专利名称：光电转换元件、光电转换装置、及图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的光电转换元件为了解决上述课题而提出，具备由微结晶半导体构成的受光层、在前述受光层的一面侧形成的第1导电型的第1半导体层、和夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间且由非晶质半导体构成的第1中间层。 根据本发明涉及的光电转换元件，例如取代非晶硅等非晶质半导体层而由微晶硅(以下称为"PC-Si")等微结晶半导体构成受光层。根据这样的受光层，与使用非晶硅等非晶质半导体层的情况相比，对于红外光可提高受光灵敏度。 第1半导体层例如是n型的非晶硅层等半导体层，形成在前述受光层的一个面侧。
第1中间层夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间，例如由非晶硅等非晶质半导体构成。根据这样的第1中间层，可抑制因在受光层中使用微结晶半导体而产生的泄漏电流的增大。 因此，根据本发明涉及的光电转换元件，可提高对于红外光的受光灵敏度，且可检测低光量的光，能够提高用于对检测对象物进行检测的检测性能。 在本发明涉及的光电转换元件的一个方式中，也可构成为，具备在前述受光层的另一个面侧形成的第2导电型的第2半导体层；和夹设在前述第2半导体层及前述受光层间，且由非晶质半导体构成的第2中间层。 根据该方式，由于在受光层的一个面侧及另一个面侧分别形成了第1中间层及第2中间层，所以与仅在受光层的一个面及另一个面的一侧形成中间层的情况相比，可进一步抑制泄漏电流的产生。 在本发明涉及的光电转换元件的另一方式中，可构成为，具备形成在前述受光层 的另一个面侧、且作为第2导电型微结晶半导体层的第3半导体层。
根据该方式，可在抑制泄漏电流产生的同时，提高对于红外光的检测性能。
本发明涉及的光电转换装置为了解决上述课题而提出，具备光电转换元件，其具 有(i)由微结晶半导体构成的受光层，(ii)在前述受光层的一个面侧形成的第1导电型的 第1半导体层，(iii)夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成 的第1中间层，(iv)在前述受光层的另一个面侧形成的第2导电型的第2半导体层，及(V) 夹设在前述第2半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第2中间层；导电
部，其与前述第2半导体层电连接；和薄膜晶体管，其借助前述导电部与前述光电转换元件
电连接，且对前述光电转换元件进行驱动；前述薄膜晶体管具有由多晶硅构成的半导体层。
根据本发明涉及的光电转换装置，不仅可使用具有由多晶硅构成的半导体层的薄 膜晶体管，并且与上述的光电转换元件同样，可提高对于红外光的受光灵敏度，且可检测低 光量的光，由此能够提高用于对检测对象物进行检测的检测性能。 本发明涉及的光电转换装置为了解决上述课题而提出，具备光电转换元件，其具 有(i)由微结晶半导体构成的受光层，(ii)在前述受光层的一个面侧形成的第1导电型的 第1半导体层，(iii)夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成 的第1中间层，及(iv)形成在前述受光层的另一个面侧、且作为第2导电型微结晶半导体 层的第3半导体层；导电部，其与前述第3半导体层电连接；和薄膜晶体管，其借助前述导 电部与前述光电转换元件电连接，且对前述光电转换元件进行驱动；前述薄膜晶体管具有 由多晶硅构成的半导体层。 根据本发明涉及的光电转换装置，不仅可使用具有由多晶硅构成的半导体层的薄 膜晶体管，并且与上述的光电转换元件同样，可提高对于红外光的受光灵敏度，且可检测低 光量的光，由此能够提高用于对检测对象物进行检测的检测性能。 本发明涉及的图像传感器为了解决上述课题而提出，具备基板；和光电转换元 件，其形成于前述基板上的构成光检测区域的多个单位区域的每一个，具备(i)由微结晶 半导体构成的受光层，(ii)在前述受光层的一个面侧形成的第1导电型的第1半导体层， (iii)夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第1中间层。
根据本发明涉及的图像传感器，可提高红外光的检测性能，并且还能够检测微小 的光量。因此，根据本发明涉及的图像传感器，可提高图像传感器的综合的光检测性能。
本发明的这样的作用及其他优点从接着说明的实施方式变得清楚。
图1是本实施方式涉及的图像传感器的俯视图。
图2是表示本实施方式涉及的图像传感器的单位区域中的电气结构的电路图。 图3是表示本实施方式涉及的光电转换装置的构成的剖面图。 图4是表示本实施方式的光电转换装置的变形例所涉及的构成的剖面图。 图5是表示本实施方式的光电转换装置的变形例所涉及的偏置电压及电流密度
间的特性的曲线图。
图6是表示本实施方式涉及的光电转换装置的比较例的构成的剖面图。 附图标记说明151、151A…光学传感器，151a…第1半导体层，151c…受光层，
151b…第1中间层，151d…第2中间层，151e…第2半导体层，151f…第3半导体层，190、
190A…光电转换装置，500…图像传感器
具体实施例方式
以下，参照附图，对本发明涉及的光电转换元件、光电转换装置、及图像传感器的
各实施方式进行说明。 〈l:图像传感器〉 参照图1及图2，对本实施方式涉及的图像传感器的实施方式进行说明。图1是本 实施方式涉及的图像传感器的俯视图。图2是表示本实施方式涉及的图像传感器的单位区 域中的电气结构的电路图。 在图1中，图像传感器500具备基板IO，该基板10形成有由半导体元件构成的各
种电路部。基板io例如是玻璃基板等透明基板，在其上形成有后述的光学传感器及驱动该
光学传感器的驱动用TFT。基板10上的图像检测区域510a是本发明的"光检测区域"的典 型例。图像检测区域510a由在基板10上呈矩阵状排列的多个单位区域550构成。后述的 光学传感器形成在多个单位区域550的每一个中。由于图像传感器500具备后述的光学传 感器，所以不仅可提高红外光的检测性能，并且也能够检测微小的光量。因此，根据图像传 感器500，能够提高图像传感器的综合的光检测性能。 在图2中，图像传感器500具备作为本发明的"光电转换元件"的一例的光学传 感器151、存储电容C、复位TFT163、信号放大用TFT154、输出控制用TFT155、输入线180、输 出线181以及栅极线G1及G 2。 光学传感器151是PIN二极管，根据成为检测对象的物体，对向图像检测区域510a 入射的入射光进行检测。复位用TFT163的源极与光学传感器151的输出侧、及信号放大用 TFT154的栅极电连接。复位用TFT163的栅极与复位用的栅极线Gl电连接。复位用TFT163 的漏极与输入线180电连接。信号放大用TFT154的源极及漏极分别与输出控制用TFT155 的源极及输入线180电连接。输出控制用TFT155的源极、栅极及漏极分别与信号放大用 TFT154的漏极、选择用的栅极线G2、及输出线181电连接。存储电容C电连接在信号放大 用TFT154的栅极及栅极线Gl之间。 在图像传感器500动作时，光学传感器151接收到入射光的情况下，在光学传感器 151中产生光电流，对应于复位用TFT163、电压放大用TFT154、及输出控制用TFT155各自的 动作，输出信号被向输出线181输出。作为检测对象的物体根据从多个单位区域550的每 一个输出的输出信号而被图像化。根据图像传感器500，由于红外光的检测性能被提高，所 以即使在难以由可见光检测的状况下，也能准确地检测成为检测对象的物体。
〈2:光电转换装置〉 接着，参照图3，对本发明涉及的作为光电转换装置的一个实施方式的、搭载于上 述图像传感器的光电转换装置进行说明。图3是本实施方式涉及的图像传感器的单位区域 的剖面图。其中，本实施方式涉及的光电转换装置包含上述的光学传感器151而构成。
在图3中，光电转换装置190具备作为本发明的"光电转换元件"的一例的光学传
5感器151、作为本发明的"导电部"的一例的阳极170、及作为本发明的"薄膜晶体管"的一 例的复位用TFT163。 光学传感器151具备受光层151c、第1半导体层151a、第1中间层151b、第2半 导体层151e、及第2中间层151d而构成，分别与阳极170及由ITO(Indium Tin Oxide)构 成的阴极171电连接。 受光层151c代替非晶硅等非晶质半导体层而由微晶硅(以下称为"P C-Si")等 微结晶半导体构成。根据这样的受光层151c，与使用非晶硅等非晶质半导体层的情况相比， 对于包含红外光的入射光可提高受光灵敏度。 第1半导体层151a是形成在受光层151c的一个面侧的n型半导体层，例如由非 晶硅构成。第1中间层151b夹设在第1半导体层151a及受光层151c之间，构成了将第1 半导体层151a及受光层151c相互接合的接合层。第1中间层151b由非晶硅等非晶质半 导体构成。 因此，根据光学传感器151，基于第1中间层151b的存在，可抑制因在受光层151c 中使用yC-Si等微结晶半导体而产生的泄漏电流的增大。因此，根据光学传感器151，可提 高对于红外光的受光灵敏度，并能够检测低光量的光，从而可提高用于对检测对象物进行 检测的检测性能。 第2半导体层151e是形成在受光层151c的另一个面侧的p型半导体层，例如由 非晶硅构成。第2中间层151d夹设在第2半导体层151e及受光层151c之间，构成了将第 2半导体层151e及受光层151c相互接合的接合层。第2中间层151d与第1中间层151b 同样，由非晶硅等非晶质半导体构成。 因此，根据光学传感器151，由于在受光层151c的一个面侧及另一个面侧分别形 成了第1中间层151b及第2中间层151d，所以与仅在受光层151c的一个面及另一个面中 的一侧形成中间层的情况相比，可进一步抑制泄漏电流的产生，能够检测低光量的光。
阳极170形成于在基板10上形成的栅极绝缘膜41、绝缘膜42、43及44中的绝缘 膜43上。阳极170借助设置于绝缘膜43的接触孔而与复位用TFT163的漏极侧端子82电 连接。 复位用TFT163借助阳极170与光学传感器151电连接，在图像传感器500动作时， 将光学传感器151复位。复位用TFT163具备与源极区域电连接的源极侧端子81、与漏极 侧电连接的漏极侧端子82、栅电极3a、和形成有源极区域ls、沟道区域lc及漏极区域ld的 半导体层la。半导体层la由多晶硅构成。 因此，根据光电转换装置190，可使用具有由多晶硅构成的半导体层的TFT，且提 高对于红外光的受光灵敏度，并检测低光量的光，由此能够提高用于对检测对象物进行检 测的检测性能。
(变形例) 接着，参照图4及图5，说明本实施方式涉及的光电转换装置的变形例。图4是表 示本例涉及的光电转换装置190A的构成的截面构成图。图5是表示本例涉及的光电转换 装置190A的偏置电压及电流密度间的特性的曲线图。其中，在以下说明中，对与上述光电 转换装置190公共的部分标注共同的参照附图标记，省略详细的说明。
如图4所示，本例涉及的光电转换装置190A与上述的光电转换装置190不同之处在于，具备光学传感器151A。 光学传感器151A不是在受光层151c的两侧分别设置中间层，而是仅在一面侧形 成第1中间层151b，在另一面侧仅形成p型的第3半导体层151f，在这一点与光学传感器 151不同。第3半导体层151f由p型的yC-Si构成，并且与阳极170电连接。
接着，参照图5，对光学传感器151A的偏置电压及电流密度的关系进行说明。这 里，偏置电压是指在以阴极171的电位为基准(0V)的情况下对阳极170施加的电压。而在 图5中，用空白点表示了光学传感器151A的偏置电压-电流密度的关系(实施例1的构 造)，用黑点表示了比较例涉及的yC-Si光电二极管的偏置电压-电流密度的关系。其中， 比较例涉及的P C-Si光电二极管151X如图6所示，具有在受光层151c的两面各侧没有形 成由非晶硅等非晶质半导体层构成的中间层的结构，更具体而言，在受光层151c的两面各 侧具有n型的ii C-Sil51xl、p型的iiC-Sil51x2。 如图5所示，根据光学传感器151A，与比较例涉及的光电二极管相比，负偏置电压 时的电流的电流密度减少。因此，本例涉及的光学传感器151A可提高对于红外光的受光灵 敏度，并且可抑制泄漏电流的产生。而且，当然可以预想到，对于在受光层151c的两面侧形 成有中间层的光学传感器151而言，与光学传感器151A相比，负偏置电压时的电流的电流 密度进一步减少。 因此，根据分别具备本实施方式涉及的光学传感器151及151A的光电转换装置 190及191A的每一个，在图像传感器500动作时，可抑制泄漏电流的产生，并且可提高对于 红外光的检测性能。
权利要求
一种光电转换元件，其特征在于，具备由微结晶半导体构成的受光层；在前述受光层的一个面侧形成的第1导电型的第1半导体层；和夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第1中间层。
2. 根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，具备在前述受光层的另一个面侧形成的第2导电型的第2半导体层；禾口夹设在前述第2半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第2中间层。
3. 根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，具备形成在前述受光层的另一个面侧、且作为第2导电型微结晶半导体层的第3半导体层。
4. 一种光电转换装置，其特征在于，具备光电转换元件，其具有(i)由微结晶半导体构成的受光层，(ii)在前述受光层的一个面侧形成的第1导电型的第1半导体层，(iii)夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第1中间层，(iv)在前述受光层的另一个面侧形成的第2导电型的第2半导体层，及(v)夹设在前述第2半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第2中间层；导电部，其与前述第2半导体层电连接；禾口薄膜晶体管，其借助前述导电部与前述光电转换元件电连接，且对前述光电转换元件进行驱动；前述薄膜晶体管具有由多晶硅构成的半导体层。
5. —种光电转换装置，其特征在于，具备光电转换元件，其具有(i)由微结晶半导体构成的受光层，(ii)在前述受光层的一个面侧形成的第1导电型的第1半导体层，(iii)夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第1中间层，及(iv)形成在前述受光层的另一个面侧、且作为第2导电型微结晶半导体层的第3半导体层；导电部，其与前述第3半导体层电连接；禾口薄膜晶体管，其借助前述导电部与前述光电转换元件电连接，且对前述光电转换元件进行驱动；前述薄膜晶体管具有由多晶硅构成的半导体层。
6. —种图像传感器，其特征在于，具备基板；和光电转换元件，其形成于前述基板上的构成光检测区域的多个单位区域的每一个，具备(i)由微结晶半导体构成的受光层，(ii)在前述受光层的一个面侧形成的第1导电型的第1半导体层，(iii)夹设在前述第1半导体层及前述受光层之间、且由非晶质半导体构成的第1中间层。
全文摘要
本发明涉及光电转换元件、光电转换装置及图像传感器，提高光学传感器对红外光进行检测的检测性能、并降低由该光学传感器产生的泄漏电流。取代非晶硅等非晶质半导体层而由微晶硅(以下称为“μ-CSi”)等微结晶半导体构成受光层(151c)。根据这样的受光层，与使用非晶硅等非晶质半导体层的情况相比，对于包含红外光的入射光可提高受光灵敏度。第1中间层(151b)夹设在第1半导体层(151a)及受光层之间，构成了将第1半导体层及受光层相互接合的接合层。第1中间层由非晶硅等非晶质半导体构成。因此，根据光学传感器(151)，基于第1中间层的存在，可抑制因在受光层中使用μC-Si等微结晶半导体而产生的泄漏电流的增大。
文档编号H01L31/105GK101714589SQ20091017622
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月16日 优先权日2008年10月1日
发明者松本友孝, 江口司 申请人:精工爱普生株式会社