專利名稱：使用連續(xù)膜的集成mis光敏器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖象傳感器，特別地，涉及具有用金屬-絕緣體-半導(dǎo) 體(MIS)光電二極管實(shí)現(xiàn)的像素電路的圖象傳感器。
背景技術(shù)：
圖象傳感器，例如用于大面積X-射線成像的圖象傳感器，經(jīng)常 使用像素電路，其中使用臺(tái)面(mesa)隔離的MIS光電二極管作為光敏 器件。(臺(tái)面隔離器件是通過(guò)腐蝕掉一部分活性材料，留下一個(gè)活性材 料的"臺(tái)面"而形成的)另一種常用的光敏器件是臺(tái)面隔離的p-i-n光 電二極管。還有一種傳統(tǒng)的光敏器件是基本上由連續(xù)膜構(gòu)成的p-i-n 光電二極管。然而，這些傳統(tǒng)的光敏器件具有一些缺陷。臺(tái)面隔離的 MIS和p-i-n光電二極管通常產(chǎn)生較差的圖象信號(hào)。由基本上連續(xù)的 膜構(gòu)成的p-i-n光電二極管在相鄰像素之間產(chǎn)生顯著的串?dāng)_。
參考圖1，其典型地顯示了用臺(tái)面隔離MIS光電二極管和薄膜晶 體管(TFT)實(shí)現(xiàn)的像素電路的傳統(tǒng)實(shí)施例。從基片12開(kāi)始，形成(例 如沉積)各種層電介質(zhì)(絕緣體)、半導(dǎo)體和導(dǎo)電材料。例如，在 基片12的上表面上，構(gòu)圖的導(dǎo)電材料(例如金屬)層形成MIS光電 二極管14a的下電極20a和TFT 16的柵極接線端32。接著是構(gòu)圖的 電介質(zhì)材料層，其形成MIS光電二極管14a的電介質(zhì)26a和TFT 16 的柵極電介質(zhì)34。然后是構(gòu)圖的本征無(wú)定形硅(例如ia-Si)材料層，其 形成MIS光電二才及管14a的半導(dǎo)體層24a (光吸收層)和TFT 16的 溝道36其中之一。接著是構(gòu)圖的n+無(wú)定形硅層，其形成其余的半導(dǎo) 體層，歐姆接觸22a,并有效地形成MIS光電二極管14a的上電極和 歐姆接觸38，用于TFT 16的漏極和源極接線端。接著是另一個(gè)構(gòu)圖 的導(dǎo)電層(例如金屬)，其形成TFT16的漏極42和源極44接線端，
6數(shù)據(jù)線46和偏置線30。在所有這些層之后是鈍化層(電介質(zhì))50。
參考圖2，傳統(tǒng)像素電路的另一個(gè)實(shí)施例10b釆用臺(tái)面隔離的 p-i-n光電二極管14b，而不是臺(tái)面隔離的MIS光電二極管。在該實(shí)施 例10b中，TFT16的結(jié)構(gòu)與圖1中實(shí)施例10a基本上相同。但是，用 p-i-n光電二極管14b代替了 MIS光電二極管14a。形成TFT 16源極 接線端44的導(dǎo)電材料(例如金屬)的構(gòu)圖層也構(gòu)成p-i-n光電二極管 14b的下電極20b。接著是構(gòu)圖的n+無(wú)定形硅層28b,隨后是構(gòu)圖的 本征無(wú)定形硅層24b (光吸收層)以及然后是構(gòu)圖的p+無(wú)定形硅層 22b，它們共同形成光電二極管14b的p-i-n結(jié)構(gòu)。接著是構(gòu)圖的光透 明導(dǎo)電材料(例如銦錫氧化物或ITO)層，其形成上電極18b。然后 是構(gòu)圖的電介質(zhì)材料層，其形成層間電介質(zhì)52，透過(guò)它形成一個(gè)通孔， 從而允許沉積導(dǎo)電材料(例如金屬)以形成與光電二極管14b的上電 極18b接觸的偏置線30。最后是鈍化層50。
參考圖3，使用p-i-n光電二極管14c的傳統(tǒng)像素電路的可選擇 實(shí)施例10c與圖2的實(shí)施例10b相似，只是光電二才及管14c的主要部 分是用連續(xù)的膜形成的，而不是由臺(tái)面隔離的結(jié)構(gòu)形成。因此，用于 各個(gè)光電二極管層24c， 22c和18c的制造方法和材料是相同的，但是 呈連續(xù)膜的形式。
如前面指出的，臺(tái)面隔離MIS和p-i-n光電二極管傳感器的共同 缺點(diǎn)是信號(hào)水平低。當(dāng)具有臺(tái)面隔離的結(jié)構(gòu)時(shí)，這些光敏感元件的填 充系數(shù)(fill-factor)小于一(unity)(填充系數(shù)的定義是光敏感元件的面 積除以總像素面積)。從而，并不是所有照射像素的光線都被光敏感 元件吸收。因此，不能獲得最大的可能信號(hào)強(qiáng)度。
圖1的臺(tái)面隔離MIS光電二極管還有進(jìn)一步的缺點(diǎn)。與用于形 成TFT 16的溝道36相同的膜還用于形成MIS光電二極管14a的光吸 收層24a。 一般而言，當(dāng)溝道36的厚度較薄時(shí)，TFT 16的性能會(huì)得 到優(yōu)化，但是MIS光電二極管14a的性能只有在光吸收層24a較厚時(shí) 才能得到優(yōu)化。利用單一的膜，TFT 16和MIS光電二極管中的一個(gè) 或者兩個(gè)都會(huì)受到所選膜厚度的影響，因此不能使其中的一個(gè)或者兩個(gè)都優(yōu)化。
關(guān)于信號(hào)強(qiáng)度，基本上由連續(xù)膜形成的p-i-n光電二極管14c， 如圖3的實(shí)施例10c所示，具有提高的信號(hào)強(qiáng)度。利用這種具有接近 均一的填充系數(shù)的光敏感元件，能夠獲得接近最大的信號(hào)強(qiáng)度。然而， 這種結(jié)構(gòu)會(huì)受到相鄰像素間顯著串?dāng)_的影響。例如，處于層間電介質(zhì) 52和光吸收層24c之間的界面54會(huì)具有非零的電導(dǎo)系數(shù)。因此，相 鄰像素的下電極之間的電勢(shì)差會(huì)在這些像素之間產(chǎn)生小電流，也就是 串?dāng)_。

發(fā)明內(nèi)容
一種集成光敏器件，其具有用一個(gè)或多個(gè)基本上連續(xù)的半導(dǎo)體材 料層和基本上連續(xù)的電介質(zhì)材料層構(gòu)成的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS ) 光電二極管。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例， 一種集成光敏器件包括基片和金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電二極管，其至少一部分位于該基片之上。 該MIS光電二極管包括第一和第二電極； 一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)，其中 至少有一個(gè)的至少一部分位于第一和第二電極之間，其中該一個(gè)或多 個(gè)電介質(zhì)部分的至少一個(gè)包括各自基本上連續(xù)的電介質(zhì)材料層； 一個(gè) 或多個(gè)半導(dǎo)體，其至少一個(gè)的至少一部分位于該一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)中
的其中一個(gè)與該第一和第二電極的其中一個(gè)之間，其中該一個(gè)或多個(gè) 半導(dǎo)體部分的至少一個(gè)包括各自基本上連續(xù)的半導(dǎo)體材料層；和第三
電極，其基本上與第一和第二電極的其中一個(gè)接界。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例， 一種集成光敏器件包括基片和金屬 -絕緣體-半導(dǎo)體(MIS )光電二極管，其至少一部分位于所述基片上方。 該MIS光電二極管包括多個(gè)導(dǎo)電層，其至少包括分別包含第一和第 二導(dǎo)電材料膜的第一和第二導(dǎo)電層； 一個(gè)或多個(gè)絕緣層，其中至少一 個(gè)的至少一部分位于第一和第二導(dǎo)電層之間，其中該一個(gè)或多個(gè)絕緣 層部分中的至少一個(gè)包括各自基本上連續(xù)的絕緣材料膜；和一個(gè)或多 個(gè)半導(dǎo)體層，其中至少一個(gè)的至少一部分位于該一個(gè)或多個(gè)絕緣層的其中一個(gè)與該第一和第二導(dǎo)電層的其中一個(gè)之間，其中該一個(gè)或多個(gè) 半導(dǎo)體層部分中的至少一個(gè)包括各自基本上連續(xù)的半導(dǎo)體材料膜；其 中第一和第二導(dǎo)電層的其中一個(gè)包括第一部分，該多個(gè)導(dǎo)電層的其中
一個(gè)包括第二部分，該第一和第二部分相互隔離，并且該第一部分與 該第二部分基本上接界。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例， 一種集成光敏感陣列包括基片和 多個(gè)金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電二極管，其至少一部分呈陣列地 位于該基片上方。該多個(gè)MIS光電二極管的至少一部分的每一個(gè)包 括第一和第二電極； 一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)，其中至少有一個(gè)的至少一 部分位于該第一和第二電極之間，其中該一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)部分的至 少一個(gè)包括各自基本上連續(xù)的電介質(zhì)材料層； 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體，其 至少一個(gè)的至少一部分位于該一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)中的其中一個(gè)與該第 一和第二電極的其中一個(gè)之間，其中該一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分的至少 一個(gè)包括各自基本上連續(xù)的半導(dǎo)體材料層；和第三電極，其基本上與 該第一和第二電極的其中一個(gè)接界。


圖l是使用MIS光電二極管的傳統(tǒng)像素電路的剖面圖。
圖2是使用p-i-n光電二極管的傳統(tǒng)像素電路的剖面圖。
圖3是另一個(gè)使用p-i-n光電二極管的傳統(tǒng)像素電路的剖面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的像素電路的示意圖。
圖5是含有根據(jù)圖4示意圖的像素電路的集成電路的一部分的平面圖。
圖6是沿圖5中A-A，線的剖面圖。 圖7是沿圖5中B-B，線的剖面圖。
圖8是顯示與由圖4中像素電路執(zhí)行的積分和重置操作相關(guān)的能 帶的圖解。
圖9是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的像素電路的示意圖。
圖IO是含有根據(jù)圖9示意圖的像素電路的集成電路的一部分的平面圖。
圖11是沿圖10中A-A，線的剖面圖。 圖12是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的像素電路的示意圖。 圖13是含有根據(jù)圖12示意圖的像素電路的集成電路的一部分的 平面圖。
圖14是沿圖13中A-A，線的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面的詳細(xì)說(shuō)明書(shū)是參考附圖的本發(fā)明示例性實(shí)施例。這些說(shuō)明 只是例證性的，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行了 足夠詳細(xì)的說(shuō)明，以便使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，應(yīng) 當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以用一些不同的 變型實(shí)現(xiàn)其他的實(shí)施例。
參考圖4，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的像素電路100包括與偏置線 130，4冊(cè)極線132和數(shù)據(jù)線146相連的MIS光電二極管114和TFT 116， 所有都是根據(jù)眾所周知的像素電路技術(shù)。MIS光電二極管114包括光 透明的上電極118和下電極，它們之間是半導(dǎo)體層122， 124和絕多彖體 126,它們以垂直關(guān)系顯示。但是，此外，下電極120與和保護(hù)線158 相連的保護(hù)環(huán)(guard ring)156接界，通過(guò)該保護(hù)線施加電壓以禁止相 鄰像素之間串?dāng)_(下文有更詳細(xì)的說(shuō)明)。
參考圖5，其是含有根據(jù)圖4的像素電路100實(shí)現(xiàn)的像素電路的 集成電路一部分200的平面圖，其圖解了一個(gè)像素電路100b,其上下 左右分別有像素電路100a, 100c, 100d和100e。
參考圖6，沿圖5中A-A，線的剖面解了 TFT 116和MIS光 電二極管114的結(jié)構(gòu)。TFT116的結(jié)構(gòu)與圖1， 2和3中的傳統(tǒng)像素電 路10a， 10b, 10c基本上相同。緊鄰基片112(其首要作用是其余材料 層的基座，支撐或基礎(chǔ))的上方，由構(gòu)圖的無(wú)定形硅136， 138和導(dǎo)電 的142層形成保護(hù)線158，這些層也用于形成TFT 116的各個(gè)部分。 在保護(hù)線158和TFT 116的上面是層間電介質(zhì)材料152，透過(guò)它形成通孔160，從而使MIS光電二極管114的下電極120和TFT116的漏 極接線端142相接觸。對(duì)用于形成下電極120的材料層進(jìn)行構(gòu)圖，從 而形成保護(hù)環(huán)156。接著是電介質(zhì)層126，然后是本征無(wú)定形硅層124, 即光吸收層。接著是n+無(wú)定形硅層122,用于形成與上面光透明導(dǎo)電 層118的歐姆接觸。導(dǎo)電層118形成MIS光電二才及管114的上電極。 最后是鈍化層150。
參考圖7，沿著圖5中B-B，線的剖面解了相鄰像素100a，100b 之間棚4及線交叉區(qū)162的結(jié)構(gòu)。偏置線130，棚"f及線132，保護(hù)環(huán)156 和保護(hù)線158通過(guò)該162區(qū),。保護(hù)環(huán)156從用于形成相鄰^f象素電極 100a， 100b下電才及120a， 120b的相同材料層進(jìn)4亍構(gòu)圖。保護(hù)環(huán)156 使得通過(guò)在層間電介質(zhì)152內(nèi)形成的通孔164與保護(hù)線158接觸。
才艮據(jù)前面的說(shuō)明可以看出，當(dāng)如圖5， 6和7所示地加以實(shí)現(xiàn)時(shí)， 圖4的像素電路100使用基本上由連續(xù)的膜形成的MIS光電二極管 114。具體地，光電二極管結(jié)構(gòu)的絕纟彖體126，半導(dǎo)體122和124以及 電極118部分是連續(xù)的。對(duì)該結(jié)構(gòu)的金屬部分進(jìn)行構(gòu)圖，使得每個(gè)像 素包括由保護(hù)環(huán)156接界(例如包圍)的下電極120,該保護(hù)環(huán)用于 消除相鄰像素之間的串?dāng)_。
參考圖8，根據(jù)本發(fā)明的像素電路的操作(至少一部分)如下。在 操作的積分模式中，上電極118的電勢(shì)相對(duì)于下電極120的電勢(shì)為正。 當(dāng)光線照射本征層124時(shí)，光線被吸收，并且產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。由于 電極118和120之間的電場(chǎng)，所產(chǎn)生的電子被引入到上電極118,空 穴在本征層124內(nèi)移動(dòng)到達(dá)隔離層或電介質(zhì)層126的界面。然而，空 穴不能移動(dòng)進(jìn)入隔離層126，因此留在本征層124內(nèi)。由于入射光的 吸收導(dǎo)致的積累在半導(dǎo)體/絕緣體界面上的空穴電荷構(gòu)成了像素電路 的信號(hào)。
在操作的重置模式中，上電極118的電勢(shì)相對(duì)于下電極120的電 勢(shì)為負(fù)。電極118將電子注射進(jìn)入歐姆接觸半導(dǎo)體層122，隨后進(jìn)入 本征半導(dǎo)體層124。注入的電子移動(dòng)到半導(dǎo)體層124和電介質(zhì)層126 之間的界面上，并在該界面處與空穴重新結(jié)合。留在本征層124內(nèi)的空穴被引導(dǎo)到上電極118。
保護(hù)環(huán)156相對(duì)于下電極120的電勢(shì)為正。這在積分模式操作期 間對(duì)積累在下電極120上的空穴信號(hào)電荷產(chǎn)生一個(gè)勢(shì)壘。該勢(shì)壘，即 使不防止，亦可抑制相鄰像素之間的串?dāng)_。
參考圖9，根據(jù)本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例的像素電路300包括與偏 置線130,柵極線132，保護(hù)環(huán)156和保護(hù)線158相連的MIS光電二 極管114和TFT 116,這與圖4中的實(shí)施例相同，但還包括存儲(chǔ)電容 器170和重置線180。這些額外的元件可提高信號(hào)處理能力和額外的 重置機(jī)構(gòu)。關(guān)于前者，盡管在MIS光電二極管114中使用的厚半導(dǎo)體 層124會(huì)產(chǎn)生最大的光吸收，但是它還會(huì)導(dǎo)致光電二極管的電容降低， 因此限制電荷處理能力。這可以通過(guò)存儲(chǔ)電容器170的引入加以解決， 存儲(chǔ)電容器170被設(shè)計(jì)成具有高電容，因此增大電荷處理能力。關(guān)于 后者，在圖4的實(shí)施例中，成像器通過(guò)將偏置線130相對(duì)于下電極120 的電壓(其通常處于數(shù)據(jù)線146的電壓)脈沖化為負(fù)電壓加以重置。 在可選捧實(shí)施例300中，現(xiàn)在MIS光電二極管114能夠通過(guò)將重置線 180脈沖化到相對(duì)于偏置線130足夠正的電壓而加以重置。
參考圖IO,含有根據(jù)圖9中的像素電路300實(shí)現(xiàn)的像素電路的集 成電路一部分400的平面解了像素電路300b,其上下左右分別有 相鄰的像素電路300a, 300c， 300d， 300e。
參考圖11，沿圖10中A-A，線的剖面解了 TFT 116和MIS 光電二極管114的結(jié)構(gòu)。TFT 116的結(jié)構(gòu)與用于圖1, 2和3中傳統(tǒng)像 素電路10a， 10b， 10c的基本上相同。緊接基片112的上面，用構(gòu)圖 的導(dǎo)電材料層形成存儲(chǔ)電容器170的下電極178,該層也用于形成TFT 116的柵極接線端132。接著是存儲(chǔ)電容器170的電介質(zhì)176，其也用 作TFT 116的柵極電介質(zhì)134。用構(gòu)圖的無(wú)定形硅136， 138和導(dǎo)電的 142層形成保護(hù)線158，這些層也用于形成TFT 116的各個(gè)其他部分。 在保護(hù)線158和TFT 116的上面是層間電介質(zhì)材料152，透過(guò)它形成 通孔160和166。通孔160使MIS光電二極管114的下電極120和TFT 116的漏極接線端142相接觸。通孔166使MIS光電二極管114的下電極120和存儲(chǔ)電容器170的電介質(zhì)176相接觸，借此形成存儲(chǔ)電容 器170的上電極174。對(duì)用于形成MIS光電二極管114下電極120的 材料層進(jìn)行構(gòu)圖，從而也形成保護(hù)環(huán)156。在用于形成MIS光電二極 管114的下電極120和保護(hù)環(huán)156的構(gòu)圖材料層的上面，是電介質(zhì)層 126，然后是本征無(wú)定形硅層124 (光吸收層)。接著是n+無(wú)定形硅 層122，用于形成與上面光透明導(dǎo)電層118的歐姆接觸。導(dǎo)電層118 形成MIS光電二極管114的上電極。最后是鈍化層150。
參考圖12，根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的像素電路500包括MIS 光電二^f及管114和傳遞TFT(pass TFT)116，其正如圖4中那樣與偏置 線130、傳遞棚—及線(pass gate line)132、數(shù)據(jù)線146和保護(hù)線158相 連，但是還包括緩沖器/i文大器TFT l卯、重置TFT182、初始化TFT 184、重置柵極線186、初始化柵極線188、 VDD線192和VSS線194。 緩沖器/放大器TFT 190可以在電壓或電流輸出模式下工作，這取決于 數(shù)據(jù)線146如何終止。重置TFT 182在積分模式之后清除MIS光電二 極管114的全部信號(hào)電荷，而初始化TFT 184在積分模式之前設(shè)定 MIS光電二極管114的下電極120的電勢(shì)。像素電路500是稱作"有 源"像素電路的一類像素電路的一個(gè)實(shí)例，它們被定義為含有放大器的 像素電路。
參考圖13,含有根據(jù)圖12的像素電路500實(shí)現(xiàn)的像素電路的集 成電路一部分600的平面解了像素電路500b，其上下左右分別有 相鄰像素電路500a、 500c、 500d、 500e。
參考圖14,沿圖13中A-A，線的剖面解了 MIS光電二極管 114、傳遞TFT 116、緩沖器/放大器TFT 190、重置TFT 182和初始 化TFT184的結(jié)構(gòu)。所有TFT的結(jié)構(gòu)均與用于圖1， 2和3中傳統(tǒng)像 素電路10a， 10b， 10c的基本上相同。緊接基片112的上面，用構(gòu)圖 的無(wú)定形硅136、 138和導(dǎo)電的層142形成保護(hù)線158，這些層也用于 形成TFT的各個(gè)部分。在保護(hù)線158和TFT的上面是第一層間電介 質(zhì)材料152，透過(guò)它形成通孔，使得構(gòu)圖的金屬層與各電路元件互連。 在互連金屬的上面是第二層間電介質(zhì)材料153。透過(guò)層間電介質(zhì)膜152和153的通孔使得MIS光電二極管114的下電極120與金屬焊墊相接 觸，該金屬焊墊進(jìn)一步連接緩沖器/放大器TFT 190的柵極(未顯示)。 對(duì)用于形成MIS光電二極管114的下電極120的材料層進(jìn)行構(gòu)圖，從 而還形成保護(hù)環(huán)156。在構(gòu)圖的用于形成MIS光電二極管114下電極 120和保護(hù)環(huán)156的材料層上面，是電介質(zhì)層126，接著是本征無(wú)定形 硅層124(光吸收層)。然后是n+無(wú)定形硅層122,以形成與上面光 透明導(dǎo)電層118的歐姆接觸。導(dǎo)電層118形成MIS光電二極管114的 上電極。最后是鈍化層150。
根據(jù)前述說(shuō)明應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的MIS光電二極管114有 利地具有比臺(tái)面隔離的MIS和p-i-n光電二極管更高的像素填充系數(shù)， 借此可以產(chǎn)生更高信號(hào)水平。MIS光電二極管114相對(duì)于臺(tái)面隔離的 MIS光電二極管結(jié)構(gòu)還有進(jìn)一步的改進(jìn)，即可以對(duì)光吸收半導(dǎo)體層 124進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得最大的光吸收，借此使信號(hào)的產(chǎn)生最大化， 而不必考慮這種膜厚度優(yōu)化對(duì)TFT性能的沖擊。
更進(jìn)一步地，使用接界于(例如基本上包圍)下電極的保護(hù)環(huán)， 即使不能消除，亦可有利地降低相鄰像素之間的串?dāng)_，這在包括基本 上連續(xù)膜的光電二極管的結(jié)構(gòu)中是普遍的。
而且，根據(jù)本發(fā)明使用連續(xù)膜的MIS光電二極管結(jié)構(gòu)與臺(tái)面隔 離的和連續(xù)膜類型p-i-n光電二極管結(jié)構(gòu)相比，能夠潛在地降低制造 成本。不需要p型無(wú)定形硅材料，即可用與用于制造液晶顯示器 (LCDs )的標(biāo)準(zhǔn)TFT背板相同的制造設(shè)備制造根據(jù)本發(fā)明的MIS光 電二極管結(jié)構(gòu)。這種制造設(shè)備具有高體積的優(yōu)點(diǎn)，因此可以以更低的 成本制造產(chǎn) 品o
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，消除了偏置線130(見(jiàn)圖4-5，7，9-10 和12-13),其在合適的條件下具有優(yōu)勢(shì)。如果成像器的有源區(qū)足夠小， 并且如果能夠使連續(xù)上電極118的薄片電阻足夠低的話，那么就不需 要具有偏置線130，其對(duì)圖象傳感器陣列的每一個(gè)像素進(jìn)行尋址。更 好地，可以為陣列四周的上電極118制造總體偏置連接。因?yàn)槠镁€ 130僅僅是用于遮擋照射在MIS光電二極管114上光線的結(jié)構(gòu)，因此消除偏置線130應(yīng)當(dāng)會(huì)使像素具有接近均一的填充系數(shù)。消除偏置線 130還應(yīng)當(dāng)能夠提高制造處理的產(chǎn)出率。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，消除了一般用于形成上電極118的 光透明導(dǎo)電材料(例如ITO)(見(jiàn)圖6-7， 11和14),其在合適的條件 下具有優(yōu)勢(shì)。如果成像器的有源區(qū)足夠小，并且如果能夠使n+無(wú)定形 硅半導(dǎo)體層122的薄片電阻足夠低的話，那么n+無(wú)定形硅半導(dǎo)體層 122也可以用作上電極118。消除光透明導(dǎo)電材料應(yīng)當(dāng)能夠提高制造處 理的產(chǎn)出率。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，消除了保護(hù)線158(見(jiàn)圖4-7， 9-11 和12-14)，其在合適的條件下具有優(yōu)勢(shì)。如果成像器的有源區(qū)足夠小， 并且如果能夠使保護(hù)環(huán)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)156的薄片電阻足夠低的話，那么就 不需要具有保護(hù)線158,其對(duì)圖象傳感器陣列的每一個(gè)像素進(jìn)行尋址。 更好地，可以為陣列四周的保護(hù)環(huán)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)156制造總體連接。消除 保護(hù)線158應(yīng)當(dāng)能夠提高制造處理的產(chǎn)出率。
在本發(fā)明的另一個(gè)具有優(yōu)勢(shì)的實(shí)施例中，在電介質(zhì)層126和半導(dǎo) 體層124之間插入了額外的電介質(zhì)材料(見(jiàn)圖4, 6-7, 9， 11-11和14)。 下電極120和連續(xù)半導(dǎo)體層124之間的電介質(zhì)材料必須滿足多種目的。 該電介質(zhì)材料必須具有足夠的厚度和結(jié)構(gòu)完整性，以免在下電極120 和連續(xù)上電極118之間建立的電場(chǎng)下被破壞。該電介質(zhì)材料必須充分 地沒(méi)有內(nèi)部張力，以免使下面的基片12彎曲。該電介質(zhì)材料還必須與 連續(xù)的半導(dǎo)體層124形成一個(gè)界面，其使電子和空穴俘獲狀態(tài)最小化 (俘獲狀態(tài)導(dǎo)致圖象滯后問(wèn)題，也就是幻像)。有可能沒(méi)有一個(gè)連續(xù) 的電介質(zhì)層126能夠滿足所有這些要求。
在本發(fā)明的另一個(gè)具有優(yōu)勢(shì)的實(shí)施例中，用一個(gè)或多個(gè)與用語(yǔ)形 成MIS光電二極管114下電極120不同的導(dǎo)電材料層形成保護(hù)環(huán)156 (見(jiàn)圖5-7， 10-11和13-14)。這樣可以，例如，產(chǎn)生使數(shù)據(jù)線146 的寄生電容降低的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)156，其中數(shù)據(jù)線146位于保護(hù)環(huán)156 的一部分的下面。使數(shù)據(jù)線146的寄生電容最小化是理想的，因?yàn)樵?電容會(huì)在圖象處理中產(chǎn)生噪音(特別是對(duì)于圖4和9中的像素電路)。使數(shù)據(jù)線146的寄生電容降低的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)156可以在形成下電極 120之后，通過(guò)例如沉積額外的電介質(zhì)材料，隨后沉積額外的導(dǎo)電材 料，然后對(duì)這兩個(gè)層進(jìn)行構(gòu)圖加以產(chǎn)生，其位于下電極120的正上方。 保護(hù)環(huán)156與數(shù)據(jù)線146的附加分離可以降低數(shù)據(jù)線146的寄生電容。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，使用p+無(wú)定形硅層作為摻雜的無(wú) 定形硅層122,其與MIS光電二極管114的上電極118接觸(見(jiàn)圖4， 6-9， 11-12和14)。在該實(shí)例中，所有的偏置極性應(yīng)當(dāng)與前述那些相 反，并且信號(hào)載體是電子。
在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以使用可選擇的材料用于器件結(jié) 構(gòu)的任何部分。例如，可以用具有導(dǎo)電、半導(dǎo)電和絕緣性質(zhì)的有機(jī)電 子材料替換具有上述相應(yīng)性質(zhì)的無(wú)機(jī)電子材料。對(duì)于一個(gè)釆用有機(jī)電 子材料的實(shí)施例，各種材料層的相對(duì)位置和信號(hào)栽體的極性和工作電 壓可以不同。這些改變可能是必需的，因?yàn)橛袡C(jī)TFT的柵電極通常位 于源才及和漏極的正上方，而不是在其下面，并且有機(jī)半導(dǎo)體材料典型 地為p型，而非n型。無(wú)論如何，使用連續(xù)膜并采用保護(hù)環(huán)的MIS 光電二極管以及下面其余像素電路的基本配置都可以潛在地用有機(jī)電 子材料加以實(shí)現(xiàn)。
在不背離奔本發(fā)明的范圍和精神的前提下，本發(fā)明結(jié)構(gòu)和操作方 法的各種其他修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。
盡管本發(fā)明是聯(lián)系特殊的優(yōu)選實(shí)施例加以說(shuō)明的，但是應(yīng)當(dāng)理解，本 發(fā)明不應(yīng)當(dāng)僅限定于這些特殊的實(shí)施例。特別提出，下面的權(quán)利要求 限定了本發(fā)明的范圍，因此它包括在這些權(quán)利要求范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)和方 法及其等價(jià)物。
1權(quán)利要求
1. 一種包括集成光敏器件的裝置，包括基片；和金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電二極管，其至少一部分位于所述基片上方，并且包括第一和第二電極，一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)，其中至少有一個(gè)的至少一部分位于所述第一和第二電極之間，其中所述一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)部分的至少一個(gè)包括電介質(zhì)材料的各自基本上連續(xù)的層，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體，其至少一個(gè)的至少一部分位于所述一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)中的其中一個(gè)與所述第一和第二電極的其中一個(gè)之間，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分的至少一個(gè)包括半導(dǎo)體材料的各自基本上連續(xù)的層，和第三電極，其基本上與所述第一和第二電極的其中一個(gè)接界。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一和第二電極的其中一 個(gè)包括基本上連續(xù)的電極，其基本上與所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分的 所述至少一個(gè)中的一個(gè)緊鄰。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)與所述MIS 光電二極管耦連的薄膜晶體管(TFT)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)TFT中的至少一個(gè)包括具有一定厚度的溝道區(qū)；并且所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體部分中的至少一個(gè)具有 的厚度比所述至少一個(gè)TFT溝道區(qū)的厚度更厚。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中厚度比所述至少一個(gè)TFT溝道 區(qū)更厚的所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體部分中的所述至少 一個(gè)，包括所述半導(dǎo)體材料的基本上連續(xù)的層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)TFT中的至少一個(gè)基本上位于所述MIS光電二極管和所述基片之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二極 管半導(dǎo)體部分中的至少一個(gè)包含n-型無(wú)定形硅(a-Si)。
8. —種包括集成光敏器件的裝置，包括 基片；和金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電二極管，其至少一部分位于所述基 片上方，并且包括多個(gè)導(dǎo)電層，其至少包括分別包含第一和第二導(dǎo)電材料膜的 第一和第二導(dǎo)電層，一個(gè)或多個(gè)絕緣層，其中至少一個(gè)的至少一部分位于所述第 一和第二導(dǎo)電層之間，其中所述一個(gè)或多個(gè)絕緣層部分中的至少一個(gè)包括絕緣材料的各自基本上連續(xù)的膜，和一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層，其中至少一個(gè)的至少一部分位于所述 一個(gè)或多個(gè)絕緣層的其中一個(gè)和所述第一和第二導(dǎo)電層的其中一 個(gè)之間，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層部分中的至少一個(gè)包括半 導(dǎo)體材料的各自基本上連續(xù)的膜，其中所述第一和第二導(dǎo)電層的其中一個(gè)包括第一部分，所述 多個(gè)導(dǎo)電層的其中一個(gè)包括第二部分，所述第一和第二部分相互 隔離，并且所述第一部分與所述第二部分基本上接界。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述第一和第二導(dǎo)電層的其中 一個(gè)包括基本上連續(xù)的導(dǎo)電層，其基本上與所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部 分的所述至少 一個(gè)中的 一個(gè)緊鄰。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)與所述MIS 光電二極管耦連的薄膜晶體管(TFT)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)TFT中的至少 一個(gè)包括具有一定厚度的溝道區(qū)；并且所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體層部分中的至少一個(gè)具 有的其厚度比所述至少一個(gè)TFT溝道區(qū)的厚度更厚。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的裝置，其中厚度比所述至少一個(gè)TFT溝 道區(qū)更厚的所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體層部分中的所述 至少一個(gè)，包括所述半導(dǎo)體材料的基本上連續(xù)的層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)TFT中的至 少一個(gè)基本上位于所述MIS光電二極管和所述基片之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二 極管半導(dǎo)體層部分中的至少一個(gè)包含n-型無(wú)定形硅(a-Si)。
15. —種包括集成光敏陣列的裝置，包括 基片；和多個(gè)金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電二極管，其至少 一部分成陣列地位于所述基片上方，所述多個(gè)MIS光電二極管的所述至少一部分的每一個(gè)包括第一和第二電極，一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)，其中至少有一個(gè)的至少一部分位于所述 第一和第二電極之間，其中所述一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)部分的至少一個(gè)包括電介質(zhì)材料的各自基本上連續(xù)的層，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體，其至少一個(gè)的至少一部分位于所述一個(gè) 或多個(gè)電介質(zhì)中的其中一個(gè)與所述第一和第二電極的其中一個(gè)之 間，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分的至少一個(gè)包括半導(dǎo)體材料 的各自基本上連續(xù)的層，和第三電極，其基本上與所述第一和第二電極的其中一個(gè)接界。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述第一和第二電極的其中 一個(gè)包括基本上連續(xù)的電極，其基本上與所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分 的所述至少一個(gè)中的一個(gè)緊鄰。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)與所述MIS 光電二極管耦連的薄膜晶體管(TFT)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)TFT的至少一部分中的每一個(gè)包括各自具有一 定厚度的溝道區(qū)；并且在所述多個(gè)MIS光電二極管的每一個(gè)中，所述一個(gè)或多個(gè)MIS 光電二極管半導(dǎo)體層部分中的至少一個(gè)具有的厚度比所述多個(gè)TFT 溝道區(qū)中相應(yīng)的一個(gè)的厚度更厚。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中在所述多個(gè)MIS光電二極管 的每一個(gè)中，厚度比所述多個(gè)TFT溝道區(qū)中相應(yīng)的一個(gè)更厚的所述一 個(gè)或多個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體層部分中的所述至少一個(gè)，包括所述 半導(dǎo)體材料的基本上連續(xù)的層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述多個(gè)TFT中至少一部分 中的每一個(gè)基本上位于所述多個(gè)MIS光電二極管的所述至少一部分 中的相應(yīng)一個(gè)和所述基片之間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二 極管半導(dǎo)體層部分中的至少 一個(gè)包含n-型無(wú)定形硅(a-Si)。
全文摘要
一種集成光敏器件，具有金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電二極管，其由一個(gè)或多個(gè)基本上連續(xù)的半導(dǎo)體材料層和基本上連續(xù)的電介質(zhì)材料層構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L31/12GK101427387SQ200580022299
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者邁克爾·D·賴特 申請(qǐng)人:瓦潤(rùn)醫(yī)藥系統(tǒng)公司