JPS60210869A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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Publication number
JPS60210869A
JPS60210869A JP59133140A JP13314084A JPS60210869A JP S60210869 A JPS60210869 A JP S60210869A JP 59133140 A JP59133140 A JP 59133140A JP 13314084 A JP13314084 A JP 13314084A JP S60210869 A JPS60210869 A JP S60210869A
Authority
JP
Japan
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region
film
photoelectric conversion
area
transparent electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59133140A
Other languages
English (en)
Inventor
Norio Koike
小池 紀雄
Toru Umaji
馬路 徹
Toshihisa Tsukada
俊久 塚田
Haruo Matsumaru
松丸 治男
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59133140A priority Critical patent/JPS60210869A/ja
Publication of JPS60210869A publication Critical patent/JPS60210869A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14665Imagers using a photoconductor layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体基板1に走査回路および光電変換膜を集
積化した固体撮像素子に関するものである。
〔発明の背景〕
固体撮像素子を構成する有力な担手としてCCD (C
barge C:oupled Devices)およ
びMOS型(MOSスイッチのソース接合を光ダイオー
ドとして利用する素子)の2種類が考えられてきた。
これらの素子はいずれも集積度の高いMOSプロセス技
術を用いて製作できるという利点を有している。しかし
乍ら、感光部が電極の下(CODの場合)または走査ス
イッチおよび信号出力線と同一平面上(MOS型の場合
)にあるため、電極やスイッチ部により光の入射がさま
たげられる領域が多く、すなわち光損失が大きいという
欠点がある。さらに、感光部と走査部が前述のように同
一平面上にあるため絵素の占有面積が大きくなる、すな
わち絵素の集積度を上げることが出来なくて解像度を上
げることができないという問題点を有している。
二九ら問題点(光感度、解像度)を解決する構造として
1発明轟らは走査部の上に感光用の光電変換膜を設ける
二階建構造の固体撮像素子を出願した(特開昭51−1
0715.公開日曜51年1月28日)。この二階建固
体撮像素子をMO8型素子で構成した場合を例にとり、
素子構造の概略を第1図に示す。lは第1導伝型の半導
体基板、2は走査回路(図示せず)あるいは走査回路の
出力によって開閉するスイッチを構成するMO8電界効
果トランジスタ(以下、MO8Tと略記する)であり、
ソース3.ドレイン4.ゲート5から成る66は一絵素
の寸法を決める絵素用電極、7は感光材料となる光電変
換膜、また8は光電変換膜を駆動する電圧印加用の透明
電極である。また、9は絶縁用の酸化膜である。この図
から分るように、半導体基板1と走査回路およびスイッ
チ2を集積化した走査IC基板と6および7から成る光
電変換部とが二階建構造になっている。したがって、面
積利用率が高く絵素当りの寸法10が小さくなる。すな
わち解像度が高い。光電変換部が入射光11に対して上
部にあるため光損失がなく、光感度が高い。さらに、光
電変換膜を選択することにより所望の分光感度を得るこ
とができる等、従来の固体撮像素子に較べて優れた性能
を期待することができるものである。
反面、この種二階建撮像素子の難点は光電変換膜を駆動
するために、透明電極には比較的高い電圧を印加する必
要があることである。従来同一平面上タイプの場合、高
電圧を必要とするのは走査回路であり、必要な電圧は構
成MO8Tのし゛きい値電圧にもよるが±7〜±9V(
+はNチャンネル、−はPチャンネルの場合を示す)で
ある。したがって、二階建素子の場合においても、走査
用IC基板の方に必要な電圧は±7〜±9vであるが、
透明電極には光電変換膜の膜厚に依存し、膜厚が薄い場
合で±20V、通常の場合(膜厚〜4μm)では±60
V程度が必要となる。
ところで、光電変換膜および透明電極は適当なエツチン
グ液が存在しないため、また存在したとしてもエツチン
グ液に対する耐薬品性が極めて乏しいため、これらの膜
の形成はマスク蒸着(蒸着部だけ窓のあいたマスク板を
走査用10基板に密着させる)によって行われる。とこ
ろが、これらの膜材料、特に透明電極材料はマスク板−
とIC基板の間隙等を通して、蒸着してはならない部分
例えばIC基板の周辺におかれた走査回路領域の上部ま
で付着する。この結果、絶縁膜中に存在するピンホール
によって走査回路を構成する素子にまで高電圧が加わる
。あるいは構成M2S間に寄生チャンネルが形成され、
MO5T間の分離が悪くなること等により、走査回路の
誤動作−動作不良が生じ、二階建素子を実現する上で大
きな支障となっている。
更に二階建素子に類似した構造を持つものに、米国特許
第3,445,589号があるが、その本質は全く異質
の技術番−関するものである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の問題を解決するためになされた
もので、透明電極の囲り込みがあっても光電変換領域以
外に透明電極に印加する高電圧が印加されないようにす
るものである。
(:R明の概要) 本発明は、上記目的を達成するため、光電変換膜の領域
を撮像に必要な領域以上に広げ、透明電極領域を光電変
換膜領域より小さくすることにより、光電変換を行う領
域以外の構成素子に高電圧が加わる、あるいは電流が流
れるのを防止するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
第2図は本発明の骨子となる二階建固体撮像素子の構成
を示す図である。本例はMO5Tを使用した例である。
12は水平走査回路13および垂直走査回路14等を集
積化した走査用IC基板チップ、また、15は基板チッ
プの光電変換領域に相当する部分に形成した光導仏性薄
膜、16は光導仏性薄膜の上部に積層した透明電極膜で
ある。ここで、光電変換領域(撮像可能な領域)として
使用できるのは、透明電極膜が形成され光導伝性膜15
に電圧が加わる部分に限られるが、一般に光電変換アレ
ーの周辺部では、光の取込み率等が中央部と異なりその
分信号も不均一になる。したがって、透明電極膜の領域
は二次元状(N行M列)に配列した絵素用電極6′の周
辺より数絵素〜10絵素分大きくし、余裕dつ、d、を
持たせるのが望ましい。一方、後の製作工程で述べるよ
うに、マスク蒸着の際、透明電極16は50〜200μ
m程度、マスク開孔部より外側へ周り込むので1本発明
の目的を達成するためには光導電性薄膜の領域を透明電
極領域よりDヶ、DYだけ広げて形成する必要がある。
ここで、周り込み量は一般には等方的であるので、DX
りDYでよく、その値は前述の50〜200μmに基板
チップとマスク板の合せ余裕(〜50μm)を加えたも
の、すなわち、100〜300μmとなる。また、前述
の余裕dd も一般的にはdヶzdYとなX’ Y る。
さらに、基板チップにゆとりがあれば、走査回路等は本
導伝性膜からdXt 、 dytだけ離してレイアウト
設計を行うのが望ましい。一般的にはd、/−dy・で
あり、この値は〜100μm以上に取れば十分である。
光導電性膜をこのように広げておくことにより、透明電
極膜が周り込んでも、光があたらない場合の光導電性膜
の抵抗は1010Ωと大きいため、透明電極膜の下側に
置かれたMo8T等に直接透明電極に印加した電圧が加
わったり、透明電極とMo5Tとの間に電流が流れる(
いわゆるショート)、また寄生チャンネルが発生して構
成MOgT間の絶縁分離や出力信号配線間の信号が混じ
り合う等の問題は防止できることになる。
第2図の実施例は、基板チップに面積的なゆとりがある
場合であり、光導電性膜と走査回路の間には若干の余裕
を設けたが、基板チップにゆとりがない場合は、第3図
に示すように光導電性膜が走査回路領域を内含するよう
な構成にしてもよい。
15′は光電変換アレー領域に加えて水平および垂直走
査回路まで内含するように設けた光導仏性薄膜領域、1
6′は透明電極膜領域である。本構成においても、光導
電性膜の領域15′は透明電極領域16’より十分大き
いので、前述の問題(高電圧が加わる、ショート、寄生
チャンネルなど)は解消される。さらに、走査回路領域
が光導電性膜が讃われるため、走査回路に光が入射する
ことが防止でき、走査回路各段の出力する走査パルス列
の特性が均一になる、リーク電流が減少する等の結果、
走査パルス列の不均一性が発生する固定パターン雑音を
低減することができる、垂直走査回路の低周波動作が安
定になるという副次的な効果を得ることができる。
第4図はCODあるいはBBD (旦ucketB r
igade D evices)を使用した例である。
12は水平走査用COD (あるいはBBD)17、垂
直走査用COD (あるいはBBD)18および絵素用
電極6′を備えた転送スイッチ19(矢印で示す)等を
集積化した走査用IC基板チップである。15は光導電
性膜、16は透明電極膜であり、本例においても光導電
性膜の領域は透明電極領域より大きく形成されている。
本構成においては、高電圧の印加、ショート、寄生チャ
ンネル等の問題解消のほか、垂直走査用COD (ある
いはBBD)が絵素毎に設けられるので、垂直走査用C
CD (あるいはBBD)は自動的に光導電性膜で覆わ
れることになり、垂直走査用COD (あるいはBBD
)に入射する光によって従来、絵素用電極以外で生じて
いた疑似信号の発生を防止することができる。
第5図はCODあるいはBBDを使用した別の実施例で
あり、第3図に示した実施例と同様光導電性膜が水平走
査用C0D(あるいはBBD)領域をも覆っているので
、垂直走査用CCD (あるいはBBD)に加えて水平
走査用COD (あるいはBBD)で生じていた疑似信
号の発生をも防止できるという副次的な効果がある。
第6図に、本発明の構成を有する撮像素子の製作工程を
示す、一枚の半導体ウェーハに多数製作した走査用IC
をチップ状に切り出すことにより得られた走査用IC基
板チップ状に、光電変換領域に加えて若干の領域だけ窓
21のあいたじゃへい板20(例えば同図(b)に平面
図を示したような金属性のマスク板20′)を密着して
のせる。
次に、この状態で光導電性材料15’ を蒸着あるいは
スパッタ法により基板チップ上部に0.5〜5μm形成
する。ここで、材料を飛ばす方向を22で示す。続いて
、前の工程で使用したマスク板20より窓23′の寸法
の小さいマスク板(同図(c))24’ を用いて透明
導電性材料(SnO2yIn02など)16′を0.1
〜0.5pm程度蒸着あるいはスパッタ法により光導電
性膜15′の上部に積層する(同図(d))。使用した
各々のマスク板の窓の寸法が異なるので、透明電極膜の
領域は光導電性膜の領域より小さく形成され、本発明の
固体撮像素子の構成を得ることができる。ここで、3〜
6および9の各信号は前述の通りであり、14′は本断
面図では垂直走査回路領域に相当している0本実施例に
おいては、例として第2図の構成の場合の製作方法につ
いて述べたが、第3図。
第4図および第5図の実施例の場合も、マスク板の窓の
寸法を変えることにより第6図と同様の工程により本発
明の固体撮像素子を製作することができる。また、本実
流側番;おいては、ウェーハ上に多数製作した走査用基
板をチップ状に切り出してから先導仏性膜、透明電極膜
の形成を行ったが、ウェーハのままの形で前述の工程を
適用してもよい、この場合は、マスク板は同一板上に窓
がチップと同一のピッチで開孔されており、同一工程で
ウェーハ全面の所定の領域に光導電膜等が形成されるの
で量産性に富むという利点がある。上記の実施例におい
ては、透明電極膜は総て光導電性膜の領域に内含されて
いる。但し、素子構造によっては透明電極膜に電圧を加
える取り出し口を設ける必要がある場合もある。その場
合には、例えば第7図に示すように透明電極膜16の一
部25が光導電性膜15の領域を越える必要がある。但
し、25の面積は非常に僅かであり、25の部分は走査
回路等に近接しないIC基板チップ上の素子等が集積化
されない領域に形成すればよいので、この場合も本発明
の趣旨は十分達成することができる。
〔発明の効果〕
発明者らは、本発明の構成によって、走査回路領域に高
いターゲット電圧が漏洩したり、走査回路を構成する素
子や配線と透明電極の間に不要な電流が流れるのを防止
することができ、走査回路の誤動作あるいは全くの動作
不良を著しく低減することができ、結果として素子の製
作歩留りをlO倍程度改善することができた。さらに、
従来の固体撮像素子では走査回路によって開閉する諸種
のスイッチ素子間に寄生チャンネルが形成されスイッチ
間の絶縁分離が低下し、信号の混じり合い等を生じてい
たが、この問題も解消されるに至った。さらに、光導電
性膜を走査回路領域まで拡大することにより、走査回路
領域に入射する不要な光を防止することができ、低周波
動作の安定化および走査回路各段の出力する走査パルス
の特性を均一にすることができ、従来、不均一性パルス
によって発生していた固定パターン雑音を著しく低減す
ることができるようになった0以上の説明から判るよう
に本発明は実用上極めて高い価値を有している。
なお、前述の実施例では走査用IC基板の構成素子とし
てlMOSトランジスタ、CCD、およびBBDを使用
したが、CI D (Charge工njection
旦eviccc+) 、接合型電界効果トランジスタあ
るいはバイポーラトランジスタで構成した場合において
も1本発明の構成は全く同じ形で適用できることは自明
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は固体撮像素子の概略を示す図、第2図および第
3図、第4図、第5図および第7図は本発明の固体撮像
素子の構成を示す図、第6図は本発明の固体撮像素子の
製作工程を示す図である。 2・・・スイッチ用MO5T、3,4・・・ソース、ド
レインとなる領域、5・・・ゲート電極、6・・・取り
出し電極、7・・・光導電膜、8・・・透明電極。 第 1 日 −Io +to 州← 10−@ 第 Z 図 ’!153図 3 第 4 図 第 5 図 1 第 6 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、二次元状に配列したスイッチ、該スイッチを介して
    取出した光電荷を転送する走査素子を集積化した走査用
    半導体集積回路基板の上部に該光電荷を発生する光導仏
    性膜および透明電極膜を積層した固体撮像素子において
    、該光導仏性膜が少なくとも二次元状番;配列した該ス
    イッチ領域を覆うように形成され、あるいは、該スイッ
    チ領域および該スイッチ領域の周辺に配置された走査素
    子の一部の領域あるいは全部の領域を覆うように形成さ
    れ、かつ該光導仏性膜の上部に積層する透明電極膜の領
    域を該光導仏性膜の領域内に若干の余裕をもって納める
    ことにより、該透明電極膜の領域面積が撮像可能な面積
    を決めるようにしたことを特徴とする固体撮像素子。
JP59133140A 1984-06-29 1984-06-29 固体撮像素子 Pending JPS60210869A (ja)

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JP59133140A JPS60210869A (ja) 1984-06-29 1984-06-29 固体撮像素子

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JP59133140A JPS60210869A (ja) 1984-06-29 1984-06-29 固体撮像素子

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JPS60210869A true JPS60210869A (ja) 1985-10-23

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7510917B2 (en) 1997-07-01 2009-03-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Active matrix display device and method of manufacturing the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5538782A (en) * 1978-09-12 1980-03-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid state pickup device
JPS56146287A (en) * 1980-04-16 1981-11-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for selective removal of resin

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