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JPH0969649A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH0969649A
JPH0969649A JP7245211A JP24521195A JPH0969649A JP H0969649 A JPH0969649 A JP H0969649A JP 7245211 A JP7245211 A JP 7245211A JP 24521195 A JP24521195 A JP 24521195A JP H0969649 A JPH0969649 A JP H0969649A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
amorphous silicon
hydrogenated amorphous
interface
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7245211A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Ishizuka
芳樹 石塚
Hidetoshi Nozaki
秀俊 野崎
Tetsuya Yamaguchi
鉄也 山口
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7245211A priority Critical patent/JPH0969649A/en
Publication of JPH0969649A publication Critical patent/JPH0969649A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the generation of an interface level and that of a defect caused by the stress due to ground recess and projection and hence to improve element characteristics by suppressing the recess and projection in an interlayer interface in a semiconductor device using hydrogenated amorphous silicon. SOLUTION: In a semiconductor device with a photoelectric transducing diode which is formed by successively forming an i-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer 21, an i-type hydrogenated amorphous silicon layer 22, and a p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer 23, carbon is contained at a lower concentration than the p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer 23 near the interface with the p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer 23 of the hydrogenated amorphous silicon layer 22.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファス半導
体を用いた半導体装置に係わり、特にアモルファス半導
体層の特性改善をはかった半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using an amorphous semiconductor, and more particularly to a semiconductor device with improved characteristics of an amorphous semiconductor layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体の材料開発においてアモル
ファス(非晶質)半導体が注目を集めている。該材料の
うちの代表的なものとして、例えばアモルファスシリコ
ンが挙げられる。アモルファスシリコンは大面積の膜が
低コストで得られるという特徴を有しているため、デバ
イス応用が広く試みられている。応用例としては、太陽
電池,薄膜トランジスタ,感光ドラム,固体撮像素子等
が挙げられる。
2. Description of the Related Art In recent years, amorphous semiconductors have attracted attention in the development of semiconductor materials. A typical example of the material is amorphous silicon. Amorphous silicon has a feature that a large-area film can be obtained at low cost, and thus has been widely tried for device application. Examples of applications include solar cells, thin film transistors, photosensitive drums, solid-state imaging devices, and the like.

【0003】一例として、アモルファスシリコンを用い
た光導電膜積層型の固体撮像装置の代表的な素子構造
を、図1に示す。p型シリコン基板10の表面部にn+
層及びn++層からなる信号電荷蓄積ダイオード11,n
- 層からなるCCD埋込みチャネル(垂直CCD)1
2,p+ 層からなる素子分離層13が形成され、CCD
埋込みチャネル12上には転送ゲート14,15が形成
されている。転送ゲート14の一部は、蓄積ダイオード
11上まで延存して信号電荷読出し部を兼ねている。こ
れらの上にはSiO2 等の層間絶縁膜16が形成され、
その上には蓄積ダイオード11に接続されたWSi等の
引出し電極17が形成されている。そして、全面にBP
SG等の平坦化絶縁膜18が形成され、その上に引出し
電極17と接続されたTi等の画素電極19が形成され
ている。
As an example, FIG. 1 shows a typical element structure of a photoconductive film stack type solid-state imaging device using amorphous silicon. On the surface of the p-type silicon substrate 10, n +
Charge accumulation diode 11, n consisting of layers and n + + layers
- a layer CCD buried channel (vertical CCD) 1
2, the element separation layer 13 including the p + layer is formed, and the CCD
Transfer gates 14 and 15 are formed on the buried channel 12. A part of the transfer gate 14 extends to above the storage diode 11 and also serves as a signal charge reading section. An interlayer insulating film 16 such as SiO 2 is formed on these,
An extraction electrode 17 such as WSi connected to the storage diode 11 is formed thereon. And BP on the whole surface
A flattening insulating film 18 of SG or the like is formed, and a pixel electrode 19 of Ti or the like connected to the extraction electrode 17 is formed thereon.

【0004】上記のように構成された固体撮像素子チッ
プ上には、光導電膜20が形成されている。光導電膜2
0は、固体撮像素子チップ側から順にi型のアモルファ
ス炭化シリコン層(以下、a-SiC:H(i)層と記す)21,
i型のアモルファスシリコン層(以下、a-Si:H(i) 層と
記す)22,p型のアモルファス炭化シリコン層(以
下、a-SiC:H(p)層と記す)23を積層してなり、ダイオ
ードを形成している。そして、光導電膜20上にはIT
O等の透明電極30が形成されている。
A photoconductive film 20 is formed on the solid-state image pickup device chip constructed as described above. Photoconductive film 2
Reference numeral 0 denotes an i-type amorphous silicon carbide layer (hereinafter referred to as an a-SiC: H (i) layer) 21, in order from the solid-state imaging device chip side,
An i-type amorphous silicon layer (hereinafter referred to as an a-Si: H (i) layer) 22 and a p-type amorphous silicon carbide layer (hereinafter referred to as an a-SiC: H (p) layer) 23 are laminated. And forms a diode. Then, the IT is formed on the photoconductive film 20.
A transparent electrode 30 such as O is formed.

【0005】このような構成の固体撮像装置では、 a-S
i:H(i)層22で光電変換を行い、そこで生成された電子
を蓄積ダイオード11を経て垂直CCD12に読出し画
像信号を得る。また、a-SiC:H(i)層21は外部電極から
のキャリア(正孔)注入を阻止する層として作用し、a-
SiC:H(p)層23は外部から光を入射する窓であると同時
に、外部電極からの電子の注入を阻止している。図1に
示した通り、電荷転送部の上部に光電変換部の積層が可
能となるため、開口率が100%、光が下地CCDに侵
入しない等の特徴を有し、その結果の素子特性として
は、高感度,低スミアが挙げられる。
In the solid-state image pickup device having such a structure,
Photoelectric conversion is performed in the i: H (i) layer 22, and the electrons generated therein are read out to the vertical CCD 12 via the storage diode 11 to obtain an image signal. In addition, the a-SiC: H (i) layer 21 acts as a layer that blocks the injection of carriers (holes) from the external electrode.
The SiC: H (p) layer 23 is a window that allows light to enter from the outside, and at the same time blocks the injection of electrons from the external electrode. As shown in FIG. 1, since the photoelectric conversion unit can be stacked on the charge transfer unit, the aperture ratio is 100% and the light does not enter the underlying CCD. Are high sensitivity and low smear.

【0006】このようにアモルファスシリコンを用いた
光電変換部(光電変換ダイオード)は、i/i/p又
は、より一般的にはn/i/pなる積層構造が良く知ら
れている。このような構造において、素子性能は各層の
バルク特性と界面特性とによって決定される。a-Si:H及
びそのアロイに関して、そのバルク特性に関しては広く
論じられており、成膜プロセスとの相関もかなりの情報
が得られている。一方、界面に関する情報は乏しい。異
種接合界面においてその領域での特性劣化要因として
は、例えば格子不整合による界面準位の生成や、界面に
おける表面粗さの影響による界面準位の生成及び膜への
応力の付加による界面付近の膜のバルク自体の劣化が考
えられる。
As described above, the photoelectric conversion section (photoelectric conversion diode) using amorphous silicon has a well-known laminated structure of i / i / p, or more generally n / i / p. In such a structure, device performance is determined by the bulk properties and interface properties of each layer. With respect to a-Si: H and its alloys, their bulk properties have been widely discussed, and their correlation with the film forming process has also been obtained with considerable information. On the other hand, the information about the interface is scarce. As a factor of characteristic deterioration in that region at the dissimilar junction interface, for example, generation of an interface level due to lattice mismatch, generation of an interface level due to the influence of surface roughness at the interface, and addition of stress to the film near the interface The bulk of the film itself may be deteriorated.

【0007】前者に関しては、接合界面付近において組
成を徐々に変化させることによる対策が考えられてい
る。一方、界面での表面粗さについてはその影響は予想
されているものの、対策は殆ど講じられていなかった。
界面準位の生成及び応力に伴うバルクでの欠陥の生成は
上記ダイオードにおけるリーク暗電流の増大及び、撮像
素子の光電変換素子とした場合には特に問題となる残像
特性の劣化を引き起こしていた。
As for the former, a countermeasure is considered by gradually changing the composition near the bonding interface. On the other hand, the surface roughness at the interface is expected to be affected, but no measures have been taken.
The generation of the interface state and the generation of defects in the bulk due to the stress have caused an increase in the leak dark current in the diode and a deterioration in the afterimage characteristics, which is a problem particularly in the case of a photoelectric conversion element of an image sensor.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】先に示したように、光
導電膜積層型の固体撮像装置の素子特性には、界面の影
響が大きく現れる。接合界面での凹凸は、 (1) 界面の面積を増加させることに伴う界面準位の増
大。
As described above, the influence of the interface appears significantly in the element characteristics of the photoconductive film laminated type solid-state image pickup device. Concavities and convexities at the bonding interface are (1) an increase in the interface level accompanying an increase in the interface area.

【0009】(2) 凹凸下地上に形成された膜に加わる応
力による膜の欠陥の増大。 等により素子特性の劣化を招く。その一方で、バルクの
材料或いは成膜条件等を変化させると、表面と同時にバ
ルク特性にも影響が生じるため、バルク特性と表面モフ
ォロジーとの両立条件を探すことは困難である。従っ
て、バルク特性は従来特性を維持し、かつ表面モフォロ
ジーのみを選択的に改善することが望まれている。
(2) Increase in film defects due to stress applied to the film formed on the uneven base. As a result, the element characteristics are deteriorated. On the other hand, if the material of the bulk or the film forming conditions are changed, the bulk characteristics are affected at the same time as the surface, so it is difficult to find the compatibility condition of the bulk characteristics and the surface morphology. Therefore, it is desired to maintain the conventional bulk properties and selectively improve only the surface morphology.

【0010】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、水素化アモルファス
シリコンを用いて光電変換ダイオードを構成した場合に
おいて、積層界面での凹凸を抑制することにより、界面
準位の生成及び下地凹凸に起因した応力により発生する
欠陥生成を抑制することができ、素子特性の向上をはか
り得る半導体装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to suppress unevenness at a laminated interface when a photoelectric conversion diode is formed by using hydrogenated amorphous silicon. By doing so, it is possible to suppress the generation of interface states and the generation of defects caused by stress due to the unevenness of the underlying layer, and to provide a semiconductor device capable of improving element characteristics.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(概要)上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。
(Summary) In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.

【0012】即ち本発明は、水素化アモルファスシリコ
ン層が、シリコンと水素とそれ以外の元素Xとを主成分
とするアモルファス化合物層と界面を形成して光電変換
ダイオードを構成した構造を有する半導体装置におい
て、前記界面付近の水素化アモルファスシリコン層中
に、前記アモルファス化合物層以下の濃度で元素Xを含
んでいることを特徴とする。
That is, according to the present invention, a semiconductor device having a structure in which a hydrogenated amorphous silicon layer forms a photoelectric conversion diode by forming an interface with an amorphous compound layer containing silicon, hydrogen and an element X other than that as a main component. In the above, the hydrogenated amorphous silicon layer near the interface contains the element X at a concentration lower than that of the amorphous compound layer.

【0013】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) アモルファス化合物層の元素Xが、炭素,窒素又は
酸素であること。 (2) 水素化アモルファスシリコン層中に含まれる元素X
が、該水素化アモルファスシリコン層の内部からアモル
ファス化合物層との界面へ向けて徐々にその濃度が大き
くなっていること。
The preferred embodiments of the present invention are as follows. (1) The element X of the amorphous compound layer is carbon, nitrogen or oxygen. (2) Element X contained in hydrogenated amorphous silicon layer
However, the concentration gradually increases from the inside of the hydrogenated amorphous silicon layer toward the interface with the amorphous compound layer.

【0014】また、本発明は次のような構成を採用する
ことも可能である。 (1) n型若しくはi型の水素化アモルファス炭化シリコ
ン層,i型の水素化アモルファスシリコン層及びp型の
水素化アモルファス炭化シリコンを上記順に積層してな
る光電変換ダイオードを備えた半導体装置において、前
記水素化アモルファスシリコン層の前記p型の水素化ア
モルファス炭化シリコン層との界面付近に、前記p型の
水素化アモルファス炭化シリコン層よりも低い濃度で炭
素が含まれていることを特徴とする。 (2) 半導体基板上に信号電荷蓄積部,信号電荷読出し部
及び信号電荷転送部を形成し、かつ最上層に信号電荷蓄
積部と電気的に接続される画素電極を形成してなる固体
撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上に堆積さ
れた光導電膜と、この光導電膜上に形成された透明電極
とを備えた半導体装置において、光導電膜として、n型
若しくはi型の水素化アモルファス炭化シリコン層,i
型の水素化アモルファスシリコン層及びp型の水素化ア
モルファス炭化シリコンを上記順に積層し、かつ水素化
アモルファスシリコン層のp型の水素化アモルファス炭
化シリコン層との界面付近に、p型の水素化アモルファ
ス炭化シリコン層よりも低い濃度で炭素が含まれている
ことを特徴とする。 (作用)i/i/p及びn/i/p等のダイオードの形
成に際しては、各所望の膜を順次積層していく。従っ
て、表面粗さに起因した界面準位を考えるに際しては、
形成しようとする膜の直前に形成した膜の表面モフォロ
ジーが問題となる。Si基板上に形成した膜厚1μmの
a-Si:H(i)膜表面モフォロジ−を、図2に示す。このよ
うに特徴的な表面粗さが観察され、平均粗さRaは1.
4nmであった。ちなみに平均粗さRaは、
The present invention can also employ the following configurations. (1) In a semiconductor device including a photoelectric conversion diode formed by laminating an n-type or i-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer, an i-type hydrogenated amorphous silicon layer, and a p-type hydrogenated amorphous silicon carbide in the above order, It is characterized in that carbon is contained in a concentration lower than that of the p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer in the vicinity of an interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer. (2) A solid-state imaging device in which a signal charge storage part, a signal charge reading part, and a signal charge transfer part are formed on a semiconductor substrate, and a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage part is formed in the uppermost layer. In a semiconductor device including a chip, a photoconductive film deposited on the solid-state imaging device chip, and a transparent electrode formed on the photoconductive film, an n-type or i-type hydrogenated film is used as the photoconductive film. Amorphous silicon carbide layer, i
-Type hydrogenated amorphous silicon layer and p-type hydrogenated amorphous silicon carbide are stacked in the above order, and a p-type hydrogenated amorphous layer is formed near the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer. It is characterized in that carbon is contained at a concentration lower than that of the silicon carbide layer. (Operation) When forming diodes such as i / i / p and n / i / p, desired films are sequentially laminated. Therefore, when considering the interface states due to surface roughness,
The surface morphology of the film formed immediately before the film to be formed poses a problem. 1 μm thick film formed on Si substrate
The surface morphology of the a-Si: H (i) film is shown in FIG. Thus, the characteristic surface roughness was observed, and the average roughness Ra was 1.
4 nm. By the way, the average roughness Ra is

【0015】[0015]

【数1】 但し、L:測定領域 f(x):各点における平均値からのずれ で与えられる量である。キャリア注入阻止層としてa-Si
C:H(n),a-SiC:H(p)を用い、ここで示した表面構造を持
つ a-Si:H(i)膜を用いてn/i/pダイオードを形成し
た場合の逆方向の電流ー電圧特性を、図3にAで示す。
[Equation 1] However, L: measurement area f (x): amount given by deviation from the average value at each point. A-Si as a carrier injection blocking layer
The reverse of the case where an n / i / p diode is formed by using C: H (n) and a-SiC: H (p) and using the a-Si: H (i) film having the surface structure shown here. The current-voltage characteristic in the direction is shown by A in FIG.

【0016】一方、図2と同様、Si基板上に形成した
膜厚1μmの a-SiC:H(i) 膜の表面モフォロジーを、図
4に示す。a-Si:Hの場合とは明らかに異なり、平坦な表
面が得られていることが分る。これは、a-SiC:H 膜形成
時に飛来する炭素系ラジカルの影響によって、成長表面
でのシリコン系ラジカルの凝縮が抑制されて平坦な表面
が形成されたものと考えられる。このような表面反応制
御を利用すると、a-Si:H膜の表面凹凸の平坦化が可能と
なる。つまり、所望の膜厚の a-Si:H 膜を形成した後、
僅かの膜厚の a-SiC:Hを形成することで、バルク特性は
a-Si:H 特性を維持したままで表面構造の改善が可能と
なる。
On the other hand, similar to FIG. 2, FIG. 4 shows the surface morphology of an a-SiC: H (i) film having a thickness of 1 μm formed on a Si substrate. It can be seen that a flat surface is obtained, which is clearly different from the case of a-Si: H. It is considered that this is because the influence of carbon-based radicals flying during the formation of the a-SiC: H film suppressed the condensation of silicon-based radicals on the growth surface to form a flat surface. By utilizing such surface reaction control, it becomes possible to flatten the surface irregularities of the a-Si: H film. That is, after forming the a-Si: H film with the desired film thickness,
By forming a-SiC: H with a small film thickness, the bulk characteristics are
It is possible to improve the surface structure while maintaining the a-Si: H characteristics.

【0017】前述したように、炭素系ラジカルの混合に
より表面反応が抑制され、ラジカルはよりポテンシャル
の低いサイトまで移動可能となるわけだが、表面凹凸が
存在する場合、谷では周囲に存在する原子が多くなるた
め、そこがポテンシャルの低いサイトとなる。従って、
膜成長は谷領域を埋めるようになされ、よって平坦な膜
が形成されていく。
As described above, the surface reaction is suppressed by the mixing of the carbon-based radicals, and the radicals can move to the site having a lower potential. However, when surface irregularities are present, the surrounding atoms are present in the valley. Since it will be many, it will be a site with low potential. Therefore,
The film is grown so as to fill the valley region, so that a flat film is formed.

【0018】また、表面の平滑化を狙った a-SiC:Hの形
成によって、a-Si:H/a-SiC:H 界面が生成されては改善
効果が抑制されてしまうため、炭素系ラジカルの導入は
急峻に行うのではなく、徐々にその量を増加させながら
行うことが望ましい。a-Si:Hを1μm形成後に炭素系ラ
ジカルを徐々に増やしながら a-SiC:Hを5nm形成した
後の表面を、図5に示す。図2と比較して、明かな表面
構造の改善が認められる。
Further, the formation of a-SiC: H aiming at the smoothing of the surface produces an a-Si: H / a-SiC: H interface, and the improvement effect is suppressed, so that the carbon-based radical It is desirable that the introduction of the is done not gradually but gradually while increasing its amount. FIG. 5 shows the surface after forming a-Si: H to a thickness of 1 μm and forming a-SiC: H to a thickness of 5 nm while gradually increasing the number of carbon-based radicals. A clear improvement in the surface structure is observed as compared to FIG.

【0019】このようにして表面の平滑化をはかった a
-Si:H を用いたn/i/pダイオード(キャリア注入阻
止層は前述同様)に関し、図3のAと比較すると、図3
のBに示したようにリーク暗電流が抑えられていること
が分る。これは、界面の平坦化により、界面付近に形成
されていた欠陥密度が減少したために、そこからの生成
キャリアが減少したためである。
In this way, the surface was smoothed a
Regarding the n / i / p diode using -Si: H (the carrier injection blocking layer is the same as described above), comparing with FIG.
It can be seen that the leak dark current is suppressed, as shown in B of FIG. This is because the flattening of the interface reduces the density of defects formed in the vicinity of the interface, resulting in a decrease in the number of generated carriers.

【0020】ここで、a-Si:H(i) とa-SiC:H(p)との形成
の間を組成及び放電状態共に連続で行えば、ここまで示
してきたような問題は回避可能となる。その場合、キャ
リア注入阻止性能を引き出すためのドープ層を真性層と
同一の反応室で形成することになるが、オートドープの
影響及びスループットの影響を考慮すると望ましくな
く、例えば枚葉式等の構成とした多成膜室構成の装置で
各層を独立に形成することが望ましい。従って、生産性
を考慮すると膜成長を途中で停止する必要が生じるた
め、本発明で示した表面モフォロジーの改善が大きな意
味を持つ。
Here, if the composition and the discharge state are continuously performed during the formation of a-Si: H (i) and a-SiC: H (p), the problems described above can be avoided. Becomes In that case, a dope layer for drawing out carrier injection blocking performance is formed in the same reaction chamber as the intrinsic layer, but it is not desirable in consideration of the effect of autodoping and the effect of throughput. It is desirable to form each layer independently with the apparatus having the multi-film forming chamber configuration. Therefore, considering productivity, it is necessary to stop the film growth on the way, and therefore the improvement of the surface morphology shown in the present invention has a great significance.

【0021】また、膜形成方法は、プラズマCVD,光
CVD等、一般に用いられる成膜方法なら特には限定さ
れない。また、異種接合として a-Si:H と a-SiC:Hのみ
を論じていたが、その組み合わせに限定されることな
く、表面反応を抑制するような作用を持たせる組み合わ
せであればよく、a-SiN ,a-SiO 等も可能である。
The film forming method is not particularly limited as long as it is a commonly used film forming method such as plasma CVD or photo CVD. Also, although only a-Si: H and a-SiC: H were discussed as the different types of junctions, the combination is not limited to these, and any combination that has an effect of suppressing the surface reaction may be used. -SiN, a-SiO, etc. are also possible.

【0022】このよう本発明によれば、アモルファス半
導体を用いた半導体素子において、a-Si:H表面を平坦化
することにより、その表面と界面を形成する膜の界面及
び界面付近の欠陥の生成を抑制することで、素子のリー
ク暗電流及び撮像素子の光電変換素子として用いた場合
に対して問題となる残像を抑制することができる。
As described above, according to the present invention, in a semiconductor device using an amorphous semiconductor, by flattening the a-Si: H surface, an interface of a film forming an interface with the surface and a defect near the interface are generated. By suppressing the above, it is possible to suppress a leak dark current of the device and an afterimage which is a problem when used as a photoelectric conversion device of the image pickup device.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。 (実施形態1)ここでは、Si基板上に形成した a-Si
C:H膜の表面モフォロジーと膜組成を考える。膜形成
は、原料ガスとしてSiH4 ,CH4 ,H2 を用いた高
周波プラズマCVD法で行い、基板温度は230℃、放
電パワーは170mW/cm2 とした。また、パラメー
タとして、[H2 ]/([SiH4 ]+[CH4 ])及
び[SiH4 ]+[CH4 ](但し、[ ]は流量(sc
cm)を示す)を一定として、[SiH4 ]/[CH4
比を変えた。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) Here, a-Si formed on a Si substrate
Consider the surface morphology and film composition of C: H films. The film formation was performed by a high frequency plasma CVD method using SiH 4 , CH 4 , and H 2 as raw material gases, the substrate temperature was 230 ° C., and the discharge power was 170 mW / cm 2 . As parameters, [H 2 ] / ([SiH 4 ] + [CH 4 ]) and [SiH 4 ] + [CH 4 ] (where [] is the flow rate (sc
cm)) is constant, and [SiH 4 ] / [CH 4 ]
Changed the ratio.

【0024】このようにすることによって膜中のSi/
(Si+C)組成比を制御することが可能となる。図6
には、縦軸に平均粗さRa、横軸に膜中のC/(Si+
C)組成比を示した。このように、炭素が僅かでも混入
すると平坦性は顕著に改善される。また、炭素量が増え
ていくと、C/(Si+C)が0.5付近から再び粗さ
が促進されることが分る。 (実施形態2)本実施形態においては、n/i/pダイ
オード(但し、n,p層は各々リン,ボロンをドープし
た a-SiC:H層で、i層はa-Si:H層)におけるp層と界面
を形成する付近における a-Si:H(i)層を議論する。a-S
i:H(i) 層はSiH4 ,H2 を原料ガスとしたプラズマ
CVD法により形成しており、所望の膜厚を形成した後
に、CH4 ガスを混入することで表面平坦化を実現して
いる。ここでは、CH4 ガスの混入の割合を変えて3条
件で形成した。ラザフォード後方散乱法により測定した
炭素濃度(C/(Si+C))の膜厚方向分布を、図7
(a)〜(c)に示す。ここで、a-SiC:H(p)膜の炭素濃
度は20%程度であった。
By doing so, Si /
It is possible to control the (Si + C) composition ratio. Figure 6
Is the average roughness Ra on the vertical axis and C / (Si + in the film on the horizontal axis).
C) The composition ratio is shown. Thus, even if a small amount of carbon is mixed in, the flatness is remarkably improved. Further, it can be seen that as the amount of carbon increases, the roughness is promoted again when C / (Si + C) is around 0.5. (Embodiment 2) In this embodiment, an n / i / p diode (however, the n and p layers are a-SiC: H layers doped with phosphorus and boron, respectively, and the i layer is an a-Si: H layer) The a-Si: H (i) layer in the vicinity of the interface with the p-layer in is discussed. aS
The i: H (i) layer is formed by a plasma CVD method using SiH 4 and H 2 as raw material gases. After forming a desired film thickness, CH 4 gas is mixed to achieve surface flattening. ing. Here, the mixing ratio of CH 4 gas was changed to form the film under three conditions. FIG. 7 shows the distribution of carbon concentration (C / (Si + C)) in the film thickness direction measured by Rutherford backscattering method.
(A) to (c) are shown. Here, the carbon concentration of the a-SiC: H (p) film was about 20%.

【0025】なお、図7中の(a)は a-Si:H(i)層の界
面付近の表面平坦化層における炭素濃度を連続的に変化
させたもの、(b)は表面平坦化層における炭素濃度を
連続的に変化させると共に界面の炭素濃度を a-SiC:H
(p) の炭素濃度よりも高くしたもの、(c)は表面平坦
化層の炭素濃度を a-Si:H(i)層よりは大きく、a-SiC:H
(p)層よりは小さい一定の値としたものである。
7A shows the carbon concentration in the surface flattening layer near the interface of the a-Si: H (i) layer continuously changed, and FIG. 7B shows the surface flattening layer. The carbon concentration at the interface is changed by continuously changing the carbon concentration at a-SiC: H
Higher than the carbon concentration of (p), (c) the carbon concentration of the surface flattening layer is larger than that of the a-Si: H (i) layer, and a-SiC: H
It is a constant value smaller than that of the (p) layer.

【0026】この3つの構成において、a-SiC:H(p)膜上
にITO透明電極を形成し、光の入射を可能な状態とし
て、残像を測った。a-Si:H(i) 膜厚を2μm、a-SiC:H
(i,p)膜厚を20nmとした場合の、光電流2×10-7
A/cm2 に対する3フィールド残像の印加電圧依存性
を、図8に示す。図8中のA,B,Cの記号は、それぞ
れ図7の(a)(b)(c)に対応している。
In these three configurations, an ITO transparent electrode was formed on the a-SiC: H (p) film, and afterimages were measured in a state where light could be incident. a-Si: H (i) film thickness 2μm, a-SiC: H
Photocurrent 2 × 10 −7 when (i, p) film thickness is 20 nm
FIG. 8 shows the applied voltage dependence of the afterimage of three fields with respect to A / cm 2 . The symbols A, B, and C in FIG. 8 correspond to (a), (b), and (c) in FIG. 7, respectively.

【0027】このように、平坦化のための炭素濃度を a
-SiC:H(p) 層のそれよりも大きくすると残像値の増大を
招くことが分る。これは、バンド・プロファイルからも
予想される通り、ワイド・ギャップ層が挟まれることに
よるキャリアの走行特性への影響の現れである。また、
CH4 の導入を急峻に行い、炭素濃度変化を急峻とする
と残像が増大することも分る。これは、平坦化のための
炭素導入によって新たな界面準位を招き、トラップ準位
密度の増加につながったためである。つまり、残像の低
減をはかるには、図7(a)に示すように平坦化のため
の炭素濃度を a-SiC:H(p) 層のそれよりも小さくし、か
つ炭素濃度変化を緩やかにした方が望ましい。 (実施形態3)本実施形態においては、第1の実施形態
に対応してC/(Si+C)比を0.2として、
[H2 ]/([SiH4 ]+[CH4 ])流量比依存性
を比較する(第1の実施形態では同流量比は10とし
た)。図9には縦軸に平均粗さRa、横軸に[H2 ]/
([SiH4 ]+[CH4 ])流量比を示す。同流量比
が10程度まではRaは減少し、その値でほぼ飽和する
ことが分る。
In this way, the carbon concentration for flattening is a
It can be seen that when the value is larger than that of the -SiC: H (p) layer, the afterimage value increases. As expected from the band profile, this is a manifestation of the influence on the running characteristics of the carrier due to the sandwiching of the wide gap layer. Also,
It can also be seen that when the introduction of CH 4 is made steep and the carbon concentration change is made steep, the afterimage increases. This is because the introduction of carbon for planarization causes a new interface level, which leads to an increase in trap level density. In other words, in order to reduce the afterimage, as shown in FIG. 7 (a), the carbon concentration for flattening is made smaller than that of the a-SiC: H (p) layer, and the carbon concentration change is made gentle. It is better to do. (Third Embodiment) In the present embodiment, the C / (Si + C) ratio is set to 0.2 corresponding to the first embodiment,
[H 2 ] / ([SiH 4 ] + [CH 4 ]) flow rate ratio dependencies are compared (the same flow rate ratio was 10 in the first embodiment). In FIG. 9, the vertical axis represents the average roughness Ra and the horizontal axis represents [H 2 ] /
([SiH 4 ] + [CH 4 ]) Flow rate ratio is shown. It can be seen that Ra decreases until the flow rate ratio is about 10, and Ra is almost saturated at that value.

【0028】このことより、a-Si:H層形成時の[H2
/[SiH4 ]流量比が10より小さい条件で形成して
いる場合には、平坦化のためには、CH4 の導入と同時
にH2 の導入も行い、[H2 ]/([SiH4 ]+[C
4 ])流量比を大きくすることが効果的である。
From the above, [H 2 ] during the formation of the a-Si: H layer
/ [SiH 4] when the flow ratio is formed in less than 10 conditions, for planarization is carried out also introduced at the same time as the introduction of H 2 CH 4, [H 2] / ([SiH 4 ] + [C
H 4 ]) It is effective to increase the flow rate ratio.

【0029】以上、各実施形態を用いて説明したよう
に、アモルファス半導体、特に水素化アモルファスシリ
コンを用いた光電変換ダイオードにおいて、水素化アモ
ルファスシリコン膜形成時にシリコン系以外のラジカル
種、例えば炭素系ラジカル等を導入することにより、シ
リコン系ラジカルの表面反応を抑制して水素化アモルフ
ァスシリコン層の平坦化表面を得、その表面と界面を形
成する膜の界面及び界面付近の欠陥の生成を抑制するこ
とができる。従って、光電変換ダイオードのリーク暗電
流を抑制することができ、特に積層型固体撮像装置の光
電変換部に用いた場合に問題となる残像の増大を抑制す
ることができる。
As described above with reference to the embodiments, in a photoelectric conversion diode using an amorphous semiconductor, particularly hydrogenated amorphous silicon, a radical species other than silicon-based radicals, such as carbon-based radicals, is formed during formation of the hydrogenated amorphous silicon film. By suppressing the surface reaction of silicon-based radicals, a flat surface of the hydrogenated amorphous silicon layer is obtained, and the generation of defects at and near the interface of the film forming the interface with the surface is suppressed. You can Therefore, it is possible to suppress the leak dark current of the photoelectric conversion diode, and it is possible to suppress an increase in afterimage which is a problem particularly when used in the photoelectric conversion unit of the stacked solid-state imaging device.

【0030】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では積層型固体撮像装置
に適用した例で説明したが、本発明は撮像装置に限らず
アモルファスシリコン層とアモルファス化合物層を積層
して光電変換ダイオードを形成した各種の半導体装置に
適用することができる。また、アモルファス化合物層に
おけるシリコン及び水素以外の元素は、必ずしも炭素に
限るものではなく、窒素又は酸素であってもよい。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. Although the embodiment has been described by taking the example applied to the stacked solid-state imaging device, the present invention is not limited to the imaging device and may be applied to various semiconductor devices in which an amorphous silicon layer and an amorphous compound layer are stacked to form a photoelectric conversion diode. You can The element other than silicon and hydrogen in the amorphous compound layer is not necessarily limited to carbon, but may be nitrogen or oxygen. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、水
素化アモルファスシリコン層が、シリコンと水素とそれ
以外の元素Xとを主成分とするアモルファス化合物層と
界面を形成して光電変換ダイオードを構成した場合にお
いて、界面付近の水素化アモルファスシリコン層中に、
アモルファス化合物層以下の濃度で元素Xを含ませるこ
とにより、積層界面での凹凸を抑制して界面準位の生成
及び下地凹凸に起因した応力により発生する欠陥生成を
抑制することができ、これにより素子特性の向上をはか
ることが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, the hydrogenated amorphous silicon layer forms an interface with the amorphous compound layer containing silicon, hydrogen and the other element X as the main components, and photoelectric conversion is performed. When a diode is constructed, in the hydrogenated amorphous silicon layer near the interface,
By including the element X at a concentration equal to or lower than that of the amorphous compound layer, it is possible to suppress unevenness at the stacking interface and suppress the generation of interface states and the generation of defects caused by stress due to the unevenness of the underlying layer. It is possible to improve the device characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】光導電膜積層型固体撮像装置の素子構造を示す
断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an element structure of a photoconductive film stack type solid-state imaging device.

【図2】a-Si:H(i) 膜の表面構造を示す顕微鏡写真。FIG. 2 is a micrograph showing the surface structure of an a-Si: H (i) film.

【図3】n/i/pダイオードにおいて、界面の平坦化
を行った場合と行わなかった場合の逆方向電流−電圧特
性を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing reverse current-voltage characteristics of an n / i / p diode with and without interface flattening.

【図4】a-SiC:H(i)膜の表面構造を示す顕微鏡写真。FIG. 4 is a micrograph showing the surface structure of an a-SiC: H (i) film.

【図5】a-Si:H上に a-SiC:Hを形成した膜の表面構造を
示す顕微鏡写真。
FIG. 5 is a micrograph showing the surface structure of a film in which a-SiC: H is formed on a-Si: H.

【図6】平均粗さRaと膜中のC/(Si+C)組成比
との関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the average roughness Ra and the C / (Si + C) composition ratio in the film.

【図7】C/(Si+C)組成比の膜厚方向分布を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a distribution of a C / (Si + C) composition ratio in a film thickness direction.

【図8】標準光に対する3フィールド残像の逆方向印加
電圧依存性を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a reverse applied voltage dependency of a three-field afterimage with respect to standard light.

【図9】平均粗さRaと成膜時の[H2]/([SiH4]+[CH
4])流量比依存性を示す図。
FIG. 9: Average roughness Ra and [H2] / ([SiH4] + [CH
4]) Diagram showing the flow ratio dependency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…Si基板 11…信号電荷蓄積ダイオード 12…CCD埋込みチャネル(垂直CCD) 13…素子分離層 14,15…ポリSi転送ゲート 16…SiO2 層間絶縁膜 17…WSi引出し電極 18…BPSG平坦化絶縁膜 19…Ti画素電極 20…光導電膜 21…a-SiC:H(i)膜 22…a-Si:H(i) 膜 23…a-SiC:H(p)膜 30…ITO透明電極10 ... Si substrate 11 ... Signal charge storage diode 12 ... CCD embedded channel (vertical CCD) 13 ... Element isolation layer 14, 15 ... Poly Si transfer gate 16 ... SiO 2 interlayer insulating film 17 ... WSi extraction electrode 18 ... BPSG planarization insulation Film 19 ... Ti pixel electrode 20 ... Photoconductive film 21 ... a-SiC: H (i) film 22 ... a-Si: H (i) film 23 ... a-SiC: H (p) film 30 ... ITO transparent electrode

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素化アモルファスシリコン層が、シリコ
ンと水素とそれ以外の元素Xとを主成分とするアモルフ
ァス化合物層と界面を形成して光電変換ダイオードを構
成した構造を有する半導体装置において、 前記界面付近の水素化アモルファスシリコン層中に、前
記アモルファス化合物層以下の濃度で元素Xを含んでい
ることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a structure in which a hydrogenated amorphous silicon layer forms a photoelectric conversion diode by forming an interface with an amorphous compound layer containing silicon, hydrogen and an element X other than silicon as a main component, A semiconductor device, wherein the hydrogenated amorphous silicon layer near the interface contains the element X at a concentration lower than that of the amorphous compound layer.
【請求項2】n型若しくはi型の水素化アモルファス炭
化シリコン層,i型の水素化アモルファスシリコン層及
びp型の水素化アモルファス炭化シリコン層を上記順に
積層してなる光電変換ダイオードを備えた半導体装置に
おいて、 前記水素化アモルファスシリコン層の前記p型の水素化
アモルファス炭化シリコン層との界面付近に、前記p型
の水素化アモルファス炭化シリコン層よりも低い濃度で
炭素が含まれていることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor provided with a photoelectric conversion diode formed by laminating an n-type or i-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer, an i-type hydrogenated amorphous silicon layer, and a p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer in the above order. In the device, carbon is contained near the interface of the hydrogenated amorphous silicon layer with the p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer in a concentration lower than that of the p-type hydrogenated amorphous silicon carbide layer. Semiconductor device.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6507724B2 (en) 2000-03-31 2003-01-14 Canon Kabushiki Kaisha Image forming apparatus with cleaning member
JP2008153459A (en) * 2006-12-18 2008-07-03 National Univ Corp Shizuoka Univ Radiation detector
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JP2009065155A (en) * 2007-09-06 2009-03-26 Dongbu Hitek Co Ltd Image sensor

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