JPH0793416B2 - 受光素子とその製造方法 - Google Patents

受光素子とその製造方法

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JPH0793416B2
JPH0793416B2 JP62031550A JP3155087A JPH0793416B2 JP H0793416 B2 JPH0793416 B2 JP H0793416B2 JP 62031550 A JP62031550 A JP 62031550A JP 3155087 A JP3155087 A JP 3155087A JP H0793416 B2 JPH0793416 B2 JP H0793416B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/191Photoconductor image sensors

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、受光素子とその製造方法に係り、特に、ファ
クシミリなどの画像読取り装置における一次元イメージ
センサに使用して、クロストークの発生を防止して良好
な解像度を有するとともに、歩留まりを向上するのに好
適な受光素子とその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、一次元イメージセンサに使用される水素化非晶質
シリコンからなる受光素子は、例えば、日経エレクトロ
ニクス(NIKKEI ELECTRONICS)1982年4月28日号第149
頁ないし第161頁に記載されているように、金属/水素
化非晶質シリコン(以下、a−Si:Hという)/インジウ
ムティンオキサイド(Indium Tin Oxide)(以下、ITO
という)からなる構成のものが提案されている。
すなわち、第2図に示すように、ガラス基板1上にAlま
たはCrからなる金属電極2、a−Si:H膜3、透明電極で
あるITO電極4の順に積層された構成のものが提案され
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記従来技術の実用化に当たっては、第3図に示す如く
配線を保護するために、金属電極2上をSi3N4あるいはS
iO2などで形成された透光性の保護膜5で覆った構成の
ものが使用されている。しかし、この保護膜5で覆うと
下記のように受光素子の特性が大幅に劣化する問題を含
んでいる。
すなわち、一次元イメージセンサが使用される上限の温
度70℃の環境においては、保護膜5を形成する暗所での
電圧と逆方向電流(金属電極2から保護膜5の方向に流
す電流で、この種の受光素子においては従来より使用さ
れている)との特性が、第4図に示す如く保護膜5を形
成する前の逆方向電流6に対して保護膜5を形成した後
の逆方向電流7は約3桁増加している。通常、一次元イ
メージセンサにおける逆方向電流は、70℃で1×10-7A/
cm2以下が望ましいとされているので、保護膜5を形成
したものの受光素子の特性は劣化する結果になってい
る。
この特性の劣化は、Si3N4あるいはSiO2の膜形成によ
り、a−Si:H膜3とITO電極4との界面の接合特性が劣
化することに原因があると考えられるが、この劣化は、
第3図に示すa−Si:H膜3を第5図に示すようなSiH4
スのみをグロー放電分解して得られるa−Si:Hの第1層
(以下、i層という)3′と、SiH4ガスとドーピングガ
スであるB2H6ガスとの混合ガスをグロー放電分解して得
られるB添加のa−Si:Hの第2層(以下、P層という)
8とからなる2層構造とすることで解消することが判明
した。
上記2層構造を第6図を参照して説明する。第6図は、
第5図に示す構造の受光素子における前記第3図に示す
保護膜5形成前の逆方向電流9と、保護膜5形成後の逆
方向電流10との関係を示す図であるか、図に示すように
両者には差がなく、保護膜5形成による特性の劣化はな
い。なお、このときのP層8は、B2H6/SiH4=0.04%体
積%の混合ガスをグロー放電分解して形成したもので、
膜厚は250Åである。
ところが、上記a−Si:Hを第7図の断面図で示す島状に
独立した形状に形成すると、前記第3図に示す透光性の
保護膜5の形成による特性劣化、すなわち、逆方向電流
の増加は前記第5図の場合と同様に解消されるが、保護
膜5の形成後の逆方向電流は、ある一定電圧のもとで経
時的に増加し、第8図に示すように劣化する。
すなわち、第8図は、第7図に示すような島状に形成さ
れた光受素子について、暗所で一定電圧5Vを印加した場
合の70℃における前記第3図に示す透光性の保護膜5形
成後の逆方向電流の経時変化を示したものであるが、変
化が大きくてこの特性では実用化は無理である。この特
性の劣化は、第7図に示すようにa−Si:Hが島状に形成
されたことによりa−Si:Hの側面部15にi層3′が露出
し、このi層3′とITO電極4との界面の接合特性が、
側面部15において前記透光性の保護膜5の形成により劣
化し、電流がリークすることに原因があると考えられ
る。このことは以下の事実からも十分に考え得ることで
ある。
例えば、a−Si:H3をi層3′のみで構成した場合の保
護膜形成後の逆方向電流の増加は、前記第4図の符号7
で示すように、5V印加時で約2×10-5A/cm2である。一
方、第8図に特性を示す島状に形成されたa−Si:Hの画
素寸法は100μm×150μmで、膜厚は1μmである。従
って、側面部15におけるi層3′の露出部の面積は、a
−Si:Hの表面積の約3%に当たる。前述の逆方向電流の
増加が約2×10-5A/cm2であることから、側面部15では
約6×10-7A/cm2逆方向電流の増加となり、第8図に示
す逆方向電流の経時的に増加した値とほぼ一致する。し
かし、この特性の劣化は、a−Si:Hを島状に形成せずi
層3′とP層8の2層構造とする限り発生はしない。
しかし、a−Si:Hを島状に形成しない場合には、a−S
i:Hにより各画素が電気的に接続され、光を受けた画素
から光を受けていない画素に光電荷が流れ込み、光を受
けていない画素があたかも受光したかのような現象、す
なわち、クロストークを生じることになり、上記受光素
子を使用した一次元イメージセンサの特性、特に解像度
に解像度が劣化する問題点を有していた。
また、前記のようにa−Si:H膜3を金属電極2とITO電
極4とで挾んで構成するものでは、a−Si:H膜3にピン
ホールが発生した場合、該ピンホールを介して金属電極
2とITO電極4とが接続してリークするため、歩留まり
が著しく低下するという問題点も有していた。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ファクシミリ
などの画像読取り装置における一次元イメージセンサに
使用して、クロストークの発生を防止して良好な解像度
を有するとともに、歩留まりを向上することができる受
光素子およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の受光素子は、絶縁基
板上に、独立した島状に形成された下部電極となる複数
の金属電極と、該各金属電極を覆うように2層構造の水
素化非晶質シリコン膜とを積層してなる受光素子におい
て、前記水素化非晶質シリコン膜上全面に直接形成され
た金属膜と前記水素化非晶質シリコン膜との界面反応に
より形成された透光性の導体層のうち、前記島状に形成
された各金属電極上の所定領域内における前記金属膜を
除去して形成された透明電極としての光入射用の透光性
導体層と、該光入射用の透光性導体層に隣接する帯状の
領域に前記金属膜をパターニングして形成された該透光
性導体層の引き出し電極となる上部電極とを備え、該上
部電極および前記入射用の透光性導体層の領域を除いて
前記界面反応により形成された透光性の導体層および前
記2層構造の水素化非晶質シリコン膜をエッチング除去
することにより、前記2層構造の水素化非晶質シリコン
膜を前記各金属電極ごとに独立した島状に形成してなる
ことを特徴とする構成にしたものである。
また、本発明の受光素子の製造方法は、絶縁基板上に、
独立した島状に形成された下部電極となる複数の金属電
極と、該各金属電極を覆うように2層構造の水素化非晶
質シリコン膜とを積層してなる受光素子の製造方法にお
いて、 (i)前記水素化非晶質シリコン膜上全面に金属膜を直
接形成し、 (ii)該形成した金属膜と前記水素化非晶質シリコン膜
との界面反応により透光性の導体層を形成し、 (iii)該透光性の導体層のうち、前記島状に形成され
た各金属電極上の所定領域内における前記金属膜を除去
して透明電極としての光入射用の透光性導体層を形成
し、 (iv)該光入射用の透光性導体層に隣接する帯状の領域
に、前記金属膜をパターニングすることにより該透光性
導体層の引き出し電極となる上部電極を形成し、 (v)該上部電極および前記光入射用の透光性導体層の
領域を除いて、前記界面反応により形成された透光性の
導体層および前記2層構造の水素化非晶質シリコン膜を
エッチング除去し、前記2層構造の水素化非晶質シリコ
ン膜を前記各金属電極ごとに独立した島状に形成する構
成にしたものである。
〔作用〕
上記のように、前記第3図に示す保護膜5を形成するこ
とによる特性の劣化は、a−Si:Hの構造をi層とP層と
の2層構造にすることにより解消される。一方、a−S
i:Hを島状に形成することで露出し、そのために発生す
るa−Si:Hの側面部の特性劣化は、該側面部と透明電極
であるITOとが接合しなければ発生しないが、透明電極
をITOとする限り、第7図に示すようにa−Si:Hの側面
部とITOとの接合は避けられない。ところが本発明は、
透明電極を前記ITOに変えてa−Si:Hとこのa−Si:H上
に直接形成した金属膜との界面反応によって形成される
透光性導体層とし、該透光性導体層と島状に加工したa
−Si:Hの側面部との接合が発生しないようにしたので、
前記a−Si:Hの形成時に発生するピンホールを介しての
透明電極と基板上に形成された下部電極である金属電極
との間に、リークが発生するのを防止することが可能に
なる。
また、光入射用の透光性導体層の外部への引き出しは、
前記金属膜がパターニングされて前記光入射用の透光性
導体層に隣接する帯状の領域に残されることにより形成
された遮光膜を兼ねた上部電極で行われるので、クロス
トークを防止することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例の受光素子を、第1図を参照し
て説明する。第1図(a)は平面図、第1図(b)は断
面図を示す。
第1図に示すように、絶縁性基板1′上には、独立した
島状に形成された下部電極となる複数の金属電極2′が
設けられている。本実施例においては金属電極2′は、
Crを1000Åスパッタリング法で形成し、ホトエッチング
プロセスにより島状に形成されている。
前記絶縁性基板1′を図示しないプラズマCVD装置の反
応室に入れて真空状態で加熱し、SiH4ガスを導入してグ
ロー放電分解法によりa−Si:H膜のi層3′を約1μm
の厚さで形成した後、水素希釈のB2H6ガスを導入して約
250Å膜厚のa−Si:H膜のP層8′を形成する。
つぎに、前記絶縁性基板1′を前記プラズマCVD装置よ
り取り出してi層3′およびP層8′の自然酸化による
酸化膜を除去するため、フッ硝酸水溶液でライトエッチ
ングを行い、その後スパッタリング法によりCr膜を約0.
1μmの厚さで前記絶縁性基板1′におけるa−Si:Hの
P層8′上全面に直接形成する。この場合、前記絶縁性
基板1′の温度は100℃ないし250℃の範囲が望ましい。
上記プロセスによりi層3′およびP層8′と、この上
面の全面に直接形成した金属膜(本実施例においてはCr
膜)との界面反応により、透光性の導体層が形成され
る。
ついで、Cr膜をホトエッチング法により第1図に斜線で
示す領域13上より除去して光入射用の透光性導体層12を
形成し、同時に第1図に領域13に隣接した帯状で示す領
域に前記Cr膜をパターニングして上部電極11を形成す
る。この上部電極11は、透光性導体層12の引き出し電極
となる領域である。ついで、上部電極11と領域13で示す
透光性導体層12とにホトレジストを積層してエッチング
を行う。このエッチングは、透光性導体層12をフッ硝酸
水溶液で、またa−Si:Hのi層3′およびP層8′をヒ
ドラジン水溶液で行う。これによりi層3′およびP層
8′が独立した島状に形成される。
このため、i層3′およびP層8′の側面部15と前記従
来のような透明電極との接合がなくなり、i層3′およ
びP層8′を形成する際に発生するピンホールを介して
の前記従来の透明電極(ITO電極)と金属電極2とのリ
ークが発生しない構成にすることが可能になり、歩留ま
りを大幅に向上させることができる。
また、上部電極11が遮光膜を兼ねていることから、クロ
ストークを防止することができる。
本実施例の受光素子を一次元イメージセンサに使用し、
該受光素子の所定部分に厚さ2μmのSi3N4の保護膜を
形成し、暗所で一定電圧5Vを印加した場合の70℃におけ
る該保護膜形成後の逆方向電流の経時変化を実験したと
ころ、経時変化は全く見られず特性の劣化の無いことが
確認された。
前記の如く本発明は、透明電極としてITOを使用してい
ないので、ITOを使用した場合の問題点であるITO形成時
のa−Si:Hへのダメージ、良質なITOを得ることの困難
性、耐薬品性の弱いことによるITOの溶解などの諸問題
を解消することが可能になる。
さらに、本発明は、a−Si:H膜形成後に、金属膜を積層
し、該金属膜とa−Si:H膜との界面反応により透光性の
導体層を形成し、該導体層の所定領域内の前記金属膜を
除去するのみで光入射用の透光性導体層を形成すること
ができるので、前記従来のようにITOを透明電極として
使用した場合に比べて製造公定を減縮することができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、ファクシミリなどの画
像読取り装置における一次元イメージセンサに使用し
て、クロストークの発生を防止して良好な解像度を有す
るとともに、歩留まりを向上することができる効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る受光素子の構成説明図
である。 第2図は従来の受光素子の保護膜形成前の断面図、第3
図は従来の受光素子の保護膜形成後の断面図、第4図は
従来の受光素子の逆方向電流曲線図、第5図は従来のa
−Si:Hからなる2層構造の受光素子を示す断面図、第6
図は第5図に示す従来の受光素子の保護膜形成前後の逆
方向電流曲線図、第7図は従来の島状に加工された受光
素子の断面図、第8図は第7図に示す従来の受光素子の
逆方向電流曲線図である。 1、1′……絶縁性基板、2、2′……金属電極(下部
電極)、3……a−Si:H、3′……a−Si:Hのi層、4
……ITO電極、5……透光性の保護膜、8、8′……a
−Si:HのP層、11……上部電極、12……透光性導体層、
13……光入射用の領域、15……側面部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に、独立した島状に形成された
    下部電極となる複数の金属電極と、該各金属電極を覆う
    ように2層構造の水素化非晶質シリコン膜とを積層して
    なる受光素子において、前記水素化非晶質シリコン膜上
    全面に直接形成された金属膜と前記水素化非晶質シリコ
    ン膜との界面反応により形成された透光性の導体層のう
    ち、前記島状に形成された各金属電極上の所定領域内に
    おける前記金属膜を除去して形成された透明電極として
    の光入射用の透光性導体層と、該光入射用の透光性導体
    層に隣接する帯状の領域に前記金属膜をパターニングし
    て形成された該透光性導体層の引き出し電極となる上部
    電極とを備え、該上部電極および前記光入射用の透光性
    導体層の領域を除いて前記界面反応により形成された透
    光性の導体層および前記2層構造の水素化非晶質シリコ
    ン膜をエッチング除去することにより、前記2層構造の
    水素化非晶質シリコン膜を前記各金属電極ごとに独立し
    た島状に形成してなることを特徴とする受光素子。
  2. 【請求項2】絶縁基板上に、独立した島状に形成された
    下部電極となる複数の金属電極と、該各金属電極を覆う
    ように2層構造の水素化非晶質シリコン膜とを積層して
    なる受光素子の製造方法において、 (i)前記水素化非晶質シリコン膜上全面に金属膜を直
    接形成し、 (ii)該形成した金属膜と前記水素非晶質シリコン膜と
    の界面反応により透光性の導体層を形成し、 (iii)該透光性の導体層のうち、前記島状に形成され
    た各金属電極上の所定領域内における前記金属膜を除去
    して透明電極としての光入射用の透光性導体層を形成
    し、 (iv)該光入射用の透光性導体層に隣接する帯状の領域
    に、前記金属膜をパターニングすることにより該透光性
    導体層の引き出し電極となる上部電極を形成し、 (v)該上部電極および前記光入射用の透光性導体層の
    領域を除いて、前記界面反応により形成された透光性の
    導体層および前記2層構造の水素化非晶質シリコン膜を
    エッチング除去し、前記2層構造の水素化非晶質シリコ
    ン膜を前記各金属電極ごとに独立した島状に形成する、 ことを特徴とする受光素子の製造方法。
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