JPH0712087B2 - フオトセンサ - Google Patents

フオトセンサ

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JPH0712087B2
JPH0712087B2 JP60271612A JP27161285A JPH0712087B2 JP H0712087 B2 JPH0712087 B2 JP H0712087B2 JP 60271612 A JP60271612 A JP 60271612A JP 27161285 A JP27161285 A JP 27161285A JP H0712087 B2 JPH0712087 B2 JP H0712087B2
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    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/10Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices being sensitive to infrared radiation, visible or ultraviolet radiation, and having no potential barriers, e.g. photoresistors
    • H10F30/15Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices being sensitive to infrared radiation, visible or ultraviolet radiation, and having no potential barriers, e.g. photoresistors comprising amorphous semiconductors
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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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に関する。
〔従来技術〕
従来、ファクシミリやデジタル複写機や文字読取装置等
の画像情報処理装置の光入力部として用いられる光電変
換装置において、光電変換素子としてフォトセンサが利
用されることは一般に良く知られている。特に、近年に
おいてはフォトセンサを一次元に配列して長尺ラインセ
ンサを形成し、これを用いて高感度な画像処理装置を構
成することも行なわれている。この様な長尺ラインセン
サを構成するフォトセンサの一例としては、光導電材料
として非晶質シリコン(以下a-Siと記す)等を含む光導
電層上に受光部となる間隙を形成する様に対向して配置
された一対の金属等からなる電極が設けられているプレ
ナー型の光導電型フォトセンサを挙げることができる。
この様なフォトセンサを構成するa-Siの製造法としては
プラズマCVD法、反応性スパッタリング法、イオンプレ
ーティング法等があり、いづれもグロー放電によって反
応が促進せしめられる。しかし、いづれの場合において
も高い光導電率を有する良質のa-Si膜を得るには比較的
低い放電電力で膜形成を行なう必要がある。しかしなが
ら、この様な低い放電電力での膜形成により得られた光
導電層はガラスやセラミック等からなる基板との密着性
が十分ではなく、その後の電極形成時のフォトリソグラ
フィー工程等を経る際に膜はがれを生じ易いという問題
があった。
そこで、従来、膜はがれを防止するために、基板表面を
荒らした後にa-Siを堆積させる方法が採用されている。
即ち、予め基板表面を、化学的に例えばフッ酸等により
エッチングしたり、あるいは物理的に例えばブラシ等に
より擦過したりしておくのである。ところが、この様な
手法は以下に示す様な欠点を有する。
(1)フッ酸等の薬品を用いる場合には洗浄ラインにお
ける装置が複雑且つ高価格になる。
(2)基板表面の凹凸の程度を制御することが困難であ
る。
(3)基板表面の粗面化時に微視的欠陥が発生し易く、
該微視的欠陥上に堆積するa-Si膜の特性が異なるために
特性のバラツキが発生し易い。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、以上の如き従来技術に鑑み、低コスト
にて製造することができ、光導電層の膜はがれ等が生じ
にくく均一且つ良好な性能を有するa-Siフォトセンサを
提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、 基板、該基板に接して設けられた厚さ1000Å以下で20原
子%以上の水素原子を含有するシリコンを有する第1の
非晶質領域、該第1の非晶質領域上に設けられ前記第1
の非晶質領域中の水素原子含有量と異なる含有量にて水
素原子を含有するシリコンを有する第2の非晶質領域、
該第2の非晶質領域上にオーミックコンタクト層を介し
て設けられた少なくとも1対の電極、を有することを特
徴とするフォトセンサ、 が提供される。
尚、本発明フォトセンサの光導電層は上記第1及び第2
の非晶質領域を有する。
〔発明の実施例〕
本発明フォトセンサにおける基板としてはコーニング社
製♯7059、コーニング社製♯7740、東京応化社製SCG、
石英ガラス等のガラス、あるいは部分グレーズセラミッ
ク等のセラミックその他を用いることができる。
本発明フォトセンサの光導電層は複数の積層膜からな
り、その最下層即ち基板に隣接する層は水素含有率が20
原子%以上であるが、この様な層はプラズマCVD法、反
応性スパッタリング法、イオンプレーティング法等の方
法においてグロー放電を行なう際の条件たとえば放電電
力、基板温度、原料ガス組成、原料ガス圧等を適宜設定
することにより形成することができる。
本明細書においては光導電層のうちの最下層をa-Si下び
き層と称し、その上の1または複数の層をa-Si層と称す
ることもある。a-Si層のうちには光導電率の高い層を含
むのが好ましい。
本発明フォトセンサの製造において、a-Si下びき層を形
成した後にa-Si層を形成する際には、一旦電源を切って
グロー放電を止めた後に再び電源を投入して所望の放電
電力にてグロー放電を行うこともできるが、電源を切る
ことなく放電電力設定値を単に切替えることにより継続
してグロー放電を行なうのが好ましい。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例1: 両面研摩済のガラス基板(コーニング社製♯7059)に中
性洗剤もしくは有機アルカリ系洗剤を用いて通常の洗浄
を施した。次いで、第1図に示される様な容量結合型の
グロー放電分解装置内に該ガラス基板1をセットし、1
×10-6Torrの排気真空下で230℃に維持した。次いで、
該装置内にエピタキシャルグレード純SiH4ガス(小松電
子社製)を10SCCMの流量で流入せしめ、ガス圧を0.07To
rrに設定した。その後13.56MHzの高周波電源を用い、入
力電圧2.0kV,RF(Radio Frequency)放電電力120Wで2
分間グロー放電を行ない、厚さ約400Åのa-Si下びき層
を形成した。次いで、直ちに入力電圧を0.3kVに下げ、
放電電力8Wで4.5時間グロー放電を行ない、厚さ約0.8μ
のa-Si層を形成した。
続いて、H2で10%に希釈したSiH4とH2で100ppmに希釈し
たPH3とを混合比1:10で混合したガスを原料として用
い、放電電力30Wでオーミックコンタクト層であるn+
(厚さ約0.15μ)を堆積せしめた。次に、電子ビーム蒸
着法でAlを0.3μ厚に堆積せしめて、導電層を形成し
た。
続いて、ポジ型フォトレジスト(シプレー社製AZ-137
0)を用いて所望の形状にフォトレジストパターンを形
成した後、リン酸(85容量%水溶液)、硝酸(60容量%
水溶液)、氷酢酸、及び水を16:1:2:1の容積比で混合し
た液(以下、「エッチング液1」という)で露出部分の
導電層を除去した。次いで、平行平板型の装置を用いた
プラズマエッチング法で、RF放電電力120W、ガス圧0.07
TorrでCF4ガスによるドライエッチングを行なって露出
部分のn+層を除去した。次いでフォトレジストを剥離せ
しめた。
第2図はかくして得られたプレナー型フォトセンサの部
分平面図を示し、第3図はそのX-Y断面図である。図に
おいて、1は基板であり、2はa-Si下びき層であり、3
はa-Si層であり、4はn+層であり、5は導電層即ち電極
である。
一方、比較のため、上記と同じガラス基板の表面をフッ
酸(49容量%水溶液)、硝酸(60容量%水溶液)及び酢
酸を1:5:40の容積比で混合した液で30秒間処理し、a-Si
下びき層を形成しないことを除いて上記工程と同様にし
てプレナー型フォトセンサ(以下、「基板酸処理有・下
びき層無のフォトセンサ」と略称する)を製造した。
以上2種類のフォトセンサについて、同一条件にてガラ
ス基板1側からλmax=565nmの光を入射せしめて得られ
る光電流値を比較したところ双方でほぼ同様の値が得ら
れた。これにより、本発明フォトセンサにおけるa-Si下
びき層2の存在は光電流特性を劣化せしめることがない
ということが分る。
次に、以上2種類のフォトセンサについて、同一条件に
てヒートサイクルによる耐久性試験を行なったところ、
同様に膜はがれは発生せず、十分な密着性を有すること
が分った。
実施例2: 実施例1のフォトセンサ製造工程において、a-Si下びき
層2の形成の際に、放電電力及び放電時間を以下の組合
せにしてグロー放電を行なうことを除いて、実施例1と
同様の工程を行なった。
その結果、放電電力80W及び50Wの場合には膜はがれを生
ずることなくフォトセンサを得ることができたが、放電
電力30W,8W及び4Wの場合にはフォトレジストAZ-1370を
用いたフォトリソグラフィー工程(超音波洗浄機による
洗浄を含む)中に膜はがれが生じ、目的とする良好なフ
ォトセンサを得ることができなかった。
実施例3: 実施例1及び2におけると同様にしてa-Si下びき層2を
形成した後に基板1を取出し、基板1上に形成されたa-
Si下びき層2の水素含有率を2次イオン質量分析法(SI
MS)により測定した。グロー放電の放電電力とa-Si下び
き層2の水素含有率との関係を第4図に示す。
基板と光導電層との密着性は膜形成におけるグロー放電
の放電電力に関係しており、膜はがれは薄膜の内部構造
に依存して誘起される真性応力と、基板との熱膨張係数
の差に依存した内部応力との合成による全応力に起因す
ると考えられている。そこで、上記基板1上に形成され
たa-Si下びき層2の全応力を測定した。グロー放電の放
電電力とa-Si下びき層2の全応力との関係を第5図に示
す。応力は圧縮応力として現われ、放電電力が10W付近
で最大値を示すが、放電電力の増大とともに応力が小さ
くなる。放電電力の増大につれて応力が小さくなるのは
主に膜中に多くなるボイドが引張り応力を発生し、圧縮
応力を相殺するためであると考えられる。
前記の通り、光導電層の光導電率は膜形成における放電
電力に関係し、所要の光導電特性を得るためには比較的
低い放電電力で堆積を行なうことが必要であり、従って
上記実施例1及び2におけるa-Si層3は比較的低い放電
電力にて堆積されたのである。
以上から、本発明フォトセンサのa-Si下びき層2は応力
緩和層としての作用を有しており、基板と光導電層との
密着性を向上させる効果を発揮することが分る。また、
本発明フォトセンサにおいては、基板1側から光を照射
して使用する場合には良好な光導電特性を得るためa-Si
下びき層2の厚さはあまり厚くない方が好ましく、たと
えば1000Å以下であるのが望ましい。
尚、基板1側と反対の側から光を入射せしめる場合には
a-Si下びき層2での光吸収による光電変換特性への影響
は考慮する必要がないため、a-Si下びき層2はかなり厚
くても良い。
実施例4: 実施例1のフォトセンサ製造工程において、a-Si層3の
形成の後に放電電力を80Wに上げて25分間グロー放電を
行ない、更にa-Si層を形成することを除いて、実施例1
と同様の工程を行なった。
第6図はかくして得られたプレナー型フォトセンサの部
分断面図であり、第3図と同様の部分を示す。第6図に
おいて、第3図と同様の部材には同一符号を付してあ
り、3′はa-Si層である。a-Si層3′の厚さは0.3μで
あり、この層の単位厚さ当りの形成速度は放電電力を上
げたため、a-Si層3の単位厚さ当りの形成速度よりも著
しく大きい。
本実施例により得られたフォトセンサにおいてはa-Si下
びき層2、a-Si層3及びa-Si層3′により光導電層が構
成される。本実施例フォトセンサによればa-Si層の膜厚
増加により、得られる光電流は実施例1のものより大き
い。
実施例5: 実施例1のフォトセンサ製造工程において、a-Si下びき
層2の形成の際に原料ガスとしてH2で5%に希釈したSi
H4を用い、放電電力30Wで10分間グロー放電することを
除いて、実施例1と同様の工程を行なった。
同一の条件でa-Si下びき層2を形成した時点で基板1を
取出してa-Si下びき層2の水素含有率測定を行なったと
ころ25原子%であった。
本実施例において得られたフォトセンサは実施例1にお
いて得られたフォトセンサと同様に良好なものであっ
た。
実施例6: 実施例1のフォトセンサ製造工程において、a-Si下びき
層2の形成の際にガス圧を0.30Torrとし、放電電力50W
で5分間グロー放電することを除いて、実施例1と同様
の工程を行なった。
同一の条件でa-Si下びき層2を形成した時点で基板を取
出してa-Si下びき層2の水素含有率測定を行なったとこ
ろ30原子%であった。
本実施例において得られたフォトセンサは実施例1にお
いて得られたフォトセンサと同様に良好なものであっ
た。
実施例7: 実施例1と同様な方法により、同一基板上に864個のフ
ォトセンサをアレイ状に並べて製造した。これはフォト
リソグラフィー工程の際のマスクを適宜設定することに
より容易に行なうことができる。かくして得られた長尺
フォトセンサアレイの概略部分平面図を第7図に示す。
第7図において、11は個別電極であり、12は共通電極で
ある。この長尺フォトセンサアレイの密度は8ビット/m
mであり、A6版幅の長さを有する。
本実施例において得られたフォトセンサアレイのビット
間における光電流及び暗電流の均一性を測定した。その
結果を第8図に示す。
一方、比較のために、実施例1記載の基板酸処理有・下
びき層無の方法により、同一基板上に864個のフォトセ
ンサをアレイ状に並べて製造した長尺フォトセンサアレ
イのビット間における光電流及び暗電流の均一性を測定
した。その結果を第9図に示す。
第8図と第9図との比較により、本発明フォトセンサに
おいては、基板上に微視的欠陥がなく、またa-Si下びき
層が応力緩和層として作用しているために、光導電特性
の均一性が極めて良好であることが分る。
実施例8: 実施例7において得られる様な864ビットの長尺フォト
センサアレイを32ビット毎の27のブロックに分けてマト
リックス駆動することを試みた。
即ち、実施例7と同様な工程により長尺フォトセンサア
レイを製造した後に、全面にポリイミド樹脂(日立化成
社製PIQ)を塗布しベークした後に、ネガ型のフォトレ
ジスト(東京応化社製OMR-83)を用いて所望の形状にパ
ターンを形成した後、ポリイミド樹脂エッチング液(日
立化成社製PIQエッチャント)で不要な部分のPIQを除去
し、OMR-83を剥離した後、300℃で1時間窒素雰囲気下
で硬化させ、マトリックス配線のための絶縁層及びスル
ーホールを形成せしめた。次に、電子ビーム蒸着法によ
りAlを2μ厚に堆積させ、ポジ型フォトレジストAz-137
0及びエッチング液1を用いてマトリックス配績の上部
電極を形成した。
かくして得られた長尺フォトセンサアレイのマトリック
ス配線部の概略部分平面図を第10図に示し、そのX-Y断
面図を第11図に示す。第10図及び第11図において、21は
基板であり、22はa-Si下びき層であり、23はa-Si層であ
り、24はn+層であり、25は共通電極であり、26は個別電
極であり、27は絶縁層であり、28はスルーホールであ
り、29はマトリックス配線の上部電極である。
かくして得られた8ビット/mm、A6版幅の長尺フォトセ
ンサアレイをマトリックス駆動させる際の駆動回路図を
第12図に示す。第12図において、31はフォトセンサの光
導電層を示し、32はブロック選択スイッチであり、33は
共通スイッチであり、34あ増幅器である。
以上の様にして長尺アレイをマトリックス駆動させた際
における電圧印加100μsec後でのビット間の出力光電流
の均一性を測定した。その結果を第13図に示す。第13図
から分子様に各ビットの出力光電流は極めて良好な均一
性を示し、マトリックス駆動で信号読出しが十分に可能
であることが分る。
〔発明の効果〕
以上の如き本発明によれば、基板表面に予め表面処理を
施すことなく、低コストにて密着性及び均一性に優れた
a-Siフォトセンサが提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明製造法に使用される装置の概略構成図で
あり、第2図は本発明フォトセンサの部分平面図であ
り、第3図はそのX-Y断面図である。第4図及び第5図
は下びき層の特性を示すグラフである。第6図は本発明
フォトセンサの部分断面図である。第7図はフォトセン
サアレイの部分平面図であり、第8図及び第9図はその
光電流及び暗電流の特性を示すグラフである。第10図は
マトリックス配線部の部分平面図であり、第11図はその
X-Y断面図である。第12図はマトリックス駆動回路図で
あり、第13図はその出力光電流のグラフである。 1:基板、2:a-Si下びき層、3,3′:a-Si層、4:n+層、5:導
電層、11:個別電極、12:共通電極、21:基板、22:a-Si下
びき層、23:a-Si層、24:n+層、25:共通電極、26:個別電
極、27:絶縁層、28:スルーホール、29:上部電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神尾 優 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 関村 信行 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−112662(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板、該基板に接して設けられた厚さ1000
    Å以下で20原子%以上の水素原子を含有するシリコンを
    有する第1の非晶質領域、該第1の非晶質領域上に設け
    られ前記第1の非晶質領域中の水素原子含有量と異なる
    含有量にて水素原子を含有するシリコンを有する第2の
    非晶質領域、該第2の非晶質領域上にオーミックコンタ
    クト層を介して設けられた少なくとも1対の電極、を有
    することを特徴とするフォトセンサ。
JP60271612A 1985-12-04 1985-12-04 フオトセンサ Expired - Fee Related JPH0712087B2 (ja)

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