TW441141B - Improvement of photodiode leakage current and manufacturing method thereof - Google Patents

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經濟部中央標準f工消资合作社印泶 44U 4 3486twf.doc./005 五、發明説明（I ) 本發明是有關於一種半導體元件的結構與製造方法， 且特別是有關於一種光二極體（Photo diode)的結構與製 造方法。 光二極體係利用P-N接面（P-N junction) ’將光能變 換爲電器信號的半導體受光元件（或稱爲光偵檢元件）。 當沒有光照射之狀態時，因爲P-N接面內部有電場存在， N層中的電子或P層中的電洞，不會向相對層擴散。當具 有足夠能量的光入射時，因爲光能的激發而產生電子-電洞 對，兩者均擴散至接面處。當達到接面處後，由於所存在 之內部電場的作用，電子向N側且電洞向P側分離，進而 積蓄，使P-N接面電極間發生電流。理想上，光二極體在 黑暗之中的作用相當於開路（open circuit)，亦即沒有光 電流的產生。 光二極體元件通常可應用於影像感測器（imaging sensor)之類的產品，例如PC照相機與數位式照相機 (digital camera)等。習知之光二極體通常存在著接合面 遺漏電流（junction leakage current)的缺點，因而造成影 像感測器之產品的暗電流（dark current)過大，同時在螢 幕顯像時，容易有不正常之亮點（spotlight)發生。 爲了淸楚的說明習知之光二極體所存在缺點，請參照 第1A圖至第1B圖，說明一種習知之光二極體的製造流 程。 請參照第1A圖，在一基底100上，例如是P型基底或 是N型矽基底中的P井上，先形成一層墊氧化層(pad 3 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公嫠） 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 1 1 ； 4* 4· 1 14-1 A7 3486twf.doc./〇〇5 B7 五、發明説明（>) oxide)，由於接下來要形成的氮化矽（Si3N4)本身對矽的 附著能力並不理想，因此加入一層由Si02K構成的墊氧化 層。接著再形成已定義的氮化矽（Si3N4)層102，此墊氧 化層-氮化矽層102主要是用來做爲區域氧化法（local oxidation of silicon ; LOCOS)的罩幕。然後，以區域氧化 法進行隔離製程，於基底100上的隔離區形成場氧化（field oxide ; FOX)層 104 〇 因爲水分子與氧氣不易透過氮化矽層102,所以氮化矽 層102所覆蓋處，不會有二氧化矽生成，而其他未被氮化 矽層102覆蓋的表面，會氧化而形成由二氧化矽所構成的 場氧化層104。然而，水分子與氧氣對氮化矽層102角落 部份，依然有能力進行水平方向的擴散，因此會形成鳥嘴 區（bird’s beak) 106，亦即位於氮化矽層102角落的部份 基底1〇〇，仍然會有不同程度的氧化。 請參照第1B圖，以濕式蝕刻法去除氮化矽層102。然 後，進行與基底100之P—淡離子摻雜電性相反的離子佈 植，即在基底100所暴露出的區域進行N+濃離子摻雜。接 著，進行回火（annealing)步驟，將前述之N+濃離子摻雜 區往基底100的底部驅入，而形成N+濃離子摻雜區11〇。 於是，此N+濃離子摻雜區110與基底100的接合面則形成 光二極體。 然而’在習知之光二極體元件的結構中，由於場氧化 層104兩側存在著鳥嘴區106，因爲其應力（ stress)較大 而產生較多的晶體缺陷（crystal defect)，所以會引起很 4 本紙張尺度適用中國國家標举·（CNS ) A4規格（210X297公漦） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線ο· A7 B7 3486^1 4 五、發明説明（々） 遺漏電；流’進而造成影像感測器之暗電流過大， 而且在營幕顯像時，容易有不正常之亮點出現。 有鑑於此’本發明的主要目的就是在提供一種光二極 體的結構與製造方法，用以改善會知之接面遺漏電流過大 的缺點’從而改善傳統式影像感測器之暗電流過大與出現 不正常亮點的缺點。 根據本發明的主要目的，提出一種光二極體的結構。 此光二極體的結構包括：提供具有元件區與隔離區的基 底’於基底上形成一濃離子摻雜區，接著再形成淡離子摻 雜區’此一淡離子摻雜區位於該濃離子摻雜區和該基底 間’與該隔離區相鄰，如此藉由此一梯度接面的作法，使 P-N接面下移遠離鳥嘴區，降低p_N接面的差排現象。 根據本發明的主要目的，提出一種光二極體的製造方 法。此光二極體的製造方法包括：提供具有元件區與隔離 區的基底，在進行離子摻雜時，做兩次的植入，形成一梯 度接面’使P-N接面遠離鳥嘴區，減少接面的差排 (dislocation)現象進而改善遺漏電流的問題。梯度接面的形 成’可先植入一層由砷(As75)阻成的高劑量的N+濃離子摻 雜區，接著再植入由磷(P31)組成的低劑量的N-淡離子摻雜 區；亦可先植入一層高劑量的N_淡離子摻雜區，再植入低 劑量的N_淡離子摻雜區。高劑量的N+濃離子摻雜區具低電 阻，利於歐姆式接觸(ohmic contact);低劑量的：NT淡離子 摻雜區可減少植入時造成損害所引起的漏損。如此形成的 梯度接面，可減少暗電流(dark current)的產生，解決遺漏 (#先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1T -線ο— 經满部中央標準局貝工消費合作社印裂 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) Λ4規办（210X297公漤） 經濟部中央標準局負工消費合作社印掣 c "34^t^ldlcji〇5^ t B7 五、發明説明（Lf ) 電流的問題。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂’下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1B圖係繪示傳統式光二極體的製造流程 剖面圖；以及 第2A圖至第2C圖係繪示根據本發明之一較佳實施 例’ 一種光二極體的製造流程剖面圖。 圖式之標記說明： 100,200 基底 102, 202 氮化矽層 104,204 場氧化層 106, 206 鳥嘴區 108, 208 墊氧化層 110, 210 N+濃離子摻雜區 212 N_淡離子摻雜區 實施例 第2A圖至第2C圖係繪示根據本發明之一較佳實施 例，一種光二極體之製造流程的剖面示意圖。 請參照第2Α圖，在一基底200上，例如是p型基底或 是Ν型砂基底中的Ρ井上，先形成一層墊氧化層，接著再 形成已定義的氮化矽層202，此氮化矽層2〇2主要是用來 做爲區域氧化法的罩幕。然後，以區域氧化法進行隔離製 6 本尺度用國CNS ) Α4規格（21〇Χ29ϋ ϊ ~— ^ --- (請先閲讀背面之注意事項界填寫本頁)

、1T 線J· 經濟部中央標隼局员工消费合作社印製 4 4114 1 A7 3486twf.doc7005 ^ 五、發明説明（r) 程，即以濕式氧化法，在含有水氣的環境中，於基底200 上的隔離區形成場氧化層204。 類似地’因爲水分子與氧氣不易透過氮化矽層202，其 他未被氮化矽層202覆蓋的表面，會因爲氧化而形成由二 氧化矽所構成的場氧化層2〇4。同樣地，水分子與氧氣對 氮化矽層202角落部份，依然有能力進行水平方向的擴 散，因此會形成鳥嘴區206，亦即位於氮化矽層202角落 的部份基底200，仍然會有不同程度的氧化。 請參照第2Β圖，以濕式鈾刻法去除氮化矽層202。然 .後，別於習知之光二極體，在進行離子摻雜時做兩次的植 入。第一次先以砷（As75)做爲摻雜離子，離子植入的能 量小於lOOKeV，離子植入的劑量大於4.0xl0l4/cm2，如此 形成N+濃離子摻雜區210。高劑量砷(As)的植入，具有較 低的電阻，如此有利於提升金屬與半導體間的歐姆氏接觸 能力。第二次再以磷(P31)做爲摻雜離子，離子植入的能量 小於lOOKeV，離子植入的劑量要小於4.0xl014/cm2，即形 成淡離子摻雜區212。低劑量磷(P31)的植入，形成N-淡 離子摻雜區212,可使P-N接面下移遠離鳥嘴區206,降低 P-N接面處的差排現象，因而可使遺漏電流減小。 在本發明的較佳實施例中，由於在進行離子摻雜時做 兩次的植入，N+濃離子摻雜區210與Ν'淡離子摻雜區212 形成有一梯度接面，不僅使光二極體形成歐姆式接觸，亦 可減少在Ρ-Ν接面的差排現象，避免Ρ-Ν接面產生遺漏電 流，因而減少暗電流的產生。如此藉由梯度接面(gradient 7 Οτι (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210X297公釐） 3滅丄4 1 B7 五、發明説明u ) junction)的做法，可減少離子植入時所造成的傷害(damage) 所引起的漏損。 綜上所述’本發明的特徵在於： 1. 本發明之光二極體結構的製程中，在進行離子摻雜 時’做兩次的植入’先植入一層由砷（As)組成的高劑量的 N+濃離子摻雜區，其具有較低電阻，利於歐姆式接觸。接 著，再植入由磷(P31)組成的低劑量的Ν·淡離子摻雜區，如 此使P_N接面遠離差排現象顯著的鳥嘴區，並且，磷(Ρ3ι) 植入爲低劑量，如此可減少因植入時造成損害所引起的漏 損，解決遺漏電流的問題。 2. 本發明的製程與現有的製程相容，極適合廠商的生 產安排。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

,1T ό. 經濟部中央標準局貝工消费合作社印架 8 本紙張尺錢财响家轉{ CNS ) 44麟（21GX297公# )

Claims (1)

1. A8 B8 C8 DS 441 1 4 t 3486twf.doc./005 X、申請專利庫巳園 1.一種光二極體的結構，其包括： 第一導電型的基底； 一隔離區，位於該基底之上； 一第二導電型的一濃離子摻雜區，位於該基底之上， 並與該隔離區相鄰；以及 一第二導電型的一淡離子摻雜區，位於該濃離子摻雜 區與該基底之間，並與該隔離區相鄰。 2·如申請專利範圍第1項所述之結構，其中該基底包括 一摻雜的井區。 3. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中該第一導電 型與該第二導電型的電性相反。 4. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中該隔離區包 括一場氧化層^ 5. —種光二極體的結構，其包括： 第一導電型的一基底； 一隔離區，位於該基底之上；以及 一第二導電型的一梯度接面，位於該基底之上，並與 該隔離區相鄰；其中該梯度接面之接面離子濃度愈接近該 基底愈淡。 6·如申請專利範圍第5項所述之結構，其中該基底包括 —摻雜的井區。 7·如申請專利範圍第5項所述之結構’其中該第一導電 型與該第二導電型的電性相反。 8·如申請專利範圍第5項所述之結構’其中該隔離區包 9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   本紙適用中國國家( CNS ) ( 210X297公瘦） 4 41 1 4 1 3486tw£doc./005 六、申請專利範圍 括一場氧化層。 9. 一種光二極體的製造方法，包括： 提供第一導電型的一基底； (請先閲請背面之注意事項再填寫本頁) 於該基底上形成一隔離區，用以做爲絕緣之用； 進行第一離子摻雜’於該基底上形成第二導電型的一 濃離子摻雜區；以及 進行第二離子摻雜’於該基底與該濃離子摻雜區之間 形成第二導電型的一淡離子摻雜區。 10. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該基 底包括一摻雜的井區。 11. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該隔 離區包括一場氧化層。 12. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該隔 離區形成的方法包括區域氧化法。 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該第 一導電型與該第二導電型的電性相反。 14.如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該第 一離子摻雜步驟以砷（As75)做爲摻雜離子，離子植入的 能量小於lOOKeV，離子植入的劑量需大於4.0xl014/cm2， 其爲高劑量的植入。 15_如申..請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該第 二離子摻雜步驟以磷（P31)做爲摻雜離子，離子植入的能 量大於lOOKeV，離子植入的劑量小於4.0xl014/cm2，其爲 低劑量的植入。 本紙蒗尺度適用中國國家標準（CNS )八扣見格（210X297公釐） 4 41 1 4 Τι i 3486twf.doc./005 六、申請專利範園 16. —種光二極體的製造方法，包括： 提供第一導電型的一基底； 於該基底上形成一隔離區，用以作爲絕緣之用； (請先聞讀背面之注意事項再^Γ本頁〕 進行第一次離子摻雜，於該基底上形成第二導電型的 一淡離子摻雜區；以及 進行第二次離子摻雜，於該淡離子摻雜區上形成第二 導電型的一濃離子摻雜區。 17. 如申請專利範圍第16項所述之製造方法，其中 底包括一摻雜的井區。 18. 如申請專利範圍第16項所述之製造方法，其中 離區包括一場氧化層。 19. 如申請專利範圍第I6項所述之製造方法，其中該隔 離區形成的方法包括區域氧化法。 ~ 20. 如申請專利範圍第I6項所述之製造方法，其中 一導電型與該第二導電型的電性相反。 21. 如申請專利範圍第16項所述之製造方法，其中該胃 一離子摻雜步驟以磷（P31)做爲摻雜離子，離子植入^@ 量大於lOOKeV，離子植入的劑量需小於4.0xl〇l4/Cm2，^ 爲低劑量的植入。 ^ 22·如申請專利範圍第16項所述之製造方法，其中__ 二離子摻雜步驟以砷（As75)做爲摻雜離子，離子植^的 能量小於lOOKeV，離子植入的劑量大於# 爲高劑量的植入。 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）