JPS6258551B2 - - Google Patents

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JPS6258551B2
JPS6258551B2 JP56002111A JP211181A JPS6258551B2 JP S6258551 B2 JPS6258551 B2 JP S6258551B2 JP 56002111 A JP56002111 A JP 56002111A JP 211181 A JP211181 A JP 211181A JP S6258551 B2 JPS6258551 B2 JP S6258551B2
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opaque
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electrode
semiconductor layer
insulating layer
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フアクシミリ等に使用される二次元
薄膜撮像装置に関するものである。
従来、二次元の撮像装置としてはCCD等が用
いられていた。また、Si単結晶ウエハ内のMOS
FETの上側に、アモルフアス半導体を重ねて、
二次元撮像装置を構成したものも用いられてい
た。
しかしながら、前記のような従来の装置は、縮
小光学系が必要とされる撮像装置であつたため
に、装置の構造が複雑になり、従つて大面積、二
次元原稿の読み取りが困難であるという欠点があ
つた。
また、従来使用の一次元タイプの撮像装置とし
ては、ドライバをシリコンICチツプで構成した
もの、あるいは薄膜トランジスタ(以下TFTと
略する)をラテラルにして構成したものなどがあ
つた。
しかしながら、シリコンICチツプを用いた装
置では、配線パターンおよびICチツプとのボン
デイング個所が莫大な数に上るため実用的ではな
かつた。また、TFTを用いるタイプは、光学変
換素子とスイツチング素子とを同一平面上に設け
る構造のため、二次元の原稿読み取りは、非常に
困難であつた。
本発明の目的は、二次元薄膜撮像素子の構造を
改良することにより、前記の欠点を除去して、縮
小光学系を用いることなしに、大面積、二次元原
稿の読み取りができるようにした二次元薄膜撮像
装置を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明の二次元
薄膜撮像装置は、光電変換素子とスイツチング素
子とを立体的に積層することによつて撮像素子を
構成し、かつ撮像素子の背面を配線領域として使
用することによつて、撮像素子を小型化し、かつ
この撮像素子を縦横に、マトリクス状に多数配列
した点に特徴がある。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例に
ついて説明する。第1図は本発明の第1実施例の
断面図、第2図はその底面図である。図におい
て、1は透明基板、2は前記透明基板1の上面に
設けられた透明電極、12は前記透明電極2の一
部上面に接して設けられ、縦横に、マトリクス状
に配列された多数の窓部を有する格子状の不透明
膜(遮光膜)である。
3は前記透明電極2と不透明膜12を被覆して
なる第1半導体層、5は前記第1半導体層3の上
面に、前記不透明膜12の窓部をふさぐように配
設され、画素単位を構成するようにした不透明電
極である。なお、前記第1半導体層3と不透明電
極5との接合部分において、シヨツトキ接合が形
成されている。
6は前記不透明電極5の上面を被覆し、かつ不
透明電極5の1部上面に達するようなコンタクト
ホール16を有する第1絶縁体層である。
7aは前記第1絶縁体層6の上面にあり、かつ
前記コンタクトホール16を通して、前記不透明
電極5に接続された第1上部電極、7bは前記第
1絶縁体層6の上面にあり、かつ前記第1上部電
極7aに対向する位置に設けられた第2上部電
極、8は前記第1絶縁体層6、第1,第2上部電
極7a,7bを被覆し、かつ前記上部電極7a,
7b間に電流チヤネルを形成する第2半導体層で
ある。
9は前記第2半導体層8の上面を被覆するよう
に形成された第2絶縁体層、10は前記第2絶縁
体層9の上面に設けられ、かつ前記第2上部電極
7bから第1上部電極7aに至る電流チヤネルの
導通を制御するゲート電極、11は前記第2絶縁
体層9、ゲート電極10を被覆するように形成さ
れたパツシベーシヨン膜である。
前記透明基板1、透明電極2、第1半導体層
3、および不透明電極5で光電変換素子13を形
成し、前記第1絶縁体層6、第1,第2上部電極
7a,7b、第2半導体層8、第2絶縁体層9、
およびゲート電極10でスイツチング素子14を
形成している。
前記のような構成の二次元薄膜撮像素子を用い
て、原稿読み取りをする場合には、次のようにし
て行なう。まず、前記ゲート電極に電圧を印加し
てスイツチング素子14を閉成し、これによつて
透明電極2と不透明電極5との間に実効的に形成
されるコンデンサに電荷を充電させる。
つぎに、前記ゲート電極10の電圧を0にして
スイツチング素子14を開放した後、透明基板1
側から原稿の読取光を入射させる。原稿読取光
は、前述の透明電極2と不透明電極5との間に形
成されたコンデンサの電荷を、光量分だけ放電さ
せる。
その後、再び前記ゲート電極10に電圧を印加
してスイツチング素子14を閉成すると、前に放
電された電荷量だけの電流が、第2上部電極7b
から第1上部電極7aに流れる。この流れた量の
電流を測定して、電気信号に変換することによつ
て原稿を読み取ることができる。
前記第1半導体層3としては、光電変換素子1
3とスイツチング素子14との一体化、さらに不
透明電極5を製造するためのフオトリソグラフイ
(写真蝕刻)工程に対する耐熱性、電気的安定性
という点からアモルフアスシリコン(以下a−Si
と表記する)を用いるのが最適である。
本実施例では、光電変換素子13のスイツチン
グ素子14側の電極5を不透明としたので、原稿
読取光はスイツチング素子14内の第2半導体層
8のチヤネル部の導電度に影響を与えることはな
い。
なお、本実施例においては、不透明膜12を透
明電極2の上面に設けたが、絶縁性の不透明膜を
不透明電極5の間を埋めるように配設してもよ
い。
また、本実施例は、原稿読取光が透明基板1を
通過して入射する場合であるが、基板を反対側に
設けるようにしてもよいことは明らかである。
このように構成した場合には、基板に不透明な
材質(セラミツク等)を使用することが可能とな
る。セラミツクの表面は完全な平面ではなく、微
小な凹凸があるのが普通であり、その上に直接半
導体層を形成すると半導体が結晶化するという問
題があるが、セラミツクの表面をアニールするこ
とでその問題はほとんど解消する。
さらに、本実施例ではシヨトキ接合ダイオード
を用いたが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、第5図を参照して後述するように、pn接
合またはpin接合ダイオードを用いてもよい。
一般に薄膜トランジスタは、結晶半導体に比べ
て易動度(モビリテイ)が小さい。それ故、これ
を補うために、W/L(Wはチヤネル幅、Lはチ
ヤネル長)を十分大きくとる必要がある。
本発明によれば、撮像素子の背面(原稿読取光
入射側の反対側)全体が配線領域として使用可能
であるから、複数個の撮像素子にまたがつてトラ
ンジスタ(例えばFFT)を構成することによつ
て、前記の要求を満すことができる。
第3図は、前記W/Lを大きくした、本発明の
第2実施例の平面図であり、第4図はそのL−L
線切断断面図である。図において、第1図と同一
の符号は、同一または同等部分をあらわしてい
る。20,30,40はゲート電極、26,3
6,46は撮像素子に含まれる不透明電極、27
a,37a,47aは、コンタクトホールを通し
て、それぞれ不透明電極26,36,46に接続
された第1上部電極、27b,37b,47bは
第2上部電極である。なお、第3図には第1図に
示しした不透明膜は図示していない。
例えば、第3図において明らかなように、第1
上部電極27a,37a,47a、第2上部電極
27b,37b,47b、ゲート電極20,3
0,40の幅−すなわち第1上部電極27aと第
2上部電極27b、第1上部電極37aと第2上
部電極37b、および第1上部電極47aと第2
上部電極47b間にそれぞれ形成される電流チヤ
ネルの幅Wを、前記不透明電極26,36,46
の3個分の横幅に相当するものとすることができ
る。一方、チヤネル長Lは、第4図に示すように
小さくすることができる。よつて、W/Lの値は
大きくなり、易動度を大きくすることが可能にな
る。
このようにした場合、撮像素子と撮像素子との
間に間隙ができ、原稿読取光が、第1図に示すよ
うな電流チヤネルを形成する第2半導体層に影響
を与える恐れが生じるが、本発明においては第1
図に示すような不透明膜12を設けてあるのでこ
のような悪影響は生じない。
第5図a〜eは、本発明の第3実施例の製造工
程を示す断面図である。図において、第1図と同
一の符号は同一または同等部分をあらわす。23
はn型半導体層、24はp型半導体層である。
まず、第5図aにおいて、透明基板1としては
コーニンググラス社製のガラス(No.7059)を0.8
mmの厚さで用いた。また、前記透明基板1の上面
には、SnO2を約1000Åの厚さでスパツタリング
して透明電極2を形成する。
つぎに、マトリクス状に配列される複数の撮像
素子の夫々の間を遮光するために、不透明膜12
を蒸着あるいはスパツタリングで付着、形成す
る。前記不透明膜12の材質は導体、不導体のど
ちらでもかまわない。本実施例では、電子ビーム
蒸着を用いてCrを400Å〜1000Åの厚さで蒸着
し、フオトリソグラフイで所定のパターンを形成
した。
第5図bに示すように、前記透明電極2と前記
不透明膜12の上面に、PH3とSiH4との混合比を
0.1〜1重量%として、n型半導体層23を形成
する。この場合、前記n型半導体層23は、n型
のa−Siを使用して、グロー放電法により形成
し、前記透明電極2とオーミツクコンタクトをと
るようにする。
さらに、前記n型半導体層23の上面に、
B2H6とSiH4との混合比を0.1〜1重量%として、
グロー放電法によりp型半導体層24を形成す
る。
この際のグロー放電装置としては、容量結合型
のプラズマ(化学蒸着)装置を用い、使用周波数
は13.56MHz電力は1〜5W、基板温度は230℃〜
300℃に調整した。
ついで、第5図cに示すように、前記p型半導
体24の1部上面には、前記p型半導体24とオ
ートミツクコンタクトし、かつ原稿読取光を遮光
するための不透明電極5を形成する。これにはA
を用い、電子ビーム蒸着で約4000Åの厚さに全
面に蒸着した後、フオトリソグラフイでマトリク
ス状に形成した。
つぎに、前記不透明電極5を被覆するように、
プラズマCVDで第1絶縁体層6を形成する。こ
の場合は、SiH4とNH3との混合比を約0.17重量%
とし、またSiH4濃度を約5%として行なつた。
さらに、第5図dにおいて、前記第1絶縁体層
6にコンタクトホール16を形成した後、第1上
部電極7a、第2上部電極7bを形成する。
ついで、第5図eに示すように、前記第1,第
2上部電極7a,7bを被覆するようにして、グ
ロー放電法により第2半導体8(a−Si)を形成
し、その上面には、第2絶縁体層9(Si3N4)を形
成する。
さらに、前記第2絶縁体層9の上面に接し、か
つ前記第2上部電極7bから第1上部電極7aに
至る電流チヤネルの導通を制御するためのゲート
電極10を設ける。
本実施例では、前記ゲート電極として、電子ビ
ーム蒸着でAを約4000Åの厚に蒸着したものを
用いたが、n+を用いて選択的にエツチングした
ものでもよい。
本実施例のように、pn接合ダイオードを用い
ても、第1図に示したと同様にして、原稿読み取
りを行なうことができることは明らかであろう。
第6図は、撮像素子がマトリクス状に配列され
た本発明の二次元撮像装置の模式図である。
図において、第1図と同一の符号は、同一また
は同等部分をあらわしている。15は原稿読取光
入射部分(不透明膜12の窓部に対向する不透明
電極5の部分、すなわち、図中の点線で囲まれた
部分)、33はXシフトレジスタ、34はYシフ
トレジスタである。
二次元撮像装置においては、多層配線をX,Y
の両方向に2層にわたつて行なう必要があるので
マトリクス状に配列された多数個の撮像素子の両
サイドにX,Yシフトレジスタを設け、フオトリ
ソグラフイによつて図示のように配線した。
本発明は、前記のように、ガラスあるいはセラ
ミツク等の基板上に、光電変換素子、スイツチン
グ素子を薄膜にしたもの、および配線部を多層状
に設けるようにしたので、撮像素子を小型化する
ことができ、よつて大面積の二次元原稿の読み取
りが可能になるという大きな利点を有する。
また、隣合つた撮像素子間の透明電極上、また
は不透明電極間に不透明膜を設けるようにしたの
で、電流チヤネルを形成する半導体の導電度に影
響を及ぼすことがないという利点がある。
さらに、大面積の二次元の原稿の読み取りが可
能であることから、現在、電子写真等に用いられ
ている感光材のかわりに用いることができる。一
例をあげるならば、フラツシユ露光によつて前記
二次元撮像装置に露光された原稿像は、時系列の
電気信号として出力プリンタ(例えばインクジエ
ツトプリンタ、マルチスタイラスプリンタ)に入
力されるが、この際その後の処理が容易になると
いう利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の断面図、第2図
は第1図の底面図、第3図は本発明の第2実施例
の平面図、第4図はそのL−L線切断断面図、第
5図a〜eは本発明の第3実施例の製造工程を示
す断面図、第6図は撮像素子がマトリクス状に配
列された本発明の二次元撮像装置の模式図であ
る。 2……透明電極、3……第1半導体、5……不
透明電極、6……第1絶縁体、7a,27a,3
7a,47a……第1上部電極、7b,27b,
37b,47b……第2上部電極、8……第2半
導体、9……第2絶縁体、10,20,30,4
0……ゲート電極、12……不透明膜、6……コ
ンタクトホール。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 透明電極と、前記透明電極の上面に設けられ
    た第1半導体層と、前記第1半導体層の上面に互
    いに間隔をおいてマトリクス状に配設された複数
    の不透明電極と、前記不透明電極を被覆し、さら
    に前記各不透明電極の一部上面に到達するような
    コンタクトホールを有する第1絶縁体層と、前記
    第1絶縁体層の上面にあつて、前記コンタクトホ
    ールを通して前記各不透明電極に接続された複数
    の第1上部電極と、前記第1上部電極と対向する
    ように、前記第1絶縁体層の上面に設けられた複
    数の第2上部電極と、前記第1,第2上部電極と
    前記第1絶縁体層を被覆し、前記第1および第2
    上部電極間に電流チヤネルを形成するように設け
    られた第2半導体層と、前記第2半導体層の上面
    を被覆する第2絶縁体層と、前記第2絶縁体層の
    上面にあつて、かつ前記電流チヤネルに対向する
    ように配置された複数のゲート電極と、前記複数
    の不透明電極の相隣り合うものの間における入射
    光の通過を妨げる不透明膜とを具備したことを特
    徴とする二次元薄膜撮像装置。 2 配線領域を撮像素子の背面に設けたことを特
    徴とする前記特許請求の範囲第1項記載の二次元
    薄膜撮像装置。 3 隣接するn個の不透明電極に対応する第1上
    部電極、第2上部電極、およびゲート電極が夫々
    前記n個の不透明電極の領域にまたがつて形成さ
    れたことを特徴とする前記特許請求の範囲第1お
    よび第2項記載の二次元薄膜撮像装置。
JP56002111A 1981-01-06 1981-01-12 Thin film image pickup device in two dimensions Granted JPS57115880A (en)

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US06/336,991 US4471371A (en) 1981-01-06 1982-01-04 Thin film image pickup element
US06/582,642 US4517733A (en) 1981-01-06 1984-02-22 Process for fabricating thin film image pick-up element

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