专利名称：光电元件与制程的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电元件与其制程，特别是指一种能针对不同波长的光线，提高 其吸收效率的光二极管与电子电路的整合元件与其制程。
背景技术：
光电元件如传感器，是数字影像处理所需要使用到的元件。传感器中一般包含光 二极管与电子电路，以将所接收到的影像转换成电子讯号输出。现有技术中，在硅基板中制作PN接面，构成光二极管。然而，硅基板中的光二极 管，对于非可见光的吸收效率较为不佳；在需要接收非可见光讯号的应用场合，如红外线传 感器，需要吸收效率更佳的元件。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种光电元件，而得以针 对不同波长的光线，提高其吸收效率。本发明的另一目的在于，提出一种与上述光电元件相关的制程。为达上述目的，就本发明的其中一个观点而言，提供了一种光电元件，包含基板； 位于基板内的一区域，此区域的材料与该基板材料不同；以及以离子植入法形成于该基板 区域中的光二极管。所述区域的材料例如为锗化硅(SihGex)或碳化硅(Si^Cy)，其中0 < x、y < 1。 该光电元件中还可包含与该光二极管耦接的电子电路。为达上述目的，就另一个观点而言，本发明提供了一种光电元件制程，包含提供 一个基板；蚀刻该基板中的一区域；以一材料填入该区域中，该材料与该基板材料不同；以 及于该基板区域中以离子植入法形成光二极管。以上光电元件制程中，填入该区域的材料可为锗化硅(SihGex)或碳化硅 (SihyCy)，其中0 < x、y < 1。填入的步骤例如为磊晶生长。此外，在蚀刻该基板区域之前，可先形成一遮蔽层，以定义该区域；在以一材料填 入该区域后，去除该遮蔽层。遮蔽层的材料可为氧化物。下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其 所达成的功效。
图1-7示出本发明的实施例。图中符号说明11 基板12遮蔽层13露出的区域
14材料层15隔离区16晶体管17电路元件18光二极管19内联机
具体实施例方式本发明中的图式均属示意，主要意在表示制程步骤以及各层之间的上下次序关 系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。图1-7说明本发明的实施例。请参阅图1，首先提供一个基板11，此基板11例如 为硅基板。在基板11上例如以沉积方式形成遮蔽层(masking layer) 12，其材料例如可为 氧化物如二氧化硅，并以微影蚀刻方式定义遮蔽层12的图案，露出所要的区域13。接着如 图2，根据遮蔽层12的图案蚀刻基板11。接着见图3与图4，在基板11被蚀刻的区域中形 成与基板11不同特性的材料层14，再将遮蔽层12去除。根据本发明，材料层14的材质例 如可为锗化硅(SihGex)或碳化硅(Si^Cy)，其中0 < x、y < 1。锗化硅例如可使用磊晶生长的方式来形成，其主要反应气体例如可为 (SiH4+GeH4)，其中SiH4亦可改使用SiH2C12、或SiC14等，且在主要反应气体之外，尚可添 加SiCH6、C2H4、C5H8，以在锗化硅中添加微量的碳成分，或添加HC1，以提高磊晶生长的选 择性。视所选用的反应气体而定，磊晶生长的温度例如可在550-900°C之间。因遮蔽层12 的作用，磊晶生长的锗化硅可选择性地形成在图标区域中。碳化硅例如可使用化学气相沉积磊晶生长(CVD epitaxial growth)的方式来形 成，其主要反应气体例如可为含硅与含碳的气体，前者如SiH4、SiH2C12、或SiC14等，后者 如CH4、SiCH6、C2H4、C5H8等，反应温度在1400-1600°C之间，反应压力在0. 1至1大气压。 若碳化硅无法选择性地沉积在所要的区域，则可另外以微影蚀刻方式定义碳化硅的图案， 而遮蔽层12可作为蚀刻终止层(etch stop)。接着见图5，可在基板11内形成电路元件间的隔离区15，此隔离区材料例如可为 氧化硅，以浅沟漕隔离技术(shallow trench isolation)制成。再见图6，接着可制作晶体 管16，并也制作其它电路元件17(例如电阻)。在制作晶体管16的过程中，或以另外的离 子植入步骤，可在材料层14中形成PN接面，构成光二极管18。之后请见图7，再制作内联 机19，即可完成光二极管与电子电路的整合元件，其中电子电路与光二极管耦接，以处理光 二极管接收光后所产生的电讯号。(后续的护层、连接垫、封装等步骤非本案重点，不予赘 述。)本发明与现有技术的重要差异在于，本发明的光二极管18是制作于具有不同特 性的材料层14中，因此对不同波长的光可以有更佳的吸收效果。现有技术中光二极管18是 制作于硅材质中，而硅的能隙约为1. leV。在本发明所举的两个例子中，锗化硅的能隙约为 0. 6-1. leV，对长波长(例如SOOnm以上)的光线吸收效率较佳；碳化硅的能隙则大于3eV， 对短波长(例如450nm以下)的光线吸收效率较佳。换言之，本发明可针对所欲接收的光 讯号的主要波长，而选用材料层14的材质，增进光线吸收效率；举例而言，红外线传感器即
4可使用锗化硅材料。此外，本发明亦不限于在同一整合元件中仅具有单一种类的光二极管； 例如，可既在材料层14中、也在硅基板11中制作光二极管，即可在同一整合元件中包含不 同种类的光二极管。 以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易 于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员，当可在本发 明精神内，立即思及各种等效变化。举例而言，以上所述各实施例中的材料、内联机层数等 皆为举例，还有其它各种等效变化的可能。又如，晶体管元件不限于所示的CMOS晶体管，亦 可为双载子晶体管等。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本 发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种光电元件，其特征在于，包含基板；位于基板内的一区域，此区域的材料与该基板其它部份材料不同；以及以离子植入法形成于该基板区域中的光二极管。
2.如权利要求1所述的光电元件，其中，还包含有与该光二极管耦接的电子电路。
3.如权利要求1所述的光电元件，其中，该区域的材料为锗化硅(SihGex)或碳化硅 (SipyCy),其中 0 < x、y < 1。
4.如权利要求1所述的光电元件，其中，该光二极管对于SOOnm以上或450nm以下的光 线吸收效率高于制作在硅材质中的光二极管。
5.一种光电元件制程，其特征在于，包含提供一个基板；蚀刻该基板中的一区域；以一材料填入该区域中，该材料与该基板材料不同；以及于该基板区域中以离子植入法形成光二极管。
6.如权利要求4所述的光电元件制程，其中，还包含在基板其它区域制作电子电路。
7.如权利要求4所述的光电元件制程，其中，填入该区域的材料为锗化硅(SihGex)或 碳化硅(SipyCy),其中 0 < x、y < 1。
8.如权利要求6所述的光电元件制程，其中，将材料填入该区域的步骤为磊晶生长。
9.如权利要求4所述的光电元件制程，其中，还包含在蚀刻该基板区域之前，先形成 一遮蔽层，电器以定义该区域。
10.如权利要求8所述的光电元件制程，其中，还包含在以一材料填入该区域后，去除 该遮蔽层。
11.如权利要求8所述的光电元件制程，其中，该遮蔽层材料为氧化物。
12.如权利要求4所述的光电元件制程，其中，该光二极管对于SOOnm以上或450nm以 下的光线吸收效率高于制作于硅材质中的光二极管。
全文摘要
本发明涉及一种光电元件与制程，该光电元件包含基板；位于基板内的一区域，此区域的材料与该基板材料不同；以及以离子植入法形成于该基板区域中的光二极管。该区域的材料例如为锗化硅(Si1-xGex)或碳化硅(Si1-yCy)，其中0＜x、y＜1。该制程包含提供一个基板；蚀刻该基板中的一区域；以一材料填入该区域中，该材料与该基板材料不同；以及于该基板区域中以离子植入法形成光二极管。
文档编号H01L21/82GK101997009SQ20091016374
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月18日 优先权日2009年8月18日
发明者徐新惠, 钱河清, 陈经纬, 黄森煌 申请人:原相科技股份有限公司