TW200836333A - Highly sensitive photo-sensing element and photo-sensing device using the same - Google Patents

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Description

200836333 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】
本發明係關於一種在絕緣膜基板上形成之薄膜光感測元 件及使用其之光感測裝置；尤其係關於一種低溫製程之半 導體薄膜電晶體、低溫製程之光傳導元件或低溫製程之光 二極體元件，該等係用於X射線攝影裝置、生物認證用近 紅外線檢測裝置等之光感測陣列，或在顯示面板内建有使 用光感測器之觸摸面板功能、調光功能、輸入功能之圖像 顯示裝置，例如液晶顯示器、有機EL (Electro Luminescence) 顯示器、無機EL顯示器、EC (mectr〇 Chr〇mic)顯示器者。 【先前技術】 X射線攝影裝置作為醫療用裝置係不可或缺者，裝置操 作之簡化、裝置之低成本化始終係所要求之課題。而且， 近來作為生物認m法，指靜脈、手f靜脈認證受到 _目，開發此等資訊之讀取裝置成為t務之急。在此等裝 置中’為了資_ ’需要佔一定面積之用於光檢測之减 測陣列，即所謂區域感測器，並需要以低成本提供該區域 感測器。基㈣要求，在下収料敎m提出有在以 玻璃基板為代表之低價絕緣基板上，藉由何體形成製程 (平面製程），形成區域感測器之方法。 者=域感測器不同之產品領域，作為要求光感測器 -相機…中小型顯示器用作行動電話、數位 :相匕腸專所謂移動機器之顯示用途或車 $要多功能化、高性能化。光感測器作為用於對顯示 126267.doc 200836333 器附加調光功能（下述非專利文獻2)、觸摸面板功能之有力 機構受到矚目。但中小型顯示器與大型顯示器不同，由於 面板成本低，故因安裝光感測器或感測驅動器而成本上升 大。因此，在玻璃基板上利用半導體形成製程（平面製程） 形成像素電路時，同時形成光感測器或感測驅動器，抑制 成本上升之技術作為有效技術而受到矚目。 作為以上舉出之產品群之所需課題，係在低價之絕緣基 板上形成光感測元件或感測驅動器。感測驅動器通常由 LSI構成，需要形成於單晶矽晶圓上之MOS電晶體、或準 照其之咼性能開關元件。為解決該課題，以下之技術有 效。 作為主動型矩陣式液晶顯示器、有機EL顯示器、影像感 測器之像素及像素驅動電路元件，開發有由多晶半導體構 成通道之薄膜電晶體（以下稱為「多晶半導體TFT」。）。多 曰曰半導體TF T與其他驅動電路元件比較，在驅動能力大之 點上有利，並可在與像素同一玻璃基板上搭載周邊驅動電 路。藉此，可期望實現因電路規格定製化，像素設計、形 成步驟同時進行而產生之低成本化，或因回避驅動lsi與 像素連接部之機械脆弱性而產生之高可靠化。 用於液晶顯示器之多晶半導體TFT基於成本面之請求， 形成於玻璃基板上。在玻璃基板上形成TFT之製程中，玻 璃之耐熱温度規定製程溫度。作為不對玻璃基板給與熱損 傷’而形成高品質之多晶半導體薄膜之方法，有使用準分 子雷射溶融前驅半導體層’再晶化之方法（ELa法· 126267.doc 200836333
Excimer Laser Anneal)。以本形成法所得到之多晶半導體 TFT與用於先前液晶顯示器之TFT(通道由非晶半導體所構 力改善_咅以上’故可在玻璃基板上搭 載驅動器等部分電路。
關於光感測器，在下述專利文獻丨記述有利用同樣之多 晶半導體TFT之方法，或在形成像素電路、艇動電路之同 時形成簡型二極體之方法。對於光感測器所要求之特性 係高感度、低雜訊。若只限於光感測元件來考慮，所謂高 感度’係指對於某一強度的光，輸出儘可能大的信號，要 求光-電流轉換效率高的材料、元件構造。所謂低雜訊， 係指光未入射時之信號儘可能小。 圖11係先前之光感測元件之剖面圖。圖11(a)係以非晶矽 膜作為受光層113之縱構造型之pIN型二極體元件，圖 11(b)係以非晶矽膜作為受光層113，電荷相對於接合面於 平灯方向流動之構造型（橫構造型）之TFT元件。兩者均為 光感測元件。 圖11(a)所示之光感測元件包含：由第i金屬電極層^與 第2金屬電極層112所夾持之非晶矽膜之受光層ιΐ3，及形 成於違％光層113與各電極層界面之雜質導入層12〇。該光 感測7^件形成於絕緣基板110上，各電極層由層間絕緣膜 11 5絕緣後連接於電極佈線114，並由絕緣保護膜117所覆 蓋。 圖U(b)所示之光感測元件包含：源極131、閘極132及汲 極133 ’非晶矽膜之受光層113，及形成於該受光層113與 126267.doc 200836333 各電極界面之雜質導入層120。該光感測元件形成於絕緣 基板110上，並由絕緣保護膜117所覆蓋。 圖11中，在絕緣基板110上形成感測元件之受光層丨丨3之 半導體材料，從環境問題，或同時形成驅動電路（或像素 電路）時之製程整合性之觀點考量時，以矽、石夕鍺等石夕系 材料為佳。矽系材料可將在從紅外至可見光波段所吸收之 光中之成乎全部轉換為電流。因此，吸收係數高者適合减 測元件。 此外，若著眼於半導體之非晶、結晶、或多晶之固相狀 悲（以下稱為「相（phase)狀態」，則吸收係數在全波段，非 晶為最高，且由於其電阻高，作為感測元件，非晶材料有 利。 但，在將非晶材料適用於感測元件時，由於開關元件之 性能不充分，故不可能同時構成驅動電路。例如，以最適 於感測元件之非晶矽膜構成TFT時，其場效應移動性為1 cm /Vs以下。因此，感測功能係以圖^之構造製作感測陣 列’開關功能係在另外安裝驅動[81後，用FPC等連接之構 關於構造’一般而言，圖11(a)所示之縱構造型比圖 11(b)所示之橫構造型，可增大接合面積。而且，由於電荷 移動至電極之距離短，故可高效率回收產生之電荷。因 此’可得到大的輸出。 材料為單晶時，構成縱構造是可能的，但其製作製程為 100 C以上之高溫製程，在玻璃基板等低價絕緣基板上製 126267.doc 200836333 作是不可能的。 材料為多晶時，由ELA法所得到之多晶膜之情形，可得 到能夠構成驅動電路程度之TFT。但構成縱構 于 心疋不可能 的。而且，由於膜厚限定於最大100 nm左右，故大部八之 入射光不被吸收，而係穿透膜。再者，雖有用化學氣相沈 積法（以下稱為「CVD」。）得到膜厚大的多晶膜之方法，2 與非晶材料同樣，開關元件之性能會不充分，不可能構成 驅動電路。 在下述之專利文獻2提出有用多晶矽膜構成構成驅動電 路之開關元件，用非晶矽膜構成光感測元件部，而進行組 合之方法。根據該方法，在同一絕緣基板上可同時形成驅 動電路（加上像素電路）與感測元件。但，開關元件與感測 兀件依序形成，沒有重複之步驟。因此，由於製程步驟 長’光學微影步驟增多，故製造成本會增高。 [非專利文獻1]非晶矽之技術與應用第204頁〜第221頁 (Technology and Applications of Amorphous Silicon pp204-221) [非專利文獻2]夏普技法第92號（2005年）第35頁〜第39頁 (SHARP Technical Journal vol.92 (2005) pp35-39) [專利文獻1]日本特開2006-3857號公報 [專利文獻2]日本特開2005_228895號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題j 本發明之課題係提供一種低成本之區域感測器，或内建 126267.doc -10- 200836333 該光感測元件之圖像顯示裝置，該等係利用平面製同 基板上形成高感度、低雜訊之光感測元件與感測 =:(根據需要’像素電路及其他電路)， 驅動電路者。 μ ' [解決問題之技術手段] =明之特徵係在以多晶石夕膜或多”錯膜形成感測驅 電路（根據需要，像素電路其他電路）與光感測元件之㈣ 電極後，在其上層形成非晶石夕膜，形成光感測元件之受光 層。藉此，儘量抑制製程步驟增加，並維持感測驅動；路 ]關特[生❿且具備以非晶矽膜形成之光感 感度、低雜訊之特性。 千之同 [發明之效果] ^為使先别之TFT驅動之顯示器高附加價值化，附加功能 係义然的，内建光感測器作為其一方法’從藉此可附加功 能之範圍考量，非常有用。而且，使光感測器陣列化之區 Ο 域感❹在醫療用途、認證用途上等有用，且以低成 作日益重要。 根據本發明，可提供一種在低價玻璃基板上可_作 高性能感測器與感測處理電路之低成本且可靠 品。 【實施方式】 以下，使用圖式說明本發明之實施例。 [實施例1 ] 圖1係本發明之光感測元件之概念圖。圖1(a)係在絕緣性 126267.doc 11 200836333 基板上所形成之光感測元件之 m , , J面圖圖1(b)係俯視圖。 圖中’在絕緣性基板1 0上以第一 朽Ί 1彻昝^ 弟+導體層製作第一電 成：電極12’在此等電極上及電極之間，形 成以弟一 +導體層所製作之受光層⑴ 線“由層間絕緣膜15、i 接於各電極之佈 緣正體由絕緣保護膜17覆 盍:此外4電極由接觸孔18連接於各佈線。 第一半導體層與第二本逡 同，或半3之特徵仙⑽叫狀態不 一體材枓不同。所謂相(PM狀態，係指非晶、 結日日或多晶之固相狀態。 在苐一半導體層與構成雷软^ + 冬 、 、、 路之開關元件利用相同層之概 心下’以下將以導電性古 + 矽臈為例進行說明，但亦 可由其他導電性高、適於雷 結晶石夕膜、姓曰石夕㈣ 元件之材料，例如 膜構成。盆/ 、、夕晶石夕鍺臈、結晶鍺膜、多晶鍺 膜構成。其不限定材料。 在該第一半導體層墓 古曲 壓之條件下，半導體二之7二Γ',μ、不施加電 以上)雜質，作為第—為lxl°lw U與第二電極12之多數載早 電極12°該第一電極 一 载子之種類不同之情形成為PIN型 一極體70件，相同之情形為光導元件，任一情形均成為光 感測元件。 丨肖A叼成為先 第二半導體層係固 施加電壓之條件下， 1〇17個/cm3以下）之雜 發揮功能。 有層、或極低濃度（於不照射光、不 半導體層中之多數載子之濃度為1X 質導入層，作為受光層（光電轉換層） 126267.doc -12- 200836333 一此外’第二半導體層作為比第—半導體層光電轉換效率 向’且不照射光時之浅漏電流低之特性材料，以下將以非 晶矽膜為例進行說明，只要是滿足該特性之材料即可。例 如微晶砍膜、微晶⑦鍺膜、非晶⑦錯料，甚至亦可是有 機半導體材料，不限定材料。 疋
Ο 圖1中，受光層u由非晶石夕構成，可較大設定接合面 積’故可構成可見光感度高，不照射光時之茂漏電流少之 先感測元件。再者’由於第一電仙與第二電極12係多晶 石夕臈’故可以同樣之多晶石夕膜構成TFT，並可將該爪應 用作為感測驅動電路之開關元件。 圖2係圖11(1))顯不之以非晶石夕膜作_ $光層之丁π元件 與圖1顯示之本發明之光感測元件之輸出_照度相關特性 圖。任-元件均輸出根據照度之電流。若比較此等之輸出 值、，則可制本發明在光照射時之輸出為ig倍以上，不照 射光時之輸出為10分之i以下之結果。由此可知，本發明 之光感測元件之感度高，可作為優良的光感測元件。 圖3⑷係與本發明之光感測元件同時製作之多晶石夕TFT 之剖面圖。其特徵是該多晶石夕TFT之源極31、通道34 '汲 極33及LDD區域35 ’係由製作圖ι⑷所示之第一電極_ 第二電極12之多晶碎膜所形成。#由該共同化，可在簡化 製以步驟之同日夸，在同—絕緣基板上以共同之製造步驟製 作使用多日日日❹了之高性能開關元件與以非晶料為受光 層之高性能光感測元件。料，32係多日日日碎爪之閑極， 其他付5虎與圖1所示者相同。 126267.doc 13 200836333 )係夕曰曰矽TFT之轉 發明之光感測元件同時製作之“^ 之貝線係與本 線係以通常之低、、”曰 夕晶石夕TFT特性，圖中之虛 低/皿夕日日石夕製程製曰 性。圖3(b)t，考量特性偏 I 轉移特 ^ 侷差專，可認為開關特性不變。 果可知’藉由本發明之多晶石夕TFT之性能，可得到 共以通常之低溫多晶⑦製程製作之Μ相同程度者。 圖4係本發明之光感測元件之另一構造例之剖面圖。圖
()⑷之任一情形’均為至少】個電極由 成，由其後成膜之非晶石夕層形成受光層。 膜所構 圖4⑷所示之光感；則元件與圖i⑷所示之光感測元件之 不同’在圖1⑷中’係在將層間絕緣膜15、關口之接觸 孔形成文光層13 ;而在圖4(勾中，係在第一電極u與第二 電極12上之層間絕緣膜15、16將接觸孔“開口後，形成受 光層13。如圖4(a)所示，由接觸孔41分離受光層之情 形，雖有電荷移動路徑變長之擔心，但僅是伸長層間絕緣 膜之膜厚部分，與水平方向之距離比較，較小。 圖4(b)所示之光感測元件與圖1(a)所示之光感測元件之 不同在於是否經由受光層13、第一電極丨丨及第二電極12上 之絕緣保護膜17形成第三電極42之不同。藉由對第三電極 42施加電壓（負電荷），可抑制不照射光時之洩漏電流，提 高S/N比。 圖4(c)所示之光感測元件係在圖4(a)所示之光感測元件 之受光層13上經由絕緣保護膜17形成第三電極42。其優點 係可以該第三電極42防止在加工接觸孔時構成電極之膜脫 126267.doc -14 - 200836333 離’可抑制不照射光時之洩漏電流，提高比
圖4⑷所示之光感心件係使第二電_為金屬膜之縱 構造光感測元件。藉由該縱構造可憎大接合面積，且電荷 移動至電極之距離係由受光層13之厚度決定，故可高效率 地回收產生之電荷’因而可得到大的輸出。若金屬膜為透 明’則可高效率地將從上部入射之光導入受光層，故可製 作感度好的光感測元件。圖4⑷中，在第二電極Η與受光 層13之接合面附近之受光層側設有高濃度雜質層43。此係 希望導人雜質以便第―電極u與多數載子之種類成為相 反。藉此，可構成縱構造之PIN型二極體元件。但即使在 沒有高濃度雜質層時，藉由適用於第二電極12之材料，在 第二電極12與受光層13之間形成阻障，可形成肖特基型二 極體元件（Schottky diode)，或光導元件。 繼之，使用圖5(a)〜圖5(d)，說明光感測元件與多晶矽 TFT之製作製程。此處，顯示在液晶顯示裝置之像素電路 内建光感測器之例。在為區域感測器日寺，可根據需要追加 或省略步驟。 首先’在圖5(a)(1)，準備絕緣基板1〇。此處以低價之玻 璃基板作為絕緣基板之例進行說明，但在以ΡΕτ等為代表 之塑膠基板、高價之石英基板、金屬基板等之上亦可製 作。在玻璃基板之情形，由於基板中含有鈉、硼等，成為 對於半導體層之污染源，故最好在表面形成氧化矽臈、氮 化石夕膜等底層膜（underc〇at)。在其上面以CVD法形成非晶 矽膜或微晶矽膜5 1。之後，對微晶矽膜5丨照射準分子雷射 126267.doc 200836333 光52，形成多晶化之矽膜53。 其次，在圖5(a)(2)，在光學微影击 ^ ^ 〜步驟將多晶矽膜53加工 成島狀多晶石夕膜54，如圖5(a)(3)戶斤+ — > ’坏不’猎由CVD法形成由 氧化矽膜形成之閘極絕緣膜55。閘炻紹从2 m、邑緣膜之材料不限定 於氧化矽膜，最好選擇滿足高介雷堂 ^ 6 电㊆數、鬲絕緣性、低固 定電荷、界面電荷·位準密度、及赞 表私整合性者。經由該 閘極絕緣膜5 5，藉由對島狀多晶々 夕日日矽獏54全體進行離子56之 Ο ϋ 佈值，導入硼，形成NE層（低濃度硼佈值層57)。 再者，如圖5(a)(4)所示，在光學 %予倣衫步驟，由光阻62決 定在N型TFT區域58、N型雷榀f a 电極區域59、卩型TFT區域6〇、 及p型電極區域61中之_TFT區域58、及n型電極區域59
作為非佈值區域後’藉由離子63之佈值，導入鱗，形成pE 層（低濃度鱗佈值層64)。 NE層（低濃度删佈值層57)與吨層（低濃度碟佈 值層64)之 雜質係以TFT之臨限值調整為目的者，離子佈值時之劑量 在1X1011 cm·2〜IxU^ Cm-2之間導入最佳值。此時，已知低 漢度侧佈值層57與低濃度磷佈值層64中多數載子之濃度為 1x10 1x10個/cm。硼佈值量之最佳值由n型TFT之臨限 值决定’而碟佈值$之最佳值由TFT^臨限值決定。 繼之，如圖5⑷（5)所示，藉由CVD法或濺鑛法形成用於 閘極之金屬膜65。該用於閘極之金屬膜並非需要係金 屬膜，亦可為導入高濃度之雜質，且低電阻化之多晶矽膜 等。 、 繼之，如圖5(a)(6)所示，由光學微影步驟加工用於閑極 126267.doc -16 - 200836333 之金屬膜65後形成閘極66，並且用同一光阻67，藉由進行 離子68之佈值，導入磷，形成n+層（高濃度磷佈值層69)。 離子佈值時之麟的劑量需要充分降低電極之電阻，故最好 為IxlO15 cm-2以上。此時，高濃度磷佈值層69中多數載子 之》辰度為1x1019個/cm3以上。 在去除圖5(a)(6)所示之光阻67後，如圖所示，將 閘極66作為遮罩，藉由離子70之佈值，在閘極66之兩侧導 入磷，而形成N-層（中濃度磷佈值層71)。該雜質導入係以 提同N型TFT之可靠性為目的者，離子佈值時之劑量在低 辰度侧佈值層5 7與兩濃度構佈值層6 9之劑量之間，即1 χ 1011 cm·2〜ΐχΐ〇15 cm-2之間導入最佳值。此時，Ν層（中濃 度鱗佈值層71)中多數載子之濃度為lxlO15〜lxlO19個/cm3。 在本實施例中，關於Ν·層（中濃度磷佈值層71)之形成， 係利用光阻67與閘極66之加工誤差。利用加工誤差之優點 係了省略光罩、光學步驟，相對於閘極6 6，單義決定層 (中濃度鱗佈值層7丨）之區域，但缺點則係在加工誤差小 時，不旎充分確保N-層。在加工誤差小時，亦可新追加光 學步驟，規定Ν-層。 繼之’如圖5(b)(8)所示，在用光阻72決定Ν型TFT區域 與N型電極區域之非佈值區域後，在p型TFT區域與p型電 極區域’藉由進行離子73之佈值，導入硼，形成p+層（高 濃度硼佈值層74)。離子佈值時之劑量需要充分降低電極 之電阻’故最好為lxl〇i5 cm-2以上。此時，P+層中多數載 子之〉辰度為lxlO19個/em3以上。藉由以上之步驟，可形成 126267.doc -17- 200836333 TFT與光感測元件之電極。
在本實施例中應注意的是，在PE層（低濃度磷佈值層64) 導入有與NE層（低濃度硼佈值層57)相同量之硼，而在p +層 (高濃度硼佈值層74)導入有與义層（中濃度磷佈值層71)及 N+層（高濃度磷佈值層69)相同量之磷。此等本來係不需導 入之雜質，為維持TFT與光感測元件電極多數載子之種 類，需要在各層導入抵消此等部分之量之磷與硼。本實施 例之優點係可簡化光學微影步驟，減少光罩，但有在1>型 TFT之主動層導入多的缺陷之缺點。在不能確保p型特 性時’最好藉由增加光罩、光學步驟，|蓋吨層、p +層， 而不導入不需要之雜質。 繼之，如圖5(b)(9)所 虱基矽烷）氣體為原料，使用CVD法形成層間絕緣膜乃 後，進行導人雜質之活化退火。錢，藉由光學微影步 驟’利用光阻76，在電極部分形成接觸孔77。目為層間絕 緣膜75係使以後形成之佈線、下層閑極及多晶半導體層絶 緣者’故只要具有絕緣性，任何膜均可。㈣需要降低寄 生電容，故最好係低相對介電常數、膜應力"，對於厚 膜化其製程整合好者。另外，在與顯示功能並存時，膜: 透明性變得重要，最好係對於可視光領域穿透率高的材 料。在本實施例中作為-例，舉出以了咖氣體為 氧化秒膜。 繼之，如圖5(b)(l〇)所示 影步驟，形成佈線78。再 ，形成佈線材料，藉由光學微 者’如圖5(b)(U)所示，藉由 126267.doc -18- 200836333 CVD法形成絕緣保護膜79。若需要，則在形成絕緣保護膜 79後’進行用於改善TFT特性之追加退火。膜的材料盘如 圖5(b)(9)所示之層間絕緣膜乃同樣，只要具有絕緣性y 何膜均可。 Γ 繼之，如® 5(C)(12)所示，藉由光學微影步驟，利用光 阻80，在絕緣保護膜79、層間絕緣膜乃、閘極絕緣膜η形 成接觸孔8卜根據搭載元件、欲取得接觸的層，有形成到 達佈線之孔，到達多晶⑪電極之孔，但藉由以佈線材為擔 塊：選擇钱刻，可一併形成此等接觸孔。在需要加工精； 等情形時，亦可追加光學微影步驟分別加工。 a 釦之’如圖5(C)(13)所示，藉由CVD法形成非晶石夕臈 M。^時，為降低多晶石夕電極83與非晶石夕膜82之界面位 準，取好增加多晶矽電極83之表面改質處理或洗淨處理。 /、方法有氫氟酸洗料，㈣限於該方法。此外 :?中虱含有量成為1〇&祕程度以上之成膜條件為佳。 膜82中存在多的未結合鍵，其成為藉由光照射產 =子-電洞對再結合之中心。非晶石夕膜82中的氣具有 7的鍵端鍵不活化之效果。在成膜後導人氫，則不 匕白非日日石夕膜82中導入充分詈的气 、耸 里的乳’導致感測器之性能降 _非曰曰石夕膜82係基本上不導入雜質的固有層，但 圖4(d)所示之縱構造之元件時， 於原料洛辨士 由在成膜開始與結束時 體中混入雜質’可在上下電極附近之非晶石夕層η :成W度之雜質導入層43。藉此，可降低不昭射光時之 洩漏電流。 午见个…耵九時之 126267.doc -19- 200836333 繼之，如圖5(c)(14)所示，在藉由光學微影步驟，利用 光阻84，冑非晶石夕膜82加工成島狀之感測受光部(非晶石夕 膜85)後，如圖5(C)(15)所示，形成絕緣保護膜86。該絕緣 保護膜86尤其具有防止水從外部向非晶矽膜85侵入之用 意。因此，作為材料，最士早始田去 ㈣^用與透濕性好的氧化石夕膜比 較’透濕性差的氮化矽等材料。
繼之，如圖5⑷⑽所示，根據需要，在以塗佈絕緣膜 或絕緣性抗㈣等形成平坦化絕㈣87後，藉^學微影 步驟’利用光㈣’經由平坦化絕緣膜87、絕緣保護膜 79、86而一併形成接觸孔89。 繼之，如圖5⑷（17)所示，在形成IT〇等透明電極膜9〇 後，如圖5⑷(18)所示’藉由光學微影步驟，利用光阻 91，形成透明電極92。之後，根據需要，亦可進一步在其 上部形成圖4所示之絕緣保護膜17，以光學微影步驟形成 接觸孔。 圖6顯示由圖5之製程所製作之光感測元件與多晶矽τρτ 之面圖。此處，形成有圖1(a)所示之PIN光二極體型光 感測元件601與圖4(d)所示之縱構造之金屬-半導體-金屬之 光導型光感測元件602。若以圖5(d)(17)所示之IT〇9〇形成 圖4(b)(c)所示之第三電極〇與圖4(幻所示之第二電極12， 則藉由在本實施例所示之步驟，可同時形成構成電路之p 603、N型TFT604與圖4所示全部構造之感測元件。 本實施例所示之步驟，其特徵係在雜質活化及其他高溫 熱處理步驟結束後（在圖5(b)(ll)形成絕緣保護層79，熱處 126267.doc -20- 200836333 理結束後），如圖5(c)(13)所示’形成非晶矽層82。在cvD 法成膜時所導入之氫在320°C附近開始脫離。如前所述， 由於不可能藉由後處理恢復，非晶矽層成膜後需要將成膜 順序設計為低溫步驟。 圖7(a)係使用有本發明之PIN光二極體之區域感測器的1 像素分之佈局，圖7(b)係圖7(a)中虛線A-b之剖面圖，圖 7⑷係圖7(a)之等效電路圖。首先利用圖7(c)說明感測器之 動作。較感測器節點702之電位低地設定偏壓線7〇1之電 位，重設感測器節點7〇2之電壓。在感測器動作時，較感 測器節點702之電位充分高地設定偏壓線7〇1之電位。此 時，由於整流作用，在光二極體7〇3僅流動極微小的電 流。若對光二極體703照射光，則與不照射光時比較，流 動電流多，感測器節點702之電位上升。若在某一時刻經 由閘極線704，對閘極705施加電位而使TFT7〇6動作，則向 資料線707輸送與入射光照度成比例之電荷，資料線7〇7之 電位上升。以設置在區域感測器區域外之感測驅動器讀取 該電位資料。電荷之保持由附加於感測器節點7〇2之寄生 電容進行，亦可根據需要附加輔助保持電容。此外，圖 7(a)(b)顯示之符號與迄今所說明之符號相同，故省略其說 明。 ’、 圖8(a)係使用有本發明之另一 piN光二極體之區域感測 益的1像素分之佈局，圖8(b)係圖8(a)中虛線A_B之剖面 圖，圖8⑷係圖8⑷之等效電路圖。首先利用圖8⑷說明感 測器之動作。較感測器節點7〇2之電位低地設定偏壓線州 126267.doc -21 - 200836333 之電位，重設感測器節點702之電壓。在感測器動作時， 較感測器節點702之電位充分高地設定偏壓線7〇1之電位。 f
V 此時’由於整流作用，在光二極體703僅流動極微小的電 流。若向光二極體703照射光，則與不照射光時比較，流 動電流多，感測器節點702之電位上升。此時，預先比閑 極線704電位低地設定資料線707之電位（亦可相反）。然 後，在感測器節點702之電位比資料線7〇7之電位（相反時 為閘極線704之電位）與TFT706之臨限值之和大時， TFT706成為ON狀態，資料線707與閘極線704幾乎成為相 同電位。以設置在區域感測器區域外之感測驅動區域讀取 此時之感測器節點702之電位資料變化。該方式若在感測 器動作時間内使TFT706為0N，則成為不依照度而輸出信 號。因此，藉由使感測器動作時間變化，可檢測灰度。此 外，圖8(b)所示之佈線層801形成在與形成有偏壓線7〇ι及 資料線707之層相同之層，經由接觸孔，與TFT7〇6之閘極 7〇5連接於光二極體703之陽極。此外，圖8(a)(b)_示之其 他符號與迄今所說明之符號相同，故省略其說明。 如圖9所示，感測部分為光導體9〇1時，，有在感測驅動 區域設置電流-電壓電路，或在感測器與偏壓線7〇1之間設 置蔽光的阻流二極體902或蔽光的阻流TFT防止在向資料線 7〇7傳送電荷中電荷逆流之方法。圖9係使用蔽光的阻流二 極體時之等效電路圖。 [實施例2 ] 若在各像素與感測器同 圖7與圖8顯示區域感測器之例 126267.doc •22- 200836333 時配置像素電路’則可構成具備光感測功能之圖像顯示裝 置。既可新追加向像素傳送信號之信號線、閘極線等，亦 可藉由設計信號線之時序，與感測器之偏壓線、資料線或 閘極線共同化。 圖1〇係内建本發明之光感測元件之圖像顯示裝置之概略 圖。圖10(a)係圖像顯示裝置之背面圖，在玻璃基板1〇1上 配置具有驅動器LSI102之驅動器LSI用印刷基板1〇3，並經 由FPC 104，驅動形成於圖像顯示裝置正面側之複數像素。 圖10(b)係圖像顯示裝置之側面圖，在圖像顯示裝置之正面 側配置有由本發明之光感測元件形成之光感測器丨〇5與形 成於圖像顯示區域之複數像素1〇6。圖1〇(c)係圖像顯示裝 置之正面圖，在玻璃基板1〇1上配置有驅動像素1〇6之周邊 驅動電路107、處理光感測器1〇5輸出之光感測輸出處理電 路108、及背光與其他控制電路109。 圖10中，將來自光感測器105之根據外光之感測信號以 光感測輸出處理電路108處理後，供給於驅動像素1〇6之周 邊驅動電路107。周邊驅動電路1〇7根據感測信號控制圖像 顯示裝置之亮度、對比度等畫質。 圖10中，驅動器之一部分由LSI構成，經由FPC安裝於 背面。滿足要求之性能者，只要是藉由依次在玻璃基板上 所开y成之TFT進行構成即可。藉由如此進行，既可削減[μ 及此等之安裝成本，亦可避免因安裝所引起之機械可靠性 之下降。而且，在設計像素時亦可設計驅動器，容易定製 化。根據本發明，感測器及其驅動器均可内建於玻璃基 126267.doc -23- 200836333 板上，並可將感測器設置位置或處理電路小型製作於自 的位置。 【圖式簡單說明】 圖iO)、（b)係光感測元件之概念圖。 圖2係感測器之輸出-照度相關特性圖。 囷（）（匕）係與光感測元件同時製作之多晶石夕TFT之剖 面圖及轉移特性圖。 σ 一構造例之剖 面 圖4(aHd)係本發明之光感測元件之 圖0 圖5(a)( 1)-(6)係光感測元件與多晶石夕τρτ之製作製程。 圖5(b)(7)-(i 1)係光感測元件與多晶矽TFT之製作製程。 程 圖5(0)(12)-(15)係光感測元件與多晶矽tft之製作製 〇 程 圖5 W(16H18)係光感測元件與多晶石夕Μ之製作製 圖6係光感測元件與多晶矽TFT之剖面圖。 圖及 圖7(aHc)係區域感測器之丨像素分之佈局、其剖面 等效電路圖。 八° 圖8(a)-(c)係另一區域感測器 、丄m常分之佈局、其剖面 圖及等效電路圖。 圖9係使用蔽光的阻流二極體時之等效電路圖。 圖10⑷-⑷係内建光感測元件之圖像顯示裝置之背面 圖、側面圖及正面圖。 圖11(a)、（b)係先前之光感測元件之剖面圖。 126267.doc •24· 200836333
【主要元件符號說明】 10 絕緣基板 11 第一電極 12 第二電極 13 受光層 14 佈線 15、16 層間絕緣膜 17 絕緣保護膜 31 源極 32 閘極 33 汲極 34 通道 35 LDD區域 41 接觸孔 42 第二電極 43 高濃度雜質層 51 非晶矽膜（微晶矽膜） 52 準分子雷射光 53 多晶碎膜 54 島狀多晶石夕膜 55 閘極絕緣膜 56 硼離子 57 NE層（低濃度硼佈值 58 N型TFT區域 126267.doc -25- 200836333 Ο 59 Ν型電極區域 60 Ρ型TFT區域 61 P型電極區域 62 光阻 63 填離子 64 PE層（低濃度磷佈值層） 65 閘極金屬膜 66 閘極 67 光阻 68 碟離子 69 N+層（高濃度磷佈值層） 70 鱗離子 71 N-層（中濃度磷佈值層） 72 光阻 73 硼離子 74 P +層（高濃度侧佈值層） 75 層間絕緣膜 76 光阻 77 接觸孔 78 佈線 79 絕緣保護膜 80 光阻 81 接觸孔 82 非晶砍膜 126267.doc -26- 200836333 83 多晶碎電極 84 光阻 85 感測器受光部（非晶矽膜） 86 絕緣保護膜 87 平坦化絕緣膜 88 光阻 89 接觸孔 90 透明電極膜（ITO) 91 光阻 92 透明電極 101 玻璃基板 102 驅動LSI 103 用於驅動LSI之印刷基板 104 FPC 105 光感測器 106 像素 107 周邊驅動電路 108 光感測輸出處理電路 109 背光與其他控制電路 601 PIN光二極體型光感測元件 602 金屬-半導體_金屬之光導型光感測元件 603 P型 TFT 604 N型 TFT 701 偏壓線 126267.doc -27- 200836333 702 感測器節點 703 光二極體 704 閘極線 705 閘極 706 TFT 707 資料線 901 光導體 902 阻流二極體 (' Ο 126267.doc -28-

Claims (1)

  1. 200836333 十、申請專利範圍·· 1 ·種光感測元件，其特徵在u儀 上，且至少在以楚 ^ μ ，、，、/成於絕緣性基板 主^在以弟一半導體層所製作之 電極之間，且女 ^ 電極與第二 车墓鹏八弟2半導體層所製作之受光楚 半導體層盥第-主道舰 九層，弟一 • 體材料不同。 ）狀心不同，或半導 * 2·如請求項1 >水# 、之先感測70件，其中第_ 以第一半導妒@ ^ ^與弟二電極係 十V體層所製作，在第一 C 第二半導俨j® #制^ 導體層之上部具有以 v體層所製作之受光層。 3·如明求項1之光感測元件，其中在第一 極，多數恭工 弟一電極與第二電 載子之種類不同，或相同。 4 · 如清求項1 貝1之先感測元件，其中第一 接於在將遂*w 電極/、弟一電極連 、设數、、色緣層開口之接觸 5·如請求…之“， 筏觸孔所形成之受光層。 只1之先感測元件，1中筮一 別由在將複翁π #成 電極與第二電極分 連接。 觸孔所形成之受光層所 u 6·如請求们之光感 薄膜、多曰r““ ，、T 4 一丰導體層係多晶矽 日日夕錯薄膜中之任一去墙_ 石夕薄m、料曰&々 ’弟二半導體層係非晶 之任一者。 ’專膜、你支晶石夕鍺薄膜中 7·如請求項1 只1 <先感測元件，苴φ户丁 壓之條件 /、中在不知射光、不施加電 個/⑽、上’第一半導體層中多數载子之濃度為WO” 個/cm、下。’弟二半導體層中多數載子之濃度為丨χ1〇17 126267.doc 200836333 .第L丰、Γ之光感測元件，其中第—電極與第二電極以 1體層所製作，並在第—半導體層之上部形成有 弟-半導體層所製作之受光層、及於 隔絕緣膜形成有第三電極。 ρ;| 9.如睛求項8之光感測元件，其中第r雷枚4 ，、甲弟—電極相對於可視光 -或（〇〇 nm〜760 nm)之光，穿透率為75%以上。 1〇.如請求項1之光感測元件，其中第-電極係以第一半導 體層所製作’並在第一半導體層之上部形成有以第二半 導體層所製作之受光層、及在第二半導體層之上部以金 屬層形成有第二電極。 比如請求们〇之光感測元件，其中在不照射光、不施加電 壓之條件下，第二半導體層與金屬層的界面附近之第二 半導體層中多數載子之濃度與第一半導體層中多數載子 之濃度為⑽”個/cm3以上’且第二半導體層盥第一半 U 導體層的界面附近之第二半導體層内多數載子之濃度為 lxlO17個 /cm3以下。 12 -種光感測裝置’其特徵在於：其係包括形成於絕緣性 基板上之光感測元件與處理來自光感測元件之輸出之光 感測輸出處理電路；且 光感測元件至少在以第-半導體層所製作之第一電極 與第二電極之間，具有以第2半導體層所製作之受光 層，第半導體層與第一半導體層之相⑽a—狀態不 同，或半導體材料不同； 光感測輸出處理電路包含薄膜電晶體，薄膜電晶體之 126267.doc 200836333 通道、源極及淡極係以第一半導體層所形成。 13.如請求項！2之光感測裝置，其中光感測元件之第一電極 與第二電極係以第一半導體層所製作，在第一半導體層 之上部具有以第二半導體層所製作之受光層。 S Μ.如請求項12之光感測裝置，其中光感測/件之第一電極 與第二電極係以第一半導體層所製作，並在第一半導體 層之上部形成有以第二半導體層所製作之受光層、及在 受光層之上部介隔絕緣膜形成有第三電極。 15·如請求項12之光感測裝置，其中光感測元件之卜電極 係以第一半導體層所製作’並在第一半導體層之上部形 成有以第二半導體層所製作之受光層、及在第二半導體 層之上部以金屬層形成有第二電極。 1 6.如請求項丨2之光感測裝置， 舊眩、夕曰+置-中苐一+導體層係多晶矽 石夕薄膜夕S曰石夕鍺薄臈中之任一者，第二半導體層係非晶 之*微晶石夕薄臈、非晶石夕鍺薄膜、微晶石夕鍺薄膜中 之任一者。 1 7· 一種圖像顯示裝置，直 Ά u ^ , > 、，、特铽在於·其係包括形成於絕緣 光感測輸出處理電路H 之感測信號之 周邊電路’· I 根據感測信號驅動複數像素之 光感測元件$小+ ^ 與第二電極之門一半導體層所製作之第一電極 層；第-半導❹具有以第2半導體層所製作之受光 同，或半導體材料不同導體層之相（phase)狀態不 126267.doc 200836333 光感測輸出處理電路係包含薄膜電晶體，薄膜電晶體 之通道、源極及汲極係以第一半導體層所形成。 18.如請求項17之圖像顯示裝置，其中光感測器之第一電極 與第二電極係以第一半導體層所製作，在第一半導體層 之上部具有以第二半導體層所製作之受光層。 f 19·如=求項17之圖像顯示裝置，其中光感测器之第一電極 與第二電極係以第一半導體層所製作，並在第一半導體 層之上部形成有以第二半導體層所製作之受光層、及在 受光層之上部介隔絕緣膜形成有第三電極。 ί 20.如 係 成 層 請求項1 7之圖像顯示裝置 以弟一半導體層所製作， 有以第二半導體層所製作 之上部以金屬層形成有第 ’其中光感測器之第一電極 並在第一半導體層之上部形 之受光層、及在第二半導體 —電才圣° 126267.doc 4-
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