半导体器件及其制造方法.pdf

本发明提供一种形成在绝缘衬底上的半导体器件，通常半导体器件具有如下结构：其中在光学传感器、太阳能电池或使用TFT的电路中可提高与布线板的安装强度，并且可以使其以高密度安装在布线板上，并且本发明还提供一种制造该半导体器件的方法。根据本发明，在半导体器件中，半导体元件形成在绝缘衬底上，凹部形成在半导体器件的侧面上，并且在凹部中形成电连接到半导体元件的导电膜。

1、  一种半导体器件，包括：
形成在绝缘衬底上的半导体元件；和
电连接到半导体元件的导电膜，
其中该半导体元件具有在其侧面中的凹部，和
其中导电膜形成在凹部中。

2、  根据权利要求1的器件，其中导电膜形成在覆盖半导体元件的绝缘膜的侧面中和其顶面上。

3、  根据权利要求1的器件，其中绝缘衬底的面积和用于形成半导体元件的面积大致相等。

4、  根据权利要求1的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面中的一种。

5、  根据权利要求1的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面。

6、  根据权利要求1的器件，其中半导体元件具有半导体薄膜。

7、  根据权利要求1的器件，其中导电膜和连接端中的至少一个由选自镍、铜、锌、钯、银、锡、铂和金中的一种元素和含有该元素的合金形成。

8、  根据权利要求1的器件，其中绝缘衬底是耐热的。

9、  根据权利要求1的器件，其中绝缘衬底是透光的。

10、  根据权利要求1的器件，其中绝缘衬底由塑料、玻璃和有机树脂中的一种形成。

11、  根据权利要求1的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管中的一种。

12、  根据权利要求1的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管。

13、  根据权利要求1的器件，其中半导体元件是具有光学传感器、光电转换器件、太阳能电池和包括TFT的这些器件中的至少一种的集成电路。

14、  根据权利要求1的器件，其中该半导体器件被结合到照相机中。

15、  根据权利要求1的器件，其中该半导体器被结合到个人计算机中。

16、  根据权利要求1的器件，其中该半导体器件被结合到便携式信息终端中。

17、  一种半导体器件，包括：
形成在绝缘衬底上的半导体元件；
连接到半导体元件的电极端；和
连接到电极端的连接端，
其中该半导体器件具有在其侧面中的凹部，和
其中连接端与绝缘衬底和半导体元件在凹部中接触。

18、  根据权利要求17的器件，其中连接端形成在覆盖半导体元件的绝缘膜的侧面中和其顶面上。

19、  根据权利要求17的器件，其中绝缘衬底的面积和用于形成半导体元件的面积大致相等。

20、  根据权利要求17的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面中的一种。

21、  根据权利要求17的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面。

22、  根据权利要求17的器件，其中半导体元件具有半导体薄膜。

23、  根据权利要求17的器件，其中导电膜和连接端中的至少一个由选自镍、铜、锌、钯、银、锡、铂和金中的一种元素和含有该元素的合金形成。

24、  根据权利要求17的器件，其中绝缘衬底是耐热的。

25、  根据权利要求17的器件，其中绝缘衬底是透光的。

26、  根据权利要求17的器件，其中绝缘衬底由塑料、玻璃和有机树脂中的一种形成。

27、  根据权利要求17的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管中的一种。

28、  根据权利要求17的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管。

29、  根据权利要求17的器件，其中半导体元件是具有光学传感器、光电转换器件、太阳能电池和包括TFT的这些器件中的至少一种的集成电路。

30、  根据权利要求17的器件，其中该半导体器件被结合到照相机中。

31、  根据权利要求17的器件，其中该半导体器被结合到个人计算机中。

32、  根据权利要求17的器件，其中该半导体器件被结合到便携式信息终端中。

33、  一种半导体器件，包括：
形成在绝缘衬底上的半导体元件；
覆盖半导体元件的绝缘膜；和
电连接到半导体元件的导电膜，
其中该半导体器件具有在其侧面中的凹部，和
其中导电膜形成在该凹部中并覆盖绝缘衬底和绝缘膜的侧面。

34、  根据权利要求33的器件，其中导电膜形成在覆盖半导体元件的绝缘膜的侧面中和其顶面上。

35、  根据权利要求33的器件，其中绝缘衬底的面积和用于形成半导体元件的面积大致相等。

36、  根据权利要求33的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面中的一种。

37、  根据权利要求33的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面。

38、  根据权利要求33的器件，其中半导体元件具有半导体薄膜。

39、  根据权利要求33的器件，其中导电膜和连接端中的至少一个由选自镍、铜、锌、钯、银、锡、铂和金中的一种元素和含有该元素的合金形成。

40、  根据权利要求33的器件，其中绝缘衬底是耐热的。

41、  根据权利要求33的器件，其中绝缘衬底是透光的。

42、  根据权利要求33的器件，其中绝缘衬底由塑料、玻璃和有机树脂中的一种形成。

43、  根据权利要求33的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管中的一种。

44、  根据权利要求33的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管。

45、  根据权利要求33的器件，其中半导体元件是具有光学传感器、光电转换器件、太阳能电池和包括TFT的这些器件中的至少一种的集成电路。

46、  根据权利要求33的器件，其中该半导体器件被结合到照相机中。

47、  根据权利要求33的器件，其中该半导体器被结合到个人计算机中。

48、  根据权利要求33的器件，其中该半导体器件被结合到便携式信息终端中。

49、  一种半导体器件，包括：
形成在绝缘衬底上的半导体元件；
连接到半导体元件的电极端；
覆盖半导体元件和电极端的绝缘膜；和
穿过绝缘膜连接到电极端的连接端，
其中该半导体器件具有在其侧面中的凹部，和
其中连接端与绝缘衬底、半导体元件和绝缘膜的侧面在凹部中接触。

50、  根据权利要求49的器件，其中连接端形成在覆盖半导体元件的绝缘膜的侧面中和其顶面上。

51、  根据权利要求49的器件，其中绝缘衬底的面积和用于形成半导体元件的面积大致相等。

52、  根据权利要求49的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面中的一种。

53、  根据权利要求49的器件，其中凹部具有弯曲表面和平坦表面。

54、  根据权利要求49的器件，其中半导体元件具有半导体薄膜。

55、  根据权利要求49的器件，其中导电膜和连接端中的至少一个由选自镍、铜、锌、钯、银、锡、铂和金中的一种元素和含有该元素的合金形成。

56、  根据权利要求49的器件，其中绝缘衬底是耐热的。

57、  根据权利要求49的器件，其中绝缘衬底是透光的。

58、  根据权利要求49的器件，其中绝缘衬底由塑料、玻璃和有机树脂中的一种形成。

59、  根据权利要求49的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管中的一种。

60、  根据权利要求49的器件，其中半导体元件具有薄膜晶体管和二极管。

61、  根据权利要求49的器件，其中半导体元件是具有光学传感器、光电转换器件、太阳能电池和包括TFT的这些器件中的至少一种的集成电路。

62、  根据权利要求49的器件，其中该半导体器件被结合到照相机中。

63、  根据权利要求49的器件，其中该半导体器被结合到个人计算机中。

64、  根据权利要求49的器件，其中该半导体器件被结合到便携式信息终端中。

65、  一种制造半导体器件的方法，包括如下步骤：
在绝缘衬底上形成半导体元件；
在衬底的所需区域处形成开口部分；
在绝缘衬底的侧面上形成导电膜，以便穿过该开口部分电连接到半导体元件；和
切割衬底。

66、  根据权利要求65的方法，其中开口部分是通过用激光照射衬底形成的。

67、  根据权利要求65的方法，其中切割是通过用激光照射衬底进行的。

68、  一种制造半导体器件的方法，包括如下步骤：
在绝缘衬底上形成半导体元件；
在衬底的所需区域处形成开口部分，该开口部分形成在半导体元件的周围；
在绝缘衬底的侧面上形成导电膜，以便穿过该开口部分电连接到半导体元件；和
切割掉具有半导体元件和导电膜的一部分衬底。

69、  根据权利要求68的方法，其中开口部分是通过用激光照射衬底形成的。

70、  根据权利要求68的方法，其中切割是通过用激光照射衬底进行的。

半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种薄而轻的半导体器件及其制造方法。
背景技术
近年来，随着通信技术的发展蜂窝电话被广泛使用。此外，希望在将来发送更多的运动图像和更多的信息。另一方面，鉴于节省重量而制造了用于移动的个人计算机。从电子笔记本开始，制造了大量便携式信息终端，如PDA(个人数字助理)，并且正在广泛使用。而且，随着显示设备的发展，大部分这种便携式信息装置各备有平板显示器。
在这种显示器件中，检测显示器件周边的亮度，并调节其显示亮度。因此，通过检测周边亮度和获得适度的显示亮度，可以消除不需要的电功耗。例如，使用用于亮度控制的这种光学传感器件用于蜂窝电话和个人计算机(例如，参考文献1：日本专利特许公开No.2003-60744)。
作为光学传感器的材料，主要使用半导体，并将硅作为半导体材料的典型例子。作为使用硅的光学传感器，有使用单晶硅或多晶硅的光学传感器和使用非晶硅的光学传感器。关于使用单晶硅或多晶硅的光学传感器，在大约800nm的红外区域内灵敏度最高，并甚至在大约1100nm处具有灵敏度。因此，在感测几乎不包括红外区光谱的白色荧光和具有从紫外区到红外区的宽光谱的太阳光的情况下，存在每种光的感测结果不同，而其实际亮度相等的问题。
此外，使用单晶硅的光学传感器用做使用引线框架用于在布线板等上安装的树脂密封封装，或者其中单晶硅通过布线接合法或下压法安装在设有电路图形的树脂衬底上的封装。
另一方面，使用非晶硅的光学传感器对红外区内的光几乎没有灵敏度，并具有在大约500nm到600nm范围内的最高灵敏度，这个数值范围是可见光区的波长的中心。就是说，使用非晶硅的光学传感器具有类似于人眼可见度的感测特性。因此，使用非晶硅的光学传感器是优选的。
另一方面，优选使用透光塑料衬底来代替玻璃衬底。这是因为塑料衬底比玻璃衬底更薄和轻，并且安装它们的布线板和使用其的电子器件也可以更薄和更小。此外，这是因为塑料衬底是柔性的，并能设置在弯曲表面上。而且，可以通过使用具有柔性的塑料衬底提供可抵抗撞击的元件。
然而，由于塑料衬底薄，因此连接端不能形成在衬底的侧面上。因此，连接端形成在衬底的一个表面上，以便成为布线板。布线板和光学传感器只通过一个表面用焊料固定，并且其接合的面积很小。因此，由于接合面积小而存在安装强度比侧电极结构要弱的问题。
此外，由于布线板连接到光学传感器的区域是在光学传感器的衬底的下部分中，因此难以看见光学传感器的电极和电极端的连接部分，并且难以判断这些是否彼此牢固地连接。
此外，由于有些常规有机树脂材料或塑料衬底具有不良的耐热性，因此通过回流步骤使用焊料不能将它们安装在布线板上。
另外，使用单晶硅的光学传感器具有封装结构，其中用于安装光学传感器的布线区(例如，设有引线框架和电路图形的区域)比用作光学传感器的面积更大。因而，光学传感器的这种封装结构妨碍了布线板上的高度集成。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种形成在绝缘衬底上的半导体器件，通常是光学传感器、太阳能电池或使用TFT的电路，该半导体器件具有可以提高对于布线板的安装强度和可以以高密度将其安装在布线板上的结构，并且还提供了该半导体器件的制造方法。
体发明的一个特征是半导体器件，其中半导体元件形成在绝缘衬底上，凹部形成在半导体器件的侧面上，并且电连接到半导体元件的导电膜形成在凹部中。
本发明的另一特征是一种半导体器件，它具有形成在绝缘衬底上的半导体元件、与半导体元件连接的电极端、和连接到电极端的连接端，其中凹部形成在绝缘衬底和半导体元件地侧面中，并且连接端在凹部中覆盖绝缘衬底和半导体元件。
本发明的另一特征是一种在其侧面中具有凹部的半导体器件，其包括形成在绝缘衬底上的半导体元件、覆盖半导体元件的绝缘膜、和电连接到半导体元件的导电膜，其中导电膜形成在凹部中并覆盖绝缘衬底和绝缘膜的侧面。
本发明的一个特征是一种在其侧面中具有凹部的半导体器件，包括形成在绝缘衬底上的半导体元件、连接到半导体元件的电极端、覆盖半导体元件和电极端的绝缘膜、和穿过绝缘膜连接到电极端的连接端，其中连接端在凹部中与绝缘衬底、半导体元件和绝缘膜的侧面接触。
根据本发明，绝缘衬底的面积和用于形成半导体元件的面积几乎相等。
优选地，将具有足以抵抗用于安装在板上的安装步骤中的耐热性的衬底用于绝缘衬底。进一步优选具有260℃或更高的玻璃转变温度的衬底。还优选透光衬底。作为典型例子，可以列举塑料衬底、玻璃衬底和由有机树脂制成的衬底。
上述导电膜是连接端。该连接端是用于电连接衬底以安装半导体器件的端子，例如，形成在布线板上的电极端，以及半导体器件的半导体元件。该连接端通过导电胶、各向异性导电粘合剂、各向异性导电膜等电连接到布线板上的电极端，并固定它们。
上述凹部是类似半圆柱形或类似矩形柱，并具有弯曲表面或平坦表面。此外，凹部可以是具有弯曲表面和平坦表面的形状。
半导体元件是其中有源区由半导体薄膜制成的元件，并且以二极管、TFT、电容器元件等为代表。此外，半导体薄膜由无机材料或有机材料形成。
对于由无机材料形成的半导体膜的典型例子，可以列举出硅膜、镓膜、添加了镓的硅膜、碳化硅膜等。此外，由有机材料形成的半导体膜的典型例子包括以共轭聚合物为代表的聚合物或低聚物，例如聚苯撑亚乙烯基衍生物、聚芴衍生物、聚噻吩衍生物、聚苯撑衍生物及其共聚物，如低聚苯撑(oligophenylene)和低聚噻吩(oligothiophene)。此外，对于低分子物质的例子，给出并五苯、并四苯、铜酞菁、全氟酞菁、二萘嵌苯衍生物等。
在本发明中，当半导体器件是光学传感器、光电转换器件、太阳能电池时，半导体膜由包括硅的膜形成。对于具有硅的半导体膜的典型例子，给出硅膜、硅锗膜、碳化硅膜及其PN结膜或PIN结膜。希望PIN结膜的I层由非晶硅层形成。
此外，放大器电路或放大器元件可以设置在光接收部分中，用于放大光接收部分中接收的光的检测量。对于放大器电路的典型例子，给出由TFT形成的电流镜电路，对于放大器元件的典型例子，给出运算放大器(op-amp)。
而且，作为本发明的半导体器件，给出通过使用光学传感器、光电转换器件或太阳能电池形成的、且包括TFT、电容器元件等的集成电路。此外，作为使用TFT的集成电路的例子，举出了功能性电路如存储器或CPU。
而且，本发明还涉及用于制造半导体器件的方法，其中多个半导体元件形成在绝缘衬底上，在衬底的所需部分处形成开口部分，在开口部分中形成电连接到半导体元件的导电膜，然后，切割半导体元件，从而形成芯片状半导体器件。
作为形成开口部分的方法，给出激光照射法、刻蚀法、模具压模法等。
本发明的半导体器件具有在绝缘衬底的侧面中的凹部，并且连接端可形成在该部分中。换言之，可形成具有侧电极的半导体器件。因此，可以增加用于连接布线板的面积，也可以提高安装强度，同时，可以可见地看到和确认连接状况。因而，提高了工艺可靠性。而且，由于可以通过在衬底中形成开口部分和沿着开口部分形成导电膜而形成连接端，因此可以在一个衬底上提供用于多个半导体器件的连接端。因此，可以使用一个衬底形成多个半导体器件，提高了形成连接端的步骤的生产量，并可以批量生产。而且，半导体元件形成在衬底上，并且衬底的面积和用做半导体元件所需的有效面积几乎相等。这样，可以在布线板等上高度集成大量半导体元件。
通过阅读下面参照附图的进一步详细说明可以使本发明的这些和其它目的、特征和优点更显然。
附图说明
附图中：
图1A和1B分别是表示本发明的半导体器件的倾斜示意图和剖面图；
图2A和2B分别是表示本发明的半导体器件的倾斜示意图和剖面图；
图3表示本发明的半导体器件的驱动器电路；
图4A-4D分别表示本发明的半导体器件的制造步骤；
图5A和5B分别表示本发明的半导体器件安装在布线板上的顶视图和剖面图；
图6A-6D分别表示制造本发明的半导体器件的步骤；
图7A-7D分别表示制造本发明的半导体器件的步骤；
图8A-8D分别表示制造本发明的半导体器件的步骤；
图9A和9B分别表示本发明的半导体器件的倾斜示意图和剖面图；
图10A-10C分别表示本发明的半导体器件的剖面图；和
图11A和11B分别表示本发明的半导体器件的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图介绍本发明的实施方式。本发明可以以各种不同方式实施。显然对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变。因此，本发明应该不限于这些实施方式。下面作为半导体器件的典型例子介绍光学传感器，但是本发明不限于此，本发明可以应用于通过使用光电转换器件、太阳能电池、TFT和/或其它类似部件形成的集成电路。塑料衬底用做绝缘衬底，但是本发明不限于此。也可以采用玻璃衬底、由有机树脂制成的衬底等。
[实施方式1]
在本实施方式中参照图1A和1B介绍光学传感器，其形成在塑料衬底上并在其侧面中具有凹部。
图1A是本发明的光学传感器100的倾斜示意图。半导体元件102形成在塑料衬底101上。光学传感器100的侧面具有凹形，并且在这个区域中形成将成为连接端103a和103b的导电膜。
半导体元件102可以通过使用半导体膜，优选半导体薄膜，而集成地形成在衬底上，由此可以使半导体器件的尺寸减小和变薄。
在本实施方式中，光学传感器的侧面中的凹形是弯曲的。应该注意的是凹形可以具有平坦表面。就是说，凹形是具有弯曲表面的半圆柱形，或具有平坦表面的矩形柱。
此外，凹部可以具有同时有弯曲表面和平坦表面的形状。
接下来，图1B示出了沿着图1A的线(A)-(A’)截取的剖面图。半导体元件102形成在塑料衬底101上。半导体元件102包括第一电极111、光接收部分112、和第二电极113。第一电极端114连接到第一电极111，第二电极端115连接到第二电极113。此外，第一电极端114与第二电极115通过置于其间的层间绝缘膜116而电绝缘。第一连接端103a连接到第一电极端114，第二连接端103b连接到第二电极端115。第一连接端103a和第二连接端103b的每个是用于连接到布线板上的电极端的端子。
作为塑料衬底，在安装到布线板上的步骤中，能耐热的衬底是优选的(通常，具有260℃或更高的玻璃转变温度的衬底)。此外，作为典型例子，还给出了包括分散了直径为几nm的无机颗粒的有机材料的衬底。
对于在布线板上进行安装步骤的典型例子，有使用导电粘合剂如焊料的回流法、使用各向异性导电粘合剂的压力接合法等。当采用压力接合法时，可以使用耐热性差的塑料衬底，因为可以使用各向异性导电粘合剂或各向异性导电膜将其安装在布线板上。
为了增加结面积，优选使用具有一定厚度的衬底用于塑料衬底。典型地，厚度为100-1000μm、优选厚度为20-500μm的塑料衬底(板)是优选的。
对于塑料衬底的典型例子，给出如下：聚碳酸酯(PC)、由包括极性基团的降冰片烯树脂制成的ARTON(由JSR公司制造)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、尼龙、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚芳酯(PAR)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亚胺、由其中分散了直径为几nm的无机颗粒的有机材料制成的HT衬底，其由Nippon Steel Corporation制造，等等。
当光从塑料衬底101一侧进入时，第一电极1 11由可与由硅制成的半导体膜进行欧姆接触的透光导电膜制成。通常可采用ITO(氧化铟锡合金)、氧化铟锌合金(In₂O₃-ZnO)、氧化锌(ZnO)、包括氧化硅的氧化铟锡。第二电极113由金属膜形成，该金属膜可与由硅制成的半导体膜进行欧姆接触。它典型地由选自铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钯(Pd)、钽(Ta)、钨(W)、铂(Pt)、金(Au)中的一种元素，或包含50％或以上该元素的合金材料形成。另一方面，当光从层间绝缘膜116一侧进入时，第一电极111由可与由硅制成的半导体膜进行欧姆接触的金属膜制成，并且第二电极113由可与由硅制成的半导体膜进行欧姆接触的透光导电膜制成。
光接收部分112可以由具有硅的半导体层形成。对于其典型例子，可以给出硅层、硅锗层、碳化硅层和其PN结层或PIN结层。在本实施方式中，光接收部分112由具有PIN结的非晶硅形成。
第一电极端114和第二电极端115每个均是引出电极、以及用于将第一电极11 1和第二电极113的每个电连接到形成在布线板上的电极端的端子。因而，第一和第二电极端114和115由用于连接第一和第二电极与布线的介质形成，例如含有选自银、金、铜、铂、钯、锡和锌中的一种或多种元素的导电胶，或者可以连接到焊料胶等的材料。作为典型例子，可以给出镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、钯(Pd)、银(Ag)、锡(Sn)、铂(Pt)或金(Au)，优选选自镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)和金(Au)中的一种元素，或含有50％或以上该元素的合金材料。应该注意的是，第一和第二电极端114和115可具有单层结构或多层结构。
第一和第二连接端103a和103b形成在衬底侧面的凹部中以及光学传感器表面上的部分中。连接端每个连接到各个电极端上。连接端包括含有选自银、金、铜、铂、钯、锡和锌中的一种或多种元素的导电胶，或可以接合到焊料胶上的材料。作为典型例子，可以给出镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、钯(Pd)、银(Ag)、锡(Sn)、铂(Pt)或金(Au)，优选选自镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)和金(Au)中的一种元素，或含有50％或以上该元素的合金材料。应该注意的是，这些金属不必是单一组分(一种元素)，而且可以是包含它的合金组分。应该注意的是，该合金是包括50％或以上的该金属作为主要成分的合金。注意第一电极端114和第二电极端115可以具有单层结构或多层结构。
层间绝缘膜116形成用于电绝缘作为引出电极的电极端114和115，以及密封各个电极111和113，和半导体元件102，并抑制退化。层间绝缘膜116可以由有机树脂如丙烯酸、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、或苯并环丁烯、或无机材料如氧化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜形成。
优选该光学传感器的侧面是倾斜的，其上形成将成为连接端的导电膜。此时的结构示于图9A和9B中。图9A是光学传感器120的倾斜图。图9B是沿着图9A的线(E)-(E’)截取的剖面图。层间绝缘膜125和衬底121的侧面具有斜面，并且连接端123a和123b分别形成在其上。在该结构中，当导电膜在汽相淀积法、溅射法等的汽相中形成，可以提高导电膜的覆盖率，并且可以防止膜之间的断开。应该注意的是，衬底侧面的形状不限于此，可以在外部具有阶梯状或具有凸曲面。
光学传感器的半导体元件的结构可以采用图1B中的剖面图所示结构以外的其它结构。图11A和11B中示出了具有不同半导体元件结构的光学传感器的剖面图。
图11A是光学传感器的剖面图的例子，它是由光接收部分112、与光接收部分112接触的第一电极端114、第二电极113、连接到第二电极113的第二电极端115、和连接到电极端114和115的连接端103a和103b形成的。图11A中未提供第一电极，这与图1B所示的光学传感器不同。因而，优选地连接部分(接触部分)的数量很大，因为通过增加第一电极端114与光接收部分112接触的面积可以提高器件的可靠性。在这种结构中，由于未提供第一电极，因此可以减少工艺数量和提高从衬底101透过的光的透射率。
图11B是光学传感器的剖面图的例子，它由光接收部分132、与光接收部分132接触的第一电极端114、第二电极113、连接到第二电极的第二电极端115、和连接到电极端114和115的连接端103a和103b形成。一层光接收部分132未被构图，并形成在衬底101的整个表面上，这不同于图11A中的光学传感器。因而，可以不使用掩模形成光接收部分，因此不需要掩模的对准控制。因此，可以提高产量。
根据本发明，半导体器件可以形成在绝缘衬底之上。本发明的半导体器件具有在其侧面中的凹部，并且连接端可以形成在这个区域中。与布线板上的电极端的连接是通过连接端和电极端制作的。因此，可以增加用于连接布线板的面积，还可以提高安装强度，同时，可以可见地看到和确认连接状况。因而，可以提高工艺可靠性。
[实施方式2]
参照图2A和2B介绍具有用于对在光接收部分中检测到的电流进行放大的电路的光学传感器。该图中示出了使用薄膜晶体管(以下称为TFT)作为构成放大器电路的元件的例子，但是本发明不限于此，本发明可以采用运算放大器(op-amp)等。
图2A是本实施方式的光学传感器的倾斜图。如实施方式1那样，半导体元件202形成在塑料衬底101的表面上。具有实施方式1所示这种结构的二极管或TFt可以适当地应用于该半导体元件。此外，光学传感器200的侧面具有凹部，其中形成要成为连接端103a和103b的导电膜。实施方式1中所示的形状可以应用于光学传感器侧面中的凹部的形状。
图2B是沿着图2A的线(B)-(B’)截取的剖面图。第一绝缘膜211形成在塑料衬底101上，TFT 212形成在其上。TFT 212包括：具有沟道形成区、源区和漏区的半导体区213；栅电极214；连接到源区的源电极215；以及连接到漏区的漏电极216。在TFT 212中，沟道形成区、栅电极、源电极和漏电极通过多个绝缘膜217彼此绝缘。在本实施方式中，TFT 212采用n沟道TFT。图2B中只示出了一个TFT，但是也可以形成多个TFT。
TFT 212的半导体区可以通过使用非晶半导体膜、结晶半导体膜或微晶半导体膜形成。非晶半导体膜可以通过等离子体CVD、低压CVD或溅射形成。结晶半导体膜通过上述方法形成，然后，它可以通过激光结晶法、加热结晶法、或在日本专利特许公开No.H8-78329中公开的方法进行结晶。根据该公报的技术，向非晶硅膜中选择地添加用于促进结晶的金属元素，并进行热处理，从而使该元素从作为开始点的添加区扩散，由此形成具有晶体结构的半导体膜。应该注意的是，优选在该处理中在结晶之后除去金属元素。
微晶半导体膜具有在非晶结构和晶体结构(包括单晶和多晶)之间的中间结构，这是在自由能中稳定的第三状态，并包括具有短距离量级或晶格畸变的结晶区。至少在膜的某一区域内包含0.5-20nm的晶粒。
微晶半导体膜是通过在硅化物气体上进行辉光放电分解(等离子体CVD)形成的。作为硅化物气体，可以使用SiH₄、Si₂H₆、SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiCl₄、SiF₄等。硅化物气体可以用H₂、或者H₂和一种或多种稀有气体元素：He、Ar、Kr和Ne来稀释。稀释比在2-1000倍的范围内。此时，压力大致在0.1Pa-133Pa范围内；功率频率为1MHz-120MHz，优选从13MHz-60MHz；衬底加热温度至多为300℃，优选为100℃-250℃。作为膜内杂质元素的气氛成分杂质，如氧、氮或碳优选至多为1×10²⁰/cm³或以下，特别是，氧浓度至多为5×10¹⁹/cm³或以下，优选至多为1×10¹⁹/cm³或以下。
第一电极111、光接收部分112、第二电极113、和层间绝缘膜218依次层叠在绝缘膜217上。它们的结构和材料可以适当地根据实施方式1中所描述的方式改变。
这里，将参照图10A-10C，介绍光接收部分的第一电极和漏电极的连接，其每个均形成在绝缘膜217上。
图10A示出了布线(漏电极)1301、连接到布线1301的第一电极1302、形成在第一电极1302上的光接收部分1303、以及形成在光接收部分1303上的第二电极1304。在这种结构中，光接收部分1303的一侧的整个表面与第一电极1302接触。此外，提高了绝缘膜217和第一电极1302的粘接性，因此在这种结构中，可防止在光接收部分1303和绝缘膜217之间发生的膜剥离现象。
图10B示出了布线(漏电极)1311、覆盖了一部分布线1311的光接收部分1313、和第二电极1314。在这种结构中，布线1311还用做图10A中的第一电极1302。此外，在这种结构中，由于不提供第一电极，因此可以减少工艺数量和提高从绝缘膜217透射的光的透射率。
图10C示出了布线(漏电极)1321、连接到布线1321的第一电极1322、覆盖一部分第一电极1322和绝缘膜217的光接收部分1323、以及第二电极1324。在这种结构中，第一电极的面积很小，并且一部分光接收部分与绝缘膜217接触。因而，具有提高了从层间绝缘膜217透射的光的透射率的效果。
然后，如图2B所示，第一电极端114连接到TFT 212的源电极，第二电极端115连接到光接收部分112的第二电极113。第一连接端103a连接到第一电极端114，第二连接端103b连接到第二电极端115。第一连接端103a和第二连接端103b是用于连接布线板上的布线的端子。关于这些材料，可以同样采用实施方式1中所示的材料。
在本实施方式中，示出了作为TFT的顶栅型TFT，但是TFT不限于此，可以是底栅型TFT、反转交错型TFT等。
根据本发明，半导体器件可以形成在绝缘衬底上。本实施方式的半导体器件是具有放大器电路的光学传感器。因而，也可以检测微弱的光。即使在用于接收光学传感器的光的面积很小时，也可以获得高输出。凹部形成在光学传感器的侧面上，并且可以在这个区域中形成连接端。因此，可以增加用于连接布线板的面积，还提高了安装强度，同时，还可以可见地看到和确认连接状况。因而，可以提高工艺可靠性。
[实施方式3]
参考图3，示出了实施方式2中的光学传感器的驱动器电路的例子。在本实施方式中，电流镜电路用做该光学传感器中的放大器电路。
这里，两个晶体管彼此连接，并且其中一个连接到二极管(光接收部分)。连接到二极管301的TFT是第一TFT 302，与第一TFT并联连接的TFT是第二TFT 303。第一TFT 302和第二TFT 303的栅电极和源极布线彼此连接。第一TFT 302的漏极连接到二极管301的阴极，并且二极管301的阳极连接到第二TFT 303的漏极。第一TFT和第二TFT的源极连接到V_SS304。二极管的阳极和第二TFT的漏极连接到作为输出端的V_DD305，并且光的亮度可以由在该点流动的电流值来检测。
当光进入二极管301时，光电流在二极管301中从阳极流到阴极。因此，电流I₁在第一TFT 302的源极和漏极之间流动。由于第一TFT 302的漏极连接其栅电极，因此在第一TFT 302的源极和漏极之间产生电压V₁。在第二TFT 303的源极和漏极之间产生电压V₂。第一TFT 302和第二TFT 303的源极和栅极彼此连接。当第一TFT 302和第二TFT 303在线性区内被驱动时，在电压V₁和V₂下的电流可接近电流I₁。因而，电流I₁也在第二TFT 303的源极和漏极之间流动。两个TFT 302和303彼此并联连接，因此在输出端305中流动电流2I₁。
第一TFT 302将在用光照射二极管301时产生的电流转换成电压，并且第二TFT 303将在二极管301中产生并经过第一TFT 302的电流放大。应该注意的是，通过并联连接用于放大的多个TFT，可以将二极管中产生的电流进一步放大。换言之，当用于放大的n个TFT与第一TFT 302并联连接时，在输出端305中流动的电流是二极管301中产生的电流的(1+n)倍。
此外，还可以有效地提高第二TFT的W/L比，以便放大作为电流源的二极管中产生的电流。具体地说，可以放大和检测电流源中产生的电流，因为通过增加第二TFT的沟道宽度(W)或减小其沟道长度(L)，可以增加第二TFT中流动的电流。
在本实施方式中，示出了使用电流镜电路的光学传感器，但是本发明不限于此。例如，代替电流镜像电路，可以采用运算放大器等。
根据本发明，半导体器件可以形成在绝缘衬底上。由于在本实施方式的半导体器件中连接端具有两个端，因此可以减少管脚数量和安装面积。此外，由于提供了放大器电路，因此可以检测微弱的光。即使在光学传感器的光接收部分的面积很小时，也可以获得高输出。此外，凹部处于光学传感器的侧面中，并且连接端可以形成在这个区域中。因此，可以增加用于连接布线板的面积，还可以提高安装强度，同时，可以可见地看到和确认连接状况。因而，可以提高工艺可靠性。
[实施方式4]
在本实施方式中，将参照图4A-4D介绍实施方式1-3中所示的光学传感器的制造步骤。
如图4A所示，通过公知技术将半导体元件402(光接收部分(未示出)、电极403和电极端404a和404b)形成在塑料衬底401上。应该注意到，在使用柔性塑料衬底的情况下，可以用卷轴式(Roll to Roll)型等离子体CVD设备将半导体元件形成在衬底上。通过使用该设备可以进行批量生产，因此可以降低光学传感器的成本。
然后，如图4B所示，通过激光照射在塑料衬底的预定位置上形成开口部分411。开口部分的位置根据每个传感器元件的结构而不同，但是可以形成在用于提供连接端的区域中。在本实施方式中，一对开口部分形成在半导体元件的两侧中。
如图4C所示，在开口部分411中形成导电膜421。对于膜形成方法，可以采用溅射法、汽相淀积法或使用掩模的化学汽相淀积、电解电镀法等。接着，用激光照射塑料衬底，从而在塑料衬底中形成沟槽，由此获得如图4D所示的光学传感器431。连接端432形成在光学传感器431的侧面上的凹部中。
通过上述步骤可以将半导体器件形成在绝缘衬底上。此外，凹部形成在本发明的半导体元件的侧面上，并且连接端可形成在凹部上。因此，可以增加用于连接布线板的面积，还可以提高安装强度，同时，可以可见地看到和确认连接状况。因而，可以提高工艺可靠性。而且，由于半导体元件直接形成在衬底上，且省略了在衬底上安装半导体元件的步骤，因此可以制造可提供高产量和可实现布线板上的高密度安装、以及降低成本的半导体器件。此外，通过在衬底中形成开口部分，然后沿着开口部分形成导电膜，可以获得连接端。因此，多个半导体器件的连接端可以提供在一个衬底上。因此，可以提高形成连接端的步骤的生产量，并且可以批量生产。
[实施方式5]
在本实施方式中，将参照图5A和5B介绍将实施方式1-4中形成的光学传感器安装到布线板上的方法。
图5A是光学传感器安装在布线板1101上的顶视图。半导体元件102和连接端103a和103b形成在光学传感器100中。光学传感器100通过导电胶1102和1103等安装在布线板1101上。在本实施方式中，半导体元件102面对面地安装在布线板1101上。
图5B是沿着图5A的线(C)-(C’)截取的剖面结构。
半导体元件102形成在塑料衬底101上。半导体元件包括第一电极、光接收部分和第二电极。分别连接到第一电极和第二电极的电极端113和114，每个均连接到形成在传感器侧面中的连接端103a和103b。连接端103a和103b分别通过导电胶1102和1103连接到布线板1101上的电极端1104和1105。
该导电胶可适当地采用实施方式1中所示的胶。在本实施方式中，采用包括银的导电胶。
在该实施方式中，光学传感器100通过回流步骤安装在布线板1101上。具体而言，通过丝网印刷法或分散器将导电胶1102和1103施加于电极端1104和1105上的预定部分，并且通过安装件将光学传感器100安装在其上。之后，通过在250℃-350℃的温度下加热使导电胶熔化，从而将光学传感器100的电极端1104和1105以及连接端103a和103b与布线板1101上的电极端1104和1105电气和机械地连接。
作为加热方法，可以给出红外加热法、汽相焊接法、热空气加热法、使用热板的加热法、通过激光照射的加热法等。
或者，代替使用导电胶通过回流步骤的安装方法，可通过使用各向异性导电粘合剂或各向异性导电膜的局部压力接合法，将光学传感器安装在布线板上。
此外，在本实施方式中，由于连接端形成在光学传感器的侧面中，因此可以在布线板面对塑料衬底的状态下安装光学传感器。
根据本发明，半导体器件可以形成在对于安装步骤中的热处理具有耐热性的塑料衬底上。本发明的光学传感器具有在衬底侧面中的凹部，并且在这个区域中可形成连接端。与布线板上电极端的连接可以通过连接端和电极端来实现。因此，可以增加用于连接布线板的面积，还可以提高安装强度，同时，可以可见地看到和确认连接状况。因而，可以提高工艺可靠性。
[实施例1]
下面将参照图6A-6D、7A-7D和8A-8D介绍本发明的实施例。图6A、6C、7A、7C、8A和8C是衬底的顶视图，图6B、6D、7B、7D、8B和8D是沿着这些图中的线(D)-(D’)截取的剖面图。
如图6A和6B所示，利用等离子体CVD设备在塑料衬底601上形成半导体膜。这里，作为半导体膜，形成具有各自导电类型p、i和n的硅半导体膜602。其中，作为光接收部分的i层具有非晶相，并且不考虑p和n的相状态。i层的膜厚度在预定元件的照明范围内调整以便设置为100-1000nm。在本实施例中，由Nippon Steel Corporation制造的HT衬底用做该塑料衬底，并且在其上形成厚度为800nm的硅半导体膜。应该注意的是塑料衬底为200-500μm。
然后，在激光划线步骤中在预定部分处形成接触孔603，以便使作为所形成半导体膜的下部的p型硅膜将与在下一步骤中形成的金属电极相连接，如图6C和6D所示。在这个步骤中，优选地，进行划线以便留下在接触孔底部的p型半导体层，但是通过激光器难以在深度方向进行控制，因此，接触孔可以形成到塑料衬底的表面中，而不穿过它，用于确保工艺余量。因而，金属电极和p型半导体层之间的实际接触部分是小区域，因为它等效于接触孔中的p型半导体层的露出部分的面积，换言之，该区域的宽度等于p型半导体层的厚度。因此，为了增加接触面积，在衬底上形成大量独立的孔。此外，当假设通过使用会聚光学系统可以进行激光束的聚焦控制时，通过有意地散焦，光束边缘和中心的能量密度可以以平缓的斜率连续地改变。此时，进行激光划线，从而在划线部分的壁面中形成锥形，由此进一步扩大接触面积。在本实施例中，以1kHz的振荡频率在不重叠的速率下，使用波长为1.06μm和光束直径(φ)为60μm的YAG激光器来扫描激光束。
然后，如图7A和7B所示，形成第一电极604和第二电极605。作为第一电极和第二电极，形成具有单层结构或层叠结构的金属导电膜。作为膜形成方法，可以采用溅射法、汽相淀积法或电镀法，或者一起采用这些方法。在使用汽相法如溅射或汽相淀积的情况下，通过使用金属掩模可以很容易地获得所希望的电极形状。在金属掩模中形成用于一个元件的两个开口部分，并且同时形成两个极的电极。金属掩模、塑料衬底和磁板按此顺序重叠，并且它们以该状态设置在溅射设备中。通过将金属掩模紧密地完全附着到塑料衬底上，防止了由于其间淀积膜的侵入而产生的电极面积不均匀。当采用电镀法时，通过丝网印刷法在不需要金属电极的区域中预先在树脂上进行掩蔽，并且在形成第一电极和第二电极之后，通过剥离法可以获得所希望的电极形状。在前述条件下形成厚度为0.5-100μm的第一和第二电极604和605。
在本实施例中，通过溅射法使用金属掩模形成Ni金属。金属掩模为0.1mm厚并包括镍。金属掩模和塑料衬底以它们与磁板紧紧地附着在一起的状态而设置在溅射设备中。使用直径为6英寸、纯度为99.99％的Ni靶通过溅射，和通过在1.0Pa的氩气气氛中利用1.0kW的RF输出进行放电，形成由镍制成的膜。
然后，如图7C和7D所示，形成绝缘膜606，其中部分第一电极604和第二电极605每个均经由接触孔露出。采用丝网印刷法形成该绝缘膜。绝缘膜606为1.6μm厚。代替丝网印刷法，通过CVD法或涂敷法可以在衬底的整个表面上形成绝缘膜，然后可以刻蚀其一部分，从而形成用于露出每个电极的接触孔。通过对称地形成接触孔，在光学传感器安装到布线板上时可以防止光学传感器倾斜。
在通过露出部分金属电极而形成的接触孔中，形成作为引出电极的电极端607和608。电极端607和608可以由具有金属元素如银、金、铜、铂或镍的导电膜形成。在本实施例中，每个引出电极形成为具有1.35×1.8mm²的面积。在本实施例中，使用掩模通过溅射法形成具有钛/镍/金的层叠结构的导电膜，以便与部分电极端607和608重叠。
如图8A和8B所示，形成开口部分609。这些开口部分是通过激光照射形成在将用做光学传感器的区域的两侧，即两个金属电极的外部。关于形成开口部分的方法，通过激光照射等将开口部分形成为从绝缘膜606穿透至塑料衬底601的表面。在本实施例中，在与形成接触孔603时采用的激光照射条件相同的条件下，在传感器元件的短轴两侧形成开口部分609。
如图8C和8D所示，在开口部分609的表面上形成将成为连接端的导电膜。该导电膜可以用与形成第一电极604和第二电极605相同的方法来形成。在本实施例中，使用金属掩模、通过溅射法形成镍导电膜。形成连接端610和611以便部分地覆盖电极端。
在激光划线步骤中切割光学传感器。在本实施例中，激光照射到沿着轴A612a到612d形成开口部分的区域、以及与轴A成直角和其中沿着轴B 613a-613d不形成传感器元件的区域，以便切割光学传感器。
该光学传感器可以通过上述步骤形成。
根据本实施例，光学传感器可以形成在绝缘衬底上。在该光学传感器的侧面中形成凹部，并且在这个区域中可以形成连接端。因此，可以增加用于连接布线板的面积，还可以提高安装强度，同时，可以可见地看到和确认连接状况。因而，可以提高工艺可靠性。只形成开口部分和导电膜以形成连接端，因此，可以为每个衬底提供连接端。因此，可以提高形成连接端的步骤中的生产量，并且可以批量生产。
[实施例2]
通过结合根据本发明获得的半导体器件可以制造各种电子设备。这种电子设备包括便携式电话、膝上型个人计算机、数字照相机、游戏机、汽车导航系统、便携式音响设备、便携式AV设备、胶片摄像机、一次成像照相机、室内空调器、汽车空调器、通风和空调设备、电子壶、CRT型投影YV、照明设备、闪光设备等。电子设备的具体例子在后面示出。
本发明的光学传感器可以用在便携式电话、膝上型个人计算机、数字照相机、游戏机、汽车导航系统、便携式音响设备等中，作为用于最佳地调节显示亮度和背光亮度的传感器，和用于节省电池的传感器。对于这些电子设备，可以提供太阳能电池作为电池。半导体器件可以缩减尺寸和高度集成，因此通过使用这些半导体器件可以进一步缩减电子设备的尺寸。
本发明的光学传感器可以安装在便携式电话和便携式AV设备的操作开关中，作为用于控制背光LED接通和关断的传感器，以及用于节省电池的冷阴极管或传感器。通过设有传感器，在明亮的环境下关断开关，并在长时间内可以减少由于按钮操作所产生的电池消耗。由于根据本发明的半导体器件可以缩减尺寸和高度集成，因此可以进一步缩减电子设备的尺寸和可以节省功耗。
此外，本发明的光学传感器可以安装在数字照相机、胶片摄像机和一次成像照相机中，作为闪光调光器控制的传感器或用于光圈控制的传感器。此外，可以为这些电子设备提供太阳能电池作为电池。半导体器件可以缩减尺寸和高度集成，因此通过使用它们可以进一步缩减电子设备的尺寸。
而且，本发明的光学传感器可以安装在室内空调器、汽车空调器以及通风和空调设备中，作为用于控制气流或温度的传感器。由于根据本发明的半导体器件可以缩减尺寸和高度集成，因此通过使用它们可以进一步缩减电子设备的尺寸和节省功耗。
本发明的光学传感器可以安装在电子壶中，作为用于控制保温温度的传感器。在室内光源关断之后，通过本发明的光学传感器可以将用于保温的温度设置为很低。由于该光学传感器很小和薄，因此它可以装载在所希望的位置上，因而可以节省电功率。
本发明的光学传感器可以安装在CRT型投影TV的显示器中，作为用于调节扫描线的位置(RGB扫描线(数字自动聚焦)的定位)的传感器。由于本发明的半导体器件可以缩减尺寸和高度集成，因此通过使用它可以进一步缩减电子设备的尺寸，并且提供在所希望的位置上。此外，可以实现CRT型投影TV的高速自动控制。
木发明的光学传感器可以安装在各种家用闪光设备、户外灯、街灯、无人操作的公用设施、运动场、汽车、计算器等中，作为用于控制各种闪光设备和闪光设施的接通和关断。通过本发明的传感器可以节省电力消耗。从而通过提供根据本发明的太阳能电池用于这种电子设备的电池，可以缩减电池的尺寸和使其变薄。
本申请基于在2003年10月6日在日本专利局提交的日本专利申请系列no.2003-347676，这里引证其内容供参考。