CN101677104A

CN101677104A - 感光元件、光传感器及其制造方法

Info

Publication number: CN101677104A
Application number: CN200810149209A
Authority: CN
Inventors: 蔡志鸿; 徐睿腾; 刘挺中; 萧建智
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-03-24

Abstract

一种光传感器包含薄膜晶体管阵列、感光元件阵列及保护层。所述感光元件阵列电连接于所述薄膜晶体管，其中每一感光元件包含上电极层。所述保护层用于覆盖所述感光元件阵列及所述薄膜晶体管阵列，并包含上层及下层，其中所述下层配置于所述感光元件阵列的上电极层上，所述上层配置于所述下层上，且所述下层的折射率大于所述上层的折射率。

Description

感光元件、光传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光传感器，尤其涉及一种光传感器的感光元件，其保护层的下层的刻蚀速度较小，在通孔刻蚀工艺时，该保护层的下层在紧邻上电极层的地方将可降低产生倒角异常的现象。

背景技术

参照图1，数字式X射线传感器(digital X-ray sensor)的技术可分为两大类：(1)直接型数字式X射线传感器(direct digital x-ray sensor)20及(2)非直接型数字式X射线传感器(indirect digital x-ray sensor)10。此两者的技术差异主要是在于将X射线30转换成电子信号的流程不同，故各有其设计上的结构差异。

首先，直接型数字式X射线传感器20的结构主要是薄膜晶体管阵列(TFT array)22加上非晶硒(amorphous selenium；a-Se)所制的光导体(photo-conductor)24，通过非晶硒所制的光导体24直接将X射线直接转换成电子空穴对，经由外加电场，空穴会往像素电极飘移并储存于薄膜晶体管阵列22的电容内，最后再通过薄膜晶体管阵列22将电子信号传回系统，进而转换成数字化的X光影像。

其次，非直接型数字式X射线传感器10的结构则主要是在薄膜晶体管阵列12之上形成感光二极管14，最后再涂布碘化铯层(CsI layer)16。因此，X射线30转换电子信号的方式将分为两步骤：第一步骤是先通过碘化铯层16将X射线30转换成可见光32；第二步骤再由感光二极管14将可见光32转换成电子信号(电子空穴对)。经由外加电场，空穴会往像素电极飘移并储存于阵列式像素(array pixel)储存电容或感光二极管14的储存电容内，最后再通过薄膜晶体管阵列12将电子信号传回系统，进而转换成数字化的X光影像。

参照图2，在非直接型数字式X射线传感器的感光二极管的后段工艺中，感光二极管40的电极42为氧化铟锡(ITO)的透明金属所制且感光二极管40的保护层44为氮化硅(SiN_x)所制。然而，如果直接把感光二极管40的保护层44沉积在电极42上，将会导致电极42与保护层44间的接口附着力差。在通孔刻蚀工艺(via etching process)时，该保护层在紧邻电极42之处容易产生倒角(re-entrant)46异常的现象。如此一来，当后续金属层48沉积该保护层上时，将会在倒角异常的部位造成金属断线52的问题，如图3所示。因此，现行的工艺是先针对电极42的表面进行第二预处理，诸如粗糙化处理，用于增加后续电极42与保护层44间的接口附着力，便可解决此倒角异常的现象。

然而，此第二预处理的方式不仅会增加整个工艺时间，且会占据工厂湿刻蚀(wet etching)、干刻蚀(dry etching)及剥离(PR stripper)工艺的产能。换言之，工艺成本将会大幅提高，故其虽能解决倒角异常的问题，但仍不符合其经济效益。

因此，便有需要提供一种光传感器及其感光元件，能够解决前述的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光传感器，其保护层的下层的刻蚀速度较小，在通孔刻蚀工艺时，该保护层的下层在紧邻上电极层之处将可降低产生倒角异常的现象。

为达上述目的，本发明提供一种光传感器，其包含薄膜晶体管阵列、感光元件阵列及保护层。该感光元件阵列电连接于该薄膜晶体管，其中每一感光元件包含上电极层。该保护层用于覆盖该感光元件阵列及该薄膜晶体管阵列，并包含上层及下层，其中该下层配置于该感光元件阵列的上电极层上，该上层配置于该下层上，且该下层的折射率大于该上层的折射率。

当本发明的保护层沉积在该感光元件的上电极层上时，由于该保护层的下层较为致密，因此将会导致该上电极层与保护层间的接口附着力较佳。再者，由于该保护层的下层的刻蚀速度较小，在通孔刻蚀工艺时，该保护层的下层在紧邻该上电极层之处将可降低产生倒角异常的现象。如此一来，当后续金属层沉积于该保护层上时，将不会造成金属断线的问题。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文将结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术的直接型数字式X射线传感器与非直接型数字式X射线传感器的剖面示意图；

图2为现有技术的非直接型数字式X射线传感器的平面示意图；

图3为现有技术的非直接型数字式X射线传感器的平面示意图，其显示在倒角异常的部位造成金属断线；

图4为本发明的第一实施例的光传感器的剖面示意图；

图5为本发明的第二实施例的光传感器的剖面示意图；

图6至9为本发明的光传感器的制造方法的剖面示意图。

具体实施方式

参照图4，其显示本发明的第一实施例的光传感器100，诸如非直接型数字式X射线传感器。该光传感器100包含薄膜晶体管阵列110、感光元件阵列120、保护层130及闪烁元件(scintillator)140。该薄膜晶体管110通常包含栅极112、栅极绝缘膜114、半导体层116、源极118及漏极119。该闪烁元件140配置于该感光元件120上方，用于将该X射线转换成可见光。该闪烁元件140可为碘化铯。

该感光元件120为将可见光转换为电的元件，诸如感光二极管，用于将可见光转换成电子空穴对。该感光元件120电连接于该薄膜晶体管110，并通过该薄膜晶体管110将电子信号读出。该感光元件120包含下电极层122、二极管层124及上电极层126。该下电极层122电连接于该薄膜晶体管110。该二极管层124配置于该下电极层122上，且可为非晶硅(amorphoussilicon；a-Si)所制。该二极管层124可为PIN二极管，其包含P型半导体(P+a-Si layer)、本征半导体(a-Si layer)及N型半导体(N+a-Si layer)。或者，该二极管层124可为PN二极管，其包含P型半导体及N型半导体。该上电极层126配置于该二极管层124上。该下电极层122可为钼的金属所制；该上电极层126可为氧化铟锡(ITO)的透明金属氧化物所制。

该保护层130，由诸如氮化硅所制，用于覆盖该感光元件120及该薄膜晶体管110，并包含上层132及下层134。该下层134配置于该感光元件120的上电极层126上，且该上层132配置于该下层134上。在本实施例中，该下层134及上层132分别以较低及较高的沉积速度并同时结合较高及较低的硅烷/氨(SiH₄/NH₃)反应气体质量流量比而依序形成于该上电极层126上，如此使该下层134较为致密，该上层132较为质疏；同时使下层134的折射率大于上层132的折射率，所以使得下层134刻蚀速率小于上层132的刻蚀速率。该下层134及上层132的沉积速度的差值至少大于5埃/秒。优选地，该保护层130的上下层132、134的折射率介于约1.5与约2.2之间。通过通孔刻蚀工艺，将该保护层130形成有通孔150，用于贯穿该上下层132、134，并裸露出部分的上电极层126。当该保护层130的上下层132、134同时被刻蚀时，由于该下层134较为致密且折射率大，因此该下层134的刻蚀速度较小；相反地，由于该上层132较为质疏且折射率小，因此该上层132的刻蚀速度较大。通常地，保护层130的膜厚介于5000埃与12000埃之间，该上层132介于4950埃与11000埃之间，而该下层134的膜厚介于约50埃与约1000埃之间，如此以合适地保护该感光元件120及该薄膜晶体管110的效果。通过沉积工艺，将金属层136形成于该保护层130上，并电连接于该上电极126。最后，通过光刻刻蚀工艺，将该金属层136图案化。

参照图5，其显示本发明的第二实施例的光传感器200，诸如直接型数字式X射线传感器。该第二实施例的光传感器200大体上类似于该第一实施例的光传感器100，类似元件标示类似的标号。两者的不同处是在于该光传感器200未包含闪烁元件，且其感光元件220为将X射线转换为电的元件，用于直接将X射线转换成电子空穴对。该感光元件220电连接于该薄膜晶体管210，并通过该薄膜晶体管210将电子信号读出。该感光元件220包含下电极层222、光导体224及上电极层226。该下电极层222电连接于该薄膜晶体管210。该光导体224配置于该下电极层222上，且可为非晶硒所制。该上电极层226配置于该光导体224上。

该保护层230用于覆盖该感光元件220及该薄膜晶体管210，并包含上层232及下层234。该下层234配置于该感光元件220的上电极层226上，且该上层232配置于该下层234上。在本实施例中，该下层234及上层232分别以较低及较高的沉积速度并同时结合较高及较低的硅烷/氨反应气体质量流量比而依序形成该上电极层226上，如此使该下层234较为致密，该上层232较为质疏；同时使下层234的折射率大于上层232的折射率，所以使得下层234刻蚀速率小于上层232的刻蚀速率。该下层134及上层132的沉积速度的差值至少大于5埃/秒。优选地，该保护层230的上下层232、234的折射率介于约1.5与约2.2之间。通过通孔刻蚀工艺，将该保护层230形成有通孔250，用于贯穿该上下层232、234，并裸露出部分的上电极层226。当该保护层230的上下层232、234同时被刻蚀时，由于该下层234较为致密且折射率大，因此该下层234的刻蚀速度较小；相反地，由于该上层232较为质疏且折射率小，因此该上层232的刻蚀速度较大。通常地，保护层230的膜厚介于5000埃与12000埃之间，该上层232介于4950埃与11000埃之间，而该下层234的膜厚介于约50埃与约1000埃之间，如此以合适地保护该感光元件220及该薄膜晶体管210的效果。通过沉积工艺，将金属层236形成于该保护层230上，并电连接于该上电极226。最后，通过光刻刻蚀工艺，将该金属层236图案化。

当本发明的保护层沉积在该感光元件的上电极层上时，由于该保护层的下层较为致密，因此将会导致该上电极层与保护层间的接口附着力较佳。再者，由于该保护层的下层的刻蚀速度较小，在通孔刻蚀工艺时，该保护层的下层在紧邻该上电极层之处将可降低产生倒角异常的现象。如此一来，当后续金属层沉积于该保护层上，并电连接于该上电极时，将不会造成金属断线的问题。

参照图6至9，其显示本发明的光传感器的制造方法。参照图6，将薄膜晶体管阵列310形成于基板(图未示)上。将感光元件阵列320形成于该基板上，用于电连接于该薄膜晶体管310。该感光元件320包含下电极层322、二极管层324及上电极层326。参照图7，将下保护层334形成在该感光元件阵列320的上电极层326上，用于覆盖该感光元件阵列320及该薄膜晶体管阵列310。参照图8，将上保护层332形成在该下保护层334上，其中该下保护层334的折射率大于该上保护层332的折射率。该上下保护层的折射率可介于约1.5与约2.2之间。该下保护层334的膜厚可介于约50埃与约1000埃之间。参照图9，通过通孔刻蚀工艺，将该下保护层334形成有通孔350，用于贯穿该上下保护层332、334，并裸露出部分的上电极326，如此以形成感光元件300的部分。当上下保护层332、334同时被刻蚀时，该下保护层334较为致密且折射率大，因而该下保护层334的刻蚀速度较小；相反地，该上保护层332较为质疏且折射率小，因而该上保护层332的刻蚀速度较大。通过沉积工艺，将金属层336形成于该保护层330上，并电连接于该上电极326。最后，通过光刻刻蚀工艺，将该金属层336图案化。

再参照图4，该感光元件320可为第一实施例的感光元件120。将闪烁元件140形成于该感光元件120上方，用于将该X射线转换成可见光。再参照图5，该感光元件320可为第二实施例的感光元件220。

虽然本发明已以前述实施例公开，然其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims

1、一种光传感器包含：

薄膜晶体管阵列；

感光元件阵列，电连接于所述薄膜晶体管阵列，其中每一感光元件包含上电极层；以及

保护层，用于覆盖所述感光元件阵列及所述薄膜晶体管阵列，并包含上层及下层，其中所述下层配置于所述感光元件阵列的上电极层上，所述上层配置于所述下层上，且所述下层的折射率大于所述上层的折射率。

2、根据权利要求1所述的光传感器，其中所述保护层的上下层的折射率介于1.5与2.2之间。

3、根据权利要求1所述的光传感器，其中所述下层的膜厚介于50埃与1000埃之间。

4、根据权利要求1所述的光传感器，其中所述下层的刻蚀速度小于所述上层的刻蚀速度。

5、根据权利要求1所述的光传感器，其中所述保护层包含通孔，用于贯穿所述上下层，并裸露出部分的上电极层。

6、根据权利要求5所述的光传感器，还包含：

金属层，形成于所述保护层上，并电连接于所述上电极层。

7、根据权利要求1所述的光传感器，其中每一感光元件还包含：

下电极层，电连接于所述薄膜晶体管；以及

二极管层，配置于所述下电极层上，其中所述上电极层配置于所述二极管层上。

8、根据权利要求1所述的光传感器，其中每一感光元件还包含：

下电极层，电连接于所述薄膜晶体管；以及

光导体，配置于所述下电极层上，其中所述上电极层配置于所述光导体上。

9、根据权利要求1所述的光传感器，其中所述保护层的上层由氮化硅所制。

10、根据权利要求1所述的光传感器，其中所述保护层的下层由氮化硅所制。