DE3031759C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Farbbildaufnahmevor­ richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

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 Videoband­ aufnahmegeräten für industrielle oder private Zwecke ange­ stiegen. Somit ist die Aufmerksamkeit auf Festkörper-Fern­ sehkameras gerichtet worden, die eine integrierte Halbleiter­ schaltung verwenden, wobei es sich üblicherweise um Schaltun­ gen in IC- oder LSI-Technik handeln kann. Bei Festkörper- Fernsehkameras werden eine Schirmplatte und ein Elektronenstrahl-Generatorteil in einer herkömmlichen Bild­ aufnahmeröhre durch einen IC-Körper oder eine integrierte Schaltung ersetzt, die eine unabhängige Festkörper-Bildauf­ nahmevorrichtung bildet. Eine Festkörper-Fernsehkamera ver­ wendet keinen Elektronenstrahl und ist somit einer Bildauf­ nahmeröhre hinsichtlich einer hohen Stabilität, niedrigem Energieverbrauch, bequemer Handhabung usw. überlegen und wird daher als Fernsehkamera der kommenden Generation angesehen.

Aus der DE-OS 28 02 987 ist eine Festkörper-Bildaufnahmevorrich­ tung dieser Art bekannt, bei der in dem Festkörper Farbfilter sowie bei jedem Bildelement eine lichtundurchlässige Schicht vorgesehen sind, welche die Anschlußelektrode des jeweiligen Schaltelementes abdeckt, das an das lichtempfindliche Element angeschlossen ist; damit sollen parasitäre Lichteffekte vermieden werden. Die lichtundurchlässige Schicht liegt bei dieser Anordnung oberhalb der Ebene der Farbfilter.

Eine ähnliche Bildaufnahmevorrichtung ist in der DE-OS 26 47 274 beschrieben. Bei ihr ist eine lichtundurchlässige Maske als oberste Schicht der Bildabtasteinrichtung vorgesehen.

Schließlich ist aus "Technical Digest of International Electron Device Meeting", Dezember 1976, S. 400, noch bekannt, daß bei einer Bildaufnahmevorrichtung ein Filter direkt auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sein kann.

Bei der Herstellung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung werden im allgemeinen auf einem Halbleitersubstrat Schutzfilme und verschiedene Metallschichten als Leiterbahnen ausgebildet. Somit ist im allgemeinen die Oberfläche des Halbleitersubstrates nicht flach, sondern uneben. Wird zur Herstellung eines Farb­ filters auf eine solche unebene Substratoberfläche ein dünner Photoresistfilm abgeschieden und anschließend durch eine Belich­ tungsmaske belichtet, so erhält man eine Schleierbildung und damit kein Bild mit klaren und genauen Konturen. Die Schleier­ bildung rührt daher, daß die für die Belichtung des Resistfilmes verwendeten ultravioletten Strahlen an der Randkante einer Belichtungsmaske abgelenkt oder auch von Al-Leiterbahnen oder dergleichen reflektiert werden, so daß auch solche Teile des Resistfilmes bestrahlt werden, die eigentlich von der Belichtungs­ maske abgedeckt sein sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es dementsprechend, eine Festkörper- Farbbildaufnahmevorrichtung anzugeben, bei der diese Schleierbil­ dung vermieden ist und die einen Farbfilter mit guten optischen und elektrischen Eigenschaften besitzt.

Diese Aufgabe wird mit einer Festkörper-Farbbildaufnahmevorrich­ tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gelöst, die erfindungsgemäß nach dem Kennzeichenteil dieses Anspruches ausge­ staltet ist.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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 ultravio­ letten Strahlen gebildet wird, wird das von einem Randteil 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 Substratober­ fläche, 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 ver­ hindert, daß das photoempfindliche Harz des Photoresist an seiner Rückseite Licht ausgesetzt wird. Auf diese Weise kann der Farbfilter mit genauem Muster ausgebildet werden.

Außerdem wird bei der Bildaufnahme mit der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung das Licht, das auf einen anderen Teil fällt als den vorgesehenen Licht-Empfangsbereich, vom schwarzen Filter aufgefangen. Somit werden keine Elektronen-Löcher-Paare in einem Bereich erzeugt, der nicht nach der Konstruktion für den Lichtempfang vorgesehen ist. Damit wird der Leckstrom sehr gering gehalten, so daß Bilder guter Qualität mit stabilen elektrischen Eigenschaften geliefert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegen­ de 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 Schaltungs­ anordnung, die bei der Festkörper-Farbbildauf­ nahmevorrichtung 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 gemäB Fig. 3;

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

Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen im Schnitt von weiteren Ausführungsformen der erfindungsge­ mäßen 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 bereich 21, einen horizontalen Abtastbereich 22 und einen photoempfindlichen Bereich 23 mit matrixartiger Anordnung aufweist, ist in einen Gehäuserahmen 3 mit vorgegebenen Stif­ ten eingesetzt. Außerdem ist ein Farbfilter 1, der ein vor­ gegebenes Muster aufweist, auf dem Halbleiterkörper ausgebil­ det. 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 ausge­ bildet. 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 1 unterzogen, woraufhin Photosignale in elektrische Signale um­ gewandelt 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 zusammen­ gebaut 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 elektrische Signale um. Im allgemeinen ist sie so aufgebaut, daß man eine Schaltungsanord­ nung vorsieht, die mit einer photoelektrischen Umwandlungsfunktion in einem Lichtempfangsbereich und einer Abtastfunktion ausge­ stattet ist. Konkret sind zur Erfüllung dieser Funktionen eine große Anzahl von kleinen Bereichen, die jeweils aus einem photoempfindlichen Element, das auch als Licht-Empfangsbereich bezeichnet wird, und ein Schaltelement in Form einer Matrix ent­ sprechend den Bildelementen angeordnet.

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 Fest­ körper-Bildaufnahmevorrichtungen können somit Farbfilterele­ mente entsprechend den einzelnen Bildelementen angeordnet wer­ den.

Derartige Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen müssen die oben angegebene photoelektrische Umwandlungsfunktion und die Abtast­ funktion enthalten. Systeme zur Realisierung dieser Funktion lassen sich allgemein in zwei Arten einteilen: Ein X-Y-Adressie­ rungs-Aufnahmesystem und ein Ladungsübertragungs-Aufnahmesystem. Normalerweise ist die horizontale Abtastschaltung (H) am oberen Teil und die vertikale Abtastschaltung (V), die mit einge­ schachtelten 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 ausgebil­ det, während das zweite System durch eine Anordnung von la­ dungsgekoppelten Bauteilen oder CCDs gebildet werden kann. Bei einem Beispiel zeigten beide ähnliche Wirkungen und Eigen­ schaften, lieferten keine Differenz und erzeugten gute Bilder. Selbstverständlich wurden ähnliche Wirkungen auch mit einem System erzielt, bei dem MOS-Transistoren und ladungsgekoppel­ te Bauteile miteinander kombiniert waren.

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

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung. Die Gesamtanordnung dieser Bildaufnahmevorrichtung ist aus 484 × 384 Elementen aufgebaut. Ein zentraler Teil ist ein Feld von Photodioden 12, die auch mit PD bezeichnet werden und je­ weils einen vertikalen Schalter 11 aufweisen. Die Elemente für Grün (G) sind schachbrettartig angeordnet, während zwischen ihnen die Elemente für Rot (R) und Blau (B) angeordnet sind. Die Elemente sind an zwei Vertikalsignal-Ausgangsleitungen Sv(G) 13 und Sv(RB) 14 angeschlossen. Ein Peripherieteil ent­ hält Abtastschaltungen zur Wahl von horizontalen und vertikalen Schaltern 11 bzw. 15. Ein oberer Teil enthält eine horizontale Abtastschaltung 16, während eine linke Ecke eine vertikale Ab­ tastschaltung 17 enthält, die mit einem Satz von dazwischen ge­ schachtelten Schaltern ausgerüstet sind. Die Schalter 18 und 19 werden abwechselnd von Feldänderungsimpulsen F 1 und F 2 leitend gemacht.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird nachstehend näher er­ läutert. Die vertikale Abtastschaltung 17 liefert vertikale Ab­ tastimpulse 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 F 1 die Abtastimpulse nach­ einander den vertikalen Spalten-Wählleitungen (Lv 1, Lv 2), (Lv 3, Lv 4), . . . , während im zweiten Feld die Abtastimpulse ausgelöst durch die Impulse F 2 nacheinander den Leitungen (Lv 2, Lv 3), (Lv 4, Lv 5), . . . mit den Verschiebungen von einer Spalte zuge­ führt werden. Andererseits liefert die horizontale Abtastschal­ tung 16 horizontale Abtastimpulse mit einer Frequenz von 7,16 MHz, die entsprechend der Anzahl von 384 Bildelementen vorge­ geben 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 der Reihenfolge von {(2, 1), (3, 1)}, {(482, 384), (483, 384)} im zweiten Feld gewählt. Im zweiten Feld werden die erste und die letzte Spalte nicht gewählt. Bei der Wahl des nächsten er­ sten Feldes werden sie somit addiert, um die Signalgröße un­ gleichmäßig zu machen. Es tritt jedoch keine Störung auf, da die ersten und letzten Spalten innerhalb der Zeit eines verti­ kalen Rücklaufes empfangen werden.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der wesentlichen Teile des vorlie­ genden Ausführungsbeispiels. Die Bezugszeichen 124 bis 127 bezeichnen Verunreinigungsdiffusionsbereiche, die in dem Halb­ leiterkörper angeordnet sind. An einem Ende des Verunreinigungs­ diffusionsbereiches ist ein Schaltelementbereich vorgesehen, der zum Ausleiten von Trägern dient, die in dem Verunreinigungs­ diffusionsbereich erzeugt worden sind. Die Bezugszeichen 131 bis 136 bezeichnen Aluminiumverbindungen, die elektrisch an die Schaltbereiche angeschlossen und außerdem mit der vertikalen Ab­ tastschaltung verbunden sind. Die Aluminiumverbindungen sind an einigen Stellen aufgeweitet, um den Halbleiterkörper in einem zulässigen Bereich mit Aluminium zu bedecken, was insofern vor­ teilhaft ist, als das Eindringen von unnötigem Licht in den Halb­ leiterkörper verhindert wird.

Die Bezugszeichen 146 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 133 und 134 erstreckt, wobei ein Isolierfilm 150 dazwischengeschal­ tet ist; dabei überdeckt es mindestens einen Teil des Ausgangs­ endes des Schaltelementbereiches und nicht dargestellte vertika­ le und horizontale Abtastteile. Die Metallverbindungen aus Aluminium oder dergleichen werden im allgemeinen in Form der dargestellten Streifen ausgebildet. Dabei ist ein breiteres Band zur Verringerung des Widerstandes wünschenswert, jedoch verringert es üblicherweise den Anteil einer Lichtempfangs­ fläche, bringt eine Verringerung der Integrationsdichte mit sich, erhöht die Streukapazität und führt zu einer Verschlech­ terung der Bildqualität. Somit ist eine Breite von ungefähr 1 bis 6 µm 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 Verunreinigungsdiffusion 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 Lichtempfangsbe­ reiche 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 Lichtempfangs­ bereiche 43 und 44 sind MOS-Transistoren als Schaltelemente aus­ gebildet, die jeweils den Lichtempfangsbereich auch als Drain- Bereich verwenden und mit einer polykristallinen Si-Gateelektro­ de 46 zwischen dem Drain-Bereich und einem Source-Bereich 45 ver­ sehen sind. Ein Oxidfilm 105 ist auf den Lichtempfangsbereichen 43 und 44 und dem P-leitenden Bereich 42 ausgebildet. Wie be­ reits 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 SiO₂-Schicht bedeckt.

Auf diese Weise ist die N⁺-Diffusionsschicht des Lichtempfangs­ bereiches 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 Bildver­ schlechterungen, 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 Halbleiter­ körper 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 zumin­ dest den Zwischenraum zwischen dem ersten photoempfind­ lichen Bereich und dem benachbarten zweiten photoempfind­ lichen Bereich überdeckt.

Außerdem bringt ein Aufbau der nachstehend beschriebenen Art einen großen Vorteil im praktischen Betrieb. Da die lichtab­ sorbierende Schicht kein Licht an einen Teil überträgt, wo kein Licht erforderlich ist, wird die Erzeugung von unnötigen Photo­ trägern innerhalb des Siliziumsubstrats verhindert. Insbesondere die unnötigen Phototräger, die im Ausgangs-Endbereich des Schaltelementes erzeugt werden, führen zu einem Beitrag beim Ausgangssignal als Rauschen und beeinträchtigen die Eigenschaf­ ten sehr stark. Es ist dementsprechend vorzuziehen, daß die lichtabsorbierende Schicht den Zwischenraum zwischen dem ersten photoempfindlichen Bereich und dem angrenzenden zweiten photo­ empfindlichen Bereich überdeckt und zumindest über dem Ausgangs­ endbereich des Schaltelementes liegt. Somit kann die Anordnung der lichtabsorbierenden Schichten mit kleiner Fläche, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, die Erreichung die­ ses 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 Dar­ stellung 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. a 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 lichtabsorbie­ renden Schichten in parallelen Kreuzungen angeordnet sind. In dem 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 µm und eine Länge von ungefähr 6 bis 7 mm besitzen. Derartige 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 ausge­ räumt 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 ausgebil­ det 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 Farbfilterele­ mente vor schädlichem Licht schützen. Dabei ist keine spezielle Beschränkung der geometrischen Formen gegeben.

Ausführungsbeispiele:

Es wird ein Halbleiterkörper hergestellt, der vorgegebene Licht­ empfangsbereiche 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 43 und 44 ausgebildet. Zwei Al-Verbindungsschichten 433 und 434, die je­ weils eine Dicke von 1 µm und eine Breite von 3 µm aufweisen und in einem Abstand von 4 µm voneinander angeordnet sind, werden auf dem kein Licht empfangenden Bereich ausgebildet, der dem anderen Teil des Si-Substrats 41 als den Lichtempfangsbe­ reichen 43 und 44 entspricht. Ein isolierender Schutzfilm 107, der als Passivierungsschicht dient und aus einer Siliziumschicht SiO₂ besteht, wird auf dem Oxidfilm 105 und den Al-Verbindungs­ schichten 433 und 434 ausgebildet.

Der Halbleiterkörper wird durch eine Drehbeaufschlagung mit Gelatine überzogen. Hierbei wird eine warme wäßrige Lösung bei einer Temperatur von 40° C als Härter verwendet, die 5% Ammoniumdichromat NH₄Cr₂O₇, was üblicherweise mit ADC abgekürzt wird, enthält. Die Gelatine-Überzugsschicht erhält eine Dicke von ungefähr 1 µm. Anschließend wird eine Belichtung mit ultra­ violetter Strahlung mit einer Cr-Maske durchgeführt, um die Gelatineschicht zu polymerisieren und zu härten, während an­ schließend eine Entwicklungsbehandlung durchgeführt wird. Somit wird ein färbbares Gelatinemuster 442 hergestellt. Die Gelatine­ schicht ist ungefähr 3 µm bis 6 µm breit und ungefähr 13 bis 14 µm lang. Anschließend wird eine schwarzfärbende Flüssigkeit, die durch Mischung von entsprechenden roten, gelben und blauen Farbstoffen erhalten wird, auf ungefähr 70° C aufgeheizt und die gesamte Anordnung hineingetaucht, so daß die Gelatineschicht schwarz gefärbt wird. Dabei kann eine 2%ige wäßrige Lösung von Diacid 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 da­ bei nicht einschränkend aufzufassen, sondern es können auch Farbstoffe von zwei Farben gemischt werden, wenn die Kombina­ tion den Durchlässigkeitsfaktor des Lichtes drastisch verrin­ gert. Es ist auch möglich, die Gelatineschicht nacheinander mit den entsprechenden Farbstoffen zu färben. Selbstverständ­ lich 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 442 und dem isolierenden Schutzfilm 107 aus­ gebildet und ein Farbfilterelement 109 aus Gelatine mit einer Dicke von 1 µm in einem vorgegebenen Muster in einem Bereich ausgebildet, der dem Lichtempfangsbereich 43 oder 44 entspricht.

Das Farbfilterelement 109 wird wie nachstehend beschrieben hergestellt. Eine hinsichtlich der Lichtempfindlichkeit vor­ sensibilisierte, photoempfindliche Flüssigkeit wird auf die Gelatine durch Drehbeaufschlagung oder dergleichen gleichmäßig aufgebracht und zur Bildung eines photoempfindlichen Filmes ge­ trocknet. Anschließend wird nur ein vorgegebener Teil, der den Lichtempfangsbereichen 43 und 44 entspricht, einer Photohärtung durch eine Maskenbelichtung unterzogen und entwickelt, um den photoempfindlichen Film an anderen Stellen als dem Lichtempfangs­ bereich zu entfernen. Der vorgegebene Teil, entsprechend den Lichtempfangsbereichen, wird mit mit einem Farbstoff einge­ färbt, 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 Farb­ mischung verhindert. Als Material für das Farbfilterelement können außer der oben beschriebenen Gelatine auch ohne Unter­ schied Polyvinylalkohol, Leim oder dergleichen verwendet werden. Selbstverständlich können Polyvinylalkohol, Leim oder der­ gleichen auch als Material für die lichtabsorbierende Schicht verwendet werden.

Beim nächsten Schritt wird wiederum ein eine Farbmischung ver­ hindernder 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 verhindern­ den Schutzschicht ausgebildet, was dem grünen Lichtempfangsbe­ reich 44 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 Anti­ reflexionsfilm auf der Schutzschicht 114 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 Reihen­ folge 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. Selbstver­ ständlich können mit dem erfindungsgemäßen Aufbau gute rest­ körper-Farbbildaufnahmevorrichtungen in ganz ähnlicher Weise hergestellt werden, und zwar mit Filtern von sämtlichen drei Farben Gelb, Magenta-Rot und Zyan-Blau des komplementären Systems, wobei diese von Anfang an vorgesehen werden, oder mit Filtern der drei Hauptfarben des Lichtes.

Auf diese Weise kann die Vielzahl von Farbfilterelementen unter Verwendung der Schwarzfilterelemente in Form von genauen Mustern ausgebildet werden, ohne daß eine Beeinträchtigung durch Beu­ gungseffekte und reflektiertes Licht von den Al-Verbindungen während der Belichtung auftritt, so daß sich Bildaufnahmevor­ richtungen 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, daß auch die unnöti­ ge Fläche des Photoresistfilmes auf der Rückseite der Photo­ maske zu einer Abtastung des Lichtes gebracht wird, und es kann ein genaues Muster hergestellt werden. Auf diese Weise werden die Teile der Al-Verbindungen 433 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.

Die Schwarzfilterelemente können im Bedarfsfall auch an anderen Teilen als den Lichtempfangsbereichen vorgesehen sein, z. B. in der vertikalen Abtasteinrichtung V und der horizontalen Abtast­ einrichtung 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 Schaltungs­ bestandteile schlechter wird.

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

Damit ist es nicht erforderlich, die Bildelemente vorher größer zu machen, um die Verschlechterung beim Farbfilter zu kompen­ sieren. Somit war eine Miniaturisierung der Bildelemente mög­ lich, die Elemente konnten kleiner gemacht und die Anzahl von photoempfindlichen Elementen pro Flächeneinheit erhöht werden. Dementsprechend lassen sich Festkörper-Bildaufnahmevorrichtun­ gen 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 hochpoly­ meren Harzfilm 115 auf dem isolierenden Schutzfilm 107 versehen.

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 Vor­ sichtsmaßnahmen 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 2,0 µm vorher auf den Halbleiterkörper aufgebracht, um die unebenen Teile zu mildern und eine flache Oberfläche zu bilden, woraufhin die Schwarzfilterelemente und die Farbfilter­ elemente hergestellt werden. Mit dieser Maßnahme wurde die Kontrolle der Dicke des Gelatinefilmes oder der Dicke des Farb­ filters erleichtert und die Zeitdauer des Herstellungsverfah­ rens konnte verkürzt werden. Während Polymethylmethacrylat oder PMMA als transparentes hochpolymeres Harz verwendet wurde, kann auch Polyglycidylmethacrylat der oben angegebenen Art verwen­ det werden, das sonst als Schutzfilm zur Verhinderung einer Farbmischung verwendet wird.

Wenn der Schutzfilm zur Verhinderung der Farbmischung eine ge­ ringere 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 bierendes Dotierungsmaterial wurde eine ultraviolette Strahlung absorbierende Substanz verwendet, wie z. B. 2,2′,4,4′-Tetra­ hydroxybenzophenon oder THBP. Außerdem können Dihydroxybenzo­ phenon, 2-Hydroxy-4-Methoxybenzophenon, 2(2′-Hydroxy-5′-Methyl­ phenyl)Benzotriazol oder dergleichen verwendet werden. Bei der Herstellung des transparenten hochpolymeren Harzfilmes ist es erforderlich, eine Lösung aufzubringen und sie anschließend auf­ zuheizen 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 Photoresistschicht zum Photoätzen in ein genaueres Maskenmuster für den Filter ge­ bracht 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 Schaltele­ menten unter Verwendung von PN-Übergängen versehen ist, photo­ leitende Dünnfilme aus Chalkogenglas oder dergleichen als photo­ elektrische Umwandlungselemente anstelle von PN-Übergängen aus­ gebildet sind. Beim vorliegenden Beispiel wurde ein P-leitender Se-As-Te-Film als photoleitender Dünnfilm der Festkörper-Bild­ aufnahmevorrichtung verwendet. Bei dieser Anordnung gibt es eine kleine Anzahl von unebenen Teilen aufgrund von Al-Verbindungen, jedoch bilden ein Isolierfilm und das Si-Substrat unebene Teile. Da der Schwarzfilter das rückseitige Belichtungslicht aufgrund von unregelmäßigen Reflexionen des Belichtungslichtes absorbier­ te, die diesen unebenen Teilen zuzuschreiben sind, konnte ein guter Farbfilter hergestellt werden.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform dieser Art, wobei ein Schnitt von einem derartigen Bildelementteil dargestellt ist. Eine der­ artige Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet einen photo­ leitenden Dünnfilm als Lichtempfangsteil. Verunreinigungsbereiche 224 und 225 werden in einem Si-Substrat 201 ausgebildet, und eine Gate-Elektrode 221 liegt unter Zwischenschaltung eines Isolierfilmes 205 darüber. Ein Schaltelement ist in dieser Weise aufgebaut und es kann eine große Anzahl von derartigen Schaltelementen in der Ebene angeordnet sein. Der photoleiten­ de Dünnfilm 222 ist auf den Schaltelementen ausgebildet, wäh­ rend darüber eine transparente Elektrode 223 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 Diffusions­ schicht, die an die Elektrode 206 angeschlossen ist und ent­ spricht z. B. dem Source-Anschluß des vertikalen MOS-Schalters. Die Elektrode 206 bildet eine Kapazität proportional zu ihrer Fläche zwischen ihr und dem transparenten photoleitenden Dünn­ film oder der Elektrode 223 durch den photoleitenden Dünnfilm 222, der aus einem photoleitenden Material besteht, wie z. B. Sb₂S₃, CdS, As₂Se₃ und polykristallines Si. Da das Elektroden­ muster in der Weise vorgegeben ist, daß es in Form einer Matrix aufgeteilt ist, sind in entsprechender Weise derartige Kapa­ zitäten in Form einer Matrix angeordnet. Da die Kapazitäten den photoleitenden Dünnfilm enthalten, arbeiten sie als Photo­ sensoren und stellen Bildelemente dar.

Auf dem Bildelement werden das Schwarzfilterelement 108, die Farbfilterelemente 109 und 110 usw. mit den gleichen Verfahren wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform hergestellt. Die Herstellungsverfahren und der Aufbau der entsprechenden Filter ist der gleiche wie oben beschrieben und braucht daher an die­ ser Stelle nicht wiederholt zu werden.

Claims (9)

1. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit einem Halbleiterkörper (2), der fotoempfindliche Elemente (12) und Schaltelemente (11) aufweist, und mit auf dem Halb­ leiterkörper vorgesehenen Farbfiltern (1); dadurch gekennzeichnet, daß über der nahen Umgebung eines Ausgangsendes des jeweiligen Schalt­ elementes und unterhalb der Ebene der Farbfilterelemente (109) eine lichtabsorbierende Schicht (142, 442) angeordnet ist.

2. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsor­ bierende Schicht zumindest in einem Bereich eines Zwischenraumes (130) zwischen Bildelementen angeordnet ist, die jeweils ein fotoempfindliches Element (12) und ein Schaltelement (11) aufweisen.

3. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierenden Schichten ein ebenes Muster in Form von Streifen (Bℓ) bilden (Fig. 5b).

4. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichdnet, daß die lichtabsorbierenden Schichten (Bℓ) in Form einer Matrix angeordnet sind (Fig. 5a).

5. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierenden Schichten in Form von zwei sich überkreuzenden Scharen von parallelen Streifen (Bℓ) angeordnet sind (Fig. 5c).

6. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (108) bis unter einen Randbereich des Farbfilters (109) reicht.

7. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (442) ein Schwarzfilter ist.

8. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente hochpolymere Harzschicht (115) zwischen dem Halbleiterkörper (41) und den lichtabsorbierenden Schich­ ten (442) angeordnet ist.

9. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 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 licht­ absorbierenden Schichten angeordnet ist.