JP2642750B2 - 半導体装置及びそれを搭載した信号処理装置 - Google Patents
半導体装置及びそれを搭載した信号処理装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置及びそれを搭載した信号処理装置
に係り、特に所定の蓄積時間に蓄積された信号電荷を複
数の電荷蓄積型センサ素子から読み出した信号にも基づ
いて、次の蓄積時間を決定する半導体装置及びそれを搭
載した信号処理装置に関する。
に係り、特に所定の蓄積時間に蓄積された信号電荷を複
数の電荷蓄積型センサ素子から読み出した信号にも基づ
いて、次の蓄積時間を決定する半導体装置及びそれを搭
載した信号処理装置に関する。
本発明は、ファクシミリ、カメラ、画像読取用スキャ
ナ装置に好適に用いられるものである。
ナ装置に好適に用いられるものである。
［従来の技術］ 従来、電荷蓄積型の光センサ装置は、次に示すような
構成であった。
構成であった。
第14図は、電荷蓄積型の光センサ装置の構成を示す模
式図である。
式図である。
同図に示すように、複数（ｎ個）のセンサセルS1〜Sn
にそれぞれ該センサセルによる信号を読み出す為のスイ
ッチング回路SW1〜SWnが電気的に接続され、各スイッチ
ング回路SW1〜SWnはシフトレジスタSRに電気的に接続さ
れて、該シフトレジスタにより順次走査され、各センサ
セルに蓄積された信号が順次増幅器AMに送られ、出力端
子outから出力される。増幅器AMからの出力は、演算回
路Ｃでピーク検出・平均値演算され、次回のセンサセル
での蓄積時間を決定して、シフトレジスタSRに制御信号
を送るようにフィードバックされる。このように蓄積時
間をセンサセルから読み出した信号に基づいて決定する
のは、蓄積時間が感度やS/N比に大きな影響を与えるか
らである。
にそれぞれ該センサセルによる信号を読み出す為のスイ
ッチング回路SW1〜SWnが電気的に接続され、各スイッチ
ング回路SW1〜SWnはシフトレジスタSRに電気的に接続さ
れて、該シフトレジスタにより順次走査され、各センサ
セルに蓄積された信号が順次増幅器AMに送られ、出力端
子outから出力される。増幅器AMからの出力は、演算回
路Ｃでピーク検出・平均値演算され、次回のセンサセル
での蓄積時間を決定して、シフトレジスタSRに制御信号
を送るようにフィードバックされる。このように蓄積時
間をセンサセルから読み出した信号に基づいて決定する
のは、蓄積時間が感度やS/N比に大きな影響を与えるか
らである。
第15図は、上記電荷蓄積型の光センサ装置の信号読み
取りサイクルを説明する為の模式図である。
取りサイクルを説明する為の模式図である。
同図に示すように、一回の信号読み取りサイクルは蓄
積時間（tn）、読み出し時間（tr）の他に、次回の蓄積
時間（tn+1）を算出するための演算時間（tc）が必要に
なり、さらに第１回目の蓄積時間を算出するための最終
的に出力されない１サイクルの空読み時間（tn-1＋tr＋
tc）が必要となる。
積時間（tn）、読み出し時間（tr）の他に、次回の蓄積
時間（tn+1）を算出するための演算時間（tc）が必要に
なり、さらに第１回目の蓄積時間を算出するための最終
的に出力されない１サイクルの空読み時間（tn-1＋tr＋
tc）が必要となる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような演算時間（tc）、空読み
時間（tn-1＋tr＋tc）は高速動作の障害となり、また信
号の演算回路も複雑となって、近頃信号処理装置に望ま
れるような、より低コスト化、より高信頼性ユニット化
を達成する上での解決すべき技術課題となっていた。
時間（tn-1＋tr＋tc）は高速動作の障害となり、また信
号の演算回路も複雑となって、近頃信号処理装置に望ま
れるような、より低コスト化、より高信頼性ユニット化
を達成する上での解決すべき技術課題となっていた。
［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体装置は、複数の電荷蓄積型センサ素子
と、前記複数の電荷蓄積型センサ素子の各々に対して絶
縁部材を介して当該電荷蓄積型センサ素子と静電容量的
に共通に接続される導電部材と、を有する半導体装置で
あって、 前記半導体装置は、前記複数の電荷蓄積型センサ素子
に蓄積された各々の電圧の平均値に対する信号電圧を前
記電導部材より出力するものである。
と、前記複数の電荷蓄積型センサ素子の各々に対して絶
縁部材を介して当該電荷蓄積型センサ素子と静電容量的
に共通に接続される導電部材と、を有する半導体装置で
あって、 前記半導体装置は、前記複数の電荷蓄積型センサ素子
に蓄積された各々の電圧の平均値に対する信号電圧を前
記電導部材より出力するものである。
本発明の信号処理装置は、複数の電荷蓄積型センサ素
子と、前記複数の電荷蓄積型センサ素子の各々に対して
絶縁部材を介して当該電荷蓄積型センサ素子と静電容量
的に共通に接続される導電部材と、を有する半導体装置
と、 前記電荷蓄積型センサ素子からの信号の読み出しを行
うための駆使手段と、 前記導電部材から出力信号を読み出すための読み出し
手段と、を有し、 前記読み出し手段が前記導電部材より出力された出力
信号を前記駆動手段にフィードバックするものである。
子と、前記複数の電荷蓄積型センサ素子の各々に対して
絶縁部材を介して当該電荷蓄積型センサ素子と静電容量
的に共通に接続される導電部材と、を有する半導体装置
と、 前記電荷蓄積型センサ素子からの信号の読み出しを行
うための駆使手段と、 前記導電部材から出力信号を読み出すための読み出し
手段と、を有し、 前記読み出し手段が前記導電部材より出力された出力
信号を前記駆動手段にフィードバックするものである。
これら半導体装置、駆使手段、読み出し手段等は、例
えば単結晶シリコン基板上などに一体的に作り込まれ
る構成であっても良いし、それぞれ別の基板上に形成
され一つの支持体上に配置され夫々が電気的に接続され
ているものであっても良い。又、これらが夫々別の支
持体上にあって電気的に接続されたものであっても良
い。
えば単結晶シリコン基板上などに一体的に作り込まれ
る構成であっても良いし、それぞれ別の基板上に形成
され一つの支持体上に配置され夫々が電気的に接続され
ているものであっても良い。又、これらが夫々別の支
持体上にあって電気的に接続されたものであっても良
い。
これらの構成は適宜選択されるものであり、例えば、
半導体装置として単結晶半導体基板を有するものであれ
ば、上記の構造が小型化の為に好ましく、等倍型長尺
センサのように絶縁基板上に光電変換部を形成するもの
であれば、上記の構造が望ましい。
半導体装置として単結晶半導体基板を有するものであれ
ば、上記の構造が小型化の為に好ましく、等倍型長尺
センサのように絶縁基板上に光電変換部を形成するもの
であれば、上記の構造が望ましい。
［作用］ 本発明の半導体装置として電荷蓄積型のセンサ素子と
した場合において、それぞれの電荷蓄積型センサ素子か
ら蓄積された信号の読み取りを開始すると、蓄積された
電圧（Vj）が容量（Cx）を介して導電層に非破壊で伝わ
る。この導電層と接続電位との浮遊容量を（CY）とする
と、この導電層の電圧（Vx）は、 （V1〜Vn:センサ出力電圧） となる。
した場合において、それぞれの電荷蓄積型センサ素子か
ら蓄積された信号の読み取りを開始すると、蓄積された
電圧（Vj）が容量（Cx）を介して導電層に非破壊で伝わ
る。この導電層と接続電位との浮遊容量を（CY）とする
と、この導電層の電圧（Vx）は、 （V1〜Vn:センサ出力電圧） となる。
ここで、通常Cx＞＞CYの関係が成り立つので、前式
は、 となり、このことは導電層の電圧Vxが各センサの蓄積さ
れた電圧の平均値となることを示している。
は、 となり、このことは導電層の電圧Vxが各センサの蓄積さ
れた電圧の平均値となることを示している。
すなわち、本発明の半導体装置及びそれを搭載した信
号処理装置において、前記導電層の電圧Vxは、電荷蓄積
型センサ素子における電荷の蓄積動作中、常時出力され
るため、蓄積動作中に最適蓄積時間を演算することが可
能となる。
号処理装置において、前記導電層の電圧Vxは、電荷蓄積
型センサ素子における電荷の蓄積動作中、常時出力され
るため、蓄積動作中に最適蓄積時間を演算することが可
能となる。
［実施例］ 以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について
説明する。
説明する。
まず、本発明による実施態様例について説明するが、
本発明は以下の実施態様例に限定されるものではなく本
発明の目的が達成される構成であれば良い。
本発明は以下の実施態様例に限定されるものではなく本
発明の目的が達成される構成であれば良い。
本発明の好適な実施態様例としてはラインセンサ、エ
リアセンサ等の光センサ装置がある。一例としてエリア
センサを用いた光センサ装置について説明する。
リアセンサ等の光センサ装置がある。一例としてエリア
センサを用いた光センサ装置について説明する。
第１図は、本発明によるエリアセンサの一例を示す模
式的斜視図である。
式的斜視図である。
同図において、1001は、少なくとも絶縁性表面を有す
る基板であり、この基板1001としては、ガラス、アルミ
ナ、サファイヤ、その他各種セラミックス、樹脂等の絶
縁基板そのもの、或いはシリコン単結晶等の半導体基板
上にSixOyやSixNy等の絶縁層を形成したもの、更には例
えばAlの金属板上にAl3O5等の絶縁層を形成するなど、
表面に絶縁層をもつ金属製基板等が用いられる。
る基板であり、この基板1001としては、ガラス、アルミ
ナ、サファイヤ、その他各種セラミックス、樹脂等の絶
縁基板そのもの、或いはシリコン単結晶等の半導体基板
上にSixOyやSixNy等の絶縁層を形成したもの、更には例
えばAlの金属板上にAl3O5等の絶縁層を形成するなど、
表面に絶縁層をもつ金属製基板等が用いられる。
1002は、導電層であり、蒸着やスパッタリング法など
により形成されたAl,Cr,Ni,Cu,Au,Ag,Pt,W等の金属材料
或いはSnO2,ITO等の酸化物からなる。
により形成されたAl,Cr,Ni,Cu,Au,Ag,Pt,W等の金属材料
或いはSnO2,ITO等の酸化物からなる。
1003は、絶縁層であり、スパッタリング法やCVD法に
よって形成される酸化シリコン（SixOy）や窒化シリコ
ン（SixNy）、酸化窒化シリコン（SixOyNz）からなる。
もちろんＰ（リン）やＢ（ボロン）がドープされたPSG
膜やBSG膜或いはBPSG膜であってもよい。
よって形成される酸化シリコン（SixOy）や窒化シリコ
ン（SixNy）、酸化窒化シリコン（SixOyNz）からなる。
もちろんＰ（リン）やＢ（ボロン）がドープされたPSG
膜やBSG膜或いはBPSG膜であってもよい。
1004は、活性領域を形成する半導体層である。この半
導体層1004には、電荷蓄積型のセンサ素子として感光性
の光電変換部やスイッチ素子等が形成される。従って、
この半導体層としては、例えばSi,Ge,Se,SiGe,SiC,GaAs
等の材料から選択され、且つその構造状態も単結晶に限
らず多結晶、非晶質（微結晶構造を含む）から適宜選択
される。又その層構成も単層に限らず複数層構成或いは
超格子構成であってもよい。
導体層1004には、電荷蓄積型のセンサ素子として感光性
の光電変換部やスイッチ素子等が形成される。従って、
この半導体層としては、例えばSi,Ge,Se,SiGe,SiC,GaAs
等の材料から選択され、且つその構造状態も単結晶に限
らず多結晶、非晶質（微結晶構造を含む）から適宜選択
される。又その層構成も単層に限らず複数層構成或いは
超格子構成であってもよい。
とりわけ好ましい構成としては単結晶シリコン、或い
は多結晶、非晶質等の非単結晶シリコン、非晶質シリコ
ンカーバイト（以下ａ−SiCとする）、非晶質セレン
（ａ−Se）やａ−Siとａ−SixNyの超格子構造である。
は多結晶、非晶質等の非単結晶シリコン、非晶質シリコ
ンカーバイト（以下ａ−SiCとする）、非晶質セレン
（ａ−Se）やａ−Siとａ−SixNyの超格子構造である。
こうして形成されたセンサセル1005が複数２次元状に
Ｘ−Ｙマトリクス配置されてエリアセンサ装置を構成し
ている。
Ｘ−Ｙマトリクス配置されてエリアセンサ装置を構成し
ている。
また、上述した半導体1004の形成にはあらゆる成膜方
法が用いられ得る。特にキャリアの易動度の高い半導体
装置とする為に単結晶材料を用いる場合には、本出願人
（譲受人）により提案された結晶形成方法（欧州特許出
願公開0244081号公報参照）により形成された単結晶を
用いることが好ましい。もちろん周知のレーザーアニー
ル法等により再結晶化され単結晶となしたものも可能で
ある。
法が用いられ得る。特にキャリアの易動度の高い半導体
装置とする為に単結晶材料を用いる場合には、本出願人
（譲受人）により提案された結晶形成方法（欧州特許出
願公開0244081号公報参照）により形成された単結晶を
用いることが好ましい。もちろん周知のレーザーアニー
ル法等により再結晶化され単結晶となしたものも可能で
ある。
特に前者が好ましい理由は、CVD法等の気相成長法に
より直接単結晶を形成できることである。即ち、単結晶
を形成すべき面として核形成密度の異なる核形成面及び
非核形成面を形成する。この時核形成面は、結晶成長し
て単結晶となる核が唯一形成されるように微小なものと
する。このような面上に所望のガス種、圧力、温度条件
を適宜設定し気相成長させると該核形成面を基準とした
単結晶が得られるのである。
より直接単結晶を形成できることである。即ち、単結晶
を形成すべき面として核形成密度の異なる核形成面及び
非核形成面を形成する。この時核形成面は、結晶成長し
て単結晶となる核が唯一形成されるように微小なものと
する。このような面上に所望のガス種、圧力、温度条件
を適宜設定し気相成長させると該核形成面を基準とした
単結晶が得られるのである。
代表的な非核形成面を構成する材料としてはSiO2、核
形成面を構成する材料としてはSi3N4等である。
形成面を構成する材料としてはSi3N4等である。
光電変換部の構造としては光起電力型或いは電荷蓄積
部を有する光導電型が採用される。もちろん電荷蓄積部
を付加した光起電力型であってもよい。
部を有する光導電型が採用される。もちろん電荷蓄積部
を付加した光起電力型であってもよい。
以下、本発明の半導体装置の特徴部分について説明す
るが、以下の説明では簡易化のため上述したエリアセン
サではなく、ラインセンサを取り上げて説明する。
るが、以下の説明では簡易化のため上述したエリアセン
サではなく、ラインセンサを取り上げて説明する。
（第１実施例） 第２図（ａ）〜（ｄ）は、本発明によるラインセンサ
の光センサセルの一例の製造工程を示す模式的断面図で
ある。
の光センサセルの一例の製造工程を示す模式的断面図で
ある。
まず、第２図（ａ）に示すように、SiO2基板101上に
スパッタリング法により導電層としてのAl層102を層厚
１μｍとなるよう堆積させて形成した。
スパッタリング法により導電層としてのAl層102を層厚
１μｍとなるよう堆積させて形成した。
更に、そのAl層102上に減圧CVD法（LPCVD）により窒
化シリコン膜としてSi3N4層103を形成し層厚１μｍの絶
縁層とした。
化シリコン膜としてSi3N4層103を形成し層厚１μｍの絶
縁層とした。
Si3N4層103上に半導体層104として、粒径が1.0μｍ以
上の大粒径のpoly−Siを堆積させるのであるが、この粒
径が1.0μｍ以上の大粒径のpoly−Siは、本出願人が特
願昭62−73629号、特願昭62−73630号において提案した
多結晶膜の形成方法を用いて作成することが好ましい。
従って、半導体層104の堆積条件としては、ソースガス
としてSiH2Cl2、キァリアガスとしてH2、エッチングガ
スとしてHCl、ドーピングガスとしてB2H6を使用し、上
記方法により半導体層104としてp+型半導体を形成し
た。
上の大粒径のpoly−Siを堆積させるのであるが、この粒
径が1.0μｍ以上の大粒径のpoly−Siは、本出願人が特
願昭62−73629号、特願昭62−73630号において提案した
多結晶膜の形成方法を用いて作成することが好ましい。
従って、半導体層104の堆積条件としては、ソースガス
としてSiH2Cl2、キァリアガスとしてH2、エッチングガ
スとしてHCl、ドーピングガスとしてB2H6を使用し、上
記方法により半導体層104としてp+型半導体を形成し
た。
さらに、半導体層104上の所望の領域にフォトレジス
トPRを形成してパターニングし、フォトレジストPRで覆
われていない領域にＰを熱拡散法で拡散し、ｎ型の半導
体領域104a,104b,104cを形成する。これにより、光セン
サ素子を構成すべき半導体領域104d,104b及び信号処理
回路部を構成すべき半導体領域104b,104e,104cを横方向
に形成することができた。
トPRを形成してパターニングし、フォトレジストPRで覆
われていない領域にＰを熱拡散法で拡散し、ｎ型の半導
体領域104a,104b,104cを形成する。これにより、光セン
サ素子を構成すべき半導体領域104d,104b及び信号処理
回路部を構成すべき半導体領域104b,104e,104cを横方向
に形成することができた。
次に、第２図（ｂ）に示すように、CVD法を用いて、S
iO2からなる絶縁膜106を形成し、前記ｐ型の半導体領域
104d上の所望の位置にコンタクトホール107を形成す
る。
iO2からなる絶縁膜106を形成し、前記ｐ型の半導体領域
104d上の所望の位置にコンタクトホール107を形成す
る。
次に、第２図（ｃ）に示すように、ｐ型の不純物が高
濃度にドープされた低抵抗多結晶シリコン108,109をｐ
型の半導体領域104d,104e上にCVD法で形成する。なお、
半導体領域104e上の多結晶シリコン109は処理回路を形
成するMOSトランジスタのゲート電極となる。
濃度にドープされた低抵抗多結晶シリコン108,109をｐ
型の半導体領域104d,104e上にCVD法で形成する。なお、
半導体領域104e上の多結晶シリコン109は処理回路を形
成するMOSトランジスタのゲート電極となる。
次に、第２図（ｄ）に示すように、CVD法により層間
絶縁層としてのSiO2層110を全面に堆積させ、所望の領
域にコンタクトホールを形成し、スパッタ法によりAlを
堆積させエッチングしてAl電極111a〜111eを形成した。
この間の熱処理により前記多結晶シリコン108より、ｐ
型の不純物が半導体領域104d内に拡散され、ごく薄い低
抵抗半導体層112が形成され、多結晶シリコン108と半導
体領域104dとのオーミックコンタクトが可能になる。
絶縁層としてのSiO2層110を全面に堆積させ、所望の領
域にコンタクトホールを形成し、スパッタ法によりAlを
堆積させエッチングしてAl電極111a〜111eを形成した。
この間の熱処理により前記多結晶シリコン108より、ｐ
型の不純物が半導体領域104d内に拡散され、ごく薄い低
抵抗半導体層112が形成され、多結晶シリコン108と半導
体領域104dとのオーミックコンタクトが可能になる。
以下、上記構成の光センサセルについてより詳しく説
明する。
明する。
第３図は、本発明による光センサセルの一例を示す模
式的平面図である。
式的平面図である。
第４図は、第３図に示した光センサセルのＡ−Ａ′線
による模式的縦断面である。
による模式的縦断面である。
第５図は、第３図で示した光センサセルのＢ−Ｂ′線
による模式的断面図である。
による模式的断面図である。
第６図は、本発明による光センサセルの等価回路図で
ある。
ある。
第３図，第４図，第５図に示すように、基板101上に
導電層102を介して設けられた絶縁層103上に受光部とス
イッチング素子部とを有するセンサセルが形成されてい
る。
導電層102を介して設けられた絶縁層103上に受光部とス
イッチング素子部とを有するセンサセルが形成されてい
る。
受光部としては、ｐ型半導体領域である104a及び104b
−３と、ｎ型半導体領域である104b−２と、のPN接合部
を含む光ダイオードを有する構成をとる。
−３と、ｎ型半導体領域である104b−２と、のPN接合部
を含む光ダイオードを有する構成をとる。
スイッチング素子部としては、ｎ型半導体領域である
ソース領域104b−１、ｐ型半導体からなるチャネル領域
104e、ｎ型半導体からなるドレイン領域104cを有するMO
Sトランジスタを含む構成をとる。光ダイオードのPN接
合は第３図に示すようにアノード領域としてのｐ型半導
体領域104b−３をたんざく形が複数配置して形成とれた
“くし歯”状となっており光生成キャリアを集積し易く
している。
ソース領域104b−１、ｐ型半導体からなるチャネル領域
104e、ｎ型半導体からなるドレイン領域104cを有するMO
Sトランジスタを含む構成をとる。光ダイオードのPN接
合は第３図に示すようにアノード領域としてのｐ型半導
体領域104b−３をたんざく形が複数配置して形成とれた
“くし歯”状となっており光生成キャリアを集積し易く
している。
又、光ダイオードのカソード領域としてのｎ型半導体
領域104b−２とMOSトランジスタのソース領域としての
ｎ型半導体領域104b−１とは共通の半導体層領域となっ
ている。
領域104b−２とMOSトランジスタのソース領域としての
ｎ型半導体領域104b−１とは共通の半導体層領域となっ
ている。
111aは、ポリシリコンからなるアノード電極108を介
して半導体104のアノード領域104dに電気的に接続する
アノード電極配線であり、111bは、ポリシリコンからな
るMOSトランジスタのゲート電極109に電気的接続するゲ
ート電極配線であり、111cはドレイン領域104cに電気的
に接続するドレイン電極配線である。
して半導体104のアノード領域104dに電気的に接続する
アノード電極配線であり、111bは、ポリシリコンからな
るMOSトランジスタのゲート電極109に電気的接続するゲ
ート電極配線であり、111cはドレイン領域104cに電気的
に接続するドレイン電極配線である。
このような構成の単位素子に入射した光はキャリアを
発生させ、その発生したキャリアはPN接合により電子及
び正孔として蓄積される。そして、蓄積されたキャリア
（電子）は、ゲート電極に信号を印加しチャネル領域10
4eの電位を変化させて、ソース領域よりドレイン領域に
電子を移動させることで電気信号として読み出される。
発生させ、その発生したキャリアはPN接合により電子及
び正孔として蓄積される。そして、蓄積されたキャリア
（電子）は、ゲート電極に信号を印加しチャネル領域10
4eの電位を変化させて、ソース領域よりドレイン領域に
電子を移動させることで電気信号として読み出される。
本実施例の光センサセルは、第５図に示すように、Si
3N4層103をはさんで半導体層104とAl層102が寄生容量C
Aiを形成し、さらにAl層102と大地との間で浮遊容量CBi
を形成する。
3N4層103をはさんで半導体層104とAl層102が寄生容量C
Aiを形成し、さらにAl層102と大地との間で浮遊容量CBi
を形成する。
これを等価的に示したものが、第６図に示すような等
価回路図である。
価回路図である。
第６図において、113は光センサとしてのダイオード
であり、このダイオード113のカソード側はMOSトランジ
スタ114に接続され、また寄生容量CAi、浮遊容量CBiを
介して接地される。
であり、このダイオード113のカソード側はMOSトランジ
スタ114に接続され、また寄生容量CAi、浮遊容量CBiを
介して接地される。
ラインセンサは、第３図に示したような光センサセル
をアレイ状に複数間隔をおいて並べて構成される。
をアレイ状に複数間隔をおいて並べて構成される。
第７図は、上述した光センサセルを複数間隔をとって
配置したラインセンサ装置を示す模式的図である。
配置したラインセンサ装置を示す模式的図である。
第８図は第７図に示したラインセンサ装置の等価回路
図である。
図である。
これらの図を見れば理解できるように、各センサセル
SSと導電層としてのAl層102とが絶縁層103を挟持するこ
とにより、寄生容量CAをそれぞれ形成している。又、Al
層102と大地との間は浮遊容量CBを形成している。
SSと導電層としてのAl層102とが絶縁層103を挟持するこ
とにより、寄生容量CAをそれぞれ形成している。又、Al
層102と大地との間は浮遊容量CBを形成している。
即ち第８図で説明するならば、各光センサセルのフォ
トダイオード113のカソード側は各MOSトランジスタ114
に接続され、また寄生容量CAを介して、Al層102に接続
され、Al層102は浮遊容量CBを介して共通に接地され
る。
トダイオード113のカソード側は各MOSトランジスタ114
に接続され、また寄生容量CAを介して、Al層102に接続
され、Al層102は浮遊容量CBを介して共通に接地され
る。
それぞれのフォトダイオード113が読み取りを開始す
ると蓄積された電圧Viが容量CAを介してAl層102に非破
壊で伝わる。この時、導電層たるAl層102の電圧VAは、 （V1〜Vn:フォトダイオード出力電圧） となる。
ると蓄積された電圧Viが容量CAを介してAl層102に非破
壊で伝わる。この時、導電層たるAl層102の電圧VAは、 （V1〜Vn:フォトダイオード出力電圧） となる。
ここで、本実施例の構造では、CA＞＞CBの関係が成り
立つので、前式は、 となり、このことはVAが各フォトダイオードの平均値と
なることを示している。
立つので、前式は、 となり、このことはVAが各フォトダイオードの平均値と
なることを示している。
また、前記出力電圧は、蓄電動作中常時出力されるた
め、蓄積動作中に最適蓄積時間を演算することが可能と
なる。
め、蓄積動作中に最適蓄積時間を演算することが可能と
なる。
従って本実施例のラインセンサ装置は、第９図に示す
ように、光センサの蓄積能力が変化しても、同時に最適
蓄積時間が追従して演算されるので、安定した信号がリ
アルタイムに得られる特徴を有している。
ように、光センサの蓄積能力が変化しても、同時に最適
蓄積時間が追従して演算されるので、安定した信号がリ
アルタイムに得られる特徴を有している。
以上説明したように、本実施例のラインセンサ装置は
第10図に示すように蓄積動作中に蓄積時間の演算が行わ
れ、空読み動作が不要となるため、ユニットとしての読
み取り速度が高速化することができる。また、平均値を
演算する回路も必要なくユニット構成が簡易となりコス
トも下った。
第10図に示すように蓄積動作中に蓄積時間の演算が行わ
れ、空読み動作が不要となるため、ユニットとしての読
み取り速度が高速化することができる。また、平均値を
演算する回路も必要なくユニット構成が簡易となりコス
トも下った。
即ち、以上詳細に説明したように、本例の半導体装置
によれば、電荷蓄積型センサ素子からの出力の平均値を
非破壊で、且つ常時出力することができる。この結果と
して、簡易な構成で、高速出力が可能な半導体光センサ
装置を提供することができる。
によれば、電荷蓄積型センサ素子からの出力の平均値を
非破壊で、且つ常時出力することができる。この結果と
して、簡易な構成で、高速出力が可能な半導体光センサ
装置を提供することができる。
（第２実施例） 第11図は第２実施例による光センサ装置を示す回路構
成図である。
成図である。
同図において、PD1〜PDnはｎ個の受光素子としての光
ダイオード、C1〜Cnは光ダイオードPD1〜PDnに対応して
設けられ、該光ダイオードにより光生成された電荷を蓄
積する為のキャパシタ、ST1〜Stnは、これらを駆動する
駆動手段としてのシフトレジスタSRによって走査され、
キャパシタC1〜Cnに蓄積された信号電荷を出力端子SOUT
へと出力する為の転送スイッチング用トランジスタであ
る。TR1〜TRnは信号読み出し後に、残留電荷をキャンセ
ルする為に設けられたリセットスイッチ用トランジスタ
である。
ダイオード、C1〜Cnは光ダイオードPD1〜PDnに対応して
設けられ、該光ダイオードにより光生成された電荷を蓄
積する為のキャパシタ、ST1〜Stnは、これらを駆動する
駆動手段としてのシフトレジスタSRによって走査され、
キャパシタC1〜Cnに蓄積された信号電荷を出力端子SOUT
へと出力する為の転送スイッチング用トランジスタであ
る。TR1〜TRnは信号読み出し後に、残留電荷をキャンセ
ルする為に設けられたリセットスイッチ用トランジスタ
である。
光ダイオードとキャパシタと転送用トランジスタとリ
セット用トランジスタとの組み合わせ構成のセンサセル
が一列アレー状に例えば1960個配列して設けられる。
セット用トランジスタとの組み合わせ構成のセンサセル
が一列アレー状に例えば1960個配列して設けられる。
これらセンサセルは導電層302と絶縁層を介して容量C
A1〜CAnがそれぞれ形成される。
A1〜CAnがそれぞれ形成される。
そして導電層302は浮遊容量CBを形成している。
次に読み出し方法について説明する。
各光ダイオードに光が照射されると蓄積される電圧に
応じた信号電圧が導電層に接続された出力端子MOUT及び
アンプAPを含む読み出し手段RMに信号として読み出され
る。
応じた信号電圧が導電層に接続された出力端子MOUT及び
アンプAPを含む読み出し手段RMに信号として読み出され
る。
出力端子MOUTより出力された信号の電圧が所望の蓄積
時間に対応する電圧になると演算回路CCによってシフト
レジスタSRの駆動を制御し転送用トランジスタST1が順
次オンされてSOUTに光電変換された出力信号が出力され
る。この時、各リセットトランジスタTR1〜TRnは夫々読
み出しが行われた後、順次オンとなりバイアス電圧brに
よって残留電荷がキャンセルされるよう構成されてい
る。
時間に対応する電圧になると演算回路CCによってシフト
レジスタSRの駆動を制御し転送用トランジスタST1が順
次オンされてSOUTに光電変換された出力信号が出力され
る。この時、各リセットトランジスタTR1〜TRnは夫々読
み出しが行われた後、順次オンとなりバイアス電圧brに
よって残留電荷がキャンセルされるよう構成されてい
る。
以上、第11図を参照しながら詳しく説明したが、基本
的には第１実施例に示したものと同じである。bdは光ト
ランジスタに逆バイアスを与えるバイアス電圧源であ
る。
的には第１実施例に示したものと同じである。bdは光ト
ランジスタに逆バイアスを与えるバイアス電圧源であ
る。
第12図（ａ）は本例による長尺光センサ装置の主要部
を示す模式的上面図である。
を示す模式的上面図である。
第12図（ｂ）は第12図（ａ）のＤ−Ｄ′線による模式
的断面図である。
的断面図である。
第12図（ｃ）は第12図（ａ）のＥ−Ｅ′線による模式
的断面図である。
的断面図である。
本例によれば受光部PDはAlの下層電極311、ｐ型半導
体層312,n型半導体層313、Alの上部電極314により構成
されている。情報光は上部電極314に形成された開口Ｗ
より光電変換層領域即ち312,313に入射する。ここで31
2,313は上下が逆になってる良い。
体層312,n型半導体層313、Alの上部電極314により構成
されている。情報光は上部電極314に形成された開口Ｗ
より光電変換層領域即ち312,313に入射する。ここで31
2,313は上下が逆になってる良い。
電荷蓄積部Ｃは、下層電極321、酸化シリコンからな
る絶縁層322、上部電極323からなる。
る絶縁層322、上部電極323からなる。
転送用トランジスタSTは、ドレイン電極331,ソース電
極332,多結晶シリコンからなるチャネル領域333,窒化シ
リコンからなる絶縁層334,ゲート電極335により形成さ
れるｎチャネルのTFT構造である。
極332,多結晶シリコンからなるチャネル領域333,窒化シ
リコンからなる絶縁層334,ゲート電極335により形成さ
れるｎチャネルのTFT構造である。
同様にリセット用トランジスタTRはドレイン電極341,
ソース電極342,多結晶シリコンからなるチャネル領域34
3,窒化シリコンからなる絶縁層344,ゲート電極345から
構成されている。
ソース電極342,多結晶シリコンからなるチャネル領域34
3,窒化シリコンからなる絶縁層344,ゲート電極345から
構成されている。
これら受光部、蓄積部、転送部、リセット部からなる
単位がA4短手巾の長さをもって多数アレー状に同一基板
上に配設され、その上に保護層305としてPSG膜が形成さ
れている。
単位がA4短手巾の長さをもって多数アレー状に同一基板
上に配設され、その上に保護層305としてPSG膜が形成さ
れている。
読み取りの際の電荷蓄積時間を決めるパラメーターと
なる平均電圧を読み出すための導電層302は受光部の下
のみに形成されている。
なる平均電圧を読み出すための導電層302は受光部の下
のみに形成されている。
ここで、ｐ型半導体312は、ボロンをドープした多結
晶シリコンカーバイド（SiC）、ｎ型半導体層313はリン
をドープした多結晶シリコンカーバイド（SiC）からな
る。
晶シリコンカーバイド（SiC）、ｎ型半導体層313はリン
をドープした多結晶シリコンカーバイド（SiC）からな
る。
第13図は本発明による信号処理装置の一例を示し、具
体的には第11図，第12図で示した光センサ装置を搭載し
た信号処理装置の一例としてファクシミリを示す模式的
断面図である。
体的には第11図，第12図で示した光センサ装置を搭載し
た信号処理装置の一例としてファクシミリを示す模式的
断面図である。
801はファクシミリの駆動用電源、802は操作パネル、
803は受信画像を記録する為の記録紙である。
803は受信画像を記録する為の記録紙である。
原稿804は図中の左下の原稿挿入口805より画像情報面
を裏向き（フェースダウン）にして給送ローラ806まで
挿入する。この時不図示の原稿検知センサによって原稿
を検知すると給送ローラ806が時計方向に回り始める。
給送ローラ806と分離片807は圧接してあり、複数枚の原
稿が来ると１枚ずつ分離して下流へ送る。
を裏向き（フェースダウン）にして給送ローラ806まで
挿入する。この時不図示の原稿検知センサによって原稿
を検知すると給送ローラ806が時計方向に回り始める。
給送ローラ806と分離片807は圧接してあり、複数枚の原
稿が来ると１枚ずつ分離して下流へ送る。
光センサ装置810は光源809により原稿を照射して等倍
型レンズアレイ808を介して画像を読み取るように配置
されている。そして、原稿の先端がレンズアレイ808と
プテランローラ811との両者に挟み込まれると、プラテ
ンローラ811によって原稿を送りながら画像情報を読み
取る。812は受信画像を感熱型記録紙803に再生する為の
サーマルヘッドであり、814は記録用プラテンローラで
ある。
型レンズアレイ808を介して画像を読み取るように配置
されている。そして、原稿の先端がレンズアレイ808と
プテランローラ811との両者に挟み込まれると、プラテ
ンローラ811によって原稿を送りながら画像情報を読み
取る。812は受信画像を感熱型記録紙803に再生する為の
サーマルヘッドであり、814は記録用プラテンローラで
ある。
820はシステムコントロール基板であり、配線819を通
じて光センサ装置810と接続されており、第11図で示す
ように導電層302を通じて読み出した出力値を演算し蓄
積時間を決定してシフトレジスタを駆動させる回路を含
むものである。
じて光センサ装置810と接続されており、第11図で示す
ように導電層302を通じて読み出した出力値を演算し蓄
積時間を決定してシフトレジスタを駆動させる回路を含
むものである。
もちろんこのような回路は、光線809、レンズアレイ8
08を含む一体化された光センサ置ユニットに設けられる
ものであってもよい。
08を含む一体化された光センサ置ユニットに設けられる
ものであってもよい。
以上のように、本発明によれば、従来必要であった空
読みの時間をなくし、高速読み出しが可能となる。
読みの時間をなくし、高速読み出しが可能となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の半導体装置によればセ
ンサセルにおける信号の蓄積動作中に、各センサセルの
蓄積された圧力の平均値を出力することで前記蓄積動作
中に最適蓄積時間を演算し、処理速度を高めることが可
能となり、高性能で高信頼性の半導体装置を低価格で提
供することができる。
ンサセルにおける信号の蓄積動作中に、各センサセルの
蓄積された圧力の平均値を出力することで前記蓄積動作
中に最適蓄積時間を演算し、処理速度を高めることが可
能となり、高性能で高信頼性の半導体装置を低価格で提
供することができる。
また、本発明の半導体装置が搭載される信号処理装置
は、付加的に設けられるフィードバック回路を簡略化し
つつ、信号処理の高速化、高機能化に十分適応可能な優
れた信号処理装置となる。
は、付加的に設けられるフィードバック回路を簡略化し
つつ、信号処理の高速化、高機能化に十分適応可能な優
れた信号処理装置となる。
第１図は、本発明によるエリアセンサの一例を示す模式
的斜視図である。 第２図（ａ）〜（ｄ）は、本発明によるラインセンサの
光センサセルの一例の製造工程を示す模式的断面図であ
る。 第３図は、本発明による光センサセルの一例を示す模式
的平面図である。 第４図は、第３図に示した光センサセルのＡ−Ａ′線に
よる模式的縦断面である。 第５図は、第３図で示した光センサセルのＢ−Ｂ′線に
よる模式的断面図である。 第６図は、本発明による光センサセルの等価回路図であ
る。 第７図は上述した光センサセルを複数間隔をとって配置
したラインセンサ装置を示す模式図である。 第８図は第７図に示したラインセンサ装置の等価回路図
である。 第９図は、電荷蓄積型の光センサの電荷蓄積時間を説明
するための模式図である。 第10図は、本発明による電荷蓄積型光センサの読み出し
方法及び読み出しに必要な時間を説明するための模式図
である。 第11図は、本発明の第２実施例による光センサ装置を示
す回路構成図である。 第12図（ａ）は、第11図に示す長尺光センサ装置の主要
部を示す模式的上面図である。 第12図（ｂ）は、第12図（ａ）の長尺光センサ装置のＤ
−Ｄ′線による模式的断面図である。 第12図（ｃ）は、第12図（ａ）の長尺光センサ装置のＥ
−Ｅ′線による模式的断面図である。 第13図は、本発明による信号処理装置の一例を示す縦断
面図である。 第14図は、従来の電荷蓄積型の光センサ装置の構成を示
す模式図である。 第15図は、上記電荷蓄積型の光センサ装置の信号読み取
りサイクルを説明する為の模式図である。 101:SiO2基板、102:Al層、103:Si3N4層、104:半導体
層、106:絶縁膜、107:コンタクトホール、108,109:低抵
抗多結晶シリコン、110:SiO2層、111a〜111e:Al電極、1
12:低抵抗半導体層、113:ダイオード、114:MOSトランジ
スタ、1001:基板、1002:導電層、1003:絶縁層、1004:半
導体層、1005:センサセル。
的斜視図である。 第２図（ａ）〜（ｄ）は、本発明によるラインセンサの
光センサセルの一例の製造工程を示す模式的断面図であ
る。 第３図は、本発明による光センサセルの一例を示す模式
的平面図である。 第４図は、第３図に示した光センサセルのＡ−Ａ′線に
よる模式的縦断面である。 第５図は、第３図で示した光センサセルのＢ−Ｂ′線に
よる模式的断面図である。 第６図は、本発明による光センサセルの等価回路図であ
る。 第７図は上述した光センサセルを複数間隔をとって配置
したラインセンサ装置を示す模式図である。 第８図は第７図に示したラインセンサ装置の等価回路図
である。 第９図は、電荷蓄積型の光センサの電荷蓄積時間を説明
するための模式図である。 第10図は、本発明による電荷蓄積型光センサの読み出し
方法及び読み出しに必要な時間を説明するための模式図
である。 第11図は、本発明の第２実施例による光センサ装置を示
す回路構成図である。 第12図（ａ）は、第11図に示す長尺光センサ装置の主要
部を示す模式的上面図である。 第12図（ｂ）は、第12図（ａ）の長尺光センサ装置のＤ
−Ｄ′線による模式的断面図である。 第12図（ｃ）は、第12図（ａ）の長尺光センサ装置のＥ
−Ｅ′線による模式的断面図である。 第13図は、本発明による信号処理装置の一例を示す縦断
面図である。 第14図は、従来の電荷蓄積型の光センサ装置の構成を示
す模式図である。 第15図は、上記電荷蓄積型の光センサ装置の信号読み取
りサイクルを説明する為の模式図である。 101:SiO2基板、102:Al層、103:Si3N4層、104:半導体
層、106:絶縁膜、107:コンタクトホール、108,109:低抵
抗多結晶シリコン、110:SiO2層、111a〜111e:Al電極、1
12:低抵抗半導体層、113:ダイオード、114:MOSトランジ
スタ、1001:基板、1002:導電層、1003:絶縁層、1004:半
導体層、1005:センサセル。
Claims (2)
- 【請求項１】複数の電荷蓄積型センサ素子と、前記複数
の電荷蓄積型センサ素子の各々に対して絶縁部材を介し
て当該電荷蓄積型センサ素子と静電容量的に共通に接続
される導電部材と、を有する半導体装置であって、 前記半導体装置は、前記複数の電荷蓄積型センサ素子に
蓄積された各々の電圧の平均値に対応する信号電圧を前
記導電部材より出力する半導体装置。 - 【請求項２】複数の電荷蓄積型センサ素子と、前記複数
の電荷蓄積型センサ素子の各々に対して絶縁部材を介し
て当該電荷蓄積型センサ素子と静電容量的に共通に接続
される導電部材と、を有する半導体装置と、 前記電荷蓄積型センサ素子からの信号の読み出しを行う
ための駆動手段と、 前記導電部材から出力信号を読み出すための読み出し手
段と、を有し、 前記読み出し手段が前記導電部材より出力された出力信
号を前記駆動手段にフィードバックする信号処理装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1265117A JP2642750B2 (ja) | 1988-10-20 | 1989-10-13 | 半導体装置及びそれを搭載した信号処理装置 |
| EP89310726A EP0365312B1 (en) | 1988-10-20 | 1989-10-18 | Semiconductor device and signal processing device having said device provided therein |
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|---|---|---|---|
| JP63-262929 | 1988-10-20 | ||
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