[发明专利]氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化物半导体薄膜探测器、其制备方法及其电路结构，该薄膜探测器应用于X射线平板探测器。

背景技术

有源像素（APS，active pixel sensor）是一种包含放大电路的像素，每个有源像素由一个光电二极管和一个放大器（驱动晶体管）构成，主要应用于CMOS成像电路。有源像素是与无源像素（PPS, passive pixel sensor）相对的，在无源像素中只包含一个光电二极管和一个开关晶体管，光电二极管的信号不经放大直接从开关晶体管输出。无源像素的缺点是信号噪声大，信号输出速度有限；另一方面随着图像尺寸增加，信号传输路径增加，导致噪声更大。有源像素解决了无源像素信号噪声大的问题，因此在CMOS成像中得到广泛应用。

CMOS是在单晶硅上制作的，则成像的尺寸受硅片尺寸限制，在需要更大尺寸成像的领域如X射线数字成像，由于玻璃基板的尺寸（8代线：2.2m×2.4m）可以做到远大于单晶硅硅片（12英寸晶圆），因此X射线探测器中的薄膜探测器普遍采用基于玻璃基板的薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）。不过，由于玻璃不能经受高温，一般采用等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）在低温下制作非晶硅TFT。非晶硅载流子迁移率远小于单晶硅，为了保证晶体管有同样的速度，必须增加TFT沟道的宽长比，这样就增加了TFT的面积。而在一个像素中，只有光电二极管是有效感光区域，如果TFT所占面积过大，就会降低成像质量和动态范围。由于非晶硅过低的载流子迁移率导致不能在像素中集成放大器，目前的采用非晶硅TFT的薄膜探测器主要采用无源像素。

为解决非晶硅载流子迁移率低的问题，在液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）、有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）显示领域出现了低温多晶硅（Low Temperature Poly-silicon，LTPS）代替非晶硅制作TFT的情况。低温多晶硅薄膜的载流子迁移率大约是非晶硅的100倍，其制作方法是，在基板上沉积非晶硅薄膜，然后对非晶硅薄膜进行准分子激光煺火以形成多晶硅薄膜。由于多晶硅薄膜载流子迁移率远大于非晶硅薄膜载流子迁移率，所以TFT面积可以大幅减小。低温多晶硅也有薄膜探测器领域的应用，如上海奕瑞光电子科技有限公司专利CN102403329。但是由于准分子激光退火成本高，低温多晶硅薄膜目前主要应用于中小尺寸面板。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用，用于解决现有技术中大尺寸薄膜探测器由于载流子迁移率低导致的信号噪声高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

1）提供一基板，在所述基板上沉积第一金属层，刻蚀所述第一金属层以形成栅极；

2）在所述基板及栅极上沉积第一绝缘层； 

3）在所述第一绝缘层上物理气相沉积一铟镓锌氧化物薄膜，刻蚀所述铟镓锌氧化物薄膜以形成有源区； 

4）在所述有源区及第一绝缘层上沉积第二金属层，刻蚀所述第二金属层以形成源极和漏极； 

5）在步骤4）之后获得的结构上沉积第二绝缘层，刻蚀所述第二绝缘层以形成薄膜晶体管并暴露出部分漏极； 

6）在所述暴露的漏极上依次沉积n掺杂非晶硅层、本征非晶硅层、p掺杂非晶硅层及透明导电层形成四层薄膜，刻蚀所述四层薄膜以形成光电二极管； 

7）在所述形成有薄膜晶体管及光电二极管的基板上沉积第三绝缘层，刻蚀所述第三绝缘层以暴露出部分透明导电层，而后沉积第三金属层，刻蚀所述第三金属层以形成连接至透明导电层的电极。

可选地，所述第一、第二和第三绝缘层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。

可选地，所述第一、第二和第三金属层的材料为钼/铝/钼的合金。

可选地，所述物理气相沉积为溅射工艺。