JPH0443739A

JPH0443739A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0443739A
Application number: JP2149756A
Authority: JP
Inventors: Michio Sasaki; 道夫佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1992-02-13

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、積層型の固体撮像装置に係わり、特に画素電
極の改良をはかった固体撮像装置に関する。

（従来の技術）近年、電荷転送素子（ＣＣＤ）を用いた固体撮像装置と
して、従来の固体撮像素子（固体撮像素子チップ）上に
光導電膜を積層した積層型の固体撮像装置が開発されて
いる。この積層型固体撮像装置は、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いう
優れた特性を有する。このため、／％イビジョン用左カ
メラ各種監視用カメラとして有望視されている。

積層型固体撮像装置の光導電膜としては、現在のところ
、例えば５ｅ−Ａｓ−Ｔｅ　（サチコン膜）。

Ｚｎ５ｅ−ＺｎＣｄＴｅ　（二ｘ−ビコン膜）　、　ａ
−Ｓｌ：Ｈ（水素化アモルファスシリコンＨ）等のアモ
ルファス材料か用いられている。これらの材料の中でも
特に、特性や加工性の良さ、低温形成の可能性等から、
ａ−９ｉ：Ｈ膜が主に用いられるようになりつつある。

このａ−３ｊ：）Ｉ膜を光導電膜とじてＣＣＤ固体撮像
部に積層する場合、従来は金属薄膜或いは金属シリサイ
ド薄膜をエツチングにより一部除去することにより、画
素毎に分離して画素電極を形成し、この上部にａ−８ｉ
：Ｈ膜を形成する方法が取られている。

第３図は従来の積層型固体撮像装置の１画素構成を示す
断面図である。ｐ型Ｓｉ基板３１上にｎ型の信号電荷蓄
積ダイオード３２と、同じくｎ型の垂直ＣＣＤチャネル
３３及びｐ”型のチャネルストッパ３４を形成した後に
、絶縁膜を介して垂直ＣＣＤの転送電極３５．．３５゜
を形成し、その上部に無機絶縁膜３７、を形成する。次
いで、引き出し電極３６と引き出し電極３６上を平坦化
する無機絶縁膜３７゜を形成した後に、引き出し電極３
６と接続するように画素電極３８を形成する。その後、
先導電体膜４０と透明電極４４を積層することにより、
図のような固体撮像装置か得られる。

この装置において、透明電極４４を透過して光導電膜４
０に入射した光は、光導電膜４０中で光電変換され、電
子−正孔対を発生する。このうち、電子（信号電荷）は
画素電極３８に集められ、引出し電極３６を通じて蓄積
ダイオード３２に蓄積される。そして、転送電極３５□
（フィールドシフトゲート）に高電圧、（ルスを印加す
ることにより、蓄積ダイオード３２に蓄積された信号電
荷は垂直ＣＣＤチャネルに転送され、その後に転送電極
３５１，３５２に印加される転送パルスに同期して順次
転送されて０く。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、画素電極３８は平坦な面上に分離して
形成されるため、画素電極３８の端部には段差が生じる
。この画素電極端部の段差のために、ａ−８ｊ：）Ｉ等
の光導電膜４０中に電界が集中して画像欠陥か生したり
、この部分に欠陥密度が多数生じたりして、残像特性か
劣化するという問題かあった。

（発明か解決しようとする課題）このように、従来の積層型固体撮像装置においては、画
素電極を分離して形成するために画素電極の端部に段差
が発生し、この画素電極端部の段差に起因して画像欠陥
や残像が発生するという問題があった。

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、画素電極端部に段差に起因する画像
欠陥を防止し、残像特性を向上させることができ、良好
な再生画像を得ることのできる固体撮像装置を提供する
ことにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、光導電体膜を積層した固体撮像装置に
おいて、画素電極端部に段差を生しさせることな（画素
分離を行うことにある。

即ち本発明は、半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード
及び信号電荷読出し部が形成され、且つ最上部に信号電
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、この固体撮像素子チップ
上に形成された光導電膜と、この光導電膜上に形成され
た透明電極とを備えた固体撮像装置において、画素電極
を蓄積ダイオードと同し導電型の半導体膜で形成し、且
つ画素電極の一部に蓄積ダイオードと逆導電型の画素分
離領域を形成するよう１こしｔ二ものである。

（作用）本発明によれば、画素電極の一部を画素電極とは逆導電
型にして画素分離領域を形成しているので、画素分離の
ためにエツチング等により画素電極の一部を除去する必
要はなくなる。従って、画素電極の端部に段差か生しる
ことはなく、画素電極端部における電界集中による画像
欠陥の発生や欠陥密度なよる残像特性の劣化を未然に防
止することが可能となる。

（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固体撮像装置
の１画素構成を示す断面図である。

基本的な構造は、従来のインターライン転送型ＣＣＤ固
体撮像装置と同様であり、固体撮像素子チップ１０上に
光導電膜２０が積層され、さらにその上に透明電極２４
が形成されている。

即ち、ｐ型Ｓｉ基板１１の表面層には、信号電荷を蓄積
する信号電荷蓄積ダイオード１２がマトリックス状に形
成され、蓄積ダイオード１２の列に隣接してｎ型の埋込
みＣＣＤチャネル１３が形成されている。１４はチャネ
ルストッパとしてのｐ＋型層であり、これにより分離さ
れて同様のダイオード列と垂直ＣＣＤの組が縁り返し配
列形成されている。

ＣＣＤチャネル１３上には転送電極１５□。

１５２が形成されている。転送電極１５．は蓄積ダイオ
ード１２上まで延在して形成され、蓄積ダイオード１２
からＣＣＤチャネル１３への電荷読出しゲート（フィー
ルドシフトゲート）を兼ねている。転送ゲート１５１，
１５２か形成された基板上は層間絶縁膜１７に覆われて
平坦化されており、絶縁膜１７の蓄積ダイオード１２上
にはコンタクトホールが設けられている。

そして、このコンタクトホール内及び絶縁膜１７上に、
画素電極となるｎ型の多結晶Ｓｉ膜１８が形成され、表
面が平坦化されている。多結晶Ｓｉ膜１８の画素分離す
べき領域にはｐ＋反転層（画素分離領域）１９が形成さ
れ、これにより画素分離が行われている。

ここで、本装置は画素電極としてｎ型の多結晶Ｓｉ膜１
８を用いたことが従来装置とは大きく異なっている。こ
の多結晶Ｓｉ膜１８は金属膜に比して光の透過率が高い
ので、基板側１１への光の侵入を確実に防止するには、
絶縁膜１７中にＴｉやＭ　ｏ　Ｔ　ｉ等の光シールド層
１６を形成すればよい。なお、埋込みチャネルの０層１
３及び蓄積ダイオード１２には燐がドープされており、
さらに蓄積ダイオード１２中にはコンタクト開口後に例
えば砒素がイオン注入され、多結晶Ｓ　ｉ　［１１８と
オーミック接触を確保するものとなっている。

ここまでの構成で、固体撮像素子チップ１０が得られる
が、この固体撮像素子チップｌｏ上には、多結晶Ｓｉ膜
１８からの正孔の注入を阻止するａ−ＳｊＣ：Ｈ（ｉ＞
　Ｈ２１、光電変換を行うａ−８ｉ：Ｈ（＋）膜２２、
及び透明電極２４からの電子の侵入を阻止するａ−８ｉ
Ｃ：Ｈ（ｐ）膜２３の３層が積層されている。そして、
この光導電膜２゜上に透明電極２４としてＩＴＯ膜等が
形成されている。

次に、画素電極形成法の一例を第２図を参照して説明す
る。なお、第２図においては、説明を簡単にするために
、ＣＣＤチャネル１３．素子分離層１４．転送電極１５
及び光シールド層１６等は省略している。

まず、第２図（ａ）に示すように、絶縁膜１７にコンタ
クトホールを形成した後に、ＣＶＤ法等によりｎ型多結
晶Ｓｉ膜１８を絶縁膜１７上に形成すると共に、フンタ
クトホール内に埋め込んで表面を平坦化する。次いで、
第２図（ｂ）に示すように、ポジ型感光性レジスト２６
を全面に塗布し、フォトリソグラフィプロセスにより画
素分離部を開口する。続いて、レジスト２Ｂをマスクと
してｎ型多結晶Ｓｉ膜１８に、例えばボロンをイオン注
入する。これにより、第２図（Ｃ）に示すように、ｎ型
の多結晶Ｓｉ膜１８中に不活性領域としてｐ＋層１９が
形成される。

そして、この２４層１９は信号電荷に対して逆導電型で
あるので、画素分離領域として機能することになる。

また、固体撮像素子チップ１０上に形成する光導電膜２
０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（ｉ）膜２１は、暗導電率ａ　Ｄ−Ｉ　
Ｑ　−＋　３　／Ω”　ｃｍで、膜厚は１００〜１００
０人で、例えば５００人とする。ａ−３ｔ：Ｈ（ｉ）膜
２２は暗導電率σ。−１０−■／Ω・ｃｍで、光電変換
に必要にして十分な厚さとする。ａ−８ｊＣ：Ｈ（１）
）膜２３は膜厚１００〜１０００人で、例えば５００人
とする。

このように構成された積層型固体撮像装置では、ｎ型多
結晶Ｓｉ膜１８の一部にイオン注入法によりｐ゛反転層
（画素分離領域）１９を形成しているので、この画素分
離領域１９により画素間の信号電荷の移動を防ぐことが
できる。

そしてこの場合、画素電極１８の端部に段差が生じない
ので、光導電膜２０を平坦な面上に形成することができ
、段差に起因した画像欠陥の発生を未然に防止すること
ができる。また、光導電膜２０の堆積前に下地が平坦と
なっているので、光導電膜２０に所謂“す°が発生する
等の不都合も避けることができる。

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型の撮像素子チップを用いたが
、ＭＯＳ型やＢＢＤ型の固体撮像素子チップを用いて、
これにａ−８ｊ：）Ｉ等の光導電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。また、光導電
膜の製法は実施例のものに限らず、例えば光励起法によ
り製造してもよく、ａ−８ｉ　：　Ｈ以外にａ−８ｉＮ
：Ｈ。

ａ−８ｉＳｎ：Ｈ，さらにこれらにＦを含有するものを
用いた場合でも本発明は有効である。また、画素電極部
を形成する際には、多結晶シリコンやアモルファスシリ
コンを電子ビーム法等により単結晶化して、本実施例を
適用しても有効である。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、画素電極を信号電
荷蓄積ダイオードと同じ導電型の半導体膜で形成し、こ
の半導体膜の一部に逆導電型の画素分離領域を形成して
いるので、画素電極に段差を設けることなく画素分離を
行うことができる。従って、画素間の信号電荷の移動を
防ぐことかできるのは勿論のこと、光導電膜の下部に段
差か生じないため画像欠陥を防止することができ、良好
な再生画像を得ることか可能となる。

【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固体撮像装置
の１画素構成を示す断面図、第２図は同装置の画素電極
形成工程を示す断面図、第３図は従来装置の１画素構成
を示す断面図である。１０・・・固体撮像素子チップ、１１・・・ｐ型Ｓｉ基板、１２・・・ｎ型蓄積ダイオード、１３・・・ｎ型ＣＣＤチャネル、１４・・・ｐ＋型素子分離層、１５・・・転送電極、１６・・・光シールド層、１７・・・絶縁膜、１８・・・ｎ型多結晶シリコン膜（画素電極）、１９・
・・ｐ゛反転層（画素分離領域）、２０・・・光導電膜
、２４・・・透明電極、２６・・・レジスト。ｆｓ１図

Claims

【特許請求の範囲】半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード及び信号電荷読
出し部が形成され、且つ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、この固体撮像素子チップ上に形成された
光導電膜と、この光導電膜上に形成された透明電極とを
備えた固体撮像装置において、前記画素電極は、前記蓄積ダイオードと同じ導電型の半
導体膜からなり、該画素電極の一部に前記蓄積ダイオー
ドと逆導電型の画素分離領域を形成してなることを特徴
とする固体撮像装置。