JPH08204164A - 積層型固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
積層型固体撮像装置及びその製造方法Info
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- JPH08204164A JPH08204164A JP7025805A JP2580595A JPH08204164A JP H08204164 A JPH08204164 A JP H08204164A JP 7025805 A JP7025805 A JP 7025805A JP 2580595 A JP2580595 A JP 2580595A JP H08204164 A JPH08204164 A JP H08204164A
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- imaging device
- insulating film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安易な構成で画素電極のエッジ部の電界集中
の緩和と積層面の平滑化を可能にした積層型固体撮像装
置及びその製造方法を提供する。 【構成】 半導体基板1にソース部2とドレイン部3を
形成すると共にゲート電極4を設けてMOSトランジス
タを構成し、第1の絶縁膜7を介してソース部2及びド
レイン部3に接続した第1の金属電極8,9を形成し、
更に第2の絶縁膜10を介して第1の金属電極8に接続さ
れた第2の金属電極11に接触させて画素電極12を形成
し、各画素電極12の間隙部に該画素電極12を熱水酸化し
て得られた絶縁膜13を備え、その上に第1の電荷注入阻
止層14,光電変換膜15,第2の電荷注入阻止層16,透明
電極17を順次積層して積層型固体撮像装置を構成する。
の緩和と積層面の平滑化を可能にした積層型固体撮像装
置及びその製造方法を提供する。 【構成】 半導体基板1にソース部2とドレイン部3を
形成すると共にゲート電極4を設けてMOSトランジス
タを構成し、第1の絶縁膜7を介してソース部2及びド
レイン部3に接続した第1の金属電極8,9を形成し、
更に第2の絶縁膜10を介して第1の金属電極8に接続さ
れた第2の金属電極11に接触させて画素電極12を形成
し、各画素電極12の間隙部に該画素電極12を熱水酸化し
て得られた絶縁膜13を備え、その上に第1の電荷注入阻
止層14,光電変換膜15,第2の電荷注入阻止層16,透明
電極17を順次積層して積層型固体撮像装置を構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、走査回路部上に光電
変換膜を積層して構成した積層型固体撮像装置及びその
製造方法に関する。
変換膜を積層して構成した積層型固体撮像装置及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、CCD等の固体撮像装置におい
ては、光電変換を行うフォトダイオード部(光電変換
部)と信号電荷読み出し回路部(走査回路部)とが、シ
リコン基板の同一平面上に配置されているため、入射さ
れた光の利用率が悪く、感度の向上には限界がある。
ては、光電変換を行うフォトダイオード部(光電変換
部)と信号電荷読み出し回路部(走査回路部)とが、シ
リコン基板の同一平面上に配置されているため、入射さ
れた光の利用率が悪く、感度の向上には限界がある。
【0003】そのため、従来、撮像管で使用されている
光電変換膜を固体撮像素子上に積層して構成した固体撮
像装置(光電変換膜積層型固体撮像装置とも呼ばれる)
が、例えば特公昭59−26154号やTV学会全国大
会予稿集1989. pp41〜42(a−Se膜+AMI撮像素子)
において提案されている。
光電変換膜を固体撮像素子上に積層して構成した固体撮
像装置(光電変換膜積層型固体撮像装置とも呼ばれる)
が、例えば特公昭59−26154号やTV学会全国大
会予稿集1989. pp41〜42(a−Se膜+AMI撮像素子)
において提案されている。
【0004】図10は、かかる積層型固体撮像装置の構成
例を示す断面図である。この構成例は、MOS型走査回
路基板上に光電変換膜を積層して構成したもので、2画
素部分の基本構造を示している。図10において、101 は
透明電極で、該透明電極101を透過した入射光102 によ
って光電変換膜103 中で電子・正孔対が発生し、透明電
極101 と画素電極104 の間に印加した電界によって、電
子又は正孔が画素電極104 まで光電変換膜103 中を走行
して蓄積される。各画素には画素電極104 に接続された
ソース部(電荷蓄積部)105 ,ドレイン部(電荷転送
部)106 ,及びゲート電極107 よりなるMOSスイッチ
が設けられており、このMOSスイッチを所定のタイミ
ングでON/OFFすることによって、蓄積された信号
電荷が順次出力されるようになっている。なお図10にお
いて、108 は半導体基板、109 は画素分離領域、110 ,
111 は絶縁膜、112 は電極、113 は電荷注入阻止層であ
る。
例を示す断面図である。この構成例は、MOS型走査回
路基板上に光電変換膜を積層して構成したもので、2画
素部分の基本構造を示している。図10において、101 は
透明電極で、該透明電極101を透過した入射光102 によ
って光電変換膜103 中で電子・正孔対が発生し、透明電
極101 と画素電極104 の間に印加した電界によって、電
子又は正孔が画素電極104 まで光電変換膜103 中を走行
して蓄積される。各画素には画素電極104 に接続された
ソース部(電荷蓄積部)105 ,ドレイン部(電荷転送
部)106 ,及びゲート電極107 よりなるMOSスイッチ
が設けられており、このMOSスイッチを所定のタイミ
ングでON/OFFすることによって、蓄積された信号
電荷が順次出力されるようになっている。なお図10にお
いて、108 は半導体基板、109 は画素分離領域、110 ,
111 は絶縁膜、112 は電極、113 は電荷注入阻止層であ
る。
【0005】そして、光電変換膜103 には、光導電性に
優れ暗抵抗が高く膜の形成が容易なことから、水素化非
晶質シリコン(a−SiH)やセレンを主体とする非晶質
半導体(a−Si)等が用いられ、必要に応じて、透明電
極101 と光電変換膜103 との間や画素電極104 と光電変
換膜103 との間には、各電極からの電荷注入を阻止する
電荷注入阻止層113 が設けられている(この構成例では
透明電極101 と光電変換膜103 との間にのみ設けてい
る)。また、走査回路部としては、MOSを主体とした
ものの他に、CCDを利用したものも知られている。
優れ暗抵抗が高く膜の形成が容易なことから、水素化非
晶質シリコン(a−SiH)やセレンを主体とする非晶質
半導体(a−Si)等が用いられ、必要に応じて、透明電
極101 と光電変換膜103 との間や画素電極104 と光電変
換膜103 との間には、各電極からの電荷注入を阻止する
電荷注入阻止層113 が設けられている(この構成例では
透明電極101 と光電変換膜103 との間にのみ設けてい
る)。また、走査回路部としては、MOSを主体とした
ものの他に、CCDを利用したものも知られている。
【0006】このような構成の積層型固体撮像装置で
は、撮像管に比べ装置の小型化が可能であり、また光電
変換部が装置の最上部に配置されるため、紫外線や青色
光等の短波長光の利用率も高くすることができ、また光
電変換膜材料を選択することによって分光感度を自由に
設計できる利点が得られる。例えば、撮像管のサチコン
に用いられているセレンを主体とした光電変換膜は、波
長400 nm付近の青色光に分光感度ピークをもち、また太
陽電池などに用いられる微結晶シリコンは、波長800 nm
付近の赤色光に分光感度ピークをもつことが知られてい
る。更に、前記サチコンと同じ材料を用い、アバランシ
ェ現象を利用して光電変換膜自体で信号増倍を行えるア
バランシェ増倍型の積層型固体撮像装置(特開昭63−
304551号)は、青色光に感度ピークをもつほか
に、利得が10を超えるような特性を示すものも得られて
いる。
は、撮像管に比べ装置の小型化が可能であり、また光電
変換部が装置の最上部に配置されるため、紫外線や青色
光等の短波長光の利用率も高くすることができ、また光
電変換膜材料を選択することによって分光感度を自由に
設計できる利点が得られる。例えば、撮像管のサチコン
に用いられているセレンを主体とした光電変換膜は、波
長400 nm付近の青色光に分光感度ピークをもち、また太
陽電池などに用いられる微結晶シリコンは、波長800 nm
付近の赤色光に分光感度ピークをもつことが知られてい
る。更に、前記サチコンと同じ材料を用い、アバランシ
ェ現象を利用して光電変換膜自体で信号増倍を行えるア
バランシェ増倍型の積層型固体撮像装置(特開昭63−
304551号)は、青色光に感度ピークをもつほか
に、利得が10を超えるような特性を示すものも得られて
いる。
【0007】ところが、このような積層型固体撮像装置
は、光電変換膜を走査回路部上に積層して構成するもの
であるため、下地となる走査回路部表面の凹凸に影響さ
れ、光電変換膜の平坦性が得られ難く、特に前記光電変
換膜内でのアバランシェ増倍動作を利用する光電変換膜
を積層する場合は、光電変換膜に約 1.2×106 V/cm以
上の高い電界を必要とするため、凸部に電界が集中する
など問題が多かった。この原因は、画素電極が島状に分
離していることに起因して、画素電極のエッジ部分にあ
る光電変換膜の方が、画素電極中央部の真上にある光電
変換膜よりも膜内電荷が強まり、局所的な電界集中が生
じるためである。
は、光電変換膜を走査回路部上に積層して構成するもの
であるため、下地となる走査回路部表面の凹凸に影響さ
れ、光電変換膜の平坦性が得られ難く、特に前記光電変
換膜内でのアバランシェ増倍動作を利用する光電変換膜
を積層する場合は、光電変換膜に約 1.2×106 V/cm以
上の高い電界を必要とするため、凸部に電界が集中する
など問題が多かった。この原因は、画素電極が島状に分
離していることに起因して、画素電極のエッジ部分にあ
る光電変換膜の方が、画素電極中央部の真上にある光電
変換膜よりも膜内電荷が強まり、局所的な電界集中が生
じるためである。
【0008】このような画素電極のエッジ部における電
界の集中を緩和させるための提案、更には積層面の平滑
化を目的とした提案が、従来なされている。例えば、特
開平5−167056号には、図9に示すように、画素
電極201 のエッジ部及び間隙部をシリコン酸化膜からな
る絶縁膜202 で被覆し、その上に電荷注入阻止層203を
介して光電変換膜204 を積層し、画素電極201 のエッジ
部における電界集中を緩和させるように構成した積層型
固体撮像装置が開示されている。また特開昭60−47
574号には、図10に示すように、画素電極301 の間隙
予定部へ酸素をイオン注入法で注入し加熱することによ
って、画素電極301 を部分的に酸化して絶縁膜302 を形
成し、その上に電荷注入阻止層303 を介して光電変換膜
304 を積層したものが開示されており、更には特開昭6
2−193277号には、同様に熱酸化法によって画素
電極間隙予定部に酸化絶縁膜を形成したものが開示され
ている。
界の集中を緩和させるための提案、更には積層面の平滑
化を目的とした提案が、従来なされている。例えば、特
開平5−167056号には、図9に示すように、画素
電極201 のエッジ部及び間隙部をシリコン酸化膜からな
る絶縁膜202 で被覆し、その上に電荷注入阻止層203を
介して光電変換膜204 を積層し、画素電極201 のエッジ
部における電界集中を緩和させるように構成した積層型
固体撮像装置が開示されている。また特開昭60−47
574号には、図10に示すように、画素電極301 の間隙
予定部へ酸素をイオン注入法で注入し加熱することによ
って、画素電極301 を部分的に酸化して絶縁膜302 を形
成し、その上に電荷注入阻止層303 を介して光電変換膜
304 を積層したものが開示されており、更には特開昭6
2−193277号には、同様に熱酸化法によって画素
電極間隙予定部に酸化絶縁膜を形成したものが開示され
ている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図9に示す
ような、各画素電極間隙部に絶縁膜202 を埋め込み被覆
する構成のものにおいては、絶縁膜を形成するための工
程が複雑で、歩留りが低下するという問題点がある。ま
た図10に示すようなイオン注入により絶縁膜302を形成
する構成のものにおいては、画素電極の膜厚如何によっ
ては高い加速電圧を必要とし、絶縁膜を完全に形成させ
るための製造上の問題点があり、また熱酸化により絶縁
膜を形成する場合には、画素電極の所望部分以外の部分
への酸化が進行し、所望の絶縁膜を安定的に形成できな
いという問題点がある。
ような、各画素電極間隙部に絶縁膜202 を埋め込み被覆
する構成のものにおいては、絶縁膜を形成するための工
程が複雑で、歩留りが低下するという問題点がある。ま
た図10に示すようなイオン注入により絶縁膜302を形成
する構成のものにおいては、画素電極の膜厚如何によっ
ては高い加速電圧を必要とし、絶縁膜を完全に形成させ
るための製造上の問題点があり、また熱酸化により絶縁
膜を形成する場合には、画素電極の所望部分以外の部分
への酸化が進行し、所望の絶縁膜を安定的に形成できな
いという問題点がある。
【0010】本発明は、従来提案された積層型固体撮像
装置における上記問題点を解消するためになされたもの
で、請求項1記載の発明は、極めて安易な手段で画素電
極のエッジ部の電界集中の緩和と積層面の平滑化を可能
にしたアバランシェ増倍型の積層型固体撮像装置を提供
することを目的とする。また請求項2記載の発明は、請
求項1記載の積層型固体撮像装置における熱水酸化によ
る絶縁膜の形成しやすい画素電極材料を提供することを
目的とし、請求項3及び4記載の発明は、請求項1又は
2記載の積層型固体撮像装置において、平坦化された光
電変換膜における感度を一層向上させた積層型固体撮像
装置を提供することを目的とする。また請求項5記載の
発明の積層型固体撮像装置における熱水酸化による絶縁
膜の極めて安易な製造方法を提供することを目的とす
る。
装置における上記問題点を解消するためになされたもの
で、請求項1記載の発明は、極めて安易な手段で画素電
極のエッジ部の電界集中の緩和と積層面の平滑化を可能
にしたアバランシェ増倍型の積層型固体撮像装置を提供
することを目的とする。また請求項2記載の発明は、請
求項1記載の積層型固体撮像装置における熱水酸化によ
る絶縁膜の形成しやすい画素電極材料を提供することを
目的とし、請求項3及び4記載の発明は、請求項1又は
2記載の積層型固体撮像装置において、平坦化された光
電変換膜における感度を一層向上させた積層型固体撮像
装置を提供することを目的とする。また請求項5記載の
発明の積層型固体撮像装置における熱水酸化による絶縁
膜の極めて安易な製造方法を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項1記載の発明は、半導体基板上に信
号電荷蓄積部及び信号読み出し部を画素毎に形成し、且
つ各信号電荷蓄積部に電気的に接続された各画素電極を
有する走査回路部上に、光電変換膜を積層してなる積層
型固体撮像装置において、前記隣接する各画素電極の間
隙部に、該画素電極の熱水酸化により形成された絶縁膜
を備えていることを特徴とするものである。
決するため、請求項1記載の発明は、半導体基板上に信
号電荷蓄積部及び信号読み出し部を画素毎に形成し、且
つ各信号電荷蓄積部に電気的に接続された各画素電極を
有する走査回路部上に、光電変換膜を積層してなる積層
型固体撮像装置において、前記隣接する各画素電極の間
隙部に、該画素電極の熱水酸化により形成された絶縁膜
を備えていることを特徴とするものである。
【0012】このように隣接する画素電極間に熱水酸化
による絶縁膜を形成することにより、極めて安易な構成
で画素電極のエッジ部の電界集中を緩和し、また光電変
換膜の下地の平坦化を図ることができる。
による絶縁膜を形成することにより、極めて安易な構成
で画素電極のエッジ部の電界集中を緩和し、また光電変
換膜の下地の平坦化を図ることができる。
【0013】また請求項2記載の発明は、前記画素電極
を、アルミニウム,アルミニウムシリコン,多結晶シリ
コンの何れか一種又は二種以上の材料で構成するもので
ある。このような材料で画素電極を構成することによ
り、容易に熱水酸化による絶縁膜を形成することができ
る。
を、アルミニウム,アルミニウムシリコン,多結晶シリ
コンの何れか一種又は二種以上の材料で構成するもので
ある。このような材料で画素電極を構成することによ
り、容易に熱水酸化による絶縁膜を形成することができ
る。
【0014】また請求項3記載の発明は、請求項1又は
2記載の発明において、光電変換膜を、セレン,非晶質
シリコン,又はシリコン,ガリウム砒素の結晶体を主体
とする半導体で構成するものであり、また請求項4記載
の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明に
おいて、光電変換膜内に電荷増倍作用が生じる強さの電
界を印加する手段を設けるものである。このように光電
変換膜の材料を選定し、更に電荷増倍作用が生じる強さ
の電界を印加する手段を設けることにより、平坦化され
た光電変換膜におけるアバランシェ増倍効果により、高
感度の積層型固体撮像装置を実現することができる。
2記載の発明において、光電変換膜を、セレン,非晶質
シリコン,又はシリコン,ガリウム砒素の結晶体を主体
とする半導体で構成するものであり、また請求項4記載
の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明に
おいて、光電変換膜内に電荷増倍作用が生じる強さの電
界を印加する手段を設けるものである。このように光電
変換膜の材料を選定し、更に電荷増倍作用が生じる強さ
の電界を印加する手段を設けることにより、平坦化され
た光電変換膜におけるアバランシェ増倍効果により、高
感度の積層型固体撮像装置を実現することができる。
【0015】また請求項5記載の発明は、前記請求項1
〜4のいずれか1項に記載の積層型固体撮像装置の製造
方法において、隣接する画素電極の間隙予定部に対して
60〜100℃の熱水により熱水酸化処理を行い、各画素電
極に分離するための絶縁膜を形成する工程を備えている
ものである。このような工程により、極めて容易に熱水
酸化による絶縁膜を形成することができる。
〜4のいずれか1項に記載の積層型固体撮像装置の製造
方法において、隣接する画素電極の間隙予定部に対して
60〜100℃の熱水により熱水酸化処理を行い、各画素電
極に分離するための絶縁膜を形成する工程を備えている
ものである。このような工程により、極めて容易に熱水
酸化による絶縁膜を形成することができる。
【0016】
【実施例】次に実施例について説明する。図1の
(A),(B)は、本発明に係る積層型固体撮像装置の
基本的な実施例を示す断面図及び走査回路部の上面図で
ある。図1の(A),(B)において、1は半導体基
板、2は該基板1上に形成されたソース部(電荷蓄積
部)、3はドレイン部(電荷転送部)、4はゲート電極
で、ソース部2とドレイン部3とゲート電極4とでMO
Sトランジスタを構成している。5は素子分離領域、6
はフィールド酸化膜、7は第1の絶縁膜、8,9はソー
ス部2及びドレイン部3に接続された第1の金属電極、
10は第2の絶縁膜、11は第2の金属電極、12はソース部
2に第1及び第2の金属電極8,11を介して接続された
アルミニウムからなる画素電極で、各画素電極12,12間
にはアルミニウムからなる画素電極12を熱水酸化して得
られた絶縁膜13が形成され、走査回路部が構成されてい
る。
(A),(B)は、本発明に係る積層型固体撮像装置の
基本的な実施例を示す断面図及び走査回路部の上面図で
ある。図1の(A),(B)において、1は半導体基
板、2は該基板1上に形成されたソース部(電荷蓄積
部)、3はドレイン部(電荷転送部)、4はゲート電極
で、ソース部2とドレイン部3とゲート電極4とでMO
Sトランジスタを構成している。5は素子分離領域、6
はフィールド酸化膜、7は第1の絶縁膜、8,9はソー
ス部2及びドレイン部3に接続された第1の金属電極、
10は第2の絶縁膜、11は第2の金属電極、12はソース部
2に第1及び第2の金属電極8,11を介して接続された
アルミニウムからなる画素電極で、各画素電極12,12間
にはアルミニウムからなる画素電極12を熱水酸化して得
られた絶縁膜13が形成され、走査回路部が構成されてい
る。
【0017】そして、このように構成された走査回路部
上には、第1の電荷注入阻止層14を介して光電変換膜15
が積層され、更に光電変換膜15上には第2の電荷注入阻
止層16を介して透明電極17を形成して、積層型固体撮像
装置を構成している。
上には、第1の電荷注入阻止層14を介して光電変換膜15
が積層され、更に光電変換膜15上には第2の電荷注入阻
止層16を介して透明電極17を形成して、積層型固体撮像
装置を構成している。
【0018】ところで画素電極の熱水酸化処理に当たっ
て、アルミニウムの熱水酸化処理における処理時間と、
深さ方向に形成される酸化膜の膜厚との関係を実験によ
り求めたところ、図2に示すような結果が得られ、指数
関数的に酸化が進行することが判明した。なお、この
際、熱水としては80℃の純水を用いた。よって、この実
験結果を利用して、画素電極の膜厚に応じて処理時間を
設定し、画素電極の間隙予定領域の熱水酸化処理を行
う。
て、アルミニウムの熱水酸化処理における処理時間と、
深さ方向に形成される酸化膜の膜厚との関係を実験によ
り求めたところ、図2に示すような結果が得られ、指数
関数的に酸化が進行することが判明した。なお、この
際、熱水としては80℃の純水を用いた。よって、この実
験結果を利用して、画素電極の膜厚に応じて処理時間を
設定し、画素電極の間隙予定領域の熱水酸化処理を行
う。
【0019】この熱水酸化処理は、画素電極自体を酸化
させるものであるため、酸化時の結晶構造転移により体
積が膨脹する。したがって、この画素電極12の間隙予定
領域に形成された絶縁膜13は、画素電極12の表面より光
電変換膜15側に凸状になる。したがって、光電変換膜15
の電界集中が起こりやすい凹凸部(うねり)は、この絶
縁膜13の凸部の上部にあたるため、電界集中によるリー
ク電流が生じるおそれはなくなる。また電界は画素電極
12の上部に均等に印加されるため、光電変換膜15のアバ
ランシェ増倍作用が生じやすくなる。なお、アバランシ
ェ増倍作用をもたせるには、膜厚2μmのアモルファス
セレンを光電変換膜に用いる場合、透明電極17と画素電
極12間に、外部電源により240 V程度の電圧を印加す
る。
させるものであるため、酸化時の結晶構造転移により体
積が膨脹する。したがって、この画素電極12の間隙予定
領域に形成された絶縁膜13は、画素電極12の表面より光
電変換膜15側に凸状になる。したがって、光電変換膜15
の電界集中が起こりやすい凹凸部(うねり)は、この絶
縁膜13の凸部の上部にあたるため、電界集中によるリー
ク電流が生じるおそれはなくなる。また電界は画素電極
12の上部に均等に印加されるため、光電変換膜15のアバ
ランシェ増倍作用が生じやすくなる。なお、アバランシ
ェ増倍作用をもたせるには、膜厚2μmのアモルファス
セレンを光電変換膜に用いる場合、透明電極17と画素電
極12間に、外部電源により240 V程度の電圧を印加す
る。
【0020】図3は、本発明と図8に示した従来例にお
ける信号電流と暗電流の光電変換膜印加電圧依存性を比
較して示す図であり、α,βは本発明における信号電流
と暗電流を示し、α′,β′は図8に示した従来例の信
号電流と暗電流を示している。図3に示すように、信号
電流と光電変換膜印加電圧との関係は、A,B,Cの3
領域に分けられる。領域Aは、信号電流が電界の増加と
共に増大するが、入射光によって生成した電子・正孔対
が再結合することが多く、撮像装置としての実効量子効
率は1以下である。領域Bでは、生成した電子・正孔対
の大部分が再結合することなく電界により分離されるた
め、透明電極側及び画素電極側にそれぞれ移動する。こ
の領域では信号電流が印加電界に対し飽和する傾向を示
し、またその飽和量子効率はほぼ1になる。しかし、入
射光子が全て電子・正孔対に変換され、更に信号電流と
なる場合の1を越えることはない。
ける信号電流と暗電流の光電変換膜印加電圧依存性を比
較して示す図であり、α,βは本発明における信号電流
と暗電流を示し、α′,β′は図8に示した従来例の信
号電流と暗電流を示している。図3に示すように、信号
電流と光電変換膜印加電圧との関係は、A,B,Cの3
領域に分けられる。領域Aは、信号電流が電界の増加と
共に増大するが、入射光によって生成した電子・正孔対
が再結合することが多く、撮像装置としての実効量子効
率は1以下である。領域Bでは、生成した電子・正孔対
の大部分が再結合することなく電界により分離されるた
め、透明電極側及び画素電極側にそれぞれ移動する。こ
の領域では信号電流が印加電界に対し飽和する傾向を示
し、またその飽和量子効率はほぼ1になる。しかし、入
射光子が全て電子・正孔対に変換され、更に信号電流と
なる場合の1を越えることはない。
【0021】従来例の撮像装置は、この領域Bにおいて
作動させているが、本発明では領域Cにおいて作動させ
ている。領域Cにおいては、光電変換膜としてアモルフ
ァスセレンを用いた場合、透明電極が正になるように約
1.2×106 V/cmの電界を印加する。この状態で光が光
電変換膜に入射すると、領域A,Bの場合と同様に、電
子・正孔対を生成した後、電子は透明電極側に、正孔は
光電変換膜内を走行し、画素電極側へ移動するが、その
途中でアバランシェ現象によって次々に新たな電子・正
孔対を生成する。このため、量子効率は光電変換膜内の
正孔の走行距離に比例するが、膜厚が2μmの場合、青
色光入射で約30という高い値が得られ、また本発明に係
る積層型固体撮像装置は白傷が少なく、焼き付きや残像
も認められないという特徴をもっている。
作動させているが、本発明では領域Cにおいて作動させ
ている。領域Cにおいては、光電変換膜としてアモルフ
ァスセレンを用いた場合、透明電極が正になるように約
1.2×106 V/cmの電界を印加する。この状態で光が光
電変換膜に入射すると、領域A,Bの場合と同様に、電
子・正孔対を生成した後、電子は透明電極側に、正孔は
光電変換膜内を走行し、画素電極側へ移動するが、その
途中でアバランシェ現象によって次々に新たな電子・正
孔対を生成する。このため、量子効率は光電変換膜内の
正孔の走行距離に比例するが、膜厚が2μmの場合、青
色光入射で約30という高い値が得られ、また本発明に係
る積層型固体撮像装置は白傷が少なく、焼き付きや残像
も認められないという特徴をもっている。
【0022】次に、本発明に係る積層型固体撮像装置の
製造方法の第1実施例を、図4〜図6に示す製造工程図
に基づいて説明する。この実施例においては走査回路部
にMOSトランジスタを備えている構成について説明す
る。まず、図4の(A)に示すように、半導体基板21の
表面層でトランジスタ領域に相当する部分22を除く領域
に、素子分離領域23を備えたフィールド酸化膜24を形成
し、次いでゲート絶縁膜25を形成する。次に、図4の
(B)に示すように、多結晶シリコンあるいはMo等の
高融点金属よりなるゲート電極26を形成し、更に、不純
物をイオン注入してトランジスタのソース部27とドレイ
ン部28を形成する。次いで、図4の(C)に示すよう
に、この上に第1の絶縁膜29を堆積した後、第1の絶縁
膜29に設けたコンタクトホール30を介して、ソース部27
及びドレイン部28とそれぞれ電気的に接続した第1の金
属電極31,32を形成する。再び同様にして、図4の
(D)に示すように、この上に第2の絶縁膜33を堆積し
た後、第2の絶縁膜33に設けたコンタクトホール34を介
して、ソース部27と電気的に導通されている第1の金属
電極31に接続して第2の金属電極膜を形成し、画素毎に
分離して第2の金属電極35を形成する。
製造方法の第1実施例を、図4〜図6に示す製造工程図
に基づいて説明する。この実施例においては走査回路部
にMOSトランジスタを備えている構成について説明す
る。まず、図4の(A)に示すように、半導体基板21の
表面層でトランジスタ領域に相当する部分22を除く領域
に、素子分離領域23を備えたフィールド酸化膜24を形成
し、次いでゲート絶縁膜25を形成する。次に、図4の
(B)に示すように、多結晶シリコンあるいはMo等の
高融点金属よりなるゲート電極26を形成し、更に、不純
物をイオン注入してトランジスタのソース部27とドレイ
ン部28を形成する。次いで、図4の(C)に示すよう
に、この上に第1の絶縁膜29を堆積した後、第1の絶縁
膜29に設けたコンタクトホール30を介して、ソース部27
及びドレイン部28とそれぞれ電気的に接続した第1の金
属電極31,32を形成する。再び同様にして、図4の
(D)に示すように、この上に第2の絶縁膜33を堆積し
た後、第2の絶縁膜33に設けたコンタクトホール34を介
して、ソース部27と電気的に導通されている第1の金属
電極31に接続して第2の金属電極膜を形成し、画素毎に
分離して第2の金属電極35を形成する。
【0023】次に、図5の(A)に示すように、無機
系,有機系のいずれか一方又は両方を用いたSOG(Sp
in-on-Glass )法や、TEOS(Tetra Ethoxy Silan)
法、ポリイミド塗布法などで、厚さ数μm〜数10μmの
平坦化された第3の絶縁膜36を形成する。そして、この
第3の絶縁膜36の平坦化表面37を、第2の金属電極35の
頂部35aが露出するまでエッチバックする。次いで、図
5の(B)に示すように、その上にアルミニウム,アル
ミニウムシリコン,多結晶シリコン等の何れか一種、又
は二種以上の材料からの画素電極層38を形成する。この
時、下地の形状を受けて画素電極層38の表面38aも平坦
化される。次に図5の(C)に示すように、平坦化され
た画素電極層38上に、画素電極の間隙予定部39を開口し
たレジストパターン40を形成する。そしてレジストパタ
ーン40を 150℃のN2 雰囲気中で30分ベークして硬化さ
せる。
系,有機系のいずれか一方又は両方を用いたSOG(Sp
in-on-Glass )法や、TEOS(Tetra Ethoxy Silan)
法、ポリイミド塗布法などで、厚さ数μm〜数10μmの
平坦化された第3の絶縁膜36を形成する。そして、この
第3の絶縁膜36の平坦化表面37を、第2の金属電極35の
頂部35aが露出するまでエッチバックする。次いで、図
5の(B)に示すように、その上にアルミニウム,アル
ミニウムシリコン,多結晶シリコン等の何れか一種、又
は二種以上の材料からの画素電極層38を形成する。この
時、下地の形状を受けて画素電極層38の表面38aも平坦
化される。次に図5の(C)に示すように、平坦化され
た画素電極層38上に、画素電極の間隙予定部39を開口し
たレジストパターン40を形成する。そしてレジストパタ
ーン40を 150℃のN2 雰囲気中で30分ベークして硬化さ
せる。
【0024】次に、このように処理したウエハ全体を、
80℃に温めた純水へ浸し、図6の(A)に示すように、
画素電極の間隙予定部39を酸化し、絶縁膜からなる画素
分離領域41を形成する。この際の酸化条件は、200 nmの
膜厚のアルミニウムからなる画素電極膜の場合は、約10
分程度である。次いでウエハを乾燥させた後、レジスト
パターン40を剥離することにより、画素分離領域41と平
滑化した画素電極42が形成された走査回路部が得られ
る。
80℃に温めた純水へ浸し、図6の(A)に示すように、
画素電極の間隙予定部39を酸化し、絶縁膜からなる画素
分離領域41を形成する。この際の酸化条件は、200 nmの
膜厚のアルミニウムからなる画素電極膜の場合は、約10
分程度である。次いでウエハを乾燥させた後、レジスト
パターン40を剥離することにより、画素分離領域41と平
滑化した画素電極42が形成された走査回路部が得られ
る。
【0025】次に、上記のように構成された走査回路部
の画素分離領域41と画素電極42上に、図6の(B)に示
すように、3硫化アンチモン(Sb2 S3 )や3セレン化
砒素(As2 Se3 )等からなる第1の電荷注入阻止層43を
形成する。次いで、アモルファスセレン(a−Se)を主
体とした光電変換膜44を形成する。この際、同時に砒素
(As)やテルル(Te)をドープして耐熱性や分光感度を
制御する。次に、酸化セリウム(CeO2 ),酸化ゲルマ
ニウム(GeO2 )等からなる第2の電荷注入阻止層45を
形成する。次いで、ITO(インジウム−錫酸化膜)か
らなる透光性電極46を形成して、積層型固体撮像装置を
完成する。この工程については、阻止型撮像管ターゲッ
ト製造工程を用いる。
の画素分離領域41と画素電極42上に、図6の(B)に示
すように、3硫化アンチモン(Sb2 S3 )や3セレン化
砒素(As2 Se3 )等からなる第1の電荷注入阻止層43を
形成する。次いで、アモルファスセレン(a−Se)を主
体とした光電変換膜44を形成する。この際、同時に砒素
(As)やテルル(Te)をドープして耐熱性や分光感度を
制御する。次に、酸化セリウム(CeO2 ),酸化ゲルマ
ニウム(GeO2 )等からなる第2の電荷注入阻止層45を
形成する。次いで、ITO(インジウム−錫酸化膜)か
らなる透光性電極46を形成して、積層型固体撮像装置を
完成する。この工程については、阻止型撮像管ターゲッ
ト製造工程を用いる。
【0026】このようにして製造された積層型固体撮像
装置においては、走査回路部上の画素電極42から絶縁膜
で形成された画素分離領域41への形状は、緩やかなテー
パになっており、しかも電界が集中しやすい形状である
ところの凸部は、絶縁膜からなる画素分離領域41の凸部
であるため、電界集中によるリーク電流が流れるおそれ
は生じない。
装置においては、走査回路部上の画素電極42から絶縁膜
で形成された画素分離領域41への形状は、緩やかなテー
パになっており、しかも電界が集中しやすい形状である
ところの凸部は、絶縁膜からなる画素分離領域41の凸部
であるため、電界集中によるリーク電流が流れるおそれ
は生じない。
【0027】次に、製造方法の第2実施例を図7の
(A)〜(C)に基づいて説明する。この実施例は、画
素電極を予め形成しておいて、各画素電極のエッジ部分
に絶縁膜を形成するものである。したがって、第1実施
例の図5の(A)に示す第3の絶縁膜36の平坦化表面37
を、第2の金属電極35の頂部35aが露出するまでエッチ
バックするまでの工程は、第1実施例と同様である。本
実施例においては、次いで、図7の(A)に示すよう
に、画素毎に形成された第2の金属電極35に対応させ、
該第2の金属電極35に接触させて画素電極51を形成す
る。次いで、画素電極51のエッジ部を開口したレジスト
パターン52を形成し、該レジストパターン52を 150℃の
N2 雰囲気中で30分間ベークして硬化させる。次に、こ
のようにレジストパターン52を形成したウェハ全体を80
℃に温めた純水へ浸し、画素電極51のエッジ部を酸化処
理して、絶縁膜53を形成する。この際の酸化処理条件
は、第1実施例より短時間の1〜5分程度でよい。次い
で、ウェハを乾燥させた後、レジストパターン52を剥離
して除去することにより、図7の(B)に示すように、
エッジ部に絶縁膜53を形成した平滑化された画素電極51
が得られる。次いで、図7の(C)に示すように、第1
実施例と同様に、第1の電荷注入阻止層43,光電変換膜
44,第2の電荷注入阻止層45及び透光性電極46を順次積
層して、積層型固体撮像装置を完成する。
(A)〜(C)に基づいて説明する。この実施例は、画
素電極を予め形成しておいて、各画素電極のエッジ部分
に絶縁膜を形成するものである。したがって、第1実施
例の図5の(A)に示す第3の絶縁膜36の平坦化表面37
を、第2の金属電極35の頂部35aが露出するまでエッチ
バックするまでの工程は、第1実施例と同様である。本
実施例においては、次いで、図7の(A)に示すよう
に、画素毎に形成された第2の金属電極35に対応させ、
該第2の金属電極35に接触させて画素電極51を形成す
る。次いで、画素電極51のエッジ部を開口したレジスト
パターン52を形成し、該レジストパターン52を 150℃の
N2 雰囲気中で30分間ベークして硬化させる。次に、こ
のようにレジストパターン52を形成したウェハ全体を80
℃に温めた純水へ浸し、画素電極51のエッジ部を酸化処
理して、絶縁膜53を形成する。この際の酸化処理条件
は、第1実施例より短時間の1〜5分程度でよい。次い
で、ウェハを乾燥させた後、レジストパターン52を剥離
して除去することにより、図7の(B)に示すように、
エッジ部に絶縁膜53を形成した平滑化された画素電極51
が得られる。次いで、図7の(C)に示すように、第1
実施例と同様に、第1の電荷注入阻止層43,光電変換膜
44,第2の電荷注入阻止層45及び透光性電極46を順次積
層して、積層型固体撮像装置を完成する。
【0028】このようにして製造された積層型固体撮像
装置においても、走査回路部上の画素電極51から絶縁膜
53への形状は、緩やかなテーパになっているが、第2実
施例により画素電極51のエッジ部に形成された絶縁膜53
は薄いため、画素電極51と絶縁膜53とはほぼ同一面上に
位置するようになる。そしてこの実施例による積層型固
体撮像装置においても、電界が集中しやすい画素電極の
エッジ部には、酸化膜からなる絶縁膜が形成されている
ため、リーク電流が流れるおそれはない。
装置においても、走査回路部上の画素電極51から絶縁膜
53への形状は、緩やかなテーパになっているが、第2実
施例により画素電極51のエッジ部に形成された絶縁膜53
は薄いため、画素電極51と絶縁膜53とはほぼ同一面上に
位置するようになる。そしてこの実施例による積層型固
体撮像装置においても、電界が集中しやすい画素電極の
エッジ部には、酸化膜からなる絶縁膜が形成されている
ため、リーク電流が流れるおそれはない。
【0029】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項1記載の発明によれば、隣接する画素電極間に熱
水酸化による絶縁膜を形成することにより、極めて安易
な構成で画素電極のエッジ部の電界集中を緩和し、また
光電変換膜の下地の平坦化を図ることができる。また請
求項2記載の発明によれば、容易に熱水酸化による絶縁
膜を形成することができ、また請求項3及び4記載の発
明によれば、平坦化された光電変換膜におけるアバラン
シェ増倍効果により、高感度の積層型固体撮像装置が得
られる。また請求項5記載の発明によれば、極めて容易
に熱水酸化による絶縁膜を形成することができる積層型
固体撮像装置の製造方法を実現することができる。
請求項1記載の発明によれば、隣接する画素電極間に熱
水酸化による絶縁膜を形成することにより、極めて安易
な構成で画素電極のエッジ部の電界集中を緩和し、また
光電変換膜の下地の平坦化を図ることができる。また請
求項2記載の発明によれば、容易に熱水酸化による絶縁
膜を形成することができ、また請求項3及び4記載の発
明によれば、平坦化された光電変換膜におけるアバラン
シェ増倍効果により、高感度の積層型固体撮像装置が得
られる。また請求項5記載の発明によれば、極めて容易
に熱水酸化による絶縁膜を形成することができる積層型
固体撮像装置の製造方法を実現することができる。
【図1】本発明に係る積層型固体撮像装置の基本的な実
施例を示す断面図及びその走査回路部の上面図である。
施例を示す断面図及びその走査回路部の上面図である。
【図2】熱水酸化処理におけるアルミニウムの処理時間
と酸化膜の膜厚との関係を示す図である。
と酸化膜の膜厚との関係を示す図である。
【図3】本発明と従来例における信号電流と暗電流の光
電変換膜印加電圧依存性を示す図である。
電変換膜印加電圧依存性を示す図である。
【図4】本発明に係る積層型固体撮像装置の製造方法の
第1実施例を説明するための製造工程を示す図である。
第1実施例を説明するための製造工程を示す図である。
【図5】図4に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図6】図5に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図7】本発明に係る積層型固体撮像装置の製造方法の
第2実施例を説明するための製造工程を示す図である。
第2実施例を説明するための製造工程を示す図である。
【図8】従来の積層型固体撮像装置の構成例を示す断面
図である。
図である。
【図9】従来の積層型固体撮像装置の他の構成例を示す
断面図である。
断面図である。
【図10】従来の積層型固体撮像装置の更に他の構成例を
示す断面図である。
示す断面図である。
1 半導体基板 2 ソース部 3 ドレイン部 4 ゲート電極 5 素子分離領域 6 フィールド酸化膜 7 第1の絶縁膜 8,9 第1の金属電極 10 第2の絶縁膜 11 第2の金属電極 12 画素電極 13 絶縁膜 14 第1の電荷注入阻止層 15 光電変換膜 16 第2の電荷注入阻止層 17 透明電極 21 半導体基板 23 素子分離領域 24 フィールド酸化膜 25 ゲート絶縁膜 26 ゲート電極 27 ソース部 28 ドレイン部 29 第1の絶縁膜 30 コンタクトホール 31,32 第1の金属電極 33 第2の絶縁膜 34 コンタクトホール 35 第2の金属電極 36 第3の絶縁膜 37 平坦化表面 38 画素電極層 39 間隙予定部 40 レジストパターン 41 画素分離領域 42 画素電極 43 第1の電荷注入阻止層 44 光電変換膜 45 第2の電荷注入阻止層 51 画素電極 52 レジストパターン 53 絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 文彦 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 小杉 美津男 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板上に信号電荷蓄積部及び信号
読み出し部を画素毎に形成し、且つ各信号電荷蓄積部に
電気的に接続された各画素電極を有する走査回路部上
に、光電変換膜を積層してなる積層型固体撮像装置にお
いて、前記隣接する各画素電極の間隙部に、該画素電極
の熱水酸化により形成された絶縁膜を備えていることを
特徴とする積層型固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記画素電極は、アルミニウム,アルミ
ニウムシリコン,多結晶シリコンの何れか一種又は二種
以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項1
記載の積層型固体撮像装置。 - 【請求項3】 前記光電変換膜は、セレン,非晶質シリ
コン,又はシリコン,ガリウム砒素の結晶体を主体とす
る半導体で構成されていることを特徴とする請求項1又
は2記載の積層型固体撮像装置。 - 【請求項4】 前記光電変換膜内に電荷増倍作用が生じ
る強さの電界を印加する手段を備えていることを特徴と
する請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層型固体撮
像装置。 - 【請求項5】 前記請求項1〜4のいずれか1項に記載
の積層型固体撮像装置の製造方法において、隣接する画
素電極の間隙予定部に対して60〜 100℃の熱水により熱
水酸化処理を行い、各画素電極に分離するための絶縁膜
を形成する工程を備えていることを特徴とする積層型固
体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025805A JPH08204164A (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 積層型固体撮像装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025805A JPH08204164A (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 積層型固体撮像装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08204164A true JPH08204164A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=12176087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7025805A Withdrawn JPH08204164A (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 積層型固体撮像装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08204164A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006191007A (ja) * | 2004-12-30 | 2006-07-20 | Dongbuanam Semiconductor Inc | Cmosイメージセンサおよびその製造方法 |
| JP2009010075A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Fujifilm Corp | 放射線画像検出器 |
| JP2015156493A (ja) * | 2011-05-31 | 2015-08-27 | キヤノン株式会社 | 検出装置の製造方法、その検出装置及び検出システム |
| JP2020010062A (ja) * | 2019-10-02 | 2020-01-16 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、及び撮像システム |
-
1995
- 1995-01-23 JP JP7025805A patent/JPH08204164A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006191007A (ja) * | 2004-12-30 | 2006-07-20 | Dongbuanam Semiconductor Inc | Cmosイメージセンサおよびその製造方法 |
| JP2009010075A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Fujifilm Corp | 放射線画像検出器 |
| JP2015156493A (ja) * | 2011-05-31 | 2015-08-27 | キヤノン株式会社 | 検出装置の製造方法、その検出装置及び検出システム |
| JP2020010062A (ja) * | 2019-10-02 | 2020-01-16 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、及び撮像システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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