專利名稱：：光傳感器、感光二極管、二極管層及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種光傳感器，并尤其涉及一種感光二極管的N型半導體摻雜有3價雜質(諸如硼)，可降低非晶硅(a-Si)的缺陷數(shù)目，進而改善非晶硅(a-Si)的載流子的傳輸能力。
背景技術：
：參照圖l，數(shù)字式X射線傳感器(digitalX-raysensor)的技術可分為兩大類(1)直接型數(shù)字式X射線傳感器(directdigitalx-raysensor)20及(2)非直接型數(shù)字式X射線傳感器(indirectdigitalx-raysensor)10。此兩者技術差異主要是在于將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(shù)字式X射線傳感器20的結構主要是薄膜晶體管陣列(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(jīng)由外加電場作用，空穴會往像素電極(Pixelelectrode)飄移儲存于薄膜晶體管陣列22的電容內(nèi)，最后再通過薄膜晶體管陣列22將電子信號傳回系統(tǒng)，進而轉換成數(shù)字化的X光影像。其次，非直接型數(shù)字式X射線傳感器10的結構則主要是薄膜晶體管陣列12的上層增加感光二極管(photo-diode)14，最后再涂布碘化銫層(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管14將可見光32轉換成電子信號(電子空穴對)。經(jīng)由外加電場下，空穴會往像素電極飄移儲存于陣列式像素(arraypixel)儲存電容或感光二極管14的儲存電容內(nèi)，最后再通過薄膜晶體管陣列12將電子信號傳回系統(tǒng)，進而轉換成數(shù)字化的X光影像。由于非直接型數(shù)字式X射線傳感器的二極管層(diodelayer)扮演著將可見光轉換成電子空穴對(電子信號)的角色，故此二極管層的質量好壞將會直接嚴重影響整個數(shù)字化X光影像的質量?，F(xiàn)行非直接型數(shù)字式X射線傳感器的二極管層工藝中，主要是以化學氣相沉積(chemicalv即ord印osition;CVD)機臺來制備薄膜?，F(xiàn)有二極管層制造方法包含下列步驟先沉積N型半導體層(N+a-Silayer)，再依序沉積本征(Intrinsic)半導體層(a-Silayer)及P型半導體層(P+a-Silayer)，以組成PIN二極管層(PINdiodelayer)，最后將該PIN二極管層圖案化，如此以完成非直接型數(shù)字式X射線傳感器的二極管層工藝。然而，若以此工藝所生產(chǎn)出的二極管層，其二極管的質量特性，諸如光二極管信號延遲(diodelag)、二極管信號延遲非線性(diodelagnonlinearity)、光二極管漏電(diodeleakage)…等等，均不利于生產(chǎn)高質量的數(shù)字化X光影像。更甚者，又以光二極管信號延遲的問題最為嚴重。基本上，以此二極管工藝所產(chǎn)出的光二極管信號延遲與二極管信號延遲非線性程度，均完全無法符合生產(chǎn)非直接型數(shù)字式X射線傳感器的二極管層的特性需求。以光二極管信號延遲程度來看，大約高出所需規(guī)格2倍到3倍以上，且光二極管信號延遲隨著二極管光照飽和度(diodee鄧osuresat.)的上升，其幅度也會逐漸增大二極管信號延遲非線性的問題(diodelagnonlinearityissue)。故針對非直接型數(shù)字式X射線傳感器的二極管層的特性需求，此制造方式所生產(chǎn)的二極管質量仍有重大缺陷，無法適用于非直接型數(shù)字式X射線傳感器的二極管層，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管層，能夠解決前述的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一目的在于提供一種光傳感器，其感光二極管的N型半導體摻雜有3價雜質(諸如硼)，可降低非晶硅(a-Si)的缺陷數(shù)目，進而改善非晶硅(a-Si)的載流子的傳輸能力。為達上述目的，本發(fā)明提供一種PIN二極管層，其包含N型半導體、本征半導體及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型半導體配置于該N型半導體上方。該本征半導體配置于該P型半導體與該N型半導體之間。就本發(fā)明的N型半導體而言，若N型半導體為非晶硅(a-Si)加入5價雜質，則非晶硅(a-Si)本身仍有缺陷。由于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)，可降低非晶硅(a-Si)的缺陷數(shù)目，進而改善非晶硅(a-Si)的載流子的傳輸能力。因此，本發(fā)明的感光二極管的工藝改善現(xiàn)有感光二極管的缺陷，諸如二極管信號延遲(diodelag)問題、二極管信號延遲非線性(diodelagnonlinearity)及光二極管漏電(diodeleakage)等，使得感光二極管的特性可以符合非直接型數(shù)字式X射線傳感器對生產(chǎn)高質量的數(shù)字化X光影像要求。為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)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(shù)字式x射線傳感器與非直接型數(shù)字式x射線傳感器的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明的一實施例的光傳感器的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明的該實施例的二極管層的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明的另一實施例的二極管層的剖面示意圖；圖5為本發(fā)明的又一實施例的二極管層的剖面示意圖；圖6為本發(fā)明的再一實施例的二極管層的剖面示意圖；圖7至10為本發(fā)明的本發(fā)明的二極管層的制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(fā)明的一實施例的光傳感器(lightsensor)100，諸如非直接型數(shù)字式X射線傳感器(indirectdigitalx-raysenor)。該光傳感器100包含薄膜晶體管陣列110、感光二極管120陣列、保護層130及閃爍組件(scintillator)140。該薄膜晶體管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，諸如由氮化硅(SiNx)所制，用于覆蓋該感光組件120及該薄膜晶體管IIO，并合適地保護該感光二極管120及該薄膜晶體管110的效果。通過通孔蝕刻工藝，將該保護層130形成有通孔150，并裸露出部分的上電極層126。通過沉積工藝，將金屬層136形成于該保護層130上，并電連接于該感光二極管120的上電極126。該閃爍組件140配置于該感光二極管120上方，用于將該X射線轉換成可見光。該閃爍組件140可為碘化銫(Csl)。該感光二極管120用于將可見光轉換成電子空穴對。該感光二極管120電連接于該薄膜晶體管IIO，并通過該薄膜晶體管IIO將電子信號讀出。該感光二極管120包含下電極層122、二極管層124及該上電極層126。該下電極層122電連接于該薄膜晶體管110。該二極管層124配置于該下電極層122上。該上電極層126配置于該二極管層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。該二極管層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型半導體配置于該N型半導體相鄰的位置。該二極管層124可為PIN、NIP、PN及NP二極管，其中PIN二極管表示P型半導體、本征半導體及N型半導體分別位于上中下的位置，NIP二極管表示N型半導體、本征半導體及p型半導體分別位于上中下的位置，PN二極管表示P型半導體及N型半導體分別位于上下的位置，且NP二極管表示N型半導體及P型半導體分別位于上下的位置。參照圖3，在本實施例中，該二極管層124為PIN二極管，其包含N型半導體152、本征(Intrinsic)半導體154及P型半導體156。該本征半導體154配置于該P型半導體156與該N型半導體152之間，其中該本征半導體154為四價元素，諸如由非晶硅(a-Si)所制。參照圖4，在另一實施例中，該二極管層124可為PN二極管，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(諸如非晶硅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(諸如非晶硅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。該預定含量可介于IX10el6與3X10el9原子/厘米3之間。優(yōu)選地，該預定含量為2X10el8原子/厘米3。就本實施的N型半導體152、152'而言，若N型半導體152、152'為非晶硅(a-Si)加入5價雜質，則非晶硅(a-Si)本身仍有缺陷(defect)。由于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)，可降低非晶硅(a-Si)的缺陷數(shù)目，進而改善非晶硅(a-Si)的載流子的傳輸能力。舉例而言，下表提供現(xiàn)有感光二極管的N型半導體未摻雜有3價雜質與本發(fā)明的感光二極管的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管受光的檢測特性<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>其中二極管信號延遲(diodelag):意指二極管受光產(chǎn)生電子空穴對，其再受內(nèi)部電場分離的載流子傳輸狀況；二極管照光飽和度(diodee鄧osuresat.):意指二極管現(xiàn)階段照光程度為占飽和照光程度的百分比，雖然二極管照光所產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)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；二極管信號延遲非線性(diodelagnonlinearity):意指二極管信號延遲隨著二極管照光飽和度增加，其二極管信號延遲數(shù)值所增加的程度并未呈現(xiàn)線性化，反而隨之大幅度增加；以及光二極管漏電(diodeleakage):載流子于光二極管內(nèi)部傳輸時的漏電現(xiàn)象。上述比較表可明顯發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的感光二極管的工藝改善現(xiàn)有感光二極管的缺陷，諸如二極管信號延遲(diodelag)問題、二極管信號延遲非線性(diodelagnonlinearity)及光二極管漏電(diodeleakage)等，使得感光二極管的特性可以符合非直接型數(shù)字式X射線傳感器對生產(chǎn)高質量的數(shù)字化X光影像要求。參照圖5，在又一實施例中，就PIN二極管而言，該N型半導體152包含上層153及下層151，該上層153接觸于該本征半導體154，且該3價雜質僅摻雜于該上層153內(nèi)。由于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，亦可降低非晶硅(a-Si)的缺陷數(shù)目，進而改善非晶硅(a-Si)的載流子的傳輸能力。參照圖6，在再一實施例中，就PN二極管而言，該N型半導體152'包含上層153'及下層151'，該上層153'接觸于該P型半導體156'，且該3價雜質僅摻雜于該上層153'內(nèi)。參照圖7至10，其顯示本發(fā)明的二極管層的制造方法。參照圖7，將N型半導體152形成于下電極層122及薄膜晶體管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。該預定含量介于1X10el6與3X10el9原子/厘米3之間。優(yōu)選地，該預定含量為2X10el8原子/厘米3。該N型半導體152的形成步驟為將四價元素(諸如非晶硅)加入5價雜質。參照圖8，就PN二極管層而言，將P型半導體156形成于該N型半導體152上方，亦即P型半導體及N型半導體分別位于上下的位置；同理，若就NP二極管層而言，則先將P型半導體形成于下電極層122及薄膜晶體管110上，然后再將N型半導體形成于該P型半導體上方，亦即N型半導體及P型8半導體分別位于上下的位置。該p型半導體156的形成步驟為將四價元素(諸如非晶硅)加入3價雜質。參照圖9，就pin二極管層而言，在該p型半導體156的形成步驟前，將本征半導體154形成于該n型半導體152上，如此使該本征半導體154位于該p型半導體156與該n型半導體152之間，亦即p型半導體、本征半導體及n型半導體分別位于上中下的位置；同理，若就nip二極管層而言，則先將p型半導體形成于下電極層122及薄膜晶體管110上，然后再依序將本征半導體及n型半導體形成于該p型半導體上方；亦即n型半導體、本征半導體及p型半導體分別位于上中下的位置。參照圖10，最后將該p型半導體156、該本征半導體154及該n型半導體152圖案化，如此以完成該二極管層124工藝。在另一實施例中，就pin二極管而言，該n型半導體152的形成步驟為將四價元素(諸如非晶硅)加入5價雜質持續(xù)第一時間及第二時間，且在該第二時間內(nèi)將該四價元素(諸如非晶硅)持續(xù)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接觸于該本征半導體154，且該3價雜質(諸如硼)僅摻雜于該上層153內(nèi)，如圖5所示。在又一實施例中，就pn二極管而言，該n型半導體152'包含上層153'及下層151'，該上層153'接觸于該p型半導體156'，且該3價雜質(諸如硼)僅摻雜于該上層153'內(nèi)，如圖6所示。雖然本發(fā)明已以前述實施例揭示，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與修改。因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權利要求所界定者為準。權利要求一種二極管層，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，配置于所述N型半導體相鄰的位置。2.如權利要求1所述的二極管層，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所述的二極管層，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所述的二極管層，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所述的二極管層，其中所述預定含量介于1X10el6與3X10el9原子/厘米3之間。6.如權利要求5所述的二極管層，其中所述預定優(yōu)選含量為2X10el8原子/厘米3。7.如權利要求1所述的二極管層，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于所述P型半導體的所述N型半導體的分層內(nèi)。8.如權利要求1所述的二極管層，其中所述二極管層為PN二極管及NP二極管中的一種。9.如權利要求l所述的二極管層，還包含本征半導體，配置于所述P型半導體與所述N型半導體之間。10.如權利要求9所述的二極管層，其中所述N型半導體包含上層及下層，所述上層接觸于所述本征半導體，且所述3價雜質僅摻雜于所述上層內(nèi)。11.如權利要求9所述的二極管層，其中所述本征半導體為非晶硅所制，所述N型半導體為非晶硅加入5價雜質，且所述P型半導體為非晶硅加入3價雜質。12.如權利要求9所述的二極管層，其中所述二極管層為PIN二極管及NIP二極管中的一種。13.—種感光二極管，包含下電極層；二極管層，配置于所述下電極層上，并包含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，配置于所述N型半導體相鄰的位置；以及上電極層，配置于所述二極管層上。14.如權利要求13所述的感光二極管，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所述的感光二極管，其中所述預定含量介于1X10el6與3X10el9原子/厘米3之間。16.如權利要求15所述的感光二極管，其中所述預定優(yōu)選含量為2X10el8原子/厘米317.如權利要求13所述的感光二極管，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于所述P型半導體的所述N型半導體的分層內(nèi)。18.如權利要求13所述的感光二極管，其中所述二極管層還包含本征半導體，其配置于所述P型半導體與所述N型半導體之間。19.如權利要求18所述的感光二極管，其中所述N型半導體包含上層及下層，所述上層接觸于所述本征半導體，所述下層接觸于所述下電極層，且所述3價雜質僅摻雜于所述上層內(nèi)。20.—種光傳感器包含薄膜晶體管陣列；以及感光二極管陣列，電連接于所述薄膜晶體管陣列，其中每一感光二極管包含下電極層；二極管層，配置于所述下電極層上，并包含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，配置于所述N型半導體相鄰的位置；以及上電極層，配置于所述二極管層上。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于1X10el6與3X10el9原子/厘米3之間。23.如權利要求22所述的光傳感器，其中所述預定優(yōu)選含量為2X10el8原子/厘米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于所述P型半導體的所述N型半導體的分層內(nèi)。25.如權利要求20所述的光傳感器，其中所述二極管層還包含本征半導體，其配置于所述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，所述上層接觸于所述本征半導體，且所述3價雜質僅摻雜于所述上層內(nèi)。27.—種二極管層制造方法，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型半導體形成于所述N型半導體相鄰的位置。28.如權利要求27所述的二極管層制造方法，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所述的二極管層制造方法，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所述的二極管層制造方法，其中所述預定含量介于1X10el6與3X10el9原子/厘米3之間。31.如權利要求30所述的二極管層制造方法，其中所述預定優(yōu)選含量為2X10el8原子/厘米3。32.如權利要求27所述的二極管層制造方法，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(xù)第一時間及第二時間，且在所述第二時間內(nèi)將所述四價元素持續(xù)摻雜所述3價雜質。33.如權利要求27所述的二極管層制造方法，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所述的二極管層制造方法，在所述P型半導體的形成步驟前，所述二極管層制造方法還包含下列步驟將本征半導體形成于所述N型半導體相鄰的位置，如此使所述本征半導體位于所述P型半導體與所述N型半導體之間。35.如權利要求34所述的二極管層制造方法，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(xù)第一時間及第二時間，且在所述第二時間內(nèi)將所述四價元素持續(xù)摻雜所述3價雜質。36.如權利要求34所述的二極管層制造方法，還包含下列步驟將所述P型半導體、所述本征半導體及所述N型半導體圖案化。37.如權利要求34所述的二極管層制造方法，其中所述本征半導體為非晶硅所制，所述N型半導體為非晶硅加入5價雜質，且所述P型半導體為非晶硅加入3價雜質。全文摘要一種光傳感器、感光二極管、二極管層及其制造方法。一種PIN二極管層包含N型半導體、本征半導體及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型半導體配置于所述N型半導體上方。所述本征半導體配置于所述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(yōu)先權日2008年11月28日發(fā)明者施博盛,蕭建智,蔡志鴻申請人:瀚宇彩晶股份有限公司