JPS63239978A - 画像入力用光センサ - 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］ 本発明は画像入力用光センサに係り、特に同一面上に少
なくとも感光部及び走査回路部を形成した画像入力用光
センサに関する。

［従来技術及び問題点］ 原稿読取装置の読み取り方式は、大別して等倍型と縮小
型とがある０等倍型は光学系が小さいために装置の小型
化が図ることができ、また受光面積が大きいために高感
度化が達成できる等の長所を有することから、近年、等
倍型の開発が盛んに行われている。この等倍型の原稿読
取装置には、原稿と感光部とが１：１に対応する大きさ
の密着型ラインセンサが用いられる。密着型ラインセン
サは大きさ等の点から単一の半導体納品で形成すること
が困難であり、通常はＣｄ５−ＣｄＳｅ膜、非晶質Ｓｉ
膜を用いる薄膜型、あるいは一定の大きさｂ結晶ウェー
八を用いたＣＣＤ型やＭＯＳ型のＩＣセンサを複数チッ
プ使用したマルチチップ型が用いられる。

しかしながら、薄膜型を用いる場合においては、Ｃｄ５
−ＣｄＳｅ膜は光応答速度が小さく、高速読取りに適さ
ないという問題点を有しており、また非晶質Ｓｉ膜は光
電流が小さいため、ＳＮ比が低く、８ビツト（２５６階
調）以上の多階調の読取りには適さないという問題点を
有していた。さらに、非晶質Ｓｉ［の場合は、走査回路
部に薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）を用いれば、結晶Ｓｉ
のＩＣをハイブリッド化するのに比べて、デバイスの小
形化、低価格化に有利であるが、ＴＰＴを用いられる非
晶質Ｓｉ、多結晶Ｓｉは単結晶Ｓｉと比べて移動度が小
さいため高速読取りが困難であるという問題点を有して
いた。一方、マルチチップ型を用いる場合においては、
結＆Ｓ　ｉを用いるため高速、高ＳＮ比の読堆りが可能
であるが、チップの端のつなぎ目の処理が難しく、高解
像化が困難であるという問題点を有していた。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、多階調、高速、高
解像で且つ低コストで大面積化の可能な画像入力用光セ
ンサを提供することにある。

［問題点を解決するための手段Ｊ 上記の問題点は、堆積面に、該堆積面材料より核形成密
度が十分大きく、かつ単一の核だけが成長する程度に十
分微細な核形成面形成材料が設けられ、該核形成面形成
材料に成長した屯−の核によって成長し形成された半導
体結晶堆積膜に、少なくとも感光部及び走査回路部を形
成した本発明の画像入力用光センサによって解決される
。

［作　用］ 本発明は堆積面に、該堆積面の材料より核形成密度が十
分大きく、かつ単一の核だけがｒ＆長する程度に十分微
細な核形成面形成材料が設けられ、該核形成面形成材料
に成長した単一の核によって成長し形成させて、半導体
結晶堆積膜を形成し。

この半導体結晶堆積膜に感光部、走査回路部を形成する
ことにより、移動度及び光電流を増加させて特性の向上
を図るものであり、またマルチチップ型等に要求される
チップ間の接続を省き、製造工程を大幅に簡易化せんと
するものである。

［￥施例］ 以下１本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の画像入力用光センサの一実施例を示す
概略的斜視図である。

同図に示すように堆積面たる非晶質絶縁材料面を有する
基板ｌ上に、単結晶Ｓｉ［を成長させ、この単結晶Ｓｉ
に感光部列２及び走査回路部列３を形成する。感光部列
２は、一画素に対応するｎ個の感光ｆＲ２１〜２ｎから
なり、また走査回路列３は走査回路部部３１〜３ｎから
なる。走査回路部３１〜３ｎは感光部２１〜２ｎに対応
して設けられ、それぞれ電気的接続がなされる。

照射された光情報はそれぞれの感光部２１〜２ｎで光電
変換されて、電気信号としてそれぞれの走査回路部３１
〜３ｏへ送られる。感光部列２の感光部２１〜２ｎの構
造としては、ｐｎ接合フォトダイオードで発生したフォ
トキャリヤを主電極であるＮＯＳ　）ランジスタのソー
スに蓄積するタイプ（ＮＯＳ　ｆｉセンサ）やフォトキ
ャリヤを制御電極（バイポーラトランジスタのベース、
静′屯誘導トランジスタ（ＳＩ〒）のゲート、Ｍｏｓト
ランジスタのゲート）に蓄積し電荷増幅してから電荷を
読み出すタイプ等がある。後者のフォトキャリヤを制御
電極に蓄積するタイプは、高出方、高ダイナミツクレン
ジ、高ＳＮ（低雑音）、非破壊読出し可能などの長所が
ある０本実施例においては、特開昭６０−１２７５９に
おいて開示されたバイポーラトランジスタ電極にフォト
キャリヤを蓄積するタイプの光電変換素子を感光部に用
いた画像入力用光センサについて説明する。

第２図（Ａ）は上記画像入力用光センナの感光部の概略
的平面図であり、第２図（Ｂ）はそのＡ−Ａ　’線断面
図であり、第２図（Ｃ）はその等価回路図である。

第２図（Ａ）　、　（Ｂ）に示すように、光センサセル
は、次のような構造をしている。Ｗｒ９ｉの材質の基板
１の上に、核形成密度の小さい材料、たとえばＳ　ｉ０
２の薄膜４を形成し、その上に核形成密度の大きい材料
、たとえば核形成面となる５ｉｘＮ４の微細にパターン
化されたｆｉｉＷＪ５を形成する。その上に結晶ＳｉＱ
Ｍで構成されるｎ型不純物濃度の低いｎ−領域６を成長
させ、このｎ−領域６にバイポーラトランジスタのベー
スとなるｐｇｉ城７及びとなり合う光センサセルとの間
を電気的に絶縁するだめの素子分離領域８を形成する。

ざらにｐ領域７にはバイポーラトランジスタのエミッタ
となるｎ゛領域１２が形成される。

なお、基板１上の薄膜４上に結晶層を形成する方法の詳
細については！！述する。

ｎ゛領域１２はコンタクト部１５を通してＡＩ￥？の導
電材料で形成された配線１１と接続される。

この配線１１によって信号が外部へ読み出される。

ｐ領域７上には、キャパシタ電極１３が絶縁膜９をはさ
んで対向して形成され、キャパシタ電極１３は配線１４
と接続される。このキャパシタ電極１３によって浮遊状
態になされたｐ領域７の電位が制御される。そしてバイ
ポーラトランジスタのコレクタ電位を与えるための電極
１７（図示せず）は、素子分離領域８に接続されている
。

また各センサーセルはパシベーションＩｔ！ＩＩＯによ
って覆われている。

次に上記構成の画像入力用光センナの動作を第２図（Ｃ
）に示した画像入力用光センサの感光部の等価回路図を
用いて説明する。

本実施例の画像入力用光センサの感光部は、第２図（Ｃ
）にしめすように、コンデンサＣｏｘ１５とバイポーラ
トランジスタ１６とから構成され、コンデンサＣｏｘ１
５は、電極１３、絶縁膜９．　　ｐ領域７のＭＯ５構造
により構成され、またバイポーラトランジスタ１６は、
エミッタとしてのｎ゛領域１２、ベースとしてのｐ領域
７．コレクタとしてのｎ３領域としてのｎ−領域６の各
部分より構成されている。

基本動作は、蓄積、読出し、およびリフレッシュ動作よ
り成る。

まず負電位のｐ領域７を浮遊状態とし、光励起により発
生した電子・ホール対のうちホールをｐ領域７に蓄積す
る（蓄積動作）。

続いて、キャパシタ電極１３に読出し用正電圧パルスを
印加してｐ領域７の電位を上昇させ、エミッタ・ベース
間を順方向にバイアスして、蓄積されたホールにより発
生した蓄積電圧を浮遊状態のｎ−領域６へ読出す（読出
し動作）。

また、ｎ−領域６を接地し、キャパシタ電極１３にリフ
レッシュ用正電圧パルスを印加することで、ｐ領域７に
蓄積されたホールをエミッタ側へ除去する（リフレッシ
ュ動作）、蓄積されていたホールが除去されることで、
リフレッシュ用の正電圧パルスが立下がった時点でｐ領
域７は負電位の初期状態となる。以後、蓄積、読出し、
リフレッシュという各動作が鰻り返される。

第３図は、上記感光部を用いた画像入力用光センサにお
ける走査回路部の回路図である。

同図において、感光部２１〜２ｎのコレクタ電極には一
定の正電圧Ｖｃｃが印加されている。各キャパシタ電極
１３は配線１４に共通に接続され、配線１４と接続され
る端子１８には読出し動作およびリフレッシュ動作を行
うためのパルスφ１が印加される。また、各エミッタ電
極は垂直ラインＬ１〜Ｌｎに各々接続され、垂直ライン
Ｌ１〜Ｌｎは各々トランジスタＱａｘ〜Ｑａｎを介して
蓄積用コンデンサ０１〜Ｃｎに接続されている・　トラ
ンジスタＱａｘ〜Ｑａｎのゲート電極は端子１９に共通
に接続され、端子１９にはパルスφ３が印加される。

また、コンデンサ０１〜Ｃｎは各々トランジスタＱ１〜
Ｑｎを介して出力ライン２１に接続されている。トラン
ジスタＱ１〜Ｑｎのゲート電極は走査回路２２の並列出
力端子に各々接続され、並列出力端子からはパルスφｈ
、〜φｈｎが順次出力される。

出力ライン２１は、リフレッシュするためのトランジス
タＱｒｈを介して接地され、トランジスタＱｒｈのゲー
ト電極にはパルスφｒ２が印加される。

また、垂直ラインＬ１〜Ｌｎは各々トランジスタＱｂｘ
〜Ｑｂｎを介して接地されている。また各トランジスタ
のゲート電極は端子２ｏに共通に接続され、端子２０に
はパルスφ２が印加される。

ｔｔＳ４図は、上記画像久方用光センナの動作を説明す
るためのタイミングチャートである。

まず、各感光部２１〜２ｎには入射光の照度に対応した
キャリアが蓄積されでいるものとする。

この状態で、パルスφ３によってトランジスタＱａ１〜
Ｑ　ａ　ｎをＯＮ状態にし、パルスφ２によってトラン
ジスタＱｂ１〜Ｑ　ｂ　ｎはＯＦＦ状態としてエミッタ
電極を浮遊状態とし、端子１８に読出し用正電圧パルス
φｒを印加する。これによって、すでに述べたように、
浮遊状態のエミッタ側に各セルの出力信号が読出され、
各信号がコンデンサ０１〜Ｃｎに蓄積される。読出しが
終了すると、パルスφ３によってトランジスタＱａｘ〜
ＱａｎをＯＦＦ状態とする。

続いて、パルスφ２によってトランジスタＱｂｔ〜Ｑｂ
ｎをＯＮ状７ｇとして各感光部のエミッタ電極を接地し
、端子１８にリフレッシュパルスφｒｃを印加する。こ
れによって既に述べたリフレッシュ動作が行われ、ペー
ス領域に蓄積されたホールが消滅する。リフレッシュ動
作が終了すると、各セルは蓄積動作を開始する。

また、リフレッシュ動作と並行して、走査回路２２はパ
ルスφｈ１〜φｈｎを出力し、トランジスタＱ１〜Ｑｎ
を順次ＯＮ状態にする。これによって、コンデンサＣ１
〜Ｃｎに蓄積されていた各信号が出力ライン２１に順次
読出され、アンプ２３を通して出力信号Ｖｏｕｔとして
外部へ出力される。

その際、各信号が出力されるごとに、パルスφｈ１〜φ
ｈｎに各々重なるタイミングでパルスφｒ２を印加する
。このタイミングでトランジスタＱｒｈがＯＮとなり、
出力ライン２１の残留キャリアが除去されると共に、コ
ンデンサ０１〜Ｃｎの残留キャリアが各々トランジスタ
Ｑ１〜Ｑｎを通して順次除去される。

こうして全感光部２１〜２ｎの読出し信号を出力すると
１次の読出し動作が開始され、以下同様に上記動作が繰
返される。

以上説明したように、上記実施例は、非晶質絶縁物上に
結晶Ｓｉを選択的に成長させる技術を用いて、非晶質絶
縁材料面を有する基板１上にＳ１結晶薄膜をＩ＆長させ
、その上に感光部列２、走査回路部列３を形成すること
により、移動度を向−ヒさせて高速読み取りを可能とし
、光電流を増大させて、ＳＮ比を向上させて多階調の読
み取りを可能とするものである。

非晶質絶縁面等の堆積面上にＳｉ結品等の結晶を成長さ
せる方法については特開昭８１−１５３２７３において
開示されている。以下、その結晶の形成方法について説
明する。

まず、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積法
について述べる０選択堆積法とは、表面エネルギ、付着
係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程で
の核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基
板上に選択的に薄膜を形成する方法である。

第５図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図である
。まず同図（Ａ）に示すように、基板２４上に、基板２
４と上記因子の異なる材料から成る薄ｌ１２２５を所望
部分に形成する。そして、適当な堆積条件によって適当
な材料から成る薄膜の堆積を行うと、薄膜２６は薄膜２
５上にのみ成長し、基板２４上にはＩ＆、長しないとい
う現象を生じさせることができる。この現象を利用する
ことで、自己整合的に成形された薄膜２６を成長させる
ことができ、従来のようなレジストを用いたりソゲラフ
イエ程の省略が可能となる。

このような選択形成法による堆積を行うことができる材
料としては、たとえば基板２４としてＳ　ｉ０２、ＦＭ
膜２５としてＳｉ、　ＧａＡｇ、窒化シリコン、そして
堆積させる薄膜２６としてＳｌ、Ｗ　、　ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰ等がある。

第６図は、Ｓ　ｉ０２の堆積面と窒化シリコンの堆積面
との核形成密度の維持変化を示すグラフである。

同グラフが示すように２堆積を開始して間もなく　５ｉ
０２上での核形成密度は１ｏ３ｃ＋ｗ−２以下で飽和し
、２９分後でもその値はほとんど変化しない。

それに対して窒化シリコン（Ｓ　１３Ｎｓ　）上では、
〜４Ｘ　１０５ａｍ−２で一旦飽和し、それから１０分
はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。

なお、この測定例では、Ｓ　ｉＣ＋４ガスをＨ２ガスで
希釈し、圧力１７５Ｔｏｒｒ、温度１０００℃の条件下
でＣＶＤ法により堆積した場合を示している。他に５ｉ
Ｈｓ　、　５ｉＨ２ＧＩｚ　、　５ｉＨＣ１３，Ｓｉｈ
等を反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整するこ
とで同様の作用を得ることができる。また、真空蒸着で
も可能である。

この場合、Ｓ　ｉ０２上の核形成はほとんど問題となら
ないが、反応ガス中にＨＣ１ガスを添加することで、５
ｉＯｚ−ｈでの核形成を更に抑制し、５ｉ０２上でのＳ
ｉの堆積を皆無にすることができる。

このような現象は、　５ｉ０２および窒化シリコンの材
料表面のＳｉに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係
数等の差によるところが大きいが、Ｓｉ原子自身によっ
て５ｉ０２が反応し２蒸気圧が高い一酸化シリコンが生
成されることでＳ　ｉ０２自身がエツチングされ、窒化
シリコン上ではこのようなエツチング現象は生じないと
いうことも選択堆積を生じさせる原因となっていると考
えられる（Ｔ、Ｙｏｎｅｈａｒａ。

Ｓ、Ｙｏｓｈｉｏｋａ、　Ｓ、Ｍｉｙａｚａｗａ、　Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ５
３．θ８３９，１９８２）。

このように堆積面の材料としてＳｉＯ２および窒化シリ
コンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、
同グラフに示すように十分に大さな核形成密度差を得る
ことができる。なお、ここでは堆積面の材料としてＳ：
Ｏｙが望ましいが、これに限らすＳ　ｉＯｘであっても
核形成密度差を得ることができる。

勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形成
密度の差が核の密度で１０倍以上好ましく１０３倍以上
あればよく、後に例示するような材料によっても堆積膜
の十分な選択形成を行うことができる。

この核形成密度差を得る方法としては、Ｓ　ｉ０２上に
局所的にＳｉやＮ等をイオン注入して過剰にＳｉやＮ等
を有する領域を形成してもよい。

このような選択堆私法を利用し、堆積面の材料より核形
成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長する
ように十分微細に形成することによって、その微細な異
種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長させ
ることができる。

なお、単結晶の選択成長は、堆積面表面の電子状態、特
にダングリンポンドの状態によって決定されるために、
核形成密度の低い材料（たとえばＳ　ｉ０２　）はバル
ク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面の
みに形成されて上記堆積面を成していればよい。

次に、基板の上にデバイス領域の大きさに対応した粒径
のＳｉ単結晶薄膜を形成する方法について説明する。

第７図（Ａ）〜（Ｄ）は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図であり、第８図（Ａ）および（Ｂ）は、第７
図（Ａ）および（Ｄ）における基板の斜視図である。

まず、第７図（Ａ）および第８図（Ａ）に示すように、
基板２７上に１選択堆積を可能にする核形成密度の小さ
い材料から成るｏＰｔＪ２ｇを形成し、その上に核形成
密度の大きい異種材料を薄く堆積させリングラフィ等に
よってパターニングすることで、核形成面形成材料２９
を距離吏を隔てて充分微細に形成する。　　　　　　− 次に、適当な堆積条件によって核形成面形成材料２９だ
けに薄膜材料の単一の核が形成される。

すなわち、核形成面形成材料２９は、単一の核のみが形
成される程度に充分微細に形成する必要がある。核形成
面形成材料２９の大きさは、材料の種類によって異なる
が、数ミクロン以下であればよい、更に、核は単結晶構
造を保ちながら戊長し、第７図（Ｂ）に示すように島状
の単結晶粒３０となる。島状の単結晶粒３０が形成され
るためには、すでに述べたように、薄膜２８上の非核形
成面２８の上で全く核形成が起こらないように条件を決
めることが必要である。

島状の単結晶粒３０は更に成長して、第７図（Ｃ）に示
すように隣りの単結晶粒３ｏと接触するが、基板面内の
結晶方位は一定ではないために、核形成面形成材料２９
の中間位置に結晶粒界３１が形成される。続いて、単結
晶粒３ｏは三次元的に成長するが、成長速度の遅い結晶
面がファセットとして現われるために、エツチング又は
研磨によって表面の平坦化を行い、更に粒界３１の部分
を除去して、第７図（［］）および第８８図Ｂ）に示す
ように粒界を含まない単結晶の薄膜３２を格子状に形成
する。この単結晶薄膜３２の大きさは、上述したように
核形成面形成材料２９の間隔文によって決定される。す
なわち、核形成面形成材料２９の形成パターンを適当に
定めることによって、粒界の位置を制御することができ
、所望の大きさの単結晶を所望の配列で形成することが
できる。

［具体例］ 次に、上記各実施例における巾結晶層の具体的形成方法
を第７図に示す実施例をもとに説明する。金属、半導体
、磁性体、圧電体、絶縁体等の任意の基板２７上にスパ
ッタ法、　ＣＶＯ法、真空蒸着法等を用いて基板表面に
３１０２　Ｎ　２８を形成する。なお、　５ｉ０２層２
８を設けずに、直接溶融石英、耐熱性ガラス、アルミナ
、セラミック等ヲ用いることもできる。

また、堆積面材料としてはＳ　ｉ０２が望ましいが。

Ｓ　ｉｏｘとしてＸの値を変化させたものでもよい、。

こうして形成されたＳ　ｉ０２層２８上に減圧気相成長
法によって窒化シリコン層（ここでは５ｉ３Ｎａ層）又
は多結晶シリコン層を異種材料として堆積させ、通常の
リングラフィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を
用いたリングラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶シ
リコン層をパターニングし、数ミクロン以下、望ましく
は〜Ｉｇｍ以下の微小な核形成面形成材料２９を形成す
る。

続いて、　ＨＣＩ　　とＮ２と、５ｉＨ２ＣＩ２．５ｉ
Ｃ１４，５ｉＨＣ：ｈ　。

５ｉＦａ若しくはＳ　ｉＨ４との混合ガスを用いて」二
足基板２７上にＳｉを選択的に成長させる。その際の基
板温度は７００〜１１００℃、圧力は約１００Ｔｏｒｒ
である。

数十分程度の時間で、５ｉ０２Ｊ：の窒化シリコン又は
多結晶シリコンの微細な核形成面形成材料２９を中心と
して、単結晶のＳｉ粒３０が成長し。

最適の成長条件とすることで、その大きさは数十用ｍ以
上に成長する。

続いて、ＳｉとＳｉＯ＋との間にエツチング速度差があ
る反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）によって、Ｓｉの
みをエツチングして平坦化し、更に粒界３１部分を除去
して島状の単結晶シリコン層３２が形成される。なお、
単結晶３０の表面の凹凸が大きい場合は、機械的研磨を
行った後にエツチングを行う。

［窒化シリコン組成］ これまで述べてきたような堆積面材料と異種材料との十
分な核形成密度差を得るには、Ｓ　ｉ３８４に限定され
るものではなく、窒化シリコンの組成を変化させたもの
でもよい。

ＲＦプラズマ中でＳ　ｉＨｓガスとＮＨ３ガスとを分解
させて低温で窒化シリコン膜を形成するプラズマＣＶＤ
法では、ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスとの流量比を変化さ
せることで、堆積する窒化シリコン膜のＳｉとＮの組成
比を大幅に変化させることができる。

第９図は、ＳｉＨ４とＮＨＫの流量比と形成された窒化
シリコン膜中のＳｉおよびＮの組成比との関係を示した
グラフである。

この時の堆積条件は、ＲＦ出カ１７５ｗ、基板温度３８
０℃であり、５ｉｌｂカス流量を３００ｃｃ／ｗｉｎに
固定し、ＮＨ３ガスの流儀を変化させた。

同グラフに示すようにＮＨ３／Ｓｉｈのガスｉ＆量比を
４〜１０へ変化させると、窒化シリコン膜中のＳｉ／Ｎ
比は１．１〜０．５８に変化することがオージェ電子分
光法によって明らかとなった。

ｔた、減圧ｃｖｎ法ｆｆ１ｓｉＨ２Ｇｌｚ　ｊｆ　スト
ＮＨ３：Ｈス、！ｌ：を導入し、０．３Ｔｏｒｒ　ノ減
圧下、温度約８００℃の条件で形成した窒化シリコン膜
の組成は、はぼ化学量論比である（Ｓｉ／Ｎ＝０．７５
）に近いものであった。

また、ＳｉをアンモニアあるいはＮ２中で約１２００℃
で熱処理すること（熱窒化法）で形成される窒化シリコ
ン膜は、その形成方法が熱平衡下で行われるためには、
更に化学量論比に近い組成を得ることができる。

以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをＳｉの
核形成密度がＳ　ｉ０２より高い堆積面材料として用い
て上記Ｓｉの核を成長させると、その組成比により核形
成密度に差が生じる。

第１０図は、Ｓｉ／Ｎ組成比と核形成密度との関係を示
すグラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン
膜の組成を変化させることで、その上に成長するＳｉの
核形成密度は大幅に変化する。

この時の核形成条件は、５ｉｌｌｓ　ガスを１７５丁ｏ
ｒｒに減圧し、１０００℃でＨ２と反応させてＳｉを生
成させる。

このように窒化シリコンの組成によって核形成密度が変
化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細に
形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに影
ツを与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有す
る窒化シリコンは。

非常に微細に形成しない限り、単一の核を形成すること
ができない。

したがって、核形成密度と、単一の核が選択できる最適
な窒化シリコンの大きさとを選択する必要がある。たと
えば〜１０５ｃ［２の核形成密度を得る堆積条件では、
窒化シリコンの大きさは約４１Ｌｍ以下であれば単一の
核を選択できる。

［イオン注入による異種材料の形１１ｉ１Ｓｉに対して
核形成密度差を実現する方法として、核形成密度の低い
堆積面材料であるＳ　ｉｏ２の表面に局所的にＳｉ、　
Ｎ、　Ｐ、　Ｂ、　Ｆ、　Ａｒ、　Ｈｅ、　Ｃ。

Ａｓ、　Ｇａ、　Ｇｅ等をイオン注入して５ｉ０２の堆
積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成密度の
高い堆積面材料としても良い。

例えば、　ＳｉＯ２表面をレジストで多い、所望の箇所
を露光、現象、溶解させてＳ　ｉ０２表面を部分的に表
出させる。

続いて、５ｉＦａガスをソースガスとして用い。

Ｓｉイオンを１０ｋｅＶ　で１Ｘｌｏ１６〜ｌＸ１０１
８ｃ［２の密度でＳｉＯ２表面に打込む、これによる投
影飛程は１１４　　であり、　ＳｉＯ２表面ではＳｉ濃
度が〜１０２２ｃｍ−３に達する。　ＳｉＯ２はもとも
と非晶質であるために、Ｓｉイオンを注入した領域も非
晶質である。

なお、変質領域を形成するには、レジストをマスクとし
てイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビーム
技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られたＳ
ｉイオンをＳｉＯ２表面に注入してもよい。

こうしてイオン注入を行った後、レジストを剥離するこ
とで、Ｓ　ｉ０２面にＳｉが過剰な変質領域が形成され
る。このような変質領域が形成されたＳｉ０？堆積面に
Ｓｉを気相成長させる。

第１１図は、Ｓｉイオンの注入量と核形成密度との関係
を示すグラフである。

同グラフに示すように、Ｓｉ゛注入量が多い程、核形成
密度が増大することがわかる。

したがって、変質領域を十分微細に形成することで、こ
の変質領域を異種材料としてＳｉの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。

なお、変質領域を単一の核が成長する程度に十分微細に
形成することは、レジストのパターニングや、集束イオ
ンビームのビームを絞ることによって容易に達成される
。

［ＣＶＤ以外のＳｉ堆積方法］ Ｓｌの選択核形成によって単結晶を成長させるには、Ｃ
ＶＤ法だけでなく、Ｓｉを真空中（＜ｔｏ−６Ｔｏｒｒ
）で電子銃により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる
方法も用いられる。特に、超高真空中（＜　１０１Ｔａ
ｒｒ）で蒸着を行うＭＢＥ（Ｍｏｌ＠ｃｕｌａｒ　Ｂｅ
ａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法では、基板温度９００℃以上
でＳｉビームと５ｉ０７が反応を始め、Ｓ＋０２上での
Ｓｉの核形成は皆無になることが知られている（Ｔ、Ｙ
ｏｎｅｈａｒａ、　Ｓ、Ｙｏｓｈｉｏｋａ、　ａｎｄ　
Ｓ、Ｍｉｙａｚａｗａ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌ
ｉｅｄ　ＰｈｙＳｉｃｓ　５３，１０．ｐ８８３９．１
９８２）。

この現象を利用してＳ　＋０２上に点在させた微小な窒
化シリコンに完全な選択性をもってＳｉの単一の核を形
成し、そこに単結晶Ｓｉを成長させることができた。こ
の時の堆積条件は、真空度ＩＱ−８Ｔｏｒｒ以下、Ｓｉ
ビーム強度９．７　Ｘ１０１’ａｔｏｍｓ／ｃｍ２・ｓ
ｅｃ、基板温度９００度〜１０００度であった。

この場合、　５ｉ０２＋Ｓｉ→２ＳｉＯという反応によ
り、ＳｉＯという蒸気圧の著しく高い反応生成物が形成
され、この蒸発による５ｉ０２自身のＳｉによるエツチ
ングが生起している。

これに対して、窒化シリコン上では上記エツチング現象
は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。

したがって、核形成密度の高い堆積面材料としては、窒
化シリコン以外に、タンタル酸化物（ＴａｚＯｓ）　、
窒化シリコン酸化物（ＳｉＯＭ）等を使用しても同様の
効果を得ることができる。すなわち、これらの材料を微
小形成して上記異種材料とすることで、同様に中納品を
成長させることができる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように１本発明の画像入力用光セン
サによれば、所望の大きさの堆積面上に半導体納品堆ｆ
ａ膜を成長させ、その堆積膜上に感光部および走査回路
部を形成しているため、多階調、高速、高解像の画像入
力用光センサを実現できる。また所望の大きさの基板に
感光部および走査回路部を集積化して形成できる。結晶
のＩＣセンサ複数チップを絶縁材料面上に配列するマル
チチップ型より低コストで画像入力用光センサを提出す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像入力用光センサの一実施例を示す
概略的斜視図である。 第２図は上記実施例の画像入力用光センサの感光部の説
明図である。 第３図は、上記感光部を用いた画像入力用光センサにお
ける走査口ｉ１８部の回路図である。 第４図は、上記画像入力用光センサの動作を説明するた
めのタイミングチャートである。 第５図は選択堆積法の説明図である。 第６図は５ｉ０２の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度の経時変化を示すグラフである。 第７図（Ａ）〜（Ｄ）は納品形成方法の一例を示す形成
工程図である。 第８図（Ａ）および（Ｂ）は、第７図（Ａ）および（Ｄ
）における基板の斜視図である。 第９図は、ＳｉＨ４とＮＨ３の流量比と形成された窒化
シリコン膜中のＳｉおよびＮの組成比との関係を示した
グラフである。 第１０図は、Ｓｉ／ＮＭｌ成比と核形成密度との関係を
示すグラフである。 第１１図は、Ｓｉイオンの注入量と核形成密度との関係
を示すグラフである。 ｌ・・・基板 ２・・・感光部列 ３・・・走査回路部列 ２１〜２ｏ・・・感光部 ３１〜３ｎ・・・走査回路部 代理人　弁理士　山　　下　　積　　モ第１図 第５図 （Ａ） （Ｂ） 第６図 Ｒ々朋（分） 第７回 第８　図 （Ａ＞ （Ｅ３） ＄９　図 ＮＨ３／Ｓ；Ｈ４逢量比 第１０図 Ｑ　　　　　　　　　　　　Ｏ，５１、Ｏ５ｉ／Ｎ　、
ｆＫ庭Ｊ乙

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）堆積面に、該堆積面材料より核形成密度が十分大
   きく、かつ単一の核だけが成長する程度に十分微細な核
   形成面形成材料が設けられ、該核形成面形成材料に成長
   した単一の核によって成長し形成された半導体結晶堆積
   膜に、少なくとも感光部及び走査回路部を形成した画像
   入力用光センサ。
2. （２）前記堆積面が所望の下地基板上に形成された特許
   請求の範囲第１項記載の画像入力用光センサ。
3. （３）前記堆積面材料が非晶質絶縁材料である特許請求
   の範囲第１項記載の画像入力用光センサ。