專利名稱：光傳感器元件和使用它的光傳感器裝置、圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在絕緣膜襯底上形成的薄膜光傳感器元件和使用了該元件的光傳感器裝置，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、或在顯示板中內(nèi)置有采用了光 傳感器的觸摸屏功能、調(diào)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(dǎo)體薄膜晶體管、低溫工藝光傳導(dǎo)元件或低溫工藝光電二極 管元件。
背景技術(shù)：
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要求解決的課題。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(dāng)務(wù)之急。在這些裝置中，為讀取信息而需要占有一 定面積的傳感器陣列即所謂的區(qū)域傳感器用來檢測外來光，而且要求 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l 中提出了一種利用半導(dǎo)體形成工藝(平面工藝)在以玻璃襯底為代表 的價格低廉的絕緣性襯底上形成區(qū)域傳感器的方法。在除區(qū)域傳感器以外的產(chǎn)品領(lǐng)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(shè)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(diào)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，在中小型顯 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(qū)動器所導(dǎo)致的成本增加較大。因此，考慮到在利用半導(dǎo)體形成工藝 (平面工藝)在玻璃襯底上形成像素電路時，同時形成光傳感器和傳 感驅(qū)動器并抑制成本增加的技術(shù)將成為有效的技術(shù)。在以上舉出的產(chǎn)品群中產(chǎn)生的課題是必須在價格低廉的絕緣性襯底上形成光傳感器元件和傳感驅(qū)動器。傳感驅(qū)動器通常由LSI構(gòu)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(guān)元 件。為了在價格低廉的絕緣性襯底上形成高性能的開關(guān)元件，以下的 技術(shù)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(qū)動電路元件，開發(fā)了溝道由多晶硅構(gòu)成的薄膜晶體管 (以下稱"多晶硅TFT")。多晶硅TFT,與其他驅(qū)動電路元件相比， 在驅(qū)動能力大這 一 點上是有利的，而且可以將外圍驅(qū)動電路與像素安 裝在同一玻璃襯底上。因此，期望著可以實現(xiàn)因電路規(guī)格尺寸的定制 化(customize)、像素設(shè)計、形成工序的同時進行而降低成本、因消 除了驅(qū)動器LSI和像素的連接部的機械弱點而提高可靠性。多晶硅TFT根據(jù)成本方面的要求而形成在玻璃襯底上。在玻璃襯 底上形成TFT的工藝，由玻璃的耐熱溫度限定工藝溫度。作為形成高 質(zhì)量的多晶半導(dǎo)體薄膜而不會對玻璃襯底造成熱傷損的方法，有利用 受激準(zhǔn)分子激光器(Excimer Laser)使前驅(qū)硅層熔融并再結(jié)晶的方法 (ELA法Excimer Laser Anneal:受激準(zhǔn)分子激光器退火)。由本形 成法得到的多晶硅TFT與在現(xiàn)有的液晶顯示器中使用的TFT(溝道由 非晶硅構(gòu)成的)相比，驅(qū)動能力改善到100倍以上，因此可以將驅(qū)動 器等一部分電路安裝在玻璃襯底上。對光傳感器元件要求的特性，為高輸出特性、暗時的低漏電流特 性。所謂高輸出特性是對于某種強度的光可獲得盡量大的輸出，需要 光一電流變換效率高的材料、元件結(jié)構(gòu)。所謂暗時的低漏電流特性， 意味著沒有入射光時的輸出盡可能小(暗電流小)的特性。圖1是現(xiàn)有的光傳感器元件的剖視圖。圖1的(a)是將非晶硅 膜作為受光層的縱向結(jié)構(gòu)型的PIN型二極管元件。圖1的(a)中示出的光傳感器元件，由夾在第一金屬電極層和 第二金屬電極層中間的本征非晶硅膜的受光層和在該受光層與各電 極層之間形成的雜質(zhì)導(dǎo)入層(N型和P型)構(gòu)成。該光傳感器元件形 成在絕緣性襯底上。圖1的(b)示出圖1的(a)所示的光傳感器元 件的垂直方向的剖面和傳感器動作時的沿剖面方向的能帶圖。當(dāng)將第 一電極的電位設(shè)定得高于第二電極的電位時，在本征層由入射光誘發(fā) 的電子空穴對中的電子被向第二電極輸送，空穴被向第一電極輸送。 結(jié)果在傳感器元件內(nèi)從第二電極向第一電極產(chǎn)生電流。從第一電極向 本征層的電子侵入和從第 一 電極向本征層的空穴侵入被其間的勢壘 阻止，因此產(chǎn)生電流量為與入射光的強度成比例的值。通過輸出產(chǎn)生 電流而成為光^r測傳感器。非晶硅在全波長區(qū)域的吸收系數(shù)大，光電變換比例大。但是，并 不能由勢壘完全阻止來自電極的電荷侵入。另外，還存在入射光以外 的產(chǎn)生電流，因此在圖l的(a)的結(jié)構(gòu)中，暗時的漏電流比較大。圖2的(a)是在下述專利文獻1所公開的產(chǎn)生電荷積蓄型的光 傳感器元件，是將非晶硅膜作為受光層并在受光層和一個電極之間隔 著絕緣膜的結(jié)構(gòu)的傳感器元件。圖2的(b) 圖2的(e)示出圖2的(a)所示的光傳感器元 件的垂直方向的剖面、傳感器動作時沿剖面方向的能帶圖、以及傳感 器動作的時序圖。在復(fù)位/讀出模式中，相對于第二金屬電極，將第一金屬電極的電 位保持為高狀態(tài)，向第二金屬電極側(cè)排出非晶硅膜中的空穴。當(dāng)進入 傳感器動作模式時，相對于第二金屬電極，將第一金屬電極的電位保 持為低的狀態(tài)，排出殘留的電子和在非晶硅膜中由入射光誘發(fā)的電 子，同時使在非晶硅膜中由入射光誘發(fā)的空穴向第 一金屬電極側(cè)積 蓄。在接著的復(fù)位、讀出模式中，將被積蓄的空穴作為電荷讀出。電 荷的總量與一次傳感器動作模式時的入射光量成比例。在產(chǎn)生電荷積蓄型光傳感器元件中，需要如上述那樣使電壓時序 性變化，傳感器動作方法變得復(fù)雜，但由于隔著絕緣膜，因此暗時的漏電流較少。另外，能夠自由設(shè)定傳感器動作的時序，因此在制作了 元件之后，可利用外部輸入來進行傳感器輸出的最優(yōu)化調(diào)整。另外，也可根據(jù)設(shè)定進行灰度讀出。因此，與圖1所示的傳感器相比，SN 比高，動作自由度也大。當(dāng)在構(gòu)成電路等的開關(guān)元件中使用了非晶硅膜時，開關(guān)元件的性 能不足，因此不能構(gòu)成驅(qū)動電路。例如，當(dāng)用非晶硅構(gòu)成TFT時，其 場效應(yīng)遷移率為lcmVVs以下。因此，傳感器區(qū)域使圖2所示結(jié)構(gòu)的 元件陣列化，開關(guān)功能結(jié)構(gòu)成為另行安裝驅(qū)動LSI并以FPC等進行連 接的結(jié)構(gòu)。此時，成本變高，驅(qū)動LSI和面板間的連接點數(shù)量較多， 因此不能得到足夠的機械強度。在專利文獻2-5中記載了用多晶硅構(gòu)成開關(guān)元件的有源層和傳感 器元件的受光層，在價格低廉的絕緣性襯底上形成了光傳感器元件和 傳感驅(qū)動器的技術(shù)。使用該方法可實現(xiàn)因電路規(guī)格尺寸的定制化、像 素和傳感器的設(shè)計、形成工序的同時進行而降低成本、減少驅(qū)動LSI 和面板間的連接點數(shù)量。但此時不能得到足夠的傳感器輸出。這是由 于為了確保開關(guān)特性而不能增厚多晶硅層的膜厚，并且多晶硅膜與非 晶硅膜相比吸收系數(shù)較小，因此大部分光未被膜吸收而發(fā)生透射。生物識別裝置具有傳感器呈矩陣狀排列的傳感器陣列部。傳感器 陣列部具有取得生物信息作為圖像信號的功能， 一般由CMOS傳感器或CCD攝像機構(gòu)成。CMOS傳感器、CCD攝像機相對于讀取區(qū)域 較小，因此在受光面一側(cè)添加有小型光學(xué)系統(tǒng)，成為厚度較大的結(jié)構(gòu)。 近年來，研究了作為個人計算機等的登錄、ATM、出入房間管理的安 全解決方案的應(yīng)用，期待著裝置的超薄化和低成本化。在絕緣性襯底上構(gòu)成的傳感器元件，從能以低成本擴大傳感器陣 列的面積、不需要小型光學(xué)系統(tǒng)方面考慮，存在提供符合上述目的的 裝置的可能性。在專利文獻2-5記載的傳感器元件中，從受光部的吸 收特性考慮，無法檢測生物識別裝置等中所使用的近紅外光。因此， 難以構(gòu)成生物識別裝置。在現(xiàn)有的圖2的(a)所示的傳感器元件中， 暗時的漏電流較小，可檢測近紅外光，但由于信號強度微小，因此需要放大電路。當(dāng)在傳感器陣列部之外安裝了由LSI構(gòu)成的放大電路時， 因其安裝面積和LSI成本會成為大型且價格高昂的識別裝置。專利文獻6的結(jié)構(gòu)是在由多晶硅膜構(gòu)成開關(guān)元件并形成了驅(qū)動器 等電路之后，構(gòu)成在受光層具有在其上層成膜的非晶硅膜的傳感器元 件。專利文獻6所記載的傳感器元件可在價格低廉的絕緣性襯底上形 成光傳感器元件、傳感驅(qū)動器，與以往的產(chǎn)品相比，可提供超薄、低 成本的生物識別裝置、內(nèi)置了傳感驅(qū)動器的低成本且高靈敏度的區(qū)域 傳感器、或內(nèi)置了該光傳感器的圖像顯示裝置。但是，該結(jié)構(gòu)會在電 路形成工序中增加傳感器元件形成工序。當(dāng)形成這種多層結(jié)構(gòu)時，難 以確保元件的平坦度，因光學(xué)特性的變化而難以確保傳感器特性。另 外，有可能因制造工序數(shù)量較多而降低成品率。非專利文獻1:非晶形硅的工藝和應(yīng)用第204頁~221頁 (Technology and Applications of Amorphous Silicon pp204誦221 )非專利文獻2: SHARP技術(shù)第92號(2005年)35頁~ 39頁 (SHARP Technical Journal vol.92 ( 2005 ) pp35畫39 )專利文獻1 專利文獻2 專利文獻3 專利文獻4 專利文獻5 專利文獻6曰本特開平8 - 116044號公報 曰本特開2004 - 159273號公報 曰本特開2004 - 325961號公才艮 曰本特開2004 - 318819號公報 日本特開2006 - 3857號公報 日本特開2005 — 228895號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的課題為提供一種在同 一絕緣膜襯底上使用平面工藝形 成光電變換效率高的光傳感器元件和傳感器驅(qū)動電路(根據(jù)需要可有 像素電路、其他電路)并內(nèi)置了傳感器驅(qū)動電路的低成本且高靈敏度 的區(qū)域傳感器，或內(nèi)置了該光傳感器元件的圖像顯示裝置。作為用于解決上迷課題的手段，本發(fā)明提供一種形成在絕緣性襯底上的光傳感器元件，形成有第一電極、第二電極、由半導(dǎo)體層形成的受光層、以及絕緣層，其中，上述受光層和絕緣層形成在上述第一 電極與上述第二電極之間，該第 一 電極由多晶硅膜形成。另外，本發(fā)明提供一種光傳感器裝置，包括薄膜晶體管元件、二 極管元件、電阻元件中的至少1種元件和在絕緣性襯底上形成的光傳 感器元件，其中，上述光傳感器元件形成有第一電極、第二電極、由 半導(dǎo)體層形成的受光層、以及絕緣層，其中，上述受光層和絕緣層形 成在上述第一電極與上述第二電極之間，該第一電極由多晶硅膜形 成，上述薄膜晶體管元件用與形成上述光傳感器元件的上述第一電極 的多晶硅膜相同的膜形成了有源層，由該薄膜晶體管元件、該二極管 元件、該電阻元件的至少l種元件構(gòu)成的放大電路、傳感器驅(qū)動電路 與該光傳感器元件一起被制作在同一絕緣性襯底上。進一步，本發(fā)明提供一種圖像顯示裝置，包括薄膜晶體管元件、 二極管元件、電阻元件中的至少1種元件和在絕緣性襯底上形成的光 傳感器元件，其中，上述光傳感器元件形成有第一電極、第二電極、 由半導(dǎo)體層形成的受光層、以及絕緣層，其中，上述受光層和絕緣層 形成在上述第一電極與上述第二電極之間，該第 一 電極由多晶硅膜形 成，上述薄膜晶體管元件用與形成上述光傳感器元件的上述第一電極 的多晶硅膜相同的膜形成了有源層，由該薄膜晶體管元件、該二極管 元件、該電阻元件的至少l種元件構(gòu)成的放大電路、傳感器驅(qū)動電路 與該光傳感器元件一起被制作在同一絕緣性襯底上，并且，由上述薄 膜晶體管元件、上述二極管元件、上述電阻元件的至少l種元件構(gòu)成 的像素開關(guān)、放大電路、像素驅(qū)動電路被制作在與上述絕緣性襯底相 同的襯底上。在本發(fā)明中，在制作構(gòu)成放大電路、傳感驅(qū)動器的開關(guān)元件的同 時，制作高性能的產(chǎn)生電荷積蓄型光傳感器元件。作為其元件結(jié)構(gòu)，其特征在于傳感器元件的一個電極為與構(gòu)成開關(guān)元件的有源層的多 晶硅膜相同的膜，并且進行光電變換的受光部為非晶硅，在傳感器元 件的兩個電極之間夾著受光部的非晶硅和絕緣層。由此，可實現(xiàn)盡量 抑制工藝工序增加、維持傳感器驅(qū)動電路的開關(guān)特性、并具有用非晶硅膜形成的光傳感器元件的高敏感度、低噪聲特性的光傳感器裝置以 及使用了該光傳感器裝置的圖像顯示裝置。本發(fā)明的特征在于(1 )是一種形成在絕緣性襯底上的光傳感 器元件，形成有第一電極、第二電極、由半導(dǎo)體層形成的受光層、以 及絕緣層，其中，上述受光層和絕緣層形成在上述第一電極與上述第 二電極之間，該第一電極由多晶硅膜形成。這是為了利用絕緣層防止 暗時的漏電 流o在上述(1 )中，優(yōu)選(2)在上述第一電極的上部形成有由非晶 硅膜形成的上述受光層(光電轉(zhuǎn)換層)，在該受光層的上部形成有上 述絕緣層，在該絕緣層的上部形成有上述第二電極。這是為了利用絕 緣層防止暗時的漏電 流o在上述(2)中，優(yōu)選(3)上述第一電極的電阻率為2.5x l(T4。 'm 以下，上述受光層(光電轉(zhuǎn)換層)的電阻率為l.Ox 1(T3Q m以上。 這是因為需要延長產(chǎn)生的電子-空穴對的壽命，上述第一電極需要為 導(dǎo)體。在上述(2)中，優(yōu)選(4)上述第二電極對于可見光-近紅外光 區(qū)域(400nm至1000nm)的光的透射率為75%以上。在上述(2)中，優(yōu)選(5)在形成上述受光層(光電轉(zhuǎn)換層)的 非晶硅膜中，與上述第一電極的界面附近的區(qū)域為高濃度雜質(zhì)層(1 xlO"/n^以上)。這是因為需要防止從電極向受光層的載流子導(dǎo)入。在上述(5)中，優(yōu)選(6)在上述第一電極內(nèi)含有與存在于上述 高濃度雜質(zhì)層中的雜質(zhì)相同的雜質(zhì)元素，且其元素為從磷、砷或硼、 鋁中選出的至少l種。導(dǎo)入相同的雜質(zhì)是因為可降低不照射光時的漏 電流。在上述(2)中，優(yōu)選(7)上述絕緣層由氧化硅膜或氮化硅膜形成o在上述(l)中，優(yōu)選(8)在上述第一電極的上部形成有上述絕 緣層，在該絕緣層的上部形成有由非晶硅膜形成的上述受光層(光電 轉(zhuǎn)換層)，在該受光層的上部形成有上述第二電極。這是為了利用絕緣層防止暗時的漏電 流。在上述(8)中，優(yōu)選(9)上述第一電極的電阻率為2.5 x 10-4Q .m 以下，上述受光層(光電轉(zhuǎn)換層)的電阻率為1.0 x l(T3。
m以上。 這是因為需要延長產(chǎn)生的電子-空穴對的壽命，上述第一電極需要為 導(dǎo)體。在上述(8)中，優(yōu)選(10)上述第二電極對于可見光-近紅外 光區(qū)域(400nm至1000nm)的光的透射率為75%以上。在上述(8)中，優(yōu)選(11)在形成上述受光層(光電轉(zhuǎn)換層) 的非晶硅膜中，與上述第二電極的界面附近的區(qū)域為高濃度雜質(zhì)層(1xlO"/m3以上)。這是因為需要防止從電極向受光層的載流子導(dǎo)入。 在上述(11 )中，優(yōu)選(12)在上述第一電極內(nèi)含有與存在于上 述高濃度雜質(zhì)層中的雜質(zhì)不同的雜質(zhì)元素，且其元素為從磷、砷或硼、 鋁中選出的至少l種。導(dǎo)入不同的雜質(zhì)是因為可降低不照射光時的漏 電流。在上述(8)中，優(yōu)選(13)上述絕緣層由氧化硅膜或氮化硅膜 形成。在上述(1)中，優(yōu)選(14)上述第一電極與上述受光層(光電 轉(zhuǎn)換層)相鄰，上述受光層以與形成上述第一電極的多晶硅膜相同的 膜形成，上述絕緣層形成在上述受光層的上部，上述第二電極形成在 上述絕緣層的上部。在上述(14)中，優(yōu)選(15)上述第一電極的電阻率為2.5x 10—4 D . m以下，上述受光層(光電轉(zhuǎn)換層)的電阻率為1.0 x 1(T3Q m 以上。這是因為需要延長將受光層取為多晶硅膜的本征層而產(chǎn)生的電 子-空穴對的壽命，上述第一電極需要為導(dǎo)體。在上述(14)中，優(yōu)選(16)上述第二電極對于可見光-近紅外 光區(qū)域(400nm至1000nm)的光的透射率為75%以上。在上述(14)中，優(yōu)選(17)上述絕緣層由氧化硅膜或氮化硅膜 形成。另外，本發(fā)明的特征在于(18)是一種光傳感器裝置，包括薄膜晶體管元件、二極管元件、電阻元件中的至少l種元件和在絕緣性 村底上形成的光傳感器元件，其中，上述光傳感器元件形成有第一電 極、第二電極、由半導(dǎo)體層形成的受光層、以及絕緣層，其中，上述 受光層和絕緣層形成在上述第一電極與上述第二電極之間，該第一電 極由多晶硅膜形成，上述薄膜晶體管元件用與形成上述光傳感器元件 的上述第 一 電極的多晶硅膜相同的膜形成了有源層，由該薄膜晶體管 元件、該二極管元件、該電阻元件的至少1種元件構(gòu)成的方文大電^^ 傳感器驅(qū)動電路與該光傳感器元件一起被制作在同一絕緣性襯底上。 這是為了提供一種光傳感器裝置，盡量抑制工藝工序增加、維持傳感 器驅(qū)動電路的開關(guān)特性、并具有以非晶硅膜形成的光傳感器元件的高 敏感度、低噪聲特性。在上述(18)中，優(yōu)選(19)矩陣狀配置有上述光傳感器元件或 該光傳感器元件及其放大電路與開關(guān)組的組合，在其周邊配置有傳感 器驅(qū)動電路。另外，本發(fā)明的特征在于(20)是一種圖像顯示裝置，包括薄 膜晶體管元件、二極管元件、電阻元件中的至少l種元件和在絕緣性 村底上形成的光傳感器元件，其中，上述光傳感器元件形成有第一電 極、第二電極、由半導(dǎo)體層形成的受光層、以及絕緣層，其中，上述 受光層和絕緣層形成在上述第一電極與上述第二電極之間，該第一電 極由多晶硅膜形成，上述薄膜晶體管元件用與形成上述光傳感器元件 的上述第 一 電極的多晶硅膜相同的膜形成了有源層，由該薄膜晶體管 元件、該二4及管元件、該電阻元件的至少1種元件構(gòu)成的》文大電^各、 傳感器驅(qū)動電路與該光傳感器元件一起被制作在同一絕緣性襯底上， 并且，由上述薄膜晶體管元件、上述二極管元件、上述電阻元件的至 少l種元件構(gòu)成的像素開關(guān)、放大電路、像素驅(qū)動電路被制作在與上 述絕緣性襯底相同的襯底上。這是為了提供一種具有光傳感器裝置的 光傳感器裝置，該光傳感器裝置盡量抑制工藝工序增加、維持傳感器 驅(qū)動電路的開關(guān)特性、并具有以非晶硅膜形成的光傳感器元件的高敏 感度、低噪聲特性。在上述(20)中，優(yōu)選(21 )矩陣狀配置有1個或多個像素、上合，在其周邊配置有上述像素驅(qū)動電路和上述傳感器驅(qū)動電路。在上述(20)中，優(yōu)選(22)矩陣狀配置有像素，在其周邊配置有上述光傳感器元件、上述像素驅(qū)動電路、上述傳感器驅(qū)動電路。 為了使現(xiàn)有的TFT驅(qū)動的顯示器的高附加值化，必然需要添加功能，作為其一種裝置，內(nèi)置光傳感器從可附加的功能增加方面看是十分有效的。另外，陣列化光傳感器的區(qū)域傳感器在醫(yī)療用途、識別用途等方面是有用的，以低成本進行制作越發(fā)重要。根據(jù)本發(fā)明，可在價格低廉的絕緣性村底上同時制作高性能傳感器和傳感器處理電路，能提供低成本且可靠性高的產(chǎn)品。


圖1的(a)是用于說明現(xiàn)有例的光傳感器元件的示意剖視圖。圖1的(b)是用于說明現(xiàn)有例的光傳感器元件的能帶圖。圖2的U)是用于說明專利文獻1所公開的產(chǎn)生電荷積蓄型的光傳感器元件的示意剖視圖。圖2的(b)是專利文獻1所公開的產(chǎn)生電荷積蓄型的光傳感器元件的能帶圖。圖2的(c)是專利文獻1所公開的產(chǎn)生電荷積蓄型的光傳感器元 件的能帶圖。圖2的(d)是專利文獻1所公開的產(chǎn)生電荷積蓄型的光傳感器 元件的能帶圖。圖2的(e)是專利文獻1所公開的產(chǎn)生電荷積蓄型的光傳感器元 件的傳感器動作時的時序圖。圖3的(a)是示出用于說明本發(fā)明的光傳感器元件的一個例子的 概念圖的剖視圖。圖3的(b)是示出用于說明本發(fā)明的光傳感器元件的一個例子 的概念圖的俯視圖。圖4的(a)是示出用于說明本發(fā)明的光傳感器元件的另一個例子 的概念圖的剖視圖。
圖4的(b)是示出用于說明本發(fā)明的光傳感器元件的另一個例 子的概念圖的俯^L圖。
圖5的(a)是示出使用了多晶硅膜的作為開關(guān)元件而被廣泛利用 的薄膜晶體管(TFT)的概念圖的剖視圖。
圖5的(b)是示出使用了多晶硅膜的作為開關(guān)元件而被廣泛利 用的薄膜晶體管(TFT)的概念圖的俯視圖。
圖6是表示圖3所示的傳感器元件中在與第一電極接觸的區(qū)域?qū)?入與向第一電極注入的雜質(zhì)種類相同的雜質(zhì)的剖視圖。
圖7是表示圖4所示的傳感器元件中在與第二電極接觸的區(qū)域?qū)?入與向第 一電極注入的雜質(zhì)種類相同的雜質(zhì)的剖視圖。
圖8的(a)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(b)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(c)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(d)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(e)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(f)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(g)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(h)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工序圖。
圖8的(i)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工序圖。
圖8的(j)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(k)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(1)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(m)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工序圖。
圖8的(n)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(o)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(p)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖8的(q)是說明光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工 序圖。
圖9的(a)是從圖8的(1)派生的表示傳感器元件為圖4所示 的結(jié)構(gòu)時的制作例的圖。
圖9的(b)是從圖8的(1)派生的表示傳感器元件為圖4所示 的結(jié)構(gòu)時的制作例的圖。
圖9的(c)是從圖8的(1)派生的表示傳感器元件為圖4所示 的結(jié)構(gòu)時的制作例的圖。
圖9的(d)是從圖8的(1)派生的表示傳感器元件為圖4所示 的結(jié)構(gòu)時的制作例的圖。
圖9的(e)是從圖8的(1)派生的表示傳感器元件為圖4所示 的結(jié)構(gòu)時的制作例的圖。
的概念圖的剖視圖。圖10的(b)是示出用于說明本發(fā)明的光傳感器元件的其他例子
的概念圖的俯視圖。
圖11的(a)是說明采用了圖IO所記載的光傳感器元件時的光傳 感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工序圖。
圖11的(b)是說明采用了圖10所示出的光傳感器元件時的光 傳感器元件和多晶硅T F T的制作工序的工序圖。
圖11的(c)是說明采用了圖IO所示出的光傳感器元件時的光傳 感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工序圖。
圖11的(d)是說明采用了圖10所示出的光傳感器元件時的光 傳感器元件和多晶硅TF T的制作工序的工序圖。
圖11的(e)是說明采用了圖IO所示出的光傳感器元件時的光傳 感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工序圖。
圖11的(f)是說明釆用了圖IO所示出的光傳感器元件時的光傳 感器元件和多晶硅TFT的制作工序的工序圖。
圖12是表示采用圖8、圖9或圖11的制造工序而獲得的占有一 定面積的傳感器陣列、即所謂的區(qū)域傳感器的 一個例子的圖。
圖13的(a)是采用本發(fā)明而獲得的手指靜脈識別裝置的傳感器 陣列的剖視圖。
圖13的(b)是采用本發(fā)明而獲得的手指靜脈識別裝置的傳感器 陣列的俯視圖。
圖14是表示采用圖8、圖9或圖11的制造工序而獲得的帶光傳 感器功能的圖像顯示裝置的 一 個例子的圖。
圖15是表示采用圖8、圖9或圖11的制造工序而獲得的帶光傳 感功能的圖像顯示裝置的另 一 個例子的圖。
具體實施方式
[實施例1]
圖3是本發(fā)明的光傳感器元件的概念圖。圖3的(a)是形成在絕 緣性襯底上的光傳感器元件的剖視圖，圖3的(b)是俯視圖。在圖3中，在絕緣性襯底上用多晶硅膜制作有第一電極，在其上 用非晶硅膜制作有受光層，進一步，在其上隔著絕緣層制作有對可見 光 - 近紅外光透明的第二電極(這里所說的所謂的對可見光-近紅外 光透明是指對于波長400nm至1000nm的光的能量透射率為75°/0以 上)。
第一電極經(jīng)由接觸孔與布線層連接。圖3的例子示出了布線層與 構(gòu)成第二電極的材料相同的情況，但也可以是不同的材料。該情況下 與第一電極的情況相同，在第二電極中也為電極和布線經(jīng)由接觸孔相 連接。與各電極連接的布線被層間絕緣膜絕緣，整體被保護絕緣膜覆 蓋。
檢測光從哪一側(cè)入射取決于面板的安裝方式。在正裝(絕緣性襯 底層位于下面)的情況下，檢測光從圖3的U)的上部入射。在倒 裝(絕緣性襯底位于上面)的情況下，檢測光從圖3的(a)的下部 入射。入射光透過第二電極和絕緣層或第一電極到達(dá)受光層，其一部 分的能量在受光層內(nèi)進行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電子和空穴對。僅檢測該電 子或空穴中的一者，作為傳感器的信號輸出。倒裝的情況，第二電極 不需要必須透明，為提高傳感器元件的敏感度，可以選擇反射率高的 材料而利用反射光。
圖4是本發(fā)明的光傳感器元件的另一概念圖。圖4的U)是形成 在絕緣性襯底上的光傳感器元件的剖視圖，圖4的(b)是俯視圖。
在圖4中，在絕緣性襯底上用多晶硅膜制作有第一電極，在其上 隔著絕緣膜用非晶硅膜制作有受光層，進一步，在其上制作有對可見 光-近紅外光透明的第二電極。第一電極經(jīng)由接觸孔與布線層連接。 圖4的例子示出布線層與構(gòu)成第二電極的材料相同的情況，但也可以 為不同材料。在該情況下，與第一電極的情況相同，在第二電極中也 是電極和布線層經(jīng)由接觸孔相連接。與各電極連接的布線被層間絕緣 膜絕緣，整體被保護絕緣膜覆蓋。
檢測光從哪一側(cè)入射與圖3的元件一樣取決于面板的安裝方式。 在正裝(絕緣性襯底層位于下面)的情況下，檢測光從圖4的(a)的上部入射。在倒裝(絕緣性襯底位于上面)的情況下，檢測光從圖
4的(a)的下部入射。入射光透過第二電極或第一電極和絕緣層到達(dá) 受光層，其一部分的能量在受光層被進行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電子和空穴 對。如圖2的說明中記載的那樣，僅檢測該空穴的電荷(根據(jù)情況也 可以是電子)，作為傳感器的信號輸出。在倒裝的情況下，第二電極 不需要必須透明，為提高傳感器元件的敏感度，可以選擇反射率高的 材料而利用反射光。
圖4和圖3的不同點是絕緣層是與第一電極接觸還是與第二電極 接觸。由第二電極的材料的種類、動作條件決定最佳結(jié)構(gòu)。因此，根 據(jù)情況選擇任意 一 種即可。
圖5是使用了多晶硅膜的作為開關(guān)元件而被廣泛利用的薄膜晶體 管(TFT)的概念圖。圖5的(a)是形成在絕緣性襯底上的TFT的 剖視圖，圖5的(b)是俯視圖。
在圖5中，在絕緣性襯底上以與構(gòu)成傳感器元件的第一電極的多 晶硅膜相同的膜制作有TFT的源極、溝道、漏極，在其上隔著絕緣膜 以金屬膜、由多晶硅制作的導(dǎo)體膜制作有柵電極。源極、柵極、漏極 經(jīng)由接觸孔與布線層連接。與各電極連接的布線被層間絕緣膜絕緣， 整體被保護絕緣膜覆蓋。在TFT中，有時在源極或漏極與溝道之間設(shè) 置低濃度雜質(zhì)注入層。這是為了確保元件的可靠性。
圖3、圖4所示的傳感器元件的第一電極和圖5所示的TFT的源 極、漏極需要注入高濃度雜質(zhì)，充分降低電阻，成為導(dǎo)體。理想的值 換算為電阻率優(yōu)選2.5 x 1(T4Q .m以下。
圖3、圖4中的非晶硅膜為傳感器元件的受光層(光電變換層)。 受光層為了延長產(chǎn)生的電子-空穴對的壽命優(yōu)選為本征層。理想的值 換算為電阻率優(yōu)選l.Ox 1(T3Q 'm以上。
為了防止從電極向受光層注入載流子，有時在非晶硅膜中與電極 接觸的區(qū)域設(shè)置高濃度雜質(zhì)區(qū)域。
在圖3所示的傳感器元件中，在非晶硅膜中與第一電極接觸的區(qū) 域?qū)肱c向第一電極注入的雜質(zhì)不同的雜質(zhì)。圖6是其剖視圖。在圖4所示的傳感器元件中，在非晶硅膜中與第二電極接觸的區(qū) 域?qū)肱c向第一電極注入的雜質(zhì)不同的雜質(zhì)。圖7是其剖視圖。
這里所說的雜質(zhì)的種類是指，在作為雜質(zhì)被注入到硅中并被激活 的情況下，會成為施主型雜質(zhì)還是成為受主型雜質(zhì)。作為施主型雜質(zhì) 的例子有磷、砷等。作為受主型雜質(zhì)有硼、鋁等。
通過使用平面工藝將圖3或圖4的傳感器元件和圖5的開關(guān)元件 形成在相同的絕緣膜襯底上，提供內(nèi)置了傳感器驅(qū)動電路的低成本的 區(qū)域傳感器或內(nèi)置了該光傳感器元件的圖像顯示裝置。
使用圖8的(a) ~圖8的(q)說明光傳感器元件和多晶硅TFT 的制作工序。這里，示出至排列元件而進行制作為止的例子。區(qū)域傳 感器、顯示裝置等僅是根據(jù)用途而元件的配置發(fā)生變化，其基礎(chǔ)是不 發(fā)生變化的?？筛鶕?jù)需要增加或省略公知的工序。另外，在本例中， 第一電極為N型。當(dāng)為P型時，僅在后面的工序中改變用掩模覆蓋的 位置。
首先，在圖8的(a)中，準(zhǔn)備絕緣性襯底。這里，作為絕緣性襯 底以價格低廉的玻璃襯底為例進行說明，但也可制作在以PET等為代 表的塑料襯底、價格昂貴的石英襯底、金屬襯底等之上。在玻璃襯底 的情況下，在襯底中含有鈉、硼等，成為對半導(dǎo)體層的污染源，因此 優(yōu)選在表面形成氧化硅膜、氮化硅膜等底涂層(undercoat)膜。如圖 8的(b)那樣，以化學(xué)氣相生長法(CVD)在其上表面將非晶硅膜 或微晶硅膜成膜。然后，如圖8的(c)所示，向非晶硅膜照射受激 準(zhǔn)分子激光，形成多結(jié)晶化的硅膜。
接著，在圖8的(d)中，以光刻工序?qū)⒍嗑Ч枘ぜ庸こ蓫u狀的 多晶硅膜，利用CVD將由氧化硅膜構(gòu)成的柵極絕緣膜成膜。柵極絕 緣膜的材料不限于氧化硅膜，優(yōu)選滿足高介電常數(shù)、高絕緣性、低固 定電荷、界面電荷.能級密度、以及工藝兼容性的材料。該柵極絕緣 膜利用離子注入法向島狀的多晶硅膜全體導(dǎo)入硼，形成N型TFT的 閾值調(diào)整層(極低濃度硼離子注入層)。
進一步，如圖8的(e)所示那樣，在光刻工序中，在N型TFT區(qū)域、N型電極區(qū)域、P型TFT區(qū)域中，作為非注入?yún)^(qū)域以光致抗蝕 劑確定N型TFT區(qū)域和N型電極區(qū)域后，利用離子注入法導(dǎo)入-粦， 形成P型TFT的閾值調(diào)整層(極低濃度磷注入層)。N型TFT的閾 值調(diào)整層(極低濃度硼注入層)和P型TFT的閾值調(diào)整層(極低濃 度磷離子注入層)的雜質(zhì)是以調(diào)整TFT的閾值為目的的，因此離子注 入時的劑量在1 x 10Ucrn^至1 x 10"cm^之間選取最佳值。此時，可 知極低濃度硼離子注入層和極低濃度磷離子注入層中的多數(shù)載流子 濃度為1 x 1015至1 x 10"個/cm3。硼注入量的最佳值由N型TFT的 閾值確定，磷離子注入量的最佳值以P型TFT的閾值確定。
接著，如圖8的(f)所示那樣，利用CVD或濺射將柵電極用金 屬膜成膜。該柵電極用金屬膜不需要必須為金屬膜，也可以為導(dǎo)入高 濃度雜質(zhì)并進行低電阻化后的多晶硅膜等。
接著，如圖8的(g)所示那樣，在光刻工序中加工柵電^l用金 屬膜而形成柵電極，利用相同的光致抗蝕劑由離子注入法導(dǎo)入磷，形 成N+層(高濃度磷注入層)。離子注入時的磷的劑量由于需要充分 降低電極的電阻，因此優(yōu)選1 x I015cm-2以上。此時，高濃度;粦注入 層中的多數(shù)載流子的濃度為1 x 1019個/(^3以上。
在如圖8的(g)所示的除去抗蝕劑之后，如圖8的(h)所示那 樣，以柵電極作為掩模，利用離子注入法向柵電極的兩側(cè)導(dǎo)入磷，形 成N-層(低濃度磷注入層)。該雜質(zhì)導(dǎo)入以提高N型TFT的可靠 性為目的，因此離子注入時的劑量在低濃度硼注入層和高濃度磷注入 層的劑量之間、即1 x 1()Ucm-2至1 x 10"cm-2之間選取最佳值。此時， N-層(中濃度磷注入層)中的多數(shù)載流子的濃度為1 x 1015至1 x 1019 個/cm3。
在本實施例中，在N-層(低濃度磷注入層)的形成中，利用了 光致抗蝕劑和柵電極的加工誤差。利用加工誤差的優(yōu)點是可省略光掩 模、光刻工序，相對于柵電極，N-層(中濃度磷注入層)的區(qū)域是 唯一確定的，缺點是當(dāng)加工誤差較小時，無法充分確保N-層。當(dāng)加 工誤差較小時，可以新增加光刻工序來確定N-層。接著，如圖8的(i)所示那樣，用光致抗蝕劑確定了 N型TFT 區(qū)域和N型電極區(qū)域的非注入?yún)^(qū)域后，利用離子注入法向P型TFT 區(qū)域?qū)肱?，形成P +層(高濃度硼注入層)。離子注入時的劑量由 于需要充分降低電極電阻，因此優(yōu)選1 x 1015cm-2以上。此時，P+層 中的多數(shù)載流子濃度為1 x 1019個/0113以上。利用以上工序，可形成 TFT和光傳感器元件的電極。在本實施例中應(yīng)注意的是向P型TFT的閾值調(diào)整層(低濃度磷注 入層)導(dǎo)入與N型TFT的閾值調(diào)整層(低濃度硼注入層)相同劑量 的硼，向P +層(高濃度硼注入層)導(dǎo)入與N-層(中濃度磷注入層) 和N +層(高濃度磷注入層)相同劑量的磷。這些是原本不需要導(dǎo)入 的雜質(zhì)，為了維持TF T和光傳感器元件的電極的多數(shù)載流子的種類， 需要向各層導(dǎo)入足以將其抵消的量的磷和硼。本實施例的優(yōu)點是可簡 化光刻工序、削減光掩模，但存在會向P型TFT的有源層導(dǎo)入較多 的缺陷這樣的缺點。當(dāng)無法確保P型TFT的特性時，優(yōu)選通過增加 光掩模，光刻工序，覆蓋P型TFT的閾值調(diào)整層、P +層，從而不導(dǎo) 入不需要的雜質(zhì)。接著，如圖8的(j)所示那樣，以TEOS (四乙氧基硅烷)氣體 為原料，在柵電極的上部利用CVD將層間絕緣膜成膜后，進行導(dǎo)入 雜質(zhì)的激活退火。接著，利用光刻工序，使用光致抗蝕劑在源極、漏 極部分形成接觸孔。層間絕緣膜是將在后面形成的布線、下層?xùn)烹姌O、 多晶硅半導(dǎo)體層絕緣的，因此只要具有絕緣性，用哪一種膜都可以。但是，由于需要降低寄生電容，因此優(yōu)選低介電常數(shù)、膜應(yīng)力小等的 對厚膜化有良好的工藝兼容性的膜。此外，當(dāng)兼顧顯示功能時，膜的 透明性變得重要，優(yōu)選對可見光區(qū)域透射率高的材料。在本實施例中， 作為例子列舉了以TEOS氣體為原料的氧化硅膜。接著，如圖8的(k)所示那樣，將布線材料成膜，利用光刻工 序形成布線。進一步，如圖8的(1)所示那樣，利用CVD形成保護 絕緣膜。如有需要，在形成了保護絕緣膜之后，進行用于改善TFT 特性的追加退火。膜的材料只要與圖8的(j)所示的層間絕緣膜同樣具有絕緣性，就可以是任何膜。接著，如圖8的(m)所示那樣，利用光刻工序，使用光致抗蝕 劑，在光傳感器元件的第一電極的上層的保護絕緣膜、層間絕緣膜、 柵極絕緣膜上形成接觸孔。在本實施例中作為傳感器元件示出圖3的 制作例。接著，如圖8的(n)所示那樣，由CVD形成非晶硅膜。此時， 為了降低多晶硅電極和非晶硅膜的界面的能級，可以增加多晶硅電極 的表面改性處理或清洗處理。其方法有氫氟酸清洗等，但不限于該方 法。另外，優(yōu)選非晶硅膜中的含氫量為10atm。/。左右以上的成膜條件。 在非晶硅中存在較多的未結(jié)合的鍵，成為因光照射產(chǎn)生的電子-空穴 對的復(fù)合中心。非晶硅膜中的氫將未結(jié)合的鍵封端而具有鈍化效應(yīng)。 在成膜后的氫的導(dǎo)入中，無法向非晶硅膜中導(dǎo)入足夠量的氫元素，導(dǎo) 致傳感器性能降低。非晶硅膜基本上是不導(dǎo)入雜質(zhì)的本征層，但當(dāng)采 用圖6所示的結(jié)構(gòu)的元件時，通過在成膜開始時在原料氣體中混入雜 質(zhì)，可在第一電極附近的非晶硅層形成高濃度的雜質(zhì)導(dǎo)入層。由此， 可降低不照射光時的漏電流。接著，如圖8的(o)所示那樣，通過光刻工序，使用光致抗蝕 劑將非晶硅膜加工成島狀的傳感器受光部(非晶硅膜)之后，形成絕緣膜。該絕緣膜優(yōu)選對于非晶硅的島覆蓋率高的膜。電容的調(diào)整通過 選擇介電常數(shù)高的膜或控制膜厚來進行調(diào)整。接著，如圖8的(p)所示那樣，通過光刻工序，利用透明材料 形成第二電極。材料只要是對可見光-近紅外光透明的導(dǎo)體即可。作 為例子可列舉ITO、 ZnO、 InSb等氧化物。最后，如圖8的(q)所示那樣，形成保護絕緣膜。該保護絕緣 膜尤其具有防止水從外部向各元件侵入的目的。因此，作為材料，與 透濕性好的氧化硅膜相比，優(yōu)選采用氮化硅等透濕性不好的材料。另外，在本工序中通過重復(fù)光刻工序，也可根據(jù)需要增加布線層， 進行多層化。在圖8的(q)中，從左開始按順序制作了 N型TFT、 P型TFT、傳感器元件(圖3所示出的結(jié)構(gòu))。圖9的(a) ~圖9的(e)示出從圖8的(1)派生出來的傳感器 元件為圖4所示的結(jié)構(gòu)時的制作例。如圖9的(a)所示那樣，通過光刻工序并利用光致抗蝕劑除去傳 感器元件第一電極的上層的保護絕緣膜、層間絕緣膜、柵極絕緣膜。接著，如圖9的(b)所示那樣，由CVD形成絕緣膜。這里重新 形成了傳感器元件的第 一 電極上方的絕緣膜，但也可以采用在之前的 工序中在絕緣膜除去工序時將絕緣膜殘留所期望的膜厚而除去的方 法來進行準(zhǔn)備。接著，如圖9的(c)所示那樣，由CVD形成非晶硅膜。非晶硅 膜基本上是不導(dǎo)入雜質(zhì)的本征層，但當(dāng)采用圖7所示的結(jié)構(gòu)的元件時， 通過在成膜結(jié)束之前在原料氣體中混入雜質(zhì)，可在第二電極附近的非 晶硅層形成高濃度的雜質(zhì)導(dǎo)入層。由此可降低不照射光時的漏電流。如圖9的(d)所示那樣，在加工為島狀后，通過光刻工序并利 用透明材料形成第二電極。在圖9的(d)中，第二電極以包圍非晶 硅島的方式成膜，但也可以為僅在非晶硅島上部成膜的狀態(tài)。最后， 如圖9的(e)所示那樣，形成保護絕緣膜。在本工序中，也可通過 重復(fù)光刻工序，根據(jù)需要增加布線層，進行多層化。在圖9的(e)中，從左開始按順序制作了 N型TFT、 P型TFT、 傳感器元件(圖3所示出的結(jié)構(gòu))本發(fā)明的元件結(jié)構(gòu)的特征在于，對于圖3、圖4所示的結(jié)構(gòu)的傳 感器元件，雖然輸出較差，但與現(xiàn)有的元件相比，具有良好的特性， 且可盡量對TFT制作工序減少附加工序數(shù)量來構(gòu)成。圖IO是本發(fā)明的光傳感器元件的其他的概念圖。圖IO的(a)是 在絕緣性襯底上形成的光傳感器元件的剖視圖，圖10的(b)是俯視 圖。在圖10中，在絕緣性襯底上用多晶硅膜制作有第一電極和受光 層，在受光層的上部隔著絕緣層制作有第二電極。第一電極、第二電 極分別經(jīng)由接觸孔與布線層連接。圖10的例子示出了布線層與構(gòu)成第二電極的材料不同的情況，但也可以為相同材料。與各電極連接的布線被層間絕緣膜絕緣，整體被保護絕緣膜覆蓋。圖10的元件在第一電極和第二電極之間形成有由半導(dǎo)體層形成 的受光層和絕緣層，這一點與圖3、圖4的元件相同，動作方法也相同。圖10的發(fā)明的優(yōu)點是不需要形成非晶硅膜，傳感器元件的絕緣 膜和第二電極能夠用與圖5的TFT的柵極絕緣膜和與柵極相同的材料 構(gòu)成。因此，可盡量對TFT制作工序減少增加工序數(shù)量，在絕緣性村 底上形成開關(guān)元件(TFT)和傳感器元件。使用圖11的(a) ~圖11的(f)說明采用了圖10所示出的光傳 感器元件時的光傳感器元件和多晶硅TFT的制作工序。這里示出至排 列元件進行制作為止的例子。區(qū)域傳感器、顯示裝置等根據(jù)用途，僅 元件的配置發(fā)生變化，其基礎(chǔ)是不發(fā)生變化的。可根據(jù)需要增加或省 略公知的工序。另外，第一電極取為N型。當(dāng)為P型時，在以后的工 序中僅改變用掩模覆蓋的位置。到以光刻工序?qū)⒍嗑Ч枘ぜ庸こ蓫u狀多晶硅膜，利用CVD將由 氧化硅膜構(gòu)成的柵極絕緣膜成膜的工序為止與圖8相同(至圖8的(f) 為止)。如圖11的U)所示那樣，在光致抗蝕劑覆蓋了傳感器部分的狀 態(tài)下，利用離子注入法導(dǎo)入硼，形成N型TFT的閾值調(diào)整層(極低 濃度硼注入層)。此外，在想簡化工序的情況下，也可以不用光致抗 蝕劑覆蓋，向整個面導(dǎo)入硼。但由于傳感器元件的性能下降，因此根 據(jù)用途選擇某一種方法。進一步，如圖11的(b)所示那樣，在光刻工序中在N型TFT 區(qū)域、N型電極區(qū)域、P型TFT區(qū)域中，作為非注入?yún)^(qū)域用光致抗蝕 劑確定了 N型TFT區(qū)域和傳感器元件區(qū)域后，利用離子注入法導(dǎo)入 磷，形成P型TFT的閾值調(diào)整層(極低濃度磷注入層)。接著，如圖11的(c)所示那樣，由CVD或濺射將柵電極用金屬膜成膜，在光刻工序中加工柵電極用金屬膜而形成柵電極，利用相同的光致抗蝕劑，通過離子注入法導(dǎo)入磷，形成N+層(高濃度磷注入層)。在除去抗蝕劑后，如圖11的(d)所示那樣，將柵電極取為掩模，利用離子注入法，在柵電極的兩側(cè)導(dǎo)入磷，形成N-層(低濃度磷注 入層)。該雜質(zhì)導(dǎo)入的目的是提高N型TFT的可靠性，因此如圖8 的說明中所提及的那樣。在傳感器元件的第 一 電極和受光層之間也形 成N-層(低濃度磷注入層)。為避免形成該區(qū)域，需要在N-層的離 子注入時用光致抗蝕劑進行覆蓋，但為了充分發(fā)揮作為傳感器元件的 功能，這里取為形成該區(qū)域。根據(jù)需要的敏感度等選擇工藝。接著，如圖11的(e)所示那樣，在用光致抗蝕劑確定了 N型 TFT區(qū)域和N型電極區(qū)域的非注入?yún)^(qū)域后，利用離子注入法在P型 TFT區(qū)域?qū)肱?，形成P +層(高濃度硼注入層)。以后的工序按照已知的TFT制作工序。圖ll的(f)是其完成例。 由離子注入法進行的雜質(zhì)的導(dǎo)入量與圖8的情況相同。在圖8、圖9、圖11中，作為開關(guān)元件的例子列舉TFT并示出了 其制作工序，但其他的二極管元件、電阻元件等也可同樣地進行制作。具有特定功能的電子電路可分別組合這些元件來構(gòu)成。圖12是采用圖8、圖9或圖11的制造步驟而得到的占有一定面 積的所謂區(qū)域傳感器的實施例。特征在于光傳感器元件及其放大電路 和開關(guān)組的組合被配置成矩陣狀，在其周邊在絕緣性襯底上制作有傳 感器驅(qū)動電路、4全測電^各、控制電i 各。以控制電路為4、表， 一部分電 路不需要必須制作在絕緣性襯底上，也可以是用LSI構(gòu)成并將該LSI 芯片安裝在絕緣性襯底上的形式。另外，光傳感器元件及其放大電路種元件的組合。圖12的實施例可應(yīng)用為X射線攝像裝置、生物識別 裝置的光檢測用傳感器陣列。圖13的(a)是手指靜脈識別裝置的傳感器陣列的剖視圖。通過 手指內(nèi)的透射、漫射光由顯微鏡頭陣列進行會聚，逐個像素地被分離，用濾色片除去噪聲成分，僅使作為信號的近紅外光透射，到達(dá)區(qū)域傳感器的讀取部，轉(zhuǎn)換為電信號。圖13的(b)是手指靜脈識別裝置的 俯視圖。各構(gòu)成電路考慮成本、性能等來確定是內(nèi)置于玻璃襯底上還 是安裝于印刷電路板上。在本例中，在控制電路部安裝了處理電信號 作為圖像信,包，的圖像處理電路、控制傳感器部的傳感器元件動作定 時、讀出定時等的攝像機信號處理電路。以下描述區(qū)域信,包、的取得方法的 一 個例子。也可以不必如以下那 樣，只要能夠取得區(qū)域內(nèi)的檢測信息，就可以采用任何方法。由傳感 驅(qū)動器經(jīng)由復(fù)位線發(fā)送復(fù)位信號，使傳感器動作某一定時間，積蓄由 光誘發(fā)的電荷。在使之動作某一定時間之后，由傳感驅(qū)動器經(jīng)由讀出 線，閉合傳感器開關(guān)，將積蓄的電荷作為輸出發(fā)送至數(shù)據(jù)線。發(fā)送到 數(shù)據(jù)線的輸出在檢測電路內(nèi)放大，去除噪聲，進行數(shù)字變換。依次重 復(fù)該操作，每一次掃描， 一線的信號被串行化、數(shù)字化，被反饋至控 制電路。在整個面的掃描結(jié)束的時刻，區(qū)域整體的光檢測信息取得結(jié) 束。圖14是采用圖8、圖9或圖11的制造工序獲得的帶光傳感器功 能的圖像顯示裝置的實施例。特征在于 一個像素或多個像素和光傳 感器元件的組合被配置成矩陣狀，在其周邊在絕緣性襯底上制作有傳 感器驅(qū)動電路、圖像顯示用柵極驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)驅(qū)動電路、檢測電路、 控制電路。以控制驅(qū)動電路為代表， 一部分電路不需要必須制作在絕 緣性襯底上，也可是由LSI構(gòu)成并將該LSI芯片安裝在絕緣性襯底上 的形式。另外，也可以在一個像素或多個像素和光傳感器元件的組合 中含有放大電路和開關(guān)組。圖14的實施例可應(yīng)用于利用光筆、記錄 筆或手指觸摸的內(nèi)置輸入功能型顯示面板。圖15是采用圖8、圖9或圖11的制造工序獲得的帶光傳感器功 能的圖像顯示裝置的其他實施例。像素被配置成矩陣狀，在其周邊配 置有光傳感元件、像素驅(qū)動電路、傳感器驅(qū)動電路。在本例中，傳感 器被配置在液晶顯示部之外。以控制電路為代表，部分電路不需要必 須制作在絕緣性襯底上，也可是由LSI構(gòu)成并將該LSI芯片安裝在絕緣性襯底上的形式。圖15的實施例可應(yīng)用于例如內(nèi)置調(diào)光功能型顯 示面板。利用本發(fā)明的光傳感器可檢測近紅外光。另外，可利用由與第一 電極相同的膜形成的開關(guān)元件在傳感器陣列內(nèi)的各傳感器元件中構(gòu) 成放大電路。利用本發(fā)明可提供與現(xiàn)有產(chǎn)品相比是超薄且低成本的生 物識別裝置。另外，由于能夠用與構(gòu)成開關(guān)元件的有源層的多晶硅膜相同的膜 形成第一電極，因此可避免在電路(開關(guān)元件)的上層集成傳感器元 件的結(jié)構(gòu)，能確保光學(xué)特性。另外，可削減制作工序數(shù)量，阻止成品 率的降低。
權(quán)利要求
1.一種光傳感器元件，形成在絕緣性襯底上，其特征在于形成有第一電極、第二電極、由半導(dǎo)體層形成的受光層、以及絕緣層，其中，上述受光層和絕緣層形成在上述第一電極與上述第二電極之間，該第一電極由多晶硅膜形成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳感器元件，其特征在于 在上述第一電極的上部形成有由非晶硅膜形成的上述受光層即光電變換層，在該受光層的上部形成有上述絕緣層，并且在該絕緣層 的上部形成有上述第二電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光傳感器元件，其特征在于 上述第一電極的電阻率為2.5 x l(T4Q . m以下，上述受光層的電阻率為1.0 x 1(T3Q . m以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光傳感器元件，其特征在于 上述第二電極對波長為400nm至1000nm的可見光-近紅外光區(qū)域光的透射率為75%以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光傳感器元件，其特征在于 在形成上述受光層的非晶硅膜中，與上述第一電極的界面附近的區(qū)域為1 x 1025/1113以上的高濃度雜質(zhì)層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光傳感器元件，其特征在于 在上述第一電極內(nèi)含有與存在于上述高濃度雜質(zhì)層中的雜質(zhì)同類的雜質(zhì)元素，且其元素為從磷、砷或硼、鋁中選出的至少l種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光傳感器元件，其特征在于 上述絕緣層由氧化硅膜或氮化硅膜形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳感器元件，其特征在于在上述第 一 電極的上部形成有上述絕緣層，在該絕緣層的上部形 成有由非晶硅膜形成的上述受光層即光電變換層，并且在該受光層的 上部形成有上述第二電極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光傳感器元件，其特征在于上述第一電極的電阻率為2.5 x 1(T4Q m以下，上述受光層的電 阻率為1.0 x 10-3Q . m以上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光傳感器元件，其特征在于 上述第二電極對波長為400nm至1000nm的可見光-近紅外光區(qū)域光的透射率為75%以上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光傳感器元件，其特征在于 在形成上述受光層的非晶硅膜中，與上述第二電極的界面附近的區(qū)域為1 x 1025/1113以上的高濃度雜質(zhì)層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光傳感器元件，其特征在于 在上述第一電極內(nèi)含有與存在于上述高濃度雜質(zhì)層中的雜質(zhì)不同類的雜質(zhì)元素，且其元素為從磷、砷或硼、鋁中選出的至少l種。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光傳感器元件，其特征在于 上述絕緣層由氧化硅膜或氮化硅膜形成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光傳感器元件，其特征在于 上述第一電極與上述受光層即光電變換層相鄰，上述受光層以與形成上述第 一電極的多晶硅膜相同的膜形成，上述絕緣層形成在上述 受光層的上部，上述第二電極形成在上述絕緣層的上部。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光傳感器元件，其特征在于 上述第一電極的電阻率為2.5 x 1(T4Q 'm以下，上述受光層的電阻率為1.0 x 1(T3Q . m以上。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光傳感器元件，其特征在于 上述第二電極對波長為400nm至1000nm的可見光-近紅外光區(qū)域光的透射率為75%以上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光傳感器元件，其特征在于 上述絕緣層由氧化硅膜或氮化硅膜形成。
18. —種光傳感器裝置，其特征在于包括薄膜晶體管元件、二極管元件、電阻元件中的至少l種元件 和在絕緣性村底上形成的光傳感器元件，其中，上述光傳感器元件中形成有第一電極、第二電極、由半導(dǎo)體層形成的受光層、以及絕緣層，其中受光層和絕緣層形成在上述第 一電極與上述第二電極之間，該第 一 電極由多晶硅膜形成，上述薄膜晶體管元件用與形成上述光傳感器元件的上述第一電 極的多晶硅膜相同的膜形成了有源層，由上述薄膜晶體管元件、上述二極管元件、以及上述電阻元件中 的至少1種元件構(gòu)成的放大電路、傳感器驅(qū)動電路與上述光傳感器元 件一起被制作在同一絕緣性襯底上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的光傳感器裝置，其特征在于 矩陣狀配置有上述光傳感器元件、或該光傳感器元件及其放大電路與開關(guān)組的組合，并在其周邊配置有傳感器驅(qū)動電路。
20. —種圖像顯示裝置，其特征在于包括薄膜晶體管元件、二極管元件以及電阻元件中的至少l種元 件和在絕緣性襯底上形成的光傳感器元件，其中，上述光傳感器元件形成有第一電極、第二電極、由半導(dǎo)體 層形成的受光層、以及絕緣層，其中受光層和絕緣層形成在上述第一 電極與上述第二電極之間，該第一電極由多晶硅膜形成，上述薄膜晶體管元件用與形成上述光傳感器元件的上述第一電 極的多晶硅膜相同的膜形成了有源層，由上述薄膜晶體管元件、上述二極管元件、以及上述電阻元件中 的至少1種元件構(gòu)成的放大電路、傳感器驅(qū)動電路與該光傳感器元件 一起被制作在同 一絕緣性襯底上，并且，由上述薄膜晶體管元件、上述二極管元件以及上述電阻元 件中的至少l種元件構(gòu)成的像素開關(guān)、放大電路、像素驅(qū)動電路被制 作在與上述絕緣性襯底相同的襯底上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖像顯示裝置，其特征在于 矩陣狀配置有1個或多個像素、上述光傳感器元件、或上述光傳感器元件及其放大電路與開關(guān)組的組合，并在其周邊配置有上述像素 驅(qū)動電路和上述傳感器驅(qū)動電3各。
22，根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖像顯示裝置，其特征在于矩陣狀配置有像素，并在其周邊配置有上述光傳感器元件、上述 像素驅(qū)動電路、以及上述傳感器驅(qū)動電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在同一絕緣性襯底上使用LTPS平面工藝形成高敏感度的光傳感器元件和傳感器驅(qū)動電路等開關(guān)元件，并內(nèi)置了傳感器驅(qū)動電路的低成本的區(qū)域傳感器(光傳感器裝置)或內(nèi)置了該光傳感器元件的圖像顯示裝置。作為光傳感器元件的結(jié)構(gòu)，用與構(gòu)成電路的開關(guān)元件的有源層的多晶硅膜相同的膜制作傳感器元件的一個電極，且進行光電變換的受光部為非晶硅或本征層的多晶硅膜。另外，采用在傳感器元件的兩個電極之間夾著受光部的非晶硅和絕緣層的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L31/0224GK101325226SQ200810005559
公開日2008年12月17日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者木下將嘉, 田井光春 申請人:株式會社日立制作所