光電傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體領域，具體涉及一種光電傳感器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]指紋識別作為非常古老的生物識別方式最近引起了更廣泛的關注，尤其是在移動支付上的前景更為其帶來了廣闊的前景。人們也發明了很多種指紋識別的方法，譬如光學，電容式，微波，溫度及超聲波等很多種方式。但是各種方式都有其優點和缺點。比如傳統的光學傳感器方式無法實現輕薄，尤其是在高分辨率的要求下，傳統設備體積龐大無法便攜，因此很難集成到手機這樣的設備中。其他的方式雖然解決輕薄的問題，但是無法實現大面積陣列，或無法結合其他功能，而且工藝復雜，成本高。
[0003]現有技術中的醫療用非晶硅平板探測器即是一種傳統的光學傳感器，包括非晶硅光電二極管與薄膜晶體管，其工作原理為:在非晶娃光電二極管的陽極，即P型層上加一個在-3—-9V之間的負電壓，當光信號照射到非晶硅光電二極管上時，非晶硅光電二極管中產生電子空穴對。在電場的作用下，空穴匯聚在陽極P型層，電子匯聚到陰極N型層。在薄膜晶體管關斷時，信號不斷積累，當薄膜晶體管打開時電荷輸出到數據線。依據檢測到的電荷信號量的大小來判斷光信號的強弱。
[0004]圖1示出了現有技術一種非晶硅平板探測器像素單元的剖面示意圖，在透明基板01上形成有多個平板探測器像素單元，每個平板探測器像素單元包括薄膜晶體管03與非晶石圭光電二極管，其中非晶娃光電二極管包括形成于透明基板01表面的依次形成的第一遮光層02、第一絕緣層04，漏極電極層05，N型層06，中間層07，P型層08以及接觸電極09，介質層10將薄膜晶體管03與非晶硅光電二極管絕緣，在薄膜晶體管03以及部分無需光照的區域的介質層10表面形成有第二遮光層12，在接觸電極09上形成有連接電極11，在第二遮光層12和連接電極11的上方形成鈍化層11。其中第一遮光層02與薄膜晶體管03的柵極在同一金屬層，漏極電極層05與薄膜晶體管03的漏極在同一金屬層，從圖中可以看出，這種非晶硅光電二極管的主要部分為P型層08、中間層07以及N型層06的疊層，其中中間層07經過輕摻雜處理，因此，非晶硅平板探測器的厚度近似于在薄膜晶體管03的漏極以上又疊加了非晶硅光電二極管的疊層厚度，而非晶硅光電二極管中的中間層07的厚度在I微米左右，使得非晶硅平板探測器的厚度較大，入射光在平板探測器的像素單元中的光程較長，可能進入相鄰的像素單元而產生干擾。并且平板探測器像素包括分立的薄膜晶體管03與非晶硅光電二極管，薄膜晶體管03與非晶硅光電二極管之間還有一定間距，平板探測器像素單元所占面積較大，使得分辨率較低。此外，非晶硅光電二極管的需要在形成薄膜晶體管03以后單獨制作，需要多步成膜及光刻工藝，使得生產成本較高。如果將這種結構的非晶硅平板探測器用于指紋識別等領域，生產成本高、分辨率低的問題將限制其在手機等便攜設備上的應用。
[0005]因此，提出一種光電傳感器及其制造方法，制造一種生產成本較低、分辨率高的光電傳感器，成為本領域技術人員亟待解決的問題。

【發明內容】

[0006]本發明解決的問題是提供一種光電傳感器及其制造方法，所述光電傳感器具有生產成本較低、分辨率高的優點，能夠較好地用于指紋識別。
[0007]為解決上述問題，本發明提供一種光電傳感器，用于實現指紋識別，包括:
[0008]襯底，所述襯底包括用于形成薄膜晶體管的第一區域、用于形成光電二極管的第二區域；
[0009]位于第一區域襯底表面的柵極；
[0010]位于柵極上的本征半導體層；
[0011]位于第一區域襯底上所述本征半導體層表面的分立的第一導電結構、第二導電結構，與所述第一導電結構相比，所述第二導電結構更靠近所述襯底的第二區域，所述第一導電結構和所述第二導電結構均包括位于本征半導體層上的第一摻雜半導體層和第一電極層，所述第一導電結構用作所述薄膜晶體管的源極結構，所述第二導電結構用作所述薄膜晶體管的漏極結構；
[0012]覆蓋于所述第一導電結構、第二導電結構以及本征半導體層上的介質層，位于第二區域襯底上的所述介質層中具有貫穿所述介質層的開口，所述開口露出所述本征半導體層；
[0013]依次位于所述開口中的第二摻雜半導體層、第二電極層，位于所述開口中的第二摻雜半導體層、第二電極層構成第三導電結構；
[0014]所述第二導電結構還用作光電二極管的陰極結構，位于開口中的所述第三導電結構用作光電二極管的陽極結構，位于所述第三導電結構與所述第二導電結構之間的本征半導體用作光電二極管的光吸收層；
[0015]所述光電二極管能夠將指紋反射的光信號轉化為電信號，并通過薄膜晶體管輸出，所述光電二極管與所述薄膜晶體管構成一像素單元。
[0016]可選的，所述第二摻雜半導體層、第二電極層還形成于第一區域對應的介質層上，用于構成第四導電結構，所述第四導電結構與所述第二導電結構用于構成存儲電容。
[0017]可選的，所述襯底與所述本征半導體層之間設置有第一絕緣層。
[0018]可選的，所述襯底、第一絕緣層和介質層的材料為透光材料。
[0019]可選的，所述光電傳感器還包括:覆蓋于所述介質層以及第二電極層表面的第二絕緣層，所述第二絕緣層的材料為透光材料。
[0020]可選的，所述第一絕緣層、介質層、第二絕緣層的材料為氮化硅、氧化硅或旋涂材料。
[0021]可選的，位于所述第二電極層表面的接觸電極，所述接觸電極的材料為氧化銦錫或氧化鋅。
[0022]可選的，所述開口底部邊緣與第二導電結構靠近開口邊緣的間距在I到5微米的范圍內。
[0023]可選的，所述第二導電結構呈具有梳齒部分的梳狀，所述開口中的第三導電結構呈具有梳齒部分的梳狀，且所述開口中的第三導電結構與所述第一導電結構、第二導電結構相對設置且梳齒部分交替排列。
[0024]可選的，所述光電傳感器包括多個所述像素單元，且多個像素單元呈陣列狀排布；
[0025]所述光電傳感器還包括:多條沿行方向排列的柵極引線，每條所述柵極引線的一端與外接驅動電路電連接，每行像素單元的薄膜晶體管柵極與同行的一條柵極引線電連接，為薄膜晶體管柵極提供掃描電壓；
[0026]多條沿列方向排列的第一引線，每條所述第一引線的一端與外接驅動電路電連接，每列像素單元的第一導電結構中的第一電極層與同列的一條第一引線電連接，為所述第一導電結構中的第一電極層提供基礎電壓；
[0027]多條沿列方向排列的第二引線，每條所述第二引線的一端與外接驅動電路電連接，每列像素單元的第二電極層與同列的一條第二引線電連接，為所述第二電極層提供信號電壓。
[0028]可選的，所述光電傳感器還包括:
[0029]在所述像素單元組成的陣列外部的導通柵極引線、第一引線、第二引線的柵極過孔、第一過孔、第二過孔。
[0030]可選的，所述柵極過孔、第一過孔、第二過孔中具有導電層，以將柵極引線、第一引線、第二引線與外接驅動電路電連接。
[0031]可選的，光電傳感器還包括:位于所述多個像素單元上方的保護層。
[0032]可選的，光電傳感器還包括:設置于襯底下方的背光板，所述背光板發出的光線通過一設置于像素單元中的通光結構投射至像素單元上方；
[0033]所述光電二極管用于探測所述光線被手指反射的光，以進行指紋識別。
[0034]可選的，所述光電傳感器還包括:位于第二區域襯底表面的遮光層，在所述遮光層中間區域或在遮光層邊緣具有露出所述襯底的第一通光孔；
[0035]所述本征半導體層中間區域或本征半導體層邊緣具有位于所述第一通光孔正上方的第二通光孔；
[0036]所述第一通光孔和所述第二通光孔用于構成所述通光結構。
[0037]可選的，所述開口中的第三導電結構為封閉的矩形，在所述開口中的第三導電結構底部形成有第三通光孔，所述第三通光孔露出第二通光孔，所述第二導電結構以所述開口為中心圍成封閉的框型，使得第二導電結構與所述開口中的第三導電結構呈回形結構，所述通光結構還包括所述第三通光孔。
[0038]可選的，所述第一通光孔、第二通光孔、第三通光孔的孔徑在O到10微米的范圍內。
[0039]可選的，所述遮光層將所述開口中與第二導電結構之間的本征半導體層完全遮擋。
[0040]可選的，所述遮光層與所述第二導電結構用于構成存儲電容。
[0041]可選的，所述光電傳感器包括多個所述像素單元，且多個像素單元呈陣列狀排布；所述光電傳感器還包括:
[0042]多條沿列方向排列的第三引線，每條所述第三引線的一端與一外接驅動電路電連接，每列像素單元的遮光層與同列的一條第三引線電連接，為遮光層提供外接電壓。
[0043]可選的，所述外接電壓在O到-1OV的范圍內。
[0044]可選的，所述掃描電壓在-10到15V的范圍內，所述基礎電壓在O到3V的范圍內，所述信號電壓在O到-1OV的范圍內。
[0045]本發明還提供一種光電傳感器的制造方法，其特征在于，包括:
[0046]提供襯底，在所述襯底上形成多個像素單元，其中每個像素單元包括薄膜晶體管和光電二極管；
[0047]形成像素單元的步驟包括:
[0048]提供襯底，所述襯底包括用于形成薄膜晶體管的第一區域、用于形成光電二極管的第二區域；
[0049]在所述第一區域襯底表面形成柵極；
[0050]在所述柵極上形成本征半導體層；
[0051]在第一區域襯底上的所述本征半導體層表面形成分立的第一導電結構、第二導電結構，與所述第一導電結構相比，所述第二導電結構更靠近所述襯底的第二區域，所述第一導電結構和所述第二導電結構均包括位于本征半導體層上的第一摻雜半導體層和第一電極層，所述第一導電結構用作所述薄膜晶體管的源極結構，所述第二導電結構用作所述薄膜晶體管的漏極結構；
[0052]在所述第一導電結構、第二導電結構以及本征半導體層上覆蓋介質層；
[0053]在位于第二區域襯底上的所述介質層中形成貫穿所述介質層的開口，所述開口露出所述本征半導體層；
[0054]在所述開口中依次形成第二摻雜半導體層、第二電極層，所述開口中的第二摻雜半導體層、第二電極層構成第三導電結構；
[0055]所述第二導電結構還用作光電二極管陰極結構；位于開口中的所述第三導電結構用作光電二極管的陽極結構，位于所述第三導電結構與所述第二導電結構之間的本征半導體用作光電二極管的光吸收層；
[0056]所述光電二極管能夠將指紋反射的光信號轉化為電信號，并通過薄膜晶體管輸出，從而使所述像素單元能夠用于指紋識別。
[0057]可選的，在形成所述第二摻雜半導體層、第二電極層的步驟中，所述第二摻雜半導體層、第二電極層還形成于第一區域對應的介質層上，用于構成第四導電結構，所述第四導電結構與所述第二導電結構用于構成存儲電容。
[0058]可選的，在形成柵極以后，形成本征半導體層之前，還在所述柵極上形成第一絕緣層，所述本征半導體層形成與所述第一絕緣層上。
[0059]可選的，所述襯底、第一絕緣層和介質層的材料為透光材料。
[0060]可選的，所述制造方法還包括:在所述介質層以及第二電極層表面覆蓋第二絕緣層，所述第二絕緣層的材料為透光材料。
[0061]可選的，所述第一絕緣層、介質層、第二絕緣層的材料為氮化硅、氧化硅或旋涂材料。
[0062]可選的，所述制造方法還包括:在所述開口中的第二電極層表面形成接觸電極，所述接觸電極的材料為氧化銦錫或氧化鋅。
[0063]可選的，使所述開口底部邊緣與第二導電結構的靠近開口邊緣的間距在I到5微米的范圍內。
[0064]可選的，使所述第一導電結構、第二導電結構呈具有梳齒部分的梳狀，所述開口中的第三導電結構呈具有梳齒部分的梳狀，且所述開口中的第三導電結構的梳齒部分與所述第一導電結構、第二導電結構相對設置且梳齒部分交替排列。
[0065]可選的，所述制造方法還包括:在襯底下方設置背光板，所述背光板發出的光線通過一形成于像素單元中的通光結構投射至像素單元上方。
[0066]可選的，在形成柵極的過程中，同步地在第二區域襯底表面形成遮光層，在所述遮光層中間區域或在遮光層邊緣形成露出所述襯底的第一通光孔；
[0067]在所述本征半導體層中間區域或本征半導體層邊緣形成位于所述第一通光孔正上方的第二通光孔；
[0068]所述第一通光孔和所述第二通光孔用于構成所述通光結構。
[0069]可選的，使所述開口中的第三導電結構為封閉的矩形，在所述開口中的第三導電結構底部形成第三通光孔，所述第三通光孔露出第二通光孔，使所述第二導電結構以所述開口為中心圍成封閉的框型，使得第二導電結構與所述開口中的第三導電結構呈回形結構，所述通光結構還包括所述第三通光孔。
[0070]可選的，使所述第一通光孔、第二通光孔、第三通光孔的孔徑在O到10微米的范圍內。
[0071]可選的，使所述遮光層將所述開口中與第二導電結構之間的本征半導體層完全遮擋。
[0072]可選的，在所述襯底表面形成柵極與遮光層的過程包括:采用磁控濺射法在所述襯底表面形成第一金屬層，通過光刻去掉部分第一金屬層至露出襯底表面，形成薄膜晶體管柵極、遮光層以及遮光層中的第一通光孔。
[0073]可選的，在所述第一絕緣層表面形成本征半導體層的過程包括:采用等離子體增強化學氣相沉積法，在所述第一絕緣層表面沉積本征非晶硅，通過光刻去除部分本征非晶硅至露出第一絕緣層表面，保留的本征非晶硅形成本征半導體層。
[0074]可選的，在所述本征半導體層表面形成第一導電結構、第二導電結構的過程包括:采用等離子體增強化學氣相沉積法在所述本征半導體層表面沉積N型非晶硅，在所述N型非晶硅表面覆蓋第二金屬層，對所述第二金屬層、N型非晶硅進行光刻，去除大部分的第二金屬層、N型非晶硅至露出本征半導體層，剩余的N型非晶硅形成第一摻雜半導體層，剩余的第二金屬層形成第一電極層。
[0075]可選的，所述第二電極層的材料為金屬或透光導電材料。
[0076]可選的，在所述第一電極上方的介質層表面以及所述開口中形成依次形成的第二摻雜半導體層、第二電極層的過程包括:在所述介質層表面以及所述開口中覆蓋依次形成的P型非晶硅、第三金屬層，通過光刻去除部分P型非晶硅、第三金屬層至露出介質層表面，保留的位于第一電極上方的、所述開口中以及開口周邊的P型非晶硅、第三金屬層形成第二摻雜半導體層、第二電極層。
[0077]可選的，所述制造方法還包括:
[0078]使所述多個像素單元呈陣列狀排布；
[0079]在形成柵極時，同步形成多條沿行方向排列的柵極引線，每條所述柵極引線的一端與外接驅動電路電連接，每行像素單元的柵極與同行的一條柵極弓I線電連接；
[0080]在形成第一電極層時，同步形成多條沿列方向排列的第一引線，每條所述第一引線