一種傳感器及其製造方法
2023-05-15 13:01:26
專利名稱：一種傳感器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及影像檢測技術，特別是涉及一種傳感器及其製造方法。
背景技術：
隨著人們自我保健意識的逐漸增強，各種無損傷醫療檢測方法受到人們的青睞。在諸多的無損傷檢測方法中，計算機斷層掃描技術已經被廣泛的應用到我們的現實生活中。在計算機斷層掃描設備的組成中，必不可缺的一個部分就是傳感器。傳感器的基本結構如圖I所示，該傳感器12的每個感測單元包括一個光電二極體13和一個場效應電晶體(Field Effect Transistor, FET) 14，場效應電晶體14的柵極與傳感器12的掃描線(Gate Line) 15連接，場效應電晶體14的漏極與傳感器12的數據線·(Data Line) 16連接，光電二極體13與場效應電晶體14的源極連接；數據線16的一端通過連接引腳17連接數據讀出電路18。傳感器的工作原理為傳感器12通過掃描線15施加驅動掃描信號來控制場效應電晶體14的開關狀態。當場效應電晶體14被打開時，光電二極體13產生的光電流信號依次通過與場效應電晶體14連接的數據線16、數據讀出電路18而輸出，通過控制掃描線15與數據線16上的信號時序來實現光電流信號的採集功能，即通過控制場效應管14的開關狀態來實現對光電二極體13產生的光電流信號採集的控制作用。目前，傳感器通常採用薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)平板結構,這種傳感器在斷面上分為多層，例如在一個感測單元內包括基板、柵極層、柵極絕緣層、有源層、源極與漏極層、鈍化層、PIN光電傳感器的PI結和透明電極窗口層，以及偏壓線層和擋光條層等。當然，不同傳感器由於具體結構的差異，在斷面上的具體圖層也不盡相同。通常，傳感器的各個圖層都是通過構圖(MASK)工藝形成的，而每一次MASK工藝通常包括掩模、曝光、顯影、刻蝕和剝離等工序。現有傳感器在製造時通常需要採用9至11次構圖工藝，這樣就對應的需要9至11張光罩掩模板，傳感器的製造成本較高，且製造工藝較為複雜，產能較難提升。
發明內容
本發明的目的是提供一種傳感器及其製造方法，用以解決現有技術中存在的傳感器的製造成本較高，且製造工藝較為複雜，產能較難提升的技術問題。本發明傳感器，包括基板、呈交叉排列的一組柵線和一組數據線，以及由所述一組柵線和一組數據線所界定的多個呈陣列狀排布的感測單元，每個感測單元包括至少一個由薄膜電晶體器件和光電二極體傳感器件組成的感測子單元，其中，所述薄膜電晶體器件包括位於基板之上並相對而置形成溝道的源極和漏極，所述漏極與相鄰的數據線連接，以及位於源極和漏極之上的歐姆層、位於歐姆層之上並覆蓋溝道的有源層、位於有源層之上的柵極絕緣層和位於柵極絕緣層之上並與相鄰的柵線連接的柵極；
所述光電二極體傳感器件包括位於基板之上並與源極連接的接收電極、位於接收電極之上的光電二極體、位於光電二極體之上的透明電極，以及位於透明電極之上的偏壓電極。本發明傳感器的製造方法，包括在基板上通過一次構圖工藝形成數據線的圖形、與數據線連接的漏極的圖形、與漏極相對而置形成溝道的源極的圖形、與源極連接的接收電極的圖形，以及位於源極和漏極之上的歐姆層的圖形；通過一次構圖工藝形成位於接收電極之上的光電二極體的圖形，以及位於光電二極體之上的透明電極的圖形；通過一次構圖工藝形成位於歐姆層之上並覆蓋溝道的有源層的圖形；
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通過一次構圖工藝形成位於有源層之上的柵極絕緣層的圖形；通過一次構圖工藝形成位於柵極絕緣層之上的柵線的圖形、與柵線連接的柵極的圖形和位於透明電極之上的偏壓電極的圖形。在本發明技術方案中，由於薄膜電晶體器件採用頂柵型結構，具有該結構的傳感器可共採用六次構圖工藝製作，對比於現有技術，減少了掩模板的使用數量，降低了製造成本，簡化了生產工藝，大大提升了設備產能及產品的良品率。
圖I為現有傳感器的立體結構示意圖；圖2為本發明傳感器的一個感測單元的俯視結構示意圖；圖3為本發明傳感器的多個呈陣列狀排布的感測單元的俯視結構示意圖；圖4為本發明傳感器的製造方法流程示意圖；圖5為圖2的A-A處在第一次構圖工藝後的截面視圖；圖6為圖2的B-B處在第一次構圖工藝後的截面視圖；圖7為圖2的A-A處在第二次構圖工藝後的截面視圖；圖8為圖2的B-B處在第二次構圖工藝後的截面視圖；圖9為圖2的A-A處在第三次構圖工藝後的截面視圖；圖10為圖2的B-B處在第三次構圖工藝後的截面視圖；圖11為圖2的A-A處在第四次構圖工藝後的截面視圖；圖12為圖2的B-B處在第四次構圖工藝後的截面視圖；圖13為圖2的A-A處在第五次構圖工藝後的截面視圖；圖14為圖2的B-B處在第五次構圖工藝後的截面視圖；圖15為圖2的A-A處在第六次構圖工藝後的截面視圖；圖16為圖2的B-B處在第六次構圖工藝後的截面視圖。附圖標記12-傳感器13-光電二極體(現有技術)14-場效應電晶體15-掃描線16-數據線(現有技術) 17-連接引腳18-數據讀出電路 30-柵線31-數據線32-基板33-源極34-漏極
35-歐姆層36-有源層37-柵極絕緣層38-柵極39-接收電極40-光電二極體41-透明電極42-偏壓電極40a_N型半導體40b-I型半導體40c-P型半導體43-鈍化層30a-單柵線30b_雙柵線50-薄膜電晶體器件51-光電二極體器件
具體實施例方式為了解決現有技術中存在的傳感器的製造成本較高，且製造工藝較為複雜的技術·問題，本發明提供了一種傳感器及其製造方法。在本發明以下實施例中，所述傳感器包含多種類型，例如X射線傳感器等。如圖2、圖15和圖16所示，本發明傳感器，包括基板32、呈交叉排列的一組柵線30和一組數據線31，以及由所述一組柵線30和一組數據線31所界定的多個呈陣列狀排布的感測單元，每個感測單元包括至少一個由薄膜電晶體器件和光電二極體傳感器件組成的感測子單元，其中，所述薄膜電晶體器件包括位於基板32之上並相對而置形成溝道的源極33和漏極34，所述漏極34與相鄰的數據線31連接，以及位於源極33和漏極34之上的歐姆層35、位於歐姆層35之上並覆蓋溝道的有源層36、位於有源層36之上的柵極絕緣層37和位於柵極絕緣層37之上並與相鄰的柵線30連接的柵極38 ；所述光電二極體傳感器件包括位於基板32之上並與源極33連接的接收電極39、位於接收電極39之上的光電二極體40、位於光電二極體40之上的透明電極41，以及位於透明電極41之上的偏壓電極42。本發明中，所述基板32可以為玻璃基板、塑料基板或其他材料的基板；所述數據線31、源極33、漏極34和接收電極39可以採用相同的材質，例如為鋁釹合金(AINd)、鋁(Al)、銅(Cu)、鑰(Mo)、鑰鎢合金(MoW)或鉻(Cr)的單層膜，也可以為這些金屬材料任意組合所構成的複合膜，厚度通常在150納米至450納米之間；歐姆層35的材質可以為摻雜質半導體(n+a-Si),也就是N型半導體；有源層36的材質可以為非晶娃(a_Si),厚度在30納米至250納米之間；柵極絕緣層37的材質可以為氮化矽，厚度在300納米至500納米之間；柵線30、柵極38和偏壓電極42可以採用相同的材質，優選為重金屬或重金屬合金，例如銅鉛合金；透明電極41的材質可以為氧化銦錫等。在圖16所示的實施例中，所述光電二極體為PIN (positive, intrinsic,negative，簡稱PIN)型光電二極體，包括位於接收電極39之上的N型半導體(n+a_Si)40a，位於N型半導體40a之上的I型半導體(a_Si ) 40b，以及位於I型半導體40b之上的P型半導體(P+a_Si)40c。PIN型光電二極體利用光生伏特原理工作，具有結電容小、渡越時間短、靈敏度高等優點，其結構相當於在PN結中間插入較厚的本徵非晶矽層，P型材料由本徵材料摻入提供空穴的雜質形成，N型材料由本徵材料摻入提供電子的雜質形成。在本發明的其它實施例中，光電二極體還可以採用MIS (metal, insulative, semiconductor,金屬-絕緣體-半導體，簡稱MIS)型光電二極體等。請繼續參照圖15和圖16所示，所述傳感器，還包括位於一組柵線30，及每個感測單元的柵極38和偏壓電極42之上並覆蓋基板的鈍化層43，所述鈍化層43具有信號引導區過孔(圖15和圖16為一個感測單元的截面結構，因此位於基板周邊的信號引導區過孔未在圖中示出)。鈍化層43可以採用無機絕緣膜，例如氮化矽等，或有機絕緣膜，例如感光樹脂材料或者非感光樹脂材料等，厚度通常在150納米至1500納米之間。如圖3所示，所述一組柵線30，包括兩根單柵線30a，以及位於兩根單柵線30a之間的多組雙柵線30b，則所述每個感測單元包括兩個感測子單元，兩個感測子單元的薄膜電晶體器件50呈對角分布，且薄膜電晶體器件50的柵極與相鄰的單柵線30a或者相鄰的雙柵線30b中距離較近的一根連接。對比於傳統的傳感器(傳統的傳感器的柵線與數據線均為單線排布，每個感測單元包含一個薄膜電晶體器件和一個光電二極體傳感器件，即只包含一個感測子單元)，雙柵線的排布方式使得柵線總數量增加一倍，但數據線數量卻降低至一半，而柵線驅動設備的成本要低於數據驅動設備的成本，因此，採用該結構可進一步降低傳感器的成本。在本發明技術方案中，由於薄膜電晶體器件採用頂柵型結構，具有該結構的傳感·器可共採用六次構圖工藝製作，對比於現有技術，減少了掩模板的使用數量，降低了製造成本，簡化了生產工藝，大大提升了設備產能及產品的良品率。如圖4所示，本發明傳感器的製造方法，包括步驟101、在基板32上通過一次構圖工藝形成數據線31的圖形、與數據線31連接的漏極34的圖形、與漏極34相對而置形成溝道的源極33的圖形、與源極33連接的接收電極39的圖形，以及位於源極33和漏極34之上的歐姆層35的圖形，第一次構圖工藝後的截面結構請參照圖5和圖6所示；一次構圖工藝通常包括基板清洗、成膜、光刻膠塗覆、曝光、顯影、刻蝕、光刻膠剝離等工序；對於金屬層通常採用物理氣相沉積方式(例如磁控濺射法)成膜，通過溼法刻蝕形成圖形，而對於非金屬層通常採用化學氣相沉積方式成膜，通過幹法刻蝕形成圖形，以下步驟道理相同，不再贅述。在該步驟中，所述數據線31、源極33、漏極34和接收電極39可以採用相同的材質，經一次構圖工藝實現圖形化。步驟102、通過一次構圖工藝形成位於接收電極39之上的光電二極體40的圖形，以及位於光電二極體40之上的透明電極41的圖形，第二次構圖工藝後的截面結構請參照圖7和圖8所示；當光電二極體40為PIN型光電二極體時，步驟102具體包括依次沉積N型半導體層、I型半導體層、P型半導體層和透明電極層，通過一次構圖工藝形成光電二極體40的圖形和透明電極41的圖形。在圖2所示的實施例中，光電二極體40為PIN型光電二極體，薄膜電晶體器件50的歐姆層35 (n+a-Si)和PIN型光電二極體的N型半導體40a的材質相同，製造該實施例所示結構的傳感器時，位於接收電極39之上的N型半導體40a的圖形可首先在步驟101中形成；此時步驟102具體包括依次沉積I型半導體層、P型半導體層和透明電極層，通過一次構圖工藝形成光電二極體40的圖形和透明電極41的圖形，在該次構圖工藝中，透明電極41圖形可以單獨採用溼法刻蝕形成，也可以與I型半導體40b和P型半導體40c同時採用幹法刻蝕形成。步驟103、通過一次構圖工藝形成位於歐姆層35之上並覆蓋溝道的有源層36的圖形，第三次構圖工藝後的截面結構請參照圖9和圖10所示；步驟104、通過一次構圖工藝形成位於有源層36之上的柵極絕緣層37的圖形，第四次構圖工藝後的截面結構請參照圖11和圖12所示，柵極絕緣層37在透明電極41之上的部分區域需要被刻蝕掉，以使步驟105所形成的偏壓電極42直接與透明電極41接觸連接；步驟105、通過一次構圖工藝形成位於柵極絕緣層37之上的柵線30的圖形、與柵線30連接的柵極38的圖形和位於透明電極41之上的偏壓電極42的圖形，在該步驟中，所述柵線30、柵極38和偏壓電極42可以採用相同的材質，經一次構圖工藝實現圖形化，第五次構圖工藝後的截面結構請參照圖13和圖14所示。此外，在步驟105之後，還進一步包括步驟106、通過一次構圖工藝形成位於柵線30、柵極38和偏壓電極42之上並覆蓋·基板的鈍化層43的圖形，所述鈍化層43在基板周邊的信號引導區具有過孔(圖中未示出)，第六次構圖工藝後的截面結構請參照圖15和圖16所示。可見，本發明傳感器的製造方法可共採用六次構圖工藝製作，對比於現有技術，減少了掩模板的使用數量，降低了製造成本，簡化了生產工藝，大大提升了設備產能及產品的良品率。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種傳感器，其特徵在於，包括基板、呈交叉排列的一組柵線和一組數據線，以及由所述一組柵線和一組數據線所界定的多個呈陣列狀排布的感測單元，每個感測單元包括至少一個由薄膜電晶體器件和光電二極體傳感器件組成的感測子單元，其中， 所述薄膜電晶體器件包括位於基板之上並相對而置形成溝道的源極和漏極，所述漏極與相鄰的數據線連接，以及位於源極和漏極之上的歐姆層、位於歐姆層之上並覆蓋溝道的有源層、位於有源層之上的柵極絕緣層和位於柵極絕緣層之上並與相鄰的柵線連接的柵極； 所述光電二極體傳感器件包括位於基板之上並與源極連接的接收電極、位於接收電極之上的光電二極體、位於光電二極體之上的透明電極，以及位於透明電極之上的偏壓電極。
2.如權利要求I所述的傳感器，其特徵在於，所述一組柵線，包括兩根單柵線，以及位於兩根單柵線之間的多組雙柵線，則 所述每個感測單元包括兩個感測子單元，兩個感測子單元的薄膜電晶體器件呈對角分布，且薄膜電晶體器件的柵極與相鄰的單柵線或者相鄰的雙柵線中距離較近的一根連接。
3.如權利要求I或2所述的傳感器，其特徵在於，所述光電二極體為PIN型光電二極體，包括位於接收電極之上的N型半導體，位於N型半導體之上的I型半導體，以及位於I型半導體之上的P型半導體。
4.如權利要求3所述的傳感器，其特徵在於，所述數據線、源極、漏極和接收電極的材質相同；所述歐姆層和N型半導體的材質相同；所述柵線、柵極和偏壓電極的材質相同。
5.如權利要求I所述的傳感器，其特徵在於，還包括位於一組柵線，及每個感測單元的柵極和偏壓電極之上並覆蓋基板的鈍化層，所述鈍化層具有信號引導區過孔。
6.一種傳感器的製造方法，其特徵在於，包括 在基板上通過一次構圖工藝形成數據線的圖形、與數據線連接的漏極的圖形、與漏極相對而置形成溝道的源極的圖形、與源極連接的接收電極的圖形，以及位於源極和漏極之上的歐姆層的圖形； 通過一次構圖工藝形成位於接收電極之上的光電二極體的圖形，以及位於光電二極體之上的透明電極的圖形； 通過一次構圖工藝形成位於歐姆層之上並覆蓋溝道的有源層的圖形； 通過一次構圖工藝形成位於有源層之上的柵極絕緣層的圖形； 通過一次構圖工藝形成位於柵極絕緣層之上的柵線的圖形、與柵線連接的柵極的圖形和位於透明電極之上的偏壓電極的圖形。
7.如權利要求6所述的製造方法，其特徵在於，在形成柵線的圖形、柵極的圖形和偏壓電極的圖形之後，進一步包括 通過一次構圖工藝形成位於柵線、柵極和偏壓電極之上並覆蓋基板的鈍化層的圖形，所述鈍化層具有信號引導區過孔。
8.如權利要求6或7所述的製造方法，其特徵在於，所述光電二極體為PIN型光電二極體，包括N型半導體、I型半導體和P型半導體，則所述通過一次構圖工藝形成位於接收電極之上的光電二極體的圖形，以及位於光電二極體之上的透明電極的圖形，具體包括 依次沉積N型半導體層、I型半導體層、P型半導體層和透明電極層，通過一次構圖工藝形成光電二極體的圖形和透明電極的圖形。
9.如權利要求6或7所述的製造方法，其特徵在於，所述光電二極體為PIN型光電二極體，包括N型半導體、I型半導體和P型半導體，所述歐姆層和N型半導體的材質相同，則 在基板上通過一次構圖工藝形成數據線的圖形、與數據線連接的漏極的圖形、與漏極相對而置形成溝道的源極的圖形、與源極連接的接收電極的圖形，以及位於源極和漏極之上的歐姆層的圖形的同時，形成位於接收電極之上的N型半導體的圖形； 所述通過一次構圖工藝形成位於接收電極之上的光電二極體的圖形，以及位於光電二極體之上的透明電極的圖形，具體包括依次沉積I型半導體層、P型半導體層和透明電極層，通過一次構圖工藝形成光電二極體的圖形和透明電極的圖形。
10.如權利要求6所述的製造方法，其特徵在於，所述數據線、源極、漏極和接收電極的材質相同；所述柵線、柵極和偏壓電極的材質相同。
全文摘要
本發明公開了一種傳感器及其製造方法，所述傳感器包括基板、呈交叉排列的一組柵線和一組數據線，以及由所述一組柵線和一組數據線所界定的多個呈陣列狀排布的感測單元，每個感測單元包括至少一個由薄膜電晶體器件和光電二極體傳感器件組成的感測子單元，其中，所述薄膜電晶體器件採用頂柵型結構。該結構的傳感器可共採用六次構圖工藝製作，對比於現有技術，減少了掩模板的使用數量，降低了製造成本，簡化了生產工藝，大大提升了設備產能及產品的良品率。
文檔編號H01L27/146GK102790066SQ20121026296
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月26日 優先權日2012年7月26日
發明者徐少穎, 謝振宇, 陳旭 申請人:北京京東方光電科技有限公司