TW202243013A - 修正光電晶體之光敏感度的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種修正光電晶體之光敏感度的方法，該光電晶體係在基於晶圓的半導體製程中生產，每個該光電晶體都具有背面集極、嵌入該集極中的基極、嵌入該基極中的射極、以及正面金屬化，該正面金屬化包括用於該射極的至少一個接合焊墊以及特別是修正結構，其中，被該金屬化覆蓋的正面區域界定了相應光電晶體的光不敏感面積，並且該正面之無金屬區域界定了相應光電晶體的光敏感面積，其中，該方法包括下列步驟：測量該光電晶體之集極-射極電流；以及根據所測量的該集極-射極電流，藉由改變被該金屬化覆蓋之面積的尺寸，特別是藉由移除該修正結構之至少一部分，而改變(特別是增加)該光敏感面積之尺寸。
Description
本發明係關於一種修正光電晶體之光敏感度的方法，該光電晶體係在基於晶圓的半導體製程中生產，每個光電晶體都具有背面集極、嵌入集極的基極、嵌入基極的射極和正面金屬化(metallization)。
在光電晶體中，基極-集極過渡(base-collector transition)充當光電二極體，當光入射並且施加集極-射極電壓時，該光電二極體會產生光電流，所述光電流被電晶體的電流增益因子放大為集極-射極電流，即也稱為集極電流。電流增益因子和集極電流主要取決於基極和射極的植入深度，它們共同定義了基極寬度，以及取決於基極和射極的摻雜濃度。因此，在光電晶體的生產中，致使半導體製程盡可能穩定至關重要。
然而，不能完全避免這些參數的製程變化，特別是晶圓與晶圓之間的製程變化。這些製程變化導致電流增益因子的對應變化，從而導致所生產的光電晶體的光敏感度發生對應變化，從而導致光電晶體不在所生產的集極電流的所需分類範圍(binning range)內，而是在另一個可能沒有需求的範圍(特別是相鄰的分類範圍)內。可用的光電晶體的產量因此會降低，從而增加了生產成本。
因此，本發明的基本目的是提供增加位於集極電流的相應期望範圍內的光電晶體的產量的可能性。
該目的係藉由具有獨立請求項1的特徵的方法來滿足，亦即，藉由一種修正光電晶體之光敏感度的方法，該光電晶體係在基於晶圓的半導體製程中生產，每個該光電晶體都具有背面集極、嵌入該集極中的基極、嵌入該基極中的射極、以及正面金屬化，該正面金屬化包括用於該射極的至少一個接合焊墊以及特別是修正結構，其中，被該金屬化覆蓋的正面區域界定了相應光電晶體的光不敏感面積，並且該正面之無金屬區域界定了相應光電晶體的光敏感面積，其中，該方法包括下列步驟：測量該光電晶體之集極-射極電流；以及根據所測量的該集極-射極電流，藉由改變被該金屬化覆蓋之面積的尺寸，特別是藉由移除該修正結構之至少一部分，而改變(特別是增加)該光敏感面積之尺寸。
根據本發明，位於集極電流的相應期望範圍內的光電晶體的產量的增加不是藉由減少半導體製程中的製程變化來實現的，而是藉由修正光電晶體的光敏感度來實現的。修正是作為所謂的後處理(post-processing)進行的，並且實際上改變了被金屬化覆蓋的區域的尺寸，從而改變了光敏感面積的尺寸。相比之下，不可能經由後處理溫度處理來修正光電晶體的光敏感度以引起射極或基極的擴散並因此改變集極電流，因為光電晶體的金屬化並不能承受該目的所需的高溫。
金屬化較佳地包括修正結構，其中藉由移除修正結構的至少一部分來改變被金屬化覆蓋的面積的尺寸。然而，通常也可以藉由在無金屬區域中沉
積額外的金屬，例如藉由所謂的剝離製程(lift-off process)來改變被金屬化覆蓋的面積的尺寸。然而，與移除修正結構的至少一部分相比，在無金屬區域中沉積額外的金屬更加複雜和/或昂貴。
為了確定光敏感面積的尺寸必須改變的程度，預先測量光電晶體的集極-射極電流。然後根據所測量的集極-射極電流確定光敏感面積之尺寸的變化程度。集極-射極電流的測量係在定義的測量條件下進行。一般來說，所測量的集極-射極電流可以是單個光電晶體的單次測量的測量值。然而，所測量的集極-射極電流較佳地是根據在不同光電晶體處的複數次測量所計算出的電流值，所述光電晶體特別地佈置為分佈在晶圓上，特別的是在其計算異常值(calculation outliers)(異常值特別是由於處理中的缺陷所導致者)期間的平均值可以不予考慮。
特別規定，修正結構之至少一部分的移除包括根據所測量的集極-射極電流，使該修正結構之面積減少與所測量的該集極-射極電流相關聯之修正面積，其中，為該集極-射極電流提供特別有恰好三個相互鄰接的測量值範圍，不同尺寸的修正面積係與該三個相互相連的測量值範圍相關聯，其中，相應修正面積的尺寸越大，落入相應測量值範圍的該集極-射極電流越小。這不排除，從某個極限值開始，修正結構的面積沒有減少，而是保持不變，即對應的測量值範圍的修正面積為0%。提供的測量範圍越多，就越可以微調修正光電晶體的光敏感度。
根據本發明之較佳實施例，如果所測量的集極-射極電流位於預定的期望值範圍內，高於和低於預定的期望值範圍係分別與至少一個另外的測量值範圍相連，則修正結構之面積減少預定的期望值修正面積。因此，該方法設置
成使得當半導體製程中沒有發生製程變化時，致使修正結構減少預定的期望值修正面積。換言之，如果在生產期間沒有發生製程變化，則光電晶體最初會失諧(detuned)並且首先必須經由將修正結構減少預定的期望值修正面積來進行調適。這種方法使得，如果發生製程變化，光電晶體的電流增益因子的對應偏差可以在兩個方向上得到補償，亦即，在電流增益因子過低的方向和電流增益因子過高的方向。預定的期望值修正面積尤其可以相當於修正結構之面積的50%。
較佳的是，用於低於期望值範圍之測量值範圍或最低於該期望值範圍之測量值範圍的修正面積相當於修正結構之面積的100%，亦即，修正結構被完全移除。由此可以實現光電晶體的電流增益因子的最大可能變化。
進一步較佳的是，用於高於期望值範圍之測量值範圍或最高於該期望值範圍之測量值範圍的修正面積相當於修正結構之面積的0%。亦即，修正結構之面積並未減少，而是維持不變。一方面，由此可以實現光電晶體的電流增益因子的最大可能變化，另一方面，由此對於移除修正結構之一部分可以省力。
根據較佳實施例，修正結構之至少一部分的移除包括根據所測量的集極-射極電流在光電晶體的正面鋪設光阻劑，並使用光罩予以結構化，然後特別是藉由濕式化學蝕刻或乾式蝕刻移除未被該結構化光阻劑覆蓋的相應修正結構的區域，其中，特別是剩餘的金屬化被該結構化光阻劑覆蓋。這是一種易於實施的修正結構或其部分的移除製程。
在這方面，特別規定，光罩係選自一組不同的光罩，特別是選自一組恰好兩個不同的光罩，該兩個不同的光罩的區域之面積不同，在正阻劑的情況下可透光或在負阻劑的情況下不透光，所述區域被成像到該修正結構的未被該結構化光阻劑覆蓋的區域中的光阻劑上，特別是在相應的前述修正面積中。當
提供恰好三個上述測量值範圍並且0%的修正面積與高於上述期望值範圍的測量值範圍相關聯時，尤其可以存在恰好兩個不同的光罩。
根據一變體，光電晶體的集極-射極電流的測量可以包括：相應的光電晶體發光並且相應的基極不連接或連接。然而，根據另一變體，光電晶體的集極-射極電流的測量還可以包括連接相應的基極並且相應的光電晶體不發光或發光。測量係在規定的測量條件下進行，例如在5V的集極-射極電壓下，和/或在1mW/cm2的照明強度下，和/或在950nm的波長下。在根據一個變體進行測量的情況下的上述期望值範圍通常不同於根據另一變體進行測量的情況下的期望值範圍。
金屬化可以具有用於射極和修正結構之接合焊墊作為結構以及可選的用於基極的另一個接合焊墊和/或用於屏蔽電場的至少一個框架狀結構作為結構，其中，該修正結構係與該個或該多個其他結構分開形成或與該個或該多個其他結構之至少一者連接，特別是與用於該基極之該接合焊墊連接。相應的框架狀結構係較佳地連接到該射極之該接合焊墊。
本發明還關於一種光電晶體，亦即修正後的光電晶體，可根據如上所述的方法而獲得，並且關於一種光電晶體，係在基於晶圓的半導體製程中生產，該光電晶體之光敏感度可被修正，該光電晶體具有背面集極、嵌入該集極中的基極、嵌入該基極中的射極、以及正面金屬化，該正面金屬化包括用於該射極的至少一個接合焊墊以及特別是修正結構，其中，被該金屬化覆蓋的正面區域界定了該光電晶體的光不敏感面積，並且該正面之無金屬區域界定了該光電晶體的光敏感面積，其中，可以測量集極-射極電流，並且其中，可以根據所測量的
該集極-射極電流，藉由改變被該金屬化覆蓋之面積的尺寸，特別是藉由移除該修正結構之至少一部分，而改變(特別是增加)該光敏感面積之尺寸。
本發明還關於一種光耦合器，包括光發射器和光接收器，其中，該光接收器被配置為根據如上所述的光電晶體，並且關於一種根據如上所述的光電晶體用於測量環境光亮度的用途，特別是用於設置儀表板照明和/或機動車輛之內部照明的亮度。
在附屬請求項、附圖說明和圖式中描述了本發明的其他有利實施例。關於根據本發明的方法解釋的較佳實施例相應地適用於根據本發明的光電晶體。
11:集極
13:基極
15:射極
17:接合焊墊
19:接合焊墊
21:框架狀結構、第一框架結構
23:框架狀結構、第二框架結構
25:修正結構
27:修正面積、期望值修正面積
29:修正面積
下面將參照附圖以示例的方式描述本發明。顯示有：
圖1是光電晶體的剖面圖；
圖2是光電晶體的平面圖；
圖3是根據本發明的方法中使用的根據第一實施例的光電晶體；以及
圖4是根據本發明的方法中使用的根據第二實施例的光電晶體。
圖1所示的光電晶體係在基於晶圓的半導體製程中生產，包括背面之弱n摻雜(n-)的集極11、嵌入集極11中之p摻雜(p)的基極13、以及嵌入基極13中之強n摻雜(n+)的射極15。光電晶體的背面在整個區域上設置有金屬觸點(未示出)用於集極11的電性連接。用於基極13的接合焊墊17和用於射極15的接
合焊墊19之兩者都是由鋁構成的光電晶體的金屬化的一部分，鋪設於光電晶體的正面。此外，基極13和射極15在未設置有相應接合焊墊17、19的區域中被未示出的氮化物層覆蓋，該氮化物層係用作入射照明的抗反射層。
從圖2可以看出，除了用於基極13和射極15的兩個接合焊墊17、19之外，金屬化還包括兩個用於屏蔽電場的框架狀結構21、23。此二個框架狀結構21、23各自連接到射極15的接合焊墊19，該接合焊墊19在光電晶體的操作中接地。第一框架結構21沿著射極15的區域的邊界延伸，且第二框架結構23圍繞基極13的區域和射極15的區域。
光電晶體的正面中被金屬化覆蓋的區域形成光電晶體的光不敏感面積，而無金屬區域形成光電晶體的光敏感面積。光電晶體的光敏感度可以經由光電晶體之正面的總面積中的光敏感面積部分來設置，即經由正面沒有被金屬化覆蓋的部分：未覆蓋的面積越大，光敏感度越大。
為了能夠修正光電晶體的光敏感度，金屬化具有修正結構25，例如圖3和4所示。修正結構25位於基極13的區域上方，但通常也可以佈置在射極15的區域上方。前述氮化物層(未圖示)位於基極13與修正結構25之間。在根據圖3的實施例中，修正結構25與剩餘的金屬化分開形成；在根據圖4的實施例中，修正結構25連接到用於基極13的接合焊墊17。在如圖3和4所示的光電晶體中，光敏感面積的尺寸可以藉由移除修正結構25的至少一部分面積來增加。
修正結構25的至少一部分面積的移除是藉由光罩(photomask)步驟進行，其中光阻劑在晶圓層級(wafer level)被鋪設到光電晶體的金屬化上，並且藉由光罩結構化，使得修正結構25的待移除面積的部分不被結構化的光阻劑
覆蓋，以便它們可以藉由金屬蝕刻步驟移除。剩餘的金屬化在這方面被結構化的光阻劑覆蓋並且因此被保護而免受金屬蝕刻步驟的影響。
當生產過程中發生製程變化導致光電晶體的光敏感度不在預期範圍內而是超出預期範圍時，需要修正光電晶體的光敏感度。是否是這種情況，亦即，是否需要修正，可以藉由測量對應於光敏感度的光電晶體的集極-射極電流來確定。這種測量可以在電晶體的電性連接或光電連接的情況下進行。
為了能夠補償兩個方向(亦即，電流增益過大和過小)上的製程變化，當修正結構25完全存在時，光電晶體不具有所指定的電流增益，而是當修正結構25減少50%時。因此，當測量的集極-射極電流位於所指定的光電晶體的預定義期望值範圍內時，藉由第一光罩將修正結構25減少了相當於修正結構25的面積的50%(亦即，被移除一半)的期望值修正面積27。如果測得的集極-射極電流太大並且超過期望值範圍，則修正結構25不會減小，而是保持其原始尺寸。修正面積的尺寸則相當於0%。如果測得的集極-射極電流太小並且低於期望值範圍，則修正結構25減少了相當於修正結構25的面積的100%(亦即，完全移除)的修正面積29，其中然後選擇與第一光罩相應地不同的第二光罩。
以這種方式，光電晶體的光敏感面積的尺寸可以根據測量的集極-射極電流在晶圓層級改變，並且由此可以實現光電晶體的光敏感度的修正。另一方面，修正面積也可以具有上述值以外的值，並且可以使用多於兩個上述光罩來實現對光電晶體之光敏感度的更精細的設置。
13:基極
15:射極
17:接合焊墊
19:接合焊墊
21:框架狀結構、第一框架結構
23:框架狀結構、第二框架結構
25:修正結構
27:修正面積、期望值修正面積
29:修正面積
Claims (14)
- 一種修正光電晶體之光敏感度的方法，該光電晶體係在基於晶圓的半導體製程中生產，每個該光電晶體都具有背面集極(11)、嵌入該集極(11)中的基極(13)、嵌入該基極(13)中的射極(15)、以及正面金屬化，該正面金屬化包括用於該射極(15)的至少一個接合焊墊(19)以及特別是修正結構(25)，其中，被該金屬化覆蓋的正面區域界定了相應光電晶體的光不敏感面積，並且該正面之無金屬區域界定了相應光電晶體的光敏感面積，其中，該方法包括下列步驟：測量該光電晶體之集極-射極電流；以及根據所測量的該集極-射極電流，藉由改變被該金屬化覆蓋之面積的尺寸，特別是藉由移除該修正結構(25)之至少一部分，而改變(特別是增加)該光敏感面積之尺寸。
- 如請求項1所述的方法，其特徵在於，該修正結構(25)之至少一部分的該移除包括根據所測量的該集極-射極電流，使該修正結構(25)之面積減少與所測量的該集極-射極電流相關聯之修正面積(27、29)，其中，為該集極-射極電流提供特別有恰好三個相互鄰接的測量值範圍，不同尺寸的修正面積(27、29)係與該三個相互相連的測量值範圍相關聯，其中，相應修正面積(27、29)的尺寸越大，落入相應測量值範圍的該集極-射極電流越小。
- 如請求項2所述的方法，其特徵在於，如果所測量的該集極-射極電流位於預定的期望值範圍內，高於和低於該預定的期望值範圍係分別與至少一個另外的測量值範圍相毗連，則該修正結構(25)之該面積減少預定的期望值修正面積(27)。
- 如請求項3所述的方法，其特徵在於，該預定的期望值修正面積(27)相當於該修正結構(25)之該面積的50%。
- 如請求項3或4所述的方法，其特徵在於，用於低於該期望值範圍之該測量值範圍或最低於該期望值範圍之該測量值範圍的該修正面積(29)相當於該修正結構(25)之該面積的100%。
- 如請求項3至5中任一項所述的方法，其特徵在於，用於高於該期望值範圍之該測量值範圍或最高於該期望值範圍之該測量值範圍的該修正面積相當於該修正結構(25)之該面積的0%。
- 如請求項1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，該修正結構(25)之至少一部分的該移除包括根據所測量的該集極-射極電流在該光電晶體的該正面鋪設光阻劑，並使用光罩予以結構化，然後特別是藉由濕式化學蝕刻或乾式蝕刻移除未被該結構化光阻劑覆蓋的相應修正結構(25)的區域。
- 如請求項7所述的方法，其特徵在於，該光罩係選自一組不同的光罩，特別是選自一組恰好兩個不同的光罩，該兩個不同的光罩的區域之面積不同，在正阻劑的情況下可透光或在負阻劑的情況下不透光，所述區域被成像到該修正結構(25)的未被該結構化光阻劑覆蓋的區域中的光阻劑上。
- 如請求項1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，該光電晶體的該集極-射極電流的該測量包括相應的光電晶體發光並且相應的基極(13)未連接或連接，或該光電晶體的該集極-射極電流的該測量包括連接相應的基極(13)並且相應的光電晶體不發光或發光。
- 如請求項1至9中任一項所述的方法，其特徵在於，該金屬化具有用於該射極(15)和該修正結構(25)的該接合焊墊(19)作為結構，以及可選的用於該基極(13)的另一個接合焊墊(17)和/或用於屏蔽電場的至少一個框架狀結構(21、23)作為結構，其中，該修正結構(25)係與該個或該多個其他結構(17、19、21、23)分開形成或與該個或該多個其他結構(17、19、21、23)之至少一者連接，特別是與用於該基極(13)之該接合焊墊(17)連接。
- 一種光電晶體，亦即修正後的光電晶體，可根據如請求項1至10中任一項所述的方法而獲得。
- 一種光電晶體，係在基於晶圓的半導體製程中生產，該光電晶體之光敏感度可被修正，該光電晶體具有背面集極(11)、嵌入該集極(11)中的基極(13)、嵌入該基極(13)中的射極(15)、以及正面金屬化，該正面金屬化包括用於該射極(15)的至少一個接合焊墊(19)以及特別是修正結構(25)，其中，被該金屬化覆蓋的正面區域界定了該光電晶體的光不敏感面積，並且該正面之無金屬區域界定了該光電晶體的光敏感面積，其中，可以測量集極-射極電流，並且其中，可以根據所測量的該集極-射極電流，藉由改變被該金屬化覆蓋之面積的尺寸，特別是藉由移除該修正結構(25)之至少一部分，而改變(特別是增加)該光敏感面積之尺寸。
- 一種光耦合器，包括光發射器和光接收器，其中，該光接收器被配置為根據請求項11或12所述的光電晶體。
- 一種根據請求項11或12所述的光電晶體用於測量環境光亮度的用途，特別是用於設置儀表板照明和/或機動車輛之內部照明的亮度。
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