專利名稱：光電二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法，更具體地涉及倒裝片型 的光電二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
光電二極管的原理基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，以將光能量轉(zhuǎn)為電能。
光電二極管包括不同電性半導(dǎo)體的P-N結(jié)。在光線照射下，光被P-N結(jié)所吸 收而產(chǎn)生電流。 一般而言，光電二極管結(jié)構(gòu)的N型電極設(shè)置于光電二極管結(jié) 構(gòu)的向光側(cè)，P型電極則設(shè)置于背光側(cè)，其對外連接通常是利用打線。
圖1A例示已知的光電二極管元件100的俯視圖，圖1B例示沿圖1A的 I-I，線的剖面圖。如圖所示，光電二極管元件100包括具有P-N結(jié)的吸光層 110;設(shè)置于其向光側(cè)的N型電極120;及設(shè)置于背光側(cè)的P型電極130。 N 型電極120包括一第一部分120a，用以傳輸照光所產(chǎn)生的電流；及一第二部 分120b,用以集中第一部分120a的電流。利用打線結(jié)構(gòu)140， N型電極120 得以對外連接。打線的位置通常設(shè)置于第二部分120b。為使打線工藝容易進(jìn) 行，第二部分120b需有夠?qū)拸V的面積，此將減少光電二極管元件100的可 受光面積，因而降低光電二極管結(jié)構(gòu)100的效能。而且，打線結(jié)構(gòu)140也會 造成光電二極管元件IOO進(jìn)行串并聯(lián)的不便。所以，需要一種新穎的光電二 極管結(jié)構(gòu)及其制法來改善已知的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述的需求，本發(fā)明于一方面提供一種具有埋孔的倒裝片型的光 電二極管結(jié)構(gòu)的制作方法。在此所稱埋孔指埋在向光側(cè)下方的溝槽。透過本 發(fā)明的埋孔，P型對外接觸電極及N型對外接觸電極可設(shè)置在光電二極管結(jié) 構(gòu)的背光側(cè)。而且，埋孔的尺寸可因應(yīng)工藝能力而盡可能地縮小，不需要為 了配合打線而有占據(jù)過大的面積的問題，可大幅增加光電二極管結(jié)構(gòu)的效 能。
4依據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提 供一基板，該基板定義一前側(cè)及一背側(cè)；依序形成一外延層及一第一導(dǎo)電層 于該基板的該前側(cè)；蝕刻該基板的該背側(cè)并穿透該外延層以形成一溝槽，該 溝槽定義一側(cè)壁并露出該第一導(dǎo)電層；形成一絕緣層覆蓋該側(cè)壁，該絕緣層 定義一開口以露出該第一導(dǎo)電層；形成一第二導(dǎo)電層于該基板的該背側(cè)，該
第二導(dǎo)電層包括相互隔離的一第一電極及一第二電極，該第一電極覆蓋該絕 緣層并填充該開口以連接該第 一導(dǎo)電層。
依據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明的方法除上述步驟外，還包括在該蝕刻該基板 的該背側(cè)的步驟之前與該依序形成該外延層及該第 一導(dǎo)電層的步驟之后研 磨該基板的該背側(cè)以使基板厚度低于50 iu m以下，有利于散熱。
依據(jù)更一實(shí)施例，本發(fā)明的方法除上述步驟外，還包括在該基板的該 背側(cè)的 一預(yù)定位置上形成該溝槽；及切割上述的光電二極管結(jié)構(gòu)以形成多個(gè) 光電二極管元件，其中該溝槽得以位于該多個(gè)光電二極管元件的其中之一的 一角落、 一中心位置或其它合適位置。換言之，該溝槽可以形成在基板背側(cè) 的任一位置。
依據(jù)更另一實(shí)施例，本發(fā)明的方法除上述步驟外，還包括在該基板的 該背側(cè)的預(yù)定位置上形成多個(gè)該溝槽；及切割上述的光電二極管結(jié)構(gòu)以形成 多個(gè)光電二極管元件，其中該多個(gè)光電二極管元件的其中之一可具有一個(gè)以 上的該溝槽于基板背側(cè)的任一位置。
本發(fā)明于另 一方面提供具有埋孔的倒裝片型的光電二極管元件。本發(fā)明 的發(fā)光二極管元件至少具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 將向光側(cè)的接觸電極透過埋孔移到背光側(cè)，可減少向光側(cè)的導(dǎo)電層 所占面積而增加向光側(cè)的可曝光面積。
(2) 埋孔可位于光電二極管元件的任何位置，不再受限于光電二極管元 件邊緣，增加電路設(shè)計(jì)彈性，并可使電阻與曝光面積的比例最佳化。
(3) P型與N型電極都設(shè)在背面可免除打線程序，筒化工藝有利于大量 生產(chǎn)。
依據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種光電二極管元件，包括 一基板，定義 一前側(cè)及一背側(cè)； 一外延層及一第一導(dǎo)電層，依序疊設(shè)于該基板的該前側(cè)； 一溝槽，穿透該基板及該外延層，該溝槽定義一側(cè)壁并露出該第一導(dǎo)電層； 一絕緣層，覆蓋該側(cè)壁，該絕緣層定義一開口露出該第一導(dǎo)電層；及一第二導(dǎo)電層，設(shè)置于該基板的該背側(cè)，該第二導(dǎo)電層包括相互隔離的一第一電極 及一第二電極，該第一電極覆蓋該絕緣層并填充該開口以連接該第 一 導(dǎo)電 層。
依據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明的光電二極管元件除了如上述外，還包括使該 溝槽位于該光電二極管元件的該背側(cè)的一角落、 一中心位置或其它合適位 置。換言之，該溝槽可以形成在基板背側(cè)的任一位置。
依據(jù)更另一實(shí)施例，，本發(fā)明的光電二極管元件除了如上述外，還包括 使光電二極管元件具有一個(gè)以上的該溝槽于基板背側(cè)的任一位置。


圖1A顯示已知的光電二極管元件的俯視圖； 圖1B例示沿圖1A的I-I'線的剖面圖2A至2G為本發(fā)明第一實(shí)施例的光電二極管結(jié)構(gòu)的制作過程的剖面圖。
圖3A至3B為本發(fā)明第二實(shí)施例的光電二極管結(jié)構(gòu)的制作過程的剖面圖。
圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的光電二極管結(jié)構(gòu)切割后產(chǎn)生多個(gè)光電二極管 元件的其中之一的俯視圖。
圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的光電二極管元件的俯視圖。
附圖標(biāo)記i兌明
100光電二極管元件110吸光層
120 N型電;t及120a第一部分
120b第二部分130P型電極
140打線結(jié)構(gòu)200基板
200，基板200a前側(cè)
200b背側(cè)210半導(dǎo)體外延層
220第一導(dǎo)電層230溝槽
231側(cè)壁232底表面
240共形絕緣層240'絕緣層
250開口260共形第二導(dǎo)電層260，第二導(dǎo)電層 260b第二電極 360，第二導(dǎo)電層 360b第二電極 3000光電二極管結(jié)構(gòu) 500光電二極管元件 520a第一部分 530溝槽
260a 第一電極
360 毯覆式第二導(dǎo)電層
360a 第一電極
2000 光電二極管結(jié)構(gòu)
400 光電二極管元件
520 第一導(dǎo)電層
520b 第二部分
具體實(shí)施例方式
以下將參考所附圖示示范本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。所附圖示中相似結(jié)構(gòu)采
用相同的結(jié)構(gòu)符號。應(yīng)注意為清楚呈現(xiàn)本發(fā)明，所附圖示中的各結(jié)構(gòu)并非按 照實(shí)物的比例繪制，而且為避免^^莫糊本發(fā)明的內(nèi)容，以下說明亦省略已知的 零元件、相關(guān)材料、及其相關(guān)處理技術(shù)。
圖2A至2G根據(jù)一第一實(shí)施例，例示本發(fā)明光電二極管結(jié)構(gòu)2000的制 作過程。首先參考圖2A，提供一基板200，基板200定義一前側(cè)200a及一 背側(cè)200b?；?00可由GaAs或其它合適的III-V族材料制成。接著，利 用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)形成半導(dǎo)體外延層210于基板200的 前側(cè)200a上。半導(dǎo)體外延層210可為具有多個(gè)p-n結(jié)的III-V族半導(dǎo)體多層 結(jié)構(gòu)。舉例而言，半導(dǎo)體外延層210可包括InGaP層、GaAs層及InGaAs 層。依據(jù)本實(shí)施例，半導(dǎo)體外延層210的厚度優(yōu)選約為5j:im-15jum。然后， 形成一第一導(dǎo)電層220以疊在半導(dǎo)體外延層210的上方。第一導(dǎo)電層220優(yōu) 選為具有圖案的導(dǎo)電層，其形成如網(wǎng)絡(luò)般的條狀結(jié)構(gòu)，分布在半導(dǎo)體外延層 210的表面，用以傳輸半導(dǎo)體外延層210所產(chǎn)生的電流。制作圖案化的第一 導(dǎo)電層220可通過已知的沉積或金屬濺鍍技術(shù)，沿著半導(dǎo)體外延層210的表 面形成共形的導(dǎo)電層，然后再以已知光刻蝕刻來建立所要的圖案。第一導(dǎo)電 層210的材料可為任何合適金屬，如鋁、銅、鋁、銅、金、銀、鈦、鍺、或 鎳，其優(yōu)選的厚度范圍為1 Mm至10jum，特佳為3jum至5ium 。
參考圖2B,翻轉(zhuǎn)圖2A所示的結(jié)構(gòu)，使基板200的背側(cè)面向上并研磨基 板200的背側(cè)200b以降低基板200厚度。優(yōu)選而言，經(jīng)研磨后的基板200， 的厚度以小于50nm為佳。參考圖2C,在基板200，的背側(cè)200b上先定義一預(yù)定位置，如圖2C的 虛線O至O，所示。采用已知的干蝕刻或濕蝕刻才支術(shù)，在此預(yù)定位置蝕刻基 板200'。此蝕刻穿透基板200，及半導(dǎo)體外延層210,停止于第一導(dǎo)電層220 而形成一溝槽230。溝槽230定義一側(cè)壁231及露出第一導(dǎo)電層220的一底 表面232。溝槽230的直徑優(yōu)選約50jum至200jam,其中以100jum為特 佳。
溝槽230完成之后，接著即執(zhí)行絕緣層240，的形成程序。絕緣層240， 將覆蓋側(cè)壁231且定義一開口 250使底下的第一導(dǎo)電層220露出。優(yōu)選而言， 參考圖2D，此程序可先形成一共形絕緣層240覆蓋基板200的背側(cè)200b及 溝槽230的側(cè)壁231與底表面232。共形絕緣層240的材料可為氮化硅、氧 化硅或其它合適材料?？捎靡阎姆椒?，如等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法 (PECVD)或原子層沉積法(ALD)來執(zhí)行此步驟。依據(jù)本實(shí)施例，共形絕緣層 240的厚度優(yōu)選在500埃至1500埃之間。接著，參考圖2E,采用已知的光 刻蝕刻技術(shù)圖案化共形絕緣層240,移除共形絕緣層240的一部分以露出底 下的基板200的背側(cè)200b并建立開口 250以露出第一導(dǎo)電層220。如圖2E 所示，經(jīng)圖案化的共形絕緣層240稱為絕緣層240'。絕緣層240，用來隔離基 板200，與后續(xù)所要形成的第 一 電極260a。
絕緣層240'完成后，接著即執(zhí)行第二導(dǎo)電層260，的形成程序。第二導(dǎo) 電層260，形成于基板200，的背側(cè)200b。第二導(dǎo)電層260，包括相互隔離的一 第一電極260a及一第二電極260b，第一電極260a覆蓋絕緣層240，并填充開 口 250以連接第一導(dǎo)電層220。優(yōu)選而言，此程序可先形成一共形第二導(dǎo)電 層260覆蓋基板200，的背側(cè)200b、絕緣層240，及開口 250,如圖2F所示。 然后，再移除共形第二導(dǎo)電層260的一部分以形成第二導(dǎo)電層260'。第二導(dǎo) 電層260，包括相互隔離的第一電極260a及第二電極260b，其中第二電極 260b直接接觸基板200，，如圖2G所示。應(yīng)注意第一電極260a與第二電極 260b之間以空隔相互隔離。制作共形第二導(dǎo)電層260可通過已知的沉積或金 屬賊鍍技術(shù)，沿著圖2E所形成的結(jié)構(gòu)的表面形成共形的導(dǎo)電層，然后再以 已知光刻蝕刻移除不要的共形的導(dǎo)電層來建立所要的圖案。共形第二導(dǎo)電層 260的材料可為任何合適金屬，如鋁、銅、金、4艮、鈦、鍺、或鎳等，其優(yōu) 選的厚度范圍為1 fim至lOnm,其中以3 um至5 nm為特佳。在此實(shí)施 例中，第一電極MOa即作為N型(或P型)對外接觸電極；而第二電極260b
8即為P型(或N型)對外接觸電極，第一電極^0a與第二電極26(^電性相反 所以必需互相隔離。圖2G中所示的箭頭代表第一導(dǎo)電層220的表面朝向光。 圖2G顯示本發(fā)明的光電二極管結(jié)構(gòu)2000。如圖所示，光電二極管結(jié)構(gòu) 2000包括基板200，，定義前側(cè)200a為向光側(cè)及背側(cè)200b為背光側(cè)。光電二 極管結(jié)構(gòu)2000還包括外延層210及第一導(dǎo)電層220,依序疊設(shè)于基板200， 之前側(cè)200a上；溝槽230,穿透基板200，及外延層210，溝槽230定義側(cè)壁 231并露出第一導(dǎo)電層220;絕緣層240，，覆蓋側(cè)壁231，絕緣層240，定義 開口 250露出第一導(dǎo)電層220;及第二導(dǎo)電層260',設(shè)置于基板200，的背側(cè) 200b,第二導(dǎo)電層260，包括相互隔離的第一電極260a及第二電極260b,第 一電極260a覆蓋絕緣層240，并填充開口 250以連接第一導(dǎo)電層220。除上述 外，光電二極管結(jié)構(gòu)2000還可包括其它特征、其相關(guān)材料與細(xì)節(jié)可參考前 述說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可理解，光電二極管結(jié)構(gòu)2000在后續(xù)工藝步 驟中將可進(jìn)一步切割為多個(gè)芯片，本文稱為光電二4l管元件，其同樣具有上 述的各種特征。
在此應(yīng)注意，本發(fā)明的光電二極管結(jié)構(gòu)或光電二極管元件，其第二導(dǎo)電 層也可為非共形的結(jié)構(gòu)，如圖3A及圖3B的本發(fā)明第二實(shí)施例示的光電二 極管結(jié)構(gòu)3000。為使本說明書簡潔易懂，第二實(shí)施例僅說明與第一實(shí)施例的 相異處。換言之，第二實(shí)施例僅顯示接續(xù)第一實(shí)施例的圖2E之后的步驟， 意即將圖2F及圖2G的程序改成圖3A與圖3B。如圖3A所示，可先形成一 毯覆式第二導(dǎo)電層360覆蓋基板200，的背側(cè)200b、絕緣層240，及開口 250。 可視需要執(zhí)行研磨毯覆式第二導(dǎo)電層360的步驟以使其平坦化。然后，如圖 3B所示，移除毯覆式第二導(dǎo)電層360的一部分以形成第二導(dǎo)電層360，。第 二導(dǎo)電層360，包括相互隔離的第一電極360a及第二電極360b，其中第一電 極360a顯示以導(dǎo)電材料將溝槽230完全填滿。
圖4例示將第一實(shí)施例的光電二極管結(jié)構(gòu)2000切割后所產(chǎn)生多個(gè)光電 二極管元件400的其中之一的俯視圖。沿圖4的J-J，虛線的剖面即為圖2G 所示的結(jié)構(gòu)。如圖所示，第一導(dǎo)電層220為具有圖案的導(dǎo)電層，其形成如網(wǎng) 絡(luò)般的條狀結(jié)構(gòu)分布在半導(dǎo)體外延層210的表面，用以傳輸半導(dǎo)體外延層 210所產(chǎn)生的電流。圖中以虛線所示的圓圈代表第一導(dǎo)電層220底下的溝槽 230(即埋孔)。圖4顯示的多個(gè)溝槽230分別位于基板200，的背側(cè)的中心點(diǎn)及 周圍。圖5例示另一個(gè)光電二極管元件500，其第一導(dǎo)電層520同樣為有圖案的結(jié)構(gòu)。第一導(dǎo)電層520包括一第一部分520a，用以傳輸照光所產(chǎn)生的電 流；及一第二部分520b,用以集中第一部分520a的電流。圖5的溝槽530 分布在光電二極管元件500的角落，因?yàn)闊o打線的必要，所以第二部分520b 所占面積可相對縮小。應(yīng)注意本發(fā)明的溝槽(即埋孔)的位置可在基板背側(cè)的 任何位置，其可視需要為單一個(gè)或多個(gè)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利要 求；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包 括在所述的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一基板，該基板定義一前側(cè)及一背側(cè)；依序形成一外延層及一第一導(dǎo)電層于該基板的該前側(cè)；蝕刻該基板的該背側(cè)并穿透該外延層以形成一溝槽，該溝槽定義一側(cè)壁并露出該第一導(dǎo)電層；形成一絕緣層覆蓋該側(cè)壁，該絕緣層定義一開口以露出該第一導(dǎo)電層；形成一第二導(dǎo)電層于該基板的該背側(cè)，該第二導(dǎo)電層包括相互隔離的一第一電極及一第二電極，該第一電極覆蓋該絕緣層并填充該開口以連接該第一導(dǎo)電層。
2. 如權(quán)利要求1所述的光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該蝕刻該基 板的該背側(cè)的步驟之前與該依序形成該外延層及該第 一導(dǎo)電層的步驟之后， 還包括研磨該基板的該背側(cè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中在該研磨該 基板的該背側(cè)的步驟之后，該基板的厚度變成小于50|im。
4. 如權(quán)利要求1所述的光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該形成該絕 緣層覆蓋該側(cè)壁的步驟包括形成一共形絕緣層以覆蓋該第一導(dǎo)電層及該溝槽；及移除該共形絕緣層的 一部分以露出該第 一導(dǎo)電層并形成該開口 。
5. 如權(quán)利要求1所述的光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該形成該第 二導(dǎo)電層于該基板的該背側(cè)的步驟包括形成一共形第二導(dǎo)電層以覆蓋該基板的該背側(cè)、該絕緣層與該開口；及 移除該共形第二導(dǎo)電層的一部分以形成相互隔離的該第一電極及該第 二電極，其中該第二電極直接接觸該基板。
6. 如權(quán)利要求1所述的光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該第一電極 通過該絕緣層與該基板隔離。
7. 如權(quán)利要求1所述的光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該外延層包 括多個(gè)p-n結(jié)。
8. 如權(quán)利要求1所述的光電二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中在該形成該 第二導(dǎo)電層于該基板的該背側(cè)的步驟之后，還包括切割該基板以形成多個(gè)光電二極管元件。
9. 一種光電二極管結(jié)構(gòu)，包括 一基板，定義一前側(cè)及一背側(cè)；一外延層及一第一導(dǎo)電層，依序疊設(shè)于該基板的該前側(cè)；一溝槽，穿透該基板及該外延層，該溝槽定義一側(cè)壁并露出該第一導(dǎo)電層；一絕緣層，覆蓋該側(cè)壁，該絕緣層定義一開口露出該第一導(dǎo)電層；及 一第二導(dǎo)電層，設(shè)置于該基板的該背側(cè)，該第二導(dǎo)電層包括相互隔離的一第一電極及一第二電極，該第一電極覆蓋該絕緣層并填充該開口以連接該第一導(dǎo)電層。
10. 如權(quán)利要求9所述的光電二極管結(jié)構(gòu)，其中該基板的厚度小于50M m。
11. 如權(quán)利要求9所述的光電二極管結(jié)構(gòu)，其中該第二電極直接接觸該 基板。
12. 如權(quán)利要求9所述的光電二極管結(jié)構(gòu)，其中該第一電極通過該絕緣 層與該基板隔離。
13. 如權(quán)利要求9所述的光電二極管結(jié)構(gòu)，其中該溝槽位于該光電二極 管元件的一角落。
14. 如權(quán)利要求9所述的光電二極管結(jié)構(gòu)，其中該溝槽位于該光電二極 管元件的一中心位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法。本發(fā)明的方法為提供一基板，基板定義一前側(cè)及一背側(cè)；依序形成一外延層及一第一導(dǎo)電層于基板的前側(cè)；蝕刻基板的背側(cè)穿透外延層以形成一溝槽，溝槽定義一側(cè)壁并露出第一導(dǎo)電層；形成一絕緣層覆蓋側(cè)壁，絕緣層定義一開口以露出第一導(dǎo)電層；形成一第二導(dǎo)電層于基板的背側(cè)，第二導(dǎo)電層包括相互隔離的一第一電極及一第二電極，第一電極覆蓋絕緣層并填充開口以連接第一導(dǎo)電層。根據(jù)本發(fā)明，將向光側(cè)的接觸電極透過埋孔移到背光側(cè)，可減少向光側(cè)的導(dǎo)電層所占面積而增加向光側(cè)的可曝光面積。
文檔編號H01L31/18GK101640228SQ200810131129
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者劉臺徽, 吳展興 申請人:太聚能源股份有限公司