CN102790064B - 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，以及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顶栅形；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，以及在透明电极的上方与透明电极连接的偏压线，所述偏压线平行于栅线设置。对比于现有技术，本发明传感器在制造工艺上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，以及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：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，以及位于源极和漏极之上的欧姆层、位于欧姆层之上并覆盖沟道的有源层、位于有源层之上的栅极绝缘层和位于栅极绝缘层之上、沟道上方并与相邻的栅线连接的栅极；
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，以及在透明电极的上方与透明电极连接的偏压线，所述偏压线平行于栅线设置。
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源极和漏极的图形，与漏极连接的数据线的图形，以及与源极连接的接收电极的图形，其中，所述源极和漏极相对而置形成沟道；
通过一次构图工艺形成位于接收电极之上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位于源极和漏极之上的欧姆层的图形；
通过一次构图工艺形成位于欧姆层之上并覆盖沟道的有源层的图形；
通过一次构图工艺形成栅极绝缘层的图形，所述栅极绝缘层在透明电极的上方具有通孔；
通过一次构图工艺形成位于栅极绝缘层之上、沟道上方的栅极的图形，与栅极连接的栅线的图形，以及在透明电极的上方通过通孔与透明电极连接的偏压线的图形。
本发明另一种传感器的制造方法，包括：
在衬底基板上通过一次构图工艺形成偏压电极的图形、与偏压电极连接的偏压电极引脚的图形、位于偏压电极之上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位于透明电极和偏压电极引脚之上、并覆盖基板的第一钝化层的图形；
通过一次构图工艺形成源极、漏极和数据线的图形，以及位于源极和漏极之上的欧姆层的图形，其中，所述源极和漏极相对而置形成沟道，所述漏极与数据线连接，所述源极与透明电极连接；
通过一次构图工艺形成位于欧姆层之上并覆盖沟道的有源层的图形；
通过一次构图工艺形成位于有源层之上的栅极绝缘层的图形、位于栅极绝缘层之上、沟道上方的栅极的图形，以及与栅极连接的栅线的图形。
本发明所提出的传感器的薄膜晶体管器件为顶栅型，传感器可共采用七次或六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为本发明传感器一实施例的一个感测单元的俯视结构示意图；
图3为本发明传感器一实施例的制造方法流程示意图；
图4a为图2的A-A处在第一次构图工艺后的截面视图；
图4b为图2的B-B处在第一次构图工艺后的截面视图；
图5a为图2的A-A处在第二次构图工艺后的截面视图；
图5b为图2的B-B处在第二次构图工艺后的截面视图；
图6a为图2的A-A处在第三次构图工艺后的截面视图；
图6b为图2的B-B处在第三次构图工艺后的截面视图；
图7a为图2的A-A处在第四次构图工艺后的截面视图；
图7b为图2的B-B处在第四次构图工艺后的截面视图；
图8a为图2的A-A处在第五次构图工艺后的截面视图；
图8b为图2的B-B处在第五次构图工艺后的截面视图；
图9a为图2的A-A处在第六次构图工艺后的截面视图；
图9b为图2的B-B处在第六次构图工艺后的截面视图；
图10a为图2的A-A处在第七次构图工艺后的截面视图；
图10b为图2的B-B处在第七次构图工艺后的截面视图；
图11为本发明传感器另一实施例的一个感测单元的俯视结构示意图；
图12为本发明传感器另一实施例的制造方法流程示意图；
图13a为图11的A-A处在第一次构图工艺后的截面视图；
图13b为图11的B-B处在第一次构图工艺后的截面视图；
图14a为图11的A-A处在第二次构图工艺后的截面视图；
图14b为图11的B-B处在第二次构图工艺后的截面视图；
图15a为图11的A-A处在第三次构图工艺后的截面视图；
图15b为图11的B-B处在第三次构图工艺后的截面视图；
图16a为图11的A-A处在第四次构图工艺后的截面视图；
图16b为图11的B-B处在第四次构图工艺后的截面视图；
图17a为图11的A-A处在第五次构图工艺后的截面视图；
图17b为图11的B-B处在第五次构图工艺后的截面视图；
图18a为图11的A-A处在第六次构图工艺后的截面视图；
图18b为图11的B-B处在第六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            57-第二钝化层              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
42b-偏压电极引脚   42-偏压线                  39-接收电极
44-钝化层
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10a和图10b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和光电二极管传感器件，其中，
所述薄膜晶体管器件包括：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，以及位于源极33和漏极34之上的欧姆层35、位于欧姆层35之上并覆盖沟道的有源层36、位于有源层36之上的栅极绝缘层37和位于栅极绝缘层37之上、沟道上方并与相邻的栅线30连接的栅极38；
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，以及在透明电极41的上方与透明电极41连接的偏压线42，所述偏压线42平行于栅线30设置。
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（以及下文中的偏压电极42a和偏压电极引脚42b）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；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10b所示的实施例中，所述光电二极管40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2、图10a和图10b所示，所述栅极绝缘层37覆盖基板，并在透明电极41的上方具有连接透明电极41和偏压线42的通孔；所述传感器还包括：位于偏压线42、栅线30和栅极38之上并覆盖基板的钝化层44，所述钝化层44具有信号引导区过孔（图10a和图10b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）。钝化层44（以及下文中的第一钝化层43和第二钝化层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。
该实施例的传感器的薄膜晶体管器件为顶栅型，传感器可共采用七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3所示，本发明传感器的制造方法可共包括七次构图工艺，具体为：
步骤101、在衬底基板32上通过一次构图工艺形成源极33和漏极34的图形，与漏极34连接的数据线31的图形，以及与源极33连接的接收电极39的图形，其中，所述源极33和漏极34相对而置形成沟道；第一次构图工艺后的截面结构请参照图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、通过一次构图工艺形成位于接收电极39之上的光电二极管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，该步骤可具体包括：
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；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；第二次构图工艺后的截面结构请参照图5a和图5b所示。
步骤103、通过一次构图工艺形成位于源极33和漏极34之上的欧姆层35的图形；第三次构图工艺后的截面结构请参照图6a和图6b所示。
步骤104、通过一次构图工艺形成位于欧姆层35之上并覆盖沟道的有源层36的图形；第四次构图工艺后的截面结构请参照图7a和图7b所示。
步骤105、通过一次构图工艺形成栅极绝缘层37的图形，所述栅极绝缘层37在透明电极41的上方具有通孔；第五次构图工艺后的截面结构请参照图8a和图8b所示。
步骤106、通过一次构图工艺形成位于栅极绝缘层37之上、沟道上方的栅极38的图形，与栅极38连接的栅线30的图形，以及在透明电极41的上方通过通孔与透明电极41连接的偏压线42的图形；第六次构图工艺后的截面结构请参照图9a和图9b所示。
步骤107、通过一次构图工艺形成覆盖基板的钝化层44的图形，所述钝化层44具有信号引导区过孔；第七次构图工艺后的截面结构请参照图10a和图10b所示（图10a和图10b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）。
该实施例的传感器的制造方法可共采用七次构图工艺，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。
如图11、图18a和图18b所示，本发明还提供了另外一种传感器，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，以及由所述一组栅线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和光电二极管传感器件，其中，
所述薄膜晶体管器件包括：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，以及位于源极33和漏极34之上的欧姆层35、位于欧姆层35之上并覆盖沟道的有源层36、位于有源层36之上的栅极绝缘层37和位于栅极绝缘层37之上、沟道上方并与相邻的栅线30连接的栅极38；
所述光电二极管传感器件包括：位于衬底基板32之上的偏压电极42a和与偏压电极42a连接的偏压电极引脚42b、位于偏压电极42a之上的光电二极管40、位于光电二极管40之上并与源极33连接的透明电极41。
该实施例中，所述光电二极管为PIN型光电二极管，包括：位于偏压电极42a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。
所述传感器，还包括：
位于每个光电二极管传感器件的透明电极41和偏压电极引脚42b之上、并覆盖基板的第一钝化层43，所述第一钝化层43具有容纳源极33、漏极34、数据线31和欧姆层35的凹槽，以及连接源极33和透明电极41的通孔，所述源极33、漏极34和数据线31位于所述第一钝化层43之上。
所述传感器还包括：位于栅线30和每个薄膜晶体管器件的栅极38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18a和图18b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）。
如图12所示，该实施例的传感器的制造方法，可共包括六次构图工艺，具体为：
步骤101、在衬底基板32上通过一次构图工艺形成偏压电极42a的图形、与偏压电极42a连接的偏压电极引脚42b的图形、位于偏压电极42a之上的光电二极管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；第一次构图工艺后的截面结构请参照图13a和图13b所示；
当光电二极管40为PIN型光电二极管时，该步骤可具体包括：
在衬底基板上依次沉积偏压电极金属、N型半导体层、I型半导体层、P型半导体层和透明电极层，并在透明电极层之上涂覆光刻胶；
采用具有全透光区、半透光区和不透光区的灰色调掩模板对基板进行曝光，其中，不透光区对应形成偏压电极42a、PIN光电二极管40和透明电极41的区域；半透光区对应形成偏压电极引脚42b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；
对基板进行显影、刻蚀，形成偏压电极42a的图形、光电二极管40的图形和透明电极41的图形；
对基板进行灰化、刻蚀和光刻胶剥离，形成偏压电极引脚42b的图形。
步骤102、通过一次构图工艺形成位于透明电极41和偏压电极引脚42b之上、并覆盖基板的第一钝化层43的图形；第二次构图工艺后的截面结构请参照图14a和图14b所示。
步骤103、通过一次构图工艺形成源极33、漏极34和数据线31的图形，以及位于源极33和漏极34之上的欧姆层35的图形，其中，所述源极33和漏极34相对而置形成沟道，所述漏极34与数据线31连接，所述源极33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15a和图15b所示。
步骤104、通过一次构图工艺形成位于欧姆层35之上并覆盖沟道的有源层36的图形；第四次构图工艺后的截面结构请参照图16a和图16b所示。
步骤105、通过一次构图工艺形成位于有源层36之上的栅极绝缘层37的图形、位于栅极绝缘层37之上、沟道上方的栅极38的图形，以及与栅极38连接的栅线30的图形；第五次构图工艺后的截面结构请参照图17a和图17b所示。
步骤106、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；第六次构图工艺后的截面结构请参照图18a和图18b所示（图18a和图18b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）。
该实施例的传感器的制造方法可共采用六次构图工艺，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 (3)

1.一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偏压电极的图形、与偏压电极连接的偏压电极引脚的图形、位于偏压电极之上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位于透明电极和偏压电极引脚之上、并覆盖基板的第一钝化层的图形；
通过一次构图工艺形成源极、漏极和数据线的图形，以及位于源极和漏极之上的欧姆层的图形，其中，所述源极和漏极相对而置形成沟道，所述漏极与数据线连接，所述源极与透明电极连接；
通过一次构图工艺形成位于欧姆层之上并覆盖沟道的有源层的图形；
通过一次构图工艺形成位于有源层之上的栅极绝缘层的图形、位于栅极绝缘层之上、沟道上方的栅极的图形，以及与栅极连接的栅线的图形。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该方法进一步包括：
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。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述通过一次构图工艺形成偏压电极的图形、偏压电极引脚的图形、光电二极管的图形，以及透明电极的图形，具体包括：
在衬底基板上依次沉积偏压电极金属、N型半导体层、I型半导体层、P型半导体层和透明电极层，并在透明电极层之上涂覆光刻胶；
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，不透光区对应形成偏压电极、PIN光电二极管和透明电极的区域；半透光区对应形成偏压电极引脚的区域；
对基板进行显影、刻蚀，形成偏压电极的图形、光电二极管的图形和透明电极的图形；
对基板进行灰化、刻蚀和光刻胶剥离，形成偏压电极引脚的图形。
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