JPH05136386A - Image sensor - Google Patents
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- JPH05136386A JPH05136386A JP3297412A JP29741291A JPH05136386A JP H05136386 A JPH05136386 A JP H05136386A JP 3297412 A JP3297412 A JP 3297412A JP 29741291 A JP29741291 A JP 29741291A JP H05136386 A JPH05136386 A JP H05136386A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ、イメー
ジスキャナ等に用いられるイメージセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor used in facsimiles, image scanners and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の非晶質シリコンフォトダイオード
を用いたイメージセンサにおいては、フォトダイオード
の片側の電極として透明なＩＴＯが用いられ、又もう一
方の電極としてクロム等の金属が用いられていた。図２
にイメージセンサの概略断面図を示す。２０１は基板
で、本例の様に多結晶シリコン薄膜トランジスタが形成
される場合は、主に石英ガラスが用いられる。該基板上
に図に示した様な薄膜トランジスタを形成して走査回路
を構成する。又、光センサ部はクロム電極２０２、非晶
質シリコンフォトダイオード２０３及びＩＴＯ電極２０
４により構成され、配線用金属であるＡｌにより走査回
路と接続される。クロム電極２０２の代わりにＡｌ等の
他の金属を用いることもできるが、暗電流値は高くなる
為光センサとしての性能は劣化する。非晶質シリコンフ
ォトダイオードはｐ−ｉ−ｎ型，ｐ−ｉ型等の構造が用
いられる。ｐ層及びｎ層は非晶質シリコーンカーバイド
を用いることもでき、この場合は窓効果や電荷注入阻止
性能の向上が期待できる。2. Description of the Related Art In a conventional image sensor using an amorphous silicon photodiode, transparent ITO is used as one electrode of the photodiode and metal such as chromium is used as the other electrode. .. Figure 2
A schematic sectional view of the image sensor is shown in FIG. Reference numeral 201 denotes a substrate, and quartz glass is mainly used when a polycrystalline silicon thin film transistor is formed as in this example. A thin film transistor as shown in the figure is formed on the substrate to form a scanning circuit. Further, the optical sensor section includes a chromium electrode 202, an amorphous silicon photodiode 203, and an ITO electrode 20.
4 and is connected to the scanning circuit by Al which is a wiring metal. Other metals such as Al can be used instead of the chrome electrode 202, but the dark current value becomes high, so the performance as an optical sensor deteriorates. The amorphous silicon photodiode has a p-i-n type structure, a p-i type structure, or the like. Amorphous silicone carbide may be used for the p layer and the n layer, and in this case, improvement of the window effect and charge injection blocking performance can be expected.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
イメージセンサに用いられてきたクロム金属は有害であ
ること及び成膜工程が増えるという課題がある。又配線
金属であるＡｌをフォトダイオードの電極として用いた
場合は暗電流が増え光センサの特性が悪化するという課
題がある。そこで本発明はこれらの課題を解決するもの
で、無公害で工程数も少なく低暗電流の光センサを有す
るイメージセンサを提供するものである。However, there are problems that the chromium metal used in the conventional image sensor is harmful and the number of film forming steps is increased. Further, when Al, which is a wiring metal, is used as the electrode of the photodiode, there is a problem that the dark current increases and the characteristics of the photosensor deteriorate. Therefore, the present invention solves these problems, and provides an image sensor having an optical sensor that is pollution-free, has a small number of steps, and has a low dark current.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明のイメージセンサ
は、多結晶シリコン薄膜トランジスタにより構成した走
査回路と非晶質シリコンフォトダイオードより成り、該
非晶質シリコンフォトダイオードの少なくとも一方の電
極を多結晶シリコンで形成することを特徴とする。An image sensor of the present invention comprises a scanning circuit composed of a polycrystalline silicon thin film transistor and an amorphous silicon photodiode, and at least one electrode of the amorphous silicon photodiode is made of polycrystalline silicon. It is characterized in that it is formed by.
【０００５】[0005]
【実施例】図１は、本発明の実施例におけるイメージセ
ンサのチップの概略断面図である。１０１は基板の石英
ガラスである。１０２はｎ型の多結晶シリコンで非晶質
シリコンフォトダイオード１０３の下部電極である。該
フォトダイオード１０３は、ｐをドープしたｎ型の非晶
質シリコンカーバイド、真性非晶質シリコン及びＢをド
ープしたｐ型の非晶質シリコンカーバイドを積層したｐ
−ｉ−ｎ型のダイオード構造となっている。１０４はＩ
ＴＯ電極であり、ｐ型の非晶質シリコンカーバイド上に
作成される。一方の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）
はＭＯＳ型の構造となっている。１０６及び１０８はソ
ース・ドレイン部、１０７はチャネル部で何れも多結晶
シリコンで形成される。１０９はゲート絶縁膜、１１０
はゲート電極でありｎ型の多結晶シリコンで１０２と同
時に作られる。配線材のＡｌ１０５は、層間絶縁膜１１
１上に形成される。本イメージセンサの回路構成を図３
に示す。次に図１で示したイメージセンサの製造方法に
ついて述べる。1 is a schematic sectional view of a chip of an image sensor according to an embodiment of the present invention. 101 is quartz glass of the substrate. Reference numeral 102 denotes n-type polycrystalline silicon which is a lower electrode of the amorphous silicon photodiode 103. The photodiode 103 has a layered structure of p-doped n-type amorphous silicon carbide, intrinsic amorphous silicon, and B-doped p-type amorphous silicon carbide.
It has a -i-n type diode structure. 104 is I
The TO electrode is formed on p-type amorphous silicon carbide. One thin film transistor (hereinafter TFT)
Has a MOS type structure. Reference numerals 106 and 108 denote source / drain portions, and 107 denotes a channel portion, both of which are made of polycrystalline silicon. 109 is a gate insulating film, 110
Is a gate electrode and is made of n-type polycrystalline silicon simultaneously with 102. The wiring material Al105 is the interlayer insulating film 11
1 is formed on. Figure 3 shows the circuit configuration of this image sensor.
Shown in. Next, a method for manufacturing the image sensor shown in FIG. 1 will be described.
【０００６】最初に基板１０１上に多結晶シリコン薄膜
を形成する。本実施例に於いては減圧ＣＶＤ法により成
膜を行った。他の形成法としては、非晶質シリコン薄膜
を形成した後熱アニールやレーザーアニール等を行って
結晶化する固相成長法を用いることもできる。該多結晶
シリコン薄膜を通常のフォトリソグラフィ技術でパター
ニングする。次に酸素雰囲気中で１１５０℃以上に加熱
することによりゲート酸化膜１０９を形成する。次にＴ
ＦＴのゲート電極１１０とフォトダイオードの下部電極
１０２となる多結晶シリコン薄膜を形成する。形成法は
先に述べた方法と同様である。該多結晶シリコン薄膜を
ｎ型にするために、ｐを１０19ｃｍ-3以上の高濃度にド
ープする。ｐのドーピングは熱拡散法により行った。よ
り正確にｐの濃度を制御するにはイオン打ち込み法で行
うのが良い。次に、該多結晶シリコン薄膜をフォトリソ
グラフィ技術によりパターニングする。その後、ソー
ス、ドレイン部１０６，１０８をセルファラインで形成
するために、Ｐ及びＢをイオン打ち込みする。ｎチャン
ネルのＴＦＴにはＰを、又ＰチャンネルのＴＦＴにはＢ
を打ち込む。ドーズ量はどちらも１〜１０×１０15ｃｍ
-2とした。その後、ＰとＢを活性化するためのアニール
を３００℃以上で行う。次に層間絶縁膜１１１であるＳ
ｉＯ2 膜を熱ＣＶＤ法により形成する。該層間絶縁膜１
１１をフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、
フォトダイオードの部分を開口させる。次にフォトダイ
オードとなる非晶質シリコン薄膜を、通常のＲＦグロー
放電を用いたプラズマＣＶＤ法により形成する。フォト
ダイオードはｐ−ｉ−ｎ構造をとるため、ｎ型非晶質シ
リコンカーバイド、真性非晶質シリコン、ｐ型非晶質シ
リコンカーバイドの順で積層する。本実施例において
は、原料ガスにＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｈ2 、ＰＨ3 、Ｂ2
Ｈ6 を用い、基板温度１５０℃以上３００℃以下、ＲＦ
パワー密度０．０１ｗ／ｃｍ2 以上０．１ｗ／ｃｍ2 で
行った。非晶質シリコン形成後直ちにＩＴＯ薄膜をスパ
ッタ法により形成する。その後フォトリソグラフィ技術
によりＩＴＯ、非晶質シリコンの順にパターニングす
る。次に、層間絶縁膜１１１をフォトリソグラフィによ
りパターニングしコンタクトホールを形成する。その後
Ａｌ配線を、スパッタ法による成膜後フォトリソグラフ
ィでパターニングすることにより形成する。Ａｌ配線に
は、ＡｌとＳｉの過剰な反応を防ぐためにＳｉを数％程
度混入させた方が良い。又エレクトロマイグレーション
の防止及び表面モフォロジーの改善のためＣｕを微量混
入するのが良い。最後に透明なパッシベーション膜を全
面に形成してイメージセンサのチップが完成する。パッ
シベーション膜はポリイミド等の有機膜、ＳｉＯ2 膜等
の無機膜及びこれ等の組み合せを用いることができる。First, a polycrystalline silicon thin film is formed on the substrate 101. In this example, the film was formed by the low pressure CVD method. As another forming method, a solid phase growth method in which an amorphous silicon thin film is formed and then crystallized by performing thermal annealing, laser annealing, or the like can be used. The polycrystalline silicon thin film is patterned by a normal photolithography technique. Next, the gate oxide film 109 is formed by heating to 1150 ° C. or higher in an oxygen atmosphere. Then T
A polycrystalline silicon thin film to be the gate electrode 110 of the FT and the lower electrode 102 of the photodiode is formed. The forming method is similar to the method described above. In order to make the polycrystalline silicon thin film n-type, p is doped at a high concentration of 10 19 cm -3 or more. The doping of p was performed by the thermal diffusion method. In order to control the p concentration more accurately, it is preferable to use the ion implantation method. Next, the polycrystalline silicon thin film is patterned by the photolithography technique. After that, P and B are ion-implanted in order to form the source / drain portions 106 and 108 by self-alignment. P for n-channel TFT and B for P-channel TFT
Type in. Both doses are 1-10 × 10 15 cm
-2 . After that, annealing for activating P and B is performed at 300 ° C. or higher. Next, S which is the interlayer insulating film 111
An iO 2 film is formed by the thermal CVD method. The interlayer insulating film 1
11 is patterned by photolithography,
Open the part of the photodiode. Next, an amorphous silicon thin film to be a photodiode is formed by a plasma CVD method using a usual RF glow discharge. Since the photodiode has a pin structure, n-type amorphous silicon carbide, intrinsic amorphous silicon, and p-type amorphous silicon carbide are stacked in this order. In this embodiment, the raw material gas is SiH 4 , CH 4 , H 2 , PH 3 , B 2
Using H 6 , substrate temperature 150 ° C to 300 ° C, RF
It was performed at a power density of 0.01 w / cm 2 or more 0.1 w / cm 2. Immediately after forming the amorphous silicon, an ITO thin film is formed by the sputtering method. Then, ITO and amorphous silicon are patterned in this order by a photolithography technique. Next, the interlayer insulating film 111 is patterned by photolithography to form a contact hole. After that, Al wiring is formed by patterning by photolithography after film formation by the sputtering method. In order to prevent an excessive reaction between Al and Si, it is better to mix Si with about several percent in the Al wiring. Further, it is preferable to mix a trace amount of Cu in order to prevent electromigration and improve the surface morphology. Finally, a transparent passivation film is formed on the entire surface to complete the image sensor chip. As the passivation film, an organic film such as polyimide, an inorganic film such as SiO 2 film, or a combination thereof can be used.
【０００７】以上の様に作成したイメージセンサのフォ
トダイオードの特性は、５Ｖバイアス時で暗電流が２×
１０-11 Ａ／ｃｍ2 以下、波長５５０ｎｍで強度１０μ
Ｗ／ｃｍ2 の光照射時の光電流が４×１０-6Ａ／ｃｍ2
と良好なものであった。The characteristics of the photodiode of the image sensor prepared as described above have a dark current of 2 × when a 5 V bias is applied.
10 -11 A / cm 2 or less, intensity 10 μ at wavelength 550 nm
The photocurrent when irradiated with light of W / cm 2 is 4 × 10 −6 A / cm 2.
And was good.
【０００８】次に、上記のイメージセンサを用いて密着
型イメージセンサを作成した例を示す。図４は本実施例
における密着型イメージセンサの概略断面図である。４
０１がイメージセンサのチップであり、前記の方法で基
板上に作成したイメージセンサをダイシングでチップに
分割した後、実装してある。４０２はロッドレンズアレ
イで、原稿４０５面上の像をイメージセンサチップ上に
１：１に結像させる機能を持つ。レンズアレイの代わり
に光ファイバアレイを用いて同等の性能を得ることもで
きる。原稿４０５はＬＥＤアレイ４０３によって光を照
射される。以上の様に構成した密着型イメージセンサ
は、読み取り速度５ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅ、感度３．０Ｖ
／ｌｘ・ｓｅｃ、飽和出力２．０Ｖ，暗時出力１００ｍ
Ｖ以下、γ値０．９５以上，残像率５％以下という良好
な特性が得られた。Next, an example in which a contact image sensor is produced by using the above image sensor will be shown. FIG. 4 is a schematic sectional view of the contact image sensor according to this embodiment. Four
Reference numeral 01 denotes an image sensor chip, which is mounted after dividing the image sensor formed on the substrate by the above method into chips by dicing. A rod lens array 402 has a function of forming an image on the surface of the original 405 on the image sensor chip 1: 1. An equivalent performance can be obtained by using an optical fiber array instead of the lens array. The original 405 is illuminated by the LED array 403. The contact type image sensor configured as described above has a reading speed of 5 msec / line and a sensitivity of 3.0 V.
/ Lxsec, saturated output 2.0V, dark output 100m
Good characteristics of V or less, γ value of 0.95 or more and afterimage ratio of 5% or less were obtained.
【０００９】本実施例においては、フォトダイオードの
下部電極としてＴＦＴのゲート電極を構成する多結晶シ
リコンを用いた場合について示したが、ＴＦＴのチャネ
ルを構成する多結晶シリコンを用いても同様の性能が得
られる。この場合は、下部電極の部分にＰをイオン打ち
込みする必要がある。又、フォトダイオードはｐ−ｉ−
ｎ型の場合について示したが、ｐ−ｉ構造においても、
フォトダイオードの電極からの電荷の注入はなく良好な
特性が得られる。密着型イメージセンサの例として、ロ
ッドレンズアレイを用いる方式について述べたが、ロッ
ドレンズアレイを使用しない構造にすることもできる。
但し、この場合は原稿面とフォトダイオードまでの距離
を１００μｍ以下にする必要がある。In this embodiment, the case where the polycrystalline silicon forming the gate electrode of the TFT is used as the lower electrode of the photodiode has been described, but the same performance can be obtained by using the polycrystalline silicon forming the channel of the TFT. Is obtained. In this case, it is necessary to ion-implant P into the lower electrode portion. The photodiode is p-i-
Although the case of n-type is shown, in the p-i structure,
Good characteristics are obtained without injection of charges from the electrodes of the photodiode. Although the method using the rod lens array has been described as an example of the contact image sensor, a structure without using the rod lens array may be used.
However, in this case, the distance between the document surface and the photodiode must be 100 μm or less.
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上述べた様に本発明には次の様な効果
がある。As described above, the present invention has the following effects.
【００１１】(1).クロムの様な有害な物質は用いず、無
公害である。(1). It does not use harmful substances such as chromium and is pollution-free.
【００１２】(2).下部電極を形成するための工程がなく
なるため、製造時間の短縮，歩留りの向上が見込める。(2) Since the process for forming the lower electrode is eliminated, the manufacturing time can be shortened and the yield can be improved.
【００１３】(3).金属を下部電極に用いた場合と比較
し、暗電流が低い。(3) The dark current is lower than that when a metal is used for the lower electrode.
【００１４】(4).金属を用いた場合、非晶質シリコンと
反応し易いことがありデバイスとしての耐熱性が低くな
るが、非晶質シリコンでは耐熱性が高い。(4). When a metal is used, it may easily react with amorphous silicon to lower the heat resistance of the device, but amorphous silicon has high heat resistance.
【００１５】(5).金属を用いた場合、他の材料であるＳ
ｉＯ2 やシリコンとの熱膨張係数の違いからデバイスに
大きな応力がかかって、デバイスの信頼性を低下させた
り製造歩留りを低下させることがあるが、多結晶シリコ
ンを下部電極に用いることによりその様な応力の発生を
防ぐことができる。(5). When metal is used, it is another material, S
A large stress may be applied to the device due to the difference in coefficient of thermal expansion from that of io 2 or silicon, which may lower the reliability of the device or reduce the manufacturing yield. However, by using polycrystalline silicon for the lower electrode, It is possible to prevent the generation of various stresses.
【図１】本発明の実施例におけるイメージセンサの概略
断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来技術におけるイメージセンサの概略断面
図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an image sensor in the related art.
【図３】本発明の実施例におけるイメージセンサの回路
図。FIG. 3 is a circuit diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例における密着型イメージセンサ
の概略断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view of a contact image sensor according to an embodiment of the present invention.
１０１ 基板 １０２ ｎ型多結晶シリコン １０３ 非晶質シリコンフォトダイオード １０４ ＩＴＯ電極 １０５ Ａｌ １０６ ソース部 １０７ チャンネル部 １０８ ドレイン部 １０９ ゲート絶縁膜 １１０ ゲート電極 １１１ 層間絶縁膜 ２０１ 基板 ２０２ クロム ２０３ 非晶質シリコンフォトダイオード ２０４ ＩＴＯ電極 ２０５ Ａｌ ２０６ ソース部 ２０７ チャンネル部 ２０８ ドレイン部 ２０９ ゲート絶縁膜 ２１０ ゲート電極 ２１１ 層間絶縁膜 ４０１ イメージセンサチップ ４０２ ロッドレンズアレイ ４０３ ＬＥＤアレイ ４０４ ガラス ４０５ 原稿 101 substrate 102 n-type polycrystalline silicon 103 amorphous silicon photodiode 104 ITO electrode 105 Al 106 source part 107 channel part 108 drain part 109 gate insulating film 110 gate electrode 111 interlayer insulating film 201 substrate 202 chromium 203 amorphous silicon photo Diode 204 ITO electrode 205 Al 206 Source part 207 Channel part 208 Drain part 209 Gate insulating film 210 Gate electrode 211 Interlayer insulating film 401 Image sensor chip 402 Rod lens array 403 LED array 404 Glass 405 Original
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/028 Ｚ 9070−5Ｃ 8422−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H04N 1/028 Z 9070-5C 8422-4M H01L 31/10 A
Claims (1)
成した走査回路と非晶質シリコンフォトダイオードより
成り、該非晶質シリコンフォトダイオードの少なくとも
一方の電極を多結晶シリコンで形成することを特徴とす
るイメージセンサ。1. An image sensor comprising a scanning circuit formed of a polycrystalline silicon thin film transistor and an amorphous silicon photodiode, wherein at least one electrode of the amorphous silicon photodiode is formed of polycrystalline silicon.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3297412A JPH05136386A (en) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | Image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3297412A JPH05136386A (en) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | Image sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136386A true JPH05136386A (en) | 1993-06-01 |
Family
ID=17846174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3297412A Pending JPH05136386A (en) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | Image sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136386A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6344669B1 (en) * | 2000-06-13 | 2002-02-05 | United Microelectronics Corp. | CMOS sensor |
| KR100429557B1 (en) * | 2001-11-20 | 2004-05-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | Image sensor and fabricating method of the same |
| JP2010041361A (en) * | 2008-08-05 | 2010-02-18 | Sony Corp | Solid-state imaging apparatus, method of driving the same, and imaging apparatus |
| WO2011065057A1 (en) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | シャープ株式会社 | Photodiode and manufacturing method for same, substrate for display panel, and display device |
| WO2022047918A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | Sensor assembly, manufacturing method therefor, and display panel |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP3297412A patent/JPH05136386A/en active Pending
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