JPH01217966A - 光導電型イメージセンサの製造方法 - 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〕 本発明は光照射により光電流を発生する光導電体を受光
素子をして用いる光導電型イメージセンサに係り、特に
、少ない工程数で形成でき、かつ。

高速、高感度の光導電型イメージセンサに関する。

〔従来の技術〕

光導電型イメージセンサはファクシミリやイメージスキ
ャナー等の１次元あるいは２次元の画像入力装置として
広く用いられており、光の有無あるいは強弱を感知する
受光部と、受光部で感知された信号を読み取る読み取り
回路とから構成されている。ここで、受光部は整列配置
した光導体からなる多数の受光素子で構成され、読み取
り回路は、各受光素子を順次選択して信号を読み取るた
め、スイッチングトランジスタおよび駆動用トランジス
タで構成される。これらの素子に求められる条件は、光
導電体については、センサの感度を高めるために、光感
受性が高いこと、また、トランジスタについては、読み
取り速度すなわち動作速度を高めるためスイッチング速
度が速く、がっ、大きな出力電流が得られることである
。したがって、光導電体材料としては大きな光電流を生
ずる材料が必要であり、一方、トランジスタ材料として
はキャリヤ移動度の大きな材料が必要である。

以上述べたように、光導電型イメージセンサにおいては
光導電体とトランジスタという機能の異なる２種類の素
子が使用され、それぞれの素子材料に対する要求条件が
全く異なっていることから、画素子を同一材料で形成す
ることが難しいため、従来の光導電型イメージセンサに
おいては、光導電体として光電流の大きいＣｄ　Ｓ　−
Ｃｄ　Ｓ　ｅ系、５ｅ−Ｔｅ−Ａｓ系あるいは非晶質シ
リコンの膜を用いて高感度化を図り、一方、トランジス
タ材料としてキャリヤ移動度の大きな結晶シリコンまた
は多結晶シリコン膜を用いて高速化を図るという手段が
とられてきた。

〔発明が解決しようとするｉＩ題〕

しかしながら、以上説明したように、従来技術の光導電
型イメージセンサにおいては、高感度化と高速化とをと
もに達成するために、光導電体とトランジスタとの２種
類の素子をそれぞれ異なる材料によって形成する必要が
あり、このことは、イメージセンサの構造を複雑にする
だけでなく、各素子の形成に際してそれぞれの素子につ
いての成膜や加工工程を逐次繰り返して行うことになる
ため、工程数が極めて多くなり、不良率も高く、また、
製造コストも高くなるなどの欠点があった。

本発明の目的は、従来の光導電型イメージセンサの有し
ていた上記課題を解消して、少ない工程数で形成でき、
かつ、高速・高感度の光導電型イメージセンサを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、トランジスタを結晶シリコン膜あるいは多
結晶化シリコン膜を用いて形成し、光導電体を上記結晶
シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を非晶質化して形
成することによって達成することができる。

〔作用〕

結晶シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜はキャリヤ移
動度が大きいため、該膜を用いてトランジスタを形成す
ることによって、高速のトランジスタを得ることができ
る。

結晶シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜はそのまま光
導電体として用いても光感受性は低いが、発明者等は、
非晶質シリコンが大きな光電流を発生することおよびシ
リコン結晶がイオン注入によって非晶質化するという現
象に着目して、結晶シリコン膜あるいは多結晶シリコン
膜にシリコンイオン等を注入し、非晶質化して光導電体
とした。

すなわち、結晶シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜の
形成後、トランジスタ形成の中間段階で受光部となる結
晶シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜部分のみにシリ
コンイオン等の注入を行って非晶質化し、さらにトラン
ジスタ形成を続けるという手法をとることによって、同
時に堆積した結晶シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜
から光電流の大きな光導電体と高速のトランジスタとを
形成することができる。

以上の構成とすることによって、膜形成、ホトエツチン
グ工程を、それぞれ、１回で済ませることができ、この
ため、トランジスタの形成工程とは別に光導電体形成の
ための膜形成、ホトエツチング等の工程を必要とした従
来の光導電型イメージセンサに比べて、構造および製作
工程を大幅に簡略化することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の光導電型イメージセンサについて、実施
例によって説明する。

実施例　１ 第１図は本発明の光導電型イメージセンサの第１の実施
例の構造を示す概略断面図で、１はトランジスタ領域、
２は光導電体領域を示し、また、トランジスタ領域１は
ゲート電極３、ゲート絶縁膜４、活性層Ｓ、ソース／ド
レイン６、層間膜７、スルーホール８、アルミ配線９か
らなり、光導電体領域２は光導電体１０．光導電体電極
１１からなることを示す。本実施例では、トランジスタ
として。

ゲート電極３が活性層５の下側にあるいわゆるスタガー
ド型構造の薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を採用した。ま
た、光導電体１０は、トランジスタの活性層５に用いた
多結晶シリコン膜を、バターニングした後、シリコンイ
オンを注入して非晶質化した膜からなるものである。

製作手順の詳細を、以下、第２図によって説明する。ま
ず（ａ）は絶縁基板２５の上にＣｒ、ＮｉＣｒ、Ｍｏな
どを蒸着した後ホトエツチングによってゲート電極３を
形成した状態、（ｂ）は上記試料上の全面にＳｉＮ、Ｓ
ｉｎ、等のゲート絶縁膜４を形成した後、減圧ＣＶＤ法
により多結晶シリコン膜２７を堆積した状態、（ｃ）は
ホトエツチングによりＴＰＴの活性層５および光導電体
１０のパターンを同時に形成した状態、（ｄ）は、つづ
いて、光導電体パターン部分のみ開孔したレジストパタ
ーン２４上から５　Ｘ　１０１ｓ／ａｍ”のシリコンイ
オンを注入して、光導電体となる部分の多結晶シリコン
膜を非晶質化した状態、（ｅ）は（ｄ）からレジストを
除去した状態、（ｆ）はＴＰＴのソース／ドレイン６お
よび光導電体電極１１をりんをドープした多結晶シリコ
ン膜で同時に形成した状態、（ｇ）は層間膜７、スルー
ホール８およびアルミ配線９を形成して完成品とした状
態を示すものである。

本実施例における光導電型イメージセンサの製作工程は
、すでに公知のスタガード型ＴＰＴの製作工程にシリコ
ンイオン注入工程を追加しただけの工程であり、ＴＰＴ
と光導電体を別々に製作する従来の工程に比べて大幅に
簡略化される。また、本発明の光導電型イメージセンサ
において、トランジスタ材料として多結晶シリコンを用
いているため、高速の読み取り回路を形成することがで
きる。さらに、多結晶シリコンを非晶質化して光導電体
に用いているため、多結晶シリコンをそのまま光導電体
として用いる場合に比べて光感受性が高くなっている。

例えば、暗電流に対し、１０００Ｑｘの光照射による電
流増加率が、多結晶シリコンを用いた光導電体では高々
数％であるのに対して本実施例の光導電体では数十％に
達する。したがって、高感度・高速の光イメージセンサ
を実現することができる。また、多結晶シリコン膜は大
面積基板上への堆積が容易であるため、大面積のイメー
ジセンサの実現が可能になるという利点もある。

実施例　２ 第３図は本発明の光導電型イメージセンサの第２の実施
例の構造を示す概略断面図で、１２はサファイア基板、
１３はトランジスタ領域、１４は光導電体領域を示し、
また、トランジスタ領域１３がゲート電極１５、ゲート
絶縁膜１６、活性層１７、ソース／ドレイン■８、層間
層１９、スルーホール２０、アルミ配線２１からなり、
光導電体領域１４が光導電体２２、光導電体電極２３か
らなることを示す０本実施例では、トランジスタとして
、高速動作のために、サファイア基板１２上に形成した
単結晶シリコン膜を用いて形成したコプラナ型ＴＰＴを
採用した。また、光導電体は、上記単結晶シリコン膜に
シリコンイオンを注入して非晶質化し、さらに、非晶質
シリコン膜の欠陥を補償して光電流を増大させる目的で
、非晶質化シリコン膜中に水素イオンをドープした膜か
らなるものである。

製作手順の詳細を、以下、第４図によって説明する。ま
ず（ａ）はサファイア基板１２上に単結晶シリコン膜を
成膜した状態、（ｂ）は上記試料について光導電体２２
のパターンおよびＴＰＴの活性層１７をホトエツチング
法によって同時に形成した状態、（Ｃ）は熱酸化法を用
いてゲート絶縁膜１６を形成した状態、（ｄ）はゲート
絶縁膜１６上にりんドープの多結晶シリコンあるいはＭ
ｏ等の金属でゲート電極１５を形成し、た状態、（ｅ）
は光導電体電極２３およびＴＦＴのソース／ドレイン電
極１８をイオン注入法により同時に形成した状態、（ｆ
）は光導電体となる部分の単結晶シリコン膜に５×１０
’　／　ｃｍ”のシリコンイオンを注入して非晶質化し
、さらに、水素イオンをイオン注入法によりドープした
状態、（ｇ）は層間膜１９、スルーホール２０、アルミ
配線２１を形成し、３００℃の熱処理を行って完成品と
した状態を示すものである。なお、上記（ｆ）における
水素イオンの注入量はｌＸｌ０”〜Ｉ　Ｘ　１０１７／
　ａｍ”の範囲であることが望ましい。

以上の手順に示したよりに、製作工程としては、公知の
コプラナ型ＴＰＴの製作工程にシリコンイオンおよび水
素イオンの注入工程を追加するだけでＴＰＴおよび光導
電体を同時に形成できるため、光導電型イメージセンサ
製作プロセスの大幅な簡略化が可能となる。

また、ＴＰＴは、単結晶シリコンを用いて形成するため
、多結晶シリコンを用いた場合に比べて、読み取り速度
を１桁以上速くすることができる。

さらに、光導電体として用いた水素イオンドープの非晶
質化シリコン膜は、水素イオンの欠陥補償効果によって
、光感受性に優れており、例えば、暗電流に対する１０
００　Ｑ　ｘの光照射時の電流増加率が、水素イオンド
ープのない光導電体では数十％であるのに対して、本実
施例での水素イオンドープ非晶質化シリコン膜では約５
０倍とな乞結果を示したにの増加率は、高感度光導電体
材料として知られているプラズマＣＶＤ法による非晶質
シリコン膜と比べて遜色のない値である。

実施例　３ 本実施例は、実施例２の場合と同様に、サファイア基板
上に形成した単結晶シリコン膜を用いてＴＰＴと光導電
体を形成した場合、ただし、実施例２の光導電体形成の
ためのシリコンイオン注入による非晶質化と水素イオン
注入による欠陥補償との代りにイオン化したシランの注
入（５Ｘ１０”／　ｃｒａ”　）を行った場合の例であ
る。シランは１個のシリコン原子と４個の水素原子とが
結合した分子であるため、イオン化したシランの注入に
より非晶質化と水素ドープとを同時に行うことが可能で
ある。本実施例において、製作手順および素子構造は、
イオン注入の工程を除いて、実施例２の場合と同様とし
た。

本実施例の場合にも、ＴＰＴ形成に単結晶シリコン膜を
用いているため、ＴＰＴの高速動作が可能である。

また、光導電体については、水素がドープされることに
よって、高感度の光導電体を形成することができる０例
えば、暗電流に対し、１０００Ｑｘの光照射による電流
増加率は、単結晶シリコン膜では高々数％の値を示すの
に対し、本実施例の場合、約５０倍となる結果を示した
。

さらに、本実施例の手順による場合、結晶シリコン膜の
非晶質化と水素ドープとを１回のイオン注入で済ませる
ことができるため、感度を低下させることなしに、工程
を、さらに簡略化することができる。

以上、三つの実施例について説明したが、本発明の精神
を逸脱することなしに、種々の変更、変形をなし得るこ
とは言うまでもない。例えば、実施例１および実施例２
においては光導電体としてシリコンイオンの注入により
非晶質化したシリコン膜を用いた例を示したが、シリコ
ンイオンに代えて、ゲルマニウム等の■族元素のイオン
あるいはアルゴン、ネオン等の希ガスのイオンの注入に
よって非晶質化したシリコン膜を用いることも可能であ
る。また、実施例２においては欠陥補償のための水素ド
ープを水素イオンの注入によって行った場合の例を示し
たが、水素プラズマの照射によるドープも可能である。

また、水素に代えて、ふっ素あるいは水素とふっ素との
両イオンをドープしても欠陥補償効果のあることは、太
陽電池等で広く用いられているプラズマＣＶＤにより形
成した非晶質シリコン膜の例などからみて、明らかであ
る。なお、上記実施例においては、トランジスタとして
スタガード型およびコプラナ型ＴＰＴを用いた例につい
て説明したが、ＴＰＴの種類に関係なく本発明を実施で
きることは、実施例で示した製作手順からみて明らかで
ある。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、光導電型イメージセンサを本発
明構成の光導電型イメージセンサとすること、すなわち
、基板上に形成した結晶シリコン膜あるいは多結晶シリ
コン膜を用いてトランジスタを形成し、上記基板上に形
成した結晶シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を非晶
質化したシリコン膜を用いて光導電体を形成した光導電
型イメージセンサとすること、によって、従来技術の有
していた課題を解消して、少ない工程数で形成でき、か
つ、高速・高感度の光導電型イメージセンサを提供する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光導電型イメージセンサの第１の実施
例の構造を示す概略断面図、第２図は第１の実施例の製
作手順を示す概略断面図、第３図は本発明の光導電型イ
メージセンサの第２の実施例の構造を示す概略断面図、
第４図は第２の実施例の製作手順を示す概略断面図であ
る。 １．１３・・・トランジスタ領域 ２．１４・・・光導電体領域　３．１５・・・ゲート電
極４．１６・・・ゲート絶縁膜　５．１７・・・活性層
６．１８・・・ソース／ドレイン ７．１９・・・層間膜　　　　８．２０・・・スルーホ
ール９．２１・・・アルミ配線　　１０．２２・・・光
導電体１１．２３・・・光導電体電極　１２・・・サフ
ァイア基板２４・・・レジスト　　　　　２５・・・絶
縁基板２６・・・単結晶シリコン膜　２７・・・多結晶
シリコン膜特許出願人　日本電信電話株式会社 代理人弁理士　　中　村　純之助 第２図 ■へ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板上に光導電体とトランジスタとを集積して形成
   される光導電型イメージセンサにおいて、上記トランジ
   スタが基板上に形成した結晶シリコン膜あるいは多結晶
   シリコン膜を用いて形成したトランジスタであり、上記
   光導電体が上記基板上に形成した結晶シリコン膜あるい
   は多結晶シリコン膜を非晶質化したシリコン膜からなる
   光導電体であることを特徴とする光導電型イメージセン
   サ。