JP3484340B2

JP3484340B2 - イメージセンサ

Info

Publication number: JP3484340B2
Application number: JP06506398A
Authority: JP
Inventors: 克史岸本; 隆三白木; 太介進藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2004-01-06
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11261047A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
とブロッキングダイオードを積層した構造を有するセン
サ素子をマトリックス状に配列した高解像度な２次元イ
メージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ、スキャナ等の原稿読取装
置では、小型化するために密着型イメージセンサの開発
が長年試みられてきた。このセンサは、原稿と１対１に
対応するエリアセンサであり、従来のＣＣＤやＭＯＳ型
のＩＣイメージセンサのように縮小レンズ系が不要で、
装置の大幅な小型化が図れる。

【０００３】このセンサの材料には、すでに砒素−セレ
ンーテルル系非晶質半導体、硫化カドミウム、水素化ア
モルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと略す）等が
報告されている。これらの材料では、すべて大型のイメ
ージセンサを形成する上で必要な大面積に一様な薄膜を
形成することができ、可視光に対する感度が高い薄膜材
料である。

【０００４】このうち、ａ−Ｓｉ：Ｈはその構成物が無
公害材料であり、可視光全域にわたって高い感度を示
し、光応答速度が速く、高抵抗であるため、高速、高解
像度のカラーイメージセンサに適した材料である。この
ａ−Ｓｉ：Ｈを密着型イメージセンサに適用する場合、
ａ−Ｓｉ：Ｈセンサ素子をシリコンＭＯＳＦＥＴのス
イッチング素子で代表される薄膜半導体素子と組み合わ
せて用いられてきたが、従来のａ−Ｓｉ：Ｈを用いた電
界効果型薄膜トランジスタ型に比べて、読み取り速度が
速く、高解調のセンサ素子を実現できるＰＩＮ型フォト
ダイオードを光電変換素子とした画像読取装置が注目さ
れている。

【０００５】このようなイメージセンサにおいて、読み
取り動作中に光が入射される選択されたフォトダイオー
ドの周囲のフォトダイオードに、相互間の電気的な結合
が生じることにより光起電力が発生し、その結果選択さ
れたフォトダイオード以外のフォトダイオードに漏れ電
流が流れ、これが出力電流に上乗せされ、正確な出力を
取り出せないことがある。

【０００６】この漏れ電流を防止するためには、ブロッ
キングダイオードをフォトダイオードに直列に接続すれ
ばよい。例えば、特公昭６２−５７２６１号公報には、
ＰＩＮ型フォトダイオードおよび漏れ電流防止ダイオー
ド（ブロッキングダイオード）を連続的に積層してなる
非晶質半導体層をセンサ素子として用いたイメージセン
サが開示されている。このセンサ素子がライン状に配置
された構造において、走査回路で各ラインを電圧制御す
ることにより、選択されたフォトダイオードの出力を取
り出す。このとき、ブロッキングダイオードの働きによ
り、他のフォトダイオードによる出力が選択されたフォ
トダイオードの出力の上に乗るのを防止して、正確な出
力を取り出すことができ、オン／オフ比が１０³以上に
なる特性が得られ、画像等の読み取りが容易に行える。

【０００７】また、漏れ電流を防止する他の技術とし
て、マトリックス構造を有するイメージセンサにおい
て、フォトダイオードからなる光電池（センサ素子）の
制御回路が特開平９−５０３４２号公報に記載されてい
る。これは、選択されている光電池の座標点のみを確実
に検出するために、同一ライン上にある他の光電池に漏
れ電流が発生しないようなバイアス電圧を印加すること
によって、所望の光電池からの出力の取り出しを行うと
いうものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、フォトダイオ
ードとブロッキングダイオードからなるセンサ素子をマ
トリックス状に配列した場合、このセンサ素子は、図１
３に示すＩ−Ｖ特性を持っており、同一ライン上にある
他のセンサ素子に漏れ電流が発生しないようにするため
に、オフ電圧が図中のＡとなるように各センサ素子に印
加する制御を行う。オフ電圧を正確に印加しないと、選
択されたセンサ素子と同一ライン上にあるこれ以外の他
のセンサ素子から生じた漏れ電流が大きくなり、選択さ
れたセンサ素子にも流れて、個々のセンサ素子の信号電
流だけを取り出すことができなくなる。

【０００９】そのため、漏れ電流を抑制しようとすれ
ば、オフ電圧を個々のセンサ素子の開放電圧近傍（図１
３のＡの位置）に正確に制御しなければならない。例え
ば、この制御誤差がＡ−０．０５＜Ａ＜Ａ＋０．０５の
幅をもつと、発生する漏れ電流は最大で次のようにな
る。

【００１０】

【数１】

【００１１】この漏れ電流は、オン電流の約１０倍に相
当するため、任意のセンサ素子からの信号電流を取り出
して画像を読み取ることは不可能となる。

【００１２】このように、マトリックス状に配列された
センサ素子において、個々のセンサ素子の出力を取り出
すためには、同一ライン上の他のセンサ素子で発生する
漏れ電流を信号電流に比べて十分小さく抑え込む必要が
ある。すなわち、所望のＳ／Ｎ以上になるように漏れ電
流を抑え込むことが最低条件となる。もちろん、センサ
素子において、ノイズ源はこの漏れ電流以外にも存在す
るが、デバイス設計の際には他のノイズをなくすことよ
りも漏れ電流の大きさをできるだけ抑制した方が有利で
ある。しかしながら、センサ素子の面内分布から考える
と、漏れ電流を抑制するために同一ライン上にある各セ
ンサ素子に正確にオフ電圧（開放電圧）を印加すること
は非常に困難である。

【００１３】そこで、本発明は、上記に鑑み、マトリッ
クス状に配列されたセンサ素子に対して、同一ライン上
の他のセンサ素子の漏れ電流を小さく抑え込むことがで
きる構造にすることにより、個々のセンサ素子の出力を
容易に取り出すことができるイメージセンサの提供を目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、フォトダイオードとブロッキングダイオードとい
う逆方向のダイオードを積層形成する構造のセンサ素子
に対して、ブロッキングダイオードで発生する光電流を
抑えることによって選択されたセンサ素子以外のセンサ
素子からの漏れ電流を小さく抑え込み、マトリックス状
に配列されたセンサ素子における個々のセンサ素子の信
号電流の読み取りを可能にするものである。

【００１５】そのためには、フォトダイオードの空乏層
がブロッキングダイオードの空乏層より厚くされる。具
体的には、フォトダイオードがａ−Ｓｉ：Ｈからなる場
合、その空乏層の膜厚が１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以
下とされ、ブロッキングダイオードも同じくａ−Ｓｉ：
Ｈからなる場合、その空乏層の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎ
ｍ以下とされる。これによって、フォトダイオードでは
光の吸収量が多くなり、ブロッキングダイオードでは光
の吸収量が少なくなって、フォトダイオードで発生する
信号電流に比べてブロッキングダイオードで発生する漏
れ電流を小さく抑えることができる。したがって、選択
されたセンサ素子と同一ライン上にある他のセンサ素子
の漏れ電流の影響を軽微にして、個々のセンサ素子の出
力を容易に取り出すことができる。

【００１６】あるいは、フォトダイオードとブロッキン
グダイオードとの間にあるドープ層の膜厚を２０ｎｍ以
上１５０ｎｍ以下とする。これによって、入射光がブロ
ッキングダイオードに到達する前にドープ層において吸
収されるので、ブロッキングダイオードで発生する漏れ
電流を小さく抑えることができる。

【００１７】また、ブロッキングダイオードに入射する
光を遮断することによっても、ブロッキングダイオード
で発生する漏れ電流を小さく抑えることができる。その
ためには、フォトダイオードとブロッキングダイオード
との間に、遮光膜を設ける。さらに、この遮光膜に反射
膜としての機能を与えれば、フォトダイオードにおける
信号電流を増加させることができ、信号電流と漏れ電流
の比を向上できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１実
施形態のイメージセンサを図２に示す。イメージセンサ
は、フォトダイオード１およびブロッキングダイオード
２が積層された構造を有するセンサ素子３をマトリック
ス状に配列したもので、原稿等の平面的な画像に対応す
るエリアセンサとして用いられる。

【００１９】センサ素子３は、図１に示すように、ポリ
イミド樹脂、ガラス等の絶縁基板４上に間隔をあけて互
いに平行に形成された第１電極５と、第１電極５上に形
成された漏れ電流防止用第１半導体層を構成するブロッ
キングダイオード２と、ブロッキングダイオード２上に
形成されこれとは逆極性の光電変換用第２半導体層を構
成するフォトダイオード１と、フォトダイオード１上に
第１電極５とは直交する方向に間隔をあけて互いに平行
に形成された透光性の第２電極６とを備え、これらが重
なり合うことによって形成される。

【００２０】そして、このイメージセンサは、複数のセ
ンサ素子３以外にバイアス印加回路１０、出力回路１
１、画像処理回路（図示せず）等を有している。なお、
図面では第１電極５および第２電極６が４本ずつ設けら
れ、センサ素子３が１６個設けられた場合を示している
が、それぞれの個数はこれに限るものではない。

【００２１】バイアス印加回路１０は、正負のバイアス
電圧を発生させるバイアス電圧発生器１２、各第１電極
５に対応するＮｏ．１〜４のラインに接続されたスイッ
チ１３およびスイッチ１３の切換えを所定のタイミング
で行う制御回路（図示せず）を備えている。スイッチ１
３を切換えることにより、信号電流を取り出したいセン
サ素子３を含むラインにはオン電圧、例えば−０．５Ｖ
が印加され、他のラインにはセンサ素子３が光電変換素
子として作用しないようにオフ電圧、例えば１．０Ｖが
印加される。

【００２２】出力回路１１は、各第２電極６に対応する
Ａ〜Ｄのラインに接続されたスイッチ１４、増幅器１５
およびスイッチ１４の切換えを所定のタイミングで行う
制御回路（図示せず）を備えている。スイッチ１４を切
換えることにより、信号電流を取り出したいセンサ素子
３を含むラインが増幅器１５と接続され、オン電圧が印
加されたセンサ素子３からの信号電流が増幅器１５に入
力され、他のラインは接地される。すなわち、バイアス
印加回路１０と出力回路１１の作動により、１個のセン
サ素子３が選択されることになる。

【００２３】また、下部の第１電極５はＴａ等の金属電
極からなり、上部の第２電極６はＩＴＯ等の透明導電膜
からなり、光は上方から入射する。フォトダイオード１
およびブロッキングダイオード２は、例えばａ−Ｓｉ：
Ｈを用いたＰＩＮ型フォトダイオードからなる。

【００２４】ここで、光の入射によりフォトダイオード
１で発生する信号電流をブロッキングダイオード２で発
生する漏れ電流より大きくして、（信号電流／漏れ電
流）の比を所望の値より大きくするために、センサ素子
３では、フォトダイオード１中の空乏層がブロッキング
ダイオード２中の空乏層より厚くされた構造となってい
る。このことをセンサ素子３がＴａ／ａ−Ｓｉ：Ｈ
（ｐ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）／ａ
−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）／ａ−ＳｉＣ：Ｈ（ｐ）／ＩＴＯの順
に積層して形成される場合について説明する。

【００２５】フォトダイオード１の空乏層はｉ層中に広
がって形成されており、ｉ層がａ−Ｓｉ：Ｈである場
合、入射光を充分に吸収するためには膜厚が１００ｎｍ
以上必要である。また、膜厚を３０００ｎｍ以上にする
と、センサ素子３を作製することが困難となる。したが
って、フォトダイオード１のｉ層の膜厚は、１００〜３
０００ｎｍが適している。

【００２６】また、この構造のようにフォトダイオード
１と同一材料のａ−Ｓｉ：Ｈでブロッキングダイオード
２を作製する場合においては、製造装置が同一のもので
よく、平易となる。しかし、ａ−Ｓｉ：Ｈでは空乏層内
に欠陥（ギャップ内準位）が多いため、ブロッキングダ
イオード２の空乏層をフォトダイオード１の空乏層より
も薄膜化していくと、空乏層内にトンネル電流を生じ易
いという欠点が生じる。もちろん、他の材料としてａ−
ＳｉＣ：Ｈ等の光吸収量の小さい材料を用いることも可
能であるが、その場合には空乏層内の欠陥がａ−Ｓｉ：
Ｈに比べて多くなるので、空乏層の薄膜化がより困難に
なることを考慮して、この膜厚を決めればよい。また、
逆にブロッキングダイオード２でのダイオード特性を確
保するためにｉ層を厚膜化する場合においても、フォト
ダイオード１と一連のプロセスで形成するという性格
上、光電流を発生させないという制限が生じ、ブロッキ
ングダイオード２の空乏層での光吸収量が入射光量の１
％以下とすると効果的である。この場合、ａ−ＳｉＣ：
Ｈ等の光吸収量の小さい材料は光電流の発生抑制には効
果的である。この双方を考慮して、ブロッキングダイオ
ード２の材料と膜厚は選択されるべきである。

【００２７】図３にブロッキングダイオード２のｉ層の
膜厚に対する白色灯のスペクトルでのフォトダイオード
１の光の吸収量（α_photo）とブロッキングダイオード
２の光の吸収量（α_block）との比を求めたものを示
す。この比は、フォトダイオード１で発生する光電流と
ブロッキングダイオード２で発生する光電流との比に相
当する。この図より、信号電流と漏れ電流の比がＳ／Ｎ
＝１０³以上となるためには、ブロッキングダイオード
２のｉ層が５０ｎｍ以下であることが必要であることが
わかる。

【００２８】また、図４はブロッキングダイオード２の
空乏層（ｉ層）の厚さ依存性を評価した図である。この
図より、ダイオード特性は空乏層が５ｎｍから発現す
る。したがって、ブロッキングダイオード２のｉ層の膜
厚は、５〜５０ｎｍが適している。

【００２９】ここで、フォトダイオード１のｎ層はブロ
ッキングダイオード２の窓層にもなっており、このフォ
トダイオード１のｎ層と第２電極６の反射光を遮るブロ
ッキングダイオード２のｐ層の吸収量が問題となるが、
ここでは導電率が高いｎ層、すなわちブロッキングダイ
オード２とフォトダイオード１の間にあるドープ層を吸
収層として１５０ｎｍまで厚膜化した。理想的には、入
射光をブロッキングダイオード２のｉ層に入射しない程
度に吸収できるようにこのｎ層を厚膜化すればよいが、
１５０ｎｍ以上積層すると、ブロッキングダイオード２
が非常に薄いため、ブロッキングダイオード２の空乏層
内にｐ，ｎドーパントの拡散が起こり、ダイオードがリ
ークしてしまう。また、ドープ層であるｎ層が２０ｎｍ
以下では、本来のｎ層としての機能を果さなかった。こ
のことから、両ダイオード１，２の中間に位置するｎ層
は２０〜１５０ｎｍに設定しなければならない。なお、
ブロッキングダイオード２のｐ層の膜厚は、第２電極６
まで到達する光が１０^-4倍程度となるため、特に考慮し
なくてもよい。

【００３０】次に、上記構造のイメージセンサの製造方
法を説明する。ここで説明するセンサ素子３の構造はａ
−Ｓｉ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｈの積層されたＰＩＮ型フォト
ダイオードの構造であるが、この構造であればセンサの
材料は限定されない。

【００３１】まず、ポリイミド等の絶縁基板４上にＴａ
をＤＣスパッタリングで成膜する。作製条件は、Ａｒ圧
力０．２ｔｏｒｒ、投入電力３００Ｗで３００ｎｍ成膜
し、その後Ｔａ電極の表面酸化膜の形成を抑えるため、
ＡｒにＮ₂を１０％混合し０．２ｔｏｒｒの圧力下で３
０ｎｍ成膜する。このＴａ電極上に、ライン状にフォト
レジストのパターニングを行い、（ＣＦ₄＋Ｏ₂）ガス
０．１５ｔｏｒｒ下でドライエッチングを施し、第１電
極５をライン状に形成する。

【００３２】この基板４上に表１の条件でＣＶＤ法によ
り半導体層の成膜を施す。すなわち、ブロッキングダイ
オード２のｐ層、ｉ層を順に１００ｎｍ、５ｎｍに形成
し、ドープ層であるｎ層を１５０ｎｍに形成する。さら
に、フォトダイオード１のｉ層、ｂ層、ｐ層を順に５０
０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍに形成する。この後、第１
電極５と同様にレジストパターニングを施し、ドライエ
ッチングでドット状にパターニングを行う。

【００３３】

【表１】

【００３４】その後、図５の点線に示すような漏れ電流
（素子内リーク）を防止するため、フォトダイオード１
上に層間絶縁膜１６としてＳｉＮを２００ｎｍ成膜し、
センサ素子３上部の第２電極６とのコンタクト部１７だ
け開口するようなパターニングを行う。この後、ＩＴＯ
をスパッタリングで４００ｎｍ成膜し、ウエットエッチ
ングで第１電極５と直交するようにライン状にパターニ
ングを施すことにより第２電極６を形成する。そして、
図５，６に示すような構造のマトリックス状に配列され
たセンサ素子３が形成される。

【００３５】次に、バイアス印加回路１０、出力回路１
１、画像処理回路等を備えた駆動ＩＣを絶縁基板４に取
り付け、各電極５，６の端子と接続することにより、イ
メージセンサが完成する。

【００３６】この駆動ＩＣの動作を説明すると、センサ
素子３ごとの出力を取り出すためには図７（ａ）の動作
タイミングチャートに示すように、スイッチ１３の切換
えにより、信号電流を読み取りたいセンサ素子３を含む
Ｎｏ．１〜４のいずれかのラインにオン電圧（−０．５
Ｖ）を印加し、他のラインにはオフ電圧（１．０Ｖ）を
印加する。この動作を各センサ素子３に対して、印加バ
イアス電圧波形に示すような所定のタイミングで繰り返
していけばよい。また、Ａ〜Ｄのラインでは、スイッチ
１４の切換えにより、選択されたセンサ素子３を含むラ
インを１本だけ増幅器１５に接続して、他はすべて接地
する。したがって、出力電流波形は、同図（ｂ）のよう
に時間の経過とともに各センサ素子３から順に取り出さ
れる。

【００３７】このとき、フォトダイオード１中の空乏層
がブロッキングダイオード２中の空乏層より厚くされ、
またブロッキングダイオード２に入射光が到達しにくい
構造となっているので、選択されたセンサ素子３と同一
ラインにあるこれ以外のセンサ素子３においては、光の
入射によりフォトダイオード１で発生する信号電流に比
べてブロッキングダイオード２で発生する漏れ電流は非
常に小さくなる。そのため、選択されたセンサ素子３以
外の他のセンサ素子３に漏れ電流が生じて、その漏れ電
流が信号電流に上乗せされても、その影響は微々たるも
のであり、（信号電流／漏れ電流）の比を所望の値より
大きくすることができ、個々のセンサ素子３の出力を容
易に抽出することができる。

【００３８】このようにして取り出されたセンサ素子３
の出力特性を図８に示す。これによると、従来のものに
比べて、出力電流および開放電圧が高くなり、形状因子
Ｆ．Ｆ．も大きくなって、Ｉ−Ｖ特性が良好となる。こ
の構造において、オフ電圧を１．０Ｖ、オン電圧を−
０．５Ｖとすると、Ｓ／Ｎを１０³以上に確保できる。

【００３９】（第２実施形態）本実施形態では、さらに
ブロッキングダイオード２に対する遮光性を確実にする
ために、図９に示すように、フォトダイオード１とブロ
ッキングダイオード２との間に遮光膜２０が介装されて
いる。

【００４０】このイメージセンサでは、センサ素子３の
基本的な構造は上記実施形態のものと同じである。した
がって、製造方法も同じであるが、本実施形態のセンサ
素子３は、ブロッキングダイオード２とフォトダイオー
ド１とが遮光膜２０によって分断されているので、第１
電極５が形成された絶縁基板４上に、まずブロッキング
ダイオード２が表２の条件でＣＶＤ法により成膜され
る。

【００４１】

【表２】

【００４２】これにより、ブロッキングダイオード２の
ｐ層、ｉ層、ｎ層が、順に１００ｎｍ、５０ｎｍ、１５
０ｎｍに形成される。次に、このブロッキングダイオー
ド２の上に、遮光膜２０としてＤＣスパッタリングでＣ
を２００ｎｍに成膜する。その後、遮光膜２０上に、フ
ォトダイオード１を表３の条件でＣＶＤ法により成膜す
る。フォトダイオード１のｎ層、ｉ層、ｂ層、ｐ層は、
順に２０ｎｍ、５００ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍに形成
される。以後は、上記実施形態と同じであり、図１０に
示すような構造のマトリックス状に配列されたセンサ素
子３が形成される。

【００４３】

【表３】

【００４４】このような構造のセンサ素子３の出力特性
を図１１に示す。ここでは、出力特性自体は上記実施形
態のものと変わらないが、遮光膜をＣとしたために、ブ
ロッキングダイオード２の空乏層を５０ｎｍとしても、
Ｓ／Ｎ＞２×１０³を確保できる。なお、遮光膜２０
は、遮光性があれば材質は問わない。また、オフ電圧を
１．０Ｖ、オン電圧を−０．５Ｖとすると、Ｓ／Ｎは１
０³以上を確保できる。

【００４５】したがって、各ダイオード１，２間に遮光
膜２０を挿入することにより、ブロッキングダイオード
２に到達する光がほとんどなくなり、ブロッキングダイ
オード２で発生する光電流をほぼゼロにすることが可能
となり、同一ライン上の他のセンサ素子３で発生する漏
れ電流を信号電流に比べて十分小さく抑えることがで
き、漏れ電流の影響を排除できる。また、ブロッキング
ダイオード２の空乏層を厚くしても、Ｓ／Ｎ比の大幅な
向上を図ることができ、しかも空乏層を厚くできること
より、ダイオード特性が良好となって、ブロッキングダ
イオード２の本来の機能の向上も図れる。

【００４６】ここで、Ｃの遮光膜２０に代わり、Ａｇを
ＲＦスパッタリングで２００ｎｍの膜厚に遮光膜２０と
して成膜する。このように、遮光膜２０をＡｇ、Ａｕ、
Ａｌ等の光反射効果に優れた金属膜にすることにより、
遮光膜２０は反射膜としての機能を有し、フォトダイオ
ード１に吸収されずに遮光膜２０に到達した光は反射さ
れ、再びフォトダイオード１内に入る。そのため、フォ
トダイオード１に吸収される光量が増加することにな
り、信号電流の増加につながって、さらにＳ／Ｎ比を改
善することができる。

【００４７】このような構造のセンサ素子３の出力特性
を図１２に示す。実線がＡｇを挿入した構造のセンサ素
子３の特性、点線が第１実施形態の構造のセンサ素子３
の特性である。遮光膜２０をＡｇとしたために反射光も
フォトダイオード１内に取り込めるため、約２０％の信
号電流が増加し、Ｓ／Ｎ＞２．５×１０³を確保でき、
さらに向上する。この構造でも、オフ電圧を１．０Ｖ、
オン電圧を−０．５Ｖとすると、Ｓ／Ｎは１０³以上を
確保できる。

【００４８】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、フォトダイオードとブロッキングダイオードと
いう逆方向のダイオードを積層形成する構造のセンサ素
子に対して、フォトダイオードの空乏層がブロッキング
ダイオードの空乏層より厚くしているので、フォトダイ
オードで発生する信号電流に比べてブロッキングダイオ
ードで発生する光電流を抑えることができ、信号電流／
漏れ電流の比を向上させることができる。

【００５０】したがって、マトリックス状に配列された
センサ素子において、読み取りたいセンサ素子と同一の
ラインにある他のセンサ素子からの漏れ電流が信号電流
の上に乗っても、その影響を受けず、個々のセンサ素子
の出力を容易に取り出すことができる。

【００５１】また、フォトダイオードとブロッキングダ
イオードとの間にあるドープ層が、光をブロッキングダ
イオードに入射させないような所定の膜厚にすることに
より、ブロッキングダイオードに到達する前にドープ層
において光を吸収することができ、ブロッキングダイオ
ードで発生する漏れ電流を小さく抑えることができる。
これによっても読み取りたいセンサ素子と同一のライン
にある他のセンサ素子からの漏れ電流の影響をなくし、
個々のセンサ素子の出力を容易に取り出すことができ
る。

【００５２】また、フォトダイオードとブロッキングダ
イオードとの間に遮光膜を設けることにより、ブロッキ
ングダイオードに入射する光を遮断することができる。
したがって、ブロッキングダイオードで発生する漏れ電
流を小さく抑えることができ、漏れ電流の影響をなくし
て、個々のセンサ素子の出力を容易に取り出すことがで
きる。しかも、この遮光膜を反射膜にすれば、フォトダ
イオードに吸収される光量が増加して、信号電流を増加
させることができる。これによって、より一層信号電流
と漏れ電流の比を向上させることができる。

【００５３】以上のような構造のセンサ素子にするだけ
で、複雑な制御を行うことなく簡単な回路構成で選択さ
れたセンサ素子からの出力を精度よく取り出すことがで
きる、低コストなイメージセンサを提供することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のセンサ素子の概略構成
図

【図２】イメージセンサの等価回路図

【図３】ブロッキングダイオードの空乏層の膜厚に対す
るフォトダイオードとブロッキングダイオードの光吸収
量の比を示す図

【図４】センサ素子のＩ−Ｖ特性におけるブロッキング
ダイオードの空乏層の厚さ依存性を評価した図

【図５】センサ素子の断面図

【図６】センサ素子の斜視図

【図７】イメージセンサの動作タイミングチャート

【図８】第１実施形態のセンサ素子のＩ−Ｖ特性を示す
図

【図９】第２実施形態のセンサ素子の概略構成図

【図１０】センサ素子の断面図

【図１１】センサ素子のＩ−Ｖ特性を示す図

【図１２】遮光膜を反射膜にしたときのセンサ素子のＩ
−Ｖ特性を示す図

【図１３】従来のセンサ素子のＩ−Ｖ特性を示す図

【符号の説明】

１フォトダイオード２ブロッキングダイオード３センサ素子４絶縁基板５第１電極６第２電極１０バイアス印加回路１１出力回路１６層間絶縁膜１７コンタクト部２０遮光膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−168058（ＪＰ，Ａ) 特開平１−253282（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/146 H01L 31/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ブロッキングダイオードと、これとは逆
極性のフォトダイオードとが積層されてセンサ素子が形
成され、該センサ素子がマトリックス状に配列されたイ
メージセンサであって、前記ブロッキングダイオードと
フォトダイオードとの間に、遮光膜が設けられ、該遮光
膜は、光反射効果に優れたＡｇ、Ａｕ、Ａｌのいずれか
の金属膜であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】ブロッキングダイオードと、これとは逆
極性のフォトダイオードとが積層されてセンサ素子が形
成され、該センサ素子がマトリックス状に配列されたイ
メージセンサであって、前記ブロッキングダイオード
は、水素化アモルファスシリコンを用い、ｐ層、ｉ層、
ｎ層が順に形成されてなり、前記フォトダイオードは、
水素化アモルファスシリコンを用い、ｎ層、ｉ層、ｂ
層、ｐ層が順に形成されてなり、前記ｂ層は、Ｓｉ
Ｈ_４、ＣＨ_４、Ｈ_２の各ガスを用いてＣＶＤ法により形
成され、前記ブロッキングダイオードとフォトダイオー
ドとの間に、遮光膜が設けられ、該遮光膜は、光反射効
果に優れたＡｇ、Ａｕ、Ａｌのいずれかの金属膜である
ことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】フォトダイオード中のｉ層がブロッキン
グダイオード中のｉ層より厚くされたことを特徴とする
請求項１または２記載のイメージセンサ。