JPS60189258A - 色分解のための集積フイルタを備えた感光デバイス及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、色分解のための集積フィルりを備えた感光デ
バイスおよびその製造工程に関し、特に１枚の半導体基
板上に集積された検光子を含む固体撮像素子に関する。

〔従来の技術〕

色をもつ像の分解のためには、着色した有機質のフィル
タが用いられることが周知である。

このフィルタは含浸法によって異った色に着色したゼラ
チン板片を並べて構成される。かかる有機質フィルタは
、感光デノＺイスの表面に直接形成されるか、またはこ
れ顛固着される。

着色した有機質フィルタを用いることには、特に次の（
１）〜（４）に挙げる欠点がある。

（１）温度とある種の輻射線に不安定である。

（２）微小寸法に形成することが困難である。

（６）かかるフィルタには、検光子の輪郭を限定する不
透明な格子を備える必要がある。

その理由は、感光面とフィルタ面が離れていることと、
着色フィルタの小片の境界が不明確であるためである。

この不透明格子によって、感光デ・ぐイスの開口比、す
なわちデバイスの全表面積に対する感光部の面積の比率
が減少させられる。

（４）　さらに、感光デ・ぐイスに着色有機質フィルタ
をかぶせることによって、感光デ／ぐイスへの光の到達
量を、時には３０％も損うこと。

そこで、検光子の表面に堆積された数層から形成される
検光子用の干渉グイルりがフランス特許出願第２３６２
．４１２号によシ開示′されている。

また、ＭＯＳトランジスタによる公知の検光子は、特に
、感度が高いこと、耐温度性が良いこと、製造原価の低
減に有利な単純性を備えること、残像が少いこと、など
の多くの利点を備えている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ＭＯＳトランジスタによる検光子は、Ｍ
ＯＳトランジスタを構成するために半導体基板を覆って
いる種々の材料からなる層に起因する干渉現象があると
いう問題点を有している。

本発明の目的は、着色有機質フィルタの欠点を克服し、
かつ干渉現象を解決しうる色分解のための集積フィルタ
を備えた感光デバイス及びその製法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

検光子がＭＯＳ　）ランノスタの場合、本発明によれば
、この干渉現象による問題は、半導体基板を覆っている
層を、色分解をさせるだ′めの想積干渉フィルタとして
用いることで解決をみる。

本発明は、半導体基板の上に集積された検光子（複数）
を含み、かつ異種の材料の数層（５゜７．９）から構成
されて、この半導体基板を覆っている干渉フィルタをも
つ感光デバイスを提供する。ここで、前記検光子はＭＯ
Ｓ　）ランジスタであり、前記干渉フィルタは色の分解
を確保するが、これは少なくとも下記のものに゛よって
構成される。

（１）半導体基板と接触し、ＭＯＳトランジスタの誘導
体層を構成する、少なくとも一枚の絶縁性の層。

（２）ＭＯＳトランジスタのダートを構成する一枚の導
電性の層。

例えば、インターライン型（検知さるべき輻射光を受け
るレジスタと、電荷を読取るレジスタが交互に配置され
ている型式）のＭＯ８型感光デバイスに本発明を適用す
れば、光導電層と着色有機質フィルタをもつ、インター
ライン型感光デバイス、または着色有機質フイルグをも
つライントランスファ型デバイス（これらは、ＭＯＳ型
に比べて大きい開口比をもつにもかかわらず）に比べて
、ＭＯＳ型の方が高感度が得られる。

本発明＋ｆ）その他の目的、特徴及び効果は、限定され
ない例示によって与えられ、かつ付図によって図解され
る以下の記述から明かである。

〔実施例〕

第１８図ないし第１ｅ図は、本発明によるデバイスの１
実施例を製造するだめの工程を示す。

インターライン型のデバイスを例にとって、第１ａ図な
いし第１ｅ図は、検光子と、集積された電荷を読取りの
ために伝送する素子とが交互に画かれている断面図であ
る。

第１ｅ図は、最終的に得られるデバイスの構造を示す。

１はＰ型のシリコンで作られる一枚の半導体基板である
。電荷を伝送し、読取るだめの素子は、符号８を付した
アルミニウムの厚材によって、検知される輻射光からさ
えぎられている。この素子は、第１ｅ図に示す実施例に
おいて、Ｎ型の領域２と、多結晶シリコンの電極ろ、お
よびこの素子が電荷を受けない検光子から横方向に絶縁
するだめの領域４とから成るＣＣＤレジスタである。

となりあうこれらの素子間には、検光さるべき輻射光を
検知するだめの検光子が位置している。

第１ｅ図にはＤＩ、Ｄ２と符号された２つの検光子が示
されている。これらの検光子ＤＩ　。

Ｄ２は半導体基板１から形成され、これはＭＯＳトラン
ジスタの通常の誘電体層を構成する絶縁層５で覆われて
いる。この層５の厚さは検光子り、とＤ２では異ってい
て検光子ＤＩに対してはｅ３、Ｄ２に対してはｃ２であ
る。この絶縁層５はＭＯＳ　）ランジスタのダートを構
成する導電層７で覆われている。最外層の絶縁層９が導
電層７を全般的に覆っている。

本発明によれば、検光子Ｄ１及びＤ２のフィルタは、検
光子の構造の一部を構成する前述の積層によって構成さ
れる。これらの層の特性と厚さは、それぞれのフィルタ
に望ましい分光透過性が得られるように選ばれる。この
分光透過性は、干渉フィルタの技術で周知のごとく、層
間の境界に於ける干渉効果及び反射と透過を利用して得
られるものである。

第１ｅ図の例において、上方からたどって行くと、まず
、屈折率１の空気をすぎて絶縁層９にたどりつく。この
層は屈折率が２に近い例えば窒化シリコンあるいは酸化
シリコンで作られ、反射防止膜の役目をもつ。その次に
は、導電層７がちシ、これは、屈折率が４に近い高い値
をもつ例えば多結晶シリコンから作られている。

この導電層の下には、屈折率が１４５付近の例えばシリ
カから作られた絶縁層５があり、その次には４に近い高
い屈折率の例えばシリコンからなる基板１がある。

さらに、異なる材料の層が数枚、指数の小さい層と大き
い層を交互に重ねて用いられていることがわかる。これ
により干渉フィルタを構成している。

本実施例において、半導体基板１を覆っている絶縁層５
の厚さは、各フィルタが望ましい分光透過特性を持つよ
うに調整される。これに反して、他の層は、どのフィル
タに対しても同じ厚さである。他の一種類あるいは数種
類の層の厚さも変えるようにしてもよい。

第１ａ図の工程においては、半導体基板１を覆う絶縁層
５の厚さｅｌは、望ましい厚さｅｌ。

ｅ３に比べて厚い。厚さｅｌ、ｅ３を例えば１８００Ｘ
と２２００Ｘにしたければ、厚さｅｌ　は例えば１ミク
ロンにとる。

第１ｂ図の工程においては、検光子の所だけ、例えばプ
ラズマ・エツチング法によって、局部的還元が完了して
いる。記憶・読出し素子は樹脂の層６によって保護され
ている。

このようにして、酸化物→の一番厚い望ましヘソ い厚さ、例えば２２００Ｘが得られる。

第１ｃ図の工程では、１８００Ｘの厚さのｅ３を得るた
めに、絶縁層５の補足的な還元が行なわれる。検光子Ｄ
２と記憶・読出し素子は樹脂層６で保護されている。

第１ｄ図は、導電層７のデポジション後に得られるデバ
イスを示す。

第１ｅ図は、記憶・読出し素子の上にアルミニウムマス
ク８をデポジションし、さらに絶縁層９をデポジション
した後の完成済のデバイスを示す。

もし、この絶縁層９の厚さを変えたければ、この層９を
補足的に薄めるような他の工程（酸化膜であれば、補足
的還元工程と呼ぶ）を実施すれば十分である。この際、
その絶縁層９の厚さが既に望ましい厚さになっている検
光子は保護しておく。

第２ａ図ないし第２ｅ図には、第１ｅ図のデバイスを製
造する別法の工程が図解されている。

第２ａ図の工程では、検光子になる部分において、絶縁
層５が完全にエツチングし去られる。

第２ｂ図の工程では、ある検光子に望ましいｅｌの厚さ
、例えば２２００　Ｘの厚さをもった絶縁層１０がデポ
ジットされる。

第２ｃ図の工程では、検光子Ｄ２と記憶・読出し素子を
樹脂層乙によって保護しておいて検光子ＤＩの所で層１
０の厚さを補足的に減らすことが行なわれる。このよう
にしてｅｌの厚さ、例えば１８００Ｘが得られる。ある
検光子に対して、望む厚さが得られるように局部的に厚
さを減らす工程を必要回数だけ繰返すことももちろん可
能である。

第２ｄ図の工程においては、導電層７が既にデポジット
済みである。

第２　ｅｌでは、アルミニウム・マスク８と絶縁層９が
付された所が示されている。

デポジットされた２２００Ｘの厚さから１８００久の厚
さを高精度で得ることは容易である。これに反して、第
１３図ないし第１ｅ図の場合には、２２００Ｘと１８０
（ＥＸの厚さを１ミクロンの厚さのデポノットから得て
いる。

第ろ８図ないし第３ｅ図は、第１ｅ図、第２ｅ図に示す
ごときデバイスを製造する別の方法を図解している。

第６ａ図では、半導体基板１が６枚の絶縁層５，１１．
１２によつ捷われていることがわかる。

層５と１１はその性質が異り、かつ、各々の厚さは、あ
るフィルタにとって望ましいような厚さになっている。

例えは、層５はシリカで作られ、厚さは１８００″ｊ、
であるが、層１１は窒化シリコンで作られ６００ないし
３５０Ｘの厚さである。最外層１２は厚さか例えば１ミ
クロンである。

第６ｂ図の工程において、樹脂層６で保護されている記
憶・読出し素子の上を除く絶縁層１２はエツチングによ
って除去される。

第３ｃ図の工程では、検光子り、の上の絶縁層１１が選
択的エツチングによって除されるが、検光子Ｄ２と伝送
・読出し素子は樹脂層乙によって保護されている。プラ
ズマ・エツチングを用いることができる。検光子ＤＩは
この時、絶縁層５しか持っていないが、検光子Ｄ２の方
は２枚の絶縁層５，１１の重なりをもっている。

第６ｄ図および第６ｅ図の工程においては、まず導電層
、次にアルミニウム・マスク８、さらに絶縁層９が加え
られる。この絶縁層９の厚さを２種類以上の異った厚さ
のものを得るには、厚きのはつきシしている絶縁層を数
枚重ねて得てもよい。また、これを選択的にエツチング
することも可能である。

絶縁層５を一回以上の回数にわたって局部的に厚みを減
少させる工程は、第６ｃ図の工程で行なわれる。絶縁層
５がシリカの場合は、例えば弗化水素酸によるエツチン
グを用いることができる。

ひとつの変形として、第６ｃ図の工程で、総ての検光子
］）Ｉ、Ｄ２の上の層１１を除去する方法もある。この
場合には、層１１は望む厚さの層５を得ることだけに役
立つ。

第４ａ図には３本の曲線（１）　、　（２１、（３）が
示されているが、これらの曲線は干渉フィルタをもち、
かつ異なる厚さの絶縁層をもつ６つの検光子では記憶容
量が異ることを図解している。この異なる厚さをｅ５　
ｒ　８６　ｒ　ｅ７とする。記憶容量が最小であること
は、絶縁層の厚さが最大であることと対応する。

仮に、６棟の干渉フィルタが、１つが赤、２つ目が緑、
６つ目のものが青を識別するのに用いられるとすれば、
最も厚い絶縁物は赤色フィルタに相当する。感光デバイ
スが白色光を受光した時に、赤色の輻射の割合が、他の
色の輻射の割合より大きい場合が多い。そこで、最小の
記憶容量をもつ検光子が赤色用ということになる。

異なる検光子の記憶容量の相異を、各検光子の位置に於
ける基板のドーピングを変えることで補正することか可
能である。Ｐ型の基板にはＮ型のドーピングが行なわれ
る。このドーピングによって、その酸化層の厚みが最も
厚い検光子の記憶容量が増える。

第４ｂ図は、ドーピング後に第４ａ図の曲線（１）　、
　（２）　、　（３）がそれぞれ（１）’　、　（２）
’　、　（３１’　に変ったことを示している。

この例においては、酸化層の厚さが最も厚い検光子が、
最も大きい記憶容量（曲線（３）’）になるように選ば
れている。異った記憶容量を等しくすることも可能であ
る。

本発明の干渉フィルタの選択度を、異なる材料の層の積
層数を増すことによって向上させることも可能である。

一般には、屈折率の高い一枚の層と低い一枚の層を重ね
ることですませている。フィルタの選択度を上記の方法
で改善すると製造方法が非常に複雑になるからである。

第５８図ないし第５ｅ図は、本発明によるデバイスの他
の実施例の製造方法で、以下のように変更を加えた工程
が図示されている。

第５ａ図の工程では、半導体基板１が、検光子Ｄ１に対
しては厚さｅ３、検光子Ｄ２に対しては厚さｅ２の絶縁
層５で覆われる。さらに、一枚の導電層７がこの絶縁層
５を覆っている。

第５ｂ図の工程では、この導電層７の上に、さらに絶縁
層１６がデポノットされる。

第５ｃ図の工程では、検光子ＤＩの上で、絶縁層１３の
厚さの削減を実施する間、樹脂の層６が検光子Ｄ２を保
護している。

第５ｄ図の工程では、屈折率の高い層１４かデポノット
される。これは、例えば多結晶ノリコンで作られた電気
の良導体の層でもよい。この場合に、第５ｄ図のように
、この層１４が、ＭＯＳトランノスタのケ”−１−を構
成する層７と一定間隔で接触すれば、これらのケゞ−ト
との接続をとることは容易である。

第５ｅ図では、デバイスはアルミニウムの小片と絶縁層
９が施されて完成している。アルミニウム小片は電荷の
伝送・読取りの素子を保護し絶縁層９は反射防止層の役
目をもつ。

第６図には、曲線（４）　、　（５）　、　（６）か示
されているが、これは、第１ｅ、第２ｅ、第６ｅ図に示
す如きデバイスで、その絶縁層の厚さがそれぞれ１４０
０Ｘ、１８００Ｘ、２２ＤＯＸのものの場合に、波長の
関数として表した分光透過率Ｔの変化を図示している。

この例では、絶縁層の屈折率は１．４５、導電体層の屈
折率は４に近くて厚さは４００　Ｌ反射防止層の屈折率
は２で厚′さは６ＤＯＸである。

第７図において、曲線（４）’　、（５）’　、（６１
’は、第５ｅ図に示すようなデバイスで、層５と１６に
よって絶縁層の厚さが同じになっているものの場合には
Ｔ曲線がどう変るかを示している。これらは理論的曲線
であるか、帯域の外側で減衰率の増加を示している。こ
れは選択度の増加に相当する。

第５ｅ図の場合には、フィルタの選択度を増す２つの同
調干渉系が用いられている。数枚の同調干渉系を重ねる
こともできる。

固体感光デバイスの分野においては、輻射光を検光子の
上に集光きせるために、マイクロ・レンズ網を用いるこ
とが周知であるが、この場合には、白黒の輻射の検知だ
けを問題としている。

感光デバイスの感度を上げるためには、第８図のように
マイクロレンズ網１５を、集積干渉フィルタを備えた検
光子ＤＩ　ｒ　Ｄ２　ｇ　Ｄ３・・をもつ感光デバイス
の上におけばよい。アルミニウム・マスク８はインター
ライン構成のデバイスの場合に、読出し・転送素子を保
護している。本発明を適用する場合に、カラー感光デバ
イスにもマイクロレンズを使用しうることを特筆してお
く。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれは、半導体基板を覆っ
ている層が集積干渉フィルタの役目をなして干渉問題を
除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１３図ないし第１ｅ図、第２ａ図ないし第２ｃ図、お
よび第６３図ないし第６ｅ図はそれぞれ本発明によるデ
バイスの実施例の６種類の製法を示す工程図、第４ａ図
は絶縁層の厚さの変化による記憶容量の相異を示し、第
４ｂ図はその補正後に得られる結果を示す曲線、第５３
図ないし第５ｅ図は本発明によるデバイスの他の実施例
の製法を示す工程図、第６図は第１ｅ図、第２ｅ図、ま
たは第６ｅ図に示されるようなフィルタで得られる効果
を、第７図は第５ｅ図に示されるようなフィルタで得ら
れる効果をそれぞれ図示した透過率曲線、第８図は本発
明によるデバイスの他の実施例の断面図である。 １・・・半導体基板　２・・・Ｎ型領域６・・電極　４
・絶縁領域 ５．９・・絶縁層　６・樹脂層 ７・　４を層　８　アルミニウムマスクＤ＋　＋　１）
２　＋　Ｄ３　・検光子’％許出ｍＪ４人トムソンーセ
ーエスエフ代理人　若林　忠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体基板上に集積された複数の検光子を有し、該
   半導体基板を覆いかつ異なる材質の数層から形成された
   複数の干渉フィルタを備える感光デバイスにおいて、前
   記検光子はＭＯＳ　）ランジスタであり、前記干渉フィ
   ルタは色を分解し、かつ、少なくとも （Ａ）　前記半導体基板に接触しＭＯＳ　）ランノスタ
   の誘電体層を構成する少なくとも１層の絶縁層、および （ＢＩＭＯ３）ランノスタのケ８−トを構成する１層の
   導電層 によって構成されることを特徴とする色分解のための集
   積フィルタを備えた感光デ・ぐイス。 ２　半導体基板を覆う１あるいは複数の絶縁層の厚さが
   、Ｍ望の分光透過特性に基いて、各干渉フィルタごとに
   設定され、さらに、該干渉フィルタを構成する他の層は
   どの干渉フィルタにおいても同じ厚さをもつ特許請求の
   範囲第１項記載の感光デバイス。 ろ　所望の分光透過特性の関数としての絶縁層の厚さの
   変化を、絶縁材料の１層あるいはその積層したものを用
   いることによって得る特許請求の範囲第２項記載の感光
   デバイス。 ４、導電層が反射防止層の役目を負う一絶縁層によって
   覆われている特許請求の範囲第１項記載の感光デバイス
   。 ５、導電層が絶縁層、高い屈折率をもつ層および反射防
   止層としての役目を負う絶縁層によって覆われている特
   許請求の範囲第１項記載の感光デバイス。 ６　高い屈折率をもつ層が、ＭＯＳトランジスタのダー
   トを構成する導電層と一定の間隔ごとに接触している特
   許請求の範囲第５項記載の感光デバイス。 Ｚ　フィルタによって絶縁層の厚肇が異なることに起因
   する検光子の記憶容量の不同を補正するために、各検光
   子の場所毎に基板のドーピングが変化している特許請求
   の範囲第１項および第４項ないし第６項のうちいずれか
   一項に記載の感光デバイス。 ８　検出すべき輻射光を検光子上に集光するマイクロ・
   レンズの集合体によって覆われている特許請求の範囲第
   １項記載の感光デバイス。 ９　次の各工程からたる色分解のための集積フィルタを
   備えた感光デバイスの製造方法。 （５）厚さの厚い一枚の絶縁層をデポジットする工程、 （Ｂ）　各検光子上の絶縁層が干渉フィルタにとって所
   望の厚さになるように、該絶縁層の部分的な厚さ削減を
   施す工程、 （Ｃ）　−検光子上の絶縁層が、干渉フィルタにとって
   所望の厚さになるように、他の検光子は保護をした状態
   で、該絶縁層の補足的な厚さ削減を施す工程、 （Ｄ）　多くの異る厚さの絶縁層を得る必要がある場合
   は、前項の工程を反復する工程。 和　次の各工程からなる色分解のだめの集積フィルタを
   備えた感光デバイスの製造方法。 囚　−干渉フィルタにとって所望の厚さになるまで、−
   絶縁層をデポノットする工程、（Ｂ）　−検光子上の絶
   縁層が、干渉フィルタにとって所望の厚さになるように
   、他の検光子は保護をしておいて、この層の部分的な厚
   さ削減を施す工程、 （、Ｃ）　多くの異る厚さの絶縁層を得る必要がある場
   合には、前項の工程を反復する工程。 １１、次の各工程からなる色分解のための集積フィルタ
   を備えた感光デバイスの製造方法。 （Ａ）　特性を異にする絶縁材料よりなる少なくとも２
   層を、その積層厚さが一干渉フィルタにとって所望のも
   のとなるようにデポノットして形成する工程、 ＣＢ）　−検光子の上にある一絶縁層を、他の検光子は
   保護した状態で、選択的に土ツチングする工程、 （Ｃ）６層以上の絶縁層が積層されている場合には、必
   要に応じて前項の工程を反復する工程、 （Ｄ）　−検光子上にある絶縁層が、干渉フィルタにと
   って所望の厚さになるように、該絶縁層に必要に応じて
   部分的な厚さ削減を施す工程。