專利名稱：抑制圖像采集中漏電流的方法
相關(guān)申請的交叉參照本申請基于2000年8月30日提交的日本專利申請No.2002-254851和2001年9月26日提交的No.2002-281665并要求它們的優(yōu)先權(quán)；其全部內(nèi)容通過引用包括在這里。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及在包括圖像采集功能的顯示裝置中或在圖像采集電路中抑制圖像采集時的漏電流的技術(shù)。
2.相關(guān)技術(shù)的說明液晶顯示裝置包括包含在多條信號線和多條掃描線相互相交的各部分像素的像素陣列部分；以及驅(qū)動信號線與掃描線的驅(qū)動電路。隨著最近集成電路技術(shù)的發(fā)展，適用于在陣列襯底上把部分驅(qū)動電路與像素陣列部分形成在一起的加工技術(shù)已付諸實用，因而整個液晶顯示裝置的重量與尺寸都得以減小，所以液晶顯示裝置諸如便攜式電話和膝上計算機等各種便攜設(shè)備的顯示單元而得到廣泛的應用。
順便說一下，本文所提出的是一種顯示裝置，該顯示裝置在陣列襯底上設(shè)置了進行圖像采集的接觸型區(qū)域傳感器。例如，日本專利待公開No.2001-292276和No.2001-339640都揭示了這種技術(shù)。
多晶硅比無定形硅具有更大的電子遷移率，因而為在陣列襯底上形成一部分驅(qū)動電路，會優(yōu)先使用多晶硅。
但即使在陣列襯底上所制成的各種TFT(薄膜晶體管)的有源層是采用多晶硅制成，當在有源層中存在許多懸空鍵時，就存在漏電流流入TFT的問題。
為解決該問題，研究了使有源層氫化并中斷懸空鍵的技術(shù)。但在上述的接觸型區(qū)域傳感器的場合中，存在的問題是，當中斷有源層中的懸空鍵時，光靈敏度會降低。
此外，在應用于普通圖像采集電路的光學傳感器二極管中，即便反向偏置電壓為0V，在輻射光時也會產(chǎn)生微弱的漏電流，從而劣化了圖像采集的精度。

發(fā)明內(nèi)容
第一發(fā)明的顯示裝置包括在信號線與掃描線各交點形成用于驅(qū)動像素的開關(guān)元件，和至少逐一分別對應于開關(guān)元件設(shè)置用于將指定范圍內(nèi)所接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件。該光電轉(zhuǎn)換元件在p層與n層之間有一I層，而I層的缺陷密度高于開關(guān)元件通道部分的缺陷密度。
根據(jù)本發(fā)明，光電轉(zhuǎn)換元件I層內(nèi)的缺陷密度高于開關(guān)元件通道部分里的缺陷密度，因此，既可抑制開關(guān)元件的漏電流，也可提高光電轉(zhuǎn)換元件對光的靈敏度。
第二發(fā)明是第一發(fā)明的顯示裝置的制造方法。該方法包括步驟在絕緣襯底上形成多晶硅層；在多晶硅層上形成第一絕緣層；把雜質(zhì)離子注入在多晶硅層中分別形成開關(guān)元件和光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域；在第一絕緣層上形成第一金屬層；通過第一金屬層圖形化以形成光電轉(zhuǎn)換元件的第一柵板電極和開關(guān)元件的第二柵板電極；把雜質(zhì)離子注入在多晶硅層內(nèi)分別形成開關(guān)元件和光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域；多晶硅層氫化，使得形成光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域內(nèi)的缺陷密度變得高于開關(guān)元件形成區(qū)域內(nèi)的缺陷密度，并暴露出多晶硅層中形成開關(guān)元件和光電轉(zhuǎn)換元件各電極的區(qū)域；以及在暴露出區(qū)域內(nèi)形成第二金屬層。
根據(jù)本發(fā)明，進行多晶硅層氫化，使得光電轉(zhuǎn)換元件形成區(qū)域內(nèi)的缺陷密度高于開關(guān)元件形成區(qū)域內(nèi)的缺陷密度。因而，有可能制造可抑制開關(guān)元件漏電流并提高光電轉(zhuǎn)換元件對光的靈敏度的顯示裝置。
第三發(fā)明的光學傳感器二極管包括一半導體層，該半導體層包括對其注入p型雜質(zhì)的p區(qū)域、對其注入n型雜質(zhì)的n區(qū)域和雜質(zhì)濃度低于p與n區(qū)域的i區(qū)域，該光學傳感器二極管還包括連接p區(qū)域的陽極、連接n區(qū)域的陰極以及在兩電極之間插入絕緣膜置于i區(qū)域上方的柵極。
根據(jù)本發(fā)明，柵極置于PIN型光學傳感器二極管i區(qū)域上方，其間插入絕緣膜，這樣，柵極電壓可以控制電流開始流入光學傳感器二極管時偏置電壓的閾值。因此，即使處于輻射光的狀態(tài)，也可防止漏電流流入不施加高于柵極電壓的偏置電壓的光學傳感器二極管。
第四發(fā)明的圖像采集電路包括多條安裝在玻璃絕緣襯底上的信號線、多條安裝成與信號線相交的選擇線、相對于各選擇線而安裝的公共控制線、對各信號線設(shè)置的選擇開關(guān)，以及設(shè)置于信號線與選擇線各交點的柵控型光學傳感器二極管，其中從陽極和陰極里選擇一個接信號線，另一個接選擇線，而將柵極接公共控制線。
根據(jù)本發(fā)明，從柵控型光學傳感器二極管的陽極和陰極里選擇一個接圖像采集電路的信號線，另一個接選擇線，并把柵極接公共控制線，這樣在電流開始流入光學傳感器二極管時，通過公共控制線加到柵極的電壓就能控制偏置電壓的閾值。
第五發(fā)明是適用于驅(qū)動第四發(fā)明的圖像采集電路的方法。該方法包括步驟對公共控制線加一固定電壓；接通對其連接檢測光量的光學傳感器二極管的信號線選擇開關(guān)；和對連接檢測光量的光學傳感器二極管的選擇線施加大于固定電壓的電壓。
根據(jù)本發(fā)明，通過公共控制線對所有光學傳感器二極管的柵極施加固定電壓，測定電流開始流動時的偏置電壓閾值。接通連接光學傳感器二極管的信號線以檢測其光量的選擇開關(guān)，對其連接光學傳感器二極管以檢測其光量的選擇線施加大于加給柵極的電壓的偏置電壓，因此，只有來自光學傳感器二極管的電流才流入信號線。
附圖簡介

圖1是顯示根據(jù)第一實施例顯示裝置示意結(jié)構(gòu)的電路框圖。
圖2是詳細顯示圖1所示的像素陣列部件部分的電路框圖。
圖3是顯示圖2部分的詳細電路圖。
圖4是顯示圖3所示緩沖器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖5是顯示圖1所示顯示裝置結(jié)構(gòu)的簡化剖視圖。
圖6是顯示在第一實施例顯示裝置中的圖像采集期間的操作時序圖。
圖7A-7E是n溝道TFT制造的加工工藝圖。
圖8A-8E是p溝道TFT制造的加工工藝圖。
圖9A-9E是光電二極管制造的加工圖。
圖10顯示了柵極長度與漏電流的關(guān)系曲線。
圖11A是顯示光電二極管結(jié)構(gòu)的平面圖，圖11B是圖11A的剖視圖。
圖12A是顯示TFT結(jié)構(gòu)平面的圖，圖12B是圖12A的剖視圖。
圖13A是顯示光電二極管氫化狀態(tài)的剖視圖，圖13B是顯示TFT氫化狀態(tài)的剖視圖。
圖14是顯示第二實施例的光學傳感器二極管結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖15是顯示應用圖14的光學傳感器二極管的電路配置的電路圖。
圖16是顯示了在圖15所示電路圖中將柵極電壓Vgn置0V時的光學傳感器二極管的電流-電壓特性曲線。
圖17顯示了在圖15所示電路圖中將固定電壓當作柵極電壓施加時的光學傳感器二極管的電流-電壓特性曲線。
圖18是顯示光學傳感器二極管另一種配置的剖視圖。
圖19是顯示應用第三實施例的光學傳感器二極管的電路配置的電路圖。
圖20顯示了在圖19所示電路圖中將固定電壓當作柵極電壓Vgp施加時的光學傳感器二極管的電流-電壓特性曲線。
圖21是顯示應用前述光學傳感器二極管的另一種電路配置的電路圖。
圖22是顯示應用前述光學傳感器二極管的另一種電路配置的電路圖。
圖23是顯示應用前述光學傳感器二極管的還有一種電路配置的電路圖。
圖24是顯示圖23所示電路結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖25是圖24中XXV-XXV部分的剖視圖。
圖26是圖24中XXVI-XXVI部分的剖視圖。
圖27是顯示圖23所示另一電路結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖28是圖27中XXVIII-XXVIII部分的剖視圖。
圖29是圖27中XXIX-XXIX部分的剖視圖。
圖30是顯示圖23所示電路另一結(jié)構(gòu)的靜電電容部的剖視圖。
圖31是顯示圖23所示電路又一結(jié)構(gòu)的靜電電容部的剖視圖。
圖32是顯示應用第四實施例光學傳感器二極管的圖像采集電路配置的電路圖。
實施例描述1.第一實施例如圖1的電路框圖所示，第一實施例的顯示裝置包括在玻璃制作的絕緣襯底上，諸像素置于信號線與掃描線各交點的像素陣列部1；驅(qū)動信號線的信號線驅(qū)動電路2；驅(qū)動掃描線的掃描線驅(qū)動電路3；采集并輸出圖像的檢測/輸出電路4；和控制圖像采集傳感器的傳感器控制電路5。檢測/輸出電路4包括用于圖像采集的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和用于輸出的平行/串行轉(zhuǎn)換電路。上述這些電路構(gòu)成地塊陣列襯底。
如圖2所示的詳細電路框圖，像素陣列部1具有驅(qū)動形成于垂直與水平安裝的信號線和掃描線(柵線)各交點的像素的開關(guān)元件11；連接在各開關(guān)元件11一端與輔助電容線之間的液晶電容C1和輔助電容C2；和對每個開關(guān)元件11設(shè)置的圖像采集傳感器12a與12b。傳感器12a與12b連接未圖示的電源線與控制線。各像素依次設(shè)置，對應于紅(R)、綠(G)、蘭(B)。這里作為一實例，假定開關(guān)元件11用薄膜晶體管構(gòu)成，下稱像素TFT。
如圖3的電路圖所示，傳感器12a與12b分別具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管D1、D2和傳感器開關(guān)晶體管Q1、Q2。光電二極管D1和D2分別輸出電信號，且對應于由此接收的光量。傳感器開關(guān)晶體管Q1和Q2連接傳感器開關(guān)線，并根據(jù)經(jīng)傳感器開關(guān)線提供的信號PAR，交替選擇一個像素內(nèi)光電二極管D1和D2之一。
各像素具有；兩只傳感器12a與12b；由同一像素內(nèi)兩只傳感器12a與12b所共用的電容器C3；存貯對應于電容器C3內(nèi)累積電荷的二進制數(shù)據(jù)的緩沖器13；對緩沖器13作寫控制的晶體管Q3；和對緩沖器13和電容器C3初始化的復位晶體管Q4。晶體管Q3的開/關(guān)由信號SPOLA控制。晶體管Q4的柵極接復位線，Q4的開/關(guān)由信號RST控制。
緩沖器13包括一靜態(tài)RAM(SRAM)。如圖4的電路圖所示，例如緩沖器13的結(jié)構(gòu)具有兩個串接的反相器IV1與IV2；接在后一反相器IV2輸出端與前一反相器IV1輸入端之間的晶體管Q5；和接后一反相器IV2輸出端的輸出晶體管Q6。
信號SPOLB為高電平時，晶體管Q5接通，兩反相器IV1與IV2作保持操作。晶體管Q6的輸出中斷檢測線，Q6接通時，反相器IV1和IV2所保持的數(shù)據(jù)輸出給檢測線作為信號OUTi。
本例的顯示裝置可作正常顯示操作的類似于掃描儀所執(zhí)行的圖像采集。作正常顯示操作時，晶體管Q3置于其關(guān)狀態(tài)，無有效數(shù)據(jù)存入緩沖器13。信號線驅(qū)動電路2向該信號線提供對應于視頻數(shù)據(jù)的信號線電壓，該電壓經(jīng)像素TFT11供給液晶，執(zhí)行正常顯示操作。
同時，在圖像采集時，如圖5的剖視圖所示，把圖像采集目標22(如一張紙)置于陣列襯底21的上表面?zhèn)?，來自背?3的光通過相對的襯底24、液晶與陣列襯底21照射到紙22上，陣列襯底21里的傳感器12a與12b接收紙22反射的光，進行圖像采集。獲得的圖像數(shù)據(jù)暫存入緩和沖器13，以后經(jīng)檢測線送給示圖示的CPU。該CPU接收本例顯示裝置輸出的數(shù)字信號，并執(zhí)行再編排數(shù)據(jù)、消除數(shù)據(jù)的噪聲等操作處理。注意，CPU可以包括一塊半導體芯片或多塊半導體芯片。
接著，用圖6的時序圖描述圖像采集操作。作為實例，假設(shè)像素陣列部1包括320×240點的像素，有240根柵線。
首先，在時刻t1，信號PAR達到高電平，晶體管Q1接通，選擇傳感器12a。
在時間t1-t2，連續(xù)地逐一驅(qū)動像素陣列部1的柵線，所有像素設(shè)置成相同顏色，如白色。
在時刻t3，信號RST、SPOLA和SPOLB都設(shè)置成高電平，晶體管Q3-Q5全接通，因而將初值置入緩沖器13和電容器C3。
在時刻t4，信號RST達到低電平，傳感器12a和12b開始圖像采集。當傳感器12a與12b中的光電二極管D1與D2接收到紙22反射的光時，累積在電容器C3里的電荷就通過光電二極管D1和D2流向接地端GND。具體地說，是光漏電流的流動，因而減少了電容器C3的累積電荷。
在時刻t5，信號SPOLA達到高電平，晶體管Q3接通，將此時對應于電容器C3累積電荷的二進制數(shù)據(jù)存入緩沖器13。
在時刻t6，信號SPOLB達到高電平，晶體管Q5接通，緩沖器13開始保持操作。之后在時刻t7，把存在緩沖器13里的數(shù)據(jù)連續(xù)供給各像素的檢測線并送到未圖示的CPU。
對圖3所示的各像素設(shè)置緩沖器13的理由如下因電流通過傳感器12a與12b里的光電二極管D1與D2流動，而且通過像素里各晶體管流動，故電容器C3的累積電荷產(chǎn)生泄漏。這樣，隨著時間的消逝，電容器C3的累積電荷減少了，而且還降低了C3兩端的電壓。因此，對各像素設(shè)置了緩沖器13，C3的累積電荷在泄漏之前被傳到緩沖器13，所以能使圖像采集不受泄漏的影響。如上所述，把SRAM用作緩沖器13的原因在于，即使照射幾十萬勒的光，SRAM也不存在造成邏輯反轉(zhuǎn)等差錯的風險。
在時刻t8之后，傳感器切換信號PAR達到低電平，本例顯示裝置通過切換傳感器12a與12b，進行圖像采集。
像素陣列部1和各晶體管，包括用于各電路2-5的像素TFT11，全部位于本例的陣列襯底21上，均為n或p溝道TFT(下統(tǒng)稱為TFT)，用一般制造工藝形成。
下面用圖7A-7E和8A-8E描述n與p溝道TFT的制造過程。
首先，在玻璃絕緣襯底31上，用CVD形成由SiNx、SiOx等組成的底涂層，原因是這樣可防止雜質(zhì)擴散入做在絕緣襯底31上的諸元件。
然后，在絕緣襯底31上用PECVD或濺射法等形成無定形硅膜后，用激光照射使無定形硅膜結(jié)晶，形成多晶硅膜32。
接著，對多晶硅膜32形成圖形，用PECVD、ECRCVD等法形成由SiOx膜組成的第一絕緣層33。之后，將低濃度硼離子作為雜質(zhì)注入多晶硅膜32中形成n和p溝道TFT的區(qū)域，從而形成p-層(圖7A和圖8A)。
然后，用光刻膠34作掩膜，把磷離子注入形成了n溝道TFT的區(qū)域，并在一部分多晶硅膜32中形成n+層(圖7B)。光刻膠34防止磷離子注入形成p溝道TFT的區(qū)域(圖8B)。
然后，用Mo-Ta、Mo-W等在第一絕緣層33上形成第一金屬層，并對其形成圖形而形成第二柵極35b。之后用光刻膠34作掩膜，把硼離子作為雜質(zhì)注入形成p溝道TFT的區(qū)域(圖8C)。光刻膠34防止硼離子注入到形成n溝道TFT的區(qū)域(圖7C)。
接著，用光刻膠34作掩膜，把低濃度磷離子注入形成n溝道TFT的區(qū)域(圖7D)。多晶硅膜直接位于被光刻膠34掩蔽的斑點下面，保持為p-層。光刻膠34防止磷離子注入到形成p溝道TFT的區(qū)域(圖8D)。注意，若不用光刻膠34，也可對第一金屬層圖形化使之具有預定形狀。光刻膠34和第一金屬層具有同樣的阻塞離子注入的效果，考慮到各種制造加工條件，可以使用更有利的一種方法。
然后，進行所謂的氫化。氫化是使襯底暴露于氫等離子體的工藝，該工藝采用CVD設(shè)備來實施。氫化使多晶硅膜32中形成TFT溝道的區(qū)域里的懸空鍵中斷，其目的是抑制TFT的漏電流。襯底暴露于氫等離子體時，氫被柵極35b阻斷，從不存在柵極35b部分的周圍進入多晶硅膜32。下面再詳述這種氫化處理。
氫化處理后，采用同一CVD設(shè)備在第一絕緣層33上形成由SiOx組成的第二絕緣層36。然后，設(shè)置一接觸孔，使n與p溝道TFT的一區(qū)域露出，在該露出區(qū)域內(nèi)形成第二金屬層37。將第二金屬層37圖形化，形成源、漏極(圖7E和8E)。最后，形成作為鈍化膜的SiN膜，制成n與p溝道TFT。
接著，用圖9A-9E描述具有PIN結(jié)構(gòu)的光電二極管D1與D2的制造過程。基本上，光電二極管D1和D2最好是具有包括p+層、p-層、n-層和n+層的PIN結(jié)構(gòu)，因為PIN結(jié)構(gòu)有寬的耗盡層和良好的光電轉(zhuǎn)換效率。這里的I層相當于包括形成在p+層與n+層之間的p-層與n-層的層。n-層可有效地抑制熱漏電流。熱漏電流抑制得越多，光電流的通/斷比就越高。
在光電二極管D1與D2的制造過程中，首先在絕緣襯底31上用PECVD、濺射等方法形成無定形硅膜，之后用激光照射法使無定形硅膜結(jié)晶，形成多晶硅膜32。然后對多晶硅膜32圖形化，用PECVD、ECR-CVD等方法形成由SiOx膜組成的第一絕緣層33。之后，采用低濃度硼離子作為雜質(zhì)注入多晶硅膜32中形成光電二極管D1與D2的區(qū)域，從而形成p-層(圖9A)。
然后，用光刻膠34作掩膜，將磷離子注入到部分多晶硅膜32，從而形成n+層(圖9B)。
接著，在第一絕緣層33上形成第一金屬層，并對其圖形化而形成第一柵極35a。之后用光刻膠34作掩膜，將硼離子作為雜質(zhì)注入形成光電二極管D1與D2的區(qū)域，從而在部分多晶硅膜32中形成p+層(圖9C)。
然后，用光刻膠34作掩膜，將把低濃度磷離子注入多晶硅膜32(圖9D)。直接位于光刻膠34掩蔽的斑點下面的多晶硅膜保持為p-層。注意，若不用光刻膠34，可使用圖形化成預定形狀的第一金屬層。光刻膠34和第一金屬層具有同樣的阻斷離子注入的效果?？紤]到各種制造加工條件，可作用其中更有利的一種方法。之后對I層氫化，下面再詳述。
接著，在第一絕緣層33上形成第二絕緣層36，再設(shè)置一接觸孔，暴露出形成光電二極管電極的區(qū)域，在該暴露區(qū)域內(nèi)形成第二金屬層37，并使該金屬層圖形化，使之具有預定形狀(圖9E)。
圖9A-9E所示的光電二極管可用圖7A-7E和圖8A-8E所示TFT同樣的工藝制造。具體而言，圖7A、8A和9A以同一工藝實現(xiàn)。同樣地，圖7B、8B與9B以同一工藝實現(xiàn)，圖7C、8C與9C用同一工藝實現(xiàn)，圖7D、8D與9D用同一工藝實現(xiàn)，圖7E、8E與9E也以同一工藝實現(xiàn)。這樣，通過相同的制造工藝，可降低制造成本。
如上所述，本例在任一場合中，形成TFT或光電二極管時都要作氫化，但在形成光電二極管時，與形成TFT相比，要限制氫化的進程，理由如下尤其在TFT情況下，多晶硅膜32中的懸空鍵較佳地用氫化來中斷的，這樣可減小漏電流。而在光電二極管情況下，若不中斷多晶硅膜32里的懸空鍵，就提高了捕獲電平，可改善光電轉(zhuǎn)換效率。其具體理由是當能量大于給定能隙Eg的光入射時，便生成電子和空穴，產(chǎn)生光漏電流。因而在許多懸空鍵存在于光電二極管里時，增大了捕獲電平，所以即使是能量小于給定能隙的光，也可作光電轉(zhuǎn)換。
本申請發(fā)明人通過實驗證實，柵極長度越長，光漏電流就增大，如圖10所示。因此，在本例中，設(shè)置在圖12A與12B所示TFT溝道上的第二柵極的長度LT(下稱TFT柵長)，做得短于由MoW構(gòu)成并置于圖11A與11B所示光電二極管D1與D2的I層上的第一柵極的長度LP(下稱光電二極管柵長)。注意，圖11B表示第一柵極形成在光電二極管D1和D2的p-層上的情況。
光漏電流能被柵長可變地控制的理由如下。如圖13A中光電二極管D1和D2的剖視圖和圖13B中TFT的剖視圖所示，出現(xiàn)氫化從柵極端部在環(huán)繞該柵極的情況，因而柵長越長，就更不易在直接低于柵極的斑點附近發(fā)生氫化。所以把光電二極管D1與D2的柵長做得比TFT的柵長更長，以便相比于TFT，可防止氫化對光電二極管D1與D2的進程。這樣，光電二極管中被中斷的懸空鍵的比例做得比TFT的更小，因此由于懸空鍵未在光電二極管D1與D2的I層中被中斷而造成的缺陷密度，做得高于TFT溝道部分里的缺陷密度。
例如，置于圖11B所示光電二極管p-層上的第一柵極的柵長，做得比置于圖12B所示TFT溝道部分上的第二柵極的柵長更長，因而D1和D2中p-層內(nèi)的缺陷密度要高于TFT溝道部分內(nèi)的缺陷密度。
此外，控制氫化時間也會造成氫化進程的差異。具體而言，氫化時間越短，被中斷懸空鍵的比例就越小，因而光電二極管D1與D2的I層的氫化時間要比TFT溝道部分的氫化時間更短。這樣，中斷光電二極管的懸空鍵中斷的比例要比TFT的更小，因此光電二極管D1與D2的I層內(nèi)的缺陷密度要高于TFT11溝道部分里的缺陷密度。
如上所述，本例在顯示裝置制造過程中，相對于像素TFT11溝道部分的氫化，要阻止光電二極管D1與D2的I層里氫化的進程。相應地，中斷于D1與D2的中斷的懸空鍵比例要比TFT的更小，因而D1與D2中I層的缺陷密度高于像素TFT11溝道部分的缺陷密度，所以在抑制像素TFT11的漏電流時，還可提高D1與D2對光的靈敏度。
此外，還知道，即使不照射光，也會出現(xiàn)熱漏電流。熱漏電流用LDD層(圖9E中的n-層部分)抑制。此外，柵長越長，可抑制更多的熱漏電流。因而在TFT中，為抑制光與熱兩種漏電流，設(shè)置了多根短柵長的柵極，采用所謂的雙柵或三柵結(jié)構(gòu)。因此，較佳地以短柵長方便于氫化進程而抑制光漏電流，并加長總柵長來抑制熱漏電流。
出于上述理由，在本例中，在光電二極管D1與D2(圖11A)和像素TFT11等TFT中，單根柵極的柵長Lp為6μm，而晶體管Q1-Q4的具有雙柵結(jié)構(gòu)。且使用兩根柵長LT為3μm的柵極(圖12A)。
注意，本例描述了一例用光電二極管D1與D2來構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件，但這類元件也可用TFT構(gòu)成，此時，成為光電轉(zhuǎn)換元件的TFT的柵長做得比其它TFT的更長，可獲得與本實施例相似的效果。
2.第二實施例如圖14的剖視圖所示，在第二實施例的光學傳感器二極管中，在玻璃絕緣襯底101上用等離子體CVD法形成厚約150nm的硅膜102，它由氮化硅、氧化硅或其層迭所構(gòu)成。在硅膜102上，形成多晶硅組成的半導體層110，厚約50nm。通過依次相鄰地設(shè)置注入p型雜質(zhì)的p區(qū)域111、幾乎不含雜質(zhì)的i區(qū)域112和注入n型雜質(zhì)的n區(qū)域113，形成該半導體層110。在p區(qū)111中，例如注入約1×1019原子/cm3高濃度的硼，在n層113中注入1×1019原子/cm3高濃度的磷。I區(qū)112可以是注入硼或磷的區(qū)域，濃度諸如1×1015原子/cm3，比p區(qū)111和n區(qū)113低，以防不希望的雜質(zhì)引起特性波動。
在其上已形成了半導體層110的硅膜102上，形成作為絕緣膜的氧化硅膜103，厚約50-100nm。在該氧化硅膜103上，形成厚約300nm由鉬鎢合金制作的柵極114，用于至少覆蓋I區(qū)112。此時，在氧化硅膜103上再形成氧化硅膜104，并在其上分別對應于p區(qū)111和n區(qū)113的位置，形成由鉬與鋁層壓膜制作的陽極115和陰極116。具體而言，各電極尖端約600nm厚，形成陽陰極115與116的各主體部，貫穿氧化硅膜103和104中的接觸孔分別與p區(qū)111和n區(qū)113接觸。此時，在氧化硅膜104上再形成氮化硅膜105。
如上所述，本例的光學傳感器二極管有這樣一種結(jié)構(gòu)，其柵極114位于光學傳感器的pin型薄膜二極管I區(qū)112的上方，其間插有絕緣膜。
如圖15的電路圖所示，在一例應用本實施例的光學傳感器二極管的電路中，光學傳感器二極管100的陽極115加編壓Vpn，柵極11.4加柵極電壓Vgn，陰極116接地。
圖16的曲線顯示了圖15所示電路圖中把柵極電壓置成0V時的電流-電壓特性。具體而言，該曲線對應于普通無柵極的光學傳感器二極管的電流-電壓特性，顯示了不照射光時的特性401和照射光時的特性402。照射光時，在Vpn＝0V，反向偏置電流開始流入光學傳感器二極管100，出現(xiàn)漏電流。
圖17的曲線顯示了在圖15所示電路圖中施加作為柵極電壓Vgn的固定反偏置電壓時的光學傳感器二極管100的電流-電壓特性。該曲線顯示了不照射光的特性403和照射光的特性404。在Vgn＜Vpn＜0范圍內(nèi)，得到絕對無電流流動的不同特性。該特性表明無電流開始流動，直到陽陰極端子115與116之間的反向偏置電壓變得高于加給柵極114的反向偏置電壓。具體而言，該特性表明，電流開始流入光學傳感器二極管時，柵極電壓Vgn能控制偏置電壓的閾值。
如上所述，根據(jù)本例，柵極114位于pin型光學傳感器二極管i區(qū)112上方，其間插有絕緣膜，在電流開始流入光學傳感器二極管時，柵極電壓可控制偏置電壓的閾值。因此，即使照射光時，可防止漏電流流入不對其施加高于柵極電壓的偏置電壓的光學傳感器二極管。
本例中，作為設(shè)置柵極114的光學傳感器二極管，使用了圖14所示剖視結(jié)構(gòu)的一種，但光學傳感器二極管并不受此限制，如圖18的剖視圖所示，也可令人滿意地應用包括在i區(qū)112與n區(qū)113之間注入約1×1017原子/cm3低濃度磷的n區(qū)201的光學傳感器二極管。
在這種情況下，依次相鄰地設(shè)置注入高濃度硼的p區(qū)111、幾乎不含雜質(zhì)的I區(qū)112、注入低濃度磷的n區(qū)201和注入高濃度磷的n區(qū)113，形成半導體層110。而且像上述情況那樣，此時可得到圖17所示的電流-電壓特性，即使照射光時，也可防止漏電流流入不加偏置電壓的光學傳感器二極管。注意，圖18中，與圖14相同的構(gòu)成元件標以同樣的標號，這里不再復述。
本例的光學傳感器二極管可用于第一實施例的光電二極管D1和D2。
3.第三實施例如圖19的電路圖所示，在第三實施例的電路配置中，對光學傳感器二極管100的陰極116加偏置電壓Vnp，對柵極114加柵極電壓Vgp，陽極115接地。
圖20的曲線顯示了在圖19所示電路圖中施加作為柵極電壓Vgp的固定電壓時的光學傳感器二極管100的電流-電壓特性。該曲線顯示出在光學傳感器二極管100上不照射光時的特性405和照光時的特性406。該曲線示出了良好的特性，在0≤Vgp≤Vnp范圍內(nèi)，照光時的電流(下稱照射電流)與不照光時的電流(下稱不照射電流)的電流比，即照射電流/不照射電流之此達到二位數(shù)或更大。尤其在Vgp＝Vnp/2處，曲線示出最大電流比。下面描述考慮到這些特性的電路配置。
在圖21的電路圖中，柵控型光學傳感器二極管100的柵極114接陰極116，并對柵極114和陰極116都加偏置電壓Vnp，陽極115接地。這種結(jié)構(gòu)的Vgp＝Vnp，具有良好的照射電流/不照射電流比。
在圖22的電路圖中，柵控型光學傳感器二極管100的柵極114接陽極115，柵極114和陽極115都接地。對陰極116加偏置電壓Vnp。這種結(jié)構(gòu)的Vgp＝0，有良好的照射電流/不照射電流比。
在圖23的電路圖中，柵控型光學傳感器二極管100的柵極114經(jīng)第一靜電電容元件701接陽極115，而且經(jīng)等效于靜電電容元件701的表電電容的靜電電容元件702接陰極116；陽極115接地，對陰極116加偏置電壓Vnp。該結(jié)構(gòu)的Vgp＝Vnp/2，有最佳的照射電流/不照射電流比。
靜電電容元件分別設(shè)置在柵極114與陽極115之間和柵極114與陰極116之間，因而柵極114的電位總是在陽極電位與陰極電位之間的中間電位。這樣不存在諸如外圍布線的感應電動勢，靜電或表面電荷引起的擾動，所以電阻決不會有顯著變化，并且能穩(wěn)定而精確地檢測光量。
下面參照圖24的平面圖和圖25與26描述圖23所示的靜電電容元件701和702的結(jié)構(gòu)。圖25是圖24中設(shè)置靜電電容元件701和702的XXV-XXV部分的剖視圖。圖26是圖24中設(shè)置光學傳感器二極管100的XXVI-XXVI部分的剖視圖，基本上顯示出了類似于圖18所示的光學傳感器二極管剖面的結(jié)構(gòu)。
如圖25所示，在絕緣襯底101上用等離子體CVD法形成厚約150nm的硅膜102，并在其上形成分別厚50nm的分開的多晶硅膜801和804。把濃度高達1×1019原子/cm3的硼或磷注入多晶硅膜801和804，另在硅膜102上形成厚50-100nm的氧化硅膜103。在氧化硅膜103上，分別在多晶硅膜801與804上方的位置，各自形成厚約300nm由鉬鎢合金制作的上電極802與805，此時，再在氧化硅膜103上形成氧化硅膜104。在氧化硅膜104上，在對應于多晶硅膜801與804的位置，分別形成尖端部厚600nm由鉬與鋁層壓膜制作的引出電極803與806。引出電極803與806的主體部形成，使之通過貫穿氧化硅膜103和104的接觸孔分別與多晶硅膜801和804接觸。在氧化硅膜104上形成氮化硅膜105。
在圖26所不半導體層110的同一層中，形成多晶硅膜801與804，并以相當于p區(qū)111和n區(qū)113的濃度對其注入雜質(zhì)。與圖26所示的柵極114一樣，形成上電極802與805。與陽極115一樣形成引出電極803，與陰極116一樣形成引出電極806。
如上所述，利用上電極802重疊多晶硅膜801的部分形成靜電電容元件701，利用上電極805重疊多晶硅膜804的部分形成靜電電容元件702，因而在形成光學傳感器二極管100時，能同時形成靜電電容元件701和702。
接著，參照圖27平面圖、圖28和29描述圖23所示的另一電路結(jié)構(gòu)。圖28是圖27中設(shè)置靜電電容元件701與702的XXVIII-XXVIII部分的剖視圖。圖29是圖27中設(shè)置光學傳感器二極管100的XXIX-XXIX部分的剖視圖，基本上顯示出了類似于圖18所示光學傳感器二極管剖面的結(jié)構(gòu)。
如圖28所示，在絕緣襯底101上用等離子體CVD法形成厚150nm的硅膜102，并在其上形成厚50-100nm的氧化硅膜103。在氧化硅膜103上，分別形成由鉬鎢合金制作的厚300nm的下電極901和903。另在氧化硅膜103上形成氧化硅膜104，在其上面，分別在下電極901與903上方形成鉬與鎢層壓膜制作的厚600nm的引出電極903和904。此時，再在氧化硅膜104上形成氮化硅膜105。
下電極901與903同圖29所示的柵極114一樣形成，引出電極902與陽極115一樣形成，引出電極904與陰極116一樣形成。
如上所述，利用引出電極902重疊下電極901的部分形成靜電電容元件701，利用引出電極904重疊下電極903的部分形成靜電電容元件702。這樣在形成光學傳感器二極管100時，能同時形成靜電電容元件701與702。
圖30是表示圖23所示電路又一結(jié)構(gòu)的剖視圖，基本結(jié)構(gòu)與圖14的剖視圖所示的相近，但在圖30中，形成的柵極114重疊p區(qū)111與n區(qū)113。柵極114重疊p區(qū)111的部分形成靜電電容元件701，柵極114重疊n區(qū)113的部分形成靜電電容元件702。注意，與圖14中同樣的構(gòu)成元件標以同樣的標號，這里不再復述。
下面用圖31的剖視圖描述圖23所示電路的再一種結(jié)構(gòu)。圖31中，在氧化硅膜104上分別形成重疊柵極114的陽極115和陰極116，陽極115重疊柵極114的部分形成靜電電容元件701，陰極116重疊柵極114的部分形成靜電電容元件702。注意，與圖14中相同的構(gòu)成元件標以同樣的標號且不再復述。
運用圖30或31的結(jié)構(gòu)，能在形成光學傳感器二極管100時同時形成靜電電容元件701和702。
故根據(jù)本例，如圖21所示，柵極114連接陰極116，柵極電壓Vgp變成等于偏置電壓Vnp，故能得到良好的照射電流/不照射電流比。
根據(jù)本例，如圖22所示，柵極114連接陽極115，故有良好的照射電流/不照射電流比。
根據(jù)本例，如圖23所示，第一靜電電容元件701形成在柵極114與陽極115之間，第二靜電電容元件702形成在柵極114與陰極116之間，結(jié)果柵極電壓Vgp變?yōu)槠秒妷篤np的一半，得到最佳的照射電流/不照射電流比。
根據(jù)本例，如圖25所示，第一靜電電容元件701由與半導體層110同一層中的多晶硅膜801與為形成在多晶硅膜801上的柵極114所共有的上電極802之間的重疊部分構(gòu)成，而且第二靜電電容元件702由與半導體層110同一層中的多晶硅膜804與為形成在多晶硅膜804上方的柵極114所共有的上電極805之間的重疊部分構(gòu)成，故在形成光學傳感器二極管100時，能同時形成靜電電容元件701和702。
根據(jù)本例，如圖28所示，第一靜電電容元件701由為柵極114所共有的下電極901與為位于下電極901上方的陽極所共有的引出電極902之間的重疊部分構(gòu)成，而第二靜電電容元件702由為柵有114所共有的下電極903與為位于下電極903上方的陰極所共有的引出電極904之間的重疊部分構(gòu)成，故在形成光學傳感器二極管100時，能同時形成靜電電容元件701和702。
根據(jù)本例，如圖30所示，第一靜電電容元件701由p區(qū)111和形成與其重疊的柵極114之間的重疊部分構(gòu)成，而第二靜電電容元件702由n區(qū)113和形成與其重疊的柵極114之間的重疊部分構(gòu)成，故在形成光學傳感器二極管100時，能同時形成靜電電容元件701和702。
根據(jù)本例，如圖31所示，第一靜電電容701由柵極114和形成與其重疊的陽極115之間的重疊部分構(gòu)成，而第二靜電電容元件702由柵極114和形成與重疊的陰極116之間的重疊部分構(gòu)成，故在形成光學傳感器二極管100時，能同時形成靜電電容701和702。
本例所討論的光學傳感器二極管適用于第一實施例所討論的光電二極管D1和D2。
4.第四實施例第四實施例將描述第二和三實施例的光學傳感器二極管都適用的一種圖像采集電路。在圖32的圖像采集電路中，多根信號線602a、602b……和多根選擇線603a、603b……都安裝在玻璃絕緣襯底上，使之相互交叉，在其各個交點逐一設(shè)置了光學傳感器二極管100a、100b……。信號線602a、602b……通過各自的選擇開關(guān)605a、605b……連接電流放大器606。
各光學傳感器二極管100的布線基于圖15所示的電路配置。具體而言，陰極端子接對應于某一二極管的選擇線603，陽極端子接對應于該二極管的信號線602，柵極端子接為所有二極管所共有的公共控制線601。如在光學傳感器二極管1006中，陰極端子接選擇線603b，陽極端子接信號線602a。
接著，描述本例圖像采集電路的驅(qū)動方法。首先，將所有選擇線603的電位置0V，對公共控制線601加例如3V的反偏置電壓，因而所有光學傳感器二極管100中絕對無電流流動，直到通過選擇線603施加3V或更大的反偏置電壓。例如，在對本例電路照射光的狀態(tài)下檢測光學傳感器二極管100b的光量時，接通選擇開關(guān)605a，信號線602a與電流放大器606相互連接，并對選擇線603b施加例如約5V的反偏置電壓。這樣，在光學傳感器二極管100b的陰極與陽極之間就施加了大于柵極電壓的電壓，故對應于光量的電流從光學傳感器二極管100b流入電流放大器606。此時，接信號線602a的其它光學傳感器二極管100a與100c絕不流出漏電流，故能精確地檢出只從光學傳感器二極管100b流出的電流。在該方法中，掃描信號線602和選擇線603，驅(qū)動了所需位置的光學傳感器二極管100，因而從所需的光學傳感器二極管中取出作為圖像信息的電流信號來執(zhí)行圖像采集。
因此，根據(jù)本例，柵控型光學傳感器二極管100的陰極端子接圖像采集電路的選擇線603，陽極端子接信號線602，柵極接公共控制線601，因而在電流開始流入光學傳感器二極管時，經(jīng)公共控制線601施加給柵線的電壓能控制偏置電壓的閾值。此外，即使在照射光的情況下，也能防止漏電流流入對其不施加高于柵極電壓的偏置電壓的光學傳感器二極管，故能以更高精度作圖像采集。
根據(jù)本例，通過公共控制線601對所有光學傳感器二極管100的柵極加一固定電壓，就能測定電流開始流動時的偏置電壓的閾值。接通連接著檢測其光量的光學傳感器二極管的信號線602的選擇開關(guān)605，把大于加給柵極電壓的偏置電壓加到對其接準備檢測其光量的光學傳感器二極管的選擇線603，這樣只有光學傳感器二極管的電流才流入信號線602，故能以高精度作圖像采集。
注意，本例中，各光學傳感器二極管100的陰極端子接選擇線603，陽極端子接信號線602，但也可將陽極端子接選擇線603，而把陰極端子接信號線602。
本例按圖15的電路配置對各光學傳感器二極管100布線，此外，也可按圖21、22或23的電路配置對其布線，這樣可得到良好的照射電流/不照射電流比，且以更高的精度作圖像采集。
本例的圖像采集電路適用于第一實施例的顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，其特征在于，包括用于驅(qū)動形成于信號線與掃描線各交點的像素的開關(guān)元件；和至少逐一設(shè)置并分別對應于諸開關(guān)元件的光電轉(zhuǎn)換元件，用于把在指定范圍內(nèi)所接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中光電轉(zhuǎn)換元件在p層與n層之間有一I層，而該I層的缺陷密度高于開關(guān)元件溝道部分的缺陷密度。
2.如權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，I層包括形成在p+層與n+層之間的p-層與n-層，以及p-層的缺陷密度高于開關(guān)元件溝道部分的缺陷密度。
3.如權(quán)利要求1的顯示裝置，其特征在于，還包括置于光電轉(zhuǎn)換元件I層上的第一柵極；和置于開關(guān)元件溝道部分上的第二柵極，其中第一柵極的柵極長度比第二柵極的柵極長度更長。
4.如權(quán)利要求3的顯示裝置，其特征在于，開關(guān)元件中的第二柵極數(shù)量大于光電轉(zhuǎn)換元件中的第一柵極數(shù)量。
5.一種制造顯示裝置的方法，所述顯示裝置包括用于驅(qū)動形成于信號線與掃描線各交點的像素的開關(guān)元件，和分別對應于諸開關(guān)元件且至少逐一設(shè)置用于將在指定范圍內(nèi)接收的光轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述方法包括步驟在絕緣襯底上形成多晶硅層；在多晶硅層上形成第一絕緣層；把雜質(zhì)離子分別注入在多晶硅層中形成開關(guān)元件和光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域；在第一絕緣層上形成第一金屬層；對第一金屬層圖形化，形成光電轉(zhuǎn)換元件的第一柵極和開關(guān)元件的第二柵極；把雜質(zhì)離子注入在多晶硅層中分別形成開關(guān)元件和光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域；使多晶硅層氫化，把形成光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域里的缺陷密度設(shè)置成高于開關(guān)元件形成區(qū)的缺陷密度；和暴露出在多晶硅層里形成開關(guān)元件和光電轉(zhuǎn)換元件各電極的區(qū)域，并在暴露出區(qū)域中形成第二金屬層。
6.如權(quán)利要求5的制造方法，其特征在于，將光電轉(zhuǎn)換元件第一柵極的柵極長度做得比開關(guān)元件的第二柵極的柵極長度更長。
7.如權(quán)利要求5的制造方法，其特征在于，將光電轉(zhuǎn)換元件形成區(qū)氫化所需的時間定得比開關(guān)元件形成區(qū)氫化所需的時間更短。
8.如權(quán)利要求5的制造方法，其特征在于，將開關(guān)開件的第二柵極數(shù)量做得比光電轉(zhuǎn)換元件的第一柵極數(shù)量更大。
9.一種光學傳感器二極管，其特征在于，包括包含注入p型雜質(zhì)的p區(qū)、注入n型雜質(zhì)的n區(qū)和雜質(zhì)濃度低于p和n區(qū)的i區(qū)的半導體層；連接p區(qū)的陽極；連接n區(qū)的陰極；和置于i區(qū)上方的柵極，其間插有絕緣膜。
10.如權(quán)利要求9的光學傳感器二極管，其特征在于，半導體層由多晶硅形成。
11.如權(quán)利要求9的光學傳感器二極管，其特征在于，p型雜質(zhì)是硼，n型雜質(zhì)是磷。
12.如權(quán)利要求9的光學傳感器二極管，其特征在于，還包括在i區(qū)與所述n區(qū)之間的另一n區(qū)，對其注入濃度低于所述n區(qū)的n型雜質(zhì)。
13.如權(quán)利要求9的光學傳感器二極管，其特征在于，柵極接陰極。
14.如權(quán)利要求9的光學傳感器二極管，其特征在于，柵極接陽極。
15.如權(quán)利要求9的光學傳感器二極管，其特征在于，還包括形成在柵極與陽極之間的第一靜電電容元件；和形成在柵極與陰極之間的第二靜電電容元件。
16.如權(quán)利要求15的光學傳感器二極管，其特征在于，第一靜電電容元件由與半導體層同層的多晶硅膜和為置成重疊該多晶硅膜的柵極所共有的上電極構(gòu)成；以及，第二靜電電容元件由與半導體層同層的多晶硅膜和為置成重疊該多晶硅膜的柵極所共有的上電極構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求15的光學傳感器二極管，其特征在于，第一靜電電容元件由為柵極所共有的下電極和置成為重疊該下電極的陽極所共有的引出電極構(gòu)成；以及第二靜電電容元件由為柵極所共有的下電極和為置成重疊該下電極的陰極所共有的引出電極構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求15的光學傳感器二極管，其特征在于，第一靜電電容元件由p區(qū)和形成重疊該p區(qū)的柵極構(gòu)成；以及第二靜電電容元件由n區(qū)和形成重疊該n區(qū)的柵極構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求15的光學傳感器二極管，其特征在于，第一靜電電容元件由柵極和形成重疊該柵極的陽極構(gòu)成；以及第二靜電電容元件由柵極和形成重疊該柵極的陰極構(gòu)成。
20.一種圖像采集電路，其特征在于包括安裝在玻璃絕緣襯底上的多根信號線；安裝成與信號線相交的多根選擇線；安裝成對應于各選擇線的公共控制線；對各條信號線而設(shè)置的選擇開關(guān)；和設(shè)置在信號線與選擇線各交點上的柵控型光學傳感器二極管，在其陽極與陰極中，選一個連接信號線，另一個連接選擇線，而柵極連接公共控制線。
21.一種驅(qū)動圖像采集電路的方法，所述電路具有多根安裝在玻璃絕緣襯底上的信號線、多根安裝成與信號線相交的選擇線、安裝成對應于各選擇線的公共控制線、對各信號線而設(shè)置的選擇開關(guān)，以及設(shè)置在信號線與選擇線各交點上的相控型光學傳感器二極管，其中從陽極和陰極中選一根連接信號線，另一根連接選擇線，而且柵極連接公共控制線，其特征在于，所述方法包括步驟對公共控制線施加一固定電壓；接通連接用于檢測光量的光學傳感器二極管的信號線的選擇開關(guān)；和對連接用于檢測光量的光學傳感器二極管的選擇線施加一大于固定電壓的電壓。
全文摘要
在顯示裝置的制造過程中，光電二極管D1和D2的I層內(nèi)的氫化進程慢于像素TFT溝道部分的氫化進程，并把光電二極管D1和D2的I層中因懸空鍵不中斷而造成的缺陷密度，做成高于像素TFT溝道部分內(nèi)的缺陷密度。因此，在抑制像素TFT的漏電流時，提高了光電二極管D1和D2對光的靈敏度。另將柵極置于Pin型光學傳感器二極管的i區(qū)上方，其間插入絕緣膜。因此，在電流開始流入光學傳感器二極管時，柵極電壓能控制偏置電壓的閾值，防止漏電流流入光學傳感器二極管。
文檔編號H01L27/00GK1508611SQ0315779
公開日2004年6月30日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者多田正浩, 中村卓, 多田典生, 吉田征弘, 弘, 生 申請人:東芝松下顯示技術(shù)有限公司