專利名稱：共面高填充系數(shù)的像素架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在成像陣列中使用的像素。更具體地說，本發(fā)明涉及適于在可見光和 X射線圖像感測應(yīng)用中使用的、具有相對高的填充系數(shù)的共面像素，所述可見光和X射線圖 像感測應(yīng)用可包括醫(yī)學診斷、非破壞性檢查等。
背景技術(shù)：
由多個傳感器像素100組成的成像陣列在成像領(lǐng)域為大家所熟知。傳感器像素 100通常包括諸如薄膜晶體管(TFT)的開關(guān)單元110和諸如光電二極管的光電轉(zhuǎn)換單元 120。圖IA示出用于傳感器像素100的示意性等效像素電路。光電轉(zhuǎn)換單元120對入射的 輻射敏感，并能產(chǎn)生大量電荷載流子，其中數(shù)量取決于輻射劑量。在由多個像素組成的成像 陣列中，光生載流子在讀出之前通?？鐐鞲衅鞯膬?nèi)部電容臨時存儲或存儲在像素上的存儲 電容器中。所關(guān)心的信號通常由像素的浮動節(jié)點160上的電位變化表示。開關(guān)單元110的 任務(wù)是維持像素內(nèi)的信號，并隨后釋放用于讀出的光生載流子。除了這兩個器件單元110、 120以外，信號線對于傳感器像素和成像陣列的功能性也是至關(guān)重要的。開關(guān)單元110由掃 描線130控制，該掃描線決定信號電荷釋放過程的時間和持續(xù)時間。數(shù)據(jù)線140為電荷載 流子提供到讀出電子設(shè)備的路徑。偏置線150為光電轉(zhuǎn)換單元120提供合適的偏置電壓?？梢跃仃嚪绞戒佋O(shè)(tile)多個傳感器像素以形成成像陳列。圖IB示出可用于一 般的輻射檢測器件的3X3像素成像陣列的示意性等效電路。數(shù)據(jù)線140共用于每列中的 像素，并連接至讀出電子設(shè)備。掃描線130共用于每行中的像素，并連接至驅(qū)動電子設(shè)備。 驅(qū)動線路在掃描線130上提供合適的信號，以每次一行地(通常是順次地)向數(shù)據(jù)線140 釋放存儲在像素100的浮動節(jié)點160上的信號。在成像領(lǐng)域為大家所熟知的兩種傳感器像素100的架構(gòu)為分別在圖2A、2C和2B、 2D中示出的共面像素200和垂直集成像素210。共面像素200與垂直集成像素210的不 同之處在于光電轉(zhuǎn)換器件120的一部分沒有位于開關(guān)單元110之上。圖2A和圖2C分別 示出共面像素200的自頂向下的視圖和橫截面視圖。圖2B和圖2D分別示出垂直集成像 素210的自頂向下的視圖和橫截面視圖。在兩種情況下，開關(guān)單元110為通常出現(xiàn)在液晶 顯示器(LCD)背板技術(shù)中的反交錯型背溝道蝕刻(BEC) TFT，而光電轉(zhuǎn)換器件120為p-i-n 光電二極管。在圖2A-2D中用粗限位框突出開關(guān)單元110和光電轉(zhuǎn)換單元120的近似區(qū) 域。在共面像素設(shè)計200中，TFT 100和光電二極管120彼此平行地位于例如玻璃的基板 (substrate) 220上。在垂直集成像素設(shè)計210中，層間電介質(zhì)絕緣體材料230的相對厚的 層夾在光電二極管120的一部分與TFT 110之間。通常存在實現(xiàn)更高的像素靈敏度的要求；這樣可在維持相似的讀出信號水平的同 時降低所需的輻射劑量、或者維持相同的輻射劑量以得到更高的讀出信號水平。在具有相 同的輸出噪聲水平的同時通過輸出信號水平的提高來提升輸出信噪比(SNI )。較高的輸出 SNR能提供圖像中所關(guān)心的特征與不需要的噪聲之間改進的辨別。影響像素靈敏度的一個重要因素是像素填充系數(shù)(FF)。圖3A示出共面像素200的自頂向下的視圖，而圖3B示出垂直集成像素210的自頂向下的視圖。像素的填充系數(shù)可 近似為像素的光敏面積300與總的像素面積(在圖3A和圖;3B中由像素邊界標記)的比。 在圖3A和圖:3B兩者中，通過粗限位框突出像素的光敏面積300。由于用于偏置線150的 金屬的組分對于入射的光子能量通常是大體上不透明，所以光電轉(zhuǎn)換單元120的由偏置線 150(由打陰影線的區(qū)域310標記)覆蓋的部分常常不被認為是感光的。如通過比較圖3A 和圖:3B所示的，一般地，與共面像素200相比，可在垂直集成像素210中得到更高的填充系 數(shù)。然而，與垂直集成像素架構(gòu)210相關(guān)的問題，例如由下層拓撲結(jié)構(gòu)(在圖2D中示出) 中的大的變化引起的增加的層的應(yīng)力和退化的傳感器性能可使共面像素200成為優(yōu)選的 像素架構(gòu)。因此，存在為共面像素實現(xiàn)更高的像素填充系數(shù)的強烈要求。由于成像陣列的制作工藝所強加的各種限制，例如最小特征尺寸，像素填充系數(shù) 不會隨變化的像素尺寸保持恒定。像素填充系數(shù)通常隨像素間距減小而降低，并且這種降 低對于越小的像素尺寸可能越嚴重。例如對于單次激發(fā)(single-shot) —般射線照相術(shù)應(yīng) 用的成像陣列分辨率要求可能需要像素間距在大約120 μ m至大約150 μ m的范圍之內(nèi)；而 對于諸如乳房X射線照相術(shù)的專門化應(yīng)用，對更精細的像素間距的需求可能在大約40 μ m 至大約80 μ m的范圍之內(nèi)?？紤]到上述問題，本發(fā)明的目的是通過實現(xiàn)更高的填充系數(shù)來改進共面像素靈敏 度。本發(fā)明的另一目的是通過隨像素尺寸的減小實現(xiàn)像素填充系數(shù)更少的降低來為更小的 像素尺寸改進共面像素靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)當前示教的像素架構(gòu)的實施例包括單獨制造的并且處在成像陣列中的相對 高填充系數(shù)的像素及其制造方法。當前的示教包括像素，所述像素包括掃描線，其貼近(proximate to)基板的第一 表面；以及偏置線，其在所述基板的第一表面與光感測單元的第一端子之間，其中所述偏置 線的一部分大體上平行于所述掃描線。所述像素還可包括開關(guān)單元，其貼近所述基板的第 一表面并與所述掃描線的至少一部分對準。所述開關(guān)單元可包括第一端子、第二端子和柵 電極，其中所述柵電極電耦合至所述掃描線?；趤碜运鰭呙杈€的掃描信號使所述第一 端子與所述第二端子電耦合。最后，所述像素可包括所述光感測單元，其貼近所述基板的第 一表面并與所述偏置線的至少一部分對準。所述光感測單元可包括電連接至所述偏置線的 第一端子和電連接至所述開關(guān)單元的第一端子的第二端子。根據(jù)當前示教的另一實施例包括像素，所述像素包括掃描線，其貼近基板的第一 表面；以及偏置線，其在所述基板的第一表面與光感測單元的第一端子之間，其中所述偏置 線的一部分大體上垂直于(transverse to)所述掃描線。所述像素還可包括開關(guān)單元，其 貼近所述基板的第一表面并與所述掃描線的至少一部分對準。所述開關(guān)單元可包括第一端 子、第二端子和電耦合至所述掃描線的柵電極?；趤碜运鰭呙杈€的掃描信號使所述第 一端子與所述第二端子電耦合。最后，所述像素可包括所述光感測單元，其貼近所述基板的 第一表面并與所述偏置線的至少一部分對準。所述光感測單元可包括電耦合至所述偏置線 的第一端子和電耦合至所述開關(guān)單元的第一端子的第二端子。當前的示教還包括所述像素的填充系數(shù)(FF)可大于大約69%，更具體地說在大約70%與大約89%之間?？稍谂c所述掃描線相同的金屬層中形成所述偏置線。根據(jù)當 前示教的另一實施例包括可在與所述偏置線和所述掃描線相同的金屬層中形成所述柵電 極。此外，所述偏置線可比所述掃描線寬，并且所述光感測單元的一部分可貼近所述掃描線 的一部分、數(shù)據(jù)線的一部分或者它們的組合中的至少一個。補充的實施例可包括成像陣列， 所述成像陣列包括多個像素；以及輻射成像系統(tǒng)，所述輻射成像系統(tǒng)包括至少一個包括多 個像素的成像陣列、驅(qū)動電路和讀出電路。所述輻射成像系統(tǒng)還可包括熒光屏。所述光感測單元可選自p-i-n光電二極管、p-n結(jié)型光電二極管、MIS光電傳感器 或者光電晶體管的集合。所述開關(guān)單元可選自MOS薄膜晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管、全耗盡 SOI晶體管、部分耗盡SOI晶體管、SiOG晶體管、塊狀MOS晶體管(bulk MOS transistor)以 及雙極型晶體管的集合。此外，所述光感測單元可包括至少一個半導體層，并且該至少一個 半導體層選自非晶硅、微晶硅、多晶硅、單晶硅、有機半導體以及金屬氧化物半導體的集合。 所述開關(guān)單元可包括至少一個半導體層，并且該至少一個半導體層選自非晶硅、微晶硅、多 晶硅、單晶硅、有機半導體以及金屬氧化物半導體的集合。所述光感測單元的第一端子可以是陰極，而所述光感測單元的第二端子可以是陽 極。可替換地，所述光感測單元的第一端子可以是陽極，而所述光感測單元的第二端子可以 是陰極。所述像素還可包括在所述偏置線與所述光感測單元之間附加的金屬層。本發(fā)明的實施例還可包括成像陣列，所述成像陣列包括如上所述的按行和列電耦 合的多個像素，其中所述掃描線和所述偏置線為所述多個像素所共有。


實施例的各種特征能隨著它們在結(jié)合附圖被考慮時參考以下對實施例的詳細說 明變得更好地被理解而更充分地被領(lǐng)會。圖IA示出用于已知成像陣列所利用的傳感器像素的示意性等效像素電路。圖IB示出用于已知的一般輻射檢測器件的3X3像素成像陣列。圖2A示出常規(guī)的共面像素200的自頂向下的視圖。圖2B示出常規(guī)的垂直集成像素210的自頂向下的視圖。圖2C示出常規(guī)的共面像素200的橫截面視圖。圖2D示出常規(guī)的垂直集成像素210的橫截面視圖。
圖3A示出突出像素200的光敏面積300的、圖2A的自頂向下的視圖。圖;3B示出突出像素210的光敏面積300的、圖2B的自頂向下的視圖。圖4A示出圖4B的常規(guī)的共面像素200的抽象視圖。圖4B示出常規(guī)的共面像素200的示例自頂向下的視圖。圖5示出器件面積400與像素面積比和光敏面積300與像素面積比與像素尺寸的 相關(guān)性。圖6A至圖13A示出常規(guī)的共面像素在常規(guī)共面像素制造工藝的各個步驟處的自 頂向下的視圖。圖6B至圖1 示出根據(jù)當前示教的像素在根據(jù)當前示教的像素制造工藝的各個 步驟處的自頂向下的視圖。圖6C至圖13C示出與圖6A-13A的自頂向下的視圖對應(yīng)的、常規(guī)的共面像素的橫截面視圖。圖6D至圖13D示出與圖6B_i;3B的自頂向下的視圖對應(yīng)的、所述像素的橫截面視圖。圖14是概括用于圖6B-i;3B和6D-13D所示的特征的工藝流程的流程圖。圖15是根據(jù)當前示教的像素的陣列的自頂向下的視圖。圖16A示出根據(jù)當前示教的像素的另一實施例的自頂向下的視圖。圖16B示出圖16A的像素的橫截面視圖。圖17A示出根據(jù)當前示教的像素的另一實施例的自頂向下的視圖。圖17B示出圖17A的像素的橫截面視圖。圖18A示出圖17A的像素實施例在根據(jù)當前示教的制造工藝中的后面的步驟處的 自頂向下的視圖。圖18B示出圖17B的像素實施例在根據(jù)當前示教的制造工藝中的后面的步驟處的 橫截面視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將對本發(fā)明當前的實施例(示范性實施例)詳細地進行參考，所述當前的實 施例的示例在附圖中被示出。只要有可能，將貫穿附圖使用相同的參考標號來指出相同或 相似的部分。為了簡明和示意的目的，通過主要參考本發(fā)明的示范性實施例來描述本發(fā)明的原 理。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地認識到，相同的原理可等同地適用于形形色色 可靠的分布式環(huán)境以及能在這些形形色色可靠的分布式環(huán)境中實現(xiàn)，并且任何這樣的變化 不偏離本發(fā)明真正的精神和范圍。此外，在以下的詳細說明中，對示出特定實施例的附圖進 行參考?？蓪嵤├M行電的、機械的、邏輯的和結(jié)構(gòu)上的改變而不偏離本發(fā)明的精神和范 圍。因此，以下的詳細說明不應(yīng)被理解成具有限制意義，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求 及它們的等同物限定。雖然陳述本發(fā)明的寬的范圍的數(shù)值區(qū)間和參數(shù)為近似值，但仍盡可能精確地公布 在特定示例中所陳述的數(shù)值。然而，任何數(shù)值固有地包含不可避免地由出現(xiàn)在它們的相應(yīng) 的試驗測量中的標準偏差產(chǎn)生的某些誤差。此外，在此公開的所有范圍應(yīng)被理解成包括包 含在其中的任何和所有子范圍。例如，“小于10”的范圍可包括在最小值0與最大值10之 間(并包括最小值0和最大值10)的任何和所有子范圍，即具有等于或大于0的最小值和 等于或小于10的最大值的任何和所有子范圍，例如1至5。如在此所使用的，間距(pitch)被限定為給定單元的長度或重復間隔。例如，像素 間距在此被用于描述像素的陣列中的每個像素之間的重復距離。成像單元或像素可包括至 少一個晶體管/開關(guān)單元和至少一個光電二極管/光電轉(zhuǎn)換單元。光電轉(zhuǎn)換單元將來自電 磁波譜的至少一部分的電磁輻射(包括伽馬射線至紅外線輻射)轉(zhuǎn)換成電荷。填充系數(shù)是 對入射光子敏感的像素面積的百分比。此外，可使單獨的像素電耦合以形成成像陣列。如 在此所使用的，術(shù)語重疊(overlap)被限定為被兩個單元覆蓋的公共空間。關(guān)于所論述的制造工藝，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，包括任何類型的堆疊的電器 件的各個層可以各自被沉積形成圖案，例如由掩模限定的圖案(例如先前形成的特征、光刻、它們的組合等的掩模)、被沉積成非圖形化的層，該非圖形化的層然后被蝕刻(例如通 過掩模)、或者是這兩種情況的組合?？梢园锤鞣N組合來使用這些步驟，以便形成最終所需 的結(jié)構(gòu)。因此，為了這個論述的目的，在論述像素制造時對術(shù)語“形成”的使用(以任何動 詞變化)旨在包括本領(lǐng)域已知的各種沉積/蝕刻/掩模技術(shù)。此外，所論述的像素的相似 特征由相同的單元標號指示，而以單元標號后面的“'”來區(qū)分根據(jù)當前示教的實施例的單元。如在此所使用的，金屬和金屬層組分的示例可包括例如Al、Cr、Cu、Mo、Nd、Ti、W 等、具有這些元素的部分組分的金屬合金(例如MoW、AlNd等)、它們的堆疊等。當前示教的實施例具有與已知的常規(guī)架構(gòu)相似的工藝流程，但可產(chǎn)生具有更高填 充系數(shù)的像素和像素陣列。當前示教的像素架構(gòu)的實施例還可在像素性能方面提供若干改 進，所述改進可包括由于減少的電容耦合和對電磁干擾(EMI)更好的抗擾性而對到像素的 浮動信號節(jié)點160的不需要的穿通電荷的改進、通過減小偏置線150'的電阻而對成像陣 列的噪聲性能的改進、以及通過提供朝向陣列的外圍區(qū)域的更低熱電阻的路徑而對成像陣 列像素的熱耗散的改進。在各種實施例中，當前示教的像素被構(gòu)造以便聚集空穴，所述空穴能影響用于TFT 開關(guān)單元的源極/漏極端子的取向。部分地由于將頂部金屬層中的偏置線布線去除而可得 到相對高的填充系數(shù)，這還可解決隨常規(guī)設(shè)計的偏置線所經(jīng)歷的某些階梯覆蓋問題。圖4A提供圖4B所示的可被用在常規(guī)的射線照相成像陣列中的共面像素200的抽 象視圖。器件面積400指示像素的用于開關(guān)單元110和光電轉(zhuǎn)換單元120的近似面積。由 圖4B中的粗限位框突出近似的器件面積。由于光敏面積300可以是器件面積400的分數(shù) 部分，基于器件面積400的面積比的計算可提供共面像素200的填充系數(shù)的上限值。正方形的共面像素200的間距由變量ρ表示。對于非正方形的像素，水平和垂直的 像素間距可能是不同的。然而，這不影響在此通過對在一般的射線照相成像陣列中最常用 的正方形像素的分析所傳達的要點。由于諸如掃描線130和數(shù)據(jù)線140寬度的各種設(shè)計和 制作工藝約束，所以器件面積400可被限制為僅是像素面積(ρ2)的一小部分(a fraction of)。差被稱為間隙間隔并且被指定為Δρ，在圖4A中示出。比率系數(shù)f被用于描述Δρ關(guān) 于像素間距的相對尺寸，由f= Δρ/ρ限定。由于Δρ小于ρ，所以f的值落在0與1之間。 典型地，掃描線130與數(shù)據(jù)線140彼此垂直。由于對于掃描線130和數(shù)據(jù)線140的間隙間 隔要求可能不同，所以將Δρ選擇為兩者中較大的那個；結(jié)合地，通過將較小的間隙間隔表 示成aAp而將比率系數(shù)a用于描述間隙間隔差(同樣在圖4A中示出)。將Δρ選為兩個 間隔中較大的那個決定了 a的值在0與1之間，其中a = 1代表兩個間隙間隔的尺寸相同 時的情形。圖4B提供所指定的變量的一些示例值。例如，共面像素200的間距可以是大約 140 μ m。示例中的最小跡線寬度可以是大約8 μ m，而跡線與光電轉(zhuǎn)換單元之間所需的最小 間隔可以是大約3μπι。因此，Δρ = 2 X 3 μ m+8 μ m = 14μπι，而f = 14 μ m/140 μ m，其中對 掃描線130和數(shù)據(jù)線140的間隙間隔要求相同，即a = 1。可通過樹/, ) = ( /-1)(/-1)來計算器件面積400與像素面積(ρ2)的比，其被指 定為樹/，α)。圖5示出基于圖4B所示的共面像素設(shè)計(Δρ = 14μπι，而a = 1)的各種像素 尺寸的洌/,為的曲線圖。在圖5中還示出了像素填充系數(shù)FF(f，a)(光敏面積300與像素 面積的比)，其將器件面積400(例如TFT 110所占用的面積)和偏置線150的面積(例如覆蓋光電二極管310的面積)考慮在內(nèi)。對于圖3A所示的共面像素設(shè)計，最高填充系數(shù)被 限制為大約81% ；實際的填充系數(shù)更接近于大約76%。圖5示出最大填充系數(shù)限度樹/,可隨像素尺寸的縮小而顯著降低，對于實際的 填充系數(shù)FF (f，a)更是如此。因此，不僅需要為特定的像素尺寸實現(xiàn)更高的填充系數(shù)，而且 還需要使由像素尺寸的縮小所引起的填充系數(shù)降低最小化。根據(jù)當前示教的實施例提供一種像素結(jié)構(gòu)，其可以利用與圖2A和圖2C所示的已 知常規(guī)像素200相同的、制作工藝的基本步驟而同時產(chǎn)生具有更高填充系數(shù)的像素和像素 陣列。圖6A-13A示出常規(guī)像素200在常規(guī)制造工藝的各個步驟期間的自頂向下的視圖， 而圖6C-13C示出常規(guī)像素200在常規(guī)制造工藝的各個步驟期間的橫截面視圖。圖6B-i;3B 示出根據(jù)當前示教的像素200'的相似的自頂向下的視圖，而圖6D-13D示出與圖6B-i;3B對 應(yīng)的像素200'的橫截面視圖。圖14是示出根據(jù)圖6B-i;3B和圖6D-13D所示的當前示教的 用于制造像素200'的工藝的實施例的流程圖。圖15示出包括像素200'的行和列的示例 成像陣列。應(yīng)指出的是，用于兩種像素O00，200')的工藝步驟包括相同的基本工藝步驟， 但按視圖的比較示出由這些步驟產(chǎn)生的像素結(jié)構(gòu)上的差異。將主要參考像素200'來論述 工藝和結(jié)構(gòu)，使用相同的基本單元標號來指示兩種像素中相同的特征，但在像素200'中用 “‘”來區(qū)分這些特征。應(yīng)指出的是，不是所有的工藝步驟都被示出或論述，而當前示教的實 施例的范圍旨在包括對所示的像素制造工藝流程的任何和所有明顯的變化和增加。此外， 除所指出的以外，用于形成像素200'的每個層和結(jié)構(gòu)的材料可與常規(guī)像素200相同。如圖6C-13C至圖6D-13D所示，所論述的每個層可分別直接或間接地在先前形成 的層上、在先前形成的層上方、或貼近先前形成的層形成。例如，絕緣層可包括不止一種絕 緣體，而金屬層可包括不止一種金屬。另外，可在附圖所示的層之間形成未直接論述、但在 半導體處理中為大家所熟知的其他層(未示出)。另外，圖6Β- ;3Β和6D-13D示出根據(jù)當前 示教的像素200'的一個實施例。以下將參考a-Si:H TFT作為開關(guān)單元并且參考a_Si :H n_i_p光電二極管作為光 電轉(zhuǎn)換單元來論述像素200'。然而，開關(guān)單元可以是MOS薄膜晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管、 全耗盡SOI晶體管、部分耗盡SOI晶體管、SiOG晶體管、塊狀MOS晶體管、雙極型晶體管、有 源電路(例如放大器等)等中的任何一種或組合(例如多個晶體管)。相似地，光電轉(zhuǎn)換單 元可以是MIS光電傳感器、垂直p-n結(jié)型光電二極管、橫向p-n結(jié)型光電二極管、光電導體、 由無機、有機半導體材料制成的光電晶體管等。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到的，對于采用光電轉(zhuǎn)換單元的間接X射線檢測器， 諸如CsI或Gd2O2S = Tb的X射線轉(zhuǎn)換屏可接近于光電傳感器放置。同樣地，對于直接X射線 檢測器，可采用諸如光電導體的X射線敏感的光電傳感器。用于X射線敏感的光電導體的 材料的示例可包括非晶硒(a-Se)、CdTe等。在圖6A-6D中，掃描線130、130'可分別在基板220、220 ‘的第一表面上方或接 近基板220、220'的第一表面形成。在分別示出的像素實施例200、200'中，掃描線130、 130'包括柵電極610、610'。然而，在其他像素實施例中，掃描線130'和柵電極610'可 以是不同的結(jié)構(gòu)或處在不同的層中(在圖16-18中示出)。如圖6B和圖6D所示，根據(jù)圖14的步驟S1400，還可同時形成偏置線150'和偏置電極620'，例如在與掃描線130'相 同的金屬工藝步驟期間。如果在相同的金屬層中形成掃描線130'和偏置線150'，則掃描 線130'可大體上平行于偏置線150'的一部分，如圖6B所示。當掃描線130'和偏置線 150'不處在相同的金屬層中時(例如圖18A-B)，也可存在這種平行構(gòu)造。可替換地，除了 圖6B所示的構(gòu)造以外(在相同的金屬層中的形成)，掃描線130'在形成于不同的金屬層 中時(圖16和18)可代替地大體上垂直于偏置線150'的一部分。偏置線150'還可具有 平行的和垂直的部分兩者，如下所述(圖17-18)。另外，偏置線150'(包括偏置電極620')可處在基板220'的第一表面與光電 轉(zhuǎn)換單元120'(未示出)的第一端子(底部電極1000')(未示出)之間。掃描線130' 和偏置電極620'可具有大約3μπι的最小空隙(clearance)，或具有基于特定工藝技術(shù)的 最小特征空隙。可使用與像素200的掃描線130不同的掩模來沉積和/或蝕刻像素200' 的掃描線130'、偏置線150'和偏置電極620'。掃描線130'可具有大約8μπι的寬度， 并且在相鄰的像素200'之間(例如在圖15中所示的成像陣列中)具有大約3 μ m的空隙 間隔和大約5 μ m的空隙間隔(未示出)?？赏ㄟ^沉積大面積(例如>像素間距X最小特征尺寸)的金屬來形成偏置電極 620'，并且該偏置電極在尺寸上可根據(jù)設(shè)計規(guī)格而變化。在圖6B和圖6D中，部分地由于 更大的面積能提供改進的光電二極管拓撲結(jié)構(gòu)、減小偏置線電阻并且提高熱傳導以改進像 素的熱耗散，所以偏置電極620'被示出為具有相對大的面積。還可增大掃描線130'的寬 度來減小掃描線130'的電阻。光電轉(zhuǎn)換單元120'(未示出)可覆蓋或貼近掃描線130' 的至少一部分。在圖7B和圖7D中，TFT柵極絕緣層700'被示出，在步驟S1405中在包括掃描線 130'和偏置電極620'的基板220'的整個表面上方或貼近該表面形成該TFT柵極絕緣層 700'，以例如覆蓋掃描線130'、偏置電極620'、柵電極610'、偏置線150'和基板220' 的任何暴露表面。如在本領(lǐng)域中已知的，柵極絕緣層700'可以是非化學計量的氮化硅 (a-SiNx:H)，或其他類型的絕緣層，例如氧化物等，其可以是單層的或是堆疊的?？稍跂艠O 絕緣層700'形成之后，在基板700'的整個表面上方或貼近該表面形成TFT有源層710' 和摻雜接觸層720'，例如通過本征或摻雜的a_Si:H的PECVD沉積。根據(jù)步驟S1410，可通 過使有源層710'和摻雜接觸層720'圖形化來形成TFT有源島(TFT active island)，例 如通過經(jīng)由干蝕刻來進行圖形化等。根據(jù)步驟S1405，可在圖形化以形成有源島之前連續(xù)地形成圖7D所示的這些層的 沉積，即柵極絕緣體700'、有源層710'和摻雜接觸層720'?？商鎿Q地，有源層710'和 摻雜接觸層720'的形成可在使柵極絕緣體層700'圖形化之后被形成(未示出)。在連續(xù) 地形成柵極絕緣體層700'、有源層710'和摻雜接觸層720'的情況下，可在TFT有源島形 成之后執(zhí)行柵極絕緣體層700'的圖形化。如在圖7D中所看到的，將在基板220'的表面上方形成a_Si :H TFTllO'(未完 全示出)，其中a-Si:H TFT的有源區(qū)域在掃描線130'上方或貼近該掃描線，并與該掃描線 對準。如圖6B和圖6D以及圖7B和圖7D所示，掃描線130'的部分可處在有源層710 ‘ 與基板220'的表面之間，并且可被認為是TFT柵電極610'。由于掃描線130'以及TFT 110'的源極和漏極(未示出)的寬度，可從常規(guī)像素200減小像素200'的重疊容差。例如，與常規(guī)像素200的大約3 μ m相比，重疊容差對于像素200'可以是大約2μπι。可替換 地，如果重疊對于像素200'保持在大約3 μ m，則可將TFT 110'(未示出)能覆蓋的掃描 線130'的部分擴大大約2 μ m，以維持相同的通道長度。當前的示教包括如下實施例，其中 可在TFT端子金屬的形成之前使TFT柵極絕緣體層700'圖形化以形成用于偏置線150' 的通孔窗(via window)，或者在所述工藝中可稍后形成該通孔窗。圖8B和8D示出開關(guān)單元TFT 110'的兩個端子的形成；根據(jù)步驟S1415，端子 810'可連接至光電轉(zhuǎn)換單元120'(未示出)，而端子800'可在有源層(a-Si:H)710'的 表面部分上方或貼近該表面部分連接至數(shù)據(jù)線140'并與掃描線130'對準。在步驟S1415 期間，可去除摻雜接觸層720'在兩個TFT端子之間的區(qū)域并且還可去除有源層710'的部 分。還可在這個層中形成數(shù)據(jù)線140'，并且該數(shù)據(jù)線140'在圖8B中被示出為大體上垂 直于掃描線130'?？商鎿Q地，在其他實施例中，可在頂部金屬層(未示出)而不是如所示 的在TFT端子金屬層中形成數(shù)據(jù)線140'。圖9B和圖9D如所示的并根據(jù)步驟S1420通過例如在先前形成的特征的整個表面 上方形成相對厚的TFT鈍化層900'來完成TFT開關(guān)單元110'的制作。根據(jù)步驟S1425， 可蝕刻鈍化層900'和柵極絕緣層700'(如果先前沒有被蝕刻)以形成用于光電轉(zhuǎn)換單 元120'(未示出)的端子的接觸窗，從而將像素200'的偏置電極620'電連接至光電轉(zhuǎn) 換單元120'(未示出)的一個端子。如圖IOD所示并根據(jù)步驟S1430，可增加附加的金屬階梯(metal step) 0將 n+a-Si:H直接沉積在TFT鈍化900'之上可能引起處理問題，因此如所示的可將附加的金 屬層1000'用于覆蓋偏置電極620'。雖然圖IOB和圖IOD示出了與S1430對應(yīng)的步驟，但 常規(guī)工藝通常不包括這個附加的金屬層并因此像素200被示出為沒有這個附加的金屬層。圖IlB和圖IlD示出在根據(jù)步驟S1435形成傳感器堆疊1100'和頂部電極1140' 之后得到的像素200'。由于在所示的實施例中，光電轉(zhuǎn)換單元為a_Si:H n-i-p光電二極 管，所以傳感器堆疊1100'包括n+摻雜的a-Si:H 1110'、本征a_Si:H 1120'和p+摻雜的 a-Si:H 1130'。n-i-p標識指的是層的沉積次序。如果首先沉積p+a_Si :H，則光電二極管 被稱為p-i-n。頂部透明電極1140'和傳感器堆疊1100'的形成可使用兩個不同的掩模。如圖IlB的自頂向下的視圖所示，包括傳感器堆疊1100'的光電轉(zhuǎn)換單元120' 可與掃描線130'的至少一部分重疊，只要重疊間隔在各像素200'之間的設(shè)計規(guī)則容差 之內(nèi)，這能提高像素的填充系數(shù)。圖IlB和圖IlD所示的像素200'示出用于共面像素的最 高填充系數(shù)設(shè)計的實施例，然而可根據(jù)設(shè)計規(guī)格的需要來改變傳感器堆疊1100'的與掃描 線130'重疊的部分。傳感器堆疊1100'還可覆蓋數(shù)據(jù)線140'的至少一部分而不是掃描 線130'的一部分。在可替換的實施例中，如果在與TFT源極/漏極端子相同的金屬層中對 數(shù)據(jù)線進行布線(route)，則傳感器堆疊1100'可同時覆蓋掃描線130'的一部分和數(shù)據(jù) 線140'的一部分兩者。這種結(jié)構(gòu)也能提供提升的填充系數(shù)。如圖12B和圖12D所示并根據(jù)步驟S1440，可在像素200'的先前形成的特征的表 面上方形成另一鈍化層1200'，例如傳感器鈍化。同樣如圖12B和圖12D所示，根據(jù)步驟 S1445，可通過例如干蝕刻打開(open)傳感器鈍化通孔窗1210'。注意如果在頂部金屬(未 示出)中對數(shù)據(jù)線140'進行布線，則可蝕刻附加的通孔窗(未示出)以將TFT 800'的端 子連接至數(shù)據(jù)線140'。在圖12A和圖12C中示出這種情況，其中打開鈍化窗1210以用于使TFT的一個端子800(未直接連接至光電二極管端子)連接至在頂部金屬層中布線的數(shù) 據(jù)線130。圖1 和圖13D示出填充先前的通孔開口 1210'的頂部金屬1300'。對于像 素200'，與圖13A和圖13C所示的、其中頂部金屬層形成數(shù)據(jù)線140和偏置線150的像素 200相比，根據(jù)步驟S1450形成TFT端子810'到光電二極管端子1140'的連接820'(作 為浮動信號節(jié)點連接160')。當前示教的實施例的一個優(yōu)點可以是避免了在光電轉(zhuǎn)換單 元之上的偏置線布線(如圖13A和圖13C所示)，這能提高填充系數(shù)并且還能釋放光電二極 管之上的應(yīng)力。根據(jù)步驟S1455并且如本領(lǐng)域眾所周知的，像素200'處理可繼續(xù)進行附加的沉 積和蝕刻，例如鈍化、平面化、抗反射涂層、形成外圍連接等。應(yīng)指出的是，可在上述工藝期 間或在像素的形成之后形成外圍連接。另外，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，附加的無 機或有機電介質(zhì)層可以被沉積和圖形化，以便封裝和改進所形成的成像陣列的光學性能。 附加的導體層(諸如ΙΤ0)可以被沉積和圖形化用于成像陣列焊盤鍵合(pad bonding)的 目的。由于浮動節(jié)點160'的大部分此時在當前示教的實施例中位于光電轉(zhuǎn)換單元的頂 部，即離掃描線130'更遠，所以能減小從掃描線130'到這個節(jié)點的電容耦合的量。圖15示出根據(jù)當前示教的像素200'的2X2鋪設(shè)1500'。用于形成陣列1500' 的每個像素200'的工藝與以上參考單個像素200'所描述的相同，但在更大的基板上方 延伸。形成陣列1500'的像素200'可彼此電耦合，例如通過共有的掃描線130'、數(shù)據(jù)線 140'、偏置線150'等。如圖15所示，數(shù)據(jù)線140'的一部分可變成用于相鄰像素200‘的 TFT端子的部分(這也由圖8B和8D示出)。另外的實施例基于當前的示教提供其中不再在與掃描線130'相同的金屬層中對 偏置線150'進行布線的像素架構(gòu)。代替地，如圖16A和圖16B所示可在TFT源極/漏極金 屬層中對偏置線150'進行布線。如先前所描述的實施例的圖6B和圖15所示，可與掃描 線130'平行地對偏置線150'進行布線。然而，如圖16A-B所示，可在與數(shù)據(jù)線140'平行 的方向上對偏置線150'進行布線?？商鎿Q地，如上所述，如果沒有在與TFT 110'的源極 /漏極金屬相同的層中對數(shù)據(jù)線140'進行布線，則可將偏置線150'布線為同時平行于掃 描線130'和數(shù)據(jù)線140'兩者。同樣地，更寬的偏置線或網(wǎng)狀的偏置線(例如既有平行也有垂直的)布線能減小 回路面積，這能提供對外部源所引起的EMI更好的抗擾性。該實施例能將兩個金屬層、掃描線130'和TFT 110'的源極/漏極用于偏置線布 線。用于偏置線的多金屬層布線可減小偏置線電阻，并且改進像素和包括多個像素的圖像 陣列的可靠性。另外，網(wǎng)狀的偏置線布線能幫助改進熱傳導，這能減輕在輻射成像器中所引 入的熱。此外，網(wǎng)狀的偏置線布線可在偏置線的外圍連接中允許額外的靈活性。底部的偏置 線布線可解決在厚的光電轉(zhuǎn)換單元上方由頂部金屬層的過蝕刻所引起的差的階梯覆蓋，和 /或在成像陣列中的光電轉(zhuǎn)換單元之上所引入的應(yīng)力。另外，為了減小數(shù)據(jù)線電容，可將偏 置線寬度減小以擴大偏置線150'與數(shù)據(jù)線140'之間的間隙，并且減小貼近掃描線130' 的交疊面禾只(crossover area) 0如圖17A-B所示，可以與圖6A和6D所示相類似的方式沉積偏置線150'和偏置電 極620'。然而，在圖17A-B中，可在形成TFT端子800'和810'的步驟中貼近先前形成的偏置電極620'沉積另一金屬層(例如類似于附加的金屬層1000')。此外，在這個步驟 中，可形成第二偏置線150'(垂直于掃描線130'的一部分)。因此，如圖18A-B所示，偏 置電極620'包括兩個金屬層和兩根偏置線150'，一根偏置線150'平行于掃描線130' 的一部分而一根偏置線150'垂直于掃描線130'的一部分。應(yīng)指出的是，當前的示教不是要在范圍上被限制于附圖所示的實施例。雖然已參考一種或多種實現(xiàn)示出了本發(fā)明，可以對所示的示例進行改造和/或修 正而不偏離所附權(quán)利要求的精神和范圍。例如，可在輻射成像系統(tǒng)中使用各種像素實施例。 示例的輻射成像系統(tǒng)可包括成陣列的多個各種像素實施例、驅(qū)動電路、讀出電路和熒光屏。 輻射源也可被包括。另外，雖然可能僅參考若干實現(xiàn)中的一種公開本發(fā)明的特定特征，但可將這樣的 特征與對于任何給定或特定的功能所需的和有利的其他實現(xiàn)中的一個或多個其他特征結(jié) 合。此外，就在詳細說明和權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括”、“具有”、“帶有”或它們的變體來 說，這樣的術(shù)語旨在以類似于術(shù)語“包含”的方式包括。術(shù)語“至少一個”被用于表示可選 擇所列的各項中的一個或多個。另外，在本文的論述和權(quán)利要求中，相對于兩種材料(material)使用的術(shù)語 “在...上(on) ”，即一種材料“在”另一種材料“上”指的是所述材料之間至少有某種接觸， 而“在...上方(over)”指的是材料接近，但可能具有一個或多個附加的居間材料，使得接 觸是可能的但不是必需的。“在...上”和“在...上方”兩者如在此所使用的均不隱含任 何方向性。術(shù)語“共形”描述下層材料的角度由共形材料保持的涂層材料。術(shù)語“大約”指 示所列的值可以稍微被改變，只要改變不對所示的實施例產(chǎn)生工藝或結(jié)構(gòu)的不一致性。最 后，“示范性”指示說明被用作示例，而不是暗示其是理想的。根據(jù)對在此所公開的本發(fā)明的 詳述和實踐的考慮，本發(fā)明的其他實施例對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見。詳述和示例 意在被認為僅是示范性的，而本發(fā)明真正的范圍和精神由隨后的權(quán)利要求指示。
權(quán)利要求
1.一種像素，所述像素包括 掃描線，其貼近基板的第一表面；偏置線，其在所述基板的第一表面與光電轉(zhuǎn)換單元的第一端子之間，其中所述偏置線 大體上平行于所述掃描線；開關(guān)單元，其貼近所述基板的第一表面并與所述掃描線的至少一部分對準，所述開關(guān) 單元包括 第一端子； 第二端子；以及柵電極，其電耦合至所述掃描線，其中基于來自所述掃描線的掃描信號使所述第一端 子與所述第二端子電耦合；以及所述光電轉(zhuǎn)換單元，其貼近所述基板的第一表面并與所述偏置線的至少一部分對準， 所述光電轉(zhuǎn)換單元包括所述第一端子，其電耦合至所述偏置線；以及 第二端子，其電耦合至所述開關(guān)單元的第一端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中第二偏置線垂直于所述掃描線的另一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中所述像素的填充系數(shù)在大約70%與大約89%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中在相同的金屬層中形成所述偏置線和所述掃描 線，其中在與所述偏置線和所述掃描線相同的金屬層中形成所述柵電極，并且其中所述光 電轉(zhuǎn)換單元的第一端子為陰極，而所述光電轉(zhuǎn)換單元的第二端子為陽極，或者所述光電轉(zhuǎn) 換單元的第一端子為陽極，而所述光電轉(zhuǎn)換單元的第二端子為陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中所述光電轉(zhuǎn)換單元的一部分貼近所述掃描線的一 部分、數(shù)據(jù)線的一部分以及它們的組合中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中所述光電轉(zhuǎn)換單元選自n-i-p光電二極管、p-n結(jié) 型光電二極管、MIS光電傳感器以及光電晶體管的集合，其中所述開關(guān)單元選自MOS薄膜晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管、全耗盡SOI晶體管、部分 耗盡SOI晶體管、SiOG晶體管、塊狀MOS晶體管以及雙極型晶體管的集合，其中所述光電轉(zhuǎn)換單元或所述開關(guān)單元包括至少一個半導體層，并且所述至少一個半 導體層選自非晶硅、微晶硅、多晶硅、單晶硅、有機半導體以及金屬氧化物半導體的集合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其還包括在所述偏置線與所述光電轉(zhuǎn)換單元之間的附 加的金屬層。
8.一種成像陣列，所述成像陣列包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的按行和列電連接的多個像 素，其中所述掃描線和所述偏置線為所述多個像素所共有，并且其中所述偏置線比所述掃 描線寬。
9.一種輻射成像系統(tǒng)，所述輻射成像系統(tǒng)包括至少一個成像陣列，其包括多個根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素、驅(qū)動電路和讀出電路；以及熒光屏，其被構(gòu)造為貼近所述多個像素并用于將輻射轉(zhuǎn)換成光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輻射成像系統(tǒng)，其還包括用于產(chǎn)生輻射的輻射源。
全文摘要
本發(fā)明涉及共面高填充系數(shù)的像素架構(gòu)。一種像素，所述像素包括掃描線，其貼近基板的第一表面；以及偏置線，其在所述基板的第一表面與光感測單元的第一端子之間，其中所述偏置線的一部分大體上平行于所述掃描線。所述像素還可包括開關(guān)單元，其貼近所述基板的第一表面并與所述掃描線的至少一部分對準。所述像素可包括貼近所述基板的第一表面并與所述偏置線的至少一部分對準的光感測單元。
文檔編號H01L27/146GK102142447SQ20101058507
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者G·N·海勒, J·H·張, T·J·特雷維爾 申請人:卡爾斯特里姆保健公司