CN102790060B - 一种传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器及其制造方法，所述传感器包括：衬底基板、呈交叉排列的一组栅线和一组数据线、由所述一组栅线和一组数据线所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，及穿过每一个感测单元的一组偏压线，每个感测单元包括至少一个由薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件组成的感测子单元。本发明所提出的传感器的薄膜晶体管器件为底栅型，传感器的制造可共采用五次构图工艺制作形成，对比于现有技术，减少了掩模板的使用数量，降低了制造成本，简化了生产工艺，大大提升了设备产能及产品的良品率。

Description

一种传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及影像检测技术，特别是涉及一种传感器及其制造方法。
背景技术
随着人们自我保健意识的逐渐增强，各种无损伤医疗检测方法受到人们的青睐。在诸多的无损伤检测方法中，计算机断层扫描技术已经被广泛的应用到我们的现实生活中。在计算机断层扫描设备的组成中，必不可缺的一个部分就是传感器。
传感器的基本结构如图l所示，该传感器12的每个感测单元包括一个光电二极管13和一个场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)14，场效应晶体管14的栅极与传感器12的扫描线(Gate Line)15连接，场效应晶体管14的漏极与传感器12的数据线(Data Line)16连接，光电二极管13与场效应晶体管14的源极连接；数据线16的一端通过连接引脚17连接数据读出电路18。
传感器的工作原理为：传感器12通过扫描线15施加驱动扫描信号来控制场效应晶体管14的开关状态。当场效应晶体管14被打开时，光电二极管13产生的光电流信号依次通过与场效应晶体管14连接的数据线16、数据读出电路18而输出，通过控制扫描线15与数据线16上的信号时序来实现光电流信号的采集功能，即通过控制场效应管14的开关状态来实现对光电二极管13产生的光电流信号采集的控制作用。
目前，传感器通常采用薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）平板结构，这种传感器在断面上分为多层，例如：在一个感测单元内包括：基板、栅极层、栅极绝缘层、有源层、源极与漏极层、钝化层、PIN光电传感器的PI结和透明电极窗口层，以及偏压线层和挡光条层等。当然，不同传感器由于具体结构的差异，在断面上的具体图层也不尽相同。
通常，传感器的各个图层都是通过构图（MASK）工艺形成的，而每一次MASK工艺通常包括掩模、曝光、显影、刻蚀和剥离等工序。现有传感器在制造时通常需要采用9至11次构图工艺，这样就对应的需要9至11张光罩掩模板，传感器的制造成本较高，且制造工艺较为复杂，产能较难提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种传感器及其制造方法，用以解决现有技术中存在的传感器的制造成本较高，且制造工艺较为复杂，产能较难提升的技术问题。
本发明传感器，包括：衬底基板、呈交叉排列的一组栅线和一组数据线、由所述一组栅线和一组数据线所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，及穿过每一个感测单元的一组偏压线，每个感测单元包括至少一个由薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件组成的感测子单元，其中，
所述薄膜晶体管器件包括：位于衬底基板之上并与相邻的栅线连接的栅极；位于栅极之上并覆盖基板的栅极绝缘层；位于栅极绝缘层之上、栅极上方的有源层；位于有源层之上的欧姆层；位于欧姆层之上并相对而置形成沟道的源极和漏极，所述漏极与相邻的数据线连接；
所述光电二极管传感器件包括：与源极连接的接收电极、位于接收电极之上的光电二极管、位于光电二极管之上的透明电极，以及位于透明电极之上的偏压电极，所述偏压电极与相邻的偏压线连接。
本发明传感器的制造方法，包括：
在衬底基板上通过一次构图工艺形成栅线的图形、与栅线连接的栅极的图形；
形成覆盖基板的栅极绝缘层，并通过一次构图工艺形成位于栅极上方的有源层的图形、位于有源层之上的欧姆层的图形、位于欧姆层之上并相对而置形成沟道的源极和漏极的图形、与漏极连接的数据线的图形、与源极连接的接收电极的图形、位于接收电极之上的光电二极管的图形、位于光电二极管之上的透明电极的图形；
通过一次构图工艺形成第一钝化层的图形，所述第一钝化层未覆盖形成偏压电极和偏压线的区域；
通过一次构图工艺形成位于透明电极之上的偏压电极的图形、与偏压电极连接的偏压线的图形，以及位于源极、漏极及沟道上方的挡光条的图形。
本发明所提出的传感器的薄膜晶体管器件为底栅型，传感器的制造可共采用五次构图工艺制作形成，对比于现有技术，减少了掩模板的使用数量，降低了制造成本，简化了生产工艺，大大提升了设备产能及产品的良品率。
附图说明
图1为现有传感器的立体结构示意图；
图2为本发明传感器的一个感测单元的俯视结构示意图；
图3为本发明传感器的多个呈阵列状排布的感测单元的俯视结构示意图；
图4为本发明传感器的制造方法流程示意图；
图5为图2的A-A处在第一次构图工艺后的截面视图；
图6为图2的B-B处在第一次构图工艺后的截面视图；
图7为图2的A-A处在第二次构图工艺后的截面视图；
图8为图2的B-B处在第二次构图工艺后的截面视图；
图9为图2的A-A处在第三次构图工艺后的截面视图；
图10为图2的B-B处在第三次构图工艺后的截面视图；
图11为图2的A-A处在第四次构图工艺后的截面视图；
图12为图2的B-B处在第四次构图工艺后的截面视图；
图13为图2的A-A处在第五次构图工艺后的截面视图；
图14为图2的B-B处在第五次构图工艺后的截面视图。
附图标记：
12-传感器             13-光电二极管（现有技术）    14-场效应晶体管
15-扫描线             16-数据线（现有技术）        17-连接引脚
18-数据读出电路       30-栅线                      31-数据线
32-衬底基板           33-源极                      34-漏极
35-欧姆层             36-有源层                    37-栅极绝缘层
38-栅极               39-接收电极                  40-光电二极管
41-透明电极           42a-偏压电极                 40a-N型半导体
40b-I型半导体         40c-P型半导体                43-第一钝化层
30a-单栅线            30b-双栅线                   50-薄膜晶体管器件
42b-偏压线            52-挡光条                    57-第二钝化层
53-光电二极管材料层   54-透明电极材料层            55-有源材料层
56-欧姆材料层
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的传感器的制造成本较高，且制造工艺较为复杂的技术问题，本发明提供了一种传感器及其制造方法。
在本发明以下实施例中，所述传感器包含多种类型，例如X射线传感器等。如图2、图13和图14所示，本发明传感器，包括：衬底基板32、呈交叉排列的一组栅线30和一组数据线31、由所述一组栅线30和一组数据线31所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，及贯穿每一个感测单元的一组偏压线42b，每个感测单元包括至少一个由薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件组成的感测子单元，其中，
所述薄膜晶体管器件包括：位于衬底基板32之上并与相邻的栅线30连接的栅极38；位于栅极38之上并覆盖基板的栅极绝缘层37；位于栅极绝缘层37之上、栅极38上方的有源层36；位于有源层36之上的欧姆层35；位于欧姆层35之上并相对而置形成沟道的源极33和漏极34，所述漏极34与相邻的数据线31连接；
所述光电二极管传感器件包括：与源极33连接的接收电极39、位于接收电极39之上的光电二极管40、位于光电二极管40之上的透明电极41，以及位于透明电极41之上的偏压电极42a，所述偏压电极42a与相邻的偏压线42b连接。
本发明中，所述衬底基板32可以为玻璃基板、塑料基板或其他材料的基板；所述栅线30、栅极38、数据线31、源极33、漏极34、接收电极39、偏压电极42a、偏压线42b和挡光条52（其作用是为减少光线对沟道的影响）可以采用相同的材质，例如为铝钕合金（AlNd）、铝（Al）、铜（Cu）、钼（Mo）、钼钨合金（MoW）或铬（Cr）的单层膜，也可以为这些金属材料任意组合所构成的复合膜，厚度通常在150纳米至450纳米之间；欧姆层35的材质可以为掺杂质半导体（n+a-Si）；有源层36的材质可以为非晶硅（a-Si），厚度在30纳米至250纳米之间；栅极绝缘层37的材质可以为氮化硅，厚度在300纳米至500纳米之间；透明电极41的材质可以为氧化铟锡等。
在图14所示的实施例中，所述光电二极管为PIN（positive，intrinsic，negative，简称PIN）型光电二极管，包括：位于接收电极39之上的N型半导体（n+a-Si）40a，位于N型半导体40a之上的I型半导体（a-Si）40b，以及位于I型半导体40b之上的P型半导体（p+a-Si）40c。PIN型光电二极管利用光生伏特原理工作，具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点，其结构相当于在PN结中间插入较厚的本征非晶硅层，P型材料由本征材料掺入提供空穴的杂质形成，N型材料由本征材料掺入提供电子的杂质形成。在本发明的其它实施例中，光电二极管还可以采用MIS（metal，insulative，semiconductor，金属-绝缘体-半导体，简称MIS）型光电二极管等。
请继续参照图13和图14所示，所述传感器，还包括：在每条数据线31和每个光电二极管传感器件的接收电极39的下方，依次位于栅极绝缘层37之上的有源材料层55和欧姆材料层56；
位于一组数据线31和每个薄膜晶体管器件的源极33和漏极34之上的光电二极管材料层53、位于光电二极管材料层53之上的透明电极材料层54；
位于透明电极材料层54和透明电极41之上的第一钝化层43，所述第一钝化层43未覆盖偏压电极42a和偏压线42b；
位于第一钝化层43之上，并位于源极33、漏极34及沟道上方的挡光条52；
位于挡光条52之上并覆盖基板的第二钝化层57，所述第二钝化层57具有信号引导区过孔（图13和图14为一个感测单元的截面结构，因此位于基板周边的信号引导区过孔未在图中示出）；
该优选实施例中，所述数据线31、源极33、漏极34和接收电极39的材质相同；所述挡光条52、偏压电极42a和偏压线42b的材质相同；所述光电二极管材料层53、透明电极材料层54、有源材料层55和欧姆材料层56分别与光电二极管40、透明电极41、有源层36和欧姆层35的材质相同。该结构设计的目的是为了减少构图工艺的次数，光电二极管材料层53、透明电极材料层54、有源材料层55和欧姆材料层56在传感器中并未起到实际作用。第一钝化层43（以及下文的第二钝化层57）可以采用无机绝缘膜，例如氮化硅等，或有机绝缘膜，例如感光树脂材料或者非感光树脂材料等，厚度通常在150纳米至1500纳米之间。
如图3所示，所述一组栅线30，包括两根单栅线30a，以及位于两根单栅线30a之间的多组双栅线30b，则所述每个感测单元包括两个感测子单元，两个感测子单元的薄膜晶体管器件50呈对角分布，且薄膜晶体管器件50的栅极与相邻的单栅线30a或者相邻的双栅线30b中距离较近的一根连接。对比于传统的传感器（传统的传感器的栅线与数据线均为单线排布，每个感测单元包含一个薄膜晶体管器件和一个光电二极管传感器件，即只包含一个感测子单元），双栅线的排布方式使得栅线总数量增加一倍，但数据线数量却降低至一半，而栅线驱动设备的成本要低于数据驱动设备的成本，因此，采用该结构可进一步降低传感器的成本。
此外，该实施例中，所述偏压线42b位于感测单元的两个感测子单元之间，与两个感测子单元的偏压电极42a交叉相连，呈“十字交叉形”，对比于传统的“一字形”偏压线，该结构可提高偏压电极和透明电极之间电压的均一性。
在本发明技术方案中，传感器的薄膜晶体管器件为底栅型，传感器的制造可共采用五次构图工艺制作形成，对比于现有技术，可减少制造过程中掩模板的使用数量，降低了制造成本，简化了生产工艺，大大提升了设备产能及产品的良品率。
如图4所示，本发明传感器的制造方法，包括：
步骤101、在衬底基板32上通过一次构图工艺形成栅线30的图形、与栅线30连接的栅极38的图形；第一次构图工艺后的截面结构请参照图5和图6所示；
一次构图工艺通常包括基板清洗、成膜、光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等工序；对于金属层通常采用物理气相沉积方式（例如磁控溅射法）成膜，通过湿法刻蚀形成图形，而对于非金属层通常采用化学气相沉积方式成膜，通过干法刻蚀形成图形，以下步骤道理相同，不再赘述。
步骤102、形成覆盖基板的栅极绝缘层37，并通过一次构图工艺形成位于栅极38上方的有源层36的图形、位于有源层36之上的欧姆层35的图形、位于欧姆层35之上并相对而置形成沟道的源极33和漏极34的图形、与漏极34连接的数据线31的图形、与源极33连接的接收电极39的图形、位于接收电极39之上的光电二极管40的图形、位于光电二极管40之上的透明电极41的图形；第二次构图工艺后的截面结构请参照图7和图8所示；
当光电二极管40为PIN型光电二极管，所述数据线31、源极33、漏极34和接收电极39的材质相同时，步骤102中，通过一次构图工艺形成有源层36的图形、欧姆层35的图形、源极33和漏极34的图形、数据线31的图形、接收电极39的图形、光电二极管40的图形和透明电极41的图形，具体包括：
依次沉积有源半导体层、欧姆半导体层、数据线金属、N型半导体层、I型半导体层、P型半导体层和透明电极金属；
涂覆光刻胶；
采用具有全透光区、半透光区和不透光区的掩模板对基板进行曝光，其中，不透光区对应形成接收电极39、PIN光电二极管、透明电极41、数据线31、漏极34和源极33的区域，半透光区对应形成沟道的区域；该步骤所采用的掩模板可以具体为灰色调掩模板或者半色调掩模板等；
显影，去除全透光区对应区域的光刻胶；
对基板进行刻蚀，形成接收电极39的图形、PIN光电二极管的图形、透明电极41的图形、数据线31的图形和有源层36的图形；
对基板进行灰化，去除半透光区对应区域的光刻胶；
对基板进行刻蚀和光刻胶剥离，形成欧姆层35的图形及漏极34和源极33的图形，所述源极33和漏极34相对而置形成沟道。
在该次构图工艺中，透明电极41图形可以单独采用湿法刻蚀形成，也可以与光电二极管40的图形同时通过干法刻蚀形成。
步骤103、通过一次构图工艺形成第一钝化层43的图形，所述第一钝化层43未覆盖形成偏压电极42a和偏压线42b的区域，这是因为下一步形成的偏压电极42a和偏压线42b需要与透明电极41连接；第三次构图工艺后的截面结构请参照图9和图10所示；
步骤104、通过一次构图工艺形成位于透明电极41之上的偏压电极42a的图形、与偏压电极42a连接的偏压线42b的图形，以及位于源极33、漏极34及沟道上方的挡光条52的图形；第四次构图工艺后的截面结构请参照图11和图12所示，所述挡光条52、偏压电极42a和偏压线42b的材质相同。
此外，在步骤104之后，还进一步包括：
步骤105、通过一次构图工艺形成覆盖基板的第二钝化层57的图形，所述第二钝化层57具有信号引导区过孔，第五次构图工艺后的截面结构请参照图13和图14所示。
可见，本发明传感器的制造方法可共采用五次构图工艺制作，对比于现有技术，减少了掩模板的使用数量，降低了制造成本，简化了生产工艺，大大提升了设备产能及产品的良品率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种传感器，其特征在于，包括：衬底基板、呈交叉排列的一组栅线和一组数据线、由所述一组栅线和一组数据线所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，及贯穿每一个感测单元的一组偏压线，每个感测单元包括至少一个由薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件组成的感测子单元，其中，
所述薄膜晶体管器件包括：位于衬底基板之上并与相邻的栅线连接的栅极；位于栅极之上并覆盖基板的栅极绝缘层；位于栅极绝缘层之上、栅极上方的有源层；位于有源层之上的欧姆层；位于欧姆层之上并相对而置形成沟道的源极和漏极，所述漏极与相邻的数据线连接；
所述光电二极管传感器件包括：与源极连接的接收电极、位于接收电极之上的光电二极管、位于光电二极管之上的透明电极，以及位于透明电极之上的偏压电极，所述偏压电极与相邻的偏压线连接；
所述传感器还包括：在每条数据线和每个光电二极管传感器件的接收电极的下方，依次位于栅极绝缘层之上的有源材料层和欧姆材料层；位于一组数据线和每个薄膜晶体管器件的源极和漏极之上的光电二极管材料层、位于光电二极管材料层之上的透明电极材料层；位于透明电极材料层和透明电极之上的第一钝化层，所述第一钝化层未覆盖偏压电极和偏压线；位于第一钝化层之上，并位于源极、漏极及沟道上方的挡光条；位于挡光条之上并覆盖基板的第二钝化层，所述第二钝化层具有信号引导区过孔。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述一组栅线，包括两根单栅线，以及位于两根单栅线之间的多组双栅线，则
所述每个感测单元包括两个感测子单元，两个感测子单元的薄膜晶体管器件呈对角分布，且薄膜晶体管器件的栅极与相邻的单栅线或者相邻的双栅线中距离较近的一根连接。
3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述偏压线位于感测单元的两个感测子单元之间，与两个感测子单元的偏压电极交叉相连。
4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述数据线、源极、漏极和接收电极的材质相同；所述挡光条、偏压电极和偏压线的材质相同；所述光电二极管材料层、透明电极材料层、有源材料层和欧姆材料层分别与光电二极管、透明电极、有源层和欧姆层的材质相同。
5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述光电二极管为PIN型光电二极管，包括：位于接收电极之上的N型半导体，位于N型半导体之上的I型半导体，以及位于I型半导体之上的P型半导体。
6.一种传感器的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上通过一次构图工艺形成栅线的图形、与栅线连接的栅极的图形；
形成覆盖基板的栅极绝缘层，并通过一次构图工艺形成位于栅极上方的有源层的图形、位于有源层之上的欧姆层的图形、位于欧姆层之上并相对而置形成沟道的源极和漏极的图形、与漏极连接的数据线的图形、与源极连接的接收电极的图形、位于接收电极之上的光电二极管的图形、位于光电二极管之上的透明电极的图形；
通过一次构图工艺形成第一钝化层的图形，所述第一钝化层未覆盖形成偏压电极和偏压线的区域；
通过一次构图工艺形成位于透明电极之上的偏压电极的图形、与偏压电极连接的偏压线的图形，以及位于源极、漏极及沟道上方的挡光条的图形。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在形成偏压电极的图形、偏压线的图形和挡光条的图形之后，进一步包括：
通过一次构图工艺形成覆盖基板的第二钝化层的图形，所述第二钝化层具有信号引导区过孔。
8.如权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述光电二极管为PIN型光电二极管，包括N型半导体、I型半导体和P型半导体；所述数据线、源极、漏极和接收电极的材质相同；所述挡光条、偏压电极和偏压线的材质相同。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述通过一次构图工艺形成有源层的图形、欧姆层的图形、源极和漏极的图形、数据线的图形、接收电极的图形、光电二极管的图形和透明电极的图形，具体包括：
依次沉积有源半导体层、欧姆半导体层、数据线金属、N型半导体层、I型半导体层、P型半导体层和透明电极金属，并在透明电极金属之上涂覆光刻胶；
采用具有全透光区、半透光区和不透光区的掩模板对基板进行曝光，其中，不透光区对应形成接收电极、PIN光电二极管、透明电极、数据线、漏极和源极的区域，半透光区对应形成沟道的区域；
对基板进行显影、刻蚀，形成接收电极的图形、PIN光电二极管的图形、透明电极的图形、数据线的图形和有源层的图形；
对基板进行灰化、刻蚀和光刻胶剥离，形成欧姆层的图形及漏极和源极的图形，所述源极和漏极相对而置形成沟道。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述透明电极的图形通过湿法刻蚀形成，或者，所述透明电极的图形与光电二极管的图形同时通过干法刻蚀形成。
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