JP2899052B2 - Thin film semiconductor device - Google Patents

Thin film semiconductor device

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JP2899052B2
JP2899052B2 JP2080006A JP8000690A JP2899052B2 JP 2899052 B2 JP2899052 B2 JP 2899052B2 JP 2080006 A JP2080006 A JP 2080006A JP 8000690 A JP8000690 A JP 8000690A JP 2899052 B2 JP2899052 B2 JP 2899052B2
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thin film
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忠司 阿閉
英正 水谷
石井  隆之
尚徳 津田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光電変換により光を電気信号に変換する光
センサ等を含む薄膜半導体装置に関し、特に、フアクシ
ミリ、イメージリーダ等の原稿を読み取る画像読取装置
の光電変換部に用いられる光センサ等を含む薄膜半導体
装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin-film semiconductor device including an optical sensor for converting light into an electric signal by photoelectric conversion, and more particularly, to an image reading document such as a facsimile or an image reader. The present invention relates to a thin-film semiconductor device including an optical sensor used for a photoelectric conversion unit of a reading device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、光センサは、光導電型と光起電力型の2種類が
知られており、目的によって使いわけられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of optical sensors, a photoconductive type and a photovoltaic type, are known.

中でも光導電型は光電変換における利得が1以上(一
般的には100程度)になるので、出力を大きくすること
ができ、フアクシミリやイメージリーダー等の画像読取
装置に使われてきた。
Above all, the photoconductive type has a gain in photoelectric conversion of 1 or more (generally about 100), so that the output can be increased, and it has been used for an image reading device such as a facsimile or an image reader.

光導電型光センサとして、第1図に示されるようなコ
プラナー型の構成をしたものが知られている。第1図に
おいて、11はガラス等の支持体、12はゲート電極、13は
ゲート絶縁膜、14は例えばアモルファスシリコン等の薄
膜半導体層、15はアモルファスシリコンにN型の不純物
を含有させたn+層であるオーミックコンタクト層、16
は上部電極であるソース、ドレイン層、17は保護層であ
る。
As a photoconductive optical sensor, one having a coplanar structure as shown in FIG. 1 is known. In FIG. 1, 11 is a support such as glass, 12 is a gate electrode, 13 is a gate insulating film, 14 is a thin film semiconductor layer such as amorphous silicon, and 15 is an n + layer in which amorphous silicon contains N-type impurities. Ohmic contact layer, 16
Is a source / drain layer which is an upper electrode, and 17 is a protective layer.

また、第8図は第1図に示された光センサを画像読み
取り装置に用いた場合の模式的断面図が示される。
FIG. 8 is a schematic sectional view when the optical sensor shown in FIG. 1 is used in an image reading device.

第8図において、81はガラス等の支持体、82はゲート
電極、83はゲート絶縁膜、84は例えばアモルファスシリ
コン等の薄膜半導体層、85はアモルファスシリコンにN
型の不純物を含有させたn+層であるオーミックコンタ
クト層、86は上部電極であるソース、ドレイン層、87は
保護層、88は光電変換部、89は接着層、90は耐摩耗層、
91は原稿、92は光源、93は、光センサである。
In FIG. 8, 81 is a support such as glass, 82 is a gate electrode, 83 is a gate insulating film, 84 is a thin film semiconductor layer such as amorphous silicon, and 85 is amorphous silicon.
Ohmic contact layer which is an n + layer containing an impurity of the type, 86 is a source and drain layer which is an upper electrode, 87 is a protective layer, 88 is a photoelectric conversion section, 89 is an adhesive layer, 90 is a wear-resistant layer,
Reference numeral 91 denotes a document, 92 denotes a light source, and 93 denotes an optical sensor.

光源92から照射された光は、原稿91で反射され光電変
換部に入射して電気信号に変換される。
The light emitted from the light source 92 is reflected by the original 91, enters the photoelectric conversion unit, and is converted into an electric signal.

第1図及び第8図に示されるように、コプラナ型の光
センサは、光電変換部18、88のオーミツクコンタクト層
を除去して、薄膜半導体層14、84を露出する。
As shown in FIGS. 1 and 8, the coplanar optical sensor removes the ohmic contact layers of the photoelectric conversion units 18 and 88 to expose the thin film semiconductor layers 14 and 84.

そのため薄膜半導体層を保護するため、表面に保護層
17、87を設けて用いられるのが普通である。
Therefore, to protect the thin-film semiconductor layer, a protective layer
It is common to use with 17, 87.

従来保護層87にはポリイミドのような有機材料の有機
膜、窒化ケイ素(以下SiNと略す)膜、酸化ケイ素膜等
の無機材料の無機膜が提案されていた。
Conventionally, an organic film made of an organic material such as polyimide, a silicon nitride (hereinafter abbreviated as SiN) film, an inorganic film made of an inorganic material such as a silicon oxide film has been proposed as the protective layer 87.

耐水性(耐湿性)という観点からは、無機膜の方が優
れているが、アモルフアスシリコンのセンサに対しては
特開昭63−92052号公報にもあるように、薄膜半導体層
を形成するアモルフアスシリコンが保護層形成時にダメ
ージを受けることを考慮する必要がある。そして、実用
的には、有機材料であるポリイミドが保護層として使用
されている。
From the viewpoint of water resistance (moisture resistance), an inorganic film is superior, but a thin film semiconductor layer is formed on an amorphous silicon sensor as described in JP-A-63-92052. It is necessary to consider that the amorphous silicon is damaged when forming the protective layer. Practically, polyimide, which is an organic material, is used as a protective layer.

但し、有機材料の保護層では、水分の浸入を絶対的に
防ぐことはできず、膜厚を大きくしたり、保護層を設け
る範囲を広げたりして、保護層や保護層の端部からの水
分の浸入があっても、センサ部へ水分が到達するまでの
時間をのばして使用しているのが実態である。
However, with a protective layer made of an organic material, it is impossible to absolutely prevent the intrusion of moisture, and the film thickness or the range in which the protective layer is provided is increased by increasing the thickness of the protective layer or the edge of the protective layer. In reality, even if there is intrusion of water, the time until the water reaches the sensor unit is extended and used.

つまり実際的には、画像読取装置に使われるセンサア
レイの支持体の幅を大きくして耐水性(耐湿性)を上げ
ていた。
That is, in practice, the width of the support of the sensor array used in the image reading apparatus is increased to increase the water resistance (moisture resistance).

〔発明が解決しようとしている問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記有機材料の保護層では、より一層
の小型化、コストダウンの要求、生産量増加に対応し
て、画像読取り装置のセンサアレイの基板(支持体)幅
を小さくするには大きな障害となった。
However, the protective layer made of the organic material described above poses a major obstacle to reducing the width of the substrate (support) of the sensor array of the image reading device in response to the demand for further miniaturization, cost reduction, and increase in production volume. became.

このため幅の狭いセンサアレイを実現するには、アモ
ルフアスシリコンセンサへのダメージから難しいと思わ
れていたが、耐水性の優れているSiN膜を保護層として
用いることが必須となった。
Therefore, it was considered difficult to realize a narrow sensor array due to damage to the amorphous silicon sensor, but it was essential to use a SiN film having excellent water resistance as a protective layer.

また、センサ等を含む薄膜半導体装置の高性能化に伴
い、環境に対する安定性の要求がより一層高まり、その
ためにも耐水性(耐湿性)の優れているSiN膜を保護層
として用いることの要求が高まった。
In addition, as the performance of thin-film semiconductor devices including sensors and the like has increased, the demand for environmental stability has further increased. For this reason, there has been a demand for the use of a SiN film having excellent water resistance (moisture resistance) as a protective layer. Increased.

本発明は、より一層の小型化、コストダウンの要求に
答えられ、支持体の基板幅を小さくすることができる光
センサ等を含む薄膜半導体装置を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film semiconductor device including an optical sensor and the like that can meet the demand for further miniaturization and cost reduction and that can reduce the substrate width of a support.

また、本発明は、耐湿性に優れ、長期間に亙って高温
状態の環境下に置かれても常時安定した特性を保つこと
ができる光センサ等を含む薄膜半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a thin-film semiconductor device including an optical sensor or the like that has excellent moisture resistance and can maintain stable characteristics at all times even in a high-temperature environment for a long period of time. And

更に、本発明は、保護層として最適な材料によって保
護された光センサ等を含む薄膜半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
Still another object of the present invention is to provide a thin film semiconductor device including an optical sensor and the like protected by an optimum material as a protective layer.

また、本発明は、基板、薄膜半導体層、該薄膜半導体
層にオーミツクコンタクト層を介して形成された一対の
電極、前記薄膜半導体層上に設けられた保護層とを有
し、該保護層が、シリコンに対する窒素の比が0.5から
0.9である窒化シリコン膜である光センサ等を含む薄膜
半導体装置を提供することを目的とする。
The present invention also includes a substrate, a thin-film semiconductor layer, a pair of electrodes formed on the thin-film semiconductor layer via an ohmic contact layer, and a protective layer provided on the thin-film semiconductor layer. But the ratio of nitrogen to silicon is from 0.5
It is an object of the present invention to provide a thin-film semiconductor device including an optical sensor or the like which is a silicon nitride film having a thickness of 0.9.

〔問題点を解決するための手段及び作用〕[Means and actions for solving the problems]

上記問題点を解決する、本発明の光センサ等を含む薄
膜半導体装置は、基板、薄膜半導体層、該薄膜半導体層
にオーミツクコンタクト層を介して形成された一対の電
極、前記薄膜半導体層上に設けられた保護層とを有し、
該保護層が、シリコンに対する窒素の比が0.5から0.9で
ある窒化シリコン膜であることを特徴とする。
To solve the above problems, a thin film semiconductor device including an optical sensor and the like of the present invention includes a substrate, a thin film semiconductor layer, a pair of electrodes formed on the thin film semiconductor layer via an ohmic contact layer, And a protective layer provided on the
The protective layer is a silicon nitride film having a nitrogen to silicon ratio of 0.5 to 0.9.

即ち、本発明は、光センサ等を含む薄膜半導体装置の
保護層とするSiN膜の組成を化学量論比(1.3)的に見れ
ば良質の膜とせず、N/Si比を0.5〜0.9とすることで光応
答等の光センサ特性を犠牲にすることなく、耐湿性が非
常に良好な光センサ等を含む薄膜半導体装置を提供する
ものである。
That is, according to the present invention, the composition of the SiN film serving as the protective layer of the thin film semiconductor device including the optical sensor and the like is not considered to be a good quality film in terms of stoichiometry (1.3), and the N / Si ratio is 0.5 to 0.9. Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin-film semiconductor device including an optical sensor or the like having extremely good moisture resistance without sacrificing optical sensor characteristics such as optical response.

また、本発明によれば、実現が困難とされていたアモ
ルフアスシリコンを材料とするコプラナ型光センサに対
して、SiN膜を保護層として有した光センサを実現する
ために最適な条件のSiN保護層をSiN膜のシリコン元素
(以下Siと略す)と窒素元素(以下単にNと略す)の比
をN/Si=0.5〜0.9とすることで得ることができたもので
ある。
Further, according to the present invention, for a coplanar-type optical sensor made of amorphous silicon, which has been considered difficult to realize, SiN under optimal conditions for realizing an optical sensor having a SiN film as a protective layer. The protective layer can be obtained by setting the ratio of the silicon element (hereinafter abbreviated as Si) and the nitrogen element (hereinafter simply abbreviated as N) of the SiN film to N / Si = 0.5 to 0.9.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明
する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施例1) 本発明の光センサの好適な一例は第1図に示されるも
のと同様である。
Example 1 A preferred example of the optical sensor of the present invention is the same as that shown in FIG.

本発明においては、保護層を上記したような材質のも
のとしてある。
In the present invention, the protective layer is made of a material as described above.

具体的に製造手順を説明する。 The manufacturing procedure will be specifically described.

先ず、ガラス等絶縁基板上11上に、Crを1000Åをスパ
ツタ法で堆積し、その後所望の形状にパターニングし
て、ゲート電極12とする。
First, on a glass or the like insulating substrate 11, a C r deposited 1000Å in sputter method, followed by patterning into a desired shape, and the gate electrode 12.

その後ゲート絶縁膜13、半導体層14、オーミツクコン
タクト層15をプラズマCVD法によって堆積させる。
Thereafter, a gate insulating film 13, a semiconductor layer 14, and an ohmic contact layer 15 are deposited by a plasma CVD method.

上記各層の成膜条件は第1表に示すとおりである。 The film forming conditions for each layer are as shown in Table 1.

しかる後、ソース、ドレイン電極となる導電材料であ
る金属、例えばAlを5000Åスパツタ法で堆積させ、所望
の形状にパターニングして、ソース、ドレイン電極16と
する。
Thereafter, a metal, for example, Al, which is a conductive material to be the source and drain electrodes, is deposited by a 5000 ° sputter method and patterned into a desired shape to form the source and drain electrodes 16.

その後、不要なオーミツクコンタクト層をエツチング
で除去し、チヤンネル部(光電変換部)18を形成する。
オーミツクコンタクト層の除去は、リアクテイブ・イオ
ン・エツチングによって行った。
After that, an unnecessary ohmic contact layer is removed by etching, and a channel portion (photoelectric conversion portion) 18 is formed.
The removal of the ohmic contact layer was performed by reactive ion etching.

その後、光センサ間の分離をするため、光センサ間の
不要な部分を除去した。
Thereafter, unnecessary portions between the optical sensors were removed to separate the optical sensors.

さらにその後、保護層として、プラズマCVD法によっ
てプラズマSiN膜17を全面に堆積した。
Thereafter, a plasma SiN film 17 was deposited on the entire surface as a protective layer by a plasma CVD method.

この保護層形成の時、基板温度をあまり上げると、半
導体層14から水素が抜けたり、あるいはソース・ドレイ
ン金属16のAlとオーミツクコンタクト15の間で相互拡散
が起こるという問題が生じるので、この時の基板温度
は、ゲート絶縁膜、半導体層、オーミツクコンタクト層
の形成時の基板温度以上には上げないのが好ましい。
When forming the protective layer, if the substrate temperature is excessively increased, hydrogen may escape from the semiconductor layer 14, or a problem may occur that interdiffusion occurs between Al of the source / drain metal 16 and the ohmic contact 15, so that this problem occurs. It is preferable that the substrate temperature at this time is not higher than the substrate temperature at the time of forming the gate insulating film, the semiconductor layer, and the ohmic contact layer.

即ち、アモルフアスシリコンを用いたセンサの堆積時
の基板温度は150℃〜250℃(ゲート絶縁膜はそれ以上で
も可)なので、保護層の形成時の基板温度も150℃以下
にすることが好ましい。
That is, since the substrate temperature at the time of deposition of the sensor using amorphous silicon is 150 ° C. to 250 ° C. (the gate insulating film can be higher than that), it is preferable that the substrate temperature at the time of forming the protective layer is also 150 ° C. or less. .

基板温度が高い方が一般的には良質のSiN膜が出来る
といわれているが、ここでは基板温度150℃でSiN膜保護
層17形成した。
It is generally said that the higher the substrate temperature, the higher the quality of the SiN film can be formed. Here, the SiN film protective layer 17 was formed at a substrate temperature of 150 ° C.

第2図に基板温度を150℃にして、SiH4=4SCCM,N2=2
00SCCM(SiH4:N2=1:50)のガスを用いて、0.2Torrの圧
力で成膜した時のSiN膜の組成比N/Siを示す。
In FIG. 2, the substrate temperature was set to 150 ° C., and SiH 4 = 4 SCCM, N 2 = 2
The composition ratio N / Si of a SiN film when a film is formed at a pressure of 0.2 Torr using a gas of 00SCCM (SiH 4 : N 2 = 1: 50) is shown.

第2図において、横軸にはPFパワーと電極の大きさで
割ったパワー密度をとった。グラフは、SiH4とN2の比が
1:50であるが、SiH4とN2の比が1:100で100WでもN/Si=
0.75となり、1:50と同様になった(これは堆積時の組成
がパワー律速になっているためと考えられる)。この時
のIp、応答は、1:50でのSiN膜の光センサと同じであっ
た。
In FIG. 2, the horizontal axis represents the PF power and the power density divided by the size of the electrode. The graph shows that the ratio of SiH 4 to N 2 is
1:50, but the ratio of SiH 4 to N 2 is 1: 100 and even at 100 W, N / Si =
It was 0.75, similar to 1:50 (this is probably due to the power-limiting composition during deposition). The Ip and response at this time were the same as those of the SiN film optical sensor at 1:50.

第3図(A)に、この時の光センサの光応答の特性を
示す。
FIG. 3A shows the characteristics of the optical response of the optical sensor at this time.

同図に示されるとおり、保護層中のN/Si比が0.9を超
えるあたりから応答性、特に光のオフ時のToffが急に悪
化してS/N比が悪くなっていることがわかる。
As shown in the figure, it can be seen that the responsiveness, particularly the T off when the light is off, suddenly deteriorates from around the N / Si ratio in the protective layer exceeding 0.9, and the S / N ratio deteriorates. .

第4図(A)に、N/Si比と光学バンドギヤツプ(Eg)
を示す。
Fig. 4 (A) shows the N / Si ratio and optical band gap (Eg).
Is shown.

光センサの保護層として用いられる場合は、光の透過
率が問題になる。本発明の利用分野である画像読取装置
において、光源は中心波長が550〜570nmのLEDやXe管、
蛍光灯等が用いられる。従って保護層としては、これら
光源から照射される波長の光をロスなく通す必要があ
り、Egは550nmに相当する2.2eVより大きい値が要求され
る。この時のSiN膜のN/Si比は0.5である。従って、光応
答の面でもN/Si比が0.5以下になると応答が悪くなる。
また、実際、第1図のようなTFT型(補助電極付)光セ
ンサについて、光電流を測定すると第3図(B)のよう
になる。この時の光センサのバイアスVSDは12V、補助電
極の電位VGはソース電極の電位VSと同じVS=VG=0Vであ
る。
When used as a protective layer of an optical sensor, light transmittance becomes a problem. In the image reading apparatus which is the application field of the present invention, the light source has an LED or Xe tube having a center wavelength of 550 to 570 nm,
A fluorescent lamp or the like is used. Therefore, as the protective layer, it is necessary to pass light of the wavelength emitted from these light sources without loss, and Eg is required to have a value larger than 2.2 eV corresponding to 550 nm. At this time, the N / Si ratio of the SiN film is 0.5. Therefore, in terms of optical response, the response becomes poor when the N / Si ratio is 0.5 or less.
Actually, when a photocurrent is measured for a TFT type (with an auxiliary electrode) optical sensor as shown in FIG. 1, the result is as shown in FIG. 3 (B). Bias V SD of the optical sensor at this time 12V, the potential V G of the auxiliary electrode is the same V S = V G = 0V and the potential V S of the source electrode.

N/Si比が0.5〜0.9で光応答が最適なこと、光電流Ip
N/Siが0.5以下で急減することについて、明確な理由に
ついては解明していないが、以下の理由によるものと考
えられる。
Optimal photoresponse at N / Si ratio of 0.5 to 0.9, photocurrent I p
The clear reason why the N / Si decreases sharply at 0.5 or less has not been elucidated, but is considered to be due to the following reasons.

SiN膜中で、Nが少なくシリコンが過剰になると、シ
リコンの未結合手(いわゆるダングリングボンド)が増
加す。このダングリングボンドは、SiN膜と半導体
(i)層界面に準位を形成し、光によって発生したキヤ
リアをトラツプしてしまい光電流を減少させてしまう。
また、光をOFFした後は界面にトラツプされた電子が放
出され、これが光のOFF時の暗電流となり、光応答を悪
くする。もちろんEgopt小の為に光の透過量の減少分(E
gopt=2.0でIpの減少数%)も含まれる。
In the SiN film, when N is small and silicon is excessive, dangling bonds of silicon increase (so-called dangling bonds). This dangling bond forms a level at the interface between the SiN film and the semiconductor (i) layer, traps a carrier generated by light, and reduces the photocurrent.
Further, after the light is turned off, trapped electrons are emitted to the interface, which becomes a dark current when the light is turned off, and deteriorates the light response. Of course, because of the small Egopt, the amount of decrease in the amount of transmitted light (E
gopt = 2.0 and several percent reduction of Ip ).

N/Siが0.9を超えるとNによる未結合手が増え、上記
と同様の理由で、光応答を悪くしていると考えられる。
あるいはN/Si比を上げる時、成膜時の放電パワーが大き
いので、下の半導体層へのプラズマダメージが大きく、
半導体層に、欠陥による準位を多く発生させてしまって
いることが考えられる。
When N / Si exceeds 0.9, the number of dangling bonds due to N increases, and it is considered that the optical response is deteriorated for the same reason as described above.
Alternatively, when increasing the N / Si ratio, the discharge power during film formation is large, so that the plasma damage to the underlying semiconductor layer is large,
It is conceivable that many levels due to defects are generated in the semiconductor layer.

第4図(B)にSiN膜のバンドと界面の様子を示す。 FIG. 4B shows the state of the band and the interface of the SiN film.

特に、N/Si比が0.9(Egは4eV以上)以上で界面特性が
劣化するのは、平中等(電通技報ED85−78)等が報告し
ているように、a−Si:H膜とSiN膜との界面に不整合に
よる欠陥準位が発生すると考えられている第4図(B)
の(c)。逆スタガー型のTFTでは、表面保護層としてN
/Siが0.9以上(Egが4eV以上)の膜を用いてもチヤンネ
ルは保護層とは反対側のゲート側に形成されるので、ON
電流等のTFT特性には、影響があまり見られない。しか
し、本発明のように、SiN膜と接するa−Si膜の表面近
傍が光電流の通路として利用する。コプラナ型の光セン
サ、特にTFT型の光センサでは、保護層であるSiN膜との
界面近傍の準位が、応答等のセンサ特性に大きく影響す
るのではないかと考えられる。そこで発明者は、光セン
サとして最適な保護層としてのSiN膜の組成比N/Siは0.9
より小さい値の場合であるということを見い出した。
In particular, when the N / Si ratio is 0.9 or more (Eg is 4 eV or more), the interface characteristics deteriorate, as reported by Hiranaka and others (Dentsu Technical Report ED85-78) and the like. It is thought that a defect level due to mismatch occurs at the interface with the SiN film (FIG. 4B).
(C). In a reverse stagger type TFT, N
Even if a film with / Si of 0.9 or more (Eg of 4 eV or more) is used, the channel is formed on the gate side opposite to the protective layer.
There is little effect on the TFT characteristics such as current. However, as in the present invention, the vicinity of the surface of the a-Si film in contact with the SiN film is used as a photocurrent path. In the case of a coplanar optical sensor, particularly a TFT optical sensor, it is considered that the level near the interface with the SiN film serving as a protective layer greatly affects sensor characteristics such as response. Therefore, the inventor has set the composition ratio N / Si of the SiN film as the optimal protective layer as an optical sensor to 0.9.
It was found that this was the case for smaller values.

逆に第4図(B)の(a)のように、N/Si比が小すぎ
てバンドギヤツプが小さすぎると絶縁膜としては不完全
でバンドの障壁が小さく、電子の注入が生じると考えら
れる。
Conversely, if the N / Si ratio is too small and the band gap is too small, as in (a) of FIG. 4 (B), it is considered that the insulating film is incomplete, the band barrier is small, and electron injection occurs. .

以上のことから発明者は、保護膜として用いられるSi
N膜が通常は膜質が悪いといわれている(N/Siが1.1以上
でないと悪い膜質であると一般的に言われている。例え
ば、1989年春季応物東芝らが指摘している予稿集P1141
3p−ZD−6)、N/Siが0.5から0.9の方が特性の良いこ
とを見い出した。
From the above, the inventors have found that Si used as a protective film
It is said that the N film usually has poor film quality (it is generally said that the film quality is poor unless N / Si is 1.1 or more. For example, Toshiba et al.
3p-ZD-6), it was found that N / Si of 0.5 to 0.9 had better characteristics.

実施例では、N2とSiH4によって形成したSiN膜につい
て述べたが、アンモニア(NH3)とSiH4で形成したSiN膜
についてもSiN膜中のN/Siが同じであればN2とSiH4で形
成したときと同じ電気的特性、光学的特性を有すること
を確認しており、本発明はN2とSiH4から形成したSiN膜
のみの効果だけではないことを確認している。
In the embodiment has been described SiN film formed by N 2 and SiH 4, ammonia (NH 3) N 2 and SiH when N / Si is the same of the SiN film also SiN film formed by SiH 4 It has been confirmed that it has the same electrical and optical characteristics as those formed in Example 4 , and that the present invention is not limited to the effect of only the SiN film formed from N 2 and SiH 4 .

本実施例のN/Siが0.7のSiN膜の耐水性を第9図に示
す。従来のポリイミド保護層の光センサ(b)は数100
時間で暗電流が増加するのに対し、本実施例のSiN膜保
護層の光センサ(a)は1,000時間でも暗電流の増加は
見られなかった。
FIG. 9 shows the water resistance of the SiN film of this embodiment having an N / Si of 0.7. Conventional polyimide protective layer optical sensor (b) is several hundred
While the dark current increases with time, the optical sensor (a) with the SiN film protective layer of this example did not show an increase in dark current even after 1,000 hours.

暗電流の増加を抑える効果は、N/Si比が0.5〜0.9の間
で変化は見られなかった。
The effect of suppressing the increase in dark current did not change when the N / Si ratio was between 0.5 and 0.9.

さらに本実施例として、第1図は補助電極付きの光導
電型光センサを示したが、通常の補助電極なしの光導電
型光センサでも全く同じ効果を有している。
Further, as this embodiment, FIG. 1 shows a photoconductive photosensor with an auxiliary electrode, but a photoconductive photosensor without a normal auxiliary electrode has exactly the same effect.

(実施例2) 本発明の第2の実施例として、フアクシミリ等の画像
読み取り装置に応用した場合の側断面図を第5図に示
す。第5図において、50は光源、51はガラス等の支持
体、52はゲート電極、53はゲート絶縁膜、54は例えばア
モルファスシリコン等の薄膜半導体層、55はアモルファ
スシリコンにN型の不純物を含有させたn+層であるオ
ーミックコンタクト層、56は上部電極であるソース、ド
レイン層、57は保護層、58は光電変換部、59は原稿、60
は耐摩耗層、61は、光センサである。
Embodiment 2 As a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a side sectional view when applied to an image reading apparatus such as a facsimile. In FIG. 5, 50 is a light source, 51 is a support such as glass, 52 is a gate electrode, 53 is a gate insulating film, 54 is a thin-film semiconductor layer such as amorphous silicon, and 55 is amorphous silicon containing N-type impurities. An ohmic contact layer as an n + layer, 56 is a source and drain layer as an upper electrode, 57 is a protective layer, 58 is a photoelectric conversion unit, 59 is a manuscript, 60
Is a wear-resistant layer, and 61 is an optical sensor.

光源50からの入射光は原稿59で反射して、第2図の工
程で作成された光センサにより光電変換される。
The incident light from the light source 50 is reflected by the original 59 and is photoelectrically converted by the optical sensor created in the process shown in FIG.

第6図に本発明の薄膜トランジスタ型光センサ及び薄
膜トランジスタで構成した完全コンタクト型センサの回
路の平面図の一例を示す。
FIG. 6 shows an example of a plan view of a circuit of a complete contact type sensor constituted by a thin film transistor type optical sensor and a thin film transistor of the present invention.

同図において、101はマトリクスに形成された配線
部、102は本発明による薄膜トランジスタ型光センサを
用いた光センサ部、103は電荷蓄積部、104aは本発明に
よる薄膜トランジスタを用いた転送用スイツチ、104bは
電荷蓄積部103の電荷をリセツトする本発明による薄膜
トランジスタを用いた放電用スイツチ、105は転送用ス
イツチの信号出力を信号処理ICに接続する引き出し線で
ある。本実施例では光センサ部21、転送用スイツチ104a
及び放電用スイツチ104bを構成する光導電性半導体層と
してa−Si:H膜が用いられ、絶縁層としてプラズマCVD
による窒化シリコン膜が用いられている。
In the figure, 101 is a wiring portion formed in a matrix, 102 is an optical sensor portion using a thin film transistor type optical sensor according to the present invention, 103 is a charge storage portion, 104a is a transfer switch using a thin film transistor according to the present invention, 104b Reference numeral 105 denotes a discharge switch using a thin film transistor according to the present invention for resetting the charge of the charge storage unit 103, and reference numeral 105 denotes a lead connecting the signal output of the transfer switch to a signal processing IC. In this embodiment, the optical sensor unit 21 and the transfer switch 104a
A-Si: H film is used as a photoconductive semiconductor layer constituting the discharge switch 104b, and plasma CVD is used as an insulating layer.
Is used.

尚、第6図においては、煩雑さを避けるために、上下
2層の電極配線のみ示し、上記光導電性半導体層及び絶
縁層は図示していない。さらに上層電極配線と半導体層
との界面にはn+層が形成され、オーミツク接合が取ら
れている。
In FIG. 6, for the sake of simplicity, only upper and lower electrode wirings are shown, and the photoconductive semiconductor layer and the insulating layer are not shown. Further, an n + layer is formed at the interface between the upper electrode wiring and the semiconductor layer, and an ohmic junction is established.

第7図に本発明の薄膜トランジスタ型光センサ及び薄
膜トランジスタで構成した完全コンタクト型センサの回
路の等価回路を示す。同図において、Si,1、Si,2、S
i,3、…Si,n、は、第6図の光センサ部102を構成して
いる光センサであり、iはブロツクの番号、1〜nはブ
ロツク内のビツト数である。(以下Si,nと記す)。ま
た同図において、Ci,nは電荷蓄積部22のコンデンサ
で、光センサSi,nに対応してそれぞれの光電流を蓄積
する。また、蓄積コンデンサCi,nの電荷を負荷コンデ
ンサCXnに転送するための転送用スイツチ23aのトランジ
スタSTi,n、電荷をリセツトする放電用スイツチ23bのト
ランジスタSRi,nも同様に対応している。
FIG. 7 shows an equivalent circuit of a thin-film transistor type photosensor of the present invention and a circuit of a complete contact type sensor constituted by a thin-film transistor. In the figure, S i, 1 , S i, 2 , S
i, 3 ,... S i, n are optical sensors constituting the optical sensor unit 102 in FIG. 6, where i is a block number and 1 to n are the number of bits in the block. (Hereinafter referred to as Si, n ). In the same figure, C i, n is a capacitor of the charge storage unit 22 and stores respective photocurrents corresponding to the optical sensors S i, n . The transistor ST i of the transfer switch 23a for transferring storage capacitor C i, the charge of the n load capacitor CX n, n, transistor SR i of the discharge switch 23b to reset the charge, n also correspond similarly ing.

これらの、光センサSi,n、蓄積コンデンサCi,n、転
送用スイツチトランジスタSTi,n、および放電用スイツ
チトランジスタSRi,nは、それぞれ一列にアレイ状に配
置され、n個で1ブロツクを構成し、全体としてm個の
ブロツクに分けられている。たとえば、センサが1728個
で構成されているとすれば、n=32、m=54とすること
ができる。アレイ状に設けられた転送用スイツチS
Ti,n、放電用スイツチSRi,nのゲート電極は、ゲート配
線部に接続される。転送用スイツチSTi,nのゲート電極
は1番目のブロツク内で共通に接続され、放電用スイツ
チSRi,nのゲート電極は次の順位のブロツクの転送用ス
イツチのゲート電極に接続される。
The optical sensor S i, n , the storage capacitor C i, n , the transfer switch transistor ST i, n , and the discharge switch transistor SR i, n are respectively arranged in a row in an array, and the number of n is one. A block is formed, and is divided into m blocks as a whole. For example, if the number of sensors is 1728, n = 32 and m = 54. Transfer switches S provided in an array
The gate electrode of T i, n and the discharge switch SR i, n is connected to the gate wiring section. The gate electrode of the transfer switch ST i, n is commonly connected in the first block, and the gate electrode of the discharge switch SR i, n is connected to the gate electrode of the transfer switch of the next order block.

マトリクス配線部210の共通線(ゲート駆動線G1,G2,G
3,…Gm)はゲート駆動部246によりドライブされる。一
方信号出力は、マトリクス構成になっている引き出し線
230(信号出力線D1,D2,D3,…Dn)を介して信号処理部24
7(ブロツク単位で)接続される。また、光センサSi,n
のゲート電極は駆動部250に接続されて、負のバイアス
が加えられる。
The common lines (gate drive lines G 1 , G 2 , G
3, ... G m) is driven by the gate driver 246. On the other hand, the signal output is a lead line in a matrix configuration.
230 (signal output lines D 1 , D 2 , D 3 ,... D n )
7 Connected (in blocks). Also, the optical sensor S i, n
Are connected to the drive unit 250, and a negative bias is applied.

かかる構成において、ゲート駆動線G1,G2,G3,…Gm
はゲート駆動部246から順次選択パルス(VG1,VG2,VG3,
…VGm)が供給される。まず、ゲート駆動線にG1選択さ
れると、転送用スイッチST1,1〜ST1,nがON状態となり、
蓄積コンデンサC1,1〜C1,nに蓄積された電荷が負荷コ
ンデンサCX1〜CXnに転送される。次に、ゲート駆動線G2
が選択されると、転送用スイツチST2,1〜ST2,nがON状態
となり、蓄積コンデンサC2,1〜C2,nに蓄積された電荷
が負荷コンデンサCX1〜CXnに転送され、同時に放電用ス
イツチSR1,1〜SR1,nより蓄積コンデンサC1,1〜C1,n
電荷がリセツトされる。以下同様にして、ゲート駆動線
G3,G4,G5,…Gmについても選択されて、読み取り動作が
行われる。これらの動作は各ブロツクごとに行われ、各
ブロツクの信号出力VX1,VX2,VX3,…VXnは信号処理部247
の入力D1,D2,D3,…Dnに送られ、シリアル信号に変換さ
れて出力される。
In this configuration, the gate driving line G 1, G 2, G 3 , ... are sequentially selected pulses from the gate driver 246 to G m (VG 1, VG 2 , VG 3,
... VG m ). First, when G 1 is selected gate driving line, transfer switches ST 1,1 ~ST 1, n is turned ON,
Storage capacitor C 1, 1 -C 1, the charge accumulated in the n is transferred to the load capacitor CX 1 ~CX n. Next, the gate drive line G 2
Is selected, the transfer switches ST 2,1 to ST 2, n are turned on, and the charges stored in the storage capacitors C 2,1 to C 2, n are transferred to the load capacitors CX 1 to CX n. are simultaneously charges of the discharge switch SR 1, 1 to SR 1, storage of n capacitors C 1, 1 -C 1, n is reset. Similarly, the gate drive line
G 3 , G 4 , G 5 ,... G m are also selected and the reading operation is performed. These operations are performed for each block, the signal output VX 1 of each block, VX 2, VX 3, ... VX n signal processing unit 247
Input D 1, D 2, D 3, and is sent to the ... D n, is output after being converted into a serial signal.

更に、本発明の一次元コンタクトセンサアレイは、第
5図に示すように光センサの上部に耐摩耗層60を形成し
てセンサの裏面から光源50により照明し、原稿59を読み
取るレンズレスのコンタクトセンサアレイに使用でき
る。また、等倍結像レンズ(たとえば、日本板硝子のセ
ルフオツクレンズなど)を用いたコンタクトセンサアレ
イにも使用可能である。
Further, as shown in FIG. 5, the one-dimensional contact sensor array of the present invention has a lensless contact for reading a document 59 by forming a wear-resistant layer 60 on the upper part of the optical sensor and illuminating the light source 50 from the back of the sensor. Can be used for sensor arrays. Further, the present invention can also be used for a contact sensor array using an equal-magnification imaging lens (for example, a self-occurring lens of Nippon Sheet Glass).

〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明は、より一層の小型化、
コストダウンの要求に答えられ、支持体の基板幅を小さ
くすることができる光センサ等を含む薄膜半導体装置を
提供することができる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, the present invention further reduces the size,
It is possible to provide a thin-film semiconductor device including an optical sensor or the like that can reduce the width of a substrate of a support member in response to a demand for cost reduction.

また、本発明は、耐湿性に優れ、長期間に亙って高湿
状態の環境下に置かれても常時安定した特性を保つこと
ができる光センサ等を含む薄膜半導体装置を提供するこ
とができる。
Further, the present invention provides a thin-film semiconductor device including an optical sensor or the like which has excellent moisture resistance and can always maintain stable characteristics even when placed in a high-humidity environment for a long period of time. it can.

更に、本発明は、保護層として最適な材料によって保
護された光センサ等を含む薄膜半導体装置を提供するこ
とができる。
Further, the present invention can provide a thin-film semiconductor device including an optical sensor or the like protected by an optimum material as a protective layer.

また、本発明は、光センサの保護層とするSiN膜の組
成を化学量論比(1.3)的に見れば良質の膜とせず、N/S
i比を0.5〜0.9とすることで光応答等の光センサ特性を
犠牲にすることなく、耐湿性が非常に良好な光センサを
提供することができる。
Further, the present invention does not consider that the composition of the SiN film used as the protective layer of the optical sensor is a high-quality film in terms of stoichiometric ratio (1.3).
By setting the i ratio to 0.5 to 0.9, it is possible to provide an optical sensor having extremely good moisture resistance without sacrificing optical sensor characteristics such as optical response.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は光センサの模式的断面図、第2図はSiN膜中のN
/Si比と成膜パワー依存性を示す図、第3図(A)はSiN
膜を保護層として用いた時の光センサの光応答特性図、
第3図(B)はSiN膜を保護層として用いたときの光セ
ンサの光電流と暗電流の特性図、第4図(A)はSiN膜
中のN/Si比と光学バンドギヤツプ、第4図(B)は、Si
N膜のバンドと界面の様子を説明するための図、第5図
は本発明のSiN膜保護層を採用した光センサを用いた画
像読取装置の模式的断面図、第6図は本発明の光センサ
を用いた画像読取装置の模式的平面図、第7図は本発明
の光センサを用いた画像読取装置の等価回路、第8図は
画像読取装置の模式的断面図、第9図は光センサの高温
高湿放置時の暗電流の変化を示す図である。 11,51,81……基板(基体) 12,52,82……ゲート電極 13,53,83……ゲート絶縁膜 14,54,84……半導体層 15,55,85……オーミツクコンタクト層 16,56,86……ソース・ドレイン電極 17,57,87……保護層 18,58,88……光電変換部 59,91……原稿 60,90……薄板ガラス 61,93……光センサ 50,92……光源
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical sensor, and FIG.
FIG. 3 (A) is a graph showing the dependence of the / Si ratio and the deposition power, and FIG.
Light response characteristics of the optical sensor when the film is used as a protective layer,
FIG. 3 (B) is a characteristic diagram of the photocurrent and dark current of the optical sensor when the SiN film is used as a protective layer, and FIG. 4 (A) is the N / Si ratio and the optical band gap in the SiN film. Figure (B) shows the Si
FIG. 5 is a diagram for explaining the state of the band and the interface of the N film, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an image reading apparatus using an optical sensor employing the SiN film protective layer of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a schematic plan view of an image reading device using the optical sensor, FIG. 7 is an equivalent circuit of the image reading device using the optical sensor of the present invention, FIG. 8 is a schematic sectional view of the image reading device, and FIG. It is a figure which shows the change of the dark current at the time of high temperature and high humidity leaving of the optical sensor. 11,51,81… Substrate (base) 12,52,82… Gate electrode 13,53,83… Gate insulating film 14,54,84… Semiconductor layer 15,55,85… Ohmic contact layer 16,56,86 Source / drain electrodes 17,57,87 Protective layer 18,58,88 Photoelectric converter 59,91 Original 60,90 Thin glass 61,93 Optical sensor 50,92 …… Light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 隆之 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 津田 尚徳 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 山野辺 正人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−150060(JP,A) 特開 昭63−124002(JP,A) 特開 平1−226181(JP,A) 特開 昭64−50535(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/318 - 21/32 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/786 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takayuki Ishii 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Naotoku Tsuda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (72) Inventor Masato Yamanobe 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-2-150060 (JP, A) JP-A-63-124002 (JP) JP-A-1-226181 (JP, A) JP-A-64-50535 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/318-21/32 H01L 27/14-27/148 H01L 29/786

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板、薄膜半導体層、該薄膜半導体層にオ
ーミックコンタクト層を介して形成された一対の電極、
前記薄膜半導体層上に設けられた保護層とを有し、該保
護層が、シリコンに対する窒素の比が0.5から0.9である
窒化シリコン膜であることを特徴とする薄膜半導体装
置。
A substrate, a thin film semiconductor layer, a pair of electrodes formed on the thin film semiconductor layer via an ohmic contact layer,
And a protective layer provided on the thin film semiconductor layer, wherein the protective layer is a silicon nitride film having a nitrogen to silicon ratio of 0.5 to 0.9.
【請求項2】前記光センサが、前記一対の電極に対応し
て設けられた補助電極を有する請求項1に記載の薄膜半
導体装置。
2. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein said optical sensor has auxiliary electrodes provided corresponding to said pair of electrodes.
【請求項3】前記薄膜半導体層がアモルファスシリコン
である請求項1に記載の薄膜半導体装置。
3. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein said thin film semiconductor layer is made of amorphous silicon.
【請求項4】前記保護層のエネルギーバンドギャップEg
は2.2から4.0eVである請求項1に記載の薄膜半導体装
置。
4. The energy band gap Eg of the protective layer.
2. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein is 2.2 to 4.0 eV.
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