JPH05152554A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH05152554A JPH05152554A JP3297361A JP29736191A JPH05152554A JP H05152554 A JPH05152554 A JP H05152554A JP 3297361 A JP3297361 A JP 3297361A JP 29736191 A JP29736191 A JP 29736191A JP H05152554 A JPH05152554 A JP H05152554A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 残像を低減して良質な画質の映像信号を得る
ことのできる積層型の固体撮像装置を提供すること。 【構成】 半導体基板10に蓄積ダイオード12,CC
Dチャネル13及び信号電荷読出し部を兼ねる転送ゲー
ト電極15,16等を形成し、且つ最上層に蓄積ダイオ
ード12に電気的に接続された画素電極20を形成して
なる固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上
に形成された光電変換膜21とを備えた固体撮像装置に
おいて、光電変換膜21として水素化アモルファスシリ
コンを使用し、このシリコンの空乏状態の空間電荷密度
を2×1014cm-3以下に設定したことを特徴とする。
ことのできる積層型の固体撮像装置を提供すること。 【構成】 半導体基板10に蓄積ダイオード12,CC
Dチャネル13及び信号電荷読出し部を兼ねる転送ゲー
ト電極15,16等を形成し、且つ最上層に蓄積ダイオ
ード12に電気的に接続された画素電極20を形成して
なる固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上
に形成された光電変換膜21とを備えた固体撮像装置に
おいて、光電変換膜21として水素化アモルファスシリ
コンを使用し、このシリコンの空乏状態の空間電荷密度
を2×1014cm-3以下に設定したことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子チップ上
に光電変換膜を積層して構成される積層型の固体撮像装
置に係わり、特に光電変換膜として水素化アモルファス
シリコンを用いた固体撮像装置に関する。
に光電変換膜を積層して構成される積層型の固体撮像装
置に係わり、特に光電変換膜として水素化アモルファス
シリコンを用いた固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像素子チップ上に光電変換膜を積
層してなる2階建て構造の固体撮像装置は、感光部の開
口面積を広くすることができるため、高感度且つ低スミ
アという優れた特性を有する。このため、この固体撮像
装置は各種監視用テレビジョンやHDTV(High Defin
ition Television)等のカメラへの応用が期待されてい
る。
層してなる2階建て構造の固体撮像装置は、感光部の開
口面積を広くすることができるため、高感度且つ低スミ
アという優れた特性を有する。このため、この固体撮像
装置は各種監視用テレビジョンやHDTV(High Defin
ition Television)等のカメラへの応用が期待されてい
る。
【0003】この種の装置では、光電変換膜として水素
化アモルファスシリコンが用いられており、光電変換膜
は下部電極(画素電極)と上部電極(透明電極)との間
に配置される。そして、上部電極に負電圧を、下部電極
に正電圧を印加し、光の入射により光電変換膜で発生し
た光電流を下部電極を通して蓄積ダイオードに導き、蓄
積ダイオードに蓄積された信号電荷をCCD等の転送部
を介して映像信号として読出すようになっている。
化アモルファスシリコンが用いられており、光電変換膜
は下部電極(画素電極)と上部電極(透明電極)との間
に配置される。そして、上部電極に負電圧を、下部電極
に正電圧を印加し、光の入射により光電変換膜で発生し
た光電流を下部電極を通して蓄積ダイオードに導き、蓄
積ダイオードに蓄積された信号電荷をCCD等の転送部
を介して映像信号として読出すようになっている。
【0004】しかしながら、この種の装置にあっては次
のような問題があった。即ち、アモルファスシリコン層
を光電変換層として用いることによって、入射光が遮ら
れても信号電流が直ぐには暗状態での定常電流にはなら
ず、経時的に減衰するという現象が見られる。この現象
は、画像信号としては前の映像が僅かに残って見える残
像として認識され、画質を著しく悪化させる。これは、
アモルファスシリコンがバンドギャップ中に図6に示す
ような連続した局在準位を持つためであり、光照射下で
アモルファスシリコン層内部に発生し、局在準位に捕獲
された電子及び正孔が暗状態で熱的に励起されて出てく
ることによる。
のような問題があった。即ち、アモルファスシリコン層
を光電変換層として用いることによって、入射光が遮ら
れても信号電流が直ぐには暗状態での定常電流にはなら
ず、経時的に減衰するという現象が見られる。この現象
は、画像信号としては前の映像が僅かに残って見える残
像として認識され、画質を著しく悪化させる。これは、
アモルファスシリコンがバンドギャップ中に図6に示す
ような連続した局在準位を持つためであり、光照射下で
アモルファスシリコン層内部に発生し、局在準位に捕獲
された電子及び正孔が暗状態で熱的に励起されて出てく
ることによる。
【0005】この残像現象は、光電変換膜を持たない固
体撮像装置には見られない現象であり、水素化アモルフ
ァスシリコン層を積層した固体撮像装置を実用に絶え得
るものとするためには、これを解決する必要がある。
体撮像装置には見られない現象であり、水素化アモルフ
ァスシリコン層を積層した固体撮像装置を実用に絶え得
るものとするためには、これを解決する必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、水素
化アモルファスシリコン層を積層した積層型の固体撮像
装置においては、アモルファスシリコンが持つ局在準位
に捕獲された電子及び正孔が暗状態で熱的に励起されて
出てくることにより、残像が発生するという問題があっ
た。
化アモルファスシリコン層を積層した積層型の固体撮像
装置においては、アモルファスシリコンが持つ局在準位
に捕獲された電子及び正孔が暗状態で熱的に励起されて
出てくることにより、残像が発生するという問題があっ
た。
【0007】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、アモルファスシリコン
の局在準位に捕獲された電子及び正孔の熱的な励起に起
因する残像を低減することができ、良質な画質の映像信
号を得ることのできる固体撮像装置を提供することにあ
る。
ので、その目的とするところは、アモルファスシリコン
の局在準位に捕獲された電子及び正孔の熱的な励起に起
因する残像を低減することができ、良質な画質の映像信
号を得ることのできる固体撮像装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、アモル
ファスシリコンの局在準位に関係する空間電荷密度を最
適化することにより、残像を低減することにある。
ファスシリコンの局在準位に関係する空間電荷密度を最
適化することにより、残像を低減することにある。
【0009】即ち本発明は、半導体基板に信号電荷蓄積
部,信号電荷読出し部及び信号電荷転送部を形成し、且
つ最上層に信号電荷蓄積部に電気的に接続された画素電
極を形成してなる固体撮像素子チップと、この固体撮像
素子チップ上に形成された光電変換膜と、この光電変換
膜上に形成された透明電極とを備えた固体撮像装置にお
いて、光電変換膜として水素化アモルファスシリコンを
用い、該シリコンの空乏状態の空間電荷密度が2×10
14cm-3以下となるようにしたものである。
部,信号電荷読出し部及び信号電荷転送部を形成し、且
つ最上層に信号電荷蓄積部に電気的に接続された画素電
極を形成してなる固体撮像素子チップと、この固体撮像
素子チップ上に形成された光電変換膜と、この光電変換
膜上に形成された透明電極とを備えた固体撮像装置にお
いて、光電変換膜として水素化アモルファスシリコンを
用い、該シリコンの空乏状態の空間電荷密度が2×10
14cm-3以下となるようにしたものである。
【0010】
【作用】前述したように残像は、光照射下で水素化アモ
ルファスシリコンの内部に発生し、バンドギャップ中の
局在準位に捕獲されていた過剰な電子及び正孔が光が遮
られたときに熱的に伝導帯及び価電子帯に励起されて信
号電流として検出されることによる。従って、残像を低
減するためには、まずアモルファスシリコンのバンドギ
ャップ中の局在準位を減らすことが必要になる。
ルファスシリコンの内部に発生し、バンドギャップ中の
局在準位に捕獲されていた過剰な電子及び正孔が光が遮
られたときに熱的に伝導帯及び価電子帯に励起されて信
号電流として検出されることによる。従って、残像を低
減するためには、まずアモルファスシリコンのバンドギ
ャップ中の局在準位を減らすことが必要になる。
【0011】局在準位は様々な起源を持ち、図6に示す
ようにバンドギャップの全エネルギー領域において連続
して存在する。これらのうち、空乏状態において空間電
荷として観測される帯電した準位は光照射下でトラップ
中心となり易く、残像の大小に著しい影響を与える。従
って、空間電荷密度を減らすことが残像の低減には重要
である。
ようにバンドギャップの全エネルギー領域において連続
して存在する。これらのうち、空乏状態において空間電
荷として観測される帯電した準位は光照射下でトラップ
中心となり易く、残像の大小に著しい影響を与える。従
って、空間電荷密度を減らすことが残像の低減には重要
である。
【0012】空間電荷密度は、図1に示すように、主に
膜中の弗素や窒素等の不純物元素によるものであり、膜
形成の環境に左右される量である。このため、膜形成の
環境が清浄であって、膜中の不純物元素が少なければ少
ないだけ空間電荷密度も少ないと考えられていた。従っ
て、残像を小さくするためには、光電変換膜としてのア
モルファスシリコン層をできる限り清浄な環境で形成す
る必要があると考えられてきた。ここで、膜形成におけ
る雰囲気を清浄にすればするほど製造コストが上昇する
ことになる。
膜中の弗素や窒素等の不純物元素によるものであり、膜
形成の環境に左右される量である。このため、膜形成の
環境が清浄であって、膜中の不純物元素が少なければ少
ないだけ空間電荷密度も少ないと考えられていた。従っ
て、残像を小さくするためには、光電変換膜としてのア
モルファスシリコン層をできる限り清浄な環境で形成す
る必要があると考えられてきた。ここで、膜形成におけ
る雰囲気を清浄にすればするほど製造コストが上昇する
ことになる。
【0013】しかしながら、実際に空間電荷密度と残像
との関係を調べてみると、図2に示すように、空間電荷
密度が2×1014cm-3以上の領域では空間電荷密度と
残像は比例していて空間電荷密度が増加すると残像も増
加しているが、それ以下になると空間電荷密度が減少し
ても残像は略一定であることが分かった。
との関係を調べてみると、図2に示すように、空間電荷
密度が2×1014cm-3以上の領域では空間電荷密度と
残像は比例していて空間電荷密度が増加すると残像も増
加しているが、それ以下になると空間電荷密度が減少し
ても残像は略一定であることが分かった。
【0014】そこで本発明では、図2に示した空間電荷
密度と残像との関係から、空間電荷密度が2×1014c
m-3以下である水素化アモルファスシリコン層を光電変
換膜として用いることによって、残像の少ない良質な映
像信号を得ることを可能にする。特に、空間電荷密度を
2×1014cm-3以下で且つこの値に近い範囲、例えば
1×1014cm-3〜2×1014cm-3とすれば、製造コ
ストの点でも有利である。また、図3に示すように、こ
のときの暗状態の定常電流(リーク電流)を1×10
-10 A/cm2 以下にすると、リーク電流による残像の
増加も防止することができ、さらに良質な画質を得るこ
とが可能となる。
密度と残像との関係から、空間電荷密度が2×1014c
m-3以下である水素化アモルファスシリコン層を光電変
換膜として用いることによって、残像の少ない良質な映
像信号を得ることを可能にする。特に、空間電荷密度を
2×1014cm-3以下で且つこの値に近い範囲、例えば
1×1014cm-3〜2×1014cm-3とすれば、製造コ
ストの点でも有利である。また、図3に示すように、こ
のときの暗状態の定常電流(リーク電流)を1×10
-10 A/cm2 以下にすると、リーク電流による残像の
増加も防止することができ、さらに良質な画質を得るこ
とが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【0016】図4は、本発明の第1の実施例に係わる固
体撮像装置の1画素構成を示す断面図である。基本的な
構成は、一般的な積層型固体撮像装置と同様である。即
ち、p型シリコン基板10には、p+ 型の素子分離領域
11で囲まれた領域内にn+ 型の不純物領域からなる蓄
積ダイオード12が形成されており、この蓄積ダイオー
ド12の近傍にはn- 型の垂直CCDのチャネル領域1
3が形成されている。チャネル領域13の上部には、第
1の絶縁膜14で周囲と絶縁された転送ゲート電極1
5,16が積層形成されている。第1の絶縁膜14には
蓄積ダイオード12とコンタクトするためのコンタクト孔
17が設けられており、このコンタクト孔17から絶縁
膜14の周縁に沿って転送ゲート電極15,16の上部
には、引出し電極18が形成されている。引出し電極1
8及び絶縁膜14の上には、表面平坦化用の第2の絶縁
膜19が形成されている。そして、この第2の絶縁膜1
9上に、1画素毎に対応して引出し電極18に接続され
た下部電極(画素電極)20が形成されて、固体撮像素
子チップが構成されている。
体撮像装置の1画素構成を示す断面図である。基本的な
構成は、一般的な積層型固体撮像装置と同様である。即
ち、p型シリコン基板10には、p+ 型の素子分離領域
11で囲まれた領域内にn+ 型の不純物領域からなる蓄
積ダイオード12が形成されており、この蓄積ダイオー
ド12の近傍にはn- 型の垂直CCDのチャネル領域1
3が形成されている。チャネル領域13の上部には、第
1の絶縁膜14で周囲と絶縁された転送ゲート電極1
5,16が積層形成されている。第1の絶縁膜14には
蓄積ダイオード12とコンタクトするためのコンタクト孔
17が設けられており、このコンタクト孔17から絶縁
膜14の周縁に沿って転送ゲート電極15,16の上部
には、引出し電極18が形成されている。引出し電極1
8及び絶縁膜14の上には、表面平坦化用の第2の絶縁
膜19が形成されている。そして、この第2の絶縁膜1
9上に、1画素毎に対応して引出し電極18に接続され
た下部電極(画素電極)20が形成されて、固体撮像素
子チップが構成されている。
【0017】固体撮像素子チップの上には、例えばi型
の水素化アモルファスシリコン層(a-Si:H)からなる光
電変換膜21が形成されており、この光電変換膜21上
には、膜厚30nmのITO等からなる上部電極(透明
電極)22が形成されている。また、光電変換膜21と
透明電極22との間には、電子に対してバリアとなるp
型の水素化アモルファスシリコンカーバイド層( a-Si
C:H)膜24が形成されている。なお、光電変換膜21
と画素電極20との間には、正孔に対してバリアとなる
i型の水素化アモルファスシリコンカーバイド層(a-Si
C:H )23を形成してもよい。
の水素化アモルファスシリコン層(a-Si:H)からなる光
電変換膜21が形成されており、この光電変換膜21上
には、膜厚30nmのITO等からなる上部電極(透明
電極)22が形成されている。また、光電変換膜21と
透明電極22との間には、電子に対してバリアとなるp
型の水素化アモルファスシリコンカーバイド層( a-Si
C:H)膜24が形成されている。なお、光電変換膜21
と画素電極20との間には、正孔に対してバリアとなる
i型の水素化アモルファスシリコンカーバイド層(a-Si
C:H )23を形成してもよい。
【0018】このような構成において、光電変換膜21
で受光された入射光は、電子−正孔対に変換され、透明
電極22と画素電極20間に印加された所定のバイアス
電位により、電子は引出し電極18を通じて蓄積ダイオ
ード12に与えられ、信号電荷として蓄積ダイオード1
2に蓄積される。蓄積された信号電荷は、転送ゲート電
極15に印加される電圧により、垂直CCDのチャネル
領域13に移送された後、このチャネル領域13を順次
移動して転送される。次に、上記実施例装置の製造方法
について説明する。
で受光された入射光は、電子−正孔対に変換され、透明
電極22と画素電極20間に印加された所定のバイアス
電位により、電子は引出し電極18を通じて蓄積ダイオ
ード12に与えられ、信号電荷として蓄積ダイオード1
2に蓄積される。蓄積された信号電荷は、転送ゲート電
極15に印加される電圧により、垂直CCDのチャネル
領域13に移送された後、このチャネル領域13を順次
移動して転送される。次に、上記実施例装置の製造方法
について説明する。
【0019】まず、p型のシリコン基板10内にp+ 型
の素子分離領域11,n+ 型拡散層からなる蓄積ダイオ
ード12及びn- 型拡散層からなるCCDチャネル領域
13を形成し、このCCDチャネル領域13上にゲート
絶縁膜を介して転送ゲート電極15,16を形成する。
そして、酸化シリコンからなる層間絶縁膜14を形成
し、フォトリソグラフィ法によりコンタクト孔17を形
成し、アルミニウム薄膜パターンからなる引出し電極1
8を形成する。この上層にCCD素子の保護と表面の平
坦化を兼ねて絶縁膜19を形成する。このとき、引出し
電極18の上端面がやや露出するように絶縁幕19の膜
厚をコントロールする。
の素子分離領域11,n+ 型拡散層からなる蓄積ダイオ
ード12及びn- 型拡散層からなるCCDチャネル領域
13を形成し、このCCDチャネル領域13上にゲート
絶縁膜を介して転送ゲート電極15,16を形成する。
そして、酸化シリコンからなる層間絶縁膜14を形成
し、フォトリソグラフィ法によりコンタクト孔17を形
成し、アルミニウム薄膜パターンからなる引出し電極1
8を形成する。この上層にCCD素子の保護と表面の平
坦化を兼ねて絶縁膜19を形成する。このとき、引出し
電極18の上端面がやや露出するように絶縁幕19の膜
厚をコントロールする。
【0020】次いで、スパッタリング法により膜厚10
0nmのチタン層を成膜し、フォトリソグラフィ法によ
りこれをパターニングし、分割電極として下部電極20
を形成する。続いて、シランガスを原料ガスとして用い
たグロー放電分解法により、膜厚1μmの水素化アモル
ファスシリコン層21を全面に形成する。その後、連続
でシランガスとメタンガスを原料ガス、ジボランガスを
ドーピングガスとして用いたグロー放電分解法により、
膜厚20nmのp型の水素化アモルファスシリコンカー
バイド層24を全面に堆積する。
0nmのチタン層を成膜し、フォトリソグラフィ法によ
りこれをパターニングし、分割電極として下部電極20
を形成する。続いて、シランガスを原料ガスとして用い
たグロー放電分解法により、膜厚1μmの水素化アモル
ファスシリコン層21を全面に形成する。その後、連続
でシランガスとメタンガスを原料ガス、ジボランガスを
ドーピングガスとして用いたグロー放電分解法により、
膜厚20nmのp型の水素化アモルファスシリコンカー
バイド層24を全面に堆積する。
【0021】このとき、アモルファスシリコン層21の
空間電荷密度が2×1014cm-3以下、例えば1×10
14cm-3となるようにする。空間電荷密度の制御は、例
えば図5に示すように堆積速度を速くすることで行うこ
とができる。これは、単位時間当たりに膜堆積表面に到
達する不純物元素の量と堆積速度との関係によって膜内
に取り込まれる不純物の量が決まってしまうからであ
る。その他にも成膜時の真空度を良くする、等の方法に
よって空間電荷密度は制御することができる。
空間電荷密度が2×1014cm-3以下、例えば1×10
14cm-3となるようにする。空間電荷密度の制御は、例
えば図5に示すように堆積速度を速くすることで行うこ
とができる。これは、単位時間当たりに膜堆積表面に到
達する不純物元素の量と堆積速度との関係によって膜内
に取り込まれる不純物の量が決まってしまうからであ
る。その他にも成膜時の真空度を良くする、等の方法に
よって空間電荷密度は制御することができる。
【0022】次いで、スパッタリング法により、膜厚5
0nmの透光性の酸化インジウム或いは酸化インジウム
・錫の薄膜(透明電極22)を一体的に成膜し、固体撮
像装置が完成する。
0nmの透光性の酸化インジウム或いは酸化インジウム
・錫の薄膜(透明電極22)を一体的に成膜し、固体撮
像装置が完成する。
【0023】このように本実施例によれば、光電変換膜
21として使用する水素化アモルファスシリコンの空間
電荷密度が1×1014cm-3となるようにしているの
で、空間電荷密度に起因する残像を最小限に抑えること
ができ、十分実用になる高画質な映像信号を得ることが
できる。そしてこの場合、空間電荷密度を極端に小さく
するために必要以上に成膜時の雰囲気を清浄にする必要
もなくなり、成膜コストの低減をはかることも可能であ
る。
21として使用する水素化アモルファスシリコンの空間
電荷密度が1×1014cm-3となるようにしているの
で、空間電荷密度に起因する残像を最小限に抑えること
ができ、十分実用になる高画質な映像信号を得ることが
できる。そしてこの場合、空間電荷密度を極端に小さく
するために必要以上に成膜時の雰囲気を清浄にする必要
もなくなり、成膜コストの低減をはかることも可能であ
る。
【0024】次に、本発明の第2の実施例として、第1
の実施例に説明した固体撮像装置において、光電変換膜
21として積層する水素化アモルファスシリコンと下部
電極20であるチタン電極との間にi型の水素化シリコ
ンカーバイド層23を堆積した固体撮像装置について説
明する。
の実施例に説明した固体撮像装置において、光電変換膜
21として積層する水素化アモルファスシリコンと下部
電極20であるチタン電極との間にi型の水素化シリコ
ンカーバイド層23を堆積した固体撮像装置について説
明する。
【0025】i型の水素化アモルファスシリコンカーバ
イド層23は、アモルファスシリコン層21及びその上
層のp型のアモルファスシリコンカーバイド層24と連
続で形成する。分割形成した下部電極20の上層にシラ
ンガスとメタンガスを原料ガスとして用いたグロー放電
分解法により膜厚20nmのi型の水素化アモルファス
シリコンカーバイド層23を一体的に形成する。このと
き、i型のアモルファスシリコンカーバイド層23のバ
ンドギャップをアモルファスシリコン層21のバンドギ
ャップより僅かに広くする。
イド層23は、アモルファスシリコン層21及びその上
層のp型のアモルファスシリコンカーバイド層24と連
続で形成する。分割形成した下部電極20の上層にシラ
ンガスとメタンガスを原料ガスとして用いたグロー放電
分解法により膜厚20nmのi型の水素化アモルファス
シリコンカーバイド層23を一体的に形成する。このと
き、i型のアモルファスシリコンカーバイド層23のバ
ンドギャップをアモルファスシリコン層21のバンドギ
ャップより僅かに広くする。
【0026】この実施例装置においては、先の第1の実
施例と同様の効果が得られるのは勿論のこと、暗状態で
の定常電流(リーク電流)は1×10-10 A/cm2 以
下となり、定常電流(リーク電流)による残像の増加は
認められず、十分実用に絶え得る高画質な映像信号を得
ることができる。次に、本発明の第3の実施例として、
光導電性残像特性の改善をはかった固体撮像装置につい
て説明する。
施例と同様の効果が得られるのは勿論のこと、暗状態で
の定常電流(リーク電流)は1×10-10 A/cm2 以
下となり、定常電流(リーク電流)による残像の増加は
認められず、十分実用に絶え得る高画質な映像信号を得
ることができる。次に、本発明の第3の実施例として、
光導電性残像特性の改善をはかった固体撮像装置につい
て説明する。
【0027】積層型固体撮像装置の画像特性として重要
である光導電性残像特性は、アモルファスシリコン層の
バンドギャップ中の局在準位密度の分布状態に大きく関
わっている。さらに、アモルファスシリコン層中の局在
準位は、主に膜中の全水素量やSi−H2 結合比等によ
って決定される。アモルファスシリコン層中の水素量は
シリコンのダングリングボンドを終端するのに十分な量
が必要であり、Si−H2 結合比は少ない方がバンドの
裾準位を少なくすることができる。
である光導電性残像特性は、アモルファスシリコン層の
バンドギャップ中の局在準位密度の分布状態に大きく関
わっている。さらに、アモルファスシリコン層中の局在
準位は、主に膜中の全水素量やSi−H2 結合比等によ
って決定される。アモルファスシリコン層中の水素量は
シリコンのダングリングボンドを終端するのに十分な量
が必要であり、Si−H2 結合比は少ない方がバンドの
裾準位を少なくすることができる。
【0028】Si−H2 結合を減少させるためには、図
7に示すように成膜温度を高くして成膜時に水素が容易
に動き回れるようにする必要がある。しかし、成膜温度
を上昇させると、図8から分かるように膜中の水素量自
体も減少してしまうという事実があるため、成膜条件を
最適化することだけで達成されるアモルファスシリコン
の膜特性には限界がある。なお、図7においてSi−H
2 結合比は、CSi-H2/(CSi-H+CSi-H2 )として定
義した。
7に示すように成膜温度を高くして成膜時に水素が容易
に動き回れるようにする必要がある。しかし、成膜温度
を上昇させると、図8から分かるように膜中の水素量自
体も減少してしまうという事実があるため、成膜条件を
最適化することだけで達成されるアモルファスシリコン
の膜特性には限界がある。なお、図7においてSi−H
2 結合比は、CSi-H2/(CSi-H+CSi-H2 )として定
義した。
【0029】また、膜中のSi−H2 結合比は図12に
示したように膜の応力とも関係のある量で、膜中Si−
H2 結合比が大きいほど構造に柔軟性があり、応力は減
少する。反対に、Si−H2 結合比を小さくしていくと
特性も向上するが膜中の応力も増加する。このため、良
好な特性を有する膜ほど成膜後の工程で剥離されやすい
という問題がある。剥離は素子の歩留まりを著しく悪化
させるばかりでなく、生産ラインそのものに対しても損
害となるため大きな問題となる。
示したように膜の応力とも関係のある量で、膜中Si−
H2 結合比が大きいほど構造に柔軟性があり、応力は減
少する。反対に、Si−H2 結合比を小さくしていくと
特性も向上するが膜中の応力も増加する。このため、良
好な特性を有する膜ほど成膜後の工程で剥離されやすい
という問題がある。剥離は素子の歩留まりを著しく悪化
させるばかりでなく、生産ラインそのものに対しても損
害となるため大きな問題となる。
【0030】さらに、水素化アモルファスシリコン層に
成膜後に熱処理を加えることによって、膜中の水素の結
合形態を変化させ、Si−H2 結合比を減少させる必要
がある。熱処理温度に対するSi−H2 結合比の減少
を、図9に示す。Si−H2 結合比は、熱処理温度が高
くなるほど減少する。十分にSi−H2 結合比を減少さ
せようとすると、熱処理温度は成膜温度より高くする必
要があるが、このような温度で長時間熱処理を行うと、
図10に示すように水素の剥離に伴う欠陥の増加が見ら
れるようになる。図10では、ダイオードの逆方向電流
の熱処理時間依存性を示している。逆方向電流は、熱処
理時間が長くなるに伴って増加している。これは、成膜
温度で膜中に存在していた水素が成膜温度より高い熱処
理を受けることによって脱離し、その結果、膜中に欠陥
準位(ダングリングボンド)が増加し、この欠陥準位を
介して再結合電流が流れるためである。
成膜後に熱処理を加えることによって、膜中の水素の結
合形態を変化させ、Si−H2 結合比を減少させる必要
がある。熱処理温度に対するSi−H2 結合比の減少
を、図9に示す。Si−H2 結合比は、熱処理温度が高
くなるほど減少する。十分にSi−H2 結合比を減少さ
せようとすると、熱処理温度は成膜温度より高くする必
要があるが、このような温度で長時間熱処理を行うと、
図10に示すように水素の剥離に伴う欠陥の増加が見ら
れるようになる。図10では、ダイオードの逆方向電流
の熱処理時間依存性を示している。逆方向電流は、熱処
理時間が長くなるに伴って増加している。これは、成膜
温度で膜中に存在していた水素が成膜温度より高い熱処
理を受けることによって脱離し、その結果、膜中に欠陥
準位(ダングリングボンド)が増加し、この欠陥準位を
介して再結合電流が流れるためである。
【0031】前述したように、光導電性残像はアモルフ
ァスシリコン層中の水素量及び膜中Si−H2 結合比に
大きく依存した量である。従って、良質な映像を得るた
めには、アモルファスシリコン層中の水素量を一定に保
った状態で、膜中Si−H2結合比を減少させる必要が
ある。本発明者らの実験によれば、アモルファスシリコ
ンの成膜温度以上の230℃から300℃の熱処理を3
気圧以上の加圧雰囲気中で行うことによって、膜からの
水素の脱離を防止し膜中Si−H2 結合比を良質な映像
を得るために十分な程度まで減少させることができた。
ァスシリコン層中の水素量及び膜中Si−H2 結合比に
大きく依存した量である。従って、良質な映像を得るた
めには、アモルファスシリコン層中の水素量を一定に保
った状態で、膜中Si−H2結合比を減少させる必要が
ある。本発明者らの実験によれば、アモルファスシリコ
ンの成膜温度以上の230℃から300℃の熱処理を3
気圧以上の加圧雰囲気中で行うことによって、膜からの
水素の脱離を防止し膜中Si−H2 結合比を良質な映像
を得るために十分な程度まで減少させることができた。
【0032】本実施例では、成膜後の熱処理によって膜
中Si−H2 結合比を減少させるので、成膜時の膜は必
ずしも膜中Si−H2 結合比が小さいものでなくともよ
い。従って、膜の応力を小さくすることが可能になる。
これによってアモルファスシリコン層形成後、透明電極
形成,ボンディングパッド露出等の剥離が発生しやすい
工程をへた後、上記の手法で熱処理を行い、Si−H2
結合を減少させ、光導電性残像の低い膜を得ることがで
きる。
中Si−H2 結合比を減少させるので、成膜時の膜は必
ずしも膜中Si−H2 結合比が小さいものでなくともよ
い。従って、膜の応力を小さくすることが可能になる。
これによってアモルファスシリコン層形成後、透明電極
形成,ボンディングパッド露出等の剥離が発生しやすい
工程をへた後、上記の手法で熱処理を行い、Si−H2
結合を減少させ、光導電性残像の低い膜を得ることがで
きる。
【0033】具体的には、第1及び第2の実施例で得ら
れた固体撮像装置に対し、装置形成後に熱処理を加え、
アモルファスシリコン層の膜質を改善して光導電性残像
を低減する。
れた固体撮像装置に対し、装置形成後に熱処理を加え、
アモルファスシリコン層の膜質を改善して光導電性残像
を低減する。
【0034】熱処理は次のような手順で行う。常温常圧
で加圧可能なオーブン中に固体撮像装置を設置し、その
後昇温加圧を行う。300℃で3気圧の窒素雰囲気中で
1時間の熱処理を行った後、常温常圧に戻す。この処理
によって、水素量は15 atm%で一定でありながらSi
−H2 結合比は20%から15%に減少している。この
結果、光導電性残像は1%から0.5%に減少し、良質
な画像特性を得ることができた。
で加圧可能なオーブン中に固体撮像装置を設置し、その
後昇温加圧を行う。300℃で3気圧の窒素雰囲気中で
1時間の熱処理を行った後、常温常圧に戻す。この処理
によって、水素量は15 atm%で一定でありながらSi
−H2 結合比は20%から15%に減少している。この
結果、光導電性残像は1%から0.5%に減少し、良質
な画像特性を得ることができた。
【0035】この際、成膜直後の水素化アモルファスシ
リコン層の応力は1.1×1019dyn/cm2 であり、
透明電極22のスパッタリングやボンディングパッドの
コンタクト穴の形成の工程の間、このように膜の応力を
低く保つことによって剥離を防止することができた。
リコン層の応力は1.1×1019dyn/cm2 であり、
透明電極22のスパッタリングやボンディングパッドの
コンタクト穴の形成の工程の間、このように膜の応力を
低く保つことによって剥離を防止することができた。
【0036】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。第1及び第2の実施例では、水素化
アモルファスシリコンの空間電荷密度を1×1014cm
-3としたが、これは[作用]の項で説明したように残像
を十分低減するためであり、2×1014cm-3以下であ
ればよい。さらに、残像以外の要因をも加味して考える
と、2×1014cm-3以下で且つこれに近い範囲とする
のが望ましい。
れるものではない。第1及び第2の実施例では、水素化
アモルファスシリコンの空間電荷密度を1×1014cm
-3としたが、これは[作用]の項で説明したように残像
を十分低減するためであり、2×1014cm-3以下であ
ればよい。さらに、残像以外の要因をも加味して考える
と、2×1014cm-3以下で且つこれに近い範囲とする
のが望ましい。
【0037】また、第3の実施例では水素化アモルファ
スシリコンの熱処理工程を300℃で3気圧としたが、
これは良好な画像を得るために十分な程度まで光導電性
残像を減少させるための条件であり、これよりも高温高
気圧としてもよい。さらに、水素化アモルファスシリコ
ン膜を用いたデバイス、例えばガラス基板上のTFTな
どに適用することができる。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
スシリコンの熱処理工程を300℃で3気圧としたが、
これは良好な画像を得るために十分な程度まで光導電性
残像を減少させるための条件であり、これよりも高温高
気圧としてもよい。さらに、水素化アモルファスシリコ
ン膜を用いたデバイス、例えばガラス基板上のTFTな
どに適用することができる。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、積
層型の固体撮像装置における光電変換膜であるアモルフ
ァスシリコンの空間電荷密度を2×1014cm-3以下に
することによって、残像を十分に減少させることがで
き、画質の向上をはかることが可能となる。
層型の固体撮像装置における光電変換膜であるアモルフ
ァスシリコンの空間電荷密度を2×1014cm-3以下に
することによって、残像を十分に減少させることがで
き、画質の向上をはかることが可能となる。
【図1】本発明の作用を説明するためのもので、空間電
荷密度と不純物濃度との関係を示す特性図、
荷密度と不純物濃度との関係を示す特性図、
【図2】本発明の作用を説明するためのもので、空間電
荷密度と残像との関係を示す特性図、
荷密度と残像との関係を示す特性図、
【図3】本発明の作用を説明するためのもので、リーク
電流と残像との関係を示す特性図、
電流と残像との関係を示す特性図、
【図4】本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の1画
素構成を示す断面図、
素構成を示す断面図、
【図5】アモルファスシリコン層の堆積速度と空間電荷
密度との関係を示す特性図、
密度との関係を示す特性図、
【図6】アモルファスシリコン層のバンドギャップ中の
局在準位密度を示す特性図。
局在準位密度を示す特性図。
【図7】成膜温度と膜中の水素量との関係を示す特性
図、
図、
【図8】成膜温度と膜中のSi−H2 結合比との関係を
示す特性図、
示す特性図、
【図9】熱処理温度と膜中のSi−H2 結合比との関係
を示す特性図、
を示す特性図、
【図10】熱処理時間とダイオードの逆方向電流との関
係を示す特性図、
係を示す特性図、
【図11】熱処理時の気圧とダイオードの逆方向電流と
の関係を示す特性図、
の関係を示す特性図、
【図12】膜中のSi−H2 結合比と膜の応力との関係
を示す特性図。
を示す特性図。
10…シリコン基板、 11…p+ 型素子分離領域、 12…n+ 型蓄積ダイオード、 13…n- 型垂直CCDチャネル、 14…第1の絶縁膜、 15,16…転送ゲート電極、 17…コンタクト孔、 18…引出し電極、 19…第2の絶縁膜、 20…下部電極(画素電極)、 21…i型水素化アモルファスシリコン層(光電変換
膜)、 22…上部電極(透明電極)、 23…i型アモルファスシリコンカーバイド層、 24…p型アモルファスシリコンカーバイド層。
膜)、 22…上部電極(透明電極)、 23…i型アモルファスシリコンカーバイド層、 24…p型アモルファスシリコンカーバイド層。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体基板に信号電荷蓄積部,信号電荷読
出し部,及び信号電荷転送部を形成し、且つ最上層に信
号電荷蓄積部に電気的に接続された画素電極を形成して
なる固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上
に形成された光電変換膜と、この光電変換膜上に形成さ
れた透明電極とを備えた固体撮像装置において、 前記光電変換膜として水素化アモルファスシリコンを使
用し、該シリコンの空乏状態の空間電荷密度を2×10
14cm-3以下に設定してなることを特徴とする固体撮像
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3297361A JPH05152554A (ja) | 1991-09-30 | 1991-11-13 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3-252585 | 1991-09-30 | ||
JP25258591 | 1991-09-30 | ||
JP3297361A JPH05152554A (ja) | 1991-09-30 | 1991-11-13 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05152554A true JPH05152554A (ja) | 1993-06-18 |
Family
ID=26540792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3297361A Pending JPH05152554A (ja) | 1991-09-30 | 1991-11-13 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05152554A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4501123B2 (ja) * | 1999-05-06 | 2010-07-14 | マイクロン テクノロジー, インク. | 高架型集積回路センサ構造のパッシベーション用の改良型層間誘電体 |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP3297361A patent/JPH05152554A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4501123B2 (ja) * | 1999-05-06 | 2010-07-14 | マイクロン テクノロジー, インク. | 高架型集積回路センサ構造のパッシベーション用の改良型層間誘電体 |
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