KR101282803B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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KR101282803B1
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카쥬오 니스히
유슈케 수가와라
히로노부 타카하시
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 양호한 스펙트럼 감도 특성을 갖고, 광전 변환층 또는 트랜지스터에 혼합되는 상기 오염 기판이 없어 출력 전류에 변동이 없는 광전자 변환 장치를 얻는 것이다. 또한, 본 발명의 또다른 목적은 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치에 매우 신뢰도 높은 반도체 장치를 얻는 것이다. 본 발명은 절연 표면 위에, 제1 전극; 제2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 컬러 필터; 상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및 상기 오버코트 층 위에 p-타입 반도체층, i-타입 반도체층, 및 n-타입 반도체층을 갖는 광전 변환층을 포함하고, 광전 변환층의 한쪽 단부가 제1 전극에 접하고, 컬러 필터의 단부가 광전 변환층의 다른 단부의 안쪽에 위치하는 반도체 장치에 관한 것이다.
Figure R1020070023527
광전자 변환, 컬러 필터, 오버 코트 층, 스펙트럼 감도 특성, 절연 재료

Description

반도체 장치{Semiconductor device}
도1은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 제조 공정을 보여주는 도면.
도2a 및 2b 각각은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 제조 공정을 보여주는 도면.
도3a 및 3b 각각은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 제조 공정을 보여주는 도면.
도4a 및 4b 각각은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 제조 공정을 보여주는 도면.
도5a 및 5b 각각은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 제조 공정을 보여주는 도면.
도6은 본 발명의 광전자 변환 장치의 단면도.
도7은 본 발명의 광전자 변환 장치의 단면도.
도8a 및 8b는 본 발명의 광전자 변환 장치를 각각 나타내는 비교 도면들.
도9a 및 9b는 본 발명의 광전자 변환 장치를 각각 나타내는 비교 도면들.
도10은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 단면도.
도11은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 단면도.
도12는 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치 회로도.
도13은 본 발명의 광전자 변환 장치가 포함된 광전자 장치의 예를 나타내는 도면.
도14a 및 14b는 본 발명의 광전자 변환 장치가 포함된 광전자 장치의 예를 각각 나타내는 도면들.
도15a 및 15b는 본 발명의 광전자 변환 장치가 포함된 광전자 장치의 예를 각각 나타내는 도면들.
도16은 본 발명의 광전자 변환 장치가 포함된 광전자 장치의 예를 각각 나타내는 도면들.
도17a 및 17b는 본 발명의 광전자 변환 장치가 포함된 광전자 장치의 예를 각각 나타내는 도면들.
도18a~18D는 본 발명의 광전자 변환 장치의 제조 공정을 각각 나타내는 도면들.
도19는 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 단면도.
도20은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 단면도.
도21은 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 단면도.
본 발명은 수신된 빛을 전기적 신호로 출력하는 광전자 변환 장치 및 이러한 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다.
전자기파를 검출하는데 이용되는 광전자 변환 장치로서, 자외선 영역에서 적외선에 이르는 영역에서 감도를 갖는 것들을 또한 광 센서들이라고 일반적으로 부른다. 일반적인 광 센서들 중에, 400~700nm 파장의 가시광 영역에서 감도를 갖는 것을 가시광 센서라 하며, 이는 주거 환경에 따라 광도 조정 또는 온-오프 제어가 필요한 장치들에 다양하게 이용된다(특허 문서 1 : 일본 공개 특허 출원 번호 2005-129909호 참조).
컬러 센서가 단결정 실리콘(Si)을 이용하여 제조될 때, 빛이 기판의 표면 측에 수신되기 때문에 컬러 필터가 단결정 실리콘 기판의 최상위 표면에 제공된다. 덧붙여, 단결정 실리콘을 이용하는 컬러 센서는 적외선 차단 필터를 이용하여 적외선의 흡수를 방지하며, 많은 경우들에서 희망하는 스펙트럼 감도를 갖도록 제조된다.
한편, 센서가 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하여 제조될 때, 비정질 실리콘막이 기판 위에 형성될 수 있기 때문에, 기판 표면 측으로부터 들어오지 못하고 기판 측면에서부터 들어올 수 있다. 즉, 기판을 통해 전달됨으로써 빛이 센서에 의해 수신될 수 있기 때문에, 빛은 센서에 효과적으로 도입될 수 있다. 따라서, 추출 전극이 투사 표면의 다른 표면상에 제공될 수 있다; 따라서, 센서는 용이하게 소형화된다. 덧붙여, 비정질 실리콘막은 적외선을 잘 흡수하지 못하기 때문에, 적외선 차단 필터를 마련할 필요가 없다. 그러나, 비정질 실리콘막을 이용하여 컬러 센서가 제조될 때, 비정질 실리콘막이 형성된 광전 변환층과 기판 사이에 컬러 필터가 개재된다.
컬러 센서를 제조할 때 이용되는 컬러 필터는 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K) 등의 금속 오염을 일으킨다. 이러한 기판이 광전 변환층 또는 센서의 트랜지스터에 혼합되지 않도록 오염 방지가 필요하다.
본 발명의 목적은 양호한 스펙트럼 감도 특성을 갖고, 광전 변환층 또는 트랜지스터에 혼합되는 상기 오염 기판이 없어 출력 전류에 변동이 없는 광전자 변환 장치를 얻는 것이다.
컬러 필터가 구비된 광전자 변환 장치에서, 제공되는 오버코트(overcoat) 층에 의해 오염에 대비한 조치가 취해질 수 있다.
그러나, 후속 단계에서 식각 등에 의해 오버코트 층이 사라지게 될 때, 오염 기판이 광전 변환층으로 확산될 것이다.
덧붙여, 컬러 필터가 광전 변환층의 내부 영역에만 마련되고, 오버코트 층이 오염 기판의 확산을 방지하기 위하여 그 위에 형성될 때, 컬러 필터를 관통하지 못하는 빛은 오버코트 층의 단부 및 광전자 변환 층의 단부 사이의 영역으로 들어간다. 이러한 빛조차도 검출된다; 따라서, 광전자 변환 장치의 스펙트럼 감도 특성이 열화된다.
더욱이, 컬러 센서의 용도에 따라 컬러 센서에서의 변화를 특히 억제하는 것이 필요하다. 그러나, 비정질 실리콘막이 프린팅 방법을 이용하여 패턴으로 광전 변환층으로서 형성될 때, 비정질 실리콘막의 영역은 변동하기 쉽고, 이는 출력값에서의 변동을 야기한다.
본 발명에서, 금속의 차광층이 비정질 실리콘막의 광전 변환층과 기판 사이에 제공되어, 광전 변환층의 단부의 인접한 곳만이 차광층으로 덮힌다. 차광층을 형성하기 위하여, 프린팅 방법의 것보다 더욱 상세한 디자인 규칙을 갖는 광식각 방법 등이 이용되어, 입사광의 변동이 광식각법의 변동 레벨로 억제될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 컬러 필터는 적어도 빛이 전달되는 모든 영역들 및 광전 변환층의 단부의 내부에 있는 영역에 마련된다. 덧붙여, 오버코트 층이 컬러 필터를 덮도록 형성된다. 오버코트 층은 광전 변환층의 전극과 접하는 적어도 일부 및 표면들 하부의 모든 것과 접하도록 형성될 수 있다. 따라서, 광전 변환층인 비정질 실리콘막의 식각 단계 또는 그 후속 단계에서, 컬러 필터는 오버코트 층이 지나친 식각으로 식각되더라도 오버코트 층으로 덮힌 상태를 유지할 수 있다; 따라서, 오염이 방지될 수 있다.
필요하다면, 오염 기판이 광전 변환층에 혼합되는 것을 방지하도록, 보호막이 오버코트 층 위에 형성될 수 있다. 택일적으로, 보호막이 컬러 필터 및 트랜지스터의 게이트 절연막 사이에 형성되어, 오염 기판이 트랜지스터에 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 보호막은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 질소 함유 실리콘 산화물 또는 산소 함유 실리콘 질화물을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 광전자 변환 장치는 차광층; 및 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대의 도전형의 제3 반도체층을 포함하는 광전 변환층을 포함한다. 차광층은 빛으로부터 광전 변환층의 적어도 단부를 보호한다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 광전자 변환 장치는 박막 트랜지스터; 차광층, 및 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대의 도전형의 제3 반도체층을 포함하는 광전 변환층을 포함한다. 차광층은 빛으로부터 광전 변환층의 적어도 단부를 보호한다.
본 발명에서, 차광층은 제1 전극으로 형성되고, 제1 전극 및 제1 반도체층은 서로 전기적으로 연결된다.
본 발명에서, 차광층은 제2 전극으로 형성되고, 제2 전극 및 광전 변환층은 그 사이에 개재된 절연 재료로 인해 서로 연결되지 않는다.
본 발명에서, 차광층은 빛으로부터 박막 트랜지스터의 적어도 채널 부분을 보호한다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 광전자 변환 장치는 차광층; 컬러 필터; 상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대의 도전형의 제3 반도체층을 상기 오버코트 층 위에 포함하는 광전 변환층을 포함한다. 상기 차광층은 적어도 상기 광전 변환층, 상기 컬러 필터, 및 상기 오버코트 층의 단부를 빛으로부터 보호한다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 광전자 변환 장치는 박막 트랜지스터; 차광층; 컬러 필터; 상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대의 도전형의 제3 반도체층을 상기 오버코트 층 위에 포함하는 광전 변환층을 포함한다. 상기 차광층은 적어도 상기 광전 변환층, 상기 컬러 필터, 및 상기 오버코트 층의 단부를 빛으로부터 보호한다.
본 발명에서 보호층이 박막 트랜지스터의 게이트 절연막과 컬러 필터 사이에 형성된다.
본 발명에서, 보호층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 산소 함유 실리콘 질화물 중 어느 하나이다.
본 발명에서, 차광층은 빛으로부터 박막 트랜지스터의 적어도 채널 부분을 보호한다.
본 발명에서, 광전 변환층의 단부는 컬러 필터의 단부의 바깥쪽에 있다.
본 발명에서, 오버코트 층의 단부는 광전 변환층의 단부의 바깥쪽에 있다.
본 발명에서, 차광층은 도전성을 가지며, 차광층 및 제1 반도체층은 서로 전기적으로 연결된다.
본 발명에서, 차광층은 도전성을 가지며, 차광층 및 광전 변환층은 사이에 개재된 절연 재료로 인해 서로 접하지 않는다.
본 발명에서, 오버코트 층은 유기 수지 절연 재료, 무기 절연 재료, 또는 유기 절연 재료 및 무기 절연 재료의 적층으로 형성된다.
본 발명에서, 광전자 변환 장치에 이용되는 유기 수지 절연 재료는 아크릴 또는 폴리이미드이다.
본 발명에서, 무기 절연 재료는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 산소 함유 실리콘 질화물 중 어느 하나이다.
본 발명에서, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 제3 반도체층 각각은 비정질 반도체층 또는 반정질 반도체층이다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 광전자 변환 장치는 절연 표면 위의 제1 전극; 상기 절연 표면 위의 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 컬러 필터; 상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대의 도전형의 제3 반도체층을 상기 오버코트 층 위에 포함하는 광전 변환층을 포함한다. 상기 광전 변환층의 한쪽 단부는 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되고, 및 상기 컬러 필터의 단부는 상기 광전 변환층의 타측 단부의 안쪽에 있다.
본 발명에서, 절연 표면은 기판 표면이고, 기판은 투광 유기 기판 또는 플렉서블 기판이다.
본 발명에서, 상기 절연 표면은 기판 위에 제공되는 절연막의 표면이고, 상기 절연막은 실리콘 질화물막, 실리콘 산화물막, 질소 함유 실리콘 산화물막 및 산소 함유 실리콘 질화물막 중 어느 하나이다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 반도체 장치는 기판 위에, 활성층, 게이트 절연막, 게이트 전극, 및 드레인 또는 소스 전극을 갖는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터의 상기 활성층, 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극을 덮는 층간 절연막; 상기 층간 절연막 위에 형성된 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 컬러 필터; 상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대의 도전형의 제3 반도체층을 상기 오버코트 층 위에 포함하는 광전 변환층을 포함한다. 상기 광전 변환층의 한쪽 단부는 상기 제1 전극에 전기적으로 연결되고, 및 상기 컬러 필터의 단부는 상기 광전 변환층의 타측 단부의 안쪽에 위치한다.
본 발명에서, 기판은 투광 유기 기판 또는 플렉서블 기판이다.
본 발명에서, 오버코트 층은 투광 유기 수지 절연 재료이다.
본 발명에서, 투광 유기 수지 절연 재료는 아크릴 또는 폴리이미드이다.
본 발명에서, 오버코트 층은 투광 무기 절연 재료이다.
본 발명에서, 투광 무기 절연 재료는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 산소 함유 실리콘 질화물 중 어느 하나이다.
본 발명에서, 제1~3 반도체층들 각각은 비정질 반도체층 또는 반정질 반도체층이다.
본 명세서에서, 반도체층은 일반적인 반도체를 이용하여 기능하는 소자 및 장치를 말하며, 액정 디스플레이 장치 등을 포함하는 전자-광 장치 및 전자-광 장치가 장착되는 전자 장치는 반도체 장치의 카테고리에 포함된다는 것을 주의한다. 즉, 본 명세서에서, 전자-광 장치는 또한 반도체 장치의 카테고리에 포함된다.
하부 전극으로 기울어진 빛을 차단함으로써, 포토 다이오드에 입사되는 빛의 변동이 억제되어 출력 전류의 변동이 결과적으로 감소될 수 있다.
또한, 과도한 식각이 공정 중에 발생했을 때, 컬러 필터의 오염이 방지될 수 있고, 또한 소자 특성이 양호한 스펙트럼 감도를 얻을 수 있기 때문에 개선될 수 있다.
그러나, 본 발명은 이하의 설명에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 변형 및 수정이 본 발명의 범위 및 목적을 벗어나지 않는다면, 여기에 포함되는 것으로서 이해되어야 한다. 모든 도면들에서 동일한 부분들을 나타내는 참조 번호는 이하의 설명된 본 발명의 구조에서 공통으로 이용된다는 것을 주의한다.
< 실시 형태 1 >
본 실시 형태는 도1, 도2a 및 2b, 도3a 및 3b, 도4a 및 4b, 도5a 및 5b, 도6, 도7, 도8a 및 8b, 도9a 및 9b, 도12 및 도18a~18D를 참조하여 설명될 것이다.
도6은 본 발명의 광전자 변환 장치의 단면도를 도시한다. 본 발명의 광전자 변환 장치는 절연 표면(100) 위에 전극들(101,102), 전극들(101,102) 사이에 형성된 컬러 필터(103), 컬러 필터(103)를 덮도록 형성된 오퍼코트 층(104), 및 오버코트 층(104) 위에 형성되고 서로 접속되어 전극(101)의 일부에 전기적으로 접속되는 광전 변환층을 갖는다.
절연 표면(100)은 후술되는 바와 같이 기판 위에 마련된 절연막의 표면 또는 기판 표면일 수 있다. 기판을 이용할 때, 투광 유리 기판 또는 플렉서블 기판이 이용될 수 있다. 기판 위에 마련된 절연막이 이용될 때, 기판 및 절연막은 투광 특성들을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 절연막의 예들로서, 실리콘 산화물막, 실리콘 질화물막, 질소 함유 실리콘 산화물막, 및 산소 함유 실리콘 질화물막을 들 수 있다.
빛이 절연표면(100) 층으로부터 광전 변환층(105)으로 들어갈 때, 절연 표면(100) 예컨대, 기판 또는 절연막의 물질은 높은 투과율을 갖는 것이 바람직하다는 것을 주의한다. 덧붙여, 절연 표면(100)의 물질이 가시광 영역 내의 파장에 관한 광 투과 파장에 대해 선택성을 가질 때, 광 센서는 특정 파장 영역에서 감도를 가질 수 있다.
덧붙여, 티타늄(Ti)이 전극들(101,102)을 위해 이용된다. 전극들(101,102)은 전도성을 가질 수 있고, 단층막 또는 적층막으로 형성될 수 있다. 그러나, 전극들(101,102)은 또한 광전 변환층(105)의 광-차단막으로서 동작하기 때문에, 광-차단 물질을 이용하는 것이 필요하다.
컬러 필터(103)를 덮는 오버코트 층(104)은 투광 절연 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 유기 수지 물질 예컨대, 아크릴 또는 폴리이미드, 또는 무기 물질 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 및 산소 함유 실리콘 질화물이 이용될 수 있다. 덧붙여, 이들 물질의 적층막을 이용하여 오버코트 층(104)을 형성하는 것이 또한 가능하다. 더욱이, 전극(102)은 컬러 필터(103) 및 절연 재료를 포함하는 오버코트 층(104)으로 인해 광전 변환층(105)과 접촉하지 않는다.
광전 변환층(105)은 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 제1 반도체층의 것과 반대의 도전형을 갖는 제3 반도체층을 갖는다. 예를 들어, 이 실시예에서, p-타입 반도체층(105p), i-타입 반도체층(또한 진성 반도체층이라 함, 105i), 및 n-타입 반도체층(105n)이 광전 변환층(105)으로 이용된다. 이 실시 형태에서, 실리콘층이 반도체층으로 이용된다. 반도체층은 또한 비정질 또는 반정질일 수 있다. 이 명세서에서, i-타입 반도체층은 1×1020cm-3 이하 농도의 n-타입 도전성 또는 p-타입 도전성을 주는 불순물과 및 5×1019cm-3 이하 농도의 산소 및 질소를 함유하는 반도체층을 지칭하며, 여기에서 암 전기전도도(dark conductivity)에 대해 광전기전도도는 100배 이상이다. 덧붙여, i-타입 반도체층은 10~1000 ppm의 붕소(b)가 첨가될 수 있다.
반정질 반도체층은 (단결정 또는 다결정 구조를 포함하여) 결정질 구조를 갖는 반도체 및 비정질 반도체의 그것 사이에 개재된 구조를 갖는 반도체를 포함한다는 것을 주의한다. 반정질 반도체층은 자유 에너지의 관점에서 안정적인 제3 상태를 가지며, 짧은-범위 차수(short-range order) 및 격자 왜곡을 갖는 결정질 물질이다. 크기가 0.5~20 nm인 결정 입자는 다(non-single) 결정 반도체층에 산재되어 존재할 수 있다. 반정질 반도체층의 라만 스펙트럼의 피크는 520cm-1의 파수보다 낮게 변위되고, Si 결정 격자에 의해 유발되었다고 생각되는 (111) 및 (220)의 회적 피크들은 X-레이 회절로 관찰된다. 덧붙여, 반정질 반도체층은 댕글링 본드를 종결하기 위해 적어도 1 atom% 이상의 수소 또는 할로겐을 포함한다. 이 명세서에서, 이러한 반도체층은 편의상 반정질 반도체(semi-amorphous semiconductor, SaS) 층이라 한다. 더욱이, 불활성 가스 원소 예컨대, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 또는 네온이 격자 왜곡을 더 촉진하기 위하여 여기에 포함되어, 안정성이 향상되고, 양호한 반정질 반도체층이 얻어진다. 미정질의 반도체층(미세결정 반도체층)이 반정질 실리콘층에 또한 포함된다는 것을 주의한다.
덧붙여, SaS 층은 실리콘 함유 가스의 글로 방전 분해에 의해 얻어질 수 있다. 전형적인 실리콘 함유 가스로서, SiH4를 들 수 있고, 덧붙여, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등이 이용될 수 있다. 실리콘 함유 가스는 수고 또는 수소에 헬륨, 아르곤, 크립톤, 및 네온의 불활성 가스 원소들 중 하나 이상이 더해진 가스로 희석된다; 따라서, SaS 막은 용이하게 형성될 수 있다. 실리콘 함유 가스는 2~1000 배의 범위로 설정된 희석 비율로 희석되는 것이 바람직하다. 또한, 카바이드 가스 예컨대, CH4 또는 C2H6, 게르마늄 가스 예컨대, GeH4 또는 GeF4, F2 등이 실리콘 함유 가스에 혼합되어, 에너지 대역을 1.5~2.4 eV 또는 0.9~1.1 eV로 조정할 수 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광전자 변환 장치에서, 전극(102)의 단부(106)의 위치는 컬러 필터(103)의 단부(107) 안쪽에 있다. 컬러 필터(103)의 단부(107)의 위치는 광전 변환층(105)의 단부(108) 안쪽에 있다. 덧붙여, 컬러 필터(103)의 단부(107)의 위치는 오버코트 층(104)의 단부(109) 안쪽에 있다. 또한, 광전 변환층(105)의 단부(108)의 위치는 오버코트 층(104)의 단부(109) 안쪽에 있는 것이 바람직하다.
광전 변환층(105)을 형성하기 위하여 식각 단계가 수행된 후, 오버코트 층(104)이 과도한 식각에 의해 필요 이상으로 제거되었다고 가정한다(도7 참조). 결과적으로, 단부(109)가 더 안쪽으로 이동된다고 하더라도, 단부(109)가 움직여 광전 변환층(105)의 단부(108) 내로 들어가지 못한다. 따라서, 컬러 필터(103)의 단부(107)의 위치는 과도하게 식각된 오버코트 층(104)의 단부(109) 내에 있기 때문에, 컬러 필터(103)는 오버코트 층으로 덮힌 상태를 유지할 수 있다.
여기에서, 전극(102)이 없는 구조를 갖는 광전자 변환 장치(도8a 및 8b, 도9a 및 9b 참조) 및 이 실시 형태의 광전자 변환 장치(도6)가 비교될 것이다.
도8a는 제조 공정 중의 광전자 변환 장치의 구조를 도시한다. 도8a에서, 절연 표면(1001) 위에, 전극(1002), 전극의 일부와 중첩하도록 형성된 컬러 필터(1003), 및 컬러 필터(1003)를 덮도록 형성된 오버코트 층(1004)이 형성된다. 다음, p-타입 반도체층(1005p), i-타입 반도체층(1005i), 및 n-타입 반도체층(1005n)으로 형성된 반도체층(1005)이 전극(1002) 및 오버코트 층(1004) 위에 형성된다.
반도체층(1005)이 식각되어 p-타입 반도체층(1015p), i-타입 반도체층(1015i), 및 n-타입 반도체층(1015n)을 갖는 광전 변환층(1015)을 형성한다. 이때, 오버코트 층(1004)이 도8b에 도시된 바와 같이, 과도하게 식각될 때, 컬러 필터(1003)의 표면의 일부가 노출된다. 덧붙여, 오버코트 층(1014)의 단부의 위치가 폭(Wo) 만큼 안으로 이동한다.
전술된 바와 같이, 컬러 필터는 금속 오염을 유발하는 물질을 포함한다. 따라서, 컬러 필터(1003)의 표면의 노출이 광전자 변환 장치의 특성에 부정적인 영향을 초래할 것이라는 우려가 있다.
이것을 회피하기 위하여, 오버코트 층 및 광전 변환층이 형성되는 영역 안쪽에 컬러 필터를 형성하는 예가 도9a 및 9b를 참조로 설명될 것이다.
도9a에서, 절연 표면(1021) 위에, 전극(1022), 컬러 필터(1023) 및 컬러 필터(1003)를 덮는 오버코트 층(1024), 및 서로 접촉하여 전극(1022)의 일부에 전기적으로 연결되는 광전 변환층(1025)이 형성된다. 광전 변환층(1025)은 p-타입 반도체층(1025p), i-타입 반도체층(1025i), 및 n-타입 반도체층(1025n)을 갖는다.
도9b는 도9a에 도시된 광전자 변환 장치의 오버코트 층(1024)이 과도하게 식각된 구조를 도시한다. 컬러 필터(1023)의 단부의 위치가 광전 변환층(1025)의 단부의 안쪽에 있기 때문에, 컬러 필터(1023)는 오버코트 층(1034)로 덮힌 상태를 유지할 수 있다.
그러나, 도9a 및 9b의 구조에서, 빛이 컬러 필터(1023)를 통과하지 않고 오버코트 층들(1024,1034)의 단부들로부터 광전 변환층(1025)에 들어갈 수 있는 우려가 있다. 따라서, 컬러 필터(1023)를 통과하지 않는 빛이 광전 변환층(1025)에 의해 검출될 수 있어, 광전자 변환 장치의 스펙트럼 감도 특성이 악화될 우려가 있다.
반면, 도6에 도시된 광전자 변환 장치에서, 전극(102)이 오버코트 층(104)의 단부에 형성되기 때문에, 외부로부터의 빛이 차단되고, 전극(102)이 또한 광-차단막으로서 동작한다. 즉, 컬러 필터(103)를 관통하지 않는 빛이 오버코트 층(104)의 단부로부터 광전 변환층(105)에 들어가지 않는다.
상기 설명을 통해, 도6에 도시된 광전자 변환 장치에서, 컬러 필터의 노출이 방지될 수 있고, 컬러 필터를 통하지 않는 빛은 오버코트 층이 과도하게 식각되더라도, 마련된 차단-막에 의해 오버코트 층의 단부로부터 광전 변환층에 들어가는 것이 방지될 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음, 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 도1, 도2a 및 2b, 도3a 및 3b, 도4a 및 4b, 도5a 및 5b, 도12를 참조하여 설명될 것이다.
이 실시 형태에서 도시된 반도체 장치에서, 박막 트랜지스터 및 광전 변환층으로 형성된 증폭기 회로가 동일한 기판 위에 집적된다. 도12는 이 구조의 회로도의 예를 도시한다.
반도체 장치(141)는 광전자 변환 장치(143)의 출력을 증폭하는 증폭기 회로(142)가 마련된다. 다양한 회로들이 증폭기 회로(142)와 같이 적용될 수 있다: 그러나, 이 실시 형태에서, 증폭기 회로(142)인 전류 미러 회로가 박막 트랜지스터들(144,145)로 형성된다. 박막 트랜지스터들(144,145)의 소스 또는 드레인 단자들이 외부 전원 공급 단자(147)에 연결되고 일정한 전압, 예컨대 접지 전압으로 유지된다. 박막 트랜지스터(145)의 드레인 단자는 출력 단자(146)에 연결된다. 광전자 변환 장치(143)는 후술되는 바와 같다. 포토다이오드가 광전자 변환 장치(143)를 위해 이용될 때, 그 양극(p-층쪽)이 박막 트랜지스터(144)의 드레인 단자에 연결되고, 음극(n-층쪽)이 출력 단자(146)에 연결된다.
광전자 변환 장치(143)에 빛이 조사될 때, 광전자 전류는 음극(n-층쪽)으로부터 양극(p-층쪽)을 통해 흐른다. 따라서, 전류는 증폭기 회로(142)의 박막 트랜지스터(144)를 통해 흐르며, 전류가 흐르기 위해 필요한 전압은 게이트에서 생성된다. 박막 트랜지스터(145)의 게이트 길이(L) 및 게이트 폭(W)이 박막 트랜지스터(144)의 것들과 같을 때, 박막 트랜지스터들(144,145)의 게이트 전압들이 포화영역에서 서로 같다; 따라서, 동일한 크기의 전류가 흐른다. 출력 전류의 증폭이 희망될 때, n 개의 박막 트랜지스터들(145)이 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 병렬로 연결된 트랜지스터들의 수(n-개)에 비례하여 증폭되는 전류가 얻어질 수 있다.
도12는 n 채널 박막 트랜지스터가 이용되는 경우를 도시한다는 것을 주의한다; 그러나, 동일한 기능을 갖는 광전자 변환 장치가 p-채널 박막 트랜지스터가 이용될 때에도 형성될 수 있다.
이하에서는, 본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 공정에 대해 설명한다.
우선, 기저막(202)이 기판(201) 위에 형성되고, 또한 박막 트랜지스터들(211,212, TFTs)이 형성된다. 기판(201)은 투광 특성들을 갖는 것이라면 임의의 물질들로 형성될 수 있고, 예를 들어, 투광 유리 기판 또는 플렉서블 기판이 이용된다. 박막 트랜지스터(211)는 소스 영역, 드레인영역, 및 채널 형성 영역을 갖는 활성층, 게이트 절연막, 및 소스 또는 드레인 전극(221)을 갖는다. 동일한 방식으로, 박막 트랜지스터(212)는 소스 영역, 드레인영역, 및 채널 형성 영역을 갖는 활성층, 게이트 절연막, 및 소스 또는 드레인 전극(222)을 갖는다.
박막 트랜지스터들(211,212)의 활성층들 각각은 저-농도 드레인(Lightly Doped Drain(LDD)) 영역이 마련될 수 있다. LDD 영역은 채널 형성 영역과, 고 농도로 불순물 원소가 도핑되어 형성되는 소스 또는 드레인 영역 사이에 불순물 원소가 저 농도로 첨가되는 영역이다. 제공된 LDD 영역에 의해, 드레인 영역의 주변에 전기장을 감소시키고, 핫 캐리어 주입에 기인한 열화를 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 덧붙여, 핫 캐리어들에 기인하여 전류의 양이 열화되는 것을 방지하기 위하여, 박막 트랜지스터(211)는 LDD 영역 및 게이트 전극이 서로 중첩하고, 그 사이에 게이트 절연막이 개재되도록 배치되는 구조(본 명세서에서는, "GOLD(Gate-drain Overlapped LDD) 구조"라 한다)를 가질 수 있다.
덧붙여, LDD 영역을 형성하기 위한 측벽이 게이트 전극의 측면 상에 형성될 수 있다.
층간 절연막(203)이 박막 트랜지스터들(211,212)의 활성층, 게이트 절연막, 및 게이트 전극 각각을 덮도록 형성된다. 층간 절연막(203)은, 박막 트랜지스터들(211,212)의 활성층들의 수소화 효과를 얻기 위하여 및 층간 절연막을 보호막으로 이용하여 컬러 필터로부터의 금속 오염을 방지하기 위하여, 실리콘 질화물막으로 형성되는 것이 바람직하다. 덧붙여, 층간 절연막(203) 위에 형성된 층간 절연 막(204)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 또는 산소 함유 실리콘 질화물과 같은 무기 물질을 이용하여 형성된다.
박막 트랜지스터(211)의 소스 또는 드레인 전극(221) 및 박막 트랜지스터(212)의 소스 또는 드레인 전극(222)은 층간 절연막(204) 위에 형성되고, 전극들은 박막 트랜지스터들의 각각의 활성층들에 전기적으로 연결된다.
덧붙여, 전극들(115,101,102,121,122,116)이 또한, 소스 또는 드레인 전극들(221,222)의 것과 동일한 제조 공정으로 층간 절연막(204) 위에 형성된다.
본 실시 형태에서, 소스 또는 드레인 전극들(221,222), 전극들(101,102,121,122,115,116)이 다음 공정을 통해 형성된다.
먼저, 도전막, 본 실시 형태에서는 티타늄(Ti)이 스퍼터링 방법을 이용하여 400nm 두께로 층간 절연막(204) 위에 형성된다. 전극들(101,102,121,122)을 형성하기 위한 도전막이 도전성 물질이라면 임의의 물질로 형성된다; 그러나, 뒤에 형성될 광전 변환층(전형적으로 비정질 실리콘)과의 반응으로 합금이 되지 않는 도전성 금속막을 이용하는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등이 티타늄(Ti) 외에 이용될 수 있다.
다음, 도전막이 식각되어 소스 또는 드레인 전극들(221,222), 전극들((101,102,121,122,115,116)을 형성한다; 그러나, 전극들(101,102,121,122)에 대해, 각각의 단부가 가늘어지는 모양이 되도록 도전막이 특정적으로 식각된다.
이때, 전극들(101,102,121,122)은 각각의 가늘어지는 각이 80도 이하가 되도록, 바람직하게는 45도 이하가 되도록 형성된다. 따라서, 후에 형성될 광전 변환층은 양호한 커버리지 및 향상된 신뢰도를 갖는다(도2a 참조). 덧붙여, 후에 형성될 광전 변환층과 접촉하는 부분에 대해, 전극들(101,102,121,122)의 평면 모양들이 90도 이상의 꼭지점 각도를 가지며, 바람직하게는 전극들은 모퉁이(angle)가 없는 모양을 갖도록 형성된다.
다음, 컬러 필터(103)가 층간 절연막(204) 위에 전극들(101,102) 사이에 형성된다(도2b 참조).
또한, 컬러 필터(123)가 층간 절연막(204) 위에 전극들(121,122) 사이에 형성된다(도3a 참조).
분리된 컬러로 가시 광선을 검출하기 위하여, 적색 빛에 대응하는 적색 컬러 필터(123R), 녹색 빛에 대응하는 녹색 컬러 필터(123G), 및 청색 빛에 대응하는 청색 컬러 필터(123b)가 컬러 필터(123)에 형성된다. 그러나, 단색 빛을 판독하는 광전자 변환 장치가 제조될 때, 컬러 필터(123)는 단색 컬러 필터를 가질 수 있다.
컬러 필터들은 원료의 코팅, 노광, 현상 및 굽기에 의해 제조된다.
다음, 컬러 필터(103)를 덮는 오버코트 층(104) 및 컬러 필터(123)를 덮는 오버코트 층(124)이 형성된다(도3b 참조).
컬러 필터(103)를 덮는 오버코트 층(104) 및 컬러 필터(123)를 덮는 오버코트 층(124) 각각이 투광 절연 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 유기 수지 물질 예컨대, 아크릴 또는 폴리이미드, 또는 무기 물질 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 및 산소 함유 실리콘 질화물이 이용될 수 있다. 덧붙여, 이들 물질들의 적층막을 이용하는 것이 또한 가능하다.
오버코트 층(104)의 단부들의 위치들 각각은 전극들(101,102)의 단부들 안쪽에 위치하고, 기판(201) 측으로부터의 빛은 오버코트 층(104)의 단부들에 들어가지 않는다. 덧붙여, 오버코트 층(104)과 유사하게, 오버코트 층(124)으로의 빛은 전극들(121,122)에 의해 차단된다.
본 실시 형태에서, 빛은 전극들(121,122)에 기인하여 차단된다; 그러나, 빛은 또한 박막 트랜지스터들의 게이트 전극들에 기인하여 차단될 수 있다. 덧붙여, 도19에 도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터들 및 기판 사이의 차광층(216)과, 기판 및 광전자 변환 장치들(111,112) 사이의 광-차단막들(217~220)이 제공될 수 있다. 그러나, 빛으로부터 광전 변환층들의 단부를 보호하는 동시에 빛으로부터 보호되도록 제공된 박막 트랜지스터들의 신뢰도를 향상시키는 것이 가능하다. 차광층들(216~220)은 전극들(101,102)과 유사한 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
다음, 광전 변환층이 오버코트 층들(104,124) 위에 형성된다. 오버코트(104) 위에 광전 변환층(105)을 제조하는 공정이 설명의 단순화를 위해 여기에서 설명될 것이다; 그러나, 오버코트(124) 위의 광전 변환층이 또한 동일한 방식으로 형성된다.
덧붙여, 전술한 바와 같이, 분리된 컬러들로 가시광을 검출하기 위하여, 컬러 필터들(123R,123G,123b)이 R,G,b 각각에 대응하여 컬러 필터(123)에 형성될 때, 광전 변환층들이 또한 각각의 컬러 필터에 대응하도록 형성된다. 즉, RGb에 대한 3개의 광전 변환층들에 대해, 그들 각각에 대응하는 RGb 컬러 필터들이 형성되고, 컬러 필터들이 하나의 유닛으로 카운트될 수 있다.
p-타입 반도체층(105p)이 오버코트 층(104) 위에 형성된다. 본 실시 형태에서, 예를 들어, p-타입 비정질 반도체층이 p-타입 반도체층(105p)로서 형성된다. p-타입 비정질 반도체층으로서, 주기표 13족에 속하는 불순물 원소 예컨대 붕소(b)를 함유하는 비정질 실리콘층이 플라즈마 CVD 방법으로 형성된다.
p-타입 반도체층(105p)이 형성된 후, 도전형을 주는 불순물들이 포함되지 않은 반도체층(진성 반도체층 또는 i-타입 반도체층이라 함, 105i) 및 n-타입 반도체층이 순차적으로 형성된다. 본 실시 형태에서, p-타입 반도체층(105p)이 10~50 nm 두께로 형성되고, i-타입 반도체층(105i)이 200~1000 nm 두께로 형성되고, n-타입 반도체층(105n)이 20~200 nm 두께로 형성된다(도1 참조). 전술한 바와 같이, 광전 변환층들(111,112)이 제조된다.
i-타입 반도체층(105i)으로서, 예를 들어, 비정질 실리콘층이 플라즈마 CVD 방법으로 형성될 수 있다. n-타입 반도체층(105n)으로서, 15족에 속하는 불순물 원소 예컨대, 인(P)을 함유하는 비정질 실리콘층이 형성될 수 있고, 또는 15족에 속하는 불순물 원소가 비정질 실리콘층이 형성된 후 도입될 수 있다.
p-타입 반도체층(105p), i-타입 반도체층(105i), 및 n-타입 반도체층(105n)이 역순으로, 즉 n-타입 반도체층(105n), i-타입 반도체층(105i), 및 p-타입 반도체층(105p)의 순서로 적층될 수 있다는 것을 주의한다.
덧붙여, p-타입 반도체층(105p), i-타입 반도체층(105i), 및 n-타입 반도체 층(105n)으로서, 비정질 실리콘층뿐만 아니라 반정질 반도체층이 이용될 수 있다.
p-타입 반도체층(105p), i-타입 반도체층(105i), 및 n-타입 반도체층(105n), 특히 p-타입 반도체층(105p)의 한쪽 말단부가 전극(101)에 전기적으로 연결된다. 한편, p-타입 반도체층(105p)의 나머지 말단부는 오버코트 층(104) 위에 있고 전극(102)으로부터 절연된다. 전극(102)으로 인해 차단되는 빛이 컬러 필터(123)를 관통하기 때문에, 제2 전극(102)은 또한 광전 변환층(105)에 이르는 빛을 억제하는 광-차단막으로서 동작한다.
본 실시 형태의 광전자 변환 장치의 단면도들이 도2a, 도2b, 도3b, 도1을 참조하여 설명된다는 것을 주의한다; 한편, 단면도들 각각에 대응하는 상면도들이 도18a~18D에 도시된다.
도18a~18D에서, a-a' 선에 따른 단면도들이 도2a, 도2b, 도3b, 도1에 도시된다. 도2a에서, 차광층들로서 동작하는 전극들(101,102)이 분리된 것처럼 도시된다; 그러나, 전극들은 도18a에 도시된 바와 같이 연속된 도전층들로 형성될 수 있다.
덧붙여, 도18D에서, 최상위 n-타입 반도체층(105n)만이 광전 변환층(105)에서 도시된다; 그러나, i-타입 반도체층(105i) 및 p-타입 반도체층(105p)이 n-타입 반도체층(105n) 아래에 형성되어 있다.
다음, 절연막(151)이 전체 표면을 덮도록 스크린 프린팅 방법 또는 잉크젯 방법으로 형성된다. 본 실시 형태에서, 에폭시 수지가 절연막(151)으로 이용된다; 그러나, 다른 감광성 수지들이 또한 이용될 수 있다(도4a 참조).
다음, 전극(115)에 전기적으로 연결된 전극(153)이 절연막(151) 위에 형성된다. 동일한 방식으로, 절연막(151) 위에, 전극(155)이 광전자 변환 장치(111)의 최상위 광전 변환층(105, 여기에서는 n-타입 반도체층(105n))과 접하고 광전자 변환 장치(112)의 최상위 광전 변환층과 접하고, 전극(116)에 전기적으로 연결되도록 형성된다(도4b 참조).
전극들(153,155)은 스퍼터링 또는 광식각법에 의해 티타늄(Ti)으로 형성된다. 덧붙여, 전극들(153,155)은 또한 스크린 프린팅 방법으로 형성될 수 있다. 스크린 프린팅 방법이 이용될 때, 전극들(153,155) 각각은 후속 단계에서 제공될 솔더와의 습윤성 향상 및 탑재시의 강도 향상을 위해 니켈(Ni) 및 구리(Cu)의 적층 구조 또는 티타늄(Ti)의 단일층 구조를 갖는다.
다음, 절연막(161)이 절연막(151), 전극들(153,155) 위에 밀봉 수지로서 스크린 프린팅 방법 등으로 형성된다. 절연막(161)이 절연막(151)과 유사한 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 절연막(161)은 전극들(153,155)의 부분들 위에 형성되지 않으며, 노출된 영역이 전극들(153,155) 각각에 형성된다(도5a 참조).
다음, 전극(153)에 전기적으로 연결된 전극(165) 및 전극(155)에 전기적으로 연결된 전극(166)이 절연막(161) 위에 형성된다. 전극들(165,166)은 솔더 전극들이며, 이는 외부 출력 전극들로서 각각의 기능들을 갖는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 광전자 변환 장치가 도6 및 도7을 참조로 설명되며, 본 발명의 광전자 변환 장치의 장점이 도8a, 도8b, 도9a, 도9b를 참조로 설명된다. 또한, 본 발명의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치가 도1, 도2a, 도2b, 도3a, 도3b, 도4a, 도4b, 도5a, 도5b를 참조하여 설명된다.
또한, 본 실시 형태에서, 빛은 전극들(102,122)에 의해 차단된다; 그러나, 박막 트랜지스터들의 게이트 전극들에 기인하여 빛이 또한 차단될 수 있다. 덧붙여, 도19에 도시된 바와 같이, 차광층(216)이 박막 트랜지스터들 및 기판 사이에 제공될 수 있다. 그러나, 빛으로부터 광전 변환층들의 단부를 보호하는 동시에 빛으로부터 보호되도록 제공된 박막 트랜지스터들의 신뢰도를 향상시키는 것이 가능하다. 덧붙여, 광전 변환층들(111,112)의 단부들을 빛으로부터 보호하는 차광층들(217~220)이 또한 기판 및 광전 변환층(111) 사이에 차광층(216)과 동일한 층으로 형성될 수 있다. 차광층들(216~220)은 전극들(101,102)과 유사한 물질을 이용하여 형성될 수 있다는 것을 주의한다.
본 실시 형태는 필요한 경우, 다른 실시 형태들 및 실시예와 결합될 수 있다는 것을 주의한다.
< 실시 형태 2 >
본 실시 형태는 실시 형태 1과 상이한 구조를 갖는 반도체 장치의 예를 보여줄 것이다. 그러나, 실시 형태 1의 것들과 동일한 부분들은 동일한 참조 번호들로 표시되었고, 특별히 설명되지 않는 부분들은 실시 형태 1의 설명을 따른다.
도10은 본 실시 형태의 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치의 단면도를 도시한다. 도10은 도1에서 층간 절연막(204) 위에 형성된 전극들(102,122)이 형성되지 않는다는 점에서 도1과 다르다. 전극들(102,122) 대신에, 박막 트랜지스터들(211,222)와 유사한 물질 및 단계들로 형성되며 각각이 광-차단막으로 동작하는 전극들(113,114)이 기저막(202) 위에 형성된다. 광-차단막들로 기능하는 전극들(113,114)이 층간 절연막들(213,204)로 덮힌다.
광전자 변환 장치(111)에서 컬러 필터(103)를 관통하지 않고 오버코트 층(104)의 단부로부터 광전 변환층(105)에 들어가려고 하는 빛이 전극(113)으로 인해 차단될 수 있다. 덧붙여, 광-차단막으로 기능하는 전극(114)이 광전자 변환 장치(112)에 대해 동일한 방식으로 기능한다.
본 실시 형태의 광전자 변환 장치는 또한, 컬러 필터(103)를 통하지 않고 오버코트(104)의 단부로부터 빗나간 빛이 광전 변환층(105)으로 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도10에서, 오직 두 컬러 필터들 및 광전자 변환 장치들이 도시된다; 그러나, 분리된 컬러들로 가시광이 검출될 때 RGb에 대한 3개의 컬러 필터들 및 광전자 변환 장치들을 제공하는 것이 필요하다. 덧붙여, 도10에서, 광전자 장치들(111,112)에 마련된 컬러 필터들은 각각 상이한 컬러의 컬러 필터이다. 그러나, 단색의 이미지를 판독할 때, 컬러 필터는 단색의 것일 수 있다.
본 실시 형태에서, 빛은 전극들(113,114)에 기인하여 차단된다; 그러나, 빛은 또한 박막 트랜지스터들의 게이트 전극들에 기인하여 차단될 수 있다. 덧붙여, 도20에 도시된 바와 같이, 차광층(216)은 박막 트랜지스터들 및 기판 사이에 제공될 수 있다. 그러나, 빛으로부터 광전 변환층들의 단부들을 보호하는 동시에 빛으로부터 보호되도록 마련된 박막 트랜지스터의 신뢰도를 향상시키는 것이 가능하다. 차광층(216)은 전극들(101,102)과 유사한 물질을 이용하여 형성될 수 있다는 것을 주의한다.
본 실시 형태는 필요한 경우, 다른 실시 형태들 및 실시예와 결합될 수 있다는 것을 주의한다.
< 실시 형태 3 >
본 실시 형태는 컬러 필터(133)가 기저막(202)과 층간 절연막(204) 사이에 제공되는 도10에 도시된 구조를, 도11 및 도21을 참조하여 설명할 것이다.
도11은 분리된 컬러들로 가시광을 검출하기 위한 반도체 장치를 도시하며, 여기에서 컬러 필터(133), 차광층인 전극(113), 및 오버코트 층(135)이 기저막(202) 위에 형성된다. 박막 트랜지스터들(211,212)의 활성층들, 게이트 전극들, 및 게이트 절연막들을 덮는 층간 절연막(213)이 오버코트 층(135) 및 전극(113)을 덮는다. 유사한 방식으로, 광전자 변환 장치(112) 하부에 마련된 층간 절연막(213)이 컬러 필터(134), 광-차단막으로 기능하는 전극(114), 및 기저막(202) 위에 제공되는 오버코트 층(136)을 덮는다. 층간 절연막(204)이 층간 절연막(213) 위에 형성된다. 층간 절연막(204) 위에 형성되는 박막 트랜지스터(211)의 소스 또는 드레인 전극(221)이 층간 절연막(204)에 형성된 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터들(211,212)의 각각의 활성층에 연결된다.
광전자 변환 장치(111)에서, p-타입 반도체층(125p), i-타입 반도체층(125i), 및 n-타입 반도체층(125n)을 갖는 광전 변환층(125)의 한쪽 말단부가 전극(101)에 접촉하고 전기적으로 연결된다. 한편, 광전 변환층(125)의 나머지 말단은 박막 트랜지스터들과 유사한 물질 및 단계들로 형성된 전극(113)에 기인하여, 빗나간 빛이 광전 변환층(125)의 단부에 들어오는 것을 방지할 수 있다. 전극(114) 또한 광전자 변환 장치(112)에 대해 동일한 방법으로 동작한다.
광전자 변환 장치들(111,112)은 층간 절연막(204)에 의해 컬러 필터(133)로부터 분리된다. 층간 절연막(204)은 전술한 바와 같은, 무기 물질 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 및 산소 함유 실리콘 질화물을 이용하여 형성된다.
도11에서, 오직 두 컬러 필터들 및 광전자 변환 장치들이 도시된다; 그러나, 분리된 컬러들로 가시광이 검출될 때 RGb에 대한 3개의 컬러 필터들 및 광전자 변환 장치들을 제공하는 것이 필요하다. 덧붙여, 도11에서, 컬러 필터들(133,134)은 각각 상이한 컬러 필터이다. 그러나, 단색광을 판독할 때, 도21에 도시된 구조가 또한 이용될 수 있다. 도11에서 컬러 필터(133)는 단색의 컬러 필터이다.
< 실시예 1>
본 실시예는 본 발명의 광전자 변환 장치가 다양한 전자 장치들에 응용되는 예를 보여준다. 특정한 예들로서, 컴퓨터들, 디스플레이들, 셀룰러 폰들, 텔레비전들 등을 들 수 있다. 이러한 전자 장치들은 도13, 도14a 및 14b, 도15a 및 15b, 도16, 도17a 및 17b를 참조하여 설명된다.
도13은 본체(a)(701), 본체(b)(702), 샤시(703), 동작 키들(704), 오디오 출력부(705), 오디오 입력부(706), 회로 보드(707), 디스플레이 패널(a)(708), 디스플레이 패널(b)(709), 힌지(710), 및 투광 물질부(711)을 포함하는 셀룰러 폰을 도시한다. 광전자 변환 장치를 포함하는 반도체 장치(712)가 샤시(703) 내에 마련된다.
반도체 장치(712)는 투광 물질부(711)를 관통한 빛을 검출하고, 디스플레이 패널(a)(708) 및 디스플레이 패널(b)(709)의 휘도를 검출된 외부 빛의 휘도에 기초하여 제어하고, 및 반도체 장치(712)에 의해 구해진 휘도에 기초하여 동작 키들(704)의 휘도를 제어한다. 이러한 방식으로, 셀룰러 폰의 전류 소비가 감소될 수 있다. 반도체 장치(712)를 가짐으로써, 셀룰러 폰은 향상될 수 있는 특성을 갖는다.
도14a 및 14b는 셀룰러 폰의 다른 예들을 보여준다. 도14a 및 14b에서, 본체(721)는 샤시(722), 디스플레이 패널(723), 동작 키들(724), 오디오 출력부(725), 오디오 입력부(726), 및 각각 광전자 변환 장치를 포함하는 반도체 장치들(727,728)을 포함한다.
도14a에 도시된 셀룰러 폰에서, 디스플레이 패널(723) 및 동작 키들(724)의 휘도는 본체(721)에 마련된 광전자 변환 장치를 포함하는 반도체 장치(727)에 의해 외부 빛의 검출을 통해 제어될 수 있다.
덧붙여, 도14b에 도시된 셀룰러 폰에서, 도14a의 구조에 덧붙여, 광전자 변환 장치를 포함하는 반도체 장치(728)가 본체(721) 내에 마련된다. 광전자 변환 장치를 포함하는 반도체 장치(728)에 의해, 디스플레이 패널(723)에 마련되는 백라이트의 휘도가 또한 검출될 수 있다.
도13 및 도14a 및 14b에서, 출력 전압으로 추출될 광전자 전류를 증폭하는 회로가 마련된 광전자 변환 장치가 셀룰러 폰에 제공된다. 따라서, 회로 보드에 탑재되는 소자들의 수는 감소될 수 있고, 셀룰러 폰 자체가 소형화될 수 있다.
도15a는 본체(731), 샤시(732), 디스플레이부(733), 키보드(734), 외부 연결 포트(735), 포인팅 마우스(736) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한다.
덧붙여, 도15b는 텔레비전 수신기와 같은 디스플레이 장치를 도시한다. 디스플레이 장치는 샤시(741), 지지대(742), 디스플레이부(743) 등을 포함한다.
도16은 액정 패널들이 도15a에 도시된 컴퓨터의 디스플레이부(733) 및 도15b에 도시된 디스플레이 장치의 디스플레이부(743)로 이용되는 경우의 상세한 구조를 도시한다.
도16에 도시된 액정 패널(762)은 샤시(761)에 통합되고, 기판들(751a,751b), 기판들(751a,751b) 사이에 개재되는 액정층(752), 편광 필터들(755a,755b), 백라이트(753) 등을 포함한다. 덧붙여, 광전자 변환 장치를 포함하는 반도체 장치(754)가 샤시(761)에 형성된다.
본 발명을 이용하여 제조된 광전자 변환 장치를 포함하는 반도체 장치(754)는 LED 백라이트(753)로부터의 RGb 광량 각각을 검출하고, 액정 패널(762)의 휘도를 조정하기 위한 정보가 피드백 된다. 상세하게는, RGb 각각에 대한 LED의 온도 의존성이 상이하기 때문에, LED에서의 변화의 보상 및 LED에서의 열화의 보상으로 화이트 밸런스를 조정하도록, LED 백라이트로부터의 RGb 광량 각각이 검출된다.
도17a 및 17b는 본 발명의 광전자 변환 장치 또는 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치가 디지털 카메라와 같은 카메라에 통합된 예를 각각 도시하는 도면이다. 도17a는 디지털 카메라의 정면 좌측 방향에서 본 사시도이다. 도17b는 뒷쪽 방향에서 본 사시도이다. 도17a에서, 디지털 카메라는 릴리스 버튼(801), 메인 스위치(802), 뷰파인더(803), 플래쉬부(804), 렌즈(805), 배럴(806), 및 샤시(807)가 구비된다.
도17b에서, 접안 렌즈(811), 모니터(812), 및 동작 버튼들(813)이 제공된다. 릴리스 버튼(801)이 반 정도 눌러질 때, 초점 조정 메카니즘 및 노출 조정 메카니즘이 동작되고, 릴리스 버튼이 완전히 눌릴 때 셔터가 개방된다. 눌려지거나 회전된 메인 스위치(802)에 의해, 디지털 카메라의 전원 공급이 스위치 온 또는 오프된다.
도17b에 도시된, 찰영 범위 및 접안 렌즈(811)로부터의 초점을 확인하기 위한 뷰파인더(803)는 디지털 카메라의 전면 측에 있는 렌즈(805) 위에 위치한다. 플래쉬부(804)는 디지털 카메라의 전면 측의 윗쪽 지점에 위치된다. 주된 밝기가 충분하지 않을 때, 릴리스 버튼(801)을 눌러 셔터를 개방하는 것과 동시에 보조광이 플래쉬부(804)로부터 발산된다. 렌즈(805)는 디지털 카메라의 전면 측에 위치되고, 초점 렌즈, 줌 렌즈 등으로 구성된다. 렌즈(805)는 셔터와 도시되지 않은 조리개와 함께 사진 광학 시스템을 형성한다. 덧붙여, 렌즈 뒤에, 이미지 장치 예컨대 CCD(Charge Coupled Device)가 제공된다.
배럴(806)은 초점 렌즈, 줌 렌즈 등의 초점을 조정하기 위하여 렌즈 위치를 옮긴다. 촬영시, 배럴(806)은 렌즈(805)를 앞으로 이동시키도록 슬라이딩시킨다. 또한, 디지털 카메라를 운반할 때, 렌즈(805)는 컴팩트하게 후방으로 이동된다. 본 실시예에서 이용된 구조는, 배럴(806)을 슬라이딩시켜 줌으로 사진을 찍을 수 있는 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 샤시(807) 내의 사진 광학 시스템의 구조를 이용하여 배럴(806)을 슬라이딩시키지 않고 줌으로 촬영할 수 있는 구조가 디지털 카메라에 또한 이용될 수 있다.
접안 렌즈(811)는 촬영 범위와 초점을 체크하는데 통해 보기 위한 것으로, 디지털 카메라 뒷면의 윗쪽에 위치된다. 동작 버튼들(813) 각각은 디지털 카메라의 후면에 제공되는 다양한 기능들을 위한 버튼이며, 셋업 버튼, 메뉴 버튼, 디스플레이 버튼, 기능 버튼, 선택 버튼 등을 포함한다.
본 발명의 광전자 변환 장치가 도17a 및 17b에 도시된 카메라에 포함될 때, 광전자 변환 장치는 빛이 존재하는지의 여부와 빛의 강도를 검출할 수 있다. 따라서, 카메라의 노출 조정 등이 수행될 수 있다. 덧붙여, 본 발명의 광전자 변환 장치는 또한 프로젝션 TV 및 네비게이션 시스템과 같은 다른 전자 장치들에 응용될 수 있다.
덧붙여, 본 발명의 광전자 변환 장치는 전술한 것에 한정되지 않으며, 팩시밀리 장치, 벤딩 기계 등과 같이 빛 검출을 필요로 하는 설비를 위해 이용될 수 있다.
본 실시예는 필요한 경우, 다른 실시 형태들과 결합될 수 있다는 것을 주의한다.
본 발명에 따르면, 변동이 감소되고 특성이 향상된 광전자 변환 장치 및 이 광전자 변환 장치를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은 2006년 3월 10일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2006-065601호에 기초한 것으로, 그 전반적인 내용들이 여기에 참조로 포함되었다.
본 발명은 광전자 변환 장치 및 이를 포함하는 반도체 장치에 관한 것으로서, 양호한 스펙트럼 감도 특성을 갖고, 광전 변환층 또는 트랜지스터에 혼합되는 상기 오염 기판이 없어 출력 전류에 변동이 없는 광전자 변환 장치를 제공한다.

Claims (46)

  1. 기판;
    상기 기판 위의 절연 표면;
    상기 절연 표면 위의 차광층;
    상기 절연 표면 및 상기 차광층 위의 컬러 필터;
    상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및
    상기 오버코트 층위의 광전 변환층으로서, 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대 도전형의 제3 반도체층을 포함하는, 상기 광전 변환층을 포함하고,
    상기 광전 변환층은 상기 차광층과 직접 접촉하고,
    상기 차광층은 상기 광전 변환층의 단부(端部), 상기 컬러 필터의 단부, 및 상기 오버코트 층의 단부와 중첩하는, 반도체 장치.
  2. 기판;
    상기 기판 위의 박막 트랜지스터;
    절연 표면;
    상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되는, 상기 절연 표면 위의 차광층;
    상기 절연 표면 및 상기 차광층 위의 컬러 필터;
    상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및
    상기 오버코트 층위의 광전 변환층으로서, 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대 도전형의 제3 반도체층을 포함하는, 상기 광전 변환층을 포함하고,
    상기 광전 변환층은 상기 차광층과 직접 접촉하고,
    상기 차광층은 상기 광전 변환층의 단부, 상기 컬러 필터의 단부, 및 상기 오버코트 층의 단부와 중첩하는, 반도체 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부와 중첩하는 다른 차광층을 더 포함하는, 반도체 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부, 상기 컬러 필터의 다른 단부, 및 상기 오버코트 층의 다른 단부와 중첩하는 다른 차광층을 더 포함하는, 반도체 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부와 중첩하는 다른 차광층을 더 포함하고,
    상기 다른 차광층은 상기 차광층과 동일한 층으로 만들어지는, 반도체 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부와 중첩하는 다른 차광층을 더 포함하고,
    상기 다른 차광층은 도전성 물질이고,
    상기 다른 차광층은 상기 오버코트 층에 의해 상기 광전 변환층으로부터 절연되는, 반도체 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차광층은 금속을 포함하는, 반도체 장치.
  8. 기판;
    상기 기판 위의 절연 표면;
    상기 절연 표면 위의 전극;
    상기 전극 및 상기 절연 표면 위의 컬러 필터;
    상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및
    상기 오버코트 층위의, 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대 도전형의 제3 반도체층을 포함하는 광전 변환층을 포함하고,
    상기 광전 변환층은 상기 전극과 직접 접촉하고,
    상기 전극은 상기 광전 변환층의 단부, 상기 컬러 필터의 단부, 및 상기 오버코트 층의 단부와 중첩하는, 반도체 장치.
  9. 기판;
    상기 기판 위의, 활성층을 갖는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터를 덮는 층간 절연막;
    상기 활성층에 전기적으로 연결되는, 상기 층간 절연막 위의 전극;
    상기 전극 및 상기 층간 절연막 위의 컬러 필터;
    상기 컬러 필터를 덮는 오버코트 층; 및
    상기 오버코트 층위의, 일 도전형의 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 반대 도전형의 제3 반도체층을 포함하는 광전 변환층을 포함하고,
    상기 광전 변환층은 상기 전극과 직접 접촉하고,
    상기 전극은 상기 광전 변환층의 단부, 상기 컬러 필터의 단부, 및 상기 오버코트 층의 단부와 중첩하는, 반도체 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부, 상기 컬러 필터의 다른 단부, 및 상기 오버코트 층의 다른 단부와 중첩하는 다른 전극을 더 포함하는, 반도체 장치.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부와 중첩하는 다른 전극을 더 포함하는, 반도체 장치.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부와 중첩하는 다른 전극을 더 포함하고,
    상기 다른 전극은 상기 전극과 동일한 층으로 만들어지는, 반도체 장치.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부와 중첩하는 다른 전극을 더 포함하고,
    상기 다른 전극은 상기 오버코트 층에 의해 상기 광전 변환층으로부터 절연되는, 반도체 장치.
  14. 제2항 또는 제9항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터의 게이트 절연막과 상기 컬러 필터 사이의 보호층을 더 포함하고,
    상기 보호층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 및 산소 함유 실리콘 질화물 중 어느 하나인, 반도체 장치.
  15. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컬러 필터의 상기 단부는 상기 광전 변환층과 중첩하는, 반도체 장치.
  16. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 변환층의 다른 단부는 상기 오버코트 층과 중첩하는, 반도체 장치.
  17. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오버코트 층은 유기 수지 절연 재료, 무기 절연 재료, 또는 유기 수지 절연 재료 및 무기 절연 재료의 적층으로 형성되는, 반도체 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 유기 수지 절연 재료는 아크릴 또는 폴리이미드인, 반도체 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 무기 절연 재료는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 및 산소 함유 실리콘 질화물 중 어느 하나인, 반도체 장치.
  20. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층, 상기 제2 반도체층, 및 상기 제3 반도체층 각각은 비정질 반도체층 또는 반정질(semi-amorphous) 반도체층인, 반도체 장치.
  21. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 투광 유리 기판 또는 투광 가요성(flexible) 기판인, 반도체 장치.
  22. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오버코트 층은 투광 무기 절연 재료로 형성되는, 반도체 장치.
  23. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오버코트 층은 투광 무기 절연 재료로 형성되고,
    상기 투광 무기 절연 재료는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 질소 함유 실리콘 산화물, 및 산소 함유 실리콘 질화물 중 어느 하나인, 반도체 장치.
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