專利名稱:光電轉(zhuǎn)換器及其制造方法
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換器。
迄今為止，人們對(duì)光電變換器的應(yīng)用提出過各色各樣的方案。傳真機(jī)用的接觸式圖象傳感器是這種應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，其示意圖如圖1所示。該傳感器由光敏半導(dǎo)體層3組成，光敏半導(dǎo)體層3在兩相對(duì)表面上有一對(duì)電極2和4，該對(duì)電極是用三個(gè)掩模通過平版印刷術(shù)制成的。
現(xiàn)行這種光電轉(zhuǎn)換器的制造方法如下一先在襯底1上形成一層鉻導(dǎo)電層，用第一個(gè)掩模1m模制，形成多個(gè)第一電極2，再用輝光放電法在模制成的電極2上淀積一層1微米厚非晶體硅光敏本征半導(dǎo)體層，然后用第二個(gè)金屬掩模2m模制，形成光電變換層3。作為半導(dǎo)體層，非晶體硅層按這樣一種方法形成，以致即使掩模2m可能位移，模制層也仍能充分遮蓋第一電極2。然后在半導(dǎo)體層3上形成一層氧化錫銦導(dǎo)電層，并用第三個(gè)掩模3m模制第二電極4。在第二電極4和半導(dǎo)體層3之間的結(jié)(MI結(jié))一肖特基勢(shì)壘上，可制成整流二極管。
當(dāng)光線如圖1(C)所示那樣通過第二電極4入射到半導(dǎo)體層3上時(shí)，就產(chǎn)生與入射光強(qiáng)度成比例的電子一空穴對(duì)。
但圖1(A)至圖1(C)所示的圖象傳感器，其半導(dǎo)體層3都制造得大于第一電極2。因此，在垂直相對(duì)配置的電極2和4之間的區(qū)內(nèi)也產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，而且在該區(qū)內(nèi)所產(chǎn)生的載流子發(fā)生橫向漂移，如圖1(A)各箭頭所示。橫向漂移使響應(yīng)滯后。
另一方面，按上述方法制造的本征半導(dǎo)體層具有在易于轉(zhuǎn)變成n型的曝光表面形成寄生通道的傾向，從而產(chǎn)生大的暗電流，并使產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。此外，三個(gè)掩模的采用降低了效率。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供經(jīng)過改良的光電轉(zhuǎn)換器及其制造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供經(jīng)過改良能實(shí)時(shí)變換入射光的光電變換器及其制造方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供經(jīng)過改良其對(duì)入射光的響應(yīng)時(shí)間滯后不大的光電轉(zhuǎn)換器及其制造方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供經(jīng)過改良在其光電半導(dǎo)體上的寄生通道不多的光電變換器及其制造方法。
圖1(A)、(B)和(C)是現(xiàn)有技術(shù)的圖象傳感器。
圖2(A)至圖2(J)是本發(fā)明的線性接觸式圖象傳感器的平面圖和剖面圖。
圖3(A)至圖3(D)是本發(fā)明另一種線性接觸式圖象傳感器的平面圖和剖面圖。
圖4(A)至圖4(J)是本發(fā)明二維接觸式圖象傳感器的平面圖和剖面圖。
參看圖2(A)至圖2(J)，這是按制造過程說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
用第一個(gè)光掩模1m在諸如石英板、硼硅酸玻璃板之類的耐熱襯底上敷上多個(gè)氧化錫透明的電極條19。然后依次敷上第一導(dǎo)電層2、光敏半導(dǎo)體層3和第二導(dǎo)電層5。第一導(dǎo)電層是2000埃厚的錫銦氧化層。半導(dǎo)體層至少由一層大體上是本征半導(dǎo)體構(gòu)成，例如含p-i-n結(jié)、n-i-n結(jié)或m-i結(jié)的非晶體硅半導(dǎo)體層等;各層系用周知的化學(xué)汽相淀積法淀積成。硅半導(dǎo)體層顯然略呈n型導(dǎo)電性，因而可摻以硼之類的P型雜質(zhì)使之成為大體上是本征性的半導(dǎo)體。
例如，半導(dǎo)體層可由一層200埃厚的P型半導(dǎo)體層、一層3500埃厚的本征半導(dǎo)體層和一層300埃厚的n型半導(dǎo)體層組成，各層都用多室等離子體改進(jìn)了的化學(xué)汽相淀積法淀積成(如本申請(qǐng)人在昭-54-104452號(hào)日本專利申請(qǐng)書所公開的那樣)。在此情況下，第二導(dǎo)電層5系由厚1000埃的鉻制成，硅化鉻透明導(dǎo)電層4則系作為10至200埃厚的副產(chǎn)品在半導(dǎo)體層3與鉻層5之間形成。硅化鉻層4作為緩沖層使半導(dǎo)體層3與電極5之間的接觸具有電阻性。
接著，用第二個(gè)掩模2m將導(dǎo)電層2、4、5和半導(dǎo)體層3的分層整體地腐蝕，以便在各電極條19上形成光電管塊10，如圖2(C)、(D)、(E)所示。
諸光電管塊10是接觸式圖象傳感器的敏感部分，各塊長(zhǎng)150微米，寬100微米，間距30微米，成直線排列。
如圖2(F)所示，可用涂敷法形成1.6微米厚的光固化型有機(jī)樹脂層6，例如芳族聚酰亞胺母體溶液，以此來徹底封閉光電管塊10。然后，將透明襯底1在干凈的烘爐中在80℃溫度下預(yù)焙1小時(shí)，再用公知的掩模對(duì)準(zhǔn)器但不用掩模用紫外線從透明襯底1背面進(jìn)行照射。采用古比爾特公司的掩模對(duì)準(zhǔn)器時(shí)，照射時(shí)間約為兩分鐘。固化處理之后，用適當(dāng)?shù)臎_洗液除去樹脂層未固化的部分，使剩余的樹脂層幾乎與因此而暴露的光電管塊頂部表面齊平。在這方面，固化處理使樹脂的體積大致上減小一個(gè)系數(shù)2，因而對(duì)0.8微米厚的光電管塊來說，固化處理前樹脂的厚度應(yīng)選用1.6微米。采用300至400毫微米波長(zhǎng)(10毫瓦/平方厘米)的紫外線時(shí)，15至30秒的照射時(shí)間是足夠的。
最后，將襯底1在氮?dú)怏w中在180℃下加熱30分鐘，在300℃下加熱30分鐘，在400℃下加熱30分鐘，然后在整個(gè)襯底1的上部表面敷上一層0.1至1.5微米的鋁層9，并用第三個(gè)光掩模3m進(jìn)行腐蝕，使剩下的鋁層橫向遍布和確實(shí)蓋住所有與全部光電管塊10的暴露表面接觸的光電管塊。
鋁電極9的寬度兩端超過光電管塊20，且超出光電管塊20的周邊延伸，因而通過光電轉(zhuǎn)換器背面進(jìn)入光電管塊20的光確實(shí)被擋住。這樣，頂部表面光滑的圖象傳感器就制成了。例如，諸光電管塊可排成一直線，每1毫米排8個(gè)光電管。
本發(fā)明人曾在配置電極9之前用電子顯微鏡觀察過光電管塊與樹脂層之間的接觸情況。結(jié)果觀察到有微量的不均勻度，但不存在因拉制電極2或4而造成的會(huì)在相對(duì)電極2和4之間形成短路電流的裂痕。還觀察到，不存在會(huì)使其上的布線圖案中斷的凸出部分，而且兩橫向相鄰各層都彼此平滑連接。借助于這種結(jié)構(gòu)，就有可能將銦錫氧化物層作為電極9疊加到各層上而不致在界面的正上方位置引起任何斷路的可能性。
如此形成的作為光電池塊的光電變換元件20系由與線19接觸的第一電極2、半導(dǎo)體層3、第二電機(jī)4和與線13接觸的第三電極5組成。半導(dǎo)體層3則完全封閉著，其頂面和底面上有電極，側(cè)面有樹脂，因而在半導(dǎo)體層上沒有漏泄電流，也沒有寄生通道產(chǎn)生。
此外，相對(duì)配置的電極2和4可取與半導(dǎo)體層3同樣的面積和形狀，與布線圖案制作的精度無關(guān)。
現(xiàn)對(duì)本發(fā)明采用帶p-i-n結(jié)光電器件進(jìn)行試驗(yàn)獲得的光電特性實(shí)例說明如下。即，所加電壓為3伏時(shí)，暗電流為1.8×10-13安(光電管面積100微米×150微米)，照度為100勒克司時(shí)，光電流為3.5×10-8安。光電器件具有這樣的響應(yīng)特性，即它每一微秒可完成對(duì)入射光的轉(zhuǎn)接。上面談到的現(xiàn)有技術(shù)器件不能持續(xù)履行如此頻繁的轉(zhuǎn)變。
另一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象是帶n-i-n結(jié)的光電器件。通過n-i-n結(jié)的電流與所加偏壓的關(guān)系特性曲線對(duì)稱于零偏壓，暗電流為4×10-13安，參考光照度為100勒克司。該器件能令人滿意地在0.2微秒時(shí)間間隔內(nèi)履行間歇照射。
雖然上述實(shí)施例介紹的是從襯底接收入射光的器件，但本發(fā)明也適用于從相反的一面接收入射光的器件。下面參照?qǐng)D3(A)至圖3(D)介紹這類器件的另一個(gè)實(shí)施例。這類器件的制造過程可采用上述實(shí)施例所述到圖2(G)為止的各項(xiàng)步驟，因此這里只介紹圖2(G)以后的各項(xiàng)步驟。
將圖2(F)中的樹脂層6進(jìn)行淀積之后，按這樣的方法除去樹脂層6和導(dǎo)電層5，使得剩下的樹脂層與硅化鉻層4齊平，如圖3(A)所示。樹脂層的去除按前一個(gè)實(shí)施例的同一方式進(jìn)行。
最后，將襯底1在氮?dú)怏w中在180℃下加熱30分鐘，在300℃下加熱30分鐘，在400℃下加熱30分鐘，然后在整個(gè)襯底1的上部表面敷上一層0.1至1.5微米的鋁層9，并用第三個(gè)光掩模3m進(jìn)行腐蝕，使剩下的鋁層橫向遍布和確實(shí)蓋住所有與全部光電管塊10的暴露面接觸的光電管塊，如圖3(B)、3(C)和3(D)所示。鋁電極9的寬度兩端超過光電管塊20，且超出光電管塊20的周邊延伸，因而通過光電變換器背面進(jìn)入光電管塊20的光確實(shí)被擋住。這樣，頂部表面光滑的圖象傳感器就制成了。例如，諸光電管塊可排成一直線，每一毫米排8個(gè)光電管。
圖4(A)至圖4(J)是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中光電管塊系按矩陣排列。這是二維接觸式圖象傳感器的一個(gè)實(shí)施例。
用第一個(gè)光掩模1m在諸如石英板、硼硅酸玻璃板之類的耐熱襯底上敷上多個(gè)透明氧化錫電極條19。然后依次敷上第一導(dǎo)電層2、光敏半導(dǎo)體層3和第二導(dǎo)電層5。第一導(dǎo)電層是2000埃厚的錫銦氧化物。半導(dǎo)體層至少由一層大體上是本征半導(dǎo)體的料層構(gòu)成，如含p-i-n結(jié)、n-i-n結(jié)或m-i結(jié)的非晶形硅半導(dǎo)體層等，各層系用周知的化學(xué)汽相淀積法淀積成。硅半導(dǎo)體層顯然略呈n型導(dǎo)電性，因而可摻以硼之類的P型雜質(zhì)使之成為大體上是本征性的半導(dǎo)體。
例如，半導(dǎo)體層可由一層200埃厚的P型半導(dǎo)體層、一層3500埃厚的本征半導(dǎo)體層和一層300埃厚的n型半導(dǎo)體組成，各層都用多室等離子體改進(jìn)了的化學(xué)汽相淀積法淀積成(如本申請(qǐng)人在昭-54-104452號(hào)日本專利申請(qǐng)書所公開的那樣)。在此情況下，第二導(dǎo)電層5系由厚1000埃的鉻制成，硅化鉻透明導(dǎo)電層4則系作為10至200埃厚的副產(chǎn)品在半導(dǎo)體層3與鉻層5之間形成。硅化鉻層4作為緩沖層使半導(dǎo)體層3與電極5之間的接觸具有電阻性。
接著，用第二個(gè)掩模2m將導(dǎo)電層2、4、5和半導(dǎo)體層3整體地腐蝕以便在各電極條19上形成光電管塊10，如圖4(C)、4(D)和4(E)所示。
為構(gòu)成二維接觸式圖象傳感器，將光電管塊10按矩陣排列。諸光電管塊10是接觸式圖象傳感器的敏感部分，各塊長(zhǎng)150微米，寬100微米，間距30微米。
如圖4(F)所示，可用涂敷法形成1.6微米厚的光固化型有機(jī)樹脂層6，例如芳族聚酰亞胺母體溶液，以此來徹底封閉光電管塊10。然后將透明襯底1在干凈的烘爐中在80℃溫度下預(yù)焙1小時(shí)，再用公知的掩模對(duì)準(zhǔn)器但不用掩模用紫外線從透明襯底1背面進(jìn)行照射。采用古比爾特公司的掩模對(duì)準(zhǔn)器時(shí)，照射時(shí)間約為兩分鐘。固化處理之后，用適當(dāng)?shù)臎_洗液除去樹脂層未固化的部分，使剩余的樹脂層6幾乎與因此而暴露的光電管塊頂部表面齊平。在這方面，固化處理使樹脂的體積大致減小一個(gè)系數(shù)2，因而0.8微米厚的光電管塊來說，未固化處理前樹脂的厚度應(yīng)選用1.6微米。采用300至400毫微米波長(zhǎng)(10毫瓦/平方厘米)的紫外線時(shí)，15至30秒的照射時(shí)是足夠的。
最后將襯底1在氮?dú)怏w中在180℃下加熱30分鐘，在300℃下加熱30分鐘，在400℃下加熱30分鐘，然后在整個(gè)襯底1的上部表面敷上多個(gè)彼此分開的0.1至1.5微米的鋁層9，并用第三個(gè)光掩模3m進(jìn)行腐蝕，使矩陣各排上的諸光電管塊完全為仍單獨(dú)沿矩陣各排延伸的鋁層之一所遮蓋。鋁電極9的寬度兩端超過光電管塊20，且超出光電管塊20的周邊延伸，因而通過光電轉(zhuǎn)換器背面進(jìn)入光電管塊20的光確實(shí)被擋住。這樣，頂部表面光滑的圖象傳感器就制成了。例如，諸光電管塊可排成一直線，每1平方毫米排64個(gè)光電管。
如此形成的作為光電池塊的光電轉(zhuǎn)換元件20系由與線19接觸的第一電極2、半導(dǎo)體層3、第二電極4和與線13接觸的第三電極5組成。半導(dǎo)體層3則完全封閉著，其頂面和底面上有電極，側(cè)面有樹脂層，因而在半導(dǎo)體層上沒有漏泄電流，也沒有寄生通道產(chǎn)生。
此外，相對(duì)配置的電極2和4可取與半導(dǎo)體層3同樣的面積和形狀，與布線圖案制作的精度無關(guān)。
如上所述，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器系由多個(gè)薄片層組成，各薄片層的周邊分別為樹脂層所包圍。薄片層的上部表面暴露著，就象不設(shè)樹脂層一樣。雖然各層表面和樹脂層表面最好構(gòu)制成彼此齊平，但樹脂層也可制成其上部表面低于各層表面。
本發(fā)明特別適合作為圖象傳感器使用，因?yàn)樵谝r底上可以細(xì)致地配置多個(gè)傳感器元件而不致造成相鄰各元件之間互相干擾，而且因?yàn)楦鱾鞲衅髟梢蚤L(zhǎng)期保持高可靠性，具有抗外來沖擊力的高耐磨性。
不言而喻，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求
的限制而不受具體實(shí)施例的限制，熟悉本專業(yè)的人士都可對(duì)上述諸實(shí)施例進(jìn)行修改和更改。
雖然本發(fā)明介紹的是接觸式圖象傳感器，但本發(fā)明也可適用于只具有一個(gè)或幾個(gè)變換元件的其它類型光電轉(zhuǎn)換器。光電變換半導(dǎo)體層除可含有p-i-n結(jié)或n-i-n結(jié)外，還可含有p-i-結(jié)、n-i結(jié)、m-i結(jié)(肖特基結(jié))、n-i-p結(jié)或m-i-n結(jié)。用于本發(fā)明的半導(dǎo)體物質(zhì)可以是SiXGe1-X(0＜X≤1)，SiXC1-X(0＜X≤1)或SiXSn1-X(0＜X≤1)。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該光電變換器包括一個(gè)透明襯底；一個(gè)設(shè)在所述襯底上配置有電極的光敏半導(dǎo)體層；和一個(gè)設(shè)在所述襯底上與所述半導(dǎo)體層毗鄰并與所述半導(dǎo)體層的周邊接觸的樹脂層，所述樹脂層與所述樹脂層周邊之間的接觸系采用所述半導(dǎo)體層作為掩模以腐蝕所述樹脂層，因而極為貼近，從而在所述接觸部分大體上不存在寄生通道。
2.一種圖象傳感器，其特征在于，該圖象傳感器包括一個(gè)襯底;和配置在所述襯底上的光敏半導(dǎo)體陣列，所述陣列各元件由一半導(dǎo)體層和一對(duì)配置在所述半導(dǎo)體層相對(duì)表面上且完全遮蓋所述相對(duì)表面的電極所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的傳感器，其特征在于，所述第一和第二電極與所述半導(dǎo)體層彼此重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的傳感器，其特征在于，該傳感器還包括多個(gè)分別與所述第一電極接觸的信號(hào)引出線。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2的傳感器，其特征在于，該傳感器還包括一層配置在所述陣列元件各相鄰元件之間的樹脂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的傳感器，其特征在于，所述樹脂層的上部表面不高于所述半導(dǎo)體層的上部表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5的傳感器，其特征在于，所述樹脂層與所述半導(dǎo)體層齊平。
8.一種制造由多個(gè)傳感器元件組成的圖象傳感器的方法，其特征在于，該方法包括制備襯底工序;在所述襯底上加設(shè)電極的工序;在所述第一電極上敷上光電半導(dǎo)體層的工序;在所述半導(dǎo)體層上加設(shè)第二電極的工序;用多個(gè)掩模在所述安置在分別與傳感器元件相對(duì)應(yīng)位置上的第二電極上、一次腐蝕所述第一和第二電極以及所述半導(dǎo)體層的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，該方法還包括制造多個(gè)引出所述元件輸出用的導(dǎo)線的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，，該方法還包括在所述各元件之間配置樹脂層的工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的方法，其特征在于，所述襯底是透明的。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的方法，其特征在于，所述樹脂層系以所述各個(gè)元件作為掩模用光蝕刻法蝕刻陰性感光性樹脂形成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其特征在于，蝕刻條件系這樣選擇，使剩余的樹脂層與所述半導(dǎo)體層齊平。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1的光電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電極結(jié)構(gòu)包括設(shè)在所述半導(dǎo)體層一個(gè)表面上的第一電極和設(shè)在所述半導(dǎo)體層另一個(gè)表面上的第二電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的光電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一電極系制成透明電極，使入射光可射到所述光電半導(dǎo)體層上，所述第二電極則制成不透明的電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求
14的光電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一和或第二電極系制成透明電極，使入射光可射到所述光電半導(dǎo)體層上。
17.根據(jù)權(quán)利要求
14的光電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，半導(dǎo)體層和第一和第二電極之間的接觸系電阻性接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17的光電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述半導(dǎo)體層含有n-i-n結(jié)、p-i-n結(jié)或m-i結(jié)。
專利摘要
一種光電轉(zhuǎn)換器，其光敏部分系按一定的方式設(shè)計(jì)，使光電流只在垂直于半導(dǎo)體層的方向上流動(dòng)，從而使該光電轉(zhuǎn)換器能快速響應(yīng)入射光。這種光電轉(zhuǎn)換器由半導(dǎo)體和一對(duì)敷在半導(dǎo)體層相對(duì)表面上的電極組成。半導(dǎo)體層和各電極一起腐蝕加工，從而使各層與各電極具有同樣的面積和形狀。
文檔編號(hào)H01L27/146GK87100057SQ87100057
公開日1987年7月22日 申請(qǐng)日期1987年1月6日
發(fā)明者山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan