半导体装置的制造方法
【专利说明】半导体装置
[0001]本申请是申请日为2011年2月17日、申请号为“201180013659.5”、发明名称为
“半导体装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及光电传感器及其驱动方法。本发明还涉及包括光电传感器的显示装置及其驱动方法。进一步地，本发明涉及包括光电传感器的半导体装置及其驱动方法。
【背景技术】
[0003]近年来，设置有光检测传感器(也称为光电传感器)的显示装置已引起关注。在包括光电传感器的显示装置中，显示屏幕还用作输入区。具有图像捕捉功能的显示装置是这种显示装置的一个示例(例如，见专利文献1)。
[0004]包括光电传感器的半导体装置的示例为(XD图像传感器和CMOS图像传感器。这种图像传感器用于比如像数码静态相机或蜂窝式电话这样的电器。
[0005]在设置有光电传感器的显示装置中，首先，从该显示装置发射光。当光线进入有物体存在的区域时，该光线被所述物体阻挡且部分地反射。被所述物体反射的光由设置在所述显示装置内的像素中的光电传感器检测。由此，可对像素区域中物体的存在进行识别。
[0006]在具有光电传感器的半导体装置中，从物体发射的光或该物体反射的外部光由所述光电传感器直接检测或在通过光学透镜等聚合所述光之后进行检测。
[0007][参考文献]
[0008][专利文献1]日本公开专利申请N0.2001-292276
【发明内容】
[0009]在具有光电传感器的半导体装置中，在每个像素内形成带晶体管的电路，从而可采集光电传感器通过检测光已经在每个像素中生成的电信号。
[0010]带光电传感器的半导体装置包括用于将基于入射光的输出信号转换为电压信号的读取控制晶体管。可以通过光电传感器中晶体管以及被当作电阻器的读取控制晶体管的电阻分压来将基于入射光的输出信号转换为电压信号。
[0011]在带有光电传感器的半导体装置中，读取控制晶体管可为使用非晶硅或多晶硅的晶体管。然而，截止状态电流(流过处于截止状态晶体管的电流)会通过使用非晶硅或多晶硅的晶体管。这是因为如下的事实:带光电传感器的半导体装置的功耗在不执行读取操作的时间段中随时间增大。
[0012]本发明一个实施例的目的是提供一种半导体装置，其光电传感器可实现低功耗。
[0013]本发明的一个实施例是一种半导体装置，该半导体装置包括:光电传感器，其包括光电二极管、第一晶体管和第二晶体管；以及读取控制电路，其包括读取控制晶体管。该光电二极管具有将基于入射光的电荷提供至该第一晶体管的栅极的功能。该第一晶体管具有存储提供至其栅极的电荷以及将所存储的电荷转换为输出信号的功能。该第二晶体管具有对输出信号的读取进行控制的功能。该读取控制晶体管用作将输出信号转换为电压信号的电阻器。第一晶体管、第二晶体管和读取控制晶体管的半导体层使用氧化物半导体来形成。
[0014]本发明的一个实施例是一种半导体装置，该半导体装置包括:光电传感器，其包括光电二极管、第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；以及读取控制电路，其包括读取控制晶体管。该光电二极管具有将基于入射光的电荷提供至第一晶体管的栅极的功能。第一晶体管具有存储提供至其栅极的电荷以及将所存储的电荷转换为输出信号的功能。第二晶体管具有保持存储在第一晶体管的栅极上的电荷的功能。第三晶体管具有对输出信号的读取进行控制的功能。读取控制晶体管用作将该输出信号转换为电压信号的电阻器。第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和读取控制晶体管的半导体层使用氧化物半导体来形成。
[0015]本发明的一个实施例是一种半导体装置，该半导体装置包括:光电传感器，其包括光电二极管、第一晶体管和第二晶体管；以及读取控制电路，其包括读取控制晶体管。该光电二极管具有将基于入射光的电荷提供至第一晶体管的栅极的功能。第一晶体管具有存储提供至其栅极的电荷以及将所存储的电荷转换为输出信号的功能。第二晶体管具有对该输出信号的读取进行控制的功能。读取控制晶体管用作将该输出信号转换为电压信号的电阻器。第一晶体管、第二晶体管和读取控制晶体管的半导体层使用氧化物半导体来形成。施加至读取控制晶体管的栅极的电压根据输出信号发生变化，从而改变读取控制晶体管的电阻。
[0016]本发明的一个实施例是一种半导体装置，该半导体装置包括:光电传感器，其包括光电二极管、第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；以及读取控制电路，其包括读取控制晶体管。该光电二极管具有将基于入射光的电荷提供至第一晶体管的栅极的功能。第一晶体管具有存储提供至其栅极的电荷以及将所存储的电荷转换为输出信号的功能。第二晶体管具有保持存储在第一晶体管的栅极上的电荷的功能。第三晶体管具有对输出信号的读取进行控制的功能。读取控制晶体管用作将该输出信号转换为电压信号的电阻器。第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和读取控制晶体管的半导体层使用氧化物半导体来形成。施加至读取控制晶体管的栅极的电压根据输出信号发生变化，从而改变读取控制晶体管的电阻。
[0017]在本发明的一个实施例中，形成多个光电传感器；该光电传感器具有执行复位操作、存储操作和读取操作的功能；该多个光电传感器具有并发执行复位操作、并发执行存储操作以及顺序执行读取操作的功能。
[0018]该半导体装置是指具有半导体特性的元件以及所有具有该元件的对象。例如，具有晶体管的显示装置在一些情况下被简单地称为半导体装置。
[0019]本发明可提供一种其光电传感器可实现低功耗的半导体装置。
【附图说明】
[0020]图1A和1B是用于描述本发明一个实施例的电路图和时序图。
[0021]图2是用于描述本发明一个实施例的电路图。
[0022]图3A和3B是用于描述本发明一个实施例的电路图和时序图。
[0023]图4是用于描述本发明一个实施例的框图。
[0024]图5是用于描述本发明一个实施例的电路图。
[0025]图6是用于描述本发明一个实施例的时序图。
[0026]图7是用于描述本发明一个实施例的时序图。
[0027]图8是用于描述本发明一个实施例的截面图。
[0028]图9A至9D是各自示出电器示例的示意图。
[0029]图10A和10B是用于描述本发明一个实施例的电路图。
[0030]标记说明
[0031]10:半导体装置，11:光电传感器，12:读取控制电路，13:光电二极管，14:晶体管，
15:晶体管，16:光电二极管复位线，17:栅极线，18:晶体管，19:光电传感器选择线，20:光电传感器基准高电源线，21:光电传感器基准低电源线，22:光电传感器输出线，31:信号，32:信号，33:信号，34:信号，35:信号，41:晶体管，42:栅极线，51:信号，51:信号，52:信号，53:信号，54:信号，55:信号，56:信号，100:显示装置，101:像素电路，102:显示元件控制电路，103:光电传感器控制电路，104:像素，105:显示元件，106:光电传感器，107:显示元件驱动器电路，108:显示元件驱动器电路，109:光电传感器读取电路，110:光电传感器驱动器电路，200:读取控制电路，201:晶体管，202:存储电容器，203:液晶元件，204:光电二极管，205:晶体管，206:晶体管，207:晶体管，208:栅极线，209:栅极线，210:光电二极管复位线，211:栅极线，212:视频数据线，213:光电传感器基准线，214:光电传感器输出线，215:节点，216:晶体管，501:衬底，502:光电二极管，503:晶体管，505:液晶元件，506a:半导体层，506b:半导体层，506c:半导体层，507:像素电极，508:液晶，509:对电极，510:导电膜，511:取向膜，512:取向膜，513:衬底，514:滤色片，515:屏蔽膜，516:间隔物，517:偏振板，518:偏振板，520:箭头，521:物体，522:箭头，531:氧化物绝缘层，532:保护绝缘层，533:层间绝缘层，534:层间绝缘层，540:晶体管，541:电极层，542:电极层，543:电极层，545:栅电极层，601:信号，602:信号，603:信号，604:信号，605:信号，606:信号，607:信号，608:信号，609:信号，610:时段，611:时段，612:时段，613:时段，621:信号，701:信号，702:信号，703:信号，704:信号，705:信号，706:信号，707:信号，708:信号，709:信号，710:时段，711:时段，712:时段，713:时段，721:信号，5001:外壳，5002:显示区，5003:支座，5101:外壳，5102:显示区，5103:开关，5104:控制键，5105:红外线端口，5201:外壳，5202:显示区，5203:硬币槽，5204:纸币槽，5205:卡槽，5206:银行存折槽，5301:外壳，5302:外壳，5303:显示区，5304:显示区，5305:话筒，5306:扬声器，5307:控制键，5308:指示笔
【具体实施方式】
[0032]下文中将参考附图描述本发明的各个实施例。然而，本发明可以许多不同的模式实现，并且本领域技术人员容易理解，本发明的模式和细节可以各种方式变化而不背离本发明的目的和范围。因此，本发明不应被解释为局限于各个实施例的描述。注意，相同部分或具有示出在下文中描述的本发明结构的所有附图中的相同功能的部分用相同的附图标记表不。
[0033]注意，在实施例的附图等中所示的每个结构的大小、层厚、信号波形、或区域出于简化的目的在一些情况下被放大了。因此，本发明的各个实施例并不局限于这样的比例。
[0034]注意，诸如在本说明书中应用的第一、第二、第三至第Ν(Ν是自然数)之类的术语是为了避免组件之间的混淆而使用的，它们并非对数字进行限制。
[0035](实施例1)
[0036]在该实施例中，将参考图1A和1B以及图2来描述作为所公开发明的一个实施例的半导体装置的示例。
[0037]图1A示出包括在半导体装置10中的光电传感器11的电路配置的示例以及连接至该光电传感器11的读取控制电路12的配置的示例。
[0038]光电传感器11包括光电二极管13、晶体管14(也称为第一晶体管)和晶体管15(也称为第二晶体管)。读取控制电路12包括晶体管18(也称为读取控制晶体管)。
[0039]在光电传感器11中，光电二极管13的一个电极连接到光电二极管复位线16，而光电二极管13的另一个电极则连接到晶体管14的栅极。晶体管14的源极和漏极之一连接到光电传感器基准高电源线20，而晶体管14的源极和漏极中的另一个则连接到晶体管15的源极和漏极之一。晶体管15的栅极连接到栅极线17，而晶体管15的源极和漏极中的另一个则连接到光电传感器输出线22。
[0040]在读取控制电路12中，晶体管18的源极和漏极之一连接到晶体管15的源极和漏极中的另一个以及光电传感器输出线22，而晶体管18的源极和漏极中的