JPH0624250B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JPH0624250B2 JPH0624250B2 JP59230949A JP23094984A JPH0624250B2 JP H0624250 B2 JPH0624250 B2 JP H0624250B2 JP 59230949 A JP59230949 A JP 59230949A JP 23094984 A JP23094984 A JP 23094984A JP H0624250 B2 JPH0624250 B2 JP H0624250B2
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- JP
- Japan
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- sensor
- amorphous silicon
- semiconductor layer
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/191—Photoconductor image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/10—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices being sensitive to infrared radiation, visible or ultraviolet radiation, and having no potential barriers, e.g. photoresistors
- H10F30/15—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices being sensitive to infrared radiation, visible or ultraviolet radiation, and having no potential barriers, e.g. photoresistors comprising amorphous semiconductors
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子に関する。
近年、光センサー材料として、プラスマＣＶＤ法、スパ
ッタリング法等で形成する非晶質珪素（ａ−Si）が注目
されている。該材料は可視光での光感度に優れておりイ
メージセンサー等の用途に期待されている。
ッタリング法等で形成する非晶質珪素（ａ−Si）が注目
されている。該材料は可視光での光感度に優れておりイ
メージセンサー等の用途に期待されている。
第２図に従来使用されている光センサーの概念図を示
す。第１図において、２１は珪素を含有する非晶質半導
体層、２２及び２３は電極で、光入射側の電極は透明電
極になっている。２４は基板である。
す。第１図において、２１は珪素を含有する非晶質半導
体層、２２及び２３は電極で、光入射側の電極は透明電
極になっている。２４は基板である。
この様なセンサーは、光入射によりセンサー内に発生し
た電流を一定時間積分して蓄積した後、アナログスイッ
チにより蓄積された信号電荷を順次読み出す方式や光セ
ンサー及びブロッキングダイオードから成る素子をマト
リクス配線により読み出し回路と接続する方式等により
駆動される場合が多い。従ってこの様なセンサーは、暗
電流が低く、光電流がセンサーに印加される電圧によら
ず、理論限界に近い値を有することが必要とされる。
た電流を一定時間積分して蓄積した後、アナログスイッ
チにより蓄積された信号電荷を順次読み出す方式や光セ
ンサー及びブロッキングダイオードから成る素子をマト
リクス配線により読み出し回路と接続する方式等により
駆動される場合が多い。従ってこの様なセンサーは、暗
電流が低く、光電流がセンサーに印加される電圧によら
ず、理論限界に近い値を有することが必要とされる。
ところが、非晶質珪素を用いた光センサーでは電極の材
質により、上記のセンサー特性が大きく異なることが一
般に知られている（JJAP ２１ (82) ２４５）。一般
に、下地電極としてクロム(Cr)を用いた場合に良好なセ
ンサー特性が得られることから、Crを下地電極とした非
晶質珪素光センサーの報告例が多くみられるが、この様
にセンサー特性から電極の材質が限定されることは好ま
しくない。すなわち、センサーを作製する工程数を少な
くするためには、センサー部の電極とセンサー周辺の配
線を同一工程で形成する必要があるが、Crは導電率がAl
等に比べると小さく、配線抵抗が大きくなる等の問題を
生ずることになり、電極の材質によるセンサー特性の変
動の少ないセンサー構造が望まれる。
質により、上記のセンサー特性が大きく異なることが一
般に知られている（JJAP ２１ (82) ２４５）。一般
に、下地電極としてクロム(Cr)を用いた場合に良好なセ
ンサー特性が得られることから、Crを下地電極とした非
晶質珪素光センサーの報告例が多くみられるが、この様
にセンサー特性から電極の材質が限定されることは好ま
しくない。すなわち、センサーを作製する工程数を少な
くするためには、センサー部の電極とセンサー周辺の配
線を同一工程で形成する必要があるが、Crは導電率がAl
等に比べると小さく、配線抵抗が大きくなる等の問題を
生ずることになり、電極の材質によるセンサー特性の変
動の少ないセンサー構造が望まれる。
又、下部電極を酸化インジウム錫（ITO）等とした基板
側から光が入射する構造のセンサーにおいても同様の問
題を生ずる。裏面光入射型のセンサー構造としては、Ｉ
ＴＯ及びAlを電極とし、非晶質窒化珪素膜をＩＴＯ側の
ブロッキング層、ボロン(B)をドーピングした非晶質珪
素層をAl側ブロッキング層として暗電流を低く押さえる
構造等が提案されているが、センサーに印加される電圧
が５Ｖ未満での光電流の立ち上がりが鈍いという問題点
を有しており（Ｊ of Non.-Cry.Solids '83 1227
他）、光電流特性を劣下せずに、暗電流を低く押さえる
ことのできるセンサー構造が望まれる。
側から光が入射する構造のセンサーにおいても同様の問
題を生ずる。裏面光入射型のセンサー構造としては、Ｉ
ＴＯ及びAlを電極とし、非晶質窒化珪素膜をＩＴＯ側の
ブロッキング層、ボロン(B)をドーピングした非晶質珪
素層をAl側ブロッキング層として暗電流を低く押さえる
構造等が提案されているが、センサーに印加される電圧
が５Ｖ未満での光電流の立ち上がりが鈍いという問題点
を有しており（Ｊ of Non.-Cry.Solids '83 1227
他）、光電流特性を劣下せずに、暗電流を低く押さえる
ことのできるセンサー構造が望まれる。
第３図は絶縁性透明基板上にITO/Pa-Si C/a-Si/na-Si C
/Al を順次積層した裏面光入射型センサーの暗電流及び
光電流の印加電圧依存性を示したものである。３１はＰ
Ｈ3/Si H420ppm（モル比）、３２はＰＨ3/Si H4
０．１％の流量比によりna−Si C 層を形成した場合の
暗電流特性、３１′及び３２′は450nmの光を１０μW/c
m２照射した場合の光電流特性を示す。図よりリンのド
ープ量が少ない場合には、低電界印加時の光電流の立ち
上がりが鈍くなり、逆にドープ量を増やすと立ち上がり
は急峻になるものの、暗電流が著しく増加することがわ
かる。
/Al を順次積層した裏面光入射型センサーの暗電流及び
光電流の印加電圧依存性を示したものである。３１はＰ
Ｈ3/Si H420ppm（モル比）、３２はＰＨ3/Si H4
０．１％の流量比によりna−Si C 層を形成した場合の
暗電流特性、３１′及び３２′は450nmの光を１０μW/c
m２照射した場合の光電流特性を示す。図よりリンのド
ープ量が少ない場合には、低電界印加時の光電流の立ち
上がりが鈍くなり、逆にドープ量を増やすと立ち上がり
は急峻になるものの、暗電流が著しく増加することがわ
かる。
第１の電極と、第２の電極と、前記第１及び第２の電極
間に設けられた非晶質シリコンを主体とする光導電層と
を備え、前記第１の電極が前記第２の電極に比べて相対
的に低い電位となるように電位が印加される固体撮像素
子において、 前記第１の電極と前記第２の電極との間に当該第２の電
極側から、非晶質シリコンを主体とし且つ炭素、酸素又
は窒素の少なくとも１つの元素を含有する第１の半導体
層、非晶質シリコンを主体とし且つ炭素と元素周期表中
第Ｖ−ｂ族の元素を含有する第２の半導体層、前記光電
変換層、及び非晶質シリコンを主体とし且つ炭素と元素
周期表中第III−ｂ族の元素を含有する第３の半導体層
を順次設けたことを特徴とする。
間に設けられた非晶質シリコンを主体とする光導電層と
を備え、前記第１の電極が前記第２の電極に比べて相対
的に低い電位となるように電位が印加される固体撮像素
子において、 前記第１の電極と前記第２の電極との間に当該第２の電
極側から、非晶質シリコンを主体とし且つ炭素、酸素又
は窒素の少なくとも１つの元素を含有する第１の半導体
層、非晶質シリコンを主体とし且つ炭素と元素周期表中
第Ｖ−ｂ族の元素を含有する第２の半導体層、前記光電
変換層、及び非晶質シリコンを主体とし且つ炭素と元素
周期表中第III−ｂ族の元素を含有する第３の半導体層
を順次設けたことを特徴とする。
本発明の上記の構造によれば、第１図の構造に於いて、
珪素を含有する非晶質半導体層１２をＰ型の非晶質炭化
珪素（Pa−Si C）とＮ型の非晶質珪素（na−Si）又はＮ
型の非晶質炭化珪素（na−Si C）で挾むことにより、ｐ
−ｉ−ｎ型構造として、ｉ層に内部電界を生じさせ、低
電界印加時の光電流の立ち上がりを急峻化することがで
きると同時に、電極の材質による仕事関数の違いに依存
して変化する非晶質半導体層１２のバンドの曲がりを電
極の材質によらず再現性よく生じさせることが可能とな
る。さらに又、非晶質炭化珪素（ａ−Si C）、非晶質酸
化珪素（ａ−Si OX）、非晶質窒化珪素（ａ−Si NX）又
は非晶質酸化窒化珪素（ａ−Si OX NY）等より成る高抵
抗層１３を設けることにより、電極１１に対して相対的
に低電位となる電極１６からのホールの注入を阻止し、
暗電流を低く押さえることができる。
珪素を含有する非晶質半導体層１２をＰ型の非晶質炭化
珪素（Pa−Si C）とＮ型の非晶質珪素（na−Si）又はＮ
型の非晶質炭化珪素（na−Si C）で挾むことにより、ｐ
−ｉ−ｎ型構造として、ｉ層に内部電界を生じさせ、低
電界印加時の光電流の立ち上がりを急峻化することがで
きると同時に、電極の材質による仕事関数の違いに依存
して変化する非晶質半導体層１２のバンドの曲がりを電
極の材質によらず再現性よく生じさせることが可能とな
る。さらに又、非晶質炭化珪素（ａ−Si C）、非晶質酸
化珪素（ａ−Si OX）、非晶質窒化珪素（ａ−Si NX）又
は非晶質酸化窒化珪素（ａ−Si OX NY）等より成る高抵
抗層１３を設けることにより、電極１１に対して相対的
に低電位となる電極１６からのホールの注入を阻止し、
暗電流を低く押さえることができる。
以上、述べた様に本発明のセンサー構造によれば、電極
の材質によらず、良好なセンサー特性が再現性よく得ら
れる。
の材質によらず、良好なセンサー特性が再現性よく得ら
れる。
第１図は、本発明の実施例におけるセンサー構造の概念
図を示す。第１図において、１１は透明電極、１２は珪
素を含有する非晶質半動体層、１３は珪素の他に炭素、
酸素、窒素のうちの少なくとも一つの元素を含有する非
晶質半導体層、１４は珪素及び炭素を含有する非晶質半
導体層で元素周期表中第III−ｂ族を５ppm〜５％混入し
て、Ｐ型としてある。１５は珪素を含有する非晶質半導
体層で元素周期表中第Ｖ−ｂ族を５ppm〜０．５％混入
して、Ｎ型としてある。さらに該半導体層１５に炭素を
混入する場合もある。１６は電極である。
図を示す。第１図において、１１は透明電極、１２は珪
素を含有する非晶質半動体層、１３は珪素の他に炭素、
酸素、窒素のうちの少なくとも一つの元素を含有する非
晶質半導体層、１４は珪素及び炭素を含有する非晶質半
導体層で元素周期表中第III−ｂ族を５ppm〜５％混入し
て、Ｐ型としてある。１５は珪素を含有する非晶質半導
体層で元素周期表中第Ｖ−ｂ族を５ppm〜０．５％混入
して、Ｎ型としてある。さらに該半導体層１５に炭素を
混入する場合もある。１６は電極である。
続いて、第４図に、本発明の実施例におけるセンサーの
暗電流及び光電流の印加電圧依存性を示す。第４図にお
いて、４１は暗電流特性を、４２は450nmの光を１０μW
/cm2照射した場合の光電流特性を示す。本発明のセンサ
ー構造によれば、暗電流を低く保ちつつ、低電界印加時
の光電流の立ち上がりを急峻にすることができる。
暗電流及び光電流の印加電圧依存性を示す。第４図にお
いて、４１は暗電流特性を、４２は450nmの光を１０μW
/cm2照射した場合の光電流特性を示す。本発明のセンサ
ー構造によれば、暗電流を低く保ちつつ、低電界印加時
の光電流の立ち上がりを急峻にすることができる。
尚、第４図に特性を示したセンサーは下地電極としてＩ
ＴＯ、上部電極としてAlを用いた場合を示してあるが、
下地にAl、上部にＩＴＯを用いた場合も同様の特性を示
す他、Cr、ニッケル(Ni)、ニクロム（Ni-Cr）、白金（P
t）、モリブデン（Mo）、酸化錫（Sn O2）等の種々の電
極材料を用いても、第４図に示した特性と類似した特性
が再現性よく得られた。
ＴＯ、上部電極としてAlを用いた場合を示してあるが、
下地にAl、上部にＩＴＯを用いた場合も同様の特性を示
す他、Cr、ニッケル(Ni)、ニクロム（Ni-Cr）、白金（P
t）、モリブデン（Mo）、酸化錫（Sn O2）等の種々の電
極材料を用いても、第４図に示した特性と類似した特性
が再現性よく得られた。
又、従来型と比べて、センサー特性のロット間のばらつ
き、又は製造装置によるばらつきが極めて小さくなり、
安定した特性のセンサーを再現性よく量産することが可
能となった。
き、又は製造装置によるばらつきが極めて小さくなり、
安定した特性のセンサーを再現性よく量産することが可
能となった。
さらに、ａ−Ｓｉ層を成膜後、上部電極を形成する工程
において、従来型のセンサーでは、ａ−Ｓｉをエッチン
グ後、上部電極を形成、エッチングする場合と、上部電
極を形成、エッチング後、ａ−Siをエッチングする場合
とで特性が大きく異なる場合がみられたが、本発明のセ
ンサーにおいては上記の様な特性の違いがほとんどみら
れなくなり非晶質半導体層と電極との安定した接合が得
られることがわかる。
において、従来型のセンサーでは、ａ−Ｓｉをエッチン
グ後、上部電極を形成、エッチングする場合と、上部電
極を形成、エッチング後、ａ−Siをエッチングする場合
とで特性が大きく異なる場合がみられたが、本発明のセ
ンサーにおいては上記の様な特性の違いがほとんどみら
れなくなり非晶質半導体層と電極との安定した接合が得
られることがわかる。
以上述べたように本発明によれば、暗電流を低く押さえ
つつ、センサーに印加される電圧が低い場合でも理論値
に近い光電流が得られ、かつ、電極の材質に依存せず上
記特性が再現性よく得られる。
つつ、センサーに印加される電圧が低い場合でも理論値
に近い光電流が得られ、かつ、電極の材質に依存せず上
記特性が再現性よく得られる。
さらに、製造装置やロット間でのセンサー特性のばらつ
きが極めて小さくなり、安定した特性が得られ、量産性
に優れた構造と言える。
きが極めて小さくなり、安定した特性が得られ、量産性
に優れた構造と言える。
尚、非晶質半導体層１３としては、ａ−Si C，ａ−Si N
X，ａ−SiOXNY，ａ−Si OX 等の高抵抗膜を用いること
が有効であるが中でもａ−Si C を用いた場合、暗電流
を低く押さえつつ、光電流の低電界印加時の立ち上がり
が急峻となることを確認した。又該半導体層に微量の元
素周期表中第Ｖ−ｂ族を混入することにより、光電流の
立ち上がりが急峻となる場合もある。
X，ａ−SiOXNY，ａ−Si OX 等の高抵抗膜を用いること
が有効であるが中でもａ−Si C を用いた場合、暗電流
を低く押さえつつ、光電流の低電界印加時の立ち上がり
が急峻となることを確認した。又該半導体層に微量の元
素周期表中第Ｖ−ｂ族を混入することにより、光電流の
立ち上がりが急峻となる場合もある。
又、非晶質半導体層１４には、na−Siを用いる場合と、
na−Si Cを用いる場合とがあるが、前者は光電流の低電
界印加時の急峻な立ち上がり特性を必要とする場合有効
であり、０．１Ｖ程度で飽和値の９０％まで立ち上がる
ことができるものの、暗電流を低く押さえる場合には半
導体層１３の膜厚を厚くする必要があり、結果として、
上記立ち上がりを鈍くすることとなることから、暗電流
よりも光電流の急峻な立ち上がりを必要とする場合に有
効な構造と言える。
na−Si Cを用いる場合とがあるが、前者は光電流の低電
界印加時の急峻な立ち上がり特性を必要とする場合有効
であり、０．１Ｖ程度で飽和値の９０％まで立ち上がる
ことができるものの、暗電流を低く押さえる場合には半
導体層１３の膜厚を厚くする必要があり、結果として、
上記立ち上がりを鈍くすることとなることから、暗電流
よりも光電流の急峻な立ち上がりを必要とする場合に有
効な構造と言える。
一方、na−Si Cを用いた場合は、上記立ち上がり特性
は、０．５Ｖ程度で９０％と低下するもののna−Siを用
いた場合と比べて、暗電流を低く保つことが容易である
ことから、暗電流を低く押さえる必要がある場合に有効
な構造と言える。
は、０．５Ｖ程度で９０％と低下するもののna−Siを用
いた場合と比べて、暗電流を低く保つことが容易である
ことから、暗電流を低く押さえる必要がある場合に有効
な構造と言える。
第１図は本発明の実施例におけるセンサー構造の概念
図。 第２図は従来型の概念図。 第３図は従来型のセンサー特性。 第４図は本発明の実施例のセンサー特性。 １１……透明電極 １２……ａ−Si層 １３……ａ−Si CX又はａ−Si OX又はａ−Si OX NY又は
ａ−Si NX層 １４……Pa−Si C層 １５……na−Si又はna−Si C層 １６……電極 ２１……ａ−Si層 ２２，２３……電極 ２４……基板 ３１，３２……暗電流特性 ３１′，３２′……光電流特性 ４１……暗電流特性 ４２……光電流特性
図。 第２図は従来型の概念図。 第３図は従来型のセンサー特性。 第４図は本発明の実施例のセンサー特性。 １１……透明電極 １２……ａ−Si層 １３……ａ−Si CX又はａ−Si OX又はａ−Si OX NY又は
ａ−Si NX層 １４……Pa−Si C層 １５……na−Si又はna−Si C層 １６……電極 ２１……ａ−Si層 ２２，２３……電極 ２４……基板 ３１，３２……暗電流特性 ３１′，３２′……光電流特性 ４１……暗電流特性 ４２……光電流特性
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7210−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｃ (56)参考文献 特開 昭57−39569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−124272（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202664（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】第１の電極と、第２の電極と、前記第１及
び第２の電極間に設けられた非晶質シリコンを主体とす
る光導電層とを備え、前記第１の電極が前記第２の電極
に比べて相対的に低い電位となるように電位が印加され
る固体撮像素子において、 前記第１の電極と前記第２の電極との間に当該第２の電
極側から、非晶質シリコンを主体とし且つ炭素、酸素又
は窒素の少なくとも１つの元素を含有する第１の半導体
層、非晶質シリコンを主体とし且つ炭素と元素周期表中
第Ｖ−ｂ族の元素を含有する第２の半導体層、前記光電
変換層、及び非晶質シリコンを主体とし且つ炭素と元素
周期表中第III−ｂ族の元素を含有する第３の半導体層
を順次設けたことを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59230949A JPH0624250B2 (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59230949A JPH0624250B2 (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61108165A JPS61108165A (ja) | 1986-05-26 |
| JPH0624250B2 true JPH0624250B2 (ja) | 1994-03-30 |
Family
ID=16915837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59230949A Expired - Fee Related JPH0624250B2 (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0624250B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0250485A (ja) * | 1988-08-12 | 1990-02-20 | Fujitsu Ltd | 光導電体 |
| JPH02244773A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-28 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 光センサー |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55124272A (en) * | 1979-03-19 | 1980-09-25 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device and method of fabricating the same |
| JPS5739569A (en) * | 1980-08-20 | 1982-03-04 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid state image pickup device |
| JPS59202664A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-16 | Toshiba Corp | 光電変換部材 |
| JPS59202663A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-16 | Toshiba Corp | 光電変換部材 |
-
1984
- 1984-11-01 JP JP59230949A patent/JPH0624250B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61108165A (ja) | 1986-05-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |