光电二级管及其制造方法.pdf

本发明涉及光电二极管及其制造方法。例如，一种制造光电二极管的方法包括：在半导体衬底上形成第一导电类型的掩埋层，并在掩埋层上形成第一本征帽盖外延层。在第一本征帽盖外延层上形成第一导电类型的第一本征外延层。在第一本征外延层中形成第一导电类型的第一结区。在第一结区以及第一本征外延层上形成第二导电类型的第二本征外延层。在第二本征外延层上形成第二本征帽盖外延层。形成第一导电类型的第二结区，使得该第二结区穿过第二本征帽盖外延层以及第二本征外延层。第二结区与第一结区接触。在第二结区的表面上形成第一电极，并在第二本征帽盖外延层的表面上形成第二电极。

1.  一种制造光电二极管的方法，包括：
在一半导体衬底上形成第一导电类型的一掩埋层，并在该掩埋层上形成一第一本征帽盖外延层；
在所述第一本征帽盖外延层上形成第一导电类型的第一本征外延层，并在所述第一本征外延层中形成第一导电类型的第一结区；
在所述第一结区和所述第一本征外延层上形成第二导电类型的第二本征外延层；
在所述第二本征外延层上形成一第二本征帽盖外延层；
形成第一导电类型的第二结区，使得该第二结区穿过所述第二本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；以及
在所述第二结区的表面上形成第一电极，并在所述第二本征帽盖外延层的表面上形成第二电极。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二结区中形成所述第一电极包括：
在所述第二结区中形成第一导电类型的高浓度掺杂层；以及
形成与所述第一导电类型的高浓度掺杂层接触的所述第一电极。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二本征帽盖外延层的表面上形成所述第二电极包括：
在所述第二本征帽盖外延层中形成第二导电类型的高浓度掺杂层；以及
形成与所述第二导电类型的高浓度掺杂层接触的所述第二电极。

4.  根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第二本征外延层上形成划分所述光电二极管的光接收单元的第一导电类型的高浓度掺杂层。

5.  根据权利要求1所述的方法，还包括在形成所述第二电极之后形成抗反射涂层。

6.  一种制造光电二极管的方法，包括：
在一半导体衬底上形成第一导电类型的一掩埋层，并在该掩埋层上形成一本征帽盖外延层；
在所述本征帽盖外延层上形成第一导电类型的第一本征外延层，并在所述第一本征外延层中形成第一导电类型的第一结区；
在所述第一结区以及所述第一本征外延层上形成第二导电类型的一第二本征外延层；
形成第一导电类型的第二结区，使得该第二结区穿过所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；以及
在所述第二结区的表面上形成第一电极，并在所述第二本征外延层的表面上形成第二电极。

7.  根据权利要求6所述的方法，其中在所述第二结区中形成所述第一电极包括：
在所述第二结区中形成第一导电类型的高浓度掺杂层；以及
形成与所述第一导电类型的高浓度掺杂层接触的所述第一电极。

8.  根据权利要求6所述的方法，其中在所述第二本征外延层的表面上形成所述第二电极包括：
在所述第二本征外延层中形成第二导电类型的高浓度掺杂层；以及
形成与所述高浓度掺杂层接触的所述第二电极。

9.  根据权利要求6所述的方法，还包括在所述第二本征外延层上形成划分所述光电二极管的光接收单元的第一导电类型的高浓度掺杂层。

10.  根据权利要求6所述的方法，还包括在形成所述第二电极之后形成抗反射涂层。

11.  一种制造光电二极管的方法，包括：
在一半导体衬底上形成一第一导电类型的掩埋层，在该掩埋层上形成第一导电类型的第一本征外延层，并在所述第一本征外延层中形成第一导电类型的第一结区；
在所述第一结区以及所述第一本征外延层上形成第二导电类型的第二本征外延层；
在所述第二本征外延层上形成一本征帽盖外延层；
形成第一导电类型的第二结区，使得该第二结区穿过所述本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；
在所述第二结区的表面上形成第一电极；以及
在所述本征帽盖外延层的表面上形成第二电极。

12.  根据权利要求11所述的方法，其中在所述本征帽盖外延层的表面上形成所述第二电极包括：
在所述本征帽盖外延层中形成第二导电类型的高浓度掺杂层；以及
形成与所述高浓度掺杂层接触的所述第二电极。

13.  根据权利要求11所述的方法，其中在所述第二结区中形成所述第一电极包括：
在所述第二结区中形成第一导电类型的高浓度掺杂层；以及
形成与所述第一导电类型的高浓度掺杂层接触的所述第一电极。

14.  根据权利要求11所述的方法，还包括在所述第二本征外延层上形成划分所述光电二极管的光接收单元的第一导电类型的高浓度掺杂层。

15.  根据权利要求11所述的方法，还包括在形成所述第二电极之后形成抗反射涂层。

16.  一种制造光电二极管的方法，该方法包括：
在一P型半导体衬底上形成一P型掩埋层、一第一本征帽盖外延层、以及一P型第一本征外延层；
在所述第一本征外延层中形成第一P型结区；
在所述第一P型结区和所述第一本征外延层上形成一N型第二本征外延层；
在所述第二本征外延层上形成一第二本征帽盖外延层；
形成第二P型结区，使得该第二P型结区穿过所述第二本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；
在所述第二本征帽盖外延层中形成N+型第一高浓度掺杂层；
在所述第一结区中形成第二P+型高浓度掺杂层，并且形成划分所述N+型高浓度掺杂层的第三P+型高浓度掺杂层；
形成与所述第二P+型高浓度掺杂层接触的阳极；以及
形成与所述第三P+型高浓度掺杂层接触的阴极。

17.  根据权利要求16所述的方法，还包括在形成所述阴极之后形成抗反射涂层。

18.  一种光电二极管，包括：
一半导体衬底；
在所述半导体衬底上的第一导电类型的掩埋层；
在所述掩埋层上的第一本征帽盖外延层；
在所述第一本征帽盖外延层上的第一导电类型的第一本征外延层；
在所述第一本征帽盖外延层上形成的第二导电类型的第二本征外延层；
在所述第二本征外延层上的第二本征帽盖外延层；
在所述第一本征外延层中形成的第一导电类型的第一结区；
第一导电类型的第二结区，其穿过所述第二本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；
在所述第二结区的表面上的第一电极；以及
在所述第二本征帽盖外延层的表面上的第二电极。

19.  根据权利要求18所述的光电二极管，还包括设置在所述第二本征帽盖外延层与所述第二电极之间的第二导电类型的高浓度掺杂层。

20.  根据权利要求18所述的光电二极管，还包括形成于所述第二结区中并且与所述第一电极接触的第一导电类型的高浓度掺杂层。

21.  根据权利要求18所述的光电二极管，还包括形成于所述第二本征外延层中并划分所述光电二极管的光接收单元的第一导电类型的高浓度掺杂层。

22.  根据权利要求18所述的光电二极管，还包括在光接收单元中阻止光反射的抗反射涂层。

23.  一种光电二极管，包括：
一半导体衬底；
在所述半导体衬底上的第一导电类型的掩埋层；
在所述掩埋层上的本征帽盖外延层；
在所述本征帽盖外延层上的第一导电类型的第一本征外延层；
在所述第一本征帽盖外延层上的第二导电类型的第二本征外延层；
在所述第一本征外延层中形成的第一导电类型的第一结区；
第一导电类型的第二结区，其穿过所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；
在所述第二结区的表面上的第一电极；以及
在所述第二本征外延层的表面上的第二电极。

24.  根据权利要求23所述的光电二极管，还包括设置在所述第二本征外延层与所述第二电极之间的第二导电类型的高浓度掺杂层。

25.  根据权利要求23所述的光电二极管，还包括形成于所述第二结区中并且与所述第一电极接触的第一导电类型的高浓度掺杂层。

26.  根据权利要求23所述的光电二极管，还包括形成于所述第二本征外延层中并划分所述光电二极管的光接收单元的第一导电类型的高浓度掺杂层。

27.  根据权利要求23所述的光电二极管，还包括在光接收单元中阻止光反射的抗反射涂层。

28.  一种光电二极管，包括：
一半导体衬底；
在所述半导体衬底上的第一导电类型的掩埋层；
在所述掩埋层上的第一导电类型的第一本征外延层；
在所述掩埋层上的第二导电类型的第二本征外延层；
在所述第二本征外延层上的本征帽盖外延层；
在所述第一本征外延层中形成的第一导电类型的第一结区；
第一导电类型的第二结区，其穿过所述本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；
在所述第二结区的表面上的第一电极；以及
在所述第二本征外延层的表面上的第二电极。

29.  根据权利要求28所述的光电二极管，还包括设置在所述本征帽盖外延层与所述第二电极之间的第二导电类型的高浓度掺杂层。

30.  根据权利要求28所述的光电二极管，还包括形成于所述第二结区中并且与所述第一电极接触的第一导电类型的高浓度掺杂层。

31.  根据权利要求28所述的光电二极管，还包括形成于所述第二本征外延层中并划分所述光电二极管的光接收单元的第一导电类型的高浓度掺杂层。

32.  根据权利要求28所述的光电二极管，还包括在光接收单元中阻止光反射的抗反射涂层。

光电二极管及其制造方法
本申请要求于2003年11月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.03-84960的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及将光信号转变为电信号的光电二极管及其制造方法。
背景技术
通常，用于光学元件的光电二极管是一光学传感器，其通过将光能转变为电能来从光信号接收电信号(即电流或电压)。光电二极管可为半导体元件，其中光电二极管的结单元具有光探测功能。这样的光电二极管利用了通过光子吸收产生过剩电子或空穴的原理，由此调节光电二极管的电导率。即，由光电二极管产生的电流根据响应入射光子的载流子的产生而变化。光电二极管的这种特性提供了将光信号转变为电信号的方法。通过将光信号转变为电信号，光电二极管可用作光拾取装置的光接收元件。光拾取装置从光记录装置例如CD、DVD、DVD R/W、COMBO、COMBI或蓝光(Blue ray)中读取数据或信息。通过将光电二极管与电路单元结合形成的光电二极管集成芯片(PDIC)正在发展中。在PDIC中，通过前置放大器处理信号。
光电二极管的实例包括PN结光电二极管，PIN(P型电极-本征外延层-N+型层-P衬底)光电二极管，NIP(N型电极-本征外延层-P+型层-P衬底)光电二极管，以及利用雪崩倍增效应的雪崩光电二极管(APD)。PN结光电二极管具有低响应速度及较差的频率特性。APD产生噪声并消耗大量功率。因此，通常使用PIN光电二极管和NIP光电二极管。
通过光电效率和频率特性(即带宽)来评价光电二极管的性能。如果光电二极管具有对于所探测光的波长的高光电效率以及足够的响应速度，则其可获得高性能。
传统上，使用单一薄膜生长方法(single thin film growth method)将PIN光电二极管或NIP光电二极管的本征外延层形成为具有特定的电阻率及厚度。当本征外延层的掺杂浓度(可以不是本征半导体)增加时，载流子数目增加，由此改善频率特性。当本征外延层的掺杂浓度增大时，电子-空穴等离子(EHP)复合的概率也增加，由此降低了光电二极管的光电效率。因此，在光电二极管的光电效率和频率特性之间存在折衷关系。可通过优化本征外延层的厚度和杂质浓度来改善光电二极管的性能。
当使用单一薄膜生长方法形成本征外延层时，杂质可从本征外延层的上部或下部区域中的高浓度P型层向外扩散(out-diffuse)到本征外延层中。杂质可从本征外延层的上部或下部区域中的高浓度N型层扩散到本征外延层中。也就是说，可进行高温热处理(在外延层制造、随后的退火、或烘烤期间)来形成光电二极管或包括光电二极管的元件。在这样的热处理期间，例如掺杂剂的杂质从高浓度P型或N型层扩散到本征外延层。杂质扩散到本征外延层中减弱了光电二极管的性能。
参照图1，其表示了传统NIP光电二极管的剖面图。在P型半导体衬底1上形成高浓度P型掩埋层2、P型第一本征外延层3、N型第二本征外延层5以及用于与阴极接触的N+型高浓度层8。在P型第一本征外延层3中形成第一P型结区4。在N型第二本征外延层5中形成第二P型结区6。与P型结区6中形成的阳极接触的P+型层9b与阳极电极的金属配线结构(metaldistributing structure)11相接触。P+型分隔层9a形成在N型本征外延层5上，从而分隔光电二极管的光接收单元。作为阳极电极的金属配线结构11通过层间绝缘层10以及金属间绝缘层12绝缘。通过硅局部氧化(LOCOS)形成的元件隔离层7将光电二极管与相邻元件电隔离。氧化硅(SiO₂)层14和氮化硅(SiN)层15形成了用于阻止投射到光电二极管的光接收单元上的光反射的抗反射涂层(ARC)。
可在约1100℃至约1150℃的高温进行外延层3和5的生长以制造图1所示的传统NIP型光电二极管。可在例如退火或烘烤的热处理中进行后续元件的形成。热处理使杂质从高浓度P型掩埋层2向外扩散到P型第一本征外延层3中。热处理使杂质从高浓度N+型层8扩散到N型第二本征外延层5中。这样的扩散或向外扩散降低了光电二极管的性能。也就是说，当杂质由于高温热处理而扩散到本征外延层3和5中时，本征外延层3和5的厚度显著减小，并且本征外延层3和5的电容增大。结果，频率会降低。杂质的扩散减小了耗尽层，由此也降低了光电效率。传统的PIN光电二极管具有与传统NIP光电二极管类似的问题。
发明内容
本发明的示例性实施例包括了用于制造光电二极管的方法，其中通过防止杂质在形成元件的工艺期间或在后续热处理期间从高浓度层扩散或向外扩散到本征外延层，可改善光电效率和频率特性。
示例性实施例还包括其中抑制了向本征外延层的扩散或向外扩散的光电二极管。
在本发明的一个示例性实施例中，光电二极管的制造方法包括：在一半导体衬底中形成一第一导电类型的掩埋层，并在该掩埋层上形成一第一本征帽盖外延层(intrinsic capping epitaxial layer)；在所述第一本征帽盖外延层上形成所述第一导电类型的第一本征外延层，并在所述第一本征外延层中形成所述第一导电类型的第一结区；在所述第一结区中以及所述第一本征外延层中形成第二导电类型的一第二本征外延层；在所述第二本征外延层上形成一第二本征帽盖外延层；形成所述第一导电类型地第二结区，使得该第二结区穿过所述第二本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；以及在所述第二结区的表面上形成第一电极，并在所述第二本征帽盖外延层的表面上形成第二电极。
根据本发明的另一示例性实施例，光电二极管的制造方法包括：在一半导体衬底上形成一第一导电类型掩埋层，并在该掩埋层上形成一本征帽盖外延层；在所述本征帽盖外延层上形成所述第一导电类型的第一本征外延层，并在所述第一本征外延层中形成所述第一导电类型的第一结区；在所述第一结区中以及所述第一本征外延层中形成第二导电类型的第二本征外延层；在所述第二本征外延层上形成一第二本征帽盖外延层；形成所述第一导电类型的第二结区，使得该第二结区穿过所述第二本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；以及在所述第二结区的表面上形成第一电极并在所述第二本征帽盖外延层的表面上形成第二电极。
根据本发明的又一示例性实施例，光电二极管的制造方法包括：在一半导体衬底上形成一第一导电类型掩埋层，并在该掩埋层上形成所述第一导电类型的第一本征外延层；在所述第一本征外延层中形成所述第一导电类型的第一结区；在所述第一结区中以及所述第一本征外延层中形成第二导电类型的第二本征外延层；在所述第二本征外延层上形成一本征帽盖外延层；形成所述第一导电类型的第二结区，使得该第二结区穿过所述本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；以及在所述第二结区的表面上形成第一电极并在所述本征帽盖外延层的表面上形成第二电极。
在本发明的一个示例性实施例中，在所述第二结区的上表面上形成所述第一电极包括在所述第二结区中形成所述第一导电类型的高浓度掺杂层并且形成与所述第一导电类型的所述高浓度掺杂层相接触的一第一电极。此外，在所述本征帽盖外延层的上表面上形成所述第二电极可包括在所述本征帽盖外延层中形成所述第二导电类型的高浓度掺杂层并且形成与所述高浓度掺杂层相接触的该第二电极。本发明的另一示例性实施例还可以包括在所述第二本征外延层上形成隔离所述光电二极管的光接收单元的所述第一导电类型的高浓度掺杂层。
根据本发明的另一示例性实施例，光电二极管包括：一半导体衬底；在所述半导体衬底上的第一导电类型的掩埋层；在所述掩埋层上的第一本征帽盖外延层；在所述第一本征帽盖外延层上形成的所述第一导电类型的第一本征外延层；在所述第一本征帽盖外延层上形成的第二导电类型的第二本征外延层；在所述第二本征外延层上的一第二本征帽盖外延层；在所述第一本征外延层中形成的所述第一导电类型的第一结区；所述第一导电类型的第二结区，其穿过所述第二本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；所述第二结区表面上的第一电极；以及所述第二本征帽盖外延层表面上的第二电极。
根据本发明的又一示例性实施例，光电二极管包括：一半导体衬底；在所述半导体衬底上的一第一导电类型的掩埋层；在所述掩埋层上的一本征帽盖外延层；在所述本征帽盖外延层上的所述第一导电类型的第一本征外延层；在所述第一本征外延层上的一第二导电类型的第二本征外延层；在所述第一本征外延层中形成的所述第一导电类型的第一结区；所述第一导电类型的第二结区，其穿过所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；所述第二结区表面上的第一电极；以及所述第二本征外延层表面上的第二电极。
根据本发明的又一示例性实施例，光电二极管包括：一半导体衬底；在所述半导体衬底上的一第一导电类型的掩埋层；在所述掩埋层上的所述第一导电类型的第一本征外延层；在所述掩埋层上的一第二导电类型的第二本征外延层；在所述第二本征外延层上的一本征帽盖外延层；在所述第一本征外延层中形成的所述第一导电类型的第一结区；所述第一导电类型的第二结区，其穿过所述本征帽盖外延层以及所述第二本征外延层并且与所述第一结区接触；所述第二结区表面上的第一电极；以及所述第二本征帽盖外延层表面上的第二电极。
通过参考附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的这些和其他示例性实施例、方面、特征以及优点将变得更加明显。
附图说明
图1是传统NIP光电二极管的剖面图；
图2至图12是根据本发明一示例性实施例的光电二极管制造方法的剖面图；
图13和图14是根据本发明另一示例性实施例的光电二极管制造方法的剖面图；
图15和图16是根据本发明又一示例性实施例的光电二极管制造方法的剖面图。
具体实施方式
现将参照附图更加充分地描述本发明的示例性实施例。然而本发明可以以多种不同形式实现，而不应解释为仅限于此处阐述的实施例；更确切地，提供这些实施例使得本公开彻底且全面，并将本发明的构思充分传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。在表示了示意性说明的附图中，为了清楚起见夸大了层的厚度和区域。
现将描述根据本发明示例性实施例的NIP光电二极管的制造方法。此外，还描述了具有共用阳极(common anode)的分离光电二极管(splittingphotodiode)。本领域技术人员知晓，通过将第一导电类型元件变换为相反导电类型的元件，本发明的示例性实施例可应用于PIN光电二极管。图2至图12是半导体器件的剖面示意图，其表示了根据本发明示例性实施例的光电二极管的制造方法。参照图2，在P型半导体衬底101上形成P型掩埋层(PBL)102。PBL 102具有比半导体衬底101或外延层(图3的103或103′)高的浓度。例如，在以1E19离子/cm³的高浓度注入比如硼(B)的杂质之后，通过热扩散工艺可形成PBL 102。
参照图3，在PBL 102上形成第一本征帽盖外延层103′。在第一本征帽盖外延层103′上形成P型本征外延层103。第一本征帽盖外延层103′用作缓冲层，其防止从高浓度PBL 102向P型本征外延层103的向外扩散。也就是说，在形成P型本征外延层103的过程或热处理期间，掺杂剂杂质向外扩散到第一本征帽盖外延层103′。然而，由于设置在高浓度PBL 102与P型本征外延层103之间的第一本征帽盖外延层103′，防止了掺杂剂杂质向外扩散到P型本征外延层103。
P型本征外延层103的厚度和电阻率是决定光电二极管性能的因素。例如，P型本征外延层103的厚度可以为约8μm至约12μm，电阻率可以为约100Ω·cm至约200Ω·cm。由于进入P型本征外延层103的杂质会改变P型本征外延层103的厚度和电阻率，所以应消除杂质向P型本征外延层103中的向外扩散。第一本征帽盖外延层103′用作缓冲层，其防止杂质向外扩散至P型本征外延层103内。可以没有掺杂地生长第一本征帽盖外延层103′。或者，第一本征帽盖外延层103′可以被生长来具有低于P型本征外延层103的掺杂浓度的掺杂浓度。考虑到从高浓度PBL 102的向外扩散发生的距离，可将第一本征帽盖外延层103′生长到一厚度。可以确定该厚度，使得PBL 102中的掺杂剂杂质不能向外扩散到P型本征外延层103中。
参照图4，在P型本征外延层103中形成P型第一结区104。P型第一结区104通过经由P型第二结区106(见图6)而被连接到阳极电极来形成电流通路。以高于P型本征外延层103的掺杂浓度形成P型第一结区104，从而使其具有足够的电导率。
参照图5，在其中形成有P型第一结区104的P型本征外延层的表面上形成N型本征外延层105。N型本征外延层105形成具有P型本征外延层103的NIP光电二极管的本征外延层。通过本征外延层103和105进行大部分光吸收。与P型本征外延层103类似，N型本征外延层105的厚度和电阻率可决定光电二极管的性能。在N型本征外延层105上生长第二本征帽盖外延层105′。可以没有掺杂地生长第二本征帽盖外延层105′。或者，第二本征帽盖外延层105′可生长为具有低于N型本征外延层105的掺杂浓度的N型掺杂浓度。考虑到来自高浓度N+型掺杂层108(见图7)的杂质扩散发生的距离，可将第二本征帽盖外延层105′生长为具有一厚度。
第二本征帽盖外延层105′用作缓冲层，其防止高浓度N+型掺杂层108中的掺杂剂杂质扩散到N型本征外延层105中。防止掺杂剂杂质的扩散可允许N型本征外延层105维持N型本征外延层105的厚度和电阻率恒定。由此，可实现光电二极管的高性能。形成隔离层107，从而将光电二极管与其他层隔离。可通过传统的LOCOS或浅槽隔离(STI)来形成隔离层107。
参照图7，在第二本征帽盖外延层105′中形成高浓度N+型掺杂层108。可以以浅结形成能够降低阴极电极接触电阻的N+型掺杂层108。在P型第二结区106中形成高浓度P+型掺杂层109b以降低与阳极的接触电阻。形成划分N+型掺杂层108的高浓度P+型掺杂层109a。P+型掺杂层109a划分了光电二极管的光接收单元。
图8至图10表示了分别在P+型掺杂层109b和N+型掺杂层108上形成阳极电极和阴极电极，以及在每个电极上形成金属互连结构的方法。
更具体地，参照图8，在包括N+型掺杂层108和P+型掺杂层109a和109b的所得结构的表面上形成层间绝缘层110。在层间绝缘层110中形成接触孔110a以暴露P+型掺杂层109b。
参照图9，通过构图金属层形成作为与P+型掺杂层109b接触的金属互连结构的阳极电极111。该金属层掩埋了接触孔110a(图8中所示)。可选择地，当形成阳极电极111时，可形成阴极电极(未示出)以与N+型掺杂层108接触。参照图10，在阳极电极111上形成金属间绝缘层112。在金属间绝缘层112上形成与阳极电极111接触的上部金属配线结构113。
图11和图12表示了抗反射涂层(ARC)的形成。更具体地，参照图11，形成用来形成光接收单元的光致抗蚀剂层图案50。使用该光致抗蚀剂层图案50作为蚀刻掩模，选择性蚀刻金属间绝缘层112和层间绝缘层110，于是露出光接收单元的高浓度掺杂层108和109a。参照图12，去除光致抗蚀剂层图案50。在所得结构上形成包括氧化硅(SiO₂)层114和氮化硅(SiN)层115的ARC 116。ARC是决定光电二极管性能的因素。可以形成ARC以优化对某一波长光的吸收。
参照图12，光电二极管包括高浓度PBL 102，第一本征帽盖外延层103′，P型本征外延层103，N型本征外延层105，以及第二本征帽盖外延层105′。这些层设置在半导体衬底101上。P型第一结区104和P型第二结区106形成了电流通路。在第二结区106的上表面上形成阳极电极111。在第二本征帽盖外延层105′的上表面上形成阴极电极(未示出)。P+型高浓度掺杂层109b设置在第二结区106与阳极电极111之间以降低阳极电极111的接触电阻。N+型高浓度掺杂层108形成于第二本征帽盖层105′与阴极电极之间，并降低阴极电极的接触电阻。P+型高浓度掺杂层109a划分光电二极管的光接收单元。在阳极电极111上，可形成上部金属互连结构113。还可在阳极电极111上形成ARC 116以改善光接收单元的光吸收。
可通过第一本征帽盖外延层103′来防止从PBL 102向第一本征外延层103的杂质扩散。第一本征帽盖外延层103′设置在高浓度PBL 102与低浓度P型本征外延层103之间。第一本征帽盖外延层103′防止第一本征外延层103的厚度和电阻率在后续热处理期间发生改变。
可通过第二本征帽盖外延层105′来防止从N+型掺杂层108向第二本征外延层105的杂质扩散。第二本征帽盖外延层105′设置在高浓度N+型掺杂层108与低浓度N型第二本征外延层105之间。第二本征帽盖层105′防止第二本征外延层105的厚度和电阻率在后续热处理期间发生改变。
图13和图14是半导体器件的剖面示意图，其示出根据本发明另一示例性实施例的光电二极管的制造方法。除了在N型本征外延层105与高浓度N+型掺杂层108之间省略了本征帽盖外延层(图5的105′)外，这一示例性实施例与如上所述的类似。
参照图13，在半导体衬底101上形成PBL 102、本征帽盖外延层103′以及P型本征外延层103。在第一本征外延层103中形成第一P型结区104。在第一本征外延层103和P型第一结区104的表面上形成N型第二本征外延层105。形成隔离层107以将光电二极管与其它层隔离。可以没有掺杂地生长本征帽盖外延层103′。可选择地，本征帽盖外延层103′可被生长为具有低于第一本征外延层103的掺杂浓度的P型掺杂浓度。在形成N+型掺杂层108之后，形成用于接触阳极111的P+型掺杂层109b以及用于划分光接收单元的P+型掺杂层109a。形成掺杂层108以接触阴极。形成层间绝缘层110。形成与P+型掺杂层109b接触的阳极电极111以及与N+型掺杂层108接触的阴极电极(未示出)。
参照图14，在ARC 116之前，形成金属间绝缘层112与上部金属互连结构113。ARC 116包括如参照图10至12所述形成的氧化物层114和氮化物层115。
参照图14，通过本征帽盖外延层103′可阻止杂质从PBL 102向外扩散至第一本征外延层103。在根据本发明一示例性实施例的光电二极管中，本征帽盖外延层103′设置于PBL 102与P型第一本征外延层103之间。本征帽盖外延层103′防止P型本征外延层103的厚度和电阻率在后续热处理期间变化。
图15和图16是半导体器件的剖面示意图，其示出根据本发明又一示例性实施例的光电二极管的制造方法。除了在PBL 102与P型本征外延层103之间省略了本征帽盖外延层(图3的103′)之外，这一示例性实施例与如上所述的类似。
参照图15，在半导体衬底101上形成PBL 102和P型本征外延层103。在P型第一本征外延层103中形成P型第一结区104。在P型第一本征外延层103和P型第一结区104的表面上形成N型本征外延层105和P型第二结区106。在N型本征外延层105上形成本征帽盖外延层105′。在形成隔离层107之后，形成用于接触阴极的N+型掺杂层108。形成用于接触阳极111的P+型掺杂层109b以及用于划分光接收单元的P+型掺杂层109a。形成层间绝缘层110。形成与P+型掺杂层109b接触的阳极电极111。形成与N+型掺杂层108接触的阴极电极。
参照图16，形成金属间绝缘层112，并形成上部金属互连结构113。ARC116包括如参照图10至12所述形成的氧化物层114和氮化物层115。
参照图16，通过本征帽盖外延层105′可阻止杂质从N+型掺杂层108向第二本征外延层105的扩散。在根据本发明一示例性实施例的光电二极管中，本征帽盖外延层105′设置于N型本征外延层105与N+型掺杂层108之间。本征帽盖外延层105′防止第一本征外延层103的厚度和电阻率在后续热处理过程中改变。
对于根据本发明示例性实施例的光电二极管，通过第一本征帽盖外延层可阻止从掩埋层向第一本征外延层的杂质扩散。第一本征帽盖外延层设置在高浓度掩埋层与第一本征外延层之间。第一本征帽盖外延层防止第一本征外延层103的厚度和电阻率在后续热处理期间发生改变，由此防止了性能下降。
对于根据本发明示例性实施例的光电二极管，通过第二本征帽盖外延层可阻止从高浓度掺杂层向第二本征外延层的杂质扩散。第二本征帽盖外延层设置在高浓度掺杂层与第二本征外延层之间。第二本征帽盖外延层防止第二本征外延层的厚度和电阻率在后续热处理期间发生改变，由此防止了性能变差。
尽管已参照附图描述了本发明的示例性实施例，但是应理解的是本发明不限于这些具体实施例，本领域技术人员可在不偏离本发明范围和主旨的情况下对其进行多种改变和变型。例如，尽管已参照NIP光电二极管的形成描述了本发明的示例性实施例，但是本发明的示例性实施例还包括通过改变在半导体衬底上的每一层或区域的导电类型来制造PIN光电二极管的方法。所有这样的改变和变型均包含在由所附权利要求限定的本发明的范围中。