JP2823853B2 - 画像読取装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像読取装置の製造方法に関する。本発明に
よる画像読取装置は、たとえば１次元的に光センサを配
列してなるラインセンサを有し該ラインセンサを密着さ
せた状態で画像読取りに係る原稿を相対的に移動させつ
つ画像情報を読取るファクシミリ装置やイメージリーダ
等に好適に適用される。 ［従来の技術及びその問題点］ 従来、ラインセンサを用いた画像読取装置としては、
長さ数cm程度のラインセンサ及び縮小光学系を用いて原
稿をラインセンサ上に結像させて画像情報の読取りを行
なうものが知られている。このタイプの画像読取装置は
縮小光学系を利用するため大なる光路長を要し、しかも
結像光学系の体積が大きいために装置の小型化が困難で
あるという難点があった。 また、原稿幅と同等の長さをもつ長尺のラインセンサ
を用い、集束性光ファイバ集合体からなる等倍結像光学
系を用いてラインセンサ上に原稿像を結像させて画像読
取を行なうものも知られている。これによれば、光学系
の体積を著しく減少させることができ、装置の小型化を
はかることができる。 第９図はこの様な等倍結像方式の画像読取装置の一例
を示す概略構成図である。 図において、102は装置フレームであり、該フレーム
には読取部104、照射光源106及び等倍結像光学系108が
取付けられている。また、上記フレーム102には原稿搬
送ローラ110が取付けられている。112は読取原稿であ
る。上記読取部104は複数の光センサが紙面に垂直の方
向に１次元的に配列されてなるラインセンサを備えてい
る。また、照明光源106はLEDアレーであり、等倍結像光
学系108は集束性光ファイバ束であり、上記搬送ローラ1
10含めてこれらはいずれも上記読取部104内のラインセ
ンサと同様に紙面に垂直の方向に長手方向を有する。 上記搬送ローラ110を不図示の駆動手段により回転さ
せ、原稿112を矢印ｆ方向に搬送させながら、光源106に
より照明された原稿112の所定の部分を結像光学系108に
より読取部104内のラインセンサに結像させて画像読取
が行なわれる。 上記読取部104内のラインセンサは原稿112の幅と同等
の長さを有するが、該センサとしては、従来、数インチ
程度の長さのSiウエハを用いて形成されたラインセンサ
ユニットを数個つなぎあわせたものや薄膜半導体を用い
た単一の長尺センサが使用されている。 しかるに、上記Siウエハラインセンサユニットを用い
たものは、Si単結晶を用いているために読取信号転送部
を該単結晶を用いて形成することにより高い読取速度を
実現することができるが、複数のユニットを正確につな
ぎあわせて配列するための実装に高度の技術を要し、高
価になるという難点があった。 また、上記薄膜半導体を用いたものは一体的であるの
で実装が簡単であるという利点があるが、読取信号転送
部を該非晶質シリコン等の薄膜半導体を用いて形成する
と、電荷移動度が小さいために、転送能力が著しく低
く、このため読取速度が遅いという難点があった。 そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、読取速度が
十分に高く且つ実装が容易で、安価な画像読取装置を提
供することを目的とする。 また、本発明はこの様な画像読取装置の製造に好適な
方法を提供することを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、 少なくとも表面部が絶縁性を有する基体上にセンサ部
と該センサ部の出力信号の転送部との組が形成されてい
る画像読取装置の製造方法において、基体表面部にその
材料よりも核形成密度が十分に大きく且つ単一の核だけ
が成長する程度に十分微細な大きさの核形成面を異種材
料で形成し、次いで半導体材料の堆積により、上記核形
成面に形成された核に基づく結晶を成長させて上記基体
表面上に単結晶半導体層を形成し、該半導体層を含んで
信号転送部を形成し、該半導体層上にセンサ部を形成す
ることを特徴とする、画像読取装置の製造方法が、 提供される。 ［作用］ 本発明において、基体表面部上の単結晶半導体層の形
成には、該基体表面部の所望位置上に選択的に単結晶核
を生起させ、該核を基にして結晶性の堆積膜を形成する
選択的核形成結晶成長法が用いられる。先ず、この選択
的核形成結晶成長法をより理解しやすくするために選択
堆積法について説明する。 選択堆積法とは、表面エネルギー、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、基体上に選択的
に薄膜を形成する方法である。 第10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１上に、基板１
と上記因子の異なる材料から成る薄膜２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３は薄膜２上にのみ成
長し、基板１上には成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３を成長させることがき、従来のよう
なレジストを用いたリソグラフィ工程の省略が可能とな
る。ここでは、堆積に際し、基板１の表面が非核形成面
とされ、且つ薄膜２の表面が核形成面とされる。 このような選択堆積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１としてSiO₂、薄膜２とし
てSi、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜３と
してSi、Ｗ、GaAs、InP等がある。 第11図は、SiO₂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。 同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO₂
上での核形成密度は10³cm^-2以下で飽和し、20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（Si₃N₄）上では、〜４×1
0⁵cm^-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl₄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S
iH₄、SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiF₄等を反応ガスとして用い、
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、SiO₂上の核形成はほとんど問題とならない
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO₂上で
の核形成を更に抑制し、SiO₂上でのSiの堆積を皆無にす
ることができる。 このような現象は、SiO₂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SiO₂が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO₂自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッ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.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982）。 このように堆積面の形成材料として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きな核形成密度差を
得ることができる。なお、ここでは堆積面の形成材料と
してSiO₂が望ましいが、これに限らず、SiOx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
成密度の差が同じグラフで示すように核の密度で10倍以
上好ましくは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他の方法としては、SiO₂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。 このような核形成密度の差を利用し、堆積面（非核形
成面）の形成材料より核形成密度の十分大きい異種材料
からなる核形成面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、その微細な面積を有する
異種材料からなる核形成面の存在する箇所だけに単一の
核を形成し、該核より単結晶を選択的に成長させること
ができる。 なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電子状
態、特にダングリングボ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SiO₂）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。 ［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第１図（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明による画像読取装置
の製造方法の一実施例における工程の一部を示す図であ
り、基体上に単結晶半導体層を形成する工程を示すもの
である。 まず、第１図（Ａ）に示すように、基板４上に、核形
成密度の小さい絶縁層５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、リソグラフィ等によ
ってパターンニングすることで距離ｌを隔てて異種材料
からなる核形成面６を十分微細に形成する。ただし、基
板４の材料、大きさ、結晶構造および組成は任意のもの
でよく、その他機能素子が形成されたものであってもよ
い。また、異種材料からなる核形成面６とは、上述した
ように、SiやＮ等を絶縁層５にイオン注入して形成され
る過剰にSiやＮ等を有する変質領域も含めるものとす
る。本実施例においては、基板４としてシリコンを用
い、絶縁層５として該シリコンの表面部を熱酸化させて
形成された非晶質酸化シリコン薄膜を用いることができ
る。上記基板４及び絶縁層５により本発明でいう基体１
が構成される。 次に、適当な堆積条件によって異種材料からなる核形
成面６だけに堆積材料からなる単一の核が形成される。
すなわち、核形成面６は、単一の核のみが形成される程
度に十分微細に形成する必要がある。核形成面６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。堆積を続けると、核は単結晶構造を保ちな
がら成長し、第１図（Ｂ）に示すように島状の単結晶粒
７となる。島状の単結晶粒７が形成されるためには、す
でに述べたように、絶縁層５の表面上で全く核形成が起
こらないよう条件を決めるこどが必要である。本実施例
においては、上記異種材料として非晶質Si₃N₄を用いる
ことができる。 島状の単結晶粒７は単結晶構造を保ちながら核形成面
６を中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように隣り
の単結晶粒７と接触するが、基板面内の結晶方位は一定
でないために、核形成面６の中間位置に結晶粒界14が形
成される。 続いて、単結晶粒７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
ッチング又は研磨によって表面の平坦化を行い、第１図
（Ｄ）に示すように所定の大きさの単結晶半導体層８が
粒界14を介して連続的に配列された形態とする。各単結
晶半導体層８の大きさは、上述したように核形成面６の
間隔ｌによって決定される。すなわち、核形成面６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半導体層８
を所望の配列で形成することができる。第１図（Ｅ）は
上記第１図（Ｄ）の状態の平面図である。 尚、本発明において、基体１としては、上記実施例に
記載のものの他に適宜の基板の表面にSiO₂や窒化シリコ
ン等の絶縁材料からなる層を付したものを用いることが
できる。このように、堆積面（非核形成面）としての絶
縁層５を基板４上に形成する場合には、支持体となる基
板４は任意の材料を使用することができ、更に基板４に
機能素子等が形成されたものであっても、その上に容易
に単結晶半導体層８を形成することができる。 上記実施例では、非核形成面５は酸化シリコン薄膜で
形成したが、勿論、選択的核形成を可能にする核形成密
度の小さい絶縁材料たとえばガラス、石英ガラスやアル
ミナ等のセラミックスをそのまま基体１として用いて、
該基体表面上に同様に単結晶半導体層８を形成してもよ
い。 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明による面像読取装置
の製造方法の一実施例における工程の一部を示す図であ
り、上記の様にして形成された単結晶半導体層８に対
し、通常のウエハプロセスで行なわれている不純物拡
散、熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィー及び薄膜堆
積等の処理を施して、センサ部及び信号転送部を形成す
る工程を示すものである。 第２図（Ａ）に示される様に、単結晶半導体層８は上
記の様にして形成され、更に核形成の際にｐ型不純物ド
ーピング（たとえばB₂H₆ガスを使用したＢドーピング）
によりｐ型とされている。該単結晶半導体層８にｎ型不
純物（たとえばリンまたはヒ素）を拡散することにより
n⁺領域22,24,26を形成する。そして、単結晶半導体層８
の表面に熱酸化膜28を形成し、該酸化膜のn⁺領域22,24
に対応する位置にコンタクトホールを形成する。また、
酸化膜８上には導電層30を形成する。これにより、該導
電層30をゲート電極とし、n⁺領域22,24をソース領域及
びドレイン領域とするMOS型のスイッチ素子32が形成さ
れる。 次に、第２図（Ｂ）に示される様に、熱酸化膜28上に
プラズマCVD法により非晶質シリコンからなる光導電層3
4が形成され、更にその上にオーミックコンタクト用のn
⁺層36を形成する。 次に、第２図（Ｃ）に示される様に、スパッタリング
法によりA1を堆積させ、所望の形状にパターニングする
ことにより電極用及び配線用の導体層を形成する。該導
体層は上記光導電層34の部分において１対の電極38,40
を構成し、上記n⁺層26の部分において電極42を構成し、
上記信号転送部32において電極44,46,48を構成する。上
記１対の電極38,40及び光導電層34により光導電型のセ
ンサ部50が形成され、上記電極42と熱酸化膜28とn⁺層26
とで信号転送部の電荷蓄積用コンデンサ52が形成され
る。第２図（Ｄ）は第２図（Ｃ）の状態の平面図であ
る。 以上の様な本実施例装置において、スイッチ素子32の
電子移動度は数百cm²/V・ｓであり、非晶質シリコンを
用いて形成したスイッチ素子の電子移動度約0.5cm²/V・
ｓに比べて1000倍も大きい。 第３図は、本発明による画像読取装置の他の実施例を
示す図である。本図において、上記第２図におけると同
様の部材には同一の符号が付されている。本実施例はセ
ンサ部にダイオード型センサを用いた例である。 図において、54は光電変換層であり、該光電変換層は
透明電極層56と電極40とでサンドイッチされている。透
明電極層56は電極38と接続されており、これらによりセ
ンサ部50′が構成される。 本実施例はセンサがショットキー型の場合であるが、
同様にしてｐ−ｉ−ｎ型、MIS型を用いることもでき、
これらはいずれも周知の技術により形成することができ
る。 第４図は、本発明による画像読取装置の他の実施例を
示す図である。本図において、上記第２図におけると同
様の部材には同一の符号が付されている。本実施例はセ
ンサ部に光導電型センサを用い且つ補助電極を用いた例
である。 図において、58は補助電極であり、60は絶縁層であ
り、これらを含んでセンサ部50″が構成される。また、
62はスイッチ素子32の駆動のための配線部であり、64は
信号読出しのための配線部であり、これらはいずれもマ
トリックス配線されている。 本実施例において上記補助電極58は所望の電位を与え
読取りを良好に行なうためのものであり、この様な補助
電極を用いた画像読取装置については既に本出願人によ
り特許出願されている（特願昭61−237064号、特願昭61
−237065号、特願昭61−237066号、特願昭61−237067
号）。 第５図は、本発明による画像読取装置の他の実施例を
示す図である。本図において、上記第４図におけると同
様の部材には同一の符号が付されている。本実施例はセ
ンサ部に光導電型センサを用い且つ補助電極を用い、更
にスイッチ素子としてCMOS型トランジスタを用いた例で
ある。 図において、32は上記第４図の実施例における同様な
チャンネルMOSであり、33はｐチャンネルMOSである。該
ｐチャンネルMOSにおいて、66はリンドープにより形成
されたｎウェルであり、68,70はホウ素拡散により形成
されたp⁺型のソース領域及びドレイン領域である。 第６図は、本発明による画像読取装置の他の実施例を
示す図である。本図において、上記第４図におけると同
様の部材には同一の符号が付されている。本実施例はセ
ンサ部に光導電型センサを用い且つ補助電極を用い、更
にスイッチ素子としてバイポーラ型トランジスタを用い
た例である。 図において、72はリン拡散により形成されたn^-領域で
あり、74はホウ素拡散により形成されたp⁺型のベース領
域であり、76はリン拡散により形成したn⁺型のエミッタ
領域であり、78はリン拡散により形成したｎ型のコレク
タ領域であり配線電極との界面近傍では不純物濃度を更
に増加させてn⁺型とされている。これらを含んでスイッ
チ素子80が形成される。 第７図は上記第４図の実施例の画像読取装置の等価回
路図である。 図において、Si1,Si2,・・・・Sin（以下、Siと記
す。ここで、ｉはブロックの番号、１〜ｎは各ブロック
内のビット数である。）はセンサ部50″内の光センサを
示す。また、Ci1,Ci2,・・・・Cin（以下、Ciと記
す。）は電荷蓄積用コンデンサ52を示し、これらは各光
センサSiの光電流を蓄積する。STi1,STi2,・・・・STin
（以下、STiと記す。）は電荷蓄積用コンデンサCiの電
荷を負荷コンデンサCX1,CX2,・・・・CXnに転送するた
めの転送用スイッチ32を示し、SRi1,SRi2,・・・・SRin
（以下、SRiと記す。）は電荷蓄積用コンデンサCiの電
荷をリセットする放電用スイッチを示す。 これらセンサ部Si、電荷蓄積用コンデンサCi、転送用
スイッチSTi及び放電用スイッチSRiはそれぞれ１列にア
レイ状に配置され、ｎ個で１ブロックを構成し、画像読
取装置全体としてｍ個のブロックからなる。たとえば、
センサが1728個で構成されているとすれば、ｎ＝32、ｍ
＝54とすることができる。 アレイ状に設けられた転送用スイッチSTi、放電用ス
イッチSRiのゲート電極はゲート配線部100に接続され
る。転送用スイッチSTiのゲート電極はｉ番目のブロッ
ク内で共通に接続され、放電用スイッチSRiのゲート電
極は次の順位のブロックの転送用スイッチのゲート電極
に循環して接続される。 マトリックス配線部100の共通線（ゲート駆動線G1,G2
・・・・Gm）はゲート駆動部94によりドライブされる。
一方、信号出力はマトリックス構成になっている引出し
線98（信号出力線D1,D2・・・・Dn）を介して信号処理
部92にブロック単位で接続される。また、光センサS11,
S12,・・・・S1n,S21,・・・・Smnの補助電極58は駆動
部96に接続されて適正なバイアスが加えられている。 ゲート駆動部G1,G2,・・・・Gmにはゲート駆動部94か
ら順次選択パルス（VG1,VG2,・・・・VGm）が供給され
る。先ず、ゲート駆動線G1が選択されると、転送用スイ
ッチST1がON状態となり、電荷蓄積用コンデンサC1に蓄
積されている電荷が負荷コンデンサCX1〜CXnに転送され
る。。次に、ゲート駆動線G2が選択されると、転送用ス
イッチST2がON状態となり、蓄積用コンデンサC2に蓄積
されている電荷が負荷コンデンサCX1〜CXnに転送され、
同時に放電用スイッチSR1により蓄積コンデンサC1の電
荷がリセットされる。以下、同様にして、G3,G4,・・・
・Gmについても選択されて読取動作が行なわれる。これ
ら動作は各ブロックごとに行なわれ、各ブロックの信号
出力VX1,VX2,・・・・VXmは信号処理部92の入力D1,D2,
・・・・Dnに送られ、シリアル信号に変換され出力され
る。 第８図は本発明の画像読取装置の一実施例を示す図で
ある。本図において、上記第４図におけると同様の部材
には同一の符号が付されている。 本実施例においては、センサ部及び信号転送部の構成
は上記第４図の実施例と同一である。そして、光源及び
原稿の配置は上記第９図の場合と異なる。即ち、光源10
7は基体１側に配置され、該光源からの照明光束は基体
１及び単結晶半導体層８を透過し、更にセンサ部及び信
号転送部を覆っている透明スペーサ111を透過して、該
スペーサに密着して配置されている原稿112により反射
され、該反射光がセンサ部50″に入射し、読取が行なわ
れる。 上記スペーサ111はセンサ部50″と原稿112との間隔を
一定に維持するためのものであり、ガラスや石英等の透
明体が用いられる。該スペーサを多層構造として、たと
えばセンサ部に隣接する層をパッシベーション層とし且
つ原稿112に隣接する層を耐摩耗層とすることもでき
る。 本実施例においては、センサ部50″の補助電極58は光
源107からの直接光が光導電層34に入射するのを防止す
る作用をもなす。 ［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、センサ部と信号転送部と
が同一の基体上に形成されており且つ該信号転送部が単
結晶半導体層を用いて形成されているために、信号転送
能力が極めて大きく読取速度が十分に高く且つ実装が容
易で、安価な画像読取装置が提供される。更に、信号転
送部が単結晶半導体層を用いて形成されているために転
送能力のバラツキが小さくなり、またオフ時のリーク電
流も抑えられ、SN比も高いので、多階調の画像読取装置
の実現も可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図（Ａ）〜（Ｅ）及び第２図（Ａ）〜（Ｄ）は本発
明による画像読取装置の製造方法の工程の一部を示す図
である。 第３図〜第６図及び第８図は本発明による画像読取装置
を示す図である。 第７図は本発明による画像読取装置の等価回路図であ
る。 第９図は等倍結像方式の画像読取装置を示す概略構成図
である。 第10図（Ａ），（Ｂ）は選択堆積法の説明図であり、第
11図は選択堆積法における核形成密度の経時変化を示す
グラフである。 1:基体、5:絶縁層、6:核形成面、 8:単結晶半導体層、 32,33,80:スイッチ素子、 50,50′,50″：センサ部。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．少なくとも表面部が絶縁性を有する基体上にセンサ
   部と該センサ部の出力信号の転送部との組が形成されて
   いる画像読取装置の製造方法において、基体表面部にそ
   の材料よりも核形成密度が十分に大きく且つ単一の核だ
   けが成長する程度に十分微細な大きさの核形成面を異種
   材料で形成し、次いで半導体材料の堆積により、上記核
   形成面に形成された核に基づく結晶を成長させて上記基
   体表面上に単結晶半導体層を形成し、該半導体層を含ん
   で信号転送部を形成し、該半導体層上にセンサ部を形成
   することを特徴とする、画像読取装置の製造方法。 ２．信号転送部にスイッチ素子を形成する工程を含む特
   許請求の範囲第１項の画像読取装置の製造方法。 ３．スイッチ素子がMOS型トランジスタ、CMOS型トラン
   ジスタ及びバイポーラ型トランジスタのうちのいずれか
   である特許請求の範囲第２項の画像読取装置の製造方
   法。 ４．センサ部が光導電型センサ及びダイオード型センサ
   のうちのいずれかである特許請求の範囲第１項の画像読
   取装置の製造方法。