JPH09261671A - 積層型固体撮像装置及びそれを用いたカラーカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層型固体撮像素子において温度が変化した
ときの赤、緑、青の各波長における感度の変化量を一定
にする。 【解決手段】 本発明の積層型固体撮像装置において
は、第１の電極６及び第２の画素電極１０の間に均一に
電界をかけることにより、光の入射方向と光照射により
発生したキャリアの走行方向が略垂直方向になってい
る。これにより、電極間でキャリアの発生分布はほぼ均
一となり、照射する光の波長に依らずキャリアの電極ま
での平均距離は略同じとなる。この結果、照射光の波長
が違っても感度の温度依存性の違いを無くすことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送素子上に積層
された光電変換膜で発生した信号を画素電極で拾い電荷
転送部に読み出す構造の積層型固体撮像装置及びそれを
用いたカラーカメラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の開発に伴って、その
集積化が大きな課題とされている。かかる集積度向上の
手段には、基板面に平行な方向での集積度向上手段とし
て一つのチップ上に形成される個々の素子サイズを微細
化する技術と、基板面に垂直な方向に積層する事によっ
て集積度を向上する技術とがある。

【０００３】そして、例えば固体撮像素子チップ上に光
導電体膜を積層した構造の固体撮像装置（以下、積層型
固体撮像装置と称する）は、感光部の開口面積を広くす
ることができ、高感度且つ低スミア雑音といった優れた
特性を有する為、各種監視カメラ用テレビジョンやハイ
ビジョン等のカメラとして有望視されている。かかる積
層型固体撮像装置用の光導電体膜としては、現在のとこ
ろアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）材料が主として用
いられている。

【０００４】ここで、図５には従来技術に係る積層型固
体撮像装置の構成を示し説明する。同図に於いて、有効
撮像画素領域上に光が入射し、光導電体膜ａ１のバンド
ギャップ以上のエネルギーを有する光は、光導電体膜ａ
１中で電子・ホール対生成を行い、この生成された電子
及びホールは、画素電極ａ２と透明電極ａ３とにより形
成される電界に従って光の入射方向と平行な方向に移動
する。

【０００５】この積層型固体撮像装置の場合、下部領域
が電荷転送を担うＣＣＤ、上部領域が電荷生成を担う光
電変換ダイオードでアモルファスシリコンにより形成さ
れており、下部層と上部層との電気的接続をとるために
コンタクト・ホールが形成されている。図中、丸印で囲
った領域Ａがコンタクト・ホールであり、下地からの引
き出し電極ａ４と画素電極ａ２とのコンタクトを形成し
ている。

【０００６】一方、図２１には、他の従来技術に係る積
層型固体撮像装置の概略構造を示し説明する。同図に於
いて、電荷転送素子３１の素子の上に絶縁層間膜３２が
配設されており、基板へ信号を読み出し電極３４と平坦
化絶縁膜３３と、画素電極３４及び光電変換膜３６と透
明電極３７が積層された構成となっている。

【０００７】このような積層型固体撮像装置では、図２
２に示されるように、画素電極３５と読み出し電極３４
のコンタクト形成は、読み出し電極３４の上端部を覆う
形で平坦化した絶縁層間膜の残留絶縁層間膜を円形状に
エッチングして開口部を得る手法により行われていた。

【０００８】また、図２４には別の従来技術に係る積層
型固体撮像装置（特開平６−６１４６７号公報）の概略
図を示し説明する。この公知例は、「光電変換効率の高
い、ノイズの発生も、残像の発生も防止された積層型固
体撮像装置を提供する」ことを目的としている。図２４
に示されるように、半導体基板表面近傍に電荷蓄積部３
を形成し、電荷蓄積部上に光電変換部３６を直接積層し
ている。そして、電荷蓄積部に対する対向電極１０は、
半導体基板上に形成された電荷転送の為のゲート（或い
は電荷転送ゲート４ａ）、遮光膜４９及び絶縁膜（酸化
膜）５の上部に積層して形成されている。かかる構造に
することで、電荷蓄積部３と対向電極１０の間に電位差
を設け電界をかけて光導電体膜中３６で生成されたキャ
リアを電荷蓄積部３に集めている。

【０００９】ところで、上記した固体撮像装置は、撮像
管に比べて小型軽量且つ高信頼性といった特徴がある
為、ＮＴＳＣ(National Television System Committee
standard) 方式の放送用ビデオカメラや民生用ビデオカ
メラ等に普及しており、更には次世代の高画質テレビ(H
DTV;High definision television) にも適用可能である
として期待されている。かかる固体撮像装置を用いたカ
ラーカメラにおいては、入射した光をプリズムを用いて
赤、緑、青に分光し、その各光に対して１個づつの固体
撮像装置が用いられている。なお、前述した高感度且つ
低スミアという優れた特性を有する積層構造の固体撮像
装置をカラーカメラに用いる場合には、光の色に関係な
く同一の膜厚の光電変換膜を用いていた。

【００１０】また、一般的なカラーカメラにおいても、
固体撮像装置の光電変換膜の厚みは光の色に関係なく同
一の膜厚であった。これは、固体撮像装置の特性として
スミア特性が重要であることから赤色の光に対して特性
が決定されていること、及び光の色について作製方法を
変えるとその波長の光にしか該撮像装置が使うことがで
きないことに起因して、生産性が落ちてしまうことを考
慮した為である。つまり、赤色の光に対する吸収係数が
非晶質シリコンが小さい為、赤色の光を充分吸収し、必
要な感度を得るには約１．８μｍの膜厚を必要とする。
これより膜厚が薄くなると、赤色光が固体撮像チップの
受光蓄積部や信号読み出し部及び信号電荷転送部に漏れ
込み電荷を発生させ、スミアの発生になるからである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図５の従来技術においては、素子を駆動している間に
該素子の温度が変化したとき、赤(R;Red) 、緑(G;Gree
n) 、青(B;Blue)用の素子で感度の変化量が異なり結果
としてＲ、Ｇ、Ｂ素子の感度のバランス、即ちホワイト
バランスを崩すといった問題が生じる。

【００１２】ここで、図６は６０℃における感度を基準
として温度の変化に対する感度の変化の様子を示す図で
あり、横軸は温度、縦軸は感度の割合を示している。同
図に示されるように、素子の温度は６０℃を基準とし
て、温度が低くなるに従って低下していることが判る。

【００１３】更に、図７は各照射光の波長（４５０〜６
５０ｎｍ）に対する感度の変化（６０℃における感度を
基準とした相対的な感度の変化）を示す図である。同図
に示されるように、感度は、照射される光の波長により
ことなり、特にＲ用素子の特性には、温度による感度へ
の影響が顕著に現れる。

【００１４】このような感度の温度依存性が何に起因し
ているのかを調べるため、移動度と寿命の積であるμτ
積を測定したところ、当該μτ積は温度が高くなるに従
って大きくなることが判った。これは、感度の温度依存
性は、キャリアの移動度或いは寿命が温度の関数になっ
ているためである。ここで、移動度は、キァリアの単位
電場あたりの移動速度である。マルチシラップ理論から
考えるとキャリアの移動は、テイルステートでのトラッ
プと逸脱を繰り返しながら行われる。この為、温度が高
い方がキャリアの移動度は高くなることが考えられる。

【００１５】ここで、単位時間における移動の目安は、
キャリアの逸脱の回数に関係があり、次式で示される。

【００１６】ωｅｘｐ（−Ｅａ／ｋＴ） ω：逸脱周波数 Ｅａ：トラップ準位から伝導帯までの活性化エネルギー ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 これより、感度の温度依存性は、主にキャリアの移動度
に起因していると考えられる。

【００１７】かかる従来の問題点をより詳細に分析する
と、従来の積層型固体撮像装置では、キャリア（電子や
ホール）の移動方向（キャリアの走行方向）は、光の入
射方向に対して略平行である為、光の照射により発生す
るキャリアの分布は、キャリアの移動方向に分布を有し
ていた。これは、短波長の青い光では非晶質シリコンの
吸収係数が大きいので図５のＩＴＯ側近傍で発生するの
に対して、赤い光では、吸収係数が小さいので非晶質シ
リコンの膜全体で均一にキャリアが発生し、この為に、
青用の素子（Ｂ素子）では、電子の電極までの移動距離
が長くホールの移動距離が短くて済むことになる為であ
る。これに対して、赤用の素子（Ｒ素子）ではＢ素子の
逆になる。つまり、ホールの移動距離が長くなる。一般
に、電子とホールの移動度を比較するとホールの移動度
の方が電子の移動度よりも小さいので、ホールの走行距
離が長くなる方が感度の劣化が著しいと予想される。

【００１８】つまり、Ｂ素子では、電子の走行距離が長
いので電子の移動度が感度の低下に影響を及ぼす。Ｒ素
子では、ホールの走行距離が長いのでホールの移動度が
感度の低下に影響を及ぼす。緑用の素子（Ｇ素子）で
は、キャリアの移動距離は、Ｂ、Ｒ素子における移動距
離の中間である為、温度の変化による移動度の変化にお
いて律速される割合は一番少ない。

【００１９】以上のことから、温度の変化による感度の
低下、及び感度変化の波長依存性（波長の違いによる感
度低下の割合が異なる）は、光の入射方向とキャリアの
走行方向が略平行になっていることに起因すると考えら
れる。かかる理由より、従来型の積層型固体撮像素子を
カメラに搭載使用し素子の温度が変化したとき、Ｒ・Ｇ
・Ｂ用の素子で感度が変化する割合がことなり、結果と
してホワイトバランス（Ｒ、Ｇ、Ｂ素子の感度のバラン
ス）を崩すという問題が生じるのである。

【００２０】この様に、従来のアモルファスシリコン等
の非晶質シリコンを光導電体膜として使用した積層型固
体撮像装置においては、アモルファスシリコン膜に起因
した感度の温度依存性がある。このＲ、Ｇ、Ｂ素子の各
感度の温度依存性は照射される光の波長により異なる。

【００２１】上記の問題を解決する為の一つの手段とし
ては、先の公知例（特開平６−６１４６７号公報）が考
えられる。しかしながら、この固体撮像装置の電荷蓄積
部と対向電極は同一平面上に形成されておらず、必ず電
荷蓄積部近傍で電荷転送の為のゲートや遮光膜及び絶縁
膜の膜厚分だけ段差が生じるという問題がある。この段
差は、電荷転送の為のゲート（電気伝導）、遮光膜（遮
光性）、絶縁膜（絶縁性）が存在するため、各層におい
ての最低限度の必要な膜厚を考慮しても０．２μｍ以下
にすることは不可能である。

【００２２】一方、先に図５に示した従来技術の上記領
域Ａの断面形状の概要は図１２に示されるようになって
いる。即ち、このような形状（段差が存在する形状）の
場合、この上に形成されるａ−Ｓｉ：Ｈ膜は下地凹凸形
状の影響を受け、例えば、側壁部からの成長と底部から
の成長とが衝突する領域で欠陥が形成され、同図に示す
ような欠陥線が形成される。この欠陥線は、逆バイアス
時のダイオードのリークパスとして作用するため、撮像
素子としては白傷の問題として顕在化される。このよう
に、下地形状、特に積層型固体撮像素子の場合には、ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜中の欠陥線の形成という問題を通して白傷
の発生という特性劣化をもたらす。

【００２３】この欠陥線の発生については、先に述べた
積層型固体撮像装置（特開平６−６１４６７号公報）で
も同じ問題が生じる、この撮像素子においては、電荷蓄
積部近傍の段差に起因した光導電体膜中に欠陥線が形成
され、白傷（画像欠陥）をもたらす。

【００２４】一方、先に図２１及び図２２に示した従来
技術では、図２３に示すように、読み出し電極３４上の
残留層間膜層に開口部を形成するとそのエッチング工程
で開口形状に沿って層間膜に段差が現れ、この表面上に
スパッタされる画素電極３５もその形状に沿って表面に
段差が生じる。画素電極３５のこのコンタクト部の段差
の高さと径の比であるアスペクト比が高いと、画素電極
３５上に積層される光電変換膜３６の成膜速度に不均一
性が現れて雑音電流を発生する原因となる。また、開口
部段差の上端においては画素電極３５が鋭角４０になる
為に電界集中が起こり、光電変換膜３６内に電荷が注入
して雑音となっていた。

【００２５】さらに、上記カラーカメラでは、青色光に
対しては次の理由で残像を悪くする原因となっていた。
即ち、上述の固体撮像装置における光電変換膜に対して
は上部電極にマイナス、下部電極にプラスの電位が与え
られる。この固体撮像素子の光電変換膜に用いられてい
る非晶質シリコンは、青色の光に対する吸収係数が大き
い。この為に、光電変換膜の表面近傍で光が吸収され電
子−正孔対が発生する。この発生した電子と正孔が電界
により膜内を走るが、この際に膜に存在する欠陥にトラ
ップされる。ｐ層側から光を入射した場合には正孔は直
ぐに上部電極に吸収されるが、電子の場合にはプラスの
下部電極に吸収されるまでに光電変換膜を長期にわたり
走行するので、膜にかなりトラップされることになる。

【００２６】また、青色光は、より波長の長い光に比べ
電子−正孔の発生分布が偏在している為に、膜に電子が
トラップされて正孔と再結合する確率が少ない。この為
に、電子は膜から再び励起されて出てくることになり、
残像が非常に大きく且つ長いものになってしまう。よっ
て、カメラで写した絵の再生画像に青の残像が顕著に残
るといった問題が生じていた。

【００２７】本発明では、上記問題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは以下の通りである。

【００２８】１．光導電体膜にアモルファスシリコンを
用いた積層型固体撮像装置において、Ｒ、Ｇ、Ｂ用素子
の温度に対する感度の変化する割合の違い、即ちＲ、
Ｇ、Ｂの各波長に対する感度の温度依存性の違いを考慮
し、温度が変化してもホワイトバランスが崩れないよう
にする。

【００２９】２．下地形状、特にコンタクト・ホール形
状を最適化することにより、下地の凹凸形状が原因で生
じる（光導電体膜中に形成される欠陥線に起因した）素
子特性の劣化を抑制する。

【００３０】３．読み出し電極と画素電極のコンタクト
形成のための開口部形成工程を削除し、コンタクト形成
に伴う表面の急激な段差と鋭角部の形成を無くし、上部
積層光電変換膜の成膜時に欠陥面や巣、電界集中の発生
を低減する。

【００３１】４．コンタクト・ホールの形状を改善し、
コンタクト・ホール側壁部にテーパーを設けることによ
り、その上に積層された膜の欠陥膜の生成を抑制し、且
つエッジ部での電界集中を抑えることで素子特性の劣化
を防止する。特にアモルファス半導体を用いた積層型固
体撮像素子においては白傷の発生を抑制可能とする。 ５．青の光に対して残像の少ないカラーカメラを提供す
る。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様による積層型固体撮像装置は、
半導体基板と、上記半導体基板上に形成された信号電荷
蓄積ダイオードと、上記信号電荷蓄積ダイオードと接続
された信号電荷読み出し部と、上記信号電荷読み出し部
を介して上記信号電荷蓄積ダイオードと電気的に接続さ
れた第１の画素電極と、上記第１の画素電極と同一平面
上に形成された第２の画素電極と、上記第１及び第２の
画素電極の上に積層され、光の入射によりキャリアを生
成する光導電体膜とを具備し、上記第１の画素電極と第
２の画素電極との間に電位差による電界が生じ、上記光
導電体膜にて発生したキャリアが上記光の入射と平行と
ならないように光導電体膜を移動すること、あるいは、
キャリアが上記光の入射と平行とならないように光導電
体膜を移動するように第１の画素電極と第２の画素電極
を配置することを特徴とする。

【００３３】また、上記光導電体膜の上部に透明電極を
さらに配設し、上記第１の画素電極を中心に電界が均一
にかかるように、上記第２の画素電極及び透明電極の電
位を調節することを特徴とする。

【００３４】また、第１の画素電極及び第２の画素電極
上にアモルファスシリコンよりもバンドギャップの大き
な材料、あるいは、ドープされたアモルファスシリコン
カーバイド、アモルファスシリコンナイトライドを堆積
しブロッキング層を形成することを特徴とする。

【００３５】このような第１の態様では、光の入射方向
と光の照射により発生したキャリアの膜内における走行
方向が平行とならない。さらに、上記第２の画素電極及
び透明電極の電位を調節し、上記第１の画素電極を中心
に電界が均一にかかるように制御されるといった作用を
奏する。

【００３６】本発明の第２の態様による積層型固体撮像
装置は、半導体基板と、上記半導体基板上に形成された
電荷転送素子と、上記電荷転送素子と接続された読み出
し電極と、上記電荷転送素子上に積層された平坦化絶縁
層間膜と、上記平坦化絶縁層間膜上に設けられたコンタ
クト・ホールの上に配列され、上記読み出し電極により
上記電荷転送素子と電気的に接続された画素電極と、上
記画素電極上に積層され光の入射によりキャリアを生成
する光導電体膜とを具備し、上記コンタクト・ホールの
底面が周辺に対し傾斜を有しており、更に当該傾斜方向
に沿った断面において周辺部と比較して凹部と凸部とが
存在するコンタクト・ホール形状であることを特徴とす
る。

【００３７】また、上記半導体素子が、アモルファス半
導体を積層した積層型固体撮像素子であることを特徴と
する。さらに、上記アモルファス半導体を積層した積層
型固体撮像素子におけるコンタクト・ホール（つまり、
光導電体膜と下地基板が接触する部分）の凹部及び凸部
の周囲に対する段差が０．２μｍ以下であることを特徴
とする。

【００３８】このような第２の態様では、コンタクト・
ホールの形状を改善し、凹部と凸部とからなるコンタク
ト・ホール構造とすることで素子特性の劣化を防止す
る。特に、アモルファス半導体を用いた積層型固体撮像
素子においては、アモルファス半導体からなる光電変換
ダイオードに発生する欠陥線の形成を抑制することが可
能となり、白傷の発生を抑制するといった作用を奏す
る。

【００３９】本発明の第３の態様による積層型固体撮像
装置は、半導体基板と、上記半導体基板上に形成された
電荷転送素子と、上記電荷転送素子上に積層された平坦
化絶縁層間膜と、上記電荷転送素子と接続された読み出
し電極と、上記平坦化絶縁層間膜上に配列され、上記読
み出し電極により上記電荷転送素子と電気的に接続され
た画素電極と、上記画素電極上に積層され光の入射によ
りキャリアを生成する光導電体膜とを具備し、上記平坦
化絶縁層間膜の表面上の上記読み出し電極と上記画素電
極が接触する領域で、上記読み出し電極が上記基板半導
体に対して垂直方向に緩やかな凸形状を有することを特
徴とする。

【００４０】また、上記読み出し電極をシリコン系の多
結晶体膜により形成し、パターニング後に表面酸化を施
してからホウ素−リンケイ酸ガラスによる平坦化絶縁層
間膜を積層し、且つ上記平坦化膜の表面の全面後退エッ
チング処理により緩やかな頭出しをした読み出し電極上
に上記画素電極を形成することを特徴とする。

【００４１】このような第３の態様では、読み出し電極
が平坦化膜から滑らかに隆起しているために、上部に積
層される画素電極の出来上がり表面形状は滑らかとな
り、その結果、積層光電変換膜は均一に成膜されるため
に、信号の発生が抑えられるといった作用を奏する。

【００４２】本発明の第４の態様による積層型固体撮像
装置は、半導体基板と、上記半導体基板上に形成された
電荷転送素子と、上記電荷転送素子と接続された読み出
し電極と、上記電荷転送素子上に積層された平坦化絶縁
層間膜と、上記平坦化絶縁層間膜上に設けられたコンタ
クト・ホールの上に配列され、上記読み出し電極により
上記電荷転送素子と電気的に接続された画素電極と、上
記画素電極上に積層され光の入射によりキャリアを生成
する光導電体膜とを具備する積層型固体撮像装置におい
て、上記コンタクト・ホールの側壁部とコンタクト・ホ
ール底部とで形成する角度、及びコンタクト・ホールの
側壁部とコンタクト・ホール外周部とで形成する角度が
鈍角であることを特徴とする。

【００４３】また、半導体素子において、コンタクトホ
ールを形成する際に、ホールを形成する為にエッチング
する領域を２種類以上の膜で形成することを特徴とす
る。

【００４４】さらに、エッチングする領域に形成された
膜について、上部に形成された膜が下部に形成された膜
と比してエッチング速度が速い膜であることを特徴とす
る。このような第４の態様では、コンタクト・ホールの
形状を改善し、コンタクト・ホール側壁部にテーパーを
設けることにより、その上に積層された膜の欠陥膜の生
成を抑制し、且つエッジ部での電界集中を抑えることで
素子特性の劣化を防止するといった作用を奏する。

【００４５】本発明の第５の態様による積層型固体撮像
装置を用いたカラーカメラは、赤、青、緑の各光を受光
して光電変換するための複数の積層型固体撮像装置を用
いたカラーカメラにおいて、上記固体撮像装置のうち青
の光に係る固体撮像装置の光電変換膜の膜厚を０．２５
μｍ以上１．５μｍ以下とすることを特徴とする。

【００４６】また、上記カラーカメラにおいて、内蔵さ
れた固体撮像装置内、青の光に対して設計された光電変
換膜の膜厚を１．５μｍ以下０．２５μｍ以上する固体
撮像装置を赤や緑の光に対する固体撮像装置としても用
いることを特徴とする。

【００４７】さらに、上記カラーカメラにおいて、内蔵
された固体撮像装置内、青の光に対する固体撮像装置の
光電変換膜の膜厚を赤の光に対する固体撮像装置の光電
変換膜の膜厚、或いは緑の光に対する固体撮像装置の光
電変換膜の膜厚の少なくともいずれかより小さくするこ
とを特徴とする。

【００４８】このような第５の態様では、青の光に対し
て残像の影響を低減するといった作用を奏する。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００５０】まず、図１には本発明の第１の実施の形態
に係る積層型固体撮像装置の概略断面図を示し説明す
る。先ず本装置の製造工程について説明する。

【００５１】同図に示されるように、ｐ型シリコン半導
体基板１の表面層にｐ⁺ 層による素子分離領域２、及び
ｎ⁺⁺層による蓄積ダイオード３を形成する。この基板１
上に、ＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁膜を介して電荷結合
素子(CCD;Charge Coupled Devicce)の転送ゲート電極４
ａ，４ｂを多結晶シリコンなどで形成する。次いで、こ
の上に第１絶縁層となるＳｉＯ₂ 等を公知のＣＶＤ(Che
mical Vapor Deposition) 法により堆積した後に、該絶
縁層５に第１画素電極６と蓄積ダイオード３との電気的
接合の為のコンタクトホールを形成する。

【００５２】この第１の画素電極６との電気的接続の為
にはシリサイド配線（画素電極配線）７を採用する。こ
れは、多結晶シリコン層とその上にモリブデンシリサイ
ド層からなる積層配線である。こうして画素電極配線７
を形成した後に、表面形状を平坦化する目的で、例えば
ＣＶＤ法によりホウ素−リンケイ酸ガラス(BPSG;Boron-
doped Phospho-Siliate Glass)８、或いはリンケイ酸ガ
ラス(PSG;Phospho-Siliate Glass) を成膜する。この
後、画素電極ホール９を形成する。次いで、膜厚５０〜
１００ｎｍの例えばＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、モリブデン
シリサイド、タングステンシリサイド等をスパッタリン
グで膜形成する。

【００５３】この後、反応性イオンエッチング法で所定
の形状に形成して、第１の画素電極６、第２の画素電極
１０を形成する。この結果、第１の画素電極６と第２の
画素電極１０は、平坦な下地基板（平坦化層８）上に、
且つ、同一平面上に形成される。この点が公知例（特開
平６−６１４６７）と異なる点である。このとき、第１
の画素電極（６）及び第２の画素電極（１０）の端部で
は、画素電極の膜厚に相当する段差が生じることにな
る。しかしながら、画素電極端部の段差は０．１μｍ以
下であるので、この程度の段差であれば、先に述べた光
導電体膜中に形成される欠陥線の発生に起因した白傷
（画像欠陥）の原因にはならない。

【００５４】次いで、光電変換層の非晶質シリコン膜１
１を１μｍ程度、ＣＶＤ法などにより形成する。この非
晶質シリコン層１１は例えばアモルファスＳｉなどが用
いられる。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、素子の光電変換部、即ち非晶質シリコン層
１１に入射した光は、キャリア（電子、ホール）を生成
する。この光電変換部１１には、第１の画素電極６と第
２の画素電極１０の間に電位差が生じて電界を形成す
る。この結果、キャリアは画素電極へ移動し信号として
処理される。この素子の構成では、入射した光によるキ
ャリアの生成は、波長に関係なく画素電極間、即ち第１
の画素電極６と第２の画素電極１０との間で略均一に行
われる。この結果、照射される光の波長が違っていても
発生したキャリアの画素電極までの平均走行距離は同じ
であり、光照射による光電流（感度）の温度依存性は、
照射光の波長に依らず一定となる。

【００５５】尚、図２は図１を上部からまた平面図であ
り、第１の画素電極６と第２の画素電極１０は同図に示
されるような間隔で配設される。この図２において、破
線で示したのが１画素に相当することになる。このよう
に第１及び第２の電極を形成することで、電界を均一に
かけることができる。

【００５６】ここで、図３には本発明の積層型固体撮像
装置の光電変換部（非晶質シリコン層１１を中心とする
光電変換を行う層）と同じ構造の試料において、４５０
ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの各波長での感度に相当
する光電流の温度依存性について示し説明する。同図に
示されるように、ＲＧＢの光電流は、波長に依存せず略
一定の割合で変化する。即ち、本発明の積層型固体撮像
装置の構造においては、温度が変化したときの感度の変
化割合は波長に依らず一定となる。この結果より３板式
カラーカメラに本発明の撮像装置を用いた場合、該撮像
装置の温度が変化してもホワイトバランスが崩れること
はない。

【００５７】次に図４には第２の実施の形態に係る積層
型固体撮像装置の構成を示し説明する。第２の実施の形
態は第１の実施の形態と同様に非晶質シリコン１１まで
積層し前記非晶質シリコン膜上にＩＴＯ(Indium Tin Ox
ide)などの透明電極を形成したものである。前述した第
１の実施の形態の構造では、光の入射方向と電界の方向
が略垂直になるようにしているが、電界をより均一に駆
けるために、非晶質シリコン層の上部にＩＴＯなどの透
明電極層１２を形成し、この透明電極１２と第１の画素
電極６の間にも電界をかけることにより第１の画素電極
６を中心に均一に電界をかけることもできる。

【００５８】このとき、非晶質シリコン膜１１の膜厚と
第２の画素電極１０と第１の画素電極６の間の距離が同
じ場合は、透明電極１２と第２の画素電極１０を同電位
とすることが好ましい。また、非晶質シリコン膜１１の
膜厚と第２の画素電極１０と第１の画素電極６の間の距
離が小さいとき、第１の画素電極６を中心に均一に電界
がかかるように第１画素電極６と第２画素電極１０とで
電位を持たせることが好ましい。

【００５９】以上説明したように、第１及び第２の実施
の形態に係わる積層型固体撮像装置では、光の照射によ
り発生したキャリアの移動度が光の波長に関係なく略一
定となる。光の照射により発生したキャリアが光の入射
方向に対して略垂直方向に走行し（光の入射方向とキャ
リアの走行方向が平行ではないことが重要）、キャリア
の平均走行距離も照射される光の波長に関係なく略一定
となる。従って、本発明を使用したカラーカメラにおい
ては、温度の変化による各Ｒ、Ｇ、Ｂ素子の感度変化の
違いを無くし、Ｒ、Ｇ、Ｂ素子の感度バランス、即ちホ
ワイトバランスを一定に保つことができる。

【００６０】尚、前述した第１及び第２の実施の形態で
は、光導電体膜として、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を用いたが、ａ
−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＳｎ：Ｈ、ａ
−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−Ｇｅ：Ｈなどにも有効である。さ
らに、ＣＣＤをＮチャネルとして説明したが、Ｐチャネ
ル型ＣＣＤでも適用することができる。また、電極材料
（電極６，１０）としてＴｉを用いたが、Ｗ、Ｍｏ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｐｔ等の金属、或
いは前記金属元素を一種類以上含む金属合金及び金属の
シリサイド化物（シリコン化合物）を初めとする化合物
を用いても良い。次に本発明の第３の実施の形態につい
て説明する。

【００６１】先ず第３の実施の形態の説明に入る前に、
その理解を深めるために、図１３及び図１４を参照し
て、本実施の形態の着眼点及び一般的なコンタクト・ホ
ールの形成方法を説明する。図１３に示されるように、
前述した積層型固体撮像装置で示したａ−Ｓｉ：Ｈ膜の
欠陥線は、対向する側壁からの成長が合流する点で一体
化し、時間経過に伴って引き続き成長を続ける。この成
長を抑制するためには、ホールのアスペクト比、即ちホ
ール径に対する深さの比を小さくすることが必要にな
る。そのためには、ホール径を大きくするか、またはホ
ール深さを小さくすることが必要となる。いま、微細化
技術の追及として積層型素子を取り上げていることを考
えると、ホール径を大きくする手段は適当ではないの
で、ホールを浅くすることが望まれる。

【００６２】図１４には上記コンタクト・ホールの形成
方法を示し説明する。

【００６３】同図に示されるように、引き出し電極２７
を形成した後、ＢＰＳＧ２６を堆積し、平坦化工程を施
した後に、エッチ・バックによりＢＰＳＧ２６を薄膜化
し、その後、コンタクト・ホールを形成する。従って、
コンタクト・ホールの底面部が周囲に対して傾斜を有し
ていない場合、エッチ・バック時間が短いとホールが深
くなり、一方、エッチ・バック時間が長いと下地の引き
出し電極がむき出しとなるため、適切なコンタクト・サ
イズが得られない。つまり、所望の形状を得るためのプ
ロセス・マージンが極端に小さくなってしまう。また、
コンタクト・ホール径を小さくしてコンタクト面積を小
さくするとコンタクト抵抗が大きくなり、素子駆動に都
合が悪い。コンタクト・ホール径を同一とした状態で大
きいコンタクト面積を得るためには、ホール底部に傾斜
を設けることが有効である。

【００６４】以下、図８及び図９を参照して、第３の実
施の形態に係る積層型固体撮像装置について詳細に説明
する。図８に示される様に、傾斜の存在しない場合の断
面超がＬの場合、図示したようにθの傾斜を与えること
で断面超がＬよりも大きいＬ／ｃｏｓθとなる。また、
プロセス的な見地に立った場合、傾斜が存在することに
よってエッチ・バック時間にマージンが生じる。つま
り、傾斜の無い下地の場合、これ以上のエッチ・バック
をすると下地電極が剥きだしとなる限界時間が存在する
が、傾斜を設けることでその問題を解決できる。

【００６５】また、上記形状としたときに、ホール深さ
を浅くする手段としては、例えば下地からの電極の一端
を画素電極上に突き出される構造とすることが有効な手
段となる。この構造とすると、突出部の側壁もコンタク
ト領域となる為、底部傾斜と併せてコンタクト・ホール
面積の拡大といった効果が得られる。

【００６６】上記構成をした場合、欠陥線の形成に寄与
する段差は図９でのａとｂで示され、一般的なコンタク
ト・ホール形状と比較して欠陥線の発生を抑えられる。
また、この形状においては、段差が対向して形成されな
い為、欠陥線が合流することなく、ダイオードの縦方向
の欠陥線の貫通抑制効果に優れている。さらに、例えば
異方性スパッタ等の異方性成膜成長等の手段を駆使すれ
ば、欠陥線の成長はさらに抑制され都合がよい。また突
出部は電界集中させることになるがコンタクト・ホール
は一般に画素電極の中央付近に配されるため、この電界
集中によりさらに効率的な信号電荷の収集が可能とな
る。

【００６７】次に下地形状とその下地電極上に形成した
ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｎ）（２００ｎｍ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ
（ｉ）（２μｍ）／ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）（２０ｎｍ）
積層ダイオードの電気特性について説明する。

【００６８】第３の実施の形態では、下地電極（Ｔｉ）
形状として図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される３
種を用いた。この上に公知技術のプラズマＣＶＤ法にて
上記ｎ／ｉ／ｐダイオードを形成したときの逆方向の電
流−電圧特性は図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示され
る。この図１１（ａ）乃至（ｃ）に示されるように、凹
部と凸部とからなる凹凸形状の場合に良好な整流特性が
得られている。さらに、断面ＳＥＭによる欠陥線の成長
状況の観察では、図１０（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に
欠陥線の成長が抑制されていることが判る。

【００６９】次に第３の実施の形態に係る積層型固体撮
像素子にて、コンタクト・ホールの以上を図１０（ａ）
〜（ｃ）の３種類とした場合の白傷の発生状況を説明す
る。撮像素子としては、画素電極サイズが５μｍ×５μ
ｍの２００万画素の素子を用い、光電変換ダイオードの
構成も前述したのと同様とした。各構造において５チッ
プずつ測定した結果を下記の表１に示す。

【００７０】

【表１】

【００７１】前述した図１１の電流−電圧特性に対応し
て、コンタクト・ホール形状に対応した白傷発生状況の
差異が見られており、凹部と凸部を有する構造で最も白
傷が抑えられたことが明らかである。

【００７２】以上説明したように、第３の実施の形態に
よれば、コンタクト・ホールの形状を改善し、凹部と凸
部とからなるコンタクト・ホール構造とすることで、素
子特性の劣化を防止する。特に、アモルファス半導体を
用いた積層型固体撮像装置においては、アモルファス半
導体からなる光電変換ダイオードに発生する欠陥線の形
成を抑制することが可能となり、白傷の発生を抑制可能
となる。

【００７３】次に本発明の第４及び第５の実施の形態を
説明する。

【００７４】図１５には本発明の第４の実施の形態に係
る積層型固体撮像装置の構成を示し説明する。同図に示
されるように、この装置は、特に層間絶縁膜３２表面上
の読み出し電極３４と前記画素電極３５が接触する領域
で、上記読み出し電極３４がここでは不図示の半導体基
板に対して垂直方向に緩やかな凸形状を有するよう構成
している。これにより、上記画素電極３５を配設する際
にも従来のような段差を生じることがないので、欠陥線
や巣の問題が生じることもない。

【００７５】以下、図１９を参照して第４の実施の形態
に係る積層型固体撮像装置の製造工程を説明する。先
ず、電荷転送素子上に層間絶縁膜３２を形成した後に、
読み出し電極３４と画素電極３５の接点を形成すべき領
域にレジスト４１が残るパターニングを行い（図１９
（ａ）参照）、基板表面を等方性のエッチングを施し
て、層間絶縁膜３２に凸状の領域を形成する（図１９
（ｂ）参照）。この層間膜状に、読み出し電極となる電
極形シリコン系の多結晶体膜４３を積層し、読み出し電
極の形状にフォトレジスト４２をパターニングした後に
表層部の等方性エッチングと異方性エッチングを順次行
い（図１９（ｃ）参照）、周辺断面形状４５が丸みを帯
びるように読み出し電極を形成する（図１９（ｄ）参
照）。

【００７６】次いで、画素電極上に平坦化絶縁層間膜４
４を形成し（図１９（ｅ）参照）、表面を熱処理により
平坦化した後（図１９（ｆ）参照）、この平坦化膜の表
層部をエッチングする事で後退させ、読み出し電極の凸
領域４６が緩やかに頭出しになるようにする（図１９
（ｇ）参照）。そして、この画素電極の層を、図１９
（ｇ）に図示の上部へ積層する事で、読み出し電極と画
素電極が緩やかな接点を形成する（図１９（ｈ）参
照）。

【００７７】次に図１６には第５の実施の形態に係る積
層型固体撮像装置の構成を示し説明する。同図に示され
るように、この装置は、層間絶縁膜３２表面上の読み出
し電極３４と前記画素電極３５が接触する領域で前記読
み出し電極３４がここでは、不図示の半導体基板に対し
て直角方向に緩やかな凸形状を有するよう構成してい
る。特に、読み出し電極表面に酸化層８を配設すること
により、上記画素電極３５を配設する際にも従来のよう
な段差を生じる事がないので、欠陥線や巣の問題が生じ
ることもない。

【００７８】以下、図２０を参照して第５の実施の形態
に係る積層型固体撮像装置の製造工程を説明する。先
ず、電荷転送素子上に層間絶縁膜３２を形成した後に、
読み出し電極３４と画素電極３５の接点を形成すべき領
域にレジスト４１が残るパターニングを行い（図２０
（ａ）参照）、基板表面を等方性のエッチングを施し
て、層間絶縁膜３２に凸状の領域を形成する（図２０
（ｂ）参照）。この層間膜上に読み出し電極となる電極
形シリコン系の多結晶膜４３を積層し、読み出し電極の
形状にフォトレジスト４２をパターニングした後に表層
部の等方性エッチングと異方性エッチングを順次行い
（図２０（ｄ）参照）。ここまでの工程は前述した第４
の実施の形態と同様である。

【００７９】次いで、読み出し電極の表面を酸化処理し
て絶縁膜（酸化膜）で覆った後に、画素電極上に平坦化
絶縁層間膜４４を形成し（図２０（ｅ）参照）、表面を
熱処理により平坦化した後（図２０（ｆ）参照）、この
平坦化膜の表層部をエッチングすることで後退させ、読
み出し電極の凸領域４６が緩やかに頭出しになるように
する（図２０（ｇ）参照）。そして、この画素電極の層
を、図２０（ｇ）に図示の上部へ積層する事で、読み出
し電極と画素電極が滑らかな接点を形成する（図２０
（ｈ）参照）。この図２０（ｈ）の工程で、読み出し電
極の頭出し部をより滑らかにすることができる。尚、画
素電極周辺端が露呈した場合に、図１８に示されるよう
に、その端面がよりなめらかになるようにすることもで
きる。

【００８０】この他、図１７に示すように、読み出し電
極３４の端部を直接的に画素電極３５に接触するように
して画素電極３５と読み出し電極３４のコンタクトをと
るようにすることもできる。

【００８１】以上説明したように、第４及び第５の実施
の形態では、読み出し電極と画素電極のコンタクト形成
のための開口部形成工程を削除し、代わりに読み出し電
極を平坦化絶縁層間膜から滑らかに露出させた上部に画
素電極形成を成膜することで画素電極と読み出し電極の
段差を無くした。即ち、読み出し電極膜の成膜に予め電
極の一部が半導体基板と直角方向に最も高く凸状となる
点を形成し、その後、積層される読み出し電極形成層が
この凸点に滑らかな隆起を保ち、また読み出し電極層を
シリコン系の多結晶体で形成しそのパターニング後に表
面酸化することで読み出し電極周辺の上端形状を滑らか
にし、平坦化絶縁層間膜から読み出し電極が滑らかに頭
出した領域で画素電極と接触した構造にしたものであ
る。

【００８２】従って、読み出し電極が平坦化膜から滑ら
かに隆起しているために上部に積層される画素電極の出
来上がり表面形状は滑らかとなり、その結果、積層光電
変換膜は均一に成膜されるために信号の発生を抑制する
ことができる。

【００８３】次に本発明の第６の実施の形態を説明する
図２５にはコンタクトホールの側壁部にテーパーを形成
した第６の実施の形態を示し説明する。同図に示される
ように、この実施の形態では、コンタクトホールの側壁
部とコンタクトホール底部とで形成する角度θｂ，θ
ｃ、及びコンタクトホールの側壁部とコンタクトホール
外周部とで形成する角度θａ，θｄを鈍角としたテーパ
ーを設けている。このようにテーパーを設けることで、
欠陥線の形成が抑制され得ると共に、エッジ部に生じる
電界集中を低減することもでき、電界集中により促進さ
れるリーク電流を抑制することが可能となる。

【００８４】以下、上記テーパーの形成手法を詳細に説
明する。

【００８５】先ず、コンタクトホールの形成工程では、
引き出し電極１０３を形成した後に、当該引き出し電極
１０３の上にＳｉＯ₂ 膜１０２を形成する。続いて、該
ＳｉＯ₂ 膜１０２の上にＢＰＳＧ(Boron-doped Phospho
-Silicate Glass)膜１０１を堆積し、それを加熱リフロ
ー工程により平坦化する。その後、ＮＨ₄ Ｆによりエッ
チバックしてＢＰＳＧ膜１０１も含めて適当な膜厚だけ
残す。この膜厚がコンタクトホールの深さとなる。その
後、ホールとなる領域のみをエッチングてし、コンタク
トホールを形成する。この最後に示したエッチング工程
がコンタクトホール側壁形状の決定要素となっている。

【００８６】一般に、ＢＰＳＧ膜１０１はＮＨ₄ Ｆでの
ウエットエッチング或いはＣＤＥ(Chemical Dry Etchin
g)等のドライエッチングによる。これらのエッチング方
法は等方性エッチングであり、横方向でのエッチングも
進行する為、ホールのテーパー形状は得られるものの所
望のテーパー角度を得るまでには至らなかった。

【００８７】そこで、この実施の形態では、引き出し電
極１０３の直上にはエッチングレートの遅いＳｉＯ₂ 膜
１０２を形成する。このＳｉＯ₂ 膜１０２はＢＰＳＧ膜
１０１の高温リフロー工程の間の熱処理により緻密化さ
れるので、同膜はエッチング速度がＢＰＳＧ膜１０１と
比して極端に小さくなる。

【００８８】従って、コンタクトホールのエッチングに
際して、エッチング領域の上部にはＢＰＳＧ膜１０１
が、そして下部にはＣＶＤ(Chemical Vapour Depositio
n)によるＳｉＯ₂ 膜１０２が存在するよう構成する。こ
の構造を上部からエッチングすると、先ずＢＰＳＧ膜１
０１がエッチングされる。ＣＶＤによるＳｉＯ₂ 膜１０
２のエッチングに移行するときは、縦方向のエッチング
速度はＳｉＯ₂ 膜１０２で決まり、横方向のエッチング
速度はＢＰＳＧ膜１０１で決まる為、横方向へのエッチ
ングレートが速くなる。

【００８９】このエッチング速度の違いを利用すること
で、横方向へのエッチングを加速した異方性エッチング
が実現される。そして、この異方性エッチングを利用す
ることで所望のテーパーが得られるので、テーパー角度
は、エッチング領域に積層した複数の膜のエッチングレ
ートの関係及びエッチング膜厚等で調整することも可能
となる。

【００９０】以下、図２６及び図２７を参照して、ａ−
ＳｉＣ：Ｈ（ｎ）（２０ｎｍ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）
（２μｍ）／ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）（２０ｎｍ）積層ダ
イオードの電気特性を説明する。

【００９１】尚、このダイオードの形成にはプラズマＣ
ＶＤ法を用いたが、それに限定されることなく、光ＣＶ
Ｄ法、スパッタ法等の一般的な膜形成法のいずれの手法
を用いてもよい。また、このダイオード構成に関しては
ｎ／ｉ／ｐの積層としたが、これに限定されることな
く、ｉ／ｉ／ｐ等、整流特性を有する構造であればよい
ことは勿論である。

【００９２】上記下地電極（Ｔｉ）形状としては、図２
６（ａ）乃至（ｃ）に示されるような３種類の形状を採
用している。ここで、θａ＞θ′ａ＞θ″ａ、θｂ＞
θ′ｂ＞θ″ｂ、θｃ＞θ′ｃ＞θ″ｃ、θｄ＞θ′ｄ
＞θ″ｄとなっている。

【００９３】そして、この上にプラズマＣＶＤ法にて、
上記ｎ／ｉ／ｐダイオードを形成したときの逆方向の電
流−電圧特性を図２６（ａ）乃至（ｃ）に対応して図２
７（ａ）乃至（ｃ）にそれぞれ示した。同図より、コン
タクトホールの凹凸部の深さは同一の場合でも、その形
状によって整流特性が影響を受けることが判る。この原
因としては、凹凸エッジ部での電界集中が考えられる。
鋭角のエッジ部を有するほど電界集中が強く、そこでの
リーク電流は増大する。また、エッジ部が抉れている
と、その面の臨む立体角が小さくなりステップカバレー
ジが劣化する。従って、この場合、キャリア注入阻止層
のステップカバレージが劣化することで注入阻止特性が
劣化して、リーク電流が増加したものと考えられる。

【００９４】次に積層型固体撮像素子においてコンタク
ト・ホール近傍のプロセスとホール形状との相関を説明
する。引き出し電極を形成した後、ＳｉＯ₂ 膜を形成
し、ＢＰＳＧを形成し、８００〜９００℃のリフロー工
程により平坦化を施す。その後、ＢＰＳＧをエッチバッ
クにより適当な膜厚までエッチングし、ＮＨ₄ Ｆウエッ
トエッチングによりコンタクトホールを形成する。この
際、ＳｉＯ₂ 膜の膜厚と残留ＢＰＳＧ膜の膜厚との関係
がホール形状の決定要因として重要となる。

【００９５】図２８には上記ＳｉＯ₂ 膜の厚さを１５０
ｎｍとした場合の残留ＢＰＳＧ膜の厚さによるコンタク
トホール形状のいくつかの種類を示した。同図より、Ｓ
ｉＯ₂ 膜の厚さに比してＢＰＳＧ膜の厚さが大きすぎる
と、ＢＰＳＧ膜での垂直にエッチングされた領域が際立
ち、所望のテーパー形状が得られないことが判る。

【００９６】以上説明した第６の実施の形態によれば、
コンタクト・ホールの形状を改善し、コンタクトホール
側壁部にテーパーを設けることにより、その上に積層さ
れた膜の欠陥線の生成を抑制し、且つエッジ部での電界
集中を抑えられることで素子特性の劣化を防止する。特
に、アモルファス半導体を用いた積層型固体撮像素子に
おいては、白傷の発生を抑制可能となる。

【００９７】次に本発明の第７の実施の形態について説
明する。

【００９８】図２９は第７の実施の形態に係る固体撮像
装置の構成を示す断面図である。

【００９９】同図において、符号５１は半導体基板たる
ｐ型シリコン基板を示しており、該ｐ型シリコン基板５
１上には、ｐ⁺ 型の素子分離層５２、信号電荷蓄積領域
であるｎ^- 型の蓄積ダイオード５３、信号電荷転送領域
であるｎ^- 型の垂直ＣＣＤチャネル５４がそれぞれ形成
されている。

【０１００】この蓄積ダイオード５３と垂直ＣＣＤチャ
ネル５４との間が、信号電荷読み出し領域に相当する。
また、ｐ型シリコン基板５１上の垂直ＣＣＤチャネル５
４及び信号電荷読み出し領域には、第１の絶縁層５５を
介して転送電極５６及び５７が形成されており、この転
送電極５６，５７により光電変換膜で発生した電荷を蓄
積した信号電荷蓄積領域から電荷が信号電荷転送領域に
転送される。

【０１０１】上記第１の絶縁層５５は垂直ＣＣＤチャネ
ル５４、信号電荷読み出し領域、及び蓄積ダイオード５
３の一部までを覆うように形成されている。そして、第
１の絶縁層５５上には引出し電極５８が形成されてお
り、該引出し電極５８は略Ｖ字形状となっており、蓄積
ダイオード５３と電気的に接続されている。この引出し
電極５８上には、第２の絶縁層５９が形成されており、
更に引出し電極５８及び第２の絶縁層５９上には、画素
電極６０が形成されており、この引出し電極５８と画素
電極６０とは電気的に接続されている。

【０１０２】上記画素電極６０上には光電変換膜６２が
形成されており、光電変換膜６２上には透明電極６３が
形成されている。尚、光電変換膜６２は、固体撮像素子
側から順に厚さ１〜１００ｎｍのｉ型の水素化ａ−Ｓｉ
Ｃ層６４、厚さ２５〜１５００ｎｍのｉ型の水素化ａ−
Ｓｉ層６５、厚さ１〜１００ｎｍのｐ型の水素化ａ−Ｓ
ｉＣ層６６と積層されることで構成されている。このｉ
型の水素化ａ−ＳｉＣ層６４、ｉ型の水素化ａ−Ｓｉ層
６５及びｐ型の水素化ａ−ＳｉＣ層６６は、例えば高周
波グロー放電分解法や水銀増感光ＣＶＤ法、ＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ法等によって形成することができる。

【０１０３】ここで、図３０は上記固体撮像装置の光電
変換膜６２の膜厚と残像との関係を示す図である。同図
より、光電変換膜６２の膜厚を１．５μｍ以下にするこ
とにより残像を０．４％以下に低減できることが判る。
この０．４％という値は人間の目に対して意味のある数
値であり、この値以下とすれば人は感知できないものと
なる為、残像の問題を解決することができる。

【０１０４】さらに、図３１は上記固体撮像装置の光電
変換膜６２の膜厚と感度の関係を示す図である。同図よ
り、膜厚を０．２５μｍ以上にすることにより、充分な
感度が得られることが判る。尚、同図では駆動電圧−６
Ｖ時を示したが、駆動電圧として０〜−２０Ｖの範囲で
あれば同様な効果が得られることは勿論である。この場
合、青の光の波長については４００ｎｍから５００ｎｍ
の範囲であれば、本発明の効果を得ることができる。ま
た、光の中心波長が上記範囲であれば本発明の効果が得
られることは勿論である。

【０１０５】また、図３２に示されるように固体撮像装
置の隣画素に光を入射させ、観測している画素には光を
入射させないように測定を行って得られた結果は図３３
に示されるようになっている。同図より、光電変換膜の
膜厚を画素間ギャップの１．０μｍより小さくすると、
著しく暗入力の画素で観測される信号量が低下し、解像
度を著しく改善することができことが判る。尚、本発明
においては、望ましくは画素間ギャップより小さい１．
０μｍ以下にすることにより、その効果をより一層高め
ることができる。

【０１０６】ここで、図３４は固体撮像装置を用いたカ
ラーカメラの簡単な構成を示す図である。同図に示され
されるカラーカメラでは、撮影用レンズ７１と結像面の
間に３色分解用の光学素子７０を挿入し、３色に分解し
た被写体像を３本の固体撮像装置７５〜７７の光電変換
面にそれぞれ受光し、カラー映像を得る。この実施の形
態は、カラーカメラの光学系としては最も簡単な例を示
したものであり、これ以外の例においても、本発明の効
果は得られることは勿論である。

【０１０７】以上、本発明の第７の実施の形態について
説明したが、本実施の形態はこれに限定されることな
く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可
能であることが勿論である。例えば、上記実施の形態で
は、カメラをカラーカメラとしてきたが、青単色カメラ
等に用いても良い。また、最近、環境問題の関係から紫
外光の強さが問題になっており、その強度を測定する為
のカメラの開発がなされているが、かかるカメラにおい
ても本発明の効果は十分得られる。

【０１０８】また、上記実施の形態では、非晶質シリコ
ンの場合を例に挙げたが、本発明の効果は、非晶質シリ
コンゲルマ、非晶質シリコンカーバイト、非晶質シリコ
ンナイトライド等についても得られる。また、光電変換
膜がコルコゲナイド等を用いた場合においても同様な効
果を得ることができる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する積
層型固体撮像装置を提供することができる。即ち、 １．Ｒ、Ｇ、Ｂのように撮像素子を３個用いた３板式カ
ラーカメラに用いた場合でも温度変化によるＲ、Ｇ、Ｂ
素子それぞれの感度変化の違いに起因したホワイトバラ
ンスが崩れることを無くすことができる。

【０１１０】２．コンタクト・ホールの形状を改善し、
凹部と凸部とからなるコンタクト・ホール構造とするこ
とで、素子特性の劣化が防止される。特に、アモルファ
ス半導体を用いた積層型固体撮像素子においては、アモ
ルファス半導体からなる光電変換ダイオードに発生する
欠陥線の形成を抑制することが可能となり、更には、白
傷の発生が抑制可能となる。

【０１１１】３．読み出し電極が平坦化膜から滑らかに
露呈した上面に画素電極膜を形成することで画素電極の
表面出来上がり形状を滑らかにし、段差部で発生する上
部積層光電変換膜の面欠陥の発生を抑えると同時に画素
電極鋭角部で起こる電界集中が改善されるために良好な
特性を得ることができる。

【０１１２】４．コンタクトホールの形状を改善し、コ
ンタクトホール側壁部にテーパーを設けることにより、
その上に積層された膜の欠陥膜の生成を抑制し、且つエ
ッジ部での電界集中を抑えることで素子特性の劣化を防
止する。特にアモルファス半導体を用いた積層型固体撮
像素子においては白傷の発生を抑制可能とする。

【０１１３】５．青の光に対して残像の少ないカラーカ
メラを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る積層型固体撮
像装置の断面構造図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る積層型固体撮
像装置の画素部を上から見たときの平面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る積層型固体撮
像装置と同様の構造の光電変換部における照射波長４５
０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける光電流の温度
依存性を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る積層型固体撮
像装置の概略を示す断面構造図である。

【図５】従来の積層型固体撮像装置の概略を示す断面構
造図である。

【図６】従来の積層型固体撮像装置における温度６０℃
を基準にした感度の温度依存性の図である。

【図７】従来の積層型固体撮像装置における温度６０℃
を基準にした感度の照射光波長依存性の図である。

【図８】第３の実施の形態に係る積層型固体撮像装置の
コンタクト・ホール底面に傾斜を設けた構造を示す図で
ある。

【図９】第３の実施の形態に係る積層型固体撮像装置の
凹部と凸部とを有するコンタクト・ホール形状を示す図
である。

【図１０】第３の実施の形態に係る下地電極（Ｔｉ）形
状を示す図である。

【図１１】第３の実施の形態に係るｎ／ｉ／ｐダイオー
ド逆方向電流−電圧特性を示す図である。

【図１２】図１２のコンタクト・ホール部の断面形状を
示す図である。

【図１３】従来のａ−Ｓｉ：Ｈ膜に発生する欠陥線の成
長の様子を示す図である。

【図１４】従来技術によるコンタクト・ホールの形成方
法を示す図である。

【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る積層型固体
撮像装置を説明するための図である。

【図１６】本発明の第５の実施の形態に係る積層型固体
撮像装置を説明するための図である。

【図１７】本発明の第６の実施の形態に係る積層型固体
撮像装置を説明するための図である。

【図１８】第４の実施の形態で端部が平坦化膜から露呈
した場合を示す図である。

【図１９】本発明の第４の実施の形態の製造工程を示す
図である。

【図２０】本発明の第５の実施の形態の製造工程を示す
図である。

【図２１】従来技術に係る積層型固体撮像装置の構成例
を示す図である。

【図２２】図２１に示す従来例の一部拡大図である。

【図２３】図２１に示す従来例の問題点を説明するため
の図である。

【図２４】従来技術に係る積層型固体撮像装置（特開平
６−６１４６７号公報）の構成例を示す図である。

【図２５】第６の実施の形態に係る積層型固体撮像装置
の構成を示す図である。

【図２６】３種類の下地電極（Ｔｉ）形状を示す図であ
る。

【図２７】図２６（ａ）乃至（ｃ）のそれぞれに対応し
た、印加電圧と電流密度の関係を示す図である。

【図２８】ＳｉＯ₂ 膜厚を１５０ｎｍとした場合の残留
ＢＰＳＧ膜厚によるコンタクトホール形状の例を示す図
である。

【図２９】第７の実施の形態に係る固体撮像装置の構成
を示す断面図である。

【図３０】固体撮像装置の光電変換膜６２の膜厚と残像
との関係を示す図である。

【図３１】固体撮像装置の光電変換膜６２の膜厚と感度
の関係を示す図である。

【図３２】固体撮像装置の隣画素に光を入射させ、観測
している画素には光を入射させないように測定する様子
を示す図である。

【図３３】図３２に示す測定による測定結果を示す図で
ある。

【図３４】固体撮像装置を用いたカラーカメラの簡単な
構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ チャネルストップ ３ 蓄積ダイオード ４ 転送ゲート電極 ５ 絶縁膜（酸化膜） ６ 第１画素電極 ７ 画素電極配線 ８ 平坦化層 ９ コンタクトホール １０ 第２画素電極 １１ 光電変換層 １２ 透明電極 １３ 信号光

フロントページの続き (72)発明者 石塚 芳樹 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 井原 久典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山下 浩史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐々木 道夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 大場 英史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 田中 長孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 上記半導体基板上に形成された信号電荷蓄積ダイオード
   と、 上記信号電荷蓄積ダイオードと接続された信号電荷読み
   出し部と、 上記信号電荷読み出し部を介して上記信号電荷蓄積ダイ
   オードと電気的に接続された第１の画素電極と、 上記第１の画素電極の上に積層され、光の入射によりキ
   ャリアを生成する光導電体膜と、上記第１の画素電極と
   同一平面上に形成された第２の画素電極を具備し、上記
   第２の電極は、同一チップ内で電気的に接続されてお
   り、上記第２の電極は、各画素ごとに第１の画素電極を
   取り囲んで配置されていることを特徴とする積層型固体
   撮像装置。
2. 【請求項２】 半導体基板と、 上記半導体基板上に形成された電荷転送素子と、 上記電荷転送素子と接続された読み出し電極と、 上記電荷転送素子上に積層された平坦化絶縁層間膜と、 上記平坦化絶縁層間膜上に設けられたコンタクト・ホー
   ルの上に配列され、上記読み出し電極により上記電荷転
   送素子と電気的に接続された画素電極と、 上記画素電極上に積層され光の入射によりキャリアを生
   成する光導電体膜と、を具備し、上記コンタクト・ホー
   ルの底面が周辺に対し傾斜を有しており、更に当該傾斜
   方向に沿った断面において周辺部と比較して凹部と凸部
   とが存在するコンタクト・ホール形状であることを特徴
   とする積層型固体撮像装置。
3. 【請求項３】 半導体基板と、 上記半導体基板上に形成された電荷転送素子と、 上記電荷転送素子上に積層された平坦化絶縁層間膜と、 上記電荷転送素子と接続された読み出し電極と、 上記平坦化絶縁層間膜上に配列され、上記読み出し電極
   により上記電荷転送素子と電気的に接続された画素電極
   と、 上記画素電極上に積層され光の入射によりキャリアを生
   成する光導電体膜と、を具備し、上記平坦化絶縁層間膜
   の表面上の上記読み出し電極と上記画素電極が接触する
   領域で、上記読み出し電極が上記基板半導体に対して垂
   直方向に緩やかな凸形状を有することを特徴とする積層
   型固体撮像装置。
4. 【請求項４】 半導体基板と、 上記半導体基板上に形成された電荷転送素子と、 上記電荷転送素子と接続された読み出し電極と、 上記電荷転送素子上に積層された平坦化絶縁層間膜と、 上記平坦化絶縁層間膜上に設けられたコンタクト・ホー
   ルの上に配列され、上記読み出し電極により上記電荷転
   送素子と電気的に接続された画素電極と、 上記画素電極上に積層され光の入射によりキャリアを生
   成する光導電体膜と、を具備する積層型固体撮像装置に
   おいて、 上記コンタクト・ホールの側壁部とコンタクト・ホール
   底部とで形成する角度、及びコンタクト・ホールの側壁
   部とコンタクト・ホール外周部とで形成する角度が鈍角
   であることを特徴とする積層型固体撮像装置。
5. 【請求項５】 赤、青、緑の各光を受光して光電変換す
   るための複数の積層型固体撮像装置を用いたカラーカメ
   ラにおいて、 上記積層型固体撮像装置のうち青の光に係る固体撮像装
   置の光電変換膜の膜厚を０．２５μｍ以上１．５μｍ以
   下とすることを特徴とする積層型固体撮像装置を用いた
   カラーカメラ。