JPS6213066A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固体撮像素子などに使用する光電変換装置に
関するものである。

従来の技術 信号走査機能を有する半導体基板上に光電変換２へ／ 膜を積層した構成の固体撮像装置（積層型固体撮像装置
）は、通常のＳｉ半導体のみの固体撮像装置に比べ、光
の利用率が大であることから高感度であシ、また入射光
はほとんど光電変換膜で吸収されることがらスメアリン
グが生じにくいという特徴を有している。

以下第３図とともに、積層型固体撮像装置の従来例を説
明する。第３図は、信号走査回路にＣ０Ｄ（電荷結合素
子）を用いた場合の積層型固体撮像装置の一絵素の断面
図である。ｐ型Ｓ１基板１゜に、ｎ＋領域１１を形成し
ダイオード領域とする。

１２は電荷転送段であり、絶縁層１３を介したゲート電
極１４によシ駆動される。ゲート電極１４はダイオード
領域１１に蓄積された信号電荷を、転送段に読み込むだ
めのゲート電極も兼ねている。

１５は光電変換膜１６で発生した信号電荷を集めるため
のサンプリング電極であり、ダイオード領域１１と電気
的に接続されている。サンプリング電極１５とゲート電
極１４とは、ＰＳ（ｒなどの低融点ガラス層１７によシ
絶縁されている。そして３　ベ−７ このサンプリング電極１５は、絵素毎に独立させるため
モザイク状に分離されている。１８は光電変換膜１６の
もう一方の共通電極であシ、透明電極である。入射光１
９は透明電極１８側よシ入射し、この構成の固体撮像装
置においては、二相駆動にてＣＯＤは駆動される。この
ような積層型固体撮像装置においては、特開昭５５−１
０４１７６号公報、特開昭６６−１４０７７２号公報な
どで提案されたように入射光１９がＳｉ基板に達し、ス
メアリングを生じさせないために透過光を減少させる目
的でサンプリング電極１５の材料としてＭｏ　、　Ｔａ
　、　Ｗなどを使用し、先達へいを設けている。

一方、アモルファスシリコンは、荷電子制御、即ちｐ型
およびｎ型半導体層の形成が可能であることから、太陽
電池、受光素子、電子写真用感光体、薄膜トランジスタ
等その応用は広範囲かつ多岐にわたるものがある。さら
に、アモルファスシリコンは、光の吸収係数が大きいた
め膜厚が薄くてよい、高抵抗である、大面積に形成する
ことができるなどの利点から、光電変換装置への利用が
期待されている。アモルファスシリコンを光電変換素子
に利用するためには、Ｓ／Ｎを改善するため暗電流が低
いこと、光応答速度が早いこと、および複数個のサンプ
リング電極を有する光電変換装置を形成する場合には横
方向リーフ電流による解像度特性が良いこと等の特性が
要求される。そのようなアモルファスシリコンの構造と
しては、第２図に示したようなｐ−１−ｎ構造と、金属
とアモルファスシリコンのショットキー接合を用いる構
造とがある。再現性が良く低暗電流を得るためには、ｐ
−１−ｎ構造が適している。アモルファスシリコンバ一
般にシラン（Ｓｉ　Ｈ４）ガスのグロー放電分解法で製
作されることが多く、第２図ａにおいて１は基板、２は
サンプリング電極、３はホスフィン（ＰＨ３）などの不
純物ガスを添加したｎ型アモルファスシリコン層（ｎ層
）、４は不純物ガスを添加しないイントリンシックアモ
ルファスシリコン層（１層）である。もちろん１層４に
微量の不純物ガスを添加しても良い。５はシボ５　ペー
ジ ラン（Ｂ２Ｈ６）などの不純物ガスを添加したｐ型子モ
ルファスシリコン層（ｐ層）である。１層３．１層４．
９層５は各層の界面準位を減らすために連続的に形成す
ることが好ましい。６はインジウム、スズ酸化物（ＩＴ
Ｏ）などよりなる透明電極である。この光電変換素子は
透明電極６側から光入射を行ない、外部からサンプリン
グ電極２に正。

透明電極６に負の逆方向バイアスの電圧を印加して光に
よシ発生した光信号キャリア（電子や正孔）を有効に外
部回路に引き出す構造である。印加電圧を逆極性とした
い場合には、第２図すに示す様に９層６．１層４．１層
３と製造順序を替えることにより可能である。さらにま
た、第２図の１層３およびｐ層は単なるブロッキング層
であυ、外部電圧を印加した時に正電極からの正孔の注
入、負電極からの電子の注入を阻止して外部からの印加
電圧による暗電流の増加をおさえて光信号のＳ／Ｎを良
くする働きをし、主たる光信号を発生させる感度層は１
層４である。従って１層３．９層５は三硫化アンチモン
等の層や、またこうしだブロッキング層を用いなくとも
１層４と導電電極との仕事関数の違いによる電子あるい
は正孔の注入を阻止する構造のものでもよい。

第２図乙において、サンプリング電極２は、それぞれ分
離形成されているが、１層３は低抵抗であるためサンプ
リング電極２は相互にリーク電流により導通してしまい
電極分離の効果を果さず問題であった。この問題の解決
については本発明者らによシ特願昭５９−１９２８５６
号、特願昭５９−２１６７３３号などが提案されている
。その他の問題としては、透明電極６の形成により暗電
流の増加や光応答特性が劣化するという問題がある。こ
れは、透明電極６であるＩＴＯの形成時においてアモル
ファスシリコンにダメージや、酸素雰囲気中での加熱に
よる酸化などが発生するためと考えられる。

発明が解決しようとする問題点 このように従来の構成では、暗電流の増加や光応答特性
が劣化するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、７　・
＼−１ 簡易な構成で暗電流が少なく、光応答特性および解像度
特性々どの優れた光電変換装置を提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するため、光電変換層の光入
射側である共通電極に選択的な開口を有する構成とした
ものである。

作用 本発明は上記した構成によシ、光電変換層の光入射側で
ある共通電極に光透過率の低い金属などの材料を使用す
ることを可能とし、暗電流が少なく、光応答特性および
解像度などが優れた光電変換素子を提供する。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１） 第１図は本発明の第１実施例を示す光電変換装置の断面
図であり、第２図と同一構成部分には同一番号を付与し
て、詳細な説明を省略する。半導体などの基板１の上に
、ＭＯ金属材料をスパッタリング法あるいは電子ビーム
法などによシ約０．１μｍの膜厚に被着形成する。次に
、サンプリング電極２の部分のみを残すように選択的な
エツチングを行なう。その後、グロー放電分解法によシ
、約２３０°Ｃの基板温度のものでシランガスにより約
４人／Ｓの堆積速度で１層４を約２μｍ堆積させ、Ｓｌ
を主体として水素を含有してなるアモルファスシリコン
を被着形成する。さらに、抵抗加熱による真空蒸着法に
よｐ　Ａｕの金属材料を０．３μｍの膜厚に被着形成す
る。その後、光入射の開口部を有する共通電極７の部分
のみを残すように選択的なエツチングを行ない光電変換
装置とする。

（実施例２） 半導体などの基板１の上に減圧ｃｖｎ法、スパッタリン
グ法などによりポリシリコンからなる膜を堆積させる。

そして、リンなどのｎ型不純物の熱拡散まだはイオン注
入を行なう。その後、サンプリング電極２の部分のみを
残すように選択的なエツチングを行なう。その後、第１
の実施例と同様に光電変換装置を製造する。

９　へ−２ 以上のように製造された本発明の光電変換装置の緒特性
を従来の共通電極に透明電極（ｘ　Ｔ　Ｏ）を使用した
光電変換装置と比較して次の表に示した。

（以　下　余　白） １ｏ　へ− １１　ヘー。

サンプリング電極２の材料において、ＭＯよりもポリシ
リコンの方がすぐれているという差異はあるものの、い
ずれの電極材料においても本実施例の光電変換装置の特
性は従来と比較して良好なことが明らかである。本実施
例のものが従来のものよシすぐれている原因としては、
ＩＴＯの形成時におけるアモルファスシリコンのダメー
ジや、酸素雰囲気中での加熱による酸化などが発生せず
、アモルファスシリコ７１層４と共通電極７との良好な
接合が得られるためと考えられる。

上記実施例では共通電極７の電極材料としてＡｕを使用
しだが、ｐｔやＰｄなどの金属でも同様の効果が得られ
る。また、金属以外のｐ型ポリシリコンにおいても同様
の効果が得られる。さらに上記実施例ではサンプリング
電極２に正共通電極７に負の電圧印加により動作を行な
っているが、サンプリング電極２の電極材料としてＰｔ
　、　Ｐｄなどの金属やｐ型ポリシリコン、共通電極子
の電極材料としてＯｒ　、　Ｎｉ　、　Ｔａ　、　Ｗ　
などの金属やｎ型ポリシリコンを用いることによシ逆の
印加電圧での動作が可能である。

まだ上記実施例ではｉ層上に共通電極７の形成を行なっ
たが、１層４と共通電極７との間にブロッキング層とし
てｐ層などを介在させることも可能である。このように
することにより共通電極アの電極材料が自由に選択する
ことができるようになる。そしてｐ層の抵抗を低下する
ことにより共通電極の抵抗を高くすることができ、共通
電極の厚さや幅を減少することができる。

さらに上記実施例の構成で積層型固体撮像装置とし、単
板式カラービデオカメラに使用するためには、この上に
さらに各絵素毎に対応した光学フィルタを形成または接
着する必要がある。そして各絵素毎に対応した光学フィ
ルタの合わせずれ、重ね合わせや間隙が生じると色分離
特性が悪化する。そのため共通電極７として光を遮へい
する材料を選び、この形成したフィルタの合わせずれ、
重ね合わせや間隙部の位置に共通電極７を配置してこの
部分を透過する光を遮へいして色分離特性を改善するこ
とも可能である。前記においては信１３　ヘーゾ 号走査回路がＣＯＤの場合について説明したが、ＢＢＤ
　（電荷転送素子）の場合も同様なことが言える。また
、ＭＯＳスイッチをマトリ状に構成したＭＯＳアドレス
型の場合も本質的に変わりがない。

なお、本発明の詳細な説明において光電変換層として水
素を含有してなるアモルファスシリコンを中心に述べて
きだが、上記水素を含有してなるアモルファスシリコン
中には特性の劣化させない程度の炭素、窒素、酸素など
が含まれていてもよいことは言うまでもない。さらに他
の光電変換膜、例えば、Ｚｎ、−ｘＣｄｘＴｏ　（Ｉｎ
　）などを用いても同様の効果は得られる。

発明の詳細 な説明した様に、本発明によればきわめて簡易な構成で
低暗電流、光応答が早い寿どの特性の良好な光電変換装
置を提供できるものであり、積層型固体撮像装置とした
場合には色分離特性が良好であるなど実用的にきわめて
有用である。

【図面の簡単な説明】

１４　・＼− 第１図は本発明の一実施例における光電変換装置の断面
図、第２図ａ、ｂは従来のｐ−１−ｎ構造の光電変換装
置の断面図、第３図は積層型固体撮像装置の一絵素の断
面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・サンプリング電極
、４・・・・・・イントリンシックアモルファスシリコ
ン層（ｉ層）、７・・・・・・共通電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第　３１１ Ｑ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換層と、前記光電変換層の一方の面側に選
   択的に設けられた信号読み取り電極と、前記光電変換層
   の他方の面側に設けられた光入射のための選択的な開口
   を持つ共通電極を有する光電変換装置。
2. （２）共通電極を光遮へいに用いる特許請求の範囲第１
   項記載の光電変換装置。
3. （３）光電変換層が水素を含有するアモルファスシリコ
   ンよりなる特許請求の範囲第１項記載の光電変換装置。