JP2015056512A - Photoelectric conversion device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus - Google Patents

Photoelectric conversion device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus Download PDF

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恭典 服部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion device that allows preventing an impurity from precipitating on a pn junction interface even if substrate temperature at the time of deposition is lowered or the composition ratio of each composition element at the time of deposition changes from a setting value, to provide a method of manufacturing the same, and to provide an electronic apparatus.SOLUTION: A method of manufacturing a photoelectric conversion device, which forms a photoelectric conversion portion 20 connected to a circuit element on a substrate 1 on which a circuit portion having the circuit element 10 is formed, includes the steps of: forming, above the substrate, a lower electrode 8 in a region where the photoelectric conversion portion is formed; forming an n-type semiconductor film 21 electrically connected to the lower electrode; forming a p-type semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure that is pn-joined with the n-type semiconductor film; and forming an upper electrode 23 electrically connected to the p-type semiconductor film. An impurity 22D is formed on a surface of the p-type semiconductor film 22 but not on a pn junction interface.

Description

本発明は、光電変換装置及びその製造方法並びに電子機器等に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device, a manufacturing method thereof, an electronic device, and the like.

従来、カルコパイライト構造のp型半導体薄膜、特にCIS膜(例えばCuInSe)やCIGS膜(例えばCuInGaSe)等のCIS系薄膜は、可視光から近赤外光までの広い波長域に渡って高い光感度を有するため、光検出素子への適用が望まれている。アレイ基板へのCIS系薄膜の成膜を、三段階に分けたPVD(Physical Vapor Deposition)プロセスを適用することが提案されている(特許文献1の図5、特許文献2の図7)。 Conventionally, p-type semiconductor thin films having a chalcopyrite structure, particularly CIS thin films such as CIS films (for example, CuInSe 2 ) and CIGS films (for example, CuInGaSe 2 ), are high over a wide wavelength range from visible light to near infrared light. Since it has photosensitivity, application to a photodetection element is desired. It has been proposed to apply a PVD (Physical Vapor Deposition) process divided into three stages to form a CIS-based thin film on an array substrate (FIG. 5 of Patent Document 1 and FIG. 7 of Patent Document 2).

WO2008/093834号公報WO2008 / 093834 特開2011―003878号公報JP 2011-003878 A

アレイ基板へのCIS系薄膜の成膜に三段階に分けたPVDプロセスを採用した理由は、低温プロセスの実現にある。太陽電池を製造する場合と異なり、光検出するためには基板上には回路部が搭載され、回路部特に金属配線の耐熱性が問題となるからである。
しかし、アレイ基板へのCIS系薄膜の成膜を、基板温度が低くして実施すると、各成分元素が相互に拡散し難くなる。そのため、CuSe等のセレン化合物が析出される。このセレン化合物がpn接合界面に析出すると、光感度が低下し、リーク電流が増大するという問題が生じる。
The reason for adopting the PVD process divided into three stages for forming the CIS-based thin film on the array substrate is to realize a low temperature process. This is because, unlike the case of manufacturing a solar cell, a circuit portion is mounted on a substrate for light detection, and the heat resistance of the circuit portion, particularly metal wiring, becomes a problem.
However, if the CIS-based thin film is formed on the array substrate at a low substrate temperature, the component elements are difficult to diffuse to each other. Therefore, a selenium compound such as CuSe is deposited. When this selenium compound is deposited at the pn junction interface, there arises a problem that the photosensitivity is lowered and the leakage current is increased.

また、各成分元素が相互に拡散し易い基板温度で成膜しても、例えばCuInSeやCuInGaSeを成膜する時の成分元素の組成比Cu:In:Se=1:1:2が厳密に調整できないと、余剰となったCuとSeによりセレン化合物(CuSe)がpn接合界面に析出されてしまう。 Further, even when film formation is performed at a substrate temperature at which each component element easily diffuses, for example, the composition ratio Cu: In: Se = 1: 1: 2 of the component elements when CuInSe 2 or CuInGaSe 2 is formed is strictly. If it cannot be adjusted to selenium, the selenium compound (CuSe) is precipitated at the pn junction interface due to excess Cu and Se.

本発明の幾つかの態様は、成膜時の基板温度を下げたり、あるいは成膜時の各成分元素の組成比が設定値からずれたとしても、不純物がpn接合界面に析出することを抑制できる光電変換装置及びその製造方法並びに電子機器を提供することを目的とする。   Some aspects of the present invention suppress the precipitation of impurities at the pn junction interface even when the substrate temperature during film formation is lowered or the composition ratio of each component element during film formation deviates from the set value. It is an object to provide a photoelectric conversion device, a manufacturing method thereof, and an electronic device.

(1)本発明の一態様は、
回路素子を有する回路部が形成された基板に、前記回路素子に接続される光電変換部を形成する光電変換装置の製造方法であって、
前記基板上にて前記光電変換部を形成する領域に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極に導通するn型半導体膜を形成する工程と、
前記n型半導体膜にpn接合されるカラコパイライト構造を有するp型半導体膜を形成する工程と、
前記p型半導体膜に導通する上部電極を形成する工程と、
を有する光電変換装置の製造方法に関する。
(1) One aspect of the present invention is
A method of manufacturing a photoelectric conversion device, wherein a photoelectric conversion unit connected to the circuit element is formed on a substrate on which a circuit unit having a circuit element is formed,
Forming a lower electrode in a region where the photoelectric conversion part is formed on the substrate;
Forming an n-type semiconductor film conducting to the lower electrode;
Forming a p-type semiconductor film having a chalcopyrite structure that is pn-junction to the n-type semiconductor film;
Forming an upper electrode conducting to the p-type semiconductor film;
The present invention relates to a method of manufacturing a photoelectric conversion device having

本発明の一態様では、IB(1B)族元素と、IIIB(3B)族元素と、VIB(6B)族元素とを含んで構成されるカラコパイライト構造を有するp型半導体膜と、n型半導体膜とでpn接合を形成する。そのpn接合を形成するにあたって、n型半導体膜を形成した後に、そのn型半導体膜とpn接合されるp型半導体膜を形成している。従って、p型半導体膜を形成した時に、IB(1B)族元素とVIB(6B)族元素との化合物(例えばセレン化合物等)等の不純物が析出したとしても、その不純物はp型半導体膜の表面に析出することになり、pn接合界面に析出することが抑制される。つまり、主としてpn接合界面に不純物が析出することは本発明の一態様に係る製造方法では許容しながらも、本製造方法により製造された光電変換装置は光感度の低下やリーク電流の増大を抑制できる。   In one embodiment of the present invention, a p-type semiconductor film having a chalcopyrite structure including an IB (1B) group element, a IIIB (3B) group element, and a VIB (6B) group element, and an n-type semiconductor A pn junction is formed with the film. In forming the pn junction, after forming an n-type semiconductor film, a p-type semiconductor film to be pn-junctioned with the n-type semiconductor film is formed. Therefore, even when an impurity such as a compound of an IB (1B) group element and a VIB (6B) group element (such as a selenium compound) is deposited when the p-type semiconductor film is formed, the impurity is not present in the p-type semiconductor film. It precipitates on the surface and is suppressed from precipitating at the pn junction interface. That is, while the manufacturing method according to one embodiment of the present invention allows impurities to precipitate mainly at the pn junction interface, the photoelectric conversion device manufactured by this manufacturing method suppresses a decrease in photosensitivity and an increase in leakage current. it can.

(2)本発明の一態様では、前記p型半導体膜を形成する工程は、前記n型半導体膜上に前記p型半導体膜の前駆体を形成する工程と、前記前駆体が形成された前記基板をVIB(6B)族元素を含む雰囲気でアニールする工程と、を含むことができる。   (2) In one aspect of the present invention, the step of forming the p-type semiconductor film includes the step of forming a precursor of the p-type semiconductor film on the n-type semiconductor film, and the step of forming the precursor. Annealing the substrate in an atmosphere containing a VIB (6B) group element.

p型半導体膜は、例えばスパッタ法により基板に形成されたp型半導体膜の前駆体を、VIB(6B)族元素を含む雰囲気でアニールすることで形成できる。このアニール工程は、VIB(6B)族元素が例えばセレン(Se)であればセレンアニールであり、IB(6B)族元素が例えば硫黄(S)であれば硫化アニールとなり、前駆体はセレン化又は硫化によりp型半導体膜となる。この他、p型半導体膜は、特許文献1,2に開示されたPVDプロセスを適用して形成しても良い。   The p-type semiconductor film can be formed, for example, by annealing a p-type semiconductor film precursor formed on the substrate by sputtering in an atmosphere containing a VIB (6B) group element. This annealing step is selenium annealing if the VIB (6B) group element is, for example, selenium (Se), and if the IB (6B) group element is, for example, sulfur (S), it is sulfidation annealing, and the precursor is selenized or A p-type semiconductor film is formed by sulfuration. In addition, the p-type semiconductor film may be formed by applying the PVD process disclosed in Patent Documents 1 and 2.

(3)本発明の一態様では、前記p型半導体膜は、CuInGa1−XSe(0≦X≦1)とすることができる。 (3) In one aspect of the invention, the p-type semiconductor film may be a CuIn X Ga 1-X Se 2 (0 ≦ X ≦ 1).

この一般式で示されるセレン系薄膜(CIS膜又はCIGS膜)は、可視光から近赤外光までの広い波長域に渡って高い光感度を有するため、光電変換装置の好適である。特に近赤外光に対して光吸収を高くするためには、上記一般式にてXの値を1に近づけてGaの比率を少なくすればよい。   The selenium-based thin film (CIS film or CIGS film) represented by this general formula is suitable for a photoelectric conversion device because it has high photosensitivity over a wide wavelength range from visible light to near infrared light. In particular, in order to increase light absorption with respect to near-infrared light, the value of X in the above general formula may be brought close to 1 to reduce the Ga ratio.

(4)本発明の一態様では、前記アニール工程は520℃以下で行うことができる。   (4) In one embodiment of the present invention, the annealing step can be performed at 520 ° C. or lower.

p型半導体膜をセレン系薄膜(CIS膜又はCIGS膜)とすると、不純物としてCuSeが析出する。CuSeの融点は523℃であるので、アニール温度が融点以上であれば不純物を溶融させることができても、520℃以下は不純物を溶融できない条件である。このような条件下でアニール工程が実施されても、不純物であるCuSeはpn接合界面には析出されず、p型半導体膜の表面に形成されるので、光電変換装置は光感度の低下やリーク電流の増大を抑制できる。   When the p-type semiconductor film is a selenium-based thin film (CIS film or CIGS film), CuSe is precipitated as impurities. Since the melting point of CuSe is 523 ° C., the impurities cannot be melted at 520 ° C. or less even if the impurities can be melted if the annealing temperature is equal to or higher than the melting point. Even if the annealing process is performed under such conditions, CuSe, which is an impurity, is not deposited on the pn junction interface, but is formed on the surface of the p-type semiconductor film. An increase in current can be suppressed.

(5)本発明の一態様では、前記アニール工程は、前記回路部に形成される金属配線層の耐熱温度以下で行うことができる。   (5) In one aspect of the present invention, the annealing step can be performed at a temperature lower than the heat resistant temperature of the metal wiring layer formed in the circuit portion.

本発明の一態様に係る製造方法では、比較的低温のアニールに起因して不純物が析出されることは許容されるので、アニール温度より高い耐熱温度を有する金属配線材料の選択の自由度が広げられる。   In the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, impurities are allowed to be precipitated due to annealing at a relatively low temperature, so that the degree of freedom in selecting a metal wiring material having a heat resistant temperature higher than the annealing temperature is widened. It is done.

(6)本発明の一態様では、前記p型半導体膜を形成した後に、前記p型半導体膜の表面に析出した不純物を除去する工程をさらに有することができる。   (6) One embodiment of the present invention may further include a step of removing impurities deposited on the surface of the p-type semiconductor film after forming the p-type semiconductor film.

不純物は主としてp型半導体の表面に析出するので、p型半導体膜の形成後に、その表面を例えばライトエッチングすることで不純物を除去することができる。なお、不純物は完全に除去する必要はない。IB(1B)族元素とVIB(6B)族元素との化合物である不純物は導電性を有するので、p型半導体膜と上部電極との間に不純物が介在しても導電を阻害するものではないからである。p型半導体膜の表面を平坦化する目的で不純物を除去しても良い。   Since impurities are mainly deposited on the surface of the p-type semiconductor, the impurities can be removed by, for example, light etching the surface after the formation of the p-type semiconductor film. Note that it is not necessary to completely remove impurities. Since the impurity which is a compound of the IB (1B) group element and the VIB (6B) group element has conductivity, even if an impurity is interposed between the p-type semiconductor film and the upper electrode, the conductivity is not hindered. Because. Impurities may be removed for the purpose of planarizing the surface of the p-type semiconductor film.

(7)本発明の一態様では、前記光電変換部は、前記基板の厚さ方向から見て前記回路部と重ならない領域に形成され、前記基板及び前記下部電極は、前記基板に入射される光の波長に対して透明な材料にて形成することができる。   (7) In one aspect of the present invention, the photoelectric conversion unit is formed in a region that does not overlap the circuit unit when viewed from the thickness direction of the substrate, and the substrate and the lower electrode are incident on the substrate. It can be formed of a material transparent to the wavelength of light.

本発明の一態様に係る方法により製造される光電変換装置は、表面側に光電変換部が形成される基板の裏面側から入射される光を電気信号に変換することになる。p型半導体膜は光吸収層として機能するので、基板の表面から光を入射させるとp型半導体膜で吸収されてしまい、pn接合界面に到達しないからである。基板の裏面から入射される光をpn接合界面に到達させるために、基板及び下部電極は入射光の波長に対して透明な材料にて形成される。   In the photoelectric conversion device manufactured by the method according to one embodiment of the present invention, light incident from the back surface side of the substrate on which the photoelectric conversion portion is formed on the front surface side is converted into an electrical signal. This is because the p-type semiconductor film functions as a light absorption layer, so that when light is incident from the surface of the substrate, it is absorbed by the p-type semiconductor film and does not reach the pn junction interface. In order to allow light incident from the back surface of the substrate to reach the pn junction interface, the substrate and the lower electrode are formed of a material transparent to the wavelength of the incident light.

(8)本発明の他の態様は、
入射される光の波長に対して透明な基板と、
前記基板上に形成される回路素子を含む回路部と、
前記基板上であって、前記基板の厚さ方向から見て前記回路部と重ならない領域に設けられた光電変換部と、
を有し、
前記光電変換部は、
前記波長に対して透明な下部電極と、
前記下部電極に導通するn型半導体膜と、
前記n型半導体膜にpn接合されるカラコパイライト構造を有するp型半導体膜と、
前記p型半導体膜に導通する上部電極と、
を含む光電変換装置に関する。
(8) Another aspect of the present invention is:
A substrate transparent to the wavelength of the incident light;
A circuit portion including circuit elements formed on the substrate;
A photoelectric conversion unit provided on a region of the substrate that does not overlap the circuit unit when viewed from the thickness direction of the substrate;
Have
The photoelectric converter is
A lower electrode transparent to the wavelength;
An n-type semiconductor film conducting to the lower electrode;
A p-type semiconductor film having a chalcopyrite structure that is pn-junction to the n-type semiconductor film;
An upper electrode conducting to the p-type semiconductor film;
The present invention relates to a photoelectric conversion device including:

本発明巣の他の態様に係る光電変換装置は、表面側に光電変換部が形成された基板の裏面側から入射される光を電気信号に変換する。基板の裏面から入射された光は、入射光の波長に対して透明な基板を介して光電変換部に入射される。このとき、基板の厚さ方向から見て回路部と重ならない領域に光電変換部が設けられているので、回路部によって遮光されても、光電変換部に入射される光に悪影響はない。光電変換部に入射した光は、入射光の波長に対して透明な材料にて形成され下部電極を透過し、バッファー層として機能するn型半導体膜を介して、pn接合界面に到達される。本発明の一態様に係る光電変換装置は、本発明の一態様に係る製法により製造されてpn接合界面に不純物が析出することが抑制されているので、光感度の低下やリーク電流の増大を抑制できる。   The photoelectric conversion device according to another aspect of the present invention converts light incident from the back side of the substrate on which the photoelectric conversion unit is formed on the front side into an electrical signal. The light incident from the back surface of the substrate enters the photoelectric conversion unit through the substrate transparent to the wavelength of the incident light. At this time, since the photoelectric conversion unit is provided in a region that does not overlap with the circuit unit when viewed from the thickness direction of the substrate, even if the photoelectric conversion unit is shielded from light by the circuit unit, light incident on the photoelectric conversion unit is not adversely affected. Light incident on the photoelectric conversion unit is formed of a material transparent to the wavelength of the incident light, passes through the lower electrode, and reaches the pn junction interface via the n-type semiconductor film functioning as a buffer layer. Since the photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention is manufactured by the manufacturing method according to one embodiment of the present invention and impurities are prevented from being precipitated at the pn junction interface, the photosensitivity is reduced and the leakage current is increased. Can be suppressed.

(9)本発明のさらに他の態様は、上述した光電変換装置を備えた電子機器を定義している。   (9) Still another aspect of the present invention defines an electronic device including the above-described photoelectric conversion device.

電子機器は、上述したように光感度の低下やリーク電流の増大を抑制できる光電変換装置を備えているので、高品質な画像を実現できる。   As described above, the electronic apparatus includes a photoelectric conversion device that can suppress a decrease in photosensitivity and an increase in leakage current, so that a high-quality image can be realized.

図1(A)は光電変換装置としてのイメージセンサーの概略配線図であり、図1(B)は光電変換素子としてのフォトセンサーの等価回路図である。1A is a schematic wiring diagram of an image sensor as a photoelectric conversion device, and FIG. 1B is an equivalent circuit diagram of a photosensor as a photoelectric conversion element. 光電変換素子としてのフォトセンサーの配置を示すイメージセンサーの概略平面図である。It is a schematic plan view of the image sensor which shows arrangement | positioning of the photosensor as a photoelectric conversion element. 実施形態1における、図2のA−A’線で切ったフォトセンサーの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the photosensor taken along line A-A ′ of FIG. 2 in the first embodiment. 図4(A)〜図4(E)はアニール工程以前の実施形態2におけるフォトセンサーの製造工程を示す概略断面図である。4A to 4E are schematic cross-sectional views showing the photosensor manufacturing process according to the second embodiment before the annealing process. 図5(A)〜図5(D)はアニール工程より後に実施される実施形態2におけるフォトセンサーの製造工程を示す概略断面図である。FIG. 5A to FIG. 5D are schematic cross-sectional views illustrating the photosensor manufacturing process according to the second embodiment that is performed after the annealing process. 実施形態2の製法により製造されるフォトセンサーの断面図である。6 is a cross-sectional view of a photosensor manufactured by the manufacturing method of Embodiment 2. FIG. 比較例であるフォトセンサーの断面図である。It is sectional drawing of the photosensor which is a comparative example. 図8(A)は電子機器としての生体認証装置を示す概略斜視図であり、図8(B)は電子機器としての生体認証装置の概略断面図である。FIG. 8A is a schematic perspective view showing a biometric authentication device as an electronic device, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the biometric authentication device as an electronic device. 生体認証装置の変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the modification of a biometrics apparatus.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each member is different from the actual scale so that each layer and each member can be recognized.

また、以下の形態において、例えば「基板上に」等と記載された場合は、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。   Further, in the following forms, for example, when described as “on the substrate”, when arranged so as to be in contact with the substrate, or when disposed on the substrate via another component, Alternatively, a case where a part of the substrate is disposed on the substrate and a part of the substrate is disposed through another component is illustrated.

(実施形態1)
<光電変換装置>
まず、実施形態1の光電変換装置としてのイメージセンサーについて、図1〜図3を参照して説明する。
(Embodiment 1)
<Photoelectric conversion device>
First, an image sensor as a photoelectric conversion device of Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.

図1(A)は光電変換装置としてのイメージセンサーの電気的な構成を示す概略配線図、同図(B)は光電変換素子としてのフォトセンサーの等価回路図である。図2はイメージセンサーにおいてフォトセンサーの配置を示す概略部分平面図、図3は図2のA−A’線で切ったフォトセンサーの構造を示す概略断面図である。   FIG. 1A is a schematic wiring diagram showing an electrical configuration of an image sensor as a photoelectric conversion device, and FIG. 1B is an equivalent circuit diagram of a photosensor as a photoelectric conversion element. 2 is a schematic partial plan view showing the arrangement of the photosensors in the image sensor, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the photosensors taken along the line A-A ′ of FIG.

図1(A)に示すように、本実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー100は、素子領域Fにおいて互いに交差して延在する複数の走査線3aと、複数のデータ線6と、を有している。また、イメージセンサー100は、複数の走査線3aが電気的に接続された走査線回路102と、複数のデータ線6が電気的に接続されたデータ線回路101と、を有している。   As shown in FIG. 1A, an image sensor 100 as a photoelectric conversion device of the present embodiment includes a plurality of scanning lines 3a extending in a crossing manner in the element region F and a plurality of data lines 6. Have. The image sensor 100 includes a scanning line circuit 102 to which a plurality of scanning lines 3a are electrically connected, and a data line circuit 101 to which a plurality of data lines 6 are electrically connected.

そして、イメージセンサー100は、走査線3aとデータ線6の交差点付近に対応して設けられ、素子領域Fにおいてマトリックス状に配置された複数の画素の各々には、光電変換素子としてのフォトセンサー50を有している。なお、走査線回路102を素子領域Fの両側に設けてもよい。こうすると、一本の走査線3aを両側から駆動することができる。あるいは、奇数本目の走査線3aを一方の走査線回路102により駆動し、偶数本目の走査線3aを他方の走査線回路102により駆動しても良い。   The image sensor 100 is provided corresponding to the vicinity of the intersection of the scanning line 3a and the data line 6, and each of the plurality of pixels arranged in a matrix in the element region F has a photosensor 50 as a photoelectric conversion element. have. Note that the scanning line circuits 102 may be provided on both sides of the element region F. In this way, one scanning line 3a can be driven from both sides. Alternatively, the odd-numbered scanning lines 3 a may be driven by one scanning line circuit 102, and the even-numbered scanning lines 3 a may be driven by the other scanning line circuit 102.

図1(B)に示すように、光電変換素子としてのフォトセンサー50は、スイッチング素子としての薄膜トランジスター(TFT)10と、光電変換部としてのフォトダイオード20と、保持容量30とを含んで構成されている。TFT10のゲート電極は走査線3aに接続され、TFT10のソース電極はデータ線6に接続されている。光電変換部としてのフォトダイオード20の一端はTFT10のドレイン電極に接続され、他端はデータ線6と並行して設けられた定電位線12に接続されている。保持容量30の一方の電極はTFT10のドレイン電極に接続され、他方の電極は走査線3aと並行して設けられた定電位線3bに接続されている。   As shown in FIG. 1B, a photosensor 50 as a photoelectric conversion element includes a thin film transistor (TFT) 10 as a switching element, a photodiode 20 as a photoelectric conversion unit, and a storage capacitor 30. Has been. The gate electrode of the TFT 10 is connected to the scanning line 3 a, and the source electrode of the TFT 10 is connected to the data line 6. One end of the photodiode 20 as a photoelectric conversion unit is connected to the drain electrode of the TFT 10, and the other end is connected to a constant potential line 12 provided in parallel with the data line 6. One electrode of the storage capacitor 30 is connected to the drain electrode of the TFT 10, and the other electrode is connected to a constant potential line 3b provided in parallel with the scanning line 3a.

図2に示すように、光電変換素子としてのフォトセンサー50は、走査線3aとデータ線6とによって平面的に区切られた領域に設けられている。より詳しくは、走査線3aとデータ線6とによって平面的に区切られた領域に、フォトダイオード20の下部電極8が配置される。この下部電極8の大部分はフォトダイオード20のセンサー領域20aとして利用されるが、他の一部は、下部電極8とTFT10とのコンタクト領域20bとして用いられる。なお、図2では、TFT10はソース線6の裏側に配置されている。また、図2では保持容量30は図示していない。   As shown in FIG. 2, the photosensor 50 as a photoelectric conversion element is provided in a region that is divided in a plane by the scanning line 3 a and the data line 6. More specifically, the lower electrode 8 of the photodiode 20 is arranged in a region that is planarly divided by the scanning line 3 a and the data line 6. Most of the lower electrode 8 is used as a sensor region 20 a of the photodiode 20, while the other part is used as a contact region 20 b between the lower electrode 8 and the TFT 10. In FIG. 2, the TFT 10 is disposed on the back side of the source line 6. In FIG. 2, the storage capacitor 30 is not shown.

図3に示すように、光電変換素子としてのフォトセンサー50は、入射光の波長に対して透明なガラス基板1に形成されている。基板1上には、基板1の表面を覆うように酸化シリコン(SiO)の下地絶縁膜1aが形成され、下地絶縁膜1a上には、TFT10の形成領域と対向する位置に遮光膜1bが形成されている。遮光膜1bを覆って形成されたSiO2等の絶縁膜1c上に、例えば膜厚50nm程度の多結晶シリコンの半導体膜2が島状に形成されている。さらに、半導体膜2を覆って、例えば膜厚100nm程度のSiOなどの絶縁材料によってゲート絶縁膜3が形成されている。なお、ゲート絶縁膜3は、半導体膜2を覆うとともに絶縁膜1cも覆っている。 As shown in FIG. 3, a photosensor 50 as a photoelectric conversion element is formed on a glass substrate 1 that is transparent with respect to the wavelength of incident light. A base insulating film 1a made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the substrate 1 so as to cover the surface of the substrate 1, and a light shielding film 1b is formed on the base insulating film 1a at a position facing the formation region of the TFT 10. Is formed. On an insulating film 1c such as SiO2 formed so as to cover the light shielding film 1b, a polycrystalline silicon semiconductor film 2 having a film thickness of, for example, about 50 nm is formed in an island shape. Further, the gate insulating film 3 is formed of an insulating material such as SiO 2 having a thickness of about 100 nm so as to cover the semiconductor film 2. The gate insulating film 3 covers the semiconductor film 2 and also the insulating film 1c.

ゲート絶縁膜3上において、半導体膜2のチャネル形成領域2cに対向する位置にゲート電極3gが形成されている。ゲート電極3gは、図2に示した走査線3aに電気的に接続されており、例えば膜厚500nm程度のモリブデン(Mo)などの高融点金属材料を用いて形成されている。   On the gate insulating film 3, a gate electrode 3g is formed at a position facing the channel forming region 2c of the semiconductor film 2. The gate electrode 3g is electrically connected to the scanning line 3a shown in FIG. 2, and is formed using a refractory metal material such as molybdenum (Mo) having a thickness of about 500 nm, for example.

ゲート電極3g及びゲート絶縁膜3を覆って、膜厚800nm程度のSiOによって第1層間絶縁膜4が形成されている。半導体膜2のドレイン領域2dと、ソース領域2sとを覆うゲート絶縁膜3、及び第1層間絶縁膜4の部分にコンタクトホール4a,4bが形成される。 A first interlayer insulating film 4 is formed of SiO 2 having a thickness of about 800 nm so as to cover the gate electrode 3 g and the gate insulating film 3. Contact holes 4 a and 4 b are formed in the gate insulating film 3 and the first interlayer insulating film 4 covering the drain region 2 d and the source region 2 s of the semiconductor film 2.

これらのコンタクトホール4a,4bを埋めると共に第1層間絶縁膜4を覆うように、例えば膜厚500nm程度のMoなどの高融点金属材料からなる導電膜が形成され、当該導電膜をパターニングすることにより、ドレイン電極5d、ソース電極5s及びデータ線6(図4では省略)が形成される。   A conductive film made of a refractory metal material such as Mo having a thickness of about 500 nm is formed to fill the contact holes 4a and 4b and cover the first interlayer insulating film 4, and patterning the conductive film The drain electrode 5d, the source electrode 5s, and the data line 6 (not shown in FIG. 4) are formed.

ソース電極5sはコンタクトホール4aを介して半導体膜2のソース領域2sに接続され、さらにデータ線6(図4では省略)とも接続されている。ドレイン電極5dはコンタクトホール4bを介して半導体膜2のドレイン領域2dに接続されている。   The source electrode 5s is connected to the source region 2s of the semiconductor film 2 through the contact hole 4a, and further connected to the data line 6 (not shown in FIG. 4). The drain electrode 5d is connected to the drain region 2d of the semiconductor film 2 through the contact hole 4b.

ドレイン電極5d、ソース電極5s、データ線6及び第1層間絶縁膜4を覆って第2層間絶縁膜7a及び平坦化膜7bが形成されている。第2層間絶縁膜7aは、例えば膜厚800nm程度の窒化シリコン(Si)を用いて形成され、平坦化膜7bは酸化シリコン(SiO)で形成されている。 A second interlayer insulating film 7a and a planarizing film 7b are formed to cover the drain electrode 5d, the source electrode 5s, the data line 6, and the first interlayer insulating film 4. The second interlayer insulating film 7a is formed using, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ) having a thickness of about 800 nm, and the planarizing film 7b is formed using silicon oxide (SiO 2 ).

パターニングされた平坦化膜7b上には、光電変換部としてのフォトダイオード20の下部電極8が形成されている。下部電極8は、平坦化膜7bに形成されたコンタクトホール7cを介してドレイン電極5dと接続されている。下部電極8は、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)などの入射波長に対して透明な透明導電膜からなる。   On the patterned flattening film 7b, the lower electrode 8 of the photodiode 20 as a photoelectric conversion part is formed. The lower electrode 8 is connected to the drain electrode 5d through a contact hole 7c formed in the planarizing film 7b. The lower electrode 8 is made of a transparent conductive film that is transparent with respect to an incident wavelength, such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide).

下部電極8上には、n型半導体膜であるバッファー層21が島状に形成されている。バッファー層21は膜厚50nm程度の硫化カドミウム(CdS)膜で形成されている。CdSの代わりに、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)等で形成されていてもよい。   On the lower electrode 8, a buffer layer 21 that is an n-type semiconductor film is formed in an island shape. The buffer layer 21 is formed of a cadmium sulfide (CdS) film having a thickness of about 50 nm. Instead of CdS, it may be formed of zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), or the like.

バッファー層21上には、膜厚1um程度のCIS膜やCIGS膜から成るカルコパイライト構造を有するp型半導体膜22が形成されている。下部電極8、カルコパイライト構造を有する半導体膜22を覆うように第3層間絶縁膜11が形成されている。第3層間絶縁膜11は膜厚500nm程度のSiを用いて形成されている。 On the buffer layer 21, a p-type semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure made of a CIS film or a CIGS film having a thickness of about 1 μm is formed. A third interlayer insulating film 11 is formed so as to cover the lower electrode 8 and the semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure. The third interlayer insulating film 11 is formed using Si 3 N 4 having a thickness of about 500 nm.

第3層間絶縁膜11上に、カルコパイライト構造を有するp型半導体膜22と接続するように、上部電極23が形成されている。全てのフォトダイオード20の上部電極23は、図1(B)に示すように定電位線12に共通接続されるので、上部電極23は基板1の全面に形成されるべた電極とすることができる。なお、本実施形態では、上部電極23は下部電極8と同じITOで形成するが、上部電極23は入射光の波長に対して不透明でもよい。   An upper electrode 23 is formed on the third interlayer insulating film 11 so as to be connected to the p-type semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure. Since the upper electrodes 23 of all the photodiodes 20 are commonly connected to the constant potential line 12 as shown in FIG. 1B, the upper electrode 23 can be a solid electrode formed on the entire surface of the substrate 1. . In the present embodiment, the upper electrode 23 is made of the same ITO as the lower electrode 8, but the upper electrode 23 may be opaque to the wavelength of incident light.

下部(透明)電極8と、バッファー層であるn型半導体膜21と、カルコパイライト構造を有するp型半導体膜22と、上部電極23と、によって、光電変換部としてのフォトダイオード20が構成されている。   The lower (transparent) electrode 8, the n-type semiconductor film 21 serving as a buffer layer, the p-type semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure, and the upper electrode 23 constitute a photodiode 20 as a photoelectric conversion unit. Yes.

本実施形態において、基板1上に設けられた回路部とは、図1(A)及び図1(B)に示した走査線3a、データ線6、定電位線3b、12及びこれらの配線に接続した回路素子であるTFT10、保持容量30を含むものである。なお、データ線6が接続されるデータ線回路101と、走査線3aが接続される走査線回路102とは、それぞれ集積回路として別途基板1に外付けすることができる。   In the present embodiment, the circuit portion provided on the substrate 1 refers to the scanning line 3a, the data line 6, the constant potential lines 3b and 12 and their wirings shown in FIGS. The TFT 10 and the storage capacitor 30 which are connected circuit elements are included. The data line circuit 101 to which the data line 6 is connected and the scanning line circuit 102 to which the scanning line 3a is connected can be separately attached to the substrate 1 as an integrated circuit.

このような光電変換装置としてのイメージセンサー100によれば、定電位線3b、12によって光電変換部としてのフォトダイオード20に逆バイアスを印加した状態で、フォトダイオード20に対して図4に示すように基板1の裏面側より光が入射される。それにより、n型半導体であるバッファー層21とp型半導体膜22とのpn接合を有するフォトダイオード20に光電流が流れ、それに応じた電荷が保持容量30に蓄積される。   According to the image sensor 100 as such a photoelectric conversion device, as shown in FIG. 4 with respect to the photodiode 20 in a state where a reverse bias is applied to the photodiode 20 as the photoelectric conversion unit by the constant potential lines 3b and 12. Light enters the substrate 1 from the back side. As a result, a photocurrent flows through the photodiode 20 having a pn junction between the buffer layer 21, which is an n-type semiconductor, and the p-type semiconductor film 22, and charges corresponding thereto are accumulated in the storage capacitor 30.

また、複数の走査線3aのそれぞれによって複数のTFT10をON(選択)させることで、データ線6には、各フォトセンサー50が備える保持容量30に蓄積された電荷に対応する信号が順次出力される。従って、素子領域Fにおいてそれぞれのフォトセンサー50が受光した光の強度をそれぞれ検出することができる。   Further, by turning on (selecting) the plurality of TFTs 10 by each of the plurality of scanning lines 3a, signals corresponding to the charges accumulated in the storage capacitors 30 included in the respective photosensors 50 are sequentially output to the data lines 6. The Accordingly, the intensity of light received by each photosensor 50 in the element region F can be detected.

本実施形態の光電変換部としてのフォトダイオード20は、n型半導体であるバッファー層21とp型半導体膜22とのpn接合界面に析出される不純物が抑制されていることにより、光感度の低下やリーク電流の増大を抑制できる。この点は、上記構造からも明らかであるが、以下に示す製造方法を説明した上で詳述する。   In the photodiode 20 as the photoelectric conversion unit of the present embodiment, the impurities precipitated at the pn junction interface between the buffer layer 21 that is an n-type semiconductor and the p-type semiconductor film 22 are suppressed, so that the photosensitivity decreases. And increase in leakage current can be suppressed. Although this point is clear also from the said structure, it explains in full detail after demonstrating the manufacturing method shown below.

(実施形態2)
<光電変換装置の製造方法>
図4(A)〜(E)及び図5(A)〜(D)に示す製造方法は、図4に示す平坦化膜7bまでが形成された基板1が準備され、その基板1に光電変換部としてのフォトダイオード20を形成する方法を示している。平坦化膜7bまでの形成工程は、通常の半導体装置の製造方法と同様にして実施できるので、説明を省略する。
(Embodiment 2)
<Method for Manufacturing Photoelectric Conversion Device>
In the manufacturing method shown in FIGS. 4A to 4E and FIGS. 5A to 5D, the substrate 1 on which the planarizing film 7b shown in FIG. 4 is formed is prepared, and the substrate 1 is subjected to photoelectric conversion. 3 shows a method of forming a photodiode 20 as a part. Since the formation process up to the planarizing film 7b can be performed in the same manner as a normal method for manufacturing a semiconductor device, description thereof is omitted.

図4(A)に示すように、平坦化膜7b上に下部電極8が例えばITOにより形成される。下部電極8はフォトリソグラフィ―工程とエッチング工程を経て、図4に示すフォトダイオード20のセンサー領域20aにパターニング形成される。   As shown in FIG. 4A, the lower electrode 8 is formed of, for example, ITO on the planarizing film 7b. The lower electrode 8 is patterned and formed in the sensor region 20a of the photodiode 20 shown in FIG. 4 through a photolithography process and an etching process.

図4(B)に示すように下部電極8を覆ってn型導電層9が例えばZnO膜で形成された後に、図4(C)に示すようにn型導電層9を覆ってn型半導体膜であるバッファー層21が、例えばCBD(Chemical Bath Deposition)法等によってCdS膜により形成される。なお、図4には示されていないn型導電層9は、低リーク化のために設けられているが、必須ではない。   After the n-type conductive layer 9 is formed of, for example, a ZnO film so as to cover the lower electrode 8 as shown in FIG. 4B, the n-type semiconductor is covered so as to cover the n-type conductive layer 9 as shown in FIG. The buffer layer 21 that is a film is formed of a CdS film by, for example, a CBD (Chemical Bath Deposition) method. Note that the n-type conductive layer 9 not shown in FIG. 4 is provided to reduce leakage, but is not essential.

図4(D)に示すように、バッファー層21上に、スパッタリング法等によって、Cu―Ga合金膜22AとIn膜22Bを形成する。Cu―Ga合金膜22AとIn膜22Bは、後のセレン化アニールによってカルコパイライト構造を有するp型半導体膜22となる前駆体としてのプリカーサ膜である。プリカーサ膜の合計膜厚は500nm程度である。   As shown in FIG. 4D, a Cu—Ga alloy film 22A and an In film 22B are formed on the buffer layer 21 by sputtering or the like. The Cu—Ga alloy film 22A and the In film 22B are precursor films as precursors that become the p-type semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure by subsequent selenization annealing. The total film thickness of the precursor film is about 500 nm.

図4(E)はセレン化アニール工程を示す。図4(D)の工程が終了した後、この基板1をセレン化アニールすることによって、プリカーサ膜であるCu―Ga合金膜22AとIn膜22Bはカルコパイライト構造を有するp型半導体膜(CIGS膜)22となる。セレン化アニールは、セレン化水素(HSe)ガスを含む雰囲気中で、好ましくは520℃以下、例えば500℃程度の温度によるアニールである。500℃は、本実施形態で用いた金属配線層3g,5d,5s,6の形成材料である高融点金属Moの耐熱温度よりも低い。 FIG. 4E shows a selenization annealing process. After the step of FIG. 4D is completed, the substrate 1 is subjected to selenization annealing, so that the Cu—Ga alloy film 22A and the In film 22B, which are precursor films, are p-type semiconductor films (CIGS films) having a chalcopyrite structure. ) 22. The selenization annealing is annealing at a temperature of preferably 520 ° C. or less, for example, about 500 ° C. in an atmosphere containing hydrogen selenide (H 2 Se) gas. The temperature of 500 ° C. is lower than the heat resistance temperature of the refractory metal Mo which is a material for forming the metal wiring layers 3g, 5d, 5s, 6 used in the present embodiment.

ここで、カルコパイライト構造を有するp型半導体膜22として例えばCuInSeやCuInGaSeを成膜する時には、成分元素の組成比Cu:In:Se=1:1:2が厳密に調整される必要がある。そうでないと、余剰となったCuとSeによりセレン化合物(CuSe)22Dが析出されてしまう。CuSeの融点は523℃であるので、520℃以下のアニール温度では溶融されない。しかし、本実施形態では、セレン化合物22Dはpn接合界面には析出せず、図4(E)に示すようにもっぱらp型半導体膜22の表面に析出される。 Here, when, for example, CuInSe 2 or CuInGaSe 2 is formed as the p-type semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure, the composition ratio of component elements Cu: In: Se = 1: 1: 2 needs to be strictly adjusted. is there. Otherwise, the selenium compound (CuSe) 22D is precipitated by excess Cu and Se. Since the melting point of CuSe is 523 ° C., it is not melted at an annealing temperature of 520 ° C. or less. However, in this embodiment, the selenium compound 22D is not deposited on the pn junction interface, but is deposited only on the surface of the p-type semiconductor film 22 as shown in FIG.

このように、実施形態2に係る製造方法では、n型半導体膜21を形成した後にp型半導体膜22を形成している。それにより、図4に示す本実施形態1に係るフォトダイオード20では、基板1に近い側に位置するn型半導体膜21の上にp型半導体膜22が接合された構造となり、pn接合界面に析出されるセレン化合物22Dを抑制できる。それにより、図4に示すフォトダイオード20では、光感度の低下やリーク電流の増大を抑制できる。   As described above, in the manufacturing method according to the second embodiment, the p-type semiconductor film 22 is formed after the n-type semiconductor film 21 is formed. As a result, the photodiode 20 according to the first embodiment shown in FIG. 4 has a structure in which the p-type semiconductor film 22 is joined to the n-type semiconductor film 21 located on the side close to the substrate 1, and the pn junction interface is formed. The precipitated selenium compound 22D can be suppressed. Thereby, in the photodiode 20 shown in FIG. 4, it is possible to suppress a decrease in photosensitivity and an increase in leakage current.

図5(A)は、図4(E)に示すp型半導体膜22上のセレン化合物22Dを除去する追加的工程を示している。セレン化合物22Dは、例えばライトエッチングすることで除去することができる。なお、セレン化合物22Dは完全に除去する必要はない。セレン化合物22Dは導電性を有するので、p型半導体膜22と上部電極23との間に介在しても導電を阻害するものではないからである。p型半導体膜22の表面を平坦化する目的でセレン化合物22Dを除去しても良い。   FIG. 5A shows an additional step of removing the selenium compound 22D on the p-type semiconductor film 22 shown in FIG. The selenium compound 22D can be removed by, for example, light etching. The selenium compound 22D need not be completely removed. This is because, since the selenium compound 22D has conductivity, even if it is interposed between the p-type semiconductor film 22 and the upper electrode 23, the conductivity is not inhibited. For the purpose of planarizing the surface of the p-type semiconductor film 22, the selenium compound 22D may be removed.

その後は、下部電極8上のn型導電層9、n型半導体膜21及びp型半導体膜22をフォトリソグラフィ工程によりパターニングし(図5(B)参照)、それらを覆うように第3層間絶縁膜11をSiにより形成し、開口11aを形成する(図5(B)参照)。最後に、開口11aを介してp型半導体膜22と接続される上部電極23を形成することで(図5(D)参照)、フォトダイオード20が完成する。 After that, the n-type conductive layer 9, the n-type semiconductor film 21 and the p-type semiconductor film 22 on the lower electrode 8 are patterned by a photolithography process (see FIG. 5B), and the third interlayer insulation is formed so as to cover them. The film 11 is formed of Si 3 N 4 to form an opening 11a (see FIG. 5B). Finally, the upper electrode 23 connected to the p-type semiconductor film 22 through the opening 11a is formed (see FIG. 5D), whereby the photodiode 20 is completed.

図6は、実施形態2の製法により製造されたフォトダイオード20を示し、上述したセレン化合物22Dが析出し易い場所は、図6にて符号Aで示すp型半導体膜22と上部電極23との界面である。一方、図7はp型半導体膜22の上にn型金導体膜21を積層形成した比較例の構造を示す。図7では、セレン化合物22Dが析出し易い場所は、図7にて符号Bで示すp型半導体膜22とn型半導体膜21との界面である。よって、図7の比較例ではp型半導体膜22とn型半導体膜21との界面にて析出されるセレン化合物により、光感度の低下やリーク電流の増大が生じする。   FIG. 6 shows the photodiode 20 manufactured by the manufacturing method of the second embodiment, and the place where the above-described selenium compound 22D is likely to be deposited is the position between the p-type semiconductor film 22 and the upper electrode 23 indicated by symbol A in FIG. It is an interface. On the other hand, FIG. 7 shows the structure of a comparative example in which an n-type gold conductor film 21 is laminated on a p-type semiconductor film 22. In FIG. 7, the place where the selenium compound 22 </ b> D is likely to precipitate is the interface between the p-type semiconductor film 22 and the n-type semiconductor film 21, which is indicated by a symbol B in FIG. 7. Accordingly, in the comparative example of FIG. 7, the selenium compound deposited at the interface between the p-type semiconductor film 22 and the n-type semiconductor film 21 causes a decrease in photosensitivity and an increase in leakage current.

(実施形態3)
<生体認証装置>
次に、本実施形態の電子機器としての生体認証装置について、図8を参照して説明する。図8(A)は生体認証装置を示す概略斜視図、図8(B)は概略断面図である。
(Embodiment 3)
<Biometric authentication device>
Next, a biometric authentication device as an electronic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a schematic perspective view showing a biometric authentication device, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view.

図8(A)及び(B)に示すように、本実施形態の電子機器としての生体認証装置500は、指の静脈パターンを光検出(撮像)して、予め登録された個人ごとの静脈パターンと比較することで、生体認証装置500にかざされた指を持つ個人を特定して認証する装置である。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the biometric authentication device 500 as an electronic apparatus according to the present embodiment detects (images) a vein pattern of a finger and registers a vein pattern for each individual registered in advance. By comparing with the biometric authentication device 500, the individual holding the finger is identified and authenticated.

具体的には、かざされた指を所定の場所に配置する溝を有した被写体受け部502と、上記実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー100が取り付けられた撮像部504と、被写体受け部502と撮像部504との間に配置されたマイクロレンズアレイ503と、を備えている。   Specifically, a subject receiving unit 502 having a groove for placing a held finger at a predetermined location, an imaging unit 504 to which the image sensor 100 as the photoelectric conversion device of the embodiment is attached, and a subject receiving unit And a microlens array 503 disposed between the imaging unit 504 and the imaging unit 504.

被写体受け部502には、溝に沿って両側に複数配置された光源501が内蔵されている。光源501は、外光に影響されずに静脈パターンを撮像するため、可視光以外の近赤外光を射出する例えば発光ダイオード(LED)やEL素子などが用いられている。   The subject receiver 502 includes a plurality of light sources 501 arranged on both sides along the groove. The light source 501 uses, for example, a light emitting diode (LED) or an EL element that emits near-infrared light other than visible light in order to capture a vein pattern without being affected by external light.

光源501によって指の中の静脈パターンが照明され、その映像光がマイクロレンズアレイ503に設けられたマイクロレンズ503aによってイメージセンサー100に向けて集光される。マイクロレンズ503aは、イメージセンサー100のフォトセンサー50ごとに対応して設けても良いし、複数のフォトセンサー50と対となるように設けても良い。   The vein pattern in the finger is illuminated by the light source 501, and the image light is condensed toward the image sensor 100 by the microlens 503 a provided in the microlens array 503. The microlens 503a may be provided corresponding to each photosensor 50 of the image sensor 100, or may be provided so as to be paired with a plurality of photosensors 50.

なお、光源501を内蔵した被写体受け部502とマイクロレンズアレイ503との間に、複数の光源501による照明光の輝度ムラを補正する光学補償板を設けても良い。このような生体認証装置500によれば、近赤外光を受光して、照明された静脈パターンを映像パターンとして正確に出力可能なイメージセンサー100を備えているので、確実に生体(人体)を認証することができる。   Note that an optical compensator for correcting luminance unevenness of illumination light from the plurality of light sources 501 may be provided between the subject receiving unit 502 incorporating the light source 501 and the microlens array 503. According to such a biometric authentication apparatus 500, the image sensor 100 that receives near-infrared light and can accurately output the illuminated vein pattern as a video pattern is provided. It can be authenticated.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.

(変形例1)
上記実施形態のイメージセンサー100において、フォトセンサー50の電気的な構成とその接続は、これに限定されない。例えば、フォトダイオード20からの電気的な出力をTFT10のゲート電極3gに接続して、ソース電極5sとドレイン電極5dとの間の電圧や電流の変化として受光を検出するとしても良い。
(Modification 1)
In the image sensor 100 of the above embodiment, the electrical configuration of the photosensor 50 and its connection are not limited to this. For example, the electrical output from the photodiode 20 may be connected to the gate electrode 3g of the TFT 10 to detect light reception as a change in voltage or current between the source electrode 5s and the drain electrode 5d.

(変形例2)
上記実施形態のイメージセンサー100において、カルコパイライト構造を有する半導体膜22に含まれるVIB(6B)族元素はセレン(Se)としたが、必ずしもSeに限定されない。例えば、VIB(6B)族元素を硫黄(S)とし、カルコパイライト構造を有する半導体膜22をCIS膜としても良い。また、カルコパイライト構造を有する半導体膜22に含まれるVIB(6B)族元素は、SeとSの2元素でも良い。
(Modification 2)
In the image sensor 100 of the above embodiment, the VIB (6B) group element included in the semiconductor film 22 having the chalcopyrite structure is selenium (Se), but is not necessarily limited to Se. For example, the VIB (6B) group element may be sulfur (S), and the semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure may be a CIS film. Further, the VIB (6B) group element contained in the semiconductor film 22 having a chalcopyrite structure may be two elements of Se and S.

(変形例3)
上記実施形態の光電変換装置の製造方法において、プリカーサ膜はCu―Ga合金膜21AとIn膜21Bとしたが、これに限定されない。例えば、Cu―Ga合金膜の代わりに、Cu膜を成膜しても良い。この場合、カルコパイライト構造を有する半導体膜は、CIS膜となる。また、成膜順序を変更して、In膜を成膜した後に、Cu−Ga合金膜やCu膜を成膜しても良い。更に、積層数を増やして、Cu―Ga合金膜とIn膜を何層にも積層しても良い。また、積層膜ではなく、Cu―In−Ga合金膜やCu−In合金膜を成膜しても良い。
(Modification 3)
In the manufacturing method of the photoelectric conversion device of the above embodiment, the precursor film is the Cu—Ga alloy film 21A and the In film 21B, but is not limited thereto. For example, a Cu film may be formed instead of the Cu—Ga alloy film. In this case, the semiconductor film having a chalcopyrite structure is a CIS film. Further, the Cu—Ga alloy film or the Cu film may be formed after the In film is formed by changing the film formation order. Further, the Cu—Ga alloy film and the In film may be stacked in any number by increasing the number of stacked layers. Further, instead of a laminated film, a Cu—In—Ga alloy film or a Cu—In alloy film may be formed.

(変形例4)
上記実施形態のイメージセンサー100が搭載される電子機器は、生体認証装置500に限定されない。例えば、指紋や眼球の虹彩を撮像する固体撮像装置にも適用することができる。また、生体認証装置510は、図9に示すように、被写体受け部502と撮像部504との間に、マイクロレンズアレイ503と発光装置512を有することができる。発光装置512は、複数の発光素子(例えば有機EL等)512aを有している。これにより図8(A)に示す光源501を被写体受け部502に設ける必要はない。図9の構造では、発光素子(例えば有機EL等)512aからフォトダイオード20に直接光が入射することを阻止する遮光部504aを撮像部504に設けても良い。
(Modification 4)
The electronic device on which the image sensor 100 of the above embodiment is mounted is not limited to the biometric authentication device 500. For example, the present invention can be applied to a solid-state imaging device that images a fingerprint or an iris of an eyeball. Further, as shown in FIG. 9, the biometric authentication device 510 can include a microlens array 503 and a light emitting device 512 between the subject receiving unit 502 and the imaging unit 504. The light emitting device 512 includes a plurality of light emitting elements (for example, an organic EL) 512a. Accordingly, it is not necessary to provide the light source 501 shown in FIG. In the structure of FIG. 9, the imaging unit 504 may be provided with a light shielding unit 504 a that prevents light from directly entering the photodiode 20 from the light emitting element (e.g., organic EL) 512 a.

1 基板、5d,5s,6 金属配線、8 下部電極、10 回路素子(TFT)、20 光電変換部(フォトセンサー)21 n型半導体膜、22 p型半導体膜、22A,22B,22C p型半導体膜の前駆体、22D 不純物(セレン化合物)、23 上部電極、100 光電変換装置(イメージセンサー)、101 データ線回路、102 走査線回路、500,510 電子機器(生体認証装置)、501 光源、502 被写体受け部、503 マイクロレンズアレイ、503a マイクロレンズ、504 撮像部、512 発光装置、F 素子領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 5d, 5s, 6 Metal wiring, 8 Lower electrode, 10 Circuit element (TFT), 20 Photoelectric conversion part (photosensor) 21 n-type semiconductor film, 22 p-type semiconductor film, 22A, 22B, 22C p-type semiconductor Film precursor, 22D impurity (selenium compound), 23 upper electrode, 100 photoelectric conversion device (image sensor), 101 data line circuit, 102 scanning line circuit, 500, 510 electronic device (biometric authentication device), 501 light source, 502 Subject receiving unit, 503 micro lens array, 503a micro lens, 504 imaging unit, 512 light emitting device, F element region

Claims (9)

回路素子を有する回路部が形成された基板に、前記回路素子に接続される光電変換部を形成する光電変換装置の製造方法であって、
前記基板上にて前記光電変換部を形成する領域に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極に導通するn型半導体膜を形成する工程と、
前記n型半導体膜にpn接合されるカラコパイライト構造を有するp型半導体膜を形成する工程と、
前記p型半導体膜に導通する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
A method of manufacturing a photoelectric conversion device, wherein a photoelectric conversion unit connected to the circuit element is formed on a substrate on which a circuit unit having a circuit element is formed,
Forming a lower electrode in a region where the photoelectric conversion part is formed on the substrate;
Forming an n-type semiconductor film conducting to the lower electrode;
Forming a p-type semiconductor film having a chalcopyrite structure that is pn-junction to the n-type semiconductor film;
Forming an upper electrode conducting to the p-type semiconductor film;
A process for producing a photoelectric conversion device, comprising:
前記p型半導体膜を形成する工程は、
前記n型半導体膜上に前記p型半導体膜の前駆体を形成する工程と、
前記前駆体が形成された前記基板を、VIB(6B)族元素を含む雰囲気でアニールする工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。
The step of forming the p-type semiconductor film includes
Forming a precursor of the p-type semiconductor film on the n-type semiconductor film;
Annealing the substrate on which the precursor is formed in an atmosphere containing a VIB (6B) group element;
The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記p型半導体膜は、CuInGa1−XSe(0≦X≦1)であることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置の製造方法。 The p-type semiconductor film, CuIn X Ga 1-X Se 2 (0 ≦ X ≦ 1) manufacturing method of a photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, characterized in that a. 前記アニール工程は520℃以下で行われることを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置の製造方法。   The said annealing process is performed at 520 degrees C or less, The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 前記アニール工程は、前記回路部に形成される金属配線層の耐熱温度以下で行われることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項記載の光電変換装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the annealing step is performed at a temperature equal to or lower than a heat resistant temperature of a metal wiring layer formed in the circuit portion. 前記p型半導体膜を形成した後に、前記p型半導体膜の表面に析出した不純物を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載の光電変換装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising a step of removing impurities deposited on a surface of the p-type semiconductor film after forming the p-type semiconductor film. Method. 前記光電変換部は、前記基板の厚さ方向から見て前記回路部と重ならない領域に形成され、前記基板及び前記下部電極は、前記基板に入射される光の波長に対して透明な材料にて形成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載の光電変換装置の製造方法。   The photoelectric conversion unit is formed in a region that does not overlap the circuit unit when viewed from the thickness direction of the substrate, and the substrate and the lower electrode are made of a material that is transparent to the wavelength of light incident on the substrate. The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion device is formed. 裏面から入射される光の波長に対して透明な基板と、
前記基板に形成される回路素子を含む回路部と、
前記基板の表面側であって、前記基板の厚さ方向から見て前記回路部と重ならない領域に設けられた光電変換部と、
を有し、
前記光電変換部は、
前記波長に対して透明な下部電極と、
前記下部電極に導通するn型半導体膜と、
前記n型半導体膜にpn接合されるカラコパイライト構造を有するp型半導体膜と、
前記p型半導体膜に導通する上部電極と、
を含むことを特徴とする光電変換装置。
A substrate transparent to the wavelength of light incident from the back surface;
A circuit portion including circuit elements formed on the substrate;
A photoelectric conversion unit provided on a surface side of the substrate and not overlapping with the circuit unit when viewed from the thickness direction of the substrate;
Have
The photoelectric converter is
A lower electrode transparent to the wavelength;
An n-type semiconductor film conducting to the lower electrode;
A p-type semiconductor film having a chalcopyrite structure that is pn-junction to the n-type semiconductor film;
An upper electrode conducting to the p-type semiconductor film;
A photoelectric conversion device comprising:
請求項8に記載の光電変換装置を有することを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the photoelectric conversion device according to claim 8.
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