JP6443061B2 - 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
図12は、特許文献1に記載の光電変換装置(イメージセンサー)の概略断面図である。図12に示すように、当該光電変換装置では、基板300の上に6層の絶縁膜301,302,303,304,305,306が積層され、第1層の絶縁膜301と第3層の絶縁膜303との間に薄膜トランジスター400が形成され、第5層の絶縁膜305の上にフォトダイオード500が形成されている。つまり、薄膜トランジスター400を形成した後に、フォトダイオード500が形成されている。
フォトダイオード500は、光吸収係数が大きいカルコパイライト構造のp型半導体膜を備えているので、光電変換効率に優れ、可視光から近赤外光まで広い波長域に亘って高い光感度を有する。
さらに、光電変換素子の第2導電型半導体膜は、光吸収係数が大きいカルコパイライト型半導体膜であるので、光電変換素子は光電変換効率に優れ、高い光感度を有する。
さらに、光電変換素子のアノードは、光吸収係数が大きいカルコパイライト型半導体膜であるので、光電変換素子は光電変換効率に優れ、高い光感度を有する。
図1は、本実施形態に係る電子機器の一例としての生体情報取得装置の構成を示す斜視図である。図2は、生体情報取得装置の電気的な構成を示すブロック図である。
最初に、図1及び図2を参照し、本実施形態に係る生体情報取得装置について説明する。
このように、生体情報取得装置200は、光電変換装置の一例であるイメージセンサー100と、発光装置130とを含む。
図3は、センサー部の構成を示す概略斜視図である。図4は、センサー部の構造を示す概略断面図である。
次に、図3および図4を参照し、本実施形態に係る生体情報取得装置200が有するセンサー部150について説明する。
なお、イメージセンサー100の詳細は後述する。
さらに、基板10の面10aに対向する保護基板や保護フィルムを設け、フォトダイオード20を保護し、傷つきにくくしてもよい。
図5(a)は光電変換装置としてのイメージセンサーの構成を示す概略配線図であり、同図(b)はフォトセンサーの構成を示す等価回路図である。図6はフォトセンサーの構成を示す概略断面図である。
なお、図6はフォトセンサー50のX方向に沿った断面図であり、図6における手前から奥へ向かう方向がY方向であり、上方に向かう方向がZ方向である。図6において、フォトセンサー50をフォトダイオード20の法線方向(Z方向)から見ることを「平面視」という。
以下に、図5及び図6を参照し、本実施形態に係る光電変換装置としてのイメージセンサー100の詳細を説明する。
TFT11は、「トランジスター素子」の一例である。フォトダイオード20は、「光電変換素子」の一例である。
かかる構成によって、イメージセンサー100では、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検出することができる。
基板10には、例えばガラス基板や石英基板などの透明基板が使用されている。基板10の面10aの上には、遮光膜1が形成されている。遮光膜1は、例えばモリブデン(Mo)で構成される。遮光膜1は、遮光性を有する導電材料で構成されていればよく、Moの他に、例えばチタン(Ti)、クロム(Cr)、タングステン(W)、タンタル(Ta)などの高融点金属や、これら高融点金属のシリサイドなどを使用することができる。遮光膜1は、絶縁膜2で覆われている。絶縁膜2は、例えば酸化シリコン(SiO2)で構成される。
換言すれば、半導体膜3のソース領域3s及びドレイン領域3d(TFT11のソースドレイン)は、n型不純物がドープされキャリアが電子であるn型シリコン膜である。TFT11は、n型不純物がドープされキャリアが電子であるn型シリコン膜を備える。
なお、半導体膜3のドレイン領域3d及びソース領域3sは、「第1導電型半導体膜」及び「n型シリコン膜」の一例である。
換言すれば、n型半導体膜21(フォトダイオード20のカソード)は、n型不純物がドープされキャリアが電子であるn型シリコン膜である。フォトダイオード20は、n型不純物がドープされキャリアが電子であるn型シリコン膜を備える。
なお、n型半導体膜21は、「第1導電型半導体膜」及び「n型シリコン膜」の一例である。
換言すれば、n型半導体膜21は、p型半導体膜22よりも広く、平面視でp型半導体膜22から張り出している。
なお、p型半導体膜22は、「第2導電型半導体膜」の一例である。
ソース電極6は、コンタクトホールCNT1を介して半導体膜3のソース領域3sに電気的に接続されている。つまり、ソース電極6は、TFT11のソースに電気的に接続されたソース電極である。
図7は、本実施形態に係るイメージセンサーの製造方法を示す工程フローである。図8及び図9は、図6に対応する図であり、図7に示す主要な工程を経た後のイメージセンサーの状態を示す概略断面図である。
以下、図7乃至図9を参照し、本実施形態に係るイメージセンサー100の製造方法を説明する。
なお、n型半導体膜21は、「第1パターン」の一例である。半導体膜3のソース領域3s及び半導体膜3のドレイン領域3dは、「第2パターン」の一例である。換言すれば、ステップS2は、キャリアが電子のn型シリコン膜によって、第1パターン(n型半導体膜21)と第2パターン(半導体膜3のソース領域3s及びドレイン領域3d)とを、絶縁膜2の上に形成する工程である。
ステップS4では、スパッタ法を用いて、ゲート絶縁膜4と開口23で露出されたn型半導体膜21との上に、Cu(11族元素)とGa(13族元素)との合金からなる金属膜22aと、Inからなる金属膜22b(13族元素)とを順に堆積する。換言すれば、ステップS4では、ゲート絶縁膜4と開口23で露出されたn型半導体膜21との上に、1種類の11族元素(Cu)と2種類の13族元素(In、Ga)とを含む金属膜を配置する。
換言すれば、ステップS5は、11族元素と13族元素とをセレン化する工程である。
さらに、カルコパイライト構造のCIGS系の膜またはカルコパイライト構造のCIS系の膜を、平面視でn型半導体膜21に重なり平面視でn型半導体膜21よりも狭くなるようにパターニングし、p型半導体膜22を形成する。
詳しくは、例えばTEOS(テトラエトキシシラン)を用いたプラズマCVD法によって、酸化シリコン膜をゲート電極4gとゲート絶縁膜4とp型半導体膜22との上に堆積し、層間絶縁膜5を形成する。さらに、ドライエッチング法によって、層間絶縁膜5及びゲート絶縁膜4をエッチングし、半導体膜3のソース領域3sに至るコンタクトホールCNT1と、半導体膜3のドレイン領域3dに至るコンタクトホールCNT2と、n型半導体膜21に至るコンタクトホールCNT3とを形成する。同時に、層間絶縁膜5をエッチングし、p型半導体膜22を露出させる開口24を形成する。
以上述べたように、本実施形態に係るイメージセンサー100、及びイメージセンサー100の製造方法は、以下に示す効果を奏することができる。
従って、イメージセンサー100を生体情報取得装置200に適用することによって、生体情報取得装置200は、近赤外光ILの一部である反射光RLを高感度で検出することができる。
上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
図10は、図6に対応する図であり、変形例1に係るイメージセンサーの構成を示す概略断面図である。図11は、図9(a)に対応する図であり、ステップS6を経た後のイメージセンサーの状態を示す概略断面図である。
上記実施形態では、p型半導体膜22が、第11族元素、第13族元素、および第16族元素を含むカルコパイライト構造のCIS系やCIGS系の膜で構成されていたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、p型半導体膜22を、第11族元素、第12族元素、第14族元素、および第16族元素を含むCZTS(Cu2ZnSnS4)系の膜で構成してもよい。例えば、ステップS4において、第11族元素である銅(Cu)と第12族元素である亜鉛(Zn)と第14族元素であるスズ(Sn)とならなる金属膜を形成し、ステップS5において第16族元素であるイオウ(S)を含む雰囲気中で熱処理を施すことにより、p型半導体膜22をCZTS系の膜で構成できる。
上記実施形態では、光電変換装置として、カルコパイライト型半導体膜を有するフォトダイオード20を備えたイメージセンサー100を例に挙げて説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。光電変換装置は、カルコパイライト型半導体膜を有するフォトダイオード20を備えた太陽電池であってもよい。
上記実施形態では、電子機器として、血管の画像情報や血液中の特定成分などの情報を入手可能な携帯型の情報端末装置である生体情報取得装置200を例に挙げて説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。電子機器は、据置型など異なる形態の情報端末装置であってもよいし、指の静脈の画像情報を取得し予め登録された静脈の画像情報と比較することで個人を特定する生体認証装置であってもよい。また、電子機器は、指紋や眼球の虹彩などを撮像する固体撮像装置であってもよい。
Claims (4)
- 絶縁膜と、
前記絶縁膜に導電型半導体膜で形成されたパターンと、
前記パターンを覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に形成され、かつ前記パターンが露出している開口と、
前記開口に配置され、かつセレン化された、11族元素および13族元素と、
を含むことを特徴とする光電変換装置。 - 前記11族元素は、Cuを含み、
前記13族元素は、Inを含む、またはIn及びGa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 - 絶縁膜に導電型半導体膜にてパターンを形成する工程と、
前記パターンを覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜に前記パターンが露出する開口を形成し、11族元素と13族元素とを配置する工程と、
前記11族元素と前記13族元素とをセレン化する工程と、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 前記11族元素は、Cuを含み、
前記13族元素は、Inを含む、またはIn及びGaを含む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。
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