光電元件與製程的製作方法
2023-06-01 07:53:31 2
專利名稱：光電元件與製程的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電元件與其製程，特別是指一種能針對不同波長的光線，提高 其吸收效率的光二極體與電子電路的整合元件與其製程。
背景技術：
光電元件如傳感器，是數字影像處理所需要使用到的元件。傳感器中一般包含光 二極體與電子電路，以將所接收到的影像轉換成電子訊號輸出。現有技術中，在矽基板中製作PN接面，構成光二極體。然而，矽基板中的光二極 管，對於非可見光的吸收效率較為不佳；在需要接收非可見光訊號的應用場合，如紅外線傳 感器，需要吸收效率更佳的元件。
發明內容
本發明目的之一在於克服現有技術的不足與缺陷，提出一種光電元件，而得以針 對不同波長的光線，提高其吸收效率。本發明的另一目的在於，提出一種與上述光電元件相關的製程。為達上述目的，就本發明的其中一個觀點而言，提供了一種光電元件，包含基板； 位於基板內的一區域，此區域的材料與該基板材料不同；以及以離子植入法形成於該基板 區域中的光二極體。所述區域的材料例如為鍺化矽(SihGex)或碳化矽(Si^Cy)，其中0 < x、y < 1。 該光電元件中還可包含與該光二極體耦接的電子電路。為達上述目的，就另一個觀點而言，本發明提供了一種光電元件製程，包含提供 一個基板；蝕刻該基板中的一區域；以一材料填入該區域中，該材料與該基板材料不同；以 及於該基板區域中以離子植入法形成光二極體。以上光電元件製程中，填入該區域的材料可為鍺化矽(SihGex)或碳化矽 (SihyCy)，其中0 < x、y < 1。填入的步驟例如為磊晶生長。此外，在蝕刻該基板區域之前，可先形成一遮蔽層，以定義該區域；在以一材料填 入該區域後，去除該遮蔽層。遮蔽層的材料可為氧化物。下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發明的目的、技術內容、特點及其 所達成的功效。
圖1-7示出本發明的實施例。圖中符號說明11 基板12遮蔽層13露出的區域
14材料層15隔離區16電晶體17電路元件18光二極體19內聯機
具體實施例方式本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示製程步驟以及各層之間的上下次序關 系，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。圖1-7說明本發明的實施例。請參閱圖1，首先提供一個基板11，此基板11例如 為矽基板。在基板11上例如以沉積方式形成遮蔽層(masking layer) 12，其材料例如可為 氧化物如二氧化矽，並以微影蝕刻方式定義遮蔽層12的圖案，露出所要的區域13。接著如 圖2，根據遮蔽層12的圖案蝕刻基板11。接著見圖3與圖4，在基板11被蝕刻的區域中形 成與基板11不同特性的材料層14，再將遮蔽層12去除。根據本發明，材料層14的材質例 如可為鍺化矽(SihGex)或碳化矽(Si^Cy)，其中0 < x、y < 1。鍺化矽例如可使用磊晶生長的方式來形成，其主要反應氣體例如可為 (SiH4+GeH4)，其中SiH4亦可改使用SiH2C12、或SiC14等，且在主要反應氣體之外，尚可添 加SiCH6、C2H4、C5H8，以在鍺化矽中添加微量的碳成分，或添加HC1，以提高磊晶生長的選 擇性。視所選用的反應氣體而定，磊晶生長的溫度例如可在550-900°C之間。因遮蔽層12 的作用，磊晶生長的鍺化矽可選擇性地形成在圖標區域中。碳化矽例如可使用化學氣相沉積磊晶生長(CVD epitaxial growth)的方式來形 成，其主要反應氣體例如可為含矽與含碳的氣體，前者如SiH4、SiH2C12、或SiC14等，後者 如CH4、SiCH6、C2H4、C5H8等，反應溫度在1400-1600°C之間，反應壓力在0. 1至1大氣壓。 若碳化矽無法選擇性地沉積在所要的區域，則可另外以微影蝕刻方式定義碳化矽的圖案， 而遮蔽層12可作為蝕刻終止層(etch stop)。接著見圖5，可在基板11內形成電路元件間的隔離區15，此隔離區材料例如可為 氧化矽，以淺溝漕隔離技術(shallow trench isolation)製成。再見圖6，接著可製作晶體 管16，並也製作其它電路元件17(例如電阻)。在製作電晶體16的過程中，或以另外的離 子植入步驟，可在材料層14中形成PN接面，構成光二極體18。之後請見圖7，再製作內聯 機19，即可完成光二極體與電子電路的整合元件，其中電子電路與光二極體耦接，以處理光 二極體接收光後所產生的電訊號。(後續的護層、連接墊、封裝等步驟非本案重點，不予贅 述。)本發明與現有技術的重要差異在於，本發明的光二極體18是製作於具有不同特 性的材料層14中，因此對不同波長的光可以有更佳的吸收效果。現有技術中光二極體18是 製作於矽材質中，而矽的能隙約為1. leV。在本發明所舉的兩個例子中，鍺化矽的能隙約為 0. 6-1. leV，對長波長(例如SOOnm以上)的光線吸收效率較佳；碳化矽的能隙則大於3eV， 對短波長(例如450nm以下)的光線吸收效率較佳。換言之，本發明可針對所欲接收的光 訊號的主要波長，而選用材料層14的材質，增進光線吸收效率；舉例而言，紅外線傳感器即
4可使用鍺化矽材料。此外，本發明亦不限於在同一整合元件中僅具有單一種類的光二極體； 例如，可既在材料層14中、也在矽基板11中製作光二極體，即可在同一整合元件中包含不 同種類的光二極體。 以上已針對較佳實施例來說明本發明，只是以上所述，僅為使本領域技術人員易 於了解本發明的內容，並非用來限定本發明的權利範圍。對於本領域技術人員，當可在本發 明精神內，立即思及各種等效變化。舉例而言，以上所述各實施例中的材料、內聯機層數等 皆為舉例，還有其它各種等效變化的可能。又如，電晶體元件不限於所示的CMOS電晶體，亦 可為雙載子電晶體等。故凡依本發明的概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本 發明的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種光電元件，其特徵在於，包含基板；位於基板內的一區域，此區域的材料與該基板其它部份材料不同；以及以離子植入法形成於該基板區域中的光二極體。
2.如權利要求1所述的光電元件，其中，還包含有與該光二極體耦接的電子電路。
3.如權利要求1所述的光電元件，其中，該區域的材料為鍺化矽(SihGex)或碳化矽 (SipyCy),其中 0 < x、y < 1。
4.如權利要求1所述的光電元件，其中，該光二極體對於SOOnm以上或450nm以下的光 線吸收效率高於製作在矽材質中的光二極體。
5.一種光電元件製程，其特徵在於，包含提供一個基板；蝕刻該基板中的一區域；以一材料填入該區域中，該材料與該基板材料不同；以及於該基板區域中以離子植入法形成光二極體。
6.如權利要求4所述的光電元件製程，其中，還包含在基板其它區域製作電子電路。
7.如權利要求4所述的光電元件製程，其中，填入該區域的材料為鍺化矽(SihGex)或 碳化矽(SipyCy),其中 0 < x、y < 1。
8.如權利要求6所述的光電元件製程，其中，將材料填入該區域的步驟為磊晶生長。
9.如權利要求4所述的光電元件製程，其中，還包含在蝕刻該基板區域之前，先形成 一遮蔽層，電器以定義該區域。
10.如權利要求8所述的光電元件製程，其中，還包含在以一材料填入該區域後，去除 該遮蔽層。
11.如權利要求8所述的光電元件製程，其中，該遮蔽層材料為氧化物。
12.如權利要求4所述的光電元件製程，其中，該光二極體對於SOOnm以上或450nm以 下的光線吸收效率高於製作於矽材質中的光二極體。
全文摘要
本發明涉及一種光電元件與製程，該光電元件包含基板；位於基板內的一區域，此區域的材料與該基板材料不同；以及以離子植入法形成於該基板區域中的光二極體。該區域的材料例如為鍺化矽(Si1-xGex)或碳化矽(Si1-yCy)，其中0＜x、y＜1。該製程包含提供一個基板；蝕刻該基板中的一區域；以一材料填入該區域中，該材料與該基板材料不同；以及於該基板區域中以離子植入法形成光二極體。
文檔編號H01L21/82GK101997009SQ20091016374
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月18日 優先權日2009年8月18日
發明者徐新惠, 錢河清, 陳經緯, 黃森煌 申請人:原相科技股份有限公司