JPH05102447A - Semiconductor sensor - Google Patents
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- JPH05102447A JPH05102447A JP3284101A JP28410191A JPH05102447A JP H05102447 A JPH05102447 A JP H05102447A JP 3284101 A JP3284101 A JP 3284101A JP 28410191 A JP28410191 A JP 28410191A JP H05102447 A JPH05102447 A JP H05102447A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光信号読み出し用のフ
ォトセンサとセンサ出力の増幅部とを具備する薄膜積層
構造の半導体センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor sensor having a thin film laminated structure, which comprises a photosensor for reading out an optical signal and a sensor output amplifying section.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、フォトダイオードを有して成るフ
ォトセンサとしては、フォトダイオードの感度を上げる
とともに、センサ全体の面積を減少させる構造として、
ガラス基板上にフォトダイオードを形成し、更にフォト
ダイオード上に電荷蓄積用のコンデンサを積層し、ガラ
ス基板下面より光が入射するフォトセンサが提案されて
いる(特開昭59ー138371号公報参照)。2. Description of the Related Art Conventionally, as a photosensor having a photodiode, a structure for increasing the sensitivity of the photodiode and reducing the area of the entire sensor has been proposed.
A photosensor has been proposed in which a photodiode is formed on a glass substrate, a capacitor for accumulating charges is further laminated on the photodiode, and light is incident from the lower surface of the glass substrate (see Japanese Patent Laid-Open No. 59-138371). ..
【0003】他方、図8に示すように、フォトダイオー
ドからの出力を増幅して取り出すため、単結晶シリコン
基板1上に集積された増幅回路上にフォトダイオードを
積層した構造の半導体センサが提案されている(IEE
E Transactions on Elector
on Devices,VOL.37,No.6,JU
NE,1990,pp1432〜1438 文献参
照)。この半導体センサは、単結晶シリコン基板1上
に、拡散層2,絶縁膜層3,多結晶シリコン4,配線層
5から成る増幅器10、この増幅器10上に層間絶縁膜
6を介して金属膜で形成された下部電極7,SiO2 膜
8a,半導体層8b,透明導電膜9で形成された透明電
極9を積層して構成されたフォトダイオードから成るセ
ンサ部20から構成されている。On the other hand, as shown in FIG. 8, in order to amplify and extract the output from the photodiode, a semiconductor sensor having a structure in which the photodiode is laminated on an amplifier circuit integrated on the single crystal silicon substrate 1 has been proposed. I have (IEE
E Transactions on Electric
on Devices, VOL. 37, No. 6, JU
NE, 1990, pp1432-1438 references). This semiconductor sensor is composed of a single crystal silicon substrate 1, an amplifier 10 composed of a diffusion layer 2, an insulating film layer 3, a polycrystalline silicon 4 and a wiring layer 5, and a metal film formed on the amplifier 10 via an interlayer insulating film 6. It is composed of a lower electrode 7, a SiO 2 film 8 a, a semiconductor layer 8 b, and a transparent electrode 9 formed of a transparent conductive film 9 which are stacked, and a sensor portion 20 which is a photodiode.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成によると以下のような欠点があった。すなわ
ち、前記フォトセンサによると、ガラス基板上にフォト
ダイオード及び電荷蓄積用のコンデンサを順次積層し、
ガラス基板下面より光が入射する構造となるので、入射
光がガラス基板を透過する際に影響を受け、フォトダイ
オードで入射光を検出するとき、検出波長帯の短波長
側、特に紫外線域での感度がなくなり広い波長域での光
の読み取りに不利であった。特に、医療用に使用される
センサのように紫外線領域の光についての情報が必要な
場合、該領域の光の感度がなくなってしまう。However, the above-mentioned conventional structure has the following drawbacks. That is, according to the photo sensor, a photodiode and a capacitor for storing charges are sequentially laminated on a glass substrate,
Since the structure is such that light is incident from the lower surface of the glass substrate, it is affected when the incident light passes through the glass substrate, and when the incident light is detected by the photodiode, the short wavelength side of the detection wavelength band, especially in the ultraviolet range, is detected. The sensitivity was lost and it was disadvantageous for reading light in a wide wavelength range. In particular, when information about light in the ultraviolet region is required as in a sensor used for medical purposes, the sensitivity of light in the region is lost.
【0005】また、単結晶シリコン基板1上に集積され
た増幅回路10上にセンサ部20を積層した場合、電荷
蓄積用コンデンサはフォトダイオードの寄生容量で代用
しているため、高感度化を図ることができない。更に、
センサ部20の下部電極 に覆われていない部分に形成
された増幅回路10の回路素子部に光が入射し、不要な
キャリアの発生によるラッチアップ等により増幅回路1
0の動作不安定を生じさせるという問題点があった。Further, when the sensor section 20 is laminated on the amplifier circuit 10 integrated on the single crystal silicon substrate 1, the parasitic capacitance of the photodiode is used as a substitute for the charge storage capacitor, so that high sensitivity is achieved. I can't. Furthermore,
Light is incident on the circuit element portion of the amplifier circuit 10 formed in the portion not covered by the lower electrode of the sensor portion 20, and the amplifier circuit 1 is latched up due to generation of unnecessary carriers.
There is a problem that the operation instability of 0 occurs.
【0006】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、センサの高感度化を図るとともに、増幅回路の安定
性を向上させることができる半導体センサを提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor sensor capable of improving the sensitivity of the sensor and improving the stability of the amplifier circuit.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
請求項1の半導体センサは、半導体基板を有する駆動回
路部と、センサ部と、コンデンサ部と、を具備すること
を特徴としている。センサ部は、前記駆動回路上に設け
られ、光を感受して電荷量に変換する。コンデンサ部
は、前記駆動回路部と前記センサ部との間に設けられ、
前記駆動回路部に入射する少なくとも一部の光を遮断
し、且つ前記センサ部からの電荷を蓄積する。In order to achieve the above object, a semiconductor sensor according to a first aspect of the present invention is characterized by including a drive circuit section having a semiconductor substrate, a sensor section, and a capacitor section. The sensor unit is provided on the drive circuit, senses light, and converts it into a charge amount. The capacitor section is provided between the drive circuit section and the sensor section,
At least a part of the light incident on the drive circuit unit is blocked, and electric charges from the sensor unit are accumulated.
【0008】請求項2の半導体センサは、請求項1にお
いて、駆動回路部は、半導体基板上に設けられた少なく
とも1つの第1層間絶縁膜と、この第1層間絶縁膜上に
形成された第1配線層と、を具備することを特徴として
いる。According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor sensor according to the first aspect, the drive circuit portion includes at least one first interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate and a first interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film. And one wiring layer.
【0009】請求項3の半導体センサは、請求項1にお
いて、さらに第2層間絶縁膜と、この第2層間絶縁膜上
に形成された第2配線層とを具備し、この第2配線層
は、前記コンデンサ部と相まって前記駆動回路部に入射
する少なくとも一部の光を遮断することを特徴としてい
る。According to a third aspect of the present invention, a semiconductor sensor further comprises a second interlayer insulating film and a second wiring layer formed on the second interlayer insulating film, wherein the second wiring layer is And, blocking at least a part of the light incident on the drive circuit unit in combination with the capacitor unit.
【0010】請求項4の半導体センサは、請求項1にお
いて、駆動回路部は、前記センサ部からのアナログ信号
を処理するアナログ回路部と、デジタル信号を処理する
デジタル回路部とを有し、前記コンデンサ部は、前記ア
ナログ回路部に入射する少なくとも一部の光を遮断する
ことを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor sensor according to the first aspect, the drive circuit section has an analog circuit section for processing an analog signal from the sensor section and a digital circuit section for processing a digital signal. The capacitor section is characterized by blocking at least a part of the light incident on the analog circuit section.
【0011】請求項5の半導体センサは、請求項1にお
いて、半導体基板はシリコン単結晶から成ることを特徴
としている。According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor sensor according to the first aspect, the semiconductor substrate is made of silicon single crystal.
【0012】請求項6の半導体センサは、請求項1にお
いて、センサ部は、下部電極と、この下部電極上に形成
された半導体層と、この半導体層上に形成された透光性
の上部電極とから構成されたことを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor sensor according to the first aspect, the sensor portion includes a lower electrode, a semiconductor layer formed on the lower electrode, and a translucent upper electrode formed on the semiconductor layer. It is characterized by being composed of and.
【0013】請求項7の半導体センサは、請求項6にお
いて、コンデンサ部は、コンデンサ電極と、このコンデ
ンサ電極と前記センサ部の下部電極との間に配置された
誘電体層とを有することを特徴としている。According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor sensor according to the sixth aspect, the capacitor section has a capacitor electrode and a dielectric layer disposed between the capacitor electrode and the lower electrode of the sensor section. I am trying.
【0014】[0014]
【作用】本発明の半導体センサによれば、電荷蓄積用の
コンデンサ部上にセンサ部を形成するので、半導体セン
サ平面の面積は、センサ部或いはコンデンサ部のいずれ
かの面積で決まり、半導体センサの小型化,高感度化及
び高集積化を図るのに有利な構造とすることができる。
また、駆動回路部とセンサ部との間にコンデンサ部を設
け、反半導体基板側から光が入射するようにしたので、
入射光が半導体基板材料の影響を受けずセンサ部による
検出波長帯域が拡大する。According to the semiconductor sensor of the present invention, since the sensor portion is formed on the capacitor portion for charge storage, the area of the semiconductor sensor plane is determined by the area of either the sensor portion or the capacitor portion, The structure can be made advantageous for downsizing, high sensitivity, and high integration.
Further, since the capacitor section is provided between the drive circuit section and the sensor section so that the light enters from the side opposite to the semiconductor substrate,
Incident light is not affected by the semiconductor substrate material, and the detection wavelength band by the sensor unit is expanded.
【0015】また、センサ部,コンデンサ部或いは駆動
回路部の配線層の一部のいずれか、またはその組合わせ
を遮光層とすることにより、前記駆動回路部に入射する
少なくとも一部の光を遮断する。Further, by using any one of the wiring layers of the sensor portion, the capacitor portion or the drive circuit portion or a combination thereof as a light shielding layer, at least a part of the light incident on the drive circuit portion is blocked. To do.
【0016】[0016]
【実施例】次に本発明の半導体センサの一実施例につい
て図1,図2及び図3を参照しながら説明する。図2は
一画素分の半導体センサの平面説明図であり、図1は図
2のA−A線断面説明図である。半導体センサは、半導
体基板となる単結晶シリコン基板1上に形成された駆動
回路部10と、光信号を電気信号に変換するセンサ部2
0と、変換された電気信号を蓄積するための電荷蓄積用
コンデンサ部30とから構成されている。この半導体セ
ンサは、図1の表裏方向(図2の上下方向)に複数個配
設されることにより、センサアレイを形成している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, one embodiment of the semiconductor sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3. 2 is a plan view of a semiconductor sensor for one pixel, and FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The semiconductor sensor includes a drive circuit unit 10 formed on a single crystal silicon substrate 1 serving as a semiconductor substrate and a sensor unit 2 for converting an optical signal into an electric signal.
0 and a charge storage capacitor section 30 for storing the converted electric signal. A plurality of semiconductor sensors are arranged in the front-back direction of FIG. 1 (the vertical direction of FIG. 2) to form a sensor array.
【0017】単結晶シリコン基板1面には、4つの拡散
層11a,11b,11c,11d及びSiO2から成
る絶縁層12が形成され、拡散層11a,11b,11
c,11d間には、トランジスタT1,T2,T3のゲー
ト電極となる多結晶シリコン層13a,13b,13c
が形成されている。前記拡散層11aは、センサ部20
を構成するフォトダイオードのアノード側及びコンデン
サ部30の下部電極31に接続されるとともに、前記多
結晶シリコン層13bには配線層14aが接続されてい
る。拡散層11bには、駆動回路10に一定電圧を供給
するための配線14bが接続されている。拡散層11c
には、駆動回路部10の出力線となる配線14cが接続
されている。また、多結晶シリコン層13aには、配線
14dを介して制御信号が印加され、多結晶シリコン層
13cには、配線14eを介して制御信号が印加されて
いる。また、各配線層14間には層間絶縁膜16が形成
されている。On the surface of the single crystal silicon substrate 1, four diffusion layers 11a, 11b, 11c and 11d and an insulating layer 12 made of SiO2 are formed, and the diffusion layers 11a, 11b and 11 are formed.
Polycrystalline silicon layers 13a, 13b and 13c which will be the gate electrodes of the transistors T1, T2 and T3 are provided between c and 11d.
Are formed. The diffusion layer 11a includes the sensor unit 20.
Is connected to the anode side of the photodiode and the lower electrode 31 of the capacitor section 30, and a wiring layer 14a is connected to the polycrystalline silicon layer 13b. A wiring 14b for supplying a constant voltage to the drive circuit 10 is connected to the diffusion layer 11b. Diffusion layer 11c
A wiring 14c which is an output line of the drive circuit unit 10 is connected to the. A control signal is applied to the polycrystalline silicon layer 13a via the wiring 14d, and a control signal is applied to the polycrystalline silicon layer 13c via the wiring 14e. An interlayer insulating film 16 is formed between each wiring layer 14.
【0018】駆動回路部10上には、画素毎に個別化さ
れた誘電体層32を、同じく画素毎に個別化された下部
電極31と上部電極33とで挟んで成るコンデンサ部3
0が形成されている。コンデンサ部30上には、画素毎
に個別化された半導体層21及び透明電極22が積層さ
れ、該透明電極22と前記コンデンサ部の上部電極33
とで半導体層21を挟むことによりフォトダイオードか
ら成るセンサ部20を構成している。前記コンデンサ部
30の上部電極32には、図1の表裏方向(図2の上下
方向)に帯状となる共通電極34が接続され、この共通
電極34にはフォトダイオードのバイアス電圧が印加さ
れている。また、センサ部20の透明電極22は、絶縁
層23に形成されたコンタクト孔24を介してそれぞれ
個別引き出し線25に接続され、該個別引き出し電極2
3は前記コンデンサ部30の下部電極31に接続されて
いる。また、半導体センサ全体は保護のためのパシベー
ション膜26で被覆されている。センサ部20を構成す
るフォトダイオードは、上部電極32をコンデンサ部3
0の電極と共通とし、下部電極31とセンサ部20の透
明電極22に接続される引き出し配線25が接続されて
いる。また、コンデンサ部30の下部電極31及び上部
電極32と引き出し配線25とにより、駆動回路部10
が遮光されるようになっている。On the drive circuit section 10, a capacitor section 3 is formed by sandwiching a dielectric layer 32, which is individualized for each pixel, between a lower electrode 31 and an upper electrode 33, which are also individualized for each pixel.
0 is formed. A semiconductor layer 21 and a transparent electrode 22 that are individualized for each pixel are stacked on the capacitor unit 30, and the transparent electrode 22 and the upper electrode 33 of the capacitor unit are stacked.
The semiconductor layer 21 is sandwiched between and to form the sensor unit 20 including a photodiode. A band-shaped common electrode 34 is connected to the upper electrode 32 of the capacitor unit 30 in the front-back direction of FIG. 1 (vertical direction in FIG. 2), and a bias voltage of a photodiode is applied to the common electrode 34. .. Further, the transparent electrodes 22 of the sensor section 20 are connected to the individual lead lines 25 via the contact holes 24 formed in the insulating layer 23, and the individual lead electrodes 2
3 is connected to the lower electrode 31 of the capacitor section 30. The entire semiconductor sensor is covered with a passivation film 26 for protection. In the photodiode that constitutes the sensor unit 20, the upper electrode 32 is connected to the capacitor unit 3
The lower electrode 31 and the lead wiring 25 connected to the transparent electrode 22 of the sensor unit 20 are connected in common with the electrode of No. 0. In addition, the lower electrode 31 and the upper electrode 32 of the capacitor section 30 and the lead wiring 25 allow the drive circuit section 10 to be formed.
Is shielded from light.
【0019】従って、上記構造の半導体センサの等価回
路図は、図3のように、センサ部20とコンデンサ部3
0とが並列に接続されている。トランジスタT2のゲー
ト電極13bは、配線14aを介してセンサ部20及び
コンデンサ部30に接続されている。また、トランジス
タT1及びトランジスタT2に接続される配線14bには
一定電圧が印加されるとともに、トランジスタT1,T3
のゲート(多結晶シリコン層13a,13c)には、そ
れぞれ配線14a,配線14cを介して交互にクロック
信号(制御信号)が印加するようになっているので、セ
ンサ部20のアノード側の電位を転送及び増幅してトラ
ンジスタT3の出力端VCに出力させるよう動作する。Therefore, the equivalent circuit diagram of the semiconductor sensor having the above structure is as shown in FIG.
0 and 0 are connected in parallel. The gate electrode 13b of the transistor T2 is connected to the sensor section 20 and the capacitor section 30 via the wiring 14a. Further, a constant voltage is applied to the wiring 14b connected to the transistors T1 and T2, and the transistors T1 and T3 are connected.
Since a clock signal (control signal) is alternately applied to the gates (polycrystalline silicon layers 13a and 13c) of the sensor via the wirings 14a and 14c, the potential of the anode side of the sensor unit 20 is It operates so as to transfer and amplify and output to the output terminal VC of the transistor T3.
【0020】次に、上記構造の半導体センサの製造プロ
セスについて説明する。単結晶シリコン基板1上に、デ
バイス製造領域と他の部分を分離するため、マスクを用
いて厚いSiO2 膜から成る絶縁膜12を形成する。前
記マスクを除去して全体を酸化させ、薄い酸化膜から成
る層間絶縁膜16aを形成する。次に、ポリシリコンを
着膜しフォトリソ及びエッチング法でパターニングして
多結晶シリコン膜13を形成する。次いで、前記多結晶
シリコン膜13及びマスクを用いて上部よりイオンを打
込み拡散層11を形成する。全体を覆うように層間絶縁
膜16bを着膜し、拡散層11a,11b,11cに対
応する部分にフォトリソ及びエッチング法によりコンタ
クト孔17を形成する。金属膜を着膜し、フォトリソ及
びエッチング法によりパターニングして配線14a,1
4b,14cを形成する。更に、平坦化のため層間絶縁
膜16cを着膜する。Next, a manufacturing process of the semiconductor sensor having the above structure will be described. An insulating film 12 made of a thick SiO 2 film is formed on the single crystal silicon substrate 1 using a mask in order to separate the device manufacturing region from other portions. The mask is removed and the whole is oxidized to form an interlayer insulating film 16a made of a thin oxide film. Next, polysilicon is deposited and patterned by photolithography and etching to form a polycrystalline silicon film 13. Next, the diffusion layer 11 is formed by implanting ions from above using the polycrystalline silicon film 13 and the mask. An interlayer insulating film 16b is deposited so as to cover the whole, and contact holes 17 are formed in the portions corresponding to the diffusion layers 11a, 11b, 11c by photolithography and etching. A metal film is deposited and patterned by photolithography and etching to form wirings 14a, 1
4b and 14c are formed. Further, an interlayer insulating film 16c is deposited for flattening.
【0021】配線14aに対応する層間絶縁膜16cに
コンタクト孔18を形成した後、アルミニウム等の金属
膜を蒸発及びデポジションさせ、フォトリソ及びエッチ
ング法によりパターニングしてコンデンサ部30の一部
となる方形状の下部電極31を形成する。SiNxをC
VD等で着膜し、フォトリソ及びエッチング法にパター
ニングしてコンデンサ部30の誘電体層32を形成す
る。次いで、アルミニウム等の金属膜を蒸発及びデポジ
ションさせ、フォトリソ及びエッチング法によりパター
ニングしてコンデンサ部30を構成する方形状の上部電
極33を形成する。After forming the contact hole 18 in the interlayer insulating film 16c corresponding to the wiring 14a, a metal film such as aluminum is evaporated and deposited, and patterned by photolithography and etching to become a part of the capacitor section 30. The shaped lower electrode 31 is formed. SiNx to C
A film is deposited by VD or the like and patterned by photolithography and etching to form the dielectric layer 32 of the capacitor section 30. Next, a metal film of aluminum or the like is evaporated and deposited, and patterned by photolithography and etching to form a rectangular upper electrode 33 that constitutes the capacitor unit 30.
【0022】次に、半導体膜をCVD法で着膜し、続い
て酸化インジウム・スズ等の透明導電膜を蒸着及びデポ
ジションし、フォトリソ法によりレジストパターンを形
成し、該レジストパターンを用いたエッチング処理によ
りそれぞれパターニングしてセンサ部20の半導体層2
1及び透明電極22を形成する。Next, a semiconductor film is deposited by a CVD method, a transparent conductive film of indium tin oxide or the like is subsequently deposited and deposited, a resist pattern is formed by a photolithography method, and etching is performed using the resist pattern. The semiconductor layer 2 of the sensor unit 20 is patterned by processing.
1 and the transparent electrode 22 are formed.
【0023】絶縁膜をCVD法またはスピンナー法で着
膜し、フォトリソ及びエッチング法によりパターニング
して絶縁層23及びコンタクト孔24を形成した後、ア
ルミニウム等の配線材料を蒸着し、フォトリソ及びエッ
チング法によりパターニングして引き出し配線25及び
共通電極34を形成する。最後に保護膜として全体を覆
うように、パシベーション膜26を形成する。After depositing an insulating film by the CVD method or the spinner method and patterning it by the photolithography and etching method to form the insulating layer 23 and the contact holes 24, a wiring material such as aluminum is vapor-deposited, and the photolithography and etching method is used. The lead wire 25 and the common electrode 34 are formed by patterning. Finally, a passivation film 26 is formed as a protective film so as to cover the whole.
【0024】上記した構造の半導体センサによれば、単
結晶シリコン基板1上に駆動回路部10,コンデンサ部
30,センサ部20の順に縦方向に重ねて配置したの
で、下部電極31,誘電体層32,上部電極33で形成
されるフォトダイオードの面積は、センサ部20とコン
デンサ部30が同一平面上に形成される場合に比較して
小さくすることができ、高感度で小型,高集積の半導体
センサを実現することができる。また、反単結晶基板1
側からセンサ部20へ光が入射するようにしたので、基
板を介すことなくセンサ部20に光が入射し、基板材料
により検出波長域の短波長側の感度が低くなることがな
く、検出波長域の広い半導体センサを実現することがで
きる。単結晶シリコン基板1上に集積された駆動回路部
10は、コンデンサ部30の下部電極31及び上部電極
33と引き出し配線25とにより遮光されているので、
センサ部20の受光面以外の部分において光学的な影響
を防止し駆動回路部10の安定性を確保することができ
る。According to the semiconductor sensor having the above-described structure, since the drive circuit section 10, the capacitor section 30, and the sensor section 20 are vertically stacked on the single crystal silicon substrate 1, the lower electrode 31 and the dielectric layer are arranged. The area of the photodiode formed by 32 and the upper electrode 33 can be made smaller than in the case where the sensor unit 20 and the capacitor unit 30 are formed on the same plane, and a highly sensitive, small-sized, highly integrated semiconductor is provided. A sensor can be realized. In addition, the anti-single crystal substrate 1
Since the light is made incident on the sensor unit 20 from the side, the light is incident on the sensor unit 20 without passing through the substrate, and the sensitivity of the short wavelength side of the detection wavelength region does not decrease due to the substrate material. It is possible to realize a semiconductor sensor having a wide wavelength range. Since the drive circuit unit 10 integrated on the single crystal silicon substrate 1 is shielded from light by the lower electrode 31 and the upper electrode 33 of the capacitor unit 30 and the lead wiring 25,
It is possible to prevent the optical influence on the portion other than the light receiving surface of the sensor unit 20 and ensure the stability of the drive circuit unit 10.
【0025】また、センサ部20のフォトダイオードと
コンデンサ部30のコンデンサとは、図3に示すよう
に、並列に接続されているので、特に電荷蓄積モードで
使用する場合のダイナミックレンジを広くでき、フォト
ダイオードの感度を向上させることができる。更に、単
結晶シリコン基板1上に駆動回路10,コンデンサ部3
0,センサ部20を集積させたので、センサ部20から
の信号を直接増幅することができ、SN比の向上を図る
ことができる。Further, since the photodiode of the sensor section 20 and the capacitor of the capacitor section 30 are connected in parallel as shown in FIG. 3, the dynamic range can be widened especially when used in the charge storage mode, The sensitivity of the photodiode can be improved. Further, the drive circuit 10 and the capacitor section 3 are formed on the single crystal silicon substrate 1.
Since 0 and the sensor unit 20 are integrated, the signal from the sensor unit 20 can be directly amplified and the SN ratio can be improved.
【0026】図4及び図5は本発明の他の実施例を示す
もので、2層メタルプロセスを使用して半導体センサを
形成したものである。図4は図5のB−B線断面説明図
である。本実施例では、層間絶縁膜16dを介して2層
配線層19を形成して2層の配線構造としている。従っ
て、アナログ・デジタル変換器のように多くの素子を必
要とする回路を単結晶シリコン基板1上に集積すること
ができる。すなわち、単結晶シリコン基板1上に形成さ
れた駆動回路部10のデジタル回路10a上にコンデン
サ部30及びセンサ部20を形成している。また、駆動
回路部10のデジタル回路10a及びアナログ回路10
bを遮光する遮光層としては、2層配線層19,コンデ
ンサ部30の下部電極31及び上部電極33,センサ部
20に接続される引き出し配線25及び共通電極34を
用いている。本実施例では、デジタル回路10a上にコ
ンデンサ部30及びセンサ部20を形成したが、アナロ
グ回路10b上に形成してもよいことは勿論である。図
中、図1と同一符号を付した部分は同一の回路部を構成
しており、各部分の説明及び製造プロセスの説明を省略
する。FIGS. 4 and 5 show another embodiment of the present invention, in which a semiconductor sensor is formed by using a two-layer metal process. FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view taken along the line BB of FIG. In this embodiment, the two-layer wiring layer 19 is formed via the interlayer insulating film 16d to form a two-layer wiring structure. Therefore, a circuit that requires many elements such as an analog-digital converter can be integrated on the single crystal silicon substrate 1. That is, the capacitor section 30 and the sensor section 20 are formed on the digital circuit 10a of the drive circuit section 10 formed on the single crystal silicon substrate 1. In addition, the digital circuit 10 a and the analog circuit 10 of the drive circuit unit 10
The two-layer wiring layer 19, the lower electrode 31 and the upper electrode 33 of the capacitor section 30, the lead-out wiring 25 and the common electrode 34 connected to the sensor section 20 are used as a light-shielding layer for blocking b. Although the capacitor section 30 and the sensor section 20 are formed on the digital circuit 10a in this embodiment, it goes without saying that they may be formed on the analog circuit 10b. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 constitute the same circuit part, and the description of each part and the manufacturing process will be omitted.
【0027】図6及び図7は本発明の他の実施例を示す
もので、図4及び図5と同様に2層メタルプロセスを使
用している。図6は図7のC−C線断面説明図である。
本実施例では、デジタル回路10a及びアナログ回路1
0bを構成する各2層配線層19,19を中央側に延長
形成し、これにより駆動回路図10のデジタル回路10
a及びアナログ回路10bの遮光を行なう。他の構成は
図4及び図5の半導体センサと同様であるので、同一符
号を付して説明を省略する。FIGS. 6 and 7 show another embodiment of the present invention, which uses a two-layer metal process as in FIGS. 4 and 5. FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view taken along the line CC of FIG.
In this embodiment, the digital circuit 10a and the analog circuit 1
Each of the two wiring layers 19 and 19 forming 0b is extended to the center side, whereby the driving circuit of the digital circuit 10 of FIG.
A and the analog circuit 10b are shielded from light. Other configurations are the same as those of the semiconductor sensor of FIGS. 4 and 5, and therefore, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明によれば、駆動回路上にコンデン
サ部及びセンサ部を積層する構造としたので、センサ部
の高密度化が達成できるともにセンサ部からの信号を直
接増幅することができるので、半導体センサの高集積化
及び高感度化を図ることができる。また、センサ部やコ
ンデンサ部若しくは駆動回路部を構成する電極や配線を
遮光膜として用いることにより、基板上に形成された駆
動回路部の素子を光学的妨害から保護することができ、
半導体センサの安定性を確保することができる。According to the present invention, since the capacitor section and the sensor section are laminated on the drive circuit, the density of the sensor section can be increased and the signal from the sensor section can be directly amplified. Therefore, high integration and high sensitivity of the semiconductor sensor can be achieved. Further, by using the electrodes and wirings forming the sensor section, the capacitor section or the drive circuit section as a light-shielding film, the elements of the drive circuit section formed on the substrate can be protected from optical interference,
The stability of the semiconductor sensor can be ensured.
【図1】 本発明に係る半導体センサの一実施例を示す
断面説明図である。FIG. 1 is a sectional explanatory view showing an embodiment of a semiconductor sensor according to the present invention.
【図2】 図1の半導体センサの平面説明図である。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor sensor of FIG.
【図3】 半導体センサの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor sensor.
【図4】 半導体センサの他の実施例を示す断面説明図
である。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view showing another embodiment of the semiconductor sensor.
【図5】 図4の半導体センサの全体をあらわす平面図
である。5 is a plan view showing the entire semiconductor sensor of FIG. 4. FIG.
【図6】 半導体センサの他の実施例を示す断面説明図
である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view showing another embodiment of the semiconductor sensor.
【図7】 図6の半導体センサの全体をあらわす平面図
である。7 is a plan view showing the entire semiconductor sensor of FIG.
【図8】 従来の半導体センサの断面説明図である。FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a conventional semiconductor sensor.
1…単結晶シリコン基板、 10…駆動回路部、 10
a…デジタル回路、10b…アナログ回路、 14…配
線層、 16…層間絶縁膜、 19…2層配線層、 2
0…センサ部、 21…半導体層、 22…透明電極、
23…絶縁層、25…引き出し配線、 30…コンデ
ンサ部、 31…下部電極、 32…誘電体層、 33
…上部電極、 34…共通電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal silicon substrate, 10 ... Drive circuit part, 10
a ... Digital circuit, 10b ... Analog circuit, 14 ... Wiring layer, 16 ... Interlayer insulating film, 19 ... Two-layer wiring layer, 2
0 ... Sensor part, 21 ... Semiconductor layer, 22 ... Transparent electrode,
23 ... Insulating layer, 25 ... Lead wiring, 30 ... Capacitor part, 31 ... Lower electrode, 32 ... Dielectric layer, 33
... Upper electrode, 34 ... Common electrode
Claims (7)
駆動回路上に設けられ、光を感受して電荷量に変換する
センサ部と、前記駆動回路部と前記センサ部との間に設
けられ、前記駆動回路部に入射する少なくとも一部の光
を遮断し、且つ前記センサ部からの電荷を蓄積するコン
デンサ部と、を具備する半導体センサ。1. A drive circuit portion having a semiconductor substrate, a sensor portion provided on the drive circuit for receiving light and converting it into a charge amount, and provided between the drive circuit portion and the sensor portion. And a capacitor section for blocking at least a part of light incident on the drive circuit section and accumulating charges from the sensor section.
駆動回路部は、半導体基板上に設けられた少なくとも1
つの第1層間絶縁膜と、この第1層間絶縁膜上に形成さ
れた第1配線層と、を具備する半導体センサ。2. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein
The drive circuit unit has at least one provided on the semiconductor substrate.
A semiconductor sensor comprising: one first interlayer insulating film; and a first wiring layer formed on the first interlayer insulating film.
さらに第2層間絶縁膜と、この第2層間絶縁膜上に形成
された第2配線層とを具備し、この第2配線層は、前記
コンデンサ部と相まって前記駆動回路部に入射する少な
くとも一部の光を遮断する半導体センサ。3. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein
A second interlayer insulating film and a second wiring layer formed on the second interlayer insulating film are provided, and the second wiring layer is at least partially incident on the drive circuit unit together with the capacitor unit. Sensor that blocks the light of.
駆動回路部は、前記センサ部からのアナログ信号を処理
するアナログ回路部と、デジタル信号を処理するデジタ
ル回路部とを有し、前記コンデンサ部は、前記アナログ
回路部に入射する少なくとも一部の光を遮断する半導体
センサ。4. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein
The drive circuit unit includes an analog circuit unit that processes an analog signal from the sensor unit and a digital circuit unit that processes a digital signal, and the capacitor unit is at least a part of the light incident on the analog circuit unit. A semiconductor sensor that shuts off.
半導体基板はシリコン単結晶から成る半導体センサ。5. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein
A semiconductor sensor whose semiconductor substrate is made of silicon single crystal.
センサ部は、下部電極と、この下部電極上に形成された
半導体層と、この半導体層上に形成された透光性の上部
電極とから構成された半導体センサ。6. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein
The sensor unit is a semiconductor sensor including a lower electrode, a semiconductor layer formed on the lower electrode, and a translucent upper electrode formed on the semiconductor layer.
コンデンサ部は、コンデンサ電極と、このコンデンサ電
極と前記センサ部の下部電極との間に配置された誘電体
層とを有する半導体センサ。7. The semiconductor sensor according to claim 6,
A semiconductor sensor having a capacitor electrode and a dielectric layer disposed between the capacitor electrode and the lower electrode of the sensor unit.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3284101A JP3018669B2 (en) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | Semiconductor sensor |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009065163A (en) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Dongbu Hitek Co Ltd | Image sensor and manufacturing method thereof |
JP2009164585A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Dongbu Hitek Co Ltd | Image sensor and manufacturing method thereof |
JP2011072028A (en) * | 2010-12-09 | 2011-04-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Image sensor, and electronic equipment |
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- 1991-10-04 JP JP3284101A patent/JP3018669B2/en not_active Expired - Fee Related
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