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。 一般常用于光傳感器中的二極管為PIN型二極管，PIN型 二極管與一般二極管最大的差別是在P型半導(dǎo)體層與N型半導(dǎo)體層間，增設(shè)一層本 質(zhì)層(Intrinsic layer),使得P型半導(dǎo)體層與N型半導(dǎo)體層間的空乏區(qū)變寬，以 于照光后，能夠激發(fā)出較大的電流。
然而，在傳統(tǒng)制程中，已知的制造光傳感器方法通常需經(jīng)過至少7道以上的 微影蝕刻步驟才能完成，有的甚至高達(dá)ll道，其中需經(jīng)過至少兩道微影蝕刻步驟 才能形成光傳感器的PIN二極管。此外，已知光傳感器的源/漏極多為插栓結(jié)構(gòu)， 此種結(jié)構(gòu)亦增加了微影蝕刻的次數(shù)。由此可知，傳統(tǒng)制程除了制程繁復(fù)外，多次的 微影蝕刻步驟亦提高了所使用的光罩?jǐn)?shù)目，造成成本上升。因此，仍待開發(fā)出一種 制造光傳感器的方法，用以降低制程的繁復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的就是在提供一種制造光傳感器的方法，用以降低制程的繁復(fù)。
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。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，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。
據(jù)上述，此種制程方式僅利用一次微影制程，即可形成二極管結(jié)構(gòu)。且此方 式將源/漏極直接形成于柵極介電層上，故可免除已知的插栓結(jié)構(gòu)，同時于源/漏極
的上形成二極管堆迭，可讓光傳感器結(jié)構(gòu)更為簡化，微影蝕刻的次數(shù)減少到6-7 次，降低光罩的數(shù)目，節(jié)省成本。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實施例能更明顯易懂，附圖的 詳細(xì)i兌明》口下
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。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:柵極介電層m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IOO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110 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的一者上， 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、 二極管堆迭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、鉬鎢 合金(MoW)、鉬鋁鉬(Mo-A卜Mo)復(fù)合材質(zhì)或鉻鋁鉻(Cr-A1-Cr)復(fù)合材質(zhì)，厚度約為 2000-糊0A。
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1000-100 A,其材質(zhì)可為摻雜硅層。
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N型摻雜硅層，厚度為250-500 A。元件作用層116b為非晶硅層， 厚度為4500-8000 A。而元件作用層116c為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118照射到二極管堆迭116中，進(jìn)而產(chǎn)生電流。
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中的電性提升層主 要是用以降低半導(dǎo)體層126與源/漏極114間的電阻値，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 電阻値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ll4、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U0，以于絕緣層 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U0厚度 為0. 5-1. 6 材質(zhì)可為氮化石圭、氮氧化石圭、一^L光阻，例如朌醛樹脂(phenolic resin)、或樹脂型黑色矩陣光阻，例如含有環(huán)氧樹脂(expoxy resin, Novolac)或 丙烯酸樹脂(acryl resin)的光阻等。
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Ul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材質(zhì)視絕緣層120而定。舉例而言，若絕緣層l20的材質(zhì)為氮化硅 或氮氧化硅，則保護(hù)層123的材質(zhì)則可選擇氮化硅、氮氧化硅、 一般光阻或樹脂型 黑色矩陣光阻。若絕緣層120的材質(zhì)為一般光阻或樹脂型黑色矩陣光阻，則保護(hù)層 123的材質(zhì)需與絕緣層120相同。
由上述可知，此種制程方式僅需利用一次微影制程，即可形成二極管結(jié)構(gòu)。 此外，以此種方式所制造出的源/漏極，可免除已知的插栓結(jié)構(gòu)，同時可將二極管 堆迭設(shè)置于源/漏極之一者上，使光傳感器的元件結(jié)構(gòu)更為簡化。故與已知技術(shù)相 較，可將微影蝕刻次數(shù)大幅減低至6-7次(如圖1、 2C、 2E、 2F、 2H、 2J與圖3所 示)，降低制程繁復(fù)與光罩的使用，節(jié)省成本與時間。
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；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，在圖案化該第三導(dǎo)電層的步驟后， 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。
3. 如權(quán)利要求2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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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(xm。
8. 如權(quán)利要求1項所述的方法，其中該絕緣層的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅或 光阻。
9. 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 的上，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，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。
10. 如權(quán)利要求9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。
11. 如權(quán)利要求9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。
12. 如權(quán)利要求11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。
13. 如權(quán)利要求9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。
14. 如權(quán)利要求9所述的光傳感器，其特征在于，該絕緣層厚度為至少為 0. 5jam。
15. 如權(quán)利要求9所述的光傳感器，其特征在于，該絕緣層的材質(zhì)為氮化硅、 氮氧化硅或光阻。
全文摘要
一種制造光傳感器的方法，此種制程方式僅利用一次微影制程，形成二極管結(jié)構(gòu)。且此方式將源/漏極直接形成于柵極介電層上，以免除已知的插栓結(jié)構(gòu)，并于源/漏極之一者上形成二極管堆迭，讓光傳感器結(jié)構(gòu)更為簡化。
文檔編號H01L29/66GK101409258SQ200710181100
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