JPS6350912B2 - - Google Patents

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JPS6350912B2
JPS6350912B2 JP56187558A JP18755881A JPS6350912B2 JP S6350912 B2 JPS6350912 B2 JP S6350912B2 JP 56187558 A JP56187558 A JP 56187558A JP 18755881 A JP18755881 A JP 18755881A JP S6350912 B2 JPS6350912 B2 JP S6350912B2
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JP
Japan
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solid
state imaging
amorphous
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band width
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JP56187558A
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English (en)
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JPS5888977A (ja
Inventor
Takao Chikamura
Yutaka Myata
Koshiro Mori
Shinji Fujiwara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP56187558A priority Critical patent/JPS5888977A/ja
Publication of JPS5888977A publication Critical patent/JPS5888977A/ja
Publication of JPS6350912B2 publication Critical patent/JPS6350912B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/191Photoconductor image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高感度でブルーミングの少ない固体
撮像装置に関するもので、特に低残像とカラーカ
メラとして必要とされる安定な分光特性の得られ
る光導電膜積層型固体撮像装置を提供するもので
ある。
固体撮像装置は集積回路技術の進展と共に急激
な発展をみせ、最近では単板カラーカメラとして
の実用的な絵素数(約20万個)を有するものが実
現されるようになつた。一方、性能面での改良も
はかられ、とりわけ走査機能を有するSi基板上に
光導電膜を積層した固体撮像装置は、高感度でブ
ルーミングが少ない等の特徴を有し、撮像管に匹
適し得るデバイスとして有用である。そのような
デバイスとして例えば特開昭54−103630号公報と
特開昭55−39404号公報が挙げられる。
このような光導電膜積層型固体撮像装置の実現
には、すぐれた走査機能を有するSi基板の開発と
同様、すぐれた光電変換機能を有する膜の開発が
必須である。前記公報においては、光導電膜とし
て−族化合物の異種接合膜あるいは非晶質Si
膜等を用いている。非晶質Si膜はその製膜プロセ
スが一般に低圧ガス雰囲気中で行なうために凹凸
を有する基板上に形成する場合の被覆性にすぐれ
ているが、一方性能面においては残像が遅いとい
う欠点や印加電圧に対して分光特性が変化すると
いう欠点を有していた。Si基板のみによる固体撮
像装置は残像や分光特性の安定性は極めてよいの
で、上記のような欠点は、光導電膜を積層したこ
とによる利点、即ち感度増加やブルーミングの減
少を相殺するものである。
本発明の固体撮像装置は、上記のような従来の
欠点を克服するために開発されたもので、光電変
換膜の光入射側の一部に禁止帯幅の小なる部分を
形成することにより、残像及び分光特性の印加電
圧による変化を大幅に減少させた固体撮像装置を
提供するものである。
第1図に本発明の一実施例における固体撮像装
置の単位絵素の断面図を示した。本実施例では走
査機能として電荷結合型デバイス(以下、これを
CCDと呼ぶ)を用いて説明するが、これはCCD
に限定されるものではなく、Backet Brigade
Device(BBD)あるいはMOSマトリツクス型素
子であつても良いことは言うまでもない。
同図において1はP型Si基板で、2はn型領域
でP型Si基板1との間にダイオードを形成してい
る。3はn-型領域で埋込み型のチヤンネルとな
つている。4は読み込みゲート電極5の下の絶縁
膜である。ゲート電極5は読み込み動作と転送動
作を兼ねており、後述するようにここに印加する
パルスの高さにより読み込み動作と転送動作の区
別をおこなう。6は低融点ガラス等よりなる絶縁
体でありn+型領域2の一部のみ開口している。
7は光励起されたキヤリアの収集電極でMo、
Ta、Al等よりなり絵素間分離のためモザイク状
に形成されn+型領域2と電気的に接続されてい
る。8は本発明にかかわる非晶質Siよりなる光電
変換膜で、光入射側の一部に禁止帯幅の小なる部
分9を形成している。禁止帯幅の小なる部分9の
光の吸収係数が大きいため青色光はもちろん赤色
光もこの部分で吸収される。10はITO(Indium
Tin Oxide)よりなる透明電極、11は入射光で
ある。12は非晶質Si8に最適な印加電圧を与え
るための外部電源である。
次に、上記固体撮像装置の動作について説明す
る。第2図に、本装置の要部平面図を示した。第
3図a,bは駆動パルス波形と入射光がある場合
のn-型領域2の電位変化を示したものである。
はじめに、第1フイールドにおいて光で生成した
キヤリアは電極7に集められる。ゲート電極5に
VCHなる読み込みパルスを印加するとn-型領域2
はVCH−VTに充電されるために(ここでVTはn+
型領域2とn-型領域3およびゲート電極5でな
るトランジスタの閾値電圧である)、信号電荷は
n-領域3に移される。12および12′は転送動
作を行なわせるためリン等のイオン注入により形
成した障壁部である。垂直転送はゲート電極5お
よび5′に順次パルスV〓を印加することにより電
位勾配が形成され矢印13に示した方向に順次転
送することが出来る。第2フイールドにおいては
n-領域2′に収集された電荷が同様な方法により
読み出すことが出来る。
次に上記固体撮像装置の製造法について説明す
る。P型Si基板1の熱拡散等によりP等を拡散さ
せn+型領域2を形成する。n-型領域の埋込みチ
ヤンネル3はPあるいはAS等をイオン注入する
ことにより形成する。更に、P型Si基板1の表面
にゲート酸化膜4を形成した後、非晶質シリコン
(Poly−Si)等によりゲート電極5を形成する。
しかる後に絶縁層6を形成するがこれはn+型領
域2の一部を開口した後、段差緩和のためメルト
フローを行なうので、リンシリケートガラスのよ
うな低融点物質が望ましい。絶縁層6を形成した
後、Al、Mo、W、Ta、Cr等より電荷収集用の
第一電極7を形成する。この第一電極は絵素分離
を行なうためモザイク状に形成している。
非晶質Si8の形成法として主なものにグロー放
電による方法とスパツタリングによる方法があ
る。グロー放電法においてはSiH4あるいはSi2H6
をベースとしてH2添加等を行なう。非晶質Si中
含有されるHの量は10〜40%が望ましい。本発明
の特徴である禁止帯幅の狭い層9の形成は、上記
非晶質Si形成中に一時的にH2ガス流量を減少さ
せたり基板温度を上昇させたりして非晶質Si中に
含有されるH濃度を減少させることにより得るこ
とが出来る。
禁止帯幅の狭い層9の形成法としてH含有量を
減少させても形成できるが、この方法に限定され
るものではなく、例えばGe等を含有させること
によつても禁止帯幅を狭ばめることは可能であり
全く同等の効果が得られる。またスパツタリング
法で作製する場合にはSiをターゲツトとして雰囲
気ガスとしてArとH2を導入してスパツタリング
を行なうことにより非晶質Siが得られるが、H2
とArの混合比を変えることにより非晶質Si中の
H含有量を制御することが可能であるのでグロー
放電法の場合と同様に、非晶質Si中の一部に禁止
帯幅の狭い層を作製することが出来る。第4図に
H含有量に対する禁止帯幅の依存性を示した。こ
の図より、例えば30%水素量含有量8を約1μm
形成し、その後5%水素量含有層(禁止帯幅の狭
い層9)を約0.3μm形成し、更に30%水素量含有
層(非晶質Si8)を0.2μm形成すれば第1図に示
した構造の非晶質Siが得られる。また、スパツタ
リング法においてGe等を一部に含有させる場合
には、Siターゲツト中に混合した合金ターゲツト
を用いるかあるいはSiターゲツト表面の一部に
Geを設置することにより、任意の量のGeを含有
させることが出来る。このようにして形成した非
晶質Siの上にスパツタリング法等によりインジウ
ム・スズの酸化物である透明電極10を形成する
ことにより、本実施例の素子を得ることが出来
る。
次に、本発明の実施例における固体撮像装置の
効果について述べる。第5図は本発明の実施例お
よび従来例における固体撮像装置光電流の電圧依
存性を示したものである。従来例は非晶質Si8の
中に禁止帯幅の狭い層9を形成しない場合である
が光電流は電圧増加と共に増加の傾向を示す。5
1,52は従来例の場合の特性曲線を示してお
り、特性曲線51は赤色光に対するもの、特性曲
線52は青色光に対するものである。従来例にお
いて特に問題となるのは赤色光と青色光に対する
光電流の増加割合が異なつていることである。通
常、光導電膜積層型固体撮像板において、光導電
膜への印加電圧は幅をもたせる。このことは設定
電圧により非晶質Siの分光特性が異なることを意
味し、単板カラーカメラとして固体撮像上にフイ
ルターを形成した時に色再現性の劣下となる。し
かるに本発明の実施例の固体撮像装置のように禁
止帯幅の狭い層9を設けることにより、光電流の
電圧依存性は小さくなり、単板カラーカメラとし
た時の色再現性は一段と改善される。第5図にお
いて、特性曲線53,54は本発明の実施例に関
するものであり、53は赤色光に対するもの、5
4は青色光に対するものである。
本発明の実施例におけるさらに他の効果は残像
の改善である。第6図に残像のフイールド依存性
を示した。フイールドにおける残像は、本発明の
実施例に関する特性曲線61では5%以下である
が、禁止帯幅の狭い層9を形成しない従来の場合
(特性曲線62)においては約18%と遅く、かつ、
長い時間にわたり残像成分が残る。
上記に示した禁止帯幅の小なる部分を形成した
ことによる効果は、主に非晶質Siの電子の易動度
μeと正孔の易動度μhが大幅に異なるためである。
即ち、通常μeは約10-1cm2/V・secであるがμh
約10-2cm2/V・sec以下である。従つて、第7図
aの従来例の場合においては禁止帯幅の狭い層9
が存在しないときは青色光による励起キヤリア
は、71で示すように透明電極10付近で生成さ
れ、主な走行キヤリアは電子72となるが、赤色
光による励起キヤリアは73で示すように非晶質
Si8の第一電極7付近で生成されるため主な走行
キヤリアは正孔74となり赤色光の飽和特性が劣
下する。
これに対して第7図bの本発明の実施例の場合
には入射光側の一部に禁止帯幅の小なる部分を形
成するならその部分における光吸収係数が増加す
るため入射光の青色光は無論のこと赤色光の大部
分もこの吸収係数の大きい禁止帯幅の小なる部分
で吸収される。従つて、青色光および赤色光を含
む可視域の光による励起キヤリアは75に示すよ
うに禁止帯の小なる部分で生成されるため膜中の
主な走行キヤリアは移動度が大きい電子となるの
で、低電界においても電子が第一電極7に到達し
やすくなり光電流の飽和特性が向上すると共に、
光電流の波長依存性も減少する。更に、主な走行
キヤリアが電子となるため当然ながら残像も改善
される。また、第1図のように光電変換膜8の禁
止帯幅の小なる部分9(第1図中の膜8略中央の
点で示す領域)より上層に、この部分9より比較
的禁止帯域の大きい部分7を設けていることで、
上記部分9を透明電極10に接して設けた場合に
生ずる特に青色光励起キヤリヤの表面再結合もな
く、赤色光の光再現性を改善するために青色光の
光再現性を劣化させるという不都合も生じないも
のであります。
以上述べてきたように、本発明の固体撮像装置
は光入射側の一部に禁止帯幅の小なる部分を形成
した非晶質Si等よりなる光導電膜を走査デバイス
上に積層した固体撮像板で、残像と分光特性の電
圧依存性の安定化をはかることにより色再現性を
向上させた固体撮像板を提供するもので、その高
感度・低ブルーミング特性とあわせて、その産業
上の意義はきわめて大きいものと言える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における固体撮像装
置の要部断面図、第2図は同固体撮像装置の要部
平面図、第3図a,bは同固体撮像装置の駆動パ
ルスとダイオード電位変化を示す図、第4図は非
晶質Siの水素含有率と禁止帯幅の相関図、第5図
は従来および本発明の実施例における非晶質Siの
電流・電圧特性を示す図、第6図は従来および本
発明の実施例における固体撮像装置の残像特性
図、第7図a,bはそれぞれ従来および本発明の
固体撮像装置の動作を説明するためのバンドモデ
ル図である。 1……P型Si基板、2……n型領域、3……n-
領域、5……ゲート電極、6……絶縁体、7……
収集電極(第1電極)、8……非晶質Si層、9…
…禁止帯幅の小さい層(部分)、10……透明電
極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 信号電荷を順次選択走査する手段を有する半
    導体基板と上記半導体基板上に非晶質Siを主体と
    する光電変換膜を積層してなる固体撮像装置であ
    つて、上記非晶質Siを主体とする光電変換膜には
    膜中の光入射側にその禁止帯幅が他の部分の禁止
    帯幅より小である部分を設けたことを特徴とする
    固体撮像装置。 2 非晶質Siの禁止帯幅の小なる部分は水素含有
    量を他の部分より小とすることにより形成されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の固体撮像装置。
JP56187558A 1981-11-20 1981-11-20 固体撮像装置 Granted JPS5888977A (ja)

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JPS5888977A JPS5888977A (ja) 1983-05-27
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5564350A (en) * 1978-11-08 1980-05-15 Hitachi Ltd Radioactive-ray receiving face

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JPS5888977A (ja) 1983-05-27

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