CN101221994B - 高灵敏度光传感元件和使用该元件的光传感装置 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

高灵敏度光传感元件和使用该元件的光传感装置
技术领域
本发明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。
背景技术
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，在中小型显示器中，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110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110上形成，并由绝缘保护膜117覆盖。
在图11中，在绝缘基板110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1cm2/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℃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)pp35-39
专利文献1：日本特开2006-3857号公报
专利文献2：日本特开2005-228895号公报
发明内容
本发明的课题是，利用平面工艺在同一绝缘膜基板上形成高灵敏度、低噪声的光传感元件、传感器驱动电路(根据需要，还形成像素电路、其他电路)，并提供一种内置了传感驱动电路的低成本的区域传感器或内置了该光传感元件的图像显示装置。
在本发明中，在用多晶硅膜或多晶硅锗膜形成了传感器驱动电路(根据需要，还形成像素电路、其他电路)和光传感元件的2个电极后，在其上层形成非晶形硅膜，形成光传感元件的受光层。因此，其特征在于，在尽可能地抑制工艺工序的增加的同时，保持传感器驱动电路的切换特性，而且，具有用非晶形硅膜形成的光传感元件的高灵敏度·低噪声特性。
为使现有的TFT驱动的显示器具有高附加值，功能的附加是必然的，作为其一个手段，可以内置光传感器，由此拓宽了可以附加的功能，所以是非常有用的。而且，将光传感器阵列化了的区域传感器，在医疗用途、识别用途等方面是有用的，因而重要的是以低成本制作。
按照本发明，可以在价格低廉的玻璃基板上同时制作高性能传感器和传感处理电路，从而能提供成本低且可靠性高的产品
附图说明
图1是光传感元件的示意图。
图2是传感器的输出-照度相关特性图。
图3是与光传感元件同时制作的多晶硅TFT的剖视图和传输特性图。
图4是本发明的光传感元件的另一个结构例的剖视图。
图5(a)是光传感元件和多晶硅TFT的制作工艺。
图5(b)是光传感元件和多晶硅TFT的制作工艺。
图5(c)是光传感元件和多晶硅TFT的制作工艺。
图5(d)是光传感元件和多晶硅TFT的制作工艺。
图6是光传感元件和多晶硅TFT的剖视图。
图7是区域传感器的1个像素部分的布局图、其剖视图和等效电路图。
图8是另一区域传感器的1个像素部分的布局图、其剖视图和等效电路图。
图9是使用了遮光的阻流二极管时的等效电路图。
图10是内置了光传感元件的图像显示装置的后视图、正面图和正面图。
图11是现有的光传感元件的剖视图。
具体实施方式
以下，用附图说明本发明的实施例。
[实施例1]
图1是本发明的光传感元件的示意图。图1的(a)是在绝缘性基板上形成的光传感元件的剖视图，图1的(b)是俯视图。
在图1中，在绝缘性基板10上用第一半导体层制作第一电极11和第二电极12，在这两个电极11、12之上和两个电极之间形成有用第二半导体层制作的受光层13。与各电极连接的布线14由层间绝缘膜15、16进行绝缘，整体由绝缘保护膜17覆盖。另外，各电极通过接触孔连接到各布线上。
第一半导体层和第二半导体层的特征在于相(Phase)状态不同、或半导体材料不同。所谓相(Phase)状态是指非晶形或结晶或者多晶这样的固相的状态。
第一半导体层，在利用与构成电路的开关元件同层这样的概念下，在下文中，以电导性高的多晶硅膜为例进行说明，但此外还可以用电导性高、适于在电路中用作开关元件的材料、例如结晶硅膜、结晶硅锗膜、多晶硅锗膜、结晶锗膜、多晶锗膜构成。对材料并不加以限定。
在该第一半导体层内，导入高浓度(在不照射光、不施加电压的条件下，半导体层中的多数载流子的浓度在1×1019个/cm3以上)的杂质，作为第一电极11和第二电极12。在该第一电极11和第二电极12的多数载流子的种类不同的情况下为PIN型二极管，在相同的情况下为光传导元件，在两种情况下都构成光传感元件。
第二半导体层是本征层或浓度极低(在不照射光、不施加电压的条件下，半导体层中的多数载流子的浓度在1×1017个/cm3以下)的杂质导入层，起着受光层(光电变换层)的作用。
另外，第二半导体层的光电变换效率比第一半导体层高，而且，作为不照射光时的漏电流低的特性的材料，以下，以非晶形硅膜为例进行说明，但只要是能满足该特性的材料即可。例如，也可以是微晶硅膜、微晶硅锗膜、非晶形硅锗膜等，此外，也可以是有机半导体材料，对材料并不加以限定。
在图1中，受光层13由非晶形硅膜构成，接合面积也可以设定得较大，因此可以构成可见光灵敏度高、不照射光时的泄漏少的光传感元件。此外，第一电极11和第二电极12，为多晶硅膜，因此可以用同样的多晶硅膜构成TFT，并可以将该TFT作为传感器驱动电路的开关元件使用。
图2是将图11的(b)中示出的非晶形硅膜作为受光层的TFT元件和图1中示出的本发明的光传感元件的输出-照度相关特性图。两种元件都输出与照度对应的电流。当比较这些输出值时，本发明的光传感元件取得了光照射时的输出在10倍以上、不照射光时的输出在1/10以下的结果。由此可见，本发明的光传感元件的灵敏度高，作为光传感元件是优良的。
图3的(a)是与本发明的光传感元件同时制作的多晶硅TFT的剖视图。其特征在于，该多晶硅TFT的源极31、沟道34、漏极33和LDD区域35，由制作了图1的(a)中示出的第一电极11和第二电极12的多晶硅膜形成。借助于这种共同化，能使制造工序变得简单，同时可以通过共同的制造工序在同一绝缘基板上制作使用了多晶硅TFT的高性能开关元件和将非晶形硅作为受光层的高性能光传感元件。此外，32是多晶硅TFT的栅电极，其他符号与图1中示出的相同。
图3的(b)是多晶硅TFT的传输特性图，图中的实线是本发明的与光传感元件同时制作的多晶硅TFT的特性，图中的虚线是通常的按低温多晶硅工艺制作的多晶硅TFT的传输特性。在图3的(b)中，如考虑了特性偏差，可以认为开关特性没有什么不同。从该结果可以看出，本发明的多晶硅TFT得到了与通常的按低温多晶硅工艺制作的TFT相同程度的特性。
图4是本发明的光传感元件的另一个结构例的剖视图。在图4的(a)～图4的(d)的任何一种情况下，至少一个电极用多晶硅膜构成，并用其后形成的非晶形硅层形成受光层。
图4的(a)中示出的光传感元件和图1的(a)中示出的光传感元件的不同点在于，在图1的(a)中，在将层间绝缘膜14、15开口后的接触孔形成受光层13，但是，在图4的(a)中，在第一电极11和第二电极12上的层间绝缘膜14、15上开出接触孔41，形成受光层13。如图4的(a)所示，在由接触孔41将受光层13分开的情况下，有使电荷的移动路径变长的顾虑，但正是由于伸长了层间绝缘膜的膜厚的量而比水平方向的距离短。
图4的(b)中示出的光传感元件和图1的(a)中示出的光传感元件的不同点在于，是否隔着第一电极11和第二电极12上的绝缘保护膜17形成第三电极42。通过对第三电极42施加电压(负电荷)，可以抑制不照射光时的漏电流，能够提高S/N比。
图4的(c)中示出的光传感元件，在图4的(a)中示出的光传感元件的受光层13上隔着绝缘保护膜17形成第三电极42。优点是可以利用该第三电极42防止加工接触孔时的构成电极的膜的剥离，并能抑制不照射光时的漏电流，能够提高S/N比。
图4的(d)中示出的光传感元件，是使第二电极12为金属膜的纵向结构的光传感元件。按照该纵向结构，可以加大接合面积，而且，由于电荷移动到电极的距离由受光层13的厚度决定，能高效率地回收所产生的电荷，因此能得到大的输出。如果金属膜是透明的，则可以高效率地将从上部入射的光导入受光层，因此能构成灵敏度好的光传感元件。在图4的(d)中，在第二电极12和受光层13的接合面附近的受光层侧设置有高浓度杂质层43。最好能导入杂质以使多数载流子的种类与第一电极11相反。由此，可以构成纵向结构的PIN型二极管元件。但是，即使在没有高浓度杂质层的情况下，根据应用于第二电极12的材料，也可以在第二电极12和受光层13之间形成势垒，形成肖特基型二极管元件或光导电元件。
以下，用图5(a)～图5(d)说明光传感元件和多晶硅TFT的制作工艺。此处，示出在液晶显示装置的像素电路内置有光传感器的例子。在区域传感器的情况下，可以根据需要追加或省略工序。
首先，在图5(a)的(1)中，准备绝缘基板10。此处，作为绝缘基板以价格低廉的玻璃基板为例进行说明，但也可以在以PET等为代表的塑料基板、高价的石英基板、金属基板等上制作。在玻璃基板的情况下，由于基板中含有钠、硼等，成为对半导体层的污染源，最好是在表面形成氧化硅膜、氮化硅膜等底层膜。在其上表面用CVD法形成非晶形硅膜或微晶硅膜51。之后，使受激准分子激光器52照射非晶形硅膜51，而形成多晶化的多晶硅膜53。
接着，在图5(a)的(2)中，在光刻工序中将多晶硅膜53加工成岛状的多晶硅膜54，并如图5(a)的(3)所示用CVD法形成由氧化硅膜构成的栅极绝缘膜55。栅极绝缘膜的材料，并不限定于氧化硅膜，最好是选择满足高介电常数、高绝缘性、低固定电荷、界面电荷·能级密度和工艺一致性的材料。通过该栅极绝缘膜55对岛状的多晶硅膜54全体注入离子56而导入硼，形成NE层(低浓度硼注入层57)。
并且，如图5(a)的(4)所示，在光刻工序中，用光致抗蚀剂62在N型TFT区域58、N型电极区域59、P型TFT区域60和P型电极区域61中决定N型TFT区域58和N型电极区域59作为非注入区域，然后，通过注入离子63而导入磷，形成PE层(低浓度磷注入层64)。
NE层(低浓度硼注入层57)和PE层(低浓度磷注入层64)的杂质，目的是调整TFT的阈值，因此，离子注入时的掺杂量，在1×1011cm-2～1×1013cm-2之间取最佳值。这时，低浓度硼注入层57和低浓度磷注入层64中的多数载流子的浓度，已知为1×1015～1×1017个/cm3。硼注入量的最佳值，由N型TFT的阈值决定，磷注入量的最佳值，由P型TFT的阈值决定。
接着，如图5(a)的(5)所示，通过CVD或溅射形成栅电极用的金属膜65，该栅电极用的金属膜，不一定必须是金属膜，也可以是导入高浓度的杂质并降低了电阻的多晶硅膜等。
然后，如图5(a)的(6)所示，在光刻工序中对栅电极用的金属膜65进行加工而形成栅电极66，利用同样的光致抗蚀剂67，通过注入离子68而导入磷，从而形成N+层(高浓度磷注入层69)。离子注入时的磷的掺杂量，必须能充分地减低电极的电阻，因此最好在1×1015cm-2以上。这时，高浓度磷注入层69中的多数载流子的浓度为1×1019个/cm3以上。
在将图5(a)的(6)中示出的抗蚀剂67除去后，如图5(b)的(7)所示，将栅电极66作为掩模，通过注入离子70，在栅电极66的两侧导入磷，形成N-层(中浓度磷注入层71)。该杂质的导入，目的是提高N型TFT的可靠性，离子注入时的掺杂量，在低浓度硼注入层57和高浓度磷注入层69的掺杂量之间、即在1×1011cm-2～1×1015cm-2之间取最佳值。这时，N-层(中浓度磷注入层71)中的多数载流子的浓度为1×1015～1×1019个/cm3。
本实施例，在N-层(中浓度磷注入层71)的形成中，利用了光致抗蚀剂67和栅电极66的加工误差。利用加工误差的优点在于，可以省略光刻掩模、光刻工序，可以相对于栅电极66唯一地决定N-层(中浓度磷注入层71)的区域，但缺点是在加工误差小的情况下不能充分地确保N-层。在加工误差小的情况下，也可以追加新的光刻工序，以限定N-层。
接着，如图5(b)的(8)所示，在用光致抗蚀剂72确定N型TFT区域和N型电极区域的非注入区域后，通过对P型TFT区域和P型电极区域注入离子73而导入硼，从而形成P+层(高浓度硼注入层74)。离子注入时的掺杂量，必须能充分地减低电极的电阻，因此最好在1×1015cm-2以上。这时，P+层中的多数载流子的浓度为1×1019个/cm3以上。通过以上的工序，可以形成TFT和光传感元件的电极。
在本实施例中应注意的是对PE层(低浓度磷注入层64)导入与NE层(低浓度硼注入层57)等量的硼，对P+层(高浓度硼注入层74)导入与N-层(中浓度磷注入层71)和N+层(高浓度磷注入层69)等量的磷。这些是本来不需要导入的杂质，为了保持TFT和光传感元件的电极的多数载流子的种类，必须对各层导入足以将其抵消的量的磷和硼。本实施例的优点是可以简化光刻工序，因而能够削减光刻掩模，但存在着对P型TFT的有源层导入许多缺陷的缺点。当不能确保P型TFT的特性时，最好是通过增加光掩模、光刻工序，覆盖PE层、P+层，从而不导入不需要的杂质。
接着，如图5(b)的(9)所示，在栅电极66的上部，以TEOS(四乙氧基硅烷)气体为原料，用CVD法形成层间绝缘膜75，然后，进行导入杂质的活性退火。接着，通过光刻工序，用光致抗蚀剂76在电极部分形成接触孔77。层间绝缘膜75，将之后形成的布线、下层的栅电极和多晶半导体层绝缘，所以只要有绝缘性用哪一种膜都可以。但是，必须减小寄生电容，因此最好是相对介电常数低、膜应力小等的对厚膜化有良好的工艺一致性的膜。此外，当兼顾显示功能时，膜的透明性变得重要了，因而最好是对可见光区域透射率高的材料。在本实施例中，作为一例，举出以TEOS气体为原料的氧化硅膜。
然后，如图5(b)的(10)所示，将布线材料成膜，并通过光刻工序形成布线78。进一步，如图5(b)的(11)所示，用CVD法形成绝缘保护膜79。如有需要，则在形成了绝缘保护膜79后，进行用于改善TFT特性的追加退火。膜的材料，与图5(b)的(9)中示出的层间绝缘膜75一样，只要有绝缘性用哪一种膜都可以。
接着，如图5(c)的(12)所示，通过光刻工序，用光致抗蚀剂80在绝缘保护膜79、层间绝缘膜75、栅极绝缘膜55上形成接触孔81。根据要安装的元件、要开接触孔的层，有的要形成直达布线的孔，有的要形成直达多晶硅电极的孔，但是通过截断布线材料的选择性蚀刻可以一次形成这些接触孔。当对加工精度等有要求时，也可以追加光刻工序，分别进行加工。
接着，如图5(c)的(13)所示，用CVD法形成非晶形硅膜82。这时，为了减低多晶硅电极83和非晶形硅膜82的界面的能级，最好追加多晶硅电极83的表面改性处理或清洗处理。其方法有氢氟酸清洗等，但其方法没有限制。另外，最好是非晶形硅膜82中的含氢量约为10atm％以上的成膜条件。在非晶形硅膜82中存在着许多未结合的键，成为在光照射下产生的电子-空穴对的复合中心。非晶形硅膜82中的氢，将未结合的键封端，具有钝化的效应。在成膜后的氢的导入中，在非晶形硅膜82内不能导入足够量的氢，导致传感器的性能降低。非晶形硅膜82是基本上不导入杂质的本征层，但当采用图4的(d)中示出的纵向结构的元件时，通过在成膜开始时和结束时将杂质混入到原料气体内，可以在上下电极附近的非晶形硅层13上形成高浓度的杂质导入层43。由此，可以减低不照射光时的泄漏。
然后，如图5(c)的(14)所示，通过光刻工序，用光致抗蚀剂84将非晶形硅膜82加工成岛状的传感器受光部(非晶形硅膜85)，然后，如图5(c)的(15)所示，形成绝缘保护膜86。该绝缘保护膜86旨在防止水从外部侵入非晶形硅膜85。因此，作为材料，与透湿性良好的氧化硅膜相比，最好是采用氮化硅等透湿性极差的材料。
接着，如图5(d)的(16)所示，根据需要，在用涂敷绝缘膜或绝缘性抗蚀材料等形成了平坦化绝缘膜87之后，通过光刻工序，用光致抗蚀剂88，穿过平坦化绝缘膜87、绝缘保护膜79、86一次形成接触孔89。
接着，如图5(d)的(17)所示，在形成了ITO等的透明电极膜90后，如图5(d)的(18)所示，通过光刻工序，用光致抗蚀剂91形成透明电极92。之后，也可以根据需要在其上部形成图4中示出的绝缘保护膜17，并在光刻工序中形成接触孔。
在图6中，示出按照图5的工艺制作的光传感元件和多晶硅TFT的剖视图。此处，形成图1的(a)中示出的PIN光电二极管型光传感元件601和图4的(d)中示出的纵向结构的金属-半导体-金属的光敏电阻型光传感元件602。如果用图5(d)的(17)中示出的ITO90形成图4的(b)(c)中示出的第三电极42和图4的(d)中示出的第二电极12，则可以按照本实施例中示出的工序同时形成构成电路的P型TFT603、N型TFT604和图4中示出的所有结构的传感元件。
本实施例中示出的工序，其特征在于，在杂质活化以及其他的高温热处理工序结束后(在图5(b)的(11)中形成绝缘保护膜79并进行热处理结束后)，如图5(c)的(13)所示，形成非晶形硅层82。在用CVD法成膜时导入的氢在320℃附近开始解吸。如上所述，由后处理回收是不可能的，因此，必须精心设计成膜顺序使得在非晶形硅层成膜后为低温工序。
图7的(a)是使用了本发明的PIN光电二极管的区域传感器的1个像素部分的布局图，图7的(b)是图7的(a)中的虚线A-B的剖视图，图7的(c)是图7的(a)的等效电路图。首先，用图7的(c)说明传感器的动作。将偏置线701的电位设定为低于传感器节点702的电位，将传感器节点702的电压复位。传感器动作时，将偏置线701的电位设定为与传感器节点702的电位相比足够高。这时，由于整流作用，在光电二极管703中只流过极微小的电流。当对光电二极管703照射光时，与不照射光时相比流过更多的电流，使传感器节点702的电位升高。当在某个时刻通过栅极线704对栅电极705施加电位从而使TFT706动作时，向数据线707输送与入射光照度成比例的电荷，数据线707的电位升高。由设在区域传感器的区域外的传感驱动器读取该电位数据。电荷的保持，由附加于传感器节点702的寄生电容进行，但也可以根据需要附加辅助的保持电容。此外，关于图7的(a)(b)中示出的符号，因与此前说明过的符号相同，其说明从略。
图8的(a)是本发明的另一种使用了PIN光电二极管的区域传感器的1个像素部分的布局图，图8的(b)是图8的(a)中的虚线A-B的剖视图，图8的(c)是图8的(a)的等效电路图。首先，用图8的(c)说明传感器的动作。将偏置线701的电位设定为低于传感器节点702的电位，并将传感器节点702的电压复位。传感器动作时，将偏置线701的电位设定为与传感器节点702的电位相比足够高。这时，由于整流作用，在光电二极管703中只流过极微小的电流。当对光电二极管703照射光时，与不照射光时相比流过更多的电流，使传感器节点702的电位升高。这时，预先将数据线707的电位设定为低于栅极线704的电位(也可以相反)。当传感器节点702的电位大于数据线707的电位(在相反的情况下为栅极线704的电位)与TFT706的阈值之和时，TFT706处于截止状态，数据线707，成为与栅极线704大致相同的电位。由设在区域传感器的区域外的传感驱动器区域读取这时的传感器节点702的电位数据的变化。这种方式，如果在传感器动作时间内使TFT706导通，则无论照度如何都输出信号。因此，通过改变传感器动作时间，可以检测灰度等级。此外，图8的(b)中示出的布线层801，在与形成偏置线701和数据线707的层相同的层上形成，通过接触孔与TFT706的栅电极705及光电二极管703的阳极连接。另外，关于图8的(a)(b)中示出的其他符号，因与此前说明过的符号相同，其说明从略。
如图9所示，当传感器部分为光敏电阻901时，有在传感驱动器区域设置电流-电压电路、或在传感器和偏置线701之间设置遮光的阻流二极管902或遮光的阻流TFT以防止在向数据线707的电荷输送中电荷逆流的方法。图9是使用了遮光的阻流二极管时的等效电路图。
[实施例2]
在图7和图8中示出了区域传感器的例子，但如果在各像素内与传感器同时配置像素电路，则可以构成具有光传感器功能的图像显示装置。可以新追加对像素传送信号的信号线、栅极线等，也可以通过精心设计信号线的时序使得与传感器的偏置线、数据线或栅极线共用。
图10是内置了本发明的光传感元件的图像显示装置的示意图。图10的(a)是图像显示装置的后视图，在玻璃基板101上，配置具有驱动器LSI102的驱动器LSI用印制电路基板103，通过FPC104驱动在图像显示装置的正面侧形成的多个像素。图10的(b)是图像显示装置的正面图，在图像显示装置的正面侧，配置着由本发明的光传感元件构成的光传感器105和在图像显示区域形成的多个像素106。图10的(c)是图像显示装置的正面图，在玻璃基板101上，配置着驱动像素106的外围驱动电路107、处理光传感器105的输出的光传感器输出处理电路108、背光源和其他的控制电路109。
在图10中，来自光传感器105的与外来光对应的传感器信号由光传感器输出处理电路108处理后，提供给驱动像素106的外围驱动电路107。在外围驱动电路107中，根据传感器信号控制图像显示装置的亮度、对比度等画质。
在图10中，驱动器的一部分由LSI构成，通过FPC安装在背面。满足所要求性能的可以由在玻璃基板上依次形成的TFT构成。按照这种方式，可以削减LSI及其安装成本，并能避免因安装而引起的机械的可靠性的降低。而且，在设计像素时也可以进行驱动器设计，因而很容易实现定制化。按照本发明，传感器及其驱动器都可以内置在玻璃基板上，并且可以自由选择传感器的设置位置和处理电路位置以使其小型化。

Claims (18)

1.一种形成在绝缘性基板上的光传感元件，其特征在于：
在第一电极和第二电极上以及电极之间具有用第二半导体层制成的受光层，上述第一电极和上述第二电极中的至少一个用第一半导体层制成，
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1×1019个/cm3以上，上述第二半导体层中的多数载流子的浓度在1×1017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。
10.一种光传感装置，包括在绝缘性基板上形成的光传感元件和处理来自光传感元件的输出的光传感器输出处理电路，
其特征在于：
上述光传感元件在第一电极和第二电极上以及电极之间具有用第二半导体层制成的受光层，上述第一电极和上述第二电极中的至少一个用第一半导体层制成，
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，
上述光传感器输出处理电路由薄膜晶体管构成，上述薄膜晶体管的沟道、源极和漏极由上述第一半导体层形成。
11.根据权利要求10所述的光传感装置，其特征在于：
上述光传感元件的第一电极和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具有用上述第二半导体层制成的受光层。
12.根据权利要求10所述的光传感装置，其特征在于：
上述光传感元件的第一电极和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。
13.根据权利要求10所述的光传感装置，其特征在于：
上述光传感元件的第一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，在上述第二半导体层的上部用金属层形成有上述第二电极。
14.根据权利要求10所述的光传感装置，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。
15.一种图像显示装置，包括在绝缘性基板上形成的光传感器、处理来自光传感器的传感器信号的光传感器输出处理电路、以及根据传感器信号来驱动多个像素的外围电路，
其特征在于；
上述光传感器在第一电极和第二电极上以及电极之间具有用第二半导体层制成的受光层，上述第一电极和上述第二电极中的至少一个用第一半导体层制成，
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，
上述光传感器输出处理电路由薄膜晶体管构成，上述薄膜晶体管的沟道、源极和漏极由上述第一半导体层形成。
16.根据权利要求15所述的图像显示装置，其特征在于：
上述光传感器的第一电极和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具有用上述第二半导体层制成的受光层。
17.根据权利要求15所述的图像显示装置，其特征在于：
上述光传感器的第一电极和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。
18.根据权利要求15所述的图像显示装置，其特征在于：
上述光传感器的第一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，在上述第二半导体层的上部用金属层形成有上述第二电极。
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