JPS61253860A - 固体撮像装置 - 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）　　　　　′ 本発明は固体撮像装置に関する。更に詳述すれは各絵素
の走査に７オトカプラを用いたＭＯ８型固体撮偉装置に
関する。

（従来の技術） 固体撮像装置は撮像管に較べて多くの長所、すなわち、
■画像歪がない■低消費電力■小型軽量■残像が少い■
直射日光による焼付がない■衝撃に強いという特徴をも
つの′ｔ％あるが、反面、■ブルーミングやスミアを生
じる■１解・′像ツカＪ：が撮「偉管に及ばない■ＶＬ
ＳＩ半導体技術を必要とし、歩溜シが悪い■撮像管に較
べて開口率が低い等の欠点を有する為、まだ撮像管が多
く使われている。

特に、従来のＸ、Ｙアドレス方式のＭＯ８型固体撮像装
置では、ＭＯ８型特有の固定・ぐターンノイズを生じて
ＳＮ比が劣化するという欠点を有していた。

また、ＣＣＤ型撮像装置が撮像部周辺にシフトし、クス
タを不要としているのに対し、このＭＯ８型撮偉装置で
は水平及び垂直シフトレ・クスタ部を必要としてチップ
サイズを大きくし、やけｐＶＬｓＩの加工技術が要求さ
れて少滴りを悪くしていた。

また更に、より高解像度化するために水平の絵素数を増
やそうとすると、シフトレジスタのユニット数も増さね
ばならず、その微細化も問題となっている。

しかし、ＣＣＤ撮像装置に較べてＭＯ８型撮像装置は各
絵素からの信号を独立に読み出せるため解儂力も高く、
かつ残像も少ないという長所をもつため、先述の欠点を
解消し、かつ前述のＳＮ比の問題及びシフトレジスタの
問題を克服すれば有望な方式′ｒ＠ある。

（発明が解決しようとする問題） 本発明は、前述の固体撮像装置の欠点を解消す・ると共
に、ＭＯ８型固体撮像装置の有する前述長所を維持した
固体撮像装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、固体撮像装置のエリアセンサに於ける各絵素
のスイッチングを７オトカプラで行って各絵素の信号電
荷を読み出すことにより、前述の従来装置の問題点を解
決するものである。

（実施例） 以下図面に示す本発明の実施例につき詳説する。

本発明の撮像装置は第１図に示すようにモザイク状に並
べられた多数の独立した絵素１が垂直方向の読み出し線
２により接続されており、これら絵素１の背面にはフォ
トカプラ方式によるスイッチング素子３（第２図）が配
置されている。

すなわち、第２図の断面図に於いて、エリアセンサの各
絵素を形成する光電変換部４の下方には、この光電変換
部４と電気的に導通されたスイッチング素子６の受光部
５及びこの受光部５と接続した前記読み出し線２が配設
されており、更にこの読み出し線２の下方位置には透明
基板６を介して前記スイッチング素子６の光走査部７が
設けられている。また、前記光電変換部４上には透明電
極８が配設されている。

このように構成された撮像装置にイメージ光が入射され
ると、絵素部の充電電荷が入射光量に応じて放電する。

次に、例えば発光ダイオードアレイにより構成された光
走査部７が順次に発光し、この光照射により光スイッチ
の受光部５の電気伝導度が上昇するために、該受光部５
を順次導通状態にする。これがスイッチＯＮの状態〒あ
シ、各絵素１の入射光量に応じた充電電流が流れ、これ
を増幅して読み出す。

この光スイツチ方式は、■光走査部（発光部）とスイッ
チ部（受光部）とが光学的には結合されてはいるが電気
的には完全に絶縁されているために、従来のＭＯ８型固
体撮像装置のように走査部からの／ぞルスノイズのとび
込みがなく、またＭＯＳスイッチのゲート下の反転層が
急激に変化することもないので、読み出しノイズが極め
て少ない。

■撮像部周辺のシフトレジスタが不要となシ、固体撮像
装置のチップサイズを小さくでき、かつ製造少滴シが向
上する。■固体撮像装置のチップサイズが小さくなるこ
とは、１枚のウェーハがらよシ多くの固体撮像装置をと
ることができることであり、低コスト化にも寄与する。

■各絵素の表面は光電変換部のみ′ｔ％あシ、光スイッ
チの受光部は絵素の下部にある所謂積層型構造になって
いるため、入射光の利用効率は高い。■受光部の構造は
コンデンサ型（光電変換層を電極でサンドインチした形
）であシ、簡単な構造である。従って、この点に於いて
も少滴りは高い。即ち、通常のＣＣＤフは１絵素の信号
電荷を他の信号と混合することなく転送するには４電極
が必要であシ、そのために絵素数当シの微細加工度は非
常に高くなる。しかしながら、本発明の光スイツチ方式
による構造では１絵素に１電極〒あり、今後の高集積化
には非常に有利″′Ｉ％ある。また、光スイッチの受光
部も、光電変換膜を電極ｆサンドイッチした形であり、
同様に簡単な構造である。

なお、先の第２図に図示した実施例では読み出Ｌｌｊｌ
と光スイッチの受光部が積層構造になっているが、第３
図に図示するように、読み出し線２１と光スイッチの受
光部５１の下部電極（透明電極）とを兼用させた方が、
ラインの抵抗も下がシ、平　　　　゛担化構造になシ、
かつ浮遊容量も減少するのマ、より好ましい。また、こ
の浮遊容量を減少させるには、光スイッチの受光部面積
を必要最小限に小さくし、かつ、その電極間隔を出来る
だけ大きくすることにより行われる。

このように構成された本発明の固体装置装置は、また次
のような特徴も有する。

■受光部はＭＯＳ）ランジスタやＣ’ＣＤと異なシ、サ
ンドイッチ型電極構造のため、言い換えると、Ｓｉ基板
の深部がないためにスミアリングを生じない。■また、
部分的に強い光が照射された所はそのコンデンサの中で
電子と正孔とが再結合するために電荷のオーツクフロー
を生じないでブルーミングを発生しない。■暗部のスイ
ッチの暗電流は非常に小さい。即ち、光スイッチが導通
し、光スイツチ受光部の両側の電極電位が等しくなるま
で充電された後、光スイッチを遮断し、かつ、対応する
絵素部がイメージの暗部となる場合、この絵素部での放
電が起こらないため、光スイッチの両側電極の電位差は
略零ゼルト〒あり、従ってそのスイッチの暗電流は非常
に低いものとなる。

一方、明部には多くの光が入射して絵素部の放電が起こ
るため、スイッチの両側電極の電位差が大きくなシ、多
少の暗電流が流れるが、明部のために問題にならない。

■ＭＯＳスイッチではなく単なるコンデンサのため、Ｍ
ＯＳ型やＣＣＤ型デバイスの耐圧（約１０ｖ）の心配が
なく、光電変換層自身の耐圧のみＫよる規制を受けるだ
けであり、従って、約３０Ｖ程度の耐圧がある。

本発明の撮像装置の絵素部に於ける受光部および光スイ
ッチの受光部は内部光電効果を利用するものであり、具
体的には次のタイプが適用可能フある。

■　アモルファスシリコン、　Ｐｂｓ、　Ｃｄｓ、　有
機光導電体および電子写真用感光材料等の光導電型受光
部、 ■　アモルファスシリコン、ポリＳ　ｉ、　Ｇｅ、　Ｇ
ａＡａ、その他の多結晶、アモルファス材料のＰ−ｎ接
合、Ｐ−ｉ−ｎ接合やヘテロ接合などのフォトダイオー
ド型、 ■　フォトトランジスタ型、 等が挙げられる。これらの材料については、例えば「半
導体ハンドブック」オーム社１９７８年Ｐ、４４１、「
わかりやすい光物性」高木克己、山田祥三著、１９６５
年、産報、「やさしい光電素子の応用」山中一部、１９
７８年１、産報、等に詳しく記載されているのでここフ
は詳しい説明を省略する。

本発明の光スイッチの受光部の構造としては、第４図（
ａ）、（ｂ）に示すようなギャップ型やサンドインチ型
が挙げられる。

光スイッチの受光部および絵素部の受光部の暗電流とし
ては１ｎ〜保・ｓｅｃ以下であることが好ましい。また
、光スイッチの受光部のＰｎ接合は応答速度という点に
着目すると、その特性が十分でない場合がある。その場
合は、Ｐ型領域の厚さを薄くし、かつ、不純物濃度を高
くし、更に受光部の面積を小さくすることによって、ナ
ノ秒程度に改善されたものが得られており、本発明に於
いても、撮像装置の特性に合わせて、このような手段が
採用され得ることは云うまｔもない。

また、Ｐｉｎ接合は、ｉ層の存在により接合容量を小さ
くすることが可能″’ｅｔａるため、よυ速い応答速度
が得られるのフ適宜撮像装置の特性に対応して、とのＰ
ｉｎ接合を用いることも可能１ある。

また、光スイッチの受光部に於ける絵素間は必要に応じ
て分離した方が読み出し垂直線間の混色を避けるために
良い。

また、単板式固体撮像装置のＲ，Ｇ、Ｂ成分を読み出す
時に、Ｒ，Ｇ、Ｂ成分が混色するのを防ぐ為、Ｒ，Ｇ、
Ｂを別々に三線１読み出す所謂多線読み出し方式にも、
本発明が適用可能である。

光スイッチの受光部にフォトトランジスタを用いると、
受光量が少なくても光電流が増幅されて動作するという
メリットがある。光源としては、発光素子プレイ、（光
源＋シャッタアレイ）、レーザビーム走査法等が挙げら
れる。また、発光素子アレイとしてはＬＥＤアレイ、半
導体レーザアレイ、エレクトロルミネッセンスアレイ、
プラズマ発光素子＋７レイが、（光源＋シャッタアレイ
）のシャッタアレイとしては、液晶シャッタアレイ、Ｐ
ＬＺＴシャッタアレイ等が挙げられる。レーザビーム走
査法については変調器、ミラー回転多面伊やガルノ々ノ
メータを用いる方法等が挙げられる。

これらの光源については、「半導体ブック」（第２版）
オーム社１９７７年版、Ｐ、４４９および「テレヒショ
ン画偉工学・・ンｒブック」オーム社１９８０年版、第
２編等に記載されているため、ここフは詳しく記述しな
い。

また、本発明で７オトカプラーの光スイッチの受光部と
、ｉｍａｇｅ光の光電変換部間は光遮蔽した方がよりよ
いことはいうまでもない。例えば第２図の光スイッチの
受光部の上部電極に金属を用い、光電変換絵素部間に特
願昭６０−１６４１５号に記載の如く光反射材料や金属
反射材料および光吸収材料を用いてもよい。

また、第３図の固体撮像装置の製造方法の順序として、
透明基板上に８．４，５１．２１の順に形成し、その上
に発光素子アレイをは９つける方法をとってもよい。こ
の場合、発光素子部と、光スイッチの受光部がより密着
する為に光アレイ光の他の絵素部への洩れはなくなる。

また、第６図フ透明基板上に７．２１，５１，４，８　
　　　　　　　ラをすべて作りつけてもよい。この場合
も、６がなくなるのフ、光アレイ光の他絵素部への洩れ
は少なくなる。

本発明の用途としては、−次元イメー・ジセンサ、二次
元イメー、ジセンサ、放射線、可視線および赤外線撮像
装置などが挙げられる。

また、本撮像装置と放射線を可視光および赤外光に変換
する蛍光体とを組み合わせた特願昭５９−２６４６１１
号の系に適用してもよい。

本発明の製造実施例を以下に列挙する。

製造実施例１ 絶縁性透明基板（例えば石英板、もしくは脱イオンガラ
ス）上にＩＴＯをス・ぞツタ−蒸着し、ツー・オドエツ
チング加工により光スイッチの受光部の下部電極および
読み出し線を形成する。次に、上記下部電極上にアモル
ファスシリコン（ｎｏｎｄｏｐｅもしくはｎ層）を蒸着
（基板温度２５０　Ｃ，Ｓ　ｉＨ４ガス圧Ｑ、　３　Ｔ
ｏｒｒ、　１００ＫＨｚＡＣ１２０００電極、２５Ｗ・
々ツー人力、約１．５μｍ厚）し、次いフＰ＋層（Ｂ２
Ｈ６／Ｓ　ｉＨ４６０Ｐ、２００Ｘ厚）を蒸着し、その
上にＡｌ−８ｉ（２％）をス・セッター蒸着する。その
上にＰＳＧ（リンシリケイトガラス）を０．３μｍ厚に
形成し、絵素電極のコンタクトホールをあけた後、Ａｌ
ｌ−８ｔ（２％）を蒸着する。次に、アモルファスシリ
コ７　（ｎｏｎｄｏｐｅもしくはｎ層）を１．５μｍ厚
に形成し、その上にＰ中層（Ｂ２Ｈ６／ＳｉＨ４６０四
、２００Ａ厚）を形成した後、その上に透明電極（ＩＴ
Ｏ）を形成する。次に、絵素間の透明電極をウェットエ
ッチし、続いて絵素間のアモルファスシリコンもドライ
エツチングで除去する。このとき、フォトカゾラ一部の
アモルファスシリコンまで絵素間エツチングして除去す
る。次い〒、耐熱性高分子絶縁剤であるポリイミドを塗
布した後、前記ｒＴＯ上の４リイミドを除いて、再度、
ＩＴＯを蒸着して第５図の如き構成が得られる。最後に
透明基板（本実施例では石英板を用いた）の裏面側に赤
色ＬＥＤアレイを接着剤を用いて貼り付ける。

−製造実施例２ 透明基板上に本発明の固体撮像装置を作るとき、５ｏｓ
（ｓ目１ｃｏｎ　ｏｎ　　５ｕｐｈｉｒｅ）技術により
サファイア上に８層１２を、次に２層１３を積層させＰ
ｎ接合を形成し、その上にモリブデンの金属電極１４を
Ａｒス・ぞツタ−法で蒸着する。　Ｐ層は１μｍ、Ｈ層
は０．３μｍ厚とする。このｎ層はｈｉｇｈ　ｄｏｐｅ
の為導電性が大きく、ｎ層の役割と配線電極の役割を兼
ねる。次いフ、ドライエッチ法フこのポリＳｉをノＲタ
ーニングする。次いで、その上にポ１ｊｓｉｔ％ｎ層１
５を、次に２層１６を形成してＰｎ接合を形成する。こ
のＰ層は０．３μｍ、ｎ層は１μｍ厚とする。更に、そ
の上に透明電極１７を形成し、次に絵素間の透明電極を
ウェットエッチし、続いて、絵素間のポリＳｉ、エピＳ
ｉをドライエツチングで除去する。熱酸化で絵素間部の
ポリＳｉ、エピＳｉの端面に５ｉ０２を形成し、次いで
、絵素間部にボリイミｒ１ａを埋め込む。絵素部の透明
電極（ＩＴＯ）上のボリイミｒを除いて、再度、ＩＴＯ
を蒸着する。最後に、石英の裏側に赤色ＬＥＤプレイ（
図示せず）を貼り付けて製造を完了する。

このようにして出来上ったものの構造は、第１の製造実
施例と同じである。

（発明の効果） 本発明は、固体撮像装置の各絵素の走査に光スイツチン
グ素子を用いることにより、高解像力が低残像という長
所を備えながら、ＭＯ８型特有の固定・ぞターンノイズ
がなく、そのためにＳＮ比が向上し、また撮像部周辺の
シフトレジスタを不要とするためチップサイズが小さく
出来て高集積化、或いは製造の少滴りを向上せしめ得る
固体撮像装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すＭＯ８型固体撮像装置
の平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に於ける断面図、
第３図は本発明の他の実施例を示す断面図、第４図は光
導電型受光部の構造を説明する図、第５図は本発明のＭ
Ｏ８型固体撮像装置の構成図である。 図中符号 １・・・絵　素、　　２・・・読み出し線、４・・・光
電変換部、　５・・・光スイッチの受光部、６・・・透
明基板、　７・・・光走査部（発光部）、８・・・透明
電極。 第　　１！ｌ 第　　３　　図 尤 第　　４　　図 （ａ）　Ｎゝ゛−アＱ　　　　　（ｂ）ｑン’ｐ−Ａ、
干製第　　５　　図 手続補正書 昭和６０年　６　月　７３日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性透明基板上に光スイッチの受光部および複
   数の絵素部からなる光電変換部が順次に重ね合わされて
   おり、前記光スイッチの受光部と対応した光走査部が貼
   り付けられた構造の固体撮像装置。
2. （２）前記受光部が、透明基板上に、互いに間隔をおい
   て形成された一対の電極と、該電極の上に配設された光
   電変換膜とから構成され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。
3. （３）前記受光部が、光電変換膜を挾持した一対の透明
   電極を互いに間隔を有して前記透明基板上に配設したも
   の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。
4. （４）前記光走査部が発光素子アレイにより設けられて
   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
   撮像装置。