本發(fā)明涉及圖像傳感器，涉及例如具有作為開關(guān)元件的氧化物半導(dǎo)體的圖像傳感器。

背景技術(shù)：

使用x射線透射圖像以非破壞方式檢查樣本的內(nèi)部的技術(shù)在醫(yī)療和工業(yè)的非破壞檢查的領(lǐng)域中必不可少。特別是，將x射線透射圖像直接獲取作為電子數(shù)據(jù)的平板探測器(fpd)由于其圖像采集的迅速性、通過圖像處理而有助于解讀射線照片等而廣泛使用。如日本專利申請?zhí)亻_no.h4－206573號中公開的，fpd中使用的圖像傳感器具有其中至少包括光電轉(zhuǎn)換元件和開關(guān)元件的像素配置成陣列狀的結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前最常用的x射線圖像傳感器中，采用非晶硅(a-si)光電二極管(pd)作為光電轉(zhuǎn)換元件，采用非晶硅(a-si)薄膜晶體管(tft)作為開關(guān)元件。

近年來，在醫(yī)療服務(wù)的領(lǐng)域中，強(qiáng)烈期望進(jìn)行高精度的x射線透視的手段(用于獲得x射線視頻圖像的手段)。這是因為，在導(dǎo)管治療中，需要準(zhǔn)確且實時地確認(rèn)導(dǎo)管的位置。在x射線透視中經(jīng)常使用的圖像增強(qiáng)器(i.i.)原理上僅能夠獲得不充分的空間分辨率。而且，當(dāng)前的x射線圖像傳感器不能輕易地高速運(yùn)作。因此，x射線圖像傳感器難以在高幀速率下進(jìn)行透視。當(dāng)前的x射線圖像傳感器不能高速運(yùn)作是因為作為開關(guān)元件的a-sitft的電流驅(qū)動能力低。同時，作為使開關(guān)元件高速運(yùn)作的手段，日本專利申請?zhí)亻_no.2006－165530公開了使用氧化物半導(dǎo)體tft作為開關(guān)元件的方法。這里公開的氧化物半導(dǎo)體包括例如含in、ga、zn的非晶氧化物。

但是，在為了使圖像傳感器高速化而使用氧化物半導(dǎo)體的tft作為開關(guān)元件的情況下，產(chǎn)生在制造圖像傳感器時氧化物半導(dǎo)體tft的特性大幅改變的問題。發(fā)明人對該問題進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，由于包含在形成a-sipd時使用的大量的氫的原料氣體，或者由于該過程中的溫度，氧化物半導(dǎo)體改變其性質(zhì)，由此tft的特性改變。

為了解決這一點(diǎn)，發(fā)明人在日本特開no.2015－90957中提出了其中在氧化物半導(dǎo)體tft和a-sipd之間配置抑制氫的透過的阻擋層的結(jié)構(gòu)。同樣的方法在日本專利申請?zhí)亻_no.2015－170859號公報中也被公開。

圖25是示出在相關(guān)技術(shù)的具有氧化物半導(dǎo)體tft的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。將參照圖25對日本專利申請?zhí)亻_2015－170859號公報中公開的例子進(jìn)行說明。在該例中，氧化物半導(dǎo)體tft11上配置有氫阻擋介電層37。接觸孔設(shè)置于所述氫阻擋介電層37中。通過該接觸孔，氧化物半導(dǎo)體tft11的源極/漏極層19電連接到光敏元件31的底部二極管接觸部32。在此，底部二極管接觸部32是包含cr、ti、w、mo、al、nd摻雜的al、ta或它們的組合的金屬層。氫阻擋介電層37是包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氮化鋁，氮氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭、氮化鈦、氮化鉭或它們的組合的介電層。該底部二極管接觸部32和氫阻擋介電層37用于防止形成光敏元件31時的氫向氧化物半導(dǎo)體tft11擴(kuò)散。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

然而，發(fā)明人進(jìn)行了與a-sipd的原料氣體中包含的氫到氧化物半導(dǎo)體的擴(kuò)散、以及相關(guān)聯(lián)的的氧化物半導(dǎo)體tft的特性變動相關(guān)的詳細(xì)實驗，之后發(fā)現(xiàn)，日本專利申請?zhí)亻_no.2015-170859中公開的結(jié)構(gòu)不能充分抑制氧化物半導(dǎo)體tft的特性變動。

本發(fā)明是鑒于上述的問題而做出的，其目的是提供如下的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述圖像傳感器抑制在具有由層疊在基板上的氧化物半導(dǎo)體tft形成的開關(guān)元件以及a-sipd的圖像傳感器中沉積a-si層時，a-si層的原料氣體中包含的氫在氧化物半導(dǎo)體層中擴(kuò)散導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體tft的特性改變，并在高幀速率下實現(xiàn)高精度的fpd。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖像傳感器包括：包含氧化物半導(dǎo)體tft的開關(guān)元件、氣體阻隔膜、包含具有非晶硅的光電二極管的光電轉(zhuǎn)換元件、以及保護(hù)膜，這些部件依次層疊在基板上，圖像傳感器還包括連接布線，所述連接布線配置在覆蓋所述光電轉(zhuǎn)換元件的保護(hù)膜上并且將所述開關(guān)元件的漏極電極經(jīng)由接觸孔電連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件的一個端子。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，能夠抑制氧化物半導(dǎo)體tft的特性的改變。

上面的和進(jìn)一步的目標(biāo)和特征通過下面參照附圖的詳細(xì)說明將更明顯。

應(yīng)該理解的是，上述的概述和下面的詳述是示例性的和解釋性的，而不旨在限制本發(fā)明。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)實施方式1的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖2是示出根據(jù)實施方式1的圖像傳感器中的一個像素的電路結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖3是根據(jù)實施方式1的圖像傳感器中的一個像素的布局圖；

圖4是示出根據(jù)實施方式1的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖5是示出在形成a-sipd之前和之后對不具有氣體阻隔膜的結(jié)構(gòu)中的氧化物半導(dǎo)體tft的特性進(jìn)行比較得到的圖；

圖6是示出在形成a-sipd之前和之后對根據(jù)實施方式1的圖像傳感器中的氧化物半導(dǎo)體tft的特性進(jìn)行比較得到的圖；

圖7是示出在不同膜厚的氣體阻隔膜的情況下對氫等離子體環(huán)境下的氧化物半導(dǎo)體tft的閾值電壓的變動進(jìn)行評估得到的結(jié)果的圖；

圖8是示出在形成a-sipd后對使用金屬作為氣體阻隔膜的情況下的、氧化物半導(dǎo)體tft的特性進(jìn)行評估的結(jié)果的圖；

圖9是示出根據(jù)實施方式2的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖10是示出根據(jù)實施方式2的圖像傳感器中的一個像素的電路結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖11是根據(jù)實施方式2的圖像傳感器中的一個像素的布局圖；

圖12是示出根據(jù)實施方式2的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖13是示出改變第二柵極電壓的同時對根據(jù)實施方式2的圖像傳感器的氧化物半導(dǎo)體tft的特性進(jìn)行評估得到的結(jié)果的圖；

圖14是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的制造過程的剖視圖；

圖15是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的制造過程的剖視圖；

圖16是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的制造過程的剖視圖；

圖17是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的制造過程的剖視圖；

圖18是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的制造過程的剖視圖；

圖19是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的制造過程的剖視圖；

圖20是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖21是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖22是示出根據(jù)實施例2的圖像傳感器中的一個像素的電路結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖23是根據(jù)實施例2的圖像傳感器中的一個像素的布局；

圖24是示出根據(jù)實施例2的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖；以及

圖25是示出具有相關(guān)技術(shù)中的氧化物半導(dǎo)體tft的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

具體實施方式

[實施方式1]

下文將參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖中的各構(gòu)成要素的大小和比例為了確保圖的可視性而適當(dāng)進(jìn)行了修改。另外，圖中的陰影部分用于使各構(gòu)成要素相互區(qū)別，不一定必然表示剖面。

圖1是示出根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)的電路圖。為了簡化，在此示出了5行5列的像素配置。圖像傳感器100包括縱向配置在基板200上的信號線s1～s5、以及橫向配置在基板200上的柵極線g1～g5。圖像傳感器100包括被信號線s1～s5和柵極線g1～g5劃分的像素300。像素300配置成矩陣狀。在各像素中，至少配置有作為開關(guān)元件的tft400、以及作為光電轉(zhuǎn)換元件的pd600。tft400的柵極端子連接到針對每個像素行的共同的柵極線。源極端子連接到針對每個像素列的共同的信號線。tft400的漏極端子連接到pd600的一個端子。pd600的另一個端子連接到被所有的像素共享的bias布線(bias)。信號線、柵極線以及bias布線經(jīng)由設(shè)置在基板200的端部的端子900連接到外部電路。

圖2是示出根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100中的一個像素的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。在所示的例子中，tft400的漏極端子連接到pd600的陰極端子。pd600的陽極端子連接到bias布線。

圖3是根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100中的一個像素的布局。在此，示出了使用反交錯型tft的例子。在圖中，形成tft的柵極及柵極布線的柵極金屬的圖案由410表示。tft中的半導(dǎo)體層由430表示，形成tft的源極端子的源極/漏極金屬的圖案由440表示。形成tft的漏極端子的源極/漏極金屬的圖案由450表示。pd600的下部電極金屬的圖案由610表示。pd600的上部金屬的圖案由650表示。在本例中，下部電極610用作pd600的陰極端子。上部電極650用作陽極端子。形成橋接布線的金屬的圖案由720表示。形成信號線的金屬的圖案由730表示。橋接布線720將tft的漏極端子電連接到pd600的下部電極610。形成bias布線的金屬的圖案由740表示。在該例中，橋接布線、bias布線、信號線形成于相同的金屬層。用于將橋接布線、bias布線和信號線電連接到其他金屬層的接觸孔由811、812、813、814表示。

圖4是示出根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)的剖視圖(沿圖3中所示的iv－iv線的剖面)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式1的圖像傳感器100在基板200上包括tft400及pd600、以及第一層間膜510、氣體阻隔膜520及第二層間膜530。tft400由形成柵極410的金屬、柵極絕緣膜420、半導(dǎo)體層430以及源極/漏極金屬440、450構(gòu)成。pd600由下部電極610、n-a-si:h(n型氫化非晶硅)620、i-a-si:h(本征氫化的非晶硅)630、p-a-si:h(p型氫化非晶硅)640以及上部電極650構(gòu)成。第一層間膜510、氣體阻隔膜520以及第二層間膜530設(shè)置在tft400和pd600之間。保護(hù)膜710被層疊為覆蓋pd600的上部及側(cè)壁。在保護(hù)膜710上，形成有信號線730、bias布線740以及橋接布線720。信號線730、bias布線740以及橋接布線720由金屬形成。tft400的漏極金屬450通過橋接布線720電連接到pd600的下部電極610。漏極金屬450通過第一接觸孔電連接到橋接布線720。第一接觸孔形成于第一層間膜510、氣體阻隔膜520、第二層間膜530以及保護(hù)膜710中。另外，下部電極610通過第二接觸孔電連接到橋接布線720。第二接觸孔形成于保護(hù)膜710中。橋接布線720的一部分形成于保護(hù)膜710上。

如圖4所示，形成于保護(hù)膜710中的與第一接觸孔有關(guān)的通孔的開口面積等于或大于形成于氣體阻隔膜520中的與第一接觸孔有關(guān)的通孔的開口面積。如下所述，由于第一接觸孔在覆蓋pd600的保護(hù)膜710形成之后開口，因此第一接觸孔通常需要具有垂直形狀、正錐形狀或階梯形狀的剖面。即，該部分上的保護(hù)膜710的通孔的開口面積等于或大于氣體阻隔膜的通孔的開口面積。這能夠防止形成第一接觸孔之后形成橋接布線720時的階梯中斷。

另外，如圖4所示，在第一接觸孔中，橋接布線720的一部分與氣體阻隔膜520的通孔的內(nèi)表面直接接觸。因此，氣體阻隔膜520中的通孔不與保護(hù)膜710接觸。這是因為，第一接觸孔在保護(hù)膜710形成之后開口，與上述情況同樣。

根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100包括具有依次層疊在基板上的氧化物半導(dǎo)體tft的開關(guān)元件。開關(guān)元件例如是tft400。在tft400的上側(cè)層疊有氣體阻隔膜520。在氣體阻隔膜520的上側(cè)，層疊有包括具有非晶硅的光電二極管的光電轉(zhuǎn)換元件。光電轉(zhuǎn)換元件例如是pd600。在pd600的上表面層疊有保護(hù)膜710。另外，圖像傳感器100配置于覆蓋pd600的保護(hù)膜710上，并包括將tft400的漏極電極經(jīng)由接觸孔電連接到pd600的一個端子的連接布線。接觸孔例如是第一接觸孔和第二接觸孔。連接布線例如是橋接布線720。pd600的一個端子例如是下部電極610。

根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100可采用玻璃等絕緣基板作為基板200。對于形成作為開關(guān)元件的tft400的半導(dǎo)體層430，可采用氧化物半導(dǎo)體。氧化物半導(dǎo)體例如包含in、ga、zn。優(yōu)選地，為了提高量子效率，形成pd600的i-a-si:h630的膜厚為約1μm。

在根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100中，在pd600被沉積并形成、且保護(hù)膜710被沉積在pd600的上面之后，在第一層間膜510、氣體阻隔膜520以及第二層間膜530中形成接觸孔。氣體阻隔膜520例如是有機(jī)絕緣膜。對于氣體阻隔膜520，可采用對二甲苯聚合物、間二甲苯聚合物等二甲苯聚合物及其衍生物、丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂等絕緣膜。氣體阻隔膜520的膜厚優(yōu)選等于或大于1μm。

另外，雖然圖未示，但是在信號線730、橋接布線720、bias布線740上配置用于將x射線轉(zhuǎn)換為可見光的閃爍體。在閃爍體的下部，也可以形成以保護(hù)元件和使表面平坦化為目的的平坦化膜。

根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100能夠在高幀速率下進(jìn)行高精密的x射線透視。其理由將在下面進(jìn)行說明。

為了獲得高精密的x射線透射圖像，可使用fpd取代i.i.。但是，相關(guān)技術(shù)的fpd中所使用圖像傳感器采用a-sitft作為開關(guān)元件。因此，難以使圖像傳感器以高幀速率運(yùn)作。如果為了獲得高幀速率而對tft使用氧化物半導(dǎo)體，則a-sipd形成時氧化物半導(dǎo)體tft的特性可能改變。tft的特性的改變可能引起圖像傳感器異常操作。在根據(jù)實施方式1的圖像傳感器中，在氧化物半導(dǎo)體tft和pd之間配置氣體阻隔膜。由此，即使對pd使用a-si，也能夠抑制tft的特性改變。因此，能夠使圖像傳感器以高幀速率操作。

圖5是示出在形成a-sipd之前和之后對不具有氣體阻隔膜的結(jié)構(gòu)中的氧化物半導(dǎo)體tft的特性進(jìn)行比較得到的圖。橫軸表示柵極電壓。橫軸采用伏特(v)的單位?？v軸表示漏極電流。縱軸采用任意單位(a.u.)。虛線表示a-sipd形成前的氧化物半導(dǎo)體tft的id－vg特性(漏極電流的柵極電壓依賴性)。實線表示a-sipd形成后的氧化物半導(dǎo)體tft的id－vg特性。在a-sipd形成后，氧化物半導(dǎo)體tft的閾值電壓大幅變動，而tft未示出任何接通/斷開操作。

圖6是示出在形成a-sipd之前和之后對根據(jù)實施方式1的圖像傳感器中的氧化物半導(dǎo)體tft的特性進(jìn)行比較得到的圖。橫軸表示柵極電壓。橫軸采用伏特(v)的單位?？v軸表示漏極電流?？v軸采用任意單位(a.u.)。虛線表示a-sipd形成前的id－vg特性。實線表示形成后的特性。在此，使用對二甲苯聚合物作為氣體阻隔膜。從圖中可清楚地看出，在圖像傳感器的結(jié)構(gòu)中，即使使用氧化物半導(dǎo)體tft作為開關(guān)元件、使用a-sipd作為光電轉(zhuǎn)換元件，也大幅抑制氧化物半導(dǎo)體tft的特性劣化。

圖7是示出在不同膜厚的氣體阻隔膜的情況下對氫等離子體環(huán)境下的氧化物半導(dǎo)體tft的閾值電壓的變動進(jìn)行評估得到的結(jié)果的圖。評估示出使帶氣體阻隔膜的氧化物半導(dǎo)體tft暴露于氫等離子體之前和之后對tft特性進(jìn)行測量得到的結(jié)果，該氫等離子體以具有與針對a-si:h薄膜的沉積的條件同等的條件的方式產(chǎn)生。圖7的圖中的橫軸表示氣體阻隔膜的膜厚。橫軸采用μm的單位。作為氣體阻隔膜，采用對二甲苯聚合物?？v軸表示樣品暴露于氫等離子體之前和之后tft閾值電壓的變化量?？v軸采用伏特(v)的單位。從圖中可清楚地看出，如果膜厚等于或大于1μm，則能夠大幅地抑制tft的特性變化。

而且，為了確定是否能夠使用金屬作為氣體阻隔膜，使用cr和ito進(jìn)行同樣的評估。圖8是示出在形成a-sipd后對使用金屬作為氣體阻隔膜的情況下的、氧化物半導(dǎo)體tft的特性進(jìn)行評估的結(jié)果的圖。橫軸表示柵極電壓。橫軸采用伏特(v)的單位?？v軸表示漏極電流?？v軸采用任意單位(a.u.)。在此，該圖示出使用膜厚50nm的cr作為氣體阻隔膜的情況下的、放置于氫等離子體環(huán)境下之后的氧化物半導(dǎo)體tft的id－vg特性。如此，閾值電壓大幅變動，而tft未示出任何接通/斷開操作。使用ito作為氣體阻隔膜的實驗產(chǎn)生了類似的結(jié)果。如果將作為氣體阻隔膜的cr的膜厚大幅增大，能夠獲得抑制效果。如果金屬層的膜厚增大，則由于金屬層與玻璃基板或siox(氧化硅)等絕緣膜之間的熱膨脹系數(shù)之差產(chǎn)生應(yīng)力，其可能導(dǎo)致膜剝落。因此，不適于使用金屬作為氣體阻隔膜。發(fā)明人基于上述的實驗結(jié)果進(jìn)行考慮得到如下的結(jié)論。

在高精密的fpd中，為了確保充分的s/n比，期望使a-sipd的i-a-si:h層的厚度為約1μm。但是，為了完全沉積1μm的膜厚的i-a-si:h層，需要較長的沉積時間段。為了減少a-si層中的懸空鍵，需要將大量的氫導(dǎo)入原料氣體。在這種環(huán)境下，在沉積a-si:h層時，氫可能在氧化物半導(dǎo)體層中擴(kuò)散。

但是，在根據(jù)實施方式1的圖像傳感器中，在氧化物半導(dǎo)體tft400和pd600之間配置氣體阻隔膜520，直至pd600的形成完成為止，在氣體阻隔膜520中不形成接觸孔等。因此，氣體阻隔膜520能夠大幅抑制氫的擴(kuò)散。另外，由于在a-si:h沉積過程中在氣體阻隔膜520中未形成接觸孔，因此可在基板整個區(qū)域上均勻地獲得抑制氫擴(kuò)散的效果。因此，即使沉積較厚的a-si:h膜，也能夠防止氧化物半導(dǎo)體的質(zhì)量變化，能夠抑制tft400的特性變動。因此，金屬不適于氣體阻隔膜520，而其上可沉積充分厚的膜的絕緣膜是合適的。特別地，對二甲苯聚合物和間二甲苯聚合物等二甲苯聚合物及其衍生物、丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂是適合的。

[實施方式2]

圖9是示出根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)的電路圖。實施方式2與實施方式1的不同之處在于，作為開關(guān)元件tft400，采用在半導(dǎo)體層430的上面和下面配置兩個柵極電極、在這兩個柵極電極之間插入絕緣膜這樣的雙柵極結(jié)構(gòu)tft。tft包括第一柵極和第二柵極。第一柵極連接到柵極線(g1～g5)。第二柵極連接到tgb布線(tgb)。tgb布線被圖像傳感器100中的全部的像素共享。tgb布線經(jīng)由端子900連接到外部電路。

圖10是示出根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100中的一個像素的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。如已說明的，除tft400的第二柵極連接到tgb布線以外，根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100具有如根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100中的各像素的相同的電路結(jié)構(gòu)。在此，示出了將反交錯型雙柵極結(jié)構(gòu)用作tft400的例子。第一柵極由圖10中的bg表示，第二柵極由圖10中的tg表示。

圖11是根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100中的一個像素的布局。圖12是示出根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)的剖視圖(沿圖11的xii－xii線的剖面)。根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100與根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100的不同之處在于，在氣體阻隔膜520和第一層間膜510之間配置有形成第二柵極460的金屬。

在根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100中，對tft400的第二柵極460施加與施加于第一柵極的電壓不同的電壓。例如，對所有的像素中的tft400施加共同的dc電壓。

根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100與根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100同樣，能夠在高幀速率下進(jìn)行高精密的x射線透視。除此以外，還能夠提高圖像傳感器的生產(chǎn)率。還能夠提高可靠性。下面對其理由進(jìn)行說明。

根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100能夠在高幀速率下進(jìn)行高精密的x射線透視的理由與根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100的理由相同。

在根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100中能夠提高生產(chǎn)率是因為通過對第二柵極460施加電壓能夠控制tft400的閾值電壓。如圖6所示，在根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100中，采用氣體阻隔膜520，從而可大幅抑制氧化物半導(dǎo)體tft400的閾值電壓的變動。但是，如從圖6可清楚地看到，在a-sipd形成之前和之后，不能完全抑制氧化物半導(dǎo)體tft400的閾值電壓的變動。tft400的閾值電壓在a-sipd600形成以外的制造工序過程中也由于各種因素而變動。這些變動的合計值可能會引起最終完成的圖像傳感器100中的tft400的特性超出圖像傳感器100的驅(qū)動電壓范圍。圖13是示出改變第二柵極電壓的同時對根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100中的氧化物半導(dǎo)體tft400的特性進(jìn)行評估得到的結(jié)果的圖。橫軸表示第一柵極電壓。橫軸采用伏特(v)的單位。縱軸表示漏極電流?？v軸采用任意單位(a.u.)。點(diǎn)劃線表示對第二柵極460施加+5v的情況下的特性。實線和虛線分別表示對第二柵極460施加0v、－5v的情況下的特性。從圖中可以清楚地看到，通過改變對第二柵極460施加的電壓，能夠控制tft400的閾值電壓。

因此，在根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100中，即使在制造工序的過程中tft400的閾值電壓的變動產(chǎn)生至超出預(yù)期的程度，通過調(diào)整對第二柵極電極施加的電壓，也能夠控制tft400的閾值電壓。這能夠使tft400在適當(dāng)?shù)尿?qū)動電壓下操作。因此，圖像傳感器100的生產(chǎn)率提高。

為了進(jìn)行補(bǔ)充說明，驅(qū)動電壓范圍在此表示對tft400的第一柵極施加的脈沖波形的電壓振幅。該振幅的電壓優(yōu)選盡可能小。如果對tft400的第一柵極施加脈沖波形，則根據(jù)電壓振幅在pd600和信號線處產(chǎn)生電荷噪聲。這是因為第一柵極及柵極布線經(jīng)由寄生電容電連接到pd600或信號線。施加于信號線的電荷噪聲與pd600的信號電荷分離特別困難。電荷噪聲使圖像傳感器100的s/n比下降。因此，期望盡可能小地設(shè)定驅(qū)動電壓范圍。在根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100中，能夠在圖像傳感器100制作后調(diào)整tft400的閾值電壓，這有助于將驅(qū)動電壓范圍設(shè)定為較小值，并且也有助于提高s/n比。

另外，如果長時間使用圖像傳感器，則tft的閾值電壓由于電應(yīng)力等而發(fā)生變動。但是，在根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器100中，可調(diào)整對第二柵極460施加的電壓，使得tft400的閾值電壓的變動可消除。因此，可靠性提高。

圖像傳感器100包括在層疊方向上相互分離配置的兩個柵極電極。兩個柵極電極例如是構(gòu)成第一柵極的電極以及構(gòu)成第二柵極460的電極。

[實施例1]

現(xiàn)在對根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100的制造方法的示例進(jìn)行說明。圖14至圖19是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器100的制造過程的剖視圖。圖20及圖21是示出根據(jù)實施例1的圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖14示出在根據(jù)實施例1的圖像傳感器100的制造工序中沉積直至氣體阻隔膜520的階段的剖面圖。圖像傳感器100可采用玻璃基板作為基板200。但是，基板200不限于玻璃基板。作為基板200，也可采用具有耐熱性的樹脂基板、具有用siox或sinx(氮化硅)涂覆后的表面的金屬基板。在玻璃基板200上，將al沉積并圖案化，作為成為tft400的柵極及柵極布線410的金屬。除al以外，例如，也可以使用cr、ito、w或其合金。在其上沉積siox作為柵極絕緣膜420。對于柵極絕緣膜420，除siox以外，也可以采用sinx或siox和sinx的層疊膜。接下來，作為半導(dǎo)體層430，可將含有in、ga、zn的氧化物半導(dǎo)體層沉積并圖案化。之后，將al沉積并圖案化作為源極/漏極金屬440、450。對于源極/漏極金屬440、450，除al以外，例如還可使用cr或其合金。雖然圖未示，但是可以在沉積源極/漏極金屬440、450之前，在氧化物半導(dǎo)體層中在成為tft400的溝道的部分上圖案化而形成siox等的絕緣膜。將在tft400的溝道部分上配置絕緣膜圖案的結(jié)構(gòu)稱作溝道保護(hù)型tft，如圖14所示未配置絕緣膜圖案的結(jié)構(gòu)可稱作溝道蝕刻型tft。根據(jù)實施例1的圖像傳感器100可采用任一結(jié)構(gòu)。接下來，在源極/漏極金屬440、450上沉積siox作為第一層間膜510。對于第一層間膜510，也可使用siox、sinx或siox和sinx的層疊膜。然后，在第一層間膜510上沉積對二甲苯聚合物作為氣體阻隔膜520。對于氣體阻隔膜520，也可采用間二甲苯聚合物等二甲苯聚合物及其衍生物、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂等。對于氣體阻隔膜520，除所述有機(jī)絕緣膜以外，也可采用無機(jī)絕緣膜。無機(jī)絕緣膜是由例如sinx或al2o3(氧化鋁)制成的膜。該情況下，膜厚也優(yōu)選為1μm或更大。然而，在沉積sinx時，需要減少原料氣體中包含的氫。例如，可采用利用了sif4和n2氣體的等離子體化學(xué)氣相沉積(cvd)來沉積。根據(jù)發(fā)明人的實驗結(jié)果，作為無機(jī)絕緣膜的siox幾乎未產(chǎn)生抑制氫氣的擴(kuò)散的效果，因此不適合用于氣體阻隔膜。

如圖15所示，在氣體阻隔膜520上沉積siox作為第二層間膜530。第二層間膜530是為了提高氣體阻隔膜520和pd的下部電極610之間的附著性而沉積的。根據(jù)氣體阻隔膜520的種類和下部電極610的金屬，對第二層間膜530選擇適合的材料?？商孢x地，有時不需要沉積第二層間膜530。在第二層間膜530上沉積cr作為pd600的下部電極610。對于下部電極610，除cr以外，還可采用al、ito等。在下部電極610上沉積n-a-si:h620、i-a-si:h630和p-a-si:h640的層。這三個層優(yōu)選地通過等離子體cvd按順序沉積?？紤]到量子效率，更優(yōu)選地，i-a-si:h的膜厚為大約1μm。在其上沉積ito作為pd的上部電極650。對于上部電極650，除ito以外，也可采用zno等透明導(dǎo)電膜。

接下來，如圖16所示，通過圖案化形成pd600。在該實施例中，進(jìn)行圖案化使得構(gòu)成pd600的上部電極650、p-a-si:h640、i-a-si:h630、n-a-si:h620形成為相同形狀，之后，也通過圖案化形成下部電極610。

之后，如圖17所示，沉積sinx作為保護(hù)膜710。對于保護(hù)膜710，除sinx以外，還可使用siox、丙烯酸樹脂或其層疊膜。

如圖18所示，在保護(hù)膜710、第二層間膜530、氣體阻隔膜520、第一層間膜510中形成接觸孔811、812、813。由于可能難以通過一個光刻步驟在保護(hù)膜、多個層間膜以及氣體阻隔膜這些膜中形成接觸孔，因此可替選地，可以通過多個光刻步驟形成不同大小的接觸孔。

之后，如圖19所示，將橋接布線720、bias布線740、圖未示但作為信號線的金屬al沉積并通過圖案化而形成。除al以外，也可使用具有較小的比電阻的al合金。而且，在根據(jù)實施例1的圖像傳感器中，形成橋接布線、bias布線、信號線的金屬需要電連接到源極/漏極金屬、形成pd600的下部電極610的金屬、以及形成pd600的上部電極650的金屬。對于源極/漏極金屬、形成pd600的下部電極610的金屬、以及形成pd600的上部電極650的金屬，可使用不同的材料。因此，如圖20所示，出于與多個不同類型的金屬電連接的目的，形成橋接布線、bias布線、信號線的金屬可以是兩種或更多種的不同的金屬層的層疊膜。但是，對于要沉積的金屬層之一，優(yōu)選使用al或al合金等電阻率較小的金屬。其理由是信號線和bias布線的時間常數(shù)影響pd600的信號讀取速度。

如上所述，根據(jù)氣體阻隔膜520的種類以及pd600的下部電極610的種類的組合，不總是必須形成第二層間膜530。不具有第二層間膜530的剖面結(jié)構(gòu)示于圖21。由于圖21所示的圖像傳感器100未設(shè)有第二層間膜530，因此下部電極610設(shè)置為與氣體阻隔膜520接觸。

在根據(jù)實施例1的圖像傳感器100中，在將包含大量的氫作為原料氣體的a-si:h沉積時在氣體阻隔膜520中未形成接觸孔。因此，能夠抑制在整個基板上氫氣均勻地擴(kuò)散至氧化物半導(dǎo)體層。因此，能夠抑制氧化物半導(dǎo)體tft400的特性變動，這使圖像傳感器高速操作。

以上對制造根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100的示例進(jìn)行了說明，但是如果在將氣體阻隔膜520沉積之前沉積并圖案化cr、al、ito等金屬作為成為第二柵極460的金屬，則根據(jù)實施方式2的圖像傳感器100也可同樣制造。

[實施例2]

圖22是示出根據(jù)實施例2的圖像傳感器100中的一個像素的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。與實施例1相同，各像素由作為開關(guān)元件的tft400和作為光電轉(zhuǎn)換元件的pd600構(gòu)成，但tft400和pd600的連接方法不同。在根據(jù)實施例2的圖像傳感器中，tft400的漏極端子連接到pd600的陽極端子。

圖23是根據(jù)實施例2的圖像傳感器100中的一個像素的布局。tft400的漏極金屬450經(jīng)由接觸孔811連接到橋接布線720。另外，橋接布線720經(jīng)由接觸孔813連接到pd600的上部電極650。在實施例2中，由于上部電極650用作pd600的陽極端子，因此tft400的漏極端子連接到pd600的陽極端子。如上所述，pd600是圖像傳感器100所包括的光電轉(zhuǎn)換元件的一例。光電轉(zhuǎn)換元件的一個端子例如是根據(jù)實施例2的上部電極650。

圖24是示出根據(jù)實施例2的圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)的剖視圖(沿圖23中的xxiv－xxiv線的剖面)。氣體阻隔膜520的下方(比氣體阻隔膜520更靠近基板的位置)的結(jié)構(gòu)與根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)相同，但是實施例2的圖像傳感器與實施方式1的圖像傳感器不同之處在于，tft400的漏極金屬450經(jīng)由橋接布線720連接到pd600的上部電極650、以及pd600的下部電極610形成bias布線。形成pd600的n-a-si:h620、i-a-si:h630、p-a-si:h640的層疊順序以及膜厚可設(shè)定為與根據(jù)實施方式1的圖像傳感器100相同。

在根據(jù)實施例2的圖像傳感器100中，在形成pd600時不總是必須在氣體阻隔膜520中形成接觸孔。因此，能夠抑制在pd600形成時氫氣在整個基板上均勻地擴(kuò)散，由此抑制氧化物半導(dǎo)體tft的特性變動。

各實施方式和實施例中記載的技術(shù)特征(構(gòu)成要素)可相互組合，并且這些組合可形成新的技術(shù)特征。

應(yīng)該理解的是，在此公開的實施方式及實施例在各個方面是示例性的而非限制性的。由于本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是說明書限定，因此落在權(quán)利要求的邊界和界限或者該邊界和界限的等效物內(nèi)的所有的變化旨在被權(quán)利要求涵蓋。