)의 도전성을 횡방향으로 바꾸기 위해서는, 리소그래피 기술을 이용하여 마스크를 형성하고, 선택적으로 도펀트를 이온 주입한다. p형 영역의 형성은, p형 도펀트로서 13족 원소를 사용하여 이온 주입함으로써 가능해진다. 예를 들면, 갈륨(Ga)을 이온 주입한다. 또한, n형 영역의 형성은, n형 도펀트로서 12족 원소를 사용함으로써 가능해진다. 예를 들면 아연(Zn)을 이온 주입한다. 이온 주입한 후에 어닐함으로써 도펀트가 활성화되고, p-i-n 구조가 제작할 수 있다.Next, in order to change the conductivity of the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23 in the lateral direction, a mask is formed using lithography technique, and Ion implantation of dopants. Formation of a p-type region becomes possible by ion implantation using a group 13 element as a p-type dopant. For example, gallium (Ga) is ion implanted. In addition, formation of an n-type region is attained by using a Group 12 element as an n-type dopant. For example, zinc (Zn) is ion implanted. Annealing after ion implantation activates the dopant, and a p-i-n structure can be produced.

또한 상기 결정 성장에서는, 트랜지스터나 판독 회로나 배선 등의 부분을 미리, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막으로 덮고, 일부 실리콘 기판(11)이 노출하여 있는 곳에, 선택적으로 상기의 광전변환층을 성장시켰다.In the crystal growth, portions of transistors, readout circuits, wirings, and the like are previously covered with a material film such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), and the like, where a portion of the silicon substrate 11 is exposed. The photoelectric conversion layer was grown.

또한 그 후, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막상에서 래터럴 방향으로 성장시켜서, 거의 전면에 광전변환층을 성장시켰다.Further, after that, growth was made in the lateral direction on a material film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), and the photoelectric conversion layer was grown almost on the entire surface.

또한, 제 2 전극층(14)으로서, 투명 전극 재료인 인듐주석옥사이드(ITO)를 스퍼터 증착법으로 적층하여 형성한다. 이 ITO의 위에 금속의 배선을 시행함으로써, 그라운드에 접지하고, 정공 축적에 의한 차지를 막는다. 여기서, p 농도를 높게 설정하면, 실리콘 기판(11)측으로 정공을 이동할 수 있기 때문에, 제 2 전극층(14)이 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 바람직하게는, 전기적으로 신호가 섞이지 않도록, 예를 들면 레지스트 마스크를 형성하여 반응성 이온 에칭(RIE) 가공 등에 의해, 화소마다 분리한다. 이 때, 투명 전극뿐만 아니라 광전변환층도 분리한다. 또한, 집광 효율을 올리기 위해, 화소마다 온 칩 렌즈(OCL)를 형성하여도 좋다.As the second electrode layer 14, indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode material, is formed by laminating by sputter deposition. By wiring the metal on this ITO, the ground is grounded and charges due to hole accumulation are prevented. In this case, when the p concentration is set high, since the holes can move to the silicon substrate 11 side, the second electrode layer 14 is not necessarily required. Further, preferably, a resist mask is formed so as not to be electrically mixed with signals, and is separated for each pixel by reactive ion etching (RIE) processing or the like. At this time, not only the transparent electrode but also the photoelectric conversion layer is separated. In order to increase the light collection efficiency, an on-chip lens OCL may be formed for each pixel.

이상과 같은 프로세스로 제작된 고체 촬상 장치(이미지 센서)(3)에서는, R분광용의 제 1 광전변환층(21)에 관해서는 n형 실리콘층의 제 1 전극층(12)측으로 전자가 이동하여, 그것을 게이트 MOS(41)에서 판독하고 있다. 또한 G분광용의 제 2 광전변환층(22), B분광용의 제 3 광전변환층(23)층과 마찬가지로, 제 1 광전변환층(21)/실리콘 기판(11) 계면에 장벽을 마련하고, 또한 제 1 광전변환층(21)상에 n 전극을 마련함으로써, 막안에서 축적된 전자를 직접 판독하여도 좋다. 이와 같은 방법으로 얻어진 화상은, 통상의 온 칩 컬러 필터(OCCF)의 디바이스 수준의 색 재현성을 나타내는데다가, 감도가 높다.In the solid-state imaging device (image sensor) 3 produced by the above process, the electrons move toward the first electrode layer 12 side of the n-type silicon layer with respect to the first photoelectric conversion layer 21 for R spectroscopy. This is read by the gate MOS 41. In addition, similar to the second photoelectric conversion layer 22 for G spectroscopy and the third photoelectric conversion layer 23 for B spectroscopy, a barrier is provided at an interface between the first photoelectric conversion layer 21 and the silicon substrate 11. Further, by providing an n electrode on the first photoelectric conversion layer 21, the electrons accumulated in the film may be read directly. The image obtained by such a method shows the device level color reproducibility of a normal on-chip color filter (OCCF), and its sensitivity is high.

<10. 제 10의 실시의 형태><10. 10th Embodiment>

[고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 3 예][Third Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device]

본 발명의 제 10 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 3 예를 이하에 설명한다.A third example of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the tenth embodiment of the present invention will be described below.

예를 들면, 상기 도 12에 도시한 고체 촬상 장치(2)는, 도 35에 도시한 CCD의 포토다이오드에 적용할 수 있다. 또한, 상기 고체 촬상 장치(2)의 밴드 다이어그램은, 상기 도 14에 도시하는 바와 같다.For example, the solid-state imaging device 2 shown in FIG. 12 can be applied to the photodiode of the CCD shown in FIG. 35. The band diagram of the solid-state imaging device 2 is as shown in FIG. 14.

상기 고체 촬상 장치(2)는, 예를 들면, 실리콘 기판(11)에 통상의 CCD 프로세스 공정으로 형성할 수 있다. 이하, 상세를, 상기 도 12를 참조하여 설명한다.The said solid-state imaging device 2 can be formed in the silicon substrate 11 by a normal CCD process process, for example. The details will be described below with reference to FIG. 12.

상기 실리콘 기판(11)으로는, (100)실리콘 기판을 사용한다. 우선, 상기 실리콘 기판(11)에 주변의 전송 게이트나 수직 레지스터 등의 회로를 제작한다.As the silicon substrate 11, a (100) silicon substrate is used. First, a circuit such as a peripheral transfer gate or a vertical register is fabricated on the silicon substrate 11.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)에, 제 1 전극층(12)을 형성한다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면, 이온 주입에 의해, n형 실리콘층으로 형성한다. 이 이온 주입에서는, 레지스트 마스크를 이용하여, 이온 주입 영역을 확정하고 있다. 이 레지스트 마스크는, 이온 주입 후에 제거된다.Next, the first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is formed of an n-type silicon layer by ion implantation, for example. In this ion implantation, the ion implantation region is determined using a resist mask. This resist mask is removed after ion implantation.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)의 제 1 전극층(12)상에, R분광용 광전변환층인 제 1 광전변환층(21)을 형성한다. 이 제 1 광전변환층(21)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, i-CuGa0 .52In0 .48S2 혼정의 결정 성장을 행하여 형성하였다. 단, 여기서 장벽을 BR>kT=26meV의 조건으로 실리콘 기판(11)과의 계면측에 넣는다. 예를 들면, 최초에 i-CuAl0.06Ga0.45In0.49S2의 조성으로 성장시킨 후에, Al와 In의 조성을 서서히 작게 하는 동시에 Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, i-CuGa0 .52In0 .48S2의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BR)는, 50meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높다. 또한, 장벽의 두께를 100㎚로 하였다. R분광용의 광전변환층은 전체 0.8㎛로 하였다.Next, on the first electrode layer 12 of the silicon substrate 11, a first photoelectric conversion layer 21 that is an R-spectral photoelectric conversion layer is formed. The first photoelectric conversion layer 21 is, for example, by using the MBE method, to form by performing the crystal growth of the i-CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 mixed crystal. However, the barrier is placed on the interface side with the silicon substrate 11 under the condition of B R > kT = 26meV. For example, the first i-CuAl 0.06 Ga 0.45 In 0.49 after growth in the proportion of S 2, thereby at the same time to reduce gradually the composition of Al and In composition gradually increases in the Ga, In i-CuGa 0 .52 0 .48 S By setting it as 2 , a spike-like barrier can be laminated | stacked. Since the energy B R of this barrier becomes 50 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature. In addition, the thickness of the barrier was 100 nm. The photoelectric conversion layer for R spectroscopy was made 0.8 micrometer in total.

다음에, G분광용 광전변환층인 제 2 광전변환층(22)을 상기 제 1 광전변환층(21)상에 형성한다. 이 제 2 광전변환층(22)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.7㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 2 광전변환층(22)의 조성은, i-CuAl0.24Ga0.23In0.53S2로 하였다.Next, a second photoelectric conversion layer 22 which is a G-spectral photoelectric conversion layer is formed on the first photoelectric conversion layer 21. The second photoelectric conversion layer 22 was formed to have a thickness of, for example, 0.7 µm using, for example, the MBE method. The composition of this second photoelectric conversion layer 22 was i-CuAl 0.24 Ga 0.23 In 0.53 S 2 .

장벽은 제 1 광전변환층(21)과의 계면측에 적층한다. 최초에 i-CuAl0.33Ga0.11In0.56S2로 한 후 Al와 In의 조성을 서서히 감소시킨다. 그와 함께, Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, i-CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BG)는, 84meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, 상기 BR보다 높다.The barrier is laminated on the interface side with the first photoelectric conversion layer 21. First, i-CuAl 0.33 Ga 0.11 In 0.56 S 2 , and then the composition of Al and In is gradually decreased. With that, by gradually increasing the composition of Ga,, it is possible to laminate the barrier spike by the composition of the i-CuAl 0 .24 Ga 0 .23 In 0 .53 S 2. Since the energy B G of this barrier becomes 84 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature and higher than the B R.

또한 B분광용 광전변환층인 제 3 광전변환층(23)을 상기 제 2 광전변환층(22)상에 형성한다. 이 제 3 광전변환층(23)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.3㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 3 광전변환층(23)의 조성은, p-CuAl0.36Ga0.64S1.28Se0.72로 하였다.In addition, a third photoelectric conversion layer 23, which is a B-spectral photoelectric conversion layer, is formed on the second photoelectric conversion layer 22. The third photoelectric conversion layer 23 was formed to have a thickness of, for example, 0.3 µm using, for example, the MBE method. The composition of this third photoelectric conversion layer 23 was p-CuAl 0.36 Ga 0.64 S 1.28 Se 0.72 .

장벽은 제 2 광전변환층(22)과의 계면측에 적층한다. 최초에 p-CuAl0.42Ga0.58S1.36Se0.64로 한 후 Al와 S의 조성을 서서히 감소시킨다. 그와 함께, Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BG)는, 100meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, BG, BR보다 높다. 또한, p형 도전성으로 하는데는 Cu/13족 원소비를 1 이하로 함으로써 가능하다. 예를 들면, 이 비를 0.98 내지 0.99로 하여 결정 성장함으로써 가능해진다.The barrier is laminated on the interface side with the second photoelectric conversion layer 22. Initially, p-CuAl 0.42 Ga 0.58 S 1.36 Se 0.64 is gradually reduced in the composition of Al and S. With that, by gradually increasing the composition of Ga,, it is possible to laminate the barrier spike by the composition of the p-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 .72. Since the energy B G of this barrier becomes 100 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature, and higher than B G and B R. The p-type conductivity can be achieved by setting the Cu / Group 13 element ratio to 1 or less. For example, it becomes possible by crystal growth by making this ratio into 0.98-0.99.

단, 상술한 결정 성장에 관해, 조건에 따라서는 고용체의 성장이 곤란한 경우가 있다. 이 경우, 초격자에 의한 의사적인 혼정을 성장시켜도 좋다. 예를 들면, R분광용 광전변환층이라면, i-CuInS2의 조성과 i-CuGaS2의 조성을 교대로 임계 막두께 이내의 박막으로 적층시켜서, 전체의 조성이 i-CuGa0 .52In0 .48S2가 되도록 적층시킨다.However, regarding the crystal growth mentioned above, growth of a solid solution may be difficult depending on conditions. In this case, pseudo-orientation by the superlattice may be grown. For example, if the R photoelectric conversion layer for spectroscopic, i-CuInS by the critical film laminated with a thin film thickness of less than 2 in the composition and the composition of the shift i-CuGaS 2, the overall composition of i-CuGa 0 .52 In 0. Laminate to 48 S 2 .

예를 들면, X선 회절법 등을 이용하여 i-CuInS2층과 i-CuGaS2층을 교대로 적층시켜서, Si(100)에 격자 정합시키는 성장 조건을 미리 구하고 나서, 전체 조성이 희망하는 조성이 되도록 적층시킬 수 있다.For example, by using an X-ray diffraction method or the like, the i-CuInS 2 layer and the i-CuGaS 2 layer are alternately stacked to obtain growth conditions for lattice matching to Si (100) in advance, and then the total composition is desired. It can be laminated so that.

상기 결정 성장에서는, 트랜지스터나 판독 회로나 배선 등의 부분을 미리, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막으로 덮고, 일부 실리콘 기판(11)이 노출하여 있는 곳에, 선택적으로 상기의 광전변환층을 성장시켰다.In the crystal growth, portions of transistors, readout circuits, wirings, and the like are previously covered with a material film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), and selectively exposed to a portion where the silicon substrate 11 is exposed. The photoelectric conversion layer was grown.

그 후, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막상에서 래터럴 방향으로 성장시켜서, 거의 전면에 광전변환층을 성장시켰다.Thereafter, growth was made in the lateral direction on a material film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), and the photoelectric conversion layer was grown almost on the entire surface.

뒤이어, 제 2 전극층(14)으로서, 투명 전극 재료인 인듐주석옥사이드(ITO)를 스퍼터 증착법으로 적층하여 형성한다. 이 ITO의 위에 금속의 배선을 시행함으로써, 그라운드에 접지하고, 정공 축적에 의한 차지를 막는다. 또한, 바람직하게는, 전기적으로 신호가 섞이지 않도록, 예를 들면 레지스트 마스크를 형성하여 반응성 이온 에칭(RIE) 가공 등에 의해, 화소마다 분리한다. 이 때, 투명 전극뿐만 아니라 광전변환층도 분리한다. 또한, 집광 효율을 올리기 위해, 화소마다 온 칩 렌즈(OCL)를 형성하여도 좋다.Subsequently, as the second electrode layer 14, indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode material, is laminated and formed by sputter deposition. By wiring the metal on this ITO, the ground is grounded and charges due to hole accumulation are prevented. Further, preferably, a resist mask is formed so as not to be electrically mixed with signals, and is separated for each pixel by reactive ion etching (RIE) processing or the like. At this time, not only the transparent electrode but also the photoelectric conversion layer is separated. In order to increase the light collection efficiency, an on-chip lens OCL may be formed for each pixel.

이상과 같은 프로세스로 제작된 고체 촬상 장치(이미지 센서)(2)에서는, 전압을 VR, VG, VB로 순차적으로, 역바이어스로 인가함으로써, 애벌란시 증배가 생김과 함께, RGB가 증폭된 각 신호를 얻을 수 있다. 단, VR>VG>VB이다.In the solid-state imaging device (image sensor) 2 manufactured by the above process, by applying voltage to V R , V G , and V B sequentially in reverse bias, avalanche multiplication occurs and RGB is amplified. Each signal can be obtained. However, V R > V G > V B.

이와 같이 얻어진 신호를 전송 게이트로 수직 CCD에 전송하고, 또한 그 신호를 통상의 CCD와 마찬가지로 수평 CCD까지 전송하고, 그것을 출력함으로써, 신호를 읽을 수 있다. 이와 같은 방법으로 얻어진 화상은, 통상의 온 칩 컬러 필터(OCCF)의 디바이스 수준의 색 재현성을 나타내는데다가, 감도가 높다.The signal can be read by transferring the signal thus obtained to the vertical CCD through the transfer gate, and transferring the signal to the horizontal CCD as in the normal CCD and outputting it. The image obtained by such a method shows the device level color reproducibility of a normal on-chip color filter (OCCF), and its sensitivity is high.

<11. 제 11의 실시의 형태><11. Eleventh embodiment>

[고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 4 예][Fourth Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device]

본 발명의 제 11 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 4 예를 이하에 설명한다.A fourth example of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the eleventh embodiment of the present invention will be described below.

예를 들면, 상기 도 26에 도시한 고체 촬상 장치(5)는, 상기 도 34에 도시한 CMOS 이미지 센서의 포토다이오드에 적용할 수 있다. 이 고체 촬상 장치(5)는, RGB의 광전변환층이 제각기 분리한 구조로 된다.For example, the solid-state imaging device 5 shown in FIG. 26 can be applied to the photodiode of the CMOS image sensor shown in FIG. 34. This solid-state imaging device 5 has a structure in which RGB photoelectric conversion layers are separated from each other.

상기 고체 촬상 장치(5)는, 예를 들면, 실리콘 기판(11)에 통상의 CMOS 프로세스 공정으로 형성할 수 있다. 이하, 상세를, 상기 도 26을 참조하여 설명한다.The said solid-state imaging device 5 can be formed in the silicon substrate 11 by a normal CMOS process process, for example. Details will be described below with reference to FIG. 26.

상기 실리콘 기판(11)으로는, (100)실리콘 기판을 사용한다. 우선, 상기 실리콘 기판(11)에 주위의 트랜지스터나 전극 등의 회로를 제작한다.As the silicon substrate 11, a (100) silicon substrate is used. First, circuits such as transistors and electrodes around the silicon substrate 11 are fabricated.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)에, RGB의 각 색을 분광하는 광전변환층이 형성된 위치에 대응하여 제 1 전극층(12)을 형성한다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 n형 도펀트를 이온 주입함으로써, n형 실리콘층을 형성하여 이루어진다.Next, the first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11 corresponding to the position where the photoelectric conversion layer for spectroscopically analyzing each color of RGB is formed. The first electrode layer 12 is formed by forming an n-type silicon layer by ion implanting an n-type dopant into the silicon substrate 11, for example.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)상에, 산화 실리콘(SiO2)의 산화막(도시 생략)을 형성하고, 또한, 리소그래피 기술과 RIE 가공 기술을 이용하여, R분광용 광전변환층이 형성되는 영역의 표면 이외를 피복한다. 뒤이어, 실리콘 기판(11)상에, 예를 들면 MBE법을 이용하여, R분광용 광전변환층인 제 1 광전변환층(21)을 형성한다. 이 제 1 광전변환층(21)은, 예를 들면 p-CuGa0 .52In0 .48S2 혼정을 결정 성장시켜서 형성한다. 이 경우, 선택적으로 R의 포토다이오드 표면상에만 결정 성장하도록, 마이스레이션을 강화한 조건으로, 두께 0.8㎛ 정도 성장시킨다. 또한, p형 도전성으로 하는데는 Cu/13족 원소비를 1 이하로 함으로써 가능하다. 예를 들면, 이 비를 0.98으로 하여 결정 성장함으로서 가능해졌다.Next, an oxide film (not shown ) of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the silicon substrate 11, and a region in which an R-spectral photoelectric conversion layer is formed using lithography technique and RIE processing technique. Cover other than the surface of the. Subsequently, on the silicon substrate 11, for example, the MBE method is used to form the first photoelectric conversion layer 21, which is an R-spectral photoelectric conversion layer. The first photoelectric conversion layer 21 is, for example, formed by p-CuGa 0 .52 0 .48 In determining the S 2 mixed crystal growth. In this case, it grows about 0.8 micrometer in thickness on the conditions which strengthened the migration so that crystal | crystallization may grow only on the photodiode surface of R selectively. The p-type conductivity can be achieved by setting the Cu / Group 13 element ratio to 1 or less. For example, it became possible by making crystal | crystallization grow this ratio to 0.98.

그 후, 상기 산화막을 제거한다.Thereafter, the oxide film is removed.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)상에, 산화 실리콘(SiO2)의 산화막(도시 생략)을 형성하고, 또한, 리소그래피 기술과 RIE 가공 기술을 이용하여, G분광용 광전변환층이 형성된 영역의 표면 이외를 피복한다. 뒤이어, 실리콘 기판(11)상에, 예를 들면 MBE법을 이용하여, G분광용 광전변환층인 제 2 광전변환층(22)을 형성한다. 이 제 2 광전변환층(22)은, 예를 들면 p-CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2 혼정을 결정 성장시켜서 형성한다. 이 경우, 선택적으로 G의 포토다이오드 표면상에만 결정 성장하도록, 마이그레이션을 강화한 조건으로, 두께 0.7㎛ 정도 성장시킨다. 또한, p형 도전성으로 하는데는 Cu/13족 원소비를 1 이하로 함으로써 가능하다. 예를 들면, 이 비를 0.98로 하여 결정 성장함으로써 가능해졌다.Next, an oxide film (not shown ) of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the silicon substrate 11, and further, by using a lithography technique and a RIE processing technique, a region where the G-spectral photoelectric conversion layer is formed. Cover other than the surface. Subsequently, on the silicon substrate 11, for example, a second photoelectric conversion layer 22 which is a G-spectral photoelectric conversion layer is formed by using the MBE method. The second photoelectric conversion layer 22 is, for example, formed by p-CuAl 0 .24 Ga 0 .23 In 0 .53 determine S 2 mixed crystal growth. In this case, it grows about 0.7 micrometer in thickness on condition that migration was strengthened so that crystal | crystallization may grow only on G photodiode surface selectively. The p-type conductivity can be achieved by setting the Cu / Group 13 element ratio to 1 or less. For example, it became possible by crystal growth by making this ratio 0.98.

그 후, 상기 산화막을 제거한다.Thereafter, the oxide film is removed.

또한, 상기 실리콘 기판(11)상에, 산화 실리콘(SiO2)의 산화막(도시 생략)을 형성하고, 또한, 리소그래피 기술과 RIE 가공 기술을 이용하여, B분광용 광전변환층이 형성된 영역의 표면 이외를 피복한다. 뒤이어, 실리콘 기판(11)상에, 예를 들면 MBE법을 이용하여, B분광용 광전변환층인 제 3 광전변환층(23)을 형성한다. 이 제 3 광전변환층(23)은, 예를 들면 p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72 혼정을 결정 성장시켜서 형성한다. 이 경우, 선택적으로 B의 포토다이오드 표면상에만 결정 성장하도록, 마이그레이션을 강화한 조건으로, 두께 0.7㎛ 정도 성장시킨다. 또한, p형 도전성으로 하는데는 Cu/13족 원소비를 1 이하로 함으로써 가능하다. 예를 들면, 이 비를 0.98 내지 0.99로 하여 결정 성장함으로써 가능해졌다.In addition, an oxide film (not shown ) of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the silicon substrate 11, and the surface of the region where the B-spectral photoelectric conversion layer is formed using lithography technique and RIE processing technique. Cover other than this. Subsequently, on the silicon substrate 11, for example, a third photoelectric conversion layer 23 that is a B-spectral photoelectric conversion layer is formed by using the MBE method. The third photoelectric conversion layer 23 is, for example, formed by p-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 0 .72 determine Se mixed crystal growth. In this case, it grows about 0.7 micrometer in thickness on condition that the migration was strengthened so that crystal | crystallization might grow only on the photodiode surface of B selectively. The p-type conductivity can be achieved by setting the Cu / Group 13 element ratio to 1 or less. For example, this ratio was made possible by crystal growth with 0.98 to 0.99.

그 후, 상기 산화막을 제거한다.Thereafter, the oxide film is removed.

단, 상술한 결정 성장에 관해, 조건에 따라서는 고용체의 성장이 곤란한 경우가 있다. 이 경우, 초격자에 의한 의사적인 혼정을 성장시켜도 좋다.However, regarding the crystal growth mentioned above, growth of a solid solution may be difficult depending on conditions. In this case, pseudo-orientation by the superlattice may be grown.

예를 들면, R분광용의 광전변환층이라면, p-CuInS2의 조성과 p-CuGaS2의 조성을 교대로 임계 막두께 이내의 박막으로 적층시켜서, 전체의 조성이 p-CuGa0 .52In0 .48S2가 되도록 적층시킨다. 예를 들면, X선 회절법 등을 이용하여 p-CuInS2층과 p-CuGaS2층을 교대로 적층시켜서, Si(100)에 격자 정합시키는 성장 조건을 미리 구하고 나서, 전체 조성이 희망하는 조성이 되도록 적층시킬 수 있다.For example, if the photoelectric conversion layer for the R spectroscopy, by the critical film laminated with a thin film of a thickness within a p-CuInS 2 of the composition and the composition of alternating p-CuGaS 2, the overall composition of p-CuGa 0 .52 In 0 Stack to .48 S 2 . For example, by alternately stacking the p-CuInS 2 layer and the p-CuGaS 2 layer using X-ray diffraction, etc., the growth conditions for lattice matching to Si (100) are determined in advance, and then the total composition is desired. It can be laminated so that.

다음에, 상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22), 상기 제 3 광전변환층(23)상에, 각각 제 2 전극층(14)을 형성한다. 이 제 2 전극층(14)은, 상기 설명한 바와 마찬가지의 투명 전극으로 형성된다. 이 제 2 전극층(14)상에 금속의 배선을 시행함으로써, 그라운드에 접지하고, 정공 축적에 의한 차지를 막는다.Next, second electrode layers 14 are formed on the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23, respectively. This second electrode layer 14 is formed of the same transparent electrode as described above. By wiring the metal on the second electrode layer 14, the ground is grounded to prevent charge due to hole accumulation.

또한, 바람직하게는, 전기적으로 신호가 섞이지 않도록, RIE 가공 등에 의해, 화소마다 분리한다. 이 때, 제 2 전극층(14)뿐만 아니라 광전변환층도 분리한다. 또한 집광 효율을 올리기 위해, 화소마다 온 칩 렌즈(OCL)를 형성하여도 좋다.Further, preferably, the pixels are separated for each pixel by RIE processing or the like so as not to mix the signals electrically. At this time, not only the second electrode layer 14 but also the photoelectric conversion layer is separated. In order to increase the light collection efficiency, an on-chip lens OCL may be formed for each pixel.

이상과 같은 프로세스로 제작된 이미지 센서에 관해, 역바이어스를 인가함으로써 각 RGB의 신호(r, g, b)(→RAW 데이터)를 얻는다. 또한, 디모자이크 처리 후에, 다음과 같은 색 연산 처리를 행하면 좋다.Regarding the image sensor manufactured by the above process, the reverse bias is applied to obtain signals r, g and b (→ RAW data) of each RGB. In addition, after demosaicing, the following color calculation may be performed.

R=r-g, G=g-b, B=bR = r-g, G = g-b, B = b

여기서, r, g, b는 RAW 데이터이다.Here, r, g, and b are RAW data.

이와 같은 방법으로 얻어진 화상은, 통상의 온 칩 컬러 필터(OCCF)의 디바이스 수준의 색 재현성을 나타내는데다가, 감도가 높다.The image obtained by such a method shows the device level color reproducibility of a normal on-chip color filter (OCCF), and its sensitivity is high.

<12. 제 12의 실시의 형태><12. 12th Embodiment>

[고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 5 예][Fifth Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device]

본 발명의 제 12 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 5 예를 이하에 설명한다.The fifth example of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the twelfth embodiment of the present invention will be described below.

예를 들면, 도 36에 도시한 고체 촬상 장치(10)는, 상기 도 34에 도시한 CMOS 이미지 센서의 포토다이오드에 적용할 수 있다. 이 고체 촬상 장치(10)에서는, 도 37에 도시하는 바와 같이, 격자 정합계이며, 또한 밴드 갭을 최대한으로 변화할 수 있는 범위에서 조성을 바꾸고 있다. 이와 같이 함으로써, 낮은 구동 전압으로 애벌란시 증배를 최대한으로 인출하는 것이 가능해지기 때문에, 현저한 고감도화를 얻을 수 있다.For example, the solid-state imaging device 10 shown in FIG. 36 can be applied to the photodiode of the CMOS image sensor shown in FIG. 34. In this solid-state imaging device 10, as shown in FIG. 37, it is a grating matching system and the composition is changed in the range which can change a band gap to the maximum. By doing in this way, since avalanche multiplication can be taken out to the maximum with low drive voltage, remarkable high sensitivity can be acquired.

상기 실리콘 기판(11)으로는, (100)실리콘 기판을 사용한다. 우선, 상기 실리콘 기판(11)에 주변의 트랜지스터나 전극 등의 회로를 제작한다.As the silicon substrate 11, a (100) silicon substrate is used. First, a circuit such as a peripheral transistor or an electrode is fabricated on the silicon substrate 11.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)에, RGB의 각 색을 분광하는 광전변환층이 형성되는 위치에 대응하여 제 1 전극층(12)을 형성한다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 n형 도펀트를 이온 주입함으로써, n형 실리콘층을 형성하여 이루어진다.Next, the first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11 corresponding to the position where the photoelectric conversion layer for spectroscopically analyzing each color of RGB is formed. The first electrode layer 12 is formed by forming an n-type silicon layer by ion implanting an n-type dopant into the silicon substrate 11, for example.

다음에, 상기 실리콘 기판(11)상에, 광전변환층(13)을 형성한다. 예를 들면, MBE법을 이용하여, 최초에 n-CuAlS1 .2Se0 .8 또는 i-CuAlS1 .2Se0 .8의 결정을 성장시킨다. 뒤이어, Al와 Se의 조성을 서서히 감소시키는 동시에 Ga와 In의 조성을 서서히 증가시켜서, p-CuGa0 .52In0 .48S2의 조성으로 한다. 전체 두께로서 2㎛ 정도 있으면 좋다.Next, a photoelectric conversion layer 13 is formed on the silicon substrate 11. For example, using the MBE method, thereby growing the n-CuAlS 1 .2 Se 0 .8 or i-CuAlS 1 .2 determination of Se 0 .8 in the first place. Subsequently, by a composition of Al and Se at the same time to gradually decrease gradually the composition of Ga and In, and the composition of the p-CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2. It should just be about 2 micrometers as whole thickness.

단, 도중에 n형 또는 i형으로부터 p형으로 변화시킨다. n형 도전성으로 하기 위해서는, 12족 원소를 도핑하면 좋다. 예를 들면, 결정 성장할 때, 동시에 아연(Zn)을 미량 첨가하는 것으로 가능해진다.However, it changes from n type or i type to p type along the way. In order to make n-type electroconductivity, doping of group 12 element may be performed. For example, when crystal growth, it becomes possible to add a trace amount of zinc (Zn) simultaneously.

한편, i형인 경우는, 특별히 도핑하지 않다.On the other hand, in the case of i type, it is not especially doped.

또한 p형 도전성으로 하는데는 Cu/13족 원소비를 1 이하로 함으로써 가능하다. 예를 들면, 이 비를 0.98 내지 0.99로 하여 결정 성장함으로써 가능해진다.The p-type conductivity can be achieved by setting the Cu / Group 13 element ratio to 1 or less. For example, it becomes possible by crystal growth by making this ratio into 0.98-0.99.

또한 이상의 성장에서는, 트랜지스터나 판독 회로나 배선 등의 부분을 미리, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료로 덮고, 일부 Si기판이 노출하여 있는 곳에, 선택적으로 상기의 광전변환층을 성장시킨다. 또한 그 후, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료상에서 래터럴 방향으로 성장시켜서, 거의 전면에 광전변환층을 성장시킨다.Further, in the above growth, the photoelectric conversion is selectively covered where a portion of a transistor, a read circuit, a wiring, or the like is previously covered with a material such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), and a portion of the Si substrate is exposed. Grow the layer. Thereafter, the photoelectric conversion layer is grown almost on the entire surface by growing in a lateral direction on a material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN).

또한, 제 2 전극층(14)으로서, 투명 전극 재료인 인듐주석옥사이드(ITO)를 스퍼터 증착법으로 적층하여 형성한다. 이 ITO의 위에 금속의 배선을 시행함으로써, 그라운드에 접지하고, 정공 축적에 의한 차지를 막는다. 또한 색 분리를 하기 위해 온 칩 컬러 필터(OCCF)를 화소마다 붙여도 좋다. 또한, 집광성을 좋게 하기 위해 온 칩 렌즈(OCL)를 붙여도 좋다.As the second electrode layer 14, indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode material, is formed by laminating by sputter deposition. By wiring the metal on this ITO, the ground is grounded and charges due to hole accumulation are prevented. In order to perform color separation, an on-chip color filter (OCCF) may be attached for each pixel. In order to improve light condensation, an on-chip lens OCL may be attached.

이상과 같은 밴드 갭이 큰 변화가 있기 때문에, 상기 도 19, 도 20에 도시하는 바와 같이 역바이어스를 인가한 때에 작은 구동 전압으로 큰 에너지 단차를 얻을 수 있기 때문에, 애벌란시 증배가 크게 일어나고, 높은 감도를 얻을 수 있다.Since there is a big change in the band gap as described above, since a large energy step can be obtained at a small driving voltage when the reverse bias is applied as shown in FIGS. 19 and 20, avalanche multiplication occurs largely and high. Sensitivity can be obtained.

<13. 제 13의 실시의 형태><13. Thirteenth Embodiment>

[고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 6 예][Sixth Example of Manufacturing Method of Solid State Imaging Device]

본 발명의 제 13 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 제 6 예를 이하에 설명한다.A sixth example of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the thirteenth embodiment of the present invention will be described below.

예를 들면, 상기 도 30에 도시한 고체 촬상 장치(7)는, 상기 도 34에 도시한 CMOS 이미지 센서의 포토다이오드에 적용할 수 있다.For example, the solid-state imaging device 7 shown in FIG. 30 can be applied to the photodiode of the CMOS image sensor shown in FIG.

상기 고체 촬상 장치(7)는, 예를 들면, 실리콘 기판(11)에 통상의 CMOS 프로세스 공정으로 형성할 수 있다. 이하, 상세를, 상기 도 30을 참조하여 설명한다.The said solid-state imaging device 7 can be formed in the silicon substrate 11 by a normal CMOS process process, for example. Details will be described below with reference to FIG. 30.

상기 SOI 기판의 실리콘층(상기 도 30의 실리콘 기판(11)에 상당)에, CMOS 프로세스에 의해, 주변의 트랜지스터나 전극 등의 회로를 제작한다. 또한, 주변의 트랜지스터나 전극 등의 회로를 피복하는 산화 실리콘 막(도시 생략)을 형성한다.In the silicon layer of the SOI substrate (corresponding to the silicon substrate 11 of FIG. 30), a circuit such as a peripheral transistor, an electrode, or the like is produced by a CMOS process. Further, a silicon oxide film (not shown) is formed to cover circuits such as transistors and electrodes in the vicinity.

다음에, SOI 기판의 실리콘층을 다른 유리 기판의 위에 전사하여 붙인다. 이 때, 회로측이 유리 기판측에 달라붙고, 실리콘(100)층의 이면측이 표면에 나타나게 된다.Next, the silicon layer of the SOI substrate is transferred and pasted onto another glass substrate. At this time, the circuit side sticks to the glass substrate side, and the back surface side of the silicon 100 layer appears on the surface.

또한, 상기 실리콘층에는, 제 1 전극층(12)을 형성하여 둔다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면, 이온 주입에 의해, n형 실리콘층으로 형성한다. 이 이온 주입에서는, 레지스트 마스크를 이용하여, 이온 주입 영역을 확정하고 있다. 이 레지스트 마스크는, 이온 주입 후에 제거된다.In addition, the first electrode layer 12 is formed in the silicon layer. The first electrode layer 12 is formed of an n-type silicon layer by ion implantation, for example. In this ion implantation, the ion implantation region is determined using a resist mask. This resist mask is removed after ion implantation.

다음에, 상기 실리콘층의 제 1 전극층(12)상에, R분광용 광전변환층인 제 1 광전변환층(21)을 형성한다. 이 제 1 광전변환층(21)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, i-CuGa0 .52In0 .48S2 혼정의 결정 성장을 행하여 형성하였다.Next, on the first electrode layer 12 of the silicon layer, a first photoelectric conversion layer 21 that is an R-spectral photoelectric conversion layer is formed. The first photoelectric conversion layer 21 is, for example, by using the MBE method, to form by performing the crystal growth of the i-CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 mixed crystal.

단, 여기서 장벽을 BR>kT=26meV의 조건으로 실리콘 기판(11)과의 계면측에 넣는다. 예를 들면, 최초에 i-CuAl0 .06Ga0 .45In0 .49S2의 조성으로 성장시킨 후에, Al와 In의 조성을 서서히 작게 하는 동시에 Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, i-CuGa0 .52In0 .48S2의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BR)는, 50meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높다. 또한, 장벽의 두께를 100㎚로 하였다. R분광용의 광전변환층은 전체 0.8㎛로 하였다.However, the barrier is placed on the interface side with the silicon substrate 11 under the condition of B R > kT = 26meV. For example, the first after growth in the proportion of i-CuAl 0 .06 Ga 0 .45 In 0 .49 S 2, at the same time to reduce gradually the composition of Al and Ga in the In composition gradually increases by, i-CuGa 0. by a composition of 52 in 0 .48 S 2, it is possible to laminate the barrier spike. Since the energy B R of this barrier becomes 50 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature. In addition, the thickness of the barrier was 100 nm. The photoelectric conversion layer for R spectroscopy was made 0.8 micrometer in total.

다음에, G분광용 광전변환층인 제 2 광전변환층(22)을 상기 제 1 광전변환층(21)상에 형성한다. 이 제 2 광전변환층(22)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.7㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 2 광전변환층(22)의 조성은, i-CuAl0.24Ga0.23In0.53S2로 하였다.Next, a second photoelectric conversion layer 22 which is a G-spectral photoelectric conversion layer is formed on the first photoelectric conversion layer 21. The second photoelectric conversion layer 22 was formed to have a thickness of, for example, 0.7 µm using, for example, the MBE method. The composition of this second photoelectric conversion layer 22 was i-CuAl 0.24 Ga 0.23 In 0.53 S 2 .

장벽은 제 1 광전변환층(21)과의 계면측에 적층한다. 최초에 i-CuAl0.33Ga0.11In0.56S2로 한 후 Al와 In의 조성을 서서히 감소시키는 동시에, Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, i-CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BG)는, 84meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, 상기 BR보다 높다.The barrier is laminated on the interface side with the first photoelectric conversion layer 21. First to i-CuAl 0.33 Ga 0.11 In0 .56 S after 2 at the same time to gradually decrease the composition of Al and In, by gradually increasing the composition of Ga, the i-CuAl 0 .24 Ga 0 .23 In 0 .53 S 2 By setting it as a composition, a spike-like barrier can be laminated | stacked. Since the energy B G of this barrier becomes 84 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature and higher than the B R.

또한 B분광용 광전변환층인 제 3 광전변환층(23)을 상기 제 2 광전변환층(22)상에 형성한다. 이 제 3 광전변환층(23)은, 예를 들면 MBE법을 이용하여, 예를 들면 0.3㎛의 두께로 형성하였다. 이 제 3 광전변환층(23)의 조성은, p-CuAl0.36Ga0.64S1.28Se0.72 로 하였다.In addition, a third photoelectric conversion layer 23, which is a B-spectral photoelectric conversion layer, is formed on the second photoelectric conversion layer 22. The third photoelectric conversion layer 23 was formed to have a thickness of, for example, 0.3 µm using, for example, the MBE method. The composition of this third photoelectric conversion layer 23 was p-CuAl 0.36 Ga 0.64 S 1.28 Se 0.72 .

장벽은 제 2 광전변환층(22)과의 계면측에 적층한다. 최초에 p-CuAl0.42Ga0.58S1.36Se0.64로 한 후 Al와 S의 조성을 서서히 감소시키는 동시에, Ga의 조성을 서서히 증가시켜서, p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 조성으로 함으로써, 스파이크형상의 장벽을 적층할 수 있다. 이 장벽의 에너지(BG)는, 100meV 이하가 되기 때문에 실온의 열에너지보다 충분히 높고, BG, BR 보다 높다. 또한, p형 도전성으로 하는데는 Cu/13족 원소비를 1 이하로 함으로써 가능하다. 예를 들면, 이 비를 0.98 내지 0.99로 하여 결정 성장함으로써 가능해진다.The barrier is laminated on the interface side with the second photoelectric conversion layer 22. After the first to p-CuAl 0.42 Ga 0.58 S 1.36 Se 0.64 the composition of Al and S while at the same time gradually reduced, by gradually increasing the composition of Ga, p-CuAl Ga 0 .36 0 .64 1 .28 S Se 0 .72 By setting it as the composition of, the spike-like barrier can be laminated. Since the energy B G of this barrier becomes 100 meV or less, it is sufficiently higher than the thermal energy at room temperature, and higher than B G and B R. The p-type conductivity can be achieved by setting the Cu / Group 13 element ratio to 1 or less. For example, it becomes possible by crystal growth by making this ratio into 0.98-0.99.

단, 상술한 결정 성장에 관해, 조건에 따라서는 고용체의 성장이 곤란한 경우가 있다. 이 경우, 초격자에 의한 의사적인 혼정을 성장시켜도 좋다. 예를 들면, R분광용 광전변환층이라면, i-CuInS2의 조성과 i-CuGaS2의 조성을 교대로 임계 막두께 이내의 박막으로 적층시켜서, 전체의 조성이 i-CuGa0 .52In0 .48S2가 되도록 적층시킨다.However, regarding the crystal growth mentioned above, growth of a solid solution may be difficult depending on conditions. In this case, pseudo-orientation by the superlattice may be grown. For example, if the R photoelectric conversion layer for spectroscopic, i-CuInS by the critical film laminated with a thin film thickness of less than 2 in the composition and the composition of the shift i-CuGaS 2, the overall composition of i-CuGa 0 .52 In 0. Laminate to 48 S 2 .

예를 들면, X선 회절법 등을 이용하여 i-CuInS2층과 i-CuGaS2층을 교대로 적층시켜서, Si(100)에 격자 정합시키는 성장 조건을 미리 구하고 나서, 전체 조성이 희망하는 조성이 되도록 적층시킬 수 있다.For example, by using an X-ray diffraction method or the like, the i-CuInS 2 layer and the i-CuGaS 2 layer are alternately stacked to obtain growth conditions for lattice matching to Si (100) in advance, and then the total composition is desired. It can be laminated so that.

상기 결정 성장에서는, 트랜지스터나 판독 회로나 배선 등의 부분을 미리, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막으로 덮고, 일부 실리콘 기판(11)이 노출하여 있는 곳에, 선택적으로 상기의 광전변환층을 성장시켰다.In the crystal growth, portions of transistors, readout circuits, wirings, and the like are previously covered with a material film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), and selectively exposed to a portion where the silicon substrate 11 is exposed. The photoelectric conversion layer was grown.

또한 그 후, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 재료막상에서 래터럴 방향으로 성장시켜서, 거의 전면에 광전변환층을 성장시켰다.Further, after that, growth was made in the lateral direction on a material film such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), and the photoelectric conversion layer was grown almost on the entire surface.

또한, 제 2 전극층(14)으로서, 투명 전극 재료인 인듐주석옥사이드(ITO)를 스퍼터 증착법으로 적층하여 형성한다. 이 ITO의 위에 금속의 배선을 시행함으로써, 그라운드에 접지하고, 정공 축적에 의한 차지를 막는다. 또한, 바람직하게는, 전기적으로 신호가 섞이지 않도록, 예를 들면 레지스트 마스크를 형성하여 반응성 이온 에칭(RIE) 가공 등에 의해, 화소마다 분리한다. 이 때, 투명 전극뿐만 아니라 광전변환층도 분리한다. 또한, 집광 효율을 올리기 위해, 화소마다 온 칩 렌즈(OCL)를 형성하여도 좋다.As the second electrode layer 14, indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode material, is formed by laminating by sputter deposition. By wiring the metal on this ITO, the ground is grounded and charges due to hole accumulation are prevented. Further, preferably, a resist mask is formed so as not to be electrically mixed with signals, and is separated for each pixel by reactive ion etching (RIE) processing or the like. At this time, not only the transparent electrode but also the photoelectric conversion layer is separated. In order to increase the light collection efficiency, an on-chip lens OCL may be formed for each pixel.

이상과 같은 프로세스로 제작된 고체 촬상 장치(이미지 센서)(7)에서는, 전압을 VR, VG, VB로 순차적으로, 역바이어스로 인가함으로써, 애벌란시 증배가 생김과 함께, RGB가 증폭된 각 신호를 얻을 수 있다. 단, VR>VG>VB이다. 이와 같은 방법으로 얻어진 화상은, 통상의 온 칩 컬러 필터(OCCF)의 디바이스 수준의 색 재현성을 나타내는데다가, 감도가 높다.In the solid-state imaging device (image sensor) 7 produced by the above process, by applying a voltage in reverse bias sequentially to V R , V G , and V B , avalanche multiplication occurs and RGB is amplified. Each signal can be obtained. However, V R > V G > V B. The image obtained by such a method shows the device level color reproducibility of a normal on-chip color filter (OCCF), and its sensitivity is high.

<14. 제 14의 실시의 형태><14. 14th Embodiment>

[고체 촬상 장치의 구성의 제 10 예][Tenth Example of Configuration of Solid-State Imaging Device]

상기 설명한 모든 고체 촬상 장치에서는, 신호로서 전자를 판독하는 구조로서 설명을 행하였다.In all the solid-state imaging devices mentioned above, it demonstrated as a structure which reads an electron as a signal.

실제로는, 신호로서 정공을 판독하는 구조로 할 수도 있다. 그 한 예를, 이하에 설명한다.In fact, it may be configured to read holes as a signal. One example thereof will be described below.

상기 도 12에 대응하는 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성을 도 38의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.The structure of the solid-state imaging device of hole reading corresponding to FIG. 12 will be described with a schematic configuration sectional view of FIG.

도 38에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 n형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 p형 실리콘층으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 이 광전변환층(13)은, 제 1 전극층(12)상부터, i-CuGa0 .52In0 .48S2막의 제 1 광전변환층(21), i-CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2막의 제 2 광전변환층(22), i-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 제 3 광전변환층(23)이 적층되어 형성되어 있다. 또한, 상기 광전변환층(13)상에는, 중간층(16)인 황화 카드뮴(CdS)층을 통하여 투광성을 갖는 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 예를 들면 산화 아연 등의 n형의 투명 전극 재료로 형성되어 있다. 중간층(16)으로서 황화 카드뮴층을 넣는 것은, 전자의 투명 전극측으로 이동하기 위한 포텐셜 장벽을 내림으로써, 구동 전압을 내리기 위해서다.As shown in FIG. 38, the silicon substrate 11 is formed of an n-type silicon substrate. The first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, a p-type silicon layer formed on the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a lattice match and formed of a CuAlGaInSSe-based mixed crystal is formed. The photoelectric conversion layer 13, first electrode layer 12 from a, i-CuGa 0 .52 0 .48 S 2 In the film the first photoelectric conversion layer (21), i-CuAl 0 .24 Ga 0 .23 in 0 .53 S 2 film a second photoelectric conversion layer 22, the i-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 the third photoelectric conversion layer 23 of 0.72 is formed is stacked. Further, on the photoelectric conversion layer 13, a second electrode layer 14 having transparency is formed through a cadmium sulfide (CdS) layer, which is the intermediate layer 16. The second electrode layer 14 is formed of an n-type transparent electrode material such as zinc oxide, for example. Inserting the cadmium sulfide layer as the intermediate layer 16 is for lowering the driving voltage by lowering the potential barrier for moving to the transparent electrode side of the electrons.

또한, 상기 광전변환층의 칼코파이라이트층을 i층으로 하였지만, 라이트 도프의 p형층이라도 좋다.In addition, although the chalcopyrite layer of the said photoelectric conversion layer was made into i layer, the p-type layer of light dope may be sufficient.

상기 고체 촬상 장치(71)에서는, 제 1, 제 2, 제 3 광전변환층(21, 22, 23)의 각계면 부근의 와이드 갭측에 연속적인 조성 제어에 의한 스파이크형상의 장벽을, 가전자대(價電子帶)측에 BB≥BG≥BR>kT(=26meV)의 조건으로 형성한다. 이로써, 정공이 갇혀져서 RGB별로 정공의 축적이 가능해진다. 여기서, k는 볼쯔만 상수가고, kT는 실온의 열에너지에 대응한다. 이 경우, 판독의 인가 전압의 정부(正負)의 관계가, 전자 판독 구조의 경우에 비하여, 역전한다. 즉, VR, VG, VB의 순서로 부의 전압을 순차적으로 인가함으로써, R신호와 G신호와 B신호를 판독하는 것이 가능해진다(단지 VB<VG<VR≤-kT).In the solid-state imaging device 71, a spike-like barrier formed by continuous composition control on the wide gap side near each interface of the first, second, and third photoelectric conversion layers 21, 22, and 23 is provided with a valence band ( It is formed under the condition of B B ≥ B G ≥ B R > kT (= 26 meV) on the side of the electron. As a result, the holes are trapped and the holes can be accumulated for each RGB. Where k is the Boltzmann constant and kT corresponds to the thermal energy at room temperature. In this case, the relationship between the positive and negative of the applied voltage of the read reverses as compared with the case of the electronic read structure. That is, by sequentially applying negative voltages in the order of V R , V G , and V B , it becomes possible to read the R signal, the G signal, and the B signal (only V B <V G <V R ≤ -kT).

다음에, 상기 도 21에 대응하는 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성을 도 39의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.Next, the structure of the solid-state imaging device of hole reading corresponding to FIG. 21 will be described with a schematic configuration sectional view of FIG.

도 39에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 n형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된p형 실리콘층으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 이 광전변환층(13)은, 제 1 전극층(12)상부터, CuGa0 .52In0 .48S2막의 제 1 광전변환층(21), CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2막의 제 2 광전변환층(22), CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 제 3 광전변환층(23)이 적층되어 형성되어 있다. 또한 상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22) 및 상기 제 3 광전변환층(23)은, 각각의 중앙부가 i층으로 형성되고, 그 일방측이 p층, 타방측이 n층으로 형성되어 있다. 따라서, p-i-n 구조로 되어 있다.As shown in FIG. 39, the silicon substrate 11 is formed of an n-type silicon substrate. The first electrode layer 12 is formed on the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, a p-type silicon layer formed on the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a lattice match and formed of a CuAlGaInSSe-based mixed crystal is formed. The photoelectric conversion layer 13, first electrode layer 12 from the, CuGa 0 .52 0 .48 S 2 In the film the first photoelectric conversion layer (21), CuAl Ga 0 .24 0 .23 0 .53 In S 2 film a second photoelectric conversion layer (22), CuAl 0 .36 is Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 the third photoelectric conversion layer 23 of 0.72 is formed is stacked. In the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23, each center portion is formed of an i layer, and one side thereof has a p layer and the other side. The side is formed by n layers. Therefore, it has a pin structure.

또한, 상기 광전변환층(13)의 제 2 광전변환층(22)의 p층상 및 제 3 광전변환층(23)의 p층상에는, p형 전극(제 2 전극층)층(14p)이 형성되어 있다. 또한, 상기 광전변환층(13)의 제 2 광전변환층(22)의 n층상 및 제 3 광전변환층(23)의 n층상에는, n형 전극(제 2 전극층)층(14n)이 형성되어 있다. 상기 p형 전극층(14p)은, 필요 없는 경우도 있다.Further, a p-type electrode (second electrode layer) layer 14p is formed on the p layer of the second photoelectric conversion layer 22 and the p layer of the third photoelectric conversion layer 23 of the photoelectric conversion layer 13. have. In addition, an n-type electrode (second electrode layer) layer 14n is formed on the n-layer of the second photoelectric conversion layer 22 and the n-layer of the third photoelectric conversion layer 23 of the photoelectric conversion layer 13. have. The p-type electrode layer 14p may not be necessary.

또한, 상기 실리콘 기판(11)에는 게이트 MOS(41)를 통하여 신호를 판독하는 판독 회로(도시 생략)가 형성되어 있다.In addition, a read circuit (not shown) for reading a signal through the gate MOS 41 is formed in the silicon substrate 11.

상기한 바와 같이, 고체 촬상 장치(72)는 구성되어 있다.As mentioned above, the solid-state imaging device 72 is comprised.

다음에, 상기 도 26에 도시한 고체 촬상 장치에 대응한 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성을 도 40의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.Next, the structure of the hole reading solid-state imaging device corresponding to the solid-state imaging device shown in FIG. 26 will be described with a schematic configuration sectional view of FIG.

도 40에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 n형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에는, RGB의 각 색을 분광하는 광전변환층이 형성된 위치에 대응하여 제 1 전극층(12)이 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 p형 실리콘층으로 이루어진다.As shown in FIG. 40, the silicon substrate 11 is formed of an n-type silicon substrate. In this silicon substrate 11, a first electrode layer 12 is formed corresponding to a position where a photoelectric conversion layer for spectroscopic analysis of each color of RGB is formed. The first electrode layer 12 is made of, for example, a p-type silicon layer formed on the silicon substrate 11.

R분광하는 위치의 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 제 1 광전변환층(21)이 형성되어 있다. 이 제 1 광전변환층(21)은, 예를 들면 p-CuGa0 .52In0 .48S2막으로 형성되어 있다.On the first electrode layer 12 at the R-split position, a first photoelectric conversion layer 21 made of lattice-matched CuAlGaInSSe-based mixed crystals is formed. The first photoelectric conversion layer 21 are formed of, for example, a p-In CuGa 0 .52 0 .48 2 S film.

또한 G분광하는 위치의 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 제 2 광전변환층(22)이 형성되어 있다. 이 제 2 광전변환층(22)은, 예를 들면 p-CuAl0.24Ga0.23In0.53S2막으로 형성되어 있다.Further, on the first electrode layer 12 at the G-split position, a second photoelectric conversion layer 22 made of lattice matched CuAlGaInSSe-based mixed crystals is formed. This second photoelectric conversion layer 22 is formed of, for example, a p-CuAl 0.24 Ga 0.23 In 0.53 S 2 film.

또한 B분광하는 위치의 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 제 3 광전변환층(23)이 형성되어 있다. 이 제 3 광전변환층(23)은, 예를 들면 p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72로 형성되어 있다.Further, a third photoelectric conversion layer 23 formed of lattice-matched CuAlGaInSSe-based mixed crystals is formed on the first electrode layer 12 at the B-split position. The third photoelectric conversion layer 23 are formed of, for example, a p-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 .72.

상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22), 상기 제 3 광전변환층(23)의 두께는, 각각 0.8㎛, 0.7㎛, 0.7㎛이다.The thicknesses of the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23 are 0.8 μm, 0.7 μm, and 0.7 μm, respectively.

상기 제 1 광전변환층(21), 상기 제 2 광전변환층(22), 상기 제 3 광전변환층(23)상에는, 각각 중간층(16)인 황화 카드뮴(CdS)층을 통하여 투광성을 갖는 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 예를 들면 산화 아연 등의 n형의 투명 전극 재료로 형성되어 있다.On the first photoelectric conversion layer 21, the second photoelectric conversion layer 22, and the third photoelectric conversion layer 23, a second light-transmitting layer is formed through a cadmium sulfide (CdS) layer, which is an intermediate layer 16. The electrode layer 14 is formed. The second electrode layer 14 is formed of an n-type transparent electrode material such as zinc oxide, for example.

따라서 실리콘 기판(11)에, 제 1 전극층(12), 제 1 광전변환층(21), 제 2 전극층(14)을 적층하여 이루어지는 제 1 광전변환층(24)이 형성된다. 마찬가지로, 제 1 전극층(12), 제 2 광전변환층(22), 제 2 전극층(14)을 적층하여 이루어지는 제 2 광전변환층(25)이 형성된다. 마찬가지로, 제 1 전극층(12), 제 3 광전변환층(23), 제 2 전극층(14)을 적층하여 이루어지는 제 3 광전변환층(26)이 형성된다. 따라서 실리콘 기판(11)에는, 횡방향으로, 제 1 내지 제 3 광전변환층(24 내지 26)이 배치된다.Accordingly, the first photoelectric conversion layer 24 formed by stacking the first electrode layer 12, the first photoelectric conversion layer 21, and the second electrode layer 14 is formed on the silicon substrate 11. Similarly, the 2nd photoelectric conversion layer 25 formed by laminating | stacking the 1st electrode layer 12, the 2nd photoelectric conversion layer 22, and the 2nd electrode layer 14 is formed. Similarly, the third photoelectric conversion layer 26 formed by stacking the first electrode layer 12, the third photoelectric conversion layer 23, and the second electrode layer 14 is formed. Accordingly, the first to third photoelectric conversion layers 24 to 26 are disposed on the silicon substrate 11 in the lateral direction.

상기한 바와 같이, 고체 촬상 장치(73)가 구성되어 있다.As mentioned above, the solid-state imaging device 73 is comprised.

다음에, 상기 도 30에 도시한 고체 촬상 장치에 대응하는 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성을 도 41의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.Next, the structure of the hole reading solid-state imaging device corresponding to the solid-state imaging device shown in FIG. 30 will be described with a schematic configuration cross-sectional view of FIG.

도 41에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)은 n형 실리콘 기판으로 형성되어 있다. 이 실리콘 기판(11)에는, 제 1 전극층(12)이 실리콘 기판(11)의 이면측 부근까지 형성되어 있다. 이 제 1 전극층(12)은, 예를 들면 상기 실리콘 기판(11)에 형성된 p형 실리콘층으로 이루어진다. 또한 상기 제 1 전극층(12)상에는, 격자 정합되며 CuAlGaInSSe계 혼정으로 이루어지는 광전변환층(13)이 형성되어 있다. 이 광전변환층(13)은, 제 1 전극층(12)상에, p-CuGa0 .52In0 .48S2막의 제 1 광전변환층(21), i-CuAl0.24Ga0.23In0.53S2막의 제 2 광전변환층(22), p-CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72의 제 3 광전변환층(23)이 적층되어 형성되어 있다.As shown in FIG. 41, the silicon substrate 11 is formed of an n-type silicon substrate. The first electrode layer 12 is formed in the silicon substrate 11 to the vicinity of the back surface side of the silicon substrate 11. The first electrode layer 12 is made of, for example, a p-type silicon layer formed on the silicon substrate 11. On the first electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 13 made of a lattice match and formed of a CuAlGaInSSe-based mixed crystal is formed. The photoelectric conversion layer 13, on the first electrode layer (12), p-CuGa 0 .52 0 .48 S 2 In the film the first photoelectric conversion layer (21), i-CuAl 0.24 Ga 0.23 In 0.53 S 2 film a second photoelectric conversion layer 22, a p-CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 .28 Se 0 the third photoelectric conversion layer 23 of 0.72 is formed is stacked.

따라서 상기 광전변환층(13)은, 전체로 p-i-p 구조로 되어 있다.Therefore, the photoelectric conversion layer 13 has a p-i-p structure as a whole.

상기 광전변환층(13)에는, 상기 설명한 조성 범위의 것을 이용할 수 있고, 또한 상기 설명한 CuGaInZnSSe계 혼정을 사용할 수도 있다.As the photoelectric conversion layer 13, one having the composition range described above may be used, and the CuGaInZnSSe-based mixed crystal described above may also be used.

상기 광전변환층(13)상에는, 중간층(16)인 황화 카드뮴(CdS)층을 통하여 투광성을 갖는 제 2 전극층(14)이 형성되어 있다. 이 제 2 전극층(14)은, 예를 들면 산화 아연 등의 n형의 투명 전극 재료로 형성되어 있다.On the photoelectric conversion layer 13, a second electrode layer 14 having light transparency is formed through a cadmium sulfide (CdS) layer, which is an intermediate layer 16. The second electrode layer 14 is formed of an n-type transparent electrode material such as zinc oxide, for example.

또한, 상기 실리콘 기판(11)의 표면측(도면에서는 실리콘 기판(11)의 하면측)에는, 상기 제 1 전극층(12)으로부터 신호를 판독하는 판독용 전극(15)이 형성되고, 또한 상기 실리콘 기판(11)의 표면측에는 게이트 MOS(41)를 통하여 판독 회로(도시 생략)가 형성되어 있다.In addition, on the surface side of the silicon substrate 11 (the lower surface side of the silicon substrate 11 in the drawing), a reading electrode 15 for reading a signal from the first electrode layer 12 is formed, and the silicon On the surface side of the substrate 11, a read circuit (not shown) is formed through the gate MOS 41.

상기한 바와 같이, 고체 촬상 장치(74)는 구성되어 있다.As mentioned above, the solid-state imaging device 74 is comprised.

다음에, 상기 도 32에 도시한 고체 촬상 장치에 대응하는 정공 판독의 고체 촬상 장치의 구성을 도 42의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.Next, the structure of the hole reading solid-state imaging device corresponding to the solid-state imaging device shown in FIG. 32 will be described with a schematic configuration cross-sectional view of FIG.

또한, 도 42에 도시하는 바와 같이, 상기 도 32에 도시한 고체 촬상 장치(8)에서, 광전변환층(13)을 실리콘 기판(11)측부터, p-CuAlS1 .2Se0 .8 또는 i-CuAlS1 .2Se0 .8로부터 i-CuGa0.52In0.48S2로 조성 변화시킨 것을 사용하여도 좋다. 이 구성에서는 고체 촬상 장치(75)에서는, 낮은 구동 전압으로, 보다 큰 애벌란시 증배가 가능하게 된다.In addition, since, in Fig., The solid-state imaging device 8 is shown in FIG. 32, as shown in 42, the photoelectric conversion layer 13 side of the silicon substrate (11), p-CuAlS 1 .2 Se 0 .8 or i-CuAlS may be used in which the composition changes from 1 .2 .8 Se 0 to i-CuGa 0.52 in 0.48 S 2 . In this configuration, in the solid-state imaging device 75, a large avalanche multiplication is possible at a low driving voltage.

정공 판독의 고체 촬상 장치에서는, 전자 판독의 고체 촬상 장치에 대해, 모든 판독의 인가 전압의 정부는 역전한다.In the solid-state imaging device for hole reading, the government of the applied voltages of all the reads reverses with respect to the solid-state imaging device for electronic reading.

다음에, 상기 광전변환층(13)의 형성 방법의 구체적인 제법이나 각 원료에 관해 설명한다.Next, the specific manufacturing method and each raw material of the formation method of the said photoelectric conversion layer 13 are demonstrated.

MOCVD 성장 방법에 의한 제조 방법에서는, 예를 들면 도 43에 도시되는 바와 같은 MOCVD 장치(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 이용하여, 결정 성장을 행한다.In the manufacturing method by the MOCVD growth method, crystal growth is performed using, for example, a MOCVD apparatus (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) as shown in FIG. 43.

원료 가스로는 이하의 유기 금속를 사용한다. 구리의 유기 금속으로는, 한 예로서 아세틸아세톤구리(Cu(C5H7O2)2)를 사용한다. 갈륨(Ga)의 유기 금속으로는, 한 예로서 트리메틸갈륨(Ga(CH3)3)을 사용한다. 알루미늄(Al)의 유기 금속의 하나인 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3)을 사용한다. 인듐(In)의 유기 금속으로는, 한 예로서 트리메틸인듐(In(CH3)3)을 사용한다. 셀렌(Se의 유기 금속으로는, 한 예로서 디메틸셀렌(Se(CH3)2)을 사용한다. 유황(S)의 유기 금속으로는, 한 예로서 디메틸술피드(S(CH3)2)를 사용한다. 아연(Zn)의 유기 금속으로는, 한 예로서 디메틸징크(Zn(CH3)2)를 사용한다.As the source gas, the following organic metals are used. As an organic metal of copper, acetylacetone copper (Cu (C 5 H 7 O 2 ) 2 ) is used as an example. As an organic metal of gallium (Ga), trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ) is used as an example. Trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ), which is one of the organic metals of aluminum (Al), is used. As an organic metal of indium (In), trimethyl indium (In (CH 3 ) 3 ) is used as an example. As an organic metal of selenium (Se, for example, dimethyl selenium (Se (CH 3 ) 2 ) is used. As an organic metal of sulfur (S), for example, dimethyl sulfide (S (CH 3 ) 2 ). As an organic metal of zinc (Zn), dimethyl zinc (Zn (CH 3 ) 2 ) is used as an example.

여기서, 반드시 이들의 원료로 규정할 필요는 없고, 유기 금속이라면, 마찬가지로 MOCVD 성장의 원료로서 사용할 수 있다.Here, it is not necessary to define these raw materials necessarily, and if it is an organic metal, it can use as a raw material of MOCVD growth similarly.

예를 들면, 트리에틸갈륨(Ga(C2H5)3), 트리에틸알루미늄(Al(C2H5)3), 트리에틸인듐(In(C2H5)3), 디에틸셀렌(Se(C2H5)2), 디에틸술피드(S(C2H5)2) 및 디에틸징크(Zn(C2H5)2)라도 좋다.For example, triethylgallium (Ga (C 2 H 5 ) 3 ), triethylaluminum (Al (C 2 H 5 ) 3 ), triethylindium (In (C 2 H 5 ) 3 ), diethyl selenium ( Se (C 2 H 5 ) 2 ), diethyl sulfide (S (C 2 H 5 ) 2 ), and diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) may be used.

또한, 반드시 유기 금속이 아니라도, 가스계라도 좋다. 예를 들면, Se원료로서 셀렌화 수소(H2Se)나, S원료로서 황화 수소(H2S)를 사용하여도 좋다.In addition, it is not necessarily organic metal, but may be gas-based. For example, hydrogen selenide (H 2 Se) as a raw material or Se, may be used for hydrogen sulfide (H 2 S) as S material.

도 43에 도시하는 바와 같은 MOCVD 장치에 있어서, 유기 금속 원료를 수소로 버블링함으로써 포화 증기압 상태로 하고, 각 원료 분자가 반응관까지 수송되게 된다. 여기서, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)로 각 원료에 흘리는 수소 유량을 제어함으로써, 원료의 단위시간당에 수송되는 몰량(量)이 결정되고, 또한 실리콘 기판상에서 유기 금속 원료가 열분해되여 결정에 받아들여짐으로써, 결정 성장이 생긴다. 그 때, 수송 몰량비와 결정의 조성비에 상관성이 있는 것을 이용하여, 조성비를 제어하는 것이 가능해진다.In the MOCVD apparatus as shown in FIG. 43, by bubbling an organic metal raw material with hydrogen, it becomes a saturated vapor pressure state, and each raw material molecule is transported to a reaction tube. Here, by controlling the flow rate of hydrogen flowing to each raw material by the mass flow controller (MFC), the molar amount to be transported per unit time of the raw material is determined, and the organic metal raw material is thermally decomposed on the silicon substrate to be taken into the crystal, Crystal growth occurs. In that case, it becomes possible to control a composition ratio using what has a correlation with a transport molar amount ratio and the composition ratio of a crystal.

또한, 실리콘 기판은 카본제의 서셉터의 위에 있고, 서셉터는 고주파 가열 장치(RF 코일)로 가열되고, 기판 온도를 제어할 수 있도록 열전대와 그 온도 제어 기구가 붙어 있다. 일반적인 기판 온도로서는, 열분해가 가능해지는 400℃ 내지 1000℃까지의 범위가 되지만, 기판 온도를 내리기 위해, 예를 들면, 수은 램프 등으로 기판 표면을 광조사하여, 원료의 열분해를 어시스트하여도 좋다.In addition, the silicon substrate is on the susceptor made of carbon, and the susceptor is heated by a high frequency heating device (RF coil), and a thermocouple and its temperature control mechanism are attached to control the substrate temperature. As a general board | substrate temperature, it becomes the range from 400 degreeC to 1000 degreeC in which thermal decomposition becomes possible, In order to lower | hang a substrate temperature, you may assist with thermal decomposition of a raw material by light-irradiating a substrate surface, for example with a mercury lamp.

또한, 아세틸아세톤구리(Cu(C5H7O2)2)나 트리메틸인듐(In(CH3)3) 등의 원료는, 실온에서 고상(固相) 상태이다. 이와 같은 경우에는, 원료를 가열하여 액상 상태로 하는, 또는, 고태 상태에서도 단지 고온으로 하여 증기압을 높게 한 상태에서 사용하여도 좋다.Further, the raw material such as acetyl acetone copper (Cu (C 5 H 7 O 2) 2) , or trimethyl indium (In (CH 3) 3) is a solid phase (固相) state at room temperature. In such a case, the raw material may be heated to be in a liquid state, or may be used in a state in which the vapor pressure is increased to a high temperature even in a solid state.

다음에, MBE 성장 방법에 의한 제법에 관해 설명한다.Next, the manufacturing method by the MBE growth method is demonstrated.

MBE 성장 방법에서는, 예를 들면 도 44에 도시되는 바와 같은 MBE 장치(Molecular Beam Epitaxy)를 이용하여, 결정 성장을 행한다.In the MBE growth method, crystal growth is performed using, for example, an MBE apparatus (Molecular Beam Epitaxy) as shown in FIG. 44.

구리의 단체(單體) 원료와, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In), 셀렌(Se) 및 유황(S)의 각 단체 원료를, 각 크누드센(Knudsen) 셀에 넣고, 이들을 적절한 온도로 가열함으로써 각 분자선을 기판상에 조사시킴으로써 결정 성장시킨다. 이 때, 유황(S)과 같은 증기압이 특히 높은 원료인 경우, 분자선량의 안정성이 부족한 일이 있다. 이 경우, 밸브드 크래커 셀(valved cracker cell)을 이용하여, 분자선량을 안정화시켜도 좋다. 또한 가스 소스 MBE와 같이, 일부의 원료를 가스 소스로 하여도 좋다. 예를 들면, Se원료로서 셀렌화 수소(H2Se)나, 유황(S)원료로서 황하 수소(H2S)를 사용하여도 좋다.A single raw material of copper and a single raw material of gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), selenium (Se), and sulfur (S) are put in each Knudsen cell. The crystals are grown by heating each molecular beam onto a substrate by heating them to an appropriate temperature. At this time, in the case of a raw material having a particularly high vapor pressure such as sulfur (S), the stability of molecular dose may be insufficient. In this case, a molecular dose may be stabilized by using a valved cracker cell. In addition, like a gas source MBE, some raw materials may be used as a gas source. For example, hydrogen selenide (H 2 Se) as the Se raw material or hydrogen sulfide (H 2 S) as the sulfur (S) raw material may be used.

<15. 제 15의 실시의 형태><15. 15th Embodiment>

[촬상 장치의 구성의 1 예][1 Example of Configuration of Imaging Device]

다음에, 본 발명의 촬상 장치에 관한 한 실시의 형태를, 도 45의 블록도에 의해 설명한다. 이 촬상 장치는, 본 발명의 고체 촬상 장치를 이용한 것이다.Next, an embodiment of the imaging device of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. 45. This imaging device uses the solid-state imaging device of this invention.

도 45에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(200)는, 촬상 유닛(201)에 고체 촬상 장치(도시 생략)를 구비하고 있다. 이 촬상 유닛(201)의 집광측에는 상을 결상시키는 집광 광학 시스템(202)이 구비되고, 또한, 촬상 유닛(201)에는, 그것을 구동한 구동 회로, 고체 촬상 장치에서 광전변환된 신호를 화상으로 처리하는 신호 처리 회로 등을 갖는 신호 처리 유닛(203)가 접속되어 있다. 또한 상기 신호 처리 유닛(203)에 의해 처리된 화상 신호는 화상 기억부(도시 생략)에 의해 기억시킬 수 있다. 이와 같은 촬상 장치(200)에서, 상기 고체 촬상 장치로는, 상기 각 실시의 형태에서 설명한 고체 촬상 장치(1 내지 10, 71 내지 75)를 이용할 수 있다.As shown in FIG. 45, the imaging device 200 includes a solid-state imaging device (not shown) in the imaging unit 201. The light condensing side of the imaging unit 201 is provided with a light condensing optical system 202 for forming an image, and the imaging unit 201 processes a signal converted photoelectrically by a drive circuit and a solid-state imaging device which driven it into an image. The signal processing unit 203 having a signal processing circuit or the like to be connected is connected. The image signal processed by the signal processing unit 203 can be stored by an image storage unit (not shown). In such an imaging device 200, the solid-state imaging devices 1 to 10 and 71 to 75 described in the above embodiments can be used as the solid-state imaging device.

본 발명의 촬상 장치(200)에서는, 본원 발명의 고체 촬상 장치(1 내지 10, 71 내지 75)를 이용함으로써, 암전류의 발생이 억제되기 때문에 백점에 의한 화질의 열화가 억제되고, 또한 고체 촬상 장치의 감도가 높아지기 때문에, 고감도의 촬상이 가능해진다. 따라서, 화질의 열화가 억제되고, 감도가 높은 촬상을 할 수 있기 때문에, 어두운 촬상 환경이라도, 예를 들면 야간 촬영 등이라도, 고화질의 촬영이 가능해진다는 이점이 있다.In the imaging device 200 of the present invention, since the generation of dark current is suppressed by using the solid-state imaging devices 1 to 10, 71 to 75 of the present invention, deterioration of image quality due to the white point is suppressed, and the solid-state imaging device is further suppressed. Since the sensitivity becomes high, high sensitivity imaging is possible. Therefore, deterioration of image quality is suppressed and imaging with high sensitivity can be performed, and therefore there is an advantage that high quality imaging can be performed even in a dark imaging environment, for example, at night.

또한, 본 발명의 촬상 장치(200)는, 상기 구성으로 한정되는 것이 아니라, 고체 촬상 장치를 이용하는 촬상 장치라면 어떤 구성의 것에도 적용할 수 있다.In addition, the imaging device 200 of this invention is not limited to the said structure, If it is an imaging device using a solid-state imaging device, it can apply to what kind of structure.

상기 고체 촬상 장치(1 내지 10, 71 내지 75)는, 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상 유닛과, 신호 처리 유닛 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈상태의 형태라도 좋다.The solid-state imaging devices 1 to 10 and 71 to 75 may be formed as one chip or may be in the form of a module having an imaging function packaged by integrating the imaging unit, the signal processing unit, or the optical system.

또한, 상기 촬상 장치(200)는, 예를 들면, 카메라나 촬상 기능을 갖는 휴대 기기인 것을 말한다. 또한 「촬상」은, 통상의 카메라 촬영시에 있어서의 상의 찍음만이 아니고, 광의의 의미로서, 지문 검출 등도 포함하는 것이다.In addition, the said imaging apparatus 200 is said to be a portable apparatus which has a camera and an imaging function, for example. In addition, "photographing" not only captures an image at the time of normal camera photography, but also includes fingerprint detection and the like as a broad meaning.

본 발명은 2009년 1월 21일자로 일본특허청에 특허출원된 일본특허원 제2009-10787호를 우선권으로 주장한다.The present invention claims priority to Japanese Patent Application No. 2009-10787 filed with the Japan Patent Office on January 21, 2009.

당업자라면, 첨부된 특허청구범위 또는 그 등가의 범위 내에서, 설계상의 필요 또는 다른 요인에 따라, 상기 실시예에 대한 여러가지 수정예, 조합예, 부분조합예 및 변경예를 실시할 수 있을 것이다.Those skilled in the art will be able to practice various modifications, combinations, subcombinations and variations of the above embodiments, depending on design needs or other factors, within the scope of the appended claims or their equivalents.

1 : 고체 촬상 장치
11 : 실리콘 기판
13 : 광전변환층
1: solid-state imaging device
11: silicon substrate
13: photoelectric conversion layer

Claims (17)

실리콘 기판과;
상기 실리콘 기판 상에 격자 정합되어 형성되는 광전변환층을 포함하고,
상기 광전변환층은 구리-알루미늄-갈륨-인듐-유황-셀렌계 혼정 또는 구리-알루미늄-갈륨-인듐-아연-유황-셀렌계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
A silicon substrate;
It includes a photoelectric conversion layer formed by lattice matching on the silicon substrate,
The photoelectric conversion layer is a solid-state imaging, characterized in that consisting of a copper-aluminum-gallium-indium-sulfur-selenium mixed crystal or a copper-aluminum-gallium-indium-zinc-sulfur-selenium mixed crystal Device.
제 1항에 있어서,
상기 광전변환층은, 임계 막두께 이내의 초격자층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method of claim 1,
And said photoelectric conversion layer is composed of a superlattice layer within a critical film thickness.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 광전변환층은:
밴드 갭이 2.00eV±0.1eV의 적색광을 분광하는 제 1 광전변환층과;
밴드 갭이 2.20eV±0.15eV의 녹색광을 분광하는 제 2 광전변환층; 및
밴드 갭이 2.51eV±0.2eV의 청색광을 분광하는 제 3 광전변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The photoelectric conversion layer is:
A first photoelectric conversion layer for spectra of red light having a band gap of 2.00 eV ± 0.1 eV;
A second photoelectric conversion layer in which a band gap spectroscopy green light of 2.20 eV ± 0.15 eV; And
And a third photoelectric conversion layer for spectra of blue light having a band gap of 2.51 eV ± 0.2 eV.
제 3항에 있어서,
상기 실리콘 기판측부터, 상기 제 1 광전변환층, 상기 제 2 광전변환층, 상기 제 3 광전변환층이 차례로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method of claim 3, wherein
The first photoelectric conversion layer, the second photoelectric conversion layer, and the third photoelectric conversion layer are sequentially stacked from the silicon substrate side.
제 4항에 있어서,
상기 제 1 광전변환층과 상기 제 2 광전변환층의 계면 및 상기 제 2 광전변화환층과 상기 제 3 광전변환층의 계면의 와이드 갭측에 캐리어의 장벽이 형성되거나, 또는
상기 실리콘 기판과 상기 제 1 광전변환층의 계면의 와이드 갭측에 캐리어 장벽이 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method of claim 4, wherein
A carrier barrier is formed on a wide gap side of an interface between the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer and an interface between the second photoelectric conversion ring layer and the third photoelectric conversion layer, or
And a carrier barrier is formed on the wide gap side of the interface between the silicon substrate and the first photoelectric conversion layer.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 광전변환층은, 단계적 또는 서서히 변하는 밴드 갭과 에너지 단차를 가지며,
역바이어스 전압의 인가에 의해 애벌란시 증배가 생기는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The photoelectric conversion layer has a step gap or a gradually changing band gap and energy step,
An avalanche multiplication occurs by application of a reverse bias voltage.
제 5항에 있어서,
적색의 R신호를 판독하는 역바이어스 전압을 VR,
녹색의 G신호를 판독하는 역바이어스 전압을 VG,
청색의 B신호를 판독하는 역바이어스 전압을 VB로 하고,
또한 VB>VG>VR이고,
VR, VG, VB의 순서로 상기 광전변환층에 역바이어스 전압을 인가하여, R신호, G신호, B신호가 차례로 판독되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
6. The method of claim 5,
The reverse bias voltage for reading the red R signal is set to V R ,
Reverse bias voltage to read green G signal is V G ,
Set the reverse bias voltage for reading the blue B signal to be V B ,
And V B > V G > V R ,
A reverse imaging voltage is applied to the photoelectric conversion layer in the order of V R , V G and V B so that the R signal, the G signal, and the B signal are read in sequence.
제 7항에 있어서,
상기 광전변환층에 포텐셜의 단차를 가지며,
상기 제 1 광전변환층, 상기 제 2 광전변환층 및 상기 제 3 광전변환층은 광을 깊이 방향으로 RGB 성분으로 분광하고
상기 캐리어의 장벽에 의해 광전자가 축적되고,
상기 VR, VG, VB의 순서로 3단계로 역바이어스 전압을 인가하여, R신호, G신호, B신호가 차례로 판독되고,
상기 포텐셜 단차에 의해 애벌란시 증배가 생기는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method of claim 7, wherein
Potential step in the photoelectric conversion layer,
The first photoelectric conversion layer, the second photoelectric conversion layer and the third photoelectric conversion layer are spectroscopic light as an RGB component in the depth direction
Photoelectrons are accumulated by the barrier of the carrier,
The reverse bias voltage is applied in three steps in the order of V R , V G , and V B , so that the R signal, the G signal, and the B signal are read in sequence,
An avalanche multiplication occurs by the potential step.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
지지 기판과;
상기 지지 기판상에 형성된 배선부와;
상기 배선부상에 형성되어 있고, 입사광을 광전변환하여 전기 신호를 얻는 광전변환부를 포함하는 화소; 및
상기 화소의 주변에 형성된 주변 회로를 포함하는 실리콘층을 더 포함하며,
상기 광전변환층은, 상기 실리콘층의 광 입사측의 최표면에 형성되고, 상기 실리콘 기판에 형성된 제 1 전극층과, 상기 광전변환층과, 상기 광전변환층상에 형성된 제 2 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method according to any one of claims 1 to 8,
A support substrate;
A wiring portion formed on the support substrate;
A pixel formed on the wiring part and including a photoelectric conversion part for photoelectrically converting incident light to obtain an electrical signal; And
Further comprising a silicon layer including a peripheral circuit formed around the pixel,
The photoelectric conversion layer is formed on the outermost surface on the light incident side of the silicon layer, and includes a first electrode layer formed on the silicon substrate, the photoelectric conversion layer, and a second electrode layer formed on the photoelectric conversion layer. Solid-state imaging device.
제 3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 수평 방향으로 PIN 구조 또는 PN 구조; 및
상기 제 2 광전변환층과 상기 제 3 광전변환층의 계면 부근의 와이드 갭측, 상기 제 1 광전변환층과 상기 제 2 광전변환층의 계면 부근의 와이드 갭측, 또는 상기 제 1 광전변환층과 상기 실리콘 기판의 계면 부근의 와이드 갭측에 형성되며, 26meV보다도 큰 에너지를 갖는 장벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method according to claim 3 or 4,
PIN structure or PN structure in the horizontal direction of the silicon substrate; And
Wide gap side near the interface between the second photoelectric conversion layer and the third photoelectric conversion layer, Wide gap side near the interface between the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer or the first photoelectric conversion layer and the silicon And a barrier formed on the wide gap side near the interface of the substrate and having an energy greater than 26 meV.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
광전변환층을 포함하는 제 1 광전변환부와;
광전변환층을 포함하는 제 2 광전변환부; 및
광전변환층을 포함하는 제 3 광전변환부를 더 포함하며,
상기 제 1 광전변환부의 상기 광전변환층은 적색광을 분광하는 제 1 광전변환층이고,
상기 제 2 광전변환부의 상기 광전변환층은 녹색광을 분광하는 제 2 광전변환층이고,
상기 제 3 광전변환부의 상기 광전변환층은 청색광을 분광하는 제 3 광전변환층인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A first photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer;
A second photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer; And
Further comprising a third photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion layer,
The photoelectric conversion layer of the first photoelectric conversion unit is a first photoelectric conversion layer for spectroscopic red light,
The photoelectric conversion layer of the second photoelectric conversion unit is a second photoelectric conversion layer for spectroscopy of green light,
And said photoelectric conversion layer is a third photoelectric conversion layer for spectroscopic blue light.
제 3항 내지 제 5항,제 7항, 제 8항 및 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 광전변환층은 CuAlxGayInzS2로 이루어지고, 여기서 0≤x≤0.12, 0.38≤y≤0.52, 0.48≤z≤0.50이면서 x+y+z=1이고,
상기 제 2 광전변환층은 CuAlxGayInzS2로 이루어지고, 여기서 0.06≤x≤0.41, 0.01≤y≤0.45, 0.49≤z≤0.58이면서 x+y+z=1이고,
상기 제 3 광전변환층은 CuAlxGaySuSev로 이루어지고, 여기서 0.31≤x≤0.52, 0.48≤y≤0.69, 1.33≤u≤1.38, 0.62≤v≤0.67, 또한 x+y+u+v=3, 또는 x+y=1 및 u+v=2인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method according to any one of claims 3 to 5, 7, 8 and 11,
The first photoelectric conversion layer is made of CuAl x Ga y In z S 2 , wherein 0 ≦ x ≦ 0.12, 0.38 ≦ y ≦ 0.52, 0.48 ≦ z ≦ 0.50 and x + y + z = 1,
The second photoelectric conversion layer is made of CuAl x Ga y In z S 2 , wherein 0.06 ≦ x ≦ 0.41, 0.01 ≦ y ≦ 0.45, 0.49 ≦ z ≦ 0.58 and x + y + z = 1,
The third photoelectric conversion layer is composed of CuAl x Ga y S u Se v , where 0.31≤x≤0.52, 0.48≤y≤0.69, 1.33≤u≤1.38, 0.62≤v≤0.67, and also x + y + u + v = 3, or x + y = 1 and u + v = 2.
제 12항에 있어서,
상기 제 1 광전변환층은 CuGa0 .52In0 .48S2로 이루어지고,
상기 제 2 광전변환층은 CuAl0 .24Ga0 .23In0 .53S2로 이루어지고,
상기 제 3 광전변환층은 CuAl0 .36Ga0 .64S1 .28Se0 .72로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method of claim 12,
The first photoelectric conversion layer is formed of a CuGa 0 .52 In 0 .48 S 2 ,
The second photoelectric conversion layer is formed of a .23 CuAl 0 .24 Ga 0 In 0 .53 S 2,
The third photoelectric conversion layer is a solid-state imaging device which comprises a .28 CuAl 0 .36 Ga 0 .64 S 1 Se 0 .72.
제 3항 내지 제 5항, 제 7항, 제 8항 및 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 광전변환층은 CuGayInzSuSev로 이루어지고, 여기서 0.52≤y≤0.76, 0.24≤z≤0.48, 1.70≤u≤2.00, 0≤v≤0.30, 또한 y+z+u+v=3, 또는 y+z=1 및 u+v=2이고,
상기 제 2 광전변환층은 CuGayInzZnwSuSev로 이루어지고, 여기서 0.64≤y≤0.88, 0≤z≤0.36, 0≤w≤0.12, 0.15≤u≤1.44, 0.56≤v≤1.85이고, y+z+w+u+v=2이고,
상기 제 3 광전변환층은 CuGayZnwSuSev로 이루어지고, 또한 0.74≤y≤0.91, 0.09≤w≤0.26, 1.42≤u≤1.49, 0.51≤v≤0.58이고, y+w+u+v=3인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
The method according to any one of claims 3 to 5, 7, 8 and 11,
The first photoelectric conversion layer is composed of CuGa y In z S u Se v , where 0.52 ≦ y ≦ 0.76, 0.24 ≦ z ≦ 0.48, 1.70 ≦ u ≦ 2.00, 0 ≦ v ≦ 0.30, and also y + z + u + v = 3, or y + z = 1 and u + v = 2,
The second photoelectric conversion layer is made of CuGa y In z Z n w S u Se v , where 0.64 ≦ y ≦ 0.88, 0 ≦ z ≦ 0.36, 0 ≦ w ≦ 0.12, 0.15 ≦ u ≦ 1.44, 0.56 ≦ v ≦ 1.85, y + z + w + u + v = 2,
The third photoelectric conversion layer is composed of CuGa y Zn w S u Se v , and also 0.74 ≦ y ≦ 0.91, 0.09 ≦ w ≦ 0.26, 1.42 ≦ u ≦ 1.49, 0.51 ≦ v ≦ 0.58, and y + w + u + v = 3, wherein the solid-state imaging device.
실리콘 기판상에 격자 정합되며 구리-알루미늄-갈륨-인듐-유황-셀렌계 혼정 또는 구리-알루미늄-갈륨-인듐-아연-유황-셀렌계 혼정으로 이루어지는 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지며 광전변환층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.A photoelectric conversion layer made of a chalcoprite-based compound semiconductor lattice matched on a silicon substrate and composed of a copper-aluminum-gallium-indium-sulfur-selenium mixed crystal or a copper-aluminum-gallium-indium-zinc-sulfur-selenium mixed crystal. The manufacturing method of the solid-state imaging device characterized by having the process of forming a film. 제 15항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 면방향으로, 광전변환층을 포함하는 제 1 광전변환부, 광전변환층을 포함하는 제 2 광전변환부, 및 광전변환층을 포함하는 제 3 광전변환부를 형성하는 공정을 더 포함하며,
상기 제 1 광전변환부의 상기 광전변환층은 적색광을 분광하는 제 1 광전변환층이고,
상기 제 2 광전변환부의 상기 광전변환층은 녹색광을 분광하는 제 2 광전변환층이고,
상기 제 3 광전변환부의 상기 광전변환층은 청색광을 분광하는 제 3 광전변환층인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
The method of claim 15,
And forming a first photoelectric conversion part including a photoelectric conversion layer, a second photoelectric conversion part including a photoelectric conversion layer, and a third photoelectric conversion part including a photoelectric conversion layer in a plane direction of the silicon substrate. ,
The photoelectric conversion layer of the first photoelectric conversion unit is a first photoelectric conversion layer for spectroscopic red light,
The photoelectric conversion layer of the second photoelectric conversion unit is a second photoelectric conversion layer for spectroscopy of green light,
And said photoelectric conversion layer is a third photoelectric conversion layer for spectroscopy blue light.
입사광을 집광하는 집광 광학 시스템과;
상기 집광 광학 시스템에서 집광한 광을 수광하여 광전변환하는 고체 촬상 장치; 및
광전변환된 신호를 처리하는 신호 처리 유닛을 포함하며,
상기 고체 촬상 장치는,
실리콘 기판상에 격자 정합되어 형성되며 구리-알루미늄-갈륨-인듐-유황-셀렌계 혼정 또는 구리-알루미늄-갈륨-인듐-아연-유황-셀렌계 혼정의 칼코파이라이트계 화합물반도체로 이루어지는 광전변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
A condensing optical system for condensing incident light;
A solid-state imaging device for receiving and photoelectrically converting light collected by the condensing optical system; And
A signal processing unit for processing the photoelectrically converted signal,
The solid-state imaging device,
A photoelectric conversion layer formed by lattice matching on a silicon substrate and formed of a chalcoprite-based compound semiconductor of copper-aluminum-gallium-indium-sulfur-selenium mixed crystal or copper-aluminum-gallium-indium-zinc-sulfur-selenide mixed crystal An imaging device comprising a.
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