電磁波檢測元件的製作方法

2023-05-22 23:20:36

專利名稱：電磁波檢測元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁波檢測元件。具體地，本發明涉及一種包括TFT 有源矩陣襯底的電磁波檢測元件，其檢測圖像，並且在該TFT有源矩陣襯 底上，提供有與被設置成彼此相交的多根掃描線和多根信號線的交叉部分 對應的傳感器部分。
背景技術：
近年來，輻射圖像檢測裝置比如FPD (平板檢測器)等己經被投入到實 際使用，在該輻射圖像檢測裝置中，在TFT(薄膜電晶體)有源矩陣襯底上 設置有X-射線敏感層，並且該輻射圖像檢測裝置將X-射線信息直接轉變 成數字數據。與常規成像板相比，FPD的優點在於圖像能夠被立即確認並 且視頻圖像也能夠被確認，因此FPD的推廣非常迅速。
人們已經提出了各種類型的這種輻射圖像檢測器。例如有，將輻射直 接轉換成電荷並且積累電荷的直接轉換型輻射圖像檢測器。此外，還有間 接轉換型輻射圖像檢測器，其一旦在CsI:Tl， GOS (Gd202S:Tb)等的閃爍體 上將輻射轉換成光，以及在半導體上將該被轉換的光轉換成電荷並且積累 該電荷(參見例如日本專利申請公開(JP-A)No. 2000-137080)。
作為實例，圖13顯示了在間接轉換型輻射圖像檢測器中使用的電磁波 檢測元件IO，的一個像素單元的結構的平面圖。此外，圖14顯示了沿著圖 13的A-A線的截面圖。
如圖13所示，在電磁波檢測元件10'上提供有與多根掃描線101'和多 根信號線3'的各個交叉部分對應的傳感器部分，所述多根掃描線101'和多 根信號線3'被設置成彼此相交。
如圖14所示，傳感器部分包括由於照射光而在其上產生電荷的半導 體層6';上電極7',所述上電極7'由透光的導電性構件形成在半導體層6' 的光照射在其上的照射表面側，並且給半導體層6'施加偏壓；以及下電極14—'，所述下電極14'形成在半導體層6'的非光照射表面側，並且收集在半 導體層6'產生的電荷。
在電磁波檢測元件10'上，在半導體層6，的上層設置共電極線25，，該 共電極線25，將偏壓供應給上電極7，。必需使共電極線25，的電阻低以供給 電荷。因此，通過使用低電阻的Al或Cu布線材料或主要由Al或Cu構成 的布線材料形成共電極線25'。
美國專利5,777,355公開了一種連接各個由透明導電性構件形成的上 電極的技術，以使這些構件也具有作為共電極線的功能。
然而，如圖14所示，如果共電極線25'被設置在半導體層6'的照射表 面側，則光不被照射到在共電極線25'之下的半導體層6'的部分上，並且 降低了利用光的效率。
因此，設想一種電磁波檢測元件，該電磁波檢測元件使用美國專利 5,777,355中公開的技術連接各個由透明導電性構件形成的上電極7',並且 使得它們也具有作為共電極線的功能。
然而，通常地，透明導電性構件的電阻率是非常大的，並且為低電阻 布線材料的50至200倍。因此，如果上電極7'被分別連接並且使其也具 有作為共電極線的功能，則共電極線的布線負載(電阻、電容)提高，並且 可能不能實現所需的響應。因此，上電極7，不能被分別連接並且使其也具 有作為共電極線的功能。
注意，在上述的描述中，提及了光利用效率，因為光是半導體層6'的 檢測對象。然而，在檢測對象是任何類型的電磁波比如紫外線或紅外線的 情況下，同樣產生這樣的問題。

發明內容
本發明提供一種電磁波檢測元件，儘管該電磁波檢測元件配備有共電 極線，但是也可以防止在傳感器部分的電磁波利用效率的降低。
本發明的第一方面是一種電磁波檢測元件，該電磁波檢測元件包括 多個傳感器部分以及共電極線，所述多個傳感器部分具有半導體層，所 述半導體層被設置成與多個掃描線和多個信號線的相應交叉部分對應，所 述多個掃描線和多個信號線被設置成彼此相交，所述半導體層通過被電磁
6波輻照而產生電荷，所述電磁波表示作為檢測對象的圖像；第一電極，所述第一電極由對電磁波具有透射性的導電性構件在半導體層的被輻照電磁波的輻照表面側形成，所述第一電極對所述半導體層施加偏壓；以及第
二電極，所述第二電極形成在半導體層的相對於電磁波的非輻照表面側，並且所述第二電極收集在半導體層產生的電荷，所述共電極線形成在傳感器部分的電磁波下遊側，並且經由相應的接觸孔與第一電極連接並且供應偏壓。
根據上述方面，本發明的電磁波檢測元件是由於輻照電磁波而產生電荷的傳感器部分。傳感器部分被設置成與掃描線和信號線的各個交叉部分具對應，該傳感器部分具有半導體層，在所述半導體層的電磁波輻照表面側形成有第一電極並且在所述半導體層的非電磁波輻照表面側形成有第二電極。
根據上述方面，通過共電極線將偏壓經由相應接觸孔供應到第一電極，所述共電極線是比傳感器部分更向著電磁波下遊側形成的。
這樣，在上述方面的本發明的電磁波檢測元件中，比傳感器部分更向著電磁波的下遊側形成共電極線，所述共電極線將偏壓供應給第一電極。因此，消除了共電極線對輻照到半導體層上的電磁波的屏蔽。因此，即使上述方面的本發明的電磁波檢測元件設置有共電極線，也可以防止在傳感器部分的電磁波利用效率的降低。
在本發明的第二方面，在上述方面中，相比於形成第一電極的導電性構件，共電極線可以具有低的電阻。
在本發明的第三方面，在上述方面中，共電極線可以為Al或Cu，或可以是含有Al或Cu的合金或層化的膜。
在本發明的第四方面，上述方面可以還包括第一絕緣膜，所述第一
絕緣膜被設置在多個傳感器部分和共電極線之間，並且使傳感器部分和共
電極線絕緣，在第一絕緣膜中形成多個接觸孔；以及多個接觸件(contact)，所述接觸件各自的一端分別經由接觸孔被連接至第一電極，並且其另一端被連接至共電極線。
在本發明的第五方面，在上述方面中，掃描線可以由布線層形成，所述布線層經由第二絕緣膜在其上形成有共電極線的布線層的電磁波下遊
7側形成，並且在形成有掃描線的區域的輻照表面側的位置上，在第一絕緣膜中形成接觸孔。
在本發明的第六方面，在上述方面中，第一絕緣膜可以是其膜厚度等於或大於l lim的夾層絕緣膜。此外，在本發明的第七方面，在上述方面
中，第一絕緣膜可以是其介電常數為2至4的夾層絕緣膜。
在本發明的第八方面，上述方面還可以包括第三絕緣膜，所述第三絕緣膜至少覆蓋多個傳感器部分的外部周邊，並且在第三絕緣膜中形成多個接觸孔，其中多個接觸件的一端經由分別形成在第一絕緣膜和第三絕緣膜中的接觸孔連接至第一電極，而多個接觸件的另一端連接至共電極線。
在本發明的第九方面，在上述方面中，第三絕緣膜可以是其膜厚度比傳感器部分的膜厚度更厚的夾層絕緣膜。
在本發明的第十方面，上述方面還可以包括保護性絕緣膜，所述保護性絕緣膜由無機材料形成並且覆蓋第三絕緣膜、接觸件和第一電極。此外，在本發明的第十一方面，上述方面還可以包括由無機材料形成的在第一絕緣膜和第三絕緣膜之間的保護性絕緣膜。
在本發明的第十二方面，在上述方面中，保護性絕緣膜可以是SiNx或SiOx膜。
在本發明的第十三方面，在上述方面中，接觸件可以由IZO或ITO形成。此外，在本發明的第十四方面，在上述方面中，接觸件可以由與第一電極相同的構件形成。
在本發明的第十五方面，在上述方面中，第一電極可以經由連接區域與其它相鄰第一電極電連接。
在本發明的第十六方面，在上述方面中，連接區域可以由對於電磁波具有透射性的導電性構件形成。
在本發明的第十七方面，在上述方面中，第一電極可以與沿著信號線相鄰的其它第一電極連接。此外，在本發明的第十八方面，在上述方面中，第一電極可以與沿著掃描線相鄰的其它第一電極連接。
本文中，電磁波是指主要在傳感器部分被檢測的電磁波。例如，在用於間接轉換型輻射圖像檢測器的電磁波檢測元件的情況下，由閃爍體發射的光相當於電磁波。因此，半導體層的面對閃爍體的那一側是電磁波輻照表面。另一方面，與閃爍體相反的那一側是非電磁波輻照表面。此外，對於其它布線層等，其閃爍體側被稱作上遊側，而其相反側被稱為下遊側。
這樣，根據本發明，在傳感器部分的電磁波下遊側形成共電極線，該共電極線將偏壓施加給第一電極並且由光屏蔽的低電阻布線材料形成。因此，可以提供這樣的一種電磁波檢測元件，儘管其配備有共電極線，但是該電磁波檢測元件也可以防止在傳感器部分的電磁波利用效率的降低。


基於下面的附圖，詳細描述本發明的示例性實施方案，其中圖1是顯示涉及第--和第二示例性實施方案的輻射圖像檢測器的總體結構的結構圖2是顯示涉及第一示例性實施方案的電磁波檢測元件的一個像素單元的結構的平面圖3A和圖3B是涉及第一示例性實施方案的電磁波檢測元件的線截面圖(line cross-sectional view);
圖4是涉及第一示例性實施方案的附加有閃爍體的電磁波檢測元件的線截面圖5A至圖51是說明製備涉及第一示例性實施方案的電磁波檢測元件的工序的圖6是顯示涉及第二示例性實施方案的電磁波檢測元件的一個像素單元的結構的平面圖7A和圖7B是涉及第二示例性實施方案的電磁波檢測元件的線截面
圖.'
圖8是涉及第二示例性實施方案的附加有閃爍體的電磁波檢測元件的線截面圖9A至圖9J是說明製備涉及第二示例性實施方案的電磁波檢測元件的工序的圖10是顯示涉及另一個示例性實施方案的電磁波檢測元件的一個像素單元的結構的平面圖11是顯示涉及再另一個示例性實施方案的電磁波檢測元件的一個像素單元的結構的平面圖12是顯示涉及又另一個示例性實施方案的電磁波檢測元件的一個像素單元的結構的平面圖13是顯示常規電磁波檢測元件的一個像素單元的結構的平面圖；圖14是常規電磁波檢測元件的線截面圖15是顯示涉及示例性實施方案的電磁波檢測元件的一個像素單元的另一種結構的平面圖16A和圖16B是其它結構的電磁波檢測元件的線截面圖17是顯示涉及第三示例性實施方案的電磁波檢測元件的一個像素單元的結構的平面圖18A和圖18B是涉及第三示例性實施方案的電磁波檢測元件的線截
面圖19A至圖191是用於說明製備涉及第三示例性實施方案的電磁波檢測元件的工序的圖；以及
圖20A和圖20B是顯示涉及第三示例性實施方案的電磁波檢測元件的另一個實例的線截面圖。
具體實施例方式
下面，參考附圖描述本發明的示例性實施方案。注意，下文中，將描述的是本發明被應用於間接轉換型輻射圖像檢測器100的情況。[第一示例性實施方案]
圖1示出了涉及第一示例性實施方案的輻射圖像檢測器100的總體結構。然而，沒有示出將輻射轉換成光的閃爍體。
如圖1所示，涉及本示例性實施方案的輻射圖像檢測器IOO具有電磁波檢測元件10。
電磁波檢測元件10具有下面將描述的上電極、半導體層和下電極。在電磁波檢測元件10上以二維形式設置大量的像素，這些像素被構造成包括傳感器部分103和TFT開關4。傳感器部分103接收通過在閃爍體上轉換被輻照的輻射而獲得的光，並且積累電荷。TFT開關4讀出積累在傳感器部分103中的電荷。
10在電磁波檢測元件10上設置多根用於接通和斷開TFT開關4的掃描線101以及多根用於讀出積累在傳感器部分103中的電荷的信號線3，使
得它們彼此相交。
由於任何一個與信號線3連接的TFT開關4被接通，因此與積累在傳感器部分103中的電荷量對應的電信號流向信號線3。檢測流出到信號線3的電信號的信號檢測電路105與相應的信號線3連接。此外，將用於接通和斷開TFT開關4的控制信號輸出到掃描線101的掃描信號控制裝置104與相應的掃描線101連接。
對於每一根信號線3，信號檢測電路105在其中結合放大電路，該放大電路將輸入的電信號放大。在信號檢測電路105上，由相應的信號線3輸入的電信號被放大電路放大並且被檢測。信號檢測電路105由此檢測積累在相應傳感器部分103中的電荷量，作為構成圖像的相應像素的信息。
信號檢測電路105和掃描信號控制裝置104對在信號檢測電路105檢測到的電信號進行預定的處理。此外，信號處理裝置106與信號檢測電路105和掃描信號控制裝置104連接。信號處理裝置106輸出表示信號檢測電路105的信號檢測定時的控制信號，以及輸出表示掃描信號控制裝置104的掃描信號輸出定時的控制信號。
接著，參考圖2和圖3，更詳細地描述涉及本示例性實施方案的電磁波檢測元件10。注意，圖2顯示的是一個平面圖，該平面圖示出涉及本示例性實施方案的電磁波檢測元件10的一個像素單元的結構。此外，圖3A顯示了沿著圖2的線A-A的截面圖，而圖3B顯示了沿著圖2的線B-B的截面圖。
如圖3A和圖3B所示，在電磁波檢測元件10上，在由無鹼玻璃等形成的絕緣襯底1上形成掃描線101和柵極電極2，並且將掃描線101和柵極電極2進行連接(參見圖2)。使用Al或Cu或者主要由Al或Cu形成的層化膜形成其上形成有掃描線101和柵極電極2的布線層(下文中，這種布線層被稱作"第一信號布線層")。然而，該布線層的形成並不限於這些。
在掃描線101和柵極電極2的整個表面上形成絕緣膜15以覆蓋掃描線101和柵極電極2。位於柵極電極2上方的絕緣膜15的區域在TFT開關4處起著柵極絕緣膜的作用。絕緣膜15由例如SiNx等形成。絕緣膜15通過例如CVD (化學氣相沉積)形成。
在絕緣膜15上形成在柵極電極2上的島嶼狀的半導體有源層8。半導體有源層8是TFT開關4的溝道部分。半導體有源層8由例如非晶矽膜形成。
在其上層形成源極電極9和漏極電極13。與源極電極9和漏極電極3一起，在形成源極電極9和漏極電極13的布線層上，形成信號線3和與信號線3平行的共電極線25。將源極電極9與信號線3連接。使用A1或Cu或者使用主要由Al或Cu形成的層化膜形成其中形成信號線3、源極電極9和共電極線25的布線層(下面，這種布線層也被稱作"第二信號布線層")。然而，該布線層的形成並不限於這些。
在作為一方面的源極電極9和漏極電極13和作為另一方面的半導體有
源層8之間形成接觸層(未顯示)。這種接觸層由添加雜質的半導體比如添加雜質的非晶矽等形成。用於開關的TFT開關4按如上所述構造。
在襯底1上設置像素的區域(基本整個區域)的基本整個表面上形成TFT保護膜層ll，以覆蓋半導體有源層8、源極電極9、漏極電極13、信號線3和共電極線25。 TFT保護膜層11由例如SiNx等形成。TFT保護膜層11通過例如CVD形成。
在TFT保護膜層11上形成塗布型夾層絕緣膜12。夾層絕緣膜12由低電容率(介電常數Sr = 2至4)的感光有機材料(例如，正性感光丙烯酸類樹脂其中將萘並醌二疊氮正性感光劑與由甲基丙烯酸和甲基丙烯酸縮水甘油酯的共聚物形成的基礎聚合物混合在一起的材料等)形成至1至4 pm的厚度。在涉及本示例性實施方案的電磁波檢測元件10中，通過夾層絕緣膜12使被設置在夾層絕緣膜12的上層和下層處的金屬之間的電容保持低水平。此外，通常地，這樣的材料還起著使膜平坦的作用，並且還具有使下層的階梯平坦的作用。因為被設置在上層的半導體層6的形狀由此變得平坦，因此可以抑制由半導體層6的不均勻性所帶來的吸收效率的降低，並且可以抑制漏電流的升高。在與漏極電極13相對的位置上以及在位於形成掃描線101的區域的輻照表面側的位置上，在夾層絕緣膜12和TFT保護膜層11中分別形成接觸孔16和接觸孔22A。
傳感器部分103的下電極14形成在夾層絕緣膜12上，以覆蓋像素區域同時填充接觸孔16。 TFT開關4的漏極電極13與下電極14連接。如果形成下面要描述的半導體層6，使其為約lpm的厚層，則下電極14的材料不受限制，只要它是導電性的即可。因此，可以使用導電性金屬比如Al-類型材料、ITO(氧化銦錫)等，形成下電極14。
另一方面，如果半導體層6的膜厚度是薄的(約0.2至0.5 pm),則在半導體層6處的光吸收是不夠的。因此，為了防止由於光照射到TFT開關4上導致漏電流增加，優選地，使半導體層6為主要由光屏蔽金屬形成的合金或層化膜。
在下電極14上形成起著光電二極體功能的半導體層6。在本示例性實施方案中，PIN結構的光電二極體被用作半導體層6。通過從下層起順序形成n+層、i層和p+層，形成光電二極體。注意，在本示例性實施方案中，使下電極14大於半導體層6。此外，如果半導體層6的膜厚度薄(例如，小於或等於0.5 ^m)，則為了防止光入射到TFT開關4上，優選地放置光屏蔽金屬以覆蓋TFT開關4。
此外，為了抑制由於光在裝置內部的不規則反射所致的光提前進入到TFT開關4內，確保從TFT開關4的溝道部分到由光屏蔽材料形成的下電極14的末端部分的間隔大於或等於5 pm。
在夾層絕緣膜12和半導體層6上形成保護性絕緣膜17，以使該保護性絕緣膜17在相應的半導體層6部分上具有開口。上電極7形成在半導體層6和保護性絕緣膜17上，以至少覆蓋保護性絕緣膜17的開口部分。使用具有高透光率的材料例如ITO或IZO (氧化銦鋅)等作為上電極7。上電極7也被用作與設置在下層用於將偏壓施加給上電極7的共電極線25連接的導電性構件。如圖3B所示，共電極線25與經由設置在第一夾層絕緣膜12中的接觸孔22A在下電極14的層中形成的接觸墊24連接。此外，上電極7和共電極線25通過接觸孔22B電連接，所述接觸孔22B被設置在保護性絕緣膜17內，並且被上電極7覆蓋。
此處，連接上電極7和共電極線25的導電性構件可以由另一層的金屬形成。例如，在圖15和圖16所示的電磁波檢測元件10的另一種結構實例中，上電極7和半導體層6整體形成，以降低半導體層6和上電極7之間的接觸電阻。因此，如圖16A和圖16B所示，上電極7和半導體層6
13的形狀相同。此外，與共電極線25連接的導電性構件26被設置在保護性 絕緣膜17的開口部分上，所述保護性絕緣膜17的開口部分位於與上電極 7分離的層上。以與上電極7—樣的方式，採用具有高透光率的材料例如 ITO或IZO (氧化銦鋅)等作為這種導電性構件26。
如圖4所示，通過使用具有低吸光率的粘合劑樹脂28等，將由GOS 等形成的閃爍體30附加到以這種方式形成的電磁波檢測元件10上。
接著，參考圖5A至圖51，描述製備涉及第一示例性實施方案的電磁 波檢測元件10的工序的實例。
首先，在襯底1上形成柵極電極2和掃描線101作為第一信號布線層 (圖5A)。這種第一信號布線層由低電阻金屬比如Al、 Al合金等形成，或 由使用阻擋金屬層分層的層化膜形成，所述阻擋金屬層由高熔點金屬形 成。第一信號布線層通過濺射沉積在襯底1上，達到約100至300 nm的 膜厚度。之後，通過光刻技術進行抗蝕劑膜的圖案化。之後，通過使用用 於Al的蝕刻劑的溼法蝕刻或使用千法蝕刻，使金屬膜形成圖案。之後， 通過移除抗蝕劑，第一信號布線層得以完成。
接著，將絕緣膜15、半導體有源層8和接觸層(未顯示)相繼沉積在第 一信號布線層上(圖5B)。絕緣膜15由SiNx形成，並且其膜厚度為200至 600 nm。半導體有源層8由非晶矽形成，並且其膜厚度為約20至200 nm。 此外，接觸層由添加雜質的非晶矽形成，並且其膜厚度為約10至100nm。 這些層通過P-CVD (等離子體-化學氣相沉積)沉積。之後，以與第一信號 布線層相同的方式，通過光刻技術進行抗蝕劑的圖案化。之後，對於絕緣 膜15、半導體有源層8和由添加雜質的半導體形成的接觸層，通過選擇性 幹法蝕刻，形成半導體有源區。
接著，在絕緣膜15和半導體有源層8的頂層上，形成信號線3、源極 電極9、漏極電極13和共電極線25，以作為第二信號布線層(圖5C)。以 與第一信號布線層相同的方式，由低電阻金屬比如Al、 Al合金等、或由 使用高熔點金屬形成的阻擋金屬層分層的層化膜、或由高熔點金屬膜比如 Mo等的單層形成第二信號布線層，並且其膜厚度為約100至300nm。以 與第一信號布線層相同的方式，通過光刻技術進行圖案化，並且通過使用 用於Al的蝕刻劑的溼法蝕刻或通過幹法蝕刻使金屬膜形成圖案。此時通
14過選擇性使用蝕刻方法，不移除絕緣膜15。在幹法蝕刻中，接觸層和半導
體有源層8的一部分被移除並且形成溝道區。
接著，在如上所述形成的多個層的上層上，相繼形成TFT保護膜層11 和夾層絕緣膜12(圖5D)。所存在的方案有其中TFT保護膜層11和夾層 絕緣膜12是無機材料的單一體的方案，以及其中它們通過將由無機材料 形成的保護性絕緣膜和由有機材料形成的夾層絕緣膜分層而形成的方案， 以及其中它們由有機夾層絕緣膜的單層形成的方案。在本示例性實施方案 中，為了穩定TFT開關4的特性以及抑制在下電極14和在下層的共電極 線25之間的靜電電容，存在感光性的夾層絕緣膜12和由無機材料形成的 TFT保護膜層11的分層結構。因此，例如，通過CVD形成TFT保護膜 層11，塗布夾層絕緣膜12材料，該夾層絕緣膜12材料是感光性的並且是 塗布材料，並且在預烘焙之後，進行曝光和顯影步驟，之後，進行烘焙以 形成相應的層。
接著，通過光刻技術使TFT保護膜層11圖案化(圖5E)。注意，這個 步驟在其中不提供TFT保護膜層11的方案中不是必需的。
接著，通過濺射將Al-類型材料或金屬材料比如ITO等在上述層的頂 層上沉積至約20至200nm的膜厚度。然後，通過光刻技術進行圖案化， 並且通過使用用於金屬等的蝕刻劑的溼法蝕刻或通過幹法蝕刻進行圖案 化，以形成下電極14(圖5F)。
接著，通過使用CVD，從下層起順序沉積相應的n+、 i、 p+層，以形 成半導體層6 (參見圖5G)。 n+層的膜厚度為50至500 nm， i層的膜厚度為 0.2至2pm,並且p+層的膜厚度為50至500 nm。將相應的層順序層化， 並且通過光刻技術將半導體層6圖案化，並且通過由幹法蝕刻或由溼法蝕 刻選擇性蝕刻在下層的夾層絕緣膜12，以完成半導體層6。
此處，半導體層6通過順序形成n+、 i、 p+層而形成。然而，半導體層 6可以是經過順序形成p+、 i、 n+層的PIN二極體。
接著，通過CVD等沉積由SiNx膜形成的保護性絕緣膜17以覆蓋半 導體層6。保護性絕緣膜17的膜厚度約為100至300 nm。通過光刻技術 進行圖案化，以及通過千法蝕刻進行圖案化，並且形成開口部分(圖5H)。 此處，採用SiNx作為CVD膜的實例。然而，保護性絕緣膜17並不限於
15SiNx，可以使用其它材料，前提是它是絕緣材料。
接著，形成上電極7和共電極線25的連接區域(圖51)。在如上所述形 成的層的頂層上，通過沉積、通過濺射透明電極材料比如ITO等，形成上 電極7和共電極線25的連接區域。連接區域的膜厚度為約20至200 nm。 通過由光刻技術進行圖案化，以及通過使用用於ITO等的蝕刻劑的溼法蝕 刻或通過幹法蝕刻而使上電極7圖案化，從而形成連接區域。此時，通過 選擇性應用蝕刻，不損傷在下層的保護性絕緣膜17。
最後，通過使用粘合劑樹脂28等附加由GOS形成的閃爍體30，形成 如圖4所示的電磁波檢測元件10。
接著描述上述結構的輻射圖像檢測器100的工作原理。
當圖4中從上方輻照X-射線時，輻照的X-射線被閃爍體30吸收，並 且被轉換成可見光。圖4中可以從下面輻照X-射線。同樣，在這種情況下， X-射線被閃爍體30吸收，並且被轉換成可見光。在用於醫學診斷的常規 X-射線攝影術中，由閃爍體30產生的光量為0.5至2pW/cm2。這種所產 生的光穿過粘合劑樹脂28的層，並且被照射到傳感器部分103的半導體 層6上，所述傳感器部分103以陣列的形式被排列在TFT陣列襯底上。
在電磁波檢測元件10上，提供有半導體層6，以使其被分隔成相應的 像素單元。經由共電極線25，從上電極7對半導體層6施加預定偏壓，並 且當照射光時，在半導體層6的內部產生電荷。例如，在具有PIN結構的 半導體層6的情況下，對上電極7施加負偏壓，其中所述PIN結構是以 ^"- +(11+非晶矽、非晶矽、p+非晶矽)順序層化的結構。如果i層的膜厚 度為約lpm，則所施加的偏壓為約-5至-10V。當不照射光時，在半導體 層6隻有小於或等於幾個至幾十個pA/mn^的電流流過。另一方面，當照 射光(100pW/cm"時，半導體層6產生約0.3iiA/mn^的光電流。所產生的 電荷通過下電極14收集。下電極14與TFT開關4的漏極電極13連接。 此外，TFT開關4的源極電極9與信號線3連接。在圖像檢測時，對TFT 開關4的柵極電極2施加負偏壓(negative bias),並且TFT開關4被保持在 關的狀態，並且由下電極14收集的電荷被積累。
在讀出圖像時，導通信號(+10至20V)經由掃描線101被接連地施加 到TFT開關4的柵極電極2。由於TFT開關4由此被接連接通，因此與在
16下電極14積累的電荷量相應的電信號流出到信號線3。基於流出到信號線
3的電信號，信號檢測電路105檢測積累在相應傳感器部分103中的電荷 量，以作為形成圖像的相應像素的信息。由此，可以獲得由被輻照到電磁 波檢測元件10上的X-射線所表示的圖像信息。
在涉及本示例性實施方案的電磁波檢測元件10上，關於傳感器部分 103，在來自閃爍體30的可見光的非-照射表面側(可見光的下遊側)，形成 共電極線25。此外，在涉及本示例性實施方案的電磁波檢測元件IO上， 經由接觸孔22A, 22B將偏壓供應給上電極7。
由於這些情況，通過閃爍體30被轉換成可見光並且被照射到半導體 層6上的光被共電極線25的屏蔽得到了消除。因此，可以防止在傳感器 部分103的光利用效率的降低。
在其中在電磁波檢測元件10的相同布線層上形成不同類型的線的情 況下，容易由於不良圖案化而在線之間發生洩漏。
因此，第二示例性實施方案描述了其中通過不同布線層形成掃描線 101、信號線3和共電極線25的方案。
圖6示出的是平面圖，該平面圖顯示了涉及第二示例性實施方案的電 磁波檢測元件10的一個像素單元的結構。此外，圖7A顯示了沿著圖6的 線A-A的截面圖，而圖7B顯示了沿著圖6的線B-B的截面圖。在圖6和 圖7中與圖2和圖3中相同的部分的描述被省略。
如圖7A和圖7B所示，在電磁波檢測元件10上，在襯底1上形成掃 描線101和柵極電極2，並且將掃描線101和柵極電極2連接(參見圖6)。
在掃描線101和柵極電極2的整個表面上形成絕緣膜15以覆蓋掃描 線101和柵極電極2。位於柵極電極2上方的絕緣膜15的區域在TFT開 關4處起著柵極絕緣膜的作用。
在絕緣膜15上形成在柵極電極2上的島嶼狀的半導體有源層8。
在絕緣膜15的上層形成與信號線3平行的共電極線25，在所述絕緣 膜15上，在半導體有源層8的上層形成源極電極9和漏極電極13。
在襯底1上設置有像素的區域的基本整個表面上，將第一TFT保護膜層11A形成在源極電極9、漏極電極13和共電極線25上，以覆蓋所述源 極電極9、漏極電極13和共電極線25。
在第一 TFT保護膜層11A上形成信號線3、接觸墊24A和接觸墊38。 信號線3經由接觸孔36與源極電極9連接(參見圖6)。信號線3經由接觸 墊24A和接觸孔22A與共電極線25連接。此外，接觸墊38經由接觸孔 40與漏極電極13連接。
在襯底1上設置有像素的區域的基本整個表面上，將第二TFT保護膜 層11B形成在信號線3、接觸墊24A和接觸墊38上，以覆蓋信號線3、 接觸墊24A和接觸墊38。此外，在第二TFT保護膜層IIB上形成塗布型 夾層絕緣膜12。
在第二TFT保護膜層IIB和夾層絕緣膜12中，在與接觸墊24A相對 的位置上以及在設置形成掃描線101的區域的照射表面側的接觸墊38的 位置上，分別形成接觸孔22C和接觸孔16。
以與第一示例性實施方案相同的方式，在夾層絕緣膜12上，形成傳 感器部分103的下電極14、半導體層6和上電極7，以及形成保護性絕緣 膜17。經由設置在第一夾層絕緣膜12中的接觸孔22C，接觸墊24A與接 觸墊24B連接，所述接觸墊24B被形成在下電極14的層中。此外，通過 用上電極7覆蓋被設置在保護性絕緣膜17中的接觸孔22B的上部，將上 電極7和共電極線25電連接。
然後，如圖8所示，通過使用具有低光吸收率的粘合劑樹脂28等， 將由GOS等形成的閃爍體30附加到以這種方式形成的電磁波檢測元件 10。
接著，參考圖9A至圖9J，描述製備涉及第二示例性實施方案的電磁 波檢測元件10的工序的實例。注意，在圖9中與圖5中相同的部分的描 述被省略。此外，對於材料、膜厚度和形成各個層的方法，與第一示例性 實施方案中相同部分的描述被省略。
首先，在襯底1上形成柵極電極2和掃描線101。接著，在整個表面 上形成絕緣膜15，以覆蓋柵極電極2和掃描線101。然後，在絕緣膜15 上形成半導體有源層8和接觸層(未顯示)(圖9A)。
接著，在半導體有源層8的頂層上形成源極電極9和漏極電極13。然
18後，在絕緣膜15 h形成共電極線25(圖9B)。
接著，在基本上整個表面上形成第一TFT保護膜層IIA，以覆蓋源極 電極9、漏極電極13和共電極線25。隨後，通過光刻技術將第一 TFT保 護膜層11A圖案化(圖9C)。
接著，在第一TFT保護膜層11A上形成信號線3、接觸墊24A和接 觸墊38(圖9D)。
接著，在如上所述形成的層的頂表面上，相繼形成第二TFT保護膜層 11B和夾層絕緣膜12(圖9E)。
接著，通過光刻技術使第二 TFT保護膜層11B形成圖案(圖9F)。
接著，通過濺射在上述層的頂層上沉積Al-類型材料或比如ITO等的 金屬材料，並且通過圖案化形成下電極14(圖9G)。
然後，以類似於第一示例性實施方案的結構，在夾層絕緣膜12上形 成半導體層6(圖9H)。而且，形成保護性絕緣膜17(圖91)。然後，形成上 電極7和共電極線25的連接區域(圖9J)。
這樣，在涉及本示例性實施方案的電磁波檢測元件10上，在不同布 線層上形成掃描線101、信號線3和共電極線25。
由於這些情況，即使在形成共電極線25時引起不良圖案化並且殘留 有導電性材料的膜，也不引起掃描線101和信號線3的洩漏缺陷。
在第一和第二示例性實施方案中，在保護性絕緣膜17上形成上電極7 和共電極線25的連接區域。然而，存在由於在下層上的保護性絕緣膜17 的陡角(steepangle)的變化或開裂等所引起的連接區域斷開等的情況。
因此，第三示例性實施方案描述了其中在相應的半導體層6的周邊上 進一步形成夾層絕緣膜18的方案。
圖n示出了平面圖，該平面圖顯示了涉及第三示例性實施方案的電 磁波檢測元件10的一-個像素單元的結構。此外，圖18A示出了沿著圖17 的線A-A的截面圖，而圖18B示出了沿著圖17的線B-B的截面圖。在圖 17和圖18中與圖2和圖3中相同的部分的描述被省略。
如圖18A和圖18B中所示，在電磁波檢測元件10上，塗布型夾層絕緣膜18被形成在夾層絕緣膜12上，以在相應半導體層6部分上具有開口
的同時，覆蓋相應半導體層6的外部周邊。以與夾層絕緣膜12相同的方 式，夾層絕緣膜18由具有低電容率的感光有機材料形成，並且比傳感器 部分103的半導體層6要厚，並且形成1至4 )am的膜厚度。
分別在接觸墊24的多個部分的位置上，在夾層絕緣膜18中形成接觸 孔22B。注意，在本示例性實施方案中，接觸孔22B形成為其中直徑在厚 度方向上變得越來越小的圓錐形狀(錐形)。如圖18B所示，形成接觸孔 22B，使得內表面相對於圓錐軸的角e小於或等於60。，並且大於相對於半 導體層6邊緣的垂直方向的角。
在半導體層6和夾層絕緣膜18上形成上電極7，以至少覆蓋夾層絕緣 膜18的開口部分。上電極7還用作與設置在下層用於對上電極7供應偏 壓的共電極線25連接的導電性構件的作用。經由設置在第一夾層絕緣膜 12中的接觸孔22A,共電極線25連接至接觸墊24，該接觸墊24被形成 在下電極14的層上。此外，通過用上電極7覆蓋被設置在夾層絕緣膜18 中的接觸孔22B,而將上電極7和共電極線25電連接。
而且，保護性絕緣膜17形成在夾層絕緣膜18和上電極7的基本整個 表面上。
通過使用具有低光吸收率的粘合劑樹脂28等，將由GOS等形成的閃 爍體30附加到以這種方式形成的電磁波檢測元件10。
接著，將參考圖19A至圖191，描述製備涉及第三示例性實施方案的 電磁波檢測元件10的工序的實例。注意，由於圖19A至圖19G是與圖5A 至圖5G相同的部分，因此對它們的描述被省略。此外，關於材料、膜厚 度和形成各個層的方法，與第一示例性實施方案中相同的部分的描述被省 略。
夾層絕緣膜18連續地形成在夾層絕緣膜12 (圖19H)上。以形成夾層 絕緣膜12時的相同方式，通過塗布具有感光性並且作為塗布材料的材料， 並且在預烘焙之後進行曝光和顯影的步驟，之後進行烘焙，並且還形成接 觸孔22B，從而形成夾層絕緣膜18。
然後，以與第一示例性實施方案的結構相同的方式，在夾層絕緣膜18 上形成上電極7和共電極線25的連接區域。之後，在上電極7的基本整個表面上形成保護性絕緣膜17(圖191)。
通過在本示例性實施方案中進一步設置夾層絕緣膜18，可以使接觸孔 22B的內表面的角e變得緩和，這如圖18B所示。因此，可以抑制上電極 7和共電極線25的連接部分發生斷開等。尤其是，在採用IZO或ITO作 為上電極7的情況下，容易產生由陡角變化、開裂等引起的斷開。因此， 使用比如本第三示例性實施方案的結構之類的結構是有效的。
此外，如果透溼性高並且空氣內的溼氣滲透其中，則來自半導體層6 的漏電流增加，並且可以改變電磁波檢測元件IO的器件特性。通過如在 第三示例性實施方案中那樣，用保護性絕緣膜17覆蓋夾層絕緣膜18，可 以抑制空氣內的溼氣滲透到夾層絕緣膜18內。
第三示例性實施方案描述了其中在相應半導體層6的周邊設置夾層絕 緣膜18的情況。然而，可以設置夾層絕緣膜18以覆蓋相應半導體層6的 頂表面，並且可以在相應半導體層6的頂表面上形成接觸孔。
此外，在上述第三示例性實施方案中，如圖20A和圖20B所示，可 以在夾層絕緣膜12和夾層絕緣膜18之間形成保護性絕緣膜19。這種情況 可以通過這樣實現在以圖19G的工序形成的夾層絕緣膜12和半導體層 6上，通過例如CVD形成夾層絕緣膜19，該夾層絕緣膜19由無機材料形 成，之後，進行上述圖19H的工序，以形成夾層絕緣膜18，並且通過光 刻技術使在接觸孔22B部分上以及在與上電極7連接的部分上的保護性絕 緣膜19形成圖案。由於這樣的情況，在夾層絕緣膜18中形成接觸孔22B 時，在接觸孔22B內產生的殘留物可以在使保護性絕緣膜19形成圖案時 被移除。
此外，根據上述各個示例性實施方案，連接上電極7和共電極線25 的接觸孔(在第一和第三示例性實施方案中的接觸孔22A, 22B以及在第二 示例性實施方案中的接觸孔22A， 22B, 22C)被設置在相鄰傳感器部分103 之間。因此，可以防止傳感器部分103的光接收區域的表面積(填充係數) 的降低。
通常地，傳感器部分103在信號線3和掃描線101的位置上分離，以 降低信號線3和掃描線101的布線負載。因此，接觸孔被設置在信號線3
21的上方或在掃描線101的上方。然而，為了降低圖像檢測噪聲，優選的是， 接觸孔被設置在掃描線101的上方。
根據上述各個示例性實施方案，經由絕緣膜(在第一和第三示例性實施
方案中的TFT保護膜層U和夾層絕緣膜12，以及在第二示例性實施方案 中的TFT保護膜層11A, 11B和夾層絕緣膜12)，在下電極14的非輻照表 面側形成共電極線25。因此，在下電極14和共電極線25之間的電容降低， 並且可以降低TFT開關4的開關噪聲。即，開關噪聲隨電容成比例地增加。 例如，在絕緣膜是SiNx等的情況下，介電常數的極限約為7，而膜厚度的 極限為約0.5pm。因此，下電極14和共電極線25之間的電容大。因此， 通過如在本示例性實施方案中，提供夾層絕緣膜12(例如，電容率3.5， 膜厚度2^m)，電容變為例如1/8。因此，與傳感器部分103的電容相比， 該電容小，並且開關噪聲為可以被忽略的程度。
此外，根據上述各個示例性實施方案，與信號線3平行地形成共電極 線25。因此，信號線3不與共電極線25相交。因此，可以防止由於信號 線3和共電極線25的相交所帶來的線的靜電電容的增加。因此，可以降 低在信號線3產生的電噪聲。
而且，根據上述各個示例性實施方案，上電極7的一部分沿著信號線 3延伸，並且與沿著信號線3相鄰的其它像素的上電極7連接，以使共電 極線25伸長。由於這些情況，即使在連接上電極7和共電極線25的接觸 孔處出現不良接觸的情況下，也可以從相鄰像素向上電極7施加偏壓。因 此，可以抑制傳感器部分103的不良工作。
注意，上述各個示例性實施方案描述了其中上電極7與沿著信號線3 相鄰的其它像素的上電極7連接的情況。然而，本發明並不限於這些。例 如，如圖10所示，上電極7還可以與沿著掃描線101相鄰的其它像素的 上電極7連接。由於這些情況，可以抑制由於沿著掃描線101方向的電極 電勢分布所引起的偽斷artifact)的發生。注意，上電極7可以只與沿著掃 描線101相鄰的其它像素的上電極7連接。
此外，如圖11所示，可以使上電極7獨立並且不與其它像素的上電 極7連接。
上述各個示例性實施方案描述了其中與信號線3平行地形成共電極線
2225的情況。然而，本發明並不限於這些。例如，如圖12所示，可以與掃
描線101平行地形成共電極線25。
此外，上述各個示例性實施方案描述了其中本發明被應用於間接轉換
型電磁波檢測元件10的情況，所述間接轉換型電磁波檢測元件IO—旦在 閃爍體30上將輻照轉換為光，就在半導體層6將被轉換的光轉換成電荷 並且積累所述電荷。然而，本發明並不限於這些，並且可以應用於例如在 非晶矽等的半導體層上將輻照直接轉換成電荷並且累積所述電荷的直接 轉換型電磁波檢測元件。
在間接轉換型電磁波檢測元件10中，在閃爍體30上將輻照轉換成光， 並且接收在閃爍體30上轉換的光，並且在傳感器部分103累積電荷。因 此，在間接轉換型電磁波檢測元件的情況下，表示作為本發明傳感器部分 的檢測對象的圖像的電磁波是光。此外，在涉及本示例性實施方案的電磁 波檢測元件10上，即使在輻射從襯底1側輻照的情況下，該輻射也在閃 爍體30上被轉換成光，被轉換的光照射到傳感器部分103上，並且在半 導體層6產生電荷。因此，即使在輻射從襯底l側輻照的情況下，半導體 層6上輻照作為檢測對象的電磁波的輻照表面側為閃爍體30側，並且非 輻照表面側是襯底1側。
另一方面，在直接轉換型電磁波檢測元件中，輻射在半導體層被直接 轉換成電荷。這樣，在直接轉換型電磁波檢測元件中，表示作為本發明傳 感器部分的檢測對象的圖像的電磁波是輻射。此外，在直接轉換型電磁波 檢測元件的情況下，輻射在半導體層被直接轉換成電荷。因此，半導體層 的輻照電磁波的輻照表面側是被輻照輻射的一側，而非輻照表面側是沒有 輻照輻射的一側。例如，如果輻射從襯底側輻照，則半導體層上的輻照電 磁波的輻照表面側是襯底側，而非輻照表面側是與襯底所在的一側相反的 半導體層側。
而且，上述各個示例性實施方案描述了本發明被應用於輻射圖像檢測 器100的情況，所述輻射圖像檢測器100通過檢測作為電磁波的X-射線來 檢測圖像，所述電磁波是檢測的對象。然而，本發明並不限於這些。作為 檢測對象的電磁波可以是，例如可見光、紫外線、紅外線等中的任何一種。
此外，在各個示例性實施方案中描述的輻射圖像檢測器100的結構(參見圖l)和電磁波檢測元件10的結構(圖2至圖12)都是舉例，當然在不背 離本發明的精神的範圍內可以對其進行適當的變化。
權利要求
1. 一種電磁波檢測元件，所述電磁波檢測元件包括多個傳感器部分，所述多個傳感器部分具有半導體層，所述半導體層被設置成與多個掃描線和多個信號線的相應交叉部分對應，所述多個掃描線和多個信號線被設置成彼此相交，所述半導體層通過被電磁波輻照而產生電荷，所述電磁波表示作為檢測對象的圖像，第一電極，所述第一電極由對所述電磁波具有透射性的導電性構件在所述半導體層的被輻照所述電磁波的輻照表面側形成，所述第一電極對所述半導體層施加偏壓，以及第二電極，所述第二電極形成在所述半導體層相對於所述電磁波的非輻照表面側，並且所述第二電極收集在所述半導體層產生的電荷；以及共電極線，所述共電極線形成在所述傳感器部分的電磁波下遊側並且經由相應的接觸孔與所述第一電極連接，並且供應所述偏壓。
2. 權利要求1所述的電磁波檢測元件，其中相比於形成所述第一電極 的所述導電性構件，所述共電極線的電阻低。
3. 權利要求2所述的電磁波檢測元件，其中所述共電極線是Al或Cu， 或是含有Al或Cu的合金或層化膜。
4. 權利要求1所述的電磁波檢測元件，還包括第一絕緣膜，所述第一絕緣膜被設置在所述多個傳感器部分和所述共 電極線之間，並且使所述傳感器部分和所述共電極線絕緣，在所述第一絕 緣膜中形成所述多個接觸孔；以及多個接觸件，所述接觸件各自的一端分別經由所述接觸孔被連接至所 述第一電極，並且其另一端被連接至所述共電極線。
5. 權利要求4所述的電磁波檢測元件，其中所述掃描線由布線層形成，所述布線層經由第二絕緣膜在形成有所述 共電極線的布線層的電磁波下遊側形成，並且在形成有所述掃描線的區域的輻照表面側的位置，在第一絕緣膜中形成接觸孔。
6. 權利要求4所述的電磁波檢測元件，其中所述第一絕緣膜是其膜厚 度等於或大於1 nm的夾層絕緣膜。
7. 權利要求4所述的電磁波檢測元件，其中所述第一絕緣膜是其介電 常數為2至4的夾層絕緣膜。
8. 權利要求4所述的電磁波檢測元件，還包括第三絕緣膜，所述第三 絕緣膜至少覆蓋多個傳感器部分的外部周邊，並且在所述第三絕緣膜中形 成多個接觸孔，其中多個接觸件的一端經由分別形成在所述第一絕緣膜和所述第三 絕緣膜中的所述接觸孔連接至所述第一電極，而所述多個接觸件的另一端 連接至所述共電極線。
9. 權利要求8所述的電磁波檢測元件，其中所述第三絕緣膜是其膜厚 度比所述傳感器部分的膜厚度更厚的夾層絕緣膜。
10. 權利要求8所述的電磁波檢測元件，還包括保護性絕緣膜，所述 保護性絕緣膜由無機材料形成並且覆蓋所述第三絕緣膜、所述接觸件和所 述第一電極。
11. 權利要求8所述的電磁波檢測元件，還包括由無機材料形成的在 所述第一絕緣膜和所述第三絕緣膜之間的保護性絕緣膜。
12. 權利要求10所述的電磁波檢測元件，其中所述保護性絕緣膜是 SiNx或SiOx膜。
13. 權利要求4所述的電磁波檢測元件，其中所述接觸件由IZO或ITO 形成。
14. 權利要求4所述的電磁波檢測元件，其中所述接觸件由與所述第 一電極相同的構件形成。
15. 權利要求l所述的電磁波檢測元件，其中所述第一電極經由連接 區域與其它相鄰第一電極電連接。
16. 權利要求15所述的電磁波檢測元件，其中所述連接區域由對於所 述電磁波具有透射性的導電性構件形成。
17. 權利要求15所述的電磁波檢測元件，其中所述第一電極與沿著所 述信號線相鄰的其它第一電極連接。
18.權利要求15所述的電磁波檢測元件，其中所述第一電極與沿著所 述掃描線相鄰的其它第- - 電極連接。
全文摘要
本發明提供一種可以防止在傳感器部分的光利用效率降低的電磁波檢測元件。傳感器部分被設置成與掃描線和信號線的相應交叉部分對應，並且具有由於輻照電磁波而產生電荷的半導體層，並且在其電磁波輻照表面側形成上電極，在其非電磁波輻照表面側形成下電極。通過共電極線將偏壓經由相應的接觸孔供應給相應的上電極，所述共電極線是相比於半導體層更向著電磁波下遊側形成的。
文檔編號H01L27/146GK101499481SQ200910004839
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月21日 優先權日2008年1月29日
發明者岡田美廣 申請人:富士膠片株式會社