JP2639645B2 - 光電変換装置の作成方法 - Google Patents

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、一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。さらに
の上にＩ型アモルファスシリコンを感光性半導体（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使用し、若干のマ
スクずれを考慮して十分第１の電極（２）を覆うように
して作る。さらにこの上にITO（酸化インジューム・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（Ｉ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Ｉ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しつつも、
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。

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）の矢印を示す如く、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。

またかかる欠点を除去したイメージセンサーとして、
本出願人による「光電変換装置」（昭和61年１月６日出
願、特願昭61−1006）がある。すなわちこれは第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し、さらに基板の下方向に
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
ッ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構造となっている。しか
し、いずれの場合においても、製造上の大きな問題点と
して半導体層形成時に発生するフレークやゴミ等により
形成される半導体層の不良（ショートまたは電流のリー
ク）個所である。

本発明はかかる不良個所を修復し製造上の歩留まり向
上をその目的とするものである。つまり本発明は光電変
換装置を作成する方法において第１の電極、半導体層及
び第２の電極を形成後、半導体層を各素子として分離す
る前に半導体層に対し、逆にバイアス電圧を加え半導体
層の不良個所を修復するものである。一般に不良個所の
ない光電変換素子に対し破壊しない程度に逆にバイアス
電圧（RB）を加えると、高抵抗（例えばRoとする）を示
し、電流が流れることはない。今、半導体層中に空孔ま
たはピンホールによる短絡電流部（ショート）がｎ個存
在したとすると、その部分の抵抗値（例えばR₁,R₂,…Rn
とする）は明らかに小さく、＞＞R₁R₂…Rnである。この
時電流は低抵抗の短絡電流部を選択的に流れる。この空
孔またはピンホールは、半導体層形成時のほこりごみ、
フレーク等により発生するものであるから、短絡電流部
の面積は非常に小さい。よってこの微小面積に電流が集
中して流れるために発熱し局所的に非常に高温となり短
絡電流部を形成する物質が焼け切れる。気化蒸発する、
表面が酸化する、溶け出る等、理由は、はっきりとはし
なが、結果として絶縁されてしまう。この為、一度RBを
行った光電変換装置は並列抵抗が増加し開放電圧が増加
すまことになり、光電変換効率の向上につながるのであ
る。このRBを行う際に印加する逆バイアス電圧は、不良
個所に過大電流を流しうるものであればどのような形で
もよい。

以下に実施例をしめす。なお、本発明は実施例のみに
限定されることはない。

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（Ａ−１）の平面図におけるＡ−Ａ′の縦断面
図を（Ａ−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２の導体をモリブデンを用
いて2000Åの厚さに形成する。次に例えばPIN接合とす
るにはＰ型半導体200Å、Ｉ型半導体3500Å、Ｎ型半導
体300Åとし、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）によりアモルファ
スシリコン半導体として形成した。さらに第２の導体
（５）としてクロム1000Å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10〜200Åの厚さに同時に形成される。次に
第１の導体（２）と第２の導体（５）に対し各々半導体
層（３）に対し逆バイアスが加わるように電源を接続し
た。即ち、本実施例の場合は、第１の導体側を正に、第
２の導体側を負になるように接続した。そして、印加電
圧をゆっくりと増加させてゆくと、電圧の増加にともな
って電流も流れてゆくとが３〜5V付近にて、急に流れる
電流量が減り10V印加した時には半導体層（３）が有す
る固有抵抗に見合った電流しか流れず、半導体層の不良
個所を修復する工程を終了した。

次にマスクを用いて第２図（Ｂ−１）・・（Ｂ−
３）の如くパターニングを行う。

図面において（Ｂ−１）のＡ−Ａ′,B−Ｂ′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（10）
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1/2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。次にプリベーク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よりマスクを用いる
ことなく露光させた。

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）を公知のエッチング液
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（透過性導電膜）とし
てのITOと半導体が相互に反応し、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（10）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′）の絶縁物（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）・・
（Ｅ−３）の上面全面に透光性導電膜（CFT）（９）をI
TO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
エッチングをした。

第３図（Ｅ−１）のＡ−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（16）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、何らのクラックはなく積層体（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）にレンジ（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、1mm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。

その得られら特性結果例を以下に示す。即ち、3Vにて
１×10^-13A（セル面積100μ×150μ）を有し、100Lxの
光信号（30）を上方より加えると、３×10^-8A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、十分に追従させるこ
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、同一基板上の100個の素子において、リード（1
3），（19）間のショートの個所を調べたところショー
トは全くなかった。

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−Ｂ′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CFT
（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てある。

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住（Ｂ−
１）（Ｂ−２），（Ｂ−３）にその概要を示す。第４図
（Ｂ−１）のＡ−Ａ′,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（30）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、それが基板より剥離したり、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
つつ形成すると、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。

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
信頼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とがなく、
1mm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。

さらに、半導体層に逆バイアス電圧を加え半導体層の
不良個所を修復するため製造歩留まりが向上した。ま
た、同一基板上に電極と半導体層を形成後、素子分離を
行う前に半導体層の不良個所を修復することが可能な
為、大面積に半導体層を形成した後に該半導体層の不良
個所を修復した後に一次元、または二次元のイメージセ
ンサーを歩留まりよく作成することが出来るため非常に
有効な手段であった。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、SixGe_1-X（０＜Ｘ≦１）,SixC_1-X（０＜
Ｘ≦１）,SixSn_1-XD（０＜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図の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。 （３）……半導体層 （６）（７）……有機樹脂 （10）……積層体 （２）（５）（13）（19）……電極

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性基板上に、第１の導体、感光性半導
   体、第２の導体を積層する工程と、 前記感光性半導体に対し、前記第１および第２の導体に
   より逆バイアス電圧を加えて、前記感光性は導体の不良
   の箇所を修復する工程と、 前記第１の導体、感光性半導体、第２の導体を、概略同
   一形状を有する積層体に形成する工程と、 前記積層体上およびその側周辺の基板上に、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露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、 前記電極およびリード用の導体をマスクとして、前記電
   極およびリード用の導体で覆わていない領域の前記感光
   性半導体と前記第２の導体を除去する工程と、 を有することを特徴とする光電変換装置の作成方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、電極およ
   びリード用の導体は、第２の導体の一部または全部が除
   去された後に形成されることを特徴とする光電変換装置
   の作成方法。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、第１およ
   び第２の導体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の作成方法。