JPS6085578A - 薄膜光電変換素子の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜光電変換素子の製造方法に係り、特に、
サンドイッチ型の薄膜光電変換素子の製造方法に関する
。

〔従来技術〕

最近、太陽電池やイメージセンサ等の大面積化長尺化に
伴い、大面積にわたって堆積可能なアモルファスシリコ
ン等の光電変換薄膜を用いた薄膜光電変換素子の開発が
進められている。

特に、イメージセンサの場合、原稿と同一幅をもつセン
サ部を形成することにより、１対１結像が可能となシ、
原稿とセンサ部とを密着させることができると共に、縮
小光学系が不要となることにより、原稿読み取シ部の小
型化が容易に可能となる。

薄膜光電変換素子は、構造的に見て、第１電極と第２電
極とによって光導電体層をはさんだサンドインチ構造と
、光導電体層上に対向電極を形成したプレーナ構造とに
大別されるが、センサ部の高密度化の観点からみて、通
常はサンドインチ構造のものを使用することが多い。

ところで、サンドイッチ構造の光電変換素子は、例えば
セラミック基板上に着膜形成された複数個のクロム電極
（第１電極）と透光性の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）電
極（第２電極）とによって光導電体層としてのアモルフ
スシリコン層金挾んだ構造をと９でいる。このアモルフ
スシリコン層は、モノシランガス（ＳｉＨ４）のグロー
放電分解法等によってクロム電極上に堆積せしめられる
わけであるが、堆積されるべき面積が大きくなればなる
ほど、全面にわたって均一なアモルファスシリコン［−
形成するのは難しく、ピンホールの発生をまぬがれ得な
いことがある。これは、製造装置内のダストが基板表面
に付着すること等の外因の他に、薄膜成長のメカンズム
と関係する内因をもつことが多いためである。

ここで、サンドイッチ構造の光電変換素子において、光
導電体層にピンホールが存在することによって生じる素
子としての機能の変化を考えてみる。

まず、サンドイッチ構造の光電変換素子の最も簡単な等
価回路を考えると、第１図に示す如くなる。直列抵抗Ｒ
８は、電極の接触抵抗と外部回路の抵抗との和であり、
並列抵抗Ｒａｈは光導電体層自体の抵抗である。ここで
、光導電体層にピンホールが無く、第１電極と第２電極
との間でショートが発生しなければ並列抵抗Ｒｓｈは無
限大に）と考えて良い。第１図中、ＸＬは入射光の強度
に比例した光電流、Ｉｊはダイオードに流れる電流、■
Ｒｈはショート等によるもれ電流である。

ここで外部回路を流れる電流を■とすると、Ｉ　＝−１
，＋Ｉｊ＋Ｉ、）、　・・・（１）が成立する。

光導電体層にピンホールの無い理想的な光電変換素子即
ち、並列抵抗Ｒｓｈ　”’■、Ｒ８＝Ｏの場合の電流−
電圧特性曲線（Ｉ−Ｖ曲線）を第２図に示す。ここで、
■夏は光入射時の特性曲線、Ｉ２は暗時の特性曲線であ
る。Ｒｓｈ＝のであるからＩｓｈ　＝　０であり、光入
射時には光電流−ＩＬが支配的となシ、暗時においては
、ダイオードを流れる電流Ｉｊが支配的となる。

ここで、光導電体層において、第１電極と第２電極とが
重なシ合う部分にピンホールが発生すると、第１電極と
第２電極との間が一部短絡し、並列抵抗Ｒａｈが大幅に
減少する。この場合の電流−電圧特性曲線を第３図に示
す。ここではＲ８＝０としておく。Ｉ３は光入射時の特
性曲線、Ｉ４は暗時の特性曲線である。

この場合、たとえばダイオード電流工ｊｚｏのバイアス
領域では関係式（１）は、 ＩターＩＬ十Ｉ８ｈ ■ ＝−ｒＬ＋　・・・（２） ｓｈ となシ、光照射時においても暗時においても、電流工の
電圧■依存性が大きいことからもわかるように、第２図
に示された理想的表光電変換素子のもつ特性に比べて、
大幅に特性が低下している。

すなわち、太陽電池においては、順バイアス領域すなわ
ちｖ　）　ｏ　ｔ＞　Ｉ；ｉ、＋ｄｌｉ：に’Ｉ　ｆさ
するがゝ理想的な光電変換素子の場合に比べ、ピンホー
ルを有する場合は変換効率が悪い。

一方、イメージセンサでは逆バイアス領域すなわちＶ〈
０の領域を利用するが、理想的な光電変換素子に比べ、
明暗比が大幅に低下している。

このように、光電変換素子の光導電体層におけるピンホ
ールの発生は、太陽電池においては、変換効率の低下お
よび開放端電圧の低下をもたらし、イメージセンサにお
いては光学像の読み取シ能力の低下を招く等、致命的な
欠陥であり、素子としての製造歩留りの低下が大きな問
題となっている。

〔発明の目的〕

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので３万一、光
導電体層にピンホールが発生した場合にも、素子特性に
大きな影響を及ぼすことのないようにし、光電変換素子
の製造歩留シの低下を防ぐことを目的とする。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するため、本発明の簿膜光電変換素子の
製造方法は、基板上［ｉ１電極として、高濃度にドープ
されたシリコン層全形成する工程と、次いでこの上に光
導電体層すなわち光電変換薄膜を形成した後に該光電変
換薄膜中のピンホールに起因する第１電極の露呈部に対
して陽極酸化を行なう工程とを含むことを特徴とするも
ので、これによシ光電変換膜中にピンホールが発生した
場合でも、ピンホールによって膜中に露呈する下地の第
１の電極は絶縁化され、光電変換素子に形成される第２
電極と第１電極との短絡を防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明実施例のイメージセンサ用薄膜光電変換素
子の！Ｒ造方法を図面を参照しつつ説明する。

まず、絶縁性の石英基板１上に化学蒸着法（ＣＶＤ法）
により、ｌ　Ｑ　２０ａｔＯｒｒ１８７ｍ　３程度のり
ｙ　（Ｐ）をドープしたシリコン（Ｓｔ）膜を、１００
ＯＸの厚さに着膜する。この後、フォトリソグラフコ−
法にンドープされたシリコンからなる第１電極２を形成
する。

素化シリコン膜３を膜厚約１μｍとなるように堆積する
。

この後、前記第１電極２を陽極に接続し、第８図に示す
陽極酸化装置を使用して、暗中で陽極酸化を行なう。

この陽極酸化装置は、電解液槽３１内に浸漬されたプラ
チナ（Ｐｔ）板よシなる陰極３２と陽極３３とによ多構
成されておシ、電解液としては、０．０４規定の硝酸カ
リウムを含むＮメチルアセトアミドを使用している。第
８図に示す如く、この陽極酸化装置の電解液槽３１内に
、前記アモルファス水素化シリコン膜形成後の石英基板
１を浸漬し、第１の電極２を陽極３３に接続し、酸化か
つ該第１の電極の厚さ全体に及ぶまで電圧を印加する。

このとき、アモルファス水紫化シリコン膜から露出する
ように設計されている部分の第１電極２は、液面上にな
るように留意する。

このようにして、アモルファス水素化シリコツ層中ニ、
ピンホール４が発生していたとしても、このピンホール
４に起因する第１電極の露呈部およびその周辺は、陽極
酸化され、第６図に示す如く、電気絶縁性の酸化シリコ
ン膜（ＳｉＯｚ）　５　膜形成される。

更に、充分洗浄を行なった後、アルゴン（Ａｒ　）ガス
と酸素（０２）の混合ガスを用いた反応性スパッタリン
グ法により、第７図に示す如く、膜厚７００Ｘの酸化イ
ンジウム錫（ＩＴＯ）膜からなる第２の電極７を形成す
る。

このようにして、光電変換膜内のピンホール発生部位お
よびその周辺の第１電極は、絶縁膜と化すため、第２電
極がピンホール内に入シ込み第１電極面に達しても第１
電極と第２電極との間でショートが発生することはなく
、信頼性の高いイメージセンサを形成することができる
。

なお、陽極酸化工程においては光電変換膜から露呈して
いる第１電極すなわち第１電極のリード部には、電解液
が接触しないようにすることが必要であシ、実施例の如
く、液面上に出す方法の他、この部分をレジスト被覆し
た後に陽極酸化を行なう等の方法をとることが大切でお
る。

また、陽極酸化に使用する電解液としては、実施例で使
用した硝酸カリウムを含むＮメチルアセトアミドの他、
テトラヒドロフルフリールアルコールとエチレングリコ
ールの硝酸塩をエチレングリコールのハロゲン化物との
混合溶液等のように生成被膜を溶解しないものであれば
よい。

更に、実施例においては、第１電極の膜厚全体にわたっ
て陽極酸化を行なったが、必ずしもすべて酸化シリコン
膜とする必要はなく、表面近傍のみを酸化シリコン膜と
してもよい。いずれにしても、ピンホールに起因して、
光電変換膜中に露呈する第１電極が酸化シリコン膜と化
し、絶縁体となることによシ、その上に第２電極が堆積
されても短絡を起さない程度であればよい。

また、実施例においては、この光電変換素子の多数キャ
リアが電子であるため、第１電極としてリンドープされ
たｎ＋型シリコン膜を使用したが、正孔である場合には
、第１電極はボロンＢを高濃度にドープしたｐ＋型シリ
コン膜を使用する。

加えて、基板としては、石英基板に限定されることなく
、ホウケイ酸ガラス、セラミック等の耐熱性の基板であ
れば良い。筐た、絶縁性光電変換膜としては、実施例で
用いたアモルファス水素化シリコンに限定されることな
く、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−８ｉＣ）　
、アモルファスシリコンゲルマニウム合金（ａ−８ｉＧ
ｅ）　＋セレン（Ｓｅ　）−テルル（Ｔｅ　）などのカ
ルコゲナイドガラス、硫化カドミウム（ＣｄＳ）−テル
ル化カドミウム（ＣｄＴｅ　）等の光導電性半導体膜等
でも良いことは言うまで、もない。ちなみにこれらの膜
は光照射時には導電性を呈するため、陽極酸化工程はい
ずれの場合も暗中で実施することが重要である。

〔発明の効果〕

以上、説明してきたように、本発明の薄膜光電変換素子
の製造方法によれば、基板上に、第１電極として、高濃
度にドープされたシリコン層を形成し、この上に絶縁性
の光電変換薄膜を堆積した後に、第１電極に陽極酸化を
施し、光電変換薄膜のピンホールに起因する第１電極の
露呈部を、絶縁性の酸化シリコン膜と化すことにより、
この後、光電変換膜上に着膜される第２電極がピンホー
ル内に入シ込み第１電極面に達した場合にも、第１電極
と第２電極との間で短絡が起ることはなく、信頼性の高
い薄膜光電変換素子を形成することが

【図面の簡単な説明】

第１図は通常のサンドイッチ型光電変換素子の等価回路
を示す図、 第２図は、理想的な光電変換素子の電流−電圧特性曲線
を示す図、 第３図は、光電変換層において、第１電極と第２電極と
が重なり合う部分にピンホールが発生した場合の光電変
換素子の電流−電圧特性曲線を示す図、 第４図乃至第７図は、本発明実施例の光電変換素子の製
造工程を示す因、第８図は、本発明実施例の光電変換素
子の製造工程で用いられる陽極酸化処理装置を示す図で
ある。 １・・・石英基板、２・・・第１電極、３・・・アモル
ファス水素化シリコン層、４・・・ピンホール、５・・
・酸化シリコン被膜、６・・・第２電極、３１・・・電
解液槽、３２・・・陰極、３３・・・陽極、Ｉ、、Ｉ３
・・・光照射時のＩ−Ｖ粘性曲線、Ｉ２　、Ｉ４・・・
暗時のＩ−Ｖ特性曲線。 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性の光電変換薄膜を第１および第２の電極で挾んだ
   サンドイッチ構造の薄膜光電変換素子の製造方法におい
   て、基板上に、第１電極として高濃度にドープされたシ
   リコン層を形成する工程と、次いで光電変換薄膜を形成
   したのちに、該光電変換薄膜中のピンホールに起因する
   第１電極の露呈部に対して陽極酸化を施す工程とを含む
   ことを特徴とする薄膜光電変換素子の製造方法。