CN102790061A - 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：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，每个感测单元包括薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件，其中，所述薄膜晶体管器件为底栅型；所述光电二极管传感器件包括：与漏极连接的接收电极、位于接收电极之上并覆盖所述薄膜晶体管器件的光电二极管、位于光电二极管之上的透明电极，以及与透明电极连接的偏压线。与传统的传感器相比，光电二极管和透明电极的覆盖面积增大，传感器的整体光接收面积增大，对光的吸收利用率提高，成像品质得到提升，并且能耗也有所降低。
Description
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的源极与传感器12的数据线(Data Line)16连接，光电二极管13与场效应晶体管14的漏极连接；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。
现有传感器的结构中，光电二极管的覆盖面积较为有限，这使得传感器的光接收面积较小，光的吸收利用率较低，能耗较高，成像品质无法进一步提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种传感器及其制造方法，用以解决现有传感器的光接收面积较小，光的吸收利用率较低，能耗较高，成像品质无法进一步提升的技术问题。
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，每个感测单元包括薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件，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；位于栅极之上的栅极绝缘层；位于栅极绝缘层之上的有源层；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，所述源极与相邻的数据线连接；以及位于源极、漏极和沟道之上的阻挡层；
所述光电二极管传感器件包括：与漏极连接的接收电极、位于接收电极之上并覆盖所述薄膜晶体管器件的光电二极管、位于光电二极管之上的透明电极，以及与透明电极连接的偏压线。
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绝缘层之上的有源层的图形、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，以及与漏极连接的接收电极的图形；
通过一次构图工艺形成位于源极、漏极和沟道之上的阻挡层的图形；
通过一次构图工艺形成位于接收电极之上并覆盖所述阻挡层的光电二极管的图形，以及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，所述第一钝化层在源极的上方具有第一过孔，在透明电极的上方具有第二过孔；
通过一次构图工艺形成位于第一钝化层之上、并穿过第一过孔与源极连接的数据线的图形，以及位于第一钝化层之上、并穿过第二过孔与透明电极连接的偏压线的图形。
在本发明技术方案中，由于光电二极管传感器件的光电二极管和透明电极覆盖薄膜晶体管器件，与传统的传感器相比，光电二极管和透明电极的覆盖面积增大，这样，传感器的整体光接收面积增大，对光的吸收利用率提高，成像品质得到提升，并且能耗也有所降低。
附图说明
图1为现有传感器的立体结构示意图；
图2a为本发明传感器一实施例的一个感测单元的俯视结构示意图（经七次构图工艺）；
图2b为本发明传感器一实施例的一个感测单元的截面结构示意图（经七次构图工艺）；
图3为本发明传感器的制造方法一实施例的流程示意图；
图4a为本发明制造方法实施例在第一次构图工艺后的俯视图；
图4b为本发明制造方法实施例在第一次构图工艺后的截面视图；
图5a为本发明制造方法实施例在第二次构图工艺后的俯视图；
图5b为本发明制造方法实施例在第二次构图工艺后的截面视图；
图6a为本发明制造方法实施例在第三次构图工艺后的俯视图；
图6b为本发明制造方法实施例在第三次构图工艺后的截面视图；
图7a为本发明制造方法实施例在第四次构图工艺后的俯视图；
图7b为本发明制造方法实施例在第四次构图工艺后的截面视图；
图8a为本发明制造方法实施例在第五次构图工艺后的俯视图；
图8b为本发明制造方法实施例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 50-薄膜晶体管器件
38-栅极 39-接收电极 40-光电二极管
41-透明电极 57-第二钝化层 43-第一钝化层
42-偏压线 53-阻挡层 60-光电二极管传感器件
43a-第一过孔 43b-第二过孔 37-栅极绝缘层
具体实施方式
为了解决现有传感器的光接收面积较小，光的吸收利用率较低，能耗较高，成像品质无法进一步提升的技术问题，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2a和图2b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，每个感测单元包括薄膜晶体管器件50和光电二极管传感器件60，其中，
所述薄膜晶体管器件50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之上的栅极绝缘层37；位于栅极绝缘层37之上的有源层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，所述源极33与相邻的数据线31连接；以及位于源极33、漏极34和沟道之上的阻挡层53；
所述光电二极管传感器件60包括：与漏极34连接的接收电极39、位于接收电极39之上并覆盖所述薄膜晶体管器件50的光电二极管40、位于光电二极管40之上的透明电极41，以及与透明电极41连接的偏压线42。
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和偏压线42的材质可以为铝钕合金（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；阻挡层53可以采用氮化硅或树脂等，厚度在150纳米至400纳米之间，可以与下文中的第一钝化层43和第二钝化层57采用相同的材质，当薄膜晶体管器件形成后，在刻蚀形成光电二极管和透明电极时，阻挡层可有效保护沟道不被刻蚀破坏；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。
所述光电二极管40可以为PIN（positive，intrinsic，negative，简称PIN）型光电二极管，包括：位于接收电极39之上并覆盖薄膜晶体管器件的N型半导体（n+a-Si），位于N型半导体之上的I型半导体（a-Si），以及位于I型半导体之上的P型半导体（p+a-Si）。PIN型光电二极管具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。在本发明的其它实施例中，光电二极管40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2a和图2b所示，所述传感器，还包括：
位于透明电极41之上并覆盖基板的第一钝化层43，所述第一钝化层43具有第一过孔43a和第二过孔43b，所述数据线31位于第一钝化层43之上，并穿过第一过孔43a与源极33连接，所述偏压线42位于第一钝化层43之上，并穿过第二过孔43b与透明电极41连接。
该实施例中，数据线31和偏压线42在同一次构图工艺中形成，为避免交叉，需要将偏压线42和数据线31平行设置。
此外，该实施例在数据线31和偏压线42之上，还进一步包括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2b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，所述源极33、漏极34和接收电极39的材质相同，源极33、漏极34和接收电极39可在同一次构图工艺中形成；所述数据线31和偏压线42的材质相同，数据线31和偏压线42可在同一次构图工艺中形成。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1000纳米至2000纳米之间。
在本发明技术方案中，由于光电二极管传感器件的光电二极管和透明电极覆盖薄膜晶体管器件，与传统的传感器相比，光电二极管和透明电极的覆盖面积增大，这样，传感器的整体光接收面积增大，对光的吸收利用率提高，成像品质得到提升，并且能耗也有所降低。
如图3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基板结构请参照图4a和图4b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绝缘层37之上的有源层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，以及与漏极34连接的接收电极39的图形；所述源极33、漏极34和接收电极39的材质相同，第二次构图工艺后的基板结构请参照图5a和图5b所示。
步骤103、通过一次构图工艺形成位于源极33、漏极34和沟道之上的阻挡层53的图形；第三次构图工艺后的基板结构请参照图6a和图6b所示；设置阻挡层53的目的是保护薄膜晶体管器件的沟道在步骤104中不被刻蚀破坏。
步骤104、通过一次构图工艺形成位于接收电极39之上并覆盖所述阻挡层53的光电二极管40的图形，以及位于光电二极管40之上的透明电极41的图形；当光电二极管40为PIN型光电二极管时，该步骤具体包括：
依次沉积N型半导体层、I型半导体层、P型半导体层和透明电极层，通过一次构图工艺形成光电二极管40的图形和透明电极41的图形；第四次构图工艺后的基板结构请参照图7a和图7b所示。
步骤105、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在源极33的上方具有第一过孔43a，在透明电极41的上方具有第二过孔43b；第五次构图工艺后的基板结构请参照图8a和图8b所示。
步骤106、通过一次构图工艺形成位于第一钝化层43之上、并穿过第一过孔43a与源极33连接的数据线31的图形，以及位于第一钝化层43之上、并穿过第二过孔43b与透明电极41连接的偏压线42的图形；所述数据线31和偏压线42的材质相同。
此外，在步骤106之后，还进一步包括：
步骤107、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在基板的周边具有信号引导区过孔。基板经七次构图工艺后形成图2a和图2b所示的结构。
可见，本发明传感器的制造方法在一实施例中，可共采用七次构图工艺，对比于现有技术，不但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，并且，由于所形成的光电二极管传感器件的光电二极管和透明电极覆盖薄膜晶体管器件，这与传统的传感器相比，光的吸收利用率较高，成像品质较佳，并且能耗较低。
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 (9)
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，每个感测单元包括薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件，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；位于栅极之上的栅极绝缘层；位于栅极绝缘层之上的有源层；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，所述源极与相邻的数据线连接；以及位于源极、漏极和沟道之上的阻挡层；
所述光电二极管传感器件包括：与漏极连接的接收电极、位于接收电极之上并覆盖所述薄膜晶体管器件的光电二极管、位于光电二极管之上的透明电极，以及与透明电极连接的偏压线。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括：位于透明电极之上并覆盖基板的第一钝化层，所述第一钝化层具有第一过孔和第二过孔，所述数据线位于第一钝化层之上，并穿过第一过孔与源极连接，所述偏压线位于第一钝化层之上，并穿过第二过孔与透明电极连接。
3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，还包括：位于数据线和偏压线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。
4.如权利要求1~3中任一项所述的传感器，其特征在于，所述偏压线平行于数据线设置。
5.如权利要求4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：位于接收电极之上并覆盖所述薄膜晶体管器件的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.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述源极、漏极和接收电极的材质相同，所述数据线和偏压线的材质相同。
7.一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绝缘层之上的有源层的图形、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，以及与漏极连接的接收电极的图形；
通过一次构图工艺形成位于源极、漏极和沟道之上的阻挡层的图形；
通过一次构图工艺形成位于接收电极之上并覆盖所述阻挡层的光电二极管的图形，以及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，所述第一钝化层在源极的上方具有第一过孔，在透明电极的上方具有第二过孔；
通过一次构图工艺形成位于第一钝化层之上、并穿过第一过孔与源极连接的数据线的图形，以及位于第一钝化层之上、并穿过第二过孔与透明电极连接的偏压线的图形。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在形成数据线的图形和偏压线的图形之后，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。
9.如权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述源极、漏极和接收电极的材质相同，所述数据线和偏压线的材质相同。
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