半导体装置以及使用其的电子设备的制作方法

专利名称：半导体装置以及使用其的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置。本发明特别涉及具有光电转换装置和晶 体管的半导体装置。此外，本发明还涉及使用半导体装置的电子设备。
背景技术：
一般已知各种用于检测电磁波的光电转换装置，例如对从紫外线到红外线有感知功能的装置被总称为光传感器。其中对波长为400nm 至700nm的可见光区有感知功能的装置特别被称为可见光传感器，并 且多种可见光传感器被使用于根据人类的生活环境需要调节照度或控 制开/关等的设备。尤其是，在显示装置中，检测出显示装置周围的明亮度以调节其 显示亮度。这是因为通过检测出周围的明亮度而获得合适的显示亮度 可以减少不必要的电力的缘故。例如，这种亮度调节用光传感器被使 用于手机或个人电脑。此外，除了检测出周围的明亮度以外，还通过利用光传感器检测 出显示装置、尤其是液晶显示装置的背光灯的亮度，以调节显示屏的 亮度。在这种光传感器中，光电二极管被使用于检测部分，并且该光电 二极管的输出电流在放大器电路中被放大。例如，使用电流镜电路作 为这种放大器电路(例如，参照专利文件1 )。[专利文件1]日本专利第3444093号公报现有的光传感器具有如下问题当要检测到低照度时，由于晶体 管的特性上的限制，难于读取到十分低的照度。图33A表示光电二极 管以及与该光电二极管串联连接的晶体管的电路图。注意，图33A所 示的晶体管3302是二极管连接(diode-connected)的晶体管，并且其 栅极(或栅电极)以及漏极(或漏电极)连接到光电二极管3301。当 光被M射到光电二极管3301时，发生光电荷。并且，当电压被供给 给与光电二极管3301串联连接的晶体管3302以及光电二极管3301 时，根据光强度电流流过。作为晶体管3302的栅极/源极之间的电压
(Vgs)，发生对应于流过晶体管3302的电流的大小的电压。此时， 在光电二极管3301的电流(Ids)小于晶体管3302的Vgs-OV时的 电流的情况下，不能正常地读取照度。就是说，在照射到光电二极管 3301的光弱且流过光电二极管3301的电流(Ids)小的情况下，不能 正常地读取照度。图33B表示晶体管的电流特性的图表。在利用曲线3303表示与 光电二极管3301串联连接的晶体管3302的电流特性的情况下，当流 过光电二极管3301的电流Ids小于晶体管3302的Vgs-OV时的电流 I,时，不能正常地读取照度。这是因为不能使晶体管3302的Vgs变成 小于OV的缘故。因此，即使照射具有使流过光电二极管3301的电流 变成小于I,的强度的光，也不能正常地读取照度。另一方面，在利用 曲线3304表示与光电二极管3301串联连接的晶体管3302的电流特 性的情况下，因为晶体管3302的Vgs-OV时的电流值12小于电流值 In所以跟具有被曲线3303表示的电流特性的晶体管的情况相比，可 以读取低照度的光。注意，图33B表示晶体管3302的源极/漏极之间的电压(Vds) 是预定电压的情况。在图33A的电路中，晶体管3302的漏极(或漏 电极)连接到栅极(或栅电极)。因此，更准确地，应该记载伴随着 Vgs, Vds也变化的情况作为图33B,但是为方便起见，图33B表示 Vds是恒定的情况。这是因为如下缘故当Vds成为OV时，电流也 完全成为0，因此难于利用对数图表说明Vds是OV时的电流。另一方面，要以低电压驱动电子设备的需要越来越大，并且，对 光传感器来说，以低电压工作也是要紧的。当以低电压工作时，可以 减少耗电量。此外，可以容易与IC电连接。这是因为如下缘故因 为IC的驱动电压也逐渐降低，所以当光传感器以低电压工作时，没 需要转换电压的大小。因此，可以使装置小型化。为了以低电压使光传感器工作，而需要使构成放大器电路的晶体 管的阈值电压小。但是，阈值电压小与在图中Vgs是OV时的电 流大对应。因此，难于以低电压使光传感器工作的同时读取低照度。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于得到即使在低照度下也可以进 行读取的半导体装置。或者，本发明的目的在于得到可以以低电压进 行工作的半导体装置。或者，本发明的目的在于得到耗电量低的半导 体装置。或者，本发明的目的在于得到容易与其他半导体装置连接的 半导体装置。或者，本发明的目的在于得到小型化的半导体装置。本发明之一是半导体装置，它包括光电转换元件、二极管连接 的第一晶体管、第二晶体管，其中，第一晶体管的栅极电连接到第二 晶体管的栅极，并且，第一晶体管的源极以及漏极中的另一方通过光 电转换元件电连接到第二晶体管的源极以及漏极中的另 一方，并且， 第一晶体管的阈值电压和第二晶体管的阈值电压不同。在上述结构中，第一晶体管优选为增强型(enhancement type)晶 体管。此外，第二晶体管优选为耗尽型(depletion type)晶体管。并 且，第一晶体管的阈值电压和第二晶体管的阈值电压的差数优选为IV 以上，更优选为3V以上。此外，第一晶体管和第二晶体管优选是具 有相同导电型的晶体管。除了上述结构以外，还可以以与第二晶体管并联电连接的方式设 置一个以上的晶体管。在上述发明中，光电转换元件例如是光电二极管。此外，光电转 换元件例如由p型半导体层、n型半导体层、设置在p型半导体层和 n型半导体层之间的i型半导体层构成。作为本文件所示的开关，可以使用各种方式的开关。作为实例， 有电开关、机械开关等。就是说，只要是可以控制电流流动的，即可， 而不局限于特定的。例如，作为开关，可以使用晶体管(例如，双极 晶体管、MOS晶体管等)、二极管(例如，PN二极管、PIN二极管、 肖特基二极管、MIM (金属-绝缘体-金属)二极管、MIS (金属-绝缘 体-半导体)二极管、二极管连接的晶体管等)、可控硅整流器等。此 外，可以使用组合这些而成的逻辑电路作为开关。在使用晶体管作为开关的情况下，该晶体管的极性(导电型)并 不具体限定，因为其只是用作开关。然而，当截止电流优选较小时， 就优选地使用具有更小截止电流的极性的晶体管。作为具有更小截止 电流的晶体管，有具有LDD区的晶体管、具有多栅极结构的晶体管 等。此外，当用作开关的晶体管的源极端子的电位接近于低电位侧电
源(Vss、 GND、 0V等)的电位时，优选使用N沟道型晶体管。另一 方面，当用作开关的晶体管的源极端子的电位接近于高电位侧电源 (Vdd等)的电位时，优选使用p沟道型晶体管。这是因为当用作开 关的N沟道型晶体管的源极端子的电位接近于低电位侧电源时或用作 开关的P沟道型晶体管的源极端子的电位接近于高电位侧电源时，栅 极/源极之间的电压的绝对值可以增加，于是对作为开关而工作很有 用。其中的原因还有因为晶体管进行源极跟随工作很少，所以输出电 压的大小减小很少。也可以采用使用N沟道型晶体管和P沟道型晶体管而成的CMOS 开关。CMOS开关可以容易地用作开关，因为当P沟道型晶体管和N 沟道型晶体管中之一开启时，电流就流通。例如，不管输入到开关的 信号电压为高或低，都可以适当地输出电压。进一步，由于可以减小 用于开启/关闭开关的信号的电压振幅值，所以也可以减少耗电量。当使用晶体管作为开关时，该开关包括输入端子(源极端子和漏 极端子中之一)、输出端子(源极端子和漏极端子中的另一个)、以及 用于控制导通的端子(栅极端子)。另一方面，当使用二极管作为开 关时，该开关在某些情况下没有用于控制导通的端子。因此，当使用 二极管作为开关时，相比于使用晶体管作为开关的情况而言，可以减 少用于控制端子的布线的数目。在本文件中，当明确地记载A和B连接时，包括A和B电连接 的情况、A和B功能性连接的情况、以及A和B直接连接的情况。 这里，A和B都是对象物(例如装置、元件、电路、布线、电极、 端子、导电膜、层等)。因此，在本文件所公开的结构中，还包括附 图和文章所示的连接关系以外的连接关系，而不局限于预定的连接关 系例如附图和文章所示的连接关系。例如，当A和B电连接时，也可以在A和B之间提供能够电连 接A和B的一个以上元件(例如开关、晶体管、电容元件、电感器、 电阻元件、二极管等)。另外，当A和B功能性连接时，也可以在A 和B之间提供能够功能性连接A和B的一个以上电路(例如，逻辑 电路(反相器、NAND电路、NOR电路等)；信号变换电路(DA变 换电路、AD变换电路、伽马校正电路等)；电平变换电路(电源电路 (升压电路、降压电路等)、用于改变信号的电平的电平移位器电路
等)；电压源；电流源；切换电路；放大电路(能够增大信号振幅、 电流等的电路、运算放大器、差动放大器电路、源极跟随电路、緩冲 器电路等)；信号产生电路；存储器电路；控制电路等)。此外，在A 和B直接连接的情况下，A和B就可以直接连接，而在它们之间不插 入另外的元件或另外的电路。当明确地记栽A和B直接连接时，包括A和B直接连接的情况 (即A和B连接，而在它们之间不插入另外的元件或另外的电路的情 况)、以及A和B电连接的情况(即A和B通过在它们之间插入另外 的元件或另外的电路连接的情况)。当明确地记栽A和B电连接时，包括A和B电连接的情况(即 A和B通过在它们之间插入另外的元件或另外的电路连接的情况)、A 和B功能性地连接的情况(即A和B通过在它们之间插入另外的电 路而功能性地连接的情况)、以及A和B直接连接的情况(即A和B是，明确地记载A和B电连接的情况与明确地记载A和B连接的情 况相同。显示元件、作为包括显示元件的装置的显示装置、发光元件、 以及作为包括发光元件的装置的发光装置可以采用各种类型并且可 以包括各种元件。例如，作为显示元件、显示装置、发光元件以及 发光装置，可以使用通过电磁作用改变其对比度、亮度、反射率、 透过率等的显示媒体诸如EL元件(包括有机物及无机物的EL元件、 有机EL元件、无机EL元件)、电子发射元件、液晶元件、电子墨 水、电泳元件、光栅阀(GLV)、等离子体显示器(PDP)、数字微 镜装置(DMD)、压电陶瓷显示器、碳纳米管等。注意，使用EL元 件的显示装置包括EL显示器；使用电子发射元件的显示装置包括 场致发射显示器(FED)、 SED型平板显示器(SED:表面传导电子 发射显示器)等；使用液晶元件的显示装置包括液晶显示器(透过 型液晶显示器、半透过型液晶显示器、反射型液晶显示器、直观型 液晶显示器、投影型液晶显示器)；使用电子墨水或电泳元件的显示 装置包括电子纸。作为本文件所记栽的晶体管，可以使用各种类型的晶体管，而 使用的晶体管的种类没有限制。例如，可以使用包括非单晶半导体
膜的薄膜晶体管(TFT)等，并且作为该非单晶半导体，典型有非 晶硅、多晶硅、微晶(也称之为微晶体、半非晶)硅等。该TFT的 使用有各种优势。例如，由于TFT可以在低于使用单晶硅的情况的 温度下形成，所以就可以实现制造成本的减少或制造装置的大型化。 此外，通过实现制造装置的大型化，可以利用大型衬底形成晶体管。 因此，可以同时以低成本形成大量显示装置。进一步，由于制造温 度低，所以可以使用其耐热性低的衬底。因此，可以在具有透光性 的衬底上形成晶体管。其结果，可以通过使用形成在具有透光性的 衬底上的晶体管，来控制显示元件中的光透过。可替换地，由于晶 体管的膜厚度薄，所以构成晶体管的薄膜的一部分可以透光。其结 果，可以提高开口率。当制造多晶硅时，催化剂(例如镍等)的使用可以进一步提高结 晶性且制造具有优良电特性的晶体管。其结果，可以在相同衬底上一 体形成栅极驱动电路(扫描线驱动电路)、源极驱动电路(信号线驱 动电路)、信号处理电路(信号产生电路、伽马校正电路、DA变换电 路等)。当制造微晶硅时，催化剂(例如镍等)的使用可以进一步提高结 晶性且制造具有优良电特性的晶体管。此时，通过只施加热处理而不 使用激光，来可以提高结晶性。其结果，可以在村底上一体形成栅极 驱动电路(扫描线驱动电路)、源极驱动电路的一部分(模拟开关等)。 再者，在为了进行晶化而不使用激光的情况下，可以抑制硅的结晶性 的不均匀性。因此，可以显示具有高图像质量的图像。注意，可以不使用催化剂(例如镍等)形成多晶硅和微晶硅。此外，可以通过使用半导体衬底、SOI衬底等来形成晶体管。在 该情况下，可以形成在特征、尺寸、形状等的方面不均匀性少，且具 有高电流供给能力的小尺寸晶体管。通过使用这种晶体管，可以谋求 实现电路的低耗电量化、或者电路的高集成化。作为可以使用的晶体管，有包括化合物半导体或氧化物半导体， 诸如包括氧化锌(ZnO)、非晶氧化物U-InGaZnO)、硅锗(SiGe)、 砷化镓(GaAs )、铟锌氧化物(IZO )、铟锡氧化物(ITO )、氧化锡(SnO ) 等的晶体管；通过薄化这种化合物半导体或氧化物半导体而得到的薄 膜晶体管等。因此，可以降低制造温度，并且例如，可以在室温下形
成晶体管。其结果，可以在其耐热性低的衬底诸如塑料衬底或薄膜衬 底上直接形成晶体管。注意，这种化合物半导体或氧化物半导体不仅可以用于晶体管的沟道部分，而且可以用于其它用途。例如，这种化 合物半导体或氧化物半导体可以用作电阻元件、像素电极、具有透光性的电极。进一步，由于这种元件可以与晶体管同时成膜或形成，因 此可以减少成本。作为可以使用的晶体管，有通过使用喷墨法或印刷法形成的晶体 管等。相应地，可以在室温或低真空下，或者可以利用大型衬底形成 晶体管。另外，由于可以不使用掩膜(中间掩模)形成晶体管，所以 可以容易地改变晶体管的布局。进一步，由于不需要使用抗蚀剂，所 以可以降低材料成本并且减少工序数目。而且，由于只在需要部分形 成薄膜，所以相比于在整个表面上形成薄膜之后执行蚀刻的制造方法 而言，材料没有浪费，并且可以降低成本。作为可以使用的晶体管，有包括有机半导体或碳纳米管的晶体管等。相应地，可以利用能够弯曲的衬底形成晶体管。因此，使用包括 有机半导体或碳纳米管的晶体管等的装置可以抵抗冲击。并且，可以使用具有各种结构的晶体管。例如，可以使用MOS 型晶体管、结晶体管、双极晶体管等作为本文件所记载的晶体管。通 过使用MOS型晶体管，可以缩小晶体管的尺寸。因此，可以安装多 个晶体管。通过使用双极晶体管，可以使大电流流通。因此，可以使 电路高速工作。注意，也可以在一个衬底上以混在一起的方式形成MOS型晶体 管、双极晶体管等。由此，可以实现低耗电量化、小型化、高速工作 等。另外，可以使用各种其它晶体管。形成有晶体管的衬底种.类可以是多种多样的。该衬底的类型没 有特别的限制。作为晶体管被形成的衬底，例如可以使用单晶衬底、 SOI村底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、纸村底、玻璃纸衬底、 石衬底、木衬底、布衬底(包括天然纤维(例如丝、棉或麻)、合成 纤维(例如尼龙、聚氨酯或聚酯)、再生纤维(例如醋酸盐、铜氨纤 维、人造丝或再生聚酯)等)、皮革衬底、橡胶衬底、不锈钢衬底、 包括不锈钢箔的衬底等。可替换地，也可以使用动物诸如人类等的 皮肤(例如表皮或真皮)或皮下组织作为衬底。另外，也可以使用 一个衬底形成晶体管，然后将该晶体管转置到另一衬底。作为晶体管被转置的衬底，可以使用单晶衬底、SOI衬底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、纸衬底、玻璃纸衬底、石村底、木衬底、布村底(包括天然纤维(例如丝、棉或麻)、合成纤维(例如尼龙、聚氨酯 或聚酯)、再生纤维(例如醋酸盐、铜氨纤维、人造丝或再生聚酯) 等)、皮革衬底、橡胶村底、不锈钢衬底、包括不锈钢箔的衬底等。 可替换地，也可以使用动物诸如人类等的皮肤(例如表皮或真皮) 或皮下组织作为晶体管被转置的衬底。另外，也可以使用一个衬底 形成晶体管，然后研磨该村底来使它减薄。作为被研磨的衬底，可以使用单晶村底、soi衬底、玻璃村底、石英衬底、塑料衬底、纸衬底、玻璃纸衬底、石村底、木村底、布村底(包括天然纤维(例 如丝、棉或麻)、合成纤维(例如尼龙、聚氨酯或聚酯)、再生纤维 (例如醋酸盐、铜氨纤维、人造丝或再生聚酯)等)、皮革衬底、橡 胶衬底、不锈钢衬底、包括不锈钢箔的村底等。可替换地，也可以 使用动物诸如人类等的皮肤(例如表皮或真皮)或皮下组织作为被 研磨的衬底。通过使用这种村底，可以形成具有优良特性的晶体管 或具有低耗电量的晶体管，可以制造不容易损坏的装置，可以赋予 耐热性，可以实现轻量化或薄型化。晶体管的结构可以有各种方式，而不局限于特定的结构。例如， 也可以4吏用具有两个以上栅电极的多栅极结构。当4吏用多初H及结构 时，由于沟道区是串联连接，提供其中多个晶体管串联连接的结构。 通过使用多栅极结构，可以实现截止电流的降低及晶体管的耐压提 高，而谋求实现可靠性的提高。或者，通过使用多栅极结构，即使当 晶体管在饱和区工作时，漏极/源极之间的电压改变，漏极/源极之间 的电流也不会改变太大，于是，可以得到具有平坦斜率的电压/电流特 性。通过利用具有平坦斜率的电压/电流特性，可以实现理想的电流源 电路或具有极高电阻值的有源负载。其结果，可以实现具有优越特性 的差动电路或电流镜电路。另外，也可以使用栅电极形成于沟道之上 和之下的结构。通过使用栅电极形成于沟道之上和之下的结构，增大 沟道区，因此可以谋求实现电流的增加或者容易形成耗尽层所导致的s值的降低。当栅电极形成于沟道之上和之下时，实现将多个晶体管 并联连接的结构。或者，可以采用栅电极形成于沟道区之上的结构、栅电极形成于 沟道区之下的结构。或者，也可以采用交错结构、反交错结构、沟道 区被分为多个区域的结构、沟道区并联连接的结构、沟道区串联连接 的结构。另外，源电极或漏电极可以与沟道区(或其一部分)重叠。 通过使用源电极或漏电极与沟道区(或其一部分)重叠的结构，可以 防止由于电荷在沟道区的一部分累积而产生不稳定工作。此外，也可以提供LDD区。通过提供LDD区，可以谋求实现截止电流的降低或 者晶体管的耐压提高所引起的可靠性的提高。或者，通过提供LDD 区，即使当晶体管在饱和区工作时，漏极/源极之间的电压改变，漏极 /源极之间的电流也不会改变太大，从而可以得到平坦斜率的电压/电 流特性。作为本文件中的晶体管，可以使用各种类型的晶体管，并且可以 利用各种类型的衬底形成该晶体管。因此，也可以利用相同村底形成 有为了实现预定功能而需要的所有电路。例如，也可以利用玻璃衬底、 塑料衬底、单晶衬底、SOI衬底、或任何其它衬底形成有为了实现预 定功能而需要的所有电路。通过利用相同衬底形成有为了实现预定功 能而需要的所有电路，可以减少零部件的数目，以缩减成本，并且可 以减少电路零部件之间的连接数目，以提高可靠性。或者，也可以利 用一个衬底形成有为了实现预定功能而需要的电路的一部分，并利用 另一个村底形成有为了实现预定功能而需要的电路的另一部分。换言 之，也可以利用相同衬底不形成有为了实现预定功能而需要的所有电 路。例如，也可以通过使用晶体管且利用玻璃衬底形成为了实现预定 功能而需要的电路的一部分，并利用单晶衬底形成为了实现预定功能 而需要的电路的另一部分，然后通过利用COG (玻璃上芯片安装)将 利用单晶衬底的由晶体管构成的IC芯片连接到玻璃衬底，来在玻璃 衬底上配置该IC芯片。或者，也可以通过使用TAB(带式自动接合) 或印刷电路板将该IC芯片连接到玻璃衬底。如此，通过利用相同衬 底形成有电路的一部分，可以谋求实现零部件数目的降低所引起的成 本降低、或者电路零部件之间的连接数目的降低所引起的可靠性的提 高。此外，由于具有高驱动电压的部分或具有高驱动频率的部分中的 电路的耗电量大，所以利用相同衬底不形成这种部分中的电路，而代 替地，例如利用单晶衬底形成这种部分中的电路，并且使用由该电路构成的IC芯片，就可以防止耗电量的增加。在本文件中， 一个像素对应于可以控制明亮度的一个元件。 一个像素对应于表现明亮度的一个颜色因素。因此，在具有R(红)、G(绿) 和B (蓝)颜色因素的彩色显示装置的情况下，图像的最小单元由R 像素、G像素和B像素三种像素形成。注意，颜色因素并不限于三种 颜色，并且可以使用三种颜色以上的颜色因素，或者可以添加RGB 之外的颜色。例如，可以通过添加W(白)而使用RGBW。另外，也 可以对RGB添加黄、蓝绿、紫红、翡翠绿、朱红等中的一种颜色以 上。此外，也可以将类似于R、 G和B中的至少一种颜色添加到RGB 中，并且，例如可以使用R、 G、 B1和B2。虽然B1和B2都是蓝色， 但是它们具有稍微不同的频率。同样地，例如也可以使用Rl、 R2、 G 和B。通过^f吏用这种颜色元件，可以执4亍更加接近实物的显示。或者， 通过使用这种颜色元件，可以降低耗电量。作为另一实例，在通过使 用多个区域控制一个颜色因素的明亮度的情况下， 一个区域可以对应 于一个像素。例如，在执行区域灰度的情况下或者在包括子像素的情 况下，在每一颜色因素中提供控制明亮度的多个区域，并且利用所有 区域表示灰度，并且控制亮度的一个区域可以对应于一个像素。在那 种情况下， 一个颜色因素包括多个像素。此外，即使当在一个颜色因 素中提供控制明亮度的多个区域时，也可以将汇总这些区域而成的一 个颜色因素对应于一个《象素。因此，在那种情况下， 一个颜色因素包 括一个像素。此外，当通过一个颜色因素中的多个区域控制明亮度时， 有时有助于显示的区域的尺寸根据像素不同。此外，也可以在一个颜 色因素中控制明亮度的多个区域中，使提供给每一区域的信号稍微不 同，以扩大视角。也就是，包括在每一颜色因素中的多个区域中的像 素电极的电位也可以彼此不同。其结果，施加到液晶分子的电压根据 各像素电极而不同。因此，可以扩大视角。当明确地记载为一个像素(用于三种颜色的)时，其对应于将三 个像素R、 G和B看作一个像素的情况。当明确地记载为一个像素(用 于一种颜色的)时，其对应于在每一颜色元件中提供有多个区域并且 将该多个区域汇总看作一个像素的情况。在本文件中，有时像素被配置(排列)为矩阵状。在此，像素被
配置(排列)为矩阵状的描述包括在纵方向或横方向上像素设置成 直线的情况；像素设置成锯齿线的情况。例如，也包括当使用三种 颜色因素(例如RGB)执行全彩色显示时像素设置成条状的情况；当 使用三种颜色因素(例如RGB)执行全彩色显示时三种颜色因素的点 设置成三角洲配置的情况；当使用三种颜色因素(例如RGB)执行全 彩色显示时三种颜色因素的点设置成拜耳(Bayer)配置的情况。注意， 颜色因素并不限于三种颜色，并且也可以采用三种颜色以上的颜色因 素，例如RGBW、对RGB添加黄、蓝绿、紫红等中的一种以上颜色 的等等。此外，显示区域的尺寸在颜色因素的各个点之间可以不同。 于是，可以降低耗电量或者可以延长显示元件的寿命。在本文件中，可以使用在像素中包括主动元件的有源矩阵方式、 或在像素中不包括有源元件的无源矩阵方式。在有源矩阵方式中，除了使用晶体管以外，还可以使用各种主动 元件(有源元件、非线性元件)作为主动元件(有源元件、非线性元 件)。例如，可以使用MIM (金属-绝缘体-金属)、TFD(薄膜二极管) 等。由于这种元件具有较少的制造工序，所以可以降低制造成本或者 可以提高成品率。此外，由于元件的尺寸小，所以可以提高开口率， 并且可以谋求实现低耗电量化或高亮度化。作为有源矩阵方式以外的方式，也可以使用不使用主动元件(有 源元件、非线性元件)的无源矩阵方式。由于不使用主动元件(有源 元件、非线性元件)，制造工序数目少，使得可以降低制造成本或者 可以提高成品率。此外，由于不使用主动元件(有源元件、非线性元 件)，所以可以提高开口率，并且可以谋求实现低耗电量化或高亮度 化。晶体管是至少具有栅极、漏极、以及源极这三个端子的元件。该 晶体管包括漏区和源区之间的沟道区，并且电流可以流经通过漏区、 沟道区以及源区。这里，由于源极和漏极根据晶体管的结构、工作条 件等而改变，所以就难以限定哪一个为源极或漏极。因此，在本文件 中，有时将用作源极及漏极的区域不称为源极或漏极。在这种情况下， 将这些区域分别称为第一端子、第二端子。或者，也有时将这些区域 分别称为第一电极、第二电极。或者，也有时将这些区域分别称为源 区、漏区。 晶体管也可以是至少具有基极、发射极、以及集电极这三个端子 的元件。在这种情况下，同样地，有时将发射极和集电极分别记载为 第一端子和第二端子。栅极对应于全部或部分的栅电极和栅极布线(也称为栅极线、栅 极信号线、扫描线、扫描信号线等)。栅电极对应于导电膜，其与形 成沟道区的半导体重叠，并且在它们之间插有栅极绝缘膜。注意，也有时栅电极的一部分与LDD(轻掺杂漏)区、或者源区/漏区重叠， 并且在它们之间插有栅极绝缘膜。栅极布线对应于用于将各晶体管的 栅电极相互连接的布线、用于将包括在各像素中的栅电极相互连接的 布线、或者用于将栅电极与另外的布线连接的布线。然而，也存在着用作栅电极和栅极布线的部分(区域、导电膜、 布线等)。这种部分(区域、导电膜、布线等)也可以称为栅电极或 栅极布线。换言之，也存在着栅电极与栅极布线彼此之间不能明确区 分的区域。例如，在沟道区与延伸配置的4册极布线的一部分重叠的情 况下，该重叠的部分(区域、导电膜、布线等)用作栅极布线和栅电 极。因此，这种部分(区域、导电膜、布线等)可以称为栅电极或栅 极布线。分(区域、导电膜、布线等)也可以称为栅电极。同样地，由与栅极 布线相同的材料形成且形成与4册极布线相同的岛而连4妾的部分(区 域、导电膜、布线等)也可以称为栅极布线。在严格意义上，在某些 情况下，这种部分(区域、导电膜、布线等)不与沟道区重叠，或者 不具有与另外的栅电极连接的功能。然而，存在着由与栅电极或栅极 布线相同的材料形成且形成与栅电极或栅极布线相同的岛而连接的部 分(区域、导电膜、布线等)。于是，这种部分(区域、导电膜、布 线等)也可以称为4册电极或栅极布线。例如，在多栅极晶体管中， 一个栅电极通常通过使用由与栅电极 相同的材料形成的导电膜与另外的栅电极彼此连接。由于这种部分(区 域、导电膜、布线等)是用于连接栅电极与栅电极的部分(区域、导 电膜、布线等)，所以其可以称为栅极布线，并且其也可以称为栅电 极，因为多栅极晶体管可以当作一个晶体管。换言之，由与栅电极或 栅极布线相同的材料形成且形成与栅电极或栅极布线相同的岛而连接
的部分(区域、导电膜、布线等)也可以称为栅电极或栅极布线。另外，例如，连接栅电极和栅极布线并且由与栅电才及或4册极布线不同材料形成的导电膜也可以称为栅电极或栅极布线。栅极端子对应于一部分栅电极的部分(区域、导电膜、布线等) 或与栅电极电连接的部分(区域、导电膜、布线等)。当将栅极称为栅极布线、栅极线、栅极信号线、扫描线、扫描信 号线等时，也存在晶体管的栅极不与布线连接的情况。在这种情况下， 栅极布线、栅极线、栅极信号线、扫描线、扫描信号线在某些情况下 对应于由与晶体管的栅极相同的层形成的布线、由与晶体管的斥册极相 同的材料形成的布线、或者在与晶体管的栅极同时形成的布线。作为 实例，可以给出存储电容器用布线、电源线、基准电位供给布线等。源极对应于全部或部分的源区、源电极和源极布线(也称为源极 线、源极信号线、数据线、数据信号线等)。源区对应于包括大量P 型杂质(硼、镓等)或N型杂质(磷、砷等)的半导体区域。因此， 包括少量P型杂质或N型杂质的区域即所谓的LDD (轻掺杂漏)区 不包括在源区中。源电极对应于由与源区不同材料形成并且与源区电 连接而配置的部分的导电层。但是，也有时将源区和源电极当作源电 极。源极布线对应于用于连接各晶体管的源电极之间的布线、用于连 接各像素所具有的源电极之间的布线、或者用于连接源电极和另外的 布线的布线。然而，也存在着用作源电极和源极布线的部分(区域、导电膜、 布线等)。这种部分(区域、导电膜、布线等)也可以称为源电极或 源极布线。换言之，也存在着源电极与源极布线彼此之间不能明确区 分的区域。例如，在延伸配置的源极布线的一部分和源区重叠的情况 下，该重叠的部分(区域、导电膜、布线等)用作源极布线和源电极。 因此，这种部分(区域、导电膜、布线等)可以称为源电极或源极布 线。由与源电极相同的材料形成且形成与源电极相同的岛而连接的部 分(区域、导电膜、布线等)、或者连接源电极和源电极的部分(区 域、导电膜、布线等)也可以称为源电极。并且，与源区重叠的部分 也可以称为栅电极。同样地，由与源极布线相同的材料形成且形成与 源极布线相同的岛而连接的部分(区域、导电膜、布线等)也可以称 为源极布线。在严格意义上，在某些情况下，这种部分(区域、导电 膜、布线等)不具有与另外的源电极连接的功能。然而，也存在着由;,区域^ ^电膜:布^等)。于是，::部分f^域、i电膜、; 线等)也可以称为源电极或源极布线。例如，连接源电极和源极布线并且由与源电极或源极布线不同的 材料形成的部分导电膜也可以称为源电极或源极布线。源极端子对应于部分源区、源电极或与源电极电连接的部分(区 域、导电膜、布线等)。当将源极称为源极布线、源极线、源极信号线、数据线、数据信 号线等时，也存在着晶体管的源极(漏极)不与布线连接的情况。在 这种情况下，源极布线、源极线、源极信号线、数据线、数据信号线 在某些情况下对应于在与晶体管的源极(漏极)相同的层中形成的布 线、由与晶体管的源极(漏极)相同的材料形成的布线、或在与晶体 管的源极(漏极)同时形成的布线。作为实例，可以给出存储电容器 用布线、电源线、基准电位供给布线等。注意，漏极与源极同样。半导体装置对应于具有包括半导体元件(例如晶体管、二极管、 可控硅整流器等)的电路的装置。再者，也可以将利用半导体特性而 能够工作的所有装置称为半导体装置。此外，将具有半导体材料的装 置称为半导体装置。显示装置对应于包括显示元件的装置。显示装置也可以包括具有 显示元件的多个像素。此外，显示装置也可以包括驱动多个像素的外 围驱动电路。也可以在与多个像素相同的衬底上形成该驱动多个像素 的外围驱动电路。显示装置也可以包括通过引线键合或凸块等设置在衬底上的外围驱动电路、通过所谓的玻璃上芯片安装(COG)连接的 IC芯片、或者通过TAB等连接的IC芯片。进一步，显示装置也可以 包括柔性印刷电路(FPC),其中安装有IC芯片、电阻元件、电容元 件、电感器、晶体管等。此外，显示装置也可以包括印刷线路板(PWB ), 其通过柔性印刷电路(FPC)连接，并且其安装有IC芯片、电阻元件、 电容元件、电感器、晶体管等。此外，显示装置也可以包括光学薄片 诸如偏振片或者相位差板等。此外，显示装置也可以包括照明装置、 框体、音频输入/输出装置、光传感器等。这里，照明装置诸如背光灯单元也可以包括导光板、棱镜片、扩散片、反射片、光源(LED、冷 阴极管等)、冷却装置(水冷却装置、空气冷却装置)等等。显示元件对应于光调制元件、液晶元件、发光元件、EL元件(有 机EL元件、无才几EL元件、或包括有才几物和无才几物的EL元件)、电 子发射元件、电泳元件、放电元件、光反射元件、光衍射元件、数字 微镜装置(DMD)等等。注意，本发明并不限于此。照明装置对应的装置包括背光灯单元、导光板、棱镜片、扩散片、 反射片、光源(LED、冷阴极管、热阴极管等)、冷却装置等。发光装置对应于包括发光元件等的装置。在发光装置包括发光元 件作为显示元件的情况下，该发光装置是显示装置的具体例子之一。反射装置对应于包括光反射元件、光衍射元件、光反射电极等的 装置。液晶显示装置对应于包括液晶元件的显示装置。液晶显示装置包 括直观型液晶显示装置、投影型液晶显示装置、透过型液晶显示装置、 反射型液晶显示装置、半透过型液晶显示装置。驱动装置对应于包括半导体元件、电气电路、电子电路的装置。 例如，控制从源极信号线到像素中的信号输入的晶体管(有时也称之 为选择晶体管、开关晶体管等)、将电压或电流提供到像素电极的晶 体管、将电压或电流提供到发光元件的晶体管等都是驱动装置的范 例。再者，将信号提供到栅极信号线的电路(有时也称之为栅极驱动 器、栅极线驱动电路等)、将信号提供到源极信号线的电路(有时也 称之为源极驱动器、源极线驱动电路等)等是驱动装置的范例。图1A 和1B中的第一电路102、第二电路103也是驱动装置的范例。显示装置、半导体装置、照明装置、冷却装置、发光装置、反射 装置、驱动装置等在某些情况下彼此相互重叠。例如，显示装置在某 些情况下包括半导体装置和发光装置。或者，半导体装置在某些情况 下包括显示装置和驱动装置。在本文件中，当明确地i己载B形成在A之上或B形成在A上时， 其并不一定限于B直接接触地形成在A之上。该描述也包括A和B 不直接接触的情况，也就是，另外的对象物介于A和B之间的情况。 这里，A和B分别对应于对象物(例如装置、元件、电路、布线、电
极、端子、导电膜、层等)。因此，例如当明确地记载层B形成在层A之上(或者层A上) 时，其包括层B直接接触地形成在层A之上的情况以及另外的层(例 如层C、层D等)直接接触地形成在层A之上并且层B直接接触地 形成在该另外的层(例如层C、层D等)之上的情况。注意，另外的 层(例如层C、层D等)可以是单层或多层。类似地，当明确地记载B形成在A之上方时，其并不一定限于B 与A直接接触，在A和B之间可以插入另外的对象物。例如，当明 确地记载层B形成在层A之上方时，其包括层B形成与层A直接接 触的情况以及另外的层(例如层C、层D等)直接接触地形成在层A 之上并且层B直接接触地形成在该另外的层(例如层C、层D等)上 的情况。注意，另外的层(例如层C、层D等)可以是单层或多层。当明确地记载B直接接触地形成在A之上时，其并不包括另外的 对象物介于A和B之间的情况，并且只包括B直接接触地形成在A 之上的情况。当B形成在A之下、或者B形成在A之下方的情况也是同样的。 在本文件中，明确地记载为单数的优选为单数。但是，不局限于 此，也可以为复数。同样地，明确地记载为复数的优选为复数。但是， 不局限于此，也可以为单凄t。根据本发明，可以得到能够读取低照度的半导体装置。或者，可 以得到以低电压进行工作的半导体装置。或者，根据本发明，可以得 到耗电量低的半导体装置。或者，根据本发明，可以得到容易与其他 半导体装置连接的半导体装置。或者，根据本发明，可以得到小型化 的半导体装置。


图1A和IB是说明本发明的半导体装置以及所述半导体装置所具有的晶体管的特性的图；图2是说明本发明的半导体装置的图； 图3是表示本发明的半导体装置的图； 图4是表示本发明的半导体装置的图； 图5是表示本发明的半导体装置的图6是表示本发明的半导体装置的图；图7A和7B是说明本发明的半导体装置以及所述半导体装置所具 有的二极管的特性的图；图8是表示本发明的半导体装置的图； 图9是表示本发明的半导体装置的图； 图IO是表示本发明的半导体装置的图；图11是表示本发明的半导体装置的图； 图12是表示本发明的半导体装置的图； 图13是表示本发明的半导体装置的图； 图14是表示本发明的半导体装置的图； 图15是表示本发明的半导体装置的图； 图16是表示本发明的半导体装置的图；图17是表示本发明的半导体装置的图；图18是表示本发明的半导体装置的图；图19是表示本发明的半导体装置的图；图20A和20B是表示本发明的半导体装置的图；图21A和21B是本发明的半导体装置的部分截面图；图22A至22D是表示本发明的半导体装置的制造工序的图；图23A至23C是表示本发明的半导体装置的制造工序的图；图24A至24C是表示本发明的半导体装置的制造工序的图；图25A至25E是表示本发明的半导体装置的制造工序的图；图26A至26C是表示本发明的半导体装置的制造工序的图；图27A和27B是表示本发明的半导体装置的制造工序的图；图28是表示安装有本发明的半导体装置的装置的图；图29A和29B是表示安装有本发明的半导体装置的装置的图；图30A和30B是表示安装有本发明的半导体装置的装置的图；图31是表示安装有本发明的半导体装置的装置的图；图32A和32B是表示安装有本发明的半导体装置的装置的图；图33A和33B是说明现有技术的图。本发明的选择图为图1。
具体实施例方式
以下参照

本发明的实施方式。但是，本发明可以通过多 种不同方式来实施，所属技术领域的普通人员可以很容易地理解一个 事实，就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围下可以 被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在本 实施方式所记载的内容中。注意，在以下说明的本发明的结构中，在 不同附图中对同一部分或具有同样功能的部分附加同一附图标记，并且省略详细i兌明。 实施方式1参照图1A和1B说明本发明的半导体装置的一个实施方式。图1A 所示的半导体装置包括光电转换元件101、第一电路102、第二电路 103、第一端子104、第二端子105。第一电路102与光电转换元件101 串联连接。并且，第一电路102具有产生对应于输入的电流例如流过 光电转换元件101的电流的电压的功能。换言之，第一电路102具有 作为电流电压变换电路的功能。第二电路103具有产生对应于输入的 电压例如光电转换元件101或者第一电路102的电压的电流的功能。 换言之，第二电路103具有作为电压电流变换电路的功能。通常，高电压被供给给第一端子104,并且低电压被供给给第二 端子105。因此，通常电流从第一端子104向第二端子105流动。但 是，不局限于此，也可以施加相反的电压来使电流向相反方向流动。图1A表示使用光电二极管作为光电转换元件101的实例的情况。 在很多情况下，在反偏压状态下使用光电二极管。因此，光电二极管 的阴极端子连接到第一端子104，而光电二极管的阳极端子连接到第 一电路102。当对处于反偏压状态的光电二极管照射光时，流动的电 流变化。因此，通过检测出光电二极管的电流，可以读取照度。作为光电转换元件101,可以使用各种各样的元件。例如，可以 使用PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、MIS二极管等。在图1A中，使用光电转换元件101就是将光转换为电子的元件， 但是不局限于此，可以使用各种各样的元件。例如，可以使用压力传 感器元件(例如，将压力转换为电子的元件)、温度传感器元件(例 如，将温度转换为电子的元件)、加速度传感器元件(例如，将加速 度转换为电子的元件)、硬度传感器元件(例如，将硬度转换为电子 的元件)、音量传感器元件(例如，将声音转换为电子的元件)等。在图1A中，利用与光电转换元件101串联连接的第一电路102 将流过光电转换元件101的电流转换为电压。在图1A中，作为第一 电路102的实例，使用二极管连接的N沟道型晶体管。在图1A的第 一电路102中，N沟道型晶体管的栅极(或者栅电极)连接到光电转 换元件101。构成第一电路102的N沟道型晶体管的漏极(或者漏电 极)连接到光电转换元件101。构成第一电路102的N沟道型晶体管 的源极(或者源电极)连接到第二端子105。当流过光电转换元件101 的电流变大时，第一电路102的两端的电压也变大。第一电路102 (或者光电转换元件101)所产生的电压被供给给 第二电路103。第二电路103输出对应于第一电路102 (或者光电转 换元件101)所产生的电压的电流。图1A表示使用N沟道型晶体管 作为第二电路103的实例的情况。在图1A的第二电路103中，N沟 道型晶体管的栅极(或者栅电极)连接到第一电路102 (或者光电转 换元件101)。构成第二电路103的N沟道型晶体管的源极(或者源 电极)连接到第二端子105。构成第二电路103的N沟道型晶体管的 漏极(或者漏电极)连接到第一端子104。因此，当流过光电转换元 件101的电流变大时，第一电路102的两端的电压也变大，从而构成 第二电路103的N沟道型晶体管的栅极/源极之间的电压变大。其结 果，构成第二电路103的N沟道型晶体管的漏极/源极之间的电流变 大。换言之，放大对应于照度的信号。构成第二电路103的晶体管的电流驱动能力优选为大。这是因为 如下缘故当使用电流驱动能力大的晶体管时，大电流流过第一端子 104以及第二端子105，而进一步放大对应于照度的信号。作为增大 晶体管的电流驱动能力的方法，可以举出如下方法扩大沟道宽度W; 缩小沟道长度L;将多个晶体管并联地连接(实质上，与扩大W相同) 等。光电转换元件101和第二电路103都连接到相同端子(第一端子 104)，但是连接的端子不局限于此。通过还配置另外的端子，也可以 使光电转换元件101和第二电路103分别连接到不同端子。注意，第 一电路102和第二电路103连接到相同端子(第二端子105),但是连 接的端子不局限于此。通过还配置另外的端子，也可以使第一电路102
和第二电路103分别连接到不同端子。接着，图IB表示构成第一电路102的N沟道型晶体管的当预定 的Vds时的电流特性的图表。横轴是构成第一电路102的N沟道型晶 体管的Vgs,而纵轴是构成第一电路102的N沟道型晶体管的Ids。 才艮椐图IB,可以明白如下事实作为构成第一电路102的N沟道型 晶体管的电流特性，当Vgs-OV时电流小。结果，即使照射到光电转 换元件101的光的照度小，就是说，流过光电转换元件101的电流小， 也可以读取电流。构成第一电路102的N沟道型晶体管的阈值电压Vth优选为OV 以上。这种晶体管被称为增强型等。接着，图1B表示构成第二电路103的N沟道型晶体管的当预定 的Vds时的电流特性的图表。横轴是构成第二电路103的N沟道型晶 体管的Vgs,而纵轴是构成第二电路103的N沟道型晶体管的Ids。 才艮据图1B，可以明白如下事实.'作为构成第二电路103的N沟道型 晶体管的电流特性，当Vgs-OV时电流大。结果，即使供给给第二电 路103的两端的电压就是说供给给第一端子104和第二端子105之间 的电压小，也可以〗吏大电流流动。构成第二电路103的N沟道型晶体管的阈值电压Vth优选为OV 以下。这种晶体管被称为耗尽型等。如此，通过使构成第一电路102的N沟道型晶体管的阈值电压和 构成第二电路103的N沟道型晶体管的阈值电压不同，可以实现读取 低照度以及利用低电压的工作。注意，优选的是，构成第一电路102 的N沟道型晶体管的阈值电压大于构成第二电路103的N沟道型晶 体管的阈值电压。更优选的是，阔值电压的差数为IV以上。特别优 选的是，阈值电压的差数为3V以上。或者，优选的是，构成第一电 路102的N沟道型晶体管的电流特性和构成第二电路103的N沟道 型晶体管的电流特性不同。作为实例，优选的是， 一方是增强型，而 另一方是耗尽型。接着，图2表示将图1B的图表中的纵轴成为对数时的晶体管的 电流特性。在构成第一电路102的N沟道型晶体管的电流特性的曲线 中，将电流最小的点设定为点A,并且将该点A的Vgs设定为VgsA。 此外，在构成第二电路103的N沟道型晶体管的电流特性的曲线中，
将电流最小的点设定为点B,并且将该点B的Vgs设定为VgsB。作 为一个例子，VgsA优选大于VgsB。或者，作为一个例子，VgsA优 选为0V以上。其结果，可以以低照度进行读取。或者，作为一个例 子，VgsB优选为OV以下。其结果，可以以4氐电压进4亍工作。如此，为了使构成第一电路102的N沟道型晶体管的电流特性和 构成第二电路103的N沟道型晶体管的电流特性不同，使用不同沟道 掺杂用杂质即可，而作为一个例子。通过使用掩模(中间掩模)，当 将P型杂质(硼、镓等)掺杂到构成第一电路102的N沟道型晶体管 的沟道中，可以得到增强型晶体管。或者，通过将N型杂质(磷、砷 等)掺杂到构成第二电路103的N沟道型晶体管的沟道中，可以得到 耗尽型晶体管。在图1A中，构成第一电路102的N沟道型晶体管是一个，但是 构成第一电路102的N沟道型晶体管的数目不局限于此。既可以将多 个N沟道型晶体管串联连接，又可以将多个N沟道型晶体管并联连 接。同样地，在图1A中，构成第二电路103的N沟道型晶体管是一 个，但是构成第二电路103的N沟道型晶体管的数目不局限于此。既 可以将多个N沟道型晶体管串联连接，又可以将多个N沟道型晶体 管并联连接。布线、电极、导电层、导电膜、端子、通路、插头等优选由从铝 (Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、鴒(W)、钕(Nd )、铬(Cr)、 镍(Ni)、柏(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镁(Mg)、钪(Sc)、 钴(Co)、锌(Zn)、铌(Nb)、硅(Si)、磷(P)、硼(B)、砷(As )、 镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)和氧(O)等中选择的一个或多个元素、或者包括一个或多个上述元素的化合物、合金材料(例如，氧化铟锡 (ITO)、氧化铟锌(IZO)、包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)、氧化锌 (ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化锡镉(CTO)、铝钕(Al-Nd)、镁银 (Mg-Ag)、钼铌(Mo-Nb)等)形成。或者，优选地形成布线、电极、 导电层、导电膜、端子等，以包含组合上述化合物而成的物质等。或 者，优选地形成布线、电极、导电层、导电膜、端子等，以包含由选 自上述元素中的一个或多个和硅构成的化合物(硅化物)(例如，铝 硅、钼硅、硅化镍等)、由选自上述元素中的一个或多个和氮构成的
化合物(例如，氮化钛、氮化钽、氮化钼等)。硅(Si)也可以包含n型杂质(磷等)或p型杂质(硼等)。当硅 包含杂质时，可以提高导电率，并且可以实现类似于普通导体的功能。 于是，硅可以容易地作为布线、电极等。可以使用具有各种结晶性的硅，诸如单晶硅、多晶硅、微晶硅等。 或者，可以使用没有结晶性的硅诸如非晶硅等。通过使用单晶硅或多 晶硅，可以降低布线、电极、导电层、导电膜、端子等的电阻。通过 使用非晶硅或微晶硅，可以利用简单工序来形成布线等。铝或银具有高导电率，从而可以减少信号延迟。再者，由于铝或 银容易被蚀刻及构图，所以可以对它们进行细微加工。铜具有高导电率，从而可以减少信号延迟。当使用铜时，优选采 用层合结构，以提高紧密性。钼或钬具有如下优点即使钼或钛与氧化物半导体(ITO、 IZO等)或硅接触也不会产生缺陷，容易被蚀刻，具有高耐热性等，所以 优选使用钼或钛。由于鴒具有耐热性高等的优点，所以优选使用钨。由于钕具有耐热性高等的优点，所以优选使用钕。特别地，优选 使用钕和铝的合金，因为耐热性提高并且铝难以产生小丘。硅具有如下优点可以与晶体管所具有的半导体层同时形成，耐 热性高等，所以优选使用硅。由于ITO、 IZO、 ITSO、氧化锌(ZnO)、珪(Si )、氧化锡(SnO)、 氧化锡镉(CTO)具有透光性，所以它们可以用于使光透过的部分。 例如，它们可以用作〗象素电极或共同电极。优选使用IZO，因为其容易被蚀刻和加工。在蚀刻IZO中，难以 留下渣滓。从而，当IZO用作像素电极时，可以减少液晶元件或发光 元件的缺陷(短路、取向无序等)。布线、电极、导电层、导电膜、端子、通路、插头等可以具有单 层结构或多层结构。通过采用单层结构，布线、电极、导电层、导电 膜、端子等的制造工序可以简化。因此，可以减少工序数目，并且可 以减少成本。或者，通过釆用多层结构，可以在有效地利用各材料的 优点的同时，减少缺点，以形成性能好的布线、电极等。例如，通过 在多层结构中包括低电阻材料(铝等)，可以谋求实现布线电阻的降
低。此外，通过采用将低耐热性材料插入在高耐热性材料之间的层合 结构，可以提高布线、电极等的耐热性，同时有效地利用低耐热性材 料所具有的优点。例如，优选采用将包含铝的层当布线、电极等彼此直接接触时，它们在某些情况下彼此不利地 影响。例如，有时一个布线或电极等材料混合到另一个布线或电极等 的材料中并改变其性质，于是不能发挥本来的作用。作为另一范例， 有时，当形成或制造高电阻部分时，出现问题，而不能正常地制造。 在此情况下，优选通过采用层合结构来将容易反应的材料插入在难以 反应的材料中或者利用难以反应的材料来覆盖容易反应的材料。例如，当使ITO与铝连接时，优选在ITO与铝之间插入钛、钼、钕的合 金。此外，当使硅与铝连接时，优选在硅与铝之间插入钛、钼、钕的 合金。布线意味着其中配置有导电体的。导电体既可以配置为长线状， 又可以配置为短线状。因此，电极包4舌在布线中。也可以使用碳纳米管作为布线、电极、导电层、导电膜、端子、 通路、插头等。由于碳纳米管具有透光性，所以其可以用于使光透过 的部分。例如，碳纳米管可以用作像素电极或共同电极。虽然在本实施方式中说明使用N沟道型晶体管作为第二电路103 的情况，但是也可以如图13所示地使用P沟道型晶体管作为第二电 路1303。第一电路1302只要具有产生对应于流过光电转换元件101 的电流的电压的功能就可以，例如可以使用二极管连接的P沟道型晶 体管。在此情况下，为了在第一电路1302中产生对应于流过光电转 换元件101的电流的电压，使第一电路1302连接到第一端子104，而 使光电转换元件101连接到第二端子105,即可。实施方式2在实施方式1中说明了第一电路102是二极管连接的N沟道型晶体管的情况。但是，不局限于此，可以采用各种各样的结构作为第一 电路102。例如，如图3所示，也可以使用电流电压变换电路102A 作为第一电路102。以下说明当使用光电二极管作为光电转换元件101的实例时的连 接关系。在图3中，光电二极管的阴极端子连接到第一端子104,光
电二极管的阳极端子连接到电流电压变换电路102A的第一端子。电 流电压变换电路102A的第一端子连接到构成第二电路103的N沟道 型晶体管的栅极(或者栅电极)。电流电压变换电路102A的第二端子 连接到第二端子105。通过使用与光电转换元件101串联连接的电流电压变换电路 102A,将流过光电转换元件101的电流转换为电压。当流过光电转换 元件101的电流变大时，电流电压变换电路102A的两端的电压也变 大。电流电压变换电路102A (或者光电转换元件101)所产生的电压 被供给给第二电路103。第二电路103输出对应于电流电压变换电路 102A (或者光电转换元件101)所产生的电压的电流。图3表示与图 1A同样地使用N沟道型晶体管作为第二电路103的实例的情况。在 图3的第二电路103中，N沟道型晶体管的栅极(或者栅电极)连接 到电流电压变换电路102A (或者光电转换元件101)。 N沟道型晶体 管的源极(或者源电极)连接到第二端子105。 N沟道型晶体管的漏 极(或者漏电极)连接到第一端子104。因此，当流过光电转换元件 101的电流变大时，电流电压变换电路102A的两端的电压也变大， 从而N沟道型晶体管的栅极/源极之间的电压变大。其结果，N沟道 型晶体管的漏极/源极之间的电流变大。换言之，放大对应于照度的信注意，电流电压变换电路102A和第二电路103都连接到相同的 端子(第二端子105)，但是连接的端子不局限于此。通过还配置另外 的端子，也可以使电流电压变换电路102A和第二电路103分别连接 到不同端子。作为电流电压变换电路102A,可以使用各种各样的电路。图4 表示使用电阻元件102B作为电流电压变换电路102A的一个例子的情 况。当对其两端不施加电压时电阻元件102B的电流为0,因此可以i人为它是一种增强型。优选通过使用与晶体管的半导体层相同的层来形 成电阻元件102B。由此，可以防止过程工序数目的增加。图5表示使用二极管连接的P沟道型晶体管102C作为电流电压 变换电路102A的实例的情况。图5所示的P沟道型晶体管102C的 栅极(或者栅电极)的连接地方与图1A不同。这是因为极性不同的
缘故。P沟道型晶体管102C的源极(或者源电极)连接到光电转换 元件101，并且其漏极(或者漏电极)连接到第二端子105。并且，P 沟道型晶体管102C的栅极(或者栅电极)连接到第二端子105。在使用P沟道型晶体管102C作为电流电压变换电路102A的实 例的情况下,有如下优点可以容易制造构成电流电压变换电路102A 的晶体管和构成第二电路103的晶体管的阈值电压的差数。或者，有 如下优点可以容易使构成电流电压变换电路102A的晶体管成为增 强型。或者，有如下优点可以容易使构成第二电路103的晶体管成 为耗尽型。这是因为通过对构成电流电压变换电路102A的晶体管和 构成第二电路103的晶体管沟道掺杂N型杂质(磷、砷等)可以实现 的缘故。对双方掺杂相同导电型的杂质即可，因此不需要分别掺杂。 因此，不需要使用掩模(中间掩模)，而可以减少过程工序数目。换 言之，通过使构成电流电压变换电路102A的晶体管的沟道导电型和 构成第二电路103的晶体管的沟道导电型成为相反，可以容易控制阈 值电压。在图5中，P沟道型晶体管102C是一个，但是P沟道型晶体管102C 的数目不局限于此。既可以将多个P沟道型晶体管串联连接，又可以 将多个P沟道型晶体管并联连接。或者，也可以将多个另外的构成电流电压变换电路102A的元件 串联或者并联连接。作为实例，图6表示电流电压变换电路102D, 其中图1A所示的二极管连接的N沟道型晶体管和图5所示的二极管 连接的P沟道型晶体管并联连接。同样地，也可以通过组合图4所示的电阻元件等，来将它们串联 或者并联连接。此外，图7A和7B分别表示使用二极管102E作为电流电压变换 电路102A的实例的情况以及那时的电流特性的图表。作为二极管 102E，例如可以使用PN 二极管、PIN 二极管、肖特基二极管、MIM (金属-绝缘体-金属)二极管、MIS (金属-绝缘体-半导体)二极管等。也可以通过使用构成光电转换元件101的材料或层的一部分或全 部，来构成二极管102E。由此，可以减少过程工序数目。虽然在本实施方式中说明了使用N沟道型晶体管作为第二电路 103的情况，但是如图14所示，也可以使用P沟道型晶体管作为第二
电路1303。电流电压变换电路1302A产生对应于流过光电转换元件101 的电流的电压。在此情况下，为了在电流电压变换电路1302A中产生 对应于流过光电转换元件101的电流的电压，使电流电压变换电路 1302A的第一端子连接到第一端子104,而使光电转换元件101连接 到第二端子105。此外，与电流电压变换电路102A同样地可以使用各种各样的电 路作为电流电压变换电路1302A。例如，如图15、图16、图17所示， 可以分别使用电阻元件1302B、 二极管连接的N沟道型晶体管1302C、 二极管1302E等。当然，与电流电压变换电路102A同样地也可以使 用其他电路。虽然在本实施方式中参照各种附图进行说明，但是各附图中所描 述的内容(或其一部分)可以自由应用于其它附图中所描述的内容(或 其一部分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合上述附图中的 每一部分与其它部分，可以形成更多附图。类似地，本实施方式中的各附图中所描述的内容(或其一部分) 可以自由应用于其它实施方式中的附图中所描述的内容(或其一部 分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合本实施方式中的每一 附图中的每一部分与其它实施方式中的部分，可以形成更多附图。本实施方式显示了具体表现、稍微变换、部分修改、改进、详细 描述、应用其它实施方式中所述的内容(或其一部分)的范例、其有 关部分的范例等。因此，其它实施方式中所述的内容可以自由应用于 本实施方式，与其组合，或者代替其。实施方式3在实施方式1和实施方式2中示出了伴随着照射到光电转换元件 101的光强度变大，输出电流也变大的情况。在本实施方式中，示出 伴随着照射到光电转换元件101的光强度变大，输出电流变小的情况。图8表示对应于图1A的本实施方式的图。在图8中，光电转换 元件101和构成第一电路802的N沟道型晶体管的连接与图1A不同。图8所示的半导体装置包括光电转换元件101、第一电路802、 第二电路803、第一端子104、第二端子105。第一电路802与光电转 换元件101串联连接。并且，第一电路802具有产生对应于输入的电
流例如流过光电转换元件101的电流的电压的功能。就是说，第一电 路802具有用作电流电压变换电路的功能。第二电路803具有产生对 应于输入的电压例如光电转换元件101或者第一电路802的电压的电 流的功能。就是说，第二电路803具有用作电压电流变换电路的功能。通常，高电压被供给给第一端子104,并且低电压被供给给第二 端子105。因此，通常电流从第一端子104向第二端子105流动。但 是，不局限于此，也可以施加相反的电压来使电流向相反方向流动。图8表示使用光电二极管作为光电转换元件101的实例的情况。 在很多情况下，在反偏压状态下使用光电二极管。在图8中，光电二 极管的阴极端子连接到第一电路802，而光电二极管的阳极端子连接 到第二端子105。当对处于反偏压状态的光电二极管照射光时，流动 的电流变化。因此，通过检测出光电二极管的电流，可以读取照度。作为光电转换元件101，可以使用各种各样的元件。例如，可以 使用PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、MIS二极管等。在图8中，利用与光电转换元件101串联连接的第一电路802将 流过光电转换元件101的电流转换为电压。在图8中，作为第一电路 802的实例，使用二极管连接的N沟道型晶体管。在图8的第一电路 802中，N沟道型晶体管的栅极(或者栅电极)连接到第一端子104。 构成第一电路802的N沟道型晶体管的漏极(或者漏电极)连接到第 一端子104。构成第一电路802的N沟道型晶体管的源极(或者源电 极)连接到光电转换元件101。当流过光电转换元件101的电流变大 时，第一电路802的两端的电压也变大。光电转换元件101 (或者第一电路802 )所产生的电压被供给给 第二电路803。第二电路803输出对应于光电转换元件101 (或者第 一电路802)所产生的电压的电流。图8表示使用N沟道型晶体管作 为第二电路803的实例的情况。在图8的第二电路803中，N沟道型 晶体管的栅极(或者栅电极)连接到光电转换元件101 (或者第一电 路802 )。构成第二电路803的N沟道型晶体管的源极(或者源电极) 连接到第二端子105。构成第二电路803的N沟道型晶体管的漏极(或 者漏电极)连接到第一端子104。因此，当流过光电转换元件101的 电流变大时，第一电路802的两端的电压也变大，从而光电转换元件 101的两端的电压与此相对应地变小。因此，构成第二电路803的N 沟道型晶体管的栅极/源极之间的电压变小。其结果，构成第二电路803 的N沟道型晶体管的漏极/源极之间的电流变小。换言之，伴随着照 射到光电转换元件101的光强度变大，输出电流变小，而伴随着光强 度变小，输出电流变大。换言之，使信号反相而放大它。在此，构成第二电路803的晶体管的电流驱动能力优选为大。这 是因为如下缘故当使用电流驱动能力大的晶体管时，大电流流过第 一端子104以及第二端子105，而进一步放大根据照度而反相的信号。 作为增大晶体管的电流驱动能力的方法，可以举出如下方法扩大沟 道宽度W;缩小沟道长度L;将多个晶体管并联地连接(实质上，与 扩大W相同)等。第一电路802和第二电路803都连接到相同端子(第一端子104)， 但是连接的端子不局限于此。通过还配置另外的端子，也可以使第一 电路802和第二电路803分别连接到不同端子。注意，光电转换元件 101和第二电路803连接到相同端子(第二端子105)，但是连接的端 子不局限于此。通过还配置另外的端子，也可以使光电转换元件101 和第二电路803分别连接到不同端子。构成第一电路802的N沟道型晶体管的电流特性优选与图1A所 示的构成第一电路102的N沟道型晶体管的电流特性同样。换言之， 作为构成第一电路802的N沟道型晶体管的电流特性，优选当Vgs-OV时电流值小。结果，即使照射到光电转换元件101的光的照度小， 就是说，流过光电转换元件101的电流小，也可以读取电流。构成第一电路802的N沟道型晶体管的阈值电压Vth优选为OV 以上。就是说，构成第一电路802的N沟道型晶体管优选为增强型。此外，构成第二电路803的N沟道型晶体管的电流特性优选与图 1A所示的构成第二电路103的N沟道型晶体管的电流特性同样。换 言之，作为构成第二电路803的N沟道型晶体管的电流特性，优选当 Vgs-OV时电流大。结果，即使供给给第二电路803的两端的电压就 是说供给给第一端子104和第二端子105之间的电压小，也可以使大 电流流动。构成第二电路803的N沟道型晶体管的阈值电压Vth优选为OV 以下。就是说，构成第二电路803的N沟道型晶体管优选为耗尽型。 如此，通过使构成第一电路802的N沟道型晶体管的阈值电压和 构成第二电路803的N沟道型晶体管的阈值电压不同，可以实现读取 低照度以及利用低电压的工作。注意，优选的是，构成第一电路802 的N沟道型晶体管的阈值电压大于构成第二电路803的N沟道型晶 体管的阈值电压。更优选的是，阈值电压的差数为IV以上。特别优 选的是，阈值电压的差数为3V以上。或者，优选的是，构成第一电 路802的N沟道型晶体管的电流特性和构成第二电路803的N沟道 型晶体管的电流特性不同。作为实例，优选的是， 一方是增强型，而 另一方是耗尽型。如此，为了使构成第一电路802的N沟道型晶体管的电流特性和 构成第二电路803的N沟道型晶体管的电流特性不同，使用不同沟道 掺杂用杂质即可，而作为一个例子。通过使用掩模(中间掩模)，当 将P型杂质(硼、镓等)掺杂到构成第一电路802的N沟道型晶体管 的沟道中，可以得到增强型晶体管。或者，通过将N型杂质(磷、砷 等)掺杂到构成第二电路803的N沟道型晶体管的沟道中，可以得到 耗尽型晶体管。如图8所示，通过在第一电路802和第二电路803中使用相同导 电型的晶体管，光和电流的关系接近比例关系(但是，倾斜是负)。 因此，可以容易进行光照射量的信号处理。在图8中，构成第一电路802的N沟道型晶体管是一个，但是构 成第一电路802的N沟道型晶体管的数目不局限于此。既可以将多个 N沟道型晶体管串联连接，又可以将多个N沟道型晶体管并联连接。同样地，在图8中，构成第二电路803的N沟道型晶体管是一个， 但是构成第二电路803的N沟道型晶体管的数目不局限于此。既可以 将多个N沟道型晶体管串联连接，又可以将多个N沟道型晶体管并 联连接。虽然在本实施方式中说明了使用N沟道型晶体管作为第二电路 803的情况，但是如图18所示，也可以使用P沟道型晶体管作为第二 电路1803。注意，与上述实施方式同样，在使用P沟道型晶体管作为 第二电路1803的情况下，倒转当使用N沟道型晶体管时的第一电路 和光电转换元件的配置即连接关系，并将光电转换元件101配置在第 一端子104 —侧，而将第一电路1802配置在第二端子105 —侧，且 将它们串联连接。注意，图18表示使用二极管连接的P沟道型晶体
管作为第一电路1802的情况。虽然在本实施方式中参照各种附图进行说明，但是各附图中所描 述的内容(或其一部分)可以自由应用于其它附图中所描述的内容(或 其一部分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合上述附图中的 每一部分与其它部分，可以形成更多附图。类似地，本实施方式中的各附图中所描述的内容(或其一部分) 可以自由应用于其它实施方式中的附图中所描述的内容(或其一部 分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合本实施方式中的每一 附图中的每一部分与其它实施方式中的部分，可以形成更多附图。本实施方式显示了实现、稍微变换、部分修改、改进、详细描述、 应用其它实施方式中所述的内容(或其一部分)的范例、其有关部分 的范例等。因此，其它实施方式中所述的内容可以自由应用于本实施 方式，与其组合，或者代替其。实施方式4在实施方式2中说明了使用各种各样的结构作为实施方式1所示 的第一电路102的情况。另一方面，在实施方式3中说明了与实施方 式1相比第一电路102和光电转换元件101的连接不同的情况。于是，示的^一电^ 802 二情况。 、" 々 >以下说明当使用光电二极管作为光电转换元件101的实例时的连 接关系。在图9中，光电二极管的阴极端子连接到电流电压变换电路 802A的第一端子，光电二极管的阳极端子连接到第二端子105。电流 电压变换电路802A的第一端子连接到构成第二电路803的N沟道型 晶体管的栅极(或者栅电极)。电流电压变换电路802A的第二端子连 接到第一端子104。通过利用串联连接到光电转换元件101的电流电压变换电路 802A，将流过光电转换元件101的电流转换为电压。当流过光电转换 元件101的电流变大时，电流电压变换电路802A的两端的电压也变 大。光电转换元件101 (或者电流电压变换电路802A)所产生的电压 被供给给第二电路803。第二电路803输出对应于光电转换元件101(或者电流电压变换电路802A)所产生的电压的电流。与图8同样， 图9表示使用N沟道型晶体管作为第二电路803的实例的情况。在图 9的第二电路803中，N沟道型晶体管的栅极(或者栅电极)连接到 光电转换元件101 (或者电流电压变换电路802A)。构成第二电路803 的N沟道型晶体管的源极(或者源电极)连接到第二端子105。构成 第二电路803的N沟道型晶体管的漏极(或者漏电极)连接到第一端 子104。因此，当流过光电转换元件101的电流变大时，电流电压变 换电路802A的两端的电压也变大，从而光电转换元件101的两端的 电压与此相对应地变小。因此，构成第二电路803的N沟道型晶体管 的栅极/源极之间的电压也变小。其结果，构成第二电路803的N沟 道型晶体管的漏极/源极之间的电流变小。换言之，伴随照射到光电转 换元件101的光强度变大，输出电流变小，并且，伴随照射到光电转 换元件101的光强度变小，输出电流变大。换言之，使信号反相而放 大它。电流电压变换电路802A和第二电路803都连接到相同的端子(第 一端子104)，但是连接的端子不局限于此。通过还配置另外的端子， 也可以使电流电压变换电路802A和第二电路803分别连接到不同端 子。作为电流电压变换电路802A,可以使用各种各样的电路。图10 表示使用电阻元件802B作为电流电压变换电路802A的一个例子的情 况。当对其两端不施加电压时电阻元件802B的电流成为0,因此可以认为它是一种增强型。优选通过使用与晶体管的半导体层相同的层来 形成电阻元件802B。由此，可以防止过程工序数目的增加。图11表示使用二极管连接的P沟道型晶体管802C作为电流电压 变换电路802A的实例的情况。图11所示的P沟道型晶体管802C的 栅极(或者栅电极)的连接地方与图8不同。这是因为极性不同的缘 故。P沟道型晶体管802C的漏极(或者漏电极)连接到光电转换元 件IOI,并且其源极(或者源电极)连接到第一端子104。并且，P沟 道型晶体管802C的栅极(或者栅电极)连接到光电转换元件101。在使用P沟道型晶体管802C作为电流电压变换电路802A的实 例的情况下，有如下优点可以容易制造构成电流电压变换电路802A 的晶体管和构成第二电路803的晶体管的阈值电压的差数。或者，有 如下优点可以容易使构成电流电压变换电路802A的晶体管成为增 强型。或者，有如下优点可以容易使构成第二电路803的晶体管成 为耗尽型。这是因为通过对构成电流电压变换电路802A的晶体管和 构成第二电路803的晶体管沟道掺杂N型杂质(磷、砷等)可以实现 的缘故。对双方掺杂相同导电型的杂质即可，因此不需要分别掺杂。 因此，不需要使用掩模(中间掩模)，而可以减少过程工序数目。换 言之，通过使构成电流电压变换电路802A的晶体管的沟道导电型和 构成第二电路803的晶体管的沟道导电型成为相反，可以容易控制阈 值电压。在图11中，P沟道型晶体管802C是一个，但是P沟道型晶体管 的数目不局限于此。既可以将多个P沟道型晶体管串联连接，又可以 将多个P沟道型晶体管并联连接。或者，也可以将多个另外的构成电流电压变换电路802A的元件 串联或者并联连接。换言之，也可以使二极管连接的P沟道型晶体管 和二极管连接的N沟道型晶体管并联连接作为电流电压变换电路 802A。同样地，也可以通过组合图10所示的电阻元件等，来将它们串联或者并联连接。此外，图12表示使用二极管802E作为电流电压变换电路802A 的实例的情况。此时的电流特性的图表与图7B同样。作为二极管 802E,例如可以使用PN 二极管、PIN 二极管、肖特基二极管、MIM (金属-绝缘体-金属)二极管、MIS (金属-绝缘体-半导体)二极管等。也可以通过使用构成光电转换元件101的材料或层的一部分或全 部，来构成二极管802E。由此，可以减少过程工序凄t目。虽然在本实施方式中说明了使用N沟道型晶体管作为第二电路 803的情况，但是如图19所示，也可以使用P沟道型晶体管作为第二 电路1803。注意，与上述实施方式同样，在使用P沟道型晶体管作为 第二电路1803的情况下，倒转在使用N沟道型晶体管的情况下的电 流电压变换电路和光电转换元件的配置即连接关系，使光电转换元件 101连接到第一端子104 —侧，并且使电流电压变换电路1802A连接 到第二端子105 —侧，而将它们串联连接，即可。此外，与电流电压 变换电路802A同样，作为电流电压变换电路1802A,可以使用各种
各样的电路。虽然在本实施方式中参照各种附图进行说明，但是各附图中所描 述的内容(或其一部分)可以自由应用于其它附图中所描述的内容(或 其一部分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合上述附图中的 每一部分与其它部分，可以形成更多附图。类似地，本实施方式中的各附图中所描述的内容(或其一部分) 可以自由应用于其它实施方式中的附图中所描述的内容(或其一部 分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合本实施方式中的每一 附图中的每一部分与其它实施方式中的部分，可以形成更多附图。本实施方式显示了具体表现、稍微变换、部分修改、改进、详细 描述、应用其它实施方式中所述的内容(或其一部分)的范例、其有 关部分的范例等。因此，其它实施方式中所述的内容可以自由应用于 本实施方式，与其组合，或者代替其。实施方式5参照图20A和20B说明实施方式1至4所记栽的半导体装置的应 用例子。图20A和20B所示的半导体装置包括光电转换装置2001A 以及2001B、电阻元件2002A以及2002B、电源2005。注意，光电转换装置2001A以及2001B是上述实施方式1至4所示的半导体装置。光电转换装置2001A的第一端子104A连接到电源2005的一个 电极，而光电转换装置2001A的第二端子105A通过电阻元件2002A 连接到电源2005的另一个电极。注意，通过利用电阻元件2002A将 从光电转换装置2001A得到的电流转换为电压而输出。例如，作为电 压从第二端子105A输出，即可。在此，通过利用电阻元件2002A将 从光电转换装置2001A得到的电流转换为电压而输出，来检测出照 度。此外，电源2005的一个电极也连接到光电转换装置2001B的第 一端子104B，而光电转换装置2001B的第二端子105B通过电阻元件 2002B连接到电源2005的另 一个电极。注意，也在光电转换装置2001B 中，通过利用电阻元件2002B将从光电转换装置2001B得到的电流转 换为电压而输出。例如，作为电压从第二端子105B输出，即可。在 此，通过利用电阻元件2002B将从光电转换装置2001B得到的电流转 换为电压而输出，来检测出照度。光电转换装置2001A以及2001B并不需要是相同的，根据用途适 当地选择，即可。例如，通过使用特别优越于检测低照度的光电转换 装置作为一方的光电转换装置，可以得到优越于检测低照度且其能够 检测的照度范围广大的半导体装置。此外，如上述实施方式所述，也可以使用压力传感器元件(例如， 将压力转换为电子的元件)、温度传感器元件(例如，将温度转换为 电子的元件)、加速度传感器元件(例如，将加速度转换为电子的元 件)、硬度传感器元件(例如，将硬度转换为电子的元件)、音量传感 器元件(例如，将声音转换为电子的元件)等，而代替光电转换装置 所具有的光电转换元件。因此，也可以一方使用具有光电转换元件的 光电转换装置，而另一方使用具有其他元件的转换装置。通过采用这 种结构，可以在检测出照度的同时也读取其他外部环境。如此，光电转换装置2001A以及2001B不必需要是具有照度检测 功能的。此外，只要是图20A中的光电转换装置以及电阻元件串联连接， 就如图20B所示，也可以与图20A相反地连接。此外，与图20A的 光电转换装置2001A以及2001B同样，图20B的光电转换装置2003A 以及2003B也是上述实施方式1至4所示的半导体装置。光电转换装置2003A的第一端子104A通过电阻元件2004A连接 到电源2005的一个电极，而光电转换装置2003A的第二端子10SA 连接到电源2005的另一个电极。注意，通过利用电阻元件2004A将 从光电转换装置2003A得到的电流转换为电压而输出。例如，作为电 压从第一端子104A输出，即可。在此，通过利用电阻元件2004A将 从光电转换装置2003A得到的电流转换为电压而输出，来检测出照 度。光电转换装置2003B的第一端子104B通过电阻元件2004B连接 到电源2005的一个电极，而光电转换装置2003B的第二端子105B连 接到电源2005的另一个电极。注意，通过利用电阻元件2004B将从 光电转换装置2003B得到的电流转换为电压而输出。例如，作为电压 从第一端子104B输出，即可。在此，通过利用电阻元件2004B将从
光电转换装置2003B得到的电流转换为电压而输出，来检测出照度。注意，与光电转换装置2001A以及2001B同样，光电转换装置 2003A以及2003B不必需要是光电转换装置，也可以是具有其它元件 的转换装置。此外，虽然在图20A和20B中记栽了其中将两组串联连接的光电 转换装置和电阻元件并联连接的半导体装置，但是并联连接的数目可 以是两组以上或一组。注意，也可以将开关与光电转换装置2001A、 电阻元件2002A、光电转换装置2001B、电阻元件2002B、光电转换 装置2003A、电阻元件2004A、光电转换装置2003B、电阻元件2004B 等串联连接而配置。通过利用该开关的开/关，可以转换信号的输出。 此外，当有不需要工作的光电转换装置时，通过使该开关成为关掉状 态，可以减少耗电量。虽然在本实施方式中参照各种附图进行说明，但是各附图中所描 述的内容(或其一部分)可以自由应用于其它附图中所描述的内容(或 其一部分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合上述附图中的 每一部分与其它部分，可以形成更多附图。类似地，本实施方式中的各附图中所描述的内容(或其一部分) 可以自由应用于其它实施方式中的附图中所描述的内容(或其一部 分)，与其组合，或者代替其。再者，通过组合本实施方式中的每一 附图中的每一部分与其它实施方式中的部分，可以形成更多附图。本实施方式显示了实现、稍微变换、部分修改、改进、详细描述、 应用其它实施方式中所迷的内容(或其一部分)的范例、其有关部分 的范例等。因此，其它实施方式中所述的内容可以自由应用于本实施 方式，与其组合，或者代替其。实施方式6图21A及21B表示图1A所示的半导体装置的一个结构例子的部 分截面图。注意，图21A及21B表示当使用n沟道型薄膜晶体管U2 作为图1A中的第一电路102并且使用n沟道型薄膜晶体管113作为 第二电路103时的部分截面图。此外，图1A中的第一端子104相当 于端子121，而第二端子105相当于端子122。在图21A中，附图标记310、 312、 313分别表示衬底、基底绝缘
膜、栅极绝缘膜。由于检测的光通过衬底310、基底绝缘膜312、以 及栅极绝缘膜313，所以优选利用透光性高的材料来形成衬底310、 基底绝缘膜312、以及栅极绝缘膜313。图1A中的光电转换元件101包括图21A中的布线319、保护电 极318、光电转换层111、以及端子121。注意，光电转换层111包括 p型半导体层lllp、 n型半导体层llln、以及夹在p型半导体层lllp 和n型半导体层llln之间的本征(i型)半导体层llli。但是，不局 限于此，光电转换元件包括第一导电层、第二导电层、夹在这些两个 导电层之间的光电转换层，即可。注意，作为光电转换层，不局限于 上述结构，而采用至少包括p型半导体层和n型半导体层的层合结构， 即可。作为p型半导体层lllp，既可以通过等离子体CVD法形成包含 属于周期表第13族的杂质元素如硼(B)的半非晶硅膜，又可以在形 成半非晶硅膜之后，导入属于第13族的杂质元素。半非晶硅膜是指具有非晶体半导体和包括结晶结构的半导体(包括单晶、多晶)之间的中间结构的半导体的膜。该半非晶半导体膜是 具有自由能方面很稳定的第三状态的半导体膜，并且具有短程序列且 具有晶格畸变的结晶，可以使它以0.5至20mn的粒径分散存在于非 单晶半导体膜中。半非晶半导体膜的拉曼光谱偏移到比520cnT'低的 频率一侧，此外，通过X线衍射可以观察到来源于Si晶格的(111)、 (220)的衍射峰值。此外，使半非晶半导体膜包含至少1原子％或其 以上的氢或囟素，以便终止悬空键。在本说明书中，为方便起见，将 这种半导体膜称为半非晶半导体(SAS)膜。再者，通过包含氦、氩、氪、氖等的稀有气体元素来进一步促进晶格畸变，而增加稳定性，由 此，可以荻得良好半非晶半导体膜。注意，微晶半导体膜也包含于半 非晶半导体膜。此外，SAS膜可以通过对含硅的气体进行辉光放电分解来获得。 作为典型的含硅的气体，有SiH4。并且，还可以使用Si2H6、 SiH2Cl2、 SiHCl3、 SiCl4、 SiF4等。此外，通过使用氢或在氢中添加了选自氦、 氩、氪、氖中的一种或多种稀有气体元素的气体来稀释上述含硅的气 体，可以容易形成SAS膜。优选以稀释比率为2至1000倍的范围稀 释含硅的气体。此外，也可以将CA或(:2116等的碳化物气体、GeH4 或GeF4等的锗化气体、F2等混入包含硅的气体中以将其能带幅度调 节为1.5至2.4eV或0.9至l.leV。在形成p型半导体层lllp之后，进一步顺序形成不含有赋予导 电型的杂质的半导体层(称为本征半导体层或i型半导体层)llli以 及n型半导体层llln。由此，形成包括p型半导体层lllp、 i型半导 体层llli、以及n型半导体层llln的光电转换层111。注意，在本说明书中，i型半导体层是指半导体层所包括的赋予p 型或n型的杂质浓度为lxl02°cm —3以下并且氧和氮的浓度为5xl019cm _3以下的半导体层。注意，优选的是，光导电率为暗导电率的1000 倍以上。此外，10至1000ppm的硼(B)也可以添加于i型半导体层。可以通过等离子体CVD法形成半非晶硅膜作为i型半导体层 llli。此外，可以形成包含属于周期表第15族的杂质元素例如磷(P) 的半非晶硅膜作为n型半导体层llln，也可以在形成半非晶硅膜之后 导入属于周期表第15族的杂质元素。此外，作为p型半导体层lllp、本征半导体层llli、 n型半导体 层llln,可以不仅使用半非晶半导体膜，也可以使用非晶半导体膜。布线319、连接电极320、端子电极351、薄膜晶体管112的源电 极及漏电极341、以及薄膜晶体管113的源电极及漏电极342都具有 高熔点金属膜和低电阻金属膜(铝合金或纯铝等)的层合结构。这里， 这些布线及电极具有钛膜(Ti膜)、铝膜(Al膜)和Ti膜顺序堆叠的 三层结构。再者，形成保护电极318、 345、 348、 346和347以分别覆盖布 线319、连接电极320、端子电极351、薄膜晶体管112的源电极及 漏电极341、以及薄膜晶体管113的源电极及漏电极342。这些保护电极在当形成光电转换层111时的蚀刻工序中保护布线 319等。注意，作为保护电极的材料，优选使用如下导电材料相对 于光电转换层111的蚀刻气体(或者蚀刻剂)，具有比光电转换层低 的蚀刻速度。此外，作为保护电极318的材料，优选使用不与光电转 换层111反应变成合金的导电材料。注意，通过利用与保护电极318 同样的材料以及制造工序来形成其它保护电极345、 348、 346和347。此外，也可以采用不设置保护电极318、 345、 348、 346和347 的结构。图21B表示不设置这些保护电极的实例。在图21B中，布线 404、连接电极405、端子电极401、薄膜晶体管112的源电极及漏电 极402、以及薄膜晶体管113的源电极及漏电极403都由单层导电膜 形成，优选使用钛膜(Ti膜)用作这种导电膜。此外，也可以使用由 选自钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、钕(Nd)、钴(Co )、锆(Zr)、 锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)和铂(Pt)单层膜，或由这些元素的氮化物例如氮化钛、氮^钨、氮化钽^氮化 钼构成的单层膜，或者这些的层合膜，而代替钛膜。通过使用单层膜 形成布线404、连接电极405、端子电极401、薄膜晶体管112的源 电极及漏电极402、以及薄膜晶体管113的源电极及漏电极403，可以减少制造工序中的成膜次数。图21A和21B中的n沟道型薄膜晶体管112、 113的电流特性不同，在此，两者的阈值电压不同。此外，虽然在此表示具有一个沟道 形成区(在本说明书中称为单栅极结构)的顶栅型薄膜晶体管的实例， 但是也可以通过采用具有多个沟道形成区的结构来减少导通电流的不 均匀性。此外，为了降低截止电流，也可以在n沟道型薄膜晶体管112、 113中设置低浓度漏极(轻掺杂漏(LDD))区。LDD区是指以低浓 度将杂质元素添加到沟道形成区和源区或漏区之间的区域，该源区或 漏区通过以高浓度添加杂质元素来形成。并且，该LDD区具有緩和 漏区附近的电场来防止热载流子的注入所导致的退化的效果。为了防止热载流子所导致的导通电流的退化，也可以使n沟道型 薄膜晶体管112、 113具有中间夹着栅绝缘膜将LDD区与栅电极重叠 而配置的结构(在本说明书中，称为GOLD (栅极重叠轻掺杂漏区) 结构)。在使用GOLD结构的情况下，与不将LDD区与栅电极重叠而 配置的情况相比，进一步緩和漏区附近的电场来防止热载流子的注入 所导致的退化。如此，通过采用GOLD结构，可以緩和漏区附近的电 场强度来防止热载流子的注入，而有效地防止退化现象。薄膜晶体管112、 113不局限于上述顶栅型薄膜晶体管，也可以 是底栅型薄膜晶体管例如反交错型薄膜晶体管。图21A中的布线314与布线319连接，还成为延伸到薄膜晶体管 113的沟道形成区的上方来成为^5"电极。图21A中的布线315中间夹着连接电极320以及保护电极345与
连接到n型半导体层llln的端子121连接，并且与薄膜晶体管113的 漏极布线(也称为漏电极)和源极布线(也称为源电极)中的任一个。由于检测的光通过图21A中的层间绝缘膜316以及层间绝缘膜 317，所以优选利用透光性高的材料来形成该层间绝缘膜316以及层 间绝缘膜317。注意，作为层间绝缘膜317，为了提高粘着强度而优 选使用无机材料例如氧化硅(SiOx)膜。也优选使用无机材料作为密 封层324，并且通过利用CVD法等来形成这些绝缘膜。此外，通过利用与布线314以及布线315相同的工序来形成图21A 中的端子电极350，并且通过利用与布线319以及连接电极320相同 的工序来形成端子电极351。注意，端子122中间夹着保护电极348 和端子电极351与端子电极350连接。通过利用焊料364将图21A中的端子121安装到衬底360的电极 361。此外，通过利用与端子121相同的工序来形成端子122,并且通 过利用焊料363将它安装到衬底360的电极362。在图21A和21B中，如附图中的箭头所示，光从衬底310—侧入射到光电转换层lll。由此，发生电流，而可以检测光。可以将本实施方式与本说明书中的其它实施方式所记载的内容适当地组合。实施方式7将说明本发明的半导体装置以及其制造方法。在本实施方式中， 利用图22A至24C表示半导体装置的部分截面图的一个例子，并且利 用此进行说明。此外，对于与图21A和21B相同的部分使用相同的附 图标记，而省略其详细iJt明。首先，在衬底(第一衬底310)上形成元件。这里，将一种玻璃 衬底AN 100用作衬底310。接着，通过等离子体CVD法形成成为基底绝缘膜312的包含氮 的氧化硅膜(厚度为100 nm)，其上层合形成半导体膜例如包含氢的 非晶硅薄膜(厚度为54nm)而不暴露于空气。此外，基底绝缘膜312 也可以是使用氧化硅膜、氮化硅膜和包含氮的氧化硅膜的层合。例如， 也可以形成层合厚度为50 nm的包含氧的氮化硅膜和厚度为100 nm 的包含氮的氧化硅膜而成的薄膜作为基底绝缘膜312。注意，包含氮 的氧化硅膜或氮化硅膜用作防止碱金属等杂质从玻璃村底扩散的阻挡 层。接着，通过固相生长法、激光晶化法、使用催化金属的晶化方法 等使上述非晶硅膜晶化，以形成具有晶体结构的半导体膜(晶体半导 体膜)，例如多晶硅膜。这里，通过利用使用催化元素的晶化方法来获得多晶硅膜。首先，利用旋涂器涂敷包含重量计算为10 ppm的镍 的醋酸镍溶液。注意，也可以使用通过溅射法在整个表面上散布镍元 素的方法而代替涂敷。然后，执行加热处理使非晶硅膜晶化来形成具 有晶体结构的半导体膜。这里，在热处理(50(TC, —个小时)之后， 执行用于晶化的热处理(550。C,四个小时)以获得多晶硅膜。接着，使用稀氢氟酸等去除多晶硅膜表面上的氧化膜。此后，在 空气中或在氧气氛中执行激光束照射(XeCl:308 nm波长)以提高结 晶程度且修复晶粒中留下的缺陷。使用其波长为400 nm以下的受激准分子激光束或YAG激光器的 二次谐波或三次谐波作为激光束。这里，使用其重复频率大约为10 至1000Hz的脉冲激光束，利用光学系统将该激光束聚集为100至500 mJ/cm2,执行其重叠比率为90至95%的照射，来扫描硅膜表面，即 可。在本实施方式中，在空气中执行30 Hz的重复频率和470 mJ/cm2 的能量密度的激光束照射。因为在空气或氧气氛中执行激光束照射，所以在表面上形成氧化 膜。注意，虽然在本实施方式中示出了使用脉冲激光器的实例，但是 也可以使用连续振荡激光器。为了当使半导体膜晶化时得到大粒径的 结晶，优选使用能够连续振荡的固体激光器，并适用基波的二次至四 次谐波。典型地，可以适用Nd:YV04激光器(基波为1064 nm)的二 次谐波(532 nm)或三次谐波(355 nm)。在使用连续振荡激光器的情况下，通过利用非线性光学元件将从 IOW输出的连续振荡YV04激光器发射的激光束转换为高次谐波，即 可。此外，还有将YV04结晶和非线性光学元件放入共振器中并发射 高次谐波的方法。并且，优选通过光学系统在照射面上形成具有矩形 形状或椭圆形状的激光束，而将它照射到被处理体。此时，需要大约 0.01至100 MW/cm2 (优选为0.1至10 MW/cm2)的能量密度。然后， 以10至2000cm/s左右的速度使半导体膜相对于激光束地移动来进行
照射，即可。接着，除了通过上述激光束照射形成氧化膜之外，通过使用臭氧水处理表面120秒形成由总厚度为1至5 nm的氧化膜构成的阻挡层。 形成该阻挡层以从薄膜中去除用于使非晶硅膜晶化时添加的催化元素 例如镍(Ni)。虽然这里通过使用臭氧水形成阻挡层，但是也可以利 用如下方法来形成阻挡层通过在氧气氛中照射紫外线来使具有晶体 结构的半导体膜的表面氧化的方法；通过氧等离子体处理使具有晶体 结构的半导体膜的表面氧化的方法；通过等离子体CVD法、溅射法、 气相沉积法等堆积1至10nm左右的氧化膜的方法。此外也可以在形 成阻挡层之前去除通过激光束照射而形成的氧化膜。然后，通过溅射法在阻挡层上形成10至400 nm厚的成为吸杂位 置的包括氩元素的非晶硅膜，这里其厚度为100 nm。这里，通过在包 含氩的气氛中利用硅靶来形成包含氩元素的非晶硅膜。当利用等离子 体CVD法形成包含氩元素的非晶硅膜时，成膜条件是如下甲硅烷 和氩的流量比(SiH4:Ar)为1:99，成膜压力为6.665Pa， RF功率密度 为0.087 W/cm2，成膜温度为35(TC。此后，将形成有包含氩元素的非晶硅膜的衬底放入加热到650°C 的炉中且执行三分钟热处理以去除催化元素(吸杂)。由此，具有晶 体结构的半导体膜中的催化元素浓度降低。也可以使用灯退火装置代 替炉。接着，通过使用阻挡层作为蚀刻停止层选择性地去除作为吸杂位 置的包含氩元素的非晶硅膜，此后，通过利用稀氢氟酸选择性地去除 阻挡层。注意，在吸杂时，镍具有移动到具有高氧浓度区域的趋势， 因此优选在吸杂之后去除由氧化膜构成的阻挡层。当不对半导体膜执行使用催化元素的晶化时，则不需要上述工 序，例如形成阻挡层、形成吸杂位置、用于吸杂的热处理、去除吸杂 位置以及去除阻挡层等。接着，使用臭氧水在荻得的具有晶体结构的半导体膜(例如晶体 硅膜)的表面上形成薄氧化膜，此后，使用第一光掩模形成由抗蚀剂 构成的掩模，将该半导体膜蚀刻为所希望的形状以形成分为岛状的半 导体膜(在本说明书中，称为岛状半导体区)3"以及332 (参照图 22A)。在形成岛状半导体区之后，去除由抗蚀剂构成的掩模。
必须制造本发明的半导体装置所包括的薄膜晶体管以使它们的电 流特性分别不同。因此，例如，为了控制薄膜晶体管的阈值，对一个 岛状半导体区掺杂孩t量杂质元素(硼或磷)。在此，使用离子掺杂法，其中不对乙硼烷(B2H6)进行质量分离而进行等离子体激发。注意， 只要可以形成电流特性不同的薄膜晶体管，就没需要局限于上述方 法。接着，在利用包含氬氟酸的蚀刻剂来除去氧化膜，同时清洗岛状 半导体区331以及332的表面后，形成用作栅极绝缘膜313的含有硅 作为主要成分的绝缘膜。这里，通过等离子体CVD法形成厚度为115nm 的包含氮的氧化硅膜(组成比Si=32%， 0=59%, N=7%， H=2%)。然后，在栅极绝缘膜313上形成金属膜之后，使用第二光掩模进 行构图，来形成栅电极334和335、布线314和315、以及端子电极350 (参照图22B)。例如，通过使用层合分别为30nm和370nm的氮化 钽和鵠而形成的膜作为金属膜。除上述材料之外，还可以使用由选自钛(Ti)、鴒(W)、钽(Ta)、 钼(Mo)、钕(Nd)、钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、 钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、鉑(Pt)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag) 和铜(Cu)中的元素、或者含有上述元素作为主要成分的合金材料或 化合物材料构成的单层膜，或者由其氮化物诸如氮化钛、氮化鴒、氮 化钽、氮化钼构成的单层膜，或者这些的层合膜作为栅电极334和335、 布线314和315、以及端子电极350。然后，通过对岛状半导体区331和332导入赋予一种导电型的杂 质，来形成薄膜晶体管112的源区及漏区337、以及薄膜晶体管113 的源区及漏区338。在本实施方式中，形成n沟道型薄膜晶体管，于 是对岛状半导体区331以及332导入n型杂质例如磷(P)、砷(As) (参照图22C)。接着，在通过CVD法形成50nm厚的包含氧化硅膜的第一层间绝 缘膜(未图示)之后，执行对各岛状半导体区添加的杂质元素的激活 处理的工序。通过利用灯光源的快速热退火法(RTA法)、将YAG激 光或受激准分子激光从村底310的背面照射的方法、利用炉的热处理、 或这些方法的组合方法，来执行该激活工序。接着，形成膜厚例如为10nm的包括含有氢和氧的氮化硅膜的第
二层间绝缘膜316。接着，在第二层间绝缘膜316上形成由绝缘物材料构成的第三层 间绝缘膜3i7 (参照图22D)。可以使用通过CVD法而获得的绝缘膜 作为第三层间绝缘膜317。在本实施方式中，为了提高粘着强度，形 成膜厚为900nm的包含氮的氧化硅膜作为第三层间绝缘膜317。然后，进行热处理(在300至550'C的温度下进行1至12个小时 热处理，例如在氮气氛中且41(TC的温度下进行一个小时热处理)，以 氬化岛状半导体膜。进行该工序以利用包含在第二层间绝缘膜316中 的氢来终止岛状半导体膜中的悬空键。注意，可以氢化岛状半导体膜 而不管是否存在有栅极绝缘膜3B。此外，还可以使用利用硅氧烷的绝缘膜及其层合结构作为第三层 间绝缘膜317。硅氧烷的骨架结枸由硅(Si)和氧(O)的键构成。作为取代基，使用至少含有氢的有机基(诸如烷基、芳基)。此外，也 可以使用氟基作为取代基。当将利用硅氧烷的绝缘膜和其层合结构用作第三层间绝缘膜317 时，也可以在形成第二层间绝缘膜316之后，进行使岛状半导体膜氢 化的热处理，来形成第三层间绝缘膜317。接着，通过利用第三光掩模来形成由抗蚀剂构成的掩模，并选择 性地蚀刻第一层间绝缘膜、第二层间绝缘膜316、第三层间绝缘膜！317、 以及栅极绝缘膜313,以形成接触孔。然后，去除由抗蚀剂构成的掩 模。注意，只要根据需要形成第三层间绝缘膜317,就可以。当不形 成第三层间绝缘膜317时，在形成第二层间绝缘膜316之后，选择性 地蚀刻第一层间绝缘膜、第二层间绝缘膜316以及栅极绝缘膜313， 以形成4矣触孔。接着，在通过溅射法形成金属层合膜之后，利用第四光掩模来形 成由抗蚀剂构成的掩模，并且选择性地蚀刻金属膜，来形成布线319、 连接电极320、端子电极351、薄膜晶体管112的源电极及漏电极341、 以及薄膜晶体管113的源电极及漏电极342。然后，去除由抗蚀剂构 成的掩模。注意，本实施方式的金属膜是层合100nm厚的Ti膜、350nm 厚的含有微量Si的Al膜、100nm厚的Ti膜这三层而构成的。根据上述工序，可以制造利用多晶硅膜的顶栅型薄膜晶体管112 以及113。注意，根据半导体膜的结晶性或半导体膜和栅极绝缘膜之 间的界面状态，来可以使薄膜晶体管112以及113的S值。然后，在形成不容易与以后形成的光电转换层(典型为非晶硅) 反应而成为合金的导电金属膜(钛(Ti)或钼(Mo)等)之后，通过 利用第五光掩模来形成由抗蚀剂构成的掩模，并且选择性地蚀刻导电 金属膜以形成覆盖布线319的保护电极318 (参照图23A)。这里使用 通过溅射法获得的200nm厚的Ti膜。类似地，连接电极320、端子电 极351以及薄膜晶体管的源电极及漏电极也被由与保护电极318同样 的金属膜构成的保护电极345、 348、 346以及347覆盖。导电金属膜 还覆盖这些电极中的第二层的Al膜露出的侧面，因此该导电金属膜 也可以防止铝原子扩散到光电转换层中。注意，如图21B所示，也可以采用如下结构在布线404、连接 端子405、端子电极401、薄膜晶体管112的源电极及漏电极402、薄 膜晶体管113的源电极及漏电极403上不设置保护电极。接着，在第三层间绝缘膜317上形成包括p型半导体层lllp、 i 型半导体层llli和n型半导体层llln的光电转换层111。p型半导体层lllp既可以通过等离子体CVD法成膜包含属于元 素周期表第13族的杂质元素(例如硼(B))的半非晶硅膜形成，又 可以在形成半非晶硅膜之后导入属于元素周期表第13族的杂质元素 来形成。注意，布线319和保护电极318与光电转换层111的最下层接触， 就是说，在本实施方式中与p型半导体层lllp接触。在形成p型半导体层lllp之后，顺序形成i型半导体层llli和n 型半导体层llln。由此，形成包括p型半导体层lllp、 i型半导体层 llli和n型半导体层llln的光电转换层111。例如，通过等离子体CVD法形成半非晶硅膜作为i型半导体层 llli。此外，作为n型半导体层llln，可以形成包含属于元素周期表 第15族的杂质元素例如磷(P)的半非晶硅膜，或者，也可以在形成 非晶硅膜之后，导入属于元素周期表第15族的杂质元素。此外，不仅可以使用半非晶半导体膜，而且可以使用非晶半导体 膜作为p型半导体层Ulp、本征半导体层llli和n型半导体层llln。接着，在整个表面上形成厚度为1至30 pm的由绝缘物材料(例
如，包含硅的无机绝缘膜)构成的密封层324以获得如图23B所示的 状态。这里，通过CVD法形成厚度为1 nm的包含氮的氧化硅膜作为 绝缘物材料膜。通过使用无机绝缘膜，来谋求实现紧密性的提高。接着，在蚀刻密封层324以提供开口部分之后，通过溅射法形成 端子121和122。端子121和122是由钛膜(Ti膜)(100 nm )、镍膜 (Ni膜)(300 nm)和金膜(Au膜)(50nm)构成的层合膜。这样获 得的端子121和端子122具有大于5N的粘着强度，这是作为端子电 极足够的粘着强度。通过上述工序，形成可以进行焊料连接的端子121和端子122， 荻得如图23C所示的结构。如此，例如可以从一个大面积衬底(例如600cmx 720cm)制造 大量光传感器芯片(2mmxl.5mm)即本发明的半导体装置的芯片。然后，将其截断为各个来获得多个光传感器芯片。图24A表示获得了的一个光传感器芯片(2mmxl.5mm)的截面 图，并图24B表示其俯视图，且图24C表示其底视图。注意，在图24A 中，衬底310、元件形成区410、端子121及端子122的总膜厚度为0.8 土0.05mm。此外，为了减少光传感器芯片的总膜厚度，也可以通过利用CMP 处理等削减衬底310来使其薄后，利用切割器将衬底310截断为各个来获得多个光传感器芯片。在图24B中，端子121和122的一个电极尺寸为0.6mmx l.lmm， 电极之间的间隔为0.4mm。此外，在图24C中，光接收部分411的面 积是1.57mm2。而且，电路部分412提供有许多薄膜晶体管。最后，将获得了的光传感器芯片安装到衬底360的安装表面上(参 照图21A)。注意，为了连接端子121和电极361并连接端子122和 电极362,分别使用焊料364和363。预先，通过丝网印刷法等在衬 底360的电极361和362上形成焊料，来使焊料和端子电极处于接触 状态，然后进行焊料回流处理来实现安装。例如在惰性气氛中且利用 255至265。C左右的温度进行约十秒焊料回流处理。此外，除了焊料 以外，还可以使用由金属(金、银等)形成的凸块、或者由导电树脂 形成的凸块等。此外，考虑到环境问题，也可以使用无铅焊料来实现 安装。
如上所述，可以制造半导体装置。注意，为了检测出光，也可以在将光从衬底310 —侧入射到光电转换层111以外的地方使用框体等 以遮断光。注意，作为框体，只要是具有遮断光的功能的材料就可以 使用任何材料，例如通过使用金属材料或具有黑色颜料的树脂材料等 来形成框体，即可。通过采用这样结构，可以制造具有更高可靠性的 光检测功能的半导体装置。虽然在本实施方式中说明了利用n沟道型薄膜晶体管形成半导体 装置所具有的电路的情况，但是也可以利用p沟道型薄膜晶体管形成 半导体装置所具有的电路。注意，只要作为对岛状半导体区赋予一种 导电型的杂质代替使用p型杂质例如硼(B)，就可以与n沟道型薄膜 晶体管同样地形成p沟道型薄膜晶体管。此外，虽然说明了光电转换元件所具有的光电转换层也具有顺序 层合p型半导体层lllp、 i型半导体层llli、 n型半导体层llln的结 构的情况，但是也可以按相反的顺序层合。根据半导体装置的电路结 构适当地选择该层合顺序，即可。可以将本实施方式与本i兌明书中的其它实施方式所记载的内容适当地组合。实施方式8在本实施方式中，参照图25A至27B说明使用底栅型薄膜晶体管 而形成的半导体装置以及其制造方法的实例。此外，对于与上述实施 方式同样的部分使用相同的附图标记，而省略其详细说明。首先，在衬底310上形成基底绝缘膜312和金属膜511 (参照图 25A)。在本实施方式中，例如，使用层合厚度分别为30 nm、 370nm 的氮化钽以及钨而成的膜作为金属膜511。此外，除了上述以外，还可以使用由选自钛(Ti)、鴒(W)、钽 (Ta )、钼(Mo )、钕(Nd )、钴(Co )、锆(Zr )、锌(Zn )、钌(Ru )、 铑(Rh)、 4巴(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、铝(Al)、金(Au)、 银(Ag)、铜(Cu)中的元素、包含上述元素作为其主要成分的合金 材料或化合物材料构成的单层膜，或者由这些元素的氮化物例如氮化 钛、氮化钨、氮化钽、氮化钼构成的单层膜作为金属膜511。注意，也可以将金属膜511直接形成在衬底310上，而在衬底310
上不形成基底绝缘膜312。接着，通过对金属膜511进行构图，来形成栅电极512和513、 布线314和315、以及端子电极350 (参照图"B)。接着，形成覆盖栅电极512和513、布线314和315、以及端子 电极350的栅极绝缘膜514。在实施方式中，通过利用以硅为主要成 分的绝缘膜例如通过等离子体CVD法形成的厚度为115 nm的包含氮 的氧化硅膜(组成比Si = 32%， 0 = 59%， N = 7%， H = 2%),来 形成栅极绝缘膜514。接着，在栅极绝缘膜514上形成岛状半导体区515和516。通过 利用与上述实施方式所述的岛状半导体区331和332同样的材料及制 造工序形成岛状半导体区515和516,即可(参照图25C)。注意，必须制造本发明的半导体装置所包括的薄膜晶体管以使它们的电流特性 分别不同。因此，接着，例如为了控制薄膜晶体管的阈值，对一个岛 状半导体区掺杂微量杂质元素(硼或磷)。在此，使用离子掺杂法，其中不对乙硼烷(B2H6)进行质量分离而进行等离子体激发。注意， 只要可以形成电流特性不同的薄膜晶体管501、 502，就没需要局限于 上述方法。接着，通过覆盖以后成为薄膜晶体管501的源区及漏区521、薄 膜晶体管502的源区及漏区522的区域以外的区域来形成掩模518, 然后导入赋予一种导电型的杂质(参照图25D)。作为赋予一种导电 型的杂质，在形成n沟道型薄膜晶体管的情况下，磷(P)、砷(As) 可以用作n型杂质，而在形成p沟道型薄膜晶体管的情况下，硼(B) 可以用作p型杂质。在本实施方式中，通过对岛状半导体区515和516 导入n型杂质的磷(P),来形成薄膜晶体管501的源区及漏区521、 以及这些区域之间的沟道形成区、薄膜晶体管502的源区及漏区522、 以及这些区i或之间的沟道形成区。接着，去除掩模518,形成未图示的第一层间绝缘膜、第二层间 绝缘膜316和第三层间绝缘哮317 (参照图"E)。第一层间绝缘膜、 第二层间绝缘膜316和第三层间绝缘膜317的材料和制造工序基于上 述实施方式所记载的内容，即可。接着，在第一层间绝缘膜、第二层间绝缘膜316和第三层间绝缘 膜317中形成接触孔，并且成膜金属膜。然后，选择性地蚀刻金属膜 来形成布线319、连接电极320、端子电极351、薄膜晶体管501的 源电极及漏电极531、以及薄膜晶体管502的源电极及漏电极532。 然后，去除由抗蚀剂构成的掩模。注意，本实施方式的金属膜是层合 100nm厚的Ti膜、350nm厚的包含孩i量Si的Al膜和100 nm厚的Ti 膜这三层而成的。此外，也可以与图21B所示的布线404、连接电极405、端子电 极401、薄膜晶体管112的源电极及漏电极402、以及薄膜晶体管113 的源电极及漏电极403同样地使用单层导电膜，来分别形成布线或电 极，而代替布线319和其保护电极318、连接电极320和其保护电极 533、端子电极351和其保护电极538、薄膜晶体管501的源电极及 漏电极531及其保护电极536、以及薄膜晶体管502的源电极及漏 电极532及其保护电极537。通过上述工序，可以制造底栅型薄膜晶体管501及502 (参照图 26A)。接着，在第三层间绝缘膜317上形成包括p型半导体层lllp、 i 型半导体层llli和n型半导体层llln的光电转换层lll(参照图26B )。 对于光电转换层111的材料和制造工序等可以参照上述实施方式。接着，形成密封层324、端子121和122 (参照图26C)。端子121 与n型半导体层llln连接，而端子122以与端子121相同工序形成。再者，通过利用焊料364和363安装具有电极361和362的衬底 360。注意，衬底360上的电极361通过焊料364安装到端子121。此在图27A所示的半导体装置中，光主要从衬底310 二侧入射到光 电转换层lll，但是光入射的方向不局限于此。此外，如图27B所示， 也可以在村底360 —侧的形成光电转换层111的区域以外的区域设置 框体550。注意，作为框体550，只要是具有遮断光的功能的材料就 可以使用任何材料，例如通过使用金属材料或具有黑色颜料的树脂材 料等来形成框体，即可。通过采用这样结构，可以制造具有更高可靠 性的光检测功能的半导体装置。可以将本实施方式与本i兌明书中的其它实施方式所记栽的内容适当地组合。
实施方式9在本实施方式中，说明将通过本发明获得的半导体装置作为光传 感器编入到各种各样的电子设备中的例子。作为适用本发明的电子设 备，可以举出计算机、显示器、手机、电视等。利用图28至图32B 表示这些电子设备的具体例子。注意，显示器具有多个像素。图28表示将本发明适用于手机的一个例子，该手机具有主体 A701、主体B702、框体703、操作键704、声音输出部705、声音输 入部706、电路村底707、显示面板A708、显示面板B709、铰链710、 透光性材料部711、光传感器712。本发明可以适用于光传感器712。光传感器712检测穿过透光性材料部711的光，并根据所检测的 外部光的照度控制显示面板A708以及显示面板B709的亮度，且根据 从光传感器712获得的照度控制操作键704的照明。由此，可以降低 手机的耗电量。接着，利用图29A以及29B表示与上述不同的手机的例子。在图 29A以及29B中，附图标记721、 722、 723、 724、 725、 726分别表 示主体、框体、显示面板、操作键、声音输出部、声音输入部，并且 附图标记727以及728表示光传感器。当使用图29A所示的手机时，通过利用设置在主体721中的适用 本发明的光传感器"7来检测外部的光，可以控制显示面板"3以及 操作键724的亮度。此外，在图29B所示的手才几中，除了图29A所示的结构以外，还 设置有主体721的内部的光传感器728。通过利用光传感器728，可 以检测出设置在显示面板723中的背光灯的亮度，来控制亮度。因此， 可以进一步降低耗电量。图30A表示计算机，其包括主体731、框体732、显示部733、 键盘734、外接端口 735、定位设备736等。此外，图30B表示显示 装置，并且电视图像接收机等相当于此。本显示装置由框体741、支 撑台742、显示部7"等构成。图31表示当使用液晶面板作为设置在图30A所示的计算机中的 显示部733、以及图30B所示的显示装置的显示部743时的详细结构。 图31所示的液晶面板762被安装在框体761中，并且它包括衬底751a 和751b、夹在衬底751a和751b之间的液晶层752、偏振滤波片752a
和752b、背光灯753等。注意，在框体761中形成有光传感器部754。通过使用本发明制造的光传感器部754感知来自背光灯753的光 量，并且该信息被反馈，以调节液晶面板762的亮度。图32A以及32B表示将本发明的光传感器编入到照相机例如数码 相机中的例子。图32A是数码相机的正视图，而图32B是数码相机的 后视图。在图32A中，数码相机具有释放按钮3201、主开关3202、 取景器窗口 3203、闪光3204、透镜3205、照相机镜筒3206、框体3207、 光传感器3214。此外，在图32B中，提供有取景器目镜窗口 3211、 监视器3212、操作按钮3213。当释放按钮3201被按到一半位置时，焦点调整机构和曝光调整 机构工作，并且当释放按钮3201被按到最低位置时，快门开启。通 过按下或旋转主开关3202而转换数码相机的电源的开/关。取景器窗 口 3203被配置在数码相机前面的透4竟3205的上部，它是为了从图32B 所示的取景器目镜窗口 3211确认照相范围或焦点位置的装置。闪光 3204被配置在数码相机的前面的上部，并且当拍照的对象的亮度低 时，在按下释放按钮来使快门开启的同时照射辅助光。透镜3205被 配置在数码相机的正面。透镜3205由聚焦透镜、变焦透4免等构成， 其与未图示的快门和光圏一起构成照相光学系统。此外，在透镜3205 的后面设置有CCD (电荷耦合装置)等的成像元件。照相机镜筒3206 是移动透镜3205的位置以调节聚焦透镜、变焦透镜等的焦点的，并 且当摄影时，通过使照相机镜筒3206滑出，来使透镜3205向前移动。 此外，当携带时，使透镜3205向后移动成紧缩状态。注意，虽然在 本实施方式中采用通过使照相机镜筒滑出，可以对拍照的对象进行缩 放拍摄的结构，但是不局限于该结构，也可以使用具有如下结构的数 码相机，其中通过利用框体3207中的照相光学系统，可以进行缩放 拍摄而不使照相机镜筒滑出。取景器目镜窗口 3211被设置在数码相 机的后面的上部，并且它是为了当确认拍摄范围或焦点位置时目镜而 提供的窗户。操作按钮3213是设置在数码相机的后面的各种功能按 钮，其包括设定按钮、菜单按钮、显示按钮、功能按钮、选择按钮等。当将本发明的光传感器编入于图32A和32B所示的照相机中时， 光传感器可以感知光是否存在以及其强度，因此，可以执行照相机的 曝光调整等。
此外，本发明的光传感器可以应用于其它电子设备例如投影电 视、导航系统等。即，本发明的光传感器可以用于需要检测光的任何 电子设备。通过使检测光的结果反馈，可以降低耗电量。可以将本实施方式与其他实施方式所记栽的内容适当地组合。本说明书根据2006年12月27日在日本专利局受理的日本专利 申请编号2006-352817而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种半导体装置，包括光电转换元件；二极管连接的第一晶体管；以及第二晶体管，其中，所述第一晶体管的栅极电连接到所述第二晶体管的栅极，并且，所述第一晶体管的源极以及漏极中的一方通过所述光电转换元件电连接到所述第二晶体管的源极以及漏极中的一方，并且，所述第一晶体管的源极以及漏极中的另一方电连接到所述第二晶体管的源极以及漏极中的另一方，并且，所述第一晶体管以及所述第二晶体管具有不同的阈值电压。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述光电转换元件 是光电二极管。
3. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一晶体管是 增强型晶体管。
4. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第二晶体管是 耗尽型晶体管。
5. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一晶体管的 阈值电压和所述第二晶体管的阈值电压的差数是1V以上。
6. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一晶体管和 所述第二晶体管具有相同导电型。
7. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中一个或其以上的晶 体管平行地电连接到所述第一晶体管。
8. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中一个或其以上的晶 体管平行地电连接到所述第二晶体管。
9. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体装置电 连接到电阻元件。
10. —种包括根据权利要求1所述的半导体装置的电子设备。
11. 根据权利要求10所述的电子设备，其中所述电子设备是手 机、计算机、影像拍摄装置、显示装置或者电视接收机。
12. —种半导体装置，包括 光电转换元件； 第一晶体管；以及 第二晶体管，其中，所述第一晶体管的栅极电连接到所述第一晶体管的源极以 及漏极中的一方，并且，所述第二晶体管的栅极电连接到所述第一晶体管的源极以 及漏极中的另一方，并且，所述第一晶体管的源极以及漏极中的一方电连接到所述第 二晶体管的源极以及漏极中的 一方，并且，所述第一晶体管的源极以及漏极中的另一方通过所述光电 转换元件电连接到所述第二晶体管的源极以及漏极中的另 一方，并且，所述第一晶体管以及所述第二晶体管具有不同的阈值电压。
13. 根椐权利要求12所述的半导体装置，其中所述光电转换元件 是光电二极管。
14. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述第一晶体管是 增强型晶体管。
15. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述第二晶体管是 耗尽型晶体管。
16. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述第一晶体管的 阈值电压和所述第二晶体管的阈值电压的差数是IV以上。
17. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述第一晶体管和 所述第二晶体管具有相同导电型。
18. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中一个或其以上的晶体管平行地电连接到所述第一晶体管。
19. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中一个或其以上的晶体管平行地电连接到所述第二晶体管。
20. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述半导体装置电 连接到电阻元件。
21. —种包括根据权利要求12所述的半导体装置的电子设备。
22. 根据权利要求21所述的电子设备，其中所述电子设备是手 机、计算机、影像拍摄装置、显示装置或者电视接收机。
23. —种半导体装置，包括 第一端子；第二端子； 光电转换元件；二极管连接的第一晶体管；以及 第二晶体管，其中，所述第一晶体管的源极以及漏极中的一方通过所述光电转 换元件电连接到所述第 一端子，并且，所述第一晶体管的源极以及漏极中的另一方电连接到所述 第二端子，并且，所述第二晶体管的源极以及漏极中的一方电连接到所述第 一端子，并且，所述第二晶体管的源极以及漏极中的另 一方电连接到所述 第二端子，并且，所述第一晶体管以及所述第二晶体管具有不同的阈值电压。
24. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中所述光电转换元件 是光电二极管。
25. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中所述第一晶体管是 增强型晶体管。
26. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中所述第二晶体管是 耗尽型晶体管。
27. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中所述第一晶体管的 阈值电压和所述第二晶体管的阈值电压的差数是IV以上。
28. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管具有相同导电型。
29. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中一个或其以上的晶体管平行地电连接到所述第一晶体管。
30. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中一个或其以上的晶体管平行地电连接到所述第二晶体管。
31. 根据权利要求23所述的半导体装置，其中所述半导体装置电 连接到电阻元件。
32. —种包括根据权利要求23所述的半导体装置的电子设备。
33. 根据权利要求32所述的电子设备，其中所述电子设备是手 机、计算机、影像拍摄装置、显示装置或者电视接收机。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种能够读取低照度的半导体装置。该半导体装置包括光电转换元件、二极管连接的第一晶体管、第二晶体管，其中，第一晶体管的栅极电连接到第二晶体管的栅极，并第一晶体管的源极以及漏极中的一方通过光电转换元件电连接到第二晶体管的源极以及漏极中的一方，且第一晶体管的源极以及漏极中的另一方电连接到第二晶体管的源极以及漏极中的另一方。通过使用阈值电压不同的晶体管作为第一晶体管和第二晶体管，可以获得能够读取低照度的半导体装置。
文档编号G01J1/44GK101210845SQ20071016084
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者木村肇 申请人:株式会社半导体能源研究所