JP3329761B2 - 光センサ及びその製造方法 - Google Patents
光センサ及びその製造方法Info
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Description
により光照射量に応じた光電流を発生させる方法(以
下、光電変換とする)により光強度を検出するセンサに
関するもので、検出対象からの散乱光あるいは反射光を
検出する用途、光ディスクのピックアップ用途、FAX、
イメージスキャナなどの画像読取り装置用途などに使わ
れる光センサに応用される。
域(以下、受光素子とする)による光電変換を行う方式
の光センサは、受光素子及び周辺回路の集積化が容易、
周辺回路となるMOSトランジスタを形成する製造プロセ
ス(CMOSプロセス)とのコンパチビリティが良いなど応
用範囲が広く有望な技術である。このような光センサIC
は、他の用途のIC同様に低価格化が望まれており、その
手段として製造ウエハの大口径化、ICサイズの低減、製
造プロセス工程の低減がある。
図10に示す。最初に、N型基板1のNチャネルMOSト
ランジスタ22のPウエル5及びフォトトランジスタ2
1のベース4となる領域に、硼素を200keVの高エネルギ
ーでイオン注入する(図9(a))。更に、Pウエル5と
ベース4の周辺に硼素を低エネルギーにてイオン注入し
て、Pフィールドドープ6を形成する(図9(b)。P
チャネルMOSトランジスタ23となる領域側のPフィ
ールドドープ6の脇にリンを低エネルギーにてイオン注
入して、Nフィールドドープ2を形成する(図9
(c)。 MOSトランジスタ及びフォトトランジスタの素
子分離領域を選択酸化して4000〜5000Åのフィールド酸
化膜3を形成する(図9(d))。
コンゲート8を形成する(図9(e))。フォトトランジ
スタ21のエミッタ領域17とNチャンネルMOSトランジ
スタ22のソース9及びドレイン領域10に、燐イオン
を注入してN型領域を形成する(図10(f))。Pチャネ
ルMOSトランジスタ23のソース11及びドレイン領域
12に、硼素イオンを注入してP型領域を形成する(図
10(g))。このとき、N型領域は燐イオンの代わりに
砒素イオンを注入しても良い。最後に、配線及びパッド
となるアルミ13を形成し、保護膜14又は層間絶縁膜
をつけて完成する(図10(h))。
合領域をCMOSプロセスの中のウエル領域、あるいはアク
ティブ領域の形成と同時に行うことで、CMOSプロセス工
程と同等にすることで製造工程低減を図ってきた。
の素子分離領域の形成は、受光素子領域となるPN接合を
形成する工程を施した後に、受光素子領域の周辺部であ
るフィールド領域に受光素子領域よりも不純物濃度の高
い領域を形成するためのフォトリソグラフィ工程と不純
物注入工程を、受光素子領域形成とは別に施しているな
ど、製造工程簡素化に対して改善の余地が残っていた。
ることにより、安価な光センサを提供することを目的と
する。
光素子領域と素子分離のフィールドドープ領域を同時に
形成することを特徴とする光センサである。従来、素子
分離は受光素子領域となるPN接合を形成する工程を施し
た後に、受光素子領域の周辺部であるフィールド領域に
受光素子領域よりも不純物濃度の高い領域を形成する工
程を別に施した後、フィールド領域に厚い酸化膜を形成
する工程を施して素子分離領域を形成していた。本発明
の光センサは、製造工程を簡素化するために、フィール
ド領域に厚い酸化膜を形成する工程を施した後に、受光
素子領域のPN接合領域と、フィールド領域の下の不純物
領域を同時に形成する工程を施すことを特徴とする。こ
のとき、フィールド酸化膜の膜厚よりも不純物イオンの
打ち込み位置が深くなるようなエネルギーで不純物イオ
ン注入を行うことで、受光素子領域のPN接合と、フィー
ルド領域の下の不純物領域の形成を同時に行うことを特
徴としている。
受光素子で発生した電荷の伝送、増幅あるいは、信号処
理を行うMOSトランジスタを集積した光センサICにおい
て、MOSトランジスタのウエル領域の形成とその素子分
離領域であるフィールド下の不純物領域形成をを同時に
行うことを特徴としている。このとき、 MOSトランジス
タのウエル領域の形成とその素子分離領域であるフィー
ルド下の不純物領域形成と同時に、受光素子領域のPN接
合と、その素子分離領域であるフィールド下の不純物領
域をも同時に形成することが可能である。
す。図1に示した第1の実施例(図7参照)は、受光素
子として64個のフォトトランジスタ素子を1次元アレ
ィ状に配置したラインセンサICである。センサICは、受
光素子、それぞれの受光素子出力を共通信号ラインにつ
なげるMOSトランジスタスイッチ、受光素子の出力を増
幅する増幅器からなり、受光素子に照射されている光強
度を1素子目から順に64素子目まで出力する機能を有す
るものである。センサICの基本素子は、フォトトランジ
スタ21とNチャンネルMOSトランジスタ22及びPチャ
ンネルMOSトランジスタ23である。シリコン基板に
は、N型シリコンを使っているため、フォトトランジス
タNPN型である。
す。最初に、N型基板1のPチャネルMOSトランジスタ2
3の素子分離領域となる部分に燐イオンをNフィールド
ドープ2として注入する(図5(a))。MOSトランジスタ
及びフォトトランジスタの素子分離領域を選択酸化して
4000〜5000Åのフィールド酸化膜3を形成する(図5
(b))。フォトトランジスタのベース領域4、Nチャンネ
ルMOSトランジスタ22のPウエル領域5、及びそれら
の素子分離領域に(Pフィールドドープ6として)硼素
を200keVの高エネルギーでイオン注入する(図5
(c))。
コンゲート8を形成する(図5(d))。フォトトランジ
スタ21のエミッタ領域17とNチャンネルMOSトランジ
スタ22のソース9及びドレイン領域10に、燐イオン
を注入してN型領域を形成する(図6(e))。PチャネルM
OSトランジスタ23のソース11及びドレイン領域12
に、硼素イオンを注入してP型領域を形成する(図6
(f))。このとき、N型領域は燐イオンの代わりに砒素
イオンを注入しても良い。最後に、配線及びパッドとな
るアルミ13を形成し、保護膜14又は層間絶縁膜をつ
けて完成する(図6(g))。つまり、図1と図6(g)
とは同じ物である。
3に示す。これは、光源として緑色LEDを使用した場合
の特性である。図3から、光源の光強度に対して線形な
出力が得られていることがわかる。また、図4にはセン
サICの1素子分の出力の波長依存性を評価した結果を示
した。短波長になるに従って、センサの出力は低下して
いるが、従来の光センサに比べて改善されていることが
わかる。
の実施例(図7参照)は、受光素子として64個のフォ
トダイオード素子を1次元アレィ状に配置したラインセ
ンサICを試作したものである。センサICは、受光素子64
素子分、64素子それぞれの出力を増幅する増幅器、64素
子それぞれの出力を共通信号ラインにつなげるMOSトラ
ンジスタスイッチ、共通信号ラインの出力を増幅する最
終増幅器からなり、受光素子に照射されている光強度を
1素子目から順に64素子目まで出力する機能を有するも
のである。センサICの基本素子は、フォトトダイオード
21とNチャンネルMOSトランジスタ22及びPチャンネ
ルMOSトランジスタ23である。N型基板1には、N型シ
リコンを使っている。
最初に、PチャネルMOSトランジスタ23の素子分離領域
となる部分に燐イオンをNフィールドドープ2として注
入する。次に、MOSトランジスタ及びフォトトランジス
タの素子分離領域を選択酸化して4000〜5000Åのフィー
ルド酸化膜3を形成する。次に、フォトダイオー24の
アノード領域15、NチャンネルMOSトランジスタ22の
Pウエル領域5、及びそれらの素子分離領域に(Pフィ
ールドドープ6として)硼素を200keVの高エネルギーで
イオン注入する。次に、ゲート酸化膜7を形成し、その
後ポリシリコンゲート8を形成する。次に、Nチャンネ
ルMOSトランジスタ22のソース9及びドレイン領域1
0に、燐イオンを注入してN型領域を形成し、 フォトダ
イオード24のアノードコンタクト領域16及びPチャ
ネルMOSトランジスタ23のソース11及びドレイン領
域12に、硼素イオンを注入してP型領域を形成する。
このとき、N型領域は燐イオンの代わりに砒素イオンを
注入しても良い。最後に、配線及びパッドとなるアルミ
13を形成し、層間絶縁膜又は保護膜14をつけて完成
する。
域と素子分離のフィールドドープ領域を同時に形成する
ことができ、光センサの製造工程を簡素化を実現し、よ
り安価な光センサの提供が可能となる。また、受光素子
領域と素子分離のフィールドドープ領域を同時に形成す
ることにより、フィールドドープの不純物濃度を保つた
め、受光素子領域と素子分離のフィールドドープ領域形
成後の熱工程をできるだけ少なくする必要がある。した
がって、必然的に受光素子のPN接合は従来に比べて浅く
なる。受光素子における光電変換効率は、一般的に青色
〜紫色の短波長ほど低い。これは、短波長の光は受光素
子の表面で電荷を発生してしまうため、受光素子PN接合
が深いとPN接合に電荷が達する前に再結合して消失して
しまうためである。本発明の光センサは、前記の通り受
光素子のPN接合が従来に比べて浅くなるため、青色〜紫
色の短波長における感度が向上する効果がある。
の断面図である。
図でる。
力特性である。
の分光特性である。
造工程断面図(I)である。
造工程断面図(II)である。
ブロック図である。
ブロック図である。
(I)である。
(II)である。
Claims (6)
- 【請求項1】 PN接合により光電流を発生させる方式の
受光素子をもち、フィールド酸化膜によって受光素子間
を分離する構成の光センサの製造方法において、 前記フィールド酸化膜下のフィールドドープ領域と、前
記PN接合領域を同時に形成することを特徴とする光セン
サの製造方法。 - 【請求項2】 前記フィールド酸化膜下のフィールドド
ープ領域と、前記PN接合領域を、前記フィールド酸化膜
形成後に、前記フィールド酸化膜の膜厚よりも不純物の
打ち込み位置が深くなるエネルギー条件による不純物イ
オン注入法によって形成したことを特徴とする請求項1
記載の光センサの製造方法。 - 【請求項3】 PN接合により光電流を発生させるフォト
トランジスタ方式の受光素子をもち、フィールド酸化膜
によって受光素子間を分離する構成の光センサであり、
前記PN接合領域で発生した光電流の伝送、増幅あるい
は、信号処理を行うNMOSトランジスタとPMOSトランジス
タよりなるMOSトランジスタを前記PN接合領域の周辺に
配置した光センサにおいて、 前記フォトトランジスタのベース領域と、前記ベース領
域に隣接する第1のフィールドドープ領域と、前記NMOS
トランジスタまたは前記PMOSトランジスタ何れかのウェ
ル領域と、前記ウェル領域に隣接する第2のフィールド
ドープ領域とが同時に形成されたことを特徴とする光セ
ンサ。 - 【請求項4】 PN接合により光電流を発生させるフォト
トランジスタ方式の受光素子をもち、フィールド酸化膜
によって受光素子間を分離する構成の光センサであり、
前記PN接合領域で発生した光電流の伝送、増幅あるい
は、信号処理を行うNMOSトランジスタとPMOSトランジス
タからなるMOSトランジスタを前記PN接合領域の周辺に
配置した光センサの製造方法において、 前記フォトトランジスタのベース領域と、前記ベース領
域に隣接する第1のフィールドドープ領域と、前記NMOS
トランジスタまたは前記PMOSトランジスタ何れかのウェ
ル領域と、前記ウェル領域に隣接する第2のフィールド
ドープ領域とを同時に形成することを特徴とする光セン
サの製造方法。 - 【請求項5】 PN接合により光電流を発生させるフォト
ダイオード方式の受光素子をもち、フィールド酸化膜に
よって受光素子間を分離する構成の光センサであり、前
記PN接合領域で発生した光電流の伝送、増幅あるいは、
信号処理を行うNMOSトランジスタとPMOSトランジスタよ
りなるMOSトランジスタを前記PN接合領域の周辺に配置
した光センサにおいて、 前記フォトダイオードのアノード領域と、前記アノード
領域に隣接する第1のフィールドドープ領域と、前記NM
OSトランジスタのウェル領域と、前記ウェル領域に隣接
する第2のフィールドドープ領域とが同時に形成された
ことを特徴とする光センサ。 - 【請求項6】 PN接合により光電流を発生させるフォト
ダイオード方式の受光素子をもち、フィールド酸化膜に
よって受光素子間を分離する構成の光センサであり、前
記PN接合領域で発生した光電流の伝送、増幅あるいは、
信号処理を行うNMOSトランジスタとPMOSトランジスタか
らなるMOSトランジスタを前記PN接合領域の周辺に配置
した光センサの製造方法において、 前記フォトダイオードのアノード領域と、前記アノード
領域に隣接する第1のフィールドドープ領域と、前記NM
OSトランジスタのウェル領域と、前記ウェル領域に隣接
する第2のフィールドドープ領域とを同時に形成するこ
とを特徴とする光センサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09358899A JP3329761B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 光センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09358899A JP3329761B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 光センサ及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000286406A JP2000286406A (ja) | 2000-10-13 |
JP3329761B2 true JP3329761B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=14086462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09358899A Expired - Lifetime JP3329761B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 光センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3329761B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5215887B2 (ja) * | 2009-01-27 | 2013-06-19 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP09358899A patent/JP3329761B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000286406A (ja) | 2000-10-13 |
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