JP2014067951A - 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平坦化膜を形成する回路部形成工程と、光電変換素子を形成する光電変換部形成工程とを含み、光電変換部形成工程は、平坦化膜に接続させてモリブデンを含む第1電極膜を形成する第1電極膜形成工程と、第1電極膜上にセレン化された金属膜を形成し、第1電極膜上に中間膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜を所定の形状に形成する第1パターニング工程と、第1電極膜を所定の形状に形成する第2パターニング工程と、金属膜上にバッファー膜を形成するバッファー膜形成工程と、バッファー膜上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、半導体膜の一部露出させて、平坦化膜に対応して層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、半導体膜と、層間絶縁膜とに接続させて第2電極膜を形成する第2電極膜形成工程とを含む。
【選択図】図6
Description
例えば、特許文献1には、フォトリソグラフィー法によって、絶縁膜上に設けられた電極膜を覆い囲む様にCIGS系膜が設けられた光電変換素子が公開されている。
本適用例に係る光電変換素子の製造方法は、平坦化膜を形成する回路部形成工程と、平坦化膜に重ねて光電変換素子を形成する光電変換部形成工程とを含み、光電変換部形成工程は、第1面と、当該第1面と表裏の関係にある第2面とを有し、当該第1面と平坦化膜を接続させて、第1電極膜を形成する第1電極膜形成工程と、第2面に接続し、金属膜を形成すると共に、第2面上に中間膜が生成される金属膜形成工程と、金属膜を所定の形状に形成する第1パターニング工程と、第1電極膜を所定の形状に形成する第2パターニング工程と、所定の形状に形成された金属膜に接続するバッファー膜を形成するバッファー膜形成工程と、バッファー膜に接続する半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、第1電極膜と、金属膜と、半導体膜とを囲み、半導体膜とバッファー膜とが接続された面の裏面となる半導体膜の一部を露出させて、平坦化膜に対応して層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、露出させた半導体膜と、層間絶縁膜と、に接続させて第2電極膜を形成する第2電極膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
これにより、第2パターニング工程で所定の形状に形成された第1電極膜の側面、即ち、第1電極膜の厚み方向に沿った面となる第3面には、中間膜が形成されていないため、層間絶縁膜形成工程によって形成される層間絶縁膜と、第1電極膜とは、中間膜を介することなく接続させることができる。
また、金属膜は、第1電極膜、若しくは生成される中間膜と接続するが、他の膜との接続を低減することができる。よって、熱膨張率の異なる膜の接続を抑制することで、複数の膜が接続する界面において熱膨張率差を低減することができる。従って、第1電極膜、金属膜、層間絶縁膜等の膜が接続する界面において、これらの膜が剥離されることを抑制することができる。
本適用例に係る光電変換素子は、基板と、基板上に設けられた回路部と、回路部に重ねて設けられた光電変換部とを備え、回路部には、スイッチング素子と、当該スイッチング素子を覆い基板に対応させて設けられた平坦化膜とを有し、光電変換部には、第1面と、当該第1面と表裏の関係にある第2面とを有し、平坦化膜と第1面を接続させて設けられた第1電極膜と、第2と対面し、かつ、第1電極膜の外周縁の内側に設けられた金属膜と、第1電極膜の第2面上に設けられた中間膜と、金属膜に対応し、金属膜に接続して設けられたバッファー膜と、バッファー膜に対応し、バッファー膜に接続して設けられた半導体膜と、第1電極膜と、金属膜と、バッファー膜と、半導体膜とを覆い、一部が開口して半導体膜を露出させて設けられた層間絶縁膜と、層間絶縁膜から露出させた半導体膜に接続して層間絶縁膜上に設けられた第2電極膜と、を有することを特徴とする。
本適用例に係る電子機器は、上述した光電変換素子を搭載したことを特徴とする。
図1は、本実施形態に係る光電変換素子の概略構成を示す図である。図2は、光電変換素子の製造工程フローを示す図である。また、図3から図6は、光電変換素子の製造工程を示す図である。なお、本実施形態の光電変換素子は、図1(a)に示す様に、例えば、基板上にアレイ状に設けられたものであり、各図において示す光電変換素子は、その一部分を拡大した断面を示すものである。
図1から図6を用いて本実施形態にかかる光電変換素子、及び光電変換素子の製造方法について説明する。
図1(b)に示す光電変換素子1は、基板110と、回路部10と、光電変換部20と、を備えている。また、図1(c)は、図1(b)の破線で囲む符号Aの部分を拡大して示したものである。
回路部10は、基板110上にスイッチング素子120としての薄膜トランジスターを備えている。また、回路部10は、当該スイッチング素子120を覆う平坦化膜180を備えている。
光電変換部20は、前述した回路部10の平坦化膜180上に、第1電極膜210と、光電素子200と、層間絶縁膜260と、第2電極膜270と、を備えている。また、光電素子200は、金属膜220と、バッファー膜240と、半導体膜250と、を備えている。また、第1電極膜210の第2面210b側に中間膜230を有する。
回路部10は、基板110上にソース・ドレイン電極や、ゲート電極、絶縁膜等から構成されるスイッチング素子120としての薄膜トランジスターが設けられている。本実施形態の各図において、スイッチング素子120は、いわゆるポリシリコン薄膜トランジスターを示している。しかし、これに限定されることなくスイッチング素子120は、アモルファスシリコン薄膜トランジスターを設けても良い。
また、回路部10は、スイッチング素子120を覆い、基板110と重なる様に対応させて平坦化膜180が設けられている。平坦化膜180は、例えば、酸化シリコン(SiO2)を含み設けられている。
光電変換部20は、前述の平坦化膜180上に設けられている。光電変換部20は、平坦化膜180上に第1電極膜210が設けられている。また、第1電極膜210上には、光電素子200が設けられている。
なお、光電素子200は、第1電極膜210を平面視した外周縁の内側に設けられている。換言すると、光電素子200は、第1電極膜210と比して面積が小さく、第1電極膜210には光電素子200が設けられない領域を有する。
光電素子200は、第1電極膜210上に、Ib(1b)族元素と、IIIb(3b)族元素と、VIb(6b)族元素とを含むカルコパイライト構造を有する半導体装置としての金属膜220が設けられている。
また、金属膜221(220)は、銅(Cu)と、インジウム(In)と、ガリウム(Ga)等とを含み設けることができる。この様な金属膜221は、セレン(Se)雰囲気中で加熱されるアニールを行うことで、セレン化された金属膜220として設けられる。前述のセレン化された金属膜220は、いわゆるCIGS(Cu,In,Ga,Se)系膜である。
中間膜230は、金属膜220のセレン化に用いるセレン(Se)と、第1電極膜210を構成するモリブデン(Mo)が反応して生成されたモリブデンと、セレンとを含む膜である。
なお、層間絶縁膜260は、その一部を開口し半導体膜250を露出させた露出領域251を備える。露出領域251は、換言すると層間絶縁膜260で半導体膜250を覆わない領域である。
また、第2電極膜270は、図示を省略する信号線(ソース電極)と接続され、光電変換部20で変換された光を電気信号として出力している。
次に、光電変換素子1を製造する各工程について説明する。
図2に示すように、光電変換素子1を製造する工程は、回路部形成工程S100と、光電変換部形成工程S200と、を含む。以下、工程順に光電変換素子1の製造工程について図2から図6を用いて説明する。
回路部形成工程S100は、基板110上に回路部10としてのスイッチング素子120を形成する工程である。
回路部形成工程S100は、公知の半導体装置製造工程を用いて基板110上にスイッチング素子120として薄膜トランジスターを形成する工程である。当該スイッチング素子120を形成する工程は公知の技術であるため説明を省略する。
また、回路部形成工程S100は、スイッチング素子120としての薄膜トンランジスターを覆う平坦化膜180の形成を行う平坦化膜形成工程を含む。
平坦化膜形成工程は、当該回路部形成工程S100で形成されたスイッチング素子120を覆う様に、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって酸化シリコン膜(SiO2膜)等を平坦化膜180として形成する。
光電変換部形成工程S200は、光電変換部20を形成する工程である。
光電変換部形成工程S200は、第1電極膜形成工程S210と、金属膜形成工程S220、パターニング工程S230、バッファー膜形成工程S240、半導体膜形成工程S250、層間絶縁膜形成工程S260、第2電極膜形成工程S270を含む。
なお、光電変換部形成工程S200は、前述の回路部形成工程S100で形成した回路部10、即ち、スイッチング素子120に重ねて光電変換部20を形成する工程である。
第1電極膜形成工程S210は、前述の回路部形成工程S100で形成された平坦化膜180上に、モリブデン(Mo)を含む第1電極膜210を形成する工程である。
図3(a)は、平坦化膜180上に第1電極膜210が形成された状態を示している。第1電極膜形成工程S210は、例えば、スパッタ法を用いてモリブデン(Mo)を含む第1電極膜210を平坦化膜180上に形成する。
金属膜形成工程S220は、第1電極膜210上に銅(Cu)、インジウム(In)、又は銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)等を含む金属膜220(221)を形成する工程である。
図3(b)は、金属膜形成工程S220によって前述の第1電極膜210の第2面210b上に金属膜220が形成された状態を示している。
金属膜形成工程S220は、例えば、スパッタ法を用いて銅(Cu)と、インジウム(In)、又は銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)等とを含む金属膜221(220)を形成する。
また、金属膜形成工程S220は、金属膜221をセレン(Se)雰囲気中で加熱する、いわゆるアニールを行うセレン化工程を含む。金属膜221は、セレン化工程によってセレン(Se)雰囲気中でアニールすることでセレン化され、いわゆるCIS(Cu,In,Se2)系膜、又はCIGS(Cu,In,Ga,Se2)系膜として形成される。本実施形態においてセレン化工程は、そのアニール温度を概ね500℃とした。なお、当該温度は、金属膜221の特性(構成)によって適宜変更しても良い。
なお、金属膜221をセレン化する際に用いるセレンと、金属膜220を構成するモリブデンとが反応し、セレンとモリブデンとの反応生成膜である中間膜230が生成される。中間膜230は、第1電極膜210の第2面210bに生成される。
これによって、金属膜221をセレン化される際に金属膜221は、第1電極膜210、若しくは生成される中間膜230と接続(接触)するが他の膜、例えば、平坦化膜180との接続(接触)を低減することができる。また、金属膜221及び第1電極膜210は、金属膜221がセレン化される際に高温に晒され熱による伸長及び収縮、即ち、熱膨張が生じる。ここで、熱膨張率は、平坦化膜180と比べて、金属膜221と第1電極膜210とは近似しているため、金属膜221(220)の剥離を抑制することができる。
パターニング工程S230は、金属膜220と、第1電極膜210と、を所定の形状に形成する工程である。パターニング工程S230は、第1パターニング工程S231と、第2パターニング工程S232とを含む。
図4(c)は、第1パターニング工程S231によって、金属膜220が所定の形状にパターニングされた状態を示している。金属膜220を所定の形状にパターニングする第1パターニング工程S231は、例えば、金属膜220上にフォトリソグラフィーにてマスクパターン(不図示)を形成し、ドライエッチング法等によって、マスクパターンが形成されていない領域、即ち、所定の形状として不要な金属膜220の除去を行う。
また、図4(d)は、第2パターニング工程S232によって、第1電極膜210が所定の形状にパターニングされた状態を示している。
バッファー膜形成工程S240は、前述のパターニング工程S230でパターニングされた金属膜220上に、バッファー膜240を形成する工程である。
図4(e)は、当該工程によって金属膜220上に、バッファー膜240が形成された状態を示している。
バッファー膜形成工程S240は、例えば、溶液成長(Chemical Bath Deposition)法によって、カドミウム(Cd)及び硫黄(S)等を含むバッファー膜240を形成する。その後、バッファー膜240上にフォトリソグラフィーにてマスクパターン(不図示)を形成し、ドライエッチング法等によって、マスクパターンが形成されていない領域、即ち、所定の形状として不要なバッファー膜240の除去を行う。
半導体膜形成工程S250は、前述のバッファー膜形成工程S240で形成したバッファー膜240上に、半導体膜250を形成する工程である。
図5(f)は、当該工程によってバッファー膜240上に、半導体膜250が形成された状態を示している。
半導体膜形成工程S250は、例えば、スパッタ法によって、酸化亜鉛(ZnO)等を含むn型の半導体膜250を形成する。その後、半導体膜250上にフォトリソグラフィーにてマスクパターン(不図示)を形成し、ドライエッチング法等によって、マスクパターンが形成されていない領域、即ち、所定の形状として不要な半導体膜250の除去を行う。
層間絶縁膜形成工程S260は、平坦化膜180に対応させて第1電極膜210と、光電素子200(金属膜220、バッファー膜240、半導体膜250)とを囲む様に層間絶縁膜260を形成する工程である。
図5(g)は、当該工程によって層間絶縁膜260が形成された状態を示している。
層間絶縁膜形成工程S260は、例えば、CVD法によって窒化シリコン(SiNx)を含む層間絶縁膜260を平坦化膜180に対応して形成する。また、後述する第2電極膜形成工程S270によって形成する第2電極膜270と半導体膜250とが接続される露出領域251の形成を行う。露出領域251の形成は、例えば、層間絶縁膜260上にフォトリソグラフィー法等によって、露出領域251となる部分が開口したマスクパターン(不図示)を形成する。更に、ドライエッチング法等によって、前述のマスクパターンが開口した部分、即ち、露出領域251となる部分の層間絶縁膜260を除去し、半導体膜250を露出させる。
第2電極膜形成工程S270は、前述の光電素子200の半導体膜250の露出領域251上と、層間絶縁膜260上と、に第2電極膜270を形成する工程である。
図6(h)は、当該工程によって第2電極膜270が光電素子200の半導体膜250と接続して形成された状態を示している。
第2電極膜形成工程S270は、前述の層間絶縁膜形成工程S260で設けられた層間絶縁膜260上、及び露出領域251において露出する半導体膜250上に第2電極膜270を形成する。第2電極膜形成工程S270は、例えば、スパッタ法等によってITOを含む第2電極膜270を形成する。その後、第2電極膜270上にフォトリソグラフィーにてマスクパターン(不図示)を形成し、ウエットエッチング法等によって、マスクパターンが形成されていない領域、即ち、所定の形状として不要な第2電極膜270の除去を行う。
この様な光電変換素子1は、金属膜221をセレン化する際に金属膜221が接続(接触)する膜(材料)を第1電極膜210、若しくは生成される中間膜230とすることができる。また、中間膜230は、第1電極膜210の第2面210bに生成され、第3面210cには生成されない。また、金属膜220(221)は、バッファー膜240と接続された面とは反対側の面に接続される膜を第1電極膜210若しくは中間膜230とすることができ、その面において他の膜との接続を抑制することができる。
これにより、金属膜220と、第1電極膜210若しくは中間膜230との間で生じる熱膨張率差を抑制し、金属膜220の剥離を抑制することができる。また、層間絶縁膜260と第1電極膜210が密着性の弱い中間膜230を介さず接続されるため、当該接続する界面において、これらの膜が剥離されることを抑制することができる。従って、信頼性を高めた光電変換素子1を得ることができる。
次いで、本発明の一実施形態に係る光電変換素子1を適用した電子機器の実施例について、図7に基づき説明する。
図7は、本発明の実施形態に係る光電変換素子1を備える電子機器としてのアルコール濃度測定装置1000の概略を示す図である。図7に示すアルコール濃度測定装置1000は、静脈に流れる血液に光を照射し、その反射する光を光電変換素子1で受光して血液中のアルコール濃度を測定する装置である。
この様なアルコール濃度測定装置1000には、指1200に光を照射し、その反射した光を受光する撮像装置1120と、制御装置1140と、を備える。
撮像装置1120には、発光部1121と、受光部1122として光電変換素子1を備える。また、指1200を乗せる検出面1160を備える。
制御装置1140には、発光部1121を制御する発光制御部1141と、受光部1122としての光電変換素子1から出力された電気信号を処理する受光処理部1142と、受光処理部1142で処理された信号に基づきアルコール濃度の測定を行う測定部1143と、を備える。
光電変換素子1を備える電子機器としてのアルコール濃度測定装置1000は、受光部1122として本発明の実施形態に係る光電変換素子1が搭載されることで、血液に反射される光の受光の信頼性を高めることができる。
Claims (3)
- 平坦化膜を形成する回路部形成工程と、
前記平坦化膜に重ねて光電変換素子を形成する光電変換部形成工程と、を含み、
前記光電変換部形成工程は、
第1面と、前記第1面と表裏の関係にある第2面とを有し、前記第1面と前記平坦化膜を接続させて第1電極膜を形成する第1電極膜形成工程と、
前記第2面に接続し、金属膜を形成すると共に、前記第2面上に中間膜が生成される金属膜形成工程と、
前記金属膜を所定の形状に形成する第1パターニング工程と、
前記第1電極膜を所定の形状に形成する第2パターニング工程と、
所定の形状に形成された前記金属膜に接続するバッファー膜を形成するバッファー膜形成工程と、
前記バッファー膜に接続する半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記第1電極膜と、前記金属膜と、前記バッファー膜と、前記半導体膜とを囲み、前記半導体膜と前記バッファー膜とが接続された面の裏面となる前記半導体膜の一部を露出させて、前記平坦化膜に対応して層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記露出させた前記半導体膜と、前記層間絶縁膜とに接続させて第2電極膜を形成する第2電極膜形成工程とを含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 基板と、
前記基板上に設けられた回路部と、
前記回路部に重ねて設けられた光電変換部と、を備え、
前記回路部には、
スイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆い前記基板に対応させて設けられた平坦化膜と、を有し、
前記光電変換部には、
第1面と、前記第1面と表裏の関係にある第2面とを有し、前記平坦化膜と前記第1面を接続させて設けられた第1電極膜と、
前記第2と対面し、かつ、前記第1電極膜の外周縁の内側に設けられた金属膜と、
前記第1電極膜の第2面上に設けられた中間膜と、
前記金属膜に対応し、前記金属膜に接続して設けられたバッファー膜と、
前記バッファー膜に対応し、前記バッファー膜に接続して設けられた半導体膜と、
前記第1電極膜と、前記金属膜と、前記バッファー膜と、前記半導体膜とを覆い、一部が開口して前記半導体膜を露出させて設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜から露出させた前記半導体膜に接続して前記層間絶縁膜上に設けられた第2電極膜と、を有することを特徴とする光電変換素子。 - 請求項2に記載の光電変換素子を搭載したことを特徴とする電子機器。
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