DE3903699A1

DE3903699A1 - Bildsensor

Info

Publication number: DE3903699A1
Application number: DE3903699A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1989-08-17
Also published as: US5043784A; DE3903699C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildsensor vom Kontakttyp aus amorphem Silicium.

Ein Bildsensor vom Kontakttyp aus amorphem Silicium umfaßt eine Bildsensoranordnung aus einer unteren Elektrode, die auf die Oberfläche eines transparenten Substrats aufgedampft ist; eine a-Si-Schicht (amorphe Siliciumschicht) von mehrschichtigem Aufbau, welche einen Endbereich der unteren Elektrode bedeckt; einen transparenten leitenden Film, der die obere Oberfläche der amorphen Siliciumschicht bedeckt; und eine obere Elektrode, die auf das transparente Substrat derart aufgedampft ist, daß sie einen Endbereich der transparenten Elektrode bedeckt. Diese Bildsensoranordnung ist mit einer transparenten Isolierschicht bedeckt, welche als Schutzschicht fungiert.

a-Si-Schichten, die im allgemeinen nach dem Plasma-CVD- Verfahren hergestellt werden und ihre Absorptionsbande im sichtbaren Bereich haben, sind als Photodioden-Sensoren bevorzugt. Herkömmliche Bildsensoren mit dem oben beschriebenen Sandwich-Aufbau, wie sie z. B. in der JP-A-58-1 11 366 beschrieben sind, haben jedoch den Nachteil, daß es oft zu einer Leitungsunterbrechung der oberen Elektrode und einer mangelhaften Stufenbedeckung durch die transparente Isolierschicht kommt. Dies hat seinen Grund darin, daß ein relativ großer Stufenbereich an der Kante der a-Si-Schicht ausgebildet wird, weil der durch die Kante der a-Si-Schicht und der oberen Oberfläche des transparenten Substrats definierte Winkel praktisch 90° oder mehr (Überhang) beträgt und ein Ausrichtfehler an der Kante jeder Schicht auftritt, aus der die a-Si-Schicht besteht. Da außerdem der durch die Kante des Endbereichs der unteren Elektrode und der oberen Oberfläche des transparenten Substrats definierte Winkel (im folgenden: Kantenwinkel) 80 bis 90° oder 90° oder mehr beträgt, d. h. in einem Überhangzustand vorliegt, erfolgt kein nennenswertes Wachstum der Schicht an der Kante der unteren Elektrode, wenn eine derartige a-Si-Schicht hergestellt wird. Ein Nachteil besteht deshalb darin, daß in der a-Si-Schicht ein Spalt oder ungleichmäßiger Strukturbereich erzeugt werden kann.

Wenn in der a-Si-Schicht ein derartiger Spalt oder ungleichmäßiger Strukturbereich vorhanden ist, kann durch eingedrungenes Wasser ein Kriechstrom zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode fließen, wenn eine Spannung unter Feuchtbedingungen an eine derartige a-Si-Photodiode angelegt wird. Dies kann zur Folge haben, daß die Störsignale aus dem Sensor unerwünscht verstärkt werden. Selbst wenn der a-Si-Photodioden- Sensor nicht unter Feuchtbedingungen angewandt wird, kann es durch die geringen Restmengen an Ätzmittel, das bei der Mustererzeugung angewandt wird und in dem Spalt oder dem ungleichmäßigen Strukturbereich der a-Si-Schicht zurückbleibt, ebenfalls zu einer unerwünschten Verstärkung der Störsignale kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Bildsensor bereitzustellen, bei dem die Kantenform der mehrschichtigen amorphen Siliciumschicht so gestaltet ist, daß eine Leiterunterbrechung der oberen Elektrode und eine mangelhafte Stufenbedeckung durch die transparente Isolierschicht vermieden werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Bildsensor aus (a) einer unteren Elektrode auf der Oberfläche eines Substrats; (b) einer mehrschichtigen amorphen Siliciumschicht aus zwei oder mehr benachbarten Schichten auf der Oberfläche des Substrats, welche einen Endbereich der unteren Elektrode bedeckt; und (c) einer oberen Elektrode auf der Oberfläche des Substrats, welche einen Endbereich der amorphen Siliciumschicht bedeckt, wobei der Winkel zwischen der Endoberfläche des Endbereichs der amorphen Siliciumschicht und der Oberfläche des Substrats mit der darauf angeordneten unteren Elektrode im Bereich von 30 bis 60° liegt und der Abstand zwischen den Kanten von jeweils zwei benachbarten Schichten der amorphen Siliciumschicht in dem Endbereich der amorphen Siliciumschicht gleich oder weniger als 50 nm beträgt.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1a und 1b einen herkömmlichen a-Si-Bildsensor;

Fig. 2a bis 2d ein Verfahren, bei dem eine a-Si-Schicht im Laufe der Zeit auf einer unteren Elektrode wächst, die auf einem Substrat ausgebildet ist, wobei die untere Elektrode einen bevorzugten Kantenwinkel R hat;

Fig. 3a, 3b und 3c einen essentiellen Bereich eines erfindungsgemäßen Bildsensors;

Fig. 4 und 5 den Endbereich einer amorphen Siliciumschicht;

Fig. 6 eine RIE (Reactive Ion Etching)-Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bildsensors;

Fig. 7 die Veränderung der Kantenform in Abhängigkeit von den Ätzbedingungen;

Fig. 8 bis 13 Beispiele von Bildsensoren; und

Fig. 14 einen Leiterunterbrechungsbereich in dem Al-Film, der als obere Elektrode dient.

Vor der Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird zunächst ein herkömmlicher Bildsensor unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Ein herkömmlicher a-Si-Bildsensor, wie er in den Fig. 1a und 1b gezeigt ist, umfaßt eine untere Elektrode (2) auf einem Substrat (1) aus Glas oder dergleichen; einen a-Si-Film (3) am Endbereich der unteren Elektrode (2); einen transparenten leitenden Film (4) auf dem a-Si-Film (3) und eine obere Elektrode (5) auf dem transparenten leitenden Film (4), welche der unteren Elektrode (2) entspricht. Zusätzlich ist ein transparenter Isolierfilm (6) auf der Photodioden-Sensoranordnung ausgebildet.

Da die Herstellung der unteren Elektrode (2) nach einem Naßätzverfahren unter Anwendung ionischer Reaktionen oder einem anisotropen Trockenätzverfahren unter Anwendung von Radikalreaktionen erfolgt, lag bisher der Kantenwinkel der unteren Elektrode (2) im Bereich von 80 bis 90° oder im Überhangzustand. Bildet man daher den a-Si-Film (3) auf der unteren Elektrode (2) mit einem derartigen Kantenwinkel mittels des Plasma-CVD-Verfahrens aus, so kommt es zu einer starken Hemmung des Filmwachstums an der Kante der unteren Elektrode (2), wodurch ein Spalt oder ungleichmäßiger Strukturbereich (p) in dem Bereich entstehen, der sich von der Kante der unteren Elektrode (2) zur Oberfläche des Films auf dem erhaltenen a-Si-Film (3) erstreckt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Fig. 2a bis 2d erläutern die Stufen eines Verfahrens, bei dem der a-Si-Film (3) allmählich nach dem Plasma-CVD- Verfahren auf dem Substrat (1) (z. B. Glas, Quarz, isolierendes Hochpolymer oder dergleichen) erzeugt wird, auf dessen Oberfläche eine untere Elektrode (2) mit einem Kantenwinkel R von 15 bis 45° hergestellt worden ist.

Diese untere Elektrode (2) wird nach einem isotropen Trockenätzverfahren gemustert, so daß sie einen Kantenwinkel R von 15 bis 45° aufweist. Wenn der a-Si-Film (3) auf die untere Elektrode (2) mit einem Kantenwinkel R von 15 bis 45° aufwächst, welche auf dem Substrat (1) ausgebildet worden ist, wird ein Wachstum dieses a-Si-Films (3) an der Kante der unteren Elektrode (2) erzielt. Ein derart erzeugter a-Si-Film (3) weist daher keinen Spalt oder ungleichmäßigen Strukturbereich (p) auf, wie er in den Fig. 1a und 1b gezeigt ist.

Ein Bruch oder eine Unterbrechung der oberen Elektrode (5) wird vermieden und eine ausgezeichnete Stufenbedeckung des transparenten Isolierfilms (6) kann erreicht werden, wenn man außerdem die amorphe Siliciumschicht (3) in dem isotropen Trockenätzverfahren so ausbildet, daß sie einen Kantenwinkel R von 30 bis 60° aufweist.

Im folgenden werden die einzelnen Schichten, aus denen der erfindungsgemäße Bildsensor vom Kontakttyp besteht, unter Bezug auf die Fig. 3a, 3b und 3c näher erläutert.

Als transparente Substrate (1) können z. B. Glas, Quarz und isolierende Hochpolymere angewandt werden. Als untere Elektrode (2) eignen sich z. B. Metall-Dünnfilme aus Cr, Mo, Ni, Ti oder Co. Als amorphe Siliciumschicht (3) kann z. B. eine mehrschichtige Schicht aus amorphem Siliciumhydrid (a-Si : H), sauerstoffhaltigem amorphem Siliciumhydrid (a-Si : O : H) oder amorphem Siliciumhydrid, das Atome der Gruppe III enthält, z. B. B, Al, Ga oder In, angewandt werden. Als transparenter leitender Film (4) eignen sich z. B. ITO, SnO₂, In₂O₃ oder TiO₂. Als obere Elektrode (5) können z. B. Monometall-Dünnfilme aus Al, Ni oder Pt oder einer Al-Si-Cu-Legierung angewandt werden. Als transparente Isolierschichten (6) eignen sich z. B. NaAlF₆, SiO₂, Si₃N₄, SiON, Polyimide und isolierende Epoxyharze.

Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung einer Abschrägung am Endbereich der unteren Elektrode (2) bzw. der amorphen Siliciumschicht (3) beschrieben.

Ein RIE (Reactive Ion Etching)-Verfahren wird angewandt, um die untere Elektrode (2) in eine Vielzahl von Elementen aufzuteilen. Das RIE-Verfahren wird gewöhnlich als Herstellungsverfahren für vertikale Formen angewandt, da es ein anisotropes Ätzen ermöglicht. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß eine Verjüngung des Endbereichs bei Anwendung des anisotropen Ätzens erzielt wird. Dieses Verfahren besteht darin, daß das Photoresistmaterial schneller geätzt wird als das Material der unteren Elektrode, indem man die Ätzbedingungen so einstellt, daß das Selektionsverhältnis des Materials der unteren Elektrode klein ist in bezug auf das Photoresistmaterial, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode während des Ätzens freigelegt wird. Im Ergebnis erhält man ein sich verjüngendes Ende. Durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens und Auswahl der Ätzbedingungen kann die gewünschte Endenneigung mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit erhalten werden.

Im folgenden wird das spezifische Ätzverfahren für die untere Elektrode (2) beschrieben.

Als Material für die untere Elektrode (2) eignet sich z. B. Cr. Als Ätzgas können z. B. CCl₄, O₂ oder CO₂ angewandt werden. Bei Verwendung eines Gasgemisches aus CCl₄ und O₂ ist die Ätzgeschwindigkeit des Cr im wesentlichen konstant, obwohl die Ätzgeschwindigkeit des Photoresists mit zunehmendem Sauerstoffanteil des Gasgemisches zunimmt. In diesem Fall wird das Selektionsverhältnis in bezug auf das Resistmaterial (Cr-Ätzgeschwindigkeit/Resist-Ätzgeschwindigkeit) von 1,2 auf 0,6 geändert. Das Resistmaterial wird zusammen mit dem Cr anisotrop geätzt. Durch Regeln des Strömungsverhältnisses von CCl₄ und O₂ läßt sich somit der Neigungswinkel des Endbereichs von Cr in weiten Grenzen einstellen.

Außerdem kann durch Regeln des Gasdruckes und der beim Ätzen angewandten Hochfrequenzleistung das Selektionsverhältnis in bezug auf das Photoresistmaterial geändert werden. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß bei einem Gasdruck von 0,01 bis 0,2 Torr das Selektionsverhältnis in bezug auf das Photoresistmaterial von 0,2 bis 1,0 geändert wird, und daß bei einer angelegten Hochfrequenzleistung von 200 bis 500 W das Selektionsverhältnis in bezug auf das Photoresistmaterial von 1,2 bis 1,5 geändert wird.

Die in Tabelle 2 genannten Ätzbedingungen werden als jene Bedingungen ausgewählt, bei denen der Neigungswinkel des Endbereichs von Cr mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit im Bereich von 10 bis 60° eingestellt werden kann.

Im folgenden wird das Verfahren zur Aufteilung der amorphen Siliciumschicht (3) in eine Vielzahl von Elementen erläutert.

Um eine ausgezeichnete Empfindlichkeit und hohe Ansprechempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Bildsensors zu erzielen, wird vorzugsweise eine dreischichtige amorphe Siliciumschicht (3) angewandt. Dieser dreischichtige Aufbau besdteht z. B. aus den folgenden Materialien:

P⁺a-Si : O : H/a-Si : O : H/a-Si : H .

Im RIE-Verfahren werden gewöhnlich Oxidmaterialien als Maskenmaterialien verwendet, wodurch die Ätzgeschwindigkeit im Vergleich zu Siliciummaterialien bei gewöhnlichen Ätzbedingungen drastisch abnimmt. Wendet man daher übliche Ätzbedingungen beim Ätzen einer amorphen Siliciumschicht mit einer derartigen Struktur an, so weist der Endbereich der amorphen Siliciumschicht einen Überhang auf, bei dem a-Si : O : H oder P⁺a-Si : O : H vorstehen. Eine leicht abgeschrägte Form kann im Endbereich der amorphen Siliciumschicht auf die folgende Weise erhalten werden, die ähnlich ist dem oben beschriebenen Verfahren zum Ätzen der unteren Elektrode: Das Ätzen erfolgt anisotrop unter solchen Ätzbedingungen, daß das Selektionsverhältnis von amorphem Silicium in bezug auf das Photoresistmaterial so klein ist, daß das Resistmaterial geätzt wird, während gleichzeitig die amorphe Siliciumschicht freigelegt wird.

Im folgenden wird ein spezielles Verfahren zum Ätzen der amorphen Siliciumschicht beschrieben.

Zum Ätzen der amorphen Siliciumschicht eignen sich z. B. CF₄, SF₆ oder O₂ als Ätzgase. Im Falle der Verwendung eines Gasgemisches aus CF₄+SF₆+O₂ ist die Ätzgeschwindigkeit der amorphen Siliciumschicht bei konstantem O₂-Strom um so größer, je größer das Strömungsverhältnis von SF₆ in bezug auf CF₄ ist. Dementsprechend wird das Selektionsverhältnis in bezug auf das Resistmaterial größer und die Form des Endbereiches der amorphen Siliciumschicht nähert sich der Senkrechten (90°). Erhöht man das Strömungsverhältnis von SF₆ weiter, so nimmt die während der Reaktion erzeugte Radikalmenge zu. Dies hat zur Folge, daß ein Übergang vom anisotropen Ätzen zum isotropen Ätzen erfolgt, wodurch die Ätzgeschwindigkeitsdifferenz zwischen a-Si : O : H und a-Si : H zunimmt und die Form des Endbereichs von P⁺a-Si : O : H/a-Si : O : H traufenförmig wird. Hält man andererseits den CF₄- und SF₆-Strom konstant und erhöht den O₂-Strom, so vergrößert sich die Ätzgeschwindigkeit des Resists proportional zur Zunahme des O₂-Stromes. Als Ergebnis nimmt das Selektionsverhältnis der amorphen Siliciumschicht in bezug auf das Resistmaterial ab, so daß das amorphe Silicium und das Resistmaterial anisotrop geätzt werden und der Neigungswinkel im Endbereich klein wird. Durch geeignete Wahl der Strömungsverhältnisse von CF₄, SF₆ und O₂ läßt sich somit eine gleichmäßig abgeschrägte (konische) Form mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit erhalten.

Die in Tabelle 3 genannten Bedingungen zum Ätzen des amorphen Siliciums sind so ausgewählt, daß der Neigungswinkel im Endbereich mit ausgezeichneter Produzierbarkeit im Bereich von 25 bis 70° liegt.

Die bevorzugte amorphe Siliciumschicht hat einen dreischichtigen oder doppelschichtigen Aufbau aus P⁺a-Si : O : H, a-Si : O : H und a-Si : H, wobei a-Si : O : H 10 bis 50 Atomprozent Sauerstoff in a-Si : H enthält, während P⁺a-Si : O : H 10^-5 bis 5, vorzugsweise 10^-4 bis 10^-1 Atomprozent B-Atome, welche Atome der Gruppe III darstellen, in a-Si : O : H enthält. Da die Ätzgeschwindigkeit jedes dieser Materialien untereinander verschieden ist, erhält man im erfindungsgemäßen Verfahren, in dem für jeden einzelnen Materialtyp dasselbe Ätzgas verwendet wird und die einzelnen Materialtypen gleichzeitig geätzt werden, die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Form des Endbereichs des amorphen Siliciums nach dem Ätzen. Im RIE-Trockenätzverfahren wird im allgemeinen ein Material wie SiO₂ als Maskenmaterial verwendet. Die Form des Endbereichs der amorphen Siliciumschicht entspricht daher im wesentlichen Fig. 4, wenn a-Si : O : H und a-Si : H, die SiO₂ ähnlich sind, unter den üblichen Ätzbedingungen geätzt werden, da die Ätzgeschwindigkeit von a-Si : O : H kleiner ist als die von a-Si : H. Wie in Fig. 4 gezeigt, ragen die a-Si : O : H-Schicht (3 b) und die P⁺a-Si : O : H-Schicht (3 c) vor und ergeben eine traufenförmige Form. Wenn in diesem Fall der Abstand zwischen jeder Kante der a-Si : O : H- Schicht (3 b), der P⁺a-Si : O : H-Schicht (3 c) und der a-Si : H-Schicht (3 a) 50 nm überschreitet, kann in dem Aluminium, das zum Verdrahten des Endbereichs der amorphen Siliciumschicht verwendet wird, in dem Bereich, in dem die P⁺a-Si : O : H- oder a-Si : O : H-Schicht vorspringen, ein Bruch erfolgen. Um einen derartigen Bruch des Aluminiums zu vermeiden, sollte der Abstand zwischen jeder Kante der a-Si : O : H-Schicht bzw. P⁺a-Si : O : H-Schicht und der a-Si : O : H-Schicht weniger als 20 nm, vorzugsweise weniger als 10 nm, betragen. Vorzugsweise wird der Aufbau durch geeignete Wahl des Ätzgases und des Ätzdruckes, bei denen die P⁺a-Si : O : H-Schicht, die a-Si : O : H-Schicht und die a-Si : H-Schicht die in Fig. 5 gezeigte Stufenform ergeben, hergestellt. In diesem Fall muß der Abstand zwischen jeder Kante der P⁺a-Si : O : H-Schicht, der a-Si : O : H-Schicht und der a-Si : H-Schicht 50 nm oder weniger betragen. Unter den beschriebenen Ätzbedingungen für die amorphe Siliciumschicht sind die Ätzgeschwindigkeiten für die P⁺a-Si : O : H-Schicht, a-Si : O : H-Schicht und a-Si : H-Schicht im wesentlichen gleich, und das Resistmaterial läßt sich im Vergleich zu der amorphen Siliciumschicht leicht ätzen. Die Ätzgeschwindigkeit der P⁺a-Si : O : H-Schicht und a-Si : O : H-Schicht, die unmittelbar unter dem Resist angeordnet sind, wird daher größer als die der a-Si : H- Schicht, wodurch die in Fig. 5 gezeigte Endform erhalten wird, bei der der Abstand zwischen den jeweiligen Kanten der P⁺a-Si : O : H-, a-Si : O : H- und a-Si : H-Schichten 50 nm oder weniger beträgt. Der Neigungswinkel der amorphen Siliciumschicht, bezogen auf das Substrat, beträgt praktisch 25°, und es wird eine zufriedenstellende Form hinsichtlich der Stufenbedeckung und der Verhinderung einer Leiterunterbrechung erhalten.

Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen die am meisten bevorzugten erfindungsgemäßen a-Si-Bildsensoren. Fig. 3a ist eine Draufsicht, Fig. 3b ein Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3a und Fig. 3c ist ein Querschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 3a.

Der erfindungsgemäße Bildsensor umfaßt eine Vielzahl von Strukturen, wie sie in den Fig. 3a, 3b und 3c dargestellt sind in angeordneter und integrierter Form. Mit Hilfe dieses Bildsensors läßt sich deshalb die gestellte Aufgabe zufriedenstellend lösen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele

Die Beispiele 1 bis 6 unterscheiden sich hinsichtlich der Cr-Ätzbedingungen, der a-Si-Ätzbedingungen und der Anzahl der a-Si-Schichten. In den Beispielen wird Pyrex-Glas mit einer Dicke von 1 mm, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 250 mm als transparentes Substrat verwendet. Das als untere Elektrode verwendete Cr wird auf die Oberfläche des Pyrex-Glases in einer Filmdicke von 150 nm im Vakuum aufgedampft. Hierauf wird der Cr-Film durch Trocken- oder Naßätzung in 1728 bits (A4-Format) aufgeteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten. In diesem Fall erfolgt die Trockenätzung unter Verwendung der in Fig. 6 dargestellten RIE (Reactive Ion Etching)- Vorrichtung und unter den in Tabelle 2 mit den Symbolen A bis D bezeichneten Ätzbedingungen. Unter diesen Bedingungen ist die Oberfläche der Endform des Cr-Films um 10 bis 60° geneigt.

Andererseits wird das Ätzen bei Raumtemperatur unter Verwendung eines wäßrigen Ätzbades der Zusammensetzung

Cs(NH₄)₂(NO₃)₆ : Essigsäure : Wasser = 4 : 1 : 20

durchgeführt. In diesem Fall weist die Endform des Cr-Films einen Überhang auf, bei dem die obere Cr-Oberfläche vorsteht.

Als amorphe Siliciumschicht werden a-Si : H, a-Si : O : H und P⁺a-Si : O : H (bei drei Schichten) in der genannten Reihenfolge nach dem Plasma-CVD-Verfahren in einer Schichtdicke von 1,75 µm, 30 nm bzw. 35 nm auf den Cr-Film aufgebracht, der nach dem Plasma-CVD-Verfahren in eine Vielzahl von Elementen unterteilt worden ist. Hierauf wird die dreischichtige amorphe Siliciumschicht ähnlich wie der Cr-Film in 1728 bits (A4-Format) durch Trocken- oder Naßätzung unterteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten. Die Trockenätzung erfolgt mit der in Fig. 6 dargestellten RIE-Vorrichtung unter den in Tabelle 3 mit den Symbolen a bis d bezeichneten Ätzbedingungen.

Verschiedene Endformen der amorphen Siliciumschicht nach dem Ätzen sind in den Fig. 7a bis 7d dargestellt. Fig. 7a zeigt die Endform der amorphen Siliciumschicht nach dem Ätzen unter Bedingung a in Tabelle 3. Der Neigungswinkel des Endbereichs der amorphen Siliciumschicht beträgt etwa 70°, und der Abstand zwischen jeder Kante der a-Si : H-Schicht (3 a) und der a-Si : O : H-Schicht (3 b) beträgt etwa 25 nm. Der Abstand zwischen jeder Kante der P⁺a-Si : O : H-Schicht (3 c) und der a-Si : O : H-Schicht (3 d) beträgt etwa 5 nm.

Fig. 7b zeigt die Endform der amorphen Siliciumschicht nach dem Ätzen unter Bedingung b. Der Neigungswinkel im Endbereich der amorphen Siliciumschicht beträgt etwa 60°, und der Abstand zwischen jeder Kante a-Si : O : H-Schicht (3 b) und der a-Si : H-Schicht (3 a) beträgt etwa 10 nm, während der Abstand zwischen jeder Kante der P⁺a-Si : O : H- Schicht (3 c) und der a-Si : O : H-Schicht (3 b) 2 nm oder weniger beträgt.

Fig. 7c zeigt die Endform der amorphen Siliciumschicht nach dem Ätzen unter Bedingung c. Der Neigungswinkel im Endbereich der amorphen Siliciumschicht beträgt etwa 45°, der Abstand zwischen jeder Kante der a-Si : O : H-Schicht (3 b) und der a-Si : H-Schicht (3 a) beträgt etwa 5 nm und der Abstand zwischen jeder Kante der P⁺a-Si : O : H-Schicht (3 c) und der a-Si : O : H-Schicht (3 b) ist ausreichend klein.

Fig. 7d zeigt die Endform der amorphen Siliciumschicht nach dem Ätzen unter Bedingung d. Der Neigungswinkel des Endbereichs der amorphen Siliciumschicht beträgt etwa 25°, die a-Si : O : H-Schicht (3 b) ist in bezug auf die Kante der a-Si : H-Schicht (3 a) etwas zurückgenommen und der Abstand zwischen den Kanten beträgt etwa 5 nm. Die Naßätzung erfolgt unter Verwendung eines Ätzbades aus Fluorwasserstoffsäure : Salpetersäure : Essigsäure (1 : 4 : 3) bei Raumtemperatur. In diesem Fall ist die Endform der amorphen Siliciumschicht im wesentlichen vertikal.

Anschließend wird ITO als transparenter leitender Film durch RF-Sputtern in einer Schichtdicke von 75 nm auf die amorphe Siliciumschicht aufgebracht. Die erhaltene Schicht wird durch Naßätzen ähnlich dem Cr-Film und der amorphen Siliciumschicht in eine Vielzahl von Elementen mit 1728 bits (A4-Format) unterteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten.

Dann wird der Al-Film als obere Elektrode im Vakuum in einer Stärke von 150 nm aufgedampft und ähnlich wie die amorphe Siliciumschicht und die ITO-Schicht in einer Elementdichte von 8 bit/mm aufgeteilt.

Schließlich wird SiON als transparenter Isolierfilm von 1 µm Dicke nach dem Plasma-CVD-Verfahren aufgebracht, um den erfindungsgemäßen Bildsensor fertigzustellen.

Die Beschichtungsbedingungen sind in Tabelle 1 genannt. In den Beispielen 2 bis 5 werden versuchsweise verschiedene Bildsensoren mit unterschiedlichen Endformen des Cr-Films und der amorphen Siliciumschicht hergestellt.

Tabelle 2

Trockenätzbedingungen für die untere Elektrode

Tabelle 3

Trockenätzbedingungen für die amorphe Siliciumschicht

Tabelle 4

Ätzbedingungen für die amorphe Siliciumschicht in den Beispielen 1 bis 6

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird eine doppelschichtige amorphe Siliciumschicht aus a-Si : H und a-Si : O : H vewendet. Der Querschnitt des Bildsensors ist in Fig. 8a gezeigt.

Cr wird auf das Pyrex-Glas (1) aufgedampft und dann unter den Trockenätzbedingungen B in Tabelle 2 behandelt, um einen Neigungswinkel von etwa 45° im Endbereich zu erhalten. Hierauf bringt man unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen eine a-Si : H-Schicht (3 a) von 1,75 µm Dicke und eine a-Si : O : H-Schicht (3 b) von 60 nm Dicke nacheinander auf. Die erhaltene amorphe Siliciumschicht wird unter den in Tabelle 3 genannten Ätzbedingungen c behandelt. Wie in Fig. 8b gezeigt, beträgt der Neigungswinkel des Endbereichs der a-Si : H- Schicht (3 a) 45°, während der der a-Si : O : H-Schicht (3 b) 30° beträgt. Die a-Si : O : H-Schicht ist gegenüber der a-Si : H-Schicht um etwa 5 nm zurückgenommen und bildet eine glatte stufenähnliche Form.

Anschließend werden der transparente leitende Film (4), die obere Elektrode (5) und der transparente Isolierfilm (6) nacheinander erzeugt, um den Bildsensor zu vervollständigen.

Beispiel 2

Der Querschnitt dieses Bildsensors ist in Fig. 9 dargestellt.

Cr (2) wird auf das Pyrex-Glas (1) aufgedampft, und der Cr-Film wird unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten RIE-Vorrichtung mit einem Gasgemisch aus CF₄, SF₆ und O₂ als Ätzgas unter den in Tabelle 2 genannten Ätzbedingungen A bis D in eine Vielzahl von Elementen unterteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten. Es werden vier Arten von Cr-Filmen mit Neigungswinkeln im Endbereich von 10 bis 60° hergestellt.

Unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen werden die a-Si : H- und P⁺a-Si : O : H-Schichten, aus denen die amorphe Siliciumschicht (3) besteht, nacheinander aufgetragen. Anschließend wird mittels der in Fig. 6 gezeigten RIE-Vorrichtung auf jedem Cr-Film die amorphe Siliciumschicht unter den in Tabelle 3 genannten Trockenätzbedingungen a behandelt, um die in Fig. 7a dargestellte Endform zu erhalten. Schließlich werden unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen der transparente leitende Film (4), die obere Elektrode (5) und der transparente Isolierfilm (6) aufgebracht, um den Bildsensor zu vervollständigen.

Beispiel 3

Der Querschnitt dieses Bildsensors ist in Fig. 10 dargestellt.

Cr (2) wird auf die Oberfläche des Pyrex-Glases (1) aufgedampft, worauf man den Cr-Film mittels der RIE- Vorrichtung unter den in Tabelle 2 genannten Trockenätzbedingungen A bis D unterteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten. Unter den beschriebenen Bedingungen werden vier Arten von Cr-Filmen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln im Endbereich von 10 bis 60° hergestellt. Anschließend wird unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen die amorphe Siliciumschicht (3) aufgebracht. Bei jeder der vier Arten von Cr-Filmen wird die amorphe Siliciumschicht unter den in Tabelle 3 genannten Trockenätzbedingungen b behandelt, um die in Fig. 7b dargestellte Form des Endbereichs zu erhalten.

Schließlich werden unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen der transparente leitende Film (4), die obere Elektrode (5) und der transparente Isolierfilm (6 a) auf den jeweiligen amorphen Siliciumschichten erzeugt, um den Bildsensor zu vervollständigen.

Beispiel 4

Der Querschnitt dieses Bildsensors ist in Fig. 11 gezeigt.

Cr wird auf das Pyrex-Glas (1) aufgedampft, und der erhaltene Cr-Film wird unter den in Tabelle 2 genannten Trockenätzbedingungen A bis D unter Verwendung eines wäßrigen Ätzbades aus 180 ml Cs(NH₄)₂(NO₃)₆, 48 ml Essigsäure und 1000 ml Wasser unterteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten. Es werden fünf Arten von Cr-Filmen hergestellt, von denen vier einen Neigungswinkel im Endbereich von 10 bis 60° aufweisen und der andere einen Überhang aufweist. Unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen wird die amorphe Siliciumschicht aufgebracht. Anschließend wird bei allen fünf Arten von Cr-Filmen die amorphe Siliciumschicht unter den in Tabelle 3 genannten Trockenätzbedingungen c behandelt, um eine amorphe Siliciumschicht mit der in Fig. 7c dargestellten Endform zu erhalten.

Schließlich werden unter den in Tabelle 1 genannten Bedingungen der transparente leitende Film (4), die obere Elektrode (5) und der transparente Isolierfilm (6) aufgebracht, um den Bildsensor zu vervollständigen.

Beispiel 5

Der Querschnitt dieses Bildsensors ist in Fig. 12 dargestellt.

Cr (2) wird auf das Pyrex-Glas (1) aufgedampft, worauf man den Cr-Film unter den in Tabelle 2 genannten Trockenätzbedingungen A bis D unterteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten. Unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen werden vier Arten von Cr-Filmen mit Neigungswinkeln im Endbereich von 10 bis 60° hergestellt.

Anschließend wird unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen die amorphe Siliciumschicht (3) erzeugt. Diese wird auf jeder der vier Arten von Cr-Filmen unter den Trockenätzbedingungen d von Tabelle 3 behandelt, um die in Fig. 7d dargestellte Form des Endbereichs zu erhalten.

Schließlich werden unter den Beschichtungsbedingungen von Tabelle 1 der transparente leitende Film (4), die obere Elektrode (5) und der transparente Isolierfilm (6) auf den jeweiligen amorphen Siliciumschichten erzeugt, um den Bildsensor zu vervollständigen.

Beispiel 6

Der Querschnitt dieses Bildsensors ist in Fig. 13 dargestellt.

Cr (2) wird auf das Pyrex-Glas (1) aufgedampft, worauf man den Cr-Film durch Naßätzen unter Verwendung eines wäßrigen Ätzbades aus 180 ml Cs(NH₄)₂(NO₃)₆, 48 ml Essigsäure und 1000 ml Wasser unterteilt, um eine Elementdichte von 8 bit/mm zu erhalten. Der Endbereich des Cr-Films hat nach dem Naßätzen die Form eines Überhangs. Unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen wird die amorphe Siliciumschicht (3) erzeugt. Diese wird anschließend durch Naßätzen unter Verwendung eines Ätzbades aus Fluorwasserstoffsäure : Salpetersäure : Essigsäure = 1 : 4 : 3 unterteilt. Der Endbereich der amorphen Schicht hat die Form eines Überhangs.

Schließlich werden unter den in Tabelle 1 genannten Beschichtungsbedingungen der transparente leitende Film (4), die obere Elektrode (5) und der transparente Isolierfilm (6) aufgetragen, um den Bildsensor zu vervollständigen.

Zur Bewertung der Eigenschaften der Bildsensoren aus den Beispielen 1 bis 6 werden die folgenden beiden Faktoren untersucht:

1. Stufenbedeckung des SiON-Films.
2. Leitungsunterbrechung der oberen Elektrode.

Im folgenden wird die Bewertungsmethode näher erläutert:

1. Stufenbedeckung des SiON-Films

Das als isolierender Film verwendete SiON dient als Schutzfilm für den Bildsensor. Damit die Eigenschaften des Bildsensors über lange Zeit stabil bleiben, muß eine ausgezeichnete Abdeckung durch den SiON-Film gewährleistet sein. Wie oben erwähnt, wird der an der obersten Stelle des mehrschichtigen Bildsensors angeordnete SiON-Film durch die Formen der Endbereiche des Cr-Films und der amorphen Siliciumschicht, die im unteren Teil des Bildsensors angeordnet sind, beeinflußt. Es wurde daher die Stufenbedeckung durch den SiON-Film bei jedem der Bildsensoren mit den jeweiligen Endformen des Cr-Films und der amorphen Siliciumschicht durch Untersuchung der Querschnitte des Bildsensors mittels REM (Rasterelektronenmikroskop) ermittelt.

2. Leitungsunterbrechung der oberen Elektrode (Al)

Der als obere Elektrode verwendete Al-Film bricht leicht in den Bereichen, die in Fig. 14 mit Kreisen umgeben sind. Um einen Bildsensor von hoher Qualität zu erhalten, ist es notwendig, einen Bruch bzw. eine Leitungsunterbrechung der Al-Leiterbahn zu verhindern. Bei jedem der Bildsensoren mit den jeweiligen Endformen des Cr-Films und der amorphen Siliciumschicht wurde daher die Unterbrechung der Al-Leiterbahn untersucht.

Das Bewertungsergebnis wird als Verhältnis der Anzahl von Bauelementen, in denen eine Unterbrechung auftritt, zur Gesamtzahl der Elemente (1728 bit) in Prozent ausgedrückt. Das Bewertungsergebnis für die beiden genannten Faktoren ist in Tabelle 5 angegeben, wobei ausgezeichnet, + gut,○ befriedigend und × schlecht bedeutet.

Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, ist das Trockenätzverfahren dem Naßätzverfahren beim Ätzen des Cr-Films und der amorphen Siliciumschicht überlegen. Ferner wird ein Bildsensor mit ausgezeichneter Stufenbedeckung und keiner Unterbrechung des Al-Films erhalten, wenn der Neigungswinkel im Endbereich des Cr-Films im Bereich von 15 bis 45°, vorzugsweise weniger als 30°, liegt und der Endbereich der amorphen Siliciumschicht die in Fig. 7c oder 7d gezeigte Form hat.

Tabelle 5

Bewertungsergebnisse

Im folgenden wird das Ergebnis eines Bewitterungstests mit dem Bildsensor von Beispiel 4, der im Endbereich des Cr-Films einen Neigungswinkel von 30° aufweist, beschrieben.

Der Bildsensor wird eine bestimmte Zeit mit einer angelegten Spannung von 5 V bei einer Temperatur von 60°C und einer Feuchtigkeit von 90% gehalten, worauf man die Änderung des Dunkelstroms mißt. Der Strom unmittelbar vor dem Test beträgt 4,0×10^-13 A, während er unmittelbar nach dem Test 4,5×10^-13 A beträgt. Die Änderung ist somit vernachlässigbar, und das Bauelement zeigt keine abnormale Funktion bei allen 1728 bits.

Claims

1. Bildsensor, gekennzeichnet durch

(a) eine untere Elektrode auf der Oberfläche eines Substrats;
(b) eine mehrschichtige amorphe Siliciumschicht aus zwei oder mehr benachbarten Schichten auf der Oberfläche des Substrats, welche einen Endbereich der unteren Elektrode bedeckt; und
(c) eine obere Elektrode auf der Oberfläche des Substrats, welche einen Endbereich der amorphen Siliciumschicht bedeckt, wobei der Winkel zwischen der Endoberfläche des Endbereichs der amorphen Siliciumschicht und der Oberfläche des Substrats mit der darauf angeordneten unteren Elektrode im Bereich von 30 bis 60° liegt und der Abstand zwischen den Kanten von jeweils zwei benachbarten Schichten der amorphen Siliciumschicht im Endbereich der amorphen Siliciumschicht gleich oder weniger als 50 nm beträgt.

2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Endoberfläche des Endbereichs der unteren Elektrode und der Oberfläche des Substrats mit der darauf angeordneten unteren Elektrode im Bereich von 15 bis 45° liegt.

3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einer Schicht der amorphen Siliciumschicht Sauerstoffatome enthalten sind.

4. Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindeste einer Schicht der amorphen Siliciumschicht Atome der Gruppe III enthalten sind.

5. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat transparent ist.

6. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode auf der Oberfläche des Substrats durch Vakuumbedampfen, die amorphe Siliciumschicht auf der Oberfläche der unteren Elektrode und der Oberfläche des Substrats nach der Plasma-CVD-Methode und die obere Elektrode auf der Oberfläche der amorphen Siliciumschicht und der Oberfläche des Substrats durch Vakuumbedampfen hergestellt worden sind.

7. Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Substrat erzeugte untere Elektrode und amorphe Siliciumschicht in eine Vielzahl von Bildsensor-Elementen unterteilt sind.

8. Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode mit einer transparenten Isolierschicht bedeckt ist.

9. Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Siliciumschicht zwei Schichten umfaßt.

10. Bildsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Siliciumschicht eine a-Si : H-Schicht und eine a-Si : O : H-Schicht umfaßt.

11. Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Siliciumschicht drei Schichten umfaßt.

12. Bildsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Siliciumschicht eine a-Si : H-Schicht, eine a-Si : O : H-Schicht und eine P⁺a-Si : O : H-Schicht umfaßt.

13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die amorphe Siliciumschicht ein transparenter leitender Film aufgebracht ist.

14. Bildsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente leitende Film aus ITO, SnO₂, In₂O₃ oder TiO₂ besteht.

15. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode aus Cr, Mo, Ni, Ti oder Co besteht.

16. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode ein Monometall-Dünnfilm aus Al, Ni, Pt oder einer Al-Si-Cu-Legierung ist.

17. Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Isolierschicht aus NaAlF₆, SiO₂, Si₃N₄, SiON, Polyimid oder einem isolierenden Epoxyharz besteht.