JPS611177A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPS611177A JPS611177A JP60110372A JP11037285A JPS611177A JP S611177 A JPS611177 A JP S611177A JP 60110372 A JP60110372 A JP 60110372A JP 11037285 A JP11037285 A JP 11037285A JP S611177 A JPS611177 A JP S611177A
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- electrodes
- film
- solid
- image pickup
- thin film
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体基板上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。
積化した固体撮像素子に関するものである。
（１）従来技術
固体撮像素子を構成する有力な相手としてＣＣＤ （Ｃ
ｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ 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（ＣＣＤ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
感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。
ｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ 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（ＣＣＤ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
感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。
これら問題点（光感度、解像度）を解決する構造として
、発明者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（特願昭４９−７
６３７２、出願日昭和４９年７月５日）。この二階建固
体撮像素子をＭＯＳ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。ＣＣＤ型で構成される
場合もあり、この場合はＭＯ３電界効果トランジスタを
′ＣＣＤで置き換えればよい、、１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
果トランジスタであり、ソース３゜ドレイン４．ゲート
５から成る６６はｌ絵素の寸法を決める電極でここでは
ソースに接続されている。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。
、発明者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（特願昭４９−７
６３７２、出願日昭和４９年７月５日）。この二階建固
体撮像素子をＭＯＳ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。ＣＣＤ型で構成される
場合もあり、この場合はＭＯ３電界効果トランジスタを
′ＣＣＤで置き換えればよい、、１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
果トランジスタであり、ソース３゜ドレイン４．ゲート
５から成る６６はｌ絵素の寸法を決める電極でここでは
ソースに接続されている。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。
９は絶縁用の酸化膜であり、電極６に蓄積された光信号
電荷はスイッチ２を介しドレイン４に接続された信号出
力線１ｏに取り出される。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
用ＩＣ基板と７および８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１１が小さくなる、すなわち解像度が高い。
電荷はスイッチ２を介しドレイン４に接続された信号出
力線１ｏに取り出される。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
用ＩＣ基板と７および８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１１が小さくなる、すなわち解像度が高い。
光電変換部が光入射面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極めて優れた性能を期待すること
ができるものである。
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極めて優れた性能を期待すること
ができるものである。
しかし乍ら、本素子の試作実験の結果、（１）絵素当り
の寸法を縮少したにも拘らず期待した解像度が得られな
い、（１１）本素子の上部に色フィルタを積層し色信号
を取り出した場合に隣接した素子（７’−１，（例えば
赤）、７’−２（例えば緑）、７’ −３（例えば青）
）の信号が互いに混じり合い混色を発生することが判っ
た。この原因を調べた結果、入射光によって各絵素の周
辺に近い領域１’２−１．１２−２．１２−３で生じた
光信号電荷が該当する絵素電極例えば６−２のみならず
隣接する電極例えば６−１．６−３にも流入することが
判明した。さらに、詳細に言えばこの原因は光電変換に
使用する光導電性膜の平面方向１４の分離（平面方向の
抵抗）が十分でなく、正規の電界１３−２の他に６−２
が信号電荷により電位上昇を起すことにより実質的に６
−１．６−３方向に電界１４−２． ］ ／１．−２’
が広がり、電荷が隣接する電極にも引かれるためである
ことが判明した。
の寸法を縮少したにも拘らず期待した解像度が得られな
い、（１１）本素子の上部に色フィルタを積層し色信号
を取り出した場合に隣接した素子（７’−１，（例えば
赤）、７’−２（例えば緑）、７’ −３（例えば青）
）の信号が互いに混じり合い混色を発生することが判っ
た。この原因を調べた結果、入射光によって各絵素の周
辺に近い領域１’２−１．１２−２．１２−３で生じた
光信号電荷が該当する絵素電極例えば６−２のみならず
隣接する電極例えば６−１．６−３にも流入することが
判明した。さらに、詳細に言えばこの原因は光電変換に
使用する光導電性膜の平面方向１４の分離（平面方向の
抵抗）が十分でなく、正規の電界１３−２の他に６−２
が信号電荷により電位上昇を起すことにより実質的に６
−１．６−３方向に電界１４−２． ］ ／１．−２’
が広がり、電荷が隣接する電極にも引かれるためである
ことが判明した。
（２） 発明の目的
本発明の目的は上記の問題点を解決し、絵素電極の間隙
を広くすることである。
を広くすることである。
（３）発明の詳細説明
用するプロセス技術には関係なく，電極の間隙を光導電
性薄膜の膜厚より少くとも大きく取るように改めたもの
である。
性薄膜の膜厚より少くとも大きく取るように改めたもの
である。
（４）実施例
以下、本発明を実施例第２図を参照して詳細に説明する
。
。
ここでは、二次元状に多数配列される絵素のうち、説明
を明確にするために３行２列の絵素を示した。また、こ
こでは走査用ＩＣ基板の構成素子としてＭｏｓ＋〜ラン
ジスタを使用しているが、ＣＣＤあるいはＢ Ｂ Ｄ
（Ｂｕｃｋｅｔ． ＢｒｉｇａｄｅＤｅｖｉｃｅｓ）で
構成した場合においてもＩＣ基板の製作にはＭＯＳプロ
セス技術を使用し、がっ絵素用電極を設ける構造は同じ
であるから、図に示したレイアウト図および数値等につ
いては構成素子の種類すなわち、Ｍｏｓ＋一ランジうタ
．ＣＣＤの如何を問うものではない。
を明確にするために３行２列の絵素を示した。また、こ
こでは走査用ＩＣ基板の構成素子としてＭｏｓ＋〜ラン
ジスタを使用しているが、ＣＣＤあるいはＢ Ｂ Ｄ
（Ｂｕｃｋｅｔ． ＢｒｉｇａｄｅＤｅｖｉｃｅｓ）で
構成した場合においてもＩＣ基板の製作にはＭＯＳプロ
セス技術を使用し、がっ絵素用電極を設ける構造は同じ
であるから、図に示したレイアウト図および数値等につ
いては構成素子の種類すなわち、Ｍｏｓ＋一ランジうタ
．ＣＣＤの如何を問うものではない。
第２図（Ｑにおいて、＋５−１．１！５−２．１５−３
は十分広い間隙１６を設けた絵素電極、１７は光導電性
・薄膜、８は透明電極である。同図（ｂ）は（ａ）に示
た撮像素子の平面レイアウト図を示したもので、１５’
−１．１５’−２．１５’ −３は絵素電極１ ５−１
， １． ５−２． １ ５−３． １ ６’は電極
間の水平方向の間隙１６に相当している。
は十分広い間隙１６を設けた絵素電極、１７は光導電性
・薄膜、８は透明電極である。同図（ｂ）は（ａ）に示
た撮像素子の平面レイアウト図を示したもので、１５’
−１．１５’−２．１５’ −３は絵素電極１ ５−１
， １． ５−２． １ ５−３． １ ６’は電極
間の水平方向の間隙１６に相当している。
また、１５’−１．、１５′−２．１５’−３は図（ａ
）には図示されていない垂直方向に配列された絵素電極
、１６ｎは垂直方向の電極間隙である。
）には図示されていない垂直方向に配列された絵素電極
、１６ｎは垂直方向の電極間隙である。
従来素子の設計においては，光感度を上げるため絵素電
極の寸法は少しでも大きくするようにし、すなわち、光
導電性膜の膜厚の如何にかかわらず間隙を出来得る限り
小さくするようにし、例えば素子製作に３μｍプロセス
技術を使用する場合には、３μｍの間隙、２μｍプロセ
ス技術を使用する場合には２μｍと、プロセス技術で許
される最小の加工寸法に設定してきた。しかし乍ら、前
述のような″平面方向の分離″という問題を考慮する場
合には、如何にプロセス技術が進んで微細加工が出来る
ようになっても、間隙を所定の値以下に狭くすることは
出来ないことが判明した。
極の寸法は少しでも大きくするようにし、すなわち、光
導電性膜の膜厚の如何にかかわらず間隙を出来得る限り
小さくするようにし、例えば素子製作に３μｍプロセス
技術を使用する場合には、３μｍの間隙、２μｍプロセ
ス技術を使用する場合には２μｍと、プロセス技術で許
される最小の加工寸法に設定してきた。しかし乍ら、前
述のような″平面方向の分離″という問題を考慮する場
合には、如何にプロセス技術が進んで微細加工が出来る
ようになっても、間隙を所定の値以下に狭くすることは
出来ないことが判明した。
必要な間隙は電極上部に積層する光導電性薄膜の膜厚に
依存し１発明者らの測定では、間隙を膜厚より小さく設
計することは好ましくないことが確認された。すなわち
、間隙の最小限界寸法δは例えば膜厚を５μｍにした場
合は、使用するプロセス技術には関係なくδ〉５μｍ、
膜厚を２μｍにした場合はδン２μｍを確保することが
必要である。このように、δ〉膜厚″なる関係を満足す
ると１反面、電極面積は従来より／ｈさくなり光感度の
低下を招くという欠点が心配される。しかし乍ら、現実
には、間隙δの中で発生した光電荷は、δ／２内（間隙
の半分）で発生した分ずつ水平方向（あるいは垂直方向
）に隣接する電極に引かれるため、電極面積の縮少によ
る光感度の低下は無視できる程度であることが確認され
た。
依存し１発明者らの測定では、間隙を膜厚より小さく設
計することは好ましくないことが確認された。すなわち
、間隙の最小限界寸法δは例えば膜厚を５μｍにした場
合は、使用するプロセス技術には関係なくδ〉５μｍ、
膜厚を２μｍにした場合はδン２μｍを確保することが
必要である。このように、δ〉膜厚″なる関係を満足す
ると１反面、電極面積は従来より／ｈさくなり光感度の
低下を招くという欠点が心配される。しかし乍ら、現実
には、間隙δの中で発生した光電荷は、δ／２内（間隙
の半分）で発生した分ずつ水平方向（あるいは垂直方向
）に隣接する電極に引かれるため、電極面積の縮少によ
る光感度の低下は無視できる程度であることが確認され
た。
間隙δは水平１６′、垂直方向１６“ともに同一寸法に
してもよいが、一般にはテレビ画面のアスペクト比（水
平方向と垂直方向の画郭比）が１ではないため、δ〉膜
厚″を満たす範囲で、１６’ と１６′Ｔのδは異なる
値にしてもよい。
してもよいが、一般にはテレビ画面のアスペクト比（水
平方向と垂直方向の画郭比）が１ではないため、δ〉膜
厚″を満たす範囲で、１６’ と１６′Ｔのδは異なる
値にしてもよい。
発明者らは、光電変換膜にアモルファスシリコン、５ｅ
−Ａｓ−Ｔｅカルコゲナイド膜を使用した２種類の撮像
素子を対象とし、その各々についてδ≧膜厚、δ〈膜厚
の設計値を有する総数４種類の素子を試作、評価した。
−Ａｓ−Ｔｅカルコゲナイド膜を使用した２種類の撮像
素子を対象とし、その各々についてδ≧膜厚、δ〈膜厚
の設計値を有する総数４種類の素子を試作、評価した。
その結果、δ〉膜厚の設計値を備えた素子は、δ〈膜厚
の条件で設計した素子に較べて解像度が著しく改善され
る、混色の発生は数％以下と事実上問題ない程度まで低
減できることが確認できた。
の条件で設計した素子に較べて解像度が著しく改善され
る、混色の発生は数％以下と事実上問題ない程度まで低
減できることが確認できた。
以上、実施例を用いて説明したように電極間隙と光導電
性薄膜の膜厚の関係を本発明のように設定することによ
り、光感度を低下させることなく解像度の向上および混
色の発生防止を行うことが可能になった。さらに、本発
明は絵素電極の設計寸法を変えることにより実施でき、
製作工程は従来と全く変わらない。したがって、本発明
は実用的に極めて高い価値を有するものである。
性薄膜の膜厚の関係を本発明のように設定することによ
り、光感度を低下させることなく解像度の向上および混
色の発生防止を行うことが可能になった。さらに、本発
明は絵素電極の設計寸法を変えることにより実施でき、
製作工程は従来と全く変わらない。したがって、本発明
は実用的に極めて高い価値を有するものである。
なお、上記の実施例では走査用ＩＣ基板を構成する素子
としてＭＯ８電界効果トランジスタを使用したが、前に
述べたＣＣＤ、ＢＢＤ、あるいはＣＴ Ｄ （Ｃｈａｒ
ｇｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｒｉｃｅｓ）を用いた
場合も本発明と同様の構造を適用することができる。こ
れらの素子においても、製作技術にはＭＯＳプロセスが
使用されるので、該当する絵素電極および光導電性薄膜
の構造、形状は第２図の空施例と同様であり、本発明の
主旨はそのまま適用できる。さらに、本発明の主旨を逸
脱しない範囲で、走査用ＩＣ基板の構成素子として接合
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
タが使用できる。
としてＭＯ８電界効果トランジスタを使用したが、前に
述べたＣＣＤ、ＢＢＤ、あるいはＣＴ Ｄ （Ｃｈａｒ
ｇｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｒｉｃｅｓ）を用いた
場合も本発明と同様の構造を適用することができる。こ
れらの素子においても、製作技術にはＭＯＳプロセスが
使用されるので、該当する絵素電極および光導電性薄膜
の構造、形状は第２図の空施例と同様であり、本発明の
主旨はそのまま適用できる。さらに、本発明の主旨を逸
脱しない範囲で、走査用ＩＣ基板の構成素子として接合
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
タが使用できる。
第１図は従来の固体撮像素子の構造を示す図、第２図は
本発明の固体撮像素子の構造および主旨を説明する図で
ある。 １５−１．１５−２．１５−３：絵素用電極１７：光導
電膜 ８：透明電極 ｒ−−−−−−−−］ ｍ＝ −−−−ｊ
本発明の固体撮像素子の構造および主旨を説明する図で
ある。 １５−１．１５−２．１５−３：絵素用電極１７：光導
電膜 ８：透明電極 ｒ−−−−−−−−］ ｍ＝ −−−−ｊ
Claims (1)
- １、二次元状に配列したスイッチ、該スイッチを介して
取出した光学像に相当する光電荷を転送する走査素子を
集積化した走査用半導体基板の上部に、該光電荷を発生
する光電変換用光導電性薄膜および透明状の電極を積層
した二階建構造の固体撮像素子において、該スイッチの
各々に所属する絵素の単位を構成する電極の間に設ける
間隙の大きさ（寸法）を該光導電性薄膜の膜厚より大き
くすることを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60110372A JPS611177A (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60110372A JPS611177A (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS611177A true JPS611177A (ja) | 1986-01-07 |
Family
ID=14534128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60110372A Pending JPS611177A (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS611177A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0588397A2 (de) * | 1992-08-17 | 1994-03-23 | Philips Patentverwaltung GmbH | Röntgenbilddetektor |
-
1985
- 1985-05-24 JP JP60110372A patent/JPS611177A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0588397A2 (de) * | 1992-08-17 | 1994-03-23 | Philips Patentverwaltung GmbH | Röntgenbilddetektor |
| EP0588397A3 (de) * | 1992-08-17 | 1994-05-04 | Philips Patentverwaltung GmbH | Röntgenbilddetektor |
| US5396072A (en) * | 1992-08-17 | 1995-03-07 | U. S. Philips Corporation | X-ray image detector |
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