TWI380436B - - Google Patents

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TWI380436B
TWI380436B TW096141507A TW96141507A TWI380436B TW I380436 B TWI380436 B TW I380436B TW 096141507 A TW096141507 A TW 096141507A TW 96141507 A TW96141507 A TW 96141507A TW I380436 B TWI380436 B TW I380436B
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Mitsuharu Tai
Toshio Miyazawa
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Hitachi Displays Ltd
Panasonic Liquid Crystal Displ
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Description

上養36 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 一極體元件，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 顯不裝置，例如液晶顯示器、有機EL (Electr〇 Luminescence) -貝示器、無機EL顯示器、EC (Electro Chromic)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， 近來作為生物認證之-方法，指靜脈、手掌靜脈認證受到 矚目’開發此等資訊之讀取裝置成為當務之急。在此等裝 置中’為了資訊讀取’需要佔一定面積之用於光檢測之感 測陣列，即所謂區域感測器，並需要以低成本提供該區域 ^則器。基於該要纟’在下述之非專利文IU提出有在以 玻璃基板為代表之低價絕緣基板上’ #由半導體形成製程 (+面製程）’形成區域感測器之方法。 =糊器不同之產品領域，作為要求光感測器 者有中小型顯示器。中小型顯示器用作行動電話、數位 要Γ"等所謂移動機器之顯示用途或車載用顯示 …功能化、高性能化。光感測器作為用於對领示 126267.doc 1380436 器附加調光功能（下述非專利文獻2)、觸摸面板功能之有力 機構党到矚目。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’需要形成於單晶石夕晶圓上之電晶體、或準 照其之尚性能開關元件。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 晶半導體TFT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 對玻璃基板給與熱損 之方法，有使用準分 化之方法（ELA法： 璃之耐熱溫度規定製程溫度。作為不 傷’而形成高品質之多晶半導體薄媒 子雷射熔融前驅半導體層，再晶 I26267.doc 1380436
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 成）比較，驅動能力改善1()〇倍以上，故可在玻璃基板 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、驅動電路之二 時形成PIN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。若尸、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，出儘可能大的信號 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u⑷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 ii(b)係以非晶石夕膜作為《光層113，電荷相對於接合面於
平行方向流動之構造型（橫構造型）之TFT元件。兩者均為 光感測元件。 ’ 圖11⑷所不之光感測元件包含：由第i金屬電極層⑴與 第2金屬電極層112所夹持之非晶矽膜之受光層113，及形 成於該又光層113與各電極層界面之雜質導入層該光 感測70件形成於絕緣基板11〇上，各電極層由層間絕緣膜 :15絕緣後連接於電極佈線，ϋ由絕緣保護膜117所覆 蓋。 ()所示之光感測元件包含：源極13 1、閘極13 2及沒 極133，非晶矽膜之受光層ιι3，及形成於該受光層I。與 126267.doc 各電極界面之雜質導入層120 β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113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、矽鍺等矽系 材料為佳。矽系材料可將在從紅外至可見光波段所吸收之 光中之歲乎全部轉換為電流。因此，吸收係數高者適合感 測元件。 此外，若著眼於半導體之非晶、結晶、或多晶之固相狀 態（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 性此不充分，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 cm2/Vs以下。因此’感測功能係以圖11之構造製作感測陣 列’開關功能係在另外安裝驅動LSI後，用Fpc等連接之構 成。 關於構造’ 一般而言’圖1丨（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 1 〇〇°c以上之高溫製程，在玻璃基板等低價絕緣基板上製 126267.doc C S ) 作是不可能的β 材料為多晶時，由ELA法所得到之多晶膜之情形，。⑺ 到月t*夠構成驅動電路程度之TFT。但構成縱構造是不: 的。而且’由於膜厚限定於最A1。“m左右，故大 入射光不被吸收’而係穿透膜。再者，雖有用化學氣相尤 積法（以下稱為「⑽」。）得到膜厚大的多晶膜之方法，但 與非晶材料同樣元件之性能會不充分，不可能構成 驅動電路。 a 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 凡件依序形成，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]曰本特開2006-385 7號公報 [專利文獻2]曰本特開2005-228895號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 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· 钂光感測元件之圖像顯示裝置’ t玄等係利用平面製程在同 。邑緣臈基板上形成高感度、低雜訊之光感測元件與感測 驅動電路（根據需要’像素電路及其他電路），1内建感測 驅動電路者。 [解決問題之技術手段] 本發明之待徵係在以多晶矽膜或多晶矽鍺膜形成感測驅 動電路(根據需要’像素電路其他電路)與光感測元件之2個 電極後，在其上層形成非晶矽膜，形成光感測元件之受光 層藉此，儘量抑制製程步驟增加，並維持感測驅動電路 之開關特性’而且具備以非晶矽膜形成之光感測元件之高 感度、低雜訊之特性。 [發明之效果] 為使先前之TFT驅動之顯示器高附加價值化，附加功能 係必然的，内建光感測器作為其一方法，從藉此可附加功 月色之範圍考量，非常有用。而且，使光感測器陣列化之區 域感測器在醫療用途、認證用途上等有用，且以低成本製 作日益重要》 根據本發明，可提供一種在低價玻璃基板上可同時製作 高性能感測器與感測處理電路之低成本且可靠性高之產 σα 0 【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 1380436 基板上所形成之光感測元件之剖面圖，圖丨^)係俯視圖。 圖1中，在絕緣性基板ίο上以第一半導體層製作第一電 極11與第二電極12，在此等電極n、12上及電極之間形 成以第二半導體層所製作之受光層13。連接於各電極之佈 16絕緣，整體由絕緣保護膜丨7覆 蓋。此外，各電極由接觸孔18連接於各佈線。 第一半導體層與第二半導體層之特徵係相（phase)狀態不 同，或半導體材料不同。所謂相（phase)狀態，係指非晶、 結晶或多晶之固相狀態。 在第一半導體層與構成電路之開關元件利用相同層之概 心下，以下將以導電性高的多晶矽膜為例進行說明，但亦 可由其他導電性高、適於電路作為開關元件之材料，例如 結晶石夕膜、結晶石夕鍺膜、多晶石夕鍺膜、結晶鍺膜、多晶錯 臈構成。其不限定材料。 在該第一半導體層導入高濃度（於不照射光、不施加電
第二半導體層係固有層、或極低濃度（於不照射 施加電壓之條件下， 10 個 /r* m 3 I、，-T-、i 10個/cm3以下）之雜質導入層 發揮功能。 半導體層中之多數載子之濃度為j 々夕双戰丁 晨度為lx 作為受光層（光電轉換層） 126267.doc -12- 1380436 此外，第二半導體層作為比第一 高，且不照射光時之“電^切體層光電轉換效率 曰A , 曳属電机低之特性材料，以下將非 日日石夕膜為例進行說明，σ β ,θ , 〃、要疋滿足該特性之材料即可。例 如微晶矽膜、微晶矽鍺 們 m 膜非晶矽鍺膜等，甚至亦可是有 半導體材料，不限定材料。 積圖二:受光層13由非晶梦構成，可較大設定接合面 光^丨 見先感度高，不照射光時之茂漏電流少之 2測：件。再者’由於第-電極η與第二電㈣係多晶 夕二故可以同樣之多晶碎膜構成TFT，並可將該TFT應 用作為感測驅動電路之開關元件。 圖2係圖11(b)顯示之以非晶石夕膜作為受光層之TFT元件 與圖i顯示之本發明之光感測元件之輸出_照度相關特性 圖。任一元件均輸出根據照度之電流。若比較此等之輸出 值，則可得到本發明在光照射時之輸出為10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3(a)係與本發明之光感測元件同時製作之多晶矽 之剖面圖。其特徵是該多晶矽TFT之源極3 1、通道34、沒 極33及LDD區域35，係由製作圖i(a)所示之第一電極11與 第一電極12之多晶石夕膜所形成。藉由該共同化，可在簡化 製造步驟之同時’在同一絕緣基板上以共同之製造步驟製 作使用多晶矽TFT之高性能開關元件與以非晶矽作為受光 層之高性能光感測元件。另外，32係多晶矽TFT之閘極， 其他符號與圖1所示者相同。 126267.doc -13- 1380436 圖3(b)係多晶矽TFT之轉移特性圖，圖中之實線係與本 發明之光感測元件同時製作之多晶矽TFT特性，圖中之虛 線係以通常之低溫多晶矽製程製作之多晶矽TFT之轉移特 f生圖3(b) _，考量特性偏差等，可認為開關特性不變: 由該結果可知，肖由本發明之多晶矽TFT之性能，可得到 與以通常之低溫多晶矽製程製作之tft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 4(a)〜(d)之任一情形，均為至少i個電極由多晶矽膜所構 成，由其後成膜之非晶矽層形成受光層。 圖4(a)所示之光感測元件與圖丨（&)所示之光感測元件之 不同，在圖1(a)中，係在將層間絕緣膜15、16開口之接觸 孔形成受光層13 ;而在圖4(勾中，係在第一電極"與第二 電極12上之層間絕緣膜15、16將接觸孔41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13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。 圖叫)所禾之光感測元件與圖1⑷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u及第二電極匕上 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茂漏電流，提 兩S/N比。 圖4(c)所禾之光感測元件係、在圖4⑷所示之光感測元件 之堂光層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防止在加卫接觸孔時構成電極之膜脫 126267.doc •14· c S ) 光52 ’形成多晶化之石夕膜53。 其次，在圖5(a)(2)，在光學微影步驟將多晶矽膜53加工 成島狀多晶矽膜54’如圖5(a)(3)所示，藉由cVD法形成由 氧化矽膜形成之閘極絕緣膜55。閘極絕緣膜之材料不限定 於氡化矽膜，最好選擇滿足高介電常數、高絕緣性、低固 定電荷、界面電荷.位準密度、及製程整合性者。經由該 閘極絕緣膜55，藉由對島狀多晶矽膜54全體進行離子“之 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，在光學微影步驟，由光阻62決 定在N型TFT區域58、N型電極區域59、p型TFT區域6〇、 及P型電極區域61中之N型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，導入磷，形成pE 層（低濃度磷佈值層64)。 NE層（低濃度硼佈值層57)與1^層（低濃度磷佈值層6句之 雜質係以TFT之臨限值調整為目的者，離子佈值時之劑量 在lxlO11 Cm·2〜lxl〇13 em-2之間導入最佳值。此時，已知低 濃度硼佈值層57與低濃度磷佈值層64中多數載子之濃度為 lxlO15〜lxlO17個/cm3。硼佈值量之最佳值由N型TFT之臨限 值決定，而磷佈值量之最佳值由p型TFT之臨限值決定。 繼之’如圖5(a)(5)所示，藉由CVD法或濺鍍法形成用於 閘極之金屬膜65。該用於閘極之金屬膜並非一定需要係金 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閘極 126267.doc -16 - 1380436 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)= 離子佈值時之磷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1χ1〇19個/cm3以上。 在去除圖5(a)(6)所示之光阻67後，如圖5(b)(7)所示將 閘極66作為遮罩，藉由離子7〇之佈值，在閘極“之兩側導 入構而形成N_層（中濃度嶙佈值層71)。該雜質導入係以 提高N型TFT之可#性為目的者，離子佈值時之劑量在低 濃度硼佈值層57與高濃度磷佈值層69之劑量之間，即“ 10 cm ~lxl〇 cm 2之間導入最佳值。此時，N_層（中濃 度磷佈值層71)令多數載子之濃度為1χ1〇15〜1χ1〇19個/cm3。 在本實施例中，關於N—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 係可省略光罩、光學步驟，相對於閘極66，單義決定ν·層 (中派度磷佈值層7 1)之區域，但缺點則係在加工誤差小 時，不忐充分確保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 濃度棚佈值層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 子之濃度為IxlO〗9個/cm3以上。藉由以上之步驟’可形成 126267.doc 17 1380436 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 (高濃度蝴佈值層74)導入有與N-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p型 TFT之主動層導入多的缺陷之缺點。在不能確保psTFT特 性時，最好藉由增加光罩、光學步驟，覆蓋pE層、p+層， 而不導入不需要之雜質。 繼之，如圖5(b)(9)所示，在閘極66之上部以TE〇s(四乙 氧基矽烷）氣體為原料，使用CVD法形成層間絕緣膜75 後’進行導人雜質之活化退火。然後，藉由光學微影步 驟，利用光阻76,在電極部分形成接觸孔77。因為層間絕 φ 緣膜75係使以後形成之佈線、下層閘極及多晶半導體層絶 緣者，故只要具有絕緣性，㈣膜均可^旦因需要降低寄 生電容，故最好係低相對介電常數、膜應力小等，對於厚 ' 冑化其製程整合好者。另外’在與顯示功能並存時，膜的 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TE〇s氣體為原料之 氧化矽膜。 繼之，如圖5(b)(l〇)所示，形成佈線材料，藉由光學微 影步驟，形成佈線78。再者，如圖5(b)⑴）所示，藉由 126267.doc -18- 1380436 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。膜的材料與如 圖5(b)(9)所示之層間絕緣膜75同樣，只要具有絕緣性任 何膜均可。
繼之，如圖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75、閘極絕緣膜w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⑦t極之孔，但藉由以佈線材為擔 塊之選擇蝕刻，可-併形成此等接觸孔。在需要加工精度 等情形時，亦可追加光學微影步驟分別加工。
繼之，如圖5(c)(l3)所示，藉由CVD法形成非晶石夕港 此時，為降低多晶矽電極83與非晶矽膜82之界面位 準，最好增加多晶石夕電極83之表面改質處理或洗淨處理。 其方法有氫氟酸洗淨等，但不限於該方法。此外，非晶# 臈以中氫含有量成為1〇a tm%程度以上之成膜條件為：。 在非晶韻82中存在多的未結合鍵，其成為藉由光照射產 生之電子-電洞對再結合之—心。非晶矽膜Μ中的氫具 使未結合的鍵端鍵不活化之效果。在成膜後導人氫，則不 能向非晶賴82中導人充分量的1，導致感測器之性能降 低非邱石夕膜82係基本上不導入雜質的固有層，但 圖4⑷所示之縱構造之元件時，㈣成膜開始與結；: 於原料氣體中混入雜質，可户L # 果時 形成高濃度之雜質導入層附近之非晶石夕層13 茂漏電流。 心3。精此，可降低不照射光時之 126267.doc •19· 井 15(e)(14)所示，在藉由*學微影步驟，利用 :"4’將非晶石夕膜82加工成島狀之感測受光部(非晶石夕 臈85)後，如圖5(〇)(15、祕_ / )所不’形成絕緣保護膜86。該絕緣 保護膜86尤其且右奸L , 太 、八 止水從外部向非晶矽膜85侵入之用 e因此作為材料，最好採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。 、 如圖5(d)(16)所示，根據需要，在以塗佈絕緣膜 或、在緣性抗ϋ材等形成平坦化絕緣膜87後藉由光學微影 ν驟利用光阻88，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5(d)(17)所示，在形成IT〇等透明電極膜9〇 後’如圖5(d)(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。卩形成圖4所不之絕緣保護膜丨7，以光學微影步驟形成 接觸孔》 圖ό顯不由圖5之製程所製作之光感測元件與多晶矽TFT 之剖面圖。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ITO90形成 圖4 (b)(c)所示之第三電極42與圖4(d)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 赉TFT603、N型TFT6〇4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 熱處理步驟结束後（在圖5(b)(ll)形成絕緣保護層79，熱處 126267.doc -20- 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32〇t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Α·Β之剖面圖，圖 7(c)係圖7(a)之等效電路圖〇首先利用圖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7〇丨之電 位重5又感測器節點702之電廢。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701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 由問極線704，對閘極705施加電位而使TFT706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707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702之寄生 電容進行’亦可根據需要附加辅助保持電容。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 器的1像素分之佈局，圖8(b)係圖8(a)中虛線A_b之剖面 圖，圖8(c)係圖8(a)之等效電路圖。首先利用圖8(c)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7〇1 126267.doc 21 1380436 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7〇丨之電位。 • 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，感測盗卽點7 0 2之電位上升。此時，預先比問 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707之電位（相反時 為閘極線704之電位）與TFT7〇6之臨限值之和大時， _ TFT706成為0N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ON，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7〇1及 資料線707之層相同之層，經由接觸孔，與丁FT7〇6之閘極 • 705連接於光二極體703之陽極。此外，圖8(a)(b)顯示之其 他符號與每今所說明之符號相同，故省略其說明。 。如圖9所示，感測部分為光導體卯丨時，，有在感測驅動 區域:置電流-電壓電路，或在感測器與偏壓線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 07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] 圖8顯不區域感測器之例，若在各像素與感測器同 126267.doc •22- (S ) 1380436 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ίο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FPC104，驅動形成於圖像顯示裝置正面側之複數像素。 圖1 0(b)係圖像顯示裝置之側面圖，在圖像顯示裝置之正面 侧配置有由本發明之光感測元件形成之光感測器1〇5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101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105輸出之光感測輸出處理電 路、及背光與其他控制電路1〇9。 圖丨〇中，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107根據感測信號控制圖像 顯示裝置之亮度、對比度等晝質。 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 所形成之TFT進行構成即可《藉由如此進行，既可削減LSI 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- C £ ) 1380436 板上’並可將感測器設置位置或處理電路小型製作於自由 的位置》 【圖式簡單說明】 圖1 (a)、（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。 圖3(a)、（b)係與光感測元件同時製作之多晶矽TFT之剖 面圖及轉移特性圖。
圖4(a)-(d)係本發明之光感測元件之另一構造例之剖面 圖。 圖5(a)(l )-(6)係光感測元件與多晶石夕τρτ之製作製程。 圖5(b)(7)-( 11)係光感測元件與多晶石夕TFT之製作製程。 圖5(c)(12)-(15)係光感測元件與多晶矽tFT之製作製 程。 圖5(d)(16)-(18)係光感測元件與多晶矽tFT之製作製 程。
圖6係光感測元件與多晶矽tft之剖面圖。 圖7(a)-(c)係區域感測器之丨像素分之佈局、其剖面圖及 專效電路圖。 其剖面 之背面 圖8(a)-(C)係另一區域感測器之丨像素分之佈局、 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10(a)-(c)係内建光感測元件之圖像顯示裝置 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 · 1380436 126267.doc 59 N型電極區域 60 P型TFT區域 61 P型電極區域 62 光阻 63 磷離子 64 PE層（低濃度磷佈值層） 65 閘極金屬膜 66 閘極 67 光阻 68 攝離子 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（高濃度硼佈值層） 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 非晶碎膜 loc -26- 1380436 83 多晶矽電極 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- 1380436 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 126267.doc -28-

Claims (1)

1380436 十、申請專利範圍： ,νΝ^ϋ^6141507號專利申請案 時？月细候等‘利範圍替換本⑽年8月） 種光感測元件’其特徵在於：其係形成於絕緣性基板 上，且至少在以第一半導體層所製作之第一電極與第二 電極之間，具有以第二半導體層所製作之受光層；第一 半導體層與第二半導體層之相（phase)狀態不同，或半導 體材料不同； 以上述第二半導體層所製作之上述受光層係形成於以 上述第一半導體層所製作之上述第一電極與上述第二電 極之上方；且在將複數絕緣層開口之接觸孔内部，上述 第一半導體層所製作之上述受光層係連接於以上述第一 半導體層所製作之上述第一電極與上述第二電極。 •如1求項1之光感測元件，其中上述第一電極與上述第 二電極係以上述第一半導體層所製作，在上述第一半導 體層之上部具有以上述第二半導體層所製作之上述受光 層0 3·如請求項1之光感測元件，其中在上述第一電極與上述 第二電極’多數載子之種類不同，或相同。 4,如請求項1之光感測元件，其中上述第一半導體層係多 晶矽薄膜、多晶矽鍺薄膜中之任一者，上述第二半導體 層係非晶矽薄膜、微晶矽薄膜、非晶矽鍺薄膜、微晶矽 鍺薄膜中之任一者。 5，如請求項丨之光感測元件，其中在不照射光、不施加電 壓之條件下，上述第一半導體層中多數載子之濃度為ΐχ 1〇19個/cm3以上，上述第二半導體層中多數載子之濃度 126267-1000822.doc 1380436 /畔烈项修正替換頁 為 1χ1 〇 丨7個/cm3 以下。-------------- 6.如請求項丨之光感測元件，其令上述第一電極與上述第 二電極以上述第一半導體層所製作，並在上述第一半導 體層之上部形成有以上述第二半導體層所製作之上述受 光層、及於上述受光層之上部介隔絕緣膜形成有第三電 極β 7·如請求項6之光感測元件，其中上述第三電極相對於可 視光區域（4〇〇 nm〜760 nm)之光，穿透率為75%以上。 心如請求項！之光感測元件’其令上述第—電極係以上述 第半導體層所製作，並在上述第—半導體層之上部形 成有以上述第二半導體層所製作之上述受光層、及在上 述第二半導體層之上部以金屬層形成有上述第二電極。 9.如請求項8之光感測元件，其甲在不照射光、不施加電 壓之條件下，上述第二半導體層與上述金屬層的界面附 近之上述第二半導體層中多數載子之濃度與上述第一半 導體層中夕數載子之濃度為1χ1〇ΐ9個km3以上，且上述 第半導體層與上述第一半導體層的界面附近之上述第 二半導體層内多數载子之濃度為1x10丨7個/cm3以下。 1 〇. 一種光感測裝置，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上述光感測元件之輸出 之光感測輸出處理電路；且 上述光感測元件至少在以第一半導體層所製作之第一 電極與第一電極之間，具有以第二半導體層所製作之受 光層，上述第一半導體層與上述第二半導體層之相 126267-1000822.doc 1380436
(phase)狀態不同，或半導體枋料不同； 上述光感測輸出處理電路包含薄膜電晶體，薄膜電晶 體之通道、源極及汲極係以上述第一半導體層所形成； 以上述第二半導體層所製作之上述受光層係形成於以 上述第一半導體層所製作之上述第一電極與上 極之上方；且在將複數絕緣層㈤口之接觸孔内部，= 第二半導體層所製作之上述受光層係連接於以上述第一 φ +導體層所製作之上述第一電極與上述第二電極。 11·如請求項Π)之光感測裝置，其中上述光感測元件之上述 第一電極與上述第二電極係以上述第一半導體只所製 作，在上述第一半導體層之上部具有以上述第二半導體 層所製作之受光層。 12. 如請求項Π)之光感測裝置，其中上述光感測元件之上述 第一電極與上述第二電極係以上述第一半導體層所製 作，並在上述第__半導體層之上部形成有以上述第二半 導體層所製作之受光層、及在上述受光層之上部介隔絕 緣膜形成有第三電極。 13. 如請求項10之光感測裝置，其中上述光感測元件之上述 第-電極係以上述第一半導體層所製作，並在上述第一 半導體層之上部形成有以上述第二半導體層所製作之上 述受光層、及在上述第二半導體層之上部以金屬層形成 有上述第二電極。 14. 如請求項1Q之光感測裝置，其中上述第-半導體層係多 晶彻、多晶石夕鍺薄膜中之任一者，上述第二半導體 126267-1000822.doc 1380436 f啐孓月油修正替換頁 層奋非晶石夕薄膜、裰晶石夕薄膜、非晶石夕錯薄膜、微晶石夕 鍺薄膜中之任一者。 15. —種圖像顯不裝置，其特徵在於：其係包括形成於絕緣 性基板上之光感測器、處理來自上述光感測器之感測信 號之光感測輸出處理電路、及根據上述感測信號驅動複 數像素之周邊電路；且 上述光感測元件至少在以第一半導體層所製作之第一 電極與第三電極之fe1 ’具有以第二羊導體層所製作之受 光層，上述第一半導體層與上述第二半導體層之相 (phase)狀態不同，或半導體材料不同； 上述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、源極及汲極係以上述第一半導體層所形 成； 以上述第二半導體層所製作之上述受光層係形成於以 上述第一半導體層所製作之上述第一電極與上述第二電 極之上方；且在將複數絕緣層開口之接觸孔内部，上述 第二半導體層所製作之上述受光層係連接於以上述第— 半導體層所製作之上述第一電極與上述第二電極。 如π求項1 5之圖像顯不裝置，其中上述光感測器之上述 第·"電極與上述第二電極係以上述第一半導體層所製 作，在上述第一半導體層之上部具有以上述第二半導體 層所製作之受光層。 17.如請求項15之圖像顯示裝置，其中上述光感測器之上述 第一電極與上述第二電極係以上述第一半導體層所製 126267-1000822.doc 1380436 ’畔柞功修正替換頁 . 作，並在上述第一半導體層之上部形成有以上述第二半 • ㈣層所製作之受光層、及在上述受光層之上部介隔絕 緣膜形成有第三電極。 18.如吻求項15之圖像顯示裝置其令上述光感測器之上述 第一電極係以上述第一半導體層所製作，並在上述第一 半導體層之上部形成有以上述第二半導體層所製作之受 光層、及在上述第二半導體層之上部以金屬層形成有上 述第二電極。
126267-1000822.doc 1380436 第096141507號專利申請案 中文圖式替換頁(100年8月） 十一、圖式：
81
(b)
10心 -ο -ο *ο -ο -ο ·ο <( 1— ii 1 «I 11 ourl/v)-s«ll 茛碡
101 10? 103 本發明之光感測元件在'不照射光時之輪出 照度（丨X) 圖2 126267-fig-1000822.doc 10,
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