CN110473923A - 一种红外光敏三极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外光敏三极管芯片，包括背金层、外延片、基区、发射区、氧化层、氮化硅膜和发射极；背金层形成的集电极由内至外包括Ti、Ni、Ag、Sn；外延片的型号为N<100>，外延片包括覆盖在背金层上的外延衬底和外延层，外延层的厚度为30‑40μm，电阻率为10‑16Ω·cm，外延衬底为N型CZ硅单晶，外延衬底电阻率为0.005‑0.015Ω·cm，基区由硼注入工艺形成在外延衬底上，发射区在基区内光刻、刻蚀、磷预淀积、氧化、扩散形成；氧化层由SiO2形成，覆盖在外延层上，氧化层的厚度为氮化硅膜覆盖在氧化层上，氮化硅膜的厚度为折射率为1.9‑2.1，发射区上经过溅射、反刻、刻蚀、铝膜退火成型由铝电极构成的发射极，发射极穿透氧化层和氮化硅膜向外。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光敏器件技术领域，尤其涉及一种红外光敏三极管芯片。
背景技术
红外光敏三极管是一种常用的半导体光敏器件，现有的红外光敏三极管一般采用<111>外延片，这种外延片芯片界面态较高，暗电流高；外延层的材料对940nm的吸收效果仍然有很大的提升空间，光敏性能无法满足越来越精密、高效的行业要求。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种高灵敏度的红外光敏三极管芯片。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种红外光敏三极管芯片，包括背金层、外延片、基区、发射区、氧化层、氮化硅膜和发射极；所述背金层形成的集电极由内至外包括Ti、Ni、Ag、Sn；所述外延片的型号为N<100>，所述外延片包括覆盖在所述背金层上的外延衬底和覆盖在所述外延衬底的外延层，所述外延层的厚度为30-40μm，电阻率为10-16Ω·cm，所述外延衬底为N型CZ硅单晶，所述外延衬底电阻率为0.005-0.015Ω·cm，所述基区由硼注入工艺形成在所述外延衬底上，所述发射区在所述基区内光刻、刻蚀、磷预淀积、氧化、扩散形成；所述氧化层由SiO2形成，覆盖在所述外延层上，所述氧化层的厚度为所述氮化硅膜覆盖在所述氧化层上，所述氮化硅膜的厚度为折射率为1.9-2.1，所述发射区上经过溅射、反刻、刻蚀、铝膜退火成型由铝电极构成的发射极，所述发射极穿透所述氧化层和所述氮化硅膜向外。
进一步的，所述基区注入工艺在退火前进行LPCVD-SiO2。
进一步的，所述氮化硅膜由PECVD-SiN工艺形成。
进一步的，所述Ti为所述Ni为所述Ag为所述Sn为
进一步的，所述基区二氧化硅的沉积厚度为
进一步的，所述发射区的二氧化硅生长厚度为
进一步的，所述外延层外围设有等位环。
本发明的有益效果在于：背金层形成的集电极由内至外包括Ti、Ni、Ag、Sn，Ti和外延衬底的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。外延层的厚度为30-40μm，电阻率为10-16Ω·cm，基于940nm红外光吸收长度、响应速度和输出饱和压降的综合考虑；氧化层厚度氧化硅膜的厚度为折射率为1.9-2.1，有利于减少红外光反射，增加芯片对红外光的吸收，使得三极管对于红外光的转换效率提升。<100>硅单晶片相对于市场上使用广泛的<111>硅单晶片优势明显，能降低光敏三极管暗电流，同时与DMOS外延片工艺兼容，有利于降低外延片成本。
附图说明
图1是本发明实施例一种红外光敏三极管芯片的结构示意图。
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、氮化硅膜；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，对本发明一种红外光敏三极管芯片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。
一种红外光敏三极管芯片，包括背金层10、外延片、基区23、发射区24、氧化层30、氮化硅膜40和发射极50；背金层10形成的集电极由内至外包括Ti、Ni、Ag、Sn；外延片的型号为N<100>，外延片包括覆盖在背金层上的外延衬底21和覆盖在外延衬底的外延层22，外延层22的厚度为30-40μm，电阻率为10-16Ω·cm，外延衬底21为N型CZ硅单晶，外延衬底21电阻率为0.005-0.015Ω·cm，基区23由硼注入工艺形成在外延衬底21上，发射区24在基区23内光刻、刻蚀、磷预淀积、氧化、扩散形成；氧化层30由SiO2形成，覆盖在外延层上，氧化层30的厚度为氮化硅膜40覆盖在氧化层30上，氮化硅膜40的厚度为折射率为1.9-2.1，发射区24上经过溅射、反刻、刻蚀、铝膜退火成型由铝电极构成的发射极50，发射极50穿透氧化层30和氮化硅膜40向外。
背金层10形成的集电极由内至外包括Ti、Ni、Ag、Sn，Ti和外延衬底的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。外延层22的厚度为30-40μm，电阻率为10-16Ω·cm，基于940nm红外光吸收长度、响应速度和输出饱和压降的综合考虑；氧化层30厚度氧化硅膜40的厚度为折射率为1.9-2.1，有利于减少红外光反射，增加芯片对红外光的吸收，使得三极管对于红外光的转换效率提升。<100>硅单晶片相对于市场上使用广泛的<111>硅单晶片优势明显，能降低光敏三极管暗电流，同时与DMOS外延片工艺兼容，有利于降低外延片成本。
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。
作为本发明的一个优选方式，集电极面积远大于发射区24面积。
作为本发明的一个优选方式，在对外延衬底21进行初始氧化时，SiO2的生长厚度为
作为本发明的一个优选方式，基区23注入工艺在退火前进行LPCVD-SiO2。退火前表面利用LPCVD-SiO2工艺淀积SiO2，减少了高温热氧化对Si-SiO2界面的不利影响。
基区工艺包括光刻、刻蚀、预氧化、注入、LPCVD-SiO2、退火。基区光刻，基区刻蚀，利用光刻技术在外延层22上形成沟道区图形，将需要注入的区域的氧化部分腐蚀干净。其中在预氧化工艺中SiO2的生长厚度为其中在注入工艺中硼注入2E15/60KeV。
发射区24光刻、刻蚀、磷预淀积、氧化、扩散形成，其中磷预淀积在1000℃环境下进行，Rs为6.0Ω/□。其中氧化SiO2的生长厚度为
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。
作为本发明的一个优选方式，氮化硅膜40由PECVD-SiN工艺形成。PECVD工艺借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。利用PECVD工艺，形成的氮化硅膜具有很好的钝化效果；基本温度低；沉积速率快；成膜质量好，针孔较少，不易龟裂。
作为本发明的一个优选方式，Ti为Ni为Ag为Sn为根据Ti、Ni、Ag、Sn的特性保证背金层的性能。
作为本发明的一个优选方式，基区23二氧化硅的沉积厚度为发射区24的二氧化硅生长厚度为
请参见图1，通过本发明生产出来的红外三极管芯片，包括背金层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上覆盖氮化硅层40，发射区24连接的发射极50(铝电极)穿透氧化层30和氮化硅层40向外，在外延层22上靠近氧化层的一端外设有等位环60，一般的，等位环60形成P+区。
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 (7)
1.一种红外光敏三极管芯片，其特征在于，包括背金层、外延片、基区、发射区、氧化层、氮化硅膜和发射极；所述背金层形成的集电极由内至外包括Ti、Ni、Ag、Sn；所述外延片的型号为N<100>，所述外延片包括覆盖在所述背金层上的外延衬底和覆盖在所述外延衬底的外延层，所述外延层的厚度为30-40μm，电阻率为10-16Ω·cm，所述外延衬底为N型CZ硅单晶，所述外延衬底电阻率为0.005-0.015Ω·cm，所述基区由硼注入工艺形成在所述外延衬底上，所述发射区在所述基区内光刻、刻蚀、磷预淀积、氧化、扩散形成；所述氧化层由SiO2形成，覆盖在所述外延层上，所述氧化层的厚度为所述氮化硅膜覆盖在所述氧化层上，所述氮化硅膜的厚度为折射率为1.9-2.1，所述发射区上经过溅射、反刻、刻蚀、铝膜退火成型由铝电极构成的发射极，所述发射极穿透所述氧化层和所述氮化硅膜向外。
2.根据权利要求1所述的一种红外光敏三极管芯片，其特征在于，所述基区注入工艺在退火前进行LPCVD-SiO2。
3.根据权利要求1所述的一种红外光敏三极管芯片，其特征在于，所述氮化硅膜由PECVD-SiN工艺形成。
4.根据权利要求1所述的一种红外光敏三极管芯片，其特征在于，所述Ti为所述Ni为所述Ag为所述Sn为
5.根据权利要求1所述的一种红外光敏三极管芯片，其特征在于，所述基区二氧化硅的沉积厚度为
6.根据权利要求1所述的一种红外光敏三极管芯片，其特征在于，所述发射区的二氧化硅生长厚度为
7.根据权利要求1所述的一种红外光敏三极管芯片，其特征在于，所述外延层外围设有等位环。
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