CN107342347B - 一种光电探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电探测器及其制作方法，涉及探测器技术领域，解决了现有的光电探测器的制作工艺复杂，光电探测器的制作成本较高的技术问题。该光电探测器包括：氧化物半导体薄膜晶体管和PN结光电探测单元，PN结光电探测单元包括PN结下电极、PN结上电极以及依次设在PN结下电极和PN结上电极之间的N型层、感应层和P型层；其中，PN结上电极与氧化物半导体薄膜晶体管的漏极相连，N型层与氧化物半导体薄膜晶体管的半导体有源层的材质相同。本发明中的光电探测器应用于光电探测。
Description
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，尤其涉及一种光电探测器及其制作方法。
背景技术
完成图像信息光电变换的功能器件称为光电探测器。目前，光电探测器在军事和经济的各个领域都有广泛的用途。现有的光电探测器，大多采用基于薄膜晶体管的光电探测器，该光电探测器一般包括形成在同一基板上的薄膜晶体管和PN结光电探测单元。
在制作基于薄膜晶体管的光电探测器时，需要先在基板上制作薄膜晶体管，然后再在制作完成了薄膜晶体管的基板上，依次形成PN结下电极、N型层、感应层、P型层和PN结上电极，以形成PN结光电探测单元，从而完成光电探测器的制作。由此可见，现有的基于薄膜晶体管的光电探测器的制作工艺较为复杂，并且制作成本也较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电探测器及其制作方法，用于简化光电探测器的制作工艺，降低光电探测器的制作成本。
为达到上述目的，本发明提供一种光电探测器，采用如下技术方案：
该光电探测器包括：氧化物半导体薄膜晶体管和PN结光电探测单元，所述PN结光电探测单元包括PN结下电极、PN结上电极以及依次设在所述PN结下电极和所述PN结上电极之间的N型层、感应层和P型层；
其中，所述PN结上电极与所述氧化物半导体薄膜晶体管的漏极相连，所述N型层与所述氧化物半导体薄膜晶体管的半导体有源层的材质相同。
与现有技术相比，本发明提供的光电探测器具有以下有益效果：
在本发明提供的光电探测器中，光电探测器是由氧化物半导体薄膜晶体管和PN结光电探测单元组成的，并且该PN结光电探测单元中的N型层与氧化物半导体薄膜晶体管的半导体有源层的材质是相同的，这就使得在制作该光电探测器的过程中，通过一次构图工艺，即可在制作形成氧化物半导体薄膜晶体管的半导体有源层的同时，形成PN结探测单元的N型层，无需在制作完成整个氧化物半导体薄膜晶体管之后，再制作PN结光电探测单元，从而简化了光电探测器的制作工艺，降低了光电探测器的制作成本。
本发明还提供一种光电探测器的制作方法，采用如下技术方案：
该光电探测器的制作方法用于制作上述光电探测器，所述光电探测器的制作方法包括：
提供一基板；
在所述基板上分别形成栅极和PN结下电极；
在所述栅极上形成覆盖所述栅极的栅极绝缘层；
在所述栅极绝缘层上形成半导体有源层，在所述PN结下电极上形成N型层，所述半导体有源层和所述N型层通过一次构图工艺形成；
在所述半导体有源层上形成源极和漏极；
在所述N型层上形成感应层，在所述感应层上形成P型层；
在所述源极、所述漏极和所述半导体有源层上均形成第一钝化层，对所述第一钝化层进行构图工艺，形成对应所述漏极的第一过孔；
在所述第一钝化层和所述P型层上形成PN结上电极，使所述PN结上电极通过所述第一过孔与所述漏极相连；
在所述PN结上电极上形成第二钝化层。
与现有技术相比，本发明提供的光电探测器的制作方法的有益效果与上述光电探测器的有益效果相同，故此处不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中光电探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例中步骤S2结束后形成的结构的示意图；
图3为本发明实施例中步骤S3结束后形成的结构的示意图；
图4为本发明实施例中步骤S4结束后形成的结构的示意图；
图5为本发明实施例中步骤S5结束后形成的结构的示意图；
图6为本发明实施例中步骤S6结束后形成的结构的示意图；
图7为本发明实施例中步骤S7结束后形成的结构的示意图；
图8为本发明实施例中步骤S8结束后形成的结构的示意图；
图9为本发明实施例中步骤S9结束后形成的第一种结构的示意图；
图10为本发明实施例中步骤S7c结束后形成的结构的示意图；
图11为本发明实施例中步骤S7d结束后形成的结构的示意图；
图12为本发明实施例中步骤9结束后形成的第二种结构的示意图。
附图标记说明：
1—氧化物半导体薄膜晶体管， 2—PN结光电探测单元，
21—PN结下电极， 22—PN结上电极，
23—N型层， 24—感应层，
25—P型层， 11—漏极，
12—半导体有源层， 13—栅极，
14—栅极绝缘层， 15—源极，
16—第一钝化层， 3—有机树脂层，
4—第二钝化层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种光电探测器，如图1所示，该光电探测器包括：氧化物半导体薄膜晶体管1和PN结光电探测单元2，PN结光电探测单元2包括PN结下电极21、PN结上电极22以及依次设在PN结下电极21和PN结上电极22之间的N型层23、感应层24和P型层25；其中，PN结上电极21与氧化物半导体薄膜晶体管1的漏极11相连，N型层23与氧化物半导体薄膜晶体管1的半导体有源层12的材质相同。
在本实施例提供的光电探测器中，光电探测器是由氧化物半导体薄膜晶体管1和PN结光电探测单元2组成的，并且该PN结光电探测单元2中的N型层23与氧化物半导体薄膜晶体管1的半导体有源层12的材质是相同的，这就使得在制作该光电探测器的过程中，通过一次构图工艺，即可在制作形成氧化物半导体薄膜晶体管1的半导体有源层12的同时，形成PN结探测单元2的N型层23，无需在制作完成整个氧化物半导体薄膜晶体管1之后，再制作PN结光电探测单元2，从而简化了光电探测器的制作工艺，降低了光电探测器的制作成本。
在上述光电探测器的工作过程中，由于PN结上电极21与氧化物半导体薄膜晶体管1的漏极11相连，则可通过氧化半导体薄膜晶体管1控制PN结光电探测单元2探测光信号。
需要补充的是，对于上述光电探测器的其他结构可参照现有的光电探测器的结构，示例性地，如图1所示，光电探测器中的氧化物半导体薄膜晶体管1还包括栅极13、栅极绝缘层14、源极15，使源极15和漏极11绝缘的第一钝化层16，该光电探测还包括用于减小PN结上电极与下电极之间的电容的有机树脂层3和用于保护氧化物半导体薄膜晶体管1和光电探测单元2的第二钝化层4。
示例性地，上述N型层与半导体有源层的材质均可选用为铟镓锌氧化物，从而在形成半导体有源层的同时，形成N型层，简化了光电探测器的制作工艺，降低了光电探测器的制作成本。与常用的N型层的材料磷烷掺杂的非晶硅相比，铟镓锌氧化物的迁移率较高、均一性好、透明度高，这就使得形成的光电探测器单元的光电探测灵敏度较高，此外，铟镓锌氧化物的成本也远远低于磷烷掺杂的非晶硅，因此，本发明实施例中，优选N型层与半导体有源层的材质均为铟镓锌氧化物。示例性地，上述N型层和半导体有源层的厚度均为
示例性地，上述感应层可为非晶硅感应层，可选的，该非晶硅感应层的厚度为
此外，也可使上述氧化物半导体薄膜晶体管的栅极和PN结下电极的材质相同，从而能够在制作该光电探测器时，通过一次构图工艺，同时形成氧化物半导体薄膜晶体管的栅极和PN结下电极，进而可以进一步简化了光电探测器的制作工艺，降低光电探测器的制作成本。
示例性地，上述P型层为硼烷参杂的非晶硅层；栅极、氧化物半导体薄膜晶体管的源极、漏极和PN结下电极的材质均可为铝、钼、铜、铝铌合金、钼铌合金、铝钼合金或铜钼合金。
本发明实施例还提供一种光电探测器的制作方法，用于制作上述光电探测器，该光电探测器的制作方法包括：
步骤S1、提供一基板。示例性地，可提供一玻璃基板、石英基板或其他透光性较好的基板。
步骤S2、在基板上分别形成栅极和PN结下电极。步骤S2结束后形成如图2所示的结构。示例性地，在基板上分别形成栅极和PN结下电极的步骤可包括：在基板上形成厚度为
的第一金属层，对第一金属层进行一次构图工艺，形成栅极和PN结下电极。可选的，可采用低温等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)等沉积工艺在基板上沉积厚度为
的第一金属层，对第一金属层进行一次构图工艺，形成栅极和PN结下电极。需要说明的是，如无特殊说明，本发明实施例中的“构图工艺”均包括涂覆光刻胶、掩膜、曝光、显影和剥离光刻胶的步骤。
步骤S3、在栅极上形成覆盖栅极的栅极绝缘层。步骤S3结束后形成如图3所示的结构。示例性地，可通过低温等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)等沉积工艺在栅极上沉积厚度为
的二氧化硅膜层、氮氧化硅膜层或氮化硅膜层，对该二氧化硅膜层、氮氧化硅膜层或氮化硅膜层进行构图工艺，以形成覆盖栅极的栅极绝缘层。
此外，当沉积的二氧化硅膜层、氮氧化硅膜层或氮化硅膜层同时覆盖了PN结下电极时，在对该二氧化硅膜层、氮氧化硅膜层或氮化硅膜层进行构图工艺时，还同时形成了能够使PN结下电极暴露的过孔。
步骤S4、在栅极绝缘层上形成半导体有源层，在PN结下电极上形成N型层，半导体有源层和N型层通过一次构图工艺形成。步骤S4结束后形成如图4所示的结构。示例性地，上述步骤S4中，在栅极绝缘层上形成半导体有源层，在PN结下电极上形成N型层的步骤包括：在栅极绝缘层和PN结下电极上，形成厚度为
的铟镓锌氧化物薄膜，对铟镓锌氧化物薄膜进行一次构图工艺，形成半导体有源层和N型层。示例性地，可利用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)设备，采用真空蒸发、溅射、离子镀等方法在栅极绝缘层和PN结下电极上，沉积厚度为
的铟镓锌氧化物薄膜，对铟镓锌氧化物薄膜进行一次构图工艺，形成半导体有源层和N型层。
需要补充的是，上述利用PVD设备沉积铟镓锌氧化物薄膜过程中，可控制沉积环境中氧气的含量为10％～30％，从而可以在沉积该铟镓锌氧化物薄膜的同时，保证已形成的栅极和PN结下电极的性能不被影响。
步骤S5、在半导体有源层上形成源极和漏极。步骤S5结束后形成如图5所示的结构。示例性地，可利用磁控溅射设备在半导体有源层上沉积厚度为
的第二金属层，对第二金属层进行构图工艺，形成源极和漏极。可选的，上述第二金属层的材质为铝、钼、铜、铝铌合金、钼铌合金、铝钼合金或铜钼合金。
步骤S6、在N型层上形成感应层，在感应层上形成P型层。步骤S6结束后形成如图6所示的结构。示例性地，上述感应层可为非晶硅感应层，上述P型层为硼烷参杂的P型层。具体地，可选用磁控溅射设备在N型层上进行非晶硅薄膜的沉积，在沉积过程中，可根据所需沉积的非晶硅薄膜的质量和厚度，控制沉积时的功率、压力以及沉积环境中氩气和氧气的比例。可选的，本发明实施例中，控制非晶硅薄膜的厚度为
则可设定沉积时的功率为3KW，压力为0.3Pa。在形成了感应层之后，再在该感应层上沉积硼烷参杂的P型层，以形成P型层。
步骤S7、在源极、漏极和半导体有源层上均形成第一钝化层。对第一钝化层进行构图工艺，形成对应漏极的第一过孔。上述步骤S7结束后形成如图7所示的结构。
步骤S8、在第一钝化层和P型层上形成PN结上电极，使PN结上电极通过第一过孔与漏极相连。上述步骤S8结束后形成如图8所示的结构。
步骤S9、在PN结上电极上形成第二钝化层。步骤S9结束后形成如图9所示的结构。
上述光电探测器的制作方法的有益效果与上述光电探测器的有益效果相同，故此处不再进行赘述。
可选地，在第一钝化层和P型层上形成PN结上电极之前，还可在P型层上形成一层用于保护已经形成的PN结下电极、N型层和感应层的PN结钝化层，并且还可在第一钝化层和PN结钝化层上形成有机树脂层，从而使得在有机树脂层上形成的PN结上电极与PN结下电极之间的距离较远，进而能够减小PN结上电极与PN结下电极之间的电容，此时，上述光电探测器的制作方法还包括：
步骤S7a、在P型层上形成PN结钝化层，对PN结钝化层进行构图工艺，形成对应P型层的第二过孔。
步骤S7b、在第一钝化层和PN结钝化层上，均形成厚度为1.7μm～2.2μm的有机树脂层。
步骤S7c、对有机树脂层进行构图工艺，形成第三过孔和第四过孔，其中，第三过孔对应第一过孔，第四过孔对应第二过孔。
步骤S7d、在有机树脂层上，形成PN结上电极，使PN结上电极通过第一过孔和第三过孔与漏极相连，通过第二过孔和第四过孔与P型层相连。(替代了上述步骤S8)
进一步地，上述步骤中，第一钝化层和PN结钝化层可通过一次沉积工艺形成，并通过一次构图工艺，形成第一过孔和第二过孔，从而可以简化光电探测器的制作工艺，降低光电探测器的制作成本。示例性地，第一钝化层、PN结钝化层和第二钝化层均可为常用的二氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和/或氮化硅膜层。示例性地，第一钝化层的厚度可为
第二钝化层的厚度可为
此外，为了保证已形成的栅极、PN结下电极、半导体有源层、N型层、源极、漏极和P型层的特性不被影响，在沉积第一钝化层和PN结钝化层时，可控制沉积设备中的硅烷气体和一氧化二氮气体的比例为1:40。
此时，在上述步骤S7c结束后形成如图10所示的结构；上述步骤S7d结束后形成如图11所示的结构，上述步骤S9结束后形成如图12所示的结构。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种光电探测器的制作方法，其特征在于，所述光电探测器的制作方法包括：
提供一基板；
在所述基板上分别形成栅极和PN结下电极；
在所述栅极上形成覆盖所述栅极的栅极绝缘层；
在所述栅极绝缘层上形成半导体有源层，在所述PN结下电极上形成N型层，所述半导体有源层和所述N型层通过一次构图工艺形成；
在所述半导体有源层上形成源极和漏极；
在所述N型层上形成感应层，在所述感应层上形成P型层；
在所述源极、所述漏极和所述半导体有源层上均形成第一钝化层，对所述第一钝化层进行构图工艺，形成对应所述漏极的第一过孔；
在所述第一钝化层和所述P型层上形成PN结上电极，使所述PN结上电极通过所述第一过孔与所述漏极相连；
在所述PN结上电极上形成第二钝化层；
在所述第一钝化层和所述P型层上形成PN结上电极之前，所述光电探测器的制作方法还包括：
在所述P型层上形成PN结钝化层，对所述PN结钝化层进行构图工艺，形成对应所述P型层的第二过孔；
在所述第一钝化层和所述PN结钝化层上，均形成厚度为1.7μm～2.2μm的有机树脂层；
对所述有机树脂层进行构图工艺，形成第三过孔和第四过孔，其中，所述第三过孔对应所述第一过孔，所述第四过孔对应所述第二过孔；
在所述有机树脂层上，形成所述PN结上电极，使所述PN结上电极通过所述第一过孔和所述第三过孔与所述漏极相连，通过所述第二过孔和所述第四过孔与所述P型层相连。
2.根据权利要求1所述的光电探测器的制作方法，其特征在于，在所述基板上分别形成栅极和PN结下电极的步骤包括：
在所述基板上形成厚度为
的第一金属层，对所述第一金属层进行一次构图工艺，形成所述栅极和所述PN结下电极。
3.根据权利要求1所述的光电探测器的制作方法，其特征在于，在所述栅极绝缘层上形成半导体有源层，在所述PN结下电极上形成N型层的步骤包括：
在所述栅极绝缘层和所述PN结下电极上，形成厚度为
的铟镓锌氧化物薄膜，对所述铟镓锌氧化物薄膜进行一次构图工艺，形成所述半导体有源层和所述N型层。
4.根据权利要求1所述的光电探测器的制作方法，其特征在于，所述第一钝化层和所述PN结钝化层通过一次沉积工艺形成，通过一次构图工艺，形成所述第一过孔和所述第二过孔；
所述第一钝化层和所述第二钝化层均为二氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和/或氮化硅膜层；
所述第一钝化层的厚度为
所述第二钝化层的厚度为
5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的制作方法制作的光电探测器，其特征在于，包括：氧化物半导体薄膜晶体管和PN结光电探测单元，所述PN结光电探测单元包括PN结下电极、PN结上电极以及依次设在所述PN结下电极和所述PN结上电极之间的N型层、感应层和P型层；
其中，所述PN结上电极与所述氧化物半导体薄膜晶体管的漏极相连；所述N型层与所述氧化物半导体薄膜晶体管的半导体有源层的材质相同；
所述N型层与所述氧化物半导体薄膜晶体管的半导体有源层同层设置。
6.根据权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述N型层与所述半导体有源层的材质均为铟镓锌氧化物，所述N型层和所述半导体有源层的厚度均为
7.根据权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述感应层为非晶硅感应层；所述非晶硅感应层的厚度为
8.根据权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述氧化物半导体薄膜晶体管的栅极和所述PN结下电极的材质相同。
9.根据权利要求5或8所述的光电探测器，其特征在于，所述P型层为硼烷掺杂的非晶硅层；
栅极、所述氧化物半导体薄膜晶体管的源极、所述漏极和所述PN结下电极的材质均为铝、钼、铜、铝铌合金、钼铌合金、铝钼合金或铜钼合金。
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