KR20140125762A - 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법, 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
고체 촬상 장치는, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층과, p형 화합물 반도체층상에 형성되어 있는 전극과, p형 화합물 반도체층의 광의 입사측과 반대면에, 화소마다 분리되어 형성되어 있는 n형층을 구비한다.
Description
본 기술은, 칼코파이라이트(chalcopyrite) 구조의 화합물 반도체막을 구비하는 고체 촬상 장치, 이 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
이미지 센서는, 다화소화에 수반하여, 화소 사이즈를 작게 하는 개발이 진행되고 있다. 또 한편으로는, 고속 촬상하고 동화 특성을 좋게 하는 개발도 동시에 진행되고 있다. 이와 같이, 화소가 작아지거나, 고속으로 촬상하거나 하면, 하나의 화소에 입사하는 광자수가 감소하여, 감도가 저하된다.
또한, 감시용 카메라에서는, 암소(暗所)에서 촬영할 수 있는 카메라의 요망이 있다. 즉, 고감도 센서를 필요로 하고 있다.
이와 같은 요망에 있어서, 광흡수 계수가 높은 광전변환막으로서 p형의 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체를 이미지 센서에 응용하여, 고감도화를 달성한다는 보고가 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3 참조).
상술한, 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체를 구비하는 고체 촬상 장치에서는, 화소의 미세화와, 고감도화의 양립이 요구되고 있다.
따라서, 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체를 구비하고, 화소의 미세화와, 고감도화의 양립이 가능한 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기를 제공하는 것이 요망된다.
본 기술의 한 실시의 형태의 고체 촬상 장치는, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층과, p형 화합물 반도체층상에 형성되어 있는 전극과, p형 화합물 반도체층의 광의 입사측과 반대면에, 화소마다 분리되어 형성되어 있는 n형층을 구비한다.
또한, 본 기술의 한 실시의 형태의 전자 기기는, 상기 고체 촬상 장치와, 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한다.
본 기술의 한 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 화소마다 분리된 n형층을 형성하는 공정과, n형층상에 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층을 형성하는 공정과, p형 화합물 반도체층상에 전극을 형성하는 공정을 갖는다.
본 기술의 한 실시의 형태의 고체 촬상 장치에 의하면, n형층이 화소마다 분리되어 있음에 의해, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층이 화소마다 전기적으로 분리된다. 이 때문에, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층을 물리적으로 화소 분리하지 않아도 좋다. 이 때문에, 고체 촬상 장치 및 전자 기기의 고감도화와, 화소의 미세화가 가능해진다.
본 기술의 한 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층을 분리하지 않고, n형층만을 화소 분리하고 있다. 이 때문에, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층의 가공에 기인하는 제조 공정의 부적합을 발생시키지 않고서, 화소의 미세화가 가능해진다.
본 기술의 한 실시의 형태에 의하면, 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체를 구비하고, 화소의 미세화와, 고감도화의 양립이 가능한 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 3은 Mo의 막두께와, 각 파장대에서의 흡수율을 도시하는 그래프.
도 4a는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4b는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4c는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4d는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4e는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 5는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 광전변환부의 평면 배치를 도시하는 도면.
도 7은 오믹 전극을 CIGSSe에 형성하는 축적층의 양상을 도시하는 도면.
도 8a는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8b는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8c는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8d는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8e는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 9는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 10은 CIGSSe의 표면에 축적되는 홀의 양상을 도시하는 도면.
도 11a는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 11b는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 11c는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 12는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 13a는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 13b는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 13c는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 13d는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 14는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 15a는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15b는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15c는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15d는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15e는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15f는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 16은 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 17a는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17b는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17c는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17d는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17e는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17f는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17g는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17h는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 18은 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 19a는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19b는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19c는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19d는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19e는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19f는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 20은 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 21a는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21b는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21c는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21d는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21e는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21f는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 22는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 23a는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 23b는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 23c는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 23d는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 24는 전자 기기의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 3은 Mo의 막두께와, 각 파장대에서의 흡수율을 도시하는 그래프.
도 4a는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4b는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4c는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4d는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 4e는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 5는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 광전변환부의 평면 배치를 도시하는 도면.
도 7은 오믹 전극을 CIGSSe에 형성하는 축적층의 양상을 도시하는 도면.
도 8a는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8b는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8c는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8d는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 8e는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 9는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 10은 CIGSSe의 표면에 축적되는 홀의 양상을 도시하는 도면.
도 11a는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 11b는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 11c는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 12는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 13a는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 13b는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 13c는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 13d는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 14는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 15a는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15b는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15c는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15d는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15e는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 15f는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 16은 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 17a는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17b는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17c는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17d는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17e는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17f는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17g는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 17h는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 18은 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 19a는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19b는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19c는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19d는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19e는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 19f는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 20은 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 21a는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21b는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21c는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21d는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21e는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 21f는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 22는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 23a는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 23b는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 23c는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 23d는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시하는 제조 공정도.
도 24는 전자 기기의 구성을 도시하는 도면.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태의 예를 설명하지만, 본 기술은 이하의 예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 고체 촬상 장치의 개요
2. 고체 촬상 장치의 제1 실시 형태
3. 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
4. 고체 촬상 장치의 제2 실시 형태
5. 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
6. 고체 촬상 장치의 제3 실시 형태
7. 제3의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
8. 고체 촬상 장치의 제4 실시 형태
9. 제4의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
10. 고체 촬상 장치의 제5 실시 형태
11. 제5의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
12. 고체 촬상 장치의 제6 실시 형태
13. 제6의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
14. 고체 촬상 장치의 제7 실시 형태
15. 제7의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
16. 고체 촬상 장치의 제8 실시 형태
17. 제8의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
18. 고체 촬상 장치의 제9 실시 형태
19. 제9의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법
20. 전자 기기
<1. 고체 촬상 장치의 개요>
이하, 고체 촬상 장치의 개요에 관해 설명한다.
상술한 특허 문헌 1 내지 3에 기재된 기술에서는, 일반적인 태양전지로서 사용되고 있는 구조를 고체 촬상 장치에 적용하고 있다. 구체적으로는, 이 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(基體)상에 형성된 트랜지스터를 포함하는 회로부와, 회로부상에 배치된 광전변환부를 구비한다. 그리고, 광전변환부는, 광의 입사면측부터 투광성 전극, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체막 및 하부 전극층의 순서로 구성되어 있다.
칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체로서는, CuInGaSe2막(CIGSe막) 등이 기재되어 있다. 또한, 투광성 전극은, ITO막, 산화주석(SnO2)막, 또는 산화인듐(In2O3)막 등의 n형층으로 구성되어 있다. 하부 전극은, Mo 등의 금속막에 의해 형성되어 있다.
이 구조의 고체 촬상 장치에서는, 투광성 전극을 구성하는 n형층측부터 광을 입사하여 광전변환에 의해 생성한 캐리어를, p형의 CIGSe막측부터 취출하는 구조이다. 투광성 전극은, 일반적으로 n형 반도체가 많기 때문에, n형층으로서 CIGSe막의 위에 적층되어 있다. 또한, CIGSe막과 오믹 접촉을 취하기 쉬운 Mo 등의 금속막은, 광을 투과하기 어렵기 때문에, CIGSe막의 아래에 마련되어 있다.
그런데, 상기 구조를 촬상 소자로서 사용하기 위해서는, CIGSe막, 즉 광전변환막의 소자 분리가 필요해진다.
CIGSe막의 소자 분리의 방법으로서, 상기 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에서는, 염소계 가스 및 브롬계 가스를 에천트로 하여 CIGSe막을 드라이 에칭하고, 또한 웨트 에칭을 병용함으로써 암전류를 저감할 수 있다고 보고되어 있다. 또한, 웨트 에칭에 의해, 드라이 에칭의 잔사(殘渣)의 제거가 가능하기 때문에, 암전류를 저감할 수 있다고 되어 있다.
그러나, CIGSe막의 주성분인 Cu와 에천트의 반응물은, 그 비점(沸點)이, CuCl2에서 993℃, CuBr2은 900℃로 매우 고온이다. 이 때문에, 이 반응물이 에칭 장치 내에 퇴적하고, 더스트나 레이트 변동의 원인이 된다. 따라서, 상기 소자 분리의 방법은, 고체 촬상 장치의 양산에 적용하기가 어렵다.
또한, 광전변환막에 대해, 드라이 에칭에 의한 차지나 결함 등의 데미지가 주어지기 때문에, 웨트 에칭에 의해 드라이 에칭의 잔사가 제거되어 있어도, 암전류의 발생량이 증가하여 버린다.
또한, 상기 특허 문헌 3에서는, 다른 소자 분리의 방법으로서, CIGSe막에 Ⅱ족, Ⅶ족의 원소 등을 이온 주입함으로써, 소자 분리할 수 있다고 보고되어 있다. 그러나, 이 방법에서도, 광전변환막에 대해, 이온 주입에 의한 차지나 결함 등의 데미지가 주어지기 때문에, 암전류의 발생량이 증가하여 버린다.
상술한 바와 같이, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체를 직접 가공하는 소자 분리 방법에서는, 충분한 특성을 갖는 광전변환부를 구비하는 고체 촬상 장치를 구성하기가 어렵다.
그래서, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체를 가공하지 않고서 광전변환부의 화소 분리를 행하는 방법을 제안한다. 구체적으로는, 상기 p형 화합물 반도체층의 하부에 n형층을 형성하고, 이 n형층을 화소 분리함으로써, 광전변환부의 화소 분리를 실현할 수 있다. 이 방법에서는, 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체층에 소자 분리를 위한 처리를 행하지 않기 때문에, 데미지에 의한 암전류의 증가가 없다. 또한, n형층의 에칭은, 반도체 장치의 제조에서 적용되고 있는 종래 공지의 방법에 의해, 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체를 구비함에 의한 고감도화가 가능하고, 또한, 암전류를 증가시키지 않고서 소자의 미세화가 가능한 고체 촬상 장치를 구성할 수 있다.
<2. 고체 촬상 장치의 제1 실시 형태>
[고체 촬상 장치의 구성례 : 개략 구성도]
이하, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구체적인 실시의 형태에 관해 설명한다.
도 1에, 고체 촬상 장치의 한 예로서, MOS(Metal Oxide Semiconductor)형의 고체 촬상 장치의 개략 구성도를 도시한다.
도 1에 도시하는 고체 촬상 장치(10)는, 화소(12)가 규칙적으로 2차원적으로 배열된 화소부(이른바 촬상 영역)(13)와, 주변 회로부로 구성된다. 화소(12)는, 포토 다이오드와, 복수의 화소 트랜지스터(이른바 MOS 트랜지스터)를 갖는다.
복수의 화소 트랜지스터는, 예를 들면 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터의 3개의 트랜지스터로 구성할 수 있다. 그 밖에, 선택 트랜지스터를 추가하여 4개의 트랜지스터로 구성할 수도 있다.
주변 회로부는, 수직 구동 회로(14)와, 칼럼 신호 처리 회로(15)와, 수평 구동 회로(16)와, 출력 회로(17)와, 제어 회로(18) 등으로 구성되어 있다.
제어 회로(18)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록에 의거하여, 수직 구동 회로(14), 칼럼 신호 처리 회로(15) 및 수평 구동 회로(16) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 제어 회로(18)는, 이들의 신호를 수직 구동 회로(14), 칼럼 신호 처리 회로(15) 및 수평 구동 회로(16) 등에 입력한다.
수직 구동 회로(14)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성된다. 수직 구동 회로(14)는, 화소부(13)의 각 화소(12)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하고, 수직 신호선(19)을 통하여 각 화소(12)의 광전변환 소자에서 수광량에 응하여 생성한 신호 전하에 의거한 화소 신호를 칼럼 신호 처리 회로(15)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(15)는, 화소(12)의 예를 들면 열마다 배치되고, 1행분의 화소(12)로부터 출력되는 신호를 화소열마다 흑(黑) 기준 화소(유효 화소 영역의 주위에 형성된다)로부터의 신호에 의해 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 즉, 칼럼 신호 처리 회로(15)는, 화소(12) 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(correlate double sampling)나, 신호 증폭 등의 신호 처리를 행한다. 칼럼 신호 처리 회로(15)의 출력단에는 수평 선택 스위치(도시 생략)가 수평 신호선(11)과의 사이에 접속되어 마련되어 있다.
수평 구동 회로(16)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(15)의 각각을 순번대로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(15)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(11)에 출력한다.
출력 회로(17)는, 칼럼 신호 처리 회로(15)의 각각으로부터 수평 신호선(11)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다.
[고체 촬상 장치의 구성례 : 화소부]
다음에, 도 2에, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시한다. 도 2는, 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치의 단면 구조는, 반도체 기체(基體)(20), 반도체 기체(20)상에 배치된 배선부(21) 및 배선부(21)상에 배치된 광전변환부(22)를 구비하고 있다.
반도체 기체(20)는, p형 웰(31) 및 p형 웰(31) 내에 형성된 n형의 플로팅 디퓨전(FD부)(32), 마찬가지로 p형 웰(31) 내에 배치된 n형 축적부(33)를 구비한다. 또한, 반도체 기체(20)상에, FD부(32)와 n형 축적부(33)로 소스 드레인을 구성하는 n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(34)을 구비한다.
이 구조에서는, 하나의 n형 축적부(33)가 1화소분에 상당한다. 그리고, 광전변환부(22)로부터 n형 축적부(33)에 전송된 전자가, 게이트 전극(34)에 의해 FD부(32)에 전송되고, 각 화소의 화상으로서 판독된다.
광전변환부(22)는, 상기 반도체 기체(20)측부터, n형층(36), 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 Cu(In, Ga)(S, Se)2(CIGSSe)(37), 오믹 금속막(38) 및 투광성 전극(39)을 구비하고 있다.
n형층(36)은, 화소마다 분리되어 있다. CIGSSe(37)는, 화소마다 분리된 모든 n형층(36)상에 연속하여, 광전변환부(22)의 형성 영역의 전면에 형성되어 있다. 오믹 금속막(38)은, CIGSSe(37)상의 전면에 형성되어 있다. 또한, 투광성 전극(39)은, 오믹 금속막(38)상의 전면에 형성되어 있다.
배선부(21)는, 반도체 기체(20)에 형성되어 있는 각종 회로와 광전변환부(22)를 접속하는 배선이나 그 밖의 배선 및 층간 절연층으로 구성되어 있다. 배선부(21)는, 화소마다 분리된 n형층(36)에 각각 독립하여 접속하는 하부 전극(35)을 구비한다. 하부 전극(35)은, 배선부(21)의 배선에 의해 반도체 기체(20)의 n형 축적부(33)와 접속되어 있다. 하부 전극(35)은, CMOS 배선의 Al, TiN, W, TaN 등으로 구성되어 있다.
광전변환부(22)를 구성하는 n형층(36)은, n형 저(低)저항층과, 이 n형 저저항층상에 배치된 n형 고(高)저항층과의 적층체에 의해 형성되어 있다. n형 저저항층을 구성하는 재료는, 예를 들면, Al를 도프한 ZnO, Ⅲ족 원소를 도프한 ZnO, ITO 및 15족 원소를 도프한 Si 등으로 구성된다. 또한, n형 고저항층은, ZnO, CdS, Si, ZnS, ZnSe, In2S3, In2Se3, TiO2 등으로 구성된다.
n형층(36)은, 예를 들면, 메탄계 가스를 에천트로 한 드라이 에칭에 의해, 화소마다 분리되어 있다.
또한, n형층(36)과 CIGSSe(37)가 접촉함으로써, pn접합이 형성되어 있다. 이 pn접합에 역방향 바이어스를 인가함으로써, CIGSSe(37) 내에 공핍층(空乏層)이 형성된다.
이와 같이, 상술한 구성의 광전변환부(22)에서는, CIGSSe(37)에 소자 분리의 가공이 행하여져 있지 않아도, 분리된 n형층(36)에 의해 화소마다 CIGSSe(37) 내에 공핍층이 형성된다. 화소마다 공핍층이 형성됨에 의해, CIGSSe(37)가 연속하여 형성되어 있어도, 그 층 내에서 화소마다 전기적으로 분리된다. 이 때문에, pn접합에 역방향 바이어스가 인가된 상태에서 CIGSSe(37)에 광이 입사하면, 광전변환에 의해 생성한 전자가, 화소마다 n형층(36)으로부터 하부 전극(35) 및 배선부(21)를 통하여, n형 축적부(33)에 전송된다.
CIGSSe(37)의 상부(광입사면측)에는, 투광성 전극(39)이 형성되어 있다. 일반적으로, 투광성 전극은 n형 재료이고, 칼코파이라이트 구조의 p형 재료와의 오믹성(性)이 나쁘다.
이 때문에, CIGSSe(37)와 투광성 전극(39)의 사이에, CIGSSe(37)와 오믹 접촉을 취하기 쉬운 오믹 금속막(38)이 형성되어 있다.
오믹 금속막(38)은, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체와 오믹 접촉을 취하기 쉬운, 예를 들면, Ni, Au, 카본 및 Mo 등으로 구성되어 있다.
CIGSSe(37)에 광을 조사하여 발생한 정공(正孔)은, 오믹 금속막(38)을 통하여 투광성 전극(39)에 배출된다. 이 때문에, 광전변환에서 생성한 정공은, 화소마다 전송할 필요가 없다.
오믹 금속막(38)은, CIGSSe(37)의 상부에 형성하기 때문에, 광을 투과할 필요가 있다.
도 3에, 오믹 금속막(38)의 한 예로서, Mo의 막두께와, 각 파장대에서의 흡수율을 도시한다. 도 3은, 횡축에 입사 파장(λ)(㎚), 종축에 Mo의 흡수율을 나타내고, 막두께가 다른(1㎚, 2㎚, 3㎚, 7㎚, 및 10㎚) Mo막에 관해, 각각의 파장으로의 흡수율을 그래프로 도시하고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, Mo의 막두께가 1㎚ 이하라면, 그 광흡수는 도 3에 도시하는 바와 같이 10% 정도로 경미하다. 또한, 2㎚에서는, 각 파장의 흡수율이 10 내지 20% 정도가 된다.
이 때문에, 오믹 금속막(38)은, 바람직하게는 2㎚ 이하이고, 또한, 오믹 접촉성이 저하되지 않고, 고체 촬상 장치의 구성이 가능한 한 얇은 막일 것이 바람직하다.
상술한 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 광전변환막으로서 CIGSSe(37)를 사용함에 의해, 고감도의 고체 촬상 장치를 구성할 수 있다. 또한, CIGSSe(37)에, 화소 분리를 위한 가공을 행하지 않고서, CIGSSe(37)에 접촉하는 n형층(36)을 에칭하여 화소마다 분리하고 있다. n형층(36)을 분리함에 의해, CIGSSe(37)를 수광면의 전면에 형성한 경우에도, 화소마다 CIGSSe(37) 내에 공핍층을 형성할 수가 있어서, 광전변환에 의해 발생한 전하를 화소마다 취출할 수 있다. 이 때문에, CIGSSe(37)를 가공하는 일 없이, 광전변환부(22)의 화소 분리를 할 수가 있다. 이 결과, 광전변환막으로서 CIGSSe(37)를 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서, CIGSSe(37)의 가공에 기인하는 암전류를 억제하고, 화소의 미세화를 실현할 수 있다.
<3. 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다.
우선, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기체(20)의 p형 웰(31)에, n형의 플로팅 디퓨전(FD부)(32)과, n형 축적부(33)를 형성한다. 그리고, 반도체 기체(20)상에, n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(34)을 형성한다.
또한, 반도체 기체(20)상에, 배선부(21)를 형성한다. 그리고, 배선부(21)의 최상층의 배선을, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 화소마다 분리하여, 하부 전극(35)을 형성한다.
이들, 반도체 기체(20) 및 배선부(21)는, 통상의 CMOS 프로세스 공정에 의해 형성할 수 있다.
다음에, 배선부(21)상에 도시하지 않은 SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 화소부에서, 하부 전극(35)과 n형층(36)을 접속하기 위한 구멍을 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 그리고, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 스퍼터법 등에 의해, n형층(36)을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 리소그래피와 드라이 에칭을 행하여, n형층(36)을 화소마다 분리한다.
다음에, n형층(36)상에 SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막하고, n형층(36)과 CIGSSe(37)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다.
그리고, 도 4d에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(37)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해 예를 들면 1000㎚ 성막한다. 또한, CIGSSe(37)상에, 오믹 금속막(38)을 예를 들면 1㎚ 성막한다.
다음에, 리소그래피에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(37) 및 오믹 금속막(38)을 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, 웨트 에칭에 의해 CIGSSe(37) 및 오믹 금속막(38)을 에칭한다.
오믹 금속막(38)을 Ni로 형성한 경우에는 질산 등을 사용하여 웨트 에칭을 행한다. 또한, CIGSSe(37)는, 예를 들면, Br메탄올 등을 사용하여 웨트 에칭을 행할 수가 있다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 투광성 전극(39)과 배선부(21)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다.
다음에, 도 4e에 도시하는 바와 같이, 오믹 금속막(38)상에, 투광성 전극(39)을 예를 들면 500㎚ 성막한다. 그리고, 화소부 이외 영역에 형성된 투광성 전극(39)을 제거하기 위해, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 패터닝한다.
다음에, 광전변환부(22)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, 투광성 전극(39)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
상술한 제조 방법에 의하면, n형층(36)을 화소 분리함에 의해, CIGSSe(37)에 화소 분리의 가공을 행하지 않고서, 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다. n형층의 화소 분리는, 종래의 반도체 장치의 제조 공정을 적용할 수 있기 때문에, 고체 촬상 장치의 양산에 적합하다. 또한, CIGSSe(37)에 대해 화소 분리를 행하지 않기 때문에, 광전변환부(22)에의 드라이 에칭에 의한 차지나 결함 등의 데미지를 주지 않는다. 이 때문에, 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
<4. 고체 촬상 장치의 제2 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제2 실시 형태에 관해 설명한다.
제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 5에 도시한다. 도 5에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성에는, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(20), 반도체 기체(20)상에 배치된 배선부(21) 및 배선부(21)상에 배치된 광전변환부(23)를 구비하고 있다.
광전변환부(23) 이외의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성이다.
반도체 기체(20)는, p형 웰(31) 및 p형 웰(31) 내에 형성된 n형의 플로팅 디퓨전(FD부)(32), 마찬가지로 p형 웰(31) 내에 배치된 n형 축적부(33)를 구비한다. 또한, 반도체 기체(20)상에, FD부(32)와 n형 축적부(33)로 소스 드레인을 구성하는 n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(34)을 구비한다. 그리고, 하나의 n형 축적부(33)가 1화소분에 상당한다.
하부 전극(35)은, CMOS 배선의 Al, TiN, W, TaN 등으로 구성되어 있고, 화소마다 분리되고, 배선부(21)를 통하여 n형 축적부(33)와 접속되어 있다. 그리고, 광전변환부(22)로부터 배선부(21)를 통하여 n형 축적부(33)에 전송된 전자가, 게이트 전극(34)에 의해 FD부(32)에 전송되고, 각 화소의 화상으로서 판독된다.
광전변환부(23)는, 상기 반도체 기체(20)측부터, n형층(36), 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 CIGSSe(37) 및 오믹 전극(41)을 구비하고 있다.
n형층(36)은, n형 저저항층과, n형 저저항층상에 배치된 n형 고저항층으로 구성되어 있다. 그리고, 화소마다 분리되어 있다.
CIGSSe(37)는, 화소마다 분리된 n형층(36)상에 연속하여, 광전변환부(22)의 형성 영역의 전면에 형성되어 있다.
오믹 전극(41)은, CIGSSe(37)상에 형성되어 있다. 또한, 오믹 전극(41)은, 화소의 분리 영역상에 형성되어 있다. n형층(36)과 CIGSSe(37)가 접촉하고 있는 부분이 화소이다. n형층(36)과 접촉하지 않은 부분의 CIGSSe(37)상이 분리 영역이고, 여기에 오믹 전극(41)이 형성되어 있다.
광전변환부(23)의 오믹 전극(41), CIGSSe(37) 및 n형층(36)의 평면 배치를, 도 6에 도시한다. 도 6은, 광전변환부(23)를 광 입사 방향에서 본 평면도이다. 또한, n형층(36)이 형성되어 있는 영역을 파선으로 도시하고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 오믹 전극(41)은, CIGSSe(37)상에서 격자형상으로 형성되어 있다. 그리고, 오믹 전극(41)의 격자의 중에, 파선으로 도시하는 n형층(36)이 형성되어 있다. 이와 같이, 오믹 전극(41)은, 평면 위치에서 n형층(36)과 겹쳐지지 않는 위치에 형성되어 있다. 오믹 전극(41)과 n형층(36)과의 간격은, 예를 들면, 10㎚ 내지 100㎚ 정도이다.
오믹 전극(41)을 화소 분리상에 형성함에 의해, 인접 화소 사이의 차광막으로서 기능한다. 오믹 전극(41)은, 차광성을 유지하기 위해 100㎚ 정도의 두께로 형성한다.
또한, 이와 같은 구성의 고체 촬상 장치에서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로, n형층(36)은, CIGSSe(37)와 접촉함으로써 pn접합을 형성하고, 역방향 바이어스를 인가함으로써 CIGSSe(37) 내에 공핍층이 형성된다. 이 때문에, CIGSSe(37)의 층 내가 화소마다 전기적으로 분리된다.
한편, 오믹 전극(41)은, CIGSSe(37)와 오믹 접촉을 취하기 쉬운 Ni, Au, 카본 및 Mo 등으로 구성되고, n형층(36)에 역방향 바이어스를 인가함으로써, CIGSSe(37) 내부에 축적층이 형성된다. n형층(36)에 역방향 바이어스를 인가한 때에, 오믹 전극(41)이 CIGSSe(37)에 형성한 축적층의 양상을, 도 7에 도시한다.
도 7에 도시하는 바와 같이, n형층(36)에 역방향 바이어스를 인가한 상태에서는, n형층(36)과 접촉하는 부분의 CIGSSe(37)에, 공핍층(37A)이 형성된다. 또한, 오믹 전극(41)의 하부의 CIGSSe(37)에, 축적층(37B)이 형성된다. 이 CIGSSe(37)에 퍼진 축적층(37B)이 포텐셜 장벽이 되어, CIGSSe(37)의 공핍층(37A)끼리의 전기적인 분리가 강화된다.
따라서 본 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 화소마다 분리된 n형층(36)에 의해, CIGSSe(37)의 소자 분리 가공을 행하는 일 없이, 화소마다 CIGSSe(37) 내를 전기적으로 분리할 수 있다. 또한, 도 7에 도시하는 화소부 포텐셜 분포와 같이, 오믹 전극(41)이 형성하는 축적층에 의해, CIGSSe(37) 내의 공핍층의 화소 분리성이 강화된다.
그리고, n형층(36)에 역방향 바이어스가 인가된 상태에서, CIGSSe(37)에 광을 조사하면, 광전변환에 의해 생성한 전자는, 화소마다, n형층(36)으로부터 하부 전극(35), 배선부(21)를 통하여, n형 축적부(33)에 전송된다. 또한, CIGSSe(37)에 발생한 정공은, 오믹 전극(41)에 배출된다. 따라서, 광전변환에서 생성한 정공은, 화소마다 전송할 필요가 없다.
상술한 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성에 의하면, CIGSSe(37)의 전기적인 화소 분리를, 오믹 전극(41)의 축적층에 의해 강화할 수 있다. 이 때문에, 인접 화소 사이의 혼색 등을 억제할 수 있다. 또한, 오믹 전극(41)을 화소 분리상에 형성함에 의해, 차광막으로서 기능한다. 화소 분리상에 차광막을 마련함에 의해, 인접 화소에 입사하는 경사의 입사광을 억제할 수 있다. 이 때문에, 고체 촬상 장치의 혼색을 억제할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 오믹 전극을 CIGSSe(37)의 광의 입사면측에 형성한 예를 나타냈지만, 오믹 전극은, CIGSSe(37)의 n형층(36)이 형성되어 있는 면상에 형성되어 있어도 좋다. 이 경우에도, 오믹 전극에 의한 CIGSSe(37)의 화소 분리 성능의 강화 및 정공의 배출 등의 효과를 얻을 수 있다.
<5. 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다. 또한, 반도체 기체(20) 및 배선부(21)의 제조 방법에 관해서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 이 때문에, 이하의 설명에서는, 광전변환부(23)의 제조 방법부터 설명한다.
우선, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 상술한 제1 실시 형태와 같은 방법으로, 반도체 기체(20)의 MOS 트랜지스터 등과, 하부 전극(35)을 포함하는 배선부(21)를 형성한다.
다음에, 배선부(21)상에 도시하지 않은 SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 화소부에서, 하부 전극(35)과 n형층(36)을 접속하기 위한 구멍을 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 그리고, 스퍼터법 등에 의해, n형층(36)을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 리소그래피와 드라이 에칭을 행하여, n형층(36)을 화소마다 분리한다.
다음에, n형층(36)상에 SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막하고, n형층(36)과 CIGSSe(37)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 그리고, 도 8c에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(37)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해 예를 들면 1000㎚ 성막한다.
또한, 리소그래피와 웨트 에칭에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(37)를 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, Br메탄올 등을 사용한 웨트 에칭에 의해, 화소부 이외의 CIGSSe(37)를 에칭한다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 오믹 전극(41)과 배선부(21)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다.
다음에, 도 8d에 도시하는 바와 같이, 오믹 전극을 형성하기 위한 오믹 금속막(41A)을, 예를 들면 500㎚ 형성한다. 그리고, 도 8e에 도시하는 바와 같이, 형성한 오믹 금속막(41A)에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여, n형층(36)상을 제외한 화소 분리 영역상에 금속막의 패턴을 잔존시켜, 오믹 전극(41)을 형성한다.
이상의 공정에 의해, 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 광전변환부(23)를 형성한다.
또한, 광전변환부(23)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면 CIGSSe(37)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여, 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 5에 도시하는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
상술한 제조 방법에 의하면, CIGSSe(37)에 화소 분리의 가공을 행하지 않고서, 광전변환부의 화소 분리를 형성할 수 있다. 이 때문에, 광전변환부(23)에의 드라이 에칭에 의한 차지나 결함 등의 데미지를 주지 않아, 고체 촬상 장치의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 오믹 전극(41)의 형성에 의해, CIGSSe(37)의 전기적인 화소 분리를 강화하여, 혼색을 막을 수 있다. 이 오믹 전극(41)의 가공도, 종래 공지의 반도체 장치의 제조 방법을 적용함에 의해 용이하게 행할 수가 있어서, 고체 촬상 장치의 양산에 적합하다.
<6. 고체 촬상 장치의 제3 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제3 실시 형태에 관해 설명한다.
제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 9에 도시한다. 도 9에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성에는, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(20), 반도체 기체(20)상에 배치된 배선부(21) 및 배선부(21)상에 배치된 광전변환부(24)를 구비하고 있다.
광전변환부(24) 이외의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성이다.
광전변환부(24)는, 반도체 기체(20)측부터, n형층(36), 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 CIGSSe(37) 및 오믹 전극(41)을 구비하고 있다. n형층(36)은 화소마다 분리되고, CIGSSe(37)는 전면에 형성되고, 오믹 전극(41)은, 화소 분리 영역상에만 형성되어 있다. 이 구조는, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지이다.
그리고, 오믹 전극(41)을 덮고서, CIGSSe(37)상에 형성된 절연층(42) 및 절연층(42)상에 형성된 투광성 전극(43)을 구비하고 있다.
이 구조에 의해 광전변환부(24)에는, CIGSSe(37), 절연층(42), 투광성 전극(43)에 의한 MIS(metal-insulator-semiconductor) 구조가 형성되어 있다.
상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, 제2 실시 형태와 같은 구성을 가지며, n형층(36)이 화소마다 분리되어 있기 때문에, CIGSSe(37)를 전기적으로 분리할 수 있다. 또한, 오믹 전극(41)에 의해, 이 CIGSSe(37)의 전기적인 분리를 강화할 수 있다. 또한, 화소 분리상의 오믹 전극(41)이 차광막으로서 기능하여, 인접 화소 사이의 경사 광의 입사를 억제할 수 있다.
또한, CIGSSe(37)상의 전면에, 절연층(42)과 투광성 전극(43)이 형성되어 있기 때문에, 금속-절연체-p형 반도체로 이루어지는 MIS 구조가 형성되어 있다.
이 때문에, 투광성 전극(43)에, 오믹 전극(41)보다도 낮은 바이어스를 인가하고, 투광성 전극(43)의 전압을 CIGSSe(37)에 대해 올린다. 이때, 도 10에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(37)의 절연층(42)과의 접합면에, 홀이 축적되어, 진한 p형층(44)(축적층)이 형성된다. 이 때문에, 광전변환부(24)에 광이 입사한 때에 CIGSSe(37)의 최표면에서 발생하는 암전류를 억제할 수 있다.
또한, 진한 p형층(44)을 형성함에 의해, CIGSSe(37)의 계면에 포텐셜의 구배를 붙일 수 있다. 이 때문에, 계면준위에 의한 전자(캐리어)의 손실을 막을 수 있다. 따라서, 광전변환부(24)로부터 반도체 기체(20)에 판독하는 캐리어인 전자의 손실을 피할 수 있다.
<7. 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다. 또한, 반도체 기체(20) 및 배선부(21)의 제조 방법에 관해서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, 광전변환부(24)의 n형층(36), CIGSSe(37) 및 오믹 전극(41)의 제조 방법에 관해서는, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 이 때문에, 이하의 설명에서는, 광전변환부(24)에, 절연층(42)을 형성하는 공정부터 설명한다.
우선, 도 11a에 도시하는 바와 같이, 상술한 제1 실시 형태와 같은 방법으로, 반도체 기체(20)의 MOS 트랜지스터 등과, 하부 전극(35)을 포함하는 배선부(21)를 형성한다. 또한, 제2 실시 형태와 같은 방법으로, 광전변환부(24)의 오믹 전극(41)의 형성 공정까지를 행한다.
다음에, 도 11b에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(37)상의 전면을 덮고서, SiO2 등의 절연층을 예를 들면 5㎚ 성막하여, 절연층(42)을 형성한다. 그리고, 절연층(42)에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여, 투광성 전극(43)과 배선부(21)를 접속하기 위한 도시하지 않은 구멍을 형성한다.
다음에, 도 11c에 도시하는 바와 같이, 절연층(42)상에 투광성 전극(43)을, 예를 들면 500㎚ 형성한다. 그리고, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여, 화소부 이외의 투광성 전극(43)을 에칭한다.
다음에, 광전변환부(24)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, 투광성 전극(43)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 9에 도시하는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
<8. 고체 촬상 장치의 제4 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제4 실시 형태에 관해 설명한다.
제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 12에 도시한다. 도 12에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다.
도 12는, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체로 이루어지는 광전변환부를, 반도체 기체의 제1(표면)면에 MOS 회로가 형성되고, 제2면(이면)에 수광면이 형성된, 이른바 이면 조사형의 고체 촬상 장치에 적용한 경우를 나타내고 있다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(50), 배선부(51) 및 광전변환부(52)를 구비하고 있다. 배선부(51)는, 반도체 기체(50)의 제1면(표면)상에 형성되어 있다. 광전변환부(52)는, 반도체 기체(50)의 제2면(이면)측에 배치되고, 이 광전변환부(52)가 형성되어 있는 이면측이, 광의 입사면이 된다.
반도체 기체(50)는, p형 웰(53), p형 웰(53) 내에 배치된 n형 플로팅 디퓨전(FD부)(54), 마찬가지로 p형 웰(53) 내에 배치된 n형 축적부(55)를 구비한다. 그리고, 반도체 기체(50)의 표면상에, FD부(54)와 n형 축적부(55)로 소스 드레인을 구성하는 n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(56)을 구비하고 있다.
이 구조에서는, 하나의 n형 축적부(55)가 1화소를 형성한다. 그리고, p형 웰(53)에 의해, 각 화소가 분리되어 있다. 또한, n형 축적부(55)에 전송되어 온 전자가, 게이트 전극(56)에 의해 p형 웰(53)에 형성된 채널을 경유하여, FD부(54)에 전송된다. 이 FD부(54)에 전송된 신호가 화상으로서 판독된다.
배선부(51)는, 반도체 기체(50)에 형성되어 있는 각종 회로에 접속하는 배선 및 층간 절연층으로 구성되어 있다. 배선은, CMOS 배선의 Al, TiN, W, TaN 등으로 구성되어 있다.
광전변환부(52)는, 반도체 기체(50)의 제2면(이면)상에 형성되어 있는 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 Cu(In, Ga)(S, Se)2(CIGSSe)(58) 및 오믹 전극(59)을 구비한다.
CIGSSe(58)는, 반도체 기체(50)의 이면상의 전면에 형성되어 있다. 또한, CIGSSe(58)는 소정 비율로 형성되고, 반도체 기체(50), 예를 들면 실리콘과 격자정합(格子整合)되어 배치되어 있다.
오믹 전극(59)은, CIGSSe(58)상에 형성되고, 화소의 분리 영역상에만 배치되어 있다. 또한, 오믹 전극(59)은, 상술한 도 6에 도시하는 구조와 마찬가지로, CIGSSe(58)상에서 화소 분리 영역에 격자형상으로 형성되어 있다.
오믹 전극(59)은, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체와 오믹 접촉을 취하기 쉬운, 예를 들면, Ni, Au, 카본 및 Mo 등으로 구성되어 있다.
상기 구성의 고체 촬상 장치에서는, n형 축적부(55)는, CIGSSe(58)와 접촉함으로써 pn접합이 형성된다. 그리고, pn접합에 역방향 바이어스를 인가함으로써, CIGSSe(58) 내에 공핍층이 형성된다. 또한, n형 축적부(55)에 역방향 바이어스를 인가함으로써, 오믹 전극(59) 바로 아래의 CIGSSe(58) 내부에 축적층이 형성된다.
따라서 상기 구성의 광전변환부(52)에서는, CIGSSe(58)를 물리적으로 화소 분리하지 않아도, CIGSSe(58)를 전기적으로 화소 분리할 수 있다. 또한, 오믹 전극(59)에 의해 형성된 축적층으로, CIGSSe(58)의 공핍층에 의한 화소 분리 성능이 강화된다.
상술한 바와 같이, 화소마다 CIGSSe(58) 내에 공핍층이 형성되고, 또한, n형 축적부(55)와 CIGSSe(58)가 격자정합되어 있기 때문에, n형 축적부(55)와 CIGSSe(58)의 계면으로부터의 암전류가 억제된다. 그리고, 이 상태의 광전변환부(52)에 광을 조사하면, CIGSSe(58)에 생성한 전자가, 화소마다 n형 축적부(55)에 전송된다.
상술한 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, CIGSSe(58)와 pn접합을 형성하는 n형층이 단결정 실리콘 등의 반도체 기체(50)에 형성된 n형 축적부(55)인 경우에도, CIGSSe(58)를 전기적으로 분리하는 구성의 광전변환부를 적용할 수 있다. 즉, 반도체 기체(50)의 이면에 n형 축적부(55)를 형성함에 의해, 반도체 기체(50)상에 직접 CIGSSe(58)를 형성할 수 있다.
또한, 반도체 기체(50)상에 직접 CIGSSe(58)를 격자정합시켜서 형성함에 의해, n형 축적부(55)와 CIGSSe(58)와의 계면에서의, 결정성을 향상시킬 수 있다.
이 때문에, pn접합의 접합면에서의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
<9. 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다.
우선, 도 13a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기체(50)의 p형 웰(53)에, n형의 플로팅 디퓨전(FD부)(54)과, n형 축적부(55)를 형성한다. 그리고, 반도체 기체(50)의 제1면상에, n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(56)을 형성한다.
또한, 반도체 기체(50)의 제1면상에, 배선부(51)를 형성한다.
이들, 반도체 기체(50) 및 배선부(51)는, 통상의 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 프로세스 공정에 의해 형성할 수 있다.
다음에, 반도체 기체(50)의 제2면을, 연마나 웨트 에칭에 의해 노출시킨 후, SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 화소부의 절연층을, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다.
다음에, 도 13b에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(58)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해 예를 들면 1000㎚ 성막한다. 이때, CIGSSe(58)를 소정의 조성 비율로 함에 의해, 실리콘에 격자정합시킨다.
다음에, 리소그래피에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(58)를 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, 웨트 에칭에 의해 CIGSSe(37) 및 오믹 금속막(38)을 에칭한다. 예를 들면, Br메탄올 등을 사용하여 웨트 에칭을 행함에 의해, CIGSSe(58)를 에칭하여, 절연층을 잔존시킬 수 있다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 오믹 전극(59)과 배선부(51)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다. 그리고, 도 13c에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(58)상에, 오믹 금속막(59A)을 예를 들면 500㎚ 성막한다.
다음에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 도 13d에 도시하는 바와 같이, 오믹 전극(59)을 패터닝한다. 오믹 전극(59)은, 예를 들면, Ni로 형성한 경우에는 질산 등을 사용하여 웨트 에칭을 행한다.
다음에, 광전변환부(52)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, CIGSSe(58)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 12에 도시하는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
<10. 고체 촬상 장치의 제5 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제5 실시 형태에 관해 설명한다.
제5 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 14에 도시한다. 도 14에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다. 또한, 제5 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성에는, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(20), 반도체 기체(20)상에 배치된 배선부(21) 및 배선부(21)상에 배치된 광전변환부(25)를 구비하고 있다. 광전변환부(25) 이외의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성이다.
광전변환부(25)는, 상기 반도체 기체(20)측부터, n형층(36)과 n형층(36) 내에 형성된 p형 불순물 영역(45), 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 CIGSSe(37) 및 오믹 전극(41)을 구비하고 있다. 또한, 광전변환부(25)는, n형층(36) 및 p형 불순물 영역(45)의 구성을 제외하고, 상술한 제2 실시 형태와 같은 구성이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
n형층(36)은, n형 저저항층과, n형 저저항층상에 배치된 n형 고저항층으로 구성되어 있다. 그리고, n형층(36)의 화소 분리 영역에, p형 불순물 영역(45)이 형성되어 있다.
배선부(21)의 하부 전극(35)은, p형 불순물 영역(45)을 제외한 n형층(36)에 접속되어 있다.
p형 불순물 영역(45)은, n형층(36)의 화소 분리 영역에, 질소 등의 15족 원소를 이온 주입함에 의해 형성되어 있다. 예를 들면, n형층(36)이, 저저항 ZnO층과 고저항 ZnO층으로 이루어지는 경우에는, 화소 분리 영역에 질소를 이온 주입함에 의해, p형 ZnO층을 형성한다.
또한, p형 불순물 영역(45)은, 고체 촬상 장치의 화소부에서, 인접하는 각 화소의 분리부에 따라, n형층(36)에 격자형상으로 연속하여 형성되어 있다.
이 p형 불순물 영역(45)으로 n형층을 화소 분리함에 의해, 에칭 등의 방법에 의한 화소 분리를 행하지 않고서, n형층(36)을 화소 분리할 수 있다. 이 때문에, n형층(36)을 배선부(21)상의 화소부 전면에 단막(單膜)으로 형성할 수 있다.
상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, n형층(36)과 CIGSSe(37)가 접촉함으로써 pn접합이 형성되고, 역방향 바이어스를 인가함으로써 CIGSSe(37) 내에 공핍층이 형성된다.
따라서 p형 불순물 영역(45)에 의해 화소마다 분리된 n형층(36)에서도, CIGSSe(37)의 소자 분리 가공을 행하는 일 없이, 화소마다 CIGSSe(37) 내에 공핍층을 형성할 수 있다.
또한, 오믹 전극(41)은, p형 불순물 영역과 대응하는 위치의 CIGSSe(37)상에 형성되어 있다. 오믹 전극(41)은, n형층(36)에 역방향 바이어스를 인가함으로써, CIGSSe(37) 내부에 축적층을 형성한다. 이 때문에, 상술한 도 7에 도시하는 화소부 포텐셜 분포와 같이, 오믹 전극(41)이 CIGSSe(37) 형성하는 축적층이, CIGSSe(37)의 화소마다의 공핍층의 분리 성능을 강화한다.
이 상태에서 CIGSSe(37)에 광을 조사하면, 광전변환에 의해 생성한 전자는, 화소마다, n형층(36)으로부터 하부 전극(35), 배선부(21)를 통하여, n형 축적부(33)에 전송된다. 또한, CIGSSe(37)에 광을 조사하여 발생한 정공은, 오믹 전극(41)에 배출된다. 따라서, 광전변환에서 생성한 정공은, 화소마다 전송하지 않아도 좋다.
또한, 상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, CIGSSe(37)와, n형층(36)과의 양쪽에 에칭 가공을 행하지 않고서 광전변환부(25)를 화소마다 분리 형성할 수 있다. 그리고, n형층에 에칭 등의 가공을 행하지 않기 때문에, 계면준위를 저감할 수 있다. 이 때문에, 가공에 의한 계면준위에 기인하는 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
<11. 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다. 또한, 반도체 기체(20) 및 배선부(21)의 제조 방법에 관해서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 이 때문에, 이하의 설명에서는, 광전변환부(25)의 제조 방법부터 설명한다.
우선, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 상술한 제1 실시 형태와 같은 방법으로, 반도체 기체(20)의 MOS 트랜지스터 등과, 하부 전극(35)을 포함하는 배선부(21)를 형성한다.
다음에, 배선부(21)상에 도시하지 않은 SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 화소부에서, 하부 전극(35)과 n형층(36)을 접속하기 위한 구멍을 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 그리고, 도 15b에 도시하는 바와 같이, 스퍼터법 등에 의해, n형층(36)을 예를 들면 100㎚ 성막한다.
다음에, 리소그래피와 이온 주입에 의해 n형층(36)의 화소 분리 영역에, 15족 원소 등의 불순물을 주입한다. 이에 의해, 도 15c에 도시하는 바와 같이, n형층(36)의 화소 분리 영역에, 예를 들면, p형 ZnO층 등의 p형 불순물 영역(45)을 형성한다.
다음에, 도 15d에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(37)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해, 예를 들면 1000㎚ 성막한다. 또한, 리소그래피와 웨트 에칭에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(37)를 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, Br메탄올 등을 사용한 웨트 에칭에 의해, 화소부 이외의 CIGSSe(37)를 에칭한다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 오믹 전극(41)과 배선부(21)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다.
다음에, 도 15e에 도시하는 바와 같이, 오믹 전극(41)을 형성하기 위한 오믹 금속막(41A)을, 예를 들면 500㎚ 형성한다. 그리고, 도 15f에 도시하는 바와 같이, 형성한 오믹 금속막(41A)에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여, n형층(36)상을 제외한 화소 분리 영역상에 금속막의 패턴을 잔존시켜, 오믹 전극(41)을 형성한다.
다음에, 광전변환부(25)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, CIGSSe(37)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 14에 도시하는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
상술한 제조 방법에 의하면, n형층(36)에 화소 분리를 위한 드라이 에칭 가공을 행하지 않고서, p형 불순물 영역(45)을 형성함에 의해 화소 분리를 형성할 수 있다. 이 때문에, n형층(36)에의 드라이 에칭에 의한 차지나 결함 등의 데미지를 주지 않아, 고체 촬상 장치의 암전류의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 에칭에 의해 발생하는, n형층(36)의 화소 분리 영역의 계면준위에 기인하는 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
<12. 고체 촬상 장치의 제6 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제6 실시 형태에 관해 설명한다.
제6 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 16에 도시한다. 도 16에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다. 또한, 제6 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성에는, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(20), 반도체 기체(20)상에 배치된 배선부(21) 및 배선부(21)상에 배치된 광전변환부(26)를 구비하고 있다. 광전변환부(26) 이외의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성이다.
광전변환부(26)는, 상기 반도체 기체(20)측부터, n형층(36)과 n형층(36) 내에 형성된 p형 불순물 영역(45), 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 CIGSSe(37) 및 오믹 전극(41)을 구비하고 있다. 또한, 광전변환부(26)는, n형층(36) 및 p형 불순물 영역(45)의 구성을 제외하고, 상술한 제2 실시 형태와 같은 구성이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
n형층(36)은, n형 저저항층과, n형 저저항층상에 배치된 n형 고저항층으로 구성되어 있다. 그리고, n형층(36)의 화소 분리 영역에, p형 불순물 영역(45)과, 절연층 영역(46)이 형성되어 있다. 절연층 영역(46)은, 화소 분리 영역의 중앙부에 형성되어 있다.
배선부(21)의 하부 전극(35)은, p형 불순물 영역(45)을 제외한 n형층(36)에 접속되어 있다.
p형 불순물 영역(45)은, n형층(36)의 화소 분리 영역에, 질소 등의 15족 원소를 이온 주입함에 의해 형성되어 있다. 예를 들면, n형층이, 저저항 ZnO층과 고저항 ZnO층으로 이루어지는 경우에는, 화소 분리 영역에 질소를 이온 주입함에 의해, p형 ZnO층을 형성한다.
또한, p형 불순물 영역(45)의 중앙부가 에칭되고, 에칭된 영역 내에 절연 재료를 형성함에 의해, 절연층 영역(46)이 형성된다. 이 때문에, 절연층 영역(46)은, 고체 촬상 장치의 화소부에서, n형층(36) 및 p형 불순물 영역(45)의 각 화소의 분리부에 따라, 격자형상으로 연속하여 형성되어 있다.
그리고, p형 불순물 영역(45)은, 고체 촬상 장치의 화소부에서, n형층(36)의 주위를 둘러싸서 형성되어 있다.
상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, n형층(36)과 CIGSSe(37)가 접촉함으로써 pn접합이 형성되고, 역방향 바이어스를 인가함으로써 CIGSSe(37) 내에 공핍층을 형성한다.
따라서 p형 불순물 영역(45)에 의해 화소마다 분리된 n형층(36)에서도, CIGSSe(37)의 소자 분리 가공을 행하는 일 없이, 화소마다 CIGSSe(37) 내에 공핍층을 형성할 수 있다.
이 상태에서 CIGSSe(37)에 광을 조사하면, 광전변환에 의해 생성한 전자는, 화소마다, n형층(36)으로부터 하부 전극(35), 배선부(21)를 통하여, n형 축적부(33)에 전송된다. 또한, CIGSSe(37)에 광을 조사하여 발생한 정공은, 오믹 전극(41)에 배출된다. 따라서, 광전변환에서 생성한 정공은, 화소마다 전송할 필요가 없다.
또한, 상술한 구성의 오믹 전극(41)은, 절연층 영역(46)과 대응하는 위치의 CIGSSe(37)상에 형성되어 있다. 오믹 전극(41)은, n형층(36)에 역방향 바이어스를 인가함으로써, CIGSSe(37) 내부에 축적층을 형성한다. 이 때문에, 상술한 도 7에 도시하는 화소부 포텐셜 분포와 같이, 오믹 전극(41)이 CIGSSe(37) 형성한 축적층이, CIGSSe(37)의 화소마다의 공핍층의 분리 성능을 강화한다.
또한, 상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, p형 불순물 영역(45)의 중앙에 절연층 영역(46)이 형성되고, n형층(36)이 p형 불순물 영역(45)과 절연층 영역(46)에 의해 화소 분리되어 있다. 이 때문에, 화소 분리 영역의 폭이 좁은 경우에도, 확실하게 화소를 분리하는 것이 가능해진다.
또한, n형층(36)의 단부에 p형 불순물 영역(45)이 형성되어 있기 때문에, n형층(36)의 에칭에 의한 계면준위에 기인하는 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 화소 분리 영역의 폭이 좁은 경우에도 충분히 화소를 분리할 수 있기 때문에, 고체 촬상 장치의 화소의 미세화가 가능해진다.
또한, 같은 화소 면적에서, 화소 분리 영역의 폭을 좁게 함에 의해, 수광면의 면적을 크게 할 수 있다. 따라서 고체 촬상 장치의 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
<13. 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다. 또한, 반도체 기체(20) 및 배선부(21)의 제조 방법에 관해서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 이 때문에, 이하의 설명에서는, 광전변환부(26)의 제조 방법부터 설명한다.
우선, 도 17a에 도시하는 바와 같이, 상술한 제1 실시 형태와 같은 방법으로, 반도체 기체(20)의 MOS 트랜지스터 등과, 하부 전극(35)을 포함하는 배선부(21)를 형성한다.
다음에, 배선부(21)상에 도시하지 않은 SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 화소부에서, 하부 전극(35)과 n형층(36)을 접속하기 위한 구멍을 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 그리고, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 스퍼터법 등에 의해, n형층(36)을 예를 들면 100㎚ 성막한다.
다음에, 리소그래피와 이온 주입에 의해 n형층(36)의 화소 분리 영역에, 15족 원소 등의 불순물을 주입한다. 이에 의해, 도 17c에 도시하는 바와 같이, n형층(36)의 화소 분리 영역에, 예를 들면, p형 ZnO층 등의 p형 불순물 영역(45)을 형성한다.
다음에, 도 17d에 도시하는 바와 같이, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 p형 불순물 영역(45)의 중앙부를 제거하여, 화소 분리부(46A)를 형성한다. 이에 의해, n형층(36) 및 n형층(36)의 단부(端部)의 p형 불순물 영역(45)을, 화소마다 분리한다.
다음에, 도 17e에 도시하는 바와 같이, SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한 후에 CMP법 등을 이용하여 평탄화하여, p형 불순물 영역(45)의 중앙에 절연층 영역(46)을 형성한다.
그리고, 도 17f에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(37)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해, 예를 들면 1000㎚ 성막한다. 또한, 리소그래피와 웨트 에칭에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(37)를 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, Br메탄올 등을 사용한 웨트 에칭에 의해, 화소부 이외의 CIGSSe(37)를 에칭한다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 오믹 전극(41)과 배선부(21)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다.
다음에, 도 17g에 도시하는 바와 같이, 오믹 전극(41)을 형성하기 위한 오믹 금속막(41A)을, 예를 들면 500㎚ 형성한다. 그리고, 도 17h에 도시하는 바와 같이, 형성한 오믹 금속막(41A)에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여, n형층(36)상을 제외한 화소 분리 영역상에 금속막의 패터닝을 잔존시켜, 오믹 전극(41)을 형성한다.
다음에, 광전변환부(26)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, CIGSSe(37)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 16에 도시하는 제6 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
<14. 고체 촬상 장치의 제7 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제7 실시 형태에 관해 설명한다.
제7 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 18에 도시한다. 도 18에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다.
도 18은, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체로 이루어지는 광전변환부를, 반도체 기체의 제1(표면)면에 MOS 회로가 형성되고, 제2면(이면)에 수광면이 형성된, 이른바 이면 조사형의 고체 촬상 장치에 적용한 경우를 나타내고 있다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(60), 배선부(51) 및 광전변환부(52)를 구비하고 있다. 배선부(51)는, 반도체 기체(60)의 제1면(표면)상에 형성되어 있다. 광전변환부(52)는, 반도체 기체(60)의 제2면(이면)측에 배치되고, 이 광전변환부(52)가 형성되어 있는 이면측이, 광의 입사면이 된다.
또한, 반도체 기체(60) 이외의 구성은, 상술한 제4 실시 형태와 같은 구성이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
반도체 기체(60)는, p형 웰(53), p형 웰(53) 내에 배치된 n형 플로팅 디퓨전(FD부)(54), 마찬가지로 p형 웰(53) 내에 배치된 n형 축적부(55)를 구비한다. 그리고, 반도체 기체(60)의 표면상에, FD부(54)와 n형 축적부(55)로 소스 드레인을 구성하는 n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(56)을 구비하고 있다.
이 구조에서는, 하나의 n형 축적부(55)가 1화소를 형성한다. 그리고, p형 웰(53)에 의해, 각 화소가 분리되어 있다. 또한, 화소 분리 영역의 p형 웰(53)의 중앙에, 절연층 영역(61)이 형성되어 있다.
또한, n형 축적부(55)에 전송되어 온 전자가, 게이트 전극(56)에 의해 p형 웰(53)에 형성된 채널을 경유하여, FD부(54)에 전송된다. 이 FD부(54)에 전송된 신호가 화상으로서 판독된다.
절연층 영역(61)은, 고체 촬상 장치의 화소부에서, 인접하는 각 화소의 분리부에 따라, p형 웰(53) 내에 격자형상으로 연속하여 형성되어 있다. 또한, 절연층 영역(61)의 이면측부터의 형성 깊이는, 게이트 전극(56)의 하방에서 n형 축적부(55)끼리가 접근하여 있는 깊이와 같은 정도로 형성하는 것이 바람직하다. n형 축적부(55)는, p형 웰(53)에 의해 전기적으로 분리되어 있기 때문에, 절연층 영역(61)에 의해 완전하게 분리되어 있지 않아도 좋다. 절연층 영역(61)의 깊이는, 제조 공정의 정밀도나, 절연층의 매입성 등을 고려하여 결정된다. 예를 들면, 절연층 영역(61)을 300㎚ 정도의 깊이로 형성한다.
상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, 광전변환부(52)의 CIGSSe(58)와, 반도체 기체(60)의 n형 축적부(55)가 접촉함으로써, pn접합이 형성되어 있다. 그리고, 이 pn접합에 역방향 바이어스를 인가함으로써, CIGSSe(58) 내에 공핍층이 형성된다. 또한, n형 축적부(55)에 역방향 바이어스를 인가함으로써, 오믹 전극(59) 바로 아래의 CIGSSe(58) 내부에 축적층이 형성된다.
따라서 상기 구성의 광전변환부(52)에서는, CIGSSe(58)를 물리적으로 화소 분리하지 않아도, CIGSSe(58)를 전기적으로 화소 분리할 수 있다. 또한, 오믹 전극(59)에 의해 형성된 축적층으로, CIGSSe(58)의 공핍층에 의한 화소 분리 성능이 강화된다.
이 상태에서 CIGSSe(58)에 광을 조사하면, 광전변환에 의해 생성한 전자가, 화소마다 n형 축적부(55)에 전송된다. 또한, CIGSSe(58)에 광을 조사하여 발생한 정공은, 오믹 전극(59)에 배출된다. 따라서, 광전변환에서 생성한 정공은, 화소마다 전송할 필요가 없다.
또한, 상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, p형 웰(53)의 중앙에 절연층 영역(61)이 형성되고, n형 축적부(55)가 p형 웰(53)과 절연층 영역(61)에 의해 화소 분리되어 있다. 이 때문에, 화소 분리 영역의 폭이 좁은 경우에도, 확실하게 화소를 분리하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 화소 분리 영역의 폭이 좁은 경우에도 충분히 화소를 분리할 수 있기 때문에, 고체 촬상 장치의 화소의 미세화가 가능해진다.
또한, 같은 화소 면적에서, 화소 분리 영역의 폭을 좁게 함에 의해, 수광면의 면적을 크게 할 수 있다. 따라서 고체 촬상 장치의 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
<15. 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다.
우선, 도 19a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기체(60)의 p형 웰(53)에, n형의 플로팅 디퓨전(FD부)(54)과, n형 축적부(55)를 형성한다. 그리고, 반도체 기체(60)의 제1면상에, n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(56)을 형성한다.
또한, 반도체 기체(60)의 제1면상에, 배선부(51)를 형성한다.
이들, 반도체 기체(60) 및 배선부(51)는, 통상의 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 프로세스 공정에 의해 형성할 수 있다.
다음에, 반도체 기체(60)의 제2면을, 연마나 웨트 에칭에 의해 노출시킨 후, 예를 들면 SiO2를 10㎚ 성막하고, 그 후 SiN을 150㎚ 성막한다. 그리고, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝하여, 화소부의 절연층을 제거한다.
다음에, 도 19b에 도시하는 바와 같이, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해, p형 웰(53)의 중앙부에, STI(61A)를 300㎚ 정도의 깊이로 형성한다.
그리고, 도 19c에 도시하는 바와 같이, SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한 후에 CMP법 등에 의해 평탄화하여, p형 웰(53)에 절연층 영역(61)을 형성한다.
또한, 인산 등을 사용한 웨트 에칭에 의해 SiN을 제거한 후, 화소부의 SiO2를 리소그래피와 웨트 에칭에 의해 제거한다.
다음에, 도 19d에 도시하는 바와 같이, 반도체 기체(60)상에 CIGSSe(58)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해, 예를 들면 1000㎚ 성막한다. 이때, CIGSSe(58)를 소정 비율로 함에 의해, 반도체 기체(60)에 격자정합시킨다.
다음에, 리소그래피에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(58)를 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, 웨트 에칭에 의해 CIGSSe(37)를 에칭한다. 예를 들면, Br메탄올 등을 사용하여 웨트 에칭을 행함에 의해, CIGSSe(58)를 에칭하여, 화소부 이외의 SiO2를 잔존시킬 수 있다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 오믹 전극(59)과 배선부(51)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다. 그리고, 도 19e에 도시하는 바와 같이, CIGSSe(58)상에, 오믹 금속막(59A)을 예를 들면 500㎚ 성막한다.
다음에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 도 19f에 도시하는 바와 같이, 오믹 전극(59)을 패터닝한다. 오믹 전극(59)은, 예를 들면, Ni로 형성한 경우에는 질산 등을 사용하여 웨트 에칭을 행한다.
다음에, 광전변환부(52)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, CIGSSe(58)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 18에 도시하는 제7 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
<16. 고체 촬상 장치의 제8 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제8 실시 형태에 관해 설명한다.
제8 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 20에 도시한다. 도 20에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다. 또한, 제8 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성에는, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
도 20에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(20), 반도체 기체(20)상에 배치된 배선부(21) 및 배선부(21)상에 배치된 광전변환부(27)를 구비하고 있다. 광전변환부(27) 이외의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 같은 구성이다.
광전변환부(27)는, 상기 반도체 기체(20)측부터, n형층(36), 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 CIGSSe(47) 및 오믹 전극(41)을 구비하고 있다. 또한, n형층(36)의 화소 분리 영역에는, p형 불순물 영역(45)이 형성되어 있다. 그리고, p형 불순물 영역(45)상에, 절연층(48)이 형성되어 있다. 또한, 광전변환부(27)는, CIGSSe(47) 및 절연층(48)의 구성을 제외하고, 상술한 제2 실시 형태, 또는, 제6 실시 형태와 같은 구성이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
절연층(48)은, 고체 촬상 장치의 화소 분리 영역 내에만 형성되어 있다. 절연층(48)은, p형 불순물 영역(45)의 형성폭과 동등하거나, 또는, 그 이상의 폭으로 형성되고, p형 불순물 영역(45)이 노출하지 않는 구성으로 한다. 이 결과, CIGSSe(47)와 p형 불순물 영역(45)의 사이에, 절연층(48)이 개재한 구성으로 된다. 이 때문에, p형 반도체인 CIGSSe(47)와, p형 불순물 영역(45)이 접촉하지 않는 구조로 된다. 또한, 절연층(48)은, 화소 분리 영역 내에만 형성되어 있기 때문에, n형층(36)과 CIGSSe(47)와의 접촉이 화소 내에서 방해되지 않는다.
상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, n형층(36)과 CIGSSe(47)가 접촉함으로써 pn접합이 형성되고, 역방향 바이어스를 인가함으로써 CIGSSe(37) 내에 공핍층이 형성된다. 또한, n형층(36)은, p형 불순물 영역(45)에 의해 화소마다 분리되어 있다. CIGSSe(47)는, 화소마다 형성된 공핍층 및 오믹 전극(41)에 의해 형성된 축적층에 의해 분리된다.
이 상태에서 CIGSSe(47)에 광을 조사하면, 광전변환에 의해 생성한 전자는, 화소마다, n형층(36)으로부터 하부 전극(35), 배선부(21)를 통하여, n형 축적부(33)에 전송된다. 또한, CIGSSe(37)에 광을 조사하여 발생한 정공은, 오믹 전극(41)에 배출된다. 따라서, 광전변환에서 생성한 정공은, 화소마다 전송할 필요가 없다.
또한, 상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, CIGSSe(47)와 p형 불순물 영역(45)과의 사이에 계면이 형성되지 않는 구조로 되기 때문에, p형 불순물 영역(45)과 칼코파이라이트 구조의 p형 반도체와의 계면으로부터의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
또한, n형층(36)의 단부에 p형 불순물 영역(45)이 형성되어 있기 때문에, n형층(36)의 에칭에 의한 계면준위에 기인하는 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, 각 구성에서의 암전류를 효과적으로 억제할 수 있다.
<17. 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다. 또한, 반도체 기체(20) 및 배선부(21)의 제조 방법에 관해서는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 이 때문에, 이하의 설명에서는, 광전변환부(27)의 제조 방법부터 설명한다.
우선, 도 21a에 도시하는 바와 같이, 상술한 제1 실시 형태와 같은 방법으로, 반도체 기체(20)의 MOS 트랜지스터 등과, 하부 전극(35)을 포함하는 배선부(21)를 형성한다.
다음에, 배선부(21)상에 도시하지 않은 SiO2 등의 절연층을 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, 화소부에서, 하부 전극(35)과 n형층(36)을 접속하기 위한 구멍을 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 그리고, 도 21b에 도시하는 바와 같이, 스퍼터법 등에 의해, n형층(36)을 예를 들면 100㎚ 성막한다.
다음에, 리소그래피와 이온 주입에 의해 n형층(36)의 화소 분리 영역에, 15족 원소 등의 불순물을 주입한다. 이에 의해, 도 21c에 도시하는 바와 같이, n형층(36)의 화소 분리 영역에, 예를 들면, p형 ZnO층 등의 p형 불순물 영역(45)을 형성한다.
다음에, 도 21d에 도시하는 바와 같이, n형층(36)상의 전면에 SiO2 등의 절연층을, 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, n형층(36)과 CIGSSe(47)를 접속하기 위한 구멍을 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 이에 의해, 화소부에 p형 불순물 영역(45)을 덮는 절연층(48)을 형성한다.
다음에, 도 21e에 도시하는 바와 같이, n형층(36) 및 절연층(48)을 덮는, CIGSSe(47)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해, 예를 들면 1000㎚ 성막한다. 또한, 리소그래피와 웨트 에칭에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(47)를 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, Br메탄올 등을 사용한 웨트 에칭에 의해, 화소부 이외의 CIGSSe(47)를 에칭한다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 오믹 전극(41)과 배선부(21)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다. 그리고, 오믹 전극을 형성하기 위한 오믹 금속막을, 예를 들면 500㎚ 형성한다. 그리고, 도 21f에 도시하는 바와 같이, 형성한 오믹 금속막에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여, n형층(36)상을 제외한 화소 분리 영역상에 금속막의 패턴을 잔존시켜, 오믹 전극(41)을 형성한다.
다음에, 광전변환부(27)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, CIGSSe(47)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 20에 도시하는 제8 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
<18. 고체 촬상 장치의 제9 실시 형태>
다음에, 고체 촬상 장치의 제9 실시 형태에 관해 설명한다.
제9 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을, 도 22에 도시한다. 도 22에 도시하는 구성은, 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치의 화소를 구성하는 주요부의 단면도이다.
도 22는, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체로 이루어지는 광전변환부를, 반도체 기체의 제1(표면)면에 MOS 회로가 형성되고, 제2면(이면)에 수광면이 형성된, 이른바 이면 조사형의 고체 촬상 장치에 적용한 경우를 나타내고 있다.
도 22에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치는, 반도체 기체(50), 배선부(51) 및 광전변환부(62)를 구비하고 있다. 배선부(51)는, 반도체 기체(50)의 제1면(표면)상에 형성되어 있다. 광전변환부(62)는, 반도체 기체(50)의 제2면(이면)측에 배치되고, 이 광전변환부(62)가 형성되어 있는 이면측이, 광의 입사면이 된다.
또한, 광전변환부(62) 이외의 구성은, 상술한 제4 실시 형태, 또는, 제7 실시 형태와 같은 구성이기 때문에, 같은 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.
광전변환부(62)는, 절연층(64), 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체인 CIGSSe(63) 및 오믹 전극(59)을 구비한다.
절연층(64)은, 반도체 기체(50)의 제2면에 형성된 p형 웰(53)의 노출면을 덮고서 형성되어 있다. 또한, 절연층(64)은, 고체 촬상 장치의 화소 분리 영역 내에만 형성되어 있다.
CIGSSe(63)는, 절연층(64)을 덮고서, 반도체 기체(50)의 제2면(이면)상에 형성되어 있다. p형 웰(53)상에 절연층(64)이 형성되어 있음에 의해, CIGSSe(63)와 p형 웰(53)이 직접 접촉하지 않는 구성이다. 또한, CIGSSe(63)는, 반도체 기체(50) 예를 들면 실리콘과 격자정합되어 배치되어 있다.
오믹 전극(59)은, CIGSSe(63)상에 형성되고, 화소의 분리 영역상에만 배치되어 있다. 또한, 오믹 전극(59)은, 상술한 도 6에 도시하는 구조와 마찬가지로, CIGSSe(58)상에서 화소 분리 영역에 격자형상으로 형성되어 있다.
상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, 광전변환부(62)의 CIGSSe(63)와, 반도체 기체(50)의 n형 축적부(55)가 접촉함으로써, pn접합이 형성되어 있다. 그리고, 이 pn접합에 역방향 바이어스를 인가함으로써, CIGSSe(58) 내에 공핍층이 형성되고, 오믹 전극(59) 바로 아래의 CIGSSe(58) 내부에 축적층이 형성된다.
이 상태에서 CIGSSe(63)에 광을 조사하면, 광전변환에 의해 생성한 전자가, 화소마다 n형 축적부(55)에 전송된다. 또한, CIGSSe(63)에 광을 조사하여 발생한 정공은, 오믹 전극(59)에 배출된다. 따라서, 광전변환에서 생성한 정공은, 화소마다 전송할 필요가 없다.
또한, 상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, CIGSSe(63)와 p형 웰(53)과의 사이에 계면이 형성되지 않는 구조로 되기 때문에, p형 화합물 반도체의 CIGSSe(63)와 p형 웰(53)과의 계면으로부터의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 상술한 구성의 고체 촬상 장치에서는, 암전류의 억제를 효과적으로 행할 수 있다.
<19. 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관해 설명한다.
우선, 도 23a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기체(50)의 p형 웰(53)에, n형의 플로팅 디퓨전(FD부)(54)과, n형 축적부(55)를 형성한다. 그리고, 반도체 기체(50)의 제1면상에, n채널 MOS 트랜지스터의 게이트 전극(56)을 형성한다.
또한, 반도체 기체(50)의 제1면상에, 배선부(51)를 형성한다.
이들, 반도체 기체(50) 및 배선부(51)는, 통상의 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 프로세스 공정에 의해 형성할 수 있다.
다음에, 반도체 기체(50)의 제2면을, 연마나 웨트 에칭에 의해 노출시킨 후, 반도체 기체(50)상의 전면에 SiO2 등의 절연층을, 예를 들면 100㎚ 성막한다. 그리고, n형 축적부(55)와 CIGSSe(63)를 접속하기 위한 구멍을 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 이에 의해, 화소부 외의 영역과, 화소부의 p형 웰(53)을 덮는 영역에 절연층(64)을 형성한다.
다음에, 도 23c에 도시하는 바와 같이, 반도체 기체(50) 및 절연층(64)을 덮는, CIGSSe(63)를 진공 증착법이나 스퍼터법 등에 의해, 예를 들면 1000㎚ 성막한다. 이때, CIGSSe(63)를 소정 비율로 함에 의해, 반도체 기체(50)에 격자정합시킨다.
다음에, 리소그래피에 의해 화소부 이외의 CIGSSe(63)를 제거하기 위한 패터닝을 행한다. 예를 들면, 웨트 에칭에 의해 CIGSSe(63)를 에칭한다. 예를 들면, Br메탄올 등을 사용하여 웨트 에칭을 행함에 의해, CIGSSe(63)를 에칭하여, 화소부외의 절연층(64)을 잔존시킬 수 있다.
다음에, 도시하지 않은 화소부 외에, 오믹 전극(59)과 배선부(51)를 접속하기 위한 구멍을, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여 형성한다. 그리고, 오믹 전극(59)을 형성하기 위한 오믹 금속막을, 예를 들면 500㎚ 형성한다.
그리고, 도 23d에 도시하는 바와 같이, 형성한 오믹 금속막에, 리소그래피와 드라이 에칭을 이용하여, 화소 분리 영역상에 금속막의 패턴을 잔존시켜, 오믹 전극(59)을 형성한다.
다음에, 광전변환부(62)상에, 도시하지 않은 광학 부품 등을 형성하여도 좋다. 예를 들면, CIGSSe(63)상에 SiN 등의 패시베이션막을 성막하고, 필요에 응하여 컬러 필터나 광학 렌즈를 형성한다.
또한, 화소부 이외에, 고체 촬상 장치와 외부 기기와 접속하기 위한 PAD 개구를, 리소그래피와 드라이 에칭에 의해 형성한다.
이상의 공정에 의해, 도 22에 도시하는 제9 실시 형태의 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
<20. 전자 기기>
다음에, 상술한 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기의 실시 형태에 관해 설명한다.
상술한 고체 촬상 장치는, 예를 들면, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화, 또는, 촬상 기능을 구비한 다른 기기 등의 전자 기기에 적용할 수 있다. 도 24에, 전자 기기의 한 예로서, 고체 촬상 장치를 정지화상 또는 동화를 촬영이 가능한 카메라에 적용한 경우의 개략 구성을 도시한다.
이 예의 카메라(70)는, 고체 촬상 장치(71)와, 고체 촬상 장치(71)의 수광 센서 부에 입사광을 유도하는 광학계(72)와, 고체 촬상 장치(71) 및 광학계(72) 사이에 마련된 셔터 장치(73)와, 고체 촬상 장치(71)를 구동하는 구동 회로(74)를 구비한다. 또한, 카메라(70)는, 고체 촬상 장치(71)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(75)를 구비한다.
고체 촬상 장치(71)에는, 상술한 각 실시 형태의 고체 촬상 장치를 적용할 수 있다. 광학계(광학 렌즈)(72)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(71)의 촬상면(부도시)상에 결상시킨다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(71) 내에, 일정 기간, 신호 전하가 축적된다. 또한, 광학계(72)는, 복수의 광학 렌즈를 포함하는 광학 렌즈군으로 구성하여도 좋다. 또한, 셔터 장치(73)는, 입사광의 고체 촬상 장치(71)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다.
구동 회로(74)는, 고체 촬상 장치(71) 및 셔터 장치(73)에 구동 신호를 공급한다. 그리고, 구동 회로(74)는, 공급한 구동 신호에 의해, 고체 촬상 장치(71)의 신호 처리 회로(75)에의 신호 출력 동작 및 셔터 장치(73)의 셔터 동작을 제어한다. 즉, 이 예에서는, 구동 회로(74)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(71)로부터 신호 처리 회로(75)에의 신호 전송 동작을 행한다.
신호 처리 회로(75)는, 고체 촬상 장치(71)로부터 전송된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 시행한다. 그리고, 각종 신호 처리가 시행된 신호(영상 신호)는, 메모리 등의 기억 매체(부도시)에 기억되고, 또는, 모니터(부도시)에 출력된다.
상술한 각 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 가시광의 광량에 응한 신호 전하를 물리량으로서 검지하는 단위 화소가 행렬형상으로 배치되어 이루어지는 이미지 센서에 적용한 경우를 예로 들어서 설명하였다. 그러나, 상술한 고체 촬상 장치는, 이미지 센서에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 화소 어레이부의 화소열마다 칼럼 회로를 배치하여 이루어지는 칼럼 방식의 고체 촬상 장치 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 상술한 고체 촬상 장치는, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에의 적용으로 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에 적용 가능하다. 또한, 광의의 의미로서, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 장치(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 상술한 고체 촬상 장치는, 화소 어레이부의 각 단위 화소를 행 단위로 차례로 주사하여 각 단위 화소로부터 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 장치로 한하지 않는다. 예를 들면, 화소 단위로 임의의 화소를 선택하고, 당해 선택 화소로부터 화소 단위로 신호를 판독하는 X-Y 어드레스형의 고체 촬상 장치에 대해서도 적용 가능하다.
또한, 고체 촬상 장치는 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와, 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체로서 CIGSSe를 이용하여 설명하였지만, 이 밖에의 재료를 이용하여 상술한 고체 촬상 장치를 구성할 수도 있다. 예를 들면, CuAlS2, CuAlSe2, CuAlTe2, CuGaS2, CuGaSe2, CuGaTe2, CuInS2, CuInSe2, CuInTe2, AgAlS2, AgAlSe2, AgAlTe2, AgGaS2, AgGaSe2, AgGaTe2, AgInS2, AgInSe2, AgInTe2 등도, 상술한 고체 촬상 장치의 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 개시는 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층과, 상기 p형 화합물 반도체층상에 형성되어 있는 전극과, 상기 p형 화합물 반도체층의 광의 입사측과 반대면에, 화소마다 분리되어 형성되어 있는 n형층을 구비하는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 전극이, 상기 p형 화합물 반도체층의 광의 입사면측에 형성되어 있는 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 전극이, 상기 p형 화합물 반도체층과 오믹 접합하는 금속으로 형성되어 있는 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 전극이, 상기 n형층의 화소 분리부에만 형성되어 있는 (1)부터 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 n형층의 화소 분리부에 p형층이 형성되어 있는 (1)부터 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 n형층이, 반도체 기체에 형성되어 있는 MOS 트랜지스터의 소스 드레인을 구성하는 (1)부터 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(7) 상기 p형 화합물 반도체층상에 형성된 절연층과, 상기 절연층상에 형성된 투광성 전극을 구비하는 (1), (2), (5) 및 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(8) 상기 전극이, 상기 p형 화합물 반도체층의 광의 입사면상에 형성되어 있는 금속막과, 상기 금속막상에 형성되어 있는 투광성 전극으로 이루어지는 청구항 1에 기재된 고체 촬상 장치.
(9) 화소마다 분리된 n형층을 형성하는 공정과, 상기 n형층상에 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층을 형성하는 공정과, 상기 p형 화합물 반도체층상에 전극을 형성하는 공정을 갖는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(10) 반도체 기체상에 배선층을 형성하는 공정을 가지며, 상기 배선층상에 상기 n형층을 형성하는 (9)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(11) n채널 MOS 트랜지스터가 형성되어 있는 반도체 기체를 준비하는 공정을 가지며, 상기 MOS 트랜지스터의 n형층상에 상기 p형 화합물 반도체층을 형성하는 (9)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(12) (1)부터 (8)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치와, 상기 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비하는 전자 기기.
본 출원은, 일본 특허청에서 2012년 1월 23일에 출원된 일본 특허출원 번호 제2012-011404호를 기초로서 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 응하여, 여러 가지의 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션, 및 변경을 상도할 수 있는데, 그들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것이 이해된다.
Claims (12)
- 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층과,
상기 p형 화합물 반도체층상에 형성되어 있는 전극과,
상기 p형 화합물 반도체층의 광의 입사측과 반대면에, 화소마다 분리되어 형성되어 있는 n형층을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극이, 상기 p형 화합물 반도체층의 광의 입사면측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극이, 상기 p형 화합물 반도체층과 오믹 접합하는 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제2항에 있어서,
상기 전극이, 상기 n형층의 화소 분리부에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제2항에 있어서,
상기 n형층의 화소 분리부에 p형층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 n형층이, 반도체 기체에 형성되어 있는 MOS 트랜지스터의 소스 드레인을 구성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 p형 화합물 반도체층상에 형성된 절연층과, 상기 절연층상에 형성된 투광성 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극이, 상기 p형 화합물 반도체층의 광의 입사면상에 형성되어 있는 금속막과, 상기 금속막상에 형성되어 있는 투광성 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 화소마다 분리된 n형층을 형성하는 공정과,
상기 n형층상에 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층을 형성하는 공정과,
상기 p형 화합물 반도체층상에 전극을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
반도체 기체상에 배선층을 형성하는 공정을 가지며, 상기 배선층상에 상기 n형층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
n채널 MOS 트랜지스터가 형성되어 있는 반도체 기체를 준비하는 공정을 가지며, 상기 MOS 트랜지스터의 n형층상에 상기 p형 화합물 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법. - 칼코파이라이트 구조의 p형 화합물 반도체층과, 상기 p형 화합물 반도체층상에 형성되어 있는 전극과, 상기 p형 화합물 반도체층의 광의 입사측과 반대면에, 화소마다 분리되어 형성되어 있는 n형층으로 이루어지는 고체 촬상 장치와,
상기 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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