CN104701420B - 硅基紫外增强型光电二极管制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅基紫外增强型光电二极管制作方法，该方法中，通过较为简单的工艺制作出了硅基紫外增强型光电二极管，器件性能与进口产品不相伯仲；本发明的有益技术效果是：采用全新工艺制作出了硅基紫外增强型光电二极管，器件性能与进口产品相当，工艺简单、成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电探测器制作工艺，尤其涉及一种硅基紫外增强型光电二极管制作方法。
背景技术
硅基PIN光电二极管具有良好的温度性能、低暗电流、高响应速度，对磁场不敏感和有较好的光谱响应特性，稳定可靠、价格便宜等特点，已广泛应用于光电检测、光纤通信、激光测距等领域。普通的硅基光电二极管的光谱响应范围为400nm～1100nm，对190nm～360nm紫外波段无明显的光响应。而紫外波段光电探测器可广泛应用于核物理、保健物理、地质探矿、天文学、核医学、环境保护等领域，必需将硅基光电二极管的光谱响应范围扩展至190nm～360nm的紫外波段。目前，国外针对190nm～360nm紫外波段的硅基紫外增强型光电二极管的制作有日本滨松公司、德国FirstSensor公司等少数厂商，国内研制的硅基紫外增强型光电二极管主要针对340nm波长的响应，对高性能的硅基紫外增强型光电二极管的需求基本依赖国外进口，不仅采购价格高昂，而且受制于人。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其创新在于：所述方法的步骤为：
1)采用N型硅外延材料作衬底，衬底层电阻率小于0.001Ω·cm，外延层的电阻率为20Ω·cm～500Ω·cm，外延层厚度为20μm～100μm；外延层所在侧的器件端面记为正面，衬底层所在侧的器件端面记为背面；
2)采用高温氧化工艺，在器件表面形成二氧化硅钝化层；
3)采用光刻工艺在器件正面光刻出保护环掺杂区，采用湿法腐蚀工艺将保护环掺杂区范围内的氧化层腐蚀掉；
4)采用高温硼扩散工艺，对保护环掺杂区进行高浓度、深结硼掺杂，获得保护环；
5)采用光刻工艺在器件正面光刻出有源区，采用湿法腐蚀工艺对有源区范围内的二氧化硅钝化层进行腐蚀使二氧化硅钝化层减薄至40nm～120nm；减薄后的二氧化硅钝化层形成阻挡层；
6)采用低能离子注入工艺，对有源区进行浅结硼掺杂；浅结硼掺杂结束后，采用湿法腐蚀工艺将阻挡层腐蚀掉；
7)采用瞬态退火工艺，对有源区掺杂离子进行激活；
8)采用低温PECVD工艺，在有源区表面淀积二氧化硅紫外增透膜；
9)采用湿法腐蚀工艺，在保护环正上方刻蚀出电极孔；采用电子束蒸发工艺，在器件正面蒸镀Ti/Al双层金属膜；采用湿法腐蚀工艺，将电极区域以外的Ti/Al双层金属膜腐蚀掉，形成P电极；
10)对器件背面进行减薄抛光；
11)采用电子束蒸发工艺在器件背面蒸镀Cr/Au双层金属膜，形成N电极。
按前述方法制作出的硅基紫外增强型光电二极管，其响应波长范围为190nm～1100nm，并且对紫外波段(190nm～360nm)的量子效率达到50％～70％，在200nm波长处的响应度约为0.10A/W，在性能方面，本发明所制备出的器件与进口产品不相伯仲，但工艺却较为简单。
优选地，步骤4)中，按如下工艺条件进行高浓度、深结硼掺杂操作：扩散温度为950℃～1150℃，掺杂浓度为1×1019/cm3～5×1020/cm3，结深为1.5μm～4.0μm。
优选地，步骤6)中，按如下工艺条件进行浅结硼掺杂：注入能量为20KeV～60KeV，掺杂浓度为1×1016/cm3～1×1018/cm3，结深小于0.1μm。按前述工艺条件进行浅结硼掺杂，能有效提高紫外波段的响应度。
优选地，步骤7)中，瞬态退火工艺的工艺条件为：退火温度1000℃～1200℃，退火时间30s～90s。
优选地，步骤8)中，低温PECVD工艺的工艺条件为：淀积温度为300℃～400℃，二氧化硅紫外增透膜厚度为60nm～150nm。低温PECVD工艺采用前述工艺条件进行，能有效提高紫外波段的透过率。
优选地，步骤9)中，Ti/Al双层金属膜中的钛膜厚度为30nm～100nm，铝膜厚度为500nm～1400nm。
优选地，步骤11)中，Cr/Au双层金属膜中的铬膜厚度为30nm～100nm，金膜厚度为100nm～200nm。
本发明的有益技术效果是：采用全新工艺制作出了硅基紫外增强型光电二极管，器件性能与进口产品相当，工艺简单、成本较低。
附图说明
图1、硅基紫外增强型光电二极管结构示意图；
图2、本发明的硅基紫外增强型光电二极管的量子效率测试图；
图3、本发明的硅基紫外增强型光电二极管的响应度测试图；
图中各个标记所对应的名称分别为：外延层1、保护环2、有源区3、衬底层4、二氧化硅钝化层5、二氧化硅紫外增透膜6、P电极7、N电极8。
具体实施方式
一种硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其创新在于：所述方法的步骤为：
1)采用N型硅外延材料作衬底，包括衬底层4和外延层1，其中，衬底层4电阻率小于0.001Ω·cm；外延层1的电阻率为20Ω·cm～500Ω·cm，厚度为20μm～100μm；外延层1所在侧的器件端面记为正面，衬底层4所在侧的器件端面记为背面；
2)采用高温氧化工艺，在器件表面形成二氧化硅钝化层5；
3)采用光刻工艺在器件正面光刻出保护环掺杂区，采用湿法腐蚀工艺将保护环掺杂区范围内的氧化层腐蚀掉；
4)采用高温硼扩散工艺，对保护环掺杂区进行高浓度、深结硼掺杂，获得保护环2；
5)采用光刻工艺在器件正面光刻出有源区3，采用湿法腐蚀工艺对有源区3范围内的二氧化硅钝化层5进行腐蚀使二氧化硅钝化层5减薄至40nm～120nm；减薄后的二氧化硅钝化层5形成阻挡层；
6)采用低能离子注入工艺，对有源区3进行浅结硼掺杂；浅结硼掺杂结束后，采用湿法腐蚀工艺将阻挡层腐蚀掉；
7)采用瞬态退火工艺，对有源区3掺杂离子进行激活；
8)采用低温PECVD工艺，在有源区3表面淀积二氧化硅紫外增透膜6；
9)采用湿法腐蚀工艺，在保护环2正上方刻蚀出电极孔；采用电子束蒸发工艺，在器件正面蒸镀Ti/Al双层金属膜；采用湿法腐蚀工艺，将电极区域以外的Ti/Al双层金属膜腐蚀掉，形成P电极7；
10)对器件背面进行减薄抛光；
11)采用电子束蒸发工艺在器件背面蒸镀Cr/Au双层金属膜，形成N电极8。
进一步地，步骤4)中，按如下工艺条件进行高浓度、深结硼掺杂工艺：扩散温度为950℃～1150℃，掺杂浓度为1×1019/cm3～5×1020/cm3，结深为1.5μm～4.0μm。
进一步地，步骤6)中，按如下工艺条件进行浅结硼掺杂工艺：注入能量为20KeV～60KeV，掺杂浓度为1×1016/cm3～1×1018/cm3，结深小于0.1μm。
进一步地，步骤7)中，瞬态退火工艺的工艺条件为：退火温度1000℃～1200℃，退火时间30s～90s。
进一步地，步骤8)中，低温PECVD工艺的工艺条件为：淀积温度为300℃～400℃，二氧化硅紫外增透膜6厚度为60nm～150nm。
进一步地，步骤9)中，Ti/Al双层金属膜中的钛膜厚度为30nm～100nm，铝膜厚度为500nm～1400nm。
进一步地，步骤11)中，Cr/Au双层金属膜中的铬膜厚度为30nm～100nm，金膜厚度为100nm～200nm。
如图2所示，按本发明方法制得的器件在200nm～360nm紫外波段处的量子效率达50％～70％；如图3所示，按本发明方法制得的器件在250nm波长处的响应度可达0.12A/W；按本发明方法制得的器件与国外主流产品的性能对比如下表所示：
与国外同类产品的主要性能参数对比
| 厂家 | 型号 | 光敏尺寸mm | 响应度A/W | 暗电流nA | 结电容pF |
| 美国OSI | UV-013E | 3.6×3.6 | 0.1254nm | -- | 4000V |
| 日本宾松 | S1226-44BQ | 3.6×3.6 | 0.12250nm | 0.0110mV | 5000V |
| 中国电科44所 | 3.6×3.6 | 0.12250nm | 0.0510mV | 10000V |
Claims (7)
1.一种硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
1）采用N型硅外延材料形成衬底层（4）和外延层（1），其中，外延层（1）的电阻率为20Ω·cm~500Ω·cm，外延层厚度为20μm~100μm；外延层（1）所在侧的器件端面记为正面，衬底层（4）所在侧的器件端面记为背面；
2）采用高温氧化工艺，在器件表面形成二氧化硅钝化层（5）；
3）采用光刻工艺在器件正面光刻出保护环掺杂区，采用湿法腐蚀工艺将保护环掺杂区范围内的二氧化硅钝化层（5）腐蚀掉；
4）采用高温硼扩散工艺，对保护环掺杂区进行高浓度、深结硼掺杂，获得保护环（2）；
5）采用光刻工艺在器件正面光刻出有源区（3），采用湿法腐蚀工艺对有源区（3）范围内的二氧化硅钝化层（5）进行腐蚀使二氧化硅钝化层（5）减薄至40nm~120nm；减薄后的二氧化硅钝化层（5）形成阻挡层；
6）采用低能离子注入工艺，对有源区（3）进行浅结硼掺杂；浅结硼掺杂后，采用湿法腐蚀工艺将阻挡层腐蚀掉；
7）采用瞬态退火工艺，对有源区（3）掺杂离子进行激活；
8）采用低温PECVD工艺，在有源区（3）表面淀积二氧化硅紫外增透膜（6）；
9）采用湿法腐蚀工艺，在保护环（2）正上方刻蚀出电极孔；采用电子束蒸发工艺，在器件正面蒸镀Ti/Al双层金属膜；采用湿法腐蚀工艺，将电极区域以外的Ti/Al双层金属膜腐蚀掉，形成P电极（7）；
10）对器件背面进行减薄抛光；
11）采用电子束蒸发工艺在器件背面蒸镀Cr/Au双层金属膜，形成N电极（8）。
2.根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤4）中，按如下工艺条件进行高浓度、深结硼掺杂工艺：扩散温度为950℃~1150℃，掺杂浓度为1×1019/cm3~5×1020/cm3，结深为1.5μm~4.0μm。
3.根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤6）中，按如下工艺条件进行浅结硼掺杂工艺：注入能量为20KeV~60KeV，掺杂浓度为1×1016/cm3~1×1018/cm3，结深小于0.1μm。
4.根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤7）中，瞬态退火工艺的工艺条件为：退火温度1000℃~1200℃，退火时间30s~90s。
5.根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤8）中，低温PECVD工艺的工艺条件为：淀积温度为300℃~400℃，二氧化硅紫外增透膜（6）厚度为60nm~150nm。
6.根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤9）中，Ti/Al双层金属膜中的钛膜厚度为30nm~100nm，铝膜厚度为500nm~1400nm。
7.根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤11）中，Cr/Au双层金属膜中的铬膜厚度为30nm~100nm，金膜厚度为100nm~200nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |