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)光電ニ極管實(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，其中使用臺面(mesa)隔離的MIS光電ニ極管作為光敏器件。(臺面隔離器件是通過腐蝕掉ー部分活性材料，留下ー個(gè)活性材料的“臺面”而形成的)另ー種常用的光敏器件是臺面隔離的p-i-n光電ニ極管。還有ー種傳統(tǒng)的光敏器件是基本上由連續(xù)膜構(gòu)成的p-i-n光電ニ極管。然而，這些傳統(tǒng)的光敏器件具有ー些缺陷。臺面隔離的MIS和p-i-n光電ニ極管通常產(chǎn)生較差的圖象信號。由基本上連續(xù)的膜構(gòu)成的P-i-n光電ニ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面隔離MIS光電ニ極管和薄膜晶體管(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光電ニ極管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光電ニ極管14a的電介質(zhì)26a和TFT 16的柵極電介質(zhì)34。然后是構(gòu)圖的本征無定形娃(例如ia-Si)材料層,其形成MIS光電ニ極管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η+無定形硅層，其形成其余的半導(dǎo)體層，歐姆接觸22a，并有效地形成MIS光電ニ極管14a的上電極和歐姆接觸38，用于TFT 16的漏極和源極接線端。接著是另ー個(gè)構(gòu)圖的導(dǎo)電層(例如金屬)，其形成TFT 16的漏極42和源極44接線端，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)像素電路的另ー個(gè)實(shí)施例IOb采用臺面隔離的p-i-n光電ニ極管14b，而不是臺面隔離的MIS光電ニ極管。在該實(shí)施例IOb中，TFT 16的結(jié)構(gòu)與圖I中實(shí)施例IOa基本上相同。但是，用p-i-n光電ニ極管14b代替了 MIS光電ニ極管14a。形成TFT16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光電ニ極管14b的下電極20b。接著是構(gòu)圖的η+無定形娃層28b,隨后是構(gòu)圖的本征無定形娃層24b (光吸收層)以及然后是構(gòu)圖的P+無定形娃層22b,它們共同形成光電ニ極管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ΙΤ0)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)以形成與光電ニ極管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光電ニ極管14c的傳統(tǒng)像素電路的可選擇實(shí)施例IOc與圖2的實(shí)施例IOb相似，只是光電ニ極管14c的主要部分是用連續(xù)的膜形成的，而不是由臺面隔、離的結(jié)構(gòu)形成。因此，用于各個(gè)光電ニ極管層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，臺面隔離MIS和p-i-n光電ニ極管傳感器的共同缺點(diǎn)是信號水平低。當(dāng)具有臺面隔離的結(jié)構(gòu)時(shí)，這些光敏感元件的填充系數(shù)(fill-factor)小于ー(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強(qiáng)度。圖I的臺面隔離MIS光電ニ極管還有進(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光電ニ極管14a的光吸收層24a。一般而言，當(dāng)溝道36的厚度較薄吋，TFT 16的性能會得到優(yōu)化，但是MIS光電ニ極管14a的性能只有在光吸收層24a較厚時(shí)才能得到優(yōu)化。利用単一的膜，TFT 16和MIS光電ニ極管中的ー個(gè)或者兩個(gè)都會受到所選膜厚度的影響，因此不能使其中的ー個(gè)或者兩個(gè)都優(yōu)化。關(guān)于信號強(qiáng)度，基本上由連續(xù)膜形成的p-i-n光電ニ極管14c，如圖3的實(shí)施例IOc所示，具有提高的信號強(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強(qiáng)度。然而，這種結(jié)構(gòu)會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差會在這些像素之間產(chǎn)生小電流，也就是串?dāng)_。

發(fā)明內(nèi)容
ー種集成光敏器件，其具有用ー個(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)光電ニ極管。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，ー種集成光敏器件包括基片和金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電ニ極管,其至少一部分位于該基片之上。該MIS光電ニ極管包括第一和第二電極；ー個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)，其中至少有ー個(gè)的至少一部分位于第一和第二電極之間，其中該ー個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)部分的至少ー個(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，其至少ー個(gè)的至少一部分位于該ー個(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，其中該ー個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分的至少ー個(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ー個(gè)接界。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例，ー種集成光敏器件包括基片和金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)光電ニ極管,其至少一部分位于所述基片上方。該MIS光電ニ極管包括多個(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；ー個(gè)或多個(gè)絕緣層，其中至少ー個(gè)的至少一部分位于第一和第二導(dǎo)電層之間，其中該ー個(gè)或多個(gè)絕緣層部分中的至少ー個(gè)包括各自基本上連續(xù)的絕緣材料膜；和ー個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層，其中至少ー個(gè)的至少一部分位于該ー個(gè)或多個(gè)絕緣層的其中一個(gè)與該第一和第二導(dǎo)電層的其中ー個(gè)之間，其中該ー個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層部分中的至少ー個(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)電層的其中ー個(gè)包括第一部分，該多個(gè)導(dǎo)電層的其中ー個(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)明的另外ー個(gè)實(shí)施例，ー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)光電ニ極管，其至少一部分呈陣列地位于該基片上方。該多個(gè)MIS光電ニ極管的至少一部分的每ー個(gè)包括第一和第二電極；ー個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)，其中至少有ー個(gè)的至少一部分位于該第一和第二電極之間，其中該ー個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)部分的至少ー個(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，其至少ー個(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，其中該ー個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分的至少ー個(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ー個(gè)接界。


圖I是使用MIS光電ニ極管的傳統(tǒng)像素電路的剖面圖。圖2是使用p-i-n光電ニ極管的傳統(tǒng)像素電路的剖面圖。圖3是另ー個(gè)使用p-i-n光電ニ極管的傳統(tǒng)像素電路的剖面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明ー個(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10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)說明書是參考附圖的本發(fā)明示例性實(shí)施例。這些說明只是例證性的，并不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。對這些實(shí)施例進(jìn)行了足夠詳細(xì)的說明，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，可以用ー些不同的變型實(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，柵極線132和數(shù)據(jù)線146相連的MIS光電ニ極管114和TFT 116，所有都是根據(jù)眾所周知的像素電路技木。MIS光電ニ極管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和絕緣體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，其圖解了ー個(gè)像素電路100b，其上下左右分別有像素電路100a，100c，IOOd和 IOOe。參考圖6，沿圖5中A-A’線的剖面解了 TFT 116和MIS光電ニ極管114的結(jié)構(gòu)。TFT 116的結(jié)構(gòu)與圖1，2和3中的傳統(tǒng)像素電路10a，10b, IOc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，透過它形成通孔160，從而使MIS光電ニ極管114的下電極120和TFT 116的漏極接線端142相接觸。對用于形成下電極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，然后是本征無定形硅層124，即光吸收層。接著是η+無定形硅層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光電ニ極管114的上電極。最后是鈍化層150。參考圖7，沿著圖5中Β-Β’線的剖面解了相鄰像素100a，IOOb之間柵極線交叉區(qū)162的結(jié)構(gòu)。偏置線130，柵極 線132，保護(hù)環(huán)156和保護(hù)線158通過該162區(qū)。保護(hù)環(huán)156從用于形成相鄰像素電極100a，IOOb下電極120a，120b的相同材料層進(jìn)行構(gòu)圖。保護(hù)環(huán)156使得通過在層間電介質(zhì)152內(nèi)形成的通孔164與保護(hù)線158接觸。根據(jù)前面的說明可以看出，當(dāng)如圖5，6和7所示地加以實(shí)現(xiàn)吋，圖4的像素電路100使用基本上由連續(xù)的膜形成的MIS光電ニ極管114。具體地，光電ニ極管結(jié)構(gòu)的絕緣體126，半導(dǎo)體122和124以及電極118部分是連續(xù)的。對該結(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的電勢相對于下電極120的電勢為正。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。由于電極118和120之間的電場，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。在操作的重置模式中，上電極118的電勢相對于下電極120的電勢為負(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相對于下電極120的電勢為正。這在積分模式操作期間對積累在下電極120上的空穴信號電荷產(chǎn)生ー個(gè)勢壘。該勢壘，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)明另外ー個(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光電ニ極管114和TFT 116，這與圖4中的實(shí)施例相同，但還包括存儲電容器170和重置線180。這些額外的元件可提高信號處理能力和額外的重置機(jī)構(gòu)。關(guān)于前者，盡管在MIS光電ニ極管114中使用的厚半導(dǎo)體層124會產(chǎn)生最大的光吸收，但是它還會導(dǎo)致光電ニ極管的電容降低，因此限制電荷處理能力。這可以通過存儲電容器170的引入加以解決，存儲電容器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，成像器通過將偏置線130相對于下電極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。在可選擇實(shí)施例300中，現(xiàn)在MIS光電ニ極管114能夠通過將重置線180脈沖化到相對于偏置線130足夠正的電壓而加以重置。參考圖10，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，300eo參考圖11，沿圖10中A-A’線的剖面解了 TFT 116和MIS光電ニ極管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, IOc的基本上相同。緊接基片112的上面，用構(gòu)圖的導(dǎo)電材料層形成存儲電容器170的下電極178，該層也用于形成TFT116的柵極接線端132。接著是存儲電容器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，透過它形成通孔160和166。通孔160使MIS光電ニ極管114的下電極120和TFT116的漏極接線端142相接觸。通孔166使MIS光電ニ極管114的下電極120和存儲電容器170的電介質(zhì)176相接觸，借此形成存儲電容器170的上電極174。對用于形成MIS光電ニ極管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光電ニ極管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，然后是本征無定形硅層124 (光吸收層)。接著是η+無定形硅層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光電ニ極管114的上電極。最后是鈍化層150。參考圖12，根據(jù)本發(fā)明另ー個(gè)實(shí)施例的像素電路500包括MIS光電ニ極管114和傳遞TFT(pass TFT)116，其正如圖4中那樣與偏置線130、傳遞柵極線(pass gateline) 132、數(shù)據(jù)線146和保護(hù)線158相連，但是還包括緩沖器/放大器TFT 190、重置TFT182、初始化TFT184、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光電ニ極管114的全部信號電荷，而初始化TFT 184在積分模式之前設(shè)定MIS光電ニ極管114的下電極120的電勢。像素電路500是稱作“有源”像素電路的一類像素電路的ー個(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光電ニ極管114、傳遞TFT 116、緩沖器/放大器TFT 190、重置TFT 182和初始化TFT 184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，IOc的基本上相同。緊接基片112的上面，用構(gòu)圖的無定形硅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。透過層間電介質(zhì)膜152和153的通孔使得MIS光電ニ極管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)。對用于形成MIS光電ニ極管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光電ニ極管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，接著是本征無定形硅層124 (光吸收層)。然后是η+無定形硅層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光電ニ極管114的上電極。最后是鈍化層150。 根據(jù)前述說明應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的MIS光電ニ極管114有利地具有比臺面隔離的MIS和p-i-n光電ニ極管更高的像素填充系數(shù)，借此可以產(chǎn)生更高信號水平。MIS光電ニ極管114相對于臺面隔離的MIS光電ニ極管結(jié)構(gòu)還有進(jìn)ー步的改進(jìn)，即可以對光吸收半導(dǎo)體層124進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得最大的光吸收，借此使信號的產(chǎn)生最大化，而不必考慮這種膜厚度優(yōu)化對TFT性能的沖擊。更進(jìn)一歩地，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)膜的光電ニ極管的結(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光電ニ極管結(jié)構(gòu)與臺面隔離的和連續(xù)膜類型p-i-n光電ニ極管結(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光電ニ極管結(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。在本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例中，消除了偏置線130 (見圖4-5，7，9-10和12-13)，其在合適的條件下具有優(yōu)勢。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，其對圖象傳感器陣列的每ー個(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光電ニ極管114上光線的結(jié)構(gòu)，因此消除偏置線130應(yīng)當(dāng)會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)明的另ー個(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Ι )(見圖6-7，11和14)，其在合適的條件下具有優(yōu)勢。如果成像器的有源區(qū)足夠小，并且如果能夠使η+無定形硅半導(dǎo)體層122的薄片電阻足夠低的話，那么η+無定形硅半導(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)明的另ー個(gè)實(shí)施例中，消除了保護(hù)線158 (見圖4-7，9-11和12_14)，其在合適的條件下具有優(yōu)勢。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，其對圖象傳感器陣列的每ー個(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)明的另ー個(gè)具有優(yōu)勢的實(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之間建立的電場下被破壞。該電介質(zhì)材料必須充分地沒有內(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形成ー個(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)致圖象滯后問題，也就是幻像)。有可能沒有ー個(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)明的另ー個(gè)具有優(yōu)勢的實(shí)施例中，用ー個(gè)或多個(gè)與用語形成MIS光電ニ極管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)樵撾娙輹趫D象處理中產(chǎn)生噪音(特別是對于圖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)明的另ー個(gè)實(shí)施例中，使用P+無定形娃層作為摻雜的無定形娃層122,其與MIS光電ニ極管114的上電極118接觸(見圖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)的無機(jī)電子材料。對于ー個(gè)米用有機(jī)電子材料的實(shí)施例，各種材料層的相對位置和信號載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極和漏極的正上方，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η型。無論如何，使用連續(xù)膜并采用保護(hù)環(huán)的MIS光電ニ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 改和變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。盡管本發(fā)明是聯(lián)系特殊的優(yōu)選實(shí)施例加以說明的，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。
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)，其中至少一個(gè)電介質(zhì)的至少一部分位于 所述第一和第二電極之間， 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體，其中至少一個(gè)半導(dǎo)體的至少一部分位于 所述一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)的其中一個(gè)與所述第一和第二電極的其中一個(gè)之間，和 第三電極，其與所述第一和第二電極的其中一個(gè)基本上接界。
2.根據(jù)權(quán)利要求I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)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2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。
4.根據(jù)權(quán)利要求2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。
5.根據(jù)權(quán)利要求I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-型無定形硅(a-Si)。
6.一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 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)絕緣層的至少一部分位于所述第一和第二導(dǎo)電層之間，和 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層，其中至少一個(gè)半導(dǎo)體層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)與所述第一和第二導(dǎo)電層的其中一個(gè)之間， 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。
7.根據(jù)權(quán)利要求6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)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7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)具有的厚度比所述至少一個(gè)TFT溝道區(qū)的厚度更厚。
9.根據(jù)權(quán)利要求7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。
10.根據(jù)權(quán)利要求6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-型無定形硅(a-Si)。
11.一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)，其中至少一個(gè)電介質(zhì)的至少一部分位于所述第一和第二電極之間， 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體，其中至少一個(gè)半導(dǎo)體的至少一部分位于所述一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)的其中一個(gè)與所述第一和第二電極的其中一個(gè)之間，和 第三電極，其與所述第一和第二電極的其中一個(gè)基本上接界。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，進(jìn)一步包括多個(gè)與所述多個(gè)MIS光電二極管耦連的薄膜晶體管TFT。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中 所述多個(gè)TFT的至少一部分中的每一個(gè)包括具有一定厚度的相應(yīng)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。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述多個(gè)TFT的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。
15.根據(jù)權(quán)利要求11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-型無定形硅(a-Si)。
16.一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光電二極管包括彼此相鄰的至少第一和第二 MIS光電二極管，并且所述至少第一和第二 MIS光電二極管包括 第一、第二和第三電極， 一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)，其中至少一個(gè)電介質(zhì)的至少一部分位于所述第一、第二和第三電極中的至少二者之間，其中所述一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)部分中的至少一個(gè)包括相應(yīng)的位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的至少相應(yīng)部分內(nèi)的電介質(zhì)材料的基本上連續(xù)的層， 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體，其中至少一個(gè)半導(dǎo)體的至少一部分位于所述一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)的其中一個(gè)與所述第一電極、第二電極和第三電極中的至少一個(gè)之間，其中所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分中的至少一個(gè)包括相應(yīng)的位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的所述至少相應(yīng)部分內(nèi)的半導(dǎo)體材料的基本上連續(xù)的層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述第一、第二和第三電極之一包括位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的所述至少相應(yīng)部分內(nèi)的基本上連續(xù)的電極，并且與所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體部分中的所述至少一個(gè)中的一個(gè)基本上緊鄰。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，進(jìn)一步包括與所述至少第一和第二MIS光電二極管中的每一個(gè)耦連的一個(gè)或多個(gè)薄膜晶體管(TFT)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18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。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體部分中厚度比所述至少一個(gè)TFT溝道區(qū)的厚度更厚的所述至少一個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體部分包括位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的所述至少相應(yīng)部分內(nèi)的所述半導(dǎo)體材料的基本上連續(xù)的層。
21.根據(jù)權(quán)利要求18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。
22.根據(jù)權(quán)利要求16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-型無定形硅(a-Si)。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，還包括與所述第一、第二和第三電極中的至少一個(gè)基本上接界的第四電極。
24.一種包括集成光敏器件的裝置，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光電二極管包括彼此相鄰的至少第一和第二MIS光電二極管，并且所述至少第一和第二 MIS光電二極管包括 多個(gè)導(dǎo)電層，其包括分別包含至少第一和第二導(dǎo)電材料膜的 至少第一和第二導(dǎo)電層， 一個(gè)或多個(gè)絕緣層，其中至少一個(gè)絕緣層的至少一部分位于 所述至少第一和第二導(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)包括相應(yīng)的位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的至少相應(yīng)部分內(nèi)的絕緣材料的基本上連續(xù)的膜， 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層，其中至少一個(gè)半導(dǎo)體層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)與所述第一和第二導(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)包括相應(yīng)的位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的所述至少相應(yīng)部分內(nèi)的半導(dǎo)體材料的基本上連續(xù)的膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中所述第一和第二導(dǎo)電層之一包括位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的所述至少相應(yīng)部分內(nèi)的基本上連續(xù)的導(dǎo)電層，并且與所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層部分中的所述至少一個(gè)中的一個(gè)基本上緊鄰。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，進(jìn)一步包括與所述至少第一和第二MIS光電二極管中的每一個(gè)耦連的一個(gè)或多個(gè)薄膜晶體管(TFT)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26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)具有的厚度比所述至少一個(gè)TFT溝道區(qū)的厚度更厚。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體層部分中厚度比所述至少一個(gè)TFT溝道區(qū)的厚度更厚的所述至少一個(gè)MIS光電二極管半導(dǎo)體部分包括位于所述至少第一和第二 MIS光電二極管的所述至少相應(yīng)部分內(nèi)的所述半導(dǎo)體材料的基本上連續(xù)的膜。
29.根據(jù)權(quán)利要求26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。
30.根據(jù)權(quán)利要求24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-型無定形硅(a-Si)。
31.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中所述第一和第二導(dǎo)電層之一包括第一部分，所述多個(gè)導(dǎo)電層之一包括第二部分，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。
全文摘要
本公開涉及使用連續(xù)膜的集成MIS光敏器件。公開了一種集成光敏器件，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H01L27/146GK102709298SQ20121013202
公開日2012年10月3日 申請日期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 申請人:瓦潤醫(yī)藥系統(tǒng)公司