JPH0883895A - Solid state image sensor - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To obtain a multilayer solid-state image sensor in which the afterimage characteristics is improved while reducing the smear level without sacrifice of element characteristics. CONSTITUTION: The solid-state image sensor comprises a charge transfer part 42 arranged on the surface of a silicon substrate 44, and a photoelectric converting part 41 arranged thereon through a BPSG insulation film 66. A plurality of pixel electrodes 68, corresponding to pixels, are formed on the insulating film 66 and connected through a wiring electrode 62 with the charge transfer part 42. An a-SiC:H(i) 74, a-Si:H(i) 76, a-SiC:H(p) 78, and an ITO electrode 82 are deposited sequentially on the pixel electrode 68. The insulation film 68 is formed to provide a protrusion for each pixel and the ITO electrode 82, the semiconductor films 78, 76, 74, and the pixel electrode 68 are protruded according to the protrusion of the insulation film 66 for each pixel.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子に関し、よ
り具体的には、積層型固体撮像素子の光電変換部の改良
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly, to improvement of a photoelectric conversion portion of a laminated solid-state image pickup device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、半導体技術の進展に伴い、半導体
を用いた電子デバイスの開発が盛んに行われている。こ
れら半導体電子デバイスの一潮流として、従来の撮像管
に代わる撮像素子としてＣＣＤ（電荷結合素子）技術を
基礎にした固体撮像素子の開発が挙げられる。2. Description of the Related Art In recent years, along with the progress of semiconductor technology, electronic devices using semiconductors have been actively developed. One trend of these semiconductor electronic devices is the development of a solid-state image pickup device based on CCD (charge coupled device) technology as an image pickup device replacing the conventional image pickup tube.

【０００３】その技術の中で主に開発されてきた素子は
結晶シリコン技術を基盤としたものである。その素子の
断面概要を図３に示す。この素子の特徴は、図３に示さ
れているように、電荷転送部１２と光電変換部（信号電
荷生成部）１１とが横並びの配列になっていることであ
る。光電変換部１１は結晶シリコンのｐｎ結合で形成さ
れており、このｐｎ接合に逆バイアスを印加した状態で
光が照射されると空乏層領域で光電変換により生成され
たフリー・キャリア（電子）が信号電荷となって電荷転
送部１２へと送られていく。The element mainly developed in the technology is based on the crystalline silicon technology. A cross-sectional outline of the device is shown in FIG. The feature of this element is that the charge transfer section 12 and the photoelectric conversion section (signal charge generation section) 11 are arranged side by side as shown in FIG. The photoelectric conversion unit 11 is formed by pn-bonding of crystalline silicon, and when light is irradiated to the pn-junction with a reverse bias applied, free carriers (electrons) generated by photoelectric conversion in the depletion layer region are generated. The signal charge is sent to the charge transfer unit 12.

【０００４】従って、この構造の素子は、残像が発生し
ないという長所がある。しかし、反面、電荷転送部１２
と光電変換部１１とが横並び構造になっていることに起
因して開口率が低下するという短所がある。開口率の低
下に伴う素子特性としての問題には、例えばダイナミッ
ク・レンジや感度の低下が挙げられる。つまり、信号電
荷生成部１１の面積が限定されてしまい、信号電荷の絶
対量に限界が生じてしまうため、ダイナミック・レンジ
や感度が低下してしまう。Therefore, the element having this structure has an advantage that an afterimage does not occur. However, on the other hand, the charge transfer unit 12
There is a disadvantage that the aperture ratio is reduced due to the side-by-side structure of the photoelectric conversion unit 11 and the photoelectric conversion unit 11. Examples of problems as device characteristics that accompany a decrease in aperture ratio include a decrease in dynamic range and sensitivity. That is, the area of the signal charge generation unit 11 is limited, and the absolute amount of the signal charge is limited, so that the dynamic range and the sensitivity are reduced.

【０００５】この問題は、素子サイズの微小化に伴って
更に顕著に現れてくる。この問題を克服するため、素子
の上部にマイクロレンズ１３を設け、光の屈折を利用
し、素子表面に入射してきた光を効率良く光電変換部１
１に導き、実効的な受光面積を大きくする方法が提案さ
れている。この解決策の欠点は、コスト・アップにつな
がることである。更に、素子サイズの微小化に伴ってマ
イクロレンズを作製すること自体の技術的困難さも生じ
てくる。This problem becomes more remarkable as the element size becomes smaller. In order to overcome this problem, a microlens 13 is provided on the upper part of the device to utilize the refraction of light to efficiently convert the light incident on the device surface into the photoelectric conversion unit 1.
1 has been proposed to increase the effective light receiving area. The drawback of this solution is that it leads to higher costs. Further, with the miniaturization of the element size, it is technically difficult to manufacture the microlens itself.

【０００６】上述の問題への対応策として、素子の構造
自体の改良をベースとした新たな素子が提案されてい
る。その素子の断面概要を図４に示す。同素子の特徴
は、光電変換部２１を電荷転送部２２の上に配置したこ
とにある。光電変換部２１は、従来の結晶シリコンでな
く、水素化非晶質（アモルファス）シリコンを用いたｐ
ｉ接合を有する。図４において、電荷転送部２２上に配
設された画素電極２４上に、ｉ型アモルファスシリコン
・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ））膜２６、ｉ型ア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ））膜２８、ｐ
型アモルファスシリコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ
（ｐ））膜３２が順に積層される。ｐ型膜３２上に更に
ＩＴＯの透明電極３４が配設される。As a measure against the above-mentioned problem, a new element based on improvement of the element structure itself has been proposed. A cross-sectional outline of the device is shown in FIG. The feature of this element is that the photoelectric conversion section 21 is arranged on the charge transfer section 22. The photoelectric conversion part 21 is made of hydrogenated amorphous silicon instead of conventional crystalline silicon.
It has an i-junction. In FIG. 4, an i-type amorphous silicon carbide (a-SiC: H (i)) film 26 and an i-type amorphous silicon (a-Si: H () are formed on the pixel electrode 24 provided on the charge transfer portion 22. i)) membrane 28, p
Type amorphous silicon carbide (a-SiC: H
(P)) The films 32 are sequentially stacked. An ITO transparent electrode 34 is further provided on the p-type film 32.

【０００７】この様な材料を選択して積み重ね構造を可
能とすることにより、図３図示の構造の問題点である開
口率の低下を抑止し、素子表面に入射した光をほぼ１０
０％の効率で信号電荷の生成に活用することができるよ
うになる。従って、素子サイズの微小化に伴ったダイナ
ミック・レンジ及び感度の低下といった問題点を克服す
ることが可能となる。By selecting such a material to enable a stacked structure, the problem of the structure shown in FIG. 3 that the lowering of the aperture ratio is suppressed, and the light incident on the surface of the element is reduced to about 10 times.
It can be utilized for signal charge generation with an efficiency of 0%. Therefore, it becomes possible to overcome the problems such as the reduction of the dynamic range and the sensitivity accompanying the miniaturization of the element size.

【０００８】反面、図４図示の素子における問題点とし
て、光電変換部２１に用いているアモルファスシリコン
内で生じる残像（光導電性残像）と、蓄積ダイオード２
３から電荷転送部２２（垂直ＣＣＤ）への信号電荷読み
だし時に生じる残像（容量性残像）との２つのメカニズ
ムによって残像が生じてしまうことが挙げられる。この
うち容量性残像については、電荷注入ダイオードを付設
し、蓄積ダイオードの蓄積電荷量をリセットすることに
より除去することが可能となる。一方、光導電性残像は
アモルファス材料固有のギャップ内準位にその起源を発
するため完全に除去することは困難である。但し、膜に
印加する電圧（電界）を調節することにより減少可能で
あることが分かってきている。On the other hand, as a problem in the device shown in FIG. 4, afterimages (photoconductive afterimages) generated in the amorphous silicon used in the photoelectric conversion portion 21 and the storage diode 2 are caused.
Afterimages may be generated by two mechanisms, that is, an afterimage (capacitive afterimage) that occurs when the signal charges are read from the charge transfer unit 22 to the charge transfer unit 22 (vertical CCD). Of these, the capacitive afterimage can be removed by attaching a charge injection diode and resetting the accumulated charge amount of the accumulation diode. On the other hand, it is difficult to completely remove the photoconductive afterimage because it originates in the level in the gap peculiar to the amorphous material. However, it has been found that it can be reduced by adjusting the voltage (electric field) applied to the film.

【０００９】図５は画素電極間に存在するギャップと残
像特性との関係を示すグラフである。図５中、実線は全
面電極（実際の素子構造で存在する画素電極間ギャップ
が存在しないベタ電極）を使用した素子の残像特性を示
し、破線は画素電極間ギャップが存在する実際の素子の
残像特性を示す。両素子共、画素電極上には、ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ（ｉ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）／ａ−ＳｉＣ：Ｈ
（ｐ）の積層構造のダイオードを形成し、各膜の膜厚を
２００オングストローム／１．８μｍ／２００オングス
トロームとした。印加電圧を変化させ、３フィールド後
（２／６０−３／６秒後間）の残像を計測した。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gap existing between the pixel electrodes and the afterimage characteristic. In FIG. 5, the solid line shows the afterimage characteristics of the device using the entire surface electrode (the solid electrode without the inter-pixel electrode gap existing in the actual device structure), and the broken line shows the afterimage of the actual device with the inter-pixel electrode gap. Show the characteristics. Both elements have a-Si on the pixel electrode.
C: H (i) / a-Si: H (i) / a-SiC: H
A diode having a laminated structure of (p) was formed, and the film thickness of each film was set to 200 Å / 1.8 μm / 200 Å. The applied voltage was changed to measure the afterimage after 3 fields (between 2/60 and 3/6 seconds).

【００１０】図示の如く、全面電極を使用した場合、実
線で示すように、印加電圧１０Ｖ程度で光導電性残像は
０．２％程度まで低減可能であり、これはシステム残像
やモニター残像を考慮すると実用上問題ない値である。
しかし、実際の素子では、破線で示すように、印加電圧
が高くなると残像値が大きくなる。この原因としては画
素電極間ギャップに対応する領域で電界強度が小さくな
り、その領域に入射する光による残像成分が全体の残像
値増加の主要因になっていると考えられる。As shown in the figure, when the whole surface electrode is used, as shown by the solid line, the photoconductive afterimage can be reduced to about 0.2% at an applied voltage of about 10 V. This is due to the system afterimage and monitor afterimage. Then, it is a value that causes no practical problem.
However, in an actual device, the afterimage value increases as the applied voltage increases, as indicated by the broken line. It is considered that the cause of this is that the electric field strength becomes small in the region corresponding to the gap between the pixel electrodes, and the afterimage component due to the light incident on the region is the main factor for increasing the overall afterimage value.

【００１１】この残像特性の欠点を補う手段としては、
画素電極ギャップ領域の膜形状を工夫する方法が考案さ
れている。この方法は、残像特性改善に有効に作用させ
るためには電極をある程度の厚さ以上にする必要があ
り、その場合、画素電極の上側エッジから、ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ（ｉ）膜内に面状欠陥が発生し、その欠陥面がリ
ーク電流のパスになるという問題がある。更に、画素電
極の上側エッヂで電界集中が生じ、その高電界部を通し
てのリーク電流の増大も認められるようになる。Means for compensating for the drawback of the afterimage characteristic is as follows.
A method of devising the film shape of the pixel electrode gap region has been devised. This method requires the electrodes to have a certain thickness or more in order to effectively act to improve the afterimage characteristics. In that case, from the upper edge of the pixel electrode, a-Si
There is a problem that a planar defect is generated in the C: H (i) film, and the defective face serves as a path for a leak current. Further, electric field concentration occurs at the upper edge of the pixel electrode, and an increase in leak current through the high electric field portion can be recognized.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、水素化ア
モルファスシリコンを光電変換部に用いた積層型固体撮
像素子の素子特性は、従来構造の素子と比較して数多く
の点で優れた特性を有しているが、唯一残像特性で欠点
をもっている。また、その残像特性を改善するための方
策もないわけではないが、これらの方策は、他の特性
（例えばリーク電流等）を犠牲にするか、或いは製造上
の問題を発生させている。As described above, the device characteristics of the laminated solid-state image pickup device using hydrogenated amorphous silicon in the photoelectric conversion section are superior in many respects to those of the conventional structure. Although it has, it has a defect in the afterimage characteristic only. Further, although there are measures for improving the afterimage characteristics, these measures sacrifice other characteristics (for example, leakage current) or cause manufacturing problems.

【００１３】また、積層型固体撮像素子はその構造上の
特徴から入射光は下地ＣＣＤまでは到達しにくく、基本
的にスミア・レベルが低いという特徴が存在するが、高
精細テレビ用カメラとしてとらえた場合、まだ十分なレ
ベルには至っていない。Further, the laminated solid-state image pickup device has a characteristic that incident light hardly reaches the underlying CCD due to its structural feature and the smear level is basically low, but it is regarded as a camera for high-definition television. If you do, you haven't reached a sufficient level yet.

【００１４】本発明は以上の問題点に鑑みてなされたも
のであり、水素化アモルファスシリコンを光電変換部に
用いた積層型固体撮像素子の優れた素子特性を維持し、
且つ他の特性及び製造工程の簡便さを犠牲にすることな
く、残像特性の改善及びスミア・レベルの低減を可能と
した固体撮像素子を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and maintains excellent element characteristics of a laminated solid-state image pickup element using hydrogenated amorphous silicon in a photoelectric conversion section,
Another object of the present invention is to provide a solid-state image sensor capable of improving the afterimage characteristics and reducing the smear level without sacrificing other characteristics and the convenience of the manufacturing process.

【００１５】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置は、半導体基板の表面に配設された電荷転送部と、前
記電荷転送部上に絶縁膜を介して配設された光電変換部
と、を具備する。前記光電変換部は、前記光電変換部の
画素に対応して前記絶縁膜上に形成された複数の画素電
極と、前記画素電極は配線を介して電荷転送部に電気的
に接続されることと、前記画素電極上に形成されたｉ型
半導体膜と、前記ｉ型半導体膜上に形成されたｐ型半導
体膜と、前記ｐ型半導体膜上に形成された透明電極と、
を具備する。前記絶縁膜は前記画素毎に凸形状を有する
ように形成され、前記透明電極、ｐ型半導体膜、ｉ型半
導体膜、及び画素電極は、前記画素毎に、前記絶縁膜の
前記凸形状に倣った凸形状をなす。A solid-state image pickup device according to the present invention includes a charge transfer section provided on a surface of a semiconductor substrate and a photoelectric conversion section provided on the charge transfer section via an insulating film. And. The photoelectric conversion unit has a plurality of pixel electrodes formed on the insulating film corresponding to the pixels of the photoelectric conversion unit, and the pixel electrodes are electrically connected to the charge transfer unit via wiring. An i-type semiconductor film formed on the pixel electrode, a p-type semiconductor film formed on the i-type semiconductor film, and a transparent electrode formed on the p-type semiconductor film,
It is equipped with. The insulating film is formed to have a convex shape for each pixel, and the transparent electrode, the p-type semiconductor film, the i-type semiconductor film, and the pixel electrode follow the convex shape of the insulating film for each pixel. It has a convex shape.

【００１６】望ましい態様において、前記透明電極の前
記凸形状の表面の傾斜角の最大値が１５°〜２５°の範
囲にあり、ここで、前記傾斜角は、前記透明電極の前記
凸形状の表面に対する接線と前記基板の前記表面とのな
す角度である。In a preferred embodiment, the maximum value of the inclination angle of the convex surface of the transparent electrode is in the range of 15 ° to 25 °, wherein the inclination angle is the convex surface of the transparent electrode. Is the angle formed by the tangent to the surface of the substrate.

【００１７】[0017]

【作用】本発明によれば、各画素に対応する前記凸形状
により、前記透明電極から入射した光は、各画素電極上
に形成される電界強度の高い領域のみに向かって屈折
し、進行する。そして、主としてｉ型半導体膜により光
電変換されて信号電荷となり、また、各電界に導かれ
て、各画素電極に送られる。従って、前記画素電極間の
ギャップに対応する位置での光電変換は実質的になくな
り、残像特性の改善及びスミア・レベルの低減が達成さ
れる。According to the present invention, due to the convex shape corresponding to each pixel, the light incident from the transparent electrode is refracted and travels only toward the region having a high electric field intensity formed on each pixel electrode. . Then, it is photoelectrically converted into a signal charge mainly by the i-type semiconductor film, and is guided to each electric field and sent to each pixel electrode. Therefore, the photoelectric conversion at the position corresponding to the gap between the pixel electrodes is substantially eliminated, and the afterimage characteristic is improved and the smear level is reduced.

【００１８】また、各画素電極の上面は前記絶縁膜の凸
形状に対応して湾曲し、且つその側面はパターニングの
際に基板の表面に対して概ね直角となる。このため、各
画素電極のエッジは鈍角をなすようになり、画素電極上
に形成される膜内における面状欠陥の発生とエッヂでの
電界集中を抑制することができる。The upper surface of each pixel electrode is curved corresponding to the convex shape of the insulating film, and the side surface thereof is substantially perpendicular to the surface of the substrate during patterning. Therefore, the edge of each pixel electrode has an obtuse angle, and it is possible to suppress the occurrence of planar defects in the film formed on the pixel electrode and the electric field concentration at the edge.

【００１９】[0019]

【実施例】以下、添付の図面に示す実施例を参照して本
発明を詳述する。図１は本発明の実施例に係る積層型固
体撮像素子の断面を示す図であり、ここで、光電変換部
４１が電荷転送部（垂直ＣＣＤ）４２の上に配置され
る。The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a stacked solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, in which a photoelectric conversion unit 41 is arranged on a charge transfer unit (vertical CCD) 42.

【００２０】電荷転送部４２はｐ型シリコン基板４４の
表面内に形成されたｎ^- 型チャネル層４６を有する。チ
ャネル層４６は、基板４４表面内で、図１の紙面に対し
て直交する方向に延在する。チャネル層４６上に隣接し
て、基板４４の表面内には、ｎ⁺ 型拡散層５２と、更に
その表面にｎ⁺⁺型コンタクト層５４が形成され、これら
は、蓄積ダイオード４８の一部を構成する。チャネル層
４６から拡散層５２近傍に亘って、基板４４上には、Ｓ
ｉＯ₂ からなるゲート絶縁膜５６を介して、ポリシリコ
ンシリコンからなるフローティングゲート電極５８ａ及
びコントロールゲート電極５８ｂが配設される。The charge transfer section 42 has an n ^-- type channel layer 46 formed in the surface of a p-type silicon substrate 44. The channel layer 46 extends in the direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1 in the surface of the substrate 44. Adjacent to the channel layer 46, an n ⁺ type diffusion layer 52 is formed in the surface of the substrate 44, and an n ⁺⁺ type contact layer 54 is formed on the surface of the n ⁺ type diffusion layer 52, which forms a part of the storage diode 48. Configure. From the channel layer 46 to the vicinity of the diffusion layer 52, S is formed on the substrate 44.
through the gate insulating film 56 made of iO _2, the floating gate electrode 58a and the control gate electrode 58b made of polysilicon silicon is disposed.

【００２１】蓄積ダイオード４８のコンタクト層５４に
は、モリブデンシリサイドからなる画素配線電極６２が
接続される。配線電極６２は、ＳｉＯ₂ 絶縁膜６４を介
して、ゲート電極５８ａ、５８ｂ上に位置する。配線電
極６２上には、ＢＰＳＧ絶縁膜６６が配設され、更に、
その上にチタンからなる多数の画素電極６８が形成され
る。画素電極６８は画素毎に独立し、それらの間に電極
間ギャップ７２が形成される。画素電極６８は、対応の
配線電極６２の一端に接触し、対応の蓄積ダイオード４
８に接続される。A pixel wiring electrode 62 made of molybdenum silicide is connected to the contact layer 54 of the storage diode 48. The wiring electrode 62 is located on the gate electrodes 58a and 58b via the SiO ₂ insulating film 64. A BPSG insulating film 66 is provided on the wiring electrode 62, and further,
A large number of pixel electrodes 68 made of titanium are formed thereon. The pixel electrodes 68 are independent for each pixel, and an inter-electrode gap 72 is formed between them. The pixel electrode 68 comes into contact with one end of the corresponding wiring electrode 62, and the corresponding storage diode 4
8 is connected.

【００２２】画素電極６８上には、ｉ型アモルファスシ
リコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ））膜７４、
ｉ型アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ））膜７
６、ｐ型アモルファスシリコン・カーバイド（ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ（ｐ））膜７８が順に積層される。ｐ型アモルフ
ァスシリコン・カーバイド膜７８上に更にＩＴＯの透明
電極８２が配設される。On the pixel electrode 68, an i-type amorphous silicon carbide (a-SiC: H (i)) film 74,
i-type amorphous silicon (a-Si: H (i)) film 7
6, p-type amorphous silicon carbide (a-Si
C: H (p)) films 78 are sequentially stacked. A transparent electrode 82 of ITO is further provided on the p-type amorphous silicon carbide film 78.

【００２３】次に、図１図示の撮像素子の製造工程の概
要を図２を用いて説明する。ここでは、ＢＰＳＧ膜６６
から上の部分だけの形成工程を示す。先ず、ＢＰＳＧ膜
６６上の、画素電極６８を配置する位置に、画素電極サ
イズより小さいサイズのフォトレジストのマスク８６を
形成する（図２（ａ））。次に、マスク８６に覆われて
いない領域のＢＰＳＧ膜６６をエッチングする。この
際、弗化アンモニウム（ＮＨ₄ Ｆ）をエッチャントとし
て用いてウェットエッチングを行うと、エッチング後の
ＢＰＳＧ膜６６の形状は図２（ｂ）に示す様な、滑らか
な凹凸形状となる。Next, an outline of the manufacturing process of the image pickup device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Here, the BPSG film 66
The process of forming only the above parts is shown. First, a photoresist mask 86 having a size smaller than the pixel electrode size is formed on the BPSG film 66 at the position where the pixel electrode 68 is arranged (FIG. 2A). Next, the BPSG film 66 in the area not covered by the mask 86 is etched. At this time, when wet etching is performed using ammonium fluoride (NH ₄ F) as an etchant, the BPSG film 66 after etching has a smooth uneven shape as shown in FIG. 2B.

【００２４】この凹凸形状は、ＢＰＳＧ膜６６のメルト
工程の温度等を調整し、ボロン、リンの濃度分布を制御
することにより制御可能となる。また、四弗化炭素（Ｃ
Ｆ₄）と酸素とを用いたＣＤＥによるドライエッチング
も可能であるが、上述のウェットエッチングのような滑
らかな凹凸形状を得るのは困難である。This uneven shape can be controlled by adjusting the temperature of the BPSG film 66 in the melting step and the like to control the concentration distribution of boron and phosphorus. In addition, carbon tetrafluoride (C
Dry etching by CDE using F ₄ ) and oxygen is also possible, but it is difficult to obtain a smooth uneven shape as in the above wet etching.

【００２５】次に、マスク８６を剥離し、ＢＰＳＧ膜６
６上にチタン等からなる金属膜を形成する。そして、金
属膜をパターニングし、ＢＰＳＧ膜６６の各凸部を覆う
ように画素電極６８を形成する（図２（ｃ））。次に、
ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜７４、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜７
６、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）膜７８、ＩＴＯ電極８２を順
次積層し（図２（ｄ））、図１図示の構造を完成させ
る。Next, the mask 86 is peeled off, and the BPSG film 6 is removed.
A metal film made of titanium or the like is formed on 6. Then, the metal film is patterned to form a pixel electrode 68 so as to cover each convex portion of the BPSG film 66 (FIG. 2C). next,
a-SiC: H (i) film 74, a-Si: H (i) film 7
6, an a-SiC: H (p) film 78 and an ITO electrode 82 are sequentially laminated (FIG. 2D) to complete the structure shown in FIG.

【００２６】このように製造した積層型固体撮像素子の
光電変換部１は、図１図示の如く、各画素毎に凸形状に
膨らんだ凹凸形状をなす。この凹凸形状は製造工程にお
いて得られたＢＰＳＧ膜６６の凹凸形状に由来する。As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion unit 1 of the laminated solid-state image pickup device manufactured in this manner has a convex-concave shape that bulges into a convex shape for each pixel. This uneven shape originates from the uneven shape of the BPSG film 66 obtained in the manufacturing process.

【００２７】画素電極６８及びＩＴＯ電極８２は、概ね
平行を維持した状態で湾曲して対向するため、電極間に
形成される電界の電気力線は、図１中に矢印で示される
様になり、電極間ギャップ７２に対応する位置では、電
界強度は小さくなる。しかし、ＩＴＯ電極８２から入射
した光は、ＩＴＯ電極８２の各画素に対応する凸形状に
より、各画素電極６４上に向かうように屈折する。即
ち、ＩＴＯ電極８２から入射した光は、各画素電極６８
上に形成される電界強度の高い領域のみに向かって進行
する。そして、主にａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜７６により光
電変換されて信号電荷となり、また、各電界に導かれ
て、各画素電極６８に送られる。電界の電気力線は、各
画素電極６８に向けて形成されるため、光電変換された
信号電荷は確実に各画素電極６８に向けて送られる。従
って、電極間ギャップ７２に対応する位置での光電変換
は実質的になくなり、残像特性の改善及びスミア・レベ
ルの低減が達成される。Since the pixel electrode 68 and the ITO electrode 82 are curved and face each other while maintaining a substantially parallel state, electric lines of force of an electric field formed between the electrodes are as shown by arrows in FIG. The electric field strength becomes small at the position corresponding to the inter-electrode gap 72. However, the light incident from the ITO electrode 82 is refracted toward the top of each pixel electrode 64 due to the convex shape of the ITO electrode 82 corresponding to each pixel. That is, the light incident from the ITO electrode 82 is transmitted to each pixel electrode 68.
It proceeds only to a region having a high electric field strength formed above. Then, it is mainly photoelectrically converted into a signal charge by the a-Si: H (i) film 76, is also guided to each electric field, and is sent to each pixel electrode 68. Since the electric force lines of the electric field are formed toward each pixel electrode 68, the photoelectrically converted signal charges are reliably sent toward each pixel electrode 68. Therefore, photoelectric conversion at positions corresponding to the inter-electrode gap 72 is substantially eliminated, and afterimage characteristics are improved and smear level is reduced.

【００２８】更に、各画素電極６８の上面はＢＰＳＧ膜
６６の凸形状に対応して湾曲し、且つその側面はパター
ニングの際に基板４４の表面に対して概ね直角となる。
このため、各画素電極６８のエッジ６８ｅは鈍角をなす
ようになり、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｉ）膜７４内における面
状欠陥の発生とエッヂ６８ｅでの電界集中を抑制するこ
とができる。従来の構造において、これらの効果を得る
ためには、画素電極の形状（例えば厚さやエッヂの形
状）に関して特異性を与えたり、埋め込み電極を用いて
局所的な段差をなくす等の特別な調整が必要となる。本
発明では、この様な特別な調整が必要でなく、従って、
他の特性に影響を及ぼすことなく残像特性の改善とスミ
ア・レベルの低減とを図ることができる。Furthermore, the upper surface of each pixel electrode 68 is curved corresponding to the convex shape of the BPSG film 66, and the side surface thereof is substantially perpendicular to the surface of the substrate 44 during patterning.
For this reason, the edge 68e of each pixel electrode 68 becomes an obtuse angle, and it is possible to suppress the occurrence of planar defects in the a-SiC: H (i) film 74 and the concentration of the electric field at the edge 68e. In the conventional structure, in order to obtain these effects, special adjustments such as giving specificity to the shape of the pixel electrode (for example, the thickness or the shape of the edge) or eliminating a local step difference by using the embedded electrode are necessary. Will be needed. The present invention does not require such special adjustment, and therefore
It is possible to improve the afterimage characteristics and reduce the smear level without affecting other characteristics.

【００２９】各画素に対応する凸形状は、その表面の傾
斜角が小さすぎると、入射光の屈折や画素電極６８のエ
ッジ６８ｅの鈍角化の効果が十分に発揮されない。逆
に、傾斜角が大きすぎると、電極間ギャップ７２に対応
して溝が形成され、画素電極６８より上の部分における
均質な成膜が困難となる。また、高精細テレビ用カメラ
或いは小型撮像素子等における画素サイズの微小化を考
慮すると、電極間ギャップは１．２μｍ程度以下とする
必要がある。これらを総合的に判断すると、各画素の凸
形状は、その表面の傾斜角、即ち、その表面に対する接
線と下地基板の表面とのなす角度θ（図１参照）の最大
値が、１５°〜２５°の範囲にあることが望ましい。 ［実験１］図４及び図１図示の従来の固体撮像素子と本
発明の固体撮像素子の性能の比較実験を行った。比較実
験は１インチ２００万画素の素子を用いて行った。画素
サイズは７．３μｍ×７．６μｍ、画素電極間ギャップ
は１．２μｍとした。表１に実験１の結果を示す。この
表から、本発明の固体撮像素子では、従来の固体撮像素
子と比べて、残像特性及びスミア・レベルの点で改善さ
れていることが分かる。If the inclination angle of the surface of the convex shape corresponding to each pixel is too small, the effect of refracting the incident light and obtuse the edge 68e of the pixel electrode 68 cannot be sufficiently exerted. On the contrary, if the inclination angle is too large, a groove is formed corresponding to the inter-electrode gap 72, and it becomes difficult to form a uniform film above the pixel electrode 68. Further, in consideration of the miniaturization of the pixel size in a high-definition television camera, a small image pickup device, or the like, the inter-electrode gap needs to be about 1.2 μm or less. When these are comprehensively judged, the convex shape of each pixel is such that the maximum value of the inclination angle of its surface, that is, the angle θ (see FIG. 1) formed by the tangent to the surface and the surface of the base substrate is 15 ° to It is desirable to be in the range of 25 °. [Experiment 1] A comparative experiment was performed on the performance of the conventional solid-state imaging device shown in FIGS. 4 and 1 and the solid-state imaging device of the present invention. The comparative experiment was performed using an element with 1 inch and 2 million pixels. The pixel size was 7.3 μm × 7.6 μm, and the gap between the pixel electrodes was 1.2 μm. Table 1 shows the results of Experiment 1. From this table, it is understood that the solid-state image sensor of the present invention is improved in the afterimage characteristics and the smear level as compared with the conventional solid-state image sensor.

【００３０】[0030]

【表１】 ［実験２］各画素の凸形状の程度と固体撮像素子の特性
との関係について実験を行った。凸形状の程度は、その
表面に対する接線と下地基板面とのなす角度θ（図１参
照）の最大値θmax を指標とした。θmax は、５°から
４０°までの範囲で変化させた。実験に用いた固体撮像
素子の他の条件は、実験１に用いたものと同一とした。
表２に実験２の結果を示す。この表から、θmax が１５
°〜２５°の範囲で良好な素子特性が得られることが分
かる。[Table 1] [Experiment 2] An experiment was conducted on the relationship between the degree of convex shape of each pixel and the characteristics of the solid-state imaging device. The degree of the convex shape was indexed by the maximum value θmax of the angle θ (see FIG. 1) formed by the tangent to the surface and the surface of the base substrate. θmax was changed in the range of 5 ° to 40 °. Other conditions of the solid-state image sensor used in the experiment were the same as those used in the experiment 1.
Table 2 shows the results of Experiment 2. From this table, θmax is 15
It can be seen that good device characteristics can be obtained in the range of 25 °.

【００３１】[0031]

【表２】 [Table 2]

【００３２】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、水素化アモルファスシ
リコンを光電変換部に用いた積層型固体撮像素子におい
て、他の素子特性を損なうことなく、残像特性の改善及
びスミア・レベルの低減を図ることが可能となる。According to the present invention, in a laminated solid-state image pickup device using hydrogenated amorphous silicon in a photoelectric conversion portion, the afterimage characteristic is improved and the smear level is reduced without impairing other element characteristics. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例に係る積層型固体撮像素子を示
す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a stacked solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１図示の固体撮像素子の製造工程を順に示す
図。2A to 2C are diagrams sequentially showing a manufacturing process of the solid-state imaging device shown in FIG.

【図３】従来の固体撮像素子を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional solid-state image sensor.

【図４】従来の他の固体撮像素子を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another conventional solid-state image sensor.

【図５】画素電極間に存在するギャップと残像特性との
関係を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a gap existing between pixel electrodes and an afterimage characteristic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

４１…光電変換部、４２…電荷転送部、４４…シリコン
基板、４６…チャネル層、４８…蓄積ダイオード、５２
…拡散層、５４…コンタクト層、５６…ゲート絶縁膜、
５８ａ、５８ｂ…ゲート電極、６２…配線電極、６４…
絶縁膜、６６…絶縁膜、６８…画素電極、７２…電極間
ギャップ、７４…ｉ型アモルファスシリコン・カーバイ
ド膜、７６…ｉ型アモルファスシリコン膜、７８…ｐ型
アモルファスシリコン・カーバイド膜、８２…透明電
極。41 ... Photoelectric conversion part, 42 ... Charge transfer part, 44 ... Silicon substrate, 46 ... Channel layer, 48 ... Storage diode, 52
... Diffusion layer, 54 ... Contact layer, 56 ... Gate insulating film,
58a, 58b ... Gate electrode, 62 ... Wiring electrode, 64 ...
Insulating film, 66 ... Insulating film, 68 ... Pixel electrode, 72 ... Inter-electrode gap, 74 ... i-type amorphous silicon carbide film, 76 ... i-type amorphous silicon film, 78 ... p-type amorphous silicon carbide film, 82 ... Transparent electrode.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】半導体基板の表面に配設された電荷転送部
と、前記電荷転送部上に絶縁膜を介して配設された光電
変換部と、を具備する固体撮像素子であって、 前記光電変換部が、 前記光電変換部の画素に対応して前記絶縁膜上に形成さ
れた複数の画素電極と、前記画素電極は配線を介して電
荷転送部に電気的に接続されることと、 前記画素電極上に形成されたｉ型半導体膜と、 前記ｉ型半導体膜上に形成されたｐ型半導体膜と、 前記ｐ型半導体膜上に形成された透明電極と、を具備
し、 前記絶縁膜が前記画素毎に凸形状を有するように形成さ
れ、前記透明電極、ｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、及び
画素電極が、前記画素毎に、前記絶縁膜の前記凸形状に
倣った凸形状をなすことを特徴とする固体撮像素子。1. A solid-state image pickup device comprising: a charge transfer section provided on a surface of a semiconductor substrate; and a photoelectric conversion section provided on the charge transfer section with an insulating film interposed therebetween. A photoelectric conversion unit, a plurality of pixel electrodes formed on the insulating film corresponding to the pixels of the photoelectric conversion unit, and the pixel electrode is electrically connected to the charge transfer unit via wiring, An insulating layer formed on the pixel electrode; a p-type semiconductor film formed on the i-type semiconductor film; and a transparent electrode formed on the p-type semiconductor film. A film is formed to have a convex shape for each pixel, and the transparent electrode, the p-type semiconductor film, the i-type semiconductor film, and the pixel electrode have a convex shape that follows the convex shape of the insulating film for each pixel. A solid-state image sensor having a shape. 【請求項２】前記透明電極の前記凸形状の表面の傾斜角
の最大値が１５°〜２５°の範囲にあり、ここで、前記
傾斜角は、前記透明電極の前記凸形状の表面に対する接
線と前記基板の前記表面とのなす角度であることを特徴
とする請求項１記載の固体撮像素子。2. The maximum value of the tilt angle of the convex surface of the transparent electrode is in the range of 15 ° to 25 °, wherein the tilt angle is a tangent to the convex surface of the transparent electrode. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the angle is between the surface of the substrate and the surface of the substrate.