JPS6129170A - フオトセンサ及びその製造法 - 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〕 本発明はフォトセンサ及びその製造法に関する。

〔従来技術〕

従来、ファクシミＩＪやデジタル複写機や文字読取装置
等の画像情報処理装置の光入力部として用いられる光電
変換装置において、光電変換素子としてフォトセンサが
利用されることは一般に良く知られている。特に、近年
においてはフォトセンサを一次元に配列して長尺ライン
センナを形成し、これを用いて高感度な画像処理装置を
構成することも行なわれている。この様な長尺ラインセ
ンサを構成するフォトセンサの一例としては、光導電材
料として非晶質シリコン（以下ａ−８ｔと記す）等を含
む光導電層上に受光部となる間隙を形成する様に対向し
て配置された一対の金属等からなる電極が設けられてい
るゾレナー型の光導電型フォトセンサを挙げることがで
きる。

この様なフォトセンサを構成するａ−８ｉの製造法とし
てはプラズマＣＶＤ法、反応性スノ４　、／クリング法
、イオンシレーティング法等があり、いづれもグロー放
電によって反応が促進せしめられる。

しかし、いづれの場合においても高い光導電率を有する
良質のａ−８１膜を得るには比較的低い放電電力で膜形
成を行なう必要がある。しかしながら、この様な低い放
電電力での膜形成によシ得られた光導電層はガラスやセ
ラミック等からなる基板との密着性が十分ではなく、そ
の後の電極形成時のフォ）　ＩＪソグラフィ一工程等を
経る際に牌はがれを生じ易いという問題があった。

そこで、従来、膜はがれを防止するために、基板表面を
荒らした後にａ−８ｉを堆積させる方法が採用されてい
る。即ち、予め基板表面を、化学的に例えばフッ酸等に
よシエッチングした）、あるいは物理的に例えばブラシ
等により擦過したシしておくのである。ところが、この
様な手法は以下に示す様な欠点を有する。

（１）　　フッ酸等の薬品を用いる場合には洗浄ライン
における装置が複雑且つ高価格になる。

（２）基板表面の凹凸の程度を制御することが困難であ
る。

（３）基板表面の粗面化時に微視的欠陥が発生し易く、
該微視的欠陥上に堆積するａ−８ｉ膜の特性が異なるた
めに特性のバラツキが発生し易い。

〔発明の目的〕

本発明の第１の目的は、以上の如き従来技術に鑑み、低
コス）Ｋて製造することができ、光４冗層の膜はがれ等
が生じにくく均−且つ良好な性能を有するａ−８ｉフオ
トセ／すを提供することにある。

本発明の第２の目的は、上記フォトセンサを低コストに
て均一性良く製造することにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、上記第１の目的は、光導電層が屈折率
の異なる２層以上の積層膜からなシ、該積層膜の最下層
の屈折率が６３２８１の波長の光において３．２以下で
あることを特徴とするフォトセンサによシ達成される。

また、本発明によれば、上記第２の目的は、光導電層を
グロー放電によるプラズマ中で堆積せしめるに際し先ず
比較的大きな放電電力にて堆積を行ない屈折率が３．２
以下の最下層を形成せしめることによシ達成される。

〔発明の実施例〕

本発明フォトセンサにおける基板としてはコーニング社
製≠７０５９、コーニング社製す７７４０゜東京応化社
製ＳＣＧ　、石英ガラス等のガラス、あるいは部分グレ
ーズセラミック等のセラミックその他を用いることがで
きる。

本発明フォトセンサの光導電層は複数の積層膜からなシ
、その最下層即ち基板に隣接する層は屈折率が３．２以
下であるが、この様な層はプラズマＣＶＤ法、反応性ス
パッタリング法、イオンシレーティング法等の方法にお
いてグロー放電を行なう際の条件たとえば放電電力、基
板温度、原料ガス組成、原料ガス圧等を適宜設定するこ
とによ膜形成することができる。

本明細書においては光導電層のうちの最下層をａ−８ｉ
下びき層と称し、その上の１′！、たけ複数の層をａ−
８ｉ層と称することもある。ａ−８１層のうちには光導
電率の高い層を含むのが好寸しい。

本発明のフォトセンサの製造方法においてａ−３ｉ下び
き層を形成した後にａ−８１層を形成する際には、一旦
電源を切ってグロー放電を止めた後に再び電源を投入し
て所望の放電電力にてグロー放電を行うこともできるが
、電源を切ることなく放電電力設定値を単に切替えるこ
とにょシ継続してグロー放電を行なうのが好ましい。

以下、本発明を実施例によシ詳細に説明する。

実施例１： 両面研磨済のガラス基板（コーニング社製÷７０５９　
）に中性洗剤もしくは有機アルカリ系洗剤を用いて通常
の洗浄を施した。次いで、第１図に示される様々容量結
合型のグロー放電分解装置内に該ガラス基板１をセット
し、Ｉ　Ｘ　１０”−’Ｔｏｒｒの排気真空下で２３０
℃に維持した。次いで、該装置内にエピタキシャルグレ
ード純５ＩＨ４ガス（小松電子社規）を１０　ＳＣＣＭ
の流量で流入せしめ、ガス圧を０．０７　Ｔｏｒｒに設
定した。その後１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、
入力電圧２．　ＯｋＶ　、　ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ　）放電電力１２０Ｗで２分間グロー放電
を行ない、厚さ約４００１のａ−８１下びき層を形成し
た。次いで、直ちに入力電圧を０．３　ｋＶに下げ、放
電電力８Ｗで４．５時間グロー放電を行な−、厚さ約０
．８μのａ−８１層を形成した。

続いて、Ｈ２で１０チに希釈した５ＩＨ４でＨ２で１０
０　ｐｐｍに希釈したＰＨ，とを混合比１：１０で混合
したガスを原料として用い、放電電力３０Ｗでオーミッ
クコンタクト層であるｎ層（、厚さ約０．１５μ）を堆
積せしめた。次に、電子ビーム蒸着法でＡｔを０．３μ
厚に堆積せしめて、導電層を形成した。

続いて、ポジ型フォトレジスト（シゾレー社製ＡＺ−１
３７０）を用いて所望の形状にフォトレジストパターン
を形成した後、リン酸（８５容量係水溶＃Ｌ）、硝酸（
６０容量係水溶液）、氷酢酸、及び水を１６：１：２：
１の容積比で混合しだ液（以下、「エツチング液１」と
いう）で露出部分の導電層を除去した。次いで、平行平
板型の装置を用いたプラズマエツチング法で、ＲＦ放電
電力１２０Ｗ、ガス圧０．０７　ＴｏｒｒでＣＦ４ガス
によるドライエツチングを行なって露出部分の一層を除
去した。次いでフォトレジストを剥離せしめた。

第２図はかくして得られたプレナー型フォトセンサの部
分平面図を示し、第３図はそのＸ−Ｙ断面図である。図
において、１は基板であシ、２ｒ／１ａ−８１下びき層
であシ、３はａ　−Ｓ　一層であり、４は一層であシ、
５は導電層即ち電極である。

一方、比較のため、上記と同じガラス基板の表面をフッ
酸（４９容量チ水溶液）、硝酸（６０容量チ水溶液）及
び酢酸を１：５：４０の容積比で混合した液で３０秒間
処理し、ａ−８ｉ下びき層を膜形成しないことを除いて
上記工程と同様にしてプレナー型フォトセンサ（以下、
「基板酸処理有・下びき層無のフォトセンサ」と略称す
る）を製造した。

以上２種類のフォトセンサについて、同一条件にてガラ
ス基板１側からλｍａｘ　＝５６５　ｎｍの光を入射せ
しめて得られる光電流値を比較したところ双方でほぼ同
様の値が得られた。これによシ、本発明フォトセンサに
おけるａ−８１下びき層２の存在は光電流特性を劣化せ
しめることがないということが分る。

次に、以上２種類のフォトセンサについて、同一条件に
てヒートサイクルによる耐久性試験を行なったところ、
同様に膜はがれは発生せず、十分な密着性を有すること
が分った。

実施例２： 実施例１のフォトセンサ製造工程において、ａ−８ｔ下
びき層２の形成の際に、放電電力及び放電時間を以下の
組合せにしてグロー放電を行なうことを除いて、実施例
１と同様の工程を行なった。

その結果、放電電力８ＯＷ及び５０Ｗの場合には膜はが
れを生ずることなくフォトセンサを得ることができたが
、放電電力３０Ｗ、８Ｗ及び４Ｗの場合にはフォトレジ
ス）ＡＺ−１３７０を用いたフォトリソグラフィ一工程
（超音波洗浄機による洗浄を含む）中に膜はがれが生じ
、目的とする良好なフォトセンサを得ることができなか
った。

実施例３： 実施例１及び２におけると同様にしてａ−Ｓｌ下びき層
２を形成した後に基板１ｆ：取出し、基板１上に形成さ
れたａ−３ｔ下びき層２の屈折率を測定した。グロー放
電の放電電力とａ−８ｉ下びき層２の屈折率との関係を
第４図に示す。

基板と光導電層との密着性は膜形成におけるグロー放電
の放電電力に関係しておシ、膜はがれは薄膜の内部構造
に依存して誘起される真性応力と、基板との熱膨張係数
の差に依存した内部応力との合成による全応力に起因す
ると考えられている。

そこで、上記基板１上に形成されたａ−３ｔ下びき層２
の全応力を測定した。グロー放電の放電電力とａ−８ｉ
下びき層２の全応力との関係を第５図に示す。応力は圧
縮応力として現われ、放電電力が１０Ｗ付近で最大値を
示すが、放電電力の増大とともに応力が小さくなる。放
電電力の増大につれて応力が小さくなるのは主に膜中に
多くなるゼイドが引張シ応力を発生し、圧縮応力を相殺
するためであると考えられる。

前記の通シ、光導電層の光導電率は膜形成における放電
電力に関係し、所要の光導電特性を得るためには比較的
低い放電電力で堆積を行なうことが必要であシ、従って
上記実施例１及び２におけるａ−Ｓｔ層３は比較的低い
放電電力にて堆積されたのである。

以上から、本発明フォトセンサのａ−８ｔ下びき層２は
応力緩和層としての作用を有しておシ、基板と光導電層
との密着性を向上させる効果を発揮することが分る。ま
た、本発明フォトセンサにおいては、基板１側から光を
照射して使用する場合には良好表光導電特性を得るため
ａ−８ｌ下びき層２の厚さはあｔ、６厚くない方が好ま
しく、たとえばｌ０ＱＯＸ以下であるのが望ましい。

尚、基板１側と反対の側から光を入射せしめる場合には
ａ−８ｉ下びき層２での光吸収にょる光電変換特性への
影響は考慮する必要がないため、ａ−Ｓｔ下びき層２は
がなシ厚くても良い。

実施例４： 実施例１のフォトセンサ製造工程において、ａ−８ｉ層
３の形成の後に放電電力を８ｏｗに上げて２５分間グロ
ー放電を行ない、更にｇ−８ｉ層を形成することを除い
て、実施例１と同様の工程を行なった。

第６図はかくして得られたプレナー型フォトセンサの部
分断面図であシ、第３図と同様の部分を示す。第６図に
おいて、第３図と同様の部材には同一符号を付してあシ
、３′はａ−８ｉ層である。

ａ−８ｉ層３′の厚さは０．３μであシ、この層の単位
厚さ当シの形成速度は放電電力を上げたため、ａ−８ｉ
層３の単位厚さ当シの形成速度よシも著しく大きい。

本実施例によシ得られたフォトセンサにおいてはａ−８
ｉ下びき層２、ａ−８ｉ層３及びａ−８ｉ層３′によシ
光導電層が構成される。本実施例フォトセンサによれば
＊−８１層の膜厚増加により、得られる光電流は実施例
１のものよシ大きい。

実施例５： 実施例１のフォトセンサ製造工程において、ａ−８１下
びき層２の形成の際に基板温度を７０℃に維持し、放電
電力８Ｗで１５分間グロー放電することを除いて、実施
例１と同様の工程を行なった。

同一の条件でａ−８ｉ下びき層２を形成した時点で基板
１を取出してａ−８１下びき層２の屈折率測定を行なっ
たところ３．１０であった。

本実施例において得られたフォトセンサは実施例１にお
いて得られたフォトセンサと同様に良好なものであった
。

実施例６： 実施例１のフォトセンサ製造工程において、ａ−８ｉ下
びき層２の形成の際に原料ガスとしてＨ７で５％に希釈
したＳ　ｉＨ４を用い、放電電力３０Ｗで１０分間グロ
ー放電することを除いて、実施例１と同様の工程を行な
った。

同一の条件でａ−８ｉ下びき層２を形成した時点で基板
を取出してａ−８１下びき層２の屈折率測定を行なった
ところ３．０２であった。

本実施例において得られたフォトセンサは実施例１にお
いて得られたフォトセンサと同様に良好なものであった
。

実施例７： 実施例１のフォトセンサ製造工程において、ａ−８ｔ下
びき層２の形成の際にガス圧を０．３０Ｔｏｒｒとし、
放電電力５０Ｗで５分間グロー放電することを除いて、
実施例１と同様の工８を行なった０ 同一の条件でａ−８ｌ下びき層２を形成した時点で基板
を取出してａ−８ｔ下びき層２の屈折率測定を行なった
ところ３．１２であった。

本実施例において得られたフォトセンサは実施例Ｉにお
いて得られたフォトセンサと同様に良好々ものであった
。

実施例８： 実施例１と同様な方法によシ、同一基板上に８６４個の
フォトセンサをアレイ状に並べて製造した。これはフォ
トリソグラフィ一工程の際のマスクを適宜設定すること
によ）容易に行なうことができる。かくして得られた長
尺フォトセンサアレイの概略部分平面図を第７図に示す
。第７図において、１１は個別電極であシ、１２は共通
電極である。この長尺フォトセンサアレイの密度は８ビ
、ト／ｍＫであ、９、Ａ６版幅の長さを有する。０本実
施例において得られたフォトセンサアレイのビット間に
おける光電流及び暗電流の均一性を測定した。その結果
を第８図に示す。

一方、比較のために、実施例１記載の基板酸処理有・下
びき層無の方法によシ、同一基板上に８６４個のフォト
センサをアレイ状に並べて製造した長尺フォトセンサア
レイのビット間における光電流及び暗電流の均一性を測
定した−の結果を第９図に示す。

第８図と第９図との比較によシ、本発明フォトセンサに
おいては、基板上に微視的欠陥がなく、またａ−８ｉ下
びき層が応力緩和層として作用しているために、光導電
特性の均一性が極めて良好であることが分る。

実施例９： 実施例８において得られる様な８６４ビツトの長尺フォ
トセンサアレイを３２ビツト毎の２７のブロックに分け
てマトリックス駆動することを試みた。

即ち、実施例８と同様な工程により長尺フォトセンサア
レイを製造した後に、全面に１リイミド樹脂（日立化成
社製ＰＩＱ　）を塗布しベークした後に、ネガ型のフォ
トレジスト（東京応化社製ＯＭＲ−８３）を用いて所望
の形状にパターンを形成した後、Ｉリイミド樹脂工、チ
ンダ液（日立化成社ｆｉＰＩＱエッチャント）で不要な
部分のＰＩＱを除去し、ＯＭＲ−８３を剥離した後、３
００℃で１時間窒素雰囲気下で硬化させ、マトリックス
配線のための絶縁層及びスルーホールを形成せしめた。

次に、電子ビーム蒸着法によｌ）　ｈｔを２μ厚に堆積
させ、ポジ型フォトレジストＡＺ−１３７０及びエツチ
ング液１を用いてマトリックス配線の上部電極を形成し
た。

かくして得られた長尺フォトセンサアレイのマトリック
ス配線部の概略部分平面図を第１０図に示し、そのＸ−
Ｙ断面図を第１１図に示す。第１０図及び第１１図にお
いて、２１は基板であシ、２２はａ−８ｔ下びき層であ
シ、２３はａ−８１層であシ、２４はｎ層であシ、２５
は共通電極であ）、２６は個別電極であシ、２７は絶縁
層であシ、２８はスルーホールであシ、２９けマトリッ
クス配線の上部電極である。

かくして得られた８ピツ）／ｍｔｘ、Ａ６．版幅の長尺
フォトセンサアレイをマトリックス駆動させる際の駆動
回路図を第１２図に示す。第１２図において、３１はフ
ォトセンサの光導電層を示し、３２はブロック選択スイ
ッチであシ、３３は共通スイッチであシ、３４は増幅器
である。

以上の様にして長尺アレイをマトリックス駆動させた際
における電圧印加１００μＩＩｅｅ後でのビット間の出
力光電流の均一性を測定した。その結果を第１３図に示
す。第１３図から分子様に各ビットの出力光電流は極め
て良好な均一性を示し、マトリックス駆動で信号読出し
が十分に可能であることが分る。

〔発明の効果〕

以上の如き本発明によれば、基板表面に予め表面処理を
施すとと女＜、低コストにて密着性及び均一性に優れた
ａ−８１フオトセンサが得られるっ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明製造法に使用される装置の概略構成図で
あシ、第２図は本発明フォトセンサの部分平面図であり
第３図はそのｘ−ｙ断面図である。 第４図及び第５図は下びき層の特性を示すグラフである
。第６図は本発明フォトセンサの部分断面図である。第
７図はフォトセンサアレイの部分平面図であシ、第８図
及び第９図はその光電流及び暗電流の特性を示すグラフ
である。第１０図はマトリックス配線部の部分平面図で
あシ、第１１図はそのｘ−ｙ断面図である。第１２図は
マトリックス駆動回路図であシ、第１３図はその出力光
電流のグラフである。 １：基板、２：ａ−８ｉ下びき層、３　ａ　３”、　ａ
−８１層、４．ｎ層、５：導電層、１１：個別電極、１
２：共通電極、２１：基板、２２：ａ−８ｉ下びき層、
２３　：　ａ−８１層、２４．ｎ層、２５：共通電極、
２６：個別電極、２７：絶縁層、２８ニスルーホール、
２９：上部電極。 第１図 第３図 第４図 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に非晶質シリコンを主成分とする光導電層
   が形成されており、該光導電層の同一表面に受光部の少
   なくとも一部を構成する間隔を設けて一対の電極が配設
   されているフォトセンサにおいて、光導電層が屈折率の
   異なる２層以上の積層膜からなり、該積層膜の最下層の
   屈折率が６３２８Åの波長の光において３．２以下であ
   ることを特徴とする、フォトセンサ。
2. （２）光導電層の最下層の厚さが１０００Å以下である
   、第１項のフォトセンサ。
3. （３）基板上に非晶質シリコンを主成分とする光導電層
   が形成されており該光導電層の同一表面に受光部の少な
   くとも一部を構成する間隔を設けて一対の電極が配設さ
   れているフォトセンサの製造方法において、光導電層を
   グロー放電によるプラズマ中で堆積せしめるに際し、先
   ず比較的大きな放電電力にて堆積を行ない屈折率が３．
   ２以下の最下層を形成し、次いで１又は複数の層を堆積
   せしめて、２層以上の積層膜からなる光導電層を形成す
   ることを特徴とする、フォトセンサの製造法。