X光感测装置的制作方法

x光感测装置
技术领域
1.本发明涉及一种x光感测装置，尤其涉及一种包括铅玻璃的x光感测装置。


背景技术：

2.随着医疗技术的进展，许多医生会利用x光来检察病患的身体状况。举例来说，医生在执行手术之前，利用x光检察病患的骨胳情况，由此降低手术失败的风险。
3.目前，x光感测装置中包括许多感光元件，这些感光元件通常会通过薄膜晶体管或其他有源/无源元件来控制。然而，随着x光感测装置的使用时间增加，x光不断反复的照射薄膜晶体管中的半导体通道层。薄膜晶体管中的半导体通道层被x光反复的照射之后容易出现劣化的问题，导致x光感测装置产生的图像模糊不清。若x光感测装置产生的图像模糊不清，容易使医生对病患的骨胳情况产生误判。因此，目前亟需一种可以解决前述问题的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种x光感测装置，能改善有源元件劣化的问题。
5.本发明的至少一实施例提供一种x光感测装置。x光感测装置包括感光元件、含铅玻璃以及x光转换结构。感光元件被配置为感测具有第一波长的光线。含铅玻璃重叠于感光元件。x光转换结构设置于含铅玻璃上。含铅玻璃位于感光元件与x光转换结构之间。x光转换结构被配置为将x光至少部分转化成具有第一波长的光线。
附图说明
6.图1a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。
7.图1b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的俯视示意图。
8.图2a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。
9.图2b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的仰视示意图。
10.图3a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。
11.图3b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的俯视示意图。
12.图4a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。
13.图4b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的俯视示意图。
14.附图标记如下：
15.10、20、30、40:x光感测装置
16.100:感光元件
17.110、110a:第一电极
18.120:感光层
19.130:第二电极
20.200:含铅玻璃
21.202、322:第一面
22.204、324:第二面
23.300:x光转换结构
24.310:闪烁体层
25.320:第一软性基板
26.330:粘着层
27.340:金属层
28.350:第二软性基板
29.360:抗水气层
30.400:有源元件
31.410:栅极
32.420:半导体通道层
33.422:导电区
34.424:通道区
35.430:源极
36.440:漏极
37.450:栅极绝缘层
38.600:x光转换结构
39.610:闪烁体层
40.620:第一保护层
41.630:金属层
42.640:第二保护层
43.700:挡墙结构
44.710:第一层
45.720:第二层
46.a-a’、b-b’:线
47.al:有源元件层
48.bp1、pv1、pv2、pv3:绝缘层
49.dr1:第一方向
50.dr2:第二方向
51.h1、h2、h3、th1、th2、th3:通孔
52.ild:层间介电层
53.l1:第一信号线
54.l2:第二信号线
55.l3:第三信号线
56.oca:光学胶层
57.pl:平坦层
58.sa:感测区
59.t1、t2、t3、t4、u1、u2:厚度
60.z1、z2、z3:x光
具体实施方式
61.图1a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。图1b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的俯视示意图。图1a对应了图1b中线a-a’的位置，且图1b省略绘出了图1a中的部分构件。
62.请参考图1a与图1b，x光感测装置10包括感光元件100、含铅玻璃200以及x光转换结构300。在本实施例中，x光感测装置10还包括有源元件400、第一信号线l1、第二信号线l2以及第三信号线l3。在本实施例中，有源元件层al形成于含铅玻璃200的第一面202，且x光转换结构300形成于含铅玻璃200的第一面204，其中有源元件层al包含感光元件100、有源元件400、第一信号线l1、第二信号线l2以及第三信号线l3。
63.在含铅玻璃200中，氧化铅的重量百分比为10wt％至75wt％，且含铅玻璃200的厚度t1为0.5毫米至5毫米，例如0.5毫米至3毫米。在一些实施例中，含铅玻璃200针对波长为400纳米至700纳米(例如550纳米)的可见光的穿透率约大于或等于85％，且针对波长约0.1纳米至10纳米的x光的穿透率约小于或等于11.6％。
64.有源元件400形成于含铅玻璃200上。在本实施例中，有源元件400包括栅极410、半导体通道层420、源极430以及漏极440。
65.半导体通道层420形成于含铅玻璃200上。在一些实施例中，半导体通道层420包括低温多晶硅(low temperature poly-silicon,ltps)、氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide,igzo)或其他半导体材料。在一些实施例中，半导体通道层420包括两个导电区422以及位于两个导电区422之间的通道区424。在一些实施例中，导电区422的掺杂浓度不同于通道区424的掺杂浓度。
66.第一信号线l1与栅极410形成于含铅玻璃200上。栅极410重叠于半导体通道层420的通道区424，且栅极410与半导体通道层420之间夹有栅极绝缘层450。在本实施例中，第一信号线l1电性连接至栅极410。第一信号线l1与栅极410属于相同导电层，举例来说，第一信号线l1与栅极410是由同一层导电材料图案化后所形成。在一些实施例中，栅极绝缘层450、第一信号线l1与栅极410是经由同一道蚀刻工艺图案化。在本实施例中，第一信号线l1与栅极410为单层或多层结构，且第一信号线l1与栅极410的材料包括金属、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物、或其他合适的材料、或是金属材料与其他导电材料的堆叠层。
67.在一些实施例中，栅极绝缘层450仅位于栅极410与半导体通道层420之间以及第一信号线l1与半导体通道层420之间，但本发明不以此为限。在其他实施例中，栅极绝缘层450并非与第一信号线l1以及栅极410经由同一道蚀刻工艺图案化，且栅极绝缘层450自半导体通道层420上延伸至含铅玻璃200上。
68.层间介电层ild形成于第一信号线l1、栅极410、半导体通道层420以及含铅玻璃200上。
69.源极430以及漏极440形成于层间介电层ild上。源极430以及漏极440分别通过通孔h1、h2而电性连接至半导体通道层420，其中通孔h1、h2贯穿层间介电层ild。源极430电性连接至第二信号线l2。在本实施例中，源极430以及漏极440属于相同导电膜层。举例来说，
源极430以及漏极440是由同一层导电材料图案化后所形成。在本实施例中源极430以及漏极440为单层或多层结构，且源极430以及漏极440的材料包括金属、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物、或其他合适的材料、或是金属材料与其他导电材料的堆叠层。
70.在本实施例中，有源元件400是以顶部栅极型薄膜晶体管为例来说明，但本发明不限于此。根据其他实施例，有源元件400为底部栅极型薄膜晶体管或其他类型的薄膜晶体管。
71.绝缘层bp1位于有源元件400上。感光元件100位于绝缘层bp1上，且含铅玻璃200重叠于感光元件100。感光元件100包括第一电极110、感光层120以及第二电极130。
72.第一电极110形成于绝缘层bp1上，且通过通孔h3电性连接至有源元件400的漏极440，其中通孔h3贯穿绝缘层bp1。在本实施例中，第一电极110包括透明导电材料，例如铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟镓锌氧化物或是上述至少二者的堆叠层。
73.感光层120形成于第一电极110上。在本实施例中，感光层120包括p型半导体、本质半导体以及n型半导体的堆叠层。换句话说，在本实施例中，感光元件100为pin型二极管(pin photodiode)。在其他实施例中，感光层120的材料包括富硅氧化层(silicon-rich oxide)、富硅氮化物(silicon-rich nitride)、富硅氮氧化物(silicon-rich oxynitride)、富硅碳化物(silicon-rich carbide)、富硅碳氧化物(silicon-rich oxycarbide)、氢化富硅氧化物(hydrogenated silicon-rich oxide)、氢化富硅氮化物(hydrogenated silicon-rich nitride)、氢化富硅碳化物(hydrogenated silicon-rich carbide)或其组合。
74.第二电极130形成于感光层120上。在本实施例中，第一电极110较第二电极130更靠近含铅玻璃200。在一些实施例中，第二电极130包括透明导电材料，例如铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟镓锌氧化物或是上述至少二者的堆叠层，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第二电极130包括反光导电材料，例如金属。
75.绝缘层pv1形成于感光元件100以及绝缘层bp1上。平坦层pl形成于绝缘层pv1上。通孔th1贯穿平坦层pl以及绝缘层pv1。绝缘层pv2形成于平坦层pl上。
76.第二信号线l2以及第三信号线l3形成于绝缘层pv2上。第二信号线l2通过通孔th2而电性连接至有源元件400的源极430，其中通孔th2贯穿绝缘层bp1、绝缘层pv1、平坦层pl以及绝缘层pv2。第三信号线l3通过通孔th3而电性连接至感光元件100的第二电极130，其中通孔th3重叠于通孔th1，且通孔th3贯穿绝缘层pv2。
77.第二信号线l2以及第三信号线l3属于相同导电层，举例来说，第二信号线l2以及第三信号线l3是由同一层导电材料图案化后所形成。在本实施例中，第二信号线l2以及第三信号线l3为单层或多层结构，且第二信号线l2以及第三信号线l3的材料包括金属、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物、或其他合适的材料、或是金属材料与其他导电材料的堆叠层。绝缘层pv3覆盖第二信号线l2以及第三信号线l3。
78.在本实施例中，第一信号线l1实质上沿着第一方向dr1延伸，且第二信号线l2以及第三信号线l3实质上沿着第二方向dr2延伸，其中第一方向dr1交错于第二方向dr2。
79.x光转换结构300设置于含铅玻璃200上。含铅玻璃200位于感光元件100与x光转换结构300之间。
80.在本实施例中，x光z1自x光转换结构300的一侧进入x光感测装置10。x光转换结构300被配置为将x光z1至少部分转化成具有第一波长的光线z2。在本时实施例中，x光转换结构300将40％至95％的x光z1转化成具有第一波长的光线z2，而另一部分未被转化的x光z3则穿过x光转换结构300。在本实施例中，光线z2为可见光，且第一波长为400纳米至700纳米。
81.由于含铅玻璃200针对波长为400纳米至700纳米(例如550纳米)的可见光的穿透率约大于或等于85％，大部分的光线z2可以穿过含铅玻璃200。感光元件100被配置为感测具有第一波长的光线z2。由于大部分的光线z2都可以穿过含铅玻璃200，x光感测装置10的解析度不会被含铅玻璃200明显影响。
82.此外，由于含铅玻璃200针对波长约0.1纳米至10纳米的x光z3的穿透率约小于或等于11.6％。只有少部分的x光z3或完全没有x光z3能够穿过含铅玻璃200，因此，能避免x光z3照射到有源元件400而导致有源元件400劣化。
83.图2a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。图2b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的仰视示意图。图2a对应了图2b中线b-b’的位置，且图2b省略绘出了图2a中的部分构件。
84.在此必须说明的是，图2a和图2b的实施例沿用图1a和图1b的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
85.请参考图2a与图2b，有源元件层al与x光转换结构300分别位于含铅玻璃200的两侧。
86.在x光感测装置20中，x光转换结构300包括闪烁体层310、第一软性基板320、粘着层330、金属层340、第二软性基板350以及抗水气层360。
87.第一软性基板320具有第一面322以及相对于第一面322的第二面324。闪烁体层310形成于第一软性基板320的第一面322上。在一些实施例中，闪烁体层310包括铊活化的碘化铯闪烁体(csi:tl scintillators)。闪烁体层310例如以1790g/m2±
180g/m2的量设置于第一软性基板320上，且闪烁体层310的厚度t2例如为500微米
±
50微米。粘着层330形成于第一软性基板320的第二面324上。
88.第二软性基板350重叠于第一软性基板320。金属层340形成于第二软性基板350上，且重叠于闪烁体层310。粘着层330黏接金属层340。在一些实施例中，金属层340的材料包括铝。
89.抗水气层360包围闪烁体层310、第一软性基板320、粘着层330、金属层340以及第二软性基板350。抗水气层360的厚度例如约为20微米。
90.在本实施例中，x光转换结构300的整体厚度t3约为0.5毫米至1.4毫米。
91.在本实施例中，光学胶层oca形成于含铅玻璃200的第二面204上，且光学胶层oca黏接x光转换结构300。换句话说，在本实施例中，x光转换结构300通过光学胶层oca而粘至含铅玻璃200上。
92.图3a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。图3b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的俯视示意图。图3a对应了图3b中线a-a’的位置，且图3b省略绘出了图3a中的部分构件。
93.在此必须说明的是，图3a和图3b的实施例沿用图1a和图1b的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
94.请参考图3a与图3b，在x光感测装置30中有源元件层al形成于基板500上。
95.基板500重叠于含铅玻璃200。基板500可以为玻璃基板或软性基板。有源元件400与感光元件100位于基板500与含铅玻璃200之间。在本实施例中，含铅玻璃200的第一面202朝向有源元件层al，且含铅玻璃200的第二面204朝向x光转换结构300。
96.有源元件400形成于基板500上。在本实施例中，有源元件400包括栅极410、半导体通道层420、源极430以及漏极440。
97.半导体通道层420形成于基板500上。在一些实施例中，半导体通道层420包括两个导电区422以及位于两个导电区422之间的通道区424。在一些实施例中，导电区422的掺杂浓度不同于通道区424的掺杂浓度。
98.第一信号线l1与栅极410形成于基板500上。栅极410重叠于半导体通道层420的通道区424，且栅极410与半导体通道层420之间夹有栅极绝缘层450。在本实施例中，第一信号线l1电性连接至栅极410。第一信号线l1与栅极410属于相同导电层，举例来说，第一信号线l1与栅极410是由同一层导电材料图案化后所形成。在一些实施例中，栅极绝缘层450、第一信号线l1与栅极410是经由同一道蚀刻工艺图案化。
99.在本实施例中，栅极绝缘层450仅位于栅极410与半导体通道层420之间以及第一信号线l1与半导体通道层420之间，但本发明不以此为限。在其他实施例中，栅极绝缘层450并非与第一信号线l1以及栅极410经由同一道蚀刻工艺图案化，且栅极绝缘层450自半导体通道层420上延伸至基板500上。
100.层间介电层ild形成于第一信号线l1、栅极410、半导体通道层420以及基板500上。
101.源极430以及漏极440形成于层间介电层ild上。源极430以及漏极440分别通过通孔h1、h2而电性连接至半导体通道层420，其中通孔h1、h2贯穿层间介电层ild。源极430电性连接至第二信号线l2。在本实施例中，源极430以及漏极440属于相同导电膜层。举例来说，源极430以及漏极440是由同一层导电材料图案化后所形成。
102.在本实施例中，有源元件400是以顶部栅极型薄膜晶体管为例来说明，但本发明不限于此。根据其他实施例，有源元件400为底部栅极型薄膜晶体管或其他类型的薄膜晶体管。
103.绝缘层bp1位于有源元件400上。感光元件100位于绝缘层bp1上，且含铅玻璃200重叠于感光元件100。感光元件100包括第一电极110a、感光层120以及第二电极130。
104.第一电极110a形成于绝缘层bp1上，且通过通孔h3电性连接至有源元件400的漏极440，其中通孔h3贯穿绝缘层bp1。在本实施例中，第一电极110a包括透明导电材料或反光导电材料。
105.感光层120形成于第一电极110a上。第二电极130形成于感光层120上。在本实施例中，第一电极110a较第二电极130更靠近基板500，且第二电极130较第一电极110a更靠近含铅玻璃200。在一些实施例中，第二电极130包括透明导电材料，例如铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟镓锌氧化物或是上述至少二者的堆叠层，但本发明不以此为限。
106.绝缘层pv1形成于感光元件100以及绝缘层bp1上。平坦层pl形成于绝缘层pv1上。通孔th1贯穿平坦层pl以及绝缘层pv1。绝缘层pv2形成于平坦层pl上。
107.第二信号线l2以及第三信号线l3形成于绝缘层pv2上。第二信号线l2通过通孔th2而电性连接至有源元件400的源极430，其中通孔th2贯穿绝缘层bp1、绝缘层pv1、平坦层pl以及绝缘层pv2。第三信号线l3通过通孔th3而电性连接至感光元件100的第二电极130，其中通孔th3重叠于通孔th1，且通孔th3贯穿绝缘层pv2。
108.第二信号线l2以及第三信号线l3属于相同导电层，举例来说，第二信号线l2以及第三信号线l3是由同一层导电材料图案化后所形成。绝缘层pv3覆盖第二信号线l2以及第三信号线l3。在一些实施例中，绝缘层pv3与含铅玻璃200之间还包含其他绝缘材料或封装材料，但本发明不以此为限。
109.在本实施例中，x光z1自x光转换结构300的一侧进入x光感测装置30。x光转换结构300被配置为将x光z1至少部分转化成具有第一波长的光线z2。在本时实施例中，x光转换结构300将40％至95％的x光z1转化成具有第一波长的光线z2，而另一部分未被转化的x光z3则穿过x光转换结构300。在本实施例中，光线z2为可见光，且第一波长为400纳米至700纳米。
110.由于含铅玻璃200针对波长为400纳米至700纳米(例如550纳米)的可见光的穿透率约大于或等于85％，大部分的光线z2可以穿过含铅玻璃200。感光元件100被配置为感测具有第一波长的光线z2。由于大部分的光线z2都可以穿过含铅玻璃200，x光感测装置30的解析度不会被含铅玻璃200明显影响。
111.此外，由于含铅玻璃200针对波长约0.1纳米至10纳米的x光z3的穿透率约小于或等于11.6％。只有少部分的x光z3或完全没有x光z3能够穿过含铅玻璃200，因此，能避免x光z3照射到有源元件400而导致有源元件400劣化。
112.图4a是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的剖面示意图。图4b是依照本发明的一实施例的一种x光感测装置的俯视示意图。图4a对应了图4b中线b-b’的位置，且图4b省略绘出了图4a中的部分构件。
113.在此必须说明的是，图4a和图4b的实施例沿用图3a和图3b的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
114.请参考图4a与图4b，x光感测装置40包括基板500、有源元件层al、含铅玻璃200以及x光转换结构600，其中有源元件层al位于基板500以及含铅玻璃200之间，且含铅玻璃200位于有源元件层al与x光转换结构600之间。在一些实施例中，基板500的厚度u1为0.5毫米至0.7毫米，有源元件层al的厚度u2小于10微米，且含铅玻璃200的厚度t1为0.5毫米至3毫米。
115.在本实施例中，x光感测装置40还包括挡墙结构700。挡墙结构700环绕x光转换结构600。在本实施例中，x光转换结构600包括闪烁体层610、第一保护层620、金属层630以及第二保护层640。
116.挡墙结构700形成于含铅玻璃200上。在本实施例中，挡墙结构700包括多层结构。举例来说，挡墙结构700包括第一层710以及第二层720。
117.挡墙结构700的第一层710形成于含铅玻璃200上，且定义出感测区sa。第一层710
环绕感测区sa。
118.闪烁体层610形成于含铅玻璃200上，且被挡墙结构700环绕。在本实施例中，闪烁体层610通过蒸镀而形成于含铅玻璃200上的感测区sa中。在一些实施例中，闪烁体层310包括铊活化的碘化铯闪烁体(csi:tl scintillators)。闪烁体层310的厚度t2例如为500微米
±
100微米。
119.第一保护层620形成于闪烁体层610上。在本实施例中，第一保护层620自闪烁体层610上延伸至挡墙结构700的第一层710上。第一保护层620的厚度t4例如为20微米
±
4微米。
120.挡墙结构700的第二层720形成于挡墙结构700的第一层710上，且第二层720环绕感测区sa。在本实施例中，第一保护层620自闪烁体层610上延伸进挡墙结构700的第一层710与第二层720中。
121.金属层630形成于第一保护层620上，且重叠于闪烁体层610。在本实施例中，金属层630通过蒸镀而形成于含铅玻璃200上的感测区sa中。在一些实施例中，金属层630的材料包含铝，且金属层630的厚度t5例如为0.2微米至0.3微米。
122.第二保护层640形成于金属层630上。第二保护层640的厚度t6例如为20微米
±
4微米。
123.在本实施例中，x光转换结构600的整体厚度t3约为0.5毫米至1.4毫米。
124.在本实施例中，光感测装置40选择性地包括衬垫800。衬垫800适用于在蒸镀工艺中支撑光掩膜。举例来说，在闪烁体层610的蒸镀工艺中及金属层630的蒸镀工艺中支撑光掩膜。在本实施例中，挡墙结构700有助于增加蒸镀的工艺良率，避免闪烁体层610及/或金属层630污染到感测区sa以外的区域。