JPS61224467A - 光電変換装置 - 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、微少部分の明暗を識別する光電変換装置に関
するものであり、変換素子自体を薄く小型にした光電変
換装置に関するものである。

従来の技術 従来の光電変換素子は、基板が板状であれば２つの主面
のうち、いずれか一方に光電変換膜を形成させて光電変
換素子を作っていた。例えば第５図であるが、これは従
来の一次元センサの平面図を示したものである。基板７
ｏの１主面上に光電変換素子用の半導体膜７１が形成さ
れ、この部分で図において左右方向の明暗を読み取って
いた。

なお、７２は光電変換素子の微少部分の共通電極、７３
は光電変換素子の受光電極でＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ　）等による透明導電膜でできてい
る。

７４は信号取り出し電極である。

さて第５図の構成において、基板上に形成される光電変
換センサの占める面積はほんの一部である。実際には１
％未満となる。素子形成には、堆積装置中に基板をすべ
て入れなければならず、しかもほんの一部しか使用され
なかった。基板の残りの部分は信号とり出し用の配線で
あった。

微少部分の明暗を検知しようとしても信号を処理する配
線まで基板に入れであるため素子が大きくなって不便で
あった。信号処理の配線を基板に作り込まなけ゛れば、
基板はある程度小さくなるが、基板と配線の接続に余裕
がなくなり、作成が困難であった。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の光電変換素子では、基板の一部しか受
光素子がないにもかかわらず基板の一主面に光電変換膜
を作らなければならないため生産性が低かった。また、
基板が大きくなるために狭い場所に光電変換素子を持っ
ていけず被検知部に近づけることが困難であり、た。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、基板の一端
面に受光センサを配した光電変換素子を提供することを
目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、光電変換素子９基
板の一端面に受光センサを配するものである。

作用 実効的に光電変換素子を小さくすることができ、基板の
主面に端面から続けて配線が行なえるため、第１図は本
発明による光電変換素子の一実施例を示す斜視断面図で
ある。本実施例では光電変換センサを一次元で並べた一
次元センサについて述べる。第１図において、１はムｌ
板、２は五ｌ板１を陽極酸化して得られたム１２０３膜
、３は光電変換膜である非晶質シリコン（以下ａ−８ｉ
と略す）膜、４は透明導電膜であるＸ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｊ４ｅ）膜、６は各変換素子から
得られる信号を受けとる個別電極である。ムｌ基板１の
端面に並べられた光電変換素子によって検知された信号
は個別電極によって外部へ送られ、場所的な明暗等を知
ることができる。

次に本発明における光電変換素子の製造方法について図
に基づいて工程順に詳しく説明する。第２図は本発明に
よる光電変換素子の作成方法を示す工程断面図である。

第２図ｅ）においてムで基板１を陽極酸化溶液中（図示
せず）に入れて５０００人〜６μｍのム１２０３膜２を
形成する。次に、サンドブラストやヤスリなどで第２図
（ｂ）に示すようにムｌ基板１の端面１１をカマポコ状
に、もう一つの端面１２をほぼ平坦に削ってムｌの地ハ
ダを出す。端面１１に現れたＡｌＯ地ハダが後に作る光
電変換素子の下地電極となり；端面１２は、と９出し電
極となる。

第２図（ａ）′は、第２図（ａ）と異なシ、まず１つの
端面１３をカマボコ状に削ってから陽極酸化させたもの
で、この場合は第２図（ｂ）′のように１つの端面１３
も他の端面１４もほぼ平坦に削って良い。しかし端面１
３の端１５はその上に光電変換膜を堆積しても段切れ等
を起こさないように曲面かそれに近い状態でなければな
らない。

以下の工程は第２図（ａ）　、　（ｂ）をもとに説明す
る。

第２図（Ｃ）は端面１１に光電変換膜であるａ−８ｉ膜
１６を形成する工程を説明する図面である。１７は基板
１を加熱するヒータであｐａ−８ｉ膜１６を堆積する間
は基板１を２００〜３００’Ｃに保つほか、ａ−８ｉ膜
１６のマスクにもなっておシ基板１の主面にはａ−８ｉ
は堆積されない。端面を重ねてａ−８ｉを堆積できるた
めａ−８ｉ堆積装置の利用効率が良い。１８はａ−８ｉ
膜１６を堆積するためのグロー放電を発生させる電極で
あり、この中空になっている。ａ−８ｉの原料となるＳ
ｉＨ４等のガスを供給できるようになっているもので、
電極１８の表面には穴１９がおいてす、６、ここから原
料ガスが均一に堆積装置内に導入されるようになってい
る。

ａ−５ｉ膜１６は、本実施例ではｐｉｎ構造とした。

すなわち、端面１１から順にｐ型のａ−８ｉ、ｉ型のａ
−８ｉ、ｎ型のａ−８ｉと堆積してダイオードにしであ
る。ｐ型ａ−５ｉはＳｉＨ４にＢ２Ｈ，を混合させた原
料ガスを用い、ｎ型ａ−８ｉはＳｉＨ４にＰＨ３を混合
させた原料ガスを用いている。ｉ型ａ−８ｉには不純物
に入れない。

ａ−８ｉ膜１６を堆積した後、基板１の主面に個別電極
６を選択的に蒸着する。メタルマスクを用いても良いし
、もっと微細なパターンが必要な場合はレジスト膜とフ
ォトマスクを用いてパターン化する（第２図（ｄ））。

第２図ｄの工程はａ−８ｉ膜１６を堆積する前の工程で
行なっても良い。

次にａ−５ｉ膜１６上に透明導電膜（ＩＴＯ）４を形成
する工程を第２図（６）に示す。個別電極６と接しなけ
ればならないため、第２図（６）の矢印２゜の方向から
斜めにＩＴＯ４を蒸着した方が良い。

ＩＴＯ４を個別電極６に合わせて選択的にエツチングす
るが、この場合はレジスト膜２１を用いる。第２図（ｆ
′）に示すようにＩＴＯ４を斜め蒸着した方向とほぼ直
角の角度をもってマスク２２を設置すれば露光すること
ができる。なお、レジスト膜２１を基板１の端面を含む
両主面に塗布する方法を第２図（ｇ）に示す。スピンナ
の中心軸２３から基板１と反対側にダミー基板２４を置
き、レジスト（図示せず）を塗布して回転させる。基板
１は回転の中心軸２３からある一定の角度２５をもたせ
て回転させるとレジスト膜の厚さがよシ均一になる。角
度２５は、１０〜７０度が好ましく両主面と端面のレジ
スト膜厚は２〜３μｍ±０．６μｍの範囲に入った。

なお端面から側面にかけてパターンが長く続く場合また
はマスク２２とレジスト膜２１に大きなすき間が生じる
場合は２回露光する。すなわち、マスク２２に端面と側
面のパターンをある一定の間隔にあけて描いておき、端
面を露光した後基板１を９０度回転させて側面を露光す
る方法である。

実用上はこの上に受光部を保護するための保護膜を形成
して光電変換素子が完成する。

（流側２コ 第３図は本発明の他の実施例を示す斜視断面図である。

ここでは、光源を一体化した完全密着構造の一次元セン
サに適用したものである。

第３図において３１はガラス基板、３２がガラス基板３
１の一端面に配された受光センサである。

受光センサ３２は、共通電極となっている下地電極３３
の上に光電変換膜３４を形成しその上に透光性電極３６
が配されている。本実施例では光電変換膜３４にアモル
ファスシリコン（以下ａ−８ｉと略す）を用い、透光性
電極３６にＩＴＯ（Ｉｎｄ、ｉｕｍ　　Ｔｉｎ　０ｘｉ
ｄｅ）を用いている。

３６は光源であシ、合成樹脂３７でガラス基板３１の端
面ば固定されている。合成樹脂３７も当然ながら光源３
６から発せられる光３６−１をよく透過しなければなら
ない。光源３６から発せられた光３６−１は、合成樹脂
３７からガラス基板３１へ導かれる。遮光膜３８と下地
電極３３には、受光センサ３２と同じ間隔でほぼ同じ大
きさの穴がおいている。遮光膜の方の穴が３９−１．下
地電極３３の穴が３９−２である。ガラス基板３１から
穴３９−１．３９−２を通過した光３６−１は基板の外
部に出射され、反射するもの例えば原稿８ｏがあれば受
光センサ３２に反射光３６−２が検知される。

反射光３６−２が存在する位置にある受光センサ３２は
光を電気信号に変換し、ガラス基板３１の一主面にある
配線４０を通って信号処理回路を含む集積回路４１へと
送られる。配線４０と集積回路４１との接続はワイヤボ
ンド４２で行なっている。

光源３６を固定する合成樹脂３７は、ガラス基板３１と
空気の屈折率の間の値が良い。また合成樹脂３７は外形
がカマピコ形になっているが曲率を適当に選べば、穴３
９−１および３９−２付近に焦点を合わせることが可能
である。また、合成樹脂３６等から穴３９−１．３９−
２を通らずに外部へ漏れる光を減少させるため、金属等
の蒸着膜を付着しても良い。

次に本実施例における光源一体化完全密着−次元センサ
の製造方法について図に基づいて工程順に詳しく説明す
る。第４図は、本発明による一次元センサの作成方法を
示す工程断面図である。ガラス基板３１の一端面を第４
図（！Ｌ）のようにカマピコ形とし、第４図（ｂ）のよ
うに金属膜３８を蒸着する。これは、第３図に示した遮
光膜３８になるものである。カマポコ状に加工するのは
、サンドプラストで削っても化学的にエツチングしても
、加熱して丸くしても良い。この上に金属を蒸着するが
、ここではＯｒを用い約１ｏｏｏ人の厚さにした。基板
３１上にＯｒ膜３８を蒸着するには例えば基板３１の主
面を重ね合わせて端面のみ表面が出るようにすれば良い
。このような方法では位置によって膜厚のバラツキが大
きいが遮光膜となるので問題にならない。次にレジスト
４３を塗布しフォトマスク４４を用いて露光する。遮光
膜となるＯｒ膜３８は大きすぎるとこの上にくる受光素
子と短絡するため、レジスト４３はネガティブタイプを
用いた（第４図（Ｃ））。斜めになっているところは、
露光されないのでＯｒ膜３８は端でもエツチングされ、
第４図（ｄ）のように小さくなる。このようにして遮光
膜３８中に光入射穴３９−１ができる。遮光膜３８には
Ｏｒを用いたが以下の工程で変質または変形しないもの
で遮光能力が維持されれば何でも良い。

次に遮光膜３８の上に絶縁膜４６を形成する。

本実施例ではガラス基板３１と同一物質をスパッタさせ
て形成させた。スパッタリングは蒸着中の真空度が低い
ためステップカバレッジが良く段切れによる短絡はその
確率が小さい（第２図伸））。

次にＯｒ蒸着膜４６を両主面（第４図（ｆ））、続いて
端面（第４図（ｇ））と蒸着する。

基板３１の端面から側面にかけて連続したパターンを形
成しなければならないので第４図Ｑｌ）に示すようにレ
ジスト膜４７も端面から側面にかけて均一に塗布しなけ
ればならない。この方法を示したのが第４図（１）であ
る。スピンナの中心軸４８から基板３１と反対側にダミ
ー基板４９を置き、レジスト（図示せず）を塗布して回
転させる。基板３１は回転の中心軸４８からある一定の
角度６０をもたせて回転させるとレジスト膜の厚さがよ
シ均一になる。角度６０は、１０〜７ｏ度が好ましく両
主面と端面のレジスト膜厚は２〜３μｍ±０．６μｍの
範囲に入った。

次に端面から側面にかけて塗布されたレジスト膜４７を
露光する工程を説明する。第４図０）に示したように、
端面と側面をある一定の間隔をあけ描いたマスク６１を
用いて、まず基板３１の端面を露光し、次に基板３１を
９０度回転させて側面を露光する。このように２段階に
分けて露光すれば良い。ただし、端面から側面にかけて
連続したパターンヲ得るため、ポジレジストが望ましい
。

また露光されなかった他側面はパターンの不要な共通側
の電極である。

第４図（Ｃ）においてレジスト膜４３°の塗布方法、に
は言及しなかったが、この場合は端面だけであるので通
常の平面にレジストを塗布する方法を用いても実現され
るし、第４図（１）の方法で行なっても１　　　　　　
良い。

第４図（ｉ）で露光された゛レジストを除き、下地電極
３３を選択エツチングして光電変換膜３４を基板３１の
端面に形成する。本実施例では光電変換膜３４にａ７ｓ
ｉを用いた例を示す。第４図（ｋ）は、基板３１を高周
波グロー放電装置中に入れ、シリコンや伝導型決定不純
物の気体状化合物を分解し基板３１の端面に堆積する方
法を示したものである。６２は基板ホルダとヒータを兼
ねたものであシ基板３１を２００〜３００″Ｃに加熱で
きるように基板３１の両主面をはさんである。ヒータ６
２は、ａ−８ｉのマスクにもなっておシ、ｐ型ａ−５ｉ
６３、ｉ型ａ−８ｉ５４．ｎ型ａ−ｓｉｓｓを順に堆積
する際、基板３１の主面には堆積されないようにしてい
る。６６は放電電力を供給する電極であり、原料ガスを
装置内に導入する役割ももっているため、電極５６は空
洞になり穴６７がおいている。真空度が約Ｉ　ＴＯｒｒ
になるように排気能力を調節し、１３．５５６　ＭＨｚ
の高周波電界を電極６６に与えてプラズマを発生させる
。ｐ型１−８ｉ５３を作成するときはＳｉＨ４，Ｂ２Ｈ
６，Ｈ２の混合ガスを、１型器−８１６４を作成すると
きはＳｉＨ４を、ｎ型ａ−８ｉ５５を作成するときはＳ
”４　＃　ＰＨ３１”２　Ｏ混合ガスを原料とした。こ
れを第４図（Ｏに示すようにｐｉｎ型に重ねられたａ−
３ｉ膜３４を必要な部分を残してエツチングする。ａ−
５ｉ膜３４が小さすぎると上部電極と下部電極３３とが
短絡し、大きすぎると上部電極と個別電極４ｏとが接続
されない。このためａ−８ｉ膜３４のエツチングには注
意を要する。レジスト膜塗布は、第４図（Ｃ）の工程と
同様にしても良いが、第４図（ｉ）の装置で行なう方が
好ましい。

第４図（Ｉｌｌ）のようにヒータ５８で基板３１をはさ
んで２００’Ｃ程度に加熱し、透明導電膜３５を蒸着す
る。この場合も、第４図□□□）のａ−８ｉ膜３４の堆
積と同様、ヒータ５８が基板３１のマスクの役割をも果
たし、端面にだけにしか透明導電膜３５が蒸着されない
。透明導電膜３５にはＩＴＯを用い、電子ビーム法で蒸
着したが、スパッタ法でＩＴＯを蒸着する場合は、基板
加熱は必ずしも要らない。

ＩＴＯ３５をエツチングする場合、端面の曲面に蒸着さ
れている部分が残らないと電気的に個別電極４ｏと導通
しないため、用いるレジストはポジタイプが良い。この
上に受光部を保護するための保護膜６９を形成して、第
４図（ｎ）に示すように一次元センサの受光部は完成す
る。

次に、受光部で光電変換された電気信号を処理する回路
の組立工程に移る。第４図（０）は、個別側電極４ｏ側
にはスイッチング素子とシフトレジスタが含まれている
ｘｃ６（、が、共通電極３３側には、信号増幅回路を含
むＩＣ６１が接着されている様子を示したものである。

ＩＣ６０および６１と各電極とはワイヤ４２で結線され
ている。第４図φ）のように基板３１を選択的に予めエ
ツチングしておき、１０が入るような穴６２または段６
３を設けておけば、回路を構成した後も基板３１の出張
シが小さくなる。

最後に第４図（（１）に示したように受光部とは反対側
の端面に光源３６を合成樹脂３７で接着する。

なお、反射膜６４を光源３６のまわシに形成しておけば
光線が外部に漏れずに光を有効に利用することができる
。光源３６としてはＩ４ＤやＫＬまたは蛍光燈や白熱球
などが用いることができ、適当に組み合わせることもで
きるので、受光材料の分光感度に合わせるとフルカラー
の一次元センサも作成することができる。

なお、本実施例では完全密着型の一次元センサについて
のみ述べてきたが、レンズ系を含む一次元センナについ
ても本発明が適用されるのは言うまでもない。

さらにこれら２つの実施例では光電変換膜にｈ−Ｓｉ膜
を用いた場合について述べたが、多結晶Ｓｉ　ＩＩ−■
族や■−マ族等の化合物半導体膜やＧｅ薄膜等でも容易
に本発明は実現される。

発明の効果 以上のように本発明によれば、基板の端面に受光部を形
成することができ、基板の主面に信号処理配線を行なう
ことができるため、実効的に光電変換素子を小さくする
ことができ、狭い場所でも光電変換を行なうことができ
る。

さらに光源からの光の利用率を高め、受光センサを明る
くすることができ、かつ受光センサと光源を離すことが
できるため、しかも基板の主面上に信号処理回路を配す
ることができるため、被検細物表面を移動させることが
容易な光電変換素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光電変換素子の斜視
断面図、第２図は本発明の一実施例における光電変換素
子の作成工程図、第３図は他の実施例における光電変換
素子の斜視断面図、第４図は第３図の光電変換素子の作
成工程図である。第６図は従来の素子の平面図である。 １・・・・・・ムｌ基板、２・・・・・・陽極酸化によ
るムｅ２０３膜、３　、３４　、７１　・・・・・・２
Ｌ−８ｉ膜、４，３５．７３・・・・・・透明導電膜、
５，４０．７４・・・・・・個別電極、１１．１３・・
・・・・カマボコ状に整形された基板端面、１５・・・
・・・曲面を持つ基板端面、１７　、５２　、５８・・
・・・・ヒータ、１８　、５６・・・・・・放電電力供
給用電極、１９　、５７・・・・・・原料ガ、ス導入用
の穴、２ｏ・・・・・・透明導電膜の蒸着方向、２１，
４３．４７・・・・・・レジスト膜、２２，４４．５１
・・・・・・フォトマスク、２３．４８・・・・・・ス
ピンナの回転軸、２４．４９・・・ダミー基板、２５．
５０・・・・・・回転軸方向と基板のなす角度、３１．
７０・・・・・・ガラス基板、３２・・・・・・受光セ
ンサ、３３．７２・・・・・・下地共通電極、３６・・
・・・・光源、３７・・・・・・合成樹脂、３８・・・
・・・遮光膜、３９・・・・・・光入射穴、４１．６０
．６１・・・・・・集積回路、４５・・・・・・絶縁膜
、４６・・・・・・Ｏｒ蒸着膜、６３・・・・・・ｐ型
ａ−８ｉ、５４・・・・・・ｉ型ａ−８ｉ、５５・・・
・・・ｎ型ａ−５ｉ、５９・・・・・・保護膜、６２・
・・・・・基板にほられた穴、６３・・・・・・基板を
削ったミゾ、６４・・・・・・反射膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名、ｒ
−ｍａｔ区 区 第４図 昧　　　　　　　　　　　−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板端面の少なくも１面に光電変換センサを設け
   ることを特徴とする光電変換装置。
2. （２）複数個の光電変換センサを基板の１端面に設ける
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光電変換
   装置。
3. （３）基板の１主面に光電変換センサからの信号を処理
   する回路を設けることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の光電変換装置。
4. （４）基板の光電変換センサが設けられた端面以外の端
   面少くも１面に、上記光電変換センサ用の光源を設ける
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光電変換
   装置。
5. （５）センサからの信号を転送する配線電極が基板の少
   なくも２面にわたって配されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光電変換装置。