JPH04245443A - 完全密着型イメ−ジセンサ - Google Patents

完全密着型イメ−ジセンサ

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Publication number
JPH04245443A
JPH04245443A JP3029412A JP2941291A JPH04245443A JP H04245443 A JPH04245443 A JP H04245443A JP 3029412 A JP3029412 A JP 3029412A JP 2941291 A JP2941291 A JP 2941291A JP H04245443 A JPH04245443 A JP H04245443A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image sensor
type image
film
layer
contact type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3029412A
Other languages
English (en)
Inventor
Michio Arai
三千男 荒井
Masaaki Ikeda
正明 池田
Kazuji Sugiura
杉浦 和司
Nobuo Furukawa
信男 古川
Mitsufumi Kodama
光文 小玉
Yukio Yamauchi
幸夫 山内
Naoya Sakamoto
直哉 坂本
Takeshi Fukada
武 深田
Masaaki Hiroki
正明 廣木
Ichiro Takayama
一郎 高山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
TDK Corp
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
TDK Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd, TDK Corp filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP3029412A priority Critical patent/JPH04245443A/ja
Priority to US07/825,552 priority patent/US5298455A/en
Priority to EP19920300787 priority patent/EP0497592A3/en
Publication of JPH04245443A publication Critical patent/JPH04245443A/ja
Priority to US08/189,498 priority patent/US5442198A/en
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は完全密着型イメージセン
サに係り、特にこのイメージセンサの基板として低コス
トのガラス基板を用いて、ガラス基板上にセンサ部や薄
膜トランジスタ(Thin Film Transis
tor  以下TFTという)等を形成して、十分な特
性を得ることの出来る完全密着型イメージセンサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、完全密着型イメージセンサは、例
えば石英基板上に形成されたセンサ部と駆動スイッチや
シフトレジスタを形成するTFT部から構成される。
【0003】図7に従来の完全密着型イメージセンサの
構造説明図を示す。図7において、11は石英基板、1
2はセンサ部、13は遮光層、14はTFT部、15は
多結晶シリコン素子部、16はゲート電極、17はゲー
ト酸化膜、18はアルミ電極、19は保護膜、20は接
着剤、21は薄板ガラス、22は原稿、23はセンサ素
子部、24は照明窓を示す。
【0004】図7において、このイメージセンサの下部
より入射する照射光Aは照明窓を経て原稿で反射してセ
ンサ部12に入射し、読み取る。これらのセンサ部を駆
動したり制御するための駆動スイッチやシフトレジスタ
はセンサ部12と同じ石英基板11上にTFT部14に
よって構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の完全密着型イメ
ージセンサのTFT部分は、そのスイッチング速度の早
さなどの理由により、900℃以上の高温プロセスで形
成されるため、石英基板が用いられている。
【0006】ところが、石英基板は高価であり、これが
このタイプのイメージセンサのコストアップの原因の1
つになっていた。
【0007】従って本発明の目的は低コストの基板を用
い、その上にTFTを形成しても従来のものと遜色のな
いTFT部を有する完全密着型イメージセンサを提供す
るもである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明者は鋭意研究の結果、基板として低コストのガ
ラス基板を用い、TFT部は、Si2 H6 ガスを用
いた減圧CVD法によって成膜し、アニールすることに
よって得られる粒径が膜厚の1/2 倍〜4倍の値にな
る、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等の非単結
晶半導体層に形成し、センサ部はアモルファス・シリコ
ン(a−Si)層のPIN構造である完全密着型構造が
、良い特性を有することを見出した。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を図1、図2により説明する
。図1、図2は本発明の一実施例であるイメージセンサ
の製造工程説明図である。
【0010】まず、非単結晶半導体層を形成するために
、ガラス基板1として、例えば、日本電気ガラス社製の
ネオセラムNO(商品名)基板または保谷ガラス社製の
LE30(商品名)基板を用意する。
【0011】ネオセラムガラス基板の組成は表1の如き
である。
【0012】
【表1】
【0013】このガラス基板1上にジシラン(Si2 
H6 )ガスを用いた減圧CVD法によりアモルファス
シリコン(a−Si)層2を約1000Åの厚さに成膜
する(図1(a)参照)
【0014】成膜条件は以下の通りである。 Si2 H6 ガス  100SCCMHeガス   
     200SCCM圧力           
 0.3 Torr加熱温度        500℃
〜570℃
【0015】次にa−Si層2をN2 雰囲
気中で550℃〜600℃で8時間〜56時間加熱し固
相成長によりa−Si層2をポリシリコン層2′とする
【0016】その後ポリシリコン層2′をレジストを用
いたドライエッチングによってエッチングし、ボリシリ
コン層2′の島を形成する。このポリシリコン層2′上
にTFTを形成し、ガラス基板1の開孔部1′にセンサ
部を形成することになる(図1(b)参照)。
【0017】ポリシリコン層2′を含む基板全体にフィ
ールド酸化膜用のSiO2 膜3をRFスパッタリング
により形成した後、レジストによりパターニングしてチ
ャンネル部を開孔する(図1(c)参照)。
【0018】基板全体にゲート酸化膜用のSiO2 膜
をスパッタ法で次の成膜条件により形成する。 O2 圧      4ミリTorr 使用電力    1.5 KW 成膜温度    150℃ 膜厚        500Å〜1500Å
【0019
】次にこの上にゲート電極用のa−Si層を形成した後
、レジストを用いた2段階のエッチングにより、ゲート
電極、ゲート酸化膜のパターニングを行い、ゲート酸化
膜4、ゲート電極5を形成する(図1(d)参照)。
【0020】イオン打ち込み用のマスクとして、一方の
チャンネル部開孔部にレジスト6を形成し、開孔部に例
えばリン(P)イオンをドープする(図1(e)参照)
【0021】次にこのレジスト6を剥離し、第2のイオ
ン打ち込みのためのマスク用レジスト7を形成し、開孔
部に例えばホウ素(B)イオンをドープし、C−MOS
FETを形成する(図1(f)参照)。
【0022】次にレジスト7を剥離後、N2 雰囲気中
で550℃〜600℃で24時間加熱し、ドーパントの
活性化とゲートa−Si層5のポリシリコン化を行う。 さらに例えばH2 雰囲気中で400℃30分間加熱し
て水素化を行い、チャンネル層を含む半導体層の欠陥準
位を減少させる。
【0023】この後、基板全体にスパッタリングによっ
て層間絶縁膜としてSiO2 膜8を形成する(図2(
a)参照)。
【0024】次にTFTの形成されない、即ちポリシリ
コン層2′の開孔部上のSiO2 膜8上にセンサ部を
形成する。
【0025】SiO2 膜8の所定部分にフォトダイオ
ード用の下部電極としてCr膜9を形成後パターニング
し遮光層とし、素子部としてPIN構造のa−Si膜1
0を形成後、パターニングする。さらにITO膜11を
成膜後パターニングして透明電極を形成し、フォトダイ
オードを完成する(図2(b)参照)。
【0026】次にTFT側の層間絶縁膜のSiO2 膜
8をパターニングして電極用のスルーホールを形成後、
約1000Åの厚さのCr層と約1μmの厚さのAl層
から成る2層構造の金属膜12を成膜する(図2(c)
参照)。
【0027】レジストを用いたウェットエッチングによ
りパターニングして電極配線層12′とし、センサ部と
TFT部とを接続する(図2(d)参照)。
【0028】この後、基板全体に保護膜を形成後、各単
位毎に分断してイメージセンサを完成する。
【0029】本発明ではガラス基板上にa−Si層の如
き非単結晶Si層を形成するためにジシランガスを使用
しているが、ジシランガスを用いたa−Si膜とシラン
ガスを用いたa−Si膜の特性を表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】表2において、膜No. 1〜5はジシラ
ンガスを用いて成膜したa−Si膜のデータであり、成
膜条件は、He:20SCCM、圧力:0.3 Tor
r、Si2 H6 :100SCCMである。また膜N
o. 6はシランガスを用いて成膜したものであり、成
膜条件は20%SiH4 /He:800SCCM、圧
力0.8 Torrで成膜したものである。
【0032】なお、膜No. 5 は膜厚が厚すぎるた
め、また膜No. 6はシランガスを用いているため本
発明の実施例には含まれない。
【0033】表2より明らかなように、No. 6に示
すシランガスを用いて成膜するとき、その酸素濃度が大
きいことがわかる。酸素濃度が大きいと結晶粒が成長し
にくい。本発明のように結晶粒径を大きく成長させるた
めには酸素濃度が、2×1019/cm3 以下と低い
ことにもとづく。
【0034】また本発明におけるa−Si膜、ポリシリ
コン膜等の非結晶Si膜の膜厚と平均粒径、移動度、し
きい電圧等との関係を図3〜図5に示す。
【0035】図3は膜厚が500Åのとき、図4は膜厚
が1000Åのとき、図5は膜厚が2000Åのときの
例を示す。
【0036】図3により明らかなように、膜厚が500
Åのとき平均粒径が、250Å以下になるとその移動度
は急激に減少する。しかもしきい電圧は10V以下と小
さくなる。そして平均粒径が3000Å以上になると移
動度のバラツキが大きくなる。図4、図5でも同様の傾
向を有する。なお図3〜図5はそれぞれサンプル数n=
10、nチャンネルの例を示す。
【0037】一般に、移動度μは下式によれ得られる。
【0038】
【数1】
【0039】ここでLは粒径、qは電荷、m* は有効
質量、EB は粒界の障壁高さを示す。
【0040】上記数式より明らかな如く、粒径が大きく
なると移動度は比例して大きくなる筈であるが、実際は
粒径が大きくなれば障壁高さが大きくなり、図3〜図5
の如き状態を示すことがわかった。
【0041】さらに平均粒径が大きくなれば、SiO2
 ゲート酸化膜の下に存在する粒数にバラツキが生じ、
移動度が大きくバラツクことになる。
【0042】また、図6で示す如く膜厚が増加するとリ
ーク電流が増大する。そして実用デバイスとしてみると
き、リーク電流を1×10−8(A)以下に抑えること
が望まれる。したがって膜厚は2000Å程度までがリ
ーク電流でみる限り実用範囲である。なお、図6はnチ
ャンネルの例を示す。
【0043】以上のことにより、移動度のことより膜厚
の最少値は500Åが好ましく、リーク電流より膜厚の
最大値は2000Åが好ましいものとなる。
【0044】本発明の如き構造にすることにより、例え
ばA4判で読み取り速度 2.5m・sec /行、1
6階調、MTF(空間周波数変調函数):50%、S/
N比:20dB以上の高性能のイメージセンサを得るこ
とができた。
【0045】
【発明の効果】本発明により、高価な石英基板を用いず
、安価なガラス基板上に低温プロセスにより非単結晶半
導体装置やセンサ部を搭載した完全密着型イメージセン
サを形成することができた。これにより性能のよい完全
密着型イメージセンサのコストを大幅に下げることが可
能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の完全密着型イメージセンサ
の製造工程説明図の1部である。
【図2】本発明の一実施例の製造工程説明図のうち、図
1の次工程説明図である。
【図3】本発明に使用される膜厚500Åにおける平均
粒径と移動度及びしきい電圧特性図である。
【図4】本発明に使用される膜厚1000Åにおける平
均粒径と移動度及びしきい電圧特性である。
【図5】本発明に使用される膜厚2000Åにおける平
均粒径と移動度及びしきい電圧特性である。
【図6】非単結晶Si膜の膜厚とリーク電流特性である
【図7】従来の完全密着型イメージセンサの構造説明図
である。
【符号の説明】
1  ガラス基板 2  ポリシリコン層 3  SiO2 膜 4  ゲート酸化膜 5  ゲート電極 8  SiO2 膜 9  Cr膜 10  a−Si層 11  ITO膜 12  Cr−Al膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ガラス基板上に、平均粒径が膜厚の1
    /2 倍〜4倍の値になる非単結晶半導体層に形成され
    た薄膜トランジスタ部と、半導体光センサ部とを配置す
    ることを特徴とする完全密着型イメージセンサ。
  2. 【請求項2】  前記非単結晶半導体層はジシランガス
    を用いたCVD法で成膜後アニールして形成することを
    特徴とする請求項1に記載した完全密着型イメージセン
    サ。
  3. 【請求項3】  前記非単結晶半導体層の膜厚は500
    Å〜2000Åであることを特徴とする請求項1または
    請求項2記載の完全密着型イメージセンサ。
  4. 【請求項4】  前記半導体光センサ部はアモルファス
    シリコン層のPIN構造のフォトダイオードであること
    を特徴とする請求項1に記載した完全密着型イメージセ
    ンサ。
JP3029412A 1991-01-30 1991-01-30 完全密着型イメ−ジセンサ Pending JPH04245443A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3029412A JPH04245443A (ja) 1991-01-30 1991-01-30 完全密着型イメ−ジセンサ
US07/825,552 US5298455A (en) 1991-01-30 1992-01-27 Method for producing a non-single crystal semiconductor device
EP19920300787 EP0497592A3 (en) 1991-01-30 1992-01-30 Non single crystal semiconductor device and manufacturing method
US08/189,498 US5442198A (en) 1991-01-30 1994-01-31 Non-single crystal semiconductor device with sub-micron grain size

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3029412A JPH04245443A (ja) 1991-01-30 1991-01-30 完全密着型イメ−ジセンサ

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JPH04245443A true JPH04245443A (ja) 1992-09-02

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ID=12275419

Family Applications (1)

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JP3029412A Pending JPH04245443A (ja) 1991-01-30 1991-01-30 完全密着型イメ−ジセンサ

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JP (1) JPH04245443A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576222A (en) * 1992-01-27 1996-11-19 Tdk Corp. Method of making a semiconductor image sensor device
US7622335B2 (en) 1992-12-04 2009-11-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a thin film transistor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576222A (en) * 1992-01-27 1996-11-19 Tdk Corp. Method of making a semiconductor image sensor device
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020226