JPS62158360A - 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】 「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、−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。さらこの
上に■型アモルファスシリコンの感光性半導体（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■を被膜形成時に施し、マスクずれを
考慮し、十分箱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（Ｍｌ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。

「発明が解決しようとする問題点」 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）の矢印に示す如く、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。

「問題を解決するための手段」 本発明はかかる欠点を除去するもので、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を設け、この積層体のすべての側周
辺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それぞれの電極に連続して
リードを設けることができる。特に上側電極は、この電
極より周辺部に充填された絶縁物上表面にわたって延在
するリードを設けることができる。そしてこのリードの
存在により、第２の電極を覆う第３の電極のマスク合わ
せにプロセス・マージンを有せしめることができる。

「作用」 その結果、光電変換素子の光照射により感光し発生した
キャリアを何ら「遅延」すること゛なく高速で、即ち半
導体の厚さ分をキャリアがドリフトする速度で応答させ
得るものである。

さらにこの工程にフォトマスクは３種類使用するが、１
つの第３のマスクはマスク合わせにマージン（余裕）を
有するため、導体形成の際に用いられる金属マスクでよ
く、実質的に２枚である。

結果として製造歩留まりの向上を期待できる。加えてマ
スク合わせに精密な精度のあわせごみをまったく必要と
しないという他の特長をも有する。

また光電変換素子の大きさが１枚のマスクのパターンに
より一義的に決定できるため、製品間でバラツキが少な
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（Ｅ−１）　、　（Ｅ−２）　、　
（Ｅ−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）　　・
・（＾−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）上にリード（１９
）を透光性導電膜例えば酸化スズにより第１のフォトマ
スク■を用いて作成する。さらにこの上に第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１の導体をＩＴＯ（酸化イ
ンジヱーム・スズ）を用いて２０００人の厚さに形成す
る。さらにＰＩＮ接合、ＮＩＮ接合、■接合構造等の不
純物を意図的に添加しない真性の導電型を有する半導体
またはホウ素を添加してより真性になるようにした実質
的に真性の導電型を有する半導体、特に例えばアモルフ
ァスシリコン半導体を有する感光性半導体（３）を公知
のプラズマＣＶＯ法により形成する。例えばＰＩＮ接合
とするにはＰ型半導体２００人、Ｉ型半導体３５００人
、Ｎ型半導体３００人としたマルチチャンバ方式のフラ
グ？　ＣＶＤ装置（特願昭５４−１０４４５２号　登録
決定済み）により形成した。さらに第２の導体（５）と
してクロムを１０００人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１０〜２００人の厚さに同時に形成される。

次に第２のフォトマスク■を用いて第２図（Ｂ−１）・
・（Ｂ−３）の如くに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幅１００μ、素子間
隔３０μｍのアレー構成を有せしめる。

次に第２図（Ｃ）に示す如く、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。この有機樹脂は積層
体上のみならずその側周辺のすべてを囲んで形成させる
。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１７２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。

次にプリベータをクリーンオープン中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によりマスクを用いるこ
となく露光させた。

例えばコビルト社のアライナ−では約２分間露光した。

その強度が３００〜４００ｎｍの波長の紫外光（１０ｍ
Ｗ／ｃｍ”）においては１５〜３０秒で十分である。

すると第３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、リンス液ごこ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°Ｃ３０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の電極を新たなフォトマスクを用いることな（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。

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
積層体の側周辺のすべてを絶縁物で充填し覆うことがで
きた。加えて、積層体（１０）の上面（８）と絶縁物（
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。

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
かを電子顕微鏡を用いて調べた。

その結果、何らのクラックはな（積層体（１０）の上面
（８）と有機樹脂（７）の上面（８゛）とは境界に若干
の凸部を有するも、もしこの上に配線層を形成しても何
らの断線の心配のない滑らかに連続していることが判明
した。その結果、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、このクラック中に導体材料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
側周辺と密着し、かつそれぞれの表面が滑らかに連続し
ていることがきわめて重要である。

図面においては、この第３図（Ｅ−１）　　・・（Ｅ−
３）に示す如く、上面全面にアルミニューム（９）　、
　（１３）を０．１〜０．５μの厚さに形成せしめた。

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。

さらに第３のフォトマスク■によりこのアルミニューム
を選択エツチングした。このマスクはアルミニューム形
成の際メタルマスクで周辺部を覆って形成することがで
きる。するとこの第３図（Ｅ）の工程を完成するのに実
質的に２種類のフォトマスクを用いるのみであることが
わかる。

又、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）に
連続したリード（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）のすべての側周辺は有機樹脂（７
）で覆われており、半導体の表面（１６）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、１ｍｌ１１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。

更にこの感光性半導体がＰＩＮ接合を有した時その得ら
れた特性結果例を以下に示す。即ち、３ｖにて１．８　
Ｘｌ０−１３Ａ（セル面積１００μｘ　１５０μ）を有
し、１００Ｌｘの光信号（３０）を上方より加えると、
３．５　Ｘｌ０−”Ａ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、充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。

またこの感光性半導体に旧Ｎ接合を有せしめた時、Ｏｖ
に対し対称型の電流が流れる。このため例えば０．５Ｖ
の電圧に印加すると、暗電流は４Ｘ１０−Ｉ３Ａの電流
が流れたが、１００Ｌｘの光に対し６Ｘ１０−”への電
流を得た。さらにその周波数特性は０．２μ秒毎にオン
、オフをさせたが、充分に追従させることができるもの
であった。

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。

（＾−１）におけるＡ−Ａ’　、　Ｂ−８’　の縦断面
図をそれぞれ（Ａ−２）　、　（Ａ−３）に示す。

図面の構造において、基＋Ｉｉ、（１）上に設けられた
光電変換素子（２０）は第１の電極（２）をＩＴＯおよ
びそれに連続したリード（１９）を酸化スズで設け、感
光性半導体（３）およびこれに密着したＣＴＦ　（９）
よりなり、リード（１９）　、　（１３）は共に透光性
導電膜（例えばＩＴＯ）で作成したものである。

実施例１と比べ、信号用の光を上方より入射させている
点で異なる。

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の変形であり、素子を二次元に配
列（２０）　、　（２０’　）させたアレー構成の例を
示す。第４図（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。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（１９
）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、それが基板よりピーリングしたり、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。

もちろんキュア後にて積層体の上面に比べ絶縁物の上面
を高（し、または低く形成することばその設計事項とし
て可能である。

さらにこのため、有機樹脂の積層体のすべての側周辺へ
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ことがなく
、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、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。

また光電変換装置としての半導体の構造は、この実施例
ではＰＩＮ接合またはＮＩＮ接合構造を示した。しかし
真性または実質的に真性の半導体、ＰＩ。

Ｎ１．ＭＩ（シロットキ接合）、ＭＩＰ、ＭＩＮ接合構
造を有せしめてもよい。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、５ｉｘＧｅ＋−ｘ（０＜Ｘ≦１）Ｉｓ
ＩＸｃＩ−Ｘ（０＜Ｘ≦１）＋５ｔｘＳｎ＋−ｘ　（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図は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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に第１のリードを構成する導体を設け、該導
   体に連結した第１の電極、さらにこの電極上に感光性半
   導体、第２の電極を積層して設けた積層体のすべての側
   周辺には絶縁物が設けられ、前記第２の電極を覆って第
   ３の電極が設けられ、かつ前記絶縁物上にわたって前記
   第３の電極より延在した第２のリードが設けられたこと
   を特徴とする光電変換装置。 ２、基板上に第１のリードを構成する導体を設け、該導
   体に連結した第１の電極、さらにこの電極上に感光性半
   導体を積層して設けた積層体のすべての側周辺には絶縁
   物が設けられ、前記半導体を覆って第２の電極が設けら
   れ、かつ前記絶縁物上にわたって前記第２の電極より延
   在した第２のリードが設けられたことを特徴とする光電
   変換装置。 ３、特許請求の範囲第１項および第２項において、第１
   の電極および第２の電極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。 ４、特許請求の範囲第１項および第２項において、感光
   性半導体は少なくとも一部に真性または実質的に真性の
   導電型の半導体を有することを特徴とする光電変換装置
   。 ５、特許請求の範囲第１項および第２項において、半導
   体は真性半導体、ＮＩＮ、ＰＩＮ、ＰＩ、ＮＩ、ＭＩ（
   シッョトキ接合）、ＭＩＰまたはＭＩＮ接合構造を有す
   ることを特徴とする光電変換装置。 ６、特許請求の範囲第１項および第２項において、絶縁
   物の上表面と積層体の上表面とは滑らかに連続して設け
   られたことを特徴とする光電変換装置。