JPH0448780A

JPH0448780A - 配線構造及びイメージセンサ

Info

Publication number: JPH0448780A
Application number: JP2155047A
Authority: JP
Inventors: Keiji Fujimagari; 藤曲　啓志; Junji Okada; 純二岡田; Yoshihiko Sakai; 義彦酒井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-02-18

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、半導体素子の配線構造及び、ファクシミリや
イメージスキャナ等の画像入力部に用いられ、前記配線
構造を有するイメージセンサに関する。

（従来の技術）原稿に密着して画像を読み取るイメージセンサは、複数
の受光素子をライン状に配置した受光素子アレイと、こ
れを駆動する駆動回路から構成される。各受光素子に発
生した電荷は、各受光素子を順次選択するスイッチによ
り一本の出力線に時系列的に抽出されるようになってい
る。

受光素子部分は、例えば第４図に示すように、絶縁基板
２１上にクロム等の金属から成り、図の表裏方向に帯状
となる共通電極２２．アモルファス半導体層２３．金属
酸化物を主体とする透明導電性部材（酸化インジウム・
スズ（ＩＴＯ））から成り、図の表裏方向にドツト分離
型に形成された個別電極２４を順次積層して構成され、
前記各個別電極２４は、ポリイミドから成る層間絶縁膜
２５に形成されたコンタクト孔２６を介して信号引き出
し配線２７にそれぞれ接続されている。

上記共通電極２２にはバイアス電圧が印加されており、
原稿面からの反射光が上部側より入射すると、光電流に
応した電荷か発生し、信号引き出し配線２７から読み取
りが行われる。

（発明が解決しようとする課題）上記受光素子の構造によれば、信号引き出し配線２７と
なるアルミニウム（ＡＩ）を層間絶縁膜２５上にスパッ
タリング等で着膜する際、アルミニウム拡散により金属
酸化物を主体とする個別電極２４　（ＩＴＯ）とアルミ
ニウム（ＡＩ）との界面に損傷を与える場合がある。

その結果、コンタクト孔２６てＩＴＯ／Ａｔコンタクト
抵抗値が増加し、イメージセンサの読み取り出力の低下
、各受光素子での出力の不均一化、読み取りスピードの
劣化などの不都合が生じ、イメージセンサの性能を低下
させるという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、金属酸化物
を主体とする電極と、この電極に接続される配線との間
で良好な接合状態を確保できる配線構造を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段）上記従来例の問題点を解決するため請求項１の発明は、
配線構造において、金属酸化物を主体とする電極と、こ
の電極上に形成され、高融点金属から成るバリヤ層と、
このバリヤ層上に形成された配線とを有することを特徴
としている。

また、請求項２の発明は、イメージセンサにおいて、前
記配線構造を有することを特徴としている。

（作用）本発明によれば、金属酸化物を主体とする電極と、この
電極に接続される配線との間に高融点金属を介在させる
ことにより、接続部分の抵抗を低くして配線抵抗を下げ
ることができる。

（実施例）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
。

第１図はイメージセンサの受光素子部分の断面図であり
、第４図と同一構成をとる部分については同一符号を付
している。

本実施例では、個別電極２４と信号引き出し配線２７と
の間にモリブデン（ＭＯ）から成るバリヤメタル層２８
を介在させている。このバリヤメタル層２８はモリブデ
ン（ＭＯ）の代わりに、他の高融点金属（例えばＴｉ、
ＴｉＮ、Ｎｉ、Ｃｒ。

Ｔａ、Ｗ）を用いてもよい。

上記バリヤメタル層２８は次のようにして形成する。

すなわち、絶縁基板２１上にクロム等の金属から成る帯
状の共通電極２２．アモルファス半導体（ａ−５ｉ）、
透明導電性部材（酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ））か
ら成り、図の表裏方向にドツト分離型に形成された個別
電極２４及びアモルファス半導体層２３を順次形成し、
複数のフォトダイオードを形成する。そして、全体にポ
リイミドを塗布して層間絶縁膜２５を形成し、更にレジ
ストを塗布及び露光してレジストパターンを形成し、エ
ツチング処理により前記層間絶縁膜２５にコンタクト孔
２６を形成し、レジストを除去する。

次に絶縁基板２１上全面に対しＮ２　プラズマによりボ
ンバードメントを施す。これは、ポリイミドの層間絶縁
膜２５を着膜後、フォトリソ法によりエツチングする際
のエツチング不足や、ポリイミドを塗布時に膜厚が不均
一になるのに起因してコンタクト孔２６形成時にコンタ
クト孔２６内に生じたポリイミドの残渣を除去するため
のものである。Ｎ、プラズマによるボンバードメントは
、不活性ガスであることがらＯ，プラズマに比べて酸化
等による下地への影響がないため、個別電極２４　ＣＩ
ＴＯ）の表面に悪影響を与えず、コンタクト抵抗が増加
するのを防ぐことができる。ここでＮ、の代わりにＡｒ
等の不活性ガスを用いてもよい。

次いで、モリブデン（ＭＯ）を着膜してパターニングを
行ない、各コンタクト孔２６底部を覆うようにバリヤメ
タル層２８を形成する。次にアルミニウム（ＡＩ）を着
膜し、バターニングして前記バリヤメタル層２８を介し
て各個別電極２４に接続される信号引き出し配線２７を
形成する。

上記実施例によれば１．バリヤメタル層２８を介在させ
たことによりＡＩ拡散を防ぎ、個別電極２４と信号引き
出し配線２７との良好な電気的接続を確保することがで
きる。

また上記実施例において、フォトダイオードとしてショ
ットキー以外のｐｉｎ構造のものであってもよい。

また、ＩＴＯの代わりに他の非晶質材料（ａ　−ＳｉＣ
，ａ−５ｉＧｅ）等を用いても良い。

また受光素子以外の半導体素子（例えばスイッチング素
子）にも適用することができる。

次に上記のような配線構造を、フォトダイオドとブロッ
キングダイオードとを極性を逆向きに直列に接続した受
光素子を複数個ライン状に並べて形成されるイメージセ
ンサに適用した場合の実施例について説明する。

従来この種のイメージセンサは、例えば第５図及び第６
図に示すように、読み取り回路側のフォトダイオードＰ
Ｄと駆動回路側のブロッキングダイオードＢＤとが互い
に逆極性になるように直列に接続して一つの受光素子を
形成し、この受光素子を絶縁基板１上に図の表裏方向に
複数個ライン状に並べて構成される。このイメージセン
サの各ダイオードは、光電変換層３ａ、３ｂを下部電極
２と上部電極４とで挾み少なくとも一方のダイオードの
一方の電極が透明電極（第５図ではフォトダイオードの
下部電極２ａ、第６図では下部電極２全体）で形成され
ている。

上述の構成のイメージセンサの等価回路は第７図に示す
ようになり、次のようにして電荷の読み出しが行われる
。

すなわち、シフトレジスタＳＲによってフォトダイオー
ドＦＤが走査されて順次信号が印加され、フォトダイオ
ードＰＤは逆方向にバイアスされる。

そして、走査が一巡する間にフォトダイオードＰＤに光
が照射され、その光の照射光量に応じた電荷が放電され
る。そして、次にリセット信号（読み出しパルス）をシ
フトレジスタＳＲによって順次印加し、各フォトダイオ
ードＰＤに前記放電量に応じた電荷が再充電され、この
ときローディング抵抗Ｒを流れる電流により出力端子Ｔ
ｏｕｔに生しる電位を信号として読み出すものである（
特開昭５８−５６３６３号、特開昭６１−２４２０６８
号、特公昭６２−５９４６９号公報参照）。

上記イメージセンサの読み取り速度は、ブロッキングダ
イオードＢＤのスイッチング特性と、フォトダイオード
の容量、配線抵抗、ローディング抵抗で決まる時定数の
２って制限される。

すなわち、第８図に示すイメージセンサの１ビツトを参
照して説明すると、上述したようにフォトダイオードＰ
Ｄの容量Ｃｐに放電量に応じた電荷か再充電される場合
、フォトダイオードＰＤが走査される際、ブロッキング
ダイオードＢＤはスイッチング素子として作用するので
、ブロッキングダイオードＢＤのＶ−１特性は第９図の
実線で示されるように急激に立ち上がる特性が望ましい
。

また、フォトダイオードＰＤに前記放電量に応した電荷
が再充電される際、第１０図に示すように、フォトダイ
オードＰＤの容量Ｃｐ、ブロッキングダイオードＢＤの
抵抗ＲＯ，ローディング抵抗Ｒ１配線抵抗Ｒｓとすると
、時定数Ｃｐ　Ｘ　（Ｒ＋Ｒｇ＋Ｒｓ）に依存してフォ
トダイオードＰＤに再充電される。従って、時定数Ｃｐ
　Ｘ　（Ｒ＋ＲＤ　＋Ｒ５）は小さい方か好ましい。

しかしながら、特開昭５８−５６３６３号に示されたイ
メージセンサによれば、ダイオードへの比抵抗の高い高
融点金属や透明電極を用いたり、ネサ膜の透明電極とＡ
ｌで形成された配線との接続部分でコンタクト抵抗が高
くなる構造をＨしているものもあり配線抵抗か増加し、
読み取り速度が遅くなるという欠点があった。

また、特開昭６１−２４２０６８号及び特公昭６２−５
９４６９号に示されたイメージセンサ（第５図及び第６
図）によれば、各ダイオードの上部電極４ａ、４ｂ上若
しくは各ダイオード上へ直接、接続配線９若しくは配線
７ａ、７ｂを形成しているので、接続配線９や配線７の
成膜時にダイオードへダメージを与え、また配線材料に
ＡＩを使用した場合にはＡＩが拡散してダイオードのス
イッチング特性が劣化し、読み取り速度が遅くなるとい
う欠点があった。更にこの構造では、各ダイオードの一
対の電極で形成される容量以外に配線部分とダイオード
の下部電極２とて絶縁層５を挾んだ部分て容量が形成さ
れ、読み取り速度か遅くなるという欠点があった。

そこでこれらの欠点を解消するため、フォトダイオード
、ブロッキングダイオード直列接続型イメージセンサに
上述した配線構造を適用した実施例について、第２図を
参照しながら説明する。

この受光素子は、ガラス等から成る絶縁基板１と、クロ
ム（Ｃ「）等の金属から成る下部電極２ａ、　　２ｂ、
　　ａ−３ｉ　；Ｈ等の光電変換層３ａ、３ｂ、酸化イ
ンジウム・スズ等の透明部材から成る上部電極４ａ、４
ｂ、ポリイミド等の絶縁層５を絶縁基板１上に順次積層
およびバターニングして形成した読み取り回路側のフォ
トダイオードＰＤ及び駆動回路側のブロッキングダイオ
ードＢＤと、これらのフォトダイオードＰＤ及びブロッ
キングダイオードＢＤを覆う絶縁層５と、この絶縁層５
に形成されたコンタクト孔６ａ、６ｂと、このコンタク
ト孔６ａ、６ｂを介して前記フォトダイオードＦＤ及び
ブロッキングダイオードＢＤの上部電極４ａ、４ｂにバ
リヤメタル層８ａ、８ｂを介して接続される引き出し配
線７ａ、７ｂと、から構成されている。フォトダイオー
ドＰＤの上部は、上方より光が照射されるように受光エ
リアＡが形成され、ブロッキングダイオードＢＤの上部
は、引き出し配線７ｂによって覆われることにより遮光
されている。

バリヤメタル層８ａ、８ｂは引き出し配線７ａ。

７ｂと同じパターン形状で形成され、高融点金属（例え
ばＴｉ、ＴｉＮ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍ。

Ｗ）又はこれらの合金を材料としている。

ブロッキングダイオードＢＤの上部電極４ｂと引き出し
配線７ｂとか接続されるコンタクト部（コンタクト孔６
ｂ）は、下部電極２ｂ上以外の部分に形成されている。

言い換えれば、ブロッキングダイオードＢＤのコンタク
ト部分の下方には、下部電極２ｂが存在しないように構
成されている。

また、フォトダイオードＰＤの下部電極２ａは、受光エ
リアの面積と同じ大きさで形成されている。

すなわち、フォトダイオードＰＤの上部電極４ａと引き
出し配線７ａとが接続される部分の下方には、下部電極
２ａが存在しないように構成されている。

次に上述した受光素子の製造プロセスについて第３図（
ａ）乃至（ｅ）を参照しながら説明する。

絶縁基板１上にクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）タンタ
ル（Ｔａ）等の金属を蒸着又はスパッタ法により７００
八程度の膜厚に着膜する。

前記着膜された金属をフォトリソグラフィ法でバターニ
ングを行ない、フォトダイオードＰＤ及びブロッキング
ダイオードＢＤの下部電極２ａ。

２ｂを形成する。下部電極２ａはフォトダイオドＰＤの
受光エリアと同じ面積になるような大きさとし、下部電
極２ｂはセンサの駆動に必要十分な順方向電流が得られ
る電極サイズ以外の部分は、できる限り小さいサイズと
してコンデンサとしての容量を減らし時定数を小さくす
るように構成している。

次いて光電変換膜３’　　（ａ−５ｉ及びｎ型又はｐ型
にドーピングされたａ−Ｓｔ）をＰ−ＣＶＤ法により全
面に着膜する。光電変換１３’はｐｉｎｌ　　ｐｉ（ｉ
ｐ）、ｉｎ　（ｎｉ）、ｉ型のいずれでもよく、ｐ層は
１００％のシラン（ＳｉＨ，）ガス中にジボラン（Ｂ、
　Ｈ，）ガスを１％ドーピングすることで作製し、ｉ層
は１００％のシラン（ＳｉＨ，）ガス中にホスフィン（
ＰＨｓ）ガスを１％ドーピングすることで作製する。着
膜温度は２００〜２５０℃とし、膜厚はｐ層及びｎ層に
ついては１００ＯＡ以下であり、ｉ層については０．５
〜２μｍとする。

光電変換膜３′を形成した後、酸化インジウム・スズ（
ＩＴＯ）４’をスパッタ法を用い・て８０ＯＡ程度の膜
厚て全面に着膜する。

光電変換膜３′及び酸化インジウム・スズ（ＩＴｏ）４
’　をフォトリソ法によりバターニングを行なって光電
変換層３ａ、３ｂ及び上部電極４ａ。

４ｂを形成し、サンドイッチ構造のフォトダイオードＦ
Ｄ及びブロッキングダイオードＢＤを形成する。光電変
換膜及び酸化インジウム・スズ（夏Ｔｏ）は、レジスト
形成後、同一マスクを用いてまず酸化インジウム・スズ
（ＩＴＯ）を混酸（ＨＣｌ　：ＨＮＯ，：Ｈ２Ｏ−１：
０．ｇ：ｇ）溶液でウェットエツチングし、続いて光電
変換膜をＣＦ、、ＳＦ、、、Ｃ，ＣＩＦ、等のガスを単
独又は混合した雰囲気中でドライエツチングを行なう。

次いで、ポリイミド（日立化成製ＰＩＸ−１４００又は
ＰＩＸ−８８０３，東し製フォトニース等）を１μｍ程
度の膜厚で塗布し、所望の箇所にコンタクト孔６ａ、６
ｂを形成する。コンタクト孔６ａ、６ｂ形成場所として
は、フォトダイオードＰＤ及びブロッキングダイオード
ＢＤともに、下部電極２．光電変換層３．上部電極４の
サンドイッチ構造以外の部分に作製する。これは、後述
する配線層着膜時に、ＩＴＯで形成された透明電極４に
スパッタ法又は蒸着による配線材料のメタルが拡散して
も、ダイオード部分に影響を与えないようにし、ダイー
ドの劣化（リーク電流が大きくなる）を防止するためで
ある。また、上記実施例においては、光電変換層３ａ、
３ｂのドーピング層（図示せず）は光電変換層３ａ、３
ｂのａ　−５ｉ層と同じパターンで形成したが、光電変
換層３ａ、３ｂの金属電極２ａ、２ｂ側のドーピング層
（ｐ層若しくはｎ層）を金属電極２ａ、２ｂ上のみに形
成すれば、更にダイオードの劣化を防止することができ
、容量も低減できる。

次に、配線材料としてバリヤメタル（Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ
、ＴｉＮ、Ｎｉ、Ｍｏ又はこれらの合金）をスパッタ法
又は蒸着により５００Ａ程度の膜厚に着膜する。前記バ
リヤメタルは上部電極４となるＩＴＯと配線材料（ＡＩ
）とのコンタクト抵抗を下げるために設けたものである
。

バリヤメタル着膜後、配線材料（ＡＩ）をスパッタ法又
は蒸着により着膜し、フォトリソ法により一枚のマスク
でレジストパターン（図示せず）を形成し、配線材料（
Ａｌ）をリン酸にてエツチングし、更にバリヤメタルを
エツチングして引き出し配線７ａ、７ｂ及びバリヤメタ
ル層８ａ、８ｂを形成する。この際、バリヤメタルをモ
リブデン（ＭＯ）で形成すれば、配線材料（ＡＩ）と同
じエツチング液を使用することができ、プロセスが簡便
になる。

本実施例では、ブロッキングダイオードＢＤを、その上
部が遮光された構造としたが、上部を遮光せずブロッキ
ングダイオードにフォトダイオードの機能をもたせても
よい。すなわち、駆動回路側のダイオードにブロッキン
グダイオードの機能があれば、フォトダイオードの機能
は２個のダイオドの片方若しくは両方にあってもよい。

また実施例では１ラインのイメージセンサを用いて説明
したが、受光素子を２次元に並べれば２次元のイメージ
センサにする二とができる。

さらに、実施例では上部より光が入射する構造のイメー
ジセンサについて説明したが、第５図及び第６図の従来
例のように、下部から光が入射する構造のイメージセン
サとしてもよい。この場合、絶縁基板１を透明部材で形
成し、下部電極２ａ。

２ｂを透明電極とし、従来例の第６図に示すように、ブ
ロッキングダイオードＢＤの下方に遮光膜１０と同様の
効果を有するものを形成すればよい。

また、第１１図に示すように、読み取り回路に積分器Ｓ
を用いた場合、フォトダイオード部の容量が減ると入力
部容量を減らせることになるので、積分器Ｓて発生する
ノイズが減少しＳ／Ｎ比を向上させることかできる。

本実施例によれば、配線と上部電極との間に、高融点金
属又はこれらの合金を介在させることにより、接続部分
の抵抗を低くして配線抵抗を下げることかできるので、
センサの信号読み取りの時定数を小さくてき、読み取り
速度の向上を図ることができる。

また、下部電極に対向しない部分にコンタクト部分を形
成するので、配線を形成する際に生じる配線材料の拡散
と成膜する際のダメージによるダイオードの劣化を防止
でき、ダイオードのＶ−Ｉ特性を良好にしてセンサの読
み取り速度の向上を図ることができる。

更に、配線下部の不要な電極部分を除去できるので、ダ
イオードの容量を減らすことができ、センサの信号読み
取りの時定数を小さくてき読み取り速度の向上を図るこ
とができる。

（発明の効果）請求項１の配線構造によれば、配線と電極との間に、高
融点金属を介在させることにより、接続部分の抵抗を低
くして配線抵抗を下げることができ、配線と電極との間
で特性が良好な接合を確保することができる。

請求項２のイメージセンサによれば、配線抵抗を下げる
ことより、イメージセンサの読み取り出力の低下、各受
光素子での出力の不均一化、読み取りスピードの劣化な
どを防止し、イメージセンサの性能の向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のイメージセンサの受光素子の断
面説明図、第２図はフォトダイオードとブロッキングダ
イオードとを極性を逆向きに直列に接続した受光素子か
ら成るイメージセンサに本発明を適用した実施例の受光
素子の断面説明図、第３図（ａ）乃至（ｅ）は本実施例
の受光素子の製造工程説明図、第４図乃至第６図は従来
のイメージセンサの受光素子の断面説明図、第７図はイ
メージセンサの等鏝回路図、第８図は受光素子１ビツト
の等価回路図、第９図はダイオードのＶＩ特性を示す図
、第１０図は受光素子１ビツトの等価回路図、第１１図
は読み取り回路に積分器を有するイメージセンサの等価
回路図である。１・・・・・・絶縁基板２ａ、２ｂ・・・・・・下部電極３ａ、３ｂ・・・・・・光電変換層４ａ、４ｂ・・・・・・上部電極５・・・・・・絶縁層６ａ、６ｂ・・・・・・コンタクト孔７ａ、７ｂ・・・・・・引き出し配線８・・・・・・バリヤメタル層ＦＤ・・・・・・フォトダイオードＢＤ・・・・・・ブロッキングダイオードＡ・・・・・
・受光エリア２１・・・・・・絶縁基板２２・・・・・・共通電極２３・・・・・・半導体層２４・・・・・・個別電極２５・・・・・・層間絶縁膜２６・・・・・・コンタクト孔２７・・・・・・信号引き出し配線２８・・・・・・バリヤメタル層第１図第２図ＢＤ’ ゝ−２第３図第８図第９図第５図ＩＧＨＴ第６図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属酸化物を主体とする電極と、この電極上に形
成され、高融点金属から成るバリヤ層と、このバリヤ層
上に形成された配線とを有する配線構造。
（２）請求項１の配線構造を有するイメージセンサ。