DE68927581T2

DE68927581T2 - Halbleiteranordnung und eine Signalbehandlungsvorrichtung mit dieser Anordnung

Info

Publication number: DE68927581T2
Application number: DE68927581T
Authority: DE
Inventors: Hidemasa Mizutani; Shigetoshi Sugawa; Katsuhiko Yamada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: EP0365312B1; JP2642750B2; EP0365312A2; DE68927581D1; JPH03218672A; EP0365312A3

Description

Diese Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einer Vielzahl von Sensorelementen des Ladungsanreicherungstyps.
Eine Sensoranordnung des Ladungsanreicherungstyps ist mit einem in Fig. 1 dargestellten Aufbau bekannt. Eine Anzahl (n) von Sensorzellen S1 bis Sn sind elektrisch mit jeweiligen Schaltkreisen SW1 bis Swn verbunden, um Signale aus den Sensorzellen zu lesen. Die Schaltkreise SW1 bis SWN sind elektrisch mit einem Schieberegister SR verbunden, die der Reihe nach von dem Schieberegister SR abgetastet werden, und die akkumulierten Signale werden in den jeweiligen Sensorzellen der Reihe nach an einen Verstärker AN geliefert und von einem Ausgangsanschluß OUT abgegeben. Das Ausgangssignal aus dem Verstärker wird der Spitzenfeststellung unterzogen und einer arithmetischen Mittelwertoperation in der arithmetischen operationsschaltung C zur Feststellung der Akkumulationszeit in der Sensorzelle für die nächste Zeit, und das rückgekoppelt wird, um so ein Steuersignal an das Schieberegister SR abzugeben. Der Grund, weswegen die Akkumulationszeit auf der Grundlage des Lesesignals aus der Sensorzelle festgelegt wird, ist der, daß die Akkumulationszeit weitgehend die Empfindlichkeit und den Störabstand beeinflußt.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung des Signallesezyklus des Photosensors des obigen Ladungsanreicherungstyps.
Wie aus derselben Figur ersichtlich, wird der Signallesezyklus, der eine Zeit zusätzlich zu der Akkumulationszeit (tn) und der Lesezeit (tr) der Rechenoperationszeit (tc) zur Errechnung der Akkumulationszeit für die nächste Zeit (tn+1) erfordert, und weiter erforderlich ist die Totzeit eines Zyklus, der nicht abschließend zur Errechnung der Akkumulationszeit der ersten Zeit (tn-1 + tr + tc) abgegeben ist.
Jedoch ist die Rechenoperationszeit (tc) und die zuvor erwähnte Totzeit ein Hindernis bei der Hochgeschwindigkeitsbehandlung und verkompliziert auch die Rechenoperationsschaltung für Signale, und folglich hat die Aufgabe bestanden, eine Lösung zu finden, die Signalverarbeitungseinrichtung kostengünstig und die Einheit mit hoher Zuverlässigkeit herzustellen.
Die Schrift EP-A-0216426 offenbart eine Abbildungseinrichtung mit einer Reihe von Infrarot- Detektorelementen. Jedes Detektorelement ist mit einem individuellen Kondensator verbunden. Spannungslesemittel sind zwischen den Kondensator und einen Signalausgang geschaltet, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die in den Kondensatoren integrierte Strommenge anzeigt.
Die Schrift FR- A-2 126 277 offenbart eine Halbleiteranordnung mit einer gegliederten Anordnung von Ladungsspeicherkondensatoren, bei der Ladungen aus den Speicherkondensatoren mittels Schalttransistoren ausgelesen werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung mit einer Vielzahl von Sensorelementen des Ladungsanreicherungstyps vorgesehen, wobei jedes der Sensorelemente eine aktive Halbleiterzone hat; und mit einer Vielzahl von jeweiligen Ladungsübertragungselementen zur Übertragung von in den Sensorelementen gespeicherten Ladungssignalen, wobei jedes der Ladungsübertragungselemente einem jeweiligen der Sensorelemente zugehörig ist; die gekennzeichnet ist durch ein gemeinsames Leitglied mit einem Isolierglied zur kapazitiven Kopplung des gemeinsamen Leitgliedes mit dem Ausgang eines Sensorelementes durch das Isolierglied, um dadurch auf dem gemeinsamen Leitglied ein Spannungssignal entsprechend dem Durchschnitt der Ausgangs spannungen der Vielzahl von Ladungsanreicherungs- Sensorelementen aufzubauen; und mit Rechenmitteln zur Feststellung des Spannungssignals auf dem gemeinsamen Leitglied und zur Erzeugung eines Ansteuersignals, das die Ladungsübertragungselemente abhängig von der Spannung auf dem gemeinsamen Leitglied steuert.
Die Halbleiteranordnung kann in einem Signalverarbeitungsgerät verwendet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Signalverarbeitungsgerät mit einer Halbleiteranordnung nach dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, und mit Signalauslesemitteln, bestehend aus: Ansteuermitteln zur Ansteuerung der Ladungsübertragungselemente abhängig vom Spannungssignal auf dem gemeinsamen Leitglied. Die Halbleiteranordnung nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann ebenfalls in einer Abtasteinrichtung zum Lesen eines Bildes, in einem Faksimilegerät und in einer Kamera vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Leseverfahrens der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung nach dem Stand der Technik ist;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm ist zur Veranschaulichung des Leseverfahrens und der Zeit, die zum Lesen der photoelektrischen Umwandlungsanordnung nach dem Stand der Technik erforderlich ist;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel des Flächensensors nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figuren 4A bis 4D schematische Querschnittsansichten zur Veranschaulichung des Herstellungserfahrens der photosensorzelle nach der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 5 eine schematische Aufsicht ist, die ein Beispiel der Photosensorzelle nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in Fig. 5 ist;
Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B - B' in Fig. 5 ist;
Fig. 8 das Ersatzschaltbild der Photosensorzelle nach der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9 eine schematische Querschnittsansicht ist, die den Zeilensensor nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 das Ersatzschaltbild des in Fig. 9 dargestellten Zeilensensors ist;
Fig. 11 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung des Photosensors des Ladungsanreicherungstyps ist;
Fig. 12 ein schematisches Diagramm ist zur Veranschaulichung des Leseverfahrens und der erforderlichen Zeit zum Lesen des Photosensors des Ladungsanreicherungstyps nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ein Schaltbilddiagramm der Photosensoranordnung nach dem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14A eine schematische Aufsicht der in Fig. 13 dargestellten Photosensoranordnung ist;
Fig. 14B eine schematische Querschnittsans.icht entlang der Linie D - D' in Fig. 14A ist;
Fig. 14C eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie E - E' in Fig. 14A ist; und
Fig. 15 ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel der Signalverarbeitungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist eine Halbleiteranordnung, wie zuvor beschrieben, mit einem Aufbau aus einer elektroleitfähigen Schicht, die durch eine Isolierschicht auf einer Vielzahl von Ladeakkumulationsabschnitten vorgesehen ist, wobei die jeweiligen Ladeakkumulationsabschnitte und die elektroleitfähige Schicht gemeinsam kapazitiv gekoppelt sind.
Wenn die Halbleiteranordnung ein Sensorabschnitt eines Ladungsanreicherungstyps ist und die akkumulierten Signale aus den jeweiligen Sensorelementen des Anreicherungstyps zu lesen begonnen werden, wird die akkumulierte Spannung (Vj) durch eine Kapazität (Cx) auf dei elektroieitfähige Schicht übertragen. Wenn die gleitende Kapazität der elektroleitfähigen Schicht und das Massepotential auf (Cy) gebracht ist, wird die Spannung der elektroleitfähigen Schicht zu:
(V&sub1; - Vn Sensor - Ausgangsspannungen).
Da hier die Beziehung von Cx » Cy generell gültig ist, wird die obige Formel zu:
und dies zeigt an, daß die Spannung Vx der Durchschnittswert der von den jeweiligen Sensoren akkumulierten Spannungen ist.
Da genauer gesagt in der Halbleiteranordnung die Spannung Vx der obigen elektroleitfähigen Schicht immer während des Ladungs- Akkumulationsvorgangs in das Sensorelement des Ladungsanreicherungstyps ausgegeben wird, ist es möglich, Rechenoperationen der optimalen Akkumulationszeit während des Akkumulationsvorganges durchzuführen.
Der Aufbau zur Lösung der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiteranordnung mit einer Vielzahl von Sensorelementen des Ladungsanreicherungstyps und ein gemeinsames Leitglied, das gemeinsam kapazitiv durch ein Isolierglied an jedes einzelne der Vielzahl von Sensorelementen gekoppelt ist, wobei die Halbleiteranordnung eine Signalspannung abgibt entsprechend dem Mittelwert der jeweiligen in der Vielzahl von Sensorelementen akkumulierten Spannungen, oder eine Signalverarbeitungseinrichtung mit einer Halbleiteranordnung, wie sie zuvor beschrieben ist, mit einer Vielzahl von Sensorelementen des Ladungsanreicherungtyps und einem gemeinsamen Leitglied, das gemeinsam kapazitiv durch ein Isolierglied an jedes einzelne der Vielzahl von Sensorelementen gekoppelt ist; ein Ansteuermittel zum Lesen des Signals aus dem Sensorelement; ein Lesemittel zum Lesen des Ausgangssignales aus dem Leitglied, wobei das Lesemittel das Ausgangssignal aus den Leitgliedern an die Ansteuermittel rückkoppelt Diese Halbleiteranordnung, Ansteuermittel, Lesemittel usw haben beispielsweise einen Aufbau, (A) bei dem diese integral auf einem Einkristallsubstrat vorbereitet sind oder (B) die jeweiligen Mittel können auf getrennten Substraten gebildet sein, die auf einem Halteglied angeordnet sind und elektrisch untereinander verbunden sind. In alternativer Weise (C) können diese jeweils auf getrennten Haltemitteln vorgesehen und untereinander verbunden sein.
Diese Aufbauten können in geeigneter Weise ausgewählt werden, beispielsweise wenn die Halbleiteranordnung ein Einkristallhalbleitersubstrat verwendet, wobei der obige Aufbau (A) zur Miniaturisierung vorzuziehen ist, und in dem Falle, bei dem man einen photoelektrischen Wandler am Abschnitt auf einem Isoliersubstrat hat, wie einen länglichen Sensor des Typs gleicher Größe, ist der obige Aufbau (B) vorzuziehen.
Als bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der vorliegenden Erfindung kann ein Zeilensensor enthalten sein, ein Flächensensor usw.. Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die die obige Photosensoranordnung zeigt. 1001 bedeutet ein Substrat mit wenigstens einer Isolieroberfläche, die ein Isoliersubstrat selbst als Glas sein kann, Tonerde, Saphir oder andere verschiedene Keramiken oder eines, das eine Isolierschicht wie z. B. Si×Oy oder Si×Ny auf einem Halbleitersubstrat wie einem Silizium- Einkristall usw. hat. Des weiteren kann ein Substrat verwendet werden, das aus Metall besteht, und das eine Isolierschicht auf der Oberfläche hat, beispielsweise eine Metallplatte aus A1 mit einer Isolierschicht wie Al&sub2;O&sub3; usw. darauf.
1002 bedeutet eine Leitschicht mit einem metallischen Material, wie z. B. Al, Cr, Ni, Cu, Au, Ag, Pt, W usw., oder ein Oxid wie beispielsweise SnO&sub2;, ITO usw., das durch Dampfauftragun&sub9; nach dem Sputterverfahren aufgetragen wird.
1003 bedeutet eine Isolierschicht, mit Siliziumoxid (Si×Oy) Siliziumnitrid (Si×Ny), das auch nach dem Sputterverfahren oder dem CVD- Verfahren gebildet wird. Es kann auch PSG- Film, BSG- Film oder PBSG- Film verwendet werden, der mit P (Phosphor) oder B(Bor) dotiert ist.
1004 bedeutet eine Halbleiterschicht, die eine aktive Zone bildet.
In der Halbleiterschicht 1004 sind photoempfindliche photoelektrische Umwandlungsabschnitte oder Schaltelemente usw. als Sensorelement des Ladungsanreicherungstyps gebildet. Als Halbleiterschicht kann diese beispielsweise aus den Materialen wie Si, Ge, Se, SiGe, SiC, Ga, As usw. ausgewählt werden und folglich ist deren Struktur nicht auf den Einkristall beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise aus polykristallinem, amorphen Strukturen (einschließlich mikrokristalliner) bestehen. Auch ist deren Schichtbildung nicht auf eine Einzelschicht beschränkt, sondern es können Mehrschichtäufbauten oder eine Überstruktur verwendet werden.
Als ein besonders vorzuziehender Aufbau kann ein Siliziumeinkristall verwendet werden oder ein Silizium- Nicht- Einkristall wie z. B. polykristallines, amorphes Silizum usw., amorphes Selen (a- Se) oder eine Überstruktur aus a- Si und a- Si×Ny.
Die solchermaßen gebildete Sensorzelle 1005 ist in einer vielzahligen zweidimensionalen X- Y- Matrix zur Bildung einer Flächensensoranordnung angeordnet.
Auch zur Bildung der zuvor beschriebenen Halbleiterschicht 1004 können alle Filmbildungsverfahren angewandt werden. Wenn insbesondere ein einkristallines Material zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit hoher Trägerbeweglichkeit verwendet wird, ist es vorzuziehen, einen Einkristall zu verwenden, der nach dem Kristallbildungsverfahren hergestellt ist, das von dem hiesigen Anmelder (s. veröffentlichte Europäische Patentanmeldung Nr. 0 244 081). Es ist auch möglich, einen Einkristall durch Rekristallisation nach dem allgemein bekannten Lasertemperungsverfahren herzustellen.
Der Grund, weswegen insbesondere ersteres vorzuziehen ist, ist der, daß ein Einkristall direkt entsprechend des Gasphasen- Wachstumsverfahren gebildet werden kann, wie nach dem CVD- Verfahren usw. Genauer gesagt, wird als Oberfläche, auf der ein Einkristall zu bilden ist, eine Keimbildungsoberläche oder eine Nicht- Keimbildungsoberfläche mit verschiedener Keimbildungsdichte gebildet. Zu dieser Zeit wird die Keimbildungsoberfläche fein gemacht, um nur einen Keim in ein Einzelkristall wachsen zu lassen. Wenn Gasphasenwachstum zur Bearbeitung auf derartiger Oberfläche zugelassen ist durch Einstellen geeigneter Bedingungen der gewünschten Gasspezies, des Druckes, der Temperatur, kann ein Einkristall auf der Grundlage der Keimbildungsoberfläche gewonnen werden.
Als ein repräsentatives Material, das die Nicht- Keimbildungsoberfläche bildet, kann SiO&sub2; verwendet werden, und als Material zur Bildung der Keimbildungsoberfläche kann Si&sub3;N&sub4; verwendet werden.
Als Aufbau des photoelektrischen Umwandlungsabschnittes kann ein photovoltaischer Typ oder ein photoleitfähiger Typ mit einem Ladungsanreicherungsabschnitt verwendet werden. Tatsächlich kann auch ein photovoltaischer Typ mit zugefügtem Ladungsanreicherungsabschnitt verwendet werden.

[Erstes Beispiel]

Das nachstehend gezeigte Beispiel ist eines, bei dem die vorliegende Erfindung für den Photoensensor des Zeilentyps verwendet wird.
Figuren 4A bis 4D sind schematische Querschnittsansichten, die die Vorbereitungsschritte des Photosensors des Zeilentyps zeigen, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Wie in Fig. 4A gezeigt, wurde zuerst ein SiO&sub2;- Substrat 101, eine A1- Schicht 102 aufgetragen als gemeinsame Elektroleitschicht mit einer Dicke von 1 µm nach dem Sputterverfahren.
Des weiteren wurde auf der Al- Schicht 102 eine Si&sub3;N&sub4;- Schicht 103 als Siliziumnitrid- Film entsprechend dem Niedrigdruck- CVD- Verfahren (LPCVD) gebildet, um eine Isolierschicht mit einer Stärke von 1 µm zu bilden.
Auf die Si&sub3;N&sub4;- Schicht- 103 ist ein Poly- Si mit großer Partikelgröße von 1,0 µm oder mehr als Halbleiterschicht 104 gebildet, und das Poly- Si mit großer Partikelgröße von 1,0 µm oder mehr sollte vorzugsweise unter Verwendung des Bildungsverfahren eines polykristallinen Films vorbereitet werden, das von dem hiesigen Aumelder in der Japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 62-73629 und 62-73630 vorgeschlagen worden ist. Demgemäß wurde als Auftragungsbedingungen für die Halbleiterschicht 104 unter Verwendung von SiH&sub2;Cl&sub2; als Quellgas H&sub2; als Trägergas, HCl als Ätzgas und B2H6 als Dotierungsgas verwendet, die Halbleiterschicht des p&spplus;- Leitfähigkeitstyps wurde als Halbleiterschicht 104 nach dem o. g. Verfahren gebildet.
Des weiteren wurde auf einer gewünschten Zone auf dem Halbleiter 104 ein Photowiderstand PR gebildet, der der Mustergebung unterzogen wurde, und P wurde nach dem thermischen Diffusionsverfahren in die nicht bedeckte Zone mit dem Photowiderstand zur Bildung einer Halbleiterzone des n- Leitfähigkeitstyps 104a, 104b, 104c diffundiert. Auf diese Weise konnten die Halbleiterbereiche 104a und 104b, die, das Photosensorelement und die Halbleiterzone 104b, 104e und 104c bilden sollen, welches den Signalverarbeitungsabschnitt bilden sollten, in Querrichtung gebildet werden.
Wie als nächstes in Fig. 48 gezeigt, wurde ein Isolierfum loß mit SiO&sub2; unter Verwendung des CVD- Verfahrens gebildet, und ein Kontaktloch 107 wurde an einer gewünschten Stelle auf der obigen Halbleiterzone des p- Leitfähigkeitstyps 104d gebildet.
Wie als nächstes in Fig. 4C gezeigt, wurde polykristallines Silizium 108, 109 geringen Widerstands dotiert mit hoher Konzentration mit der Verunreinigung des p- Leitfähigkeitstyps nach dem CVD- Verfahren auf den Halbleiterzonen 104d, 104e des p- Leitfähigkeitstyps gebildet. Das polykristalline Silizium auf der Halbleiterzone 104e wird die Gate- Elektrode für den MOS- Transistor, der die Verarbeitungsschaltung bildet.
Wie als nächstes in Fig. 4D gezeigt, wurde eine SiO&sub2;- Schicht 110 als Zwischenisolierschicht nach dem CVD- Verfahren auf die gesamte Oberfläche aufgetragen, ein Kontaktloch wurde an einer gewünschten Zone gebildet, und Al wurde durch das Sputterverfahren aufgetragen, gefolgt vom Ätzen zur Bildung von Al- Elektroden 111a bis 111e. Durch Wärmebehandlung während dieses Prozesses wurde die p- Verunreinigung in die Halbleiterzone 104d von dem obigen polykristallinen Silizium los diffundiert, zur Bildung einer sehr dünnen Halbleiterschicht 112, wodurch galvanischer Kontakt zwischen dem polykristallinen Silizium 108 und der Halbleiterzone 104d geschaffen wurde.
Im folgenden wird die Photosensoranordnung des Zeilentyps mit dem obigen Aufbau in weiteren Einzelheiten beschrieben.
Fig. 5 ist eine schematische Aufsicht einer Zelle der Photosensoranordnung; durch Anwendung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist ein schematischer Längsquerschnittsansicht entlang der Linie A-A' einer Zelle der in Fig. 5 dargestellten Photosensoranordnung, und Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B - B' zur Veranschaulichung der Bildung der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist ein Ersatzschaltbild einer Zelle des obigen Photoensors.
Wie in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigt, ist eine Isolierschicht 102 durch eine dazwischenliegende elektrische Leitschicht 102 auf einem Substrat 101 gebildet, eine Sensorzelle mit einem Lichtempfangsabschnitt und mit einem Schaltelementabschnitt.
Als Lichtempfangsabschnitt dient ein Aufbau mit einer Photodiode, die einen PN- Übergangsabschnitt 104a und 104b- 3 hat, die die Halbleiterabschnitte des p- Leitfähigkeitstyps sind, und die 104b- , die die Halbleiterzone des n- Leitfähigkeitstyps ist.
Als Schaltlementabschnitt dient ein Aufbau einschließlich eines MOS- Transistors mit einer Source- Zone 104b- 1, welche die Halbleiterzone des n- Leitfähigkeitstyps ist, eine Kanalzone 104e mit dem Halbleiter des p- Leitfähigkeitstyps und eine Drain- Zone 104c mit dem Halbleiter des n-Leitfähigkeitstyps.
Der PN- Übergang der Photodiode, wie in Fig. 5 dargestellt, hat eine Kamm- Gestalt, die durch Anordnung einer Vielzahl von Leitungen der Halbleiterzone des p- Leitfähigkeitstyps 104b- 3 als Anodenzone gebildet ist, womit die durch Licht gebildeten Träger leicht integriert werden können.
Auch die Halbleiterzone 104b- 2 des n- Leitfähigkeitstyps als Kathodenzone und die Halbleiterzone 104b- 1 des n- Leitfähigkeitstyps als die Source- Zone des MOS- Transistors sind die gemeinsame Leitschichtzone.
111a ist eine Anodenleitung, die elektrisch durch eine Anode 108 mit einem polykristallinen Silizium als Anodenzone 104d der Halbleiterschicht 104 verbunden ist, 111b ist eine Gate- Elektrodenleitung, die elektrisch mit der Gate- Elektrode 109 des MOS- Transistors mit einem polykristallinen Silizium verbunden ist, und lllc ist eine Drain- Elektrodenleitung, die elektrisch mit der Drain- Zone 104c verbunden ist.
Das auf das Einheitselement mit einem derartigen Aufbau einfallende Licht erzeugt Träger, und die erzeugten Träger werden von dem PN- Übergang als Elektronen und positive Löcher akkumuliert. Die akkumulierten Träger (Elektronen) legen Signale an die Gate- Elektrode zur Änderung des Potentials der Kanalzone 104e und bewegen Elektronen aus der Source- Zone in die Drain Zone und werden als elektrische Signale gelesen.
In der Sensoranordnung dieses in Fig. 7 dargestellten Beispiels bilden die Halbleiterschicht 104 und die Al- Schicht 102 eine Parasitärkapazität CM mit der Si&sub3;N&sub4;- Schicht 103, die schichtweise dazwischen angeordnet ist, und des weiteren wird eine gleitende Kapazität CBi zwischen der Al- Schicht 102 und Masse gebildet.
Dies wird durch das in Fig. 8 dargestellte Ersatzschaltbild in äquivalenter Weise dargestellt.
In Fig. 8 bedeutet 113 eine Diode als Photosensor, deren Kathodenseite mit dem MOS- Transistor 114 verbunden ist, und auch mit Masse über die Parasitärkapazität CM und über die gleitende Kapazität CBi.
Die Photosensoranordnung ist aus einer Vielzahl von benachbarten Zellabschnitten gebildet, wie in Fig. 5 in der Anordnung mit Intervallen gezeigt.
Fig. 9 ist eine schematische Abbildung, die die Photosensoranordnung mit einer Vielzahl der zuvor beschriebenen Photosensoren zeigt, die in Intervallen angeordnet sind.
Fig. 10 ist ein Ersatzschaltbild der in Fig. 9 dargestellten Photosensoranordnung.
Aus diesen Figuren läßt sich erkennen, daß die parasitäre Kapazität CA jeweils durch schichtweise Anordnung der Isolationsschicht 103 mit der jeweiligen Sensorzelle SS und der Al- Schicht 102 als gemeinsame Leitschicht gebildet ist. Auch zwischen der Al- Schicht 102 und Masse wird eine gleitende Kapazität CB gebildet.
Genauer gesagt, zur Erläuterung anhand Fig. 10 ist die Kathodenseite der Photodiode 113 jeder Photosensorzelle mit dem MOS- Transistor 114 verbunden und auch durch die Parasitärkapazität CA mit der Al- Schicht 102 verbunden, wobei die Al- Schicht 102 gemeinsam über die gleitende Kapazität CB mit Masse verbunden ist.
Wenn jede Photodiode 113 zu lesen beginnt, wird die akkumulierte Spannung Vi durch die Kapazität CA ohne Unterbrechung mit der Al- Schicht 102 übertragen. Zu dieser Zeit nimmt die Spannung VA der Al- Schicht 102, die die Leitschicht ist, den Wert an:
(V&sub1; - Vn: Photodioden - Ausgangsspanungen).
Hier beim Aufbau dieses Beispiels ist die Beziehung CA » CB gültig, und die obige Formel wird zu
Dies zeigt, daß VA der Mittelwert jeder Photodiode wird.
Da auch die obige Ausgangsspannung immer während des Akkumulationsvorgangs abgegeben wird, ist es möglich, die Rechenoperation der optimalen Speicherzeit während der Rechenoperation durchzuführen.
Da die Transistoranordnung dieses Beispiels die Rechenoperation gefolgt von der gleichzeitig optimalen Speicherzeit durchführen kann, selbst wenn die Akkumulationsfähigkeit des Photosensors verändert sein mag, ergibt sich folglich das spezifische Merkmal, daß stabile Signale im Echtzeitbetrieb erzeugt werden können.
Wie zuvor beschrieben, führt die Photosensoranordnung dieses Beispiels die Rechenoperation der Akkumulationszeit während des Akkumulationsvorganges aus, wie in Fig. 12 dargestellt, wodurch kein leerlaufendes Lesen erforderlich ist, und die Lesegeschwindigkeit kann erhöht werden. Ebenfalls ist keine Schaltung zur Rechenoperation des Durchschnittswertes erforderlich, um die Einheit im Aufbau zu vereinfachen und auch um die Kosten zu vermindern.
Wie zuvor detailliert beschrieben, kann nach der Halbleiteranordnung dieses Beispiels der Durchschnittswert der Ausgangssignale aus dem Sensor des Ladungsanreicherungstyps ohne Unterbrechung zu irgendeiner Zeit ausgegeben werden. Im Ergebnis kann eine Halbleiter- Photosensoranordnung geschaffen werden, die zur Hochgeschwindigkeitsabgabe mit einem einfachen Aufbau in der Lage ist.

[Zweites Beispiel]

Fig. 13 ist ein Schaltungsaufbaudiagramm, das die Photosensoranordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, PD&sub1; - PD&sub1; sind Photodioden als Lichtempfangselemente, C&sub1;- Cn sind Kondensatoren, die entsprechend der Photodioden PD&sub1;- PDn zur Akkumulation der Ladungen vorgesehen sind, die von den Photodioden erzeugt werden, ST&sub1;-STn sind Transistoren zur übertragungsschaltung, abgetastet von dem Schieberegister SR als Ansteuermittel zur Ansteuerung dieser Ausgabe von Signalladungen, die in den Kondensatoren C&sub1; - Cn für die Ausgangsanschlüsse SOUT akkumuliert sind. TR&sub1;- TRN sind Transistoren zur Schaltzurücksetzung, die zur Beseitigung der Restladungen nach den Lesesignalen vorgesehen sind.
Die Sensorzelle des Kombinationsaufbaues der Photodiode, der Kondensator, der Transistor zur Übertragung und der Transistor zur Rücksetzung sind auf einer gegliederten Anordnung beispielsweise in einer Anzahl von 1960 vorgesehen.
Diese Sensorzellen bilden Kapazitäten CA&sub1; - CAn durch die Leitschicht 302 und die Isolationsschicht.
Die Leitschicht 302 bildet eine gleitende Kapazität CB.
Als nächstes ist das Leseverfahren zu beschreiben.
Wenn jede Photodiode mit Licht bestrahlt wird, wird eine Signaispannung entsprechend der akkumulierten Spannung als Signal in dem Lesemittel RM gelesen, das die Ausgangsanschlüsse MOUT und AP besitzt, die mit der Leitschicht verbunden sind.
Wenn die Spannung des Signals, das vom MOUT abgegeben wird, die Spannung entsprechend einer gewünschten Akkumulationszeit wird, erfolgt die Ansteuerung des Schieberegisters gesteuert von der Rechenoperationsschaltung CC, wodurch die Transistoren ST&sub1; sukzessive leitend geschaltet werden, um das photoelektrisch gewandelte Ausgangssignal an SOUT abzugeben. Zu dieser Zeit werden die jeweiligen Rücksetztransistoren TR&sub1; - TRn sukzessive leitend geschaltet nach jeweilig ausgeführtem Lesen, wodurch die Restspannung durch die mit br benannte Vorspannung beseitigt wird.
Das zuvor anhand Fig. 13 Beschriebene ist im wesentlichen das Gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel Eine Vorspannungsguelle für eine vorgegebene Umkehrvorspannung für den Transistor ist mit bd bezeichnet.
Fig. 14A ist eine schematische Gesamtansicht, die den prinzipiellen Teil der Längensensoranordnung nach diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 14B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie D - D' in Fig. 14A.
Fig. 14C ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie E - E' in Fig. 14A.
In diesem Beispiel wird der Lichtempfangsabschnitt PD aus einer unteren Schichtelektrode 311 aus Al gebildet, einer Halbleiterschicht 312 des p- Leitfähigkeitstyps, einer Halbleiterschicht 313 des n- Leitfähigkeitstyps, einer oberen Elektrode 314 aus Al. Das Informationslicht tritt in die photoelektrischen Wandlungsabschnitte ein, nämlich 312, 313, durch die Öffnung, die an der oberen Elektrode 314 gebildet ist. Hier können 312 oder 313 oben und unten sein.
Der Ladungsakkumulationsabschnitt C umfaßt eine untere Schichtelektrode 321, eine Isolationsschicht 322 mit Siliziumoxid und eine obere Elektrode 323. Der Transistor ST zur Übertragung hat eine TFT- Struktur aus n- Kanälen, die auf einer Drain- Elektrode 331 gebildet sind, eine Source- Elektrode 332, eine Kanalzone 333 mit einem polykristallinien Silizium, einer Isolierschicht 334 mit Siliziumnitrid und mit einer Gate- Elektrode 335. Gleichermaßen ist der Transistor TR zur Zurücksetzung aus einer Drain- Elektrode 341, einer Source- Elektrode 342, einer Kanalzone 343 aus einem Polykristallinensilizium, einer Isolierschicht 344 aus Siliziumnitrid und einer Gate- Elektrode 345 gebildet.
Diese Einheiten umfassen den Lichtempfangsabschnitt, den Akkumulationsabschnitt, den Übertragungsabschnitt und den Rücksetzabschnitt, die auf den selben Substrat in großer Anzahl mit kürzerer Länge von A4- Größe gebildet sind, und einem PSG- Film, der als Schutzschicht 305 darauf gebildet ist.
Die gemeinsame Lichtschicht 302 zum Lesen der Durchschnittspannung, die der Parameter zur Bestimmung der Ladungsakkumulationszeit während des Lesens ist, wird nur unter dem Lichtempfangsabschnitt gebildet.
Hier umfaßt der Halbleiter 312 des p- Leitfähigkeitstyps ein polykristallines Siliziumkarbid (SiC, das mit Bor dotiert ist, und die Halbleiterschicht 313 des n- Leitfähigkeitstyps enthält ein polykristallines Siliziumkarbid (SiC, das mit Phosphor dotiert ist)
Fig. 15 zeigt ein Beispiel der Signalverarbeitungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, und ist speziell eine schematische Querschnittsansicht, die ein Faksimilegerät als Beispiel der Signalverarbeitungseinrichtung zeigt, mit der in den Figuren 13 und 14 dargestellten Photosensoranordnung, die darauf montiert ist.
801 ist eine Leistungsquelle zur Ansteuerung eines Faksimilegerätes 802, einer Bedientafel 803 und ein Aufzeichnungspapier zur Aufzeichnung empfangener Bilder.
Ein Original 804 wird durch eine Originaleinschuböffnung 805 auf eine Transportwalze 806 gegeben, wobei die Bildinformationsoberfläche unten liegt. Zu dieser Zeit beginnt sich nach Feststellung des Originals durch einen nicht dargestellten Originalfeststellsensor die Zuführwalze 806 im Uhrzeigersinn zu drehen. Die Zuführwalze 806 und die Trennklinge 807 stehen unter Druckkontakt, und wenn eine Vielzahl von Blättern des Originals eintreffen, werden sie stromabwärts in getrennter Weise gesandt.
Die Photosensoranordnung 810 ist so eingerichtet, daß sie das Bild durch eine Linsenanordnung 808 des Gleichgroß- Typs durch Bestrahlung des Originals aus einer Lichtquelle 809 lesen kann.
Wenn das obere Ende des Originals schichtweise zwischen sowohl der Linsenanordnung 808 als auch der Andruckrolle 811 liegt, wird die Bildinformation gelesen, während das Original durch die Druckwalze 811 geliefert wird. 812 ist ein thermischer Kopf zur Wiedergabe des empfangenen Bildes auf ein wärmeempfindliches Aufzeichnungspapier 803, und 804 ist eine Andruckwalze zur Aufzeichnung.
820 ist ein Systemsteuersubstrat, welches über eine Leitung 819 mit der photoempfindlichen Einrichtung 810 verbunden ist und eine Schaltung zur Ansteuerung des Schieberegisters enthält durch Auführen von Rechenoperationen bezüglich des ausgegebenen Wertes, der über die Photoleitschicht 302 gelesen wurde, wie in Fig. 13 dargestellt, um die Akkumulationszeit festzustellen.
Eine derartige Schaltung kann auf einer integrierten Photosensor- Einrichtungseinheit einschließlich der Lichtquelle und der Linsenanordnung 808 vorgesehen sein.
Wie zuvor beschrieben, kann die beim Stand der Technik erforderliche Totzeit bei der vorliegenden Erfindung zugunsten eines Hochgeschwindigkeitslesens beseitigt werden.

Claims

1. Halbleiteranordnung mit

einer Vielzahl von Sensorelementen (1005) des Ladungsanreicherungstyps, wobei jedes der Sensorelemente (1005) eine aktive Halbleiterzone (1004) hat; und mit

einer Vielzahl von jeweiligen Ladungsübertragungselementen (ST&sub1; - Stn) zur Übertragung von in den Sensorelementen gespeicherten Ladunqssignalen, wobei jedes der Ladungsübertragungselemente (ST&sub1; - Stn) einem jeweiligen der Sensorelemente (1005) zugehörig ist; gekennzeichnet durch

ein gemeinsames Leitglied (1002) mit einem Isolierglied (1003) zur kapazitiven Kopplung des gemeinsamen Leitgliedes (1002) mit dem Ausgang eines Sensorelementes durch das Isolierglied (1003), um dadurch auf dem gemeinsamen Leitglied ein Spannungssignal entsprechend dem Durchschnitt der Ausgangsspannungen der Vielzahl von Ladungsanreicherungs- Sensorelementen (1005) aufzubauen; und mit

Rechenmitteln (CC) zur Feststellung des Spannungssignals auf dem gemeinsamen Leitglied (1002) und zur Erzeugung eines Ansteuersignals, das die Ladungsübertragungselemente (ST&sub1; - Stn) abhängig von der Spannung auf dem gemeinsamen Leitglied (1002) steuert.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dessen Sensorelement des Ladungsanreicherungstyps tiber einen lichtelektrischen Wandlerabschnitt (Pd&sub1; - Pdn) verfügt, der mit den Ladungsübertragungselementen (ST&sub1; - Stn) verbunden ist.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, deren Sensorelement des Ladungsanreicherungstyps über einen lichtelektrischen Wandlerabschnitt, der mit den Ladungsübertragungselementen zur Übertragung der lichtelektrisch gewandelten Signalladungen verbunden ist, und über ein Schaltelement (TR&sub1;-TRn) verfügt, das das Potential am lichtelektrischen Wandlerabschnitt (PD&sub1; - PDn) zuücksetzt

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, deren Sensorelement (1005) des Ladungsanreicherungstyps über einen photovoltaischen Elementabschnitt (113) verfügt.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, deren photovoltaischer Abschnitt aus einer Diode (113) besteht.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, deren Sensorelement (1005) des Ladungsanreicherungstyps über einen photoleitfähigen Elementabschnitt (PD&sub1; - PDn) und über einen Ladungsanreicherungsabschnitt (C&sub1; - Cn) verfügt.

1. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Isolierglied (1003) aus dem Material Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxid-Nitrid besteht.

a. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, deren Isolierglied (1003) aus dem Material PSG oder BSG besteht.

9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche, deren gemeinsames Leitglied (1002) aus dem Material Al, Cr, Ni, Cu, Au, Ag, Pt oder W besteht.

10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, deren gemeinsames Leitglied (1002) aus SnO&sub2; oder ITO besteht.

11. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Sensoreinrichtung (1005) des Ladungsanreicherungstyps über eine aktive Zone verfügt, die ein Halbleitermaterial enthält (1004), dessen Hauptbestandteil Si, Ge, Se ist.

12. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Sensoreinrichtung (1005) des Ladungsanreicherungstyps über eine aktive Zone verfügt, die ein Halbleitermaterial (1004) enthält, das hauptsächlich aus SiGe besteht.

13. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Sensoreinrichtung (1005) des Ladungsanreicherungstyps über eine aktive Zone verfügt, die ein Halbleitermaterial (1004) mit Ga, As als Hauptbestandteil enthält.

14. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Sensoreinrichtung (1005) des Ladungsanreicherungstyps über eine aktive Zone (1004) verfügt, die die aus einem nichtkristallinen Halbleitermaterial mit Si, Ge, Se als Hauptbestandteil ist.

15. Halbleitranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Sensoreinrichtung (1005) über eine aktive Zone (1004) verfügt, die aus einem Nichteinkristall-Halbleitrmaterial mit SiC, SiGe als Hauptbestandteil ist.

16. Halbeiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Sensorelement (1005) eine aktive Zone (1004) mit einer Überstruktur enthält.

11. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Anordnung eine Zeilensensoranordnung ist.

13. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, deren Halbleiteranordnung eine Flächensensoranordnung ist.

19. Signalverarbeitungsgerät mit:

einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 und Signalauslesemitteln, bestehend aus:

Ansteuermitteln (SR) zur Ansteuerung der Ladungsübertragungselemente (ST&sub1; - Stn) abhängig vom Spannungssignal auf dem gemeinsamen Leitglied (1002).

20. Abtasteinrichtung zum Lesen eines Bildes mit einem Gerät nach Anspruch 19.

21. Faksimileeinrichtung, mit einem Gerät nach Anspruch 19.

22. Kamera, mit einem Gerät nach Anspruch 19.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, deren elektrische Leitglieder (1002) als gemeinsame Schicht eingearbeitet sind.

24. Anordnung nach Anspruch 23, deren Isolierglieder (1003) als gemeinsame Schicht eingearbeitet sind.

25. Gerät nach einem der Ansprüche 19 bis 22, deren elektrische Leitglieder (1002) als gemeinsame Schicht eingearbeitet sind.

26. Gerät nach Anspruch 25, deren Isolierglieder (1003) als gemeinsame Schicht eingearbeitet sind.