(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボロンをドーピングしたＰ型シリコン基板を熱酸化した後に、１枚のマスク工程でピッチがコレクタ拡散層の横方向拡散の２倍以下で拡散の深さよりも細かいメッシュ状またはストライプ状のレジスト膜または酸化膜を通してドーピング用不純物を拡散させたフォトトランジスタのコレクタ拡散層と、均一状に拡散させた拡散層からなる前記フォトトランジスタを除く他のトランジスタのコレクタ拡散層とで相互にコレクタ濃度の異なるコレクタ層を形成して、フォトトランジスタとバイポーラトランジスタをシリコン基板上に集積化してなることを特徴とするバイポーライメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、原稿情報を高速，高品質で読み取ることを可能にするバイポーライメージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の技術は、画像処理，画像通信機器の進展に伴って、高性能，低価格イメージセンサのニーズが高まっている。
【０００３】
ところで、従来にみられる手段として、バイポーライメージセンサはフォトトランジスタアレイと走査回路からなり、フォトトランジスタに一定の電荷を充電した後、次の読み取りタイミングまでの間、光電流によって放電させて次の再充電のタイミングでトランジスタ機能によって増幅して蓄積画像信号を得ている。
【０００４】
フォトトランジスタは光電変換部を有するために通常のトランジスタに比べてベース・コレクタ間容量が大きい。動作時、フォトトランジスタのベース電極がフローティング状態でベース・コレクタ間容量を充電しているが、充電回路に直列にベース・エミッタ結合が介在し、これが非線形抵抗となって容量への充電時間がベース・コレクタ間容量の増大と共に極端に増大する。従って、充電時間を長く取れない高速走査時には再充電が不完全になり、残像性能の低下をもたらす。コレクタ拡散層の濃度を低減することによってコレクタ・ベース間容量を減らす試みもなされているが、この場合は、同時に形成された走査回路用トランジスタのコレクタ抵抗が増大して走査回路の性能が悪化するため、コレクタ拡散層の濃度低減にも限界がある。フォトトランジスタのコレクタ層を別々の拡散層にすることも考えられるが、この場合マスク工程が増える。
【０００５】
そこで、シリコン基板上にピッチが拡散の深さよりも細かいメッシュ状またはストライプ状に形成したレジスト膜または酸化膜を通してドーピング用不純物を拡散させることによって形成したフォトトランジスタのコレクタ拡散層と均一な拡散層からなるトランジスタのコレクタ拡散層を１枚のマスク工程でコレクタ濃度の異なるコレクタ層を形成させたバイポーライメージセンサを本発明者は先に提案している（特許出願番号４−２９４８４３）。
【０００６】
以下、図３は従来のフォトトランジスタの構造図で、図３（ａ）は従来のフォトトランジスタの平面図、図３（ｂ）は従来のフォトトランジスタの断面図を示す。シリコン基板１上に形成したメッシュ状またはストライプ状のレジスト膜または酸化膜２を取り付けた後、イオン注入法または気相堆積法によってドーピング用不純物を堆積させ、熱拡散によってシリコン基板１中に拡散させてコレクタ拡散層３［３ｍはコレクタ拡散用のマスクパターンである］を形成させる。次に、その表面にトランジスタの増幅機能および光電変換作用をするベース拡散層４を形成し、更にその表面にエミッタ拡散層５を形成した構造である。コレクタ領域面積をＳ，酸化膜の開口面積をＨ，拡散の深さをＤとすると、コレクタ拡散中の実効的な平均不純物濃度Ｎｄは（Ｈ／Ｓ）×（１／Ｄ）に比例し、Ｈ／Ｓのファクタでドーピング濃度を低くして、ベース・コレクタ接合容量を小さくできる。コレクタ領域の酸化膜開口部に堆積したドーピング不純物がシリコン基板１の深さ方向に拡散すると同時に横方向に拡散して同一島のコレクタ層を形成するが、単一のコレクタ拡散層３を形成するために必要なメッシュまたはストライプのレジスト膜または酸化膜２の開口部間距離は、横方向拡散距離の２倍以下にしなければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のフォトトランジスタのメッシュまたはストライプ状のレジスト膜または酸化膜の開口部距離を、コレクタ拡散層の横方向拡散の２倍以上にすると同一の島が形成できなくなり、ベースとシリコン基板が接触した電気的に短絡するためにコレクタ拡散層の不純物濃度低減にも限界がある。従って充電時間を長く取れなくなり、高速走査時には再充電が不完全になり、残像性能の低下をもたらす。
【０００８】
ここにおいて、本発明は、従来例の上述の不具合な問題点を払拭したバイポーライメージセンサ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】
この目的を達成するために、本発明は、ボロンをドーピングしたＰ型シリコン基板を熱酸化させることにより、シリコン基板表面のボロンを熱酸化膜中に拡散させ、シリコン基板表面の不純物濃度を下げることにより、フォトトランジスタのコレクタ拡散するためのメッシュ状またはストライプ状のレジスト膜または酸化膜の開口部間距離をより広く、ドーピング不純物を拡散させることによって形成し、その他の走査回路用やアクセス用のバイポーラトランジスタのコレクタ拡散層は均一な拡散層とするバイポーライメージセンサである。すなわち、本発明は、ボロンをドーピングしたＰ型シリコン基板を熱酸化した後に、１枚のマスク工程でピッチが拡散の深さよりも細かいメッシュ状またはストライプ状のレジスト膜または酸化膜を通してドーピング用不純物を拡散させたフォトトランジスタのコレクタ拡散層と、均一状に拡散させた拡散層からなる前記フォトトランジスタを除く他のトランジスタのコレクタ拡散層とで相互にコレクタ濃度の異なるコレクタ層を形成して、フォトトランジスタとバイポーラトランジスタをシリコン基板上に集積化してなることを特徴とするバイポーライメージセンサである。
【００１０】
【作用】
本発明はこのように、第１のステップとしてボロンをドーピングしたＰ型シリコン基板を熱酸化させる、それに基づきシリコン基板表面の不純物濃度を下げて、第２のステップとしてシリコン基板表面の不純物濃度が下ったことに起因してコレクタ拡散層の横方向の拡散の広がりを増加することができることになり、フォトトランジスタのコレクタを拡散するためのメッシュ状またはストライプ状のレジスト膜または酸化膜の開口部間の距離を、コレクタ拡散層の横方向拡散の２倍以下として同一の島を形成するとともに従来より広くし、すなわち開口部面積を小さくして実質的なコレクタ拡散層の不純物濃度を低くすることができる。そうしてフォトトランジスタ以外の走査回路用やアクセス用のトランジスタのコレクタ拡散層を均一状の拡散により均一の拡散層とすることにより、１回の拡散工程でコレクタの不純物濃度の低いフォトトランジスタとコレクタの不純物濃度の高いトランジスタを形成することができる。特に、フォトトランジスタのコレクタ拡散層のドーピング濃度のみを低減し、ベース・コレクタ間容量を小さくでき、再充電が速く高速読み取り時にも低残像を実現することができる。開口部間の距離を最大でコレクタ拡散層の横方向拡散の２倍にすることができるので、コレクタ拡散層の不純物濃度を低減でき、充電時間を長く取れ、高速走査時には残像性能の向上できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例におけるフォトトランジスタを製造工程に従って順次示す側断面図である。
【００１３】
図１（ａ）は、第１のステップとしてボロンをドーピングした４ΩｃｍのＰ型シリコン基板を１１００°Ｃで６０分間酸素雰囲気中で処理して酸化膜２を厚さ６００ｎｍ形成させる。その後、第２のステップとしてコレクタ領域になる部分だけをメッシュ状またはストライプ状に開口し［従来例に比べ、酸化膜の開口部間の距離をより広く、すなわち開口部面積を小さくして実質的なコレクタ拡散層３の不純物濃度を低くする手段を設定してから］、燐イオンを打ち込みエネルギーが１００ｋｅｖ［ｋｉｌｏ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｏｌｔ］，ドーズ量７×１０１２個／ｃｍ２  注入した後、窒素雰囲気中で１２５０°Ｃで３００分熱処理して拡散させ、コレクタ拡散層３を形成させたものである。このような操作によって、シリコン基板１表面のボロン濃度は、従来例の３×１０１５個／ｃｍ３  から本発明では１×１０１５個／ｃｍ３  に低減し、コレクタ領域の燐の横方向拡散距離が従来の４．８μｍから本発明では６．４μｍに長くなる。そのためにメッシュ状またはストライプ状の酸化膜の開口部間距離を最大９．６μｍから１２．８μｍに広げることができる。
【００１４】
図１（ｂ）は、コレクタ拡散層３上へＰ型のドーピング不純物を拡散して、ベース拡散層４を形成した側断面図示す。
【００１５】
図１（ｃ）は、ベース拡散層４上およびコレクタ拡散層３上へＮ型ドーピング用不純物を拡散させるエミッタ拡散層５およびコレクタ電極のための高濃度Ｎ型拡散層６を形成した側断面図を示す。
【００１６】
完成したフォトトランジスタでは図１（ｃ）に示すようにメッシュストライプ直下でコレクタのドーピング濃度が低く、接合も浅くなっている。高濃度Ｎ型拡散層６はエミッタと同一の導電型であり、低抵抗で配線用Ａ１電極とオーミック接触する。フォトトランジスタの電流増幅率の均一性を図るためにエミッタ拡散層５はストライプの無いコレクタ拡散層３上に形成している。
【００１７】
図２は、本発明におけるフォトトランジスタと走査回路からなるイメージセンサのコレクタ拡散のマスクパターンを示す図である。斜線部がコレクタ用ドーピング不純物が拡散される領域８であり、フォトトランジスタ部９ではメッシュ状パターンになっていて、走査回路および充電回路を構成するトランジスタ部１０では均一なマスクパターンになっている。斜線部の外側および斜線部に囲まれた領域がレジスト膜または酸化膜１１，１２であり、この上に注入または堆積した不純物はレジスト膜または酸化膜１１，１２のマスク効果によりシリコン（Ｓｉ）基板中への拡散が阻止される。従って、フォトトランジスタ部９と走査回路および充電回路を構成するトランジスタ部１０のコレクタ用拡散マスクを、前者はメッシュ状あるいはストライプ状に後者は均一拡散状にすることによって、１枚のマスクステップで一度にドーピング濃度の異なるコレクタ拡散層３を形成でき、プロセスを簡略化できる。つまり、フォトトランジスタのコレクタ拡散層３のドーピング濃度が低くなり、ベース・コレクタ間容量Ｃｂｃを低減でき、走査回路および充電回路を構成するトランジスタ部１０のコレクタ抵抗は増大せず、その応答層度は低くならない。
【００１８】
光電変換作用をベース層の面積が７００μｍ２  の従来例のメッシュまたはストライプのフォトトランジスタでは、ベース・コレクタ間容量Ｃｂｃは約０．８ｐＦであったが、本発明による同一サイズのフォトトランジスタでは、ベース・コレクタ間容量Ｃｂｃは０．５ｐＦになった。残像性能は従来のフォトトランジスタが約５％であったが、本発明の製造方法で作成したフォトトランジスタでは約３％になった。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明により、ボロンをドーピングしたＰ型シリコン基板を熱酸化させることにより、シリコン基板上のボロンを熱酸化膜中に拡散させたときの、シリコン基板表面の不純物濃度を下げることにより、フォトトランジスタのコレクタ拡散するためのメッシュ状またはストライプ状のレジスト膜または酸化膜の開口部間の距離を最大でコレクタ拡散層の横方向拡散の２倍にし、開口部面積をより狭くして、ドーピング不純物を拡散させることによって形成し、１枚のマスクステップでフォトトランジスタのコレクタ拡散層のドーピング濃度とその他の走査回路やアクセストランジスタまたは充電回路を構成するトランジスタのコレクタ拡散層の濃度よりも小さくすることが可能となる。その結果、ＩＣプロセスを複雑化することなく、フォトトランジスタのベース・コレクタ間容量Ｃｂｃを大幅に低減でき、イメージセンサの残像性能が著しく向上し産業上の効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のにおけるフォトトランジスタの製造工程を示す側断面図
【図２】本発明の一実施例におけるコレクタ拡散のマスクパターンを示す図
【図３】従来のフォトトランジスタの構造図
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  レジスト膜または酸化膜
３  コレクタ拡散層
３ｍ  コレクタ拡散用マスクパターン
４  ベース拡散層
５  エミッタ拡散層
６  高濃度Ｎ型拡散層
８  コレクタ用ドーピング不純物が拡散される領域
９  フォトトランジスタ部
１０  走査回路および充電回路を構成するトランジスタ部
【図１】
0003557643.tif 000002
【図２】
0003557643.tif 000003
【図３】
0003557643.tif 000004