KR20080056648A - 고감도 광 센서 소자 및 그를 이용한 광 센서 장치 - Google Patents

고감도 광 센서 소자 및 그를 이용한 광 센서 장치 Download PDF

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히데오 사또
무쯔꼬 하따노
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가부시키가이샤 히타치 디스프레이즈
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Abstract

고감도의 광 센서 소자와 센서 드라이버 회로를, 다결정 재료만으로, 절연성 기판 상에 플래너 프로세스를 이용하여 형성한다. 다결정 실리콘막으로 광 센서 소자와 센서 드라이버 회로의 양방을 제작하고, 광 센서 소자로서는, 절연성 기판(10) 상에 형성한 제1 전극(11), 수광 영역(14) 및 제2 전극(12)과, 수광 영역(14) 상에 형성한 제3 전극(13)을 구비한 TFT를 이용하여 포토 트랜지스터를 형성하고, 제3 전극(13) 하의 양측의 영역(15, 16) 또는 편측의 영역(15, 16)에 진성층에 가까운 불순물층(활성화 불순물 농도가 1017㎝-3 이하)을 형성한다.
고감도 광 센서 소자, 광 센서 장치, 수광 영역

Description

고감도 광 센서 소자 및 그를 이용한 광 센서 장치{HIGH-SENSITIVE LIGHT SENSOR DEVICE AND LIGHT SENSOR APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은, 절연막 기판 상에 형성한 박막 광 센서 소자 및 그를 이용한 광 센서 장치에 관한 것으로, 특히 X선 촬상 장치, 생체 인증용 근적외선 검출 장치 등의 광 센서 어레이, 또는 광 센서를 이용한 터치 패널 기능, 조광 기능, 입력 기능을, 표시 패널에 내장한 화상 표시 장치, 예를 들면 액정 디스플레이, 유기 EL(Electro Luminescence) 디스플레이, 무기 EL 디스플레이, EC(Electro Chromic) 디스플레이에 사용되는 저온 프로세스 반도체 박막 트랜지스터, 저온 프로세스 광전도 소자 또는 저온 프로세스 광 다이오드 소자에 관한 것이다.
X선 촬상 장치는, 의료용 장치로서 없어서는 안 되는 것으로 되어 있고, 장치의 조작 간소화, 장치의 저코스트화는, 항상 요구되는 과제로 되어 있다. 또한, 최근에는 생체 인증의 일 수단으로서, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 인증이 주목받고 있고, 이들 정보의 판독 장치의 개발이 급무로 되어 있다. 이들 장치에서는, 정보 판독을 위해, 일정한 면적을 차지하는 광 검출용의 센서 어레이, 소위 에리어 센서가 필요하고, 이 에리어 센서를 저코스트로 제공하는 것이 필요하다. 이 요구로부 터, 글래스 기판으로 대표되는 저렴한 절연 기판 상에, 반도체 형성 프로세스(플래너 프로세스)에 의해 에리어 센서를 형성하는 방법이, 하기 비특허 문헌 1로 제안되어 있다.
에리어 센서와는 다른 제품 분야에서, 광 센서가 요구되어 있는 것으로서는, 중소형 디스플레이가 있다. 중소형 디스플레이는, 휴대 전화, 디지털 스틸 카메라, PDA 등의 모바일 기기의 표시 용도나 차재용 디스플레이로서 이용되고, 다기능화, 고성능화가 필요하게 되어 있다. 광 센서는, 조광 기능(하기 비특허 문헌 2), 터치 패널 기능을 디스플레이에 부가하기 위한, 유력한 수단으로서 주목받고 있다. 그러나, 중소형 디스플레이에서는, 대형 디스플레이와 달리, 패널 코스트가 낮기 때문에, 광 센서나 센서 드라이버를 실장함에 따른 코스트 상승이 크다. 따라서, 글래스 기판 상에, 화소 회로를 반도체 형성 프로세스(플래너 프로세스)를 이용하여 형성할 때에, 동시에 광 센서나 센서 드라이버를 형성하고, 코스트 상승을 억제하는 기술이 유효한 기술로서 주목받고 있다.
이상 예를 든 제품군에서 필요로 되는 과제는, 저렴한 절연 기판 상에, 광 센서 소자나 센서 드라이버를 형성하는 것이다. 센서 드라이버는, 통상적으로 LSI로 구성되고, 단결정 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 MOS 트랜지스터, 또는 그에 준하는 고성능의 스위치 소자가 필요로 된다. 이와 같은 과제를 해결하기 위해서는, 이하의 기술이 유효하다.
액티브 매트릭스 방식 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 이미지 센서의 화소 및 화소 구동 회로 소자로서, 채널이 다결정 반도체로 구성되는 박막 트랜지 스터(이하 「다결정 반도체 TFT」라고 함)가 개발되어 있다. 다결정 반도체 TFT는, 다른 구동 회로 소자에 비해, 구동 능력이 큰 점에서 유리하고, 화소와 동일한 글래스 기판 상에 주변 구동 회로를 탑재할 수 있다. 이에 의해 회로 사양의 커스텀화, 화소 설계, 형성 공정의 동시 진행에 의한 저코스트화나, 구동 LSI와 화소의 접속부의 기계적 취약성 회피에 의한 고신뢰화를 실현할 수 있다고 기대된다.
액정 디스플레이용의 다결정 반도체 TFT는, 코스트면의 요청으로부터 글래스 기판 상에 형성된다. 글래스 기판 상에 TFT를 형성하는 프로세스에서는, 글래스의 내열 온도가 프로세스 온도를 규정한다. 글래스 기판에 열적 데미지를 주지 않고, 고품질의 다결정 반도체 박막을 형성하는 방법으로서, 엑시머 레이저를 이용하여, 전구 반도체층을 용융, 재결정화하는 방법(ELA법 : Excimer Laser Anneal)이 있다. 본 형성법에 의해 얻어진 다결정 반도체 TFT는, 종래의 액정 디스플레이에 사용되어 있는 TFT(채널이 비정질 반도체로 구성됨)에 비해, 구동 능력은 100배 이상으로 개선되므로, 드라이버 등 일부의 회로를 글래스 기판 상에 탑재할 수 있다.
광 센서에 관해서는, 동일한 다결정 반도체 TFT를 이용하는 방법이나, 화소 회로, 드라이버 회로를 형성함과 동시에, PIN형 다이오드를 형성하는 방법이, 하기 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 광 센서에 요구되는 특성은, 고감도, 저노이즈이다. 광 센서 소자에 한하여 생각하면, 고감도란, 어떤 강도의 광에 대해, 가능한 한 큰 신호를 출력하는 것이며, 광-전류 변환 효율이 높은 재료, 소자 구조가 요구된다. 저노이즈란, 광이 입사하고 있지 않을 때의 신호가 가능한 한 작다고 하는 것을 의미한다.
도 12는, 종래의 광 센서 소자의 단면도이다. 도 12의 (a)는, 비정질 실리콘막을 수광층(113)으로 한 세로 구조형의 PIN형 다이오드 소자, 도 12의 (b)는, 비정질 실리콘막을 수광층(113)으로 하고, 전하가 접합면에 대해, 평행 방향으로 흐르는 구조형(가로 구조형)의 TFT 소자이다. 어느 쪽도 광 센서 소자로 된다.
도 12의 (a)에 도시한 광 센서 소자는, 제1 금속 전극층(111)과 제2 금속 전극층(112) 사이에 끼워진 비정질 실리콘막의 수광층(113)과, 이 수광층(113)과 각 전극층과의 계면에 형성된 불순물 도입층(120)으로 이루어진다. 이 광 센서 소자는, 절연 기판(110) 상에 형성되고, 각 전극층은 층간 절연막(115)으로 절연되어 전극 배선(114)에 접속되고, 절연 보호막(117)으로 덮여져 있다.
도 12의 (b)에 도시한 광 센서 소자는, 소스 전극(131), 게이트 전극(132) 및 드레인 전극(133)과 비정질 실리콘막의 수광층(113)과, 이 수광층(113)과 각 전극과의 계면에 형성된 불순물 도입층(120)으로 이루어진다. 이 광 센서 소자는, 절연 기판(110) 상에 형성되고, 절연 보호막(117)으로 덮여져 있다.
도 12에서, 절연 기판(110) 상에 센서 소자의 수광층(113)을 형성하는 반도체 재료는, 환경 문제나, 드라이버 회로(또는 화소 회로)를 동시에 형성할 때의 프로세스 정합성이라고 하는 관점에서 고려한 경우, 실리콘, 실리콘 게르마늄 등의 실리콘계 재료가 좋다. 실리콘계 재료에서는, 적외로부터 가시의 파장 영역에서는, 흡수된 광 중, 거의 모두가 전류로 변환된다. 따라서, 흡수 계수가 높은 것이 센서 소자에 적합하게 된다.
또한, 반도체의 비정질 또는 결정 혹은 다결정 등의 고상의 상태(이하 「 상(Phase) 상태」라 함)에 주목하면, 흡수 계수는 전파장 영역에서, 비정질이 가장 높고, 또한 저항이 높기 때문에, 센서 소자로서는 비정질 재료가 유리하다.
그러나, 센서 소자에 비정질 재료를 적용한 경우, 스위치 소자의 성능이 불충분하기 때문에, 드라이버 회로를 동시에 구성하는 것이 불가능하다. 예를 들면, 센서 소자에 최적인 비정질 실리콘막으로 TFT를 구성한 경우, 그 전계 효과 이동도는, 1㎠/Vs 이하이다. 그 때문에, 센서 기능은 센서 어레이를 도 12의 구조로 제작하고, 스위치 기능은, 별도 드라이버 LSI를 실장하여, FPC 등으로 접속하는 구성으로 된다.
재료가 단결정인 경우, 센서 소자와 회로를 동시에 구성하는 것은 가능하지만, 그 제작 프로세스는 1000℃ 이상의 고온 프로세스로 되어, 글래스 기판 등 저렴한 절연 기판 상에서의 제작은 불가능하게 된다.
드라이버 회로를 구성하는 스위치 소자와 센서 소자를 다결정 반도체막으로 구성하면, 동일한 절연 기판 상에, 드라이버 회로(덧붙여 화소 회로)와 센서 소자를 동시에 형성하는 것이 가능하게 된다. ELA법에 의해 얻어진 다결정 반도체막의 경우, 드라이버 회로를 구성할 수 있는 정도의 TFT가 얻어진다.
[비특허 문헌 1] 테크놀로지 앤드 어플리케이션즈 오브 아몰퍼스 실리콘 제204 페이지부터 제221 페이지(Technology and Applications of Amorphous Silicon pp204-221)
[비특허 문헌 2] 샤프 기법 제92호(2005년) 제35 페이지부터 제39 페이지(SHARP Technical Journal vol.92(2005) pp35-39)
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-3857호 공보
특허 문헌 1에 기재된 PIN형 다이오드는, 비정질의 적층형 소자와 비교하면 감도는 못 미치지만, 다결정막으로 형성한 센서 소자 중에서는 양호한 감도 특성을 보인다. 그러나, 진성 영역(I 영역), P 영역, N 영역을 구분하여 만들 필요가 있기 때문에, 포토 마스크수, 공정수가 많아져, 다른 센서 소자의 제조 코스트와 비교하여 높아진다고 하는 문제가 있다.
다결정 반도체막으로 형성한 다른 센서 소자로서는, TFT가 있다. 회로를 형성하는 스위치 소자와 구조가 동일하기 때문에, 프로세스 부담은 적어, 제조 코스트가 낮아진다고 하는 이점이 있다. 그러나, 과제는 소자의 감도 향상이다. 통상적으로, 수광 영역으로 되는 채널 영역은 임계값 제어 때문에, 얇은 불순물이 도입되어 있다. 이 때문에, 공핍층은 짧아, 전자-정공쌍의 수명은 짧아진다. 따라서, 검출할 수 있는 광전류는 작아 감도는 악화된다. 또한, 채널에 대해, 게이트가 수광면측에 있는 경우, 게이트에 의한 차광 효과 때문에, 감도가 더 저하한다는 결점이 있다.
본 발명은, 센서 드라이버 회로(필요에 따라서, 화소 회로, 기타 회로)와, 성능이 높은 광 센서를, 다결정 반도체 재료만으로, 절연막 기판 상에, 플래너 프로세스를 이용하여 형성하고, 드라이버를 내장한 저코스트의 에리어 센서, 또는 광 센서를 내장하는 화상 표시 장치를, 드라이버 단체의 제조 코스트, 또는 화상 표시 장치의 화소 회로의 제조 코스트를 유지하면서 제공하는 것이다.
다결정 실리콘막 또는 다결정 실리콘 게르마늄막으로 센서 드라이버 회로(필요에 따라서, 화소 회로, 기타 회로)와 광 센서 소자의 양방을 제작하고, 광 센서 소자로서, TFT를 이용한 게이트 부착 다이오드를 형성하고, 게이트 양측 또는 편측에 진성층에 가까운 불순물층(활성화 불순물 농도가(1017㎝-3 이하)을 형성한다. 이에 의해, 마스크 공정, 포토 공정을 유지, 또는 줄일 수 있어, 드라이버를 내장한 저코스트의 에리어 센서, 또는 이 광 센서 소자를 내장한 화상 표시 장치를, 드라이버 단체의 제조 코스트, 또는 화상 표시 장치의 화소 회로의 제조 코스트를 유지하면서 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 센서 드라이버 회로(필요에 따라서, 화소 회로, 기타 회로)와, 고성능 광 센서 소자의 양방을 저렴한 절연 기판 상에 형성한 에리어 센서, 또는 이 광 센서 소자를 내장한 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, TFT 구동의 디스플레이의 고부가 가치화를 위해서는, 기능 부가는 필연적이다. 그 하나의 수단으로서, 광 센서 소자를 내장하는 것은, 그에 의해 부가 가능하게 되는 기능의 확대로부터, 매우 유용하다. 또한, 광 센서 소자를 어레이화한 에리어 센서는 의료용도, 인증 용도 등으로 유용하며, 저코스트로 제작하는 것이 중요하게 되어 간다. 따라서, 고성능 광 센서 소자와 센서 처리 회로를 저렴 한 글래스 기판에 동시 제작할 수 있어, 저코스트이면서 신뢰성이 높은 제품을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 이용하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
<실시예 1>
도 1은, 본 발명에 따른 광 센서 소자의 개념도이다. 도 1의 (a)는, 절연성 기판 상에 제작된 광 센서 소자의 단면도, 도 1의 (b)는, 그 광 센서 소자의 상면도를 도시하고 있다. 도 1에서, 절연성 기판(10) 상의 제1 반도체층에, 고농도 불순물을 도입함으로써 제작된 제1 전극(11)과 제2 전극(12)간에, 동일하게 제1 반도체층에서 진성층 또는 저농도 불순물을 도입함으로써 제작된 수광 영역(14)이 있고, 또한 수광 영역(14)에서의 제1 전극(11)과 접하는 영역(15)과, 제2 전극(12)과 접하는 영역(16)의 2 개소의 영역을 제외한 부분 영역의 상부에, 층간 절연막(17)을 개재하여, 제3 전극(13)이 형성되어 있는 것이 특징이다. 또한, 층간 절연막(17)의 상부에는, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)에 컨택트 홀(21)을 통하여 접속되는 배선(18), 층간 절연막(19) 및 절연 보호막이 형성되어 있다.
제1 반도체층에서, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)간의 층은, 진성층 또는 극저농도(광 비조사, 전압 비인가 조건 하에서, 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이하)의 불순물 도입층이며, 수광층(광전 변환층)으로서 기능한다. 또한, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은, 제1 반도체층에 고농도(광 비조사, 전압 비 인가 조건 하에서, 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1019개/㎤ 이상)의 불순물을 도입하여, 전극으로서의 기능을 갖게 한다.
도 2는, (a)에 도시한 종래의 스위치 TFT를 전용한 광 센서 소자와, (b)에 도시한 본 발명에 따른 광 센서 소자의 단면을 비교한 도면이다. 도 2에서, 광 센서 소자를 동작시켰을 때, 고전압측에 공핍층(25)이 형성되고(도 2에서는, 제2 전극측), 주로 공핍층(25)에서 전자 정공쌍이 형성된다. 따라서, 공핍층(25)의 영역에, 검출할 광이 입사하는 것이 센서 감도에 크게 관계된다.
종래의 TFT를 이용한 광 센서는, 스위치 특성의 신뢰성 확보를 위해, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)간의 제1 반도체층에, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)과 동종의 불순물(다수 캐리어의 농도가, 1×1017개/㎤ 이상 1×1019개/㎤ 이하)을 도입하여, 중농도 불순물층(26)을 형성하고 있다. 이 경우, 공핍층(25)은 제3 전극(13)의 하부에 형성되어 있으므로, 특히 제3 전극(13)이, 검출할 광에 대해, 불투명한 경우에는, 상부로부터 온 광을 충분히 흡수할 수 없다.
이에 대해, 본 발명에 따른 광 센서 소자는, 중농도 불순물층이 없기 때문에, 공핍층(25)은 제3 전극(13)에 덮여지는 일은 없다. 또한, 본 발명에 따른 광 센서 소자는, 수광 영역(14)의 저항이 크고, 광 비조사 시의 리크도 적다. 이 때문에 종래의 TFT에 대해, 본 발명에 따른 광 센서 소자는 감도가 향상된다.
도 3은, 종래의 TFT를 이용한 광 센서 소자와 본 발명에 따른 광 센서 소자의 출력-조도 의존 특성도이다. 어떤 소자도, 조도에 대응한 전류값을 출력한다. 이들 출력값을 비교하면, 본 발명에 따른 광 센서 소자쪽이, 광 조사 시의 출력은 1001x의 외광에서, 종래의 TFT를 이용한 광 센서 소자와 비교하여 43％ 증가하고, 광 비조사 시의 리크 전류(노이즈)는 67％ 감소라고 하는 결과가 얻어졌다. 이 점으로부터 본 발명에 따른 광 센서 소자의 감도는 높아, 광 센서 소자로서 우수한 것을 알 수 있다.
도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 수광 영역(14) 내의 제1 전극(11)과 접하는 영역(15)과, 제2 전극(12)과 접하는 영역(16)의 길이는, 길수록 광 출력은 증가하고, 또한 광 비조사 시의 리크 전류(노이즈)는 저감할 수 있다. 길이란, 제3 전극(13)의 끝을 제1 반도체층에 투영한 선과, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 영역 사이의 거리이며, 도 1의 (a) 중에 양방 화살표로 나타낸 길이이다. 이 길이는, 소자 스케일에 대해, 1/2부터 1/10 스케일의 길이를 확보할 수 있으면 된다. 광 센서 어레이, 디스플레이 내장의 광 센서에서는 수 ㎛의 스케일의 센서 소자와 스위치 소자가 형성되고, 이 경우, 제1 전극(11)과 접하는 영역(15)과, 제2 전극(12)과 접하는 영역(16)의 길이는 1㎛ 이상이 바람직하다.
도 4는, 본 발명에 따른 광 센서 소자와 동시에 제작한 스위치 소자(다결정 실리콘 TFT)의 단면도이다. 도 4에서, 광 센서 드라이버(50) 내의 복수의 스위치 소자(40)의 제1 전극(소스 또는 드레인)(41), 제3 전극(게이트)(43) 바로 아래의 능동층 영역(채널)(44), 제2 전극(드레인 또는 소스)(42), 및 광 센서 소자(60)의 제1 전극(11), 제2 전극(12), 수광층(14)이 다결정 실리콘막(제1 반도체막)으로 제작되어 있는 것이 특징이다. 이 공통화에 의해, 제조 공정이 간소화됨과 동시에, 다결정 실리콘 TFT를 이용한 고성능 스위치 소자(40)와, 본 발명에 의해 실현되는 고성능 광 센서 소자(60)를 동일한 절연 기판(10) 상에, 공통의 제조 공정에서 제작하는 것이 가능하게 된다. 이 때, 광 센서 소자(60)의 제1, 제2 전극(11, 12)과 접하는 영역(15, 16)은, 진성층 또는 극저농도(광 비조사, 전압 비인가 조건 하에서의, 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이하)의 불순물 도입층인 것에 대해, 스위치 소자(40)의 제1, 제2 전극(41, 42)과 접하는 영역(45, 46)은, 광 센서 소자(60)의 제1, 제2 전극(41, 42)과 동종의 중농도(전압 비인가 조건 하에서의, 다수 캐리어의 농도가, 1×1017개/㎤ 이상 1×1019개/㎤ 이하) 불순물 도입층으로 되어 있는 것이 특징이다.
도 5의 (a), (b)는, 본 발명에 따른 광 센서 소자의 다른 구조예의 단면도이다. 어떠한 경우도, 제1 반도체층에 고농도 불순물을 도입함으로써 제작된 제1 전극(11)과 제2 전극(12)간에, 동일하게 제1 반도체층에서 진성층 또는 저농도 불순물을 도입함으로써 제작된 수광 영역(14)이 있고, 또한 수광 영역(14) 내의 제2 전극(12)과 접하는 영역(16)을 제외하여, 수광 영역(14)의 상부에, 층간 절연막(17)을 개재하여, 제3 전극(13)이 형성되어 있는 것이 특징이다. 도 1의 (a)와, 도 6a 및 도 6b의 차이는, 도 1의 (a)에서는 제1 전극(11)과 접하는 영역(15)이, 수광 영역(14)과 제2 전극(12)과 접하는 영역(16)이 동일한 진성층 또는 극저농도의 불순물 도입층인 것에 대해, 도 5의 (a)에서는 제1 전극(11)과 접하는 영역(15)이, 중농도(광 비조사, 전압 비인가 조건 하에서, 다수 캐리어의 농도가, 1×1017개/㎤ 이 상 1×1019개/㎤ 이하)의 불순물 도입층이며, 또한 도 5의 (b)에서는, 제1 전극(11)과 접하는 영역(15)이, 제1, 제2 전극(11, 12)과 마찬가지로, 고농도(광 비조사, 전압 비인가 조건 하에서, 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1019개/㎤ 이상)의 불순물 도입층이다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 센서 동작 시, 고전압측(예를 들면, 제2 전극측)에 공핍층(25)이 형성되면, 센서 감도를 확보할 수 있으므로, 도 5와 같은 구조이어도 고감도 센서를 실현할 수 있다. 또한, 전극간의 저항이 내려가므로, 광 센서 소자가 스위치 소자를 겸하는 경우에는, 유효한 구조이다.
다음으로, 도 6a, 도 6b, 도 6c를 이용하여, 광 센서 소자와 스위치 소자를 제작하는 프로세스를 설명한다. 우선, 도 6a (1)에 도시한 바와 같이, 절연 기판(10)을 준비한다. 여기서는, 절연 기판(10)으로서 저렴한 글래스 기판을 예로 설명하지만, PET 등으로 대표되는 플라스틱 기판, 고가의 석영 기판, 금속 기판 등 위에도 제작할 수 있다. 글래스 기판의 경우, 기판 내에 나트륨, 붕소 등이 함유되어, 반도체층에 대한 오염원으로 되기 때문에, 표면에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 언더코트막을 성막하는 것이 바람직하다. 그 상면에, CVD로 비정질 실리콘막 또는 미결정 실리콘막(61)을 성막한다. 그 후, 실리콘막(61)에 엑시머 레이저(62)를 조사하고, 다결정화하여 다결정 실리콘막(63)을 형성한다.
다음으로, 도 6a (2)에 도시한 바와 같이, 포토 리소 공정에서, 다결정 실리콘막(63)을 섬 형상으로 가공하여, 섬 형상 다결정 실리콘막(64)으로 하고 도 6a (3)에 도시한 바와 같이, CVD에 의해 실리콘 산화막으로 이루어지는 게이트 절연 막(65)을 성막한다. 게이트 절연막(65)의 재료는, 실리콘 산화막에 한정하는 것은 아니며, 높은 유전률, 높은 절연성, 낮은 고정 전하, 계면 전하ㆍ준위 밀도 및 프로세스 정합성을 만족하는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 게이트 절연막(65)을 통하여 섬 형상 다결정 실리콘막에 이온(66)의 주입에 의해 붕소를 도입하여, 저농도 붕소 주입층(NE층)(67)을 형성한다. 이 때, 포토 리소 공정에서, 센서 소자의 수광층 부분의 비주입 영역을 포토 레지스트(68)로 결정하고, 불순물을 도입하지 않도록 한다. 수광층이 극박 불순물 도입층인 경우에는, 미리 극저농도의 불순물을 도입해 둔다(도입 방법은 성막 시에 불순물 가스를 혼입하는 방법, 게이트 절연막을 통하여 다결정 실리콘막 전체에 이온 주입하는 방법 등이 있지만, 방법은 특별히 불문한다).
또한, 도 6a (4)에 도시한 바와 같이, 포토 리소 공정에서 포토 레지스트(69)를 이용하여, N형 TFT 영역(70), 포토 센서 영역(71) 등의 비주입 영역을 결정한 다음에, 이온(72)의 주입에 의해 인을 도입하여, 저농도 인 주입층(PE층)(73)을 형성한다. PE층(72)과 NE층(66)의 불순물은, TFT의 임계값 조정을 목적으로 한 것으로, 이온 주입 시의 도즈량은, 1×1011㎝-2부터 1×1013㎝-2 사이에서 최적값을 도입한다. 이 때, NE층(66)과 PE층(72) 내의 다수 캐리어의 농도는, 1×1015부터 1×1017개/㎤로 되는 것을 알 수 있다. 붕소 주입량의 최적값은, N형 TFT(69)의 임계값, 인 주입량의 최적값은, P형 TFT(74)의 임계값으로 결정된다.
다음으로, 도 6a (5)에 도시한 바와 같이, CVD 또는 스퍼터에 의해 게이트 전극용의 금속막을 성막하고, 포토 리소 공정에서 포토 레지스트(75)를 이용하여, 게이트 전극용의 금속막을 가공하여, 게이트 전극(76)을 형성한다. 게이트 전극용의 금속막은, 반드시 금속막일 필요는 없고, 고농도의 불순물을 도입하여, 저저항화한 다결정 실리콘막 등이어도 된다.
다음으로, 도 6b (6)에 도시한 바와 같이, 도 6a (3)에서 이용한 마스크를 이용하고, 포토 리소 공정에서의 포토 레지스트(77)를 이용하여, 이온(78)의 주입에 의해 TFT의 게이트 전극(76)의 양 사이드에 인을 도입하여, 중농도 인 주입층(N-층)(79)을 형성한다. 이 불순물 도입은, N형 TFT의 신뢰성 향상을 목적으로 한 것으로, 이온 주입 시의 도즈량은, 1×1011㎝-2부터 1×1015㎝-2 사이에서 최적값을 도입한다. 이 때, N-층(79) 중의 다수 캐리어의 농도는, 1×1015부터 1×1019개/㎤로 된다.
다음으로, 도 6b (7)에 도시한 바와 같이, 포토 리소 공정에서 포토 레지스트(80)를 이용하여 비주입 영역을 결정한 다음에, TFT와 포토 센서의 전극 영역에, 이온(81)의 주입에 의해 인을 도입하여, 고농도 인 주입층(N+층)(82)을 형성한다. 이온 주입 시의 인의 도즈량은, 전극의 저항을 충분히 내릴 필요가 있기 때문에, 1×1015㎝ 이상이 바람직하다. 이 때, N+층 내의 다수 캐리어의 농도는 1×1019개/㎤ 이상으로 된다.
다음으로, 도 6b (8)에 도시한 바와 같이, 도 6a (4)에서 이용한 마스크를 이용하고, 포토 리소 공정에서의 포토 레지스트(83)를 이용하여, N형 TFT와 포토 센서의 비주입 영역을 결정한 다음에, P형 TFT의 전극 영역에, 이온(84)의 주입에 의해 붕소를 도입하여, 고농도 붕소 주입층(P+층)(85)을 형성한다. 이온 주입 시의 도즈량은, 전극의 저항을 충분히 내릴 필요가 있기 때문에, 1×1015㎝-2 이상이 바람직하다. 이 때, P+층 내의 다수 캐리어의 농도는 1×1019개/㎤ 이상으로 된다. 이상의 공정에 의해 TFT와 포토 센서의 전극을 형성할 수 있다.
본 실시예에서 주의할 것은, PE층(73)에는, NE층(67)과 동량의 붕소가, P+층에는 N+층과 동량의 인이 도입되어 있는 것이다. 이들은 본래, 도입 불필요한 불순물이며, TFT와 포토 센서의 전극의 다수 캐리어의 종류를 유지하기 위해서는, 그들을 상쇄하는 만큼의 양의 인, 붕소를 각 층에 도입할 필요가 있다.
본 실시예는, 포토 리소 공정을 간략화할 수 있어, 포토 마스크를 삭감할 수 있는 것이 이점이지만, P형 TFT의 능동층에 많은 결함이 도입된다고 하는 결점이 있다. P형 TFT의 특성을 확보할 수 없는 경우에는, 포토 마스크, 포토 리소 공정을 늘려, PE층(73), P+층(85)을 덮음으로써, 도입 불필요한 불순물을 넣지 않는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6b (9)에 도시한 바와 같이, 게이트 전극(76)의 상부에, TEOS(테트라에톡시실란) 가스를 원료로 하고, CVD를 이용하여 층간 절연막(86)을 성막한 후, 도입 불순물의 활성화 어닐링을 행한다. 다음으로, 포토 리소 공정에 의해 포토 레지스트(87)를 이용하여, 전극 부분에 컨택트 홀(88)을 형성한다. 층간 절연막(86)은, 나중에 형성하는 배선과, 하층의 게이트 전극과 다결정 반도체층 을 절연하는 것이므로, 절연성이 있으면, 어떠한 막이어도 된다. 단, 기생 용량을 저감할 필요가 있으므로, 저비유전률, 막 응력이 작은 등, 후막화에 대해, 프로세스 정합성이 좋은 것이 바람직하다. 또한, 표시 기능과 양립하는 경우에는, 막의 투명성이 중요해져, 가시 광역에 대해, 투과율이 높은 재료인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 예로서 TEOS 가스를 원료로 한 실리콘 산화막을 예를 들었다.
다음으로, 도 6c (10)에 도시한 바와 같이, 배선 재료를 성막하고, 포토 리소 공정에 의해 배선(89)을 형성한다. 또한, 도 6c (11)에 도시한 바와 같이, CVD에 의해 절연 보호막(90)을 형성한다. 필요하면, 절연 보호막(90)을 형성한 후, TFT 특성 개선을 위한 추가 어닐링을 행한다. 막의 재료는, 층간 절연막(86)과 마찬가지로, 절연성이 있으면, 어떠한 막이어도 된다. 필요에 따라서, 도 6c (12)에 도시한 바와 같이, 도포 절연막이나 절연성 레지스트재 등으로 평탄화 절연막(91)을 형성한 후, 포토 리소 공정에 의해 포토 레지스트(92)를 이용하여, 배선(89)과 다음 공정의 ITO와의 컨택트용의 컨택트 홀(93)을 형성한다.
다음으로, 도 6c (13)에 도시한 바와 같이, ITO 등의 투명 전극막을 형성한 후, 포토 리소 공정에 의해 포토 레지스트(94)를 이용하여, 투명 전극(95)을 형성한다. 이 후, 필요에 따라서, 또한 그 상부에 절연 보호막을 형성하여, 포토 리소 공정에서 컨택트를 형성하여도 된다.
도 7에, 본 실시예에서 형성된 P형 TFT(701), N형 TFT(702) 및 광 센서 소자(703)의 예를 도시한다. 여기서는, 도 1의 (a)에 도시한 광 센서 소자가 형성되어 있다. 본 실시예에서 나타낸 공정에 의해 회로를 구성하는 TFT와, 도 5에 도시 한 모든 구조의 광 센서 소자가 동시에 형성 가능해진다.
도 8의 (a) (b) (c)는, 본 발명에 따른 포토 센서 TFT를 이용한 에리어 센서의 1 픽셀분의 레이아웃과, 그 등가 회로도와, 그 동작 타이밍차트이다. 도 8에서, 우선 센서 동작 전에, 바이어스선(801)(포토 센서 TFT(800)의 제2 전극(812))의 전위를, 센서 노드(802)(포토 센서 TFT(800)의 제1 전극(811))의 전위보다도 낮게 설정하고, 센서 게이트선(803)(포토 센서 TFT(800)의 제3 전극(813))을 고전위로 하고, 센서 노드(802)(제1 전극(811))의 전압을 리세트한다. 센서 동작 시는, 바이어스선(801)(제2 전극(812))의 전위를, 센서 노드(802)(제1 전극(811))의 전위보다도 충분히 높게 설정하고, 센서 게이트선(803)(제3 전극(813))의 전위를 떨어뜨린다. 이 때, 포토 센서 TFT(800)는 오프 상태이기 때문에, 포토 센서 TFT(800)에는 매우 미소한 전류만 흐른다. 따라서, 포토 센서 TFT(800)에 광이 조사되면, 광 비조사 시보다도 많이 전류가 흘러, 센서 노드(802)(제1 전극(811))의 전위가 상승한다. 임의의 시각에, 게이트선(804)으로부터 스위치 TFT(820)의 게이트 전극(814)에 전위를 인가하여, 스위치 TFT(820)를 동작시키면, 데이터선(805)에 입사광 조도에 비례한 전하가 수송되어, 데이터선(805)의 전위가 상승한다. 이 전위를 에리어 센서의 영역 외에 형성한 센서 드라이버로 판독한다. 센서 노드(802)(제1 전극(811))에 축적되는 전하의 유지는, 기생 용량으로 행하지만, 필요에 따라서 보조의 축적 용량을 부가하여도 된다. 센서 동작 시간은, 센서 노드(802)(제1 전극(811))의 전위가, 바이어스선(801)(제2 전극(812))의 전위를 초과하지 않도록 설정하면 된다. 이 때 센서 노드(802)의 축적 전하량은 조도에 비례한다. 또한, 도 8의 (a) 중의 부호 815는, 데이터선(805)과 스위치 TFT(820)의 제1 전극(또는 제2 전극)을 접속하기 위한 컨택트 홀이며, 부호 816은, 바이어스선(801)과 포토 센서(800)의 제2 전극(812)을 접속하기 위한 컨택트 홀이다.
도 9의 (a), (b), (c)에, 본 발명에 따른 포토 센서 TFT를 이용한 에리어 센서의 1 픽셀분의 레이아웃과, 그 등가 회로도와, 그 동작 타이밍차트의 다른 일례를 나타낸다. 이 예에서는, 포토 센서 TFT(800)의 제3 전극(813)과 제1 전극(811)이 단락되어 있는 것이 특징이다. 도 9에서, 우선 센서 동작 전에, 바이어스선(801)(제2 전극(812))의 전위를, 센서 노드(802)(제1 전극(811)와 제3 전극(813))의 전위보다도 낮게 설정하고, 센서 노드(802)의 전압을 리세트한다. 센서 동작 시는, 바이어스선(801)(제2 전극(812))의 전위를, 센서 노드(802)의 전위보다도 충분히 높게 설정한다. 이 때, 포토 센서 TFT(800)는 오프 상태이기 때문에, 포토 센서 TFT(800)에는 매우 미소한 전류만 흐른다. 따라서, 포토 센서 TFT(800)에 광이 조사되면, 광 비조사 시보다도 많이 전류가 흘러, 센서 노드(802)의 전위가 상승한다. 임의의 시각에, 게이트선(804)으로부터 스위치 TFT(820)의 게이트 전극(814)에 전위를 인가하여, 스위치 TFT(820)을 동작시키면, 데이터선(805)에 입사광 조도에 비례한 전하가 수송되어, 데이터선(805)의 전위가 상승한다. 이 전위를 에리어 센서의 영역 외에 형성한 센서 드라이버로 판독한다. 센서 노드(802)에 축적되는 전하의 유지는, 도 8의 경우와 마찬가지로, 기생 용량으로 행하지만, 필요에 따라서 보조의 축적 용량을 부가하여도 된다. 센서 동작 시간은, 센서 노드(802)(제1 전극(811)과 제3 전극(813))의 전위가, 바이어스선 (801)(제2 전극(812))의 전위를 초과하지 않도록 설정하면 된다. 이 때 센서 노드(802)의 축적 전하량은 조도에 비례한다.
도 10에, 본 발명에 따른 포토 센서 TFT를 이용한 에리어 센서의 1 픽셀분의 등가 회로도의 다른 예를 도시한다. 도 10의 (a)는, 포토 센서 TFT(800)의 제3 전극(813)을 독립 배선으로 제어할 수 있는 것, 도 10의 (b)에서는 포토 센서 TFT(800)의 제3 전극(813)과 제1 전극(811)이 단락되어 있다. 도 10에서, 우선 바이어스선(801)(제2 전극(812))의 전위를, 센서 노드(802)의 전위보다도 낮게 설정하여, 센서 노드(802)의 전압을 리세트한다. 센서 동작 시는, 바이어스선(801)(제2 전극(812))의 전위를, 센서 노드(802)의 전위보다도 충분히 높게 설정한다. 이 때, 정류 작용 때문에, 포토 센서 TFT(800)에는 매우 미소한 전류만 흐른다. 포토 센서 TFT(800)에 광이 조사되면, 광 비조사 시보다도 많이 전류가 흘러, 센서 노드(802)의 전위가 상승한다. 이 때, 미리 데이터선(805)의 전위를, 게이트선(804)의 전위보다도 낮게 설정해 둔다(반대이어도 된다). 센서 노드(802)의 전위가, 데이터선(805)의 전위(반대인 경우는 게이트선의 전위)와 스위치 TFT(820)의 임계값의 합보다도 커졌을 때, 스위치 TFT(820)는 온 상태로 되어, 데이터선(805)은 게이트선(804)과 거의 동전위로 된다. 이 전위 변화를 에리어 센서의 영역 외에 형성한 센서 드라이버 영역에서 판독한다. 따라서, 센서 동작 시간 내에 스위치 TFT(820)를 온할 수 있으면, 조도에 상관없이 신호를 출력하게 된다. 그 때문에, 센서 동작 시간을 변화시킴으로써 계조를 검출할 수 있다.
<실시예 2>
도 8, 도 9, 도 10에서 적용하는 센서는, 도 1의 (a), 도 5의 (a), (b)에서 도시한 센서 중, 어느 것을 사용하여도 된다. 단, 도 5의 (a), (b)는 비대칭의 구조이기 때문에, 전극의 배치에 주의가 필요하다. 또한, 이들 도면에서는 에리어 센서의 예를 나타냈지만, 각 픽셀에 센서와 동시에, 화소 회로를 배치하면, 광 센서 기능을 구비한 화상 표시 장치를 구성할 수 있다. 화소에 신호를 보내는 신호선, 게이트선 등은 새롭게 추가하여도 되고, 신호선의 타이밍을 연구함으로써 센서의 바이어스선, 데이터선 또는 게이트선과 공통화하여도 된다.
도 11은, 본 발명의 광 센서 소자를 내장한 화상 표시 장치의 개략도이다. 도 11의 (a)는 화상 표시 장치의 배면도이며, 글래스 기판(101) 상에, 드라이버 LSI(102)를 갖는 드라이버 LSI용 프린트 기판(103)이 배치되고, FPC(104)를 통하여, 화상 표시 장치의 정면측에 형성된 복수의 화소를 구동한다. 도 11의 (b)는 화상 표시 장치의 측면도이며, 화상 표시 장치의 정면측에는, 본 발명의 광 센서 소자로 이루어지는 광 센서(105)와 화상 표시 영역에 형성된 복수의 화소(106)가 배치되어 있다. 도 11의 (c)는 화상 표시 장치의 정면도이며, 글래스 기판(101) 상에, 화소(106)를 구동하는 주변 구동 회로(107)와, 광 센서(105)의 출력을 처리하는 광 센서 출력 처리 회로(108)와, 백라이트와 그 밖의 제어 회로(109)가 배치되어 있다.
도 11에서, 광 센서(105)로부터의 외광에 따른 센서 신호를 광 센서 출력 처리 회로(108)로 처리하여, 화소(106)를 구동하는 주변 구동 회로(107)에 공급한다. 주변 구동 회로(107)에서는, 센서 신호에 따라서, 화상 표시 장치의 휘도, 콘트라 스트 등의 화질을 제어한다.
도 11에서는, 드라이버의 일부가 LSI로 구성되고, FPC를 통하여 이면 실장되어 있다. 요구 성능을 만족하는 것은, 순차적으로 글래스 기판 상에 형성된 TFT에 의해 구성하면 된다. 그렇게 함으로써, LSI와 이들의 실장 코스트를 삭감할 수 있어, 실장에 의한 기계적 신뢰성의 저하를 회피할 수 있다. 또한, 화소 설계 시에 드라이버 설계도 가능해져, 커스터마이즈화가 용이해진다. 본 발명에 의해 센서와 그 드라이버도, 글래스 기판 상에 내장할 수 있어, 센서 설치 위치나 처리 회로를 자유로운 위치에, 컴팩트하게 제작하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 광 센서 소자의 개념도.
도 2는 종래의 광 센서 소자와 본 발명에 따른 광 센서 소자의 단면도.
도 3은 종래의 광 센서 소자와 본 발명에 따른 광 센서 소자의 출력-조도의존 특성도.
도 4는 본 발명에 따른 광 센서 소자와 동시에 제작한 스위치 소자의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 광 센서 소자의 다른 구조예의 단면도.
도 6a는 광 센서 소자와 스위치 소자의 제작 프로세스.
도 6b는 광 센서 소자와 스위치 소자의 제작 프로세스.
도 6c는 광 센서 소자와 스위치 소자의 제작 프로세스.
도 7은 광 센서 소자와 스위치 소자(P형 TFT와 N형 TFT)의 단면도.
도 8은 에리어 센서의 1 픽셀분의 레이아웃, 그 단면도 및 등가 회로도.
도 9는 다른 에리어 센서의 1 픽셀분의 레이아웃, 그 단면도 및 등가 회로도.
도 10은 다른 에리어 센서의 1 픽셀분의 등가 회로도.
도 11은 광 센서 소자를 내장한 화상 표시 장치의 배면도, 측면도 및 정면도.
도 12는 종래의 광 센서 소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 절연성 기판
11 : 제1 전극
12 : 제2 전극
13 : 제3 전극
14 : 수광 영역(수광층)
15 : 제1 전극(11)과 접하는 영역
16 : 제2 전극(12)과 접하는 영역
17 : 층간 절연막
18 : 배선
19 : 층간 절연막
20 : 절연 보호막
21 : 컨택트 홀
25 : 공핍층
26 : 중농도 불순물 도입층
40 : 스위치 소자
41 : 제1 전극
42 : 제2 전극
43 : 제3 전극
44 : 능동층 영역(채널)
45 : 제1 전극(41)과 접하는 영역
46 : 제2 전극(42)과 접하는 영역
50 : 광 센서 드라이버
60 : 광 센서 소자
61 : 비정질 실리콘막(미결정 실리콘막)
62 : 엑시머 레이저
63 : 다결정 실리콘막
64 : 섬 형상의 다결정 실리콘막
65 : 게이트 절연막
66 : 붕소 이온
67 : NE층(저농도 붕소 주입층)
68 : 포토 레지스트
69 : 포토 레지스트
70 : N형 TFT 영역
71 : 포토 센서 영역
72 : 인 이온
73 : PE층(저농도 인 주입층)
74 : P형 TFT 영역
75 : 포토 레지스트
76 : 게이트 전극
77 : 포토 레지스트
78 : 인 이온
79 : N-층(중농도 인 주입층)
80 : 포토 레지스트
81 : 인 이온
82 : N+층(고농도 인 주입층)
83 : 포토 레지스트
84 : 붕소 이온
85 : P+층(고농도 붕소 주입층)
86 : 층간 절연막
87 : 포토 레지스트
88 : 컨택트 홀
89 : 배선
90 : 절연 보호막
91 : 평탄화 절연막
92 : 포토 레지스트
93 : 컨택트 홀
94 : 포토 레지스트
95 : 투명 전극(ITO)
101 : 글래스 기판
102 : 드라이버 LSI
103 : 드라이버 LSI용 프린트 기판
104 : FPC
105 : 광 센서
106 : 화소
107 : 주변 구동 회로
108 : 광 센서 출력 처리 회로
109 : 백라이트와 그 밖의 제어 회로
701 : P형 TFT
702 : N형 TFT
703 : 포토 센서
800 : 포토 센서 TFT
801 : 바이어스선
802 : 센서 노드
803 : 센서 게이트선
804 : 게이트선
805 : 데이터선
811 : 제1 전극
812 : 제2 전극
813 : 제3 전극(센서 게이트)
814 : 게이트 전극
815 : 컨택트 홀
816 : 컨택트 홀
820 : 스위치 TFT

Claims (16)

  1. 절연성 기판 상에 형성된 광 센서 소자로서, 제1 반도체층에 고농도 불순물을 도입함으로써 제작된 제1 전극과 제2 전극간에, 동일하게 제1 반도체층에서 진성층 또는 저농도 불순물을 도입함으로써 제작된 수광 영역이 있고, 수광 영역의 상부에, 절연막을 개재하여, 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    수광 영역에서의 제1 전극과 접하는 영역과, 제2 전극과 접하는 영역의 2 개소의 영역을 제외한 부분 영역의 상부에, 절연막을 개재하여, 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    광 비조사, 전압 비인가 조건 하에서, 제1, 제2 전극을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1019개/㎤ 이상, 수광 영역을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    수광 영역에서의 제1 전극과 접하는 영역, 또는 제2 전극과 접하는 영역을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이상 1×1019개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    센서 동작 시에는, 제2 전극에 인가하는 전위는, 제1 전극의 전위보다도 높고, 제3 전극에 인가하는 전위는, 제1 전극의 전위보다도 낮은 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    센서 동작 시에는, 제2 전극에 인가하는 전위는, 제1, 제3 전극에 인가하는 전위보다도 높은 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  7. 제2항에 있어서,
    제1, 제2, 제3 전극을 절연성 기판면에 수직으로 투영한 경우에, 제1 전극과 제3 전극간의 거리와, 제2 전극과 제3 전극간의 거리가 모두 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    수광 영역에서의 제1 전극과 접하는 영역, 또는 제2 전극과 접하는 영역을 제외한 부분 영역의 상부에, 절연막을 개재하여, 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    센서 동작 시에는, 제2 전극에 인가하는 전위는, 제1 전극의 전위보다도 높고, 제3 전극에 인가하는 전위는, 제1 전극의 전위보다도 낮은 것을 특징으로 하는 광 센서 소자
  10. 제8항에 있어서,
    센서 동작 시에는, 제2 전극에 인가하는 전위는, 제1, 제3 전극에 인가하는 전위보다도 높은 것을 특징으로 하는 광 센서 소자.
  11. 절연성 기판 상에 형성된 광 센서 소자와, 광 센서 소자로부터의 출력을 처리하는 광 센서 출력 처리 회로로 구성되는 광 센서 장치로서,
    광 센서 소자는, 제1 반도체층에 고농도 불순물을 도입함으로써 제작된 제1 전극과 제2 전극간에, 동일하게 제1 반도체층에서 진성층 또는 저농도 불순물을 도입함으로써 제작된 수광 영역이고, 수광 영역의 상부에, 절연막을 개재하여, 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고,
    광 센서 출력 처리 회로를 구성하는 스위치 소자는, 제1 반도체층에 고농도 불순물을 도입함으로써 제작된 제1 전극과 제2 전극간에, 동일하게 제1 반도체층에서 제작된 능동층 영역이 있고, 능동층 영역에서의 제1 전극과 접하는 영역과, 제2 전극과 접하는 영역의 2 개소의 영역을 제외한 부분 영역의 상부에, 절연막을 개재하여, 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고, 또한 부분 영역은, 진성층 또는 저농도 불순물층이며, 능동층 영역에서의 제1 전극과 접하는 영역과, 제2 전극과 접하는 영역의 2 개소의 영역에는, 제1 전극과 제2 전극에 도입된 불순물보다 적은 양으로, 또한 부분 영역에 도입된 불순물보다 많은 양으로 불순물이 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    광 비조사, 전압 비인가 조건 하에서, 광 센서 소자와 스위치 소자의 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1019개/㎤ 이상, 광 센서 소자의 수광 영역과 스위치 소자의 부분 영역을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이하, 또한 스위치 소자의 제1 전극과 제2 전극에 접하는 능동층 영역을 형성하는 2 개소의 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이상 1×1019개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    광 센서 소자의 제1 전극 또는 제2 전극에 접하는 수광 영역을 형성하는 반 도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이상 1×1019개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  14. 절연성 기판 상에 형성된 광 센서와, 광 센서로부터의 센서 신호를 처리하는 광 센서 출력 처리 회로와, 센서 신호에 따라서 복수의 화소를 구동하는 주변 회로로 구성되는 화상 표시 장치로서,
    광 센서는, 제1 반도체층에 고농도 불순물을 도입함으로써 제작된 제1 전극과 제2 전극간에, 동일하게 제1 반도체층에서 진성층 또는 저농도 불순물을 도입함으로써 제작된 수광 영역이 있고, 수광 영역의 상부에, 절연막을 개재하여, 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고,
    광 센서 출력 처리 회로를 구성하는 스위치 소자는, 제1 반도체층에 고농도 불순물을 도입함으로써 제작된 제1 전극과 제2 전극간에, 동일하게 제1 반도체층에서 제작된 능동층 영역이 있고, 능동층 영역에서의 제1 전극과 접하는 영역과, 제2 전극과 접하는 영역의 2 개소의 영역을 제외한 부분 영역의 상부에, 절연막을 개재하여, 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고, 또한 부분 영역은, 진성층 또는 저농도 불순물층이며, 능동층 영역에서의 제1 전극과 접하는 영역과, 제2 전극과 접하는 영역의 2 개소의 영역에는, 제1 전극과 제2 전극에 도입된 불순물보다 적은 양으로, 또한 부분 영역에 도입된 불순물보다 많은 양으로 불순물이 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    광 비조사, 전압 비인가 조건 하에서, 광 센서 소자와 스위치 소자의 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1019개/㎤ 이상, 광 센서 소자의 수광 영역과 스위치 소자의 부분 영역을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이하, 또한 스위치 소자의 제1 전극과 제2 전극에 접하는 능동층 영역을 형성하는 2 개소의 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이상 1×1019개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    광 센서 소자의 제1 전극 또는 제2 전극에 접하는 수광 영역을 형성하는 반도체층 내의 다수 캐리어의 농도가 1×1017개/㎤ 이상 1×1019개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200825563A (en) * 2006-12-11 2008-06-16 Innolux Display Corp Light supply device and liquid crystal display device using the same
RU2011139956A (ru) * 2009-03-02 2013-04-10 Шарп Кабусики Кайся Устройство отображения
US20120074474A1 (en) * 2009-06-26 2012-03-29 Sharp Kabushiki Kaisha Phototransistor and display device including the same
KR101641618B1 (ko) 2009-08-05 2016-07-22 삼성디스플레이 주식회사 가시광 차단 부재, 가시광 차단 부재를 포함하는 적외선 센서 및 적외선 센서를 포함하는 액정 표시 장치
JP5481127B2 (ja) * 2009-08-19 2014-04-23 株式会社ジャパンディスプレイ センサ素子およびその駆動方法、センサ装置、ならびに入力機能付き表示装置および電子機器
KR101610846B1 (ko) * 2009-09-08 2016-04-11 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 그 제조 방법
KR101675841B1 (ko) * 2009-12-21 2016-11-14 엘지디스플레이 주식회사 표시 장치의 포토 센서 및 이의 제조 방법
KR101672344B1 (ko) * 2010-05-20 2016-11-04 삼성전자주식회사 광센싱 회로, 상기 광센싱 회로의 구동 방법, 및 상기 광센싱 회로를 채용한 광센싱 장치
TWI460611B (zh) * 2010-06-07 2014-11-11 Au Optronics Corp 觸控鍵盤
US8530266B1 (en) * 2012-07-18 2013-09-10 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor having metal grid with a triangular cross-section
TWI486563B (zh) * 2012-08-16 2015-06-01 E Ink Holdings Inc 光感測器及其光電晶體的驅動方法
TWI485372B (zh) * 2012-11-16 2015-05-21 Au Optronics Corp 光感測電路及光感測之控制方法
EP3570325B1 (en) 2017-01-12 2020-10-28 Mitsubishi Electric Corporation Infrared sensor substrate and infrared sensor device
CN108231943B (zh) * 2017-12-14 2020-05-15 上海集成电路研发中心有限公司 一种红外探测器及其制造方法
CN109004058B (zh) * 2018-07-11 2020-06-30 浙江大学 一种具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件及其制造方法
TW202332072A (zh) * 2022-01-19 2023-08-01 友達光電股份有限公司 感測裝置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0628310B2 (ja) * 1986-12-25 1994-04-13 キヤノン株式会社 光電変換装置
JPH028055U (ko) * 1988-06-24 1990-01-18
JP3377853B2 (ja) * 1994-03-23 2003-02-17 ティーディーケイ株式会社 薄膜トランジスタの作製方法
JP3501379B2 (ja) * 1994-10-18 2004-03-02 Ｔｄｋ株式会社 光源付きイメージセンサ
TWI228625B (en) * 1995-11-17 2005-03-01 Semiconductor Energy Lab Display device
US6617644B1 (en) * 1998-11-09 2003-09-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP3617800B2 (ja) * 1999-12-28 2005-02-09 松下電器産業株式会社 Ｔｆｔアレイ基板とその製造方法それを用いた液晶表示装置
JP5046452B2 (ja) * 2000-10-26 2012-10-10 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
TW582118B (en) * 2003-04-10 2004-04-01 Au Optronics Corp Asymmetry thin film transistor
JP3981055B2 (ja) * 2003-08-04 2007-09-26 Ｔｄｋ株式会社 光源付きイメージセンサ
JP4737956B2 (ja) 2003-08-25 2011-08-03 東芝モバイルディスプレイ株式会社 表示装置および光電変換素子
JP2005250454A (ja) * 2004-02-06 2005-09-15 Sanyo Electric Co Ltd 光センサ付きディスプレイおよびその製造方法
JP2006186266A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd 光電変換素子及びこれを用いた表示装置
JP2006332287A (ja) * 2005-05-25 2006-12-07 Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd 薄膜ダイオード

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