专利名称：光电传感器阵列和制造该光电传感器阵列的方法
本申请基于并且要求2000年4月12日提交的在先日本专利申请No.2000-110718和2000年5月24日提交的No.2000-152828的优先权，二者的全部内容与本文结合作为参考。
本发明涉及一种光电传感器阵列和一种制造光电传感器阵列的方法，并特别涉及一种光电传感器阵列和一种制造光电传感器阵列的方法，该光电传感器阵列通过以二维形式排列由膜晶体管形成的光电转换元件(光电传感器)而构成，每个膜晶体管都具有在公共半导体层之上和之下配备顶栅极和底栅极的双栅结构。
传统上提供了一种具有光电传感器阵列结构的设备来作为读取印刷品、照盘、沿着指纹的细小不规则形态的二维图象读取设备，其中光电传感器阵列通过以矩阵状配置排列光电转换元件(光电传感器)而构成。通常使用诸如CCD(电荷耦合器件)等的固态成象设备作为光电传感器阵列。
众所周知，CCD具有以矩阵状配置排列诸如光电二极管、晶体管等的光电传感器的结构，并且对应于施加到每个光电传感器的光接收部分的光量而产生的电子-空穴对的量(电荷量)使用水平扫描电路和垂直扫描电路检测以检测所施加的光亮度。
在使用这种CCD的光电传感器系统中，由于需要单独提供一种把每个扫描的光电传感器设置为选择状态的选择晶体管，所以存在的问题在于系统本身的尺寸随着像素数目的增加而变大。
在应用于上述二维图象读取设备的光电传感器系统当中，盘部分排列在以矩阵状配置排列光电传感器的阵列区的周围。一些光电传感器通过盘部分与诸如驱动光电传感器阵列的驱动器等外围设备连接。在此，举例来说，构成光电传感器阵列的具有TFT结构的每个光电传感器具有一种结构，在该结构中，源极和漏极以及栅极相对于玻璃衬底上提供的半导体层而提供。因此存在的问题在于，由于截面结构必须具有叠制结构，并且在阵列区和盘部分制作的截面结构不同，而且实施了各自的制造过程，所以导电层和绝缘层膜形成及构图步骤的明显增加，使制造成本和时间增加。
而且，在光电传感器阵列的层叠结构中，存在的问题在于，在用于连接外围电路的盘部分(the pad portion)的台阶中产生在下层形成的导电层和在上层形成的导电层之间的差值，造成的后果是可能损害与外围电路的连接。而且，还存在的一个问题在于，在上层形成的导电层变得更易于受到由下层导电层产生的台阶的影响，并且断开的危险增加。
本发明的一个目的是提供一种光电传感器阵列和一种制造光电传感器阵列的方法，该结构往往会改善光电传感器阵列和外围电路之间的连接并且抑制导电层的断开，同时减少制造过程。
根据本发明第一方案的光电传感器阵列包括在预定方向上彼此分开排列的多个光电转换元件，每个光电转换元件包括具有入射有源(effective)区的半导体层，激励光入射到该有源区上；分别在半导体层的两个端面上提供的源极和漏极；通过第一栅绝缘膜在半导体层之下提供的第一栅极；和通过第二栅绝缘膜在半导体层之上提供的第二栅极；源极端子，通常与光电转换元件的源极连接；漏极端子，通常与光电转换元件的漏极连接；第一栅极端子，通常与光电转换元件的第一栅极连接；和第二栅极端子，通常与光电转换元件的第二栅极连接，第一栅极和第二栅极中的至少之一在由第一透明电极层构成的光电转换元件上提供，并且源极端子、漏极端子和栅极端子中的至少之一利用第一透明电极层构成。
根据本发明的第一方案，源极端子、漏极端子、第一栅极端子和第二栅极端子中的任意之一都具有包括构成第一栅极或第二栅极的透明电极层的叠制结构。因此，与外围电路的良好电连接状态可以得到实现，同时减小允许每个端子结构的厚形成的薄层阻抗，并且消除端子配置的失效(failure)。特别是，当透明电极层由ITO制成时，与金属端子而非ITO的情况相比，与外围电路的连接得到了改善。
至少是源极端子、漏极端子和第一栅极端子中的任意之一的最上层可由第一透明电极层构成。因此，每个端子可通过使用与在相对于半导体层的激励光的入射面上形成的电极层相同的材料和过程而在叠制层中形成。
这里，光电传感器阵列包括通过光电转换端之上的绝缘膜提供的静电放电和接触传感电极。当源极端子、漏极端子、第一栅极端子和第二栅极端子的至少任意之一利用构成静电放电和接触传感电极的第二透明电极层构成时，可以防止与带静电手指接触的诸如驱动器等电路的操作失效和静电击穿。因而，光电传感器阵列的驱动可自动开始。
而且，半导体层可被扩大或提供以至少作为源极和漏极、源极端子和漏极端子以及源-漏布行的下层。因此，可把每个端子部分的叠制结构做厚，并且端子的配置故障进一步得到抑制，并可进一步改善与外围电路的连接。另外，在导电层上产生的台阶，如在高于半导体层的层上提供的绝缘层、第二栅极等可被降低(alleviated)，这样可以抑制信号传输性能和绝缘性能的损害。
而且，具有上述结构的多个光电转换元件经端子与诸如漏极驱动器、第一栅极驱动器、第二栅极驱动器等的预定外围电路连接，这样则能够以简单的制造过程来制造具有良好绝缘性能、信号传输性能和连接的光电传感器系统。
而且，半导体层的源-漏极之间的激励光入射到其上的有源区可被构成以易于满足预定的配置比，从而可以任意地排列入射有源区以改善光传感区的偏差。结果，由于半导体层的入射有源区可被设置为能够提供最佳配置比，所以即使是在激励光的入射光非常小时也允许充足的源-漏极电流流过。因此可以获得良好的光灵敏度。
利用这种光电传感器阵列，半导体层的源极彼此连接，半导体层的漏极彼此连接，源极或漏极可在这些半导体层之外的两个相邻半导体层之上形成。
另外，光电转换元件的半导体层可沿着半导体层的沟道长度的方向排列。
而且，当光电转换元件以三角形配置排列时，在二维中彼此相邻的光电转换元件之间的距离可以做得更均匀。因此可以抑制在将要拍摄的相同对象以相对于光电传感器阵列的平面不同角度放置时由于光接收灵敏度的不均匀而引起的光信息的偏差，光接收灵敏度根据方向的不同而不同。对放置对象的角度的限制变小，这样则能够实现在图象读取性能方面具有优越性的光电传感器阵列。
根据本发明第二实施例的一种制造光电传感器阵列的方法包括在绝缘膜上形成第一栅极并且第一栅极基底盘在第一栅极端子部分上与第一栅极连接；至少在第一栅极和第一栅极端子部分上形成第一栅极绝缘膜，接着在用于产生具有激励光的载流子的第一栅极之上形成具有预定配置的半导体层；形成第一开口部分，用于把第一栅极基底盘暴露于第一栅极端子部分；形成分别在半导体层的两端提供的源极和漏极，通过第一开口部分，漏极基盘(base pad)在漏极端子部分上与漏极连接，并且在第一栅极端子部分上与第一栅极端子下层连接；至少在第一栅极端子下层、源-漏极和漏极端子部分上形成第二绝缘膜，接着形成第二开口部分，用于至少露出第一栅极端子下层和第一漏极基底盘之一；并且在具有预定配置的第二栅极上形成与第二栅极连接的第二栅极基盘以及在半导体层之上的第二栅极端子部分，同时通过第二开口部分至少形成与第一栅极端子下层连接的第一栅极端子上层和与漏极基底盘连接的漏极端子上层之一。
根据这种制造方法，由于构成第一栅极端子和漏极端子的任意之一的电极层被叠制，并且利用与构成光电传感器阵列的光电转换元件的导电层相同的材料和相同的步骤形成，所以整个光电传感器阵列的每个结构都能够以公用的系列制造过程来构成和处理。因此可以努力减少制造过程并且降低制造成本和时间。同时，构成第一栅极端子和漏极端子的任意之一的电极层可按希望做厚并且端子的薄层阻抗可以减小。
另外，在保护绝缘膜上，静电放电和接触传感电极、第一栅极端子最上层或漏极端子最上层或第二栅极端子上层能够以相同的处理过程形成。这样可以在不增加制造处理过程的情况下防止因对象放电引起的光电转换元件的操作失效和静电击穿。另外，通过把每个端子的叠制结构做厚可以进一步改善与外围电路的连接。
而且，在构成漏极端子、第一栅极端子和第二栅极端子的叠制结构之外，至少构成最上层的导电层可由透明电极层构成。这可以在不增加制造过程的情况下通过使用与在相对于半导体层的激励光的入射面上形成的电极层相同的材料和相同的过程来形成每个端子的叠制。
而且，半导体层可在源-漏极、源-漏极端子和源-漏极布行的下层上扩大和提供。因此，每个端子部分的叠制结构可被做得更厚，薄层阻抗减小，端子的配置失效得到抑制，并且还可进一步改善与外围电路的连接。另外，在比半导体层高的上层上提供的绝缘层上或导电层上产生的台阶，如第二栅极等可被降低，以便于能够以一种简单的制造过程来提供可抑制绝缘性能和信号传输性能损害的光电传感器阵列。
本发明的其它目的和优点将在随后的描述中提出，并且通过该描述将能够部分理解，或者可通过本发明的实践来认识到。通过特别在随后提出的设备和组合可以实现和获得本发明的目的和优点。
结合在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的目前最佳的实施例，并且与上面给出的一般描述和下面给出的最佳实施例的详细描述结合在一起来解释本发明的原理。
图1A和1B示出了应用于本发明的双栅型光电传感器阵列的基本结构的截面图和电路图。
图2是表示配备有光电传感器阵列的光电传感器系统的示意结构图，其中光电传感器阵列通过二维排列应用于本发明的双栅型光电传感器而形成。
图3是表示该光电传感器系统的驱动控制法的一个实例的定时图。
图4是表示双栅型光电传感器的复位操作的概念图。
图5是表示双栅型光电传感器的光累积操作的概念图。
图6是表示双栅型光电传感器的预充电操作的概念图。
图7是表示在双栅型光电传感器的亮光时刻的选择状态的概念图。
图8是表示在双栅型光电传感器的暗光时刻的选择状态的概念图。
图9是表示在双栅型光电传感器的亮光时刻的未选状态的概念图。
图10是表示在双栅型光电传感器的暗光时刻的未选状态的概念图。
图11是表示在选择模式中的光电传感器系统的输出电压的光响应特性图。
图12是表示在未选模式中的光电传感器系统的输出电压的光响应特性图。
图13是表示读取二维图象的读取设备的基本部分的截面图，其中提供了配备有双栅光电传感器的光电传感器系统。
图14是表示根据本发明的光电传感器阵列中的一个结构实例的一部分的截面图。
图15是表示根据本发明的光电传感器阵列中的另一个结构实例的一部分的截面图。
图16A至16C是用于解释在制造具有图15所示结构的光电传感器阵列的方法中的第一步至第三步的截面图。
图17A和17B是用于解释在制造具有图15所示结构的光电传感器阵列的方法中的第四步和第五步的截面图。
图18A和18B是用于解释在制造具有图15所示结构的光电传感器阵列的方法中的第六步和第七步的截面图。
图19A是表示双栅型光电传感器的入射有源区的图，其中图14所示的每个设备都提供一个构成光电传感器部分的半导体层。
图19B是表示光电传感器阵列中的排列结构的图，其中图19A所示的光电传感器以矩阵状配置排列。
图20是表示图19A所示结构中的光传感区的扩展的概念图。
图21A是表示双栅型光电传感器的入射有源区的图，其中图15所示的每个设备都提供两个构成光电传感器部分的半导体层。
图21B是表示光电传感器阵列中的排列结构的图，其中图21A所示的光电传感器以矩阵状配置排列。
图22是表示图21A所示结构中的光传感区的扩展的概念图。
图23是表示根据本发明第二实施例的光电传感器阵列的一部分的截面图。
图24是表示配备有图23所示光电传感器系统的光电传感器系统的一个实例的示意结构图。
图25是表示反射光是否入射到光电传感器的半导体层上的局部截面图。
图26是表示当不允许手指接触其中时，静电放电和接触传感电极和CMOS反转器之间的示意电路图。
图27是表示当允许手指接触其中时，静电放电和接触传感电极和CMOS反转器之间的示意电路图。
图28是表示接触检测器的电路图。
图29A是信号Pa的输出波形图，图29B是在不允许手指与静电放电和接触传感电极接触时的信号Pb的输出波形图，图29C是在允许手指与静电放电和接触传感电极接触时的信号Pb的输出波形图，并且图29D是信号Pc的输出波形图。
图30是表示确定信号发生器和判断电路的电路图。
图31A是信号Ps的输出波形图，图31B是信号Pa的输出波形图，图31C是时钟信号Pb的输出波形图，图31D是在不允许手指与静电放电和接触传感电极接触时的信号Pb的输出波形图，并且图31E是输出到计数器的信号Pe的输出波形图。
图32A是信号Ps的输出波形图，图32B是信号Pa的输出波形图，图32C是时钟信号的输出波形图，图32D是在不允许手指与静电放电和接触传感电极接触时的信号Pb的输出波形图，图32E是信号Pc的输出波形图，并且图32F是信号Pd的输出波形图。
图33A是信号Ps的输出波形图，图33B是信号Pa的输出波形图，图33C是时钟信号的输出波形图，图33D是在不允许手指与静电放电和接触传感电极接触时的信号Pb的输出波形图，并且图33E是信号Pc的输出波形图，并且图33F是信号Pd的输出波形图。
图34是表示根据本发明第三实施例的光电传感器阵列的一部分的截面图。
图35A和35B是用于解释制造图34所示结构的光电传感器阵列的方法中的第一步和第二步的截面图。
图36A和36B是用于解释制造图34所示结构的光电传感器阵列的方法中的第三步和第四步的截面图。
图37A和37B是用于解释制造图34所示结构的光电传感器阵列的方法中的第五步和第六步的截面图。
图38是表示根据本发明第四实施例的光电传感器阵列的一部分的截面图。
图39是一种双栅型光电传感器的示意结构图，其中提供了三个半导体层，它们为每个设备构成了一个光电传感器部分。
图40是表示图39的光电传感器的一部分的截面图。
图41是以矩阵状配置排列图40所示的双栅型光电传感器的光电传感器阵列的平面结构图。
图42示出了根据本发明又一个实施例的光电传感器阵列的图。
图43至48是表示静电放电和接触传感电极的不同变化的图。
下面详细描述光电传感器阵列和制造该阵列的方法。
首先，解释所有用于光电传感器阵列的每个双栅(double-gate)型光电传感器。
图1为原理性示出双栅型光电传感器基本结构的截面图。如图1A，双栅型光电传感器10包括半导体层(沟道层)24，当其上入射激励光(这里是可见光)时，其中产生一对电子和空穴；n+的掺杂层26a和26b，分别提供在半导体层24的两侧；漏极27a和源极27b由铬、铝、铝合金或类似物构成，在掺杂层26a和26b上形成，且不透过可见光；顶栅电极29，由透明的导电膜形成，如在半导体层24上形成的ITO(铟-锡氧化物)，经由一块绝缘膜25和上部(上)栅绝缘膜28，电极相对可见光透明；底栅电22由这类材料如铬、铬合金、铝、铝合金形成，经由在半导体24下的(图的下部)下部(底)栅绝缘膜23，电极对可见光不透明。
图1A中，顶栅电极29、顶栅绝缘膜28、底栅绝缘膜23和顶栅电29极上的保护绝缘膜30都由对激励半导体层24的可见光有高透明性的材料形成。另一方面，底栅电极22由不透光的材料形成，其结果是底栅电极22仅具有检测图上方的入射光的结构。
因此，双栅型光电传感器10有双MOS晶体管组合的结构，形成在透明衬底21上，双MOS晶体管包括上MOS晶体管，形成半导体层24，漏极27a，源极27b和顶栅电极29，和下MOS晶体管，形成半导体层24，漏极27a，源极27b和顶栅电极29，两MOS晶体管有作为共用的半导体层24的半导体层24。
这种双栅型光电传感器10通常由图1B所示的等效电路代表。这里，TG表示顶栅端子，BG表示底栅端子，S表示源端，D表示漏端。
下面，参照附图简单介绍二维设置的上述双栅型光电传感器构成的光电传感器阵列的光电传感器系统。
图2为双栅型光电传感器构成的光电传感器系统的结构原理图。
如图2所示，光电传感器系统大致包括光电传感器阵列100，其中配置有像n行m列的矩阵结构的许多双栅型光电传感器10；顶栅极行101和底栅极行102，在行方向上分别连接顶栅端子TG(顶栅极29)和底栅端子BG(底栅端子22)；漏行103在列方向上连接双栅型光电传感器10的漏端D(漏电极27a)；源行104在列方向上连接源端S(源电极27b)；一组顶栅极盘111布置在双栅型光电传感器10的外围部分，以连接到顶栅极行101，一组底栅极盘121连接到底栅极组；一组漏盘131连接到漏极行103，一组源极盘141(盘数目大于或等于1)；顶栅极驱动器110，通过顶栅极盘组111连接到顶栅极行101。
底栅极驱动器120，通过底栅极盘组121连接到底栅极行102。
漏极驱动器(输出电路部分)130，包括通过漏极盘组131连接到漏极行103的列开关132，预充电开关133和放大器134；和光源140，作为背光。
这里，顶栅极行101与透明导电膜及顶栅极29形成一体，如ITO或类似物。底栅极行102、漏极行103和源极行104与底栅极22、漏极27a和源极27b由同样材料整体形成，该材料对激励光不透明。源极行104，通过源盘组141连接到地电位。
图2中，符号Φtg和Φbg表示控制信号，分别用于产生复位脉冲ΦT1,ΦT2,…,ΦTi,…,ΦTn，读脉冲ΦB1,ΦB2,…,ΦBi,…,ΦBn。符号Φpg表示预充电信号，用于控制施加预充电电压的时间。
在这种结构中，光电传感功能通过经顶栅极行101从顶栅极驱动器110施加一电压到顶栅极TG实现。经底栅极行102从底栅极驱动器112施加一电压到底栅极BG。通过向底栅极BG施加电压，经漏极行103进入漏驱动器130一检测信号，导致实现选择读功能，通过输出(Vout)的信号为串行数据或并行数据。
下面，参照附图介绍驱动上述光电传感器系统的方法。
图3是驱动上述光电传感器系统的方法的时序图。图4到图10示出双栅型光电传感器的运行原理图。图11和12示出光电传感器系统的输出电压的光响应特性。解释将大致参照双栅型光电传感器和光电传感器系统的结构(图1和图2)。
首先，复位，如图3和4所示，脉冲电压(复位脉冲，例如，高电平Vtg=+15V)ΦTi被加到第i行顶栅极行101，因此，载流子(这里为空穴)在与双栅型光电传感器10的半导体层24的接触面附近集聚，块绝缘膜25的半导体层24(复位周期Treset)释放。
然后，在光集聚周期，如图3和5所示，低电平(例如，Vtg=-15V)偏置电压ΦTi被加到顶栅极行101，以终止复位操作，并通过载流子集聚操作开始光集聚周期。在光集聚周期Ta，称为载流子产生区的半导体层24的光入射作用区，产生电子空穴，因此，正空穴集聚在与块绝缘膜25的半导体层24接触面附近，称为，沟道区效应。
在预充电运行中，如图3和6所示，基于预充电信号Φpg并沿光集聚周期Ta，预定电压(预充电电压)被加到漏行103，以允许漏极保持充电(预充电周期Tprch)。
然后，在读操作中，如图3和7所示，预充电周期Tprch之后，高电平(如Vbg=+10V)偏置电压(读选择信号，之后称为读脉冲)ΦBi被加到底栅极行102，以置位双栅型光电传感器10为开状态(读周期Tread)。
这里，读周期Tread中，载流子(空穴)运作在抵消加到有反向极性的顶栅极TG的电压Vtg(+15V)的方向，因此与底栅极BG形成n沟道。因此，漏行103的漏行电压VD显示随时间从预充电电压Vpg逐渐下降的趋势，如图11所示。即，在光集聚周期Ta中，光集聚状态为黑状态，在载流子(正空穴)未在沟道区集聚情况下，如图8和11所示，底栅极BG的正偏置通过施加负偏置到顶栅极TG而抵消，因此，双栅型光电传感器10被关闭。然后，漏电压(漏行103的电压VD)被保持。
另一方面，当光集聚状态为亮状态时，如图7和11所示，载流子(正空穴)根据入射光量被捕获，导致载流子(空穴)运作在抵消负偏置的顶栅极TG。结果是，由于抵消量，有底栅极BG的正偏置的双栅型光电传感器10被开启。然后，根据对应于入射光量的开启阻抗，降低漏行103的电压VD。
结果是，如图11所示，漏行103的电压VD的变化趋势与在从通过向顶栅极TG施加复位脉冲ΦTi而终止复位操作的点到向底栅极BG施加读脉冲ΦBi的时间内接收的光量极度相关。如果集聚的载流子很少，电压VD趋于逐渐降低。另一方面，如果集聚许多载流子，电压VD趋于快速降低。结果是，读周期Tread开始，在预定时间后，通过检测漏行103的电压VD，和通过根据预定参考电压检测时间直到达到预定参考电压，可计算出所施加的光的光量。
通过设置一系列图象读操作为一周期，通过允许第i+1行双栅型光电传感器重复同样处理过程，双栅型光电传感器10能运行为二维传感器系统。
在图3所示的时序图中，预充电周期Tprch后，如图9和10所示，当继续向底栅极行102施加低电平(如Vbg=0V)状态时，双栅型光电传感器10维持关闭状态。如图12所示，对于漏行103的电压VD，预充电电压Vpg被维持。在这个方法中，根据电压对于底栅极行102的应用状态，实现选择双栅型光电传感器10的读状态的选择功能。
图13为示出应用光电传感系统形成读二维图象的装置的截面图。
如图13所示，在用于读二维图象如手印或类似物的图象读装置中，从背光(表面光源)40所加的光R1入射在装置上，背光40提供在低端的玻璃衬底(绝缘衬底)21上，其上形成双栅型光电传感器10。装置中，除双栅型光电传感器10的形成区外，允许所加的光R1通过透明绝缘衬底21和绝缘膜23、28和30，以加于保护绝缘膜50上的主体(subject)上。
基于由主体50的图象模式(或发射或退回模式)确定了反射率(亮暗信息)的反射光R2通过透明绝缘膜30、28、25顶栅电极29以便入到半导体层24上，导致对应于主体50的图象模式的载体集聚，且主体50的图象模式能通过一系列驱动控制方法被读为亮黑信息。
然后，通过具体的实施例解释根据本发明的光电传感器阵列。下述实施例基于下列假设解释作为光电转换元件(光电传感器)，应用上述双栅型光电传感器，且用顶栅极为第一栅极施加电压。因此，实现光电传感功能。用底栅极为第二栅极施加电压。因此，实现读沟道区集聚的电量的功能。
(第一实施例)图14为截面图，示出根据本发明的光传感器阵列的一个结构例的一部分。这里，解释的情况是光传感器阵列通过应用有图1A所示的结构的同样结构的双栅型光传感器。另外，由于图中缺少描述，仅示出形成在阵列区上的一个双栅型光传感器。另外，关于与上述结构(图1A)同样的结构，通过附上同样标号简化描述。
如图14所示，结构例中的光传感器100A大致包括由排列在类似矩阵结构的光传感器构成的阵列区Aa，电连接到外围电路如驱动器和类似电路的盘区Ap。
类似于上述图1A描述的结构，阵列区Aa为排列在绝缘膜21上的类似矩阵结构的一组光传感器(由于不便在图14中示出，仅示出一个传感器)。光传感器包括半导体层24，由不定型硅或类似物形成；分别在半导体层两侧上的掺杂层26a和26b；漏电极27a和源电极27b，分别在掺杂层26a和26b上；在半导体层24上的块绝缘膜25；通过上栅绝缘膜28在半导体层24上形成的上栅极29；通过下栅绝缘膜23在半导体层24下形成的下栅极22。
这里，块绝缘膜25，顶栅绝缘膜28，底栅绝缘膜23和保护绝缘膜30由透明绝缘膜构成，如硅氮化物(SiN)或有透光性的类似物。另外，顶栅电极29和顶栅极行101由如ITO或相对激励光高透射率的类似物的导电膜构成。另一方面，至少底栅电极22和底栅极行102由铬或阻挡激励光的通过的类似物构成。
在盘区域Ap，配置预定的向下倾斜的底栅极盘区域Pb(图2所示的底栅极盘组121)，形成在从底栅电极22伸展的底栅极行102的末端；漏极盘部分Pd(图2所示的漏盘组131)，形成在从漏电极27a伸展的漏行103的末端；顶栅极盘区域Pt(图2所示的顶栅极盘组111)，形成在从顶栅电极29伸展的顶栅极行101的末端。
这里，底部盘区域Pb结构是，其中第一底部盘电极层22b由与漏电极27a和源电极27b同样的导电材料(例如，铬)构成，且第二底部盘电极层22c由与顶栅电极29同样的导电材料(例如，ITO)构成，叠制在与底栅电极22和底栅极行102整体形成的衬底22a上。第二底部盘电极层22c从在保护绝缘膜30上形成的开端被暴露出，以通过底栅极驱动器120侧上提供的如凸起(外端)Bb电连接。
漏盘区域Pd的结构是，其中第一漏盘电极层27y由与顶栅电极29同样的导电材料(例如，ITO)构成，叠制在与漏栅极行102整体形成的衬底27x上，且构成最上层的漏盘电极层27y从在保护绝缘膜30上形成的开端被暴露出，以通过漏驱动器130侧上提供的凸起Bd电连接(到开关132)。
顶栅极盘区域Pt这样构成，即与顶栅极行101整体形成的顶栅电极29a从保护绝缘膜30直接暴露，以通过顶栅极驱动器110侧上提供的凸起Bt电连接。
即，由于光电传感器的截面结构为上述应用双栅型光电传感器的光电传感器阵列的叠制结构，在盘部分上形成的开端口中步长(step)可能是显著的，且可能产生导电极(在盘部分上的电极层)的配置失效和驱动器侧上提供的凸起的接点失效。
相对地，在根据结构例的光电传感器阵列中，形成在盘部分上的盘部分(具体地，底栅极盘部分Pb和漏盘部分Pd)以包括多个电极层的层状结构形成。因此，层状的电极层以厚配置形成，以能抑制配置失效，同时可能改善驱动器侧上提供的凸起的接点。
还有，光电传感器阵列100A有第二盘电极层22C和第一漏电极层27y。仅两电极层中的任何一个可被提供在光电传感器阵列100A中。然后，源盘组141可有与衬底27x、第一漏电极层27y和盘区域Ap同样的结构。另外，源盘组141可在与衬底27x的同一层的结构中形成。
图15是截面图，示出根据本发明的第一实施例的光电传感器阵列中的另一结构例的一部分。将解释由双栅型光电传感器构成的光电传感器阵列的情况，其每个有两个半导体层，构成每个元件的光电传感器阵列部分。附带地，为了说明的目的，仅示出在阵列区上形成的单个双栅型光电传感器。还有，同样元件(图1A和14)以同样标号标出，省略其解释。
如图15所示，以与图14所示的结构的同样方法，示例结构中的光电传感器阵列100B构成阵列区Aa和盘区Ap。在阵列区Aa上，多个光电传感器(为方便起见图15仅示出一个传感器)在绝缘衬底21上配置成类似矩阵的结构，光电传感器包括两个半导体层24a和24b，由不定形硅或类似物形成，各层平行配置以当可见光入射时产生电子空穴对。
掺杂层26a、26b、26c和26d由n+硅形成，这些层分别在每个半导体层24a和24b的两端，单个源极27b在半导体层24a和24b的掺杂层26b和26c伸展，电极形成在半导体层24a和24b之间。
漏电极27a和27c位于相对源极27b处，夹住每个半导体层24a和24b，且在掺杂层26a和26d上形成，未示出电极27a和27c的电连接处，半导体层24a上设置块绝缘膜25a，半导体层24b上设置块绝缘膜25b，单个顶栅电极29经由顶栅绝缘膜28形成在半导体层24a和24b上，单个底栅电极22经由底栅绝缘膜23形成在半导体层24a和24b下。附带地，盘区域Ap有与图14所示的结构相同的层状结构的盘区域。
即，结构例中应用于光电传感器阵列100B的双栅型光电传感器有第一和第二双栅型光电传感器平行配置和并联结构。第一双栅型光电传感器包括第一上MOS晶体管，形成在绝缘衬底21上，具有半导体层24a，漏电极27a，源电极27b，顶栅绝缘膜28和顶栅电极29；和第一下MOS晶体管，由半导体层24a，漏电极27a，源电极27b，底栅绝缘膜23和底栅电极22形成，半导体层24a作为共用的沟道区。第二双栅型光电传感器包括第二上MOS晶体管，由半导体层24b，源电极27b，漏电极27c，顶栅绝缘膜28和顶栅电极29形成；和第二下MOS晶体管，由半导体层24b，漏电极27c，源电极27b，底栅绝缘膜23和底栅电极22，半导体层24b作为共用的沟道区形成。
在有这类结构的光电传感器阵列100B中，由于盘区域能被形成在层状结构中，类似上述结构例，能抑制电极层的配置失效，能改进与驱动器的接点。
顶栅电极29和底栅电极22构成第一和第二双栅型光电传感器，分别包括共用的电极，而该结构中面对通用源电极27b的漏电极27a和27c被分开(分支)。因此，通过应用上述驱动控制方法，每个装置构成光电传感器部分的有两个半导体层的双栅型光电传感器能以与有一个半导体层的双栅型光电传感器类似的方式运行。
参照附图将详细解释制造有上述结构的光电传感器阵列的方法。
图16a和16b为截面图，用于解释制造有图15所示结构的光电传感器阵列的方法。应知道，制造有图14所示结构的光电传感器阵列能由几乎同样的方法实现。还有，下面的解释中，第一到第七步的指定是为了便于解释，并不与实际制造过程有关。
首先，在第一步，通过溅射方法、蒸气淀集或类似方法在绝缘衬底21(如玻璃或类似物)上形成铬或类似物构成的厚度为100nm(1000A)的金属层之后，通过光刻方法或反应离子蚀刻(RIE)方法有选择地刻蚀该金属层，以形成有预定结构的底栅电极22、衬底22a和底栅极行102。
然后，在第二步，如图16B所示，硅氮化物或类似物形成的绝缘膜23(后文称为底栅绝缘膜)，厚度为如250nm，无定形硅膜(后文称为a-Si膜)24p，厚度为如50nm，和硅氮化物形成的绝缘膜(后文称为SiN膜)，厚度为如100nm，在绝缘膜21上形成，后者包括底栅电极21，衬底22a和底栅极行102。
下一步，通过选择地用光刻方法、干刻蚀方法或类似方法刻蚀底栅电极上的SiN形成膜块绝缘膜25a和25b，他们具有预定结构。
下一步，在包括块绝缘膜25a和25b之上一部分的a-Si膜24p的全部区域，N型硅膜26p，由如包括如磷离子(P+)或类似物的N型不纯离子非晶硅构成，厚度为25nm，通过等离子体CVD方法或类似方法沉积在包括块绝缘膜25a和25b之上一部分的a-Si膜24p的全部区域上。或者，硅膜26可这样形成，在内在非晶硅膜形成后，N型不纯离子可通过离子注入法和热扩散法掺杂入非晶硅膜。
下一步，在第三步，如图16C所示，通过选择地用光刻方法、干刻蚀方法刻蚀a-Si膜24p和N型硅膜26p，在块绝缘膜25a和25b下形成有预定结构的半导体层(沟道层)24a和24b，有预定结构的伸展在块绝缘膜25a的两端的不纯掺杂层26a和26b形成在块绝缘膜24a的两端，有预定结构的伸展在块绝缘膜25b的两端的不纯掺杂层26c和26d形成在块绝缘膜24b的两端。
然后，通过使用光刻技术、干刻蚀方法或类似方法，刻蚀衬底22a上的底栅绝缘膜23，形成暴露衬底22a的上表面的开口部分23a。
在第四步，如图17A所示，通过溅射方法或类似方法形成铬或类似物构成的厚度为50nm的金属层，在底栅绝缘膜23的全部区域上，包括半导体层25a和25b上的一部分，块绝缘膜25a和25b，不纯掺杂层26a,26b,26c和26d，它们在第三步形成。通过光刻方法或RIE方法有选择地刻蚀该金属层，形成伸展在不纯掺杂层26a,26b上的漏电极27a和27c，相对于源电极27b，夹住每个半导体层24a和24b，它们被相互连接到未示出的引行层，安排在预定位置的衬底27x，形成连接漏电极27a到衬底27x的漏行103。这时，通过在底栅绝缘膜23上形成的开口部分23a，同时形成连接到衬底22a的第一底部盘电极层22b。
在第五步，如图17B所示，通过等离子CVD方法或类似方法，厚如150nm的绝缘膜(其后称为顶栅绝缘膜)28形成在底栅绝缘膜23的整个区域上，包括漏电极27a和27c，源电极27b，衬底27x和漏行103，第一底部盘电极层22b。然后，刻蚀第一下电极层22b和衬底27x上的顶栅绝缘膜28，形成暴露第一底部盘电极层22b和衬底27x的开口部分28a和28b。
在第六步，如图1SA所示，通过溅射方法、离子注入方法或类似方法，厚如50nm的如ITO或类似物的透明传导层形成在顶栅绝缘膜28的整个区域上。通过光刻方法、湿刻蚀方法或类似方法有选择地刻蚀该透明传导层，以形成通用的顶栅电极29，形成在以下层之上半导体层24a和24b，安排在预定位置的衬底29a，和连接顶栅电极29和衬底29a的顶栅极行101。这时，形成通过开口部分28a连接到第一下衬底电极层22b的第二下衬底电极层22c和通过开口部分28b连接到衬底27x的第一漏盘电极层27y。
在第七步，如图18B所示，厚如200到800nm的硅氮化物构成的绝缘膜(其后称为保护绝缘膜)30形成在顶栅绝缘膜28的整个区域上，包括顶栅电极29，衬底29a，顶栅极行101，第二底栅电极层22c，第一漏盘电极层27y，刻蚀衬底29a，以形成开口30a,30b,30c，分别暴露出第二底栅电极层22c、第一漏盘电极层27y和衬底29a的上表面。
然后，上述步骤制造的光电传感器阵列100B被安排在盘区域Ap上，如图15所示，且分别通过凸起(外端)Bb,Bd和Bt电连接到图2所示的底栅极驱动器120，漏盘驱动器130和顶栅极驱动器110，连到第二底部盘电极层22c，第一漏盘电极层27y和衬底29a(暴露在开口30a,30b和30c并形成在保护绝缘膜30中)。
结果是，根据制造这种光电传感器阵列的方法，安排在盘区域上的每个盘区域的电极层被层叠且有同样材料与安排在阵列区域的双栅型光电传感器的传导层在同一步形成。因此，与阵列区和盘区域的结构在各自的步骤中形成比较，制造过程(具体地，用光刻或刻蚀技术制模步骤)可被减少(本制造方法为八次)，因此，可尝试减少制造成本和减少制造时间。同时，形成厚的厚度的盘区的电极层，可尝试抑制结构失效和改进与周边电路的接点。
这里，将解释图14和15所示的每个结构的构成上述光电传感器阵列的双栅型光电传感器中的半导体层的激励光实际注入有源区(载体产生区)的结构与用于双栅型光电传感器的光接收灵敏度之间的关系。然后，进行比较和检测。
图19A示出双栅型光电传感器的一个双栅型光电传感器的入射有源区，其中每个器件构成图14所示的光电传感器部分的一半导体层。图19B示出光电传感器阵列中的排列结构。图20是原理图，示出图19A所示的结构的光接收灵敏度的变化(分布特性，以后称为光检测区分布)。还有，图21A示出双栅型光电传感器的入射有源区，其中每个器件构成图14所示的光电传感器部分的两半导体层。图21B示出光电传感器阵列中的排列结构。图22是原理图，示出图21A所示的结构的光电传感区分布。这里，图20和22原理性所示的光电传感区分布示出能在半导体层中心获得预定光接收灵敏度，但分布未严格示出光接收灵敏度的分布范围。
如图19A所示，应用于光电传感器阵列100B的双栅型光电传感器10A的平面结构包括下和顶栅极行101,102，相对于在半导体层24下形成的底栅电极22，和在半导体层24上形成的顶栅电极，整体在x方向(图中的水平方向)伸展。
进一步，漏行103和源行104，相对于在半导体层24两端上形成的相互相对的漏电极27a和源电极27b，整体在y方向(图中的垂直方向)伸展。
在有这种平面结构的双栅型光电传感器10A中，根据光量的漏电流Ids有由下列数学表达式表示的关系Ids∝W/L…(1)这里，如图14和19A所示，符号W和L分别表示半导体层24的沟道宽度和沟道长度。该数学表达式(1)表示的关系中，漏电流可较大，以增加亮光和暗光间的电压比，因此，双栅型光电传感器10A的灵敏度可为期望那么大，期望W/L大于等于3，更期望W/L大于等于7，以足够判断预充电的漏电压中的漂移带来的光亮度和暗度。
另一方面，如果双栅型光电传感器10A用于作为根据外部入射的激励光而集聚的电荷的光电传感器，清楚知道，光接收灵敏度主要取决于激励光入射在暴露在漏电极27a和源电极27b之间的半导体层24的部分上的入射有源区的面积，即为实际取决于半导体层的沟道长度L的方向和半导体层的沟道宽度W的方向。
这里，由于漏电极27a和源电极27b不透可见光，产生对漏电流有效的载体的半导体层24的入射有源区是夹于漏电极27a和源电极27b之间的区域。该区域用漏电极27a和源电极27b在x方向的距离K和在y方向的沟道宽度W校准(定义)。
以这个方法，由于光电传感器的灵敏度取决于沟道，和W和沟道长度方向的长度K，晶体管源漏电流值Ids取决于沟道宽度W和沟道长度L之间的比，该方法中需要W/L的设计值尽可能大。然而，W/L被设置为大值时，图14和19A所示的双栅型光电传感器10A的平面结构成为矩形结构，其中，沟道宽度方向(或半导体层24在经度方向)的长度W不可避免地大，沟道长度方向(或半导体层24在宽度方向的尺寸)的长度K小。因此，有高光接收灵敏度的光电传感区中的分布被偏离到相对于x方向的y方向。
特别地，由于半导体层24的入射有源区假设为矩形结构，半导体层24上的光电传感分布不可避免地成为垂直长区Ea(有大致类似于半导体层24的入射有源区的结构)，伸展在半导体层24在经度方向(图中的垂直方向，y方向)。能获得相对图中的水平方向(x方向)的希望的光灵敏度的区域的特性是，该区域在y方向较窄。
结果，作为在x和y方向的光电传感区的偏离的结果，来自主体的亮暗信息(读图象)在失真状态被读出。因此，不能同时实现高光接收灵敏度和抑制失真的良好的图象信息读操作。
进一步，构成这种双栅型光电传感器10A的光电传感器阵列100A的平面结构为这样，例如，如图19B所示，考虑在相互垂直的x和y二方向(行和列方向)排列双栅型光电传感器10A为有预定斜度(Pitch)Psp的等间隔格子(矩阵)样结构，进一步，来自绝缘衬底(玻璃衬底)21的表面侧的光能通过胶乳中的器件间的区域Rp被加到主体。为向主体加足够量的光，需要保证器件间的区域Rp尽可能大。
另一方面，如图21A所示，图15所示的应用于光电传感器阵列100A的双栅型光电传感器10B的平面结构为其中，相对底栅电极22和顶栅电极29，伸展在x方向(图中的水平方向)的底栅极行102和顶栅极行101整体形成。然后，相对平行排列形成和伸展在半导体层24a和24b之间的源电极27b，整体形成伸展在y方向(图中的垂直方向)的源行104。进一步，光电传感器的结构为面对源电极27b，相对各自形成在两个半导体层24a和24b另一端上的漏电极27a和27c，整体形成伸展在y方向(图中的垂直方向)的漏行103。
在有这种平面结构的双栅型光电传感器10B中，通过允许宽度方向(经度方向)位于相对的位置，两个半导体层24a和24b连续沿沟道长度方向平行排列。因此，半导体层用漏电极27a和27b和源电极27b校准。用漏电极27a和27b和源电极27b校准的半导体层24a和24b中的入射有源区的沟道宽度方向的长度由W表示，沟道长度方向的长度分别由K1和K2表示。半导体层24a和24b的入射有源区的经度长度(沟道宽度方向的长度)被设置为W，入射有源区的宽度尺寸被设置为长度K1和K2。另一方面，半导体层24a的光接收灵敏度假设为大致宽W长K1的矩形结构，而半导体层24a的光接收灵敏度假设为大致宽W长K2的矩形结构。作为双栅型光电传感器10B，用两矩形结构表示的区成为入射有源区。
在这种情况中，作为在半导体区24a和24b的每一个中的入射有源区的结构(有垂直长度W和水平长度K1的矩形区和有垂直长度W和水平长度K2的矩形区的合成结构)成为类似于正方形结构，可修正到半导体层24a和24b的激励光的入射角引起的光接收灵敏度的变化。
即，器件作用于这样的方式，即沟道宽度方向的长度W和沟道长度方向的长度和(K1+K2)的比(W/(K1+K2))越来越趋于1，如图22所示，来自x方向角度(箭头A；详细地，分别集中在x方向的±45°区域)的分别在半导体层24a和24b上的光入射灵敏度，与来自y方向(箭头B；详细地，分别集中在y方向的±45°区域)的分别在半导体层24a和24b上的光入射灵敏度成为相等。因此，可修正光接收灵敏度的变化(方向性)，且由于光电传感区的分布在x和y方向有大致相等的分布(接近正方形的矩形)，可获得区域E。
这里，在沟道宽度方向的长度W和沟道长度方向的长度和(K1+K2)的比(W/(K1+K2))中，影响双栅型光电传感器10B的光接收灵敏度的长度和(K1+K2)可由一个器件中形成的半导体层数中的半导体层的入射有源区的长度Ki的总和∑Ki取代。
图19A和19B中所示的结构也有同样结果。图21A所示的结构中，不用说入射光的方向性可进一步对准。进一步，除图21A和22中的条件外，当由在一组半导体层24a和24b在y方向的入射有源区的两端部定义的两边和由在一组半导体层24a和24b在y方向的入射有源区的两端部定义的两边围绕的区域(漏电极27a和半导体层24a的入射有源区之间的边界，漏电极27c和半导体层24b的入射有源区之间的边界之间的边界)趋于正方形结构，从光接收灵敏度的平衡角度看，结构较理想。
图15和21A所示的双栅型光电传感器10B中，基于光量的漏电流Ids通常有下列关系。
Ids∝W/L1+W/L2…(2)这里，符号W表示半导体层24a和24b的沟道宽度，符号L1和L2分别表示半导体层24a和24b的沟道长度。设置两半导体层24a和24b中的沟道长度为L1=L2=L。基于上述数学表达式(2)，与图19A所示的双栅型光电传感器10A相比，由于源漏电流Ids理论上可加倍，改善晶体管特性。
结果，这种双栅型光电传感器10B被排列为图21B所示的类似矩阵的结构，以构成光电传感器阵列100B，导致光电传感区的分布一致，可实现有好的晶体管特性的光接收区的光电传感器阵列，和用于二维图象的读装置，且在读二维图象时抑制变形。
进一步，在上述双栅型光电传感器10B中，大大提高了晶体管特性，甚至在很少入射光时，能很好进行读亮暗信息的读操作。因此，能减少(抑制)读装置上的表面光源上的照度，减少二维图象读装置的耗电量。在表面光源上的照度设置为固定电平时，提供能大大减少光集聚时间的读装置，也改善晶体管特性，该装置在读二维图象时是杰出的。
进一步，产生相对等于在双栅型光电传感器10A情况下的电流上的剩余光，大大改进了晶体管特性。因此，光电传感器的运行能通过最小化加到顶栅电极和底栅电极以抑制这种开启电流的驱动电压的最大值和最小值之间的差来控制，因此，双栅型光电传感器中的变化能通过减少驱动电压而抑制，因此，维持(延长)光电传感器阵列的可靠性和寿命。
在图19A和21A所示的双栅型光电传感器10A和10B中，每个用于相互连接顶栅电极29的顶栅极行101被分为多个行(实施例中为两行)，相互以相邻双栅型光电传感器之间的平面方式布置，且平行排列地伸展于行宽和行厚度在y方向以相等(均衡)关系伸展。即，双栅型光电传感器的结构为相对于伸展到大致连接双栅型光电传感器的中心部分的底栅极行102，排列和形成顶栅极行101为大致以对称关系垂直于行方向。
在这个方法中，与底栅极行102分开沿实际作为轴的x方向形成的顶栅极行101为行性结构。因此，当通过顶栅极行101衰减的光入射在半导体层24:24a,24b上时，y方向的入射对称能被统一。进一步，由于漏行104侧实质具有行性对称结构，当通过顶栅极行101衰减的光入射在半导体层24:24a,24b上时，x方向的入射平衡能被统一。
结果，由于顶栅极行被分开，因此光入射平衡(balance)在垂直方向(y方向)和水平方向(x方向)都成为相等，传感光的校准平衡能是有利的。进一步，在垂直方向(y方向)在相互排列在相邻光电传感器之间的顶栅极行101与底栅极行102之间实质上不出现重叠，因此，在顶栅极行101与底栅极行102之间，无寄生电容产生。因而能抑制信号时延和电压下降。(第二实施例)下面将参照
根据本发明的光电传感器阵列的第二实施例。
图23是显示根据本发明的第二实施例的光电传感器阵列的一部分的剖面图。图24是显示提供有图23所示的光电传感器阵列的光电传感器系统的一个范例的示意性结构。这里，将说明这样一种情况，即其中使用了与图15中显示的结构相同的双栅型光电传感器。为了说明的目的，显示出在该阵列区域上只形成单个的双栅型光电传感器的情况。与上述实施例(图15)相同的结构由相同的参考标号表示并且省略对其的说明。
根据第二实施例的光电传感器阵列100C具有这样的结构，即在保护绝缘膜30上形成静电放电和接触传感电极，作为图15所示的光电传感器阵列100B中的最上面一层30，构成最上层的各电极层在与静电放电和接触传感电极的同一步骤中且采用与之相同的材料在盘部分被叠制形成。
具体地，如图23所示，根据第二实施例的光电传感器阵列100C包括一静电放电和接触传感电极31，它由诸如ITO等透光材料形成在保护绝缘膜30的阵列区域As上，形成为图15所示的光电传感器阵列100B的最上一层，并且该光电传感器阵列具有这样的结构，即由相同的导电材料(例如ITC)构成的电极层22d、27z和29b分别被形成在保护绝缘膜30的盘区域Ap的断开部分30a、30b和30c中，作为静电放电和接触传感电极31。
也就是说，在底栅盘部分Pb，第三底部盘电极层22d被叠制以便与暴露在断开部分的内部的第二底部盘电极层22c连接，该断开部分形成于保护绝缘膜30中。在漏栅盘部分Pd，第二漏栅盘电极层27z被叠制以便与形成在保护绝缘膜30中的断开部分内部暴露的第一漏栅盘电极层27y连接。在顶栅盘部分Pt，顶栅盘电极层29b形成在基盘29上与其电连接，后者暴露在形成在保护绝缘膜30中的断开部分的内部。
光电传感器阵列100B包括第二底部盘电极层22c和第一漏栅盘电极层27y。但是，光电传感器阵列100B可以包括以上两层中的任意一层。虽然未示出，源盘组141可以形成为与位于漏盘部分Pd的基盘27x、第一漏盘电极27y和第二漏盘电极层27z相似的叠制三层结构。或者源盘组141可以具有一层或两层结构，包括与基盘27x第一漏盘电极27y和第二漏盘电极层27z相似的任意一层或两层。
制造具有上述结构的光电传感器阵列100c的方法是在图16a到18b所示的制造过程中在形成图15所示的传感器阵列100b之后位于保护绝缘膜30的整个区域之上的具有厚度为50nm透明的导电膜(诸如ITO等)在第8步骤通过溅射和湿蚀刻方法形成。这样通过以影印石版术和离子移植法选择性的蚀刻透明导电层在阵列区域Aa上形成静电放电和接触传感电极31。在此步骤中还经盘区域Ap的断开部分30a形成与第二底盘电极层22c连接的第三底盘电极层22d，经断开部分30b形成与第一漏盘电极层27y连接的第二漏盘电极层27x，经断开部分30c形成与基盘29a连接的上盘电极层29b。
光电传感器阵列100c具有三层结构，包括第三底盘层22d，第二漏盘电极27z和顶盘电极层29z。但是该光电传感器阵列100c可以只有其中一层或两层。
虽然未示出，源盘组141可以与漏盘部分Pd的基盘27x，第一漏盘电极层27y和第二漏盘部分27z相同的方式形成为三层结构，或者该源盘组141可以包括基盘27x这样的一层结构，包括基盘27x和第一漏盘电极层27y或基盘27x和第二漏盘电极层27z这样的两层结构，或包括第一漏盘电极层27y和第二漏盘电极层27z这样的两层结构。
以上述步骤制造的光电传感器阵列100C如图23所示设置在盘区域Ap中，并且连接到底栅驱动器120、漏极驱动器130和顶栅驱动器110，这通过经第三底盘电极层22d、第二漏盘电极27z和顶盘电极层29b连接外部端子Bb、Bd和Bt完成。
根据这样的光电传感器阵列100c以及其制造方法，可以获得与第一实施例相似的性能和效果。此外由于利用静电放电和接触传感电极使放置在光电传感器阵列上的电荷放电，可以避免构成该传感器阵列的双栅型光电传感器的掉电和操作故障。
如图24所示，静电放电和接触传感电极31形成在例如阵列区域Aa的整个表面上，在阵列区域上放置有手指。当由于手指所具有的寄生电容而延迟的信号被读取以与接触检测器150连接时，用于输出光电传感器阵列的驱动启动信号时，该静电被迫接地以防止驱动器110、120、130等与充有静电的手指的触点断接。
这里如图25所示，当充有静电的手指FN与静电放电和接触传感电极31连接时，为防止由于静电顶栅驱动器110、顶栅驱动器120和漏栅驱动器130的断接，接触检测器150从其到地传送静电并输出连接确认信号Pd。控制器160输出信号φh到光源140使光源140开始发光。于是当光源140向阵列区域Aa发光时，控制器160输出控制信号φtg、φbg和Vpg用来控制顶栅驱动器110、底栅驱动器120和漏栅驱动器130的操作，接收电压Vout，该电压根据入射到双栅型光电传感器上的光hv的量偏置一个差值，该差值是手指FN的手印的发射(projection)和退出(recession)之间的差值，生成该手指的手印图像数据并确认该生成的图像数据是否与寄存的图象数据一致。
下面将说明本发明的操作范例。静电放电和接触传感电极31处于手指FN不与静电放电和接触传感电极31接触的状态时表示为图26所示的相应电路。这里，LN显示一电阻Rx和一浮动电容Cx，其中在该电容中综合有静电放电和接触传感电极31与P通道MOS晶体管(下面简单地称为P晶体管)216之间的电容、P晶体管216的电容和电阻Rh1的电容。另一方面，静电放电和接触传感电极31处于手指FN与静电放电和接触传感电极31接触的状态时的相关部分用图27所示的相应电路表示。一个人的手指FN具有预定范围内的电容Cy和电阻Ry，并且在手指FN与静电放电和接触传感电极31之间生成电阻r。电阻器Rh1以这样的方式构成，即电阻器Rh1在数千伏电压下是可导的但在Vdd充分低于该静电的情况下是不可导的。
图28是本方面用于的光电传感器系统的基本结果图。在阵列区域Aa的上表面上，形成静电放电和接触传感电极31，并且静电放电和接触传感电极31连接到高压Vdd一侧。
接触检测器150包括用于生成各种信号的信号生成器213；反用换流器217，它包括N通道MOS晶体管(下面称为N晶体管)215、P晶体管216和位于晶体管间的引行电阻器214；CMOS反用换流器218；确定信号生成器219；判断电路220；电阻器Rh1和电阻器Rh2。
信号生成器213输出具有预定周期(例如21Hz)的方波信号Pa、具有预定周期(例如1024Hz)的时钟脉冲Pφ。方波信号Pa在N晶体管215和P晶体管216每一个的门极输入以控制每个晶体管的开关。P晶体管216的源极和静电放电和接触传感电极31连接到高压Vdd一侧。然后CMOS反转器217的输出端经电阻器Rh2连接到静电放电和接触传感电极31。N晶体管21的源极一侧接地。电阻器Rh2具有这样的结构，即电阻器Rh2在数千伏电压下可导电(且与电阻器Rh1的情况类似)但在Vdd充分低于该静电的情况下是不可导的。因此手指FN的静电荷经晶体管215和216任一个传到地。但是电源电压Vdd不经过静电放电和接触传感电极31提供到CMOS反转器218。
CMOS反转器217的输出信号被反转作为到其它CMOS反转器218的输入信号。反转器21的输出信号Pb被送到确定信号生成器219，其中方波信号8a和时钟信号Pd从信号生成器输入。确定信号生成器219的详细结构将在后面说明。确定信号生成器219这样构成，即在预定时间输出用于判断手指是否接触传感电极31的确定信号。确定信号Pc送到确定电路220，其中反转器218的输出信号作为确定信号Pb输入到确定电路220。当确定信号Pc输入时确定电路220检测该确定信号Pb在哪一个二元逻辑电平上以判断是否存在手指接触，由此当判断出有手指接触时输出一个接触确认信号Pd。该接触确认信号Pd送到控制器160(图24)。然后，当接触确认信号Pd处于高电平时控制器160输出控制信号φh,φtg,φbg和Vpg用于驱动光电传感器阵列。
这里将说明由信号FN接触的光电传感器系统的一个传感操作。开始，当方波信号Pa以高电平从信号生成器213输出时，如图29a所示，此时手指不与静电放电和接触传感电极31接触，CMOS反转器217的输出是方波信号Pa的反转信号。由于该反转信号受静电放电和接触传感电极31和P晶体管216之间的浮动电容Cx的影响不可能得到与方波信号Pa完全相反的反转信号。于是反转器218的门限的时限被延迟，反转器218的输出信号Pb在浮动电容成分Cx的影响下相对于浮动电容成分Cx延迟时间Tx输出到方波信号Pa，如图29B所示。
相反在手指FN与静电放电和接触传感电极31接触时，人体的接触电容成分Cy形成。由于这个接触电容成分Cy并行地连接到浮动电容成分Cx，反转器218的输出信号相对于该浮动电容成分Cx和接触电容Cy的合成电容延迟时间(Tx+Ty)而输出到方波信号Pa，如图29C所示。
因此事先存储对应于浮动电容成分Cx的延迟时间Tx。于是如图29D所示，当确定信号生成器219以这样的方式构成时，即确定信号Pc在Tx之后的一小段时间以后被输出时，若确定信号Pc已经在确定电路220中升高，有可能根据确定信号Pb是处于高电平还是低电平来判断是否存在人体接触。
由于以上原因，确定信号生成器219和确定电路如图30所示来构成。也就是说，在确定信号生成器219中，输出端子S是用于存储浮动电容Cx的测试端子。当按键型开关构成的清除键被操作时，信号“1”被输入，该键例如被设置在光电传感器系统上。来自输入端子S的信号Ps送到NAND门221。确定信号Pd也输入到NAND门221。当来自输入端子的信号为低电平时从NAND门221得到高电平的输出信号以输入到AND门222。AND门222在NAND门221的输出信号和方波信号Pa都处于高电平时释放规则，并输出时钟信号P以输入到计数器223。
计数器223在方波信号Pa的高电平复位以执行AND门222的输出信号Pe(时钟信号Pφ)的计数操作。此外，NAND门221的输出信号作为写指令信号经反转器224输入到存储器225的时钟输入端子。由此得到来自NAND门221的输出信号，计数器223的内容写到存储器225中。然后，在正常使用时，计数器223的内容n和内容m被送到比较器226以便比较二者的大小，其中内容n是随着时钟信号Pφ顺序地计数的，内容m是已经预设在存储器225中的。每当计数器223的内容被计数时，比较器226检测计数器223和存储器225中的内容是否变成n＞m。然后比较器226这样地构造，即当比较器检测建立了关系n＞m时，确定信号Pc被输出。
确定电路220含有触发器227。确定信号Pb输入到触发器227的设定输入端子。此外，确定信号Pc输入到时钟输入端子。然后从触发器227的Q侧的输出端子取出接触键31的操作信号Pd。
下面，将说明一具体的操作。开始，在使用时，清除键被操作以便确定由于浮动电容Cx产生的延迟时间Tx，如图29B所示。也就是说，如图31A所示的，当清除键被操作时，高电平信号Ps经输入端子S被送到确定信号生成器219的NAND门221。由于此高电平，NAND门221的输出信号变为高电平直到确定信号Pb升高。当方波信号Pa变为高电平时，如图31B所示，计数器223同时被复位，然后当图31C所示的时钟信号的高电平数目开始被计数时，计数器223复位。方波信号Pa变成高电平后，当确定信号Ps已经升高，并具有图31D所示的时间延迟Tx时，NAND门221的输出信号变为低电平。于是，计数器223的计数操作暂停，反转器224的输出信号变为高电平。由此在确定信号Pb的上升时间计数器223的内容写入到存储器225中。也就是说，如图31E所示，计数器223计数AND门222的输出信号Pe的高电平数目。因此，直到确定信号的上升时间计数器223的内容变为“K”。然后，此值“K”被写入到存储器225中。偶然地，写入到存储器225中的内容“K”是对应于延迟时间Tx的一个值，Tx是由于浮动电容成分Cx的影响产生的确定信号Pb相对于方波信号Pa的延迟。但是，由于延迟时间Tx是与光电传感器系统有关的一个值，当该数据事先输入时不需要这些测量。
下面说明手指接触的检测操作。图32A到32F是人体不与静电放电和接触传感电极31接触时每种信号的输出波形图。这里，如图32A所示，信号Ps被设定为低电平，并示出未操作清除键。于是，在人体不与静电放电和接触传感电极31接触的状态下，确定信号Pb相对于方波信号Pa的延迟时间Tx对应于浮动电容成分Cx。在此状态下，在比较器226中，当计数器223的内容超过存储器225的内容时，即第(K+1)个时钟信号Pφ计数到计数器223使得计数器223的内容相对于存储器225的内容“K”变为“K+1”时，确定信号Pc如图32E所示输出。
当确定信号Pc上升时，如图32D所示，由于确定信号Pb已经变为高电平，具有高电平的确定信号被输入到触发器227的设定输入端子S以便设定该触发器227。由此来自触发器227的Q侧输出端子的接触确认信号Pd确定地变为低电平，既使当触发器227的电平是高电平或低电平。然后，当控制器160接收到该接触确认信号Pd时，当高电平确定信号Pc被输入时以一个固定的时间段输出。于是，当接触确认信号Pd被检测是低电平时，驱动信号不提供到驱动器110、120和130和光源140。
图33A到33F是人体接触静电放电和接触传感电极31的情况下的输出波形图。当手指等接触静电放电和接触传感电极31时，就会有人体接触电容成分Cy。这样，驱动信号Pb相对于方波信号Pa的延迟时间就对应于浮动电容成分Cx和接触电容成分Cy，于是该延迟时间变为(Tx+Ty)。如前所述，当计数器223的内容相对于存储器225的内容“K”变为“K+1”时，从比较器226输出确定信号Pc，如图33E所示。当确定信号Pc升高时，如图33D所示，确定信号Pb不是处于高电平而是低电平。因此，触发器227处于复位状态以便高电平的接触确认信号Pd从触发器227的输出端子的Q侧被取出，如图33F所示。然后，当高电平的确认信号Pc被输入时，控制器160接收经过一段固定的时间周期的输出的接触确认信号Pd。当检测到接触确认信号Pd处于高电平时，驱动信号被提供到驱动器110、120、130和光源140，以便启动光电传感器阵列的驱动来确认手印。
以此方式，由于浮动电容成分引起的确定信号Pb相对于方波信号的延迟时间，即相对于静电放电和接触电极，非接触时间的延迟时间由清除键的开关操作事先存储。然后确定该确定信号是否比延迟量延迟来检测手指的接触。由此，既使在改变了浮动电容充分的情况下，此时的浮动电容充分在接触输入之前立即通过清除键的操作被存储。由于在后续的接触输入中人体的电容充分Cy被加到存储的浮动电容成分上，该开关检测操作可以被确实地执行而不受浮动电容成分Cx的影响。(第三实施例)下面将参照附图来说明依据本发明第三实施例的光电传感器阵列。
图34是示出了依据本发明第三实施例的部分光电传感器阵列的剖面图。这里，需要说明的是，具有两个半导体层的双栅型光电传感器以与图15所示的结构相同的方式工作，其中由半导体层构成每个器件的光电传感器部分。另外，为了便于说明起见，图中只示出了一个形成于阵列区之上的双栅型光电传感器。而且，用相同的附图标记表示与上述实施例(图15)相同的结构，并省略对该结构的说明。
如图34所示，该结构示例中的光电传感器阵列100D包括一个阵列区Aa和一个盘区Ap。在阵列区Aa中，多个光电传感器(为便于说明起见，图34中只标出了一个)按照矩阵形结构排列在绝缘衬底21上，这些传感器包括一个半导体层24d，由一个非晶硅或类似物构成，用于在可见光入射到其上时生成电子空穴对；块绝缘膜25a和25b位于两个区域上，其构成了半导体层24a的一个沟道区；一个掺杂层26f位于块绝缘膜25a和25b之上；通过将每个块绝缘膜25a和25b(沟道区)夹在中间而与掺杂层26f相对的掺杂层26e和26g分别位于每个块绝缘膜25a和25b的端部并在一个未示出的部分连接；一个在掺杂层26f上延伸的源极27b，位于块绝缘膜25a和25b之间并形成于块绝缘膜25a和25b之上；通过将每个块绝缘膜25a和25b(沟道区)夹在中间而与源极27b相对的漏极27a和27c，形成于掺杂层26e和26g之上，并与一个未示出的部分电连接；一个顶栅极29经过一个共用顶栅绝缘膜28而形成于块绝缘膜25a和25b(沟道区)之上；以及一个底栅极22经过一个共用底栅绝缘膜23而形成于块绝缘膜25a和25b(沟道区)之下。
在盘区Ap中，一个在从底栅极22延伸出的底栅行102端部上形成的底栅盘部分Pb，一个在从漏极27a延伸出的漏极行103端部上形成的漏极盘部分Pd和一个在从顶栅极29a延伸出的顶栅行101端部上形成的顶栅盘部分Pt分别按照预定的间距排列。其中，在漏极行103和漏极盘部分Pd的下面，是为进行延伸而形成的半导体层24e和具有相同结构的掺杂层26h，而半导体层24f和掺杂层26i甚至可以位于底栅盘部分Pb的附近。
因而，用于依据第三实施例的光电传感器阵列100D的双栅型光电传感器具有这样的结构在绝缘衬底21上并行连接和排列着第一和第二双栅型光电传感器。第一双栅型光电传感器包括一个第一上MOS晶体管和一个第一下MOS晶体管，所述第一上MOS晶体管由半导体层24d、漏极27a、源极27b、顶栅绝缘膜28和顶栅极29构成，而第一下MOS晶体管由半导体层24d、漏极27a、源极27b、底栅绝缘膜23和底栅极22构成，位于漏极27a和源极27b之间的半导体层24d被用作一个共用沟道区。第二双栅型光电传感器包括一个第二上MOS晶体管和一个第二下MOS晶体管，所述第二上MOS晶体管由半导体层24d、源极27b、漏极27c、顶栅绝缘膜28和顶栅极29构成，而第二下MOS晶体管由半导体层24d、源极27b、漏极27c、底栅绝缘膜23和底栅极22构成，位于源极27b和漏极27c之间的半导体层24d被用作一个共用沟道区。
在具有如此结构的光电传感器阵列100D中，由于能够以比上述实施例(图15所示)更厚的结构来形成盘部分(特别是漏极盘部分)的叠制结构，从而能够进一步抑制结构故障，并且能够进一步改进与驱动器侧凸块的接点。另外，半导体层24d和24f以及掺杂层26e和26i被延伸，以形成位于漏极行103、漏极盘部分Pd、半导体层24d和掺杂层26e下面的层。这样，能够减少上一层上顶栅绝缘膜28和顶栅极29的生成步，并抑制绝缘性能和信号传输性能的恶化。
尽管光电传感器阵列100D同时具有第二底盘电极层22c和第一漏极盘电极层27y，但是光电传感器阵列100D也可以具有这两层中的任何一层。虽然没有示出，一组源片141也可以具有与第一漏极层27y和漏极盘部分Pd的基盘27x相同的两层结构。可替换的，源片组141也可以具有由同于基盘27x的层构成的单层结构。
下面，将详细说明制造具有上述结构的光电传感器阵列的方法。
图35到37是示出了用于制造一个具有上述结构的光电传感器阵列的方法中的每个步的断面图。在前面的说明中，指定的“第一步”到“第六步”只是为了便于说明，而该指定与实际的制造工艺无关。而且，关于与上述实施例相同的结构和制造工艺的解释将被简化。
在第一步，如图35A所示，在诸如玻璃衬底之类的绝缘衬底21上形成厚度例如为100nm(1000A)的铬金属层或类似物之后，这个金属层被选择性地蚀刻而形成一个具有预定结构的底栅极22，一个基盘22a，和一条底栅极行102。
接着，在绝缘衬底21的整个区域上，形成一个由氮化硅等构成的厚度为250nm的底栅绝缘膜23，一个厚度为50nm的a-Si膜24p，和一个厚度为100nm的SiN膜。
接着，通过选择性地蚀刻位于由a-Si膜24p构成的一个区域之上的SiN膜而形成具有预定结构的块绝缘膜25a和25b。而且，在包括块绝缘膜25a和25b的a-Si膜24p上的这个区域上，沉积出例如厚度为25nm的n型硅膜26p，它们形成了包含诸如磷离子等n形杂质离子的非晶硅。也可以通过在形成一个纯非晶硅膜之后，利用离子注入方法或热扩散方法将n型杂质离子引入非晶硅膜而得到n型硅膜26p。
接着，通过蚀刻基盘22a上的底栅绝缘膜23、a-Si膜24p和n型硅膜26p，形成一个开口部分23a，其中基盘22a被暴露在外。
接着，在第二步，如图35B所示，在掺杂层26p的整个区域上形成一个厚度为50nm的铬金属层或类似物27p。此处，该金属层27p的形成是为了通过在底栅绝缘膜23、a-Si膜24p和n型硅膜26p上形成的开口部分23a与基盘22a相连接。
接着，在第三步，如图36A所示，选择性地蚀刻在第二步形成的金属层27p、a-Si膜24p和n型硅膜26p，以便形成一个在块绝缘膜25a和25b(沟道区)上伸出的源极27b、将块绝缘膜25a和25b(沟道区)夹在中间而与源极27b相对伸出的通过未示出的电行层彼此相接的漏极27a和27b、排列在预定位置上的基盘27x以及用于连接漏极27a和基盘27x的漏极行103。还在开口部分23a上或其附近形成具有预定结构的第一底盘电极层22b。
此时，在形成诸如漏极27a和27c以及源极27b等导电层的同时，在导电层的下层中，掺杂层26e,26f和26g以及半导体层24d被构图为具有相同的结构。在底栅极22上形成半导体层24d，包括一个形成有漏极27a和27c以及源极27b的区域，和一个构成了沟道区的区域。在漏极行103的下层上，形成了与漏极行103具有相同结构的掺杂层26h和半导体层24e。在基盘27x的下面，形成了结构与基盘27x相同的掺杂层26i和半导体层24f。
接着，在第四步，如图36B所示，在覆盖了漏极27a和27c、源极27b、基盘27x、漏极行103以及包括第一底盘电极22b的底栅绝缘膜23的整个区域上形成了厚度例如为150nm的由氮化硅等制成的顶栅绝缘膜28之后，通过蚀刻在第一底盘电极层22b和基盘27x上的顶栅绝缘膜28而形成开口部分28a和28b，其中第一底盘电极层22b和基盘27x被暴露在外。
接着，在第五步，如图37A所示，在覆盖了顶栅绝缘膜28、一个伸出的顶栅极29和上述形成的半导体层24的整个区域上形成一个厚度例如为50nm的诸如ITO等的透明电极层之后，形成一个排列在预定位置上的基盘29a和一条用于连接顶栅极29和基盘29a的顶栅行101。此时，同时形成了通过开口部分28a与第一底盘电极层22b连接的第二底盘电极层22c和通过开口部分28b与基盘27x连接的第一漏极盘电极层27y。
接着，在第六步，如图37B所示，例如，在覆盖了顶栅极29、基盘29a、顶栅极行101、第二底盘电极层22c和包括了第一漏极盘电极层27y的顶栅绝缘膜28的整个区域上形成一个厚度例如为200到400nm的由氮化硅或其类似物构成的保护绝缘膜30。然后，通过蚀刻第二底盘电极层22c、第一漏极盘电极层27y和基盘29a上的保护绝缘膜30，形成开口部分30a,30b和30c，其中第二底盘电极层22c、第一漏极盘电极层27y和基盘29a分别暴露在外。
然后，按照上述工艺制造的光电传感器阵列100D，如图34所示，第二底盘电极层22c、第一漏极盘电极层27y和基盘29a通过保护绝缘膜30上所形成的开口部分30a、30b和30c而与底栅驱动器、漏极驱动器的凸块(外部端子)Bb、Bd和Bt接合。
从而依据这种制造光电传感器的方法，采用相同的材料和相同的步骤就能够制造出阵列区和盘区。此外，还简化(在本制造工艺中简化了七倍)了制造工艺过程(特别是利用光刻技术和蚀刻技术的构图步骤)，从而降低了制造成本并缩短了制造时间。而且，以较厚的厚度形成了盘部分中的电极层(特别是漏极盘部分)，从而能够抑制结构损坏并改进与具有凸块的外围电路的连接。此外，由于半导体层和掺杂层延伸了漏极行和漏极盘部分的下层，所以能够减少位于上层和导电层上的绝缘层中的生成步骤，从而抑制绝缘性能和传输性能的恶化。
<第四实施例>
下面将参照附图来说明依据本发明第四实施例的光电传感器阵列。
图38是示出了依据本发明第四实施例的部分光电传感器阵列的断面图。这里，需要说明的是，双栅型光电传感器采用与图34所示的结构相同的结构。为了便于说明起见，图中只示出了一个形成于阵列区之上的双栅型光电传感器。而且，用相同的附图标记表示与上述实施例(图23，图34)相同的结构，并简化对该结构的说明。
在图34所示的光电传感器阵列100D的结构中，依据第四实施例的光电传感器阵列100E也具有这样的结构，使得在最上层形成的保护绝缘膜30的阵列区Aa上，一个由具有光传输特性和加在其上的电势的诸如ITO之类的导电膜构成的静电放电和接触传感电极31与由与静电放电和感应电极31相同的导电材料(例如ITO)制成的电极层(第三底盘电极层22d，第二漏极盘电极层27z和顶盘电极层29b)被迭放在一起，以便通过在保护绝缘膜30的盘区Ap上形成的开口部分30a,30b和30c(参看图34)与第二底盘电极层22c,第一漏极盘电极层27y和基盘29a连接。
制造具有这样结构的光电传感器阵列的方法是这样的在通过图35到37所示的制造工艺形成了图34所示的光电传感器阵列结构之后，在第七步中在保护绝缘膜30的整个区域上形成一个厚度例如为50nm的透明导电膜，如ITO等；然后通过选择性地蚀刻该透明导电层而在阵列区Aa上形成静电放电和感应电极31；形成通过盘区Ap的开口部分30a而与第二底盘电极层22c连接的第三底盘电极层22d，通过开口部分30b与第一漏极盘电极层27y连接的第二漏极盘电极层27z以及通过开口部分30c与基盘29a连接的底盘电极层29b。
该光电传感器阵列100E具有第三底盘电极层22d，第二漏极盘电极层27z和顶盘电极层29b。但是，该光电传感器阵列可以只具有其中的一种或两种电极层。虽然图中没有示出，源极盘组141可以是包含了漏极盘部分Pd的基盘27x、第一漏极盘电极层27y和第二漏极盘电极层27z的三层结构。可替换地，源极盘组141也可以是由基盘27x构成的单层结构，或由基盘27x和第一漏极盘电极层27y构成的双层结构，或由基盘27x和第二漏极盘电极层27z构成的双层结构，或由第一漏极盘电极层27y和第二漏极盘电极层27z构成的双层结构。
如图38所示，通过将凸块Bb、Bd和Bt接合到排列在盘区Ap上的第三底盘电极层22d、第二漏极盘电极层27z和顶盘电极层29b中的每一个上，而使按照上述步制造出的光电传感器阵列100E被连接到底栅极驱动器120、漏极驱动器130和顶栅极驱动器110上。
依据这种光电传感器阵列100E的结构和制造该阵列的方法，能够得到与上述实施例相同的效果和作用。此外，由于静电放电和接触传感电极放掉了位于光电传感器阵列中的物体上所充的电荷，从而有利防止了静电击穿和形成光电传感器阵列的双栅型光电传感器的工作故障。
在第四实施例中，已经对在阵列区的保护绝缘膜上形成了一个静电放电和接触传感电极的结构进行了说明。如上述实施例(图24)所示，光电传感器阵列也可以以这种方式构成形成被分成多个的静电放电和接触传感电极以对物体放电和充电，同时根据由静电放电和接触传感电极之间的短路而引起的电压变化来控制每个驱动器的工作。
下面，参照附图对依据本发明的光电传感器阵列的另一种结构进行说明。
图39是示出了采用该结构示例的其它双栅型光电传感器的结构示意图，其中每个器件具有三个半导体层，这些半导体层构成了一个光电传感器部分。图41是示出了一个光电传感器阵列的平面结构图，其中双栅型光电传感器被排列成矩阵形。此处，用相同的附图标记表示与上述实施例相同的结构并简化其说明。
如图39和40所示，采用此结构示例的双栅型光电传感器包括并行排列的半导体层24a,24b和24c；一个在半导体层24a和24c之上形成的源极27b；一个在半导体层24a和24c之上形成的漏极27c；一个将半导体层24a夹在中间而与源极27b相对形成的漏极27a；一个将半导体层24c夹在中间而与漏极27c相对形成的源极27d；一个插在半导体层24a和漏极27a之间的掺杂层26j；一个插在半导体层24a和源极27b之间的掺杂层26k；一个插在半导体层24b和源极27b之间的掺杂层26m；一个插在半导体层24b和漏极27c之间的掺杂层26n；一个插在半导体层24c和漏极27c之间的掺杂层26p；一个插在半导体层24c和源极27d之间的掺杂层26q；在半导体层24a,24b和24c的上层上形成的块绝缘膜25a,25b和25c；一个通过半导体层24a,24b和24c上的底栅极28而形成的相对于半导体层24a,24b和24c的顶栅极29；一个通过位于半导体层24a,24b和24c之下的顶栅绝缘膜23而形成的相对于半导体层24a,24b和24c的顶栅极22；其中在诸如玻璃衬底之类的绝缘衬底21上形成该结构。在此实施例中，由于这些绝缘膜和导电层的材料性质或其制造方法与上述实施例(图15)相同，因而省略第四实施例中的相关说明。
以这种方式，这种双栅型光电传感器10F具有第一，第二和第三双栅型光电传感器相互连接且并行排列的结构。第一双栅型光电传感器包括半导体层24a，漏极27a，源极27b，顶栅绝缘膜28，底栅绝缘膜23，顶栅极29和底栅极22，沟道长度为L3和沟道宽度为W的半导体层24a作为一个共用沟道区。第二双栅型光电传感器包括半导体层24b，源极27b，漏极27c，顶栅绝缘膜28，底栅绝缘膜23，顶栅极29，底栅极22，沟道长度为L4和沟道宽度为W的半导体层24b作为一个共用沟道区。第三双栅型光电传感器包括半导体层24c，漏极27c，源极27d，顶栅绝缘膜28，底栅绝缘膜23，顶栅极29和底栅极22，沟道长度为L5和沟道宽度为W的半导体层24c作为一个共用沟道区。
特别是，构成第一到第三双栅型光电传感器的顶栅极29和底栅极22构成了一个共用电极，并具有漏极27a和27c凸出于共用漏极行103而源极27b和27d凸出于共用源极行104的结构。因此，利用上述驱动控制方法，能够将相互连接和排列的三个双栅型光电传感器用作一个双栅型光电传感器。
在双栅型光电传感器10F中，随通过的光量而变的漏电流Ids一般用下面的数学表达式来表示。
Ids∝W/L3+W/L4+W/L5 ……(3)此处，与图19A所示的双栅型光电传感器10A相比，根据上述公式(3)，通过将沟道长度设为L3=L4=L5=L，可以在理论上使源-漏极电流增大3倍。因此，能够显著地改善晶体管特性。
在具有如此结构的双栅型光电传感器10F中，由于通过允许每个宽度方向(经度方向)彼此相对而使构成沟道区的半导体层24a,24b和24c连续地并行排列在沟道长度L3,L4和L5的延伸方向上，因此用W表示在每个半导体层24a,24b和24c中的入射有源区的沟道宽度方向上的长度，用K3,K4和K5表示在每个入射有源区的沟道长度方向上的长度。例如，当设定K3=K4=K5时，该光电传感器可被看作一个双栅型光电传感器，其中在沟道长度方向上的长度被设置成3倍(3×K)。
因此，每个半导体层24a,24b和24c在沟道长度方向(图41中的垂直方向；方向y)上的光传感区的分布最多是双栅型光电传感器的3倍。从而，光传感区的分布范围可被设置成正方形。
因此，通过按照矩阵形状排列双栅型光电传感器10F以构成图41所示的光电传感器阵列100F，实现了具有一个具有较好的晶体管特性的光接收部分和一个用于读取一个二维图象的读取设备的光电传感器阵列，该光电传感器阵列进一步统一了光传感区的分布并抑制了在读取一个二维图形时所发生的失真。
在每个实施例中，示出了其中的双栅型光电传感器10A到10F具有这样的结构，即一到三个半导体层被连续地并行排列在一起。但是，本发明并不仅限于此。因而，根据连续排列的半导体层数，能够任意设置光接收灵敏度和光传感区的分布。
在这种情况下，如图21B或图41所示，当双栅型光电传感器10B和10F按照矩阵形状排列以构成光电传感器阵列100B和100F，且被应用于读取二维图象的读取设备时，由于光是通过矩阵栅格内部的器件之间的区域Ra和Rb，从绝缘衬底(玻璃衬底)21的侧面照射到物体上的，所以在设置了器件之间的区域Ra和Rb之后，需要任意设置半导体层(双栅型光电传感器)的层数以便充分保证照射到物体上的光量，所述半导体层被连续排列在光接收部分的结构区上。
图42是示出了依据本发明另一实施例的光电传感器阵列的结构示意图。
如图42所示，依据第四实施例的光电传感器阵列100G具有一个双栅型光电传感器10G，其结构同于图21A所示的双栅型光电传感器10B，并且每个双栅型光电传感器10G具有所谓的三角形排列结构，即每个双栅型光电传感器10G都被排列在连续设置在二维平面上的假想等边三角形的顶点位置上，所述等边三角形的边长为Psa(=Psa图19中所示的双栅型光电传感器10A之间的间距)。
这样，与图19B中所示的光电传感器阵列100A中的双栅型光电传感器10A的排列方式相比，双栅型光电传感器10A只在两个相互垂直的方向x和y上间隔一个相等的距离Psp。这样，在矩阵中相对于x和y方向的对角行方向上(除0°,90°,180°和270°以外的适当角度，例如在45°和60°的方向上)，双栅型光电传感器10A在x和y方向上的间距增大并且不相一致(例如，在45°时为Psp的2倍)。因此，就存在着对位于对角行方向上的物体来说，得不到一致而高精度的读取操作。
反之，在依据本发明一个实施例的光电传感器阵列100G中，由于构成光接收部分的双栅型光电传感器10G被排列在连续设置在二维平面上的等边三角形的顶点位置上，所以双栅型光电传感器10G在x方向上等间距排列，并在对角行方向(60°,120°,240°和300°)上也等间距排列，从而光接收部分之间的间距与Psa相等。
因此，对于在整个圆周方向上彼此相邻的双栅型光电传感器来说，所有的双栅型光电传感器以等间距排列在二维平面上。这样，当二维图象被置于相对于x和y方向的对角行方向上时，能够以高精度读取要被读取的二维图象，同时抑制在读取图象时的失真。
此外，由于每个双栅型光电传感器都以三角形方式排列，所以在x方向上的间距被设置成与图19B中的光电传感器相同的Psa(=Psp)时，y方向上的间距Psb用下式表示。
Psb=Psa×sin60° …(4)以这种方式，由于y方向上的间距Psb短于x方向上的间距Psa(=Psb)，所以相同数量的双栅型光电传感器10G可以排列在在y方向上小于图19B所示的光电传感器阵列100A的平面区Mp的平面区Mc上，从而使在尺寸上减少用于读取二维图象的读取设备成为可能。即，在与图19B所示的的光电传感器阵列100A相同的平面区Mp上，可以排列1/sin60°倍(1.15倍)的双栅型光电传感器10G，从而可能增加密度。
虽然使用图21A所示的的实施例结构作为构成按照三角形方式排列的每个光接收部分的双栅型光电传感器，不用说，也可以使用图19A和图39所示的实施例结构以及其它结构的双栅型光电传感器。
在上述光电传感器阵列中，从位于光电传感器阵列100M的玻璃衬底侧面上的光源140照射到诸如手指等物体50a上的光R的发射光通过器件之间区域上的一个透明绝缘膜的传导而入射到每个双栅型光电传感器10M上。这样就能够以高精度并在短时间内读取物体50a的亮暗信息，同时如上所述减少进行读取时所发生的失真。
此外，由于能够大大改进光电传感器阵列100M中的晶体管特性，所以能相对降低光源的亮度，并大大降低读取设备的功耗。
静电放电和接触传感电极31在阵列区As上具有一片透明膜，但也可以具有如图43所示的两个电极。这里，如图24所示，光电传感器系统包括一个光源140，光电传感器阵列100，静电放电和接触传感电极31，底栅驱动器120，顶栅驱动器110，漏极驱动器130以及控制器160。光电传感器系统以一个接触检测器170代替接触检测器150。
光电传感器系统包括一组按照矩阵方式排列在区域Aa上的光电传感器器件10，用于给印在衬底21上的手指照相，并且光电传感器系统位于光源140之上。
静电放电和接触传感电极31是一个由ITO(氧化铟锡)或类似物制成的光学透明电极并形成在一个光电传感器器件上，用于消除手指(人体)上所带的静电。具体地，静电放电和接触传感电极31由两片矩形电极(电极31a和31b)构成，这两个电极之间间隔一条狭长的缝隙231，该缝隙经过传感器面积的中心附近。这条缝隙被排列为在光电传感器器件10之间穿过。其宽度的设置应使在电极31a和31b之间没有由杂质等引起的漏电流通过。其结果是，所有的光电传感器器件10被电极31a和31b覆盖以便得到一个没有波纹图形的均匀图象。而且，在两个电极31a和31b表面之中垂直于缝隙231纵向的方向上，只有一个将两个电极31a和31b分隔开的特定区域。这样，与梳状结构相比，静电放电和接触传感电极31具有非常简单的几何结构。因此，静电放电和接触传感电极31的电阻可以被设置得非常低。这样，就能够有效地消除静电和防止带有静电的光电传感器器件的击穿。
接触检测器170与静电放电和接触传感电极31连接以放除静电并检测手指与静电放电和接触传感电极31的接触，即检测手指放到了预定的照相位置上。具体地，接触检测器170通过电行L1与电极31a连接，并通过电行L2与电极31b连接。接触检测器170通过电行L2接地而使电极31b接地，使得上述静电通过电极31b和电行L2而放入地中。而且，接触检测器170通过电行L1向电极31a提供一个用以检测手指得以与静电放电和接触传感电极31取得接触的检测信号。当手指如图43所示放置时，电极31a和31b通过手指进行电连接，使得电极31a和31b之间的电阻值、电容值等发生变化。接触检测器170通过电行L1和L2检测由电极31a和31b之间增加的人体电阻值或电容值所引起的阻抗变化，以检测出该手指已经与静电放电和接触传感电极31相接触。在接触检测器170检测到手指放在一个预定的照相位置上之后，一个用于指定启动指纹照相的照相启动信号被输出到光源14和光电传感器器件12。
在利用以上述方式构成的光电传感器系统对指纹进行照相的情况下，接触检测器170向电行L1提供用于检测的交流信号。
然后，手指放在静电放电和接触传感电极31上以跨越缝隙231，如图43所示。
当手指放在用作静电放电的电极31上和接触传感电极31时，电极31a和31b通过手指进行电连接。此时，静电被堆积到该手指上时，通过电极31b和电行L2将静电放到地中。然后，由接触检测器170提供的检测信号通过手指离开人体，流向电极31b，进而流向电行L2。
接触检测器170检测由电极31a和31b之间包括手指在内的人体电阻值或电容值，例如由从电行L1流向电行L2的检测信号的电平变化所引起的阻抗变化，以检测出该手指已经与静电放电和接触传感电极31相接触。然后，接触检测器170向控制器160输出照相启动信号。
如上所述，静电放电和接触传感电极由具有简单几何结构并延伸覆盖了整个传感器区域的电极31a和31b构成。这样，就使将静电放电和接触传感电极31的电阻设置成一个很小的值成为可能。其结果是，由于能够充分保护光电传感器器件12不受手指(人体)上静电的影响，所以光电传感器系统具有足够高的可靠性。而且，使用由间隔一条缝隙231的两个电极31a和31b构成的静电放电和接触传感电极31，能够检测到手指放到了一个预定的照相位置上。
另外，如图44所示，也可以在电行L1和/或电行L2上带有二极管电路151。该二极管电路151由一对反向并联的二极管构成，并且其一端与电行L1或电行L2连接，而另一端接地。
以上述方式构成的二极管电路151具有非行性的整流特性，以致在所加电压超过阈值时出现电流突变。具体地，在加在二极管电路两端的电压值Va小于阈值电压Vc(大约为0.6V)的情况下，二极管电路151实际上不允许电流通过。即，在Va小于阈值电压Vc的情况下，二极管电路151的电阻值很大。反之，在电压Va大于阈值电压Vc的情况下，二极管电路151允许电流通过。即，在电压Va大于阈值电压Vc的情况下，二极管电路151的电阻值很小。
例如，在带静电的手指与静电放电和接触传感电极31相接触的情况下，一个高电压(大约10(kV))被加到二极管电路151的两端。此时，由于二极管电路151的特性，静电不能流到接触检测器170而是通过二极管电路151放到地中。其结果是，静电流到接触检测器，从而防止接触检测器170受静电影响。另一方面，当手指上没有静电堆积时，或当静电被放掉时，加在二极管电路151上的电压非常小，实际上没有电流通过二极管电路151。其结果是，接触检测器170能够以同于第一实施例的方式读出阻抗变化，并能检测出手指已经与静电放电和接触传感电极31相接触。
另外，如图45所示，也可以是图24所示的接触检测器150与一个静电放电和接触传感电极31连接的结构。而且，如图46所示，缝隙231可以是弯曲的。替换性地，如图47所示，电极31a覆盖传感器区域Aa的整个表面，使得在电极31a位于光电传感器设备12上时，手指能够准确无误地与电极31a接触。
另外，如图48所示，二极管电路151也可以通过反向并联两排二极管而构成，每排二极管由多个二极管串联而成。而且，提供一个用于改变串联的二极管数量的切换电路，使得位于静电放电和接触传感电极31(电行L1,L2和L3)与接地点之间的二极管数量可以变化。但是，位于静电放电和接触传感电极31和接地点之间的二极管数量在两排二极管上的变化应当是同步的。当合并成一个二极管的阈值电压Vc大约为0.6(V)时，n个二极管串联在一起的阈值电压就变成了大约为0.6×n(V)。此时，通过改变串联的二极管数量，将能够改变作为判断是否将电流提供给接触检测器170的参考值之用的阈值电压值。
对所属技术领域的技术人员来说，进行其它的改进和修改是非常容易的。从而，本发明的保护范围不限于这里所示出和描述的具体说明和代表性实施例。因此，在不偏离由后述权利要求确定的本发明构思和保护范围的前提下，各种不同的修改是允许的。
权利要求
1．一种光电传感器阵列包括在预定方向上彼此分开排列的多个光电转换元件，每个光电转换元件包括具有入射有源区的半导体层，激励光入射到该有源区上；分别在半导体层的两个端提供的源极-漏极；通过第一栅绝缘膜在半导体层之下提供的第一栅极；和通过第二栅绝缘膜在半导体层之上提供的第二栅极；源极端子，通常与光电转换元件的源极连接；漏极端子，通常与光电转换元件的漏极连接；第一栅极端子，通常与光电转换元件的第一栅极连接；和第二栅极端子，通常与光电转换元件的第二栅极连接，第一栅极和第二栅极中的至少之一在由第一透明电极层构成的光电转换元件上提供，并且源极端子、漏极端子和第一栅极端子中的至少之一具有第一透明电极层。
2．根据权利要求1的光电传感器阵列，其中至少是源极端子、漏极端子和第一栅极端子中的任意之一的最上层可由第一透明电极层构成。
3．根据权利要求1的光电传感器阵列，其中光电传感器阵列包括通过光电转换端之上的绝缘膜提供的静电放电和接触传感电极，并且源极端子、漏极端子、第一栅极端子和第二栅极端子的至少之一利用构成静电放电和接触传感电极的第二透明电极层构成。
4．根据权利要求1的光电传感器阵列，其中半导体层在源极和漏极、源极和漏极端子、连接源极和源极端子的连行及连接漏极和漏极端子的连行之下扩展。
5．根据权利要求1的光电传感器阵列，还包括漏极驱动器、第一栅极驱动器和第二栅极驱动器，并且其中光电转换元件通过源极和漏极端子、第一栅极端子和第二栅极端子与漏极驱动器、第一栅极驱动器和第二栅极驱动器连接。
6．根据权利要求1的光电传感器阵列，其中半导体层具有多个入射有源区，并且这些区域在平行于半导体层的沟道方向上排列。
7．根据权利要求1的光电传感器阵列，其中源极和漏极相对于激励光来说是不透明的。
8．根据权利要求1的光电传感器阵列，其中光电转换元件以三角状配置排列。
9．根据权利要求1的光电传感器阵列，其中每个光电转换元件的半导体层被分成了多个层位置，这样源极和漏极在这些层位置上分别提供，并且源极彼此连接且漏极彼此连接。
10．根据权利要求9的光电传感器阵列，其中光电转换元件的半导体层在平行于半导体层的沟道方向上排列。
11．一种制造光电传感器阵列的方法，包括在绝缘膜上形成第一栅极并且第一栅极基底盘在栅极端子部分上与第一栅极连接；至少在第一栅极和第一栅极端子部分上形成第一栅极绝缘膜，接着在用于产生具有激励光的载流子的第一栅极之上形成具有预定配置的半导体层；形成第一开口部分，用于把第一栅极基底盘暴露于第一栅极端子部分；形成分别在半导体层的两端提供的源极-漏极，通过第一开口部分，漏极基盘(base pad)在漏极端子部分上与漏极连接，并且在第一栅极端子部分上与第一栅极端子下层连接；至少在第一栅极端子下层、源-漏极和漏极端子部分上形成第二绝缘膜，接着形成第二开口部分，用于至少露出第一栅极端子下层和漏极基底盘之一；并且形成具有预定配置的第二栅极和连接第二栅极的第二栅极基盘，第二栅极端子部分在半导体层之上，同时通过第二开口部分至少形成与第一栅极端子下层连接的第一栅极端子上层和与漏极基底盘连接的漏极端子上层之一。
12．根据权利要求11的制造光电传感器阵列的方法，其中至少第一栅极端子上层或漏极端子上层由与第二栅极相同的透明电极层构成。
13．根据权利要求11的制造光电传感器阵列的方法，包括至少在第一栅极端子部分、漏极端子部分、第二栅极和第二栅极端子部分上形成保护绝缘膜，接着形成用于至少露出第一栅极端子部分、第一漏极端子部分和第二栅极端子部分之一的第三开口部分；并且在绝缘膜上形成具有预定配置的静电放电和接触传感电极，并且通过第三开口部分至少在第一栅极端子部分上形成第一栅极端子最上层、漏极端子部分上形成漏极端子最上层、第二栅极端子部分上形成第二栅极端子上层之一。
14．根据权利要求13的制造光电传感器阵列的方法，其中第一栅极端子最上层或漏极端子最上层或第二栅极端子上层由与静电放电和接触传感电极相同的透明电极层构成。
15．根据权利要求11的制造光电传感器阵列的方法，其中半导体层在至少连接源极和漏极以及源极漏极端子部分的布行层之下提供和扩展。
全文摘要
光电传感器阵列包括在预定方向上彼此分开的多个光电转换元件，后者包括具有入射有源区的半导体层，激励光入射到其上；分别在半导体层两端面上提供的源极和漏极；通过第一栅绝缘膜在半导体层之下提供的第一栅极。第二栅极经第二栅绝缘膜在半导体层之上提供。源极端子与光电转换元件的源极连接，漏极端子与光电转换元件的漏极连接，第一栅极端子通常与光电转换元件的第一栅极连接，第二栅极端子与光电转换元件的第二栅极连接。
文档编号H01L27/146GK1317761SQ01116840
公开日2001年10月17日 申请日期2001年4月12日 优先权日2000年4月12日
发明者森川茂, 佐佐木诚 申请人:卡西欧计算机株式会社