[发明专利]集成电路结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造工艺，尤其涉及一种整合互补式金属氧化物半导体元件与光学元件于同一芯片的结构及其制造方法。

背景技术

近年来，例如发光二极管、激光二极管及紫外光光检测器的光学元件已逐渐被使用。而用来形成上述元件的基板也被研究开发。第三族氮化合物，例如氮化镓及其相关合金，已被认为相当适合用来形成光学元件。而第三族氮化合物具备大能隙与高电子饱和速度的优势也使其适合应用于高温及高速电力电子装置。

然而，在一般生长温度下氮的平衡压力很高，因此很难获得氮化镓块体结晶。而由于硅(111)基板的三角对称，一般会将氮化镓外延沉积于硅(111)基板上。然而，硅(111)基板很少用于传统CMOS元件，其价格相对偏高且可利用性低。此外，由于硅(111)基板的界面缺陷，致使需要避免将CMOS元件与光学元件整合于同一半导体芯片上。

CMOS元件不适合形成于硅(111)基板上。因此，需要先形成CMOS元件于一第一半导体芯片上，例如一硅(100)基板，之后，形成光学元件于一第二半导体芯片上，例如一硅(111)芯片，再将第一与第二半导体芯片进行封装。

由于CMOS元件与光学元件制作于不同半导体芯片上，致使封装成本增加。且光学芯片与CMOS芯片之间的连接导线与接合产生极大的寄生电容与寄生电阻，严重影响元件效能。因此，亟需开发一种整合CMOS元件与光学元件于同一芯片上的集成电路制造方法。

发明内容

本发明的一实施例，提供一种集成电路结构，包括：一半导体基板，具有一第一表面区域与一第二表面区域，其中该第一表面区域的表面晶向(surface orientation)不同于该第二表面区域的表面晶向；一半导体元件，形成于该第一表面区域的一表面；以及一第三族氮化层，覆盖该第二表面区域，其中该第三族氮化层未延伸覆盖该第一表面区域。

本发明的一实施例，提供一种集成电路结构，包括：一半导体芯片。该半导体芯片，包括：一硅基板，表面晶向为(100)；一第一表面区域，位于该硅基板上，其中该第一表面区域的表面晶向为(100)；一第二表面区域，具有一上表面，位于该硅基板上，其中该第二表面区域的表面晶向为(111)；一互补式金属氧化物半导体元件，形成于该第一表面区域的一上表面；以及一光学元件，覆盖该第二表面区域。

本发明的一实施例，提供一种集成电路结构，包括：一硅基板；一第一表面区域，位于该硅基板上，其中该第一表面区域的表面晶向为(100)；一第二表面区域，位于该硅基板上，其中该第二表面区域的表面晶向为(111)；一互补式金属氧化物半导体电路，形成于该第一表面区域的一上表面；一氮化镓层，覆盖该第二表面区域；以及一光学元件，覆盖该氮化镓层。

本发明的一实施例，提供一种集成电路结构的制造方法，包括：提供一硅基板，具有一第一表面晶向，该第一表面晶向选自由表面晶向(100)与表面晶向(110)所组成的族群；提供一硅层，其表面晶向为(111)；将该硅层接合至该硅基板上；以及转变该硅层一第一区域的表面晶向与该硅基板的第一表面晶向相同，其中该硅层的一第二区域维持(111)表面晶向。

本发明的一实施例，提供一种集成电路结构的制造方法，包括：提供一硅基板，其表面晶向为(100)；提供一硅层，其表面晶向为(111)；将该硅层接合至该硅基板上；注入该硅层的一第一区域，以形成一非晶区域，其中该非晶区域向下延伸进入该硅基板，其中该硅层的一第二区域未注入；再结晶该非晶区域，以转变该非晶区域成为(100)表面晶向的一第三区域；形成一CMOS元件于该第三区域的一表面；以及形成一发光二极管，覆盖该硅层的该第二区域。

通过本发明将CMOS元件或二极管元件与光学元件形成于同一芯片上，因此其制造成本远低于不同芯片封装CMOS元件与光学元件的成本。且CMOS元件芯片与光学元件芯片间连接导线所产生的寄生电容及寄生电阻也会下降。此外，由于CMOS元件与光学元件均形成于具有适合表面晶向的硅基板/硅层上，因此，其元件性能也可大幅提升。

附图说明

图1(1A和1B)-图4为本发明的一实施例，一种集成电路结构制造方法的剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

2～半导体芯片；

10～半导体基板；

14～埋入氧化层；

16～上硅层；

18～半导体层(硅(111)层)；

18₁、18₂～区域；