JPS62158362A - 光電変換装置の作成方法 - 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】 「発明の利用分野」 この発明は光電変換装置、特にイメージセンサまたは液
晶プリンタに応用目的のため、−次元または二次元にア
レー状に多数配列された光電変換装置の作成方法に関す
る。

「従来の技術」 従来、ファクシミリ用の密着型イメージセンサとしては
、第１図にその概要を示すが、３種類のマスクを用いて
感光性半導体を第１の電極と第２の電極とによりサンド
ウィッチ構造をさせる構成が試みられていた。

この第１図の構造を略記すると、基板（１）上にクロム
の導体を設け、第１のマスク■によりパターニングをし
て、基板側の第１の電極リード（２）を作る。さらこの
上に■型アモルファスシリコンの感光性半導体（３）を
１μの厚さにグロー放電法を利用して形成する。この工
程はメタルマスク■を被膜形成時に施し、マスクずれを
考慮し、十分第１の電極（２）を覆うようにして作る。

さらにこの上にＩＴＯ（酸化インジェーム・スズ）を形
成し、第３のマスク■によりパターニングを施し、上側
の第２の電極（４）およびリードを形成する。

このＩＴＯと真性の導電型（■型）アモルファスシリコ
ンとの間にショットキ構成（ＭＩ接合）を有せしめるた
め、ダイオード特性を構成させることができる。

そして信号用の光（３０）が上方より照射されるとｌ型
半導体中でホール（２２）　、　（２２’　）および電
子（２１）　。

（２１’）のキャリアを生じ、電極（２）　、　（４）
にドリフトする。そしてこのキャリアの量は光の強度に
比例するため、感光性の半導体素子（２０）として動作
させ得る。

しかし、かかるイメージセンサはそれぞれを高精度なパ
ターニングを必要としないという特徴を有シつつも、一
方の電極（ここでは（２））に比べ半導体（３）の方が
大きい構造を有している。

「発明が解決しようとする問題点」 このため、素子（２０）の外周辺部（２０’）でも感光
性を有し、これが第１図（Ａ）の矢印に示す如く、横方
向へのキャリアのドリフト（２１”）　（２２’　）を
生じしあう。そのためこの横方向のドリフトが素子部で
の縦方向（電極方向）へのキャリアのドリフトに比べて
１０〜１００倍もの時間がかかってしまい、周波数特性
を著しく下げてしまうという大きな欠点を有することが
判明した。

さらに使用マスク数も三枚を必要とする。加えてこのＩ
型半導体はその表面を露呈している部分（２３）にてＮ
型化がおきやすく、寄生チャネル（２３）を構成しやす
い。そのため、暗電流が大きくなりやすく、また製品の
バラツキおよび時間バラツキも発生しやすいという大き
な欠点を有する。

「問題を解決するための手段」 本発明はかかる欠点を除去するもので、第１の電極（下
側電極）、感光性半導体、第２の電極（上側電極）を積
層して設けた積層体およびその側周辺に絶縁物特に感光
性有機絶縁物を形成する。さらに基板の下方向より光特
に紫外光を照射し、この積層体の側周辺のみに選択的に
有機樹脂を充填させる。そしてその結果、半導体の側周
辺部でのリーク電流の発生を防止する。即ち、この有機
絶縁物の周辺部への形成に対し、何らの新たなフォトマ
スクを用いずに実施するものである。

さらにこの周辺部が絶縁物で充填されているため、半導
体の下側および上側の電極は半導体と同一または実質的
に同一（意図的に大きくまたは小さくせず製造プロセス
特にエツチング工程におけるバラツキの範囲以内におい
て同一）形状・大きさを有せしめたことである。

「作用」 その結果、光電変換素子の光照射により感光し発生した
キャリアを何ら「遅延」することなく高速で、即ち半導
体の厚さ分をキャリアがドリフトする速度で応答させ得
るものである。

さらにこの工程に使用するフォトマスクは２種類でよく
、結果として製造歩留まりの向上を期待できる。加えて
マスク合わせに精密な精度のあわせごみをまったく必要
としないという他の特長をも有する。

以下に実施例に従って本発明を説明する。

「実施例１」 第２図および第３図は本発明の製造工程を示したもので
ある。そして第３図（Ｆ−１）　、　（Ｆ−２）　、　
（Ｆ−３）にその完成図の構造を示す。加えてこの第３
図の変形の他の本発明の構造を第４図（Ａ−１）　　・
・（Ａ−３）および（Ｂ−１）　　・・（Ｂ−３）に示
す。

図面に従って本発明構造の概要および製造工程を示す。

第２図（＾−１）の平面図におけるＡ−Ａ’の縦断面図
を（＾−２）に示す。即ち耐熱性透光性基板例えば石英
またはパイレックスガラス基板（１）上に第１の導体（
２）、感光性半導体（３）、第２の導体（５）を積層し
て形成する。具体的には第１の導体をモリブデンを用い
て２０００人の厚さに形成する。さらにＰＩＮ接合、Ｎ
ＩＮ接合、ＭＴ接合構造等の不純物を意図的に添加しな
い真性の導電型を有する半導体またはホウ素を添加して
より真性になるようにした実質的に真性の導電型を有す
る半導体、特に例えばアモルファスシリコン半導体を有
する感光性半導体（３）を公知のプラズマＣＶＤ法によ
り形成する。例えばＰＩＮ接合とするにはＰ型半導体２
００人、Ｉ型半導体３５００人、Ｎ型半導体３００人と
したマルチチャンバ方式のプラズマＣＶＤ装置（特願昭
５４−１０４４５２号　登録決定済み）により形成した
。さらに第２の導体（５）としてクロムを１０００人の
厚さにこの半導体（３）上に形成する。するとこのクロ
ムの第２の導体（５）と半導体（３）との間にはクロム
・シリサイド（４）の透光性導電膜が１０〜２００人の
厚さに同時に形成される。

次にマスク■を用いて第２図（Ｂ−１）　　・・（Ｂ−
３）の如くにパターニングを行う。図面において（Ｂ−
１）のＡ−Ａ’、Ｂ−８’　の縦断面図をそれぞれ（Ｂ
−２）　、　（Ｂ−３）に示す。

このパターニングで残った部分の積層体（１０）は感光
性半導体を有する素子領域を構成する。このため、この
パターニングの形状は密着型イメージセンサに応用する
場合においては、例えば長さ１５０μｍ（第３図（Ｆ）
にて長さが決められる）幅１００μ、素子間隔３０μｍ
のアレー構成を有せしめる。

次にこれらの全面に有機樹脂（６）例えば感光性ポリイ
ミド樹脂をコーティング法にて約１．６μの厚さに形成
させた。コーティング状態では全芳香族ポリイミド前駆
体溶液である。かくして、積層体（１０）の上面（８゛
）とポリイミド樹脂（７）の上面（８）とは積層体（１
０）の上表面を露呈せしめ、かつキュア後で概略同一平
面（絶縁物表面（８）と積層体表面（８゛）とがなめら
かに連続している）となるようにさせた。例えば、現像
とキュアにより体積が約１７２に減少するため、積層体
が約０．８μである場合、約１．６μの厚さに有機樹脂
（６）を形成させた。

次にプリベータをクリーンオーブン中８０℃、６０分行
った。さらにガラス基板（１）側の裏面側より紫外光（
１５）を公知のマスクアライナによりマスクを用いるこ
となく露光させた。

例えばコビルト社のアライナ−では約２分間露光した。

その強度が３００〜４００ｎｍの波長の紫外光（１０ｍ
Ｗ／ｃｍ”）においては１５〜３０秒で十分である。

すると第２図（Ｄ）に示す如く、（１６）の側面を有す
る積層体（１０）に対し陰となるその上方の有機樹脂は
感光せず、その側周辺の有機樹脂のみが感光する。さら
に現像を行った後、リンス液により非感光性の積層体上
方の有機樹脂を溶去した。

次にこれらすべてを１８０℃３０分＋３００℃３０分＋
４００℃３０分の加熱を窒素中で行いキュアさせた。か
くして積層体（１０）の上面である感光性半導体素子の
第２の電極をフォトマスクを用いることなく露呈せしめ
るに加えて、この上面と周辺部のポリイミド樹脂の絶縁
物の表面とを概略同一平面を構成させることが可能とな
った。

さらにこの後金属クロム（５）を公知のエツチング液で
溶去し、半導体（３）上に透光性のクロム・シリサイド
（４）を残存させた。このクロム・シリサイドは後工程
で、この上面に形成されたＣＴＦ（透光性導電膜）とし
てのＩＴＯと半導体とが相互に反応し、劣化現象が発生
することを防ぐのに有効である。

かくして第２図（Ｄ）に示すごとく、積層体（１ｏ）の
上面を何らのフォトマスクを用いずに露呈せしめ、かつ
積層体の側周辺を絶縁物で充填し覆うことができた。加
えて、積層体の上面（８゛）と絶縁物（７）の上面（８
）とが滑らかに連続する概略同一平面とすることができ
た。

さらに図面においては、この第３図（Ｅ−１）　　・・
（Ｌ３）の上面全面に透光性導電膜（ＣＴＦ）　（９）
をＩＴＯまたは酸化スズにより０．１〜０．５μの厚さ
に形成せしめた。さらに第２のフォトマスク■によりこ
のＣＴＦを選択エツチングをした。

第指図（ｆ！−１）の＾−Ａ’、Ｂ−Ｂ’縦断面図に対
応した平面図を（Ｅ−２）　、　（Ｅ−３）に示す。こ
の図面で積層体（１０）と有機樹脂（７）との境界（１
６）の部分を拡大し、この部分に亀裂がないかどうか、
又表面（８）　、　（８°）は概略同一平面を有するか
を調べた。

その結果、何らのクランクはなく積層体（１０）の上面
と有機樹脂（７）の上面とは滑らかに連続しており、こ
の境界をわたってＣＴＦをコートさせることが可能とな
った。この境界にクラックが生じると、このクラック中
にＣＴＦの一部がまわりこみ、上下の電極よりショート
させ得るため、絶縁物が半導体の側周辺を密着し、かつ
それぞれの表面が滑らかに連続させることがきわめて重
要である。

さらに第３図においては、この後（Ｆ−１）　　・・・
（Ｆ−３）に示す如く、これらの上面および他の側面（
１１）にレジン（１２）をコートした。その結果、光電
変換素子（２０）は下側の第１の電極（２）、半導体（
３）。

上側の第２の電極（４）、さらにその上側の他の電極（
９）を有し、下側の第１の電極（２）より延在したリー
ド（１９）および上側の第２の電極（４）　、　（９）
に連結したリード（１３）を有する。そしてこの光電変
換素子（２０）の側周辺は有機樹脂で覆われており、半
導体の表面で寄生チャネルが形成されることによるリー
ク電流の発生を防ぐことができた。

さらに半導体（３）に比べてその下側および上側の電極
は同一の大きさおよび形状を有し、少なくともパターニ
ングの精度に従ってそのバラツキの範囲で電極が半導体
に比べて同一（実質的に同一）の形状・大きさを有しめ
得ることが判明した。

かかる構造の光電変換装置をこの実施例では横方向にア
レーを構成せしめ、１１ＩＩＩｌｌあたり８〜１６個の
素子を設けた密着型のイメージセンサを構成させること
ができた。

さらにこの感光性半導体がＰＩＮ接合を有した時その得
られた特性結果例を以下に示す。即ち、３ｖにてＩ　Ｘ
ｌ０−”　Ａ（セル面積１００μ×１５０μ）を有し、
１００Ｌｘの光信号（３０）を上方より加えると、３Ｘ
１０−”Ａの光電流を得ることができた。この光の印加
電圧、周波数を１μ秒毎にオン、オフ信号をさせたが、
充分に追従させることができた。この高い周波数特性は
第１図に示した従来例ではまったく期待することができ
ない。

またこの感光性半導体にＮＩＮ接合を有せしめた時、Ｏ
ｖに対し対称型の電流が流れる。このため例えばＯ，Ｓ
Ｖの電圧に印加すると、暗電流は３Ｘ１０−１３Ａの電
流が流れたが、１００Ｌｘの光に対し５Ｘ１０−’への
電流を得た。さらにその周波数特性は０．２μ秒毎にオ
ン、オフをさせたが、充分に追従させることができるも
のであった。

実施例２ この実施例は実施例１の変形である。

第４図（Ａ−１）　　・・・（Ａ−３）にその概要を示
す。

（Ａ−１）におけるＡ−Ａ’　、　Ｂ−８’　の縦断面
図をそれぞれ（Ａ−２）　、　（Ａ−３）に示す。

図面に構造において、基板（１）上に設けられた光電変
換素子（２０）は第１の電極（２）をモリブデンで設け
、感光性半導体（３）およびこれに密着したＣＴＦ　（
９）よりなり、それらをレジン（１２）で覆ったもので
ある。

実施例１と比べ、クロム・シリサイドを半導体とＣＴＦ
との間に設けることを省略しである。

その他は実施例１と同様である。

実施例３ この実施例は実施例１の変形である。第４図（Ｂ−１）
　（Ｂ−２）　、　（Ｂ−３）にその概要を示す。第４
図（Ｂ−１）の訃へ’、Ｂ−Ｂ”の縦断面図をそれぞれ
（Ｂ−２）　、　（Ｂ−３）に示す。イメージセンサ用
の光信号（３ｏ）は基板（１）下側より与えられる。

このため、構造は第１の電極（２）および、リード（１
９）をＣＴＦ例えば酸化スズで設け、さらにその上に感
光性半導体（３）、クロムシリサイド合金（４）、クロ
ム電極（５）、他の電極リード（９）　、　（１３）を
アルミニュームで設けている。

その他の製造工程は実施例１と同様である。

「効果」 本発明は以上に示す如く、基板上の巾が狭く高さの高い
積層体に対し、それが基板よりピーリングしたり、また
折れたりすることがないようにその側周辺を有機樹脂で
充填したものである。その際、積層体の上面はこの充填
をまったく行わないと同様に露呈している。また、その
境界は何等の亀裂もなく、かつキュアにて体積収縮を考
慮しっつ形成すると、積層体と有機樹脂の表面とが概略
同一平面とすることが可能となった。

もちろんキュア後にて積層体の上面に比べ′ｉＪＡ縁物
の上面を高くし、または低く形成することはその設計事
項として可能である。

さらにこのため、有機樹脂の側周辺への充填を何らのフ
ォトマスクを用いずに成就できるため、積層体の上側の
形状よりその下側の半導体および下側電極の形状・大き
さを一義的に決定できる。

このため、半導体に比べてその上側、下側の電極を同一
または概略同一形状・大きさとすることが可能となった
。

周辺を有機樹脂で覆っているため、半導体それ自体の信
頬性が向上するとともに、半導体の積層体の幅が狭くな
り、また素子間隔も３〜１０μと小さくなっても、この
積層体が長期の使用また機械的引っ掻き等に対し周辺を
固体で充填しているためへきかいしてしまうことがなく
、１ｍ＋ａあたり１６〜６４本の多数の素子を配列せん
とする光電変換装置に対しても有効であると推定される
。

本発明は一次元の密着型のイメージ（特定の像を描写す
る）のためのセンサとして記述した。しかし、この素子
構造に二次元の構成を有せしめても、またプリンタ用の
センサ、さらに感光性素子が１〜複数ケしかない場合の
構造に対しても有効である。

また光電変換装置としての半導体の構造は、この実施例
ではＰＩＮ接合またはＮＩＮ接合構造を示した。しかし
真性または実質的に真性の半導体、ＰＩ。

ＮＩ、Ｍｌ（ショットキ接合）、ＭＩＰ、ＭＩＮ接合構
造を有せしめてもよい。またこれに用いられる半導体は
水素またはハロゲン元素が添加されたアモルファスシリ
コンのみならず、５ｉｘＧｅ＋−ｘ（０＜Ｘ≦１）＋５
ｉｘ（＋−ｘ（０＜Ｘ≦１）＋５ｉｘＳｎ、−Ｘ（Ｑ＜
Ｘ≦１）がその一部または全部に用いられたものであっ
てもよいことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイメージセンサの概要を示す。 第２図、第３図は本発明のイメージセンサの製造工程を
示す図面群である。 第４図は本発明の他のイメージセンサの実施例である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光性基板上に感光性半導体を有する積層体を形成
   する工程と、該積層体および側周辺の基板上に感光性を
   有する有機樹脂を形成する工程と、前記基板側より光を
   照射して前記積層体上方を除く他部の有機樹脂を感光せ
   しめる工程と、前記積層体上方の非感光領域の前記有機
   樹脂を除去して前記積層体の上面を露呈せしめる工程と
   、前記積層体および前記感光した有機樹脂上に電極およ
   びリード用の導体を形成する工程と、該導体をマスクと
   して前記導体で覆われていない領域の前記半導体を除去
   して前記半導体の下側に設けられていた導体のリードを
   形成する工程とを有せしめることにより、前記半導体と
   同一または概略同一形状を有する一対の電極を前記半導
   体の下側及び上側に形成してなることを特徴とする光電
   変換装置作成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、半導体上に形成さ
   れた導体は一部または全部を除去せしめ、さらにこの後
   、この上面に電極および該電極より延在して前記有機樹
   脂上にリードが形成されることを特徴とする光電変換装
   置作成方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、感光性半導体の下
   側および上側に設けられた電極の少なくとも一方は透光
   性を有することを特徴とする光電変換装置作成方法。