JP2005136392A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセンサ素子と、薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路とを有する半導体装置およびその作製方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a sensor element and a circuit including a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) and a method for manufacturing the semiconductor device.
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。 Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.
従来、固体撮像素子は、単結晶シリコン基板を用いたセンサ素子と、アモルファスシリコン膜を用いたセンサ素子とがある。 Conventionally, solid-state imaging devices include a sensor device using a single crystal silicon substrate and a sensor device using an amorphous silicon film.
単結晶シリコン基板を用いたセンサ素子の特徴は、単結晶シリコン基板上に出力増幅回路を作製し、センサ素子と一体化させることで高出力化を可能としている点である。しかし、波長感度補正フィルターが必要となることでパッケージされた完成部品の形状がスマートにならない。また、単結晶シリコン基板を用いたセンサ素子はバラツキが大きいという問題がある。 A feature of the sensor element using the single crystal silicon substrate is that an output amplifier circuit is produced on the single crystal silicon substrate and integrated with the sensor element, thereby enabling high output. However, since the wavelength sensitivity correction filter is necessary, the shape of the packaged finished part is not smart. Further, there is a problem that the sensor element using the single crystal silicon substrate has a large variation.
一方、アモルファスシリコン膜を用いたセンサ素子の特徴は、波長感度が人間の目に近いため、赤外光カットフィルタなどの補正フィルターを必要としないが、センサ素子の出力値が増幅されることがないために制限ができてしまう。また、センサ素子の出力値が小さいために他信号のノイズなどの影響を受けやすい。センサ素子の出力値は、センサ素子の絶対量(面積、厚みなど)に依存する。そのため、アモルファスシリコン膜を用いたセンサ素子の出力値を向上させようとすると、その分、大面積化させる必要があった。 On the other hand, the sensor element using an amorphous silicon film is characterized in that the wavelength sensitivity is close to the human eye, so no correction filter such as an infrared light cut filter is required, but the output value of the sensor element is amplified. There is no limit because it is not. Further, since the output value of the sensor element is small, it is easily affected by noise of other signals. The output value of the sensor element depends on the absolute amount (area, thickness, etc.) of the sensor element. Therefore, in order to improve the output value of the sensor element using the amorphous silicon film, it is necessary to increase the area accordingly.
また、アモルファス膜を用いたセンサ素子にオペアンプを外付けし、アモルファスシリコン膜を用いたセンサ素子の出力を増幅し、使用することも可能であるが、外付け部品が増加し、センサー回路が大きくなるという新たな問題が発生していた。 It is also possible to attach an operational amplifier externally to the sensor element using the amorphous film and amplify the output of the sensor element using the amorphous silicon film, but the number of external parts increases and the sensor circuit becomes large. A new problem occurred.
単結晶シリコン基板を用いたセンサ素子に比べて、アモルファス膜を用いたセンサ素子の光感度は10分の1以下になっている。そのため、アモルファス膜を用いたセンサ素子を液晶プロジェクタなどのように大面積を必要とする表示装置に採用した場合、大面積表示装置では配線引き回しが長くなるため、ノイズの影響をさらに受けやすいというような問題があり、大型表示装置にアモルファス膜を用いたセンサ素子を使用するためには配線のシールドなどが必要であり、表示装置のコストアップになっていた。 Compared with a sensor element using a single crystal silicon substrate, the optical sensitivity of the sensor element using an amorphous film is 1/10 or less. For this reason, when a sensor element using an amorphous film is used in a display device that requires a large area such as a liquid crystal projector, the wiring area of the large area display device becomes longer, which makes it more susceptible to noise. In order to use a sensor element using an amorphous film in a large display device, a wiring shield or the like is required, which increases the cost of the display device.
また、本出願人は、ガラス基板上にセンサ素子と、TFTで構成された回路とを有する半導体装置に関して、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4を提唱している。
センサ素子において、今後のさらなる高出力化及び小型化を進められるように、複数の素子を限られた面積に形成し、素子が占める面積を縮小して集積することを課題とする。 It is an object of the present invention to form a plurality of elements in a limited area so as to reduce the area occupied by the elements and integrate them in order to further increase the output and size of the sensor element in the future.
単結晶シリコン基板を用いたセンサ素子も、アモルファスシリコン膜を用いたセンサ素子も、小型サイズになれば、それだけ部品実装に使用される領域が小さくなるため、例えば半田実装した場合には、固着強度の確保が困難となる。固着領域が少なく、センサ素子の硬度が高い(単結晶シリコン基板やガラス基板などの機械的強度)と部品に対する曲げストレスが加わった場合に柔軟なストレス緩和がなされず、固着強度と機械的ストレスとの兼ね合いで部品の固着破壊を招く恐れがある。 For sensor elements using single crystal silicon substrates and sensor elements using amorphous silicon films, the area used for component mounting becomes smaller as the size is reduced. It will be difficult to ensure. When there are few fixed areas and the hardness of the sensor element is high (mechanical strength such as a single crystal silicon substrate or glass substrate), flexural stress is not relaxed when bending stress is applied to the parts. There is a risk of causing the component to be fixed and broken due to this balance.
そこで、本発明は、曲げストレスに強いセンサ素子を実現することも課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to realize a sensor element that is resistant to bending stress.
本発明は、半田リフロー処理などの実装時の温度に耐えうる耐熱性プラスチックフィルム基板上に、結晶構造を有する半導体膜(代表的にはポリシリコン膜)を活性層とするTFTからなる出力増幅回路と、非晶質半導体膜(代表的にはアモルファスシリコン膜)を用いたセンサ素子とを一体化させることで、高出力化及び小型化を図ることを特徴とする。また、光センサー素子と増幅回路が直接、センサー基板上で接続されているため、ノイズが重畳しにくいという特徴を有している。加えて、曲げストレスに強いセンサ素子を実現できる。 The present invention relates to an output amplifying circuit comprising a TFT having a semiconductor film having a crystal structure (typically a polysilicon film) as an active layer on a heat-resistant plastic film substrate that can withstand a temperature during mounting such as solder reflow processing. And a sensor element using an amorphous semiconductor film (typically an amorphous silicon film) are integrated to increase the output and reduce the size. Further, since the optical sensor element and the amplifier circuit are directly connected on the sensor substrate, noise is hardly superimposed. In addition, a sensor element resistant to bending stress can be realized.
また、本発明は、一対の電極を有するセンサ素子の受光領域において、受光領域全域に重なる第1の電極を設けるのではなく、受光領域の一部のみに重なる第1の電極を設けることによって、より多くの光量を光電変換層に吸収させている。従って、光電変換層に入射するほとんどの光は、第1の電極を通過せず、層間絶縁膜、下地絶縁膜、およびフィルム基板のみを通過して光電変換層に到達する。なお、第2の電極は、センサ素子の受光領域において、全域に設ける。また、光電変換層を多層構造とする場合、p型半導体層またはn型半導体層を一層として用いると、p型半導体層またはn型半導体層も電極として機能することになるが、ここではp型半導体層及びn型半導体層は第1の電極または第2の電極と呼ばない。 In the light receiving region of the sensor element having a pair of electrodes, the present invention does not provide the first electrode that overlaps the entire light receiving region, but provides the first electrode that overlaps only a part of the light receiving region. A larger amount of light is absorbed by the photoelectric conversion layer. Therefore, most of the light incident on the photoelectric conversion layer does not pass through the first electrode, passes only through the interlayer insulating film, the base insulating film, and the film substrate and reaches the photoelectric conversion layer. Note that the second electrode is provided in the entire light receiving region of the sensor element. In the case where the photoelectric conversion layer has a multilayer structure, when a p-type semiconductor layer or an n-type semiconductor layer is used as a single layer, the p-type semiconductor layer or the n-type semiconductor layer also functions as an electrode. The semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are not called a first electrode or a second electrode.
本明細書で開示する発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該光電変換層上に第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するTFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a photoelectric conversion layer made of a semiconductor film having an amorphous structure on the first electrode, and a second electrode on the photoelectric conversion layer,
The amplifier circuit includes a TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
なお、本明細書では、光センサー素子と増幅回路とを有するチップとは半導体基板を用いたチップを指しているのではなく、光センサー素子と増幅回路とを有するプラスチック基板の小片を指している。 In this specification, a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit does not indicate a chip using a semiconductor substrate, but a small piece of a plastic substrate having an optical sensor element and an amplifier circuit. .
本発明の半導体装置は、光センサとして機能することが可能であり、ダイオード(フォトダイオード)に入射した光は、光電変換層に吸収され光電荷を形成する。この光によって形成された光電荷の量は、光電変換層に吸収された光の量に依存する。光によって形成された光電荷がTFTを含む回路で増幅され、検出される。 The semiconductor device of the present invention can function as an optical sensor, and light incident on a diode (photodiode) is absorbed by a photoelectric conversion layer to form a photoelectric charge. The amount of photocharge formed by this light depends on the amount of light absorbed by the photoelectric conversion layer. Photoelectric charges formed by light are amplified and detected by a circuit including TFTs.
本発明におけるダイオードの構成として、第1の電極と第2の電極の間に光電変換層を挟んだショットキー型のものを用いている。ここでは光を電気信号に変換する光電変換素子として、上記構成のダイオードに限らず、PIN型や、PN型のダイオードや、アバランシェダイオード等を用いることもできる。 As a configuration of the diode in the present invention, a Schottky type in which a photoelectric conversion layer is sandwiched between a first electrode and a second electrode is used. Here, the photoelectric conversion element that converts light into an electrical signal is not limited to the diode having the above-described configuration, and a PIN-type, PN-type diode, an avalanche diode, or the like can also be used.
例えば、その他の構成として、第1の電極と第2の電極の間に挟まれる光電変換層を単層としてもよく、i型(真性)半導体層のみ、あるいはp型半導体のみ、あるいはn型半導体のみで構成されていても良い。また、その他の構成として、第1の電極と第2の電極の間に挟まれる光電変換層を2層としてもよく、i型(真性)半導体層とn型半導体層の2層、あるいはi型(真性)半導体層とp型半導体層の2層、あるいはp型半導体層とn型半導体層との2層で構成されていても良い。 For example, as another configuration, the photoelectric conversion layer sandwiched between the first electrode and the second electrode may be a single layer, only an i-type (intrinsic) semiconductor layer, only a p-type semiconductor, or an n-type semiconductor. It may be composed only of. As another configuration, the photoelectric conversion layer sandwiched between the first electrode and the second electrode may be two layers, i-type (intrinsic) semiconductor layer and n-type semiconductor layer, or i-type. (Intrinsic) It may be composed of two layers of a semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, or two layers of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer.
なお、PIN型のフォトダイオードは、一対の電極と、p型半導体層と、n型半導体層と、p型半導体層とn型半導体層の間に挟まれたi型(真性)半導体層によって構成されている。 Note that a PIN photodiode includes a pair of electrodes, a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and an i-type (intrinsic) semiconductor layer sandwiched between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. Has been.
また、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type amorphous semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of the semiconductor film having an amorphous structure, and a second contact in contact with the n-type amorphous semiconductor layer An electrode,
The amplifier circuit is a semiconductor device including an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、p型半導体層、n型半導体層、及びi型(真性)半導体層としては、非晶質半導体膜に限定されず、微結晶半導体膜(マイクロクリスタル半導体膜とも呼ばれる)などの結晶質半導体膜を用いることができる。 In addition, the p-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer, and the i-type (intrinsic) semiconductor layer are not limited to amorphous semiconductor films, and crystalline semiconductors such as microcrystalline semiconductor films (also referred to as microcrystalline semiconductor films). A membrane can be used.
また、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に結晶質半導体膜からなる光電変換層と、該光電変換層上に第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するTFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a photoelectric conversion layer made of a crystalline semiconductor film on the first electrode, and a second electrode on the photoelectric conversion layer,
The amplifier circuit includes a TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
微結晶半導体膜を用いることによって高濃度にn型またはp型を付与する不純物濃度を含ませることができ、膜の電気抵抗値を下げることができる。 By using a microcrystalline semiconductor film, an impurity concentration imparting n-type or p-type can be included at a high concentration, and the electric resistance value of the film can be reduced.
また、p型半導体層、n型半導体層、及びi型(真性)半導体層としては、減圧熱CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法等で得られる半導体材料、例えば、シリコンまたはシリコンゲルマニウム(Si1-XGeX(X=0.0001〜0.02))合金を用いることが可能である。 Further, as the p-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer, and the i-type (intrinsic) semiconductor layer, a semiconductor material obtained by a low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method, a sputtering method, or the like, for example, silicon or silicon germanium (Si 1) It is possible to use a -X Ge X (X = 0.0001 to 0.02) alloy.
なお、本明細書中で結晶質半導体膜とは、結晶構造を有する半導体膜の一種であるが、数nm〜50nm程度の結晶粒を含む膜を指しており、便宜上、50nmよりも大きい結晶粒を含む膜を結晶構造を有する半導体膜と呼んでいる。また、非晶質半導体膜に数nm〜50nm程度の結晶粒が混在している場合も結晶質半導体膜と呼ぶ。 Note that in this specification, a crystalline semiconductor film is a kind of semiconductor film having a crystal structure, but refers to a film including crystal grains of several nm to 50 nm, and for convenience, crystal grains larger than 50 nm. A film containing the crystal is called a semiconductor film having a crystal structure. A case where a crystal grain of about several to 50 nm is mixed in an amorphous semiconductor film is also called a crystalline semiconductor film.
また、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置において、
前記光センサー素子は、カソード側の電極(第1の電極)と、該カソード側の電極上に一部接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該光電変換層上に接するアノード側の電極(第2の電極)とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成され、
前記光センサー素子と前記増幅回路は、プラスチック基板上に接着層を介して設けられていることを特徴とする半導体装置である。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
In a semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element is in contact with a cathode-side electrode (first electrode), a photoelectric conversion layer made of a semiconductor film having an amorphous structure partially in contact with the cathode-side electrode, and the photoelectric conversion layer. An electrode on the anode side (second electrode),
The amplifier circuit is composed of an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure,
The optical sensor element and the amplifier circuit are provided on a plastic substrate via an adhesive layer.
上記構成において、前記第1の電極は、前記nチャネル型TFTのソース電極またはドレイン電極と同じ材料で構成されていることを特徴の一つとしている。 また、上記構成において、前記光電変換層は、前記nチャネル型TFTの層間絶縁膜上に接して設けられていることを特徴の一つとしている。 In the above structure, the first electrode is formed using the same material as the source electrode or the drain electrode of the n-channel TFT. In the above structure, the photoelectric conversion layer is provided in contact with an interlayer insulating film of the n-channel TFT.
また、nチャネル型TFTに代えてpチャネル型TFTを用いることもでき、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In addition, a p-channel TFT can be used instead of the n-channel TFT, and the configuration of the other invention is as follows.
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type amorphous semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of the semiconductor film having an amorphous structure, and a second contact in contact with the n-type amorphous semiconductor layer An electrode,
The amplifier circuit is a semiconductor device including a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、PIN型のフォトダイオードとした場合、p型半導体層、n型半導体層、またはi型(真性)半導体層のうち、p型半導体層及びn型半導体層を結晶質半導体膜としてもよく、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
Further, in the case of a PIN photodiode, the p-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer, or the i-type (intrinsic) semiconductor layer may be a crystalline semiconductor film. Other aspects of the invention are:
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A photoelectric conversion layer comprising: an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer comprising a semiconductor film having an amorphous structure; and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer. And
The amplifier circuit is a semiconductor device including an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、上記構成において、nチャネル型TFTに代えてpチャネル型TFTを用いることもでき、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In the above structure, a p-channel TFT can be used instead of the n-channel TFT.
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A photoelectric conversion layer comprising: an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer comprising a semiconductor film having an amorphous structure; and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer. And
The amplifier circuit is a semiconductor device including a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、PIN型のフォトダイオードとした場合、p型半導体層、n型半導体層、またはi型(真性)半導体層のうち、n型半導体層のみを結晶質半導体膜としてもよく、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In the case of a PIN photodiode, only the n-type semiconductor layer of the p-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer, or the i-type (intrinsic) semiconductor layer may be a crystalline semiconductor film. The configuration is
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of a semiconductor film having an amorphous structure, and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer Have
The amplifier circuit is a semiconductor device including an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、上記構成において、nチャネル型TFTに代えてpチャネル型TFTを用いることもでき、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In the above structure, a p-channel TFT can be used instead of the n-channel TFT.
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of a semiconductor film having an amorphous structure, and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer Have
The amplifier circuit is a semiconductor device including a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、PIN型のフォトダイオードとした場合、p型半導体層、n型半導体層、またはi型(真性)半導体層のうち、p型半導体層のみを結晶質半導体膜としてもよく、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In the case of a PIN photodiode, only the p-type semiconductor layer of the p-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer, or the i-type (intrinsic) semiconductor layer may be a crystalline semiconductor film. The configuration is
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; a n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; Have
The amplifier circuit is a semiconductor device including an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、上記構成において、nチャネル型TFTに代えてpチャネル型TFTを用いることもでき、他の発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置であり、
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置である。
In the above structure, a p-channel TFT can be used instead of the n-channel TFT.
A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; a n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; Have
The amplifier circuit is a semiconductor device including a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
また、上記各構成において、前記光センサー素子および前記増幅回路は、プラスチック基板上に接着層を介して設けられていることを特徴の一つとしている。 In each of the above structures, the optical sensor element and the amplifier circuit are provided on a plastic substrate via an adhesive layer.
また、上記各構成において、プラスチック基板を有するチップに設けられた外部端子は2端子構成である。よって、従来の単体アモルファス可視光センサと同様に少ないピン構成となり、少ない実装箇所にて、可視光のセンシングを行うことが可能となる。 In each of the above structures, the external terminal provided on the chip having the plastic substrate has a two-terminal structure. Therefore, the number of pins is reduced as in the case of the conventional single amorphous visible light sensor, and visible light sensing can be performed at a small number of mounting locations.
また、半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置の作製方法において、
増幅回路を構成する薄膜トランジスタのソース領域またはドレイン領域と接続するソース電極またはドレイン電極を形成すると同時に、薄膜トランジスタの層間絶縁膜上に接する第1の電極を形成する工程と、
前記第1の電極および前記層間絶縁膜を覆って第1導電型結晶質半導体膜と、非晶質半導体膜と、第2導電型結晶質半導体膜とを積層する工程と、
前記第2導電型結晶質半導体膜上に第2の電極を形成する工程と、
前記第2の電極をマスクとして自己整合的に第1導電型結晶質半導体膜と、非晶質半導体膜と、第2導電型結晶質半導体膜とをエッチングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
In addition, the configuration of the invention related to a method for manufacturing a semiconductor device is as follows.
In a method for manufacturing a semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
Forming a source electrode or a drain electrode connected to a source region or a drain region of a thin film transistor constituting an amplifier circuit, and simultaneously forming a first electrode in contact with the interlayer insulating film of the thin film transistor;
Stacking a first conductive crystalline semiconductor film, an amorphous semiconductor film, and a second conductive crystalline semiconductor film covering the first electrode and the interlayer insulating film;
Forming a second electrode on the second conductive crystalline semiconductor film;
Etching the first conductive crystalline semiconductor film, the amorphous semiconductor film, and the second conductive crystalline semiconductor film in a self-aligning manner using the second electrode as a mask. This is a method for manufacturing a semiconductor device.
また、上記作製方法に関する構成において、第1導電型結晶質半導体膜と、非晶質半導体膜と、第2導電型結晶質半導体膜との積層は光電変換層であり、第1の電極はカソード側の電極であり、前記第2の電極はアノード側の電極であることを特徴としている。 In the structure related to the manufacturing method, the stack of the first conductive crystalline semiconductor film, the amorphous semiconductor film, and the second conductive crystalline semiconductor film is a photoelectric conversion layer, and the first electrode is a cathode. The second electrode is an anode electrode, and the second electrode is an anode electrode.
また、上記作製方法によって得られる半導体装置は、前記第2の電極をマスクとしてエッチングして前記第2の電極の端面と、前記光電変換層の端面とを一致させる。 In addition, the semiconductor device obtained by the above manufacturing method is etched using the second electrode as a mask so that the end surface of the second electrode and the end surface of the photoelectric conversion layer are aligned.
また、本発明は、特開2003−174153に記載の剥離および転写技術を用いてセンサ素子および増幅回路をプラスチックフィルム基板に転写することを特徴としている。また、剥離および転写技術は、上記公報の技術に限定されず、様々な方法(例えば、特開平8−288522号公報、特開平8−250745号公報、または特開平8−264796号公報に記載の技術、即ち剥離層をドライエッチングまたはウェットエッチングで除去する剥離技術など)を用いてもよい。 In addition, the present invention is characterized in that the sensor element and the amplification circuit are transferred to a plastic film substrate using the peeling and transfer technique described in JP-A-2003-174153. Further, the peeling and transfer technique is not limited to the technique described in the above publication, and various methods (for example, those described in JP-A-8-288522, JP-A-8-250745, or JP-A-8-26496). A technique such as a peeling technique in which the peeling layer is removed by dry etching or wet etching may be used.
また、上記構造を実現するための作製方法に関する発明の構成は、
光センサー素子と増幅回路とを有するチップを実装した半導体装置の作製方法において、
第1の基板上に増幅回路及び光センサー素子を含む被剥離層を形成する工程と、
前記増幅回路及び光センサー素子を含む被剥離層を第1の基板から剥離する工程と、
前記増幅回路及び光センサー素子を含む被剥離層を第2の基板に転写する工程と、
前記第2の基板を分断して前記増幅回路及び光センサー素子を含むチップを作製する工程と、
前記増幅回路及び光センサー素子を含むチップを半田リフロー処理によってプリント配線基板に実装する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
In addition, the configuration of the invention related to a manufacturing method for realizing the above structure is as follows.
In a method for manufacturing a semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
Forming a layer to be peeled including an amplifier circuit and an optical sensor element on a first substrate;
Peeling the layer to be peeled including the amplification circuit and the optical sensor element from the first substrate;
Transferring a layer to be peeled including the amplification circuit and the optical sensor element to a second substrate;
Dividing the second substrate to produce a chip including the amplifier circuit and the optical sensor element;
Mounting a chip including the amplifier circuit and the optical sensor element on a printed wiring board by a solder reflow process.
また、上記作製方法において、前記増幅回路及び光センサー素子を含む被剥離層を第1の基板から剥離し、第2の基板に転写する工程は、
前記被剥離層上に溶媒に溶ける有機樹脂膜を塗布する第1工程と、
前記有機樹脂膜に第5の基板を第1の両面テープで接着させ、前記被剥離層および有機樹脂膜を前記第1の基板と前記第5の基板とで挟む第2工程と、
第2の両面テープで第6の基板を前記第1の基板と接着する第3工程と、
前記第6の基板が接着された前記第1の基板と、前記被剥離層とを物理的手段またはエッチングで分離する第4工程と、
前記被剥離層に第2の基板を第1の接着材で接着させ、前記被剥離層を前記第6の基板と前記第2の基板とで挟む第5工程と、
前記被剥離層および第1の両面テープと前記第6の基板とを分離する第6工程と、
前記被剥離層と前記第1の両面テープとを分離する第7工程と、
前記有機樹脂膜を除去する第8工程と、を有することを特徴としている。
Further, in the above manufacturing method, the step of peeling the peeled layer including the amplifier circuit and the optical sensor element from the first substrate and transferring the peeled layer to the second substrate,
A first step of applying an organic resin film soluble in a solvent on the layer to be peeled;
A second step of bonding a fifth substrate to the organic resin film with a first double-sided tape, and sandwiching the peeled layer and the organic resin film between the first substrate and the fifth substrate;
A third step of bonding a sixth substrate to the first substrate with a second double-sided tape;
A fourth step of separating the first substrate to which the sixth substrate is bonded and the layer to be peeled off by physical means or etching;
A fifth step of adhering a second substrate to the peelable layer with a first adhesive, and sandwiching the peelable layer between the sixth substrate and the second substrate;
A sixth step of separating the peelable layer and the first double-sided tape from the sixth substrate;
A seventh step of separating the peelable layer and the first double-sided tape;
And an eighth step of removing the organic resin film.
また、上記作製方法において、前記溶媒は、水またはアルコール類である。また、上記作製方法において、前記第1の基板は、ガラス基板であり、前記第5の基板および前記第6の基板は、石英基板、または金属基板である。また、上記作製方法において、前記第2の基板および前記第4の基板は、プラスチックフィルム基板である。 In the manufacturing method, the solvent is water or alcohols. In the manufacturing method, the first substrate is a glass substrate, and the fifth substrate and the sixth substrate are quartz substrates or metal substrates. In the manufacturing method, the second substrate and the fourth substrate are plastic film substrates.
また、TFT構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えば、トップゲート型TFTや、ボトムゲート型(逆スタガ型)TFTや、順スタガ型TFTを用いることが可能である。また、シングルゲート構造のTFTに限定されず、複数のチャネル形成領域を有するマルチゲート型TFT、例えばダブルゲート型TFTとしてもよい。 The present invention can be applied regardless of the TFT structure. For example, a top gate TFT, a bottom gate (inverse staggered) TFT, or a forward staggered TFT can be used. Further, the TFT is not limited to a single-gate TFT, and may be a multi-gate TFT having a plurality of channel formation regions, for example, a double-gate TFT.
同一基板上に可視光センサと、TFTを用いて構成された増幅回路とを一体形成することによって、コストの削減、薄型化による部品体積の低減、および実装面積の縮小を図ることができ、ノイズの重畳を低減することもできる。 By integrally forming a visible light sensor and an amplifier circuit using TFTs on the same substrate, it is possible to reduce costs, reduce the volume of components by reducing the thickness, and reduce the mounting area. Can be reduced.
可視光センサとしてアモルファスシリコン膜を用いたセンサ素子とすることで、赤外線カットフィルタを不要とし、且つ、センサ素子の出力バラツキが小さい可視光センサとすることができる。また、同一基板上に形成したTFTからなる増幅回路によって出力電流の増大、及びバラツキ抑制を可能とする。また、増幅回路による出力増幅による受光面積の縮小も可能で搭載セットの小型化、軽量化、および部品点数の低減を図ることができる。 By using a sensor element using an amorphous silicon film as the visible light sensor, an infrared cut filter is not required, and a visible light sensor with small output variation of the sensor element can be obtained. In addition, an increase in output current and suppression of variation can be achieved by an amplifier circuit formed of TFTs formed on the same substrate. In addition, the light receiving area can be reduced by the output amplification by the amplifier circuit, so that the mounting set can be reduced in size and weight, and the number of parts can be reduced.
また、プラスチックフィルム基板を用いることにより耐衝撃性が向上し、曲げ、ねじれなどにも耐えうる可視光センサを実現できる。また、薄型とすることができ、さらに曲面への実装が可能となる。耐熱性が高いプラスチックフィルム基板を用いれば従来のSMD部品と同様に半田リフロープロセスにより実装することも可能となる。 Further, by using a plastic film substrate, impact resistance is improved, and a visible light sensor that can withstand bending, twisting, and the like can be realized. Moreover, it can be made thin and can be mounted on a curved surface. If a plastic film substrate having high heat resistance is used, it can be mounted by a solder reflow process as in the case of a conventional SMD component.
また、プラスチックフィルム基板上にセンサ素子を形成すれば、レーザー加工が可能となるため、単結晶シリコン基板やガラス基板では分断加工が困難な微小サイズを実現することができる。 In addition, if a sensor element is formed over a plastic film substrate, laser processing becomes possible, so that it is possible to realize a micro size that is difficult to cut with a single crystal silicon substrate or a glass substrate.
本発明の実施形態について、以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1(A)は本発明の光センサチップの実装断面を示す図である。図1(A)では、2端子の可視光センサチップ(2.0mm×1.5mm)の例を示す。図1(A)において、10はフィルム基板、11は接着層、12は下地絶縁膜、13はゲート絶縁膜である。受光する光はフィルム基板10、接着層11、下地絶縁膜12、およびゲート絶縁膜13を通過するため、これらの材料は全て透光性の高い材料を用いることが望ましい。また、フィルム基板10としては半田リフロー処理などの実装時の温度(250℃程度)に耐えうる耐熱性プラスチック基板(厚さ200μm〜500μm)、例えばTgが400℃以上であるHT基板(新日鐵化学社製)を用いる。さらにHT基板は、高い透明性(400nm光線透過率90%以上)を有し、且つ、低熱膨張性(CTE<48ppm)であるという特徴も有している。 FIG. 1A is a view showing a mounting cross section of the optical sensor chip of the present invention. FIG. 1A shows an example of a two-terminal visible light sensor chip (2.0 mm × 1.5 mm). In FIG. 1A, 10 is a film substrate, 11 is an adhesive layer, 12 is a base insulating film, and 13 is a gate insulating film. Since the received light passes through the film substrate 10, the adhesive layer 11, the base insulating film 12, and the gate insulating film 13, it is desirable that all of these materials are materials having high translucency. Further, as the film substrate 10, a heat-resistant plastic substrate (thickness: 200 μm to 500 μm) that can withstand a mounting temperature (about 250 ° C.) such as solder reflow processing, for example, an HT substrate (Nippon Steel) having a Tg of 400 ° C. or more. Chemical Co., Ltd.) is used. Furthermore, the HT substrate has high transparency (400 nm light transmittance of 90% or more) and low thermal expansion (CTE <48 ppm).
PIN型のフォトダイオード25は、第1の電極19と、第2の電極23と、p型半導体層21pと、n型半導体層21nと、p型半導体層とn型半導体層の間に挟まれたi型(真性)半導体層21iによって構成されている。 The PIN photodiode 25 is sandwiched between a first electrode 19, a second electrode 23, a p-type semiconductor layer 21p, an n-type semiconductor layer 21n, and a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. The i-type (intrinsic) semiconductor layer 21i is used.
また、PIN型のフォトダイオード25の出力値を増幅するために同一基板上に設けられた増幅回路は、nチャネル型TFT30、31によるカレントミラー回路で構成されている。図1(A)では2個のTFTのみを図示しているが実際には出力値を5倍とするためにnチャネル型TFT30(チャネルサイズL/W=8μm/50μm)を2個、nチャネル型TFT31(チャネルサイズL/W=8μm/50μm)を10個設ける。ここでは、100倍とするためにnチャネル型TFT30を1個、nチャネル型TFT31を100個設ける。 An amplifier circuit provided on the same substrate for amplifying the output value of the PIN photodiode 25 is formed of a current mirror circuit including n-channel TFTs 30 and 31. Although only two TFTs are shown in FIG. 1A, two n-channel TFTs 30 (channel size L / W = 8 μm / 50 μm) and n-channel are actually used to increase the output value by five times. Ten type TFTs 31 (channel size L / W = 8 μm / 50 μm) are provided. Here, one n-channel TFT 30 and 100 n-channel TFTs 31 are provided in order to make the magnification 100 times.
また、図1(B)に2端子の可視光センサチップの等価回路図を示す。図1(B)はnチャネル型TFTを用いた等価回路図であるが、nチャネル型TFTに代えてpチャネル型TFTのみを用いてもよい。 FIG. 1B shows an equivalent circuit diagram of a two-terminal visible light sensor chip. FIG. 1B is an equivalent circuit diagram using an n-channel TFT, but only a p-channel TFT may be used instead of the n-channel TFT.
pチャネル型TFTで形成する場合、図12に示す等価回路図となる。図12において、端子電極26、53は図1(B)と同一であるが、それぞれ図12に示すようにフォトダイオード1225、pチャネル型TFT1230、1231を接続すればよい。pチャネル型TFTで構成する場合、pチャネル型TFT1230は、フォトダイオード1225のアノード側の電極と電気的に接続される。フォトダイオード1225は、pチャネル型TFT1230と接続する第2の電極(アノード側の電極)上にn型半導体層、i型半導体層、p型半導体層を順次積層した後、第1の電極(カソード側の電極)を形成すればよい。また、積層順序を逆にしたフォトダイオードとしてもよく、第1の電極(カソード側の電極)上にp型半導体層、i型半導体層、n型半導体層、を順次積層した後、pチャネル型TFT1230と接続する第2の電極(アノード側の電極)を形成し、第1の電極と接続するカソード側の端子電極を形成してもよい。 In the case of forming with a p-channel TFT, an equivalent circuit diagram shown in FIG. 12 is obtained. In FIG. 12, terminal electrodes 26 and 53 are the same as those in FIG. 1B, but a photodiode 1225 and p-channel TFTs 1230 and 1231 may be connected as shown in FIG. In the case of using a p-channel TFT, the p-channel TFT 1230 is electrically connected to the anode-side electrode of the photodiode 1225. The photodiode 1225 is formed by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer on a second electrode (anode side electrode) connected to the p-channel TFT 1230, and then the first electrode (cathode). Side electrode) may be formed. Alternatively, a photodiode in which the stacking order is reversed may be used. After sequentially stacking a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer on the first electrode (cathode side electrode), a p-channel type is formed. A second electrode (an anode side electrode) connected to the TFT 1230 may be formed, and a cathode side terminal electrode connected to the first electrode may be formed.
さらに出力値を増幅させるために増幅回路は、nチャネル型TFTまたはpチャネル型TFTを適宜組み合わせた演算増幅器(オペアンプ)で構成してもよいが、5端子となる。また、オペアンプで増幅回路を構成し、レベルシフタを用いることによって、電源数を削減して4端子とすることもできる。 Further, in order to amplify the output value, the amplifier circuit may be composed of an operational amplifier (op-amp) in which n-channel TFTs or p-channel TFTs are appropriately combined, but has five terminals. In addition, an operational amplifier can be configured by an operational amplifier and a level shifter can be used to reduce the number of power supplies to four terminals.
また、nチャネル型TFT30、31はシングルゲート構造のトップゲート型TFTの例を示しているが、ダブルゲート構造としてオン電流値のバラツキを低減させてもよい。また、オフ電流値を低減するため、nチャネル型TFT30、31を低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped Drain)構造としてもよい。このLDD構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をLDD領域と呼んでいる。LDD構造はドレイン近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐ効果がある。また、ホットキャリアによるオン電流値の劣化を防ぐため、nチャネル型TFT30、31をGOLD(Gate-drain Overlapped LDD)構造としてもよい。ゲート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた構造であるGOLD構造は、LDD構造よりもさらにドレイン近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐ効果がある。このようなGOLD構造とすることで、ドレイン近傍の電界強度が緩和されてホットキャリア注入を防ぎ、劣化現象の防止に有効である。 Further, although the n-channel TFTs 30 and 31 are examples of a top gate type TFT having a single gate structure, a variation in on-current value may be reduced by a double gate structure. In order to reduce the off-current value, the n-channel TFTs 30 and 31 may have a lightly doped drain (LDD) structure. In this LDD structure, a region to which an impurity element is added at a low concentration is provided between a channel formation region and a source region or a drain region formed by adding an impurity element at a high concentration. It is called. The LDD structure has the effect of relaxing the electric field in the vicinity of the drain and preventing deterioration due to hot carrier injection. In order to prevent deterioration of the on-current value due to hot carriers, the n-channel TFTs 30 and 31 may have a GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure. The GOLD structure in which the LDD region is disposed so as to overlap the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween has an effect of relaxing the electric field in the vicinity of the drain and preventing deterioration due to hot carrier injection as compared with the LDD structure. By adopting such a GOLD structure, the electric field strength in the vicinity of the drain is relaxed to prevent hot carrier injection and to effectively prevent the deterioration phenomenon.
また、配線14は第1の電極19に接続する配線であって増幅回路のTFT30のチャネル形成領域上方にも延在してゲート電極にもなっている。 The wiring 14 is a wiring connected to the first electrode 19 and also extends above the channel formation region of the TFT 30 of the amplifier circuit and serves as a gate electrode.
また、配線15は第2の電極23に接続する配線であってTFT31のドレイン電極またはソース電極と接続している。また、16、18は無機絶縁膜、17は塗布法による絶縁膜、20は接続電極である。受光する光は無機絶縁膜16、18、および塗布法による絶縁膜17を通過するため、これらの材料は全て透光性の高い材料を用いることが望ましい。なお、絶縁膜17は塗布法に限定されず、CVD法で得られる無機絶縁膜を用いてもよい。絶縁膜17をCVD法で得られる無機絶縁膜とすると固着強度が向上する。 The wiring 15 is connected to the second electrode 23 and is connected to the drain electrode or the source electrode of the TFT 31. 16 and 18 are inorganic insulating films, 17 is an insulating film formed by a coating method, and 20 is a connection electrode. Since the received light passes through the inorganic insulating films 16 and 18 and the insulating film 17 formed by a coating method, it is desirable that all of these materials are materials having high translucency. The insulating film 17 is not limited to a coating method, and an inorganic insulating film obtained by a CVD method may be used. When the insulating film 17 is an inorganic insulating film obtained by a CVD method, the fixing strength is improved.
また、端子電極50は、配線14、15と同一工程で形成され、端子電極51は電極19、20と同一工程で形成されている。 The terminal electrode 50 is formed in the same process as the wirings 14 and 15, and the terminal electrode 51 is formed in the same process as the electrodes 19 and 20.
また、アノード側の端子電極26は第2の電極23に接続されており、半田64でプリント配線基板60の電極61に実装されている。また、カソード側の端子電極53は端子電極26と同一工程で形成され、半田63でプリント配線基板60の電極62に実装されている。 The terminal electrode 26 on the anode side is connected to the second electrode 23, and is mounted on the electrode 61 of the printed wiring board 60 with solder 64. The cathode-side terminal electrode 53 is formed in the same process as the terminal electrode 26, and is mounted on the electrode 62 of the printed wiring board 60 with solder 63.
また、図2、および図3を用いて上記構造を得るための作製工程を以下に示す。ガラス基板上に形成した半導体素子の剥離、転写を行って、フィルム基板10に接着層11で貼り付ける。 In addition, a manufacturing process for obtaining the above structure is described below with reference to FIGS. The semiconductor element formed on the glass substrate is peeled off and transferred, and attached to the film substrate 10 with the adhesive layer 11.
ここでは、スパッタ法による金属膜(W、WN、Moなど)と酸化珪素膜とを用いた剥離方法を用いて半導体素子の剥離、転写を行う例を示す。 Here, an example in which a semiconductor element is peeled and transferred using a peeling method using a metal film (W, WN, Mo, etc.) and a silicon oxide film by a sputtering method is shown.
まず、ガラス基板(第1の基板70)上に素子を形成する。ここではガラス基板としてAN100を用いる。このガラス基板上にスパッタ法で金属膜71、ここではタングステン膜(膜応力を小さくするための成膜条件:Ar流量100sccm、成膜圧力2Pa、成膜パワー4kW、基板温度200℃、膜厚10nm〜200nm、好ましくは50nm〜75nm)を形成し、さらに大気にふれることなく、下地絶縁膜12の一層目となる酸化物膜、ここではスパッタ法で酸化シリコン膜(膜厚150nm〜200nm)を積層形成する。酸化物膜の膜厚は、金属膜の膜厚の2倍以上とすることが望ましい。なお、積層形成の際、金属膜71と酸化シリコン膜との間にアモルファス状態の酸化金属膜(酸化タングステン膜)が2nm〜5nm程度形成される。後の工程で剥離する際、酸化タングステン膜中、または酸化タングステン膜と酸化シリコン膜との界面、または酸化タングステン膜とタングステン膜との界面で分離が生じる。なお、タングステン膜に代えて、Ti、Ta、Mo、Nd、Ni、Co、Zr、Zn、Ru、Rh、Pd、Os、Ir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若しくは化合物材料からなる単層、またはこれらの積層、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層、またはこれらの積層を用いることができる。 First, an element is formed over a glass substrate (first substrate 70). Here, AN100 is used as the glass substrate. A metal film 71, here a tungsten film (deposition conditions for reducing film stress: Ar flow rate 100 sccm, film formation pressure 2 Pa, film formation power 4 kW, substrate temperature 200 ° C., film thickness 10 nm on this glass substrate by sputtering. ˜200 nm, preferably 50 nm to 75 nm), and an oxide film which is the first layer of the base insulating film 12 without being exposed to the atmosphere, here a silicon oxide film (film thickness 150 nm to 200 nm) is stacked by sputtering. Form. The thickness of the oxide film is preferably at least twice that of the metal film. Note that an amorphous metal oxide film (tungsten oxide film) is formed to a thickness of about 2 nm to 5 nm between the metal film 71 and the silicon oxide film at the time of stacking. When separation is performed in a later step, separation occurs in the tungsten oxide film, at the interface between the tungsten oxide film and the silicon oxide film, or at the interface between the tungsten oxide film and the tungsten film. In place of the tungsten film, an element selected from Ti, Ta, Mo, Nd, Ni, Co, Zr, Zn, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, or an alloy material containing the element as a main component or A single layer made of a compound material or a stacked layer thereof, or a single layer made of these nitrides such as titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, or molybdenum nitride, or a stacked layer thereof can be used.
なお、スパッタ法では基板端面に成膜されるため、基板端面に成膜されたタングステン膜と酸化タングステン膜と酸化シリコン膜とをSF6ガスとHeガスを用いたドライエッチング、およびO2アッシングなどで選択的に除去することが好ましい。 Note that since sputtering is performed on the substrate end surface, the tungsten film, tungsten oxide film, and silicon oxide film formed on the substrate end surface are dry-etched using SF 6 gas and He gas, and O 2 ashing, etc. Is preferably removed selectively.
次いで、PCVD法で下地絶縁膜12の2層目となる酸化窒化シリコン膜(膜厚100nm)を形成し、さらに大気にふれることなく、水素を含むアモルファスシリコン膜(膜厚54nm)を積層形成する。なお、酸化窒化シリコン膜は、ガラス基板からのアルカリ金属などの不純物拡散を防止するブロッキング層である。 Next, a silicon oxynitride film (film thickness: 100 nm) which is the second layer of the base insulating film 12 is formed by PCVD, and an amorphous silicon film (film thickness: 54 nm) containing hydrogen is stacked without being exposed to the atmosphere. . Note that the silicon oxynitride film is a blocking layer that prevents diffusion of impurities such as alkali metal from the glass substrate.
次いで、上記アモルファスシリコン膜を公知の技術(固相成長法、レーザー結晶化方法、触媒金属を用いた結晶化方法など)により結晶化させて、ポリシリコン膜を活性層とするTFTを用いる素子を形成する。ここでは、触媒金属を用いた結晶化方法を用いてポリシリコン膜を得る。重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布する。なお、塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜(ここではポリシリコン層)を形成する。ここでは熱処理(500℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃、4時間)を行って結晶構造を有するシリコン膜を得る。 Next, the amorphous silicon film is crystallized by a known technique (solid phase growth method, laser crystallization method, crystallization method using a catalytic metal, etc.), and an element using a TFT having a polysilicon film as an active layer is obtained. Form. Here, a polysilicon film is obtained using a crystallization method using a catalytic metal. A nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel by weight is applied with a spinner. Note that a nickel element may be dispersed over the entire surface by sputtering instead of coating. Next, heat treatment is performed for crystallization, so that a semiconductor film having a crystal structure (here, a polysilicon layer) is formed. Here, after heat treatment (500 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed to obtain a silicon film having a crystal structure.
アモルファスシリコン膜は水素を含んでおり、加熱してポリシリコン膜を形成する場合、結晶化させるため410℃以上の熱処理を行えば、ポリシリコン膜を形成すると同時に水素の拡散を行うことができる。また、400℃以上の熱処理を行うことで、アモルファス状態の酸化金属膜が結晶化し、結晶構造を有する酸化金属膜が得られる。従って、410℃以上の加熱処理を行うことによって結晶構造を有する酸化金属膜が形成され、水素の拡散が行われる。この410℃以上の熱処理が終了した段階で、比較的小さな力(例えば、人間の手、ノズルから吹付けられるガスの風圧、超音波等)を加えることによって、酸化タングステン膜中、または酸化タングステン膜と酸化シリコン膜との界面、または酸化タングステン膜とタングステン膜との界面で分離を生じさせることができる。なお、結晶構造を有する酸化金属膜が得られる温度の熱処理を行うと酸化金属膜の組成が変化するとともに、酸化金属膜の膜厚は若干薄くなる。また、結晶構造を有する酸化タングステン膜は複数の結晶構造(WO2、WO3、WOx(2<X<3))を有しており、熱処理によってWO3は、WO2またはWOxに組成変化する。 The amorphous silicon film contains hydrogen, and when a polysilicon film is formed by heating, if a heat treatment at 410 ° C. or higher is performed for crystallization, hydrogen can be diffused at the same time as the polysilicon film is formed. Further, by performing heat treatment at 400 ° C. or higher, the amorphous metal oxide film is crystallized, and a metal oxide film having a crystal structure is obtained. Therefore, by performing a heat treatment at 410 ° C. or higher, a metal oxide film having a crystal structure is formed, and hydrogen is diffused. When the heat treatment at 410 ° C. or higher is completed, a relatively small force (for example, human hand, wind pressure of gas blown from a nozzle, ultrasonic wave, etc.) is applied to the tungsten oxide film or the tungsten oxide film. Separation can occur at the interface between the silicon oxide film and the interface between the tungsten oxide film and the tungsten film. Note that when heat treatment is performed at a temperature at which a metal oxide film having a crystal structure is obtained, the composition of the metal oxide film is changed and the thickness of the metal oxide film is slightly reduced. Further, the tungsten oxide film having a crystal structure has a plurality of crystal structures (WO 2 , WO 3 , WOx (2 <X <3)), and the composition of WO 3 changes to WO 2 or WOx by heat treatment. .
次いで、結晶構造を有するシリコン膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去した後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザー光(XeCl:波長308nm)の照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う。レーザー光には波長400nm以下のエキシマレーザ光や、YAGレーザの第2高調波、第3高調波を用いる。ここでは、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー光を光学系にて100〜500mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよい。ここでは、繰り返し周波数30Hz、エネルギー密度470mJ/cm2でレーザー光の照射を大気中で行なった。なお、大気中、または酸素雰囲気中で行うため、レーザー光の照射により表面に酸化膜が形成される。なお、ここではパルスレーザーを用いた例を示したが、連続発振のレーザーを用いてもよく、非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用すればよい。連続発振のレーザーを用いる場合には、出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。 Next, after removing the oxide film on the surface of the silicon film having a crystal structure with dilute hydrofluoric acid or the like, irradiation with laser light (XeCl: wavelength 308 nm) for increasing the crystallization rate and repairing defects left in the crystal grains In the air or in an oxygen atmosphere. As the laser light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, and second harmonic and third harmonic of a YAG laser are used. Here, a pulsed laser beam having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is used, the laser beam is condensed to 100 to 500 mJ / cm 2 by an optical system, and irradiated with an overlap rate of 90 to 95%. May be scanned. Here, laser light irradiation was performed in the air at a repetition frequency of 30 Hz and an energy density of 470 mJ / cm 2 . Note that since the reaction is performed in the air or in an oxygen atmosphere, an oxide film is formed on the surface by laser light irradiation. Although an example using a pulse laser is shown here, a continuous wave laser may be used, and in order to obtain a crystal with a large grain size when crystallizing an amorphous semiconductor film, continuous wave is possible. It is preferable to use a simple solid-state laser and apply the second to fourth harmonics of the fundamental wave. Typically, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) may be applied. In the case of using a continuous wave laser, laser light emitted from a continuous wave YVO 4 laser having an output of 10 W is converted into a harmonic by a non-linear optical element. There is also a method of emitting harmonics by putting a YVO 4 crystal and a nonlinear optical element in a resonator. Preferably, the laser beam is shaped into a rectangular or elliptical shape on the irradiation surface by an optical system, and the object to be processed is irradiated. At this time, the energy density of approximately 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation may be performed by moving the semiconductor film relative to the laser light at a speed of about 10 to 2000 cm / s.
次いで、上記レーザー光の照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を120秒処理して合計1〜5nmの酸化膜からなるバリア層を形成する。このバリア層は、結晶化させるために添加したニッケルを膜中から除去するために形成する。ここではオゾン水を用いてバリア層を形成したが、酸素雰囲気下の紫外線の照射で結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法や酸素プラズマ処理により結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法やプラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜を堆積してバリア層を形成してもよい。また、バリア層を形成する前にレーザー光の照射により形成された酸化膜を除去してもよい。 Next, in addition to the oxide film formed by the laser light irradiation, the surface is treated with ozone water for 120 seconds to form a barrier layer made of an oxide film having a total thickness of 1 to 5 nm. This barrier layer is formed in order to remove nickel added for crystallization from the film. Here, the barrier layer is formed using ozone water, but the surface of the semiconductor film having a crystal structure is oxidized by a method of oxidizing the surface of the semiconductor film having a crystal structure by irradiation with ultraviolet light in an oxygen atmosphere or the oxygen plasma treatment. The barrier layer may be formed by depositing an oxide film of about 1 to 10 nm by a method, plasma CVD method, sputtering method or vapor deposition method. Further, the oxide film formed by laser light irradiation may be removed before forming the barrier layer.
次いで、バリア層上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を10nm〜400nm、ここでは膜厚100nmで成膜する。ここでは、アルゴン元素を含む非晶質シリコン膜は、シリコンターゲットを用いてアルゴンを含む雰囲気下で形成する。プラズマCVD法を用いてアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を形成する場合、成膜条件は、モノシランとアルゴンの流量比(SiH4:Ar)を1:99とし、成膜圧力を6.665Pa(0.05Torr)とし、RFパワー密度を0.087W/cm2とし、成膜温度を350℃とする。 Next, an amorphous silicon film containing an argon element serving as a gettering site is formed with a thickness of 10 nm to 400 nm, here 100 nm, over the barrier layer by a sputtering method. Here, the amorphous silicon film containing an argon element is formed in an atmosphere containing argon using a silicon target. In the case where an amorphous silicon film containing an argon element is formed using a plasma CVD method, the film formation conditions are a monosilane / argon flow rate ratio (SiH 4 : Ar) of 1:99 and a film formation pressure of 6.665 Pa. (0.05 Torr), RF power density is 0.087 W / cm 2, and film forming temperature is 350 ° C.
その後、650℃に加熱された炉に入れて3分の熱処理を行いゲッタリングして、結晶構造を有する半導体膜中のニッケル濃度を低減する。炉に代えてランプアニール装置を用いてもよい。 After that, heat treatment is performed for 3 minutes in a furnace heated to 650 ° C., and gettering is performed to reduce the nickel concentration in the semiconductor film having a crystal structure. A lamp annealing apparatus may be used instead of the furnace.
次いで、バリア層をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。 Next, the amorphous silicon film containing an argon element as a gettering site is selectively removed using the barrier layer as an etching stopper, and then the barrier layer is selectively removed with dilute hydrofluoric acid. Note that during gettering, nickel tends to move to a region with a high oxygen concentration, and thus it is desirable to remove the barrier layer made of an oxide film after gettering.
なお、触媒元素を用いて半導体膜の結晶化を行わない場合には、上述したバリア層の形成、ゲッタリングサイトの形成、ゲッタリングのための熱処理、ゲッタリングサイトの除去、バリア層の除去などの工程は不要である。 Note that in the case where the semiconductor film is not crystallized using a catalytic element, the above-described barrier layer formation, gettering site formation, heat treatment for gettering, gettering site removal, barrier layer removal, etc. This step is unnecessary.
次いで、得られた結晶構造を有するシリコン膜(ポリシリコン膜とも呼ばれる)の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、第1のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層を形成する。半導体層を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。 Next, after forming a thin oxide film with ozone water on the surface of the obtained silicon film having a crystal structure (also called a polysilicon film), a mask made of resist is formed using a first photomask, and a desired film is formed. A semiconductor layer separated into islands is formed by etching into a shape. After the semiconductor layer is formed, the resist mask is removed.
次いで、必要があればTFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行う。ここでは、ジボラン(B2H6)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いる。 Next, if necessary, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) is doped in order to control the threshold value of the TFT. Here, an ion doping method in which diborane (B 2 H 6 ) is plasma-excited without mass separation is used.
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にシリコン膜の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜13となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。ここでは、プラズマCVD法により115nmの厚さで酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。 Next, the oxide film is removed with an etchant containing hydrofluoric acid, and at the same time, the surface of the silicon film is washed, and then an insulating film containing silicon as a main component and serving as the gate insulating film 13 is formed. Here, a silicon oxynitride film (composition ratio: Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) with a thickness of 115 nm is formed by plasma CVD.
次いで、ゲート絶縁膜上に金属膜を形成した後、第2のフォトマスクを用いてパターニングを行い、ゲート電極、配線14、15、端子電極50を形成する。次いで、活性層へのドーピングを行ってTFTのソース領域またはドレイン領域の形成を行う。 Next, after forming a metal film over the gate insulating film, patterning is performed using a second photomask to form the gate electrode, the wirings 14 and 15, and the terminal electrode 50. Next, the source layer or the drain region of the TFT is formed by doping the active layer.
次いで、CVD法により酸化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜(図示しない)を50nm形成した後、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いはYAGレーザーまたはエキシマレーザーを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。 Next, after forming a first interlayer insulating film (not shown) made of a silicon oxide film by CVD with a thickness of 50 nm, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed. This activation step may be a rapid thermal annealing method (RTA method) using a lamp light source, a method of irradiating a YAG laser or an excimer laser from the back surface, a heat treatment using a furnace, or a combination thereof. By different methods.
次いで、水素を含む窒化酸化シリコン膜からなる第2の層間絶縁膜16を形成して熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)を行い、半導体層を水素化する工程を行う。この工程は第1の層間絶縁膜16に含まれる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。酸化シリコン膜からなる絶縁膜13の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。 Next, a second interlayer insulating film 16 made of a silicon nitride oxide film containing hydrogen is formed and subjected to heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours) to hydrogenate the semiconductor layer. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 16. The semiconductor layer can be hydrogenated regardless of the presence of the insulating film 13 made of a silicon oxide film.
次いで、第2の層間絶縁膜16上に絶縁物材料から成る第3の層間絶縁膜17を形成する。第3の層間絶縁膜17は、塗布法で得られる有機絶縁膜、やCVD法で得られる無機絶縁膜を用いることができる。ここでは膜厚0.8μmのアクリル樹脂膜を形成する。 Next, a third interlayer insulating film 17 made of an insulating material is formed on the second interlayer insulating film 16. As the third interlayer insulating film 17, an organic insulating film obtained by a coating method or an inorganic insulating film obtained by a CVD method can be used. Here, an acrylic resin film having a thickness of 0.8 μm is formed.
次いで、第3の層間絶縁膜17上にスパッタ法で膜厚250nm〜350nmの無機絶縁膜から成る第4の層間絶縁膜18を形成する。なお、第3の層間絶縁膜として無機絶縁膜を形成する場合には、特に第4の層間絶縁膜18は形成しなくともよい。 Next, a fourth interlayer insulating film 18 made of an inorganic insulating film having a thickness of 250 nm to 350 nm is formed on the third interlayer insulating film 17 by sputtering. Note that in the case where an inorganic insulating film is formed as the third interlayer insulating film, the fourth interlayer insulating film 18 is not necessarily formed.
次いで、第3のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、層間絶縁膜16、17、18またはゲート絶縁膜13を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。 Next, a resist mask is formed using a third photomask, and the interlayer insulating films 16, 17, 18 or the gate insulating film 13 are selectively etched to form contact holes. Then, the resist mask is removed.
次いで、金属膜を積層した後、第4のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に金属積層膜をエッチングして、第1の電極19、接続電極20、端子電極51、TFTのソース電極またはドレイン電極を形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。なお、金属積層膜は、膜厚100nmのTi膜と、膜厚350nmのSiを微量に含むAl膜と、膜厚100nmのTi膜との3層積層とする。 Next, after laminating the metal film, a resist mask is formed using a fourth photomask, and the metal laminate film is selectively etched, so that the first electrode 19, the connection electrode 20, the terminal electrode 51, A source electrode or a drain electrode of the TFT is formed. Then, the resist mask is removed. Note that the metal stacked film is a three-layer stack including a Ti film with a thickness of 100 nm, an Al film containing a small amount of Si with a thickness of 350 nm, and a Ti film with a thickness of 100 nm.
以上の工程で、ポリシリコン膜を活性層とするトップゲート型TFT30、31が作製でき、図2(A)に示す構造が得られる。 Through the above steps, the top gate TFTs 30 and 31 having the polysilicon film as an active layer can be manufactured, and the structure shown in FIG. 2A is obtained.
次いで、第1の電極上に光電変換層としてp型半導体層と、i型(真性)半導体層と、n型半導体層とを順次積層する。 Next, a p-type semiconductor layer, an i-type (intrinsic) semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer are sequentially stacked on the first electrode as a photoelectric conversion layer.
p型半導体層として、PCVD法を用い、電極間隔32mm、成膜圧力266Pa、RFパワー550Wとし、SiH4(流量4sccm)と、B2H6(流量20sccm)と、H2(流量773sccm)とを原料ガスとして膜厚50nmのp型アモルファスシリコン膜を成膜する。 As the p-type semiconductor layer, a PCVD method is used, the electrode interval is 32 mm, the film forming pressure is 266 Pa, the RF power is 550 W, SiH 4 (flow rate 4 sccm), B 2 H 6 (flow rate 20 sccm), H 2 (flow rate 773 sccm) A p-type amorphous silicon film with a film thickness of 50 nm is formed using as a source gas.
また、i型(真性)半導体層としてPCVD法を用い、電極間隔36mm、成膜圧力133Pa、RFパワー50W〜88Wとし、SiH4(流量100sccm)と、H2(流量1000sccm)とを原料ガスとして膜厚600nmのI型アモルファスシリコン膜を成膜する。 In addition, the PCVD method is used for the i-type (intrinsic) semiconductor layer, the electrode interval is 36 mm, the deposition pressure is 133 Pa, the RF power is 50 W to 88 W, and SiH 4 (flow rate 100 sccm) and H 2 (flow rate 1000 sccm) are used as source gases. An I-type amorphous silicon film having a thickness of 600 nm is formed.
また、n型半導体層として、PCVD法を用い、電極間隔36mm、成膜圧力133Pa、RFパワー300Wとし、SiH4(流量5sccm)と、PH3(流量30sccm)と、H2(流量950sccm)とを原料ガスとして膜厚70nmのn型アモルファスシリコン膜を成膜する。 Further, as the n-type semiconductor layer, a PCVD method is used, the electrode interval is 36 mm, the film forming pressure is 133 Pa, the RF power is 300 W, SiH 4 (flow rate 5 sccm), PH 3 (flow rate 30 sccm), H 2 (flow rate 950 sccm) An n-type amorphous silicon film with a film thickness of 70 nm is formed using as a source gas.
また、光電変換層を形成する前に、層間絶縁膜18との密着性を上げるための処理、例えば、Arプラズマ処理やCF4プラズマ処理を行ってもよい。 In addition, before the photoelectric conversion layer is formed, a treatment for improving the adhesion with the interlayer insulating film 18, for example, an Ar plasma treatment or a CF 4 plasma treatment may be performed.
次いで、金属膜、ここでは膜厚100nmのTi膜を成膜した後、第5のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、Ti膜をエッチングして第2の電極23を形成する。ドライエッチングまたはウェットエッチングのどちらを用いることができるが、ここでは、エッチャント(NH4OH:H2O2:H2O=2:5:2)を用いてエッチングする。ドライエッチングを行う場合には、Cl2ガスを用いればよい。ここでは、1つの光センサの第2の電極23の面積は、1.57mm2となり、この面積が受光面積とほぼ等しくなる。そして、レジストからなるマスクを除去する。 Next, after forming a metal film, here, a 100 nm-thick Ti film, a resist mask is formed using a fifth photomask, and the Ti film is etched to form the second electrode 23. Either dry etching or wet etching can be used. Here, etching is performed using an etchant (NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 2: 5: 2). When dry etching is performed, Cl 2 gas may be used. Here, the area of the second electrode 23 of one photosensor is 1.57 mm 2 , and this area is substantially equal to the light receiving area. Then, the resist mask is removed.
次いで、第6のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、アモルファスシリコン膜の積層層を選択的にエッチングして光電変換層21p、21i、21nを形成する。ドライエッチングまたはウェットエッチングのどちらを用いることができるが、ここでは、エッチングガスとしてSF6(流量20sccm)とHe(流量20sccm)を用いたドライエッチングを行う。また、SF6に代えてNF3を用いてドライエッチングを行ってもよい。そして、レジストからなるマスクを除去する。 Next, a resist mask is formed using a sixth photomask, and the stacked layer of the amorphous silicon film is selectively etched to form photoelectric conversion layers 21p, 21i, and 21n. Either dry etching or wet etching can be used. Here, dry etching using SF 6 (flow rate 20 sccm) and He (flow rate 20 sccm) as etching gases is performed. Further, dry etching may be performed using NF 3 instead of SF 6 . Then, the resist mask is removed.
以上の工程で、第1の電極19と、アモルファスシリコン膜からなる光電変換層21p、21i、21nと、第2の電極23とを有するフォトダイオードが作製でき、図2(B)に示す構造を得る。 Through the above steps, a photodiode including the first electrode 19, photoelectric conversion layers 21p, 21i, and 21n made of an amorphous silicon film, and the second electrode 23 can be manufactured. The structure illustrated in FIG. obtain.
次いで、全面に絶縁物材料膜からなる封止樹脂24を厚さ(1μm〜30μm)で形成する。ここでは絶縁物材料膜として膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成する。また、絶縁物材料膜としては塗布法によって得られるアルキル基を含むSiOx膜からなる絶縁膜、例えばシリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマーを用いてもよい。シロキサン系ポリマーの一例としては、東レ製塗布絶縁膜材料であるPSB−K1、PSB−K31や触媒化成製塗布絶縁膜材料であるZRS-5PHが挙げられる。アルキル基を含むSiOx膜からなる絶縁膜を用いた場合、実装強度の向上を図ることができる。次いで、第7のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、有機絶縁物材料膜を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。 Next, a sealing resin 24 made of an insulating material film is formed on the entire surface with a thickness (1 μm to 30 μm). Here, an acrylic resin film having a thickness of 1.6 μm is formed as the insulator material film. Further, as the insulating material film, an insulating film made of a SiOx film containing an alkyl group obtained by a coating method, for example, silica glass, an alkylsiloxane polymer, an alkylsilsesquioxane polymer, or a hydrogenated silsesquioxane polymer may be used. Good. Examples of siloxane-based polymers include PSB-K1 and PSB-K31, which are Toray-made coating insulating film materials, and ZRS-5PH, which is a catalytic chemical-made coating insulating film material. When an insulating film made of a SiOx film containing an alkyl group is used, the mounting strength can be improved. Next, a resist mask is formed using a seventh photomask, and the organic insulating material film is selectively etched to form contact holes. Then, the resist mask is removed.
また、ここでは、フォトリソ技術を用い、樹脂膜をパターニングすることによって封止樹脂を形成した例を示したが、特に限定されず、例えば、封止樹脂をスクリーン印刷法によって形成してもよい。また、封止樹脂に代えて、CVD法で得られる無機絶縁膜の封止層を用いてもよい。 Here, an example in which the sealing resin is formed by patterning the resin film using the photolithography technique is shown, but the present invention is not particularly limited. For example, the sealing resin may be formed by a screen printing method. Further, instead of the sealing resin, an inorganic insulating film sealing layer obtained by a CVD method may be used.
次いで、メタルマスクを用いたスパッタ法により端子電極26、53を形成する。端子電極26、53は、Ti膜と、Ni膜と、Au膜との積層膜とする。ガラス基板上にTi膜と、Ni膜と、Au膜との積層膜をメタルマスクを用いたスパッタ法で成膜して固着強度評価を行った結果を図5に示す。メタルマスクのマスク抜き寸法を0.3mm、0.5mm、0.7mmとして一対の電極パターンを成膜した。マスクの回り込み量を考慮すると端子電極26と端子電極53との間隔は、0.3mm以上とすることが好ましい。図5において縦軸は固着強度、横軸は2つの電極面積の和を示している。図5から読み取れるようにいずれのサンプルも固着強度5Nを超えていることから端子電極として十分な固着強度を有していることが読み取れる。 Next, the terminal electrodes 26 and 53 are formed by sputtering using a metal mask. The terminal electrodes 26 and 53 are laminated films of a Ti film, a Ni film, and an Au film. FIG. 5 shows the result of evaluating the fixing strength by forming a laminated film of a Ti film, a Ni film, and an Au film on a glass substrate by a sputtering method using a metal mask. A pair of electrode patterns was formed with the metal masks having a dimension of 0.3 mm, 0.5 mm, and 0.7 mm. Considering the amount of wraparound of the mask, the distance between the terminal electrode 26 and the terminal electrode 53 is preferably 0.3 mm or more. In FIG. 5, the vertical axis indicates the adhesion strength, and the horizontal axis indicates the sum of the two electrode areas. As can be seen from FIG. 5, it can be seen that each sample has a sufficient fixing strength as a terminal electrode since the fixing strength exceeds 5N.
また、ここでは、メタルマスクを用いたスパッタ法によって端子電極を形成した例を示したが、特に限定されず、例えば、端子電極をNiペーストやCarbon系樹脂を用いたスクリーン印刷法によって形成してもよい。なお、スクリーン印刷によって形成された電極(端子電極)は、樹脂を含む導電材料で構成される。 Here, an example in which the terminal electrode is formed by sputtering using a metal mask has been shown, but there is no particular limitation. For example, the terminal electrode is formed by screen printing using Ni paste or Carbon-based resin. Also good. In addition, the electrode (terminal electrode) formed by screen printing is comprised with the electrically-conductive material containing resin.
以上の工程で、半田接続が可能な端子電極26、53が形成され、図2(C)に示す構造が得られる。7枚のフォトマスクと1枚のメタルマスク、即ち合計8枚のマスクによって光センサおよび増幅回路を作製することができる。 Through the above steps, terminal electrodes 26 and 53 capable of solder connection are formed, and the structure shown in FIG. 2C is obtained. An optical sensor and an amplifier circuit can be manufactured using seven photomasks and one metal mask, that is, a total of eight masks.
次いで、水またはアルコール類に可溶な接着材を全面に塗布、焼成する。この接着材の組成としては、例えば、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系等いかなるものでもよい。ここではスピンコートで水溶性樹脂(東亜合成製:VL−WSHL10)からなる膜(膜厚30μm)74を塗布し、仮硬化させるために2分間の露光を行ったあと、UV光を裏面から2.5分、表面から10分、合計12.5分の露光を行って本硬化させる。この水溶性樹脂膜は平坦化膜として機能し、後の基板貼り合わせの際、平坦化膜表面と基板面がほぼ平行になるように接着させることができる。この水溶性樹脂膜を用いない場合、圧着した時に電極やTFTによる凸凹が生じる恐れがある。 Next, an adhesive material soluble in water or alcohols is applied to the entire surface and baked. The composition of the adhesive may be any one such as epoxy, acrylate, or silicone. Here, a film (thickness 30 μm) 74 made of a water-soluble resin (manufactured by Toagosei Co., Ltd .: VL-WSHL10) 74 is applied by spin coating, exposure is performed for 2 minutes for temporary curing, and then UV light is applied from the back surface 2 Exposure is performed for 5 minutes, 10 minutes from the surface, and a total of 12.5 minutes for the main curing. This water-soluble resin film functions as a flattening film, and can be bonded so that the surface of the flattening film and the substrate surface are substantially parallel when the substrates are bonded together. When this water-soluble resin film is not used, there is a risk that unevenness due to electrodes or TFTs may occur when pressure bonding.
次いで、後の剥離を行いやすくするために、金属膜71と金属酸化膜との密着性、或いは金属酸化膜と酸化物膜との密着性を部分的に低下させる処理を行う。密着性を部分的に低下させる処理は、剥離しようとする領域の周縁に沿って金属酸化膜にレーザー光を部分的に照射する処理、或いは、剥離しようとする領域の周縁に沿って外部から局所的に圧力を加えて金属酸化膜の層内または界面の一部分に損傷を与える処理である。具体的にはダイヤモンドペンなどで硬い針を垂直に押しつけて荷重をかけて動かせばよい。好ましくは、スクライバー装置を用い、押し込み量を0.1mm〜2mmとし、圧力をかけて動かせばよい。このように、剥離を行う前に剥離現象が生じやすくなるような部分、即ち、きっかけをつくることが重要であり、密着性を選択的(部分的)に低下させる前処理を行うことで、剥離不良がなくなり、さらに歩留まりも向上する。 Next, in order to facilitate subsequent peeling, a treatment for partially reducing the adhesion between the metal film 71 and the metal oxide film or the adhesion between the metal oxide film and the oxide film is performed. The process of partially lowering the adhesion is a process of partially irradiating the metal oxide film with a laser beam along the periphery of the region to be peeled, or a local treatment from the outside along the periphery of the region to be peeled off. In this process, a pressure is applied to damage the metal oxide layer or a part of the interface. Specifically, a hard needle may be pressed vertically with a diamond pen or the like to move under a load. Preferably, a scriber device is used, the pushing amount is 0.1 mm to 2 mm, and the pressure is applied. In this way, it is important to create a part where peeling phenomenon is likely to occur before peeling, that is, a trigger, and by performing a pretreatment that selectively (partially) decreases adhesion, peeling is performed. Defects are eliminated and the yield is improved.
次いで、両面テープ73を用い、水溶性樹脂からなる膜74に第2の基板72を貼り付ける。さらに、両面テープ75を用い、第1の基板70に第3の基板76を貼り付ける。第3の基板76は、後の剥離工程で第1の基板70が破損することを防ぐ。第2の基板72および第3の基板76としては、第1の基板70よりも剛性の高い基板、例えば石英基板、半導体基板を用いることが好ましい。なお、両面テープではなく、接着材を用いてもよく、例えば紫外線照射によって剥離する接着材を用いればよい。 Next, the second substrate 72 is attached to the film 74 made of a water-soluble resin by using a double-sided tape 73. Further, a third substrate 76 is attached to the first substrate 70 using a double-sided tape 75. The third substrate 76 prevents the first substrate 70 from being damaged in a subsequent peeling step. As the second substrate 72 and the third substrate 76, it is preferable to use a substrate having higher rigidity than the first substrate 70, such as a quartz substrate or a semiconductor substrate. Note that an adhesive may be used instead of the double-sided tape, and for example, an adhesive that is peeled off by ultraviolet irradiation may be used.
次いで、上記密着性を部分的に低下させた領域側から剥離させ、金属膜71が設けられている第1の基板70を物理的手段により引き剥がす。比較的小さな力(例えば、人間の手、ノズルから吹付けられるガスの風圧、超音波等)で引き剥がすことができる。こうして、酸化シリコン層12上に形成された被剥離層を第1の基板70から分離することができる。剥離後の状態を図3(A)に示す。 Next, the first substrate 70 on which the metal film 71 is provided is peeled off by physical means from the region side where the adhesion is partially reduced. It can be peeled off with a relatively small force (for example, a human hand, wind pressure of a gas blown from a nozzle, ultrasonic waves, etc.). Thus, the layer to be peeled formed on the silicon oxide layer 12 can be separated from the first substrate 70. The state after peeling is shown in FIG.
剥離すると、WO2は全て第1の基板に残存し、WO3は1/3が第1の基板に残存し、残りの2/3が被剥離層側に残存する。剥離は、酸化タングステン膜中、特にWO2とWOxとの境界、またはWO2とWO3との境界から生じやすい。被剥離層側に酸化タングステン膜は部分的に残るが透明であるため、除去しなくてもよいし、除去してもよい。ここでは除去する。 When peeled, all of WO 2 remains on the first substrate, 1/3 of WO 3 remains on the first substrate, and the remaining 2/3 remains on the layer to be peeled. Separation is likely to occur in the tungsten oxide film, particularly from the boundary between WO 2 and WOx or the boundary between WO 2 and WO 3 . Although the tungsten oxide film is partially left on the layer to be peeled, it is transparent, and therefore it may not be removed or may be removed. Remove here.
こうして、ガラス基板上でなければ得られないような電気特性(代表的には電界効果移動度)の高いTFTを含む回路をそのままフィルム基板上に転写することができる。 In this manner, a circuit including a TFT having high electrical characteristics (typically field effect mobility) that can only be obtained on a glass substrate can be transferred onto the film substrate as it is.
次いで、接着材11で第4の基板10と酸化物層12(及び被剥離層)とを接着する。(図3(B))接着材11は、両面テープ73による第2の基板72と被剥離層との密着性よりも酸化物層12(及び被剥離層)と第4の基板との密着性のほうが高いことが重要である。 Next, the fourth substrate 10 and the oxide layer 12 (and the layer to be peeled) are bonded with the adhesive 11. (FIG. 3 (B)) The adhesive 11 is more adhesive between the oxide layer 12 (and the layer to be peeled) and the fourth substrate than the adhesiveness between the second substrate 72 and the layer to be peeled by the double-sided tape 73. It is important that it is higher.
接着材11としては、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤が挙げられる。 Examples of the adhesive 11 include a reactive curable adhesive, a thermosetting adhesive, a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable adhesive, and various curable adhesives such as an anaerobic adhesive.
次いで、両面テープ73から第2の基板72を分離させる。次いで、両面テープ73を剥がす。さらに水を用いて水溶性樹脂74を溶かして除去する。(図3(C)) Next, the second substrate 72 is separated from the double-sided tape 73. Next, the double-sided tape 73 is peeled off. Further, the water-soluble resin 74 is dissolved and removed using water. (Figure 3 (C))
以上の工程で、プラスチック基板10に転写したTFTからなる増幅回路および光センサ素子を用意することができる。 Through the above steps, an amplifier circuit and an optical sensor element made of TFT transferred to the plastic substrate 10 can be prepared.
次いで、CO2レーザーやダイジングにより切断して複数の光センサチップを切り出す。光センサ素子が設けられた基板はフィルム基板であるので、切断は比較的容易にできる。1枚の大面積基板(例えば600cm×720cm)からは大量の光センサチップ(2mm×1.5mm)を製造することが可能である。 Next, a plurality of optical sensor chips are cut out by cutting with CO 2 laser or dicing. Since the substrate provided with the optical sensor element is a film substrate, cutting can be performed relatively easily. A large amount of optical sensor chips (2 mm × 1.5 mm) can be manufactured from one large-area substrate (for example, 600 cm × 720 cm).
切り出した1つの光センサチップ(2mm×1.5mm)の断面図を図4(A)に示し、その下面図を図4(B)、上面図を図4(C)、上面からの外観写真図を図4(D)に示す。図4において、図1、図2、図3と同一である箇所には同じ符号を用いている。 FIG. 4A shows a cross-sectional view of one cut-out optical sensor chip (2 mm × 1.5 mm), FIG. 4B is a bottom view thereof, FIG. 4C is a top view thereof, and an external photograph from the top surface. The figure is shown in FIG. In FIG. 4, the same reference numerals are used for portions that are the same as in FIGS. 1, 2, and 3.
なお、図4(A)において、基板10と、接着層11と、素子形成領域400と、電極26、53とを含む総膜厚は、0.25±0.05mmである。また、図4(B)において、端子電極26、53の一つの電極サイズは、0.6mm×1.1mmであり、電極間隔は0.4mmである。また、図4(C)において受光部401の面積は、第2の電極の面積とほぼ等しく、1.57mm2である。また、増幅回路部402には、約100個のTFTが設けられている。 In FIG. 4A, the total film thickness including the substrate 10, the adhesive layer 11, the element formation region 400, and the electrodes 26 and 53 is 0.25 ± 0.05 mm. 4B, one electrode size of the terminal electrodes 26 and 53 is 0.6 mm × 1.1 mm, and the electrode interval is 0.4 mm. In FIG. 4C, the area of the light receiving portion 401 is approximately equal to the area of the second electrode and is 1.57 mm 2 . In addition, the amplifier circuit unit 402 is provided with about 100 TFTs.
最後に、得られた光センサチップをプリント配線基板60の実装面に実装する。なお、端子電極26、53と電極61、62との接続には、半田を用い、予めプリント配線基板60の電極61、62上にスクリーン印刷法などによって形成しておき、半田と端子電極を当接した状態にしてから半田リフロー処理を行って実装する。半田リフロー処理は、例えば不活性ガス雰囲気中、255℃〜265℃程度の温度で約10秒行う。従って、基板10としては、少なくともこの半田リフロー処理に耐えうる260℃以上の耐熱性を有するフィルム基板を用いることが好ましい。基板10として用いるHT基板は、直径数nmの無機粒子が有機ポリマーマトリックスに分散した材料をシート状に加工したプラスチック基板であり、ガラス転移温度Tgは400℃以上であり、半田リフロー処理に十分耐えうる。また、半田の他に金属(金、銀等)で形成されるバンプ、又は導電性樹脂で形成されるバンプ等を用いることができる。また、環境問題を考慮して鉛フリーはんだを用いて実装してもよい。 Finally, the obtained optical sensor chip is mounted on the mounting surface of the printed wiring board 60. The terminal electrodes 26 and 53 and the electrodes 61 and 62 are connected by using solder, which is previously formed on the electrodes 61 and 62 of the printed wiring board 60 by a screen printing method or the like, and the solder and the terminal electrodes are applied. Solder reflow treatment is performed after mounting. The solder reflow process is performed, for example, in an inert gas atmosphere at a temperature of about 255 ° C. to 265 ° C. for about 10 seconds. Therefore, as the substrate 10, it is preferable to use a film substrate having a heat resistance of 260 ° C. or higher that can withstand at least this solder reflow process. The HT substrate used as the substrate 10 is a plastic substrate obtained by processing a material in which inorganic particles having a diameter of several nanometers are dispersed in an organic polymer matrix into a sheet shape, and has a glass transition temperature Tg of 400 ° C. or more and sufficiently withstands a solder reflow process. sell. In addition to solder, bumps formed of metal (gold, silver, etc.) or bumps formed of conductive resin can be used. Moreover, you may mount using lead-free solder in consideration of an environmental problem.
以上の工程を経て、実装された光センサチップを図1(A)に示している。 FIG. 1A shows an optical sensor chip mounted through the above steps.
また、図6に光センサの照度特性を示す。図6において、縦軸が光電流IL(μA)、横軸が照度Ev(lx)を示している。図6に示した本発明の光センサ(出力値を100倍にする増幅回路を備えた回路一体型光センサ)は、照度100ルクスにおいて約10μAの光電流を得ることができる。 FIG. 6 shows the illuminance characteristics of the optical sensor. In FIG. 6, the vertical axis represents the photocurrent IL (μA), and the horizontal axis represents the illuminance Ev (lx). The photosensor of the present invention shown in FIG. 6 (a circuit-integrated photosensor equipped with an amplifier circuit that increases the output value by 100) can obtain a photocurrent of about 10 μA at an illuminance of 100 lux.
また、図11に出力値を10倍にする増幅回路を備えた回路一体型光センサの電気特性(I−V特性)を示す。出力値を10倍とするためにnチャネル型TFT30(チャネルサイズL/W=8μm/50μm)を2個、nチャネル型TFT31(チャネルサイズL/W=8μm/50μm)を20個設けている。光の有無で10倍率の増幅回路を有するセンサの出力値が倍率通りに変化されていることから増幅回路(10倍)が機能していることが示されている。図11において、横軸に示した電圧は回路図(図1(B))でのTFT側に接続されている電源電位に相当し、光センサの第1の電極側の電位は0(V)に相当する。なお、図11において、縦軸に示した電流値は光センサの出力である。 FIG. 11 shows electrical characteristics (IV characteristics) of a circuit-integrated photosensor provided with an amplifier circuit that increases the output value by 10 times. In order to increase the output value by 10 times, two n-channel TFTs 30 (channel size L / W = 8 μm / 50 μm) and 20 n-channel TFTs 31 (channel size L / W = 8 μm / 50 μm) are provided. Since the output value of the sensor having an amplification circuit of 10 magnification is changed according to the magnification with or without light, it is shown that the amplification circuit (10 times) is functioning. In FIG. 11, the voltage shown on the horizontal axis corresponds to the power supply potential connected to the TFT side in the circuit diagram (FIG. 1B), and the potential on the first electrode side of the photosensor is 0 (V). It corresponds to. In FIG. 11, the current value shown on the vertical axis is the output of the optical sensor.
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。 The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.
本実施例では最良の形態に示した工程と一部異なる作製例を図7に示す。なお、図7は、図1、図2、図3とは第2の電極が異なるだけであるので、同一である他の部分は同一の符号を用いる。 In this embodiment, a manufacturing example which is partly different from the process shown in the best mode is shown in FIG. 7 differs from FIGS. 1, 2, and 3 only in the second electrode, the same reference numerals are used for other parts that are the same.
まず、最良の形態に従って、光電変換層を形成し、後に第2の電極となる金属膜を形成する工程までを行う。 First, according to the best mode, a photoelectric conversion layer is formed, and then a process of forming a metal film to be a second electrode later is performed.
そして、本実施例は、マスク数および工程数を削減するため、Tiからなる第2の電極723を形成した後、エッチングガスを変更し、第2の電極723の形成で用いたレジストからなるマスク722を用いてアモルファスシリコン膜からなる光電変換層を自己整合的にエッチングする。この時の工程断面図を図7(A)に示す。 In this embodiment, in order to reduce the number of masks and the number of processes, after forming the second electrode 723 made of Ti, the etching gas is changed, and the mask made of the resist used in forming the second electrode 723 is used. Using 722, the photoelectric conversion layer made of an amorphous silicon film is etched in a self-aligning manner. A process cross-sectional view at this time is shown in FIG.
光電変換層のパターニングの際、第1の電極19の最表面はTiであるのでエッチングストッパーとして機能し、絶縁膜18もエッチングストッパーとして機能する。 When patterning the photoelectric conversion layer, the outermost surface of the first electrode 19 is Ti, so that it functions as an etching stopper, and the insulating film 18 also functions as an etching stopper.
次いで、レジストからなるマスク722を除去して、最良の形態と同様に封止樹脂24を形成し、コンタクトホールを形成した後、端子電極26、53を形成する。(図7(B)) Next, the resist mask 722 is removed, the sealing resin 24 is formed as in the best mode, contact holes are formed, and then the terminal electrodes 26 and 53 are formed. (Fig. 7 (B))
以降の工程は最良の形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。 Since the subsequent steps are the same as the best mode, description thereof is omitted here.
こうして、6枚のフォトマスクと1枚のメタルマスク、即ち合計7枚のマスクによって光センサおよび増幅回路を作製することができる。 In this manner, an optical sensor and an amplifier circuit can be manufactured using six photomasks and one metal mask, that is, a total of seven masks.
また、自己整合的に形成するため、最良の形態と比べて第2の電極の電極面積を若干大きくすることができる。 Further, since it is formed in a self-aligned manner, the electrode area of the second electrode can be slightly increased compared to the best mode.
また、本実施例は、最良の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the best mode.
本実施例は、最良の形態に示した工程と第2の電極パターンが異なる作製例を図8に示す。なお、図8は、図1、図2、図3とは第2の電極パターンが異なるだけであるので、同一である他の部分は同一の符号を用いる。また、図8では増幅回路を図示していないが、最良の形態と同様に形成するものとする。 In this embodiment, a manufacturing example in which the second electrode pattern is different from the process shown in the best mode is shown in FIG. 8 differs from FIGS. 1, 2, and 3 only in the second electrode pattern, and the same reference numerals are used for other parts that are the same. Further, although an amplifier circuit is not shown in FIG. 8, it is formed in the same manner as in the best mode.
まず、最良の形態に従って、光電変換層を形成し、後に第2の電極となる金属膜を形成する工程までを行う。 First, according to the best mode, a photoelectric conversion layer is formed, and then a process of forming a metal film to be a second electrode later is performed.
そして、本実施例は、マスク数および工程数を削減するため、Tiからなる第2の電極823を形成した後、エッチングガスを変更し、第2の電極723の形成で用いたレジストからなるマスク822を用いてアモルファスシリコン膜からなる光電変換層を自己整合的にエッチングする。この時の工程断面図を図8(A)に示す。 In this embodiment, in order to reduce the number of masks and the number of steps, after forming the second electrode 823 made of Ti, the etching gas is changed, and the mask made of the resist used in forming the second electrode 723 is used. 822 is used to etch the photoelectric conversion layer made of an amorphous silicon film in a self-aligning manner. A process cross-sectional view at this time is shown in FIG.
第2の電極823は、完全に第1の電極19を覆うようなパターン形状とする。そして、第2の電極823と自己整合的に形成される光電変換層も完全に第1の電極19を覆うようなパターン形状となる。 The second electrode 823 has a pattern shape that completely covers the first electrode 19. The photoelectric conversion layer formed in a self-aligned manner with the second electrode 823 also has a pattern shape that completely covers the first electrode 19.
次いで、レジストからなるマスク822を除去して、最良の形態と同様に封止樹脂24を形成し、コンタクトホールを形成した後、端子電極26、53を形成する。(図8(B)) Next, the resist mask 822 is removed, the sealing resin 24 is formed in the same manner as in the best mode, contact holes are formed, and then the terminal electrodes 26 and 53 are formed. (Fig. 8 (B))
以降の工程は最良の形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。 Since the subsequent steps are the same as the best mode, description thereof is omitted here.
こうして、最良の形態と比べて第2の電極の電極面積を大きくすることができる。 Thus, the electrode area of the second electrode can be increased as compared with the best mode.
また、6枚のフォトマスクと1枚のメタルマスク、即ち合計7枚のマスクによって光センサおよび増幅回路を作製することができる。 In addition, an optical sensor and an amplifier circuit can be manufactured using six photomasks and one metal mask, that is, a total of seven masks.
また、本実施例は、最良の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the best mode.
上記実施例では、nチャネル型TFTのみを用いた増幅回路の例を示したが、本実施例では、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを複数用いた演算増幅器(オペアンプ)の例を示す。 In the above embodiment, an example of an amplifier circuit using only an n-channel TFT has been shown. However, in this embodiment, an example of an operational amplifier (op-amp) using a plurality of n-channel TFTs and p-channel TFTs is shown. .
まず、最良の形態と同様に、第1のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層までを形成する。この段階では、半導体層は、ガラス基板上のタングステン膜と下地絶縁膜912上に形成されている。 First, similarly to the best mode, a resist mask is formed using a first photomask, and an etching process is performed to a desired shape to form semiconductor layers separated into island shapes. At this stage, the semiconductor layer is formed over the tungsten film and the base insulating film 912 over the glass substrate.
次いで、必要があればTFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行う。ここでは、ジボラン(B2H6)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いる。 Next, if necessary, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) is doped in order to control the threshold value of the TFT. Here, an ion doping method in which diborane (B 2 H 6 ) is plasma-excited without mass separation is used.
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にシリコン膜の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜913となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。 Next, the oxide film is removed with an etchant containing hydrofluoric acid, and at the same time, the surface of the silicon film is washed, and then an insulating film containing silicon as a main component to be the gate insulating film 913 is formed.
次いで、ゲート絶縁膜上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜とを積層形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜913上に膜厚50nmの窒化タンタル膜、膜厚370nmのタングステン膜を順次積層し、以下に示す手順でパターニングを行って各ゲート電極及び各配線を形成する。 Next, a first conductive film with a thickness of 20 to 100 nm and a second conductive film with a thickness of 100 to 400 nm are stacked over the gate insulating film. In this embodiment, a tantalum nitride film having a thickness of 50 nm and a tungsten film having a thickness of 370 nm are sequentially stacked on the gate insulating film 913, and patterning is performed in the following procedure to form each gate electrode and each wiring.
第1の導電膜及び第2の導電膜を形成する導電性材料としてはTa、W、Ti、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する。また、第1の導電膜及び第2の導電膜として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や、、AgPdCu合金を用いてもよい。また、2層構造に限定されず、例えば、膜厚50nmのタングステン膜、膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3層構造としてもよい。また、3層構造とする場合、第1の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−Ti)を用いてもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。 The conductive material for forming the first conductive film and the second conductive film is an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, and Cu, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. Form. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus, or an AgPdCu alloy may be used as the first conductive film and the second conductive film. Further, the present invention is not limited to the two-layer structure. For example, a three-layer structure in which a 50 nm-thickness tungsten film, a 500 nm-thick aluminum and silicon alloy (Al-Si) film, and a 30 nm-thickness titanium nitride film are sequentially stacked Also good. In the case of a three-layer structure, tungsten nitride may be used instead of tungsten of the first conductive film, or aluminum instead of the aluminum and silicon alloy (Al-Si) film of the second conductive film. A titanium alloy film (Al—Ti) may be used, or a titanium film may be used instead of the titanium nitride film of the third conductive film. Moreover, a single layer structure may be sufficient.
上記第1の導電膜及び第2の導電膜のエッチング(第1のエッチング処理および第2のエッチング処理)にはICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いると良い。ICPエッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。ここでは、レジストからなるマスクを形成した後、第1のエッチング条件として1Paの圧力でコイル型の電極に700WのRF(13.56MHz)電力を投入し、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)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。なお、基板側の電極面積サイズは、12.5cm×12.5cmであり、コイル型の電極面積サイズ(ここではコイルの設けられた石英円板)は、直径25cmの円板である。この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして端部をテーパー形状とする。この後、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、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約30秒程度のエッチングを行った。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)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を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。なお、ここでは、第1のエッチング条件及び第2のエッチング条件を第1のエッチング処理と呼ぶこととする。 An ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method may be used for the etching of the first conductive film and the second conductive film (first etching process and second etching process). Using the ICP etching method, the film is formed into a desired taper shape by appropriately adjusting the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the substrate-side electrode, the electrode temperature on the substrate side, etc.) Can be etched. Here, after a mask made of resist is formed, 700 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa as a first etching condition, and CF 4 , Cl 2, and O are used as etching gases. 2 and each gas flow ratio is 25/25/10 (sccm), 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is set. Apply. The electrode area size on the substrate side is 12.5 cm × 12.5 cm, and the coil-type electrode area size (here, the quartz disk provided with the coil) is a disk having a diameter of 25 cm. The W film is etched under this first etching condition so that the end portion is tapered. Thereafter, the resist mask is not removed and the second etching condition is changed, CF 4 and Cl 2 are used as etching gases, the gas flow ratio is 30/30 (sccm), and the pressure is 1 Pa. Then, 500 W RF (13.56 MHz) power was applied to the coil-type electrode to generate plasma, and etching was performed for about 30 seconds. 20 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under the second etching condition in which CF 4 and Cl 2 are mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. Here, the first etching condition and the second etching condition are referred to as a first etching process.
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。ここでは、第3のエッチング条件としてエッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、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エッチングを60秒行った。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)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。この後、レジストからなるマスクを除去せずに第4のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を20/20/20(sccm)とし、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約20秒程度のエッチングを行った。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)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。なお、ここでは、第3のエッチング条件及び第4のエッチング条件を第2のエッチング処理と呼ぶこととする。この段階で第1の導電層945a、946aを下層とし、第2の導電層945b、946bを上層とするゲート電極および配線914、915、端子電極(図示しない)を形成する。 Next, a second etching process is performed without removing the resist mask. Here, CF 4 and Cl 2 are used as etching gases as the third etching condition, the respective gas flow ratios are set to 30/30 (sccm), and 500 W of RF (13.56) is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa. MHz) power was applied to generate plasma and etching was performed for 60 seconds. 20 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. Thereafter, the resist mask is not removed and the etching condition is changed to the fourth etching condition. CF 4 , Cl 2 and O 2 are used as etching gases, and the respective gas flow ratios are 20/20/20 (sccm). The plasma was generated by applying 500 W RF (13.56 MHz) power to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa, and etching was performed for about 20 seconds. 20 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. Here, the third etching condition and the fourth etching condition are referred to as a second etching process. At this stage, gate electrodes, wirings 914 and 915, and terminal electrodes (not shown) are formed with the first conductive layers 945a and 946a as a lower layer and the second conductive layers 945b and 946b as an upper layer.
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、ゲート電極をマスクとして全面にドーピングする第1のドーピング処理を行う。第1のドーピング処理はイオンドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1.5×1013atoms/cm2とし、加速電圧を50〜100keVとして行う。n型を付与する不純物元素として、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いる。自己整合的に第1の不純物領域(n--領域)が形成される。 Next, after removing the resist mask, a first doping process is performed to dope the entire surface using the gate electrode as a mask. The first doping process may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The conditions of the ion doping method are a dose amount of 1.5 × 10 13 atoms / cm 2 and an acceleration voltage of 50 to 100 keV. Typically, phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting n-type conductivity. A first impurity region (n − region) is formed in a self-aligning manner.
次いで、新たにレジストからなるマスクを形成するが、マスクは、駆動回路のpチャネル型TFTを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するために設ける。 Next, a resist mask is newly formed. The mask is provided to protect the channel formation region of the semiconductor layer for forming the p-channel TFT of the driver circuit and its peripheral region.
次いで、上記レジストからなるマスクを用い、選択的に第2のドーピング処理を行って、ゲート電極の一部と重なる不純物領域(n-領域)941、942と、高濃度不純物領域943、944を形成する。第2のドーピング処理はイオンドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良い。ここでは、イオンドープ法を用い、フォスフィン(PH3)を水素で5%に希釈したガスを流量40sccmとし、ドーズ量を3×1015atoms/cm2とし、加速電圧を65keVとして行う。この場合、レジストからなるマスクと第2の導電層とがn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、第2の不純物領域941、942が形成される。第2の不純物領域には1×1016〜1×1017/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加される。ここでは、第2の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn-領域とも呼ぶ。第3の不純物領域943、944には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加される。ここでは、第3の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn+領域とも呼ぶ。 Next, a second doping process is selectively performed using the mask made of the resist to form impurity regions (n − regions) 941 and 942 and high-concentration impurity regions 943 and 944 that overlap with part of the gate electrode. To do. The second doping process may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. Here, an ion doping method is used, a gas in which phosphine (PH 3 ) is diluted to 5% with hydrogen is set to a flow rate of 40 sccm, a dose amount is set to 3 × 10 15 atoms / cm 2 , and an acceleration voltage is set to 65 keV. In this case, the resist mask and the second conductive layer serve as a mask for the impurity element imparting n-type conductivity, and second impurity regions 941 and 942 are formed. An impurity element imparting n-type conductivity is added to the second impurity region in a concentration range of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 / cm 3 . Here, a region having the same concentration range as the second impurity region is also referred to as an n − region. An impurity element imparting n-type conductivity is added to the third impurity regions 943 and 944 in a concentration range of 1 × 10 20 to 1 × 10 21 / cm 3 . Here, a region having the same concentration range as the third impurity region is also referred to as an n + region.
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスクを形成して第3のドーピング処理を行う。第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTを形成する半導体層を形成する半導体層にp型の導電型を付与する不純物元素が添加された第4の不純物領域948、949を形成する。 Next, after removing the resist mask, a new resist mask is formed and a third doping process is performed. Through the third doping treatment, fourth impurity regions 948 and 949 in which an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer forming the semiconductor layer forming the p-channel TFT are formed.
また、第4の不純物領域948、949には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でp型を付与する不純物元素が添加されるようにする。尚、第4の不純物領域948、949には先の工程でリン(P)が添加された領域(n--領域)であるが、p型を付与する不純物元素の濃度がその1.5〜3倍添加されていて導電型はp型となっている。ここでは、第4の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をp+領域とも呼ぶ。 In addition, an impurity element imparting p-type conductivity is added to the fourth impurity regions 948 and 949 in a concentration range of 1 × 10 20 to 1 × 10 21 / cm 3 . Incidentally, in the fourth impurity regions 948,949 area in the preceding step phosphorus (P) has been added - is a (n region), the 1.5 the concentration of the impurity element imparting p-type Three times as much is added and the conductivity type is p-type. Here, a region having the same concentration range as the fourth impurity region is also referred to as a p + region.
以上までの工程でそれぞれの半導体層にn型またはp型の導電型を有する不純物領域が形成される。 Through the above steps, impurity regions having n-type or p-type conductivity are formed in each semiconductor layer.
次いで、ほぼ全面を覆う絶縁膜(図示しない)を形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚50nmの酸化シリコン膜を形成した。勿論、この絶縁膜は酸化シリコン膜に限定されるものでなく、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。 Next, an insulating film (not shown) that covers substantially the entire surface is formed. In this example, a 50 nm-thickness silicon oxide film was formed by plasma CVD. Of course, this insulating film is not limited to the silicon oxide film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a laminated structure.
次いで、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。 Next, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed.
次いで、窒化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜916を形成して熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)を行い、半導体層を水素化する工程を行う。この工程は第1の層間絶縁膜916に含まれる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。 Next, a first interlayer insulating film 916 made of a silicon nitride film is formed and subjected to a heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours) to hydrogenate the semiconductor layer. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 916.
次いで、第1の層間絶縁膜916上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜917を形成する。本実施例では塗布法により膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜917を形成し、スパッタ法により300nmの窒化シリコン膜からなる第3の層間絶縁膜918を積層する。 Next, a second interlayer insulating film 917 made of an organic insulating material is formed on the first interlayer insulating film 916. In this embodiment, an acrylic resin film 917 having a film thickness of 1.6 μm is formed by a coating method, and a third interlayer insulating film 918 made of a 300 nm silicon nitride film is laminated by a sputtering method.
次いで、層間絶縁膜916、917、918を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成し、具体的にはソース配線、またはドレイン電極となる電極950〜953、接続電極923、第1の電極919などを形成する。ここでは、これらの電極及び配線の材料は、Ti膜(膜厚100nm)とシリコンを含むAl膜(膜厚350nm)とTi膜(膜厚50nm)との積層膜を用い、パターニングを行った。 Next, the interlayer insulating films 916, 917, and 918 are selectively etched to form contact holes. Specifically, electrodes 950 to 953 that serve as source wirings or drain electrodes, a connection electrode 923, a first electrode 919, and the like Form. Here, patterning was performed using a laminated film of a Ti film (film thickness: 100 nm), an Al film containing silicon (film thickness: 350 nm), and a Ti film (film thickness: 50 nm) as materials for these electrodes and wirings.
以上の様にして、nチャネル型TFTと、pチャネル型TFTと、第1の電極919を作製することができる。 As described above, the n-channel TFT, the p-channel TFT, and the first electrode 919 can be manufactured.
nチャネル型TFTは、活性層としてチャネル形成領域940と、低濃度不純物領域941、942と、高濃度不純物領域943、944とで構成する。また、2層構造であるゲート電極945a、945bは、ゲート絶縁膜913を介してチャネル形成領域940と重なっている。また、ゲート電極945bよりも幅の広いゲート電極945aは、低濃度不純物領域と重なっており、GOLD構造となっている。また、高濃度不純物領域943、944はソース領域またはドレイン領域であり、950、951はソース電極またはドレイン電極である。 The n-channel TFT includes a channel formation region 940, low-concentration impurity regions 941 and 942, and high-concentration impurity regions 943 and 944 as active layers. The gate electrodes 945a and 945b having a two-layer structure overlap with the channel formation region 940 with the gate insulating film 913 interposed therebetween. In addition, the gate electrode 945a, which is wider than the gate electrode 945b, overlaps with the low-concentration impurity region and has a GOLD structure. The high concentration impurity regions 943 and 944 are source regions or drain regions, and 950 and 951 are source electrodes or drain electrodes.
pチャネル型TFTは、活性層としてチャネル形成領域947と、ソース領域またはドレイン領域948、949とで構成する。また、2層構造であるゲート電極946a、946bは、ゲート絶縁膜913を介してチャネル形成領域947と重なっている。また、952、953はソース電極またはドレイン電極である。 The p-channel TFT includes a channel formation region 947 and source or drain regions 948 and 949 as active layers. The gate electrodes 946 a and 946 b having a two-layer structure overlap with the channel formation region 947 with the gate insulating film 913 interposed therebetween. Reference numerals 952 and 953 denote source electrodes or drain electrodes.
こうして得られたnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを適宜組み合わせることによって、オペアンプを形成することができる。オペアンプを形成した場合、高電位側電源VDD、低電位側電源VSSのほかにVBBという電源が必要となるため、端子の数が5端子となる。従って、さらにレベルシフト回路も形成することが望ましい。レベルシフト回路を用いることによって電源数を削減し、4端子とすることが可能となる。センサーチップではチップ上の4点で接続電極端子を構成し、プリント基板などの上に実装をおこなうのが、強度的に望ましい。また、バラツキ低減のために、帰還抵抗を設け、フォトダイオードの出力電流を帰還抵抗で電圧に変換し、出力端子から電圧出力として、取り出してもよい。 An operational amplifier can be formed by appropriately combining the n-channel TFT and the p-channel TFT thus obtained. When the operational amplifier is formed, the power supply VBB is required in addition to the high-potential-side power supply VDD and the low-potential-side power supply VSS, so the number of terminals is five. Therefore, it is desirable to form a level shift circuit. By using the level shift circuit, the number of power supplies can be reduced and four terminals can be provided. In the sensor chip, it is desirable in terms of strength to form connection electrode terminals at four points on the chip and mount them on a printed circuit board or the like. In order to reduce variations, a feedback resistor may be provided, and the output current of the photodiode may be converted into a voltage by the feedback resistor and taken out as a voltage output from the output terminal.
また、本実施例では、増幅回路を演算増幅器(オペアンプ)として説明をおこなっているが、増幅回路は演算増幅器に限定されないことは言うまでもない。 In this embodiment, the amplifier circuit is described as an operational amplifier (op-amp), but it goes without saying that the amplifier circuit is not limited to an operational amplifier.
以降の工程は、最良の形態に従って、光電変換層924p、924i、924n、第2の電極925、封止樹脂926、端子電極927を形成した後、剥離工程を行ってフィルム基板910に転写を行えばよい。フィルム基板910は接着層911で接着する。転写した後に分断を行って光センサーチップを形成し、適宜、実装を行えばよい。 In the subsequent steps, the photoelectric conversion layers 924p, 924i, and 924n, the second electrode 925, the sealing resin 926, and the terminal electrode 927 are formed according to the best mode, and then the transfer process is performed on the film substrate 910. Just do it. The film substrate 910 is bonded with an adhesive layer 911. After the transfer, the optical sensor chip is formed by dividing and then mounted as appropriate.
また、本実施例は、最良の形態、実施例1、または実施例2と自由に組み合わせることができる。 In addition, this embodiment can be freely combined with the best mode, embodiment 1, or embodiment 2.
本発明を実施して得た光センサチップを組み込むことによって様々な電子機器を作製することができる。電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、プロジェクタ、液晶テレビなどのモニタ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、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)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。 Various electronic devices can be manufactured by incorporating an optical sensor chip obtained by implementing the present invention. Electronic devices include video cameras, digital cameras, goggles-type displays (head-mounted displays), projectors, monitors such as liquid crystal televisions, navigation systems, sound playback devices (car audio, audio components, etc.), notebook-type personal computers, game machines , A portable information terminal (mobile computer, cellular phone, portable game machine, electronic book, etc.), an image playback device equipped with a recording medium (specifically, a playback medium such as a digital versatile disc (DVD), etc.) And the like).
本実施例では、本発明の光センサを携帯電話やPDAを代表とする情報端末機器に組み込んだ例を示す。 In this embodiment, an example in which the optical sensor of the present invention is incorporated in an information terminal device represented by a mobile phone or a PDA is shown.
近年、携帯電話やPDAなどの情報機器の表示のカラー化、動画品質向上などでバックライトなど照明の消費電力が増加する方向にある。一方で、表示品質を落さずに省電力化を行うことが求められている。そこで、情報機器の使用環境の照度をセンシングすることで、表示装置の輝度コントロールを行ったり、キースイッチの照明制御を行うことで省電力化を図る。 In recent years, the power consumption of lighting such as a backlight has been increasing due to color display of information devices such as mobile phones and PDAs, and improvement of moving image quality. On the other hand, it is required to save power without degrading display quality. Therefore, power consumption is reduced by sensing the illuminance of the environment in which the information device is used, thereby controlling the brightness of the display device and controlling the illumination of the key switch.
図10(A)は携帯電話であり、本体2001、筐体2002、表示部2003、操作キー2004、音声出力部2005、音声入力部2006、光センサ部2007、2008等を含む。本発明は光センサ部2007、2008に適用することができる。光センサ部2007で得られる照度に合わせて表示部2003の輝度コントロールを行ったり、光センサ部2008で得られる照度に合わせてキースイッチ2004の照明制御を行うことで携帯電話の消費電流を抑えることができる。 FIG. 10A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2001, a casing 2002, a display portion 2003, operation keys 2004, an audio output portion 2005, an audio input portion 2006, optical sensor portions 2007, 2008, and the like. The present invention can be applied to the optical sensor units 2007 and 2008. Control the luminance of the display unit 2003 according to the illuminance obtained by the optical sensor unit 2007, or control the illumination of the key switch 2004 according to the illuminance obtained by the optical sensor unit 2008, thereby suppressing current consumption of the mobile phone. Can do.
また、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮影機器の場合、光学ファインダーの接眼部(覗き窓)近傍には可視光検出センサを設け、撮影者が光学ファインダーを覗いたか否かを検出する。例えば、ファインダー接眼部に撮影者の顔が近づくと、接眼部周辺が撮影者の影になって、センサ受光量が変化することを利用する。 In the case of a photographing device such as a digital camera or a digital video camera, a visible light detection sensor is provided in the vicinity of the eyepiece (viewing window) of the optical viewfinder to detect whether the photographer has looked into the optical viewfinder. For example, when the photographer's face approaches the viewfinder eyepiece, the area around the eyepiece becomes a shadow of the photographer and the amount of light received by the sensor changes.
図10(B)はデジタルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106、ファインダー2107、光センサ部2108等を含む。本発明は、光センサ部2108に適用することができる。ファインダー2107の近くに設けられた光センサ部2108のセンサ受光量が変化することで撮影者が光学ファインダーを覗いたか否かを検出する。撮影者が光学ファインダーを覗いている場合には、表示部2102をオフとすることで消費電力を抑えることができる。 FIG. 10B illustrates a digital camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, a viewfinder 2107, an optical sensor portion 2108, and the like. The present invention can be applied to the optical sensor unit 2108. It is detected whether or not the photographer has looked into the optical viewfinder when the amount of sensor light received by the optical sensor unit 2108 provided near the viewfinder 2107 changes. When the photographer is looking into the optical viewfinder, power consumption can be suppressed by turning off the display portion 2102.
また、プロジェクタのコンバージェンス調整の用途に本発明の光センサ素子を利用することができる。 Further, the optical sensor element of the present invention can be used for the purpose of adjusting the convergence of the projector.
また、表示画面を有していないカメラ(フィルムカメラ)にも本発明の光センサを搭載させることによって、光センサで得られる明るさに基づいて適切なシャッター速度と絞り値でシャッターを駆動させることができる。本発明の光センサを搭載したカメラにより失敗写真が撮られることを防止できる。 In addition, by mounting the optical sensor of the present invention on a camera (film camera) that does not have a display screen, the shutter is driven at an appropriate shutter speed and aperture value based on the brightness obtained by the optical sensor. Can do. It is possible to prevent a failure photo from being taken by the camera equipped with the optical sensor of the present invention.
また、本実施例は、最良の形態、実施例1、実施例2、または実施例3と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the best mode, embodiment 1, embodiment 2, or embodiment 3.
単結晶シリコン基板では、サイズに限界があり、量産にも限界があるが、本発明により安価なガラス基板上またはプラスチック基板を用いて作製すれば、大面積基板、例えば320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、または1150mm×1300mmサイズの基板に大量作製することができ、一つあたりの単価コストを低減することができる。 A single crystal silicon substrate has a size limit and a mass production limit. However, if it is manufactured on an inexpensive glass substrate or a plastic substrate according to the present invention, a large-area substrate, for example, 320 mm × 400 mm, 370 mm × 470 mm, etc. A large number of substrates can be manufactured on a substrate having a size of 550 mm × 650 mm, 600 mm × 720 mm, 680 mm × 880 mm, 1000 mm × 1200 mm, 1100 mm × 1250 mm, or 1150 mm × 1300 mm, and the unit cost per unit can be reduced.
10:フィルム基板
11:接着層
19:第1の電極(カソード側の電極)
23:第2の電極(アノード側の電極)
10: Film substrate 11: Adhesive layer 19: First electrode (cathode side electrode)
23: Second electrode (anode side electrode)
Claims (14)
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該光電変換層上に第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するTFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a photoelectric conversion layer made of a semiconductor film having an amorphous structure on the first electrode, and a second electrode on the photoelectric conversion layer,
The amplifying circuit is constituted by a TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に結晶質半導体膜からなる光電変換層と、該光電変換層上に第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するTFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a photoelectric conversion layer made of a crystalline semiconductor film on the first electrode, and a second electrode on the photoelectric conversion layer,
The amplifying circuit is constituted by a TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type amorphous semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of the semiconductor film having an amorphous structure, and a second contact in contact with the n-type amorphous semiconductor layer An electrode,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amplifier circuit includes an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type amorphous semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of the semiconductor film having an amorphous structure, and a second contact in contact with the n-type amorphous semiconductor layer An electrode,
The amplifier circuit is constituted by a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A photoelectric conversion layer comprising: an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer comprising a semiconductor film having an amorphous structure; and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer. And
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amplifier circuit includes an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A photoelectric conversion layer comprising: an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer comprising a semiconductor film having an amorphous structure; and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer. And
The amplifier circuit is constituted by a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of a semiconductor film having an amorphous structure, and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer Have
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amplifier circuit includes an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の非晶質半導体層と、該p型の非晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の結晶質半導体層と、該n型の結晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element has a first electrode, a p-type amorphous semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and an amorphous structure in contact with the p-type amorphous semiconductor layer. A photoelectric conversion layer made of a semiconductor film, an n-type crystalline semiconductor layer in contact with the photoelectric conversion layer made of a semiconductor film having an amorphous structure, and a second electrode in contact with the n-type crystalline semiconductor layer Have
The amplifier circuit is constituted by a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するnチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; a n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; Have
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amplifier circuit includes an n-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
前記光センサー素子は、第一の電極と、該第一の電極上に一部接するp型の結晶質半導体層と、該p型の結晶質半導体層上に接する非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層と、該非晶質構造を有する半導体膜からなる光電変換層上に接するn型の非晶質半導体層と、該n型の非晶質半導体層上に接する第二の電極とを有し、
前記増幅回路は、結晶構造を有する半導体膜を有するpチャネル型TFTで構成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
The photosensor element includes a first electrode, a p-type crystalline semiconductor layer partially in contact with the first electrode, and a semiconductor film having an amorphous structure in contact with the p-type crystalline semiconductor layer A n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; a n-type amorphous semiconductor layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer; Have
The amplifier circuit is constituted by a p-channel TFT having a semiconductor film having a crystal structure.
増幅回路を構成する薄膜トランジスタのソース領域またはドレイン領域と接続するソース電極またはドレイン電極を形成すると同時に、薄膜トランジスタの層間絶縁膜上に接する第1の電極を形成する工程と、
前記第1の電極および前記層間絶縁膜を覆って第1導電型結晶質半導体膜と、非晶質半導体膜と、第2導電型結晶質半導体膜とを積層する工程と、
前記第2導電型結晶質半導体膜上に第2の電極を形成する工程と、
前記第2の電極をマスクとして自己整合的に第1導電型結晶質半導体膜と、非晶質半導体膜と、第2導電型結晶質半導体膜とをエッチングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device mounted with a chip having an optical sensor element and an amplifier circuit,
Forming a source electrode or a drain electrode connected to a source region or a drain region of a thin film transistor constituting an amplifier circuit, and simultaneously forming a first electrode in contact with the interlayer insulating film of the thin film transistor;
Stacking a first conductive crystalline semiconductor film, an amorphous semiconductor film, and a second conductive crystalline semiconductor film covering the first electrode and the interlayer insulating film;
Forming a second electrode on the second conductive crystalline semiconductor film;
Etching the first conductive crystalline semiconductor film, the amorphous semiconductor film, and the second conductive crystalline semiconductor film in a self-aligning manner using the second electrode as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device.
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