JP2012019146A - 撮像装置、表示撮像装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光検出素子3におけるI層32I(チャネル領域,半導体層)と、TFT素子2におけるI層22I(チャネル領域,半導体層)とにおいて、それらの厚みおよび不純物濃度がそれぞれ互いに略等しくなっている。I層22I,32Iにおける平均トラップ順位密度がそれぞれ、2.0×1017(cm-3)以下となっている。2種類の半導体層(I層22I,32I)を、同一の工程で簡易に形成することができる。また、光検出素子3およびTFT素子2における特性をそれぞれ、高い値で両立させることができる。
【選択図】図1
Description
1.実施の形態(光検出素子および駆動素子の半導体層(チャネル層)における平均トラップ順位密度が所定の範囲内に設定された撮像装置の例)
2.適用例(表示撮像装置および電子機器への適用例)
[撮像装置1の断面構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る撮像装置(撮像装置1)の断面構成例を表すものである。撮像装置1は、複数の撮像画素(後述する画素10)を有している。この撮像装置1では、基板11上に、ゲート絶縁膜12、層間絶縁膜13および平坦化膜14がこの順に積層されていると共に、この基板11上(基板面上)に、複数のTFT素子2(駆動素子)および複数の光検出素子(受光素子)3が設けられている。
TFT素子2は、後述する光検出素子3を駆動(光検出駆動,受光駆動)するための素子であり、ここでは一例として、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)型のTFTからなる。このTFT素子2は、ゲート電極21、前述のゲート絶縁膜12、一対のN+層22N+、一対のLDD層22L、I層22I(第2半導体層)、ソース電極23Sおよびドレイン電極23Dにより構成されている。
光検出素子3は、光検出部(受光部)としてのI層32I(第1半導体層)へ入射する光を検出する素子であり、ここでは一例として、PIN型のフォトダイオードからなる。この光検出素子3は、ゲート電極31、前述のゲート絶縁膜12、P+層32P+、N+層32N+、I層32I、アノード電極33Aおよびカソード電極33Cにより構成されている。
次に、図2を参照して、撮像装置1における画素10の回路構成について説明する。図2は、この画素10の回路構成例を表したものである。各画素10内には、上記した光検出素子3と、上記したTFT素子2としての3つのTFT素子2A,2B,2Cと、容量素子C1とが設けられている。また、各画素10には、電源線VDDと、光検出素子3から得られる受光信号が出力される信号線Lsigと、所定のリセット動作を行うためのリセット線Lresetと、受光信号を読み出す(出力する)動作を行うためのリード線Lreadとが接続されている。
次に、図3および図4を参照して、撮像装置1の特徴的部分の1つである、TFT素子2のI層22Iおよび光検出素子3のI層32I(チャネル領域)におけるトラップ順位密度について説明する。このトラップ順位密度とは、以下のようなパラメータである。
次に、図5〜図8を参照して、撮像装置1の製造方法について説明する。図5は、この撮像装置1の製造方法の一例を工程順に流れ図で表わしたものであり、図6〜図8は、図5に示した製造方法を工程順に断面図で表わしたものである。なお、これらの図5〜図8および以下の説明では、主に撮像装置1における光検出素子3の部分の製造方法(形成方法)について述べる。また、ここでは一例として、結晶質半導体としてシリコン(Si)を用いた場合について説明する。
この撮像装置1では、TFT素子2が光検出素子3に対する駆動素子として機能し、この光検出素子3における光検出動作(受光動作)に対する駆動を行う。このとき、光検出素子3では、光検出部(受光部)としてのI層32に対して光が照射される(光が入射する)と、その光量に応じてI層32において光電流が発生し、p+層32P+とn+層32N+との間に流れ、光検出動作がなされる。
そこで、比較例1(前述した特許文献1)に係る撮像装置では、基板の下地層上に、駆動素子を構成する第1の活性層(チャネル層)を形成すると共に、この1の活性層と同じ下地層上に、光検出素子を構成する第2の活性層を、第1の活性層よりも光吸収率が高くなるように形成している。具体的には、例えば光検出素子における第2の活性層の厚みが、駆動素子における第1の活性層の厚みよりも大きくなるようにしている。
一方、比較例2(前述した特許文献2)に係る撮像装置では、PIN型のフォトダイオード(光検出素子)において、中間半導体領域に注入される不純物を例えば低濃度のp型に設定すると共に、所定の制御電極に正電位からなる電圧を印加するようにしている。これにより、中間半導体領域における空乏層内で発生した電子−正孔対が即座に分離され、光電流が発生し易くなる。よって、中間半導体領域のチャネル長(L長)を増加させても光電流が飽和しなくなり、光検出感度を十分に向上させることが可能となる。
これに対して本実施の形態では、まず、光検出素子3におけるチャネル領域(I層32I)とTFT素子2におけるチャネル領域(I層22I)とにおいて、それらの厚みおよび不純物濃度がそれぞれ互いに略等しくなっている。これにより、これら2種類の半導体層(I層,チャネル領域)が同一の工程で簡易に形成可能となる。すなわち、上記比較例2のように、これら2種類の半導体層の厚みや不純物濃度を互いに異ならせる必要がなくなる。
実施例2: …… 不純物量:3×1011(atm/cm2)、膜厚:60(nm)、チャネル長:可変の値(後述)、フルエンス条件:580(mJ)、平均トラップ順位密度:5.6×1016(cm-3)
実施例3: …… 不純物量:8×1011(atm/cm2)、膜厚:30(nm)、チャネル長:可変の値(後述)、フルエンス条件:510(mJ)、平均トラップ順位密度:1.2×1017(cm-3)
比較例1: …… 不純物量:1×1012(atm/cm2)、膜厚:40(nm)、チャネル長:可変の値(後述)、フルエンス条件:510(mJ)、平均トラップ順位密度:2.0×1018(cm-3)
比較例2: …… 不純物量:4×1012(atm/cm2)、膜厚:40(nm)、チャネル長:可変の値(後述)、フルエンス条件:510(mJ)、平均トラップ順位密度:3.5×1018(cm-3)
続いて、上記実施の形態に係る撮像装置1の適用例(表示撮像装置および電子機器への適用例)について説明する。
図16は、撮像装置1の適用例に係る表示撮像装置としての液晶表示装置4の概略構成を断面図で表わしたものである。この液晶表示装置4は、基板11上に、ゲート絶縁膜12、層間絶縁膜13および平坦化膜14と、複数の光検出素子3と、複数のTFT素子2(例えば、図中のTFT素子2−1,2−2等)と、複数の液晶素子40(表示素子)とを備えている。この液晶素子40は、画素電極421、液晶層43および共通電極422からなる。液晶表示装置4はまた、基板11に対向する基板41(透明基板)上に、ブラックマトリクス層46、カラーフィルタ47およびオーバーコート層45を備えている。
次に、図18〜図22を参照して、上記した表示撮像装置の適用例について説明する。上記表示撮像装置は、テレビジョン装置,デジタルカメラ,ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、上記表示撮像装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
図18は、上記表示撮像装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル611およびフィルターガラス612を含む映像表示画面部610を有しており、この映像表示画面部610は、上記表示撮像装置により構成されている。
図19は、上記表示撮像装置が適用されるデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部621、表示部622、メニュースイッチ623およびシャッターボタン624を有しており、その表示部622は、上記表示撮像装置により構成されている。
図20は、上記表示撮像装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体631,文字等の入力操作のためのキーボード632および画像を表示する表示部633を有しており、その表示部633は、上記表示撮像装置により構成されている。
図21は、上記表示撮像装置が適用されるビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部641,この本体部641の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ642,撮影時のスタート/ストップスイッチ643および表示部644を有している。そして、その表示部644は、上記表示撮像装置により構成されている。
図22は、上記表示撮像装置が適用される携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740,サブディスプレイ750,ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。そのディスプレイ740またはサブディスプレイ750は、上記表示撮像装置により構成されている。
以上、実施の形態および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
Claims (9)
- 基板面上に配設され、チャネル領域が形成される第1の半導体層を有する複数の光検出素子と、
前記基板面上に配設され、チャネル領域が形成される第2の半導体層を有する複数の駆動素子と
を備え、
前記第1および第2の半導体層はそれぞれ、結晶化された半導体層からなり、
前記第1および第2の半導体層では、それらの厚みおよび不純物濃度がそれぞれ互いに略等しくなっており、
前記第1および第2の半導体層ではそれぞれ、FE(Field Effect)法により求められたトラップ順位密度における、真性フェルミ順位Ei±0.2eVの範囲での平均値である平均トラップ順位密度が、2.0×1017(cm-3)以下である
撮像装置。 - 前記第1および第2の半導体層における前記平均トラップ順位密度がそれぞれ、1.2×1017(cm-3)以下である
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の半導体層における前記チャネル領域のチャネル長が、4.0μm以上である
請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第1および第2の半導体層における前記平均トラップ順位密度がそれぞれ、5.6×1016(cm-3)以上である
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記光検出素子は、赤外光に対して検出感度を有する
請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 - 前記光検出素子が、PIN型のフォトダイオードからなると共に、前記駆動素子が、MOS型の薄膜トランジスタ(TFT)からなる
請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 - 前記薄膜トランジスタは、前記フォトダイオードを駆動するためのものである
請求項6に記載の撮像装置。 - 基板面上に配設された複数の表示素子と、
前記基板面上に配設され、チャネル領域が形成される第1の半導体層を有する複数の光検出素子と、
前記基板面上に配設され、チャネル領域が形成される第2の半導体層を有する複数の駆動素子と
を備え、
前記第1および第2の半導体層はそれぞれ、結晶化された半導体層からなり、
前記第1および第2の半導体層では、それらの厚みおよび不純物濃度がそれぞれ互いに略等しくなっており、
前記第1および第2の半導体層ではそれぞれ、FE(Field Effect)法により求められたトラップ順位密度における、真性フェルミ順位Ei±0.2eVの範囲での平均値である平均トラップ順位密度が、2.0×1017(cm-3)以下である
表示撮像装置。 - 表示撮像装置を備え、
前記表示撮像装置は、
基板面上に配設された複数の表示素子と、
前記基板面上に配設され、チャネル領域が形成される第1の半導体層を有する複数の光検出素子と、
前記基板面上に配設され、チャネル領域が形成される第2の半導体層を有する複数の駆動素子と
を備え、
前記第1および第2の半導体層はそれぞれ、結晶化された半導体層からなり、
前記第1および第2の半導体層では、それらの厚みおよび不純物濃度がそれぞれ互いに略等しくなっており、
前記第1および第2の半導体層ではそれぞれ、FE(Field Effect)法により求められたトラップ順位密度における、真性フェルミ順位Ei±0.2eVの範囲での平均値である平均トラップ順位密度が、2.0×1017(cm-3)以下である
電子機器。
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