JP2001136341A - イメージセンサ - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
Landscapes
- Facsimile Heads (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 赤、緑、青の出力レベルが均一で高感度のイ
メージセンサを得る。 【解決手段】 原稿３面に赤、緑、青の光を照射する複
数の光源５と、原稿面からの反射光を集光する光学系６
と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画像を読み取る
複数のセンサ７と、各光源５の点灯と同期して各センサ
を一定周期で走査する読み出し装置とを備え、各光源が
それぞれ４８０ｎｍ、５４５ｎｍ、６４０ｎｍ付近の波
長を有するようにされると共に、画像の情報を各波長ご
とに区分し、時系列的に配置された電気信号として読み
出すようにした。
メージセンサを得る。 【解決手段】 原稿３面に赤、緑、青の光を照射する複
数の光源５と、原稿面からの反射光を集光する光学系６
と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画像を読み取る
複数のセンサ７と、各光源５の点灯と同期して各センサ
を一定周期で走査する読み出し装置とを備え、各光源が
それぞれ４８０ｎｍ、５４５ｎｍ、６４０ｎｍ付近の波
長を有するようにされると共に、画像の情報を各波長ご
とに区分し、時系列的に配置された電気信号として読み
出すようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、イメージセン
サ、特にファクシミリや複写機、スキャナ等に用いら
れ、被読取原稿面からの反射光をセンサによって読み取
るようにしたイメージセンサに関するものである。
サ、特にファクシミリや複写機、スキャナ等に用いら
れ、被読取原稿面からの反射光をセンサによって読み取
るようにしたイメージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種装置として、原稿と同一の
長さのラインセンサアレイを用い、原稿上の読み取り画
素を１対１で結像させることにより、原稿と同一サイズ
で原稿上の情報を読み取る密着型のイメージセンサがあ
る。図４は、例えば特開平７−１４７６２０号公報に記
載された従来の密着型イメージセンサの構成を示す断面
図である。
長さのラインセンサアレイを用い、原稿上の読み取り画
素を１対１で結像させることにより、原稿と同一サイズ
で原稿上の情報を読み取る密着型のイメージセンサがあ
る。図４は、例えば特開平７−１４７６２０号公報に記
載された従来の密着型イメージセンサの構成を示す断面
図である。
【０００３】この図において、１は密閉構造とされた筐
体、２は筐体の上面に設けられた透明部材であるガラス
で、後述する光源からの光を透過させるだけでなく、被
読取原稿を保持すると共に、外部からの筐体内への異物
の混入を防止するものである。３はカラーを含む文字、
イメージ情報等が書かれている原稿で、ガラス２上に保
持される。４は原稿３をガラス２に押し付けて回転させ
ることにより、原稿３の搬送を行なうプラテン、５は筐
体１内に設けられた光源で、赤、緑、青のそれぞれの分
光放射エネルギ分布をもつ原稿照明用光源の集合体、例
えば、赤、緑、青の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップが
同一基板上に実装されたＬＥＤアレイとして構成され、
ガラス２を介して原稿３の被読取面に光を照射するよう
にされている。６はガラス２の下方に設けられ、原稿３
の被読取面からの反射光を集光するロッドレンズアレイ
等の正立等倍レンズ、７は正立等倍レンズ６で集光され
た光を検出して原稿３の画像を撮像する固体撮像素子で
あるラインセンサＩＣ、８は複数個直線状に配設された
ラインセンサＩＣ７を装着したセンサ基板、９は原稿３
の画像読み取り情報や電源、信号などの入出力の受渡し
をするコネクタである。
体、２は筐体の上面に設けられた透明部材であるガラス
で、後述する光源からの光を透過させるだけでなく、被
読取原稿を保持すると共に、外部からの筐体内への異物
の混入を防止するものである。３はカラーを含む文字、
イメージ情報等が書かれている原稿で、ガラス２上に保
持される。４は原稿３をガラス２に押し付けて回転させ
ることにより、原稿３の搬送を行なうプラテン、５は筐
体１内に設けられた光源で、赤、緑、青のそれぞれの分
光放射エネルギ分布をもつ原稿照明用光源の集合体、例
えば、赤、緑、青の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップが
同一基板上に実装されたＬＥＤアレイとして構成され、
ガラス２を介して原稿３の被読取面に光を照射するよう
にされている。６はガラス２の下方に設けられ、原稿３
の被読取面からの反射光を集光するロッドレンズアレイ
等の正立等倍レンズ、７は正立等倍レンズ６で集光され
た光を検出して原稿３の画像を撮像する固体撮像素子で
あるラインセンサＩＣ、８は複数個直線状に配設された
ラインセンサＩＣ７を装着したセンサ基板、９は原稿３
の画像読み取り情報や電源、信号などの入出力の受渡し
をするコネクタである。
【０００４】次に、このような構成において原稿３のカ
ラー画像を読み取る場合の動作について説明する。図５
は、赤、緑、青の各光源５の点灯時間（ａ）（ｂ）
（ｃ）と、ラインセンサＩＣ７の出力信号（ｄ）（ｅ）
との関係を示す説明図である。ＣＣＤやフォトダイオー
ドアレイのような固体撮像素子であるラインセンサＩＣ
７は、周知のように、蓄積モードで動作する。即ち、ラ
インセンサであるフォトダイオードアレイを構成する多
数のフォトダイオードは、赤、緑、青の各光源５が点灯
している間は蓄積し、点灯終了後にそれぞれの信号を出
力する。即ち、図５（ｄ）に示すように、赤の出力信号
は、赤の光源が図５（ａ）に示す点灯状態を終了し、図
５（ｂ）に示す次の緑の光源が点灯している間に出力さ
れる。緑の出力信号は、同様に、図５（ｂ）に示す点灯
時間中に蓄積し、点灯状態が終了して図５（ｃ）に示す
次の青の光源が点灯している間に出力される。各色の信
号が点灯時間終了後に順次出力されることにより、図５
（ｄ）のように時系列的に配置された出力信号が取り出
されることになる。
ラー画像を読み取る場合の動作について説明する。図５
は、赤、緑、青の各光源５の点灯時間（ａ）（ｂ）
（ｃ）と、ラインセンサＩＣ７の出力信号（ｄ）（ｅ）
との関係を示す説明図である。ＣＣＤやフォトダイオー
ドアレイのような固体撮像素子であるラインセンサＩＣ
７は、周知のように、蓄積モードで動作する。即ち、ラ
インセンサであるフォトダイオードアレイを構成する多
数のフォトダイオードは、赤、緑、青の各光源５が点灯
している間は蓄積し、点灯終了後にそれぞれの信号を出
力する。即ち、図５（ｄ）に示すように、赤の出力信号
は、赤の光源が図５（ａ）に示す点灯状態を終了し、図
５（ｂ）に示す次の緑の光源が点灯している間に出力さ
れる。緑の出力信号は、同様に、図５（ｂ）に示す点灯
時間中に蓄積し、点灯状態が終了して図５（ｃ）に示す
次の青の光源が点灯している間に出力される。各色の信
号が点灯時間終了後に順次出力されることにより、図５
（ｄ）のように時系列的に配置された出力信号が取り出
されることになる。
【０００５】図６は、図５（ｄ）の出力信号を生ずるラ
インセンサＩＣの１ビットの回路構成を示すものであ
る。この図において、ＶＢはバイアス電圧発生器、ＰＤ
は光センサ、ＳＷ１は光センサＰＤにバイアス電圧発生
器ＶＢから発生される電圧を与えるスイッチで、ＳＷ１
がオンの時に光センサＰＤを初期化する。ＴＲ１〜ＴＲ
４は光センサＰＤの出力電圧を伝達するためのカレント
ミラー回路を構成するトランジスタで、トランジスタＴ
Ｒ３のゲート電極には光センサＰＤの端子電圧が出力さ
れる。ＳＷ２は光センサＰＤの蓄積回路を構成するスイ
ッチで、このスイッチがオンの時、トランジスタＴＲ３
のゲート電極電圧をコンデンサＣに伝達し、一括蓄積す
る。また、ＴＲ５はコンデンサＣに蓄積された電圧を出
力するためのトランジスタで、上述したように、次の色
の光源の点灯時間中にオンとなり、ＳＩＧ端子に電流出
力する。ＳＷ３は各ビットの出力を接続するスイッチ
で、各ビットの出力がシュートしないように制御される
ものである。
インセンサＩＣの１ビットの回路構成を示すものであ
る。この図において、ＶＢはバイアス電圧発生器、ＰＤ
は光センサ、ＳＷ１は光センサＰＤにバイアス電圧発生
器ＶＢから発生される電圧を与えるスイッチで、ＳＷ１
がオンの時に光センサＰＤを初期化する。ＴＲ１〜ＴＲ
４は光センサＰＤの出力電圧を伝達するためのカレント
ミラー回路を構成するトランジスタで、トランジスタＴ
Ｒ３のゲート電極には光センサＰＤの端子電圧が出力さ
れる。ＳＷ２は光センサＰＤの蓄積回路を構成するスイ
ッチで、このスイッチがオンの時、トランジスタＴＲ３
のゲート電極電圧をコンデンサＣに伝達し、一括蓄積す
る。また、ＴＲ５はコンデンサＣに蓄積された電圧を出
力するためのトランジスタで、上述したように、次の色
の光源の点灯時間中にオンとなり、ＳＩＧ端子に電流出
力する。ＳＷ３は各ビットの出力を接続するスイッチ
で、各ビットの出力がシュートしないように制御される
ものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のイメージセンサ
は以上のように構成されているため、例えば赤の光源で
照明された原稿の反射光を蓄積した信号、即ち赤信号を
次の緑の光源の点灯中に読み出し走査して外部に取り出
すことができ、同様に、青の光源の点灯中に読み出し走
査して緑信号を、また、赤の光源の点灯中に青信号をそ
れぞれ取り出すことができ、取り出された赤、緑、青の
各信号は、それぞれ図５（ｄ）に示すように、時系列的
に配置される。この時、赤、緑、青の各信号出力は、同
一白色原稿を読み取った際、均一であることが望ましい
が、実際には大きなバラツキが生じているため、各信号
レベルを均一化するための補正手段が必要である。ま
た、各信号の絶対出力が小さいことから、高速読み取り
をしようとする場合には、画像処理回路において各出力
を増幅する必要が生ずる他、増幅すれば上述した各信号
のバラツキが更に増大するという問題があった。
は以上のように構成されているため、例えば赤の光源で
照明された原稿の反射光を蓄積した信号、即ち赤信号を
次の緑の光源の点灯中に読み出し走査して外部に取り出
すことができ、同様に、青の光源の点灯中に読み出し走
査して緑信号を、また、赤の光源の点灯中に青信号をそ
れぞれ取り出すことができ、取り出された赤、緑、青の
各信号は、それぞれ図５（ｄ）に示すように、時系列的
に配置される。この時、赤、緑、青の各信号出力は、同
一白色原稿を読み取った際、均一であることが望ましい
が、実際には大きなバラツキが生じているため、各信号
レベルを均一化するための補正手段が必要である。ま
た、各信号の絶対出力が小さいことから、高速読み取り
をしようとする場合には、画像処理回路において各出力
を増幅する必要が生ずる他、増幅すれば上述した各信号
のバラツキが更に増大するという問題があった。
【０００７】これらの原因の一つとして、ラインセンサ
ＩＣの分光感度特性が均一でないことが挙げられる。以
下、この点について詳細に説明する。図７は、半導体プ
ロセスを応用して形成したラインセンサＩＣの構成の一
例を示す断面図である。この図において、１０はＰ形半
導体基板、１１はこの基板の一部に形成されたＬＯＣＯ
Ｓ層、１２はＬＯＣＯＳ層１１とは離隔して基板１０上
に形成されたポリシリコン層、１３は上記ＬＯＣＯＳ層
１１と上記ポリシリコン層１２との間で基板１０にＮ形
不純物を注入することにより形成されたＮ+ センサ部、
１４は上記Ｎ+ センサ部１３に沿って形成された空乏層
で、空間電荷とそれによる高電界を形成する。１５は上
記ＬＯＣＯＳ層１１、ポリシリコン層１２及びＮ+ セン
サ部１３を覆うように、それらの上面に形成されたボロ
ン・リン酸化シリコン膜（ＮＳＯ／ＢＰＳＧ酸化膜）、
１６はボロン・リン酸化シリコン膜１５の上面の一部に
形成された第１のアルミ配線層、１７は第１のアルミ配
線層１６の上面に形成された第２のアルミ配線層、１８
はボロン・リン酸化シリコン膜１５及び第１のアルミ配
線層１６の上面に形成されたプラズマ酸化シリコン膜
（ＰＳｉＯ膜）、１９はプラズマ酸化シリコン膜（ＰＳ
ｉＯ膜）１８及び第２のアルミ配線層１７の上面に形成
された窒化シリコン膜（ＰＳＧ／ＳｉＮ）からなる保護
膜である。
ＩＣの分光感度特性が均一でないことが挙げられる。以
下、この点について詳細に説明する。図７は、半導体プ
ロセスを応用して形成したラインセンサＩＣの構成の一
例を示す断面図である。この図において、１０はＰ形半
導体基板、１１はこの基板の一部に形成されたＬＯＣＯ
Ｓ層、１２はＬＯＣＯＳ層１１とは離隔して基板１０上
に形成されたポリシリコン層、１３は上記ＬＯＣＯＳ層
１１と上記ポリシリコン層１２との間で基板１０にＮ形
不純物を注入することにより形成されたＮ+ センサ部、
１４は上記Ｎ+ センサ部１３に沿って形成された空乏層
で、空間電荷とそれによる高電界を形成する。１５は上
記ＬＯＣＯＳ層１１、ポリシリコン層１２及びＮ+ セン
サ部１３を覆うように、それらの上面に形成されたボロ
ン・リン酸化シリコン膜（ＮＳＯ／ＢＰＳＧ酸化膜）、
１６はボロン・リン酸化シリコン膜１５の上面の一部に
形成された第１のアルミ配線層、１７は第１のアルミ配
線層１６の上面に形成された第２のアルミ配線層、１８
はボロン・リン酸化シリコン膜１５及び第１のアルミ配
線層１６の上面に形成されたプラズマ酸化シリコン膜
（ＰＳｉＯ膜）、１９はプラズマ酸化シリコン膜（ＰＳ
ｉＯ膜）１８及び第２のアルミ配線層１７の上面に形成
された窒化シリコン膜（ＰＳＧ／ＳｉＮ）からなる保護
膜である。
【０００８】このような構成のラインセンサＩＣにおい
て、光は保護膜１９の上面から照射され、Ｎ+ センサ部
１３及び空乏層１４がこの光を受け止めて起電力を生ず
る。なお、保護膜１９は８０００Å程度の厚さに形成さ
れているが、この厚さにおける保護膜１９の透過スペク
トルを図８に示す。この図において、横軸は波長、縦軸
は透過率をそれぞれ表している。この図から明らかなよ
うに、短波長に近づくほど透過率は低くなり、吸収が多
くなる。また、透過率の減少に加えて干渉による振幅が
見られる。この時、任意に赤、緑、青の光源の波長を選
択した場合、例えば一般的に市場で入手できるＬＥＤの
波長である赤６４０ｎｍ、緑５３０ｎｍ、青４６０ｎｍ
において、透過率は赤約９８％、緑約８５％、青約６５
％であり、これがイメージセンサの出力信号の差となっ
て出てくるため、色ごとに出力のバラツキが生じること
になる。更に、保護膜１９の厚さも、通常の半導体プロ
セスにおいては、±２０％程度はバラツキが生じるた
め、これによって透過スペクトルも変化し、各ロットご
との感度バラツキの原因にもなっている。この時、各色
のピーク波長は６４０ｎｍ、５４５ｎｍ、４８０ｎｍで
ある。
て、光は保護膜１９の上面から照射され、Ｎ+ センサ部
１３及び空乏層１４がこの光を受け止めて起電力を生ず
る。なお、保護膜１９は８０００Å程度の厚さに形成さ
れているが、この厚さにおける保護膜１９の透過スペク
トルを図８に示す。この図において、横軸は波長、縦軸
は透過率をそれぞれ表している。この図から明らかなよ
うに、短波長に近づくほど透過率は低くなり、吸収が多
くなる。また、透過率の減少に加えて干渉による振幅が
見られる。この時、任意に赤、緑、青の光源の波長を選
択した場合、例えば一般的に市場で入手できるＬＥＤの
波長である赤６４０ｎｍ、緑５３０ｎｍ、青４６０ｎｍ
において、透過率は赤約９８％、緑約８５％、青約６５
％であり、これがイメージセンサの出力信号の差となっ
て出てくるため、色ごとに出力のバラツキが生じること
になる。更に、保護膜１９の厚さも、通常の半導体プロ
セスにおいては、±２０％程度はバラツキが生じるた
め、これによって透過スペクトルも変化し、各ロットご
との感度バラツキの原因にもなっている。この時、各色
のピーク波長は６４０ｎｍ、５４５ｎｍ、４８０ｎｍで
ある。
【０００９】また、出力信号の絶対値が小さくなる、即
ち感度が低いという原因は、Ｎ+ センサ部１３より上部
にある各層間において、光に対する屈折率がそれぞれ異
なるため、入射光が反射されてしまい、効率よくＮ+ セ
ンサ部１３や空乏層１４まで光が届いていないためであ
る。更に、図７に示すセンサを一定ピッチで連続して配
置することによりラインセンサＩＣを形成する場合、そ
れぞれのセンサにおけるＮ+ センサ部１３及び空乏層１
４の面積にバラツキが生じるため、各センサ、つまりビ
ットごとの出力が、図９に示すように、バラツキを生じ
る。これは、Ｎ+ センサ部１３や空乏層１４を形成する
ため基板１０にイオン注入を行なう際、その注入エリア
を規制するのはＬＯＣＯＳ層１１とポリシリコン層１２
であるが、ＬＯＣＯＳ層１１の形状は形成過程において
不均一になりやすく、そのため結果的にＮ+ センサ部１
３の面積が不安定となり、Ｎ+ センサ部及び空乏層の特
性が不安定となり、各センサ素子の起電力にバラツキが
生じるためである。
ち感度が低いという原因は、Ｎ+ センサ部１３より上部
にある各層間において、光に対する屈折率がそれぞれ異
なるため、入射光が反射されてしまい、効率よくＮ+ セ
ンサ部１３や空乏層１４まで光が届いていないためであ
る。更に、図７に示すセンサを一定ピッチで連続して配
置することによりラインセンサＩＣを形成する場合、そ
れぞれのセンサにおけるＮ+ センサ部１３及び空乏層１
４の面積にバラツキが生じるため、各センサ、つまりビ
ットごとの出力が、図９に示すように、バラツキを生じ
る。これは、Ｎ+ センサ部１３や空乏層１４を形成する
ため基板１０にイオン注入を行なう際、その注入エリア
を規制するのはＬＯＣＯＳ層１１とポリシリコン層１２
であるが、ＬＯＣＯＳ層１１の形状は形成過程において
不均一になりやすく、そのため結果的にＮ+ センサ部１
３の面積が不安定となり、Ｎ+ センサ部及び空乏層の特
性が不安定となり、各センサ素子の起電力にバラツキが
生じるためである。
【００１０】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、赤、緑、青の出力レベルが均
一であり、高感度で各素子の起電力にバラツキが少ない
イメージセンサを得ることを目的とする。
るためになされたもので、赤、緑、青の出力レベルが均
一であり、高感度で各素子の起電力にバラツキが少ない
イメージセンサを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係るイメージ
センサは、原稿面に赤、緑、青の光を照射する複数の光
源と、原稿面からの反射光を集光する光学系と、光学系
の結像部に設けられ、原稿の画像を読み取るセンサと、
各光源の点灯と同期してセンサを一定周期で走査する読
み出し装置とを備え、画像の情報を各光源の波長ごとに
区分し、時系列的に配置された電気信号として読み出す
ようにしたものである。
センサは、原稿面に赤、緑、青の光を照射する複数の光
源と、原稿面からの反射光を集光する光学系と、光学系
の結像部に設けられ、原稿の画像を読み取るセンサと、
各光源の点灯と同期してセンサを一定周期で走査する読
み出し装置とを備え、画像の情報を各光源の波長ごとに
区分し、時系列的に配置された電気信号として読み出す
ようにしたものである。
【００１２】この発明に係るイメージセンサは、また、
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層とを有するものである。
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層とを有するものである。
【００１３】この発明に係るイメージセンサは、また、
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層と、センサ部の上面に窒化膜によって形成された
保護膜とを有し、保護膜の厚さを２０００Å以下とした
ものである。
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層と、センサ部の上面に窒化膜によって形成された
保護膜とを有し、保護膜の厚さを２０００Å以下とした
ものである。
【００１４】この発明に係るイメージセンサは、また、
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層と、センサ部の上面に形成され、Ｓｉ−Ｈボンド
の濃度をＮ−Ｈボンドに対して相対的に低くした保護膜
とを有するものである。
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層と、センサ部の上面に形成され、Ｓｉ−Ｈボンド
の濃度をＮ−Ｈボンドに対して相対的に低くした保護膜
とを有するものである。
【００１５】この発明に係るイメージセンサは、また、
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層と、センサ部の上面に形成されたプラズマ酸化シ
リコン膜と、プラズマ酸化シリコン膜の上面に窒化膜に
よって形成された保護膜と、プラズマ酸化シリコン膜及
び保護膜の間に形成され、両膜の中間の屈折率を有する
シリコン窒化膜とを有するものである。
原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を集
光する光学系と、光学系の結像部に設けられ、原稿の画
像を読み取るセンサと、このセンサを一定周期で走査す
る読み出し装置とを備え、センサは、半導体基板と、こ
の半導体基板上に離隔して形成されたポリシリコン層及
びＬＯＣＯＳ層と、ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、Ｌ
ＯＣＯＳ層を覆う他のポリシリコン層と、両ポリシリコ
ン層の間で半導体基板に不純物を注入することにより形
成されたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された
空乏層と、センサ部の上面に形成されたプラズマ酸化シ
リコン膜と、プラズマ酸化シリコン膜の上面に窒化膜に
よって形成された保護膜と、プラズマ酸化シリコン膜及
び保護膜の間に形成され、両膜の中間の屈折率を有する
シリコン窒化膜とを有するものである。
【００１６】この発明に係るイメージセンサは、また、
シリコン窒化膜の厚さをほぼ１０ｎｍとしたものであ
る。
シリコン窒化膜の厚さをほぼ１０ｎｍとしたものであ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、この
発明の実施の形態１によるイメージセンサの構成を示す
断面図である。この図において、１０はＰ形半導体基
板、１１はこの基板の一部に形成されたＬＯＣＯＳ層、
１２はＬＯＣＯＳ層１１とは離隔して基板１０上に形成
されたポリシリコン層、２０はＬＯＣＯＳ層１１の上面
に設けられ、ＬＯＣＯＳ層１１の一部を覆うと共に、一
端（図において右端）がＬＯＣＯＳ層１１よりもポリシ
リコン層１２側に延在する他のポリシリコン層、１３は
上記ポリシリコン層１２と他のポリシリコン層２０との
間で基板１０にＮ形不純物を注入することにより形成さ
れたＮ+ センサ部、１４は上記Ｎ+ センサ部１３に沿っ
て形成された空乏層で、空間電荷とそれによる高電界を
形成する。
実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、この
発明の実施の形態１によるイメージセンサの構成を示す
断面図である。この図において、１０はＰ形半導体基
板、１１はこの基板の一部に形成されたＬＯＣＯＳ層、
１２はＬＯＣＯＳ層１１とは離隔して基板１０上に形成
されたポリシリコン層、２０はＬＯＣＯＳ層１１の上面
に設けられ、ＬＯＣＯＳ層１１の一部を覆うと共に、一
端（図において右端）がＬＯＣＯＳ層１１よりもポリシ
リコン層１２側に延在する他のポリシリコン層、１３は
上記ポリシリコン層１２と他のポリシリコン層２０との
間で基板１０にＮ形不純物を注入することにより形成さ
れたＮ+ センサ部、１４は上記Ｎ+ センサ部１３に沿っ
て形成された空乏層で、空間電荷とそれによる高電界を
形成する。
【００１８】１５は上記ポリシリコン層１２、Ｎ+ セン
サ部１３及び他のポリシリコン層２０を覆うように、そ
れらの上面に形成されたボロン・リン酸化シリコン膜
（ＮＳＯ／ＢＰＳＧ酸化膜）、１６はボロン・リン酸化
シリコン膜１５の上面の一部に形成された第１のアルミ
配線層、１７は第１のアルミ配線層１６の上面に形成さ
れた第２のアルミ配線層、１８はボロン・リン酸化シリ
コン膜１５及び第１のアルミ配線層１６の上面に形成さ
れたプラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）、１９はプ
ラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）１８及び第２のア
ルミ配線層１７の上面に形成された窒化シリコン膜（Ｐ
ＳＧ／ＳｉＮ）からなる保護膜である。
サ部１３及び他のポリシリコン層２０を覆うように、そ
れらの上面に形成されたボロン・リン酸化シリコン膜
（ＮＳＯ／ＢＰＳＧ酸化膜）、１６はボロン・リン酸化
シリコン膜１５の上面の一部に形成された第１のアルミ
配線層、１７は第１のアルミ配線層１６の上面に形成さ
れた第２のアルミ配線層、１８はボロン・リン酸化シリ
コン膜１５及び第１のアルミ配線層１６の上面に形成さ
れたプラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）、１９はプ
ラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）１８及び第２のア
ルミ配線層１７の上面に形成された窒化シリコン膜（Ｐ
ＳＧ／ＳｉＮ）からなる保護膜である。
【００１９】この実施の形態においては、Ｎ+ センサ部
１３及び空乏層１４の面積は、ポリシリコン層１２と他
のポリシリコン層２０とで規制されるが、各ポリシリコ
ン層はＬＯＣＯＳ層に比してその形成過程、即ちプロセ
スが安定しており、形状安定性が良好なため、ポリシリ
コン層で囲まれた領域の面積も同様に安定する。その安
定した領域にＮ+ イオン注入を行なうことによって形成
されるＮ+ センサ部１３の面積も安定化し、その出力信
号は図２に示すように、ほぼ均一なものとなる。
１３及び空乏層１４の面積は、ポリシリコン層１２と他
のポリシリコン層２０とで規制されるが、各ポリシリコ
ン層はＬＯＣＯＳ層に比してその形成過程、即ちプロセ
スが安定しており、形状安定性が良好なため、ポリシリ
コン層で囲まれた領域の面積も同様に安定する。その安
定した領域にＮ+ イオン注入を行なうことによって形成
されるＮ+ センサ部１３の面積も安定化し、その出力信
号は図２に示すように、ほぼ均一なものとなる。
【００２０】実施の形態２．次に、この発明の実施の形
態２について説明する。この実施の形態は、保護膜１９
の厚さを２０００Å以下とするものである。このように
保護膜１９の厚さを薄くすると、入射光の振幅が小さく
なり、赤、緑、青の各波長による光の吸収が少なくなっ
て、色によるセンサの出力のバラツキが小さくなるもの
である。
態２について説明する。この実施の形態は、保護膜１９
の厚さを２０００Å以下とするものである。このように
保護膜１９の厚さを薄くすると、入射光の振幅が小さく
なり、赤、緑、青の各波長による光の吸収が少なくなっ
て、色によるセンサの出力のバラツキが小さくなるもの
である。
【００２１】図３は、保護膜１９をこのような厚さにし
た場合の透過スペクトル図である。横軸は、図８と同様
に波長を、縦軸は、透過率をそれぞれ表している。この
図から明らかなように、波長が４６０ｎｍ、５３０ｎ
ｍ、６４０ｎｍにおける透過率は、それぞれ約８５％、
約７５％、約９０％であり、図８に示す従来の保護膜
（厚さ８０００Å）の上記の各波長における透過率が、
上述した如く、それぞれ約６５％、約８５％、約１００
％と大きなうねりがあったのに対して、この実施の形態
では、うねりが小さくなっていることが分かる。これ
は、保護膜１９を薄くしたことにより、光の干渉の影響
が小さくなるためである。また、図５（ｅ）に、この実
施の形態におけるセンサの出力信号を示しているよう
に、赤、緑、青の各出力のバラツキも小さくなるもので
ある。
た場合の透過スペクトル図である。横軸は、図８と同様
に波長を、縦軸は、透過率をそれぞれ表している。この
図から明らかなように、波長が４６０ｎｍ、５３０ｎ
ｍ、６４０ｎｍにおける透過率は、それぞれ約８５％、
約７５％、約９０％であり、図８に示す従来の保護膜
（厚さ８０００Å）の上記の各波長における透過率が、
上述した如く、それぞれ約６５％、約８５％、約１００
％と大きなうねりがあったのに対して、この実施の形態
では、うねりが小さくなっていることが分かる。これ
は、保護膜１９を薄くしたことにより、光の干渉の影響
が小さくなるためである。また、図５（ｅ）に、この実
施の形態におけるセンサの出力信号を示しているよう
に、赤、緑、青の各出力のバラツキも小さくなるもので
ある。
【００２２】実施の形態３．次に、この発明の実施の形
態３について説明する。実施の形態２では、保護膜１９
の厚さを２０００Å以下と薄くすることにより、色によ
るセンサの出力のバラツキを小さくしたが、この実施の
形態は保護膜１９を薄くする代わりに、ＵＶ透過性の良
好な構成の保護膜とするものである。即ち、従来の保護
膜１９に比して短波長を吸収しやすいように、Ｓｉ−Ｈ
ボンドの濃度をＮ−Ｈボンドに対して相対的に低くした
ものである。このような構成とすることにより、短波長
側での光の吸収を抑えるため、青付近、つまり波長が４
６０ｎｍ付近の透過率が向上して、３色の出力バラツキ
は低減され、実施の形態２と同様な効果を奏する。
態３について説明する。実施の形態２では、保護膜１９
の厚さを２０００Å以下と薄くすることにより、色によ
るセンサの出力のバラツキを小さくしたが、この実施の
形態は保護膜１９を薄くする代わりに、ＵＶ透過性の良
好な構成の保護膜とするものである。即ち、従来の保護
膜１９に比して短波長を吸収しやすいように、Ｓｉ−Ｈ
ボンドの濃度をＮ−Ｈボンドに対して相対的に低くした
ものである。このような構成とすることにより、短波長
側での光の吸収を抑えるため、青付近、つまり波長が４
６０ｎｍ付近の透過率が向上して、３色の出力バラツキ
は低減され、実施の形態２と同様な効果を奏する。
【００２３】実施の形態４．次に、この発明の実施の形
態４について説明する。保護膜１９とプラズマ酸化シリ
コン膜（ＰＳｉＯ膜）１８との屈折率の違いが光の振幅
の発生原因であることから、この実施の形態は、保護膜
１９とプラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）１８との
間に、両膜の中間の屈折率を有するシリコン窒化膜等を
光の透過に大きな影響を与えない程度の厚さ（例えば１
０ｎｍ）として形成するものである。この結果、光の振
幅が小さくなり、透過率が向上して上述した各実施の形
態と同様な効果を奏することができる。
態４について説明する。保護膜１９とプラズマ酸化シリ
コン膜（ＰＳｉＯ膜）１８との屈折率の違いが光の振幅
の発生原因であることから、この実施の形態は、保護膜
１９とプラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）１８との
間に、両膜の中間の屈折率を有するシリコン窒化膜等を
光の透過に大きな影響を与えない程度の厚さ（例えば１
０ｎｍ）として形成するものである。この結果、光の振
幅が小さくなり、透過率が向上して上述した各実施の形
態と同様な効果を奏することができる。
【００２４】実施の形態５．次に、この発明の実施の形
態５について説明する。保護膜１９の厚さが８０００Å
の従来の透過スペクトル図である図８においては、赤、
緑、青各色の波長付近において透過率のピークが存在し
ており、それぞれ赤は６４０ｎｍ、緑は５４５ｎｍ、青
は４８０ｎｍである。この３つの波長は、それぞれ局部
的最大値であり、その透過率の差は最大、最小において
約１５％である。３色を他の波長で選択した場合と比較
して、透過率及びバラツキの両面からみて最良のポイン
トであることが分かる。従って、この実施の形態は、
赤、緑、青各光源の波長をそれぞれ６４０ｎｍ、５４５
ｎｍ、４８０ｎｍとするものである。このようにするこ
とで、光源による出力のバラツキが小さくなり、図５
（ｅ）に示す保護膜の厚さを２０００Å以下とした場合
と同様な効果が期待できる。
態５について説明する。保護膜１９の厚さが８０００Å
の従来の透過スペクトル図である図８においては、赤、
緑、青各色の波長付近において透過率のピークが存在し
ており、それぞれ赤は６４０ｎｍ、緑は５４５ｎｍ、青
は４８０ｎｍである。この３つの波長は、それぞれ局部
的最大値であり、その透過率の差は最大、最小において
約１５％である。３色を他の波長で選択した場合と比較
して、透過率及びバラツキの両面からみて最良のポイン
トであることが分かる。従って、この実施の形態は、
赤、緑、青各光源の波長をそれぞれ６４０ｎｍ、５４５
ｎｍ、４８０ｎｍとするものである。このようにするこ
とで、光源による出力のバラツキが小さくなり、図５
（ｅ）に示す保護膜の厚さを２０００Å以下とした場合
と同様な効果が期待できる。
【００２５】
【発明の効果】この発明は以上のように構成され、赤、
緑、青各光源の波長をそれぞれ６４０ｎｍ、５４５ｎ
ｍ、４８０ｎｍ付近としているため、光源による出力の
バラツキが小さくなり、感度の高い良好なイメージセン
サが得られるものである。
緑、青各光源の波長をそれぞれ６４０ｎｍ、５４５ｎ
ｍ、４８０ｎｍ付近としているため、光源による出力の
バラツキが小さくなり、感度の高い良好なイメージセン
サが得られるものである。
【００２６】また、この発明は、センサ部となる不純物
注入領域をＬＯＣＯＳ層の上面に設けられたポリシリコ
ン層と、上記ＬＯＣＯＳ層とは離隔して形成されたポリ
シリコン層とによって規制するようにしたため、不純物
注入領域の面積が安定化し、各色の出力信号を均一にす
ることができる。また、このような特徴を生かせば、モ
ノクロセンサとして使用することも可能である。
注入領域をＬＯＣＯＳ層の上面に設けられたポリシリコ
ン層と、上記ＬＯＣＯＳ層とは離隔して形成されたポリ
シリコン層とによって規制するようにしたため、不純物
注入領域の面積が安定化し、各色の出力信号を均一にす
ることができる。また、このような特徴を生かせば、モ
ノクロセンサとして使用することも可能である。
【００２７】また、この発明は、センサの保護膜の厚さ
を２０００Å以下としているため、入射光の振幅が小さ
くなり、各色の波長による光の吸収が少なくなって、色
によるセンサの出力のバラツキが小さくなるものであ
る。
を２０００Å以下としているため、入射光の振幅が小さ
くなり、各色の波長による光の吸収が少なくなって、色
によるセンサの出力のバラツキが小さくなるものであ
る。
【００２８】また、この発明は、センサの保護膜を、Ｓ
ｉ−Ｈボンドの濃度がＮ−Ｈボンドに対して相対的に低
くなるようにしているため、短波長側での光の吸収が抑
えられ、青の波長付近での透過率が向上する結果、各色
の出力信号のバラツキを低減することができる。
ｉ−Ｈボンドの濃度がＮ−Ｈボンドに対して相対的に低
くなるようにしているため、短波長側での光の吸収が抑
えられ、青の波長付近での透過率が向上する結果、各色
の出力信号のバラツキを低減することができる。
【００２９】また、この発明は、センサの保護膜とプラ
ズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）との間に、両膜の中
間の屈折率を有するシリコン窒化膜を設けるようにした
ため、光の振幅が小さくなり、透過率が向上して感度の
高い良好なイメージセンサが得られるものである。
ズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ膜）との間に、両膜の中
間の屈折率を有するシリコン窒化膜を設けるようにした
ため、光の振幅が小さくなり、透過率が向上して感度の
高い良好なイメージセンサが得られるものである。
【図１】 この発明の実施の形態１によるイメージセン
サの構成を示す断面図である。
サの構成を示す断面図である。
【図２】 この発明のセンサＩＣの出力信号を示す波形
図である。
図である。
【図３】 この発明の実施の形態２における透過スペク
トル図である。
トル図である。
【図４】 従来のイメージセンサの全体構成を示す断面
図である。
図である。
【図５】 従来のイメージセンサにおける光源の点灯と
出力信号とのタイミング関係を示す説明図である。
出力信号とのタイミング関係を示す説明図である。
【図６】 従来のイメージセンサにおけるセンサＩＣの
１ビット分の構成を示す回路図である。
１ビット分の構成を示す回路図である。
【図７】 従来のイメージセンサＩＣの構成を示す断面
図である。
図である。
【図８】 従来のイメージセンサにおける透過スペクト
ル図である。
ル図である。
【図９】 従来のイメージセンサにおける出力信号を示
す波形図である。
す波形図である。
１ 筐体、 ２ ガラス、 ３ 原稿、 ４ プ
ラテン、５ 光源、 ６ ロッドレンズアレイ、
７ ラインセンサＩＣ、８ センサ基板、 ９ コ
ネクタ、 １０ Ｐ形半導体基板、１１ ＬＯＣＯＳ
層、 １２ ポリシリコン層、 １３ Ｎ+ センサ
部、１４ 空乏層、 １５ ボロン・リン酸化シリコ
ン膜（ＮＳＯ／ＢＰＳＧ） １６ 第１のアルミ配線層、 １７ 第２のアルミ配
線層、１８ プラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ）、１
９ 保護膜（ＰＳＧ／ＳｉＮ）、 ２０ ポリシリコ
ン層。
ラテン、５ 光源、 ６ ロッドレンズアレイ、
７ ラインセンサＩＣ、８ センサ基板、 ９ コ
ネクタ、 １０ Ｐ形半導体基板、１１ ＬＯＣＯＳ
層、 １２ ポリシリコン層、 １３ Ｎ+ センサ
部、１４ 空乏層、 １５ ボロン・リン酸化シリコ
ン膜（ＮＳＯ／ＢＰＳＧ） １６ 第１のアルミ配線層、 １７ 第２のアルミ配
線層、１８ プラズマ酸化シリコン膜（ＰＳｉＯ）、１
９ 保護膜（ＰＳＧ／ＳｉＮ）、 ２０ ポリシリコ
ン層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M108 AA11 AB05 AB14 AD07 AD11 BA04 BE02 BE03 4M118 AA06 AB02 BA01 CA03 CA23 CA33 FA08 FC05 FC18 GB03 GB17 5C051 AA01 BA04 DA03 DB01 DB04 DB08 DB18 DB22 DB29 DB31 DC07 EA01 5C072 AA01 BA13 CA05 CA07 DA02 DA25 EA07 FA01 QA11
Claims (6)
- 【請求項１】 原稿面に赤、緑、青の光を照射する複数
の光源と、上記原稿面からの反射光を集光する光学系
と、上記光学系の結像部に設けられ、上記原稿の画像を
読み取るセンサと、上記各光源の点灯と同期して上記セ
ンサを一定周期で走査する読み出し装置とを備え、上記
画像の情報を上記各光源の波長ごとに区分し、時系列的
に配置された電気信号として読み出すようにしたことを
特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項２】 原稿面に光を照射する光源と、上記原稿
面からの反射光を集光する光学系と、上記光学系の結像
部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサと、上
記センサを一定周期で走査する読み出し装置とを備え、
上記センサは、半導体基板と、この半導体基板上に離隔
して形成されたポリシリコン層及びＬＯＣＯＳ層と、上
記ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、上記ＬＯＣＯＳ層を
覆う他のポリシリコン層と、上記両ポリシリコン層の間
で上記半導体基板に不純物を注入することにより形成さ
れたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された空乏
層とを有することを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項３】 原稿面に光を照射する光源と、上記原稿
面からの反射光を集光する光学系と、上記光学系の結像
部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサと、上
記センサを一定周期で走査する読み出し装置とを備え、
上記センサは、半導体基板と、この半導体基板上に離隔
して形成されたポリシリコン層及びＬＯＣＯＳ層と、上
記ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、上記ＬＯＣＯＳ層を
覆う他のポリシリコン層と、上記両ポリシリコン層の間
で上記半導体基板に不純物を注入することにより形成さ
れたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された空乏
層と、上記センサ部の上面に窒化膜によって形成された
保護膜とを有し、上記保護膜の厚さを２０００Å以下と
したことを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項４】 原稿面に光を照射する光源と、上記原稿
面からの反射光を集光する光学系と、上記光学系の結像
部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサと、上
記センサを一定周期で走査する読み出し装置とを備え、
上記センサは、半導体基板と、この半導体基板上に離隔
して形成されたポリシリコン層及びＬＯＣＯＳ層と、上
記ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、上記ＬＯＣＯＳ層を
覆う他のポリシリコン層と、上記両ポリシリコン層の間
で上記半導体基板に不純物を注入することにより形成さ
れたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された空乏
層と、上記センサ部の上面に形成され、Ｓｉ−Ｈボンド
の濃度をＮ−Ｈボンドに対して相対的に低くした保護膜
とを有することを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項５】 原稿面に光を照射する光源と、上記原稿
面からの反射光を集光する光学系と、上記光学系の結像
部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサと、上
記センサを一定周期で走査する読み出し装置とを備え、
上記センサは、半導体基板と、この半導体基板上に離隔
して形成されたポリシリコン層及びＬＯＣＯＳ層と、上
記ＬＯＣＯＳ層の上面に設けられ、上記ＬＯＣＯＳ層を
覆う他のポリシリコン層と、上記両ポリシリコン層の間
で上記半導体基板に不純物を注入することにより形成さ
れたセンサ部及びこのセンサ部に沿って形成された空乏
層と、上記センサ部の上面に形成されたプラズマ酸化シ
リコン膜と、上記プラズマ酸化シリコン膜の上面に窒化
膜によって形成された保護膜と、上記プラズマ酸化シリ
コン膜及び保護膜の間に形成され、両膜の中間の屈折率
を有するシリコン窒化膜とを有することを特徴とするイ
メージセンサ。 - 【請求項６】 シリコン窒化膜の厚さをほぼ１０ｎｍと
したことを特徴とする請求項５記載のイメージセンサ。
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