CN113284915A - 一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法及光学感应器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法及光学感应器及电子设备，其中双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法包括，提供基板；在基板上形成栅极层和绝缘层，绝缘层至少部分覆盖栅极层；在绝缘层上形成非晶硅层；非晶硅层的两侧通过刻蚀形成斜坡结构，侧面斜坡与基板的夹角为40°～60°；在非晶硅层上形成n型非晶硅层；在n型非晶硅层上形成源/漏极层；在源/漏极层上形成第一钝化层；在第一钝化层上形成光栅层；在光栅层上形成第二钝化层。本发明通过控制非晶硅层两侧的斜坡角度，可以控制源/漏极层的爬坡电阻，提高了光学感应器的电学稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光学感应器技术领域，尤其涉及一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法及光学感应器及电子设备。
背景技术
光学感应器在工业自动化、工业无损检测、人工智能、医学诊断、消费电子等领域中应用广泛。以薄膜晶体管为基础的光学感应器具有成本低、易于大面积成像的优点。一个薄膜晶体管和一个光敏元件构成一个基本像素单元。为了增大感光面积、提高像素填充比，有人将薄膜晶体管与光敏元件集成，做成了双栅π型结构，薄膜晶体管的非晶硅沟道既作为电子通道，同时也用作感光，因此非晶硅厚度较厚、达到数千埃
两端的非晶硅作为电子通道，厚度较薄。
薄膜晶体管中非晶硅层10’与n型导电层20’、n型导电层20’与源/漏极层30’金属均为欧姆接触，即要求三种材料之间要电接触良好、电阻较小。本结构的n型导电层20’及源/漏极层30’成膜时，如图1所示，由于垂直于基板方向原子沉积通量一定，导致在π型侧壁区即非晶硅层10’两侧区域通量相对不足，从而导致尤其是磁控溅射法制作的源/漏极层30’的膜较厚且侧壁角度大于70°时，容易产生阴影效应，导致侧壁上的n型导电层20’较薄，进而电阻较大，影响π结构的电学稳定性。对于π结构，侧壁的斜坡是一种客观存在，无法消除，只能设法减小其恶劣影响。解决电阻大最有效、最直接的方法是增加膜厚，然而直接增加源/漏极层30’金属的膜厚，会增加刻蚀难度、源/漏极层30’剖面形貌也会受影响，腐蚀防护难度也增大。另外，将斜坡长度控制到一定尺寸，比如小于源/漏极层30’金属的膜厚，也能大大减小其影响，但这样感光沟道即非晶硅层10’中部的膜厚必然很小，影响光吸收。
有鉴于此，需对现有的光学感应器进行改进，以提高器件的工艺重复性及电学稳定性。
发明内容
本发明公开一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法及光学感应器及电子设备，用于解决现有技术中，光学感应器的电学稳定性差的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
提供一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，包括，
提供基板；
在所述基板上形成栅极层和绝缘层，所述绝缘层至少部分覆盖所述栅极层；
在所述绝缘层上形成非晶硅层；
所述非晶硅层的两侧通过刻蚀形成斜坡结构，所述侧面斜坡与所述基板的夹角为40°～60°；
在所述非晶硅层上形成n型非晶硅层；
在所述n型非晶硅层上形成源/漏极层；
在所述源/漏极层上形成第一钝化层；
在所述第一钝化层上形成光栅层；
在所述光栅层上形成第二钝化层。
在上述方案中，所述非晶硅层的两侧通过刻蚀形成斜坡结构的步骤包括，
第一反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成第一等离子体，所述第一等离子体包括第一离子和电子；
所述第一反应气体在所述电子的撞击下形成活性反应基团；
所述活性反应基团和所述非晶硅层形成化学反应，所述非晶硅层的表面被刻蚀。
在上述方案中，所述非晶硅层的两侧通过刻蚀形成斜坡结构的步骤包括，
第二反应气体放电产生第二等离子体，所述第二等离子体中含有第二离子；
所述第二离子与所述非晶硅层的表面互相作用使所述非晶硅层表面生成可挥发产物，带能量的所述第二离子轰击所述非晶硅层的表面，对所述非晶硅层产生刻蚀。
在上述方案中，所述第一反应气体包括：六氟化硫、氯化氢和氦气。
在上述方案中，所述第二反应气体包括：六氟化硫和氯气。
在上述方案中，所述六氟化硫和氯气的气体流量比例不小于1：10。
在上述方案中，所述侧面斜坡与所述基板的夹角为45°。
在上述方案中，所述绝缘层采用二氧化硅制成。
本发明还提供了一种光学感应器，采用如上述方案中任一项所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法制备。
本发明还提供了一种电子设备，包括上述方案中的光学感应器。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
通过控制非晶硅层两侧的斜坡角度，可以控制源/漏极层的爬坡电阻，提高了光学感应器的电学稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中的双栅π结构薄膜晶体管感应器像素剖面结构图；
图2为本发明实施例1公开的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法的流程图；
图3为本发明实施例1公开的采用等离子刻蚀法形成斜坡结构的流程图；
图4为本发明实施例2公开的采用反应性离子刻蚀法形成斜坡结构的流程图；
图5为采用实施例3公开的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法制备的光学感应器的像素剖面结构图。
具体包括下述附图标记：
现有技术中的非晶硅层-10’；现有技术中的n型导电层-20’；现有技术中的源/漏极层-30’；基板-10；栅极层-20；绝缘层-30；非晶硅层-40；n型非晶硅层-50；源/漏极层-60；第一钝化层-70；光栅层-80；第二钝化层-71。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。
实施例1
如图2所示，本发明提供的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，包括，
提供基板10；
在基板10上形成栅极层20和绝缘层30，绝缘层30至少部分覆盖栅极层20；
在绝缘层30上形成非晶硅层40；
非晶硅层40的两侧通过刻蚀形成斜坡结构，侧面斜坡与基板10的夹角为40°～60°；
在非晶硅层40上形成n型非晶硅层50；
在n型非晶硅层50上形成源/漏极层60；
在源/漏极层60上形成第一钝化层70；
在第一钝化层70上形成光栅层80；
在光栅层80上形成第二钝化层71。
通过控制非晶硅层40两侧的斜坡角度，可以控制源/漏极层60的爬坡电阻，提高了光学感应器的电学稳定性。
由于非晶硅层40的斜坡与基板10的夹角大于70°时容易产生阴影效应，导致侧壁上的n型非晶硅层50较薄，进而电阻较大，影响π结构的电学稳定性。而且非晶硅层40的斜坡长度需要控制到一定尺寸，如果夹角过小势必会影响非晶硅层40中部的膜厚，因此选择非晶硅层40的斜坡与基板10的夹角为40°～60°这个范围来控制爬坡电阻。
非晶硅层40的两侧形成斜坡结构的刻蚀方法包括：等离子刻蚀法和反应性离子刻蚀法。
如图3所示，采用等离子刻蚀法形成斜坡结构的步骤包括：
第一反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成第一等离子体，第一等离子体包括第一离子和电子；
第一反应气体在电子的撞击下形成活性反应基团；
活性反应基团和非晶硅层形成化学反应，非晶硅层的表面被刻蚀。
第一反应气体包括：六氟化硫、氯化氢和氦气。
由于等离子刻蚀法在刻蚀时横向和竖向的速度基本相等，因此，优选的，非晶硅层40的侧面斜坡与基板10的夹角为45°。
实施例2
如图4所示，与实施例1不同的是本实施例中采用反应性离子刻蚀法形成斜坡结构的步骤包括：
第二反应气体放电产生第二等离子体，第二等离子体中含有第二离子；
第二离子与非晶硅层40的表面互相作用使非晶硅层40表面生成可挥发产物，带能量的第二离子轰击非晶硅层40的表面，对非晶硅层产生刻蚀。
第二反应气体包括：六氟化硫和氯气。
本实施例优选的，六氟化硫和氯气的气体流量比例不小于1：10。使得非晶硅层40的斜坡角度在40°～60°的范围内。
优选的，非晶硅层40的侧面斜坡与基板10的夹角为45°。
本实施例优选的，绝缘层30采用二氧化硅制成。避免了六氟化硫对绝缘层30的损害。
实施例3
如图5所示，本发明还提供了一种光学感应器，采用如实施例1和/或实施例2的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法制备。将非晶硅层40两侧的斜坡角度控制在40°～60°的范围内，优选的角度为45°，将源/漏极层60的爬坡电阻控制在合理范围内，采用这种方法制备的光学感应器的电学稳定性好。
实施例4
本发明还提供了一种电子设备，包括实施例3中的光学感应器，采用这种光学感应器的电子设备电学稳定性好。
本发明通过控制非晶硅层两侧的斜坡角度，可以控制源/漏极层的爬坡电阻，提高了光学感应器的电学稳定性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，包括，
提供基板；
在所述基板上形成栅极层和绝缘层，所述绝缘层至少部分覆盖所述栅极层；
在所述绝缘层上形成非晶硅层；
所述非晶硅层的两侧通过刻蚀形成斜坡结构，侧面斜坡与所述基板的夹角为40°～60°；
在所述非晶硅层上形成n型非晶硅层；
在所述n型非晶硅层上形成源/漏极层；
在所述源/漏极层上形成第一钝化层；
在所述第一钝化层上形成光栅层；
在所述光栅层上形成第二钝化层。
2.根据权利要求1所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，所述非晶硅层的两侧通过刻蚀形成斜坡结构的步骤包括，
第一反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成第一等离子体，所述第一等离子体包括第一离子和电子；
所述第一反应气体在所述电子的撞击下形成活性反应基团；
所述活性反应基团和所述非晶硅层形成化学反应，所述非晶硅层的表面被刻蚀。
3.根据权利要求1所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，所述非晶硅层的两侧通过刻蚀形成斜坡结构的步骤包括，
第二反应气体放电产生第二等离子体，所述第二等离子体中含有第二离子；
所述第二离子与所述非晶硅层的表面互相作用使所述非晶硅层表面生成可挥发产物，带能量的所述第二离子轰击所述非晶硅层的表面，对所述非晶硅层产生刻蚀。
4.根据权利要求2所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，所述第一反应气体包括：六氟化硫、氯化氢和氦气。
5.根据权利要求3所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，所述第二反应气体包括：六氟化硫和氯气。
6.根据权利要求5所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，所述六氟化硫和氯气的气体流量比例不小于1：10。
7.根据权利要求1所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，所述侧面斜坡与所述基板的夹角为45°。
8.根据权利要求1所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法，其特征在于，所述绝缘层采用二氧化硅制成。
9.一种光学感应器，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法制备。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的光学感应器。
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