(57)【要約】【課題】迷光を抑制し、所望の画像を得ることができる光電変換装置、及びこれを利用した電子機器を提供すること。【解決手段】光電変換装置１００は、基板１の一方面側に設けられたスイッチング素子１０と、スイッチング素子１０を覆うように設けられた層間絶縁膜３と、層間絶縁膜３上であって、基板１に形成される膜の厚み方向から見てスイッチング素子１０と重なる領域に設けられた遮光膜９と、層間絶縁膜７上に設けられた下部電極８と、下部電極８及び遮光膜９上に設けられたカルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ａ，２１Ｂと、を備える。【選択図】図３
2015056484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方面側に設けられたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を覆うように設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上であって、前記基板の膜厚方向から見て前記スイッチング素子と重なる領域に設けられた遮光膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられた下部電極と、
前記下部電極及び前記遮光膜上に設けられたカルコパイライト構造を有する半導体膜と、
を備えたことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記半導体膜と、前記下部電極及び前記遮光膜が前記半導体膜に接する表層とは、１６族元素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。
【請求項３】
前記１６族元素は、セレン及び硫黄の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記下部電極及び前記遮光膜は、モリブデン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。
【請求項５】
前記下部電極及び前記遮光膜が前記半導体膜に接する前記表層は、ＭｏＳｅ２またはＭｏＳ２を含むことを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
基板の一方面側にスイッチング素子を形成する工程と、
前記スイッチング素子を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上であって、前記基板の膜厚方向から見て前記スイッチング素子と重なる領域に遮光膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極及び前記遮光膜上にカルコパイライト構造を有する半導体膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体膜を形成する工程は、
前記遮光膜及び前記下部電極上にプリカーサ膜を形成する工程と、
１６族元素を含む雰囲気でのアニール工程と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記１６族元素は、セレン及び硫黄の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
前記遮光膜及び前記下部電極は、同一の金属材料にて形成されることを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１０】
前記遮光膜及び前記下部電極は、モリブデンを含むことを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１１】
前記アニール工程では、前記モリブデンを、前記１６族元素と反応させる工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光電変換装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置、光電変換装置の製造方法及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に薄膜トランジスターによるスイッチング素子が形成され、スイッチング素子に接続されるカルコパイライト構造を有する半導体膜から成る光電変換部を備える光電変換装置が知られている。
【０００３】
カルコパイライト構造を有する半導体膜には、１１族元素と、１３族元素と、１６族元素とを含んで構成される化合物半導体薄膜が用いられる。この化合物半導体薄膜をｐ形半導体膜とし、ｎ形半導体膜と共にｐｎ接合を形成することで光電変換部を構成している。
上記１１−１３−１６族化合物半導体には、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、セレン（Ｓｅ）を含むＣｕＩｎＳｅ２膜（いわゆるＣＩＳ膜）や、Ｃｕ、Ｉｎ、ガリウム（Ｇａ）、Ｓｅを含むＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２膜（いわゆるＣＩＧＳ膜）が用いられる。ＣＩＳ膜は、Ｃｕ，Ｉｎを含む金属膜を５００℃程度のＳｅ雰囲気でアニールすることで形成される。また、同様にＣＩＧＳ膜は、Ｃｕ，Ｉｎ、Ｇａを含む金属膜をＳｅ雰囲気でアニールすることで形成される。
【０００４】
例えば、特許文献１では、基板上に回路部として薄膜トランジスター等が形成され、その回路部に積層させて、上述したＣＩＧＳ膜を用いた光電変換部が形成された光電変換装置としてのイメージセンサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６９５１７号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の光電変換装置では、迷光によって所望の画像が得られないという課題があった。
【０００７】
詳述すると、特許文献１に記載の光電変換装置では、光電変換装置に光を入射する際、回路部の薄膜トランジスターに光（迷光）が入射してしまうと、薄膜トランジスターにリーク電流が流れてしまい、回路の誤動作を引き起こして所望の画像が得られない。そこで、薄膜トランジスターへの迷光の入射を防止する為に、金属膜で薄膜トランジスター上を覆って遮光膜としている。しかしながら、金属膜を、薄膜トランジスターへの迷光の入射を防止する為の遮光膜として用いることには課題がある。金属膜を遮光膜として用いた場合、遮光膜に入射した光の多くが反射する。遮光膜で反射した光は再度迷光となり、直接或いは多重反射の末に光電変換部に入射する。光が本来入射すべき光電変換部とは異なる場所にある光電変換部に入射してしまうと、クロストークにより所望の画像が得られなくなってしまう。
【０００８】
本発明の幾つかの態様は、迷光によるクロストークを抑制することができる光電変換装置、光電変換装置の製造方法及び電子機器等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の一態様は、基板の一方面側に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆うように設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上であって、前記基板の膜厚方向から見て前記スイッチング素子と重なる領域に設けられた遮光膜と、前記層間絶縁膜上に設けられた下部電極と、前記下部電極及び前記遮光膜上に設けられたカルコパイライト構造を有する半導体膜と、を備えた光電変換装置に関する。
【００１０】
本発明の一態様によれば、カルコパイライト構造を有する半導体膜が、下部電極と遮光膜との上に設けられている。カルコパイライト構造を有する半導体膜は、下部電極上に形成されることで、高い光電変換効率を実現できる光吸収層として機能させることができる。一方、遮光膜上の半導体膜は、本来入射すべき光電変換部とは異なる場所にある光電変換部に入射する光（迷光）を抑制することができる。ここで、遮光膜として一般に用いられる金属層は、高い反射率によりスイッチング素子を遮光することができるが、遮光膜で反射された光は迷光となる。遮光膜上の半導体膜も光吸収層として機能するので、遮光膜に入射する光及び遮光膜で反射される光の双方を吸収することで、迷光を抑制することができる。
【００１１】
（２）本発明の一態様では、前記半導体膜と、前記下部電極及び前記遮光膜が前記半導体膜に接する表層とは、１６族元素を含むことができる。
【００１２】
本発明の一態様によれば、カルコパイライト構造を有する半導体膜に含まれる１６族元素が、遮光膜と下部電極の各表層にも含まれている。下部電極の表層に１６族が含まれていることによって、下部電極と半導体膜がオーミック接触となり易く、光電変換装置の電気特性が良好になる。遮光膜の表層に１６族が含まれていることによって、遮光膜自体の反射率は金属膜に比べて低くなる。よって、遮光膜自体で反射する光が少なくなるので、迷光が少なくなる。
【００１３】
（３）本発明の一態様では、前記１６族元素は、セレン及び硫黄の少なくとも一方を含むことができる。
【００１４】
本発明の一態様によれば、セレンまたは硫黄により高い光電変換効率を実現できるカルコパイライト構造を有する半導体膜を得ることができる。
【００１５】
（４）本発明の一態様では、前記下部電極及び前記遮光膜は、モリブデン（Ｍｏ）を含むことができる。
【００１６】
モリブデンは、低抵抗率により下部電極としての電極特性に優れる。さらに、低コストで低電気抵抗な下部電極を得ることができる。しかも下部電極と半導体膜がオーミック接触しやすくなる。
【００１７】
（５）本発明の一態様では、前記下部電極及び前記遮光膜が前記半導体膜に接する前記表層は、ＭｏＳｅ２またはＭｏＳ２を含むことができる。
【００１８】
セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ２）は禁制帯幅１．３５〜１．４１ｅＶ程度の半導体であり、硫化モリブデン（ＭｏＳ２）は禁制帯幅１．８ｅＶ程度の半導体である。よって、遮光膜は上記の禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光を吸収し、遮光膜の反射率が低下する。このように、遮光膜自体で反射する光が少なくなるので、迷光が少なくなる。その結果、所望の画像を得ることができる光電変換装置を提供することができる。下部電極の表層のＭｏＳｅ２またはＭｏＳ２は、下部電極と半導体膜とをオーミック接触させる。
【００１９】
（６）本発明の他の態様は、基板の一方面側にスイッチング素子を形成する工程と、前記スイッチング素子を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上であって、前記基板の膜厚方向から見て前記スイッチング素子と重なる領域に遮光膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極及び前記遮光膜上にカルコパイライト構造を有する半導体膜を形成する工程と、を備える光電変換装置の製造方法に関する。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、カルコパイライト構造を有する半導体膜を、下部電極と遮光膜との上に形成する工程が設けられている。カルコパイライト構造を有する半導体膜は、下部電極上に形成されることで、高い光電変換効率を実現できる光吸収層として機能させることができる。一方、遮光膜上に半導体膜を形成することで、本来入射すべき光電変換部とは異なる場所にある光電変換部に入射する光（迷光）を抑制することができる。しかも、下部電極と遮光膜との上に設けられる半導体膜は同一工程にて形成することができるので、工程が増加することもない。
【００２１】
（７）本発明の他の態様では、前記半導体膜を形成する工程は、前記遮光膜及び前記下部電極上にプリカーサ膜を形成する工程と、１６族元素を含む雰囲気でのアニール工程とを含むことができる。
【００２２】
こうすると、カルコパイライト膜の前駆体であるプリカーサ膜が、１６族元素を含む雰囲気でのアニール工程を経て、カルコパイライト構造を有する半導体膜に変換される。
【００２３】
（８）本発明の他の態様では、前記１６族元素は、セレン及び硫黄の少なくとも一方を含むことができる。
【００２４】
こうすると、セレン化アニールまたは硫化アニールにより工程により、高い光電変換効率を実現できるカルコパイライト構造を有する半導体膜を得ることができる。
【００２５】
（９）本発明の他の態様では、前記遮光膜及び前記下部電極は、同一の金属材料にて形成することができる。
【００２６】
こうすると、遮光膜を下部電極の形成工程と同一工程にて形成することができる。
【００２７】
（１０）本発明の他の態様では、前記遮光膜及び前記下部電極は、モリブデン（Ｍｏ）を含むことができる。
【００２８】
モリブデンは、低抵抗率により下部電極としての電極特性に優れる。さらに、低コストで低電気抵抗な下部電極を得ることができる。しかも下部電極と半導体膜がオーミック接触しやすくなる。
【００２９】
（１１）本発明の他の態様では、前記アニール工程は、前記モリブデンを前記１６族元素と反応させる工程を含むことができる。
【００３０】
モリブデンがセレン化または硫化されることで、下部電極及び遮光膜の表層にはＭｏＳｅ２またはＭｏＳ２の半導体膜が形成される。この半導体膜は、下部電極と半導体膜とをオーミック接触させ易く、光電変換装置の電気特性が良好になる。また、遮光膜にはＭｏＳｅ２またはＭｏＳ２が含まれることになる。ＭｏＳｅ２は禁制帯幅１．３５〜１．４１ｅＶ程度の半導体であり、ＭｏＳ２は禁制帯幅１．８ｅＶ程度の半導体である。よって、遮光膜は上記の禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光を吸収し、遮光膜の反射率が低下する。このように、遮光膜で反射する光が少なくなるので、本来入射すべき光電変換部とは異なる場所にある光電変換部に入射する光が少なくなる。その結果、所望の画像を得ることができる光電変換装置を提供することができる。
【００３１】
（１２）本発明のさらに他の態様は、上述した光電変換装置を備えた電子機器を定義している。
【００３２】
電子機器は、上述したような所望の画像を得ることができる光電変換装置を備えているので、高品質な画像を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１（Ａ）は光電変換装置としてのイメージセンサーの概略配線図であり、図１（Ｂ）は光電変換素子としてのフォトセンサーの等価回路図である。
【図２】光電変換素子としてのフォトセンサーの配置を示すイメージセンサーの概略平面図である。
【図３】実施形態１における、図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサーの概略断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、実施形態１における光電変換装置の製造方法を示す概略部分断面図である。
【図５】実施形態２における図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサーの概略断面図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、実施形態２における光電変換装置の製造方法を示す概略部分断面図である。
【図７】図７（Ａ）は電子機器としての生体認証装置を示す概略斜視図であり、図７（Ｂ）は電子機器としての生体認証装置の概略断面図である。
【図８】生体認証装置の変形例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
また、以下の形態において、例えば「基板上に」等と記載された場合は、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。
【００３５】
（実施形態１）
＜光電変換装置＞
まず、実施形態１の光電変換装置としてのイメージセンサーについて、図１〜図３を参照して説明する。
図１（Ａ）は光電変換装置としてのイメージセンサーの電気的な構成を示す概略配線図、同図（Ｂ）は光電変換素子としてのフォトセンサーの等価回路図である。図２はイメージセンサーにおいてフォトセンサーの配置を示す概略部分平面図、図３は図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサーの構造を示す概略断面図である。
【００３６】
図１（Ａ）に示すように、本実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー１００は、素子領域Ｆにおいて互いに交差して延在する複数の走査線３ａと、複数のデータ線６と、を有している。また、イメージセンサー１００は、複数の走査線３ａが電気的に接続された走査線回路１０２と、複数のデータ線６が電気的に接続されたデータ線回路１０１と、を有している。そして、イメージセンサー１００は、走査線３ａとデータ線６の交差点付近に対応して設けられ、素子領域Ｆにおいてマトリックス状に配置された複数の画素の各々には、光電変換素子としてのフォトセンサー５０を有している。
【００３７】
図１（Ｂ）に示すように、光電変換素子としてのフォトセンサー５０は、スイッチング素子としての薄膜トランジスター（ＴＦＴ）１０と、光電変換部としてのフォトダイオード２０と、保持容量３０とを含んで構成されている。ＴＦＴ１０のゲート電極は走査線３ａに接続され、ＴＦＴ１０のソース電極はデータ線６に接続されている。光電変換部としてのフォトダイオード２０の一端はＴＦＴ１０のドレイン電極に接続され、他端はデータ線６と並行して設けられた定電位線１２に接続されている。保持容量３０の一方の電極はＴＦＴ１０のドレイン電極に接続され、他方の電極は走査線３ａと並行して設けられた定電位線３ｂに接続されている。
【００３８】
図２に示すように、光電変換素子としてのフォトセンサー５０は、走査線３ａとデータ線６とによって平面的に区切られた領域に設けられており、ＴＦＴ１０と、光電変換部としてのフォトダイオード２０と、を含んで構成されている。図２では、保持容量３０は図示していない。
【００３９】
図３に示すように、光電変換素子としてのフォトセンサー５０は、例えば透明なガラスや不透明なシリコンなどの基板１に形成されている。
【００４０】
基板１上には、基板１の表面を覆うように酸化シリコン（ＳｉＯ２）の下地絶縁膜１ａが形成され、下地絶縁膜１ａ上に例えば膜厚５０ｎｍ程度の多結晶シリコンの半導体膜２が島状に形成されている。さらに、半導体膜２を覆って、例えば膜厚１００ｎｍ程度のＳｉＯ２などの絶縁材料によってゲート絶縁膜３が形成されている。なお、ゲート絶縁膜３は、半導体膜２を覆うとともに下地絶縁膜１ａも覆っている。
【００４１】
ゲート絶縁膜３上において、半導体膜２のチャネル形成領域２ｃに対向する位置にゲート電極３ｇが形成されている。ゲート電極３ｇは、図２に示した走査線３ａに電気的に接続されており、例えば膜厚５００ｎｍ程度のモリブデン（Ｍｏ）などの金属材料を用いて形成されている。
【００４２】
ゲート電極３ｇ及びゲート絶縁膜３を覆って、膜厚８００ｎｍ程度のＳｉＯ２によって第１層間絶縁膜４が形成されている。半導体膜２のドレイン領域２ｄと、ソース領域２ｓとを覆うゲート絶縁膜３、及び第１層間絶縁膜４の部分にコンタクトホール４ａ，４ｂが形成される。
これらのコンタクトホール４ａ，４ｂを埋めると共に第１層間絶縁膜４を覆うように、例えば膜厚５００ｎｍ程度のＭｏなどの金属材料からなる導電膜が形成され、当該導電膜をパターニングすることにより、ドレイン電極５ｄ、ソース電極５ｓ、データ線６が形成される。
ソース電極５ｓはコンタクトホール４ａを介して半導体膜２のソース領域２ｓに接続され、さらにデータ線６とも接続されている。ドレイン電極５ｄはコンタクトホール４ｂを介して半導体膜２のドレイン領域２ｄに接続されている。
【００４３】
ドレイン電極５ｄ、ソース電極５ｓ、データ線６及び第１層間絶縁膜４を覆って第２層間絶縁膜７が形成されている。第２層間絶縁膜７は、膜厚８００ｎｍ程度の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を用いて形成されている。
【００４４】
第２層間絶縁膜７上には、光電変換部としてのフォトダイオード２０の下部電極８が形成されている。
下部電極８は、例えば膜厚５００ｎｍ程度のＭｏからなる島状の導電膜８ａと、導電膜８ａ上に形成された、１６族元素のセレン（Ｓｅ）を含む膜厚１００ｎｍ程度のＭｏＳｅ２からなる半導体膜８ｂと、で形成されている。下部電極８は、図１（Ｂ）の定電位線１２と接続されるので、下部電極８及び定電位線１２を同一層上に同一材料にて形成することができる。
【００４５】
第２層間絶縁膜７上であって、基板１に形成される膜の厚み方向から見て（以下、平面視ともいう）ＴＦＴ１０と重なる領域に、島状の遮光膜９が形成されている。より具体的には、遮光膜９は、基板１の膜厚方向から見て（基板の平面視）半導体膜２と重なる領域に形成されている。この遮光膜９によって、基板１の上方からＴＦＴ１０への光の入射、特に半導体膜２への光の入射を防いでいる。遮光膜９は、下部電極８と同様に、膜厚５００ｎｍ程度のＭｏからなる島状の導電膜９ａと、導電膜９ａ上に形成された、１６族元素のセレン（Ｓｅ）を含む膜厚１００ｎｍ程度のＭｏＳｅ２からなる半導体膜９ｂと、で形成されている。
【００４６】
下部電極８及び遮光膜９上には、膜厚１ｕｍ程度のＣＩＳ膜やＣＩＧＳ膜から成るカルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ａ，２１Ｂが形成されている。
【００４７】
第２層間絶縁膜７、下部電極８、遮光膜９、カルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ａ，２１Ｂを覆うように第３層間絶縁膜１１が形成されている。第３層間絶縁膜１１は膜厚５００ｎｍ程度のＳｉ３Ｎ４を用いて形成されている。
【００４８】
第３層間絶縁膜１１に形成したコンタクトホール１１ａを介して、フォトダイオード２０の領域に形成されたカルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ａと接続するように、バッファー層２２が島状に形成されている。バッファー層２２は膜厚５０ｎｍ程度の硫化カドミウム（ＣｄＳ）膜で形成されている。ＣｄＳの代わりに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等で形成されていてもよい。
【００４９】
第３層間絶縁膜１１及び第２層間絶縁膜７に形成したコンタクトホール１１ｂを介してドレイン電極５ｄと接続し、さらにバッファー層２２と接続するように、透明電極２３が形成されている。透明電極２３は、例えば膜厚１００ｎｍ程度で、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜からなる。
【００５０】
下部電極８と、カルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ａと、バッファー層２２と、透明電極２３と、によって、光電変換部としてのフォトダイオード２０が構成されている。
【００５１】
本実施形態において、基板１上に設けられた回路部とは、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示した走査線３ａ、データ線６、定電位線３ｂ、１２及びこれらの配線に接続したＴＦＴ１０、保持容量３０、ならびにデータ線回路１０１、走査線回路１０２を含むものである。なお、データ線６が接続されるデータ線回路１０１と、走査線３ａが接続される走査線回路１０２とは、それぞれ集積回路として別途基板１に外付けすることも可能である。
【００５２】
このような光電変換装置としてのイメージセンサー１００によれば、定電位線３ｂ、１２によって光電変換部としてのフォトダイオード２０に逆バイアスを印加した状態で、フォトダイオード２０に光が入射される。それにより、ｐ型半導体である半導体膜２１Ａとｎ型半導体であるバッファー層２２とのｐｎ接合を有するフォトダイオード２０に光電流が流れ、それに応じた電荷が保持容量３０に蓄積される。その際、下部電極８の導電膜８ａをモリブデンで形成することで低抵抗となり、さらに半導体膜８ｂを介することで下部電極８と半導体膜２１Ａとをオーミック接触させることができる。
【００５３】
また、複数の走査線３ａのそれぞれによって複数のＴＦＴ１０をＯＮ（選択）させることで、データ線６には、各フォトセンサー５０が備える保持容量３０に蓄積された電荷に対応する信号が順次出力される。従って、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それぞれ検出することができる。
【００５４】
上述した実施形態１によれば、以下の効果を得ることができる。
このような光電変換装置としてのイメージセンサー１００は、ＴＦＴ１０への光の入射を防止するための遮光膜９と、遮光膜９上に形成されたカルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ｂとを有する。遮光膜９上に形成された半導体膜２１Ｂは、下部電極８上に形成されて高い光電変換効率を実現できる光吸収層として機能する半導体膜２１Ａと同様に、光吸収層として機能させることができる。従って、遮光膜９上の半導体膜２１Ｂは、遮光膜９に入射する光及び遮光膜９で反射される光の双方を吸収することで、迷光を抑制することができる。
【００５５】
また、遮光膜９はＭｏからなる導電膜９ａとＭｏＳｅ２からなる半導体膜９ｂとで構成されている。半導体膜９ｂは禁制帯幅１．３５〜１．４１ｅＶ程度の半導体であるので、半導体膜９ｂは上記の禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光を吸収し、遮光膜９自体の反射率が低下する。このように、遮光膜９を金属材料だけで形成するのではなく、１６族元素を含む半導体膜９ｂも形成することにより、遮光膜９自体で反射する光が少なくなるので、迷光を抑制できる。
【００５６】
＜光電変換装置の製造方法＞
実施形態１の光電変換装置としてのイメージセンサーの製造方法について、図３と図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を用いて説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は光電変換装置としてのイメージセンサーの製造方法を示す概略部分断面図であり、第２層間絶縁膜７上の製造方法を示す概略断面図である。
【００５７】
光電変換装置としてのイメージセンサー１００の製造方法は、まず、透明なガラスや不透明なシリコンなどの基板１上に、化学気相堆積（ＣＶＤ）法等によってＳｉＯ２の下地絶縁膜１ａを形成する。
次に、下地絶縁膜１ａ上に、ＣＶＤ法等によって膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコン膜を形成する。その非晶質シリコン膜をレーザー結晶化法等によって結晶化して、多結晶シリコン膜を形成する。その後、フォトリソグラフィー法等によって島状の多結晶シリコン膜である半導体膜２を形成する。
【００５８】
次に、半導体膜２および下地絶縁膜１ａを覆うように、ＣＶＤ法等によって膜厚１００ｎｍ程度のＳｉＯ２を形成し、ゲート絶縁膜３とする。
スパッタリング法等によって、ゲート絶縁膜３上に膜厚５００ｎｍ程度のＭｏ膜を形成し、フォトリソグラフィー法によって島状のゲート電極３ｇを形成する。
イオン注入法によって、半導体膜２に不純物イオンを注入し、ソース領域２ｓ、ドレイン領域２ｄ、チャネル形成領域２ｃを形成する。
ゲート絶縁膜３とゲート電極３ｇを覆うように、膜厚８００ｎｍ程度のＳｉＯ２膜を形成し、第１層間絶縁膜４とする。
【００５９】
次に、第１層間絶縁膜４にソース領域２ｓとドレイン領域２ｄに達するコンタクトホール４ａ，４ｂを形成する。その後、第１層間絶縁膜４上とコンタクトホール４ａ，４ｂ内に、スパッタリング法等によって膜厚５００ｎｍ程度のＭｏ膜を形成し、フォトリソグラフィー法によってパターニングして、ソース電極５ｓ、ドレイン電極５ｄ及びデータ線６を形成する。
【００６０】
第１層間絶縁膜４とソース電極５ｓとドレイン電極５ｄとデータ線６とを覆うように、膜厚８００ｎｍ程度のＳｉ３Ｎ４膜を形成し、第２層間絶縁膜７とする。
【００６１】
図４（Ａ）に示すように、第２層間絶縁膜７上に、スパッタリング法等によって導電膜として膜厚５００ｎｍ程度のＭｏ膜８９ａを形成する。その後、Ｍｏ膜８９ａ上に、スパッタリング法等によって、Ｃｕ―Ｇａ合金膜２１ａとＩｎ膜２１ｂを形成する。Ｃｕ―Ｇａ合金膜２１ａとＩｎ膜２１ｂは、後のセレン化アニールによってカルコパイライト構造を有する半導体膜２１となるプリカーサ膜である。プリカーサ膜の合計膜厚は５００ｎｍ程度である。
【００６２】
図４（Ｂ）はセレン化アニール工程を示す。図４（Ａ）の工程が終了した後、この基板をセレン化アニールすることによって、プリカーサ膜であるＣｕ―Ｇａ合金膜２１ａとＩｎ膜２１ｂはカルコパイライト構造を有する半導体膜（ＣＩＧＳ膜）２１となる。セレン化アニールは、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）ガスを含む雰囲気中で、５００℃程度の温度によるアニールである。セレン化アニールの際、Ｍｏ膜８９ａの表面をセレン化し、ＭｏＳｅ２膜８９ｂを形成する。ＭｏＳｅ２膜８９ｂの膜厚は１００ｎｍ程度である。
【００６３】
図４（Ｃ）に示すように、カルコパイライト構造を有する半導体膜２１をフォトリソグラフィー法によってパターニングして、半導体膜２１Ａ，２１Ｂを形成する。
【００６４】
図４（Ｄ）に示すように、ＭｏＳｅ２膜８９ｂとＭｏ膜８９ａをフォトリソグラフィー法によってパターニングし、下部電極８と遮光膜９を形成する。
【００６５】
次に、図３に示すように、半導体膜２１Ａ，２１Ｂと下部電極８と遮光膜９と第２層間絶縁膜７とを覆うように、膜厚５００ｎｍ程度のＳｉ３Ｎ４膜を形成し、第３層間絶縁膜１１とする。
第３層間絶縁膜１１に半導体膜２１Ａに達するコンタクトホール１１ａを形成する。その後、第３層間絶縁膜１１上とコンタクトホール１１ａ内に、ＣＢＤ（Chemical Bath Deposition）法等によって、膜厚５０ｎｍ程度のＣｄＳ膜を形成し、フォトリソグラフィー法によってパターニングして、バッファー層２２を形成する。
第３層間絶縁膜１１と第２層間絶縁膜７に、ドレイン電極５ｄに達するコンタクトホール１１ｂを形成する。その後、第３層間絶縁膜１１上とバッファー層２２上とコンタクトホール１１ｂ内に、スパッタリング法等によって、膜厚１００ｎｍ程度のＩＴＯ膜を形成し、フォトリソグラフィー法によってパターニングして、透明電極２３を形成する。
このようにして、実施形態１の光電変換装置が形成される。
【００６６】
上述した実施形態１の製造方法によれば、下部電極８と遮光膜９との上に設けられる半導体膜２１Ａ，２１Ｂは同一工程にて形成することができるので、工程が増加することがない。また、半導体膜２１Ａ，２１Ｂを形成する工程は、遮光膜９及び下部電極Ｂ上にプリカーサ膜２１ａ，２１ｂを形成する工程と、１６族元素であるセレンを含む雰囲気でのセレンアニール工程とを含むことで、カルコパイライト膜の前駆体であるプリカーサ膜を、カルコパイライト構造を有する半導体膜２１に変換できる。また、下部電極８及び遮光膜９は、導電膜８ａ，９ａを同一の金属材料Ｍｏにて同一工程にて形成することができる。さらに、導電膜８ａ，９ａであるモリブデンがセレン化されることで、下部電極８及び遮光膜９の表層にはＭｏＳｅ２の半導体膜を形成することができる。
【００６７】
（実施形態２）
＜光電変換装置＞
実施形態２の光電変換装置としてのイメージセンサーについて、図１、図２及び図５を参照して説明する。
図５は、実施形態２において、図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサー５１の構造を示す概略断面図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。（２１Ａと２１Ｂが８０と９０を覆うように図５を変更して下さい。発明提案書のようにして下さい。）
【００６８】
実施形態２において、実施形態１と異なる点は、下部電極８と遮光膜９の構造であり、本実施形態２の説明では、下部電極８０、遮光膜９０として説明する。
図５に示すように、実施形態２のイメージセンサー５１において、第２層間絶縁膜７上には、フォトダイオード２０の下部電極８０が形成されている。下部電極８０は、膜厚５００ｎｍ程度のＭｏからなる島状の導電膜８ａと、導電膜８ａの上面と側面に形成された、１６族元素のＳｅを含む膜厚１００ｎｍ程度のＭｏＳｅ２からなる半導体膜８０ｂとで形成されている。下部電極８０も、図１（Ｂ）の定電位線１２を兼ねるものである。カルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ａは、ＭｏＳｅ２からなる半導体膜８０ｂを覆うように下部電極８０の上面と側面に形成されている。
【００６９】
第２層間絶縁膜７上であって、基板１の膜厚方向から見て（基板の平面視）ＴＦＴ１０と重なる領域に、島状の遮光膜９０が形成されている。より具体的には、遮光膜９０は、基板１の膜厚方向から見て半導体膜２と重なる領域に形成されている。この遮光膜９０よって、ＴＦＴ１０への光の入射、特に半導体膜２への光の入射を防いでいる。遮光膜９０は、下部電極８０と同様に、膜厚５００ｎｍ程度のＭｏからなる島状の導電膜９ａと、導電膜９ａの上面と側面に形成された、１６族元素のＳｅを含む膜厚１００ｎｍ程度のＭｏＳｅ２からなる半導体膜９０ｂとで形成されている。カルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ｂは、ＭｏＳｅ２からなる半導体膜９０ｂを覆うように遮光膜９０の上面と側面に形成されている。
上記の下部電極８０と遮光膜９０と半導体膜２１Ａ及び２１Ｂの構造以外は、実施形態２は実施形態１と同じである。
【００７０】
上述した実施形態２によれば、以下の効果を得ることができる。
このような光電変換装置としてのイメージセンサーは、ＴＦＴ１０への光の入射を防止する為の遮光膜９０と、遮光膜９０上に形成されたカルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ｂとを有する。実施形態２では、カルコパイライト構造を有する半導体膜２１Ｂは、遮光膜９０の上面だけでなく、側面にも形成されている。遮光膜９０の上面と側面に形成された半導体膜２１Ｂは、下部電極８０上に形成されて高い光電変換効率を実現できる光吸収層として機能する半導体膜２１Ａと同様に、光吸収層として機能させることができる。従って、遮光膜９０の上面と側面の半導体膜２１Ｂは、遮光膜９０に入射する光及び遮光膜９０で反射される光の双方を吸収することで、迷光を抑制することができる。
また、遮光膜９０は導電膜９ａと半導体膜９０ｂとで構成されている。実施形態２では、半導体膜９０ｂは導電膜９ａの上面だけでなく、側面にも形成されている。半導体膜９０ｂは禁制帯幅１．３５〜１．４１ｅＶ程度の半導体であるので、半導体膜９０ｂは上記の禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光を吸収し、遮光膜９０の上面及び側面の反射率が低下する。このように、遮光膜９０を金属材料だけで形成するのではなく、１６族元素を含む半導体膜９０ｂも形成することにより、遮光膜９０で反射する光が少なくなるので、本来入射すべき光電変換部とは異なる場所にある光電変換部に入射する光が少なくなる。実施形態２では特に、遮光膜９０の上面と側面が１６族元素を含む半導体膜９０ｂであるので、実施形態１に比べて遮光膜９０での光の反射がより少なくなる。その結果、所望の画像を得ることができる光電変換装置としてのイメージセンサーを提供することができる。
【００７１】
＜光電変換装置の製造方法＞
実施形態２の光電変換装置としてのイメージセンサーの製造方法について、図５と図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を用いて説明する。
図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、光電変換装置としてのイメージセンサーの製造方法を示す概略部分断面図であり、第２層間絶縁膜７上の製造方法を示す概略断面図である。
実施形態２において、実施形態１と異なる点は、下部電極８０と遮光膜９０の構造である。第２層間絶縁膜７を形成する工程までは、実施形態１と同じであるため説明を省略する。
【００７２】
図６（Ａ）に示すように、第２層間絶縁膜７上に、スパッタリング法等によって導電膜として膜厚５００ｎｍ程度のＭｏ膜８９ａを形成する。
図６（Ｂ）に示すように、Ｍｏ膜８９ａをフォトリソグラフィー法によってパターニングし、下部電極８０の一部となるＭｏからなる導電膜８ａと、遮光膜９０の一部となるＭｏからなる導電膜９ａを形成する。
図６（Ｃ）に示すように、第２層間絶縁膜７、導電膜８ａ、及び導電膜９ａを覆うように、スパッタリング法等によって、Ｃｕ―Ｇａ合金膜２１ａとＩｎ膜２１ｂを形成する。Ｃｕ―Ｇａ合金膜２１ａとＩｎ膜２１ｂは、後のセレン化アニールによってカルコパイライト構造を有する半導体膜２１となるプリカーサ膜である。プリカーサ膜の合計膜厚は５００ｎｍ程度である。
【００７３】
図６（Ｄ）によりセレン化アニール工程を説明する。図６（Ｃ）の工程が終了した後、この基板をセレン化アニールすることによって、プリカーサ膜であるＣｕ―Ｇａ合金膜２１ａとＩｎ膜２１ｂはカルコパイライト構造を有する半導体膜２１となる。セレン化アニールは、Ｈ２Ｓｅガスを含む雰囲気中で、５００℃程度の温度によるアニールである。セレン化アニールの際、導電膜８ａ、及び導電膜９ａの上面及び側面をセレン化し、ＭｏＳｅ２からなる半導体膜８０ｂ，９０ｂを形成する。半導体膜８０ｂ，９０ｂの膜厚は１００ｎｍ程度である。このようにして、Ｍｏからなる導電膜８ａ，９ａの上面及び側面にＭｏＳｅ２からなる半導体膜８０ｂ，９０ｂが設けられた下部電極８０と遮光膜９０を形成する。
図６（Ｅ）に示すように、カルコパイライト構造を有する半導体膜２１をフォトリソグラフィー法によってパターニングすることによって、半導体膜２１Ａ，２１Ｂを形成する。以降の工程は、実施形態１と同じである。このようにして、実施形態２の光電変換装置が形成される。
【００７４】
（実施形態３）
＜生体認証装置＞
次に、本実施形態の電子機器としての生体認証装置について、図７を参照して説明する。図７（Ａ）は生体認証装置を示す概略斜視図、同図（Ｂ）は概略断面図である。
【００７５】
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態の電子機器としての生体認証装置５００は、指の静脈パターンを光検出（撮像）して、予め登録された個人ごとの静脈パターンと比較することで、生体認証装置５００にかざされた指を持つ個人を特定して認証する装置である。
具体的には、かざされた指を所定の場所に配置する溝を有した被写体受け部５０２と、上記実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー１００が取り付けられた撮像部５０４と、被写体受け部５０２と撮像部５０４との間に配置されたマイクロレンズアレイ５０３と、を備えている。
【００７６】
被写体受け部５０２には、溝に沿って両側に複数配置された光源５０１が内蔵されている。光源５０１は、外光に影響されずに静脈パターンを撮像するため、可視光以外の近赤外光を射出する例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やＥＬ素子などが用いられている。
光源５０１によって指の中の静脈パターンが照明され、その映像光がマイクロレンズアレイ５０３に設けられたマイクロレンズ５０３ａによってイメージセンサー１００に向けて集光される。マイクロレンズ５０３ａは、イメージセンサー１００のフォトセンサー５０ごとに対応して設けても良いし、複数のフォトセンサー５０と対となるように設けても良い。
【００７７】
なお、光源５０１を内蔵した被写体受け部５０２とマイクロレンズアレイ５０３との間に、複数の光源５０１による照明光の輝度ムラを補正する光学補償板を設けても良い。
このような生体認証装置５００によれば、近赤外光を受光して、照明された静脈パターンを映像パターンとして正確に出力可能なイメージセンサー１００を備えているので、確実に生体（人体）を認証することができる。
【００７８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００７９】
（変形例１）
上記実施形態のイメージセンサー１００において、フォトセンサー５０の電気的な構成とその接続は、これに限定されない。例えば、フォトダイオード２０からの電気的な出力をＴＦＴ１０のゲート電極３ｇに接続して、ソース電極５ｓとドレイン電極５ｄとの間の電圧や電流の変化として受光を検出するとしても良い。
【００８０】
（変形例２）
上記実施形態のイメージセンサー１００において、カルコパイライト構造を有する半導体膜２１と、遮光膜９，９０と、下部電極８，８０とに含まれる１６族元素はセレン（Ｓｅ）としたが、必ずしもＳｅに限定されない。例えば、１６族元素を硫黄（Ｓ）とし、カルコパイライト構造を有する半導体膜をＣＩＳ膜とし、遮光膜はＭｏ膜とＭｏＳ2膜から構成されても良い。また、カルコパイライト構造を有する半導体膜と、遮光膜と、下部電極とに含まれる１６族元素は、ＳｅとＳの２元素でも良い。
【００８１】
（変形例３）
上記実施形態の光電変換装置の製造方法において、プリカーサ膜はＣｕ―Ｇａ合金膜２１ａとＩｎ膜２１ｂとしたが、これに限定されない。例えば、Ｃｕ―Ｇａ合金膜の代わりに、Ｃｕ膜を成膜しても良い。この場合、カルコパイライト構造を有する半導体膜は、ＣＩＳ膜となる。また、成膜順序を変更して、Ｉｎ膜を成膜した後に、Ｃｕ−Ｇａ合金膜やＣｕ膜を成膜しても良い。更に、積層数を増やして、Ｃｕ―Ｇａ合金膜とＩｎ膜を何層にも積層しても良い。また、積層膜ではなく、Ｃｕ―Ｉｎ−Ｇａ合金膜やＣｕ−Ｉｎ合金膜を成膜しても良い。
【００８２】
（変形例４）
上記実施形態のイメージセンサー１００が搭載される電子機器は、生体認証装置５００に限定されない。例えば、指紋や眼球の虹彩を撮像する固体撮像装置にも適用することができる。また、生体認証装置５１０は、図８に示すように、被写体受け部５０２と撮像部５０４との間に、マイクロレンズアレイ５０３と発光装置５１２を有することができる。発光装置５１２は、複数の発光素子（例えば有機ＥＬ等）５１２ａを有している。これにより図７（Ａ）に示す光源５０１を被写体受け部５０２に設ける必要はない。図８の構造では、発光素子（例えば有機ＥＬ等）５１２ａからフォトダイオード２０に直接光が入射することを阻止する遮光部５０４ａを撮像部５０４に設けても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１…基板、１ａ…下地絶縁膜、２…半導体膜、２ｃ…チャネル形成領域、２ｓ…ソース領域、２ｄ…ドレイン領域、３…ゲート絶縁膜、３ａ…走査線、３ｂ…定電位線、３ｇ…ゲート電極、４…第１層間絶縁膜、５ｓ…ソース電極、５ｄ…ドレイン電極、６…データ線、７…第２層間絶縁膜、８，８０…下部電極、８ａ…導電膜（Ｍｏ膜）、８ｂ，８０ｂ…VIＡ（６Ａ）族元素を含む半導体膜（ＭｏＳｅ２膜）、９，９０…遮光膜、９ａ…導電膜（Ｍｏ膜）、９ｂ，９０ｂ…１６族元素を含む半導体膜（ＭｏＳｅ２膜）、１０…薄膜トランジスター（ＴＦＴ）、１１…第３層間絶縁膜、１２…定電位線、２０…光電変換部としてのフォトダイオード、２１，２１Ａ，２１Ｂ…カルコパイライト構造を有する半導体膜、２１ａ…プリカーサ膜（Ｃｕ―Ｇａ合金膜）、２１ｂ…プリカーサ膜（Ｉｎ膜）、２２…バッファー層、２３…透明電極、３０…保持容量、５０…光電変換素子としてのフォトセンサー、８９ａ…導電膜（Ｍｏ膜）、１００…光電変換装置としてのイメージセンサー、１０１…データ線回路、１０２…走査線回路、５００，５１０…電子機器としての生体認証装置、５０１…光源、５０２…被写体受け部、５０３…マイクロレンズアレイ、５０３ａ…マイクロレンズ、５０４…撮像部、５１２  発光装置、Ｆ…素子領域
【図１】
2015056484.tif 000003
【図２】
2015056484.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015056484.tif 000009
【図８】
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