CN108346711A - 改进的垂直结构光电探测器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种改进的垂直结构光电探测器及其制造方法，本发明通过将光电探测器芯片的下电极焊接在基板上，光电探测器芯片的上电极通过金丝连接到放大电路；本发明使光通过侧面进入本征I层不存在重掺杂死区和金属电极挡光问题，降低了光损失，减少了复合，提高了响应度，并且PN结在半导体体内，减小了探测器表面漏电流提高了光电探测器的反向击穿电压，同时，PN结面积主要为平行平面结面积，有效的减小了光电探测器总的PN结电容面积，减小了寄生RC时间常数，从而提高了器件的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种改进的垂直结构光电探测器及制造方法。
背景技术
硅半导体探测器通常是采用高纯本证半导体I区通过在正反面重掺杂P型和N型杂质，形成P区和N区中间为I区的PIN结构，对PIN结构施加反向电压，在光照作用下，I区将产生光生载流子，光生载流子在电场作用下做有序定向运动，形成光电流，这就是光电探测器的工作原理。在光电接收领域，尤其是光通讯、光纤陀螺等领域，PIN-FET(PIN-场效应晶体管放大器)光纤接收模块，已经得到广泛采用。
现有结构的硅半导体探测器的常规做法是先将PIN探测器粘接，键合在一个垂直双面金属化陶瓷块上，陶瓷块再转动90度安装在管壳基座上，光敏面再去对准光纤，陶瓷块垂直面的金属层再通过金丝键合到后面的场效应晶体管FET放大电路上。
上述的制作方法带来以下几个问题：
1、陶瓷过渡块垂直双面金属化，不仅电阻大还容易断路；
2、由于PIN最少是两根电极引出，所以必须正面和侧面光刻或印刷(厚膜)，同时，芯片先贴到陶瓷过渡块上，再继续光钎耦合对准，这样光纤就不容易对准，同时增加了工艺难度；
3、由于光明面正对光纤，而光明面旁边就是金丝，而对于标准的金丝球焊工艺，金丝拱起幅度是必须的，而为了提高耦合效率，光纤端面尽量靠近光明面，这样就很容易碰到金丝，具有可靠性隐患；
4、现有技术采用增加扩散面积(导致寄生电容增加)避开金属电极挡光，光需穿越死去才能注入到I层，重掺杂扩散区会增加大量复合而形成死区，减少了光效，同时为了避免金属挡光，需从扩散区边缘引出欧姆连接引线，实现延伸接触，这不仅增加了结面积，增大了电容，同时接触面积小也增加了寄生电阻，使得RC时间增加，接收模块的带宽降低。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种改进的垂直结构光电探测器及制造方法，所述制造方法包括光电探测芯片的制造，光电探测芯片的制造包括：
光电探测器芯片的下电极焊接在基板上，光电探测器芯片的上电极通过金丝连接到放大电路，其中，光电探测器芯片的制造包括：
将高阻本征抛光区熔单晶硅片进行清洗，在高阻本征抛光区熔单晶硅片的上端制作P型掺杂，并形成P型掺杂层，并在P型掺杂层表面生长一层氧化层；
对高阻本征抛光区熔单晶硅片的下端进行减薄处理，制作N型掺杂，并形成N型掺杂层；
对高阻本征抛光区熔单晶硅片的P型掺杂层和N型掺杂层的表面双面金属化，形成第一金属层和第二金属层，并在第一金属层表面增加一层阻挡膜层；
使用划轮对高阻本征抛光区熔单晶硅片进行划片，形成沟槽；并腐蚀划片造成的损伤层。
通过低温等离子体增强化学的气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)工艺在高阻本征抛光区熔单晶硅片镀增透及保护膜，去除第一金属层表面的阻挡膜层和镀的增透及保护膜，再次划片截断沟槽，形成光电探测芯片。
优选的，光电探测器芯片的第二金属层焊接在基板的正极，光电探测器芯片的第一金属层通过金丝连接到基板的负极
优选的，P型掺杂层表面生长的氧化层的厚度≥500nm。
优选的，P型掺杂层的工艺参考方块电阻3～10欧姆。
优选的，N型掺杂层的工艺参考方块电阻1～5欧姆。
本发明采用垂直进光结构，将光电探测芯片的第二金属层焊接在基板上，第一金属层用金丝连接到后面的放大电路上，这样首先是光从本征I层进入，避免了光在死区的复合，提高了转换效率；其次，光纤耦合时，不会碰到金丝；第三，不需要陶瓷过渡块，既降低了成本，又提高了可靠性。
附图说明
图1为本发明的光电探测芯片的制造过程1；
图2为本发明的光电探测芯片的制造过程2；
图3为本发明的光电探测芯片的制造过程3；
图4为本发明的光电探测芯片的制造过程4；
图5为本发明的光电探测芯片的连接图。
其中，1、本征I层，2、P型掺杂层，3、N型掺杂层，4、第二金属层，5、阻挡膜层，6、沟槽，7、保护层，8、第一金属层，9、基座，10、光电探测芯片，11、金丝。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提出一种垂直结构的硅半导体光电探测器及其制造方法，所述光电探测器包括光电探测芯片，光电探测芯片的制造，如图1-3，包括：
将高阻本征抛光区熔单晶硅片进行清洗，在高阻本征抛光区熔单晶硅片的上端制作P型掺杂，并形成P型掺杂层，并在P型掺杂层表面生长一层氧化层；
对高阻本征抛光区熔单晶硅片的下端进行减薄处理，制作N型掺杂，并形成N型掺杂层；
如图1，对高阻本征抛光区熔单晶硅片的P型掺杂层和N型掺杂层的表面双面金属化，形成第一金属层和第二金属层，并在第一金属层表面增加一层阻挡膜层，优选的，阻挡膜层为化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition，CVD)形成的保护膜；
如图2，使用划轮对高阻本征抛光区熔单晶硅片进行划片，形成沟槽，并腐蚀划片造成的损伤层；
如图3，通过低温PECVD工艺在高阻本征抛光区熔单晶硅片镀增透及保护膜，高阻本征抛光区熔单晶硅片底部平放在CVD承片台面上，即第二金属层的表面不会沉积增透及保护膜，去第一金属层表面的腐蚀和阻挡膜层，同时就除去第一金属层上镀的增透及保护膜，最后如图4，再次划片截断沟槽，形成单个的光电探测芯片。
上述的制备方法与现有技术相比不用做氧化扩散掩蔽层和光刻工序，降低了制造时间和成本。
优选的，如图5，光电探测器芯片的第二金属层焊接在基板上，光电探测器芯片的第一金属层通过金丝连接到放大电路；这样的连接方式保证光纤耦合时，不会碰到金丝，不需要陶瓷过渡块，既降低了成本，又提高了可靠性。
优选的，P型掺杂层表面生长的氧化层的厚度≥500nm。
优选的，P型掺杂的工艺参考方块电阻3～10欧姆。
优选的，N型掺杂的工艺参考方块电阻1～5欧姆。
优选的，本发明划片采取垂直切割，切割之后形成如图4的光电探测器；传统的光电探测器的光束需要经过P掺杂层再进入I区，光束进入的I区的过程中，有可能会被P掺杂层表面的金属层挡住或是进入重掺杂死区，影响光电探测器的探测效果；与传统光电探测器相比，经过垂直切割的芯片可以令光束直接从侧面进去I区，不存在金属板挡光或是进入重掺杂死区的问题。
一种改进的垂直结构的光电探测器，包括光电探测芯片，其特征在于，光电探测芯片包括用于产生光电效应的本征I区，本征I区的上部设有P型掺杂层，P型掺杂层上表面设置有第一金属层；本征I区的下部设有N型掺杂层，N型掺杂层下表面设置有第二金属层。
优选的，所述光电探测器芯片的第二金属层焊接在基板的正极，光电探测器芯片的第一金属层通过金丝连接到基板的负极。
优选的，P型掺杂的工艺参考方块电阻3～10欧姆。
优选的，N型掺杂的工艺参考方块电阻1～5欧姆。
优选的，本发明的光电探测器的受光面可以为矩形或者有倒角的矩形，这样的形状便于光纤激光对准受光面。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过本工序技术方式来完成探测器制作，该探测器可以用于光纤输出的光信息转换成电信息的转换器中，包括：光通讯、光纤陀螺、医疗仪器等需要光纤传输和转换的领域。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改进的垂直结构光电探测器的制造方法，所述光电探测器包括光电探测芯片，其特征在于，光电探测芯片的制造包括：
将高阻本征抛光区熔单晶硅片进行清洗，在高阻本征抛光区熔单晶硅片的上端制作P型掺杂，并形成P型掺杂层，并在P型掺杂层表面生长一层氧化层；
对高阻本征抛光区熔单晶硅片的下端进行减薄处理，制作N型掺杂，并形成N型掺杂层；
对高阻本征抛光区熔单晶硅片的P型掺杂层和N型掺杂层的表面双面金属化，形成第一金属层和第二金属层，并在第一金属层表面增加一层阻挡膜层；
使用划轮对高阻本征抛光区熔单晶硅片进行划片，形成沟槽；并腐蚀划片造成的损伤层。
通过低温等离子体增强化学的气相沉积法PECVD工艺在高阻本征抛光区熔单晶硅片镀增透及保护膜，去除第一金属层表面的阻挡膜层和镀的增透及保护膜，再次划片截断沟槽，形成光电探测芯片。
2.根据权利要求1所述的一种改进的垂直结构光电探测器的制造方法，其特征在于，所述光电探测器芯片的第二金属层焊接在基板的正极，光电探测器芯片的第一金属层通过金丝连接到基板的负极。
3.根据权利要求1所述的一种改进的垂直结构光电探测器的制造方法，其特征在于，P型掺杂层表面生长的氧化层的厚度≥500nm。
4.根据权利要求1所述的一种改进的垂直结构光电探测器的制造方法，其特征在于，P型掺杂的工艺参考方块电阻3～10欧姆。
5.根据权利要求1所述的一种改进的垂直结构光电探测器的制造方法，其特征在于，N型掺杂的工艺参考方块电阻1～5欧姆。
6.根据权利要求1所述的一种改进的垂直结构光电探测器的制造方法，其特征在于，划片采取垂直切割。
7.一种改进的垂直结构的光电探测器，包括光电探测芯片，其特征在于，光电探测芯片包括用于产生光电效应的本征I区，本征I区的上部设有P型掺杂层，P型掺杂层上表面设置第一金属层；本征I区的下部设有N型掺杂层，N型掺杂层下表面设置有第二金属层。
8.根据权利要求7所述的一种改进的垂直结构光电探测器，其特征在于，光电探测器芯片的第二金属层焊接在基板的正极，光电探测器芯片的第一金属层通过金丝连接到基板的负极。
9.根据权利要求7所述的一种改进的垂直结构光电探测器，其特征在于，P型掺杂的工艺参考方块电阻3～10欧姆。
10.根据权利要求1所述的一种改进的垂直结构光电探测器，其特征在于，N型掺杂的工艺参考方块电阻1～5欧姆。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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