JPH0715980B2 - 受光素子 - Google Patents

受光素子

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JPH0715980B2
JPH0715980B2 JP60208646A JP20864685A JPH0715980B2 JP H0715980 B2 JPH0715980 B2 JP H0715980B2 JP 60208646 A JP60208646 A JP 60208646A JP 20864685 A JP20864685 A JP 20864685A JP H0715980 B2 JPH0715980 B2 JP H0715980B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は水素化非晶質シリコンを用いた光電変換素子お
よびこれを用いた一次元イメージセンサに関する。
〔発明の背景〕
水素化非晶質シリコンを用いた一次元イメージセンサと
して例えば特開昭58−84457記載のように金属/a−Si/IT
O(Indium Tin Oxide)の構造を有した光電変換素子が
多用されている。これを第1図に示す。ここに1は絶縁
性基板、2は金属電極、3はSiH4ガスをグロー放電分解
して得られる水素化非晶質シリコン膜、4はITO電極で
ある。この構造の光電変換素子は良好な特性を有するも
のである。しかしながら、この種の光電変換素子を実用
するに際しては、第2図に示すようにこの上に保護膜5
を形成する必要がある。保護膜としてはSi3N4やSiO2
どが多用される。実際にこの保護膜を前述した光電変換
素子に形成してみると大幅に特性が劣化するという事実
がわかつた。第3図にこれを示す。第3図は第1図の構
造の光電変換素子の暗所での特性を示したものであり、
ITOに通常印加される電圧すなわち極性が負で0〜7Vの
電圧を印加した時の逆方向電流を示している。通常の一
次元イメージセンサではこの逆方向電流としては10-9A/
cm2以下が望ましい。第3図のl1は保護膜を形成する前
の特性であり、極めて良好である。しかし、Si3N4やSiO
2膜を形成するとl2で示す特性となり、3桁以上も特性
が悪くなつてしまうことがわかつた。この特性では実用
にならない。この特性劣化はSi3N4やSiO2膜形成により
a−SiとITOとの界面の接合特性が劣化することに原因
があるものと思われる。
〔発明の目的〕
本発明は従来技術のようにSi3N4やSiO2などの保護膜を
形成することによつて生ずる劣化を解消し、信頼性の高
い、高性能の光電変換素子あるいは一次元イメージセン
サを提供することにある。
〔発明の概要〕
Si3N4やSiO2などの保護膜を形成しても特性が劣化しな
い光電変換素子を実現するため色々と検討した結果、第
4図に示すように水素化非晶質Si層を2層にし、下部電
極に接する部分を第1層3とし、ITO電極に接する部分
を第2層6とし第1層は従来用いられているSiH4ガスの
みをグロー放電分解して得られる水素化非晶質シリコン
(a−Si:Hと略す)を用い、第2層はSiH4ガスとB2H6
スの混合ガスをグロー放電分解して得られるB添加a−
Si:Hを用いれば前述の保護膜形成による劣化が解消でき
ることがわかつた。これを第5図に示す。ITO電極に負
の電圧を加えた時の暗所での逆方向電流を示したもので
あるが第4図の構造の素子でa−Si第2層をB2H6/SiH4
=0.04体積%の混合ガスを用いて、膜厚250Åの膜と
し、第1層をa−Si:H、1μmの膜とした時の特性であ
る。ボロンはガスの混合比の通りにドーピングされるの
で、第2層は0.04%ボロンドープa−Si:Hと言つても良
い。第5図l3はSi3N4形成前の特性であり、l4はSi3N4
成後の特性を示す。このように保護膜を形成してもほと
んど特性が劣化しない。保護膜としてSiO2を用いても全
く同様に特性は劣化しなかつた。特性が劣化しないよう
になる理由としてはボロンを添加した膜は化学的に安定
であること、また、構造的にも強い膜になることなどの
ため、Si3N4やSiO2などの保護膜を形成してもa−Si:H
とITOとの間に形成される接合特性がインジウムの拡張
あるいは保護膜の応力による接合破壊を防止するためで
ないかと思われる。その意味で第2層6を接合安定化層
と呼ぶことにする。光電変換素子において、この接合安
定化層には以下に説明するように厳しい条件が課せられ
ていることがわかつた。
先ず第1に保護膜を形成しても特性が劣化しないこと。
第6図は種々の第4図の構造のセルを用いてB濃度と逆
方向電流との関係を調べた結果を示したものである。l5
は保護膜形成前の特性、l6は保護膜形成後の特性を示し
たものである。この時接合安定化層としては厚み250Å
にした。第6図より明らかなように、B濃度0.02%以下
では保護膜を形成すると特性が劣化することがわかり、
接合安定化層のB濃度は0.02%以上であることが必要で
ある。第7図は接合安定化層のB濃度を0.04%とし膜厚
と逆方向電流との関係を示したものである。l7は保護膜
形成前、l8は保護膜形成後の特性を示したものである。
この図から接合安定化層として膜厚150Å以上必要であ
ることがわかる。接合安定化層は光電変換素子の感度を
低下させる。この感度低下は接合安定化層のB濃度
(%)と膜厚(Å)の積に比例して低下することが実験
的に明らかになつた。これを第8図に示す。一次元イメ
ージセンサでは10%以上の感度低下は実用上大きな問題
となる。従つて、接合安定化層による感度低下を10%以
内におさえねばならない。この条件を満たすには第8図
より、接合安定化層は ボロン濃度(%)×膜厚(Å)<15 を満たさねばならない。例えばボロン濃度が0.05%の場
合、膜厚は300Å以下でなければならない。
さらに、水素化非晶質シリコン層を2層に分けることは
加工上大きな問題を生ずる。a−Si:Hは通常CF4ガスを
用いたドライエツチングあるいはヒドラジン溶液による
ウエツトエツチングなどにより加工される。a−Si:Hに
ボロンを添加するとこれらのエツチングによるエツチン
グ速度が遅くなるその結果、第9図に示すようにホトレ
ジスト7を形成し、これをマスクとしてエツチングした
場合、加工断面は第9図のようになり、a−Si:H3より
接合安定化層6の幅が広くなり、図中Lで示すようなひ
さしが生じてしまう。このようなひさしLが生じた場
合、第10図に示すように、この上にITO透明電極を形成
した場合、ひさしがあるためにこのITO電極が断線して
しまう(図中A部)。あるいはITOをエツチングする際
に断線してしまうなど歩留が著しく低下する。従つて、
ひさしの長さLは短いほど良い。第11図に接合安定化層
を250Åとし、B濃度を変えた時のひさしの長さLを調
べた結果を示す。このようにB濃度が0.01%以上になる
と急激にひさしLが長くなる。通常のデバイスではITO
膜厚は5000Å以下が多用される。前述したようなITOの
断線をなくすにはひさしの長さはITOの膜厚の半分以下
であることが望ましく、その意味では接合安定化層のB
濃度は0.1%以下であることが望ましい。
以上の結果から、接合安定化層の条件としてはB濃度0.
02〜0.1%の範囲、膜厚は150〜400Åの範囲が望ましい
ことがわかつた。もつとも望ましくはB濃度0.02〜0.04
%、膜厚200〜250Åの範囲である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を第12図に示す実施例を用いて説明
する。本実施例は本発明を用いた一次元イメージセンサ
に関する。
第12図(a)は平面図、(b)は断面図を示す。
絶縁性基板(例えばガラス)10の上にCrを1000Åスパツ
タリング法で形成し、ホトエツチングプロセスにより、
幅約70μmのストライプ状11に加工する。エツチング液
は硝酸第2セリウムアンモン溶液を用いた。この上にプ
ラズマCVD法(グロー放電法)を用いてa−Si:H膜12と
接合安定化層13とを形成する。形成条件は次の通りであ
る。上記基板10をプラズマCVD装置の反応室に入れ、基
板を200℃に加熱する。100%SiH4ガスを10sccm導入し、
グロー放電分解して、a−Si:H膜12を約1μm形成す
る。ついで、水素で希釈した500ppmのB2H6ガスを2〜10
sccm導入し、膜厚を150〜400Åの接合安定化層13を形成
する。その後、ホトエツチングプロセスにより、この水
素化非晶質シリコン層(12と13)とをヒドラジン水溶液
を用いて100×150μm2の島状に加工する。先に述べた従
来技術の特開昭58−84457ではこの水素化非晶質シリコ
ン層は島状に加工されていなかつた。このように島状に
加工しない場合、この水素化非晶質シリコン層により、
各画素が電気的に接続されることにより、大きなクロス
トークを生じることになり、一次元イメージセンサの特
性、とくに解像度が劣化する。
従つて、水素化非晶質シリコンを島状に加工し各々の画
素を分離することは大変重要なことである。その際新し
い問題として、先に説明したひさしの問題が発生する。
a−Siを島状に加工した後、ホトレジストを除去する
が、これを行なう前にこの島状の水素化非晶質シリコン
層を酸素プラズマ雰囲気中に数分さらす方が望ましい。
これは水素化非晶質シリコン層の側面で発生するリーク
電流をなくすためである。この上にスパツタリング法に
よりITOを0.5μm形成し、ホトエツチングプロセスによ
り加工する。エツチング液には塩酸と硝酸との混液を用
いる。さらにその上にプラズマCVD法により、SiH4とNH3
とN2ガスとを用いグロー放電分解によりSi3N4保護膜を
2μmマスク堆積を行ない保護膜15を形成する。この上
にスパツタ法により、Auを形成しボンデイングパツド16
を形成する。走査用の堆積素子18を基板10にダイボンデ
イングし、ワイヤボンデイング17により光電変換素子と
走査用堆積素子とを接続する。これで一次元イメージセ
ンサが完了する。ここで保護膜として、Si3N4膜を用い
た例を示したが、この代わりにスパツタ法で形成するSi
O2膜2μmを用いても全く同様にセンサを作ることがで
きる。
〔発明の効果〕
本発明によればSi3N4やSiO2などの保護膜で被覆しても
良好な特性を持つ水素化非晶質シリコンを用いた光電変
換素子を得ることができ、非常に高い信頼性を持つ一次
元イメージセンサなどのデバイスを水素化非晶質シリコ
ンを用いて作ることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図は従来の光電変換素子の構造図、第3図
は従来素子の特性を示す図、第4図は本発明光電変換素
子の構造図、第5図は本発明素子の特性を示す図、第6
図〜第11図は本発明の接合安定化層の条件を決定するた
めの特性を示す図、第12図は本発明を用いた一次元イメ
ージセンサの実施例を示す図である。 1……絶縁性基板、2……金属電極、3……水素化非晶
質シリコン、4……ITO電極、5……保護膜、6……ボ
ロンを含むa−Si:H(接合安定化層)、7……ホトレジ
スト、8……ITO透明電極、10……絶縁性基板、11……C
r電極、12……a−Si:H、13……接合安定化層、14……I
TO電極、15……Si3N4保護膜、16……ボンデイングパツ
ド、17……ワイヤ、18……走査用IC。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 靖夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 塚田 俊久 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−202663(JP,A)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上に、少なくとも第1電極とノ
    ンドープの第1水素化非晶質シリコン層と透明電極と透
    光性保護膜とを順次積層してなり、該第1電極に対して
    該透明電極に負の電圧が印加される受光素子において、
    上記ノンドープ水素化非晶質シリコン膜と上記透明電極
    との間に、ボロンを0.02体積%〜0.1体積%含有し、厚
    さが150Å〜400Åの範囲にある第2水素化非晶質シリコ
    ン層からなる接合安定化層を有することを特徴とする受
    光素子。
  2. 【請求項2】上記第2水素化非晶質シリコン層のボロン
    の濃度と厚さとの関係は、 濃度(%)×厚さ(Å)<15 の関係を満たしていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の受光素子。
  3. 【請求項3】上記透光性保護膜は、Si3N4やSiO2からな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項に
    記載の受光素子。
  4. 【請求項4】上記第1電極はCrからなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項乃至第3項の何れかに記載の受
    光素子。
  5. 【請求項5】上記透明電極は酸化インジウムを主体とす
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項の
    何れかに記載の受光素子。
  6. 【請求項6】上記受光素子は一次元センサに用いられる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5項の何
    れかに記載の受光素子。
  7. 【請求項7】上記受光素子は島状に配列されて用いられ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の受光素
    子。
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