CN112687757B - 光电探测芯片制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光电芯片制作方法，包括：在基片正面的标记区域内形成凹槽，所述凹槽的深度大于等于所述基片光吸收层的厚度；在所述基片的外延层表面淀积钝化膜；在所述钝化膜上形成扩散区；在所述扩散区进行扩散工艺；在所述基片表面生长增透膜；在所述扩散区内的增透膜上形成电极引线孔；在所述基片的表面淀积金属膜；在所述基片钝化膜上形成电极以及在所述凹槽内形成背面对位标记，所述电极连接所述电极引线孔；将所述基片背面进行减薄至所需厚度，以及对所述基片背面进行抛光；根据所述基片正面标记区域内的背面对位标记进行背面对准；在所述基片的背面进行背面光刻工艺。本发明工艺流程简单，背面对准精度高。

Description

光电探测芯片制作方法

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光电探测芯片制作方法。

背景技术

在光电探测器芯片制备工艺流程中，通常需要在基片的正面和背面制作图形，因此背面对准技术非常关键。

双面光刻机可同时观察到基片的正面和背面，从而进行背面对准，但是该设备价格昂贵，会给企业带来成本压力，不利于大规模使用。具有红外光源的光刻机可在基片下方加入红外光源，曝光时基片正面朝下，红外光透过基片，将正面标记图形投射到镜头中，从而进行背面对准，且设备价格较为低廉，但是光电探测器芯片的外延结构中通常带有光吸收层，会导致红外光无法透过基片，无法实现制作。单面光刻机来也可实现背面光刻，但是需要将基片粘在玻璃片上，且该方法操作复杂、对准精度低、不适用于生产。

因此，需要一种，工艺简单而且背面对准精度高的光电探测器芯片制作方法。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种光电探测芯片制作方法，应用于具有红外光源的光刻机，工艺简单而且背面对准精度高。

第一方面，本发明公开了一种光电探测芯片制作，包括：

采用光刻腐蚀方法在基片正面的标记区域内形成凹槽，所述凹槽的深度大于等于所述基片光吸收层的厚度；

采用化学气相沉积法在所述基片的外延层表面淀积钝化膜；

采用光刻腐蚀方法在所述钝化膜上形成扩散区；

采用高温掺杂的方法在所述扩散区进行扩散工艺；

采用化学气相沉积法在所述基片表面生长增透膜；

采用光刻腐蚀方法在所述扩散区内的增透膜上形成电极引线孔；

采用电子束蒸发或热蒸发方法在所述基片的表面淀积金属膜；

采用光刻腐蚀方法在所述基片钝化膜上形成电极以及在所述凹槽内形成背面对位标记，所述电极连接所述电极引线孔；

将所述基片背面进行减薄至所需厚度，以及采用化学机械抛光方法对所述基片背面进行抛光；

采用所述具有红外光源的光刻机，根据所述基片正面标记区域内的背面对位标记进行背面对准；

在所述基片的背面进行背面光刻工艺。

可选的，所述基片正面的标记区域位于所述基片的非成品芯片区域。

可选的，所述采用光刻腐蚀方法在基片正面的标记区域内形成凹槽包括：

在所述基片的表面涂覆光刻胶层；

光刻、显影去除所述基片正面的标记区域内的光刻胶层；

腐蚀所述基片正面的标记区域内的外延层，直至所述基片的光吸收层以下，形成所述凹槽；

去除所述基片正面的光刻胶层。

可选的，所述根据所述基片正面的标记区域内背面对位标记进行背面对准包括：

设置所述基片正面面向所述光刻机的CCD成像设备及成像光学系统；

所述CCD成像设备通过所述成像光学系统提取所述凹槽内的背面对准标记，并发送至计算机存储及处理；

根据所述计算机中存储的掩膜版对位标记与所述凹槽内的背面对准标记的相对位置误差，调整所述基片的位置，以使所述基片背面对准。

可选的，所述背面对位标记的形状包括：十字形、方形、圆形、三角形、菱形、五角形。

可选的，所述基片的外延层包括：衬底、设置于所述衬底上的缓冲层、设置于所述缓冲层上的光吸收层及设置于所述光吸收层上的顶层；

所述扩散区扩散于所述基片的顶层和所述基片的光吸收层。

可选的，所述衬底由掺S的InP材料制成；所述缓冲层由掺Si的N型InP材料制成，所述缓冲层的厚度为0.5um～2um；所述光吸收层的厚度为1um～5um；所述顶层由InP材料制成，所述顶层的厚度为0.5um～2um。

可选的，所述钝化膜由SiNx材料制成，且所述钝化膜厚度大于5000A，折射率为2.0±0.05。

可选的，所述增透膜由SiNx材料制成，且所述增透膜厚度为1500A～2000A，折射率为1.96±0.02。

可选的，所述扩散区的深度为1um～2um。本发明提供了一种光电芯片制作方法，包括：采用光刻腐蚀方法在基片正面的标记区域内形成凹槽，所述凹槽的深度大于等于所述基片光吸收层的厚度；采用化学气相沉积法在所述基片的外延层表面淀积钝化膜；采用光刻腐蚀方法在所述钝化膜上形成扩散区；采用高温掺杂的方法在所述扩散区进行扩散工艺；采用化学气相沉积法在所述基片表面生长增透膜；采用光刻腐蚀方法在所述扩散区内的增透膜上形成电极引线孔；采用电子束蒸发或热蒸发方法在所述基片的表面淀积金属膜；采用光刻腐蚀方法在所述基片钝化膜上形成电极以及在所述凹槽内形成背面对位标记，所述电极连接所述电极引线孔；将所述基片背面进行减薄至所需厚度，以及采用化学机械抛光方法对所述基片背面进行抛光；采用所述具有红外光源的光刻机，根据所述基片正面标记区域内的背面对位标记进行背面对准；在所述基片的背面进行背面光刻工艺。本发明在光电探测芯片制作流程中通过在基片正面刻蚀一个深度超过基片光吸收层的凹槽，并在凹槽内制作背面对位标记，背面对位标记上覆盖有金属膜，利用红外光不能穿透金属的特点完成背面对准，本发明工艺流程简单，背面对准精度高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种光电探测芯片制作方法的流程图；

图2为本申请实施例的一种光电探测芯片基片的俯视图；

图3为本申请实施例的一种光电探测芯片基片的主视图；

图4为本申请实施例的一种根据凹槽内背面对位标记进行背面对准方法的流程图；

图5为本申请实施例的一种光电探测芯片基片的剖视图；

图6为本申请实施例的一种在基片正面的标记区域内形成凹槽的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例的一种光电探测芯片制作方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤110：采用光刻腐蚀方法在基片正面的标记区域内形成凹槽，所述凹槽的深度大于等于所述基片光吸收层的厚度；

步骤120：采用化学气相沉积法在所述基片的外延层表面淀积钝化膜；

步骤130：采用光刻腐蚀方法在所述钝化膜上形成扩散区；

步骤140：采用高温掺杂的方法在所述扩散区进行扩散工艺；

步骤150：采用化学气相沉积法在所述基片表面生长增透膜；

步骤160：采用光刻腐蚀方法在所述扩散区内的增透膜上形成电极引线孔；

步骤170：采用电子束蒸发或热蒸发方法在所述基片的表面淀积金属膜；

步骤180：采用光刻腐蚀方法在所述基片钝化膜上形成电极以及在所述凹槽内形成背面对位标记，所述电极连接所述电极引线孔；

步骤190：将所述基片背面进行减薄至所需厚度，以及采用化学机械抛光方法对所述基片背面进行抛光；

步骤1100：采用所述具有红外光源的光刻机，根据所述基片正面标记区域内的背面对位标记进行背面对准；

步骤1110：在所述基片的背面进行背面光刻工艺。

本申请实施例中，所述基片正面的标记区域位于所述基片的非成品芯片区域，相对应的，掩膜版上的对位标记也制作在所述掩模版的非图形区域，节省生产成本，减少成品芯片的浪费。

本申请实施例在光电探测芯片制作流程中通过在基片正面刻蚀一个深度超过基片光吸收层的凹槽，并在凹槽内制作背面对位标记，背面对位标记上覆盖有金属膜，利用红外光不能穿透金属的特点完成背面对准，本发明结合现有光电探测芯片制作工艺流程，增加在基片正面刻蚀凹槽的工艺流程，增加的工艺流程简单，且背面对准精度高，不需要使用双面光刻机，减少生产成本。

图2为本申请实施例的一种光电探测芯片基片的俯视图，如图2所示，基片200正面包括标记区域210，所述标记区域210为所述凹槽，所述凹槽包含背面对位标记，所述背面对位标记上覆盖有金属膜。

本申请实施例中，所述背面对位标记的形状可采用十字形、方形、圆形、三角形、菱形、五角形。

图3为本申请实施例的一种光电探测芯片基片的主视图，如图3所示，所述凹槽310的深度大于所述基片的光吸收层的厚度。

本申请实施例中，光刻机的红外光源无法穿透背面对位标记上的覆盖的金属膜，但是可以穿透标记区域中无金属膜覆盖的区域，因此光刻机的成像系统可以提取出所述背面对位标记的图像，可以用于背面对准。

本申请实施例中，在所述基片的外延层表面采用等离子体增强化学的气相沉积法设备生长钝化膜，所述钝化膜可采用SiNx材料制成，且所述钝化膜厚度大于5000A，折射率为2.0±0.05。

本申请实施例中，在所述外延层表面采用等离子体增强化学的气相沉积法设备生长工艺生长增透膜，所述增透膜可采用SiNx材料制成，且所述增透膜厚度为1500A～2000A，折射率为1.96±0.02。

图4为本申请实施例的一种根据所述凹槽内背面对位标记进行背面对准方法的流程图，如图4所示，所述方法包括：

步骤4101：设置所述基片正面面向所述光刻机的CCD成像设备及成像光学系统；

步骤4102：所述CCD成像设备通过所述成像光学系统提取所述凹槽内的背面对准标记，并发送至计算机存储及处理；

步骤4103：根据所述计算机中存储的掩膜版对位标记与所述凹槽内的背面对准标记的相对位置误差，调整所述基片的位置，以使所述基片背面对准。

图5为本申请实施例的一种光电探测芯片基片的剖视图，如图5所示，所述基片包括外延层510和增透膜520，所述外延层510上向里扩散形成扩散区530。所述增透膜520和所述电极540均设置于所述扩散区530上方，并且所述电极531围绕所述增透膜520设置。

所述基片的外延层510包括：衬底511、设置于所述衬底上的缓冲层512、设置于所述缓冲层上的光吸收层513及设置于所述光吸收层上的顶层514；所述扩散区530扩散于所述基片的顶层514和所述基片的光吸收层513。

本申请实施例中，所述衬底由掺S的InP材料制成；所述缓冲层由掺Si的N型InP材料制成，所述缓冲层的厚度为0.5um～2um；所述光吸收层的厚度为1um～5um；所述顶层由InP材料制成，所述顶层的厚度为0.5um～2um。

所述基片还包括钝化膜550和背面电极层560，所述钝化膜550设置于所述顶层514上。所述钝化膜550环绕所述电极540设置。所述背面电极层560设置于所述衬底511的下面。

所述凹槽580的深度大于所述基片的光吸收层513的厚度，所述凹槽580包含背面对位标记，所述背面对位标记上覆盖有金属膜，通常用于制作光电探测器芯片的基片的的外延结构中的光吸收层，会导致光刻机的红外光无法穿透基片，单面光刻机无法获取常规基片正面对位标记。本申请实施例中，光刻机的红外光源无法穿透背面对位标记上的覆盖的金属膜，但是可以穿透标记区域中无金属膜覆盖的区域，因此光刻机的成像系统可以提取出所述背面对位标记的图像，可以用于背面对准。

本申请实施例中，设置所述基片正面朝下，设置所述CCD成像设备通过所述成像光学系统于基片的正下方，所述CCD成像设备通过所述成像光学系统提取所述凹槽内的背面对准标记，图像采集卡采集图像数据，输入至计算机进行处理、定位和实时显示，通过计算机屏幕上显示的掩膜版上的对位标记和凹槽内的对位标记的相对误差，再调整基片的位置，实现掩膜版和基片的精确对准。

图6为本申请实施例的一种在基片正面的标记区域内形成凹槽的流程图，如图6所示，采用光刻腐蚀方法在所述凹槽内形成凹槽的流程包括：

步骤611：在所述基片的表面涂覆光刻胶层；

步骤612：光刻、显影去除所述基片正面的标记区域内的光刻胶层；

步骤613：腐蚀所述基片正面的标记区域内的外延层，直至所述基片的光吸收层以下，形成所述凹槽；

步骤614：去除所述基片正面的光刻胶层。

本申请实施例提供了一种光电芯片制作方法，包括：采用光刻腐蚀方法在基片正面的标记区域内形成凹槽，所述凹槽的深度大于等于所述基片光吸收层的厚度；采用化学气相沉积法在所述基片的外延层表面生长增透膜；采用光刻腐蚀方法在所述基片的扩散区的增透膜上形成电极引线孔；采用化学气相沉积法在所述基片的外延层表面淀积金属膜；采用光刻方法在所述基片的扩散区形成电极以及在所述基片正面的标记区域形成背面对位标记，所述电极位于所述电极引线孔内；根据所述基片正面的标记区域内背面对位标记进行背面对准；在所述基片的背面进行背面所需工艺。本发明在光电探测芯片制作流程中通过在基片正面刻蚀一个深度超过基片光吸收层的凹槽，并在凹槽内制作背面对位标记，背面对位标记上覆盖有金属膜，利用红外光不能穿透金属的特点完成背面对准，本发明工艺流程简单，背面对准精度高。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种光电探测芯片制作方法，应用于具有红外光源的光刻机，其特征在于，所述方法包括：

采用光刻腐蚀方法在基片正面的标记区域内形成凹槽，所述凹槽的深度大于等于所述基片光吸收层的厚度；

采用化学气相沉积法在所述基片的外延层表面淀积钝化膜；

采用光刻腐蚀方法在所述钝化膜上形成扩散区；

采用高温掺杂的方法在所述扩散区进行扩散工艺；

采用化学气相沉积法在所述基片表面生长增透膜；

采用光刻腐蚀方法在所述扩散区内的增透膜上形成电极引线孔；

采用电子束蒸发或热蒸发方法在所述基片的表面淀积金属膜；

采用光刻腐蚀方法在所述基片钝化膜上形成电极以及在所述凹槽内形成背面对位标记，所述电极连接所述电极引线孔；

将所述基片背面进行减薄至所需厚度，以及采用化学机械抛光方法对所述基片背面进行抛光；

采用所述具有红外光源的光刻机，根据所述基片正面标记区域内的背面对位标记进行背面对准；

在所述基片的背面进行背面光刻工艺；

其中，所述采用光刻腐蚀方法在基片正面的标记区域内形成凹槽包括：

在所述基片的表面涂覆光刻胶层；

光刻、显影去除所述基片正面的标记区域内的光刻胶层；

腐蚀所述基片正面的标记区域内的外延层，直至所述基片的光吸收层以下，形成所述凹槽；

去除所述基片正面的光刻胶层。

2.如权利要求1所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述基片正面的标记区域位于所述基片的非成品芯片区域。

3.如权利要求1所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述根据所述基片正面的标记区域内背面对位标记进行背面对准包括：

设置所述基片正面面向所述光刻机的CCD成像设备及成像光学系统；

所述CCD成像设备通过所述成像光学系统提取所述凹槽内的背面对准标记，并发送至计算机存储及处理；

根据所述计算机中存储的掩膜版对位标记与所述凹槽内的背面对准标记的相对位置误差，调整所述基片的位置，以使所述基片背面对准。

4.如权利要求1所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述背面对位标记的形状包括：十字形、方形、圆形、三角形、菱形、五角形。

5.如权利要求1所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述基片的外延层包括：衬底、设置于所述衬底上的缓冲层、设置于所述缓冲层上的光吸收层及设置于所述光 吸收层上的顶层；

所述扩散区扩散于所述基片的顶层和所述基片的光 吸收层。

6.如权利要求5所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述衬底由掺S的InP材料制成；所述缓冲层由掺Si的N型InP材料制成，所述缓冲层的厚度为0.5um～2um；所述光吸收层的厚度为1um～5um；所述顶层由InP材料制成，所述顶层的厚度为0.5um～2um。

7.如权利要求1所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述钝化膜由SiNx材料制成，且所述钝化膜厚度大于5000A，折射率为2.0±0.05。

8.如权利要求1所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述增透膜由SiNx材料制成，且所述增透膜厚度为1500A～2000A，折射率为1.96±0.02。

9.如权利要求1所述的光电探测芯片制作方法，其特征在于，所述扩散区的深度为1um～2um。

Images