JPS59177962A - 固体カラ−撮像装置 - Google Patents

固体カラ−撮像装置

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JPS59177962A
JPS59177962A JP58051491A JP5149183A JPS59177962A JP S59177962 A JPS59177962 A JP S59177962A JP 58051491 A JP58051491 A JP 58051491A JP 5149183 A JP5149183 A JP 5149183A JP S59177962 A JPS59177962 A JP S59177962A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
photoelectric conversion
rays
blue light
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Pending
Application number
JP58051491A
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English (en)
Inventor
Takao Kon
昆 隆夫
「よし」野 常一
Tsuneichi Yoshino
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
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Publication date
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Publication of JPS59177962A publication Critical patent/JPS59177962A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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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】 〔発明の目的〕 本発明は固体カラー撮像装置に係シ、特に色分解用カラ
ーフィルタおよび光電変換層に半導体を使用した固体カ
ラー撮像装置に関するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、工業用、監視用や家庭用のVTRの普及に伴って
小形軽量で使用し易いテレビジョンカメラの需要が高ま
っている。この需要を満足するためにはICやLSIな
どの半導体集積回路と光電変換層として半導体の光導電
膜を組合せだ固体テレビジョンカメラが注目されている
この固体テレビジョンカメラは従来の撮像管の電子ビー
ム発生部分および走査機能が半導体装置回路に置きかわ
り、真空外囲気を不必要とし、独立した固体撮像装置に
なっている。
この固体撮像装置は真空および電子ビームを使用しない
ため、小形で安定性が良く、更に消費電力が少なく、取
扱いが簡便であるなどの点で従来の撮像管よシ優れてお
り、次代のテレビジョンカメラとして期待されている。
次に従来提案されている固体カラー撮像装置を第1図に
よシ説明する。
即ち、固体カラー撮像装置は層状に構成されており、入
射光側から大別して色分解用カラーフィルタ層(1)、
透明導電膜(2)光電変換層(3)および電荷の蓄積、
転送(走査回路)を行う半導体基板部(4)からなって
いる。
次に各部を詳細に説明すると、まず色分解用カラーフィ
ルタ層(1)に補色フィルタを使用する場合、シアン、
黄、緑、白の4組を使用して色再現を計る方式が一般に
とられており、この場合縁はシアンフィルタaηと黄フ
ィルタ02)の積層によって製作する。
次に光信号を電気信号に変換する光電変換層(3)につ
いて説明すると、との光電変換層(3)は種々の材料か
ら選択できるのが所謂2階建固体撮像装置の長所であり
、高い光電感度を有し、価電子制御が容易な非晶質シリ
コン半導体が注目され、種々の開発がなされている。
この非晶質シリコン半導体(以下単に半導体と云う)を
固体撮像装置に使用する構造として入射光側からp−1
−n型構造にするとか、p−i  型構造にするなどの
積極的に異種接合を形成し、暗抵抗を大きくする提案が
なされている。
しかしながら従来の提案による透明導電膜(2)からの
電荷注入を阻止するP型半導体層02は青色光に対する
吸収が大きく、青色光感度が低下するという問題点があ
る。さらに詳しく説明すると透明導電膜(2)側のP型
半導体ノー(句は硼素(B)をドープしたst:r−r
l またはSiC: Hなどであり、一般的に青色光の
吸収係数が大きく、次の真性半導体層(31)と完全な
異種接合を形成するのに必要な200X程度の厚さで光
電変換層(3)に10’V/Cm以上の高電界を印加し
ても青色光に対する光電変換効率(η)は1よシ、はる
かに小さくなる問題点がある。
カラー撮像装置における青色光に対する感度の重要性は
一般的に撮像する標準照明の色温度が2856 k (
A光源)であり、青色光の光子数は赤色光の光子数の1
/3程度である。この状態で青、緑、赤各光に対する信
号を増巾し、はぼ同程度の信号量として白色を再現する
のが通常である。そのため青色信号の8/N比をある基
準内にするだめの青色光の必要光量が決ることになり、
カラー撮像装置の感度性能を決定することになる。
〔発明の目的〕
本発明は前述した青色光に対し感度劣化という問題点に
鑑みなされたものであシ、この青色光に対して良好な感
度を得ることが可能な固体カラー撮像装置を提供するこ
とを目的としている。
〔発明の概要〕
即ち、本発明は入射光側から色分解用カラーフィルタ層
、光電変換層及び電荷の蓄積、転送を行う半導体基板部
を備えた固体撮像装置において、色分解用カラーフィル
タ層の青色光透過部に対応する部位の光電変換層が少く
とも上面に透明抵抗層が形成された真性半導体層のみか
らなシ、青色光遮断部に対応する部位の光電変換層がP
型半導体層と、真性半導体層との複層からなることを特
徴とする固体カラー撮像装置であり、青色光透過部に対
応する部位の真性半導体層からなる光電変換層が青色光
遮断部に対応する部位のP型半導体と真性半導体層の複
層から女る光電変換層よシ薄くなされている構造と、青
色光遮断部に対応する部位のP型半導体層は電気的に連
続してなシ、その抵抗値が10にΩ以下である構造と、
P型半導体層および真性半導体層の表面を連続して覆う
透明抵抗層の抵抗値が10にΩ以上である構造を実施態
様としている。
〔発明の実施例〕
次に本発明の固体カラー撮像装置の一実施例を第2図及
び第3図により説明する。図中第1図と同一符号は同一
部を示している。
即ち、固体カラー撮像装置は層状に構成されており、入
射光側から大別して色分解用カラーフィルタ層(1)、
透明抵抗体層CD、光電変換層(3)および電荷の蓄積
・運送を行う半導体基板部(4)からなっている。
次に各部を詳細に説明すると、まず色分解用カラーフィ
ルタ層(1)は青色光と緑色光を透過するシアンフィル
タ0υと緑色光と赤色光を透過する黄フィルタOzから
構成されている。
次の透明抵抗層(21)は後述するように青色光透過部
の光電変換を行う真性半導体層(31)に電圧を印加す
るだめのものであり、10にΩ以上の抵抗値を有してい
る。
次の光信号を電気信号に変換する光電変換層(3)は緑
色光と赤色光を透過する黄フィルタ(121および緑色
光のみに対応する部位においてはP型半導体層(33と
真性半導体層01)からなるp−i構造とし青色光を透
過するシアンフィルタαυのみの部位およびフィルタの
ない白色に対応する部位は真性型半導体層(31)のみ
からなる構造となっている。
次の半導体基板部(4)は光電変換層(3)との境にカ
ラーフィルタ(1)により分解透過された各党に対応す
る光電変換層(3)からの光電変換信号を受けるように
設けられた金属電極00)が絶縁酸化膜(9)を貫通し
て半導体基板(5)に設けられた蓄積部(7)に導接さ
れている。絶縁酸化膜(9)内には転送電極(8)が設
けられると共に、この転送電極(8)に対設する半導体
基板(5)には転送部(6)が設けられている。
次に光電変換層(3)に使用する非晶質シリコン牛導体
について詳述する。即ちp型非晶質半導体からなるP型
半導体層(321はSi:HまたはSiC:Hに硼累(
B)をドープした層であシ、膜厚は200X乃至200
0λとすることができる。そして、このP型中導体層0
2の抵抗値を硼素のドープ量によシ10にΩ以下とし、
第3図の平面図に斜線で示すように電気的に連続するよ
うになされ、このP型層(32と有効画像領域外のコン
タクトバット(4υは、ボンディング線(4りにより接
続され、青色光遮断部に対応する真性非晶質シリコン半
導体からなる真性半導体層0υに電圧が印加でき、半導
体基板(5)上の金属電極([0)との間で光電変換を
行なうことが可能なようになされている。
まだ青色光透過部に対応する真性層t31)はP型半導
体層(3つと電気的に結合されている透明抵抗層eυを
介して電圧が印加されるようになされておシ、やけ9半
導体基板(5)上の金属電極(11との間で光電変換を
行なうことができる。
次に本発明の実施例の効果を従来例と比較して説明する
先ず第1図及び第2図において黄フィルタαつを透過す
る光は赤色光と緑色光であシ、またシアンフィルタ01
)を透過する光は青色光と緑色光である。
そのため黄フィルタ03とシアンフィルタ01)が重な
っている部分は緑色光のみ透過する。またカラーフィル
タがない部位では赤色光、緑色光、青色光が透過するこ
とになる。なおここでは補色系のフィルタで説明してい
るが、原色系フィルタ(赤、緑、青)でも同様である。
このようにしてフィルタによって分解された光はフィル
タの下部に形成されている光電変換層(3)に入射し、
それぞれの光強度に応じた電子正孔対を発生させる。そ
してこの電子正孔対のうち、信号電荷となる電子は転送
電極(8)に1フイ一ルド期間あるいは1フレ一ム期間
毎に印加される信号読み出しパルスと光電変換層(3)
上の透明抵抗層CDに印加されるこの信号読み出しパル
スよシも低い直流電圧、あるいは交流電圧により生じる
金属電極(圃と透明抵抗層013間の電界により電荷蓄
積部(力へと移動し、そこに1フイールドあるいは1フ
レ一ム期間蓄積され、次の読み出し、oルスによシ転送
部(力へと移動し、順次転送され映像信号となる。
この時従来例においては青色光はP型半導体層(ハ)の
青色光に対する吸収係数が大きいので、はとんどP型半
導体層(3つに吸収され、そこで電子正孔対が生じるこ
とになる。このため、信号電荷である電子がP型半導体
層(32を弱い電界によシ移動し、更に真性半導体層c
31)を通過して金属電極(10)に到達するまでに再
結合などにより消滅し青感度の劣化という問題が生じて
いた。然るに本実施例においては青色光が入射する部位
にはP型半導体層(32が存在せずに真性半導体層(3
℃のみが存在するため、第4図に示すように青色光感度
と電界強度の関係は例えばλ”’420nm光に対して
従来のP型半導体層0つと真性半導体層(31)のよう
に感度が低くかつ電界強度により変化する曲線61)に
比較し、実施例のものは曲線5急に示すように電界強度
に依存せずほぼ量子効率=1となり大幅に青色光感度を
上げることが可能である。
次に暗電流を説明すると、本実施例では青色光遮断部に
対応する光電変換層(3)はP型半導体層03と真性半
導体層C’ll)で形成されており、いわゆるIlll
l上形っているので電子の注入をおさえるため、暗電流
は少ないが青色光透過部に対応する光電変換部は真性半
導体層(3])のみであるが、ショットキバリアが形成
される。したがって耐圧が小さく暗電流は高電界領域で
急激に増加することになるが、青色光透過部に対応する
真性半導体層(3υには抵抗10にΩ以上の透明抵抗層
0υを介して電圧が印加されるため、tt色光遮断部に
対応する光電変換部に生じる電界よりも約1桁近く小さ
い電界となるようになされている。
従って第5図に示すように青色光遮断部における電界を
5×103〜10’ 〔V/m〕にすれば青色光透過部
と遮断部での暗電流の差はほとんどない。
以上のように本実施例によれば青色光の感度は大幅に向
上しかつ暗電流の差異を少なくできるのでS/N比の良
い高感度な固体カラー撮像装置を提供できる。
次に本実施例の光電変換部の製造方法について説明する
まず電荷蓄積・転送機能を有する半導体基板上に真性非
晶質シリコン膜をス・ぐツタ法やグロー放電法により2
μm〜4μm形成する。次にP型非晶質シリコン膜を同
様な方法で200″に〜2000Xで抵抗値1. Ok
Ω以下となるように形成する。次にフォトエツチングに
より青色光透過部に対応する部位のp型非晶質シリコン
膜及び真性非晶質シリコン膜の一部を除去することによ
シ、本実施例の特徴である青色光遮断部に対応する部位
が真性非晶質シリコン膜とp型非晶質シリコン膜の複合
膜となシ、かつ青色光透過部に対応する部位が青色光遮
断部に対応する部位よりも薄い真性型非晶質シリコン膜
のみとなる。次に透明抵抗層として例えばITOを厚さ
50〜100A程度、抵抗値10にΩ以上となるように
形成し、更に色分解用フィルタを形成すれば本実施例の
固体カラー撮像装置が完成する。
〔発明の効果〕
上述のように本発明によれば青色光に対する感度が極め
て良好であり、かつ暗電流が少々ぐ、S/N比の良い高
感度の固体カラー撮像装置を得ることが可能でありその
工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の固体カラー撮像装置の一例を示す説明用
断面図、第2図は本発明の固体カラー撮像装置の一実施
例を示す説明用断面図、第3図は第2図の光電変換層の
説明用平面図、第4図は従来と本実施例との電界強度に
対する青色光感度曲線を対比して示す曲線図、第5図は
本実施例の青色光透過部、青色光遮断部にそれぞれ対応
する光電変換層の電界に対する暗電流を示す曲線図であ
る。 ]・色分解用カラーフィルタ層 2・透明電極層    3・・・光電変換層4、半導体
基板部  5・・半導体基板6 ・転送部      
7・・・蓄積部8・・転送電極     9・・・絶縁
酸化膜10  金属電極    11.12・・・色分
解用カラーフィルタ 21・・透明抵抗層   31・・・真性半導体層32
− P型半導体層 代理人 弁理士 井 上 −男

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光の入射側から色分解用カラーフィルタ層、光電
    変換層の順に配置されると共に前記光電変換層からの光
    電変換信号を順次選択する複数の走査回路を備えた固体
    撮像装置において、前記色分解用カラーフィルタの青色
    光透過部に対応する部位の前記光電変換層が真性半導体
    層のみからなると共に上部には透明抵抗層が設けられ、
    青色光遮断部に対応する部位の光電変換層がP型半導体
    層と真性半導体層との複層からなることを特徴とする固
    体カラー撮像装置。
  2. (2)  青色光透過部に対応する部位の真性半導体層
    が青色光遮断部に対応する部位の真性半導体層より薄く
    なされていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の固体カラー撮像装置。
  3. (3)青色光透過部に対応する部位を除いて形成された
    P型半導体層が抵抗値10にΩ以下で電気的に連接され
    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
    体カラー撮像装置。
  4. (4)P型半導体層および真性半導体層の表面を連続し
    て覆う透明抵抗層が抵抗値10にΩ以上であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像装置。
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