JPH01138752A - 積層型固体撮像装置 - Google Patents

積層型固体撮像装置

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JPH01138752A
JPH01138752A JP62297965A JP29796587A JPH01138752A JP H01138752 A JPH01138752 A JP H01138752A JP 62297965 A JP62297965 A JP 62297965A JP 29796587 A JP29796587 A JP 29796587A JP H01138752 A JPH01138752 A JP H01138752A
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JP
Japan
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film
silicide
pixel electrode
solid
state imaging
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Pending
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JP62297965A
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English (en)
Inventor
Ryohei Miyagawa
良平 宮川
Yoshinori Iida
義典 飯田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、固体撮像素子チップ゛に光導電体膜を積層し
て構成される積層型固体撮像装置に係わり、特に画素電
極の改良をはかった積層型固体撮像装置に関する。
(従来の技術) 固体撮像素子チップに光導電体膜を積層した2階建て構
造の固体撮像装置は、感光部の開口面積を広くすること
ができるため、高感度且つ低スミアと云う優れた特性を
有する。このため、この固体撮像装置は、各種監視用T
Vや高品位TV等のカメラとして有t!i視されている
。この種の固体撮像装置用の光導電体膜としては、現在
のところ、アモルファス材料膜が用いられている。例え
ば、5c−As−Tc膜(サチコン膜) 、 Zn5c
−ZnCdTc  にュービコン膜) 、 a−8t:
II膜(水素化非晶質シリコン膜)等である。これらの
材料の中で特に、特性や加工性の良さ、低温形成の可能
性等から、a−8l:H膜が本命になりつつある。
a−8l:II膜を光導電体膜として固体撮像素子チッ
プ上に積層する場合、従来は金属画素電極がチップ最上
部に露出した状態で、この上にa−8l:11Mを成膜
することが行われている(例えば、第16回国際固体コ
ンファレンス、アブストラクト、 pp325〜328
参照)。ところが、このような構造では、画素電極と先
導電体膜との界面特性に起因する光感度の低下や残像が
大きいこと等が問題になる。
また、a−8l:I+膜を積層する金属電極表面の状態
により光感度、残像等の特性が変動するために、再現性
良く良好な特性を示す積層型固体撮像素子を得ることが
難しい。
本発明者等は、この原因が金属表面に存在する酸素や炭
素等の不純物による金属電極近傍のa−8l:11膜の
汚染であることを見出した。即ち、金属電極表面の酸素
や炭素がa−3t:H膜の成膜時にa−8t:H膜に取
り込まれるか、或いはその後に金属表面からa−8l:
II膜に拡散して、光感度や残像等の特性を低下させる
(発明が解決しようとする問題点) このように従来、a−8t:II膜を光導電体膜として
用いた積層型固体撮像装置では、画素電極の金属表面の
酸素や炭素が画素電極界面近傍のa−8l:If膜に取
り込まれて、光感度や残像特性等が低下すると云う問題
があった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、画素電極表面の状態を良好に保持する
ことができ、光感度が大きく且つ残像値の小さい積層型
固体撮1象装置を提供することにある。
[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子は、積層型固体撮像装置における画素電極
として、表面の自然酸化膜の除去が容品な金属シリサイ
ドを用いることにある。
即ち本発明は、半導体基板に信号電荷蓄積ダイオードと
信号電荷読出し部が配列され、最上部に信号電荷蓄積ダ
イオードに電気的に接続された画素電極が形成された固
体撮像素子チップと、このチップ上に光電変換部として
積層された水素化非晶質シリコン膜からなる光導電体膜
とを具備した積層型固体撮像装置において、前記固体撮
像素子チップ上の画素電極の少なくとも前記光導電体膜
と接する部分を、自然酸化膜として5iQ2が優先的に
形成され、几っSiO2のエッチャントに対して耐性の
ある金属シリサイドにより構成するようにしたものであ
る。
(作 用) 本発明によれば、画素電極の表面部としてMoシリサイ
ド、Wシリサイド、Crシリサイド等のHFやNH4F
の水溶液により表面の酸化膜を除去可能な金属シリサイ
ドを用いることにより、この上に形成する光導電膜であ
るa−81:H膜と画素7ば極との界面の酸化膜を容易
に除去することができる。従って、光感度、残像の特性
の良好な固体撮像装置を再現性良く実現することが可能
となる。
こZT、W、Cr、Mo等のシリサイドはHFやNH4
Fの水溶液により自然酸化膜を容易に除去できるとして
いるが、その理由を以下の通りである。S (、Mo、
W、Crの酸化物の生成エネルギーの大小関係は S i 02 >WOq >Mob、>Croqとなっ
ているために、Moシリサイド、Wシリサイド、Crシ
リサイド等を酸化すると、MoO3゜WO3,CrO3
でな(Si02が優先的に形成される。実際、Moシリ
サイドを熱酸化するとM o O3でなくSiO2か形
成されることが文献(Jounal of’ the 
I’:Iectro Chemical 5ociet
yvo1.lI2 (1965) P2S5〜589 
)に報告されている。従って、Moシリサイド、Wシリ
サイド。
Crシリサイドの自然酸化膜も当然SiO2である。S
iO2であれば、HFやNH4Fの水溶液で8易に除去
することができる。
一方、Moシリサイド、Wシリサイド、Crシリサイド
は多結晶シリコンと同様に、HF。
NH4Fの水溶液に耐エツチング性がある。従って、M
oシリサイド、Wシリサイド、Crシリサイドにおいて
は、表面の自然酸化膜をHFやNH4Fの水溶液で処理
して容易に除去することができる。また、酸化物がSi
O2よりも生成エネルギーが小さい金属であるならば、
このような金属シリサイドを画素電極として用いること
が可能である。なお、画素電極として多結晶シリコンを
用いたのでは、画素電極を光が透過してしまい、基板内
部にキャリアが発生しスミア発生の問題となる。金属シ
リサイドであれば、このような問題はない。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例に係わる積層型CCD撮像装
置の概略構造を示す断面図である。
p十型Si基板11上にpウェル12が形成されたウェ
ーハを用いて、インターライン転送型CCD撮像索子チ
ップ1が構成されている。即ち、信号電荷を蓄積する蓄
積ダイオード13がマトリックス状に形成され、蓄積ダ
イオード13の列に隣接してn十型の埋込みチャネルC
ODからなる垂直CCD14が形成されている。15は
チャネルやストッパとしてのp十型層であり、これによ
り分離されて同様の構成の蓄積ダイオード列と垂直CC
Dの組が繰返し配列形成される。
161.162は垂直CCD14の転送ゲート電極であ
り、その一部は蓄積ダイオード13からCCDチャネル
への電荷転送ゲート電極を兼ねている。転送ゲート電極
161,162が形成された基板上は層間絶縁膜18.
.1.82に覆われ、且つ蓄積ダイオード13に接続さ
れる多結晶シリコン電極17が形成されて、平坦化され
ている。
第1の層間絶縁膜181は例えばCVDによるSiO2
膜であり、第2の層間絶縁膜182はプラズマCVDに
よるBPSC膜である。この構造は、多結晶シリコン膜
電極17を各蓄積ダイオード13上に立てた後、BPS
C;膜を被着してこれを溶融し、反応性イオンエツチン
グ法でBPSC膜をエツチングして多結晶シリコン電極
17の表面を露出させることで得られる。
このように表面が平坦化されたCCD撮像索子チップ1
上に、各多結晶シリコン電極17に接続される画素電極
19が形成されている。この画素電極19は、スパッタ
リング法によりMoシリサイド膜を全面に被着した後に
、反応性イオンエツチング法でエツチングして所定の形
状に形成される。画素電極19が形成されたチップ基板
上には、光導電体膜2が積層形成される。このとき、光
導電体膜2を形成する直前に、3%のHFの水溶液によ
り30秒間浸して処理することにより、画素電極3上の
Moシリサイド膜の熱酸化膜を除去し、その直後に光導
電体膜2を形成する。これにより、画素電極19の表面
の酸素や炭素等の不純物が効果的に除去され、画素電極
19と光導電体膜2との界面が良好なものとなる。
光導電体膜2は、正孔注入阻止層としてのi型のa−8
IC:II膜(水素化アモルファスシリコン台カーバイ
ド)膜21、主として光電変換が行われる高抵抗のa−
81:It膜22及び電子注入阻止層となるp型のa−
8IC:H膜23の3層構造からなる。これらの膜は、
SiH4ガスを主成分とするガスのグロー放電分解法に
より形成される。a−8IC:H膜21は、暗導電率U
 o 〜1O−I4/Ωcmで厚さ 100λ程度とす
る。高抵抗a−81:If膜22は、暗導電率σ〜10
−12/Ωcmで光電変換に必要な十分な厚さとする。
p型a−8IC:II膜23は約2000程度とする。
このように形成された光導電体膜2上に透明電極として
、例えばITO電極24が形成されている。
このようにして形成されたCCD撮像装置の光感度と残
像を71−1定した。CCD撮像素子チップとしては、
20万画素、2ノ3インチサイズのものを用い、光導電
体膜の実効電界強度を1 x 10’ V/amとした
。残像測定では信号電流100nAとなるように光量を
調整した。下記表に、測定結果を従来の電極を用いたも
のと、Moシリサイド電極でHF水溶液処理有りと無し
との3つのサンプルについて示した。なお、光感度はサ
ンプル1の値で規格化して示した。残像値は3フイール
ドの値である。
この表から判るように、画素電極19がMoシリサイド
電極でHF処理無しとTi電極の場合は、光感度と残像
値は略同じである。これに対して、Moシリサイド電極
でHF処理Hりの場合は、光感度が大きくなり、残像値
が小さくなっていることが判る。Moシリサイド電極で
HF処理した場合は、画素電極1つの表面の酸化膜がa
−8l:II膜の堆積の直前に除去されるため、画素電
極19の表面とa−8i:II膜の界面の酸素や炭素が
減少し、これにより光感度が大きく残像が小さくなるの
である。
実際、表のサンプルとそれぞれ同等の処理を施したMo
シリサイドとTiの上に堆積したa−81:it膜を2
次イオン質量分析(SIMS)によって不純物の膜厚方
向の分布を調べたところ、Moシリサイド電極でHF処
理をした場合には、Moシリサイド電極でHF処理なし
の場合或いはTi電極の場合に比べて、電極表面近傍の
a−8t:H膜に含まれる酸素と炭素の瓜が少ないこと
を確認した。さらに、WシリサイドやCrシリサイドの
場合も、Moシリサイドと同様の結果が得られるのを確
認した。即ち、M oシリサイド、Wシリサイド。
Crシリサイド等の酸化膜除去可能な材料を画素電極1
9に用いると、光導電体膜2であるa−3t:II膜の
堆積直前に画素電極19の表面の酸化膜を除去すること
で、画素電極19の表面が洗浄化され、画素電極19の
表面近傍のa−8t:II模膜中酸素や炭素等の不純物
が減少して、光感度が大きく残像値が小さくなるのであ
る。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例ではCCD撮像索子を用いたが、MoS型や
BBD型撮像索子チップを用いてこれにa−3l : 
H光導電体膜を積層する場合にも、本発明を同様に適用
することができる。さらに、a−8l二It光導電体膜
の製法も、実施例のものに限らず、例えば光励起膜形成
法により形成してもよい。
また、光導電体膜はa−8i : H膜が主体であれば
よく、a−9IC:11 、 a−8IGe:!l、 
a−8iN:H、a−8ISn:H,更にこれらのFを
含有するものを用いた場合にも本発明は有効である。
また、実施例では画素電極を1層の金属シリサイドによ
り構成したが、製造プロセス上に画素電極の膜剥がれの
問題が生じる場合には、金属シリサイドの下に被着性の
良好な導電膜を挿入して、画素電極を2層から構成して
もよい。さらに、画素電極としての金属シリサイドは、
Mo、W。
Crのシリサイドに限るものではなく、自然酸化膜とし
てSiO2が優先的に形成され、且つSiO2のエッチ
ャントであるHFやNH4F等の水溶液に対して十分な
耐性のあるものであればよい。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、光導電体膜として
のa−8t:if膜に接する画素電極の少なくとも表面
部にMoシリサイド、Wシリサイド。
Crシリサイド等の表面酸化膜を除去可能な材料を画素
電極として用いることにより、画素電極表面をa−8i
 : H膜堆積直前に効果的に洗浄することができ、光
感度が大き(残像値の小さい積層型固体撮像装置を実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる積層型CCD撮象装
置の概略構造を示す断面図である。 1・・・CCD撮像索子チップ、2・・・光導電体膜、
11・・・p十型St基板、12・・・pウェル、13
・・・蓄積ダイオード、14・・・垂直CCD、1.5
・・・p+型層、161,162・・・転送ゲート電極
、17・・・n十型多結晶シリコン電極、181,18
2・・・層間絶縁膜、19・・・画素電極、21・・・
i型a−8IC二II膜、22 、、、高抵抗a−8i
:II膜、23−・−p型a−81C:If膜、24・
・・ITO膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板に信号電荷蓄積ダイオードと信号電荷
    読出し部が配列され、最上部に信号電荷蓄積ダイオード
    に電気的に接続された画素電極が形成された固体撮像素
    子チップと、このチップ上に光電変換部として積層され
    た水素化非晶質シリコン膜からなる光導電体膜とを具備
    した積層型固体撮像装置において、前記固体撮像素子チ
    ップ上の画素電極の少なくとも前記光導電体膜と接する
    部分を、自然酸化膜としてSiO_2が優先的に形成さ
    れる金属シリサイドにより構成したことを特徴とする積
    層型固体撮像装置。
  2. (2)前記金属シリサイドはMoシリサイド、Wシリサ
    イド又はCrシリサイドであり、前記SiO_2のエッ
    チャントはHF又はNH_4Fの水溶液であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の積層型固体撮像装
    置。
JP62297965A 1987-11-26 1987-11-26 積層型固体撮像装置 Pending JPH01138752A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1113499A3 (en) * 1999-12-28 2003-04-16 Xerox Corporation High fill factor image array having a continuous amorphous silicon sensor layer and a doped poly-silicon back contact
JPWO2012176390A1 (ja) * 2011-06-23 2015-02-23 パナソニック株式会社 固体撮像装置

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EP1113499A3 (en) * 1999-12-28 2003-04-16 Xerox Corporation High fill factor image array having a continuous amorphous silicon sensor layer and a doped poly-silicon back contact
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