JP3047114B2 - リニアイメージセンサー - Google Patents
リニアイメージセンサーInfo
- Publication number
- JP3047114B2 JP3047114B2 JP2273527A JP27352790A JP3047114B2 JP 3047114 B2 JP3047114 B2 JP 3047114B2 JP 2273527 A JP2273527 A JP 2273527A JP 27352790 A JP27352790 A JP 27352790A JP 3047114 B2 JP3047114 B2 JP 3047114B2
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- JP
- Japan
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- light
- light receiving
- receiving element
- image sensor
- linear image
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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、ファクシミリや、イメージスキャナー、
又、デジタルコピア等の画像読取り用のリニアイメージ
センサーに関するものであり、さらに詳述すれば、受光
素子間の出力均一性に関するものである。
又、デジタルコピア等の画像読取り用のリニアイメージ
センサーに関するものであり、さらに詳述すれば、受光
素子間の出力均一性に関するものである。
本発明は、複数本でリニアイメージセンサーを直線上
に配置してなるリニアイメージセンサーにおいて受光素
子の光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状を同じにし
て、かつ、その拡散層と遮光用の金属導電膜との間に絶
縁容量を等しくして、複数個の受光素子の光電変換特性
が均一になるようにしたものである。
に配置してなるリニアイメージセンサーにおいて受光素
子の光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状を同じにし
て、かつ、その拡散層と遮光用の金属導電膜との間に絶
縁容量を等しくして、複数個の受光素子の光電変換特性
が均一になるようにしたものである。
従来、第２図（ａ）〜（ｃ）に示すように、等積変形
した光電荷蓄積用の拡散層14、22、32を複数個配置して
なるリニアイメージセンサーが知られていた。第２図
（ａ）は、ｎ型の半導体基板12中に形成されたＰ型の高
不純物濃度の拡散層14でフォトダイオードの受光素子を
形成するリニアイメージセンサーを示している。例え
ば、特開昭57−157680号公報にこのような従来のリニア
イメージセンサーの構造が開示されている。
した光電荷蓄積用の拡散層14、22、32を複数個配置して
なるリニアイメージセンサーが知られていた。第２図
（ａ）は、ｎ型の半導体基板12中に形成されたＰ型の高
不純物濃度の拡散層14でフォトダイオードの受光素子を
形成するリニアイメージセンサーを示している。例え
ば、特開昭57−157680号公報にこのような従来のリニア
イメージセンサーの構造が開示されている。
しかし、従来のリニアイメージセンサーは、通常の受光
素子となる光電荷蓄積用の不純物拡散層21と、等積変形
した光電荷蓄積用の不純物拡散層22の領域で発生する光
電荷の量が等しくてもその形状が異なるため、光電荷を
引き出す際の電界強度が異なるため、読み出し時間が異
なるという問題点があった。受光素子がフォト・ダイオ
ードの時はその差が比較的小さいが、フォト・トランジ
スタにすると、等積変形しても、形状の違いから増幅率
hfeが異なり、外部へ出力される信号電荷の量が大きく
異なり、リニアイメージセンサーの出力均一性が悪くな
るという問題点があった。
素子となる光電荷蓄積用の不純物拡散層21と、等積変形
した光電荷蓄積用の不純物拡散層22の領域で発生する光
電荷の量が等しくてもその形状が異なるため、光電荷を
引き出す際の電界強度が異なるため、読み出し時間が異
なるという問題点があった。受光素子がフォト・ダイオ
ードの時はその差が比較的小さいが、フォト・トランジ
スタにすると、等積変形しても、形状の違いから増幅率
hfeが異なり、外部へ出力される信号電荷の量が大きく
異なり、リニアイメージセンサーの出力均一性が悪くな
るという問題点があった。
そこで、本発明は、従来のこのような問題点を解決す
るため、受光領域は等積変形し同じ面積とし、かつ発生
した光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状も同じにし
て、出力均一性を向上させたリニアイメージセンサーを
得ることを目的としている。
るため、受光領域は等積変形し同じ面積とし、かつ発生
した光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状も同じにし
て、出力均一性を向上させたリニアイメージセンサーを
得ることを目的としている。
上記問題点を解決するために、本発明は、遮光用の不
透明金属薄膜で半導体基板上部を被い、その不透明金属
薄膜の開口部の下部を受光素子の受光領域とし、受光領
域の面積を決める各受光素子の開口部の形状は、互いに
形状が変わっても面積が等しくなるよう等積変形し、か
つ光の半導体基板への照射により、半導体基板中で発生
した光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状は、各受光素
子とも同じにし、加えて不純物拡散層と、不透明金属薄
膜との間の絶縁容量もほぼ同一にする構成とし、リニア
イメージセンサーの出力均一性を向上させるようにし
た。
透明金属薄膜で半導体基板上部を被い、その不透明金属
薄膜の開口部の下部を受光素子の受光領域とし、受光領
域の面積を決める各受光素子の開口部の形状は、互いに
形状が変わっても面積が等しくなるよう等積変形し、か
つ光の半導体基板への照射により、半導体基板中で発生
した光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状は、各受光素
子とも同じにし、加えて不純物拡散層と、不透明金属薄
膜との間の絶縁容量もほぼ同一にする構成とし、リニア
イメージセンサーの出力均一性を向上させるようにし
た。
上記のように構成されたリニアイメージセンサーに均
一な光を照射した場合、各受光素子に蓄積される光電荷
の量は、等積変形された各受光素子の開口部を通って半
導体基板に照射される光量が同じため、ほぼ等しくな
り、かつ光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状が等し
く、加えてその不純物拡散層と、遮光用の金属薄膜とで
形成される絶縁容量もほぼ等しいため、外部へ光電変換
された信号電荷を読み出す際も、出力インピーダンス
や、増幅率hfeが、受光素子間でほぼ等しくなり出力信
号もほぼ等しくなるものである。
一な光を照射した場合、各受光素子に蓄積される光電荷
の量は、等積変形された各受光素子の開口部を通って半
導体基板に照射される光量が同じため、ほぼ等しくな
り、かつ光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状が等し
く、加えてその不純物拡散層と、遮光用の金属薄膜とで
形成される絶縁容量もほぼ等しいため、外部へ光電変換
された信号電荷を読み出す際も、出力インピーダンス
や、増幅率hfeが、受光素子間でほぼ等しくなり出力信
号もほぼ等しくなるものである。
以下、本発明のリニアイメージセンサーの実施例を図
面に基づいて詳細に説明する。第１図（ａ）において、
半導体基板１の表面側に複数の受光素子が直線状に配置
形成されている様子を示す、便宜上、半導体基板１は導
電型がｎ型のシリコンSi半導体基板とする。半導体基板
１の表面側に形成されている不純物拡散層３は光huが照
射され半導体基板１内部で発生する光電荷のうち、正孔
を蓄積する働きをもち、ボロンＢまたはインジウムInの
高濃度ｐ型層で形成される。それぞれの不純物拡散層３
を分離するために素子分離層２が、各不純物拡散層３を
囲うように、リンＰや、砒素As又はアンチモンSbの高濃
度Ｎ型層で半導体基板１の表面に形成されている。それ
らが形成された半導体表面を中間絶縁膜４で被覆する。
中間絶縁膜４は透明である必要があり、通常は一酸化砒
素SiO2を用い、半導体基板１を熱酸化したり、化学気相
成長法等により形成する。その中間絶縁膜４の上に、各
受光素子の受光面積を決める遮光膜となる不透明金属膜
５を形成する。この不透明金属薄膜５の開口部の下部が
受光素子の受光領域となる。通常この不透明金属薄膜５
はアルミニウムが使われ、スパッタリングや、真空蒸着
等により堆積させ、通常のLSI製造工程を通してエッチ
ングしパターニングされる。さらに、その上を保護膜６
で被覆する。この保護膜６には、透明なリン珪化ガウス
PSGや、シリコンナイトライドSi3N4が用いられ、これら
は化学気相成長法等により形成され、外部からアルカリ
金属イオンや、水分等の不純物が半導体基板１表面へ侵
入するのを防ぐ働きをする。このような断面構造を有す
る通常の受光素子を直線上に配置し、リニアイメージセ
ンサーの検出部を作るが、そのリニアイメージセンサー
の端部の様子を第１図（ｃ）に示す。PD1、PD2・・・は
受光素子を示し、第１図（ｃ）では、不透明金属薄膜５
のみを表し、開口部の形状の違いを示している。受光素
子PD2,PD3・・・の開口部が標準の形状をしており、そ
の面積SPDはSPD＝ａ×ｂとなっている。又、端部の受光
素子PD1の開口部の形状は、他の標準の開口部の形状に
比べ受光素子の配列方向の長さが縮んだ長方形をしてお
り、開口部の面積SPD1がSPD1＝ａ′×ｂ′でSPD1＝SPD
を満足するよう等積変形された形状になっている。尚、
第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１図（ｃ）のX1−
X2線及びY1−Y2線に沿った断面図を示す。標準の受光素
子は、第１図（ａ）、（ｂ）からわかるように不純物拡
散層３と不透明金属薄膜５が中間絶縁膜４を介して重な
りあう部分があり、第１図（ｄ）に重なり合う部分SOR
1,SOR2で、その部分が示されている。この部分で不純物
拡散層３に絶縁容量CORが付加される。
面に基づいて詳細に説明する。第１図（ａ）において、
半導体基板１の表面側に複数の受光素子が直線状に配置
形成されている様子を示す、便宜上、半導体基板１は導
電型がｎ型のシリコンSi半導体基板とする。半導体基板
１の表面側に形成されている不純物拡散層３は光huが照
射され半導体基板１内部で発生する光電荷のうち、正孔
を蓄積する働きをもち、ボロンＢまたはインジウムInの
高濃度ｐ型層で形成される。それぞれの不純物拡散層３
を分離するために素子分離層２が、各不純物拡散層３を
囲うように、リンＰや、砒素As又はアンチモンSbの高濃
度Ｎ型層で半導体基板１の表面に形成されている。それ
らが形成された半導体表面を中間絶縁膜４で被覆する。
中間絶縁膜４は透明である必要があり、通常は一酸化砒
素SiO2を用い、半導体基板１を熱酸化したり、化学気相
成長法等により形成する。その中間絶縁膜４の上に、各
受光素子の受光面積を決める遮光膜となる不透明金属膜
５を形成する。この不透明金属薄膜５の開口部の下部が
受光素子の受光領域となる。通常この不透明金属薄膜５
はアルミニウムが使われ、スパッタリングや、真空蒸着
等により堆積させ、通常のLSI製造工程を通してエッチ
ングしパターニングされる。さらに、その上を保護膜６
で被覆する。この保護膜６には、透明なリン珪化ガウス
PSGや、シリコンナイトライドSi3N4が用いられ、これら
は化学気相成長法等により形成され、外部からアルカリ
金属イオンや、水分等の不純物が半導体基板１表面へ侵
入するのを防ぐ働きをする。このような断面構造を有す
る通常の受光素子を直線上に配置し、リニアイメージセ
ンサーの検出部を作るが、そのリニアイメージセンサー
の端部の様子を第１図（ｃ）に示す。PD1、PD2・・・は
受光素子を示し、第１図（ｃ）では、不透明金属薄膜５
のみを表し、開口部の形状の違いを示している。受光素
子PD2,PD3・・・の開口部が標準の形状をしており、そ
の面積SPDはSPD＝ａ×ｂとなっている。又、端部の受光
素子PD1の開口部の形状は、他の標準の開口部の形状に
比べ受光素子の配列方向の長さが縮んだ長方形をしてお
り、開口部の面積SPD1がSPD1＝ａ′×ｂ′でSPD1＝SPD
を満足するよう等積変形された形状になっている。尚、
第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１図（ｃ）のX1−
X2線及びY1−Y2線に沿った断面図を示す。標準の受光素
子は、第１図（ａ）、（ｂ）からわかるように不純物拡
散層３と不透明金属薄膜５が中間絶縁膜４を介して重な
りあう部分があり、第１図（ｄ）に重なり合う部分SOR
1,SOR2で、その部分が示されている。この部分で不純物
拡散層３に絶縁容量CORが付加される。
一方、リニアイメージセンサーの端部の受光素子も第
１図（ｅ）、（ｆ）に示すように、不純物拡散層３の一
部と、不透明金属薄膜５が中間絶縁膜４を介して重なっ
ており、その面積SEは、前述の重なり合う部分の和SOR
＝SOR1＋SOR2と等しくなっている。即ちSE＝SORとなっ
ている。平面図を示す第１図（ｄ）にその様子を示す。
重なっている形状は異なるが、面積が等しいため絶縁容
量CEは前述の絶縁容量CORと等しくなり、信号読み出し
の際の出力インピーダンスが端部の受光素子と、それ以
外の標準の受光素子とがほぼ等しくなり、読み出し時間
がほぼ同じになり、結果的に出力均一性が向上する。
又、受光素子をフォトトランジスタにした場合、不純物
拡散層の形状をそれぞれの受光素子とも同じにすること
により、増幅率hfeがほぼ等しくなり、フォトダイオー
ド以上に不均一な出力特性になり易いフォトトランジス
タ型のリニアイメージセンサーの出力均一性の向上を実
現することができた。
１図（ｅ）、（ｆ）に示すように、不純物拡散層３の一
部と、不透明金属薄膜５が中間絶縁膜４を介して重なっ
ており、その面積SEは、前述の重なり合う部分の和SOR
＝SOR1＋SOR2と等しくなっている。即ちSE＝SORとなっ
ている。平面図を示す第１図（ｄ）にその様子を示す。
重なっている形状は異なるが、面積が等しいため絶縁容
量CEは前述の絶縁容量CORと等しくなり、信号読み出し
の際の出力インピーダンスが端部の受光素子と、それ以
外の標準の受光素子とがほぼ等しくなり、読み出し時間
がほぼ同じになり、結果的に出力均一性が向上する。
又、受光素子をフォトトランジスタにした場合、不純物
拡散層の形状をそれぞれの受光素子とも同じにすること
により、増幅率hfeがほぼ等しくなり、フォトダイオー
ド以上に不均一な出力特性になり易いフォトトランジス
タ型のリニアイメージセンサーの出力均一性の向上を実
現することができた。
この発明は、以上説明したように受光素子の受光面積
を、半導体基板表面を被覆するように形成した不透明金
属薄膜の等積変形された開口部の面積で決め、かつ、発
生する光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状は、同じに
するという簡単な構造で、均一光を照射した時に各受光
素子から得られる信号がほぼ等しくなる出力均一性が良
くなる効果である。又、このようなリニアイメージセン
サーを複数本直線上に接続して１本の長尺のリニアイメ
ージセンサーを作る場合、各イメージセンサーの受光素
子アレイの両端部は、ダイシングによって局部的に結晶
や絶縁膜が破壊され、その幅が数μｍ〜30μｍ位に及ぶ
のでこの受光素子アレイをつないで、その両先端の素子
間距離を数μｍにすることはほとんど不可能といってよ
い。そこでつなぎ部分のピッチをかえないために、アレ
イの両端部の受光素子の受光部の幅は、他の素子の受光
部に比べて不足する素子を作る必要が生じ、かつ均一な
出力が得られるよう受光領域が等積変形されているのだ
が、遮光膜がなく、受光部が受光素子の不純物拡散層そ
のものだと、Ｐ−Ｎ拡散接合部を安定しておくためにス
クライブ部から十分な距離を離して形成しなければなら
ず、直線上に配置する実装精度からくる両端部の受光素
子間距離が標準のものより短くなり易い。一方、遮光膜
の開口部の大部を受光領域とした本発明では、上記と同
様にスクライブ部から離れたところに光電荷の蓄積用不
純物拡散層を形成しても、受光領域を決める不透明金属
薄膜の開口部をよりダイシング部に近いところに位置す
るように形成することができ、同じ実装精度でも受光部
間距離を標準に近い寸法に保ち易くする効果がある。こ
の場合、ダイシングによるダメージが、端部の受光素子
の受光領域となる半導体基板の一部に入っても、不純物
拡散層の接合部には影響がないため、暗時に明時と同じ
ような信号ができるという不良は発生しない。発生した
光電荷がそのダメージで消滅することはあるが、その量
は、わずかで出力均一性を低下させるほどの量ではな
い。
を、半導体基板表面を被覆するように形成した不透明金
属薄膜の等積変形された開口部の面積で決め、かつ、発
生する光電荷を蓄積する不純物拡散層の形状は、同じに
するという簡単な構造で、均一光を照射した時に各受光
素子から得られる信号がほぼ等しくなる出力均一性が良
くなる効果である。又、このようなリニアイメージセン
サーを複数本直線上に接続して１本の長尺のリニアイメ
ージセンサーを作る場合、各イメージセンサーの受光素
子アレイの両端部は、ダイシングによって局部的に結晶
や絶縁膜が破壊され、その幅が数μｍ〜30μｍ位に及ぶ
のでこの受光素子アレイをつないで、その両先端の素子
間距離を数μｍにすることはほとんど不可能といってよ
い。そこでつなぎ部分のピッチをかえないために、アレ
イの両端部の受光素子の受光部の幅は、他の素子の受光
部に比べて不足する素子を作る必要が生じ、かつ均一な
出力が得られるよう受光領域が等積変形されているのだ
が、遮光膜がなく、受光部が受光素子の不純物拡散層そ
のものだと、Ｐ−Ｎ拡散接合部を安定しておくためにス
クライブ部から十分な距離を離して形成しなければなら
ず、直線上に配置する実装精度からくる両端部の受光素
子間距離が標準のものより短くなり易い。一方、遮光膜
の開口部の大部を受光領域とした本発明では、上記と同
様にスクライブ部から離れたところに光電荷の蓄積用不
純物拡散層を形成しても、受光領域を決める不透明金属
薄膜の開口部をよりダイシング部に近いところに位置す
るように形成することができ、同じ実装精度でも受光部
間距離を標準に近い寸法に保ち易くする効果がある。こ
の場合、ダイシングによるダメージが、端部の受光素子
の受光領域となる半導体基板の一部に入っても、不純物
拡散層の接合部には影響がないため、暗時に明時と同じ
ような信号ができるという不良は発生しない。発生した
光電荷がそのダメージで消滅することはあるが、その量
は、わずかで出力均一性を低下させるほどの量ではな
い。
第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のリニアイメー
ジセンサーの標準の受光素子の断面図、第１図（ｃ）、
（ｄ）はそれぞれ本発明のリニアイメージセンサーの端
部の平面図、第１図（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ本発明の
リニアイメージセンサーの端部の受光素子の断面図、第
２図（ａ）は従来のリニアイメージセンサーの断面図、
第２図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ従来のリニアイメージ
センサーの端部の様子を示す平面図である。 １……半導体基板 ２……素子分離拡散層 ３……不純物拡散層 ４……中間絶縁膜 ５……不透明金属薄膜 ６……保護膜 ７……半導体基板端面
ジセンサーの標準の受光素子の断面図、第１図（ｃ）、
（ｄ）はそれぞれ本発明のリニアイメージセンサーの端
部の平面図、第１図（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ本発明の
リニアイメージセンサーの端部の受光素子の断面図、第
２図（ａ）は従来のリニアイメージセンサーの断面図、
第２図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ従来のリニアイメージ
センサーの端部の様子を示す平面図である。 １……半導体基板 ２……素子分離拡散層 ３……不純物拡散層 ４……中間絶縁膜 ５……不透明金属薄膜 ６……保護膜 ７……半導体基板端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横道 昌弘 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイ コー電子工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/146 H04N 1/028
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板の表面部分に形成された複数個
の受光素子を直線状に配した半導体受光素子列で、前記
半導体基板の端部の受光素子の遮光用の金属膜の端部を
開口して形成した受光窓の前記受光素子列方向の幅を、
表記遮光用の金属膜の端部以外を開口して形成した他の
受光素子の受光窓の受光素子列方向の幅に比べ縮小し、
かつ前記受光窓のそれぞれの面積は変わらないように等
積変形した受光素子アレイを直線状に複数個配置して成
るリニアイメージセンサにおいて、前記遮光用の金属膜
は、前記遮光用の金属膜と前記複数個の受光素子の光電
荷を蓄積する前記半導体基板と逆の導電型の複数個の光
電荷蓄積用の不純物拡散層との間でそれぞれ形成される
絶縁容量が、それぞれの前記受光窓で変わらず、かつ前
記複数個の光電荷蓄積用の不純物拡散層の形状が同じで
あることを特徴とするリニアイメージセンサ。 - 【請求項２】前記遮光用の金属膜と前記光電荷蓄積用の
不純物拡散層とが中間絶縁膜を介して一部重なり合って
いる請求項１記載のリニアイメージセンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273527A JP3047114B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | リニアイメージセンサー |
| US07/775,824 US5329149A (en) | 1990-10-12 | 1991-10-11 | Image sensor with non-light-transmissive layer having photosensing windows |
| EP19910309425 EP0480775A3 (en) | 1990-10-12 | 1991-10-14 | An image sensor and a method of inspecting image sensors |
| US07/939,090 US5426060A (en) | 1990-10-12 | 1992-09-02 | Method of inspecting image sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273527A JP3047114B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | リニアイメージセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04148563A JPH04148563A (ja) | 1992-05-21 |
| JP3047114B2 true JP3047114B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=17529095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2273527A Expired - Lifetime JP3047114B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | リニアイメージセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3047114B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030080650A (ko) * | 2002-04-10 | 2003-10-17 | 동부전자 주식회사 | 이미지 센서 픽셀 어레이의 구조 |
| JP4976755B2 (ja) * | 2006-06-16 | 2012-07-18 | セイコーインスツル株式会社 | Ｍｏｓイメージセンサの製造方法 |
-
1990
- 1990-10-12 JP JP2273527A patent/JP3047114B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04148563A (ja) | 1992-05-21 |
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