光電二極管及其制備方法、x射線探測器基板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光電二極管及其制備方法、X射線探測器基板及其制備方法。具體地，所述PIN光電二極管包括第一摻雜層、第二摻雜層以及位于第一和第二摻雜層之間的本征層，所述第一摻雜層設(shè)置在X射線探測器基板的源漏電極層上。所述第二摻雜層中設(shè)置有比該第二摻雜層的摻雜濃度更大的重?fù)诫s區(qū)，所述重?fù)诫s區(qū)與PIN光電二極管的陰極電連接。
【專利說明】光電二極管及其制備方法、X射線探測器基板及其制備方 法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及光電二極管及其制造方法、X射線探測器基 板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] X射線檢測廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、安全、無損檢測、科研等領(lǐng)域，在國計民生中日益發(fā)揮 著重要作用。目前，在實際使用中，X射線檢測普遍使用膠片照相法。X射線膠片照相的成 像質(zhì)量較高，能正確提供被測試樣體貌和缺陷真實情況的可靠信息。但是，它具有操作過程 復(fù)雜、運行成本高、結(jié)果不易保存且查詢攜帶不便以及評片人員眼睛易受強(qiáng)光損傷等缺點。
[0003] 為了解決上述問題，20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)了 X射線數(shù)字照相（Digital Radiography，DR)檢測技術(shù)。X射線數(shù)字照相系統(tǒng)中使用了平板探測器（flat panel detector)，其像元尺寸可小于0. 1mm，因而其成像質(zhì)量及分辨率幾乎可與膠片照相媲美， 同時還克服了膠片照相中表現(xiàn)出來的缺點，也為圖像的計算機(jī)處理提供了方便。由于電 子轉(zhuǎn)換模式不同，數(shù)字化X射線照相檢測可分為直接轉(zhuǎn)換型（Direct DR)和間接轉(zhuǎn)換型 (Indirect DR)〇
[0004] 直接轉(zhuǎn)換型X射線平板探測器由射線接收器、命令處理器和電源組成。射線接收 器中包含有閃爍晶體屏（Gd 2O2S或Csl)、大面積非晶硅傳感器陣列以及讀出電路等。閃爍晶 體屏用來將X射線光子轉(zhuǎn)換成可見光，與其緊貼的大規(guī)模集成非晶硅傳感器陣列將屏上的 可見光轉(zhuǎn)換成電子，然后由讀出電路將其數(shù)字化，傳送到計算機(jī)中形成可顯示的數(shù)字圖像。
[0005] 間接轉(zhuǎn)換型探測器由X射線轉(zhuǎn)換層與非晶硅光電二極管、薄膜晶體管、信號存儲 基本像素單元及信號放大與信號讀取等組成。間接平板探測器的結(jié)構(gòu)主要是由閃爍體（碘 化銫）或熒光體（硫氧化釓）層加具有光電二極管作用的非晶硅層，再加 TFT陣列構(gòu)成。此 類的平板探測器閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后可以將X射線轉(zhuǎn)換為電信號，通過薄膜 晶體管陣列將每個像素的電荷信號讀出并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并傳送到計算機(jī)圖像處理系統(tǒng) 集成為X射線影像。
[0006] PIN光電二極管是間接型X射線探測基板的關(guān)鍵組成，其決定了可見光的吸收效 率，對于X射線劑量、X射線成像的分辨率、圖像的響應(yīng)速度等關(guān)鍵指標(biāo)有很大影響。間接 型X射線探測基板的PIN的制備工藝方法主要有PECVD (等離子體化學(xué)氣相沉積）以及離 子注入，其中PECVD技術(shù)通過不同的工藝氣體（如：SiH4、NH 3、N20、PH3、H2、B2H 6等）可以同 時方便快捷的形成PIN器件，但是其缺點為摻雜濃度固定，無法實現(xiàn)特殊區(qū)域化的摻雜，為 了提高PIN器件的性能就需要使用離子注入技術(shù)與之相配合。
[0007] 有鑒于此，確有需要提供一種能夠至少部分地解決上述問題的新的PIN光電二極 管及其制備方法以及X射線探測器基板及其制備方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷的至少一個方面。
[0009] 本發(fā)明主要使用PECVD技術(shù)實現(xiàn)PIN光電二極管的制備，提出一種利用光刻、干法 刻蝕、PECVD、離子注入等技術(shù)相結(jié)合，通過技術(shù)改變現(xiàn)有PIN器件結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)PIN器件性能 的提高的切實可行的技術(shù)方案。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的每一實施例，提供了一種新型的PIN光電二極管器件的制造方案， 利用干法刻蝕實現(xiàn)整個PIN光電二極管的器件表面具有絨面結(jié)構(gòu)。
[0011] PIN光電二極管的器件表面上的絨面結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格狀的金屬陰極相結(jié)合，利用全反射 原理增加 PIN光電二極管的器件光吸收效率，改善PIN光電二極管的器件表面缺陷態(tài)密度， 提高PIN光電二極管器件的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0012] 以下簡單說明一下全反射的原理：光由光密（即光在此介質(zhì)中的折射率大的）媒 質(zhì)射到光疏（即光在此介質(zhì)中折射率小的）媒質(zhì)的界面時，全部被反射回原媒質(zhì)內(nèi)的現(xiàn)象。 PECVD制備的非晶硅薄膜折射率由于工藝條件的不同，一般在3. 2-4. 0之間，本發(fā)明中所采 用的鈍化層或減反射層材料中SiNx薄膜折射率一般為1. 7-3. 0, A1203薄膜一般為1. 7， TiO2薄膜一般為2. 4,在有利的表面形貌條件下都能很好進(jìn)行全反射。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，采用絨面結(jié)構(gòu)能夠增大X射線在界面位置發(fā)生的全反射，增大器件 對X射線的吸收。
[0014] 另外，利用離子注入或者PECVD技術(shù)對PIN光電二極管器件表面進(jìn)行網(wǎng)格狀重?fù)?雜，降低表層電阻，取消透明陰極層，將金屬陰極改為網(wǎng)格狀，提高光生載流子的吸收效率， 提高PIN光電二極管的器件性能，同時減少制備工藝，降低生產(chǎn)成本。具體地，由于陰極形 成為網(wǎng)格狀，與現(xiàn)有技術(shù)的面狀陰極相比，起到減少反射X射線的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的描述中將 變得明顯和容易理解，其中 ：
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)格狀的金屬陰極的示意圖；
[0017] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的X射線探測器基板的沿著圖1中的線I-I切割 所獲得的截面示意圖；
[0018] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的X射線探測器基板的沿著圖1中的線I-I切割 所獲得的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過實施例，并結(jié)合附圖1-3,對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。在 說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實施方 式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。
[0020] 如圖1和2所示，示出了本發(fā)明的一個實施例的PIN光電二極管以及使用其的X 射線探測器基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 如上所述地，本發(fā)明所述的X射線探測器主要是指間接轉(zhuǎn)換型探測器。該X射線 探測器包括X射線轉(zhuǎn)換層、非晶硅光電二極管、薄膜晶體管、信號存儲基本像素單元以及信 號放大與信號讀取等相應(yīng)的部件。鑒于本發(fā)明的改進(jìn)之處僅在于用于X射線探測器的PIN 光電二極管以及與之相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，故為了簡明的目的，在本發(fā)明的視圖中僅示出了上述部 分，而省略其他的相關(guān)部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要從現(xiàn)有技術(shù)中獲知上述結(jié)構(gòu)的 布置，故在此不再詳述。
[0022] 在本發(fā)明的示例中，PIN光電二極管包括第一摻雜層6、第二摻雜層8以及位于第 一和第二摻雜層6、8之間的本征層7,所述第一摻雜層6設(shè)置在X射線探測器基板的源漏電 極層（例如設(shè)置在漏電極）5上并且第二摻雜層8與PIN光電二極管的陰極11電連接。第 二摻雜層8中設(shè)置有比該第二摻雜層8的摻雜濃度更大的重?fù)诫s區(qū)9。
[0023] 如從圖1可知，重?fù)诫s區(qū)9布置成網(wǎng)格狀，并且所述陰極11布置成與之相匹配的 網(wǎng)格狀。也就是說，重?fù)诫s區(qū)9和陰極11布置成具有相同的網(wǎng)格狀形狀，且陰極11的一部 分直接布置在重?fù)诫s區(qū)9之上。由于陰極11形成為網(wǎng)格狀，與現(xiàn)有技術(shù)的面狀陰極相比， 起到減少反射X射線的作用。薄膜晶體管設(shè)置在圖1中示出的左下角的空缺處，未具體示 出其的結(jié)構(gòu)。
[0024] 另外，如圖2中的波浪線所示，第二摻雜層8的面向陰極11的表面設(shè)置成具有絨 面結(jié)構(gòu)15。在本發(fā)明的一個示例中，利用干法刻蝕技術(shù)對第二摻雜層8的表面進(jìn)行各向同 性刻蝕，以形成所述絨面結(jié)構(gòu)15。根據(jù)本發(fā)明，采用絨面結(jié)構(gòu)能夠增大X射線在界面位置發(fā) 生的全反射，增大器件對X射線的吸收。
[0025] 在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，所述第一摻雜層6為n+α-Si:H層，本征層7為a-Si:H層， 第二摻雜層8為p+ a -Si : H層，重?fù)诫s區(qū)9為p++ a -Si : H層?？商娲?，所述第二摻雜層 8為n+ ct_S i:H層，本征層7為ct_S i:H層，弟一慘雜層6為p+ ct _Si:H層，重慘雜層9為 η++ a -Si :H 層。
[0026] 以下將參考圖2,詳細(xì)說明本發(fā)明的X射線探測器基板的制備流程的一個示例。
[0027] 1.初始清洗玻璃基板1 ;沉積金屬柵極層（金屬柵極層厚度通常為陰極溝槽（如 下所述）深度的2-3倍）；對金屬柵極層涂膠、曝光、顯影、后烘并刻蝕實現(xiàn)圖形化并剝離光 刻膠，最終形成如圖所示的具有預(yù)定圖形的柵極2。
[0028] 2.沉積柵極絕緣（GI)層 3 ;沉積有源層 4 (Active 層，a -Si :H/LTPS/IGZ0/ITZ0/ ZnON);對有源層4進(jìn)行圖形涂膠、曝光、顯影、后烘并刻蝕實現(xiàn)圖形化并剝離光刻膠；沉積 源漏電極層5(S/D金屬層）。
[0029] 3.沉積PIN光電二極管器件層（分別為N+ a -Si :H層6、其厚度為200?700 A， 本征層7(a-Si:H)、其厚度為5000?丨5000 A，P+a_Si:H層8,其厚度為200?700 A)， 對PIN光電二極管的器件層進(jìn)行圖形涂膠、曝光、顯影、后烘一干法刻蝕實現(xiàn)PIN光電二極 管的器件層圖形化并剝離光刻膠；
[0030] 4.利用干法刻蝕技術(shù)對PIN光電二極管的器件表面（具體是陰極11的面向第二 摻雜層8的表面）進(jìn)行各向同性刻蝕，實現(xiàn)表面的絨面化（獲得絨面結(jié)構(gòu)15);
[0031] 5.對PIN光電二極管的器件的第二摻雜層涂膠、曝光、顯影、后烘烤實現(xiàn)圖形化， 采用離子注入（使用B 2H6作為工藝氣體）工藝進(jìn)行P++的大劑量的重?fù)诫s形成網(wǎng)格狀重?fù)?雜區(qū)9并剝離光刻膠；
[0032] 6.對上述的整個基板進(jìn)行退火活化處理（高溫退火、快速熱退火）對摻雜的離子 進(jìn)行激活；
[0033] 7.對S/D層5進(jìn)行圖形涂膠、曝光、顯影、后烘并刻蝕實現(xiàn)圖形化并剝離光刻膠；
[0034] 8.沉積鈍化（PVX)層10(SixNy/Al x0y/Ti02)，對PVX層進(jìn)行圖形涂膠、曝光、顯影、 后烘并刻蝕形成網(wǎng)格狀的刻蝕孔并剝離光刻膠；
[0035] 9.沉積金屬陰極層（Mo/Al/Ti/Cu/Nd) -對金屬陰極層進(jìn)行圖形涂膠、曝光、顯 影、后烘并刻蝕形成網(wǎng)格狀的金屬陰極11并剝離光刻膠；
[0036] 10.涂覆樹脂層12并曝光、顯影、后烘實現(xiàn)圖形化；蒸鍍閃爍層13,以及對整個器 件進(jìn)行封裝，最終完成X射線探測器基板的制備。
[0037] 其中，金屬陰極11的一部分填充到所述鈍化層10的刻蝕孔中以與重?fù)诫s區(qū)相接 觸。
[0038] 雖然在圖2所述的結(jié)構(gòu)中，所述重?fù)诫s區(qū)9通過離子注入工藝形成；但是如下述圖 3所示和描述中所論述的，所述重?fù)诫s區(qū)可以在PIN光電二極管的本征層和第二摻雜層進(jìn) 行溝槽圖形化之后進(jìn)行離子注入工藝形成，并且所述陰極11的一部分布置在所述溝槽內(nèi)。
[0039] 參見圖3,在此僅詳細(xì)說明其與圖2所示的結(jié)構(gòu)和制備過程上不同之處，相同之處 不再累述。
[0040] 圖3所示的結(jié)構(gòu)在制備過程上的不同之處在于步驟3和5,例如將其替換成下述的 步驟3'和5'即可：
[0041] 步驟3' ：沉積PIN光電二極管的器件層（分別為N+a-Si:H層6、其厚度為 200?700 A，本征層 7(Intrinsic a-Si:H)、其厚度為 5000?丨 500〇A，P+a_Si:H層 8、 其厚度為200?700 A，并且對PIN光電二極管的器件層進(jìn)行圖形涂膠、曝光、顯影、后烘、 干法刻蝕實現(xiàn)PIN光電二極管的器件層圖形化并剝離光刻膠。
[0042] 步驟5' ：對PIN光電二極管的器件的本征層和第二摻雜層進(jìn)行圖形涂膠、曝光、顯 影、后烘、干法刻蝕，以形成陰極溝槽16(溝槽深度大于N+a-Si:H層的厚度），采用離子注入 (使用PH 3作為工藝氣體）工藝對陰極溝槽16進(jìn)行P++的大劑量的重?fù)诫s形成溝槽重?fù)诫s 區(qū)9,并剝離光刻膠。
[0043] 在另一可替代的實施例中，還可以將上述的步驟3中的PIN光電二極管的制 備方式替換成采用離子注入方式。具體地，可以采用PECVD工藝沉積2〇〇~7〇〇 A厚度 的a-Si :H層，采用離子注入的方式使用PH3或者B2H6作為離子源摻雜a-Si :H層，形成
[0044] 之后采用PECVD工藝沉積5000?丨5000 A或更大厚度的a_Si:H層，再采用 離子注入的方式使用B2H6或者PH3作為離子源摻雜a -Si :H層，形成200?700 A厚度的 N+α -Si:H 層或者 P+α -Si:H 層。
[0045] 綜上所述可知，在本發(fā)明中，PIN光電二極管具有絨面結(jié)構(gòu)；利用離子注入或者 PECVD技術(shù)對PIN器件表面進(jìn)行有效的摻雜，降低表層電阻，取消現(xiàn)有技術(shù)中的透明陰極層 的工藝方案；使用網(wǎng)格狀的金屬陰極的器件結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的工藝；使用PECVD制備具有合 理折射率的減反射作用的保護(hù)層，利用全反射原理增加 PIN光電二極管的器件的光吸收效 率，改善PIN光電二極管的器件表面缺陷態(tài)密度，實現(xiàn)提高PIN光電二極管的器件的光電轉(zhuǎn) 化效率。
[0046] 以上僅為本發(fā)明的一些實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離本總體發(fā) 明構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求和它 們的等同物限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種PIN光電二極管，所述PIN光電二極管包括第一摻雜層、第二摻雜層以及位于 第一和第二摻雜層之間的本征層，所述第一摻雜層設(shè)置在X射線探測器基板的源漏電極層 上，其特征在于， 所述第二摻雜層中設(shè)置有比該第二摻雜層的摻雜濃度更大的重?fù)诫s區(qū)，所述重?fù)诫s區(qū) 與PIN光電二極管的陰極電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PIN光電二極管，其特征在于，所述重?fù)诫s區(qū)布置成網(wǎng)格狀， 并且所述陰極布置成與之相匹配的網(wǎng)格狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PIN光電二極管，其特征在于，所述第二摻雜層的面向所 述陰極的表面設(shè)置成具有絨面結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的PIN光電二極管，其特征在于，利用干法刻蝕技術(shù)對所述第二 摻雜層的所述表面進(jìn)行各向同性刻蝕，以形成所述絨面結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的PIN光電二極管，其特征在于， 所述第一摻雜層為η+ a -Si : H層，本征層為a -Si : H層，第二摻雜層為p+ a -Si : H層， 重?fù)诫s區(qū)為P++a -Si :H層；或 所述第二摻雜層為η+ a -Si : H層，本征層為a -Si : H層，第一摻雜層為p+ a -Si : H層， 重慘雜層為n++ ct -Si : H層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的PIN光電二極管，其特征在于， 所述重?fù)诫s區(qū)通過離子注入工藝形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的PIN光電二極管，其特征在于， 所述重?fù)诫s區(qū)成溝槽形狀，位于本征層和第二摻雜層之間，所述陰極布置在重?fù)诫s區(qū) 的溝槽內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的PIN光電二極管，其特征在于， 所述離子注入工藝使用B2H6或PH3作為離子源進(jìn)行摻雜。
9. 一種制備如權(quán)利要求1-8中任一項所述的PIN光電二極管的制備方法，包括步驟： 在X射線探測器基板中的源漏電極層的遠(yuǎn)離有源層的一側(cè)上沉積PIN光電二極管的器 件層并進(jìn)行圖形化，所述PIN光電二極管的器件層包括第一摻雜層、第二摻雜層以及位于 第一和第二摻雜層之間的本征層，第一摻雜層設(shè)置在源漏電極層上； 采用離子注入工藝對PIN光電二極管的器件層進(jìn)行重?fù)诫s以形成網(wǎng)格狀重?fù)诫s區(qū)； 對整個X射線探測器的基板進(jìn)行退火活化處理，以激活摻雜的離子； 對源漏電極層進(jìn)行圖形化； 沉積鈍化層并進(jìn)行圖形化以形成刻蝕孔； 沉積PIN光電二極管的陰極層并進(jìn)行圖形化以形成網(wǎng)格狀的陰極； 涂覆樹脂層并進(jìn)行圖形化； 蒸鍍閃爍層并進(jìn)行封裝。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的PIN光電二極管的制備方法，其特征在于， 所述沉積陰極層的步驟包括：將陰極的一部分填充到所述刻蝕孔中以使得網(wǎng)格狀的陰 極與重?fù)诫s區(qū)接觸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的PIN光電二極管的制備方法，其特征在于， 所述網(wǎng)格狀的重?fù)诫s區(qū)包括第二摻雜區(qū)中的被重?fù)诫s的區(qū)域、或位于本征層和第二摻 雜區(qū)中的被重?fù)诫s的溝槽。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項所述的PIN光電二極管的制備方法，其特征在于， 所述PIN光電二極管的器件層的圖形化步驟包括：涂覆光刻膠、顯影、后烘、干法刻蝕 以實現(xiàn)圖形化并剝離光刻膠。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項所述的PIN光電二極管的制備方法，其特征在于， 采用離子注入方式分別形成PIN光電二極管的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的PIN光電二極管的制備方法，其特征在于， 采用PECVD工藝沉積a-Si :H層，使用B2H6或者PHJt為離子源摻雜a-Si :H，形成 P+a-Si: H層或者N+a-Si: H層作為第一摻雜層； 之后采用PECVD工藝沉積a-Si :H層，使用PH3或者B2H6作為離子源摻雜a-Si :H層 的一部分，形成N+ a -Si :H層或者P+ a -Si :H層作為第二摻雜層，a -Si :H層的未被摻雜的 部分作為本征層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9-14中任一項所述的PIN光電二極管的制備方法，其特征在于， 所述第一摻雜層和第二摻雜層的厚度分別為200?700 ^本征層的厚度為 5000-15000 1
16. -種X射線探測器基板，所述X射線探測器基板包括如權(quán)利要求1-8中任一項所述 的PIN光電二極管。
17. -種制備如權(quán)利要求16所述的X射線探測器基板的制備方法，包括步驟： 在X射線探測器基板上形成薄膜晶體管； 根據(jù)權(quán)利要求9-15中任一項所述的方法形成PIN光電二極管。
【文檔編號】H01L31/18GK104393092SQ201410696940
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】趙磊, 郭煒 申請人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司