CN110400859B - 一种红外三极管芯片制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外三极管芯片制造工艺，包括以下步骤：A、将外延层厚度为30‑40μm、电阻率10‑16Ω·cm、型号为N<100>的CZ单晶外延片，进行初始氧化；B、依次进行基区光刻、基区刻蚀、基区预氧化、硼注入、LPCVD_SiO2和基区退火,所述基区退火的工艺条件为在1150℃的环境下通入60min的N2、在1000℃的环境下通入30min的H2/O2/HCl混合气体，其中Rs为70‑90Ω/□，基区结深为2‑4μm；C、依次进行发射区光刻、发射区刻蚀、发射区磷预淀积、发射区氧化和发射区扩散，所述基区退火前和所述发射区扩散后淀积形成的氧化层厚度为
D、PECVD_SiN、引线孔光刻、引线孔刻蚀，形成厚度为
折射率为1.9‑2.1的SiN层；E、溅射铝、铝反刻、铝刻蚀、溅射铝膜退火；F、背面减薄、金属化。
Description
技术领域
本发明涉及三极管制造技术领域，尤其涉及一种红外三极管芯片制造工艺。
背景技术
红外光敏三极管，也称红外光电三极管，作为红外光传感器的敏部分,在光线检测、信息接受传输隔离等方面获得广泛的应用，成为各行业自动控制不可或缺的器件。其基本原理是红外光照射到晶体硅P-N结上时，晶体硅吸收光能产生生载流子，在偏置电压帮助下转变为电流，工作原理和普通三极管相似，也有电流(Current)放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极控制，同时也受光辐射的控制。红外三极管典型工艺是使用缺陷密度低的区熔硅片，按照经典NPN管工艺制造，表面覆盖一层氮化硅膜。这种经典NPN管工艺制造，基片成本高，红外光转换效率低。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种可以提高灵敏度的红外三极管芯片制造工艺。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种红外三极管芯片制造工艺，包括以下步骤：A、将外延层22厚度为30-40μm、电阻率10-16Ω·cm、型号为N<100>的CZ单晶外延片，进行初始氧化；B、依次进行基区光刻、基区刻蚀、基区预氧化、硼注入、LPCVD_SiO2和基区退火,所述基区退火的工艺条件为在1150℃的环境下通入60min的N2、在1000℃的环境下通入30min的H2/O2/HCl混合气体，其中Rs为70-90Ω/□，基区结深为2-4μm；C、依次进行发射区光刻、发射区刻蚀、发射区磷预淀积、发射区氧化和发射区扩散，所述基区退火前和所述发射区扩散后淀积形成的氧化层厚度为
；D、PECVD_SiN、引线孔光刻、引线孔刻蚀，形成厚度为
、折射率为1.9-2.1的SiN层；E、溅射铝、铝反刻、铝刻蚀、溅射铝膜退火；F、背面减薄、金属化。
进一步的，所述初始氧化为在1050℃的条件下依次通入5min的O2、85min的O2/H2混合气体、5min的O2。
进一步的，所述基区预氧化过程为在900℃下依次通入5min的02、30min的O2/H2混合气体、5min的O2；所述硼入工艺，注入2E15/cm2的硼杂质，注入能量为60Kev。
进一步的，所述发射区磷预淀积在1000℃、Rs6.0Ω/□的情况下进行，所述发射区氧化为在1050℃的环境下依次通5min的O2、30min的O2/H2混合气体、5minO2，所述发射区扩散的工艺条件为1050℃、通入N2，调整hFE为900±100。
进一步的，所述初始氧化的SiO2生长厚度为
所述基区预氧化的SiO2的生长厚度为
所述LPCVD_SiO2的SiO2的沉积厚度为
所述发射区磷预淀积的SiO2的生长厚度为
进一步的，所述背面减薄保留厚度为300±20μm。
进一步的，所述背面金属化依次远离所述外延层形成Ti、Ni、Ag、Sn。
进一步的，所述Ti、所述Ni、所述Ag、所述Sn的厚度依次为
进一步的，所述溅射铝工艺在基片上溅射一层2μm的纯铝膜。
进一步的，所述溅射铝膜退火工艺在400℃下通入30min的N2/H2混合气体。
本发明的有益效果在于：本发明提出一种新的制造方法，通过优选直拉硅单晶(CZ)外延片规格，优化基区工艺，形成低反射表面的介质层，能有效降低成本，提升光敏器件灵敏度。<100>硅单晶片加工的芯片界面态低，能降低光敏三极管暗电流，工艺兼容性强，有利于降低成本；外延层厚度和电阻率的优化，基于外延层对940nm红外光吸收长度、响应速率和输出饱和压降的综合考虑，提高了光敏器件的灵敏度；基区采用硼注入工艺，简洁易控，退火前通过LPVCD-SiO2表面淀积SiO2，减少高温热氧化对Si-SiO2界面的不利影响；通过控制基区退火前和发射区扩散后淀积的氧化层厚度，以及SiN层的工艺要求，减少940nm红外光反射，增加芯片对红外光的吸收。
附图说明
图1是本发明实施例一种红外三极管芯片制造工艺的工艺流程示意图；
图2是本发明实施例一种红外三极管芯片制造工艺的结构示意图。
标号说明：
10、背金层；21、外延衬底；22、外延层；23、基区；24、发射区；
30、氧化层；40、SiN层；50、发射极；60、等位环。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种红外三极管芯片制造工艺进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，一种红外三极管芯片制造工艺，包括以下步骤：A、将外延层22厚度为30-40μm、电阻率10-16Ω·cm、型号为N<100>的CZ单晶外延片，进行初始氧化；B、依次进行基区光刻、基区刻蚀、基区预氧化、硼注入、LPCVD_SiO2和基区退火,基区退火的工艺条件为在1150℃的环境下通入60min的N2、在1000℃的环境下通入30min的H2/O2/HCl混合气体，其中Rs为70-90Ω/□，基区结深为2-4μm；C、依次进行发射区光刻、发射区刻蚀、发射区磷预淀积、发射区氧化和发射区扩散，基区退火前和发射区扩散后淀积形成的氧化层30厚度为
D、PECVD_SiN、引线孔光刻、引线孔刻蚀，形成厚度为
折射率为1.9-2.1的SiN层40；E、溅射铝、铝反刻、铝刻蚀、溅射铝膜退火；F、背面减薄、金属化。
通过优选直拉硅单晶(CZ)外延片规格，优化基区23工艺，形成低反射表面的介质层，能有效降低成本，提升光敏器件灵敏度。<100>硅单晶片加工的芯片界面态低，能降低光敏三极管暗电流，工艺兼容性强，有利于降低成本；外延层22厚度和电阻率的优化，基于外延层22对940nm红外光吸收长度、响应速率和输出饱和压降的综合考虑，提高了光敏器件的灵敏度；基区23采用硼注入工艺，简洁易控，退火前通过LPVCD-SiO2表面淀积SiO2，减少高温热氧化对Si-SiO2界面的不利影响；通过控制基区退火前和发射区扩散后淀积的氧化层30厚度，以及SiN层40的工艺要求，减少940nm红外光反射，增加芯片对红外光的吸收。
请参见图2，通过本发明生产出来的红外三极管芯片，从下至上依次为背金层10(集电极)、外延衬底21、外延层22，外延层22内形成基区23，基区23内形成发射区24，外延层22上覆盖有氧化层30，氧化层30上覆盖SiN层40，发射区24连接的发射极50(铝电极)穿透氧化层30和SiN层40向外，在外延层22上靠近氧化层30的一端外设有等位环60。
可以理解的，背金层10由步骤F中的背面减薄和金属化工艺形成在外延衬底21背向外延层22的一面；基区23主要由步骤B的基区光刻、基区刻蚀、基区预氧化、硼注入、LPCVD_SiO2和基区退火工艺形成；发射区24主要由步骤C中的发射区光刻、发射区刻蚀、发射区磷预淀积、发射区氧化和发射区扩散形成；发射极50主要由步骤C和步骤D中的引线孔光刻、引线孔刻蚀、溅射铝、铝反刻、铝刻蚀、溅射铝膜退火工艺形成；SiN层40主要由步骤D中的PECVD_SiN工艺形成。
N<100>的CZ单晶外延片，N型即电子型半导体，CZ：Czochralski直拉单晶制造法，<100>表示的是晶向。由于晶体具有对称性，有对称性联系着的那些晶向可以方向不同，但它们的周期却相同，因而是等效的，这些等效晶向的全体可用尖<αβγ>来表示，对于立方系，晶向[100]、[010]、[001]及其相反晶向就可以用<100>表示；CZ法可以方便地观察晶体生长过程，晶体在熔体的自由表面处生长，而不与柑锅接触，可以减少热应力，可以方便地使用定向籽晶和籽晶细颈工艺以减小晶体中的缺陷,得到所需取向的晶体，较快的生长速度和较短的生长周期。
LPCVD即Low Pressure Chemical Vapor Deposition低压力化学气相沉积法。
PECVD即Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)等离子体增强化学的气相沉积法。
基区退火中通入H2/O2/HCl混合气体，进行掺氯氧化，减少Na离子的玷污，生成的挥发性NaCl会从反应室排出，抑制氧化堆垛层错，提高少子寿命，即提高了性能和可靠性。
作为本发明的优选方式，初始氧化为在1050℃的条件下依次通入5min的O2、85min的O2/H2混合气体、5min的O2。
H2和O2合成氧化可以解决湿氧或者水汽氧化时由于水的纯度不高而引入杂质的问题，一般H2和O2的比例接近2:1，O2通常比2:1的比例过量一些，保证安全。
作为本发明的优选方式，基区预氧化过程为在900℃下依次通入5min的02、30min的O2/H2、5min的O2；进行硼注入工艺，注入2E15/cm2的硼杂质，注入能量为60Kev。
基区光刻，利用光刻技术在外延层22上形成沟道区图形；基区刻蚀，将需要注入的区域的氧化部分腐蚀干净。
作为本发明的优选方式，发射区磷预淀积在1000℃、Rs6.0Ω/□的情况下进行，发射区氧化为在1050℃的环境下依次通5min的O2、30min的O2/H2混合气体、5minO2，发射区扩散的工艺条件为1050℃、通入N2，调整hFE为900±100。
发射区光刻，与基区光刻相似，利用光刻技术在基区23上形成发射区图形；发射区刻蚀，将发射区图形内的氧化部分腐蚀干净；发射区氧化和发射区扩散，将磷预淀积形成的磷层覆盖。
作为本发明的优选方式，初始氧化的SiO2生长厚度为
基区预氧化的SiO2的生长厚度为
LPCVD_SiO2的SiO2的沉积厚度为
发射区磷预淀积的SiO2的生长厚度为
作为本发明的优选方式，背面减薄保留厚度为300±20μm。背面金属化形成的背金层依次远离外延层22分别为Ti、Ni、Ag、Sn。
作为本发明的优选方式，Ti、Ni、Ag、Sn的厚度依次为
一般的，将外延衬底21置于蒸镀腔室中，对蒸镀腔室抽真空，打开蒸镀腔室内的卤素灯，升温到一定温度后进行沉积形成背金层。Ti和外延衬底21的Si能很好的结合，Ni黏合Ag和Ni，Sn可以提供更好的接触电阻。
作为本发明的优选方式，溅射铝工艺在基片上溅射一层2μm的纯铝膜。用于实现电路的自连与互连。
作为本发明的优选方式，溅射铝膜退火工艺在400℃下通入30min的N2/H2混合气体。使铝压点与硅形成良好欧姆接触。
综上，本发明提供的一种红外三极管芯片制造工艺，通过优选直拉硅单晶(CZ)外延片规格，优化基区工艺，形成低反射表面的介质层，能有效降低成本，提升光敏器件灵敏度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、将外延层厚度为30-40μm、电阻率10-16Ω·cm、型号为N<100>的CZ单晶外延片，进行初始氧化；
B、依次进行基区光刻、基区刻蚀、基区预氧化、硼注入、LPCVD_SiO2和基区退火,所述基区退火的工艺条件为在1150℃的环境下通入60min的N2、在1000℃的环境下通入30min的H2/O2/HCl混合气体，其中Rs为70-90Ω/□，基区结深为2-4μm；
C、依次进行发射区光刻、发射区刻蚀、发射区磷预淀积、发射区氧化和发射区扩散，所述基区退火前和所述发射区扩散后淀积形成的氧化层厚度为
D、PECVD_SiN、引线孔光刻、引线孔刻蚀，形成厚度为
折射率为1.9-2.1的SiN层；
E、溅射铝、铝反刻、铝刻蚀、溅射铝膜退火；
F、背面减薄、金属化。
2.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述初始氧化为在1050℃的条件下依次通入5min的O2、85min的O2/H2混合气体、5min的O2。
3.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述基区预氧化过程为在900℃下依次通入5min的02、30min的O2/H2混合气体、5min的O2；所述硼注入工艺，注入2E15/cm2的硼杂质，注入能量为60Kev。
4.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述发射区磷预淀积在1000℃、Rs6.0Ω/□的情况下进行，所述发射区氧化为在1050℃的环境下依次通5min的O2、30min的O2/H2混合气体、5minO2，所述发射区扩散的工艺条件为1050℃、通入N2，调整hFE为900±100。
5.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述初始氧化的SiO2生长厚度为
所述基区预氧化的SiO2的生长厚度为
所述LPCVD_SiO2的SiO2的沉积厚度为
所述发射区磷预淀积的SiO2的生长厚度为
6.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述背面减薄保留厚度为300±20μm。
7.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述背面金属化依次远离所述外延层形成Ti、Ni、Ag、Sn。
8.根据权利要求7所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述Ti、所述Ni、所述Ag、所述Sn的厚度依次为
Ti、
Ni、
Ag、
Sn。
9.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述溅射铝工艺在基片上溅射一层2μm的纯铝膜。
10.根据权利要求1所述的一种红外三极管芯片制造工艺，其特征在于，所述溅射铝膜退火工艺在400℃下通入30min的N2/H2混合气体。
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