(57)【要約】【課題】保護絶縁膜下に形成された光電変換素子特にその電極の腐食を抑えること。【解決手段】固体撮像デバイス２は、透明基板１７と、透明基板１７上にマトリクス状に配列された複数のＤＧ−Ｔｒ２０と、全てのＤＧ−Ｔｒ２０を被覆するとともにリンがドープされた保護絶縁膜３１と、保護絶縁膜３１上に形成された放電用導電膜３２と、ドライバ１１，１２，１３と、を備える。このＤＧ−Ｔｒ２０はトップゲート電極３０を具備する。トップゲート電極３０には放電用導電膜３２より常に高い電位がドライバ１１によって印加される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を制御する制御電極と、
前記制御電極の上面に形成された保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜上に成膜された導電膜と、
前記光電変換素子の前記制御電極に、前記導電膜の電位以上の電位を常時印加するドライバと、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記導電膜が接地されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御電極が、透明な金属酸化物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
光電変換素子を制御する制御電極と、
前記制御電極の上面に形成された保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜上に成膜された導電膜と、を備えた撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換素子の前記制御電極に、前記導電膜の電位以上の電位を常時印加することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
被写体が載置される載置面下であって基板上に複数の光電変換素子が配列されてなる撮像装置において、
前記複数の光電変換素子上に、リンがドープされた透明な保護絶縁膜が形成されていることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子が複数配列されてなる撮像装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋は、個人特有の模様を呈しているため、個人認証をおこなう上で非常に有用な手段であり、近年では指紋を個人認証に適用する指紋認証装置が開発されている。具体的に、指紋認証装置は、固体撮像デバイスで撮像した指紋画像を、予め登録された登録者の指紋画像データと照合することにより個人認証を行うものであり、ＰＣ（Personal Computer）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、携帯電話等の情報機器に搭載されることが検討されている。
【０００３】
特許文献１では、光電変換素子が基板上にマトリクス状に複数配列されてなる固体撮像デバイスについて記載されており、固体撮像デバイスはそれぞれの光電変換素子で光の強度や光量を検知することによって被写体の像を取得するようになっている。この光電変換素子は半導体層に入射した光の強度や強度を検知するため、半導体層に対向したトップゲート電極が透明な金属酸化物であるＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）で形成されている。この光電変換素子をトップゲート電極ごと被覆するとともに窒化シリコンからなる透明な保護絶縁膜が形成されている。
【０００４】
一般的に、固体撮像デバイスは、被写体から離れて、レンズを介して被写体の反射光を入射することによって被写体の像を取得するために用いられているが、特許文献１の記載によると、保護絶縁膜上に成膜された透明なアース電極層に被写体を直接接して被写体の像を取得するように、固体撮像デバイスを用いる試みが為されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９４０４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被写体が指先である場合、指先の汗がアース電極層に付着する。保護絶縁膜及びアース電極層に欠陥がない場合には、特に問題ないが、ごく希であるが保護絶縁膜及びアース電極層に製造工程中の微小なパーティクル等によるピンホールといった欠陥が存在する場合がある。保護絶縁膜及びアース電極層に微小なピンホールといった欠陥が存在する場合には、汗が欠陥を通じて光電変換素子に浸透して、光電変換素子特にトップゲート電極やトップゲートラインが汗中のナトリウムイオン等によって腐食する恐れがある。トップゲート電極やトップゲートラインは、アース電極層に比べて極めて小さく或いは細いので腐蝕により断線してしまいやすいという問題を生じていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、仮に保護絶縁膜に欠陥が存在した場合でも、保護絶縁膜下に形成された光電変換素子特にその電極の腐食を抑えることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明の撮像装置は、例えば図１〜図４に示すように、
光電変換素子（例えば、ダブルゲート型トランジスタ２０）を制御する制御電極（例えば、トップゲート電極３０）と、
前記制御電極の上面に形成された保護絶縁膜（例えば、保護絶縁膜３１）と、
前記保護絶縁膜上に成膜された導電膜（例えば、放電用導電膜３２）と、
前記光電変換素子の前記制御電極に、前記導電膜の電位以上の電位を常時印加するドライバ（例えば、トップゲートドライバ１１）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記導電膜が接地されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の撮像装置において、前記制御電極が透明な金属酸化物からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、
光電変換素子（例えば、ダブルゲート型トランジスタ２０）を制御する制御電極（例えば、トップゲート電極３０）と、
前記制御電極の上面に形成された保護絶縁膜（例えば、保護絶縁膜３１）と、
前記保護絶縁膜上に成膜された導電膜（例えば、放電用導電膜３２）と、を備えた撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換素子の前記制御電極に、前記導電膜の電位以上の電位を常時印加することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【００１２】
指先といった被写体が導電膜に接すると汗といったナトリウム等を含む悪影響物が導電膜に付着するが、仮に導電膜及び保護絶縁膜に欠陥が存する場合には、悪影響物が欠陥を通じて制御電極に浸透する。ところが、請求項１から４の何れか一項に記載の発明では、制御電極の電位が導電膜の電位より高いため、悪影響物中の陽イオン特に悪影響物が汗の場合にはナトリウムイオンが制御電極と反発し、ナトリウムイオンが制御電極まで到達せず、制御電極が腐食されない。特に、請求項３に記載の発明のように、制御電極が透明な金属酸化物であれば、陽イオンによって還元されず、透過率を下げることを防止できるので光電変換素子が良好に光電変換することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、
被写体（例えば、指先１００）が載置される載置面（例えば、表面３２ａ）下であって基板（例えば、透明基板１７）上に複数の光電変換素子（例えば、ダブルゲート型トランジスタ２０，２０，…）が配列されてなる撮像装置（例えば、固体撮像デバイス２）において、
前記複数の光電変換素子上に、リンがドープされた透明な保護絶縁膜（例えば、保護絶縁膜３１）が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
指先といった被写体が保護絶縁膜に接すると汗といった悪影響物が保護絶縁膜に付着するが、仮に保護絶縁膜に欠陥が存する場合には、悪影響物が欠陥を通じて光電反感素子に浸透する。ところが、請求項５に記載の発明では、保護絶縁膜にリンがドープされているため、悪影響物中の陽イオン特に悪影響物が汗の場合にはナトリウムイオンがリンと反応し、悪影響物が電解質として作用しない。従って、光電変換素子が腐食されない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の具体的な態様について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００１６】
図１は、本発明が適用された指紋認証装置１の回路構成を示した平面図であり、図２は、図１の破断線Ｃ−Ｃで破断して示した断面図である。
【００１７】
指紋認証装置１は、被写体である指先１００の反射光の光量を電気信号に変換することによって指先１００の指紋画像を撮像するドライバ一体型の撮像装置である固体撮像デバイス２と、固体撮像デバイス２からの電気信号を検知することによって指先１００の指紋画像を取得する撮像回路１０と、撮像回路１０によって取得された指紋画像が登録指紋画像に一致するとみなせるか否かを判定するための演算処理装置４と、光を発する光源１４と、光源１４から発せられた光を固体撮像デバイス２に導いて固体撮像デバイス２の裏面に向かって光を照射するための導光板１５と、を具備する。
【００１８】
導光板１５は、略平板状であり、光源１４に対向した側面及び固体撮像デバイス２の裏面に対向した表面を除き光反射材で覆われている。光源１４からの光が導光板１５にて面拡散して、導光板１５の表面から面放射した光が固体撮像デバイス２の裏面に均等に照射されるようになっている。なお、導光板１５と光源１４の代わりに、有機ＥＬ素子といった面発光素子を固体撮像デバイス２の裏面に対向するように設けても良い。
【００１９】
演算処理装置４は、ＣＰＵと、このＣＰＵの演算処理において作業領域として用いられるＲＡＭと、このＣＰＵにとって実行可能なプログラムを格納したＲＯＭと、登録者数分の登録指紋画像を記憶した記憶媒体（何れも図示せず）と、備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って、撮像回路１０を駆動したり、撮像回路１０から指紋画像を入力したり、入力した指紋画像を記憶媒体に記憶された登録指紋画像と比較することによって指紋画像が登録指紋画像と一致するとみなせるか否かを判断したりする。
【００２０】
図１〜図３を用いて固体撮像デバイス２について説明する。図３（ａ）は、固体撮像デバイス２の一画素を示した平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破断線Ａ−Ａで破断して示した断面図である。
【００２１】
固体撮像デバイス２は、略平板状の透明基板１７と、透明基板１７の一方の面上にｎ行ｍ列（ｎ、ｍともに正の整数である。）のマトリクス状に配列された複数のダブルゲート型トランジスタ（以下、ＤＧ−Ｔｒという。）２０，２０，…と、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…が配列された画像入力領域８の周囲であって透明基板１７上に形成されたトップゲートドライバ１１、ボトムゲートドライバ１２及びドレインドライバ１３と、ドライバ１１，１２，１３並びにＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…を被覆する保護絶縁膜３１と、保護絶縁膜３１上に成膜された放電用導電膜３２と、を備える。
【００２２】
透明基板１７は、光に対して透過性（以下、単に透光性という。）を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート等といったプラスチック基板である。この透明基板１７が、固体撮像デバイス２の裏面を成しており、この透明基板１７に導光板１５が対向している。
【００２３】
それぞれのＤＧ−Ｔｒ２０は、画素となる光電変換素子である。それぞれのＤＧ−Ｔｒ２０は、透明基板１７上に形成されたボトムゲート電極２１と、ボトムゲート電極２１上に形成された層間絶縁膜２２と、ボトムゲート電極２１と層間絶縁膜２２を挟むとともにボトムゲート電極２１に対向した半導体膜２３と、半導体膜２３の中央部上に形成されたチャネル保護膜２４と、半導体膜２３の両端部上に互いに離間して形成された不純物半導体膜２５，２６と、不純物半導体膜２５上に形成されたソース電極２７と、不純物半導体膜２６上に形成されたドレイン電極２８と、ソース電極２７及びドレイン電極２８上に形成された層間絶縁膜２９と、半導体膜２３と層間絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を挟むとともに半導体膜２３に対向したトップゲート電極３０と、を具備する。
【００２４】
透明基板１７上には、ボトムゲート電極２１がＤＧ−Ｔｒ２０ごとにマトリクス状となって形成されている。また、透明基板１７上には横方向に延在するｎ本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−Ｔｒ２０のボトムゲート電極２１は共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２５】
ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１上には、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に共通した層間絶縁膜２２が形成されている。層間絶縁膜２２は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００２６】
層間絶縁膜２２上には、半導体膜２３がＤＧ−Ｔｒ２０ごとに形成されている。半導体膜２３は、平面視して略矩形状を呈しており、アモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。半導体膜２３上には、チャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３の界面を保護する機能を有し、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生するようになっている。
【００２７】
半導体膜２３の一端部上には、不純物半導体膜２５が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されており、半導体膜２３の他端部上には、不純物半導体膜２６が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜２５，２６は、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００２８】
不純物半導体膜２５上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたソース電極２７が形成されている。不純物半導体膜２６上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたドレイン電極２８が形成されている。また、縦方向に延在するｍ本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…が層間絶縁膜２２上に形成されており、縦方向に配列された同一列の各ＤＧ−Ｔｒ２０のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体に形成されており、縦方向に配列された同一列の各ＤＧ−Ｔｒ２０のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体に形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２９】
全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のチャネル保護膜２４、ソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…上には、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に共通した層間絶縁膜２９が形成されている。層間絶縁膜２９は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３０】
層間絶縁膜２９上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたトップゲート電極３０が形成されている。また、層間絶縁膜２９上には横方向に延在するｎ本のトップゲートライン４４が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−Ｔｒ２０のトップゲート電極３０は共通のトップゲートライン４４と一体に形成されている。トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４は、導電性及び透光性を有した金属酸化物であり、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、ＩＴＯ、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
以上のように構成されたＤＧ−Ｔｒ２０は、半導体膜２３を受光部とした光電変換素子である。
【００３１】
全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４，４４，…上には、共通の保護絶縁膜３１がトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４に接するようにして形成されている。保護絶縁膜３１は、絶縁性及び透光性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３２】
保護絶縁膜３１上には、放電用導電膜３２が一面に形成されている。放電用導電膜３２は、導電性及び透光性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。放電用導電膜３２は、接地されて０〔Ｖ〕に保たれており、指先１００に帯電した静電気による電荷を放電することによってＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の静電破壊を防止するものである。放電用導電膜３２の表面３２ａは、固体撮像デバイス２の表面を成しており、指先１００が載置される載置面である。
【００３３】
次に、図１及び図４を用いて、固体撮像デバイス２のドライバについて説明する。ソースライン４２，４２，…は、放電用導電膜３２の電位より高い一定電位に保たれており、例えば＋１７〔Ｖ〕に保たれている。ボトムゲートライン４１，４１，…はボトムゲートドライバ１２の出力に接続されている。トップゲートライン４４，４４，…は、トップゲートドライバ１１の出力に接続されている。
【００３４】
トップゲートドライバ１１は、シフトレジスタである。つまり、トップゲートドライバ１１は、撮像回路１０から制御信号Ｔｃｎｔを入力することによって、１行目のトップゲートライン４４からｎ行目のトップゲートライン４４の順に（ｎ行目に達したら１行目に戻る。）リセットパルスを出力するようになっている。リセットパルスのレベルは＋３２〔Ｖ〕のハイレベルである。一方、トップゲートドライバ１１は、リセットパルスを出力しない時にローレベルの＋２〔Ｖ〕の電位をそれぞれのトップゲートライン４４に印加する。従って、固定撮像デバイス２が動作している間は、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のトップゲート電極３０並びにトップゲートライン４４，４４，…の電位は、放電用導電膜３２の電位より常時高くなっている。
【００３５】
放電用導電膜３２及び保護絶縁膜３１にピンホールといった欠陥が存在する場合には、表面３２ａに接した指先１００の汗が欠陥を通じてトップゲート電極３０に浸透する。ところが、トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４の電位が放電用導電膜３２の電位より高いため、汗中のナトリウムイオンがトップゲート電極３０と反発し、トップゲート電極で還元反応が起こらない。そのため、トップゲート電極３０が還元して不透明となることを防止することができる。
【００３６】
ボトムゲートドライバ１２は、シフトレジスタである。つまり、一行目のボトムゲートライン４１からｎ行目のボトムゲートライン４１の順に（ｎ行目に達したら１行目に戻る。）リードパルスを出力するようになっている。リードパルスのレベルは＋２７〔Ｖ〕のハイレベルであり、リードパルスが出力されていない時のレベルは＋１７〔Ｖ〕のローレベルである。従って、固定撮像デバイス２が動作している間は、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のボトムゲート電極２１，２１，…並びにボトムゲートライン４１，４１，…の電位は、放電用導電膜３２の電位より常時高くなっている。
【００３７】
トップゲートドライバ１１がｉ行目（ｉは１〜ｎの何れかの整数。）のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後にボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ１１及びボトムゲートドライバ１２は出力信号をシフトするようになっている。つまり、各行では、リードパルスが出力されるタイミングは、リセットパルスが出力されるタイミングより遅れている。また、ｉ行目（ｉは、１〜ｎの何れかである。）のトップゲートライン４４へのリセットパルスの入力が開始してから、ｉ行目のボトムゲートライン４１へのリードパルスの入力が終了するまでの期間は、ｉ行目の選択期間である。ｉ行目のボトムゲートライン４１へのリードパルスの入力が終了してから、ｉ行目の次の選択期間においてトップゲートライン４４へのリセットパルスの入力が開始するまでの期間は、ｉ行目の非選択期間である。
【００３８】
ドレインドライバ１３は、それぞれの行の選択期間において、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力するようになっている。プリチャージパルスのレベルは＋２７〔Ｖ〕のハイレベルであり、プリチャージパルスが出力されていない時のレベルは＋１７〔Ｖ〕のローレベルである。従って、固定撮像デバイス２が動作している間は、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のドレイン電極２８並びにドレインライン４３，４３，…の電位は、放電用導電膜３２の電位より常時高くなっている。
また、ドレインドライバ１３は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅して、撮像回路１０に出力するようになっている。
【００３９】
撮像回路１０は、演算処理装置４に駆動されることによって、ボトムゲートドライバ１２、トップゲートドライバ１１、ドレインドライバ１３それぞれに制御信号Ｂｃｎｔ、Ｔｃｎｔ、Ｄｃｎｔを出力することでボトムゲートドライバ１２、トップゲートドライバ１１、ドレインドライバ１３に適宜パルスを出力させるようになっている。更に、撮像回路１０は、リードパルスが出力されてから所定時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出することによって、又はリードパルスが出力されてからドレインライン４３，４３，…の電圧が所定閾値電圧に至るまでの時間を検出することによって、指先１００の指紋画像を取得するようになっている。
【００４０】
以上のように構成された固体撮像デバイス２及び指紋認証装置１の動作及び使用方法について説明する。
被験者が放電用導電膜３２に指先１００を載置すると、光源１４が発光し、導光板１５で発した光が固体撮像デバイス２を介して指先１００に入射し、指先１００で反射した反射光がＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の半導体膜２３に入射する。このとき、導光板１５と半導体膜２３との間には、遮光性を有するボトムゲート電極２１が介在しているので、導光板１５で発した光が半導体膜２３に直接入射されることはない。
【００４１】
ここで、撮像回路１０がトップゲートドライバ１１に制御信号Ｔｃｎｔを出力し、トップゲートドライバ１１が１行目のトップゲートライン４４からｎ行目のトップゲートライン４４へと順次リセットパルスを出力する。また、撮像回路１０がボトムゲートドライバ１２に制御信号Ｂｃｎｔを出力し、ボトムゲートドライバ１２が１行目のボトムゲートライン４１からｎ行目のボトムゲートライン４１へと順次リードパルスを出力する。また、撮像回路１０が制御信号Ｄｃｎｔをドレインドライバ１３に出力し、ドレインドライバ１３が各行でリセットパルスが出力されているリセット期間と各行でリードパルスが出力されている期間との間に、プリチャージパルスを全てのドレインライン４３，４３，…に出力する。
【００４２】
ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０の動作について詳細に説明する。図４に示すように、トップゲートドライバ１１がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力すると、ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになる。ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになっている間（この期間をリセット期間という。）、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０では、半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積されたキャリア（ここでは、正孔である。）が、トップゲート電極３０の電圧により反発して吐出される。
【００４３】
次いで、トップゲートドライバ１１がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力することを終了する。ｉ行目のトップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから、ｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスが出力されるまでの間（この期間をキャリア蓄積期間という。）、指先１００の反射光が半導体膜２３に入射した光量に従った量の電子−正孔対が、半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
【００４４】
次いで、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ１３が全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力する。プリチャージパルスが出力されている間（プリチャージ期間という。）では、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０においては、トップゲート電極３０に印加されている電位が＋２〔Ｖ〕であり、ボトムゲート電極２１に印加されている電位が＋１７〔Ｖ〕であるため、半導体膜２３にはチャネルが形成されず、プリチャージパルスに＋２７〔Ｖ〕の電位がドレイン電極２８に印加されても、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流は流れない。プリチャージ期間において、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流が流れないため、ドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスによってｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０のドレイン電極２８に電荷がチャージされる。
【００４５】
次いで、ドレインドライバ１３がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。ボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力している間（この期間を、リード期間という。）では、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０のボトムゲート電極２１に＋２７〔Ｖ〕の電位が印加されているため、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０がオン状態になる。
【００４６】
リード期間においては、キャリア蓄積期間において蓄積されたキャリアがトップゲート電極３０とボトムゲート電極２１との間の電圧を緩和するように働くため、ボトムゲート電極２１とトップゲート電極３０との間の電圧により半導体膜２３にチャネルが形成されて、ドレイン電極２８からソース電極２７に電流が流れるようになる。従って、リード期間では、ドレインライン４３，４３，…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００４７】
ここで、キャリア蓄積期間において半導体膜２３に入射した反射光の光量が多くなるにつれて、蓄積されるキャリアも多くなり、蓄積されるキャリアが多くなるにつれて、リード期間においてドレイン電極２８からソース電極２７に流れる電流のレベルも大きくなる。従って、リード期間におけるドレインライン４３，４３，…の電圧の変化傾向は、キャリア蓄積期間で半導体膜２３に入射した光量に深く関連する。そして、撮像回路１０が、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ１３を介して、リード期間が開始してから所定の時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出する。これにより、指先１００の反射光の強さに換算される。なお、撮像回路１０が、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ１３を介して、所定の閾値電圧に至るまでの時間を検出しても良い。この場合でも、指先１００の反射光の強さに換算される。
【００４８】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、全ての行の各ＤＧ−Ｔｒ２０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、固体撮像デバイス２及び撮像回路１０によって指先１００の指紋画像が取得される。そして、指先１００の指紋画像は、撮像回路１０から演算処理装置４へ出力される。演算処理装置４は、入力した指紋画像が登録指紋画像に一致するとみなせるか否かを判定することによって被験者の認証を行う。
【００４９】
以上のように上記実施形態では、放電用導電膜３２及び保護絶縁膜３１にピンホールといった欠陥が存在する場合には、表面３２ａに接した指先１００の汗が欠陥を通じてトップゲート電極３０に浸透するが、トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４の電位が放電用導電膜３２の電位より高いため、汗中のナトリウムイオンがトップゲート電極３０と反発し、トップゲート電極で還元反応が起こらない。そのため、トップゲート電極３０が還元して不透明となることを防止することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、トップゲートドライバ１１によるローレベルが＋２〔Ｖ〕であったが、トップゲートドライバ１１によるローレベルが０〔Ｖ〕以上であれば特にレベルは限定されない。トップゲートドライバ１１によるローレベルが＋２〔Ｖ〕でない場合には、その差分だけトップゲートドライバ１１、ボトムゲートドライバ１２及びドレインドライバ１３によって印加される電位並びにソースラインの電位も上記実施形態より変える必要がある。
また、トップゲートドライバ１１によるローレベルとハイレベルの差、ボトムゲートドライバ１２によるローレベルとハイレベルの差、ドレインドライバ１３によるローレベルとハイレベルの差も上記実施形態に限定されない。いずれにしても、トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４に印加される電位が、放電用導電膜３２に印加される電位よりも高電位であればよい。
【００５１】
上記実施形態では、指からの汗に含まれるナトリウムイオンがＤＧ−Ｔｒ２０に印加する電圧を制御することによりトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４に浸入することを防止したが、その他の実施形態を以下に説明する。
【００５２】
本実施形態の固体撮像デバイス２では、ＤＧ−Ｔｒ２０上の保護絶縁膜３１にリンがドープされている点を除き上記実施形態の固体撮像デバイス２と同様の構造である。つまり、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４，４４，…上には、共通の保護絶縁膜３１がトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４に接するようにして形成されている。保護絶縁膜３１は、絶縁性及び透光性を有し、リン（Ｐ）がドープされた窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。リン濃度は、保護絶縁膜３１中の上方がより高い方が望ましい。
【００５３】
次に、固体撮像デバイス２の製造方法について説明する。
まず、透明基板１７に対して、スパッタや蒸着のようなＰＶＤ法やＣＶＤ法により導電体層を成膜する成膜工程の後、フォトリソグラフィー法といったマスク工程、エッチング法により導電体層をパターニングする形状加工工程を適宜行うことによって、ボトムゲート電極２１並びにボトムゲートライン４１，４１，…を形成し、ついで透明基板１７のほぼ全面にわたって窒化シリコンからなる層間絶縁膜２２、半導体膜２３、チャネル保護膜２４を成膜する。チャネル保護膜２４をパターニングしてからｎ型不純物ａ−Ｓｉ層を堆積後パターニングして不純物半導体膜２５，２６を形成するとともにその下方の半導体膜２３をパターニングする。ドレイン、ソース電極となる導電体層を成膜、パターニングしてソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びラドレインイン４３，４３，…、を形成する。引き続き透明基板１７上に層間絶縁膜２９が成膜され、そして透明基板１７上面に透明な導電体層を成膜後、パターニングすることによりトップゲート電極３０、及びトップゲートライン４４，４４，…が形成される。
【００５４】
次に、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法によって成膜を行える成膜装置を用いて、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…上にリンがドープされた保護絶縁膜３１を成膜する。つまり、透明基板１７を成膜装置のチャンバー内にセッティングし、ホスフィン（ＰＨ３）等といったリンを含むガスをチャンバー内に供給しながら、保護絶縁膜３１の原料の蒸気並びにリンを含むガスの混合気を蒸着させる。これにより、リンがドープされた保護絶縁膜３１が成膜される。
次に、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等によって保護絶縁膜３１上に放電用導電膜３２を成膜する。
【００５５】
また、本実施形態では、ドライバ１１，１２，１３による印加電圧は、図４に示す波形チャートの電圧から１７〔Ｖ〕低く設定されている。パルスのタイミングは、図４の場合と同じである。
つまり、トップゲートドライバ１１は、トップゲートライン４４，４４，…に対して、リセット期間に＋１０〔Ｖ〕の電位のリセットパルスを出力し、キャリア蓄積期間に−１５〔Ｖ〕の電位を出力するように設定されている。ボトムゲートドライバ１２は、ボトムゲートライン４１，４１，…に対して、キャリア蓄積期間に０〔Ｖ〕の電位を出力し、リード期間に＋１０〔Ｖ〕のリードパルスを出力するように設定されている。ドレインドライバ１３は、ドレインライン４３，４３，…に対して、プリチャージ期間に＋１０〔Ｖ〕のプリチャージパルスを出力し、その他の期間では０〔Ｖ〕になるよう設定されている。そしてソースライン４２，４２，…、及び放電用導電膜３２には、常時０〔Ｖ〕の電圧が印加されている。
【００５６】
本実施形態の固体撮像デバイス２では、放電用導電膜３２及び保護絶縁膜３１にピンホールといった欠陥が存在する場合には、表面３２ａに接した指先１００の汗が欠陥を通じてトップゲート電極３０に浸透するが、保護絶縁膜３１にリンがドープされているため、汗中のナトリウムイオンがリンと反応して、汗が電解質として作用しない。そのため、トップゲート電極３０が還元して不透明となることを防止することができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００５８】
上記各実施形態では、指先１００を撮像しているが、指先１００に限らずその他様々な被写体を放電用導電膜３２の表面３２ａに押し付けて撮像しても良い。被写体を放電用導電膜３２の表面３２ａに押し当てれば、被写体の表面に描写された模様（文字、数字、絵等を含む意である。）を固体撮像デバイス２で撮像できたり、被写体の表面の凹凸により定義されたパターンを固体撮像デバイス２で撮像できたりする。
【００５９】
また、上記各実施形態では、光電変換素子としてＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…を用いた固体撮像デバイス２を例にして説明したが、光電変換素子としてフォトダイオードを用いた固体撮像デバイスに本発明を適用しても良い。フォトダイオードを用いた固体撮像デバイスとしては、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサがある。
【００６０】
ＣＣＤイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって画素ごとに形成されており、それぞれのフォトダイオードの周囲には、フォトダイオードで光電変換された電気信号を転送するための垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤが形成されている。また、上記固体撮像デバイス２と同様に、保護絶縁膜が複数のフォトダイオードを被覆するように一面に成膜されており、保護絶縁膜上に放電用導電膜が一面に成膜されており、保護絶縁膜にはリンがドープされている。
【００６１】
ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって画素ごとに形成されており、それぞれのフォトダイオードの周囲にはフォトダイオードで光電変換された電気信号を増幅するための画素回路が設けられている。上記固体撮像デバイス２と同様に、保護絶縁膜が複数のフォトダイオードを被覆するように一面に成膜されており、保護絶縁膜上に放電用導電膜が一面に成膜されており、保護絶縁膜にはリンがドープされている。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１から４の何れか一項に記載の発明によれば、導電膜より高電位の制御電極と汗等の悪影響物中の陽イオンが反発するので、仮に導電膜及び保護絶縁膜に欠陥が存する場合であっても、制御電極が汗等に含まれる陽イオンによって腐食されない。
請求項５に記載の発明によれば、仮に保護絶縁膜に欠陥が存する場合でも、保護絶縁膜中のリンが悪影響物中の陽イオンと反応するので、光電変換素子が腐食されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された固体撮像デバイスの回路構成を示した平面図である。
【図２】上記固体撮像デバイスを破断して示した断面図である。
【図３】図３（ａ）は上記固体撮像デバイスの一画素を示した平面図であり、図３（ｂ）はＡ−Ａ断面の断面図である。
【図４】上記固体撮像デバイスのドライバによって出力される電気信号のレベルの推移を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
２      固体撮像デバイス（撮像装置）
１１      トップゲートドライバ（ドライバ）
１７      透明基板（基板）
２０      ダブルゲート型トランジスタ（光電変換素子）
２３      半導体膜
３０      トップゲート電極（トップ電極）
３１      保護絶縁膜
３２      放電用導電膜（導電膜）
１００      指先（被写体）
【図１】
2004200490.tif 000003
【図２】
2004200490.tif 000004
【図３】
2004200490.tif 000005
【図４】
2004200490.tif 000006