光傳感器、感光二極體、二極體層及其製造方法

2023-07-21 22:22:11

專利名稱：：光傳感器、感光二極體、二極體層及其製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種光傳感器，並尤其涉及一種感光二極體的N型半導體摻雜有3價雜質(諸如硼)，可降低非晶矽(a-Si)的缺陷數目，進而改善非晶矽(a-Si)的載流子的傳輸能力。
背景技術：
：參照圖l，數字式X射線傳感器(digitalX-raysensor)的技術可分為兩大類(1)直接型數字式X射線傳感器(directdigitalx-raysensor)20及(2)非直接型數字式X射線傳感器(indirectdigitalx-raysensor)10。此兩者技術差異主要是在於將X射線(X-ray)30轉換成電子信號的流程不同，故各有其設計上的結構差異。首先，直接型數字式X射線傳感器20的結構主要是薄膜電晶體陣列(TFTarray)22力口上非晶石西(amorphousselenium;a_Se)所制的光導體(photo—conductor)24，通過非晶硒所制的光導體24直接將X射線直接轉換成電子空穴對，經由外加電場作用，空穴會往像素電極(Pixelelectrode)飄移儲存於薄膜電晶體陣列22的電容內，最後再通過薄膜電晶體陣列22將電子信號傳回系統，進而轉換成數位化的X光影像。其次，非直接型數字式X射線傳感器10的結構則主要是薄膜電晶體陣列12的上層增加感光二極體(photo-diode)14，最後再塗布碘化銫層(Csllayer)16。因此，X射線30轉換電子信號的方式將分為兩步驟第一步驟是先通過碘化銫層16先將X射線30轉換成可見光32;第二步驟再由感光二極體14將可見光32轉換成電子信號(電子空穴對)。經由外加電場下，空穴會往像素電極飄移儲存於陣列式像素(arraypixel)儲存電容或感光二極體14的儲存電容內，最後再通過薄膜電晶體陣列12將電子信號傳回系統，進而轉換成數位化的X光影像。由於非直接型數字式X射線傳感器的二極體層(diodelayer)扮演著將可見光轉換成電子空穴對(電子信號)的角色，故此二極體層的質量好壞將會直接嚴重影響整個數位化X光影像的質量。現行非直接型數字式X射線傳感器的二極體層工藝中，主要是以化學氣相沉積(chemicalv即ord印osition;CVD)機臺來製備薄膜。現有二極體層製造方法包含下列步驟先沉積N型半導體層(N+a-Silayer)，再依序沉積本徵(Intrinsic)半導體層(a-Silayer)及P型半導體層(P+a-Silayer)，以組成PIN二極體層(PINdiodelayer)，最後將該PIN二極體層圖案化，如此以完成非直接型數字式X射線傳感器的二極體層工藝。然而，若以此工藝所生產出的二極體層，其二極體的質量特性，諸如光二極體信號延遲(diodelag)、二極體信號延遲非線性(diodelagnonlinearity)、光二極體漏電(diodeleakage)…等等，均不利於生產高質量的數位化X光影像。更甚者，又以光二極體信號延遲的問題最為嚴重。基本上，以此二極體工藝所產出的光二極體信號延遲與二極體信號延遲非線性程度，均完全無法符合生產非直接型數字式X射線傳感器的二極體層的特性需求。以光二極體信號延遲程度來看，大約高出所需規格2倍到3倍以上，且光二極體信號延遲隨著二極體光照飽和度(diodee鄧osuresat.)的上升，其幅度也會逐漸增大二極體信號延遲非線性的問題(diodelagnonlinearityissue)。故針對非直接型數字式X射線傳感器的二極體層的特性需求，此製造方式所生產的二極體質量仍有重大缺陷，無法適用於非直接型數字式X射線傳感器的二極體層，故需進一步改善方可符合需求。因此，便有需要提供一種二極體層，能夠解決前述的問題。
發明內容本發明的一目的在於提供一種光傳感器，其感光二極體的N型半導體摻雜有3價雜質(諸如硼)，可降低非晶矽(a-Si)的缺陷數目，進而改善非晶矽(a-Si)的載流子的傳輸能力。為達上述目的，本發明提供一種PIN二極體層，其包含N型半導體、本徵半導體及P型半導體。該N型半導體摻雜有預定含量的3價雜質。該P型半導體配置於該N型半導體上方。該本徵半導體配置於該P型半導體與該N型半導體之間。就本發明的N型半導體而言，若N型半導體為非晶矽(a-Si)加入5價雜質，則非晶矽(a-Si)本身仍有缺陷。由於3價雜質(諸如硼)的原子較小，因此將N型半導體摻雜有3價雜質(諸如硼)，可降低非晶矽(a-Si)的缺陷數目，進而改善非晶矽(a-Si)的載流子的傳輸能力。因此，本發明的感光二極體的工藝改善現有感光二極體的缺陷，諸如二極體信號延遲(diodelag)問題、二極體信號延遲非線性(diodelagnonlinearity)及光二極體漏電(diodeleakage)等，使得感光二極體的特性可以符合非直接型數字式X射線傳感器對生產高質量的數位化X光影像要求。為了讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯，下文將結合附圖，作詳細說明如下。圖1為先前技術的直接型數字式x射線傳感器與非直接型數字式x射線傳感器的剖面示意圖；圖2為本發明的一實施例的光傳感器的剖面示意圖；圖3為本發明的該實施例的二極體層的剖面示意圖；圖4為本發明的另一實施例的二極體層的剖面示意圖；圖5為本發明的又一實施例的二極體層的剖面示意圖；圖6為本發明的再一實施例的二極體層的剖面示意圖；圖7至10為本發明的本發明的二極體層的製造方法的剖面示意圖。具體實施例方式參照圖2，其顯示本發明的一實施例的光傳感器(lightsensor)100，諸如非直接型數字式X射線傳感器(indirectdigitalx-raysenor)。該光傳感器100包含薄膜電晶體陣列110、感光二極體120陣列、保護層130及閃爍組件(scintillator)140。該薄膜電晶體110通常包含柵極(gateelectrode)112、柵極絕緣膜114、半導體層(諸如a_Silayer)116、源極(sourceelectrode)118及漏極(drainelectrode)119。該保護層130，諸如由氮化矽(SiNx)所制，用於覆蓋該感光組件120及該薄膜電晶體IIO，併合適地保護該感光二極體120及該薄膜電晶體110的效果。通過通孔蝕刻工藝，將該保護層130形成有通孔150，並裸露出部分的上電極層126。通過沉積工藝，將金屬層136形成於該保護層130上，並電連接於該感光二極體120的上電極126。該閃爍組件140配置於該感光二極體120上方，用於將該X射線轉換成可見光。該閃爍組件140可為碘化銫(Csl)。該感光二極體120用於將可見光轉換成電子空穴對。該感光二極體120電連接於該薄膜電晶體IIO，並通過該薄膜電晶體IIO將電子信號讀出。該感光二極體120包含下電極層122、二極體層124及該上電極層126。該下電極層122電連接於該薄膜電晶體110。該二極體層124配置於該下電極層122上。該上電極層126配置於該二極體層124上。該下電極層122可為鉬(molybde皿m)的金屬所制；該上電極層126可為氧化銦錫(ITO)的透明金屬氧化物所制。該二極體層124可包含N型半導體(諸如N-typea_Silayer)及P型半導體(諸如N-typea-Silayer)，該P型半導體配置於該N型半導體相鄰的位置。該二極體層124可為PIN、NIP、PN及NP二極體，其中PIN二極體表示P型半導體、本徵半導體及N型半導體分別位於上中下的位置，NIP二極體表示N型半導體、本徵半導體及p型半導體分別位於上中下的位置，PN二極體表示P型半導體及N型半導體分別位於上下的位置，且NP二極體表示N型半導體及P型半導體分別位於上下的位置。參照圖3，在本實施例中，該二極體層124為PIN二極體，其包含N型半導體152、本徵(Intrinsic)半導體154及P型半導體156。該本徵半導體154配置於該P型半導體156與該N型半導體152之間，其中該本徵半導體154為四價元素，諸如由非晶矽(a-Si)所制。參照圖4，在另一實施例中，該二極體層124可為PN二極體，其包含N型半導體152'及P型半導體156'。該N型半導體152、152'為四價元素(諸如非晶矽a_Si)加入5價雜質，其中該5價雜質是選自砷、磷及銻所構成的族群。該P型半導體156、156'為四價元素(諸如非晶矽a-Si)加入3價雜質，其中該3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。更重要的是，該N型半導體152、152'摻雜有預定含量的3價雜質，其中該3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。該預定含量可介於IX10el6與3X10el9原子/釐米3之間。優選地，該預定含量為2X10el8原子/釐米3。就本實施的N型半導體152、152'而言，若N型半導體152、152'為非晶矽(a-Si)加入5價雜質，則非晶矽(a-Si)本身仍有缺陷(defect)。由於3價雜質(諸如硼)的原子較小，因此將N型半導體152、152'摻雜有3價雜質(諸如硼)，可降低非晶矽(a-Si)的缺陷數目，進而改善非晶矽(a-Si)的載流子的傳輸能力。舉例而言，下表提供現有感光二極體的N型半導體未摻雜有3價雜質與本發明的感光二極體的N型半導體摻雜有3價雜質(諸如硼)的比較表比較表感光二極體受光的檢測特性tableseeoriginaldocumentpage8其中二極體信號延遲(diodelag):意指二極體受光產生電子空穴對，其再受內部電場分離的載流子傳輸狀況；二極體照光飽和度(diodee鄧osuresat.):意指二極體現階段照光程度為佔飽和照光程度的百分比，雖然二極體照光所產生的電子空穴對數量會隨照光強度增加而增加，但也有其極限值，此值即為飽和值；二極體信號延遲非線性(diodelagnonlinearity):意指二極體信號延遲隨著二極體照光飽和度增加，其二極體信號延遲數值所增加的程度並未呈現線性化，反而隨之大幅度增加；以及光二極體漏電(diodeleakage):載流子於光二極體內部傳輸時的漏電現象。上述比較表可明顯發現本發明的感光二極體的工藝改善現有感光二極體的缺陷，諸如二極體信號延遲(diodelag)問題、二極體信號延遲非線性(diodelagnonlinearity)及光二極體漏電(diodeleakage)等，使得感光二極體的特性可以符合非直接型數字式X射線傳感器對生產高質量的數位化X光影像要求。參照圖5，在又一實施例中，就PIN二極體而言，該N型半導體152包含上層153及下層151，該上層153接觸於該本徵半導體154，且該3價雜質僅摻雜於該上層153內。由於3價雜質(諸如硼)的原子較小，因此將N型半導體152的上層153摻雜有3價雜質，亦可降低非晶矽(a-Si)的缺陷數目，進而改善非晶矽(a-Si)的載流子的傳輸能力。參照圖6，在再一實施例中，就PN二極體而言，該N型半導體152'包含上層153'及下層151'，該上層153'接觸於該P型半導體156'，且該3價雜質僅摻雜於該上層153'內。參照圖7至10，其顯示本發明的二極體層的製造方法。參照圖7，將N型半導體152形成於下電極層122及薄膜電晶體110上，同時將該N型半導體152摻雜有預定含量的3價雜質。該3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。該預定含量介於1X10el6與3X10el9原子/釐米3之間。優選地，該預定含量為2X10el8原子/釐米3。該N型半導體152的形成步驟為將四價元素(諸如非晶矽)加入5價雜質。參照圖8，就PN二極體層而言，將P型半導體156形成於該N型半導體152上方，亦即P型半導體及N型半導體分別位於上下的位置；同理，若就NP二極體層而言，則先將P型半導體形成於下電極層122及薄膜電晶體110上，然後再將N型半導體形成於該P型半導體上方，亦即N型半導體及P型8半導體分別位於上下的位置。該p型半導體156的形成步驟為將四價元素(諸如非晶矽)加入3價雜質。參照圖9，就pin二極體層而言，在該p型半導體156的形成步驟前，將本徵半導體154形成於該n型半導體152上，如此使該本徵半導體154位於該p型半導體156與該n型半導體152之間，亦即p型半導體、本徵半導體及n型半導體分別位於上中下的位置；同理，若就nip二極體層而言，則先將p型半導體形成於下電極層122及薄膜電晶體110上，然後再依序將本徵半導體及n型半導體形成於該p型半導體上方；亦即n型半導體、本徵半導體及p型半導體分別位於上中下的位置。參照圖10，最後將該p型半導體156、該本徵半導體154及該n型半導體152圖案化，如此以完成該二極體層124工藝。在另一實施例中，就pin二極體而言，該n型半導體152的形成步驟為將四價元素(諸如非晶矽)加入5價雜質持續第一時間及第二時間，且在該第二時間內將該四價元素(諸如非晶矽)持續摻雜該3價雜質(諸如硼)，如此可使該n型半導體152包含上層153及下層151，該上層153接觸於該本徵半導體154，且該3價雜質(諸如硼)僅摻雜於該上層153內，如圖5所示。在又一實施例中，就pn二極體而言，該n型半導體152'包含上層153'及下層151'，該上層153'接觸於該p型半導體156'，且該3價雜質(諸如硼)僅摻雜於該上層153'內，如圖6所示。雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用於限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與修改。因此本發明的保護範圍當視後附的權利要求所界定者為準。權利要求一種二極體層，包含N型半導體，其摻雜有預定含量的3價雜質；以及P型半導體，配置於所述N型半導體相鄰的位置。2.如權利要求1所述的二極體層，其中所述N型半導體為四價元素加入5價雜質，且所述P型半導體為四價元素加入3價雜質。3.如權利要求2所述的二極體層，其中所述5價雜質是選自砷、磷及銻所構成的族群，且所述3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。4.如權利要求1所述的二極體層，其中所述3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。5.如權利要求l所述的二極體層，其中所述預定含量介於1X10el6與3X10el9原子/釐米3之間。6.如權利要求5所述的二極體層，其中所述預定優選含量為2X10el8原子/釐米3。7.如權利要求1所述的二極體層，其中所述N型半導體分成兩層，且所述3價雜質僅摻雜在接觸於所述P型半導體的所述N型半導體的分層內。8.如權利要求1所述的二極體層，其中所述二極體層為PN二極體及NP二極體中的一種。9.如權利要求l所述的二極體層，還包含本徵半導體，配置於所述P型半導體與所述N型半導體之間。10.如權利要求9所述的二極體層，其中所述N型半導體包含上層及下層，所述上層接觸於所述本徵半導體，且所述3價雜質僅摻雜於所述上層內。11.如權利要求9所述的二極體層，其中所述本徵半導體為非晶矽所制，所述N型半導體為非晶矽加入5價雜質，且所述P型半導體為非晶矽加入3價雜質。12.如權利要求9所述的二極體層，其中所述二極體層為PIN二極體及NIP二極體中的一種。13.—種感光二極體，包含下電極層；二極體層，配置於所述下電極層上，並包含N型半導體，其摻雜有預定含量的3價雜質；以及P型半導體，配置於所述N型半導體相鄰的位置；以及上電極層，配置於所述二極體層上。14.如權利要求13所述的感光二極體，其中所述3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。15.如權利要求13所述的感光二極體，其中所述預定含量介於1X10el6與3X10el9原子/釐米3之間。16.如權利要求15所述的感光二極體，其中所述預定優選含量為2X10el8原子/釐米317.如權利要求13所述的感光二極體，其中所述N型半導體分成兩層，且所述3價雜質僅摻雜在接觸於所述P型半導體的所述N型半導體的分層內。18.如權利要求13所述的感光二極體，其中所述二極體層還包含本徵半導體，其配置於所述P型半導體與所述N型半導體之間。19.如權利要求18所述的感光二極體，其中所述N型半導體包含上層及下層，所述上層接觸於所述本徵半導體，所述下層接觸於所述下電極層，且所述3價雜質僅摻雜於所述上層內。20.—種光傳感器包含薄膜電晶體陣列；以及感光二極體陣列，電連接於所述薄膜電晶體陣列，其中每一感光二極體包含下電極層；二極體層，配置於所述下電極層上，並包含N型半導體，其摻雜有預定含量的3價雜質；以及P型半導體，配置於所述N型半導體相鄰的位置；以及上電極層，配置於所述二極體層上。21.如權利要求20所述的光傳感器，其中所述3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。22.如權利要求20所述的光傳感器，其中所述預定含量介於1X10el6與3X10el9原子/釐米3之間。23.如權利要求22所述的光傳感器，其中所述預定優選含量為2X10el8原子/釐米3。24.如權利要求20所述的光傳感器，其中所述N型半導體分成兩層，且所述3價雜質僅摻雜在接觸於所述P型半導體的所述N型半導體的分層內。25.如權利要求20所述的光傳感器，其中所述二極體層還包含本徵半導體，其配置於所述P型半導體與所述N型半導體之間。26.如權利要求25所述的光傳感器，其中所述N型半導體包含上層及下層，所述上層接觸於所述本徵半導體，且所述3價雜質僅摻雜於所述上層內。27.—種二極體層製造方法，包含下列步驟形成N型半導體，同時將所述N型半導體摻雜有預定含量的3價雜質；以及將p型半導體形成於所述N型半導體相鄰的位置。28.如權利要求27所述的二極體層製造方法，其中所述3價雜質是選自硼、鋁、鎵及銦所構成的族群。29.如權利要求27所述的二極體層製造方法，其中所述N型半導體的形成步驟為將四價元素加入5價雜質，且所述P型半導體的形成步驟為將四價元素加入3價雜質。30.如權利要求27所述的二極體層製造方法，其中所述預定含量介於1X10el6與3X10el9原子/釐米3之間。31.如權利要求30所述的二極體層製造方法，其中所述預定優選含量為2X10el8原子/釐米3。32.如權利要求27所述的二極體層製造方法，其中所述N型半導體的形成步驟為將四價元素加入5價雜質持續第一時間及第二時間，且在所述第二時間內將所述四價元素持續摻雜所述3價雜質。33.如權利要求27所述的二極體層製造方法，還包含下列步驟將所述P型半導體及所述N型半導體圖案化。34.如權利要求27所述的二極體層製造方法，在所述P型半導體的形成步驟前，所述二極體層製造方法還包含下列步驟將本徵半導體形成於所述N型半導體相鄰的位置，如此使所述本徵半導體位於所述P型半導體與所述N型半導體之間。35.如權利要求34所述的二極體層製造方法，其中所述N型半導體的形成步驟為將四價元素加入5價雜質持續第一時間及第二時間，且在所述第二時間內將所述四價元素持續摻雜所述3價雜質。36.如權利要求34所述的二極體層製造方法，還包含下列步驟將所述P型半導體、所述本徵半導體及所述N型半導體圖案化。37.如權利要求34所述的二極體層製造方法，其中所述本徵半導體為非晶矽所制，所述N型半導體為非晶矽加入5價雜質，且所述P型半導體為非晶矽加入3價雜質。全文摘要一種光傳感器、感光二極體、二極體層及其製造方法。一種PIN二極體層包含N型半導體、本徵半導體及P型半導體。所述N型半導體摻雜有預定含量的3價雜質。所述P型半導體配置於所述N型半導體上方。所述本徵半導體配置於所述P型半導體與所述N型半導體之間。文檔編號H01L27/144GK101752445SQ20081017833公開日2010年6月23日申請日期2008年11月28日優先權日2008年11月28日發明者施博盛,蕭建智,蔡志鴻申請人:瀚宇彩晶股份有限公司