TWI866669B - Photosensitive device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種感光裝置及其製造方法。 The present invention relates to a photosensitive device and a manufacturing method thereof.
X光檢測器常被用來觀察物體的內部,其能測量穿透物體的X光量,並通過顯示設備展示物體內部的情況。常見的X光檢測器可以分為間接能量轉換型和直接能量轉換型,其中間接能量轉換型具有高轉換效率等優點,因此是目前市面上的主流。間接能量轉換型的X光檢測器利用閃爍體將X光轉換成具有其他波長的光(例如可見光),接著利用感光裝置將光訊號轉換成電訊號。隨著對影像分辨率的要求增加,要如何提升感光裝置的填充係數(Fill Factor)已成為許多研發者致力解決的問題。 X-ray detectors are often used to observe the interior of an object. They can measure the amount of X-rays that penetrate the object and display the internal conditions of the object through a display device. Common X-ray detectors can be divided into indirect energy conversion type and direct energy conversion type. Among them, the indirect energy conversion type has advantages such as high conversion efficiency, so it is the mainstream on the market. Indirect energy conversion type X-ray detectors use a scintillator to convert X-rays into light with other wavelengths (such as visible light), and then use a photosensitive device to convert the light signal into an electrical signal. With the increase in the demand for image resolution, how to improve the fill factor of the photosensitive device has become a problem that many researchers are committed to solving.
本發明提供一種感光裝置及其製造方法,感光裝置具有高填充係數的優點。 The present invention provides a photosensitive device and a manufacturing method thereof, wherein the photosensitive device has the advantage of a high filling factor.
本發明的至少一實施例提供一種感光裝置,包括第一半 導體層、第一閘介電層、第一閘極、隔離結構、第一電極、第二電極、第二半導體層、第三半導體層、第二閘介電層、第二閘極、第三閘極以及感光元件。第一半導體層位於基板之上。第一閘介電層位於第一半導體層上。第一閘極位於第一閘介電層上。隔離結構位於第一閘極上,且包括第一通孔、第二通孔以及第三通孔。第一通孔以及第二通孔在基板的頂面的法線方向上重疊於第一閘極,且第三通孔在該法線方向上重疊於第一半導體層。第一電極以及第二電極位於隔離結構上。第二半導體層從第一電極延伸至第一通孔中,並電性連接第一閘極以及第一電極。第三半導體層從第二電極延伸至第三通孔中,且電性連接第一半導體層以及第二電極。第二閘介電層覆蓋第二半導體層以及第三半導體層。第二閘極以及第三閘極位於第二閘介電層上,並分別填入第一通孔以及第三通孔中。感光元件電性連接至第一閘極。 At least one embodiment of the present invention provides a photosensitive device, comprising a first semiconductor layer, a first gate dielectric layer, a first gate electrode, an isolation structure, a first electrode, a second electrode, a second semiconductor layer, a third semiconductor layer, a second gate dielectric layer, a second gate electrode, a third gate electrode and a photosensitive element. The first semiconductor layer is located on a substrate. The first gate dielectric layer is located on the first semiconductor layer. The first gate electrode is located on the first gate dielectric layer. The isolation structure is located on the first gate electrode and comprises a first through hole, a second through hole and a third through hole. The first through hole and the second through hole overlap the first gate in the normal direction of the top surface of the substrate, and the third through hole overlaps the first semiconductor layer in the normal direction. The first electrode and the second electrode are located on the isolation structure. The second semiconductor layer extends from the first electrode into the first through hole and is electrically connected to the first gate and the first electrode. The third semiconductor layer extends from the second electrode into the third through hole and is electrically connected to the first semiconductor layer and the second electrode. The second gate dielectric layer covers the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. The second gate and the third gate are located on the second gate dielectric layer and are filled in the first through hole and the third through hole respectively. The photosensitive element is electrically connected to the first gate.
本發明的至少一實施例提供一種感光裝置的製造方法,包括以下步驟。形成第一半導體層於基板之上。形成第一閘介電層以及第一閘極於第一半導體層上,其中第一閘極位於第一閘介電層上。形成隔離材料層於第一閘極以及第一半導體層上。形成第一導電層於隔離材料層上。圖案化第一導電層,以形成第一電極與第二電極。圖案化隔離材料層以形成隔離結構,其中第一電極與第二電極位於隔離結構上,且隔離結構包括第一通孔、第二通孔以及第三通孔,其中第一通孔以及第二通孔在基板的頂面的法線方向上重疊於第一閘極,且第三通孔在該法線方向上重疊於 第一半導體層。形成第二半導體層於第一通孔中,且第二半導體層電性連接第一閘極以及第一電極。形成第三半導體層於第三通孔中,且第三半導體層電性連接第一半導體層以及第二電極。形成第二閘介電層於第二半導體層以及第三半導體層上。形成第二閘極以及第三閘極於第二閘介電層上,其中第二閘極與第三閘極並分別填入第一通孔以及第三通孔中。形成感光元件,感光元件電性連接至第一閘極。 At least one embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a photosensitive device, comprising the following steps: forming a first semiconductor layer on a substrate; forming a first gate dielectric layer and a first gate electrode on the first semiconductor layer, wherein the first gate electrode is located on the first gate dielectric layer; forming an isolation material layer on the first gate electrode and the first semiconductor layer; forming a first conductive layer on the isolation material layer; and patterning the first conductive layer to form a first electrode and a second electrode. Patterning an isolation material layer to form an isolation structure, wherein a first electrode and a second electrode are located on the isolation structure, and the isolation structure includes a first through hole, a second through hole, and a third through hole, wherein the first through hole and the second through hole overlap the first gate electrode in the normal direction of the top surface of the substrate, and the third through hole overlaps the first semiconductor layer in the normal direction. Forming a second semiconductor layer in the first through hole, and the second semiconductor layer is electrically connected to the first gate electrode and the first electrode. Forming a third semiconductor layer in the third through hole, and the third semiconductor layer is electrically connected to the first semiconductor layer and the second electrode. Forming a second gate dielectric layer on the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. A second gate and a third gate are formed on the second gate dielectric layer, wherein the second gate and the third gate are respectively filled into the first through hole and the third through hole. A photosensitive element is formed, and the photosensitive element is electrically connected to the first gate.
圖1A是依照本發明的一實施例的一種感光裝置10A的上視示意圖。圖1B是沿著圖1A的線A-A’的剖面示意圖。請參考圖1A與圖1B,感光裝置10A包括第一半導體層110、第一閘介電層120、第一閘極130、隔離結構140、第一電極152、第二電極154、第二半導體層162、第三半導體層164、第二閘介電層170、第二閘極182、第三閘極184以及感光元件PD。
FIG1A is a schematic top view of a
基板100例如為硬質基板(rigid substrate),且其材質可為玻璃、石英、有機聚合物或不透光/反射材料(例如:導電材料、金屬、晶圓、陶瓷或其他可適用的材料)或是其他可適用的材料。然而,本發明不以此為限,在其他實施例中,基板100也可以是可撓式基板(flexible substrate)或是可拉伸基板。舉例來說,可撓式基板以及可拉伸基板的材料包括聚醯亞胺(polyimide,PI)、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚酯(polyester,PES)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚胺酯(polyurethane PU)或其他合適的材料。
The
第一半導體層110位於基板100之上。在本實施例中,第一半導體層110直接接觸基板100的頂面,但本發明不以此為限。在其他實施例中,第一半導體層110與基板100之間可以額外包括緩衝層(未釋出)。緩衝層例如包括氧化矽、氧化鋁、氮
化矽、氮氧化矽、有機絕緣材料或其他合適的材料或前述材料的組合或前述材料的堆疊。在一些實施例中,緩衝層例如用來做為氫阻擋層及/或金屬離子阻擋層。
The
第一半導體層110可為單層或多層結構,其包含非晶矽、多晶矽、微晶矽、單晶矽、有機半導體材料、氧化物半導體材料(例如:銦鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物、或是其他合適的材料、或上述之組合)或其他合適的材料。
The
第一半導體層110包括第一導電區112、通道區114以及第二導電區116。通道區114位於第一導電區112與第二導電區116之間並在基板100的頂面的法線方向ND上重疊於第一閘介電層120。第一導電區112與第二導電區116的電阻率低於通道區114的電阻率。在一些實施例中,第一導電區112與第二導電區116中包含摻雜物,且第一導電區112與第二導電區116為摻雜區。
The
第一閘介電層120位於第一半導體層110上。在一些實施例中,第一閘介電層120對齊第一半導體層110的通道區114。在一些實施例中,第一閘介電層120的材料包括氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯、有機絕緣材料或其他合適的材料或前述材料的組合。
The first gate
第一閘極130位於第一閘介電層120上,且在法線方向ND上重疊於通道區114。在一些實施例中,第一閘極130對齊第一閘介電層120。在一些實施例中,第一閘極130的材料例如
包括鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳等金屬、上述合金、上述金屬氧化物、上述金屬氮化物或上述之組合或其他導電材料。第一閘極130可具有單層結構或多層結構。
The
隔離結構140位於第一閘極130以及第一半導體層110上。隔離結構140包括第一通孔TH1、第二通孔TH2以及第三通孔TH3。第一通孔TH1以及第二通孔TH2在法線方向ND上重疊於第一閘極130,且第三通孔TH3在法線方向ND上重疊於第一半導體層110的第二導電區116。
The
在本實施例中,隔離結構140包括第一隔離部142以及第二隔離部144。第一通孔TH1以及第二通孔TH2位於第一隔離部142中,且被第一隔離部142橫向地完全環繞。第三通孔TH3位於第二隔離部144中,且被第二隔離部144橫向地完全環繞。在一些實施例中,第一隔離部142接觸並覆蓋第一閘極130的至少部分側面以及第一閘介電層120的至少部分側面。
In this embodiment, the
在一些實施例中,第一隔離部142以及第二隔離部144彼此分離。舉例來說,隔離結構140的第四通孔TH4使第一隔離部142以及第二隔離部144彼此分離,且使第一電極152與第二電極154彼此分離。在一些實施例中,第四通孔TH4夾在第一隔離部142以及第二隔離部144之間,但不會被隔離結構140橫向地完全環繞。
In some embodiments, the
在一些實施例中,隔離結構140的材料例如包括氧化
矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯、有機絕緣材料或其他合適的材料或前述材料的組合。在一些實施例中,隔離結構140的材料包括氧化物(例如氧化矽),且可作為儲氧/補氧層使用,藉此可在製造過程中調節第二半導體層162以及第三半導體層164中的氧濃度。在一些實施例中,隔離結構140可具有單層結構或多層結構。當隔離結構140具有多層結構時,可以搭配使用氧化物層(例如氧化矽層)與氮化物層(例如氮化矽層)以優化感光裝置10A的性能。舉例來說,氧化物層可以作為儲氧/補氧層使用,而氮化物層可以作為氫阻擋層或金屬離子阻擋層使用。
In some embodiments, the material of the
第一電極152以及第二電極154位於隔離結構140上。在本實施例中,第一電極152以及第二電極154分別位於第一隔離部142以及第二隔離部144上,且分別對齊於第一隔離部142以及第二隔離部144。在本實施例中,第一電極152具有分別對齊於第一通孔TH1以及第二通孔TH2的多個通孔,而第二電極154具有對齊於第三通孔TH3的通孔。第一電極152以及第二電極154之間的間隙對齊於第四通孔TH4。
The
在一些實施例中,第一電極152以及第二電極154的材料例如包括鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳等金屬、上述合金、上述金屬氧化物、上述金屬氮化物或上述之組合或其他導電材料。第一電極152以及第二電極154各自可具有單層結構或多層結構。
In some embodiments, the materials of the
第二半導體層162位於第一電極152上,且從第一電極152延伸至第一通孔TH1中,並電性連接第一閘極130以及第一電極152。在本實施例中,第二半導體層162接觸第一電極152的頂面與側面、第一通孔TH1的側面以及第一閘極130的頂面。在本實施例中,第二半導體層162在法線方向ND上重疊於第一閘極130、第一閘介電層120以及第一半導體層110的通道區114。在一些實施例中,第二半導體層162的通道長度(或稱有效通道長度)實質上等於第一通孔TH1的深度,而通道寬度則實質上等於第一通孔TH1的周長。
The
第三半導體層164位於第二電極154上,且從第二電極154延伸至第三通孔TH3中,並電性連接第一半導體層110的第二導電區116以及第二電極154。在本實施例中,第三半導體層164接觸第二電極154的頂面與側面、第三通孔TH3的側面以及第二導電區116的頂面。在本實施例中,第三半導體層164在法線方向ND上重疊於第一半導體層110的第二導電區116。在一些實施例中,第三半導體層164的通道長度(或稱有效通道長度)實質上等於第三通孔TH3的深度,而通道寬度則實質上等於第三通孔TH3的周長。
The
在本實施例中,在上視圖中,第二半導體層162與第三半導體層164的形狀為矩形,但本發明不以此為限。在其他實施例中,第二半導體層162與第三半導體層164的形狀為圓形、橢圓形、多邊形或其他合適的幾何形狀。
In this embodiment, in the top view, the
在一些實施例中,第二半導體層162以及第三半導體層164的材料包括包含鎵(Ga)、鋅(Zn)、銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、鎢(W)中之三者以上的氧化物(例如銦鎵鋅錫氧化物(IGZTO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、銦錫鋅氧化物(ITZO)、鋁鋅錫氧化物(AZTO)、銦鎢鋅氧化物(IWZO)、銦鎵氧化物(InGO)、銦鎢氧化物(InWO)等金屬氧化物)或鑭系稀土摻雜金屬氧化物(例如Ln-IZO)或其他合適的金屬氧化物或上述材料的組合。第二半導體層162以及第三半導體層164各自具有單層結構或多層結構。
In some embodiments, the material of the
在本實施例中,第二半導體層162以及第三半導體層164包括相同的材料。第二半導體層162以及第三半導體層164的材料可以與第一半導體層110的材料相同或不同。
In this embodiment, the
第二閘介電層170覆蓋第二半導體層162以及第三半導體層164。第二閘介電層170填入隔離結構140的第四通孔TH4中。在本實施例中,第二閘介電層170接觸第一電極152的頂面與側面、第二電極154的頂面與側面、第二通孔TH2的側面、第四通孔TH4的側面以及第一半導體層110的部分頂面。在本實施例中,第二閘介電層170具有第一開口O1以及第二開口O2。第一開口O1位於第二通孔TH2中,且重疊於第一閘極130。第二開口O2重疊於第一半導體層110的第一導電區112。
The second
在一些實施例中,第二閘介電層170的材料例如包括氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯、有機絕緣
材料或其他合適的材料或前述材料的組合。在一些實施例中,第二閘介電層170的厚度小於隔離結構140的厚度,但本發明不以此為限。在其他實施例中,隔離結構140的厚度小於或等於第二閘介電層170的厚度。
In some embodiments, the material of the second
第二閘極182以及第三閘極184位於第二閘介電層170上,並分別填入第一通孔TH1以及第三通孔TH3中。第二半導體層162位於第一通孔TH1的側壁與第二閘極182之間,且第三半導體層164位於第三通孔TH3的側壁與第三閘極184之間。在本實施例中,在法線方向ND上,第二閘極182以及第三閘極184分別重疊於第一半導體層110的通道區114以及第二導電區116。
The
第一轉接結構185以及第二轉接結構187位於第二閘介電層170上。第一轉接結構185填入第一開口O1以及第二通孔TH2中,並電性連接第一閘極130。第二轉接結構187填入第二開口O2中,並電性連接於第一半導體層110的第一導電區112。
The
在一些實施例中,第二閘極182、第三閘極184、第一轉接結構185以及第二轉接結構187屬於相同導電層。第二閘極182、第三閘極184、第一轉接結構185以及第二轉接結構187材料例如包括鉻、金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅、鎳等金屬、上述合金、上述金屬氧化物、上述金屬氮化物或上述之組合或其他導電材料。第二閘極182、第三閘極
184、第一轉接結構185以及第二轉接結構187各自可具有單層結構或多層結構。
In some embodiments, the
在本實施例中,第二半導體層162於基板100上的正投影圖案的至少一個側壁(例如對應於圖1B中第二半導體層162的左側側壁或右側側壁)位於第二閘極182於基板100上的正投影圖案的至少一個側壁(例如對應於圖1B中第二閘極182的左側側壁或右側側壁)與第一電極152於基板100上的正投影圖案的對應的側壁之間,藉此降低第二閘極182與第一電極152之間的寄生電容。類似地,第三半導體層164於基板100上的正投影圖案的至少一個側壁位於第三閘極184於基板100上的正投影圖案的至少一個側壁(例如對應於圖1B中第三閘極184的左側側壁或右側側壁)與第二電極154於基板100上的正投影圖案的對應的側壁之間,藉此降低第三閘極184與第二電極154之間的寄生電容。
In the present embodiment, at least one side wall of the orthographic projection pattern of the
感光元件PD電性連接至第一閘極130。在本實施例中,感光元件PD包括底電極(在本實施例中為第一轉接結構185)、頂電極(在本實施例中為第三轉接結構210)以及感光層190。感光層190位於底電極與頂電極之間。
The photosensitive element PD is electrically connected to the
在一些實施例中,感光層190的材料例如包括富矽氧化層(Silicon-rich oxide)、富矽氮化物(Silicon-rich nitride)、富矽氮氧化物(Silicon-rich oxynitride)、富矽碳化物(Silicon-rich carbide)、富矽碳氧化物(Silicon-rich oxycarbide)、氫化富矽氧
化物(Hydrogenated silicon-rich oxide)、氫化富矽氮化物(Hydrogenated silicon-rich nitride)、氫化富矽碳化物(Hydrogenated silicon-rich carbide)或其組合,但本發明不以此為限。在其他實施例中,感光層190包括P型半導體以及N型半導體的堆疊層,且P型半導體以及N型半導體之間可選的包含本質半導體。
In some embodiments, the material of the
在本實施例中,感光元件PD位於第一閘介電層120及第一閘極130上方,且至少部分的感光層190重疊於第一閘介電層120及第一閘極130,但本發明不以此為限。在其他實施例中,第一轉接結構185從第一閘極130上方延伸至在法線方向ND上不重疊於第一閘介電層120及第一閘極130的位置,且感光層190不重疊於第一閘介電層120及第一閘極130,藉此減少第一閘介電層120及第一閘極130所導致的地形起伏對感光層190造成的不良影響。
In this embodiment, the photosensitive element PD is located above the first
覆蓋層200位於第二閘極182、第三閘極184、第一轉接結構185以及第二轉接結構187上,且橫向的包覆感光層190。在一些實施例中,覆蓋層200的材料例如包括氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯、有機絕緣材料或其他合適的材料或前述材料的組合。覆蓋層200包括第一開孔H1以及第二開口H2。第一開孔H1以及第二開口H2分別重疊於感光層190以及第二轉接結構187。
The
第三轉接結構210(在本實施例中為感光元件PD的頂
電極)位於覆蓋層200上,且填入第一開孔H1以及第二開口H2中。感光元件PD通過而第三轉接結構210電性連接至第二轉接結構187,並進一步電性連接至第一半導體層110的第一導電區112。在一些實施例中,第三轉接結構210也可以稱為共用訊號線,且用於傳輸共用電壓訊號。
The third transfer structure 210 (the top electrode of the photosensitive element PD in this embodiment) is located on the
圖1C是圖1B的感光裝置10A的等效電路示意圖。請參考圖1B與圖1C,感光裝置10A實質上包括第一薄膜電晶體T1、第二薄膜電晶體T2以及第三薄膜電晶體T3。第一薄膜電晶體T1包括第一半導體層110以及第一閘極130。第二薄膜電晶體T2包括第二半導體層162以及第二閘極182。第三薄膜電晶體T3包括第三半導體層164以及第三閘極184。
FIG1C is an equivalent circuit diagram of the
第一薄膜電晶體T1可作為驅動電晶體。第一薄膜電晶體T1的第一閘極130電性連接至感光元件PD的一端(即第一轉接結構185)。第一導電區112可做為第一薄膜電晶體T1的第一源極/汲極,且電性連接至第二轉接結構187。第一薄膜電晶體T1的第一源極/汲極與感光元件PD的另一端(即第三轉接結構210)都用於接收共用電壓訊號V_com。第二導電區116可做為第一薄膜電晶體T1的第二源極/汲極與第三薄膜電晶體T3的第一源極/汲極。
The first thin film transistor T1 can be used as a driving transistor. The
第二薄膜電晶體T2可作為重置電晶體。第二閘極182用於接收重置電壓訊號V_reset。第二薄膜電晶體T2的第一源極/汲極(即第一閘極130)電性連接至感光元件PD的一端(即第
一轉接結構185)。第二薄膜電晶體T2的第二源極/汲極(即第一電極152)電性連接至系統偏壓端V_b。
The second thin film transistor T2 can be used as a reset transistor. The
第三薄膜電晶體T3可作為讀取電晶體。第三閘極184用於接收掃描線訊號V_gate。第三薄膜電晶體T3的第二源極/汲極(即第二電極154)輸出訊號V_out。
The third thin film transistor T3 can be used as a read transistor. The
在本實施例中,第一半導體層110是一層平坦的半導體層,具備較高的製造良率。因此,將第一半導體層110用作第一薄膜電晶體T1的半導體通道,可以獲得更為穩定的類比放大效果。此外,垂直設置的第二薄膜電晶體T2以及第三薄膜電晶體T3具有高單位面積開啟電流(on current)的優點。
In this embodiment, the
在本實施例中,第二薄膜電晶體T2以及第三薄膜電晶體T3皆至少部分重疊於第一薄膜電晶體T1,因此,可以有效的減少第一薄膜電晶體T1、第二薄膜電晶體T2以及第三薄膜電晶體T3所需的佔地面積,進而提升感光裝置10A的填充係數。
In this embodiment, the second thin film transistor T2 and the third thin film transistor T3 at least partially overlap the first thin film transistor T1, so the required area of the first thin film transistor T1, the second thin film transistor T2 and the third thin film transistor T3 can be effectively reduced, thereby improving the filling factor of the
圖2A至圖2J是圖1B的感光裝置10A的製造方法的剖面示意圖。請參考圖2A至圖2C,形成第一半導體層110’於基板100之上。形成第一閘介電層120以及第一閘極130於第一半導體層110’上,其中第一閘極130位於第一閘介電層120上。
Figures 2A to 2J are cross-sectional schematic diagrams of a manufacturing method of the
具體來說,先參考圖2A,形成介電材料層120’於第一半導體層110’上。接著,形成閘極材料層130’於介電材料層120’上。 Specifically, referring to FIG. 2A , a dielectric material layer 120’ is formed on the first semiconductor layer 110’. Then, a gate material layer 130’ is formed on the dielectric material layer 120’.
請參考圖2B,圖案化閘極材料層130’以形成第一閘極
130。在一些實施例中,於閘極材料層130’上形成圖案化的光阻層(未繪出),接著以前述圖案化的光阻層為罩幕蝕刻閘極材料層130’,以形成第一閘極130。在一些實施例中,圖案化閘極材料層130’的方法包括乾蝕刻或濕蝕刻。
Referring to FIG. 2B , the gate material layer 130' is patterned to form the
請參考圖2C,以第一閘極130或位於其上的圖案化的光阻層為罩幕對介電材料層120’執行蝕刻製程以形成第一閘介電層120。第一閘介電層120對齊第一閘極130。
Referring to FIG. 2C , an etching process is performed on the dielectric material layer 120' using the
在一些實施例中,第一閘介電層120的蝕刻製程為乾蝕刻製程,且所使用的氣體包氟元素,例如氟化碳類的氣體。在蝕刻製程中,氟元素會對第一半導體層110’被暴露出來的部分進行摻雜,以形成第一導電區112以及第二導電區114。第一半導體層110’被第一閘介電層120覆蓋且未經摻雜的部分則形成通道區114。
In some embodiments, the etching process of the first
在一些實施例中,過蝕刻(Over etching)可能會發生在第一半導體層110上,使第一導電區112以及第二導電區114的頂面略低於通道區114的頂面,但本發明不以此為限。
In some embodiments, over etching may occur on the
請參考圖2D,形成隔離材料層140’於第一閘極130以及第一半導體層110上。形成第一導電層150’於隔離材料層140’上。形成圖案化的光阻層PR於第一導電層150’上。
Referring to FIG. 2D , an isolation material layer 140’ is formed on the
請參考圖2E,以圖案化的光阻層PR為罩幕,圖案化第一導電層150’,以形成第一電極152與第二電極154。在一些實施例中,圖案化第一導電層150’的方法包括乾蝕刻或濕蝕刻。
Referring to FIG. 2E , the first conductive layer 150' is patterned using the patterned photoresist layer PR as a mask to form a
請參考圖2F,以第一電極152與第二電極154為罩幕,圖案化隔離材料層140’以形成隔離結構140。在一些實施例中,圖案化隔離材料層140’的方法包括乾蝕刻或濕蝕刻。
Referring to FIG. 2F , the
在一些實施例中,在圖案化隔離材料層140’之前或之後,利用灰化製程或其他合適的製程移除圖案化的光阻層PR(請參考圖2D)。 In some embodiments, before or after the patterned isolation material layer 140', the patterned photoresist layer PR is removed by an ashing process or other suitable process (see FIG. 2D ).
請參考圖2G,形成第二半導體層162於隔離結構140的第一通孔TH1中,且第二半導體層162電性連接第一閘極130以及第一電極152。形成第三半導體層164於隔離結構140的第三通孔TH3中,且第三半導體層164電性連接第一半導體層110的第二導電區116以及第二電極154。
Referring to FIG. 2G , a
在一些實施例中,形成第二半導體層162與第三半導體層164的方法包括以下步驟。首先,整面地沉積一層或多層半導體材料層。接著,圖案化前述一層或多層半導體材料層,以同時形成第二半導體層162與第三半導體層164。
In some embodiments, the method of forming the
在一些實施例中,在形成第二半導體層162與第三半導體層164之後,執行第一退火製程使第二半導體層162與第三半導體層164或環境中的氧擴散並儲存於隔離結構140中。
In some embodiments, after forming the
請參考圖2H,形成第二閘介電層170於第二半導體層162以及第三半導體層164上。在一些實施例中,先整面地形成介電材料層,接著圖案化前述介電材料層以形成第二閘介電層170。第二閘介電層170具有暴露出第一閘極130的第一開口O1
以及暴露出第二導電區112的第二開口O2。
Referring to FIG. 2H , a second
請參考圖2I,形成第二閘極182、第三閘極184、第一轉接結構185以及第二轉接結構187於第二閘介電層170上。在一些實施例中,先整面地形成導電材料層,接著圖案化前述導電材料層以形成第二閘極182、第三閘極184、第一轉接結構185以及第二轉接結構187。
Referring to FIG. 2I , a
最後,請回到圖1B,形成感光元件PD以及覆蓋層200。
Finally, please return to Figure 1B to form the photosensitive element PD and the
圖3是依照本發明的一實施例的一種感光裝置10B的剖面示意圖。在此必須說明的是,圖3的實施例沿用圖1A至圖1C的實施例的元件標號與部分內容,其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件,並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例,在此不贅述。
FIG3 is a cross-sectional schematic diagram of a
請參考圖3,感光裝置10B的感光元件PD包括頂電極191、感光層190以及底電極(即第一轉接結構185),其中感光層190位於頂電極191以及底電極之間。在本實施例中,頂電極191的側面對齊於感光層190的側面。第三轉接結構210電性連接至感光元件PD的頂電極191。在一些實施例中,頂電極191以及感光層190的形狀是利用同一個光罩定義出來的,因此,頂電極191以及感光層190於基板100上具有實質上相同的垂直投影圖案,且頂電極191的側壁對齊於感光層190的側壁。在本實施例中,感光層190的側壁對齊於底電極(即第一轉接結構
185)的側壁,但本發明不以此為限。在其他實施例中,底電極(即第一轉接結構185)的寬度大於光層190的寬度以及頂電極191的寬度。
3 , the photosensitive element PD of the
圖4是依照本發明的一實施例的一種感光裝置10C的剖面示意圖。在此必須說明的是,圖4的實施例沿用圖3的實施例的元件標號與部分內容,其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件,並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例,在此不贅述。
FIG4 is a cross-sectional schematic diagram of a
請參考圖4,感光裝置10C的感光元件PD的感光層190在基板的頂面的法線方向上不重疊於第一閘極130以及第一半導體層110。更具體地說,在本實施例中,感光層190在基板的頂面的法線方向上不重疊於第一薄膜電晶體T1、第二薄膜電晶體T2以及第三薄膜電晶體T3,藉此避免第一薄膜電晶體T1、第二薄膜電晶體T2以及第三薄膜電晶體T3所導致的地形起伏對感光層190造成的不良影響。此外,由於減少了地形起伏的干擾,本實施例中的感光層190可以形成為具有較大的面積。
Referring to FIG. 4 , the
綜上所述,通過本發明的隔離結構的設置,可以減少設置半導體層所需的佔地面積,進而提高感光裝置的填充係數。 In summary, by setting up the isolation structure of the present invention, the area required for setting up the semiconductor layer can be reduced, thereby improving the filling factor of the photosensitive device.
10A,10B,10C:感光裝置 10A, 10B, 10C: Photosensitive device
100:基板 100: Substrate
110:第一半導體層 110: First semiconductor layer
110’:第一半導體層 110’: first semiconductor layer
112:第一導電區 112: First conductive area
114:通道區 114: Channel area
116:第二導電區 116: Second conductive area
120:第一閘介電層 120: First gate dielectric layer
120’:介電材料層 120’: Dielectric material layer
130:第一閘極 130: First gate
130’:閘極材料層 130’: Gate material layer
140:隔離結構 140: Isolation structure
140’:隔離材料層 140’: Isolation material layer
142:第一隔離部 142: First isolation section
144:第二隔離部 144: Second isolation section
150’:第一導電層 150’: First conductive layer
152:第一電極 152: First electrode
154:第二電極 154: Second electrode
162:第二半導體層 162: Second semiconductor layer
164:第三半導體層 164: Third semiconductor layer
170:第二閘介電層 170: Second gate dielectric layer
182:第二閘極 182: Second Gate
184:第三閘極 184: The third gate
185:第一轉接結構 185: First transfer structure
187:第二轉接結構 187: Second transfer structure
190:感光層 190: Photosensitive layer
191:頂電極 191: Top electrode
200:覆蓋層 200: Covering layer
210:第三轉接結構 210: The third switching structure
H1:第一開孔 H1: First opening
H2:第二開口 H2: Second opening
ND:法線方向 ND: Normal direction
O1:第一開口 O1: First opening
O2:第二開口 O2: Second opening
PD:感光元件 PD: Photosensitive element
PR:圖案化的光阻層 PR: Patterned photoresist layer
T1:第一薄膜電晶體 T1: First thin film transistor
T2:第二薄膜電晶體 T2: Second thin film transistor
T3:第三薄膜電晶體 T3: The third thin film transistor
TH1:第一通孔 TH1: First through hole
TH2:第二通孔 TH2: Second through hole
TH3:第三通孔 TH3:Third through hole
TH4:第四通孔 TH4: Fourth through hole
V_b:系統偏壓端 V_b: System bias terminal
V_com:共用電壓訊號 V_com: common voltage signal
V_gate:掃描線訊號 V_gate: scanning line signal
V_out:輸出訊號 V_out: output signal
V_reset:重置電壓訊號 V_reset: reset voltage signal
圖1A是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的上視示意圖。 Figure 1A is a top view schematic diagram of a photosensitive device according to an embodiment of the present invention.
圖1B是沿著圖1A的線A-A’的剖面示意圖。 FIG1B is a schematic cross-sectional view along line A-A’ of FIG1A .
圖1C是圖1B的感光裝置的等效電路示意圖。 FIG1C is a schematic diagram of an equivalent circuit of the photosensitive device of FIG1B .
圖2A至圖2I是圖1B的感光裝置的製造方法的剖面示意圖。 Figures 2A to 2I are cross-sectional schematic diagrams of the manufacturing method of the photosensitive device of Figure 1B.
圖3是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。 Figure 3 is a cross-sectional schematic diagram of a photosensitive device according to an embodiment of the present invention.
圖4是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的上視示意圖。 Figure 4 is a top view schematic diagram of a photosensitive device according to an embodiment of the present invention.
10A:感光裝置 10A: Photosensitive device
100:基板 100: Substrate
110:第一半導體層 110: First semiconductor layer
112:第一導電區 112: First conductive area
114:通道區 114: Channel area
116:第二導電區 116: Second conductive area
120:第一閘介電層 120: First gate dielectric layer
130:第一閘極 130: First gate
140:隔離結構 140: Isolation structure
142:第一隔離部 142: First isolation section
144:第二隔離部 144: Second isolation section
152:第一電極 152: First electrode
154:第二電極 154: Second electrode
162:第二半導體層 162: Second semiconductor layer
164:第三半導體層 164: Third semiconductor layer
170:第二閘介電層 170: Second gate dielectric layer
182:第二閘極 182: Second Gate
184:第三閘極 184: The third gate
185:第一轉接結構 185: First transfer structure
187:第二轉接結構 187: Second transfer structure
190:感光層 190: Photosensitive layer
200:覆蓋層 200: Covering layer
210:第三轉接結構 210: The third switching structure
H1:第一開孔 H1: First opening
H2:第二開口 H2: Second opening
ND:法線方向 ND: Normal direction
O1:第一開口 O1: First opening
O2:第二開口 O2: Second opening
PD:感光元件 PD: Photosensitive element
T1:第一薄膜電晶體 T1: First thin film transistor
T2:第二薄膜電晶體 T2: Second thin film transistor
T3:第三薄膜電晶體 T3: The third thin film transistor
TH1:第一通孔 TH1: First through hole
TH2:第二通孔 TH2: Second through hole
TH3:第三通孔 TH3:Third through hole
TH4:第四通孔 TH4: Fourth through hole
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| CN110462832A (en) * | 2017-04-11 | 2019-11-15 | 索尼半导体解决方案公司 | Imaging element, laminated imaging element, and solid-state imaging device |
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| CN114038868A (en) * | 2021-12-09 | 2022-02-11 | 南京迪钛飞光电科技有限公司 | Flat panel detector and manufacturing method thereof |
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- 2024-04-26 CN CN202410511474.6A patent/CN118367006A/en active Pending
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