JPS62158368A

JPS62158368A - 光センサ

Info

Publication number: JPS62158368A
Application number: JP60299466A
Authority: JP
Inventors: Katsufumi Kumano; 勝文熊野; Kenji Yamamoto; 健司山本; Atsuko Kumagai; 熊谷　敦子
Original assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1985-12-28
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1987-07-14

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】（技術分野）本発明は、光導電層を、水素を含まないアモルファスシ
リコンオキサイド膜で被覆してなる光センサに関するも
のである。

（従来技術）近年、高信頼性パッシベーション技術として、プズマＣ
ＶＤ法によるプラズマシリコン窒化膜、プラズマシリコ
ン酸化膜の開発が進められている。

プラズマＣＶＤ法による膜の形成は、エネルギーの高い
プラズマ状態下で、反応ガスの化学結合を低温で分解し
、活性化された粒子間の反応等によって膜を生成させる
ものであるから、従来高温下でしか形成できなかったシ
リコン窒化膜、シリコン酸化膜が、低温で形成できるよ
うになり；かつデバイス等のパッシベーション膜として
優れた特性を有するため、その応用範囲が広がりつつあ
る。

しかし、従来のプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜
の形成では、窒素原子の添加ガスとして、例えば特開昭
５９−１４３３７２号公報によれば、ＮＨ，ガスを用い
ることが記載されている。　ＮＨ，ガスはグロー放電中
で分解させるとＮ−Ｈの発生率が高く、窒素原子単体に
まで分解しにくいため、Ｎ−Ｈ結合のまま、膜に添加さ
れると考えられる。このため膜中には水素が含有されて
おり、この水素含有量は、膜質、即ち■電気的安定性、
■膜ストレス・クランキング、■エツチング速度、の３
つに密接な関係がある。特に、電気的安定性の点からみ
れば、水素含有量は少なければ少ない程好ましいが、そ
の反面、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜、シリコン
酸化窒素膜などに比べて膜自体が硬く。

残留応力が大きいために、膜ストレス・クランキング等
が大きくなり、使用に耐えられないものになってしまう
という欠点を有しでいる。

また、従来のプラズマＣＶＤ法によって形成される酸化
膜についても、膜中の含有水素の悪影響は窒化シリコン
膜同様存在する。例えば、特開昭５９−１４１２７８号
公報に記載された方法で形成される酸化シリコン膜は、
上述したシリコン窒化膜と同様に膜中に水素原子が含有
されているため、電気的安定性、熱的安定性に問題があ
り、抵抗率も１０１４〜１０１ｓΩ・１前後に留まって
しまう欠点を有しており、高い絶縁性を得ることができ
ない。

光導電材料を用いた光センサ等の電極として、ＩＴＯや
ＳｎＯ□などの金属酸化膜である透明電極を用いた場合
、その上に積層されているアモルファスシリコンオキサ
イド膜中に水素原子が含まれていると、その水素原子が
ＩＴＯや５００２中に拡散し、ＩＴＯやＳｎＯ□中の酸
素原子を還元することになり、透明電極自体の劣化を引
き起こす結果となる。

常圧ＣＶＤ法、若しくは減圧ＣＶＤ法によるシリコンオ
キサイド膜、シリコンナイトライド膜の形成は。

４５０〜１０００℃という高温で成膜されるため、光導
電材料を用いた光センサなどの素子自体の構造に変化を
与え、素子の劣化を引き起こすので問題が多く、使用で
きない。

（発明の目的）本発明は、上記従来技術の問題点を解決するもので、プ
ラズマＣＶＤ法を用いて成膜した水素を含まないアモル
ファスシリコンオキサイド膜をパッシベーション膜とし
て使用した光センサを提供するものである。

（発明の構成）本発明は、光導電層を、水素を含まないアモルファスシ
リコンオキサイド膜で被覆することを特徴とするもので
ある。

なお、ここで言う「水素を含まない」とは、実質的に他
に影響を及ぼす程の量を含んでいないことを意味し、存
在の検出が困難な程の極微量の水素を含むことはある。

水素を含まないアモルファスシリコンオキサイド膜（以
下ａ−３ｉＯ膜と略称する）は、膜中の水素離脱がない
ため、熱的に安定であり、また２００℃前後という低温
で成膜できるため、光導電材料の非晶質シリコン膜を用
いた非晶質シリコン光センサ上に積層しても、光センサ
へのダメージが無いなど、非晶質シリコン光センサを被
覆するパッシベーション膜として大きな利点を有してい
る。このため、水素を含まないａ−３ｉＯ膜をパッシベ
ーション膜として用いた非晶質シリコン光センサは、安
定な状態に保たれる。

水素を含まないａ−５ｉＯ膜をＩＴＯやＳｎＯ，などの
金属酸化膜である透明電極膜上に積層しても、金属酸化
膜中の酸素原子を還元させる強い還元剤としての水素原
子を含んでいないため、金属酸化膜を安定な状態に保つ
ことが可能である。

水素を含まないａ−５ｉＯ膜をパッシベーション膜とし
て用いた非晶質シリコン光センサについて、耐熱、耐湿
による信頼性を評価したところ、約１０００時間後でも
特性の劣化は見られなかった。

（実施例）以下図面を参照して実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例の断面図であり、第２図は
、その平面図である。１は透明なガラス基板、２は透明
導電膜ＩＴＯ又はＳｎＯ２からなる□下部電極で、複数
に分離されたセンサ基板構造の個別電極となっている。

この個別電極の形状は、例えばイメージセンサとしてフ
ァクシミリ等に用いるのであれば、８本／ｍｍ又は１６
本／Ｉ程度にすればよい。３は酸素及び窒素を含有し、
光学的バンドギャップが２．ＯｅＶ以上でかつ１０１２
〜１ｏ１４Ω・国の抵抗率と光導電性を有する非晶質シ
リコン層、４はこの上に積層したノンドープの非晶質シ
リコン層、５はＡρ又はＣｒからなる上部電極、６は、
以上の構成からなる非晶質光センサの上を被覆したパッ
シベーション層としてのａ−５ｉＯ膜である。

次に本実施例の具体的作製方法を述べる。まず。

基板１をＨ２０□とｌｌ２Ｓｏ、混合溶液で表面を清浄
にし、十分乾燥する。

次に、基板１上に、真空蒸着法によりＩＴＯを厚さ８０
０人堆積し、これをホトエツチング技術を用いて１００
μｍ　Ｘ　１００μｍの複数の個別電極からなる下部電
極２を形成する。なお、図示しないが、各個別電極から
厚さ１５００人のリード引出部を形成した。

上記基板１に、センサ部に幅２ｎａの開口部を有するス
テンレスマスクを固定したものを、プラズマＣＶＤ装置
の堆積室にセットし、堆積室を高真空（２Ｘ１０−Ｔｏ
ｒｒ）にした後、基板温度を２５０℃に保持し、堆積室
内にＨ２希釈１０％ＳｉＨ４及びＣＯ２ガスをＣＯ□／
５ｉＨ４＝５／１の割合で導入し、排気バルブを調整し
て１　、０Ｔｏｒｒに維持した。高周波電力を４ｖ印加
し、グロー放電により導入ガスを分解して基板上に非晶
質シリコン層３を４００人堆積した。次いで、堆積室内
の真空度、基板温度、高周波電力が同様の条件で、Ｈ２
希釈１０％ＳｉＨ４ガスのみを導入し、グロー放電分解
により非晶質シリコン層３上にノンドープ非晶質シリコ
ン層４を１．５μｍ堆積した。その後、ＳｉＨ４ガスを
排気し、Ｎ２ガスを導入して基板を冷却し、１００℃以
下になった時点で取り出した。

次に、１５０μｍの幅で開口したＡＩ！電極用マスクを
非晶質シリコンが形成された基板に固定し、真空蒸着法
によりＡ１！を５０００人堆積し、上部電極５を形成し
た。

次に、個別電極のリード引出部を除く全面に開口部を持
つマスクを上記基板に固定し、これをプラズマＣＶＤ装
置の堆積室にセットし、堆積室内を高真空（２Ｘ１０−
Ｔｏｒｒ）にした後、基板温度を２５０℃に保持し、堆
積室内にＳｉＨ４，Ｇｏ□及びＮ２ガスを５ｉｔ（、／
Ｃｏ、　＝　１１５０．Ｎ、／Ｃｏ２＝　１　／　１の
流量比で導入し、バルブ調整にて１　、０Ｔｏｒｒを維
持し、高周波電力を８ｖ印加することにより導入ガスを
グロー放電分解させて、水素を含まないａ−３ｉＯ膜６
を５０００人堆積した。ＳｉＨ４ガスを排気し、ＣＯ，
及びＮ２ガスのみを導入した状態で基板を冷却し、基板
温度が１００℃以下になった時点で取り出した。

なお、電極膜や非晶質シリコン層のパターン形成は、実
施例のようにマスクを用いて形成してもよいし、また膜
堆積後にホトエツチング技術によって形成してもよい。

以上のように形成された本実施例について、上部電極５
を接地し、下部電極２に一５ｖの電圧を印加して暗電流
を測定したところＩ　Ｘｌ０−１１（Ａ／ｍｍ２）が得
られ、５５０ｎｍ　１００ｆＩｘ照射時の光電流は１．
５Ｘ　１０−’　（Ａ／　ｍｍ”）が得られ、その明暗
比（Ｓ／Ｎ比）は１．５　Ｘ　１０’の非常に高い値が
得られた。水素を含まないａ−３ｉＯ膜をパッシベーシ
ョン膜として用いない場合（膜形成前のもの）に比べて
も、第１表に示すように、略一致する値となっている。

第１表また、水素を含まないａ−３ｉＯ膜をパッシベーション
膜として形成した非晶質シリコン光センサの信頼性試験
を行い、その結果を第２表に示す。

第２表水素を含まないａ−３ｉＯ膜の出発ガスとして用いたも
のはＳｉＨ４，ＧＯ□及びＮ２の３種であるが、ここで
ａ−’ＳｉＯ膜への酸素原子の添加方法として０２のよ
うにＳｉＨ４と直接反応するガスは用いず、本発明では
、グロー放電分解によって酸素原子が発生するＣＯ□ガ
スを用いている。ＣＯ２ガスをグロー放電分解させる際
、触媒的作用をするものとしてＣＯ２の励起準位の値に
略近い励起準位を有するＮ２ガスを混合させることによ
り、ＣＯ２の分解を促進し、酸素原子の分解効率を高め
、膜中への酸素原子の添加量を高めることができる。ま
た、Ｎ２ガスの混合により、形成された膜中の水素含有
が無くなる。これは、ＣＯ２の分解が促進されるために
雰囲気中の酸素原子の占める割合が大きくなり、これが
膜中への酸素原子の添加量増加につながると言える。

Ｎ２ガスは、結合エネルギーの大きい極めて安定性の高
いガスとして知られており、ＳｉＨ４ガスにＮ２ガスを
混合しただけではグロー放電し難い。またＣＯ□／Ｎ、
ガス流量比を３／１〜１／２とした場合、高周波電力４
〜８１１１では、膜中にＮ原子が取りこまれないという
結果が得られた。

以上のことより、Ｎ２分子が励起状態に達するに要する
エネルギーのみを与えた場合、Ｎ２分子が分解すること
なく、ＣＯ２分子へのエネルギー変換を行なうため、Ｃ
Ｏ８分子より励起酸素原子が発生し、この励起酸素原子
がＳｉＨ４ガス分解により生じたＳＬＮ原子結合すると
いう反応プロセスを考えることができる。

本発明による水素を含まないａ−５ｉＯ膜の作製条件は
およそ次に示す通りである。

Ｓｉｌ＋、　／Ｃｏ２（７）ガス流量比は１／１ｏ〜１
／７ｏの範囲、好ましくは１／２０〜１１５０の範囲、
ＣＯｚ　／　Ｎ２　（７）ガス流量比は５／１〜１／２
の範囲、好ましくは２７１〜１／１の範囲で、３種のガ
スを混合する。

高周波電力は５０〜１００１００Ｏ／ｃＪの範囲、基板
温度は１００〜２５０℃の範囲、また、反応容器内圧力
は０．５〜５　Ｔｏｒｒの範囲、好ましくは０．７５〜
２　Ｔｏｒｒの範囲である。全流量は２０〜５００ｓｅ
ｃｍとする。

第３図は、水素を含まないａ−３ｉＯ膜の熱分解マスス
ペクトルによる水素放出量の測定結果を示したものであ
る。また対比のために、熱酸化法による５ｉｎ２膜、Ｓ
ｉＨ４とＣＯ２の２種の混合ガスにより形成された水素
を含むａ−５ｉＯ：ｌ（膜の熱分解マススペクトルによ
る水素放出量の測定結果も併せて示しである。これによ
ると、本発明による水素を含まないａ−５ｉＯ膜は、熱
酸化法による５ｕｎ２膜と略同値を示し、水素を含むａ
−５ｉＯ：Ｈ膜に比較すると、１０２〜１０３分の１以
下の値を示し、また、基板のみの値に略一致する。

また、赤外吸収スペクトル測定結果（図示せず）による
と、水素を含まないａ−３ｉＯ膜では５ｉ−Ｈ結合、Ｓ
ｉ　−Ｈ２結合、（ＳｉＨ２）ｆｉ結合などＳＬＮ原子
Ｎ原子との結合に関する吸収スペクトルが見られず、５
Ｌ−０結合に関する吸収ピークが熱酸化法によるＳｉＯ
□膜と同様に存在している。この５ｉ−０結合の吸収ピ
ークより０原子の定量を行なったところ、熱酸化法によ
るＳｉＯ２膜と本発明による水素を含まないａ７ｓｉｏ
膜とはともに６５％前後であった。以上のことから、本
発明による水素を含まないａ−５ｉＯ膜中には、Ｎ原子
の存在が無いに等しいと言える。

第４図は、水素を含まないａ−３ｉＯ膜の絶縁破壊耐圧
分布を示したものである。これによると、約３００素子
測定した結果、９２％の素子が９（ＭＶ／ｃｍ）という
、熱酸化法による酸化シリコン膜と同様の結果を得た。

第５図は、水素を含まないａ−３ｉＯ膜の電流・電圧特
性を示したもので、これより求めた抵抗率は３Ｘ１０”
（Ω・圓）という値を得た。この値は、熱酸化法による
酸化シリコン膜と略同値である。

また、本発明による水素を含まないａ−３ｉＯ膜の屈折
率は１．４７〜１．４９と熱酸化法による５ｉｎ２膜の
１．４６に極めて近い値を有している。

本発明の非晶質シリコン光センサについて耐湿性、高温
保存性、低温保存性、熱衝撃性等の信頼性評価を行なっ
たところ、第２表に示したように、不良が全く無いとい
う良好な結果を得た。従って、本発明による水素を含ま
ないａ−３ｉＯ膜は、成膜後の水素離脱のない、高い絶
縁性を有する高抵抗膜であり、光導電性材料を用いた素
子のパッシベーション膜として適していると言える。

水素を含まないａ−３ｉＯ膜を形成する材料ガスとして
、水素化物では５ｉ２ＨいＳｉ、Ｈ，、ハロゲン化物で
はＳｉＦ４．５Ｌ２Ｆ、、　５ｉＣＱ４などが用いられ
、また重水素化物としては５ｉ０４などが用いられる。

またグロー放電中で分解され、酸素原子を発生するガス
としてはＣＯ２の外、Ｇｏ、　Ｎ、０などが適当と思わ
れる。

光を入射させる側の透光性を有する電極材料としては、
ショットキー接触のもので例えば薄いＰｔ。

Ａｕ等の金属、又はＰｔＳｉ、　ＭｏＳｉ等のシリサイ
ドを用いることができる。他方の電極としては、例えば
Ａｍ、　ＮｉＣｒ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ａｇ、　
Ｔｉ等の金属を用いることができる。

なお、第１図の構造を有する光センサに遮光マスクを設
けることによって分解能を上げることができる。また実
施例では、光導電性を有する非晶質シリコン層が１層の
みの場合を説明したが、電子とホールの両キャリアの注
入を阻止するために非晶質シリコン層と上部電極との間
に、さらに光導電性を有する非晶質シリコン層を設けて
もよい。

実施例では、水素を含まないａ−３ｉＯ膜をＭＩＳ型セ
ンサのパッシベーション膜として用いた例を示したが、
その外、太陽電池、コプレナー型センサなどの光導電素
子、光電変換素子のパッシベーション膜としても好適で
ある。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、抵抗率が１〜５
Ｘ１０”（Ω・Ｇ）と高い絶縁性を有し、絶縁破壊耐圧
も６〜１０（ＭＶ／ａ＋＋）と絶縁体と同程度の値を有
し、赤外吸収スペクトルによる酸素定量では６５％で、
熱酸化法によるＳｉｎ、膜と値が略一致するなど、極め
て優れた特性を持つ水素を含まないａ−３ｉＯ膜をパッ
シベーション膜として使用することにより、光センサの
信頼性を著しく高めることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の断面図、第２図は、同平
面図、第３図は、本発明による水素を含まないａ−３ｉ
Ｏ膜、熱酸化法によるＳｉＯ□膜、水素を含むａ−３ｉ
Ｏ：Ｈｌｉの熱分解マススペクトルによる水素放出量測
定図、第４図は、本発明による水素を含まないａ−３ｉ
Ｏ膜の絶縁破壊分布図、第５図は、本発明による水素を
含まないａ−５ｉＯ膜の電流・電圧特性図である。１　・・・ガラス基板、　２・・・下部電極、３　・・
・酸素を含み、光学的バンドギャップが２．Ｑ　ｅＶ以
上でかつ１０１２〜１０１４Ω・国の抵抗率と光導電性
を有する非晶質シリコン層、４　・・・　ノンドープの
非晶質シリコン層。５　・・・上部電極、　６・・・水素を含まないａ−５
ｉＯ膜。第１図第３図第４図　　　　　第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光導電層を、水素を含まないアモルファスシリコ
ンオキサイド膜で被覆してなることを特徴とする光セン
サ。
（２）前記水素を含まないアモルファスシリコンオキサ
イド膜は、プラズマＣＶＤ法により、シランガスと二酸
化炭素ガスと窒素ガスとの混合雰囲気中で形成されてな
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光
センサ。