专利名称：光接收电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够通过简化用于读出由光电二极管产生的电荷的电路构造来减少元件数量、提高其光接收精确度以及增加接收光量的动态范围的光接收电路。
本申请要求2005年11月14日提出的日本专利申请No.2005-329477的优先权，其内容在此参考引进。
背景技术：
随着近来半导体制造技术的发展，形成成像设备的半导体器件正在使用中，其中成像设备由诸如CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的多个像素构成。图5是示出了在传统CMOS传感器中对应于单位像素的光接收电路的例子的图。该光接收电路包括光电二极管100；第一积累电容器101、传输Tr(晶体管)102、第二积累电容器103、复位Tr 104、放大Tr 105、读出Tr 106、传输信号线107、复位信号线108、读出信号线109、以及垂直信号线110[见，例如，专利参考文件1(日本专利申请No.2000-092396)]。
如图5所示，在传统的光接收电路中，第一积累电容器101作为光电二极管100的寄生电容器并且通过传输Tr 102连接到第二积累电容器103。第二积累电容器103通过复位Tr 104连接到用于复位电位ERS的端，并且还连接到放大Tr 105的栅极。被放大Tr 105放大的第二积累电容器103中的电位变化被读出到垂直信号线110，其中垂直信号线110通过读出Tr 106公共地连接到行方向上的像素。
在图5示出的光接收电路中，根据输入光在光电二极管100中产生的电荷在第一积累电容器101中积累，然后，当通过经由传输信号线107馈送的传输脉冲φTX导通传输Tr 102时，所述电荷被传输到第二积累电容器103中，并且在此积累。由第二积累电容器103中积累的电荷产生的电位变化被采用复位电位ERS为参考电位的放大Tr 105放大，并且当通过从读出信号线109馈送的读出脉冲φRD导通读出Tr106时，通过垂直信号线110读出该电荷。当通过经由复位信号线108馈送的复位脉冲φRS导通复位Tr 104时，第二积累电容器103的电位被复位到复位电位ERS。
此外，在专利参考文件2(日本专利申请未决公开No.2004-045879)中公开了一种显示设备。公开的显示设备包括像素阵列部件，其中以排列的方式(in ranged manner)形成有多条信号线与扫描线；信号线驱动电路，用于驱动信号线；扫描线驱动电路，用于驱动扫描线；捕获图像的探测电路；输出图像的输出电路；以及传感器控制电路，用于控制传感器捕获图像。在这种显示设备中，通过为每个像素安装多个传感器以捕获图像，使得有可能以高分辨率捕获图像，并且通过积累由多个传感器捕获的图像数据，以及通过在缓冲器中存储由多个传感器捕获的图像数据，使得有可能精确地探测到由多个光电二极管接收的光量，并且进一步通过按顺序排列阵列基板、面对基板、以及背光，使得能够通过使用多个光电二极管高精度地探测到从纸面反射的光的强度。
而且，在专利参考文件3(日本专利申请未决公开No.Hei4-179270)公开了一种二维图像传感器，其包括光传感器阵列和从光传感器阵列顺序地读出信号的多行水平开关晶体管，其中在光传感器阵列中，由光电晶体管、积累电容器、以及像素开关晶体管构成的每个像素以二维形式排列。如此构造该二维图像传感器通过为每个像素开关晶体管以及水平开关晶体管安装光屏蔽膜使得这些晶体管的每一个是独立的，来使这些晶体管的每一个都处在电气浮置状态。
此外，在专利申请4(日本专利申请未决公开No.Hei 6-132510)中公开了一种薄膜光学传感器，其包括像素，每个像素由具有多个栅电极的用作光学传感器的薄膜晶体管构成；用于开关的薄膜晶体管；以及连接到用于光学传感器的薄膜晶体管与用于开关的薄膜晶体管的积累电容器。如此构造该薄膜光学传感器通过将在用于光学传感器的薄膜晶体管的漏电极侧上的栅电极连接到积累电容的电极上，使得所述电极保持在同一电位。
在如图5所示的这种传统的光接收电路中，需要许多电路元件与布线，包括复位Tr 104、放大Tr 105、复位信号线108、以及用于复位电位(未示出)的布线，因此引起制造产量的降低。同时，如图5所示的传统的光接收电路具有另外的问题，由于接收光量作为电压信号被捕获，捕获电压受到温度变化的影响，结果，导致窄的动态范围。此外，传统的CMOS传感器还有另外的问题。也就是，通过LSI(大规模集成)工艺，传统的CMOS传感器形成在硅晶片上，然而，如果传感器形成在玻璃衬底上，传感器的能力受到TFT(薄膜晶体管)的诸如阈值等特性变化的影响。因此，具有LSI电路构造的传统的CMOS不能用作形成在玻璃衬底上的光接收电路。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种光接收电路，其能够提高光接收精确度并且增加接收光量的动态范围，这是通过以下得到的在积累电容器中积累光电二极管产生的电荷；读出积累电荷作为电流；简化电路构造以减少元件数量，以及在不使用阈值变化大的放大TFT的情况下读出电荷而不是电压。
根据本发明的第一方面，提供一种光接收电路，包括由形成在绝缘衬底上的薄膜构成的光电二极管；传输由光电二极管根据输入光产生的电荷的传输TFT；积累传输电荷的电荷积累电容器；以及将在电荷积累电容器中积累的电荷传输到电荷读出信号线的读出TFT。
根据本发明的第二方面，提供一种光接收电路，包括由形成在绝缘衬底上的薄膜构成的光电二极管；传输由光电二极管根据输入光产生的电荷的传输TFT(薄膜晶体管)；积累传输电荷的电荷积累电容器；以及将在电荷积累电容器中积累的电荷传输到电荷读出信号线的读出TFT，其中用于成像设备的驱动电路连接到电荷读出信号线的输出侧，通过导通读出TFT，在电荷积累电容器中积累的电荷通过电荷读出信号线释放到驱动电路侧，当驱动电路操作完成时，电荷读出信号线的电位被复位到GND(地)电位，并且截止读出TFT的操作被周期性地重复。
在前述的第一与第二方面中，优选的模式是这样的，其中包括无定型硅、多晶硅、或者部分具有单晶的部分单晶多晶硅的光电二极管、传输TFT、以及读出TFT形成在绝缘衬底上。
而且，优选的模式是这样的，其中传输TFT与读出TFT被屏蔽光。
而且，优选的模式是这样的，其中绝缘衬底是玻璃衬底。
而且，优选的模式是这样的，其中在光电二极管的阳极侧提供地电位。
而且，优选的模式是这样的，其中在光电二极管的阴极侧提供地电位。
而且，优选的模式是这样的，其中传输TFT与读出TFT的每一个是N型晶体管。
而且，优选的模式是这样的，其中传输TFT与读出TFT的每一个是P型晶体管。
此外，优选的模式是这样的，其中N型晶体管与P型晶体管以混和的方式用作传输TFT与读出TFT的每一个。
使用以上的构造，由于简化了电路构造，使得能够减少电路元件与布线的数量，并且提高制造产量。此外，不使用当形成在玻璃衬底等上时发生阈值大变化的放大TFT，并且光电二极管的电荷积累在电荷积累电容器中，并且积累在电荷积累电容器中的电荷被直接读出到电荷读出信号线，因此，能够避免输出信号对温度的大的依赖性，并且由此能够增加接收光量的动态范围。
此外，使用以上构造，当读出在电荷积累电容器中积累的电荷后，截止电荷读出TFT的周期性操作重复进行，因此，就操作而言提供了一步余地(one-step leeway)，即使在高速操作下，也能够稳定操作。
本发明的上述和其他目的、优点和特征通过结合附图的如下描述将变得更清楚，其中图1是示出了根据本发明的实施例的光接收电路的构造的图；图2是示出了根据本发明的实施例的复位电路的构造的图；图3是用于解释根据本发明的实施例的光接收电路的操作的时序图；图4是用于解释根据本发明的实施例的光接收电路的制作方法的图；以及图5是示出了传统CMOS传感器的光接收电路的例子的图。
具体实施例方式
以下参考附图使用多种实施例更详细地描述执行本发明的最佳模式。
本发明的光接收电路包括由薄膜构成并且形成在绝缘衬底上的光电二极管；传输由光电二极管根据输入光产生的电荷的传输TFT；积累传输电荷的电荷积累电容器；将在电荷积累电容器中积累的电荷传输到电荷读出信号线的读出TFT。
第一实施例图1是示出了根据本发明的实施例的光接收电路的构造的图。图2是示出了本实施例的复位电路的构造的图。图3是用于解释根据本实施例的光接收电路的操作的时序图。图4是解释根据本实施例的光接收电路的制作方法的图。
根据本发明的光接收电路，如图1所示，主要包括光电二极管1；传输TFT2；电荷积累电容器3；读出TFT4；传输信号线5；读出信号线6；以及垂直信号线7。光电二极管1由薄膜构成并且通过传输TFT2连接到电荷积累电容器3。电荷积累电容器3通过读出TFT4连接到垂直信号线7。传输TFT2的栅极连接到传输信号线5。读出TFT4的栅极连接到读出信号线6。光电二极管1、传输TFT2以及读出TFT4由形成在绝缘衬底如玻璃衬底、塑料衬底等上的无定型硅、多晶硅或者部分是单晶的多晶硅构成。传输TFT2与读出TFT4被屏蔽光。
图2示出了用于将光接收电路的输出侧上的电位复位到GND(地)电位的复位电路的构造的例子，该复位电路还包括CMOS通路Tr 11与反相电路12。当复位信号是高(H)电平时，CMOS通路Tr 11将垂直信号线7的电荷释放到GND线，使垂直信号线7的电位复位到GND电位，而当复位信号是低(L)电平时，CMOS通路Tr 11使垂直信号线7与GND线断开，从而在驱动电路侧探测到垂直信号线7的电荷。
图3是用于解释根据本发明的实施例的光接收电路的操作的时序图。该时序图示出了通过在传输周期期间给传输信号线5施加传输信号，光电二极管1的电荷通过传输TFT2积累在电荷积累电容器3中，并且通过在接下来的读出周期与复位周期期间给读出信号线6施加读出信号，在电荷积累电容器3中积累的电荷通过读出TFT4被垂直信号线7读出，并且还通过在复位周期期间施加复位信号，电荷积累电容器3通过读出TFT4和然后的垂直信号线7被复位电路连接到GND线，因此垂直信号线7的电位被复位到GND电位，并且此后重复该周期性复位操作。
以下参考图1到3描述本实施例的光接收电路的操作。在传输周期期间，当足够导通传输TFT2的脉冲电压φTX作为传输信号从传输信号线5施加到传输TFT2的栅极时，光电二极管1根据输入光产生的电荷通过传输TFT2在电荷积累电容器3中积累。在以前操作循环中读出电荷终止时，电荷积累电容器3的电位已经通过CMOS通路Tr11被复位到GND电位。传输TFT2用作确定光接收电路的暴露时间的光闸(shutter)，因此，本实施例不需要用于光接收电路的机械光闸。
当在下一步骤中，当足够导通读出TFT4的脉冲电压φRD作为读出信号从读出信号线6施加到读出TFT4的栅极时，在电荷积累电容器3中积累的电荷通过垂直信号线7在驱动电路侧(未示出)上被读出。垂直信号线7通常保持在GND电位，并且只在读出时从电荷积累电容器3施加负电位，在电荷积累电容器3中积累的电荷被读出到由恒定电流集成电路构成的驱动电路(未示出)中，直到在复位周期期间垂直信号线7的电位变成GND电位。当驱动电路的操作完成并且当垂直信号线7的电位被复位到GND电位时，通过停止读出信号的供给来截止读出TFT4，电荷积累电容器3的复位全部完成。
参考图4来描述用于制作根据本实施例的光接收电路的方法。利用溅射方法在玻璃衬底20上形成约20nm厚的铬(Cr)膜，其构成栅电极21与光屏蔽膜22，利用常规的光致抗蚀剂工艺与刻蚀工艺执行在该膜上的构图。接下来，利用溅射方法或者等离子CVD(化学气相淀积)方法形成具有约40nm厚的由硅石(SiO2)或者氮化硅(SiNx)等构成的绝缘膜23，然后利用溅射形成约10nm厚的Cr构成的膜，并且通过光致抗蚀剂工艺与刻蚀工艺在该膜上执行构图，从而形成光电二极管1的下电极24。
然后，使用含乙硼烷(diborane)的气体在光电二极管1的下电极24的表面上执行等离子工艺之后，利用CVD方法形成厚度约为200nm的非掺杂无定型硅(a-Si)的膜与厚度约为50nm的掺杂磷的N+-a-Si的膜，然后利用光致抗蚀剂工艺和干法刻蚀工艺在所述膜上执行构图，以形成岛状的半导体层25，其中干法刻蚀工艺使用RIE方法(反应离子刻蚀)。
此外，利用溅射形成1400nm的Cr膜，然后利用光致抗蚀剂工艺与刻蚀工艺在所述膜上执行构图，从而形成SD(源/漏)电极26。然后，利用CVD方法形成约20nm厚的氮化硅(SiNx)膜作为保护膜(钝化膜)27。形成接触孔之后，利用溅射形成约50nm厚的由ITO(氧化铟锡)构成的透明导电膜，然后利用光致抗蚀剂工艺与湿法刻蚀执行构图，以形成像素电极(未示出)与光电二极管的上电极28，其中湿法刻蚀使用王水。
接下来，通过与图5所示的传统光接收电路进行比较来描述根据本实施例的光接收电路的优点。在本实施例中，当TFT形成在玻璃衬底上时，由于TFT的诸如其阈值等特性变化大，因此不使用图5所示的传统光接收电路中采用的放大TFT，在电荷积累电容器中积累的电荷被直接读出。这使得能够简化电路构造。能够避免由使用放大TFT带来的光电动势对温度的依赖性的增加，结果，提高了光接收电路的精确度。由于不使用放大TFT，使得能够增加光电二极管中的接收光量的动态范围。
此外，不需要使用传统光接收电路中的复位TFT、复位信号线、复位电位线，并且省略了放大TFT的使用，结果，电路元件与布线的数量减小，因此提高了制造产量。
此外，尽管在本实施例中，由无定型硅、多晶硅等构成的TFT的操作速率低，但是当读出TFT周期性地截止时，二极管的电荷量能够通过电荷积累电容器读出，因此，就操作而言提供了一步余地，即使在高速操作下也允许稳定的操作。
显然，本发明不仅限于以上实施例，能够在不背离本发明的范围与精神的情况下进行修改与变化。例如，在以上实施例中，在光电二极管1的阳极侧提供地电位，然而，也可以在光电二极管1的阴极侧提供地电位。而且，N型TFT或者P型TFT的任一种可以用作TFT，N型TFT与P型TFT也可以以混和的方式使用。光接收电路不仅可以形成在玻璃衬底上，还可以形成在塑料衬底上。本发明的光接收电路能够适宜地用作二维图像传感器、X射线成像设备等的光接收电路。
权利要求
1.一种光接收电路，包括由形成在绝缘衬底上的薄膜构成的光电二极管；传输由所述光电二极管根据输入光产生的电荷的传输TFT(薄膜晶体管)；积累传输电荷的电荷积累电容器；以及将在所述电荷积累电容器中积累的电荷传输到电荷读出信号线的读出TFT。
2.根据权利要求1所述的光接收电路，其中所述光电二极管、所述传输TFT、以及所述读出TFT包含形成在所述绝缘衬底上的无定型硅、多晶硅、或者部分具有单晶的部分单晶多晶硅。
3.根据权利要求1所述的光接收电路，其中所述传输TFT与所述读出TFT被屏蔽光。
4.根据权利要求1所述的光接收电路，其中所述绝缘衬底是玻璃衬底。
5.根据权利要求1所述的光接收电路，其中所述绝缘衬底是塑料衬底。
6.根据权利要求1所述的光接收电路，其中在所述光电二极管的阳极侧提供地电位。
7.根据权利要求1所述的光接收电路，其中在所述光电二极管的阴极侧提供地电位。
8.根据权利要求1所述的光接收电路，其中所述传输TFT与所述读出TFT的每一个是N型晶体管。
9.根据权利要求1所述的光接收电路，其中所述传输TFT与所述读出TFT的每一个是P型晶体管。
10.根据权利要求1所述的光接收电路，其中N型晶体管与P型晶体管以混和的方式用作传输TFT与读出TFT的每一个。
11.一种光接收电路，包括由形成在绝缘衬底上的薄膜构成的光电二极管；传输由所述光电二极管根据输入光产生的电荷的传输TFT(薄膜晶体管)；积累传输电荷的电荷积累电容器；以及将在所述电荷积累电容器中积累的电荷传输到电荷读出信号线的读出TFT，其中用于成像设备的驱动电路连接到所述电荷读出信号线的输出侧，并且通过导通所述读出TFT，在所述电荷积累电容器中积累的电荷通过所述电荷读出信号线释放到驱动电路侧，当所述驱动电路的操作完成时，所述电荷读出信号线的电位被复位到GND(地)电位并且截止所述读出TFT的操作被周期性地重复。
12.根据权利要求11所述的光接收电路，其中所述光电二极管、所述传输TFT、以及所述读出TFT包含形成在所述绝缘衬底上的无定型硅、多晶硅、或者部分具有单晶的部分单晶多晶硅。
13.根据权利要求11所述的光接收电路，其中所述传输TFT与所述读出TFT被屏蔽光。
14.根据权利要求11所述的光接收电路，其中所述绝缘衬底是玻璃衬底。
15.根据权利要求11所述的光接收电路，其中所述绝缘衬底是塑料衬底。
16.根据权利要求11所述的光接收电路，其中在所述光电二极管的阳极侧提供地电位。
17.根据权利要求11所述的光接收电路，其中在所述光电二极管的阴极侧提供地电位。
18.根据权利要求11所述的光接收电路，其中所述传输TFT与所述读出TFT的每一个是N型晶体管。
19.根据权利要求11所述的光接收电路，其中所述传输TFT与所述读出TFT的每一个是P型晶体管。
20.根据权利要求11所述的光接收电路，其中N型晶体管与P型晶体管以混和的方式用作传输TFT与读出TFT的每一个。
全文摘要
提供一种能够减少元件数量、提高光接收精确度以及增加接收光量的动态范围的光接收电路。该光接收电路包括由形成在绝缘衬底上的薄膜构成的光电二极管；传输由光电二极管根据输入光产生的电荷的传输TFT(薄膜晶体管)；积累传输电荷的电荷积累电容器；以及将在电荷积累电容器中积累的电荷传输到电荷读出信号线的读出TFT。
文档编号H01L27/146GK1971920SQ20061014643
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年11月14日
发明者高桥美朝 申请人:Nec液晶技术株式会社