專利名稱：光電二極管裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電二極管的制造方法，特別是，關(guān)于一種可提高光電轉(zhuǎn)換效率、 提升工藝可靠度以及降低制作成本的光電二極管制造方法。
背景技術(shù)：
隨著能源短缺的問(wèn)題日益嚴(yán)重，節(jié)約能源及新能源的開(kāi)發(fā)，例如風(fēng)力、水力、太陽(yáng) 能等皆逐漸為人們所重視。太陽(yáng)能電池由于具有無(wú)污染、使用方便、壽命長(zhǎng)等等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今 已廣被使用于各項(xiàng)產(chǎn)品上。太陽(yáng)能電池為利用光伏特效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電二極 管，其一般是使用不用半導(dǎo)體材料所形成的P-N結(jié)來(lái)吸收太陽(yáng)光。圖IA及IB為制作已知光電二極管的流程剖面圖。參考圖1A，首先提供包含基板 110及外延層120的晶片100，接著在晶片100的底部形成第一導(dǎo)電層130，供后續(xù)電連接之 用。接著，使用第一掩模，以已知金屬沉積、光刻及蝕刻等工藝形成第一圖案化導(dǎo)電層140 于外延層120之上，其厚度約為5000 A。接著，參考圖1B，以第一圖案化導(dǎo)電層140為掩模，蝕刻外延層120以形成多個(gè)外 延結(jié)構(gòu)125。接著，使用第二掩模，以電鍍的方式形成第二圖案化導(dǎo)電層150于第一圖案化 導(dǎo)電層140之上，以增加整體導(dǎo)電層的厚度。一般來(lái)說(shuō)，第二圖案化導(dǎo)電層150的厚度約為 5ym0最后，可于晶片100之上覆蓋一層共形的抗反射層，并使用第三掩模圖案化此抗反射 層，以暴露出部分的第二圖案化導(dǎo)電層150共后續(xù)電連接之用。圖2Α及2Β為制作已知光電二極管的另一種方法的流程剖面圖。參考圖2Α，首先 提供包含基板210及外延層220的晶片200，接著在晶片200的底部形成第一導(dǎo)電層230，供 后續(xù)電連接之用。接著，使用第一掩模，形成圖案化光致抗蝕劑層240于外延層220之上。接著，以圖案化光致抗蝕劑層240為掩模，蝕刻外延層220以形成多個(gè)外延結(jié)構(gòu) 225，如圖2Β所示。接著，使用第二掩模，以蒸鍍的方式形成圖案化導(dǎo)電層250，其至少覆蓋 住多個(gè)外延結(jié)構(gòu)225，且厚度約為5 μ m。最后，可于晶片200之上覆蓋一層共形的抗反射層， 并使用第三掩模圖案化此抗反射層，以暴露出部分的第二圖案化導(dǎo)電層250共后續(xù)電連接 之用。需注意，在圖案化導(dǎo)電層250底部?jī)蓚?cè)附著有厚度為約1000 A至約3000 A、寬度為 約1 μ m至約2 μ m的足部結(jié)構(gòu)260。一般來(lái)說(shuō)，已知的蒸鍍、蝕刻等工藝將在金屬線邊緣不 可避免地產(chǎn)生足部結(jié)構(gòu)260。由于足部結(jié)構(gòu)260具有相當(dāng)高的電阻值，因此對(duì)金屬線的導(dǎo)電 性并無(wú)幫助。此外，足部結(jié)構(gòu)260將擋住部分的入射光線，進(jìn)而降低光電轉(zhuǎn)換效率，且可能 導(dǎo)致不必要的電子特性而對(duì)工藝可靠度有不利的影響。另一方面，上述兩種已知的方法均 需使用至少三道掩模，成本相對(duì)偏高。因此，有必要提供一種可更進(jìn)一步改善光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率、且可減低制 作成本的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于先前技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可提高光電轉(zhuǎn)換效率、提升工藝可靠度及降低制作成本的光電二極管制造方法。本發(fā)明的一方面在于提供一種光電二極管裝置的制造方法。本發(fā)明的方法包含 提供包含基板及外延層的晶片，其中基板包含第一表面及第二表面，且外延層形成于第一 表面上；形成第一導(dǎo)電層于基板的第二表面；形成圖案化導(dǎo)電層于外延層之上；以及以反 應(yīng)性離子蝕刻工藝并使用氬氣(Ar)及氦氣(He)做為蝕刻劑而蝕刻圖案化導(dǎo)電層，以去除 圖案化導(dǎo)電層底部?jī)蓚?cè)的足部結(jié)構(gòu)。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的方法在蝕刻圖案化導(dǎo)電層的步驟之后，更以圖案化導(dǎo)電 層為掩模而蝕刻外延層，以暴露基板的第一表面。此實(shí)施例相較于已知的工藝步驟可減少 一道掩模的使用。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的方法在形成圖案化導(dǎo)電層的步驟之前，先圖案化外延 層，以形成多個(gè)外延結(jié)構(gòu)，其中圖案化導(dǎo)電層覆蓋至少多個(gè)外延結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的其它方面，部分將在后續(xù)說(shuō)明中陳述，而部分可由說(shuō)明中輕易得知，或可 由本發(fā)明的實(shí)施而得知。本發(fā)明的各方面將可利用后附的權(quán)利要求中所特別指出的元件及 組合而理解并達(dá)成。需了解，先述的一般說(shuō)明及下列詳細(xì)說(shuō)明均僅作舉例之用，并非用以限 制本發(fā)明。


圖IA及IB為制作已知光電二極管的流程剖面圖2A及2B為制作已知光電二極管的另一種方法的流程剖面圖3A至圖3F為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，而繪示制造光電二極管的流程剖面圖；以及
圖4A至圖4E為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，而繪示制造光電二極管的流程剖面圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
100、200、300、400曰t±" 日日/T
110、210、310、410基板
120、220、320、420外延層
125、224、325、425外延結(jié)構(gòu)
130、230、330、430第一導(dǎo)電層
140第一圖案化導(dǎo)電層
150第二圖案化導(dǎo)電層
240、440圖案化光致抗蝕劑層
250,340,450圖案化導(dǎo)電層
260,350,460足部結(jié)構(gòu)
312,412第一表面
314,414第二表面
360抗反射層
470圖案化抗反射層
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明披露一種光電二極管的制造方法，可提高光電二極管的轉(zhuǎn)換效率，且可減少所需的掩模數(shù)量，進(jìn)而降低制作成本。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列 描述并配合圖3A至圖4E的圖示。然以下實(shí)施例中所述的裝置、元件及方法步驟，僅用以說(shuō) 明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)注意，為清楚呈現(xiàn)本發(fā)明，附圖中的各元件并非 按照實(shí)物的比例繪制，而且為避免模糊本發(fā)明的內(nèi)容，以下說(shuō)明亦省略已知的次要結(jié)構(gòu)、相 關(guān)材料及其相關(guān)處理技術(shù)。于本發(fā)明的方法中建立在基板上的各層物質(zhì)，可以經(jīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的 方法來(lái)執(zhí)行，例如沉積法(d印osition)，化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition), 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)) 或原子層沉積法(atomic layer deposition (ALD))等。圖3A至圖3F為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，而繪示制造光電二極管的流程剖面圖。參 考圖3A，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，提供晶片300，其包含基板310及形成于基板310的第一 表面312上的外延層320。基板310可為任何合適的半導(dǎo)體基板，例如硅基板、鍺基板、砷化 鎵基板等。外延層320為包含至少一 P-N結(jié)的多層結(jié)構(gòu)，其材料可為符合晶格匹配及能級(jí) 需求的各種半導(dǎo)體材料的組合。外延層320可例如使用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD) 等已知薄膜工藝而形成。此外，外延層320可還包含多個(gè)透明導(dǎo)電層分別介于各P-N結(jié)之 間，用以加強(qiáng)光電流的收集。一般來(lái)說(shuō)，外延層320所包含的多個(gè)P-N結(jié)是使用不同的半導(dǎo)體材料所制成，其具 有不同的能隙，用以吸收不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光。舉例來(lái)說(shuō)，外延層320可包含GaInP層、GaAs 層及GaInAs層。在一實(shí)施例中，越接近基板的P-N結(jié)具有越小的能隙，用以吸收波長(zhǎng)越長(zhǎng) 的太陽(yáng)光。利用多個(gè)具不同能隙的P-N結(jié)，可提高光波長(zhǎng)的吸收范圍，進(jìn)而提升光電轉(zhuǎn)換效率。接著，在基板310的第二表面314形成第一導(dǎo)電層330，其材料可為任何合適的導(dǎo) 電金屬，例如鈦、銀、鉬、金、錫、鎳、銅或其所構(gòu)成的合金等、或其它合適的導(dǎo)電材料。形成第 一導(dǎo)電層330的方法可例如為印刷或各種真空鍍膜技術(shù)。參考圖3B，形成圖案化導(dǎo)電層340于外延層320之上。圖案化導(dǎo)電層340的材料 可為各種合適的導(dǎo)電材料，如金屬或金屬合金，其厚度約為4 μ m至約6 μ m，然不在此限。圖 案化導(dǎo)電層340可使用已知的金屬沉積工藝(如蒸鍍)及蝕刻工藝而形成。舉例來(lái)說(shuō)，可 先于外延層320上形成圖案化光致抗蝕劑層(圖未示)，接著以蒸鍍的方式形成第二導(dǎo)電層 (圖未示)，最后再利用剝離(lift-off)工藝去除圖案化光致抗蝕劑層及位于圖案化光致 抗蝕劑層之上的部分第二導(dǎo)電層，而形成如圖3B所示的圖案化導(dǎo)電層340。圖案化導(dǎo)電層 340的兩側(cè)底部可能因?yàn)檎翦?、光刻或蝕刻工藝的限制而形成足部結(jié)構(gòu)(fOOting)350。一 般而言，足部結(jié)構(gòu)350的厚度為約1000 A至約3000 A，寬度為約Iym至約2μπι。接著，參考圖3C，使用例如反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)等干法蝕刻法對(duì)晶片300進(jìn)行 全面性的蝕刻，以去除足部結(jié)構(gòu)350。在本發(fā)明一實(shí)施例中，去除足部結(jié)構(gòu)350所使用的蝕 刻條件是在10-30mTorr的壓力、100_500Watt及300-600V的直流偏壓下，使用15_25sccm 流量的惰性氣體氬(Ar)及氦(He)對(duì)晶片300執(zhí)行RIE工藝。由于此蝕刻步驟可對(duì)整個(gè)晶 片300實(shí)施，因此不需使用任何掩模。然而，在本發(fā)明其它實(shí)施例中，亦可使用對(duì)惰性氣體 具有很低蝕刻率的材料(例如鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)或鉭(Ta)等)，先在圖案化 導(dǎo)電層340頂部形成保護(hù)層(圖未示)，再執(zhí)行RIE工藝以去除足部結(jié)構(gòu)350。
參考圖3D，以圖案化導(dǎo)電層340為掩模，蝕刻外延層320，以形成多個(gè)外延結(jié)構(gòu) 325，其蝕刻深度可到達(dá)基板310的第一表面312。蝕刻外延層320的方法可例如為已知的 濕蝕刻工藝，舉例來(lái)說(shuō)，可使用NH4OH溶液或是由H3P04、H2O2, H2O依特定比例混合所形成的 溶液作為蝕刻溶液。參考圖3E，共形地形成抗反射層360，以降低入射光反射的機(jī)會(huì)，提高光電轉(zhuǎn)換 之效率?？狗瓷鋵?60的材料可為折射率低于基板310的各種透明材料，例如二氧化硅 (SiO2)、氮化硅(Si3N4)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)或包含一種或多種上述材料所形 成的單層或雙層結(jié)構(gòu)，其厚度可依材料折射率的不同或應(yīng)用所需而調(diào)整?？狗瓷鋵?60的 形成方法可例如為已知的各種沉積技術(shù)，如蒸鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積等。接著，參考圖3F，使用已知曝光光刻工藝，移除部分的抗反射層360，以暴露出底 下的圖案化導(dǎo)電層340，作為后續(xù)電連接之用。將部分抗反射層360移除的步驟可例如為先 涂布光致抗蝕劑層(圖未示)于抗反射層360上，再利用曝光顯影等圖案轉(zhuǎn)移技術(shù)將光致 抗蝕劑層圖案化而定義出所欲暴露的圖案化導(dǎo)電層340的位置，再以此圖案化光致抗蝕劑 層作為掩模，蝕刻抗反射層360而得到如圖3F所示結(jié)構(gòu)。在圖3A至3F所示的實(shí)施例中，不但可去除對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率有不良影響的足部結(jié) 構(gòu)，且制造過(guò)程只需使用2道掩模，因此可有效地降低制作成本。圖4A至圖4E為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，而繪示制造光電二極管的流程剖面圖。參 考圖4A，在本發(fā)明一實(shí)施例中，提供晶片400，其包含基板410及形成于基板410的第一表 面412上的外延層420。基板410及外延層420的結(jié)構(gòu)及材料可參考前述說(shuō)明。接著，以例 如印刷或真空鍍膜技術(shù)等方法在基板410的第二表面414形成第一導(dǎo)電層430。接著，形成 圖案化光致抗蝕劑層440于外延層420上，以定義出所欲蝕刻的位置。圖案化光致抗蝕劑 層440的形成方法可例如為先全面性地涂布光致抗蝕劑層(圖未示)于外延層420上，再 利用曝光顯影等圖案轉(zhuǎn)移技術(shù)圖案化光致抗蝕劑層，而形成如圖4A所示的圖案化光致抗 蝕劑層440。參考圖4B，以圖案化光致抗蝕劑層440為掩模，蝕刻外延層420，以形成多個(gè)外延 結(jié)構(gòu)425。蝕刻外延層420的方法可參考前述相關(guān)說(shuō)明。接著，參考圖4C，移除圖案化光致 抗蝕劑層440后，形成圖案化導(dǎo)電層450以至少覆蓋多個(gè)外延結(jié)構(gòu)425。形成圖案化導(dǎo)電 層450的方法可包含以旋轉(zhuǎn)涂布、曝光及顯影等光刻技術(shù)形成圖案化光致抗蝕劑層(圖未 示)于基板410上，其中圖案化光致抗蝕劑層未覆蓋外延結(jié)構(gòu)425 ；以例如蒸鍍等已知的金 屬沉積工藝全面性地形成第二導(dǎo)電層(圖未示)以覆蓋圖案化光致抗蝕劑層及所有外延結(jié) 構(gòu)425 ；再以剝離(lift-off)工藝去除圖案化光致抗蝕劑層及位于圖案化光致抗蝕劑層之 上的部分第二導(dǎo)電層而得到圖4C中的圖案化導(dǎo)電層450。一般來(lái)說(shuō)，形成圖案化導(dǎo)電層450 時(shí)，其兩側(cè)底部可能會(huì)因?yàn)楣に嚨南拗贫鵁o(wú)法避免地形成厚度為約1000 A至約3000 A、寬 度為約1 μ m至約2 μ m的足部結(jié)構(gòu)460。圖案化導(dǎo)電層450的材料可為各種合適的導(dǎo)電材 料，厚度約為4 μ m至約6 μ m，然不在此限。接著，參考圖4D，使用例如反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)等干法蝕刻法對(duì)晶片400進(jìn)行 全面性的蝕刻，以去除足部結(jié)構(gòu)450。在本發(fā)明一實(shí)施例中，去除足部結(jié)構(gòu)450所使用的 RIE工藝是以惰性氣體氬(Ar)及氦(He)作為蝕刻劑，在流量15-25sCCm、壓力10-30mTorr、 100-500ffatt及300-600V的直流偏壓下對(duì)晶片400執(zhí)行。由于此蝕刻步驟可對(duì)整個(gè)晶片400實(shí)施，因此不需使用任何掩模。然而，在本發(fā)明其它實(shí)施例中，亦可使用對(duì)惰性氣體具有 很低蝕刻率的材料(例如鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)或鉭(Ta)等)，先在圖案化導(dǎo)電 層450頂部形成保護(hù)層(圖未示)，再執(zhí)行RIE工藝以去除足部結(jié)構(gòu)460。參考圖4E，形成圖案化抗反射層470于基板410之上，其暴露部分的圖案化導(dǎo)電 層450以作為后續(xù)電連接之用。圖案化反射層470的形成方法可例如包含以下步驟以已 知的沉積工藝全面性地形成共形抗反射層(圖未示)，其材料與其它細(xì)節(jié)可參考前述說(shuō)明； 接著，形成圖案化光致抗蝕劑層于共形抗反射層上，以定義出所欲暴露的圖案化導(dǎo)電層450 的位置；最后再以此圖案化光致抗蝕劑層為掩模，蝕刻共形抗反射層，而得到如圖4E所示 的圖案化抗反射層470。相較于已知的光電二極管裝置制造方法，本發(fā)明所提供的方法可在不增加(甚至 減少)工藝所需的掩模的數(shù)量下，去除圖案化導(dǎo)電層底部?jī)蓚?cè)的足部結(jié)構(gòu)，避免因?yàn)楫a(chǎn)生 遮光現(xiàn)象而降低光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也可提升工藝可靠度并減少制作成本。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)包含在本發(fā)明的專利保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光電二極管裝置的制造方法，包含提供晶片，包含基板及外延層，其中該基板包含第一表面及第二表面，且該外延層形成于該第一表面上；形成第一導(dǎo)電層于該基板的該第二表面；形成圖案化導(dǎo)電層于該外延層上；以及以反應(yīng)性離子蝕刻工藝并使用氬氣及氦氣做為蝕刻劑而蝕刻該圖案化導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該反應(yīng)性離子蝕刻工藝是在10至30mTorr的壓 力范圍下實(shí)施。
3.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其中該反應(yīng)性離子蝕刻工藝是使用流量在15至 25sccm的氬氣及氦氣。
4.如權(quán)利要求3所述的制造方法，其中該反應(yīng)性離子蝕刻工藝是在功率為100至500 瓦特、直流偏壓為300至600伏特下進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在蝕刻該圖案化導(dǎo)電層的步驟之后，還包含 以該圖案化導(dǎo)電層為掩模，蝕刻該外延層，以暴露該基板的該第一表面。
6.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在形成該圖案化導(dǎo)電層的步驟之前，還包含 圖案化該外延層，以形成多個(gè)外延結(jié)構(gòu)，其中該圖案化導(dǎo)電層覆蓋該多個(gè)外延結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的制造方法，還包含 共形地形成抗反射層于該圖案化導(dǎo)電層之上；以及 圖案化該抗反射層，以暴露出部分的該圖案化導(dǎo)電層。
8.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該外延層包含多個(gè)P-N結(jié)以及分別介于該多個(gè) P-N結(jié)之間的多個(gè)透明導(dǎo)電層。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中該多個(gè)P-N結(jié)分別具有不同的能級(jí)，且越接近該 基板的P-N結(jié)具有越小的能級(jí)。
10.如權(quán)利要求9所述的制造方法，其中該多個(gè)P-N結(jié)包含GaInP層、GaAs層及GaInAs層。
11.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該基板選自硅基板、鍺基板或砷化鎵基板，且 其中該抗反射層材料包含二氧化硅、氮化硅、二氧化鈦或氧化鋁。
12.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該形成該圖案化導(dǎo)電層的步驟包含 形成圖案化光致抗蝕劑層于該外延層之上；沉積第二導(dǎo)電層于該圖案化光致抗蝕劑層之上；以及使用剝離工藝去除該圖案化光致抗蝕劑層及位于該圖案化光致抗蝕劑層之上的部分 該第二導(dǎo)電層，以形成該圖案化導(dǎo)電層，其中該圖案化導(dǎo)電層的厚度為約4μπι至約6μπι。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電二極管裝置的制造方法。本發(fā)明的方法包含提供包含基板及外延層的晶片，其中基板包含第一表面及第二表面，且外延層形成于第一表面上；形成第一導(dǎo)電層于基板的第二表面；形成圖案化導(dǎo)電層于外延層之上；以及以反應(yīng)性離子蝕刻工藝并使用氬氣及氦氣做為蝕刻劑而蝕刻圖案化導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101969081SQ200910164700
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者吳善華, 吳展興, 涂永義 申請(qǐng)人:太聚能源股份有限公司