技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，尤其涉及一種可與現(xiàn)有互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)制程相容的光二極管陣列(photodiode array)及其制造方法。

背景技術(shù)：

互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測(cè)元件(CMOS image sensor,CIS)與互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體邏輯元件的制程相容，因此很容易與其他周邊電路整合在同一晶片上，而且能夠大幅降低影像感測(cè)元件的成本以及消耗功率。近年來，CMOS影像感測(cè)元件已廣泛地應(yīng)用于影像上，如預(yù)警、監(jiān)視系統(tǒng)、工業(yè)視覺及生化檢測(cè)等，進(jìn)而使得CMOS影像感測(cè)元件的重要性與日俱增。然而，已知CMOS影像感測(cè)元件在應(yīng)用上普遍受到光學(xué)式分光特性的限制，導(dǎo)致其無法廣泛使用于高感光應(yīng)用。

美國專利US 6727521揭示一種垂直濾光傳感器(vertical color filter pixel sensor)的做法，主要應(yīng)用于影像傳感器。如此篇專利的圖1及圖3所示，多接面結(jié)構(gòu)可分別收集藍(lán)光、綠光、紅光等三波段的光子(photons)，但事實(shí)上此結(jié)構(gòu)的制程復(fù)雜且需要額外的兩道硅磊晶制程以及多道的離子布植(ion implation)步驟。在此篇專利的圖3中，第一道磊晶制程(66)形成于紅光與綠光二極管的界面，第二道磊晶制程(72)則形成于綠光與藍(lán)光二極管的界面，其中上述兩個(gè)二極管之間并沒有隔離，因而會(huì)有降低空間解析度(spatial resolution)的疑慮，且進(jìn)行兩道磊晶制程也額外增加了制程上的生產(chǎn)成本。

在US 7470946的圖2B中，標(biāo)號(hào)202為藍(lán)光感測(cè)區(qū)、標(biāo)號(hào)204為綠光感測(cè)區(qū)、標(biāo)號(hào)206為紅光感測(cè)區(qū)。此專利必須應(yīng)用到以目前而言復(fù)雜且尚未成熟的SOI(silicon on insulator)技術(shù)以致量產(chǎn)良率不高。

美國專利US 6841816說明一種于硅基版上制作垂直濾光傳感器(vertical color filter sensor)的方法。此篇專利的圖12顯示單一傳感器的截面示意圖，在傳感器之間使用二氧化硅的目的是為了隔離鄰近的傳感器的載子擴(kuò)散，以防止干擾(cross-talk)產(chǎn)生。另外，此篇專利所提出的接面的砷離子布植為1200keV且深度為1μm，其并非一般半導(dǎo)體廠的常用制程條件，加上形成多層二氧化硅絕緣層，因此導(dǎo)致整體制程較復(fù)雜。另外，磊晶層的界面介于多接面光偶合二極管之間，導(dǎo)致暗電流增加與量子效率的下降。

美國專利US 7651883揭示了利用U形井區(qū)(U-shape well)的多接面結(jié)構(gòu)圍繞于每一個(gè)光二極管的外圍，其目的是為了要防止光二極管的載子擴(kuò)散到鄰近的光二極管而降低空間解析度，其中光二極管的制程是直接制作于n型硅基板上，并且宣稱不需要磊晶層。此篇專利所使用的U形井區(qū)雖可解決US 6960757因沒有外圍隔離所造成的空間解析度問題，但是此篇專利卻揭示了多接面結(jié)構(gòu)的各層形成方式是采用高能量的離子布植制程。而且，此篇專利使用的n型基板無法與一般半導(dǎo)體廠使用的現(xiàn)有CMOS邏輯制程相容，因此并不適用于一般半導(dǎo)體廠制造。此外，此篇專利強(qiáng)調(diào)于基板上不需磊晶層就可直接制作所需的接面結(jié)構(gòu)于基板上，雖然目的在于減少制程步驟，但是卻容易因未隔絕基板上的缺陷(defect)且使后續(xù)接面結(jié)構(gòu)的平坦度變差，而造成漏電流(leakage current)發(fā)生的機(jī)率變得極高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件，其為具有多接面(multi-junction)結(jié)構(gòu)的光二極管。

本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，可以相容整合于現(xiàn)有的CMOS邏輯制程。

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件，其包括具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一井區(qū)、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二井區(qū)、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第三井區(qū)以及具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一摻雜區(qū)。磊晶層配置于基材上。深井區(qū)配置于磊晶層中。第一井區(qū)配置于深井區(qū)中，其三個(gè)邊與磊晶層相接。第二井區(qū)配置于第一井區(qū)中。第三井區(qū)配置于第二井區(qū)中，其三個(gè)邊與磊晶層相接。第一摻雜區(qū)配置于第三井區(qū)中。

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件，其包括具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一層區(qū)及第二層區(qū)、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的至少一第三層區(qū)以及具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第四層區(qū)、具選擇性制作的第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一摻雜區(qū)。磊晶層配置于基材上。深井區(qū)配置于磊晶層中。第一層區(qū)及第二層區(qū)配置于深井區(qū)中且其三個(gè)邊與磊晶層相接，其中第二層區(qū)位于第一層區(qū)上方且互不相連。第三層區(qū)配置于深井區(qū)中，其中第三層區(qū)位于第一層區(qū)上方，以將第一層區(qū)連接至磊晶層上表面。第四層區(qū)配置于深井區(qū)中，其中第四層區(qū)位于第二層區(qū)上方，以將第二層接至磊晶層上表面。最上方可選擇性的制作第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一摻雜區(qū)。

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件，其包括具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一層區(qū)、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的至少一第二層區(qū)、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一井區(qū)以及具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一摻雜區(qū)。磊晶層配置于基材上。深井區(qū)配置于磊晶層中。第一層區(qū)配置于深井區(qū)中，且三邊與磊晶層相接。第二層區(qū)配置于深井區(qū)中，其中第二層區(qū)位于第一層區(qū)上方，以將第一層區(qū)連接至磊晶層上表面。第一井區(qū)配置于深井區(qū)中，其三個(gè)邊與磊晶層相接，其中第一井區(qū)位于第一層區(qū)上方且互不相連。第一摻雜區(qū)配置于第一井區(qū)中。

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其包括下列步驟。提供具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材，于基材上形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層。于磊晶層中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)。于深井區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一井區(qū)，且三邊與磊晶層相接。于第一井區(qū)中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二井區(qū)。于第二井區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第三井區(qū)，且三邊與磊晶層相接。于第三井區(qū)中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一摻雜區(qū)。

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其包括下列步驟。提供具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材，于基材上形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層。于磊晶層中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)。于深井區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一層區(qū)及第二層區(qū)，其中第二層區(qū)形成于第一層區(qū)上方且互不相連，且第一層區(qū)與第二層區(qū)其三邊與磊晶層相接。于深井區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的至少一第三層區(qū)，其中第三層區(qū)形成于第一層區(qū)上方，以將第一層區(qū)連接至磊晶層上表面。于深井區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第四層區(qū)，其中第四層區(qū)形成于第二層區(qū)上方，以將第二層區(qū)連接至磊晶層上表面。最上方可選擇性的制作第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一摻雜區(qū)。

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其包括下列步驟。提供具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材，于基材上形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層。于磊晶層中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)。于深井區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一層區(qū)，其中三個(gè)邊與磊晶層相接。第一層區(qū)的上方可制作一層或多層第一導(dǎo)電型層區(qū)，以將第一層區(qū)連接至磊晶層上表面。于深井區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一井區(qū)，其三個(gè)邊與磊晶層相接，其中第一井區(qū)形成于第一層區(qū)上方，第一井區(qū)內(nèi)具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一摻雜區(qū)。

基于上述，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件通過在磊晶層中配置井區(qū)及摻雜區(qū)，而形成具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，因此具備具有低噪聲、高感度及多波長(zhǎng)感測(cè)能力。而且，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法可以利用現(xiàn)有的CMOS邏輯制程來形成上述具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，因此制程簡(jiǎn)單且可相容于現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1A是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的上視示意圖；

圖1B是沿著圖1A中I-I’線段的剖面示意圖；

圖2是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的剖面示意圖；

圖3是依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的剖面示意圖；

圖4A至圖4C是依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的制造流程示意圖；

圖5A至圖5C是依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的制造流程示意圖；

圖6A至圖6C是依照本發(fā)明的第六實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的制造流程示意圖；

圖7是依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造步驟流程圖；

圖8是依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造步驟流程圖；

圖9是依照本發(fā)明的第六實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的半導(dǎo)體元件例如是光二極管(photodiode)，其具有多接面結(jié)構(gòu)(multi-junction)，且復(fù)數(shù)個(gè)多接面二極管結(jié)構(gòu)于基材上形成陣列。具體而言，以特有的堆迭結(jié)構(gòu)、接面結(jié)構(gòu)的深度設(shè)計(jì)以及調(diào)整各層接面的摻雜濃度來形成具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，因而使其至少具備以下三項(xiàng)特點(diǎn)：(1)多波長(zhǎng)分辨能力、(2)高感測(cè)能力、(3)低噪聲(如低暗電流、低噪聲)。此外，將本發(fā)明所提出的光二極管應(yīng)用至CMOS影像感測(cè)元件中，多接面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠用于分辨多種波長(zhǎng)的光，可有助于已知CMOS影像感測(cè)元件的感測(cè)波長(zhǎng)分工、低暗電流及高感光特性的提升，進(jìn)而能夠?qū)⒋烁哽`敏度的感測(cè)元件廣泛應(yīng)用于多種檢測(cè)，如應(yīng)用于分子檢測(cè)與鑒別。

接下來，進(jìn)一步以剖面圖的方式來說明本發(fā)明的實(shí)施例。須注意的是，下述實(shí)施例是以p型來表示第一導(dǎo)電型且以n型來表示第二導(dǎo)電型為例來進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不以此為限。熟悉此技藝者應(yīng)了解，本發(fā)明亦可以將第一導(dǎo)電型置換成n型且將第二導(dǎo)電型置換成p型，以構(gòu)成本發(fā)明的半導(dǎo)體元件。

第一實(shí)施例

圖1A是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的上視示意圖。圖1B是沿著圖1A中I-I’線段的剖面示意圖。為簡(jiǎn)化圖式以清楚說明，在圖1A中主要是繪制構(gòu)成光二極管的構(gòu)件布局，因而省略了部分構(gòu)件。

請(qǐng)參照?qǐng)D1A及圖1B，半導(dǎo)體元件100例如是具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，而用以感測(cè)多波長(zhǎng)的光。半導(dǎo)體元件100包括具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材102、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層104、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)106、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)108、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)110、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)112以及具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)114。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材102例如是p+型基材(p+sub)，其可為硅基材或其他半導(dǎo)體基材。在第一實(shí)施例中，p+型基材102中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁹atoms/cm³至1×10²¹atoms/cm³。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層104配置于基材102上，其例如是p-型輕摻雜的磊晶硅層(epi p-)。在第一實(shí)施例中，p-型磊晶層104中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁵atoms/cm³至5×10¹⁶atoms/cm³。此外，成長(zhǎng)于基材102上的磊晶層104厚度例如是約為4μm至7μm。

具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)106配置于磊晶層104中，其例如是n型深井區(qū)。在第一實(shí)施例中，n型深井區(qū)106中所植入的摻質(zhì)為磷，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁶atoms/cm³至1×10¹⁷atoms/cm³。此外，深井區(qū)106的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為3μm至4.5μm處。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)108配置于深井區(qū)106中，其例如是p型井區(qū)。在第一實(shí)施例中，p型井區(qū)108中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)108的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為2.5μm至3.2μm處，其三邊與磊晶層相接。

具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)110配置于井區(qū)108中，其例如是n型井區(qū)。在第一實(shí)施例中，n型井區(qū)110中所植入的摻質(zhì)為磷，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁶atoms/cm³至1×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)110的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為1.8μm至2.3μm處。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)112配置于井區(qū)110中，其三邊與磊晶層相接，其例如是p型井區(qū)。在第一實(shí)施例中，p型井區(qū)112中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)112的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為1.2μm至1.7μm處。

具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)114配置于井區(qū)112中，其例如是n型摻雜區(qū)。在第一實(shí)施例中，n型摻雜區(qū)114中所植入的摻質(zhì)為磷，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁶atoms/cm³至1×10¹⁷atoms/cm³。此外，摻雜區(qū)114的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為0.5μm至0.8μm處。

在第一實(shí)施例中，如圖1A及圖1B所示，就3D而言，井區(qū)108的三邊例如是與磊晶層104相接，而深井區(qū)106則形成類似L型結(jié)構(gòu)；井區(qū)112的三邊例如是與磊晶層104相接，而井區(qū)110則形成類似L型結(jié)構(gòu)。上述深井區(qū)106及井區(qū)110所構(gòu)成的L型區(qū)域的垂直面并不局限于固定面向。由于在磊晶層104、深井區(qū)106、井區(qū)108、井區(qū)110、井區(qū)112及摻雜區(qū)114之間會(huì)形成多個(gè)p-n接面，因而構(gòu)成具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，用以接受光源并將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

在此說明的是，不同波長(zhǎng)的光在硅基材內(nèi)會(huì)有其對(duì)應(yīng)的穿透深度(penetration depth)，例如光波長(zhǎng)為500nm時(shí)其對(duì)應(yīng)的穿透深度為0.91μm，而光波長(zhǎng)為600nm時(shí)其對(duì)應(yīng)的穿透深度為2.42μm，光波長(zhǎng)為700nm時(shí)其對(duì)應(yīng)的穿透深度為5.26μm。因此，在磊晶層硅中以一般所使用的CMOS邏輯制程來制作的多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，可依據(jù)硅本身的光吸收特性并結(jié)合后端電路的設(shè)計(jì)與處理達(dá)到多波長(zhǎng)感測(cè)的效果。

具體而言，在半導(dǎo)體元件100中，被井區(qū)112所包圍的摻雜區(qū)114作為第一光二極管，被磊晶層104、井區(qū)108及井區(qū)112與所圍成的L型110區(qū)域，可作為第二光二極管，被磊晶層104、井區(qū)108所圍成的L型深井區(qū)106可作為第三光二極管。如此一來，即可以利用摻雜區(qū)114、井區(qū)112、井區(qū)110、井區(qū)108、深井區(qū)106與磊晶層104所構(gòu)成的具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管而分別感測(cè)約450nm至550nm的短波長(zhǎng)、約550nm至650nm的中波長(zhǎng)、約650nm至800nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，進(jìn)而改善傳統(tǒng)光學(xué)式波長(zhǎng)分工的光感測(cè)元件的感光特性。

為了增加光二極管的導(dǎo)電性，還可進(jìn)一步在具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)110中配置相同導(dǎo)電型態(tài)的井區(qū)116，且在具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)106配置相同導(dǎo)電型態(tài)的井區(qū)118。具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)116例如是n型井區(qū)，且井區(qū)116中的摻質(zhì)濃度高于井區(qū)110中的摻質(zhì)濃度，以作為井區(qū)110的外接端。在第一實(shí)施例中，n型井區(qū)116中所植入的摻質(zhì)為磷，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至5×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)116的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為0.5μm至1.5μm處。

具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)118例如是n型井區(qū)，且井區(qū)118中的摻質(zhì)濃度高于深井區(qū)106中的摻質(zhì)濃度，以作為深井區(qū)106的外接端。在第一實(shí)施例中，n型井區(qū)118中所植入的摻質(zhì)為磷，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至5×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)118的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為1.5μm至2.5μm處。

此外，在第一實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件100還可選擇性地設(shè)置具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)120作為參考電壓、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)122以及具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)124。井區(qū)120及井區(qū)122例如是以對(duì)應(yīng)深井區(qū)106的外緣的方式而配置于磊晶層104中，而摻雜區(qū)124例如是位于深井區(qū)106的頂部中。

具體而言，具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)120例如是p型井區(qū)。井區(qū)120例如是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式環(huán)繞在深井區(qū)106的外圍四周，且不與深井區(qū)106相互接觸。在第一實(shí)施例中，p型井區(qū)120中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁷atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)120的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為1.0μm至2.0μm處。

有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)122例如是n型井區(qū)。井區(qū)122則例如是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式環(huán)繞在井區(qū)120的外圍四周，且不與井區(qū)120相互接觸。在第一實(shí)施例中，n型井區(qū)122中所植入的摻質(zhì)為磷，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁷atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)120的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為2μm至4μm處。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)124例如是p型摻雜區(qū)(p+)。摻雜區(qū)124例如是位于環(huán)狀井區(qū)120所定義的范圍內(nèi)且橫跨整個(gè)深井區(qū)106區(qū)域，而設(shè)置于深井區(qū)106、井區(qū)108、井區(qū)110、井區(qū)112、摻雜區(qū)114、井區(qū)116及井區(qū)118的上方。在第一實(shí)施例中，p型摻雜區(qū)124中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁸atoms/cm³至1×10²¹atoms/cm³。此外，摻雜區(qū)124的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為0.2μm至0.5μm處。

值得一提的是，由于在深井區(qū)106的最外圍配置有摻雜濃度相對(duì)較高的井區(qū)120、井區(qū)122及摻雜區(qū)124，以環(huán)繞在光二極管的周圍，因此井區(qū)120及井區(qū)122可避免外部電路的噪聲影響，也可避免受鄰近光二極管的干擾(cross-talk)并降低光二極管內(nèi)部的暗電流，且摻雜區(qū)124則能夠避免載子擴(kuò)散至外圍并可隔絕因制程所造成的表面缺陷進(jìn)而降低暗電流。據(jù)此，通過井區(qū)120、井區(qū)122及摻雜區(qū)124的設(shè)計(jì)可以防止噪聲傳遞泄漏到周圍的其他元件，并有效地阻隔漏電流路徑而減少暗電流的產(chǎn)生，進(jìn)而提升元件效能。

在第一實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件100還包括多個(gè)接觸窗126，分別配置于摻雜區(qū)114、井區(qū)116、井區(qū)118、井區(qū)120以及井區(qū)122上，用以與外部電路電性連接。接觸窗126的材料例如是金屬、重?fù)诫s區(qū)或其他合適的導(dǎo)體材料。在一實(shí)施例中，當(dāng)半導(dǎo)體元件100配置有橫跨整個(gè)深井區(qū)106區(qū)域的摻雜區(qū)124時(shí)，摻雜區(qū)124則包括多個(gè)開口124a，位于摻雜區(qū)114、井區(qū)116、井區(qū)118上方，以利接觸窗126的形成。

第二實(shí)施例

圖2是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。在圖2中，與圖1B相同的構(gòu)件則使用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說明。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，半導(dǎo)體元件200例如是具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，而用以感測(cè)多波長(zhǎng)的光。組成圖2所示的半導(dǎo)體元件200的主要構(gòu)件與組成圖1A及圖1B所示的半導(dǎo)體元件100的主要構(gòu)件大致相似，然而兩者之間的差異主要是在于具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管的組成。詳言之，半導(dǎo)體元件200包括具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材102、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層104、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)106、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)202、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)204、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)206、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)208以及具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)210。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)202配置于深井區(qū)106中，其例如是p型層區(qū)。在第一實(shí)施例中，p型層區(qū)202中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，層區(qū)202的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面下約1.8μm至2.3μm的深度延伸至約2.5μm至3.2μm的深度。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)204配置于深井區(qū)106中，其例如是p型層區(qū)。層區(qū)204位于層區(qū)202的上方，且層區(qū)204與層區(qū)202例如是互不相連。在第二實(shí)施例中，p型層區(qū)204中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，層區(qū)204的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面下約0.5μm至0.8μm的深度延伸至約1.2μm至1.7μm的深度。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)206及層區(qū)208配置于深井區(qū)106中，其例如是p型層區(qū)。層區(qū)206及層區(qū)208位于層區(qū)202上方，且層區(qū)206位于層區(qū)208與層區(qū)202之間。層區(qū)208、層區(qū)206與層區(qū)202例如是互相連接，使得層區(qū)208及層區(qū)206形成一垂直結(jié)構(gòu)將層區(qū)202連接至磊晶層104上表面。在第二實(shí)施例中，p型層區(qū)206及層區(qū)208中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，層區(qū)206的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面下約1.2μm至1.7μm的深度延伸至約1.8μm至2.3μm的深度，層區(qū)208的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為1.2μm至1.7μm處。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)210配置于深井區(qū)106中，其例如是p型層區(qū)。層區(qū)210位于層區(qū)204的上方并與層區(qū)204互相連接，使得層區(qū)204能夠通過層區(qū)210連接至磊晶層104上表面。而且，層區(qū)210與層區(qū)208、206例如是互不相連。在第二實(shí)施例中，p型摻雜區(qū)210中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，層區(qū)210的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為1.0μm至2.0μm處，此范圍可做調(diào)整以達(dá)到最佳化。

在第二實(shí)施例中，就3D而言，層區(qū)202的三邊例如是與磊晶層104相接，且層區(qū)204的三邊例如是與磊晶層104相接。另外，層區(qū)206、208與層區(qū)210不一定位于同一側(cè)，只要能夠形成三個(gè)光偶合二極管并分別使其連接至磊晶層104上表面即可，本發(fā)明于此不作特別的限定。

如圖2所示，在深井區(qū)106中配置層區(qū)202、層區(qū)204、層區(qū)206、層區(qū)208及層區(qū)210或摻雜區(qū)211，以將深井區(qū)106分隔成多個(gè)區(qū)域。因此在這些區(qū)域內(nèi)會(huì)具有多個(gè)p-n接面，而構(gòu)成具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管。具體而言，在半導(dǎo)體元件200中，被磊晶層104、層區(qū)204及層區(qū)210所圍成的深井區(qū)106或摻雜區(qū)211區(qū)域可作為第一光二極管，被層區(qū)202、層區(qū)204、層區(qū)206、層區(qū)208、層區(qū)210及磊晶層104所圍成的L型深井區(qū)106區(qū)域可作為第二光二極管，被磊晶層104、層區(qū)202、層區(qū)206、層區(qū)208所圍成的L型深井區(qū)106區(qū)域可作為第三光二極管。如此一來，利用此具有多接面的光二極管能夠分別感測(cè)到具有不同波長(zhǎng)的光，進(jìn)而達(dá)到低暗電流及波長(zhǎng)分工的效果。

此外，為了增加光二極管的導(dǎo)電性，還可選擇性地在具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)106配置相同導(dǎo)電型態(tài)井區(qū)212以及井區(qū)214，井區(qū)212以及井區(qū)214中的摻質(zhì)濃度高于深井區(qū)106中的摻質(zhì)濃度，以分別作為深井區(qū)106的外接端。摻雜區(qū)211例如是n型摻雜區(qū)，其配置于層區(qū)204上方的深井區(qū)106中，亦即位于由層區(qū)204及層區(qū)210所定義出的范圍內(nèi)。井區(qū)212例如是n型井區(qū)，其配置于層區(qū)202上方的深井區(qū)106中，且位于層區(qū)208及層區(qū)210之間。井區(qū)214例如是n型井區(qū)，其配置于由層區(qū)202、206、208及磊晶層104所定義范圍內(nèi)的深井區(qū)106中，且位于層區(qū)208及井區(qū)120之間。在此說明的是，摻雜區(qū)211的摻雜離子、摻雜濃度及涵蓋范圍例如是相似或相同于第一實(shí)施例中所述的摻雜區(qū)114，且井區(qū)212的摻雜離子、摻雜濃度及涵蓋范圍例如是相似或相同于第一實(shí)施例中所述的井區(qū)116，井區(qū)214的摻雜離子、摻雜濃度及涵蓋范圍例如是相似或相同于第一實(shí)施例中所述的井區(qū)118。

在第二實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件200還可選擇性地設(shè)置具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)120、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)122以及具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)124，用以阻隔漏電流路徑且減少暗電流的產(chǎn)生，進(jìn)而提升元件效能。此外，半導(dǎo)體元件200還包括多個(gè)接觸窗126，分別配置于位于層區(qū)204上方的深井區(qū)106(或摻雜區(qū)211)、井區(qū)212、井區(qū)214、井區(qū)120以及井區(qū)122上，用以與外部電路電性連接。當(dāng)然，于此領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可依前述實(shí)施例知其應(yīng)用及變化，故于此不再贅述。

第三實(shí)施例

圖3是依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。在圖3中，與圖2相同的構(gòu)件則使用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說明。

請(qǐng)參照?qǐng)D3，半導(dǎo)體元件300例如是具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，而用以感測(cè)多波長(zhǎng)的光。組成圖3所示的半導(dǎo)體元件300的主要構(gòu)件與組成圖2所示的半導(dǎo)體元件200的主要構(gòu)件大致相似，然而兩者之間的差異主要是在于具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管的組成。詳言之，半導(dǎo)體元件300包括具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材102、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層104、具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)106、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)202、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)206、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)208、具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)302以及具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)304。

具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)302配置于深井區(qū)106中，其例如是p型井區(qū)。井區(qū)302位于層區(qū)202的上方，且井區(qū)302與層區(qū)202、206、208例如是互不相連。在第三實(shí)施例中，p型井區(qū)302中所植入的摻質(zhì)為硼，且其摻雜濃度例如是約5×10¹⁶atoms/cm³至8×10¹⁷atoms/cm³。此外，井區(qū)302的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為1.2μm至1.7μm處。

具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)304配置于井區(qū)302中，其例如是n型摻雜區(qū)。在第三實(shí)施例中，n型摻雜區(qū)304中所植入的摻質(zhì)為磷，且其摻雜濃度例如是約1×10¹⁶atoms/cm³至1×10¹⁷atoms/cm³。此外，摻雜區(qū)304的涵蓋范圍是自磊晶層104上表面向下延伸至深度約為0.5μm至0.8μm處。

在第三實(shí)施例中，就3D而言，層區(qū)202的三邊例如是與磊晶層104相接，且井區(qū)302的三邊例如是與磊晶層104相接。如圖3所示，在深井區(qū)106中配置層區(qū)202、層區(qū)206、層區(qū)208、井區(qū)302及摻雜區(qū)304，因此在這些區(qū)域之間會(huì)具有多個(gè)p-n接面，而構(gòu)成具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管。具體而言，在半導(dǎo)體元件300中，被井區(qū)302所圍成的摻雜區(qū)304區(qū)域可作為第一光二極管，被層區(qū)202、層區(qū)206、層區(qū)208、井區(qū)302與磊晶層104所圍成的L型的深井區(qū)106可作為第二光二極管，被磊晶層104、層區(qū)202、層區(qū)206、層區(qū)208所圍成的L型深井區(qū)106可作為第三光二極管。如此一來，利用此具有多接面的光二極管能夠分別感測(cè)到具有不同波長(zhǎng)的光，進(jìn)而達(dá)到低暗電流及波長(zhǎng)分工的效果。

此外，半導(dǎo)體元件300還包括多個(gè)接觸窗126，分別配置于位于摻雜區(qū)304、井區(qū)212、井區(qū)214、井區(qū)120以及井區(qū)122上，用以與外部電路電性連接，于此領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可依前述實(shí)施例知其應(yīng)用及變化，故于此不再贅述。

特別說明的是，在第一至第三實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件100、200、300為具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，因此可用以感測(cè)多波長(zhǎng)的光而能夠廣泛應(yīng)用于多種檢測(cè)。舉例而言，依據(jù)單一分子基因定序的生化規(guī)格，感測(cè)元件必須具備能夠于有效的積分時(shí)間內(nèi)(≤33ms)檢測(cè)到小于300個(gè)光子的高靈敏度能力，才可以應(yīng)用于單分子的基因定序。而整個(gè)CMOS影像感測(cè)元件的基礎(chǔ)主要是在于底層的光二極管，因此具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管必須具備低暗電流、低光量檢測(cè)(即高靈敏度)的特性。而本發(fā)明所提出的半導(dǎo)體元件以多接面結(jié)構(gòu)所形成的光二極管即可達(dá)到上述要求，因此本發(fā)明的半導(dǎo)體元件能夠利用感測(cè)波長(zhǎng)分工進(jìn)而達(dá)到生化反應(yīng)的單分子熒光檢測(cè)的功效。然而，本發(fā)明并不局限于特定領(lǐng)域的應(yīng)用。

接下來將分別說明形成圖1B、圖2及圖3所示的半導(dǎo)體元件100、200、300的制造方法。須注意的是，以下所述的制造流程主要是為了詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可相容整合于現(xiàn)有的CMOS邏輯制程，以使熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者能夠據(jù)以實(shí)施，但并非用以限定本發(fā)明的范圍。而且，半導(dǎo)體元件的制造方法并不限于以下所述的流程順序，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可依所知的技術(shù)及其需求對(duì)制程順序進(jìn)行調(diào)整，而不限于下述實(shí)施例所述。

第四實(shí)施例

圖4A至圖4C是依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的制造流程示意圖。在圖4A至圖4C中，和圖1B相同的構(gòu)件則使用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說明。圖7是依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造步驟流程圖。

請(qǐng)參照?qǐng)D4A與圖7，步驟S702，提供具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的基材102，例如是p+型硅基材或其他半導(dǎo)體基材。步驟S704，在基材102上形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的磊晶層104，其例如是p-型輕摻雜的磊晶硅層。磊晶層104的形成方法可以采用磊晶制程而在基材102表面上成長(zhǎng)出磊晶硅薄膜。步驟S706，在磊晶層104中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的深井區(qū)106，其例如是n型深井區(qū)。在第四實(shí)施例中，在磊晶層104中形成深井區(qū)106可以利用一道或多道的離子布植方式而制作，且所使用的能量例如是約為1600keV至2200keV。

請(qǐng)參照?qǐng)D4B與圖7，步驟S708，于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)108，其例如是p型井區(qū)。在第四實(shí)施例中，可以利用一道或多道的離子布植方式而在深井區(qū)106中植入硼離子而制作井區(qū)108，且所使用的能量例如是約為1050keV至1600keV。步驟S710，于井區(qū)108中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)110，其例如是n型井區(qū)。在第四實(shí)施例中，可以利用一道或多道的離子布植方式而在井區(qū)108中植入磷離子而制作井區(qū)110，且所使用的能量例如是約為1700keV至2000keV。

步驟S712，于井區(qū)110中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)112，其例如是p型井區(qū)。在第四實(shí)施例中，可以利用一道或多道的離子布植方式而在井區(qū)110中植入硼離子而制作井區(qū)112，且所使用的能量例如是約為300keV至550keV。步驟S714，于井區(qū)112中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)114，其例如是n型摻雜區(qū)。在第四實(shí)施例中，形成摻雜區(qū)114的方法可采用離子布植而在井區(qū)112的上部植入磷離子，且所使用的能量例如是約為200keV至500keV。

請(qǐng)參照?qǐng)D4C與圖7，選擇性地于井區(qū)110中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)116(步驟S716)，且選擇性地于深井區(qū)106形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)118(步驟S718)。井區(qū)116及井區(qū)118例如是摻質(zhì)濃度較高的n型井區(qū)，以分別作為井區(qū)110及井區(qū)106的外接端。在第四實(shí)施例中，井區(qū)116及井區(qū)118的形成方法可以采用離子布植方式而在井區(qū)110及深井區(qū)106的上部分別植入磷離子，且所使用的能量例如是約為200keV至500keV。此外，井區(qū)116及井區(qū)118可以在同一步驟中同時(shí)形成，或者也可在不同步驟中分別形成。

之后，選擇性地于磊晶層104中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)120(步驟S720)及具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)122(步驟S722)，且選擇性地于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)124(步驟S724)。井區(qū)120例如是p型井區(qū)，且以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式形成于深井區(qū)106的外圍四周。在第四實(shí)施例中，井區(qū)120的形成方法可以采用離子布植方式而對(duì)應(yīng)深井區(qū)106的外緣在磊晶層104的上部植入硼離子，且所使用的能量例如是約為250keV至350keV。井區(qū)122例如是n型井區(qū)，且以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式形成于井區(qū)120的外圍四周。在第四實(shí)施例中，井區(qū)122的形成方法可以采用離子布植方式而對(duì)應(yīng)井區(qū)120的外緣在磊晶層104中植入磷離子，且所使用的能量例如是約為350keV至550keV。摻雜區(qū)124例如是p型摻雜區(qū)，并形成于環(huán)狀井區(qū)120所定義的范圍內(nèi)且橫跨整個(gè)深井區(qū)106區(qū)域的頂部。在第四實(shí)施例中，摻雜區(qū)124的形成方法可以采用離子布植方式于深井區(qū)106的頂部植入硼離子，且所使用的能量例如是約為10keV至45keV。

步驟S726，于摻雜區(qū)114、井區(qū)116、井區(qū)118、井區(qū)120以及井區(qū)122上形成多個(gè)接觸窗126，用以與外部電路電性連接。至此，即可大致完成如圖1A及圖1B所示的半導(dǎo)體元件100的制作。

第五實(shí)施例

圖5A至圖5C是依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的制造流程示意圖。在圖5A至圖5C中，和圖2相同的構(gòu)件則使用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說明，且圖5A主要是接續(xù)上述實(shí)施例的圖4A之后的步驟。圖8是依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造步驟流程圖。

請(qǐng)參照?qǐng)D5A與圖8，在形成深井區(qū)106(步驟S706)之后，進(jìn)行步驟S802，于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)202，其例如是p型井區(qū)。在第五實(shí)施例中，可以利用離子布植方式而在深井區(qū)106中植入硼離子而制作層區(qū)202，且所使用的能量例如是約為1600keV至2200keV。步驟S804，于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)204，其例如是p型井區(qū)。特別說明的是，形成于深井區(qū)106中的層區(qū)202及層區(qū)204的涵蓋范圍皆未延伸至磊晶層102上表面，而層區(qū)204形成于層區(qū)202的上方，且兩者互不相連。在第五實(shí)施例中，形成層區(qū)204的方法可通過離子布植方式在深井區(qū)106中植入硼離子，且所使用的能量例如是約為300keV至550keV。

請(qǐng)參照?qǐng)D5B與圖8，步驟S806，于深井區(qū)106中依序形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)206及層區(qū)208，其例如是p型層區(qū)。層區(qū)206及層區(qū)208例如是以垂直排列的方式形成于層區(qū)202上方，且彼此互相連接。因此，層區(qū)202可通過層區(qū)208及層區(qū)206所形成的垂直結(jié)構(gòu)而將其連接至磊晶層104上表面。在第五實(shí)施例中，可以利用離子布植方式而在深井區(qū)106中植入硼離子而分別制作層區(qū)206及層區(qū)208，且所使用的能量例如是約為300keV至900keV，或者可選擇性的使用同一道制程。

步驟S808，于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)210，其例如是p型層區(qū)。層區(qū)210例如是形成于層區(qū)204上方且彼此互相連接，因此層區(qū)204可通過層區(qū)210而連接至磊晶層104上表面。在第五實(shí)施例中，可以利用離子布植方式而在深井區(qū)106中植入硼離子而制作層區(qū)210，且所使用的能量例如是約為300keV至500keV。之后，選擇性地于磊晶層104中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)120(步驟S810)及具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)122(步驟S812)。井區(qū)120例如是p型井區(qū)，且以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式形成于深井區(qū)106的外圍四周。井區(qū)122例如是n型井區(qū)，且以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式形成于井區(qū)120的外圍四周?？梢砸勒丈鲜鰧?shí)施例所述的方法來形成井區(qū)120及井區(qū)122，故于此不再贅述。

請(qǐng)參照?qǐng)D5C與圖8，步驟S814，選擇性地于深井區(qū)106的上部中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)211，其例如是摻質(zhì)濃度較高的n型摻雜區(qū)，用以增加設(shè)計(jì)上的彈性。摻雜區(qū)211例如形成在由層區(qū)204及層區(qū)210所定義出的范圍內(nèi)。步驟S816，選擇性地于深井區(qū)106中分別形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)212以及井區(qū)214。井區(qū)212及井區(qū)214例如是摻質(zhì)濃度較高的n型井區(qū)，以增加導(dǎo)電性而作為深井區(qū)106的外接端。井區(qū)212例如是形成于層區(qū)202上方，且位于層區(qū)208及層區(qū)210之間。井區(qū)214例如是形成于由層區(qū)202、206、208與磊晶層104所定義的范圍內(nèi)的區(qū)域，且位于層區(qū)208及井區(qū)120之間。在第五實(shí)施例中，井區(qū)212及井區(qū)214的形成方法可以采用離子布植方式而在深井區(qū)106的上部植入磷離子，且所使用的能量例如是約為200keV至500keV，且井區(qū)212及井區(qū)214可在同一步驟中同時(shí)形成或是在不同步驟中分別形成。

接著，在選擇性地于深井區(qū)106中形成具有第ㄧ導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)124(步驟S818)之后，進(jìn)行步驟S820，于層區(qū)202上方的深井區(qū)106(或摻雜區(qū)211)、井區(qū)212、井區(qū)214、井區(qū)120以及井區(qū)122上形成多個(gè)接觸窗126，以完成如圖2所示的半導(dǎo)體元件200的制作。

第六實(shí)施例

圖6A至圖6C是依照本發(fā)明的第六實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的制造流程示意圖。在圖6A至圖6C中，和圖3相同的構(gòu)件則使用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說明，且圖6A主要是接續(xù)上述實(shí)施例的圖4A之后的步驟。圖9是依照本發(fā)明的第六實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造步驟流程圖。

請(qǐng)參照?qǐng)D6A與圖9，在形成深井區(qū)106(步驟S706)之后，進(jìn)行步驟S902，于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)202，其例如是p型層區(qū)。步驟S904，于深井區(qū)106中依序形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的層區(qū)206及層區(qū)208，其例如是p型井區(qū)。層區(qū)206及層區(qū)208例如是以垂直排列的方式形成于層區(qū)202上方，以使層區(qū)202能夠通過層區(qū)208及層區(qū)206所形成的垂直結(jié)構(gòu)而將其連接至磊晶層104上表面。

請(qǐng)參照?qǐng)D6B與圖9，步驟S906，于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)302，其例如是p型井區(qū)。形成于深井區(qū)106中的井區(qū)302位于層區(qū)202的上方，且其涵蓋范圍例如是延伸至磊晶層102上表面。在第六實(shí)施例中，可以利用離子布植方式而在深井區(qū)106中植入硼離子而制作井區(qū)302，且所使用的能量例如是約為300keV至550keV。步驟S908，于井區(qū)302中形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)304，其例如是n型摻雜區(qū)。在第六實(shí)施例中，形成摻雜區(qū)304的方法可采用離子布植而在井區(qū)302的上部植入磷離子，且所使用的能量例如是約為200keV至500keV。之后，選擇性地于磊晶層104中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)120(步驟S910)及具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)122(步驟S912)，井區(qū)120及井區(qū)122的形成方法可以依照上述實(shí)施例所述來制作，故于此不再贅述。

請(qǐng)參照?qǐng)D6C與圖9，步驟S914，選擇性地于深井區(qū)106中分別形成具有第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的井區(qū)212以及井區(qū)214。井區(qū)212及井區(qū)214例如是摻質(zhì)濃度較高的n型井區(qū)，以增加導(dǎo)電性而作為深井區(qū)106的外接端。井區(qū)212例如是形成于層區(qū)202上方，且位于層區(qū)208及井區(qū)302之間。井區(qū)214例如是形成于由層區(qū)202、206、208與磊晶層104所定義的范圍內(nèi)的區(qū)域，且位于層區(qū)208及井區(qū)120之間。

接著，在選擇性地于深井區(qū)106中形成具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的摻雜區(qū)124(步驟S916)之后，進(jìn)行步驟S918，于摻雜區(qū)304、井區(qū)212、井區(qū)214、井區(qū)120以及井區(qū)122上形成多個(gè)接觸窗126，以完成如圖3所示的半導(dǎo)體元件300的制作。

值得一提的是，第四至第六實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體元件的制造方法主要是使用多次離子布植制程在磊晶層102中分別摻雜所需的離子，以制作出具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，而可用以感測(cè)多波長(zhǎng)的光。由于上述結(jié)構(gòu)的布植制程方法可以利用CMOS邏輯制程達(dá)到，因此可透過光罩圖案的改變而相容于現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程。但須注意的是，上述制程方法并不局限于CMOS邏輯制程，且制程步驟的順序亦具彈性度而不限于上述實(shí)施例。

綜上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件通過在磊晶層中配置井區(qū)及摻雜區(qū)，而形成具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，因此具備波長(zhǎng)分工及高靈敏度的特性，而可用以感測(cè)多波長(zhǎng)的光。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件能夠有效降低暗電流的產(chǎn)生進(jìn)而提升元件效能，因而能夠廣泛應(yīng)用于多種檢測(cè)。

此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法可以輕易地與現(xiàn)有的CMOS邏輯制程相整合，亦即能夠在形成CMOS邏輯元件的同時(shí)一并形成具有多接面結(jié)構(gòu)的光二極管，制程簡(jiǎn)單且不需大幅增加生產(chǎn)成本。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。