CN101409257A - 一种光传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光传感器，此种光传感器用来覆盖二极管堆迭的绝缘层材质为光阻，用以降低漏电流的产生。

Description

一种光传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体元件的制造方法，且特别涉及一种光传感器的制造方法。

背景技术

所谓「传感器(sensor)」指的是利用侦测热、光或磁场等外界的变化状况，并将其转换成电子信号的元件。而藉由传感器所产生的信号，使用者便可从中判读相关信息。

据此，光传感器乃是藉由照光后所产生的电流，来达到获取讯息的目的。光传感器主要可分为晶体管与二极管两部分，其作用原理为先利用光照射到二极管来产生电流，而所输出的电流可再经由二极管后段所设置的晶体管放大数十至数百倍，以产生较强的信号。

然而，在已知光传感器结构中，常用来覆盖二极管的绝缘层材料多为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，这些材料除了无法提供良好的绝缘阻抗效果外，再加上二极管两侧容易因氧化而形成一氧化硅层，使得绝缘层的覆盖效果不佳，进而导致二极管所产生的电流容易经由绝缘层侧漏。此外，已知的绝缘层材料亦无法提供良好的平坦化效果。因此，仍待开发出一种光传感器，用以降低漏电流的产生，以改善光传感器的电性。

发明内容

因此本发明的目的就是在提供一种光传感器，用以防止漏电流的产生。

根据本发明的上述目的，提出一种制造光传感器的方法。首先，提供具有切换元件区及电子元件区的基板。接着，于基板的切换元件区上形成栅极。再依序形成栅极介电层、半导体层及电性提升层，以覆盖栅极与基板。之后图案化电性提升层及半导体层，以于栅极上方的栅极介电层上形成一通道区。接着，依序形成第一导电层、数层元件作用层及第二导电层，以覆盖栅极介电层与通道区。之后图案化第二导电层及元件作用层，使图案化后的元件作用层于电子元件区处的第一导电层上形成二极管堆迭，而第二导电层则于二极管堆迭上形成光电极。接着，图案化第一导体层，以于通道区上方两侧形成源/漏极，并露出部份电性提升层。之后，形成一绝缘层，以覆盖源/漏极、二极管堆迭以及光电极，其中绝缘层的材质为光阻。再来，图案化绝缘层，以于绝缘层中形成一开口，且开口暴露出光电极。之后形成一第三导电层，以覆盖绝缘层与光电极。最后，图案化第三导电层，使图案化后的第三导电层覆盖源/漏极上方的部份绝缘层，并且沿开口与光电极靠近源/漏极的一侧相连。

本发明的另一目的是在提供一种光传感器，其具有至少一切换元件区及至少一电子元件区位于一基板之上。此光传感器至少包含栅极、栅极介电层、通道区、源/漏极、二极管堆迭、光电极、绝缘层以及偏压电极。其中栅极设置于基板的切换元件区上。栅极介电层则覆盖栅极与基板。通道区设置于栅极上方的栅极介电层上。源/漏极设置于通道区的两端上，并且覆盖通道区下方两侧的栅极介电层。二极管堆迭设置于电子元件区处的源/漏极上。光电极设置于二极管堆迭上方。绝缘层则覆盖源/漏极区、通道区、二极管堆迭以及光电极，其中绝缘层的材质为光阻，且绝缘层具有一开口以暴露出二极管堆迭上方的部份光电极。至于偏压电极，设置于源/漏极上方的部份绝缘层上，并且沿开口与光电极靠近源/漏极的一侧相连。

由上述可知，相较于已知使用氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等材质作为绝缘层，以树脂材料所形成的绝缘层确实可提供良好的绝缘阻抗，降低漏电流的产生。同时由于以树脂所形成的绝缘层其平坦化效果较氧化硅等材质为佳，故可降低基材表面高低不平的情形，有助于后续的制程。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：

图1绘示依照本发明一实施例中，一种光传感器的剖面示意图。

图2A-2J绘示图1的所示的光传感器，于各制程阶段的剖面示意图。

图3绘示依照本发明另一实施例中，具有保护层的光传感器的剖面示意图。

图4，其绘示三种二极管的漏电流测试结果。

主要元件符号说明

100：光传感器          116c：元件作用层

102：基板              117：第二导电层

104：切换元件区        118：光电极

106：电子元件区        118a：侧

107：第一导电层        120：绝缘层

108：栅极              121：第三导电层

110：栅极介电层        122：偏压电极

112：通道区            123：保护层

114：源/漏极           124：开口

116：二极管堆迭        126：半导体层

116a：元件作用层       128：电性提升

116b：元件作用层       130：照光开口

具体实施方式

请参照图1，其绘示依照本发明一实施例中，一种光传感器的剖面示意图。如图1所示，此光传感器100设置于基板102上，而基板102可分为切换元件区104及电子元件区106两部份。光传感器100主要包含了栅极108、栅极介电层110、通道区112、源/漏极114、二极管堆迭116、光电极118、绝缘层120以及偏压电极122。其中，栅极108设置于基板102的切换元件区104上，而栅极介电层110则覆盖在栅极108与基板102上。通道区112设置于栅极108上方的栅极介电层110上，而通道区112则包含了半导体层126与电性提升层128两部份，又电性提升层128设置于半导体层126的两端上方。源/漏极114则设置于通道区112的电性提升层128上，并覆盖通道区112下方的栅极介电层110。

二极管堆迭116则设置于基板102电子元件区106处的源/漏极114之一者上，而光电极118则设置于二极管堆迭116上方。绝缘层120覆盖源/漏极114、通道区112、二极管堆迭116与光电极118的两侧，且绝缘层120具有一开口124，以暴露出二极管堆迭116上方的部份光电极118。偏压电极122则设置于源/漏极114上方的部份绝缘层120上，并沿开口124与光电极118靠近源/漏极114的一侧108a相连。

接着，请参照图2A-2J，其绘示依照本发明上述图1的所示的光传感器100的各制程阶段剖面示意图。如图2A所示，首先，提供一基板102，此基板102具有一切换元件区104及一电子元件区106。接着，于基板102上形成一栅极金属层(未绘示)，并将此栅极金属层图案化，以于基板102的切换元件区104上形成栅极108。基板102为一透明基板，例如玻璃基板或塑胶基板。而形成栅极金属层的方法可为物理气相沉积法，其材质例如可为钼(Mo)、铬(Cr)、钼铬(MoCr)合金、钼钨合金(MoW)、钼铝钼(Mo-Al-Mo)复合材质或铬铝铬(Cr-Al-Cr)复合材质，厚度约为2000-4000

请参照图2B，接着在栅极108与基板102上方，依序形成一栅极介电层110、一半导体层126及一电性提升层128。而形成此三层的方法可为化学气相沉积法，其中栅极介电层110的厚度约为2500-4000

材质可为氮化硅。而半导体层126的厚度约为4000-1500材质可为非晶硅。至于电性提升层128的厚度为1000-100

其材质为一硅N型掺杂硅层。

请参照图2C，之后，图案化电性提升层128与半导体层126，以于栅极108上方的栅极介电层110上形成一通道区112。

再来，请参照图2D，于栅极介电层110与通道区112上，依序形成第一导电层107、数层元件作用层116a、116b、116c及第二导电层117。其中元件作用层116a、116b、116c可分别为第一掺杂层、本质半导体层以及第二掺杂层。于此实施例中，元件作用层116a、116b、116c的形成方法可为化学气相沉积法，且元件作用层116a为一N型掺杂硅层，厚度为250-500

元件作用层116b为一非晶硅层，厚度为4500-8000

而元件作用层116c为一P型掺杂硅层，厚度为110-200

然而，于此实施例中，元件作用层116a与116c仅作为例示之用，元件作用层116a与116c亦可分别为P型掺杂硅层与N型掺杂硅层。至于形成第一导电层107与第二导电层117的方法可为物理气相沉积法，其中第一导电层107的材质可为金属，例如：铜或其合金，厚度为2000-4000

第二导电层117其材质为透明材质，例如铟锡氧化物、铝锌氧化物、铟锌氧化物、镉锡氧化物或上述的组合，厚度为300-500

而于下述制程中，第一导电层107及元件作用层116a、116b、116c将进一步分别形成源/漏极以及二极管堆迭。

接着，请参照图2E，图案化第二导电层117及元件作用层116a、116b、116c，使元件作用层116a、116b、116c于电子元件区106处的第一导电层107上形成一二极管堆迭116，而第二导电层117则于二极管堆迭116上形成一光电极118。由于光电极118的材质为透明材质，因此在使用光传感器100时，光线可直接穿透光电极118照射到二极管堆迭116中，进而产生电流。且依上述，元件作用层116a、116b、116c的材质可知，此二极管堆迭116为一PIN型二极管，即在P型掺杂硅层与N型掺杂硅层间，具有一非晶硅层，故可使P型掺杂硅层与N型掺杂硅层间的空乏区变宽，以于照光后，能够激发出较大的电流。

请参照图2F，然后图案化第一导体层107，以于通道区112上方两侧形成源/漏极114，并露出部份电性提升层128。而前述通道区112中的电性提升层128主要是用以降低半导体层126与源/漏极114间的电阻值，提高欧姆接触(OhmicContact)性质。所谓欧姆接触指的是两相异材料间具有较小且固定的接触电阻，此电阻值不会随着电压的改变而有所变化。由于用在半导体层126的非晶硅材料与用在源/漏极114的金属材料两者在能阶上的差异，会造成接触电阻上升，因此，于半导体层126与源/漏极114间，增设一高浓度掺杂的电性提升层128，则可使电子更易在金属与半导体材质间流动，改善欧姆接触(Ohmic Contact)性质。同理，于此实施例中，可分别利用元件作用层116a(N型掺杂硅层)与元件作用层116c(P型掺杂硅层)，改善元件作用层116b与第一导电层107以及光电极118间的欧姆接触性质。

请参照图2G，在完成图案化第一导体层107的步骤后，可选择性地进一步蚀刻电性提升层128，以露出部份半导体层126。

接着，请参照图2H，形成绝缘层120，使绝缘层120覆盖源/漏极114、通道区112、二极管堆迭116以及光电极118。然后图案化绝缘层120，以于绝缘层120中形成一开口124，进而暴露出部份光电极118。于此实施例中，绝缘层120的厚度为0.5-1.6μm，材质可为一般光阻，例如酚醛树脂(phenolic resin)、或树脂型黑色矩阵光阻，例如环氧树脂(expoxy resin，Novolac)或丙烯酸树脂(acrylresin)等。相较于已知使用氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等材质，于此实施例中，以树脂所形成的绝缘层120除了可提供良好的阻抗能力外，亦可于二极管堆迭116侧边形成较佳的贴覆，进而降低漏电流的产生。

请参照图2I，于绝缘层120与开口124中的第二导电层117上方，形成第三导电层121。于此实施例中，第三导电层121厚度为2000-4000

其材质为金属，例如铜。

请参照图2J，之后图案化第三导电层121，使图案化后的第三导电层121形成一偏压电极122。如图所示，偏压电极122覆盖源/漏极114上方的部份绝缘层120，并且沿开口124与光电极118靠近源/漏极114的一侧118a相连。偏压电极122除了用以提供二极管堆迭116一外加偏压外，同时可提供一定的遮光效果。

另外，参照图3，其绘示本发明另一实施例中，光传感器100的剖面示意图。于此实施例中，为了对光传感器100提供更充分的保护，因此在绝缘层120、偏压电极122以及光电极118上，再形成一层保护层123，并图案化保护层123，使图案化后的保护层123覆盖偏压电极122以及电子元件区106处的绝缘层120上，并于二极管堆迭116上方形成一照光开口130，以露出部份光电极118。于此实施例中，保护层123的材质可视绝缘层120的材质决定。举例而言，若绝缘层120所采用的材料为具有遮光效果的树脂型黑色矩阵光阻，则保护层123则可使用不具遮光效果的一般光阻或者具遮光效果树脂型黑色矩阵光阻。而若绝缘层120所采用的材料为不具有遮光效果的一般光阻，则保护层123则需使用具遮光效果的树脂型黑色矩阵光阻，以提供较佳的遮光效果。

而为了验证以上述方式所制得的光传感器是否能有效防止漏电流，因此分别对(1)不具绝缘层；(2)具有已知的氮化硅绝缘层；(3)具有环氧树酯绝缘层的PIN二极管施以一外加偏压后，进行漏电流测试，其结果如图4所示。

请参照图4，其绘示三种二极管的漏电流测试结果。如图所示，单位面积(500μm×500μm)漏电流的情形以不具绝缘层的PIN二极管最严重，高达7.4 5×10-9，而已知以氮化硅绝作为绝缘层的二极管，其漏电流严重情形次之，但仍有1.23×10-11。至于以环氧树脂作为绝缘层的二极管，其单位面积漏电流严重情形最轻，仅有3.4×10-13，与已知的样品相较，降低至少40％。

由上述可知，相较于已知使用氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等材质作为绝缘层，以树脂材料所形成的绝缘层确实可提供良好的绝缘阻抗，降低漏电流的产生。同时由于以树脂所形成的绝缘层其平坦化效果较氧化硅等材质为佳，故可降低基材表面高低不平的情形，有助于后续的制程。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (19)

1.一种制造光传感器的方法，该方法至少包含：

提供一基板，该基板具有一切换元件区及一电子元件区；

形成一栅极于该基板的该切换元件区上；

依序形成一栅极介电层、一半导体层及一电性提升层，以覆盖该栅极与该基板；

图案化该电性提升层及该半导体层，以于该栅极上方的该栅极介电层上形成一通道区；

依序形成一第一导电层、多层元件作用层及一第二导电层，以覆盖该栅极介电层与该通道区；

图案化该第二导电层及该些元件作用层，其中图案化后的该些元件作用层于该电子元件区处的第一导电层上形成一二极管堆迭，而图案化后的该第二导电层于该二极管堆迭上形成一光电极；

图案化该第一导体层，以于该通道区上方两侧形成一源/漏极，并露出部份该电性提升层；

形成一绝缘层，以覆盖该源/漏极、该二极管堆迭、以及该光电极，其中该绝缘层的材质为一光阻；

图案化该绝缘层，以于该绝缘层中形成一开口，且该开口暴露出该光电极；

形成一第三导电层，以覆盖该绝缘层与该光电极；以及

图案化该第三导电层，使图案化后的该第三导电层覆盖该源/漏极上方的部份该绝缘层，并且沿该开口与该光电极靠近该源/漏极的一侧相连。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该光阻为树脂型黑色矩阵光阻。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该光阻为酚醛树脂、环氧树脂或丙烯酸树脂。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该绝缘层厚度为至少为0.5μm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该绝缘层厚度为0.5-1.6μm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在图案化该第三导电层的该步骤后，更包含形成一保护层，覆盖该绝缘层、该第三导电层以及该光电极。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，更包含图案化该保护层，使图案化后的该保护层覆盖该第三导电层，并于该二极管堆迭上方形成一照光开口，以露出部份该光电极。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该些元件作用层包含一第一掺杂层、一本质半导体层以及一第二掺杂层。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该电性提升层为一N型掺杂硅层。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在图案化该第一导体层的该步骤后，形成该绝缘层的该步骤前，更包含蚀刻该电性提升层，以露出部份该半导体层。

11.一种光传感器，其具有至少一切换元件区及至少一电子元件区位于一基板之上，该光传感器至少包含：

一栅极，设置于该基板的该切换元件区上；

一栅极介电层，覆盖该栅极与该基板；

一通道区，设置于该栅极上方的该栅极介电层上；

一源/漏极，设置于该通道区两端上，并且覆盖该通道区下方两侧的该栅极介电层；

一二极管堆迭，设置于该电子元件区处的该源/漏极其中之一上；

一光电极，设置于该二极管堆迭上方；

一绝缘层，覆盖该源/漏极区、该通道区、该二极管堆迭以及该光电极，其中该绝缘层的材质为一光阻，且该绝缘层具有一开口以暴露出该二极管堆迭上方的部份该光电极；以及

一偏压电极，设置于该源/漏极上方的部份该绝缘层上，并且沿该开口与该光电极靠近该源/漏极的一侧相连。

12.如权利要求11所述的光传感器，其特征在于，该光阻为树脂型黑色矩阵光阻。

13.如权利要求11所述的光传感器，其特征在于，该光阻为酚醛树脂、环氧树脂或丙烯酸树脂。

14.如权利要求11所述的光传感器，其特征在于，该绝缘层厚度为至少为0.5μm。

15.如权利要求11所述的光传感器，其特征在于，该绝缘层厚度为0.5-1.6μm。

16.如权利要求11所述的光传感器，其特征在于，更包含一保护层，该保护层设置于该偏压电极以及该电子元件区处的该绝缘层上，且该保护层具有一照光开口，以露出部份该光电极。

17.如权利要求11所述的光传感器，其特征在于，该通道区包含：

一半导体层；以及

一电性提升层，该电性提升层设置于该半导体层两端上方。

18.如权利要求17所述的光传感器，其特征在于，该电性提升层为一N型掺杂硅层。

19.如权利要求11所述的光传感器，其特征在于，该二极管堆迭包含一第一掺杂层、一本质半导体层以及一第二掺杂层。

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