TWI505451B - 共平面高填充係數像素架構 - Google Patents
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Description
本發明係關於成像陣列中所使用之像素。更特定言之，本發明係關於適合用於可包含醫學診斷、非破壞性查核等等之可見光線及X光線成像感測應用中之具有相對較高的填充係數之共平面像素。
於成像技術中，已熟習包括多個感測器像素100之成像陣列。感測器像素100通常包含一切換元件110(諸如一薄膜電晶體(TFT))及一光電轉換元件120(諸如一光電二極體)。圖1A展示感測器像素100之一示意等效像素電路。該光電轉換元件120對入射輻射係敏感的，且可產生若干電荷載子，其中該數目取決於輻射劑量。在由複數個像素組成之成像陣列中，光生載子在讀出之前通常係跨該感測器之內部電容暫時儲存或儲存於一像素上儲存電容器中。一受關注的信號通常係藉由該像素之浮動節點160之一電位變化表示。該切換元件110之一任務係將該信號維持於該像素中，且隨後釋放該等光生載子以供讀出。除該兩個裝置元件110、120之外，信號線對於該感測器像素及該成像陣列之功能性亦係至關重要的。該切換元件110係藉由規定該信號釋放程序之時間及持續時間之掃描線130控制。資料線140提供該等電荷載子至讀出電子器件之路徑。偏壓線150對該等光電轉換元件120提供合適的偏壓電壓。
可以一矩陣方式平鋪(tile)複數個感測器像素以形成一成像陣列。圖1B展示可用於一個一般輻射偵測裝置之一3×3像素成像陣列之一示意等效電路。該資料線140係共用於每一行中之像素之間，且係連接至讀出電子器件。該掃描線130係共用於每一列中之像素之間，且係連接至驅動電子器件。驅動電路於掃描線130上提供合適的信號以通常依序釋放儲存於像素100之該等浮動節點160上之該等信號至該等資料線140，每次釋放一列。
該成像技術中所熟習之兩個感測器像素100架構係分別展示於圖2A、2C及圖2B、2D中之共平面像素200及垂直整合像素210。共平面像素200與該垂直整合像素210不同之處在於：該光電轉換裝置120之一部分並非位於該切換元件110之頂部。圖2A及圖2C分別圖解說明一共平面像素200之一俯視圖及一橫截面圖。圖2B及圖2D分別圖解說明一垂直整合像素210之一俯視圖及一橫截面圖。在兩種情況中，該切換元件110係一般於液晶顯示器(LED)背板技術中可見之一逆向交錯反向通道蝕刻(BCE)TFT，且該光電轉換裝置120係一p-i-n型光二極體。該等切換元件110及該等光電轉換元件120之接近區域係藉由圖2A至2D中之厚的劃界框而反白顯示。在該共平面像素設計200中，該TFT 110及該光二極體120係彼此並行地定位於一基板220(例如，玻璃)上。在該垂直整合像素設計210中，中間層介電質絕緣體材料230之一相對較厚的層係夾置在該光二極體120之一部分與該TFT 110之間。
普遍期望達成較高像素敏感度；為此可降低所需的輻射劑量，同時維持類似的讀出信號位準或維持相同的輻射劑量以獲得較高的讀出信號位準。輸出信雜比(SNR)係隨輸出信號位準之一增加而增加，同時具有相同的輸出雜訊位準。較高的輸出SNR可提供影像中受關注特徵與非想要雜訊之間之經改良辨別。
影響像素敏感度之一關鍵因素係像素填充係數(FF)。圖3A展示一共平面像素200之一俯視圖，且圖3B展示一垂直整合像素210之一俯視圖。一像素之填充係數可近似為像素之感光區域300對總像素區域(在圖3A及圖3B中用像素邊界標記)之比率。在圖3A及圖3B中，像素之該感光區域300係藉由厚的劃界框反白顯示。由於用於偏壓線150之金屬組合物通常實質上對入射光子能量不透明，因此被該偏壓線150覆蓋之該光電轉換元件120之部分(藉由陰影區域310標記)通常係視為不感光的。如藉由比較圖3A及圖3B所示，一般而言，垂直整合像素210相較於共平面像素200可獲得較高的填充係數。然而，與該垂直整合像素架構210有關之問題(例如，歸因於基礎拓撲(繪示於圖2D中)之較大變化之額外層壓力及降低的感測器效能)可使該共平面像素200成為較佳的像素架構。因此，強烈期望共平面像素達成較高像素填充係數。
由於藉由該成像陣列之製造程序所强加之各種不同限制(例如，最小的特徵大小)，該像素填充係數無法隨像素大小變化而保持恆定。該像素填充係數一般隨像素間距減小而減小，且此減小對較小的像素大小而言可能更劇烈。對於單景普通射線照相應用而言，成像陣列解析度(例如)可能需要像素間距在大約120微米至大約150微米之範圍中；而對於專門應用(諸如乳房X線照相術)而言，對精細像素間距之要求可能係在大約40微米至大約80微米之範圍中。
鑑於上文所描述之該等問題，本發明之目的係藉由達成較高的填充係數改良該共平面像素敏感度。本發明之另一目的係藉由達成使像素填充係數隨像素大小減小之減小變小而改良較小像素大小之共平面像素敏感度。
根據當前所教示之像素架構之實施例包含經個別製造且在成像陣列中之相對較高填充係數像素及其製造方法。
本教示包含一像素，該像素包括接近於一基板之一第一表面之一掃描線及介於該基板之該第一表面與一光敏元件之一第一終端之間之一偏壓線，其中該偏壓線之一部分實質上平行於該掃描線。該像素亦可包括接近於該基板之該第一表面且對準該掃描線之至少一部分之一切換元件。該切換元件可包含一第一終端、一第二終端及一閘極電極，其中該閘極電極係電耦合至該掃描線。該第一終端及該第二終端係基於來自該掃描線之一掃描信號而電耦合。最後，該像素可包含接近於該基板之該第一表面且對準該偏壓線之至少一部分之該光敏元件。該光敏元件可包含電連接至該偏壓線之一第一終端及電連接至該切換元件之該第一終端之一第二終端。
根據本教示之另一實施例包含一像素，該像素包括接近於一基板之一第一表面之一掃描線及介於該基板之該第一表面與一光敏元件之一第一終端之間之一偏壓線，其中該偏壓線之一部分實質上橫向於該掃描線。該像素亦可包括接近該基板之該第一表面且對準該掃描線之至少一部分之一切換元件。該切換元件可包含一第一終端、一第二終端及電耦合至該掃描線之一閘極電極。該第一終端及該第二終端係基於來自該掃描線之一掃描信號而電耦合。最後，該像素可包含接近該基板之該第一表面且對準該偏壓線之至少一部分之該光敏元件。該光敏元件可包含電耦合至該偏壓線之一第一終端及電耦合至該切換元件之該第一終端之一第二終端。
本教示亦包含，該像素之填充係數(FF)可能大於大約69%，更特定言之，該填充係數可能介於大約70%與大約89%之間。該偏壓線可形成於與該掃描線相同之金屬層中。根據本教示之另一實施例包含，該閘極電極可形成於與該偏壓線及該掃描線相同之金屬層中。而且，該偏壓線可比該掃描線寬，且該光敏元件之一部分可接近於該掃描線之一部分、一資料線之一部分或其等之一組合之至少一者。額外的實施例可包含：諸成像陣列，其等包含複數個像素；及一輻射成像系統，其包含至少一成像陣列(包含複數個像素)、諸驅動電路及諸讀出電路。該輻射成像系統亦可包含一磷光體螢幕。
該感光元件可選自p-i-n光二極體、p-n接面光二極體、MIS光二極體或光電晶體之群組。該切換元件可選自金屬氧化物半導體(MOS)薄膜電晶體、接面場效電晶體、全空乏絕緣體上覆矽(SOI)電晶體、部分空乏SOI電晶體、SiOG電晶體、塊狀MOS電晶體及雙極電晶體之群組。而且，該光敏元件可包含至少一半導體層，且該至少一半導體層係選自非晶矽、微晶矽、多晶矽、單晶矽、有機半導體及金屬氧化物半導體之群組。該切換元件可包含至少一半導體層，且至少一半導體層係選自非晶矽、微晶矽、多晶矽、單晶矽、有機半導體及金屬氧化物半導體之群組。
該感光元件之該第一終端可能係一陰極，且該感光元件之該第二終端可能係一陽極。或者，該感光元件之該第一終端可能係一陽極，且該感光元件之該第二終端可能係一陰極。該像素亦可包含介於該偏壓線與該感光元件之間的一額外的金屬層。
本發明之實施例亦可包含諸成像陣列，該等成像陣列包括先前討論之複數個像素，該複數個像素係呈列行電耦合，其中該複數個像素共用該掃描線及該偏壓線。
當結合隨附圖式考慮時，可參考下文對實施例之詳細描述而更好地瞭解該等實施例之各種特徵，從而更全面地瞭解該等實施例之各種特徵。
現在將詳細參考本發明之本實施例(例示性實施例)，本發明之一實例係繪示於隨附圖式中。無論如何，貫穿圖式，將使用相同的參考數字以指代相同或相似部件。
為簡單起見及闡釋性目的，本發明之原理主要係藉由參考其例示性實施例描述。然而，熟習此項技術者將容易認知相同的原理同樣適用於且可被實施於所有類型之固定分佈的環境，且認知任意此等變動並不脫離本發明之真正的精神及範疇。進一步言之，在下列詳細描述中，參考繪示特定實施例之隨附圖式。在不脫離本發明之精神及範疇之情況下可對該等實施例作出電、機械、邏輯及結構改變。因此，下文之詳細描述並非具限制之意，且本發明之範疇係藉由隨附申請專利範圍及其等效物定義。
雖然陳述本發明之寬範疇之數字範圍及參數皆係近似值，但是特定實例中所陳述之數值據信係儘可能精確的。然而，任意數值固有地含有必然由其等各自的測試量測中所發現之標準偏差產生的特定誤差。進一步言之，應將本文所揭示之所有範圍理解為包含歸入其中之任何及所有範圍。舉例而言，「小於10」之一範圍可包含介於最小值0與最大值10之間的任何及所有子範圍，即，具有等於或大於0之一最小值及等於或小於10之一最大值(例如，1至5)之任何及所有子範圍。
如本文所使用之間距係定義為一給定元件之長度或重複間隔。舉例而言，在本文中使用像素間距以描述一像素陣列中之每一像素之間的重複距離。一成像元件或像素可包含至少一電晶體/切換元件及至少一光二極體/光電轉換元件。一光電轉換元件將電磁輻射自電磁頻譜(包含伽馬射線至紅外輻射)之至少一部分轉換為電荷。該填充係數係對入射光子敏感之像素區域之百分比。而且，個別像素可經電耦合以形成一成像陣列。本文所使用之術語重疊係定義為被兩個元件覆蓋之共同空間。
參考所討論之製造程序，熟習此項技術者將瞭解的是，包括任何類型的堆疊電子裝置之各種層可各自被沈積以形成一圖案(例如，由一遮罩(例如，具有先前形成的特徵、微影術、其之組合等等)界定之圖案)、被沈積一非圖案化層(其接著被蝕刻(例如，藉由一遮罩))，或其之組合。在各種組合中使用此等步驟以形成一最終期望的結構。因此，為此討論之目的，當討論像素製造時，術語「以形成」(以任意動詞變化)之使用旨在包含此項技術中已知的各種沈積/蝕刻/遮罩技術。而且，該等所討論之像素之類似特徵係由相同的元件符號指示，而根據當前所教示之實施例之元件係由元件符號後跟隨「'」加以區分。
如本文所使用之金屬及金屬層組合物之實例可包含(例如)Al、Cr、Cu、Mo、Nd、Ti、W等等、具有此等元素之部分組合物之金屬合金(例如，MoW、AlNd等等)、其等堆疊，等等。
本教示之實施例具有類似於已知習知架構，但是可產生具有較高填充係數之像素及像素陣列之流程。當前所教示之像素架構之實施例亦可提供像素效能之若干改良，該等改良可包含由於降低的電容耦合及對電磁干擾(EMI)較好的抗擾性改良至該像素之一浮動信號節點160之非想要饋通電荷、藉由降低偏壓線150'電阻改良該成像陣列之雜訊效能及藉由提供朝該陣列之周邊區域之較低的熱阻路徑改良成像陣列像素之熱散逸。
在各種實施例中，結構化該等當前所教示之像素以收集可影響TFT切換元件之源極/汲極終端之定向之電洞。可獲得一相對較高填充係數，其部分係由於佈線在頂部金屬層中之該偏壓線的移除，該移除亦可解決習知設計之偏壓線所經歷的一些階梯覆蓋問題。
圖4A提供展示於圖4B中之可用於習知的射線照相成像陣列中之一共平面像素200之一抽象圖。裝置區域400指示用於切換元件110及光電轉換元件120之像素之近似區域。該近似的裝置區域係藉由圖4B中之一厚的劃界框反白顯示。由於感光區域300可能係該裝置區域400之一分率部分，因此基於該裝置區域400之區域比率計算可對該共平面像素200之該填充係數提供一上限值。
該方形共平面像素200之間距係藉由變數p表示。對於非方形像素，水平像素間距及垂直像素間距可能不同。然而，這並不影響此處透過分析於一般射線照相成像陣列中最常用之方形像素所表達之關鍵點。由於各種設計及製造程序限制(諸如掃描線130及資料線140之寬度)，該裝置區域400可被限制於像素面積(p2
)之僅一分率。差值係稱為間隙間隔且係指定為Δp，如圖4A所示。一比率係數f係用以描述Δp相對於該像素間距之相對大小，該相對大小係藉由f=Δp/p定義。由於Δp小於p，因此該f值落入0與1之間。通常，掃描線130及資料線140相互垂直。由於對該掃描線130及該資料線140之間隙間隔可能要求不同，因此Δp被選擇為該兩者中之較大者；相互結合，比率係數a係用以藉由將較小的間隔表達為aΔp描述該間隙間隔差(亦如圖4A所示)。選擇Δp為該兩個間隔之較大者規定該a值介於0與1之間，其中a=1表示兩個間隙間隔之大小相同之情況。圖4B對指定變數提供一些例示性值。舉例而言，該共平面像素200之間距可能係大約140微米。該實例中之最小跡線寬度可係大約8微米，且該等跡線與該光電轉換元件之間所需要之最小間隔可係大約3微米。因此，Δp=2×3微米+8微米=14微米，且f=14微米/140微米，其中該掃描線130及該資料線140所需要之該間隙間隔相同，a=1。
裝置區域400對像素面積(p2
)之比率(指定為φ(f,a))可藉由φ(f,a)=(af-1)(f-1)計算。圖5展示基於圖4B中所展示之該共平面像素設計之各種像素大小之φ(f,a)之一繪圖(Δp=14微米且a=1)。像素填充係數FF(f,a)(感光區域300對像素區域之比率)亦係展示於圖5中，其考慮該裝置區域400(例如取自TFT 110)及該偏壓線150區域(例如，覆蓋光二極體310)。對於圖3A中所展示之共平面像素設計，最大填充係數被限制於大約81%；實際的填充係數接近大約76%。
圖5展示最大填充係數限制φ(f,a)
可隨像素大小之縮減顯著減小，這對於實際填充係數FF(f,a)
甚至更正確。因此，不僅期望針對特定像素大小達成較高填充係數，且亦期望最小化由像素大小縮減導致的填充係數減小。
根據本教示之一實施例呈現可使用與圖2A及圖2C中所展示之已知習知像素200相同之製造程序之基本步驟、同時產生具有較高填充係數之像素及像素陣列之一像素結構。
圖6A至圖13A展示俯視圖，且圖6C至圖13C展示一習知像素200在一習知製造程序之各種步驟期間之橫截面圖。圖6B至圖13B展示根據本教示之像素200'之類似的俯視圖，且圖6D至圖13D展示對應於圖6B至圖13B之像素200'之橫截面圖。圖14係圖解說明根據本教示之展示於圖6B至圖13B及圖6D至圖13D中之製造像素200'之程序之一實施例之一流程圖。圖15圖解說明包括像素200'之列及行之一例示性成像陣列。
應注意的是，兩個像素(200,200')之程序步驟包含相同的基本程序步驟，但是圖式中之比較展示由此等步驟產生之像素結構之差異。將主要參考使用相同的基本元件符號指示兩個像素中相同的特徵之像素200'討論該程序及該結構，但是在像素200'中用「'」區分此等特徵。應注意的是，並非圖解說明或討論所有的程序步驟，而是當前所教示之實施例之範疇旨在包含對所展示之該像素製造程序流程之任意及所有明顯的變動及添加。而且，除如上所述，每一層所使用之材料及形成像素200'之結構可能與習知像素200相同。
如圖6C至圖13C至圖6D至圖13D所示，可於先前形成的層上、上方或接近於先前形成的層處分別直接或間接形成所討論之每一層。舉例而言，一絕緣層可包括一個以上絕緣體，且一金屬層可包括一個以上金屬。此外，其他層(未展示)可形成於該等圖式中所繪示之該等層之間，該等其他層並未被直接討論，但是其等在半導體處理中係衆所周知的。進一步言之，圖6B至圖13B及圖6D至圖13D圖解說明根據本教示之像素200'之一實施例。
以下將參考作為切換元件之一a-Si:H TFT及作為該光電轉換元件之一a-Si:H TFT n-i-p光二極體討論像素200'。然而，該切換元件可能係MOS薄膜電晶體、接面場效電晶體、全空乏SOI電晶體、部分空乏SOI電晶體、SiOG電晶體、塊狀MOS電晶體、雙極電晶體、主動電路(例如，放大器，等等)等等之任一者或組合(例如，多個電晶體)。類似地，該光電轉換元件可能係由無機、有機半導體材料等等製造之MIS光感測器、垂直型p-n接面光二極體、側向p-n接面光二極體、光導體、光電晶體。
熟習此項技術者將認知，對於使用光電轉換元件之間接X光線偵測器，一X光線轉換螢幕(諸如CsI或Gd2
O2
S:Tb)可經定位接近於該等光感測器。而且，對於直接X光線偵測器，可使用X光線敏感光感測器(諸如光導體)。X光線敏感光導體之材料之實例可包含非晶硒(a-Se)、CdTe，等等。
在圖6A至圖6D中，一掃描線130、130'可分別形成於基板220、220'之一第一表面上或接近於基板220、220'之一第一表面。在分別所示之像素實施例220、220'中，該掃描線130、130'包含閘極電極610、610'。然而，在其他的像素實施例中，該掃描線130'及該閘極電極610'可能具有不同的結構或在不同的層中(如圖16至圖18所示)。如圖6B及圖6D所示，根據圖14之步驟S1400，偏壓線150'及偏壓電極620'亦可同時形成(例如，在與掃描線130'相同之金屬程序步驟期間)。若掃描線130'及偏壓線150'係形成於相同的金屬層中，則掃描線130'可實質上平行於偏壓線150'之一部分，如圖6B所示。當掃描線130'及偏壓線150'並不在相同的金屬層中時，該平行組態亦可能存在(例如，圖18A至圖18B)。或者，除圖6B中所展示之組態(形成於相同的金屬層中)之外，當掃描線130'與偏壓線150'形成於不同的金屬層時，掃描線130'反之可實質上橫向於偏壓線150'之一部分(圖16及18)。偏壓線150'亦可具有可能為如下所討論之平行且橫向之部分(圖17至圖18)。
此外，掃描線150'(包含偏壓電極620')可介於基板220'之該第一表面與該光電轉換元件120'(未展示)之一第一終端(底部電極1000')(未展示)之間。掃描線130'及偏壓電極620'可具有大約3微米之一最小間隙或基於特定程序技術之一最小特徵間隙。可使用不同於像素200之掃描線130之一遮罩沈積及/或蝕刻像素200'之掃描線130'、偏壓線150'及偏壓電極620'。掃描線130'可具有大約8微米之一寬度，其在鄰近的像素200'之間具有一大約3微米間隙間隔及一大約5微米間隙間隔(未展示)(例如，在圖15中展示之成像陣列中)。
偏壓電極620'可藉由沈積金屬之一大的面積(例如，>像素間距×最小特徵大小)形成，且大小可根據設計規格變化。在圖6B及圖6D中，該偏壓電極620'係展示為具有一相對較大的面積，部分係因為該較大的面積可提供改良的光二極體拓撲、降低偏壓線電阻及增加熱傳導性以改良像素熱散逸。亦可增加掃描線130'寬度以降低該掃描線130'的電阻。該光電轉換元件120'(未展示)可覆蓋或接近於掃描線130'之至少一部分。
在圖7B及圖7D中，TFT閘極絕緣層700'係展示為形成於包含掃描線130'及偏壓電極620'之基板220'之整個表面上或接近於該整個表面(步驟S1405中)，(例如)以覆蓋基板220'之該掃描線130'、該偏壓電極620'、該閘極電極610'、該偏壓線150'及任意曝露的表面。如此項技術中已知，閘極絕緣層700'可係一非化學計量的氮化矽(a-SiNx
:H)或其他類型之單一或堆疊之絕緣層(例如，氧化物，等等)。在形成該閘極絕緣層700'之後，可在該基板700'之整個表面上或接近於該整個表面形成TFT作用層710'及摻雜接觸層720'(例如，透過固有的及經摻雜a-Si:H之電漿增強型化學汽相(PECVD)沈積)。根據步驟S1410，可藉由圖案化該作用層710'及經摻雜接觸層720'(例如，透過藉由乾式蝕刻圖案化，等等)形成TFT作用島。
可根據步驟S1405在圖案化之前連續形成圖7D中所展示之此等層，即閘極絕緣體700'、作用層710'及經摻雜接觸層720'之沈積以形成該作用島。或者，該作用層710'及該經摻雜接觸層720'之形成可在圖案化該閘極絕緣體層700'(未展示)之後形成。在連續形成該閘極絕緣體層700'、該作用層710'及該摻雜接觸層720'下，該閘極絕緣體層700'之圖案化可在該TFT作用島形成之後執行。
如圖7D所示，一a-Si:H TFT 110'(未完全展示)將被形成於基板220'之一表面上，其中該a-Si:H TFT之作用區域係在掃描線130'上或接近於該掃描線130'，且對準該掃描線130'。如圖6B及圖6D以及圖7B及圖7D所示，該掃描線130'之部分可介於該作用層710'與基板220'之一表面之間，且可被視為該TFT閘極電極610'。由於掃描線130'及TFT 110'之源極及汲極(未展示)之寬度，像素200'之重疊容差可自習知像素200减小。舉例而言，與習知的像素200之大約3微米的重疊容差相比，像素200'之重疊容差可係大約2微米。或者，若像素200'之該重疊保持在大約3微米，則掃描線130'之TFT 110'(未展示)可覆蓋之部分可被擴大大約2微米以維持相同的通道長度。本教示包含TFT閘極絕緣體層700'
可被圖案化以在形成該TFT終端金屬之前形成偏壓線150'
之一通孔窗或該通孔窗可隨後形成於該程序中之實施例。
圖8B及圖8D展示該切換元件TFT 110'之兩個終端之形成；根據步驟S1415，終端810'可連接至光電轉換元件120'(未展示)，且終端800'可連接至該作用層(a-Si:H)710'之一表面部分上或接近於該表面部分之資料線140'，且對準掃描線130'。在步驟S1415期間，該兩個TFT終端之間的該摻雜接觸層720'之區域可被移除，且該作用層710'之部分亦可被移除。資料線140'亦可形成於此層中，且在圖8B中該資料線140'係展示為實質上垂直於掃描線130'。或者，在其他實施例中，資料線140'可形成於頂部金屬層(未展示)中，而並非形成於如圖所示之該TFT終端金屬層中。
圖9B及圖9D藉由(例如)如圖所示且根據步驟S1420在之先前形成的特徵之整個表面上形成一相對較厚的TFT鈍化層900'完成TFT切換元件110'之製造。根據步驟S1425，鈍化層900'及閘極絕緣層700'(若先前未蝕刻)可被蝕刻以對該光電轉換元件120'(未展示)之一終端形成一接觸窗以將像素200'之偏壓電極620'電連接至該光電轉換元件120'(未展示)之一終端。
如圖10D所示及根據步驟S1430可添加一額外的金屬步驟。在TFT鈍化層900'上直接沈積n+
a-Si:H可導致處理問題，因此可如所示使用一額外的金屬層1000'覆蓋偏壓電極620'。雖然圖10B及圖10D展示對應於S1430之一步驟，但是習知的程序並非通常包含額外的金屬層，且因此像素200係展示為不具有此額外的金屬層。
圖11B及圖11D展示在根據步驟S1435形成感測器堆疊1100'及頂部電極1140'之後所產生的像素200'。由於在展示之實施例中，該光電轉換元件係一a-Si:Hn
-i
-p
光二極體，因此該感測器堆疊1100'包括n+
摻雜的a-Si:H 1110'、本質a-Si:H 1120'及p+
摻雜的a-Si:H 1130'。該n-i-p指定指代該等層之沈積順序。若首先沈積p+
a-Si:H，則該光二極體將被稱為p-i-n。頂部透明電極1140'及該感測器堆疊1100'之形成可使用兩個不同的遮罩。
如圖11B之俯視圖所示，包含該感測器堆疊1100'之該光電轉換元件120'可重疊掃描線130'之至少一部分(只要重疊間隔係在介於每一像素200'之間之一設計規則容差中)，這可增加該像素填充係數。圖11B及圖11D中所展示之像素200'圖解說明一共平面像素之一最大填充係數設計實施例，然而該感測器堆疊1100'重疊該掃描線130'的'部分可隨著設計規格之需要而變化。該感測器堆疊1100'亦可覆蓋資料線140'之至少一部分，而並非覆蓋掃描線130'之一部分。在替代性實施例中，若該資料線係佈線於與該等TFT源極/閘極終端相同之金屬層中，則該感測器堆疊1100'可覆蓋掃描線130'之一部分及資料線140'之一部分兩者。此結構亦可提供一增加的填充係數。
如圖12B及圖12D所示及根據步驟S1440，另一鈍化層1200'(例如，感測器鈍化層)可形成於像素200'之先前形成特徵之表面上。而且，如圖12B及圖12D所示，根據步驟S1445，感測器鈍化層通孔窗1210'可藉由(例如)乾式蝕刻打開。注意，若該資料線140'係佈線於該頂部金屬(未展示)中，則可蝕刻一額外的通孔窗(未展示)以將該TFT之一終端800'連接至該資料線140'。此情況係展示於圖12A及圖12C中，其中為該TFT(並非直接連接至該光二極體終端)800之一終端打開一鈍化窗1210以連接至佈線於一頂部金屬層中之該資料線130。圖13B及圖13D展示填充先前的通孔開口1210'之頂部金屬1300'。對於像素200'，與如圖13A及圖13C所示、該頂部金屬層形成資料線140及偏壓線150之像素200相比，TFT終端810'至光二極體終端1140'之連接820'(如一浮動信號節點連接160')係根據步驟S1450形成。當前所教示之實施例之一優點可能係：取消佈線於該光電轉換元件之頂部之該偏壓線(如圖13A及圖13C所示)，這可增加該填充係數，且亦釋放該光二極體之頂部上的壓力。
根據步驟S1455且亦於此項技術中所熟習，像素200'處理可繼續額外的沈積及蝕刻(例如，鈍化、平坦化、抗反射塗覆、形成周邊連接，等等)。應注意的是，周邊連接可於上述討論之程序期間形成或在形成該等像素之後形成。此外，熟習此項技術者將瞭解到，無機或有機介電質之額外的層可被沈積且圖案化用於囊封且改良已形成的成像陣列之光學效能。額外的導體層(諸如ITO)可被沈積且圖案化用於成像陣列襯墊接合目的。
由於在當前所教示之實施例中該浮動節點160'之一大部分現在係位於該光電轉換元件之頂部(即，遠離掃描線130')，因此可降低自該掃描線130'至該節點之電容耦合量。
圖15展示根據本教示之像素200'之一2×2平鋪1500'。形成陣列1500'之每一像素200'之程序與上文參考一單一像素200'所描述之程序相同，但是其在一較大基板上延伸。形成陣列1500'之該等像素200'可(例如)藉由一共用掃描線130'、資料線140'、偏壓線150'等等彼此電耦合。如圖15所示，資料線140'之一部分可成為一鄰近像素200'(其亦藉由圖8B及8D所圖解說明)之部分的TFT終端。
額外的實施例呈現基於本教示之像素架構，其中該偏壓線150'不再被佈線於與掃描線130'相同之金屬層中。反之，偏壓線150'可被佈線於如圖16A及圖16B所示之TFT源極/汲極金屬層中。如圖6B及圖15之先前描述之實施例所示，偏壓線150'可經佈線平行於掃描線130'。然而，如圖16A至圖16B所示，偏壓線150'可沿平行於資料線140'之一方向佈線。或者，如上所討論，若資料線140'並非被佈線於與該TFT 110'之源極/汲極金屬相同之層中，則偏壓線150'可經佈線平行於掃描線130'及資料線140'兩者。
而且，較寬的偏壓線或網狀偏壓線(例如，既平行又橫向)佈線可減小迴圈面積，這可提供由外部源導致之較好的EMI抗擾性。
此實施例可針對偏壓線佈線使用兩個金屬層(掃描線130'及TFT 110'源極/汲極)。為該偏壓線佈線之多重金屬層可降低該偏壓線電阻，且改良該等像素及包括複數個像素之成像陣列之可靠性。此外，網狀偏壓線佈線可有助於改良熱傳導，從而可緩解一輻射影像裝置中所引入之熱量。進一步言之，網狀偏壓線佈線可容許偏壓線之周邊連接之額外靈活性。底部偏壓線佈線可解決由於該頂部金屬層之過度蝕刻及/或一成像陣列中之該光電轉換元件之頂部上所引入之壓力而引起之厚的光電轉換元件上的不良階梯覆蓋。此外，為降低該資料線電容，可減小該偏壓線寬度以擴大該偏壓線150'與該資料線140'之間的間隙，且減小接近該掃描線130'之跨接面積。
如圖17A至圖17B所示，偏壓線150'及偏壓電極620'可以類似於如圖6A及圖6D所示之一方式沈積。然而，在圖17A至圖17B中，另一金屬層可在形成TFT終端800'及810'之步驟中接近先前形成的偏壓線620'(例如，類似於額外的金屬層1000')而沈積。而且，在此步驟中，可形成一第二偏壓線150'(橫向於掃描線130'之一部分)。因此，如圖18A至圖18B所示，該偏壓電極620'包括兩個金屬層及兩個偏壓線150'，一偏壓線150'平行於掃描線130'之部分，且一偏壓線150'橫向於掃描線130'之部分。
應注意的是，本教示在範疇上不旨在被限制於該等圖式中所繪示之該等實施例。
雖然已經參考一或多個實施方案繪示本發明，但是在不脫離隨附申請專利範圍之精神及範疇之情況下可對該等已繪示的實例作出變更及/或修改。舉例而言，在輻射成像系統中可使用各種像素實施例。一例示性輻射成像系統可包含一陣列中之複數個該等各種像素實施例、驅動電路、讀出電路及一磷光體螢幕。亦可包含一輻射源。
此外，雖然已經關於若干實施方案之僅一者揭示本發明之一特定特徵，但是此特徵可與任意給定或特定功能所期望或有利於任意給定或特定功能之其他實施例之一或多個其他特徵組合。進一步言之，就術語「包含(including、includes)」、「具有(having、has、with)」或其變體被使用於實施方式或申請專利範圍中而言，此等術語旨在以類似於術語「包括」之一方式為包含。術語「至少一者」係用以意味可選擇所列出項之一或多者。
進一步言之，在本文之討論及申請專利範圍中，關於兩種材料所使用之術語「在...上(on)」，一材料位於另一材料「上(on)」，意味該等材料之間的至少一些接觸，而「在...上方(over)」意味該等材料相互接近，但是可能具有一或多個額外的中間材料使得接觸係可能的但並非必要的。「在...上(on)」及「在...上方(over)」皆不暗指本文所使用之任意方向性。術語「保形(conformal)」描述基礎材料之角度係藉由保形材料維持之一塗覆材料。術語「大約(about)」指示可所列出之值可稍微更改，前提係該更改不會導致程序或結構與該已繪示的實施例不一致。最後，「例示性(exemplary)」指示該描述係用作一實例，而非暗指該描述係一理想狀況。熟習此項技術者在考慮本文揭示之本發明之說明書及實踐後將瞭解本發明之其他實施例。希望本說明書及實例僅被視為例示性，本發明之一真正的範疇及精神係藉由下列申請專利範圍指示。
100．．．感測器像素
110．．．切換元件
120．．．光電轉換元件
130．．．掃描線
130'．．．掃描線
140．．．資料線
140'．．．資料線
150．．．偏壓線
150'．．．偏壓線
160．．．浮動信號節點
160'．．．浮動信號節點
200．．．共平面像素
200'．．．共平面像素
210．．．垂直整合像素
220．．．基板
220'．．．基板
230．．．中間層介電質絕緣體材料
300．．．像素之感光區域
310．．．光電轉換元件120之部分
400．．．裝置區域
610．．．閘極電極
610'．．．閘極電極
620'．．．偏壓電極
700．．．薄膜場效電晶體(TFT)閘極絕緣層
700'．．．薄膜場效電晶體(TFT)閘極絕緣層
710．．．薄膜場效電晶體(TFT)作用層
710'．．．薄膜場效電晶體(TFT)作用層
720．．．經摻雜接觸層
720'．．．經摻雜接觸層
800．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端
800'．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端
810．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端
810'．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端
820．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端810至光二極體電極1140之連接
820'．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端810'至光電二極體電極1140'之連接
900．．．鈍化層
900'．．．鈍化層
1000'．．．額外的金屬層/底部電極
1100．．．感測器堆疊
1100'．．．感測器堆疊
1110．．．n+
摻雜的a-Si:H
1110'．．．n+
摻雜的a-Si:H
1120．．．固有a-Si:H
1120'．．．固有a-Si:H
1130．．．p+
摻雜的a-Si:H
1130'．．．p+
摻雜的a-Si:H
1140．．．頂部電極
1140'．．．頂部電極
1200．．．鈍化層
1200'．．．鈍化層
1210．．．感測器鈍化層通孔窗
1210'．．．感測器鈍化層通孔窗
圖1A展示已知成像陣列中所使用之一感測器像素之一示意等效像素電路。
圖1B展示用於已知一般輻射偵測裝置之一個3×3像素成像陣列。
圖2A展示一習知共平面像素200之一俯視圖。
圖2B展示一習知垂直整合像素210之一俯視圖。
圖2C展示一習知共平面像素200之一橫截面圖。
圖2D展示一習知垂直整合像素210之一橫截面圖。
圖3A展示反白顯示像素200之感光區域300之圖2A之俯視圖。
圖3B展示反白顯示像素210之感光區域300之圖2B之俯視圖。
圖4A展示圖4B之一習知共平面像素200之一抽象圖。
圖4B展示一習知共平面像素200之一例示性俯視圖。
圖5展示裝置區域400對像素區域比率以及感光區域300對像素區域比率對像素大小之相依性。
圖6A至圖13A圖解說明一習知共平面像素處於一習知共平面像素製造之不同步驟時之俯視圖。
圖6B至圖13B圖解說明根據本教示之一像素處於根據本教示之一像素製造程序之不同步驟時之俯視圖。
圖6C至圖13C圖解說明對應於圖6A至圖13A之該等俯視圖之一習知共平面像素之橫截面圖。
圖6D至圖13D圖解說明對應於圖6B至圖13B之俯視圖之該像素之橫截面圖。
圖14係概述圖6B至13B及圖6D至13D所示之特徵之流程之一流程圖。
圖15係根據本教示之一像素陣列之一俯視圖。
圖16A展示根據本教示之一像素之另一實施例之一俯視圖。
圖16B展示圖16A之該像素之一橫截面圖。
圖17A展示根據本教示之一像素之另一實施例之一俯視圖。
圖17B展示圖17A之該像素之一橫截面圖。
圖18A展示圖17A之該像素實施例處於根據本教示之製造程序中之後一步驟時之一俯視圖。
圖18B展示圖17B之該像素實施例之處於根據本教示之製造程序中之後一步驟時之一橫截面圖。
220'．．．基板
610'．．．閘極電極
620'．．．偏壓電極
700'．．．薄膜場效電晶體(TFT)閘極絕緣層
710'．．．薄膜場效電晶體(TFT)作用層
720'．．．經摻雜接觸層
800'．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端
810'．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端
820'．．．薄膜場效電晶體(TFT)終端810'至光二極體電極1140'之連接
900'．．．鈍化層
1100'．．．感測器堆疊
1110'．．．n+
摻雜的a-Si:H
1120'．．．固有a-Si:H
1130'．．．p+
摻雜的a-Si:H
1140'．．．頂部電極
1200'．．．鈍化層
Claims (28)
- 一種像素，其包括：一掃描線，接近於一基板之一第一表面；一偏壓線，介於該基板之該第一表面與一光電轉換元件之一第一終端之間，其中該偏壓線實質上平行於該掃描線；一切換元件，接近於該基板之該第一表面且對準該掃描線之至少一部分，其包括：一第一終端；一第二終端；及一閘極電極，電耦合至該掃描線，其中該第一終端及該第二終端係基於來自該掃描線之一掃描信號而電耦合；及接近於該基板之該第一表面且對準該偏壓線之至少一部分之該光電轉換元件，其包括：該第一終端，電耦合至該偏壓線；及一第二終端，電耦合至該切換元件之該第一終端。
- 如請求項1之像素，其中一第二偏壓線係橫向於該掃描線之另一部分。
- 如請求項1之像素，其中該像素之一填充係數係介於大約70%與大約89%之間。
- 如請求項1之像素，其中該偏壓線及該掃描線係形成於一相同的金屬層中。
- 如請求項4之像素，其中該閘極電極係形成於與該偏壓線及該掃描線相同之該金屬層中。
- 如請求項1之像素，其中該光電轉換元件之一部分接近於該掃描線之一部分、一資料線之一部分及其一組合之至少一者。
- 如請求項1之像素，其中該偏壓線比該掃描線寬。
- 如請求項1之像素，其中該光電轉換元件係選自n-i-p光二極體、p-n接面光二極體、MIS光感測器及光電晶體之群組。
- 如請求項1之像素，其中該切換元件係選自MOS薄膜電晶體、接面場效電晶體、全空乏SOI電晶體、部分空乏SOI電晶體、SiOG電晶體、塊狀MOS電晶體及雙極電晶體之群組。
- 如請求項1之像素，其中該光電轉換元件包含至少一半導體層，且該至少一半導體層係選自非晶矽、微晶矽、多晶矽、單晶矽、有機半導體及金屬氧化物半導體之群組。
- 如請求項1之像素，其中該切換元件包含至少一半導體層，且該至少一半導體層係選自非晶矽、微晶矽、多晶矽、單晶矽、有機半導體及金屬氧化物半導體之群組。
- 如請求項1之像素，其中該光電轉換元件之該第一終端係一陰極且該光電轉換元件之該第二終端係一陽極。
- 如請求項1之像素，其中該光電轉換元件之該第一終端係一陽極且該光電轉換元件之該第二終端係一陰極。
- 如請求項1之像素，其進一步包括介於該偏壓線與該光電轉換元件之間的一額外金屬層。
- 一種成像陣列，其包括如請求項1之呈列及行電連接之複數個像素，其中該複數個像素共用該掃描線及該偏壓線。
- 一種像素，其包括：一掃描線，接近於一基板之一第一表面；一偏壓線，介於該基板之該第一表面與一光電轉換元件之一第一終端之間，其中該偏壓線實質上橫向於該掃描線之一部分；一切換元件，接近於該基板之該第一表面且對準該掃描線之至少一部分，其包括：一第一終端；一第二終端；及一閘極電極，電耦合至該掃描線，其中該第一終端及該第二終端係基於來自該掃描線之一掃描信號而電耦合；及該光電轉換元件接近於該基板之該第一表面且對準該偏壓線之至少一部分，其包括：該第一終端，電耦合至該偏壓線；及一第二終端，電耦合至該切換元件之該第一終端。
- 如請求項16之像素，其中該光電轉換元件之一部分接近於該掃描線之一部分、一資料線之一部分及其一組合之至少一者。
- 如請求項16之像素，其中該偏壓線比該掃描線寬。
- 如請求項16之像素，其中該光電轉換元件係選自n-i-p光二極體、p-n接面光二極體、MIS光感測器及光電晶體之群組。
- 如請求項16之像素，其中該切換元件係選自MOS薄膜電晶體、接面場效電晶體、全空乏SOI電晶體、部分空乏SOI電晶體、SiOG電晶體、塊狀MOS電晶體及雙極電晶體之群組。
- 如請求項16之像素，其中該光電轉換元件包含至少一半導體層，且該至少一半導體層係選自非晶矽、微晶矽、多晶矽、單晶矽、有機半導體及金屬氧化物半導體之群組。
- 如請求項16之像素，其中該切換元件包含至少一半導體層，且該至少一半導體層係選自非晶矽、微晶矽、多晶矽、單晶矽、有機半導體及金屬氧化物半導體之群組。
- 如請求項16之像素，其中該光電轉換元件之該第一終端係一陰極且該光電轉換元件之該第二終端係一陽極。
- 如請求項16之像素，其中該光電轉換元件之該第一終端係一陽極且該光電轉換元件之該第二終端係一陰極。
- 如請求項16之像素，其進一步包括介於該偏壓線與該光電轉換元件之間的一額外金屬層。
- 一種成像陣列，其包括如請求項16之呈列及行電連接之複數個像素，其中該複數個像素共用該掃描線及該偏壓線。
- 一種輻射成像系統，其包括：至少一成像陣列，其包括：如請求項1之複數個像素、驅動電路及讀出電路；及一磷光體螢幕，其係經組態以將輻射轉換為接近於該複數個像素之光。
- 如請求項27之輻射成像系統，其進一步包括用於產生輻射之一輻射源。
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