TWI569430B

TWI569430B - 感測裝置

Info

Publication number: TWI569430B
Application number: TW104101939A
Authority: TW
Inventors: 陳嘉偉; 黃郁升
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2017-02-01
Also published as: CN104636738B; CN104636738A; TW201628174A

Description

感測裝置

本發明是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種光學感測裝置。

在現今的光學感測裝置中，架構上主要包括驅動薄膜電晶體(driving thin film transistor，driving TFT)、儲存電容(storage capacitor，Cst)、夾在上層透明電極層與下層不透明金屬層之間的奈米晶粒光感測器，以及讀出薄膜電晶體(readout TFT)。此架構用於指紋掃描時，能夠呈現完整指紋圖案。

光學感測裝置的影像感測品質與訊號本身以及雜訊影響程度有相當密切的關連性。更詳細而言，影像雜訊來源之一為熱雜訊，而熱雜訊與資料線上的寄生電容以及金屬阻抗相關。當寄生電容較大時，熱雜訊也會跟著放大，因而降低所感測到的影像品質。

本發明提供一種感測裝置，其可以低資料線與掃描線上的寄生電容，以改善熱雜訊等影像雜訊來源。

本發明的感測裝置包括多條掃描線、多條資料線、多個主動元件以及多個感應單元，掃描線以及資料線於基板上定義出多個區域。每一主動元件與其中一條掃描線以及其中一條資料線電性連接。每一個感應單元對應設置在一個區域內且與其中一個主動元件電性連接。每一感應單元包括第一電極、位於第一電極上方且與第一電極之間具有絕緣層的第二電極、位於第二電極上的光感應層以及位於光感應層上的第三電極，其中第二電極與主動元件電性連接。感測裝置更包括位於相鄰的感應單元之第一電極之間，以使相鄰的兩個感應單元之第一電極連接在一起的第一連接圖案，以及位於相鄰的感應單元之第三電極之間的第二連接圖案。第二連接圖案與主動元件重疊設置，並且連接兩相鄰之感應單元的第三電極。

本發明的感測裝置包括多條掃描線、多條資料線以及多個主動元件，掃描線以及資料線於基板上定義出多個區域，其中每一主動元件與其中一條掃描線以及其中一條資料線電性連接。感測裝置更包括第一感應單元、第二感應單元、第三感應單元以及第四感應單元，分別對應設置在其中一個區域內且與其中一個主動元件電性連接。第一感應單元、第二感應單元、第三感應單元以及第四感應單元構成2*2陣列，且各自包括第一電極、位於第一電極上方且與第一電極之間具有絕緣層的第二電極、位於第二電極上的光感應層以及位於光感應層上的第三電極，其中第二電極與主動元件電性連接。感測裝置還包括連接第一感應單元之第一電極與第二感應單元之第一電極的第一連接圖案，以及連接第一感應單元之第三電極、第二感應單元之第三電極與第三感應單元之第三電極的第二連接圖案，其中第二連接圖案與主動元件重疊設置。

基於上述，本發明的感測裝置具有第一連接圖案與第二連接圖案。第一連接圖案是用來連接相鄰的兩個感應單元之第一電極，而第二連接圖案是用來連接兩相鄰之感應單元的第三電極。第二連接圖案與第三電極屬於同一膜層並與主動元件重疊設置。故在主動元件區以外的資料線與掃描線上不存在第三電極。因此，能夠有效地降低資料線與掃描線上的寄生電容，改善熱雜訊等影像雜訊來源，以進一步提升感測影像品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧感測裝置

100‧‧‧基板

102、202、302、402‧‧‧第一電極

104‧‧‧絕緣層

106、206、306、406‧‧‧第二電極

110、210、310、410‧‧‧光感應層

112、212、312、412‧‧‧第三電極

CH1、CH2、CH3、CH4‧‧‧通道層

D1、D2、D3、D4‧‧‧汲極

DL0、DL1、DL2‧‧‧資料線

G1、G2、G3、G4‧‧‧閘極

H‧‧‧間距

M‧‧‧遮蔽電極

OP‧‧‧開口

P1‧‧‧第一連接圖案

P2、P2a‧‧‧第二連接圖案

P3‧‧‧第三連接圖案

R1、R2、R3、R4‧‧‧區域

S1、S2、S3、S4‧‧‧源極

SE1‧‧‧第一感應單元

SE2‧‧‧第二感應單元

SE3‧‧‧第三感應單元

SE4‧‧‧第四感應單元

SL0、SL1、SL2‧‧‧掃描線

T1、T2、T3、T4‧‧‧主動元件

W1、W2、W3、W4‧‧‧空隙

圖1是根據本發明一實施例之感測裝置的上視示意圖。

圖2A至圖2E是本發明一實施例之感測裝置的製作方法的流程上視圖。

圖3A至圖3E是本發明一實施例之感測裝置的製作方法的流程剖面圖。

圖4是根據本發明一實施例之第三電極的上視示意圖。

圖5是根據本發明另一實施例之第三電極的上視示意圖。

圖6是繪示圖2E切線B-B’的剖面示意圖。

圖7是繪示圖2E切線C-C’的剖面示意圖。

圖1是根據本發明一實施例之感測裝置的上視示意圖。

請先參照圖1，本實施例之感測裝置10包括基板(未繪示)、掃描線SL0、SL1與SL2、資料線DL0、DL1與DL2、主動元件T1、T2、T3與T4、第一感應單元SE1、第二感應單元SE2、第三感應單元SE3、第四感應單元SE4、第一連接圖案P1、第二連接圖案P2以及第三連接圖案P3。為了圖式清楚，在圖1中省略基板的繪示。

基板的材質例如是玻璃、石英、有機聚合物、或是其它可適用的材料。

掃描線SL0、SL1、SL2以及資料線DL0、DL1、DL2位於基板上且在基板上定義出區域R1、R2、R3、R4。在本實施例中，掃描線SL0、SL1、SL2與資料線DL0、DL1、DL2彼此不平行設置。換言之，掃描線SL0、SL1、SL2的延伸方向與資料線DL0、DL1、DL2的延伸方向不平行，較佳的是，掃描線SL0、SL1、SL2的延伸方向與資料線DL0、DL1、DL2的延伸方向垂直。

主動元件T1、T2、T3、T4分別與掃描線SL0、SL1、SL2 之其中一者以及資料線DL0、DL1、DL2之其中一者電性連接。具體而言，主動元件T1是與掃描線SL1以及資料線DL1電性連接，主動元件T2是與掃描線SL1以及資料線DL0電性連接，主動元件T3是與掃描線SL2以及資料線DL1電性連接，主動元件T4是與掃描線SL2以及資料線DL0電性連接。在此，主動元件T1、T2、T3、T4例如是薄膜電晶體，其分別包括閘極G1、G2、G3與G4、通道層CH1、CH2、CH3與CH4、源極S1、S2、S3與S4以及汲極D1、D2、D3與D4。閘極G1、G2與掃描線SL1電性連接，閘極G3、G4與掃描線SL2電性連接。源極S1、S3與資料線DL1電性連接，源極S2、S4與資料線DL0電性連接。通道層CH1、CH2、CH3、CH4位於閘極G1、G2、G3、G4之上方並且位於源極S1、S2、S3、S4與汲極D1、D2、D3、D4的下方。本實施例之主動元件T1、T2、T3、T4是以底部閘極型薄膜電晶體為例來說明，但本發明不限於此。在其他的實施例中，主動元件T1、T2、T3、T4也可以是頂部閘極型薄膜電晶體。

在下文中，將先參照圖2A至圖2E以及圖3A至圖3E，針對感測裝置10的製作方法作詳細說明。值得一提的是，如圖1所示，感測裝置10包括第一感應單元SE1、第二感應單元SE2、第三感應單元SE3以及第四感應單元SE4，且第一感應單元SE1、第二感應單元SE2、第三感應單元SE3以及第四感應單元SE4構成2*2陣列。然而，為了清楚說明本發明各元件堆疊之概念，圖2A至圖2E以及圖3A至圖3E僅繪示出感測裝置10中的第一感應單元SE1，以及基板100、掃描線SL1、資料線DL1、主動元件T1、第一連接圖案P1與第二連接圖案P2。此領域技術人員應可理解，第二感應單元SE2、第三感應單元SE3以及第四感應單元SE4以及與其對應的資料線以及掃描線的製造流程與圖2A至圖2E以及圖3A至圖3E所繪示的是相同的。

圖2A至圖2E是本發明一實施例之感測裝置的製作方法的流程上視圖。圖3A至圖3E是本發明一實施例之感測裝置的製作方法的流程剖面圖。圖3A至圖3E的剖面位置對應於圖2A至圖2E之剖面線A-A’的位置。

請同時參照圖2A與圖3A，於基板100上形成閘極G1、掃描線SL1、第一電極102以及第一連接圖案P1，其中閘極G1與掃描線SL1電性連接。

基於導電性的考量，閘極G1、掃描線SL1、第一電極102以及第一連接圖案P1一般是使用金屬材料。然而，本發明並不限於此，閘極G1、掃描線SL、第一電極102以及第一連接圖案P1也可以使用金屬以外的其他導電材料，例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、或是金屬材料與其它導電材料的堆疊層。在本實施例中，閘極G1、掃描線SL1、第一電極102以及第一連接圖案P1屬於同一膜層。也就是說，閘極G1、掃描線SL1、第一電極102以及第一連接圖案P1是由同一金屬層所構成。值得說明的是，第一連接圖案P1與第一電極102在結構上連結，以形成連續的結構膜層。此外，第一電極102為反射電極。

接著，請同時參照圖2B與圖3B，於基板100上形成絕緣層104，絕緣層104覆蓋閘極G1、掃描線SL1、第一電極102以及第一連接圖案P1。絕緣層104通常可以利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法全面性地沉積在基板100上。絕緣層104的材質例如是氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)或氮氧化矽等無機材質。為了圖式清楚，在圖2B中省略絕緣層104的繪示。

之後，於絕緣層104上形成通道層CH1，通道層CH1與閘極G1至少部分重疊。在本實施例中，通道層CH1位於閘極G1的上方。在本實施例中，通道層CH1的材質為非晶矽半導體材料。

接著，請同時參照圖2C與圖3C，於基板100上形成源極S1、汲極D1、資料線DL1以及第二電極106。其中，源極S1與汲極D1位於通道層CH1兩側，源極S1與資料線DL1電性連接，汲極D1與第二電極106電性連接。第二電極106是位於第一電極102上方之絕緣層104上。為了圖式清楚，在圖2C中省略絕緣層104的繪示。

基於導電性的考量，源極S1、汲極D1、資料線DL1以及第二電極106一般是使用金屬材料。然而，本發明並不限於此，源極S1、汲極D1、資料線DL1以及第二電極106也可以使用金屬以外的其他導電材料，例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、或是金屬材料與其它導電材料的堆疊層。在本實施例中，源極S1、汲極D1、資料線DL1 以及第二電極106屬於同一膜層。也就是說，源極S1、汲極D1、資料線DL1以及第二電極106是由同一金屬層所構成。此外，第二電極106為反射電極。

值得說明的是，在本實施例中，在製作完源極S1以及汲極D1之後，主動元件T1便初步製作完成，其中主動元件T1包括閘極G1、通道層CH1、源極S1以及汲極D1。進一步而言，由於通道層CH1的材質為非晶矽半導體材料，因此主動元件T1即為一種非晶矽薄膜電晶體。

接著，請同時參照圖2D與圖3D，於基板100上形成絕緣層108，以覆蓋主動元件T1以及第二電極106，其中絕緣層108具有開口OP，且開口OP暴露出部分的第二電極106。絕緣層108的材質例如是氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等無機材質。

之後，於絕緣層108上形成光感應層110，其中光感應層110填入開口OP，以覆蓋開口OP所暴露出的第二電極106。在本實施例中，光感應層110的材料例如是富含矽的氧化矽(silicon-rich oxide)。

接著，請同時參照圖2E與圖3E，於基板100上形成第三電極112與第二連接圖案P2，其中第三電極112設置於光感應層110上，第二連接圖案P2與主動元件T1重疊。在本實施例中，第三電極112與第二連接圖案P2為透明電極，其材料例如是銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。第三電極112與第二連接圖案P2屬於同一膜層。也就是說，第三電極112與第二連接圖案P2 是由同一透明電極層所構成。具體而言，第三電極112與第二連接圖案P2在結構上連結，以形成連續的結構膜層。

值得說明的是，在本實施例中，在製作完第三電極112之後，第一感應單元SE1便初步製作完成，其中第一感應單元SE1包括第一電極102、第二電極106、光感應層110以及第三電極112，且第一電極102與第二電極106之間具有絕緣層104。為了圖式清楚，在圖2E中省略絕緣層104的繪示。在本實施例中，第一感應單元SE1與鄰近的掃描線SL1以及資料線DL1之間具有空隙W1，可使光線通過，所述空隙W1位於第一感應單元SE1的第三電極112與鄰近的掃描線SL1以及資料線DL1之間。

之後，於基板100上形成遮蔽電極M，其中遮蔽電極M位於主動元件T1之上方，以覆蓋第二連接圖案P2，且遮蔽電極M與第二連接圖案P2接觸。

藉由進行上述所有步驟(圖2A至圖2E及圖3A至圖3E)後，將可完成本發明一實施例之感測裝置10的製作。接著，在下文中，將參照圖1、圖2E及圖3E對本發明一實施方式之感測裝置10的結構進行說明。

請再參照圖1，第一感應單元SE1、第二感應單元SE2、第三感應單元SE4以及第四感應單元SE4分別對應設置在掃描線SL0、SL1、SL2以及資料線DL0、DL1、DL2在基板上所定義出的區域R1、R2、R3、R4中。亦即，第一感應單元SE1對應設置在區域R1中，第二感應單元SE2對應設置在區域R2中，第三感應單元SE3對應設置在區域R3中，第四感應單元SE4對應設置在區域R4中。

請參照圖1與圖2E，如上文所述，第一感應單元SE1與鄰近的掃描線SL1以及資料線DL1之間具有空隙W1，可使光線通過，所述空隙W1位於第一感應單元SE1的第三電極112與鄰近的掃描線SL1以及資料線DL1之間。同樣地，第二感應單元SE2與鄰近的掃描線SL1以及資料線DL0之間具有空隙W2，可使光線通過，所述空隙W2位於第二感應單元SE2的第三電極212與鄰近的掃描線SL1以及資料線DL0之間。第三感應單元SE3與鄰近的掃描線SL2以及資料線DL1之間具有空隙W3，可使光線通過，所述空隙W3位於第三感應單元SE3的第三電極312與鄰近的掃描線SL2以及資料線DL1之間。第四感應單元SE4與鄰近的掃描線SL2以及資料線DL0之間具有空隙W4，可使光線通過，所述空隙W4位於第四感應單元SE4的第三電極412與鄰近的掃描線SL2以及資料線DL0之間。

請參照圖1、圖2E與圖3E，如上文所述，第一感應單元SE1包括第一電極102、第二電極106、光感應層110以及第三電極112，且第一電極102與第二電極106之間具有絕緣層104。為了圖式清楚，在圖1中省略絕緣層的繪示。相似地，第二感應單元SE2包括第一電極202、第二電極206、光感應層210以及第三電極212，且第一電極202與第二電極206之間具有絕緣層104。第三感應單元SE3包括第一電極302、第二電極306、光感應層 310以及第三電極312，且第一電極302與第二電極306之間具有絕緣層104。第四感應單元SE4包括第一電極402、第二電極406、光感應層410以及第三電極412，且第一電極402與第二電極406之間具有絕緣層104。必須說明的是，由於第一感應單元SE1中各構件的材質、形成方法以及相關描述與第二感應單元SE2、第三感應單元SE4以及第四感應單元SE4類似，且已於上文中進行詳盡地說明，故在此不再贅述。

在本實施例中，第一感應單元SE1、第二感應單元SE2、第三感應單元SE4以及第四感應單元SE4分別與主動元件T1、T2、T3與T4電性連接。更詳細而言，如上文所述，第一感應單元SE1的第二電極106與主動元件T1的汲極D1電性連接。相似地，第二感應單元SE2的第二電極206與主動元件T2的汲極D2電性連接，第三感應單元SE3的第二電極306與主動元件T3的汲極D3電性連接，第四感應單元SE4的第二電極406與主動元件T4的汲極D4電性連接。

值得說明的是，第一連接圖案P1位於相鄰的第一感應單元SE1之第一電極102與第二感應單元SE2之第一電極202之間，以使相鄰的第一感應單元SE1之第一電極102與第二感應單元SE2之第一電極202連接在一起。具體而言，第一連接圖案P1與第一感應單元SE1之第一電極102以及第二感應單元SE2之第一電極202屬於同一膜層且在結構上連結，以形成連續的結構膜層。

另一方面，第三連接圖案P3與第一連接圖案P1類似，亦位於相鄰的感應單元之第一電極之間，亦可使相鄰的兩個感應單元之第一電極連接在一起。然而，第三連接圖案P3與第一連接圖案P1不同之處在於，第三連接圖案P3位於相鄰的第三感應單元SE3之第一電極302與第四感應單元SE4之第一電極402之間，以使相鄰的第三感應單元SE3之第一電極302與第四感應單元SE4之第一電極402連接在一起。相似地，第三連接圖案P3與第三感應單元SE3之第一電極302以及第四感應單元SE4之第一電極402屬於同一膜層且在結構上連結，以形成連續的結構膜層。

在下文中，將參照圖1、圖4與圖5，針對第二連接圖案P2作詳細說明。圖4是根據本發明一實施例之第三電極的上視示意圖。圖5是根據本發明另一實施例之第三電極的上視示意圖。圖5所示之實施例相似於圖4所示之實施例，故相同元件以相同標號表示。

請參照圖1與圖4，依據本發明的一實施例，第二連接圖案P2連接第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212以及第三感應單元SE3的第三電極312。具體而言，第二連接圖案P2與第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212以及第三感應單元SE3的第三電極312屬於同一膜層且在結構上連結，以形成連續的結構膜層。值得說明的是，第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212以及第三感應單元SE3的第三電極312只透過第二連接圖案P2而連接在一起。此外，第四感應單元SE4的第三電極412連接第二感應單元SE2的第三電極212以及第三感應單元SE3的第三電極312，且第四感應單元、SE4的第三電極412與第二連接圖案P2之間具有間距H。

請參照圖1與圖5，依據本發明的另一實施例，第二連接圖案P2a除了連接第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212以及第三感應單元SE3的第三電極312，可更同時連接第四感應單元SE4的第三電極412。具體而言，第二連接圖案P2a與第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212、第三感應單元SE3的第三電極312以及第四感應單元SE4的第三電極412屬於同一膜層且在結構上連結，以形成連續的結構膜層。值得說明的是，第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212、第三感應單元SE3的第三電極312以及第四感應單元SE4的第三電極412只透過第二連接圖案P2a而連接在一起。

圖6是繪示圖2E切線B-B’的剖面示意圖。圖7是繪示圖2E切線C-C’的剖面示意圖。

請參照圖2E以及圖6，在本實施例中，第一連接圖案P1與資料線DL1之間具有重疊區域，且第一連接圖案P1與資料線DL1之間透過絕緣層104而彼此電性隔離。特別是，在所述重疊區域中，資料線DL1上方不存在其他的導電結構。在此，由於第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212以及第三感應單元SE3的第三電極312(在另一實施例中，更包括第四感應單元SE4的第三電極412)是透過第二連接圖案P2而連接在一起，而第二連接圖案P2是與主動元件T1重疊設置，因此，主動元件T1以外的資料線DL1上不會有第三電極112重疊設置。如此一來，能夠有效地降低資料線上的寄生電容，以改善熱雜訊等影像雜訊來源，以進一步提升感測影像品質。

另外，請參照圖2E以及圖7，在本實施例中，掃描線SL1大部分的區域沒有與第三電極112重疊，因此掃描線SL1上方不會有寄生電容的產生。詳細來說，由於第一感應單元SE1的第三電極112、第二感應單元SE2的第三電極212以及第三感應單元SE3的第三電極312(在另一實施例中，更包括第四感應單元SE4的第三電極412)是透過第二連接圖案P2而連接在一起，而第二連接圖案P2是與主動元件T1重疊設置，因此，主動元件T1以外的掃描線SL1上不會有第三電極112重疊設置。如此一來，能夠有效地降低掃描線上的寄生電容，改善熱雜訊等影像雜訊來源，以進一步提升感測影像品質。

綜上所述，本發明的感測裝置具有第一連接圖案與第二連接圖案。第一連接圖案是用來連接相鄰的兩個感應單元之第一電極，而第二連接圖案是用來連接兩相鄰之感應單元的第三電極。其中，第二連接圖案與第三電極屬於同一膜層且在結構上連結以形成連續的結構膜層，且第二連接圖案是與主動元件重疊設置。亦即，本發明所提出的感應裝置中，僅經由與主動元件區重疊設置的第二連接圖案來連接相鄰感應單元的第三電極，故在主動元件區以外的資料線與掃描線上不存在第三電極。因此，能夠有效地降低資料線與掃描線上的寄生電容，改善熱雜訊等影像雜訊來源，以進一步提升感測影像品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。