JP3398195B2 - TFT phototransistor, method of manufacturing the same, and optical sensor circuit using the same - Google Patents

TFT phototransistor, method of manufacturing the same, and optical sensor circuit using the same

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JP3398195B2
JP3398195B2 JP26085993A JP26085993A JP3398195B2 JP 3398195 B2 JP3398195 B2 JP 3398195B2 JP 26085993 A JP26085993 A JP 26085993A JP 26085993 A JP26085993 A JP 26085993A JP 3398195 B2 JP3398195 B2 JP 3398195B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換機能を有する
TFTフォトトランジスタ及びその製造方法に係り、特
に大面積化を可能にし、生産性のすぐれたTFTフォト
トランジスタを提供したり、これを使用した光センサを
提供するものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a TFT phototransistor having a photoelectric conversion function and a method for manufacturing the same, and in particular, provides a TFT phototransistor having a large area and excellent in productivity, and uses the same. The present invention relates to providing an optical sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファクシミリ装置や複写機の読み取り装
置等のイメージセンサやフォトセル等の光電変換装置と
して、従来ではアモルファスシリコン(a−Si)、単
結晶シリコン(c−Si)や、Cds、CdSe、Cd
S−Se等のカルコゲン化合物から成る材料を用いて構
成したフォトダイオードやフォトコンダクタータイプの
セルが一般に使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, amorphous silicon (a-Si), single crystal silicon (c-Si), Cds, CdSe have been used as photoelectric conversion devices such as image sensors and photocells for facsimile machines and readers of copying machines. , Cd
A photodiode or a photoconductor type cell configured by using a material composed of a chalcogen compound such as S-Se is generally used.

【0003】図7にこれらの光電変換機能を有する固体
撮像装置を用いた読み取り装置の一例を示す。図7
(A)はイメージセンサの読み取り回路に用いるセンサ
モジュールの回路図を示し、図7(B)は図7(A)の
回路図の点線で囲んだ部分aの拡大断面構成図を示す。
FIG. 7 shows an example of a reading device using such a solid-state image pickup device having a photoelectric conversion function. Figure 7
FIG. 7A is a circuit diagram of a sensor module used for a reading circuit of an image sensor, and FIG. 7B is an enlarged cross-sectional configuration diagram of a portion a surrounded by a dotted line in the circuit diagram of FIG. 7A.

【0004】図7(A)において、91はTFT、92
はフォトダイオード、93はシフトレジスタを示す。図
7(B)に明示するように、TFT91とフォトダイオ
ード92は同一の石英ガラス基板94上に形成されてお
り、TFT91はポリシリコン層95、ゲート酸化膜9
6、ゲート電極97から成り、フォトダイオード92は
非晶質Si層100、ホウ素をドープした非晶質Si層
101、ITO層102から成る。なお図7(B)にお
いて、98は酸化膜、99は電極、103はパッシベー
ション膜である。
In FIG. 7A, 91 is a TFT and 92 is
Is a photodiode, and 93 is a shift register. As clearly shown in FIG. 7B, the TFT 91 and the photodiode 92 are formed on the same quartz glass substrate 94, and the TFT 91 includes a polysilicon layer 95 and a gate oxide film 9.
6, the gate electrode 97, and the photodiode 92 includes an amorphous Si layer 100, a boron-doped amorphous Si layer 101, and an ITO layer 102. In FIG. 7B, 98 is an oxide film, 99 is an electrode, and 103 is a passivation film.

【0005】図7から明らかな如く、従来のセンサモジ
ュールでは、TFT91から成る駆動スイッチ部分とフ
ォトダイオード92から成る光センサ部分を別々に製造
し、構成する必要がある。
As is apparent from FIG. 7, in the conventional sensor module, it is necessary to separately manufacture and configure the drive switch portion including the TFT 91 and the photosensor portion including the photodiode 92.

【0006】なお、図7では、光センサとしてフォトダ
イオードを用いているが、この他、非晶質Si(a−S
i)を用いたフォトトランジスタ、単結晶シリコン(c
−Si)を用いたマルチチップタイプのイメージセンサ
等も提案されている。
Although a photodiode is used as an optical sensor in FIG. 7, in addition to this, amorphous Si (a-S) is used.
Phototransistor using i), single crystal silicon (c
A multi-chip type image sensor using -Si) has also been proposed.

【0007】[0007]

【課題が解決しようとする課題】ところで従来の固体撮
像装置は、図7からも明らかな如く、光センサ+駆動ス
イッチの構造となり、駆動スイッチと光センサを別々に
製造する必要がある。そのため光センサを製造する工
程、駆動スイッチを製造する工程、それらを結合する工
程など装置を製造するための工程数が多くなり、装置の
歩留りが悪くなる上、コストも高くなるという問題点が
ある。
By the way, the conventional solid-state image pickup device has a structure of an optical sensor + a driving switch, as is apparent from FIG. 7 , and it is necessary to separately manufacture the driving switch and the optical sensor. Therefore, there are problems that the number of steps for manufacturing the device, such as the step of manufacturing the optical sensor, the step of manufacturing the drive switch, the step of connecting them, is increased, the yield of the apparatus is deteriorated, and the cost is increased. .

【0008】また例えばフォトダイオードからなる光セ
ンサ自身に増幅作用がないため、外部に増幅回路を設け
る必要がある。他に、光センサとして提案されているa
−Siを用いたフォトトランジスタは光応答速度が遅い
ため、ファクシミリのG3対応などではそのための対策
が必要となることや、素子の膜の安定性や信頼性に問題
があり、実用には至っていない。
Further, since the optical sensor itself composed of a photodiode does not have an amplifying action, it is necessary to provide an amplifying circuit outside. In addition, a proposed as an optical sensor
Since the phototransistor using -Si has a slow optical response speed, it has not been put into practical use because there is a need for countermeasures for the G3 correspondence of a facsimile and the stability and reliability of the element film. .

【0009】またc−Siを用いたマルチチップタイプ
のイメージセンサでは、チップ間のバラツキが大きいた
め階調をとるのが困難であり、そのために複雑な回路を
必要とする。その上チップ間のつなぎ技術が難しく、良
好な画質を得るのが困難である。
Further, in a multi-chip type image sensor using c-Si, it is difficult to obtain gradation due to a large variation between chips, which requires a complicated circuit. Moreover, it is difficult to connect the chips, and it is difficult to obtain good image quality.

【0010】更に構造的にも密着型イメージセンサとな
るため、高価なセルフォックレンズを使用する必要があ
るという問題点もある。従って本発明の目的は、大面積
に均一な増幅作用を有し、光センサ機能を有するTFT
フォトトランジスタを提供することである。
Further, since it is a contact type image sensor structurally, there is a problem that it is necessary to use an expensive SELFOC lens. Therefore, an object of the present invention is to provide a TFT having a photosensor function, which has a uniform amplifying function over a large area.
It is to provide a phototransistor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、図1に示す如く、結晶化した非単結晶
シリコン層に、ソース領域6とドレイン領域6′とを有
しこれらの間に光照射される活性シリコン層3を具備す
る薄膜トランジスタ(以下TFTという)10を形成す
る。このとき、この活性シリコン層3を、Si2 6
スを用いて非晶質Si膜を成膜し、500℃〜650℃
の温度で4時間〜50時間不活性ガス中で固相成長を行
い、ゲート酸化膜4′を900℃〜1100℃のドライ
酸化またはウェット酸化で形成する。
In order to achieve the above object, the present invention has a crystallized non-single crystal silicon layer having a source region 6 and a drain region 6 ', as shown in FIG. A thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT) 10 including an active silicon layer 3 which is irradiated with light is formed. At this time, an amorphous Si film is formed on the active silicon layer 3 by using Si 2 H 6 gas, and the temperature is set to 500 ° C. to 650 ° C.
Solid phase growth is performed in an inert gas at a temperature of 4 to 50 hours to form a gate oxide film 4'by dry oxidation or wet oxidation at 900 ° C to 1100 ° C.

【0012】[0012]

【作用】これにより、光センサ機能と増幅特性を有する
TFT10を大面積の基板上に多数形成することができ
る。従ってフォトダイオードの如き光センサを用いるこ
となく、大面積の基板上に均一な光電変換特性を有する
固体撮像装置を提供可能となる。
As a result, a large number of TFTs 10 having an optical sensor function and amplification characteristics can be formed on a large-area substrate. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device having uniform photoelectric conversion characteristics on a large-area substrate without using a photosensor such as a photodiode.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の一実施例であるTFTフォトトラン
ジスタ及びその製造方法を図1〜図4により説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A TFT phototransistor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0014】図1は本発明の一実施例であるTFTフォ
トトランジスタの断面構成図を示し、図2及び図3は、
図1に示すTFTフォトトランジスタの製造工程図を示
し、図4は本発明の一実施例のTFTフォトトランジス
タの特性図を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a TFT phototransistor which is an embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the TFT phototransistor shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a characteristic diagram of the TFT phototransistor of one embodiment of the present invention.

【0015】図1において、1は基板、2はSiO
2 膜、3は活性層、4′はゲート絶縁膜、5′はゲート
電極、6はソース領域、6′はドレイン領域、7は絶縁
膜、8は電極、10はTFTフォトトランジスタを各々
示す。
In FIG. 1, 1 is a substrate and 2 is SiO 2.
2 films, 3 is an active layer, 4'is a gate insulating film, 5'is a gate electrode, 6 is a source region, 6'is a drain region, 7 is an insulating film, 8 is an electrode, and 10 is a TFT phototransistor.

【0016】図2及び図3により本発明のTFTフォト
トランジスタの製造工程を説明する。 (1)基板1として、例えば石英基板を用い、この基板
1上にスパッタ法によりSiO2 膜2を3000Åの厚
さに成膜する(図2(A)参照)。
The manufacturing process of the TFT phototransistor of the present invention will be described with reference to FIGS. (1) For example, a quartz substrate is used as the substrate 1, and a SiO 2 film 2 is formed on the substrate 1 by a sputtering method to a thickness of 3000 Å (see FIG. 2A).

【0017】(2)このSiO2 膜2上に非晶質シリコ
ン(a−Si)膜3をLPCVD法により2000Åの
膜厚で成膜する(図2(B)参照)。この時の成膜条件
は以下の通りである。
(2) An amorphous silicon (a-Si) film 3 is formed on the SiO 2 film 2 by LPCVD to a film thickness of 2000 Å (see FIG. 2B). The film forming conditions at this time are as follows.

【0018】 Si2 6 ガス 100〜500 SCCM Heガス 500 SCCM 圧力 0.1 Torr 加熱温度 430〜500℃ (3)次に前記(2)により成膜した非晶質シリコン膜
3に対し、アニール工程を施す。
Si 2 H 6 gas 100 to 500 SCCM He gas 500 SCCM pressure 0.1 Torr heating temperature 430 to 500 ° C. (3) Next, the amorphous silicon film 3 formed by the above (2) is annealed. Perform the process.

【0019】このアニール工程は、前記のLPCVD法
により形成したa−Si膜3を結晶化するために行うも
ので、本実施例ではN2 の如き不活性ガスの雰囲気で固
相成長させ、結晶化を行う。
This annealing step is carried out to crystallize the a-Si film 3 formed by the LPCVD method. In this embodiment, solid phase growth is performed in an atmosphere of an inert gas such as N 2 to crystallize. To convert.

【0020】条件としては以下の通りである。 N2 1 SLM TEMP 600℃ 処理時間 15 hr (4)前記のアニール工程を施して結晶化させた非単結
晶Si膜をパターニングしてアイランド3′を形成する
(図2(C)参照)。
The conditions are as follows. N 2 1 SLM TEMP 600 ° C. processing time 15 hr (4) The non-single crystal Si film crystallized by the annealing process is patterned to form an island 3 ′ (see FIG. 2C).

【0021】(5)このアイランド3′を含む基板1を
熱酸化させて、1000Åのゲート酸化膜4を形成する
(図2(D)参照)。ゲート酸化膜4の成膜条件は以下
の通りである。
(5) The substrate 1 including the island 3'is thermally oxidized to form a 1000 Å gate oxide film 4 (see FIG. 2D). The conditions for forming the gate oxide film 4 are as follows.

【0022】O2 2.7 SLM TEMP 1000℃ 処理時間 150 min なお、この工程においては1000Åのゲート酸化膜4
を作るためだけではなく、この熱処理により前記アイラ
ンド3′を形成する非単結晶Si膜のアニールをも兼用
している。このアニールによりTFTフォトトランジス
タとしての特性を向上させることができる。
O 2 2.7 SLM TEMP 1000 ° C. processing time 150 min In this step, 1000 Å of gate oxide film 4 is formed.
Not only for the purpose of forming the film, but also for annealing the non-single crystal Si film forming the island 3'by this heat treatment. This annealing can improve the characteristics of the TFT phototransistor.

【0023】(6)次にこのゲート酸化膜4上にゲート
電極となるa−Si層5をプラズマCVD法により10
00Åの厚さに成膜する(図2(E)参照)。このa−
Si層5の成膜条件は以下の通りである。
(6) Next, an a-Si layer 5 to be a gate electrode is formed on the gate oxide film 4 by plasma CVD to form 10
A film is formed to a thickness of 00Å (see FIG. 2 (E)). This a-
The film forming conditions for the Si layer 5 are as follows.

【0024】 SiH4 ガス 10〜50 SCCM 5%PH3 /H2 ガス 5〜20 SCCM 圧力 0.1〜0.5 Torr パワー 50〜500 (W) 加熱温度 200〜400℃ (7)エッチングによりゲート電極層とゲート絶縁層の
パターニングを行い、ゲート絶縁膜4′、ゲート電極
5′を形成する(図2(F)参照)。
SiH 4 gas 10 to 50 SCCM 5% PH 3 / H 2 gas 5 to 20 SCCM pressure 0.1 to 0.5 Torr power 50 to 500 (W) heating temperature 200 to 400 ° C. (7) Gate by etching The electrode layer and the gate insulating layer are patterned to form a gate insulating film 4'and a gate electrode 5 '(see FIG. 2F).

【0025】(8)結晶化した非単結晶Si層から成る
アイランド3′上に、ゲート絶縁膜4′をマスクとして
ソース領域6、ドレイン領域6′となる領域にNchの
場合はPを、Pchの場合はBをイオンドーピング法に
よりドープする。図3(A)の場合はPをドープする例
を示す。
(8) On the island 3'comprised of the crystallized non-single-crystal Si layer, with the gate insulating film 4'as a mask, the region to be the source region 6 and the drain region 6'is P in the case of Nch, and Pch. In the case of, B is doped by the ion doping method. In the case of FIG. 3A, an example of doping P is shown.

【0026】(9)窒素雰囲気中で550℃で5時間加
熱し、ドーパントの活性化とゲート電極5′用のa−S
i層の結晶化を行う。 (10)更に例えば水素雰囲気中で400℃30分間加
熱して水素化を行い、半導体層の欠陥準位を減少させ
る。
(9) Heating in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 5 hours to activate the dopant and a-S for the gate electrode 5 '.
Crystallize the i-layer. (10) Further, for example, it is heated in a hydrogen atmosphere at 400 ° C. for 30 minutes to carry out hydrogenation to reduce the defect level of the semiconductor layer.

【0027】(11)基板全体にTEOS法で層間絶縁
膜となるSiO2 膜7を4000Åの膜厚で形成する。
SiO2 膜7の成膜条件は以下の通りである。 TEOSガス 10〜50 SCCM O2 ガス 500 SCCM パワー 50〜300(W) 加熱温度 400℃ (12)このSiO2 膜7を形成後、コンタクトホール
を形成するためパターニングする(図3(B)参照)。
(11) A SiO 2 film 7 serving as an interlayer insulating film is formed in a thickness of 4000 Å on the entire substrate by the TEOS method.
The conditions for forming the SiO 2 film 7 are as follows. TE OS gas 10 to 50 SCCM O 2 gas 500 SCCM power 50 to 300 (W) Heating temperature 400 ° C. (12) After forming this SiO 2 film 7, patterning is performed to form a contact hole (see FIG. 3B). ).

【0028】(13)次に電極用のアルミニウム膜を成
膜後パターニングして、図1に示す如く、アルミニウム
電極8を形成してTFTを完成する。このようにして形
成されたTFTのドレイン電流(ID )−ゲート電圧
(VG)特性を図4(A)、(B)に示す。図4
(A)、(B)において、ゲート幅(W)は180μ
m、ゲート長(L)は20μmのものを使用した。そし
て、図4(A)はソース・ドレイン間の電圧VD =0.
1Vの場合を示し、図4(B)はソース・ドレイン間の
電圧VD =1.00Vの場合を示す。また各図におい
て、曲線Aは光照射のない時のID −VG 特性を示し、
曲線Bは光照射時のID −V G 特性を示し、曲線Cは両
者の差である光電流を示す。縦軸がログ・スケールのた
め、VG が大きくなると曲線BとAは一致するようにみ
えるが、その差は曲線Cに示す通りである。
(13) Next, an aluminum film for electrodes is formed.
After the film is patterned, aluminum is used as shown in FIG.
The electrode 8 is formed to complete the TFT. Shape in this way
Drain current (ID) -Gate voltage
(VG) Characteristics are shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). Figure 4
In (A) and (B), the gate width (W) is 180μ
m, and the gate length (L) was 20 μm. That
FIG. 4A shows the voltage V between the source and the drain.D= 0.
The case of 1V is shown, and FIG. 4B shows between the source and the drain.
Voltage VD= 1.00V is shown. Also in each figure
The curve A is I when there is no light irradiation.D-VGCharacterize
Curve B is I for light irradiationD-V GShows the characteristics, curve C shows both
The photocurrent which is the difference between the two is shown. The vertical axis is the log scale
Therefore, VGIt seems that the curves B and A coincide with each other when becomes larger.
However, the difference is as shown in the curve C.

【0029】図4(A)、(B)の各曲線A、B、Cよ
り明らかな如く、このTFTは外からの光に対し感度を
示す。前記の如く、曲線Aは光照射のない時の値、曲線
Bは光照射時の値を示すので、この差である曲線Cがこ
のTFTの光感度を示すものとなる。
As is clear from the curves A, B and C of FIGS. 4A and 4B, this TFT exhibits sensitivity to light from the outside. As described above, since the curve A shows the value when there is no light irradiation and the curve B shows the value when there is light irradiation, the curve C, which is the difference, shows the photosensitivity of this TFT.

【0030】従って、図4から明らかなように、光照射
時のID 値と光照射のない時のID値には明らかな差が
あり、このID 値の差を読み取り出力として、つまり光
感度用のものとして用いることができる。
[0030] Accordingly, as apparent from FIG. 4, there is a clear difference in the I D value when no I D value and the light irradiation time of light irradiation, the difference in the I D value as read output, i.e. It can be used for light sensitivity.

【0031】次に図5、図6により本発明のTFTフォ
トトランジスタを使用した、暗電圧保持型の光センサ回
路について説明する。図5は本発明の暗電圧保持型の光
センサ回路の回路図を示し、図6はこれをIC化したと
きのパターン例を示す。
Next, a dark voltage holding type photosensor circuit using the TFT phototransistor of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a circuit diagram of a dark voltage holding type optical sensor circuit of the present invention, and FIG. 6 shows an example of a pattern when this is integrated into an IC.

【0032】図5において、11は前記本発明の第1実
施例により構成されたTFT、12はスイッチであって
Pチャネル型のTFT13とNチャネル型のTFT14
により構成される。またR1 は抵抗、C1 はコンデンサ
である。
In FIG. 5, 11 is a TFT constructed according to the first embodiment of the present invention, 12 is a switch, which is a P-channel type TFT 13 and an N-channel type TFT 14.
It is composed of Further, R 1 is a resistor and C 1 is a capacitor.

【0033】先ず図5の動作について説明する。 初めにTFT11をダーク状態にしたままTFT13
のゲートにスイッチ信号SWを、TFT14のゲートに
スイッチ信号−SWを付与してスイッチ12をオンに
し、TFT11のドレイン電圧VD をコンデンサC1
保持する。このとき、TFT11のゲートにVG が印加
され、これによりTFT11にはgm・V G にもとづく
電流が流れる。そしてこの電流により抵抗R1 において
電圧降下が生じ、この結果抵抗R1 とTFT11の接続
部分の電圧VD0がコンデンサC1 に暗電位として保持さ
れる。そしてスイッチ12がオフになる。なお前記gm
は、TFTのチャネル長とチャネル幅の比、移動度と、
ゲート印加電圧VG と、閾値にもとづき決まるものであ
る。
First, the operation of FIG. 5 will be described. First of all, the TFT 13 is left with the TFT 11 in the dark state.
Switch signal SW to the gate of
Apply switch signal -SW to turn on switch 12.
The drain voltage V of the TFT 11DCapacitor C1To
Hold. At this time, V is applied to the gate of the TFT 11.GIs applied
As a result, the TFT 11 has gm · V GBased on
An electric current flows. And this current causes resistance R1At
A voltage drop occurs, which results in a resistance R1And TFT11 connection
Partial voltage VD0Is the capacitor C1Held as a dark potential
Be done. Then, the switch 12 is turned off. The above gm
Is the ratio of the TFT channel length to the channel width, the mobility,
Gate applied voltage VGAnd is determined based on the threshold
It

【0034】次にTFT11に光を照射する。これに
よりTFT11のソース・ドレイン間の抵抗値が低下
し、電流が多く流れ、抵抗R1 とTFT11と抵抗R1
との接続点の光照射時の電圧VD1が、コンデンサC1
保持されている暗電位VD0より低い値になる。光の照射
強度によりこの電圧VD1は定まる。
Next, the TFT 11 is irradiated with light. As a result, the resistance value between the source and the drain of the TFT 11 is reduced, a large amount of current flows, and the resistance R 1 and the TFT 11 and the resistance R 1
The voltage V D1 at the connection point with the light irradiation becomes lower than the dark potential V D0 held by the capacitor C 1 . This voltage V D1 is determined by the light irradiation intensity.

【0035】このときスイッチ12をオンにすると、
前記暗電位VD0で保持されていたコンデンサC1 の電荷
がTFT11を経由して流れるので、その放電量は、電
流計15により測定可能である。この放電電流は、コン
デンサC1 の暗電位VD0が低下してVD1に等しくなるま
で継続される。この放電された全電荷量は、TFT11
に入射された光量(強度)により決まるので、これを測
定することにより前記入射光量を測定することができ
る。
At this time, when the switch 12 is turned on,
Since the charge of the capacitor C 1 held at the dark potential V D0 flows through the TFT 11, the amount of discharge can be measured by the ammeter 15. This discharge current continues until the dark potential V D0 of the capacitor C 1 drops and becomes equal to V D1 . The total amount of electric charges discharged is the TFT 11
Since it is determined by the amount of light (intensity) incident on, it is possible to measure the amount of incident light by measuring this.

【0036】なおTFT11は定電流特性を持っている
ので、抵抗R1 と電源電圧回路VDD間に電流計15を接
続しても入射光の強さを測定することができる。すなわ
ちコンデンサC1 の放電が始まるとき電源側から電流が
流れず、放電が減少するにつれて電源側から電流が次第
に大きく流れるので、これにより入射光の強さを測定す
ることができる。
Since the TFT 11 has a constant current characteristic, the intensity of the incident light can be measured even if the ammeter 15 is connected between the resistor R 1 and the power supply voltage circuit V DD . That is, when the discharge of the capacitor C 1 starts, the current does not flow from the power supply side, and as the discharge decreases, the current gradually increases from the power supply side, whereby the intensity of the incident light can be measured.

【0037】実際にこの放電量はVD0とVD1の差に応じ
て決まるので、このVD0とVD1がわかれば、光の強さが
判別できる。ところでTFTフォトトランジスタを多数
使用して、例えばファクシミリの画像読取り装置を作成
するとき、プロセスの過程によりTFTフォトトランジ
スタの移動度とか閾値がバラツキを有するので、その特
性が不均一となり、ファクシミリの各ドットを出力する
TFTフォトトランジスタの暗電流値が不均一となる。
[0037] Since in practice the amount of discharge is determined depending on the difference between V D0 and V D1, knowing this V D0 and V D1, the light intensity can be determined. By the way, when a large number of TFT phototransistors are used to make, for example, an image reading apparatus for a facsimile, the mobility or threshold value of the TFT phototransistor varies depending on the process, so that the characteristics become non-uniform and each dot of the facsimile The dark current value of the TFT phototransistor that outputs is not uniform.

【0038】この各ドット毎のTFTフォトトランジス
タの暗電流値が不均一であると、そのままでは暗電流値
と照射状態の電流値か判別がむずかしいので、一旦各T
FTフォトトランジスタ毎のドレイン電圧値を測定して
これを、つまり暗電位をROMに記憶させ、使用時にこ
のROMの出力と、実際のTFTフォトトランジスタの
ドレイン電圧値とを比較させて暗状態か光照射状態か判
別することが必要となる。
If the dark current value of the TFT phototransistor for each dot is not uniform, it is difficult to discriminate between the dark current value and the current value in the irradiation state as it is.
The drain voltage value of each FT phototransistor is measured, that is, the dark potential is stored in the ROM, and the output of this ROM is compared with the actual drain voltage value of the TFT phototransistor at the time of use to determine whether the dark state or the light state. It is necessary to determine whether it is the irradiation state.

【0039】このため、製造出荷時に各ビット毎のTF
Tフォトトランジスタの暗状態のドレイン電圧つまり暗
電位VD0を、個別に測定し、これを記憶することが必要
となる。そのため、きわめて高価なものとなる。
Therefore, the TF for each bit is manufactured and shipped.
It is necessary to measure and store the dark state drain voltage of the T phototransistor, that is, the dark potential V D0 , individually. Therefore, it is extremely expensive.

【0040】これを改善するため、本発明の第2実施例
では、図5に示す如く、この各ビット毎の暗電流時のド
レイン電圧つまり暗電位VD0をコンデンサC1 により保
持する。そしてこのVD0を、実際に光照射されたときの
TFTフォトトランジスタのドレイン電圧VD1と比較し
て光照射状態か暗状態か、つまり「1」か「0」を判別
すればよい。
In order to improve this, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the drain voltage at the dark current for each bit, that is, the dark potential V D0 is held by the capacitor C 1 . Then, this V D0 may be compared with the drain voltage V D1 of the TFT phototransistor when light is actually irradiated to determine whether it is in a light irradiation state or a dark state, that is, “1” or “0”.

【0041】階調出力を判別する場合にはVD0つまりコ
ンデンサC1 の端子電圧CIDを適当な階調出力に応じて
0〜C10までの間での基準値を複数設定し、画像読取り
時のドレイン電圧VD1がそのいずれに相当するのか判別
すればよい。
To determine the gradation output, V D0, that is, the terminal voltage C ID of the capacitor C 1 is set to a plurality of reference values between 0 and C 10 in accordance with an appropriate gradation output, and image reading is performed. It suffices to determine which one corresponds to the drain voltage V D1 at that time.

【0042】このために例えば画像読取りの一スキャン
に先立ち、スイッチ12をオンにして暗電位VD0をコン
デンサC1 に保持させればよい。そして画像読取り時に
は2値化の時はC10とVD1を、多値化のときは前記の複
数の基準値とVD1を比較して光の強さを判別すればよ
い。
For this purpose, for example, the switch 12 is turned on to hold the dark potential V D0 in the capacitor C 1 prior to one scan of image reading. Then the C 10 and V D1 when the binarization during image reading, when the multi-value by comparing the plurality of reference values and V D1 of the may be determined intensity of the light.

【0043】図6に、図5に示す暗電圧保持型の光セン
サ回路をIC化したときのパタンの1例を示す。図6
(A)はその全体の正面図、(B)は(A)におけるA
−A′断面図、(C)は(A)におけるB−B′断面図
である。なお図6(A)においてVDDは電源電圧印加回
路、GNDは接地回路、VG はゲート電圧印加回路であ
る。
FIG. 6 shows an example of a pattern when the dark voltage holding type photosensor circuit shown in FIG. 5 is integrated into an IC. Figure 6
(A) is a front view of the whole, (B) is A in (A)
-A 'sectional view, (C) is a BB' sectional view in (A). In FIG. 6A , V DD is a power supply voltage application circuit, GND is a ground circuit, and V G is a gate voltage application circuit.

【0044】図6において、TFTフォトトランジスタ
11は、活性層用として使用されるポリシリコン層23
とゲート酸化膜25と、ゲート電極用ポリシリコン配線
層24、層間絶縁膜層22、Al配線層21等により構
成される。抵抗R1 はゲート電極用ポリシリコン配線層
24形成時に作成したが、勿論ソース・ドレイン形成時
に作成してもよい。
In FIG. 6, the TFT phototransistor 11 has a polysilicon layer 23 used as an active layer.
And a gate oxide film 25, a gate electrode polysilicon wiring layer 24, an interlayer insulating film layer 22, an Al wiring layer 21, and the like. Although the resistor R 1 is formed when the gate electrode polysilicon wiring layer 24 is formed, it may be formed of course when the source / drain is formed.

【0045】またコンデンサC1 は、活性層用ポリシリ
コン層23と、ゲート酸化膜25と、ゲート電極用ポリ
シリコン配線層24等により構成される。ゲート酸化膜
25が層間絶縁膜層22より薄いので、このように構成
したが、層間絶縁膜層を使用してコンデンサを形成して
も勿論よい。
The capacitor C 1 is composed of the active layer polysilicon layer 23, the gate oxide film 25, the gate electrode polysilicon wiring layer 24 and the like. Since the gate oxide film 25 is thinner than the interlayer insulating film layer 22, this structure is adopted. However, the capacitor may be formed by using the interlayer insulating film layer.

【0046】TFT12は活性層用ポリシリコン層23
と、ゲート酸化膜25と、ゲート電極用ポリシリコン配
線層24と、層間絶縁膜層22と、Al配線層21等に
より構成される。
The TFT 12 is a polysilicon layer 23 for the active layer.
A gate oxide film 25, a gate electrode polysilicon wiring layer 24, an interlayer insulating film layer 22, an Al wiring layer 21 and the like.

【0047】本発明では、前記各実施例に限定されるも
のではなく、その特許請求の範囲に記載されたとおりの
範囲のものである。本発明において500℃〜650℃
の温度で4〜50時間固相成長するのは下記の理由によ
る。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but is within the scope described in the claims. In the present invention, 500 ° C to 650 ° C
The reason for solid phase growth at the temperature of 4 to 50 hours is as follows.

【0048】即ち活性Si層をa−Si成膜後500℃
以下の温度でアニールしても活性層の結晶化が進まず、
500℃以上の温度でないとTFTフォトトランジスタ
として良好な特性を持つ活性層の結晶化が行われない。
また650℃以上でアニールしても結晶粒子が成長しな
くなり、粒径が大きくならず、特性が落ちる。しかもこ
のアニールが4時間以下では活性化が不充分であり、5
0時間以上行っても特性は50時間のものと同じであ
り、無意味である。また不活性ガスとしてはN2ガスの
みならず、例えばHeを使用することもできる。
That is, after the active Si layer is formed into an a-Si film, the temperature is 500 ° C.
Even if annealed at the following temperature, the crystallization of the active layer does not proceed,
Unless the temperature is 500 ° C. or higher, the active layer having good characteristics as a TFT phototransistor is not crystallized.
Further, even if annealing is performed at 650 ° C. or higher, crystal grains do not grow, the grain size does not increase, and the characteristics deteriorate. Moreover, if this annealing is performed for 4 hours or less, the activation is insufficient.
The characteristics are the same as those of 50 hours even if it is carried out for 0 hours or more, which is meaningless. Further, as the inert gas, not only N 2 gas but also He, for example, can be used.

【0049】またゲート酸化膜を900℃〜1100℃
で酸化するのは下記の理由による。900℃以下では酸
化膜の性質が悪くなり、耐圧が低下する。1100℃以
上の場合は、基板としての石英が破損される。この場
合、酸化はドライ酸化でもウェット酸化でもよい。しか
もこの高温の酸化工程において、良質の活性層にするこ
とができる。
The gate oxide film is formed at 900 ° C. to 1100 ° C.
The reason for oxidation is as follows. At 900 ° C. or lower, the properties of the oxide film deteriorate and the breakdown voltage decreases. If the temperature is 1100 ° C. or higher, quartz as the substrate will be damaged. In this case, the oxidation may be dry oxidation or wet oxidation. Moreover, in this high temperature oxidation step, a good quality active layer can be obtained.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によりTFTフォトトランジスタ
をSi2 6 を用いた高温プロセスのTFTで作成する
ことができる。これにより大面積化を可能にし、生産性
もすぐれたものを提供できる。
According to the present invention, a TFT phototransistor can be formed by a high temperature process TFT using Si 2 H 6 . This makes it possible to increase the area and provide products with excellent productivity.

【0051】また、読取り回路として、暗電圧保持型読
取り回路を提供することによりTFTのバラツキに対し
てマージンがあり、TFTを2ヶ使用した差動方式読取
りよりローコストで生産性のある固体撮像装置を得るこ
とができる。
Further, by providing a dark voltage holding type reading circuit as the reading circuit, there is a margin for the variation of the TFT, and the solid-state image pickup device having a lower cost and higher productivity than the differential type reading using two TFTs. Can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施例であるTFTフォトトランジ
スタの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a TFT phototransistor that is an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例のTFTフォトトランジスタ
の製造工程説明図の一部である。
FIG. 2 is a part of a manufacturing process explanatory diagram of a TFT phototransistor according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例のTFTフォトトランジスタ
の製造工程説明図のうち図2の次工程説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of the next step of FIG. 2 among the explanatory views of the manufacturing steps of the TFT phototransistor according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例のTFTの特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of a TFT according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2実施例である暗電圧保持型の光セ
ンサ回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a dark voltage holding type optical sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5の光センサ回路のICパタン例である。FIG. 6 is an example of an IC pattern of the optical sensor circuit of FIG.

【図7】従来の固体撮像装置の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 SiO2 膜 3 活性層となるシリコン膜 3′ アイランド 4 ゲート酸化膜 4′ ゲート絶縁膜 5 a−Si層 5′ ゲート電極 6 ソース領域 6′ ドレイン領域 7 絶縁膜 8 電極1 substrate 2 SiO 2 film 3 silicon film 3'to be an active layer 3'island 4 gate oxide film 4'gate insulating film 5 a-Si layer 5'gate electrode 6 source region 6'drain region 7 insulating film 8 electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小玉 光文 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 平4−206969(JP,A) 特開 平5−136386(JP,A) 特開 昭59−107583(JP,A) 特開 昭64−50558(JP,A) 特開 昭47−22752(JP,A) 実開 平2−8055(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Mitsufumi Kodama 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (56) Reference JP 4-206969 (JP, A) JP 5-136386 (JP, A) JP 59-107583 (JP, A) JP 64-50558 (JP, A) JP 47-22752 (JP, A) Jitsukaihei 2-8055 (JP, U) (JP, A) 58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 31/10

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Si2 6 ガスを用いてa−Siを成膜
し、これを500℃〜650℃の温度で4時間〜50時
間不活性ガス中で固相成長した活性Si層3と、 この活性Si層3上に、900℃〜1100℃の温度で
ドライ酸化またはウェット酸化で形成したゲート酸化膜
4′を具備し ソース領域とドレイン領域を同じ材料でドープした こと
を特徴とするTFTフォトトランジスタ。
1. An active Si layer 3 formed by solid-phase growth of a-Si using Si 2 H 6 gas at a temperature of 500 ° C. to 650 ° C. for 4 hours to 50 hours in an inert gas. , on the active Si layer 3, provided with a gate oxide film 4 'formed by dry oxidation or wet oxidation at a temperature of 900 ° C. C. to 1100 ° C., and wherein the doped source and drain regions of the same material TFT phototransistor.
【請求項2】 活性Si層をSi2 6 ガスを用いてa
−Si成膜し、これを500℃〜650℃の温度で4時
間〜50時間不活性ガス中で固相成長し、 ゲート酸化膜を900℃〜1100℃の温度でドライ酸
化またはウェット酸化により形成し、ソース領域とドレイン領域を同じ材料でドープした こと
を特徴とするTFTフォトトランジスタの製造方法。
2. An active Si layer is formed by using Si 2 H 6 gas to
-Si film formation, this is solid-phase grown in an inert gas at a temperature of 500 ° C to 650 ° C for 4 hours to 50 hours, and a gate oxide film is formed by dry oxidation or wet oxidation at a temperature of 900 ° C to 1100 ° C. Then, the method for manufacturing a TFT phototransistor is characterized in that the source region and the drain region are doped with the same material .
【請求項3】 TFTフォトトランジスタと、これにス
イッチ手段を介して並列接続された暗電圧保持手段を設
け、 前記TFTフォトトランジスタの暗電圧を前記暗電圧保
持手段で保持した後にこのTFTフォトトランジスタを
光照射状態にして、この状態のTFTフォトトランジス
タの電圧と前記暗電圧保持手段の電圧とにより、光の強
さを判別することを特徴とする光センサ回路。
3. A TFT phototransistor and a dark voltage holding means connected in parallel to the TFT phototransistor via a switch means are provided, and after the dark voltage of the TFT phototransistor is held by the dark voltage holding means, the TFT phototransistor is turned on. With the light irradiation state, the TFT phototransistor in this state
An optical sensor circuit characterized in that the intensity of light is discriminated by the voltage of the input voltage and the voltage of the dark voltage holding means .
【請求項4】 前記TFTフォトトランジスタは請求項
1により構成されたことを特徴とする請求項3記載の光
センサ回路。
4. The optical sensor circuit according to claim 3, wherein the TFT phototransistor is formed by the method of claim 1.
【請求項5】 前記TFTフォトトランジスタと電源と
の間に抵抗を接続するとともに、この抵抗を、該TFT
フォトトランジスタのゲートポリシリコンまたはソース
・ドレイン形成時に同時に形成したことを特徴とする請
求項3記載の光センサ回路。
5. A resistor is connected between the TFT phototransistor and a power source, and the resistor is connected to the TFT.
4. The photo sensor circuit according to claim 3, wherein the photo sensor circuit is formed at the same time when the gate polysilicon or the source / drain of the photo transistor is formed.
【請求項6】 前記暗電圧保持手段をコンデンサで構成
するとともに、このコンデンサをゲート酸化膜または層
間絶縁膜形成時に同時に形成したことを特徴とする請求
項3記載の光センサ回路。
6. The optical sensor circuit according to claim 3, wherein the dark voltage holding means is composed of a capacitor, and the capacitor is formed at the same time when the gate oxide film or the interlayer insulating film is formed.
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