JPH0316184A - Optical semiconductor device - Google Patents
Optical semiconductor deviceInfo
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- JPH0316184A JPH0316184A JP2057882A JP5788290A JPH0316184A JP H0316184 A JPH0316184 A JP H0316184A JP 2057882 A JP2057882 A JP 2057882A JP 5788290 A JP5788290 A JP 5788290A JP H0316184 A JPH0316184 A JP H0316184A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
入射光によって半導体層中に電子/正孔対を発生させる
光半導体装置に関し、より詳しくは、該半導体層を非晶
貿半導体(特に、シリコン)で作ったアモルファス・フ
ォトダイオードに関し、光電流の低下を回避して、暗電
流を低減したアモルファス・フォトダイオードを提供す
ることを目的とし、
真性とする量の硼素がドーブされている光によって電子
/正孔対を発生させる非晶質真性半導体層と、該半導体
層をはさむ2つの電極であって、生じた電荷を取り出す
バイアス電圧が印加されている電子を補足する電極およ
び正孔を補足する電極とを含んでなる光半導体装置にお
いて、電子補足電極と非晶質真性半導体層との間に硼素
をドープしていない非晶質半導体層が形成されているよ
うに構或する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding an optical semiconductor device that generates electron/hole pairs in a semiconductor layer by incident light, more specifically, the semiconductor layer is made of an amorphous semiconductor (particularly silicon). With regard to amorphous photodiodes, the purpose is to avoid a drop in photocurrent and provide an amorphous photodiode with reduced dark current. An amorphous intrinsic semiconductor layer that generates pairs, and two electrodes sandwiching the semiconductor layer, an electrode that captures electrons and an electrode that captures holes, to which a bias voltage is applied to take out the generated charge. In the optical semiconductor device, an amorphous semiconductor layer not doped with boron is formed between the electron supplementary electrode and the amorphous intrinsic semiconductor layer.
本発明は、入射光によって半導体層中に電子/正孔対を
発生させる光半導体装置に関し、より詳しくは、該半導
体層を非晶質半導体(特に、シリコン〉で作ったアモル
ファス・フォトダイオードに関する。The present invention relates to an optical semiconductor device in which electron/hole pairs are generated in a semiconductor layer by incident light, and more particularly to an amorphous photodiode in which the semiconductor layer is made of an amorphous semiconductor (particularly silicon).
アモルファス・フォトダイオードは、ビデオカメラのC
CDイメージセンサー、ファクシミリやOCRの一次元
イメージセンサー、光センサーなどに用いられる。Amorphous photodiodes are used in video cameras.
It is used in CD image sensors, one-dimensional image sensors for facsimile and OCR, optical sensors, etc.
アモルファス・フォトダイオードは透明電極/アモルフ
ァスシリコン層/金属電極構造を有し、両方の電極にバ
イアス電圧を印加しておいて光信号によって発生した電
子/正孔対の電荷信号を検出する。An amorphous photodiode has a transparent electrode/amorphous silicon layer/metal electrode structure, and a bias voltage is applied to both electrodes to detect a charge signal of an electron/hole pair generated by an optical signal.
アモルファス・フォトダイオードは使用時にバイアス電
圧が印加されることから、電子或いは正孔の注入や熱エ
ネルギによる電子/正孔対の発生などに因り、光信号の
入力が無い時にも暗電流が生ずる。暗電流は受光信号に
対して雑音となるものであるから、これを極力低減する
ことが要求される。Since a bias voltage is applied to an amorphous photodiode during use, a dark current is generated even when no optical signal is input due to the injection of electrons or holes and the generation of electron/hole pairs due to thermal energy. Since the dark current causes noise to the light-receiving signal, it is required to reduce it as much as possible.
ところが、アモルファス・フォトダイオードのアモルフ
ァスSi層は通常プラズマCVD法によって堆積形威さ
れるのであるが、その際不純物を添加することなく形威
してもn型の伝導型を示すので、これにバイアス電圧を
印加すると電子が注入されて暗電流を生じる。この原因
による暗電流を低減するには、何らかの方法でn型の導
電性を補償し、アモルファスSi Nを真性半導体とす
ることが必要である。However, the amorphous Si layer of an amorphous photodiode is usually deposited by plasma CVD, but even if it is deposited without adding impurities, it exhibits n-type conductivity, so it is not necessary to bias it. When a voltage is applied, electrons are injected and a dark current is generated. In order to reduce the dark current due to this cause, it is necessary to compensate for the n-type conductivity by some method and make amorphous SiN an intrinsic semiconductor.
第7図は公知のアモルファス・フォトダイオードの構造
を示す断面模式図である。基板1の上にAj2の下部電
極(電子捕捉電極)2が設けられ、その上にアモルファ
ス3i層3を堆積して形戊される。上部電極(ホール捕
捉電極)4は入射光を透過させるために透明電極であり
、InとSnの酸化物(ITO)が常用される。そして
、上部電極4とアモルファスSl層3との間に、これら
相互の反応を防止し、かつヘテロ接合障壁となるp型ア
モルファスSiC層5が設けられている(例えば、S,
KANEKO, et al:“Amorphous
Si : H Hetero)uncttoPhoto
diode and its Ap− plicati
on to a CompactScanner”,
Mat.Res,Sac,Symp.Proc.Vo1
、49. 1985,pp. 423−428参照)。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a known amorphous photodiode. A lower electrode (electron trapping electrode) 2 of Aj2 is provided on the substrate 1, and an amorphous 3i layer 3 is deposited and formed thereon. The upper electrode (hole trapping electrode) 4 is a transparent electrode in order to transmit incident light, and an oxide of In and Sn (ITO) is commonly used. A p-type amorphous SiC layer 5 is provided between the upper electrode 4 and the amorphous Sl layer 3 to prevent these mutual reactions and to serve as a heterojunction barrier (for example, S,
KANEKO, et al: “Amorphous
Si : H Hetero) uncttoPhoto
diode and its Ap- plicati
on to a CompactScanner”,
Mat. Res, Sac, Symp. Proc. Vo1
, 49. 1985, pp. 423-428).
このアモルファスSiC層5はその固有抵抗が低《、透
明であり、その厚さが薄<(15〜40nm) 、上部
電極の一部とみなすことができる。This amorphous SiC layer 5 has a low specific resistance, is transparent, and has a thin thickness (15 to 40 nm), and can be considered as a part of the upper electrode.
アモルファスSi層がn型であるために生ずる暗電流を
抑制するには、p型の不純物を導入してこれを補償し、
真性化するのが最も簡明な処置である。この考えに従っ
て、アモルファスSiをCVD法で形成する際に、原料
ガス中にジボランのような不純物を加え、堆積するアモ
ルファスSl層3を硼素(B) ドープとすることが
行われている(例えば、R,Miyagawa, et
a1、,“八New, Pre−Discharge
Baron Doping Method ・, 7
4−IEDM88,IBB巳. pp.74−77,
参照) 。In order to suppress the dark current that occurs because the amorphous Si layer is n-type, p-type impurities are introduced to compensate for this.
The simplest treatment is to make it permanent. In accordance with this idea, when forming amorphous Si using the CVD method, impurities such as diborane are added to the source gas to make the deposited amorphous Sl layer 3 doped with boron (B) (for example, R, Miyagawa, et.
a1, ``8 New, Pre-Discharge
Baron Doping Method・、7
4-IEDM88, IBB Snake. pp. 74-77,
reference) .
量子的な物性を扱う場合、アモルファス半導体について
も、単結晶半導体と同様にエネルギ・バンド・モデルを
考えれば理解し易いのであるが、アモルファスSi中の
Bのドープ量が増すと禁制帯内に局在単位が発生し、電
子/正孔対の再結合中心として働くことになる。電子/
正孔対の再結合が進行することは光電流を減少させるこ
とであるから、このような局在準位し(トラップレベル
)の発生は好ましくない。When dealing with quantum physical properties, it is easy to understand amorphous semiconductors by considering the energy band model as in the case of single crystal semiconductors, but as the amount of B doped in amorphous Si increases, it becomes localized within the forbidden band. A unit is generated and acts as a recombination center for electron/hole pairs. Electronic/
Since the progress of recombination of hole pairs reduces the photocurrent, the generation of such localized levels (trap levels) is not preferable.
アモルファスSiを真性化するためのBドーブは、通常
0.1〜1 ppm程度に行われるが、このB濃度は真
性化による暗電流減少と再結合中心発生増加による光電
流の減少という正負両方の効果を勘案して設定されたも
のであり、何れの面でも不満足という場合が多い。B doping to make amorphous Si intrinsic is usually carried out at a concentration of about 0.1 to 1 ppm, but this B concentration has both positive and negative effects: a decrease in dark current due to the conversion to intrinsic, and a decrease in photocurrent due to an increase in the generation of recombination centers. They were set with consideration to effectiveness, and in many cases they are unsatisfactory in all respects.
一般に不純物が比較的多量にドープされる場合、異種材
料間の界面にパイルアップすることが起こり易く、アモ
ルファス・フォトダイオードでもアモルファスSi層に
ドープされたB[子が電極材料などとの界面にパイルア
ップすることが予測され、アモルファス・フォトダイオ
ードのB濃度プロフィルを実測してみると、第8図に示
されるように下部電極2に接する領域にBのパイルアッ
プが認められる。なお、下部電極2での硼素濃度が約1
xlQ1atoms/cII1で一定になッテイルが
、この部分は測定器の下限値であって、実際には硼素は
含有されていない。Bのパイルアップが下部電極近傍で
起こるのは、CVDによるアモルファスS1堆積の初期
にはS1 もBも堆積速度が不安定であり、定常状態に
於けるよりもBの堆積速度が相対的に大であることに因
ると推定される。In general, when impurities are doped in a relatively large amount, they tend to pile up at the interface between different materials, and even in an amorphous photodiode, the B particles doped into the amorphous Si layer pile up at the interface with the electrode material, etc. When the B concentration profile of the amorphous photodiode was actually measured, a pile-up of B was observed in the region in contact with the lower electrode 2, as shown in FIG. Note that the boron concentration at the lower electrode 2 is approximately 1
It becomes constant at xlQ1atoms/cII1, but this part is the lower limit of the measuring device and does not actually contain boron. The reason why B pile-up occurs near the lower electrode is because the deposition rate of both S1 and B is unstable at the beginning of amorphous S1 deposition by CVD, and the deposition rate of B is relatively higher than that in a steady state. It is presumed that this is due to the fact that
このように設定値以上にB濃度が上昇していれば、電子
/正孔対の再結合による光電流の減少が生ずることは勿
論であるが、そればかりでなく、ダシグリングボント(
末結合手)の増加などの欠陥の発生による暗電流の増加
さえ考えられ、Bのパイルアップが素子特性の劣化に大
きく関わっている。更に、アモルファスSi層にBをド
ープすると、膜構造の劣化により、下地層との密着性が
低下し、フォトダイオード特性を悪くするおそれもある
。アモルファス・フォトダイオードに於けるBドープは
、このように未解決の問題を残しており、基本的に第8
図のような構造を有するフォトダイオードでは、下部電
極近傍にフォトダイオード特性を低下させる要因が集中
している。If the B concentration increases above the set value, it goes without saying that the photocurrent will decrease due to recombination of electron/hole pairs.
It is thought that the dark current may even increase due to the occurrence of defects such as an increase in the number of terminal bonds, and the pile-up of B is greatly involved in the deterioration of device characteristics. Further, when the amorphous Si layer is doped with B, the film structure deteriorates, and the adhesion with the underlying layer decreases, which may deteriorate the photodiode characteristics. B doping in amorphous photodiodes thus remains an unresolved problem, and is basically
In a photodiode having a structure as shown in the figure, factors that degrade the photodiode characteristics are concentrated near the lower electrode.
本発明の目的は、Bドープによって真性化したアモルフ
ァスS1で形成されるアモルファス・フォトダイオード
に於いて、再結合中心を増加させることなくかつ密着性
を改善させる構造を提供することであり、それによって
、特性のより優れたアモルファス・フォトダイオードを
提供することである。An object of the present invention is to provide a structure that improves adhesion without increasing the number of recombination centers in an amorphous photodiode formed of amorphous S1 made intrinsic by B doping. The object of the present invention is to provide an amorphous photodiode with superior characteristics.
本発明の別の目的は、光電流の低下を回避して、暗電流
を低減したアモルファス・フォトダイオードを提供する
ことである。Another object of the present invention is to provide an amorphous photodiode with reduced dark current, avoiding a drop in photocurrent.
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的が、真性とする量の硼素がドープされている
光によって電子/正孔対を発生させる非晶質真性半導体
層と、該半導体層をはさむ2つの電極(下部電極および
上部電極)であって、生じた電荷を取り出すバイアス電
圧が印加されている電子を補足する電極および正孔を補
足する電極とを含んでなる光半導体装置において、電子
補足電極(下部電極)と非晶質真性半導体層との間に硼
素をドーブしていない非晶質半導体層が形成されている
ことを特徴とする光半導体装置によって達或される。[Means for Solving the Problem] The above object is to provide an amorphous intrinsic semiconductor layer that generates electron/hole pairs by light doped with boron in an amount that makes it intrinsic, and two semiconductor layers sandwiching the semiconductor layer. In an optical semiconductor device comprising an electrode (a lower electrode and an upper electrode) to which a bias voltage is applied to take out the generated charge, an electron-trapping electrode and a hole-trapping electrode, an electron-trapping electrode ( This is achieved by an optical semiconductor device characterized in that an amorphous semiconductor layer not doped with boron is formed between a lower electrode) and an amorphous intrinsic semiconductor layer.
上記構造のアモルファス・フォトダイオードでは、電子
/正孔対を発生させるアモルファスSl層はBドープに
よって真性化されているので、従来のBドーブアモルフ
ァス・フォトダイオードと同様に暗電流が低減される。In the amorphous photodiode having the above structure, the amorphous Sl layer that generates electron/hole pairs is made intrinsic by B doping, so that the dark current is reduced as in the conventional B-doped amorphous photodiode.
また、従来のアモルファス・フォトダイオードではBが
パイルアップし易い領域にはBをドープしていないアモ
ルファスSi層を付加形成しているので、Bのパイルア
ップによる不都合は生ずることがなく、更に、Bドープ
に起因するアモルファス31層と下地層との密着性の問
題も起こることがない。In addition, in conventional amorphous photodiodes, an amorphous Si layer that is not doped with B is additionally formed in the region where B is likely to pile up, so there is no problem caused by B pile-up. There is also no problem of adhesion between the amorphous 31 layer and the underlying layer due to doping.
本発明ではBドーブ量の設定に当たって、パイルアップ
や密着性の問題について配慮する必要がないので、より
自由に最適値を選定することが出来る。In the present invention, when setting the B dove amount, there is no need to consider pile-up and adhesion problems, so the optimum value can be selected more freely.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によっ
て本発明をより詳しく説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in more detail by way of embodiments with reference to the accompanying drawings.
第1図は、本発明に係る基本的なアモルファス・フォト
ダイオードの概略断面図であって、絶縁性基板く下地層
〉11と、下部電極12と、ノンドーブのアモルファス
Si層13と、硼素ドープの(真性)アモルファスSi
層14と、上部電極15とを含んでなる。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a basic amorphous photodiode according to the present invention, which includes an insulating substrate base layer 11, a lower electrode 12, a non-doped amorphous Si layer 13, and a boron-doped (Intrinsic) Amorphous Si
It includes a layer 14 and an upper electrode 15.
下部電極12と上部電極15この間にはバイアス電圧が
印加されている(この場合には、上部電極15にーVが
印加されて正孔補足電極となっており、下部電極12は
接地されて電子補足電極となっている)。光16が照射
されたときに、BドープのアモルファスSi層14に電
子/正孔対が発生し、電子が下部電極12に集められ、
一方正孔が上部電極15に集められて光電流(信号)が
両電極間を流れる。A bias voltage is applied between the lower electrode 12 and the upper electrode 15 (in this case, -V is applied to the upper electrode 15 to serve as a hole capturing electrode, and the lower electrode 12 is grounded to capture electrons). (supplementary electrode). When the light 16 is irradiated, electron/hole pairs are generated in the B-doped amorphous Si layer 14, and the electrons are collected in the lower electrode 12,
On the other hand, holes are collected at the upper electrode 15, and a photocurrent (signal) flows between the two electrodes.
ノンドーブのアモルファスSi層13およびBドープの
アモルファスSi層14はプラズマCVD装置にて連続
的に堆積形成され、ドーパントの原料であるジボラン(
B.H6)ガスをノンドープ層13形成時には添加しな
いで、Bドープ層14形成時には添加する。ノンドープ
のアモルファス81層13の厚さは50〜500nm,
特に、200〜400nmが好ましい。A non-doped amorphous Si layer 13 and a B-doped amorphous Si layer 14 are successively deposited using a plasma CVD apparatus, and are made of diborane (a dopant material).
B. H6) Gas is not added when forming the non-doped layer 13, but is added when forming the B-doped layer 14. The thickness of the non-doped amorphous 81 layer 13 is 50 to 500 nm,
In particular, 200 to 400 nm is preferable.
さらに、ノンドープのアモルファスSi層およびBドー
プのアモルファス層の合計厚さが1〜3μとするのが好
ましく、これよりも薄くすると耐圧が不十分であり、一
方、厚すぎると熱ストレスに起因したアモルファスSi
層のはがれが生じやすくなる。なお、ノンドープのアモ
ルファス層13においても光の照射によって電子/正孔
対が発生する。Further, it is preferable that the total thickness of the non-doped amorphous Si layer and the B-doped amorphous layer is 1 to 3 μm; if it is thinner than this, the withstand voltage will be insufficient, while if it is too thick, the amorphous Si
The layers tend to peel off. Note that electron/hole pairs are also generated in the non-doped amorphous layer 13 by light irradiation.
例1
第2図に示すように、本発明の第1実施態様例に係るア
モルファス・フォトダイオードは、シリコン(S1)単
結晶基板21;該基板21の表面上に形成されたS10
2絶縁層22;所定パターン形状を有するアルミニウム
下部電極23;該下部電極23の表面上に形成されたT
iNバリア層24;下部電極23それぞれを絶縁してい
るPSG絶縁層25;全表面上に形成されたノンドープ
のアモルファスSl層26;Bドープの真性アモルファ
スSi層27;p型アモルファスSiC層28;および
透明電極である上部電?29を含んでなる。Example 1 As shown in FIG. 2, an amorphous photodiode according to a first embodiment of the present invention includes a silicon (S1) single crystal substrate 21;
2 insulating layer 22; aluminum lower electrode 23 having a predetermined pattern shape; T formed on the surface of the lower electrode 23;
iN barrier layer 24; PSG insulating layer 25 insulating each of the lower electrodes 23; non-doped amorphous Sl layer 26 formed on the entire surface; B-doped intrinsic amorphous Si layer 27; p-type amorphous SiC layer 28; and The upper electrode is a transparent electrode? 29.
このアモルファス・フォトダイオードは次のようにして
製造される。This amorphous photodiode is manufactured as follows.
まず、S1単結晶基板21を熱酸化して厚さ約1μのS
iO■層22を形成する。このSl02層の代わりにC
VD法によってSiN層又はPSG層を形成してもよい
。次に、SI02層22の全面にアルミニウム層(厚さ
: 200nm) 23を真空蒸着法でもって形成し、
その上にTiN層(厚さ: 200nn+) 24を反
応性スパッタリング法によって形戊する。TiN層24
はアルミニウムとアモルファスシリコンとの反応を防止
するものであり、WSi, WN, Wなどで作られて
もよい。First, the S1 single crystal substrate 21 is thermally oxidized to have a thickness of approximately 1 μm.
An iO2 layer 22 is formed. Instead of this Sl02 layer, C
The SiN layer or PSG layer may be formed by a VD method. Next, an aluminum layer (thickness: 200 nm) 23 is formed on the entire surface of the SI02 layer 22 by vacuum evaporation,
A TiN layer (thickness: 200 nn+) 24 is formed thereon by reactive sputtering. TiN layer 24
prevents the reaction between aluminum and amorphous silicon, and may be made of WSi, WN, W, etc.
’l’iN層24上にレジスト(図示せず〉を塗布し、
露光し、現像してレジストパターンマスクを形成し、該
レジストマスクで被われていないTiN層部分をエッチ
ング除去し、さらにその下のアルミニウム層部分をもエ
ッチング除去する。こうして所定パターンのアルミニウ
ム層23およびTiN層24が、第4図に示すように、
SiO■層22上に形成される。Applying a resist (not shown) on the 'l'iN layer 24,
A resist pattern mask is formed by exposure and development, and the portion of the TiN layer not covered by the resist mask is etched away, and the portion of the aluminum layer underneath is also etched away. In this way, the predetermined pattern of the aluminum layer 23 and TiN layer 24 is formed as shown in FIG.
It is formed on the SiO2 layer 22.
PSG層25をCVD法によって全面に形成し、公知の
フォトリソグラフィ法にしたがってTiN層24を露出
させる開口をPSG層23に設ける。このときの開口(
すなわち、電極表出面積)を例えば、1mmX1mmの
サイズとする。なお、CCDイメージセンサーであれば
、下部電極(ビクセル電極)のサイズが約10J.ax
10−である。A PSG layer 25 is formed over the entire surface by a CVD method, and an opening exposing the TiN layer 24 is provided in the PSG layer 23 by a known photolithography method. The opening at this time (
That is, the electrode surface area) is set to a size of, for example, 1 mm x 1 mm. In addition, in the case of a CCD image sensor, the size of the lower electrode (vixel electrode) is approximately 10J. ax
It is 10-.
次に、ノンドーブのアモルファスSi層26(厚さ:5
0, 100, 200, 400, 600および1
000r++n)をプラズマCVD装置にて全面上に形
成(堆積)する。Next, a non-doped amorphous Si layer 26 (thickness: 5
0, 100, 200, 400, 600 and 1
000r++n) is formed (deposited) on the entire surface using a plasma CVD apparatus.
CVD条件は、例えば、次のとおりである。For example, the CVD conditions are as follows.
原料ガス: SiH+ (IOOSCCM)圧力: I
Torr
印加高周波: 13. 56M}lz
印加電力=20W
基板加熱温度:280℃
同じCVD装置にて、水素キャリアガスで希釈したジボ
ラン(82H6 : 5ppm)ガスをIOSCCM添
加しながら上述した条件でアモルファスSiをさらに堆
積させて、BドープのアモルファスSl層27(厚さ:
1000, 950, 900, 800, 600お
よび400nm)を連続的に形成する。この場合には、
アモルファスSi層26および27の合計厚さをl,−
にしている。BドープのアモルファスSi層27の硼素
含有量は3×10” atoms/cII1となり、ア
モルファスS1を真性(intrinsic)半導体と
している。なお、ノンドープのアモルファスSi層のな
い場合および全てがノンドーブのアモルファスSi層で
BドープのアモルファスSi層のない場合も上述したC
VD条件にてアモルファスSiを堆積する。Raw material gas: SiH+ (IOOSCCM) Pressure: I
Torr applied high frequency: 13. 56M}lz Applied power = 20W Substrate heating temperature: 280°C In the same CVD apparatus, amorphous Si was further deposited under the above conditions while adding diborane (82H6: 5ppm) gas diluted with hydrogen carrier gas to IOSCCM. Doped amorphous Sl layer 27 (thickness:
1000, 950, 900, 800, 600 and 400 nm). In this case,
Let the total thickness of the amorphous Si layers 26 and 27 be l, -
I have to. The boron content of the B-doped amorphous Si layer 27 is 3×10" atoms/cII1, making the amorphous S1 an intrinsic semiconductor. Note that in the case where there is no non-doped amorphous Si layer or when all the non-doped amorphous Si layers are In the case where there is no B-doped amorphous Si layer, the above-mentioned C
Amorphous Si is deposited under VD conditions.
ノンドーブのアモルファスSi層(厚さ: 200nm
)とその上にBドープのアモルファスSi層〈厚さ:8
00nm)とを下部電極上に形戊した場合に、硼素濃度
(含有量)の分布プロフィルが、第5図に示すようにな
っており、硼素濃度のパイルアップは生じていない。な
お、第3図は下部電極が硼素を1xlQ” atoms
/cut含有していることを示しているが、この値は測
定器の下限であって、実際には硼素を含有していない。Non-doped amorphous Si layer (thickness: 200 nm
) and on it a B-doped amorphous Si layer (thickness: 8
00 nm) was formed on the lower electrode, the boron concentration (content) distribution profile was as shown in FIG. 5, and no pile-up of boron concentration occurred. In addition, in Figure 3, the lower electrode is made of 1xlQ'' boron atoms.
/cut indicates that boron is contained, but this value is the lower limit of the measuring device and does not actually contain boron.
BドープのアモルファスSi層27の形戒後に、同じC
VD装置におイテ、CH,ガス(203CCM)および
82H.(1%)含有H2ガス(20SCCU)を添加
してSiH4(IOSCCM). CH4, B2H8
およびH 2 (80SCCM)の混合ガスのプラズマ
CVDによってp型アモルファスSiC層28(厚さ:
3Qnm)を連続的に形成する。After forming the B-doped amorphous Si layer 27, the same C
Into the VD device, CH, gas (203 CCM) and 82 H. (1%) containing H2 gas (20SCCU) was added to form SiH4 (IOSCCM). CH4, B2H8
A p-type amorphous SiC layer 28 (thickness:
3Qnm) is continuously formed.
このSiC層28はアモルファスSi層27とでヘテロ
接合障壁を形成して、後述のIT○透明電極層29から
の電子の注入を防止し、フォトダイオードの特性を向上
させ、かつIT○とアモルファスSi層27との反応を
防止する。SiC層28が光を吸収するのは好ましくな
いので、その厚さは比較的薄い。This SiC layer 28 forms a heterojunction barrier with the amorphous Si layer 27 to prevent injection of electrons from the IT○ transparent electrode layer 29, which will be described later, and improves the characteristics of the photodiode. Preventing reaction with layer 27. Since it is undesirable for SiC layer 28 to absorb light, its thickness is relatively thin.
次に、IT○透明電極層29(厚さ: 150nm)を
スパッタリング法によってp型アモルファスSiC層2
8上全面に形戊する。SiC層28と透明電極29とで
上部電極を構威していると見なしている。このようにし
て第2図に示したアモルファス●フォトダイオードが得
られる。Next, the IT○ transparent electrode layer 29 (thickness: 150 nm) is formed into a p-type amorphous SiC layer 2 by sputtering.
8. Shape all over the top. It is assumed that the SiC layer 28 and the transparent electrode 29 constitute an upper electrode. In this way, the amorphous ● photodiode shown in FIG. 2 is obtained.
得られたアモルファス・フォトダイオードにバイアス電
圧を印加して(−5vをITO電極29にかけかつアル
ミニウム電極23を接地して)、暗電流を測定し、第4
図に示す結果が得られた。また、フォトダイオードに1
50ルクスの緑色光を照射して、発生した電子/正孔対
による光電流を測定し、第4図に示す結果が得られた。A bias voltage was applied to the resulting amorphous photodiode (-5V applied to the ITO electrode 29 and the aluminum electrode 23 was grounded), the dark current was measured, and the fourth
The results shown in the figure were obtained. Also, 1 for the photodiode.
The photocurrent due to the generated electron/hole pairs was measured by irradiating green light of 50 lux, and the results shown in FIG. 4 were obtained.
第4図から明らかなように、ノンドープのアモルファス
Si層の厚さが50〜500nmの範囲で暗電流が小さ
くなり、特に、200〜400nmの範囲が一段と小さ
く好ましい。ノンドープのアモルファスSl層の厚さが
5Qnm以下では光電流が小さく、また、500nm以
上では暗電流が増大してしまう。As is clear from FIG. 4, the dark current becomes small when the thickness of the non-doped amorphous Si layer is in the range of 50 to 500 nm, and it is particularly preferable that the thickness is in the range of 200 to 400 nm. When the thickness of the non-doped amorphous Sl layer is 5Q nm or less, the photocurrent is small, and when it is 500 nm or more, the dark current increases.
得られたアモルファス・フォトダイオードのうちで(A
)全てノンドーブのアモルファスSi層のフォトダイオ
ード〔第4図中のAl、(B)全てBドープのアモルフ
ァスSi層のフォトダイオード〔第4図中のB〕、およ
び(C)本発明に係るノンドープのアモルファスSi層
(厚さ: 200nm)とその上のBドーブのアモルフ
ァスSi層(厚さ:800nm)とを有するフォトダイ
オード〔第4図中のC〕について、バイアス印加電圧が
パラメータと?て暗電流および光電流を測定して、第5
図に示す結果が得られた。Among the amorphous photodiodes obtained, (A
) All non-doped amorphous Si layer photodiode [Al in FIG. 4, (B) All B-doped amorphous Si layer photodiode [B in FIG. 4], and (C) Non-doped photodiode according to the present invention. For a photodiode [C in Figure 4] having an amorphous Si layer (thickness: 200 nm) and a B-doped amorphous Si layer (thickness: 800 nm) thereon, what is the bias applied voltage as a parameter? measure the dark current and photocurrent, and
The results shown in the figure were obtained.
第5図から明らかなように、暗電流は硼素ドープによっ
て低減され、本発明のフォトダイオードCの暗電流が最
小である。一方、光電流特性については、全体に硼素を
ドープしたフォトダイオードBの光電流が低く、特に、
バイアス電圧が小さいほどより一層低下している。ノン
ドーブのアモルファスSi層を付加した本発明のフォト
ダイオードでは光電流はノンドープのフォトダイオード
Aと同じであり、ノンドーブSi層の付加が硼素の光電
流特性劣化影響を解消している。As is clear from FIG. 5, the dark current is reduced by boron doping, and the dark current of the photodiode C of the present invention is the minimum. On the other hand, regarding the photocurrent characteristics, photodiode B, which is entirely doped with boron, has a low photocurrent;
The smaller the bias voltage is, the more it is reduced. In the photodiode of the present invention to which a non-doped amorphous Si layer is added, the photocurrent is the same as that of the non-doped photodiode A, and the addition of the non-doped Si layer eliminates the effect of boron on the deterioration of photocurrent characteristics.
例2
第6図に示すように、CCDイメージセンサー(撮像素
子)に本発明の第2実施態様例に係るアモルファス・フ
ォトダイオードを用いることができる。Example 2 As shown in FIG. 6, an amorphous photodiode according to the second embodiment of the present invention can be used in a CCD image sensor (imaging device).
CCDイメージセンサーの基本的構造は公知のものであ
って、p型シリコン単結晶基板31、厚い酸化物(Si
n■)層32、薄い酸化物(Sl02)層33、垂直?
CDのn一領域34、蓄積ダイオードのn゛領域35、
第1ポリシリコン層36、第2ポリシリコン層37、絶
縁物(Sin■又はPSG) )層38、配線層(Af
層)39、絶縁性平坦化層40およびアモルファス・フ
ォトダイオードからなる。このフォトダイオードは、A
f層およびTiNバリア層からなる下部電極(画素電極
)42、ノンドープのアモルファスSi層43、Bドー
プのアモルファス真性Sl層44、p型アモルファスS
iC層45および透明上部電極(ITO電極)46から
なる。The basic structure of the CCD image sensor is a known one, and includes a p-type silicon single crystal substrate 31, a thick oxide (Si
n■) layer 32, thin oxide (Sl02) layer 33, vertical?
CD n-region 34, storage diode n-region 35,
The first polysilicon layer 36, the second polysilicon layer 37, the insulator (Sin or PSG) layer 38, the wiring layer (Af
layer) 39, an insulating planarization layer 40 and an amorphous photodiode. This photodiode is A
A lower electrode (pixel electrode) 42 consisting of an f layer and a TiN barrier layer, an undoped amorphous Si layer 43, a B-doped amorphous intrinsic Sl layer 44, and a p-type amorphous S
It consists of an iC layer 45 and a transparent upper electrode (ITO electrode) 46.
このCCDイメージセンサーにおいては、光が照射され
ると、Bドープのアモルファス層44にて吸収されて電
子/正孔対が発生する。ITO電極46を接地電位にし
、下部電極42に+Vを印加してあるので、正孔がIT
O電極46に集められ、一方、電子が下部電極42に集
められて、配線層39を通って蓄積ダイオードに蓄積さ
れる。そして、垂直CCDへ信号電荷(電子)を転送す
る。本発明に係るアモルファス・フォトダイオードを採
用することによって、暗電流を低減してノイズを小さく
し、かつ十分な光電流が得られて、イメージセンサーの
特性が改善できる。In this CCD image sensor, when light is irradiated, it is absorbed by the B-doped amorphous layer 44 and electron/hole pairs are generated. Since the ITO electrode 46 is set to the ground potential and +V is applied to the lower electrode 42, the holes are transferred to the IT
Electrons are collected at the O electrode 46, while electrons are collected at the lower electrode 42 and stored in the storage diode through the wiring layer 39. Then, signal charges (electrons) are transferred to the vertical CCD. By employing the amorphous photodiode according to the present invention, it is possible to reduce dark current, reduce noise, and obtain sufficient photocurrent, thereby improving the characteristics of an image sensor.
上述の説明では、硼素をドーブしたアモルファスSi層
のドープ量はその厚さについてほぼ一定であるが、この
アモルファスSi層形成時にB2H8ガス添加量を徐々
に所定値まで増やすようにして、硼素濃度プロプイルを
傾斜させてもよい。In the above explanation, the doping amount of the boron-doped amorphous Si layer is almost constant throughout its thickness, but the boron concentration profile is changed by gradually increasing the amount of B2H8 gas added to a predetermined value when forming the amorphous Si layer. may be tilted.
第1図は、本発明に係る原理的なアモルファス・フォト
ダイオードの概略断面図であり、第2図は、本発明に係
る実施態様例のアモルファス・フォトダイオードの概略
断面図であり、第3図は、ノンドープのアモルファスS
i層およびドーブしたアモルファスSi層を有するアモ
ルファス・フォトダイオードの硼素濃度分布プロフィル
を示すグラフであり、
第4図は、本発明および従来のアモルファス・フォトダ
イオードのノンドーブのアモルファスSi層厚さと電流
特性との関係を示すグラフであり、第5図は、本発明お
よび従来のアモルファス・?ォトダイオードのバイアス
印加電圧と電流特性との関係を示すグラフであり、
第6図は、本発明に係るアモルファス・フォトダイオー
ドを有するCCDイメージセンサーの概略断面図であり
、
第7図は、従来のアモルファス・フォトダイオードの概
略断面図であり、および
第8図は、ドープしたアモルファスSi層を有する従来
のアモルファス・フォトダイオードの硼素濃度分布プロ
フィルを示すグラフである。
11・・・基板、 12・・・下部電極、1
3・・・ノンドーブのアモルファスSl層、14・・・
硼素ドープのアモルファスSl層、15・・・上部電極
、 16・・・光、21・・・81基板、
22・・・SiO■層、23・・・AIl電極、24
・・・バリア層、26・・・ノンドーブのアモルファス
Si層、27・・・硼素ドープのアモルファスSl層、
28・・・p型アモルファスSiCFif、29・・・
IT○透明電極。
第1 図
本発明のアモルファス・フォトダイオードの概略断面図
第2図
0.5
1.0
1.5
アモルファストS1層表面かうの深さ(PLm)C:本
発明
一5
一4
−3
−2
−1
0
バイアス印加電圧(V)
アモルファス・フオトダイ:本一ドの電流特性を示す図
第
5
図
ノンドープアモルファスSi層の厚さ(μm)第
4
図
固体撮偉素子の断面図
第6図FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a principle amorphous photodiode according to the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an amorphous photodiode according to an embodiment of the present invention, and FIG. is non-doped amorphous S
4 is a graph showing the boron concentration distribution profile of an amorphous photodiode having an i-layer and a doped amorphous Si layer. FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the present invention and the conventional amorphous ? 6 is a graph showing the relationship between bias applied voltage and current characteristics of a photodiode, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a CCD image sensor having an amorphous photodiode according to the present invention, and FIG. 7 is a graph showing a conventional amorphous photodiode. - A schematic cross-sectional view of a photodiode, and FIG. 8 is a graph showing the boron concentration distribution profile of a conventional amorphous photodiode with a doped amorphous Si layer. 11... Substrate, 12... Lower electrode, 1
3... Non-doped amorphous Sl layer, 14...
Boron-doped amorphous Sl layer, 15... Upper electrode, 16... Light, 21... 81 substrate,
22...SiO■ layer, 23...Al electrode, 24
... barrier layer, 26 ... non-doped amorphous Si layer, 27 ... boron-doped amorphous Sl layer,
28...p-type amorphous SiCFif, 29...
IT○Transparent electrode. Fig. 1 Schematic cross-sectional view of the amorphous photodiode of the present invention Fig. 2 0.5 1.0 1.5 Depth of amorphous S1 layer surface (PLm) C: Invention 15 14-3-2 -1 0 Bias applied voltage (V) Amorphous photodiode: Figure 5 showing the current characteristics of the main board Figure 4 Thickness of non-doped amorphous Si layer (μm) Figure 4 Cross-sectional view of solid-state sensor Figure 6
Claims (1)
電子/正孔対を発生させる非晶質真性半導体層と、該半
導体層をはさむ2つの電極であって、生じた電荷を取り
出すバイアス電圧が印加されている電子を補足する電極
および正孔を補足する電極とを含んでなる光半導体装置
において、前記電子補足電極と前記非晶質真性半導体層
との間に硼素をドープしていない非晶質半導体層が形成
されていることを特徴とする光半導体装置。 2、前記電子補足電極が絶縁層上に形成された下部電極
であり、そして前記正孔補足電極が前記非晶質真性半導
体層の上に形成された上部電極であることを特徴とする
請求項1記載の光半導体装置。 3、前記上部電極が透明電極層であり、かつ薄いp型非
晶質SiC層を前記透明電極と前記非晶質真性半導体層
との間にさらに含んでなることを特徴とする請求項2記
載の光半導体装置。 4、前記ノンドープの非晶質半導体層がアモルファスシ
リコンであることを特徴とする請求項1記載の光半導体
装置。 5、前記ノンドープの非晶質半導体層は厚さが50〜5
00nmであることを特徴とする請求項4記載の光半導
体装置。 6、前記非晶質真性半導体層はその硼素含有量が0.0
5〜5ppmのアモルファスシリコンであることを特徴
とする請求項1記載の光半導体装置。[Scope of Claims] 1. An amorphous intrinsic semiconductor layer that generates electron/hole pairs by light doped with an amount of boron to make it intrinsic, and two electrodes sandwiching the semiconductor layer, In an optical semiconductor device comprising an electron-trapping electrode and a hole-trapping electrode to which a bias voltage is applied to take out the accumulated charge, boron is added between the electron-trapping electrode and the amorphous intrinsic semiconductor layer. An optical semiconductor device characterized in that an amorphous semiconductor layer not doped with is formed. 2. The electron supplementary electrode is a lower electrode formed on an insulating layer, and the hole supplementary electrode is an upper electrode formed on the amorphous intrinsic semiconductor layer. 1. The optical semiconductor device according to 1. 3. Claim 2, wherein the upper electrode is a transparent electrode layer, and further includes a thin p-type amorphous SiC layer between the transparent electrode and the amorphous intrinsic semiconductor layer. optical semiconductor devices. 4. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the non-doped amorphous semiconductor layer is amorphous silicon. 5. The non-doped amorphous semiconductor layer has a thickness of 50 to 5
5. The optical semiconductor device according to claim 4, wherein the optical semiconductor device has a thickness of 00 nm. 6. The amorphous intrinsic semiconductor layer has a boron content of 0.0.
2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is made of amorphous silicon with a concentration of 5 to 5 ppm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2057882A JPH0316184A (en) | 1989-03-13 | 1990-03-12 | Optical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6001789 | 1989-03-13 | ||
| JP1-60017 | 1989-03-13 | ||
| JP2057882A JPH0316184A (en) | 1989-03-13 | 1990-03-12 | Optical semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0316184A true JPH0316184A (en) | 1991-01-24 |
Family
ID=26398970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2057882A Pending JPH0316184A (en) | 1989-03-13 | 1990-03-12 | Optical semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0316184A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001189482A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-10 | Honda Motor Co Ltd | Method of manufacturing solar cell |
| US7949545B1 (en) | 2004-05-03 | 2011-05-24 | The Medical RecordBank, Inc. | Method and apparatus for providing a centralized medical record system |
-
1990
- 1990-03-12 JP JP2057882A patent/JPH0316184A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001189482A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-10 | Honda Motor Co Ltd | Method of manufacturing solar cell |
| US7949545B1 (en) | 2004-05-03 | 2011-05-24 | The Medical RecordBank, Inc. | Method and apparatus for providing a centralized medical record system |
| US8239218B1 (en) | 2004-05-03 | 2012-08-07 | The Medical RecordBank, Inc. | Method and apparatus for providing a centralized medical record system |
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