JPH0467675A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はファクシミリ等の入力部に使用されるイメージ
センサに係り、特に二つのダイオードを極性を逆向きに
直列に接続した受光素子を複数個ライン状に並べて形成
されるイメージセンサの改良に関する。

（従来の技術） 従来、ファクシミリ等の画像読み取りに使用されるイメ
ージセンサは、例えば第５図及び第６図に示すように、
フォトダイオードＰＤとブロッキングダイオードＢＤと
が互いに逆極性になるように直列に接続して一つの受光
素子を形成し、この受光素子を複数個ライン状に並べて
構成するものが提案されている。第５図は第６図のｖ−
ｖ’線断面説明図である。

このイメージセンサにおいて、フォトダイオドＰＤの一
端は共通電極線５１に接続され、ブロッキングダイオー
ドＢＤの一端は引き出し線５２を介して個別電極線５３
に接続されているとともに、前記各ダイオードは光電変
換層６０ａ、６０ｂを上部電極６１ａ、６１ｂと下部電
極６２とで挟んで形成され、この下部電極６２と個別電
極線５３とはともに基板７０上に形成されるクロム（Ｃ
ｒ）層で構成されている。

この構成のイメージセンサによる信号の読み出しについ
て、第７図を参照して説明する。

すなわち、シフトレジスタＳＲによってフォトダイオー
ドＰＤが走査されて順次信号が印加され、フォトダイオ
ードＰＤは逆方向にバイアスされて電荷が蓄積され、走
査後、前記電荷がフォトダイオードＰＤの容量Ｃｐとブ
ロッキングダイオードＢＤの容量Ｃｓに配分される。そ
して、走査が一巡する間にフォトダイオードＦＤに光が
照射され、その光の照射光量に応じた電荷が放電される
。そして、次にリセット信号（読み出しパルス）をシフ
トレジスタＳＲによって順次印加し、各フォトダイオー
ドＰＤに前記放電量に応じた電荷が再充電され、このと
きローディング抵抗Ｒを流れる電流により出力端子Ｔｏ
ｕｔに生しる電位を信号として読み出すものである。従
って、このイメージセンサによれば、２次元に配列して
も駆動回路か１ライン分てよいという利点がある（例え
ば特開昭５８−５６３６３号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） しかしなから、上記構成のイメージセンサによると、下
部電極６２と個別電極線５３とが同一層に並列に形成さ
れているので、必然的にフォトダイオードＰＤのダイオ
ードエリア（受光エリア）が小さくなるという欠点があ
った。そのため、フォトダイオードＰＤの高感度化に限
界かあるという問題点があった。また、個別電極線５３
部分の面積を同一層上に確保しなければならないので、
フォトダイオードＰＤの高密度化が困難であるという問
題点があった。

更に、下部電極６２と個別電極線５３とが同一層に並列
に形成されていると、ブロッキングダイオードＢＤのダ
イオードエリアも小さくなり、大きな順方向電流を流す
ことがてなかった。そのため、フォトダイオードＰＤの
充電時間の短縮に限界があるという問題点があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、フォトダイ
オードとブロッキングダイオードとを極性を逆向きに直
列に接続した受光素子を複数個ライン状に並べて形成さ
れるイメージセンサにおいて、ダイオードエリアを拡大
して高感度化及び高速駆動化を図ることができるイメー
ジセンサの構造を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記従来例の問題点を解消するため本発明のイメージセ
ンサは、ダイオード部分と個別電極線とを別の層に形成
している。

すなわち、２個のダイオードを極性を逆向きに直列に接
続した受光素子を複数個ライン状に並べて受光素子アレ
イを形成し、一方のダイオードを共通電極線に接続し、
他方のダイオードを個別電極線に接続するとともに、前
記各ダイオードは光電変換層を上部電極と下部電極とで
挟んで形成されるイメージセンサにおいて、前記個別電
極線は、前記下部電極に対して層間絶縁膜を介して形成
したことを特徴としている。

（作用） 本発明によれば、個別電極線と下部電極とを層間絶縁膜
を介して多層構造としたので、一つの層をダイオードエ
リアとして有効に利用することができ、層間絶縁膜を介
して個別電極線の上方に形成したダイオード部分の面積
を拡大することが“Ｃきる。

（実施例） 本発明の実施例に係るイメージセンサの受光素子につい
て第１図及び第２図を参照しながら説明する。第１図及
び第２図は１ラインのイメージセンサについて示し、第
１図は第２図の１−Ｖ線断面説明図である。

イメージセンサのダイオード部分は、フォトダイオード
ＰＤとブロッキングダイオードＢＤとから構成され、そ
れぞれクロム（Ｃｒ）等の金属電極２．ａ−３ｉ；Ｈ等
の光電変換層３ａ、３ｂ。

酸化インジウム・スズ等の透明電極４ａ、４ｂをガラス
等から成る絶縁基板１上に順次積層およびパターニング
して形成して構成されている。

フォトダイオードＰＤ及びブロワキングダイオドＢＤ上
には、これらを覆うようにポリイミドから成る絶縁層５
が形成されている。この絶縁層５に形成されたコンタク
ト孔６ａを介して前記フォトダイオードＰＤの透明電極
４ａにアルミニウムから成る共通電極線７が接続され、
また、コンタクト孔６ｂを介して前記ブロッキングダイ
オドＢＤの透明電極４ｂにアルミニウムから成る引き出
し配線８が接続されている。

各フォトダイオードＰＤに電荷を充電する電圧が印加さ
れる個別電極線９は、前記フォトダイオドＰＤ及びブロ
ッキングダイオードＢＤに対して層間絶縁膜１０を介し
て下層に形成されている。

この層間絶縁膜１０は、５ｉｎ２．ＳｉＮ、ポリイミド
又はこれらの積層膜等、比誘電率の小さい材料で形成し
、また、その膜厚も厚め（５０００Ａ以上）に形成して
いる。前記個別電極線９は、前記層間絶縁膜１０に形成
されたコンタクト孔１１を介して引き出し配線８に接続
されている。また、個別電極線９の幅は、下部電極２の
幅より狭く形成されている。

フォトダイオードＰＤの上部は、上方より光が照射され
るように受光エリアが形成され、ブロッキングダイオー
ドＢＤの上部は、引き出し配線８によって覆われること
により遮光されている。

次に上述したイメージセンサの製造プロセスについて第
３図（ａ）乃至（ｈ）を参照しながら説明する。

絶縁基板１上にクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タン
タル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａ１）等の金属をスパッ
タ法又は蒸着法を用いて１００ＯＡ程度の膜厚に着膜し
、フォトリソグラフィ法によりバターニングして各ビッ
ト毎に個別電極線９を形成する。

次に、ＳｉＮｘ、５ｉｎ２をスパッタ法又はＰ−ＣＶＤ
法を用いて５００ＯＡ程度の膜厚に着膜して（若しくは
ポリイミド等を塗布して）層間絶縁層１０を形成し、フ
ォトリソグラフィ法によりバターニングして前記個別電
極線９上の層間絶縁膜１０の所望箇所にコンタクト孔１
１を形成する。

続いて、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、　タンタル
（Ｔａ）等の金属を蒸着又はスパッタ法により７００八
程度の膜厚に着膜する。前記着膜された金属をフォトリ
ソグラフィ法でバターニングを行ない、フォトダイオー
ドＰＤ及びブロッキングダイオードＢＤの下部電極とな
る金属電極２を前記個別電極線９の上方に位置するよう
に形成する。この金属電極２は、受光エリアを大きくす
るため及び十分な順方向電流が得られるように、隣接す
る金属電極２間で支障をきたさない程度に大面積に形成
する。しかし、ブロッキングダイオドＢＤ側の金属電極
２部分は、ダイオードエリアを必要以上に大きくすると
、容量が大きくなることによりフォトダイオードＰＤに
発生した電荷の有効利用（後述する）ができなくなるの
で、十分な順方向電流が得られる程度の大きさとする。

次いで光電変換膜３’（ａ−３ｔ：Ｈ及びｉ型又はｐ型
にドーピングされたａ−３ｉ：Ｈ）をＰＣＶＤ法により
全面に着膜する。光電変換膜３′はｐｉｎ、ｐｉ　（ｉ
ｐ）、ｉｎ　（ｎｉ）、ｉ型のいずれでもよく、ｐ層は
１００％のシラン（ＳｉＮ４）ガス中にジボラン（Ｂ２
　Ｈ＆　）ガスを１％ドーピングすることで作製し、ｎ
層は１００％のシラン（Ｓｉｎ、）ガス中にホスフィン
（ＰＨ３）ガスを１％ドーピングしたガスを用いて作製
する。着膜温度は２００〜２５０℃とし、膜厚はｐ層及
びｎ層については１００ＯＡ以下であり、ｉ層について
は０．５〜２μｍとする。

光電変換膜３′を形成した後、酸化インジウム・スズ（
ＩＴＯ）４’　をスパッタ法を用いて８００Ａ程度の膜
厚て全面に着膜する。

光電変換膜３′及び酸化インジウム・スズ（ｌＴＯ）４
’をフォトリソグラフィ法により金属電極２を覆うよう
にバターニングを行なって光電変換層３ａ、３ｂ及び透
明電極４ａ、４ｂを形成【２、サンドイッチ構造のフォ
トダイオードＰＤ及びブロッキングダイオードＢＤを形
成する。光電変換膜及び酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ
）は、フォトレジストを用いてマスクパターンを形成し
、まず酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）を混酸（ＨＣｌ
　：ＨＮＯ，：Ｈ，Ｏ＝１　：Ｑ、　８：８）溶液てウ
ェットエツチングし、続いて光電変換膜をＣＦ、、ＳＦ
、、Ｃ，ＣＩＦ、等のガスを単独又は混合した雰囲気中
でドライエツチングを行なう。

次いで、ポリイミド（日立化成製ＰＩＸ−１４００又は
ＰＩＸ−８８０３，東し製フォトニース等）を１μｍ程
度の膜厚で塗布して絶縁層５を形成し、この絶縁層５に
共通電極線７との接続を行なうためのコンタクト孔６ａ
及び後述する引き出し線８との接続を行なうためのコン
タクト孔６ｂを所望箇所に形成する。

最後に、配線材料（ＡＩ）をスパッタ法又は蒸着により
着膜し、フォトリソグラフィ法によりバターニングして
共通電極線７及び引き出し線８を形成する。

上述したようなダイオード部分ＰＤ、ＢＤと個別電極線
９とを層間絶縁膜１０を介して別層に形成するイメージ
センサては、第４図に示すように、個別電極線９と下部
電極２とが層間絶縁膜１０を挟むことのより形成される
容量ＣｃをブロッキングダイオードＢＤと並列に付加し
たのと等価的に等しくなる。このイメージセンサの動作
は、従来例で説明したように、フォトダイオードＰＤの
容量Ｃｐに発生した電荷は、容ｆｆ１ｃｐとブロッキン
グダイオードＢＤの容量Ｃ５及び等価的な付加容量Ｃｃ
に配分されて蓄積され、ブロッキングダイオードＢＤが
導通状態になるとフォトダイオードＰＤに再充電される
電荷に応じた出力がＴｏｕｔより検出される。すなわち
、フォトダイオードＰＤ側の容量Ｃｐに対してブロッキ
ングダイオードＢＤ側の容量（Ｃｓ＋Ｃｃ）が小さいほ
うが、明出力と暗出力との出力差を大きくとることがで
き、発生した電荷を有効に用いることができる。従って
、容量Ｃｃもできるたけ小さいほうが好ましい。

本実施例によれば、層間絶縁膜１０の材料を比誘電率の
小さい材料とし、層間絶縁膜１０の膜厚を厚くし、更に
個別電極線９の幅を下部電極２の幅より小さく形成した
ので、前記容量Ｃｃの値を小さくすることができ、信号
読み取りに大きな影響を与えることを防いでいる。

また、フォトダイオードＰＤの容量Ｃｐをブロッキング
ダイオードＢＤの容量Ｃｓに対して小さくするに（よ、
フォトダ・ｒオードＰＤ及びブロッキングダイオードＢ
Ｄをフォトリソ工程で形成する際に、ブロッキングダイ
オードＢＤのダイオードエリアを小さくするようパター
ニングを行なえばよい。

また、本実施例によれば、フォトダイオードＰＤの素子
サイズを拡大することができるで、受光エリアに光が入
射した際の光電流が増加することにより、高感度化を図
ることができる。また、ブロッキングダイオードＢＤの
素子サイズを拡大することができるので、順方向電流を
増加させることかでき、フォトダイオードＰＤに電荷を
充電する際の時間を短縮して、信号読み取りの高速駆動
化を図ることができる。

また本実施例ではブロッキングダイオードＢＤの上部を
遮光する構造としたが、ブロッキングダイオードＢＤの
上部を遮光せず、フォトダイオドを２個接続した構造の
ものであってもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、個別電極線と下部電極とを層間絶縁膜
を介して多層構造としたので、一つの層をダイオードエ
リアとして有効に利用し、層間絶縁膜を介して個別電極
線の上方に形成した各ダイオード部分の面積を拡大する
ことができるので、イメージセンサの高感度化及び信号
読み取りの高速駆動化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のイメージセンサの受光素子の断
面説明図、第２図は同上のイメージセンサの平面説明図
、第３図（ａ）乃至（ｈ）は本実施例の受光素子の製造
工程説明図、第４図は本実施例のイメージセンサの受光
素子の１ビット分の等価回路図、第５図は従来のイメー
ジセンサの受光素子の断面説明図、第６図は第５図のイ
メージセンサの平面説明図、第７図は従来のイメージセ
ンサの１ライン分の等価回路図である。 １・・・・絶縁基板 ２・・・・・・金属電極（下部電極） ３ａ、３ｂ・・・・・光電変換層 ４ａ、４ｂ・・・・・・透明電極 ５・・・・・絶縁層 ６ａ、６ｂ・・・　コンタクト孔 ７・・・・・・共通電極線 ８・・・・・・引き出し線 ９・・・・・・個別電極線 １０・・・・・・層間絶縁膜 ＰＤ・・・・・・フォトダイオード ＢＤ・・・・・・ブロッキングダイオ 第３区 第２図 第３区 第４ 図 ｂ＋ 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　２個のダイオードを極性を逆向きに直列に接続した受
   光素子を複数個ライン状に並べて受光素子アレイを形成
   し、一方のダイオードを共通電極線に接続し、他方のダ
   イオードを個別電極線に接続するとともに、前記各ダイ
   オードは光電変換層を上部電極と下部電極とで挟んで形
   成されるイメージセンサにおいて、 前記個別電極線は、前記下部電極に対して層間絶縁膜を
   介して形成したことを特徴とするイメージセンサ。