CN117995937A - 光电二极管结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光电二极管结构的制造方法,该制造方法包括以下步骤:提供基材;执行磊晶制程以在基材上形成第一半导体层;执行主动区图形化蚀刻制程以在第一半导体层上形成凹陷部;执行第一涂布制程以在第一半导体层上形成第一抗反射层;以及执行离子注入制程以穿过第一抗反射层并在凹陷部内形成第二半导体层。

Description

光电二极管结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光电二极管(二极体)结构的制造方法,特别是一种可维持高线性度的光电二极管结构的制造方法。
背景技术
光电二极管用于接收外来光线,并输出相应的模拟电信号或者执行电路中不同状态的切换。目前光电二极管广泛应用在有光学测量需求的产品上,例如,许多智慧型穿戴装置会使用光电二极管来执行相应脉博或/及血氧量测等功能。
现有光电二极管在制造过程中,会先形成所需的N型及P型半导体层,再于这些半导体层表面上涂布抗反射层。由于各抗反射层所使用的材料及厚度并不相同,部分抗反射层的制程可能需要在高温环境下执行,以利于形成相应的抗反射层。然而,这些半导体层受到制程的高温影响可能产生材质变化,容易出现线性度下降等问题,进而影响光电二极管的感测效能。
因此,如何设计出能改善前述问题的光电二极管结构的制造方法,实为一个值得研究的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可维持高线性度的光电二极管结构的制造方法。
为达上述目的,本发明的光电二极管结构的制造方法包括以下步骤:提供基材;执行磊晶制程以在基材上形成第一半导体层;执行主动区图形化蚀刻制程以在第一半导体层上形成凹陷部;执行第一涂布制程以在第一半导体层上形成第一抗反射层;以及执行离子注入制程以穿过第一抗反射层并在凹陷部内形成第二半导体层。
在本发明的一实施例中,第一涂布制程为高温LPCVD制程。
在本发明的一实施例中,第一涂布制程的制程温度不低于800℃。
在本发明的一实施例中,第一抗反射层的厚度介于20nm至30nm之间。
在本发明的一实施例中,第一抗反射层以LPCVD制程。
在本发明的一实施例中,所述制造方法还包括以下步骤:执行第二涂布制程以在第一抗反射层上形成第二抗反射层;执行第一金属化制程以形成电连接到基材的第一电极;以及执行第二金属化制程以形成电连接到第二半导体层的第二电极。
在本发明的一实施例中,第二涂布制程为PVD制程,并且第二涂布制程的制程温度低于第一涂布制程的制程温度。
在本发明的一实施例中,第二涂布制程的制程温度不高于200℃。
在本发明的一实施例中,第二抗反射层的厚度介于100nm至150nm之间。
在本发明的一实施例中,第一半导体层为N型半导体层,第二半导体层为P型半导体层,第一电极为负极,并且第二电极为正极。
本发明还包括一种使用前述制造方法制程的光电二极管结构。
据此,借由将形成第一反射层的高温涂布制程执行于形成第二半导体层之前,可避免制程的高温影响已成型的第二半导体层,减少第二半导体层的线性度下降的可能性,进而维持本发明的光电二极管结构的原有感测效能。
附图说明
图1为本发明的光电二极管结构的制造方法的流程图。
图2A为本发明的光电二极管结构的在形成第二半导体层前的结构示意图。
图2B为本发明的光电二极管结构的在形成第二半导体层后的结构示意图。
图3为本发明的光电二极管结构的制造方法的另一流程图。
图4为本发明的光电二极管结构的整体示意图。
具体实施方式
由于各种方面与实施例仅为例示性的和非限制性的,因此在阅读本说明书后,的本领域技术人员在不偏离本发明的范围下,亦可能有其他方面与实施例。根据下述的详细说明与申请专利范围,将可使该等实施例的特征及优点更加彰显。
在本文中,使用“一”或“一个(种/者)”来描述本文所述的元件和组件。此举只是为了方便说明,并且对本发明的范围提供一般性的意义。因此,除非很明显地另指他意,否则此种描述应理解为包括一个(种/者)或至少一个(种/者),并且单数也同时包括复数。
在本文中,用语“第一”或“第二”等类似序数词主要是用以区分或指涉相同或类似的元件或结构,并且不必然隐含此等元件或结构在空间或时间上的顺序。应了解的是,在某些情形或组态下,序数词可以交换使用而不影响本申请的实施。
在本文中,用语“包括”、“具有”或其他任何类似用语意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言,含有复数要件的元件或结构不仅限于本文所列出的这些要件而已,而是可以包括未明确列出但却是该元件或结构通常固有的其他要件。
本发明的光电二极管结构可应用于智慧型穿戴装置。智慧型穿戴装置会使用光电二极管作为光学感测器以量测脉膊或/及血氧浓度等身体参数,为了保持信号感测的稳定性以及后续运算处理的精准度,因此光电二极管需要维持高线性度。前述线性度是指所接收的光源强度与光电二极管本身产生的光电流的比值为常数,比值越小代表线性度越高,在此先行说明。
以下请一并参考图1至图2B,其中图1为本发明的光电二极管结构的制造方法的流程图,图2A为本发明的光电二极管结构的在形成第二半导体层前的结构示意图,图2B为本发明的光电二极管结构的在形成第二半导体层后的结构示意图。如图1至图2B所示,本发明的光电二极管结构的制造方法包括以下步骤:
步骤S1:提供基材。
首先,本发明借由提供基材10以作为本发明的光电二极管结构1的基础结构件。基材10可利用半导体材料制程,例如,高掺杂的N型半导体(即N+半导体),但前述半导体材料的选用会依设计需求不同而改变。
步骤S2:执行磊晶(或称为“外延生长”)制程以在该基材上形成第一半导体层。
在前述步骤S1提供基材10之后,接着本发明可针对基材10的一侧的表面(例如,上表面)执行磊晶(epitaxy,简称EPI)制程,以在基材10上形成第一半导体层20。第一半导体层20可利用低掺杂的N型半导体(即N-半导体)制程,但前述半导体材料的选用会依设计需求不同而改变。
一般而言,在形成第一半导体层20后,会针对第一半导体层20的裸露侧的表面执行初始氧化制程,以在该表面形成氧化层作为绝缘层使用,在本发明的光电二极管结构的制造方法中亦可在形成第一半导体层20后执行相同制程,但本发明不以此为限。
步骤S3:执行主动区图形化(图案化)蚀刻制程以在第一半导体层上形成凹陷部。
在前述步骤S2形成第一半导体层20后,接着本发明可针对第一半导体层20的裸露侧的表面执行主动区图形化蚀刻制程,例如,采用光刻制程(photolithography)在第一半导体层20上形成必要的主动区几何图形结构。在本发明中,第一半导体层20借由执行主动区图形化蚀刻制程后至少可形成凹陷部21,以用于设置后述的第二半导体层40(请参阅图2B)。
步骤S4:执行第一涂布制程以在第一半导体层上形成第一抗反射层。
在前述步骤S3后,接着本发明可针对第一半导体层20的裸露侧的表面执行第一涂布制程,以在第一半导体层20上形成第一抗反射层30。第一抗反射层30可完全覆盖第一半导体层20的凹陷部21。在本发明中,第一涂布制程采用低压化学气相沉积(Low-pressurechemical vapor deposition,简称LPCVD)制程,且前述LPCVD制程于高温环境下执行。第一涂布制程的制程温度不低于800℃,例如,在本发明的一实施例中,第一涂布制程的制程温度约为800℃,但本发明不以此为限。此外,在本发明的一实施例中,第一抗反射层主要以需经由高温成形的氮化硅制程,并且借由第一涂布制程所形成的第一抗反射层30的厚度介于20nm至30nm之间。例如在本发明的一实施例中,第一抗反射层30的厚度约为25nm,但第一抗反射层30的厚度可随着选用材料不同或设计需求不同而改变。
步骤S5:执行离子注入制程以穿过第一抗反射层并在凹陷部内形成第二半导体层。
在前述步骤S4形成第一抗反射层30后,本发明可针对第一半导体层20的凹陷部21的所在位置执行离子注入制程,以在该凹陷部21内形成第二半导体层40。因离子注入制程具有较高功率,可使用于形成第二半导体层40的材料穿过第一抗反射层30而抵达凹陷部21,进而在凹陷部21内形成第二半导体层40。第二半导体层可为P型半导体层。
由此可知,第二半导体层40因形成于需经高温处理的第一抗反射层30后,使得第二半导体层40不会受到第一涂布制程的高温影响,以确保第二半导体层40本身的材料特性,进而维持本发明的光电二极管结构可提供的高线性度。
以下请一并参考图3及图4,其中图3为本发明的光电二极管结构的制造方法的另一流程图,图4为本发明的光电二极管结构的整体示意图。如图3及图4所示,本发明的光电二极管结构的制造方法还包括以下步骤:
步骤S6:执行第二涂布制程以在第一抗反射层上形成第二抗反射层。
在前述步骤S5形成第二半导体层40后,接着本发明可针对第一抗反射层30的裸露侧的表面执行第二涂布制程,以在第一抗反射层30上形成第二抗反射层50。在本发明中,第二涂布制程采用物理气相沉积(physical vapor deposition,简称PVD)制程,并且前述PVD制程的制程温度低于第一涂布制程的制程温度,其中,第二涂布制程的制程温度为不影响第二半导体层40本身的材料特性的温度。第二涂布制程的制程温度不高于200℃,例如在本发明的一实施例中,第二涂布制程的制程温度约为200℃,但本发明不以此为限。此外,在本发明的一实施例中,第二抗反射层50主要通过PVD制程形成,并且通过第二涂布制程所形成的第二抗反射层50的厚度介于100nm至150nm之间。据此,即使第二涂布制程在第二半导体层40形成之后执行,第二半导体层40也不会受到第二涂布制程的制程温度影响而改变本身的材料特性。
一般而言,在第二抗反射层50形成后,可视设计需求不同选择执行其他一个或多个涂布制程,以在第二抗反射层50的裸露侧表面进一步形成更多层的抗反射层,并且这些抗反射层的使用材料及制程也不同于前述第一涂布制程及第二涂布制程;但这些抗反射层的制程温度同样为不影响第二半导体层40本身的材料特性的温度。
步骤S7:执行第一金属化制程以形成电连接到基材的第一电极。
在前述步骤S6形成第二抗反射层50后,接着本发明可针对基材10的另一裸露侧表面执行第一金属化制程,以在基材10的另一侧形成第一电极60。也就是说,在结构上,第一电极60会形成在基材10的下方。在本发明中,第一电极60为负极,但本发明不以此为限。
步骤S8:执行第二金属化制程以形成电连接到第二半导体层的第二电极。
在前述步骤S7形成第二半导体层40后,本发明可针对第二抗反射层50的裸露侧表面执行第二金属化制程,以在第二抗反射层50上形成第二电极70。在结构的实际制作上,会先在第二半导体层40上方的适当位置,针对已形成的第一抗反射层30及第二抗反射层50产生穿孔,再借由执行第二金属化制程来形成第二电极70,使得第二电极70电连接到第二半导体层40。在本发明中,第一电极60为正极,但本发明不以此为限。
本发明还包括一种使用如前所述的制造方法制程的光电二极管结构1。本发明的光电二极管结构1的结构特征如图2或图4所示,且各细部结构的形成方式已于前述说明中揭露,在此不多加赘述。
以上实施方式本质上仅为辅助说明,且并不意图用以限制申请标的的实施例或这些实施例的应用或用途。此外,尽管已于前述实施方式中提出至少一个例示性实施例,但应了解本发明仍可存在大量的变化。同样应了解的是,本文所述的实施例并不意图用以通过任何方式限制所请求的申请标的的范围、用途或组态。相反的,前述实施方式将可提供本领域具有通常知识的技术人员一种简便的指引以实施所述的一种或多种实施例。再者,可对元件的功能与排列进行各种变化而不脱离申请专利范围所界定的范围,且申请专利范围包含已知的均等物及在本专利申请案提出申请时的所有可预见均等物。
【符号说明】
1…光电二极管结构
10…基材
20…第一半导体层
21…凹陷部
30…第一抗反射层
40…第二半导体层
50…第二抗反射层
60…第一电极
70…第二电极

Claims (12)

1.一种光电二极管结构的制造方法,所述制造方法包括以下步骤:
提供基材;
执行磊晶制程以在所述基材上形成第一半导体层;
执行主动区图形化蚀刻制程以在所述第一半导体层上形成凹陷部;
执行第一涂布制程以在所述第一半导体层上形成第一抗反射层;以及
执行离子注入制程以穿过所述第一抗反射层并在所述凹陷部内形成第二半导体层。
2.如权利要求1所述的制造方法,其中,所述第一涂布制程为高温LPCVD制程。
3.如权利要求2所述的制造方法,其中,所述第一涂布制程的制程温度不低于800℃。
4.如权利要求1所述的制造方法,其中,所述第一抗反射层的厚度介于20nm至30nm之间。
5.如权利要求1所述的制造方法,其中,所述第一抗反射层以LPCVD制程。
6.如权利要求1所述的制造方法,所述制造方法还包括以下步骤:执行第二涂布制程以在所述第一抗反射层上形成第二抗反射层;执行第一金属化制程以形成电连接到所述基材的第一电极;以及执行第二金属化制程以形成电连接到所述第二半导体层的第二电极。
7.如权利要求6所述的制造方法,其中,所述第二涂布制程为PVD制程,并且所述第二涂布制程的制程温度低于所述第一涂布制程的制程温度。
8.如权利要求7所述的制造方法,其中,所述第二涂布制程的制程温度不高于200℃。
9.如权利要求6所述的制造方法,其中,所述第二抗反射层的厚度介于100nm至150nm之间。
10.如权利要求6所述的制造方法,其中,所述第二抗反射层通过PVD制程形成。
11.如权利要求6所述的制造方法,其中,所述第一半导体层为N型半导体层,所述第二半导体层为P型半导体层,所述第一电极为负极,并且所述第二电极为正极。
12.一种使用权利要求1至11中任一项所述的制造方法制造的光电二极管结构。
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