(57)【要約】【課題】十分な保持容量の容量を確保することができる光電変換装置及び画像読取装置を提供する。【解決手段】基板上に設けられたＴＦＴ２１を覆う第２層間絶縁膜４１には、その厚さ方向に窪む容量形成部４３が凹設されるとともに、保持容量２２はこの容量形成部４３の側面４３ａに沿って設けられる。従って、保持容量２２が平面的でなく立体的に設けられる。【選択図】図１
2008147421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に接続された
保持容量と、前記保持容量と電気的に接続された光電変換素子とを備え、
前記光電変換素子の受光量に応じて生成された電気信号を前記保持容量に蓄積し、当該
電気信号を前記スイッチング素子を介して出力する光電変換装置であって、
前記保持容量は、前記スイッチング素子上に設けられた層間絶縁膜の厚さ方向に凹設さ
れた容量形成部の少なくとも側面に設けられていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置において、
前記光電変換素子は、前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記スイ
ッチング素子と接続され、
前記容量形成部は、前記コンタクトホールが形成された前記層間絶縁膜に形成されたこ
とを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光電変換装置において、
前記層間絶縁膜は、第１層間絶縁膜と、該第１層間絶縁膜上に積層されたアクリル樹脂
を用いた第２層間絶縁膜とからなり、
前記保持容量は、前記第２層間絶縁膜に形成されていることを特徴とする光電変換装置
。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置において、
前記保持容量における一方の電極は、前記光電変換素子に接続される電極を兼ねること
を特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置において、
前記保持容量と直列又は並列に接続され、かつ、前記基板上に形成された第２の保持容
量を備えたことを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換装置において、
前記層間絶縁膜は、第１層間絶縁膜と、該第１層間絶縁膜上に積層された第２層間絶縁
膜とからなり、
前記保持容量は、前記第２層間絶縁膜に形成され、
また前記光電変換素子は、前記スイッチング素子を覆うように前記第２層間絶縁膜上に
設けられたことを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換装置を用いたことを特徴とする画像読取
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光の光量に応じた電気信号を出力する光電変換装置及びその光電変
換装置を用いた画像読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の画像データを読み取る画像読取装置としては、フォトダイオードやフォト
トランジスタ等の光電変換素子、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子及び
保持容量を備えた画素を２次元状に配列したアクティブマトリクス型のものが知られてい
る（例えば特許文献１参照）。このような画像読取装置では、各光電変換素子で光電変換
された画像情報を保持容量に電荷として一旦蓄積し、この蓄積された電荷量に応じた電気
信号を各光電変換装置から順次出力して画像データの読み取りが行われる。
【特許文献１】特開２００４−９６０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方近年の画像読取装置では、同じサイズのチップに形成する画素数の増加、つまり画
素の高密度化が要求されている。しかしながら、上記のような光電変換装置では、光電変
換素子と保持容量とが基板上に形成されているため、高密度化によって保持容量の電極面
積が小さくなってしまい、十分な容量が確保できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、十分な容量
を確保することができる光電変換装置及び画像読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の光電変換装置では、基板上に設けられたスイッチ
ング素子と、前記スイッチング素子と電気的に接続された保持容量と、前記保持容量と電
気的に接続された光電変換素子とを備え、前記光電変換素子の受光量に応じて生成された
電気信号を前記保持容量に蓄積し、当該電気信号を前記スイッチング素子を介して出力す
る光電変換装置であって、前記保持容量は、前記スイッチング素子上に設けられた層間絶
縁膜の厚さ方向に凹設された容量形成部の少なくとも側面に設けられていることを特徴と
する。
【０００６】
この発明によれば、基板上に設けられたスイッチング素子を覆う層間絶縁膜には、その
厚さ方向に窪む容量形成部が凹設されるとともに、保持容量はこの容量形成部の側面に設
けられる。即ち、保持容量が平面的でなく立体的に設けられるため、平面的な保持容量を
形成する場合に比べて電極面積を拡大することができる。従って、層間絶縁膜の膜厚を適
時調整することにより、光電変換装置を高密度化する場合においても、十分な保持容量を
確保することができる。
【０００７】
この発明の光電変換装置では、前記光電変換素子を、前記層間絶縁膜に貫通形成された
コンタクトホールを介して前記スイッチング素子と接続し、前記容量形成部を前記コンタ
クトホールが形成された前記層間絶縁膜に形成してもよい。
【０００８】
この発明によれば、コンタクトホールが形成された層間絶縁膜に容量形成部が形成され
るため、これらコンタクトホールと容量形成部とを同時に形成することが可能となり、光
電変換装置の製造工程の簡略化に貢献することができる。
【０００９】
この発明の光電変換装置では、前記層間絶縁膜が、第１層間絶縁膜と、該第１層間絶縁
膜上に積層されたアクリル樹脂を用いた第２層間絶縁膜とから構成し、前記保持容量を前
記第２層間絶縁膜に形成してもよい。
【００１０】
この発明によれば、第２層間絶縁膜にアクリル樹脂を用いたので、この第２層間絶縁膜
を塗布工程とその硬化工程とによって成膜することができる。また、これにより、成膜工
程は短時間でよく、かつ厚みが厚い層間絶縁膜を容易に形成することができる。そして、
第２層間絶縁膜の厚みを厚くするとともに、この第２層間絶縁膜に前記容量形成部を形成
することで、より電極面積の広い保持容量を形成することができる。
【００１１】
この発明の光電変換装置では、前記保持容量における一方の電極を、前記光電変換素子
に接続させる電極と兼ねてもよい。
この発明によれば、保持容量の一方の電極は、光電変換素子に接続される電極を兼ねて
いる。これにより、光電変換素子と接続するための電極を別部材として設ける必要がない
ため、光電変換装置の部品点数を減らすことができる。
【００１２】
この発明の光電変換装置では、前記保持容量と直列又は並列に接続され、かつ、前記基
板上に形成された第２の保持容量を備えてもよい。
この発明によれば、基板上には、層間絶縁膜の凹部の側面に設けられた保持容量に加え
て第２の保持容量が形成されるため、十分な容量をより確実に確保することができる。
【００１３】
この発明の光電変換装置では、前記層間絶縁膜を、第１層間絶縁膜と、該第１層間絶縁
膜上に積層された第２層間絶縁膜とからなるものとし、前記保持容量を前記第２層間絶縁
膜内に形成し、また前記光電変換素子を、前記スイッチング素子を覆うように前記第２層
間絶縁膜上に設けてもよい。
【００１４】
この発明によれば、スイッチング素子の上方には保持容量が形成された第２層間絶縁膜
及び光電変換素子が積層形成されるため、光電変換素子の受光面積を確実に確保すること
ができ、光電変換装置をより高密度化することができる。また、光電変換素子がスイッチ
ング素子を覆っているため、スイッチング素子が光を受光することで発生するノイズを改
善することができる。
【００１５】
本発明は、画像読取装置に上記光電変換装置を用いた。
この発明によれば、高密度化しつつも十分なセンサ出力を有する画像読取装置を提供す
ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図２に示すように、本実施の形態の画像読取装置１は、例えばイメージスキャナ等に用
いられるものであり、２次元状に配列された複数の光電変換装置としての光電変換センサ
１１を備えている。各列の光電変換センサ１１はゲート配線１２ａを介してゲート駆動回
路１２に接続され、各行の光電変換センサ１１はソース配線１３ａを介して読み取り回路
１３に接続されている。各光電変換センサ１１はスイッチング素子としての薄膜トランジ
スタ（以下、ＴＦＴ）２１を備え、ＴＦＴ２１のゲートはゲート配線１２ａに接続され、
ＴＦＴ２１のソースはソース配線１３ａに接続され、ＴＦＴ２１のドレインは保持容量２
２の第１端子に接続され、保持容量２２の第２端子はグランドに接続されている。また、
ＴＦＴ２１のドレインは光電変換素子としてのフォトダイオード２３のカソードに接続さ
れ、フォトダイオード２３のアノードはグランドに接続されている。
【００１７】
図１に示すように、光電変換センサ１１は、ガラス等からなる基板２を備え、該基板２
の素子形成面２ａ上には前記ＴＦＴ２１が形成されている。
ＴＦＴ２１は、ポリシリコン等からなる半導体膜をパターニングすることにより素子形
成面２ａに形成された半導体層３１を有している。半導体層３１は、その中央位置に形成
された真性半導体あるいはｐ型の不純物を含むチャネル領域３１ｃを備え、その両側にｎ
型の不純物領域であるソース領域３１ｓ及びドレイン領域３１ｄを有している。また、半
導体層３１の上側には、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜３２が形成されるととも
に、そのゲート絶縁膜３２の上側であってチャネル領域３１ｃの上方には、ゲート配線１
２ａから延出されたゲート電極３３が形成されている。ゲート電極３３（ゲート配線１２
ａ）は、素子形成面２ａの略全面に形成したアルミニウム膜等からなる導電膜をパターニ
ングすることによって形成される。そのゲート電極３３上には、各ゲート電極３３間を電
気的に絶縁するシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜からなる第１層間絶縁膜３４が成
膜されている。
【００１８】
半導体層３１のソース領域３１ｓ及びドレイン領域３１ｄ上には、ゲート絶縁膜３２及
び第１層間絶縁膜３４を貫通する貫通孔３５が形成されるとともに、各貫通孔３５内には
、それぞれソース領域３１ｓ及びドレイン領域３１ｄに対応するソース電極３６及びドレ
イン電極３７が形成されている。ソース電極３６の上側には前記ソース配線１３ａが延設
されており、このソース配線１３ａはソース電極３６を介してソース領域３１ｓと電気的
に接続されている。一方、ドレイン電極３７の上側には中継電極３８が形成されており、
この中継電極３８はドレイン電極３７を介してドレイン領域３１ｄと電気的に接続されて
いる。また、中継電極３８は、前記第１層間絶縁膜３４からその一部が露出するように設
けられている。
【００１９】
第１層間絶縁膜３４上には、アクリル樹脂からなる第２層間絶縁膜４１が各光電変換セ
ンサ１１の中継電極３８を覆うように成膜されている。尚、この第２層間絶縁膜４１は、
第１層間絶縁膜３４上に塗布され、その後硬化させることにより成膜される。第２層間絶
縁膜４１における中継電極３８に対応する位置には、該第２層間絶縁膜４１の厚さ方向に
貫通するコンタクトホール４２が形成されている。また、第２層間絶縁膜４１におけるコ
ンタクトホール４２の近傍にはそれぞれ、該第２層間絶縁膜４１の厚さ方向に貫通する容
量形成部４３が形成されている。また、コンタクトホール４２及び容量形成部４３は、第
２層間絶縁膜４１の厚さ方向からの外観形状が円状（図示略）をなすとともに、それらの
各側面４２ａ，４３ａは下端に向かうほど狭まるテーパ状をなしている。また、容量形成
部４３の下端は、第１層間絶縁膜３４の上面にて塞がれており、この第１層間絶縁膜３４
の上面が容量形成部４３の底面４３ｂをなしている。即ち、容量形成部４３は第１層間絶
縁膜３４及び第２層間絶縁膜４１によって厚さ方向に窪む凹形状をなしている。尚、容量
形成部４３及びコンタクトホール４２は、第２層間絶縁膜４１に対しエッチング等を施す
ことにより同時に形成されており、シリコン窒化膜よりなる第１層間絶縁膜３４はそのエ
ッチングを施す際のエッチングストップ膜として作用する。このため、第１層間絶縁膜３
４は、第２層間絶縁膜４１に対するエッチングに伴う光電変換センサ１１への影響を抑制
している。
【００２０】
容量形成部４３上には、第１電極２２ａ、第２電極２２ｂ及び両電極２２ａ，２２ｂ間
に介在する誘電体としての絶縁膜４４とからなる前記保持容量２２が該容量形成部４３の
凹形状に沿って形成されている。即ち、容量形成部４３の側面４３ａ及び底面４３ｂ上に
は、下側から順に第１電極２２ａ、絶縁膜４４及び第２電極２２ｂが成膜されて構成され
た保持容量２２が設けられている。詳述すると、第１電極２２ａは、容量形成部４３の側
面４３ａ及び底面４３ｂを覆うように成膜されるとともに接地線（図示略）に接続されて
いる。絶縁膜４４は、第１電極２２ａ及び前記コンタクトホール４２の略全体を覆ってい
るとともに、該絶縁膜４４における前記中継電極３８に対応する位置には、厚さ方向に貫
通するが貫通孔４４ａが形成されている。第２電極２２ｂは、コンタクトホール４２及び
容量形成部４３における絶縁膜４４上に成膜されているとともに、貫通孔４４ａを介して
前記中継電極３８と接触している。第２電極２２ｂはこの中継電極３８及び前記ドレイン
電極３７を介して前記ドレイン領域３１ｄと電気的に接続されている。尚、本実施形態で
は、保持容量２２の第１電極２２ａ及び第２電極２２ｂはアルミニウム膜からなる。
【００２１】
保持容量２２の第２電極２２ｂの上側にはそれぞれ、前記フォトダイオード２３が該第
２電極２２ｂの上面と密着するとともにＴＦＴ２１を覆うように設けられている。フォト
ダイオード２３は、下側から順にｎ層２３ｎ、ｉ層２３ｉ、ｐ層２３ｐが積層されたＰＩ
Ｎ型構造をなしており、ｐ層２３ｐ側から入射する光をその光量に応じた電気信号に変換
する。また、フォトダイオード２３における最下部のｎ層２３ｎは保持容量２２の第２電
極２２ｂと密着することで電気的に接続されている。即ち、フォトダイオード２３はコン
タクトホール４２及び中継電極３８を介してＴＦＴ２１のドレイン電極３７と接続されて
いる。また、最上部のｐ層２３ｐは接地された電極（図示略）と電気的に接続されている
。フォトダイオード２３の上側には、ｐ層２３ｐの上面に対して接着剤４５にて接着され
たガラスよりなる保護シート４６が設けられている。保護シート４６の上面は画像検出面
４６ａとなっており、画像読取の対象物と画像検出面４６ａとを対向するように配置して
画像の読み取りを行う。
【００２２】
上記構成の画像読取装置１における画像の読み取り動作では、まず各光電変換センサ１
１のＴＦＴ２１をオンにした状態で、ソース配線１３ａを用いて保持容量２２に対しプリ
チャージを行う。次に、各ＴＦＴ２１をオフにして各フォトダイオード２３にて対象物か
らの光を受光するとともに、その受光量に応じた電荷を発生する。これにより、フォトダ
イオード２３にて発生した電荷量に応じてプリチャージされていた保持容量２２の電荷が
放電される。次に、各ＴＦＴ２１をゲート駆動回路１２と読み取り回路１３とを用いて順
次オンして、保持容量２２に残存している電荷を順次検出し、これにより対象物の２次元
情報の読み取りを行う。
【００２３】
次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）基板上に設けられたＴＦＴ２１を覆う第２層間絶縁膜４１には、その厚さ方向に
窪む容量形成部４３が凹設されるとともに、保持容量２２はこの容量形成部４３の側面４
３ａに沿って設けられる。即ち、保持容量２２が平面的でなく立体的に設けられるため、
平面的な保持容量２２を形成する場合に比べて電極面積を拡大することができる。従って
、第２層間絶縁膜４１の膜厚を適時調整することにより、光電変換センサ１１を高密度化
する場合においても、十分な保持容量２２を確保することができる。
【００２４】
（２）容量形成部４３は、コンタクトホール４２が形成された第２層間絶縁膜４１に形
成されるため、これらコンタクトホール４２と容量形成部４３とを同時に形成することが
可能となり、光電変換センサ１１の製造工程の簡略化に貢献することができる。
【００２５】
（３）第２層間絶縁膜４１にアクリル樹脂を用いたので、第２層間絶縁膜４１を塗布工
程とその硬化工程とによって成膜することができる。また、これにより、成膜工程は短時
間でよく、かつ厚みが厚い第２層間絶縁膜４１を容易に形成することができる。そして、
第２層間絶縁膜４１の厚みを厚くするとともに、この第２層間絶縁膜４１に容量形成部４
３を形成することで、より電極面積の広い保持容量２２を形成することが可能となる。
【００２６】
（４）保持容量２２の第２電極は、フォトダイオード２３のｎ層２３ｎと電気的に接続
されている。即ち、第２電極２２ｂは、フォトダイオード２３の電極を兼ねている。これ
により、フォトダイオード２３のｎ層２３ｎと接続するための電極を別部材として設ける
必要がないため、光電変換センサ１１の部品点数を減らすことができる。
【００２７】
（５）ＴＦＴ２１の上方には、保持容量２２が形成された第２層間絶縁膜４１及び光電
変換素子としてのフォトダイオード２３が積層形成されるため、フォトダイオード２３の
受光面積を確実に確保することができ、光電変換センサ１１をより高密度化することがで
きる。また、ＴＦＴ２１をフォトダイオード２３が覆っているため、ＴＦＴ２１が光を受
光することで発生するノイズを改善することができる。
【００２８】
（６）基板上に設けられたＴＦＴ２１を覆う第２層間絶縁膜４１には、その厚さ方向に
窪む容量形成部４３が凹設されるとともに、保持容量２２はこの容量形成部４３の側面４
３ａに沿って設けられる。従って、第２層間絶縁膜４１の膜厚を制御することにより、保
持容量２２の容量値を容易に変更することができる。
【００２９】
（７）保持容量２２は容量形成部４３が形成されるので、保持容量を基板上に形成する
場合に比べて保持容量２２の第１電極２２ａ及び第２電極２２ｂに用いることのできる材
質の選択の幅が広がる。そのため、保持容量２２の両電極２２ａ，２２ｂに他の配線電極
等と同じ材質を用いれば、保持容量２２の両電極２２ａ，２２ｂをそれら配線電極と同時
に形成することが可能となる。
【００３０】
尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、第２層間絶縁膜４１にアクリル樹脂を用いたが、これ以外の樹
脂を用いてもよい。
【００３１】
・上記実施の形態では、スイッチング素子としてのＴＦＴ２１を覆う層間絶縁膜は第１
層間絶縁膜３４と第２層間絶縁膜４１とから構成されたが、これに限定されるものではな
く、単層、又は３層以上としてもよい。
【００３２】
・上記実施の形態では、光電変換素子としてＰＩＮ型構造のフォトダイオード２３を用
いたが、これ以外の例えばＰＮ型構造のフォトダイオード、フォトトランジスタ等を用い
てもよい。
【００３３】
・上記実施の形態では、容量形成部４３上に設けられた保持容量２２において、接地さ
れた第１電極２２ａが下側、中継電極３８と接触する第２電極２２ｂが上側に配置された
が、これとは反対に第１電極２２ａが上側、第２電極２２ｂが下側に配置してもよい。こ
の場合、第１電極２２ａとフォトダイオード２３のｎ層２３ｎとの間に絶縁膜を設けて、
これら第１電極２２ａとフォトダイオード２３とを電気的に絶縁する。
【００３４】
・上記実施の形態では、第２電極２２ｂはフォトダイオード２３のｎ層２３ｎの電極を
兼ねたが、ｎ層２３ｎに接続される別部材の下部電極を設けて、この下部電極と保持容量
２２の第２電極２２ｂとを電気的に接続してもよい。
【００３５】
・上記実施の形態では、容量形成部４３は第２層間絶縁膜４１を貫通しているが、貫通
しない凹部としてもよい。
・上記実施の形態では、保持容量２２を１つのみ設けたが、第２層間絶縁膜４１に複数
の容量形成部４３を形成して複数の容量形成部４３を複数の保持容量２２を設けてもよい
。また、図３に示すように、保持容量２２の第１電極２２ａと並列に接続された第２の保
持容量５０を基板上に形成してもよい。この第２の保持容量５０においては、下部電極５
０ａが接続電極５１を介して保持容量２２の第１電極２２ａと電気的に接続されるととも
に、上部電極５０ｂが接地され、それら下部電極５０ａと上部電極５０ｂとの間に介在す
るゲート絶縁膜３２が誘電体となっている。尚、第２の保持容量５０は保持容量２２と直
列に接続してもよく、また、下部電極５０ａと上部電極５０ｂとは反対の構成としてもよ
い。上記構成によれば、光電変換センサ１１における十分な容量をより確実に確保するこ
とができる。
【００３６】
・上記実施の形態では、カラー画像の読み取りについては特に言及しなかったが、カラ
ー画像を読み取り可能な構成としてもよい。
・上記実施の形態の画像読取装置は、イメージスキャナ以外に、例えばデジタルカメラ
やタッチセンサ等に用いてもよい。また、基板上に発光装置を備えて画像表示装置と兼用
する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態における画像読取装置を示す断面図である。
【図２】画像読取装置の一部を示す回路図である。
【図３】別例における画像読取装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…画像読取装置、２…基板、１１…光電変換装置としての光電変換センサ、２１…ス
イッチング素子としてのＴＦＴ、２２…保持容量、２２ａ…保持容量の第１電極、２２ｂ
…保持容量の第２電極、２３…光電変換素子としてのフォトダイオード、３４…第１層間
絶縁膜、４１…第２層間絶縁膜、４２…コンタクトホール、４３…容量形成部、４３ａ…
容量形成部の側面、５０…第２の保持容量。
【図１】
2008147421.tif 000003
【図２】
2008147421.tif 000004
【図３】
2008147421.tif 000005