JP2010251496A

JP2010251496A - Image sensor

Info

Publication number: JP2010251496A
Application number: JP2009098725A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Hattori; 恭典服部; Tsukasa Eguchi; 司江口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image sensor which performs a pattern recognition in both sides as a recognition method of human in a dark place such as a movie theater. <P>SOLUTION: An image sensor 100 includes a photodiode 20 provided on a transparent substrate 1, and the substrate 1, a gate insulating film 3, an interlayer insulating film 5, an organic planarizing layer 8, an positive electrode 9, and a negative electrode 12 are formed using materials having translucency, non-translucent materials such as a TFT 10 are taken off from between the substrate 1 and the photodiode 20. Thereby, it becomes possible for the photodiode 20 to detect light from the upper side and lower side of the substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、イメージセンサーに関する。 The present invention relates to an image sensor.

イメージセンサーを形成する基板として従来結晶シリコンが主に用いられてきたが、近年、基板にガラスを用い、アモルファスシリコン層を光電変換層として用い、この光電変換層との間での電気的な処理に、ポリシリコン等で構成されるＴＦＴ（薄膜トランジスター）を用いるイメージセンサーが精力的に研究されている。 Conventionally, crystalline silicon has been mainly used as a substrate for forming an image sensor, but recently, glass is used for the substrate, an amorphous silicon layer is used as a photoelectric conversion layer, and electrical processing between the photoelectric conversion layer is performed. In addition, image sensors using TFTs (thin film transistors) made of polysilicon or the like have been intensively studied.

結晶シリコン基板を用いた場合では、直径３０ｃｍ程度の基板径が限度となるが、ガラス基板を用いることで、一辺が３ｍ近い基板を用いることが可能となり、大型のイメージセンサーを得ることが可能となる。また、一枚の基板から得られるイメージセンサーの数が違ってくるため、基板そのものの値段差に加え、取れ数にも差が生じ、コスト面でも優位性を備えている。 When a crystalline silicon substrate is used, the substrate diameter is about 30 cm in diameter, but using a glass substrate makes it possible to use a substrate with a side of nearly 3 m, and to obtain a large image sensor. Become. In addition, since the number of image sensors obtained from a single substrate is different, there is a difference in the number of acquisitions in addition to the value difference of the substrate itself, which is advantageous in terms of cost.

ここで、ガラス基板を用いる場合、基板側から光を入射させるイメージセンサーと、基板と反対側から光を入射させるイメージセンサーが公知のものとして知られており、たとえば特許文献１に記載されているように、どちらか片方を選択して受光可能なイメージセンサーの例が知られている。 Here, when a glass substrate is used, an image sensor that makes light incident from the substrate side and an image sensor that makes light incident from the opposite side of the substrate are known as known ones, and are described in, for example, Patent Document 1 As described above, an example of an image sensor that can receive light by selecting either one is known.

一方、指紋と同様に人毎に異なる手の静脈パターンを認証手段として検出する技術が知られている。この手法を用いて、映画館等暗い場所での人の認識方法として、外出した人の静脈パターンと一致する静脈パターンを持つ人（即ち本人）のみに再入場を許可する場合等、両面でのパターン認識を行うデバイスが求められて来ている。 On the other hand, a technique for detecting a vein pattern of a hand different for each person as an authentication means, as in the case of fingerprints, is known. Using this technique, as a method for recognizing people in a dark place such as a movie theater, when re-entry is permitted only for a person who has a vein pattern that matches the vein pattern of the person who has gone out (ie, the person himself) There is a need for devices that perform pattern recognition.

特開２００８−３０６０８０号公報JP 2008-306080 A

特許文献１に記載されたイメージセンサーは、基板下側からの入射光、または基板上側からの入射光と、いずれか片側からの入射を選択して撮像することはできるが、上記した目的のように、両面でのパターン認識を行うことはできない。また、２つのイメージセンサーを張り合わせて両面受光を行わせることは、コストアップにつながるという課題がある。また、消費電力が２倍となるため、エネルギー負荷も大きくなるという課題がある。 The image sensor described in Patent Document 1 can pick up an image by selecting incident light from the lower side of the substrate or incident light from the upper side of the substrate and incident from one side. Furthermore, pattern recognition cannot be performed on both sides. In addition, there is a problem in that it is costly to perform two-sided light reception by bonding two image sensors. In addition, since the power consumption is doubled, there is a problem that the energy load increases.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形態または適用例として実現することが可能である。ここで、「上」とは、基板から見て受光部がある方向を指すものとして定義する。「下」とは、上と反対方向を指すものとして定義する。なお、「上」、「下」いずれの場合においても、構成要素同士が直接接触していない場合を含むものとする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples. Here, “upper” is defined as a direction in which the light receiving portion is present when viewed from the substrate. “Down” is defined as pointing in the opposite direction to the top. It should be noted that both the “upper” and “lower” cases include cases where the components are not in direct contact with each other.

［適用例１］本適用例にかかるイメージセンサーは、透明基板上に光電変換領域を備えたイメージセンサーであって、前記光電変換領域の下側および上側は、共に透光性を備えていることを特徴とする。 Application Example 1 An image sensor according to this application example is an image sensor including a photoelectric conversion region on a transparent substrate, and both the lower side and the upper side of the photoelectric conversion region have translucency. It is characterized by.

これによれば、一つのイメージセンサーにより、両面から受光することが可能となる。たとえば、映画館等暗い場所での人の認識方法として、外出した人の静脈パターンと一致する静脈パターンを持つ人（即ち本人）のみに再入場を許可する場合等、入出場ゲートの両側でパターン認識を行う場合に、一つの装置で対応できるイメージセンサーを提供することが可能となる。 According to this, it becomes possible to receive light from both sides by one image sensor. For example, as a method for recognizing a person in a dark place such as a movie theater, a pattern on both sides of the entrance gate such as permitting re-entry only to a person having a vein pattern that matches the vein pattern of the person who has gone out (that is, the person himself / herself). When performing recognition, it is possible to provide an image sensor that can be handled by a single device.

［適用例２］上記適用例にかかるイメージセンサーであって、前記光電変換領域の下側および上側には、透光性を備えた電極が配置されていることを特徴とする。 Application Example 2 In the image sensor according to the application example described above, electrodes having translucency are disposed below and above the photoelectric conversion region.

上記した適用例によれば、電極による光吸収を抑えた状態で、両面から受光することが可能となり、高い感度を持つイメージセンサーを提供することが可能となる。 According to the application example described above, it is possible to receive light from both sides while suppressing light absorption by the electrodes, and it is possible to provide an image sensor having high sensitivity.

［適用例３］上記適用例にかかるイメージセンサーであって、前記透明基板の平面視にて、前記光電変換領域と重なる領域に、透光性を備えた薄膜トランジスターと、透光性を備えた配線層の少なくともいずれか片方が形成されていることを特徴とする。 Application Example 3 In the image sensor according to the application example described above, a thin film transistor having a light transmitting property and a light transmitting property are provided in a region overlapping the photoelectric conversion region in a plan view of the transparent substrate. At least one of the wiring layers is formed.

上記した適用例によれば、開口率を向上させることが可能となり、より感度の高いイメージセンサーを提供することが可能となる。 According to the application example described above, the aperture ratio can be improved, and an image sensor with higher sensitivity can be provided.

［適用例４］上記適用例にかかるイメージセンサーであって、前記光電変換領域は、前記透明基板における平面視にて、上下方向における少なくとも片方が、遮光性の領域で囲われていることを特徴とする。 Application Example 4 In the image sensor according to the application example described above, at least one of the photoelectric conversion regions in the vertical direction is surrounded by a light-shielding region in a plan view of the transparent substrate. And

上記した適用例によれば、光電変換領域を光学的に互いに分離することが可能となり、光学的クロストークの発生を防止することが可能となる。 According to the application example described above, the photoelectric conversion regions can be optically separated from each other, and the occurrence of optical crosstalk can be prevented.

［適用例５］上記適用例にかかるイメージセンサーであって、前記遮光性の領域は、金属で構成された電気的配線であることを特徴とする。 Application Example 5 In the image sensor according to the application example described above, the light shielding region is an electrical wiring made of metal.

上記した適用例によれば、金属は導電性が高いため、光電変換領域で検出された信号を時定数による遅れを抑えて高速処理することが可能となり、時間分解能の高いイメージセンサーを提供することが可能となる。 According to the application example described above, since metal is highly conductive, it is possible to process a signal detected in the photoelectric conversion region at high speed while suppressing a delay due to a time constant, and to provide an image sensor with high time resolution. Is possible.

［適用例６］上記適用例にかかるイメージセンサーであって、前記光電変換領域の上側に、前記光電変換領域の下側に位置する、前記透明基板を含む光損失と揃える補正層を備えていることを特徴とする。 Application Example 6 In the image sensor according to the application example described above, a correction layer that is located above the photoelectric conversion region and is positioned below the photoelectric conversion region and includes light loss including the transparent substrate is provided. It is characterized by that.

上記した適用例によれば、上側から入射する光と、下側から入射する光の感度を揃えることが可能となる。 According to the application example described above, it is possible to equalize the sensitivity of light incident from above and light incident from below.

［適用例７］上記適用例にかかるイメージセンサーであって、前記補正層に、前記透明基板と揃えられた光学特性を備えた光透過板、および充填材を用いたことを特徴とする。 Application Example 7 In the image sensor according to the application example described above, a light transmitting plate having an optical characteristic aligned with the transparent substrate and a filler are used for the correction layer.

上記した適用例によれば、下側から入射する光と同等の損失を、上側から入射する光に与えることが可能となり、広い波長域で上側から入射する光と、下側から入射する光の感度を揃えることが可能となる。 According to the application example described above, it becomes possible to give the same incident light as the light incident from the lower side to the light incident from the upper side, and the light incident from the upper side and the light incident from the lower side in a wide wavelength range. It is possible to align the sensitivity.

イメージセンサーの配線構造を示す模式図であり、（ａ）は全体構成、（ｂ）はフォトセンサーの拡大図。It is a schematic diagram which shows the wiring structure of an image sensor, (a) is a whole structure, (b) is an enlarged view of a photosensor. フォトセンサーの概略構成を示す拡大断面図。The expanded sectional view which shows schematic structure of a photosensor. 表面側にも基板を貼り付けたイメージセンサーの断面図。Sectional drawing of the image sensor which affixed the board | substrate also on the surface side. フォトダイオードとＴＦＴを重ねて形成した状態を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state in which a photodiode and a TFT are overlaid.

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態において、透光性とは、光の透過率が高い状態であり、概ね７０％以上の透過率を有するものと定義する。なお、光の透過率が６０％以上であれば、以下の実施形態が適用可能となり、両面からの受光が可能となるため、この場合に対しても透光性を備える状態として扱うことが可能である。また８０％以上であれば光損失を抑えられ、高い感度を有するイメージセンサーを提供することが可能となるため、この場合に対しても透光性を備える状態として扱うことが可能である。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, translucency is defined as having a high light transmittance and having a transmittance of approximately 70% or more. If the light transmittance is 60% or more, the following embodiment can be applied and light can be received from both sides. Therefore, even in this case, it can be handled as a state having translucency. It is. Further, if it is 80% or more, light loss can be suppressed and an image sensor having high sensitivity can be provided. Therefore, even in this case, it can be handled as a state having translucency.

また、遮光性とは、光の透過率が低い状態であり、概ね４０％以下の透過率を有するものと定義する。また、光とは基本的には４５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域にある電磁波として定義する。また、用途に応じ、Ｘ線や、電子ビーム、紫外線、赤外線を光として扱うこととする。電子ビームは、非常に波長の短い電磁波として捉えるものとする。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、対応する部分には同一の符号を付している。 The light shielding property is a state where the light transmittance is low and is defined as having a transmittance of approximately 40% or less. In addition, light is basically defined as an electromagnetic wave in the wavelength region of 450 nm to 750 nm. Further, X-rays, electron beams, ultraviolet rays, and infrared rays are treated as light depending on the application. The electron beam is assumed to be an electromagnetic wave having a very short wavelength. In the drawings to be referred to in the following description, the scales are different for each layer and each member so that each layer and each member have a size that can be recognized on the drawing. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding part.

（第１の実施形態：イメージセンサーの構成）
以下、イメージセンサーの構成について説明する。図１は本実施形態のイメージセンサーの配線構造を示す模式図であり、（ａ）は全体構成、（ｂ）はフォトセンサーの拡大図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態のイメージセンサー１００は、素子領域Ａに互いに交差する方向に延びる走査線３ａとデータ線６ａとが設けられている。走査線３ａは、走査線駆動回路１０２に接続され、データ線６ａは、データ線駆動回路１０１に接続されている。フォトセンサー５０は、走査線３ａとデータ線６ａとの交点付近に対応して形成され、素子領域Ａにマトリックス状に配列されている。 (First Embodiment: Configuration of Image Sensor)
Hereinafter, the configuration of the image sensor will be described. 1A and 1B are schematic views showing a wiring structure of an image sensor according to the present embodiment. FIG. 1A is an overall configuration and FIG. 1B is an enlarged view of a photosensor. As shown in FIG. 1A, the image sensor 100 of the present embodiment is provided with scanning lines 3a and data lines 6a extending in a direction intersecting with the element region A. The scanning line 3 a is connected to the scanning line driving circuit 102, and the data line 6 a is connected to the data line driving circuit 101. The photo sensors 50 are formed corresponding to the vicinity of the intersections of the scanning lines 3a and the data lines 6a, and are arranged in a matrix in the element region A.

また、図１（ｂ）に示すように、走査線３ａと並列に定電位線３ｂが設けられ、データ線６ａと並列に定電位線１２ａが設けられている。走査線３ａや定電位線３ｂ、データ線６ａ、定電位線１２ａは電気抵抗を低減すべく厚い金属を用いて形成されており、ブラックマトリックスを形成している。定電位線３ｂは、走査線駆動回路１０２に接続され、定電位線１２ａは、データ線駆動回路１０１に接続されている。それぞれのフォトセンサー５０において、定電位線１２ａと定電位線３ｂとの間には、フォトダイオード２０と、保持容量３０とが直列に電気的に接続されて設けられている。ここで、保持容量３０は透光性の物質により構成されていることが好ましく、この場合にはフォトダイオード２０の下側にも保持容量３０を配置することが可能となる。また、走査線３ａにゲートが接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスター）１０が形成されており、このＴＦＴ１０のソース１０Ｓは、データ線６ａに接続され、ドレイン１０Ｄは、フォトダイオード２０と保持容量３０との接続点に電気的に接続されている。本実施形態では、ＴＦＴ１０と、フォトダイオード２０と、保持容量３０とよりフォトセンサー（光電変換素子）５０が構成されている。 As shown in FIG. 1B, a constant potential line 3b is provided in parallel with the scanning line 3a, and a constant potential line 12a is provided in parallel with the data line 6a. The scanning line 3a, the constant potential line 3b, the data line 6a, and the constant potential line 12a are formed using a thick metal so as to reduce electric resistance and form a black matrix. The constant potential line 3 b is connected to the scanning line driving circuit 102, and the constant potential line 12 a is connected to the data line driving circuit 101. In each photosensor 50, a photodiode 20 and a storage capacitor 30 are electrically connected in series between the constant potential line 12a and the constant potential line 3b. Here, the storage capacitor 30 is preferably made of a light-transmitting substance. In this case, the storage capacitor 30 can be disposed below the photodiode 20. Further, a TFT (thin film transistor) 10 having a gate connected to the scanning line 3 a is formed, a source 10 S of the TFT 10 is connected to the data line 6 a, and a drain 10 D is connected to the photodiode 20 and the storage capacitor 30. It is electrically connected to the connection point. In the present embodiment, a photosensor (photoelectric conversion element) 50 is configured by the TFT 10, the photodiode 20, and the storage capacitor 30.

図２は、本実施形態のイメージセンサー１００が備えるフォトセンサー５０の概略構成を示す拡大断面図である。図２では、本実施形態の構成を解りやすくするため、保持容量３０を省略して表している。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the photosensor 50 included in the image sensor 100 of the present embodiment. In FIG. 2, the storage capacitor 30 is omitted for easy understanding of the configuration of the present embodiment.

図２に示すように、フォトセンサー５０は、平板状の基板１を備えている。基板１上には図１（ａ）、（ｂ）に示すように複数のフォトセンサー５０がマトリックス状に配列されたイメージセンサー１００が形成されている。基板１はたとえばガラスにより形成されている。ここで、このイメージセンサー１００が主に一次元情報を処理に用いられる場合、線状にフォトセンサー５０を配列しても良い。 As shown in FIG. 2, the photosensor 50 includes a flat substrate 1. As shown in FIGS. 1A and 1B, an image sensor 100 in which a plurality of photosensors 50 are arranged in a matrix is formed on the substrate 1. The substrate 1 is made of, for example, glass. Here, when the image sensor 100 is mainly used for processing one-dimensional information, the photosensors 50 may be arranged in a linear shape.

基板１上には、たとえば、多結晶シリコンを用いた半導体層２が形成されている。半導体層２としては、アモルファスシリコン層を堆積した後、エキシマレーザーによる結晶化手法を用いて形成することが可能となる。また、半導体層２として、またアモルファスシリコン層をそのまま、あるいは水素化して用いることも好適である。 On the substrate 1, for example, a semiconductor layer 2 using polycrystalline silicon is formed. The semiconductor layer 2 can be formed by depositing an amorphous silicon layer and then using a crystallization technique using an excimer laser. It is also preferable to use an amorphous silicon layer as it is or as a hydrogenation as the semiconductor layer 2.

そして、半導体層２を覆うようにゲート絶縁膜３が形成されている。ゲート絶縁膜３は、たとえばＳｉＯ₂（シリコン酸化物）等の絶縁材料によって形成されている。ゲート絶縁膜３は、半導体層２を熱酸化した後、ＳｉＯ₂等の絶縁層を堆積して形成することが好適である。ゲート絶縁膜３上には、半導体層２のチャネル領域２ｃに対向してゲート電極４が形成されている。ゲート電極４は、図１に示す走査線３ａに電気的に接続されている。ゲート電極４は、たとえばＡｌ（アルミニウム）や、ポリシリコン等の導電性を有する金属材料（ポリシリコン中の不純物濃度は高く設定されており、金属的伝導特性を示す）により形成されている。 A gate insulating film 3 is formed so as to cover the semiconductor layer 2. The gate insulating film 3 is formed of an insulating material such as SiO ₂ (silicon oxide). The gate insulating film 3 is preferably formed by thermally oxidizing the semiconductor layer 2 and then depositing an insulating layer such as SiO ₂ . A gate electrode 4 is formed on the gate insulating film 3 so as to face the channel region 2 c of the semiconductor layer 2. The gate electrode 4 is electrically connected to the scanning line 3a shown in FIG. The gate electrode 4 is formed of, for example, Al (aluminum) or a metal material having conductivity such as polysilicon (impurity concentration in the polysilicon is set high and exhibits metallic conductivity characteristics).

ゲート絶縁膜３上には、ゲート電極４およびゲート絶縁膜３を覆って、層間絶縁層５が形成されている。層間絶縁層５は、たとえば、ゲート絶縁膜３と同様の絶縁材料により形成されている。層間絶縁層５上には、たとえば、ゲート電極４と同様の金属材料により、ソース電極６およびドレイン電極７が形成されている。 An interlayer insulating layer 5 is formed on the gate insulating film 3 so as to cover the gate electrode 4 and the gate insulating film 3. The interlayer insulating layer 5 is formed of, for example, an insulating material similar to that of the gate insulating film 3. On the interlayer insulating layer 5, for example, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are formed of the same metal material as that of the gate electrode 4.

ソース電極６は、層間絶縁層５およびゲート絶縁膜３を貫通し、半導体層２のソース領域２ｓに到達するコンタクトホール５ｓを介してソース領域２ｓに接続されている。また、ソース電極６は、図１に示すデータ線６ａと電気的に接続されている。 The source electrode 6 passes through the interlayer insulating layer 5 and the gate insulating film 3 and is connected to the source region 2 s through a contact hole 5 s that reaches the source region 2 s of the semiconductor layer 2. The source electrode 6 is electrically connected to the data line 6a shown in FIG.

ドレイン電極７は、層間絶縁層５およびゲート絶縁膜３を貫通し、半導体層２のドレイン領域２ｄに到達するコンタクトホール５ｄを介してドレイン領域２ｄに接続されている。また、ドレイン電極７は、図１に示す保持容量３０に電気的に接続されている。 The drain electrode 7 is connected to the drain region 2 d through a contact hole 5 d that penetrates the interlayer insulating layer 5 and the gate insulating film 3 and reaches the drain region 2 d of the semiconductor layer 2. The drain electrode 7 is electrically connected to the storage capacitor 30 shown in FIG.

本実施形態では、これら半導体層２、ゲート絶縁膜３、ソース電極６、およびドレイン電極７によりＴＦＴ１０が構成されている。 In the present embodiment, the semiconductor layer 2, the gate insulating film 3, the source electrode 6, and the drain electrode 7 constitute a TFT 10.

層間絶縁層５上には、ソース電極６、ドレイン電極７、および層間絶縁層５を覆うように絶縁層２５と有機平坦化層８とが形成されている。有機平坦化層８は、基板１上に形成されたＴＦＴ１０等による凹凸形状を埋めて表面が平坦に形成されている。有機平坦化層８は、たとえば、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材料により形成されている。 An insulating layer 25 and an organic planarizing layer 8 are formed on the interlayer insulating layer 5 so as to cover the source electrode 6, the drain electrode 7, and the interlayer insulating layer 5. The organic planarization layer 8 is formed to have a flat surface by filling the uneven shape formed by the TFT 10 or the like formed on the substrate 1. The organic planarizing layer 8 is formed of an insulating resin material such as an acrylic resin or an epoxy resin, for example.

有機平坦化層８上には、たとえばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透光性に優れた導電性材料により、陽極９が形成されている。透光性に優れた導電性材料で陽極９を形成することで光吸収を抑えた状態で、基板１側から受光することが可能となり、高い感度を持つイメージセンサーを提供することが可能となる。陽極９は、有機平坦化層８を貫通するコンタクトホール１３を介してドレイン電極７に接続されている。陽極９上には、ＰＩＮ型のフォトダイオード２０が形成されている。 On the organic planarization layer 8, an anode 9 is formed of a conductive material having excellent translucency such as indium tin oxide (ITO). By forming the anode 9 with a conductive material having excellent translucency, it is possible to receive light from the substrate 1 side while suppressing light absorption, and it is possible to provide an image sensor with high sensitivity. . The anode 9 is connected to the drain electrode 7 through a contact hole 13 that penetrates the organic planarization layer 8. A PIN type photodiode 20 is formed on the anode 9.

光電変換領域としてのフォトダイオード２０は、陽極９側に形成されたＰ層２１と、Ｐ層２１上に積層されたＩ層２２と、Ｉ層２２上に積層されたＮ層２３とにより形成されている。Ｐ層２１、Ｉ層２２、およびＮ層２３は、それぞれアモルファスシリコンにより形成されている。Ｐ層２１にはホウ素（Ｂ）等の不純物が、Ｎ層２３にはリン（Ｐ）等の不純物がそれぞれドープされている。 The photodiode 20 as a photoelectric conversion region is formed by a P layer 21 formed on the anode 9 side, an I layer 22 stacked on the P layer 21, and an N layer 23 stacked on the I layer 22. ing. The P layer 21, the I layer 22, and the N layer 23 are each formed of amorphous silicon. The P layer 21 is doped with impurities such as boron (B), and the N layer 23 is doped with impurities such as phosphorus (P).

また、フォトダイオード２０は、遮光性を有するＴＦＴ１０や、遮光性の領域として、たとえばブラックマトリックスを形成する領域以外では、フォトダイオード２０と基板１との間に遮光性を有するものを配置せぬようにすることが好適であり、フォトダイオード２０の上側から入る光と、下側から入る光とで、フォトダイオード２０での光電変換能のバランスを向上させることができる。ここで、後述するように、光損失を揃える補正層をフォトダイオード２０上に配置する場合には、ＴＦＴ１０の一部分が重なった場合でも損質分を補正できるため、若干重なっていても差し支えない。 In addition, the photodiode 20 is not arranged between the photodiode 20 and the substrate 1 except for the TFT 10 having a light shielding property or a region having a light shielding property other than a region where a black matrix is formed, for example. The balance of photoelectric conversion capability in the photodiode 20 can be improved by the light entering from the upper side of the photodiode 20 and the light entering from the lower side. Here, as will be described later, when a correction layer for aligning light loss is arranged on the photodiode 20, even if a part of the TFT 10 overlaps, the loss component can be corrected, so that it may be slightly overlapped.

有機平坦化層８上には、フォトダイオード２０の周囲を覆うように素子分離層１１が形成されている。素子分離層１１は、たとえば、有機平坦化層８と同様に絶縁性の樹脂材料等により形成されている。 An element isolation layer 11 is formed on the organic planarization layer 8 so as to cover the periphery of the photodiode 20. The element isolation layer 11 is formed of an insulating resin material or the like, for example, like the organic planarization layer 8.

フォトダイオード２０のＮ層２３上には、たとえば、ＩＴＯ等の透光性に優れた導電性材料により陰極１２が形成されている。透光性に優れた導電性材料で陰極１２を形成することで光吸収を抑えた状態で、陰極１２側から受光することが可能となり、高い感度を持つイメージセンサーを提供することが可能となる。陰極１２は、図１に示す素子領域Ａの複数のフォトセンサー５０にわたって一面に形成され、定電位線１２ａと電気的に接続されている。 On the N layer 23 of the photodiode 20, for example, the cathode 12 is formed of a conductive material having excellent translucency such as ITO. It is possible to receive light from the cathode 12 side in a state where light absorption is suppressed by forming the cathode 12 with a conductive material having excellent translucency, and it is possible to provide an image sensor with high sensitivity. . The cathode 12 is formed over the plurality of photosensors 50 in the element region A shown in FIG. 1 and is electrically connected to the constant potential line 12a.

次に、本実施形態の作用について説明する。図１（ｂ）に示すように、イメージセンサー１００の定電位線１２ａ、定電位線３ｂによってフォトセンサー５０のフォトダイオード２０に逆バイアスを印加した状態で、図２に示す陰極１２側からフォトダイオード２０に光が入射すると、フォトダイオード２０に光電流が流れ、それに応じた電荷が保持容量３０に蓄積される。また、図２に示す陽極９側からフォトダイオード２０に光が入射された場合でも同様に、フォトダイオード２０に光電流が流れ、それに応じた電荷が保持容量３０に蓄積される。 Next, the operation of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1B, in the state where a reverse bias is applied to the photodiode 20 of the photosensor 50 by the constant potential line 12a and the constant potential line 3b of the image sensor 100, the photodiode from the cathode 12 side shown in FIG. When light enters 20, a photocurrent flows through the photodiode 20, and charges corresponding thereto are accumulated in the storage capacitor 30. Similarly, even when light is incident on the photodiode 20 from the anode 9 side shown in FIG. 2, a photocurrent flows through the photodiode 20 and charges corresponding thereto are accumulated in the storage capacitor 30.

また、複数の走査線３ａの各々によって複数のフォトセンサー５０の各々が備えるＴＦＴ１０をオンさせることで、データ線６ａには、フォトセンサー５０の各々が備える保持容量３０に蓄積された電荷に対応する信号が順次出力される。したがって、素子領域Ａにおいて各々のフォトセンサー５０が陰極１２側や陽極９側から受光した光の強度を検出することができる。 Further, by turning on the TFT 10 included in each of the plurality of photosensors 50 by each of the plurality of scanning lines 3a, the data line 6a corresponds to the charge accumulated in the storage capacitor 30 included in each of the photosensors 50. Signals are output sequentially. Therefore, in the element region A, each photosensor 50 can detect the intensity of light received from the cathode 12 side or the anode 9 side.

（第２の実施形態：両面を基板で覆ったイメージセンサー）
以下、表面側にも補正板として基板を貼り付けたイメージセンサーを、第２の実施形態として説明する。図３は、表面側にも基板を貼り付けたイメージセンサーの断面図である。構成については第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。図３に示すように、フォトセンサー５０の上に、有機平坦化層８と同じ材質で同じ厚さに調整した充填材（補正層）としての有機補正層８ａと、基板１と同じ材質で同じ厚さを備える光透過板（補正層）としての無機補正板１ａとを備えている。これ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 (Second Embodiment: Image Sensor with Both Sides Covered by Substrate)
Hereinafter, an image sensor having a substrate attached as a correction plate on the front side will be described as a second embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of an image sensor in which a substrate is also attached to the front side. Since the configuration is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted. As shown in FIG. 3, the organic correction layer 8 a as a filling material (correction layer) adjusted to the same thickness with the same material as the organic planarization layer 8 on the photosensor 50 and the same material as the substrate 1 are the same. And an inorganic correction plate 1a as a light transmission plate (correction layer) having a thickness. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

この構成を用いることで、光損失が大きい厚い層を抜けてくる際に発生する損失が、基板１の裏側からの光と、無機補正板１ａ側からの光に対して揃えられることから、光電変換能のバランスが向上する。また、同じ材料で同じ厚さに揃えることで、透過率の波長依存性、温度特性を含めて揃えることが可能となり、より対称性が高いイメージセンサー１００を提供することが可能となる。 By using this configuration, the loss generated when passing through a thick layer with a large light loss is aligned with the light from the back side of the substrate 1 and the light from the inorganic correction plate 1a side. The balance of conversion ability is improved. Further, by arranging the same material and the same thickness, it is possible to arrange the transmittance including the wavelength dependence and temperature characteristics, and it is possible to provide the image sensor 100 with higher symmetry.

なお、有機補正層８ａと無機補正板１ａを用いることに代えて、光減衰率が有機補正層８ａと無機補正板１ａとの和に概ね揃えられた補正層としての樹脂層を用いても良い。この場合、無機補正板１ａを重ねる必要がなくなるため、より薄いイメージセンサー１００を提供することが可能となる。また、フォトセンサー５０と基板１との間に、たとえばＴＦＴ１０の一部等、遮光性を備えるものが挟まる場合、この減衰量を加味して補正層を形成することも好適である。 Instead of using the organic correction layer 8a and the inorganic correction plate 1a, a resin layer as a correction layer whose light attenuation factor is substantially equal to the sum of the organic correction layer 8a and the inorganic correction plate 1a may be used. . In this case, since it is not necessary to overlap the inorganic correction plate 1a, a thinner image sensor 100 can be provided. In addition, when a light-shielding material such as a part of the TFT 10 is sandwiched between the photosensor 50 and the substrate 1, it is also preferable to form a correction layer in consideration of this attenuation amount.

（変形例）
以下、上記したイメージセンサーの構成にかかる変形例について説明する。上記したイメージセンサー１００の構成においては、陽極９や、陰極１２にＩＴＯを用いた例について説明したが、これは同じく透光性を備えるインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）や、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、アルミ合金（５０ｎｍ程度以下の厚さを持つ）等の透光性導電体を用いても良い。 (Modification)
Hereinafter, a modified example according to the configuration of the above-described image sensor will be described. In the configuration of the image sensor 100 described above, an example in which ITO is used for the anode 9 and the cathode 12 has been described. ), A light-transmitting conductor such as an aluminum alloy (having a thickness of about 50 nm or less) may be used.

また、ＴＦＴ１０を構成する物質としては、ポリシリコンに代えて、アモルファスシリコン、単結晶シリコン（ＳＯＩ技術を用いることが好ましい）等のシリコン系半導体や、シリコンにゲルマニウムを添加した半導体、化合物半導体等を用いても良い。また、酸化物半導体等、透光性を備える物質を用いても良い。透明な酸化物半導体の例としては、たとえばＩｎＧａＺｎＯ₄（インジウム：ガリウム：亜鉛：酸素）や、ＳｒＴｉＯ₃（チタン酸ストロンチウム）をあげることができる。このような物質を用いてＴＦＴ１０を形成した場合、以下に示すようにフォトダイオード２０とＴＦＴ１０を重ねて形成することが可能となる。図４は、フォトダイオードとＴＦＴを重ねて形成した状態を示す断面図である。そのため、開口率が上がり、より高い感度を持つイメージセンサー１００を提供することが可能となる。また、ペンタセン等の有機物を使っても同様の効果を得ることができる。また、この場合、ソース電極６やドレイン電極７も透光性を有する材質を用いることが好適となり、ソース電極６やドレイン電極７による光量低下を抑制することが可能となる。 Further, as a material constituting the TFT 10, instead of polysilicon, silicon-based semiconductors such as amorphous silicon and single crystal silicon (preferably using SOI technology), semiconductors in which germanium is added to silicon, compound semiconductors, and the like are used. It may be used. Alternatively, a light-transmitting substance such as an oxide semiconductor may be used. Examples of the transparent oxide semiconductor include InGaZnO ₄ (indium: gallium: zinc: oxygen) and SrTiO ₃ (strontium titanate). When the TFT 10 is formed using such a material, the photodiode 20 and the TFT 10 can be formed to overlap each other as described below. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a photodiode and a TFT are formed to overlap each other. Therefore, it is possible to provide the image sensor 100 with an increased aperture ratio and higher sensitivity. The same effect can be obtained by using an organic substance such as pentacene. In this case, it is preferable to use a light-transmitting material for the source electrode 6 and the drain electrode 7, and it is possible to suppress a decrease in light amount due to the source electrode 6 and the drain electrode 7.

また、走査線３ａや定電位線３ｂ、データ線６ａ、定電位線１２ａをブラックマトリックスとして用いた例について触れているが、これは、透光性導電体を用いても良い。この場合開口率が上がり、より高い感度を持つイメージセンサー１００を提供することが可能となる。また、透光性のＴＦＴ１０と、透光性導電体と、を共に用いても良く、この場合、さらに開口率が上がり、高い感度を持つイメージセンサー１００を提供することが可能となる。ここで、ゲート電極４の材質を変えた場合、ＴＦＴ１０の閾値等の特性が変わり、設計上不利になる場合がある。この場合には、たとえば従来用いていた材料を用いて透光性を備える範囲の厚さでゲート電極層を作り、その上に透光性を有する導電体層を形成し、パターニングすることでゲート電極４を形成しても良い。なお、この製造方法は一例を示すものであり、透光性を備える範囲で規定される層厚を有する物質上に、透光性を有する導電体層を備えた電極構造を有していれば良い。 Further, although an example in which the scanning line 3a, the constant potential line 3b, the data line 6a, and the constant potential line 12a are used as a black matrix is described, a translucent conductor may be used. In this case, the aperture ratio is increased, and it is possible to provide the image sensor 100 having higher sensitivity. Further, the light-transmitting TFT 10 and the light-transmitting conductor may be used together. In this case, the aperture ratio is further increased, and the image sensor 100 having high sensitivity can be provided. Here, when the material of the gate electrode 4 is changed, characteristics such as a threshold value of the TFT 10 are changed, which may be disadvantageous in design. In this case, for example, a gate electrode layer is formed with a thickness in a range having translucency using a conventionally used material, a light-transmitting conductor layer is formed on the gate electrode layer, and patterning is performed to form a gate. The electrode 4 may be formed. In addition, this manufacturing method shows an example, and has an electrode structure provided with a light-transmitting conductor layer on a material having a layer thickness specified in a range having light-transmitting properties. good.

また、走査線３ａや定電位線３ｂ、データ線６ａ、定電位線１２ａをブラックマトリックスとして用いた例について触れているが、このブラックマトリックスに加え、フォトダイオード２０を挟む位置に基板１での平面視にて重なるように別のブラックマトリックスを形成しても良く、この場合基板１の表側からの光と、基板１の裏面からの光に対して光電変換能のバランスが向上し、対称性が高いイメージセンサー１００を提供することが可能となる。 In addition, an example in which the scanning line 3a, the constant potential line 3b, the data line 6a, and the constant potential line 12a are used as a black matrix is described, but in addition to the black matrix, a plane on the substrate 1 is positioned at a position sandwiching the photodiode 20 therebetween. Another black matrix may be formed so as to overlap with each other. In this case, the balance of photoelectric conversion ability is improved with respect to the light from the front side of the substrate 1 and the light from the back surface of the substrate 1, and the symmetry is improved. A high image sensor 100 can be provided.

Ａ…素子領域、１…基板、１ａ…無機補正板、２…半導体層、２ｃ…チャネル領域、２ｄ…ドレイン領域、２ｓ…ソース領域、３…ゲート絶縁膜、３ａ…走査線、３ｂ…定電位線、４…ゲート電極、５…層間絶縁層、５ｄ…コンタクトホール、５ｓ…コンタクトホール、６…ソース電極、６ａ…データ線、７…ドレイン電極、８…有機平坦化層、８ａ…有機補正層、９…陽極、１０…ＴＦＴ、１１…素子分離層、１２…陰極、１２ａ…定電位線、１３…コンタクトホール、２０…フォトダイオード、２１…Ｐ層、２２…Ｉ層、２３…Ｎ層、２５…絶縁層、３０…保持容量、５０…フォトセンサー、１００…イメージセンサー、１０１…データ線駆動回路、１０２…走査線駆動回路。 A ... element region, 1 ... substrate, 1a ... inorganic correction plate, 2 ... semiconductor layer, 2c ... channel region, 2d ... drain region, 2s ... source region, 3 ... gate insulating film, 3a ... scanning line, 3b ... constant potential Line 4, gate electrode 5, interlayer insulating layer, 5 d contact hole, 5 s contact hole, 6 source electrode, 6 a data line, drain electrode, 8 organic flattening layer, 8 a organic correction layer , 9 ... anode, 10 ... TFT, 11 ... element isolation layer, 12 ... cathode, 12a ... constant potential line, 13 ... contact hole, 20 ... photodiode, 21 ... P layer, 22 ... I layer, 23 ... N layer, 25 ... Insulating layer, 30 ... Retention capacitor, 50 ... Photo sensor, 100 ... Image sensor, 101 ... Data line driving circuit, 102 ... Scanning line driving circuit.

Claims

An image sensor having a photoelectric conversion region on a transparent substrate,
An image sensor characterized in that both the lower side and the upper side of the photoelectric conversion region have translucency.

2. The image sensor according to claim 1, wherein electrodes having translucency are disposed below and above the photoelectric conversion region.

The image sensor according to claim 1 or 2,
In a plan view of the transparent substrate, at least one of a light-transmitting thin film transistor and a light-transmitting wiring layer is formed in a region overlapping with the photoelectric conversion region, Image sensor to perform.

The image sensor according to any one of claims 1 to 3,
The image sensor, wherein the photoelectric conversion region is surrounded by a light-shielding region at least one of the photoelectric conversion regions in a vertical direction in a plan view of the transparent substrate.

The image sensor according to claim 4,
The image sensor, wherein the light-shielding region is an electrical wiring made of metal.

The image sensor according to any one of claims 1 to 5,
An image sensor comprising: a correction layer positioned on the lower side of the photoelectric conversion region and aligned with the light loss including the transparent substrate, on the lower side of the photoelectric conversion region.

The image sensor according to claim 6,
An image sensor comprising: a light transmitting plate having optical characteristics aligned with the transparent substrate; and a filler for the correction layer.