專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，作為增加光靈敏度的背面照射型的半導(dǎo)體器件，在日本特開(kāi)2008-147333號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了這樣一種半導(dǎo)體器件，其包括具有光入射面的半導(dǎo)體層、在半導(dǎo)體層中形成的光電變換部、以及在光入
射層,

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方式提供一種半導(dǎo)體器件，包括具有入射光的光入射面和光電二極管部的半導(dǎo)體薄膜；在光入射面的相反側(cè)的半導(dǎo)體薄膜的表面的上方設(shè)置的、具有凸面的中間層；以及在凸面的表面上設(shè)置的、具有把光向光電二極管部的方向反射的凹面的凹面反射層。
本發(fā)明的另一個(gè)方式提供一種半導(dǎo)體器件，包括具有柔軟性的透明村底；在透明襯底上設(shè)置的透明電極；在透明電極的與透明襯底相接的面的相反側(cè)的一部分上設(shè)置的有機(jī)半導(dǎo)體層；在有機(jī)半導(dǎo)體層的與透明電極相接的面的相反側(cè)的表面的上方設(shè)置的、具有凸面的中間層；以及在凸面的表面上設(shè)置的、具有把入射光向有機(jī)半導(dǎo)體層的方向反射的凹面的凹面反射層。本發(fā)明的再一個(gè)方式提供一種半導(dǎo)體器件，包括具有柔軟性、對(duì)可見(jiàn)光透明的透明襯底；在透明襯底上設(shè)置的透明電極；在透明電極的與透明襯底相接的面的相反側(cè)的 一部分上設(shè)置的有機(jī)半導(dǎo)體層；在有機(jī)半導(dǎo)體層的與透明電極相接的面的相反側(cè)的表面的上方設(shè)置的反射層。
本發(fā)明的還有一個(gè)方式提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在具有入射光的光入射面和光電二極管部的、表面上形成了氧化膜的半導(dǎo)體薄膜上形成膜的工序；通過(guò)對(duì)膜進(jìn)行熱處理，使膜成為具有凸形狀的中間層的工序；以及在中間層的表面上形成凹面反射層的工序。


圖l是根據(jù)實(shí)施方式l的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖2A是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2B是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2C是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2D是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2E是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2F是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2G是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2H是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2I是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖2J是根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的圖。
圖3是示出根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的動(dòng)作的圖。
圖4是示出根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的曲率中心的位置的圖。
圖5是根據(jù)實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件的剖面圖。圖6是根據(jù)實(shí)施方式3的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
6(實(shí)施方式1 )
圖1示出根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的剖面的概要。
根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件1包括具有有光電變換功能的光 電二極管部30a且具有光入射面30b的、作為半導(dǎo)體薄膜的p型Si 薄膜30;在p型Si薄膜30的與光入射面30b相反側(cè)的表面的一部分 區(qū)域上形成的柵氧化膜40;在柵氧化膜40上形成的柵電極45;覆蓋 p型Si薄膜30的形成了柵電極45的一側(cè)的表面、柵氧化膜40以及 柵電極45的氧化膜50;在氧化膜50的與p型Si薄膜30側(cè)相反側(cè)的 表面的一部分上設(shè)置的中間層62;覆蓋中間層62的表面的凹面反射 層70;覆蓋凹面反射層70的表面和氧化膜50的一部分表面而設(shè)置的 層間絕緣膜80;以及在層間絕緣膜80的表面80a上設(shè)置的具有布線 85a的布線層85。
另外，p型Si薄膜30具有作為第一層的n+層310和作為第二層 的p+層312、以及漏區(qū)320。從光入射面30b側(cè)朝著p型Si薄膜30 的另一面?zhèn)纫詎+層310、. p+層312的順序在p型Si薄膜30中設(shè)置n+ 層310和p+層312。而且，利用n+層310和p+層312與漏區(qū)320夾著 柵氧化膜40的正下方。而且，p型Si薄膜30具有在n+層310的下方 的在p型Si薄膜30中設(shè)置的n+區(qū)302、以及在n+區(qū)302的下方的在 p型Si薄膜30中設(shè)置的p+區(qū)304。光電二極管部30a構(gòu)成為包含n+ 層310、 p+層312、漏區(qū)320、 n+區(qū)302、以及p+區(qū)304。另外，在n+ 區(qū)302和p+區(qū)304的與柵氧化膜40相反的一側(cè)，p型Si薄膜30具有 把多個(gè)光電二極管部30a分離的n型分離壁300。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1，作為一例，是^f吏用了具有作為 光電二極管的功能的光電二極管部30a的背面照射型光傳感器。
p型Si薄膜30，作為一例，電阻率為lQ'cm，由添加了預(yù)定雜 質(zhì)濃度的p型雜質(zhì)的Si形成。p型Si薄膜30形成為具有例如1.5jam 左右的厚度。n型分離壁300的目的在于把多個(gè)光電二極管部30a電 氣分離，從p型Si薄膜30的光入射面30b側(cè)朝著p型Si薄膜30的 與光入射面30b相反側(cè)的面具有預(yù)定寬度和預(yù)定深度地形成。n型分
7離壁300包含預(yù)定雜質(zhì)濃度的n型雜質(zhì)例如預(yù)定雜質(zhì)濃度的磷(P) 等而形成。
另夕卜，作為第一區(qū)域的n+區(qū)302包含比p型Si薄膜30中包含的 雜質(zhì)濃度高的濃度的作為第一導(dǎo)電類型的n型雜質(zhì)。同樣地，作為第 二區(qū)域的p+區(qū)304包含比p型Si薄膜30中包含的雜質(zhì)濃度高的濃度 的作為第二導(dǎo)電類型的p型雜質(zhì)。n+層310包含ii型雜質(zhì)而形成，p+ 層312包含p型雜質(zhì)而形成。另外，n+層310和p+層312發(fā)揮作為光 電二極管部30a的電極的功能。
柵電極45，作為一例，由包含預(yù)定的導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的多晶硅或 多晶硅鍺形成。例如，n型柵電極45作為雜質(zhì)含有砷(As)或P等的 n型雜質(zhì)。另 一方面，p型柵電極45作為雜質(zhì)含有B或二氟化硼(BF2) 等的p型雜質(zhì)。
另外，柵電極45也可以由W、鉭(Ta)、鈥(Ti)、鉿(Hf)、 鋯(Zr)、釘(Ru)、賴(Pt)、銥(Ir) 、 Mo或Al等的金屬材料 或這些金屬材料的化合物等構(gòu)成的金屬柵電極形成。柵氧化膜40，作 為一例，由Si02、氮化硅(SiN)、SiON、或高介電材料(例如，HfSiON、 HfSiO、 HfO等的Hf系材料、ZrSiON、 ZrSiO、 ZrO等的Zr系材料、 ￥203等的Y系材料)等的絕緣性材^f形成。另外，氧化膜50和層間 絕緣膜80，作為一例，由熱膨脹系數(shù)為0.5ppm/°C的Si02等的絕緣 性材料形成。
另外，中間層62具有在從p型Si薄膜30離開(kāi)的方向上呈凸形 狀的凸面62a，由至少對(duì)可見(jiàn)光實(shí)質(zhì)上透明的材料形成。在本實(shí)施方 式中，中間層62由折射率與構(gòu)成氧化膜50的材料的折射率相同的材 料形成。另外，中間層62也可以由折射率與構(gòu)成氧化膜50的材料的 折射率不同的材料形成。另外，凹面反射層70在中間層62的表面上 形成，由具有與凸面62a對(duì)應(yīng)的形狀的凹面70a的金屬材料形成。凹 面反射層70把入射到凹面70a的光反射到p型Si薄膜30側(cè)即光電二 極管部30a側(cè)。
圖2A 圖2J示出根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的制造工序的才既要。
首先，如圖2A所示，準(zhǔn)備具有支撐襯底10、在支撐襯底10上 設(shè)置的氧化膜20、以及在氧化膜20上設(shè)置的作為Si薄膜的p型Si 薄膜30的襯底。支撐襯底IO例如是硅(Si)。另外，氧化膜20是例 如從支撐襯底10的一個(gè)面朝著另一個(gè)面以預(yù)定的厚度氧化而形成的、 具有作為絕緣膜的功能的由二氧化硅(Si02 )構(gòu)成的氧化膜20。而且， p型Si薄膜30是例如在表面上露出(100)面而在氧化膜20上設(shè)置 的、添加了預(yù)定的雜質(zhì)濃度的p型雜質(zhì)的p型Si膜。
在本實(shí)施方式中，作為一例，準(zhǔn)備SOI (硅在絕緣體上)晶片作 為具有氧化膜20和p型Si薄膜30的支撐襯底10。在此，在已準(zhǔn)備 的SOI晶片的p型Si薄膜30的厚度不滿足所期望的厚度時(shí)，例如， 也可以對(duì)已準(zhǔn)備的SOI晶片繼續(xù)外延生長(zhǎng)Si層。另外，也可以取代 SOI晶片而用SIMOX (用注入氧隔離)晶片。
然后，如圖2B所示，在p型Si薄膜30中的預(yù)定區(qū)域上形成n 型分離壁300。具體地，首先在p型Si薄膜30的表面上形成由氧化 物材料構(gòu)成的掩模層42?？梢杂美缁瘜W(xué)汽相生長(zhǎng)(CVD)法形成掩 模層42。作為一例，掩模層42是具有500nm左右厚度的SiO2膜。然 后，用光刻法和蝕刻法在掩模層42上設(shè)置開(kāi)口 42a。
然后，隔著掩模層42，用加速電壓以多階段變化的離子注入法向 p型Si薄膜30中注入n型雜質(zhì)材料例如磷(P)。由此，在開(kāi)口42a 的下方的p型Si薄膜30中形成由具有預(yù)定雜質(zhì)濃度的n型雜質(zhì)層構(gòu) 成的n型分離壁300。在形成n型分離壁300后，用氫氟酸(HF )除 去掩模層42，然后通過(guò)進(jìn)行快速升溫退火而激活n型分離壁300。通 過(guò)例如在不活潑氣氛中在1000。C左右的溫度下加熱幾秒左右進(jìn)行快 速升溫退火。
然后，如圖2C所示，通過(guò)氧化p型Si薄膜30的表面形成柵氧 化膜40。柵氧化膜40的厚度為例如10nm左右。然后，在柵氧化膜 40上形成柵電極45。柵電極45例如可以由多晶硅構(gòu)成，其厚度為 150nm左右。然后，如圖2D所示，用光刻法和蝕刻法形成所期望形狀的柵電 極45和柵氧化膜40。通過(guò)經(jīng)過(guò)該工序，除去形成有柵氧化膜40和柵 電極45的部分，露出p型Si薄膜30的表面30c。
然后，如圖2E所示，形成光刻膠卯。具體地，在柵氧化膜40 和n型分離壁300之間的預(yù)定區(qū)域上用光刻法形成具有開(kāi)口 90a的由 光刻膠90構(gòu)成的掩模圖案。在開(kāi)口卯a(chǎn)的底部露出p型Si薄膜30的 表面。
然后，如圖2F所示，以具有開(kāi)口 90a的光刻膠卯為掩模，用離 子注入法向p型Si薄膜30中依次注入n型雜質(zhì)和p型雜質(zhì)。具體地， 首先，在與開(kāi)口 90a的正下方對(duì)應(yīng)的p型Si薄膜30中注入n型雜質(zhì)， 形成具有預(yù)定的雜質(zhì)濃度的n+區(qū)302。然后，同樣地，注入p型雜質(zhì)， 形成具有預(yù)定的雜質(zhì)濃度的p+區(qū)304。形成的n+區(qū)302和p+區(qū)304在 剖面視圖中都是大致柱狀。
本實(shí)施方式中，p+區(qū)304通過(guò)例如用離子注入法注入硼(B)來(lái) 形成。另外，n+區(qū)302通過(guò)例如用離子注入法以多階段改變加速電壓 而注入P來(lái)形成。另外，p+區(qū)304在比n+區(qū)302離p型Si薄膜30的 表面更深的位置形成。在此，形成p+區(qū)304和n+區(qū)302的離p型Si 薄膜30的表面的深度設(shè)定為，后述的凹面反射層70的曲率中心的位 置在與p+區(qū)304和n+區(qū)302之間對(duì)應(yīng)的深度。另外，通過(guò)調(diào)整離子注 入時(shí)的離子注入條件的加速電壓等，可以把p+區(qū)304和n+區(qū)302的離 p型Si薄膜30的表面的深度設(shè)定成所期望的深度。
然后，除去光刻膠90。另外，如圖2G所示，向柵電極45的表 面和p型Si薄膜30的整個(gè)表面離子注入n型雜質(zhì)。由此，在離p型 Si薄膜30的表面為預(yù)定深度處形成n+層310,再用光刻法和離子注入 法在n+層310上形成p+層312。然后，通過(guò)例如進(jìn)行在不活潑氣氛中 在1000。C左右的溫度下的幾秒左右的快速升溫退火，把柵電極45中 的雜質(zhì)、兼有讀出晶體管的電極功能的n+層310和p+層312層激活。另 外，通過(guò)該快速升溫退火，n+區(qū)302和p+區(qū)304也被激活，在n+區(qū)302 和p+區(qū)304之間形成內(nèi)部電場(chǎng)高的M層。即，由于n+區(qū)302和p+區(qū)304都具有陡峭的雜質(zhì)濃度梯度，所以在n+區(qū)302和p+區(qū)304之間形成 pn結(jié)，形成具有高的內(nèi)部電場(chǎng)的耗盡層。
然后，如圖2H所示，形成氧化膜50和BSG膜60。具體地，首先 用CVD法在柵電極45和p型Si薄膜30的表面上堆積例如厚300nm左 右的由二氧化硅構(gòu)成的氧化膜層。然后，用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)法把 堆積的氧化膜層磨削到100nm左右，形成表面被平坦化了的氧化膜50。 在該利用CMP法的研磨工序中，設(shè)定研磨量，使得氧化膜50的厚度形 成得比柵氧化膜40和柵電極45的厚度之和還要更厚。
然后，在氧化膜50上堆積包含預(yù)定量的硼(B)的Si氧化膜即硼 硅酸鹽玻璃(BSG )膜60。作為膜的BSG膜60具有例如200nm左右的 厚度。另外，也可以取代BSG膜60而在氧化膜50上堆積磷硅酸鹽玻璃 (PSG )膜或硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)膜等。然后，除去在俯^f見(jiàn)圖中覆 蓋p+層312和n+層310的部分，用光刻法和RIE法加工BSG膜60。由 此，形成在俯視圖中覆蓋p+層312和n+層310的BSG膜60。
然后，如圖2I所示，在BSG膜60上通過(guò)進(jìn)4亍預(yù)定氣氛中、預(yù)定 溫度、預(yù)定時(shí)間的熱處理來(lái)形成中間層62。該熱處理，例如，在BSG膜 60的軟化溫度左右的溫度或比軟化溫度低的溫度(例如750。C左右)下 進(jìn)行。如果對(duì)BSG膜60進(jìn)行熱處理，則由于表面張力而在氧化膜50的 相反側(cè)變形成在剖面中具有凸形狀的形狀，由此成為中間層62。在此， 中間層62的剖面中的凸形狀是與拋物線的一部分的形狀一致的形狀。
然后，在中間層62的表面上形成具有凹面的凹面^^射層70，該凹 面的焦點(diǎn)位于n+區(qū)302和p+區(qū)304之間。凹面反射層70由對(duì)于可見(jiàn)光 波段的光有高反射率(例如卯％左右)的金屬材料形成。凹面反射層70， 例如，用濺射法形成為具有150nm左右的厚度。具體地，在中間層62 的表面和氧化膜50的表面上用濺射法形成預(yù)定膜厚的金屬層。然后，用 光刻法和RIE法在中間層62的表面上形成凹面反射層70。另外，凹面 反射層70可以主要由例如鋁、銀等的金屬材料形成。然后，在中間層62 的表面上形成凹面反射層70之后，對(duì)凹面反射層70進(jìn)行400。C左右、5 分鐘左右的退火處理。另外，退火處理的時(shí)間i殳定在構(gòu)成凹面反射層70的金屬材料不會(huì)在氧化膜50中擴(kuò)散而到達(dá)光電二極管部30a側(cè)的范圍 內(nèi)。
然后，覆蓋氧化膜50的表面和凹面反射層70的表面形成預(yù)定膜厚 的層間絕緣膜80。層間絕緣膜80可以由例如二氧化硅膜形成。然后，用 CMP法把層間絕緣膜80的表面平坦化后，如圖2J所示，在層間絕緣膜 80的表面上形成多層布線即布線層85。布線層85例如可以形成為具有 由銅布線85a構(gòu)成的預(yù)定布線圖案。然后，研磨除去支撐村底10和氧化 膜20，形成根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1。
圖3示出根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的動(dòng)作的概要。 圖3中，作為一例，示出構(gòu)成氧化膜50的材料的折射率與構(gòu)成中間 層62的材料的折射率相同時(shí)的情形。另外，圖3中為了l更于i兌明，省略 了布線層85的圖示。參照?qǐng)D3，入射到半導(dǎo)體器件1的光入射面30b的 光400在p型Si薄膜30中傳輸。在本實(shí)施方式中，p型Si薄膜30的厚 度為1.5pm左右，光400的一部分尤其是具有紅色波段的波長(zhǎng)的光400 容易透過(guò)p型Si薄膜30。透過(guò)p型Si薄膜30的光400被凹面反射層70 反射。
在此，根據(jù)本實(shí)施方式的凹面反射層70由于形成為凹面反射層70 的曲率中心308位于n+區(qū)302和p+區(qū)304之間，所以被凹面反射層70 反射的光400會(huì)聚到位于n+區(qū)302和p+區(qū)304之間的耗盡層306上。另 外，凹面反射層70的凹面部分的曲線不具有完全的拋物線形狀時(shí)，被凹 面反射層70反射的光400不是在耗盡層306內(nèi)會(huì)聚于一點(diǎn)，而是在耗盡 層306內(nèi)具有預(yù)定寬度地會(huì)聚。
圖4示出根據(jù)實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的曲率中心的位置的概要。
在本實(shí)施方式中，在俯視圖中，中間層62的寬度L1設(shè)定為大于等 于n+層310和p+層312的寬度L2。另外，凹面反射層70的凹面形狀設(shè) 定成凹面反射層70的曲率中心308位于n+區(qū)302和p+區(qū)304之間。此 時(shí)，凹面反射層70的曲率中心308位于從n+層310與p型Si薄膜30 的界面算起的預(yù)定深度D的位置。為了進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件1的光靈
12敏度，深度D也可以更加靠近n+層310側(cè)。即，曲率中心308也可以更 加靠近n+層310側(cè)。另外，通過(guò)與深度D的位置的變更相應(yīng)地改變中間 層62的凸面62a的形狀，可以改變凹面反射層70的凹面70a的形狀。
在本實(shí)施方式中使用了 p型Si薄膜30，但也可以用n型Si薄膜。 此時(shí)，半導(dǎo)體器件1的各構(gòu)成部分的導(dǎo)電類型與本實(shí)施方式的導(dǎo)電類型 相反。例如，n型分離壁300作為p型而構(gòu)成。而n+區(qū)302和n+層310以 p型構(gòu)成、p+區(qū)304和p+層312以n型構(gòu)成。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1在包舍光電二極管部30a的p型 Si薄膜30的光入射面30b的相反側(cè)具有凹面反射層70。入射到光入射 面30b的光的一部分被凹面反射層70反射。于是，通過(guò)反射增加了^1^ 射的光的路徑，與此對(duì)應(yīng)地，通過(guò)光電二極管部30a的距離增大，所以 光電二極管部30a中的光電變換效率提高。由此，根據(jù)本實(shí)施方式，可 以提供光靈敏度提高了的半導(dǎo)體器件1。另外，入射到光入射面30b的光 經(jīng)凹面反射層70向n+區(qū)302和p+區(qū)304之間反射，由此抑制了光向凹 面反射層70的上方傳輸，所以可以自由地設(shè)計(jì)布線層85的布線85a的
布局o
另外，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1可以經(jīng)凹面反射層70向光 電二極管部30a側(cè)反射向光入射面30b入射的光中的透過(guò)了 p型Si薄膜 30的紅色波段的光。由此，由于無(wú)須增加p型Si薄膜30的厚度就能提 高紅色光的光電變換效率，所以能夠使p型Si薄膜30的厚度比未設(shè)置 凹面反射層70的半導(dǎo)體器件薄，能夠降低半導(dǎo)體器件1的制造成本。而 且，由于p型Si薄膜30的厚度保持較薄，所以也容易形成把多個(gè)光電 二極管部30a間分離的n型分離壁300,能夠以低成^4^供作為光靈敏度 大幅度提高了的CMOS傳感器的半導(dǎo)體器件1。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1由于在凹面反射層70和光 電二極管部30a之間具有氧化膜50，所以能夠抑制構(gòu)成凹面>^射層70 的金屬材料擴(kuò)散到光電二極管部30a側(cè)而導(dǎo)致半導(dǎo)體器件1的特性劣化。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1能夠?qū)⒈话济娣瓷鋵?0反 射的光會(huì)聚到耗盡層306上。在此，由于在雜質(zhì)濃度高且具有陡峭的雜質(zhì)濃度分布的n+區(qū)302、和雜質(zhì)濃度高且具有陡峭的雜質(zhì)濃度分布的p+ 區(qū)304之間夾著的區(qū)域中形成耗盡層306,所以耗盡層306內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng) 度高，入射到耗盡層306的光以高效率且快速地變換成栽流子。由此， 利用根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1，可以發(fā)揮非常高的光電變換效率。
而且，由于n+區(qū)302和p+區(qū)304都從作為讀出晶體管的柵電極45 分離，所以能夠抑制發(fā)生穿透等的讀出晶體管的特性劣化。因此，根據(jù) 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件1能夠作為高靈敏度的CMOS傳感器的半導(dǎo) 體器件1而提供。
(實(shí)施方式2)
圖5示出根據(jù)實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件的剖面的概要。
根據(jù)實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件la包括具有光入射面12a的透明 襯底12;在透明村底12上設(shè)置的透明電極14;在透明電極14上的一部 分上設(shè)置的有機(jī)半導(dǎo)體層16;在有機(jī)半導(dǎo)體層16上的一部分上設(shè)置的中 間層63;以及與中間層63的表面和有機(jī)半導(dǎo)體層16的一部分表面相接 地設(shè)置的凹面反射層71。
透明襯底12對(duì)可見(jiàn)光是透明的，由具有柔軟性的材料形成。例如， 透明村底12可以由用有機(jī)高分子材料形成的透明膜形成。另外，透明電 極14可以由氧化銦錫(ITO)等的導(dǎo)電性無(wú)機(jī)材料形成。透明電極14 的一部分表面14a露出到外部，從該區(qū)域向有機(jī)半導(dǎo)體層16供給電力。
有機(jī)半導(dǎo)體層16形成為包含具有電子接收功能的有機(jī)材料(以下稱 電子接收有機(jī)材料)和/或具有電子供給功能的有機(jī)材料(以下稱電子供 給有機(jī)材料)，發(fā)揮作為光電變換的光電二極管的功能。有機(jī)半導(dǎo)體層16 可以形成為包含由電子接收有機(jī)材料構(gòu)成的層、或由電子供給有機(jī)材料 構(gòu)成的層、或由電子接收有機(jī)材料構(gòu)成的層與由電子供給有機(jī)材料構(gòu)成 的層的疊層。另外，有機(jī)半導(dǎo)體層16也可以形成為包含向丙烯樹(shù)脂、環(huán) 氧樹(shù)脂、或聚酰胺樹(shù)脂等的有機(jī)高分子材料或這些有機(jī)高分子材料的共 聚體添加了電子接收有機(jī)材料或電子供給有機(jī)材料得到的層。
另外，有機(jī)半導(dǎo)體層16也可以形成為包含吸收預(yù)定的可見(jiàn)光波段的 光的有機(jī)材料。例如，有機(jī)半導(dǎo)體層16可以形成為包含吸收藍(lán)色波段的
14光的有機(jī)材料即香豆素(coumarin) 6、吸收綠色波段的光的有機(jī)材料即 若丹明(rhodamine) 6G、吸收紅色波段的光的有機(jī)材料即酞菁鋅。此 時(shí)，有機(jī)半導(dǎo)體層16例如可以形成為包含把包含香豆素6的第一有機(jī)半 導(dǎo)體層、包含若丹明6G的第二有機(jī)半導(dǎo)體層、包含酞菁鋅的第三有機(jī)半 導(dǎo)體層層疊得到的層疊結(jié)構(gòu)體。
中間層63可以由例如環(huán)氧樹(shù)脂等的有機(jī)高分子材料形成。例如，中 間層63可以通過(guò)在有機(jī)半導(dǎo)體層16上的一部分上澆注(potting)環(huán)氧 樹(shù)脂等的有機(jī)高分子材料而形成。由此可以形成具有凸面63a的中間層 63。另外，凹面反射層71形成為具有與凸面63a對(duì)應(yīng)的凹面71a。構(gòu)成 凹面反射層71的材料與實(shí)施方式1是同樣的。另外，凹面反射層71的 一部分可以直接與有機(jī)半導(dǎo)體層16接觸，此時(shí)凹面反射層71還兼具作 為向有機(jī)半導(dǎo)體層16供給電力的電極的功能。例如，從外部向凹面反射 層71的表面71b供給電力。
根據(jù)實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件la由于能夠主要由高分子材料和有 機(jī)半導(dǎo)體形成，所以具有撓曲性和柔軟性。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，由 于存在凹面反射層71而具有高的光靈敏度，而且能夠提供半導(dǎo)體器件 la自身能自由彎曲的作為光傳感器的半導(dǎo)體器件la。因此，利用本實(shí)施 方式，能夠提供能夠貼附到衣服等上的半導(dǎo)體器件la。 (實(shí)施方式3)
圖6示出根據(jù)實(shí)施方式3的半導(dǎo)體器件的剖面的概要。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件lb,除了不設(shè)置中間層63、不存在 凹面反射層71以外，與根據(jù)實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件la具有大致相同 的結(jié)構(gòu)。因此，除了不同點(diǎn)以外，省略詳細(xì)說(shuō)明。
半導(dǎo)體器件ib包括透明襯底12;在透明襯底12上設(shè)置的透明電 極14;在透明電極14上的一部分上設(shè)置的有機(jī)半導(dǎo)體層16;在有機(jī)半 導(dǎo)體層16上設(shè)置的作為反射層的反射電極72。在反射電極72的表面72a 上，把從光入射面12a入射的光的一部分向有機(jī)半導(dǎo)體層16側(cè)反射。另 外，反射電極72具有作為向有機(jī)半導(dǎo)體層16供給電力的電極的功能。
以上，說(shuō)明了實(shí)施方式，但上面記栽的實(shí)施方式不構(gòu)成對(duì)才艮據(jù)4又利要求書的發(fā)明的限制。另外，并不限定成在實(shí)施方式中說(shuō)明的特征的 組合全部是用來(lái)解決發(fā)明的問(wèn)題的手段所必需的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括具有入射光的光入射面和光電二極管部的半導(dǎo)體薄膜；在上述光入射面的相反側(cè)的上述半導(dǎo)體薄膜的表面的上方設(shè)置的、具有凸面的中間層；以及在上述凸面的表面上設(shè)置的、具有把上述光向上述光電二極管部的方向反射的凹面的凹面反射層。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述光電二極管部包含第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域、和與上述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域；上述中間層具有上述凹面的曲率中心位于上述第一區(qū)域與上述 第二區(qū)域之間的耗盡層中的形狀的上述凸面。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述第一區(qū)域和上述第二區(qū)域在上述半導(dǎo)體薄膜中的一部分上形成，比除上述第一區(qū)域和上迷第二區(qū)域之外的上述半導(dǎo)體薄膜具有更高的雜質(zhì)濃度。
4. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述第二區(qū)域設(shè)置在上述光入射面與上述第一區(qū)域之間。
5. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述半導(dǎo)體薄膜具有第一導(dǎo)電類型的第一層、和與上述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的笫二層；上述曲率中心位于上述第一層和上述第二層與上述第二區(qū)域之間。
6. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 所述半導(dǎo)體器件還包括:在上述半導(dǎo)體薄膜與上述中間層之間設(shè)置的氧化膜、和在上述中間層上設(shè)置的布線層；上述凹面反射層設(shè)置在上述氧化膜與上述布線層之間。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)休器件是利用上述凹面反射層將向位于上述布線層的 相反側(cè)的上述光入射面入射的光反射的背面照射型的半導(dǎo)體器件。
8. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述中間層和上述氧化膜由具有相同折射率的材料形成。
9. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述凹面反射層由金屬材料形成。
10. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述半導(dǎo)體薄膜是p型或n型的Si薄膜。
11. 一種半導(dǎo)體器件，包括 具有柔軟性的透明襯底； 在上述透明襯底上設(shè)置的透明電極；在上述透明電極的與上述透明襯底相接的面的相反側(cè)的一部分上 設(shè)置的有機(jī)半導(dǎo)體層；在上述有機(jī)半導(dǎo)體層的與上述透明電極相接的面的相反側(cè)的表面 的上方設(shè)置的、具有凸面的中間層；以及在上述凸面的表面上設(shè)置的、具有把入射光向上述有機(jī)半導(dǎo)體層 的方向反射的凹面的凹面反射層。
12. 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述有機(jī)半導(dǎo)體層形成為包含電子接收有機(jī)材料和電子供給有機(jī)材料中的任何一者或兩者。
13. 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述有機(jī)半導(dǎo)體層形成為包含從香豆素6、若丹明6G、酞菁鋅中選擇的至少 一種有機(jī)材料。
14. 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述凹面反射層由金屬材料形成，是向上述有機(jī)半導(dǎo)體層供給電力的電極。
15. —種半導(dǎo)體器件，包括 具有柔軟性且對(duì)可見(jiàn)光透明的透明襯底； 在上述透明村底上設(shè)置的透明電極；在上述透明電極的與上述透明襯底相接的面的相反側(cè)的一部分上設(shè)置的有機(jī)半導(dǎo)體層；以及在上述有機(jī)半導(dǎo)體層的與上述透明電極相接的面的相反側(cè)的表面 的上方設(shè)置的反射層。
16. 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于 上述反射層是向上述有機(jī)半導(dǎo)體層供給電力的電極。
17. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在具有入射光的光入射面和光電二極管部的、表面上形成了氧化 膜的半導(dǎo)體薄膜上形成膜的工序；通過(guò)對(duì)上述膜進(jìn)行熱處理，使上述膜成為具有凸形狀的中間層的 工序；以及在上述中間層的表面上形成凹面反射層的工序。
18. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 上述光電二極管部是經(jīng)過(guò)包括以下工序的工序制造的準(zhǔn)備具有支撐襯底、在上述支撐襯底上的氧化膜、以及在上述氧 化膜上的Si薄膜的襯底的工序；以及在上述Si薄膜中形成第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域、和與上述第一 導(dǎo)電類型不同的笫二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域的工序。
19. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于 上述形成中間層的工序中的上述熱處理在形成上述膜的材料的軟化溫度或比該軟化溫度低的溫度下進(jìn)行。
20. 如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于 上述形成凹面反射層的工序形成具有焦點(diǎn)位于上述第一區(qū)域與上述第二區(qū)域之間的凹面的上述凹面反射層。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體器件(1)，包括具有入射光的光入射面(30b)和光電二極管部(30a)的半導(dǎo)體薄膜(30)；在光入射面(30b)的相反側(cè)的半導(dǎo)體薄膜(30)的表面的上方設(shè)置的、具有凸面(62a)的中間層(62)；以及在凸面(62a)的表面上設(shè)置的、具有把光向光電二極管部(30a)的方向反射的凹面(70a)的凹面反射層(70)。
文檔編號(hào)H01L27/144GK101645451SQ20091015989
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者吉田毅 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝