JP4162947B2 - Semiconductor device and electronic apparatus using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージセンサ機能を有する半導体装置に関する。特に本発明は、当該半導体装置の画素部の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
イメージセンサ機能を有する半導体装置には、光電変換素子と該光電変換素子を制御する一つ又は複数のトランジスタが設けられる。光電変換素子としては、PN型のフォトダイオードが用いられる場合が多い。その他には、PIN型のフォトダイオード、アバランシェ型ダイオード、npn埋め込み型ダイオード、ショットキー型ダイオード、フォトトランジスタ、X線用のフォトコンダクタ、又は赤外線用のセンサなどがある。
【0003】
イメージセンサ機能を有する半導体装置は、大別してCCD型とCMOS型に分類される。CMOS型の半導体装置は、増幅用回路を搭載していないものはパッシブ型、増幅用回路を搭載しているものはアクティブ型に分類される。増幅用回路は、光電変換素子が読み取った被写体の画像信号を増幅する機能を有しているため、ノイズの影響を受けにくい。そのため、増幅用回路が搭載されたアクティブ型のCMOS型半導体装置は多くの電子機器に採用されている。
【0004】
図4に光電変換素子が設けられた半導体装置の概略図を示す。図4の半導体装置は、画素部104、画素部104の周辺に配置されたソース信号線駆動回路101、ゲート信号線駆動回路102及びリセット信号線駆動回路103を有する。ソース信号線駆動回路101は、バイアス用回路101a、サンプルホールド回路101b、信号出力線駆動回路101c及び最終出力増幅用回路101dを有する。画素部104はマトリクス状に設けられた(x×y)個の画素100を有する(x、yは自然数)。
【0005】
図11(A)にi列j行目(i、jは自然数)に設けられた画素100の回路図を示す。画素100は、信号出力線(S1〜Sx)のいずれか1つと、電源供給線(VB1〜VBx)のいずれか1つと、ゲート信号線(G1〜Gy)のいずれか1つと、リセット信号線(R1〜Ry)のいずれか1つに囲まれた領域に配置される。画素100は、nチャネル型のスイッチング用トランジスタ1120と、nチャネル型の増幅用トランジスタ1130と、pチャネル型のリセット用トランジスタ1140と、光電変換素子1110とを有する。光電変換素子1110のpチャネル側端子は、電源基準線1210に接続されている。
【0006】
なお回路動作の説明をする際に、トランジスタの動作について述べる場合があるが、トランジスタがオン状態になるとは、トランジスタのゲート・ソース間電圧の絶対値が、トランジスタのしきい値電圧の絶対値を超え、トランジスタのソース領域とドレイン領域とが、チャネル形成領域を通じて導通状態となることに相当する。一方、トランジスタがオフ状態になるとは、トランジスタのゲート・ソース間電圧の絶対値が、トランジスタのしきい値電圧の絶対値を下回り、トランジスタのソース領域とドレイン領域とが非導通状態となることに相当する。
【0007】
画素100が有する光電変換素子1110は、被写体から反射した光が照射されると、その電位が変化する。より詳しくは、光電変換素子1110のnチャネル側端子の電位が変化する。この状態において、ゲート信号線(Gj)が選択されると、ゲート信号線(Gj)に接続されたスイッチング用トランジスタ1120がオン状態になる。そうすると、光電変換素子1110のnチャネル側端子の電位が信号として読み出される。そして、信号出力線(Sj)に出力された信号は、ソース信号線駆動回路101に供給される。
【0008】
なお蓄積時間とは、画素に設けられた光電変換素子が初期化されてから、該画素から信号を出力する時までの期間に相当する。また、光電変換素子の受光部に光を照射し、信号を蓄積している時間のことでもあり、露光時間ともよばれる時間に相当する。
【0009】
またnチャネル型トランジスタに入力される信号の振幅は、リセット信号線から入力される信号、ゲート信号線から入力される信号ともにVdd(Hi、Hレベル)−Vss(Lo、Lレベル)とする。またpチャネル型トランジスタに入力される信号の振幅は、リセット信号線から入力される信号、ゲート信号線から入力される信号ともにVss(Hi、Hレベル)−Vdd(Lo、Lレベル)とする。初期状態として、ソース信号線(Si)、ゲート信号線(Gj)、リセット信号線(Rj)、電源基準線1210の電位はともにVssであり、電源供給線(VBi)の電位はVddとする。
【0010】
次いで、図11(A)のpチャネル型のリセット用トランジスタ1140の接続関係とその動作について簡単に説明する。リセット用トランジスタ1140のソース領域は電源供給線(VBi)に接続され、ドレイン領域は光電変換素子1110のnチャネル側端子に接続されている。またリセット用トランジスタ1140のゲート電極はリセット信号線(Rj)に接続されている。
【0011】
さらに図11(A)の画素100では、光電変換素子1110のpチャネル側端子が電源線1210に接続され、nチャネル側端子がリセット用トランジスタ1140のソース領域に接続されている。
【0012】
そして、j行目のリセット信号線(Rj)が選択されると、pチャネル型のリセット用トランジスタ1140のゲート電極には、Vss(Hi)の信号が入力される。そうすると、ゲート・ソース間電圧Vgsはゼロ以下となり、リセット用トランジスタ1140はオン状態になる。このとき、電源供給線(VBi)に接続されているリセット用トランジスタ1140のソース領域の電位はVddである。そうすると、光電変換素子1110の両端子間の電位Vpdは、電源供給線(VBi)の電位Vddと同電位(Vpd=Vdd)となる。
【0013】
次いで、光電変換素子1110に照射される光の強度と光電変換素子1110の電位の関係について、図11(B)を用いて説明する。図11(B)において、実線は暗い光が照射されたときの光電変換素子1110の電位Vpd、点線は明るい光が照射されたときの光電変換素子1110の電位Vpd、破線はリセット信号線Rjの電位を示している。
【0014】
光電変換素子1110は、蓄積時間において、照射された光によって生成される電荷を蓄積する。よって、蓄積時間が異なると、たとえ同じ光強度の光が照射されたとしても、光によって生成される電荷の総量が異なるため、信号値も異なる。図11(B)に示すように、明るい光が光電変換素子1110に照射されたときは、短い蓄積時間で飽和状態に達する。一方、暗い光が光電変換素子1110に照射されたときは、蓄積時間は長いけれども、いずれは飽和状態に達する。つまり、光電変換素子1110から読み出される信号は、照射される光の強さと蓄積時間の積によって決定する。なお飽和とは、非常に明るい光が照射されたときに、光電変換素子1110のnチャネル側端子の電位が低くなり、その電位が電源基準線1210の電位にまで達して変化しなくなった状態に相当する。
【0015】
図11に示す画素100は、リセット用トランジスタ1140がpチャネル型であり、光電変換素子1110の両電極間の電位差Vpdは、電源供給線(VBi)から供給されている電位Vddと同じ値になっており、充分な信号振幅を得ることが可能となっている。言い換えると、光電変換素子1110のnチャネル側端子の電位は、振幅減衰を生じることなく、Vddまで充分に電位を上げることが出来ている。
【0016】
次いで、画素100が有するトランジスタを全てnチャネル型で構成した場合について図12(A)を用いて説明する。なおnチャネル型のリセット用トランジスタ1140のしきい値電圧はVthNと表記する。図12(A)のnチャネル型のリセット用トランジスタ1140の動作について簡単に説明する。j行目のリセット信号線(Rj)が選択されると、nチャネル型のリセット用トランジスタ1140のゲート電極には、Vdd(Hi)の信号が入力される。また電源供給線(VBi)に接続されているリセット用トランジスタ1140のドレイン領域の電位はVddとなる。
【0017】
リセット用トランジスタ1140は、ゲート・ソース間電圧(Vgs)の絶対値がしきい値電圧(VthN)の絶対値を超えた場合にはオン状態となり、のゲート・ソース間電圧(Vgs)の絶対値がしきい値電圧(VthN)の絶対値よりも下回った場合にはオフ状態となる。
【0018】
つまり、リセット用トランジスタ1140のゲート・ソース間電圧VgsがVthNよりも大きいと、リセット用トランジスタ1140はオン状態となる。反対に、VgsがVthNよりも小さくなると、リセット用トランジスタ1140はオフ状態となってしまい、電源供給線(VBi)から供給される電圧は、光電変換素子1110のnチャネル側端子にまで達しない。すなわち、光電変換素子1110の両電極間の電位差Vpdは、電源供給線(VBi)の電位Vddからリセット用トランジスタ1140のしきい値電圧VthNを引いた値(Vdd−VthN)以上にはならない。
【0019】
次いで、光電変換素子1110に照射される光の強度と、光電変換素子1110の電位の関係について、図12(B)を用いて説明する。上述したように、光電変換素子1110の両端子間の電位差Vpdは、電源供給線(VBi)の電位Vddから、しきい値電圧VthNを引いた値(Vdd−VthN)以上にはならない。そのため、しきい値電圧VthNが大きくなるほど、振幅減衰が大きくなるため、光電変換素子1110の両端子間の電位差Vpdは充分な信号振幅が得られない。つまり、しきい値電圧VthNが大きくなるほど、光電変換素子1110のnチャネル側端子の電位を充分に上げることが出来ない。その結果、光電変換素子1110の電位の変化は微弱になってしまい、画素100から出力される信号にあまり違いがなくなってしまう。そうすると、被写体の情報を明確に読み取ることが難しくなってしまう。
【0020】
次いで、画素100が有するトランジスタを全てpチャネル型で構成した場合について、図14(A)を用いて説明する。なおpチャネル型のリセット用トランジスタ1140のしきい値電圧はVthPと表記する。図14(A)の画素100では、光電変換素子1110のnチャネル側端子が電源線1210に接続され、pチャネル側端子がリセット用トランジスタ1140のソース領域に接続されている。
【0021】
図14(A)において、リセット用トランジスタ1140にVss(Hi)の信号が入力されると、該リセット用トランジスタはオン状態になる。このとき、リセット用トランジスタ1140のドレイン領域の電位はVssであり、ソース領域の電位は電源供給線(VBi)の電位Vssとそのしきい値電圧を足した値(Vss+|VthP|)となる。そうすると、光電変換素子1110の両端子間の電位Vpdは、電源供給線(VBi)の電位Vddから電源供給線(VBi)の電位Vssとそのしきい値電圧を足した値(Vss+|VthP|)以上にはならない。つまり、光電変換素子1110の電位は、Vdd−(Vss+|VthP|)以上にはならない。
【0022】
以上をまとめると、図11(A)、図12(A)及び図14(A)に示した画素は、スイッチング用トランジスタ1120、増幅用トランジスタ1130及びリセット用トランジスタ1140の3つのトランジスタと光電変換素子1110を有し、3つの画素は同じ構成となっている。しかしながら、図11(A)及び図14(A)ではリセット用トランジスタ1140はpチャネル型、図12(A)ではnチャネル型となっており、その導電型は異なっている。
【0023】
そして上述したように、図11(A)に示す画素は、リセット用トランジスタ1140がpチャネル型であり、光電変換素子1110の両電極間の電位差Vpdは電源電位Vddまで充分に上げることができる。一方、図12(A)に示す画素は、リセット用トランジスタ1140はnチャネル型であり、光電変換素子1110の両端子間の電位Vpdは、振幅減衰が生じて、電源電位Vddからしきい値電圧VthNを引いた値以上(Vdd−VthN)にはならない。また図14(A)に示す画素は、リセット用トランジスタ1140はpチャネル型であり、光電変換素子の両端子間の電位は、振幅減衰が生じて、Vdd−(Vss+|VthP|)以上にはならない。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、絶縁表面上又は半導体基板上にトランジスタなどの半導体素子が作製される半導体装置においては、その作製工程の複雑な点が、歩留まり低下とコスト上昇を招いている。従って、可能な限り工程を簡略化することが、歩留まり上昇とコスト低減への主たる課題である。そこで、本発明者は、画素部および周辺の駆動回路(ソース信号線駆動回路およびゲート信号線駆動回路等)を、単一極性(同じ導電型)のトランジスタによって構成することを考案した。
【0025】
ところで、図12(A)に示す画素100は全てのトランジスタがnチャネル型であり、単一極性のトランジスタによって構成されている。同様に、図14(A)に示す画素100は全てのトランジスタがpチャネル型であり、単一極性のトランジスタによって構成されている。しかしながら、両画素は振幅減衰が生じており、充分な信号振幅を得ることが出来ていない。
【0026】
また図11(A)に示す画素100は、光電変換素子1110の両電極間の電位差Vpdを電源電位Vddにまで上げて、充分な信号振幅を得ることが可能となっている。しかしながら、画素100は異なる導電型のトランジスタにより構成されているため、その作製工程は複雑になってしまう。
【0027】
以上のことから、従来の画素構成で、単一極性のトランジスタで画素部と駆動回路部を構成しようとすると、工程削減が実現する反面、充分な信号振幅が得ることが出来ない。
【0028】
本発明は前述の課題を鑑みてなされたものであり、単一極性(同じ導電型)のトランジスタによって画素を構成することによって工程を削減して、歩留まり上昇とコスト低減を実現した半導体装置を提供することを課題とする。また本発明は、光電変換素子が充分な信号振幅を得ることができる半導体装置を提供することを課題とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、容量結合により与えられた電圧以上の電位を生成する電気回路(ブートストラップ回路)を各画素に設けた半導体装置を提供する。そして本発明は、前記電気回路を用いることで、光電変換素子の両端子間の電位を電源電位と同じ値に設定して、充分な信号振幅を得ることが可能な半導体装置を提供する。さらに本発明は、単一極性のトランジスタによって画素を構成することで、工程を削減し、歩留まり上昇とコスト低減を実現した半導体装置を提供する。
【0030】
本発明の半導体装置に設けられる画素について図14(B)を用いて簡単に説明する。図14(B)において、画素100は、スイッチング用素子、増幅用素子、リセット用素子及びブートストラップ回路を有する。前記素子にはトランジスタ等の半導体素子が用いられる。また前記ブートストラップ回路は、半導体素子や容量素子などにより構成され、容量結合により与えられた電圧以上の電位を生成する機能を有する。そして本発明では、リセット用素子のしきい値電圧分だけ、光電変換素子の両端子間の電位に振幅減衰が生じていたところを、ブートストラップ回路を用いて、該光電変換素子の両端子間の電位が充分な信号振幅を得ることができるようにする。
【0031】
図14(B)に示した画素の詳しい構成について、図1(A)に示す。図1(A)に示す画素100は、光電変換素子111と、スイッチング用トランジスタ112、増幅用トランジスタ113、リセット用トランジスタ114、ブート用トランジスタ115、コンデンサ116、放電用トランジスタ117を有する。なお図1(A)において、画素100に設けられているトランジスタは全てnチャネル型とする。
【0032】
そして図1(A)に示すように、ブート用トランジスタ115のゲート電極は電源供給線(VBi)に接続されており、ブート用トランジスタ115のソース領域とドレイン領域は、一方はリセット信号線(Rj)に接続され、もう一方はリセット用トランジスタ114のゲート電極に接続されている。またリセット用トランジスタのソース領域とドレイン領域の一方は電源供給線(VBi)に接続されている。
【0033】
そしてコンデンサ116の一方の端子は、ブート用トランジスタ115のソース領域とドレイン領域の一方と、リセット用トランジスタ114のゲート電極に接続され、もう一方の端子はリセット用トランジスタのソース領域とドレイン領域の他方に接続されている。
【0034】
なお図12に示す画素100は、リセット用トランジスタ114を通過することによって、電源供給線(VBi)から光電変換素子111に与えられる電位は(Vdd-VthN)以上にはならなかった。しかし図1に示す画素100は、ブートストラップ回路を応用したブート用トランジスタ115とコンデンサ116とを設けている。なおブートストラップ法とは、簡単に説明すると、容量結合を用いて与えられた電圧以上の電位を作る手法である。つまり本発明の画素100は、ブートストラップ法を応用した画素構成を有し、そのために容量結合を用いて光電変換素子111に与えられる電位を正常な振幅に戻すことが出来る。言い換えると、本発明の画素100は、リセット用トランジスタ114を通過して、光電変換素子に111に与えられる電位を電源供給線(VBi)と同じ電位(Vdd)とすることが出来る。
【0035】
上記構成を有する本発明は、単一極性(同じ導電型)のトランジスタによって画素を構成することによって工程を削減して、歩留まり上昇とコスト低減を実現した半導体装置を提供することが出来る。また本発明は、光電変換素子が充分な信号振幅を得ることができる半導体装置を提供することが出来る。これにより、光電変換素子による被写体の読み取り精度の向上を実現することが出来る。
【0036】
【発明の実施の形態】
(実施の形態)
本発明の実施の形態について図1〜図4を用いて説明する。
【0037】
図4に半導体装置の概略図を示す。図4に示す半導体装置は、画素部104、画素部104の周辺に配置されたソース信号線駆動回路101、ゲート信号線駆動回路102を有している。なお、本実施の形態では、ソース信号線駆動回路101と、ゲート信号線駆動回路102とを1つずつ有しているが、本発明はこれに限定されない。画素100の構成に応じて、ゲート信号線駆動回路102、リセット信号線駆動回路103などの駆動回路の個数は任意に設定することができる。また図4に示すソース信号線駆動回路101は、バイアス用回路101a、サンプルホールド回路101b、信号出力線駆動回路101c及び最終出力増幅用回路101dを有しているが、本発明はこれに限定されない。ソース信号線駆動回路101には、上記以外にアナログ・デジタル信号変換回路や雑音低減回路などを設けてもよい。
【0038】
画素部104は、マトリクス状に配置された複数の画素100を有している。より詳しくは、画素部104は、x列(縦)×y行(横)個(x、yは自然数)の画素100を有している。
【0039】
画素部104において、i列j行目に設けられた画素100の構成について図1(A)を用いて説明する。画素100は、信号出力線(S1〜Sx)のいずれか1つと、電源供給線(VB1〜VBx)のいずれか1つと、ゲート信号線(G1〜Gy)のいずれか1つと、リセット信号線(R1〜Ry)のいずれか1つと、放電信号線(H1〜Hy)のいずれか1つに囲まれた領域に配置されている。また、画素100は、スイッチング用トランジスタ112と、増幅用トランジスタ113と、リセット用トランジスタ114と、ブート用トランジスタ115と、コンデンサ116と、放電用トランジスタ117と、光電変換素子111とを有している。ブート用トランジスタ115、コンデンサ116及び放電用トランジスタ117がブートストラップ回路に相当する。
【0040】
光電変換素子111は、nチャネル側端子、pチャネル側端子、及びnチャネル側端子とpチャネル側端子の間に設けられた光電変換層を有している。pチャネル側端子とnチャネル側端子は、一方は電源基準線121に接続されており、もう一方は増幅用トランジスタ113のゲート電極に接続されている。
【0041】
スイッチング用トランジスタ112のゲート電極はゲート信号線(Gj)に接続されている。スイッチング用トランジスタ112のソース領域及びドレイン領域は、一方は増幅用トランジスタ113のソース領域に接続されており、もう一方は信号出力線(Si)に接続されている。スイッチング用トランジスタ112は、光電変換素子111の信号をソース信号線駆動回路101に出力するときのスイッチング素子として機能するトランジスタである。
【0042】
増幅用トランジスタ113のドレイン領域は電源供給線(VBi)に接続されている。増幅用トランジスタ113のソース領域はスイッチング用トランジスタ112のソース領域又はドレイン領域に接続されている。増幅用トランジスタ113は、画素部104の周辺の回路に設けられたバイアス用トランジスタ(図示せず)とソースフォロワ回路を形成する。そのため、増幅用トランジスタ113とバイアス用トランジスタの極性は同じであることが好ましい。
【0043】
リセット用トランジスタ114のゲート電極は、ブート用トランジスタ115を介してリセット信号線(Rj)に接続されている。リセット用トランジスタ114のソース領域とドレイン領域は、一方は電源供給線(VBi)に接続されており、もう一方は光電変換素子111及び増幅用トランジスタ113のゲート電極に接続されている。リセット用トランジスタ114は、光電変換素子111を初期化(リセット)するためのスイッチング素子として機能するトランジスタである。
【0044】
ブート用トランジスタ115のゲート電極は電源供給線(VBi)に接続されている。ブート用トランジスタ115のソース領域とドレイン領域は、一方はリセット信号線(Rj)に接続され、もう一方はリセット用トランジスタ114のゲート電極とコンデンサ116の一方の端子に接続されている。
【0045】
放電用トランジスタ117のゲート電極は、放電信号線(Hj)に接続されている。放電用トランジスタ117のソース領域とドレイン領域は、一方は光電変換素子111の一方の端子に接続され、もう一方は電源基準線118に接続されている。
【0046】
次いで、図1(A)に示した画素100の動作について図1(B)、図2及び図3を用いて説明する。画素100の動作の説明は、初期化動作とリセット動作に大別して説明する。初期化動作とは、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位を充分に下げる動作に相当する。より具体的には、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位を電源基準線の電位Vssにまで下げて、該光電変換素子111の両電極間の電位差をゼロにする動作に相当する。またリセット動作とは、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位を充分に上げる動作に相当する。より具体的には、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位を電源供給線の電位Vddにまで上げて、該光電変換素子111の両電極間の電位差をVddと同じにする動作に相当する。なお図1(B)は初期化動作を行ったときの画素100を示し、図2(A)(B)はリセット動作を行ったときの画素100を示している。また図3は、光電変換素子111の電位及びリセット用トランジスタ114のゲート電極の電位、並びに時間の関係を示している。なお図1(B)から図2(B)までは時系列になっており、さらに図3の横軸は時間を示しているので、図2と図3をそれぞれ対応させるとよい。そしてここでは、画素100を構成するトランジスタは全てnチャネル型であるとし、そのしきい値電圧はVthNと表記する。
【0047】
まず、図1(B)を用いて画素100の初期化動作について説明する。図1(B)において、j行目の放電用信号線(Hj)が選択されると、放電用信号線(Hj)に接続された放電用トランジスタ115には信号(Vdd(Hi))が入力されてオン状態になる。そうすると、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位は、電源基準線118の電位Vssまで充分に下げられて、該光電変換素子111の両電極間の電位差をゼロにすることが出来る。なお図3に示すように、電源線121の電位はVssに設定されている。
【0048】
次いで、図2(A)(B)を用いて画素100のリセット動作について説明する。ここで、電源供給線(VBi)に接続されているブート用トランジスタ115のゲート電極の電位はVddでありオン状態となっている。このとき、ブート用トランジスタ115のリセット信号線(Rj)に接続されている領域がドレイン領域であり、もう一方の領域がソース領域となる。
【0049】
なおブート用トランジスタ115は、そのゲート・ソース間電圧Vgsがしきい値電圧VthNよりも大きいとオン状態となり、VgsがVthNよりも小さくなるとブート用トランジスタ114はオフ状態となる。つまり、ブート用トランジスタ115のソース領域とリセット用トランジスタ114のゲート電極の電位差は、電源供給線(VBi)の電位Vddからしきい値電圧VthNを引いた値(Vdd−VthN)以上にはならない。
【0050】
このような状態において、j行目のリセット信号線(Rj)が選択されると、リセット用トランジスタ114のゲート電極に信号が入力されて、リセット用トランジスタ114はオン状態になる。なお、リセット用トランジスタ114に入力される信号は、Vdd(Hi)の信号であるはずだが、ブート用トランジスタ115のソース領域の電位は(Vdd-VthN)以上の値にはならない。そのため、実際にはリセット用トランジスタ114のゲート電極には、Vdd(Hi)の電位の信号ではなく、(Vdd-VthN)以下の電位の信号が入力される。
【0051】
ここで、図3を参照してリセット用トランジスタ114のゲート電極の電位と時間との関係について説明する。図3から分かるように、リセット用トランジスタ114に信号(Vdd(Hi))が入力されると、リセット用トランジスタ114のゲート電極の電位は少しずつ上昇していく。またそれに伴って、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位も少しずつ上昇していく。そして、リセット用トランジスタ114のゲート電極の電位が(Vdd-VthN)の値にまで上昇すると、ブート用トランジスタ115のVgsはしきい値電圧VthNと同じ値になってオフ状態になる。同時に、ブート用トランジスタ115のソース領域の電位は(Vdd-VthN)となって、リセット用トランジスタ114のゲート電極は一旦浮遊状態となる。
【0052】
この状態において、リセット用トランジスタ114のゲート電極の電位と、ブート用トランジスタ115のソース領域の電位は、ブートストラップ法による容量結合により引き上げられる。図3に示すように、ブート用トランジスタ115がオフ状態になってからも、光電変換素子111の電位は上昇し続けている。これは、リセット用トランジスタ114のゲート電極の電位が、容量結合の振幅補償をうけて少しずつ上昇しているからである。
【0053】
そして、リセット用トランジスタ114のゲート電極の電位が上昇するのに伴い、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位も少しずつ上昇して、光電変換素子111の両端子間の最大信号振幅はVddとなる。
【0054】
次いで、リセット用トランジスタ114がオフ状態になって、蓄積期間が開始されると、光電変換素子111に照射される光の強度に伴って、光電変換素子111のnチャネル側端子の電位が少しずつ下がっていく。そしてある一定の期間が経過して、蓄積期間が終了すると、j列目のゲート信号線(Gj)が選択される。ゲート信号線(Gj)が選択されると、スイッチング用トランジスタ112がオン状態となる。そうすると、増幅用トランジスタ113とスイッチング用トランジスタ112を介して、画素100の信号が信号出力線(Si)に出力される。そして、画素100の信号が信号出力線(Si)に出力されると、1フレーム期間が終了する。そうすると、次のフレーム期間が開始されて、上述の動作を繰り返す。
【0055】
上記構成を有する本発明は、単一極性(同じ導電型)のトランジスタによって画素を構成することによって工程を削減して、歩留まり上昇とコスト低減を実現した半導体装置を提供することが出来る。また本発明は、光電変換素子が充分な信号振幅を得ることができる半導体装置を提供することが出来る。
【0056】
【実施例】
(実施例1)
本実施例では、発光素子と光電変換素子が1画素に設けられた半導体装置に本発明を適用した場合について図7、8を用いて説明する。
【0057】
本発明の半導体装置の概略図を図7に示す。図7の半導体装置は、画素部130、画素部130の周辺に配置された複数の駆動回路を有する。画素部130は発光素子部とセンサ部に大別され、前記複数の駆動回路は、発光素子部を制御するソース信号線駆動回路131、ゲート信号線駆動回路132及びリセット信号線駆動回路133、センサ部を制御するセンサ用ソース信号線駆動回路134、センサ用ゲート信号線駆動回路135、センサ用リセット信号線駆動回路136及びセンサ用放電信号線駆動回路137を有する。
【0058】
なお本発明は上記構成に限定されず、出力切り替え回路などを設けて、ゲート信号線駆動回路132とセンサ用ゲート信号線駆動回路135を共用したり、リセット信号線駆動回路133とセンサ用リセット信号線駆動回路136を共用したりしてもよい。
【0059】
画素部104は、マトリクス状に配置された複数の画素100を有している。より詳しくは、画素部104は、x列(縦)×y行(横)個の画素100を有している。
【0060】
図8には、画素部104において、i列j行目に設けられた画素100の構成について説明する。なお画素100は発光素子部とセンサ部に大別される。発光素子部は、ソース信号線(S1〜Sx)のいずれか1つと、電源基準線(V1〜Vx)のいずれか1つと、ゲート信号線(EG1〜EGy)のいずれか1つと、リセット信号線(ER1〜ERy)のいずれか1つに囲まれた領域に配置されている。また発光素子部は、選択用トランジスタ126、リセット用トランジスタ127、コンデンサ128、駆動用トランジスタ129、発光素子125とを有している。発光素子125の一方の端子は、電源線153(Vdd)に接続されている。
【0061】
センサ部は、信号出力線(SS1〜SSx)のいずれか1つと、電源基準線(VB1〜VBx)のいずれか1つと、ゲート信号線(SG1〜SGy)のいずれか1つと、リセット信号線(SR1〜SRy)のいずれか1つと、放電信号線(H1〜Hy)のいずれか1つ囲まれた領域に配置されている。またセンサ部は、スイッチング用トランジスタ142と、増幅用トランジスタ143と、リセット用トランジスタ144と、ブート用トランジスタ145と、コンデンサ146と、放電用トランジスタ147と、光電変換素子141とを有している。光電変換素子の一方の端子は、電源線151(Vdd)に接続されており、放電用トランジスタ147のソース領域及びドレイン領域のどちらか一方は電源線148(Vdd)に接続されている。
【0062】
本実施例では、図8に示す画素100を構成するトランジスタは全てpチャネル型とする。そして、該トランジスタに入力される信号の振幅は、Vss(Hi)-Vdd(Lo)とする。さらに初期状態として、ソース信号線(S)、ゲート信号線(EG)、リセット信号線(ER)、電源基準線(V)の電位はVssとする。また、信号出力線(SS)、ゲート信号線(G)、センサ用リセット信号線(R)、電源供給線(VB)の電位はVssとする。電源線153、電源線151、及び電源線148の電位はVddとする。
【0063】
続いて発光素子部に設けられた発光素子125と、発光素子125を制御する複数のトランジスタとコンデンサの接続構成について説明する。
【0064】
発光素子125は陽極及び陰極と、前記陽極及び前記陰極との間に設けられた有機化合物層とからなる。陽極が駆動用トランジスタ129のソース領域またはドレイン領域と接続している場合、陽極が画素電極となり、陰極が対向電極となる。逆に陰極が駆動用トランジスタ129のソース領域またはドレイン領域と接続している場合、陰極が画素電極となり、陽極が対向電極となる。本実施例において、駆動用トランジスタ129はpチャネル型であるので、発光素子125の陽極が駆動用トランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続され、発光素子125の陰極が電源線13(Vdd)に接続される。
【0065】
なお、発光素子は一対の電極(陽極と陰極)間に有機化合物層が挟まれた構造とする。有機化合物層は、公知の発光材料を用いて作製することが出来る。また、有機化合物層には、単層構造と積層構造の二つの構造があるが、本発明はどちらの構造を用いてもよい。なお、有機化合物層におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と、三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とがあるが、本発明はどちらの発光を用いた発光装置にも適用することが出来る。
【0066】
選択用トランジスタ126のゲート電極はゲート信号線(EGj)に接続されている。選択用トランジスタ126のソース領域とドレイン領域は、一方がソース信号線(Si)に接続され、もう一方が駆動用トランジスタ126のゲート電極に接続されている。選択用トランジスタ126は、発光素子部に信号を書き込むときのスイッチング素子として機能するトランジスタである。
【0067】
駆動用トランジスタ129のソース領域とドレイン領域は、一方が電源基準線(Vi)に接続され、もう一方が発光素子125に接続されている。コンデンサ128は駆動用トランジスタ129のゲート電極と電源基準線(Vi)に接続して設けられている。駆動用トランジスタ129は、発光素子125に供給する電流を制御するための素子(電流制御素子)として機能するトランジスタである。
【0068】
発光用リセット用トランジスタ127のソース領域とドレイン領域は、一方は電源基準線(Vi)に接続され、もう一方は駆動用トランジスタ129のゲート電極に接続されている。リセット用トランジスタ127のゲート電極は、リセット信号線(ERj)に接続されている。リセット用トランジスタ127は、画素100における発光素子部に書き込まれた信号を消去(リセット)するための素子として機能するトランジスタである。
【0069】
次いで、光電変換素子141と、該光電変換素子141を制御する複数のトランジスタとコンデンサの接続構成について説明する。
【0070】
光電変換素子141は、nチャネル側端子及びpチャネル側端子と、前記nチャネル側端子と前記pチャネル側端子との間に設けられた光電変換層を有している。pチャネル側端子とnチャネル側端子は、一方は電源線151(Vdd)に接続され、もう一方は増幅用トランジスタ143のゲート電極に接続されている。
【0071】
スイッチング用トランジスタ142のゲート電極はゲート信号線(Gj)に接続されている。スイッチング用トランジスタ142のソース領域及びドレイン領域は、一方は増幅用トランジスタ143のソース領域に接続され、もう一方は信号出力線(SSi)に接続されている。スイッチング用トランジスタ142は、光電変換素子141の信号を出力するときのスイッチング素子として機能するトランジスタである。
【0072】
増幅用トランジスタ143のドレイン領域は電源基準線(VBi)に接続されている。そして増幅用トランジスタ143のソース領域はスイッチング用トランジスタ142のソース領域又はドレイン領域に接続されている。増幅用トランジスタ143は、センサ用ソース信号線駆動回路134に設けられたバイアス用トランジスタ(図示せず)とソースフォロワ回路を形成する。そのため、増幅用トランジスタ143とバイアス用トランジスタの極性は同じであることが好ましい。
【0073】
リセット用トランジスタ144のゲート電極は、ブート用トランジスタ145を介してセンサ用リセット信号線(Rj)に接続されている。リセット用トランジスタ144のソース領域とドレイン領域は、一方は電源基準線(VBi)に接続されており、もう一方は光電変換素子141及び増幅用トランジスタ143のゲート電極に接続されている。リセット用トランジスタ144は、光電変換素子141を初期化(リセット)するための素子(スイッチング素子)として機能するトランジスタである。
【0074】
ブート用トランジスタ145のゲート電極は電源基準線(VBi)に接続されている。ブート用トランジスタ145のソース領域とドレイン領域は、一方はリセット信号線(Rj)に接続され、もう一方はリセット用トランジスタ144のゲート電極に接続されている。
【0075】
放電用トランジスタ147のゲート電極は、放電信号線(Hj)に接続されている。放電用トランジスタ147のソース領域とドレイン領域は、一方は光電変換素子141の一方の端子および増幅用トランジスタのゲート電極に接続され、もう一方は電源線151(Vdd)に接続されている。
【0076】
そして、ブート用トランジスタ145、容量素子146及び放電用トランジスタ147がブートストラップ回路に相当する。
【0077】
図7、8に示す本実施例における半導体装置は、発光素子部とセンサ部の両者を用いて被写体の読み取りを行う読み取り機能と、発光素子部のみを用いて画像の表示を行う表示機能の2つの機能を有する。前記2つの機能について簡単に説明すると、前者の読み取り機能は、発光素子125から発せられる光を被写体に照射して、該被写体において反射した光をセンサ部に設けられた光電変換素子141において光電変換する。このようにして、被写体の情報を読み取って、該情報は画像信号として半導体装置に設けられたメモリなどの記憶媒体に保存される。また後者の表示機能は、光電変換素子141により読み取られた被写体の画像信号を用いて画像を表示する。
【0078】
図8に示す画素100のセンサ部が有する素子の構成やその接続関係は、上述の実施の形態において説明した図1に示す画素100と同じである。但し、図1に示す画素100は全てのトランジスタがnチャネル型で構成され、図8に示す画素100は全てのトランジスタがpチャネル型で構成される。そのため、両画素では、電源供給線や電源線の電位が異なっている。また図8に示す画素100の動作は、上述の実施の形態に準ずるので、本実施例では詳しい動作の説明は省略する。
【0079】
上記構成を有する本発明は、単一極性(同じ導電型)のトランジスタによって画素を構成することによって工程を削減して、歩留まり上昇とコスト低減を実現した半導体装置を提供することが出来る。また本発明は、光電変換素子が充分な信号振幅を得ることができる半導体装置を提供することが出来る。
【0080】
(実施例2)
本実施例は、同一絶縁表面上に光電変換素子とトランジスタが設けられた画素部、並びに前記画素部の周辺の駆動回路を単一極性トランジスタにより作製する方法について、図5、6を用いて説明する。
【0081】
まず、図5(A)に示すように、コーニング社の#7059ガラスや#1737ガラス等に代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラス等からなる基板5001上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜等の絶縁膜からなる下地膜5002を形成する。特に図示していないが、下地膜5002は、例えば、プラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜を10〜200nm(好ましくは50〜100nm)の厚さに形成し、同様にSiH4、N2Oから作製される酸化窒化水素化シリコン膜を50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成される。
【0082】
続いて、島状の半導体層5003〜5005は、非晶質構造を有する半導体膜を、レーザー結晶化法や公知の熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状の半導体層5003〜5005の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)として形成する。結晶質半導体層の材料には特に限定は無いが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金等で形成すると良い。
【0083】
レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製するには、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやYAGレーザー、YVO4レーザーを用いる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光して半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は、エキシマレーザーを用いる場合にはパルス発振周波数を30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とするとよい。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用い、パルス発振周波数1〜10kHzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、このときの線状レーザーの重ねあわせ率(オーバーラップ率)を80〜98%として行う。
【0084】
続いて、島状の半導体層5003〜5005を覆うゲート絶縁膜5006を形成する。ゲート絶縁膜5006としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、120nmの厚さとして酸化窒化シリコン膜により形成する。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。例えば、酸化シリコンを用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後の400〜500℃の熱アニールにより、ゲート絶縁膜として良好な特性を得ることが出来る。
【0085】
そして、ゲート絶縁膜5006上にゲート電極を形成するための第1の導電膜5007と第2の導電膜5008とを積層形成する。本実施例では、第1の導電層5007をタンタル(Ta)で50〜100nmの厚さに形成し、第2の導電層5009をタングステン(W)で100〜300nmの厚さに形成する(図5(A))。
【0086】
Ta膜はスパッタ法で、TaのターゲットをArでスパッタすることにより形成する。この場合、Arに適量のXeやKrを加えると、Ta膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することが出来る。また、α相のTa膜の抵抗率は20μΩcm程度でありゲート電極として使用することが出来るが、β相のTa膜の抵抗率は180μΩcm程度でありゲート電極には不向きである。α相のTa膜を形成するために、Taのα相に近い結晶構造を有する窒化タンタル(TaN)を10〜50nm程度の厚さでTaの下地に形成しておくとα相のTa膜を容易に得ることが出来る。
【0087】
W膜を形成する場合には、Wをターゲットとしたスパッタ法で形成する。その他にも6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することも出来る。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることが出来るが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害されて高抵抗化する。このことより、W膜はスパッタ法による場合、純度99.9999%のWターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮して形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することが出来る。
【0088】
なお、本実施例においては、第1の導電膜5007をTa、第2の導電膜5008をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成しても良い。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いても良い。本実施例以外の他の組み合わせの一例としては、第1の導電膜をTaN、第2の導電膜をWとする組み合わせ、第1の導電膜をTaN、第2の導電膜をAlとする組み合わせ、第1の導電膜をTaN、第2の導電膜をCuとする組み合わせ等を用いて形成することが望ましい。
【0089】
次に、レジストによるマスク5009を形成し、電極および配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。本実施例ではICP(Inductively coupled plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とを混合し、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側(試料ステージ)にも100[W]のRF電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2とを混合した場合にはW膜およびTa膜とも同程度にエッチングされる。
【0090】
上記エッチング条件では、レジストによるマスクの形状を適したものとすることと、基板側に印加するバイアス電圧の効果とにより第1の導電膜および第2の導電膜の端部がテーパー形状となる。テーパー部の角度は15〜45°となる。ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングを行うためには、10〜20%の割合でエッチング時間を増加させると良い。W膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は2〜4(代表的には3)であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は20〜50nm程度エッチングされることになる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層5010a〜5013aと第2の導電層5010b〜5013bからなる第1の形状の導電層5010〜5013を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5006において第1の形状の導電層5010〜5013で覆われない領域は、20〜50nm程度エッチングされて薄くなった領域が形成される(図5(B))。
【0091】
そして、第1のドーピング処理を行い、N型を付与する不純物元素を添加する(図5(B))。ドーピング処理は、イオンドーピング法もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法にあたっての条件は、ドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとする。N型を付与する不純物元素としては、15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではPを用いる。この場合、導電層5010〜5013がN型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第1の不純物領域5014〜5016が形成される。第1の不純物領域5014〜5016には、1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加する。
【0092】
次に、第2のエッチング処理を行う(図5(C))。第2のエッチング処理は、ICPエッチング法を用いて、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを混合して、1Paの圧力でコイル型の電極に500[W]のRF電力を供給し、プラズマを生成して行う。また基板側(試料ステージ)にも50[W]のRF電力を投入し、第1のエッチング処理に比べ低い自己バイアス電圧を印加する。このような条件により第2の導電層であるWを異方性エッチングし、かつ、第1の導電層であるTaを異方性エッチングして第2の形状の導電層5017〜5020(第1の導電層5017a〜5020aおよび第2の導電層5017b〜5020b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5006において第2の形状の導電層5017〜5020で覆われない領域は、さらに20〜50nm程度エッチングされて薄くなった領域が形成される。
【0093】
W膜やTa膜のCF4とCl2の混合ガスによるエッチング反応は、生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することが出来る。WとTaのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、Wのフッ化物であるWF6の蒸気圧が極端に高く、その他のWCl5、TaF5、TaCl5については同程度である。従って、CF4とCl2の混合ガスでは、W膜およびTa膜共にエッチングされる。しかし、この混合ガスに適量のO2を添加するとCF4とO2が反応してCOとFになり、FラジカルまたはFイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高いW膜のエッチング速度が増大する。一方、TaはFが増大しても、相対的にエッチング速度の増加は少ない。また、TaはWに比較して酸化されやすいので、O2を添加することでTaの表面が酸化される。Taの酸化物はフッ素や塩素と反応しないため、Ta膜のエッチング速度は低下してしまう。従って、W膜とTa膜とのエッチング速度に差を作ることが可能となる。
【0094】
そして、第2のドーピング処理を行う(図5(D))。この場合、第1のドーピング処理よりもドーズ量を下げて高い加速電圧の条件としてN型を付与する不純物元素ドーピングする。例えば、加速電圧を70〜120keVとし、1×1013atoms/cm2のドーズ量で行い、図5(B)で島状の半導体層に形成された第1の不純物領域の内部に新たな不純物領域を形成する。ドーピングは、第2の導電層5017b〜5020bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層5017a〜5020aの下側の領域にも不純物元素が添加されるようにしてドーピングする。こうして、第1の導電層と重なる第2の不純物領域5021〜5023が形成される。
【0095】
続いて、第3のエッチング処理を行う(図6(A))。第3のエッチング処理は、エッチング用ガスにCl2を用い、ICPエッチング装置を用いて行う。本実施例では、Cl2のガス流量比を60sccmとし、1 Paの圧力でコイル型の電極に350[W]のRF電力を投入してプラズマを生成してエッチングを70秒行った。基板側(試料ステージ)にもRF電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加した。この処理により、第1の導電層が後退して第3の形状の導電層5024〜5027(第1の導電層5024a〜5027aおよび第2の導電層5024b〜5027b)が形成され、第2の不純物領域5021〜5023は、第1の導電層と重なる第2の不純物領域5028a〜5030aと、第1の導電層と重ならない第3の不純物領域5028b〜5030bとなる。
【0096】
以上までの工程で、各島状の半導体層に不純物領域が形成される。島状の半導体層と重なる第3の形状の導電層5024〜5026は、トランジスタのゲート電極として機能する。また、第3の形状の導電層5027は、ソース信号線として機能する。
【0097】
続いて、導電型の制御を目的として、それぞれの島状の半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、ラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することが出来る。熱アニール法では酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜600℃で行うものであり、本実施例では500[℃]で4時間の熱処理を行う。ただし、5024〜5027に用いた配線材料が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜(シリコンを主成分とする)を形成した後に熱活性化を行うことが望ましい。
【0098】
さらに、3〜100[%]の水素を含む雰囲気中で、300〜450[℃]で1〜12時間の熱処理を行い、島状の半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。なお熱水素化の他の方法として、プラズマにより励起された水素を用いるプラズマ水素化によって行っても良い。
【0099】
次いで、図6(B)に示すように、第1の層間絶縁膜5031を、酸化窒化シリコン膜で100〜200nmの厚さで形成する。その上に有機絶縁物材料からなる第2の層間絶縁膜5032を形成した後、第1の層間絶縁膜5031、第2の層間絶縁膜5032及びゲート絶縁膜5006に対してコンタクトホールを開口し、配線材料による膜を形成して各配線5033〜5037および接続電極5038をパターニング形成する。
【0100】
第2の層間絶縁膜5032としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、BCB(ベンゾシクロブテン)等の有機樹脂を材料とする膜を用いる。特に、第2の層間絶縁膜5032は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れたアクリルが望ましい。本実施例ではトランジスタによって形成される段差を十分に平坦化しうる厚さでアクリル膜を形成する。好ましくは1〜5μm(さらに好ましくは2〜4μm)とすれば良い。
【0101】
コンタクトホールは、ドライエッチングまたはウェットエッチング法を用いて、N型の不純物領域5014〜5016、ソース信号線5027、ゲート信号線(図示せず)、電流供給線(図示せず)及びゲート電極5024〜5026に達するように形成する。
【0102】
また、配線5033〜5038として、Ti膜を100nm、Tiを含むAl膜を300nm、Ti膜を150nm、スパッタ法で連続形成した3層積層の膜を所望の形状にパターニングして形成する。勿論、本発明はこれに限定されず、他の導電性材料を用いても良い。
【0103】
次に、図6(C)に示すように、アクリル等の有機材料を用いて、絶縁膜を1〜3μm程度の厚さに形成し、第3の層間絶縁膜5040を形成する。
【0104】
そして、配線5041、5042として、Ti膜を100nm、Tiを含むAl膜を300nm、Ti膜を150nmをスパッタ法で連続形成した3層の積層膜を所望の形状にパターニングして形成する。勿論、本発明はこれに限定されず、他の導電性材料を用いても良い。なお配線5041、5042は、画素100に設けられたトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続されている。
【0105】
続いて、配線5041に接するように金属膜を100〜500nmで形成する。前記金属膜としては、ITO膜などの公知の導電性材料を用いて作成する。次いで前記金属膜に接するように、第1微結晶半導体膜を公知の方法で、25〜80nmで形成する。
【0106】
次いで、前記第1微結晶半導体膜に、公知の方法を用いてp型を付与する不純物元素を添加する。そして、前記金属膜と前記第一微結晶半導体膜とを、配線5041に重なるように所望の形状に同時にパターニングして、金属層5043と、微結晶半導体層(p型半導体層)5044を同時に形成する。
【0107】
なおp型を付与する不純物元素の添加の方法は、第1微結晶半導体膜を成膜する際に、p型を付与する不純物元素を含むドーピングガスを混合して、形成してもよい。また金属膜と第1微結晶半導体膜のパターニングを最初に行ってから、微結晶半導体層5044のみにp型を付与する不純物元素を添加してもよい
【0108】
次いで、微結晶半導体層(p型半導体層)5044と重なるように、非晶質半導体膜を10〜200nmの厚さに形成する。次いで、前記非晶質半導体膜上に第2微結晶半導体膜を、25〜80nmの厚さに形成する。前記非晶質半導体膜と前記第2微結晶半導体膜には、公知の如何なる材料を用いてもよく、また作製方法は特に限定されない。
【0109】
次いで、前記第2微結晶半導体膜に、公知の方法を用いてn型を付与する不純物元素を添加する。そして、前記非晶質半導体膜と前記第2微結晶半導体膜とを、p型半導体層5044に重なるように所望の形状になるように同時にパターニングして、非晶質半導体層(光電変換層)5045と、微結晶半導体層(n型半導体層)5046を同時に形成する。
【0110】
なおn型を付与する不純物元素の添加は、微結晶半導体膜を成膜する際に、n型を付与する不純物元素を含むドーピングガスを混合することにより行う手法、又は非晶質半導体膜と微結晶半導体膜のパターニングを行ってから、微結晶半導体層5046のみにn型を付与する不純物元素を添加する手法を用いてもよい。
【0111】
そしてp型半導体層5044と、光電変換層5045と、n型半導体層5046の積層体が光電変換素子111に相当する。続いて、n型半導体層5046と配線5042とを覆うように、導電性材料を用いて、20〜100nmの厚さにて金属膜を形成する。そして所望の形状になるように、前記金属膜のパターニングを行い、光電変換素子111の微結晶半導体層5046と配線5042が電気的に接続されるように金属層5047を形成する。
【0112】
次いで、有機樹脂膜でなる第4の層間絶縁膜5048を形成する。第4の層間絶縁膜5048は、配線材料の絶縁に加え、表面の平坦化としての機能も有している。材料は公知の如何なる材料を用いることが可能であるが、本実施例では、材料にアクリルを用いて膜厚50〜300nmμmの有機樹脂膜として形成した。
【0113】
また、本実施例で示す工程に従えば、アクティブマトリクス基板の作製に必要なフォトマスクの数を4枚(島状半導体層パターン、第1配線パターン(ゲート配線、島状のソース配線、容量配線)、コンタクトホールパターン、第2配線パターン(接続電極含む))とすることができる。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することができる。
【0114】
本実施例は、実施の形態、実施例1と自由に組み合わせることが可能である。
【0115】
(実施例3)
本実施例は、同一絶縁表面上に、光電変換素子、発光素子及びトランジスタが設けられた画素部、並びに前記画素部の周辺の駆動回路を単一極性トランジスタにより作製する方法について、図9、10を用いて説明する。なお本実施例では、pチャネル型トランジスタを用いて構成される。
【0116】
上述した実施例2においては、画素部および周辺の駆動回路をnチャネル型トランジスタのみで作製した作製方法を示した。なお、nチャネル型トランジスタは、ホットキャリア劣化等の抑制のため、ゲート電極と重なる領域に、オーバーラップ領域と呼ばれる不純物領域を設けている。これに対してpチャネル型トランジスタは、ホットキャリア劣化による影響が小さいので、特にオーバーラップ領域を設ける必要はなく、より簡単な工程で作製することが可能である。
【0117】
まず、図9(A)に示すように、ガラス等の絶縁基板6001上に下地膜6002を形成し、次いで島状の半導体層6003〜6005、ゲート絶縁膜6006、導電層6007、6008を形成する。ここで、導電層6007、6008は積層構造としているが、特に単層であっても構わない。なおこの工程は上述の実施例2に準ずるので、詳しい説明は省略する。
【0118】
次いで、図9(B)に示すように、レジストによるマスク6009を形成し、第1のエッチング処理を行う。実施例2においては、積層構造とした導電層の材質による選択比を利用して、異方性エッチングを行ったが、ここでは特にオーバーラップ領域となる領域を設ける必要はないので、通常エッチングにて行えば良い。このとき、ゲート絶縁膜6006においては、エッチングによって20nm〜50nm程度薄くなった領域が形成される。
【0119】
続いて、島状の半導体層にP型を付与する不純物元素を添加するための第1のドーピング処理を行う。導電層6010〜6012を不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。P型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)等が代表的である。ここでは、ジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成し、半導体層中の不純物濃度が2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにする。
【0120】
レジストによるマスクを除去したら、第1の層間絶縁膜6022を、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、BCB(ベンゾシクロブテン)等の有機樹脂を材料とする膜を用いて作製する。第1の層間絶縁膜6022は、平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れたアクリルが望ましい。本実施例では、トランジスタによって形成される段差を充分に平坦しうる膜厚でアクリル膜を形成する。好ましくは1〜5μm(さらに好ましくは2〜4μm)とすれば良い。
【0121】
次いで、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いて、p型の不純物領域6014〜6016に達するようにコンタクトホールを形成する。
【0122】
また配線6018〜6021、6023、6024として、Ti膜を100nm、Tiを含むAl膜を300nm、Ti膜を150nmとしてスパッタ法で連続形成した3層の積層膜を所望の形状にパターニングして形成する。続いて、配線6018〜6021、6023、6024と第1の層間絶縁膜6022を覆うように、第2の層間絶縁膜6025を酸化窒化シリコン膜で100〜200nmの厚さで形成する。
【0123】
そして、配線6041、6042として、Ti膜を100nm、Tiを含むAl膜を300nm、Ti膜を150nm、スパッタ法で連続形成した3層積層の膜を所望の形状にパターニングして形成する。勿論、本発明はこれに限定されず、他の導電性材料を用いても良い。
【0124】
続いて、配線6041に接するように金属膜を100〜500nmで形成する。前記金属膜としては、ITO膜などの公知の導電性材料を用いて作成する。次いで前記金属膜に接するように、第1微結晶半導体膜を公知の方法により25〜80nmとして形成する。
【0125】
次いで、前記第1微結晶半導体膜に、公知の方法を用いてp型を付与する不純物元素を添加する。そして、前記金属膜と前記第1微結晶半導体膜とを、配線6041に重なるように所望の形状になるように同時にパターニングして、金属層6043と、微結晶半導体層(p型半導体層)6044を同時に形成する。
【0126】
なおp型を付与する不純物元素の添加は、第一微結晶半導体膜を成膜する際に、p型を付与する不純物元素を含むドーピングガスを混合することで形成する手法、又は金属膜と第1微結晶半導体膜のパターニングを最初に行ってから、微結晶半導体層6044のみにp型を付与する不純物元素を添加する手法を用いるとよい。
【0127】
次いで、微結晶半導体層(p型半導体層)6044と重なるように、非晶質半導体膜を10〜200nmの厚さに形成する。次いで、前記非晶質半導体膜上に第2微結晶半導体膜を25〜80nmの厚さに形成する。前記非晶質半導体膜と前記第2微結晶半導体膜の作製方法は特に限定されず、公知の如何なる材料を用いてもよい。
【0128】
次いで、前記第2微結晶半導体膜に、公知の方法を用いてn型を付与する不純物元素を添加する。そして、前記非晶質半導体膜と前記第2微結晶半導体膜とを、p型半導体層6043に重なるように所望の形状になるように同時にパターニングして、非晶質半導体層(光電変換層)6045と、微結晶半導体層(n型半導体層)6046を同時に形成する。
【0129】
なおn型を付与する不純物元素の添加は、微結晶半導体膜を成膜する際に、n型を付与する不純物元素を含むドーピングガスを混合することで形成する手法、又は非晶質半導体膜と微結晶半導体膜のパターニングを行ってから、微結晶半導体層5046のみにn型を付与する不純物元素を添加する手法を用いるとよい。
【0130】
そして、p型半導体層6044と、光電変換層6045と、n型半導体層6046の積層体が光電変換素子111に相当する。続いて、第2の層間絶縁膜6025、n型半導体層6046、配線6042を覆うように、導電性材料を用いて、20〜100nmの厚さにて金属膜を形成する。そして所望の形状になるように、前記金属膜のパターニングを行い、光電変換素子111の微結晶半導体層6046と配線6042が電気的に接続されるように金属層6047を形成する。
【0131】
次いで、有機樹脂膜でなる第3の層間絶縁膜6048を形成する。第3の層間絶縁膜6048は、配線材料の絶縁に加え、表面の平坦化としての機能も有している。材料は公知の如何なる材料を用いることが可能であるが、本実施例では、材料にアクリルを用いて膜厚50〜300nmμmの有機樹脂膜として形成した。
【0132】
続いて、第2の層間絶縁膜6025と第3の層間絶縁膜6048に、駆動用トランジスタのソース配線又はドレイン配線が露出するように開口部を形成する。開口部を形成する際には、ウェットエッチング法を用いることで、容易にテーパー状の側壁を得ることが出来る。開口部の側壁が充分になだらかでないと、段差に起因する有機化合物層の劣化や段切れが顕著な問題となるので注意が必要である。そして開口部が形成されたら、画素電極(透明電極)6049を形成し、次いで、有機化合物層6050を真空蒸着法を用いて形成する。そして、有機化合物層6050を覆うように、MgAgでなる陰極6051を形成する。画素電極6049と陰極6051の膜厚は80〜120nmとし、また有機化合物層6050は80〜200nm(典型的には100〜120nm)とするとよい。
【0133】
この工程では、赤色に対応する画素、緑色に対応する画素、青色に対応する画素に対して、順次、有機化合物層6050及び陰極6051を形成する。但し、有機化合物層6050は溶液に対する耐性に乏しいため、フォトリソグラフィ技術を用いることなく、各色個別に形成しなければならない。そこで、メタルマスク等で所望の画素以外を隠し、必要箇所だけ選択的に形成するのが望ましい。
【0134】
ここでは、RGBに対応した3種類の発光素子を形成する方式を用いているが、白色発光の発光素子とカラーフィルタを組み合わせた方式、青色または青緑色の発光素子と蛍光体(蛍光性の色変換層:CCM)とを組み合わせた方式等を用いてもよい。なお、有機化合物層6050としては公知の材料を用いることが可能であり、前記公知の材料としては、駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが望ましい。
【0135】
次いで、窒化珪素膜でなる保護膜6052を、50〜300nmの厚さに形成する。この保護膜6052は、有機化合物層6050を水分等から保護する役目を担う。
【0136】
なお実際には、図10(B)の状態まで完成したら、さらに外気に曝さないように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化フィルム等)や透光性のシーリング材で封入することが好ましい。その際、シーリング材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料(例えば酸化バリウム)を配置したりすると、発光素子の信頼性が向上する。
【0137】
また、パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板上に形成された素子又は回路から引き回された端子と、外部信号端子とを接続するためのコネクタ(FPC)を取り付けると、製品として完成する。
【0138】
本実施例の構成によると、発光素子から発せられた光は、トランジスタが形成されている基板6001側に出射される。そして、発光素子から発せられた光は、被写体に照射され、被写体において反射した光は、光電変換素子に照射される。
【0139】
なお発光素子から発せられる光は、基板6001の方向に発せられる場合と、基板6001と反対方向に発せられる場合がある。前者は下面出射と呼ばれ、後者は上面出射と呼ばれており、下面出射の場合は、画素電極6049が陽極に相当し対向電極6051が陰極に相当する。また上面出射の場合は、画素電極6049が陰極に相当し対向電極6051が陽極に相当する。本実施例では、基板6001の方向に光が発せられる下面出射の場合のみを図示したが、本発明はこれに限定されない。基板6001と反対方向に光が発せられる上面出射を行ってもよい。上面出射の場合には、画素の開口率に依存せずに、発光素子から発せられる光をほぼ全部外部に取り出すことが出来る。そのため、画素内に多数の回路素子が配置されている場合に有効である。
【0140】
上記構成を有する本発明は、単一極性(同じ導電型)のトランジスタによって画素を構成することによって工程を削減して、歩留まり上昇とコスト低減を実現した半導体装置を提供することが出来る。また本発明は、光電変換素子が充分な信号振幅を得ることができる半導体装置を提供することが出来る。
【0141】
本実施例は、実施の形態、実施例1、2と自由に組み合わせることが可能である。
【0142】
(実施例4)
本発明の半導体装置を用いた電子機器の実施例として図13を用いて説明する。
【0143】
図13(A)は、ラインセンサを用いたハンドスキャナーである。CCD型(CMOS型)のイメージセンサ1001の上部には、ロッドレンズアレイなどの光学系1002が設けられている。光学系1002は、被写体1004上の画像がイメージセンサ1001上に映し出されるようにするために用いられる。LEDや蛍光灯などの光源1003は、被写体1004に光を照射できる位置に設けられている。被写体1004の下部には、ガラス1005が設けられている。
【0144】
光源1003から発せられる光は、ガラス1005を介して被写体1004に入射する。被写体1004で反射した光は、ガラス1005を介して、光学系1002に入射する。光学系1002に入射した光は、イメージセンサ1001に入射し、そこで光電変換される。本発明の半導体装置は、イメージセンサ1001に用いることができる。
【0145】
図13(B)は、1801は基板、1802は画素部、1803はタッチパネル、1804はタッチペンである。タッチパネル1803は透光性を有し、画素部1802から発せられる光及び画素部1802に入射する光を透過することができ、タッチパネル1803を通して被写体上の画像を読み込むことができる。また画素部1802に画像が表示されている場合にも、タッチパネル1803を通して、画素部1802上の画像を見ることが可能である。
【0146】
タッチペン1804がタッチパネル1803に触れると、タッチペン1804とタッチパネル1803とが接している部分の位置の情報を電気信号として半導体装置に取り込むことができる。本実施例で用いられるタッチパネル1803及びタッチペン1804は、タッチパネル1803が透光性を有していて、なおかつタッチペン1804とタッチパネル1803とが接している部分の位置の情報を、電気信号として半導体装置に取り込むことができるものならば、公知のものを用いることができる。本発明の半導体装置は、画素部1802に用いることができる。
【0147】
図13(C)は、図13(B)とは異なる携帯型ハンドスキャナーであり、本体1901、画素部1902、上部カバー1903、外部接続ポート1904、操作スイッチ1905で構成されている。図13(D)は図13(C)と同じ携帯型ハンドスキャナーの上部カバー1903を閉じた図である。
【0148】
図13(C)(D)の半導体装置は、画素部1902で読み込んだ画像信号を、外部接続ポート1904から携帯型ハンドスキャナーの外部に接続されている電子機器に送り、パソコンにおいて画像を補正、合成、編集等を行うことも可能である。本発明の半導体装置は、画素部1902に用いることができる。
【0149】
また、本発明の半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)などが挙げられる。
【0150】
図13(E)はデジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明の半導体装置は表示部2102に用いることができる。
【0151】
図13(F)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明の半導体装置は表示部2302に用いることができる。
【0152】
図13(G)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明の半導体装置は表示部2703に用いることができる。
【0153】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。
【0154】
【発明の効果】
本発明は、単一極性(同じ導電型)のトランジスタによって画素を構成することによって工程を削減して、歩留まり上昇とコスト低減を実現した半導体装置を提供することが出来る。
【0155】
また本発明は、ブートストラップ法を応用することで、光電変換素子が充分な信号振幅を得ることができる半導体装置を提供することが出来る。これにより、光電変換素子による被写体の読みとり精度の向上を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体装置の画素の回路図。
【図2】 半導体装置の画素の回路図。
【図3】 光電変換素子の電位と時間との関係を示す図。
【図4】 半導体装置の概略図。
【図5】 半導体装置の作製工程を示す図。
【図6】 半導体装置の作製工程を示す図。
【図7】 半導体装置の概略図。
【図8】 半導体装置の画素の回路図。
【図9】 半導体装置の作製工程を示す図。
【図10】半導体装置の作製工程を示す図。
【図11】 半導体装置の画素の回路図。
【図12】 半導体装置の画素の回路図。
【図13】 本発明が適用される電子機器の一例の図。
【図14】 半導体装置の図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having an image sensor function. In particular, the present invention relates to a structure of a pixel portion of the semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor device having an image sensor function is provided with a photoelectric conversion element and one or a plurality of transistors for controlling the photoelectric conversion element. As the photoelectric conversion element, a PN type photodiode is often used. In addition, there are a PIN photodiode, an avalanche diode, an npn buried diode, a Schottky diode, a phototransistor, an X-ray photoconductor, an infrared sensor, and the like.
[0003]
Semiconductor devices having an image sensor function are roughly classified into a CCD type and a CMOS type. CMOS type semiconductor devices are classified as passive types without an amplification circuit and active types with an amplification circuit. Since the amplification circuit has a function of amplifying the image signal of the subject read by the photoelectric conversion element, it is not easily affected by noise. Therefore, an active CMOS semiconductor device on which an amplification circuit is mounted is employed in many electronic devices.
[0004]
FIG. 4 is a schematic view of a semiconductor device provided with a photoelectric conversion element. The semiconductor device in FIG. 4 includes a pixel portion 104, a source signal line driver circuit 101, a gate signal line driver circuit 102, and a reset signal line driver circuit 103 arranged around the pixel portion 104. The source signal line drive circuit 101 includes a bias circuit 101a, a sample hold circuit 101b, a signal output line drive circuit 101c, and a final output amplification circuit 101d. The pixel portion 104 includes (x × y) pixels 100 provided in a matrix (x and y are natural numbers).
[0005]
FIG. 11A shows a circuit diagram of the pixel 100 provided in the i-th column and the j-th row (i and j are natural numbers). The pixel 100 includes any one of signal output lines (S1 to Sx), one of power supply lines (VB1 to VBx), one of gate signal lines (G1 to Gy), and a reset signal line ( R1 to Ry) are arranged in a region surrounded by any one of them. The pixel 100 includes an n-channel switching transistor 1120, an n-channel amplification transistor 1130, a p-channel reset transistor 1140, and a photoelectric conversion element 1110. The p-channel side terminal of the photoelectric conversion element 1110 is connected to the power supply reference line 1210.
[0006]
Note that when describing the circuit operation, the operation of the transistor may be described. When the transistor is turned on, the absolute value of the gate-source voltage of the transistor is the absolute value of the threshold voltage of the transistor. This corresponds to the case where the source region and the drain region of the transistor are brought into conduction through the channel formation region. On the other hand, when the transistor is turned off, the absolute value of the gate-source voltage of the transistor is lower than the absolute value of the threshold voltage of the transistor, and the source region and the drain region of the transistor are in a non-conductive state. Equivalent to.
[0007]
The photoelectric conversion element 1110 included in the pixel 100 changes its potential when irradiated with light reflected from the subject. More specifically, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 1110 changes. In this state, when the gate signal line (Gj) is selected, the switching transistor 1120 connected to the gate signal line (Gj) is turned on. Then, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 1110 is read as a signal. The signal output to the signal output line (Sj) is supplied to the source signal line driver circuit 101.
[0008]
Note that the accumulation time corresponds to a period from when a photoelectric conversion element provided in a pixel is initialized to when a signal is output from the pixel. Further, it is a time for irradiating light to the light receiving portion of the photoelectric conversion element and accumulating signals, and corresponds to a time called exposure time.
[0009]
The amplitude of the signal input to the n-channel transistor is V V for both the signal input from the reset signal line and the signal input from the gate signal line. dd (Hi, H level) -V ss (Lo, L level). The amplitude of the signal input to the p-channel transistor is V V for both the signal input from the reset signal line and the signal input from the gate signal line. ss (Hi, H level) -V dd (Lo, L level). As an initial state, the potentials of the source signal line (Si), the gate signal line (Gj), the reset signal line (Rj), and the power supply reference line 1210 are all V. ss And the potential of the power supply line (VBi) is V dd And
[0010]
Next, a connection relation and operation of the p-channel reset transistor 1140 in FIG. 11A are briefly described. The source region of the reset transistor 1140 is connected to the power supply line (VBi), and the drain region is connected to the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 1110. The gate electrode of the reset transistor 1140 is connected to the reset signal line (Rj).
[0011]
Further, in the pixel 100 in FIG. 11A, the p-channel side terminal of the photoelectric conversion element 1110 is connected to the power supply line 1210, and the n-channel side terminal is connected to the source region of the reset transistor 1140.
[0012]
When the reset signal line (Rj) in the j-th row is selected, the gate electrode of the p-channel type reset transistor 1140 has V ss (Hi) signal is input. Then, the gate-source voltage V gs Becomes less than or equal to zero, and the reset transistor 1140 is turned on. At this time, the potential of the source region of the reset transistor 1140 connected to the power supply line (VBi) is V dd It is. Then, the potential V between both terminals of the photoelectric conversion element 1110 pd Is the potential V of the power supply line (VBi) dd And the same potential (V pd = V dd )
[0013]
Next, the relationship between the intensity of light applied to the photoelectric conversion element 1110 and the potential of the photoelectric conversion element 1110 will be described with reference to FIG. In FIG. 11B, the solid line indicates the potential V of the photoelectric conversion element 1110 when dark light is irradiated. pd The dotted line indicates the potential V of the photoelectric conversion element 1110 when bright light is irradiated. pd The broken line indicates the potential of the reset signal line Rj.
[0014]
The photoelectric conversion element 1110 accumulates charges generated by the irradiated light during the accumulation time. Therefore, if the accumulation time is different, even if light having the same light intensity is irradiated, the total amount of charges generated by the light is different, and thus the signal value is also different. As shown in FIG. 11B, when bright light is irradiated to the photoelectric conversion element 1110, the saturation state is reached in a short accumulation time. On the other hand, when the photoelectric conversion element 1110 is irradiated with dark light, the storage time is long, but eventually reaches saturation. That is, the signal read from the photoelectric conversion element 1110 is determined by the product of the intensity of the irradiated light and the accumulation time. Note that saturation is a state in which the potential of the n-channel terminal of the photoelectric conversion element 1110 becomes low and the potential reaches the potential of the power supply reference line 1210 and is not changed when very bright light is irradiated. Equivalent to.
[0015]
In the pixel 100 illustrated in FIG. 11, the reset transistor 1140 is a p-channel type, and the potential difference V between both electrodes of the photoelectric conversion element 1110. pd Is the potential V supplied from the power supply line (VBi). dd Thus, it is possible to obtain a sufficient signal amplitude. In other words, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 1110 does not cause amplitude attenuation, and V dd The potential can be raised sufficiently.
[0016]
Next, the case where all the transistors included in the pixel 100 are n-channel transistors is described with reference to FIG. Note that the threshold voltage of the n-channel reset transistor 1140 is V thN Is written. The operation of the n-channel reset transistor 1140 in FIG. 12A will be briefly described. When the reset signal line (Rj) in the j-th row is selected, the gate electrode of the n-channel type reset transistor 1140 has V dd (Hi) signal is input. The potential of the drain region of the reset transistor 1140 connected to the power supply line (VBi) is V dd It becomes.
[0017]
The reset transistor 1140 is turned on when the absolute value of the gate-source voltage (Vgs) exceeds the absolute value of the threshold voltage (VthN), and the absolute value of the gate-source voltage (Vgs). Becomes lower than the absolute value of the threshold voltage (VthN).
[0018]
That is, the gate-source voltage V of the reset transistor 1140 gs Is V thN Is larger than the reset transistor 1140, the reset transistor 1140 is turned on. Conversely, V gs Is V thN If it becomes smaller than that, the reset transistor 1140 is turned off, and the voltage supplied from the power supply line (VBi) does not reach the n-channel terminal of the photoelectric conversion element 1110. That is, the potential difference V between both electrodes of the photoelectric conversion element 1110 pd Is the potential V of the power supply line (VBi) dd To threshold voltage V of reset transistor 1140 thN Minus (V dd -V thN ) No more than that.
[0019]
Next, the relationship between the intensity of light applied to the photoelectric conversion element 1110 and the potential of the photoelectric conversion element 1110 will be described with reference to FIG. As described above, the potential difference V between both terminals of the photoelectric conversion element 1110 pd Is the potential V of the power supply line (VBi) dd To threshold voltage V thN Minus (V dd -V thN ) No more than that. Therefore, threshold voltage V thN As the value increases, the amplitude attenuation increases, so that the potential difference V between both terminals of the photoelectric conversion element 1110 pd Cannot obtain a sufficient signal amplitude. That is, the threshold voltage V thN As the value increases, the potential of the n-channel terminal of the photoelectric conversion element 1110 cannot be sufficiently increased. As a result, the change in potential of the photoelectric conversion element 1110 becomes weak, and the signal output from the pixel 100 is not so different. If it does so, it will become difficult to read the information on a subject clearly.
[0020]
Next, the case where all the transistors included in the pixel 100 are p-channel transistors is described with reference to FIG. The threshold voltage of the p-channel type reset transistor 1140 is V thP Is written. In the pixel 100 in FIG. 14A, the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 1110 is connected to the power supply line 1210, and the p-channel side terminal is connected to the source region of the reset transistor 1140.
[0021]
In FIG. 14A, V is applied to the reset transistor 1140. ss When the (Hi) signal is input, the reset transistor is turned on. At this time, the potential of the drain region of the reset transistor 1140 is V ss The potential of the source region is the potential V of the power supply line (VBi). ss And the threshold voltage (V ss + | V thP |) Then, the potential V between both terminals of the photoelectric conversion element 1110 pd Is the potential V of the power supply line (VBi) dd To the potential V of the power supply line (VBi) ss And the threshold voltage (V ss + | V thP |) No more. That is, the potential of the photoelectric conversion element 1110 is V dd -(V ss + | V thP |) No more.
[0022]
In summary, the pixel illustrated in FIGS. 11A, 12A, and 14A includes three transistors, a switching transistor 1120, an amplifying transistor 1130, and a resetting transistor 1140, and a photoelectric conversion element. 1110 and the three pixels have the same configuration. However, in FIGS. 11A and 14A, the reset transistor 1140 is a p-channel type and in FIG. 12A is an n-channel type, and their conductivity types are different.
[0023]
As described above, in the pixel illustrated in FIG. 11A, the reset transistor 1140 is a p-channel transistor, and the potential difference V between both electrodes of the photoelectric conversion element 1110 pd Is the power supply potential V dd Can be raised enough. On the other hand, in the pixel illustrated in FIG. 12A, the reset transistor 1140 is an n-channel type, and the potential V between both terminals of the photoelectric conversion element 1110. pd Amplitude decay occurs and the power supply potential V dd To threshold voltage V thN Greater than or equal to (V dd -V thN ) Does not. In the pixel illustrated in FIG. 14A, the reset transistor 1140 is a p-channel transistor, and the potential between both terminals of the photoelectric conversion element is attenuated by amplitude. dd -(V ss + | V thP |) No more.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a semiconductor device in which a semiconductor element such as a transistor is manufactured over an insulating surface or a semiconductor substrate, a complicated point of the manufacturing process leads to a decrease in yield and an increase in cost. Therefore, simplification of the process as much as possible is a main issue for yield increase and cost reduction. Therefore, the present inventor has devised that the pixel portion and the peripheral drive circuits (source signal line drive circuit, gate signal line drive circuit, and the like) are configured by transistors of a single polarity (the same conductivity type).
[0025]
By the way, in the pixel 100 illustrated in FIG. 12A, all transistors are n-channel transistors, and are configured with a single polarity transistor. Similarly, in the pixel 100 illustrated in FIG. 14A, all the transistors are p-channel transistors and are formed of a single polarity transistor. However, amplitude attenuation has occurred in both pixels, and sufficient signal amplitude cannot be obtained.
[0026]
In addition, the pixel 100 illustrated in FIG. 11A includes a potential difference V between both electrodes of the photoelectric conversion element 1110. pd The power supply potential V dd It is possible to obtain a sufficient signal amplitude. However, since the pixel 100 includes transistors of different conductivity types, the manufacturing process is complicated.
[0027]
From the above, if the pixel unit and the drive circuit unit are configured with a single polarity transistor in the conventional pixel configuration, the process reduction is realized, but a sufficient signal amplitude cannot be obtained.
[0028]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor device that realizes an increase in yield and cost by reducing the number of steps by forming a pixel with a single polarity (same conductivity type) transistor. The task is to do. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a photoelectric conversion element can obtain a sufficient signal amplitude.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor device in which each pixel is provided with an electric circuit (bootstrap circuit) that generates a potential higher than a voltage given by capacitive coupling. In addition, the present invention provides a semiconductor device capable of obtaining a sufficient signal amplitude by setting the potential between both terminals of the photoelectric conversion element to the same value as the power supply potential by using the electric circuit. Furthermore, the present invention provides a semiconductor device in which a pixel is configured by a single polarity transistor, thereby reducing the number of steps and realizing an increase in yield and a reduction in cost.
[0030]
A pixel provided in the semiconductor device of the present invention will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 14B, the pixel 100 includes a switching element, an amplifying element, a resetting element, and a bootstrap circuit. A semiconductor element such as a transistor is used as the element. The bootstrap circuit is composed of a semiconductor element, a capacitor element, and the like, and has a function of generating a potential higher than a voltage given by capacitive coupling. In the present invention, the amplitude attenuation is generated in the potential between the two terminals of the photoelectric conversion element by the threshold voltage of the resetting element. So that a sufficient signal amplitude can be obtained.
[0031]
FIG. 1A illustrates a detailed structure of the pixel illustrated in FIG. A pixel 100 illustrated in FIG. 1A includes a photoelectric conversion element 111, a switching transistor 112, an amplification transistor 113, a reset transistor 114, a boot transistor 115, a capacitor 116, and a discharge transistor 117. Note that in FIG. 1A, all transistors provided in the pixel 100 are n-channel transistors.
[0032]
As shown in FIG. 1A, the gate electrode of the boot transistor 115 is connected to the power supply line (VBi), and one of the source region and the drain region of the boot transistor 115 is the reset signal line (Rj). And the other is connected to the gate electrode of the resetting transistor 114. One of the source region and the drain region of the reset transistor is connected to a power supply line (VBi).
[0033]
One terminal of the capacitor 116 is connected to one of the source region and the drain region of the boot transistor 115 and the gate electrode of the reset transistor 114, and the other terminal is the other of the source region and the drain region of the reset transistor. It is connected to the.
[0034]
Note that in the pixel 100 illustrated in FIG. 12, the potential supplied from the power supply line (VBi) to the photoelectric conversion element 111 through the reset transistor 114 did not exceed (Vdd−VthN). However, the pixel 100 shown in FIG. 1 includes a boot transistor 115 and a capacitor 116 to which a bootstrap circuit is applied. In brief, the bootstrap method is a method of creating a potential higher than a given voltage by using capacitive coupling. In other words, the pixel 100 of the present invention has a pixel configuration to which the bootstrap method is applied, and thus the potential applied to the photoelectric conversion element 111 can be returned to a normal amplitude by using capacitive coupling. In other words, in the pixel 100 of the present invention, the potential applied to the photoelectric conversion element 111 through the reset transistor 114 can be the same potential (Vdd) as the power supply line (VBi).
[0035]
The present invention having the above-described structure can provide a semiconductor device in which the number of steps is reduced by forming a pixel with transistors having the same polarity (same conductivity type), thereby increasing yield and reducing cost. In addition, the present invention can provide a semiconductor device in which the photoelectric conversion element can obtain a sufficient signal amplitude. Thereby, it is possible to improve the reading accuracy of the subject by the photoelectric conversion element.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0037]
FIG. 4 shows a schematic diagram of the semiconductor device. The semiconductor device illustrated in FIG. 4 includes a pixel portion 104, a source signal line driver circuit 101 and a gate signal line driver circuit 102 which are arranged around the pixel portion 104. Note that although one source signal line driver circuit 101 and one gate signal line driver circuit 102 are provided in this embodiment mode, the present invention is not limited to this. Depending on the configuration of the pixel 100, the number of driver circuits such as the gate signal line driver circuit 102 and the reset signal line driver circuit 103 can be arbitrarily set. 4 includes a bias circuit 101a, a sample hold circuit 101b, a signal output line drive circuit 101c, and a final output amplification circuit 101d. However, the present invention is not limited to this. . In addition to the above, the source signal line driver circuit 101 may be provided with an analog / digital signal conversion circuit, a noise reduction circuit, or the like.
[0038]
The pixel portion 104 has a plurality of pixels 100 arranged in a matrix. More specifically, the pixel unit 104 includes x columns (vertical) × y rows (horizontal) (100, x and y are natural numbers) of pixels 100.
[0039]
A structure of the pixel 100 provided in the i-th column and the j-th row in the pixel portion 104 is described with reference to FIG. The pixel 100 includes a signal output line (S 1 ~ S x ) And the power supply line (VB) 1 ~ VB x ) And a gate signal line (G 1 ~ G y ) And the reset signal line (R 1 ~ R y ) And a discharge signal line (H 1 ~ H y ) Are arranged in a region surrounded by any one of the above. In addition, the pixel 100 includes a switching transistor 112, an amplification transistor 113, a reset transistor 114, a boot transistor 115, a capacitor 116, a discharge transistor 117, and a photoelectric conversion element 111. . The boot transistor 115, the capacitor 116, and the discharge transistor 117 correspond to a bootstrap circuit.
[0040]
The photoelectric conversion element 111 includes an n-channel side terminal, a p-channel side terminal, and a photoelectric conversion layer provided between the n-channel side terminal and the p-channel side terminal. One of the p-channel side terminal and the n-channel side terminal is connected to the power supply reference line 121, and the other is connected to the gate electrode of the amplifying transistor 113.
[0041]
The gate electrode of the switching transistor 112 is a gate signal line (G j )It is connected to the. One of the source region and the drain region of the switching transistor 112 is connected to the source region of the amplifying transistor 113, and the other is connected to the signal output line (S i )It is connected to the. The switching transistor 112 is a transistor that functions as a switching element when a signal from the photoelectric conversion element 111 is output to the source signal line driver circuit 101.
[0042]
The drain region of the amplifying transistor 113 is a power supply line (VB i )It is connected to the. The source region of the amplifying transistor 113 is connected to the source region or the drain region of the switching transistor 112. The amplifying transistor 113 forms a source follower circuit with a biasing transistor (not shown) provided in a peripheral circuit of the pixel portion 104. Therefore, the polarity of the amplifying transistor 113 and the biasing transistor is preferably the same.
[0043]
The gate electrode of the reset transistor 114 is connected to the reset signal line (R j )It is connected to the. One of the source region and the drain region of the reset transistor 114 is a power supply line (VB i And the other is connected to the gate electrodes of the photoelectric conversion element 111 and the amplifying transistor 113. The reset transistor 114 is a transistor that functions as a switching element for initializing (resetting) the photoelectric conversion element 111.
[0044]
The gate electrode of the boot transistor 115 is a power supply line (VB i )It is connected to the. One of the source region and the drain region of the boot transistor 115 is a reset signal line (R j And the other is connected to the gate electrode of the resetting transistor 114 and one terminal of the capacitor 116.
[0045]
The gate electrode of the discharge transistor 117 is connected to the discharge signal line (H j )It is connected to the. One of the source region and the drain region of the discharging transistor 117 is connected to one terminal of the photoelectric conversion element 111, and the other is connected to the power supply reference line 118.
[0046]
Next, operation of the pixel 100 illustrated in FIG. 1A will be described with reference to FIGS. 1B, 2, and 3. The description of the operation of the pixel 100 will be divided into an initialization operation and a reset operation. The initialization operation corresponds to an operation for sufficiently reducing the potential of the n-channel terminal of the photoelectric conversion element 111. More specifically, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 111 is set to the potential V of the power supply reference line. ss This corresponds to an operation of reducing the potential difference between both electrodes of the photoelectric conversion element 111 to zero. The reset operation corresponds to an operation for sufficiently raising the potential of the n-channel terminal of the photoelectric conversion element 111. More specifically, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 111 is set to the potential V of the power supply line. dd The potential difference between both electrodes of the photoelectric conversion element 111 is V dd It corresponds to the same operation. 1B shows the pixel 100 when the initialization operation is performed, and FIGS. 2A and 2B show the pixel 100 when the reset operation is performed. FIG. 3 shows the relationship between the potential of the photoelectric conversion element 111, the potential of the gate electrode of the resetting transistor 114, and time. Note that FIG. 1B to FIG. 2B are time-series, and the horizontal axis of FIG. 3 indicates time, so that FIG. 2 and FIG. 3 should correspond to each other. Here, all the transistors constituting the pixel 100 are n-channel transistors, and the threshold voltage is V thN Is written.
[0047]
First, the initialization operation of the pixel 100 will be described with reference to FIG. In FIG. 1B, when the discharge signal line (Hj) in the j-th row is selected, the signal (V) is supplied to the discharge transistor 115 connected to the discharge signal line (Hj). dd (Hi)) is input to turn on. Then, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 111 is the potential V of the power supply reference line 118. ss The potential difference between both electrodes of the photoelectric conversion element 111 can be made zero. As shown in FIG. 3, the potential of the power supply line 121 is V ss Is set to
[0048]
Next, the reset operation of the pixel 100 will be described with reference to FIGS. Here, the potential of the gate electrode of the boot transistor 115 connected to the power supply line (VBi) is V dd And it is on. At this time, a region connected to the reset signal line (Rj) of the boot transistor 115 is a drain region, and the other region is a source region.
[0049]
The boot transistor 115 has a gate-source voltage V gs Is the threshold voltage V thN If it is larger than V, it turns on and V gs Is V thN When it becomes smaller than that, the boot transistor 114 is turned off. That is, the potential difference between the source region of the boot transistor 115 and the gate electrode of the reset transistor 114 is the potential V of the power supply line (VBi). dd To threshold voltage V thN Minus (V dd -V thN ) No more than that.
[0050]
In this state, when the reset signal line (Rj) in the j-th row is selected, a signal is input to the gate electrode of the reset transistor 114, and the reset transistor 114 is turned on. Note that the signal input to the reset transistor 114 is V dd Although the signal should be (Hi), the potential of the source region of the boot transistor 115 is (V dd -V thN ) It will not be the above value. Therefore, in practice, the gate electrode of the reset transistor 114 has V dd Not (Hi) potential signal, (V dd -V thN ) The following potential signals are input.
[0051]
Here, the relationship between the potential of the gate electrode of the resetting transistor 114 and time will be described with reference to FIG. As can be seen from FIG. 3, the signal (V dd When (Hi)) is input, the potential of the gate electrode of the reset transistor 114 gradually increases. Along with this, the potential at the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 111 gradually increases. The potential of the gate electrode of the resetting transistor 114 is (V dd -V thN ) To the value of V) of the boot transistor 115 gs Is the threshold voltage V thN It becomes the same value as and turns off. At the same time, the potential of the source region of the boot transistor 115 is (V dd -V thN ) And the gate electrode of the resetting transistor 114 is once in a floating state.
[0052]
In this state, the potential of the gate electrode of the reset transistor 114 and the potential of the source region of the boot transistor 115 are raised by capacitive coupling by a bootstrap method. As shown in FIG. 3, even after the boot transistor 115 is turned off, conversion The potential of the element 111 continues to rise. This is because the potential of the gate electrode of the resetting transistor 114 is gradually increased due to the amplitude compensation of capacitive coupling.
[0053]
As the potential of the gate electrode of the resetting transistor 114 increases, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 111 also increases little by little, and the maximum signal amplitude between both terminals of the photoelectric conversion element 111 is V dd It becomes.
[0054]
Next, when the reset transistor 114 is turned off and the accumulation period is started, the potential of the n-channel side terminal of the photoelectric conversion element 111 gradually increases with the intensity of light irradiated on the photoelectric conversion element 111. Going down. When a certain period of time has passed and the accumulation period ends, the j-th gate signal line (Gj) is selected. When the gate signal line (Gj) is selected, the switching transistor 112 is turned on. Then, the signal of the pixel 100 is output to the signal output line (Si) through the amplification transistor 113 and the switching transistor 112. Then, when the signal of the pixel 100 is output to the signal output line (Si), one frame period ends. Then, the next frame period is started and the above operation is repeated.
[0055]
The present invention having the above-described structure can provide a semiconductor device in which the number of steps is reduced by forming a pixel with transistors having the same polarity (same conductivity type), thereby increasing yield and reducing cost. In addition, the present invention can provide a semiconductor device in which the photoelectric conversion element can obtain a sufficient signal amplitude.
[0056]
【Example】
(Example 1)
In this embodiment, the case where the present invention is applied to a semiconductor device in which a light emitting element and a photoelectric conversion element are provided in one pixel will be described with reference to FIGS.
[0057]
A schematic view of the semiconductor device of the present invention is shown in FIG. The semiconductor device in FIG. 7 includes a pixel portion 130 and a plurality of driver circuits arranged around the pixel portion 130. The pixel unit 130 is roughly divided into a light emitting element unit and a sensor unit, and the plurality of driving circuits include a source signal line driving circuit 131, a gate signal line driving circuit 132, a reset signal line driving circuit 133, and a sensor that control the light emitting element unit. A sensor source signal line driving circuit 134, a sensor gate signal line driving circuit 135, a sensor reset signal line driving circuit 136, and a sensor discharge signal line driving circuit 137.
[0058]
Note that the present invention is not limited to the above configuration, and an output switching circuit or the like is provided to share the gate signal line driving circuit 132 and the sensor gate signal line driving circuit 135, or the reset signal line driving circuit 133 and the sensor reset signal. The line driving circuit 136 may be shared.
[0059]
The pixel portion 104 has a plurality of pixels 100 arranged in a matrix. More specifically, the pixel unit 104 has x columns (vertical) × y rows (horizontal) pixels 100.
[0060]
FIG. 8 illustrates a configuration of the pixel 100 provided in the i-th column and the j-th row in the pixel unit 104. The pixel 100 is roughly divided into a light emitting element portion and a sensor portion. The light emitting element section includes any one of source signal lines (S1 to Sx), one of power supply reference lines (V1 to Vx), one of gate signal lines (EG1 to EGy), and a reset signal line. They are arranged in a region surrounded by any one of (ER1 to ERy). The light-emitting element portion includes a selection transistor 126, a reset transistor 127, a capacitor 128, a drive transistor 129, and a light-emitting element 125. One terminal of the light emitting element 125 is connected to the power supply line 153 (V dd )It is connected to the.
[0061]
The sensor unit includes any one of signal output lines (SS1 to SSx), one of power supply reference lines (VB1 to VBx), one of gate signal lines (SG1 to SGy), and a reset signal line ( SR1 to SRy) and any one of the discharge signal lines (H1 to Hy) are arranged in a region. The sensor portion also includes a switching transistor 142, an amplification transistor 143, a reset transistor 144, a boot transistor 145, a capacitor 146, a discharge transistor 147, and a photoelectric conversion element 141. One terminal of the photoelectric conversion element is connected to the power supply line 151 (V dd ) And one of the source region and the drain region of the discharge transistor 147 is connected to the power supply line 148 (V dd )It is connected to the.
[0062]
In this embodiment, all transistors included in the pixel 100 illustrated in FIG. 8 are p-channel transistors. The amplitude of the signal input to the transistor is V ss (Hi) -V dd (Lo). Further, as an initial state, the potentials of the source signal line (S), the gate signal line (EG), the reset signal line (ER), and the power supply reference line (V) are V ss And The potentials of the signal output line (SS), the gate signal line (G), the sensor reset signal line (R), and the power supply line (VB) are V ss And The potentials of the power supply line 153, the power supply line 151, and the power supply line 148 are V. dd And
[0063]
Next, a light-emitting element 125 provided in the light-emitting element portion, and a connection structure of a plurality of transistors and capacitors that control the light-emitting element 125 are described.
[0064]
The light emitting element 125 includes an anode and a cathode, and an organic compound layer provided between the anode and the cathode. In the case where the anode is connected to the source region or the drain region of the driving transistor 129, the anode serves as a pixel electrode and the cathode serves as a counter electrode. Conversely, when the cathode is connected to the source region or the drain region of the driving transistor 129, the cathode serves as a pixel electrode and the anode serves as a counter electrode. In this embodiment, since the driving transistor 129 is a p-channel type, the anode of the light emitting element 125 is connected to the source region or the drain region of the driving transistor, and the cathode of the light emitting element 125 is the power supply line 1. 5 3 (V dd ).
[0065]
Note that the light-emitting element has a structure in which an organic compound layer is sandwiched between a pair of electrodes (an anode and a cathode). The organic compound layer can be manufactured using a known light-emitting material. In addition, the organic compound layer has two structures, a single layer structure and a laminated structure, and either structure may be used in the present invention. Note that luminescence in the organic compound layer includes light emission (fluorescence) when returning from the singlet excited state to the ground state and light emission (phosphorescence) when returning from the triplet excited state to the ground state. Can be applied to a light-emitting device using either light emission.
[0066]
The gate electrode of the selection transistor 126 is connected to the gate signal line (EGj). One of the source region and the drain region of the selection transistor 126 is connected to the source signal line (Si), and the other is connected to the gate electrode of the driving transistor 126. The selection transistor 126 is a transistor that functions as a switching element when writing a signal to the light-emitting element portion.
[0067]
One of a source region and a drain region of the driving transistor 129 is connected to the power supply reference line (Vi), and the other is connected to the light emitting element 125. The capacitor 128 is provided connected to the gate electrode of the driving transistor 129 and the power supply reference line (Vi). The driving transistor 129 is a transistor that functions as an element (current control element) for controlling a current supplied to the light emitting element 125.
[0068]
One of the source region and the drain region of the light emitting reset transistor 127 is connected to the power supply reference line (Vi), and the other is connected to the gate electrode of the driving transistor 129. The gate electrode of the reset transistor 127 is connected to the reset signal line (ERj). The reset transistor 127 is a transistor that functions as an element for erasing (resetting) a signal written in the light emitting element portion of the pixel 100.
[0069]
Next, a connection structure of the photoelectric conversion element 141 and a plurality of transistors and capacitors that control the photoelectric conversion element 141 will be described.
[0070]
The photoelectric conversion element 141 includes an n-channel terminal and a p-channel terminal, and a photoelectric conversion layer provided between the n-channel terminal and the p-channel terminal. One of the p-channel side terminal and the n-channel side terminal is connected to the power supply line 151 (Vdd), and the other is connected to the gate electrode of the amplifying transistor 143.
[0071]
The gate electrode of the switching transistor 142 is connected to the gate signal line (Gj). One of the source region and the drain region of the switching transistor 142 is connected to the source region of the amplifying transistor 143, and the other is connected to the signal output line (SSi). The switching transistor 142 is a transistor that functions as a switching element when outputting a signal from the photoelectric conversion element 141.
[0072]
The drain region of the amplifying transistor 143 is connected to the power supply reference line (VBi). The source region of the amplifying transistor 143 is connected to the source region or the drain region of the switching transistor 142. The amplifying transistor 143 forms a source follower circuit with a biasing transistor (not shown) provided in the sensor source signal line driving circuit 134. Therefore, the polarity of the amplifying transistor 143 and the biasing transistor is preferably the same.
[0073]
The gate electrode of the reset transistor 144 is connected to the sensor reset signal line (Rj) via the boot transistor 145. One of the source region and the drain region of the reset transistor 144 is connected to the power supply reference line (VBi), and the other is connected to the gate electrodes of the photoelectric conversion element 141 and the amplification transistor 143. The reset transistor 144 is a transistor that functions as an element (switching element) for initializing (resetting) the photoelectric conversion element 141.
[0074]
The gate electrode of the boot transistor 145 is connected to the power supply reference line (VBi). One of the source region and the drain region of the boot transistor 145 is connected to the reset signal line (Rj), and the other is connected to the gate electrode of the reset transistor 144.
[0075]
The gate electrode of the discharge transistor 147 is connected to the discharge signal line (Hj). One of the source region and the drain region of the discharging transistor 147 is connected to one terminal of the photoelectric conversion element 141 and the gate electrode of the amplifying transistor, and the other is connected to the power supply line 151 (Vdd).
[0076]
The boot transistor 145, the capacitor 146, and the discharge transistor 147 correspond to a bootstrap circuit.
[0077]
The semiconductor device in this embodiment shown in FIGS. 7 and 8 includes a reading function for reading an object using both the light emitting element portion and the sensor portion, and a display function for displaying an image using only the light emitting element portion. Has one function. Briefly describing the two functions, the former reading function is such that the light emitted from the light emitting element 125 is irradiated onto the subject, and the light reflected from the subject is photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 141 provided in the sensor unit. To do. In this way, the subject information is read, and the information is stored as an image signal in a storage medium such as a memory provided in the semiconductor device. The latter display function displays an image using the image signal of the subject read by the photoelectric conversion element 141.
[0078]
The configuration of elements included in the sensor portion of the pixel 100 illustrated in FIG. 8 and the connection relationship thereof are the same as those of the pixel 100 illustrated in FIG. 1 described in the above embodiment. However, in the pixel 100 illustrated in FIG. 1, all transistors are n-channel transistors, and in the pixel 100 illustrated in FIG. 8, all transistors are p-channel transistors. Therefore, the potentials of the power supply line and the power supply line are different between the two pixels. Further, since the operation of the pixel 100 shown in FIG. 8 conforms to the above-described embodiment mode, detailed description of the operation is omitted in this embodiment.
[0079]
The present invention having the above-described structure can provide a semiconductor device in which the number of steps is reduced by forming a pixel with transistors having the same polarity (same conductivity type), thereby increasing yield and reducing cost. In addition, the present invention can provide a semiconductor device in which the photoelectric conversion element can obtain a sufficient signal amplitude.
[0080]
(Example 2)
In this embodiment, a method for manufacturing a pixel portion in which a photoelectric conversion element and a transistor are provided over the same insulating surface and a driver circuit around the pixel portion with a single polarity transistor will be described with reference to FIGS. To do.
[0081]
First, as shown in FIG. 5A, a silicon oxide film and a silicon nitride film are formed on a substrate 5001 made of barium borosilicate glass or aluminoborosilicate glass represented by Corning # 7059 glass or # 1737 glass. A base film 5002 made of an insulating film such as a film or a silicon oxynitride film is formed. Although not shown in particular, the base film 5002 is made of, for example, SiH by plasma CVD. Four , NH Three , N 2 A silicon oxynitride film made of O is formed to a thickness of 10 to 200 nm (preferably 50 to 100 nm) and similarly SiH Four , N 2 A silicon oxynitride silicon film formed from O is laminated to a thickness of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm).
[0082]
Subsequently, the island-shaped semiconductor layers 5003 to 5005 are formed using a crystalline semiconductor film in which a semiconductor film having an amorphous structure is formed using a laser crystallization method or a known thermal crystallization method. The island-shaped semiconductor layers 5003 to 5005 are formed with a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm). There is no particular limitation on the material of the crystalline semiconductor layer, but it is preferably formed of silicon or a silicon germanium (SiGe) alloy.
[0083]
In order to fabricate a crystalline semiconductor film by laser crystallization, a pulse oscillation type or continuous emission type excimer laser, YAG laser, YVO Four Use a laser. In the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which laser light emitted from a laser oscillator is linearly collected by an optical system and irradiated onto a semiconductor film. The crystallization conditions are such that when an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 30 Hz and the laser energy density is 100 to 400 mJ / cm. 2 (Typically 200-300mJ / cm 2 ). When a YAG laser is used, the second harmonic is used, the pulse oscillation frequency is 1 to 10 kHz, and the laser energy density is 300 to 600 mJ / cm. 2 (Typically 350-500mJ / cm 2 ) Then, a laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm, for example, 400 μm, is irradiated over the entire surface of the substrate, and the overlapping rate (overlap rate) of the linear laser at this time is 80 to 98%.
[0084]
Subsequently, a gate insulating film 5006 is formed to cover the island-shaped semiconductor layers 5003 to 5005. The gate insulating film 5006 is formed using an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm by using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 120 nm is formed. Needless to say, the gate insulating film is not limited to such a silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure. For example, when silicon oxide is used, TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) and O 2 The reaction pressure is 40 Pa, the substrate temperature is 300 to 400 ° C., and the high frequency (13.56 MHz) power density is 0.5 to 0.8 W / cm. 2 And can be formed by discharging. The silicon oxide film thus produced can obtain good characteristics as a gate insulating film by subsequent thermal annealing at 400 to 500 ° C.
[0085]
Then, a first conductive film 5007 and a second conductive film 5008 for forming a gate electrode are stacked over the gate insulating film 5006. In this embodiment, the first conductive layer 5007 is formed of tantalum (Ta) to a thickness of 50 to 100 nm, and the second conductive layer 5009 is formed of tungsten (W) to a thickness of 100 to 300 nm (FIG. 5 (A)).
[0086]
The Ta film is formed by sputtering, and a Ta target is sputtered with Ar. In this case, when an appropriate amount of Xe or Kr is added to Ar, the internal stress of the Ta film can be relieved and peeling of the film can be prevented. The resistivity of the α-phase Ta film is about 20 μΩcm and can be used as a gate electrode, but the resistivity of the β-phase Ta film is about 180 μΩcm and is not suitable for the gate electrode. In order to form an α-phase Ta film, tantalum nitride (TaN) having a crystal structure close to the α phase of Ta is formed on a Ta base with a thickness of about 10 to 50 nm. It can be easily obtained.
[0087]
When forming a W film, it is formed by sputtering using W as a target. In addition, tungsten hexafluoride (WF 6 It is also possible to form it by a thermal CVD method using). In any case, it is necessary to reduce the resistance in order to use it as a gate electrode, and it is desirable that the resistivity of the W film be 20 μΩcm or less. The resistivity of the W film can be reduced by increasing the crystal grains. However, when there are many impurity elements such as oxygen in the W film, the crystallization is hindered and the resistance is increased. Accordingly, when the W film is formed by sputtering, a W target having a purity of 99.9999% is used, and the W film is formed with sufficient consideration so that impurities are not mixed in from the gas phase during film formation. 9-20 μΩcm can be realized.
[0088]
Note that in this embodiment, the first conductive film 5007 is Ta and the second conductive film 5008 is W, but there is no particular limitation, and any element selected from Ta, W, Mo, Al, and Cu Alternatively, an alloy material or a compound material containing the above element as a main component may be used. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. As an example of another combination other than the present embodiment, a combination in which the first conductive film is TaN, the second conductive film is W, the first conductive film is TaN, and the second conductive film is Al. It is desirable to use a combination of TaN for the first conductive film and Cu for the second conductive film.
[0089]
Next, a resist mask 5009 is formed, and a first etching process is performed to form electrodes and wirings. In this embodiment, ICP (Inductively coupled plasma) etching is used, and CF is used as an etching gas. Four And Cl 2 And 500 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma. An RF power of 100 [W] is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. CF Four And Cl 2 When W is mixed, the W film and the Ta film are etched to the same extent.
[0090]
Under the above etching conditions, the end portions of the first conductive film and the second conductive film are tapered due to a suitable mask shape by the resist and the effect of the bias voltage applied to the substrate side. The angle of the tapered portion is 15 to 45 °. In order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, the etching time is preferably increased by 10 to 20%. Since the selection ratio of the silicon oxynitride film to the W film is 2 to 4 (typically 3), the surface where the silicon oxynitride film is exposed is etched by about 20 to 50 nm by the overetching process. Thus, the first shape conductive layers 5010 to 5013 including the first conductive layers 5010a to 5013a and the second conductive layers 5010b to 5013b are formed by the first etching treatment. At this time, regions that are not covered with the first shape conductive layers 5010 to 5013 in the gate insulating film 5006 are etched and thinned by about 20 to 50 nm (FIG. 5B).
[0091]
Then, a first doping process is performed, and an impurity element imparting N-type conductivity is added (FIG. 5B). The doping process may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The condition for the ion doping method is that the dose is 1 × 10. 13 ~ 5x10 14 atoms / cm 2 The acceleration voltage is 60-100 keV. As the impurity element imparting N-type, an element belonging to Group 15, typically phosphorus (P) or arsenic (As), is used here, but P is used. In this case, the conductive layers 5010 to 5013 serve as a mask for the impurity element imparting N-type, and the first impurity regions 5014 to 5016 are formed in a self-aligning manner. The first impurity regions 5014 to 5016 include 1 × 10 20 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three An impurity element imparting N-type is added in a concentration range of.
[0092]
Next, a second etching process is performed (FIG. 5C). In the second etching process, an ICP etching method is used, and an etching gas is CF. Four And Cl 2 And O 2 And RF power of 500 [W] is supplied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma. Further, RF power of 50 [W] is also applied to the substrate side (sample stage), and a lower self-bias voltage is applied than in the first etching process. Under such conditions, the second conductive layer W is anisotropically etched, and the first conductive layer Ta is anisotropically etched to form the second shape conductive layers 5017 to 5020 (first Conductive layers 5017a to 5020a and second conductive layers 5017b to 5020b) are formed. At this time, regions that are not covered with the second shape conductive layers 5017 to 5020 in the gate insulating film 5006 are further etched and thinned by about 20 to 50 nm.
[0093]
CF of W film and Ta film Four And Cl 2 The etching reaction by the mixed gas can be estimated from the generated radical or ion species and the vapor pressure of the reaction product. Comparing the vapor pressure of fluoride and chloride of W and Ta, WF, which is fluoride of W 6 Vapor pressure is extremely high and other WCl Five , TaF Five , TaCl Five About the same. Therefore, CF Four And Cl 2 With this mixed gas, both the W film and the Ta film are etched. However, an appropriate amount of O is added to this mixed gas. 2 When CF is added Four And O 2 Reacts to CO and F, and a large amount of F radicals or F ions are generated. As a result, the etching rate of the W film having a high fluoride vapor pressure is increased. On the other hand, even if Ta increases, the etching rate increases relatively little. Further, since Ta is more easily oxidized than W, O 2 When Ta is added, the surface of Ta is oxidized. Since Ta oxide does not react with fluorine or chlorine, the etching rate of the Ta film decreases. Therefore, it becomes possible to make a difference in the etching rate between the W film and the Ta film.
[0094]
Then, a second doping process is performed (FIG. 5D). In this case, doping is performed with an impurity element that imparts N-type as a condition of a high acceleration voltage by lowering the dose than in the first doping process. For example, the acceleration voltage is 70 to 120 keV and 1 × 10 13 atoms / cm 2 A new impurity region is formed inside the first impurity region formed in the island-shaped semiconductor layer in FIG. 5B. Doping is performed by using the second conductive layers 5017b to 5020b as masks against the impurity elements and adding the impurity elements to the lower regions of the first conductive layers 5017a to 5020a. Thus, second impurity regions 5021 to 5023 overlapping with the first conductive layer are formed.
[0095]
Subsequently, a third etching process is performed (FIG. 6A). In the third etching process, Cl is used as an etching gas. 2 And using an ICP etching apparatus. In this example, Cl 2 The gas flow rate ratio was set to 60 sccm, RF power of 350 [W] was applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa, plasma was generated, and etching was performed for 70 seconds. RF power was also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage was applied. By this treatment, the first conductive layer recedes to form third shape conductive layers 5024 to 5027 (first conductive layers 5024a to 5027a and second conductive layers 5024b to 5027b), and second impurities The regions 5021 to 5023 serve as second impurity regions 5028a to 5030a that overlap with the first conductive layer and third impurity regions 5028b to 5030b that do not overlap with the first conductive layer.
[0096]
Through the above steps, impurity regions are formed in each island-shaped semiconductor layer. The third shape conductive layers 5024 to 5026 overlapping with the island-shaped semiconductor layers function as gate electrodes of the transistors. The third shape conductive layer 5027 functions as a source signal line.
[0097]
Subsequently, for the purpose of controlling the conductivity type, a step of activating the impurity element added to each island-shaped semiconductor layer is performed. This step is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. In addition, a laser annealing method and a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied. The thermal annealing method is performed at 400 to 700 ° C., typically 500 to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. In this embodiment, the temperature is 4 at 500 [° C.]. Heat treatment for hours. However, when the wiring material used for 5024 to 5027 is vulnerable to heat, it is desirable to perform thermal activation after forming an interlayer insulating film (mainly composed of silicon) in order to protect the wiring and the like.
[0098]
Further, a heat treatment is performed at 300 to 450 [° C.] for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor layer. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with thermally excited hydrogen. As another method of thermal hydrogenation, plasma hydrogenation using hydrogen excited by plasma may be used.
[0099]
Next, as shown in FIG. 6B, a first interlayer insulating film 5031 is formed of a silicon oxynitride film with a thickness of 100 to 200 nm. After a second interlayer insulating film 5032 made of an organic insulating material is formed thereon, contact holes are opened in the first interlayer insulating film 5031, the second interlayer insulating film 5032, and the gate insulating film 5006. A film made of a wiring material is formed, and the wirings 5033 to 5037 and the connection electrode 5038 are formed by patterning.
[0100]
As the second interlayer insulating film 5032, a film made of an organic resin such as polyimide, polyamide, acrylic, or BCB (benzocyclobutene) is used. In particular, since the second interlayer insulating film 5032 has a strong meaning of flattening, acrylic having excellent flatness is desirable. In this embodiment, the acrylic film is formed with a thickness that can sufficiently flatten the step formed by the transistor. The thickness is preferably 1 to 5 μm (more preferably 2 to 4 μm).
[0101]
The contact holes are formed by dry etching or wet etching using N-type impurity regions 5014 to 5016, source signal lines 5027, gate signal lines (not shown), current supply lines (not shown), and gate electrodes 5024 to 5024. 5026 is formed.
[0102]
The wirings 5033 to 5038 are formed by patterning a three-layer stacked film continuously formed by sputtering using a Ti film of 100 nm, an Al film containing Ti of 300 nm, a Ti film of 150 nm, and a sputtering method. Of course, the present invention is not limited to this, and other conductive materials may be used.
[0103]
Next, as shown in FIG. 6C, an insulating film is formed to a thickness of about 1 to 3 μm using an organic material such as acrylic, and a third interlayer insulating film 5040 is formed.
[0104]
Then, as the wirings 5041 and 5042, a three-layer laminated film in which a Ti film is formed by 100 nm, an Al film containing Ti by 300 nm, and a Ti film by 150 nm is formed by sputtering is patterned into a desired shape. Of course, the present invention is not limited to this, and other conductive materials may be used. Note that the wirings 5041 and 5042 are connected to a source region or a drain region of a transistor provided in the pixel 100.
[0105]
Subsequently, a metal film is formed with a thickness of 100 to 500 nm so as to be in contact with the wiring 5041. The metal film is formed using a known conductive material such as an ITO film. Next, a first microcrystalline semiconductor film is formed at a thickness of 25 to 80 nm by a known method so as to be in contact with the metal film.
[0106]
Next, an impurity element imparting p-type conductivity is added to the first microcrystalline semiconductor film using a known method. Then, the metal film and the first microcrystalline semiconductor film are simultaneously patterned into a desired shape so as to overlap with the wiring 5041, thereby forming the metal layer 5043 and the microcrystalline semiconductor layer (p-type semiconductor layer) 5044 at the same time. To do.
[0107]
Note that as a method for adding an impurity element imparting p-type conductivity, a doping gas containing an impurity element imparting p-type conductivity may be mixed when forming the first microcrystalline semiconductor film. Alternatively, after the metal film and the first microcrystalline semiconductor film are first patterned, an impurity element imparting p-type conductivity may be added only to the microcrystalline semiconductor layer 5044.
[0108]
Next, an amorphous semiconductor film is formed to a thickness of 10 to 200 nm so as to overlap with the microcrystalline semiconductor layer (p-type semiconductor layer) 5044. Next, a second microcrystalline semiconductor film is formed to a thickness of 25 to 80 nm on the amorphous semiconductor film. Any known material may be used for the amorphous semiconductor film and the second microcrystalline semiconductor film, and a manufacturing method thereof is not particularly limited.
[0109]
Next, an impurity element imparting n-type conductivity is added to the second microcrystalline semiconductor film using a known method. Then, the amorphous semiconductor film and the second microcrystalline semiconductor film are simultaneously patterned so as to have a desired shape so as to overlap with the p-type semiconductor layer 5044, so that an amorphous semiconductor layer (photoelectric conversion layer) is obtained. 5045 and a microcrystalline semiconductor layer (n-type semiconductor layer) 5046 are formed at the same time.
[0110]
Note that the impurity element imparting n-type is added by mixing a doping gas containing an impurity element imparting n-type when the microcrystalline semiconductor film is formed, A method in which an impurity element imparting n-type conductivity is added only to the microcrystalline semiconductor layer 5046 after patterning of the crystalline semiconductor film may be used.
[0111]
A stacked body of the p-type semiconductor layer 5044, the photoelectric conversion layer 5045, and the n-type semiconductor layer 5046 corresponds to the photoelectric conversion element 111. Subsequently, a metal film is formed with a thickness of 20 to 100 nm using a conductive material so as to cover the n-type semiconductor layer 5046 and the wiring 5042. Then, the metal film is patterned so as to have a desired shape, and a metal layer 5047 is formed so that the microcrystalline semiconductor layer 5046 of the photoelectric conversion element 111 and the wiring 5042 are electrically connected.
[0112]
Next, a fourth interlayer insulating film 5048 made of an organic resin film is formed. The fourth interlayer insulating film 5048 has a function of planarizing the surface in addition to insulating the wiring material. Although any known material can be used as the material, in this embodiment, an acrylic resin is used as the material, and an organic resin film having a thickness of 50 to 300 nm μm is formed.
[0113]
Further, according to the steps shown in this embodiment, the number of photomasks necessary for the production of the active matrix substrate is four (an island semiconductor layer pattern, a first wiring pattern (a gate wiring, an island source wiring, a capacitor wiring). ), A contact hole pattern, and a second wiring pattern (including connection electrodes). As a result, the process can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced and the yield can be improved.
[0114]
This embodiment can be freely combined with the embodiment mode and Embodiment 1.
[0115]
(Example 3)
In this embodiment, a method for manufacturing a pixel portion provided with a photoelectric conversion element, a light emitting element, and a transistor over the same insulating surface, and a driver circuit around the pixel portion with a unipolar transistor is illustrated in FIGS. Will be described. In this embodiment, a p-channel transistor is used.
[0116]
In the above-described second embodiment, a manufacturing method in which the pixel portion and the peripheral driving circuit are formed using only n-channel transistors is shown. Note that in an n-channel transistor, an impurity region called an overlap region is provided in a region overlapping with a gate electrode in order to suppress hot carrier deterioration and the like. On the other hand, a p-channel transistor is less affected by hot carrier deterioration, so that it is not particularly necessary to provide an overlap region and can be manufactured by a simpler process.
[0117]
First, as illustrated in FIG. 9A, a base film 6002 is formed over an insulating substrate 6001 such as glass, and then island-shaped semiconductor layers 6003 to 6005, a gate insulating film 6006, and conductive layers 6007 and 6008 are formed. . Here, the conductive layers 6007 and 6008 have a laminated structure, but may be a single layer. Since this process is in accordance with the above-described second embodiment, detailed description thereof is omitted.
[0118]
Next, as shown in FIG. 9B, a resist mask 6009 is formed, and a first etching process is performed. In Example 2, anisotropic etching was performed using the selection ratio depending on the material of the conductive layer having a laminated structure. However, in this case, it is not necessary to provide a region to be an overlap region. Just do it. At this time, in the gate insulating film 6006, a region which is thinned by about 20 nm to 50 nm is formed by etching.
[0119]
Subsequently, a first doping process for adding an impurity element imparting P-type to the island-shaped semiconductor layer is performed. Using the conductive layers 6010 to 6012 as masks against the impurity elements, impurity regions are formed in a self-aligning manner. As an impurity element imparting P-type, boron (B) or the like is typical. Here, diborane (B 2 H 6 ), And the impurity concentration in the semiconductor layer is 2 × 10 20 ~ 2x10 twenty one atoms / cm Three To be.
[0120]
When the resist mask is removed, the first interlayer insulating film 6022 is formed using a film made of an organic resin such as polyimide, polyamide, acrylic, or BCB (benzocyclobutene). Since the first interlayer insulating film 6022 has a strong meaning of planarization, acrylic having excellent planarity is desirable. In this embodiment, the acrylic film is formed with a film thickness that can sufficiently flatten the steps formed by the transistors. The thickness is preferably 1 to 5 μm (more preferably 2 to 4 μm).
[0121]
Next, contact holes are formed so as to reach the p-type impurity regions 6014 to 6016 by using a dry etching method or a wet etching method.
[0122]
Further, as the wirings 6018 to 6021, 6023, and 6024, a three-layer laminated film continuously formed by a sputtering method with a Ti film of 100 nm, a Ti-containing Al film of 300 nm, and a Ti film of 150 nm is formed and patterned into a desired shape . Subsequently, a second interlayer insulating film 6025 is formed with a silicon oxynitride film with a thickness of 100 to 200 nm so as to cover the wirings 6018 to 6021, 6023, and 6024 and the first interlayer insulating film 6022.
[0123]
Then, the wirings 6041 and 6042 are formed by patterning a three-layer film continuously formed by sputtering using a Ti film of 100 nm, an Al film containing Ti of 300 nm, a Ti film of 150 nm, and a sputtering method. Of course, the present invention is not limited to this, and other conductive materials may be used.
[0124]
Subsequently, a metal film is formed with a thickness of 100 to 500 nm so as to be in contact with the wiring 6041. The metal film is formed using a known conductive material such as an ITO film. Next, a first microcrystalline semiconductor film is formed to have a thickness of 25 to 80 nm by a known method so as to be in contact with the metal film.
[0125]
Next, an impurity element imparting p-type conductivity is added to the first microcrystalline semiconductor film using a known method. Then, the metal film and the first microcrystalline semiconductor film are simultaneously patterned so as to have a desired shape so as to overlap with the wiring 6041, so that a metal layer 6043 and a microcrystalline semiconductor layer (p-type semiconductor layer) 6044 are formed. Are formed at the same time.
[0126]
Note that the impurity element imparting p-type is added by a method in which a doping gas containing an impurity element imparting p-type is mixed when the first microcrystalline semiconductor film is formed, It is preferable to use a method in which an impurity element imparting p-type conductivity is added only to the microcrystalline semiconductor layer 6044 after patterning of one microcrystalline semiconductor film is performed first.
[0127]
Next, an amorphous semiconductor film is formed to a thickness of 10 to 200 nm so as to overlap with the microcrystalline semiconductor layer (p-type semiconductor layer) 6044. Next, a second microcrystalline semiconductor film is formed to a thickness of 25 to 80 nm on the amorphous semiconductor film. A manufacturing method of the amorphous semiconductor film and the second microcrystalline semiconductor film is not particularly limited, and any known material may be used.
[0128]
Next, an impurity element imparting n-type conductivity is added to the second microcrystalline semiconductor film using a known method. Then, the amorphous semiconductor film and the second microcrystalline semiconductor film are simultaneously patterned so as to have a desired shape so as to overlap with the p-type semiconductor layer 6043, so that an amorphous semiconductor layer (photoelectric conversion layer) is formed. 6045 and a microcrystalline semiconductor layer (n-type semiconductor layer) 6046 are formed at the same time.
[0129]
Note that the addition of the impurity element imparting n-type is performed by mixing a doping gas containing an impurity element imparting n-type when the microcrystalline semiconductor film is formed, or the amorphous semiconductor film A method in which an impurity element imparting n-type conductivity is added only to the microcrystalline semiconductor layer 5046 after patterning of the microcrystalline semiconductor film is preferably used.
[0130]
A stacked body of the p-type semiconductor layer 6044, the photoelectric conversion layer 6045, and the n-type semiconductor layer 6046 corresponds to the photoelectric conversion element 111. Subsequently, a metal film is formed with a thickness of 20 to 100 nm using a conductive material so as to cover the second interlayer insulating film 6025, the n-type semiconductor layer 6046, and the wiring 6042. Then, the metal film is patterned so as to have a desired shape, and a metal layer 6047 is formed so that the microcrystalline semiconductor layer 6046 and the wiring 6042 of the photoelectric conversion element 111 are electrically connected.
[0131]
Next, a third interlayer insulating film 6048 made of an organic resin film is formed. The third interlayer insulating film 6048 has a function of planarizing the surface in addition to insulating the wiring material. Although any known material can be used as the material, in this embodiment, an acrylic resin is used as the material, and an organic resin film having a thickness of 50 to 300 nm μm is formed.
[0132]
Subsequently, an opening is formed in the second interlayer insulating film 6025 and the third interlayer insulating film 6048 so that the source wiring or the drain wiring of the driving transistor is exposed. When the opening is formed, a tapered sidewall can be easily obtained by using a wet etching method. If the side wall of the opening is not sufficiently gentle, it should be noted that deterioration or disconnection of the organic compound layer due to the step becomes a significant problem. When the opening is formed, a pixel electrode (transparent electrode) 6049 is formed, and then an organic compound layer 6050 is formed using a vacuum evaporation method. Then, a cathode 6051 made of MgAg is formed so as to cover the organic compound layer 6050. The film thickness of the pixel electrode 6049 and the cathode 6051 is 80 to 120 nm, and the organic compound layer 6050 is 80 to 200 nm (typically 100 to 120 nm).
[0133]
In this step, the organic compound layer 6050 and the cathode 6051 are sequentially formed for the pixel corresponding to red, the pixel corresponding to green, and the pixel corresponding to blue. However, since the organic compound layer 6050 has poor resistance to a solution, it must be formed individually for each color without using a photolithography technique. Therefore, it is desirable to conceal other than desired pixels with a metal mask or the like and selectively form only necessary portions.
[0134]
Here, a method of forming three types of light emitting elements corresponding to RGB is used, but a method of combining a white light emitting element and a color filter, a blue or blue green light emitting element, and a phosphor (fluorescent color). A method in combination with a conversion layer (CCM) may be used. Note that a known material can be used for the organic compound layer 6050, and it is preferable to use an organic material as the known material in consideration of a driving voltage.
[0135]
Next, a protective film 6052 made of a silicon nitride film is formed to a thickness of 50 to 300 nm. The protective film 6052 serves to protect the organic compound layer 6050 from moisture and the like.
[0136]
Actually, when the state shown in FIG. 10B is completed, a protective film (laminate film, UV curable film, etc.) or a translucent sealing with high air tightness and low outgassing so as not to be exposed to the outside air. It is preferable to enclose with a material. At that time, if the inside of the sealing material is made an inert atmosphere or a hygroscopic material (for example, barium oxide) is arranged inside, the reliability of the light emitting element is improved.
[0137]
Moreover, if the airtightness is increased by processing such as packaging, a connector (FPC) for connecting a terminal routed from an element or circuit formed on the substrate and an external signal terminal is attached. Complete.
[0138]
According to the structure of this embodiment, light emitted from the light emitting element is emitted to the substrate 6001 side where the transistor is formed. The light emitted from the light emitting element is applied to the subject, and the light reflected from the subject is applied to the photoelectric conversion element.
[0139]
Note that light emitted from the light-emitting element may be emitted in the direction of the substrate 6001 or in the direction opposite to the substrate 6001. The former is called bottom emission, and the latter is called top emission. In the case of bottom emission, the pixel electrode 6049 corresponds to the anode and the counter electrode 6051 corresponds to the cathode. In the case of top emission, the pixel electrode 6049 corresponds to the cathode and the counter electrode 6051 corresponds to the anode. In this embodiment, only the case of bottom emission in which light is emitted in the direction of the substrate 6001 is illustrated, but the present invention is not limited to this. Upper surface emission in which light is emitted in a direction opposite to the substrate 6001 may be performed. In the case of top emission, almost all light emitted from the light emitting element can be extracted outside without depending on the aperture ratio of the pixel. Therefore, this is effective when a large number of circuit elements are arranged in the pixel.
[0140]
The present invention having the above-described structure can provide a semiconductor device in which the number of steps is reduced by forming a pixel with transistors having the same polarity (same conductivity type), thereby increasing yield and reducing cost. In addition, the present invention can provide a semiconductor device in which the photoelectric conversion element can obtain a sufficient signal amplitude.
[0141]
This embodiment can be freely combined with the embodiment mode and Embodiments 1 and 2.
[0142]
Example 4
An embodiment of an electronic device using the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG.
[0143]
FIG. 13A illustrates a hand scanner using a line sensor. An optical system 1002 such as a rod lens array is provided above the CCD type (CMOS type) image sensor 1001. The optical system 1002 is used so that an image on the subject 1004 is displayed on the image sensor 1001. A light source 1003 such as an LED or a fluorescent lamp is provided at a position where light can be emitted to the subject 1004. A glass 1005 is provided below the subject 1004.
[0144]
Light emitted from the light source 1003 enters the subject 1004 through the glass 1005. Light reflected by the subject 1004 enters the optical system 1002 through the glass 1005. The light that has entered the optical system 1002 enters the image sensor 1001, where it is photoelectrically converted. The semiconductor device of the present invention can be used for the image sensor 1001.
[0145]
In FIG. 13B, reference numeral 1801 denotes a substrate, 1802 denotes a pixel portion, 1803 denotes a touch panel, and 1804 denotes a touch pen. The touch panel 1803 has a light-transmitting property, can transmit light emitted from the pixel portion 1802 and light incident on the pixel portion 1802, and can read an image on a subject through the touch panel 1803. Even when an image is displayed on the pixel portion 1802, the image on the pixel portion 1802 can be viewed through the touch panel 1803.
[0146]
When the touch pen 1804 touches the touch panel 1803, information on a position of a portion where the touch pen 1804 and the touch panel 1803 are in contact with each other can be taken into the semiconductor device as an electric signal. In the touch panel 1803 and the touch pen 1804 used in this embodiment, information on the position of the part where the touch pen 1803 is translucent and the touch pen 1804 and the touch panel 1803 are in contact is taken into the semiconductor device as an electrical signal. Any known one can be used. The semiconductor device of the present invention can be used for the pixel portion 1802.
[0147]
FIG. 13C illustrates a portable hand scanner different from that in FIG. 13B, which includes a main body 1901, a pixel portion 1902, an upper cover 1903, an external connection port 1904, and an operation switch 1905. FIG. 13D is a view in which the upper cover 1903 of the same portable hand scanner as FIG. 13C is closed.
[0148]
13C and 13D, the image signal read by the pixel portion 1902 is sent from the external connection port 1904 to an electronic device connected to the outside of the portable hand scanner, and the image is corrected by the personal computer. It is also possible to perform composition, editing, and the like. The semiconductor device of the present invention can be used for the pixel portion 1902.
[0149]
Further, examples of the electronic device using the semiconductor device of the present invention include a video camera, a digital still camera, a notebook personal computer, a portable information terminal (a mobile computer, a mobile phone, a portable game machine, an electronic book, or the like).
[0150]
FIG. 13E shows a digital still camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, and the like. The semiconductor device of the present invention can be used for the display portion 2102.
[0151]
FIG. 13F illustrates a mobile computer, which includes a main body 2301, a display portion 2302, a switch 2303, operation keys 2304, an infrared port 2305, and the like. The semiconductor device of the present invention can be used for the display portion 2302.
[0152]
FIG. 13G illustrates a mobile phone, which includes a main body 2701, a housing 2702, a display portion 2703, an audio input portion 2704, an audio output portion 2705, operation keys 2706, an external connection port 2707, an antenna 2708, and the like. The semiconductor device of the present invention can be used for the display portion 2703.
[0153]
As described above, the applicable range of the present invention is so wide that it can be used for electronic devices in various fields.
[0154]
【The invention's effect】
The present invention can provide a semiconductor device in which the number of steps is reduced by forming a pixel with transistors having the same polarity (same conductivity type), thereby increasing yield and reducing cost.
[0155]
In addition, by applying the bootstrap method, the present invention can provide a semiconductor device in which a photoelectric conversion element can obtain a sufficient signal amplitude. Thereby, the improvement of the reading accuracy of the subject by the photoelectric conversion element can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a pixel of a semiconductor device.
FIG. 2 is a circuit diagram of a pixel of a semiconductor device.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the potential of a photoelectric conversion element and time.
FIG. 4 is a schematic diagram of a semiconductor device.
FIGS. 5A to 5D are diagrams illustrating a manufacturing process of a semiconductor device. FIGS.
6A and 6B illustrate a manufacturing process of a semiconductor device.
FIG. 7 is a schematic diagram of a semiconductor device.
FIG. 8 is a circuit diagram of a pixel of a semiconductor device.
FIG. 9 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device.
10A to 10E illustrate a manufacturing process of a semiconductor device.
FIG. 11 is a circuit diagram of a pixel of a semiconductor device.
FIG. 12 is a circuit diagram of a pixel of a semiconductor device.
FIG. 13 illustrates an example of an electronic device to which the present invention is applied.
FIG. 14 is a diagram of a semiconductor device.

Claims (10)

第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子及び光電変換素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, and a photoelectric conversion element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートと、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、One of the source and drain of the first transistor, the gate of the third transistor, and one of the source and drain of the fourth transistor are connected to a first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートとに接続され、The other of the source and the drain of the first transistor is connected to one of the source and the drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, and the gate of the fourth transistor.
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続され、The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring;
前記容量素子は、前記第1のトランジスタのゲートと前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方の間に設けられることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device is characterized in that the capacitor is provided between the gate of the first transistor and the other of the source and drain of the first transistor.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子及び光電変換素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, and a photoelectric conversion element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記容量素子の第1の端子とに接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor and a first terminal of the capacitor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートと、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、One of the source and drain of the first transistor, the gate of the third transistor, and one of the source and drain of the fourth transistor are connected to a first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートと、前記容量素子の第2の端子とに接続され、The other of the source and drain of the first transistor is one of the source and drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, the gate of the fourth transistor, and the capacitance element. Connected to the second terminal,
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続されていることを特徴とする半導体装置。The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子及び光電変換素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, and a photoelectric conversion element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートと、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、One of the source and drain of the first transistor, the gate of the third transistor, and one of the source and drain of the fourth transistor are connected to a first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートとに接続され、The other of the source and the drain of the first transistor is connected to one of the source and the drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, and the gate of the fourth transistor.
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続され、The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring;
前記容量素子は、前記第1のトランジスタのゲートと前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方の間に設けられ、The capacitive element is provided between the gate of the first transistor and the other of the source and drain of the first transistor;
前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタ、前記第4のトランジスタ及び前記第5のトランジスタの各々は、同じ導電型であることを特徴とする半導体装置。Each of the first transistor, the second transistor, the third transistor, the fourth transistor, and the fifth transistor has the same conductivity type.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子及び光電変換素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, and a photoelectric conversion element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記容量素子の第1の端子とに接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor and a first terminal of the capacitor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートと、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、One of the source and drain of the first transistor, the gate of the third transistor, and one of the source and drain of the fourth transistor are connected to a first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートと、前記容量素子の第2の端子とに接続され、The other of the source and drain of the first transistor is one of the source and drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, the gate of the fourth transistor, and the capacitance element. Connected to the second terminal,
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続され、The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring;
前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタ、前記第4のトランジスタ及び前記第5のトランジスタの各々は、同じ導電型であることを特徴とする半導体装置。Each of the first transistor, the second transistor, the third transistor, the fourth transistor, and the fifth transistor has the same conductivity type.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子、光電変換素子及び発光素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, a photoelectric conversion element, and a light-emitting element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートと、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、One of the source and drain of the first transistor, the gate of the third transistor, and one of the source and drain of the fourth transistor are connected to a first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートとに接続され、The other of the source and the drain of the first transistor is connected to one of the source and the drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, and the gate of the fourth transistor.
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続され、The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring;
前記容量素子は、前記第1のトランジスタのゲートと前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方の間に設けられ、The capacitive element is provided between the gate of the first transistor and the other of the source and drain of the first transistor;
前記発光素子から発せられる光は被写体に照射され、前記被写体において反射した光は前The light emitted from the light emitting element irradiates the subject, and the light reflected from the subject 記光電変換素子に照射されることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device, wherein the photoelectric conversion element is irradiated.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子、光電変換素子及び発光素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, a photoelectric conversion element, and a light-emitting element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記容量素子の第1の端子とに接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor and a first terminal of the capacitor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートと、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、One of the source and drain of the first transistor, the gate of the third transistor, and one of the source and drain of the fourth transistor are connected to a first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートと、前記容量素子の第2の端子とに接続され、The other of the source and drain of the first transistor is one of the source and drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, the gate of the fourth transistor, and the capacitance element. Connected to the second terminal,
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続され、The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring;
前記発光素子から発せられる光は被写体に照射され、前記被写体において反射した光は前記光電変換素子に照射されることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device is characterized in that light emitted from the light emitting element is irradiated on a subject, and light reflected on the subject is irradiated on the photoelectric conversion element.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子、光電変換素子及び発光素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, a photoelectric conversion element, and a light-emitting element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートと、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、One of the source and drain of the first transistor, the gate of the third transistor, and one of the source and drain of the fourth transistor are connected to a first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートとに接続され、The other of the source and the drain of the first transistor is connected to one of the source and the drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, and the gate of the fourth transistor.
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続され、The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring;
前記容量素子は、前記第1のトランジスタのゲートと前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方の間に設けられ、The capacitive element is provided between the gate of the first transistor and the other of the source and drain of the first transistor;
前記発光素子から発せられる光は被写体に照射され、前記被写体において反射した光は前記光電変換素子に照射され、The light emitted from the light emitting element is applied to the subject, the light reflected from the subject is applied to the photoelectric conversion element,
前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタ、前記第4のトランジスタ及び前記第5のトランジスタの各々は、同じ導電型であることを特徴とする半導体装置。Each of the first transistor, the second transistor, the third transistor, the fourth transistor, and the fifth transistor has the same conductivity type.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ、容量素子、光電変換素子及び発光素子を有し、A first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a fifth transistor, a capacitor, a photoelectric conversion element, and a light-emitting element;
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記容量素子の第1の端子とに接続され、A gate of the first transistor is connected to one of a source and a drain of the third transistor and a first terminal of the capacitor;
前記第1のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記第3のトランジスタのゲートOne of the source and drain of the first transistor and the gate of the third transistor; と、前記第4のトランジスタのソースとドレインの一方とは、第1の配線に接続され、And one of a source and a drain of the fourth transistor is connected to the first wiring,
前記第1のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースとドレインの一方と、前記光電変換素子の少なくとも一方の端子と、前記第4のトランジスタのゲートと、前記容量素子の第2の端子とに接続され、The other of the source and drain of the first transistor is one of the source and drain of the second transistor, at least one terminal of the photoelectric conversion element, the gate of the fourth transistor, and the capacitance element. Connected to the second terminal,
前記第2のトランジスタのゲートは、第2の配線に接続され、A gate of the second transistor is connected to a second wiring;
前記第2のトランジスタのソースとドレインの他方は、第3の配線に接続され、The other of the source and the drain of the second transistor is connected to a third wiring,
前記第3のトランジスタのソースとドレインの他方は、第4の配線に接続され、The other of the source and the drain of the third transistor is connected to a fourth wiring;
前記第4のトランジスタのソースとドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソースとドレインの一方に接続され、The other of the source and the drain of the fourth transistor is connected to one of the source and the drain of the fifth transistor;
前記第5のトランジスタのゲートは、第5の配線に接続され、A gate of the fifth transistor is connected to a fifth wiring;
前記第5のトランジスタのソースとドレインの他方は、第6の配線に接続され、The other of the source and the drain of the fifth transistor is connected to a sixth wiring;
前記発光素子から発せられる光は被写体に照射され、前記被写体において反射した光は前記光電変換素子に照射され、The light emitted from the light emitting element is applied to the subject, the light reflected from the subject is applied to the photoelectric conversion element,
前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタ、前記第4のトランジスタ及び前記第5のトランジスタの各々は、同じ導電型であることを特徴とする半導体装置。Each of the first transistor, the second transistor, the third transistor, the fourth transistor, and the fifth transistor has the same conductivity type.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の前記半導体装置を用いることを特徴とする電子機器。An electronic apparatus using the semiconductor device according to claim 1. 請求項9に記載の前記電子機器は、スキャナー、タッチパネル、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、コンピュータ又は携帯情報端末であることを特徴とする電子機器。The electronic apparatus according to claim 9, wherein the electronic apparatus is a scanner, a touch panel, a video camera, a digital still camera, a computer, or a portable information terminal.
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