TWI642172B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

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TWI642172B TW103135407A TW103135407A TWI642172B TW I642172 B TWI642172 B TW I642172B TW 103135407 A TW103135407 A TW 103135407A TW 103135407 A TW103135407 A TW 103135407A TW I642172 B TWI642172 B TW I642172B
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Abstract

本發明提供一種較先前更能夠抑制漏電流之半導體裝置。
該半導體裝置(22)具備：第1載子保有層(48)，其配置於下部電極(47)上而於第1界面(49)接觸於下部電極(47)，且具有一方之多數載子；及第2載子保有層(57)，其配置於第1載子保有層(48)上而劃分相對於第1載子保有層(48)形成導通路徑之第2界面(58)，且具有另一方之多數載子。自與基板之表面正交之方向觀察之俯視下，第1界面(49)於較第1載子保有層(48)之輪廓更內側具有輪廓，且於上述俯視下第2界面(58)於較第1載子保有層(48)之輪廓更內側具有輪廓。

Description

半導體裝置及其製造方法
本發明係關於一種半導體裝置及其製造方法，且係關於一種利用半導體裝置之光電轉換裝置及電子機器等。
一般熟知有被稱為PIN型光電二極體之半導體裝置。PIN型光電二極體係於下部電極上形成半導體層。半導體層具備例如自下部電極側依序積層之n+層、i層及p+層(均為非晶矽層)。於下部電極上全面地形成n+層。於n+層上重疊i層。於p+層上形成上部電極。p+層及上部電極於較半導體層之輪廓更內側具有輪廓。若被照射光，則產生電荷。於加工時藉由使上側之p+層狹小化而抑制漏電流。教示有即便使上部電極及p+層之界面縮小，若p+層於i層之表面擴展至整個面，則無法充分地抑制漏電流。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-77184號公報
今後，期待有更進一步之圖像之高解像度化。對高解像度化要求光電二極體之微小化。對於光電二極體而言，對應於半導體層之微 小化而漏電流之影響增大。探索更進一步地抑制漏電流。
根據本發明之至少1態樣，可提供較先前更能夠抑制漏電流之半導體裝置。
(1)本發明之一態樣係關於一種半導體裝置，其具備：下部電極，其配置於基板上；第1載子保有層，其配置於上述下部電極上而於第1界面接觸於上述下部電極，且具有一方之多數載子；及第2載子保有層，其配置於上述第1載子保有層上而劃分相對於上述第1載子保有層形成導通路徑之第2界面，且具有另一方之多數載子；自與上述基板之表面正交之方向觀察之俯視下，上述第1界面於較上述第1載子保有層之輪廓更內側具有輪廓，且於上述俯視下，上述第2界面於較上述第1載子保有層之輪廓更內側具有輪廓。
於下部電極與第2載子保有層之間在第1界面及第2界面之間電場增強。相反地，沿著第1載子保有層之端面而電場減弱。其結果，沿著第1載子保有層之端面而漏電流被抑制。
(2)於上述第1界面與上述第1載子保有層之端部的距離a、與上述第2界面與上述第1載子保有層之上述端部的距離b之間，可使b>a之關係成立。根據本發明者之驗證，若距離a、b間成立上述關係，則漏電流確實地減少。
(3)距離b與距離a之差若大於1μm且小於3μm即可。若距離b與距離a之差(b-a)大於1μm，則漏電流確實地減少。另一方面，若距離b與距離a之差(b-a)為3μm以上，則第2界面相對於第1界面過於縮小，實質性之電流路徑過於狹小，第1載子保有層及第2載子保有層無法充分地發揮功能。
(4)半導體裝置可具備絕緣膜，該絕緣膜係沿著上述第1界面之輪廓而於上述第1界面之外側覆蓋上述下部電極，且於上述下部電極上 支持上述第1載子保有層之一部分。製成半導體裝置時，於下部電極上形成絕緣膜。絕緣膜雖於第1界面之預定區域覆蓋下部電極之表面，但維持第1界面之預定區域之露出。於下部電極及絕緣膜上形成第1載子保有層。絕緣膜於下部電極上隔出第1載子保有層。如此要求而於第1載子保有層及下部電極之間形成第1界面。
(5)可將上述絕緣膜之膜厚設為自上述下部電極之表面起300nm以上。若如此設定絕緣膜之膜厚，則絕緣膜可確實地於下部電極及第1載子保有層之間實現絕緣。可確實地界定第1界面。
(6)上述第1載子保有層可沿著上述下部電極之表面而具有5μm以上且20μm以下之長度。半導體裝置可具有充分之感度。
(7)可於上述第1載子保有層與上述第2載子保有層之間劃分上述第2界面。於第1載子保有層與第2載子保有層之間實現載子之移動。 與PIN結構之半導體裝置相比可省略半導體層。
(8)半導體裝置可具備半導體層，該半導體層係形成於上述第1載子保有層上且於上述第2界面接觸於上述第2載子保有層。半導體層相對於第1載子保有層及第2載子保有層而作為載子之供給源發揮功能。 如此，半導體層可提高載子之移動之感度。可形成所謂PIN結構之半導體裝置。
(9)半導體裝置可組裝於光電轉換裝置而被利用。此時，光電轉換裝置具有半導體裝置即可。
(10)半導體裝置可組裝於電子機器而被利用。此時，電子機器具有半導體裝置即可。電子機器可例示有例如活體認證裝置。
(11)本發明之另一態樣係關於一種半導體裝置之製造方法，其具備如下步驟：於基板上形成下部電極；於上述下部電極上形成第1載子保有層，該第1載子保有層係自與上述基板之表面正交之方向觀察之俯視下，具有較與上述下部電極之第1界面之輪廓更向外側擴展之 輪廓，且具有一方之多數載子；及於上述第1載子保有層上形成第2載子保有層，該第2載子保有層係劃分相對於上述第1載子保有層而形成導通路徑且於較上述第1載子保有層之輪廓更內側具有輪廓之第2界面，且具有另一方之多數載子。
如此所製造之半導體裝置係下部電極與第2載子保有層之間在第1界面及第2界面之間電場增強。相反地，沿著第1載子保有層之端面，電場減弱。其結果，沿著第1載子保有層之端面而漏電流被抑制。
(12)半導體裝置之製造方法可具備如下步驟：於形成上述第1載子保有層時，使上述第1界面之預定區域露出並於上述下部電極上覆蓋絕緣膜；於上述下部電極及上述絕緣膜上積層形成上述第1載子保有層之素材膜；及利用既定圖案對上述素材進行圖案化而形成上述第1載子保有層。絕緣膜於下部電極上隔出第1載子保有層。如此要求而於第1載子保有層及下部電極之間形成第1界面。
11‧‧‧光電轉換裝置
12‧‧‧光檢測元件
13‧‧‧元件陣列(元件區域)
14‧‧‧掃描線
15‧‧‧資料線
16‧‧‧掃描線電路
17‧‧‧資料線電路
21‧‧‧薄膜電晶體(TFT)
22‧‧‧半導體裝置(光電二極體)
22a‧‧‧半導體裝置(光電二極體)
22b‧‧‧半導體裝置(光電二極體)
23‧‧‧源極電極
24‧‧‧汲極電極
25‧‧‧定電位線
26‧‧‧閘極電極
27‧‧‧保持電容
28‧‧‧定電位線
31‧‧‧基板
32‧‧‧基底絕緣膜
33‧‧‧半導體膜
34‧‧‧絕緣層
36‧‧‧通道形成區域
37‧‧‧源極區域
38‧‧‧汲極區域
39‧‧‧閘極電極
41‧‧‧第1層間絕緣膜
42‧‧‧導電膜圖案
42a‧‧‧源極電極
42b‧‧‧汲極電極
43‧‧‧接觸孔
44‧‧‧接觸孔
45‧‧‧第2層間絕緣膜
47‧‧‧下部電極
48‧‧‧第1載子保有層(下接觸層)
48a‧‧‧第1載子保有層(下接觸層)
49‧‧‧第1界面
51‧‧‧半導體層
51a‧‧‧半導體層
52‧‧‧絕緣膜
53‧‧‧階差面
54‧‧‧階差面
55‧‧‧第3層間絕緣膜
56‧‧‧開口
57‧‧‧第2載子保有層(上接觸層)
58‧‧‧第2界面
61‧‧‧上部電極
62‧‧‧接觸孔
64‧‧‧預定區域
65‧‧‧素材膜
66‧‧‧素材膜
67‧‧‧抗蝕膜
71‧‧‧第1載子保有層(p型半導體層)
72‧‧‧第1界面
73‧‧‧階差面
74‧‧‧第2載子保有層(n型半導體層)
75‧‧‧第2界面
77‧‧‧電子機器(活體認證裝置)
78‧‧‧微透鏡陣列
79‧‧‧微透鏡
81‧‧‧發光基板
82‧‧‧基板本體
83‧‧‧發光層
84‧‧‧第1電極層
85‧‧‧第2電極層
86‧‧‧遮光基板
87‧‧‧基板本體
88‧‧‧遮光層
89‧‧‧開口
91‧‧‧控制部
92‧‧‧記憶部
93‧‧‧輸出部
a‧‧‧距離
b‧‧‧距離
c‧‧‧膜厚
FG‧‧‧手指
圖1係概略性地表示一實施形態之光電轉換裝置之電性構成之配線圖。
圖2係光檢測元件之等效電路圖。
圖3係概略性地表示第1實施形態之光檢測元件之構造之垂直剖面圖。
圖4係概略性地表示光電二極體之構成之放大垂直剖面圖。
圖5係表示元件徑與暗電流之相互關係之圖表。
圖6係表示分光感度特性之曲線圖。
圖7係表示第1界面與下接觸層之端面之距離a及暗電流之相互關係的圖表。
圖8係表示距離a及距離b之差(b-a)與暗電流之相互關係之圖 表。
圖9係表示縮小第1界面之效果之圖表。
圖10係表示於下部電極上絕緣膜之膜厚與暗電流之相互關係之圖表。
圖11係概略性地表示光電轉換裝置之製造方法的圖，且係表示形成於基板上之下部電極的垂直剖面圖。
圖12係概略性地表示光電轉換裝置之製造方法的圖，且係概略性地表示絕緣膜之形成步驟的垂直剖面圖。
圖13係概略性地表示光電轉換裝置之製造方法的圖，且係概略性地表示下接觸層及半導體層之形成步驟的垂直剖面圖。
圖14係概略性地表示光電轉換裝置之製造方法的圖，且係概略性地表示第3層間絕緣膜之形成步驟的垂直剖面圖。
圖15係概略性地表示光電轉換裝置之製造方法的圖，且係概略性地表示上接觸層之形成步驟的垂直剖面圖。
圖16係概略性地表示光電轉換裝置之製造方法的圖，且係概略性地表示上部電極之形成步驟的垂直剖面圖。
圖17係概略性地表示第2實施形態之光檢測元件之構造的垂直剖面圖。
圖18係概略性地表示第3實施形態之光檢測元件之構造的垂直剖面圖。
圖19係概略性地表示作為電子機器之一具體例之活體認證裝置之構成的概念圖。
以下，一面參照隨附圖式一面對本發明之一實施形態進行說明。再者，以下說明之本實施形態並非不當地限定申請專利範圍所記載之本發明之內容者，本實施形態所說明之構成之全部並非必須作為 本發明之解決手段。
(1)光電轉換裝置之構成
圖1係概略性地表示本發明之一實施形態之光電轉換裝置11的電性構成。光電轉換裝置11具備複數個光檢測元件12。光檢測元件12例如陣列狀地排列而形成元件陣列(元件區域)13。此處，光檢測元件12係依據複數列複數行之矩陣圖案而配置。
光電轉換裝置11具備複數根掃描線14及複數根資料線15。掃描線14延伸於相互平行之列方向上。對1列光檢測元件12分配有1根掃描線14。1根掃描線14共用地連接於1列光檢測元件12。掃描線14共用地連接於掃描線電路16。掃描線電路16基於時間軸而依序確保各個掃描線14之導通。資料線15延伸於相互平行之列方向上。對1行光檢測元件12分配有1根資料線15。1根資料線15共用地連接於1行光檢測元件12。資料線15共用地連接於資料線電路17。資料線電路17基於時間軸而依序確保各個資料線15之導通。如此對各個光檢測元件12逐個檢測與照射光相對應之電力。每個光檢測元件12相當於1像素。
如圖2所示，各個光檢測元件12具備作為開關元件之薄膜電晶體(TFT，Thin Film Transistor)21及作為光電轉換元件之光電二極體22。TFT21之源極電極23連接於資料線15。於TFT21之汲極電極24連接有光電二極體22之一電極。光電二極體22之另一電極連接於與資料線15並列配置之定電位線25。TFT21之閘極電極26連接有掃描線14。若自掃描線14對閘極電極26施加電壓，則於源極電極23與汲極電極24之間確保導通。光電二極體22如下述般構成為PIN二極體。光電二極體22係實現光電轉換之半導體裝置之一具體例。
光檢測元件12具備保持電容27。保持電容27之一電極連接於TFT21之汲極電極24，另一電極連接於與掃描線14並列配置之定電位線28。
(2)第1實施形態之光檢測元件之構造
如圖3所示，光電轉換裝置11具備基板31。基板31可使用例如透明之玻璃基板或不透明之矽基板。於基板31之表面積層有基底絕緣膜32。基底絕緣膜32覆蓋基板31之表面一面。基底絕緣膜32由例如氧化矽膜(SiO2)形成即可。於基板31上對光檢測元件12逐個島狀地形成多晶矽之半導體膜33。半導體膜33具有例如50nm左右之膜厚。半導體膜33由絕緣層34覆蓋。絕緣層34遍及基底絕緣膜32整個面而擴展。絕緣層34於半導體膜33上形成閘極絕緣膜。絕緣層34由例如SiO2等絕緣材料形成。絕緣層34具有100nm左右之膜厚。
半導體膜33由通道形成區域36分割為源極區域37及汲極區域38。於與通道形成區域36相對向之位置於絕緣層34上形成閘極電極39。閘極電極39由例如鉬(Mo)等金屬材料形成。閘極電極39具有500nm左右之膜厚。於絕緣層34積層第1層間絕緣膜41。第1層間絕緣膜41覆蓋閘極電極39。第1層間絕緣膜41由例如稱為氧化矽膜之絕緣材料形成。第1層間絕緣膜41具有800nm左右之膜厚。
於第1層間絕緣膜41上形成導電膜圖案42。導電膜圖案42個別地包含源極電極42a及汲極電極42b。導電膜圖案42由Mo等金屬材料形成。導電膜圖案42具有500nm左右之膜厚。源極電極42a之導電材填充貫通第1層間絕緣膜41及絕緣層34之接觸孔43。如此，源極電極42a連接於半導體膜33之源極區域37。同樣地，汲極電極42b之導電材填充貫通第1層間絕緣膜41及絕緣層34之接觸孔44。如此，汲極電極42b連接於半導體膜33之汲極區域38。導電膜圖案42包含連接於源極電極42a之資料線15。
於第1層間絕緣膜41上積層第2層間絕緣膜45。第2層間絕緣膜45由例如平坦化膜與鈍化膜之積層體形成。平坦化膜可使用例如膜厚3μm左右之稱為丙烯酸系樹脂之絕緣膜，鈍化膜可使用例如膜厚200 nm左右之稱為氮化矽膜(Si3N4)之絕緣材料。第2層間絕緣膜45覆蓋源極電極42a、汲極電極42b及資料線15。
於第2層間絕緣膜45上配置光電二極體22。光電二極體22具有下部電極47。下部電極47形成於第2層間絕緣膜45上。下部電極47於自與第2層間絕緣膜45之表面正交之方向觀察之俯視(以下，簡稱為「俯視」)下形成為既定圖案。下部電極47由Al(鋁)、Mo(鉬)及其他導電材形成即可。
於下部電極47上配置下接觸層(第1載子保有層)48。下接觸層48覆蓋下部電極47之表面(上表面)而於第1界面49接觸於下部電極47。下接觸層48由例如非晶矽形成。下接觸層48之膜厚若為10nm~200nm即可。此處，下接觸層48形成n+層。下接觸層48作為多數載子具有電子。但是，下接觸層48即使由p+層代替n+層形成亦可。p+層作為多數載子包含電洞。
於下接觸層48上形成半導體層(i層)51。半導體層51於俯視下被劃分為既定輪廓。此處，半導體層51之輪廓被模仿為圓形。半導體層51之輪廓重疊於下接觸層48之輪廓。半導體層51由例如微晶矽形成。因此，沿著半導體層51與下接觸層48之界面，半導體層51及下接觸層48之端面以同一平面連續。半導體層51之膜厚為400nm~1200nm即可。
沿著第1界面49之輪廓而於第1界面49之外側於下部電極47上配置絕緣膜52。絕緣膜52自下部電極47之周緣朝向周緣之內側覆蓋下部電極47。絕緣膜52於下部電極47上將空間劃分為下部電極47之輪廓之內側。於該空間內配置下接觸層48。如此，絕緣膜52於下部電極47之表面隔出第1界面49。第1界面49於俯視下在較下接觸層48之輪廓更內側具有輪廓。絕緣膜52可由例如氮化矽膜或氧化矽膜形成。絕緣膜52之膜厚若為300nm~1000nm左右即可。
下接觸層48於第1界面49之外側覆蓋下部電極47上之絕緣膜52。如此，於下接觸層48上形成階差面53。如此，由於在具有階差面53之下接觸層48上以均勻之膜厚形成半導體層51，故而半導體層51之表面反映出階差面53。於半導體層51之表面同樣地形成階差面54。
於第2層間絕緣膜45上積層第3層間絕緣膜55。第3層間絕緣膜55覆蓋下接觸層48及半導體層51。第3層間絕緣膜55由例如稱為氧化矽膜或氮化矽膜之絕緣材料形成。第3層間絕緣膜55之膜厚為例如300nm~1000nm即可。於半導體層51上於第3層間絕緣膜55形成開口56。開口56於階差面54之內側凹陷而劃分接觸於平坦之半導體層51之表面的空間。
於第3層間絕緣膜55上積層上接觸層(第2載子保有層)57。上接觸層57由例如非晶矽形成。上接觸層57之膜厚為10nm~200nm即可。上接觸層57進入開口56內。上接觸層57於開口56內積層於半導體層51之表面。如此，上接觸層57於與半導體層51之間劃分第2界面58。於第2界面58與第1界面49之間，半導體層51及下接觸層48形成電流之導通路徑。第2界面58於俯視下在較半導體層51及下接觸層48之輪廓更內側具有輪廓。此處，上接觸層57形成p+層。但是，於下接觸層48使用p+層之情形時，於上接觸層57使用n+層。
於上接觸層57上形成上部電極61。上部電極61於俯視下形成為既定圖案。上部電極61由ITO(Indium Tin Oxide，銦錫氧化物)及其他透明導電材形成即可。上部電極61之膜厚若為例如10nm~200nm左右即可。上部電極61於開口56內重疊於上接觸層57。第3層間絕緣膜55及第2層間絕緣膜45形成通往汲極電極42b之接觸孔62。上部電極61延伸至接觸孔62內。如此，上部電極61連接於汲極電極42b。
如圖4所示，光電二極體22係於第1界面49與下接觸層48及半導體層51之端面之距離a、與第2界面58與下接觸層48及半導體層51之端 面之距離b之間，b>a之關係成立。此時，距離b與距離a之差(b-a)大於1μm且小於3μm。又，自下部電極47之表面所測定之絕緣膜52之膜厚c為300nm以上。下接觸層48及半導體層51係沿著下部電極47之表面而具有5μm以上20μm以下之長度。
光電轉換裝置11係於藉由定電位線25、28而對光電二極體22施加逆向偏壓電壓之狀態下對光電二極體22入射光。藉此，於作為p+層之上接觸層57與作為n+層之下接觸層48之pn接面流動光電流，與此相對應之電荷儲存於保持電容27。根據複數根掃描線14之各者而選擇TFT21，資料線15對光檢測元件12逐個依序輸出與儲存於保持電容27之電荷相對應之信號。如此，可分別檢測出於各個光檢測元件12所受光之光的強度。
各個光檢測元件12係於俯視下第1界面49在較下接觸層48及半導體層51之輪廓更內側具有輪廓，同時，於俯視下第2界面58在較下接觸層48及半導體層51之輪廓更內側具有輪廓。如此，第1界面49及第2界面58與下接觸層48及半導體層51之水平剖面相比被縮小。其結果，下接觸層48與半導體層51之電流之導通路徑變狹小。下部電極47與上接觸層57之間在第1界面49及第2界面58之間電場增強。相反地，沿著下接觸層48及半導體層51之端面，電場減弱。其結果，沿著下接觸層48及半導體層51之端面而漏電流被抑制。
如下所述，根據本發明者之驗證，於光電二極體22中若於第1界面49與下接觸層48及半導體層51之端面之距離a、與第2界面58與下接觸層48及半導體層51之端面之距離b之間，b>a之關係成立，則漏電流減少。如上所述，下接觸層48及半導體層51覆蓋絕緣膜52。於下接觸層48及半導體層51形成階差面53、54。階差會導致易產生成膜之不均勻之成長，此種不均勻之成長易形成漏電流之路徑。因此，若b>a之關係成立，則可使上接觸層57避免出現階差。
尤其是若距離b與距離a之差(b-a)大於1μm，則漏電流確實地減少。另一方面，若距離b與距離a之差(b-a)為3μm以上，則第2界面58相對於第1界面49過於縮小，實質性之電流路徑過於狹小，下接觸層48及上接觸層57無法充分發揮功能。此外，由於在下部電極47上，下接觸層48之膜厚為300nm以上，故而絕緣膜52可確實地於下部電極47及下接觸層48之間實現絕緣。可確實地利用第1界面49而使電流之導通路徑變狹小。
下接觸層48係沿著下部電極47之表面而具有5μm以上20μm以下之長度。即，第1界面49具有5μm以上且20μm以下之長度。若假使第1界面49之長度超過20μm，則不介置絕緣膜52而利用固體膜即可充分有助於下接觸層48抑制漏電流。若假使第1界面49之長度為5μm以下，則光電二極體22無法以充分之光量受光。感度降低。
半導體層51相對於下接觸層48及上接觸層57而作為載子之供給源發揮功能。如此，半導體層51可提高載子之移動之感度。可形成所謂PIN結構之光電二極體22。
(3)驗證
本發明者驗證出光電二極體22之尺寸與暗電流(漏電流)之相互關係。此處，半導體層51於俯視下形成為圓形。半導體層51之厚度為700nm。元件徑為10μm~500μm。對光電二極體22施加5V逆向偏壓電壓。本發明者同時驗證了比較例。比較例中於下部電極47上全面地形成下接觸層。因此，相對於半導體層51之輪廓，下部電極47及下接觸層48之第1界面49界定為與半導體層51之輪廓一致。比較例中上接觸層57及半導體層51之第2界面58與本實施形態之光電二極體22同樣地較半導體層51之輪廓縮小。如圖5所示，確認本實施形態之光電二極體22以5.0μm以上且20.0μm以下之元件徑與比較例相比而暗電流得到抑制。發現本實施形態之光電二極體22與比較例相比抑制邊緣漏 電之影響。再者，若第2界面58縮小，由於光電轉換區域無法由半導體層51之直徑決定，故而元件徑利用圖6所示之分光感度特性而謀求為同感度。本驗證中元件徑相對於上接觸層之直徑為擴展2.8μm之值。圖6中以實線表示第2界面58變狹小後之光電二極體之分光感度，以虛線表示第1界面49及第2界面58與半導體層51相同之情況下之光電二極體之分光感度。
其次，本發明者一面使光電二極體22中之第1界面49與下接觸層48及半導體層51之端面之距離a變化一面測定暗電流。其結果，如圖7所示，確認若距離a為1.0μm以上，則暗電流得到抑制。再者，該驗證中第2界面58與下接觸層48及半導體層51之端面之距離b固定為3μm。
其次，本發明者驗證出光電二極體22中之距離a及距離b之差(b-a)與暗電流之相互關係。其結果，如圖8所示，若差(b-a)超過1μm，則暗電流減少。此處，距離a於任一測定中均維持為1.0μm以上。
其次，本發明者驗證出縮小第1界面49之效果。本發明者一面將距離a維持為1.5μm一面使距離b變化而測定暗電流。本發明者測定出比較例中之暗電流。比較例中第2界面58與半導體層51之輪廓重合。即，距離a維持為「0(零)」。其結果，如圖9所示，確認若距離b為2.5μm以上，則與比較例相比達成暗電流急遽地減少。
其次，本發明者驗證出絕緣膜52之膜厚之效果。本發明者一面使絕緣膜52之膜厚變化一面測定暗電流。距離a維持為1.5μm，距離b維持為3.0μm。其結果，如圖10所示，確認若絕緣膜52之膜厚為300nm以上，則暗電流得到抑制。
(4)光電轉換裝置之製造方法
其次，說明光電轉換裝置11之製造方法。於基板材上對區塊逐個嵌入各個光電轉換裝置11。基板材係由與基板31相同之素材形成。基 板材若為例如玻璃基板晶圓或矽晶圓即可。自基板材切割各個光電轉換裝置11。
於嵌入光電轉換裝置11時，於基板材上根據現有形成方法對各個光檢測元件12逐個形成TFT21。形成TFT21時，於基板材上全面地積層第1層間絕緣膜41及第2層間絕緣膜45。第2層間絕緣膜45之形成係第1層間絕緣膜41之表面以膜厚3μm左右之丙烯酸系樹脂平坦化而利用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法形成膜厚200nm左右之氮化矽膜。其後，於第2層間絕緣膜45上與各個TFT21相關聯而於每個光檢測元件12形成光電二極體22。
其次，詳述光電二極體22之形成方法。如圖11所示，首先於第2層間絕緣膜45上形成下部電極47。於形成時使用例如光微影技術即可。將下部電極47圖案化為由均勻之膜厚之導電膜決定之圖案。導電膜可使用例如鋁膜。相同之導電膜若利用例如蒸鍍法及其他方法形成即可。
如圖12所示，於第2層間絕緣膜45上全面地積層絕緣膜52。絕緣膜52由氮化矽膜或氧化矽膜形成。於積層時可使用例如CVD法。於下部電極47上形成絕緣膜52。絕緣膜52由所決定之圖案圖案化。根據圖案化而於下部電極47劃分第1界面49之預定區域64。預定區域64被絕緣膜52包圍。於預定區域64露出下部電極47之表面(上表面)。如此，自下部電極47之周緣而朝向內側被絕緣膜52覆蓋。
繼而，於下部電極47上形成下接觸層48及半導體層51。於下接觸層48及半導體層51之形成時，如圖13所示，於第2層間絕緣膜45上全面地一律形成下接觸層48之素材膜65及半導體層51之素材膜66。素材膜65由n+非晶矽形成，素材膜66由微晶矽形成。素材膜65、66利用CVD法連續成膜即可。素材膜65、66積層於下部電極47及絕緣膜52上。素材膜65、66覆蓋第1界面49之預定區域64。由於素材膜65、66 由均勻之膜厚所形成，故而素材膜65、66之表面反映絕緣膜52之表面形狀。如此素材膜65、66對各個光電轉換裝置11逐個形成階差面53、54。於素材膜66上形成抗蝕膜67。抗蝕膜67模仿半導體層51及下接觸層48之形狀。基於光微影技術而於抗蝕膜67之作用下，下接觸層48及半導體層51利用所決定之圖案由素材膜65、66圖案化。如此，形成下接觸層48及半導體層51。絕緣膜52於下部電極47上隔出下接觸層48。如此要求，於下接觸層48及下部電極47之間形成第1界面49。下接觸層48及半導體層51於俯視下具有較第1界面49更向外側擴展之輪廓。
如圖14所示，於第2層間絕緣膜45上全面地一律形成第3層間絕緣膜55。第3層間絕緣膜55由例如氧化矽膜或氮化矽膜形成。於成膜時使用CVD法。絕緣膜52、半導體層51及下接觸層48埋入於第3層間絕緣膜55。於半導體層51上於第3層間絕緣膜55形成開口56。如此，於階差面54之內側露出半導體層51之表面(頂部表面)。
如圖15所示，於第3層間絕緣膜55上形成上接觸層57。上接觸層57係一律地形成。上接觸層57由P+非晶矽所形成。上接觸層57利用CVD法成膜即可。於開口56內，上接觸層57蓋住半導體層51之露出面。於半導體層51上，上接觸層57由第3層間絕緣膜55隔出。如此，於半導體層51與上接觸層57之間形成第2界面58。第2界面58於俯視下在較半導體層51及下接觸層48之輪廓更內側具有輪廓。
繼而，如圖16所示，於上接觸層57上形成上部電極61。上部電極61由相同之導電膜圖案化即可。導電膜使用ITO膜即可。於圖案化時，藉由蝕刻處理而去除導電膜或上接觸層57。於上部電極61及上接觸層57之圖案化之前，半導體層51之露出面由第3層間絕緣膜55及上接觸層57所覆蓋。半導體層51之端面由第3層間絕緣膜55所保護。
(5)第2實施形態之光檢測元件之構造
圖17係概略性地表示第2實施形態之光電轉換裝置之光電二極體 22a。光電二極體22a係於下部電極47上積層下接觸層(第1載子保有層)48a。下接觸層48a於俯視下擴展至下部電極47之輪廓之外側。半導體層51a之輪廓重疊於下接觸層48a之輪廓。下接觸層48a於第1界面49接觸於下部電極47。第1界面49配置於較下接觸層48a及半導體層51a之輪廓更內側。其他構成與上述光電二極體22相同。光電二極體22a係於第1界面49與下接觸層48a及半導體層51a之端面之距離a、與第2界面58與下接觸層48a及半導體層51a之端面之距離b之間，與上述同樣地b>a及其他關係成立。因此，光電二極體22a達成與上述光電二極體22相同之作用效果。
(6)第3實施形態之光檢測元件之構造
圖18係概略性地表示第3實施形態之光電轉換裝置之光電二極體22b。光電二極體22b係於下部電極47上配置p型半導體層(第1載子保有層)71。p型半導體層71係與上述下接觸層48同樣地於下部電極47上藉由絕緣膜52被隔出。如此，p型半導體層71於第1界面72接觸於下部電極47。第1界面72於俯視下在較p型半導體層71之輪廓更內側具有輪廓。p型半導體層71於第1界面72之外側覆蓋下部電極47上之絕緣膜52。如此，於p型半導體層71上形成階差面73。第3層間絕緣膜55覆蓋p型半導體層71。p型半導體層71可使用例如黃銅礦系之光吸收層。
於第3層間絕緣膜55上配置n型半導體層(第2載子保有層)74。n型半導體層74進入於開口56內。n型半導體層74係於開口56內積層於p型半導體層71之表面。如此，n型半導體層74於與p型半導體層71之間劃分第2界面75。於第2界面75與第1界面72之間p型半導體層71形成電流之導通路徑。第2界面75於俯視下在較p型半導體層71之輪廓更內側具有輪廓。其他構造與光電二極體22相同。光電二極體22b係於第1界面72與p型半導體層71之端面之距離a、與第2界面75與p型半導體層71之端面之距離b之間，與上述同樣地b>a及其他關係成立。於絕緣膜52 之膜厚c上述關係成立。因此，光電二極體22b達成與上述光電二極體22相同之作用效果。於p型半導體層71及n型半導體層74之間實現載子之移動。與PIN結構之光電二極體22、22a相比，可省略半導體層51、51a。
(7)作為電子機器之活體認證裝置
如圖19所示，光電轉換裝置11可組裝入活體認證裝置77而利用。活體認證裝置77具備微透鏡陣列78。微透鏡陣列78係由例如矩陣排列之微透鏡79所形成。可使發光基板81朝向微透鏡陣列78。發光基板81具備形成於基板本體82之表面之發光層83。發光層83由例如有機EL(Electroluminescence，電致發光)材料形成。發光層83夾於第1電極層84及第2電極層85之間。若由第1電極層84及第2電極層85對發光層83施加電壓，則發光層83向面垂直方向放光。
發光基板81重疊於遮光基板86。遮光基板86具備形成於基板本體87之背面之遮光層88。遮光層88由例如稱為鉻膜之金屬膜或不透明之樹脂膜等遮光材形成。遮光層88對應於微透鏡79之光程而形成開口89。遮光基板86重疊於光電轉換裝置11。由微透鏡79聚光之光被各個光檢測元件12接收。
發光基板81及光電轉換裝置11連接有控制部91。控制部91控制發光層83之發光並且對光檢測元件12之輸出進行信號處理。於控制發光時，控制部91例如對發光基板81之第1電極層84及第2電極層85控制電壓之供給。自發光層83向手指FG照射光。光係近紅外線，具有例如750~3000nm(較佳為800~900nm)之波長。光若到達手指FG之內部則散亂，而一部分作為反射光朝向光檢測元件12。各個光檢測元件12對應於近紅外線光之強度而輸出電氣信號。對應於陣列狀之光檢測元件12之輸出而形成光之圖像。由於靜脈中之血紅蛋白吸收近紅外線光，故而可於圖像中描繪較暗靜脈像。控制部91使用稱為微處理器單 元(MPU，Microprocessor Unit)之運算處理電路即可。
控制部91連接有記憶部92及輸出部93。記憶部92於特定之識別碼之管理下記憶靜脈像。靜脈像由光電轉換裝置11獲取而登錄。靜脈像因個人不同而相異。記憶部92可使用例如稱為快閃記憶體或硬碟驅動器之非揮發性記憶體。於活體認證時，控制部91將所拍攝之靜脈像對照於所登錄之靜脈像。若拍攝之靜脈像與登錄之靜脈像一致，則達成本人認證。認證結束之輸出信號自輸出部93輸出。若拍攝之靜脈像與登錄之靜脈像不一致，則否定本人認證。認證不良之輸出信號自輸出部93輸出。如此之活體認證裝置77可利用於進出室管理裝置、現金自動存取款機(ATM)、行動電話、及智慧型手機等之利用者管理及其他方面。
再者，如上述般雖對本實施形態進行了詳細說明，但業者當可容易地理解：可實現不實質性地脫離本發明之新穎事項及效果之多種變化。因此，此種變化例全部包含於本發明之範圍內。例如，於說明書或圖式中，至少一次，與更廣義或同義之不同用語一併記載之用語於說明書或圖式之任意部位，均可置換為此不同用語。又，光電轉換裝置11、光檢測元件12、開關元件、光電轉換元件、活體認證裝置77、及電子機器等之構成及動作亦不限定於本實施形態中所說明者，可進行各種變化。

Claims (9)

  1. 一種半導體裝置，其特徵在於具備：下部電極，其配置於基板上；第1載子保有層，其配置於上述下部電極上並接觸上述下部電極以劃分位於其與上述下部電極之間之第1界面，且具有複數之第1型之多數載子；半導體層，其配置於上述第1載子保有層上；及第2載子保有層，其配置於上述半導體層上並接觸上述半導體層以由導通路徑劃分位於其與上述半導體層之間之第2界面，且具有複數之第2型之多數載子，上述導通路徑係於上述第1界面與上述第2界面之間被上述半導體層與上述第1載子保有層劃分；且自與配置有上述下部電極之上述基板之表面正交之方向觀察之俯視下，上述第1界面於較上述第1載子保有層之輪廓更內側具有輪廓；於上述俯視下，上述第2界面於較上述第1載子保有層之輪廓更內側具有輪廓；於上述俯視下，上述第1界面之至少一部分覆蓋上述第2界面之一部份。
  2. 如請求項1之半導體裝置，其中於上述第1界面與上述第1載子保有層之端部的距離a、和上述第2界面與上述第1載子保有層之上述端部的距離b之間，b>a之關係成立。
  3. 如請求項2之半導體裝置，其中距離b與距離a之差大於1μm且小於3μm。
  4. 如請求項1至3中任一項之半導體裝置，其具備絕緣膜，該絕緣 膜係沿著上述第1界面之輪廓而於上述第1界面之外側覆蓋上述下部電極，且於上述下部電極上支持上述第1載子保有層之一部分。
  5. 如請求項4之半導體裝置，其中上述絕緣膜之膜厚係自上述下部電極之表面起300nm以上。
  6. 如請求項1之半導體裝置，其中上述第1載子保有層係沿著上述下部電極之表面而具有5μm以上且20μm以下之長度。
  7. 如請求項1至3中任一項之半導體裝置，其中上述第2界面於上述第1載子保有層與上述第2載子保有層之間被劃分。
  8. 一種光電轉換裝置，其特徵在於具有如請求項1至7中任一項之半導體裝置。
  9. 一種電子機器，其特徵在於具有如請求項1至7中任一項之半導體裝置。
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