专利名称：光电二极管、光感测组件及光电二极管的制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种光电组件，且特别是有关于一种含有光电二极管的光感测组件。
背景技术：
现行的光感应器多为非晶硅光电二极管。因非晶硅具有光电特性，故可通过这一特性来做为光感测组件的感光组件。目前，因非晶硅材料具有光电性质，所以大部分的非晶硅常掺杂3A族与5A族材料，并制作成PIN(p-intrinsic-n)型光电二极管(photodiode)。然而,上述光电二极管与薄膜晶体管搭配而成的光感测组件(TFT photodiode sensor)对紫外光(UV光)与可见光都具有光电特性，故不易分辨出UV光的感测。因此使传统PIN型光电二极管的应用上与产 能上，皆有其发展限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电二极管、光感测组件及光电二极管的制造方法。因此，本发明的一方面是在提供一种光电二极管，其包含在基板上依序配置下电极、N型半导体层、本质半导体层以及上电极。其中N型半导体层包含N型非晶型铟镓锌氧化物，本质半导体层包含本质非晶型铟镓锌氧化物，且本质非晶型铟镓锌氧化物的含氧量高于N型非晶型铟镓锌氧化物的含氧量。依据本发明的一实施例，上述光电二极管还包含P型半导体层，配置于本质半导体层与上电极之间。其中P型半导体层的材料为铝氮锌氧化物、铝锌氧化物、锂锌氧化物、砷锌氧化物或锑锌氧化物。本发明的又一方面是提供一种光感测组件。其光感测组件包含如下。在该基板上依序设置栅极、栅介电层与半导体通道层。在半导体通道层两端上设置源极/漏极。在漏极上配置光电二极管，其包含在漏极上依序设置N型半导体层、本质半导体层与上电极。其中N型半导体层包含N型非晶型铟镓锌氧化物，本质半导体层包含本质非晶型铟镓锌氧化物，且本质非晶型铟镓锌氧化物的含氧量高于N型非晶型铟镓锌氧化物的含氧量。依据本发明一实施例，上述光感测组件的光电二极管，又包含P型半导体层，且配置于本质半导体层与上电极之间。依据一实施方式，本案使用非晶型铟镓锌氧化物材料来制备光电二极管，其铟镓锌氧化物不但具有光电特性，且其载子迁移率远大于已知光电二极管所使用的氢化非晶硅。此外，铟镓锌氧化物只吸收UV光，因此可让可见光穿透。所以，可改善已知光电二极管不易分辨UV光与可见光的问题。依据本发明一实施例，光电二极管的制造方法包含 提供一溅镀靶材混合物，其包含铟氧化物、镓氧化物与锌氧化物；以及在含有氧气与氩气的气体环境进行一连续溅镀制程，以于该下电极上连续形成该N型半导体层与该本质半导体层，其中溅镀该N型半导体层时的该氧气/氩气的流量比例低于溅镀该本质半导体层时的该氧气/氩气的流量比例。上述发明内容旨在提供本发明的简化摘要，以使阅读者对本发明具备基本的理解。此发明内容并非本发明的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键组件或界定本发明的范围。在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下图I是绘示依照本发明一实施方式的一种光电二极管剖面示意图；
图2是绘示依照本发明另实施方式的一种光电二极管剖面示意图；图3A-3E是绘依序依照本发明的一实施方式的一种光感测组件的制备流程剖面结构示意图。主要组件符号说明100、200、320 :光电二极管110、311 :基板120、220:下电极130、230、322 :N 型半导体层130,230,323 :本质半导体层260,326 P 型半导体300 :光感测组件310 :薄膜晶体管312 :栅极313 :半导体通道层315a :源极315b :漏极330 :保护层340:导电层350:上电极
具体实施例方式下面将更详细地讨论本发明的实施方式。然而，此实施方式可为各种发明概念的应用，可被具体实行在各种不同特定的范围内。特定的实施方式是仅以说明为目的，且不受限于揭露的范围。光电二极管的结构参照图1，其是绘示依据本发明一实施方式的肖特基型(Schottky)光电二极管的剖面结构示意图。在图I中，肖特基型光电二极管100包含基板110、下电极120、N型半导体层130、本质半导体层140与上电极150。基板110可选择透光或不透光材料。根据一实施方式，透光材质的基板110可为玻璃或石英。根据另一实施方式，不透光材质的基板110可为耐热性塑料。下电极120的材料可为导电材料，如金属或掺杂多晶硅。N型半导体层130的材料为N型非晶型铟镓锌氧化物，依据一实施例，N型半导体层130的厚度约为300-5000A。本质半导体层140的材料为本质非晶型铟镓锌氧化物，其含氧量高于上述N型非 晶型铟镓锌氧化物的含氧量。基本上，本质半导体层140的厚度大于N型半导体层130的厚度。依据一实施方式，本质半导体层140的厚度为1-5 iim。上电极150为透明的导电材料，例如可为锡铟氧化物(SnInOx)或锡锑氧化物(SnSbOx)。请参照图2，其是绘示依据本发明另一实施方式的NIP型光电二极管结构的剖面结构示意图。在图2中，NIP型光电二极管200中的基板210、下电极220、N型半导体层230、本质半导体层240与上电极250与图I中肖特基型光电二极管100的基板110、下电极120、N型半导体层130、本质半导体层140与上电极150结构相似。因此为了让文字简洁故，不再详细叙述之。在NIP型光电二极管200结构中，多增加一 P型半导体层260，其配置在本质半导体层240及上电极250之间。上述P型半导体层260的材料是由铝氮锌氧化物(AlNZnOx)、铝锌氧化物(AlZnOx)、锂锌氧化物(LiZnOx)、砷锌氧化物(AsZnOx)或铺锌氧化物(SbZnOx)所组成的族群。基本上，P型半导体层260的厚度与N型半导体层的厚度相仿。依据一实施方式，P型半导体层260的厚度为300-5000人。光感测组件的结构参照图3E，其绘示依据本发明另一实施方式的光感测组件300的剖面结构示意图。光感测组件300的结构包含位于基板311上的薄膜晶体管310以及光电二极管320。上述薄膜晶体管310包含栅极312、栅介电层313、半导体通道层314、源极315a以及漏极315b。上述薄膜晶体管310的较详细结构如下所述。在基板311上配置栅极312。在栅极312与基板311上配置栅介电层313。在栅极312正上方的栅介电层313上，配置半导体信道层314。在栅介电层313上与半导体通道层314的两端上配置源极315a与漏极315b。在漏极315b上配置光电二极管320。实作上，基板311可因应用性不同，可选择透光或不透光材料。根据一实施方式，透光材质的基板311可为玻璃或石英。根据另一实施方式，不透光材质的基板311可为耐热性塑料。栅极312的材料通常为导电材料，如金属、合金、硅化金属、氮化金属或掺杂多晶娃。上述的金属例如可为钥、铬、铜或招。上述的合金例如可为钥铬合金(MoCr)或招钕合金(AlNd)。上述的娃化金属例如可为娃化钛、娃化钴、娃化镍或娃化钽。上述的氮化金属例如可为氮化钛或氮化钽。栅介电层313的材料通常为具有高介电常数的介电材料。根据一实施方式，栅介电层313的材料例如可为氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。半导体通道层314材料例如可为非晶硅、氢化非晶硅或本质非晶型铟镓锌氧化物。也可依应用所需，选择掺杂一些掺质。举例来说，非晶硅可掺杂N型掺质，使其成为N型非晶硅。根据本发明的一实施方式，上述半导体信道层314包含本质非晶型铟镓锌氧化物。源极315a与漏极315b的材料通常为导电材料,如金属、合金、娃化金属、氮化金属或掺杂多晶硅。上述的金属例如可为钥、铬、铜或铝。上述的合金例如可为钥铬合金(MoCr)或铝钕合金(AlNd)。上述的硅化金属例如可为硅化钛、硅化钴、硅化镍或硅化钽。上述的氮化金属例如可为氮化钛或氮化钽。上述的掺杂多晶硅的掺杂浓度，相对于前述的半导体通道层314来说，源极315a/漏极315b的掺杂浓度较高。上述光电二极管320若为肖特基型光电二极管，其包含由漏极315b延伸过来的下电极、N型半导体层322、本质半导体层324与上电极350。光电二极管320若为NIP型光电二极管，则除了上述组件，还包含P型半导体层326。其中，上述薄膜晶体管310的漏极315b,其位于光电二极管320下方的部分,亦做为光电二极管320的下电极。
光电二极管320的较详细结构如下所述。当光电二极管320为如图I所示的肖特基型光电二极管100时，在漏极315b上依序设置N型半导体层322、本质半导体层324以及上电极350。当光电二极管320为上述图2所示NIP型光电二极管200时，在前述的本质半导体324与上电极350的间再配置P型半导体层326。光电二极管320的N型半导体层322、本质半导体层324、P型半导体层326与上电极350所使用的材料如图I与图2的相关叙述所述，因此不再详细描述之。此外，实际运用方面来说，光感测组件300可选择性地包含保护层330与导电层340。保护层330覆盖于薄膜晶体管310上，用以保护薄膜晶体管310部分，但暴露光电二极管320部分。保护层330的材料通常为介电材料，如氧化硅、氮化硅、非晶碳或类钻石碳(diamond-like carbon ;DLC)。根据不同的实施方式,可使用不同结构、不同材料以及不同方法来形成保护层330。举例来说，保护层330可包含两层材料的结构。导电层340为不透光的金属层，是用来保护薄膜晶体管310不受光照影响而产生光电流。同时，导电层340也可与上电极350合用来减低整体电阻，调降电压的用。导电层340的材料可为金属或合金，其中金属例如可为钥、铬、铝或铜，合金例如可为钥铬合金(MoCr)或铝钕合金(AlNd)。光感测组件的制造方法图3A-3E为依照本发明一实施方式的一种光感测组件的制造流程剖面结构示意图。首先，如图3A所示，先在基板311上形成栅极312，再于栅极312与基板311上形成栅介电层313。上述栅极312可依序通过沉积、微影以及蚀刻等制程来形成的。栅极312的材料可为导电材料，如金属、合金、硅化金属、氮化金属或掺杂多晶硅，因此沉积的方法将因材料不同而异。以掺杂多晶硅来说，其沉积方法可为化学气相沉积法。栅介电层313的材料例如可为氧化硅、氮氧化硅或氮化硅，其形成方法例如可为化学气相沉积法。参考图3B，在栅极312的上方的栅介电层313上形成一半导体通道层314。以及在半导体通道层314的两端上与栅介电层313上形成源极315a与漏极315b。半导通道层314、源极315a与漏极315b可依序利用沉积、微影以及蚀刻等制程来分别形成之。由于半导体通道层314材料例如可为非晶硅、氢化非晶硅或本质非晶型铟镓锌氧化物，而源极315a与漏极315b的材料例如可为金属、合金、娃化金属、氮化金属或掺杂多晶硅。因此，上述沉积的方法，会因材料的不同而有所不同。例如以非晶硅、氢化非晶硅以及掺杂多晶硅来说，沉积的方法可为化学气相沉积法。以本质非晶型铟镓锌氧化物来说，沉积的方法可为溅镀法。参考图3C，在部分漏极315b上形成光电二极管320。当光电二极管320为肖特基型光电二极管时，其形成方法为在漏极315b上依序形成N型半导体层322与本质半导体层324，再进行微影蚀刻制程而得光电二极管320。当光电二极管320为NIP型光电二极管时，其形成方法为在漏极315b上依序形成N型半导体层322、本质半导体层324与P型半导体层326，再进行微影蚀刻制程而得光电二极管320。根据一实施方式，由于前述N型半导体层322与本质半导体层324的材料皆为铟 镓锌氧化物，只有含氧量不同而已。因此，可以在连续形成N型半导体层322与本质半导体层324的过程中，通过控制溅镀制程中的通入氧气/氩气的流量比例来控制铟镓锌氧化物的含氧量，以控制其电性。依据一实施方式，溅镀N型半导体层322的氧气/氩气的比例低于用以溅镀本质半导体层324的氧气/氩气的比例。其中，在N型半导体层322的溅镀过程中，氧气/氩气的流量比例为0-15%。而在本质半导体层324的溅镀过程中，氧气/氩气的流量比例为2-70%。在此提供另一种方法来连续形成N型半导体层322与本质半导体层324。在此方法中，可先溅镀一层N型铟镓锌氧化物，其厚度与N型半导体层322及本质半导体层324两者的总厚度相当。再利用含氧等离子来后处理上述N型铟镓锌氧化物，来增加位于上部的N型铟镓锌氧化物的含氧量，使位于上部的N型铟镓锌氧化物转变成本质铟镓锌氧化物。则位于上部的本质铟镓锌氧化物可构成本质半导体层324，而位于下部的N型铟镓锌氧化物可构成N型半导体层322。上述溅镀制程所用的靶材可为一混合物，其材料例如可为由铟氧化物、镓氧化物与锌氧化物所组成的混合物。由于上述P型半导体层326的材料多为掺杂的氧化锌，因此其形成方法例如可为溅镀法。参考图3D，在源极315a与漏极315b上形成保护层330，再移除位于光电二极管320上方的保护层330，以暴露光电二极管320。形成保护层330的方法可为沉积法，例如可为化学气相沉积法。上述移除部分保护层330的方法，可通过微影以及蚀刻制程来达成。参考图3E，在部分保护层330上依序形成导电层340与上电极350。导电层340与上电极350可利用沉积、微影制程以及蚀刻来形成之。由于导电层340的材料为金属或合金,所以其沉积的方法可为物理气相沉积法。而上电极350的材料为透明导电材料。当上电极350的材料为锡铟氧化物(SnInOx)或锡锑氧化物(SnSbOx)时，其沉积法可用物理气相沉积法。上述的光电二极管包含铟镓锌氧化物材料，其铟镓锌氧化物不但具有光电特性，且载子迁移率远大于已知光电二极管所使用的氢化非晶硅。此外，铟镓锌氧化物只吸收UV光，但是可让可见光穿透。因此，使用铟镓锌氧化物可改善已知光电二极管不易分辨UV光与可见光的问题，与容易受到非目标光源影响的问题。所以，上述的光电二极管可以广泛地应用在UV光侦测器、UV光开关、太阳能面板以及智能窗等方面。虽然本发明已以实施方式揭露如上，并用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，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 所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.ー种光电ニ极管，其特征在于，包含 一基板； 一下电极，配置于该基板上； 一 N型半导体层，配置于该下电极上，其中该N型半导体层包含N型非晶型铟镓锌氧化物； 一本质半导体层，配置于该N型半导体层上，其中该本质半导体层包含本质非晶型铟镓锌氧化物，且该本质非晶型铟镓锌氧化物的含氧量高于该N型非晶型铟镓锌氧化物的含氧量；以及 一上电极，配置于该本质半导体层上。
2.根据权利要求I所述的光电ニ极管，其特征在于，还包含一P型半导体层，配置于该本质半导体层与该上电极之间，其中该P型半导体层的材料为铝氮锌氧化物、铝锌氧化物、锂锌氧化物、砷锌氧化物或锑锌氧化物。
3.根据权利要求2所述的光电ニ极管，其特征在于，该P型半导体层的厚度为300-5000 A。
4.根据权利要求I所述的光电ニ极管，其特征在于，该N型半导体层的厚度为300- 5000 A，该本质半导体层的厚度为1-5 u m。
5.ー种光感测组件，其特征在于，包含 一薄膜晶体管设置于一基板上，包含 ー栅极，设置于该基板上； ー栅介电层，覆盖该栅极与该基板； 一半导体通道层，设置在该栅极正上方的该栅介电层上； 一源极与ー漏扱，分别设置于该半导体通道层两端上；以及一光电ニ极管，配置在该漏极上，包含 一 N型半导体层，配置于该漏极上，且该N型半导体层包括N型非晶型铟镓锌氧化物；一本质半导体层，配置于该N型半导体层上，其中该本质半导体层包括本质非晶型铟镓锌氧化物，且该本质非晶型铟镓锌氧化物的含氧量高于该N型非晶型铟镓锌氧化物的含氧量；以及 一上电极，配置于该本质半导体上。
6.根据权利要求5所述的光感测组件,其特征在于，该光电ニ极管还包含一P型半导体层配置于该本质半导体层及该上电极之间，该P型半导体层的材料为铝氮锌氧化物、铝锌氧化物、锂锌氧化物、砷锌氧化物或锑锌氧化物。
7.根据权利要求5所述的光感测组件，其特征在于，还包含 一保护层，覆盖该源扱/漏极上和该半导体通道层上，但暴露该光电ニ极管；以及 ー导电层，配置在该保护层上，且连接该光电ニ极管。
8.—种如权利要求I的光电ニ极管的制造方法，其特征在于，包含 提供ー溅镀靶材混合物，其包含铟氧化物、镓氧化物与锌氧化物；以及 在含有氧气与氩气的气体环境进行ー连续溅镀制程，以于该下电极上连续形成该N型半导体层与该本质半导体层，其中溅镀该N型半导体层时的该氧气/氩气的流量比例低于溅镀该本质半导体层时的该氧气/氩气的流量比例。
9.根据权利要求8所述的光电ニ极管的制造方法，其特征在干，溅镀该N型半导体层时的该氧气/氩气的流量比例为0% -15%。
10.根据权利要求8所述的光电ニ极管的制造方法，其特征在于，溅镀该本质半导体层时的该氧气/氩气的流量比例为2% -70%。
全文摘要
本发明揭露一种光电二极管、光感测组件及光电二极管的制造方法。光电二极管的N型半导体层与本质半导体层分别包含N型非晶型铟镓锌氧化物与本质非晶型铟镓锌氧化物，且本质非晶型铟镓锌氧化物的含氧量高于N型非晶型铟镓锌氧化物的含氧量。
文档编号H01L31/032GK102738260SQ20121009719
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月30日 优先权日2011年4月15日
发明者舒芳安, 蔡耀州, 辛哲宏 申请人:元太科技工业股份有限公司