專利名稱：高靈敏度光傳感元件和使用該元件的光傳感裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在絕緣膜基板上形成的薄膜光傳感元件和使用了該元件的光傳感裝置，特別是涉及X射線攝像裝置、生物識別用近紅外線檢測裝置等的光傳感器陣列、或在顯示板內置有采用了光傳感器 的觸摸屏功能、調光功能、輸入功能的圖像顯示裝置、例如液晶顯示器、有機EL (Electro Luminescence:電致發(fā)光)顯示器、無機EL 顯示器、EC ( Electro Chromic:電致變色)顯示器中使用的低溫工藝 半導體薄膜晶體管、低溫工藝光傳導元件或低溫工藝光電二極管元件。
背景技術：
X射線攝像裝置作為醫(yī)療用裝置是不可缺少的，裝置的操作簡單 化、裝置的低成本化始終是所要求的課題。而且，最近作為生物識別 的一種手段，手指靜脈、手掌靜脈識別引人注目，這些信息的讀取裝 置的開發(fā)已成當務之急。在這些裝置中，為讀取信息而需要占有一定 面積的光檢測用的傳感器陣列即所謂的區(qū)域傳感器，而且必須以低成 本提供這種區(qū)域傳感器。根據(jù)這種需求，在下述非專利文獻1中提出 了一種利用半導體形成工藝(平面工藝)在以玻璃基板為代表的價格 低廉的絕緣性基板上形成區(qū)域傳感器的方法。在除區(qū)域傳感器以外的產品領域中，需要光傳感器的裝置有中小 型顯示器。中小型顯示器作為便攜式電話機、數(shù)字靜像攝影機、PDA 之類的移動設備的顯示用途或車載用顯示器而被使用，并被要求具有 多功能和高性能。光傳感器作為用于對顯示器附加調光功能(下述非 專利文獻2)、觸摸屏功能的有效手段而引人注目。但是，在中小^1 顯示器中，與大型顯示器不同，由于面板成本低，安裝光傳感器和傳感驅動器所導致的成本增加較大。因此，當利用半導體形成工藝(平 面工藝)在玻璃基板上形成像素電路時，同時形成光傳感器和傳感驅 動器并抑制成本增加的技術作為有效的技術越來越引人注意。在以上舉出的產品群中必要的課題是在價格低廉的絕緣基板上形成光傳感元件和傳感驅動器。傳感驅動器，通常由LSI構成，需要 在單晶硅晶片上形成的MOS晶體管、或類似的高性能的開關元件。 為解決這種課題，以下的技術是有效的。作為有源陣列方式的液晶顯示器、有機EL顯示器、圖像傳感器 的像素和像素驅動電路元件，開發(fā)了溝道由多晶半導體構成的薄膜晶 體管(以下稱"多晶半導體TFT")。多晶半導體TFT，與其他驅動電路元件相比，在驅動能力大這一點上是有利的，而且可以將外圍驅動 電路與像素安裝在同一玻璃基板上。因此，期望著可以實現(xiàn)電路規(guī)格尺寸的定制化(customize )、像素設計、形成工序的同時進行而導致 的低成本化、因消除了驅動器LSI和像素的連接部的機械弱點而導致 的高可靠性化。液晶顯示器用的多晶半導體TFT根據(jù)成本方面的要求在玻璃基 板上形成。在玻璃基板上形成TFT的工藝中，由玻璃的耐熱溫度限 定工藝溫度。作為形成高質量的多晶半導體薄膜而不會對玻璃基板造 成熱傷損的方法，有利用受激準分子激光器(Excimer Laser)使前驅 半導體層熔融并再結晶的方法(ELA法Excimer Laser Anneal:受 激準分子激光器退火)。由本形成法得到的多晶半導體TFT與在現(xiàn)有 的液晶顯示器中使用的TFT (溝道由非晶半導體構成)相比，驅動能 力改善到100倍以上，因此可以將驅動器等一部分電路安裝在玻璃基 板上。關于光傳感器，在下述專利文獻1中記述了相同的利用多晶半導 體TFT的方法、和在形成像素電路、驅動電路的同時形成PIN型二 極管的方法。對光傳感器要求的特性，為高靈敏度、低噪聲。如僅限 于光傳感元件來考慮，則所謂高靈敏度是指對一定強度的光輸出盡可 能大的信號，因而需要光-電流變換效率高的材料、元件結構。所謂低噪聲，意味著沒有入射光時的信號盡可能小。圖11是現(xiàn)有的光傳感元件的剖視圖。圖11的(a)是將非晶形 硅膜作為受光層113的縱向結構型的PIN型二極管元件，圖11的(b) 是將非晶形硅膜作為受光層113并使電荷相對于接合面沿平行方向 流動的結構型(橫向結構型)的TFT元件。兩者都構成光傳感元件。圖11的(a)中示出的光傳感元件，由夾在第一金屬電極層111 和第二金屬電極層112中間的非晶形硅膜的受光層113和在該受光層 113與各電極層的界面上形成的雜質導入層120構成。該光傳感元件， 在絕緣基板IIO上形成，各電極層由層間絕緣膜115絕緣而與電極布 線114連接，由絕緣保護膜117覆蓋。圖11的(b)中示出的光傳感元件，由源電極131、柵電極132 及漏電極133、非晶形硅膜的受光層113和在該受光層113與各電極 層的界面上形成的雜質導入層120構成。該光傳感元件，在絕緣基板 IIO上形成，并由絕緣保護膜117覆蓋。在圖11中，在絕緣基板IIO上形成傳感元件的受光層113的半 導體材料，當從環(huán)境問題、同時形成驅動電路(或像素電路)時的工 藝一致性的觀點考慮時，最好是硅、硅鍺等硅類材料。在硅類材料中， 在從紅外到可見光的波長范圍內，所吸收的光中幾乎全部都被變換為 電流。因此，吸收系數(shù)高的材料適用于傳感元件。另外，當著眼于半導體的非晶形或結晶或者多晶這樣的固相的狀 態(tài)(以下稱"相(Phase)狀態(tài)")時，在整個波長范圍內，非晶形的 吸收系數(shù)最高、且電阻高，因此作為傳感元件，非晶形材料是有利的。但是，在將非晶形材料應用于傳感元件時，開關元件的性能不夠 完善，因此不可能同時構成驅動電路。例如，當用最適合于傳感元件 的非晶形硅膜構成TFT時，其電場效應遷移率在lcm2/Vs以下。因 此，傳感器功能，按圖11的結構制作傳感器陣列，開關功能，為另 行安裝驅動器LSI并由FPC等連接的結構。關于結構， 一般地說，與圖11的(b)中示出的橫向結構型相比， 圖11的(a)中示出的縱向結構型，可以增大接合面積。而且，電荷移動到電極的距離短，因此可以高效率地回收所產生的電荷。由此可 以得到大的輸出。當材料為單晶時，雖然可以構成縱向結構，但其制作工藝為1000 °c以上的高溫工藝，因而不可能在玻璃基板等價格低廉的絕緣基板上制作。當材料為多晶時，在用ELA法得到的多晶膜的情況下，可以得 到能夠構成驅動電路的水平的TFT。但是，不能構成縱向結構。而且， 膜厚被限定為最大100nm左右，因此大部分的入射光不能被吸收而 是從膜透過。此外，在化學汽相淀積法(以下，稱"CVD")中，有 得到膜厚大的多晶膜的方法，但與非晶形材料一樣開關元件的性能不 夠完善，因而不可能構成驅動電路。在下述專利文獻2中提出了一種用多晶硅膜制作構成驅動電路 的開關元件、用非晶形硅膜構成光傳感元件部并將其組合的方法。按 照該方法，可以在同 一絕緣基板上同時形成驅動電路(包括像素電路) 和傳感元件。但是，開關元件和傳感元件要按順序形成，而沒有重復 的工序。因此，工藝工序長，光刻工序多，所以將使制造成本提高。非專利文獻1:非晶形硅的工藝和應用 204頁~ 221頁 (Technology and Applications of Amorphous Silicon pp204-221 )非專利文獻2: SHARP技術第92號(2005年)35頁~ 39頁 (SHARP Technical Journal) vol.92 ( 2005 ) pp35國39專利文獻1:日本特開2006 — 3857號公報專利文獻2:日本特開2005 — 228895號公報發(fā)明內容本發(fā)明的課題是，利用平面工藝在同一 絕緣膜基板上形成高靈敏 度、低噪聲的光傳感元件、傳感器驅動電路(根據(jù)需要，還形成像素 電路、其他電路)，并提供一種內置了傳感驅動電路的低成本的區(qū)域 傳感器或內置了該光傳感元件的圖像顯示裝置。 l在本發(fā)明中，在用多晶硅膜或多晶硅鍺膜形成了傳感器驅動電路(根據(jù)需要，還形成像素電路、其他電路)和光傳感元件的2個電極 后，在其上層形成非晶形硅膜，形成光傳感元件的受光層。因此，其 特征在于，在盡可能地抑制工藝工序的增加的同時，保持傳感器驅動 電路的切換特性，而且，具有用非晶形硅膜形成的光傳感元件的高靈 敏度 低噪聲特性。為使現(xiàn)有的TFT驅動的顯示器具有高附加值，功能的附加是必 然的，作為其一個手段，可以內置光傳感器，由此拓寬了可以附加的 功能，所以是非常有用的。而且，將光傳感器陣列化了的區(qū)域傳感器， 在醫(yī)療用途、識別用途等方面是有用的，因而重要的是以低成本制作。按照本發(fā)明，可以在價格低廉的玻璃基板上同時制作高性能傳感 器和傳感處理電路，從而能提供成本低且可靠性高的產品


圖1是光傳感元件的示意圖。圖2是傳感器的輸出一照度相關特性圖。圖3是與光傳感元件同時制作的多晶硅TFT的剖視圖和傳輸特 性圖。圖4是本發(fā)明的光傳感元件的另 一個結構例的剖視圖。 圖5 (a)是光傳感元件和多晶硅TFT的制作工藝。 圖5 (b)是光傳感元件和多晶硅TFT的制作工藝。 圖5 (c)是光傳感元件和多晶硅TFT的制作工藝。 圖5 (d)是光傳感元件和多晶硅TFT的制作工藝。 圖6是光傳感元件和多晶硅TFT的剖視圖。 圖7是區(qū)域傳感器的1個像素部分的布局圖、其剖視圖和等效電 路圖。圖8是另一區(qū)域傳感器的1個像素部分的布局圖、其剖視圖和等 效電^各圖。圖9是使用了遮光的阻流二極管時的等效電路圖。 "圖IO是內置了光傳感元件的圖像顯示裝置的后視圖、正面圖和正面圖。圖11是現(xiàn)有的光傳感元件的剖視圖。
具體實施方式
以下，用

本發(fā)明的實施例。 [實施例1]圖1是本發(fā)明的光傳感元件的示意圖。圖1的(a)是在絕緣性 基板上形成的光傳感元件的剖視圖，圖1的(b)是俯視圖。在圖1中，在絕緣性基板IO上用第一半導體層制作第一電極11 和第二電極12,在這兩個電極ll、 12之上和兩個電極之間形成有用 第二半導體層制作的受光層13。與各電極連接的布線14由層間絕緣 膜15、 16進行絕緣，整體由絕緣保護膜17覆蓋。另外，各電極通過 接觸孔連接到各布線上。第一半導體層和第二半導體層的特征在于相(Phase)狀態(tài)不同、或半導體材料不同。所謂相(Phase)狀態(tài)是指非晶形或結晶或者多晶 這樣的固相的狀態(tài)。第一半導體層，在利用與構成電路的開關元件同層這樣的概念下，在下文中，以電導性高的多晶硅膜為例進行說明，但此外還可以 用電導性高、適于在電路中用作開關元件的材料、例如結晶硅膜、結 晶硅鍺膜、多晶硅鍺膜、結晶鍺膜、多晶鍺膜構成。對材料并不加以 限定。在該第一半導體層內，導入高濃度(在不照射光、不施加電壓的 條件下，半導體層中的多數(shù)載流子的濃度在1 x 1019個/^113以上)的 雜質，作為第一電極11和第二電極12。在該第一電極11和第二電 極12的多數(shù)載流子的種類不同的情況下為PIN型二極管，在相同的 情況下為光傳導元件，在兩種情況下都構成光傳感元件。第二半導體層是本征層或濃度極低(在不照射光、不施加電壓的 條件下，半導體層中的多數(shù)載流子的濃度在lxio口個/ci^以下)的 雜質導入層，起著受光層(光電變換層)的作用。另外，第二半導體層的光電變換效率比第一半導體層高，而且， 作為不照射光時的漏電流低的特性的材料，以下，以非晶形硅膜為例 進行說明，但只要是能滿足該特性的材料即可。例如，也可以是微晶 硅膜、微晶硅鍺膜、非晶形硅鍺膜等，此外，也可以是有機半導體材 料，對材料并不加以限定。在圖1中，受光層13由非晶形硅膜構成，接合面積也可以設定 得較大，因此可以構成可見光靈敏度高、不照射光時的泄漏少的光傳 感元件。此外，第一電極11和第二電極12,為多晶硅膜，因此可以 用同樣的多晶硅膜構成TFT,并可以將該TFT作為傳感器驅動電路 的開關元件使用。圖2是將圖11的(b)中示出的非晶形硅膜作為受光層的TFT 元件和圖1中示出的本發(fā)明的光傳感元件的輸出一照度相關特性圖。 兩種元件都輸出與照度對應的電流。當比較這些輸出值時，本發(fā)明的 光傳感元件取得了光照射時的輸出在IO倍以上、不照射光時的輸出 在1/10以下的結果。由此可見，本發(fā)明的光傳感元件的靈敏度高， 作為光傳感元件是優(yōu)良的。圖3的(a)是與本發(fā)明的光傳感元件同時制作的多晶硅TFT的 剖視圖。其特征在于，該多晶硅TFT的源極31、溝道34、漏極33 和LDD區(qū)域35,由制作了圖1的(a)中示出的第一電極11和第二 電極12的多晶硅膜形成。借助于這種共同化，能使制造工序變得簡 單，同時可以通過共同的制造工序在同 一 絕緣基板上制作使用了多晶 硅TFT的高性能開關元件和將非晶形硅作為受光層的高性能光傳感 元件。此外，32是多晶硅TFT的柵電極，其他符號與圖l中示出的 相同。圖3的(b)是多晶硅TFT的傳輸特性圖，圖中的實線是本發(fā)明 的與光傳感元件同時制作的多晶硅TFT的特性，圖中的虛線是通常 的按低溫多晶硅工藝制作的多晶硅TFT的傳輸特性。在圖3的(b) 中，如考慮了特性偏差，可以認為開關特性沒有什么不同。從該餘'果 可以看出，本發(fā)，月的多晶硅TFT得到了與通常的按低溫多晶硅工藝制作的TFT相同程度的特性。圖4是本發(fā)明的光傳感元件的另一個結構例的剖視圖。在圖4 的(a) ~圖4的(d)的任何一種情況下，至少一個電極用多晶硅膜 構成，并用其后形成的非晶形硅層形成受光層。圖4的(a)中示出的光傳感元件和圖1的(a)中示出的光傳感 元件的不同點在于，在圖l的(a)中，在將層間絕緣膜14、 15開口 后的接觸孔形成受光層13，但是，在圖4的(a)中，在第一電極ll 和第二電極12上的層間絕緣膜14、 15上開出接觸孔41,形成受光 層13。如圖4的(a)所示，在由接觸孔41將受光層13分開的情況 下，有使電荷的移動路徑變長的顧慮，但正是由于伸長了層間絕緣膜 的膜厚的量而比水平方向的距離短。圖4的(b)中示出的光傳感元件和圖1的(a)中示出的光傳感 元件的不同點在于，是否隔著第一電極11和第二電極12上的絕緣保 護膜17形成第三電極42。通過對第三電極42施加電壓(負電荷)， 可以抑制不照射光時的漏電流，能夠纟是高S/N比。圖4的(c)中示出的光傳感元件，在圖4的(a)中示出的光傳 感元件的受光層13上隔著絕緣保護膜17形成第三電極42。優(yōu)點是 可以利用該第三電極42防止加工接觸孔時的構成電極的膜的剝離， 并能抑制不照射光時的漏電流，能夠提高S/N比。圖4的(d)中示出的光傳感元件，是使第二電極12為金屬膜的 縱向結構的光傳感元件。按照該縱向結構，可以加大接合面積，而且， 由于電荷移動到電極的距離由受光層13的厚度決定，能高效率地回 收所產生的電荷，因此能得到大的輸出。如果金屬膜是透明的，則可 以高效率地將從上部入射的光導入受光層，因此能構成靈敏度好的光 傳感元件。在圖4的(d)中，在第二電極12和受光層13的接合面 附近的受光層側設置有高濃度雜質層43。最好能導入雜質以使多數(shù) 載流子的種類與第一電極11相反。由此，可以構成縱向結構的PIN 型二極管元件。但是，即使在沒有高濃度雜質層的情況下，伊據(jù)應用 于第二電極12的材料，也可以在第二電極12和受光層13之間形成勢壘，形成肖特基型二極管元件或光導電元件。以下，用圖5(a) ~圖5 (d)說明光傳感元件和多晶硅TFT的 制作工藝。此處，示出在液晶顯示裝置的像素電路內置有光傳感器的 例子。在區(qū)域傳感器的情況下，可以根據(jù)需要追加或省略工序。首先，在圖5(a)的(l)中，準備絕緣基板IO。此處，作為絕 緣基板以價格低廉的玻璃基板為例進行說明，但也可以在以PET等 為代表的塑料基板、高價的石英基板、金屬基板等上制作。在玻璃基 板的情況下，由于基板中含有鈉、硼等，成為對半導體層的污染源， 最好是在表面形成氧化硅膜、氮化硅膜等底層膜。在其上表面用CVD 法形成非晶形硅膜或微晶硅膜51。之后，使受激準分子激光器52照 射非晶形硅膜51,而形成多晶化的多晶硅膜53。接著，在圖5 (a)的(2)中，在光刻工序中將多晶硅膜53加 工成島狀的多晶硅膜54,并如圖5 (a)的(3)所示用CVD法形成 由氧化硅膜構成的柵極絕緣膜55。柵極絕緣膜的材料，并不限定于 氧化硅膜，最好是選擇滿足高介電常數(shù)、高絕緣性、低固定電荷、界 面電荷 能級密度和工藝一致性的材料。通過該柵極絕緣膜55對島 狀的多晶硅膜54全體注入離子56而導入硼，形成NE層(低濃度硼 注入層57 )。并且，如圖5 (a)的(4)所示，在光刻工序中，用光致抗蝕劑 62在N型TFT區(qū)域58、 N型電極區(qū)域59、 P型TFT區(qū)域60和P型 電極區(qū)域61中決定N型TFT區(qū)域58和N型電極區(qū)域59作為非注 入?yún)^(qū)域，然后，通過注入離子63而導入磷，形成PE層(低濃度磷 注入層64 )。NE層(低濃度硼注入層57 )和PE層(低濃度磷注入層64 )的 雜質，目的是調整TFT的閾值，因此，離子注入時的摻雜量，在1 x 10"cm-2 1 x l03cm-2之間取最佳值。這時，低濃度硼注入層57 和低濃度磷注入層64中的多數(shù)載流子的濃度，已知為1 x 1015~ 1 x 10"個/cm3。硼注入量的最佳值，由N型TFT的閾值決t,磷注入 量的最佳值，由P型TFT的閾值決定。接著，如圖5 (a)的(5)所示，通過CVD或濺射形成柵電極 用的金屬膜65,該柵電極用的金屬膜，不一定必須是金屬膜，也可 以是導入高濃度的雜質并降低了電阻的多晶硅膜等。然后，如圖5 (a)的(6)所示，在光刻工序中對柵電極用的金 屬膜65進行加工而形成柵電極66，利用同樣的光致抗蝕劑67,通過 注入離子68而導入磷，從而形成N +層(高濃度磷注入層69)。離 子注入時的磷的摻雜量，必須能充分地減低電極的電阻，因此最好在 1 x 10"cn^以上。這時，高濃度磷注入層69中的多數(shù)載流子的濃度 為1 x 1019個/ 113以上。在將圖5 (a)的(6)中示出的抗蝕劑67除去后，如圖5 (b) 的(7)所示，將柵電極66作為掩模，通過注入離子70，在柵電極 66的兩側導入磷，形成N-層(中濃度磷注入層71 )。該雜質的導入， 目的是提高N型TFT的可靠性，離子注入時的摻雜量，在低濃度硼 注入層57和高濃度磷注入層69的摻雜量之間、即在1 x loUcm-2- 1 x 1015^11-2之間取最佳值。這時，N-層(中濃度磷注入層71 )中的多 數(shù)載流子的濃度為1 x 1015~ 1 x 10"個/cm3。本實施例，在N-層(中濃度磷注入層71)的形成中，利用了光 致抗蝕劑67和柵電極66的加工誤差。利用加工誤差的優(yōu)點在于，可 以省略光刻掩模、光刻工序，可以相對于柵電極66唯一地決定N-層(中濃度磷注入層71)的區(qū)域，但缺點是在加工誤差小的情況下 不能充分地確保N-層。在加工誤差小的情況下，也可以追加新的光 刻工序，以限定N-層。接著，如圖5 (b)的(8)所示，在用光致抗蝕劑72確定N型 TFT區(qū)域和N型電極區(qū)域的非注入?yún)^(qū)域后，通過對P型TFT區(qū)域和 P型電極區(qū)域注入離子73而導入硼，從而形成P +層(高濃度硼注入 層74)。離子注入時的摻雜量，必須能充分地減低電極的電阻，因此 最好在1 x 10"cmJ以上。這時，P +層中的多數(shù)載流子的濃度為1 x 1019個"1113以上。通過以上的工序，可以形成TFT和光傳參元件的 電極。在本實施例中應注意的是對PE層(低濃度磷注入層64 )導入與 NE層(低濃度硼注入層57)等量的硼，對P +層(高濃度硼注入層 74)導入與N-層(中濃度磷注入層71 )和N +層(高濃度磷注入層 69)等量的磷。這些是本來不需要導入的雜質，為了保持TFT和光 傳感元件的電極的多數(shù)載流子的種類，必須對各層導入足以將其抵消 的量的磷和硼。本實施例的優(yōu)點是可以簡化光刻工序，因而能夠削減 光刻掩模，但存在著對P型TFT的有源層導入許多缺陷的缺點。當 不能確保P型TFT的特性時，最好是通過增加光掩模、光刻工序， 覆蓋PE層、P +層，從而不導入不需要的雜質。接著，如圖5 (b)的(9)所示，在柵電極66的上部，以TEOS (四乙氧基硅烷)氣體為原料，用CVD法形成層間絕緣膜75，然后， 進行導入雜質的活性退火。接著，通過光刻工序，用光致抗蝕劑76 在電極部分形成接觸孔77。層間絕緣膜75,將之后形成的布線、下 層的柵電極和多晶半導體層絕緣，所以只要有絕緣性用哪一種膜都可 以。但是，必須減小寄生電容，因此最好是相對介電常數(shù)低、膜應力 小等的對厚膜化有良好的工藝 一致性的膜。此外，當兼顧顯示功能時， 膜的透明性變得重要了，因而最好是對可見光區(qū)域透射率高的材料。 在本實施例中，作為一例，舉出以TEOS氣體為原料的氧化石圭膜。然后，如圖5 (b)的(10)所示，將布線材料成膜，并通過光 刻工序形成布線78。進一步，如圖5 (b)的(11 )所示，用CVD法 形成絕緣保護膜79。如有需要，則在形成了絕緣保護膜79后，進行 用于改善TFT特性的追加退火。膜的材料，與圖5(b)的(9)中示 出的層間絕緣膜75 —樣，只要有絕緣性用哪一種膜都可以。接著，如圖5 (c)的(12)所示，通過光刻工序，用光致抗蝕 劑80在絕緣保護膜79、層間絕緣膜75、柵極絕緣膜55上形成接觸 孔81。根據(jù)要安裝的元件、要開接觸孔的層，有的要形成直達布線 的孔，有的要形成直達多晶硅電極的孔，但是通過截斷布線材料的選 擇性蝕刻可以一次形成這些接觸孔。當對加工精度等有要求:時，也可 以追加光刻工序，分別進行力口工。接著，如圖5 (c)的(13)所示，用CVD法形成非晶形硅膜82。 這時，為了減低多晶硅電極83和非晶形硅膜82的界面的能級，最好 追加多晶硅電極83的表面改性處理或清洗處理。其方法有氫氟酸清 洗等，但其方法沒有限制。另外，最好是非晶形硅膜82中的含氫量 約為10atm。/。以上的成膜條件。在非晶形硅膜82中存在著許多未結合 的鍵，成為在光照射下產生的電子一空穴對的復合中心。非晶形硅膜 82中的氫，將未結合的鍵封端，具有鈍化的效應。在成膜后的氫的 導入中，在非晶形硅膜82內不能導入足夠量的氫，導致傳感器的性 能降低。非晶形硅膜82是基本上不導入雜質的本征層，但當采用圖 4的(d)中示出的縱向結構的元件時，通過在成膜開始時和結束時 將雜質混入到原料氣體內，可以在上下電極附近的非晶形硅層13上 形成高濃度的雜質導入層43。由此，可以減低不照射光時的泄漏。然后，如圖5 (c)的(14)所示，通過光刻工序，用光致抗蝕 劑84將非晶形硅膜82加工成島狀的傳感器受光部(非晶形硅膜85), 然后，如圖5 (c)的(15)所示，形成絕緣保護膜86。該絕緣保護 膜86旨在防止水從外部侵入非晶形硅膜85。因此，作為材料，與透 濕性良好的氧化硅膜相比，最好是采用氮化硅等透濕性極差的材料。接著，如圖5 (d)的(16)所示，根據(jù)需要，在用涂敷絕緣膜 或絕緣性抗蝕材料等形成了平坦化絕緣膜87之后，通過光刻工序， 用光致抗蝕劑88,穿過平坦化絕緣膜87、絕緣保護膜79、 86—次形 成4妄觸孔89。接著，如圖5 (d)的(17)所示，在形成了 ITO等的透明電極 膜90后，如圖5 (d)的(18)所示，通過光刻工序，用光致抗蝕劑 91形成透明電極92。之后，也可以根據(jù)需要在其上部形成圖4中示 出的絕緣保護膜17，并在光刻工序中形成接觸孔。在圖6中，示出按照圖5的工藝制作的光傳感元件和多晶硅TFT 的剖視圖。此處，形成圖1的(a)中示出的PIN光電二極管型光傳 感元件601和圖4的(d)中示出的縱向結構的金屬一半導體一金屬 的光敏電阻型光傳感元件602。如果用圖5(d)的(17)中示出的ITO90形成圖4的(b) (c)中示出的第三電極42和圖4的(d)中示出的 第二電極12,則可以按照本實施例中示出的工序同時形成構成電路 的P型TFT603、 N型TFT604和圖4中示出的所有結構的傳感元件。本實施例中示出的工序，其特征在于，在雜質活化以及其他的高 溫熱處理工序結束后(在圖5 (b)的(11)中形成絕緣保護膜79并 進行熱處理結束后)，如圖5 (c)的(13)所示，形成非晶形硅層82。 在用CVD法成膜時導入的氫在32(TC附近開始解吸。如上所述，由 后處理回收是不可能的，因此，必須精心設計成膜順序使得在非晶形 硅層成膜后為低溫工序。圖7的(a)是使用了本發(fā)明的PIN光電二極管的區(qū)域傳感器的 1個像素部分的布局圖，圖7的(b)是圖7的(a)中的虛線A—B 的剖視圖，圖7的(c)是圖7的(a)的等效電路圖。首先，用圖7 的(c)說明傳感器的動作。將偏置線701的電位設定為低于傳感器 節(jié)點702的電位，將傳感器節(jié)點702的電壓復位。傳感器動作時，將 偏置線701的電位設定為與傳感器節(jié)點702的電位相比足夠高。這時， 由于整流作用，在光電二極管703中只流過極微小的電流。當對光電 二極管703照射光時，與不照射光時相比流過更多的電流，使傳感器 節(jié)點702的電位升高。當在某個時刻通過柵極線704對柵電極705 施加電位從而使TFT706動作時，向數(shù)據(jù)線707輸送與入射光照度成 比例的電荷，數(shù)據(jù)線707的電位升高。由設在區(qū)域傳感器的區(qū)域外的 傳感驅動器讀取該電位數(shù)據(jù)。電荷的保持，由附加于傳感器節(jié)點702 的寄生電容進行，但也可以根據(jù)需要附加輔助的保持電容。此外，關 于圖7的(a) (b)中示出的符號，因與此前說明過的符號相同，其 說明從略。圖8的(a)是本發(fā)明的另一種使用了 PIN光電二極管的區(qū)域傳 感器的1個像素部分的布局圖，圖8的(b)是圖8的(a)中的虛線 A — B的剖視圖，圖8的(c)是圖8的(a)的等效電路圖。首先， 用圖8的(c)說明傳感器的動作。將偏置線701的電位設^j為低于 傳感器節(jié)點702的電位，并將傳感器節(jié)點702的電壓復位。傳感器動作時，將偏置線701的電位設定為與傳感器節(jié)點702的電位相比足夠 高。這時，由于整流作用，在光電二極管703中只流過極微小的電流。 當對光電二極管703照射光時，與不照射光時相比流過更多的電流， 使傳感器節(jié)點702的電位升高。這時，預先將數(shù)據(jù)線707的電位設定 為低于柵極線704的電位(也可以相反)。當傳感器節(jié)點702的電位 大于數(shù)據(jù)線707的電位(在相反的情況下為柵極線704的電位)與 TFT706的閾值之和時，TFT706處于截止狀態(tài)，數(shù)據(jù)線707,成為與 柵極線704大致相同的電位。由設在區(qū)域傳感器的區(qū)域外的傳感驅動 器區(qū)域讀取這時的傳感器節(jié)點702的電位數(shù)據(jù)的變化。這種方式，如 果在傳感器動作時間內使TFT706導通，則無論照度如何都輸出信號。 因此，通過改變傳感器動作時間，可以檢測灰度等級。此外，圖8 的(b)中示出的布線層801，在與形成偏置線701和數(shù)據(jù)線707的 層相同的層上形成，通過接觸孔與TFT706的柵電極705及光電二極 管703的陽極連接。另外，關于圖8的(a) (b)中示出的其他符號， 因與此前說明過的符號相同，其說明從略。如圖9所示，當傳感器部分為光敏電阻901時，有在傳感驅動器 區(qū)域設置電流一電壓電路、或在傳感器和偏置線701之間設置遮光的 阻流二極管902或遮光的阻流TFT以防止在向數(shù)據(jù)線707的電荷輸 送中電荷逆流的方法。圖9是使用了遮光的阻流二極管時的等效電路 圖。[實施例2]在圖7和圖8中示出了區(qū)域傳感器的例子，但如果在各像素內與 傳感器同時配置像素電路，則可以構成具有光傳感器功能的圖像顯示 裝置。可以新追加對像素傳送信號的信號線、柵極線等，也可以通過 精心設計信號線的時序使得與傳感器的偏置線、數(shù)據(jù)線或柵極線共用。圖IO是內置了本發(fā)明的光傳感元件的圖像顯示裝置的示意圖。 圖10的(a)是圖像顯示裝置的后視圖，在玻璃基板IOI J二配置具 有驅動器LSI102的驅動器LSI用印制電路基板103，通過FPC104驅動在圖像顯示裝置的正面?zhèn)刃纬傻亩鄠€像素。圖10的(b)是圖像 顯示裝置的正面圖，在圖像顯示裝置的正面?zhèn)?，配置著由本發(fā)明的光 傳感元件構成的光傳感器105和在圖像顯示區(qū)域形成的多個像素 106。圖10的(c)是圖像顯示裝置的正面圖，在玻璃基板101上， 配置著驅動像素106的外圍驅動電路107、處理光傳感器105的輸出 的光傳感器輸出處理電路108、背光源和其他的控制電路109。在圖10中，來自光傳感器105的與外來光對應的傳感器信號由 光傳感器輸出處理電路108處理后，提供給驅動像素106的外圍驅動 電路107。在外圍驅動電路107中，根據(jù)傳感器信號控制圖像顯示裝 置的亮度、對比度等畫質。在圖10中，驅動器的一部分由LSI構成，通過FPC安裝在背面。 滿足所要求性能的可以由在玻璃基板上依次形成的TFT構成。按照 這種方式，可以削減LSI及其安裝成本，并能避免因安裝而引起的機 械的可靠性的降低。而且，在設計像素時也可以進行驅動器設計，因 而很容易實現(xiàn)定制化。按照本發(fā)明，傳感器及其驅動器都可以內置在 玻璃基板上，并且可以自由選擇傳感器的設置位置和處理電路位置以 使其小型化。
權利要求
1.一種形成在絕緣性基板上的光傳感元件，其特征在于在至少用第一半導體層制成的第一電極和第二電極之間具有用第二半導體層制成的受光層，上述第一半導體層和上述第二半導體層的相狀態(tài)不同，或者上述第一半導體層和上述第二半導體層的半導體材料不同。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 上述第一電極和上述第二電極由上述第一半導體層制作，在上述第一半導體層的上部具有用上述第二半導體層制成的受光層。
3. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 上述第一電極和上述第二電極中的多數(shù)載流子的種類不同或相同。
4. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 上述第一電極和上述第二電極連接在形成于將多個絕緣膜開口而構成的接觸孔內的受光層上。
5. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 上述第一電極和上述第二電極分別通過形成在將多個絕緣膜開口而構成的各接觸孔內的受光層而連接。
6. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 上述第一半導體層是多晶硅薄膜、多晶硅鍺薄膜中的任一種，上述第二半導體層是非晶硅薄膜、微晶硅薄膜、非晶硅鍺薄膜、微晶硅鍺薄膜中的任一種。
7. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 在不照射光、不施加電壓的條件下，上述第一半導體層中的多數(shù)載流子的濃度在1 x 1019個/(^3以上，上述第二半導體層中的多數(shù)載 流子的濃度在1 x 10"個/cm3以下。
8. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 上述第一電極和上述第二電極用上述第一半導體層制作，在上述第一半導體層的上部形成有用上述第二半導體層制成的受光層，在上 述受光層的上部隔著絕緣膜形成有第三電極。
9. 根據(jù)權利要求8所述的光傳感元件，其特征在于 上述第三電極對可見光區(qū)域的光的透射率為75%以上，其中上述可見光區(qū)i或為400nm~ 760nm。
10. 根據(jù)權利要求1所述的光傳感元件，其特征在于 上述第一電極用第一半導體層制作，在上述第一半導體層的上部形成有用上述第二半導體層制成的受光層，在上述第二半導體層的上 部用金屬層形成有上述第二電極。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的光傳感元件，其特征在于 在不照射光、不施加電壓的條件下，上述第二半導體層與上述金屬層的界面附近的上述第二半導體層中的多數(shù)載流子的濃度和上述 第一半導體層中的多數(shù)載流子的濃度在1 x 10"個/cmS以上，而且，上述第二半導體層與上述第一半導體層的界面附近的上述第二半導 體層內的多數(shù)載流子的濃度在1 x 1017個/(^13以下。
12. —種光傳感裝置，包括在絕緣性基板上形成的光傳感元件和 處理來自光傳感元件的輸出的光傳感器輸出處理電路，其特征在于上述光傳感元件在至少用第一半導體層制成的第一電極和第二 電極之間具有用第二半導體層制成的受光層，上述第一半導體層和上述第二半導體層的相狀態(tài)不同，或者上述 第 一半導體層和上述第二半導體層的半導體材料不同，上述光傳感器輸出處理電路由薄膜晶體管構成，上述薄膜晶體管 的溝道、源極和漏極由上述第一半導體層形成。
13. 根據(jù)權利要求12所述的光傳感裝置，其特征在于 上述光傳感元件的第一電極和第二電極用上述第一半導,層制作，在上述第一半導體層的上部具有用上述第二半導體層制成"受光 層。
14. 根據(jù)權利要求12所述的光傳感裝置，其特征在于上述光傳感元件的第一電極和第二電極用上述第一半導體層制 作，在上述第一半導體層的上部形成有用上述第二半導體層制成的受 光層，在上述受光層的上部隔著絕緣膜形成有第三電極。
15. 根據(jù)權利要求12所述的光傳感裝置，其特征在于 上述光傳感元件的第一電極用上述第一半導體層制作，在上述第一半導體層的上部形成有用上述第二半導體層制成的受光層，在上述 第二半導體層的上部用金屬層形成有上述第二電極。
16. 根據(jù)權利要求12所述的光傳感裝置，其特征在于 上述第一半導體層是多晶硅薄膜、多晶硅鍺薄膜中的任一種，上述第二半導體層是非晶硅薄膜、微晶硅薄膜、非晶硅鍺薄膜、微晶硅 鍺薄膜中的任一種。
17. —種圖像顯示裝置，包括在絕緣性基板上形成的光傳感器、 處理來自光傳感器的傳感器信號的光傳感器輸出處理電路、以及根據(jù) 傳感器信號來驅動多個像素的外圍電路，其特征在于；上述光傳感器在至少用第一半導體層制成的第一電極和第二電 極之間具有用第二半導體層制成的受光層，上述第一半導體層和上述第二半導體層的相狀態(tài)不同，或者上述 第一半導體層和上述第二半導體層的半導體材料不同，上述光傳感器輸出處理電路由薄膜晶體管構成，上述薄膜晶體管 的溝道、源4^和漏;歐由上述第一半導體層形成。
18. 根據(jù)權利要求17所述的圖像顯示裝置，其特征在于 上述光傳感器的第一電極和第二電極用上述第一半導體層制作，在上述第一半導體層的上部具有用上述第二半導體層制成的受光層。
19. 根據(jù)權利要求17所述的圖像顯示裝置，其特征在于:上述光傳感器的第 一 電極和第二電極用上述第 一 半導體辱.制作， 在上述第一半導體層的上部形成有用上述第二半導體層制成的受光 層，在上述受光層的上部隔著絕緣膜形成有第三電極。
20. 根據(jù)權利要求17所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述光傳感器的第一電極用上述第一半導體層制作，在上述第一 半導體層的上部形成有用上述第二半導體層制成的受光層，在上述第 二半導體層的上部用金屬層形成有上述第二電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用平面工藝在絕緣膜基板上同時形成高靈敏度、低噪聲的光傳感元件和多晶硅TFT的內置光傳感器的圖像顯示裝置。在用多晶硅膜形成了光傳感元件的第一電極(11)和第二電極(12)之后，在其上層用非晶形硅膜形成光傳感元件的受光層(13)。這時，同時形成多晶硅TFT。
文檔編號H01L27/146GK101221994SQ200710159739
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權日2007年1月9日
發(fā)明者宮澤敏夫, 田井光春 申請人:株式會社日立顯示器