JPH02326A - 半導体装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光センサ等の半導体置に係り、特に半導体層を
介して積層された導電体間の絶縁性の向上に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＩＣ，ＬＳＩ、液晶表示装置、光センサ等の半導
体置として、基板上に複数の薄膜半導体素子’（ｉ−Ｖ
成する技術が開発されてきた。このために素子間の配線
に複数の交差部が必要となっている。

特に、液晶デイスプレィでは薄膜トランジスタ（ＴＰＴ
　）金１　（ＬＯ００個以上、Ａ４読取り用等倍梨ライ
ンセンサでは１簡あたり８個のセンサ要素つまり１７２
８個の元センサ要素素子と各センサ要素素子に対応した
ＴＦＴ　を同一基板上に形成する必要がある。

このために、素子間の配線に更に多くの交差部が必要と
なる。例えばＴＰＴの数を減少させ装置Ｔｈ小型化する
ためにマトリクス配線を採用する際には、交差部の数は
１００００箇所以上となる。

このような多数の交差部を形成するには、プロセスの簡
易化、低コスト化のために、専用の絶縁層金膜けること
なく、素子を構成する°為の半導体層や絶縁層を利用し
て交差部の絶縁を行う構成が好ましく採用される。

第５図（４）は、半導体置の一例の模式的平面図、第５
図（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線模式的断面図であって、説明
の都合上、他の付属部分の１部も示しである。

尚本発明は電子をキャリアとして使用している光導電型
のラインセンサを用いた密着型光電変換装置に好適に用
いられる為、第５図に示すような装置の例をもとに説明
する。ここでは信号読出し系にはマ）　ＩＪクス配線を
採用している。図示するように、基板ｌ上に共通配Ｍ４
およびシールド配線ｌｉｔ形成し、その上に絶縁層５、
真性半導体層（以下、「１層」という。）６およびオー
ミックコンタンクト用のｎ層７が積層形成されている。

そして光センサ９からの個別電極配線８を形成し、共通
配１ｆｉｊ４とコンタクトホール１０ｂｔ″通して接続
金とっている。

このようなマトリクス配線において、シールド配置ｌｌ
には、電源Ｖａによって正の一定電圧が印Ｗされている
。これは、共通配線４間の容量結合により生じるクロス
トークを防止するためである。

また、共通配線４はオペアンプ等で構成される電流電圧
変換回路（図示せず。）に接続され、光セ／す９からの
光電流は電圧に変換して外部へ出力する。なお、この構
成における共通配線４は接地電位全基準電位としている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の半導体置は、次のような問題点を
有していることが本発明者らの数多くの実験の結果判明
した。

第６図は、第５図（４）におけるｎ−ｕｓによる模式的
断面図である。

上述したように、シールド配置ｌｌはｔ源Ｖａにより正
電圧が供給され、個別電極配ＩＲ８は共通配線４に接続
されているために基準電圧はほぼ接地電圧となっている
。すなわち、第６図において、シールド配＋！１１１１
の方が個別電極配線８より高い電位にある。

この状態では、個別電極配＋１８がシールド配線１１よ
り低い電位であるためここから１層７全通して１層６へ
電子を供給でき、電子が３層７および１層６を介して絶
縁層側へ移動する。

このために、絶縁層５が製造プロセスのバラツキ等によ
って欠陥が存在したり局部的に薄くなったりしていると
、その部分の電界が強くなり、動作時に絶縁破壊を起こ
す可能性がある。また、図中の矢印Ａ間の電界も強くな
り、絶縁層５の側面および配置ｓ１１の表面に不純物イ
オンや水等が存在すると電気分解によって下層の配置ｌ
ｌが溶解して断線する可能性が高くなるという問題点を
有していることが判明した。

また、絶縁層５の厚さに依存して絶縁されているために
、製造時のオーバーエツチング１９等があると電気的耐
圧低下の原因となり易く、歩留りおよび信頼性の低下金
招来するという問題点も有していた。

このような問題点は、シールド配線１１および個別電極
配線８の交差部だけではなく、電源ｖｂによって正電正
金印加された配！２２と接地された配線２２′との交差
部２２’においても生じる（第５図（４）参照）もので
あった。

〔課題全解決するための手段〕

本発明による半導体置は、二つの導電体が絶縁層および
半導体層から成る積層体１挾んで対向し、前記半導体層
に接合した第一の導電体の平均電位に対する前記絶縁層
に接合した第二の導電体の平均電位が、第一の導電体か
ら前記半導体層へ供給しうるキャリアの供給を阻止する
方向であること１に：特徴とする。

ま之、本発明による半導体置は、基板上に光電変換上行
う半導体層と光電変換上行う半導体層に電気的に接続さ
れた個別電極を有する充電変換要素の複数と、該充電変
換要素に電気的に接続されたマトリックス配線と、該マ
トリックス配線間に設けられ一定電位に保持された配線
と、全作する半導体置において、 該個別電極と該一定電位に保持された配線との交差する
部分が半導体層と絶縁層全快んで設けられ、 該個別電極の平均電位が該半導体層へ供給しうるキャリ
アの供給全阻止する電位であることを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、第一および第二の導電体の平均電位
全上述したように設定することで、上記絶縁層と共に半
導体層も絶縁に寄与し絶縁層として働く層を実質的に厚
くすることができる。

このために、絶縁層が局所的に薄くなっていても、そこ
に強電界は発生せず、両導電体間の絶縁性および耐久性
は従来より大幅に向上し、信頼性の高い半導体置を提供
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

まず、本発明の実施態様について説明する。

本発明の好適な実施態様の１つとしては、絶縁層及び半
導体層からなる積層体を介して接線される２つの配線を
形成する導電層を有し、それぞれ導電層の平均電位が少
なくとも一つの半導体層に対してキャリアの供給を阻止
する方向となるよう構成される半導体置がある。

例えば、第１図（４）に示すように導電層としての第１
の配１Ｒ１ｏ１．絶縁層１０２、ｌ型半導体層１０３、
ｎ　　型半導体層１０４、導電層としての第２の配Ｍｌ
　１０から成る構成全有する半導体置の場合は、第１の
配線１Ｏ１ｔ−第２の配線１１０に対して低い電位とす
る。

なお、上記半導体層１０４がＰ＋型の層であれば、第１
の配線１０１を第２の配線１１０に対して高い電位にす
れば良い。

第１図（Ｂ）に示すように、第１の配！　ｐ＋１　％絶
縁層ｐ＋２、ｌ型半導体層ｐ＋３、第２の配線２１０か
ら成る構成を有し、第２の配線２１０がＡｔやＣｒから
成りｉ　／ｉｌ　ｐ＋３に対してシ、ットキーバリア？
形成する半導体置の場合は、第１の配線ｐ＋１全第２の
配線２１０に対して高い電位にすれば良い。

以上説明したように半導体層の構成、導電型、キャリア
濃度等により導電層の平均電位は適宜選択され得る。

次に、本発明を適用するに最も好ましい１つの実施例を
図面を参照しながら詳細に説明する。

第２図（４）は、本発明による半導体置の一実施例の模
式的平面図、第２図（Ｂ）は、そのＩ　−ＩＬＩＳ模式
的断面図である。

本実施例は密着型光電変換装置であり、電子全キャリア
として使用した光導電型センサを同図（４）における紙
面の上下方向に複数配列したラインセンサ全使用してい
る。ただし、図では簡略化のために２ビット分の構成の
みを示している。

〔サンプル１の作成〕 各図に示すように、透光性絶縁基板として洗浄したガラ
ス板１上に真空堆積法によりＡＡ／Ｃｒ全０、１μｍ堆
積し、次にフォトリソグラフィーによりレジストパター
ン全形成しウェットエツチングを行って照明窓３を存す
る遮光層２、遮光層２を接地電位に固定するための配線
２２′およびマトリクス個別電極配線２３を形成し、そ
の上にプラズマＣＶＤ法金用い５ＩＨ４がス及びＮＨ，
ガスを成膜用原料としてＲＦグロー放電により窒化シリ
コンからなる透光性絶縁層５　’ｔ’　０．３μｍ厚に
形成した。

続けて、５ＩＨ４ガス金成膜用原料として光導電層とな
るａ　−Ｓｔ等の１層６を１μｍ厚に形成した。

更に５ＩＨ４ガス及びＰＨ３ガス金成膜用原料としてオ
ーミックコンタクト用のｎ　層７　’ｋ　Ｏ，１μｍ積
層した◎そしてフォトリングラフィにより、レジストノ
量ターンを形成シ、ＣＦ４ガス金用いたドライエツチン
グとしてリアクティブイオンエツチングを行い、部分的
にｎ土層７．１層６、絶縁層５を取り除いてコンタクト
ホール１０ｂおよび１０ｅ’ｉ形成した。

その後、真空堆積法によりＡｔ’ｋ　１．０μｍ厚に堆
積させ、さらに、フォトリングラフィによりレジス）　
ノ４ターンを形成し、ウェットエツチングを行い、部分
的にＡｔｉ取り除いた。また、ドライエツチングにより
ｎ　層を取り除いて上層側の配線４．１１．８．２２等
を形成した。更に上記と同様なドライエツチングにより
各素子を独立分離させた。

そして最後に、ポリイミド及びエポキシ樹脂からなる透
光性の保護膜１５を形成して完成させた。

このようにして本発明による光電変換装ｅｔ作成した。

この光電変換装置は光センサ９の両端子の電極８、電源
ｖｂから正電圧を光センサ９へ供給するための配線２２
、マトリクス共通配線４およびシールド配線１１を有し
ており、シールド配線１１には、クロストーク防止の為
に電源Ｖａから正電圧が印加されている。

また、各光センサ９からの個別電極配［２３は、コンタ
クトホール１０ｂ全通して共通配線４と接続しマトリク
ス配線を形成している。

さらに、共通配ｌＲ４およびシールド配線１１の各配線
間の絶縁層５．１層６およびｎ＋層７がエツチング除去
されている。

〔サンプル２の作成〕 上述したサンプル１と同様の方法を用いてサンプル２を
作成した。サンプル２は前述シタような第５図に示す光
電変換装置であり、サンプル１とは、マトリックス共通
配線４、シールド配線１１と個別１ｍ配線２３の配置及
び配線２２．２２′との配置全上下逆としただけであり
、各層の形成は全てサンプル１と同じ成膜、エツチング
方法により行った。

ここで密着型イメージセンサの動作を第２図（Ｂ）を参
照しながら簡単に説明する。

本実施例をローラ１６等によって被読取り対象である原
稿１７に密着させ、図示されていない光源から照明窓３
全通して元を原稿１７へ照射する。

そして、その反射光が光センサ９へ入射することで、光
センサ９の１層６の抵抗値が入射光の強弱に従って変化
し、原稿１７の臂報が電気信号に変換される。

光センサ９の出力信号は門別配線２３ｔ−通して共通配
線４へ現われ、図示されていない電流電圧変換回路を通
して外部へ出力される。

〔実験Ｉ〕

シールド配線に印加する電圧を一定とし、シールド配線
と個別電極配線の位置が異なる場合の例として、作成し
た複数のサンプル１及び複数のサンプル２について以下
のような実験を行った。

まず、環境温度８０℃、環境湿度８５％のもとてサンプ
ル１、サンプル２のそれぞれのシールド配９１１に５Ｖ
、個別電極間Ｉｗ２３に３Ｖの電圧全印加した状態で交
差部２３′全顕微鏡で観察しながら、光電変換に光入射
を行いもＳａｍｐｌｓかラノ出力信号を観測した。

その結果サンプル２では実験開始後１５０時間経過した
時点でサンプル２の全てに腐食が発生し、出力信号に乱
れが生じた。

しかし、サンプル１の中で最初に腐食による出力信号の
乱れが見られたのは５００時間経過後であった。

〔実験■〕

次にシールド配線と個別電極配置の位置を同一とした場
合の例として作成した複数のサンプル２を用いて別の実
験を行った。

まず、環境温度８０℃、環境湿度８５％のもとて個別電
極間＠２３に３ｖの電圧を印加し、シールド配線１１に
印加する電圧値ｉ０Ｖ、３Ｖ。

５ｖ、としたものについて交差部２３′を観察しながら
、出力信号を観測した。

次光にその結果を示す。

以上のように本発明によるサンプル２−１及びサンプル
２−２は良好な結果が得られた。

〔実験■〕

更に、作成した複数のサンプル２を用いて別の実験を行
った。個別電極配線２３とシールド配線１１とに印加さ
れる電圧の向き金変えて耐電圧テスト全行った。

その結果、個別電極間ａ２３の電位がシールド配線１１
の電位より大きな時の耐電圧は３０Ｖであった。

一方、個別電極配線２３の電位がシールド配線１１の電
位より小さい時の耐電圧は２５０ｖであった。

以上説明した本実施例による密着型光電変換装置は例え
ばファクシミリ装置に好適に用いられる。

第３図は、上記実施例による光電変換装置を用いたファ
クシミリ装置の模式的構成図である。

同図において、原稿送信時では、光電変換装置としての
密着型イメージセンサ１ｐ＋１上に原稿１ｐ＋５がプラ
テンローラ１２−０３によって圧着し、プラテンローラ
１ｐ＋３および給送ローラ１ｐ＋４によって矢印方向へ
移動する。原稿表面は光源であるキセノンランプ１ｐ＋
２によって照明され、その反射光がセンサ１ｐ＋１に入
射して原稿の画像情報に対応した電気信号に変換され送
信される。

また、受信時には、記録紙１ｐ＋６がプラテンローラ１
ｐ＋７によって搬送され、サーマルヘッド１ｐ＋８によ
って受信信号に対応した画像が再生される。

なお、装置全体はシステムコントロール基板１ｐ＋９の
コントローラによって制御され、ま友各壓動系および各
回路には電源１２１Ｏから電力が供給される。

上述したファクシミリ装置に本発明による光電変換装＠
全搭載して画像通信を行った結果、長時間使用した場合
であっても通信画像は良好に保たれていた。

以下、上述した本実施例の留着型光電変換装置において
、本発明に係る動作について説明する。

第４図は、第２図（Ｂ）におけるシールド配線１１０部
分を拡大した模式的断面図である。

本実施例によれば、上述したように、シールド配線１１
には＠　＠　Ｖａから正電圧が印加されている。また、
個別電極配線２３は光センサの出力信号を通す配線であ
るが、その基準電位は接地電位に設定されている。した
がりて、平均電位としては個別電極配線２３はシールド
配線１１に対して低い電位となっている。

このために１層６は電子の空乏状態となり、たとえホー
ルが生じてもｎ＋十層と１層６との間は移動できないの
で、１層６が絶縁体として機能する。すなわち、本実施
例における実質的な絶縁層の厚さは、絶縁層５と１層６
との合計の厚さとなり、絶縁性および耐久性が共に従来
より大幅に向上するのである。つまり例をあげて説明す
るなら製造時に絶縁層５がオーバーエッチされたり、局
部的に薄く形成されたとしても、１層６も絶縁体となっ
ている念めに、そのオーバーエッチ部１９による耐圧低
下がなく、−！た薄い部分２４に電界が集中することに
よる絶縁破壊等全防止することができる。

さらに、実質的の絶縁層が厚くなっているために、図中
の矢印８間の電界は従来より弱くなり、その結果、絶縁
層５および１層６の側面等での電気分解の促進が抑止さ
れ、配線２３が溶解するという事態を防ぐことができる
。同様に第２図（４）における配線２２および２２′の
交差部も同様の構成であるために、雨間線間の絶縁性お
よび耐久性の向上が図れる。したがって、このような光
電変換装置のように装置全体に多数の配線交差部が存在
しても、本発明によれば高い信頼性金得ることができる
。

なお、本実施例では第２図に示す構成としたが、これに
限定されない。前述したように例えば、第５図に示すシ
ールド配線１１および個別電極配線８の交差部の構成で
あっても、回路構成上で電源Ｖ＆の極性を逆にできる場
合、シールド配［１１を個別電極配線８に対して低い平
均電位にすれば、を層６はキャリアである電子が空乏状
態となり、たとえホールが生じてもｎ＋十層と１層６と
の間は移動できないので、１層６が絶縁体として機能し
、本実施例と同等の効果が得られる。

さらに他にも前述し念ように、ホールをキャリアとして
使用する光センサ全周い、オーミックコンタクト層７ヲ
ｐ＋層で形成した場合は、配線交差部の対向電極との電
位の関係が第５図で示されたシールド配置ｌｌおよび個
別電極配線８の関係であるときに、１層６はキャリアで
あるホールが空乏状態となシ、たとえ電子が生じてもｐ
中層と１層との間は移動できないので１層６が絶縁体と
して機能し、本実施例と同等の効果が得られる。

前述した様にさらに、他にも電子又はホールの少なくと
もいずれか一方のキャリアに対して１層６との間にショ
ットキーバリア全形成する材料全電極として使用すれば
ｎ＋層やｐ　層は不要となり、対向電極との間の平均電
位全五層へ供給しうるキャリアの供給全阻止する方向に
設定することで、本実施例と同等の効果が得られる。

また、本実施例ではｉＮ金含−む構成としたが、同様に
これに限定されるものではない。以上ｔ−まとめると任
意の半導体層に対して対向電極の平均電位が半導体層の
一部もしくは全部の層に対して供給しうるキャリアの供
給を阻止する方向である構成とすれば、少なくともキャ
リアの供給全阻止された層については絶縁体として機能
し、本実施例と同様の効果が得られ本発明の目的が達成
される。

また、本実施例ではシールド配線１１には直流電圧が印
加されているが、これに限定されるものではなく、同様
の積層構造を有し、上層および下層の配線にパルス状電
圧が印加される場合であっても、その平均電位全上記の
如く設定すれば、本実施例と同等の効果が得られる。

また、本発明は特に本実施例のような密着型光電変換装
置に好ましく適用できるがこれに限らず、本発明は絶縁
領域上必要とする多層構造の半導体置一般に適用可能で
ある。つまりファクシミリ装置のような情報処理装置に
本発明を適用することで、低コストで歩留りを向上でき
、信頼性の高い情報処理装置を実現することができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明による半導体置は、
第一および第二の導電体の平均電位を第一の導電体から
半導体層へ供給しうるキャリアの供給を阻止する方向に
設定することで、絶縁層と共に半導体層も絶縁に寄与し
絶縁層の厚さが実質的に厚くなる。

このために絶縁層が局所的に薄くなっていても、そこに
強電界は発生せず、両導電体間の絶縁性および耐久性は
従来より大幅に向上し、装置の信頼性耐久性も高くなる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（４）（Ｂ）は、本発明の好適な実施態様を示す
模式的断面図である。 第２図（４）は、本発明による半導体置の一実施例の模
式的平面図、第２図（Ｂ）は、そのｍ　−ｍｍ模式的断
面図である。 第３図は、上記実施例による光電変換装置を用いたファ
クシミリ装置の模式的構成図である。 第４図は、第２図（Ｂ）におけるシールド配線１１の部
分を拡大した模式的断面図である。 第５図囚は、半導体置の一例の模式的平面図、第５図（
Ｂ）は、そのＩ−１＃ｊ模式的断面図である。 第６図は、第５図（４）におけるｎ−ｕｓによる模式的
断面図である。 １０１．ｐ＋１：第１の配線、１０２．ｐ＋２：絶縁層
、１０３．ｐ＋３：ｉ型半導体層、１ｏ４：ｎ十型半導
体層、１１０．２１０：第２の配線。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電体が絶縁層および半導体層から成る積層体を
   挟んで対向し、前記半導体層に接合した第一の導電体の
   平均電位に対する前記絶縁層に接合した第二の導電体の
   平均電位が、第一の導電体から前記半導体層へ供給しう
   るキャリアの供給を阻止する方向であることを特徴とす
   る半導体装置。
2. （２）前記半導体層は、ｉ層とｎ＾＋オーミックコンタ
   クト層を有し、前記第一の導電体の平均電位が前記第二
   の導電体の平均電位より高い請求項１記載の半導体装置
   。
3. （３）前記半導体層は、ｉ層とｐ＾＋オーミックコンタ
   クト層を有し、前記第一の導電体の平均電位が前記第二
   の導電体の平均電位より低い請求項１記載の半導体置。
4. （４）前記第一の導電体は前記半導体層に対してショッ
   トキーバリアを形成する請求項１記載の半導体装置。
5. （５）前記半導体層は水素化アモルファスシリコンから
   なる請求項１記載の半導体装置。
6. （６）基板上に光電変換を行う半導体層と光電変換を行
   う半導体層に電気的接続された個別電極を有する光電変
   換要素の複数と、該充電変換要素に電気的に接続された
   マトリックス配線と、該マトリックス配線間に設けられ
   一定電位に保持された配線と、を有する半導体装置にお
   いて、 該個別電極と該一定電位に保持された配線との交差する
   部分が半導体層と絶縁層を挟んで設けられ、 該個別電極の平均電位か該半導体層へ供給しうるキャリ
   アの供給を阻止する電位であることを特徴とする半導体
   装置。
7. （７）該交差する部分は該個別電極と該個別電極上に該
   絶縁層を介して設けられた該半導体層と該半導体層上に
   ｎ＾＋層を介して設けられた該配線とを有し、該個別電
   極の平均電位は該配線の電位より低い請求項６記載の半
   導体装置。
8. （８）該交差する部分は、該個別電極と該個別電極上に
   該絶縁層を介して設けられた該半導体層と該半導体層上
   にｐ＾＋層を介して設けられた配線とを有し、該個別電
   極の平均電位は該配線の電位より高い請求項６記載の半
   導体装置。
9. （９）該交差する部分は、該配線と該配線上に該絶縁層
   を介して設けられた該半導体層と該半導体層上にｎ＾＋
   層を介して設けられた該個別電極とを有し、該個別電極
   の平均電位は該配線の電位より高い請求項６記載の半導
   体装置。
10. （１０）該交差する部分は、該配線と該配線上に該絶縁
    層を介して設けられた該半導体層と該半導体層上にｐ＾
    ＋層を介して設けられた該個別電極とを有し、該個別電
    極の平均電位は該配線の電位より低い請求項６記載の半
    導体装置。
11. （１１）前記半導体層は水素化アモルファスシリコンか
    ら成る請求項６記載の半導体装置。