JP4478215B2 - 耐腐食性イメージング装置 - Google Patents
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Description
1.発明の分野
本発明の分野は、水素添加アモルファス・シリコン(a−Si)技術を用いる構成部品を持つ光検知アレイ(array)を含むイメージングまたは表示アレイであり、更に具体的には、信頼性のある電気接続部を提供すると同時に耐腐食性を向上させ、また電気抵抗を減じたカプセル封止されたデータ線と共に使用するのに特に適したコンタクト・パッド、並びにガード・リングに関する。このようなアレイはX線または光イメージングに使用することが出来る。
2.従来技術の説明
イメージング装置および表示装置アレイは外部回路への電気接続のためにコンタクト・パッドを有する。コンタクト・フィンガがコンタクト・パッドを能動アレイ・エリアの縁へ接続し、走査線またはデータ線あるいはアレイの共通電極に電気接続される。
イメージング装置は実質的に平坦な基板、例えばガラスの上に形成される。イメージング装置は、各々関連するスイッチング素子、好ましくは薄膜トランジスタ(TFT)をそなえた光検知素子、典型的にはフォトダイオードを含む画素のアレイを有する。両方の素子(フォトダイオードおよびTFT)は好ましくはa−Siで構成される。動作においては、走査線の電圧したがって各々の走査線に関連する画素のTFTのゲートの電圧がオンに切り換えられたとき、各々の走査されるフォトダイオード上の電荷がデータ・アドレス線を介して読み出される。走査およびデータ・アドレス線は典型的には互いに対して直角に配置されている。これらのアドレス線はアレイ内の一領域を構成する。アレイの外側の領域は、コンタクト・フィンガ、その関連するコンタクト・パッド、およびコンタクト・パッドから電気絶縁されたガード・リングを有する。ガード・リングへの電気接続はそれ自身のコンタクト・パッドを介して行われ、アレイには電気接続されない。ガード・リングは通常、動作中、接地電位に維持される。ガード・リングは、イメージング装置の形成中および外部回路へのイメージング装置の接続中にアレイを静電放電からアレイを保護するために作用する。
コンタクト・パッドは、パッド表面として基板表面上に露出された導電材料の領域によって画成される。本明細書では、コンタクト・パッド領域とは、表面コンタクト領域、およびコンタクト・フィンガの本体に表面パッドを電気接続する構造を持つ任意の追加の領域を含むものとする。通常、コンタクト・パッドはコンタクト・フィンガの端にあり、ガード・リングがコンタクト・パッドの外側に延在する。アレイによっては、アドレス線がアレイの対向する両側に設けられた2つのコンタクト・フィンガおよび関連するコンタクト・パッドを有する。
コンタクト・パッドは、単一領域のTFTゲート金属、中にバイア(via)が形成されている誘電体層、電極として作用するソース−ドレイン(S−D)金属領域、典型的にはシリコン酸化物(SiOx)より成るTFT不動態化誘電体材料、ダイオード不動態化材料の第1層であって、2つの層(TFT不動態化誘電体材料およびダイオード不動態化材料)を通るようにバイアが形成されるダイオード不動態化材料の第1層、並びに典型的には酸化インジウム錫(ITO)で構成される最上部導電材料(これはまた通常は、フォトダイオード・アレイ内のほぼ透明な共通電極を形成する)で構成される。イメージング装置は他の材料、例えば、TFTアモルファス・シリコン(a−Si)、フォトダイオードa−Si、フォトダイオードの上に位置する薄いITO層、および典型的には予イミド化ポリイミド(PI)であるポリマー誘電体を含み、これらの材料の全ては一般的にコンタクト・パッド領域から除去される。本出願人に譲渡された米国特許第5,233,181号には、シリコン窒化物(SiNx)で形成されたダイオード不動態化層がダイオード頂部コンタクト・バイアの形成の際に除去されるようにした2層ダイオード不動態化誘電体について記載されている。ITOは良好な電気接触抵抗を構成するのでイメージング装置および表示パネルに使用するのに良好な導電材料であり、特にコンタクト・パッドに使用するのに適しているが、その下に位置する金属を腐食させる可能性のある湿気に対して良好なバリヤ(barrier)を構成しない。
従って、イメージング装置または表示パネル用のコンタクト・パッドにおいて導体としてITOを使用するが、周囲の湿気に対する露出によるコンタクト・パッドの腐食を遅らせ又は無くすことさえする手段を設けることが望ましい。更に、アレイ上に配置された厚い無機誘電体材料のような不動態化層内に設けられたバイアの中を延在する導電線によって良好な電気接触が維持されることが望ましい。
コンタクト・パッドと同様に、接地リングが湿気に露出されたときに腐食を受け、これは接地リングにより提供される静電保護および電気的機能を低下させる。湿気に露出されたときに接地リングの腐食を遅らせ又は無くすことさえする手段を持つ接地リングを提供することが望ましい。
イメージング装置および表示パネルに通常用いられるコンタクト・フィンガが、能動アレイのデータ線に電気接続される。高性能のイメージング装置は雑音が低いことが必要である。データ線はデータ読出しの際にジョンソン雑音を増大させる不所望な電気抵抗を持つことにより影響を受け、これによりイメージング装置の性能を低下させる。従って、イメージング装置アレイにおいて抵抗を低減したデータ線を提供することが望ましい。
固体(ソリッド・ステート)イメージング装置は本発明にとって特に重要であり、典型的にはシンチレータに結合される光センサを含む。シンチレータに吸収された放射線(例えば、X線)により光子が発生され、次いで光子はフォトダイオードのような光センサの中に通されて、そこで吸収されて、入射光子束に対応する電気信号が発生される。それぞれの光センサに蓄積された電荷は入射放射線の強度の尺度になる。このようなイメージング装置は普通、行および列に配列された画素のアレイを有する。各々の画素は、スイッチング・トランジスタ(典型的には、TFTまたは同様なもの)に結合された光センサを含み、2つの別々のアドレス線(走査線およびデータ線)並びに全てのフォトダイオードの一方の面に並列に電気接続された共通電極に対する接続部を必要とする。各々の画素列においては、トランジスタの読出し電極(例えば、TFTのソース電極)がデータ線に結合される。各画素からの光センサ電荷を読み出すために、(コンタクト・パッドに、従ってTFTのそれぞれのゲート電極に電気信号を印加して、データ線が導電状態になるようにすることにより)画素列を逐次的に作動し、これによりTFTに結合されたそれぞれのデータ線を介して作動されたそれぞれの画素から光検知電荷を読み出す。
光センサの製造には普通アモルファス・シリコンが用いられ、これはa−Siが有利な光電特性を持ち、比較的製造が容易であるためである。特に、フォトダイオードのような光検知素子は、比較的大きな面積のアレイにおいてTFTのような必要な制御またはスイッチング素子と連結して形成することが出来る。環境条件がa−Si部品の性能に影響を及ぼすことがあり、例えば、イメージング装置のコンタクト・パッドおよびガード・リングに関して前に述べたのと同様に、周囲の環境内の湿分の多い空気から吸収されることのある湿気に露出されることにより性能が劣化する。フォトダイオード内での湿気の吸収は、ダイオードからの電荷の漏洩を望ましくないほどに増大させる。
電荷の漏洩はフォトダイオードの性能における重要な問題であり、サンプリング・サイクル中での電荷の損失はフォトダイオードの感度を低下させ、且つ雑音を増大させる。電荷の漏洩の2つの重要な成分は、エリア(area)漏洩と側壁漏洩である。特に、フォトダイオードの全エリアに対して相対的に側壁の長さが大きい小形のダイオードでは、側壁漏洩が主要な漏洩源を構成する。けれども、どんな大きさのフォトダイオードでも殆ど、湿気による側壁表面の劣化により側壁漏洩がかなり大きい漏洩源となる。
多層構造の不動態化層が、普通、前掲の米国特許第5,233,181号に記載されているような無機および有機誘電体材料で作られる。ダイオード不動態化層の無機部分は典型的にはシリコン窒化物で構成され、有機不動態化層は普通ポリイミドで構成される。その他の点では満足な不動態化層特性を提供する殆どのポリイミドは吸湿性である、すなわち環境から湿気を吸収する傾向がある。SiNxのような誘電体材料は高レベルの構造的完全性(integrity)を持ち、所望の防湿性および電気絶縁性を提供する。この特性は、ITO共通電極上に配置されたバリヤ層中の欠陥により湿気が浸透してフォトダイオードからの電気漏洩を生じさせるような場合に、特に重要である。電気漏洩は、電気雑音を導入することによってイメージング装置の性能を著しく低下させることのある望ましくない挙動である。ダイオード不動態化層の無機部分は光センサ・ダイオードの急峻な側壁の上に配置される。しばしば、ダイオード不動態化層の無機部分が配置される箇所は高ストレス領域であり、その領域における構造的劣化は湿気の浸透を生じさせてダイオード不動態化層を介しての不所望な電気漏洩を生じさせることがある。従って、ダイオード不動態化層の構造的劣化は、より高い電気雑音を生じさせ、且つイメージング装置アレイ内で欠陥のある画素の数を増大させる。
充分な厚さのダイオード不動態化層の無機部分としてのSiNxは湿気の浸透に対する有効なバリヤを構成することが出来るが、SiNxの使用には処理上の問題が存在する。例えば、厚いSiNx層は(水平方向および垂直方向の両方向に)亀裂を生じ易く、これにより構造的劣化および湿気の浸透に対する抵抗性の低下が生じ易い。
従って、イメージング装置アレイは様々な環境においてアレイの効果的な製造および動作を行えるように高度の防湿性および構造的頑丈さ(robustness)を有していることが望ましい。
発明の概要
本発明は、アレイ内の画素をアドレス指定するための低雑音部品を持つ高性能固体放射線イメージング装置を対象とする。
本発明の一実施態様では、イメージング装置は、その中の画素をアドレス指定するための走査線およびデータ線に接続されるコンタクト・フィンガに接続するのに特に適したコンタクト・パッドを有する。コンタクト・パッドは第1、第2および第3領域を有する。これらの各々の領域は、連続したゲート・コンタクト領域、および該ゲート・コンタクト領域の上に位置する連続したソース−ドレイン・コンタクト領域を持つ。第1領域および第2領域は更に、酸化インジウム錫(ITO)で構成された連続した導体を有し、該導体はソース−ドレイン・コンタクト領域の上に位置する。
別の実施態様では、イメージング装置は、電界効果トランジスタ構造上に堆積されたアルミニウム線で構成される低雑音データ・アドレス線を有する。データ線は好ましくは、モリブデン層で構成されたソース−ドレイン電極材料によってカプセル封止される。カプセル封止(encapsulation)は結晶粒界の移動を制限し、且つその後のアルミニウム層の処理工程での露出を最小にして、データ線の電気抵抗を低減するためにアルミニウムを使用するという利益を保持しながら、データ線のアルミニウムについてのアレイ製造工程の有害な影響を低減する。
更に別の実施態様では、イメージング装置は典型的には接地電位に維持されるガード・リングを有する。ガード・リングは典型的には、コンタクト・パッドよりもアレイから遠い所の領域に周縁部として作用する境界領域を形成し、少なくとも1つのかどを持ち、また該周縁部に接する1つ以上のガード・リング・コンタクト・パッドを含む。ガード・リングは第1および第2領域を持ち、各々の領域は、連続したゲート・コンタクト領域、該ゲート・コンタクト領域の上に位置する連続したソース−ドレイン・コンタクト領域、および該ソース−ドレイン・コンタクト領域の上に位置する連続した導体を持つ。該導体はITOで構成され、上面および下面を持つ。第1領域内のITO導体はその下面が少なくとも1つの誘電体層によって連続したゲート・コンタクトから隔てられている。第2領域内のITO導体は連続したソース−ドレイン・コンタクト領域と接触し、第1および第2領域内のITO導体の大部分はバリヤ層で覆われる。第1および第2領域のうちの一方のITO導体の一部分はバリヤ層が無く、1つ以上のガード・リング・コンタクト・パッドに電気接続するように延在する。
また更に別の実施態様では、固体イメージング装置は基板上に配置された光センサ・アレイを有し、該光センサ・アレイは複数の個々にアドレス可能な画素を含む。各画素は、光センサ、およびゲート電極に電圧が加えられたときに光センサをアドレス線に選択的に電気接続するように光センサに結合されたTFTを含む。本発明の典型的な実施態様によれば、光センサは、基板上に配置された底部コンタクト・パッド、底部コンタクト・パッドと電気接触して基板上に配置された光センサ・アイランド、多層構造の不動態化層、および頂部コンタクト層を含む。光センサ・アイランドは、そのベースから上向きに上面まで延在する側壁を持つ。頂部コンタクト層は、典型的には光センサ・アイランドの上面の内側部分より成るコンタクト領域と電気接触する。それ以外の部分では、多層構造の不動態化層が頂部コンタクト層とその下に位置する光センサ・アイランドおよび基板との間に配置される。多層構造の不動態化層は、少なくとも第1層の無機バリヤ層および第2層の無機バリヤ層を含む。多層構造の不動態化層は少なくとも光センサ・アイランドの側壁の上に延在する。
第1層の無機不動態化層は典型的にはシリコン酸化物で構成される。この不動態化層は少なくとも光センサ・アイランドの側壁の上に配置されて、その下に位置するダイオード表面への接着を向上させる。第2層の無機不動態化層は、典型的にはシリコン窒化物で構成される防湿バリヤ層であり、第1層の無機不動態化層の上に配置される。他の実施態様では、シリコン酸化物の第3層の無機不動態化層が、不動態化層の無機部分をパターン形成するために使用されるフォトレジストに対する接着性を改善するために設けられる。別の実施態様では、不動態化層が、シリコン窒化物で構成された前記第2層およびシリコン酸化物で構成された前記第3層を有する。
新規であると信じられる本発明の特徴は請求の範囲に具体的に記載してある。しかし、本発明の構成および動作方法は、本発明の別の目的および利点と共に、添付の図面を参照した以下の説明から最もよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
図1は、第1、第2および第3の別々の領域を持つ本発明のコンタクト・パッドの概略上面図である。
図2は、図2(a)、図2(b)、図2(c)、図2(d)、図2(e)、図2(f)および図2(g)で構成され、図1のコンタクト・パッドを形成する好ましい方法を例示する。
図3乃至図6は、電気抵抗を低減した本発明に関係するデータ線を形成する好ましい方法の一連の工程を例示する。
図7は、本発明に関係したイメージング装置の概略図である。
図8aおよび図8bは、本発明に関係した接地リング領域の平面図である。
図9および図10は、図7のイメージング装置に関連した方法に関する断面図である。
図11および図12は、本発明の典型的な実施態様の1つによるフォトダイオードの断面図である。
図13は、本発明に従って完成した光センサ・アレイ内の多層構造の不動態化層を例示する。
好ましい実施態様の説明
図面を参照して説明すると、図1は、第1領域12、第2領域14および第3領域16を持つコンタクト・パッド10の概略上面図である。第1領域12、第2領域14および第3領域16の各々は、連続したゲート・コンタクト領域18(想像線で示す)、および該ゲート・コンタクト領域18の上に位置している連続したソース−ドレイン・コンタクト領域20(これも想像線で示す)を持つ。本明細書で用いる用語「上に位置する」および同様な用語は、イメージング装置アレイ内の材料および構成部品の相対的な位置を表し(例えば、1つの材料が別の材料の上に直接に堆積されるか、或いは間に他の材料層を介在させて堆積されることを表し)、イメージング装置アレイの配置方向または使用法を制限するものではない。第1領域12および第2領域14は更に、連続した導体22を有する。導体22は、典型的には酸化インジウム錫(ITO)で構成され、ソース−ドレイン・コンタクト領域20の上に位置する。第2領域14内にあるゲート・コンタクト領域18の部分は、矩形のポリイミド環状構造によって囲まれているダイオード不動態化層(図2を参照して後で詳しく説明する)の無機部分内の第1バイア24(想像線で示す)を含む。第3領域16は、好ましくは、ゲート・コンタクト領域18(図2を参照して後で詳しく説明する)の上のTFTゲート誘電体層内の第2バイア28(想像線で示す)を含む。コンタクト・パッド10は更に、縁29を持つバリヤ層(図1に示してないが、図2を参照して後で詳しく説明する)を含む。バリヤ層は、図1に示す縁29の右側でコンタクト・パッドの領域を覆う。
動作の際、第1領域12は外部装置11に、具体的に述べると外部装置11からの可撓性コネクタ11Aに接続される。第3領域16はアレイ装置13に接続するための手段として作用する。具体的に述べると、ゲート・コンタクト領域18およびソース−ドレイン・コンタクト領域20のうちの一方または両方が、アレイ装置13まで延在してアレイ装置13に電気接続されるように連続する(破線で示す)。アレイ装置13はイメージング・アレイ、表示アレイまたは同様なものであってよい。
本発明の実施により、イメージング装置または表示アレイの製造に使用される導電材料に関して酸化インジウム錫(ITO)の使用が多くの面で望ましいことが判った。というのは、ITOは電気接触抵抗を低く維持する点および長期間にわたる湿気への露出に対して腐食が最少である点で頑丈であるからである。本明細書で使用する「長期間の露出」とは数週間乃至数ヶ月を意味し、この長期間の露出は高い温度および相対湿度、例えば85℃の温度および85%の相対湿度の条件下で数日乃至数週間にわたって本発明に関するイメージング装置および表示パネルを試験することによって模擬される。
更に本発明の実施により、薄い(例えば、0.1ミクロン程度の厚さの)ITO層は本発明の利益を持たないことが判った。というのは、イメージング装置または表示アレイの製造に使用されたとき、薄い層はその下に位置する導電材料を湿気に対する露出による腐食から保護するのには不十分であるからである。本発明はITOを透明な導電材料として使用するようにし、更に関連する他の構成部品が本発明の実施により考慮される。図1のコンタクト・パッドはITOを導電材料として使用するが、従来のような欠点を持たない。これについて、第1領域12、第2領域14および第3領域16のそれぞれに示す図1の線2−2に沿って取った図を表す図2を参照して詳しく説明する。
図2は、図2(a)、図2(b)、図2(c)、図2(d)、図2(e)、図2(f)および図2(g)で構成され、イメージング装置に特に適した図1のコンタクト・パッドの形成に用いられる工程を例示する。本明細書で用いられる用語「形成」は、材料の堆積、および適用可能な場合は、堆積された材料の全てまたは選択された部分の除去によるアレイ構成部品のパターン形成を含む。図2の方法は、図1および図2にも示された第1領域12、第2領域14および第3領域16の製造に関するものである。具体的に述べると、図2は第1領域12、第2領域14および第3領域16のそれぞれの領域に分けて、各々の領域の形成を明瞭に例示する。
図2(a)はイメージング装置のための連続したゲート・コンタクト領域18の形成を示す。ゲート・コンタクト領域18の形成ならびに図2の他の金属コンタクト領域または非金属領域の形成は、Mo、Cr、Ta、Ti、Alまたはこれらの組合せのような金属の蒸着およびスパッタリングのような公知の方法で達成することが出来る。
図2(b)はゲート・コンタクト領域18を覆う第1誘電体層30の形成を示し、領域16に関する図2(b)では、誘電体層30がゲート・コンタクト領域18から除去されるが、ゲート・コンタクト領域18の縁部分32および34に誘電体層が残ることが示されている。第1誘電体層30はしばしばゲートまたはTFT誘電体層と呼ばれる。第1誘電体層30の除去により、図1に関して前に述べたバイア28が構成される。バイア28は通常はFET掘下げバイアと呼ばれ、ソース−ドレイン・コンタクト領域20がゲート・コンタクト領域18と良好な電気接触できるようにする。バイア28のようなバイアについての詳細は、後で図6(c)に関して説明する。第1誘電体層30は、弗化水素酸の溶液内での通常の湿式エッチングのような適当な手段によってゲート・コンタクト領域18から除去される。図2(b)の第1誘電体層30並びに縁部分32および34は約0.1ミクロン乃至約0.5ミクロンの典型的な厚さを持ち且つシリコン窒化物SiNxまたはシリコン酸化物SiOxで構成されていて、典型的にはプラズマ化学蒸着法(PECVD)により堆積される。
図2(b)は更に、ソース−ドレイン・コンタクト領域20を第1領域12および第2領域14の第1誘電体層30の上に形成すると共に、第3領域16内のゲート・コンタクト領域18の上に形成し、第1誘電体層30の縁部分32および34によって画成される縁部分にオーバーラップさせることを示している。ソース−ドレイン・コンタクト領域20は好ましくはモリブデンで構成されて、サイアンテック社(Cyantek,Inc.)から商品名Cyantek12Sで入手できる溶液での湿式エッチングのような適当な手段によってパターン形成される。モリブデンは約0.1ミクロン乃至約1.0ミクロンの範囲の厚さを持つ。
図2(c)はソース−ドレイン・コンタクト領域20の上にTFT不動態化層36を形成することを示す。TFT不動態化層36は、SiNxおよびSiOxより成る群から選ばれた材料で構成され、約0.1ミクロン乃至約1.0ミクロンの範囲の厚さを持つ。
図2(b)および図2(c)に示す段部を持つこれらのFET掘下げバイア28は、第2バイアすなわちFET掘下げバイア28の段部に沿って第1バイアすなわちダイオード掘下げバイア24(図2(d)に関連して説明する)のパターン形成用フォトレジストの下に過剰な湿式エッチングを引き起こす可能性があることが判った。更に、FET掘下げバイア28の段部は、付加的な微細構成によりTFT誘電体層36の上に位置する層の接着を劣化させるような他の問題を招くことがある。本発明の実施においては、信頼性のある電気接触のためにFET掘下げバイア28は第3領域16内にのみ形成した。誘電体層の接着困難性を低減することを対象とする本発明の別の実施態様が、図11−13を参照して後で説明される。
図2(d)はTFT不動態化層36の上にダイオード不動態化層38を形成することを示し、ただし領域14においては、TFT不動態化層およびダイオード不動態化層38が図1にも示されている第2(すなわちダイオード)掘下げバイア24に対応する所定の中央区域からそれぞれ除去されて、ソース−ドレイン・コンタクト領域20の中央区域を露出させ且つ残ったダイオード不動態化層38に部分40および42を形成する。層36および38は同じパターン形成工程でエッチングされる。
一実施例のダイオード不動態化層38はシリコン窒化物で構成され、約0.5ミクロン乃至約1.5ミクロンの範囲の厚さを持つ。好ましい実施例のダイオード不動態化層38は3層構造を持ち、約20ナノメータ乃至約50ナノメータの厚さを持つSiOxの下側層部分、約0.5ミクロン乃至約1.5ミクロンの厚さを持つSiNxの中間層部分、および約20ナノメータ乃至約50ナノメータの厚さを持つSiOxの上側層部分で構成される。SiNxの中間層部分は防湿バリヤとして作用し、SiOxの上側および下側層部分は図2に示されるようなそのコンタクト要素に対する3層構造のダイオード不動態化層の接着を向上させることが判った。多レベル多層構造の不動態化層の別の利点については図11、12および13の実施態様に関連して後で更に説明する。
領域14内のダイオード不動態化層38の3層構造およびその下のTFT不動態化層36は乾式エッチング、湿式エッチング、或いは所定の時間の湿式エッチングとその後の所定の時間の乾式エッチングとの組合せにより、エッチングされる。乾式エッチングは、フッ素、塩素またはそれらの組合せを用いるプラズマ、バレルまたは反応性イオン・エッチングより成る処理から選ぶことが出来る。
図2(e)は、特に領域14において、ポリマー被覆の形成を示し、このポリマー被覆は、バイア縁部分40、42、44および45にオーバーラップするように配置された、対向して位置する第1被覆部分48および第2被覆部分50を有する。ポリマー被覆は典型的には、オーリン・チバ−ガイギー社(OlinCiba−Geigy)から商品名OCGプロブロミド(probromide)286で製造販売されている予イミド化ポリイミド(PI)で構成されて、スピンまたはメニスカス被覆法によって堆積され、約1.0ミクロン乃至約2.0ミクロンの厚さを持つ。予イミド化ポリイミド(PI)は、図1に関して前に述べたように、矩形の構造26に形成する(これにより、図2(e)に示されるように断面において傾斜した側壁48Aおよび48B並びに50Aおよび50Bをそれぞれ持つ対向する第1被覆部分48並びに第2被覆部分50を作成する)のが好ましく、その内側は、図2(f)に、特にそのうちの領域14について後で詳しく述べるように、ITO層とソース−ドレイン・コンタクト領域20との間の電気接触を画成するのを助ける。PIは、被覆をパターン形成して傾斜した側壁48Aおよび48B並びに50Aおよび50Bを形成するように、O2を有するプラズマ中で乾式エッチングされる。傾斜した側壁はソース−ドレイン・コンタクト領域20の上面に対して約30°乃至60°の範囲の勾配を持つ。
図2(f)は、領域12においてダイオード不動態化層38の上にITO層52を形成し、また第2領域14においてソース−ドレイン・コンタクト領域20の残っている露出した中央領域24(ダイオード掘下げバイア)の上にもITO層52を形成し、また第2領域14のダイオード不動態化層38の幾分かと予イミド化ポリイミド部分48および50の上にもITO層52を形成することを示している。層52は、好ましくは、蒸着またはスパッタリングによって形成されて、約50ナノメータ乃至約200ナノメータの厚さを持つ。ITO層は典型的には塩化水素酸より成る溶液中で湿式エッチングされる。
ITO層52は第1領域12においては最上層であり、適当な手段により、図1に示される装置11の可撓性コネクタ11Aと接続することが可能になる。腐食の機会を最小にするために、ITO層52は垂直方向にその下に位置する導電材料、例えばゲート・コンタクト領域18およびソース−ドレイン・コンタクト領域20から、誘電体層すなわち好ましくはTFT不動態化層36およびダイオード不動態化層38によって分離される。
図2(e)に関して前に述べた領域14の傾斜した側壁48Aおよび48B並びに50Aおよび50Bをそれぞれ持つ予イミド化ポリイミド部分48並びに50は、ITO層52とソース−ドレイン・コンタクト領域20との間の接触を画成するのを助ける。図2(e)に関して前述し且つ図1に示した矩形の構造26に形成された、予イミド化ポリイミド部分48並びに50の傾斜した側壁48Aおよび48B並びに50Aおよび50Bに対応する内側および外側の縁は、ダイオード不動態化層38に形成された側壁(40および42)並びにTFT不動態化層36の側壁(44および46)を囲み、これによりITO層52に対するその側壁を滑らかにして、ITO層52がバイア24内に形成された段部を非常に信頼性良く電気的に連続して横切るようにする。側壁44および46はポリイミド(予イミド化ポリイミド部分48および50)によって封止されるので、それらの側壁の正確な勾配は重要ではなく、これにより比較的大きなエリアにわたって滑らかで一様に傾斜した側壁を形成するという困難な作業が大幅に軽減される。具体的に述べると、10cm×10cmより大きい能動エリアを持つ典型的なイメージング装置は千個以上のコンタクト・パッドを有し、各々のコンタクト・パッドは形成上困難な問題を有する封止を必要とし、本発明ではこれが解決される。
図2(g)は第2領域14および第3領域16を覆うバリヤ層58の形成を示す。前に述べたように、バリヤ層58は図1に示したバリヤ縁29の右側でコンタクト・パッド10の全てを覆う。バリヤ層58は、例えば、約0.5乃至2.0ミクロンの厚さを持ち、SiNxおよびSiOx並びにそれらの組合せより成る群から選ばれた材料で構成する。バリヤ層58は、例えば、プラズマ・エッチング化学蒸着法によって堆積される。領域14内のバリヤ層58は、構造の段部の縁、例えばアレイすなわち本発明に関係する放射線アレイから離れているゲート・コンタクト領域18およびソース−ドレイン・コンタクト領域20の縁を封止する。これは、要素18および20の縁部分が最も湿気の浸透を受けやすく且つ(要素18および20に関係する)段部の形成後のエッチングの際に侵食されやすいからである。同様に、第2領域14内のITO層52はゲート・コンタクト領域18およびソース−ドレイン・コンタクト領域20の縁を通り越して横方向に延在し、従って該ITO層はバリヤ層58によって封止されるのが望ましく、実際にバリヤ層58によって封止される。
更に、領域14内に配置されたバリヤ層58は、幾分かの湿分を吸収する予イミド化ポリイミド部分の性質のため、および領域14が本発明に関係するイメージング装置または表示アレイを囲む保護部材のリング(図示していない)の外側にあるために、有益な封止を構成する。
本発明の実施により、従来知られている関連するアレイのフォトダイオードを湿気から最も良く保護するために、ダイオード不動態化層38の底部層は厚さが好ましくは約1ミクロンであり、許容可能な厚さが0.5ミクロン乃至約2.0ミクロンの範囲にあることが望ましいことが判った。このような保護がない場合、フォトダイオードは高い湿度に露出された状態のとき逆バイアスの下で漏洩を生じて、本発明に関係するイメージング装置の有用性を損なう恐れがある。
このような有害な逆バイアス漏洩を克服するためには、ほぼ0.1ミクロンのITO層ではその下に位置する導電材料、通常はソース−ドレイン・コンタクト領域20と信頼性のある接触を作らないことが判った。この信頼性の悪い接触は、図1のバイア24のようなダイオード掘下げバイアの縁で生じる。この信頼性の悪いコンタクト・パッドのダイオード掘下げバイアはまた約0.5ミクロンのTFT不動態化材料36を含む。従って、図2(e)および2(f)に関して前に述べたように、本発明の実施において、予イミド化ポリイミド部分48および50は酸化インジウム錫層52とソース−ドレイン・コンタクト領域20との間の接触を画成するのを有利に助けて、両者間に非常に信頼性のある接触が得られるようにする。
ここで、本発明の実施により3つの別々の電気接続された領域を持つコンタクト・パッドが得られることが認められよう。イメージング装置に関係する一用途では、図1の外部装置11は、ITO層が露出されているがそれとその下の図2(g)の18および20のような導電層との間に厚い誘電体層を持つ最も外側のコンタクト・パッド領域12に接続される。本明細書で用いる「露出」とは、材料の一部分が画素アレイを取り囲む周囲環境に曝されることを表す。しかし、アレイ自身は囲いの中に配置されて、画素アレイを直接に取り囲む周囲環境が該囲い中であってもよい。領域14においては、図2(g)のITO層52は予イミド化ポリイミド部分48および50の内側および外側部分を横切ることによってその下に位置するソース−ドレイン・コンタクト領域20と接触する。アレイに最も近い領域すなわち領域16においては、ソース−ドレイン・コンタクト領域20は薄膜トランジスタのゲート・コンタクト領域18と接触する。領域14および16は縁29に関して図1に示されるようにバリヤ層58によって覆われる。その結果の図1のコンタクト・パッド10の構造は信頼性のあるコンタクトを形成し、湿気に起因するコンタクト・パッドの腐食またはフォトダイオードの漏洩のいずれかによる劣化に対して非常に抵抗性の或るイメージング装置を形成することが出来る。
別の実施態様の高性能イメージング装置では、アドレス線、具体的に述べるとデータ線の抵抗がFET構造の上部でアルミニウム線をパターン形成することによって低減され、このように形成されたデータ線は好ましくはカプセル封止される。データ線についてはその好ましい形成方法を例示する図3−6に関して以下に詳述する。
本発明の実施においては、通常、当該技術分野で知られているようにイメージング装置および表示アレイの全体にわたって相互接続されるデータ線にアルミニウムを用いる。本発明のアルミニウムのデータ線は、抵抗が低いので、データ線の抵抗に関係するイメージング装置の電子雑音が低減されて有利であり、また本発明の最少の付加的な堆積および写真印刷パターン形成工程のため、データ線にアルミニウム材料を使う利点がより完全に実現される。
アルミニウムは、イメージング装置の製造プロセスに使用される典型的な温度すなわち200℃乃至250℃に露出されたとき、過大な結晶粒界移動を持つことが知られている。この結晶粒界移動は、1ミクロン程度のアルミニウムの小丘状体(hillcok)の成長を招き、これがアルミニウム材料とイメージング装置および/または表示アレイ内の他の層との間の短絡を容易に引き起こすという点で不利である。
更に、図1および2に関して前に幾分か述べたソース−ドレイン金属の形成において、ソース−ドレイン金属を構成するモリブデンを上昇させた温度で湿式エッチングすることは厄介であることが知られている。その理由は、モリブデンの湿式エッチング速度が温度につれて増加し、特にモリブデンの厚さが薄い、すなわち200ナノメータ以下である場合、エッチングが短くなることにより、ソース−ドレイン金属の長さの効果的なプロセス制御を維持するのが一層困難になるからである。更に、プロセスにアルミニウムが存在している場合、アルミニウムおよびモリブデン層のうちの一方の他方に対するアンダーカットを招くようなアルミニウムとモリブデンとの間の差のあるエッチング速度を避けるために、両方の材料を約55℃でエッチングすることが必要になる。約55℃ではモリブデンのエッチング速度は約7000オングストローム/分である。エッチングはサイアンテック社(Cyantek,Inc.)から商品名Cyantek12Sで入手できる溶液を使用して達成することが出来、その許容可能な性能は約40℃乃至約60℃で達成できる。55℃の温度が好ましく、本発明の実施において考慮される。本発明はアルミニウム層よりなるデータ線を形成し、図3−6を参照して説明する。ここで、図3は図3(a)および図3(b)で構成され、図4は図4(a)および図4(b)で構成され、図5は図5(a)および図5(b)で構成され、図6は図6(a)、図6(b)および図6(c)で構成される。
図3(a)はゲート電極60(画素アレイ内の走査線からフィンガとして延在する)を示し、図3(b)は図3(a)の線3(b)−3(b)に沿って取った断面図であり、基板62上にゲート電極60が形成されることを示している。ゲート電極60並びに図4−6に示されている他の材料は当該技術分野で知られている前に述べた態様で達成される。
図4(a)はゲート電極60およびその上に位置する電界効果トランジスタ(FET)アイランド64を示し、図4(b)は図4(a)の線4(b)−4(b)に沿って取った断面図である。
図4(b)は、少なくともゲート電極60を覆うように誘電体層66を形成することを示している。誘電体層66は、SiNxおよびSiOxより成る材料群から選ばれ、図2(b)の誘電体層30について前に述べたような典型的な厚さを持つ。図4(b)は更に、誘電体層66を覆う実質的に真性のアモルファス・シリコン(i−Si)層68の形成を示している。(i−Si)層68の上には、想像線で示した底部境界72を持つn+型ドープ・シリコン(n+−Si)層70が位置する。図4(b)に示されているように、FETアイランド64は第1および第2端64Aおよび64Bを持つ。(i−Si)層68は厚さが約0.1乃至0.5ミクロンであり、(n+−Si)層70は厚さが約20乃至100ナノメータである。
図4(b)は更に、FETアイランド64を覆うモリブデンの第1導電層74の堆積を示している。モリブデン層74はデータ線のベースとして作用し、約0.02乃至約0.1ミクロンの厚さを持つ。モリブデン層74はまた、その下に位置するシリコンとアルミニウムとの相互作用を最小にする保護層としても作用する。モリブデン層74はFETアイランド64の端64Aおよび64Bの完全に内側にあって、データ線が例えば走査線(ゲート電極60)の上を交差するこの領域において短絡の可能性が最小になるようにすることが望ましい。これは、モリブデン(Mo)がシリコンのエッチングの前に充分長い時間にわたって湿式エッチングされる場合に生じ得る。シリコンは典型的には、Cl、Fまたはハロゲンの組合せを含むプラズマ内での反応性イオン・エッチング(RIE)によってエッチングされる。
図5(a)は、約0.5乃至約1.0ミクロンの厚さを持つアルミニウムで形成されたデータ線76がFETアイランド64上に堆積されることを示している。アルミニウム層はモリブデン層の上に配置され、もってアルミニウムに対するコンタクト・ホールを形成する必要性が無いことに注意されたい。これにより、絶縁材料の中に孔を形成する事を必要とした従来の工程が省略される。アルミニウム層の形成が、図5(a)の線5(b)−5(b)に沿って取った断面図である図5(b)に明瞭に示されている。
図5(b)は、アルミニウム層76の下に残っているモリブデン層74を示している。モリブデン層74はアルミニウム層76の下の区域を除いてアモルファス・シリコン層68から除去される。この除去は、好ましくは、サイアンテック社(Cyantek,Inc.)から商品名Cyantek12Sで入手できるような燐酸及び硝酸混合液を使用して湿式エッチングによって達成される。湿式エッチングは約40℃乃至約60℃の範囲の上昇した温度で達成され、アルミニウムおよびその下のモリブデンはほぼ同じ速度でエッチングされる。このようにして、モリブデン層74はアルミニウム層76の下にアンダーカットを生ぜず、これにより図2(c)のTFT不動態化層36のようなその後の層によって封止するのが困難になるような側壁の輪郭を防止する。この時点で、図1のFET掘下げバイア28が通常のようにコンタクト領域に形成され、ソース−ドレイン電極が堆積されてパターン形成される。これについては図6を参照して以下に説明する。
図6(a)は、ゲート電極60、FETアイランド64、並びに第1および第2部分78および80を持つソース−ドレイン金属電極で構成されたアレイ内の構造を示す。アルミニウム層76はソース−ドレイン金属電極の第1部分78の下にあるので想像線で示されている。ソース−ドレイン金属電極の第1部分78および第2部分80については、図6(a)の線6(b)−6(b)に沿って取った断面図である図6(b)を参照して説明する。
図6(b)のソース−ドレイン金属電極部分78(図2の層20と同じ)は、好ましくは、アルミニウム層76および該アルミニウム層76に隣接した第1端64AにあるFETアイランド64の幾分かを完全に覆うように堆積されたモリブデンの第2部分で構成される。第1部分78、ならびに第2部分80は、約0.2乃至約0.5ミクロンの厚さを持つ。第1および第2部分78および80は、図2の層20について述べたようにしてエッチングすることが出来る。
図6(b)は更に、ソース−ドレイン金属電極の第2部分80は少なくともFETアイランド64の第2端部分64Bを覆い、そこでフォトダイオードの底部コンタクトを形成するように延在することを示している。アルミニウム層76のため、部分78および80を持つソース−ドレイン金属電極の約0.2ミクロンへ向かう厚さの中央層を使用して、図6(c)を参照して説明する背部チャンネル領域82のパターン形成を改善することが出来る。
FETアイランド64は更に、通常Cl、Fまたはハロゲンの組合せを含むプラズマ内でのRIEによって頂部層70から(n+−Si)層をエッチングして、薄膜トランジスタの背部チャンネル領域82を形成する処理を受ける。ソース−ドレイン金属電極の第1部分78および第2部分80はそれらの間に隙間を持つように形成され、該隙間はTFTの背部チャンネル領域82を画成するのを助ける。ソース−ドレイン金属電極層80について図6(c)を参照して説明する。ソース−ドレイン金属電極の第1部分(78)および第2部分(80)を分離する領域にエッチングを行って、それらの間の電気的に分離された経路(path)を構成する。さもないと、n+−Siは導電性であるので短絡を生じる。図6(c)に示されているように、頂部層70はソース−ドレイン金属電極の第1部分(78)および第2部分(80)の間の領域から除去され、更に除去は層70の境界線72の下まで伸びる。エッチングした部分は次いで、典型的にはSiNxおよびSiOxより成る群から選ばれた誘電体(図示していない)で被覆される。
図3−6に示された処理は、薄膜トランジスタ(TFT)のチャンネル領域82からモリブデン層を除去する点で従来技術から異なっている。しかし、Moのこの除去は薄膜トランジスタの動作を劣化させない。というのは、図5(a)に示されているようなFETアイランド64のパターン形成の際また図2(c)の掘下げバイア28のパターン形成の際にフォトレジストの湿式ストリップを使用することにより、n+−Siの接触抵抗がO2プラズマ(フォトレジストを除去するための代替方法)に不利に露出されることによって劣化されないからである。湿式ストリップの使用は、TFTの接触抵抗が本発明の実施による悪影響を受けないようにする。湿式ストリッピングは、例えば、J.T.ベイカー社(J.T.Baker Company)から入手できるPRSシリーズ・レジスト・ストリッパーを使用して、約80°乃至約90℃の範囲の温度で行うことが出来る。
本発明の利点は、イメージング装置を形成するプロセスにアルミニウムのデータ線を用い、そのためにアルミニウムの唯1つの堆積工程およびアルミニウムをパターン形成する唯1つのフォトマスク工程を追加すればよいことである。一般的に、2つの堆積工程および2つのフォトマスク工程が必要、すなわちアルミニウムのためのコンタクト・ホールが形成される絶縁誘電体層にたいして1工程、およびアルミニウムについての一連の第2組の工程が必要とされる。アルミニウム層76をモリブデン層78で完全に覆うことにより、アルミニウムがカプセル封止されて、その形状が固定され、また結晶粒界移動が前に述べたように短絡や他の欠陥を招かない。その上、図3−6のプロセスは、実質的に上に位置する層に対する腐食の危険を低減し、または例えばアルミニウムの存在により不所望に変えられるような、その後の工程の品質に及ぼすエッチング速度の変化を低減する。Alが図6(c)のn+−Siの除去の際に露出されていないので、AlがRIEによるn+−Siの除去に及ぼす影響が低減される。具体的に述べると、アルミニウムはn+−Siの除去の際にカプセル封止されている。
図3−6のプロセスの別の面は、FETアイランド64がアルミニウム層76の縁を越えて延在しているためにFETアイランド64によって設定され得るような従来技術のデータ線よりもアルミニウムのデータ線76が細くなっているが、しかし、モリブデンのような他の有用な金属に比べてAlの導電度が一層高いことにより、この線が細くなった影響を補償して、データ線の抵抗を低くすることである。
図5(b)に示したアルミニウムのデータ線は、希望により、層76の上にモリブデンの薄い層(例えば、約20乃至約50ナノメータ)を持つアルミニウムの2層構造としてもよい。このような構成では、モリブデンは、特に典型的にはアルミニウムの堆積の際に生じるのと同じ真空ポンプダウン(pumpdown)で堆積される場合にアルミニウム小丘状体の形成を抑圧する傾向がある。
ここで、本発明の実施により、データ線がその電気抵抗を低減するアルミニウム層で構成され、また本発明の実施により、アルミニウムが層78のようなモリブデン金属でカプセル封止され、層78がアルミニウム層76に対して形成されたときにはアルミニウム層76が小丘状体の成長を現さないことを評価されたい。
図1−6に関してこれまで説明した本発明の特徴の全ては、図7に示されているような別の実施態様のイメージング装置84に使用するために可変される。イメージング装置84は典型的にはガラスのようなほぼ平坦な基板86の上に形成される。イメージング装置84は、各々が関連するスイッチング素子(好ましくは、TFT)をそなえた光検知素子(好ましくは、フォトダイオード)を持つ画素アレイ88を有する。両方の素子(フォトダイオードおよびTFT)は好ましくはa−Siで構成される。アレイのこの光検知領域は典型的にはアレイの能動(active)エリアと呼ばれている。画素アレイ88は、コンタクト・パッド90および92を持つ複数の行および列に配列されたアドレス線おを介してその周辺からアドレス指定される。コンタクト・パッドは図7に点で表したように画素アレイ88に沿って延在する。
動作においては、行の線の電圧、従ってTFTが順次オンに切り換えられて、このように走査される線に関連するフォトダイオード上の電荷が列のアドレス線を介して読み出される。データ線は図3−6に関する本発明の実施により作成されるものであってよい。従って、アドレス線は画素アレイ88の能動エリア内に配置され、この能動エリアからコンタクト・フィンガ94が基板の縁へ向かって延在する。コンタクト・フィンガ94は、図1に関して前に説明したが、行のコンタクト・パッド90および列のコンタクト・パッド92のようなコンタクト・パッドに電気接続され、そのコンタクト・パッドは次いで図1の外部装置13に電気接続される。1995年2月14日発行のクワスニック(Kwasnick)等による米国特許第5,389,775号により詳しく説明されているように、90および92のようなコンタクト・パッドはアレイの共通電極に接続されたコンタクト・パッドを含む。
コンタクト・パッド90のようなコンタクト・パッドの外側で、ガード・リング98が典型的には画素アレイの周縁の周りに配置される。接地リング98は典型的には動作中は接地電位に維持され、イメージング装置の製造中および外部回路へのイメージング装置の接続中にアレイを静電放電からアレイを保護するように作用し、またイメージング装置に対する接地電位として作用する。ガード・リング98は、図7に示されているように、その内周縁に沿って互いに間隔をあけて設けられた1つ以上のガード・コンタクト・パッド99をそなえている。ガード・リング98は好ましくは、アレイ88からコンタクト・パッド99よりも遠く離れた領域に周縁部として作用する境界領域を形成し、またその周縁部に少なくとも1つのかどを持つ。
イメージング装置のガード・リング98は、本発明の利益を有しない場合は、図1および2に関して前に述べたコンタクト・パッドと同様な腐食保護の問題が生じる。すなわち、最も良い静電放電保護のためにガード・リング98の導電材料がITO形成後に露出されるが、この構造はイメージング装置の劣化を避けるために耐腐食性にする必要がある。本発明の主な特徴は、電気接触がガード・リング98に直接作られるのではなく、代わりにガード・リング98に接続されたコンタクト・パッド99に対して作られることである。ガード・リング98については、図8(a)および図8(b)で構成される図8を参照して更に説明する。図8(a)および図8(b)は、図7に示したガード・リング98のうちの領域100および102のそれぞれの平面図である。領域100はその境界内にガード・リング・コンタクト・パッド99を持つものとして示されており、領域102は好ましくはL形の形状を持つものとして示されている。
図8(a)は、ガード・リング98の両側に、ITO層52の幾分かを露出させたバリヤ層58を陰影線で示してあり、これらは全て図2に関して前に説明した。図8(a)には更に、ITO層52が(図8(a)を見て)右側に延在し且つガード・コンタクト・パッド99(図7にも示されている)に相互接続された、バリヤ層58のない延長部103を持つものとして示されている。バイアス変化により増大される腐食を最小にするために、ガード・コンタクト・パッド99は領域102からは除去されており、領域102ではITO層52はその下の導電材料に接触し、従って電気化学的に誘起される腐食をより生じ易くなっている。更に、延長部103は領域102には設けられていず、延長部は103は好ましくは領域102から1cm以上離れた所に配置される。
図8(b)は、バリヤ層58を陰影線で示し、予イミド化ポリイミド部分48および50をバリヤ層58とは逆の陰影線で示してある。図8(b)の領域102は図8(a)の領域100とは、ポリイミド環状構造26およびダイオード掘下げバイアを持つ点で異なっている。予イミド化ポリイミド部分48および50はポリイミド環状構造26の一部である。図8(b)の部分26はその上側部分が示されているが、実際には領域102について図7に大体L形の形状で示したガード・リング98のかどまで延在する。領域102はガード・リング98のかどまで延在するのが好ましいが、その必要はない。具体的に述べると、アレイ88の各辺のほぼ全体に沿って設けられたコンタクト・パッド90および92とガード・リング98との間の電位差に伴う領域102の腐食を最小にするために、領域102は好ましくはガード・リング98のかどの約1mm×約1mmの範囲内局限される。
領域100(図8(a))および領域102(図8(b))に関する処理工程について、それぞれ図9および図10を参照して説明し、これらの図は関連工程を行った後のプロセスを例示する。図9は、図2(a)、図2(b)、図2(c)、図2(d)、図2(e)、図2(f)および図2(g)とそれぞれ同様な図9(a)、図9(b)、図9(c)、図9(d)、図9(e)、図9(f)および図9(g)で構成され、図2のものと同じ参照番号を示す。図10は、図2(a)、図2(b)、図2(c)、図2(d)、図2(e)、図2(f)および図2(g)とそれぞれ同様な図10(a)、図10(b)、図10(c)、図10(d)、図10(e)、図10(f)および図10(g)で構成され、図2のものと同じ参照番号を示す。
図9(a)および図10(a)は、領域100および102のそれぞれにおけるゲート・コンタクト領域18の形成を示す。図9(b)および図10(b)は、領域100および102のそれぞれにおけるソース−ドレイン・コンタクト領域20の形成を示し、また第1誘電体層30の縁部分32および34の形成を示す。図9(c)および図10(c)は、図7のアレイ88のフォトダイオードの形成に関連した、領域100および102のそれぞれにおけるTFT不動態化誘電体層36の堆積を示す。図9(d)および図10(d)は、領域100および102のそれぞれにおけるダイオード不動態化底部層38の形成を示す。図10(e)は、傾斜した側壁48Aおよび48B並びに50Aおよび50Bをそれぞれ持つ予イミド化ポリイミド部分48および50の形成を示す。図9(f)および図10(f)は、図7のアレイ88で共通電極として作用する、領域100および102のそれぞれにおけるITO層52の形成を示す。ITO層52は図8(a)に関して前に述べた延長部103を持つことに留意されたい。図9(g)および図10(g)は、領域100および102のそれぞれにおけるバリヤ層58の形成を示す。図9(g)および図10(g)は、図9(g)および図10(g)に示されたバリヤ層58がITO層52の部分54および56を露出させた状態に残すようにITO層52の上に配置される点で、図2(g)と異なる。ガード・リング98の性能は、これらの領域54および56を周囲に対して露出させたことにより改善される。
ここで、本発明が図7に全体的に示したガード・リング・コンタクト・パッド99を持ち且つ図8(a)および図9並びに図8(b)および図10にそれぞれ具体的に示した領域100並びに領域102を持つガード・リング98を提供し、ガード・リング98に対する電気接触がガード・リング98に直接作られるのではなく、その代わりにガード・リング98に接続されたコンタクト・パッド99に対して作られ、これにより湿気により引き起こされる悪影響からガード・リング98が保護されることを評価されたい。
本発明のまた更に別の実施態様が図11に示されている。本発明に従ったフォトダイオード104のような光センサ素子が、基板106、底部コンタクト・パッド108、光センサ・アイランド110、多層構造の不動態化層、頂部コンタクト層114およびFET不動態化層115を有する。FET不動態化層115は、図2のゲート・コンタクト領域18にオーバーラップする層30の部分32および34と同様な態様で、底部コンタクト・パッド108にオーバーラップする端部分115Aおよび115Bを持つ。動作においては、フォトダイオード104が入射する化学線104Aに露出されて、フォトダイオード104の本体内に可動電荷を発生する。普通の構成では、フォトダイオード104は基板106上に行および列に配列された光検知アレイ116(図13参照)内の多数のフォトダイオードのうちの1つである。本発明の説明を容易にするため、フォトダイオード104と共に基板106上に形成される、アドレス線(通常はマトリクス配列の走査線およびデータ線)およびフォトダイオードの間でこれらの線を切り換え制御するTFTのような他の素子は、図11乃至13には示されていないが、図7に関して前に述べたような形式であってよい。この代わりに、多数のフォトダイオードを基板106上に形成して、基板106から離れて配置されたスイッチおよび他の処理回路に電気接続するか又は各画素内のダイオード・スイッチに電気接続してもよい。
光センサ・アイランド110がa−Siのような光吸収性半導体材料で構成される。光センサ・アイランド110は、所望のダイオード電気特性を与え且つ底部コンタクト・パッド108および頂部コンタクト層114へのそれぞれの電気接触を行うための複数の選ばれた導電型(すなわち、n型またはp型)にドープされたシリコン層(図示していない)を有していてよい。アモルファス・シリコンおよび関連する材料を、典型的には、プラズマ化学蒸着法(PECVD)または同様な方法で堆積し、例えばエッチングによってパターン形成することにより、基板106上に所望のアイランド構造が形成される。光センサ・アイランド110は、選ばれたバイアス電圧がフォトダイオード本体の両端間に加えられるように頂部コンタクト層114と底部コンタクト・パッド108との間に配置される。光センサ・アイランド110は典型的にはメサ形であって、光センサ・アイランド110のベース118から上面120へ向かって上向き且つ内向きに延在する側壁122を持つ。頂部コンタクト層114は(図1および2に関して前に述べたような)酸化インジウム錫(ITO)などのほぼ透明な導電材料で構成される。底部コンタクト・パッド108および頂部コンタクト層114は、(前述した電荷を収集することが出来るように)フォトダイオードの両端間に電界を設定するためにフォトダイオード内の電極として作用する。半導体材料中に光子を吸収した結果としてフォトダイオード内に発生された電荷は、選ばれた電極に収集され、そして周期的に「読み出され」または測定され、すなわち等価的に、底部コンタクト・パッド108と頂部コンタクト層114との間の印加されたバイアスを低下させ、そのときフォトダイオードの両端間のバイアス電圧はその選ばれた値にリセットされる。
底部コンタクト・パッド108は典型的には基板106上に配置され、また典型的には光センサ・アイランド110の材料と良好な電気接触を行う導電材料で構成される。この代わりに、底部コンタクト・パッド108は、基板106上に配置された誘電体層または他の材料(図示していない)の上に配置される。底部コンタクト・パッド108を形成するための典型的な材料は、モリブデンまたはクロムを含み、約0.1乃至約1.0ミクロンの厚さを持つ。底部コンタクト・パッド108は、入射放射線に応答してフォトダイオード内で発生された電荷を測定できるようにスイッチングおよび処理回路に接続される。
0.5乃至2.0ミクロン以上の厚さを持つフォトダイオード104は典型的には多層構造の不動態化層112を有する。多層構造の不動態化層112は、頂部コンタクト層114がその下に位置する光センサ・アイランド110の好ましい(しかし必要なものではない)ITOストラップ130と電気接触して配置される図11の領域を除いて、頂部コンタクト層114の下に配置される。本発明の一実施態様によれば、多層構造の不動態化層112は、ITOストラップ130と品質の良い接着部を作る第1層の無機誘電体層132、第2層の無機防湿バリヤ層134、および第3層の有機誘電体層136を有する。無機誘電体層132は少なくとも光センサ・アイランド110の側壁122を覆うように延在し、典型的には図11に示すように、光センサ・アイランド110のベース118の所で側壁122を越えて延在し、また更に上面120の少なくとも一部分を覆うように延在する。ITOストラップ130を持たない本発明の実施態様では、第1層の無機誘電体層132を除去して、多層構造の不動態化層112が第2層の層134および第3層の層136で構成されるようにする。
図11−13の多層構造の不動態化層112は図1および2の不動態化層38の特性の多くを有する。多層構造の不動態化層112のうちの第1層の無機誘電体層132はシリコン酸化物で構成され、約0.005ミクロンと約0.05ミクロンとの間の範囲内の典型的な厚さを持つ。第1層の無機誘電体層132を構成するシリコン酸化物は、典型的にはプラズマ化学蒸着法(PECVD)により堆積される。この方法で堆積されたシリコン酸化物はSiNxに比べて改善された接着力を有し、下にある側壁122に対して良好に順応する。無機誘電体層132とその下に位置する上面120上の好ましいITOストラップ130との間の接着力の向上により、この誘電体の中に必然的に形成されるバイアの寸法制御が改善されて、フォトダイオードの頂部に接触できるようになる。その上、シリコン酸化物は頑丈な防湿バリヤを構成し、またポリイミドの堆積からアレイ内に存在し得るγ−ブチロラクトンのような溶媒に対して抵抗性がある。
第2層の無機防湿バリヤ層134は、シリコン窒化物で構成され、約0.5ミクロンと1.5ミクロンとの間の範囲内の厚さを持つ。第2層の無機誘電体バリヤ層134を構成するシリコン窒化物は、典型的には同じPECVD法により第1層の無機誘電体層132上に堆積される。第2層の無機誘電体層134はピンホール密度の低いバリヤ層を形成し、また湿気の浸透に対する抵抗性が大きくなるように厚さが比較的厚い。SiNxは更にダイオード側壁122の形状に順応するようにPECVD法により容易に堆積され、従って良好な防湿バリヤとして作用する。この保護は側壁122については特に重要であり、保護が無いと、側壁122には湿気に曝されることにより時間と共に劣化を受ける比較的大きな表面が存在し、装置からのかなりの電荷漏洩の源となる。
図12に示されている本発明の別の実施態様では、フォトダイオード138が、第2層(134)と第3層(136)との間に挟まれた第4層の無機誘電体層140を含む多層構造の不動態化層112を有する。第4層の無機誘電体層140はシリコン酸化物で構成される。このような層は典型的には約0.005ミクロンと約0.05ミクロンとの間の範囲内の典型的な厚さを持つ。ここで、この実施態様における素子は、上記以外の点では、少なくとも2つの無機誘電体層を含む多層構造の不動態化層に関して本明細書の他の所で述べたものと同じであることに留意されたい。SiOxはSiNxに比べてITOに対する改善された接着力を有し、フォトレジストはSiNxに比べてSiOxに対する改善された接着力を有する。従って、フォトダイオードの頂部コンタクト・バイアのエッチングの際、非常に良好な寸法制御が行える。
第3層の有機誘電体層136が、基板106並びに無機バリヤ層132、134および140の上に配置される。具体的に述べると、図12においては、第3層の誘電体層136は第4層の誘電体層140の上に配置され、また図11においては、第3層の誘電体層136は第2層の誘電体層134の上に配置される。誘電体層136は、頂部コンタクト層114がITOストラップ130と良好な電気接触を作るような態様で、誘電体層136が多層構造の不動態化層の縁にオーバーラップして封止するように配置される。誘電体層136は、図2(f)に関して前に述べたのと同様な態様で頂部コンタクト層114とITOストラップ130との間の良好な電気接触を形成するように傾斜した側壁48Aおよび48B並びに50Aおよび50B(図2(e)に示されている)を持つ予イミド化ポリイミド部分48並びに50と同様な形状を有する。有機誘電体層136は典型的にはポリイミドで構成され、約1.0ミクロンと約2.0ミクロンとの間の範囲内の典型的な厚さを持つ。有機誘電体層136の上面は、その上に堆積される頂部コンタクト層114が完全性の高い層になるように適度に滑らかであることが望ましい。誘電体層136は熱的に安定であり、すなわちポリイミド構造は化学的分解を受けず、或いは亀裂や膨れを生じさせて層136の誘電特性を失わせ又は構造的完全性を破壊するような過大な膨潤または収縮を生じない。
頂部コンタクト層114は有機誘電体層136の上に配置されて、図11および12の両方の実施態様において光センサ・アイランド110とコンタクト区域130で電気接触する。頂部コンタクト層114は酸化インジウム錫(ITO)のようなほぼ透明な導電材料で構成され、フォトダイオードと入射放射線に応答してフォトダイオード104で発生される電荷を読み出して処理する際に使用される他の素子との間の電気コンタクトを形成する。従って、完成した装置においては、多層構造の不動態化層112は、光センサ・アイランド110の上面120上のコンタクト区域130を除いて、頂部コンタクト層114と光センサ・アイランド110または基板106との間に配置されている。
動作においては、図11および12の両方において、入射化学線104が、ほぼ光学的に透明な頂部コンタクト層114と有機誘電体層136と無機防湿バリヤ層134と無機誘電体層132のうちの1つ又は全部を通過した後、光センサ・アイランド110に入る。光センサ・アイランド110内のa−Siによって吸収された放射線は電荷を発生させ、電荷はコンタクト108および130で収集される。本発明に従って、多層構造の不動態化層112はフォトダイオード104からの側壁漏洩を最小にする。無機誘電体層132は側壁122に接していて、その下に位置するダイオード表面上のITOストラップ130に対する接着力をSiNxに比べて改善する。第2層の無機防湿バリヤ層134は第1層の無機誘電体層132上に配置されて、側壁122に対する湿気の浸透を制限する。第2層のSiNx層134は、優れた段部被覆性を持ち、且つ無機質で比較的厚く、またピンホールおよび亀裂形成の低い特性を持っているので、最も重要な防湿層として作用する。多層構造の不動態化層112は更に、またポリイミドを使用することにより亀裂および応力を生じることなく比較的厚く堆積できるというようなポリイミドの多数の属性を有利に利用しながら、周囲からポリイミドの中へ侵入する湿気と殆どのポリイミド中に存在するイオン不純物との組合せから生じる漏洩が光センサ・アイランド110で起こらないように光センサ・アイランド110を保護する。更に、多層構造の不動態化層112は、有機誘電体層136の縁を覆う頂部コンタクト層114に対して信頼性の非常に高い連続性が得られるような段部を形成する。
本発明の利点は、側壁漏洩が装置の性能にとって問題になる全ての光検知素子に適用可能である。側壁漏洩は、フォトダイオードの大きさが1mm未満にまで小さくされるとき特に重要になる。というのは、側壁漏洩がフォトダイオードの全逆バイアス漏洩のかなりの部分を占めるからである。具体的に述べると、1辺が約200ミクロン未満の寸法を持つフォトダイオードの場合、側壁漏洩はエリア漏洩成分を支配するので、装置のこの面の性能にとって主な重要事項である。本発明により提供される多層構造の不動態化層112は、湿気に関係する側壁の劣化が側壁漏洩を引き起こして重大な漏洩源となり得るような一層大きなフォトダイオードに対しても同様な利益を与える。
多層構造の不動態化層112の堆積の後、図13に示すように光検知アレイ・バリヤ層142を堆積することにより光検知アレイ116の製造が続けられる。バリヤ層142は、典型的には2つの層を含み、第1層は光センサ・アレイの頂部コンタクト層114の上に配置された約0.01乃至約0.1ミクロンの厚さを持つシリコン酸化物の層144であり、第2層は第1層144の上に配置された約0.5乃至約2.0ミクロンの厚さを持つシリコン窒化物の層146である。不動態化層に関する詳細は、例えば、J.D.キングスレイ(Kingsley)に付与されて本出願人に譲渡された米国特許第5,187,369号に記載されている。
本発明の或る特定の特徴のみを例示し説明したが、当業者には種々の変形および変更をなし得よう。従って、請求の範囲が本発明の真の精神の範囲内にあるこのような全ての変形および変更を包含しようと意図されていることを理解されたい。
Claims (10)
- 画素アレイ用のデータ線を形成する方法において、
(a)基板上に薄膜トランジスタ(TFT)のゲート電極を形成する工程、
(b)少なくとも前記ゲート電極を完全に覆うように前記TFTの第1誘電体層を堆積する工程、
(c)前記第1誘電体層の上に、対向する第1および第2側面部分を持つ前記TFTのアモルファス・シリコン層を形成する工程、
(d)前記アモルファス・シリコン層の上に第1モリブデン層を形成する工程、
(e)前記第1モリブデン層の一部分と電気接触させてアルミニウム層を形成して、前記アルミニウムに対するコンタクト・ホールを形成する必要性を無くす工程、
(f)前記アルミニウム層の下に配置された前記第1モリブデン層の前記部分以外の、前記第1モリブデン層を除去する工程、
(g)第1および第2部分を持つ第2モリブデン層を形成して、第2モリブデン層第1部分は前記アルミニウム層および前記アモルファス・シリコン層の前記第1側面部分を完全に覆うように配置し、且つ第2モリブデン層第2部分は前記アモルファス・シリコン層の前記第2側面部分を覆うように配置する工程であって、第2モリブデン層第1部分と第2モリブデン層第2部分とが互いから隔たって隙間を形成している工程、
を含んでいることを特徴とするデータ線形成方法。 - 前記アモルファス・シリコンがn+−Siの頂部層を有し、前記方法は、(a)前記モリブデン層の前記第1および第2部分のいずれかによって覆われていない前記アモルファス・シリコンの前記頂部のn+−Siをエッチングし、
(b)前記エッチングされたn+−Siの上に第2誘電体層を形成する工程を含んでいる請求項1記載の方法。 - 前記アルミニウム層は0.5ミクロンと1.0ミクロンとの間の範囲内の厚さを持つ請求項1記載の方法。
- 前記除去工程(f)は、前記モリブデンおよびアルミニウムがほぼ同じ速度でエッチングされるように、燐酸と硝酸とを有するエッチング液を使用して上昇した温度で湿式エッチングする工程を有する請求項1記載の方法。
- 前記上昇した温度は40℃と60℃との間の範囲内の温度である請求項4記載の方法。
- 前記第2モリブデン層は0.2ミクロンと0.5ミクロンとの間の範囲内の厚さを持つ請求項1記載の方法。
- 前記第1モリブデン層は20ナノメータと100ナノメータとの間の範囲内の厚さを持つ請求項1記載の方法。
- 頑丈な低雑音データ線を持つ画素アレイにおいて、
基板上にアレイを構成するように配置された複数の画素であって、各々の画素が走査線およびデータ線に結合され、各々のデータ線が前記基板上に配置された電界効果トランジスタ(TFT)のアイランド材料の上に配置された第1導電材料層及び第2導電材料層で構成される複数の画素であって、アルミニウムで構成された前記第2導電材料層が前記第1導電材料層の少なくとも一部分の上に配置された、前記複数の画素、および
前記データ線の前記第1導電材料層及び前記第2導電材料層を覆うように配置された導電材料のカプセル封止層、を含んでいることを特徴とする画素アレイ。 - 前記第1導電材料層および前記カプセル封止層の各々はモリブデンで構成されている請求項8記載のアレイ。
- 前記第1導電材料層は20ナノメータと100ナノメータとの間の範囲内の厚さを持ち、
前記導電材料のカプセル封止層は0.2ミクロンと0.5ミクロンとの間の範囲内の厚さを持ち、
前記第2導電材料層は0.5ミクロンと1.0ミクロンとの間の範囲内の厚さを持つ請求項9記載のアレイ。
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