專利名稱：光電二極管、光感測組件及光電二極管的制造方法
技術領域：
本發明是有關于一種光電組件，且特別是有關于一種含有光電二極管的光感測組件。
背景技術：
現行的光感應器多為非晶硅光電二極管。因非晶硅具有光電特性，故可通過這一特性來做為光感測組件的感光組件。目前，因非晶硅材料具有光電性質，所以大部分的非晶硅常摻雜3A族與5A族材料，并制作成PIN(p-intrinsic-n)型光電二極管(photodiode)。然而,上述光電二極管與薄膜晶體管搭配而成的光感測組件(TFT photodiode sensor)對紫外光(UV光)與可見光都具有光電特性，故不易分辨出UV光的感測。因此使傳統PIN型光電二極管的應用上與產 能上，皆有其發展限制。
發明內容
本發明的目的在于提供一種光電二極管、光感測組件及光電二極管的制造方法。因此，本發明的一方面是在提供一種光電二極管，其包含在基板上依序配置下電極、N型半導體層、本質半導體層以及上電極。其中N型半導體層包含N型非晶型銦鎵鋅氧化物，本質半導體層包含本質非晶型銦鎵鋅氧化物，且本質非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量高于N型非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量。依據本發明的一實施例，上述光電二極管還包含P型半導體層，配置于本質半導體層與上電極之間。其中P型半導體層的材料為鋁氮鋅氧化物、鋁鋅氧化物、鋰鋅氧化物、砷鋅氧化物或銻鋅氧化物。本發明的又一方面是提供一種光感測組件。其光感測組件包含如下。在該基板上依序設置柵極、柵介電層與半導體通道層。在半導體通道層兩端上設置源極/漏極。在漏極上配置光電二極管，其包含在漏極上依序設置N型半導體層、本質半導體層與上電極。其中N型半導體層包含N型非晶型銦鎵鋅氧化物，本質半導體層包含本質非晶型銦鎵鋅氧化物，且本質非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量高于N型非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量。依據本發明一實施例，上述光感測組件的光電二極管，又包含P型半導體層，且配置于本質半導體層與上電極之間。依據一實施方式，本案使用非晶型銦鎵鋅氧化物材料來制備光電二極管，其銦鎵鋅氧化物不但具有光電特性，且其載子遷移率遠大于已知光電二極管所使用的氫化非晶硅。此外，銦鎵鋅氧化物只吸收UV光，因此可讓可見光穿透。所以，可改善已知光電二極管不易分辨UV光與可見光的問題。依據本發明一實施例，光電二極管的制造方法包含 提供一濺鍍靶材混合物，其包含銦氧化物、鎵氧化物與鋅氧化物；以及在含有氧氣與氬氣的氣體環境進行一連續濺鍍制程，以于該下電極上連續形成該N型半導體層與該本質半導體層，其中濺鍍該N型半導體層時的該氧氣/氬氣的流量比例低于濺鍍該本質半導體層時的該氧氣/氬氣的流量比例。上述發明內容旨在提供本發明的簡化摘要，以使閱讀者對本發明具備基本的理解。此發明內容并非本發明的完整概述，且其用意并非在指出本發明實施例的重要/關鍵組件或界定本發明的范圍。在參閱下文實施方式后，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易了解本發明的基本精神及其它發明目的，以及本發明所采用的技術手段與實施方式。
為讓本發明的上述和其它目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下圖I是繪示依照本發明一實施方式的一種光電二極管剖面示意圖；
圖2是繪示依照本發明另實施方式的一種光電二極管剖面示意圖；圖3A-3E是繪依序依照本發明的一實施方式的一種光感測組件的制備流程剖面結構示意圖。主要組件符號說明100、200、320 :光電二極管110、311 :基板120、220:下電極130、230、322 :N 型半導體層130,230,323 :本質半導體層260,326 P 型半導體300 :光感測組件310 :薄膜晶體管312 :柵極313 :半導體通道層315a :源極315b :漏極330 :保護層340:導電層350:上電極
具體實施例方式下面將更詳細地討論本發明的實施方式。然而，此實施方式可為各種發明概念的應用，可被具體實行在各種不同特定的范圍內。特定的實施方式是僅以說明為目的，且不受限于揭露的范圍。光電二極管的結構參照圖1，其是繪示依據本發明一實施方式的肖特基型(Schottky)光電二極管的剖面結構示意圖。在圖I中，肖特基型光電二極管100包含基板110、下電極120、N型半導體層130、本質半導體層140與上電極150。基板110可選擇透光或不透光材料。根據一實施方式，透光材質的基板110可為玻璃或石英。根據另一實施方式，不透光材質的基板110可為耐熱性塑料。下電極120的材料可為導電材料，如金屬或摻雜多晶硅。N型半導體層130的材料為N型非晶型銦鎵鋅氧化物，依據一實施例，N型半導體層130的厚度約為300-5000A。本質半導體層140的材料為本質非晶型銦鎵鋅氧化物，其含氧量高于上述N型非 晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量。基本上，本質半導體層140的厚度大于N型半導體層130的厚度。依據一實施方式，本質半導體層140的厚度為1-5 iim。上電極150為透明的導電材料，例如可為錫銦氧化物(SnInOx)或錫銻氧化物(SnSbOx)。請參照圖2，其是繪示依據本發明另一實施方式的NIP型光電二極管結構的剖面結構示意圖。在圖2中，NIP型光電二極管200中的基板210、下電極220、N型半導體層230、本質半導體層240與上電極250與圖I中肖特基型光電二極管100的基板110、下電極120、N型半導體層130、本質半導體層140與上電極150結構相似。因此為了讓文字簡潔故，不再詳細敘述之。在NIP型光電二極管200結構中，多增加一 P型半導體層260，其配置在本質半導體層240及上電極250之間。上述P型半導體層260的材料是由鋁氮鋅氧化物(AlNZnOx)、鋁鋅氧化物(AlZnOx)、鋰鋅氧化物(LiZnOx)、砷鋅氧化物(AsZnOx)或鋪鋅氧化物(SbZnOx)所組成的族群。基本上，P型半導體層260的厚度與N型半導體層的厚度相仿。依據一實施方式，P型半導體層260的厚度為300-5000人。光感測組件的結構參照圖3E，其繪示依據本發明另一實施方式的光感測組件300的剖面結構示意圖。光感測組件300的結構包含位于基板311上的薄膜晶體管310以及光電二極管320。上述薄膜晶體管310包含柵極312、柵介電層313、半導體通道層314、源極315a以及漏極315b。上述薄膜晶體管310的較詳細結構如下所述。在基板311上配置柵極312。在柵極312與基板311上配置柵介電層313。在柵極312正上方的柵介電層313上，配置半導體信道層314。在柵介電層313上與半導體通道層314的兩端上配置源極315a與漏極315b。在漏極315b上配置光電二極管320。實作上，基板311可因應用性不同，可選擇透光或不透光材料。根據一實施方式，透光材質的基板311可為玻璃或石英。根據另一實施方式，不透光材質的基板311可為耐熱性塑料。柵極312的材料通常為導電材料，如金屬、合金、硅化金屬、氮化金屬或摻雜多晶娃。上述的金屬例如可為鑰、鉻、銅或招。上述的合金例如可為鑰鉻合金(MoCr)或招釹合金(AlNd)。上述的娃化金屬例如可為娃化鈦、娃化鈷、娃化鎳或娃化鉭。上述的氮化金屬例如可為氮化鈦或氮化鉭。柵介電層313的材料通常為具有高介電常數的介電材料。根據一實施方式，柵介電層313的材料例如可為氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。半導體通道層314材料例如可為非晶硅、氫化非晶硅或本質非晶型銦鎵鋅氧化物。也可依應用所需，選擇摻雜一些摻質。舉例來說，非晶硅可摻雜N型摻質，使其成為N型非晶硅。根據本發明的一實施方式，上述半導體信道層314包含本質非晶型銦鎵鋅氧化物。源極315a與漏極315b的材料通常為導電材料,如金屬、合金、娃化金屬、氮化金屬或摻雜多晶硅。上述的金屬例如可為鑰、鉻、銅或鋁。上述的合金例如可為鑰鉻合金(MoCr)或鋁釹合金(AlNd)。上述的硅化金屬例如可為硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鉭。上述的氮化金屬例如可為氮化鈦或氮化鉭。上述的摻雜多晶硅的摻雜濃度，相對于前述的半導體通道層314來說，源極315a/漏極315b的摻雜濃度較高。上述光電二極管320若為肖特基型光電二極管，其包含由漏極315b延伸過來的下電極、N型半導體層322、本質半導體層324與上電極350。光電二極管320若為NIP型光電二極管，則除了上述組件，還包含P型半導體層326。其中，上述薄膜晶體管310的漏極315b,其位于光電二極管320下方的部分,亦做為光電二極管320的下電極。
光電二極管320的較詳細結構如下所述。當光電二極管320為如圖I所示的肖特基型光電二極管100時，在漏極315b上依序設置N型半導體層322、本質半導體層324以及上電極350。當光電二極管320為上述圖2所示NIP型光電二極管200時，在前述的本質半導體324與上電極350的間再配置P型半導體層326。光電二極管320的N型半導體層322、本質半導體層324、P型半導體層326與上電極350所使用的材料如圖I與圖2的相關敘述所述，因此不再詳細描述之。此外，實際運用方面來說，光感測組件300可選擇性地包含保護層330與導電層340。保護層330覆蓋于薄膜晶體管310上，用以保護薄膜晶體管310部分，但暴露光電二極管320部分。保護層330的材料通常為介電材料，如氧化硅、氮化硅、非晶碳或類鉆石碳(diamond-like carbon ;DLC)。根據不同的實施方式,可使用不同結構、不同材料以及不同方法來形成保護層330。舉例來說，保護層330可包含兩層材料的結構。導電層340為不透光的金屬層，是用來保護薄膜晶體管310不受光照影響而產生光電流。同時，導電層340也可與上電極350合用來減低整體電阻，調降電壓的用。導電層340的材料可為金屬或合金，其中金屬例如可為鑰、鉻、鋁或銅，合金例如可為鑰鉻合金(MoCr)或鋁釹合金(AlNd)。光感測組件的制造方法圖3A-3E為依照本發明一實施方式的一種光感測組件的制造流程剖面結構示意圖。首先，如圖3A所示，先在基板311上形成柵極312，再于柵極312與基板311上形成柵介電層313。上述柵極312可依序通過沉積、微影以及蝕刻等制程來形成的。柵極312的材料可為導電材料，如金屬、合金、硅化金屬、氮化金屬或摻雜多晶硅，因此沉積的方法將因材料不同而異。以摻雜多晶硅來說，其沉積方法可為化學氣相沉積法。柵介電層313的材料例如可為氧化硅、氮氧化硅或氮化硅，其形成方法例如可為化學氣相沉積法。參考圖3B，在柵極312的上方的柵介電層313上形成一半導體通道層314。以及在半導體通道層314的兩端上與柵介電層313上形成源極315a與漏極315b。半導通道層314、源極315a與漏極315b可依序利用沉積、微影以及蝕刻等制程來分別形成之。由于半導體通道層314材料例如可為非晶硅、氫化非晶硅或本質非晶型銦鎵鋅氧化物，而源極315a與漏極315b的材料例如可為金屬、合金、娃化金屬、氮化金屬或摻雜多晶硅。因此，上述沉積的方法，會因材料的不同而有所不同。例如以非晶硅、氫化非晶硅以及摻雜多晶硅來說，沉積的方法可為化學氣相沉積法。以本質非晶型銦鎵鋅氧化物來說，沉積的方法可為濺鍍法。參考圖3C，在部分漏極315b上形成光電二極管320。當光電二極管320為肖特基型光電二極管時，其形成方法為在漏極315b上依序形成N型半導體層322與本質半導體層324，再進行微影蝕刻制程而得光電二極管320。當光電二極管320為NIP型光電二極管時，其形成方法為在漏極315b上依序形成N型半導體層322、本質半導體層324與P型半導體層326，再進行微影蝕刻制程而得光電二極管320。根據一實施方式，由于前述N型半導體層322與本質半導體層324的材料皆為銦 鎵鋅氧化物，只有含氧量不同而已。因此，可以在連續形成N型半導體層322與本質半導體層324的過程中，通過控制濺鍍制程中的通入氧氣/氬氣的流量比例來控制銦鎵鋅氧化物的含氧量，以控制其電性。依據一實施方式，濺鍍N型半導體層322的氧氣/氬氣的比例低于用以濺鍍本質半導體層324的氧氣/氬氣的比例。其中，在N型半導體層322的濺鍍過程中，氧氣/氬氣的流量比例為0-15%。而在本質半導體層324的濺鍍過程中，氧氣/氬氣的流量比例為2-70%。在此提供另一種方法來連續形成N型半導體層322與本質半導體層324。在此方法中，可先濺鍍一層N型銦鎵鋅氧化物，其厚度與N型半導體層322及本質半導體層324兩者的總厚度相當。再利用含氧等離子來后處理上述N型銦鎵鋅氧化物，來增加位于上部的N型銦鎵鋅氧化物的含氧量，使位于上部的N型銦鎵鋅氧化物轉變成本質銦鎵鋅氧化物。則位于上部的本質銦鎵鋅氧化物可構成本質半導體層324，而位于下部的N型銦鎵鋅氧化物可構成N型半導體層322。上述濺鍍制程所用的靶材可為一混合物，其材料例如可為由銦氧化物、鎵氧化物與鋅氧化物所組成的混合物。由于上述P型半導體層326的材料多為摻雜的氧化鋅，因此其形成方法例如可為濺鍍法。參考圖3D，在源極315a與漏極315b上形成保護層330，再移除位于光電二極管320上方的保護層330，以暴露光電二極管320。形成保護層330的方法可為沉積法，例如可為化學氣相沉積法。上述移除部分保護層330的方法，可通過微影以及蝕刻制程來達成。參考圖3E，在部分保護層330上依序形成導電層340與上電極350。導電層340與上電極350可利用沉積、微影制程以及蝕刻來形成之。由于導電層340的材料為金屬或合金,所以其沉積的方法可為物理氣相沉積法。而上電極350的材料為透明導電材料。當上電極350的材料為錫銦氧化物(SnInOx)或錫銻氧化物(SnSbOx)時，其沉積法可用物理氣相沉積法。上述的光電二極管包含銦鎵鋅氧化物材料，其銦鎵鋅氧化物不但具有光電特性，且載子遷移率遠大于已知光電二極管所使用的氫化非晶硅。此外，銦鎵鋅氧化物只吸收UV光，但是可讓可見光穿透。因此，使用銦鎵鋅氧化物可改善已知光電二極管不易分辨UV光與可見光的問題，與容易受到非目標光源影響的問題。所以，上述的光電二極管可以廣泛地應用在UV光偵測器、UV光開關、太陽能面板以及智能窗等方面。雖然本發明已以實施方式揭露如上，并用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視 所附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1.ー種光電ニ極管，其特征在于，包含 一基板； 一下電極，配置于該基板上； 一 N型半導體層，配置于該下電極上，其中該N型半導體層包含N型非晶型銦鎵鋅氧化物； 一本質半導體層，配置于該N型半導體層上，其中該本質半導體層包含本質非晶型銦鎵鋅氧化物，且該本質非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量高于該N型非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量；以及 一上電極，配置于該本質半導體層上。
2.根據權利要求I所述的光電ニ極管，其特征在于，還包含一P型半導體層，配置于該本質半導體層與該上電極之間，其中該P型半導體層的材料為鋁氮鋅氧化物、鋁鋅氧化物、鋰鋅氧化物、砷鋅氧化物或銻鋅氧化物。
3.根據權利要求2所述的光電ニ極管，其特征在于，該P型半導體層的厚度為300-5000 A。
4.根據權利要求I所述的光電ニ極管，其特征在于，該N型半導體層的厚度為300- 5000 A，該本質半導體層的厚度為1-5 u m。
5.ー種光感測組件，其特征在于，包含 一薄膜晶體管設置于一基板上，包含 ー柵極，設置于該基板上； ー柵介電層，覆蓋該柵極與該基板； 一半導體通道層，設置在該柵極正上方的該柵介電層上； 一源極與ー漏扱，分別設置于該半導體通道層兩端上；以及一光電ニ極管，配置在該漏極上，包含 一 N型半導體層，配置于該漏極上，且該N型半導體層包括N型非晶型銦鎵鋅氧化物；一本質半導體層，配置于該N型半導體層上，其中該本質半導體層包括本質非晶型銦鎵鋅氧化物，且該本質非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量高于該N型非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量；以及 一上電極，配置于該本質半導體上。
6.根據權利要求5所述的光感測組件,其特征在于，該光電ニ極管還包含一P型半導體層配置于該本質半導體層及該上電極之間，該P型半導體層的材料為鋁氮鋅氧化物、鋁鋅氧化物、鋰鋅氧化物、砷鋅氧化物或銻鋅氧化物。
7.根據權利要求5所述的光感測組件，其特征在于，還包含 一保護層，覆蓋該源扱/漏極上和該半導體通道層上，但暴露該光電ニ極管；以及 ー導電層，配置在該保護層上，且連接該光電ニ極管。
8.—種如權利要求I的光電ニ極管的制造方法，其特征在于，包含 提供ー濺鍍靶材混合物，其包含銦氧化物、鎵氧化物與鋅氧化物；以及 在含有氧氣與氬氣的氣體環境進行ー連續濺鍍制程，以于該下電極上連續形成該N型半導體層與該本質半導體層，其中濺鍍該N型半導體層時的該氧氣/氬氣的流量比例低于濺鍍該本質半導體層時的該氧氣/氬氣的流量比例。
9.根據權利要求8所述的光電ニ極管的制造方法，其特征在干，濺鍍該N型半導體層時的該氧氣/氬氣的流量比例為0% -15%。
10.根據權利要求8所述的光電ニ極管的制造方法，其特征在于，濺鍍該本質半導體層時的該氧氣/氬氣的流量比例為2% -70%。
全文摘要
本發明揭露一種光電二極管、光感測組件及光電二極管的制造方法。光電二極管的N型半導體層與本質半導體層分別包含N型非晶型銦鎵鋅氧化物與本質非晶型銦鎵鋅氧化物，且本質非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量高于N型非晶型銦鎵鋅氧化物的含氧量。
文檔編號H01L31/032GK102738260SQ20121009719
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月30日 優先權日2011年4月15日
發明者舒芳安, 蔡耀州, 辛哲宏 申請人:元太科技工業股份有限公司