JPH03265171A - イメージセンサ及び光電変換装置 - 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、ハンディ−スキャナーやファクシミリなどの
画像読取り手段として使用されるイメジセンサ及び光電
変換装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は代表的なイメージセンサの回路図であり、４０
個の入力回路Ａ１〜Ａ、。、１６個の出カ回Ｂ　ｃ　＋
〜Ｃ１い及び４０個のセンサ素子のブロック８１〜Ｂ４
゜からなる。第４図は第３図に示す一つのブロックＢ１
の実際の回路図であり、１６個のホトダイオード２１と
対応するブロッキングダイオード２２のアノード同士を
バック・ツゥ・バックに結合してセンサ素子を構威し、
更にホトダイオード２１のカソードを主走査方向に延び
る１６本の導線Ｌ１〜ＬＩ６に接続しである。したがっ
て、ブロックＢ　Ｉ−Ｂ　ａ。に含まれるセンサ素子は
全体としてマトリックス状に接続される。

第３図に示すイメージセンサは以下のように動作する。

まず、ホトダイオード２１は原稿からの反射光に応して
電荷を蓄積する。ここで、入力回路Ａ、からブロッキン
グダイオード２２に負のパルスが与えられるとブロッキ
ングダイオード２２はオン状態になり、ブロックＢ１内
のホトダイオード２１に蓄積された電荷を導線Ｌ１〜Ｌ
４を通して出力回路Ｃ１〜Ｃ＋ａに供給する。続いて入
力回路Ａ２〜Ａ４ｏから順番に負のパルスを与えると、
各ブロックＢ２〜Ｂ４゜内のブロッキングダイオード２
２がオン状態となり、ホトダイオードに蓄積された電荷
は順次出力回路Ｃ１〜ＣＩ６に供給される。このように
、ブロックＢ、からＢ４゜まで走査することによって１
ライン分の画像情報を読み込む。

第５図はガラス基板２３上に形成された従来のセンサ素
子の平面図であり、−点鎖線Ｂの内部が第４図の一つの
ブロックに対応する。また第６図は第５図におけるＣＣ
矢視断面図である。

ここでホトダイオード２１及びブロッキングダイオード
２２はアモルファスシリコン（ａ−３ｉ）等の半導体に
よって下からｐＮ、１層、ｎＮの順にｐｉｎ接合が形成
され、下部電極２４によって両者のアノード同士が接続
される。ホトダイオード２１の半導体層の上部には原稿
からの光を通すために透明導電膜２５が形成され、その
後透明導電膜２５及び導線り、〜ＬＩ６の一部を除いて
絶縁膜２６で覆われる。この上に上部電極２７を形成す
ることにより、ホトダイオード２１と導線Ｌ１〜Ｌ、Ｉ
ｂとが接続される。更に必要に応してこの上に保護膜が
形成される。

このように共通の下部電極の上にホトダイオードとブロ
ッキングダイオードを形成したイメージセンサの例とし
ては、特公昭６１−７２４２号（発明の名称「光電変換
装置」）がある。

電極として一般的に使用される金属はアルミニウム（Ａ
Ｉ）であるが、ＡＩはガラス基板との付着力が弱いとい
う問題がある。たとえばＡ１のガラス基板との付着力は
クロム（Ｃｒ）の場合の７分の１以下である（金属、藤
原著「薄膜」（＃、華房）参照）。

更に、下部電極２４には半導体層形成時における２５０
’Ｃ程度の高温においても半導体中に不純物として混入
することのない熱的に安定な金属を使用する必要がある
が、ＡＩはこのような高温になると半導体中に拡散しや
すいという欠点がある。

また、下部電極２４はその上に形成される半導体層との
間にオーミック接合が要求されるが、この意味でもＡＩ
を下部電極２４として使用することは好ましくない。か
かる点を考慮して、通常下部電極にはＣｒ、モリブデン
（Ｍｏ）　、タンタル（Ｔａ）ＭｏＴａなどの金属が使
用される。

Ｃｒ、　Ｍｏ、　ＴａはＡＩに比べて融点が非常に高い
。融点の高い金属は、第７図に示すように自己拡散の活
性化エネルギーが大きいことを意味する（須藤著「電極
及び電極関連材料」　（アイピーシ出版）参照）。この
ことからＣｒ、　Ｍｏ、Ｔａ等の高融点金属は旧よりも
耐熱性が高いことが理解される。

第８図は太陽電池の電極としてＡＩと高融点金属を使用
した場合の１００°Ｃにおける効率の変化を調べた実験
結果である（大和田著、日経マイクロデバイス　１９８
６年　２月号）。同図に示すように、Ａ１の効率は高融
点金属に比べて急速に低下するが、これはＡＩが半導体
中へ容易に拡散することによる。このことからも、ＡＩ
よりも高融点金属のほうがが下部電極として適している
といえる。

第６図に示すように導線り、〜Ｌ１６もガラス基板２３
上に直接形成されるので、下部電極２４と同一工程にお
いて形成することができる。このためガラス基板２３と
の付着力、及び製造工程の能率を考慮して、導線り、〜
Ｌ１６には下部電極２４と同し金属、すなわちＣｒ等を
使用する。

したがって従来は、下部電極２４及び導線り。

〜Ｌ１６はＣｒ等によって形威し、上部電極２’ＮまＡ
ｌによって形威していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、高融点金属を下部電極２４又番よ導線Ｌ　＋
　−Ｌ　＋ｈなどの配線部分に使用する場合に番ま上述
の様な利点がある反面、高融点金属はＡＩに比べて電気
抵抗が高いという問題がある。たとえ【ｆ、ＡＩの単位
体積当りの電気抵抗がＯ′Ｃにおし）て２゜５Ωｍ、１
００’において３．５５Ωｍであるのに対し、Ｃｒの場
合には０°　Ｃにおし）て１２．７Ωｍ、１００°Ｃに
おいて１６．１Ωｍである。このような高抵抗の金属を
イメージセンサの配線部分に使用すると、配線部分の時
定数が大きくなってイメージセンサの応答性が悪くなり
、読み取り速度が低下する。また、画像信号のピーク値
力＜　／Ｊ）さくなるために感度が低下し、センサのＳ
／Ｎ比が悪くなる。

第５図又は第６図に示す回路のうち、特Ｇこ導線Ｌ１〜
Ｌ１６はマトリックス接続全体の電気抵抗を高める大き
な原因となっている。この理由は、下部電極２４の副走
査方向の長さがせいぜいＩＩＩＩＩＩ程度であるのに対
し、導線り、〜Ｌ１６の主走査方向の長さは、たとえば
へ６版用のイメージセンサの場合に約１０８ｍｍ、Ａ４
版用のイメージセンサの場合に約２１６ｍｍと、下部電
極２４に比べて非常に長いことによる。

そこで、導線Ｌ　Ｉ−Ｌ　Ｉｂの電気抵抗を小さくする
ために、これらの幅を大きくすることが考えられる。し
かし、ｉ線り、〜ＬＩ６の幅を大きくすると、第５図に
示すように導ｗＡＬ、等と上部電極２７とが交差するク
ロスオーバ一部２８の面積が導線の幅に比例して大きく
なり、この部分が大きな容量成分を持つ。このため、電
気的に関係のない上部電極２７と導線との間におけるク
ロストークが増大し、ＭＴ　Ｆ　（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が悪くなり
、得られる画像が劣化する。このため導線Ｌ＋＝Ｉ−＋
ｉの幅を広げようとしても一定の制限がある。

導線り、〜Ｌ４の電気抵抗を小さくする別の手段として
は、これらの厚みを厚くすることが考えられる。しかし
、蒸着によって数千オングストローム程度の厚さに形威
されたＣｒをこれ以上厚くすると、内部応力が大きくな
って安定な薄膜が形威されないという事実がある。また
、厚いＣｒの薄膜が得られたとしても、それにともなっ
て第６図の下部電極２４も厚くなるので下部電極２４と
半導体層の合計の厚みも厚くなる。この結果、この上に
形威される絶縁膜２６にはホトダイオード２１及びブロ
ンキングダイオード２２の外周近傍において大きな段差
ができ、この段差の角の部分にクランク（割れ目）が生
じ易くなる。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、下部
電極としてガラス基板との付着力が強く熱的にも安定な
材料を使用し、かつ、配線部分全体の電気抵抗を小さく
抑えることにより、上記問題点を解決したイメージセン
サを提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するための第１の発明は、ホトダイオ
ードとブロッキングダイオードのアノード同士（ハック
・ツウ・ハック）又はカソード同士（フロント・ツゥ・
フロント）を結合して得られるセンサ素子をマトリック
ス状に複数接続し、これらを所定の順序で駆動して原稿
の画像情報を読み取るイメージセンサにおいて、 同一基板上に分離して設けられた下部電極の一方の上に
前記ホトダイオードを、他方の下部電極の上にブロッキ
ングダイオードを形威し、上部電極によって前記ホトダ
イオードとブロッキングダイオードのアノード同士又は
カソード同士を結合して前記センサ素子を構成したこと
を特徴とするものである。

前記の目的を達成するための第２の発明は、上記第１の
発明に係るイメージセンサにおいて、前記下部電極を副
走査方向の導線として形威し、主走査方向の導線を前記
上部電極を形成する際に絶縁層を介して下部電極の上に
形成することにより、前記センサ素子をマトリックス状
に接続したことを特徴とするものである。

前記の目的を達成するため第３の発明は、絶縁性の基板
と、この基盤の上に分離して形威された第１及び第２の
電極と、この第１の電極の上に形成された光電変換要素
と、上記第２の電極の上に形威されたクロストーク防止
用のダイオード要素と、このダイオード要素と上記光電
変換要素の上に形威され両要素を結合する第３の電極と
を備えて構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

第１の発明は前記の構成によって、下部電極を２つに分
離し、上部電極でダイオード間のアノード同士又はカソ
ード同士の接続を行うことにより、下部電極が主走査方
向の導線と接続されるようになる。したがって、主走査
方向の導線は上部電極を形成する際に、同一工程で絶縁
層を介して下部電極の上に形成することができる。主走
査方向の導線と下部電極との接続は必要に応じて絶縁層
に設けられたコンタクトホールを介して行う、このよう
に、主走査方向の導線は基板に直接接触することなく、
基板の上に形成することができるので、この導線には基
板との密着力や高温に対する安定性は要求されず、上部
電極と同し金属、たとえばＡＩを使用することができる
。

第２の発明は前記の構成により、下部電極としては、基
板との密着力や高温安定性等を考慮してＣｒ等の高融点
金属を使用し、上部電極及びマトリックス接続用の主走
査方向の導線としては、これらが基板に直接接触してお
らず、また高温安定性も要求されないので、ＡＩ等の電
気抵抗の小さい金属を使用することができる。この結果
、配線部分全体の電気抵抗を低く抑えることができる。

第３の発明は前記の構成により、絶縁性の基板上に第１
の電極と第２の電極とが分離して構成される。これによ
り画電極が主走査方向の導線と接続されることになる。

第１の電極の上には光電変換要素が、第２の電極の上に
はクロストーク防止用のダイオード要素が形威されてい
る。そして、これらダイオード要素と光電変換要素はそ
の上に第３の電極を形成することによって互いに電気的
に結合される。この結果製造工程の最終段階まで基板等
に帯電した静電気を容易に除去することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例のイメージセンサの平面図で
あり、第５図に示した従来のイメージセンサの平面図に
対応する。また、第２図は第１図におけるＣＣ矢視断面
図であり、第６図に対応するものである。

第２図において、絶縁性基板としてのガラス基板１０上
の下部電極３ａ、３ｂをＣｒなどの高融点金属によって
形成する点は従来のイメージセンサと同様である。した
がって下部電極のガラス基板１０に対する付着力は十分
である。従来と異なるのは下部電極を３ａ、３ｂという
二つの部分に分離して形威した点である。第１の電極で
ある下部電極３ａは第４図の回路図において、ホトダイ
オードのカソードと導線Ｌ＋　とを結ぶ副走査方向の配
線となり、第２の電極である下部電極３ｂはブロッキン
グダイオードのカソードと入力回路とを結ぶ配線となる
。

この下部電極３ａ上には光電変換要素であるホトダイオ
ード１が、又下部電極３ｂ上にはクロストーク防止用の
ダイオード要素であるブロッキングダイオード２がそれ
ぞれａ−３ｔ半導体などによって形威される。このとき
下部電極３ａ、３ｂに高融点金属を使用しているので、
半導体形成時に２５０°Ｃ程度の高温となる場合におい
ても下部電極は安定した状態にある。したがって、半導
体層への拡散は小さく、半導体層との間のオーミンク接
合も維持される。

ホトダイオード１、ブロッキングダイオード２０半導体
層の上には、たとえばＩ　Ｔｏ　（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉ
ｎ０ｘｉｄｅ　）などの透明導電膜４ａ、４ｂが形威さ
れる。続いて透明導電膜４ａ、４ｂ上の一部、及び下部
電極３ａ上のコンタクトホール８となる部分を除き全体
的に絶縁膜５が積層される。

更に、絶縁膜５上にＡ１によって第３の電極である上部
電極６を形威しホトダイオード１とブロッキングダイオ
ード２を結合する。このときホトダイオード１とブロッ
キングダイオード２の半導体層を下部電極側からｎ層、
ｉＮ、ｐ層の順にｎｉｐ接合とするとバンク・ツウ・バ
ンクのセンサ素子が、又ｐＨ１１層、ｎ層の順にｐｉｎ
接合とするとフロント・ツゥ・フロントのセンサ素子が
構成される。

ＡＩの上部電極６とホトダイオード１、ブロッキングダ
イオード２の半導体層との間には透明導電膜４ａ、４ｂ
が介在するので、これらの接合はオーミック接合となる
。また、この上部電極６は高温下での半導体形成工程の
終了後に形成されるので、高温に対して不安定なＡＩを
使用しても問題はない。

この上部電極６の形成と同一工程において絶縁膜５上に
導線Ｌ１〜ＬＩ６を形成する。したがって導線Ｌｌ等に
は上部電極６と同しＡＩを使用することができる。この
ようなことが可能となったのは、下部電極を二つの部分
３ａ、３ｂに分離して形成し、上部型ｉ６によってセン
サ素子をバ、り・ツウ・バンク又はフロント・ツゥ・フ
ロントに結合するという構成にしたことによる。

このように、副走査方向の下部電極３ａよりもはるかに
長い主走査方向の導線にＡ１の使用が可能となったので
、マトリックス接続の配線部分の電気抵抗は大幅に低減
する。したがって、イメージセンサの応答性及びＳ／Ｎ
比は大幅に向上する。

また、導ｎ　Ｌ＋等の電気抵抗を下げるために、その幅
を大きくする必要がないので、第１図において下部電極
と導線とが交差するクロスオーバ一部分７が小さくなり
、この部分の容量成分を低く抑えることができる。この
結果両配線間のクロストークによるＦ！！ｉＷの劣化を
防止できる。

絶縁膜５と上部電極６との間の付着力、又は絶縁膜５と
導線り、〜ＬＬ＆との間の付着力が十分でない場合には
、上部電極及び導線をＣｒとＡ１の二層構造としてもよ
い。すなわち、絶縁膜６を形成した上にＣｒを薄く蒸着
し、更にその上にＡＩを形成して上部電極及び導線とす
る。Ｃｒと絶縁膜、及びＣｒとＡＩの間は十分な付着力
があるので、これによりＡ１と絶縁膜６との密着性の悪
さを補うことができる。

ＡＩの抵抗率はＣｒ等の高融点金属に比べればかなり小
さいが、導線の厚みを厚くすることによって電気抵抗を
更に小さくすることができる。第６図に示す従来のイメ
ージセンサの場合は、下部電極や導線の厚さを厚くする
と絶縁層にクラックが生し易い等の問題があったが、本
実施例では絶縁膜５上に導線を形成しているので導線の
厚さを厚くしてもこのような問題は生しない、上部電極
６及び導ＨＬ　Ｉ〜Ｌ＋６を形成した上に更にボリイξ
ドなどからなる保護膜（パッシベーション膜）を形成す
る場合がある。しかし、かかる保護膜は段差がある部分
にも安定な膜を容易に形成することができる。

従来のイメージセンサは第６図に示すように下部電極に
よってホトダイオードとブロッキングダイオードを結合
しているので、両ダイオードを形成し絶縁膜を積層した
後は、これらを独立に検査することができない。一方、
第１図１．第２図に示す本実施例のイメージセンサは、
ホトダイオード１及びブロッキングダイオード２を形成
した後であっても保護膜６を形成するまでは、これらを
別個独立に検査することができる。

イメージセンサの特性はホトダイオード及びブロッキン
グダイオードの特性に大きく依存するので、このように
ホトダイオード及びブロッキングダイオードを形成した
後にそれぞれを独立に検査できるということは、イメー
ジセンサの特性評（＆及び生産時のプロセス管理におけ
る能率の向上につながる。

次に、ホトダイオードとブロッキングダイオードはバン
ク・ツウ・バンク又はフロント・ツゥ・フロントに結合
されているので、ガラス基板に静電気が帯電すると（正
の電荷である場合が多い）、どちらか一方のダイオード
に必ず逆電圧が加わる。

この逆電圧が耐圧を越えると、そのダイオードは破壊さ
れる。従来のイメージセンサは、ホトダイオードとブロ
ッキングダイオードを結合する下部電極が製造工程の初
期の段階において絶縁膜により完全に覆われるので、そ
の後の段階でガラス基板に帯電した静電気によってホト
ダイオード又はブロッキングダイオードが静電破壊され
やすいという欠点がある。

しかし、本実施例のイメージセンサは両ダイオードを結
合するのが上部電極であり、上部電極が製造工程の最終
段階まで露出している。また、下部電極３ａ、３ｂも導
線、入出力回路等と接続する部分（例えば第３図におけ
るＡ、−Ａ、。、Ｃ８〜Ｃ１６の部分）が露出している
。したがって、両ダイオードに加わる逆電圧をこの上部
電極６及び下部電極３ａ、３ｂを通して除去することが
できる。このため、静電破壊による両ダイオードの損傷
率を大幅に低減することができ、センサ素子のシコート
欠陥が減少し、歩留りの向上につながるという利点があ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、基板との付着力の
弱さ、配線間のクロストークによる画像の劣化、導線に
使用する金属の高温不安定性、及び絶縁膜におけるクラ
ンクの発生等の問題を生じさせることなく、マトリック
ス接続の主走査方向の導線の電気抵抗を大幅に低減でき
るので、センサの応答性及びＳ／Ｎ比を向上させること
ができる。

また、これに加えて基板上に形成したホトダイオード及
びブロッキングダイオードを保護膜を形成するまで別個
独立に検査することができるので、特性評価、及び生産
時のプロセス管理における能率を向上させることができ
る。

更に、上部電極によってホトダイオードとプロンキング
ダイオードを結合することにより製造工程の最終段階ま
で基板等に帯電した静電気を除去することができるので
、両ダイオードの損傷率を大幅に低減できるイメージセ
ンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるイメージセンサの一実施例の平面
図、第２図は第１図におけるＣＣ矢視断面図、第３図は
マトリ・７クス接続された代表的なイメージセンサの回
路図、第４図は第３図の回路図のうちホトダイオードと
ブロッキングダイオドよりなるセンサ素子の部分を抜き
だした回路匣第５図は従来のイメージセンサの平面図、
第６図は第５図におけるＣＣ矢視断面図、第７図は代表
的な金属の融点と自己拡散の活性化エネルギーとの関係
を示すグラフ、第８図は太陽電池の電極としてＡＩと高
融点金属を使用した場合の効率の変化を示すグラフであ
る。 １・・・ホトダイオード（を変換要素）、２・・・ブロ
ッキングダイオード（ダイオード要素）、 ３ａ・・・下部電極〈第１Ｌｙ）電極）、３ｂ１．・下
部電極（第２の電極）、 ４ａ、４ｂ・・・透明導電膜、 ５゜９．絶縁膜、６・、・上部電極（第３の電極）、７
・・・クロスオーバ一部、 ８・・・コンタクトホール、 １０・・・ガラス基板（基板）、 Ａ１〜Ａ　４０−・・入力回路・ Ｂ　＋　””’　Ｂ　ａ。・・、センサ素子のブロフク
、Ｃ１〜Ｃ１１・・出力回路、Ｌ１〜Ｌ　１１・・導線
。 第７図 第８図 加軌時間（時間）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホトダイオードとブロッキングダイオードのアノ
   ード同士（バック・ツゥ・バック）又はカソード同士（
   フロント・ツゥ・フロント）を結合して得られるセンサ
   素子をマトリックス状に複数接続し、これらを所定の順
   序で駆動して原稿の画像情報を読み取るイメージセンサ
   において、同一基板上に分離して設けられた下部電極の
   一方の上に前記ホトダイオードを、他方の下部電極の上
   にブロッキングダイオードを形成し、上部電極によって
   前記ホトダイオードとブロッキングダイオードのアノー
   ド同士又はカソード同士を結合して前記センサ素子を構
   成したことを特徴とするイメージセンサ。
2. （２）請求項１記載のイメージセンサにおいて、前記下
   部電極を副走査方向の導線として形成し、主走査方向の
   導線を前記上部電極を形成する際に絶縁層を介して下部
   電極の上に形成することにより、前記センサ素子をマト
   リックス状に接続したことを特徴とするイメージセンサ
   。
3. （３）絶縁性の基板と、この基盤の上に分離して形成さ
   れた第１及び第２の電極と、この第１の電極の上に形成
   された光電変換要素と、上記第２の電極の上に形成され
   たクロストーク防止用のダイオード要素と、このダイオ
   ード要素と上記光電変換要素の上に形成され両要素を結
   合する第３の電極とを備えた光電変換装置。