專利名稱：光接收電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠通過簡化用于讀出由光電二極管產(chǎn)生的電荷的電路構造來減少元件數(shù)量、提高其光接收精確度以及增加接收光量的動態(tài)范圍的光接收電路。
本申請要求2005年11月14日提出的日本專利申請No.2005-329477的優(yōu)先權，其內容在此參考引進。
背景技術：
隨著近來半導體制造技術的發(fā)展，形成成像設備的半導體器件正在使用中，其中成像設備由諸如CMOS(互補金屬氧化物半導體)傳感器的多個像素構成。圖5是示出了在傳統(tǒng)CMOS傳感器中對應于單位像素的光接收電路的例子的圖。該光接收電路包括光電二極管100；第一積累電容器101、傳輸Tr(晶體管)102、第二積累電容器103、復位Tr 104、放大Tr 105、讀出Tr 106、傳輸信號線107、復位信號線108、讀出信號線109、以及垂直信號線110[見，例如，專利參考文件1(日本專利申請No.2000-092396)]。
如圖5所示，在傳統(tǒng)的光接收電路中，第一積累電容器101作為光電二極管100的寄生電容器并且通過傳輸Tr 102連接到第二積累電容器103。第二積累電容器103通過復位Tr 104連接到用于復位電位ERS的端，并且還連接到放大Tr 105的柵極。被放大Tr 105放大的第二積累電容器103中的電位變化被讀出到垂直信號線110，其中垂直信號線110通過讀出Tr 106公共地連接到行方向上的像素。
在圖5示出的光接收電路中，根據(jù)輸入光在光電二極管100中產(chǎn)生的電荷在第一積累電容器101中積累，然后，當通過經(jīng)由傳輸信號線107饋送的傳輸脈沖φTX導通傳輸Tr 102時，所述電荷被傳輸?shù)降诙e累電容器103中，并且在此積累。由第二積累電容器103中積累的電荷產(chǎn)生的電位變化被采用復位電位ERS為參考電位的放大Tr 105放大，并且當通過從讀出信號線109饋送的讀出脈沖φRD導通讀出Tr106時，通過垂直信號線110讀出該電荷。當通過經(jīng)由復位信號線108饋送的復位脈沖φRS導通復位Tr 104時，第二積累電容器103的電位被復位到復位電位ERS。
此外，在專利參考文件2(日本專利申請未決公開No.2004-045879)中公開了一種顯示設備。公開的顯示設備包括像素陣列部件，其中以排列的方式(in ranged manner)形成有多條信號線與掃描線；信號線驅動電路，用于驅動信號線；掃描線驅動電路，用于驅動掃描線；捕獲圖像的探測電路；輸出圖像的輸出電路；以及傳感器控制電路，用于控制傳感器捕獲圖像。在這種顯示設備中，通過為每個像素安裝多個傳感器以捕獲圖像，使得有可能以高分辨率捕獲圖像，并且通過積累由多個傳感器捕獲的圖像數(shù)據(jù)，以及通過在緩沖器中存儲由多個傳感器捕獲的圖像數(shù)據(jù)，使得有可能精確地探測到由多個光電二極管接收的光量，并且進一步通過按順序排列陣列基板、面對基板、以及背光，使得能夠通過使用多個光電二極管高精度地探測到從紙面反射的光的強度。
而且，在專利參考文件3(日本專利申請未決公開No.Hei4-179270)公開了一種二維圖像傳感器，其包括光傳感器陣列和從光傳感器陣列順序地讀出信號的多行水平開關晶體管，其中在光傳感器陣列中，由光電晶體管、積累電容器、以及像素開關晶體管構成的每個像素以二維形式排列。如此構造該二維圖像傳感器通過為每個像素開關晶體管以及水平開關晶體管安裝光屏蔽膜使得這些晶體管的每一個是獨立的，來使這些晶體管的每一個都處在電氣浮置狀態(tài)。
此外，在專利申請4(日本專利申請未決公開No.Hei 6-132510)中公開了一種薄膜光學傳感器，其包括像素，每個像素由具有多個柵電極的用作光學傳感器的薄膜晶體管構成；用于開關的薄膜晶體管；以及連接到用于光學傳感器的薄膜晶體管與用于開關的薄膜晶體管的積累電容器。如此構造該薄膜光學傳感器通過將在用于光學傳感器的薄膜晶體管的漏電極側上的柵電極連接到積累電容的電極上，使得所述電極保持在同一電位。
在如圖5所示的這種傳統(tǒng)的光接收電路中，需要許多電路元件與布線，包括復位Tr 104、放大Tr 105、復位信號線108、以及用于復位電位(未示出)的布線，因此引起制造產(chǎn)量的降低。同時，如圖5所示的傳統(tǒng)的光接收電路具有另外的問題，由于接收光量作為電壓信號被捕獲，捕獲電壓受到溫度變化的影響，結果，導致窄的動態(tài)范圍。此外，傳統(tǒng)的CMOS傳感器還有另外的問題。也就是，通過LSI(大規(guī)模集成)工藝，傳統(tǒng)的CMOS傳感器形成在硅晶片上，然而，如果傳感器形成在玻璃襯底上，傳感器的能力受到TFT(薄膜晶體管)的諸如閾值等特性變化的影響。因此，具有LSI電路構造的傳統(tǒng)的CMOS不能用作形成在玻璃襯底上的光接收電路。

發(fā)明內容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種光接收電路，其能夠提高光接收精確度并且增加接收光量的動態(tài)范圍，這是通過以下得到的在積累電容器中積累光電二極管產(chǎn)生的電荷；讀出積累電荷作為電流；簡化電路構造以減少元件數(shù)量，以及在不使用閾值變化大的放大TFT的情況下讀出電荷而不是電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光接收電路，包括由形成在絕緣襯底上的薄膜構成的光電二極管；傳輸由光電二極管根據(jù)輸入光產(chǎn)生的電荷的傳輸TFT；積累傳輸電荷的電荷積累電容器；以及將在電荷積累電容器中積累的電荷傳輸?shù)诫姾勺x出信號線的讀出TFT。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種光接收電路，包括由形成在絕緣襯底上的薄膜構成的光電二極管；傳輸由光電二極管根據(jù)輸入光產(chǎn)生的電荷的傳輸TFT(薄膜晶體管)；積累傳輸電荷的電荷積累電容器；以及將在電荷積累電容器中積累的電荷傳輸?shù)诫姾勺x出信號線的讀出TFT，其中用于成像設備的驅動電路連接到電荷讀出信號線的輸出側，通過導通讀出TFT，在電荷積累電容器中積累的電荷通過電荷讀出信號線釋放到驅動電路側，當驅動電路操作完成時，電荷讀出信號線的電位被復位到GND(地)電位，并且截止讀出TFT的操作被周期性地重復。
在前述的第一與第二方面中，優(yōu)選的模式是這樣的，其中包括無定型硅、多晶硅、或者部分具有單晶的部分單晶多晶硅的光電二極管、傳輸TFT、以及讀出TFT形成在絕緣襯底上。
而且，優(yōu)選的模式是這樣的，其中傳輸TFT與讀出TFT被屏蔽光。
而且，優(yōu)選的模式是這樣的，其中絕緣襯底是玻璃襯底。
而且，優(yōu)選的模式是這樣的，其中在光電二極管的陽極側提供地電位。
而且，優(yōu)選的模式是這樣的，其中在光電二極管的陰極側提供地電位。
而且，優(yōu)選的模式是這樣的，其中傳輸TFT與讀出TFT的每一個是N型晶體管。
而且，優(yōu)選的模式是這樣的，其中傳輸TFT與讀出TFT的每一個是P型晶體管。
此外，優(yōu)選的模式是這樣的，其中N型晶體管與P型晶體管以混和的方式用作傳輸TFT與讀出TFT的每一個。
使用以上的構造，由于簡化了電路構造，使得能夠減少電路元件與布線的數(shù)量，并且提高制造產(chǎn)量。此外，不使用當形成在玻璃襯底等上時發(fā)生閾值大變化的放大TFT，并且光電二極管的電荷積累在電荷積累電容器中，并且積累在電荷積累電容器中的電荷被直接讀出到電荷讀出信號線，因此，能夠避免輸出信號對溫度的大的依賴性，并且由此能夠增加接收光量的動態(tài)范圍。
此外，使用以上構造，當讀出在電荷積累電容器中積累的電荷后，截止電荷讀出TFT的周期性操作重復進行，因此，就操作而言提供了一步余地(one-step leeway)，即使在高速操作下，也能夠穩(wěn)定操作。


本發(fā)明的上述和其他目的、優(yōu)點和特征通過結合附圖的如下描述將變得更清楚，其中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光接收電路的構造的圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的復位電路的構造的圖；圖3是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的光接收電路的操作的時序圖；圖4是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的光接收電路的制作方法的圖；以及圖5是示出了傳統(tǒng)CMOS傳感器的光接收電路的例子的圖。
具體實施例方式
以下參考附圖使用多種實施例更詳細地描述執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。
本發(fā)明的光接收電路包括由薄膜構成并且形成在絕緣襯底上的光電二極管；傳輸由光電二極管根據(jù)輸入光產(chǎn)生的電荷的傳輸TFT；積累傳輸電荷的電荷積累電容器；將在電荷積累電容器中積累的電荷傳輸?shù)诫姾勺x出信號線的讀出TFT。
第一實施例圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光接收電路的構造的圖。圖2是示出了本實施例的復位電路的構造的圖。圖3是用于解釋根據(jù)本實施例的光接收電路的操作的時序圖。圖4是解釋根據(jù)本實施例的光接收電路的制作方法的圖。
根據(jù)本發(fā)明的光接收電路，如圖1所示，主要包括光電二極管1；傳輸TFT2；電荷積累電容器3；讀出TFT4；傳輸信號線5；讀出信號線6；以及垂直信號線7。光電二極管1由薄膜構成并且通過傳輸TFT2連接到電荷積累電容器3。電荷積累電容器3通過讀出TFT4連接到垂直信號線7。傳輸TFT2的柵極連接到傳輸信號線5。讀出TFT4的柵極連接到讀出信號線6。光電二極管1、傳輸TFT2以及讀出TFT4由形成在絕緣襯底如玻璃襯底、塑料襯底等上的無定型硅、多晶硅或者部分是單晶的多晶硅構成。傳輸TFT2與讀出TFT4被屏蔽光。
圖2示出了用于將光接收電路的輸出側上的電位復位到GND(地)電位的復位電路的構造的例子，該復位電路還包括CMOS通路Tr 11與反相電路12。當復位信號是高(H)電平時，CMOS通路Tr 11將垂直信號線7的電荷釋放到GND線，使垂直信號線7的電位復位到GND電位，而當復位信號是低(L)電平時，CMOS通路Tr 11使垂直信號線7與GND線斷開，從而在驅動電路側探測到垂直信號線7的電荷。
圖3是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的光接收電路的操作的時序圖。該時序圖示出了通過在傳輸周期期間給傳輸信號線5施加傳輸信號，光電二極管1的電荷通過傳輸TFT2積累在電荷積累電容器3中，并且通過在接下來的讀出周期與復位周期期間給讀出信號線6施加讀出信號，在電荷積累電容器3中積累的電荷通過讀出TFT4被垂直信號線7讀出，并且還通過在復位周期期間施加復位信號，電荷積累電容器3通過讀出TFT4和然后的垂直信號線7被復位電路連接到GND線，因此垂直信號線7的電位被復位到GND電位，并且此后重復該周期性復位操作。
以下參考圖1到3描述本實施例的光接收電路的操作。在傳輸周期期間，當足夠導通傳輸TFT2的脈沖電壓φTX作為傳輸信號從傳輸信號線5施加到傳輸TFT2的柵極時，光電二極管1根據(jù)輸入光產(chǎn)生的電荷通過傳輸TFT2在電荷積累電容器3中積累。在以前操作循環(huán)中讀出電荷終止時，電荷積累電容器3的電位已經(jīng)通過CMOS通路Tr11被復位到GND電位。傳輸TFT2用作確定光接收電路的暴露時間的光閘(shutter)，因此，本實施例不需要用于光接收電路的機械光閘。
當在下一步驟中，當足夠導通讀出TFT4的脈沖電壓φRD作為讀出信號從讀出信號線6施加到讀出TFT4的柵極時，在電荷積累電容器3中積累的電荷通過垂直信號線7在驅動電路側(未示出)上被讀出。垂直信號線7通常保持在GND電位，并且只在讀出時從電荷積累電容器3施加負電位，在電荷積累電容器3中積累的電荷被讀出到由恒定電流集成電路構成的驅動電路(未示出)中，直到在復位周期期間垂直信號線7的電位變成GND電位。當驅動電路的操作完成并且當垂直信號線7的電位被復位到GND電位時，通過停止讀出信號的供給來截止讀出TFT4，電荷積累電容器3的復位全部完成。
參考圖4來描述用于制作根據(jù)本實施例的光接收電路的方法。利用濺射方法在玻璃襯底20上形成約20nm厚的鉻(Cr)膜，其構成柵電極21與光屏蔽膜22，利用常規(guī)的光致抗蝕劑工藝與刻蝕工藝執(zhí)行在該膜上的構圖。接下來，利用濺射方法或者等離子CVD(化學氣相淀積)方法形成具有約40nm厚的由硅石(SiO2)或者氮化硅(SiNx)等構成的絕緣膜23，然后利用濺射形成約10nm厚的Cr構成的膜，并且通過光致抗蝕劑工藝與刻蝕工藝在該膜上執(zhí)行構圖，從而形成光電二極管1的下電極24。
然后，使用含乙硼烷(diborane)的氣體在光電二極管1的下電極24的表面上執(zhí)行等離子工藝之后，利用CVD方法形成厚度約為200nm的非摻雜無定型硅(a-Si)的膜與厚度約為50nm的摻雜磷的N+-a-Si的膜，然后利用光致抗蝕劑工藝和干法刻蝕工藝在所述膜上執(zhí)行構圖，以形成島狀的半導體層25，其中干法刻蝕工藝使用RIE方法(反應離子刻蝕)。
此外，利用濺射形成1400nm的Cr膜，然后利用光致抗蝕劑工藝與刻蝕工藝在所述膜上執(zhí)行構圖，從而形成SD(源/漏)電極26。然后，利用CVD方法形成約20nm厚的氮化硅(SiNx)膜作為保護膜(鈍化膜)27。形成接觸孔之后，利用濺射形成約50nm厚的由ITO(氧化銦錫)構成的透明導電膜，然后利用光致抗蝕劑工藝與濕法刻蝕執(zhí)行構圖，以形成像素電極(未示出)與光電二極管的上電極28，其中濕法刻蝕使用王水。
接下來，通過與圖5所示的傳統(tǒng)光接收電路進行比較來描述根據(jù)本實施例的光接收電路的優(yōu)點。在本實施例中，當TFT形成在玻璃襯底上時，由于TFT的諸如其閾值等特性變化大，因此不使用圖5所示的傳統(tǒng)光接收電路中采用的放大TFT，在電荷積累電容器中積累的電荷被直接讀出。這使得能夠簡化電路構造。能夠避免由使用放大TFT帶來的光電動勢對溫度的依賴性的增加，結果，提高了光接收電路的精確度。由于不使用放大TFT，使得能夠增加光電二極管中的接收光量的動態(tài)范圍。
此外，不需要使用傳統(tǒng)光接收電路中的復位TFT、復位信號線、復位電位線，并且省略了放大TFT的使用，結果，電路元件與布線的數(shù)量減小，因此提高了制造產(chǎn)量。
此外，盡管在本實施例中，由無定型硅、多晶硅等構成的TFT的操作速率低，但是當讀出TFT周期性地截止時，二極管的電荷量能夠通過電荷積累電容器讀出，因此，就操作而言提供了一步余地，即使在高速操作下也允許穩(wěn)定的操作。
顯然，本發(fā)明不僅限于以上實施例，能夠在不背離本發(fā)明的范圍與精神的情況下進行修改與變化。例如，在以上實施例中，在光電二極管1的陽極側提供地電位，然而，也可以在光電二極管1的陰極側提供地電位。而且，N型TFT或者P型TFT的任一種可以用作TFT，N型TFT與P型TFT也可以以混和的方式使用。光接收電路不僅可以形成在玻璃襯底上，還可以形成在塑料襯底上。本發(fā)明的光接收電路能夠適宜地用作二維圖像傳感器、X射線成像設備等的光接收電路。
權利要求
1.一種光接收電路，包括由形成在絕緣襯底上的薄膜構成的光電二極管；傳輸由所述光電二極管根據(jù)輸入光產(chǎn)生的電荷的傳輸TFT(薄膜晶體管)；積累傳輸電荷的電荷積累電容器；以及將在所述電荷積累電容器中積累的電荷傳輸?shù)诫姾勺x出信號線的讀出TFT。
2.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中所述光電二極管、所述傳輸TFT、以及所述讀出TFT包含形成在所述絕緣襯底上的無定型硅、多晶硅、或者部分具有單晶的部分單晶多晶硅。
3.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中所述傳輸TFT與所述讀出TFT被屏蔽光。
4.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中所述絕緣襯底是玻璃襯底。
5.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中所述絕緣襯底是塑料襯底。
6.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中在所述光電二極管的陽極側提供地電位。
7.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中在所述光電二極管的陰極側提供地電位。
8.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中所述傳輸TFT與所述讀出TFT的每一個是N型晶體管。
9.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中所述傳輸TFT與所述讀出TFT的每一個是P型晶體管。
10.根據(jù)權利要求1所述的光接收電路，其中N型晶體管與P型晶體管以混和的方式用作傳輸TFT與讀出TFT的每一個。
11.一種光接收電路，包括由形成在絕緣襯底上的薄膜構成的光電二極管；傳輸由所述光電二極管根據(jù)輸入光產(chǎn)生的電荷的傳輸TFT(薄膜晶體管)；積累傳輸電荷的電荷積累電容器；以及將在所述電荷積累電容器中積累的電荷傳輸?shù)诫姾勺x出信號線的讀出TFT，其中用于成像設備的驅動電路連接到所述電荷讀出信號線的輸出側，并且通過導通所述讀出TFT，在所述電荷積累電容器中積累的電荷通過所述電荷讀出信號線釋放到驅動電路側，當所述驅動電路的操作完成時，所述電荷讀出信號線的電位被復位到GND(地)電位并且截止所述讀出TFT的操作被周期性地重復。
12.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中所述光電二極管、所述傳輸TFT、以及所述讀出TFT包含形成在所述絕緣襯底上的無定型硅、多晶硅、或者部分具有單晶的部分單晶多晶硅。
13.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中所述傳輸TFT與所述讀出TFT被屏蔽光。
14.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中所述絕緣襯底是玻璃襯底。
15.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中所述絕緣襯底是塑料襯底。
16.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中在所述光電二極管的陽極側提供地電位。
17.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中在所述光電二極管的陰極側提供地電位。
18.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中所述傳輸TFT與所述讀出TFT的每一個是N型晶體管。
19.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中所述傳輸TFT與所述讀出TFT的每一個是P型晶體管。
20.根據(jù)權利要求11所述的光接收電路，其中N型晶體管與P型晶體管以混和的方式用作傳輸TFT與讀出TFT的每一個。
全文摘要
提供一種能夠減少元件數(shù)量、提高光接收精確度以及增加接收光量的動態(tài)范圍的光接收電路。該光接收電路包括由形成在絕緣襯底上的薄膜構成的光電二極管；傳輸由光電二極管根據(jù)輸入光產(chǎn)生的電荷的傳輸TFT(薄膜晶體管)；積累傳輸電荷的電荷積累電容器；以及將在電荷積累電容器中積累的電荷傳輸?shù)诫姾勺x出信號線的讀出TFT。
文檔編號H01L27/146GK1971920SQ20061014643
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月14日 優(yōu)先權日2005年11月14日
發(fā)明者高橋美朝 申請人:Nec液晶技術株式會社