[发明专利]高灵敏度光传感元件和使用该元件的光传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及在绝缘膜基板上形成的薄膜光传感元件和使用了该元件的光传感装置，特别是涉及X射线摄像装置、生物识别用近红外线检测装置等的光传感器阵列、或在显示板内置有采用了光传感器的触摸屏功能、调光功能、输入功能的图像显示装置、例如液晶显示器、有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示器、无机EL显示器、EC(Electro Chromic：电致变色)显示器中使用的低温工艺半导体薄膜晶体管、低温工艺光传导元件或低温工艺光电二极管元件。

背景技术

X射线摄像装置作为医疗用装置是不可缺少的，装置的操作简单化、装置的低成本化始终是所要求的课题。而且，最近作为生物识别的一种手段，手指静脉、手掌静脉识别引人注目，这些信息的读取装置的开发已成当务之急。在这些装置中，为读取信息而需要占有一定面积的光检测用的传感器阵列即所谓的区域传感器，而且必须以低成本提供这种区域传感器。根据这种需求，在下述非专利文献1中提出了一种利用半导体形成工艺(平面工艺)在以玻璃基板为代表的价格低廉的绝缘性基板上形成区域传感器的方法。

在除区域传感器以外的产品领域中，需要光传感器的装置有中小型显示器。中小型显示器作为便携式电话机、数字静像摄影机、PDA之类的移动设备的显示用途或车载用显示器而被使用，并被要求具有多功能和高性能。光传感器作为用于对显示器附加调光功能(下述非专利文献2)、触摸屏功能的有效手段而引人注目。但是，在中小型显示器中，与大型显示器不同，由于面板成本低，安装光传感器和传感驱动器所导致的成本增加较大。因此，当利用半导体形成工艺(平面工艺)在玻璃基板上形成像素电路时，同时形成光传感器和传感驱动器并抑制成本增加的技术作为有效的技术越来越引人注意。

在以上举出的产品群中必要的课题是在价格低廉的绝缘基板上形成光传感元件和传感驱动器。传感驱动器，通常由LSI构成，需要在单晶硅晶片上形成的MOS晶体管、或类似的高性能的开关元件。为解决这种课题，以下的技术是有效的。

作为有源阵列方式的液晶显示器、有机EL显示器、图像传感器的像素和像素驱动电路元件，开发了沟道由多晶半导体构成的薄膜晶体管(以下称“多晶半导体TFT”)。多晶半导体TFT，与其他驱动电路元件相比，在驱动能力大这一点上是有利的，而且可以将外围驱动电路与像素安装在同一玻璃基板上。因此，期望着可以实现电路规格尺寸的定制化(customize)、像素设计、形成工序的同时进行而导致的低成本化、因消除了驱动器LSI和像素的连接部的机械弱点而导致的高可靠性化。

液晶显示器用的多晶半导体TFT根据成本方面的要求在玻璃基板上形成。在玻璃基板上形成TFT的工艺中，由玻璃的耐热温度限定工艺温度。作为形成高质量的多晶半导体薄膜而不会对玻璃基板造成热伤损的方法，有利用受激准分子激光器(Excimer Laser)使前驱半导体层熔融并再结晶的方法(ELA法：Excimer Laser Anneal：受激准分子激光器退火)。由本形成法得到的多晶半导体TFT与在现有的液晶显示器中使用的TFT(沟道由非晶半导体构成)相比，驱动能力改善到100倍以上，因此可以将驱动器等一部分电路安装在玻璃基板上。

关于光传感器，在下述专利文献1中记述了相同的利用多晶半导体TFT的方法、和在形成像素电路、驱动电路的同时形成PIN型二极管的方法。对光传感器要求的特性，为高灵敏度、低噪声。如仅限于光传感元件来考虑，则所谓高灵敏度是指对一定强度的光输出尽可能大的信号，因而需要光-电流变换效率高的材料、元件结构。所谓低噪声，意味着没有入射光时的信号尽可能小。

图11是现有的光传感元件的剖视图。图11的(a)是将非晶形硅膜作为受光层113的纵向结构型的PIN型二极管元件，图11的(b)是将非晶形硅膜作为受光层113并使电荷相对于接合面沿平行方向流动的结构型(横向结构型)的TFT元件。两者都构成光传感元件。

图11的(a)中示出的光传感元件，由夹在第一金属电极层111和第二金属电极层112中间的非晶形硅膜的受光层113和在该受光层113与各电极层的界面上形成的杂质导入层120构成。该光传感元件，在绝缘基板110上形成，各电极层由层间绝缘膜115绝缘而与电极布线114连接，由绝缘保护膜117覆盖。