光敏三极管及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光敏三极管及其制备方法。


背景技术：

2.现有的光敏三极管中的基区均为p型轻掺杂区，譬如，轻掺杂的硼区；即现有的光敏三极管的基区为大面积的轻掺杂硼区。
3.上述结构的光敏三极管的集电极与发射区之间的漏电流较大，在常温下一般为几十个纳安(na)，在高温情况下(譬如，大于等于85℃)集电极与发射区之间的漏电流甚至可以达到数百纳安至2微安(μa)左右的水平。较大的漏电流使得光敏三极管的可靠性较差。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对的问题，提供一种光敏三极管及其制备方法。
5.本技术提供一种光敏三极管，包括管芯，所述管芯包括：
6.外延片，包括n型重掺杂基底及位于所述n型重掺杂基底上表面的n型轻掺杂外延层，所述外延片作为所述光敏三极管的材料，其底部作为所述光敏三极管的集电极；
7.p型轻掺杂区，位于所述n型轻掺杂外延层内；
8.p型重掺杂区，位于所述p型轻掺杂区的外围，所述p型重掺杂区与所述p型轻掺杂区共同构成所述光敏三极管的基区；
9.n型重掺杂区，位于所述p型轻掺杂区内；所述n型重掺杂区为所述光敏三极管的发射区。
10.上述光敏三极管中，在p型轻掺杂区外围形成有p型重掺杂区，即上述光敏三极管的基区外围有p型重掺杂区，可以大大降低表面态对光敏三极管的影响，可以显著降低集电极与发射区之间的漏电流。
11.在其中一个实施例中，所述p型重掺杂区的面积大于所述p型轻掺杂区的面积。
12.在其中一个实施例中，所述管芯还包括：
13.基区引出电极，与所述基区相接触；
14.发射区引出电极，与所述发射区相接触；
15.集电极引出电极，位于所述外延片的底部。
16.在其中一个实施例中，所述基区引出电极为铝电极；所述发射区引出电极为铝电极；所述集电极引出电极为镍电极。
17.在其中一个实施例中，所述光敏三极管还包括保护层，所述保护层覆盖所述管芯的上表面。
18.在其中一个实施例中，所述保护层包括：
19.二氧化硅层，位于所述管芯的上表面；
20.氮化硅层，位于上述二氧化硅层的上表面。
21.上述光敏三极管中，所述保护层包括所述氧化硅层及所述氮化硅层，即在表面有
二氧化硅层加之薄氮化硅层保护，可以克服相邻层的膨胀系数差异，避免保护层开裂，从而确保光敏三极管的可靠性。
22.在其中一个实施例中，所述发射区的形状包括梅花状、边缘端部呈弧形的梳状或边缘端部呈弧形的十字形。
23.上述光敏三极管中，通过将发射区设置为梅花状、边缘端部呈弧形的十字形或边缘端部呈弧形的梳状，即可以增大发射区的周长，降低光敏三极管大电流情况下的饱和压降，改善集电极电流的压缩效应。
24.本技术还提供一种光敏三极管的制备方法，包括制备管芯，所述管芯的制备方法包括：
25.提供外延片，所述外延片包括n型重掺杂基底及位于所述n型重掺杂基底上表面的n型轻掺杂外延层，所述外延片作为所述光敏三极管的集电极；
26.于所述n型轻掺杂外延层内形成p型轻掺杂区及p型重掺杂区，所述p型重掺杂区位于所述p型轻掺杂区的外围；所述p型重掺杂区与所述p型轻掺杂区共同构成所述光敏三极管的基区，并于所述p型轻掺杂区内形成n型重掺杂区作为所述光敏三极管的发射区。
27.上述光敏三极管的制备方法中，在p型轻掺杂区外围形成p型重掺杂区，即上述光敏三极管的基区内形成p型重掺杂区，可以大大降低表面态对光敏三极管的影响，可以显著降低集电极与发射区之间的漏电流。
28.在其中一个实施例中，形成所述发射区之后还包括：
29.于所述管芯的上表面形成保护层。
30.在其中一个实施例中，于所述管芯的上表面形成保护层包括：
31.于所述管芯的上表面形成二氧化硅层；
32.于所述二氧化硅层的上表面形成薄氮化硅层。
33.上述光敏三极管的制备方法中，所述保护层包括所述氧化硅层及所述氮化硅层，即在表面有二氧化硅层加之薄氮化硅层保护，可以减少二氧化硅和氮化硅膨胀系数的不同影响，避免保护层开裂，从而确保光敏三极管的可靠性。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本技术提供的光敏三极管的制备方法的流程图；
36.图2至图16为本技术提供的光敏三极管的制备方法中的各步骤所得结构的结构示意图；其中，图15为本技术的光敏三极管的制备方法最终得到的光敏三极管的俯视图，图16为沿图15中aa方向的截面图。
37.附图标记说明：10、n型轻掺杂外延层；111、p型轻掺杂区；112、p型重掺杂区；12、n型重掺杂区；121、发射区；13、n型外延片重掺杂基底；141、1411、1412、1413、1414、1415、二氧化硅层；142、氮化硅层；15、基区引出电极；151、引出电极材料层；16、发射区引出电极；17、集电极引出电极。
具体实施方式
38.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
39.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
40.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
41.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
42.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
43.请参阅图1，本技术提供一种光敏三极管的制备方法，包括如下步骤：
44.s11：提供外延片，所述外延片包括n型重掺杂基底及位于所述n型重掺杂基底上表面的n型轻掺杂外延层，所述外延片底部作为所述光敏三极管的集电极；
45.s12：于所述n型轻掺杂外延层内形成p型轻掺杂区及p型重掺杂区，所述p型重掺杂区位于所述p型轻掺杂区的外围；所述p型重掺杂区与所述p型轻掺杂区共同构成所述光敏三极管的基区；并于所述p型轻掺杂区内形成n型重掺杂区作为所述光敏三极管的发射区。
46.上述光敏三极管的制备方法中，在p型轻掺杂区外围形成p型重掺杂区，即上述光敏三极管的基区内形成p型重掺杂区，可以大大降低表面态对光敏三极管的影响，可以显著降低集电极与发射区之间的漏电流，iceo参数可降低10倍以上，即iceo可达到1na以下，有效地提高了光敏三极管的可靠性。
47.在步骤s11中，请参阅图1中的s11步骤及图2，提供外延片，所述外延片包括n型重掺杂基底13及位于所述n型重掺杂基底13上表面的n型轻掺杂外延层10，所述外延片底部作为所述光敏三极管的集电极。
48.在一个示例中，n型重掺杂基底13为n型重掺杂的硅基底。
49.在一个示例中，n型轻掺杂外延层10可以为通过外延工艺在n型重掺杂基底13的上表面外延生长的n型轻掺杂外延层。
50.在步骤s12中，请参阅图1中的s12步骤及图3，于n型轻掺杂外延层10内形成p型轻掺杂区111及p型重掺杂区112，p型重掺杂区112位于p型轻掺杂区111的外围；所述p型重掺杂区112与所述p型轻掺杂区111共同构成所述光敏三极管的基区；并于所述p型轻掺杂区111内形成n型重掺杂区12作为所述光敏三极管的发射区121。
51.在一个示例中，步骤s12可以包括如下步骤：
52.s121：于n型轻掺杂外延层10的上表面形成二氧化硅层1411，如图3所示；
53.s122：对二氧化硅层1411进行光刻刻蚀，以得到二氧化硅层1412，如图4所示；二氧化硅层1412定义出p型重掺杂区112的形状及位置；
54.s123：基于二氧化硅层1412对n型轻掺杂外延层10进行p型重掺杂扩散，以形成p型重掺杂区112，p型重掺杂区112的面积小于n型轻掺杂外延层10的面积，且p型重掺杂区112的深度小于n型轻掺杂外延层10的深度，如图5所示；
55.s124：对二氧化硅层1412进行光刻刻蚀，以确定p型轻掺杂区的掺杂的位置和形状二氧化硅层1413，如图6所示；
56.s125：对确定的p型轻掺杂区的掺杂位置进行p型扩散，以得到p型轻掺杂区111，p型轻掺杂区111的深度小于p型重掺杂区112的深度，如图7所示；
57.s126：对步骤s125所得结构进行热氧化处理，以使得二氧化硅层1413演变为二氧化硅层1414，如图8所示；
58.s127：对二氧化硅层1414进行光刻刻蚀，以得到二氧化硅层1415，二氧化硅层1415定义出发射区n型重掺杂区的位置和形状，如图9所示；
59.s128：基于二氧化硅层1415对p型轻掺杂区111进行n型重掺杂扩散，以得到n型重掺杂区12，n型重掺杂区12的面积小于p型轻掺杂区111的面积，且n型重掺杂区12的深度小于p型轻掺杂区111的深度，如图10所示；
60.s129：对步骤s128所得结构进行热氧化处理，以使得二氧化硅层1415转变为新的二氧化硅层141，如图11所示。
61.具体的，n型重掺杂区12为光敏三极管的发射区。
62.在一个示例中，发射区的形状包括梅花状、边缘端部呈弧形的梳状或边缘端部呈弧形的十字形。
63.上述光敏三极管中，通过将发射区设置为梅花状、边缘端部呈弧形的十字形或边缘端部呈弧形的梳状，即可以增大发射区的周长，降低光敏三极管大电流情况下的饱和压降，改善集电极电流的压缩效应。
64.在一个示例中，p型重掺杂区112的面积及p型轻掺杂区111的面积可以根据实际需要设定，p型重掺杂区112的面积可以大于p型轻掺杂区111的面积，当p型重掺杂区112小于p型轻掺杂区111的面积时，p型重掺杂区112可以为环形区域，并环绕p型轻掺杂区111的外围；本实施例中，p型重掺杂区112的面积大于p型轻掺杂区111的面积。
65.如图12所示，还可以包括如下步骤：形成二氧化硅层141之后，还包括：
66.于二氧化硅层141的上表面表面形成薄的氮化硅层142；氮化硅层142与二氧化硅层141共同构成保护层，上述光敏三极管的制备方法中，通过在薄的氮化硅层142与n型轻掺杂外延层10之间设置二氧化硅层141，可以使得相邻层的膨胀应力差异较小，避免保护层开裂，从而确保光敏三极管的性能。
67.即在上述实施例中，在形成发射区之后还可以包括于管芯的上表面形成保护层的步骤，所述保护层包括所述二氧化硅层141及所述氮化硅层142。
68.请参阅图12至图14，形成二氧化硅层141及氮化硅层142之后还包括如下步骤：
69.通过光刻及刻蚀工艺在二氧化硅层141及氮化层142保护层上，刻出基区引出电极孔(未示出)和发射区引出电极孔(未示出)，然后通过蒸发工艺在整个片子表面形成一层铝151，图13所示。
70.通过光刻工艺确定基区引出电极和发射区引出电极的位置和形状。然后通过铝刻蚀方法形成基区引出电极15和发射区引出电极16，图14所示。
71.具体的，图12至图14中以基区引出电极15与p型重掺杂区112相接触作为示例；发射区引出电极16与n型重掺杂区12相接触。
72.在一个示例中，可以采用但不仅限于溅射工艺形成基区引出电极15及发射区引出电极16；基区引出电极15为铝电极，发射区引出电极16为铝电极。
73.在一个示例中，如图14所示，形成的基极引出电极15的纵截面形状为t型，基极引出电极15的上表面高于氮化硅层142的上表面；形成的发射极引出电极16的纵截面形状可以为t形，发射极引出电极16的上表面高于氮化硅层142的上表面，此时，基极引出电极15部分位于氮化硅层142的上表面，发射极引出电极16部分位于氮化硅层142的上表面。
74.在一个示例中，如图15及图16所示，形成基区引出电极15及发射区引出电极16之后，还要把外延片底部减薄到一定尺寸后通过蒸镍工艺在集电极13的背面形成集电极引出电极17。形成集电极引出电极17之前先把外延片底部减薄，可以减小光敏管管体电阻。具体的，集电极引出电极17为镍电极。
75.请继续参阅图14至图16，本技术还提供一种光敏三极管，管芯，所述管芯包括：外延片，外延片包括n型重掺杂基底13及位于n型掺杂基底13上表面的n型轻掺杂外延层10，所述外延片作为所述光敏三极管的集电极；p型轻掺杂区111，p型轻掺杂区111位于n型轻掺杂外延层10内；p型重掺杂区112，p型重掺杂区112位于p型轻掺杂区111的外围，所述p型重掺杂区112与所述p型轻掺杂区111共同构成所述光敏三极管的基区；n型重掺杂区12，n型重掺杂区12位于p型轻掺杂区111内；n型重掺杂区12为光敏三极管的发射区121。
76.上述光敏三极管中，在p型轻掺杂区111和p型重掺杂区112，即上述光敏三极管的基区内形成有p型重掺杂区112，p型轻掺杂区111和p型重掺杂区112共同构成光敏三极管的基区，可以大大降低表面态对光敏三极管的影响，可以显著降低集电极与发射区之间的漏电流，也可以对抗辐射性能有一定改善。
77.在一个示例中，n型重掺杂基底13为n型重掺杂的硅基底。
78.在一个示例中，p型重掺杂区112的面积及p型轻掺杂区111的面积可以根据实际需要设定，p型重掺杂区112的面积可以大于p型轻掺杂区111的面积，当p型重掺杂区112小于p型轻掺杂区111的面积时，p型重掺杂区112可以为环形区域，并环绕p型轻掺杂区111的外围；本实施例中，p型重掺杂区112的面积大于p型轻掺杂区111的面积。
79.在一个示例中，发射区的形状包括梅花状、边缘端部呈弧形的梳状或边缘端部呈弧形的十字形。
80.上述光敏三极管中，通过将发射区设置为梅花状、边缘端部呈弧形的十字形或边缘端部呈弧形的梳状，即可以增大发射区的周长，降低光敏三极管大电流情况下的饱和压降，改善集电极电流的压缩效应。
81.在一个示例中，光敏三极管还包括保护层，保护层覆盖管芯的上表面。
82.在一个示例中，保护层为多层结构，具体的，保护层包括：二氧化硅层141，二氧化硅层141位于所述管芯的上表面；氮化硅层142，氮化硅层142位于二氧化硅层141的上表面。
83.上述光敏三极管中，二氧化硅层141和氮化硅层142共同作为保护层。但需要说明的是，为了避免二者膨胀系数差异大容易造成保护层开裂，氮化硅层142需要做得很薄，通
过在薄的氮化硅层142与n型轻掺杂外延层10之间设置二氧化硅层141，可以使得相邻层的膨胀应力差异较小，避免保护层开裂，从而确保光敏三极管的性能。
84.在一个示例中，p型重掺杂区112及p型轻掺杂区111均可以为通过对n型轻掺杂外延层10进行p型扩散，使得部分n型轻掺杂外延层10反型以形成p型重掺杂区112及p型轻掺杂区111。p型重掺杂区112的面积小于n型轻掺杂外延层10的面积，p型重掺杂区112的深度小于n型轻掺杂外延层10的深度，且p型重掺杂区112的深度大于p型轻掺杂外延层111的深度。
85.在一个示例中，n型重掺杂区12可以为通过对p型轻掺杂区111进行n型扩散，使得部分p型轻掺杂区111反型以形成n型重掺杂区12；n型重掺杂区12的面积小于p型轻掺杂区111的面积，且n型重掺杂区12的深度小于p型轻掺杂区111的深度。
86.在一个示例中，光敏三极管还包括：
87.基区引出电极15，基区引出电极15与p型重掺杂区112相接触；发射区引出电极16，发射区引出电极16与n型重掺杂区12相接触；
88.集电极引出电极17，集电极引出电极17位于集电极16的背面。
89.在一个示例中，基区引出电极15，基区引出电极与基区相接触；发射区引出电极16，发射区引出电极1与发射区121相接触。
90.在一个示例中，请参阅图14及图16，基极引出电极15的纵截面形状为t型，基极引出电极15的上表面高于氮化硅层142的上表面；发射极引出电极16的纵截面形状可以为t形，发射极引出电极16的上表面高于氮化硅层142的上表面，此时，基极引出电极15部分位于氮化硅层142的上表面，发射极引出电极16部分位于氮化硅层142的上表面。
91.在一个示例中，基区引出电极15、发射区引出电极16及集电极引出电极17可以均为金属电极，其中，基区引出电极15为铝电极，发射区引出电极16为铝电极，集电极引出电极17可以为镍电极或金电极。
92.需要说明的是，图2至图14及图16中的n+表示n型重掺杂，n-表示n型轻掺杂；图5至图14及图16中的p+表示p型重掺杂，p-表示p型轻掺杂。
93.综上可知，本技术提供一种光敏三极管及其制备方法，光敏三极管包括管芯，管芯包括：外延片，包括n型重掺杂基底及位于n型重掺杂基底上表面的n型轻掺杂外延层，外延片作为光敏三极管的材料，其底部作为光敏三极管的集电极；p型轻掺杂区，位于n型轻掺杂外延层内；p型重掺杂区，位于p型轻掺杂区的外围，p型重掺杂区与p型轻掺杂区共同构成光敏三极管的基区；n型重掺杂区，位于p型轻掺杂区内；n型重掺杂区为光敏三极管的发射区。
94.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
95.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
96.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。