CN102473792A - 光传感器、半导体器件和液晶面板 - Google Patents

光传感器、半导体器件和液晶面板 Download PDF

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Abstract

即使薄膜二极管的半导体层的厚度薄，也能够提高光利用效率并提高薄膜二极管的光检测灵敏度。在基板(101)的一侧，设置包括第一半导体层(131)的薄膜二极管(130)，该第一半导体层(131)至少包含n型区域(131n)和p型区域(131p)，并在基板与第一半导体层之间设置有遮光层(160)。在遮光层的与第一半导体层相对的一侧的面形成有凹凸。第一半导体层具有沿着遮光层的凹凸的凹凸形状。入射到遮光层的光发生漫反射后入射到第一半导体层。第一半导体层，因为具有沿着遮光层的凹凸的凹凸形状，所以发生漫反射的反射光在第一半导体层内前进的距离变长。其结果是，被第一半导体层吸收的光增加，光检测灵敏度上升。

Description

光传感器、半导体器件和液晶面板
技术领域
本发明涉及包括薄膜二极管(Thin Film Diode：TFD)的光传感器，该薄膜二极管具有至少包含n型区域和p型区域的半导体层。另外，本发明还涉及包括薄膜二极管和薄膜晶体管(Thin Film Transistor：TFT)的半导体器件。而且，本发明还涉及包括该半导体器件的液晶面板。
背景技术
通过在显示装置中安装包括薄膜二极管的光传感器，能够实现触摸传感器功能。在这样的显示装置中，用手指、触控笔触碰显示装置的观察者侧的面(即，显示面)会使从显示面侧入射的光发生变化，通过用光传感器来检测出该入射光的变化，能够进行信息的输入。
在这样的显示装置中，由于周围的明亮度等的环境，用手指等接触显示面而引起的光的变化少。因此，存在有用光传感器不能够检测出该光的变化的问题。
在日本特开2008-287061号公报中，公开有在液晶显示装置中使用的半导体器件中，提高光传感器的光检测灵敏度的技术。对此，使用图7进行说明。
该半导体器件包括：在基板(有源矩阵基板)910上依次形成的绝缘层941、942、943、944；薄膜二极管920；和薄膜晶体管930。薄膜二极管920是具有包括n型区域921n、p型区域921p和低电阻区域921i的半导体层921的PIN型二极管。薄膜晶体管930具有包括沟道区域931c、作为源极区域的n型区域931a、作为漏极区域的n型区域931b的半导体层931。在隔着绝缘层943与沟道区域931c相对的位置设置有栅极电极932。n型区域931b与像素电极(未图示)连接。
薄膜二极管920受到从显示面侧(图7的纸面上侧)入射的光的光照。另一方面，对基板910在与显示面相反的一侧(图7的纸面下侧)配置有背光源(未图示)，为了不使来自该背光源的光入射到薄膜二极管920，在薄膜二极管920与基板910之间设置有遮光层990。遮光层990形成为沿着部分地除去绝缘层941而形成的凹部992的表面延伸。由于将凹部992形成为向上逐渐变宽的锥状，因此在遮光层990形成沿着凹部992的倾斜面延伸的倾斜面991。
遮光层990也具有作为反射层的功能。因此，从显示面侧入射、未入射到薄膜二极管920而是入射到薄膜二极管920与遮光层990之间的光，在遮光层990被反射而入射到薄膜二极管920。在遮光层990形成的倾斜面991，将入射到倾斜面991的光反射向薄膜二极管920。
在如图7所示的半导体器件中，通过设置如上所述的遮光层990，能够使从显示面侧入射的光更多地入射到薄膜二极管920。因此，能够提高光检测灵敏度。
发明内容
即使是图7所示的半导体器件，也不能够得到充分的光检测灵敏度。其理由如以下所述。
薄膜二极管920的半导体层921与薄膜晶体管930的半导体层931同时形成。由此，半导体层921的膜厚度非常薄。因此，导致入射到半导体层921的光的一部分未被半导体层921吸收而通过。因此，在通过倾斜面991而使入射到薄膜二极管920与遮光层990之间的光反射向半导体层921时，反射向半导体层921的光的一部分有可能未被半导体层921吸收而通过半导体层921。而且，倾斜面991只形成在遮光层990的端缘部附近。因此，在倾斜面991反射的光的大部分入射到薄膜二极管920的周边部分。其结果是，入射到作为受光区域的低电阻区域921i的光很少。
本发明是为了解决上述现有技术问题而完成的，其目的在于：即使薄膜二极管的半导体层的厚度薄，也能够提高光利用效率并提高薄膜二极管的光检测灵敏度。
本发明的光传感器包括：基板；设置在上述基板的一侧且具有至少包含n型区域和p型区域的第一半导体层的薄膜二极管；和设置在上述基板与上述第一半导体层之间的遮光层。在上述遮光层的与上述第一半导体层相对的一侧的面形成有凹凸。上述第一半导体层具有与上述遮光层的上述凹凸大致相同的形状。
根据本发明，在遮光层形成有凹凸。由此，入射到遮光层的光，因遮光层的凹凸而发生漫反射后，入射到第一半导体层。第一半导体层具有与遮光层的凹凸大致相同的形状。由此，入射到第一半导体层内的光在第一半导体层内前进的距离变长。其结果是，被第一半导体层吸收的光增加。因此，即使第一半导体层的厚度薄，也能够提高光利用效率，提高光检测灵敏度。
附图说明
图1是表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的概略结构的截面图。
图2是图1的部分II的放大截面图，是用于说明在涉及本发明的实施方式1的半导体器件中的薄膜二极管的光检测灵敏度上升的原因的附图。
图3A是表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3B表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3C表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3D表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3E表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3F表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3G表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3H表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3I表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图3J表示涉及本发明的实施方式1的半导体器件的一个制造工序的截面图。
图4是表示包括涉及本发明的实施方式2的液晶面板的液晶显示装置的概略结构的截面图。
图5是涉及本发明的实施方式2的液晶面板的一个像素的等效电路图。
图6是表示涉及本发明的实施方式2的其它的液晶显示装置的主要部分的立体图。
图7是表示包括薄膜二极管和薄膜晶体管的现有技术中的半导体器件的截面图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式的光传感器的特征在于，包括：基板；设置在上述基板的一侧且具有至少包含n型区域和p型区域的第一半导体层的薄膜二极管；和设置在上述基板与上述第一半导体层之间的遮光层，在上述遮光层的与上述第一半导体层相对的一侧的面形成有凹凸，上述第一半导体层具有沿着上述遮光层的上述凹凸的凹凸形状(第一结构)。
在第一结构中，在遮光层的与第一半导体层相对的一侧的面形成有凹凸。因此，能够使入射到遮光层的与第一半导体层相对的一侧的面的光发生漫反射。凹凸优选没有规则性的随机的凹凸。因为能够使反射光向各种方向反射，所以能够降低薄膜二极管的光检测灵敏度的入射角依存性。
第一半导体层具有沿着在上述遮光层形成的上述凹凸的凹凸形状。第一半导体层是否具有沿着遮光层的凹凸的凹凸形状，通过例如用SEM观察厚度方向的截面(以下记作“截面SEM观察”)能够容易地判断。第一半导体层具有沿着遮光层的凹凸的凹凸形状，是指：例如在截面SEM观察中，在遮光层的与第一半导体层相对的一侧的面中，在向上形成有凸部的地方，第一半导体层向上位移，在向下形成有凹部的地方，第一半导体层向下位移。其结果是，在大致一定厚度的第一半导体层的下表面(与遮光层相对的面)和上表面(与遮光层相反的一侧的面)，形成沿着在遮光层的与第一半导体层相对的一侧的面形成的凹凸的凹凸形状。
通过使第一半导体层具有沿着遮光层的凹凸的凹凸形状，能够使在遮光层发生漫反射的反射光在第一半导体层内前进的距离(反射光进入到第一半导体层内的距离)变长。
在第一结构中，上述第一半导体层的厚度，优选比在上述第一半导体层的与上述遮光层相对的一侧的面形成的凹凸的顶部与底部的高低差薄(第二结构)。另外，第一半导体层的厚度，优选比在遮光层的与第一半导体层相对的一侧的面形成的凹凸的顶部与底部的高低差薄。通过将第一半导体层设置成这样薄的厚度，能够在与构成薄膜晶体管的第二半导体层相同的工序中形成第一半导体层。其结果是，能够使制造工艺变得简单。另外，第一半导体层的厚度、第一半导体层和遮光层的凹凸的顶部与底部的高低差，都能够通过截面SEM观察来测定。另外，第一半导体层的厚度的下限，不作特别限制，但优选例如在第一半导体层的与遮光层相对的一侧的面形成的凹凸的高低差、以及在遮光层的与第一半导体层相对的一侧的面形成的凹凸的高低差的一半以上。当第一半导体层过薄时，作为没有针孔(pin hole)的连续膜来形成薄的第一半导体层是困难的。
在第一或第二结构中，在上述遮光层的与上述第一半导体层相对的一侧的面形成的上述凹凸的顶部与底部的高低差优选为50～100nm(第三结构)。当遮光层的凹凸的高低差比该数值范围小时，入射到遮光层的光变得不容易发生漫反射。另外，第一半导体层的上表面与下表面的凹凸变小，接近平坦。因此，在遮光层被反射的反射光在第一半导体层内前进的距离变短。其结果是，提高光检测灵敏度变得困难。相反，当遮光层的凹凸的高低差比上述的数值范围大时，作为没有针孔的连续膜形成薄的第一半导体层是困难的。
在第一至第三结构的任意一个中，优选在上述遮光层的与上述第一半导体层相对的一侧的面的整个面形成上述凹凸(第四结构)。由此，向遮光层入射的光，与其入射位置无关地发生漫反射。其结果是，光传感器(薄膜二极管)的光检测灵敏度进一步上升。另外，与只在被限定的区域形成凹凸的情况相比，能够使凹凸的形成工艺变得简单。
涉及本发明的一个实施方式的半导体器件，包括：涉及本发明的上述一个实施方式的光传感器；和在上述基板的与上述薄膜二极管相同的一侧设置的薄膜晶体管，上述薄膜晶体管具有：包括沟道区域、源极区域和漏极区域的第二半导体层；控制上述沟道区域的导电性的栅极电极；和在上述第二半导体层与上述栅极电极之间设置的栅极绝缘膜(第五结构)。在共用的基板上设置薄膜二极管和薄膜晶体管。因此，涉及本发明的一个实施方式的半导体器件能够利用于要求光检测功能的广泛的用途中。
在第五结构中，优选上述第一半导体层和上述第二半导体层形成在同一绝缘层上(第六结构)。由此，能够在同一工序中并行地形成第一半导体层和第二半导体层。其结果是，能够使制造工艺变得简单。
在第五或第六结构中，优选上述第二半导体层的与上述基板相对的一侧的面是平坦的(第七结构)。由此，能够不对薄膜晶体管的栅极耐压特性等产生不良影响地提高薄膜二极管的光检测灵敏度。另外，第二半导体层的与基板相对的一侧的面没必要完全地平坦，只要实质上平坦即可。
在第五～第七结构中，优选上述第一半导体层的厚度与上述第二半导体层的厚度相同(第八结构)。由此，能够在同一工序中并行地形成第一半导体层和第二半导体层。其结果是，能够使制造工艺变得简单。另外，第一半导体层的厚度与第二半导体层的厚度没必要完全相同，只要实质上相同即可。
涉及本发明的一个实施方式的液晶面板，包括：上述半导体器件；与上述基板的设置有上述薄膜二极管和上述薄膜晶体管的一侧的面相对地配置的相对基板；和被封入在上述基板与上述相对基板之间的液晶层(第九结构)。由此，能够实现具有触摸传感器功能、检测周围的亮度的环境传感器功能的液晶面板。
以下，表示适当的实施方式而对本发明进行详细说明。但是，理所当然地本发明不被以下的实施方式所限定。在以下说明中参照的各附图，为了方便说明，在本发明的实施方式的构成部件中，只简略地表示有用于说明本发明的必要的主要部件。因此，本发明可以包括未在以下的各附图中表示的任意构成部件。另外，以下的各附图中的部件的尺寸，并非忠实地表示实际的构成部件的尺寸和各部件的尺寸比例等。
(实施方式1)
图1是表示涉及本发明实施方式1的半导体器件100的概略结构的截面图。该半导体器件100包括：基板101、在基板101上隔着作为绝缘层的基底层103而形成的薄膜二极管130、具有在基板101与薄膜二极管130之间设置的遮光层160的光传感器132和薄膜晶体管150。基板101优选具有透光性。在图1中，为了使附图简单，只表示有单一的光传感器132和单一的薄膜晶体管150，但在共用的基板101上可以形成多个光传感器132和多个薄膜晶体管150。另外，在图1中，为了容易理解，在相同的附图内表示有光传感器132的截面图与薄膜晶体管150截面图，但这些截面图没必要是沿着共用的单一平面的截面图。
薄膜二极管130具有至少包括n型区域131n和p型区域131p的半导体层(第一半导体层)131。在本实施方式中，在半导体层131的n型区域131n与p型区域131p之间设置本征区域131i。n型区域131n和p型区域131p分别连接至电极133a、133b。
薄膜晶体管150包括：包含沟道区域151c、源极区域151a和漏极区域151b的半导体层(第二半导体层)151；控制沟道区域151c的导电性的栅极电极152；和设置在半导体层151与栅极电极152之间的栅极绝缘膜105。源极区域151a和漏极区域151b分别连接至电极153a、153b。栅极绝缘膜105扩展到半导体层131之上。
薄膜二极管130的半导体层131与薄膜晶体管150的半导体层151的结晶性可以相互不同，也可以相同。如果两者的结晶性相同的话，不必分别控制半导体层131、151的结晶状态，其结果是，即使不使制造工艺复杂，也能够得到可靠性高的高性能的半导体器件100。
在薄膜二极管130和薄膜晶体管150之上，形成有层间绝缘膜107。
在基板101与薄膜二极管130之间与薄膜二极管130相对的位置设置有遮光层160。由此，防止光对基板101从与设置有薄膜二极管130的一侧相反的一侧通过(穿过)基板101入射到半导体层131。详细而言，遮光层160形成在包括基板101上的与半导体层131相对的区域的位置。
在遮光层160的与薄膜二极管130相对的面(上表面)形成微小且随机的凹凸。薄膜二极管130的半导体层131具有沿着遮光层160的凹凸的凹凸形状。即，在如图1所示的沿着厚度方向的截面中，具有大致一定的厚度的第一半导体层131，相对于遮光层160的上表面的凹凸，保持大致一定的间隔地在上下方向位移(弯曲)。
对遮光层160的上表面的凹凸和构成薄膜二极管130的半导体层131的凹凸形状的作用进行说明。图2是包括遮光层160和半导体层131的图1的部分II的放大截面图。从上方射向薄膜二极管130的入射光L1，入射到薄膜二极管130的半导体层131后被半导体层131吸收。但是，因为半导体层131薄，所以入射光L1之中的一部分通过半导体层131。通过半导体层131的入射光L1通过基底层103，入射到遮光层160的上表面。在遮光层160的上表面形成有随机的凹凸。因此，遮光层160使入射光L1发生漫反射。在遮光层160的上表面发生漫反射的反射光L2射向各个方向，通过基底层103，入射到半导体层131。反射光L2之中，以比较大的反射角度被反射的反射光，总的来说以大的入射角度入射到半导体层131。其结果是，在半导体层131内前进的距离容易变长。另外，半导体层131大致沿着遮光层160的凹凸形成。因此，即使是相对于基板101的法线呈比较小的角度的入射光L1和反射光L2，与半导体层131是平坦的情况相比，在半导体层131内前进的距离也更容易变长。这样，本发明能够使入射光L1和反射光L2在半导体层131内前进的距离变长。由此，被半导体层131吸收的光增加。其结果是，光的利用效率上升，使得薄膜二极管130的光检测灵敏度上升。另外，遮光层160的上表面的凹凸和半导体层131的形状越是随机的，越能得到入射角的依存性小且稳定的光检测灵敏度提高的效果。
遮光层160上表面的随机的凹凸，优选形成在遮光层160的上表面的整个面。由此，能够与入射光L1入射到遮光层160的位置无关地提高薄膜二极管130的光检测灵敏度。另外，因为没必要限定形成凹凸的区域，所以能够使凹凸的形成工序简单。
薄膜二极管130的半导体层131，只要至少在本征区域131i具有沿着遮光层160上表面的凹凸的凹凸形状即可，优选在包括n型区域131n和p型区域131p的整个区域具有(该凹凸形状)。这是因为能够使制造工序简单。
本发明，即使在大部分入射光L1通过半导体层131这样的半导体层131薄的情况下，也能够提高光检测灵敏度。例如，即使在半导体层131比在半导体层131的下表面形成的凹凸的顶部与底部的高低差薄的情况下，如图2所示也能够使反射光L2在半导体层131内前进的距离变长。从而，提高薄膜二极管130的光检测灵敏度。因此，没必要为了减少通过半导体层131的光而将半导体层131增厚。其结果是，如后所述能够通过与薄膜晶体管150的半导体层151相同的工序来形成半导体层131。
对通过以上方式构成的涉及本实施方式的半导体器件100的制造方法的一例进行说明。但半导体器件100的制造方法不限定于以下的示例。
首先，如图3A所示，在基板101上形成此后成为遮光层160的薄膜161。
作为基板101，没有特别限定，能够考虑半导体器件100的用途等而适当选择。例如能够使用具有透光性的玻璃基板(例如低碱(alkali)玻璃基板)或石英基板。在作为基板101使用低碱玻璃基板的情况下，可以在比玻璃应变点低10～20℃左右的温度下对基板101预先进行热处理。
作为薄膜161的材料，能够使用例如金属材料。其中，考虑到此后的制造工序中的热处理，优选作为高熔点金属的钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)等。通过溅射法将该金属材料成膜在基板101的整个面上。第一薄膜161的厚度优选200～300nm左右。由于用溅射法成膜，因此在被形成的薄膜161内，形成在厚度方向(图3A的纸面上下方向)延伸的金属材料的柱状结晶。然后，对该薄膜161，在厚度方向实施反应性离子蚀刻等的各向异性蚀刻。蚀刻深度优选100～150nm左右。为了在薄膜161中形成柱状结晶，对薄膜161的表面选择性地进行蚀刻。其结果是，在薄膜161的表面形成随机的凹凸。凹凸程度优选凹凸的顶部与底部的高低差(即，厚度方向的距离)为50～100nm左右。
然后，在薄膜161的上表面，用抗蚀剂形成希望的遮光层160的图案。然后，通过湿蚀刻法，除去不需要的区域的薄膜161。留下此后形成薄膜二极管130的区域内的薄膜161。除去包括此后形成薄膜晶体管150的区域的、在薄膜二极管130的形成区域之外的薄膜161。其结果是，如图3B所示，得到被图案化的遮光层160。
然后，如图3C所示，以覆盖基板101和遮光层160的方式形成基底层103，并进一步形成非晶质半导体膜110。
基底层103是为了防止来自基板101的杂质扩散而设置的。作为基底层103，例如可以是包括氧化硅膜的单层、自基板101侧起包括氮化硅膜和氧化硅膜的多层、或除此之外的公知的结构。这样的基底层103例如能够使用等离子体CVD法来形成。基底层103的厚度优选100～600nm，进一步优选150～450nm。
作为构成非晶质半导体膜110的半导体，优选能够使用硅。但也能使用硅以外的例如Ge、SiGe、化合物半导体、硫属化物(chalcogenide)等的半导体。以下，对使用硅的情况进行说明。非晶质硅膜110使用等离子体CVD法、溅射法等的公知的方法来形成。非晶质硅膜110的厚度，作为能够通过因此后的激光照射而发生的结晶化来得到高品质的多结晶硅的膜厚，优选25～100nm。例如，通过等离子体CVD法能够形成厚度为50nm的非晶质硅膜110。在用相同的成膜法形成基底层103和非晶质硅膜110情况下，可以连续地形成这些基底层103和非晶质硅膜110。在形成基底层103后，通过不暴露在大气环境中，能够防止基底层103的表面的污染。其结果是，能够降低制作的薄膜晶体管150和薄膜二极管130的特性的不均匀、阈值电压的变动。
如图3C所示，在形成遮光层160的区域，沿着在遮光层160的上表面形成的凹凸的凹凸，形成在基底层103的上表面和非晶质硅膜110的上表面。
然后，如图3D所示，通过从上方朝向非晶质硅膜110照射激光121，使非晶质硅膜110结晶化。作为这时的激光121，能够适用XeCl准分子激光器(波长为308nm，脉冲宽度(脉冲持续时间)为10～150nsec，例如40nsec)、KrF准分子激光器(波长为248nm，脉冲宽度(脉冲持续时间)为10～150nsec)。激光121被调整为在基板101表面的照射范围为长尺形状。然后，通过在与激光121的在基板101表面的照射范围的长尺方向垂直的方向上依次扫描激光121，来进行非晶质硅膜110的整个面的结晶化。此时，优选照射范围的一部分重叠地扫描激光121。由此，在非晶质硅膜110的任意一点上，进行多次的激光照射。其结果是，能够提高多结晶硅膜111的结晶状态的均匀性。通过激光121的照射，非晶质硅膜110在瞬间地熔融固化的过程中被结晶化而成为多结晶硅膜111。
然后，如图3E所示，除去多结晶硅膜111的不需要的区域以进行元件间分离。元件间分离能够通过光刻法，即形成规定图案的抗蚀剂后，使用干蚀刻法除去不需要的区域的多结晶硅膜111来进行。由此，相互隔离地形成：成为此后的薄膜二极管130的活性区域(n型区域131n、p型区域131p、本征区域131i)的半导体层131；成为此后的薄膜晶体管150的活性区域(源极区域151a、漏极区域151b、沟道区域151c)的半导体层151。即，这些半导体层131、151形成为岛状。
然后，如图3F所示，形成覆盖这些岛状半导体层131、151的栅极绝缘膜105后，在栅极绝缘膜105上形成薄膜晶体管150的栅极电极152。
作为栅极绝缘膜105优选氧化硅膜。栅极绝缘膜105的厚度优选20～150nm(例如100nm)。如图3F所示，在形成有遮光层160的区域，沿着在遮光层160的上表面形成的凹凸的凹凸形成在栅极绝缘膜105的上表面。
栅极电极152，通过使用溅射法或CVD法等在栅极绝缘膜105的整个面堆叠导电膜，将该导电膜图案化而形成。作为导电膜的材料，优选高熔点金属W、Ta、Ti、Mo和其合金材料中的任意一个。另外，导电膜的厚度优选300～600nm。
然后，如图3G所示，以覆盖成为此后的薄膜二极管130的活性区域的半导体层131的一部分的方式，在栅极绝缘膜105上形成有包括抗蚀剂(膜)的掩膜122。然后，在该状态下，从基板101上方将n型杂质(例如磷)123在基板101的整个面进行离子掺杂(ion doping)。n型杂质123通过栅极绝缘膜105，注入至半导体层151、131。通过该工序，n型杂质123被注入到：薄膜二极管130的半导体层131中未被掩膜122覆盖的区域和薄膜晶体管150的半导体层151中未被栅极电极152覆盖的区域。在被掩膜122和栅极电极152覆盖的区域，n型杂质123未被掺杂。由此，薄膜二极管130的半导体层131之中的注入有n型杂质123的区域，成为此后的薄膜二极管130的n型区域131n。另外，薄膜晶体管150的半导体层151之中的注入有n型杂质123的区域，成为此后的薄膜晶体管150的源极区域151a和漏极区域151b。半导体层151之中被栅极电极152覆盖而未被注入n型杂质123的区域，成为此后的薄膜晶体管150的沟道区域151c。
然后，除去掩膜122后，如图3H所示，以覆盖此后成为薄膜二极管130的活性区域的半导体层131的一部分和此后成为薄膜晶体管150的活性区域的半导体层151的整体的方式，在栅极绝缘膜105上形成包括抗蚀剂(膜)的掩膜124。在该状态下，从基板101上方将p型杂质(例如硼)125在基板101的整个面进行离子掺杂。p型杂质125通过栅极绝缘膜105，注入至半导体层131。通过该工序，p型杂质125注入至薄膜二极管130的半导体层131中的未被掩膜124覆盖的区域。在被掩膜124覆盖的区域中，p型杂质125未被掺入。由此，薄膜二极管130的半导体层131之中的注入有p型杂质125的区域，成为此后的薄膜二极管130的p型区域131p。另外，半导体层131之中的既未被注入p型杂质也未被注入n型杂质的区域，成为此后的本征区域131i。
然后，如图3I所示，除去掩膜124后，在非活性气氛下，例如在氮气氛下进行热处理。通过该热处理，在薄膜二极管130的n型区域131n和p型区域131p、薄膜晶体管150的源极区域151a和漏极区域151b，掺杂时发生的结晶缺陷等的掺杂损伤恢复，分别地掺杂的磷和硼被活性化。该热处理，可以使用一般的加热炉，但优选使用RTA(Rapid Thermal Annealing，快速退火)进行。特别是，优选向基板101的表面吹高温的非活性气体，进行瞬时的升降温的方式。
然后，如图3J所示，形成层间绝缘膜107。层间绝缘膜107的结构无特别限定，能够使用公知的结构。例如能够使用按顺序形成氮化硅膜和氧化硅膜的2层构造。如果需要的话，可以进行用于使半导体层151、131氢化的热处理，例如在1气压的氮气氛或者氢混合气氛下进行350～450℃的退火。在形成层间绝缘膜107后，在层间绝缘膜107形成接触孔。然后，在层间绝缘膜107上和接触孔内部形成包括金属材料的膜(例如氮化钛与铝的双层膜)，将该膜图案化。由此，形成薄膜二极管130的电极133a、133b和薄膜晶体管150的电极153a、153b。于是，得到连接至电极133a、133b的薄膜二极管130和连接至电极153a、153b的薄膜晶体管150。另外，为了保护连接至薄膜二极管130的电极133a、133b和连接至薄膜晶体管150的电极153a、153b，可以在层间绝缘膜107上设置包括氮化硅膜等的保护膜(未图示)。
根据上述的制造方法，能够并行地形成薄膜二极管130的半导体层131和薄膜晶体管150的半导体层151。其结果是，在共用的基板101上能够高效地制造薄膜二极管130和薄膜晶体管150。
在这样的制造方法中，导致薄膜二极管130的半导体层131的厚度必然地与薄膜晶体管150的半导体层151的厚度一样。因此，为了提高光检测灵敏度，不能够采取增厚薄膜二极管130的半导体层131的方法。但是，如上所述，在本发明的一个实施方式的半导体器件100中，即使是不能够增厚半导体层131的情况，也能够提高光传感器132(薄膜二极管130)的光检测灵敏度。
另外，如果根据上述制造方法，在遮光层160的上表面预先形成凹凸的话，此后形成的薄膜二极管130的半导体层131，形成为与在遮光层160的上表面形成的凹凸大致相同的形状。
因此，根据上述制造方法，能够不用大幅地改变现有技术中的半导体器件的制造工序地，简便且低成本地制造半导体器件100。
另一方面，如图3B所示，除去在形成有薄膜晶体管150的区域的薄膜161。由此，构成薄膜晶体管150的半导体层151的上表面和下表面实质上是平坦的。因此，能够不对薄膜晶体管150的特性产生不良影响(例如栅极耐压特性的降低)地，提高光传感器132(薄膜二极管130)的光检测灵敏度。
薄膜晶体管150的构造不限定于以上所记载的情况。例如，可以是双栅极构造的薄膜晶体管、具有LDD构造或GOLD构造的薄膜晶体管、p沟道型薄膜晶体管等之中的任一个。而且，还可以形成构造不同的多种类的薄膜晶体管。
在上述的实施方式中，举例有包括光传感器132和薄膜晶体管150的半导体器件100。但本发明不限定于此。例如，可以只包括光传感器132。而且，半导体层131、151也可以通过非晶态硅形成。
(实施方式2)
在本实施方式2中，对包括半导体器件的液晶面板进行说明，该半导体器件具有在实施方式1中说明的光检测功能。
图4是表示包括涉及本实施方式2的液晶面板501的液晶显示装置500的概略结构的截面图。
液晶显示装置500包括：液晶面板501；照亮液晶面板501的背面的照明装置502；相对于液晶面板501隔着气隙503配置的透光性保护面板504。
液晶面板501包括：作为都具有透光性的板状部件的TFT阵列基板510和相对基板520；和在这些TFT阵列基板510与相对基板520之间封入的液晶层519。TFT阵列基板510和相对基板520的形成材料无特别限定。例如能够使用玻璃、丙烯酸树脂等的与在现有技术的液晶面板中所使用的材料相同的材料。
在TFT阵列基板510的照明装置502侧的面，设置透过或吸收特定的偏振光成分的偏向板511。在TFT阵列基板510的与偏向板511相反的一侧的面，按顺序层叠绝缘层512和取向膜513。取向膜513是用于使液晶取向的层，例如包括聚酰亚胺等的有机薄膜。在绝缘层512内形成：通过由包括ITO等的透明导电性薄膜构成的像素电极515；与像素电极515连接的作为液晶驱动用的开关元件的薄膜晶体管(TFT)550；和具有光检测功能的薄膜二极管530。相对于薄膜二极管530在照明装置502侧形成遮光层560。
在相对基板520的与液晶层519相反的一侧的面，设置透过或吸收特定的偏振光成分的偏振板521。在相对基板520的液晶层519侧的面，从液晶层519侧按顺序形成取向膜523、共用电极524、彩色滤光片层525。取向膜523，与设置有TFT阵列基板510的取向膜513相同地，是用于使液晶取向的层，例如由聚酰亚胺等的有机薄膜构成。共用电极524由包括ITO等的透明导电性薄膜构成。彩色滤光片层525包括：选择性地使红(R)、绿(G)、蓝(B)的各原色的波长带域的光透过的3种树脂膜(彩色滤光片)；和作为在相邻的彩色滤光片间配置的遮光膜的黑矩阵。优选在与薄膜二极管530对应的区域不设置彩色滤光片和黑矩阵。
在本实施方式的液晶面板501中，对应红、绿、蓝之中的任意1个原色的彩色滤光片，配置1个像素电极515和1个薄膜晶体管550，并由它们构成原色的像素(图像元素)。并且，红、绿、蓝的3个图像元素构成彩色像素(像素)。这样的彩色像素按照规律被配置在纵横方向上。
透光性保护面板504，例如包括玻璃、丙烯酸树脂等的平板。在透光性保护面板504的与液晶面板501相反的一侧的面，是能够用人的手指509触摸的触摸传感器面504a。通过相对于液晶面板501隔着气隙503设置透光性保护面板504，能够防止对透光性保护面板504的由人的手指509产生的压力传达到液晶面板501。由此，防止由手指509的压力而引起的在显示画面产生的波纹状的不希望产生的情况。
照明装置502，无特别限定，作为液晶面板的照明装置能够使用公知的照明装置。例如，能够使用直下型、边光型的照明装置。边光型的照明装置因对液晶显示装置的薄型化有利而优选。另外，对光源的种类没有限定，例如可以是冷/热阴极管、LED等。
在本实施方式的液晶显示装置500中，通过使来自照明装置502的光通过液晶面板501和透光性保护面板504，能够显示彩色图像。
另一方面，入射到触摸传感器面504a的外光L入射到薄膜二极管530。当手指509接触触摸传感器面505a时，外光L被遮挡。通过检测入射到各薄膜二极管530的外光L的变化，能够检测出有无对触摸传感器面504a的手指509的接触、接触的位置。遮光层560阻挡来自照明装置502的光入射到薄膜二极管530。
在上述的结构中，作为薄膜二极管530、薄膜晶体管550、遮光层560、TFT阵列基板510，能够适用实施方式1中说明的薄膜二极管130、薄膜晶体管150、遮光层160、基板101。绝缘层512包括在实施方式1中说明的基底层103、栅极绝缘膜105、层间绝缘膜107和平坦化膜而构成。
在图4中，作为液晶显示装置表示有透过型液晶显示装置，但本发明不限定于此，也能够适用于半透过型或反射型的液晶显示装置。在反射型液晶显示装置中不需要照明装置502。
图5是在图4中所示的液晶面板501的一个像素的等效电路图。该液晶面板501的像素570包括构成彩色像素的显示部570a和光传感器部570b。该像素570在液晶面板501的像素区域内在纵横方向被大量地配置为矩阵状。
显示部570a包括：薄膜晶体管550R、550G、550B；液晶元件551R、551G、551B；静电电容552R、552G、552B(此处，标注的R、G、B表示对应构成像素的红、绿、蓝的各图像元素。以下相同)。薄膜晶体管550R、550G、550B的源极区域连接至源极电极线(信号线)SLR、SLG、SLB。栅极电极连接至栅极电极线(扫描线)GL。漏极区域连接至液晶元件551R、551G、551B的像素电极(参照图4的像素电极515)和静电电容552R、552G、552B的一个电极。静电电容552R、552G、552B的另一个电极连接至共用电极线TCOM。
当向栅极电极线GL施加正的脉冲时，薄膜晶体管550R、550G、550B成为导通(ON)状态。由此，向源极电极线SLR、SLG、SLB施加的信号电压从薄膜晶体管550R、550G、550B的源极电极经由漏极电极被送到液晶元件551R、551G、551B和静电电容552R、552G、552B。其结果是，通过液晶元件551R、551G、551B的像素电极515(参照图4)和共用电极524(参照图4)将电压施加至液晶层519(参照图4)，改变液晶层519的液晶分子的取向状态，以进行所希望的彩色显示。
另一方面，光传感器部570b包括薄膜二极管530、储存电容531、薄膜晶体管532。薄膜二极管530的p+型区域连接至复位信号线RST。薄膜二极管530的n+型区域连接至储存电容531的一个电极和薄膜晶体管532的栅极电极。储存电容531的另一个电极连接至读出信号线RWS。薄膜晶体管532的漏极电极连接至源极电极线SLG。薄膜晶体管532的源极电极连接至源极电极线SLB。在源极电极线SLG连接有额定电压VDD。在源极电极线SLB连接有偏压晶体管533的漏极电极。在偏压晶体管533的源极电极连接有额定电压VSS。
在被这样构成的光传感器部570b中，如以下那样，得到与薄膜二极管530被照射的光的量对应的输出电压VPIX。
首先，向复位信号线RST供给高电平的复位信号。由此，在薄膜二极管530施加顺方向的偏压。因为此时薄膜晶体管532的栅极电极的电位比薄膜晶体管532的阈值电压低。所以薄膜晶体管532是非导通状态。
然后，将复位信号线RST的电位设为低电平。由此，光电流的积分期间开始。在该积分期间，与向薄膜二极管530入射的光量成比例的光电流从储存电容531流出，储存电容531放电。在该积分期间，因为薄膜晶体管532的栅极电极的电位比薄膜晶体管532的阈值电压低，所以薄膜晶体管532仍旧为非导通状态。
然后，向读出信号线RWS供应高电平的读出信号。由此，积分期间结束，读出期间开始。通过供给读出信号，电荷被注入至储存电容531，薄膜晶体管532的栅极电极的电位变得比薄膜晶体管532的阈值电压高。其结果是，薄膜晶体管532为导通状态，与偏压晶体管533一起作为源极跟随放大器(源输出放大器，source-follower amplifier)起作用。从薄膜晶体管532得到的输出电压VPIX与在积分期间的薄膜二极管530的光电流的积分值成比例。
然后，将读出信号线RWS的电位降低到低电平，读出期间结束。
通过在被配置于液晶面板501的像素区域内的全部像素570依次重复进行上述动作，能够实现在液晶面板501的像素区域内的触摸传感器功能。
通过使用在实施方式1中说明的薄膜二极管130作为薄膜二极管530，能够实现具有良好光检测灵敏度的触摸传感器功能的液晶显示装置500。
在图5中，相对于构成彩色像素的1个显示部570a设置有1个光传感器部570b，但本发明不限定于此。例如，可以对多个显示部570a设置1个光传感器部570b。或者，可以对1个显示部570a内的红、蓝、绿的各图像元素分别(各)设置1个光传感器部570b。另外，在图5中表示有将本发明适用于进行彩色显示的液晶面板的示例，但本发明也能够适用于进行单色显示的液晶面板。
在图4、图5中，说明有实施方式1的薄膜晶体管1 50为设置在各图像元素的薄膜晶体管550(550R、550G、550B)的情况，但本发明不限定于此。也可以是设置在各图像元素的薄膜晶体管550(550R、550G、550B)之外的图5所示的薄膜晶体管。或者，例如可以是驱动器电路(后述的栅极驱动器510g、源极驱动器510s)用的薄膜晶体管。
在图4、图5中，具有光检测功能的本发明的光传感器，设置在TFT阵列基板510的、液晶驱动用的多个薄膜晶体管550以矩阵状配置的像素区域内。然而，本发明不限定于此。例如可以将光传感器设置在TFT阵列基板510的像素区域外。使用图6对将光传感器设置在TFT阵列基板510的像素区域外的情况的一个示例进行说明。在构成液晶显示装置的部件之中，图6只表示有TFT阵列基板510和照亮TFT阵列基板510的背面的照明装置502。TFT阵列基板510，包括用于驱动液晶的多个薄膜晶体管以矩阵状配置的像素区域510a，并在像素区域510a的周围的边框区域内设置有栅极驱动器510g、源极驱动器510s、光检测部510b。在光检测部510b形成有在实施方式1中说明的光传感器132(薄膜二极管130和遮光层160)。光检测部510b的薄膜二极管130生成对应周围的亮度的照度信号。该照度信号经由挠性基板等的配线509被输入到照明装置502的控制电路(未图示)。控制电路根据照度信号控制照明装置502的照度。其结果是，能够实现对应周围的亮度地自动且适当地设定显示画面的亮度的液晶显示装置。这样，能够将涉及本发明的一个实施方式的光传感器132(薄膜二极管130和遮光层160)配置在TFT阵列基板510的边框区域内，作为检测周围的亮度的环境传感器来利用。因为构成涉及本发明的一个实施方式的光传感器132的薄膜二极管130的光检测灵敏度良好，所以能够实现根据周围的亮度最适当地设定显示画面的亮度的液晶显示装置。而且，与在像素区域内形成薄膜二极管130的情况相比，因为能够增大薄膜二极管130，所以能够容易地扩大受光区域以进一步提高光检测灵敏度。
在本实施方式2中，表示了将在实施方式1中说明的本发明的半导体器件用于液晶面板的示例，但本发明的半导体器件的用途不限定于此。也能够利用于EL面板、等离子体面板等的显示元件。另外，还能够利用于显示元件之外的具备光检测功能的各种设备中。
产业上的可利用性
对于本发明的利用领域没有特别限定，能够广泛地利用于需要提高了光检测灵敏度的光传感器的各种设备。特别是，能够优选利用于各种显示元件中作为触摸传感器、检测周围的亮度的环境传感器。

Claims (9)

1.一种光传感器，其特征在于，包括：
基板；
薄膜二极管，其设置在所述基板的一侧且具有至少包含n型区域和p型区域的第一半导体层；和
遮光层，其设置在所述基板与所述第一半导体层之间，
在所述遮光层的与所述第一半导体层相对的一侧的面形成有凹凸，
所述第一半导体层具有沿着所述遮光层的所述凹凸的凹凸形状。
2.如权利要求1所述的光传感器，其特征在于：
所述第一半导体层的厚度，比在所述第一半导体层的与所述遮光层相对的一侧的面形成的凹凸的顶部与底部的高低差薄。
3.如权利要求1或2所述的光传感器，其特征在于：
在所述遮光层的与所述第一半导体层相对的一侧的面形成的所述凹凸的顶部与底部的高低差是50～100nm。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的光传感器，其特征在于：
在所述遮光层的与所述第一半导体层相对的一侧的面的整个面形成有所述凹凸。
5.一种半导体器件，其特征在于，包括：
权利要求1至4中的任意一项所述的光传感器；和
薄膜晶体管，其设置在所述基板的与所述薄膜二极管相同的一侧，
所述薄膜晶体管具有：包括沟道区域、源极区域和漏极区域的第二半导体层；控制所述沟道区域的导电性的栅极电极；和在所述第二半导体层与所述栅极电极之间设置的栅极绝缘膜。
6.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：
所述第一半导体层和所述第二半导体层形成在同一绝缘层上。
7.如权利要求5或6所述的半导体器件，其特征在于：
所述第二半导体层的与所述基板相对的一侧的面是平坦的。
8.如权利要求5至7中的任意一项所述的半导体器件，其特征在于：
所述第一半导体层的厚度与所述第二半导体层的厚度相同。
9.一种液晶面板，其特征在于，包括：
权利要求5至8中的任意一项所述的半导体器件；
相对基板，其与所述基板的设置有所述薄膜二极管和所述薄膜晶体管的一侧的面相对地配置；和
液晶层，其被封入在所述基板与所述相对基板之间。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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