专利名称：光传感器和显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及由光电二极管形成的光传感器和具备它的显示装置。
背景技术：
在以液晶显示装置为代表的显示装置的领域中，提案有为了根据 显示装置周围的光(以下称为(外光))的强度进行显示画面的亮度的 调整，而在显示装置上装载光传感器的方式。在显示装置上的光传感 器的装载能够通过在显示面板上安装分立部件的光传感器来进行。此
外，在为液晶显示装置的情况下，光传感器也能够利用有源元件(TFT)、 周边电路的形成工艺，与有源矩阵基板一体化(monolithic)形成。
其中，特别是在便携式终端装置用的显示装置的领域中，从部件 个数的削减、显示装置的小型化的观点出发，要求光传感器与有源矩 阵基板一体化形成。作为一体化形成的光传感器，例如，已知有具有 横向结构的光电二极管(例如，参照日本特开2006-3857号公报)。
日本特开2006-3857号公报所公开的光电二极管具备在玻璃基板 上形成的薄硅膜。该硅膜在面方向上形成有p型半导体区域(p层)、 本征半导体区域(i层)和n型半导体区域(n层)，并由该p层、i层 和n层构成光电二极管。
但是，在使用这样的一体化形成的光电二极管的情况下，与使用 分立部件的光传感器的情况相比，更容易产生暗电流。此外，从逆向 向光电二极管施加电压(逆偏置电压)，在该电压接近0 (零)的情况 下，暗电流急剧地变小，在施加在光电二极管上的电压的方向从逆向 切换为正向的情况下，暗电流急剧地增加。由此，光电流对暗电流的 比，换言之，信号对噪声的比(S/N比)，在施加在光电二极管上的逆 偏置电压接近0 (零)V附近时，急剧地增大。
因此，在利用一体化形成的光电二极管的情况下，为了减小暗电 流的影响，要求进行将逆偏置电压维持在O (零)V附近的电压控制。 但是，就光电二极管的特性而言，能够提高S/N比的逆偏置电压的幅度小，因此有必要进行电压控制，使得电压的变动处于微小的范围内， 这是非常困难的。
从这点出发，提案有如下的电压控制，BP，串联连接多个光电二 极管，控制施加于该串联电路的两端的电压。在这种情况下，施加于 一个一个光电二极管的电压，是施加于串联电路的两端的电压除以光 电二极管的个数后得到的值。因此，在电压控制中，光电二极管的个 数越多，则容许电压变动的范围越宽，电压控制变得简单。
此处，利用图来说明现有技术中的串联连接的多个光电二极管。 图5是表示设置在液晶显示面板上的现有的光电二极管的截面图。在 图5中，仅对导体和半导体施加阴影。
如图5所示，在成为有源矩阵基板的基底的玻璃基板100上，设 置有PIN二极管101 103。 PIN二极管101 103各自具备硅膜104 106。
此外，构成PIN二极管lOl的硅膜104，沿面方向形成有p层、i 层和n层。同样地，在形成PIN 二极管102的硅膜105和形成PIN 二 极管103的硅膜106中也形成有p层、i层和n层。
此外，PIN 二极管101的n层和PIN 二极管102的p层通过金属 配线110电连接，PIN 二极管102的n层和PIN 二极管103的p层通 过金属配线111连接。这三个PIN二极管101 103被串联连接而构成 一个光传感器。
此外，处于一端的PIN 二极管101的p层连接有金属配线109，处 于另一端的PIN 二极管103的n层连接有金属配线112。而且，在金属 配线112和金属配线109之间，在与PIN二极管101 103的正向相反 的方向施加偏置电压Vb。
这时，如果令各二极管的电压为vb,则Vb-3xvb。此外，如果令 各二极管中的电压vb的容许的变动幅度为Avb，则偏置电压Vb的容 许变动幅度为3xAvb。
这样，如果串联连接多个PIN 二极管，则容许的变动幅度增大， 电压控制变得容易，因此能够抑制暗电流引起的噪声的产生。另外， 在图5中，112和113为层间绝缘膜。115为液晶层。116为相对基板， 仅表示出外形。
发明内容
但是，近年来，在以液晶显示装置为代表的显示装置中，因为追 求显示区域的周边区域的狭小化，所以光传感器的设置空间也在变小。
由此，在图5所示的光传感器中，期望抑制暗电流引起的噪声的产生 并实现小型化。
但是，如上述图5所示，为了串联连接多个光电二极管，金属配 线的形成不可缺少，因此这种结构的光传感器的小型化存在界限。
本发明的目的在于，解决上述问题，提供能够抑制暗电流引起的 噪声的产生并实现小型化的光传感器和具备它的显示装置。
为了达到上述目的，本发明的第一光传感器的特征在于其具备 形成于同一硅膜的多个光电二极管，上述多个光电二极管各自具有形 成于上述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区域，并且，以各自的 正向相互一致的方式串联配置，在相邻的两个上述光电二极管中，一 方的n型半导体区域和另一方的p型半导体区域以两个半导体区域的 外缘一致，或者两个半导体区域相互在上述硅膜的厚度方向上重合的 方式形成。
此外，为了达到上述目的，本发明的第二光传感器的特征在于 其具备形成于同一硅膜的多个光电二极管，上述多个光电二极管各自 具有形成于上述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区域，并且，以 各自的正向相互一致的方式串联配置，在上述硅膜中相邻的两个光电 二极管之间，设置有将它们电连接的区域，上述区域以p型杂质的杂 质浓度与上述p型半导体区域相同，n型杂质的杂质浓度与上述n型半 导体区域相同的方式形成。
为了达到上述目的，本发明的第一显示装置具有形成有多个有源 元件的有源矩阵基板、和对周围的光产生反应而输出信号的光传感器， 该显示装置的特征在于上述光传感器具备形成于同一硅膜的多个光 电二极管，上述硅膜设置于上述有源矩阵基板，上述多个光电二极管 各自具有形成于上述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区域，并且， 以各自的正向相互一致的方式串联配置，在相邻的两个上述光电二极 管中， 一方的n型半导体区域和另一方的p型半导体区域以两个半导体区域的外缘一致，或者两个半导体区域相互在上述硅膜的厚度方向 上重合的方式形成。
此外，为了达到上述目的，本发明的第二显示装置具有形成有多 个有源元件的有源矩阵基板、和对周围的光产生反应而输出信号的光 传感器，该显示装置的特征在于上述光传感器具备形成于同一硅膜 的多个光电二极管，上述硅膜设置于上述有源矩阵基板，上述多个光 电二极管各自具有形成于上述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区
域，并且，以各自的正向相互一致的方式串联配置，在上述硅膜中相 邻的两个光电二极管之间，设置有将它们电连接的区域，上述区域以p
型杂质的杂质浓度与上述p型半导体区域相同，n型杂质的杂质浓度与 上述n型半导体区域相同的方式形成。
基于以上特征，在本发明中，在串联配置的多个光电二极管中， 相邻的两个光电二极管通过半导体区域电连接。即，多个光电二极管 不使用金属配线地串联连接。由此，采用本发明，能够实现抑制暗电 流引起的噪声的产生并实现光传感器的小型化。
图1是表示本发明的实施方式的显示装置的立体图。 图2是表示本发明的实施方式的光传感器的截面图。 图3是图2所示的光传感器的平面图。
图4是表示图2和图3所示的光传感器的制造工序的截面图，图4 (a) 图4 (d)分别表示一系列的主要的制造工序。
图5是表示设置在液晶显示面板上的现有的光电二极管的截面图。
具体实施例方式
本发明的第一光传感器的特征在于其具备形成于同一硅膜的多 个光电二极管，上述多个光电二极管各自具有形成于上述硅膜的p型
半导体区域和n型半导体区域，并且，以各自的正向相互一致的方式 串联配置，在相邻的两个上述光电二极管中， 一方的n型半导体区域 和另一方的p型半导体区域以两个半导体区域的外缘一致，或者两个 半导体区域相互在上述硅膜的厚度方向上重合的方式形成。此外，本发明的第二光传感器的特征在于其具备形成于同一硅 膜的多个光电二极管，上述多个光电二极管各自具有形成于上述硅膜 的p型半导体区域和n型半导体区域，并且，以各自的正向相互一致
的方式串联配置，在上述硅膜中相邻的两个光电二极管之间，设置有 将它们电连接的区域，上述区域以p型杂质的杂质浓度与上述p型半
导体区域相同，n型杂质的杂质浓度与上述n型半导体区域相同的方式 形成。
本发明的第一显示装置具有形成有多个有源元件的有源矩阵基 板、和对周围的光产生反应而输出信号的光传感器，该显示装置的特 征在于上述光传感器具备形成于同一硅膜的多个光电二极管，上述 硅膜设置于上述有源矩阵基板，上述多个光电二极管各自具有形成于 上述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区域，并且，以各自的正向 相互一致的方式串联配置，在相邻的两个上述光电二极管中， 一方的n 型半导体区域和另一方的p型半导体区域以两个半导体区域的外缘一 致，或者两个半导体区域相互在上述硅膜的厚度方向上重合的方式形 成。
此外，本发明的第二显示装置具有形成有多个有源元件的有源矩 阵基板、和对周围的光产生反应而输出信号的光传感器，该显示装置 的特征在于上述光传感器具备形成于同一硅膜的多个光电二极管， 上述硅膜设置于上述有源矩阵基板，上述多个光电二极管各自具有形 成于上述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区域，并且，以各自的 正向相互一致的方式串联配置，在上述硅膜中相邻的两个光电二极管 之间，设置有将它们电连接的区域，上述区域以p型杂质的杂质浓度 与上述p型半导体区域相同，n型杂质的杂质浓度与上述n型半导体区 域相同的方式形成。
上述第一和第二光传感器、上述第一和第二显示装置也可以是如 下的方式，即，上述多个光电二极管各自在上述p型半导体区域和上 述n型半导体区域之间具有本征半导体区域。
在本发明中，"本征半导体区域"只要是与相邻的p型半导体区域 和n型半导体区域相比更接近电中性的区域即可，优选为完全不含杂 质的区域、或传导电子密度和空穴密度相等的区域。此外，本发明的显示装置只要是具备有源矩阵基板的显示装置即可，不仅可以是液晶
显示装置，也可以是EL显示装置。
以下，参照图1 图3对本发明的更具体的实施方式中的光传感器和显示装置进行说明。图1是表示本发明的实施方式中的显示装置的立体图。图2是表示本发明的实施方式中的光传感器的截面图。图3是图2所示的光传感器的平面图。
如图1所示，本发明的实施方式的显示装置为液晶显示装置，具有液晶显示面板1和对它进行照明的背光源装置7。此外，显示装置还具有对外光进行反应而输出信号的光传感器6。液晶显示面板1具有有源矩阵基板2、相对基板3和夹在这两个基板之间的液晶层(未图示)。
有源矩阵基板2具有呈矩阵状地形成有多个像素(未图示)的玻璃基板(参照图2)。此外，像素主要由成为有源元件的薄膜晶体管(TFT(Thin Film Transistor))和以透明的导电膜形成的像素电极形成。呈矩阵状配置有多个像素的区域成为显示区域。
相对基板3以与有源矩阵基板2的显示区域重合的方式配置。相对基板3具有相对电极(未图示)和彩色滤光片(未图示)。彩色滤光片具有例如红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的着色层。着色层与各像素对应。
此外，有源矩阵基板2在显示区域的周边区域设置有栅极驱动器4和数据驱动器5。各有源元件通过在水平方向上延伸的栅极线(未图示)与栅极驱动器4连接，通过在垂直方向上延伸的数据线(未图示)与数据驱动器5连接。
进一步，在本实施方式中，光传感器6也设置在有源矩阵基板2的显示区域的周边区域。如图2所示，光传感器6与有源矩阵基板2一体化形成。
具体而言，光传感器6由设置在构成有源矩阵基板2的玻璃基板16上的硅膜8形成。硅膜8以与形成薄膜TFT的硅膜相同的工艺形成。
此外，如图2和图3所示，光传感器6具有多个光电二极管9 11。光电二极管9 11形成于同一硅膜8。光电二极管9具有形成于硅膜8的p型半导体区域(p层)9a和n型半导体区域(n层)9c。同样，光电二极管10具有形成于硅膜8的p层10a和n层10c,光电二极管11具有形成于硅膜8的p层lla和n层llc。在本实施方式中，光电二极管9 11为PIN 二极管，在p层和i层之间分别还形成有本征半导体区域(i层)9b、 10b和llb。
此外，光电二极管9 11以各自的正向相互一致的方式串联配置。进一步，在相邻的两个光电二极管中， 一方的n层和另一方的p层在硅膜8的厚度方向上重合。具体而言，光电二极管9的n层9c的一部分和光电二极管10的p层10a的一部分重合。同样地，光电二极管10的n层10c的一部分和光电二极管11的p层lla的一部分也重合。
因此，在两个光电二极管之间，存在p型杂质的杂质浓度和一方的p层相同，n型杂质的杂质浓度和另一方的n层相同的区域(12、 13)。此时，在区域12和13内p型和n型两种杂质混合存在，区域12和13成为扩散电阻，将p层与n层电连接。由此，光电二极管9和10、光电二极管10和11相互电连接，光电二极管9 11串联连接。
这样，在本实施方式中，光电二极管9 11不使用现有的金属配线即被串联地电连接。由此，采用本实施方式中的光传感器，能够抑制由暗电流引起的噪声的产生并实现光传感器的小型化。
在图2和图3中，14是与位于一端的光电二极管9的p层9a连接的金属配线，15是与位于另一端的光电二极管11的n层llc连接的金属配线。通过金属配线14和15，能够向光电二极管9 11施加逆偏置电压。此外，在图2中，17和18表示层间绝缘膜，19表示液晶层。在图2中，相对基板3仅图示外形。
但是，在图2和图3所示的例子中，在相邻的两个光电二极管中，一方的n层和另一方的p层在硅膜8的厚度方向上重合，但是本实施方式并不仅限于此。在本实施方式中，在相邻的两个光电二极管中，一方的n层和另一方的p层还可以以两者的外缘一致的方式(以不存在区域12和13的方式)形成。
在这样的情况下，在硅膜8中，以一方的n层和另一方的p层形成所谓的pn结。在形成于硅薄膜中的pn结中，因为不存在如pin结那样的i层，所以耗尽层的区域非常小，在晶界附近的带隙的变化变得急剧。因此，在晶界附近存在陷阱中心(trap center),并由此形成陷阱能级。其结果是，由于流过硅膜8表面的表面电流、硅膜8中的晶界的存在，在该pn结中，能够进行载流子的自由捕捉，暗电流大量地增加。即，形成于硅薄膜的pn结大致处于与欧姆连接相同的状态。
由此，即使在一方的n层和另一方的p层的外缘一致的情况下，光电二极管9和10、光电二极管10和11相互电连接，光电二极管9 11串联连接。在本实施方式中，相邻的光电二极管的一方的n层的外缘和另一方的p层的外缘一致的情况，是指通过一方的n层和另一方的p层的pn结形成上述的欧姆连接的情况。另外，光电二极管的正向的区域12和13的长度非常短的情况，与一致的情况同样，能够视为形成有pn结。这种情况也成为与欧姆连接相同的状态。
接着，利用图4说明本实施方式中的光传感器的制造工序。图4是表示图2和图3所示的光传感器的制造工序的截面图，图4 (a) (d)分别表示一系列主要的制造工序。
如图4 (a)所示，首先，在成为基底基板的玻璃基板16的一个面上，通过CVD (ChemicalVapor Deposition:化学气相沉积)法等形成硅薄膜。然后，针对硅薄膜，利用光刻法进行图案形成，形成成为光传感器6的硅膜8。在本实施方式中，在硅膜8的下层，还能够形成成为遮光膜的金属膜、将金属膜和硅膜8绝缘的绝缘膜。
此外，本实施方式中，成为硅膜8的硅薄膜虽然可以由非晶硅膜、多晶硅膜、连续晶界结晶硅(CGS)膜中的任一种形成，但是从电子的移动度高的观点出发，优选由CGS膜形成。
CGS膜的形成，例如能够以下述方式进行。首先，在玻璃基板16上依次形成氧化硅膜和非晶硅膜。接着，在非晶硅膜的表层，形成成为促进结晶化的催化剂的镍薄膜。接着，通过加热，使镍薄膜和非晶硅膜进行反应，在它们的界面形成结晶硅层。然后，通过蚀刻等除去未反应的镍膜和硅化镍层。接着，在对残留的硅膜进行退火(Anneal)，使结晶化发展，得到CGS膜。
这样的硅膜8的形成工序是利用TFT的形成工序。由此，因为硅膜8是n型，所以，接着，为了i层的形成，进行硅膜8中的杂质的掺杂量的调整。具体而言，利用硼(B)、铟(In)等p型杂质进行离子注入。
接着，如图4 (b)所示，对硅膜8进行利用p型杂质的离子注入，进行p层9a、 10a和lla的形成。具体而言，形成p层9a、 10a和lla 的形成区域开口的抗蚀剂图案20。然后，以抗蚀剂图案20为掩膜，通 过离子注入，将硼(B)、铟(In)等注入硅膜8中。之后，除去抗蚀 剂图案20。
接着，如图4 (c)所示，对硅膜8进行利用n型杂质的离子注入， 进行n层9c、 10c和llc、以及区域12和13的形成。在本实施方式中， 该工序利用TFT的源极区域和漏极区域的工序进行，其中，TFT为对 像素进行驱动的有源元件。
具体而言，形成n层9c、 10c和llc的形成区域开口的抗蚀剂图案 21。此时，抗蚀剂图案21的开口以p层10a和lla的一部分露出的方 式形成。然后，将抗蚀剂图案21作为掩膜，通过离子注入，将磷(P)、 砷(As)等注入硅膜8中。
其结果是，形成一部分区域与p层10a和Ua重合的n层9c和10c。 如上所述，通过p层和n层重合而形成的区域12和13，成为将相邻的 光电二极管电连接的区域。之后，除去抗蚀剂图案21。
另外，在图4 (c)所示的工序中，抗蚀剂图案21还可以以开口的 边缘与p层10a和lla的外缘一致的方式形成。在这样的情况下，不形 成区域12和13， n层9c的外缘和p层10a的外缘、n层10c的外缘和 p层lla的外缘一致，这些n层和p层形成pn结。此外，抗蚀剂图案 21的开口的边缘与p层10a和lla的外缘也可以通过抗蚀剂图案21的 形成时的误差而一致。
接着，通过利用CVD法形成硅氮化膜、硅氧化膜而形成层间绝缘 膜17。然后，在层间绝缘膜17的与p层9a和n层llc对应之处分别 形成贯通孔，并形成金属配线14和15。之后，进一步进行CVD法， 形成层间绝缘膜18。
这样，通过实施图4 (a) (d)所示的工序，形成图2和图3所 示的本实施方式中的光传感器6。另外，在图2 图4所示的例子中， 光传感器6由三个光电二极管9 11构成，但是并不限于此。光传感 器6的光电二极管的个数能够适当地设定。
此外，区域12和13的形成工序也不仅限于图4所示的例子。例 如，通过如下的方式也能够形成区域12和13， B卩，间隔距离形成相邻的光电二极管的一方的p层和另一方的n层，在两者之间的区域内， 通过另外的离子注入工序注入p型杂质和n型杂质。 产业上的可利用性
本发明的光传感器并不仅限于这些，还能够装载在液晶显示装置、 EL显示装置等显示装置上。由此，本发明的光传感器、进而装载它的 显示装置，具有产业上的可利用性。
权利要求
1.一种光传感器，其特征在于其具备形成于同一硅膜的多个光电二极管，所述多个光电二极管各自具有形成于所述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区域，并且，以各自的正向相互一致的方式串联配置，在相邻的两个所述光电二极管中，一方的n型半导体区域和另一方的p型半导体区域以两个半导体区域的外缘一致，或者两个半导体区域相互在所述硅膜的厚度方向上重合的方式形成。
2. 如权利要求1所述的光传感器，其特征在于 所述多个光电二极管各自在所述p型的半导体区域和所述n型的半导体区域之间具有本征半导体区域。
3. —种显示装置，其具有形成有多个有源元件的有源矩阵基板、 和对周围的光产生反应而输出信号的光传感器，该显示装置的特征在 于所述光传感器具备形成于同一硅膜的多个光电二极管， 所述硅膜设置于所述有源矩阵基板，所述多个光电二极管各自具有形成于所述硅膜的p型半导体区域 和n型半导体区域，并且，以各自的正向相互一致的方式串联配置，在相邻的两个所述光电二极管中， 一方的n型半导体区域和另一 方的p型半导体区域以两个半导体区域的外缘一致，或者两个半导体 区域相互在所述硅膜的厚度方向上重合的方式形成。
4. 如权利要求3所述的显示装置，其特征在于 所述多个光电二极管各自在所述p型的半导体区域和所述n型的半导体区域之间具有本征半导体区域。
5. —种光传感器，其特征在于-其具备形成于同一硅膜的多个光电二极管，所述多个光电二极管各自具有形成于所述硅膜的p型半导体区域和n型半导体区域，并且，以各自的正向相互一致的方式串联配置，在所述硅膜中相邻的两个光电二极管之间，设置有将它们电连接 的区域，所述区域以p型杂质的杂质浓度与所述p型半导体区域相同，n 型杂质的杂质浓度与所述n型半导体区域相同的方式形成。
6. —种显示装置，其具有形成有多个有源元件的有源矩阵基板、 和对周围的光产生反应而输出信号的光传感器，该显示装置的特征在 于所述光传感器具备形成于同一硅膜的多个光电二极管， 所述硅膜设置于所述有源矩阵基板，所述多个光电二极管各自具有形成于所述硅膜的p型半导体区域 和n型半导体区域，并且，以各自的正向相互一致的方式串联配置，在所述硅膜中相邻的两个光电二极管之间，设置有将它们电连接 的区域，所述区域以p型杂质的杂质浓度与所述p型半导体区域相同，n 型杂质的杂质浓度与所述n型半导体区域相同的方式形成。
全文摘要
本发明涉及光传感器和显示装置，本发明提供能够抑制由暗电流引起的噪声的产生并能够实现小型化的光传感器和具备它的显示装置。使用具备形成于同一硅膜(8)的多个光电二极管(9～11)的光传感器。光电二极管(9～11)各自具有形成于硅膜(8)的p型半导体区域(9a、10a、11a)和n型半导体区域(9c、10c、11c)。进一步，光电二极管(9～11)以各自的正向相互一致的方式串联配置。在相邻的两个光电二极管中，一方的n型半导体区域和另一方的p型半导体区域以在硅膜的厚度方向上相互重合的方式形成。
文档编号H01L27/146GK101657902SQ200880011718
公开日2010年2月24日 申请日期2008年4月10日 优先权日2007年4月13日
发明者B·J·哈德文, 佐藤昌和, 加藤浩巳 申请人:夏普株式会社