TW200915591A - A photo sensor and a method for manufacturing thereof - Google Patents

Description

200915591 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種半導體元件之製造方法，且 特別是有關於一種光感測器之製造方法。 【先前技術】 所謂「感測器（sensor)J指的是利用偵測熱、光或 Ο 磁暴等外界的變化狀況，並將其轉換成電子訊號的元 件。而藉由感測器所產生的訊號，使用者便可從中判 續相關資訊。 據此，光感測器乃是藉由照光後所產生的電流， 來達到獲取訊息的目的。光感測器主要可分為電晶體 與二極體兩部分，其作用原理為先利用光照射到二極 體來產生電流，而所輸出的電流可再經由二極體後段 所設置的電晶體放大數十至數百倍，以產生較強的訊

然而 杜㈢知尤琢测器結構中，常用來覆蓋二極 體之絕緣層材料多為氮切、氧化m氧化秒，這 些材料除了無法提供良好的絕緣阻抗效果外，再加上 二極體兩側容易因氧化而形成一氧化矽層，使得絕緣 層的覆蓋效果不佳’進而導致二極體所產生的電流容 易經由絕緣層側漏。此外，習知之絕緣層材料亦無法 提供良好的平坦化效果1此，仍待開發出—種^ 測器’用以降低漏電流的產生，以改善光感測^ 性。 . 〇〜电 200915591 【發明内容】 因此本發明的目的就是在提供一種光感測器，用 以防止漏電流的產生。 Ο 根據本發明之上述目的，提出一種製造光感測器 之方法。首先，提供具有切換元件區及電子元件區之 基板。接著，於基板之切換元件區上形成閘極。再依 序形成閘極介電層、半導體層及電性提升層，以覆蓋 閘極與基板。之後圖案化電性提升層及.半導體層，以 於閘極上方之閘極介電層上形成-通道區。接著，依 序形成第一導電層、數層元件作用層及第二導電層，

以覆蓋閘極介電層與通道區。之後圖案化第二導電層 ^元件作用層，使圖案化後之元件作用層於電子元件 區處之第一導電層上形成二極體堆疊，而第二導電層 則於二極體堆疊上形成光電極。接著，圖案化第一導 9以於通道區上方兩側形成源/汲極，並露出部份 電性提升層。之後，形成—絕緣層，以覆蓋源/汲極、 —極體堆疊以及光電極，其中絕緣層之材質為光阻。 再來，圖案化絕緣層，以於絕緣層中形成一開口，且 ^口暴露出光電極。之後形成一第三導電層，以覆蓋 ::層與光電極。最後’圖案化第三導電層，使圖案 二之第三導電層覆蓋源/汲極上方之部份絕緣層，並 沿開口與光電極靠近源/汲極之一側相連。 伞贫明的另 右5 , 曰的疋在提供一種光感測器，其具 有至>、-㈣元件區及至少—電子元件區位於一基板 200915591 ，上。此光感測器至少包含閘極、閘極介電層、通道 A原//及極—極體堆豐、光電極、絕緣層以及偏壓 電極。其中閘極設置於基板之切換元件區上。問極介 電層則覆蓋閘極與基板。通道區係設置於閘極上方之 閘極/1電層上。源/沒極設置於通道區之兩端上，並且 覆蓋通道區下方兩側之閘極介電層。二極體堆疊設置 於電子元件區處之源/汲極上。光電極設置於二極體堆 疊上方。絕緣層則覆蓋源/汲極區、通道區、二極體堆 疊以及光電極’其中絕緣層之㈣為光m緣層 具有一開口以暴露出二極體堆疊上方之部份光電極。 至於偏壓電極’設置於源/汲極上方之部份絕緣層上， 並且沿開口與光電極靠近源/汲極之一側相連。 由上述可知，相較於習知使用氮化矽、氧化矽或 氣氧化石夕等材質作為絕緣層，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 生。同時由於以樹脂所形成的絕緣層其平坦化效果較 氧化珍等材質為佳’故可降低基材表面高低不平的情 形，有助於後續之製程。 【實施方式】 請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例中， 一種光感測器之剖面示意圖。如第i圖所示，此光感 測器100係設置於基板102上，而基板1〇2可分為切 換7L件區104及電子元件區1〇6兩部份。光感測器丨 主要包含了閘極108、閘極介電層11〇、通道區U2、 200915591 源/汲極114、二極體堆疊116、光電極118、絕緣層i2〇 以及偏壓電極122。其中，閘極⑽設置於基板1〇2之 _ S換元件區104上’而閣極介電層m則覆蓋在問極 108與基板102上。通道區m設置於閘極1〇8上方之 閑極介電層110上，而通道區112則包含了半導體層 126與電性提升層128兩部份，又電性提升層128係設 置於半導體層126之兩端上方。源/_ 114則設置於 通道區112的電性提升層128上，並覆蓋通道區ιΐ2 (5 下方之閘極介電層110。 一極體堆疊116則設置於基板1〇2電子元件區1〇6 處之源/汲極114之一者上，而光電極118則設置於二 極體堆疊116上方。絕緣層12〇f蓋源/没極114、通 道區112、二極體堆疊116與光電極118之兩側，且絕 緣層120具有一開口 124,以暴露出二極體堆疊ιΐ6上 方之部份光電極118。偏壓電極122則設置於源/沒極 114上方之部份絕緣層12〇上，並沿開口 124與光電極 Q 丨18罪近源/没極114之一側i〇8a相連。 接著，吻參^•、第2A-2J圖，其繪示依照本發明上 述第1圖之所示之光感測器100之各製程階段剖面示 意圖。如第2Α圖所示，首先，提供一基板1〇2，此基 板102具有一切換元件區1〇4及一電子元件區1〇6。接 著，於基板102上形成一閘極金屬層（未繪示），並將此 閘極金屬層圖案化，以於基板1〇2之切換元件區1〇4 上形成閘極108。基板102為一透明基板，例如玻璃基 板或塑膠基板。而形成閘極金屬層的方法可為物理氣 200915591 相沉積法’其材質例如可為銦（M〇)、鉻（Cr)、銦鉻（MoCr) 。金鉬鎢合金（M〇w)、钥紹钥⑽八⑽〇)複合材質 或鉻紹鉻（CW)複合材f，厚㈣為膽侧人。 清參照第2B圖，接著在閘極1〇8與基板1〇2上方， 依序形成-閘極介電層11G、—半導體層126及一電性 提升層128。而形成此三層的方法可為化學氣相沉積 ;，其：間極介電層110之厚度約為隱4_人，材 質可為氮化矽。而半導體層126之厚度約為 〇〇〇 1500A ’材質可為非晶⑦。至於電性提升層ία 之厚度為1_·Κ)〇Α，其材質為一石夕㈣摻雜石夕層。 請參照第2C圖，之後，圖案化電性提升層128斑 半導體層126,以於閘極⑽上方之閘極介電層110上 形成一通道區112。 再來，請參照第2D圖，於閘極介電層110與通道 區Π2上，依序形成第一導電層1〇7、數層元件作用層 116a、116b、116c 及第-邋雪 ®[ 汉矛一導電層u7。其中元件作用層 116a 116b、116c可分別為第—掺雜層、本質半導體 層以及第二摻雜層。於此實施例中’元件作用層l16a、 m 116c的形成方法可為化學氣相沉積法，且元件 作用層116a為- N型摻雜碎層，厚度為25()_5〇〇入。 兀件作用層U6b為-非晶⑪層，厚度為4•刪〇人。 而元件作用層U6c為-P型摻_層，厚度為11〇2〇〇 A H於此實施例中’元件作用層⑽與⑽僅 作為例示之用，元件作用層叫與⑽亦可分別為p 型摻雜矽層與N型掺雜矽層。至於形成第一導電層ι〇7 200915591 與第二導電層117的方法可為物理氣相沉積法，其中 第導電層107之材質可為金屬，例如：銅或其合金， 厚度為2000-4000人，第二導電層117其材質為透明材 質’例如銦錫氧化物、鋁辞氧化物、銦鋅氧化物、鎘 錫氧化物或上述之組合，厚度為3〇〇 5〇〇人。而於下述 製程中’第一導電層107及元件作用層116a、116b、 116c將進一歩分別形成源/汲極以及二極體堆疊。 接著’請參照第2E圖，圖案化第二導電層117及 凡件作用層116a、116b、116c ’使元件作用層U6a、 116b、116c於電子元件區i〇6處之第一導電層i〇7上 形成一二極體堆疊116’而第二導電層丨17則於二極體 堆Φ 116上形成一光電極118。由於光電極U8之材質 為透明材質，因此在使用光感測器1〇〇時，光線可直 接穿透光電極118照射到二極體堆疊丨丨6中，進而產 生電流。且依上述，元件作用層丨丨6a、丨丨6b、丨丨6c之 材質可知，此二極體堆疊116為一 PIN型二極體，即 在P型摻雜矽層與N型摻雜矽層間，具有一非晶矽層， 故可使P型摻雜矽層與N型掺雜矽層間的空乏區變 寬’以於照光後’能夠激發出較大的電流。 請參照第2F圖，然後圖案化第一導體層1〇7，以 於通道區112上方兩側形成源/汲極114，並露出部份 電性提升層128。而前述通道區112中的電性提升層 128主要是用以降低半導體層126與源/汲極114間的 電阻値’提尚歐姆接觸（Ohmic Contact)性質。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 200915591 阻，此電阻値不會隨著電壓的改變而有所變化。由於 用在半導體層126的非晶矽材料與用在源/汲極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，於半導體層126與源/汲極114間，增設一 高濃度摻雜的電性提升層128,則可使電子更易在金屬 與半導體材質間流動，改善歐姆接觸（〇hmk c〇ntact) 性質。同理，於此實施例中，可分別利用元件作用層 116a(N型摻雜矽層）與元件作用層n6c(p型摻雜矽 層），改善元件作用層ll6b與第一導電層1〇7以及光電 極118間的歐姆接觸性質。 請參照第2G圖，在完成圖案化第一導體層1〇7之 步驟後’可選擇性地進—步㈣電性提升層128，以露 出部份半導體層126。 接著，請參照第2H圖，形成絕緣層120,使絕緣 層m覆蓋源/沒極114、通道區m、二極體堆疊ιΐ6 以及光電極m。然後圖案化絕緣層12G，以於絕緣層 中形成開口 124，進而暴露出部份光電極】i 8。 於此實施例中’絕緣層12〇之厚度為。5]却瓜，材質 可為-般光阻，例如㈣樹脂（phem)licresin)、或樹脂 型黑色矩陣光阻，例如環氧樹脂（exp〇xy⑽化，N〇v〇iac) 或丙烯酸樹脂(acryl resin)等。相較於習知使用氮化 夕氧化石夕或I氧化石夕等材質，於此實施例中，以樹 脂所形成的絕緣層120除了可提供良好的阻抗能力 外，亦可於二極體堆疊116側邊形成較佳的貼覆，進 而降低漏電流的產生。 11 200915591 請參照第21圖’於絕緣層120與開口 124中的第 二導電層117上方，形成第三導電層121。於此實施例 中’第三導電層121厚度為2000-4000 A，其材質為金 屬，例如銅。 sif麥照弗圖

圖案化後之第三導電層121形成一偏壓電極122。如圖 所示，偏壓電極122覆蓋源/汲極114上方之部份絕緣 層120,並且沿開口 124與光電極118靠近源/汲極 之一側118a相連。偏壓電極122除了用以提供二極體 堆疊116 —外加偏壓外，同時可提供一定的遮光效果。 另外，參照第3 ，其係、緣示本發明另一實施例 中’光感測器1GG之剖面示意圖。於此實施例中，為 了對光感測器刚提供更充分的保護，因此在絕緣層 :2〇、偏壓電極122以及光電極118上，再形成一層保 濩層123，並圖案化保護層123，使㈣化後m❹ :覆蓋偏堡電極122以及電子元件區1〇6處之絕緣層 上，並於二極體堆4 116上方形成一照光開口 ’二露出部份光電極118。㈣實施射，保護層 :材質可視絕緣層12〇之材質決定。舉例而言，若 色所採用的材料為具有遮光效果的樹脂型黑 —色=先阻’則保護層⑵則可使用不具遮光效果之 絕緣遮光效果樹腊型黑色矩陣光阻。而若 阻心=:τ不具有遮光效果的-般光 陣先阻，以提供較佳之遞光效果。 12 200915591 有效防止::二上::::，;::光感測器是否能 白去之虱化矽絕緣層；（3)具 （厂、有 一極體施以一外加偏壓後 日i 如第4圖所示。 “漏電流測試’其結果 請參照第4圖，其係緣： 試結果。如圖所示，二:種-極體之漏電流測 的情形以不具絕緣声 pm)漏電抓

緣層之PIN二極體最嚴重，高達7 45χ 10 ’而習知錢切絕作為 · 流嚴重情形次之，但仍有阶:—極體’其漏電 作為絕緣層之二極體，其„： 至於以環氧樹脂 輕，僅有认叫3，==7流嚴重情形最 4〇%。 ’、各矣之樣口口相較，降低至少 田工lit 口J知 Ο 習知使用氮切、氧化石夕或 絕緣層，以樹脂材料所形成的絕 良好的絕緣阻抗，降低漏電流的產 * 51由於㈣m所形成的絕緣層其平坦化致果較 氧化石夕等材質為佳，故可降低基材表面高低不平的情 升>，有助於後續之製程。 雖然本發明已以—鉍从〜 m較佳實施例揭露如上，然其並 非用以限定本發明，& 4 _ 4何热習此技藝者，在不脫離本 發明之精神和’當可作各種之更動與潤飾，因 匕本發月之保4 H圍當視後附之中請專利範圍所界定 者為準。 13 200915591 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵 施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如=點與實 種光感 第1圖係繪示依照本發明一實施例 測器之剖面示意圖。 於 第2A-2J圖係繪示第}圖之所示之光 各製程階段之刳面示意圖。 ^ 》

第3圖係繪示依照本發明另一實施例中，具有保 護層之光感測器之剖面示意圖。 、 第4圖，其係繪示三種二極體之漏電流測試結果。 【主要元件符號說明】 100 ： 光感測器 102 基板 104 切換元件區 106 電子元件區 107 第一導電層 108 閘極 110 閘極介電層 112 通道區 114 源/汲極 116 二極體堆疊 116a :元件作用層 116b :元件作用層 116c: 元件作用層 117 : 第二導電層 118 ： 光電極 118a :側 120 : 絕緣層' 121 : 第三導電層 122 : 偏壓電極 123 ： 保護層 124 ： 開口 126 ： 半導體層 128 ： 電性提升 130 ： 照光開口

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Claims (1)

1. 200915591 十、申請專利範圍·· i種製造光感測态之方法，該方法至少包含： 提供—基板，該基板具有—切換元件區及一電子 元件區； 形成一閘極於該基板之該切換元件區上； 依序形成一問極介電層、—半導體層及一電性提 升層，以覆蓋該閘極與該基板； 圖案化該電性提升層及該半導體層，以於該閘極 上方之該閘極介電層上形成一通道區； ^依序形成一第一導電層、複數層元件作用層及一 第導電層，以覆蓋該閘極介電層與該通道區； ® # 4匕3亥第二導雷厝；5訪Ak二AL A m a . *4·,

   圖案化該絕緣層，以 且該開口暴露出該光電極

   圖案化該第三導電層， g，以覆蓋該源/汲極、該二極體堆疊、 其中該絕緣層之材質為一光阻； 緣層，以於該絕緣層中形成—開口， 以覆蓋該絕緣層與該光電 使圖案化後之該第三導電 15 200915591 層覆蓋该源/汲極上方之部份該絕緣層’並且沿該開口 與該光電極靠近該源/汲極之一側相連。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光阻 為樹脂型黑色矩陣光阻。 3·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光阻 為盼搭樹脂、環氧樹脂或丙烯酸樹脂。 η 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該絕緣 層厚度為至少為〇.5μιη。 5·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該絕緣 層厚度為0.5-1.6 pm。 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，在圖案化該 〇 第二導電層之該步驟後，更包含形成一保護層，覆蓋 該絕緣層、該第三導電層以及該光電極。 7·如申請專利範圍第6項所述之方法，更包含圖案 化該保護層’使圖案化後之該保護層覆蓋該第三導電 層，並於該二極體堆疊上方形成一照光開口，以露出 -部份該光電極。 8·如申請專利範圍第1項所述之方法’其中該些元 16 200915591 件作用層包合_穿 苐—摻雜層、一本質半導體層以及 第—捧雜層。 P型換雜<5夕層。 .甲請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一 摻雜層與4第：摻雜層分別為—N型摻雜⑪層以及一

   10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，直中哕 本質半導體層為一#晶石夕f。 … 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該 電性提升層為一 N型摻雜矽層。 12·如申請專利範圍第1項所述之方法，在圖案 ,第導體層之邊步驟後，形成該絕緣層之該步驟 月'J，更包含蝕刻該電性提升層，以露出部份該半導體 層。 一種光感測器，其具有至少一切換元件區及 至少—電子元件區位於一基板之上，該光感測器至少 包含： 一閘極’設置於該基板之該切換元件區上； -閘極介電層’覆蓋該閘極與該基板； 一通道區，設置於該閘極上方之該閘極介電層上； 源/及極’設置於該通道區兩端上，並且覆蓋該 17 200915591 通道區下方兩側之該閘極介電層； 一二極體堆疊，設置於該電子元件區處之該源/汲 極其中之一上； 一光電極’設置於該二極體堆疊上方； 一絕緣層，覆蓋該源/汲極區、該通道區、該二極 體堆疊以及該光電極，其中該絕緣層之材質為一光 阻，且該絕緣層具有一開口以暴露出該二極體堆疊上 方之部份該光電極；以及 一偏壓電極，設置於該源/汲極上方之部份該絕緣 層上，並且沿該開口與該光電極靠近該源/汲極之一側 相連。 I4.如申請專利範圍第13項所述之光感測器，其 中β亥光阻為樹脂型黑色矩陣光阻。 ^ 15.如申請專利範圍第13項所述之光感測器，其 中該光阻為祕樹脂、環氧樹脂或㈣酸樹脂。 16.如申請專利範圍第13項所述之光感測器，其 中該絕緣層厚度為至少為〇 5μηι。 、 項所述之光感測器，其 17·如申請專利範圍第13 中該絕緣層厚度為0.5-1.6μιη。 18. 如申請專利範圍第 13項所述之光感測器，更 18 200915591 包含一保護層’該保護層設置於該偏壓電極以及該電 子兀件區處之該絕緣層上，且該保護層具有一照光開 口，以露出部份該光電極。 19·如申請專利範圍第13項所述之光感測器，其 中該通道區包含： 一半導體層；以及 電性提升層’該電性提升層係設置於該半導體 層兩端上方。 2 0 如申请專利範圍第19項所述之光感測器，其 該電性提升層為一 N型摻雜矽層。 21.如申請專利範圍 中該二極體堆疊包含一第 以及—第二摻雜詹。 第13項所述之光感測器，其 一摻雜層、一本質半導體層

   中哼第· Q申請專利範圍第21項所述之光感測器，其 χ 摻雜層與該第二摻雜層分別為一 Ν型摻雜矽 曰以及一Ρ型摻雜矽層。 ^3·如申請專利範圍第2ι項所述之光感測器，复 中遠本質半導體層為-非晶矽層。 ’、 19