半导体器件以及制造该器件的方法.pdf

本发明的目的是减小元件所占据的面积并将多个元件集成在一个有限的面积中，使得传感器元件能够具有较高的输出和较小的尺寸。在本发明中，通过对使用非晶半导体薄膜(典型的是，非晶硅薄膜)的传感器元件的单元化，以及对包括在能够经受诸如焊料回流处理工艺之类安装工艺中的温度的塑料基片上采用具有晶体结构的半导体薄膜(典型的是，多晶硅薄膜)作为有源层的TFT的输出放大电路的单元化，就能够获得较高的输出和小型化。根据本发明，能够获得可抵御弯曲应力的传感器元件。

1.  一种包含具有光传感器元件和放大电路的芯片的半导体器件，其特征在于：
所述光传感器元件包括：
第一电极；
光电转换层，它包括在所述第一电极上的具有非晶结构的半导体薄膜；和
第二电极，它设置在所述光电转换层上，以及
其中，所述放大电路包括采用具有晶体结构的半导体薄膜作为有源层使用的TFT。

2.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：所述光传感器元件和所述放大电路通过粘结层设置在塑料基片上。

3.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：所述芯片的外部端点具有双端结构。

4.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：
所述半导体器件是视频摄像机、数字摄像机、目镜式显示器、个人计算机或移动终端设备。

5.  一种包含具有光传感器元件和放大电路的芯片的半导体器件，其特征在于：
所述光传感器元件包括：
第一电极；
光电转换层，它包括在所述第一电极上的晶体结构半导体薄膜；和
第二电极，它设置在所述光电转换层上，以及
其中，所述放大电路包括采用具有晶体结构的半导体薄膜作为有源层使用的TFT。

6.  如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：所述光传感器元件和所述放大电路通过粘结层设置在塑料基片上。

7.  如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：所述芯片的外部端点具有双端结构。

8.  如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：
所述半导体器件是视频摄像机、数字摄像机、目镜式显示器、个人计算机或移动终端设备。

9.  一种包含具有光传感器元件和放大电路的芯片的半导体器件，其特征在于：
所述光传感器元件包括：
第一电极；
P型非晶半导体层，它部分地与所述第一电极相接触；
光电转换层，它包括与所述P型非晶半导体层相接触的具有非晶结构的半导体薄膜；
n型非晶半导体层，它与包括具有非晶结构的半导体薄膜的光电转换层相接触；和
第二电极，它与n型非晶半导体层相接触，以及
其中，所述放大电路包括采用具有晶体结构的半导体薄膜作为有源层使用的TFT。

10.  如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：所述光传感器元件和所述放大电路通过粘结层设置在塑料基片上。

11.  如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：所述芯片的外部端点具有双端结构。

12.  如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：
所述半导体器件是视频摄像机、数字摄像机、目镜式显示器、个人计算机或移动终端设备。

13.  如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是n型沟道TFT。

14.  如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是p型沟道TFT。

15.  一种包含具有光传感器元件和放大电路的芯片的半导体器件，其特征在于：
所述光传感器元件包括：
第一电极；
P型晶体半导体层，它部分地与所述第一电极相接触；
光电转换层，它包括具有非晶结构的与P型晶体半导体层相接触的半导体薄膜；
n型晶体半导体层，它与包括具有非晶结构的半导体薄膜的光电转换层相接触；和
第二电极，它与n型晶体半导体层相接触，以及
其中，所述放大电路包括采用具有晶体结构的半导体薄膜作为有源层使用的TFT。

16.  如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于：所述光传感器元件和所述放大电路通过粘结层设置在塑料基片上。

17.  如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于：所述芯片的外部端点具有双端结构。

18.  如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于：
所述半导体器件是视频摄像机、数字摄像机、目镜式显示器、个人计算机或移动终端设备。

19.  如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是n型沟道TFT。

20.  如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是p型沟道TFT。

21.  一种包含具有光传感器元件和放大电路的芯片的半导体器件，其特征在于：
所述光传感器元件包括：
第一电极；
P型非晶半导体层，它部分地与所述第一电极相接触；
光电转换层，它包括具有非晶结构的与所述P型非晶半导体层相接触的半导体薄膜；
n型晶体半导体层，它与包括具有非晶结构的半导体薄膜的光电转换层相接触；和
第二电极，它与n型晶体半导体层相接触，以及
其中，所述放大电路包括采用具有晶体结构的半导体薄膜作为有源层使用的TFT。

22.  如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于：所述光传感器元件和所述放大电路通过粘结层设置在塑料基片上。

23.  如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于：所述芯片的外部端点具有双端结构。

24.  如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于：
所述半导体器件是视频摄像机、数字摄像机、目镜式显示器、个人计算机或移动终端设备。

25.  如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是n型沟道TFT。

26.  如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是p型沟道TFT。

27.  一种包含具有光传感器元件和放大电路的芯片的半导体器件，其特征在于：
所述光传感器元件包括：
第一电极；
P型晶体半导体层，它部分地与所述第一电极相接触；
光电转换层，它包括具有非晶结构的与所述P型晶体半导体层相接触的半导体薄膜；
n型非晶半导体层，它与包括具有非晶结构的半导体薄膜的光电转换层相接触；和
第二电极，它与n型非晶半导体层相接触，以及
其中，所述放大电路包括采用具有晶体结构的半导体薄膜作为有源层使用的TFT。

28.  如权利要求27所述的半导体器件，其特征在于：所述光传感器元件和所述放大电路通过粘结层设置在塑料基片上。

29.  如权利要求27所述的半导体器件，其特征在于：所述芯片的外部端点具有双端结构。

30.  如权利要求27所述的半导体器件，其特征在于：
所述半导体器件是视频摄像机、数字摄像机、目镜式显示器、个人计算机或移动终端设备。

31.  如权利要求27所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是n型沟道TFT。

32.  如权利要求27所述的半导体器件，其特征在于：
所述TFT是p型沟道TFT。

33.  一种制造包含具有光传感器元件和放大电路的芯片的半导体器件的方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：
在形成与所述放大电路中的薄膜晶体管的源极或漏极区域相连接的源极或漏极电极的同时，在薄膜晶体管上的中间绝缘薄膜上形成第一电极；
在所述第一电极和中间绝缘薄膜上，层叠第一导电晶体半导体薄膜、非晶半导体薄膜和第二导电晶体半导体薄膜；
在第二导电晶体半导体薄膜上形成第二电极；和
使用第二电极作为掩模以自对准的方式蚀刻所述第一导电晶体半导体薄膜、非晶半导体薄膜和第二导电晶体半导体薄膜。

半导体器件以及制造该器件的方法
技术领域
本发明涉及具有传感器元件和包括薄膜晶体管(下文称之为TFT)电路的半导体器件，以及制造该器件的方法。
值得注意的是，本文所提及的半导体器件是指能够采用半导体特性来实现其功能的通用器件。该半导体器件可以包括光电器件、半导体电路和电子设备。
背景技术
通常，固体成像元件是使用单晶硅基片的传感器元件和使用非晶硅薄膜的传感器。
使用单晶硅基片的传感器元件的特性是通过在单晶硅基片上制造输出放大电路并且将该输出放大电路与传感器元件集成于一起的方法来获得高输出的。然而，存在的问题是整个部分难以封装成紧凑的形状，因为还必须具有波长灵敏度校正滤波器以及使用单晶硅基片的传感器元件的特性变化范围较宽。
另一方面，使用非晶硅薄膜的传感器元件的特性是不再需要诸如红外光衰减滤波器之类的校正滤波器，因为该传感器元件的波长灵敏度接近于人的肉眼。然而，该传感器元件的输出数值是受限制的，因为该输出数值没有放大。因此，由于传感器元件的输出数值是很小的，所以它就容易受到其它信号以及其它等等的影响。传感器元件的输出数值取决于传感器元件的绝对量，例如，传感器元件的面积和厚度。因此，就增加使用非晶硅薄膜的传感器元件的面积，以便于提高使用非晶硅薄膜的传感器元件的输出数值。
有可能通过向使用非晶硅薄膜的传感器元件提供外围运算放大器来放大使用非晶硅薄膜的传感器元件的输出。但是，在这种情况下，就存在另一问题，增加外围部件的数量，以致于传感器电路就变得大了。
使用非晶硅薄膜的传感器元件的光灵敏度不会大于使用单晶硅薄膜的传感器元件的光灵敏度的1/10。因此，在诸如液晶投影仪的显示器件中使用非晶硅薄膜的传感器元件就需要较大面积时，显示器件就容易受到噪声的干扰，因为在大的显示器件中引线过长。因此，要在大的显示器件中使用非晶硅薄膜传感器就需要覆盖引线的屏蔽，从而会增加制造显示器件的成本。
本发明已经提交了有关在一个玻璃基片具有传感器元件和包括TFT电路的半导体器件的专利文件1-4。
[专利文件1]日本专利特许公告No.H6-275808；
[专利文件2]日本专利特许公告No.2001-320547
[专利文件3]日本专利特许公告No.2002-62856；和，
[专利文件4]日本专利特许公告No.2002-176162。
发明内容
本发明的一个目的是减小元件所占据的面积以及将大量的元件集成在一个有限的面积中，使得传感器元件可以具有较高的输出和较小的体积。
当使用非晶硅基片的传感器元件和使用非晶硅薄膜的传感器元件都具有较小的面积时，安装这些部分的区域也就因此而变小。因此，例如，在采用焊接的方式来安装这些部件时，就很难保持牢固地固定这些部件。在固定部件的区域较小的情况下以及在传感器元件的硬度(这使之单晶硅基片或者玻璃基片的机械强度)较高的情况下，当弯曲的应力施加至部件时，该应力就难以充分释放，因此该部件会由于稳固性和机械应力的不平衡而不能牢固地固定。
此外，本发明地另一目的是提供一种具有高抗弯曲应力的传感器元件。
在本发明中，通过将使用非晶半导体薄膜(典型的是，非晶硅薄膜)的传感器元件和包括TFT的输出放大电路的单元化来获得较高的输出和小型化，其中TFT是采用在能够经受诸如焊料回流处理工艺之类的安装处理温度的塑料基片上的具有晶体结构的半导体薄膜(典型的是多晶硅薄膜)作为有源层。此外，由于光传感器元件直接与传感器基片上的放大电路相连接，所以噪声就不太可能被抑制。另外，本发明能够提供一种具有高抗弯曲应力的传感器元件。
根据本发明，在具有一对电极的传感器元件的光接受区域中，所提供的第一电极并不与整个光接受区域相重叠，只是仅仅与部分光接受区域相重叠。其结果是，在光电转换层中可以吸收更多的光。因此，几乎所有入射至光电转换层的光都不能通过第一电极(透明电极)传输，只能由中间绝缘薄膜、基层绝缘薄膜和薄膜基片传输至光电转换层。值得注意的是，在传感器元件的整个光接受区域上提供了第二电极。当光转换层具有包括p型半导体层或n型半导体层的多层结构时，该光电转换层就可以具有p型半导体层或n型半导体层的功能。然而，p型半导体层和n型半导体层既不是指第一电极也不是第二电极。
本发明披露了一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，包括在第一电极上具有非晶结构的半导体薄膜的光电转换层，以及在光电转换层上的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的TFT。
本发明的半导体器件可以具有光传感器的功能。入射至二极管(发光二极管)的光可以由光电转换层中吸收，并形成光电电荷。由光所形成的光电电荷的数量取决与在光电转换层中所吸收到的光的数量。由光所形成的光电电荷可以由包括TFT的电路来放大和监测。
本发明的二极管是肖特基二极管，它将光电转换层夹在第一电极和第二电极之间。值得注意的是，作为将光转换成电信号的光电转换元件来说，不仅可以使用上述二极管，还可以使用PIN型二极管、PN型二极管、雪崩二极管，其它等等。
值得注意的是，夹在第一电极和第二电极之间的光电转换层可以是单层的i型(本征)半导体层、p型半导体层或者n型半导体层。另外，夹在第一电极和第二电极之间的光电转换层也可以是双层的，例如，i型(本征)半导体层和n型半导体层、i型(本征)半导体层和p型半导体层或者p型半导体层和n型半导体层。
PIN型光二极管包括：一对电极、p型半导体层、n型半导体层，以及夹在p型半导体层和n型半导体层之间的i型(本征)半导体层。
本发明披露了一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型非晶半导体层，包括具有与p型非晶半导体层相接触的非晶结构的半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构的半导体薄膜相接触的光电转换层接触的n型非晶半导体层，以及与n型非晶半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的n沟道TFT。
此外，不仅非晶半导体薄膜，而且诸如微晶半导体薄膜之类的晶体半导体薄膜都可以用作为p型半导体层、n型半导体层和i型(本征)半导体层。
本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，包括在第一电极上的晶体结构半导体薄膜的光电转换层，以及在光电转换层上的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的TFT。
通过使用微晶半导体薄膜可以增加注入n型或p型杂质的浓度，并因此可以降低薄膜的电阻率。
对于p型半导体层、n型半导体层和i型(本征)半导体层来说，有可能使用通过减压热CVD方法、等离子体CVD方法、溅射方法或者其它类似方法所获得的半导体材料。例如，可以使用硅或者锗化硅合金(Si_1-XGe_X(X＝0.0001至0.02))。
在本申请中，包含其晶粒大小大于50nm的晶粒的薄膜称之为含有晶体结构的半导体薄膜。更具体的说，所包含的晶粒大小大约在几nm至50nm结晶晶粒的薄膜称之为晶体半导体薄膜。值得注意的是，所包含的晶粒大小大约在几nm至50nm结晶晶粒的非晶薄膜也可以称之为晶体半导体薄膜。
本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括在阴极侧上的电极(第一电极)，包括具有部分与阴极侧上的电极相接触的非晶结构的半导体薄膜的光电转换层，以及在与光电转换层相接触的阳极侧上的电极(第二电极)。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的n沟道TFT。光传感器元件和放大电路都通过粘结层设置在塑料基片上。
在本发明中，第一电极可采用与n沟道TFT的源极电极或漏极电极相同的材料制成。此外，所提供的光电转换层与n沟道TFT的中间绝缘薄膜相接触。
既可以使用n沟道TFT，也可以使用p沟道TFT。本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型非晶半导体层，包括具有与p型非晶半导体层相接触的非晶结构的半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构的半导体薄膜的光电转换层接触的n型非晶半导体层，以及与n型非晶半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的p沟道TFT。
在PIN型光二极管的情况下，在p型半导体薄膜、n型半导体薄膜和i型(本征)半导体薄膜之间的p型半导体薄膜和n型半导体薄膜都可以采用晶体半导体薄膜来制成。本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型晶体半导体层，包括具有与p型晶体半导体层相接触的非晶结构半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构半导体薄膜的光电转换层相接触的n型晶体半导体层，以及与n型晶体半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的n沟道TFT。
在上述结构中，既可以使用n沟道TFT，也可以使用p沟道TFT。本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型非晶半导体层，包括具有与p型非晶半导体层相接触的非晶结构半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构的半导体薄膜的光电转换层接触的n型晶体半导体层，以及与n型晶体半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的p沟道TFT。
在PIN型光二极管的情况下，在p型半导体薄膜、n型半导体薄膜和i型(本征)半导体薄膜之间，只有n型半导体薄膜可以采用晶体半导体薄膜来制成。本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型晶体半导体层，包括具有与p型非晶半导体层相接触的非晶结构半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构半导体薄膜的光电转换层相接触的n型晶体半导体层，以及与n型晶体半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的n沟道TFT。
在上述结构中，既可以使用n沟道TFT，也可以使用p沟道TFT。本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型非晶半导体层，包括具有与p型非晶半导体层相接触的非晶结构半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构半导体薄膜的光电转换层相接触的n型晶体半导体层，以及与n型晶体半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的p沟道TFT。
在PIN型光二极管的情况下，在p型半导体薄膜、n型半导体薄膜和i型(本征)半导体薄膜之间，只有p型半导体薄膜可以采用晶体半导体薄膜来制成。本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型晶体半导体层，包括具有与p型晶体半导体层相接触的非晶结构半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构半导体薄膜的光电转换层相接触的n型非晶半导体层，以及与n型非晶半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的n沟道TFT。
在上述结构中，既可以使用n沟道TFT，也可以使用p沟道TFT。本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件。其中，光传感器元件包括第一电极，部分与第一电极相接触的p型晶体半导体层，包括具有与p型晶体半导体层相接触的非晶结构半导体薄膜的光电转换层，与包括具有非晶结构半导体薄膜的光电转换层相接触的n型非晶半导体层，以及与n型非晶半导体层相接触的第二电极。放大电路包括采用具有结晶结构的半导体薄膜作为有源层的p沟道TFT。
在上述各个结构中，光传感器元件和放大电路可以通过粘结层设置在整个塑料基片上。
在上述各个结构中，采用塑料基片的芯片的外围端点可具有两端头结构，该结构是具有与常规单个非晶可见光传感器相同的少量引脚，并且有可能在安装的位置上监测到可见光。
本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件的制造方法。该方法包括步骤：在制成与放大电路的薄膜晶体管的源极区域或漏极区域相连接的源极电极或漏极电极的同时，制成与薄膜晶体管的中间绝缘薄膜相接触的第一电极；依次层叠第一导电晶体半导体薄膜、非晶半导体薄膜以及第二导电晶体半导体薄膜，以覆盖着第一电极和中间绝缘薄膜；在第一导电晶体半导体薄膜上形成第二电极；以及使用第二电极作为掩模以自对准的方式蚀刻第一导电晶体半导体薄膜、非晶半导体薄膜和第二导电晶体半导体薄膜。
在上述的制造方法中，由第一导电晶体半导体薄膜、非晶半导体薄膜和第二导电晶体半导体薄膜所制成的多层构成光电转换层。第一电极是在阴极一侧的电极，而第二电极是在阳极一侧的电极。
在采用上述制造方法所获得的半导体器件中，第二电极的边缘表面和光电转换层的边缘表面可以提供使用第二电极作为掩模的蚀刻方法来匹配。
在本发明中，是采用剥离和转移技术将传感器元件和放大电路转移到塑料基片上的，在日本专利特许公告No.2003-174153中披露了该剥离和转移技术。不仅可以使用上述专利公告中所披露的技术，也可以使用其它技术(例如，在日本专利特许公告No.H08-288522，H08-250745或H08-264796中所披露的技术，该技术采用干式或湿式蚀刻方法来去除所需剥离的薄膜)。
本发明披露一种在芯片上安装了光传感器元件和放大电路的半导体器件的制造方法。该方法包括步骤：在第一基片上制成包括放大电路和光传感器元件的所需剥离层；从第一基片上剥离包括放大电路和光传感器元件的剥离层；将包括放大电路和光传感器元件的所需剥离层转移到第二基片；通过分离第二基片来制成包括放大电路和光传感器元件的芯片；以及采用焊料回流处理工艺将包括放大电路和光传感器元件的芯片安装在印刷线路基片上。
在上述结构中，从第一基片上剥离包括放大电路和光传感器元件的所需剥离薄膜并将其转移到第二基片的步骤包括：第一步骤：在所需剥离层上涂覆溶解于溶液的有机树脂薄膜的第一步骤；第二步骤：采用第一双面带将第三基片粘结在有机树脂薄膜上以致所需剥离层和有机树脂薄膜都夹在第一基片和第三基片之间；第三步骤：采用第二双面带将第四基片粘结在第一基片上；第四步骤：采用物理方式或者采用蚀刻方式将与第四基片粘结在一起的第一基片与所需剥离层相分离；第五步骤：采用第一种粘结材料将第二基片粘结在所需剥离层上以致所需剥离层夹在第三基片和第二基片之间；第六步骤：分离采用第一双面带所粘结的所需剥离层和第三基片；第七步骤：分离所需剥离薄膜和第一双面带；以及第八步骤：去除有机树脂薄膜。
在上述制造方法中，溶液是水性溶液或者是酒精性溶液。在上述制造方法中，第一基片是玻璃基片，第三和第四基片是石英基片或者金属基片。此外，在上述制造方法中，第二基片是塑料薄膜基片。
本发明可以应用于具有任何结构的TFT。例如，本发明可以应用于上栅极TFT，下栅极(反交错)TFT或者交错TFT。此外，TFT不仅可以具有单栅极结构也可以具有多个沟道形成区域的多栅极结构，例如，双栅极结构。
通过在相同基片上集成可见光传感器和包括TFT的放大电路，就有可能减小成本，减小部件的体积，因为它可以制成更薄，从而就使得安装部件的面积最小化，并且可减小噪声的叠合。
当使用多晶硅薄膜来制成可见光传感器时，就不再需要红外光衰减滤波器，并且能够获得随着在可见光传感器之间减小的输出数值变化的可见光传感器。此外，放大电路包括在相同基片上所形成的TFT，使得它有可能增加它的输出电流以及抑制它的变化。此外，由于放大电路能够放大输出，所以光接受区域就可以小些。因此，设备就能够小型化，就能够变得更轻，以及部件的数量也能够减少。
通过使用塑料表面基片能够增加抗碰撞，并且能够获得可以弯曲和折叠的可见光传感器。此外，可见光传感器可以安装在弯曲的表面上，因为它很薄。采用具有较高抗热性的塑料薄膜基片，可以采用焊料回流处理工艺来安装可见光传感器以及常规的SMD部件。
附图说明
图1A是显示本发明的光传感器的剖面图，以及图1B是其电路图；
图2A至2C是显示光传感器器件的制造工艺的剖面图；
图3A至3C是显示光传感器器件的制造工艺的剖面图；
图4A是显示本发明的光传感器的剖面图，图4B是显示本发明的光传感器的底视图，图4C是显示本发明的光传感器的俯视图，以及图4D是显示本发明的光传感器的图片；
图5是显示端头电极的粘结密度的图片；
图6是显示亮度特性的图片；
图7A和7B是显示实施例1所解释的光传感器的制造工艺的剖面图；
图8A和8B是显示实施例2所解释的光传感器的制造工艺的剖面图；
图9是显示实施例3所解释的光传感器的制造工艺的剖面图；
图10A和10B是显示电子设备的图形；
图11是显示光传感器与具有十倍输出数值的放大电路所集成电路的电性能(I-V特性)；和，
图12是显示本发明另一例光传感器的电路图。
具体实施方式
下文将解释本发明的实施例。
图1A是本发明安装光传感器芯片的剖面图。图1A显示了双端的可见光传感器芯片(2.0mm×1.5mm)。在图1A中，标号10标记薄膜基片，标号11是粘结层，标号12标记着基础绝缘薄膜，以及标号13标记栅极绝缘薄膜。由于所要接受的光是通过薄膜基片10、粘结层11、基础绝缘薄膜12和栅极绝缘薄膜13来接受的，所以这些较佳的是采用具有高传输率的材料制成。此外，塑料基片可以作为薄膜基片10所使用，它应该能够承受在诸如焊料回流处理工艺之类的安装工艺中的高温(大约250℃)。例如，HT基片(由Nippon SteelChemical Co.所生产的)可以作为薄膜基片10使用，它可具有玻璃跃变温度Tg等于或大于400℃。此外，HT基片还具有高传输率(波长400nm可达到90％或大于90％，和低热延伸(CTE＜48ppm)的特性。
PIN型二极管25具有第一电极19、第二电极23、p型半导体层21p、n型半导体层21n、以及夹在p型半导体层和n型半导体层之间的i型(本征)半导体层21i。
放大电路设置在相同的基片上，以便于放大PIN型光二极管24的输出数值，该放大电路具有n沟道TFT 30和31所构成的电流镜电路。尽管图1A显示只有两个TFT，但是实际上设置了两个n沟道TFT 30(沟道尺寸L/W＝8um/50um)十个n沟道TFT 31(沟道尺寸L/W＝8um/50um)，以便于以5倍来放大输出数值。在该实施例中，设置一个n沟道TFT 30和一百个n沟道TFT31(沟道尺寸L/W＝8um/50um)，以便于以100倍来放大输出数值。
图1B是具有双端的可见光传感器芯片的等效电路图。尽管图1B是使用n沟道TFT的等效电路图，但也可以使用只有p沟道的TFT。
在使用p沟道TFT的情况下，其等效电路图如图12所示。图12所示的端电极26和53与图1B相同，并且分别连接着光二极管1225和p沟道TFT 1230和1231，正如图12所示。在使用p沟道TFT的情况下，p沟道TFT 1230电气连接着光二极管1225阳极一侧的电极。在连接p沟道TFT 1230的第二电极(在阳极一侧的电极)上依次层叠n型半导体层、i型半导体层和p型半导体层之后，可以由第一电极(在阴极一侧的电极)来构成光二极管1225。薄膜层叠的次序可以相反。在这种情况下，可以在第一电极(在阴极一侧的电极)上依次层叠p型半导体层、i型半导体层和n型半导体层并随后在连接着第一电极的阴极一侧形成端电极之后，通过形成与p沟道TFT1 1230相连接的第二电极(在阳极一侧的电极)来构成光二极管。
为了能够进一步放大输出数值，该放大电路可以具有一个运算放大器，在该运算放大器中，适当组合了n沟道TFT和p沟道TFT。然而，在这种情况下，端点的数量是5个。当放大电路是运算放大器时以及在使用电平位移时，通过减少电源的数量，有可能将端点的数量减少至4个。
尽管该实施例显示了一例n沟道TFT 30和31都是具有单栅极结构的顶栅极TFT的实例，但是它们也可以具有双栅极结构，以减小在TFT之间的导通电流的变化。此外，为了能够减小截止电流的数值，n沟道TFT 30和31可以具有LDD(轻掺杂漏极)的结构。该LDD结构是一种将低浓度掺入杂质的区域称之为LDD区域的结构，LDD区域可设置在高浓度掺入杂质所形成的沟道形成区域和源极区域或漏极区域之间。该LDD结构具有释放漏极附近的电场以及防止由于热载流子注入所引起劣化的优良效果。此外，为了防止由于热载流子引起的导通电流降低，n沟道TFT 30和31可以具有GOLD(栅极-漏极重叠的LDD)结构。该GOLD结构，通过栅极绝缘薄膜来设置LDD区域使之与栅极电极相重叠，与LDD结构相比较，可以具有释放漏极附近的电场并防止由于热载流子注入所引起劣化的更优良效果。于是，GOLD结构可以有效地防止由于释放漏极附近的电场以及由于热载流子注入所引起的劣化。
引线14连接着第一电极19并延伸至放大电路TFT 30的沟道形成区域，因此该引线也可以作为栅极电极使用。
引线15连接着第二电极23和TFT 31的漏极电极或源极电极。此外，标号16和18标记无机绝缘薄膜，标号17标记采用涂覆方式所形成的绝缘薄膜，以及标号21标记连接电极。由于光是通过无机绝缘薄膜16和18以及采用涂覆方式所形成的绝缘薄膜17接受的，因此就希望这些薄膜是由高传输率的材料所制成的。值得注意的是，不仅采用涂覆方式所制成的绝缘薄膜可以作为绝缘薄膜17来使用，而且采用CVD方式所制成的无机绝缘薄膜也可以作为绝缘薄膜17来使用。当采用CVD方式所制成的无机绝缘薄膜作为绝缘薄膜17使用时，能够改善进行固定的强度。
在制成引线14和15的相同工艺中形成端电极50。在制成引线19和20的相同工艺中形成端电极51。
在阳极一侧的端电极26连接着第二电极23，并且通过焊点64安装在印刷线路基片60上的电极61上。另一方面，在阴极一侧的端电极53是在形成端电极26的相同工艺中制成的，并且通过焊点63安装在印刷线路基片60上的电极62上。
以下将参考图2A至3C来解释获得上述结构的制造步骤。剥离和转移在玻璃基片上所形成的半导体元件，并使用粘结层11将它粘贴在薄膜基片10上。
该实施例解释了使用由溅射方法所形成的金属薄膜(例如，W、WN或Mo)和二氧化硅薄膜通过剥离的方式来剥离和转移半导体元件的实例。
起初，在玻璃基片(第一基片70)上形成半导体元件。这里，使用AN 100作为玻璃基片。随后，采用溅射的方式在玻璃基片上形成金属薄膜71，这里是钨薄膜(采用降低薄膜应力的薄膜形成条件：Ar的流率为100sccm，薄膜形成压力为12Pa，薄膜形成功率为4KW，基片温度为200℃，薄膜厚度为从10至200nm，较佳的是从50至75nm)。此后，在还没有释放于空气的条件下，采用溅射方式使得氧化薄膜变成为基础绝缘薄膜12的第一层，在该实施例中，该层是二氧化硅薄膜，层叠的厚度为从150nm至200nm。希望该氧化薄膜厚度是金属薄膜厚度的两倍或大于两倍。值得注意的是，在层叠这些薄膜时，在金属薄膜71和二氧化硅薄膜之间形成厚度大约为2至5nm的非晶金属氧化薄膜。在剥离的下列步骤中，分离常发生在钨薄膜的内部，在钨氧化薄膜和二氧化硅薄膜之间的界面上；或者，在钨氧化薄膜和钨薄膜之间的界面上。不仅可以使用钨薄膜，而且还可以使用选自包含Ti、Ta、Mo、Nd、Ni、Co、Zr、Zn、Ru、Rh、Pd、Os和Ir族的元素所制成的单层或层叠多层，或者还可以使用主要包括上述元素的合金材料或化合材料所制成的单层或层叠多层。此外，也可以使用上述包含诸如氮化钛、氮化钨、氮化钽或氮化钼之类的氮化物的单层或层叠多层。
值得注意的是，由于采用溅射方法，薄膜也会形成在基片的边缘表面上，因此，较佳的是，可以通过使用SF₆气体和He气体的干式蚀刻以及使用O₂抛光的方法有选择性的蚀刻掉基片边缘表面上所形成的钨薄膜、二氧化钨薄膜和二氧化硅薄膜。
此后，可以使用PCVD方法使得氮氧化硅薄膜变成为100nm厚的基础绝缘薄膜12的第二层。随后，在没有释放于空气的条件下，在其表面上层叠54nm厚的包含氧的非晶硅薄膜。值得注意的是，氮氧化硅薄膜是一层阻挡层，它可防止来自玻璃基片的杂质扩散，例如，碱性金属的扩散。
接着，上述非晶硅薄膜的结晶可以采用一些众所周知的方法来实现(例如，固相结晶法、激光结晶法、使用催化剂金属的结晶法，或者其它等等)，并随后就形成了作为有源层所使用的多晶硅薄膜。在该实施例中，多晶硅薄膜是使用催化剂金属的结晶法所获得。镍乙酸溶液包括重量为10ppm的镍，采用甩胶的方法将该溶液涂覆在上述非晶硅薄膜上。另外，也可以采用溅射的方法将镍元素溅射在上述非晶硅薄膜的整个表面上。此后，可以采用热处理工艺使得非晶硅薄膜结晶化，并且形成具有晶体结构的半导体薄膜(这里是多晶硅层)。在热处理(在500的温度下持续1小时)之后，可以通过进行结晶化的热处理(在550的温度下持续4小时)来获得具有晶体结构的硅薄膜。
在通过将非晶硅薄膜加热至410℃或410℃以上的温度来形成多晶硅薄膜时由于非晶硅薄膜包含着氧，因此该氧就会在形成多晶硅薄膜的同时从硅薄膜中分离出来。在400℃或400℃以上温度的热处理可以使得非晶金属氧化薄膜结晶化，并且可以获得具有晶体结构的金属氧化薄膜。因此，当进行400℃或400℃以上温度的热处理时，就能够形成具有晶体结构的金属氧化薄膜，并且能够分离出氧。在进行了400℃或400℃以上温度的热处理之后，在钨氧化薄膜内就会产生分离；这种分离可以通过施加相当小的力(例如，手的力量，喷嘴流出的气流压力和超声波的压力)产生在钨氧化薄膜和二氧化硅薄膜之间的界面上，或者，在钨氧化薄膜和钨薄膜之间的界面上。值得注意的是，当所进行热处理的温度足够获得具有晶体结构的金属氧化薄膜时，金属氧化薄膜的成分就会发生变化，并且金属氧化薄膜也会变得稍微薄些。此外，钨氧化薄膜可以具有多种晶体结构(WO₂、WO₃、WO_x(2＜x＜3))，并且WO₃会随着热处理变成为WO₂和WO_x。
接着，在采用稀释氢氟酸或者其它等等去除在具有晶体结构的硅薄膜表面上的氧化薄膜之后，可以在空气或氧气的氛围下进行激光辐射，以便于增加结晶化程度以及修复存留在结晶晶粒中的缺陷。可以使用受激准分子激光，其波长为400nm或短于400nm或者YAG激光器的二次谐波或三次谐波。也可以采用重复率范围为大约10至1000Hz的脉冲激光来辐射和扫描硅薄膜的表面，采用该方法时，激光可以由光学系统会聚使之具有能量密度范围为100至500mJ/cm²以及重叠率设置在90至95％的范围内。在该实施例模式中，脉冲重复率为30Hz以及能量密度为470mJ/cm²。值得注意的是，因为激光辐射是在空气或氧气的氛围下进行的，所以会在硅薄膜的表面上形成氧化薄膜。尽管该实施例显示了一例使用脉冲激光器的实例，但是，也可以使用连续波激光器。当使用连续波激光器时，较佳的是，也可以使用连续波固体激光器以及应用相对于基波的二次至四次谐波来进行非晶半导体薄膜的结晶化。典型的是，可以使用Nd∶YVO₄激光器(基波波长为1064nm)的二次谐波(532nm)或者三次谐波(355nm)在使用连续波激光器的情况下，可以采用非线性光学元件将连续波YVO₄激光器所发射出的激光转换成具有10W输出功率的谐波。也可以通过在谐振器中放置YVO₄晶体或非线性光学元件来获得谐波。较佳的是，通过光学系统将激光的形状变成为矩形或者椭圆形的形状，并且采用激光来辐射需要处理的目标。在这种情况下，就需要从大约0.01至100MW/cm²(较佳的是从0.1至10MW/cm²)范围的能量密度。随后，在半导体薄膜相对于激光以每秒大约10至2000cm的速度范围移动的同时，激光辐射半导体薄膜。
此后，除了上述激光辐射形成氧化薄膜以外，也可以使用臭氧水持续120秒处理表面的方法来形成氧化薄膜。该方法所形成的氧化薄膜的厚度为1至5nm，在整个工作中可以作为阻挡层使用。为了去除在结晶过程中从硅薄膜中增加的镍，形成了该阻挡层。尽管在该实施例中采用臭氧水的方法来形成阻挡层，但是本发明并不限制与此。屏蔽层可采用沉积的方法来形成，其厚度为大约为1至10nm，根据该方法可采用氧气氛围下的紫外射线辐射的方法来氧化具有晶体结构的半导体薄膜的表面；根据该方法可采用氧等离子体处理、等离子体CVD方法、溅射方法或者蒸发沉积方法来氧化具有晶体结构的半导体薄膜的表面。在形成阻挡层之前，可以去除由激光辐射所形成的氧化薄膜。
此后，采用溅射方法可以在屏蔽层上形成厚度为10nm至400nm的非晶硅薄膜，该薄膜包括可成为收集位的氩原子。在该实施例模式中，使用硅靶在包含氩气的氛围中形成厚度为100nm含有氩原子的非晶硅薄膜。在使用等离子体CVD方法的情况下，所形成的含有氩原子的非晶硅薄膜的条件是：甲硅烷和氩(SiH₄∶Ar)的流率比率为1∶99，薄膜形成的压力为6.665Pa(0.05Torr)，RF功率密度为0.087W/cm²，以及薄膜形成温度为350℃。
此后，通过在温度为650℃的加热炉中持续3分钟的加热处理来进行收集。于是，降低在具有晶体结构的半导体薄膜中的镍密度。不仅可以使用加热炉，也可以使用灯退火装置。
接着，在有选择性的去除含有氩原子的非晶硅薄膜之后，其中，氩原子是收集位，且使用阻挡层作为蚀刻的阻止层，可以使用稀释的氢氟酸有选择性地去除阻挡层。值得注意的是，由于在收集处理的过程中镍会移动到氧浓度高的区域，所以较佳的是，在收集处理之后去除包括氧化薄膜的屏蔽层。
当使用催化剂元素还没能使得半导体薄膜结晶时，就不再需要形成阻挡层、形成收集位、对收集位进行加热、去除收集位、去除阻挡层以及其它等等步骤。
此外，在使用臭氧水在具有晶体结构的硅薄膜(也称之为多晶硅薄膜)的表面上形成薄的氧化薄膜之后，使用第一光掩模来形成光刻掩模并进行蚀刻处理，从而形成岛状半导体层。在形成岛状半导体层之后，去除光刻掩模。
接着，添加少量的杂质元素(硼或磷)，以便于根据需要来控制TFT的阈值。这里采用了离子掺杂方法，在该方法中，将乙硼烷(B₂H₆)激发成等离子体态，并使之在没有大量分离的条件下添加至岛状半导体层中。
随后，在清洗硅薄膜表面的同时，采用包含氢氟酸的蚀刻剂来去除氧化薄膜，形成主要包括硅的绝缘薄膜，并使之成为栅极绝缘薄膜。可采用等离子体CVD方法来形成115nm厚的氮氧化硅薄膜(成分的比率为Si＝32％、O＝59％、N＝7％和H＝2％)。
接着，在栅极绝缘薄膜上形成金属薄膜之后，形成第二光掩模，并且对金属薄膜进行图形化，从而使用第二光掩模来形成栅极电极、引线14和15，以及端电极50。此后，通过掺杂有源层来形成TFT的源极区域和漏极区域。
在采用CVD方法形成50nm厚的包括二氧化硅薄膜的第一中间绝缘薄膜(未显示)之后，进行激励杂质元素添加至各层半导体层中的处理。该激励处理可以使用灯光源通过快速热退火(RTA)方法来进行，在该方法中，可以采用YAG激光器或者受激准分子激光器辐射背面，使用加热炉的热处理，或者上述方法与其它方法相结合的方法。
接着，在形成包含氢的氧化氮化硅薄膜所构成的第二中间绝缘薄膜16之后，进行热处理(在从300至550℃的温度范围内持续1至12小时)以对半导体层进行烧氢。该处理工艺是使用在第一中间绝缘薄膜16中所包括的氢来中断在半导体层中的空键。无论是否存在着包括二氧化硅薄膜的绝缘薄膜13，半导体层都可以进行烧氢。
因此，就在第二中间绝缘薄膜16上形成了由绝缘材料所构成的第三中间绝缘薄膜17。既可以采用涂覆方法所形成有机绝缘薄膜作为第三中间绝缘薄膜17，也可以采用CVD方法所形成的无机绝缘薄膜作为第三中间绝缘薄膜17。在该实施例中，形成了具有0.8m厚的丙烯酸树脂薄膜。
接着，采用溅射的方法在第三中间绝缘薄膜17上形成一层厚度为250至350nm的无机绝缘材料所构成的第四中间绝缘薄膜18。值得注意的是，在所形成的无机绝缘薄膜作为第三中间绝缘薄膜时，就不再需要第四中间绝缘薄膜18。
此后，使用第三光掩模来形成光刻掩模，随后采用有选择性蚀刻中间绝缘薄膜16、17和18以及栅极绝缘薄膜13来形成接触孔。随后，去除该光刻掩模。
随后，在层叠了金属薄膜之后，可以使用第四光掩模来形成光刻掩模。通过有选择性地蚀刻层叠金属薄膜，可以形成第一电极19、连接电极20、端电极51，以及TFT的源极电极或漏极电极。随后，去除光刻掩模。值得注意的是，所层叠的金属薄膜是三层结构，它包括具有100nm厚的Ti薄膜、350nm厚并且包含少量Si的Al薄膜和100厚的另一层Ti薄膜。
根据上述步骤，能够制造出使用多晶硅薄膜作为有源层的上栅极TFT 30，并且可以获得如图2A所示的结构。
接着，在第一电极上依次层叠p型半导体层、i型(本征)半导体层和n型半导体层，作为光电转换层。
可以采用PCVD方法来形成具有50nm厚的p型非晶硅薄膜，作为p型半导体层，其形成的条件是：电极间隔为32mm、薄膜形成压力为266Pa、RF功率为550W，以及SiH₄(流率为4sccm)、B₂H₆(流率为20sccm)、和H₂(流率为773sccm)作为材料气体使用。
此外，可以采用PCVD方法来形成600nm厚的i型非晶硅薄膜，作为i型(本征)半导体层，其形成的条件是：电极间隔为36mm、薄膜形成压力为133Pa、RF功率为50至88W，以及SiH₄(流率为100sccm)和H₂(流率为1000sccm)作为材料气体使用。
此外，可以采用PCVD方法来形成600nm厚的n型非晶硅薄膜，作为n型半导体层，其形成的条件是：电极间隔为36mm、薄膜形成压力为133Pa、RF功率为300W，以及SiH₄(流率为5sccm)、PH₃(流率为30sccm)和H₂(流率为950sccm)作为材料气体使用。
在形成光电转换层之前，可以进行用于改善中间薄膜18的粘结性的处理，例如，Ar等离子体处理或者CF₄等离子体处理。
此后，在形成100nm厚的Ti薄膜之后，可以使用第五光掩模来形成光刻掩模。随后，蚀刻Ti薄膜，以形成第二电极23。可以使用干式蚀刻法，也可以使用湿式蚀刻法，并且可以使用蚀刻剂(NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝2∶5∶2)进行蚀刻。在使用干式蚀刻的情况下，可以使用Cl₂气体。这里，一个光传感器的第二电极的面积为1.57mm²，它几乎等于光接受面积。此后，去除光刻掩模。
接着，使用第六掩模来形成光刻掩模，并且采用有选择性地蚀刻非晶硅的层叠层来形成光电转换层21p、21i和21n。可以使用干式蚀刻法，也可以使用湿式蚀刻法。在使用干式蚀刻的情况下，可以使用SF₆(流率为20sccm)和He(流率为20sccm)作为蚀刻气体来进行干式蚀刻。在干式蚀刻中，不仅可以使用SF₆，还可以使用NF₃。此后，去除光刻掩模。
上述工艺可以形成具有第一电极19；包括非晶硅薄膜的光电转换层21p、21i和21n；和第二电极23的光二极管，如图2B所示。
接着，在光二极管的整个表面上，形成厚度范围从1至30um的密封树脂24，作为绝缘薄膜。这里，形成厚度为1.6um的丙烯酸树脂薄膜，作为绝缘薄膜。另外，也可以使用涂覆方法所获得的包括烷基的SiO薄膜作为绝缘薄膜，例如，可以使用硅玻璃、烷基硅氧烷聚合物、烷基硅三氧烷聚合物、或者硅三氧烷混合聚合物。作为一例硅氧烷聚合物的实例，可以提供的是PSB-K1或PSB-K31，这是由Toray公司制造的用于涂覆的绝缘材料，以及ZRS-5PH，这是由Catalysts & Chemicals Industries有限公司制造的用于涂覆的绝缘材料。采用绝缘薄膜是由包括烷基族的SiO_X薄膜所构成时，就能够提高安装的强度。随后，使用第七光掩模来形成光刻掩模，并且通过有选择性地蚀刻有机绝缘薄膜来形成接触孔。随后，去除光刻掩模。
尽管本实施例显示了根据照相制版技术通过树脂薄膜的图形化来形成密封树脂的实例，但是，本发明并不限制与此。例如，可以采用丝网印刷的方法来形成密封树脂。另外，采用CVD方法所制成的无机绝缘薄膜可以作为密封层来使用。
此后，采用溅射的方法利用金属掩模来形成端电极26和53。端电极26和53可以采用层叠Ti薄膜、Ni薄膜和Au薄膜的蚀刻来形成。图5显示了评估采用溅射的方法利用金属掩模在玻璃基片上所形成的Ti薄膜、Ni薄膜和Au薄膜的层叠层的固定强度的结果。利用金属掩模来形成一对电极图形，其中开孔所具有的宽度为0.3mm、0.5mm或0.7mm。考虑到在掩模下所沉积的材料量，在端电极26和端电极53之间的间隔较佳的是0.3mm或大于0.3mm。在图5中，垂直轴是固定强度，而水平轴是指电极对的总的面积。正如图5所指出的，应该理解的是，作为端电极来说，各个样本都具有足够的强度，因为样本具有大于5N的固定强度。
此外，尽管本实施例只显示了采用溅射方法利用金属掩模来形成端电极的实例，但是本发明并不限制与此。例如，端电极可以采用丝网印刷的方法使用Ni粘结膏来形成端电极。
根据上述工艺，可以形成具有焊点的端电极26和53，并获得如图2C所示的结构。采用七套光掩模和一套金属掩模，总共八套掩模，就能够制造光传感器和放大电路。
接着，将溶解于水或酒精中的粘结材料涂覆在整个表面上并进行焙烧。该粘结材料可以包含诸如环氧的、丙烯酸的或硅树脂的任何复合成分。可以采用甩胶涂覆的方法来涂覆由水溶液树脂(由Toagosei有限公司制造的VL-WSHL10)所制成的厚度为30um的薄膜74，并暴露2分钟以便于薄膜74的暂时固化。随后，将该薄膜暴露于UV射线，从它的背后表面照射2.5分钟，从它的表面照射10分钟，总共12.5分钟，使得薄膜完全固化。该水溶液树脂的薄膜可以作为平面化的薄膜来工作。因此，当采用以下步骤将基片粘结在薄膜上时，它们可以粘结在一起，使得平面化薄膜的表面与基片的表面变得几乎相互平行。如果没有该水溶液树脂薄膜，在卷曲时，就会出现由于电极或TFT所引起的凹凸。
可以部分降低在金属薄膜71和金属氧化薄膜之间的粘结或者在金属氧化薄膜和氧化薄膜之间的粘结程度，以便于能够容易地进行以下的剥离。为了能够部分降低粘结程度，可以采用激光沿着需要剥离区域的轮廓局部辐射金属氧化薄膜，或者沿着需要剥离区域的轮廓从外边局部施加压力，以便于局部损坏金属氧化薄膜或者其界面部分。特别是，诸如金刚石刀之类的硬针可以垂直按下，并且可以在施加压力的同时移动。较佳的是，使用划线装置，并且在施加压力的同时移动硬针，其范围为从0.1至2mm。于是，很重要的是，在剥离步骤之前就形成了可以引发剥离现象发生的部分。通过事先有选择性地(局部)降低粘结程度，就有可能防止有缺陷的剥离并且提高产量。
接着，使用双面带73将第二基片72粘结在有水溶液树脂所形成的薄膜74上。此外，双面带75可用于将第三基片76粘结在第一基片70上。第三基片76可避免第一基片70在随后剥离步骤中的损坏。较佳的是，第二基片72和第三基片76都是石英基片或半导体基片，其所具有的硬度大于第一基片70。不仅可以使用双面带，而且还可以使用粘结材料。例如，可以使用紫外射线辐射能够剥离的粘结材料。
接着，采用物理方式从局部降低粘结程度的区域一侧剥离由金属薄膜71所制成的第一基片70。这可以采用相对较小的力就能够剥离的(例如，可以采用手的力，来自喷嘴的气体空气压力，超声波，或者其它等等)。于是，就可以从第一基片70分离出在二氧化硅层12上所制成的需要剥离的薄膜。图3A显示了在剥离之后的状态。
在剥离之后，WO₂全部留在第一基片上，三分之一的WO₃留在第一基片上，以及三分之二的WO₃留在要剥离的层上。该剥离几乎是发生在钨氧化薄膜的内部，特别是在WO₂和WO_X之间的界面上，或者是在WO₂和WO₃之间的界面上。尽管钨氧化薄膜是部分留在要剥离的层上，但是这并不一定要去除，因为钨氧化薄膜是透明的。在该实施例中是去除的。
于是，电路包括了具有场效应迁移率之类高电性能的TFT，这种特性似乎只能在玻璃基片上，将这样的电路直接转移到薄膜基片上。
接着，采用粘结材料11将第四基片10和氧化层12(和需要剥离的层)粘结起来(图3B)。粘结氧化层12(和需要剥离层)和第四基片的粘结材料必须具有比粘结第二基片72和需要剥离层的双面带73高的粘结性能。
作为粘结材料11的材料，可以采用反应固化性粘结材料、热固性粘结材料、诸如UV固化粘结材料的光固化性粘结材料、厌氧性粘结材料，以及其它等等。
接着，将第二基片72与双面带73相分离。随后，剥离双面带73。此外，通过使用水的溶解来去除水溶性树脂74(图3C)。
根据上述处理工艺，能够获得由转移到塑料基片10上的TFT所构成的放大电路和光传感器元件。
此后，通过采用CO₂激光器或者切割机所进行的切割来分离多个光传感器芯片。由于提供光传感器元件的基片是薄膜基片，所以它就能够相对较容易地进行切割。能够从一个大的基片(例如，尺寸为600mm×720mm)上制造出大量的光传感器芯片(各个芯片的尺寸为2mm×1.5mm)。
图4A是显示一个光传感器芯片(2mm×1.5mm)的剖面示意图，图4B是低视示意图，以及图4C是俯视示意图。图4D是蚀刻观察到的光传感器外形的照片。与图1A至3C所示的相同标号可应用于在图4A至4D所示的相同部件。
在图4A中，基片10、粘结层11、元件形成区域400，以及电极26和53的总的厚度为0.25±0.05mm。另外，在4B中，端电极26和52的各自尺寸为0.6mm×1.1mm，并且电极的间隔为0.4mm。在图4C中，光接受部分401的平方尺寸几乎等于第二电极的平方尺寸，为1.57mm²。放大电路部分402具有大约100个TFT。
最后，将所获得的光传感器芯片安装在印刷线路基片60上。为了将端头电极26和53与电极61和62相连接，事先采用丝网印刷的方法或者其它方法在印刷线路基片60的电极61和62上形成焊点。随后，在焊点和端电极相连接之后，进行焊料回流处理工艺，将光传感器芯片安装在印刷线路基片上。该焊料回流处理工艺需要在惰性气体氛围下从255至265℃的温度范围内持续大约10秒钟。因此，较佳的是，基片10是能够抵御在焊料回流处理工艺中的等于或大于260温度的薄膜基片。用作为基片10的HT基片是片状的塑料基片，该基片是由混合了大约几nm直径的无机颗粒的有机聚合体混合物材料所制成的。HT基片所具有的玻璃跃变温度Tg为400℃或大于400℃，使得它足以经受焊料回流处理工艺。此外，不仅可以使用焊料，也可以使用金属(金、银或其它类似材料)所制成的焊块或者导电树脂所制成的焊块。此外，考虑到环境问题，也可以使用无铅焊块。
图1A显示了采用上述处理工艺安装的光传感器芯片。
图6是显示光传感器的亮度特性的图形。在图6中，垂直轴显示了光电电流IL的量(uA)，而水平轴显示了亮度Ev(lx)在图6所示的本发明光传感器(该光传感器配置了集成用于将输出数值放大100倍放大电路的电路)中，可以在亮度为10lx的条件下获得大约10uA的光电电流。
图11显示了配置集成用于将输出数值放大10倍放大电路的光传感器的电性能特性(I-V特性)。为了使输出数值能够放大10倍，设置了两个n沟道TFT 30(沟道尺寸L/W＝8um/50um)和20个n沟道TFT 31(沟道尺寸L/W＝8um/50um)。由于在放大电路具有不同的放大倍数时，其输出数值取决于放大倍数而变化，应该理解的是，这就是放大电路(10倍)的功能。在图11中，由水平轴所表示的电压对应于连接这在电路图(图1B)中TFT一侧的电源电位，以及在光传感器的第一电极一侧的电位对应于0(V)。值得注意的是，由垂直轴所表示的电流数值是光传感器的输出。
以下实施例将详细解释具有上述结构的本发明。
[实施例1]
该实施例参考图7A和7B解释了部分不同于实施例模式的制造处理工艺。值得注意的是，与图1A至3C所示的相同标号可应用于在图7A和7B所示的相同部件，除了第二电极以外。
起初，根据本实施例的模式，一直将将处理工艺进行至形成光电转换层和形成金属薄膜并随后成为第二电极。
为了减少掩模和处理工艺的数量，在该实施例中，在形成了Ti制成的第二电极723之后，改变蚀刻气体，并且采用自对准方式以光刻掩模722来蚀刻包括非晶硅薄膜的光电转换层，以便于形成第二电极723。图7A显示了该处理工艺的剖面示意图。
当图形化光电转换层时，由于第一电极19的上表面是Ti，所以电极19可以作为蚀刻阻止层工作，并且绝缘薄膜18也可以作为蚀刻阻止层工作。
接着，去除光刻掩模722，并形成密封树脂24。随后，在形成接触孔之后，形成端电极26和53(图7B)，如同实施例模式。
由于以下步骤相同于实施例模式中的步骤，因此就省略对其所作的解释。
于是，六套光掩模和一套金属掩模，总共七套掩模，就能够制造光传感器和放大电路。
由于上述步骤是采用自对准方式的，因此与实施例模式相比较，第二电极的面积就稍微大一些。
本实施例能够与实施例模式相组合。
[实施例2]
本实施例显示了参考图8A和8B的制造处理工艺，在该处理工艺中，第二电极的图形不同于在实施例模式中所显示的。与图1A至3C所示的相同标号可应用于在图8A和8B所示的相同部件，除了第二电极的图形以外。尽管在图8A和8B中没有显示放大电路，但如同实施例模式，需要形成放大电路。
起初，根据本实施例的模式，一直将将处理工艺进行至形成光电转换层和形成金属薄膜并随后成为第二电极。
为了减少掩模和处理工艺的数量，在该实施例中，在形成了Ti制成的第二电极823之后，改变蚀刻气体，并且采用自对准方式以光刻掩模822来蚀刻包括非晶硅薄膜的光电转换层，以便于形成第二电极723。图8A显示了该处理工艺的剖面示意图。
第二电极823所具有的形状可完全覆盖着第一电极19。以自对准方式采用第二电极823形成的光电转换层所具有的形状也是完全覆盖着第一电极19。
接着，去除光刻掩模822，并形成密封树脂24。随后，在形成接触孔之后，形成端电极26和53(图8B)，如同实施例模式。
由于以下步骤相同于实施例模式中的步骤，因此就省略对其所作的解释。
于是，与实施例模式相比较，第二电极的面积就大一些。
六套光掩模和一套金属掩模，总共七套掩模，就能够制造光传感器和放大电路。
本实施例能够与实施例模式自由组合。
[实施例3]
与显示只使用n沟道TFT的放大电路实例的上述实施例相比较，本实施例显示了使用多个n沟道TFT和p沟道TFT的运算放大器的实例。
起初，使用第一光掩模来形成光刻掩模，并进行蚀刻，从而形成岛状半导体层，如图实施例模式。在该步骤中，岛状半导体层是形成在玻璃基片上的钨薄膜和基础绝缘薄膜912上的。
接着，根据需要，掺入少量杂质元素(硼或磷)，以便于控制TFT的阈值。这里，可进行离子掺杂方法，使乙硼烷(B₂H₆)激发成等离子体，并在没有大量分离的条件下将它加入到岛状半导体层中。
接着，在采用包括氢氟酸的蚀刻剂去除氧化薄膜的同时，清洗硅薄膜的表面。之后，就形成主要包括硅的绝缘薄膜并使之成为栅极绝缘薄膜913。
接着，在栅极绝缘薄膜上形成20至100nm厚度的第一导电薄膜和100至400nm厚度的第二导电薄膜。在该实施例中，在栅极绝缘薄膜913上依次层叠着50nm厚度的氮化钽薄膜和370nm厚度的钨薄膜，并且根据以下所显示的流程通过图形化来形成各个引线。
第一导电薄膜和第二导电薄膜可以由选自包含Ta、W、Ti、Mo、Al和Cu的一组元素所形成，或者可以由主要包括上述元素的合金材料或化学混合物材料所形成。除此之外，采用诸如磷杂质元素所掺杂的多晶硅薄膜之类的半导体薄膜或者AgPdCu合金也可以用作为第一和第二导电薄膜。此外，不仅可以双层结构的方式，也可以三层结构的方式来形成导电薄膜，在三层结构中，依次层叠50nm厚度的钨薄膜、500nm厚度的铝和硅(Al-Si)合金薄膜，以及30nm厚度的氮化钽薄膜。在三层结构中，氮化钽薄膜可以替代钨薄膜作为第一导电薄膜，铝和钽(Al-Ti)合金薄膜可以替代铝和硅(Al-Si)合金薄膜作为第二导电薄膜，以及钽薄膜可以替代氮化钽薄膜作为第三导电薄膜。此外，导电薄膜也可以使用单层结构。
可以使用ICP(电感耦合等离子体)蚀刻方法来蚀刻第一和第二导电薄膜(第一和第二蚀刻处理工艺)。通过使用ICP蚀刻方法以及通过适当地改变蚀刻条件(施加在线圈电极上的电量、施加在基片一侧电极上的电量、基片一侧电极的温度，等等)，可以将薄膜蚀刻成使之具有所需的锥形形状。在去除光刻掩模之后，在第一蚀刻条件下进行蚀刻处理工艺，在该处理中，使用CF₄、Cl₂和O₂作为蚀刻气体，其气体流率分别为25/25/10(sccm)、施加在线圈电极上的RF功率为700W(13.56MHz)以及压力为1Pa。施加在基片一侧的RF功率为150W(13.56MHz)(样片阶段)，并且外加一个基本为负的自偏置电压。值得注意的是，在基片一侧的电极尺寸为12.5cm×12.5cm。线圈电极(这是指设置了线圈的石英圆形平面)是直径为25cm的圆形平面。在第一蚀刻条件下蚀刻W薄膜，并且使其边缘部分形成锥形形状。接着，在没有去除光刻掩模的条件下，采用第二蚀刻条件进行蚀刻处理。在第二蚀刻条件下，CF₄和Cl₂作为蚀刻气体，其气体流率分别为30/30(sccm)，通过在线圈电极上施加RF功率为500W(13.56MHz)以及压力为1Pa来产生等离子体。随后，蚀刻持续进行30秒。施加在基片一侧的RF功率为20W(13.56MHz)(样品阶段)，并从而外加一个基本为负的自偏置电压。在使用CF₄和Cl₂混合气体的第二蚀刻条件下，W薄膜和TaN薄膜都可以蚀刻到相同的程度。值得注意的是，第一蚀刻条件和第二蚀刻条件都可称之为第一蚀刻处理工艺。
接着，在没有去除光刻掩模的条件下，进行第二蚀刻处理工艺。该蚀刻处理工艺是在第三蚀刻条件下进行的，在第三蚀刻条件下，可使用CF₄和Cl₂作为蚀刻气体，其气体流率分别为30/30(sccm)，通过在线圈电极上施加RF功率为500W(13.56MHz)以及压力为1Pa来产生等离子体。随后，蚀刻持续进行60秒。施加在基片一侧的RF功率为20W(13.56MHz)(样品阶段)，并从而外加一个基本为负的自偏置电压。此后，在没有去除光刻掩模的条件下以第四蚀刻条件进行蚀刻，在该蚀刻条件下，使用CF₄、Cl₂和O₂作为蚀刻气体，其气体流率分别为20/20/20(sccm)、通过施加在线圈电极上的RF功率为500W(13.56MHz)以及压力为1Pa来产生等离子体。蚀刻持续进行20秒。施加在基片一侧的RF功率为20W(13.56MHz)(样品阶段)，并从而外加一个基本为负的自偏置电压。此后，施加在基片一侧的RF功率为150W(13.56MHz)(样品阶段)，并且外加基本为负的自偏置电压。值得注意的是，第三蚀刻条件和第四蚀刻条件称之为第二蚀刻处理工艺。在该步骤中，形成了具有作为下层的第一导电层945a和946a和作为上层的第二导电层945b和946B的栅极电极、引线914和915和端电极(未显示)。
接着，在去除光刻掩模之后，使用栅极电极作为掩模进行对整个表面进行掺杂的第一掺杂处理工艺。第一掺杂处理工艺可以采用离子掺杂的方法或者离子注入的方法来进行。采用离子掺杂方法的条件是：离子浓度为1.5×10¹³ions/cm²，以及加速电压在50至100KeV的范围内。作为n型的杂质元素，典型的是使用磷(P)或砷(As)。可使用自对准方式来形成第一杂质区域(n^-)。
接着，形成新的光刻掩模，以保护沟道形成区域以及形成驱动电路的p沟道TFT的半导体层的附近区域。
接着，使用光刻掩模有选择性地进行第二掺杂处理工艺。在第二掺杂处理工艺中，形成了杂质区域(n^-)941和942，该区域与栅极电极和高浓度杂质区域943和944部分相重叠。第二掺杂处理工艺可以采用离子掺杂方法或者离子注入方法来进行。在该实施例中，使用离子注入方法的条件是：采用氢气稀释磷(PH₃)且磷的含量为5％，气体的流率为40sccm、离子的浓度为3×10¹⁵ions/cm²以及加速电压为65KeV。在这种情况下，光刻掩模和第二导电层就成了阻挡影响n型的杂质元素的掩模，从而形成了第二杂质区域941和942。影响n型的杂质元素以从1×10¹⁶至1×10¹⁷/cm³的浓度范围添加至第二杂质区域。具有与第二杂质区域相同浓度的区域可称之为n^-区域。影响n型的杂质元素可以从1×10²⁰至1×10²¹/cm³的浓度范围添加至第三杂质区域934和944。在该实施例中，具有与第三杂质区域相同浓度的区域也可称之为n⁺区域。
接着，在去除光刻掩模之后，形成新的光刻掩模并进行第三掺杂处理工艺。该第三掺杂处理工艺形成第四杂质区域948和949，在该区域中，影响p型导电性的杂质元素可添加至形成p沟道TFT的半导体层中。
值得注意的是，影响p型的杂质元素以从1×10²⁰至1×10²¹/cm³的浓度范围添加至第四杂质区域。值得注意的是，尽管第四杂质区域948和949都是在前一步骤中添加磷(P)的区域(n^-区域)，导电性是p型的，因为影响p型杂质元素的浓度高于影响n型杂质元素的浓度1.5至3倍。具有与第四杂质区域相同浓度的区域也可称之为p⁺区域。
上述处理工艺形成了具有n型或p型导电性的各个半导体层的杂质区域。
接着，形成用于覆盖几乎整个表面的绝缘薄膜(未显示)。在该实施例中，采用等离子体CVD方法来形成厚度为50nm的二氧化硅薄膜。绝缘薄膜并不限制于二氧化硅薄膜，并且在单层结构或层叠结构中可以使用包括硅之类的其它绝缘薄膜。
接着，进行激活添加在各个半导体层中的杂质元素的处理工艺。
随后，形成包括氮化硅薄膜的第一中间层绝缘薄膜916，并且进行热处理(在从300至550温度范围内持续1至12小时)，以对半导体层进行烧氢。该处理工艺使用在第一中间绝缘薄膜916中所包括的氢来中断半导体层的空键。
接着，在第一中间绝缘薄膜916上形成由有机绝缘材料所构成的第二中间绝缘薄膜917。在该实施例中，第二中间绝缘薄膜917是采用涂覆方法由1.6m厚的丙烯酸树脂所形成的，并且第三中间绝缘薄膜918是采用溅射方法在其表面上形成300nm厚的氮化硅薄膜所形成的。
接着，有选择性地蚀刻中间绝缘薄膜916和918，以形成接触孔。特别是，形成电极950至953，并随之成为源极引线或者漏极电极、连接电极923、第一电极919，以及其它等等。在该实施例中，通过对Ti薄膜(厚度为100nm)，包含硅的Al薄膜(厚度为350nm)，以及Ti薄膜(厚度为50nm)的层叠层进行图形化，来形成电极和引线。
于是，正如以上所讨论的，能够制造出n沟道TFT、p沟道TFT和第一电极919。
n沟道TFT具有作为有源层的沟道形成区域940、低浓度杂质区域941和942，以及高浓度杂质区域943和944。此外，栅极电极945a和945b具有双层结构，它可以通过栅极绝缘薄膜913与沟道形成区域940相重叠。此外，栅极电极945a的宽度比栅极电极945b宽，它与低浓度杂质区域相重叠，这是一种GOLD结构。高浓度杂质区域943和944是源极区域或者漏极区域，并且标号950和51标记源极电极或漏极电极。
p沟道TFT具有作为有源层的沟道形成区域947以及源极和漏极区域948和949。此外，栅极电极946a和946b具有双层结构，它通过栅极绝缘薄膜913与沟道形成区域947相重叠。标号952和953标记源极电极或漏极电极。
运算放大器可以通过适当组合所获得的n沟道TFT和p沟道TFT来形成。在形成运算放大器的情况下，由于除了需要高电位电源VDD和低电位电源VSS之外，还需要电源VBB。所以端点的数量是5个。因此，较佳的是，形成电平位移电路。电平位移电路可以将电源数量减少至4个。在传感器芯片中，较佳的是，在芯片的四个点上形成连接电极端，并且考虑到它的强度可以将该端点安装在印刷基片上或者其它等等。为了减小变化，可设置一个反馈电阻，将光二极管的输出电流变换成电压，并且可以将该电压视为输出端所输出的电压。
尽管本发明解释了采用运算放大器作为放大电路，但是放大电路并不限制于运算放大器。
此后，根据本发明的实施例模式，形成光电转换层924p、924i和924n，第二电极925、密封树脂926以及端电极927，以及剥离这些元件并转移至薄膜基片910。薄膜基片910可采用粘结层911粘结。在转移之后，可以分离薄膜基片，并适当地形成和安装光传感器芯片。
本实施例可以自由地与实施例模式、实施例1或实施例2相组合。
[实施例4]
通过合并本发明所制造的光传感器芯片就能够制造各种不同的电子设备。作为电子设备，可以是视频摄像机、数字摄像机、目镜式显示器(头盔式显示器)、投影仪、导航系统。声音复制系统(汽车音响、音频混响器，以及其它等等)、笔记本个人计算机、游戏机、终端设备(移动计算机、移动电话、移动游戏机、电子书，以及其它等等)、装备了记录介质的图像复制设备(特别是，适用于播放诸如DVD(数字通用盘)的记录介质以及播放图像的设备)，以及其它等等。
本实施例显示了一例在移动电话和PDA之类的终端设备中合并本发明的光传感器的例子。
近年来，诸如背光之类照明灯的电源功耗趋向于增加，因为诸如移动电话和PDA之类的信息设备已经采用各种颜色进行显示以及因为其运动图像的质量得到进一步提高。另一方面，希望在不降低显示质量的条件下减小电源功耗。因此，为了减小电源功耗，就需要通过监测终端设备使用环境的亮度来控制显示设备的亮度和控制键开关的亮度。
图10A是一个移动电话的示意图，它包括主板2001、外壳2002、显示部分2003、操作键2004、声音输出部分2005、声音输入部分2006、光传感器2007和2008，以及其它等等。显示部分2003的亮度可根据由光传感器2007所获得亮度来控制，键开关2004的亮度可根据光传感器2008所获得的亮度来控制。于是，移动电话的功耗就能够减小。
在诸如数字摄像机或数字视频摄像机之类的图像设备的情况下，监测可见光的传感器设置在光学取景器的目镜(视框)附近，并用于监测摄像者是否观察光学取景器。例如，当摄像者接近取景器的目镜时，摄像者的阴影就会挡着目镜和它的附近。因此，由传感器所接受到的光线变化就可以用于监测。
图10B是一个数字摄像机的示意图，它包括主板2101、显示部分2102、图像接收器2103、操作按键2104、外部连接端口2105、快门2106、取景器2107、光传感器2108、以及其它等等。本发明可应用于光传感器2108。通过监测设置在取景器2107附近的传感器2108所接受到的光线变化就能够监测到摄像者是否正观察光学取景器。
本发明的光传感器元件可以用于调整投影机的会聚。
本发明可以自由地与实施例模式、实施例1、实施例2和实施例3相组合。
单晶硅基片的尺寸是有限的，并且它的产量也是有限的。然而，根据本发明，当使用比多晶硅基片廉价得多的玻璃基片或塑料基片时，基片的尺寸就可以大些。例如，基片的尺寸可以是：320mm×400mm、370mm×420mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm或1150mm×1300mm。采用大的基片，批量生产就能提高，并且每一个产品的制造成本就能够降低。