JPH02132860A - 密着型イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は，例えばファクシミリ送信機などにおいて原稿
像を光学的に読みとるための密着型イメージセンサに関
する。

〔従来技術〕

通常，一次元ＣＣＤイメージセンサはファクシミリ装置
のような光学的に原稿を読み取る装置に使用されている
．しかし、このＣＯＤは光電変換部が２５ａ＋ｍ程度し
かないため，原稿を読み取るためには縮小光学系が必要
である．そのため装置の小型化が困難であった． 装置を小型化するためには、縮小光学系の不要なイメー
ジセンサが必要となってくる．このようなイメージセン
サでは読み取るべき原稿と少なくとも同一サイズの長さ
をもつことが必要になる．例えばＡ４サイズの原稿を読
み取るにはイメージセンサは少なくとも２１６＋ａｍの
長さを有しなければならない．このような２１６ｍｍも
の長さのイメージセンサは結晶Ｓｉで作ることは不可能
であるが、非品質な薄膜半導体（例えばアモルファスＳ
ｉ）を用いることにより製作が可能となる． 光電変換層として半導体薄膜を使用することにより原稿
と同一サイズの大面積イメージセンサを製作することが
可能となったため、半導体薄膜を用いた種々の密着型イ
メージセンサが製造されている．この密着型イメージセ
ンサは原稿と直接接触して原稿を読み取るため，縮小光
学系が不要となり，装置の小型化が可能である．このよ
うな密着型イメージセンサ構造としては、薄膜半導体を
下部および上部電極で挟んだサンドイッチ型と平面的に
両側から電極を引き出したコブレーナ型とに大別される
．このうち，光応答特性はサンドイッチ型のほうが薄膜
半導体の膜厚を薄くできるために有利である．第３図に
サンドイッチ型センサの断面図を示す．この第３図にお
いて，１はガラス基板あるいはセラミック等の透明絶縁
基板、２は下部金属電極、３は光電変換部の半導体膜、
４は上部透明電極をそれぞれ示す．従来、このようなセ
ンサでは，受光領域が下部および上部電極で挟まれた領
域で形成されるが、光入射が下部および上部電極の対向
領域外に入った場合にも光電流が検出されるため，受光
領域が対向電極で形成された領域よりも広がってしまい
、分解能の低下を生じるものである． また，蓄積型の密着センサの容量は下部および上部電極
の対向領域で形成されるため、長尺センサのようにビッ
ト分割した場合，面積が小さくなり、容量も限定される
ため，読み取りのための駆動回路との接続配線の影響を
受けやすい欠点を有するものである． これら蓄積型の密着センサの欠点を改善するものとして
、第４図に示されるように、下部および上部電極の対向
領域を大きくし、かつ受光領域を限定する遮光膜を設け
た構造のものが提案されている（特開昭６１−　８２５
７０号公報）．なお，第４図において、５は上部遮光膜
を示し，その他は第３図と同様である．このようなイメ
ージセンサにおいては容量成分を形成する領域が光電変
換部と同じ層構成となっているため、暗電流がセンサ部
面積を増加した分だけ増加し，光電流は分解能を確保す
るため設けた上部遮光層のため、光電流は変化せず，セ
ンサの性能を示す光電流／暗電流比が低下するという問
題点を有するものである．また容量を形成する部分が光
電変換層として半導体を用いているが、蓄積型読み取り
の場合，一度容量レこ電荷を蓄え，光入射による光電流
によって電荷を放出するため，時間とともに容量の電圧
が変化する．従って．半導体で形成された容量は電圧が
変化するに伴って容量の値が変化する問題点を有する．
さらに，上部遮光層による遮光によって内部で発生する
電子ホールによっても容量の値が変動する問題点を有す
るものである． 〔目　　的〕 本発明は上記したサンドイツチ構造の電荷蓄積型をなす
密着イメージセンサにおける従来の問題点を解消し、光
電流／暗電流比を低下させることなく、容量に加わる印
加電圧によっても容量の値が変動せず、絶縁膜を薄くし
て容量成分を形成することによりセンサ領域を増加せず
に容量を大きくすることができる密着型イメージセンサ
を提供することを目的とする，（構　　成） 本発明は透明絶縁基板上に半導体薄膜が下部電極および
上部透明電極で挟まれたサンドイッチ構造の電荷蓄積型
をなす密着型センサーであって．下部電極の延長面上に
透明絶縁膜を設け，この透明絶縁膜上に上部透明電極に
接続させた上部電極を設けたことを特徴とするものであ
る。

以下に実施例を示す図面を参照して本発明をさらに詳し
く説明する． 第１図は本発明密着型イメージセンサの第１実施例を示
す．第１図において，ガラス基板１１上に下部電極ｌ２
がビット分割され、副走査方向に延長した形で形成され
ている．その上に透明絶縁膜ｌ３が形成され，センサ部
領域に開孔部ｌ３ａが設けられている．さらに光電変換
膜１４をなす半導体薄膜が開孔部を覆うように形成され
ている．さらに、上部透明電極ｌ５が光電変換膜１４の
半導体膜上に形成されている．光電変換膜１４の半導体
薄膜は開孔部１６ａを残して透明絶縁膜１６で被覆され
、センサ部の上部透明電極１５の部分が開孔されている
．さらに、上部透明電極１５に接続して上部電極１７が
形成されている。このように、本発明に係るイメージセ
ンサでは、センサ部の下部電極１２の延長面上に透明絶
縁膜１３，？６が形成され，さらにその上に上部電極１
７が形成されるように構成されるものである．次に、上
記のような第１実施例のイメージセンサの製造例につい
て説明する．ガラス基板１１として、石英またはパイレ
ックス（登録商標）を用い、このガラス基板１１上にＣ
ｒを真空蒸着により１５００人程度成膜し、フォトリソ
技術により下部電極１２を形成する．次に．ＳｉＯ■あ
るいはＳｉｎ）ｘＮｙをプラズマＣＶＤ法により５００
０人程度成膜して透明絶縁＠１３を形成し、フオトリソ
技術によりセンサ部の開孔部１３ａを形成する．次いで
，光電変換膜１４の半導体膜として水素化アモルファス
シリコン膜をＳｉＨ４ガス等を用いたＰ−ＣＶＤ法によ
り、０．５　〜２．０μｍ成膜し、ＩＴＯ等の透明導電
膜をスパッタリングまたは真空蒸着等により７５０人成
膜し、フォトリソ技術により上部透明電極ｌ５、光電変
換膜１４の半導体膜を形成する．その後、透明絶縁膜１
６としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ■あるいはＳ　
ｉＣ）ｘＮｙを３０００人程度全面成膜し，フォトリソ
技術により，上部透明電極１５の部分に開孔部１６ａを
形成する．そして最後にＣｒまたはＡ　Ｑ　／　Ｃ　ｒ
等を真空蒸着法により０．１５〜０．５μｍ成膜し，フ
ォトリソ技術により上部電極ｌ７を上部透明電極１５に
接続して形成する． このようにして得られる密着型イメージセンサは光電流
／暗電流比を低下させることなく高い値が得られ、さら
に容量成分としては透明絶縁膜１３．　１６を下部電極
ｌ２および上部電極ｌ７で挟んで構成させるため、非常
に安定な容量を得ることができる。また、透明絶縁膜１
３．　１６の厚さを変えることでノオトリソのパターン
の変更なしに容量の値を変化させることができ，容量の
最適化が容易となる．これにより，配線等の浮遊容量等
を低減でき、以下の実験結果にも示されるようにイメー
ジセンサからの大きくかつ安定した出力を得ることが可
能となる． 第２図は本発明の第２実施例を示すものである，第２図
において、ガラス基板１１上には遮光７！Ｊ２１が形成
され、その上に透明絶縁層２２が形成されている．なお
、遮光層２ｌには開孔部２１ａが設けら九ている．そし
て、その上の下部電極１２には遮光層２ｌと同じ位置に
光入射のための開孔部＋２ａが形成されており，さらに
最上部に保護層２３が形成されており、その他は第１図
に示したものと同様に構成されてなる．第２図（ａ）は
主査方向に配列された複数の密着型イメージセンサを示
しているが、このような配列をとらなければならないわ
けではないことはもちろんである。

この第２図に示した構造のイメージセンサによれば，等
倍結像系を用いず，直接に原稿と保護層２３とを接触さ
せることにより，原稿を読み取るものであるため，小型
化が可能となる。

ここで、上記第２実施例のセンサを用い、容量（蓄積容
量）をパラメータとしたときの露光量−センサ出力特性
を示すと、第５図のようになる。測定は、まずセンサに
並列に接続（電気回路的に並列に接続）される容量を第
６図（ａ）に示される下部電極ｌ２に対向する上部電極
１７の長さを変えることにより変化させたセンサを用意
し，そのセンサ面照度を変化させ各露光量（照度Ｘ読み
取時間）でのセンサ出力を測定しグラフにプロットした
．容量値は計算により算出した。第６図（ｂ）は第６図
（ａ）に示したイメージセンサの等価回路である．この
第６図（ｂ）におけるＣｓはセンサ容量を示し．Ｃａは
付加容量を示す．容量（蓄積容量）ＣはＣ＝Ｃｓ＋Ｃａ
として示すことができる．この実験では第５図からわか
るように、容量に比例して飽和電圧、飽和露光量が増加
することがわかる．飽和露光量Ｅｓは、 Ｅｓ＝（Ｃ−■）／Ｓ Ｃ：蓄積容量ＣＦ） Ｖ：印加電圧（Ｖ） Ｓ：センサ感度（Ａ／ρＸ） で表わされる。

このため，蓄積容量は白原稿を読み取っても飽和しない
容量紮作り込む必要がある．そのため，充分な蓄積容量
（確保するために第６図（ｂ）に示すようにセンサと並
列に容量（付加容量）を作り込むことにより、 Ｅｓ＝（Ｃｓ＋Ｃａ）・Ｖ／Ｓ　　　Ｃｓ：センサ容量
Ｃａ：付加容量 と，このＥｓの露光量まで原稿を読み取ることができる
ことが可能となる．本発明ではこのため、上記したよう
な構成とすることにより、蓄積容量を増大したものであ
る。

第７図は第２実施例のセンサに一定露光量（ｌＱｘ−ｓ
）で露光したとき、各容量値のセンサ出力をプロットし
た図である．この第７図より、センサ出力は容量に比例
し１２ｐＦ以上で飽和する傾向にあり，容量を最適化す
ることにより高い出力が得られることがわかる． 第８図は第２実施例のセンサのセンサ電流（５Ｖ印加）
を明時（１０（ｌＱｘ″：５５０ｎｍ）．暗時で測定し
た図である．この第８図より透明絶縁膜で容量を作り込
んだことにより，暗電流の増加がなく，高い光電流／暗
電流比が得られることがわかる． これらの実施例において，光電変換膜１４の半導体薄膜
として，水素化アモルファスシリコン膜を用いているが
，水素化アモルファスシリコン膜は，単層または．ｐ−
ｉ接合．ｐ−ｉ−ｎ接合であってもよい。さらにペテロ
接合として，酸素を含む．水素化アモルファスシリコン
膜と水素化アモルファスシリコン膜の２層以上の層構成
とすれば、光電流／暗電流の比が高く得られ、センサ特
性としてより良好な特性が得られる。

また、本発明において、１３，　１６．　２２の透明絶
縁層は膜質として高抵抗、高耐圧，が要求されているが
本発明者等は成膜方法としてＳ　ｉ　Ｈ　４ガス、ＣＯ
２ガスさらにＮ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により
抵抗率１０１ｓ〜１０”　Ｑ　ｍ、耐圧８〜１０Ｍｖ／
ｃｍの高品質のＳｉＯｘＮｙ膜が得られた．これを用い
ることで高い絶縁特性を有する容量を形成することがで
きた． 本発明において、光電変換膜の半導体薄膜は一体形であ
っても，ビット分割であってもよい。

さらに，下部および上部電極を入れ換えたものであって
もよく，上記実施例に何ら限定されるものでなく，本発
明の要旨を逸脱しない範囲で他の密着型イメージセンサ
なと種々の変更，改良などが可能であることは勿論であ
る。

〔効　　果〕

以上のような本発明によれば，センサ部を光電変換膜の
半導体薄膜、容量部を透明絶縁体により下部電極の延長
面上に形成することで一体化ができる．従って、このよ
うな容量を形成することにより蓄積読み取り方式におい
て高い信号出力が得られ、また駆動用の配線の線間容量
の影響を少くでき読み取り画像の鮮鋭度および再現性が
改善され，忠実な画像の読み取りが可能となる密着型イ
メージセンサが得られるという効果を有する．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る密着型イメージセンサの第１実施
例を示す断面説明図である。 第２図は本発明に係る密着型イメージセンサの第２実施
例の平面（ａ）および断面（ｂ）をそれぞれ示す説明図
である。 第３図は従来の密着型イメージセンサの一例を示す断面
説明図である． 第４図は同一材料により容量形成した従来の密着型イメ
ージセンサの断面説明図である。 第５図は本発明に係る第２実施例における出カー露光量
特性図である。 第６図（ａ）は第２実施例における主要部を示す平面図
であり、第６図（ｂ）は第２実施例の等価回路図である
。 第７図は本発明に係る第２実施例における容量と出力の
関係図である。 第８図は本発明に係る第２実施例における容量と光電流
、暗電流の関係図である． １・・・ガラス基板　　　　２・・・下部電極３・・・
光電変換瞑の半導体膜 ４・・・上部透明電極 １１・・・ガラス基板　　　１２・・・下部電極１３，
１６．２２・・・透明絶縁層 １３　ａ　，１６　ａ　，２１　ａ　−開孔部ｌ４・・
・光電変換膜　　　１５・・・上部透明電極ｌ７・・・
上部電極　　　　２１・・・遮光層２３・・・保謹層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、透明絶縁基板上に半導体薄膜が下部電極および上部
   透明電極で挟まれたサンドイッチ構造の電荷蓄積型をな
   す密着型イメージセンサにおいて、下部電極の延長面上
   に透明絶縁膜を設け、この透明絶縁膜上に上部透明電極
   に接続させた上部電極を設けたことを特徴とする密着型
   イメージセンサ。