JPH0218971A - フォトセンサ素子の製造方法 - 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、フォトセンサ素子の製造方法に関するもので
あり、更に詳しくは、非晶質シリコン系半導体を利用し
てなるフォトセンサ素子の製造方法に関するものである
。

〔従来の技術〕 ガラスや硬質合成樹脂等でなる透光性絶縁基板上に透明
電極、半導体層、金属電極を積層し、半導体層の発生ず
る電流を利用して被検出物の検出を行うフォトセンサ素
子は従来より存在する。

中でも、半導体層として、非晶質シリコン系半導体層を
利用したものは、センサ部の形状を自由に設定できるた
めに、例えば、第１図に示すようなフォトセンサ素子を
構成することが可能である。

即ち、透光性絶縁基板１の上に、該絶縁基板１のみで他
の不透明部材を積層していない非積層部を透光窓２とし
、該透光窓２の周囲に透明電極、半導体層、金属電極を
順次積層して、複数個のセンサ部３を形成してなるフォ
トセンサ素子である。

このようなフォトセンサ素子の受光面側を被検出物４の
表面に近接させて、透光窓２に位置して当該フォトセン
サ素子の裏面より発光ダイオード５の光を照射する。

発光ダイオード５の光は、透光窓２を透過して、被検出
物４の表面に反射し、再び絶縁基板１を透過してセンサ
部３に入射するものである。

この時、センサ部３の半導体層は、受光する光量によっ
て電流を発生し、このセンサ部３の発生する電流を測定
することによって、被検出物４の表面の状態を知ること
ができるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなフォトセンサ素子において、利用される非晶
質シリコン系半導体層は、金属マスクを用いて、グロー
放電分解法等によって積層されるものである。

しかし、この工程中、非晶質シリコン系半導体の成分が
、金属マスクの下側に回り込んで、所定形状から半導体
物質がはみ出したものができる可能性がある。

裏面から発光ダイオードの光を照射するタイプのフォト
センサ素子においては、絶縁基板１のみで他の不透明部
材が積層されない非積層部であるべき透光窓２内に半導
体層がはみ出していることによって、透光窓２を透過す
る光量を減少させ、センサ部３の受光する光量が減少す
ることにより、検出精度を悪くするものである。

また、透光窓２の周囲に複数個のセンサ部３を形成した
際には、各センサ部３に対応して均一な光を透過させる
ことができず、各センサ部３のＳＺＮ比を低下させるも
のである。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明は、上記問題点に鑑みて、透光性絶縁基板上に、
該絶縁基板のみで他の不透明部材を積層していない非積
層部を透光窓とし、該透光窓の周囲に透明電極、非晶質
シリコン系半導体層、金属電極を順次積層して、単また
は複数個のセンサ部を形成してなるフォトセンサ素子を
、フッ硝酸、苛性ソーダ、過酸化水素とフッ化アンモニ
ウムの化合物、硝酸とフン化アンモニウムの化合物から
選んだエッチャントに浸漬して、エツチングすることに
より、前記透光窓内及び金属電極間にはみ出した前記非
晶質シリコン系半導体層を除去してなることを特徴とす
るフォトセンサ素子の製造方法を開示するものである。

ここで、透光窓内の非晶質シリコン半導体層をエツチン
グ除去するマスクとして、金属電極を利用することがで
きる。

また、フォトセンサ素子が正方形状に形成され、一辺が
該フォトセンサ素子の一辺の長さの１／２以下の長さで
ある略正方形状のセンサ部を４個形成し、前記フォトセ
ンサ素子の中央に位置して、円形の透光窓を形成するよ
うに、前記センサ部を切欠してなるフォトセンサ素子を
形成することができる。

また、本発明は、透光性絶縁基板上に、該絶縁基板のみ
で他の不透明部材を積層していない非積層部を透光窓と
し、該透光窓の周囲に透明電極、非晶質シリコン系半導
体層、金属電極及び高分子材料等でなる保護膜を順次積
層して、単または複数個のセンサ部を形成してなるフォ
トセンサ素子を、フッ硝酸、苛性ソーダ、過酸化水素と
フッ化アンモニウムの化合物、硝酸とフッ化アンモニウ
ムの化合物から選んだエッチャントに浸漬して、エツチ
ングすることにより、前記透光窓内及び保護膜間にはみ
出した前記非晶質シリコン系半導体層を除去してなるこ
とを特徴とするフォトセンサ素子の製造方法を開示する
ものである。

ここで、透光窓内の非晶質シリコン半導体層をエツチン
グ除去するマスクとして、保護膜を利用することができ
る。

また、フォトセンサ素子が正方形状に形成され、一辺が
該フォトセンサ素子の一辺の長さの１／２以下の長さで
ある略正方形状のセンサ部を４個形成し、前記フォトセ
ンサ素子の中央に位置して、円形の透光窓を形成するよ
うに、前記センサ部を切欠してなるフォトセンサ素子を
形成することができるものである。

〔作用〕

本発明に係るフォトセンサ素子の製造方法は上述のよう
にしてなり、透光性絶縁基板上に、透明電極、非晶質シ
リコン系半導体層、金属電極を積層して、センサ部を形
成するとともに、中央に位置して透光窓を形成してなる
フォトセンサ素子を、エッチャントに浸漬して、透光窓
内にはみ出した非晶質シリコン系半導体層を除去し、透
光窓を透過する光の減少を防ぐとともに、均一に光を透
過させることによって、センサ部における検出誤差を少
なくするものである。

また、この発明では、当該フォトセンサ素子の裏面より
発光ダイオードの光を照射し、被検出物の表面における
反射光を非晶質シリコン系半導体層でなるセンサ部で受
光して、発生する電流を利用して被検出物を検出するフ
ォトセンサ素子を製造することを可能とするものであり
、例えば、透光窓の周囲に位置して４個のセンサ部を形
成し、この４つのセンサ部に対応する部分によって構成
されるコード情報を検出することに用いられるフォトセ
ンサ素子を製造することができるものであり、その際の
各センサ部の検出誤差を少なくし、Ｓ／Ｎ比を向上させ
たフォトセンサ素子を製造することが可能となるもので
ある。

〔実施例〕

本発明の詳細を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係るフォトセンサ素子の製造方法に
よって、製造されたフォトセンサ素子の説明用側面図、
第２図は本発明の概略説明用フローチャート、第３図〜
第５図は本発明に係るフォトセンサ素子の製造方法によ
って製造されるフォトセンサ素子の第１実施例の製造工
程説明用平面図である。

図中１は、ガラス、硬質合成樹脂等でなる透光性絶縁基
板である。

６は、インジウム−スズ酸化物（以下これをＩＴｏと称
す）または二酸化スズ（以下これをＳｎ○２と称す）等
の透明導電膜でなる透明電極であり、３００人〜１００
０人の厚さに形成されるものである。

この透明電極６は、絶縁基板１上に形成されるべき単ま
たは複数個のセンサ部３に応じた形状に形成されるもの
であり、回倒のものは、中央に円形の非積層部である透
光窓２を形成するとともに、４個のセンサ部３に対応し
て電極取り出し部７が形成されている。

８は、グロー放電分解法等によって積層される非晶質シ
リコン系半導体層であり、例えば、受光面側からｐ型ア
モルファスシリコンカーバイド、ｉ型アモルファスシリ
コン、ｎ型アモルファスシノコンを順次積層したＰＩＮ
へテロ接合型のアモルファスシリコン系半導体層が用い
られ、厚さは約１μｍ程度に形成されるものである。

非晶質シリコン系半導体層８は、この他にもアモルファ
スシリコンゲルマニウムを含むもの、またはアモルファ
スシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモル
ファスシリコンゲルマニウム等のマイクロクリスタル化
したものを含むものなどが用いられる。

９は金属電極であり、この金属電極９は、クロム、ニッ
ケル、チタン、アルミニウム等から選択した金属成分を
ＥＢ蒸着等によって形成されるもので、好ましくはクロ
ムを１ｏｏｏÅ以上の厚さで形成するものである。

１０は、金属電極９と同じ成分で平面視十字形状に形成
される積層部であり、これは金属電極９を形成する際に
同時に形成することが可能であり、中央の円形部１１と
該円形部１１から四方に延設された仕切り部１２とから
なるものである。

この時、金属電極９の端縁及び積層部１０の端縁によっ
て、透光窓２が形成されている。

非晶質シリコン系半導体層８は、金属マスクを用いて所
定の形状に形成されるが、この金属マスクの下に回り込
んだ半導体成分は、透光窓２内にはみ出して、膨出部１
３を形成する。

金属電極９及び積層部１０によって形成される透光窓２
は、その周囲に位置して形成される４個のセンサ部３に
対応して区切られているが、この半導体の膨出部１３に
よって、４つに区切られた透光窓２は不均等な大きさに
され、照射光を均一に透過することが不可能となるもの
である。

そこで、エッチャントを利用して、透光窓２内の膨出部
Ｉ３を除去するが、その方法としては、次のようなもの
がある。

■フッ硝酸（ＨＦ　：　ＨＮＯ：ｌ　　（６３％）−５
：９５）を用いて、２５°Ｃで６０秒間浸漬する。

■５％の苛性ソーダ溶液を用いて、６０°Ｃで３分間浸
漬する。

■過酸化水素とフッ化アンモニウムの化合物（Ｈ２Ｏ２
（３５％）　　：　ＮＨｉ　Ｆ＝１００ｍｊ２　：２０
ｇ）を用いて、８０°Ｃで５分間浸漬する。

■硝酸とフッ化アンモニウムの化合物（ＨＮＯ：］（６
６３％　　：　Ｎ８４Ｎ３４Ｆ＝１００　：　５　ｇ）
を用いて、２５°Ｃで２０秒間浸漬する。

透光窓２内の膨出部１３は、数１００〜３０００人程度
の厚さで皮取されるが、念の為、５０００人のｐｉｎ構
造の非晶質シリコン系半導体層を完全に除去できる時間
の１割増しの時間に設定したものが、上述の■〜■の方
法である。

このような方法を用いて、透光窓２内の膨出部Ｉ３を除
去することによって、透光窓２を所定の形状に形成する
ことができ、透過光量を減少させることなく、各センサ
部３に対応する透過光量を均一にして、各センサ部３の
受光量のばらつきをなくすものである。

また、各センサ部３間において、金属マスクの下に半導
体層が回り込んだ場合には、各センサ部間において漏れ
電流を生じ、検出誤差を生じるが、金属電極９間にはみ
出した半導体層をも除去するために、このような漏れ電
流を排除することも可能となるものである。

また、この時、エツチングする際のマスクとして金属電
極を利用しているため、余分な半導体物質を確実に除去
することが可能となるものである。

第６図、第７図は、本発明に係るフォトセンサ素子の製
造方法によって製造されるフォトセンサ素子の第２実施
例の製作工程説明用平面図である。

透光性絶縁基板Ｉの上に、透明電極６及び非晶質シリコ
ン系半導体層８を積層する工程は、第１実施例と同様で
ある（第３図、第４図参照）。

９は金属電極であり、この金属電極９は、クロムをＥＢ
藤着法等によって形成するものである。

ここでフォトセンサ素子は、正方形状に形成され、一辺
が該フォトセンサ素子の一辺の長さの１／２以下の長さ
である略正方形状のセンサ部３を４個形成し１、前記フ
ォトセンサ素子の中央に位置して円形の透光窓２を形成
するように、前記センサ部３を切欠しているものであり
、センサ部３の中間に位置する金属電極９を電極取り出
し部１４としている。

ｌ５は、高分子材料等でなる保護膜であり、フォトセン
サ素子の中央に位置して、円形の透光窓２を形成すると
ともに、透光窓２内に平面視十字形状の積層部１０を形
成している。

この積層部１０は、保護膜Ｉ５を形成する際に同時に形
成することが可能であり、中央の円形部１１と該円形部
１１から四方に延設された仕切り部１２とよりなるもの
である。

この時、非晶質シリコン系半導体成分が、透光窓２内に
はみ出して膨出部１３を形成しているが、これを第１実
施例と同様にして、エツチングして除去するものである
。

このようにした、第２実施例では、透光窓２を透過する
光を均一にすることができ、センサ部３のＳ／Ｎ比を向
上させるとともに、高分子材料でなる保護膜１５によっ
てフォトセンサ素子の裏面を保護しているために、非晶
質シリコン系半導体層８の劣化を防止することができ、
またスクリーン印刷で任意の形状に容易に形成できるも
のである。

このようにして製造されたフォトセンサ素子で検出する
ものとして、情報をコード化したものが用いられ、例え
ば、第８図に示すようなコード情報を検出することに用
いることが可能である。

即ち、このコードは、正方形を４分割してできた４つの
セルを２進数に対応させたものであり、黒く塗り潰され
た部分を検出することによって、コード化された情報を
読み取ることができるものである。

この被検出物４表面に記載されるコードの大きさに対応
して、フォトセンサ素子を構成し、当該フォトセンサ素
子の裏面より、透光窓２に位置して発光ダイオード５の
光を照射すれば、４つのセンサ部３のうち、コードの黒
く塗り潰された部分に位置するものは、発生する電流が
小さく、白い部分に位置するものは発生する電流が大き
いために、この電流を測定すれば、被検出物４０表面に
記載されているコードを簡単に検出することができる。

このようなコードを検出するためのフォトセンサ素子に
あっては、４つのセンサ部３に対応して透光窓２を透過
する光が均一でなければ、検出誤差を生じることとなる
が、本発明の方法により、透光窓２内の半導体を除去し
て、透光窓２を均一にすれば、各センサ部３の受光する
光量は均一にされ、よって検出誤差を減少させることが
可能となるものである。

第１実験例 ガラスでなる透光性絶縁基板ｌ上に、ＩＴＯでなる透明
電極６を１０００人の厚さで積層する。

ｐ型アモルファスシリコンカーバイドを厚さ１５０人、
ｉ型アモルファスシリコンを厚さ９０００人、ｎ型アモ
ルファスシリコンを厚さ３００人に積層して、非晶質シ
リコン系半導体層８を形成する。

この時、金属マスクの下に回り込んだ半導体成分は、平
面規約０．５閣程度の膨出部１３を形成した。

更に、２００″Ｃ加熱下で、１０人／ｓｅｃでＥＢ蒸着
法を用いて、１ｏｏｏ人の厚さのクロムでなる金属電極
９を形成した。

この後、フッ硝酸（ＨＦ　：　ＨＮＯ３＝５　：　９５
）を用いて、２５°Ｃで３０秒間浸漬して、半導体層の
膨出部１３を除去した。

このようにしたフォトセンサ素子において、各センサ部
３に対応して透光窓２が４つに分割されているが、この
４つの透光窓２を透過する光量のＭＡＸ−ＭＩＮ比を測
定したところ、膨出部１３を除去しないものでは０．８
であったが、膨出部１３を除去したものにあっては０．
９５以上となり、各センサ部３における入射光量のばら
つきを均一化して、Ｓ／Ｎ比を１０％向上させることが
できた。

第２実験例 第１実験例と全く同様にして、ガラスでなる透光性絶縁
基板ｌ上に、透明電極６、非晶質シリコン系半導体層８
、金属電極９を積層して、センサ部３を形成する。

この上に、エポキシ樹脂をスクリーン印刷によって、約
２０μｍの厚さに積層して、保護膜１５を形成した。

この後、第１実験例と同様に、フッ硝酸（ＨＦ　：　Ｈ
ＮＯ３＝５　：　９５）を用いて、２５°Ｃで３０秒間
浸漬して、半導体の膨出部１３をエツチング除去した。

この時、第１実験例と同様に透過光量のＭＡＸ−ＭＩＮ
比を測定した結果、膨出部１３を除去しないものが、０
．８であったが、エツチング除去したものは０．９５以
上であり、やはり、第１実験例と同様にＳ／Ｎ比が１０
％向上した。

〔発明の効果〕

本発明に係るフォトセンサ素子の製造方法は、上述のよ
うにしてなり、金属マスクを用いて形成される非晶質シ
リコン系半導体層が、金属マスクの下に回り込んで膨出
部を形成するが、これをエツチング除去することによっ
て、透光窓を透過する光を均一にすることができ、よっ
て、複数個設けたセンサ部に応じて、均一に光を照射す
ることが可能となり、検出のばらつきをなくし、よって
、素子のＳ／Ｎ比を向上させるものである。

また、各センサ部間の半導体層も除去することが可能で
あり、このことから漏れ電流による検出誤差を排除する
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るフォトセンサ素子の製造方法によ
って製造されるフォトセンサ素子の説明用側面図、第２
図は本発明に係るフォトセンサ素子の製造方法のフロー
チャート、第３図〜第５図は本発明に係るフォトセンサ
素子の製造方法によって製造されるフォトセンサ素子の
第１実施例の製作工程説明用平面図、第６図、第７図は
本発明に係るフォトセンサ素子の製造方法によって製造
されるフォトセンサ素子の第２実施例の製作工程説明用
平面図、第８図は本発明によって製造されるフォトセン
サ素子が検出するコード情報の一例を示す説明図である
。 １：透光性絶縁基板、　　２：透光窓、３：センサ部、
　　　　　　４：被検出物、５：発光ダイオード、　　
６：透明電極、７：電極取り出し部、 ８：非晶質シリコン系半導体層、 ９：金属電極、　　　　　１０：積層部、１１：円形部
、　　　　　　１２：仕切り部、１３：膨出部、　　　
　　　１４：電極取り出し部、１５：保護膜。 ｇ１図 第２図 第 図 と 第 図 第 図 第 図 と

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性絶縁基板上に、該絶縁基板のみで他の不透
   明部材を積層していない非積層部を透光窓とし、該透光
   窓の周囲に透明電極、非晶質シリコン系半導体層、金属
   電極を順次積層して、単または複数個のセンサ部を形成
   してなるフォトセンサ素子を、フッ硝酸、苛性ソーダ、
   過酸化水素とフッ化アンモニウムの化合物、硝酸とフッ
   化アンモニウムの化合物から選んだエッチャントに浸漬
   して、エッチングすることにより、前記透光窓内及び金
   属電極間にはみ出した前記非晶質シリコン系半導体層を
   除去してなることを特徴とするフォトセンサ素子の製造
   方法。
2. （２）透光窓内の非晶質シリコン半導体層をエッチング
   除去するマスクとして、金属電極を利用してなる特許請
   求の範囲第１項記載のフォトセンサ素子の製造方法。
3. （３）フォトセンサ素子が正方形状に形成され、一辺が
   該フォトセンサ素子の一辺の長さの１／２以下の長さで
   ある略正方形状のセンサ部を４個形成し、前記フォトセ
   ンサ素子の中央に位置して、円形の透光窓を形成するよ
   うに、前記センサ部を切欠してなるフォトセンサ素子を
   形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載のフォトセンサ素子の製造方法。
4. （４）透光性絶縁基板上に、該絶縁基板のみで他の不透
   明部材を積層していない非積層部を透光窓とし、該透光
   窓の周囲に透明電極、非晶質シリコン系半導体層、金属
   電極及び高分子材料等でなる保護膜を順次積層して、単
   または複数個のセンサ部を形成してなるフォトセンサ素
   子を、フッ硝酸、苛性ソーダ、過酸化水素とフッ化アン
   モニウムの化合物、硝酸とフッ化アンモニウムの化合物
   から選んだエッチャントに浸漬して、エッチングするこ
   とにより、前記透光窓内及び保護膜間にはみ出した前記
   非晶質シリコン系半導体層を除去してなることを特徴と
   するフォトセンサ素子の製造方法。
5. （５）透光窓内の非晶質シリコン半導体層をエッチング
   除去するマスクとして、保護膜を利用してなる特許請求
   の範囲第４項記載のフォトセンサ素子の製造方法。
6. （６）フォトセンサ素子が正方形状に形成され、一辺が
   該フォトセンサ素子の一辺の長さの１／２以下の長さで
   ある略正方形状のセンサ部を４個形成し、前記フォトセ
   ンサ素子の中央に位置して、円形の透光窓を形成するよ
   うに、前記センサ部を切欠してなるフォトセンサ素子を
   形成することを特徴とする特許請求の範囲第４項または
   第５項記載のフォトセンサ素子の製造方法。