JPH08102547A - 光電変換装置及びその製造方法 - Google Patents

光電変換装置及びその製造方法

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JPH08102547A
JPH08102547A JP6259809A JP25980994A JPH08102547A JP H08102547 A JPH08102547 A JP H08102547A JP 6259809 A JP6259809 A JP 6259809A JP 25980994 A JP25980994 A JP 25980994A JP H08102547 A JPH08102547 A JP H08102547A
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JP
Japan
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film
photoelectric conversion
conversion device
lens
semiconductor layer
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JP6259809A
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English (en)
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Tomohiko Otani
智彦 大谷
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトな構造を有し、且つ低廉化が図れ
ると共に、良好な集光機能を有する光電変換装置を提供
する。 【構成】 光電変換半導体層としてのi−Si膜5の上
方に上部ゲート絶縁膜10を介してITOでなる上部ゲ
ート電極11Aを形成し、この上部ゲート電極11Aの
上にAl−Ti膜をパターニングした後、このAl−T
i膜を陽極酸化してSi23でなるレンズ部12Bに変
化させる。Al−Ti膜は陽極酸化により、断面が半円
状のレンズとして適した形状となる。このため、良好な
集光機能の有し、且つレンズ一体型のコンパクトな光電
変化装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光電変換装置及びそ
の製造方法に関し、さらに詳しくは、集光機能を備えた
光電変換装置及びその製造方法に係る。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の光電変換装置としては、
MOS型のフォトセンサをはじめとして各種のものが知
られている。その一例として、光電変換半導体層の上下
にゲート電極を有する所謂ダブルゲート構造の光電変換
装置がある。この光電変換装置は、光電変換半導体層上
のゲート絶縁膜及び上方のゲート電極が光透過性を有
し、これらを通して光電変換半導体層へ受光させるよう
になっている。このような光電変換装置を複数配列した
フォトセンサを2次元イメージセンサとして文字などの
読み取りに用いる場合、文字とセンサとのギャップによ
って文字などの像がぼけるという問題があった。この問
題の対策として、フォトセンサの各画素となる光電変換
装置に対応するレンズ部を複数有する、ロッドレンズア
レイや光ファイバアレイなどの光学系を、フォトセンサ
に組み合わせて各画素に像を結ばせるという手段が講じ
られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たロッドレンズアレイや光ファイバアレイなどの光学系
を組み合わせるためには、精度の高い位置合わせ技術が
必要である。また、これらの光学系は高価であるため、
低廉な光学系の開発が望まれている。さらに、これらの
光学系では、フォトセンサの表面に組み付ける構造であ
るため、装置の奥行きが長くなる問題があった。この発
明が解決しようとする課題は、良好な集光機能を有し、
且つコンパクトな構造で、しかも低廉化が図れる光電変
換装置を得るにはどのような手段を講じればよいかとい
う点にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1記載の
発明は、光電変換半導体層の上方にメタルの陽極酸化膜
でなるレンズを形成したことを、その解決手段としてい
る。また、請求項2記載の発明は、前記メタルがAl−
Ti合金であることを特徴としている。さらに、請求項
3記載の発明は、光電変換半導体層の上方にメタル膜を
形成する工程と、該メタル膜を陽極酸化して該光電変換
半導体層の上方にレンズを形成する工程と、を備えるこ
とを、特徴としている。
【0005】
【作用】この発明においては、光電変換半導体層の上方
に、メタル膜を陽極酸化して形成したレンズを配置した
ため、このレンズを通過する光を集光させて光電変換半
導体層上に像を結ばせる作用を有する。ここで、メタル
膜をAl−Ti合金となし、これを陽極酸化することに
より、Al−Tiは体積が増加し断面半円形状となる。
そして、Al−Ti合金はこの陽極酸化により主にAl
23になり、透明に変化するため、光電変換半導体層へ
確実に光を集める作用を有する。
【0006】
【実施例】以下、この発明に係る光電変換装置の製造方
法の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。な
お、本実施例は、所謂ダブルゲート構造のMOS型フォ
トセンサの製造方法に本発明を適用した例である。本実
施例の光電変換装置を製造するには、まずガラス基板1
の上にAl−Ti膜(図示省略する)をスパッタ法にて
所定膜厚(例えば3300Å程度)となるように堆積さ
せる。このAl−Ti膜をフォトリソグラフィー技術及
びエッチング技術を用いてパターニングし、さらにこれ
を陽極酸化して、図1に示すような下部ゲート電極2と
陽極酸化膜3とを形成する。このように、パターニング
されたAl−Ti膜を陽極酸化することにより、Al−
Ti膜の表面に形成された陽極酸化膜3の肩部が丸くな
り、それに伴い下部ゲート電極2の肩部も丸くなる。こ
のため、後記する下部ゲート絶縁膜4のステップカバレ
ージが向上する。なお、本実施例では、下部ゲート電極
2に陽極酸化を施したが、通常のように陽極酸化を行わ
ずに、断面矩形状の電極を形成してもよい。
【0007】次に、図1に示すように、窒化シリコン
(SiN)でなる下部ゲート絶縁膜4、光電変換半導体
層としてのイントリンシック−アモルファスシリコン
(以下、i−Siと称する)膜5、エッチングの際にブ
ロッキング層となるSiN膜6をプラズマ−CVD法を
用いて順次連続的に堆積させる。続いて、SiN膜6
を、i−Si膜5の受光部となる部分の上に残すように
パターニングした後、全面にn+のドープトアモルファ
スシリコン膜7を全面に堆積させる。次に、フォトリソ
グラフィー技術及びドライエッチング技術を用いて、ド
ープトアモルファスシリコン膜7がi−Si膜5の受光
部の両側に位置するソース・ドレインとなるように加工
すると共に、i−Si膜5がデバイス形成領域分だけ残
るように加工する。ここで、SiN膜6はドライエッチ
ングからi−Si膜5の受光部(チャネル形成領域)を
保護する作用がある。
【0008】次に、ソース・ドレイン電極のバリア層と
してのクロム(Cr)膜8と、ソース・ドレイン電極と
なるAl−Ti膜9とを順次堆積させ、これらの膜をフ
ォトリソグラフィー技術及びウェットエッチング技術を
用いて、図1に示すようにソース・ドレインの上に積み
重ねた形状に加工する。その後、全面にSiNでなる上
部ゲート絶縁膜10を堆積させる。
【0009】次に、図2に示すように、上部ゲート絶縁
膜10の上に、ITO膜11を例えばスパッタ法にて堆
積させる。次いで、本実施例では、図3に示すように、
ITO膜11の上にフォトレジストを塗布し、露光・現
像を行って、画素部分の上部ゲート電極となる部分と、
上部ゲート電極の配線ラインとなる部分と、を覆うレジ
ストパターン12を形成する。なお、図3は画素部分の
上部ゲート電極となるITO膜11を覆うレジストパタ
ーン12を示す断面図である。次に、このレジストパタ
ーン12ををマスクとしてエッチングを行って図4に示
すような上部ゲート電極11Aを形成する。なお、図4
はレジストパターン12を剥離した状態を示している。
【0010】その後、図5に示すように、全面にAl−
Ti膜12を堆積させた後、このAl−Ti膜12を、
上記したITO膜11のパターニングと同様の露光マス
クを用いてパターニングを行い、上部ゲート電極11A
上にAl−Ti膜12を残す。なお、Al−Ti膜12
とITO膜11とを連続してエッチングしない理由は、
Al−Ti膜12AがITO膜12のエッチングの際に
ダメージを受けないようにするためである。
【0011】ここで、このままAl−Ti膜12Aの陽
極酸化を行うと上部ゲート電極の配線ライン上までレン
ズが形成されてしまうため、画素部分のみを露出させる
必要がある。このため、図6に示すように配線ライン部
分AにはAl−Ti膜12A覆うようにCr膜13をパ
ターニングする。なお、同図中14は、配線ライン上に
Cr膜13をパターニングするためのレジストパターン
である。
【0012】そして、この状態でAl−Ti膜12Aに
電流を流して陽極酸化を行うと、図7に示すように、画
素部分BのAl−Ti膜12Aが陽極酸化物(主にAl
23)に変化してレンズ部12Bになる。ここで、Al
−Ti膜12Aは、陽極酸化されることにより堆積が増
加して断面が半円状になり、またAl−Tiが主にAl
23となることにより透明になる。なお、ここで陽極酸
化が不十分の場合はレンズが曇るため、十分な陽極酸化
を行う。その後、配線ライン上のレジストパターン14
を剥離し、Cr膜13をウェットエッチングで除去する
ことにより、本実施例の光電変換装置が完成する。
【0013】図8は、このようにして製造された光電変
換装置の画素部の断面図である。以下、本実施例の光電
変換装置の構成を説明する。図8に示すように、ガラス
基板1の上に下部ゲート電極2が形成されている。この
下部ゲート電極2の上方には、下部ゲート絶縁膜4等を
介して光電変換半導体層としてのi−Si膜5が形成さ
れている。さらに、i−Si膜5のゲート長方向の両脇
部分の上には、ソース・ドレインとしてのドープトアモ
ルファスシリコン膜7と、クロム膜8と、ソース・ドレ
イン電極としてのAl−Ti膜9とが順次積層して形成
されている。そして、i−Si膜5の受光部の上方に上
部ゲート絶縁膜10を介して、ITO膜でなる上部ゲー
ト電極11Aが形成されている。この上部ゲート電極1
1Aの上にAl−Ti膜を陽極酸化してなるレンズ部1
2Bが形成されている。
【0014】本実施例の光電変換装置においては、レン
ズ部12Bが光電変換半導体層であるi−Si膜5の受
光部の直上に配設されているため、i−Si膜5の受光
部に光を集めて入射させる作用を持ち、像を確実にi−
Si膜5の受光部に結ばせることが可能となる。このた
め、本実施例の光電変換装置を用いれば精度の高い読み
取りを可能にすると共に、MOS構造のフォトセンサの
感度を大きく向上させることができる。また、本実施例
によれば、別途ロッドレンズアレイや光ファイバアレイ
等の高価な光学系を組み合わせる必要がなくなり、低廉
でコンパクトな光電変換装置を得ることができる。ま
た、このように光学系を用いないため、大面積のセンサ
面を有する光電変換装置を実現することが可能となる。
【0015】以上、実施例について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随す
る各種の設計変更が可能である。例えば、上記実施例で
はMOS型フォトセンサに本発明を適用したが、光電変
換半導体層を備える、例えばCCD等のイメージャーに
適用することも勿論可能である。また、上記実施例で
は、メタルとしてAl−Ti合金を用いたが、この他F
e系合金などを適用することも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、光電変換半導体層の上にメタルを陽極酸化
したレンズを形成したため、光電変換半導体層へ光を集
めて入射させることができる。このため、この光電変換
装置をイメージセンサに用いることにより、被検出物か
らの像を光電変換半導体層に確実に結ぶことが可能にな
り、イメージセンサの読み取り精度を向上させる効果を
奏する。また、光電変換半導体層上に形成したメタル膜
を陽極酸化処理するだけでレンズが形成できるため、製
造プロセスが容易となる利点がある。さらに、この発明
によれば、別途光学系を要することがないため、光学系
にしばられることなくセンサ面を大型化できると共に、
装置の奥行き寸法を削減でき、しかも価格の低廉化を達
成する効果がある。
【0017】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の製造工程を示す要部断面図。
【図2】本発明の実施例の製造工程を示す要部断面図。
【図3】本発明の実施例の製造工程を示す要部断面図。
【図4】本発明の実施例の製造工程を示す要部断面図。
【図5】本発明の実施例の製造工程を示す要部断面図。
【図6】本発明の実施例における上部ゲート電極の配線
ライン部分と画素部分とを示す斜視図。
【図7】本発明の実施例における上部ゲート電極の配線
ライン部分と画素部分とを示す斜視図。
【図8】本発明の実施例に係る光電変換装置の要部断面
図。
【符号の説明】
5 i−Si膜(光電変換半導体層) 10 上部ゲート絶縁膜 11 ITO膜 11A 上部ゲート電極 12、12A Al−Ti膜(メタル膜) 12B レンズ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/02 D

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光電変換半導体層の上方にメタルの陽極
    酸化膜でなるレンズを形成したことを特徴とする光電変
    換装置。
  2. 【請求項2】 前記メタルはAl−Ti合金であること
    を特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
  3. 【請求項3】 光電変換半導体層の上方にメタル膜を形
    成する工程と、該メタル膜を陽極酸化して該光電変換半
    導体層の上方にレンズを形成する工程と、を備えること
    を特徴とする光電変換装置の製造方法。
JP6259809A 1994-09-30 1994-09-30 光電変換装置及びその製造方法 Pending JPH08102547A (ja)

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