CN102376814A - 光电转换元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电转换元件及其制造方法。所述光电转换元件包括：第一半导体层，其表现出第一导电类型，并设置在基板上方的选择区域中；第二半导体层，其表现出第二导电类型，并设置成与所述第一半导体层相对；及第三半导体层，其设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间，并大体上表现出本征导电类型，所述第三半导体层具有至少一个不与所述第一半导体层接触的角部。根据本发明，能够抑制由裂缝导致的暗电流或者能够抑制裂缝本身的发生。

Description

光电转换元件及其制造方法

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年8月10日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-179555的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及诸如PIN光电二极管之类的用于如放射线成像装置和光学触摸传感器等的光电转换元件及其制造方法。

背景技术

正-本征-负(Positive Intrinsic Negative，PIN)光电二极管在放射线成像装置和光学触摸面板等中用作光电转换元件。这类PIN光电二极管具有如下结构：所谓的i型半导体层位于p型半导体层和n型半导体层之间，从而能够取出其电荷量取决于入射光的光量的信号电荷。

期望进一步增强这类光电二极管的光学灵敏性，为此提出了各种设计方案(参照如日本专利公开公报No.2000-156522)。日本专利公开公报No.2000-156522披露了一种光电转换装置，在该光电转换装置中，光电转换器中的半导体层延伸到晶体管部，该延伸部用作遮光层，由此保证高的开口率以及提高了图案精确度，从而增强了灵敏度。

然而，在上述PIN光电二极管中，i型半导体层设置成从层间绝缘膜中形成的孔的内部延伸到层间绝缘膜的上表面。因而，由于孔的形状(侧壁部的台阶)的原因，i型半导体层上施加有应力，从而产生裂缝。尤其是，如果增加i型半导体层的膜厚度以便增强光学灵敏性，则该应力也会变大。这类裂缝的问题在于充当泄露路径且增加了暗电流。

发明内容

由此，本发明旨在提供一种能够抑制由裂缝导致的暗电流增加的光电转换元件及其制造方法。

本发明的实施例提供了一种光电转换元件。所述光电转换元件包括：第一半导体层，其表现出第一导电类型，并设置在基板上方的选择区域中；第二半导体层，其表现出与所述第一导电类型不同的第二导电类型，并设置成与所述第一半导体层相对；及第三半导体层，其设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间，并大体上表现出本征导电类型。所述第三半导体层具有至少一个不与所述第一半导体层接触的角部。

本发明的另一实施例提供了一种光电转换元件的制造方法。所述方法包括以下步骤：在基板上方的选择区域中形成表现出第一导电类型的第一半导体层；及在所述第一半导体层上形成第三半导体层。所述第三半导体层具有至少一个不与所述第一半导体层接触的角部，并大体上表现出本征导电类型。所述方法还包括以下步骤：在所述第三半导体层上形成表现出第二导电类型的第二半导体层。

根据本发明的实施例的所述光电转换元件和所述光电转换元件的制造方法，如果由于例如第三半导体层的形状所引起的应力的影响的原因而在第三半导体层中产生裂缝，则由于第三半导体层具有角部，所以所产生的裂缝的起点(或终点)总是第三半导体层的角部。由于这类角部不与第一半导体层接触，所以阻止了所产生的裂缝作为泄漏路径。或者，抑制了裂缝本身的发生。

根据本发明的实施例的所述光电转换元件和所述光电转换元件的制造方法，设置在第一和第二半导体层之间的第三半导体层具有不与第一半导体层接触的角部。因此，例如，当在第三半导体层中产生裂缝时，能够阻止裂缝作为泄漏路径。或者，能够抑制裂缝本身的发生。因此，能够抑制由于裂缝所引起的暗电流的增加。

附图说明

图1是表示本发明实施例的光电转换元件的结构的剖面图；

图2是表示图1所示的光电转换元件中的p型半导体层、i型半导体层(n型半导体层)和孔部的平面结构的示意图；

图3是表示图2所示的光电转换元件沿线B-B′的结构的剖面图；

图4A～图4C是说明图1所示的光电转换元件的制造方法的剖面图；

图5A～图5C是表示图4A～图4C的后续步骤的剖面图；

图6A和图6B是表示图5A～图5C的后续步骤的剖面图；

图7A和图7B是表示图6A和图6B的后续步骤的剖面图；

图8A和图8B是表示图7A和图7B的后续步骤的剖面图；

图9是表示对比示例的p型半导体层、i型半导体层(n型半导体层)和孔部的平面结构的示意图；

图10A和图10B表示图9所示的光电转换元件的剖面结构，其中，图10A是沿线A-A′的剖面图，图10B是沿线B-B′的剖面图；

图11A和图11B是说明i型半导体层中产生的裂缝的示意图，其中，图11A表示对比示例，图11B表示实施例；

图12是i型半导体层中产生的裂缝的照片；

图13是表示变形例1的光电转换元件的结构的剖面图；

图14是表示变形例2的光电转换元件的结构的剖面图；

图15A～图15C是说明图13所示的光电转换元件的制造方法的剖面图；

图16是表示变形例3的光电转换元件的结构的剖面图；

图17是表示变形例4的光电转换元件的结构的剖面图；

图18A～图18C是说明图16所示的光电转换元件的制造方法的剖面图；

图19是应用示例的光电转换装置的系统结构图；

图20是表示通过光电转换装置和波长转换器结合形成的放射线成像装置的示意图；及

图21是表示单位像素和晶体管的结构的剖面图。

具体实施方式

下文将参照附图说明本发明的实施方式。以下述顺序进行说明。

1.实施例(i型半导体层形成为处于从接触孔的内部到第一层间绝缘膜的上表面的范围内的示例)

2.变形例1和2(通过两个蚀刻处理步骤形成接触孔的示例)

3.变形例3和4(i型半导体层在接触孔中图案化的示例)

4.应用示例(使用光电转换元件的光电转换装置和放射线成像装置的示例)

1.实施例

图1表示本发明的实施例的光电转换元件10的示意结构。光电转换元件10是通过在p型半导体层和n型半导体层之间布置非掺杂的i型半导体层(本征半导体层)而获得的正-本征-负(Positive Intrinsic Negative，PIN)光电二极管。

光电转换元件10的整个结构

光电转换元件10具有p型半导体层14(第一半导体层)，p型半导体层14隔着绝缘膜13位于基板11上方的选择区域中，基板11是由如玻璃制成。在基板11上方(具体地，在绝缘膜13上)，设置有第一层间绝缘膜15A，第一层间绝缘膜15A具有与p型半导体层14相对的接触孔(贯通孔)150A。i型半导体层16(第三半导体层)在第一层间绝缘膜15A的接触孔150A中设置成位于p型半导体层14上，n型半导体层17(第二半导体层)形成在该i型半导体层16上。上电极18通过第二层间绝缘膜15B的接触孔150B连接到n型半导体层17。图2是表示p型半导体层14、接触孔150A和i型半导体层16(n型半导体层17)的形成区域的示意平面图。图1是沿图2中的线A-A′的剖面图。图3是沿图2中的线B-B′的剖面图。

在本实施例中，将说明p型半导体层14设置在基板侧(下侧)且n型半导体层17设置在上侧的情况。然而，也可采用翻转结构(即，n型半导体层设置在下侧(基板侧)且p型半导体层设置在上侧)。

通过堆叠诸如SiNx层13a和SiO₂层13b之类的绝缘膜来获得绝缘膜13。例如，如果光电转换元件10在例如成像装置中的每个像素中使用，则绝缘膜13可与各类晶体管中的栅极绝缘膜形成为相同层。SiNx层13a的厚度例如为50nm，SiO₂层13b的厚度例如为10nm～120nm。

P型半导体层14是通过在例如多晶硅或微晶硅中掺杂例如硼(B)而制成的p+区域，其具有例如40nm～50nm的厚度。P型半导体层14还充当例如用于读取信号电荷的下电极(阳极)，并连接到下部引出配线16h。

例如，通过堆叠绝缘膜(如，SiO₂层15A1、SiNx层15A2和SiO₂层15A3)获得第一层间绝缘膜15A。例如，如果光电转换元件10在例如成像装置中的每个像素中使用，则第一层间绝缘膜15A可与各类晶体管中的层间绝缘膜形成为相同层。SiO₂层15A1的厚度例如为150nm。SiNx层15A2的厚度例如为300nm。SiO₂层15A3的厚度例如为200nm。

在这个第一层间绝缘膜15A中，通过蚀刻形成接触孔150A。在本实施例中，通过一步蚀刻过程形成接触孔150A。即，在沿垂直于基板表面的方向上的剖面中，接触孔150A的壁面15S1的形状是直线形。换句话说，壁面15S1是没有任何拐角(凸出)的平坦表面。壁面15S1可以是如图1所示的倾斜面，或可以是垂直于基板表面的面。

i型半导体层16是大体上表现出本征导电类型的半导体层，如非掺杂的本征半导体层，i型半导体层16是由例如非晶体硅(非晶硅)构成。i型半导体层16的厚度例如为400nm～1000nm。当这个厚度越大，也就越能够更大程度地增强光学灵敏性。后文将详细说明i型半导体层16的结构。

n型半导体层17是由例如非晶体硅(非晶硅)构成，并形成为n+区域。n型半导体层17的厚度例如为10nm～50nm。

上电极18是用于为光电转换提供参考电位的电极，其是由例如铟锡氧化物(ITO)的透明导电膜形成。上电极18连接到电源线(未图示)。第二层间绝缘膜15B是由例如SiO₂构成，其具有例如400nm的厚度。

i型半导体层16的具体结构

在本实施例中，i型半导体层16设置成从第一层间绝缘膜15A中的接触孔150A的内部延伸到第一层间绝缘膜15A的上表面(具体地说，延伸到位置P1)。换句话说，部分i型半导体层16与第一层间绝缘膜15A的上表面重叠(叠加在第一层间绝缘膜15A的上表面上)。而且，i型半导体层16具有取决于第一层间绝缘膜15A的台阶(接触孔150A的壁面的高度差)的台阶结构(16S1)。如下所述，由于这个台阶结构16S1的原因，i型半导体层16中产生应力(即，应力施加到i型半导体层16)，从而促进了裂缝的产生。

该i型半导体层16沿着第一层间绝缘膜15A的接触孔150A的壁面15S1的形状设置。即，i型半导体层16的位于第一层间绝缘膜15A侧的表面(侧面)的表面形状取决于壁面15S1的上述形状，在本实施例中，i型半导体层16的这个表面(侧面)是平坦表面。

而且，i型半导体层16在基板11侧的表面(即，n型半导体层17的相对侧上的表面)上具有角部16e，角部16e不与p型半导体层14接触。在i型半导体层16的侧面是平坦表面的本实施例中，角部16e是与基板11侧的末端边缘相对应的部分。这种结构等效于如下结构：接触孔150A的下侧开口形成为在沿着基板表面的方向上包围p型半导体层14的形成区域的外部。即，p型半导体层14的宽度Da小于接触孔150A的下侧开口的宽度Db。

光电转换元件10的制造方法

例如，能够依照下述方式制造光电转换元件10。图4A～图8B是依照步骤次序说明光电转换元件10的制造方法的剖面图。

首先，如图4A所示，通过例如化学气相沉积(CVD)依次沉积SiNx层13a和SiO₂层13b，从而在基板11上形成绝缘膜13。在所形成的绝缘膜13上，通过例如CVD沉积非晶硅(α-Si)层14A。

随后，如图4B所示，在例如400℃～450℃的温度下进行去氢退火处理(dehydrogenation annealing treatment)。此后，如图4C所示，例如通过准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)使用例如波长为308nm的激光L照射α-Si层14A，使得α-Si层14A变为多晶硅。由此，在绝缘膜13上形成多晶硅(p-Si)层14B。

接着，如图5A所示，通过例如离子注入向形成的p-Si层14B掺杂例如硼(B)离子。由此，在绝缘膜13上形成充当p+区域的p型半导体层14。此后，如图5B所示，通过例如光刻(photolithography)图案化p型半导体层14。

随后，如图5C所示，通过例如CVD在基板11的形成有p型半导体层14的整个表面上依次沉积SiO₂层15A1、SiNx层15A2和SiO₂层15A3。由此形成第一层间绝缘膜15A。

接着，如图6A所示，通过例如光刻在第一层间绝缘膜15A的与p型半导体层14相对的区域中形成接触孔150A。在本实施例中，在这个步骤中，通过一次(一个步骤)蚀刻处理(诸如干式蚀刻)去除了第一层间绝缘膜15A中的三个层(即，SiO₂层15A1、SiNx层15A2和SiO₂层15A3)。由此，形成了具有平坦壁面15S1的接触孔150A。此时，以如下方式进行蚀刻：接触孔150A的下侧开口大于p型半导体层14(即，包围p型半导体层14的外部)。由此能够在下一步骤中所形成的i型半导体层16中形成上述角部16e。

随后，如图6B所示，通过例如CVD，在第一层间绝缘膜15A的上方依次沉积i型半导体层16和n型半导体层17，以填充接触孔150A。由此，在i型半导体层16中形成取决于接触孔150A的高度差的台阶结构16S1。n型半导体层17形成为与具有该台阶结构16S1的i型半导体层16的表面形状相一致。

接着，如图7A所示，通过例如光刻将形成的i型半导体层16和n型半导体层17图案化成预定的形状。此时，i型半导体层16和n型半导体层17图案化成在到达第一层间绝缘膜15A上的预定位置P1的范围内与第一层间绝缘膜15A重叠。在这个图案化处理中，第一层间绝缘膜15A中的SiO₂层15A3用作蚀刻阻止层。

随后，如图7B所示，通过例如CVD在基板11的整个表面上沉积第二层间绝缘膜15B。

接着，如图8A所示，通过例如光刻在第二层间绝缘膜15B的与n型半导体层17相对的区域中形成接触孔150B。此后，如图8B所示，通过例如溅射(sputtering)沉积上电极18，由此完成图1所示的光电转换元件10。

光电转换元件10的操作和效果

在光电转换元件10中，当电源线(未图示)借助上电极18施加预定电位时，例如从上电极18侧入射的光被转换成信号电荷(光电转换)，所转换的信号电荷的电荷量取决于所接收的光的光量。从p型半导体层14侧取出由上述光电转换产生的作为光电流的信号电荷。

如上所述，在光电转换元件10中，i型半导体层16设置成从接触孔150A的内部延伸到第一层间绝缘膜15A的上表面。因此，i型半导体层16具有取决于接触孔150A的壁面15S1的高度差的台阶结构16S1。如果i型半导体层16具有这类台阶结构16S1，则i型半导体层16上施加有应力，从而在例如台阶结构16S1的边缘部处容易产生裂缝(缝)。如上所述，为了增强光学灵敏性，优选增加i型半导体层16的膜厚度。然而，随着膜厚度的增加，壁面15S1的高度差变大(台阶结构16S1的高度差变大)，因而更容易产生裂缝。

下面将说明对比示例的光电转换元件(光电转换元件100)中的上述裂缝的影响。图9是表示光电转换元件100中p型半导体层104、接触孔109A和i型半导体层106(n型半导体层107)的形成区域的示意平面图。图10A是沿图9中的线A-A′的剖面图。图10B是沿线B-B′的剖面图。光电转换元件100具有p型半导体层104，p型半导体层104隔着绝缘膜103位于基板101上方的选择区域中，在p型半导体层104上形成具有接触孔109A的第一层间绝缘膜105A，接触孔109A与p型半导体层104相对。i型半导体层106和n型半导体层107设置在与接触孔109A相对应的区域中，i型半导体层106在其上表面具有台阶106S。

在对比示例的上述光电转换元件100中，由于台阶106S所导致的应力的原因，产生如图11所示的裂缝X。所产生的裂缝X到达p型半导体层104。因而，裂缝X用作泄露路径，从而产生暗电流。

相对比的是，在本实施例中，如图11B所示，i型半导体层16具有角部16e。因此，以下述方式形成裂缝X：裂缝X的起点(或终点)是角部16e。因此，由于角部16e不与p型半导体层14接触，所以即使在因台阶结构16S1产生裂缝X时，裂缝X也被引到与p型半导体层14分开的角部16e，从而阻止了裂缝X用作泄露路径。图12是通过拍摄实际产生的裂缝X所获得的图片。

如上所述，在本实施例中，在p型半导体层14和n型半导体层17之间具有i型半导体层16的PIN光电二极管结构中，i型半导体层16具有不与p型半导体层14接触的角部16e。由于这个特征，例如在i型半导体层16具有取决于接触孔150A的形状的台阶结构16S1的情况下，即使由于这个台阶结构16S1的原因而产生裂缝时，仍能够阻止裂缝用作泄露路径。由此，能够抑制由于裂缝所导致的暗电流的增加。

下面将说明上述实施例的光电转换元件的变形例(变形例1～4)。在下文中，使用相同的附图标记表示与上述实施例中的光电转换元件10中的构成元件相同的构成元件，从而相应地省略了说明。

2.变形例1和2

图13表示变形例1的光电转换元件的剖面结构。图14表示变形例2的光电转换元件的剖面结构。与上述实施例的光电转换元件10相似，变形例1和2的光电转换元件具有p型半导体层14，p型半导体层14隔着绝缘膜13位于基板11上方，i型半导体层16设置在第一层间绝缘膜15C的接触孔150C中。在i型半导体层16上，n型半导体层17设置成与i型半导体层16的表面形状相一致。在这个结构中，i型半导体层16具有不与p型半导体层14接触的角部。为了简化，省略了第二层间绝缘膜15B和上电极18的图示。

在变形例1和2中，通过两个蚀刻处理步骤形成第一层间绝缘膜15C的接触孔150C。具体地，在沿着垂直于基板表面的方向上的剖面中，接触孔150C的壁面15S2的形状是具有多个(在这个示例中，两个)台阶的阶梯形状。换句话说，壁面15S2是具有拐角(凸起)的凹凸面。与上述实施例中的第一层间绝缘膜15A相类似，通过堆叠诸如SiO₂层和SiNx层之类的绝缘膜来获得这个第一层间绝缘膜15C。

与上述实施例相类似，i型半导体层16设置成从第一层间绝缘膜15C中的接触孔150C的内部延伸到第一层间绝缘膜15C的上表面。而且，沿着接触孔150C的壁面15S2的形状设置i型半导体层16，因此i型半导体层16具有取决于壁面15S2的形状的台阶结构(16S2)。

即，在变形例1和2中，i型半导体层16具有多个与上述接触孔150C的壁面形状(阶梯形状)相关的角部16e1和16e2。角部16e1是与基板11一侧的末端边缘相对应的部分，角部16e2是在i型半导体层16的侧面中的朝向第一层间绝缘膜15C突出的凸出部分。而且，优选地，这个阶梯形状中的各个台阶部中的至少一个台阶部比最接近基板的台阶部大。在这些示例中，阶梯形状从基板侧起依次具有两个台阶部s1和s2，台阶部s2比台阶部s1大。由于这个特征，裂缝X更容易被引到与p型半导体层14更大程度分开的角部16e2。

如在变形例1中(图13)，上述角部16e1和16e2可形成为使得仅角部16e2不与p型半导体层14接触而角部16e1与p型半导体层接触。即，p型半导体层14的形成区域大于接触孔150C的下侧开口。

或者，如在变形例2中(图14)，角部16e1和16e2也可以均不与p型半导体层14接触。即，p型半导体层14的形成区域可小于接触孔150C的下侧开口。

例如能够以下述方式制造上述光电转换元件。在下述说明中，将变形例1的结构作为示例进行说明。图15A～图15C是说明变形例1的光电转换元件的制造方法的剖面图。

首先，与上述实施例相类似，隔着绝缘膜13在基板11上方的选择区域中形成p型半导体层14。此后，如图15A所示，通过例如CVD依次沉积例如SiO₂层15C1、SiNx层15C2和SiO₂层15C3，从而在绝缘膜13上形成第一层间绝缘膜15C。以如下方式进行这个膜沉积过程：例如，SiNx层15C2和SiO₂层15C3的总的膜厚度设置成大于SiO₂层15C1的膜厚度，使得在下面的步骤中使台阶部s2比基板侧的台阶部s1大。在这些层中，SiO₂层15C3用作下述图案化i型半导体层16和n型半导体层17的步骤中的蚀刻阻止层。

接着，如图15B所示，对形成的第一层间绝缘膜15C中的上面的两个绝缘膜(SiO₂层15C3和SiNx层15C2)进行干式蚀刻。接着，如图15C所示，对形成的第一层间绝缘膜15C中的最下面的绝缘膜(SiO₂层15C1)进行干式蚀刻。由此，形成了接触孔150C。即，在本变形例中，如上所述，通过两个蚀刻处理步骤形成具有壁面15S2(其具有上述阶梯形状)的接触孔150C。

此后，与上述实施例相类似，形成i型半导体层16和n型半导体层17(具体地，第二层间绝缘膜15B和上电极18也是如此)，从而完成图13所示的光电转换元件。

如同上述变形例1和2，i型半导体层16可具有多个角部16e1和16e2。与上述实施例相类似，如果这些角部中的至少一个角部不与p型半导体层14接触，则即使在i型半导体层16中产生裂缝时，也能够使这个裂缝被引到与p型半导体层14分开的角部，从而能够阻止泄露路径的出现。因此，能够获得与上述实施例相同的有利效果。而且，能够使这个裂缝被引到多个角部中的与p型半导体层14更大程度分开的角部。由此，能够有效地抑制裂缝的影响。

3.变形例3和4

图16表示变形例3的光电转换元件的剖面结构。图17表示变形例4的光电转换元件的剖面结构。与上述实施例的光电转换元件10相似，变形例3和4的光电转换元件具有位于基板11上方的p型半导体层14，且还具有位于第一层间绝缘膜15A的接触孔150A中的i型半导体层24和位于i型半导体层24上的n型半导体层25。而且，接触孔150A的壁面15S1是平坦表面。

然而，与上述实施例(及变形例1和2)不同的是，在变形例3和4中，i型半导体层24在接触孔150A中布置成与接触孔150A的壁面15S1分开。也就是说，i型半导体层24的形状不取决于接触孔150A的壁面15S1，即，不具有台阶结构的形状。n型半导体层25在该i型半导体层24上设置成与i型半导体层24的表面形状相一致。而且，由例如SiO₂构成的保护膜26形成为覆盖i型半导体层24和n型半导体层25的侧面。i型半导体层24和n型半导体层25的功能和构成材料均与上述i型半导体层16和n型半导体层17的功能和构成材料相同。

在变形例3和4中，没有特别限定p型半导体层14的形成区域。例如，如在变形例3中，p型半导体层14可小于i型半导体层24在基板表面中的形成区域(图16)。在这种情况下，i型半导体层24具有不与p型半导体层14接触的角部24e。

或者，如同在变形例4中，p型半导体层14可大于i型半导体层24在基板表面中的形成区域(图17)。在这种情况下，i型半导体层24不具有不与p型半导体层14接触的角部24e。然而，由于不会产生裂缝，所以不存在任何问题。

例如能够以下述方式制造上述光电转换元件。在下述说明中，将变形例3的结构作为示例进行说明。图18A～图18C是说明变形例3的光电转换元件的制造方法的剖面图。

首先，与上述实施例的光电转换元件相类似，隔着绝缘膜13在基板11上方的选择区域中形成p型半导体层14，接着沉积第一层间绝缘膜15A并形成接触孔150A。此后，如图18A所示，例如通过CVD在第一层间绝缘膜15A上方依次沉积i型半导体层24和n型半导体层25，以填充接触孔150A。接着，如图18B所示，例如通过光刻图案化形成的i型半导体层24和n型半导体层25，使得i型半导体层24与接触孔150A的壁面15S1分开。随后，如图18C所示，在基板11的整个表面上形成保护膜26。保护膜26形成为填充壁面15S1和i型半导体层24之间的间隙。

此后，在保护膜26的与n型半导体层25相对的区域中形成接触孔。最后，与上述实施例相类似，形成上电极18，由此完成了图16所示的光电转换元件。

如同在上述变形例3和4中，i型半导体层24可在接触孔150A中设置成与壁面15S1分开。由于这个特征，i型半导体层24不具有与上述实施例和示例相同的台阶结构，因此能够抑制裂缝的发生。因此，能够抑制泄露路径，能够实现几乎与上述实施例相同的有利效果。

下面将说明作为上述实施例和变形例1～4中的光电转换元件的应用示例的光电转换装置2(放射线成像装置1)。然而，上述光电转换元件的应用示例不限于这类放射线成像装置，上述光电转换元件也可应用到例如光学触摸传感器(触摸面板)。下面将通过上述实施例中的光电转换元件10作为上述几个光电转换元件的代表来进行示例性说明。

光电转换装置2的结构

图19表示应用示例的放射线成像装置1中的光电转换装置2的系统结构。通过在这个光电转换装置2上设置波长转换器40来获得放射线成像装置1(图20)。波长转换器40执行典型地为α射线、β射线、γ射线和X射线等放射线的波长转换，并基于该放射线读取信息。

波长转换器40对放射到光电转换装置2的敏感区域的上述放射线进行波长转换。例如，波长转换器40是将诸如X射线之类的放射线转换成可见光的荧光体(如，闪烁器(scintillator))。具体地，波长转换器40是通过在有机平坦化膜或由例如旋涂玻璃材料(spin-on-glass material)构成的平坦化膜的上表面上形成由例如CsI、NaI或CaF₂制成的荧光膜而获得的元件。

光电转换装置2在基板11上具有像素单元112。在像素单元112周围，设有由例如行扫描单元(垂直驱动器)113、水平选择器114、列扫描单元(水平驱动器115)和系统控制器116构成的外围电路部(驱动器部)。

在像素单元112中，均具有光电转换器的单位像素20(下文中，常简称为“像素”)以二维方式布置成矩阵，上述光电转换器用于产生其电荷量取决于入射光光量的光电荷并在内部累积光电荷。单位像素20中所包含的光电转换器等同于上述实施例等中的光电转换元件10。在单位像素20中，每个像素行设有作为下述像素驱动线117的两条配线(具体地，行选择线和复位控制线)。

在像素单元112中，对于矩阵像素布置，沿着行方向(像素在像素行上的布置方向)上的每个像素行设有像素驱动线117，沿着列方向(像素在像素列上的布置方向)上的每个像素列设有垂直信号线118。像素驱动线117传输用于从像素读取信号的驱动信号。在图19中，每行具有一条作为配线的像素驱动线117。然而，每行上的像素驱动线117的数量不限于一条。每条像素驱动线117的一端连接到与各个行相对应的行扫描单元113的输出端。

行扫描单元113配置有移位寄存器、地址解码器等，行扫描单元113是用于例如逐行地驱动像素单元112中的各个像素的像素驱动器。通过各个垂直信号线118将从行扫描单元113所选择性地扫描的像素行上的各个单位像素输出的信号提供到水平选择器114。水平选择器114配置有为每个垂直信号线118所设置的放大器、水平选择开关等。

列扫描单元115配置有移位寄存器、地址解码器等，列扫描单元115扫描并顺序驱动水平选择器114的各个水平选择开关。通过列扫描单元115所进行的选择扫描，通过各个垂直信号线118所传输的各个像素的信号顺序输出到水平信号线119，并通过水平信号线119将这些信号传输到基板11的外部。

通过使用形成在基板11上的电路和外部控制IC中的一个或两个来配置由行扫描单元113、水平选择器114、列扫描单元115和水平信号线119构成的电路部。或者，这个电路部也可形成在通过电缆等连接到基板11的另一基板上。

系统控制器116接收基板11的外部给出的时钟、用于规定操作模式的数据等，并输出光电转换装置2的内部信息等数据。而且，系统控制器116还具有用于产生各种时序信号的时序发生器，并基于该时序发生器产生的各种时序信号控制外围电路部(包括行扫描单元113、水平选择器114、列扫描单元115等)的驱动。

单位像素20的结构

在单位像素20中，设置诸如复位晶体管、读取晶体管和行选择晶体管之类的像素晶体管和光电转换元件10。这些像素晶体管均是例如N沟道场效应晶体管，并使用诸如微晶硅或多晶硅之类的硅类半导体。或者，也可使用诸如铟镓锌氧化物(InGaZnO)或氧化锌(ZnO)之类的氧化物半导体。

图21表示单位像素20的剖面结构。如图21所示，在单位像素20中，在同一基板11上形成作为光电转换元件10的光电转换器20A和由读取晶体管等构成的晶体管部20B。而且，绝缘膜13、第一层间绝缘膜15A和第二层间绝缘膜15B均用作光电转换器20A和晶体管部20B所共用的公共层。

晶体管部20B在基板11和绝缘膜(栅极绝缘膜)13之间具有由例如钛(Ti)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)或铬(Cr)构成的栅电极12。在绝缘膜13上，形成包括例如p+区域、i区域和n+区域的半导体层19。而且，为了降低泄露电流，在半导体层19中设置轻掺杂漏极(LDD)19a和19b。半导体层19是由例如微晶硅或多晶硅构成。半导体层19连接到包括读取信号线和各种配线的配线层21。在与配线层21相同的层中，设置与光电转换器20A的上电极18连接的引出电极18a。配线层21和引出电极18a是由例如Ti、Al、Mo、W或Cr构成。

上文基于实施例和变形例说明了本发明。然而，本发明不限于上述实施例等，可以做出各种变形。例如，在上述实施例等中，从基板侧起依次堆叠p型半导体层、i型半导体层和n型半导体层。然而，也可以从基板侧起依次堆叠n型半导体层、i型半导体层和p型半导体层。

另外，在上述变形例1和2中，举例说明了接触孔的壁面具有两个台阶部的结构。然而，台阶部的数量也可以是三个以上。即，可在接触孔的形成过程中通过进行三个以上的蚀刻步骤来形成具有三个以上的台阶的阶梯形状。在这种情况下，接触孔也形成为使得至少一个台阶部比最靠近基板的台阶部大。

另外，也不需要包括所有上述实施例等中所描述的各个层，相反地，也可包括另外的层。例如，可在上电极18上进一步形成例如由SiN构成的保护膜。

Claims (15)

1.一种光电转换元件，其包括：

第一半导体层，其表现出第一导电类型，并设置在基板上方的选择区域中；

第二半导体层，其表现出第二导电类型，并设置成与所述第一半导体层相对；及

第三半导体层，其设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间，并表现出本征导电类型，所述第三半导体层具有至少一个不与所述第一半导体层接触的角部。

2.如权利要求1所述的光电转换元件，还包括：

层间绝缘膜，其具有贯通孔并设置在所述基板上方，所述贯通孔与所述第一半导体层相对，

其中，所述第三半导体层从所述贯通孔的内部延伸到所述层间绝缘膜的上表面，且所述第三半导体层具有取决于所述贯通孔的壁面的形状的台阶结构。

3.如权利要求2所述的光电转换元件，其中，

所述第三半导体层的位于所述层间绝缘膜侧的表面是平坦的，且

所述角部是所述第三半导体层的位于所述基板侧的末端边缘部。

4.如权利要求2或3所述的光电转换元件，其中，

所述贯通孔的位于所述基板侧的开口设置成在沿着所述基板表面的方向上包围所述第一半导体层的形成区域的外部。

5.如权利要求2所述的光电转换元件，其中，

所述第三半导体层的位于所述层间绝缘膜侧的表面形状在沿着垂直于所述基板表面的方向的剖面中是阶梯形状，且

所述角部是所述第三半导体层的位于所述基板侧的末端边缘部或者是所述第三半导体层的朝向所述层间绝缘膜侧凸出的凸出部。

6.如权利要求5所述的光电转换元件，其中，

在所述阶梯形状中的多个台阶部中，至少一个台阶部比最靠近所述基板的台阶部大。

7.如权利要求1所述的光电转换元件，还包括：

层间绝缘膜，其具有贯通孔并设置在所述基板的上方，所述贯通孔与所述第一半导体层相对，

其中，所述第三半导体层在所述贯通孔中设置成与所述贯通孔的壁面分开。

8.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，

所述光电转换元件是正-本征-负光电二极管。

9.一种光电转换元件的制造方法，其包括以下步骤：

在基板上方的选择区域中形成表现出第一导电类型的第一半导体层；

在所述第一半导体层上形成第三半导体层，所述第三半导体层具有至少一个不与所述第一半导体层接触的角部，并且所述第三半导体层表现出本征导电类型；及

在所述第三半导体层上形成表现出第二导电类型的第二半导体层。

10.如权利要求9所述的光电转换元件的制造方法，所述方法还包括以下步骤：

在形成所述第一半导体层之后且在形成所述第三半导体层之前，在所述基板上方形成层间绝缘膜，所述层间绝缘膜具有贯通孔，所述贯通孔与所述第一半导体层相对，

其中，在形成所述第三半导体层的步骤中，所述第三半导体层形成为从所述贯通孔的内部延伸到所述层间绝缘膜的上表面。

11.如权利要求10所述的光电转换元件的制造方法，其中，

在形成所述层间绝缘膜的步骤中，通过一个蚀刻处理步骤形成所述贯通孔，使得所述贯通孔的壁面是平坦表面。

12.如权利要求10或11所述的光电转换元件的制造方法，其中，

所述贯通孔形成为使得所述贯通孔在所述基板侧的开口在沿着所述基板表面的方向上包围所述第一半导体层的形成区域的外部。

13.如权利要求10所述的光电转换元件的制造方法，其中，

在形成所述层间绝缘膜的步骤中，通过两个以上蚀刻处理步骤形成所述贯通孔，使得所述贯通孔的壁面的形状是阶梯形状。

14.如权利要求13所述的光电转换元件的制造方法，其中，

所述贯通孔形成为使得所述阶梯形状中的多个台阶部中的至少一个台阶部比所述多个台阶部中的最靠近所述基板的台阶部大。

15.如权利要求9所述的光电转换元件的制造方法，还包括以下步骤：

在形成所述第一半导体层之后且在形成所述第三半导体层之前，在所述基板上方形成层间绝缘膜，所述层间绝缘膜具有贯通孔，所述贯通孔与所述第一半导体层相对，

其中，在形成所述第三半导体层的步骤中，所述第三半导体层在所述层间绝缘膜的所述贯通孔中形成为与所述贯通孔的壁面分开。

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