專利名稱：光感測元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種光感測元件，且特別涉及一種環(huán)境光感測器(Ambient Light Sensor, ALS)。
背景技術(shù)：
在公知技術(shù)中，在TFT-LCD顯示面板上制作環(huán)境光感測器(Ambient Light Sensor, ALS)時(shí)，由于非晶硅(oc-Si)或多晶硅(poly-Si)薄膜對(duì)可見 光(400納米 700納米)和近紅外光(700納米 1.1微米)的間波段的光線，具 有較強(qiáng)烈的敏感度，因此通常以非晶硅或多晶硅薄膜來作為制作環(huán)境光感測 器的基本材料，但由于非晶硅或多晶硅薄膜的光靈敏度仍無法滿足需求，因 此逐漸被新的材料所取代。
新一代光感測器具有更高的光靈敏度，其中以富硅氧化層(Si-rich oxide ， SiOx ， x〈2)作為感光材料層為例，當(dāng)光源對(duì)其照射之后，富硅氧 化層會(huì)受激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)隨即受到偏壓所產(chǎn)生的電場作 用而分離，并因此形成光電流輸出。
然而，以低溫沉積的薄膜制造工藝技術(shù)來沉積富硅氧化層，并借此制作 具富硅氧化層的光感測器時(shí)，如果以一定照度的光線照射光感測器，接著再 測量光感測器所呈現(xiàn)的相對(duì)應(yīng)的光電流，其輸出的光電流通常無法與光線的 照度呈現(xiàn)線性關(guān)系，因此會(huì)造成使用上會(huì)有很大的誤差，而無法精確地加以 利用。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是在提供一種光感測元件，借以 改善其中光電流與光線照度無法呈現(xiàn)線性關(guān)系的問題。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種光感測元件的制作方法，以增進(jìn)光感測 元件的品質(zhì)。
本發(fā)明的一目的在于提供一種光感測元件，包含一金屬導(dǎo)電層、 一界面 介電層、 一富硅介電層以及一透明導(dǎo)電層。界面介電層形成于金屬導(dǎo)電層上， 富硅介電層形成于界面介電層上，而透明導(dǎo)電層則是形成于富硅介電層上。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種光感測元件，包含一鈦/鋁/鈦金屬層、 一界面氧化層、 一富硅介電層以及一透明導(dǎo)電層。界面氧化層形成于鈦/鋁/ 鈦金屬層上，富硅介電層形成于界面氧化層上，而透明導(dǎo)電層則是形成于富 硅介電層上。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種光感測元件，包含一導(dǎo)電層、 一界面介 電層、 一富硅介電層以及一透明導(dǎo)電層。界面介電層形成于導(dǎo)電層上，富硅 介電層形成于界面介電層上，而透明導(dǎo)電層則是形成于富硅介電層上。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種光感測元件的制作方法，包含形成一 金屬導(dǎo)電層；形成一界面介電層于金屬導(dǎo)電層上；形成一富硅介電層于界面 介電層上；以及形成一透明導(dǎo)電層于富硅介電層上。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種光感測元件的制作方法，包含形成一 鈦/鋁/鈦金屬層；形成一界面氧化層于鈦/鋁/鈦金屬層上；形成一富硅介電層 于界面氧化層上；以及形成一透明導(dǎo)電層于富硅介電層上。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，應(yīng)用上述光感測元件以及光感測元件的制作方 法，可使得光感測元件在操作時(shí)，其中的光電流與光線照度呈現(xiàn)良好的線性 關(guān)系，并且使光感測元件可更精準(zhǔn)地根據(jù)光線的照度產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的光電流。


圖1依照本發(fā)明的實(shí)施例示出一種光感測元件的剖面示意圖。 圖2A至圖2E依照本發(fā)明的實(shí)施例示出一種制作如圖l所示的光感測元 件的流程圖。
圖3依照示出一種具上述界面介電層的環(huán)境光感測器，其經(jīng)測量而得的 光電流與光強(qiáng)度的相應(yīng)對(duì)照?qǐng)D。
圖4依照本發(fā)明的實(shí)施例示出一種像素結(jié)構(gòu)與光感測元件整合的結(jié)構(gòu)的 剖面示意并且，上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下
100、 420:光感測元件
102:基板
104、 404:金屬導(dǎo)電層 106、 406:界面介電層 108、 408:富硅介電層 110、 410:透明導(dǎo)電層 430:像素結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式
圖1依照本發(fā)明的實(shí)施例示出一種光感測元件的剖面示意圖。如圖1所
示，光感測元件100(如環(huán)境光感測器，ALS)其局部放大的部分包括一基板 102、 一金屬導(dǎo)電層(或?qū)щ妼?104、 一界面介電層106、 一富硅介電層108 以及一透明導(dǎo)電層110。其中，金屬導(dǎo)電層104形成于基板102上，界面介 電層106形成于金屬導(dǎo)電層104上，富硅介電層108形成于界面介電層106 上，而透明導(dǎo)電層110則是形成于富硅介電層108上。光感測元件100中的 金屬導(dǎo)電層104、界面介電層106、富硅介電層108以及透明導(dǎo)電層110，可 依照需求設(shè)計(jì)成所需的形狀。其中，金屬導(dǎo)電層104、透明導(dǎo)電層110電性 連接至外部電路，當(dāng)光照射穿過透明導(dǎo)電層110至富硅介電層108時(shí)，即產(chǎn) 生光電流輸出至外部電路。在另一實(shí)施例中，金屬導(dǎo)電層104也可由另一透 明導(dǎo)電層替代。
圖2A至2E依照本發(fā)明的實(shí)施例示出一種制作如圖1所示的光感測元件 的流程圖。首先，在基板102上形成金屬導(dǎo)電層104(如圖2A所示)，其中金 屬導(dǎo)電層104可包括鈦/鋁/鈦(Ti)金屬層。接著，在金屬導(dǎo)電層104上形成一 層界面介電層106，此界面介電層106的材料可選自氧化物、氮化物、氮氧 化物及其組合所組成的群組。界面介電層106的厚度大約介于10至300埃 之間。在另一實(shí)施例中，所形成的界面介電層106的厚度優(yōu)選是介于20至 200埃之間。在又一實(shí)施例中，所形成的界面介電層106的厚度最好是介于 約30至150埃之間。界面介電層106可由各種不同制造工藝形成，例如可 借由一等離子體氣體對(duì)金屬導(dǎo)電層104進(jìn)行一等離子體表面改質(zhì)處理工藝 (如圖2B所示)，使得等離子體中的離子或電子對(duì)金屬導(dǎo)電層104的表面轟擊， 并借由能量上的轉(zhuǎn)移致使金屬導(dǎo)電層104的表面分子結(jié)構(gòu)鍵斷裂，而與等離
子體中產(chǎn)生的自由基重新鍵結(jié)，形成一層界面介電層106(如圖2C所示)。以 金屬導(dǎo)電層104的表面為鈦金屬薄膜為例，當(dāng)使用氧等離子體氣體對(duì)鈦金屬 薄膜進(jìn)行等離子體表面改質(zhì)處理工藝時(shí)，氧等離子體中的氧離子會(huì)對(duì)鈦金屬 薄膜的表面轟擊，并借由能量上的轉(zhuǎn)移致使鈦金屬薄膜的表面分子結(jié)構(gòu)鍵斷 裂，而與等離子體中產(chǎn)生的氧離子重新鍵結(jié)，進(jìn)而形成一層含有鈦金屬的氧 化鈦層，作為界面介電層。
此外，上述等離子體氣體也可選自氧氣、氮?dú)狻?一氧化二氮及其組合所 組成的群組，而相對(duì)應(yīng)形成的界面介電層106的材料可選自氧化物、氮化物、 氮氧化物及其組合所組成的群組。在一實(shí)施例中，金屬導(dǎo)電層104的表面為 鈦金屬薄膜，而所形成的界面介電層106則是選自氧化鈦、氮化鈦、氮氧化 鈦及其組合所組成的群組。
在形成界面介電層106之后，再于界面介電層106上形成富硅介電層 (Silicon rich dielectric layer) 108 (如圖2D所示)，作為感光材料。其中，富硅 表示硅的化學(xué)當(dāng)量(stoichiometry)大于1，富硅介電層108的材料可選自富硅 氧化硅(SiOx)、富硅氮化硅(SiNy)、富硅氮氧化硅(SiOxNy)及其組合所組成的 群組。其中，0<x<2， 0<y<1.67。在另一實(shí)施例中，富硅介電層108還可由 氫化富硅介電層代替；也即，在形成富硅介電層108時(shí)可通入氫氣，借以形 成氫化富硅介電層，其中氫化富硅介電層的材料可選自氫化富硅氧化硅 (SiOxHz)、氫化富硅氮化硅(SiNyHz)、氫化富硅氮氧化硅(SiOxNyHz)及其組 合所組成的群組。其中，0<x<2， 0<y<1.67， 0<z<l。然后，于富硅介電層108 上形成透明導(dǎo)電層110(如圖2E所示)，其中透明導(dǎo)電層的材料，例如是銦錫 氧化物、銦鋅氧化物或鋁鋅氧化物。
圖3示出一種具上述界面介電層的環(huán)境光感測器，其經(jīng)測量而得的光電 流與光強(qiáng)度的相應(yīng)對(duì)照?qǐng)D。由圖可知，未經(jīng)等離子體表面改質(zhì)處理制造工藝 而制作的環(huán)境光感測器，由于其金屬導(dǎo)電層與富硅介電層之間并未形成界面 介電層，因此其光電流與光強(qiáng)度的關(guān)系并未呈線性相關(guān)，而是拋物線的關(guān)系。 相反地，經(jīng)一氧化二氮或是氧氣進(jìn)行等離子體表面改質(zhì)處理而制作的環(huán)境光 感測器，由于其金屬導(dǎo)電層與富硅介電層之間具有如上所述的界面介電層， 因此其光電流與光強(qiáng)度的關(guān)系是呈良好的線性相關(guān)。
圖4依照本發(fā)明的實(shí)施例示出一種像素結(jié)構(gòu)與光感測元件整合的結(jié)構(gòu)的
剖面示意圖。其中，光感測元件420包含如上所述的金屬導(dǎo)電層404、界面 介電層406、富硅介電層408以及透明導(dǎo)電層410，且在顯示面板上，光感 測元件420與像素結(jié)構(gòu)430 (包含薄膜晶體管與像素電極)的非晶硅(ot-Si)薄 膜晶體管整合在一起同時(shí)制作，以完成環(huán)境光感測器的制作，并達(dá)到節(jié)省制 作成本的目的。本發(fā)明的光感測元件420除了可以應(yīng)用在環(huán)境光感測器之外， 也可應(yīng)用在其他的光感測設(shè)計(jì)。
由上述本發(fā)明的實(shí)施例可知，應(yīng)用上述光感測元件及其制作方法，可使 得光感測元件在操作時(shí)，其中的光電流與光強(qiáng)度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，并且 使光感測元件可更精準(zhǔn)地根據(jù)光線的照度產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的光電流。此外，還可 增強(qiáng)光感測元件的光電穩(wěn)定性，使其在長時(shí)間的光線照射之下，仍然具有穩(wěn) 定的光電性能。
雖然本發(fā)明以實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員，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(dòng)與潤飾， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種光感測元件，包含一金屬導(dǎo)電層；一界面介電層，形成于該金屬導(dǎo)電層上；一富硅介電層，形成于該界面介電層上；以及一透明導(dǎo)電層，形成于該富硅介電層上。
2. 如權(quán)利要求1所述的光感測元件，其中該界面介電層的厚度大約為 10至300埃。
3. 如權(quán)利要求1所述的光感測元件，其中該界面介電層的材料選自氧化 物、氮化物、氮氧化物及其組合所組成的群組。
4. 如權(quán)利要求1所述的光感測元件，其中該富硅介電層的材料選自富硅 氧化硅、富硅氮化硅、富硅氮氧化硅及其組合所組成的群組。
5. 如權(quán)利要求1所述的光感測元件，其中該富硅介電層包括氫化富硅介 電層。
6. 如權(quán)利要求5所述的光感測元件，其中該氫化富硅介電層的材料選自 氫化富硅氧化硅、氫化富硅氮化硅、氫化富硅氮氧化硅及其組合所組成的群 組。
7. 如權(quán)利要求1所述的光感測元件，其中該透明導(dǎo)電層的材料包含銦錫 氧化物、銦鋅氧化物或鋁鋅氧化物。
8. 如權(quán)利要求1所述的光感測元件，其中該金屬導(dǎo)電層包含鈦/鋁/鈦金 屬層。
9. 如權(quán)利要求8所述的光感測元件，其中該界面介電層包含對(duì)該金屬導(dǎo) 電層進(jìn)行一等離子體表面改質(zhì)處理工藝而形成。
10. 如權(quán)利要求9所述的光感測元件，其中該界面介電層選自氧化鈦、 氮化鈦、氮氧化鈦及其組合所組成的群組。
11. 一種光感測元件，包含 一鈦/鋁/鈦金屬層；一界面氧化層，形成于該鈦/鋁/鈦金屬層上； 一富硅介電層，形成于該界面氧化層上；以及 一透明導(dǎo)電層，形成于該富硅介電層上。
12. 如權(quán)利要求11所述的光感測元件，其中該界面氧化層的厚度大約為10至300埃。
13. 如權(quán)利要求11所述的光感測元件，其中該界面氧化層包括氧化鈦層。
14. 如權(quán)利要求13所述的光感測元件，其中該氧化鈦包括該鈦/鋁/鈦金 屬層進(jìn)行一等離子體表面改質(zhì)處理工藝而形成。
15. —種光感測元件，包含 一導(dǎo)電層；一界面介電層，形成于該導(dǎo)電層上； 一富硅介電層，形成于該界面介電層上；以及 一透明導(dǎo)電層，形成于該富硅介電層上。
16. —種光感測元件的制作方法，包含 形成一金屬導(dǎo)電層； 形成一界面介電層于該金屬導(dǎo)電層上； 形成一富硅介電層于該界面介電層上；以及 形成一透明導(dǎo)電層于該富硅介電層上。
17. 如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中形成的該界面介電層的厚度大 約為10至300埃。
18. 如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中該界面介電層的材料選自氧化 物、氮化物、氮氧化物及其組合所組成的群組。
19. 如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中形成的該富硅介電層的材料選 自富硅氧化硅、富硅氮化硅、富硅氮氧化硅及其組合所組成的群組。
20. 如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中該富硅介電層包括氫化富硅介 電層。
21. 如權(quán)利要求20所述的制作方法，其中該氫化富硅介電層的材料選自 氫化富硅氧化硅、氫化富硅氮化硅、氫化富硅氮氧化硅及其組合所組成的群 組。
22. 如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中形成的該透明導(dǎo)電層的材料包 含銦錫氧化物、銦鋅氧化物或鋁鋅氧化物。
23. 如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中形成的該金屬導(dǎo)電層包含鈦/ 鋁/鈦金屬層。
24. 如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中形成該界面介電層的步驟包括 進(jìn)行一等離子體表面改質(zhì)處理工藝，使用一等離子體氣體與該金屬導(dǎo)電層的 表面反應(yīng)而形成該界面介電層。
25. 如權(quán)利要求24所述的制作方法，其中該等離子體氣體選自氧氣、氮 氣、 一氧化二氮及其組合所組成的群組。
26. 如權(quán)利要求25所述的制作方法，其中該界面介電層的材料包括該金 屬導(dǎo)電層與該等離子體氣體反應(yīng)所形成的金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氮 氧化物。
27. —種光感測元件的制作方法，包含 形成一鈦/鋁/鈦金屬層； 形成一界面氧化層于該鈦/鋁/鈦金屬層上； 形成一富硅介電層于該界面氧化層上；以及 形成一透明導(dǎo)電層于該富硅介電層上。
28. 如權(quán)利要求27所述的制作方法，其中形成的該界面氧化層的厚度大 約為10至200埃。
29. 如權(quán)利要求27所述的制作方法，其中形成的該界面氧化層的材料包 含氧化鈦。
30. 如權(quán)利要求27所述的制作方法，其中形成該界面介電層的步驟包括 進(jìn)行一等離子體表面改質(zhì)處理步驟，使該鈦/鋁/鈦金屬層的表面反應(yīng)而形成 該界面氧化層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光感測元件，包含金屬導(dǎo)電層、界面介電層、富硅介電層以及透明導(dǎo)電層。界面介電層形成于金屬導(dǎo)電層上，富硅介電層形成于界面介電層上，而透明導(dǎo)電層則是形成于富硅介電層上。本發(fā)明可以改善其中光電流與光線照度無法呈現(xiàn)線性關(guān)系的問題，以增進(jìn)光感測元件的品質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101383387SQ20081017047
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者劉婉懿, 彭佳添, 曾任培, 許宗義, 陳信學(xué) 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司