CN116314224A - 一种平板探测器像素结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平板探测器像素结构及其制备方法，所述平板探测器像素结构的制备方法，从形成第一金属层开始，直至制备得到光电二极管，共形成了1层金属(第一金属层)，1层二极管结构，采用了2道光罩(光刻‑刻蚀第一金属层时所使用的第一道光罩、光刻‑刻蚀形成光电二极管结构时所使用的第二道光罩)，工艺制程流程较短，制程成本较低，而且，光电二极管底部与底电极层完全接触，能够保证此制备方法形成的像素结构的电学性能不会受到影响。本发明提供的平板探测器像素结构及其制备方法能够解决现有平板探测器像素结构制造工艺中，工艺成本低与器件电学性能优良难以同时兼顾的问题。

Description

一种平板探测器像素结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种平板探测器像素结构及其制备方法。
背景技术
平板成像设备尤其是X射线平板探测器的核心部件之一是非晶硅传感器阵列面板，其传感器阵列是由若干行列的像素组成，每个像素内都包含一组光电二极管和薄膜晶体管；其中光电二极管的作用是将可见光信号转化为电信号，而薄膜晶体管的作用是控制电信号的有序输出。
通常情况下，薄膜晶体管与光电二极管在基板上的制备有先后顺序，一般都是先做薄膜晶体管的制备，然后再制备光电二极管；在此过程中，需要注意必须让光电二极管的电极与已制备的薄膜晶体管的源极实现电性连接。因此，现有制作工艺通常采用以下两种工艺流程保证光电二极管的电极及薄膜晶体管的源极的连接，
工艺流程1：
步骤K1，如图1所示，提供一个于基板110上制备了栅电极120、栅介质层130、有源层140的中间结构100，所述中间结构100定义有TFT区域200及二极管区域300，所述有源层140从下至上包括本征层及掺杂层(图中未示出)；
步骤K2，如图2所示，于中间结构100上表面形成第二金属层410，并且，第二金属层410还覆盖在有源层140上表面；
步骤K3，如图3所示，将位于沟道区上方的第二金属层410及掺杂层刻蚀去除，形成源电极151、漏电极152；
步骤K4，如图4所示，形成第一绝缘层420，并刻蚀第一绝缘层420，暴露出位于二极管区域300的第二金属层410的部分上表面，所述第一绝缘层420用于保护沟道区；
步骤K5，如图5所示，于位于二极管区域300内的第一绝缘层420上形成底电极153；
步骤K6，如图6所示，于位于二极管区域300内的底电极153上形成光电二极管结构160。
工艺流程2：其与工艺流程1的区别在采用步骤J5)替代步骤K5及K6：
步骤J5，如图7所示，在图4所示结构的基础上，于位于二极管区域300内的第一绝缘层420上直接形成光电二极管结构160，其中，所述光电二极管结构160的部分底面与所述第二金属层410连接。
工艺流程1中，从形成第二金属层到制备得到光电二极管，共形成了两层金属(第二金属层、底电极)，1层绝缘层、1层二极管结构，采用了4道光罩(光刻-刻蚀第二金属层的第一道光罩、光刻刻蚀第一绝缘层的第二道光罩、光刻-刻蚀底电极的第三道光罩、光刻-刻蚀形成二极管结构的第四道光罩)，光罩数量较多，模具费用、制程费用高，也即，工艺成本高昂。
工艺流程2中，从形成第二金属层到制备得到光电二极管，共形成了1层金属(第二金属层)，1层绝缘层、1层二极管结构，采用了3道光罩(光刻-刻蚀第二金属层的第一道光罩、光刻刻蚀第一绝缘层的第二道光罩、光刻-刻蚀形成二极管结构的第三道光罩)，虽然光罩数量相对工艺流程1减少了一道，能够减少工艺成本，但是形成的光电二极管的底面未完全与底电极(工艺流程2中，第二金属层还充做底电极使用)接触，其会影响电荷传输效率，对平板探测器探测电学性能产生影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种平板探测器像素结构及其制备方法，用于解决现有平板探测器像素结构制造工艺中，工艺成本低与器件电学性能优良难以同时兼顾的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器像素结构的制备方法，所述制备方法包括：
S1)，提供一中间结构，所述中间结构定义有TFT区域及二极管区域，并且所述中间结构从下至上依次包括基板、栅电极、栅介质层及有源层，其中，所述有源层位于所述TFT区域内；
S2)，于所述中间结构上表面形成第一金属层，其中，所述第一金属层同时形成于所述TFT区域及所述二极管区域；
S3)，于位于所述二极管区域内的第一金属层上表面形成光电二极管结构；
S4)，于位于所述TFT区域内的第一金属层上表面形成图形化的掩膜层，并以所述掩膜层及光电二极管结构为掩膜刻蚀所述第一金属层，形成源电极、漏电极及底电极，其中，所述源电极及所述漏电极相互间隔，并分别位于所述有源层两侧，所述底电极位于所述光电二极管结构下表面，并与所述源电极连接。
可选地，制备所述中间结构的步骤包括：
S11)，提供一基板，所述基板定义有TFT区域及二极管区域；
S12)，在所述基板上表面形成栅极金属层，刻蚀所述栅极金属层形成所述栅电极；
S13)，在所述栅电极上表面及所述基板上表面形成所述栅介质层；
S14)，在位于TFT区域内的所述栅介质层上表面形成所述有源层。
可选地，所述S14)中，所述有源层从下至上包括本征层及掺杂层；其中，所述S4)中，刻蚀所述第一金属层后，还基于所述掩膜层刻蚀去除部分所述掺杂层。
可选地，所述制备方法还包括：
S5)，形成隔离结构，所述隔离结构包覆所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构；
S6)，于所述隔离结构上形成与所述光电二极管结构连接的顶电极。
可选地，所述隔离结构的制备方法包括：
S51)，于所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构上表面形成绝缘层，所述绝缘层包覆所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构；
S52)，于位于所述二极管区域内的所述绝缘层上表面形成接触孔，所述接触孔暴露出所述光电二极管结构的部分上表面。
本发明还提供一种平板探测器像素结构，所述平板探测器像素结构包括：基板、栅电极、栅介质层、有源层、源电极、漏电极、底电极及光电二极管结构，其中，
所述基板定义有TFT区域及二极管区域；
所述栅电极位于所述基板上表面；
所述有栅介质层位于所述栅电极及所述基板上表面，其包覆所述栅电极；
所述有源层位于在所述TFT区域内的所述栅介质层上表面；
所述源电极及所述漏电极位于所述有源层及所述栅介质层上表面，同时，所述源电极及所述漏电极相互间隔并分别位于所述有源层两侧；
所述底电极位于在所述二极管区域内的所述栅介质层上表面，并与所述源电极连接；
所述二极管结构位于所述第一金属层上表面。
可选地，所述平板探测器像素结构还包括：隔离结构及顶电极，其中，
所述隔离结构包覆所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构，并且位于所述二极管区域内的所述隔离结构还开设有接触孔，所述接触孔暴露出所述光电二极管结构的部分上表面；
所述顶电极位于所述隔离结构上表面并通过所述接触孔与所述光电二极管结构的上表面接触。
可选地，所述有源层的材质包括非晶硅。
可选地，所述光电二极管结构包括PIN结光电二极管、PN结光电二极管、肖特基结光电二极管中的任意一种。
如上所述，本发明的平板探测器像素结构及其制备方法，从形成第一金属层开始，直至制备得到光电二极管，共形成了1层金属(第一金属层)，1层二极管结构，采用了2道光罩(光刻-刻蚀第一金属层时所使用的第一道光罩、光刻-刻蚀形成光电二极管结构时所使用的第二道光罩)，工艺制程流程较短，制程成本较低，而且，光电二极管底部与底电极层完全接触，能够保证此制备方法形成的像素结构的电学性能不会受到影响。
附图说明
图1显示为本发明所述中间结构的结构示意图。
图2显示为背景技术中所述K2)中形成第二金属层后的结构示意图。
图3显示为背景技术中所述K3)中刻蚀形成源电极、漏电极后的结构示意图。
图4显示为背景技术中所述K4)中形成第一绝缘层后的结构示意图。
图5显示为背景技术中所述K5)中形成底电极后的结构示意图。
图6显示为背景技术中所述K6)中形成光电二极管结构后的结构示意图。
图7显示为背景技术中所述J5)中形成光电二极管结构后的结构示意图。。
图8显示为本发明所述像素结构制备方法的流程图。
图9显示为实施例一所述S2)中形成第一金属层后的结构示意图。
图10显示为实施例一所述S3)中形成光电二极管结构后的结构示意图。
图11显示为实施例一所述S4)中形成图形化的掩膜层后的结构示意图。
图12显示为实施例一所述S4)中形成源电极、漏电极、底电极后的结构示意图。
图13显示为实施例一所述S6)中形成顶电极后的结构示意图。。
组件标号说明
10 像素结构
100 中间结构
200 TFT区域
300 二极管区域
410 第二金属层
420 第一绝缘层
110 基板
120 栅电极
130 栅介质层
140 有源层
150 第一金属层
151 源电极
152 漏电极
153 底电极
160 光电二极管结构
170 掩膜层
180 隔离结构
190 顶电极
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例提供一种平板探测器像素结构10的制备方法，如图8所示，所述制备方法包括步骤S1)～步骤S4)，具体的，还包括步骤S5)～步骤S6)。
步骤S1)，如图1所示，提供一中间结构100，所述中间结构100定义有TFT区域200及二极管区域300，并且所述中间结构100包括基板110、栅电极120、栅介质层130及有源层140，其中，所述有源层140位于所述TFT区域200内。
具体的，制备所述中间结构100的步骤包括步骤S11)～步骤S14)。
步骤S11)，提供一基板110，所述基板110定义有TFT区域200及二极管区域300。
本实施例中，基板110内的TFT区域200用于制备薄膜晶体管，二极管区域300用于制备光电二极管；其中，基板110可采用玻璃基板，或其他绝缘层衬底。
步骤S12)，在所述基板110上表面形成栅极金属层，刻蚀所述栅极金属层形成所述栅电极120。
本实施例中，采用沉积或蒸镀等工艺形成所述栅极金属层，然后采光刻-刻蚀工艺形成图形化的栅电极120，栅电极120的材质可以是金、银、铜、铝、钼、钛、钽、钨、铬，前述所有金属及各自的合金，还可以是氧化铟锌、氧化铟锌、透明导电塑料、导电化合物中的任意一种或多种。
步骤S13)，在所述栅电极120上表面及所述基板110上表面形成所述栅介质层130。
本实施例中，栅介质层120可采用SiNx、SiOx、SiNx、SiNxOy等无机绝缘材料，也可采用如有机树脂等有机绝缘材料或其它适合的绝缘材料。
步骤S14)，在位于TFT区域200内的所述栅介质层130上表面形成所述有源层140。
本实施例中，有源层14可采用氧化物半导体、有机半导体、非晶硅、或多晶硅等，优选的，当制备的平板探测器为X射线平板探测器时，采用非晶硅，非晶硅工艺质量稳定，可靠性优良。
步骤S2)～步骤S3)，如图9所示，于所述中间结构100上表面形成第一金属层150，其中，所述第一金属层150同时形成于所述TFT区域200及所述二极管区域300；如图10所示，于位于所述二极管区域300内的第一金属层150上表面形成光电二极管结构160。
本实施例中，第一金属层150同时覆盖在TFT区域200及二极管区域300，第一金属层150用于在后续工序中制备得到源电极、漏电极及底电极，但是制备得到第一金属层150后，本实施例直接以第一金属层150作为有源层的保护层(避免光电二极管非晶硅层图形化的干刻制程对薄膜晶体管沟道区上的有源层的刻蚀)，在第一金属层150的上表面直接制备二极管结构，能够使得光电二极管结构160的下底面与第一金属层150完全接触，不会出现所述工艺流程2中光电二极管的底面未完全与底电极接触，影响电荷传输效率的情况。
需要说明的是，在所述的工艺流程1及工艺流程2中，在形成第一金属层150后就采用刻蚀工艺形成源电极、漏电极及底电极，并且还需要在形成源电极、漏电极后额外形成一层第一绝缘层以保护有源区(避免光电二极管非晶硅层图形化的干刻制程对薄膜晶体管沟道区上的有源层的刻蚀)，这都会增加像素结构的工艺流程，增加光罩的使用数量；而在本实施例中，步骤S2)中形成第一金属层150未采用光刻-刻蚀工艺，也即未曾使用光罩，步骤S3)中，形成光电二极管结构160，使用了本实施例中的第一道光罩(以S1)中提供中间结构为计数起始点计算)。
步骤S4)，如图11所示，于位于所述TFT区域200内的第一金属层150上表面形成图形化的掩膜层170，并以所述掩膜层170及光电二极管结构160为掩膜刻蚀所述第一金属层150，如图12所示，形成源电极151、漏电极152及底电极153，其中，所述源电极151及所述漏电极152相互间隔，并分别位于所述有源层140两侧，所述底电极153位于所述光电二极管结构160下表面，并与所述源电极151连接。
本实施例中，在形成图形化的掩膜层170后，基于所述掩膜层170及光电二极管结构160将第一金属层150刻蚀形成源电极151、漏电极152及底电极153，源电极及漏电极分别位于有源层两侧，并且他们的部分下表面与有源层上表面接触，形成欧姆接触，被光电二机管结构160遮蔽的第一金属层150形成为底电极153。
需要说明的是，有源层140的材质不同，有源层的形成工艺及结构会对应不同，以有源层140的材料为氧化物为例(譬如为非晶铟镓锌氧化物)，则有源层140为单层结构，譬如可以采用物理气相沉积工艺或溶液法制备形成；以有源层140的材料为非晶硅为例，则有源层140形成为叠层结构，制备时，需要首先譬如采用化学气相沉积形成非掺杂的本征层，然后譬如采用扩散工艺形成位于本征层上的掺杂层，对应的，在本实施例步骤S4)中，刻蚀形成源电极151及漏电极152后，还需继续基于掩膜层170将未被源电极151及漏电极152覆盖的有源层140干法刻蚀，以去除被暴露的掺杂层。
需要额外注意的是，形成所述图形化的掩膜层170时使用了本实施例中的第二道光罩，并制备得到了与工艺流程1中步骤K6)及工艺流程2中步骤J5)具有同样功能的结构，但是相比工艺流程1及工艺流程2，本实施例中的制备方法仅使用了两道光罩、仅制备了一层金属层(第一金属层)及一层二极管结构(光电二极管结构)，因此，本实施例的方法能够显著的缩短工艺流程、降低生产成本。
步骤S5)，形成隔离结构180，所述隔离结构180包覆所述源电极151、所述有源层140、所述漏电极152及所述光电二极管结构160。
本实施例中，首先采用沉积或蒸镀等工艺形成包覆所述源电极151、所述有源层140、所述漏电极152及所述光电二极管结构160的绝缘层，然后譬如采用光刻-刻蚀工艺于位于所述二极管区域300内的所述绝缘层上表面形成接触孔，所述接触孔暴露出所述光电二极管结构160的部分上表面。
步骤S6)，于所述隔离结构180上形成与所述光电二极管结构160连接的顶电极190。
本实施例中，如图13所示，首先形成顶电极金属层，然后采用光刻-刻蚀工艺形成图形化的顶电极190，同时，光电二极管结构160的上表面通过接触孔与顶电极190连接，并自此，完成了平板探测器像素结构10的制备。
实施例二
本实施例提供一种平板探测器像素结构10，该像素结构1可以通过上述实施例一的方法制备，但也可以不限于上述方法。
如图12所示，所述平板探测器像素结构10至少包括：
基板110，定义划分为TFT区域200及二极管区域300；
栅电极120，位于所述基板110上表面；
栅介质层130，位于所述栅电极120及所述基板110上表面，并包覆所述栅电极120；
有源层140，位于在所述TFT区域200内的所述栅介质层130上表面；
源电极151及漏电极152位于所述有源层140及所述栅介质层130上表面，同时，所述源电极151及所述漏电极152相互间隔并分别位于所述有源层140两侧；
底电极153，位于在所述二极管区域300内的所述栅介质层130上表面，并与所述源电极151连接；
光电二极管结构160，位于所述底电极153上表面。
作为示例，如图13所示，所述像素结构1还包括隔离结构180及顶电极190，所述隔离结构180包覆所述源电极151、所述有源层140、所述漏电极152及所述光电二极管结构160，并且位于所述二极管区域300内的所述隔离结构180还开设有接触孔，所述接触孔暴露出所述光电二极管160结构的部分上表面；所述顶电极190位于所述隔离结构180上表面并通过所述接触孔与所述光电二极管结构160的上表面接触。
作为示例，所述栅电极120、源电极151、漏电极152及底电极153的厚度介于300nm～500nm之间，且栅电极120、源电极151、漏电极152及底电极153的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌合金组成的群组中的一种。所述栅介质层130的厚度介于300nm～600nm之间，其材料包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)中的至少一种。
作为示例，所述有源层140的材质包括非晶硅，非晶硅工艺质量稳定，可靠性优良。所述光电二极管结构160包括PIN结光电二极管、PN结光电二极管、肖特基结光电二极管中的任意一种。
综上所述，本发明的本发明的平板探测器像素结构及其制备方法，从形成第一金属层开始，直至制备得到光电二极管，共形成了1层金属(第一金属层)，1层二极管结构，采用了2道光罩(光刻-刻蚀第一金属层时所使用的第一道光罩、光刻-刻蚀形成光电二极管结构时所使用的第二道光罩)，工艺制程流程较短，制程成本较低，而且，光电二极管底部与底电极层完全接触，能够保证此制备方法形成的像素结构的电学性能不会受到影响。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1)，提供一中间结构，所述中间结构定义有TFT区域及二极管区域，并且所述中间结构包括基板、栅电极、栅介质层及有源层，其中，所述有源层位于所述TFT区域内；
S2)，于所述中间结构上表面形成第一金属层，其中，所述第一金属层同时形成于所述TFT区域及所述二极管区域；
S3)，于所述二极管区域内的第一金属层上表面形成光电二极管结构；
S4)，于所述TFT区域内的第一金属层上表面形成图形化的掩膜层，并以所述掩膜层及光电二极管结构为掩膜刻蚀所述第一金属层，形成源电极、漏电极及底电极，其中，所述源电极及所述漏电极相互间隔，并分别位于所述有源层两侧，所述底电极位于所述光电二极管结构下表面，并与所述源电极连接。
2.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，制备所述中间结构的步骤包括：
S11)，提供一基板，所述基板定义有TFT区域及二极管区域；
S12)，于所述基板上表面形成栅极金属层，刻蚀所述栅极金属层形成所述栅电极；
S13)，于所述栅电极上表面及所述基板上表面形成栅介质层；
S14)，于所述TFT区域内的栅介质层上表面形成有源层。
3.根据权利要求2所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，所述S14)中，形成的所述有源层从下至上包括本征层及掺杂层；其中，所述S4)中，刻蚀所述第一金属层后，还基于所述掩膜层刻蚀去除部分所述掺杂层。
4.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
S5)，形成隔离结构，所述隔离结构包覆所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构；
S6)，于所述隔离结构上形成与所述光电二极管结构连接的顶电极。
5.根据权利要求4所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，所述隔离结构的制备方法包括：
S51)，于所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构上表面形成绝缘层，所述绝缘层包覆所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构；
S52)，于位于所述二极管区域内的所述绝缘层上表面形成接触孔，所述接触孔暴露出所述光电二极管结构的部分上表面。
6.一种平板探测器像素结构，其特征在于，所述平板探测器像素结构包括：基板、栅电极、栅介质层、有源层、源电极、漏电极、底电极及光电二极管结构，其中，
所述基板定义有TFT区域及二极管区域；
所述栅电极位于所述基板上表面；
所述有栅介质层位于所述栅电极及所述基板上表面，并包覆所述栅电极；
所述有源层位于所述栅介质层上表面；
所述源电极及所述漏电极位于所述有源层及所述栅介质层上表面，同时，所述源电极及所述漏电极相互间隔并分别位于所述有源层两侧；
所述底电极位于所述栅介质层上表面，并与所述源电极连接；
所述光电二极管结构位于所述底电极上表面。
7.根据权利要求6所述的平板探测器像素结构，其特征在于，所述平板探测器像素结构还包括：隔离结构及顶电极，其中，
所述隔离结构包覆所述源电极、所述有源层、所述漏电极及所述光电二极管结构，并且所述二极管区域内的所述隔离结构还开设有接触孔，所述接触孔暴露出所述光电二极管结构的部分上表面；
所述顶电极位于所述隔离结构上表面并通过所述接触孔与所述光电二极管结构的上表面接触。
8.根据权利要求6所述的平板探测器像素结构，其特征在于，所述有源层的材质包括非晶硅。
9.根据权利要求6所述的平板探测器像素结构，其特征在于，所述光电二极管结构包括PIN结光电二极管、PN结光电二极管、肖特基结光电二极管中的任意一种。
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