CN104900669B - X射线探测基板及其制作方法、探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线探测基板及其制作方法、探测装置。所述X射线探测基板包括依次设置在衬底基板上的薄膜晶体管和光电二极管，所述光电二极管与所述薄膜晶体管的源极电连接，所述薄膜晶体管上设置有刻蚀保护层，所述源极包括第一部分和厚度大于该第一部分的第二部分，所述刻蚀保护层覆盖所述第一部分，所述光电二极管设置在所述第二部分上。本发明降低了刻蚀保护层与源极在两者交界部位的段差，有效解决了光电二极管在形成过程中由于段差较大而造成的膜层应力过大的问题。因此，本发明能够有效降低光电二极管中膜层的应力，提高光电二极管的灵敏度，改善光电二极管的性能。

Description

X射线探测基板及其制作方法、探测装置

技术领域

本发明涉及X射线探测技术领域，尤其涉及一种X射线探测基板及其制作方法、探测装置。

背景技术

X射线是一种波长在0.01-10nm之间的超短电磁波，其波粒二象性对应的能量在120-120KeV之间。X射线是一种中性高能光子流，对所辐射的物体具有超强的穿透作用。X射线穿过物体后，物体吸收和散射会使X射线的强度或相位发生变化，而这种变化与物体的材料、结构、厚度、缺陷等特性相关。因此X射线探测器能够检测物体内部结构，在医疗影像检测、工业生产安全检测、天文探测、高能离子检测、环境安全探测等领域得到广泛应用。

数字化X射线探测技术可以分为直接式(Direct Digital Radiography)和间接式(Indirect Digital Radiography)，其关键器件是获取图像的探测基板，探测基板由大量带有薄膜晶体管(TFT)和光电二极管(PIN)的探测单元排列而成。

图1是现有技术中的一种X射线探测基板的结构示意图，包括依次制作在衬底基板11上的栅极12、栅绝缘层13、非晶硅层14、欧姆接触层15(即掺杂非晶硅层)、源极161’和漏极162、光电二极管、第一电极层110、钝化层111、第二电极层112、平坦化层113等。其中，光电二极管包括第一掺杂层17、本征层18、和第二掺杂层19。图1所示的X射线探测基板的缺陷是：干法刻蚀形成光电二极管时，容易对源漏极金属造成腐蚀。

因此，在形成光电二极管时需要对薄膜晶体管的源漏极金属进行保护。图2是现有的另一种X射线探测基板的结构示意图，图2在图1的基础上增加了刻蚀保护层114’。然而，为保证光电二极管与薄膜晶体管的源极161’电连接，刻蚀保护层114’上设置有过孔，由此会造成一定的台阶差。当台阶差较大时，会导致光电二极管中各层结构成膜时生长不均匀，或者产生膜应力，使得光电二极管中的膜层的制备条件十分苛刻且制得的光电二极管灵敏度下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种X射线探测基板及其制作方法、探测装置，以解决光电二极管形成过程中由于台阶差较大而造成的薄膜应力过大的问题，从而改善光电二极管的性能。

为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供一种X射线探测基板，包括依次设置在衬底基板上的薄膜晶体管和光电二极管，所述光电二极管与所述薄膜晶体管的源极电连接，所述薄膜晶体管上设置有刻蚀保护层，所述源极包括第一部分和厚度大于该第一部分的第二部分，所述刻蚀保护层覆盖所述第一部分，所述光电二极管设置在所述第二部分上。

优选地，所述刻蚀保护层的上表面与所述第二部分的上表面形成为相平齐的表面，所述光电二极管设置在所述相平齐的表面上。

优选地，所述薄膜晶体管包括依次设置在所述衬底基板上的栅极、栅绝缘层、有源层、所述源极和漏极，其中，所述源极采用半色调掩膜板进行制作。

优选地，所述光电二极管包括依次设置在所述源极上的第一掺杂层、本征层和第二掺杂层。

优选地，所述第一掺杂层为N型非晶硅层，所述第二掺杂层为P型非晶硅层。

优选地，所述第一掺杂层的厚度在之间，所述本征层的厚度在1-1.5μm之间，所述第二掺杂层的厚度在之间。

优选地，所述X射线探测基板还包括设置在所述光电二极管上的第一电极层、钝化层、第二电极层和平坦化层，其中，所述第二电极层通过贯穿所述钝化层的过孔与所述第一电极层相连。

优选地，制作所述刻蚀保护层的材料包括硅的氧化物和/或硅的氮化物。

作为本发明的第二个方面，还提供一种探测装置，所述探测装置包括X射线发射源和本发明所提供的上述X射线探测基板。

作为本发明的第三个方面，还提供一种X射线探测基板的制作方法，包括以下步骤：

在衬底基板上形成薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的源极包括第一部分和厚度大于该第一部分的第二部分；

在所述薄膜晶体管上形成刻蚀保护层，所述刻蚀保护层覆盖所述第一部分；

在所述第二部分上形成光电二极管，使所述光电二极管与所述源极电连接。

优选地，所述刻蚀保护层的上表面与所述第二部分的上表面形成为相平齐的表面，所述光电二极管形成在所述相平齐的表面上。

优选地，所述形成薄膜晶体管的步骤包括：

在衬底基板上形成栅金属层，并对所述栅金属层进行图形化处理，得到包括栅极的图形；

在所述栅极和栅线上形成栅绝缘层；

在所述栅绝缘层上形成有源层；

在所述有源层上形成源漏金属层，采用半色调掩膜板对所述源漏金属层进行图形化处理，得到包括源极和漏极的图形。

优选地，所述形成光电二极管的步骤包括：

在所述源极上方依次形成第一掺杂层、本征层和第二掺杂层，并进行图形化处理，得到所述光电二极管。

优选地，所述第一掺杂层为N型非晶硅层，所述第二掺杂层为P型非晶硅层。

优选地，所述制作方法还包括：

在所述光电二极管上依次形成第一电极层、钝化层、第二电极层和平坦化层，其中，所述第二电极层通过贯穿所述钝化层的过孔与所述第一电极层相连。

本发明降低了刻蚀保护层与源极在两者交界部位的段差，有效解决了光电二极管在形成过程中由于段差较大而造成的膜层应力过大的问题。因此，本发明能够有效降低光电二极管中膜层的应力，提高光电二极管的灵敏度，改善光电二极管的性能。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1是现有的一种X射线探测基板的结构示意图；

图2是现有的另一种X射线探测基板的结构示意图；

图3a-图3e是本发明实施例所提供的X射线探测基板在其制造过程中的结构示意图。

在附图中，11-衬底基板；12-栅极；13-栅绝缘层；14-非晶硅层；15-欧姆接触层；161’、161-源极、161a-第一部分；161b-第二部分；162-漏极；17-第一掺杂层；18-本征层；19-第二掺杂层；110-第一电极层；111-钝化层；112-第二电极层；113-平坦化层；114’、114-刻蚀保护层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明首先提供一种X射线探测基板，如图3e所示，所述X射线探测基板包括依次设置在衬底基板11上的薄膜晶体管和光电二极管，所述光电二极管与所述薄膜晶体管的源极161电连接，所述薄膜晶体管上设置有刻蚀保护层114。其中，源极161包括第一部分161a(图中较小椭圆框中的黑色部分)和厚度大于第一部分161a的第二部分161b(图中较大椭圆框中的黑色部分)，刻蚀保护层114覆盖第一部分161a，所述光电二极管设置在第二部分161b上。

本发明能够降低刻蚀保护层114与源极161在两者交界部位的段差，有效解决了光电二极管在形成过程中由于段差较大而造成的膜层应力过大的问题。因此，本发明能够有效降低光电二极管中膜层的应力，提高光电二极管的灵敏度，改善光电二极管的性能。

优选地，刻蚀保护层114的上表面与第二部分161b的上表面形成为相平齐的表面，所述光电二极管设置在所述相平齐的表面上。在这种优选实施方式中，能够将刻蚀保护层114与源极161在两者交界部位调整至无段差的情况，从而使光电二极管的各层薄膜均生长在平整的表面上，进一步改善了光电二极管的性能。

具体地，所述薄膜晶体管包括依次设置在衬底基板11上的栅极12、栅绝缘层13、有源层(包括非晶硅层14和欧姆接触层15)、源极161和漏极162。其中，源极161采用半色调掩膜板进行制作，通过调节所述半色调掩膜板上分别用于形成第一部分161a和第二部分161b的区域的透光率，来得到具有上述图形的源极161。

进一步地，所述光电二极管包括依次设置在源极161上的第一掺杂层17、本征层18和第二掺杂层19。在本发明中，光电二极管起到获取X射线透过物体之后的光信号、并将所述光信号转换成电信号的作用，因此，本发明中的第一掺杂层17为N型非晶硅层，第二掺杂层19为P型非晶硅层。

为了改善光电二极管器件的灵敏度和使用寿命，经过多次试验研究，第一掺杂层17的厚度优选在之间，本征层18的厚度优选在1-1.5μm之间，第二掺杂层19的厚度优选在之间。

进一步地，所述X射线探测基板还包括设置在所述光电二极管上的第一电极层110、钝化层111、第二电极层112和平坦化层113。其中，第二电极层112通过贯穿钝化层111的过孔与第一电极层110相连。

平坦化层113能够使所述X射线探测基板具有平整的外表面，以便于所述X射线探测基板与其它外部装置(例如：光接收装置)进行组装。

从图3e中可以看出，漏极162上方设置有另一个过孔，这一过孔用于使漏极162与外部显示器的数据导出线电连接，从而将电信号转换为显示图像，以便于观看到直观的由X射线拍摄的数字影像图。

优选地，本发明中制作刻蚀保护层114的材料包括硅的氧化物和/或硅的氮化物。刻蚀保护层114能够有效防止制作光电二极管时，干法刻蚀对源极161和漏极162金属的腐蚀。

本发明还提供了一种探测装置，所述探测装置包括X射线发射源和本发明所提供的上述X射线探测基板。如上所述，本发明所提供的探测装置具有灵敏度高，性能稳定，寿命长的优点。

进一步地，本发明还提供了一种X射线探测基板的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

在衬底基板上形成薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的源极包括第一部分和厚度大于该第一部分的第二部分；

在所述薄膜晶体管上形成刻蚀保护层，所述刻蚀保护层覆盖所述第一部分；

在所述第二部分上形成光电二极管，使所述光电二极管与所述源极电连接。

本发明降低了刻蚀保护层与源极在两者交界部位的段差，有效解决了光电二极管在形成过程中由于段差较大而造成的膜层应力过大的问题。因此，本发明能够有效降低光电二极管中膜层的应力，提高光电二极管的灵敏度，改善光电二极管的性能。

优选地，所述刻蚀保护层的上表面与所述第二部分的上表面形成为相平齐的表面，所述光电二极管形成在所述相平齐的表面上。

在这种优选实施方式中，能够将刻蚀保护层与源极在两者交界部位调整至无段差的情况，从而使光电二极管的各层薄膜均生长在平整的表面上，进一步改善了光电二极管的性能。

具体地，所述形成薄膜晶体管的步骤包括：

在衬底基板上形成栅金属层，并对所述栅金属层进行图形化处理，得到包括栅极的图形；

在所述栅极和栅线上形成栅绝缘层；

在所述栅绝缘层上形成有源层；

在所述有源层上形成源漏金属层，采用半色调掩膜板对所述源漏金属层进行图形化处理，得到包括源极和漏极的图形，其中，所述源极包括第一部分和厚度大于该第一部分的第二部分。

具体地，所述半色调掩膜板上用于形成所述源极的第一部分的区域的透光率大于所述半色调掩膜板上用于形成所述源极的第二部分的区域的透光率，以使得所述第二部分的厚度大于所述第一部分的厚度。

进一步地，所述形成光电二极管的步骤包括：

在所述源极上方依次形成第一掺杂层、本征层和第二掺杂层，并进行图形化处理，得到所述光电二极管.

通常，在本发明中，所述第一掺杂层为N型非晶硅层，所述第二掺杂层为P型非晶硅层。

进一步地，所述制作方法还包括：

在所述光电二极管上依次形成第一电极层、钝化层、第二电极层和平坦化层，其中，所述第二电极层通过贯穿所述钝化层的过孔与所述第一电极层相连。

下面结合图3a-图3e对本发明所提供的制作方法进行详细的阐述。所述X射线探测基板的制作方法包括：

首先，在衬底基板11(通常是玻璃基板)上沉积并图形化栅金属层，得到栅极12，之后在栅极12上依次覆盖栅绝缘层13,、非晶硅层14、欧姆接触层15和源漏金属层，如图3a所示；

之后，采用半色调掩膜版对源漏金属层进行图形化处理，得到源极161和漏极162，同时对欧姆接触层15刻蚀形成沟道区，如图3b所示，其中，源极161包括第一部分和厚度大于第一部分161a的第二部分161b；

之后，在源极161和漏极162上形成刻蚀保护层114，其中，刻蚀保护层114覆盖第一部分161a，刻蚀保护层114的上表面与第二部分161b的上表面形成为相平齐的表面，如图3c所示；

之后，在所述相平齐的表面上依次制作第一掺杂层17、本征层18和第二掺杂层19，并进行图形化处理，得到光电二极管，且所述光电二极管与源极161电连接，如图3d所示；

完成光电二极管的图形化工艺之后，在其上依次形成第一电极层110、钝化层111、第二电极层112和平坦化层113，其中，第二电极层112通过贯穿钝化层111的过孔与第一电极层110相连，如图3e所示。

本发明所提供的X射线探测基板将刻蚀保护层114与源极161在两者的交界部位调整至无段差的状态，使光电二极管的各层薄膜均生长在平整的表面上，有效解决了光电二极管在形成过程中由于段差而造成的膜层应力过大的问题。因此，本发明能够有效降低光电二极管中膜层的应力，提高光电二极管的灵敏度，改善光电二极管的性能。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种X射线探测基板，包括依次设置在衬底基板上的薄膜晶体管和光电二极管，所述光电二极管与所述薄膜晶体管的源极电连接，所述薄膜晶体管上设置有刻蚀保护层，其特征在于，所述源极包括第一部分和厚度大于该第一部分的第二部分，所述刻蚀保护层覆盖所述第一部分，所述光电二极管设置在所述第二部分上，所述刻蚀保护层的上表面与所述第二部分的上表面形成为相平齐的表面，所述光电二极管设置在所述相平齐的表面上。

2.根据权利要求1所述的X射线探测基板，其特征在于，所述薄膜晶体管包括依次设置在所述衬底基板上的栅极、栅绝缘层、有源层、所述源极和漏极，其中，所述源极采用半色调掩膜板进行制作。

3.根据权利要求1所述的X射线探测基板，其特征在于，所述光电二极管包括依次设置在所述源极上的第一掺杂层、本征层和第二掺杂层。

4.根据权利要求3所述的X射线探测基板，其特征在于，所述第一掺杂层为N型非晶硅层，所述第二掺杂层为P型非晶硅层。

5.根据权利要求3所述的X射线探测基板，其特征在于，所述第一掺杂层的厚度在之间，所述本征层的厚度在1-1.5μm之间，所述第二掺杂层的厚度在之间。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的X射线探测基板，其特征在于，所述X射线探测基板还包括设置在所述光电二极管上的第一电极层、钝化层、第二电极层和平坦化层，其中，所述第二电极层通过贯穿所述钝化层的过孔与所述第一电极层相连。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的X射线探测基板，其特征在于，制作所述刻蚀保护层的材料包括硅的氧化物和/或硅的氮化物。

8.一种探测装置，其特征在于，包括X射线发射源和权利要求1至7中任意一项所述的X射线探测基板。

9.一种X射线探测基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底基板上形成薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的源极包括第一部分和厚度大于该第一部分的第二部分；

在所述薄膜晶体管上形成刻蚀保护层，所述刻蚀保护层覆盖所述第一部分；

在所述第二部分上形成光电二极管，使所述光电二极管与所述源极电连接；

所述刻蚀保护层的上表面与所述第二部分的上表面形成为相平齐的表面，所述光电二极管形成在所述相平齐的表面上。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述形成薄膜晶体管的步骤包括：

在衬底基板上形成栅金属层，并对所述栅金属层进行图形化处理，得到包括栅极的图形；

在所述栅极和栅线上形成栅绝缘层；

在所述栅绝缘层上形成有源层；

在所述有源层上形成源漏金属层，采用半色调掩膜板对所述源漏金属层进行图形化处理，得到包括源极和漏极的图形。

11.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述形成光电二极管的步骤包括：

在所述源极上方依次形成第一掺杂层、本征层和第二掺杂层，并进行图形化处理，得到所述光电二极管。

12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述第一掺杂层为N型非晶硅层，所述第二掺杂层为P型非晶硅层。

13.根据权利要求9至12中任意一项所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

在所述光电二极管上依次形成第一电极层、钝化层、第二电极层和平坦化层，其中，所述第二电极层通过贯穿所述钝化层的过孔与所述第一电极层相连。