JP4743269B2

JP4743269B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP4743269B2
Application number: JP2008319271A
Authority: JP
Inventors: 尚佐藤; 幸政石田; 泰志山崎
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: US8497562B2; US20110266599A1; US20090267121A1; CN101567378B; JP2009283896A; CN101567378A

Description

本発明は、入射光を電気信号に変換する固体撮像装置、およびその製造方法に関するも
のである。

医療画像診断や非破壊検査等においては、Ｘ線などの放射線を用いて撮像しているが、
放射線の撮影では縮小光学系の実現が難しいことから等倍での撮像が必要とされる。従っ
て、医療画像診断や非破壊検査等には、大面積の撮像面が求められるので、ガラスなどの
基板に対して各種薄膜を堆積させて複数の画素をマトリクス状に構成した固体撮像装置が
用いられる。また、固体撮像装置によって２次元イメージセンサを構成する場合も、大面
積の撮像面が求められるので、ガラスなどの基板に対して各種薄膜を堆積させて複数の画
素がマトリクス状に構成される。

このような固体撮像装置において、複数の画素は各々、入射光量に応じた電荷を発生さ
せる光電変換素子、および光電変換素子の第１電極がドレインに電気的に接続された電界
効果型トランジスタを備えており、電界効果型トランジスタのゲートおよびソースにはゲ
ート線およびソース線が各々電気的接続され、光電変換素子の第２電極にはバイアス線が
電気的接続されている。かかる固体撮像装置においては、基板上の下層側から上層側に向
かって、電界効果型トランジスタ、光電変換素子、絶縁膜およびバイアス線が順に形成さ
れた構造になっているため、基板上に各層を順次形成しながら、光電変換素子の第１電極
と電界効果型トランジスタのドレインとを電気的接続するとともに、光電変換素子の第２
電極とバイアス線とを電気的接続する必要がある。

そこで、前者の接続構造としては、基板上において、光電変換素子および電界効果型ト
ランジスタを覆う絶縁膜に対して、光電変換素子の第２電極に重なる位置、および電界効
果型トランジスタのドレイン電極に重なる位置の各々にコンタクトホールを形成し、絶縁
膜上に形成した接続配線を、コンタクトホールを介して光電変換素子の第２電極、および
電界効果型トランジスタのドレイン電極に電気的接続した構成が提案されている（特許文
献１参照）。

また、後者の接続構造としては、光電変換素子の上層にバイアス線を形成し、トランジ
スタの上層および光電変換素子同士の間に絶縁材としてポリイミドを設けた構成が提案さ
れている（特許文献２参照）。

特許第３１４４０９１号公報特許第３０５０４０２号公報

しかしながら、光電変換素子と電界効果型トランジスタとを電気的接続するにあたって
特許文献１に記載の構成を採用すると、光電変換素子の上層側に多数のコンタクトホール
を形成する必要があるため、光電変換素子の形成領域が狭くなってしまい、感度が低下す
るという問題点がある。

また、光電変換素子の第２電極にバイアス線を電気的接続するにあたって特許文献２に
記載の構成を採用すると、光電変換素子の側方がポリイミドに接していることから、有機
膜であるポリイミド中に含まれる水分により半導体層が劣化し、光電変換素子が劣化して
しまうという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光電変換素子とバイアス線との電気的接続を
確実に行なうことのでき、更には、少ないコンタクトホールで光電変換素子と電界効果型
トランジスタとを電気的接続することができる固体撮像装置およびその製造方法を提供す
ることにある。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、基板と、前記基板の下層側から上層側に向かって、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ドレイン電極及びソース電極、がこの順で形成されたトランジスタと、前記ドレイン電極及び前記ソース電極の表面側に形成された無機膜からなる下層側絶縁膜と、前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極に接続された第１電極、前記第１電極に積層されて接続されたＰ型半導体膜、Ｎ型半導体膜、および前記Ｎ型半導体膜に積層されて接続された第２電極を含む光電変換素子と、前記第２電極上に配置されるとともに、前記光電変換素子の前記半導体層の側面に接して形成された無機絶縁膜を含む上層側絶縁膜と、前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、前記上層側絶縁膜上に形成され、前記第２電極に前記コンタクトホールを介して接続されたバイアス線と、前記上層側絶縁膜上に設けられ、前記バイアス線を覆う無機膜の表面保護層とを具備し、前記トランジスタ及び前記光電変換素子を有した画素が複数配置されて撮像領域を構成しており、前記光電変換素子の前記第１電極の下層側を通って容量線が延在形成されており、前記容量線が前記下層側絶縁膜を介して前記第１電極と対向することで蓄積容量が形成されており、前記バイアス線は、前記トランジスタに接続されたソース線と並行するように延在形成されており、前記容量線は、前記トランジスタに接続されたゲート線と同時に形成された導電膜であるとともに、前記ゲート線と並列するように延在していることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置は、基板と、前記基板の下層側から上層側に向かって、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ドレイン電極及びソース電極、がこの順で形成されたトランジスタと、前記ドレイン電極及び前記ソース電極の表面側に形成された無機膜からなる下層側絶縁膜と、前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極に接続された第１電極、前記第１電極に積層されて接続されたＰ型半導体膜、Ｎ型半導体膜、および前記Ｎ型半導体膜に積層されて接続された第２電極を含む光電変換素子と、前記第２電極上に配置されるとともに、前記光電変換素子の前記半導体層の側面に接して形成された無機絶縁膜を含む上層側絶縁膜と、前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、前記上層側絶縁膜上に形成され、前記第２電極に前記コンタクトホールを介して接続されたバイアス線と、前記上層側絶縁膜上に設けられ、前記バイアス線を覆う無機膜の表面保護層とを具備し、前記トランジスタ及び前記光電変換素子を有した画素が複数配置されて撮像領域を構成しており、前記光電変換素子の前記第１電極の下層側を通って容量線が延在形成されており、前記容量線が前記下層側絶縁膜を介して前記第１電極と対向することで蓄積容量が形成されており、前記バイアス線は、前記トランジスタに接続されたソース線と並行するように延在形成されており、前記容量線は、前記ソース線と同時に形成された導電膜であるとともに、前記ソース線と並列するように延在していることを特徴とする。
また、本発明の上記固体撮像装置は、前記容量線は、前記撮像領域の外側で前記バイアス線と電気的に接続されていることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置は、基板と、前記基板の下層側から上層側に向かって、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ドレイン電極及びソース電極、がこの順で形成されたトランジスタと、前記ドレイン電極及び前記ソース電極の表面側に形成された無機膜からなる下層側絶縁膜と、前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極に接続された第１電極、前記第１電極に積層されて接続されたＰ型半導体膜、Ｎ型半導体膜、および前記Ｎ型半導体膜に積層されて接続された第２電極を含む光電変換素子と、前記第２電極上に配置されるとともに、前記光電変換素子の前記半導体層の側面に接して形成された無機絶縁膜を含む上層側絶縁膜と、前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、前記上層側絶縁膜上に形成され、前記第２電極に前記コンタクトホールを介して接続されたバイアス線と、前記上層側絶縁膜上に設けられ、前記バイアス線を覆う無機膜の表面保護層とを具備し、前記トランジスタ及び前記光電変換素子を有した画素が複数配置されて撮像領域を構成しており、前記光電変換素子の前記第１電極の下層側を通って容量線が延在形成されており、前記容量線が前記下層側絶縁膜を介して前記第１電極と対向することで蓄積容量が形成されており、前記容量線は、前記撮像領域の外側で前記バイアス線と電気的に接続されており、前記基板と前記第１電極との間に配置された前記絶縁膜は、前記撮像領域の外側にも形成されており、前記容量線は、前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して、前記バイアス線と電気的に接続されていることを特徴とする。

上記構成によれば、トランジスタとしては、典型的には電界効果型のトランジスタを用
いることができ、該トランジスタのゲートおよびソース又はドレインは、該基板に形成さ
れるゲート線およびソース線又はドレイン線のそれぞれに接続される。トランジスタ、光
電変換素子、絶縁層、およびバイアス線は、基板の下層側から上層側に向かって順に形成
され、第１電極の下層側に配置された絶縁膜に設けたコンタクトホールを介して、光電変
換素子の第１電極とトランジスタのドレイン又はソースとが電気的に接続されることとな
る。

また、上記構成において、半導体層は積層された複数の半導体膜を含む。より具体的に
は、Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜およびＮ型半導体膜を積層して構成する。この場合、第
１電極側をＰ型半導体膜とし、第２電極側をＮ型半導体膜として光電変換素子のアノード
がトランジスタのドレイン、又はソースに接続する構成、および第１電極側をＮ型半導体
膜とし、第２電極側をＰ型半導体膜として光電変換素子のカソードがトランジスタのドレ
イン、又はソースに接続する構成、のいずれをも採用することが可能である。なお、光電
変換素子はＰＩＮフォトダイオードに限られず、例えばＰＮフォトダイオードとすること
もできる。

第２電極上に形成される絶縁層は、例えば、無機膜のシリコン窒化膜等より形成される
無機絶縁膜を含む。そして、無機絶縁膜は、第２電極、好ましくは半導体層の側面に接し
て、それらを覆うよう形成される。上記構成の固体撮像装置の構成では、半導体層の側面
が無機膜に接し、好ましくは半導体層および第２電極が無機膜に覆われている。そのため
、半導体層、第２電極が無機膜により、バイアス線の形成工程等の製造工程において、又
は製造後に、水分や空気等と接することから保護されるため、光電変換素子が劣化しにく
くなり、信頼性の高い固体撮像装置となる。
また、光電変換素子の半導体層に接する絶縁層を、感光性樹脂等の有機膜で形成した場
合、露光、現像によって、絶縁層にコンタクトホールを形成する際、コンタクトホール内
に有機膜が残ることがあり、第２電極とバイアス線との電気的接続を好適に行なえないと
いう虞がある。

上記した本発明の固体撮像装置によれば、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いてレ
ジストマスクを形成した状態での無機絶縁膜に対するエッチングによりコンタクトホール
を形成できるので、第２電極と重なる位置に確実にコンタクトホールを形成することがで
きる。それ故、第２電極上に絶縁膜が不用意に残ってしまう事態を確実に回避することが
できるので、第２電極とバイアス線との電気的接続を好適に行なうことができる。
また、バイアス線を覆う表面保護層を絶縁層上に形成することで、バイアス線が腐食、
又は劣化することを防止できる。表面保護層はシリコン窒化膜等の無機膜で形成するのが
好ましい。

また、本発明の個体撮像装置は、基板と、前記基板に形成されたトランジスタと、前記
トランジスタのドレイン、又はソースに接続されてなる第１電極、前記第１電極に積層さ
れた半導体層、および前記半導体層に積層された第２電極を含む光電変換素子と、前記第
２電極上に配置された上層側絶縁膜と、前記上層側絶縁膜上に形成され前記第２電極に接
続されたバイアス線と、を具備し、前記第１電極は、前記第１電極より下層側で前記ドレ
イン、又はソースに接続されており、前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを
介して前記バイアス線と前記第２電極とが接続されてなること、を特徴とする。

上記構成によれば、第１電極は、少なくとも一部がトランジスタの例えばドレインの上
面に重なってドレインに電気的接続する。その場合には、ドレインと第１電極との間に下
層側絶縁膜を形成し、下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホール内で第１電極をドレイ
ンの上面に重ねるとよい。上記構成によれば、第２電極上の絶縁層には、光電変換素子と
トランジスタとを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する必要がないので、光
電変換素子を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素子を形成することが
できる。

また、本発明の個体撮像装置は、基板と、前記基板に形成されたトランジスタと、前記
トランジスタのドレイン、又はソースに接続されてなる第１電極、前記第１電極に積層さ
れた半導体層、および前記半導体層に積層された第２電極を含む光電変換素子と、前記第
２電極に接続されたバイアス線と、を具備し、前記ドレイン、又はソースと前記第１電極
との間には下層側絶縁膜が形成され、前記第１電極は前記下層側絶縁膜に形成されたコン
タクトホール内で前記ドレイン、又はソースの上面に重なって電気的接続されていること
を特徴とする。

上記構成においては、下層側絶縁膜は、トランジスタを覆って形成される。これにより
、光電変換素子を形成する際のエッチング工程等により、トランジスタ、特にチャネル領
域がダメージを受けることを、下層側絶縁膜で防止できる。下層側絶縁膜としては、無機
絶縁膜を用いるとよい。有機絶縁膜である場合と比較して下層側絶縁膜にコンタクトホー
ルを確実に形成できるので、第１電極とドレインとの電気的な接続が確実であるからであ
る。

なお、上記構成の固体撮像装置において、トランジスタは、基板の下層側から上層側に
向かって、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ドレイン電極が順に形成し、ゲート絶
縁膜、下層側絶縁膜、および第２電極上の絶縁層のうちの少なくとも一つを誘電体膜とし
て備えた蓄積容量を有している構成を採用することができる。
上記してきた本発明の固体撮像装置は、各種の電子機器に適用することができる。例え
ば、リン光体等の放射線を光に変換する変換層を固体撮像装置に重ね、医療用のＸ線撮像
装置を構成したり、液晶表示装置、Ｅ表示装置等の表示デバイスの表示面側に重ねる、或
いは表示デバイスの画素内に固体撮像装置を一体形成して入力機能付の表示デバイスを構
成することができる。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、トランジスタ、及び前記トランジスタに接
続される光電変換素子を有する固体撮像装置を製造する方法において、トランジスタを形
成する工程と、前記トランジスタのドレイン、又はソースに接続される第１電極を形成す
る工程と、前記第１電極上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に第２電極を形
成する工程と、少なくとも無機膜を含んでなる絶縁層を前記第２電極上に形成する工程と
、前記絶縁層にコンタクトホールを形成する工程と、前記絶縁層上に、前記コンタクトホ
ールを介して前記第２電極に接続されるバイアス線を形成する工程と、を具備し、前記無
機膜が、前記半導体層の側面に接するように、前記絶縁層を形成することを特徴とする。
また、前記第１電極を形成する際に、前記第１電極と前記トランジスタのドレイン、又は
ソースとを接続することを特徴とする。そして、前記絶縁層上に、前記バイアス線を覆う
表面保護膜を形成する工程、を更に有する。

また、トランジスタ、及び前記トランジスタに接続される光電変換素子を有する固体撮
像装置を製造する方法において、トランジスタを形成する工程と、前記トランジスタのド
レイン、又はソースに接続される第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に半導体層
を形成する工程と、前記半導体層上に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に上層
側絶縁膜を形成する工程と、前記上層側絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前
記上層側絶縁膜上に、前記コンタクトホールを介して前記第２電極に接続されるバイアス
線を形成する工程と、を具備し、前記第１電極を形成する際に、前記第１電極より下層側
で前記第１電極と前記ドレイン、又はソースとを接続すること、を特徴とする。また、前
記トランジスタ上に下層側絶縁膜を形成する工程と、前記下層側絶縁膜にコンタクトホー
ルを形成する工程と、を更に有し、前記下層側絶縁膜に設けた前記コンタクトホールを介
して、前記第１電極と前記ドレイン、又はソースとを接続することを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各
層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異な
らしめてある。また、電界効果型トランジスタの場合、その導電型や電流が流れる方向に
よって、ソースとドレインとが入れ替わるが、本発明では、便宜上、光電変換素子が接続
されている側をドレインとし、信号線（データ線）が接続されている側をソースとしてあ
る。

（全体構成）
図１は、本発明を適用した固体撮像装置において、画素に蓄積容量が形成されていない
場合の電気的な構成を示すブロック図である。図２（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用
した固体撮像装置において、容量線を用いて画素に蓄積容量が形成されている場合の電気
的な構成を示すブロック図、および容量線を用いずに画素に蓄積容量が形成されている場
合の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、本発明を適用した固体撮像装置の外
観を模式的に示す説明図である。

図１に示す固体撮像装置１００は、複数本のゲート線３ａと、この場合信号線である複
数本のソース線６ａとが互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３ａとソース線６
ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが配置されている。このようにして複数の画
素１００ａがマトリクス状に配置された領域によって撮像領域１００ｃが構成されている
。複数の画素１００ａの各々には、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子８０
、およびこの光電変換素子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ（トランジ
スタ）３０が形成されており、光電変換素子８０はＰＩＮフォトダイオードあるいはＰＮ
フォトダイオードからなる。ゲート線３ａは電界効果型トランジスタ３０のゲートに電気
的接続し、ソース線６ａは電界効果型トランジスタ３０のソースに電気的接続している。
また、電界効果型トランジスタ３０のドレインは、光電変換素子８０の第１電極８１ａ（
アノード）に電気的接続している。本形態では、ソース線６ａと並列するように、バイア
ス線５ａが延在しており、バイアス線５ａは、光電変換素子８０の第２電極８５ａ（カソ
ード）に電気的接続している。従って、光電変換素子８０には逆バイアスが印加される。
なお、バイアス線５ａは、ゲート線３ａと並列するように延在している構成を採用するこ
ともできる。

複数のゲート線３ａはゲート線駆動回路１１０に接続されており、各画素１００ａの電
界効果型トランジスタ３０は、ゲート線駆動回路１１０から出力されたゲートパルスによ
って順次、オンオフする。複数のソース線６ａは、読出回路１２０に接続されており、電
界効果型トランジスタ３０のオンオフ動作に連動して、各画素１００ａでの入射光量に応
じた電気信号が順次、ソース線６ａを介して読出回路１２０に出力される。読出回路１２
０は、オペアンプとキャパシタとにより構成されるいわゆるチャージセンシングアンプを
備えている。また、バイアス線５ａには定電位が印加される。

固体撮像装置１００は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように構成される場合もある。図２
（ａ）、（ｂ）に示す構成でも、図１を参照して説明した構成と同様、複数の画素１００
ａの各々には、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子８０、およびこの光電変
換素子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ３０が形成されており、光電変
換素子８０はＰＩＮフォトダイオードあるいはＰＮフォトダイオードからなる。ゲート線
３ａは電界効果型トランジスタ３０のゲートに電気的接続し、ソース線６ａは電界効果型
トランジスタ３０のソースに電気的接続している。また、電界効果型トランジスタ３０の
ドレインは、光電変換素子８０の第１電極８１ａに電気的接続している。また、バイアス
線５ａは、光電変換素子８０の第２電極８５ａに電気的接続している。

また、図２（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００では、複数の画素１００ａの各々
に蓄積容量９０が形成されており、かかる蓄積容量９０を構成するにあたって、図２（ａ
）に示す構成例では、複数の画素１００ａに跨って容量線３ｃが形成されている。かかる
構成を採用した場合、蓄積容量９０の一方の電極は、電界効果型トランジスタ３０のドレ
インに電気的接続されている一方、蓄積容量９０の他方の電極は、容量線３ｃに電気的接
続されている。ここで、容量線３ｃには定電位が印加されており、図２（ａ）に示す例に
おいて、容量線３ｃはバイアス線５ａに電気的接続されているため、容量線３ｃにはバイ
アス線５ａと同一の電位が印加されている。このようにして、蓄積容量９０と光電変換素
子８０とは並列に電気的接続されている。

なお、図２（ｂ）に示す構成例では、複数の画素１００ａの各々に蓄積容量９０を構成
するにあたって、蓄積容量９０の一方の電極は、光電変換素子８０の第１電極８１ａと同
様、電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続されており、蓄積容量９０の他
方の電極は、光電変換素子８０の第２電極８５ａと同様、バイアス線５ａに電気的接続さ
れている。従って、蓄積容量９０と光電変換素子８０とは並列に電気的接続されている。

かかる固体撮像装置１００において、図１および図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明し
たゲート線３ａ、ソース線６ａ、バイアス線５ａ、容量線３ｃ、画素１００ａ（光電変換
素子８０、電界効果型トランジスタ３０、蓄積容量９０）は、図３に示す基板１０上に形
成される。ここで、基板１０の略中央領域は、上記の画素１００ａが複数マトリクス状に
配列された撮像領域１００ｃとして利用される。また、図３に示す例では、ゲート線駆動
回路１１０および読出回路１２０は、基板１０上とは別の駆動用ＩＣ（図示せず）などに
形成されており、これらの駆動用ＩＣが実装されたフレキシブル基板１５０が基板１０に
実装されている。

［実施の形態１］
（構成）
図４（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の画素１
００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ１−Ａ１'
線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、図４
（ａ）では、ゲート線３ａおよびそれと同時形成された薄膜などは細い実線で示し、ソー
ス線６ａおよびそれと同時形成された薄膜などは一点鎖線で示し、半導体膜（能動層）は
細くて短い点線で示し、光電変換素子８０の第１電極８１ａは細くて長い点線で示し、光
電変換素子８０の半導体層８８は太い実線で示し、光電変換素子８０の第２電極８５ａは
太くて長い点線で示してある。

図４（ａ）に示すように、基板１０（図４（ｂ））上には、ゲート線３ａとソース線６
ａとが互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３ａとソース線６ａとの交差に対応
する各位置に画素１００ａが形成されている。また、ソース線６ａと並列するようにバイ
アス線５ａが延在している。本形態において、ゲート線３ａおよびソース線６ａは、隣接
する画素１００ａで挟まれた領域で延在し、バイアス線５ａは画素１００ａの中央を通る
ように形成されている。

画素１００ａには、ＰＩＮフォトダイオードからなる光電変換素子８０、およびこの光
電変換素子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ３０が形成されており、ゲ
ート線３ａの一部によって電界効果型トランジスタ３０のゲート電極３ｂが形成され、ソ
ース線６ａの一部によって電界効果型トランジスタ３０のソース電極６ｂが形成されてい
る。電界効果型トランジスタ３０のドレイン電極６ｃは、光電変換素子８０の第１電極８
１ａに電気的接続し、バイアス線５ａは、光電変換素子８０の第２電極８５ａに電気的接
続している。

かかる画素１００ａの断面構成等を、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図４（
ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００において、基板１０の基体は、石英基板や耐熱性
のガラス基板などの絶縁基板からなり、その表面には、ボトムゲート構造の電界効果型ト
ランジスタ３０が形成されている。電界効果型トランジスタ３０では、ゲート線３ａの一
部からなるゲート電極３ｂ、ゲート絶縁膜２１、電界効果型トランジスタ３０の能動層を
構成するアモルファスシリコン膜からなる半導体部１ａ、高濃度Ｎ型不純物がドープされ
たアモルファスシリコン膜からなるコンタクト層４ａ，４ｂがこの順に積層されている。
半導体部１ａのうち、ソース側の端部には、コンタクト層４ａを介してソース線６ａがソ
ース電極６ｂとして重なっており、ドレイン側の端部には、コンタクト層４ｂを介してド
レイン電極６ｃが重なっている。ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃは同時形成された
導電膜からなる。

ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃの表面側にはシリコン窒化膜などからなる下層側
絶縁膜２２が形成されており、半導体部１ａを覆っている。下層側絶縁膜２２の上層には
、光電変換素子８０の第１電極８１ａが形成されており、かかる第１電極８１ａは下層側
絶縁膜２２に形成されたコンタクトホール２２ａの内部でドレイン電極６ｃの上面に接し
て電気的接続している。このようにして、第１電極８１ａは、第１電極８１ａより下層側
で電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続している。

第１電極８１ａの上層には、高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ（真性半
導体膜）、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａが積層され、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａの上層には
第２電極８５ａが積層されている。かかる第１電極８１ａと、高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ
、Ｉ型半導体膜８３ａおよび高濃度Ｎ型半導体膜８４ａからなる半導体層８８と、第２電
極８５ａと、によって、光電変換素子８０はＰＩＮフォトダイオードとして構成されてい
る。

光電変換素子８０の上層側には、撮像領域１００ｃの全面にシリコン窒化膜などの無機
絶縁膜（無機膜）からなる上層側絶縁膜（絶縁層）２３が形成されており、かかる上層側
絶縁膜２３の上層にはバイアス線５ａが形成されている。ここで、上層側絶縁膜２３には
、第２電極８５ａと重なる位置にコンタクトホール２３ａが形成されている。このため、
バイアス線５ａは、コンタクトホール２３ａの内部で第２電極８５ａに重なって第２電極
８５ａに電気的接続されている。また、バイアス線５ａの上層側には表面保護層２４が形
成されている。なお、固体撮像装置１００をＸ線などの放射線を用いた医療画像診断や非
破壊検査等に用いる場合、表面保護層２４自身によって、あるいは表面保護層２４の上層
に、リン光体などによって放射線ビームを可視光に変換する変換層が構成される。

（製造方法）
図５および図６を参照して、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の製造方
法を説明しながら、本形態の固体撮像装置１００の構成を詳述する。図５および図６は、
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の製造方法を示す工程断面図であり、図
４（ｂ）に示す断面に対応する。

本形態の固体撮像装置１００を製造するには、以下に説明するように、電界効果型トラ
ンジスタ３０を形成するためのトランジスタ形成工程（図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す工
程）、光電変換素子８０を形成するための光電変換素子形成工程（図５（ｆ）〜図６（ｂ
）に示す工程）、上層側絶縁膜２３を形成するための上層側絶縁膜形成工程（図６（ｃ）
に示す工程）、およびバイアス線５ａを形成するためのバイアス線形成工程（図６（ｄ）
に示す工程）を順に行なうとともに、光電変換素子形成工程において光電変換素子８０の
第１電極８１ａを形成する際、第１電極８１ａを電界効果型トランジスタ３０のドレイン
に電気的接続させ、バイアス線形成工程を行なう前に、上層側絶縁膜２３において光電変
換素子８０の第２電極８５ａと重なる位置にコンタクトホール２３ａを形成しておく。

より具体的には、トランジスタ形成工程では、まず、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン
膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニウム膜とからなる積層膜を形成した後、パターニ
ングし、図５（ａ）に示すように、ゲート電極３ｂ（ゲート線３ａ）を形成する。かかる
パターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した状態
で積層膜をエッチングする。次に、厚さが５００ｎｍ程度のシリコン窒化膜からなるゲー
ト絶縁膜２１を形成する。次に、厚さが１２０ｎｍ程度のアモルファスシリコン膜からな
る半導体膜、および厚さが５０ｎｍ程度の高濃度Ｎ型の不純物をドープしたアモルファス
シリコン膜からなるコンタクト層を形成した後、半導体膜およびコンタクト層をパターニ
ングし、図５（ｂ）に示すように、島状の半導体部１ａ、および島状のコンタクト層４を
形成する。かかるパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマス
クを形成した状態で半導体膜およびコンタクト層をエッチングする。次に、厚さが５０ｎ
ｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニウム膜と、厚さが５０ｎｍ程
度のモリブデン膜とからなる積層膜を形成した後、パターニングし、図５（ｃ）に示すよ
うに、ソース電極６ｂ（ソース線６ａ）、およびドレイン電極６ｃを形成する。かかるパ
ターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した状態で
積層膜をエッチングする。次に、図５（ｄ）に示すように、ソース電極６ｂ（ソース線６
ａ）、およびドレイン電極６ｃに対して自己整合的にコンタクト層４をパターニングし、
コンタクト層４ａ，４ｂに分割する。このようにして、電界効果型トランジスタ３０を形
成する。この場合、電界効果型トランジスタ３０は、いわゆるチャネルエッチ型のもので
ある。

次に、下層側絶縁膜形成工程において、図５（ｅ）に示すように、厚さが５００ｎｍ程
度のシリコン窒化膜からなる下層側絶縁膜２２を形成した後、下層側絶縁膜２２において
ドレイン電極６ｃの一部と重なる領域にコンタクトホール２２ａを形成する。かかるコン
タクトホール２２ａの形成の際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを
形成した状態で下層側絶縁膜２２をエッチングする。

次に、光電変換素子形成工程では、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５
０ｎｍ程度のアルミニウム膜と、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜とからなる積層膜を
形成した後、パターニングし、図５（ｆ）に示すように、光電変換素子８０の第１電極８
１ａを形成する。かかるパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジス
トマスクを形成した状態で積層膜をエッチングする。その結果、第１電極８１ａは、下層
側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃに重なって電気的接続する
。次に、高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度Ｎ型半導体膜を順次、形成し
た後、高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度Ｎ型半導体膜をパターニングし
、図６（ａ）に示すように、第１電極８１ａの上に、第１電極８１ａより小さな高濃度Ｐ
型半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、および高濃度Ｎ型半導体膜８４ａを形成する。
かかるパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し
た状態で高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度Ｎ型半導体膜をエッチングす
る。次に、厚さが５０ｎｍ程度のＩＴＯ膜などの透光性導電膜を形成した後、透光性導電
膜をパターニングし、図６（ｂ）に示すように、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａの上層に、高
濃度Ｎ型半導体膜８４ａより小さな光電変換素子８０の第２電極８５ａを形成する。かか
るパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した状
態で透光性導電膜をエッチングする。このようにして、ＰＩＮフォトダイオードからなる
光電変換素子８０を形成する。なお、高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度
Ｎ型半導体膜を順次、形成した後、ＩＴＯ膜を形成し、これらの膜を共通のマスクでパタ
ーニングしてもよい。

次に、上層側絶縁膜形成工程において、図６（ｃ）に示すように、厚さが５００ｎｍ程
度のシリコン窒化膜からなる上層側絶縁膜２３を形成した後、上層側絶縁膜２３において
第２電極８５ａの一部と重なる領域にコンタクトホール２３ａを形成する。かかるコンタ
クトホール２３ａの形成の際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形
成した状態で上層側絶縁膜２３をエッチングする。

次に、バイアス線形成工程において、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２
５０ｎｍ程度のアルミニウム膜と、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜とからなる積層膜
を形成した後、パターニングし、図６（ｄ）に示すように、バイアス線５ａを形成する。
かかるバイアス線５ａの形成の際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスク
を形成した状態で積層膜をエッチングする。その結果、バイアス線５ａは、上層側絶縁膜
２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重なって電気的接続する。

しかる後には、図４（ｂ）に示すように、表面保護層形成工程において、厚さが５００
ｎｍ程度のシリコン窒化膜からなる表面保護層２４を形成する。このようにして、固体撮
像装置１００を形成する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、光電変換素子８０と電界効果型トランジスタ３０と
を電気的接続するにあたって、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａよ
り下層側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃ
に重なって電気的接続する。従って、上層側絶縁膜２３には、光電変換素子８０と電界効
果型トランジスタ３０とを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する必要がない
ので、上層側絶縁膜２３に形成すべきコンタクトホールの数が少なくてよい分、光電変換
素子８０を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素子８０を形成すること
ができる。また、無機膜である下層側絶縁膜２２が半導体部１ａを覆っていることから、
光電変換素子の半導体層８８をパターニングする際に、半導体部１ａがエッチングされて
しまうのを防止することができる。

また、本形態では、光電変換素子８０の第２電極８５ａにバイアス線５ａを電気的接続
するにあたって、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からなる上
層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重なって電気的接続して
いる。かかる構造によれば、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した
状態での上層側絶縁膜２３（無機絶縁膜）に対するエッチングによりコンタクトホール２
３ａを形成するので、第２電極８５ａと重なる位置に確実にコンタクトホール２３ａを形
成することができる。それ故、第２電極８５ａ上に絶縁膜が不用意に残ってしまう事態を
確実に回避することができるので、第２電極８５ａとバイアス線５ａとの電気的接続を好
適に行なうことができる。

さらに、本形態では、上層側絶縁膜２３は、無機膜であるシリコン窒化膜より形成され
る無機絶縁膜であり、第２電極８５ａと、半導体層８８の側面とに接して、それらを覆う
ように形成されている。このような構成により、第２電極８５ａ及び半導体層８８が、無
機膜により、バイアス線５ａの形成工程等の製造工程又は製造後において、水分や空気等
と接することから保護される。そのため、光電変換素子８０が劣化しにくくなり、信頼性
の高い固体撮像装置１００となる。

［実施の形態２］
図７（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１００の画素１
００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ２−Ａ２'
線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、本形
態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付
してそれらの説明を省略する。

図７（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００でも、実施の形態１と同様、基板１０上
には、ゲート線３ａとソース線６ａとが互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３
ａとソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが形成されている。また、ソ
ース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延在している。また、本形態でも、実施の
形態１と同様、光電変換素子８０と電界効果型トランジスタ３０とを電気的接続するにあ
たって、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａより下層側に形成された
下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃに重なって電気的接続
している。また、本形態でも、実施の形態１と同様、光電変換素子８０の第２電極８５ａ
にバイアス線５ａを電気的接続するにあたって、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜など
といった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８
５ａに重なって電気的接続している。

図７（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００は、図２（ａ）を参照して説明したよう
に、容量線３ｃを用いて、光電変換素子８０と並列に電気的接続する蓄積容量９０を形成
した例である。従って、本形態では、ゲート線３ａと並列するように容量線３ｃが延在し
ており、本形態において、容量線３ｃは、画素１００ａの中央を通るように形成されてい
る。ここで、容量線３ｃは、ゲート絶縁膜２１の下層側にゲート電極３ｂ（ゲート線３ａ
）と同時形成された導電膜であり、光電変換素子８０の第１電極８１ａの下層側を通って
いる。このため、容量線３ｃと第１電極８１ａとの間には、ゲート絶縁膜２１および下層
側絶縁膜２２が介在し、容量線３ｃと第１電極８１ａとは、ゲート絶縁膜２１および下層
側絶縁膜２２を介して対向している。従って、画素１００ａには、容量線３ｃを下電極と
し、ゲート絶縁膜２１および下層側絶縁膜２２を誘電体膜とし、第１電極８１ａを上電極
として蓄積容量９０が形成されている。

ここで、容量線３ｃは、図２（ａ）に示すように、撮像領域１００ｃの外側でバイアス
線５ａに電気的接続されているため、蓄積容量９０と光電変換素子８０とは並列に電気的
接続されている。かかる接続を行なうにあたって、本形態では、図７（ｂ）の右側端部に
示すように、容量線３ｃとバイアス線５ａとの間に介在するゲート絶縁膜２１、下層側絶
縁膜２２および上層側絶縁膜２３にコンタクトホール２３ｅが形成され、かかるコンタク
トホール２３ｅを介して容量線３ｃとバイアス線５ａとを電気的接続した構造が採用され
ている。

かかる構成の固体撮像装置１００を製造するにあたっては、図５（ａ）に示す工程でゲ
ート線３ａを形成する際、容量線３ｃを同時形成すればよい。また、図６（ｃ）に示す工
程では、コンタクトホール２３ａを形成する際、あるいは別の工程で、コンタクトホール
２３ｅを形成すればよい。

以上説明したように、本形態では、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８
１ａより下層側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電
極６ｃに重なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３には、光電変換素子８０と
電界効果型トランジスタ３０とを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する必要
がないので、光電変換素子８０を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素
子８０を形成することができる。また、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜などといった
無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重
なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３に有機絶縁膜を用いた場合と違って、
第２電極８５ａと重なる位置に確実にコンタクトホール２３ａを形成することができるの
で、第２電極８５ａとバイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができるなど、
実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、本形態では、下層側絶縁膜２２がシリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からな
るため、ゲート絶縁膜２１および下層側絶縁膜２２を誘電体膜として利用して蓄積容量９
０を形成することができる。

また、本形態では、下層側絶縁膜２２および上層側絶縁膜２３の双方がシリコン窒化膜
などといった無機絶縁膜からなるため、ゲート絶縁膜２１、下層側絶縁膜２２、および上
層側絶縁膜２３を貫通するコンタクトホール２３ｅを確実に形成することができるので、
容量線３ｃとバイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができる。

［実施の形態２の変形例］
図８（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２の変形例に係る固体撮像装置１００
の画素１００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ３
−Ａ３'線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。な
お、本形態の基本的な構成は、実施の形態１、２と同様であるため、共通する部分には同
一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図８（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００は、実施の形態２と同様、容量線を用い
て、光電変換素子８０と並列に電気的接続する蓄積容量９０を形成した例であるが、本形
態において、容量線６ｅは、ソース線６ａと同時形成されてなる。従って、本形態におい
て、容量線６ｅはソース線６ａと並列して、画素１００ａの中央を通るように形成されて
いる。

かかる容量線６ｅを構成するにあたって、実施の形態２では、ゲート絶縁膜２１の下層
側にゲート電極３ｂ（ゲート線３ａ）と同時形成したが、本形態において、容量線６ｅは
、ゲート絶縁膜２１と下層側絶縁膜２２との層間において、光電変換素子８０の第１電極
８１ａの下層側を通る位置に、ソース電極６ｂ（ソース線６ａ）およびドレイン電極６ｃ
と同時形成してある。このため、容量線６ｅと第１電極８１ａとの間には下層側絶縁膜２
２が介在し、容量線６ｅと第１電極８１ａとは、下層側絶縁膜２２を介して対向している
。従って、画素１００ａには、容量線６ｅを下電極とし、下層側絶縁膜２２を誘電体膜と
し、第１電極８１ａを上電極として蓄積容量９０が形成されている。

また、本形態でも、実施の形態２と同様、容量線６ｅは、撮像領域１００ｃの外側でバ
イアス線５ａに電気的接続されているため、蓄積容量９０と光電変換素子８０とは並列に
電気的接続されている。かかる接続を行なうにあたって、本形態では、図８（ｂ）の右側
端部に示すように、容量線６ｅとバイアス線５ａとの間に介在する下層側絶縁膜２２およ
び上層側絶縁膜２３にコンタクトホール２３ｆが形成され、かかるコンタクトホール２３
ｆを介して容量線６ｅとバイアス線５ａとを電気的接続した構造が採用されている。

かかる構成の固体撮像装置１００を製造するにあたっては、図５（ｃ）に示す工程でソ
ース線６ａを形成する際、容量線６ｅを同時形成すればよい。また、図５（ｅ）に示す工
程や図６（ｃ）に示す工程を利用してコンタクトホール２３ｆを形成すればよい。

このように構成した場合も、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａよ
り下層側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃ
に重なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３には、光電変換素子８０と電界効
果型トランジスタ３０とを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する必要がない
ので、光電変換素子８０を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素子８０
を形成することができる。また、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜などといった無機絶
縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重なって
電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３に有機絶縁膜を用いた場合と違って、第２電
極８５ａと重なる位置に確実にコンタクトホール２３ａを形成することができるので、第
２電極８５ａとバイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができるなど、実施の
形態１、２と同様な効果を奏する。

また、本形態では、下層側絶縁膜２２もシリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からな
るため、蓄積容量９０の誘電体膜が下層側絶縁膜２２のみであり、ゲート絶縁膜２１を含
まない。このため、蓄積容量９０の単位面積当たりの静電容量が実施の形態２よりも大き
いという利点がある。

また、下層側絶縁膜２２および上層側絶縁膜２３の双方がシリコン窒化膜などといった
無機絶縁膜からなるため、ゲート絶縁膜２１、下層側絶縁膜２２、および上層側絶縁膜２
３を貫通するコンタクトホール２３ｆを確実に形成することができるので、容量線６ｅと
バイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができるなど、実施の形態２と同様な
効果を奏する。しかも、容量線６ｅとバイアス線５ａとの電気的接続を行なうにあたって
、下層側絶縁膜２２においてコンタクトホール２２ａと同時形成した穴と、上層側絶縁膜
２３においてコンタクトホール２３ａと同時形成した穴とを連通させてコンタクトホール
２３ｆを形成すればよいので、コンタクトホール２３ｆを容易に形成することができると
いう利点がある。

［実施の形態３］
図９（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置１００の画素１
００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ４−Ａ４'
線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、本形
態の基本的な構成は、実施の形態１、２と同様であるため、共通する部分には同一の符号
を付してそれらの説明を省略する。

図９（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００でも、実施の形態１と同様、基板１０上
には、ゲート線３ａとソース線６ａとが互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３
ａとソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが形成されている。また、ソ
ース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延在している。また、本形態でも、実施の
形態１と同様、光電変換素子８０と電界効果型トランジスタ３０とを電気的接続するにあ
たって、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａより下層側に形成された
下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃに重なって電気的接続
している。また、本形態でも、実施の形態１と同様、光電変換素子８０の第２電極８５ａ
にバイアス線５ａを電気的接続するにあたって、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜など
といった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８
５ａに重なって電気的接続している。

図９（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００は、図２（ｂ）を参照して説明したよう
に、光電変換素子８０と並列に電気的接続する蓄積容量９０を形成した例であるが、実施
の形態２およびその変形例と違って、容量線３ｃ，６ｅを用いていない。すなわち、本形
態では、第１電極８１ａの形成領域のうち、光電変換素子８０（ＰＩＮフォトダイオード
）を構成する高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、高濃度Ｎ型半導体膜８４
ａ、および第２電極８５ａの端部から張り出した領域と重なる領域まで、バイアス線５ａ
の一部を張り出させてある。このため、バイアス線５ａの張り出し領域５ｂと第１電極８
１ａの端部との間には、上層側絶縁膜２３が介在し、バイアス線５ａの張り出し領域５ｂ
と第１電極８１ａの端部とは上層側絶縁膜２３を介して対向している。従って、画素１０
０ａには、第１電極８１ａの端部を下電極とし、上層側絶縁膜２３を誘電体膜とし、バイ
アス線５ａの張り出し領域５ｂを上電極として蓄積容量９０が形成されており、かかる蓄
積容量９０は光電変換素子８０に並列に電気的接続されている。

かかる構成の固体撮像装置１００は、実施の形態１と同様な工程で製造することができ
るので、説明を省略する。

また、シリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３を誘電体膜と
し、第１電極８１ａの端部を下電極とし、バイアス線５ａの張り出し領域５ｂを上電極と
して蓄積容量９０が形成されているため、容量線を用いなくても、実施の形態１と略同様
な構造で蓄積容量９０を積極的に形成できるという利点がある。

［実施の形態４］
次に、図１０は、本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置の画素１つ分の断面図であ
り、図４（ｂ）と同位置における断面を示している。本形態の構成において、実施の形態
１〜３と異なる点は、実施の形態１〜３ではチャネルエッチ型であった電界効果型トラン
ジスタ３０がチャネルストッパ型の電界効果型トランジスタ３０ａであることと、実施の
形態１〜３の光電変換素子８０の半導体層８８が、積層順の異なる半導体層８８ａを有す
る光電変換素子８０ａであることである。従って、これら以外の共通する部分には同一の
符号を付して、それらの説明を一部省略する。なお、図１０では蓄積容量９０を図示して
いない。

図１０に示すように、固体撮像装置１００は、基板１０上に電界効果型トランジスタ３
０ａが形成されている。電界効果型トランジスタ３０ａは、ゲート線３ａの一部からなる
ゲート電極３ｂと、ゲート絶縁膜２１と、アモルファスシリコン層からなる半導体部１ａ
と、シリコン窒化膜からなるチャネル保護層７とがこの順に積層されている。チャネル保
護層７の両側においては、高濃度Ｎ型不純物がドープされたコンタクト層４ａ，４ｂが半
導体１ａに積層されている。そして、コンタクト層４ａにはソース線６ａがソース電極６
ｂとして重なっており、コンタクト層４ｂにはドレイン電極６ｃが重なっている。

ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃの表面側には、シリコン窒化膜などからなる下層
側絶縁膜２２が半導体部１ａを覆って形成されている。下層側絶縁膜２２の上層には、光
電変換素子８０ａの第１電極８１ａが形成されており、かかる第１電極８１ａは、下層側
絶縁膜２２に形成されたコンタクトホール２２ａの内部で、ドレイン電極６ｃの上面に接
して電気的接続している。このようにして、第１電極８１ａは、第１電極８１ａより下層
側で電界効果型トランジスタ３０ａのドレインに電気的接続している。

そして、第１電極８１ａの上層には、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ
および高濃度Ｐ型半導体膜８２ａが順に積層された半導体層８８ａと、高濃度Ｐ型半導体
膜８２ａの上層に積層された第２電極８５ａと、が形成されている。かかる第１電極８１
ａと、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａ、Ｉ型半導体膜８３ａおよび高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ
からなる半導体層８８ａと、第２電極８５ａと、によって、光電変換素子８０ａが構成さ
れている。

光電変換素子８０ａ上層側には、撮像領域１００ｃの全面にシリコン窒化膜などの無機
絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３が、第２電極８５ａ、及び半導体層８８ａ側面に接して
形成されており、半導体層８８ａ側面及び第２電極８５ａを覆っている。かかる上層側絶
縁膜２３の上層には、バイアス線５ａが形成されている。ここで、上層側絶縁膜２３には
、第２電極８５ａと重なる位置にコンタクトホール２３ａが形成されている。このため、
バイアス線５ａは、コンタクトホール２３ａの内部で第２電極８５ａに重なって、第２電
極８５ａへ電気的に接続されている。また、バイアス線５ａの上層側には表面保護層２４
が形成されている。

この場合、図１１に示すように、固体撮像装置１００は、光電変換素子８０ａの接続方
向が図２（ｂ）のブロック図における光電変換素子８０とは逆になった状態であり、また
、光電変換素子８０ａと蓄積容量９０とが並列に電気的接続されている。この固体撮像装
置１００は、光電変換素子８０ａ、電界効果型トランジスタ３０ａおよび蓄積容量９０に
よる簡素な構成でありながら、Ｓ／Ｎ比を向上させた電気信号をソース線６ａへ出力する
ことができる、いわゆるパッシブピクセル方式によるものである。この方式によれば、各
画素１００ａで光電変換により生じ、光電変換素子８０ａおよび蓄積容量９０に蓄積され
た電荷は、例えばシフトレジスタ回路により電界効果型トランジスタ３０ａが順次オンに
されることで、ソース線６ａを経由して読み出しアンプ１３０へアナログの電気信号とし
て出力される。電気信号は、読み出しアンプ１３０により増幅され、サンプルホールド回
路１７０において一定期間保持された後マルチプレクサ回路１４０に出力され、アナログ
信号がシリアル化される。そして、シリアル化された電気信号は、ＡＤコンバータ１６０
により１２〜１６ビット以上の映像信号にデジタル化され、画像処理装置等へデータ転送
（Output）される。

ここで、読み出しアンプ１３０における電気信号は、画素１００ａから読み出しアンプ
１３０までの経路に起因するノイズ成分を含んでおり、そのまま増幅することは好ましく
ない。そこで、読み出しアンプ１３０には相関二重サンプリング回路が設けられていて、
読み出しアンプ１３０は、このノイズ成分を別途読み出してキャンセルしている。これに
より、Ｓ／Ｎ比を向上させた電気信号がサンプルホールド回路１７０へ出力される。なお
、実施の形態１〜３における固体撮像装置１００もパッシブピクセル方式によるものであ
る。

以上説明したように、本形態では、光電変換素子８０ａの第１電極８１ａが、第１電極
８１ａより下層側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン
電極６ｃに重なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３には、光電変換素子８０
ａと電界効果型トランジスタ３０ａとを電気的接続するためのコンタクトホールを形成す
る必要がないので、光電変換素子８０ａを広い領域に形成することができ、感度の高い光
電変換素子８０ａを形成することができる。また、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜な
どといった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極
８５ａに重なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３に有機絶縁膜を用いた場合
と違って、第２電極８５ａと重なる位置に確実にコンタクトホール２３ａを形成すること
ができるので、第２電極８５ａとバイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことがで
きるなど、実施の形態１〜３と同様な効果を奏する。

更には、下層側絶縁膜２２に加えて、半導体部１ａ上に形成されたチャネル保護層７に
より半導体層８８ａを形成する際のエッチング等から半導体部１ａを保護することができ
る。そのため、下層側絶縁膜２２を薄く形成できる。

また、半導体層８８、第２電極８５ａが、上層側絶縁膜２３の無機膜により、バイアス
線５ａの形成工程等の製造工程中や製造後に、水分や空気等と接することから保護されて
、劣化しにくくなっている。このような構成の固体撮像装置１００は、実施の形態１〜３
における場合と同様な効果を奏する。

［その他の実施の形態］
固体撮像装置１００は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、次に挙げる変
形例のような形態であっても、ほぼ同様な効果が得られる。

上記実施の形態１〜４では、光電変換素子８０，８０ａとしてＰＩＮフォトダイオード
を用いたが、ＰＮフォトダイオードを用いてもよい。

また、電界効果型トランジスタ３０，３０ａとして、アモルファスシリコン膜を用いた
ＴＦＴを例に説明したが、ポリシリコン膜や単結晶シリコン層を用いたＴＦＴを、電界効
果型トランジスタ３０，３０ａとして用いてもよい。

上記実施の形態１〜４では、ドレイン電極６ｃと第１電極８１ａを別々に形成したが、
第１電極８１ａをドレイン電極と兼用してもよい。

上記実施の形態１、２および４では、第１電極８１ａを蓄積容量９０の電極として用い
たが、ドレイン電極６ｃの延長部分を、蓄積容量９０において第１電極８１ａに電気的接
続する電極として用いてもよい。

上記実施の形態３では、バイアス線５ａの一部を蓄積容量９０の電極として用いたが、
第２電極８５ａの一部、あるいは第２電極８５ａと同時形成された導電膜を蓄積容量９０
の電極として用いてもよい。

なお、上記実施の形態１〜３では、第１電極８１ａ側から順にＰ型半導体膜、Ｉ型半導
体膜およびＮ型半導体膜を積層し、光電変換素子８０のアノードがチャネルエッチ型の電
界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続し、光電変換素子８０のカソードがバ
イアス線５ａに電気的接続している例を説明したが、光電変換素子８０に逆バイアスが印
加される構成であれば、第１電極８１ａ側から順にＮ型半導体膜、Ｉ型半導体膜およびＰ
型半導体膜を積層し、光電変換素子８０のカソードがチャネルエッチ型の電界効果型トラ
ンジスタ３０のドレインに電気的接続し、光電変換素子８０のアノードがバイアス線５ａ
に電気的接続している構成であってもよい。

また、実施の形態４においては、第１電極８１ａ側から順にＮ型半導体膜、Ｉ型半導体
膜およびＰ型半導体膜を積層し、光電変換素子８０のカソードがチャネルストップ型の電
界効果型トランジスタ３０ａのドレインに電気的接続して、光電変換素子８０のアノード
がバイアス線５ａに電気的接続している例を説明したが、第１電極８１ａ側から順にＰ型
半導体膜、Ｉ型半導体膜およびＮ型半導体膜を積層し、チャネルストップ型の光電変換素
子８０のアノードが電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続し、光電変換素
子８０のカソードがバイアス線５ａに電気的接続している構成も可能である。

実施の形態１〜４では、パッシブピクセル方式によりＳ／Ｎ比を向上させた電気信号を
ソース線６ａへ出力しているが、図１２に示すようなアクティブピクセル方式によりＳ／
Ｎ比を向上させても良い。これによれば、図１２に示すように、画素１００ａ内にアンプ
トランジスタを設けることにより、光電変換素子８０ａで発生した電荷を蓄積容量９０に
蓄積し、蓄積した時の容量の変化によって生じた電位量をアンプトランジスタで増幅する
。増幅された電気信号は、画素１００ａ以降の経路で発生するノイズ成分より大きな信号
成分として取り出すことができ、Ｓ／Ｎ比の向上が図れる。

本発明を適用した固体撮像装置において、画素に蓄積容量が形成されていない場合の電気的な構成を示すブロック図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した固体撮像装置において、容量線を用いて画素に蓄積容量が形成されている場合の電気的な構成を示すブロック図、および容量線を用いずに画素に蓄積容量が形成されている場合の電気的な構成を示すブロック図である。本発明を適用した固体撮像装置の外観を模式的に示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。図４に示す固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。図４に示す固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２の変形例に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置の画素１つ分の断面図である。図１０に示す固体撮像装置における電気的な構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１〜４の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

３ａ…ゲート線、３ｃ，６ｅ…容量線、５ａ…バイアス線、６ａ…ソース線、１０…基
板、２２…下層側絶縁膜、２２ａ…下層側絶縁膜のコンタクトホール、２３…上層側絶縁
膜、２３ａ…上層側絶縁膜のコンタクトホール、３０，３０ａ…電界効果型トランジスタ
、８０，８０ａ…光電変換素子、８１ａ…光電変換素子の第１電極、８５ａ…光電変換素
子の第２電極、８８，８８ａ…半導体層、９０…蓄積容量、１００…固体撮像装置、１０
０ａ…画素、１００ｃ…撮像領域。

Claims

基板と、
前記基板の下層側から上層側に向かって、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ドレイン電極及びソース電極、がこの順で形成されたトランジスタと、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の表面側に形成された無機膜からなる下層側絶縁膜と、
前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極に接続された第１電極、前記第１電極に積層されて接続されたＰ型半導体膜、Ｎ型半導体膜、および前記Ｎ型半導体膜に積層されて接続された第２電極を含む光電変換素子と、
前記第２電極上に配置されるとともに、前記光電変換素子の前記半導体層の側面に接して形成された無機絶縁膜を含む上層側絶縁膜と、
前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、
前記上層側絶縁膜上に形成され、前記第２電極に前記コンタクトホールを介して接続されたバイアス線と、
前記上層側絶縁膜上に設けられ、前記バイアス線を覆う無機膜の表面保護層とを具備し、
前記トランジスタ及び前記光電変換素子を有した画素が複数配置されて撮像領域を構成しており、
前記光電変換素子の前記第１電極の下層側を通って容量線が延在形成されており、前記容量線が前記下層側絶縁膜を介して前記第１電極と対向することで蓄積容量が形成されており、
前記バイアス線は、前記トランジスタに接続されたソース線と並行するように延在形成されており、前記容量線は、前記トランジスタに接続されたゲート線と同時に形成された導電膜であるとともに、前記ゲート線と並列するように延在していることを特徴とする固体撮像装置。
基板と、
前記基板の下層側から上層側に向かって、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ドレイン電極及びソース電極、がこの順で形成されたトランジスタと、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の表面側に形成された無機膜からなる下層側絶縁膜と、
前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極に接続された第１電極、前記第１電極に積層されて接続されたＰ型半導体膜、Ｎ型半導体膜、および前記Ｎ型半導体膜に積層されて接続された第２電極を含む光電変換素子と、
前記第２電極上に配置されるとともに、前記光電変換素子の前記半導体層の側面に接して形成された無機絶縁膜を含む上層側絶縁膜と、
前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、
前記上層側絶縁膜上に形成され、前記第２電極に前記コンタクトホールを介して接続されたバイアス線と、
前記上層側絶縁膜上に設けられ、前記バイアス線を覆う無機膜の表面保護層とを具備し、
前記トランジスタ及び前記光電変換素子を有した画素が複数配置されて撮像領域を構成しており、
前記光電変換素子の前記第１電極の下層側を通って容量線が延在形成されており、前記容量線が前記下層側絶縁膜を介して前記第１電極と対向することで蓄積容量が形成されており、
前記バイアス線は、前記トランジスタに接続されたソース線と並行するように延在形成されており、前記容量線は、前記ソース線と同時に形成された導電膜であるとともに、前記ソース線と並列するように延在していることを特徴とする固体撮像装置。
前記容量線は、前記撮像領域の外側で前記バイアス線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
基板と、
前記基板の下層側から上層側に向かって、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ドレイン電極及びソース電極、がこの順で形成されたトランジスタと、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の表面側に形成された無機膜からなる下層側絶縁膜と、
前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極に接続された第１電極、前記第１電極に積層されて接続されたＰ型半導体膜、Ｎ型半導体膜、および前記Ｎ型半導体膜に積層されて接続された第２電極を含む光電変換素子と、
前記第２電極上に配置されるとともに、前記光電変換素子の前記半導体層の側面に接して形成された無機絶縁膜を含む上層側絶縁膜と、
前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、
前記上層側絶縁膜上に形成され、前記第２電極に前記コンタクトホールを介して接続されたバイアス線と、
前記上層側絶縁膜上に設けられ、前記バイアス線を覆う無機膜の表面保護層とを具備し、
前記トランジスタ及び前記光電変換素子を有した画素が複数配置されて撮像領域を構成しており、
前記光電変換素子の前記第１電極の下層側を通って容量線が延在形成されており、前記容量線が前記下層側絶縁膜を介して前記第１電極と対向することで蓄積容量が形成されており、
前記容量線は、前記撮像領域の外側で前記バイアス線と電気的に接続されており、前記基板と前記第１電極との間に配置された前記絶縁膜は、前記撮像領域の外側にも形成されており、前記容量線は、前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して、前記バイアス線と電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。