TWI818792B - 光電二極體結構及其製造方法 - Google Patents
光電二極體結構及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI818792B TWI818792B TW111141908A TW111141908A TWI818792B TW I818792 B TWI818792 B TW I818792B TW 111141908 A TW111141908 A TW 111141908A TW 111141908 A TW111141908 A TW 111141908A TW I818792 B TWI818792 B TW I818792B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- manufacturing
- present
- layer
- coating process
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 73
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 41
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 10
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
本發明提供一種光電二極體結構之製造方法，該方法包括以下步驟：提供一基材；執行磊晶製程以於基材上形成第一半導體層；執行主動區圖形化蝕刻製程以於第一半導體層上形成凹陷部；執行第一塗佈製程以於第一半導體層上形成第一抗反射層；以及執行離子佈值製程以穿過第一抗反射層並於凹陷部內形成第二半導體層。
Description
本發明係關於一種光電二極體結構之製造方法，尤指一種可維持高線性度之光電二極體結構之製造方法。
光電二極體用於接收外來光線，並輸出相應之類比電訊號或者執行電路中不同狀態之切換。目前光電二極體廣泛應用在有光學測量需求之產品上，例如許多智慧型穿戴裝置會使用光電二極體來執行相應脈博或/及血氧量測等功能。
習知光電二極體在製造過程中，會先形成所需之N型及P型半導體層，再於該些半導體層表面上塗佈抗反射層。由於各抗反射層所使用之材料及厚度並不相同，部分抗反射層之製程可能需要在高溫環境下執行，以利於形成相應之抗反射層。然而，該些半導體層受到製程之高溫影響可能產生材質變化，容易出現線性度下降等問題，進而影響光電二極體之感測效能。
因此，如何設計出能改善前述問題之光電二極體結構之製造方法，實為一個值得研究之課題。
本發明之目的在於提供一種可維持高線性度之光電二極體結構之製造方法。
為達上述目的，本發明之光電二極體結構之製造方法包括以下步驟：提供一基材；執行磊晶製程以於基材上形成第一半導體層；執行主動區圖形化蝕刻製程以於第一半導體層上形成凹陷部；執行第一塗佈製程以於第一半導體層上形成第一抗反射層；以及執行離子佈值製程以穿過第一抗反射層並於凹陷部內形成第二半導體層。
在本發明之一實施例中，第一塗佈製程為高溫LPCVD製程。
在本發明之一實施例中，第一塗佈製程之製程溫度不低於800℃。
在本發明之一實施例中，第一抗反射層之厚度介於20至30nm之間。
在本發明之一實施例中，第一抗反射層係以LPCVD製程。
在本發明之一實施例中，更包括以下步驟：執行第二塗佈製程以於第一抗反射層上形成第二抗反射層；執行第一金屬化製程以形成電性連接基材之第一電極；以及執行第二金屬化製程以形成電性連接第二半導體層之第二電極。
在本發明之一實施例中，第二塗佈製程為PVD製程，且第二塗佈製程之製程溫度低於第一塗佈製程之製程溫度。
在本發明之一實施例中，第二塗佈製程之製程溫度不高於200℃。
在本發明之一實施例中，第二抗反射層之厚度介於100至150nm之間。
在本發明之一實施例中，第一半導體層為N型半導體層，第二半導體層為P型半導體層，第一電極為負極，且第二電極為正極。
本發明還包括一種使用前述製造方法製程之光電二極體結構。
據此，藉由將形成第一反射層之高溫塗佈製程執行於形成第二半導體層之前，可避免製程之高溫影響已成型之第二半導體層，減少第二半導體層之線性度下降之可能性，進而維持本發明之光電二極體結構之原有感測效能。
1:光電二極體結構
10:基材
20:第一半導體層
21:凹陷部
30:第一抗反射層
40:第二半導體層
50:第二抗反射層
60:第一電極
70:第二電極
S1~S8:步驟
圖1為本發明之光電二極體結構之製造方法之流程圖。
圖2A為本發明之光電二極體結構於形成第二半導體層前之結構示意圖。
圖2B為本發明之光電二極體結構於形成第二半導體層後之結構示意圖。
圖3為本發明之光電二極體結構之製造方法之另一流程圖。
圖4為本發明之光電二極體結構之整體示意圖。
由於各種態樣與實施例僅為例示性且非限制性，故在閱讀本說明書後，具有通常知識者在不偏離本發明之範疇下，亦可能有其他態樣與實施例。根據下述之詳細說明與申請專利範圍，將可使該等實施例之特徵及優點更加彰顯。
於本文中，係使用「一」或「一個」來描述本文所述的元件和組件。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除
非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個或至少一個，且單數也同時包括複數。
於本文中，用語「第一」或「第二」等類似序數詞主要是用以區分或指涉相同或類似的元件或結構，且不必然隱含此等元件或結構在空間或時間上的順序。應了解的是，在某些情形或組態下，序數詞可以交換使用而不影響本創作之實施。
於本文中，用語「包括」、「具有」或其他任何類似用語意欲涵蓋非排他性之包括物。舉例而言，含有複數要件的元件或結構不僅限於本文所列出之此等要件而已，而是可以包括未明確列出但卻是該元件或結構通常固有之其他要件。
本發明之光電二極體結構可應用於智慧型穿戴裝置。智慧型穿戴裝置會使用光電二極體作為光學感測器以量測脈膊或/及血氧濃度等身體參數，為了保持訊號感測之穩定性以及後續運算處理之精準度，因此光電二極體需要維持高線性度。前述線性度是指所接收之光源強度與光電二極體本身產生之光電流之比值為常數，當比值越小代表線性度越高，在此先行說明。
以下請一併參考圖1至圖2B，其中圖1為本發明之光電二極體結構之製造方法之流程圖，圖2A為本發明之光電二極體結構於形成第二半導體層前之結構示意圖，圖2B為本發明之光電二極體結構於形成第二半導體層後之結構示意圖。如圖1至圖2B所示，本發明之光電二極體結構之製造方法包括以下步驟：
步驟S1：提供一基材。
首先，本發明藉由提供一基材10以作為本發明之光電二極體結構1之基礎結構件。基材10可利用半導體材料製程，例如高摻雜之N型半導體(即N+半導體)，但前述半導體材料之選用會依設計需求不同而改變。
步驟S2：執行磊晶製程以於該基材上形成第一半導體層。
於前述步驟S1提供基材10之後，接著本發明可針對基材10之一側之表面執行磊晶(epitaxy，簡稱EPI)製程，以於基材10上形成第一半導體層20。第一半導體層20可利用低摻雜之N型半導體(即N-半導體)製程，但前述半導體材料之選用會依設計需求不同而改變。
一般而言，在第一半導體層20形成後，會針對第一半導體層20之裸露側之表面執行初始氧化製程，以於該表面形成氧化層作為絕緣層使用，在本發明之光電二極體結構之製造方法中亦可於第一半導體層20形成後執行相同製程，但本發明不以此為限。
步驟S3：執行主動區圖形化蝕刻製程以於第一半導體層上形成凹陷部。
於前述步驟S2形成第一半導體層20後，接著本發明可針對第一半導體層20之裸露側之表面執行主動區圖形化蝕刻製程，例如採用微影製程(photolithography)於第一半導體層20上形成必要之主動區幾何圖形結構。在本發明中，第一半導體層20藉由執行主動區圖形化蝕刻製程後至少可形成凹陷部21，用以供設置後述之第二半導體層40(請參閱圖2B)。
步驟S4：執行第一塗佈製程以於第一半導體層上形成第一抗反射層。
於前述步驟S3後，接著本發明可針對第一半導體層20之裸露側之表面執行第一塗佈製程，以於第一半導體層20上形成第一抗反射層30。第一抗反射層30可完全覆蓋第一半導體層20之凹陷部21。在本發明中，第一塗佈製程採用低壓化學氣相沉積(Low-pressure chemical vapor deposition，簡稱LPCVD)製程，且前述LPCVD製程係於高溫環境下執行。第一塗佈製程之製程溫度不低於800℃，例如在本發明之一實施例中，第一塗佈製程之製程溫度約為800℃，但本發明不以此為限。此外，在本發明之一實施例中，第一抗反射層主要係以需經由高溫成形之氮化矽製程，且藉由第一塗佈製程所形成之第一抗反射層30之厚度介於20至30nm之間。例如在本發明之一實施例中，第一抗反射層30之厚度約為25nm，但第一抗反射層30之厚度可隨著選用材料不同或設計需求不同而改變。
步驟S5：執行離子佈值製程以穿過第一抗反射層並於凹陷部內形成第二半導體層。
於前述步驟S4形成第一抗反射層30後，本發明可針對第一半導體層20之凹陷部21之所在位置執行離子佈值製程，以於該凹陷部21內形成第二半導體層40。因離子佈值製程具有較高功率，可將形成第二半導體層40之材料穿過第一抗反射層30而抵達凹陷部21，進而於凹陷部21內形成第二半導體層40。
由此可知，第二半導體層40因形成於需經高溫處理之第一抗反射層30後，使得第二半導體層40不會受到第一塗佈製程之高溫影響，以確保第二半導體層40本身之材料特性，進而維持本發明之光電二極體結構可提供之高線性度。
以下請一併參考圖3及圖4，其中圖3為本發明之光電二極體結構之製造方法之另一流程圖，圖4為本發明之光電二極體結構之整體示意圖。如圖3及圖4所示，本發明之光電二極體結構之製造方法還包括以下步驟：
步驟S6：執行第二塗佈製程以於第一抗反射層上形成第二抗反射層。
於前述步驟S5形成第二半導體層40後，接著本發明可針對第一抗反射層30之裸露側之表面執行第二塗佈製程，以於第一抗反射層30上形成第二抗反射層50。在本發明中，第二塗佈製程採用物理氣相沈積(physical vapor deposition，簡稱PVD)製程，且前述PVD製程之製程溫度低於第一塗佈製程之製程溫度，其中第二塗佈製程之製程溫度為不影響第二半導體層40本身之材料特性之溫度。第二塗佈製程之製程溫度不高於200℃，例如在本發明之一實施例中，第二塗佈製程之製程溫度約為200℃，但本發明不以此為限。此外，在本發明之一實施例中，第二抗反射層50主要係以PVD製程。據此，即使第二塗佈製程執行於第二半導體層40形成後，第二半導體層40也不會受到第二塗佈製程之製程溫度影響而改變本身之材料特性。
一般而言，在第二抗反射層50形成後，可視設計需求不同選擇執行其他單一或複數塗佈製程，以於第二抗反射層50之裸露側表面進一步形成更多層之抗反射層，且該些抗反射層之使用材料及製程也不同於前述第一塗佈製程及第二塗佈製程；但該些抗反射層之製程溫度同樣為不影響第二半導體層40本身之材料特性之溫度。
步驟S7：執行第一金屬化製程以形成電性連接基材之第一電極。
於前述步驟S6形成第二抗反射層50後，接著本發明可針對基材10之另一裸露側表面執行第一金屬化製程，以於基材10之另一側形成第一電極60。也就是說，在結構上，第一電極60會形成於基材10之下方。在本發明中，第一電極60為負極，但本發明不以此為限。
步驟S8：執行第二金屬化製程以形成電性連接第二半導體層之第二電極。
於前述步驟S7形成第二半導體層40後，本發明可針對第二抗反射層50之裸露側表面執行第二金屬化製程，以於第二抗反射層50上形成第二電極70。在結構之實際製作上，會先於第二半導體層40上方之適當位置，針對已形成第一抗反射層30及第二抗反射層50產生穿孔，再藉由執行第二金屬化製程來形成第二電極70，使得第二電極70電性連接第二半導體層40。在本發明中，第一電極60為正極，但本發明不以此為限。
本發明還包括一種使用如前所述之製造方法製程之光電二極體結構1。本發明之光電二極體結構1之結構特徵如圖2或圖4所示，且各細部結構之形成方式已於前述說明中揭露，在此不多加贅述。
以上實施方式本質上僅為輔助說明，且並不欲用以限制申請標的之實施例或該等實施例的應用或用途。此外，儘管已於前述實施方式中提出至少一例示性實施例，但應瞭解本發明仍可存在大量的變化。同樣應瞭解的是，本文所述之實施例並不欲用以透過任何方式限制所請求之申請標的之範圍、用途或組態。相反的，前述實施方式將可提供本領域具有通常知識者一種簡便的指引以實施所述之一或多種實施例。再者，可對元件之功能與排列進行各種變化而不脫
離申請專利範圍所界定的範疇，且申請專利範圍包含已知的均等物及在本專利申請案提出申請時的所有可預見均等物。
S1~S5:步驟
Claims (11)
- 一種光電二極體結構之製造方法，該方法包括以下步驟：提供一基材；執行一磊晶製程以於該基材上形成一第一半導體層；執行一主動區圖形化蝕刻製程以於該第一半導體層上形成一凹陷部；執行一第一塗佈製程以於該第一半導體層上形成一第一抗反射層；執行一離子佈值製程以穿過該第一抗反射層並於該凹陷部內形成一第二半導體層；執行一第二塗佈製程以於該第一抗反射層上形成一第二抗反射層；執行一第一金屬化製程以形成電性連接該基材之一第一電極；以及執行一第二金屬化製程以形成電性連接該第二半導體層之一第二電極。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該第一塗佈製程為一高溫LPCVD製程。
- 如請求項2所述之製造方法，其中該第一塗佈製程之製程溫度不低於800℃。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該第一抗反射層之厚度介於20至30nm之間。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該第一抗反射層係以LPCVD製程。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該第二塗佈製程為一PVD製程，且該第二塗佈製程之製程溫度低於該第一塗佈製程之製程溫度。
- 如請求項6所述之製造方法，其中該第二塗佈製程之製程溫度不高於200℃。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該第二抗反射層之厚度介於100至150nm之間。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該第二抗反射層係以PVD製程。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該第一半導體層為N型半導體層，該第二半導體層為P型半導體層，該第一電極為負極，且該第二電極為正極。
- 一種使用請求項1至10中任一項所述之製造方法製程之光電二極體結構。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111141908A TWI818792B (zh) | 2022-11-02 | 2022-11-02 | 光電二極體結構及其製造方法 |
| CN202310897917.5A CN117995937A (zh) | 2022-11-02 | 2023-07-21 | 光电二极管结构及其制造方法 |
| US18/495,100 US20240145605A1 (en) | 2022-10-28 | 2023-10-26 | Photodiode structure and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111141908A TWI818792B (zh) | 2022-11-02 | 2022-11-02 | 光電二極體結構及其製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI818792B true TWI818792B (zh) | 2023-10-11 |
| TW202420415A TW202420415A (zh) | 2024-05-16 |
Family
ID=89857618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111141908A TWI818792B (zh) | 2022-10-28 | 2022-11-02 | 光電二極體結構及其製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117995937A (zh) |
| TW (1) | TWI818792B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI742841B (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-11 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 半導體結構、影像感測器和半導體結構的形成方法 |
-
2022
- 2022-11-02 TW TW111141908A patent/TWI818792B/zh active
-
2023
- 2023-07-21 CN CN202310897917.5A patent/CN117995937A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI742841B (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-11 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 半導體結構、影像感測器和半導體結構的形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117995937A (zh) | 2024-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9537030B2 (en) | Method of fabricating a solar cell with a tunnel dielectric layer | |
| JPH02159775A (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| KR20200083085A (ko) | 3차원 구조의 광검출 소자 및 그의 제조 방법 | |
| CN107611215B (zh) | 硅/二维半导体异质结型光电探测器及制备方法 | |
| TWI818792B (zh) | 光電二極體結構及其製造方法 | |
| CN110010710B (zh) | 一种用于光检测应用的a-IGZO薄膜传感器及其制作方法 | |
| JPH077173A (ja) | 短い波長の光の範囲で敏感な光検出器の製造方法 | |
| US20240145605A1 (en) | Photodiode structure and manufacturing method thereof | |
| KR20240062935A (ko) | 포토다이오드 구조 및 그 제조 방법 | |
| JP2928433B2 (ja) | 光電変換素子の製造方法 | |
| CN115377243A (zh) | 光敏二极管的制备方法及半导体器件 | |
| CN110896115B (zh) | 光电晶体管、红外探测器和光电晶体管的制作方法 | |
| CN114300348A (zh) | 掺杂半导体器件的制备方法及半导体器件 | |
| TWI838047B (zh) | 光電二極體結構 | |
| KR20030075748A (ko) | 갈륨나이트라이드계 반도체를 이용한 자외선 검출 소자 및그 제조방법 | |
| Nguyen et al. | Effect of 3c-sic layer thickness on lateral photovoltaic effect in 3C-SiC/Si heterojunction | |
| CN114300581B (zh) | 光敏元件的制备方法及半导体器件 | |
| US4170781A (en) | Photodiode and method of manufacture | |
| US4302531A (en) | Method of manufacture of photodiode | |
| KR102320117B1 (ko) | 그래핀-반도체 이종접합 광전소자 및 이의 제조방법 | |
| CN114373812A (zh) | 一种光电探测器及其制备方法 | |
| TWI757122B (zh) | 場效二極體光感測半導體元件 | |
| CN116799093A (zh) | 一种基于二维半导体材料的光电二极管及其制备方法 | |
| KR101670650B1 (ko) | 방사선 측정센서용 트랜지스터의 제조방법 | |
| CN114300581A (zh) | 光敏元件的制备方法及半导体器件 |