(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の一面側にマトリクス状に配列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサを被覆するように形成された透光性絶縁膜とを有するフォトセンサデバイスを備え、被検出体が接触される導電部が前記フォトセンサデバイス上に形成されている２次元画像読取装置において、
前記導電部は、前記透光性絶縁膜の上面に形成され、かつ、前記フォトセンサの各々が形成された領域相互の間隙領域のみを被覆するように形成されていることを特徴とする２次元画像読取装置。
【請求項２】
前記導電部は、各々線状に形成された一対の導電層が、相互に対向して設けられていることを特徴とする請求項１記載の２次元画像読取装置。
【請求項３】
前記導電部は、各々櫛歯状に形成された一対の導電層が、各櫛歯が交互に入り組むように対向して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の２次元画像読取装置。
【請求項４】
前記導電部は、前記一対の導電層のいずれか一方が、接地電位に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２又は３記載の２次元画像読取装置。
【請求項５】
前記フォトセンサデバイスは、前記一対の導電層間を被検出により電気的に導通することにより、前記被検出体の読み取り動作を開始するように制御されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の２次元画像読取装置。
【請求項６】
前記導電部は、少なくとも、前記被検出体の接触に対して耐腐食性を有する導電材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の２次元画像読取装置。
【請求項７】
前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を有し、
前記チャネル領域に、前記被検出体により反射して入射する光の量に対応する電荷が発生、蓄積されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の２次元画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元画像読取装置に関し、特に、フォトセンサをマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ上に、被検出体を接触させて２次元画像を読み取る構成を有する２次元画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等の微細な凹凸パターン等を読み取る２次元画像読取装置には、光電変換素子（フォトセンサ）をマトリクス状に配列して構成されるフォトセンサアレイを有し、被検出体をフォトセンサアレイ上に設けられた検出面に接触させて、被検出体の２次元画像を読み取る構造のものがある。
そして、このような被検出体が直接検出面に接触する構造を有する２次元画像読取装置においては、被検出体に帯電した静電気等による誤動作や破損を抑制するために、様々な手法が考えられている。
【０００３】
以下、従来の２次元画像読取装置の例として、指紋読取装置の構成について、図面を参照して説明する。
図１０に示す指紋読取装置は、面光源１０１と、面光源１０１の上方に設けられ、複数のフォトセンサ１０２ａがマトリクス状に配列されたフォトセンサデバイス１０２と、フォトセンサデバイス１０２上に形成された透明導電膜１０３とを有して構成され、透明導電膜１０３上面の検出体接触面１０３ａに接触された被検出体（例えば、指）１１０に対して、面光源１０１から光Ｌｐを照射することにより、指紋の凹凸パターンに対応してフォトセンサ１０２ａに入射する反射光Ｌｒに基づいて、明暗情報を検出し、指紋画像を生成する。
【０００４】
ここで、透明導電膜１０３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）等の透明な導電性材料により形成され、フォトセンサデバイス１０２の上面全域に薄膜状に形成されている。このような透明導電膜１０３の役割は、検出体接触面１０３ａに接触される指（人体）１１０に帯電した静電気を接地電位等に放電して、フォトセンサデバイス１０２における読取誤動作や破損を防止するものである。
【０００５】
図１１に示す指紋読取装置は、図１０に示した構成において、フォトセンサデバイス１０２上に、一対の櫛歯状の透明導電膜１０４ａ、１０４ｂが、各櫛歯が交互に入り組んで配列されるように形成され、この一対の透明導電膜１０４ａ、１０４ｂの双方に指１１０が接触した際に流れる微電流を検出することにより、指紋読み取り動作を開始して、指１１０に対して、面光源１０１から光Ｌｐを照射するものである。
ここで、上述した指紋読取装置と同様に、透明導電膜１０４ａ、１０４ｂは、ＩＴＯ等の透明な導電性材料により形成され、透明導電膜１０４ａ、１０４ｂの一方を、例えば、接地電位に接続することにより、指（人体）１１０に帯電した静電気を放電して、フォトセンサデバイス１０２における読取誤動作や破損を防止するものである。
なお、図１０、図１１に示したフォトセンサの断面図においては、説明及び図示の都合上、ハッチングを省略した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の２次元画像読取装置においては、次のような問題点を有している。
すなわち、
（イ）静電気の放電、又は、指紋読み取り動作のスイッチングを目的として、フォトセンサデバイス１０２の上面全域に、あるいは、櫛歯状に透明導電膜１０３、１０４ａ、１０４ｂを形成しているため、フォトセンサ１０２ａと透明導電膜１０３、１０４ａ、１０４ｂとの間の保護絶縁膜（オーバーコート膜）１０２ｂにピンホール等の欠陥が発生していると、層間ショートを生じ、フォトセンサデバイスとしての歩留まりが低下するという問題を有している。
【０００７】
（ロ）フォトセンサ１０２ａと透明導電膜１０３、１０４ａ、１０４ｂとの間で容量カップリング（寄生容量）が発生して、フォトセンサ１０２ａの検出信号にノイズが混入して、読取誤動作の発生や検出感度の低下を招くという問題を有している。
（ハ）透明導電膜として近年多用されているＩＴＯは、耐腐食特性が低く、特に、上述したような被検出体である指１１０が、直接透明導電膜１０３、１０４ａ、１０４ｂに接触するため、一層腐食の進行を早め、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイス１０２の破損を招くという問題を有している。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決し、フォトセンサデバイス上に形成される透明導電膜に起因する層間ショートや寄生容量の発生を抑制して、読取誤動作や検出感度の低下、デバイスの破損等を防止することができる２次元画像読取装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の２次元画像読取装置は、絶縁性基板の一面側にマトリクス状に配列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサを被覆するように形成された透光性絶縁膜とを有するフォトセンサデバイスを備え、被検出体が接触される導電部が前記フォトセンサデバイス上に形成されている２次元画像読取装置において、前記導電部は、前記透光性絶縁膜の上面に形成され、かつ、前記フォトセンサの各々が形成された領域相互の間隙領域のみを被覆するように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、フォトセンサの直上には、透光性絶縁膜のみが形成され、各々フォトセンサの形成領域相互の間隙領域にのみ、透光性絶縁膜及び導電部が形成されているので、フォトセンサ上の透光性絶縁膜にピンホール等の欠陥が発生していても、フォトセンサと導電部との間で層間ショートを生じることがなく、フォトセンサデバイスの歩留まりの向上を図ることができる。
また、フォトセンサと導電部との間で発生する寄生容量を微小に抑制することができるので、フォトセンサの検出信号へのノイズの混入を抑制して、良好な読取動作や高い検出感度を実現することができる。
【００１１】
上記導電部は、各々線状に形成された一対の導電層が、相互に対向して設けられた構成を有しているものであってもよいし、各々櫛歯状に形成された一対の導電層が、各櫛歯が交互に入り組むように対向して設けられた構成を有しているものであってもよく、特に、一対の導電層のいずれか一方が、接地電位に電気的に接続されていることにより、被検出体が静電気に帯電していても、静電気が接地電位に放電されて、フォトセンサに電気的な影響を与えないので、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイスの破損等を防止することができる。
【００１２】
また、上記フォトセンサデバイスは、一対の導電層間を被検出体により電気的に導通することにより、読み取り動作を開始するように制御されるものであってもよい。この場合、フォトセンサデバイスへの被検出体の接触状態により読み取り動作をスイッチング制御することができるので、不必要な駆動状態の発生や、被検出体の不十分な接触状態における読取不良等を抑制して、適切な駆動制御を実現することができる。
さらに、フォトセンサと導電部の形成位置が相互に重なっていないので、上記導電部に透明電極材料を用いる必要がなく、被検出体の接触に対して耐腐食性を有する不透明な導電材料により形成することができ、被検出体の接触による腐食の進行を抑制して、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイスの破損を防止することができる。
【００１３】
そして、上記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を有し、チャネル領域に、被検出体により反射して入射する光の量に対応する電荷が発生、蓄積される、いわゆる、Ｗゲート型トランジスタであってもよく、この場合、フォトセンサデバイスを薄型化して、２次元画像読取装置を小型化することができるとともに、検出画素の高密度化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る２次元画像読取装置に適用して良好なフォトセンサの構成について説明する。
本発明に係る２次元画像読取装置に適用されるフォトセンサとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスを用いることができる。
ＣＣＤは、周知の通り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のフォトセンサをマトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に対応して発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知している。
【００１５】
このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要があるため、検出画素数が増大するにしたがってシステム自体が大型化するという問題を有している。
そこで、近年、このような問題を解決するための構成として、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタ（以下、Ｗゲート型トランジスタという）が開発され、システムの小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。本発明における２次元画像読取装置には、このＷゲート型トランジスタを良好に適用することができる。
【００１６】
以下、Ｗゲート型トランジスタの構造及び機能について説明する。
図１は、Ｗゲート型トランジスタの構造を示す断面図である。
図１（ａ）に示すように、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆは、可視光が入射されると電子−正孔対が生成される真性アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）等の半導体層１１と、半導体層１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコン層１７、１８と、ｎ＋シリコン層１７、１８上に形成されたソース電極１２及びドレイン電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及びトップゲート絶縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極２１と、半導体層１１の下方（図面下方）にボトムゲート絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極２２と、を有して構成されている。
【００１７】
なお、図１（ａ）において、トップゲート電極２１、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対し透過率の高い（透光性の高い）材質により構成され、一方、ボトムゲート電極２２は、可視光の透過を遮断する材質により構成されることにより、図面上方から入射する照射光（可視光）のみを検知する構造を有している。
【００１８】
すなわち、Ｗゲート型トランジスタ１０は、可視光が入射されると電子−正孔対が生成される半導体層１１を共通のチャネル領域として、半導体層１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３及びトップゲート電極２１により形成される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体層１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３及びボトムゲート電極２２により形成される下部ＭＯＳトランジスタとからなる２つのＭＯＳトランジスタの組み合わせた構造が、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
そして、このようなＷゲート型トランジスタ１０は、一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路により表される。ここで、ＴＧはトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子である。
【００１９】
次に、上述したＷゲート型トランジスタを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムについて、図面を参照して簡単に説明する。
図２は、Ｗゲート型トランジスタを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
図２に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のＷゲート型トランジスタ１０Ｆをマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００Ｆと、各Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続したトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２と、各Ｗゲート型トランジスタのドレイン端子Ｄを列方向に接続したデータライン１０３と、データライン１０３に接続されたコラムスイッチ１１３と、を有して構成される。ここで、φtg及びφbgは、それぞれ後述するリセットパルスφＴn、及び、読み出しパルスφＢnを生成するための基準電圧、φpgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを制御するプリチャージ信号である。
【００２０】
このような構成において、トップゲートドライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに電圧を印加することによりフォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１１２からボトムゲート端子ＢＧに電圧を印加し、データライン１０３を介して検出信号をコラムスイッチ１１３に取り込んでシリアルデータとして出力（Ｖout）することにより選択読み出し機能が実現される。
【００２１】
次に、上述したフォトセンサシステムの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図３は、フォトセンサシステムの駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
図３に示すように、まず、リセット動作においては、ｎ番目の行のトップゲートライン１０１にパルス電圧（リセットパルス；例えば＋１５Ｖのハイレベル）φＴnを印加して、各Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層に蓄積されているキャリヤ（正孔）を放出する（リセット期間Ｔreset）。
【００２２】
次いで、光（キャリヤ）蓄積動作においては、トップゲートライン１０１にローレベル（例えば＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴnを印加することにより、リセット動作を終了し、光蓄積動作によるキャリヤ蓄積期間Ｔaがスタートする。キャリヤ蓄積期間Ｔaにおいては、トップゲート電極側から入射した光量に応じてチャネル領域にキャリヤが蓄積される。
そして、プリチャージ動作においては、キャリヤ蓄積期間Ｔaに並行して、データライン１０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１３に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
【００２３】
次いで、読み出し動作においては、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベル（例えば＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢnを印加することにより、Ｗゲート型トランジスタ１０ＦをＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積されたキャリア（正孔）が逆極性のトップゲートライン１０１に印加されたバイアス電圧φＴn（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲートライン１０２に印加されたバイアス電圧φＢnによりｎチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてデータライン１０３のデータライン電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００２４】
すなわち、キャリヤ蓄積期間Ｔaにおける光蓄積状態が暗状態で、チャネル領域に正孔が蓄積（捕獲）されていない場合には、トップゲートＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲートＢＧの正バイアスが打ち消され、Ｗゲート型トランジスタ１０ＦはＯＦＦ状態となり、ドレイン電圧、すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤが、略そのまま保持されることになる。
一方、光蓄積状態が明状態の場合には、チャネル領域に入射光量に応じた正孔が捕獲されているため、トップゲートＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲートＢＧの正バイアスによって、Ｗゲート型トランジスタ１０ＦはＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、データライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。
【００２５】
したがって、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲートＴＧへのリセットパルスφＴnの印加によるリセット動作の終了時点から、ボトムゲートＢＧに読み出しパルスφＢnが印加されるまでの時間（キャリヤ蓄積期間Ｔa）に、受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリヤが少ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積されたキャリヤが多い場合には急峻に低下する傾向を示す。
【００２６】
そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤを検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、照射光の光量が換算される。
上述した一連の駆動制御を１サイクルとして、ｎ＋１番目の行のＷゲート型トランジスタ１０Ｆにも同等の処理手順を繰り返すことにより、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆを２次元のセンサシステムとして動作させることができる。
【００２７】
図４は、上述したようなフォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置の要部断面図である。なお、ここでは、説明及び図示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチングを省略する。
図４に示すように、指４０を指紋検出面に載置した場合、すなわち、指紋検出時においては、指４０の皮膚表層４０Ｂの半透明層が透光性絶縁膜に接触することにより、透光性絶縁膜と皮膚表層４０Ｂとの間の界面に屈折率の低い空気層がなくなる。そして、皮膚表層４０Ｂの厚さは、６５０ｎｍより厚いため、臨界角以上の角度で出射され、指紋４０Ａの凸部４０ａにおいて内部で入射された赤色光Ｌａは皮膚表層４０Ｂを散乱、反射しながら伝搬する。伝搬された光Ｌｂは、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層１１に励起光として入射される。このように透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過して半導体層１１に入射することにより、被検出体４０の画像パターンに対応したキャリヤが蓄積され、上述した一連の駆動制御方法にしたがって、被検出体４０の画像パターンを明暗情報として読み取ることができる。
【００２８】
また、指紋４０Ａの凹部４０ｂにおいては、照射された赤色光Ｌａは、臨界角以上の角度で出射されるで、保護絶縁膜２０の指紋検出面２０ａと空気層との間を界面を通過し、空気層の先の指に到達して皮膚表層４０Ｂ内で散乱するが、指の皮膚表層４０は空気より屈折率が高いため、ある角度で界面に入射された皮膚表層４０内の光は空気層に抜けにくく凹部に対応するＷゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層１１への入射が抑制される。凹部において空気層を介し指を透過する光は、乱反射を繰り返しながら皮膚表層４０内を伝搬し、指紋検出面２０ａに接触している凸部に達し、そこから保護絶縁膜２０を介し凸部に対応するＷゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層１１に入射される。
なお、以下に示す各実施形態においては、フォトセンサとして上述したＷゲート型トランジスタを適用した場合について説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、フォトダイオードやＴＦＴ等を良好に適用することができることはいうまでもない。
【００２９】
次に、本発明に係る２次元画像読取装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図５は、本発明に係る２次元画像読取装置の第１の実施形態を示す要部構成図である。ここで、上述したＷゲート型トランジスタと同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化する。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、上述したＷゲート型トランジスタ１０Ｆを複数個、ガラス基板１９上にマトリクス状に配列して形成されたフォトセンサデバイス１００Ａと、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆを被覆して形成された保護絶縁膜２０の表面に所定のパターンで形成された透明導電膜（導電部）２３Ａと、フォトセンサデバイス１００Ａの背面側に配置され、フォトセンサデバイス１００Ａ上面（透明導電膜２３Ａ）に接触した被検出体（図示を省略）に均一な光を照射する面光源３０と、を有して構成されている。
【００３０】
ここで、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの形成領域の直上には、シリコン窒化膜等の透明な保護絶縁膜２０のみが積層形成され、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域の直上にのみ、保護絶縁膜２０を介してＩＴＯ等の透明導電膜２３Ａが形成されている。
すなわち、保護絶縁膜２０上に形成される透明導電膜２３Ａは、保護絶縁膜２０の下層にマトリクス状に設けられたＷゲート型トランジスタ１０Ｆの直上の領域を避けて、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域上にのみ形成されている。
【００３１】
また、透明導電膜２３Ａは、図５（ａ）に示すように、図面左右方向に櫛歯形状を有して形成された一対の導電パターン２３ａ、２３ｂにより構成され、かつ、導電パターン２３ａ、２３ｂ相互が、櫛歯が交互に入り組むように配置されている。さらに、一対の導電パターン２３ａ、２３ｂのうち、少なくとも、いずれか一方の導電パターン（例えば、導電パターン２３ａ）が、接地電位に電気的に接続されている。
【００３２】
このような構成を有する２次元画像読取装置において、被検出体（たとえば、指）を、透明導電膜２３Ａを構成する一対の導電パターン２３ａ、２３ｂの相互に同時に接触するように載置すると、被検出体に帯電していた静電気が、いずれか一方の導電パターン２３ａを介して接地電位に放電された後、図３に示した一連の駆動制御方法に基づいて、被検出体の読取動作が正常に行われる。
なお、各膜内で半導体層１１を励起する波長域の光が伝搬しないように、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁膜１６及び保護絶縁膜２０は、いずれも屈折率が１．８〜２．０程度のシリコン窒化膜であり、その膜厚がそれぞれ１５０ｎｍ、２５０ｎｍ、２００〜２５０ｎｍである方が望ましく、トップゲート電極２１は、屈折率は、２．０〜２．２程度のＩＴＯであり、膜厚が５０ｎｍ程度であることが望ましい。
【００３３】
このように、本実施形態に係る２次元画像読取装置によれば、透明導電膜２３Ａが、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの直上の領域を避けて、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域上にのみ形成され、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆと透明導電膜２３Ａが近接、対向して配置されないので、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆを被覆して形成された保護絶縁膜２０にピンホール等の欠陥が発生している場合であっても、保護絶縁膜２０における層間ショートを生じることがない。
また、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆと透明導電膜２３Ａとの間で発生する寄生容量を微小に抑制することができるので、指紋読取時の検出信号へのノイズの混入を抑制することができる。
【００３４】
さらに、読取動作に際して被検出体を透明導電膜２３Ａに接触することにより、被検出体に帯電した静電気が導電パターンを介して静電気が接地電位に放電されるので、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆへの電気的な影響を抑制して、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイス１００Ａの破損等を防止することができる。なお、上述した実施形態に示した２次元画像読取装置において、透明導電膜２３Ａを構成する一対の導電パターン２３ａ、２３ｂのうち、いずれか一方のみを接地電位に電気的に接続し、さらに、一対の導電パターン２３ａ、２３ｂを、図示を省略した２次元画像読取装置の駆動制御回路に接続した構成とすることもできる。以下に、この場合の読取動作について説明する。ここでは、図４に示したＷゲート型トランジスタ１０Ｆの詳細構造を適宜参照しながら説明する。
【００３５】
図６は、本実施形態に係る２次元画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合の、指紋読取動作を示す概略図である。なお、ここでは、説明及び図示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチングを省略する。
図６に示すように、まず、被検出体である指４０ａを、透明導電膜２３Ａを構成する一対の導電パターン２３ａ、２３ｂの相互に同時に接触するように載置すると、指（人体）４０ａに帯電していた静電気が、いずれか一方の導電パターンを介して接地電位に放電されるとともに、導電パターン２３ａ、２３ｂ相互が、指４０ａを介して電気的に接続され、指４０ａの固有の抵抗値に応じた微電流が、図示を省略した２次元画像読取装置の駆動制御回路に流れ、駆動制御回路はこれをトリガーとして指紋読取動作の開始を実行制御する。
【００３６】
次いで、面光源３０から所定の光Ｌｐをフォトセンサデバイス１００Ａ上の指４０ａに対して照射するとともに、図３に示した一連の駆動制御方法に基づいて、指紋の凹凸パターンに対応する明暗情報を読み取り、指紋画像を生成する。ここで、面光源３０からの光Ｌｐは、フォトセンサデバイス１００Ａを構成するガラス基板１９、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域に形成された透明絶縁膜（トップゲート絶縁膜）１５、保護絶縁膜２０、及び、透明導電膜２３Ａを透過して、指紋の凹凸部に照射される。また、指４０ａに照射され、指紋の凹凸パターンに対応して反射した光は、透明導電膜２３Ａ、及び、保護絶縁膜２０等を透過して、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層１１に入射する。
【００３７】
そして、指紋の読取終了後、指４０ａを透明導電膜２３Ａから離間させることにより、一対の導電パターン２３ａ、２３ｂの相互が電気的に絶縁状態となり、駆動制御回路はこれをトリガーとして指紋読取動作の終了制御を実行する。
このように、透明導電膜２３Ａにスイッチ機能を持たせることにより、フォトセンサデバイス１００Ａへの被検出体の接触状態に応じて、読取動作をスイッチング制御することができるので、不必要な駆動状態の発生や、被検出体の不十分な接触状態における読取不良等を抑制して、適切な駆動制御を実現することができる。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明に係る２次元画像読取装置の第２の実施形態を示す要部構成図である。ここで、上述したＷゲート型トランジスタと同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、上述した第１の実施形態において、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域の直上に、櫛歯状（図面左右方向）に形成された一対の導電パターン２３ａ、２３ｂを、図面上下方向にも突出パターン２３ｃを付加して葉脈状に形成したことを特徴としている。
ここで、新たに付加された突出パターン２３ｃも、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域の直上にのみ、保護絶縁膜２０を介して形成されている。
【００３９】
このような構成を有する２次元画像読取装置によれば、透明導電膜２３Ａは、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの直上の領域を避けて、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域上にのみ形成され、さらに、透明導電膜２３Ａを構成する導電パターン２３ａ、２３ｂ、２３ｃが、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆのマトリクス配列に対応して、各Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆを取り囲むように、２次元方向に延伸する形状パターンに形成されているので、透明導電膜２３ＡとＷゲート型トランジスタ１０Ｆ間の層間ショートや寄生容量の発生を防止、抑制することができるとともに、被検出体に帯電した静電気を広い面積の導電パターンを介して良好に放電することができ、静電気による読取誤動作の発生やフォトセンサデバイス１００Ａの破損等を一層抑制することができる。
【００４０】
＜第３の実施形態＞
図８は、本発明に係る２次元画像読取装置の第３の実施形態を示す概略図であり、図９は、第３の実施形態に係る２次元画像読取装置の他の構成例を示す平面概略図である。ここで、上述したＷゲート型トランジスタと同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。また、説明及び図示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチングを省略する。
図８に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、上述した第１の実施形態において、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域の直上に、保護絶縁膜２０を介して形成されたＩＴＯ等の透明導電膜２３Ａに替えて、耐腐食性に優れた金属導電膜２３Ｂを適用したことを特徴としている。
【００４１】
すなわち、従来技術においても説明したように、近年液晶表示装置や読取装置に多用されているＩＴＯは、耐腐食特性が低く、特に、指等の被検出体の接触により、導電膜表面の腐食の進行が一層早くなり、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイスの破損を招く。
そこで、本発明においては、ＩＴＯ等の透明導電膜２３Ａに替えて、耐腐食性に優れた金属材料、たとえば、クロムＣｒやタンタルＴａ等の薄膜を用い、導電パターン２３ｄ、２３ｅを構成する。
【００４２】
ここで、本発明に係る２次元画像読取装置は、図６に示したように、フォトセンサデバイス１００Ａの背面側に配置された面光源３０から発せられる光Ｌｐが、フォトセンサデバイス１００Ａを構成するＷゲート型トランジスタ１０Ｆ及び金属導電膜２３Ｂの形成領域以外の、透明絶縁膜（トップゲート絶縁膜）１５や保護絶縁膜２０を透過して、被検出体である指４０ａに照射され、その指紋の凹凸パターン（画像パターン）に対応した反射光Ｌｒを明暗情報として読み取ることにより、読取画像を生成するものである。そのため、本実施形態に適用される金属導電膜２３Ｂは、少なくとも、背面側からの光Ｌｐの遮断を最小限に制限して、被検出体に十分な光Ｌｐが照射できるように形成する必要がある。
【００４３】
すなわち、保護絶縁膜上に形成される金属導電膜２３Ｂは、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの直上の領域を避けて、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域上にのみ形成され、かつ、面光源３０からの光の透過、反射経路を最小限の領域で遮るように形成されて、フォトセンサデバイス１００Ａにおける読取動作機能に支障を与えないように構成されている。
したがって、被検出体の接触によっても腐食の進行が抑制されて、静電気の除去や読取動作のスイッチ制御を良好に実現しつつ、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイスの破損を防止した実用性の高い２次元画像読取装置を実現することができる。
【００４４】
なお、本実施形態に示した金属導電膜は、上述した第２の実施形態に係る２次元画像読取装置にも適用することができる。
すなわち、図９に示すように、金属導電膜２３Ｂは、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの直上の領域を避けて、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆ相互の間隙領域上にのみ形成され、さらに、金属導電膜２３Ｂを構成する導電パターン２３ｄ、２３ｅ、２３ｆが、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆのマトリクス配列に対応して、各Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆを取り囲むように形成されている。
したがって、金属導電膜２３ＢとＷゲート型トランジスタ１０Ｆ間の層間ショートや寄生容量の発生を防止、抑制することができるとともに、被検出体に帯電した静電気を広い面積を有し、かつ、経時的に腐食しにくい特性を有する導電パターンを介して良好に放電することができ、静電気による読取誤動作の発生やフォトセンサデバイス１００Ａの破損等を一層抑制することができる。
【００４５】
以上説明した各実施形態においては、透明導電膜２３Ａ、２３Ｂを形成する一対の導電パターン２３ａ、２３ｂ及び２３ｄ、２３ｅを各々櫛歯状に形成して、櫛歯が相互に入り組むように配置する構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、少なくとも、一対の導電パターンが、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆの形成領域の直上を避けて形成されているものであればよく、たとえば、一対の導電パターンが折り返し形状やらせん形状等に形成されているものであってもよいことはいうまでもない。
なお、Ｗゲート型トランジスタ１０Ｆのソース、ドレイン電極１２、１３は、配線により外部回路と接続され、この配線は透明導電膜と部分的に重なるが、この配線は上記各実施形態のトップゲート電極２１よりトップゲート絶縁膜１５の膜厚分下方にあるため、配線と透明導電膜とがショートするためには、同じ箇所の保護絶縁膜２０とトップゲート絶縁膜１５にピンホールが形成されねばならず、その確率は十分低い。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、フォトセンサの直上には、透光性絶縁膜のみが形成され、各々フォトセンサの形成領域相互の間隙領域にのみ、透光性絶縁膜及び導電部が形成されているので、フォトセンサ上の透光性絶縁膜にピンホール等の欠陥が発生していても、フォトセンサと導電部との間で層間ショートを生じることがなく、フォトセンサデバイスの歩留まりの向上を図ることができる。
また、フォトセンサと導電部との間で発生する寄生容量を微小に抑制することができるので、フォトセンサの検出信号へのノイズの混入を抑制して、良好な読取動作や高い検出感度を実現することができる。
【００４７】
上記導電部は、各々線状に形成された一対の導電層が、相互に対向して設けられた構成を有しているものであってもよいし、各々櫛歯状に形成された一対の導電層が、各櫛歯が交互に入り組むように対向して設けられた構成を有しているものであってもよく、特に、一対の導電層のいずれか一方が、接地電位に電気的に接続されていることにより、被検出体が静電気に帯電していても、静電気が接地電位に放電されて、フォトセンサに電気的な影響を与えないので、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイスの破損等を防止することができる。
【００４８】
また、上記フォトセンサデバイスは、一対の導電層間を被検出体により電気的に導通することにより、読み取り動作を開始するように制御されるものであってもよい。この場合、フォトセンサデバイスへの被検出体の接触状態により読み取り動作をスイッチング制御することができるので、不必要な駆動状態の発生や、被検出体の不十分な接触状態における読取不良等を抑制して、適切な駆動制御を実現することができる。
さらに、フォトセンサと導電部の形成位置が相互に重なっていないので、上記導電部に透明電極材料を用いる必要がなく、被検出体の接触に対して耐腐食性を有する不透明な導電材料により形成することができ、被検出体の接触による腐食の進行を抑制して、読取誤動作の発生やフォトセンサデバイスの破損を防止することができる。
【００４９】
そして、上記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を有し、チャネル領域に、被検出体により反射して入射する光の量に対応する電荷が発生、蓄積される、いわゆる、Ｗゲート型トランジスタであってもよく、この場合、フォトセンサデバイスを薄型化して、２次元画像読取装置を小型化することができるとともに、検出画素の高密度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次元画像読取装置に適用されるＷゲート型トランジスタの構造を示す断面図である。
【図２】Ｗゲート型トランジスタを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図３】フォトセンサシステムの駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【図４】フォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置の要部断面図である。
【図５】本発明に係る２次元画像読取装置の第１の実施形態を示す要部構成図である。
【図６】第１の実施形態に係る２次元画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合の、指紋読取動作を示す概略図である。
【図７】本発明に係る２次元画像読取装置の第２の実施形態を示す要部構成図である。
【図８】本発明に係る２次元画像読取装置の第３の実施形態を示す概略図である。
【図９】第３の実施形態に係る２次元画像読取装置の他の構成例を示す平面概略図である。
【図１０】従来技術における２次元画像読取装置の第１の例を示す概略図である。
【図１１】従来技術における２次元画像読取装置の第２の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０Ｆ        Ｗゲート型トランジスタ
１１          半導体層
１２          ソース電極
１３          ドレイン電極
１４          ブロック絶縁膜
１５          トップゲート絶縁膜
１６          ボトムゲート絶縁膜
１７、１８    ｎ+シリコン層
１９          絶縁性基板
２０          保護絶縁膜
２０ａ        検出面
２１          トップゲート電極
２２          ボトムゲート電極
２３Ａ        透明導電膜
２３Ｂ        金属導電膜
２３ａ〜２３ｆ  導電パターン
３０          面光源
４０          被検出体
４０ａ        指
１００Ａ      フォトセンサデバイス
１００Ｆ      フォトセンサアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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