JPH0883895A - Solid state image sensor - Google Patents
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- JPH0883895A JPH0883895A JP6220555A JP22055594A JPH0883895A JP H0883895 A JPH0883895 A JP H0883895A JP 6220555 A JP6220555 A JP 6220555A JP 22055594 A JP22055594 A JP 22055594A JP H0883895 A JPH0883895 A JP H0883895A
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Abstract
Description
【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.
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)
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6220555A JPH0883895A (en) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | Solid state image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6220555A JPH0883895A (en) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | Solid state image sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0883895A true JPH0883895A (en) | 1996-03-26 |
Family
ID=16752835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6220555A Pending JPH0883895A (en) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | Solid state image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0883895A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004186686A (en) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Commiss Energ Atom | Photoelectric detection device and manufacturing method therefor |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP6220555A patent/JPH0883895A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004186686A (en) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Commiss Energ Atom | Photoelectric detection device and manufacturing method therefor |
JP4629328B2 (en) * | 2002-11-29 | 2011-02-09 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Photoelectric detection device and manufacturing method thereof |
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