JPH0587988B2 - - Google Patents

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JPH0587988B2
JPH0587988B2 JP60071416A JP7141685A JPH0587988B2 JP H0587988 B2 JPH0587988 B2 JP H0587988B2 JP 60071416 A JP60071416 A JP 60071416A JP 7141685 A JP7141685 A JP 7141685A JP H0587988 B2 JPH0587988 B2 JP H0587988B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amorphous silicon
image sensor
thin film
film transistor
type
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60071416A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61229358A (ja
Inventor
Fujio Okumura
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP60071416A priority Critical patent/JPS61229358A/ja
Publication of JPS61229358A publication Critical patent/JPS61229358A/ja
Publication of JPH0587988B2 publication Critical patent/JPH0587988B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/18Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は非晶質シリコンを用いたイメージセン
サに関する。さらに詳しく、非晶質シリコンを使
つた薄膜トランジスタをスイツチング素子とする
イメージセンサに関する。
(従来技術の問題点) フアクシミリやOCR等の光学読取系に使われ
るイメージセンサには、現在主にCCD(電荷結合
デバイス)やMOS型のICセンサがある。しかし、
ICセンサは受光部が小さいため、原稿を受光部
縮少投影するための大きな光学系が必要で、それ
が装置の小型化に対する大きな障害となつてい
る。
この問題を解決するために原稿と同一サイズの
密着型イメージセンサが提案されている。更に、
周辺回路との接続を簡単にするため、同一基板上
に薄膜のフオトダイオードとスイツチング素子を
形成する形のイメージセンサが開発されてきてい
る。スイツチング素子としてはブロツキングダイ
オードを使つたもの(第15回固体素子と材料コン
フアレンスイクステンデイド・アブストラクト
1983年ページ205〜208)や、薄膜トランジスタを
使つたもの(第15回固体素子と材料コンフアレン
ス イクステンデイド・アブストラクト1983年ペ
ージ201〜204)がある。この薄膜トランジスタを
使つたイメージセンサの例を第5図に示す。図に
おいて27はガラス基板、28はCrからなるゲ
ート電極、29は厚さ0.3μmのSiNxからなるゲ
ート絶縁膜、30は厚さ0.3μmのノンドープ非晶
質シリコン、31は非晶質シリコン30と後述の
金属32,33との間にオーミツク接触を持たせ
るためのn+型とした非晶質シリコン、32はA
からなるドレイン電極33は同じくAからな
る個別電極34はインジウム酸化スズからなる透
明電極、35は厚さ300ÅのSiNx膜36は高抵抗
化するため3〜5ppmのB2H6をドープした厚さ
2.5μmの非晶質シリコン膜、37は厚さ0.2μmの
p型非晶質シリコン膜、38は信号光である。薄
膜トランジスタを使つたイメージセンサは以上の
ような構成で充分な明暗比及び動作速度を得てい
るが、この構造には以下に述べる欠点がある。す
なわち、このイメージセンサでは薄膜トランジス
タとフオトダイオードの半導体部分の構造が異な
るため、薄膜トランジスタとフオトダイオードの
非晶質シリコンは別別に形成しなくてはならな
い。従つて、近接した場所に素子を形成すること
が非常に難しい。このため従来はフオトダイオー
ドと薄膜トランジスタとの間を長くとり、メタル
マスクを用いて両者を別々に形成し、それぞれの
半導体膜が重なり合わないようにしていた。しか
し、このような方法によれば素子の集積度が上が
らず、2次元的に一体IC化した素子構造の実現
も困難であつた。
(発明の目的) 本発明の目的は上記従来型イメージセンサの欠
点を除去せしめプロセスが簡単でしかも高密度集
積化が可能なイメージセンサを提供することにあ
る。
(発明の構成) 本発明によれば、絶縁性基板上に一体化された
p−i−nフオトダイオードと薄膜トランジスタ
とを有するイメージセンサにおいて、前記p−i
−nフオトダイオードは、絶縁性基板上に帯状に
形成された電極を覆うように形成されたp型非晶
質シリコンと、p型非晶質シリコンの上に積層し
て形成されたi型非晶質シリコンと、i型非晶質
シリコンの上に積層して形成されたn型のマイク
ロクリスタルシリコンとからなり、前記薄膜トラ
ンジスタは、前記p−i−nフオトダイオードの
n型マイクロクリスタラルシリコンをソース電極
とし、同じくn型マイクロクリスタルシリコンを
ドレイン電極のオーミツク接触層とし、前記p−
i−nフオトダイオードと同じi型非晶質シリコ
ンをチヤネルを形成する活性層とし、活性層の上
にゲート絶縁膜とゲート電極とを備え、前記p−
i−nフオトダイオードと前記薄膜トランジスタ
との半導体層が連続していることを特徴とするイ
メージセンサが得られる。
(実施例) 以下実施例を示しつつ本発明のイメージセンサ
について説明する。第1図は本発明の一実施例の
基本構成の断面図を示している。図において1は
ガラス、セラミツクス等の絶縁性基板、2は共通
電極、3はボロン(B)を高濃度ドーピングしたp型
非晶質シリコン(p−a−Si:H)、4はノンド
ープかあるいはボロンを5ppm程度ドーピングし
真性としたi型非晶質シリコン(i−a−Si:
H)5a,5bはリン(P)を高濃度ドーピング
したn型マイクロクリスタルシリコン、6は全体
のパツシペーシヨンを兼ねたSiNxからなるゲー
ト絶縁膜、7はゲート電極、8はドレイン電極、
9は信号光である。
本実施例では3のp型非晶質シリコン、4のi
型非晶質シリコン、5aのn型マイクロクリスタ
ルシリコンとがp−i−nフオトダイオードを構
成しており、5a,5bのn型マイクロクリスタ
ルシリコン、4のi型非晶質シリコン、6の
SiNxからなるゲート絶縁膜、7のゲート電極、
8のドレイン電極とが薄膜トランジスタを構成し
ている。
等価回路を第2図に示す。図において点線で囲
んだ部分が本発明のイメージセンサの基本構成の
等価回路を示している。10は前述したp−i−
nフオトダイオード、11は薄膜トランジスタ、
12は薄膜トランジスタのドレイン側にできるp
−i−nダイオード13は負荷抵抗、14は電源
である。
動作は11の薄膜トランジスタをONし、12
のp−i−nフオトダイオードに電荷を蓄積し、
11の薄膜トランジスタをOFFした後信号光に
よつて10のp−i−nフオトダイオード上の電
荷を消去し、再び11の薄膜トランジスタをON
する時p−i−nフオトダイオードに流れ込む電
荷を負荷抵抗13を通して読み取るものである。
12のp−i−nダイオードは出力の容量を増加
させるだけで、基本形な動作には影響を与えな
い。実際にはこの点線で囲つた部分がアレイ化さ
れ1次元や2次元のイメージセンサとなる。
次に第3図に本発明のイメージセンサの製造プ
ロセスの一例を示す。まず、第3図aに示すよう
に15のガラス基板上に16の共通電極となる
Crを0.1μm程度蒸着し所定の形状にパターンニン
グする。次にこの上に16の共通電極をおおうよ
うに17のp−a−Si:H、18のi−a−Si:
H、19のn型非晶質シリコンと連続形成する
(第3図b)。これらの非晶質シリコンはp−a−
Si:Hの場合B2H6を1000ppm、i−a−Si:H
はノンドープ、n−a−Si:HはPH3
1000ppm、SiH4と混合し、グロー放電法により
分解形成する。特にn型マイクロクリスタルシリ
コンの場合は放電パワーを0.5〜数W/cm2程度に
上げ、微結晶化させている。n型マイクロクリス
タルシリコンは低抵抗膜であるので、薄膜トラン
ジスタのソース電極とp−i−nフオトダイオー
ドの受光部の電極はこのn型マイクロクリスタル
シリコンで兼ねることができる。従つて従来のセ
ンサで必要であつた透明導電膜の電極をつける必
要がなくなり、製造プロセスが簡単になつた。次
に第3図cに示すようにエツチングを行つて各基
本素子を島状に分離する。続いて薄膜トランジス
タのチヤネルとなる部分のn型マイクロクリスタ
ルシリコンと、i−a−Si:Hの上面を0.05〜
0.1μm除去する。次に第3図dに示すように全体
のパツシベーシヨンを兼ねたSiNxからなるゲー
ト絶縁膜20を形成し、ドレイン電極の部分にコ
ンタクト用の窓を開ける。このSiNxはSiH4
NH3あるいはSiH4とNH3,N2の混合ガスをグロ
ー放電法により分解して形成する。厚さは0.2〜
0.4μm程度である。最後にゲート電極21、ドレ
イン電極22となるAを蒸着し、それぞれ所望
の形状にパターンニングして完成する(第3図
e)。
図から明らかなように、本発明のイメージセン
サは、フオトダイオードと薄膜トランジスタが一
体化されているため、従来必要であつたフオトダ
イオードと薄膜トランジスタの間隔がほぼ零とな
り、イメージセンサデバイスが小型化される。こ
の実施例においては、デバイスとしての性能はほ
ぼ従来通りで、基板の幅が半分以下のイメージセ
ンサが得られた。
第4図に2次元化したイメージセンサを示す。
図において23はp−i−nフオトダイオードの
共通電極、24は薄膜トランジスタのソース即ち
p−i−nフオトダイオードのn型の層にあたる
部分、25はゲート電極、26はドレイン電極で
ある。各素子の構造は先に説明した一次元センサ
のものとほぼ同じである。1つ異るのは2次元イ
メージセンサの場合25のゲート電極と26のド
レイン電極が交差するため、層間絶縁膜が一層多
く必要なことのみである。
(発明の効果) 上記実施例で説明したように、本発明のイメー
ジセンサではフオトダイオードと薄膜トランジス
タが一体化しているため、従来のものに比べはる
かに高密度なイメージセンサを得ることができ
る。例えば従来例ではグロー放電法で非晶質シリ
コンを形成する際、メタルマスクを用いてフオト
ダイオードと薄膜トランジスタの部分を別々に形
成していたため、フオトダイオードと薄膜トラン
ジスタとの間隔は少くとも5〜15mm程度離さなく
てはならなかつた。これに対し、本発明のイメー
ジセンサではこれが一体化しているため、数百
μm以内におさめることが可能である。これによ
り、装置の小型化や、従来例では困難であつた2
次元化も容易になる。また製造プロセスも従来の
ものより簡単で、製造に要する時間は少くとも2
〜3割短くなる。
以上述べたように、本発明のイメージセンサは
高密度化が容易で生産性が高く、工業的に非常に
有益である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は
本発明のイメージセンサの等価回路、第3図は本
発明のイメージセンサの形成プロセスの一例、を
示すa,b,d,eは断面図、cは斜視図、第4
図は2次元化したイメージセンサの実施例を示す
平面図、第5図は従来例を示す断面図である。 図において、1……絶縁性基板、2……共通電
極、3……p型非晶質シリコン、4……i型非晶
質シリコン、5……n型マイクロクリスタルシリ
コン、6……SiNx、7……ゲート電極、8……
ドレイン電極、9……信号光である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 絶縁性基板上に一体化されたp−i−nフオ
    トダイオードと薄膜トランジスタとを有するイメ
    ージセンサにおいて、前記p−i−nフオトダイ
    オードは、絶縁性基板上に帯状に形成された電極
    を覆うように形成されたp型非晶質シリコンと、
    p型非晶質シリコンの上に積層して形成されたi
    型非晶質シリコンと、i型非晶質シリコンの上に
    積層して形成されたn型のマイクロクリスタルシ
    リコンとからなり、前記薄膜トランジスタは、前
    記p−i−nフオトダイオードのn型マイクロク
    リスタルシリコンをソース電極とし、同じくn型
    マイクロクリスタルシリコンをドレイン電極のオ
    ーミツク接触層とし、前記p−i−nフオトダイ
    オードと同じi型非晶質シリコンをチヤネルを形
    成する活性層とし、活性層の上にゲート絶縁膜と
    ゲート電極とを備え、前記p−i−nフオトダイ
    オードと前記薄膜トランジスタとの半導体層が連
    続していることを特徴とするイメージセンサ。
JP60071416A 1985-04-04 1985-04-04 イメ−ジセンサ Granted JPS61229358A (ja)

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