CN107134467A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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关根裕之
石野隆行
山本祐辅
畠泽良和
田村文识
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Abstract

本发明涉及图像传感器及其制造方法。在具有氧化物半导体TFT作为开关元件的用于FPD的图像传感器的制造中，在形成作为光电转换元件的a‑Si光电二极管(PD)时，原料气体中包含的大量氢气在氧化物半导体中扩散，导致TFT的特性大幅变动，由此TFT可能不操作。在基板上依次形成了氧化物半导体TFT和a‑Si PD的图像传感器中，在氧化物半导体TFT和PD之间配置气体阻隔膜，氧化物半导体TFT的漏极端子(漏极金属)经由形成在设于PD上的保护膜上的连接布线(桥接布线)连接到PD的一个端子(下部电极)。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及图像传感器，涉及例如具有作为开关元件的氧化物半导体的图像传感器。
背景技术
使用X射线透射图像以非破坏方式检查样本的内部的技术在医疗和工业的非破坏检查的领域中必不可少。特别是，将X射线透射图像直接获取作为电子数据的平板探测器(FPD)由于其图像采集的迅速性、通过图像处理而有助于解读射线照片等而广泛使用。如日本专利申请特开No.H4－206573号中公开的，FPD中使用的图像传感器具有其中至少包括光电转换元件和开关元件的像素配置成阵列状的结构。在当前最常用的X射线图像传感器中，采用非晶硅(a-Si)光电二极管(PD)作为光电转换元件，采用非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(TFT)作为开关元件。
近年来，在医疗服务的领域中，强烈期望进行高精度的X射线透视的手段(用于获得X射线视频图像的手段)。这是因为，在导管治疗中，需要准确且实时地确认导管的位置。在X射线透视中经常使用的图像增强器(I.I.)原理上仅能够获得不充分的空间分辨率。而且，当前的X射线图像传感器不能轻易地高速运作。因此，X射线图像传感器难以在高帧速率下进行透视。当前的X射线图像传感器不能高速运作是因为作为开关元件的a-Si TFT的电流驱动能力低。同时，作为使开关元件高速运作的手段，日本专利申请特开No.2006－165530公开了使用氧化物半导体TFT作为开关元件的方法。这里公开的氧化物半导体包括例如含In、Ga、Zn的非晶氧化物。
但是，在为了使图像传感器高速化而使用氧化物半导体的TFT作为开关元件的情况下，产生在制造图像传感器时氧化物半导体TFT的特性大幅改变的问题。发明人对该问题进行分析发现，由于包含在形成a-Si PD时使用的大量的氢的原料气体，或者由于该过程中的温度，氧化物半导体改变其性质，由此TFT的特性改变。
为了解决这一点，发明人在日本特开No.2015－90957中提出了其中在氧化物半导体TFT和a-Si PD之间配置抑制氢的透过的阻挡层的结构。同样的方法在日本专利申请特开No.2015－170859号公报中也被公开。
图25是示出在相关技术的具有氧化物半导体TFT的图像传感器的结构的剖视图。将参照图25对日本专利申请特开2015－170859号公报中公开的例子进行说明。在该例中，氧化物半导体TFT 11上配置有氢阻挡介电层37。接触孔设置于所述氢阻挡介电层37中。通过该接触孔，氧化物半导体TFT 11的源极/漏极层19电连接到光敏元件31的底部二极管接触部32。在此，底部二极管接触部32是包含Cr、Ti、W、Mo、Al、Nd掺杂的Al、Ta或它们的组合的金属层。氢阻挡介电层37是包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝，氮氧化铝、氧化钛、氧化钽、氮化钛、氮化钽或它们的组合的介电层。该底部二极管接触部32和氢阻挡介电层37用于防止形成光敏元件31时的氢向氧化物半导体TFT 11扩散。
发明内容
然而，发明人进行了与a-Si PD的原料气体中包含的氢到氧化物半导体的扩散、以及相关联的的氧化物半导体TFT的特性变动相关的详细实验，之后发现，日本专利申请特开No.2015-170859中公开的结构不能充分抑制氧化物半导体TFT的特性变动。
本发明是鉴于上述的问题而做出的，其目的是提供如下的图像传感器的结构及其制造方法，所述图像传感器抑制在具有由层叠在基板上的氧化物半导体TFT形成的开关元件以及a-Si PD的图像传感器中沉积a-Si层时，a-Si层的原料气体中包含的氢在氧化物半导体层中扩散导致氧化物半导体TFT的特性改变，并在高帧速率下实现高精度的FPD。
根据本发明的一个方面的图像传感器包括：包含氧化物半导体TFT的开关元件、气体阻隔膜、包含具有非晶硅的光电二极管的光电转换元件、以及保护膜，这些部件依次层叠在基板上，图像传感器还包括连接布线，所述连接布线配置在覆盖所述光电转换元件的保护膜上并且将所述开关元件的漏极电极经由接触孔电连接到所述光电转换元件的一个端子。
根据本发明的一个方面，能够抑制氧化物半导体TFT的特性的改变。
上面的和进一步的目标和特征通过下面参照附图的详细说明将更明显。
应该理解的是，上述的概述和下面的详述是示例性的和解释性的，而不旨在限制本发明。
附图说明
图1是示出根据实施方式1的图像传感器的结构的电路图；
图2是示出根据实施方式1的图像传感器中的一个像素的电路结构的电路图；
图3是根据实施方式1的图像传感器中的一个像素的布局图；
图4是示出根据实施方式1的图像传感器的结构的剖视图；
图5是示出在形成a-Si PD之前和之后对不具有气体阻隔膜的结构中的氧化物半导体TFT的特性进行比较得到的图；
图6是示出在形成a-Si PD之前和之后对根据实施方式1的图像传感器中的氧化物半导体TFT的特性进行比较得到的图；
图7是示出在不同膜厚的气体阻隔膜的情况下对氢等离子体环境下的氧化物半导体TFT的阈值电压的变动进行评估得到的结果的图；
图8是示出在形成a-Si PD后对使用金属作为气体阻隔膜的情况下的、氧化物半导体TFT的特性进行评估的结果的图；
图9是示出根据实施方式2的图像传感器的结构的电路图；
图10是示出根据实施方式2的图像传感器中的一个像素的电路结构的电路图；
图11是根据实施方式2的图像传感器中的一个像素的布局图；
图12是示出根据实施方式2的图像传感器的结构的剖视图；
图13是示出改变第二栅极电压的同时对根据实施方式2的图像传感器的氧化物半导体TFT的特性进行评估得到的结果的图；
图14是示出根据实施例1的图像传感器的制造过程的剖视图；
图15是示出根据实施例1的图像传感器的制造过程的剖视图；
图16是示出根据实施例1的图像传感器的制造过程的剖视图；
图17是示出根据实施例1的图像传感器的制造过程的剖视图；
图18是示出根据实施例1的图像传感器的制造过程的剖视图；
图19是示出根据实施例1的图像传感器的制造过程的剖视图；
图20是示出根据实施例1的图像传感器的结构的剖视图；
图21是示出根据实施例1的图像传感器的结构的剖视图；
图22是示出根据实施例2的图像传感器中的一个像素的电路结构的电路图；
图23是根据实施例2的图像传感器中的一个像素的布局；
图24是示出根据实施例2的图像传感器的结构的剖视图；以及
图25是示出具有相关技术中的氧化物半导体TFT的图像传感器的结构的剖视图。
具体实施方式
[实施方式1]
下文将参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图中的各构成要素的大小和比例为了确保图的可视性而适当进行了修改。另外，图中的阴影部分用于使各构成要素相互区别，不一定必然表示剖面。
图1是示出根据实施方式1的图像传感器100的结构的电路图。为了简化，在此示出了5行5列的像素配置。图像传感器100包括纵向配置在基板200上的信号线S1～S5、以及横向配置在基板200上的栅极线G1～G5。图像传感器100包括被信号线S1～S5和栅极线G1～G5划分的像素300。像素300配置成矩阵状。在各像素中，至少配置有作为开关元件的TFT 400、以及作为光电转换元件的PD 600。TFT 400的栅极端子连接到针对每个像素行的共同的栅极线。源极端子连接到针对每个像素列的共同的信号线。TFT 400的漏极端子连接到PD 600的一个端子。PD 600的另一个端子连接到被所有的像素共享的BIAS布线(BIAS)。信号线、栅极线以及BIAS布线经由设置在基板200的端部的端子900连接到外部电路。
图2是示出根据实施方式1的图像传感器100中的一个像素的电路结构的电路图。在所示的例子中，TFT 400的漏极端子连接到PD 600的阴极端子。PD600的阳极端子连接到BIAS布线。
图3是根据实施方式1的图像传感器100中的一个像素的布局。在此，示出了使用反交错型TFT的例子。在图中，形成TFT的栅极及栅极布线的栅极金属的图案由410表示。TFT中的半导体层由430表示，形成TFT的源极端子的源极/漏极金属的图案由440表示。形成TFT的漏极端子的源极/漏极金属的图案由450表示。PD 600的下部电极金属的图案由610表示。PD600的上部金属的图案由650表示。在本例中，下部电极610用作PD 600的阴极端子。上部电极650用作阳极端子。形成桥接布线的金属的图案由720表示。形成信号线的金属的图案由730表示。桥接布线720将TFT的漏极端子电连接到PD 600的下部电极610。形成BIAS布线的金属的图案由740表示。在该例中，桥接布线、BIAS布线、信号线形成于相同的金属层。用于将桥接布线、BIAS布线和信号线电连接到其他金属层的接触孔由811、812、813、814表示。
图4是示出根据实施方式1的图像传感器100的结构的剖视图(沿图3中所示的IV－IV线的剖面)。根据本发明的实施方式1的图像传感器100在基板200上包括TFT 400及PD600、以及第一层间膜510、气体阻隔膜520及第二层间膜530。TFT 400由形成栅极410的金属、栅极绝缘膜420、半导体层430以及源极/漏极金属440、450构成。PD 600由下部电极610、n-a-Si:H(n型氢化非晶硅)620、i-a-Si:H(本征氢化的非晶硅)630、p-a-Si:H(p型氢化非晶硅)640以及上部电极650构成。第一层间膜510、气体阻隔膜520以及第二层间膜530设置在TFT 400和PD 600之间。保护膜710被层叠为覆盖PD 600的上部及侧壁。在保护膜710上，形成有信号线730、BIAS布线740以及桥接布线720。信号线730、BIAS布线740以及桥接布线720由金属形成。TFT 400的漏极金属450通过桥接布线720电连接到PD 600的下部电极610。漏极金属450通过第一接触孔电连接到桥接布线720。第一接触孔形成于第一层间膜510、气体阻隔膜520、第二层间膜530以及保护膜710中。另外，下部电极610通过第二接触孔电连接到桥接布线720。第二接触孔形成于保护膜710中。桥接布线720的一部分形成于保护膜710上。
如图4所示，形成于保护膜710中的与第一接触孔有关的通孔的开口面积等于或大于形成于气体阻隔膜520中的与第一接触孔有关的通孔的开口面积。如下所述，由于第一接触孔在覆盖PD 600的保护膜710形成之后开口，因此第一接触孔通常需要具有垂直形状、正锥形状或阶梯形状的剖面。即，该部分上的保护膜710的通孔的开口面积等于或大于气体阻隔膜的通孔的开口面积。这能够防止形成第一接触孔之后形成桥接布线720时的阶梯中断。
另外，如图4所示，在第一接触孔中，桥接布线720的一部分与气体阻隔膜520的通孔的内表面直接接触。因此，气体阻隔膜520中的通孔不与保护膜710接触。这是因为，第一接触孔在保护膜710形成之后开口，与上述情况同样。
根据实施方式1的图像传感器100包括具有依次层叠在基板上的氧化物半导体TFT的开关元件。开关元件例如是TFT 400。在TFT 400的上侧层叠有气体阻隔膜520。在气体阻隔膜520的上侧，层叠有包括具有非晶硅的光电二极管的光电转换元件。光电转换元件例如是PD 600。在PD 600的上表面层叠有保护膜710。另外，图像传感器100配置于覆盖PD 600的保护膜710上，并包括将TFT 400的漏极电极经由接触孔电连接到PD 600的一个端子的连接布线。接触孔例如是第一接触孔和第二接触孔。连接布线例如是桥接布线720。PD 600的一个端子例如是下部电极610。
根据实施方式1的图像传感器100可采用玻璃等绝缘基板作为基板200。对于形成作为开关元件的TFT 400的半导体层430，可采用氧化物半导体。氧化物半导体例如包含In、Ga、Zn。优选地，为了提高量子效率，形成PD 600的i-a-Si:H630的膜厚为约1μm。
在根据实施方式1的图像传感器100中，在PD 600被沉积并形成、且保护膜710被沉积在PD 600的上面之后，在第一层间膜510、气体阻隔膜520以及第二层间膜530中形成接触孔。气体阻隔膜520例如是有机绝缘膜。对于气体阻隔膜520，可采用对二甲苯聚合物、间二甲苯聚合物等二甲苯聚合物及其衍生物、丙烯酸树脂或环氧树脂等绝缘膜。气体阻隔膜520的膜厚优选等于或大于1μm。
另外，虽然图未示，但是在信号线730、桥接布线720、BIAS布线740上配置用于将X射线转换为可见光的闪烁体。在闪烁体的下部，也可以形成以保护元件和使表面平坦化为目的的平坦化膜。
根据实施方式1的图像传感器100能够在高帧速率下进行高精密的X射线透视。其理由将在下面进行说明。
为了获得高精密的X射线透射图像，可使用FPD取代I.I.。但是，相关技术的FPD中所使用图像传感器采用a-Si TFT作为开关元件。因此，难以使图像传感器以高帧速率运作。如果为了获得高帧速率而对TFT使用氧化物半导体，则a-Si PD形成时氧化物半导体TFT的特性可能改变。TFT的特性的改变可能引起图像传感器异常操作。在根据实施方式1的图像传感器中，在氧化物半导体TFT和PD之间配置气体阻隔膜。由此，即使对PD使用a-Si，也能够抑制TFT的特性改变。因此，能够使图像传感器以高帧速率操作。
图5是示出在形成a-Si PD之前和之后对不具有气体阻隔膜的结构中的氧化物半导体TFT的特性进行比较得到的图。横轴表示栅极电压。横轴采用伏特(V)的单位。纵轴表示漏极电流。纵轴采用任意单位(a.u.)。虚线表示a-Si PD形成前的氧化物半导体TFT的Id－Vg特性(漏极电流的栅极电压依赖性)。实线表示a-Si PD形成后的氧化物半导体TFT的Id－Vg特性。在a-Si PD形成后，氧化物半导体TFT的阈值电压大幅变动，而TFT未示出任何接通/断开操作。
图6是示出在形成a-Si PD之前和之后对根据实施方式1的图像传感器中的氧化物半导体TFT的特性进行比较得到的图。横轴表示栅极电压。横轴采用伏特(V)的单位。纵轴表示漏极电流。纵轴采用任意单位(a.u.)。虚线表示a-Si PD形成前的Id－Vg特性。实线表示形成后的特性。在此，使用对二甲苯聚合物作为气体阻隔膜。从图中可清楚地看出，在图像传感器的结构中，即使使用氧化物半导体TFT作为开关元件、使用a-Si PD作为光电转换元件，也大幅抑制氧化物半导体TFT的特性劣化。
图7是示出在不同膜厚的气体阻隔膜的情况下对氢等离子体环境下的氧化物半导体TFT的阈值电压的变动进行评估得到的结果的图。评估示出使带气体阻隔膜的氧化物半导体TFT暴露于氢等离子体之前和之后对TFT特性进行测量得到的结果，该氢等离子体以具有与针对a-Si:H薄膜的沉积的条件同等的条件的方式产生。图7的图中的横轴表示气体阻隔膜的膜厚。横轴采用μm的单位。作为气体阻隔膜，采用对二甲苯聚合物。纵轴表示样品暴露于氢等离子体之前和之后TFT阈值电压的变化量。纵轴采用伏特(V)的单位。从图中可清楚地看出，如果膜厚等于或大于1μm，则能够大幅地抑制TFT的特性变化。
而且，为了确定是否能够使用金属作为气体阻隔膜，使用Cr和ITO进行同样的评估。图8是示出在形成a-Si PD后对使用金属作为气体阻隔膜的情况下的、氧化物半导体TFT的特性进行评估的结果的图。横轴表示栅极电压。横轴采用伏特(V)的单位。纵轴表示漏极电流。纵轴采用任意单位(a.u.)。在此，该图示出使用膜厚50nm的Cr作为气体阻隔膜的情况下的、放置于氢等离子体环境下之后的氧化物半导体TFT的Id－Vg特性。如此，阈值电压大幅变动，而TFT未示出任何接通/断开操作。使用ITO作为气体阻隔膜的实验产生了类似的结果。如果将作为气体阻隔膜的Cr的膜厚大幅增大，能够获得抑制效果。如果金属层的膜厚增大，则由于金属层与玻璃基板或SiOx(氧化硅)等绝缘膜之间的热膨胀系数之差产生应力，其可能导致膜剥落。因此，不适于使用金属作为气体阻隔膜。发明人基于上述的实验结果进行考虑得到如下的结论。
在高精密的FPD中，为了确保充分的S/N比，期望使a-Si PD的i-a-Si:H层的厚度为约1μm。但是，为了完全沉积1μm的膜厚的i-a-Si:H层，需要较长的沉积时间段。为了减少a-Si层中的悬空键，需要将大量的氢导入原料气体。在这种环境下，在沉积a-Si:H层时，氢可能在氧化物半导体层中扩散。
但是，在根据实施方式1的图像传感器中，在氧化物半导体TFT 400和PD600之间配置气体阻隔膜520，直至PD 600的形成完成为止，在气体阻隔膜520中不形成接触孔等。因此，气体阻隔膜520能够大幅抑制氢的扩散。另外，由于在a-Si:H沉积过程中在气体阻隔膜520中未形成接触孔，因此可在基板整个区域上均匀地获得抑制氢扩散的效果。因此，即使沉积较厚的a-Si:H膜，也能够防止氧化物半导体的质量变化，能够抑制TFT 400的特性变动。因此，金属不适于气体阻隔膜520，而其上可沉积充分厚的膜的绝缘膜是合适的。特别地，对二甲苯聚合物和间二甲苯聚合物等二甲苯聚合物及其衍生物、丙烯酸树脂或环氧树脂是适合的。
[实施方式2]
图9是示出根据实施方式2的图像传感器100的结构的电路图。实施方式2与实施方式1的不同之处在于，作为开关元件TFT 400，采用在半导体层430的上面和下面配置两个栅极电极、在这两个栅极电极之间插入绝缘膜这样的双栅极结构TFT。TFT包括第一栅极和第二栅极。第一栅极连接到栅极线(G1～G5)。第二栅极连接到TGB布线(TGB)。TGB布线被图像传感器100中的全部的像素共享。TGB布线经由端子900连接到外部电路。
图10是示出根据实施方式2的图像传感器100中的一个像素的电路结构的电路图。如已说明的，除TFT 400的第二栅极连接到TGB布线以外，根据实施方式2的图像传感器100具有如根据实施方式1的图像传感器100中的各像素的相同的电路结构。在此，示出了将反交错型双栅极结构用作TFT 400的例子。第一栅极由图10中的BG表示，第二栅极由图10中的TG表示。
图11是根据实施方式2的图像传感器100中的一个像素的布局。图12是示出根据实施方式2的图像传感器100的结构的剖视图(沿图11的XII－XII线的剖面)。根据实施方式2的图像传感器100与根据实施方式1的图像传感器100的不同之处在于，在气体阻隔膜520和第一层间膜510之间配置有形成第二栅极460的金属。
在根据实施方式2的图像传感器100中，对TFT 400的第二栅极460施加与施加于第一栅极的电压不同的电压。例如，对所有的像素中的TFT 400施加共同的DC电压。
根据实施方式2的图像传感器100与根据实施方式1的图像传感器100同样，能够在高帧速率下进行高精密的X射线透视。除此以外，还能够提高图像传感器的生产率。还能够提高可靠性。下面对其理由进行说明。
根据实施方式2的图像传感器100能够在高帧速率下进行高精密的X射线透视的理由与根据实施方式1的图像传感器100的理由相同。
在根据实施方式2的图像传感器100中能够提高生产率是因为通过对第二栅极460施加电压能够控制TFT 400的阈值电压。如图6所示，在根据实施方式1的图像传感器100中，采用气体阻隔膜520，从而可大幅抑制氧化物半导体TFT 400的阈值电压的变动。但是，如从图6可清楚地看到，在a-Si PD形成之前和之后，不能完全抑制氧化物半导体TFT 400的阈值电压的变动。TFT 400的阈值电压在a-Si PD 600形成以外的制造工序过程中也由于各种因素而变动。这些变动的合计值可能会引起最终完成的图像传感器100中的TFT 400的特性超出图像传感器100的驱动电压范围。图13是示出改变第二栅极电压的同时对根据实施方式2的图像传感器100中的氧化物半导体TFT 400的特性进行评估得到的结果的图。横轴表示第一栅极电压。横轴采用伏特(V)的单位。纵轴表示漏极电流。纵轴采用任意单位(a.u.)。点划线表示对第二栅极460施加+5V的情况下的特性。实线和虚线分别表示对第二栅极460施加0V、－5V的情况下的特性。从图中可以清楚地看到，通过改变对第二栅极460施加的电压，能够控制TFT 400的阈值电压。
因此，在根据实施方式2的图像传感器100中，即使在制造工序的过程中TFT 400的阈值电压的变动产生至超出预期的程度，通过调整对第二栅极电极施加的电压，也能够控制TFT 400的阈值电压。这能够使TFT 400在适当的驱动电压下操作。因此，图像传感器100的生产率提高。
为了进行补充说明，驱动电压范围在此表示对TFT 400的第一栅极施加的脉冲波形的电压振幅。该振幅的电压优选尽可能小。如果对TFT 400的第一栅极施加脉冲波形，则根据电压振幅在PD 600和信号线处产生电荷噪声。这是因为第一栅极及栅极布线经由寄生电容电连接到PD 600或信号线。施加于信号线的电荷噪声与PD 600的信号电荷分离特别困难。电荷噪声使图像传感器100的S/N比下降。因此，期望尽可能小地设定驱动电压范围。在根据实施方式2的图像传感器100中，能够在图像传感器100制作后调整TFT 400的阈值电压，这有助于将驱动电压范围设定为较小值，并且也有助于提高S/N比。
另外，如果长时间使用图像传感器，则TFT的阈值电压由于电应力等而发生变动。但是，在根据本发明的图像传感器100中，可调整对第二栅极460施加的电压，使得TFT 400的阈值电压的变动可消除。因此，可靠性提高。
图像传感器100包括在层叠方向上相互分离配置的两个栅极电极。两个栅极电极例如是构成第一栅极的电极以及构成第二栅极460的电极。
[实施例1]
现在对根据实施方式1的图像传感器100的制造方法的示例进行说明。图14至图19是示出根据实施例1的图像传感器100的制造过程的剖视图。图20及图21是示出根据实施例1的图像传感器100的结构的剖视图。图14示出在根据实施例1的图像传感器100的制造工序中沉积直至气体阻隔膜520的阶段的剖面图。图像传感器100可采用玻璃基板作为基板200。但是，基板200不限于玻璃基板。作为基板200，也可采用具有耐热性的树脂基板、具有用SiOx或SiNx(氮化硅)涂覆后的表面的金属基板。在玻璃基板200上，将Al沉积并图案化，作为成为TFT 400的栅极及栅极布线410的金属。除Al以外，例如，也可以使用Cr、ITO、W或其合金。在其上沉积SiOx作为栅极绝缘膜420。对于栅极绝缘膜420，除SiOx以外，也可以采用SiNx或SiOx和SiNx的层叠膜。接下来，作为半导体层430，可将含有In、Ga、Zn的氧化物半导体层沉积并图案化。之后，将Al沉积并图案化作为源极/漏极金属440、450。对于源极/漏极金属440、450，除Al以外，例如还可使用Cr或其合金。虽然图未示，但是可以在沉积源极/漏极金属440、450之前，在氧化物半导体层中在成为TFT 400的沟道的部分上图案化而形成SiOx等的绝缘膜。将在TFT 400的沟道部分上配置绝缘膜图案的结构称作沟道保护型TFT，如图14所示未配置绝缘膜图案的结构可称作沟道蚀刻型TFT。根据实施例1的图像传感器100可采用任一结构。接下来，在源极/漏极金属440、450上沉积SiOx作为第一层间膜510。对于第一层间膜510，也可使用SiOx、SiNx或SiOx和SiNx的层叠膜。然后，在第一层间膜510上沉积对二甲苯聚合物作为气体阻隔膜520。对于气体阻隔膜520，也可采用间二甲苯聚合物等二甲苯聚合物及其衍生物、丙烯酸树脂、环氧树脂等。对于气体阻隔膜520，除所述有机绝缘膜以外，也可采用无机绝缘膜。无机绝缘膜是由例如SiNx或Al2O3(氧化铝)制成的膜。该情况下，膜厚也优选为1μm或更大。然而，在沉积SiNx时，需要减少原料气体中包含的氢。例如，可采用利用了SiF4和N2气体的等离子体化学气相沉积(CVD)来沉积。根据发明人的实验结果，作为无机绝缘膜的SiOx几乎未产生抑制氢气的扩散的效果，因此不适合用于气体阻隔膜。
如图15所示，在气体阻隔膜520上沉积SiOx作为第二层间膜530。第二层间膜530是为了提高气体阻隔膜520和PD的下部电极610之间的附着性而沉积的。根据气体阻隔膜520的种类和下部电极610的金属，对第二层间膜530选择适合的材料。可替选地，有时不需要沉积第二层间膜530。在第二层间膜530上沉积Cr作为PD 600的下部电极610。对于下部电极610，除Cr以外，还可采用Al、ITO等。在下部电极610上沉积n-a-Si:H 620、i-a-Si:H 630和p-a-Si:H640的层。这三个层优选地通过等离子体CVD按顺序沉积。考虑到量子效率，更优选地，i-a-Si:H的膜厚为大约1μm。在其上沉积ITO作为PD的上部电极650。对于上部电极650，除ITO以外，也可采用ZnO等透明导电膜。
接下来，如图16所示，通过图案化形成PD 600。在该实施例中，进行图案化使得构成PD 600的上部电极650、p-a-Si:H 640、i-a-Si:H 630、n-a-Si:H 620形成为相同形状，之后，也通过图案化形成下部电极610。
之后，如图17所示，沉积SiNx作为保护膜710。对于保护膜710，除SiNx以外，还可使用SiOx、丙烯酸树脂或其层叠膜。
如图18所示，在保护膜710、第二层间膜530、气体阻隔膜520、第一层间膜510中形成接触孔811、812、813。由于可能难以通过一个光刻步骤在保护膜、多个层间膜以及气体阻隔膜这些膜中形成接触孔，因此可替选地，可以通过多个光刻步骤形成不同大小的接触孔。
之后，如图19所示，将桥接布线720、BIAS布线740、图未示但作为信号线的金属Al沉积并通过图案化而形成。除Al以外，也可使用具有较小的比电阻的Al合金。而且，在根据实施例1的图像传感器中，形成桥接布线、BIAS布线、信号线的金属需要电连接到源极/漏极金属、形成PD 600的下部电极610的金属、以及形成PD 600的上部电极650的金属。对于源极/漏极金属、形成PD 600的下部电极610的金属、以及形成PD 600的上部电极650的金属，可使用不同的材料。因此，如图20所示，出于与多个不同类型的金属电连接的目的，形成桥接布线、BIAS布线、信号线的金属可以是两种或更多种的不同的金属层的层叠膜。但是，对于要沉积的金属层之一，优选使用Al或Al合金等电阻率较小的金属。其理由是信号线和BIAS布线的时间常数影响PD 600的信号读取速度。
如上所述，根据气体阻隔膜520的种类以及PD 600的下部电极610的种类的组合，不总是必须形成第二层间膜530。不具有第二层间膜530的剖面结构示于图21。由于图21所示的图像传感器100未设有第二层间膜530，因此下部电极610设置为与气体阻隔膜520接触。
在根据实施例1的图像传感器100中，在将包含大量的氢作为原料气体的a-Si:H沉积时在气体阻隔膜520中未形成接触孔。因此，能够抑制在整个基板上氢气均匀地扩散至氧化物半导体层。因此，能够抑制氧化物半导体TFT 400的特性变动，这使图像传感器高速操作。
以上对制造根据实施方式1的图像传感器100的示例进行了说明，但是如果在将气体阻隔膜520沉积之前沉积并图案化Cr、Al、ITO等金属作为成为第二栅极460的金属，则根据实施方式2的图像传感器100也可同样制造。
[实施例2]
图22是示出根据实施例2的图像传感器100中的一个像素的电路结构的电路图。与实施例1相同，各像素由作为开关元件的TFT 400和作为光电转换元件的PD 600构成，但TFT400和PD 600的连接方法不同。在根据实施例2的图像传感器中，TFT 400的漏极端子连接到PD 600的阳极端子。
图23是根据实施例2的图像传感器100中的一个像素的布局。TFT 400的漏极金属450经由接触孔811连接到桥接布线720。另外，桥接布线720经由接触孔813连接到PD 600的上部电极650。在实施例2中，由于上部电极650用作PD 600的阳极端子，因此TFT 400的漏极端子连接到PD 600的阳极端子。如上所述，PD 600是图像传感器100所包括的光电转换元件的一例。光电转换元件的一个端子例如是根据实施例2的上部电极650。
图24是示出根据实施例2的图像传感器100的结构的剖视图(沿图23中的XXIV－XXIV线的剖面)。气体阻隔膜520的下方(比气体阻隔膜520更靠近基板的位置)的结构与根据实施方式1的图像传感器100的结构相同，但是实施例2的图像传感器与实施方式1的图像传感器不同之处在于，TFT 400的漏极金属450经由桥接布线720连接到PD 600的上部电极650、以及PD 600的下部电极610形成BIAS布线。形成PD 600的n-a-Si:H 620、i-a-Si:H630、p-a-Si:H640的层叠顺序以及膜厚可设定为与根据实施方式1的图像传感器100相同。
在根据实施例2的图像传感器100中，在形成PD 600时不总是必须在气体阻隔膜520中形成接触孔。因此，能够抑制在PD 600形成时氢气在整个基板上均匀地扩散，由此抑制氧化物半导体TFT的特性变动。
各实施方式和实施例中记载的技术特征(构成要素)可相互组合，并且这些组合可形成新的技术特征。
应该理解的是，在此公开的实施方式及实施例在各个方面是示例性的而非限制性的。由于本发明的范围由所附权利要求而不是说明书限定，因此落在权利要求的边界和界限或者该边界和界限的等效物内的所有的变化旨在被权利要求涵盖。

Claims (13)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
开关元件，所述开关元件包括多个氧化物半导体TFT；
气体阻隔膜；
光电转换元件，所述光电转换元件包括具有非晶硅的光电二极管；以及
保护膜，
所述开关元件、所述气体阻隔膜、所述光电转换元件以及所述保护膜在基板上依次层叠；
其中，连接布线配置在覆盖所述光电转换元件的所述保护膜上，并将所述开关元件的漏极电极经由接触孔电连接到所述光电转换元件的一个端子。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述接触孔包括贯穿所述保护膜及所述气体阻隔膜的第一接触孔、以及贯穿所述保护膜的第二接触孔，以及
所述连接布线经由所述第一接触孔连接到所述开关元件的漏极电极，并经由所述第二接触孔连接到所述光电转换元件的所述一个端子。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，
所述保护膜中的与所述第一接触孔有关的通孔的开口面积等于或大于所述气体阻隔膜中的与所述第一接触孔有关的通孔的开口面积。
4.根据权利要求2或3所述的图像传感器，其中，
所述气体阻隔膜中的与所述第一接触孔有关的通孔的内表面与所述连接布线的一部分接触。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像传感器，其中，
所述光电转换元件包括在层叠方向上的上部的上部电极，并且包括在所述层叠方向上的下部的下部电极，以及
所述一个端子相当于所述下部电极或所述上部电极。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，
所述氧化物半导体TFT包括在层叠方向上相互分离配置的两个栅极电极。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像传感器，其中，
所述气体阻隔膜是有机绝缘膜。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，
所述有机绝缘膜由二甲苯聚合物或二甲苯聚合物的衍生物、丙烯酸树脂或环氧树脂形成。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的图像传感器，其中，
所述气体阻隔膜是无机绝缘膜。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，
所述无机绝缘膜是氮化硅膜或氧化铝膜。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述光电转换元件包括在层叠方向上的上部的上部电极以及在所述层叠方向上的下部的下部电极，
所述一个端子相当于所述下部电极或所述上部电极；
所述气体阻隔膜是无机绝缘膜；以及
所述光电转换元件的所述下部电极被定位成与所述气体阻隔膜接触。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的图像传感器，其中，
所述气体阻隔膜的膜厚等于或大于1μm。
13.一种图像传感器的制造方法，包括如下步骤：
将由氧化物半导体TFT形成的开关元件、气体阻隔膜、以及包括具有非晶硅的光电二极管的光电转换元件按照所述开关元件、所述气体阻隔膜以及所述光电转换元件的顺序层叠在基板上；
形成覆盖所述光电转换元件的保护膜，之后在所述保护膜和所述气体阻隔膜中形成接触孔；以及
在所述保护膜上形成连接布线，并将所述开关元件的漏极电极和所述光电转换元件的一个端子经由所述接触孔电连接。
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