專利名稱：光電二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電二極管的制作方法，特別是涉及一種以化學(xué)氣相沉積方式來取代離子注入工藝，以形成P-N接合的耗盡區(qū)的一種光電二極管的制作方法。
背景技術(shù)：
在電子產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的今日，新一代數(shù)碼產(chǎn)品不僅可整合來自信息、消費(fèi)及通訊三大領(lǐng)域的技術(shù)，更同時兼具多媒體功能，其中多媒體影像處理技術(shù)也隨著各種零元件技術(shù)的成熟及日益增加的應(yīng)用面，逐漸成為受消費(fèi)者注目的發(fā)展領(lǐng)域。在影像處理應(yīng)用的需求大幅提升之下，60年代早已問世的影像感測芯片，也再度受到市場重視，其中尤以CCD(電荷耦合元件)影像感測芯片與CMOS(互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體)影像感測芯片最受矚目。
就CCD影像傳感器而言，雖然其具有較高的外界噪聲干擾抵抗能力及優(yōu)選的影像品質(zhì)，但仍具有對于外在變化的反應(yīng)速度較慢，且無法與其它系統(tǒng)支持芯片有效進(jìn)行整合的缺點(diǎn)。與CCD影像傳感器相較之下，CMOS影像傳感器因?yàn)槠湓O(shè)計方式及采用CMOS半導(dǎo)體工藝，因而具備了省電與整合的優(yōu)勢，再加上工藝技術(shù)成熟，所以生產(chǎn)成本較低，并且被廣泛地應(yīng)用在各種對價格敏感的信息及消費(fèi)性電子產(chǎn)品中。
典型的CMOS影像傳感器主要由光電二極管(photodiode)以及金氧半導(dǎo)體(metal-oxide semiconductor，MOS)晶體管所構(gòu)成，其中藉由光電二極管的P-N結(jié)(P-N junction)所產(chǎn)生的耗盡區(qū)(depletion region)，可分別在光電二極管受光與不受光時產(chǎn)生代表信號(signal)與背景噪聲(noise)的感應(yīng)電流。如此，藉由信號/噪聲比便可得知外界的光強(qiáng)度的變化。
請參考圖1，其繪示現(xiàn)有的一種光電二極管的局部示意圖。硅基底102上形成有一P型阱104，并劃分一光感測區(qū)106。其中，光感測區(qū)106的四周圍繞一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation，STI)108，且光感測區(qū)106內(nèi)的P型阱104上藉由一離子注入工藝而形成一N型摻雜區(qū)110。由于在P型阱104與N型摻雜區(qū)110的P-N結(jié)可產(chǎn)生一耗盡區(qū)112，因此藉由此耗盡區(qū)112，便可作為感測外界光線的感應(yīng)區(qū)域。然而，上述的光電二極管100因耗盡區(qū)112的寬度較窄，且耗盡區(qū)112的位置較深，而具有感測的信號/噪聲比不佳，且無法感測短波長的光線等問題。
請參考圖2，其繪示揭露于美國專利第6566722號的一種光電二極管的局部示意圖。如圖2所示，首先于一P型基底202上形成一P型外延硅層(epitaxial silicon layer)204。接著，依序經(jīng)由光刻與離子注入工藝，而于P型外延硅層204上形成多個第一N型摻雜區(qū)206。最后，再依序進(jìn)行光刻與離子注入工藝，而于P型外延硅層204與第一N型摻雜區(qū)206上形成一第二N型摻雜區(qū)208。經(jīng)由前述工藝，可于P型外延硅層204中形成多個溝槽狀的第一N型摻雜區(qū)206，因而增加第一N型摻雜區(qū)206與P型外延硅層204的接觸面積，并相對提高光電二極管的耗盡區(qū)210的面積，進(jìn)而改善光電二極管的信號感測度。此外，藉由P型外延硅層204表面的第二N型摻雜區(qū)208，亦能有效提升光電二極管對于短波長光線的靈敏度。然而，上述的光電二極管在制作時，因采用離子注入方法，故耗盡區(qū)210的密度不一，而會影響感測效果等問題。
請參考圖3，其繪示揭露于關(guān)國專利第6611037號的現(xiàn)有的一種光電二極管的局部示意圖。如圖3所示，于一P型基底302上形成溝槽304a與304b。接著，以離子注入的方式于溝槽304a與304b內(nèi)，以及溝槽304a與304b間的P型基底302上，形成一N型摻雜區(qū)306。之后，再于N型摻雜區(qū)306上依序形成隔絕層308與導(dǎo)電層310。其中，N型摻雜區(qū)306與P型基底302之間因P-N接合而產(chǎn)生一溝槽狀的耗盡區(qū)312，而可提升感測效果。然而，此光電二極管在形成上述的N型摻雜區(qū)306時，由于受到溝槽形狀的限制，因此需要依不同的注入角度進(jìn)行多次離子注入工藝，以形成均勻的N型摻雜區(qū)306。如此一來，不僅在制作上相當(dāng)耗時，也使得此光電二極管的生產(chǎn)成本大幅增加。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種光電二極管的制作方法，以簡化光電二極管的工藝，并降低光電二極管的生產(chǎn)成本。
基于上述目的，本發(fā)明提出一種光電二極管的制作方法，其中此光電二極管例如形成于一基底上。本發(fā)明的光電二極管的制作方法首先于基底中形成一第一導(dǎo)電型的一阱區(qū)，并且于基底中形成一隔離結(jié)構(gòu)，以于基底中定義出一光感測區(qū)。然后，于光感測區(qū)內(nèi)的基底中形成多個溝槽。之后，于基底上形成一第二導(dǎo)電型的一摻雜層，且摻雜層覆蓋溝槽的內(nèi)壁與光感測區(qū)內(nèi)的基底表面。
如本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的光電二極管的制作方法，其中在基底上形成第二導(dǎo)電型的摻雜層之后，還可進(jìn)行一退火工藝。藉由此退火工藝可使第二導(dǎo)電型的摻雜層中的摻雜劑趨入基底中，而使第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型的接合位于基底中。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為P型時，則第二導(dǎo)電型則為N型，而當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為N型時，則第二導(dǎo)電型為P型。
如本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的光電二極管的制作方法，其中在形成溝槽之后及形成第二導(dǎo)電型的摻雜層之前，還包括形成一緩沖層于基底上，且緩沖層覆蓋溝槽的內(nèi)壁與光感測區(qū)內(nèi)的基底表面。在形成第二導(dǎo)電型的摻雜層之后，亦可進(jìn)行一退火工藝，其中藉由此退火工藝?yán)缈墒沟诙?dǎo)電型的摻雜層中的摻雜劑趨入基底中，而第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型的接合位于基底中。另外，亦可藉由此退火工藝以使第二導(dǎo)電型的摻雜層中的摻雜劑趨入緩沖層，而第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型的接合位于緩沖層中。
基于上述，本發(fā)明的光電二極管的制作方法先于第一導(dǎo)電型的基底上形成多個溝槽，再利用例如化學(xué)氣相沉積的方式于溝槽內(nèi)壁及部分基底表面形成第二導(dǎo)電型的摻雜層，其中由于基底與摻雜層之間的導(dǎo)電型不同，因此便會因?yàn)椴煌瑢?dǎo)電型的接合，而產(chǎn)生用以感測光線的一耗盡區(qū)。本發(fā)明的光電二極管的制作方法所形成的光電二極管可提供較大面積的耗盡區(qū)，因而對外界光線具有優(yōu)選的反應(yīng)靈敏度。此外，與現(xiàn)有使用離子注入工藝的制作方法相較之下，本發(fā)明以化學(xué)沉積工藝來取代現(xiàn)有的多次離子注入工藝，以形成摻雜層。因此，藉由本發(fā)明的光電二極管的制作方法可得到較均勻的摻雜層，并縮短光電二極管的整體工藝時間，以達(dá)到增加生產(chǎn)效率與降低生產(chǎn)成本的目的。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實(shí)施例，以更詳細(xì)地說明本發(fā)明。


圖1繪示為現(xiàn)有的一種光電二極管的局部示意圖。
圖2繪示為現(xiàn)有的另一種光電二極管的局部示意圖。
圖3繪示為現(xiàn)有的又一種光電二極管的局部示意圖。
圖4～9依序繪示為本發(fā)明的光電二極管的制作方法的制造流程剖面圖。
圖10繪示為本發(fā)明的光電二極管的制作方法所形成的光電二極管的局部剖面示意圖。
圖11繪示為本發(fā)明的光電二極管的制作方法所形成的另一種光電二極管的局部剖面示意圖。
簡單符號說明102硅基底104P型阱106感光區(qū)108淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110N型摻雜區(qū)112耗盡區(qū)202P型基底204P型外延硅層206第一N型摻雜區(qū)208第二N型摻雜區(qū)210耗盡區(qū)302P型基底304a、304b槽溝306N型摻雜區(qū)308隔絕層310導(dǎo)電層312耗盡區(qū)400基底402阱區(qū)404隔離結(jié)構(gòu)406光感測區(qū)408a、408b、408c溝槽
410緩沖層412摻雜層414P-N結(jié)416邏輯電路區(qū)418重置晶體管502基底508a、508b、508c溝槽510緩沖層512摻雜層具體實(shí)施方式
請參考圖4～9，其依序繪示本發(fā)明的光電二極管的制作方法的制造流程剖面圖。
首先，如圖4所示，提供一基底400，其例如可為一P型或N型硅基底，并于基底400中形成第一導(dǎo)電型的一阱區(qū)402。其中，形成阱區(qū)402的步驟例如可先于基底400上形成掩模層(未繪示)，以定義出阱區(qū)402的位置。然后，進(jìn)行一離子注入工藝，以于基底400中形成阱區(qū)402，其中注入阱區(qū)402的摻雜劑例如可為P型或N型離子，以決定阱區(qū)402為N型阱區(qū)或P型阱區(qū)。
接著，如圖5所示，于基底400中形成一隔離結(jié)構(gòu)404，以藉由此隔離結(jié)構(gòu)404定義出一光感測區(qū)406。其中，隔離結(jié)構(gòu)404例如是一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation，STI)，或藉由區(qū)域氧化法(Local Oxidation)所形成的場氧化層。隔離結(jié)構(gòu)404的作用主要在避免光感測區(qū)406所產(chǎn)生的感應(yīng)電流擴(kuò)散至鄰近的感測元件或電子裝置，所造成相互干擾的現(xiàn)象。
然后，如圖6所示，于光感測區(qū)406內(nèi)的基底400中形成多個溝槽，如圖6所示的溝槽408a、408b與408c。其中，溝槽408a、408b與408c的形成方法，例如可先形成一圖案化掩模層(未繪示)，以定義出溝槽408a、408b與408c的位置，然后再以此圖案化掩模層為蝕刻掩模，對其所暴露出的光感測區(qū)406進(jìn)行各向異性蝕刻(anisotropic etching)，以于光感測區(qū)406上形成溝槽408a、408b與408c。之后，去除光感測區(qū)406上的掩模層。
接著，如圖7所示，于光感測區(qū)406上形成一緩沖層410，其中緩沖層410覆蓋溝槽408a、408b與408c的內(nèi)壁與溝槽408a、408b與408c之間的基底400表面。緩沖層410的材料例如是多晶硅(poly-silicon)或外延硅(epitaxial silicon)，其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。值得注意的是，此步驟為一選擇性的步驟，亦即在本發(fā)明的光電二極管的制作方法中，可省略此步驟，而直接于基底400上形成下述的摻雜層。
接著，如圖8所示，于緩沖層410上形成第二導(dǎo)電型的一摻雜層412。摻雜層412的材料包括摻雜多晶硅(poly-silicon)或摻雜外延硅(epitaxialsilicon)，其形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。舉例來說，此摻雜層412可以是以臨場(In-Situ)注入摻雜劑的方式，利用化學(xué)氣相沉積法所形成的摻雜多晶硅(poly-silicon)或摻雜外延硅(epitaxial silicon)。值得注意的是，第二導(dǎo)電型與阱區(qū)402的第一導(dǎo)電型相反，亦即當(dāng)阱區(qū)402為N型時，則摻雜層412為P型，同理，若阱區(qū)402為P型，則摻雜層412為N型。
之后，如圖9所示，進(jìn)行一退火工藝，其中緩沖層410的存在與否將影響此退火工藝的結(jié)果。舉例而言，若阱區(qū)402與摻雜層412之間形成有緩沖層410，則在進(jìn)行退火工藝后，第二導(dǎo)電型的摻雜層412中的摻雜劑趨入緩沖層410中，而第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型的接合(以下簡稱P-N結(jié))414便可能如圖9所示位于緩沖層410中。當(dāng)然，若第二導(dǎo)電型的摻雜層412中的摻雜劑被趨入至阱區(qū)402中，則將于阱區(qū)402中形成P-N結(jié)(未繪示)。此外，在沒有緩沖層410的情形下進(jìn)行退火工藝時，第二導(dǎo)電型的摻雜層412中的摻雜劑趨入阱區(qū)402中，因此P-N結(jié)可位于阱區(qū)402中。
請參考圖10，其繪示上述本發(fā)明的光電二極管的制作方法所形成的光電二極管的局部剖面示意圖，其中圖10采用與圖4～9相同的標(biāo)號表示相同的元件。如圖10所示，本發(fā)明的特征在于以蝕刻的方式于基底400上形成溝槽408a、408b與408c，再以化學(xué)氣相沉積先后于溝槽408a、408b與408c內(nèi)壁及溝槽408a、408b與408c所夾的基底400表面形成緩沖層410與摻雜層412。值得注意的是，上述本發(fā)明的形成緩沖層410以及退火工藝等步驟可選擇性地實(shí)施，而緩沖層410主要功能作為摻雜層412與基底400的阱區(qū)402間的緩沖，以使P-N結(jié)414可位于緩沖層410中。當(dāng)然，在不脫離本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，即使摻雜層412與基底400直接接觸，亦可形成P-N接合的耗盡區(qū)(未繪示)，以提供感應(yīng)外界光線的功能。
請再參考圖10，在隔離結(jié)構(gòu)404所圍成的光感測區(qū)406外的基底400上例如還包括一邏輯電路區(qū)416，其內(nèi)例如配置有一重置晶體管(resettransistor)418以及其它線路或電子元件等。其中，邏輯電路區(qū)416內(nèi)的元件例如可于蝕刻溝槽408a、408b與408c前預(yù)先形成于基底400上，或于上述所有步驟完成后再行制作。然而，關(guān)于邏輯電路區(qū)416內(nèi)的重置晶體管418等相關(guān)元件的制作流程為已知的公開技術(shù)，因此不再重復(fù)贅述。
此外，圖10所繪示者為本發(fā)明于緩沖層410上均勻形成一摻雜層412的情形。然而，在一合理的范圍內(nèi)，本發(fā)明的光電二極管的制作方法在形成摻雜層時，亦可直接使摻雜層填滿所有溝槽。請參考圖11，其繪示本發(fā)明的光電二極管的制作方法所形成的另一種光電二極管的局部剖面示意圖。其中，緩沖層510均勻覆蓋溝槽508a、508b與508c的內(nèi)壁，以及溝槽508a、508b與508c所夾的基底500的表面，而摻雜層512則如圖中所示全面性地覆蓋于緩沖層510上，并填滿溝槽508a、508b與508c。
綜上所述，本發(fā)明的光電二極管的制作方法藉由形成多個溝槽增加光電二極管的感應(yīng)區(qū)域，以提高光電二極管的反應(yīng)靈敏度。此外，由于本發(fā)明的光電二極管的制作方法以化學(xué)氣相沉積的方式取代現(xiàn)有的離子注入工藝，因此僅需一道工藝便可形成摻雜層。與現(xiàn)有使用離子注入工藝的制作方法相較之下，本發(fā)明可形成較為均勻的摻雜層，且因其工藝步驟較為簡化，故可有效縮短整體工藝時間，進(jìn)而達(dá)到增加生產(chǎn)效率與降低生產(chǎn)成本的目的。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光電二極管的制作方法包括于一基底中形成一第一導(dǎo)電型的一阱區(qū)；于該基底中形成一隔離結(jié)構(gòu)，以于該基底中定義出一光感測區(qū)；于該光感測區(qū)內(nèi)的該基底中形成多個溝槽；以及于該基底上形成一第二導(dǎo)電型的一摻雜層，該摻雜層覆蓋該些溝槽的內(nèi)壁與該光感測區(qū)內(nèi)的該基底表面。
2.如權(quán)利要求1所述的光電二極管的制作方法，其中在于該基底上形成該第二導(dǎo)電型的該摻雜層的步驟后，還包括進(jìn)行一退火工藝。
3.如權(quán)利要求2所述的光電二極管的制作方法，其中在該退火工藝中，使該第二導(dǎo)電型的該摻雜層中的摻雜劑趨入該基底中，而使該第二導(dǎo)電型與該第一導(dǎo)電型的接合位于該基底中。
4.如權(quán)利要求1所述的光電二極管的制作方法，其中該第一導(dǎo)電型為P型，而該第二導(dǎo)電型為N型。
5.如權(quán)利要求1所述的光電二極管的制作方法，其中該第一導(dǎo)電型為N型，而該第二導(dǎo)電型為P型。
6.如權(quán)利要求1所述的光電二極管的制作方法，其中該摻雜層的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
7.如權(quán)利要求1所述的光電二極管的制作方法，其中該摻雜層材料包括摻雜多晶硅與摻雜外延硅其中之一。
8.如權(quán)利要求1所述的光電二極管的制作方法，其中該摻雜層還包括填滿該些溝槽。
9.如權(quán)利要求1所述的光電二極管的制作方法，其中于該光感測區(qū)內(nèi)的該基底中形成該些溝槽的步驟后及于該基底上形成該第二導(dǎo)電型的該摻雜層的步驟前，還包括形成一緩沖層于該基底上，該緩沖層覆蓋該些溝槽的內(nèi)壁與該光感測區(qū)內(nèi)的該基底表面。
10.如權(quán)利要求9所述的光電二極管的制作方法，其中該緩沖層的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
11.如權(quán)利要求9所述的光電二極管的制作方法，其中該緩沖層的材料包括多晶硅與外延硅其中之一。
12.如權(quán)利要求9所述的光電二極管的制作方法，其中在于該基底上形成該第二導(dǎo)電型的該摻雜層的步驟后，還包括進(jìn)行一退火工藝。
13.如權(quán)利要求12所述的光電二極管的制作方法，其中在該退火工藝中，使該第二導(dǎo)電型的該摻雜層中的摻雜劑趨入該緩沖層，而使該第二導(dǎo)電型與該第一導(dǎo)電型的接合位于該緩沖層中。
14.如權(quán)利要求12所述的光電二極管的制作方法，其中在該退火工藝中，使該第二導(dǎo)電型的該摻雜層中的摻雜劑趨入該基底中，而使該第二導(dǎo)電型與該第一導(dǎo)電型的接合位于該基底中。
15.如權(quán)利要求9所述的光電二極管的制作方法，其中該摻雜層還包括填滿該些溝槽。
16.一種光電二極管的制作方法包括于一基底中形成一第一導(dǎo)電型的一阱區(qū)；于該基底中形成一隔離結(jié)構(gòu)，以于該基底中定義出一光感測區(qū)；于該光感測區(qū)內(nèi)的該基底中形成多個溝槽；形成一緩沖層于該基底上，且該緩沖層覆蓋該些溝槽的內(nèi)壁與該光感測區(qū)內(nèi)的該基底表面；于該緩沖層上形成一第二導(dǎo)電型的一摻雜層；以及進(jìn)行一退火工藝，以使該第二導(dǎo)電型的該摻雜層中的摻雜劑趨入該緩沖層，而該第二導(dǎo)電型與該第一導(dǎo)電型的接合位于該緩沖層中。
17.如權(quán)利要求16所述的光電二極管的制作方法，其中該摻雜層的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
18.如權(quán)利要求16所述的光電二極管的制作方法，其中該摻雜層的材料包括摻雜多晶硅與摻雜外延硅其中之一。
19.如權(quán)利要求16所述的光電二極管的制作方法，其中該緩沖層的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
20.如權(quán)利要求16所述的光電二極管的制作方法，其中該緩沖層的材料包括多晶硅與外延硅其中之一。
全文摘要
一種光電二極管的制作方法，其中此光電二極管形成于第一導(dǎo)電型的一基底上。此方法先形成一隔離結(jié)構(gòu)于基底中，以于基底中定義出光感測區(qū)。接著，于基底中形成多個溝槽。之后，于基底上形成第二導(dǎo)電型的一摻雜層，其中此摻雜層至少覆蓋溝槽的內(nèi)壁與基底的部分頂面。此光電二極管的制作方法可縮短整體工藝時間，并達(dá)到增加生產(chǎn)效率與降低生產(chǎn)成本的目的。
文檔編號H01L21/00GK1763978SQ20041008696
公開日2006年4月26日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者張格滎, 張骕遠(yuǎn) 申請人:力晶半導(dǎo)體股份有限公司