JPS6279660A - 撮像装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は感光体層として水素化非晶質シリコン（以下ａ
−８ｉ：Ｈと称す）を用いた撮像装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

撮像装置の感光体１−としては、既に８ｅ−人５−Ｔｅ
（サテコン）膜、　Ｚｎ、Ｃｄ１−、　Ｔｅ　にューピ
コン）膜、及びスパッタ法或いはグロー放４法で形成し
たａ　−８＋　：　Ｈ膜が公知となっている。この中で
ａ　−８ｉ：Ｈ膜は、加工性も含めて既存のシリコンプ
ロセスに最も適合する材料であり、特にその実用化が望
まれている。

ところでこの種の撮像装置に要求される一特性の１つと
して、積層される感光体層の高抵抗性がある。これは信
号電荷が横流れして解像度が劣化しないようにするため
で、暗導゛４率σＤとして少なくともσ。＜１×１０（
Ω−，ｍ）−１の高抵抗でなければならないことが知ら
れて、ピリ、望ましくはσＤ七１０□１２（Ω譚）−１
が必要である１゜な腐グロー放電法で形成されたｒンド
ープのａ−８ｉ　：Ｈ膜のσ。は一般にａｏ　〜ｔｏ−
″””　ＩＱ−１０（０ｃｍ）−”　・であり、前述の
理由から高抵抗化する必要がある。

そして高抵抗化する方法としては、ボロンを微量ドープ
することが知られている。従来のボロンをドーピングす
る方法は通常、ＳｉＨ４ガスにＢ、Ｈ６ガス？混合し、
１つのチャンバー内で同時放電を行なプものである。し
かしながら、特にＢ、　Ｈ，ガスを微量ドーピングして
高抵抗なｔａを得る場合、膜質の劣化が顕著に表われる
ことが知られている。

即ち、ａ−８＋：Ｈ膜はドーピングによって容易に高抵
抗（ａｏ　＝　１０−”　（Ω（７））−１）になるが
、フェルミレベル近傍の局在準位密度が増え、且つ電子
の走行性を表わすμｅτｅ積（ｐｅは移動度、τｅは寿
命）が極端に小さくなる膜質の劣化が起こることが広く
知られている。具体的にはｒンドープのａ−８１：Ｈ膜
に対して、μｅτｅ積は約２〜３桁の低下が起こる。

故にこのよ５なボロン？：倣量ドープして高抵抗化を図
ったａ−８ｉ：Ｈ膜を積層した撮像装置は、解像度の劣
化がないが、次に述べるような問題点が生じている。

（Ｏ電子のμｅτｅ積の低下のために、波長４００〜６
００　ｎｍの光に対する感度が激減する。

■　光電流−電圧特性に、ビいてｇｚｌＸ１０５Ｖ／α
の高電界でも光′４流が飽和しない。

■　残像や焼付きが顕著になる。。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の欠点を解決するためになされ
たもので、ボロン原子を含有しているにもかかわらず高
抵抗でしかも例えばμＣτｅ積の大きなａ−３ｉ　：Ｈ
からなる感光体層を有する撮像装置の提供を目的とする
。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、支持体上に電荷注入阻止層、感光体層及
び透光性電極の組合せから構成され、前記構成のうち少
なくとも感光体層を有する撮像装置であり、感光体層が
ボロン原子ｋ　５　Ｘ　ＩＱ”ａ？ｏｍｓ／Ｃ，Ｃ以下
含有し且つ暗導緬率がＩ　Ｘ　１０−”（０口）−１以
下であるａ−８＋：Ｉ（からなること？特徴とする。

そして従来のガスフェーズのボロンドーピング技術と共
なる新しいドーピング、支術の１別発（二より、σＤが
ｔｏ”−”　（Ωｃｎ１）−’のオーダーでも％Ｊ　エ
ｋｉ　μｅ　ｒ　６積がｒンドープの場合の１〜」とい
う尚いμｅτｅ積のａ−ｄｉ：Ｈからなる感光体層を実
現している。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細な図面？参照して説明する。

ます埴初に、本発明の１．４成要素の１つであるａ−８
ｉ：Ｈからなる感光体ｊ−について説明する。従来のボ
ロンドーピング技術に１社いて、最も問題となる根本は
、Ｂ、Ｈ６の分解エネルギーがＳｉ（４の分解エネルギ
ーよりも大きい点にある。従ってチャンバー内でＳｉＨ
，と同時放電するとＢ、Ｈ６は児全に分解しないで、Ｓ
ｔ原子に３配位に結合したり、或いは１３ｆｆｉＨ６分
子単体としてそのまま取込まれる割合が大きくなる。こ
のよ５な未活性なボロンは、単に局在準位を増やすだけ
に過ぎない。これが電子のμｅτｅ積の低下の原因であ
る１、故にｒモルフ７スと言えども幾距離秩序が存在す
る限り、単結晶と同様にボロンは４配位に置換型ドープ
されな略すればならない、この４配位に置換されている
ボロン省の割合が大きいほど、フェルミエネルギーを移
動するに必要なボロンの絶対用は少なくてすみ、しかも
電子のμｅτｅ積の低下は少ない、このよ５なドーピン
グの形態は前述した理由で、現在の生血技術である同時
放電方式では改善できないものである。そこで本発明で
は、予備放電方式と杯する新しいドーピング法ン採用す
る。

第２因は本発明に用いる予備放電力式の成膜装置の一例
を示す図である。この装置の特徴とするところは、ボロ
ン原子を含むドーピングガスであるＢ２Ｈ，ガスを予備
放電によって一度分解励起した後、プラズマ輸送により
主放電型に導き、ａ−８ｒａＨの原料となるガスである
Ｓ　ｉＨ，ガスと混合して再度放電させ、ボロンをドー
ピングしたａ−８ｌ：ＨＭｖ形成することである。同図
かられかるよ５にこの装置では、チャンバー（１）内が
主放電室ｔ２）と予（１４Ｍ　４室（３１に区画されて
いる。そして主成弓蚕（２）は、内部にヒータ（υな具
備す・５ｒノード電極（５）とｉｔ　Ｆ竜諒（６）が法
統されたカノード電極（７１とから１再成されている。

また予倫放砿呈（３）は、絶縁体（８）例えばテフロン
等で囲まれた菫間内に電極（９）やＢ、）（、導入ガス
ライン（ＩＱが設置されている。そしてＳ目１４４人カ
スラインｕｌ）は、　Ｂ、Ｈ６尋入ガスライン（１１と
は別、６統に設置されている。また主放電ｍ　（２１と
予備放１］Ｊ）とは、細孔（１２を通してプラズマｒ　
ｌｉｄ　ｕ５　、　ｕ４１がつながっている。

次に成膜手順について述べる。まず主成電工（２）には
５８ＣＣＭの１００％Ｓ　ｉＨａガス、予備放嵯室（３
）にはＨ２で希釈された１０　ｐｐｍのＢ、　Ｈ，ガス
（以下Ｂ！Ｈ１１／１（、と称す）　０．５８ＣＣＭと
Ｈ！ガス４４，５１０００Ｍの混合ガスを尋人する。こ
のときの全圧力は２．０’ｒｏｒｒ、　　ドーピング磯
度はＢ、Ｈ，７８目（ａ＝１９ｐｍとなる。試料Ｉｉ９
はｒ）−ド電極（５）に設置され、温度は２５０Ｃであ
る。この状態で予備放電方式（３）の電極（９）に直流
′電圧を印加して、Ｂｔｔ（、／Ｈ，＋Ｈ２の混合ガス
を放電させる。放電条件は例えばＤＣ電圧４００　Ｖ　
、放′４繊流２．５　ｍＡのＩＷである。この予備放１
．によ・りて分解励起された８２Ｈ，ガスは、細孔α２
を通って主放電室（２）へ導入される。主成７４室（２
）の５ｉｌ（４ガスには、ＲＦＪ力として８Ｗを印加す
る１、この上うな放電状態では、Ｂｔｔ（６ガスに関し
ては予備放電方式（３）及び主放電室（２Ｊで２段階に
分解されてドーピングが行なわれ、ａ−８ｉ　：Ｈ換ｕ
６１が堆積される。

第３図は主放電室（２）の入力パワーが８Ｗ一定で、ド
ーピングＡ度Ｂ＊Ｈａ／ＳｉＨ，が１．Ｏｆ）Ｉ）ｍの
ときの、ａ−８ｔ：Ｈ膜の暗導電率σ。と予備放％室（
３）の入力パワーとの関係を示す図である１、同図から
れかるよ５に、予備放電パワーの増加とともに、Ｂ、Ｈ
。

ガスの分解効率が増加してσＤが小さくなり、予備放電
パワーが０，８Ｗ以上のときは、　Ｂ、Ｈ，ガスが完全
分解されるパワー領域になり、σＤも〜５Ｘ　１０”　
（Ωｃｒｎ）″１　と一定になる。

第２図に示したような３Ａ置で形成したａ−８ｉ：Ｈ膜
の優位性を証明するために、７ンドープ膜及び従来のガ
スフェーズドープ膜と比較して説明する。

上記のボロンドープの２つの膜のσＤは、　５　Ｘ　ｔ
ｏ−”（ΩＣ！ｎ）　　と同一になるように条件を設定
したものである。次の第１表に形成条件を示す１゜茅 第１表 Ｒ初に分光感度について説明する。分光感度を評価する
ために、第４図に示すようなナンドイッテにルを形成し
た。即ちこれは、支持体（イ）上に金属磁極（２υ、例
工ば厚８１０ＯＡ、　）（型）ａ−８ｉＣ：Ｈ肋からな
る正孔阻止層（２シ、第１表に示したうちのいずれか１
つである厚さ３μｍの１ｌｊ１のａ−８ｉ：Ｈ膜（ハ）
、例えば厚さ２００λのＰ型のａ−８ｉＣ：Ｈ層からな
る′帷子阻止層Ｃ２荀、及び透光性電極として透明電極
（イ）を順次形成したものである。なおａ−８ｉ：Ｈ膜
（ハ）ニホロンがドーピングされている場合は、ボロン
原子は厚さ方向に一様に分布している。そして入射光（
ハ）は透明磁極（２）側より入り、印加電圧（５）は直
流で金属電極（２力が正に印加される、第５図は電界強
度がＦｉ　＝　ｌ　Ｘ　ｉｏ’　Ｖ／ｃｔｎの場合の分
光特性の結果を示す図であり、（至）がアンドープ膜、
６１）が予備放電方式による腺、Ｃ３３が従来のガスフ
ェーズドープ膜の特性を表わしている。同図かられかる
ように、ガスフェーズドープ膜の波長憤域４００〜６０
０　ｎｍの感度がアンドープ膜に比べて約２桁小さくな
っているのに対して、予備放電方式の膜は若干感度が低
いが艮好な特性を示す。これは電子のμｅτｅ積の大小
を反映したもので、ボロンをドープしたａ−８ｉ　：Ｈ
膜の電子のμｅτｅ積はアンドープのものに対して極端
に低下するとい５従来の指摘とは異なる結果を与えるも
のである。

第６図は光竜流−電圧特性を示す図であり、　（４０が
７ンドープ膜−ＩＪｌｌが予借杓雪す−１−トス浦　ｌ
−第３表の結果は、予備放電力式で形成した膜とガスフ
ェーズで形成した股では、暗尋′４率σＤが５　Ｘ　１
０−”　（Ωｃｒｒ１）−”と同じでもボロン２に違い
が見られ、予備放電方式の万が約１／ｌＯと少ないのが
特徴である。それにもかかわらず、予備放電方式の力が
μｅτｅ積が大さいのは、４配位にドープされている割
合が大きいためと推定される。従って、少ないボロンは
で有効にフェルミエネルギーを移動させることが可能と
なるものである。ボロン１は第４表より、μｅτｅ積と
反比例していることは明らかであり、光導電膜として残
像の少ない膜特性？得るためには、ボロンμは少なくと
も５　Ｘ　１０”　ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下が望−ａ　Ｌ
イ、：トカ夷、喚ｒＪに判明している。

次に予備放電力式で形成される膜と従来のガスフェーズ
ドープ膜との違いを貝に明確にするために、ボロンドー
プしたｉ　Ｗのａ−８ｒ　：ＨＩＩ　ｋ有する薄膜太陽
電池を例にとり説明する。太陽電池では、電界強度を高
めるために、ａ−ｓ；：Ｈ膜内に１０　〜１０　　ａ　
ｔ　ｏｍｓ／ｃ　ｃオーダーのボロンをガスフェーズ法
でドープしている例がある。このときの暗導電率は１０
−５〜　ｔｏ’−”　＜Ω鋸）−１と言われている。こ
の場合、当然電子の／ｌｅτｅ積は低下するが、膜厚が
０．５μｍと薄いので、たとえμｅτｅ　ｚ　１×９（
ＣＩ／ｌ／　Ｖ　）でも電圧無印加状態で、分光感度特
性的には波長４００〜６００　ｉｍの領域に８いて感度
の低下は見られない、しかしながら、ａ−８ｉ：Ｈ膜が
厚くなれば、電圧印加状態でも感度の低下が起こり、３
μ程度になると第５図のＣつのようになる。これに対し
、予備放電方式で形成したボロンドープａ−８ｉ：Ｈｉ
の場合、分光感度の膜厚依存性はほとんどない。

膜厚依存性の違いは膜厚がＯ１５μｍｎ以上になると明
確に表われるようになる−って従来ノコガスフェーズド
ープ法との違いを見分ける１つの判断基準を与えるもの
である１１以上示したごとく予備放電方式で形成した膜
は、従来のがスフニーズドープ膜と比較して権めて優れ
た特性を有することは明らかである１、なお本方式の膜
形成法は、ａ−８ｒ　Ｇ　ｅ　：　Ｈ＋ａ−８ｉ：［−
１：Ｆ及びａ−８ｉｓｎ　：Ｈ等の高抵抗膜形成にも適
用可能である。

次に本発明が感光体層を積層させた形の固体撮像装置で
ある場合について説明する、。

第１図は本発明の一実施例〉示す図である。これからこ
の人力徂例を製造工程に従って説明する。

まず半燵体基板艷例えばｐフェルが形成されたｐ＋ａ＋
リコン基板の一面には、ｐｎ接合からなる４荷蓄積ダイ
オード（５１）と、ｎ十型の埋め込みチャネルＣＯＤか
らなる垂直ＣＯＤ　（５２）とが隣接して形成され、史
にこの一体となったものがチャネルストップ（５３）に
より互いに分離されている１、そして転送１！ｌｉ’Ｍ
（５４）を絶縁するための絶縁膜（５５）が、電荷蓄積
ダイオード（５１）Ｑ）ｎ＋塩型領域上一部が露出する
よ５に転送電極（５４）とともに形成されている。こ５
して半導体基板６０には、電荷蓄積部や走査部が形成さ
れる。なぶ転送１？ｌ＆　（５４）には外部から所定の
パルスが印加されるよ５になっていて、電荷蓄積ダイオ
ード（５１）内の電荷を垂直ｃ　ｃ　Ｄ　（５２）に移
したｍ、１社次一方向に転送できる。そして半導体基板
ｃＪＩ上に一部が゛（ａ荷蓄積ダイオード（５１）のｎ
＋戯領領域接触するように、例えば人Ｊ−８１からなる
第１′Ｆ４極（５６）が互いに一画素ごとに分離して。

形成されている。、こうして支持体が、半導体基板■及
び画素４極で、ちる第１電矯（５６）から５購成される
。次に第Ｉ　１１！ｊｊｌａ　（５６）上に例えばポリ
イミドからなる絶縁層（５７）を形成して、半導体基板
６Ｇを平滑化する１次に絶縁層（５７）にコンタクトホ
ール（５８）が設けられ、コンタクトホール（５８）か
らは第１電ｔＴｈ　（５６）の部分が露出する。、そし
て絶縁ＭＡ　（５７）上に所定の間隔を、橙いてしかも
コンタクトホール（５８）を覆うように、例えば入１−
８ｉからなる画索電鑞である第２電極（５９）が形成さ
れている。

次に第２電極（５９）上に第４図に示したサンドイッチ
セルと同１Ｊに、例えば、１季さ１０ｏ＾のｉ型のａ−
８ｉＣ：Ｈ層からなる正孔阻止層（６０）　、予備放磁
方式により形成した例えば厚さ３μｍのボロンドープａ
−８１：Ｈ層からなる感光体＠　（６１）、例えば厚さ
２００人のｐｍのａ−８ｉＣ：Ｈ層からなる電子阻止層
（６２）及び例えばＩＴＯからなる透明電極（６３）が
順次積層されている。ここで正孔阻止層（６ｏ）と電子
阻止層（６２）が電荷注入阻止層に相当するっまた感光
体層（６１）の厚さは、光吸収の観点から１μｍ前後で
充分であるが、ピンホールや容量性残像等を考慮して３
μｍにしてあり、史にその形成条件は第１表にあるのと
同じで、σＤもｓ　ｘ　１×１２（Ωｃｍ）″１である
。なお透明電極（６３）には直流のパイｒス電圧（６４
）が印加されている。。

次にこの実施例の動作特性を、　インチで５００丁 ×４００画素の場合について説明する。第７図は波長λ
”　４７５　ｎｍの光を入射したときの光４流出カと透
明磁極（６３）にかかる電圧との関係を示す図であり、
透明電極（６３）内の゛電圧を変化させることによって
、感光体層（６１）内の電界強度を変化させている。光
１！流がＯになる透明電極（６３）の電圧７ｖは、信号
慰荷読み出し時の電荷蓄積ダイオード（５１）の電圧７
ｖに対応するものである。第７図に、Ｉ６いて、ナンド
イッｙｔル特性の第４図において適用した方法を用いる
と、感光体層（６１）に２ｖの電位差を与えれば、光電
流出力は飽叩状態になり、３ｖの電位差では、実質的に
完全に飽和するものである。即ち実効電界強度がＩ　Ｘ
　ＩＱ’　Ｖ／Ｉ：Ｍ以下で、光ｉｆｆが飽和するもの
である。このような飽和特性は、波長４００〜６００　
ｎｍの範囲で同様に起こるものである。ところでサンド
イッチセル特性と比較して実効電界強度に数倍の差があ
るのは、サンドイッチセルの場合は単なる直流駆動であ
るのに対し、この実施例は寄性容鷺の影響が付加される
パルス駆動であることの差に基づいている。このような
数倍の差は、ガスフェーズドープ膜を積層した場合にも
言えることで、サンドイッチセル特性とはｌ対ｌに比例
対応する。こうしてこの実施例では、Ｅ＝ｌｘｌＯ４ｖ
／ｃｒｎ以下の極めて小さい実効電界強度で光電力出力
が飽和する特性が得られている。

第８図は実効電界強度Ｅがｌ　Ｘ　１０’　ｙ／ｃ／ｎ
のときの分光感度特性を示す図であり、波長４００〜６
４０ｎｍにわたり電子効率ηが０．７０〜０．８５の高
い感度が達成されて、枯り、前述したよ５なボロンドー
プに伴なう感度の低下はない。この特性もナンドイツｆ
（！ル特性に対応するものである。。

次に残像特性について述べる。残像は波長５５５ｎｍの
緑色ＬＥＤで評価し、信号電流ｌ５１ｇが１００ｎＡの
３フイールド目の残蓮は５％であり、この値は通常の撮
像管と同等である１ またボロンドープに伴なって形成される采い準位に基づ
く焼付現象は、ガスフェーズ法の場合は数時間にわたる
場合もあるが、予備放電方式の場合は全くないことが１
゛准認された。無論、解像度も暗導４率がｒ□−１２（
Ωｔｍ　）−”オーダーの高抵抗であるため、限界解像
度２８０　Ｔ　Ｖ本が得られるのは言うまでもない。

なおこの実施例では、感光体層（６１）内のボロン分布
が膜厚方向に一様に分布している場合について述べたが
、感光体層（６１）は画素電極側に局所的にボロンがド
ープされている偽造、或いは膜厚方向にボロン鍼度が減
少するよ５なグレーデッド構造であってもよい。また今
までは感光体層積層形の固体撮像装置の場合を例にとり
説明したが、支持体として透光性基板を用いた撮像管或
いは密着センサー等の他の撮像装置であってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したよ５に本発明の撮像装置は、ａ　−８ｉ　
：Ｈにボロンをドープする方法を改良して、高抵抗で高
μｅτｅ積の感光体層を実現することにより、波長４０
０〜Ｇｏｏ　ｎｍの光に対する感度が向上するとともに
残像や・現付きが減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２区は予備放電
方式ン利用する成膜装置の一例を示す図、第３図は感光
体ｊ―の予備放電パワーに対する暗導電率の関係乞示す
図、第４図は本発明に関係するサンドイッチセルの構成
図、第５図は第４図に示したサンドイッチセルの分光感
度を示す図、第６図は第４図に示したナンドイツテセル
（＝光を入射したときの光′４流飽和特性を示す図、第
７図は第１因に示した実弛例に光を入射したときの光電
流ボオロ特性を示す区、第８図は第１図に示した冥施例
の分光感度特性を示す図である。 （６０）・・・正孔阻止層 （６１）・・・感光体層 （６２）・・・１子阻止層 第１図 第２図 牙嘩放屯パフ−（ｗ） 第３図 第　　４　　図 朱硬喉Ｈ椋

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持体上に電荷注入阻止層、感光体層及び透光性
   電極の組合せから構成され、前記構成のうち少なくとも
   感光体層を有する撮像装置において、前記感光体層がボ
   ロン原子を５×１０＾１＾６ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下含有
   し且つ暗導電率が１×１０＾−＾１＾０（Ωｃｍ）＾−
   ＾１以下である水素化非晶質シリコンからなることを特
   徴とする撮像装置。
2. （２）前記支持体は、電荷蓄積部と走査部が形成された
   半導体基板と、この半導体基板上に一部が前記電荷蓄積
   部に接触するように互いに分離して形成された画素電極
   とから構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の撮像装置。
3. （３）前記支持体は透光性基板であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の撮像装置。
4. （４）前記感光体層は、ボロン原子を含むドーピングガ
   スを予備放電した後、水素化非晶質シリコンの原料とな
   るガスと混合することにより再度放電形成されたもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の撮像
   装置。