JPH0750742A - カラー用密着イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 Ｓ／Ｎ比を増加させ、コスト節減を図る。 【構成】 第１、第２、第３光電変換部１９，２０，２
１上に形成されたカラーフィルタ層と、第２、第３光電
変換部２０，２１をスイッチングする第１、第２スイッ
チング部１８，２２にブロック毎に駆動用ゲートパルス
信号を印加する第１、第２ゲートライン１４，１４ａ
と、第１、第２スイッチング部１８，２２から出力を転
送する第１、第２データライン１６，１６ａと、第１、
第２及び第３光電変換部に第１、第２パルスライン１
１，１２を介してパルス信号を供給する光電変換パルス
ドライビング回路部１３と、第１、第２ゲートラインを
介して第１、第２スイッチング部に駆動用ゲートパルス
信号を供給する第１、第２ゲートパルスドライビング回
路部１５，１５ａと、第１、第２データライン１６，１
６ａを介して第１、第２スイッチング部の出力を読み出
すリードアウトＬＳＩ部１７，１７ａとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報通信端末機のスキ
ャナ（scanner ：走査装置）等に適用されるカラー用密
着イメージセンサ（Cnotact Image Sensor）に関し、特
に光電変換領域を素子別に分離させ、１列のスイッチン
グ素子によって２列の光電変換領域を駆動することがで
きるようにしたカラー用密着イメージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、密着イメージセンサは、ファク
シミリ、コンピュータまたは電子複写機等においてグラ
フィックまたは文字等をスキャニングするための手段と
して用いられる。

【０００３】従来のカラー用密着イメージセンサを特開
昭６３−２８３１５９を例として説明する。

【０００４】図１は従来のカラー用密着イメージセンサ
の平面図であり、図２は図１のＢ−Ｂ′線断面図であ
る。従来のカラー用密着イメージセンサの構成は、透明
ガラス基板１０と、透明ガラス基板１０上に３列の光電
変換領域を区分するために適当な間隔で形成された４列
の遮光膜８と、遮光膜８と透明ガラス基板１０とにわた
って形成されて、各列の光電変換領域に共通電圧を印加
する透明電極７と、透明電極７上に形成されて、遮光膜
８の間に入力される光を強度に応じた電気信号に変換す
る光電変換膜６と、遮光膜８の間の光電変換膜６で生成
された光信号を出力するために各列毎に形成された第
１、第２、第３電極２，３，５と、第２電極３と第３電
極５とを隔離させて絶縁するための絶縁膜４と、ガラス
基板１０の反対面に前記遮光膜８の間に１列形成される
Ｒ，Ｇ，Ｂカラーフィルタ９と、からなる。

【０００５】ここで、光電変換膜６からなる光電変換領
域は、４列の遮光膜８間に３列に構成される。各列には
複数個、例えば８ドット／ｍｍである場合は１７２８個
／Ａ₄ の光電変換素子（フォトダイオード）が一列に配
置されている。

【０００６】図１に図示されていないが、第１電極２は
上方に引出されて駆動用ＩＣに連結され、また、第２電
極３および第３電極５は下方に引出されて駆動用ＩＣに
それぞれ連結されている。

【０００７】このような従来のカラー用密着イメージセ
ンサの製造方法を、図２を用いて説明すると、まずガラ
ス基板１０上に金属Ｃｒをスパッタ（Sputter ）により
蒸着し、パターンマスクを利用したフォトエッチング工
程により金属Ｃｒを選択的に除去して３列の光電変換領
域を決めるための４列の遮光膜８を形成する。

【０００８】次に、共通電極である透明電極７をスパッ
タにより蒸着し、不要部分を除去する。

【０００９】そして、透明基板７上に光電変換層（非結
晶シリコン）６をＰＣＶＤ（PlasmaChemical Vapour De
position ）により蒸着し、パターニングした後、遮光
膜８間の第１列および第３列の光電変換層６に第１電極
２および第３電極５を形成する。

【００１０】続いて、第３電極５上に絶縁膜４を形成し
て第３電極５を絶縁させた後、その上に、第２列の光電
変換層６の光信号を出力することができるように第２電
極３を形成する。

【００１１】さらに、第１、第２、第３電極２，３，５
を上下に引出して各駆動用ＩＣにボンディングする。

【００１２】最後に、ガラス基板１０の裏面の前記遮光
膜８間の領域にカラーフィルタ９をパターニングし、図
２に示したようなカラー用密着イメージセンサを得る。

【００１３】このような従来のカラー用密着イメージセ
ンサは、以下のように動作する。すなわち、原稿より反
射された多数の波長光がカラーフィルタ９を介して光電
変換膜６に入射されると、この入射光は光電変換膜６で
電気信号に変換されて光キャリアを出力する。この光キ
ャリア（電流または電圧）は、第１、第２、第３電極
２，３，５に連結された駆動用ＩＣに２^ｎ（ｎ＝１，
２，３…）個ずつ出力され、処理される。

【００１４】したがって、光電変換素子領域を３列配列
した従来のカラー用密着イメージセンサによれば、１列
配置して各素子毎に色分離する方法に比べて解像度が高
く、また同じの解像度の場合には光信号が大きくなり、
且つ、カラーフィルタを素子毎に分離させる必要はない
という利点があるので、近年、カラー用密着イメージセ
ンサに広く利用されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
カラー用密着イメージセンサにおいては、光電変換膜６
および共通電極としての透明電極７が３列の光電変換素
子の全域に形成されているので、カラーフィルタ９を介
して入射された光によって光電変換膜６で発生したホッ
トキャリアが隣接する光電変換素子に影響を及ぼすこと
となって、Ｓ／Ｎ比（雑音比）が減少する場合があると
いう欠点があった。

【００１６】また、第２、第３電極３，５の引出線間の
間隔が狭くなって、パターニング工程の際にスループッ
トが低下するという欠点もあった。

【００１７】さらに、第２、第３電極３，５間に絶縁膜
が形成されるので、かかる第２電極３と第３電極５との
間に寄生キャパシタンスが発生することとなって個別の
電極を介して流れる信号にノイズとして作用することと
なってＳ／Ｎ比が低下する場合があるという欠点もあっ
た。

【００１８】加えて、絶縁膜をＲＩＥ等によりパターニ
ングする際に、下方の光電変換膜が損傷されて光電変換
効率を低下させるという欠点もあった。

【００１９】本発明の目的は、上記問題点を解決するた
めのもので、Ｓ／Ｎ比が高く且つ安価なカラー用密着イ
メージセンサを提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、光電変換領域を３列形成し、ス
イッチング素子領域を２列形成して１列のスイッチング
素子領域が２列の光電変換領域をスイッチングするよう
にし、各光電変換領域を素子別に分離させて、３列の光
電変換領域上に、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーフィルタを形成した
もので、その構成は複数の光電変換素子がそれぞれ１列
ずつ配列されて光信号を電気信号に変換して光キャリア
を生成する第１、第２、第３光電変換部と、前記第１、
第２、第３光電変換部上に形成されて光をフィルタリン
グするＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタ層と、複数の薄膜トラ
ンジスタがそれぞれ１列ずつ配列されてなる、第２光電
変換部および第３光電変換部の光キャリアの出力のそれ
ぞれを順次スイッチングする第１、第２スイッチング部
と、前記第１、第２スイッチング部にブロック毎に駆動
用ゲートパルス信号をそれぞれ印加するための複数の第
１、第２ゲートラインと、前記第１、第２スイッチング
部により出力された光キャリアをそれぞれ転送するため
の複数の第１、第２データラインと、前記第１、第２光
電変換部および第３光電変換部にパルス信号を印加する
ための第１、第２パルスラインと、前記第１、第２パル
スラインに光電変換パルス信号を出力する光電変換パル
スドライビング回路部と、前記複数の第１、第２ゲート
ラインを介して前記第１、第２スイッチング部の駆動用
ゲートパルス信号を順次出力する第１、第２ゲートパル
スドライビング回路部と、前記複数の第１、第２データ
ラインを介して第１、第２スイッチング部から出力され
る光キャリアを順次読み出して外部に転送する第１、第
２リードアウトＬＳＩ部と、を含む。

【００２１】

【実施例】以下、本発明のカラー用密着イメージセンサ
を図面に基づいて詳述する。図３は、本発明のカラー用
密着イメージセンサについての等価回路図である。入射
される光信号を電気信号に変換するための複数の光電変
換素子（フォトダイオード）を１列に配列してｍ個の光
電変換素子（フォトダイオード）を１つのブロックとし
てｎブロック構成された第１光電変換部１９と、入射さ
れた光信号を電気信号に変換するために第１光電変換部
１９に対応させてｍ個の光電変換素子を１つのブロック
としてｎブロック構成された第２光電変換部２０と、入
射される光信号を電気信号に変換するために第２光電変
換部２０の各光電変換素子の下部電極と１：１に対応さ
せて連結されたｍ個の光電変換素子を１つのブロックと
してｎブロック構成された第３光電変換部２１と、第１
光電変換部１９の光電変換素子と対応するようにｍ個の
薄膜トランジスタを１つのブロックとしてｎブロック構
成されて第１光電変換部１９の出力をスイッチングする
第１スイッチング部１８と、ｍ個の薄膜トランジスタを
１つのブロックとしてｎブロック構成されて第２光電変
換部２０および第３光電変換部２１の出力をスイッチン
グする第２スイッチング部２２と、第１、第２光電変換
部１９，２０の光電変換素子を共通化して第１、第２光
電変換部１９，２０の光電荷を出力させるために光電変
換部１９，２０にパルス信号を印加する第１パルスライ
ン１１と、第３光電変換部２１の光電変換素子にそれぞ
れ接続されて光電荷を出力させるためにパルス信号を印
加する第２パルスライン１２と、第１、第２パルスライ
ン１１，１２にパルス信号を供給する光電変換パルスド
ライビング回路部１３と、第１スイッチング部１８の同
一ブロック内の各薄膜トランジスタのゲートにそれぞれ
接続されてゲート信号を印加するｎ本の第１ゲートライ
ン１４と、ｎ本の第１ゲートライン１４に薄膜トランジ
スタ駆動用パルスを選択的に印加する第１ゲートパルス
ドライビング回路部１５と、第１スイッチング部１８の
各ブロックの内の同一番目の薄膜トランジスタのドレー
ンにそれぞれ接続されて第１スイッチング部１８を介し
て出力された光電荷データを転送するｍ本の第１データ
ライン１６と、ｍ本の第１データライン１６を介して転
送された光電荷データを入力して順次出力する第１リー
ドアウトＬＤＩ部１７と、第２スイッチング部２２の同
一ブロック内の各薄膜トランジスタのゲートにそれぞれ
接続されてゲート信号を印加するｎ本の第２ゲートライ
ン１４ａと、ｎ本の第２ゲートライン１４ａに薄膜トラ
ンジスタ駆動用パルスを選択的に印加する第２ゲートパ
ルスドライビング回路部１５ａと、第２スイッチング部
２２を各ブロックの内の同一番目の薄膜トランジスタの
ドレーンにそれぞれ接続されて第２スイッチング部１８
を介して出力された光電荷データを転送するｍ本の第２
データライン１６ａと、ｍ本の第２データライン１６ａ
を介して転送された光電荷データを入力して順次出力す
る第２リードアウトＬＳＩ部１７ａと、からなる。

【００２２】図４は本発明のカラー用密着イメージセン
サのレイアウト図であり、図５は図４のＡ−Ａ′線断面
図である。第１、第２、第３光電変換部１９，２０，２
１の各光電変換素子には下部電極２４ａ，２４ｂ，２４
ｃ上に光電変換層として非結晶シリコン層３２ａ，３２
ｂ，３２ｃが形成され、非結晶シリコン層３２ａ，３２
ｂ，３２ｃ上には透明電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃが形
成されている。また、第１光電変換部１９のそれぞれの
光電変換素子の下部電極２４ａには第１スイッチング部
１８と隣接するそれぞれの薄膜トランジスタのソース電
極２５ａとが一体に形成され、第１光電変換部１９およ
び第２光電変換部２０の上部透明電極２６ａ，２６ｂは
共通して光電変換素子の第１パルスライン１１に連結さ
れている。さらに、第２光電変換部２０および第３光電
変換部２１の光電変換素子のそれぞれにおいては、同一
番目の光電変換素子に対して下部電極２４ｂ，２４ｃが
共通して設けられている。

【００２３】但し、本実施例では、第２光電変換部２０
のｋ番目の光電変換素子と第３光電変換部２１のｋ−１
番目またはｋ＋１番目の光電変換素子が隣接するように
配列されている。したがって、図５の第２光電変換部２
０の光電変換素子の下部電極２４ｂと第３光電変換部２
１の光電変換素子の下部電極２４ｃとが連結されていな
いこととなっている。

【００２４】そして、第１光電変換部１９の上方にはレ
ッド（Red ）カラーフィルタ２７ａが、第２光電変換部
２０の上方にはグリーン（Green ）カラーフィルタ２７
ｂが、第３光電変換部２１の上方にはブルー（Blue）カ
ラーフィルタ２７ｃが、それぞれ形成されている。な
お、これらの各フィルタ２７ａ，２７ｂ，２７ｃの色は
任意に変更することが可能である。

【００２５】また、第３光電変換部２１の光電変換素子
の上部透明電極２６ｃは、第２パルスライン１２と連結
され、第３光電変換部２１の光電変換素子の下部透明電
極２４ｃは第２スイッチング部２２のソース電極２５ａ
と一体連結されている。

【００２６】以下、このような構成の本発明のカラー用
密着イメージセンサの製造方法を、図４、図５を用いて
説明する。

【００２７】まず、ガラス基板２３上にゲート金属とし
てのＣｒを蒸着し、パターニングして第１スイッチング
部１８および第２スイッチング部２２のゲート２８ａ，
２８ｂおよび第１、第２ゲートライン１４，１４ａを形
成する。そして、全面にわたってゲート絶縁膜（ＳｉＮ
ｘ）２９を蒸着する。

【００２８】次に、第１スイッチング部１８および第２
スイッチング部２２に活性層である非結晶シリコン３０
ａ，３０ｂとｎ^＋非結晶シリコン３１ａ，３１ｂとを順
次形成し、続いて、第１スイッチング部１８および第２
スイッチング部２２の薄膜トランジスタのソース電極２
５ａおよび第１、第２、第３光電変換部１９，２０，２
１の下部電極となる金属を蒸着し、さらに、第１スイッ
チング部１８および第２スイッチング部２２の各ソース
電極２５ａ，２５ｂを隣接する第１、第３光電変換部１
９，２１の下部電極２４ａ，２４ｂと一体に形成する。
そして、第２光電変換部２０の下部電極２４ｂと同一番
目の第３光電変換部２１の下部電極２４ｃとが連結され
るようにパターニングする。

【００２９】続いて、第１、第２、第３光電変換部１
９，２０，２１の下部電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃ上に
非結晶シリコン３２ａ，３２ｂ，３２ｃと透明電極２６
ａ，２６ｂ，２６ｃとを順次形成し、その後、全面にわ
たって絶縁膜３３を蒸着する。そして、前記第１、第
２、第３光電変換部１９，２０，２１の透明電極２６
ａ，２６ｂ，２６ｃの一部が露出するように絶縁膜３３
にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを
介して透明電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃと連結されるよ
うに第１、第２パルスライン１１，１２を形成し、その
全面に平坦化用保護膜を形成する。そして、最後に第
１、第２、第３光電変換部１９，２０，２１上にレッド
カラーフィルタ２７ａ、グリーンカラーフィルタ２７
ｂ、ブルーカラーフィルタ２７ｃをそれぞれ形成する。

【００３０】次に、このような本発明のカラー用密着イ
メージセンサの動作について、図６を用いて説明する。

【００３１】まず、図５の各々のカラーフィルタ２７
ａ，２７ｂ，２７ｃを介して入射した光により、第１、
第２、第３光電変換部１９，２０，２１の各光電変換素
子（フォトダイオード）が入射光の強さに対応した光キ
ャリアを生成する。この時、第１、第２パルスライン１
１，１２を介して図６（ａ）のようなパルスが印加され
ると、第１光電変換部１９および第２光電変換部２０に
共通して−５Ｖのパルスが印加され且つ第３光電変換部
２１に０Ｖのパルスが印加された状態において、図６
（ｂ）のように第１スイッチング部１８および第２スイ
ッチング部２２の各ブロック別に印加されるゲートパル
ス信号により、第１、第２光電変換部１９，２０の光キ
ャリアが順次第１、第２データライン１６，１６ａを介
して図６（ｄ）のように第１、第２リードアウトＬＳＩ
部１７，１７ａにより検出される。

【００３２】図６（ａ）のように第１、第２光電変換部
１９，２０には０Ｖのパルスが印加され且つ第３光電変
換部２１には−５Ｖのパルスが印加された状態におい
て、図６（ｃ）のように第２スイッチング部２２の各ブ
ロックに順次ゲートパルス信号を印加されると、第３光
電変換部２１の光キャリアが図６（ｄ）のように第２リ
ードアウトＬＳＩ部１７ａにより検出される。

【００３３】換言すれば、第１、第２光電変換部１９，
２０のスキャンの際には、第１光電変換部１９の光キャ
リアが第１スイッチング部１８を介して第１リードアウ
トＬＳＩ部１７から検出され、第２光電変換部２０の光
キャリアが第２スイッチング部２２を介して第２リード
アウトＬＳＩ部１７ａから検出される。また、第３光電
変換部２１のスキャンの際には、第１、第２光電変換部
１９，２０に印加される共通のバイアスが０Ｖであるの
で、第２光電変換部２０はチャージ（charge）の移動が
なく、したがって第３光電変換部２１の光キャリアのみ
が第２スイッチング部２２を介して第２リードアウトＬ
ＳＩ部１７ａから検出される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電変換部がＲ，Ｇ，Ｂカラー別に分離されて、第１、
第２、第３光電変換部と分離されるので、従来の光電変
換部から発生した光キャリアが隣接する光電変換素子に
影響を及ぼしてＳ／Ｎ比が減少されることを防止するこ
とができる。また、データラインが上下に分離されて第
１、第２リードアウトＬＳＩ部に連結されているので、
パターニング工程が容易となってスループットが向上さ
れる。さらに、第２、第３光電変換部を１つのスイッチ
ング部により駆動できるのでリードアウトＬＳＩ数も低
減できる。加えて製造コストの節減効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のカラー用密着イメージセンサの平面図で
ある。

【図２】図１のＢ−Ｂ′線断面図である。

【図３】本発明のカラー用密着イメージセンサについて
の等価回路図である。

【図４】本発明のカラー用密着イメージセンサについて
のレイアウト図である。

【図５】図４のＡ−Ａ′線断面図である。

【図６】本発明のカラー用密着イメージセンサのタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

１１ 光電変換素子パルスライン １３ 光電変換素子のパルスドライビング回路部 １４，１４ａ ゲートライン １５，１５ａ ゲートパルスドライビング回路 １６，１６ａ データライン １７，１７ａ リードアウトＬＤＩ部 １８ 第１スイッチング部 １９，２０，２１ 光電変換部 １１，１２ 光電変換素子パルスライン ２２ 第２スイッチング部 ２３ 基板 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 下部電極 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 上部透明電極 ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ カラーフィルタ ２８ａ，２８ｂ ゲート ２９，３３ 絶縁膜 ３０ａ，３０ｂ 非結晶シリコン ３４ 保護膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光電変換領域をそれぞれ１列ずつ形
   成してなる、光信号を電気信号に変換して光キャリアを
   生成するための第１、第２、第３光電変換部（１９），
   （２０），（２１）と、 前記第１、第２、第３光電変換部（１９），（２０），
   （２１）上に形成されて光をフィルタリングするＲ，
   Ｇ，Ｂカラーフィルタ層と、 複数の薄膜トランジスタがそれぞれ１列ずつ配列されて
   なる、第１、第２光電変換部（１９），（２０）および
   第３光電変換部の光キャリアの出力を順次スイッチング
   する第１、第２スイッチング部（１８），（２２）と、 前記第１、第２スイッチング部（１８），（２２）にブ
   ロック毎に駆動用ゲートパルス信号をそれぞれ印加する
   ための複数の第１、第２ゲートライン（１４），（１４
   ａ）と、 前記第１、第２スイッチング部（１８），（２２）によ
   り出力された光キャリアをそれぞれ転送するための複数
   の第１、第２データライン（１６），（１６ａ）と、 前記第１、第２光電変換部（１９），（２０）および第
   ３光電変換部（２１）にパルス信号を印加するための第
   １、第２パルスライン（１１），（１２）と、 前記第１、第２パルスライン（１１），（１２）に光電
   変換パルス信号を出力する光電変換パルスドライビング
   回路部（１３）と、 前記複数の第１、第２ゲートライン（１４），（１４
   ａ）を介して前記第１、第２スイッチング部（１８），
   （２２）の駆動用ゲートパルス信号を順次出力する第
   １、第２ゲートパルスドライビング回路部（１５），
   （１５ａ）と、 前記複数の第１、第２データライン（１６），（１６
   ａ）を介して第１、第２スイッチング部（１８），（２
   ２）から出力される光キャリアを順次読み出して外部に
   転送する第１、第２リードアウトＬＳＩ部（１７），
   （１７ａ）と、を有することを特徴とするカラー用密着
   イメージセンサ。
2. 【請求項２】１列ずつ配列された第１、第２光電変換部
   （１９），（２０）の各列の薄膜トランジスタの内のｍ
   個を一つのブロックとしてｎブロックに分割し、同一ブ
   ロック内の各薄膜トランジスタのゲート電極に接続され
   たｎ個の第１、第２ゲートライン（１４），（１４ａ）
   を形成し、且つ、各列の薄膜トランジスタの内の各ブロ
   ックの同一番目の薄膜トランジスタのドレーン電極にそ
   れぞれ接続されたｍ個の第１、第２データライン（１
   ６），（１６ａ）を形成することを特徴とする請求項１
   記載のカラー用密着イメージセンサ。
3. 【請求項３】第２光電変換部（２０）および第３光電変
   換部（２１）は、同一番目の光電変換素子どうしで光キ
   ャリアをスイッチング部に出力するための下部電極が共
   通接続されるように形成されたことを特徴とする請求項
   １記載のカラー用密着イメージセンサ。
4. 【請求項４】第２光電変換部（２０）および第３光電変
   換部（２１）の複数の光電変換素子が、第２光電変換部
   （２０）のｋ番目の光電変換素子が第３光電変換部（２
   １）のｋ−１番目またはｋ＋１番目の光電変換素子と隣
   接するように配列されたことを特徴とする請求項１記載
   のカラー用密着イメージセンサ。
5. 【請求項５】第１、第２、第３光電変換部（１９），
   （２０），（２１）の光電変換素子が、光キャリアをス
   イッチング部に出力するための下部電極上に形成された
   光電変換層と、この光電変換層上に形成された光電変換
   パルス信号が印加される透明電極とを有するフォトダイ
   オードからなることを特徴とする請求項１記載のカラー
   用密着イメージセンサ。
6. 【請求項６】半導体層は、非結晶シリコンで形成される
   ことを特徴とする請求項５記載のカラー用密着イメージ
   センサ。