專利名稱：一種光傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制造方法，且特別涉及一種光傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
所謂「傳感器(sensor)」指的是利用偵測熱、光或磁場等外界的變化狀況， 并將其轉(zhuǎn)換成電子信號的元件。而藉由傳感器所產(chǎn)生的信號，使用者便可從中判讀 相關(guān)信息。
據(jù)此，光傳感器乃是藉由照光后所產(chǎn)生的電流，來達(dá)到獲取訊息的目的。光 傳感器主要可分為晶體管與二極管兩部分，其作用原理為先利用光照射到二極管來 產(chǎn)生電流，而所輸出的電流可再經(jīng)由二極管后段所設(shè)置的晶體管放大數(shù)十至數(shù)百 倍，以產(chǎn)生較強(qiáng)的信號。
然而，在已知光傳感器結(jié)構(gòu)中，常用來覆蓋二極管的絕緣層材料多為氮化硅、 氧化硅或氮氧化硅，這些材料除了無法提供良好的絕緣阻抗效果外，再加上二極管 兩側(cè)容易因氧化而形成一氧化硅層，使得絕緣層的覆蓋效果不佳，進(jìn)而導(dǎo)致二極管 所產(chǎn)生的電流容易經(jīng)由絕緣層側(cè)漏。此外，已知的絕緣層材料亦無法提供良好的平 坦化效果。因此，仍待開發(fā)出一種光傳感器，用以降低漏電流的產(chǎn)生，以改善光傳 感器的電性。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的就是在提供一種光傳感器，用以防止漏電流的產(chǎn)生。 根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種制造光傳感器的方法。首先，提供具有切 換元件區(qū)及電子元件區(qū)的基板。接著，于基板的切換元件區(qū)上形成柵極。再依序形 成柵極介電層、半導(dǎo)體層及電性提升層，以覆蓋柵極與基板。之后圖案化電性提升 層及半導(dǎo)體層，以于柵極上方的柵極介電層上形成一通道區(qū)。接著，依序形成第一 導(dǎo)電層、數(shù)層元件作用層及第二導(dǎo)電層，以覆蓋柵極介電層與通道區(qū)。之后圖案化第二導(dǎo)電層及元件作用層，使圖案化后的元件作用層于電子元件區(qū)處的第一導(dǎo)電層 上形成二極管堆迭，而第二導(dǎo)電層則于二極管堆迭上形成光電極。接著，圖案化第 一導(dǎo)體層，以于通道區(qū)上方兩側(cè)形成源/漏極，并露出部份電性提升層。之后，形 成一絕緣層，以覆蓋源/漏極、二極管堆迭以及光電極，其中絕緣層的材質(zhì)為光阻。 再來，圖案化絕緣層，以于絕緣層中形成一開口，且開口暴露出光電極。之后形成 一第三導(dǎo)電層，以覆蓋絕緣層與光電極。最后，圖案化第三導(dǎo)電層，使圖案化后的 第三導(dǎo)電層覆蓋源/漏極上方的部份絕緣層，并且沿開口與光電極靠近源/漏極的一 側(cè)相連。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種光傳感器，其具有至少一切換元件區(qū)及至少 一電子元件區(qū)位于一基板之上。此光傳感器至少包含柵極、柵極介電層.、通道區(qū)、 源/漏極、二極管堆迭、光電極、絕緣層以及偏壓電極。其中柵極設(shè)置于基板的切 換元件區(qū)上。柵極介電層則覆蓋柵極與基板。通道區(qū)設(shè)置于柵極上方的柵極介電層 上。源/漏極設(shè)置于通道區(qū)的兩端上，并且覆蓋通道區(qū)下方兩側(cè)的柵極介電層。二 極管堆迭設(shè)置于電子元件區(qū)處的源/漏極上。光電極設(shè)置于二極管堆迭上方。絕緣 層則覆蓋源/漏極區(qū)、通道區(qū)、二極管堆迭以及光電極，其中絕緣層的材質(zhì)為光阻， 且絕緣層具有一開口以暴露出二極管堆迭上方的部份光電極。至于偏壓電極，設(shè)置 于源/漏極上方的部份絕緣層上，并且沿開口與光電極靠近源/漏極的一側(cè)相連。
由上述可知，相較于已知使用氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等材質(zhì)作為絕緣層， 以樹脂材料所形成的絕緣層確實可提供良好的絕緣阻抗，降低漏電流的產(chǎn)生。同時 由于以樹脂所形成的絕緣層其平坦化效果較氧化硅等材質(zhì)為佳，故可降低基材表面 高低不平的情形，有助于后續(xù)的制程。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，附圖的
詳細(xì)^兌明如下
圖1繪示依照本發(fā)明 一實施例中， 一種光傳感器的剖面示意圖。
圖2A-2J繪示圖1的所示的光傳感器，于各制程階段的剖面示意圖。
圖3繪示依照本發(fā)明另一實施例中，具有保護(hù)層的光傳感器的剖面示意圖。
圖4,其繪示三種二極管的漏電流測試結(jié)果。主要元件符號說明
100:光傳感器116c:元件作用層102:基板117:第二導(dǎo)電層
104:切換元件區(qū)118:光電極
106:電子元件區(qū)118a:側(cè)107:第一導(dǎo)電層120絕緣層
108:柵極121第三導(dǎo)電層
110:4冊極介電層122偏壓電極
112:通道區(qū)123保護(hù)層
114:源/漏極124開口
116:二極管堆迭126半導(dǎo)體層
116a:元件作用層128電性提升
116b:元件作用層130照光開口
具體實施例方式
請參照圖1,其繪示依照本發(fā)明一實施例中， 一種光傳感器的剖面示意圖。如
圖1所示，此光傳感器100設(shè)置于基板102上，而基板102可分為切換元件區(qū)104 及電子元件區(qū)106兩部份。光傳感器100主要包含了柵極108、柵極介電層110、 通道區(qū)112、源/漏極114、 二極管堆迭116、光電極118、絕緣層120以及偏壓電 極122。其中，柵極108設(shè)置于基板102的切換元件區(qū)104上，而柵極介電層IIO 則覆蓋在柵極108與基板102上。通道區(qū)112設(shè)置于柵極108上方的柵極介電層 110上，而通道區(qū)112則包含了半導(dǎo)體層126與電性提升層128兩部份，又電性提 升層128設(shè)置于半導(dǎo)體層126的兩端上方。源/漏極114則設(shè)置于通道區(qū)112的電 性提升層128上，并覆蓋通道區(qū)112下方的柵極介電層110。
二極管堆迭116則設(shè)置于基板102電子元件區(qū)106處的源/漏極114之一者上， 而光電極118則設(shè)置于二極管堆迭116上方。絕緣層120覆蓋源/漏極114、通道 區(qū)112、 二才及管堆迭116與光電極118的兩側(cè)，且絕緣層120具有一開口 124,以 暴露出二極管堆迭116上方的部份光電極118。偏壓電極122則設(shè)置于源/漏極114 上方的部份絕緣層120上，并沿開口 124與光電極118靠近源/漏極114的一側(cè)108a 相連。接著，請參照圖2A-2J,其繪示依照本發(fā)明上述圖1的所示的光傳感器100 的各制程階段剖面示意圖。如圖2A所示，首先，提供一基板102,此基板102具 有一切換元件區(qū)104及一電子元件區(qū)106。接著，于基板102上形成一柵極金屬層 (未繪示)，并將此柵極金屬層圖案化，以于基板102的切換元件區(qū)104上形成柵極 108?；?02為一透明基板，例如玻璃基板或塑膠基板。而形成柵極金屬層的方 法可為物理氣相沉積法，其材質(zhì)例如可為鉬(Mo)、鉻(Cr)、鉬鉻(MoCr)合金、鉬鴒 合金(MoW)、鉬鋁鉬(Mo-A卜Mo)復(fù)合材質(zhì)或鉻鋁鉻(Cr-Al-Cr)復(fù)合材質(zhì)，厚度約為 2000-4000A。
請參照圖2B，接著在柵極108與基板102上方，依序形成一柵極介電層110、 一半導(dǎo)體層126及一電性提升層128。而形成此三層的方法可為化學(xué)氣相沉積法， 其中柵極介電層110的厚度約為2500-4000A,材質(zhì)可為氮化硅。而半導(dǎo)體層126 的厚度約為4000-1500A,材質(zhì)可為非晶硅。至于電性提升層128的厚度為 1000-100A，其材質(zhì)為一硅N型摻雜硅層。
請參照圖2C，之后，圖案化電性提升層128與半導(dǎo)體層126,以于柵極108 上方的柵極介電層110上形成一通道區(qū)112。
再來，請參照圖2D,于柵極介電層110與通道區(qū)112上，依序形成第一導(dǎo)電 層107、數(shù)層元件作用層116a、 116b、 116c及第二導(dǎo)電層117。其中元件作用層 116a、 116b、 116c可分別為第一摻雜層、本質(zhì)半導(dǎo)體層以及第二摻雜層。于此實 施例中，元件作用層116a、 116b、 116c的形成方法可為化學(xué)氣相沉積法，且元件 作用層116a為一N型摻雜硅層，厚度為250-500 A。元件作用層116b為一非晶硅 層，厚度為4500-8000 A。而元件作用層116c為一P型摻雜硅層，厚度為110-200 A。然而，于此實施例中，元件作用層116a與116c僅作為例示之用，元件作用層 116a與116c亦可分別為P型摻雜硅層與N型摻雜硅層。至于形成第一導(dǎo)電層107 與第二導(dǎo)電層117的方法可為物理氣相沉積法，其中第一導(dǎo)電層107的材質(zhì)可為金 屬，例如銅或其合金，厚度為2000-4000 A,第二導(dǎo)電層117其材質(zhì)為透明材質(zhì)， 例如銦錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鋅氧化物、鎘錫氧化物或上述的組合，厚度為 300-500 A。而于下述制程中，第一導(dǎo)電層107及元件作用層116a、 116b、 116c 將進(jìn)一歩分別形成源/漏極以及二極管堆迭。
接著，請參照圖2E,圖案化第二導(dǎo)電層117及元件作用層116a、 116b、 116c， 使元件作用層116a、 116b、 116c于電子元件區(qū)106處的第一導(dǎo)電層107上形成一 二極管堆迭116,而第二導(dǎo)電層117則于二極管堆迭116上形成一光電極118。由
8于光電極118的材質(zhì)為透明材質(zhì)，因此在使用光傳感器100時，光線可直接穿透光
電極11S照射到二極管堆迭116中，進(jìn)而產(chǎn)生電流。且依上述，元件作用層116a、 116b、 116c的材質(zhì)可知，此二極管堆迭116為一 PIN型二極管，即在P型摻雜硅 層與N型摻雜硅層間，具有一非晶硅層，故可使P型摻雜硅層與N型摻雜硅層間的 空乏區(qū)變寬，以于照光后，能夠激發(fā)出較大的電流。
請參照圖2F，然后圖案化第一導(dǎo)體層107,以于通道區(qū)112上方兩側(cè)形成源/ 漏極114,并露出部份電性提升層128。而前述通道區(qū)112中的電性提升層128主 要是用以降低半導(dǎo)體層126與源/漏極114間的電阻值，提高歐姆接觸(0hmic Contact)性質(zhì)。所謂歐姆接觸指的是兩相異材料間具有較小且固定的接觸電阻，此 電阻值不會隨著電壓的改變而有所變化。由于用在半導(dǎo)體層126的非晶硅材料與用 在源/漏極114的金屬材料兩者在能階上的差異，會造成接觸電阻上升，因此，于 半導(dǎo)體層126與源/漏極114間，增設(shè)一高濃度摻雜的電性提升層128，則可使電 子更易在金屬與半導(dǎo)體材質(zhì)間流動，改善歐姆接觸(0hmic Contact)性質(zhì)。同理， 于此實施例中，可分別利用元件作用層116a(N型摻雜硅層)與元件作用層116c(P 型摻雜硅層)，改善元件作用層116b與第一導(dǎo)電層107以及光電極118間的歐姆接 觸性質(zhì)。
請參照圖2G,在完成圖案化第一導(dǎo)體層107的步驟后，可選擇性地進(jìn)一步蝕 刻電性提升層128,以露出部份半導(dǎo)體層126。
接著，請參照圖2H，形成絕緣層120,使絕緣層120覆蓋源/漏極114、通道 區(qū)112、 二極管堆迭116以及光電極118。然后圖案化絕緣層120，以于絕緣層120 中形成一開口 124,進(jìn)而暴露出部份光電極118。于此實施例中，絕緣層120的厚 度為0.5-1.6 )im，材質(zhì)可為一般光阻，例如酚醛樹脂(phenolic resin)、或樹脂 型黑色矩陣光阻，例如環(huán)氧樹脂(expoxy resin, Novolac)或丙烯酸樹脂(aery 1 resin)等。相較于已知使用氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等材質(zhì)，于此實施例中，以 樹脂所形成的絕緣層120除了可提供良好的阻抗能力外，亦可于二極管堆迭116 側(cè)邊形成較佳的貼覆，進(jìn)而降低漏電流的產(chǎn)生。
請參照圖21，于絕緣層120與開口 124中的第二導(dǎo)電層117上方，形成第三 導(dǎo)電層121。于此實施例中，第三導(dǎo)電層121厚度為2000-4000 A，其材質(zhì)為金屬， 例如銅。
請參照圖2J,之后圖案化第三導(dǎo)電層121，使圖案化后的第三導(dǎo)電層121形 成一偏壓電極122。如圖所示，偏壓電極122覆蓋源/漏極114上方的部份絕緣層120,并且沿開口 124與光電極118靠近源/漏極114的一側(cè)118a相連。偏壓電極 122除了用以提供二極管堆迭116 —外加偏壓外，同時可提供一定的遮光效果。
另外，參照圖3,其繪示本發(fā)明另一實施例中，光傳感器100的剖面示意圖。 于此實施例中，為了對光傳感器IOO提供更充分的保護(hù)，因此在絕緣層120、偏壓 電極122以及光電極118上，再形成一層保護(hù)層123，并圖案化保護(hù)層123，使圖 案化后的保護(hù)層123覆蓋偏壓電極122以及電子元件區(qū)106處的絕緣層120上，并 于二極管堆迭116上方形成一照光開口 130，以露出部份光電極118。于此實施例 中，保護(hù)層123的材質(zhì)可視絕緣層120的材質(zhì)決定。舉例而言，若絕緣層120所采 用的材料為具有遮光效果的樹脂型黑色矩陣光阻，則保護(hù)層123則可使用不具遮光 效果的一般光阻或者具遮光效果樹脂型黑色矩陣光阻。而若絕緣層120所采用的材 料為不具有遮光效果的一般光阻，則保護(hù)層123則需使用具遮光效果的樹脂型黑色 矩陣光阻，以提供較佳的遮光效果。
而為了驗證以上述方式所制得的光傳感器是否能有效防止漏電流，因此分別 對(l)不具絕緣層；(2)具有已知的氮化硅絕緣層；(3)具有環(huán)氧樹酯絕緣層的PIN 二極管施以一外加偏壓后，進(jìn)行漏電流測試，其結(jié)果如圖4所示。
請參照圖4,其繪示三種二極管的漏電流測試結(jié)果。如圖所示，單位面積(500 Hmx 500 iam)漏電流的情形以不具絕緣層的PIN二極管最嚴(yán)重，高達(dá)7. 45x10-9， 而已知以氮化硅絕作為絕緣層的二極管，其漏電流嚴(yán)重情形次之，但仍有1.23x 10-11。至于以環(huán)氧樹脂作為絕緣層的二極管，其單位面積漏電流嚴(yán)重情形最輕， 僅有3. 4 x 10-13，與已知的樣品相較，降低至少40%。
由上述可知，相較于已知使用氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等材質(zhì)作為絕緣層， 以樹脂材料所形成的絕緣層確實可提供良好的絕緣阻抗，降低漏電流的產(chǎn)生。同時 由于以樹脂所形成的絕緣層其平坦化效果較氧化硅等材質(zhì)為佳，故可降低基材表面 高低不平的情形，有助于后續(xù)的制程。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟 習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本 發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制造光傳感器的方法，該方法至少包含提供一基板，該基板具有一切換元件區(qū)及一電子元件區(qū)；形成一柵極于該基板的該切換元件區(qū)上；依序形成一柵極介電層、一半導(dǎo)體層及一電性提升層，以覆蓋該柵極與該基板；圖案化該電性提升層及該半導(dǎo)體層，以于該柵極上方的該柵極介電層上形成一通道區(qū)；依序形成一第一導(dǎo)電層、多層元件作用層及一第二導(dǎo)電層，以覆蓋該柵極介電層與該通道區(qū)；圖案化該第二導(dǎo)電層及該些元件作用層，其中圖案化后的該些元件作用層于該電子元件區(qū)處的第一導(dǎo)電層上形成一二極管堆迭，而圖案化后的該第二導(dǎo)電層于該二極管堆迭上形成一光電極；圖案化該第一導(dǎo)體層，以于該通道區(qū)上方兩側(cè)形成一源/漏極，并露出部份該電性提升層；形成一絕緣層，以覆蓋該源/漏極、該二極管堆迭、以及該光電極，其中該絕緣層的材質(zhì)為一光阻；圖案化該絕緣層，以于該絕緣層中形成一開口，且該開口暴露出該光電極；形成一第三導(dǎo)電層，以覆蓋該絕緣層與該光電極；以及圖案化該第三導(dǎo)電層，使圖案化后的該第三導(dǎo)電層覆蓋該源/漏極上方的部份該絕緣層，并且沿該開口與該光電極靠近該源/漏極的一側(cè)相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該光阻為樹脂型黑色矩陣光阻。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該光阻為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或 丙烯酸樹脂。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該絕緣層厚度為至少為0. 5^im。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該絕緣層厚度為0. 5-1. 6 |xm。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在圖案化該第三導(dǎo)電層的該步驟 后，更包含形成一保護(hù)層，覆蓋該絕緣層、該第三導(dǎo)電層以及該光電極。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，更包含圖案化該保護(hù)層，使圖案 化后的該保護(hù)層覆蓋該第三導(dǎo)電層，并于該二極管堆迭上方形成一照光開口，以露 出部份該光電極。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該些元件作用層包含一第一摻雜 層、 一本質(zhì)半導(dǎo)體層以及一第二摻雜層。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該電性提升層為一N型摻雜硅層。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在圖案化該第一導(dǎo)體層的該步驟 后，形成該絕緣層的該步驟前，更包含蝕刻該電性提升層，以露出部份該半導(dǎo)體層。
11. 一種光傳感器，其具有至少一切換元件區(qū)及至少一電子元件區(qū)位于一基板 之上，該光傳感器至少包含一柵極，設(shè)置于該基板的該切換元件區(qū)上； 一柵極介電層，覆蓋該柵極與該基板； 一通道區(qū)，設(shè)置于該柵極上方的該柵極介電層上；一源/漏極，設(shè)置于該通道區(qū)兩端上，并且覆蓋該通道區(qū)下方兩側(cè)的該柵極介電層；一二極管堆迭，設(shè)置于該電子元件區(qū)處的該源/漏極其中之一上； 一光電極，設(shè)置于該二極管堆迭上方；一絕緣層，覆蓋該源/漏極區(qū)、該通道區(qū)、該二極管堆迭以及該光電極，其中 該絕緣層的材質(zhì)為 一光阻，且該絕緣層具有一開口以暴露出該二極管堆迭上方的部 份該光電極；以及一偏壓電極，設(shè)置于該源/漏極上方的部份該絕緣層上，并且沿該開口與該光 電極靠近該源/漏極的 一側(cè)相連。
12. 如權(quán)利要求11所述的光傳感器，其特征在于，該光阻為樹脂型黑色矩陣光阻。
13. 如權(quán)利要求11所述的光傳感器，其特征在于，該光阻為酚醛樹脂、環(huán)氧 樹脂或丙烯酸樹脂。
14. 如權(quán)利要求11所述的光傳感器，其特征在于，該絕緣層厚度為至少為0. 5,。
15. 如權(quán)利要求11所述的光傳感器，其特征在于，該絕緣層厚度為0. 5-1. 6 |im。
16. 如權(quán)利要求11所述的光傳感器，其特征在于，更包含一保護(hù)層，該保護(hù) 層設(shè)置于該偏壓電極以及該電子元件區(qū)處的該絕緣層上，且該保護(hù)層具有一照光開 口 ，以露出部4分該光電才及。
17. 如權(quán)利要求11所述的光傳感器，其特征在于，該通道區(qū)包含 一半導(dǎo)體層；以及一電性提升層，該電性提升層設(shè)置于該半導(dǎo)體層兩端上方。
18. 如權(quán)利要求17所述的光傳感器，其特征在于，該電性提升層為一 N型摻 雜硅層。
19. 如權(quán)利要求11所述的光傳感器，其特征在于，該二極管堆迭包含一第一 摻雜層、 一本質(zhì)半導(dǎo)體層以及一第二摻雜層。
全文摘要
一種光傳感器，此種光傳感器用來覆蓋二極管堆迭的絕緣層材質(zhì)為光阻，用以降低漏電流的產(chǎn)生。
文檔編號H01L21/02GK101409257SQ200710181099
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者王裕霖, 藍(lán)緯洲, 陳禮廷 申請人:元太科技工業(yè)股份有限公司