JPS62158371A - 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、十分第１の電極（２）を覆うようにして作る。

さらにこの上にＩＴＯ（＠化インジェーム・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（■型）アモルファスシリコ
ンとの間にショットキ構成（ＭＩ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１
０〜１００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■
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、感
光性半導体、第２の電極が積層して設けられ、その半導
体の側周辺には絶縁物特に有機絶縁物を充填させ、半導
体の側周辺部でのリーク電流の発生を防止する。そして
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半導体と同一または実質的
に同一（意図的に大きくまたは小さくせず製造プロセス
特にエツチング工程におけるバラツキの範囲以内におい
て同一）形状・大きさを有せしめたことである。

「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。

さらにこの工程に使用するフォトマスクは２種類でよく
、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。

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（Ｆ−１）　、　（Ｆ−２）　、　
（Ｆ−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）　　・
・（Ａ−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（＾−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の導体をモリブデンを用い
て２０００人の厚さに形成する。さらにＰＩＮ接合、Ｎ
ＩＮ接合、旧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ＣｖＤ法により
形成する。例えばＰＩＮ接合とするにはＰ型半導体２０
０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ズマＣＶＤ装置（特願昭５
４−１０４４５２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領域を構成する。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（第３図（Ｆ）
にて長さが決められる）幅１００μ、素子間隔３０μｍ
のアレー構成を有せしめる。

次に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。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（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（１
０）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。

次にブリベータをクリーンオーブン中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（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（ｉｏｍ
Ｗ／ｃｍ”）においては１５〜３０秒で十分である。

すると第２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、リンス液に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℃３０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の電極をフォトマスクを用いることなく露呈せしめ
るに加えて、この主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。

さらにこの後金属クロム（５）を公知のエツチング液で
溶去し、半導体（３）上に透光性のクロム・シリサイド
（４）を残存させた。このクロム・シリサイドは後工程
で、この上面に形成されたＣＴＦ（透光性導電膜）とし
てのＩＴＯと半導体とが相互に反応し、劣化現象が発生
することを防ぐのに有効である。

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
積層体の側周辺を絶縁物で充填し覆うことができた。加
えて、積層体の上面（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。

さらに図面においては、この第３図（ＩＥ−１）　　・
・（Ｅ−３）の上面全面に透光性導電膜（ＣＴＦ）　（
９）をＩＴＯまたは酸化スズにより０．１〜０．５μの
厚さに形成せしめた。さらに第２のフォトマスク■によ
りこのＣＴＦを選択エツチングをした。

第２図（Ｅ−１）の八−Ａ’　、　Ｂ−Ｂ’縦断面図に
対応した平面図を（Ｅ−２）　、　（Ｅ−３）に示す。

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
調べた。

その結果、何らのクラックはな（積層体（１０）の上面
と有機樹脂（７）の上面とは滑らかに連続しており、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ＣＴＦ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を密着し、かつ
それぞれの表面が滑らかに連続させることがきわめて重
要である。

さらに第３図においては、この後（Ｆ−１）　　・・・
（Ｆ−３）に示す如く、これらの上面および他の側面（
１１）にレジン（１２）をコートした。その結果、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）より延在したリー
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）の側周辺は有機樹脂で覆われており、半
導体の表面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、少なくトモバターニ
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、１ｍｍ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
。

さら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Ｉ　Ｘ
ｌ０−”　Ａ（セル面積１００μ×１５０μ）を有し、
１００Ｌｘの光信号（３０）を上方より加えると、３Ｘ
１０−１ｌＡ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ＮＩＮ接合を有せしめた時、Ｏ
ｖに対し対称型の電流が流れる。このため例えば０．５
Ｖの電圧に印加すると、暗電流は３Ｘ１０−１３Ａの電
流が流れたが、１０ＱＬｘの光に対し５Ｘ１０−＠Ａ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。

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

図面に構造において、基板（１）上に設けられた光電変
換素子（２０）は第１の電極（２）をモリブデンで設け
、感光性半導体（３）およびこれに密着したＣＴＦ　（
９）よりなり、それらをレジン（１２）で覆ったもので
ある。

実施例１と比べ、クロム・シリサイドを半導体とＣＴＦ
との間に設けることを省略しである。

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の変形である。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−８’　の縦断面図をそ
れぞれ（Ｂ−２）　、　（Ｂ−３）に示す。イメージセ
ンサ用の光信号（３ｏ）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
を高くし、または低く形成することはその設計事項とし
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、この素子
構造に二次元の構成を有せしめても、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。

ＮＩ、Ｍｌ（ショットキ接合）、旧Ｐ、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、Ｓ　１ｘＧｅ　＋　−ｘ　（０＜Ｘ≦１
）、５ｉｘＣ＋−ｘ（０＜ｘ≦１）、５ｉｘＳｎｌ−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の電極と、該電極上の感光性半導体と
   、該半導体上の第２の電極とを積層して設けられた積層
   体における前記半導体の側周辺は絶縁物で覆われ、前記
   半導体に比べて前記第１の電極および第２の電極は同一
   または実質的に同一形状・大きさを有して設けられたこ
   とを特徴とする光電変換装置。 ２、特許請求の範囲第１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。 ３、特許請求の範囲第１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３項において、半導体は真性また
   は実質的に真性の半導体、ＮＩＮ、ＰＩＮ、ＰＩ、ＮＩ
   、ＭＩ（ショットキ接合）、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。