DE3031759A1

DE3031759A1 - Festkoerper-bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE3031759A1
Application number: DE19803031759
Authority: DE
Inventors: Michiaki Yono Saitama Hashimot; Akiya Mobara Chiba Izumi; Tadao Tokio/Tokyo Kaneko; Norio Tokio/Tokyo Koike; Toshio Tokio/Tokyo Nakano; Akira Tokio/Tokyo Sasano; Ken Hachioji Tokio/Tokyo Tsutsui
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-08-24
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE3031759C2; US4412236A; NL8004768A

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung.

In jüngster Zeit ist die Nachfrage nach Fernsehkameras, die eine geringe Größe und ein kleines Gewicht aufweisen sowie leicht handhabbar sind, mit der Verbreitung von Videobandaufnahmegeräten für industrielle oder private Zwecke angestiegen. Somit ist die Aufmerksamkeit auf Festkörper-Fernsehkameras gerichtet worden, die eine integrierte Halbleiterschaltung verwenden, wobei es sich üblicherweise um Schaltungen in IC- oder LSI-Technik handeln kann. Bei Festkörper-Fernsehkameras werdei eine. Schirmplatte und ein' Elektronenstrahl-Generatorteil- ' in einer herkömmlichen Bildaufnahmeröhre durch einen IC-Körper oder eine integrierte Schaltung ersetzt, die eine unabhängige Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bildet. Eine Festkörper-Fernsehkamera verwendet keinen Elektronenstrahl und ist somit einer Bildaufnahmeröhre hinsichtlich einer hohen Stabilität, niedrigem Energieverbrauch, bequemer Handhabung usw. überlegen und wird daher als Fernsehkamera der kommenden Generation angesehen.

Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung wird in Form einer Schicht hergestellt und besteht aus einem Halbleitersubstrat und einem Farbfilter. Metallverbindungen und isolierende Schutzfilme sind auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Üblicherweise ist somit die Oberfläche des Halbleitersubstrats nicht flach, sondern uneben. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß dann, wenn ein Farbfilter in der Weise hergestellt wurde, daß ein dünner Film eines photoempfindlichen organischen Materials auf einem Substrat mit einer derartigen unebenen Oberfläche ausgebildet und dann dem Licht ausgesetzt

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wurde, die ultravioletten Strahlen für die Belichtung an der Randkante einer Belichtungsmaske abgelenkt wurden, um zur Oberfläche des Substrats zu führen, und von Al-Verbindungen oder dergleichen reflektiert wurden, so daß auch andere Teile als die Maske zur Abtastung des Lichtes gebracht wurden, was zu sog. Schleiern geführt hat. Dies brachte den Nachteil mit sich, daß kein Bild mit klaren und genauen Konturen gebildet wurde.

Ein Beispiel, bei dem ein Filter direkt auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, der einen Photoabtastbereich aufweist , ist beispielsweise in "Technical Digest, of International Electron Device Meeting", Dezember 1976, Seite 400 beschrieben,

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung anzugeben, die unter Vermeidung der genannten Nachteile einen Farbfilter mit guten optischen und elektrischen Eigenschaften aufweist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Farbfilter in Form eines genauen Musters ausgebildet werden kann, wobei die Herstellung des Farbfilters in dieser genauen Form in einfacher Weise erfolgen kann.

Der wesentliche Punkt der Erfindung besteht darin, daß auf einem Halbleitersubstrat für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit mindestens einem Licht-Empfangsbereich und einem Schaltelement zur Abnahme von in dem Licht-Empfangsbereich erzeugten Trägern als ein elektrisches Signal, eine lichtabsorbierende Schicht, die als schwarzes Filter bezeichnet werden kann, in Relation zu. mindestens einem Ausgangsendbereich des Schaltelementes angeordnet sowie ein Farbfilter über der lichtabsorbierenden Schicht angeordnet sind.

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Wenn in diesem Falle die lichtabsorbierende Schicht entsprechend zu einem Randkantenteil ausgebildet ist, in dem der Farbfilter angeordnet ist, ist es in der Tat möglich, den Ausgangsendbereich des Schaltelementes mit der lichtabsorbierenden Schicht abzudecken.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung in der oben beschriebenen Art ausgelegt ist, wird schädliches oder unnötiges Licht, das sonst zu Schleiern bei einer Belichtung in der Ausbildung des Farbfilters führt, durch das schwarze Filter absorbiert wird, und die Randkante des Farbfilters wird überhaupt nicht durch schädliches oder unnötiges Licht beeinträchtigt. Dementsprechend ist es möglich, einen Farbfilter auszubilden, dessen Kontur genau definiert ist. Genauer gesagt, auch in dem Falle, wo ein Farbfilter durch die Belichtung mit beispielsweise ultravioletten Strahlen gebildet wird, wird das von einem Endteil eines vorgegebenen Maskenmusters gebeugte oder abgelenkte und in einem vorgegebenen Bereich fallende Licht durch das schwarze Filter absorbiert, und es kann somit verhindert werden, daß es die Oberfläche des Substrats erreicht. Auch dann, wenn bei der Belichtung das reflektierte Licht von der Substratoberfläche, die unebene Bereiche aufgrund von Al-Verbindungen oder dergleichen aufweist, aus irgendwelchen Gründen auftritt , wird das Licht, das in andere Bereiche als den gewünschten Bereich gelangt, von dem schwarzen Filter vorher aufgefangen und sorgt nicht dafür, daß ein photoempfindliches Harz für einen Photoresist das Licht an der Rückseite abtastet. Auf diese Weise kann der Farbfilter mit genauem Muster ausgebildet werden.

Außerdem wird in dem Falle, wo ein Bild durch die Verwendung der hergestellten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen wird, das Licht vom schwarzen Filter aufgefangen, das auf einen anderen Teil als einen Licht-Empfangsbereich in einem Licht-Empfangsteil fällt, wie es bei der Belichtung der Fall ist. Somit werden keinerlei Elektronen-Löcher-Paare in einem un-

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nötigen Bereich erzeugt, der nicht für den Lichtempfang relevant ist, und es kann eine Zunahme des Leckstromes in ausgezeichneter Weise verhindert werden, so daß Bilder guter Qualität mit stabilen elektrischen Eigenschaften geliefert werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung

des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung ;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung , die bei der Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung verwendet wird;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die wesentlichen Teile der Farbbildaufnahmevorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch die wesentlichen Teile der Anordnung gemäß Fig. 3;

Fig. 5c bis 5c Darstellungen zur Erläuterung der Anordnungen der lichtabsorbierenden Schichten; und in

Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen im Schnitt von

weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Anordnung, bei der eine erfindungsgemäße Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung verwendet wird. Ein Halbleiter 2, der einen vertikalen Abtast-

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bereich 21, einen horizontalen Abtastbereich 22 und einen photoempfindlichen Bereich 23 mit matrixartiger Anordnung aufweist, ist in einen Gehäuserahmen 3 mit vorgegebenen Stiften eingesetzt. Außerdem ist ein Farbfilter 1, der ein vorgegebenes Muster aufweist, auf dem Halbleiterkörper ausgebildet. Die Figur ist so gezeichnet, als ob der Farbfilter und der Halbleiterkörper getrennt hergestellt und anschließend miteinander kombiniert würden. In Wirklichkeit wird jedoch der Farbfilter einheitlich auf dem Halbleiterkörper ausgebildet. Dies wird sich aus der nachstehenden Beschreibung noch näher ergeben.

Licht, das durch eine nicht dargestellte Bildaufnahmelinse eingetreten ist, wird einer Farbtrennung durch den Farbfilter unterzogen, woraufhin Photosignale in elektrische Signale umgewandelt werden, und zwar durch Bildelemente, die in Form einer Matrix angeordnete Photodioden enthalten. Die Signale der jeweiligen Bildelemente werden von den horizontalen (H) und vertikalen (V) Abtastschaltungen gelesen, die in dem Substrat enthalten sind. Der Halbleiterkörper 2 wird zusammengebaut und in den Gehäuserahmen 3 eingebaut.

Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung wandelt das Bild eines Objektes, d.h. die räumlich abgetastete optische Information, in zeitlicher Folge nacheinander in elektrischeSignale um. Im allgemeinen ist sie so aufgebaut, daß man eine Schaltungsanordnung vorsieht, die mit einer photoelektrischen Umwandlungsfunktion in einem Lichtempfangsbereich und einer Abtastfunktion ausgestattet ist. Konkret sind zur Erfüllung dieser Funktionen eine große Anzahl von kleinen Bereichen, die jeweils aus einem photoempfindlichen Eleme'nt, das auch als Licht-Empfangsbereich bezeichnet wird, und ein Schaltelement in Form einer Matrix entsprechend den Bildelementen angeordnet.

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Da auf diese Weise die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ihre Bildelemente einzeln getrennt hat, kann ohne weiteres beurteilt werden, welchen Bildelementen die Signale, die von Taktimpulsen ausgelesen werden, jeweils entsprechen. Bei Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen können somit Farbfilterelemente entsprechend den einzelnen Bildelementen angeordnet werden.

Derartige Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen müssen die oben angegebene photoelektrische Umwandlungsfunktion und die Abtastfunktion enthalten. Systeme zur Realisierung dieser Funktion lassen sich allgemein in zwei Arten einteilen: Ein X-Y-Adressierungs-Aufnahmesystem und ein Ladungsübertragungs-Aufnahmesystem. Normalerweise ist die horizontale Abtastschaltung (H) am oberen Teil und die vertikale Abtastschaltung (V) , die mit eingeschachtelten Schaltern ausgerüstet ist, an der linken Ecke angeordnet, wie es in Fig. 1 angedeutet ist. Das erste System wird durch geeignete Anordnung von MOS-Transistoren ausgebildet , während das zweite System durch eine Anordnung von ladungsgekoppelten Bauteilen oder CCD's gebildet werden kann. Bei einem Beispiel zeigten beide ähnliche Wirkungen und Eigenschaften, lieferten keine Differenz und erzeugten gute Bilder. Selbstverständlich wurden ähnliche Wirkungen auch mit einem System erzielt, bei dem MOS-Transistoren und ladungsgekoppelte Bauteile miteinander kombiniert waren.

Im allgemeinen wird die photoelektrische Umwandlungsfunktion durch den PN-Übergang der im Si-Substrat ausgebildeten photoelektrischen Umwandlungselemente erzielt, wie es oben bereits angegeben worden ist. Nachstehend wird ein Beispiel einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung näher erläutert, bei der ein MOS-Transistor als Schaltelement und ein Verunreinigungsbereich davon als Lichtempfangsbereich verwendet werden.

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Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Festkörper-Farbbildaufnähmevorrichtung. Die Gesamtanordnung dieser Bildaufnahmevorrichtung ist aus 484 χ 384 Elementen aufgebaut. Ein zentraler Teil ist ein Feld von Photodioden 12, die auch mit PD bezeichnet werden und jeweils einen vertikalen Schalter 11 aufweisen. Die Elemente für Grün (G) sind schachbrettartig angeordnet, während zwischen ihnen die Elemente für Rot CR) und Blau (B) angeordnet sind. Die Elemente sind an zwei Vertikalsignal·-Ausgangsleitungen Sv(G) 13 und Sv(RB) 14 angeschlossen. Ein Peripherieteil enthält Abtastschaltungen zur Wahl von horizontalen und vertikalen Schaltern 11 bzw. 15. Ein oberer Teil enthält eine horizontale Abtastschaltung 16 ₃ während eine linke Ecke eine vertikale Abtastschaltung 17 enthält, die mit einem Satz von dazwischen geschachtelten Schaltern ausgerüstet sind. Die Schalter 18 und 19 werden abwechselnd von Feldänderungsimpulsen Fl und F2 leitend gemacht.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird nachstehend näher erläutert. Die vertikale Abtastschaltung 17 liefert vertikale Abtastimpulse mit einer Frequenz von 15,73 KHz. Die Feldimpulse werden mit einer Frequenz von 60 Hz geschaltet. Im ersten Feld werden ausgelöst durch die Impulse Fl die Abtastimpulse nacheinander den vertikalen Spalten-Wählleitungen (LvI, Lv2), (Lv3, Lvif), ... ₉ während im zweiten Feld die Abtastimpulse ausgelöst durch die Impulse F2 nacheinander den Leitungen (Lv2, Lv3), (LvH₉ Lv5), ... mit den Verschiebungen von einer Spalte zugeführt werden. Andererseits liefert die horizontale Abtastschaltung 16 horizontale Abtastimpulse mit einer Frequenz von 7 ,16 MHz, die entsprechend der Anzahl von 384 Bildelementen vorgegeben werden. Aufgrund der beiden horizontalen und vertikalen Abtastimpulszügen werden die entsprechenden Bildelemente in der Reihenfolge von {(483, 384), (484, 384)} im ersten Feld und in

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der Reihenfolge von £(2, 1), (3, D^ , £(482, 384), (483, 384)J im zweiten Feld gewählt. Im zweiten Feld werden die erste und die letzte Spalte nicht gewählt. Bei der Wahl des nächsten ersten Feldes werden sie somit addiert, um die Signalgröße ungleichmäßig zu machen. Es tritt jedoch keine Störung auf, da die ersten und letzten Spalten innerhalb der Zeit eines vertikalen Rücklaufes empfangen werden.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der wesentlichen Teile des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Die Bezugsz-eichen 124 bis 127 bezeichnen Verunreinigungsdiffusionsbereiche, die in dem Halbleiterkörper angeordnet sind. An einem Ende des Verunreinigungsdiffusionsbereiches ist ein Schaltelementbereich vorgesehen, der zum Ausleiten von Trägern dient, die in dem Verunreinigungsdiffusionsbereich erzeugt worden sind. Die Bezugszeichen 131 bis 136 bezeichnen Aluminiumverbindungen, die elektrisch an die Schaltbereiche angeschlossen und außerdem mit der vertikalen Abtastschaltung verbunden sind. Die Aluminiumverbindungen sind an einigen Stellen aufgeweitet, um den Halbleiterkörper in einem zulässigen Bereich mit Aluminium zu bedeckep, was insofern vorteilhaft ist, als das Eindringen von unnötigem Licht in den Halbleiterkörper verhindert wird.

Die Bezugszeichen 14 6 bis 146 bezeichnen Schwarzfilterelemente gemäß der Erfindung. Beispielsweise ist das Schwarzfilterelement 142 in der Weise angeordnet, daß es sich um einen Zwischenraum 130 zwischen den beiden benachbarten Aluminiumverbindungen 13 3 und 134 erstreckt, wobei ein Isolierfilm 150 dazwischengeschaltet ist; dabei überdeckt es mindestens einen Teil des Ausgangsendes des Schaltelementbereiches und nicht dargestellte vertikale und horizontale Abtastteile. Die Metallverbindungen aus Aluminium oder dergleichen werden im allgemeinen in Form der dargestellten Streifen ausgebildet. Dabei ist ein breiteres

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Band zur Verringerung des Widerstandes wünschenswert, jedoch verringert es üblicherweise den Anteil einer Lichtempfangsfläche, bringt eine Verringerung der Integrationsdichte mit sich, erhöht die Streukapazität und führt zu einer Verschlechterung der Bildqualität. Somit ist eine Breite von ungefähr 1 bis 6 μπι wünschenswert.

Im allgemeinen werden die streifenförmigen Metallelektroden in der Weise ausgebildet, daß sie die Ausgangsendbereiche der Schaltelemente überdecken.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung im Schnitt eines Lichtempfangsteiles der Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung längs der Linie X-X* in Fig. 3.

Ein N-leitendes Siliziumsubstrat 41 wird als Halbleitersubstrat verwendet und durch Verunrexnxgungsdxffusion ein P-leitender Bereich 42 im N-leitenden Siliziumsubstrat 41 in Form einer Mulde ausgebildet. In der Zeichnung ist die gesamte Mulde nicht dargestellt. Erste, zweite und dritte Lichtempfangsbereiche werden innerhalb des P-leitenden Bereiches 42 angeordnet. Sie entsprechen beispielsweise dem Lichtempfangsbereich für Gelb, dem Lichtempfangsbereich für Grün und dem Lichtempfangsbereich für Blau. Selbstverständlich können sie auch Lichtempfangsbereiche für die drei Grundfarben Rot, Blau und Grün sein.

Der Bereich 124 in Fig. 3 ist der Lichtempfangsbereich für z.B. Gelb und entspricht dem Bereich 43 in Fig. 4. Der Bereich 125 ist der Lichtempfangsbereich für z.B. Grün und entspricht dem Bereich 44 in Fig. 4. An den Umfangskanten der Lichtempfangsbereiche 43 und 44 sind MOS-Transistoren als Schaltelemente ausgebildet, die jeweils den Lichtempfangsbereich auch als Drain-Bereich verwenden und mit einer polykristallinen Si-Gateelektrode 46 zwischen dem Drain-Bereich und einem Source-Bereich 45 ver-

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sehen sind- Ein Oxidfilm 105 ist auf den Lichtempfangsbereichen 4 3 und 44 und dem P-leitenden Bereich 42 ausgebildet. Wie bereits angegeben, ist die Al-Verbindung über einem Teil des kein Licht empfangenden Bereiches oder Schaltelement ausgebildet. Der Oxidfilm 105 und die Al-Verbindung sind mit einem isolierenden Schutzfilm 107 in Form einer SiO„-Schicht bedeckt.

Auf diese Weise ist die N+-Diffusionsschicht des Lichtempfangsbereiches 43 in die auf dem N-leitenden Substrat 41 ausgebildete P-leitende Schicht integriert, und zwar als N -Schicht für die. Photodiode. Aufgrund dieses N⁺-P-N-Aufbaus nimmt die spektrale Empfindlichkeit zu, und das Auftreten von Ursachen für Bildverschlechterungen, wie z.B. Überstrahlungen, wird vermieden.

Die erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die lichtabsorbierende Schicht auf dem Halbleiterkörper folgendermaßen angeordnet ist:

(1) Die lichtabsorbierende Schicht ist auf dem Halbleiterkörper angeordnet, der mit einer den Lichtempfangsbereich enthaltenden integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet ist, während darüber das gewünschte Farbfilterelement liegt.

(2) Es ist wichtig, daß die lichtabsorbierende Schicht zumindest den Zwischenraum zwischen dem ersten photoempfindlichen Bereich und dem benachbarten zweiten photoempfindlichen Bereich überdeckt.

Außerdem bringt ein Aufbau der nachstehend beschriebenen Art einen großen Vorteil im praktischen Betrieb. Da die lichtabsorbierende Schicht kein Licht an einen Teil überträgt, wo kein Licht erforderlich ist, wird die Erzeugung von unnötigen Phototrägern innerhalb des Siliziumsubstrats verhindert. Insbesondere

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die unnötigen Phototräger, die im Aus gangs-Endbereich des Schaltelementes erzeugt werden, führen zu einem Beitrag beim Ausgangssignal als Rauschen und beeinträchtigen die Eigenschaften sehr stark. Es ist dementsprechend vorzuziehen, daß die lichtabsorbierende Schicht den Zwischenraum zwischen dem ersten photoempfindlichen Bereich und dem angrenzenden zweiten photoempfindlichen Bereich überdeckt und zumindest über dem Ausgangsendbereich des Schaltelementes liegt. Somit kann die Anordnung der lichtabsorbierenden Schichten mit kleiner Fläche, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, die Erreichung dieses Zieles ermöglichen.

Es ist auch möglich, lichtabsorbierende Schichten in Form von Streifen anzuordnen, wie es bei Bl in Fig. 5b angedeutet ist. Die Anordnung der lichtabsorbierenden Schichten gemäß der Darstellung in Fig. 3 hat jedoch in Fig. 5a die Form, wie sie dort mit Bl angedeutet ist. Selbstverständlich kann die Anordnung der lichtabsorbierenden Schichten in unterschiedlichster Weise modifiziert werden, wie es dem jeweiligen Aufbau entspricht.

Die Fig. 5a bis 5c verdeutlichen, wie die lichtabsorbierenden Schichten angeordnet sind. Fig. 5a zeigt ein Beispiel, bei dem die lichtabsorbierenden Schichten kleiner Fläche in geeigneter Weise angeordnet sind, Fig. 5b zeigt ein Beispiel, bei dem die lichtabsorbierenden Schichten in Form von Streifen angeordnet sind, und Fig. 5c zeigt ein Beispiel, bei dem die lichtabsorbierenden Schichten in parallelen Kreuzungen angeordnet sind. In jedem Falle soll die lichtabsorbierende Schicht mindestens über dem Ausgangsendbereich der Schaltelemente liegen.

Im allgemeinen wird ein organisches Material, wie z.B. Gelatine, für die lichtabsorbierende Schicht verwendet. In diesem Falle sind die lichtabsorbierenden Schichten als sehr feine Streifen angeordnet, die jeweils beispielsweise eine Breite von 3 bis 6 pm und eine Länge von ungefähr 6 bis 7 mm besitzen. Derartige

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lichtabsorbierende Schichten haben den Nachteil, daß bei den Streifen die Gefahr einer Beschädigung aufgrund einer Schrumpfung der Gelatine besteht. Dieser Nachteil kann in der Weise ausgeräumt werden, daß man in der in Fig. 5a dargestellten Weise die lichtabsorbierenden Schichten in einer Konfiguration anordnet, bei der die Streifen in kleine Flächen aufgeteilt sind.

Noch günstiger ist es , wenn die Schwarzfilter in parallelen Kreuzungen angeordnet sind, wie es in Fig. 5c dargestellt ist. Sie sind jedoch bei einigen Anordnungen der Al-Verbindungen nicht auf diese Fom beschränkt. Sie können gegebenenfalls die Form von Streifen haben, die sich nur in vertikaler Richtung erstrecken oder ein fleckenförmiges Muster haben, bei dem sie so ausgebildet sind, daß sie nur die unebenen Oberflächen bedecken, bei denen am meisten eine Reflexion von Licht zu befürchten ist, solange sie im wesentlichen die Randkanten der Farbfilterelemente vor schädlichem Licht schützen. Dabei ist keine spezielle Beschränkung der geometrischen Formen gegeben.

Ausführungsbeispiele;

Es wird ein Halbleiterkörper hergestellt, der vorgegebene Lichtempfangsbereiche und eine integrierte Halbleiterschaltung in Form einer vorgegebenen Schaltungsanordnung aufweisen. Die Lichtempfangsbereiche und die integrierte Halbleiterschaltung können mit einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen hergestellt werden.

Der Halbleiterkörper entspricht der Darstellung nach Fig. 4. Ein Lichtempfangsbereich 43 als photoempfindlicher Bereich wird in einer Mulde oder einem Bereich 42 ausgebildet, der in dem Si-Substrat 41 vorgesehen ist. Ferner wird ein Oxidfilm 105 auf dem Substrat und den Lichtempfangsbereichen 4 3 und

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ausgebildet. Zwei Al-Verbindungsschichten 433 und 4-34, die jeweils eine Dicke von 1 μπι und eine Breite von 3 μπι aufweisen und in einem Abstand von 4 μπι voneinander angeordnet sind, werden auf dem kein Licht empfangenden Bereich ausgebildet, der dem anderen Teil des Si-Substrats 41 als den Lichtempfangsbereichen 43 und 44 entspricht. Ein isolierender Schutzfilm 107, der als Passivierungsschicht dient und aus einer Siliziumschicht SiO„ besteht, wird auf dem Oxidfilm 105 und den Al-Verbindungsschichten 433 und 434 ausgebildet.

Der Halbleiterkörper wird durch eine Drehbeaufschlagung mit Gelatine überzogen. Hierbei wird eine warme wässrige Lösung bei einer Temperatur von 40⁰C als Härter verwendet, die 5 % Ammoniumdichromat NH₄Cr₉O₇, was üblicherweise mit ADC abgekürzt wird, enthält. Die Gelatine-Überzugsschicht erhält eine Dicke von ungefähr 1 μπι. Anschließend wird eine Belichtung mit ultravioletter Strahlung mit einer Cr-Maske durchgeführt, um die Gelatineschicht zu polymerisieren und zu härten, während anschließend eine Entwicklungsbehandlung durchgeführt wird. Somit wird ein färbbares Gelatinemuster 442 hergestellt. Die Gelatineschicht ist ungefähr 3 μΐη bis 6μΐη breit und ungefähr 13 bis 14 μπι lang. Anschließend wird eine schwarzfärbende Flüssigkeit, die durch Mischung von entsprechenden roten, gelben und blauen Farbstoffen erhalten wird, auf ungefähr 7 0⁰C aufgeheizt und die gesamte Anordnung hineingetaucht, so daß die Gelatineschicht schwarz gefärbt wird. Dabei kann eine 2 %-ige wässrige Lösung von Diaeid 11 als roter Farbstoff, eine 0,7 %-ige wässrige Lösung von Kayanol Yellow als gelber Farbstoff und eine 2 %-ige wässrige Lösung von Methyl Blue als blauer Farbstoff verwendet werden.

Bei der Erfindung wurde der schwarze Farbstoff durch Mischung von Farbstoffen hergestellt, die im allgemeinen chromatische Farben hatten. Jedoch sind die Farben Rot, Gelb und Blau nicht einschränkend aufzufassen, sondern es können auch die Farben Rot, Grün und Blau verwendet werden. Die drei Farben sind dabei nicht einschränkend aufzufassen, sondern es können auch

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Farbstoffe von zwei Farben gemischt werden, wenn die Kombination den Durchlässigkeitsfaktor des Lichtes drastisch verringert. Es ist auch möglich, die Gelatineschicht nacheinander mit den entsprechenden Farbstoffen zu färben. Selbstverständ-' lieh kann auch ein schwarzer Farbstoff verwendet werden, wie z.B. eine 1 %-ige wässrige Lösung von Suminol Milling Black.

Die ebene Konfiguration der schwarzen lichtabsorbierenden Schichten ist in Fig. 3 dargestellt.

Beim nächsten Schritt wird ein Schutzfilm 112 zur Verhinderung einer Farbmischung aus Polyglycidylmethacrylat oder PGMA auf dem Filterelement H42 und dem isolierenden Schutzfilm 107 ausgebildet und ein Farbfilterelement 109 aus Gelatine mit einer Dicke von 1 um in einem vorgegebenen Muster in einem Bereich ausgebildet, der dem Lichtempfangsbereich 43 oder 44 entspricht.

Das Farbfilterelement 10 9 wird wie nachstehend beschrieben hergestellt. Eine hinsichtlich der Lichtempfindlichkeit vorsensibilisierte, photoempfindliche Flüssigkeit wird auf die Gelati.ne durch Drehbeaufschlagung oder dergleichen gleichmäßig aufgebracht und zur Bildung eines photoempfindlichen Filmes getrocknet. Anschließend wird nur ein vorgegebener Teil, der den Lichtempfangsbereichen 4 3 und 44 entspricht, einer Photohärtung durch eine Maskenbelichtung unterzogen und entwickelt, um den photoempfindlichen Film an anderen Stellen als dem Lichtempfangsbereich zu entfernen. Der vorgegebene Teil, entsprechend den Lichtempfangsbereichen, wird mit mit einem Farbstoff eingefärbt, der vorgegebene spektrale Eigenschaften hat. Dann wird ein gelbes Filterelement 109 ^gebildet. Anschließend wird der erhaltene Aufbau mit einem auch als Zwischenschicht bezeichneten Schutzfilm 113 überzogen, -der transparent ist und eine Farbmischung verhindert. Als Material für das Farbfilterelement können außer der oben beschriebenen Gelatine auch ohne Unter-

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schied Polyvinylalkohol, Leim oder dergleichen verwendet werden. Selbstverständlich können Polyvinylalkohol, Leim oder dergleichen auch als Material für die lichtabsorbierende Schicht verwendet werden.

Beim nächsten Schritt wird wiederum ein eine Farbmischung verhindernder Schutzfilm mit dem Ausmaß der Dicke des gelben Filterelementes 109 aufgebracht und verfestigt. Anschließend wird ein blaues Farbfilterelement 110 aus Gelatine und mit einem vorgegebenen Muster auf der eine Farbmischung verhindernden Schutzschicht ausgebildet, was dem grünen Lichtempfangsbereich ^4 entspricht. Dann wird wiederum eine Schutzschicht 114-im Ausmaß der Dicke des blauen Filterelementes 110 aufgebracht und verfestigt. Erforderlichenfalls ist es. auch möglich, die Lichtempfangs-Wirksamkeit zu erhöhen, indem man einen Antireflexionsfilm auf der Schutzschicht II¹* ausbildet.

Bei dieser Ausführungsform wird das gelbe Filterelement für die erste Farbe und das Cyan- oder blaue Filterelement für die zweite Farbe vorgesehen. Selbstverständlich ist die Reihenfolge nicht auf die der beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die verbleibende Farbe von Magenta-Rot oder Purpur unter den drei Hauptfarben des komplementären Systems in der Weise, hergestellt, daß ein grünes Farbsignal, das durch Überlagerung der gelben und blauen Farbfilterelemente hergestellt wird, mittels einer elektrischen Schaltung invertiert wird. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Anzahl von Farbfilterelementen klein sein kann. Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Aufbau gute Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtungen in ganz ähnlicher Weise hergestellt werden, und zwar mit Filtern von sämtlichen drei Farben Geld, Magenta-Rot und Zyan-Blau des komplementären Systems, wobei diese von Anfang an vorgesehen werden, oder mit Filtern der drei Hauptfarben des Lichtes.

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Auf diese Weise kann die Vielzahl von Farbfilterelementen unter Verwendung der Schwarzfilterelemente in Form von genauen Mustern ausgebildet werden, ohne daß eine Beeinträchtigung durch Beugungseffekte und reflektiertes Licht von den Al-Verbindungen während der Belichtung auftritt, so daß sich Bildaufnahmevorrichtungen mit guten elektrischen Eigenschaften herstellen lassen.

Wie oben bereits angegeben, kann die Belichtung beim Photoätzen durch ein Maskenmuster erfolgen. Andererseits ist ein fester Abstand üblicherweise zwischen einem vorgegebenen Farbfilter und einem Substrat vorhanden. Beim erfindungsgemäßen Aufbau ist jedoch der Schwarzfilter zwischen dem Farbfilter und dem Substrat ausgebildet. Auch wenn das Licht zur Belichtung durch den Zwischenraum gebeugt oder abgelenkt wird, was bislang besonders problematisch war, und in unregelmäßiger Weise durch die unebene Substratoberfläche reflektiert wird, wird es vom Schwarzfilter absorbiert. Dementsprechend wird vermieden. c_i5 auch die unnötige Fläche des Photoresistfilmes auf der RückS'-i__: ■-" : Photomaske zu einer Abtastung des Lichtes gebracht wi:.; ₅ ... l-.ann ein genaues Muster hergestellt werden. Auf diese Weise werden die Teile der Al-Verbindungen 133 und 434, die bislang einen großen Faktor bei der Schleierbildung darstellten, d.h. die Ausgangsendteile an der Umfangskante des Farbfilters , bei dem die Al-Verbindungen in üblicher Weise hergestellt werden, mit dem Schwarzfilterelement 442 überdeckt und abgeschirmt, so daß auch dann, wenn das Licht von der Substratoberfläche gebeugt, abgelenkt und reflektiert wird, verhindert wird, daß ein nicht erforderlicher Teil der Photomaske dem Licht ausgesetzt wird, insbesondere wird es möglich, ein Farbfilter mit genauem Muster und klaren Konturen auszubilden.

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Die Schwarzfilterelemente können im Bedarfsfall auch an anderen Teilen als den Lichtempfangsbereichen vorgesehen sein, z.B. in der vertikalen Abtasteinrichtung V und der horizontalen Abtasteinrichtung H usw. Da sie kein Licht zu anderen Teilen, die kein Licht brauchen, als den photoempfindlichen Teilen hindurchlassen, wird verhindert, daß unnötige Elektronen-Löcher-Paare innerhalb des Si-Substrats auftreten. Mit dieser Maßnahme werden keine Leckströme erzeugt und Bilder guter Qualität geliefert, während verhindert werden kann, daß die Wirkungsweise der Schaltungsbestandteile schlechter wird.

Auf diese Weise konnte die Schleierbildung ausgeräumt werden, die der unebenen Oberfläche des Halbleiterkörpers zuzuschreiben ist, so daß die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften des Farbfilters zu 100 % ausgewertet werden können, und aufgrund der nicht vorhandenen Qualitätsverschlechterung durch Schleierbildung können Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtungen hoher Empfindlichkeit hergestellt werden.

Damit ist es nicht erforderlich, die Bildelemente vorher größer zu machen, um die Verschlechterung beim Farbfilter zu kompensieren. Somit war eine Miniaturisierung der Bildelemente möglich , die Elemente konnten kleiner gemacht und die Anzahl von photoempfindlichen Elementen pro Flächeneinheit erhöht werden. Dementsprechend lassen sich Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen mit hohem Auflösungsvermögen herstellen.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung im Schnitt einer anderen Ausführungsform der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.

Diese Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 4, jedoch ist sie mit einem transparenten hochpolymeren Harzfilm 115 auf dem isolierenden Schutzfilm 107 versehen.

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Die spektralen Eigenschaften des Farbfilters werden stark durch die Dicke des Gelatinefilmes beeinflußt. In dem Falle, wo somit der Gelatinefilm direkt auf den Halbleiterkörper mit unebener Oberfläche aufgebracht wird, müssen ausreichende Vorsichtsmaßnahmen für die Einstellung der Filmdicke innerhalb des Farbfilters und zwischen den Farbfiltern ergriffen werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird somit der transparente hochpolymere Harzfilm 115 gleichmäßig mit einer Dicke zwischen 0,5 und 2jO μΐη vorher auf den Halbleiterkörper aufgebracht, um die unebenen Teile zu mildern und eine flache Oberfläche zu bilden, woraufhin die Schwarzfilterelemente und die Farbfilterelemente hergestellt werden. Mit dieser Maßnahme wurde die Kontrolle der Dicke des Gelatinefilmes oder der Dicke des Farbfilters erleichtert und die Zeitdauer des Herstellungsverfahrens konnte verkürzt werden. Während Polymethylmethacrylat oder PMMA als transparentes hochpolymeres Harz verwendet wurde, kann auch Polyglycidylmethacrylat der oben angegebenen Art verwendet werden, das sonst als Schutzfilm zur Verhinderung einer Farbmischung verwendet wird.

Wenn der Schutzfilm zur Verhinderung der Farbmischung eine geringere Dicke als die halbe Dicke des Gelatinefilmes aufweist, bricht er an der Randkante des Musters aufgrund einer nicht ausreichenden mechanischen Festigkeit und färbt die darunter liegende Gelatineschicht. Somit ist eine Dicke erforderlich, die mindestens die halbe Dicke des Gelatinefilmes ausmacht.

Wenn außerdem die transparente hochpolymere Harzschicht 115 vorher mit einem lichtabsorbierenden Mittel dotiert war, wurde das von der Oberfläche des Halbleiterkörpers reflektierte Licht abgeschwächt und es konnte ein noch besseres Muster hergestellt werden. Als derartiges transparentes hochpolymeres Harz wurde Polyglycidylmethacrylat oder PGMA verwendet. Als lichtabsor-

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bierendes Dotierungsmaterial wurde eine ultraviolette Strahlung absorbierende Substanz verwendet, wie z.B. 2, 2', 4, 4^r-Tetrahydroxybenzophenon oder THBP. Außerdem können Bihydroxybenzophenon, 2-Hydroxy-H-Methoxybenzophenon, 2(2'-Hydroxy-5'-MethylphenyDBenzotriazol oder dergleichen verwendet werden. Bei der Herstellung des transparenten hochpolymeren Harzfilmes ist es erforderlich, eine Lösung aufzubringen und sie anschließend aufzuheizen und zu härten.

Da in der oben beschriebenen Weise der transparente hochpolymere Harzfilm 115 hergestellt wird, wird das reflektierte Licht von der unebenen Oberfläche des Halbleiterkörpers , wie z.B. den Al-Verbindungen weitestgehend von dem Harzfilm absorbiert oder gedämpft.-Wenn daher der transparente hochpolymere Harzfilm zusammen mit dem oben genannten Schwarzfilter verwendet wird, kann die auf der Gelatineschicht ausgebildete Photoreslstschicht zum Photoätzen in ein genaueres Maskenmuster für den Filter gebracht werden, ohne dafür zu sorgen, daß die anderen Teile als das vorgegebene Muster Licht erhalten.

Es hat sich gezeigt, daß die Erfindung in ähnlicher Weise auf Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen anwendbar ist, bei denen auf einem Si-Substrat, das mit einer Schaltung aus Schaltelementen unter Verwendung von PN-Übergängen versehen ist, photoleitende Dünnfilme aus Chalkogenglas oder dergleichen als photoelektrische Umwandlungselemente anstelle von PN-Übergängen ausgebildet sind. Beim vorliegenden Beispiel wurde ein P-leitender Se-As-Te-FiIm als photoleitender Dünnfilm der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet. Bei dieser Anordnung gibt es eine kleine Anzahl von unebenen Teilen aufgrund von Al-Verbindungen, jedoch bilden ein Isolierfilm und das St-Substrat unebene Teile. Da der Schwarzfilter das rückseitige Belichtungslicht aufgrund von unregelmäßigen Reflexionen des Belichtungslichtes absorbierte, die diesen unebenen Teilen zuzuschreiben sind, konnte ein guter Farbfilter hergestellt werden.

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Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform dieser Art, wobei ein Schnitt von einem derartigen Bildelementteil dargestellt ist. Eine derartige Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet einen photoleitenden Dünnfilm als Lichtempfangsteil. Verunreinigungsbereiche 224 und 225 werden in einem Si-Substrat 201 ausgebildet, und eine Gate-Elektrode 221 liegt unter Zwischenschaltung eines Isolierfilmes 20 5 darüber. Ein Schaltelement ist in dieser Weise aufgebaut und es kann eine große Anzahl von derartigen Schaltelementen in der Ebene angeordnet sein. Der photoleitende Dünnfilm 222 ist auf den Schaltelementen ausgebildet, während darüber eine transparente Elektrode 2 23 liegt.

Das Bezugszeichen 206 bezeichnet eine Elektorde, die an den Source-Anschluß des vertikalen MOS-Schalters angeschlossen ist. der photoleitende Dünnfilm 222 ist elektrisch gegenüber der Elektrode 206 leitend, jedoch durch den Oxidfilm 205 von der Gate-Elektrode 221 isoliert. Der Bereich 224 ist eine Diffusionsschicht, die an die Elektrode 206 angeschlossen ist und entspricht z.B. dem Source-Anschluß des vertikalen MOS-Schalters. Die Elektrode 20 6 bildet eine Kapazität proportional zu ihrer Fläche zwischen ihr und dem transparenten photoleitenden Dünnfilm oder der Elektrode 223 durch den photoleitenden Dünnfilm 222, der aus einem photoleitendem Material besteht, wie z.B. Sb_S„, CdS, As^Se- und polykristallines Si. Da das Elektrodenmuster in der Weise vorgegeben ist, daß es in Form einer Matrix aufgeteilt ist, sind in entsprechender Weise derartige Kapazitäten in Form einer Matrix angeordnet. Da die Kapazitäten den photoleitenden Dünnfilm enthalten, arbeiten sie als Photosensoren und stellen Bildelemente dar.

Auf dem Bildelement werden das Schwarzfilterelement 108,- die Farbfilterelemente 10 9 und 110 usw. mit den gleichen Verfahren wie bei der oben beschriebenen Ausfuhrungsform hergestellt. Die

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Herstellungsverfahren und der Aufbau der entsprechenden Filter ist der gleiche wie oben beschrieben und braucht daher an dieser Stelle nicht wiederholt zu werden.

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Claims

Patentansprüche

Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, mit einem Halbleiterkörper, der zumindest photoempfindliche Elemente und Schaltelemente aufweist, und mit auf dem Halbleiterkörper vorgesehenen Farbfiltern, dadurch gekennzeichnet, daß eine lichtabsorbierende Schicht (142) zumindest über der nahen Umgebung eines Ausgangsendes des jeweiligen Schaltelementes angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht zumindest in einem Bereich eines Zwischenraumes (130) zwischen Bildelementen angeordnet ist, die jeweils ein photoempfindliches Element und ein Schaltelement aufweisen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtabsorbierenden Schichten ein ebenes Muster in Form von Streifen (Bl) bilden (Fig. 5b).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von lichtabsorbierenden Schichten (Bl) in Form einer Matrix angeordnet sind (Fig. 5a).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierenden Schichten in Form von parallelen Kreuzungen angeordnet sind (Fig. 5c).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht zumindest entsprechend einem Kantenrandbereich des Farbfilters einschließlich der nahen Umgebung des Ausgangsanschlusses des Schaltelementes angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (442) als Schwarzfilter ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente hochpolymere Harzschicht (115) zwischen dem Halbleiterkörper (41) und den lichtabsorbierenden Schichten (442) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente hochpolymere Harzschicht , die mit einem ultraviolette Strahlung absorbierenden Material dotiert ist, zwischen dem Halbleiterkörper und den lichtabsorbierenden Schichten angeordnet ist.

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