紫外探測器的像素結構、紫外探測器系統及其製造方法

2024-02-29 18:37:15 1

專利名稱：紫外探測器的像素結構、紫外探測器系統及其製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術，更具體地說，涉及一種半導體紫外探測器的像素結構、紫外探測器系統及其製造方法。
背景技術：
近年來，隨著天文、高能物理、空間技術等領域的研究和探索工作的不斷深入，對紫外探測技術和探測材料提出了更高的要求。紫外(UV)探測技術是繼紅外和雷射探測技術之後發展起來的又一軍民兩用光電探測技術，在軍事和民用方面均有很高的應用價值。軍事上，紫外探測技術可用於飛彈制導、飛彈預警、紫外通信、紫外幹擾、光電對抗等領域，這些已引起軍方的高度重視。紫外探測技術在民用領域巾，可用於紫外天文學、紫外樹脂同化、燃燒工程及紫外水淨化處理巾的紫外線測量、火焰探測、生物效應、天際通信及環境汙染檢測等非常廣泛的領域。相比於傳統紅外探測器，紫外探測具備獨特優勢比如說紫外探測可以用於在白天探測飛彈或飛機，如果此時用紅外，會受日光影響。紫外線在進入大氣層時被吸收(200-290nm,日盲區)，而紅外線則能穿過大氣，所以大氣環境裡的紅外幹擾比較嚴重，而紫外環境相對較乾淨。所以紫外探測器可以在強紅外幹擾環境下探測熱源。而且現在有的加油站裡也在用紫外熱源探測器來探測是否有危險熱源。而紅外探測器就容易因為幹擾熱源太多而產生誤報警。紫外探測技術的關鍵是研製高靈敏度、低噪聲的紫外探測器。紫外成像的探測器可大致分為兩類光陰極探測器和半導體探測器。相比光陰極探測器，半導體紫外探測不僅更緊湊，更堅固，具有更高的量子效率，驅動電壓更低，而且還能在高溫環境中獲得更好的穩定性。根據光電探測材料，典型的紫外固體探測器有Si (或者GeSi，PtSi等)紫外探測器、SiC紫外探測器以及AlGaN(或者GaN)紫外探測器。製作的工藝方法包括化學氣相沉積法(CVD)、金屬有機物化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脈衝雷射沉積法(PLD)、溶膠-凝膠法(SOL-GEL)、水熱法等。上述方法中半導體材料一般處於多晶態、晶態或者超晶格。此外，ZnO也可作為紫外探測器的光電探測材料，ZnO是一種直接帶隙寬禁帶氧化物半導體材料，室溫下其禁帶寬度約為3. 37eV,激子複合能高達60meV，ZnO薄膜一般處於多晶態或者晶態。不僅如此，ZnO 還具有生長溫度低、較低的電子誘生缺陷、閾值電壓低等優點，並且原料易得、價廉、無汙染。常見的製作方法為磁控濺射法(Sputter)、化學氣相沉積法(CVD)、金屬有機物化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脈衝雷射沉積法(PLD)、溶膠-凝膠法(SOL-GEL)、水熱法等。然而，上述現有的半導體紫外探測器，其所用的光電探測材料處在多晶態或晶態，製造成本高，光電效率較低，但隨著探測應用需求的提高，對光電效率也提出了更高的要求。

發明內容
本發明實施例提供一種紫外探測器的像素結構、紫外探測器系統及其製造方法，通過形成非晶態氧化物 半導體的光電探測層，來提高光電效率，同時也降低了成本。為實現上述目的，本發明實施例提供了如下技術方案一種紫外探測器，包括紫外探測器和與紫外探測器連接的讀出電路，所述讀出電路由一個或多個TFT器件組成，所述讀出電路的TFT器件的第一有源層以及所述紫外探測器的光電探測層為非晶態氧化物半導體。可選地，所述紫外探測器為MSM型或TFT型。可選地，所述單位像素結構包括襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域；第一區域上的一個或多個TFT器件,包括第一柵電極，第一柵電極上的第一柵絕緣層，第一柵絕緣層上的第一有源層，第一柵電極兩側的第一有源層上的第一源漏電極；第二區域上的MSM型紫外探測器，包括光電探測層，光電探測層上的第二電極；以及覆蓋第一源漏電極、第一有源層、光電探測層和第二電極的鈍化層，第一有源層的鈍化層之上的光屏蔽層。可選地，所述單位像素結構包括襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域；第一區域上的一個或多個TFT器件,包括第一柵電極，第一柵電極上的第一柵絕緣層，第一柵絕緣層上的第一有源層，第一柵電極兩側的第一有源層上的第一源漏電極；第二區域上的TFT型紫外探測器，包括第二柵電極，第二柵電極上的第二柵絕緣層，第二柵絕緣層上的光電探測層，第二柵電極兩側的光電探測層上的第二源漏電極；以及，覆蓋第一源漏電極、第一有源層、光電探測層和第二源漏電極的鈍化層，第一有源層的鈍化層之上的光屏蔽層。可選地，所述讀出電路為PPS、APS或DPS。可選地，所述光電探測層或第一有源層從包含以下元素的組中選擇形成InGaZnO、InZnO、HflnZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、YInZnO、AllnZnO、SnlnZnO、Ti02、ln203、ZTO、ITO、ZnO 或 SnOx。此外，本發明還提供了一種上述紫外探測器的單位像素結構的製造方法，包括提供襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域；在所述第一區域的襯底上形成第一柵電極；覆蓋所述第一柵電極，在第一柵電極和第二區域上形成第一柵絕緣層；在所述第一區域的第一柵絕緣層上形成第一有源層，以及在所述第二區域的第一柵絕緣層上形成光電探測層，其中，所述第一有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體；在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極，以及在光電探測層上形成第二電極；覆蓋所述第一源漏電極、第二電極及第一有源層、光電探測層形成鈍化層；在所述第一區域的鈍化層上形成光屏蔽層；其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成了 MSM型的紫外探測器，所述讀出電路與紫外探測器電連接。此外，本發明還提供了另一種上述紫外探測器的單位像素結構的製造方法，包括提供襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域；
在所述第一區域上形成第一柵電極，以及在所述第二區域上形成第二柵電極；覆蓋第一柵電極在所述第一區域上形成第一柵絕緣層，以及覆蓋第二柵電極在所述第二區域上形成第二柵絕緣層；在所述第一柵絕緣層上形成第一有源層，以及在所述第二柵絕緣層上形成光電探測層，其中，所述第一有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體；在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極，以及在第二柵電極兩側的光電探測層上形成第二源漏電極；覆蓋所述第一源漏電極、第二源漏電極及第一有源層、光電探測層形成鈍化層；在所述第一區域的鈍化層上形成光屏蔽層； 其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器，所述讀出電路與紫外探測器電連接。此外，本發明還提供了一種紫外探測器系統，包括由多個如權利要求1-6中任一項所述的單位像素結構組成的探測器陣列，以及同所述探測器陣列相連接的處理電路陣列。可選地，所述處理電路陣列包括電荷敏感放大器、ADC、DSP、I/O、控制邏輯和/或掃描電路。可選地，所述處理電路陣列由TFT器件組成，所述處理電路陣列的TFT器件的有源層為非晶態氧化物半導體。可選地，所述探測器陣列和所述處理電路陣列形成在同一個襯底上。此外，本發明還提供了上述紫外探測器系統的製造方法，包括提供襯底，所述襯底具有第一區域、第二區域和第三區域；在所述第一區域上形成第一柵電極，以及在第三區域上形成第三柵電極；覆蓋所述第一柵電極，在第一柵電極和第二區域上形成第一柵絕緣層，以及覆蓋所述第三柵電極，在第三柵極上形成第三柵絕緣層；在所述第一區域的第一柵絕緣層上形成第一有源層，以及在所述第二區域的第一柵絕緣層上形成光電探測層，以及在所述第三區域的第三柵絕緣層上形成第三有源層，第一有源層、第三有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體；在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極，以及在光電探測層上形成第二電極，以及在在所述第三柵電極兩側的第三有源層上形成第三源漏電極；覆蓋所述第一源漏電極、第二電極、第三源漏電極及第一有源層、第三有源層、光電探測層形成鈍化層；在所述第一區域及第三區域的鈍化層上形成光屏蔽層；其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器和在第三區域上形成了由TFT器件組成的處理電路，單個讀出電路和紫外探測器組成單位像素結構，所述單位像素結構與所述處理電路電連接。本發明還提供了上述紫外探測器系統的另一製造方法，包括提供襯底，所述襯底具有第一區域、第二區域和第三區域；在所述第一區域上形成第一柵電極、在所述第二區域上形成第二柵電極以及在所述第三區域上形成第三柵電極；
覆蓋第一柵電極在所述第一區域上形成第一柵絕緣層、覆蓋第二柵電極在所述第二區域上形成第二柵絕緣層以及覆蓋第三柵電極在所述第三區域上形成第三柵絕緣層；在所述第一柵絕緣層上形成第一有源層、在所述第二柵絕緣層上形成光電探測層以及在所述第三柵絕緣層上形成第三有源層，其中，所述第一有源層、第三有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體； 在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極、在第二柵電極兩側的光電探測層上形成第二源漏電極以及在第三柵電極兩側的光電探測層上形成第三源漏電極；覆蓋所述第一源漏電極、第二源漏電極、第三源漏電極及第一有源層、第三有源層、光電探測層形成鈍化層；在所述第一區域及第三區域的鈍化層上形成光屏蔽層； 其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器和在第三區域上形成了由TFT器件組成的處理電路，單個讀出電路和紫外探測器組成單位像素結構，所述單位像素結構與所述處理電路電連接。與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點本發明實施例的紫外探測器的單位像素結構、紫外探測器及其製造方法，通過形成具有非晶態氧化物半導體的讀出電路器件及紫外探測器件的單位像素結構及紫外探測器，而由於讀出電路的器件的有源層以及紫外探測器的光電探測層都為非晶態氧化物半導體，利用非晶態氧化物半導體的高遷移率和優秀的紫外光電響應特性，可以將紫外探測器和讀出電路集成在同一個任意平板的襯底上，更為簡單高效並且成本低，更加適用於大面積的紫外探測器陣列的像素結構。


通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特徵和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。並未刻意按實際尺寸等比例縮放繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。圖1-3為根據本發明實施例一的紫外探測器的單位像素結構的電路示意圖；圖4為根據本發明實施例一的紫外探測器的單位像素結構的結構示意圖；圖5為根據本發明實施例二的紫外探測器的單位像素結構的電路示意圖；圖6為根據本發明實施例二的紫外探測器的單位像素結構的結構示意圖；圖7為根據本發明一個實施例的紫外探測器系統的示意圖；圖8為根據本發明又一個實施例的紫外探測器系統的示意圖；圖9為根據本發明實施例的紫外探測器系統的電路示意10為根據本發明一個實施例的紫外探測器系統的結構示意圖；圖11為根據本發明又一個實施例的紫外探測器系統的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。

其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術所描述的，傳統的紫外探測器多採用多晶態或晶態的半導體材料作為光電探測材料，而這些材料的成本高，光電效率較低，為此，本發明提出了一種紫外探測器的單位像素結構，通過形成非晶態氧化物半導體的光電探測層的紫外探測器及非晶態氧化物半導體的有源層的讀出電路器件的單元像素結構，可以將探測器及讀出電路集成在同一襯底上，降低製造成本，提高光電效率。上述紫外探測器的單位像素結構，包括紫外探測器和與紫外探測器連接的讀出電路，所述讀出電路由一個或多個TFT器件組成，所述讀出電路的TFT器件的第一有源層以及所述紫外探測器的光電探測層為非晶態氧化物半導體。其中，所述紫外探測器可以為MSM(金屬-半導體-金屬)型或TFT (薄膜電晶體)型，所述紫外探測器的光電探測層採用非晶體氧化物半導體。其中，所述讀出電路由TFT器件組成，所述TFT器件的有源層採用非晶體氧化物半導體，所述讀出電路可以為由一個或多個TFT器件組成的PPS(Passive Pixel Sensor) >APS (Active Pixel Sensor)或 DPS (Digital Pixel Sensor)或其他電路。在本申請中，所述非晶態氧化物半導體可以為摻In的ZnO基半導體材料或除摻In的ZnO基半導體之外的其它二元或多元非晶態氧化物半導體材料，所述摻In的ZnO基半導體材料例如 InGaZnO、InZnO, HflnZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、YInZnO、AllnZnO、SnInZnO等，其中In原子中的外層電子是主要導電電子源，通過相鄰氧空位導電，Zn原子起到穩定微晶胞結構的作用，而Ga、Hf、Ta、Zr、Y、Al、Sn等等第三摻雜劑起控制氧空位的產生率從而改變半導體的導電率，摻In的ZnO系半導體中[In]/([In] +[第三摻雜劑])的原子計數比為35% 80%，[Zn]/([In]+ [Zn])的原子計數比為40% 85%。優選的各元素原子計數比為[In][第三摻雜劑]:[Zn]
= 1 : 1 : 1: 1或者1 : 1 : I1 : 2或者2:2:2: 1或者1 : 1 : 1 : 4等。所述其它二元或多元非晶態氧化物半導體材料例如 TiO2、In2O3' ZTO、IT0(In203:Sn)、ZnO 或 SnOx 等。利用非晶態氧化物半導體的高遷移率和優秀的紫外光電響應特性，可以將紫外探測器和讀出電路集成在同一個任意平板的襯底上，以便集成具有像素開關(讀出電路)的紫外探測器的平面陣列結構，相對於傳統混合式的紫外探測器(紫外探測器和讀出電路集成分別選用不同的工藝和材料製造)，更為簡單高效並且成本低，更加適用於大面積的紫外探測器陣列的像素結構。以上對本發明的紫外探測器的單位像素結構的技術方案進行了詳細的描述，基於上述思想，以下將對具體的實施例進行詳細的描述。實施例一本發明實施例一的紫外探測器的單位像素結構，參考圖1-3所示，其中，紫外探測器為MSM型的紫外探測器102，所述讀出電路101為單個或多個TFT器件組成，讀出電路的TFT器件的有源層以及紫外探測器的光電探測層為非晶態氧化物半導體。在一些實施例中，所述讀出電路101為單個TFT器件101-1的PPS電路，如圖I所示，通過TFT器件101-1開關特性獨立操控單個紫外探測器102信號的輸出，避免了積分電路處理行列信號的低信噪比。在另一些實施例中，所述讀出電路為多個TFT器件組成的APS的讀出電路101，如圖2所示，APS在PPS基礎上集成了放大器101-2與復位器101-3，進一步增強單個探測器102的信號強度，提高信噪比，並消除「餘輝」效應。在又一些實施例中，所述讀出電路為多個TFT器件組成的DPS的讀出電路101，如圖3所示，DPS在APS上更進一步集成在線信號處理電路，包括模數轉換器(ADC)、數位訊號處理(DSP)、存儲器等，不僅在線提高了信噪比，避免了信號的傳輸損耗，增進了信號響應速度，並能實現在線「凝視」功能。以上TFT器件組成的讀出電路僅為示例，本發明中的讀出電路還可以為由TFT器 件組成的其他類型的讀出電路。由於讀出電路的TFT器件的有源層以及紫外探測器的光電探測層都為非晶態氧化物半導體，利用非晶態氧化物半導體的高遷移率和優秀的紫外光電響應特性，可以將紫外探測器和讀出電路集成在同一個任意平板的襯底上，更為簡單高效並且成本低，更加適用於大面積的紫外探測器陣列的像素結構。如圖4所示，圖4為根據本實施例一的紫外探測器的單位像素結構的結構示意圖，所述單位像素結構包括襯底200，所述襯底具有第一區域200-1和第二區域200-2 ；第一區域200-1上的一個或多個TFT器件，包括第一柵電極202，第一柵電極202上的第一柵絕緣層204，第一柵絕緣層204上的第一有源層206，第一柵電極202兩側的第一有源層206上的第一源漏電極210 ；第二區域200-2上的MSM型紫外探測器，包括光電探測層208，光電探測層208上的第二電極212 ;以及覆蓋第一源漏電極210、第一有源層214、光電探測層208和第二電極212的鈍化層214,第一有源層206的鈍化層214之上的光屏蔽層216。其中，所述第一區域200-1上的一個或多個TFT器件組成讀出電路，所述讀出電路可以為由TFT器件組成的PPS、APS或DPS電路或其他電路，所述第二區域200-2上的MSM器件為紫外探測器，讀出電路與所述MSM型的紫外探測器電連接，所述第一有源層206和光電探測層208為非晶態氧化物半導體。此外，在所述光電探測層208和第二區域200-2的襯底之間，還可以包括第一柵絕緣層204，以在製造過程中更好地和第一區域TFT器件的製造兼容，提高集成度。在本實施例中，所述襯底200可以為絕緣襯底並提供支撐，其材質例如為表面為二氧化矽的矽片(優選為絕緣體上矽S0I，也可以在體矽襯底上沉積或熱氧化製成二氧化矽的襯墊層)、玻璃(可以摻雜為常用的硼磷矽玻璃BPSG，也可以是旋塗玻璃S0G，玻璃襯底優選具有矩形形狀以適於切割和大面積製造)、石英、塑料(優選為具有較高熔點和硬度以及良好絕緣性的組合物)等。所述襯底還可以採用其他任意類型的襯底。所述第一柵電極202、第一源漏電極210或第二電極212可以為金屬材料、摻雜的多晶矽或其他合適的電極材料，例如Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、摻雜的多晶矽等。所述第一柵絕緣層204可以為氧化矽、氮化矽、高k介質材料或其他合適的介質材料。所述鈍化層214可以為氧化矽、氮氧化矽或低k介質材料或其他合適的材料。所述光屏蔽層可以為金屬、多晶矽、非晶矽或其他合適的材料，例如Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、多晶矽或非晶矽等，以屏蔽讀出電路中的TFT器件的入射光線，從而屏蔽第一有源層的非晶態氧化物半導體的紫外光電響應特性，使其僅作為讀出電路的器件使用。所述第一有源層206和光電探測層208為非晶態氧化物半導體，可以為任一上述^巨晶態氧化物半導體材料。以上對實施例一的紫外探測器的單位像素結構的電路及結構進行了詳細的描述，為了更好的理解本發明及實施例，參考圖4，以下將對上述實施例的製造方法進行詳細的描述。 在步驟S101，提供襯底200，所述襯底具有第一區域200-1和第二區域200-2。在一個實施例中，所述襯底可以為表面為二氧化矽的矽片，所述襯底的第一區域可以用於形成讀出電路，所述襯底的第二區域可以用於形成MSM型紫外探測器。在步驟S102，在所述第一區域200-1的襯底上形成第一柵電極202。在一個實施例中，可以採用濺射的方法並進行圖案化，來形成第一區域的襯底上的第一柵電極。在步驟S103，覆蓋所述第一柵電極202，在第一柵電極202和第二區域200-2上形成第一柵絕緣層204。在一個實施例中，可以通過化學氣相澱積(CVD)的方法形成第一柵絕緣層。在步驟S104，在所述第一區域200-1的第一柵絕緣層204上形成第一有源層206，以及在所述第二區域200-2的第一柵絕緣層204上形成光電探測層208，其中，所述第一有源層206和光電探測層208為非晶態氧化物半導體。可以通過磁控濺射法(Sputter)、化學氣相沉積法(CVD)、金屬有機物化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脈衝雷射沉積法(PLD)、溶膠-凝膠法(SOL-GEL)、水熱法等來形成第一有源層206和光電探測層208。在一個優選的實施例中，可以通過磁控濺射法在第一柵絕緣層上形成非晶體氧化物半導體材料，而後進行圖案化，從而在第一區域的第一柵絕緣層上形成非晶態氧化物半導體第一有源層、在所述第二區域的第一柵絕緣層上形成非晶態氧化物半導體光電探測層，此實施例中，第一有源層和光電探測層具有相同的非晶態氧化物半導體材料，其他實施例中，還可以是不同的非晶態氧化物半導體材料。在步驟S105，在所述第一柵電極202兩側的第一有源層206上形成第一源漏電極210，以及在光電探測層208上形成第二電極212。可以通過濺射或其他合適的方法形成第一源漏電極及第二電極。可選地，在形成第一源漏電極及第二電極之後，還可以進一步形成互連結構，實現第一區域上的器件之間和/或與第二區域上的器件之間的電連接。在步驟S106，覆蓋所述第一源漏電極210、第二電極212及第一有源層206、光電探測層208形成鈍化層214。
在一個實施例中，可以通過化學氣相澱積(CVD)的方法澱積形成鈍化層。在步驟S107，在所述第一區域200-1的鈍化層214上形成光屏蔽層216。在一個實施例中，可以通過濺射的方法並進行圖案化，在第一區域的鈍化層上形成光屏蔽層，以屏蔽該區域入射光線。至此，形成了本發明實施例的一的紫外探測器的單位像素結構，其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成了 MSM型的紫外探測器，所述讀出電路與紫外探測器電連接。在讀出電路為單個TFT器件的實施例中，可以通過第一源漏電極及第二電極之間的連接實現讀出電路與紫外探測器的電連接，在讀出電路為多個TFT器件的實施例中，可以通過第一源漏電極及第二電極之間的連接和/或進一步形成的互連結構實現讀出電路與紫外探測器的電連接。 實施例二下面將僅就實施例二區別於實施例一的方面進行闡述。未描述的部分應當認為與實施例一採用了相同的結構、材料、步驟、方法或者工藝來進行，因此在此不再贅述。與實施例一不同的是，本發明實施例二的紫外探測器的單位像素結構中，參考圖5所示，紫外探測器為TFT型的紫外探測器102，所述讀出電路101為單個或多個TFT器件組成，所述讀出電路可以為單個TFT器件101-1組成的PPS電路，也可以為多個TFT器件組成的APS、DPS或其他讀出電路(圖未示出，可參考實施例一中的讀出電路)。如圖6所示，圖6為根據本實施例二的紫外探測器的單位像素結構的結構示意圖，所述單位像素結構包括襯底300，所述襯底300具有第一區域300-1和第二區域300-2 ；第一區域300-1上的一個或多個TFT器件，包括第一柵電極302，第一柵電極302上的第一柵絕緣層306，第一柵絕緣層306上的第一有源層310，第一柵電極302兩側的第一有源層310上的第一源漏電極316 ； 第二區域300-2上的TFT型紫外探測器，包括第二柵電極304，第二柵電極304上的第二柵絕緣層308，第二柵絕緣層308上的光電探測層312，第二柵電極304兩側的光電探測層312上的第二源漏電極318 ;以及，覆蓋第一源漏電極316、第一有源層310、光電探測層312和第二源漏電極318的鈍化層322，第一有源層310的鈍化層322之上的光屏蔽層320。其中，所述第一區域上的一個或多個TFT器件組成讀出電路，所述讀出電路可以為由TFT器件組成的PPS、APS或DPS電路或其他電路，所述第二區域上的TFT器件為紫外探測器，讀出電路與所述TFT型的紫外探測器電連接，所述第一有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體。所述第一區域上的器件及結構同實施例一中第一區域上的器件及結構，在此不再贅述。所述第二區域上的器件為TFT型的紫外探測器件，在本實施例中，第二柵電極、第二源漏電極可以為金屬材料、摻雜的多晶矽或其他合適的電極材料，例如Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、摻雜的多晶矽等；所述第二柵絕緣層可以為氧化矽、氮化矽、高k介質材料或其他合適的介質材料。所述第一有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體，可以為任一上述非晶態氧化物半導體材料。 以上對實施例二的紫外探測器的單位像素結構的電路及結構進行了詳細的描述，為了更好的理解本發明及實施例，參考圖6，以下將對上述實施例的製造方法進行詳細的描述。在步驟S201，提供襯底300，所述襯底具有第一區域300-1和第二區域300-2。在一個實施例中，所述襯底可以為表面為二氧化矽的矽片，所述襯底的第一區域可以用於形成讀出電路，所述襯底的第二區域可以用於形成TFT型紫外探測器。在步驟S202，在所述第一區域300-1上形成第一柵電極302，以及在所述第二區域.300-2上形成第二柵電極304。在一個實施例中，可以通過濺射金屬材料，而後進行圖案化，在第一區域上形成第一柵電極、第二區域上形成第二柵電極，此實施例中，所述第一和第二柵電極為相同的金屬電極材料，在其他實施例中，可以通過多次澱和圖形化，形成為不同的電極材料的第一柵電極和第二柵電極。在步驟S203，覆蓋第一柵電極302在所述第一區域300_1上形成第一柵絕緣層.306，以及覆蓋第二柵電極304在所述第二區域300-2上形成第二柵絕緣層308。在一個實施例中，可以通過化學氣相澱積(CVD)的方法澱積柵絕緣材料，來形成第一柵絕緣層及第二柵絕緣層，在此實施例中，所述第一和第二柵絕緣層為相同的柵絕緣材料，在其他實施例中，所述第一和第二柵絕緣層還可以為不同的柵絕緣材料。在步驟S204，在所述第一柵絕緣層306上形成第一有源層310，以及在所述第二柵絕緣層304上形成光電探測層312，其中，所述第一有源層310和光電探測層312為非晶態氧化物半導體。在一個優選的實施例中，可以通過磁控濺射法在第一和第二柵絕緣層上形成非晶體氧化物半導體材料，而後進行圖案化，從而在第一區域的第一柵絕緣層上形成非晶態氧化物半導體第一有源層、在所述第二區域的第二柵絕緣層上形成非晶態氧化物半導體光電探測層，此實施例中，第一有源層和光電探測層具有相同的非晶態氧化物半導體材料，其他實施例中，還可以是不同的非晶態氧化物半導體材料。在步驟S205，在所述第一柵電極302兩側的第一有源層310上形成第一源漏電極.316，以及在第二柵電極304兩側的光電探測層312上形成第二源漏電極318。可以通過濺射或其他合適的方法形成第一源漏電極及第二源漏電極。可選地，在形成第一源漏電極及第二電極之後，還可以進一步形成互連結構，實現第一區域上的器件之間和/或與第二區域上的器件之間的電連接。在步驟S206，覆蓋所述第一源漏電極316、第二源漏電極318及第一有源層310、光電探測層312形成鈍化層322。在一個實施例中，可以通過化學氣相澱積(CVD)的方法澱積形成鈍化層。在步驟S207，在所述第一區域300-1的鈍化層322上形成光屏蔽層320。在一個實施例中，可以通過濺射的方法並進行圖案化，在第一區域的鈍化層上形成光屏蔽層，以屏蔽該區域入射光線。至此，形成了本發明實施例的二的紫外探測器的單位像素結構，其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成了 TFT型的紫外探測器，所述讀出電路與紫外探測器電連接。在讀出電路為單個TFT器件的實施例中，如圖6所示，可以通過第一源漏電極及第二源漏電極之間的連接實現讀出電路與紫外探測器的電連接，在讀出電路為多個TFT器件的實施例中，可以通過第一源漏電極及第二源漏電極之間的連接和/或進一步形成的互連結構實現讀出電路與紫外探測器電連接(圖未示出)。以上對本發明的紫外探測器的單位像素結構、具體的實施例及其製造方法進行了詳細的描述，對於上述紫外探測器的單位像素結構組成的探測陣列，可以用於紫外探測器系統中，降低紫外探測器系統的成本。為此，本發明還提供了一種紫外探測器系統，參考7和圖8所示，包括由多個上述實施例中的任意的紫外探測器的單位像素結構400a組成的探測器陣列400，以及同所述探測器陣列400相連接的處理電路陣列410。
在一些實施例中，如圖7所示，所述探測器陣列400與處理電路陣列410可以分別製造，而後通過銦柱420等互連結構把探測器陣列400的晶片與處理電路陣列410的晶片焊接在一起，來實現紫外探測器系統。更優的實施例中，如圖8所示，所述探測器陣列400與處理電路陣列410可以同時製造，形成在同一襯底上，相對分別製造的工藝，降低了製造成本，由於無需多晶片的對準封裝，也降低了由此帶來的信號延遲、噪聲和損耗等不利因素。其中，所述處理電路陣列包括電荷敏感放大器、ADC、DSP、I/O、控制邏輯、掃描電路和/或其他功能電路，參考圖9所示。為了使探測器陣列400與處理電路陣列410可以同時製造，所述處理電路陣列410也由TFT器件組成，並且所述處理電路陣列的TFT器件的有源層也為非晶態氧化物半導體，參考圖10和圖11所示，該紫外探測器系統包括襯底500，所述襯底500具有第一區域500-1、第二區域500-2和第三區域500-3 ；所述第一區域500-1上形成有上述實施例一或二中的第一區域上的結構，所述第二區域500-2上形成有上述實施例一或二中的第二區域上的結構；在紫外探測器為MSM型時，如圖10所示，第一區域500-1上的一個或多個TFT器件，包括第一柵電極502，第一柵電極502上的第一柵絕緣層506，第一柵絕緣層506上的第一有源層510，第一柵電極502兩側的第一有源層510上的第一源漏電極516 ;第二區域500-2上的MSM型紫外探測器，包括光電探測層512，光電探測層512上的第二電極518 ;以及覆蓋第一源漏電極516、第一有源層510、光電探測層512和第二電極518的鈍化層522,第一有源層510的鈍化層522之上的光屏蔽層524。在紫外探測器為TFT型時，如圖11所示，第一區域500-1上的一個或多個TFT器件，包括第一柵電極602,第一柵電極602上的第一柵絕緣層606,第一柵絕緣層606上的第一有源層610，第一柵電極602兩側的第一有源層610上的第一源漏電極616 ;第二區域500-2上的TFT型紫外探測器，包括第二柵電極603，第二柵電極603上的第二柵絕緣層607，第二柵絕緣層607上的光電探測層612，第二柵電極603兩側的光電探測層612上的第二源漏電極618 ;以及，覆蓋第一源漏電極616、第一有源層610、光電探測層612和第二源漏電極618的鈍化層622,第一有源層610的鈍化層622之上的光屏蔽層624。所述第三區域500-3上形成有處理電路的TFT器件，包括第三區域500_3的襯底上的第三柵電極504 ;第三柵電極504上的第三柵絕緣層508，第三柵絕緣層508上的第三有源層514，第三柵電極504兩側的第三有源層514上的第三源漏電極520 ；以及，覆蓋第三有源層514和第三源漏電極520的鈍化層522，第三有源層514的鈍化層522上的光屏蔽層524 ;其中，第一有源層510、610、第三有源層514和光電探測層512、612為非晶態氧化物半導體。其中，在第一區域上形成了讀出電路、在第二區域上形成紫外探測器和在第三區域上形成了由TFT器件組成的處理電路，單個讀出電路和紫外探測器組成單位像素結構400a，所述單位像素結構400與所述處理電路410a電連接。其中，第一有源層、第三有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體，可以為前述的任意非晶態氧化物半導體材料。以上為根據本發明實施例的紫外探測器系統的結構，此外，本發明還提供了上述紫外探測器系統的製造方法。 本發明提供了上述為MSM型的紫外探測器的紫外探測器系統的方法，參考圖10，包括提供襯底500，所述襯底500具有第一區域500_1、第二區域500_2和第三區域500-3 ；在所述第一區域500-1上形成第一柵電極502，以及在第三區域500_3上形成第三柵電極504 ；覆蓋所述第一柵電極502，在第一柵電極502和第二區域500_2上形成第一柵絕緣層506，以及覆蓋所述第三柵電極504，在第三柵極上504形成第三柵絕緣層508 ；在所述第一區域500-1的第一柵絕緣層506上形成第一有源層510，以及在所述第二區域500-2的第一柵絕緣層506上形成光電探測層512，以及在所述第三區域500-3的第三柵絕緣層508上形成第三有源層514，第一有源層510、第三有源層514和光電探測層512為非晶態氧化物半導體；在所述第一柵電極502兩側的第一有源層510上形成第一源漏電極516，以及在光電探測層512上形成第二電極518，以及在所述第三柵電極504兩側的第三有源層514上形成第三源漏電極520 ；覆蓋所述第一源漏電極516、第二電極518、第三源漏電極520及第一有源層510、第三有源層514、光電探測層512形成鈍化層522 ；在所述第一區域500-1及第三區域500-3的鈍化層522上形成光屏蔽層524 ；其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器和在第三區域上形成了由TFT器件組成的處理電路，單個讀出電路和紫外探測器組成單位像素結構400a，所述單位像素結構400a與所述處理電路410a電連接。本發明還提供了上述為TFT型的紫外探測器的紫外探測器系統的方法，參考圖11，包括提供襯底500，所述襯底500具有第一區域500_1、第二區域500_2和第三區域500-3 ；在所述第一區域500-1上形成第一柵電極602、在所述第二區域500-2上形成第二柵電極603以及在所述第三區域500-3上形成第三柵電極504 ；
覆蓋第一柵電極602在所述第一區域上形成第一柵絕緣層606、覆蓋第二柵電極在所述第二區域上形成第二柵絕緣層607以及覆蓋第三柵電極在所述第三區域上形成第三柵絕緣層508 ； 在所述第一柵絕緣層606上形成第一有源層610、在所述第二柵絕緣層607上形成光電探測層612以及在所述第三柵絕緣層508上形成第三有源層514，其中，所述第一有源層610、第三有源層514和光電探測層612為非晶態氧化物半導體；在所述第一柵電極602兩側的第一有源層610上形成第一源漏電極616、在第二柵電極603兩側的光電探測層612上形成第二源漏電極618以及在第三柵電極504兩側的第三有源層514上形成第三源漏電極520 ；覆蓋所述第一源漏電極616、第二源漏電極618、第三源漏電極520及第一有源層610、第三有源層514、光電探測層612形成鈍化層522、622 ；
在所述第一區域500-1及第三區域500-3的鈍化層上形成光屏蔽層624、524 ；其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器和在第三區域上形成了由TFT器件組成的處理電路，單個讀出電路和紫外探測器組成單位像素結構400a，所述單位像素結構400a與所述處理電路410a電連接。上述紫外探測器系統的製造方法中的具體步驟，可以採用現有技術中合適的方法來實現，在此不再贅述。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
權利要求
1.一種紫外探測器的單位像素結構，包括紫外探測器和與紫外探測器連接的讀出電路，其特徵在於，所述讀出電路由一個或多個TFT器件組成，所述讀出電路的TFT器件的第一有源層以及所述紫外探測器的光電探測層為非晶態氧化物半導體。
2.根據權利要求I所述的單位像素結構，其特徵在於，所述紫外探測器為MSM型或TFT型。
3.根據權利要求2所述的單位像素結構，其特徵在於，所述單位像素結構包括 襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域； 第一區域上的一個或多個TFT器件，包括第一柵電極，第一柵電極上的第一柵絕緣層，第一柵絕緣層上的第一有源層，第一柵電極兩側的第一有源層上的第一源漏電極；第二區域上的MSM型紫外探測器，包括光電探測層，光電探測層上的第二電極；以及覆蓋第一源漏電極、第一有源層、光電探測層和第二電極的鈍化層，第一有源層的鈍化層之上的光屏蔽層。
4.根據權利要求2所述的單位像素結構，其特徵在於，所述單位像素結構包括 襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域； 第一區域上的一個或多個TFT器件，包括第一柵電極，第一柵電極上的第一柵絕緣層，第一柵絕緣層上的第一有源層，第一柵電極兩側的第一有源層上的第一源漏電極；第二區域上的TFT型紫外探測器，包括第二柵電極，第二柵電極上的第二柵絕緣層，第二柵絕緣層上的光電探測層，第二柵電極兩側的光電探測層上的第二源漏電極；以及，覆蓋第一源漏電極、第一有源層、光電探測層和第二源漏電極的鈍化層，第一有源層的鈍化層之上的光屏蔽層。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的單位像素結構，其特徵在於，所述讀出電路為PPS、APS 或 DPS。
6.根據權利要求1-4中任一項所述的像素結構，其特徵在於，所述光電探測層或第一有源層從包含以下元素的組中選擇形成InGaZnO、InZnO, HfInZnO, TaInZnO, ZrInZnO,YInZnO、AllnZnO、SnlnZnO、Ti02、In2O3、ZTO、ITO、ZnO 或 SnOx0
7.一種紫外探測器的單位像素結構的製造方法，其特徵在於，包括 提供襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域； 在所述第一區域的襯底上形成第一柵電極； 覆蓋所述第一柵電極，在第一柵電極和第二區域上形成第一柵絕緣層； 在所述第一區域的第一柵絕緣層上形成第一有源層，以及在所述第二區域的第一柵絕緣層上形成光電探測層，其中，所述第一有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體； 在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極，以及在光電探測層上形成第二電極； 覆蓋所述第一源漏電極、第二電極及第一有源層、光電探測層形成鈍化層； 在所述第一區域的鈍化層上形成光屏蔽層； 其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成了 MSM型的紫外探測器，所述讀出電路與紫外探測器電連接。
8.根據權利要求7所述的製造方法，其特徵在於，所述第一有源層或光電探測層從包含以下元素的組中選擇形成InGaZn0、InZnO, HfInZnO, TaInZnO, ZrInZnO, YInZnO,AllnZnO、SnlnZnO、TiO2> ln203、ZTO、ITO、ZnO 或 SnOx0
9.一種紫外探測器的單位像素結構的製造方法，其特徵在於，包括 提供襯底，所述襯底具有第一區域和第二區域； 在所述第一區域上形成第一柵電極，以及在所述第二區域上形成第二柵電極； 覆蓋第一柵電極在所述第一區域上形成第一柵絕緣層，以及覆蓋第二柵電極在所述第二區域上形成第二柵絕緣層； 在所述第一柵絕緣層上形成第一有源層，以及在所述第二柵絕緣層上形成光電探測層，其中，所述第一有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體； 在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極，以及在第二柵電極兩側的光電探測層上形成第二源漏電極； 覆蓋所述第一源漏電極、第二源漏電極及第一有源層、光電探測層形成鈍化層； 在所述第一區域的鈍化層上形成光屏蔽層； 其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器，所述讀出電路與紫外探測器電連接。
10.根據權利要求9所述的製造方法，其特徵在於，所述第一有源層或光電探測層從包含以下元素的組中選擇形成InGaZnO、InZnO, HfInZnO, TaInZnO, ZrInZnO, YInZnO,AllnZnO、SnlnZnO、TiO2> ln203、ZTO、ITO、ZnO 或 Sn0x。
11.一種紫外探測器系統，其特徵在於，包括由多個如權利要求1-6中任一項所述的單位像素結構組成的探測器陣列，以及同所述探測器陣列相連接的處理電路陣列。
12.根據權利要求11所述的探測器系統，其特徵在於，所述處理電路陣列包括電荷敏感放大器、ADC、DSP、1/0、控制邏輯和/或掃描電路。
13.根據權利要求11或12所述的探測器系統，其特徵在於，所述處理電路陣列由TFT器件組成，所述處理電路陣列的TFT器件的有源層為非晶態氧化物半導體。
14.根據權利要求13所述的探測器系統，其特徵在於，所述探測器陣列和所述處理電路陣列形成在同一個襯底上。
15.一種紫外探測器系統的製造方法，其特徵在於，包括 提供襯底，所述襯底具有第一區域、第二區域和第三區域； 在所述第一區域上形成第一柵電極，以及在第三區域上形成第三柵電極； 覆蓋所述第一柵電極，在第一柵電極和第二區域上形成第一柵絕緣層，以及覆蓋所述第三柵電極，在第三柵極上形成第三柵絕緣層； 在所述第一區域的第一柵絕緣層上形成第一有源層，以及在所述第二區域的第一柵絕緣層上形成光電探測層，以及在所述第三區域的第三柵絕緣層上形成第三有源層，第一有源層、第三有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體； 在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極，以及在光電探測層上形成第二電極，以及在在所述第三柵電極兩側的第三有源層上形成第三源漏電極； 覆蓋所述第一源漏電極、第二電極、第三源漏電極及第一有源層、第三有源層、光電探測層形成鈍化層； 在所述第一區域及第三區域的鈍化層上形成光屏蔽層； 其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器和在第三區域上形成了由TFT器件組成的處理電路，單個讀出電路和紫外探測器組成單位像素結構，所述單位像素結構與所述處理電路電連接。
16.根據權利要求15所述的製造方法，其特徵在於，所述第一有源層、第三有源層或光電探測層從包含以下元素的組中選擇形成InGaZnO、InZnO、HflnZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、YInZnO、AllnZnO、SnlnZnO、Ti02、In2O3、ZTO、ITO、ZnO 或 SnOx0
17.一種紫外探測器系統的製造方法，其特徵在於，包括 提供襯底，所述襯底具有第一區域、第二區域和第三區域； 在所述第一區域上形成第一柵電極、在所述第二區域上形成第二柵電極以及在所述第三區域上形成第三柵電極； 覆蓋第一柵電極在所述第一區域上形成第一柵絕緣層、覆蓋第二柵電極在所述第二區域上形成第二柵絕緣層以及覆蓋第三柵電極在所述第三區域上形成第三柵絕緣層； 在所述第一柵絕緣層上形成第一有源層、在所述第二柵絕緣層上形成光電探測層以及在所述第三柵絕緣層上形成第三有源層，其中，所述第一有源層、第三有源層和光電探測層為非晶態氧化物半導體； 在所述第一柵電極兩側的第一有源層上形成第一源漏電極、在第二柵電極兩側的光電探測層上形成第二源漏電極以及在第三柵電極兩側的第三有源層上形成第三源漏電極； 覆蓋所述第一源漏電極、第二源漏電極、第三源漏電極及第一有源層、第三有源層、光電探測層形成鈍化層； 在所述第一區域及第三區域的鈍化層上形成光屏蔽層； 其中，在第一區域上形成了由TFT器件組成的讀出電路、在第二區域上形成TFT型的紫外探測器和在第三區域上形成了由TFT器件組成的處理電路，單個讀出電路和紫外探測器組成單位像素結構，所述單位像素結構與所述處理電路電連接。
18.根據權利要求17所述的製造方法，其特徵在於，所述第一有源層、第三有源層或光電探測層從包含以下元素的組中選擇形成InGaZnO、InZnO、Hf InZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、YInZnO、AllnZnO、SnlnZnO、Ti02、In2O3、ZTO、ITO、ZnO 或 SnOx0
全文摘要
本發明實施例公開了一種紫外探測器的單位像素結構，包括紫外探測器和與紫外探測器連接的讀出電路，所述讀出電路由一個或多個TFT器件組成，所述讀出電路的TFT器件的第一有源層以及所述紫外探測器的光電探測層為非晶態氧化物半導體。由於讀出電路的器件的有源層以及紫外探測器的光電探測層都為非晶態氧化物半導體，利用非晶態氧化物半導體的高遷移率和優秀的紫外光電響應特性，可以將紫外探測器和讀出電路集成在同一個任意平板的襯底上，更為簡單高效並且成本低，更加適用於大面積的紫外探測器陣列的像素結構。
文檔編號H01L27/146GK102891150SQ20111020693
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者殷華湘, 陳大鵬 申請人:中國科學院微電子研究所