[發明專利]高靈敏度光傳感元件和使用該元件的光傳感裝置

有效

• 申請號: 200710198851.1
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101207164A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 田井光春;佐藤秀夫;波多野睦子;木下將嘉
• 申請（專利權）人: 株式會社日立顯示器
• 主分類號: H01L31/112
• 分類號: H01L31/112;H01L27/144;G09G3/00;G02F1/1362;H04N3/15
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 季向岡

技術領域

本發明涉及在絕緣膜基板上形成的薄膜光傳感元件和使用了該元件的光傳感裝置，特別是涉及X射線攝像裝置、生物識別用近紅外線檢測裝置等的光傳感器陣列、或在顯示板內置有采用了光傳感器的觸摸屏功能、調光功能、輸入功能的圖像顯示裝置、例如液晶顯示器、有機EL(Electro?Luminescence：電致發光)顯示器、無機EL顯示器、EC(Electro?Chromic：電致變色)顯示器中使用的低溫工藝半導體薄膜晶體管、低溫工藝光傳導元件或低溫工藝光電二極管元件。

背景技術

X射線攝像裝置作為醫療用裝置是不可缺少的，裝置的操作簡單化、裝置的低成本化始終是所要求的課題。而且，最近作為生物識別的一種手段，手指靜脈、手掌靜脈識別引人注目，這些信息的讀取裝置的開發已成當務之急。在這些裝置中，為讀取信息而需要占有一定面積的光檢測用的傳感器陣列即所謂的區域傳感器，而且必須以低成本提供這種區域傳感器。根據這種需求，在下述非專利文獻1中提出了一種利用半導體形成工藝(平面工藝)在以玻璃基板為代表的價格低廉的絕緣性基板上形成區域傳感器的方法。

在除區域傳感器以外的產品領域中，需要光傳感器的裝置的有中小型顯示器。中小型顯示器作為便攜式電話機、數字靜像攝影機、PDA之類的移動設備的顯示用途或車載用顯示器而被使用，并被要求具有多功能和高性能。光傳感器作為用于對顯示器附加調光功能(下述非專利文獻2)、觸摸屏功能的有效手段而引人注目。但是，在中小型顯示器中，與大型顯示器不同，由于板面成本低，安裝光傳感器和傳感驅動器所導致的成本增加較大。因此，當利用半導體形成工藝(平面工藝)在玻璃基板上形成像素電路時，同時形成光傳感器和傳感驅動器并抑制成本增加的技術作為有效的技術越來越引人注意。

在以上舉出的產品群中必要的課題是在價格低廉的絕緣基板上形成光傳感元件和傳感驅動器。傳感驅動器，通常由LSI構成，需要在單晶硅晶片上形成的MOS晶體管、或類似的高性能的開關元件。為解決這種課題，以下的技術是有效的。

作為有源陣列方式的液晶顯示器、有機EL顯示器、圖像傳感器的像素和像素驅動電路元件，開發了溝道由多晶半導體構成的薄膜晶體管(以下稱“多晶半導體TFT”)。多晶半導體TFT，與其他驅動電路元件相比，在驅動能力大這一點上是有利的，而且可以將外圍驅動電路與像素安裝在同一玻璃基板上。因此，期望著可以實現電路規格尺寸的定制化(customize)、像素設計、形成工序的同時進行而導致的低成本化、因消除了驅動器LSI和像素的連接部的機械弱點而導致的高可靠性化。

液晶顯示器用的多晶半導體TFT根據成本方面的要求在玻璃基板上形成。在玻璃基板上形成TFT的工藝中，由玻璃的耐熱溫度限定工藝溫度。作為形成高質量的多晶半導體薄膜而不會對玻璃基板造成熱傷損的方法，有利用受激準分子激光器(Excimer?Laser)使前驅半導體層熔融并再結晶的方法(ELA法：Excimer?Laser?Anneal：受激準分子激光器退火)。由本形成法得到的多晶半導體TFT與在現有的液晶顯示器中使用的TFT(溝道由非晶半導體構成的)相比，驅動能力改善到100倍以上，因此可以將驅動器等一部分電路安裝在玻璃基板上。

關于光傳感器，在下述專利文獻1中記述了相同的利用多晶半導體TFT的方法、和在形成像素電路、驅動電路的同時形成PIN型二極管的方法。對光傳感器要求的特性，為高靈敏度、低噪聲。如僅限于光傳感元件來考慮，則所謂高靈敏度是指對一定強度的光輸出盡可能大的信號，因而需要光一電流變換效率高的材料、元件結構。所謂低噪聲，意味著沒有入射光時的信號盡可能小。

圖12是現有的光傳感元件的剖視圖。圖12的(a)是將非晶形硅膜作為受光層113的縱向結構型的PIN型二極管元件，圖12的(b)是將非晶形硅膜作為受光層113并使電荷相對于接合面沿平行方向流動的結構型(橫向結構型)的TFT元件。兩者都構成光傳感元件。

圖12的(a)中示出的光傳感元件，由夾在第一金屬電極層111和第二金屬電極層112中間的非晶形硅膜的受光層113和在該受光層113與各電極層的界面上形成的雜質導入層120構成。該光傳感元件，在絕緣基板110上形成，各電極層由層間絕緣膜115絕緣而與電極布線114連接，由絕緣保護膜117覆蓋。

圖12的(b)中示出的光傳感元件，由源電極131、柵電極132及漏電極133、非晶形硅膜的受光層113和在該受光層113與各電極層的界面上形成的雜質導入層120構成。該光傳感元件，在絕緣基板110上形成，并由絕緣保護膜117覆蓋。