JPH04317373A - 密着型イメージセンサ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、密着型イメージセンサ
に用いられるもので、半導体素子の多層構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファクシミリの普及に合わせて、
画像読み取り部分のより小型化、軽量化、低価格化が求
められている。ファクシミリ等に用いられているイメー
ジセンサーは大別して非密着型、密着型、完全密着型の
３種類がある。現状ではＣＣＤを用いた非密着型は原稿
を縮小レンズ系を通してＣＣＤに投影しているため、小
型化、軽量化に関しては他の２方式に比べ不利であるが
、現在確立されているシリコンウェハーを用いたＬＳＩ
プロセスで生産できることやＣＣＤチップが小型で済む
こともあって価格面で有利である。密着型、完全密着型
は小型化、軽量化において非密着型に比べ有利である一
方でその作製プロセスや実装、組立の困難さのため生産
コストが高く、またセルフォックレンズアレイや薄板ガ
ラスなどの高価格の部品を用いていることがこの２方式
のイメージセンサーの低価格化を阻む大きな要因になっ
ている。

【０００３】ファクシミリ用の密着型のイメージセンサ
ーはＭＯＳＬＳＩチップを多数実装するマルチチップ型
と、アモルファスシリコン薄膜などを光センサー部に用
い絶縁基板上に形成した薄膜型が主である。これらはい
ずれもセルフォックレンズアレイを用いている。マルチ
チップ型は歩留まりも高く、安定供給が可能とされてい
る。一方で薄膜型は歩留まりが悪いため生産コストが高
い。

【０００４】薄膜素子を用いる完全密着型イメージセン
サーは縮小レンズ系やセルフォックレンズアレイ等を用
いないため特に小型化、軽量化の面で最も有利であり、
これを低価格で供給することが望まれていた。

【０００５】このようなイメージセンサの例として、図
２に薄膜トランジスタとアモルファスシリコン光電変換
装置を使用した完全密着型のイメージセンサを示す。こ
のようなセンサーにおいて、薄膜トランジスタ素子部と
アモルファスシリコンセンサは別工程で作製されており
層間絶縁膜を介して、同一平面基板上に並列に形成され
、これらの薄膜トランジスタ素子部とアモルファスシリ
コンセンサは最終的にアルミニウム配線により電気的に
接続される。

【０００６】従ってセンサ基板のサイズとしては、実装
するための周辺部の空間を除くと、必要数のＴＦＴ駆動
回路部及び光電変換装置部、そしてこれらを接続する配
線部の面積が必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図３に図２のイメージ
センサー素子を配列したＡ４サイズの密着型イメージセ
ンサのレイアウトを示す。Ａ４サイズであるので、基板
の長さは約２３０ｍｍであり、基板の幅方向には光電変
換装置領域で約２．３ｍｍ、ＴＦＴ駆動回路部で約１．
２ｍｍ幅となり、全体の基板幅としては約４ｍｍになっ
ている。このように、基板の幅方向に光電変換装置部分
と駆動回路部分との必要面積の和が基板全体で必要とな
り、かなり大きな基板面積を必要とすることになり、イ
メージセンサの小型化、軽量化とは逆行することになっ
ている。

【０００８】さらにこのイメージセンサに使用される基
板の種類として、耐熱性のガラス、特に合成石英ガラス
は非常に高価であり、イメージセンサを構成する材料費
のうち、基板の価格は大きな割合を占める。このためセ
ンサの基板サイズは極力小さくする必要がある。

【０００９】この最も有効な方法として薄膜トランジス
タの駆動回路部と光電変換装置部分の多層化が考えられ
る。しかしこれを実施するには以下の問題点がある。ま
ず薄膜トランジスタ上に光電変換装置を形成するために
は、その間に層間絶縁膜が必要となる。この層間絶縁膜
は一般にＣＶＤ装置やスパッタ装置にて積層される。し
かしこれらの膜は下地の凹凸がそのまま表面に現れてし
まい、この上にそのままセンサを製作するには問題があ
る。すなわち、光電変換装置の受光面が一定の面に揃わ
ないので、イメージセンサとして使用する場合原稿から
の距離が一定にならず、画像情報を正確に読み取ること
ができなかった。

【００１０】また、層間絶縁膜の形成にＣＶＤ法を用い
る場合にはその成膜温度が５００℃近くになる。さらに
、その凹凸をなくするために層間絶縁膜中にリン、砒素
、ボロン等を混入させて、リフロー処理を施すことによ
り、その上面を平坦化する際には、少なくとも７００℃
以上の温度が必要になる。

【００１１】この様な場合、薄膜トランジスタの各機能
部分に給電する電極材料として、低抵抗の金属材料でか
つ加工のし易い材料、例えばアルミニウムを使用するこ
とが出来なくなり、金属材料より抵抗の高いドープされ
たポリシリコン電極や、加工性悪い、合金材料を使用し
なければならなかった。以上の理由により密着型イメー
ジセンサの多層化は困難であり、図２に示したような、
従来の構造を取らざるを得なかった。

【００１２】

【課題を解決しようとする手段】本発明は前述の問題点
を解決することにより、薄膜を用いた密着型、完全密着
型のイメージセンサーの生産コストを低減し、小型化を
実現することを目的とするものである。

【００１３】本発明では薄膜トランジスタよりなる駆動
回路部分上に光電変換部分を積層した構成により、イメ
ージセンサ基板の面積の縮小をはかり、センサの小型化
と製造歩留りの向上を目的としたものであります。

【００１４】すなわち、図１にあるように薄膜トランジ
スタ部と光電変換装置部とを積層して設け、この間の層
間絶縁膜１３として、その上面が平坦な絶縁膜を使用し
たことを特徴とするものであります。

【００１５】この層間絶縁膜としては、上面が容易に平
坦化でき、かつ絶縁膜形成時に加熱温度の低いものを使
用したことを特徴とするもので、例えばＯＣＤ（酸化珪
素系被膜形成用塗布膜）や、有機膜（ポリイミド、ポリ
アミド等）を用いることができるものであります。これ
らの絶縁膜は膜形成時温度として、最大４００℃程度で
膜形成が可能であり、膜のエッチング加工性も良く、有
機膜の場合には、光感光性を付して、容易に微細な加工
が可能となる。

【００１６】また、これらの膜はその形成時に溶液状で
あり、その溶液を塗布した後、暫く放置または静置する
だけで、容易に平坦な上面を実現できる。ここで、ＯＣ
Ｄは珪素化合物及び添加材をを有機溶剤に溶解したもの
で、フォトレジストと同様にスピナーにより塗布される
。従って凹凸のある基板上に塗布しても表面は均一で滑
らかな面となり、膜上の素子形成が可能となる。また塗
布後の焼成温度が低いため、ＴＦＴ駆動回路部の配線に
低抵抗のアルミニウムの使用が可能となり、マイグレー
ションの問題も解決される。

【００１７】また、下層の薄膜トランジスタ部上にこれ
ら絶縁膜を直接に形成するのではなく、その間に室温の
スパッタ法にて形成された、酸化珪素膜や窒化珪素膜を
設けることにより、ＯＣＤや有機膜に使用された溶剤等
からトランジスタを保護することができ、さらに後工程
で侵入してくる不純物をブロッキングすることができる
効果をえることができる。

【００１８】

【実施例】図１に本発明の密着型イメージセンサの概略
断面図を示す。この図において、各部分の寸法は説明の
ため、実際とは異なって示されている。まず、結晶化ガ
ラス基板１上にアモルファスシリコン膜２を３００〜３
０００ÅプラズマＣＶＤ法にて成膜し、４００〜５００
℃の温度での熱結晶化処理またはレーザアニール処理に
より、この膜を結晶化させる。次に公知のフォトリソグ
ラフィー技術を用い島状にパターニングする。この上に
ゲイト絶縁膜３としてスパッタ法により酸化珪素膜を２
００Å形成する。

【００１９】さらに燐を高濃度ドーピングしたアモルフ
ァスシリコン膜４を１０００Å〜３０００Å成膜したの
ち、ゲイト電極の様にパターニングした。次にこれらの
全面に硼素を５×１０１４〜３×１０１５ａｔｏｍｓ／
ｃｍ２　程度のドーズ量イオン注入し、Ｐ型のトランジ
スタの不純物領域を形成する。次にレジストなどのイオ
ン注入のマスクになるものでこのＰＭＯＳにしたい部分
を覆い、ＮＭＯＳにしたい部分に燐を硼素の２倍から１
０倍のドーズ量イオン注入して不純物領域を形成する。

【００２０】この後上記のように注入した不純物を６０
０℃以上の温度で活性化し、さらに薄膜トランジスタの
特性を向上させるため水素化処理を施した。水素化処理
は真空槽中にプラズマで水素原子を作り、その中に薄膜
トランジスターを暴露させる方法、あるいは熱により水
素を拡散させる方法のいずれも効果が認められた。

【００２１】次にこれら薄膜トランジスタを被って、絶
縁膜として酸化シリコンを５０００Å〜１．５μｍ成膜
する。この絶縁膜５としては酸化シリコンやＰＳＧ膜や
ＢＰＳＧ膜などが適し、これらは例えば常圧ＣＶＤ法、
減圧ＣＶＤ法、スパッタ法、などを用いて成膜している
。また、スパッタ法や光ＣＶＤ法で５００〜２０００Å
酸化シリコンを成膜し、その上に液体シリカを用いて絶
縁膜を積層してもよい。

【００２２】次に所定のパターニング処理により、薄膜
トラジスタの電極部分のコンタクトのためのコンタクト
ホールをこの絶縁膜５にあけた後、電極材料としてアル
ミニウム１１を使用して薄膜トランジスタの電極を形成
した。この時、所定の回路に従い、これら野電極は必要
な部分で接続される。

【００２３】次に此の薄膜トランジスタ部上に層間絶縁
膜を形成する。まず、室温でのスパッタ法により、これ
ら全面に酸化珪素膜１２を１０００Å形成する。この後
、ＯＣＤ（酸化珪素系被膜形成用塗布膜）のアルコール
溶液をスピナーにより、この上面に形成する。この塗布
後の被膜の厚みは溶液の粘度、スピナーの回転数、回転
時間により変化できる。本実施例では、粘度３０ＣＰで
１０００回転５秒、３０００回転１５秒として、厚さを
１μｍとした。

【００２４】この塗布後、この基板を１５分間静置し、
その上面をレベリングする。この後３００℃６０分熱処
理を行い酸化珪素膜１３を完成する。

【００２５】次にこの絶縁膜上に光電変換装置を形成す
る。この絶縁膜１３上にシリコンあるいは酸化シリコン
等のドライエッチングガスに対しエッチング速度の十分
遅い金属６、例えばクロムをスパッタ法により１０００
〜２０００Å成膜した後にフォトリソグラフィープロセ
スにより形成する。

【００２６】次に燐をドープしたＮ層アモルファス炭化
珪素、不純物をドープしないＩ層アモルファスシリコン
、ボロンをドープしたＰ層アモルファス炭化珪素を成膜
した半導体層７を形成する。膜厚は、要求される電気特
性例えばフォトダイオードのダイオードの特性が最適に
なるように決定すればよく、Ｐ，Ｎ層は各々１００〜６
００Å、Ｉ層は３０００Å〜１．２μｍが適当である。

【００２７】引続き透明導電膜であるＩＴＯ８を７００
〜２０００Å成膜し、パターニングし、さらに先に成膜
したフォトダイオードをドライエッチングし、引続き光
導入用の窓２０および、下層の薄膜トランジスタとの接
続の為の穴２１を設けるために層間絶縁膜１３及び１２
をエッチングする。

【００２８】次に、ＳＯＧ（スピンオングラス）の様な
液体シリカをスピンオン法等により塗布し、フォトダイ
オード７の特性に影響が少ない温度例えば２００〜３０
０℃程度でアニールすることにより、絶縁膜９を形成す
る。この形成する膜厚は電極６と電極１０の間の容量を
鑑みて決定すればよい。液体シリカの希釈割合やスピン
コートする際の回転数、時間などを条件出しすることに
より膜厚は３００Å程度から１．６μｍ程度まで任意に
膜厚は変化させることが出来る。

【００２９】また、この絶縁膜は液体シリカによる形成
法に限らず、スパッタ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、常
圧ＣＶＤなどの方法でＳｉＯ２　、Ｓｉ３　Ｎ４　、Ｓ
ｉＯＮ、Ｔａ２　Ｏ５　などの絶縁性の素材を成膜して
もよく、同様の効果が得られた。特に誘電率の大きいＳ
ｉ３　Ｎ４　やＴａ２　Ｏ５　の場合、コンデンサー容
量を多く取れるので、センサー面積減少の効果は大きい
。

【００３０】次に、前述の様にして形成された絶縁膜に
フォトリソグラフィーによりＩＴＯ８と第２の薄膜電極
１０および下層のトランジスタの不純物領域と電極１０
とをコンタクトさせるためのコンタクトホールを形成す
る。その後、薄膜電極配線１０としてアルミをスパッタ
法で成膜した後にフォトリソグラフィーによりパターニ
ングすることにより薄膜プロセスは終了する。この後、
基板を分断してイメージセンサを切出し、アルミ製のわ
くに設置する。この後５０〜１００μｍの薄板ガラスを
接着剤で貼り付けてイメージセンサーは完成する。

【００３１】例えば、本発明による層間絶縁膜として、
ＯＣＤ溶液ではなく、有機樹脂膜を使用することができ
る。この有機樹脂膜としては、ポリイミド樹脂、ポリア
ミド樹脂等を使用できる。この有機樹脂を使用した場合
、ＯＣＤに比べて焼成温度を高くする必要が発生するが
、レベリング性能ならびに膜の緻密さは優れているとい
う特徴を持つ。

【００３２】このようにして作製されたイメージセンサ
ーはショート、リーク等の不良が少なく、１基板当りの
センサー取り数が多い上に、生産歩留まりが高いため、
低コスト化に非常に有利である。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、従来素子部で約３．５ｍ
ｍ、基板で約４ｍｍあった幅がそれぞれ約２．５ｍｍ、
約３ｍｍに縮小が可能となり、密着型イメージセンサの
小型化、低コスト化が可能となる。

【００３４】また、一枚の基板から取れるイメージセン
サーの取り数が〜２５％増加し、イメージセンサーの製
造コストをやすくすると同時に素子部分の面積をへらす
ことができたので、製造歩留りが格段に向上した。

【００３５】また、センサー１本当りの面積が小さくな
ったことにより、ゴミやパーティクルが原因のピンホー
ルが生じる割合が減り、歩留まりが高くなった。

【００３６】さらに、光電変換装置部が凹凸状態ではな
いため、十分な画像読み取りを行なうことができる。加
えて、低抵抗な電極材料を使用できるので、配線抵抗を
少なくすることができ、より大面積化が可能となった。 さらに、低抵抗なため、金属材料の膜厚を薄くでき、よ
り低コスト化と凹凸段差を少なくすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による密着型イメージセンサの断面構造
を示したものである。

【図２】従来の密着型イメージセンサの断面構造を示し
たものである。

【図３】従来の密着型イメージセンサのレイアウト及び
寸法を示したものである。

【符号の説明】

１　　結晶性ガラス基板 ２　　結晶性シリコン活性層 ３　　ゲート酸化膜 ４　　ゲートシリコン電極 ５　　層間絶縁膜 ６　　遮光兼下部電極 ７　　アモルファスシリコン膜 ８　　透明電極 ９　　酸化膜 １０　　アルミニウム配線 １１　　下部ＴＦＴアルミニウム配線 １２　　酸化膜 １３　　ＯＣＤ膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に形成された密着型イメージセ
   ンサであって、薄膜トランジスタと光電変換装置部を有
   し、かつこれらが上面が平坦な層間絶縁膜を介して積層
   された構造を有することを特徴とする密着型イメージセ
   ンサ。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の層間絶縁膜として酸
   化珪素系被膜形成用塗布膜を用いることを特徴とする密
   着型イメージセンサ。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の層間絶縁膜として有
   機樹脂膜を用いることを特徴とする密着型イメージセン
   サ。
4. 【請求項４】　　薄膜トランジスタの電極材料として低
   融点、低抵抗の金属を使用したことを特徴とする請求項
   ２記載の密着型イメージセンサ。
5. 【請求項５】　　薄膜トランジスタの電極材料として低
   融点、低抵抗の金属を使用したことを特徴とする請求項
   ３記載の密着型イメージセンサ。