高灵敏度光传感元件和使用该元件的光传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种利用平面工艺在绝缘膜基板上同时形成高灵敏度、低噪声的光传感元件和多晶硅ＴＦＴ的内置光传感器的图像显示装置。在用多晶硅膜形成了光传感元件的第一电极（１１）和第二电极（１２）之后，在其上层用非晶形硅膜形成光传感元件的受光层（１３）。这时，同时形成多晶硅ＴＦＴ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在绝缘膜基板上形成的薄膜光传感元件和使用了该元件的光传感装置，特别是涉及X射线摄像装置、生物识别用近红外线检测装置等的光传感器阵列、或在显示板内置有采用了光传感器 的触摸屏功能、调光功能、输入功能的图像显示装置、例如液晶显示器、有机EL (Electro Luminescence:电致发光)显示器、无机EL 显示器、EC ( Electro Chromic:电致变色)显示器中使用的低温工艺 半导体薄膜晶体管、低温工艺光传导元件或低温工艺光电二极管元件。
技术介绍
X射线摄像装置作为医疗用装置是不可缺少的，装置的操作简单 化、装置的低成本化始终是所要求的课题。而且，最近作为生物识别 的一种手段，手指静脉、手掌静脉识别引人注目，这些信息的读取装 置的开发已成当务之急。在这些装置中，为读取信息而需要占有一定 面积的光检测用的传感器阵列即所谓的区域传感器，而且必须以低成 本提供这种区域传感器。根据这种需求，在下述非专利文献1中提出 了一种利用半导体形成工艺(平面工艺)在以玻璃基板为代表的价格 低廉的绝缘性基板上形成区域传感器的方法。在除区域传感器以外的产品领域中，需要光传感器的装置有中小 型显示器。中小型显示器作为便携式电话机、数字静像摄影机、PDA 之类的移动设备的显示用途或车载用显示器而被使用，并被要求具有 多功能和高性能。光传感器作为用于对显示器附加调光功能(下述非 专利文献2)、触摸屏功能的有效手段而引人注目。但是，在中小^1 显示器中，与大型显示器不同，由于面板成本低，安装光传感器和传感驱动器所导致的成本增加较大。因此，当利用半导体形成工艺(平 面工艺)在玻璃基板上形成像素电路时，同时形成光传感器和传感驱 动器并抑制成本增加的技术作为有效的技术越来越引人注意。在以上举出的产品群中必要的课题是在价格低廉的绝缘基板上形成光传感元件和传感驱动器。传感驱动器，通常由LSI构成，需要 在单晶硅晶片上形成的MOS晶体管、或类似的高性能的开关元件。 为解决这种课题，以下的技术是有效的。作为有源阵列方式的液晶显示器、有机EL显示器、图像传感器 的像素和像素驱动电路元件，开发了沟道由多晶半导体构成的薄膜晶 体管(以下称多晶半导体TFT)。多晶半导体TFT，与其他驱动电路元件相比，在驱动能力大这一点上是有利的，而且可以将外围驱动 电路与像素安装在同一玻璃基板上。因此，期望着可以实现电路规格尺寸的定制化(customize )、像素设计、形成工序的同时进行而导致 的低成本化、因消除了驱动器LSI和像素的连接部的机械弱点而导致 的高可靠性化。液晶显示器用的多晶半导体TFT根据成本方面的要求在玻璃基 板上形成。在玻璃基板上形成TFT的工艺中，由玻璃的耐热温度限 定工艺温度。作为形成高质量的多晶半导体薄膜而不会对玻璃基板造 成热伤损的方法，有利用受激准分子激光器(Excimer Laser)使前驱 半导体层熔融并再结晶的方法(ELA法Excimer Laser Anneal:受 激准分子激光器退火)。由本形成法得到的多晶半导体TFT与在现有 的液晶显示器中使用的TFT (沟道由非晶半导体构成)相比，驱动能 力改善到100倍以上，因此可以将驱动器等一部分电路安装在玻璃基 板上。关于光传感器，在下述专利文献1中记述了相同的利用多晶半导 体TFT的方法、和在形成像素电路、驱动电路的同时形成PIN型二 极管的方法。对光传感器要求的特性，为高灵敏度、低噪声。如仅限 于光传感元件来考虑，则所谓高灵敏度是指对一定强度的光输出尽可 能大的信号，因而需要光-电流变换效率高的材料、元件结构。所谓低噪声，意味着没有入射光时的信号尽可能小。图11是现有的光传感元件的剖视图。图11的(a)是将非晶形 硅膜作为受光层113的纵向结构型的PIN型二极管元件，图11的(b) 是将非晶形硅膜作为受光层113并使电荷相对于接合面沿平行方向 流动的结构型(横向结构型)的TFT元件。两者都构成光传感元件。图11的(a)中示出的光传感元件，由夹在第一金属电极层111 和第二金属电极层112中间的非晶形硅膜的受光层113和在该受光层 113与各电极层的界面上形成的杂质导入层120构成。该光传感元件， 在绝缘基板IIO上形成，各电极层由层间绝缘膜115绝缘而与电极布 线114连接，由绝缘保护膜117覆盖。图11的(b)中示出的光传感元件，由源电极131、栅电极132 及漏电极133、非晶形硅膜的受光层113和在该受光层113与各电极 层的界面上形成的杂质导入层120构成。该光传感元件，在绝缘基板 IIO上形成，并由绝缘保护膜117覆盖。在图11中，在绝缘基板IIO上形成传感元件的受光层113的半 导体材料，当从环境问题、同时形成驱动电路(或像素电路)时的工 艺一致性的观点考虑时，最好是硅、硅锗等硅类材料。在硅类材料中， 在从红外到可见光的波长范围内，所吸收的光中几乎全部都被变换为 电流。因此，吸收系数高的材料适用于传感元件。另外，当着眼于半导体的非晶形或结晶或者多晶这样的固相的状 态(以下称相(Phase)状态)时，在整个波长范围内，非晶形的 吸收系数最高、且电阻高，因此作为传感元件，非晶形材料是有利的。但是，在将非晶形材料应用于传感元件时，开关元件的性能不够 完善，因此不可能同时构成驱动电路。例如，当用最适合于传感元件 的非晶形硅膜构成TFT时，其电场效应迁移率在lcm2/Vs以下。因 此，传感器功能，按图11的结构制作传感器阵列，开关功能，为另 行安装驱动器LSI并由FPC等连接的结构。关于结构， 一般地说，与图11的(b)中示出的横向结构型相比， 图11的(a)中示出的纵向结构型，可以增大接合面积。而且，电荷移动到电极的距离短，因此可以高效率地回收所产生的电荷。由此可 以得到大的输出。当材料为单晶时，虽然可以构成纵向结构，但其制作工艺为1000 °c以上的高温工艺，因而不可能在玻璃基板等价格低廉的绝缘基板上制作。当材料为多晶时，在用ELA法得到的多晶膜的情况下，可以得 到能够构成驱动电路的水平的TFT。但是，不能构成纵向结构。而且， 膜厚被限定为最大100nm左右，因此大部分的入射光不能被吸收而 是从膜透过。此外，在化学汽相淀积法(以下，称CVD)中，有 得到膜厚大的多晶膜的方法，但与非晶形材料一样开关元件的性能不 够完善，因而不可能构成驱动电路。在下述专利文献2中提出了一种用多晶硅膜制作构成驱动电路 的开关元件、用非晶形硅膜构成光传感元件部并将其组合的方法。按 照该方法，可以在同 一绝缘基板上同时形成驱动电路(包括像素电路) 和传感元件。但是，开关元件和传感元件要按顺序形成，而没有重复 的工序。因此，工艺工序长，光刻工序多，所以将使制造成本提高。非专利文献1:非晶形硅的工艺和应用 204页~ 221页 (Technology and Applications of Amorphous Silicon pp204-221 )非专利文献2: SHARP技术第92号(2005年)35页~ 39页 (SHARP Technical Journal) vol.92 ( 2005 ) pp35國39专利文献1:日本特开2006 — 3857号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成在绝缘性基板上的光传感元件，其特征在于：　　　　在至少用第一半导体层制成的第一电极和第二电极之间具有用第二半导体层制成的受光层，　　　　上述第一半导体层和上述第二半导体层的相状态不同，或者上述第一半导体层和上述第二半导体层的半导体材料不同。

【技术特征摘要】
JP 2007-1-9 2007-0013031.一种形成在绝缘性基板上的光传感元件，其特征在于在至少用第一半导体层制成的第一电极和第二电极之间具有用第二半导体层制成的受光层，上述第一半导体层和上述第二半导体层的相状态不同，或者上述第一半导体层和上述第二半导体层的半导体材料不同。2. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 上述第一电极和上述第二电极由上述第一半导体层制作，在上述第一半导体层的上部具有用上述第二半导体层制成的受光层。3. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 上述第一电极和上述第二电极中的多数载流子的种类不同或相同。4. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 上述第一电极和上述第二电极连接在形成于将多个绝缘膜开口而构成的接触孔内的受光层上。5. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 上述第一电极和上述第二电极分别通过形成在将多个绝缘膜开口而构成的各接触孔内的受光层而连接。6. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 上述第一半导体层是多晶硅薄膜、多晶硅锗薄膜中的任一种，上述第二半导体层是非晶硅薄膜、微晶硅薄膜、非晶硅锗薄膜、微晶硅锗薄膜中的任一种。7. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 在不照射光、不施加电压的条件下，上述第一半导体层中的多数载流子的浓度在1 x 1019个/(^3以上，上述第二半导体层中的多数载 流子的浓度在1 x 10个/cm3以下。8. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 上述第一电极和上述第二电极用上述第一半导体层制作，在上述第一半导体层的上部形成有用上述第二半导体层制成的受光层，在上 述受光层的上部隔着绝缘膜形成有第三电极。9. 根据权利要求8所述的光传感元件，其特征在于 上述第三电极对可见光区域的光的透射率为75%以上，其中上述可见光区i或为400nm~ 760nm。10. 根据权利要求1所述的光传感元件，其特征在于 上述第一电极用第一半导体层制作，在上述第一半导体层的上部形成有用上述第二半导体层制成的受光层，在上述第二半导体层的上 部用金属层形成有上述第二电极。11. 根据权利要求IO所述的光传感元件，其特征在于 在不照射光、不施加电压的条件下，上述第二半导体层与上述金属层的界面附近的上述第二半导体层中的多数载流子的浓度和上述 第一半导体层中的多数载流子的浓度在1 x 10个/cmS以上，而且，上述第二半导体层与上述第一半导体层的界面附近的上述第二半导 体层内的多数载流子的浓度在1 x 1017个/(^13以下。12. —种光传感装置，包括在绝缘性基板上形成的光传感元件和 处理来...

【专利技术属性】
技术研发人员：田井光春，宮泽敏夫，
申请(专利权)人：株式会社日立显示器，
类型：发明
国别省市：JP[日本]