硅基紫外增强型光电二极管制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光电探测器制作工艺，尤其设及一种娃基紫外增强型光电二极管 制作方法。
【背景技术】
[000引娃基PIN光电二极管具有良好的温度性能、低暗电流、高响应速度，对磁场不敏感 和有较好的光谱响应特性，稳定可靠、价格便宜等特点，已广泛应用于光电检测、光纤通信、 激光测距等领域。普通的娃基光电二极管的光谱响应范围为400nm~llOOnm，对190nm~ 360nm紫外波段无明显的光响应。而紫外波段光电探测器可广泛应用于核物理、保健物理、 地质探矿、天文学、核医学、环境保护等领域，必需将娃基光电二极管的光谱响应范围扩展 至190皿~360皿的紫外波段。目前，国外针对190皿~360皿紫外波段的娃基紫外增强 型光电二极管的制作有日本滨松公司、德国FirstSensor公司等少数厂商，国内研制的娃 基紫外增强型光电二极管主要针对340皿波长的响应，对高性能的娃基紫外增强型光电二 极管的需求基本依赖国外进口，不仅采购价格高昂，而且受制于人。
【发明内容】
[0003] 针对【背景技术】中的问题，本发明提出了一种娃基紫外增强型光电二极管制作方 法，其创新在于；所述方法的步骤为：
[0004] 1)采用N型娃外延材料作衬底，衬底层电阻率小于0. 001Q，(^!!!，外延层的电阻率 为20Q?cm~500Q?cm,外延层厚度为20ym~100ym;外延层所在侧的器件端面记为 正面，衬底层所在侧的器件端面记为背面；
[0005] 2)采用高温氧化工艺，在器件表面形成二氧化娃纯化层；
[0006] 3)采用光刻工艺在器件正面光刻出保护环渗杂区，采用湿法腐蚀工艺将保护环渗 杂区范围内的氧化层腐蚀掉；
[0007] 4)采用高温棚扩散工艺，对保护环渗杂区进行高浓度、深结棚渗杂，获得保护环；
[000引 5)采用光刻工艺在器件正面光刻出有源区，采用湿法腐蚀工艺对有源区范围内的 二氧化娃纯化层进行腐蚀使二氧化娃纯化层减薄至40nm~120nm;减薄后的二氧化娃纯化 层形成阻挡层；
[0009] 6)采用低能离子注入工艺，对有源区进行浅结棚渗杂；浅结棚渗杂结束后，采用 湿法腐蚀工艺将阻挡层腐蚀掉；
[0010] 7)采用瞬态退火工艺，对有源区渗杂离子进行激活；
[0011] 8)采用低温阳CVD工艺，在有源区表面淀积二氧化娃紫外增透膜；
[0012] 9)采用湿法腐蚀工艺，在保护环正上方刻蚀出电极孔；采用电子束蒸发工艺，在 器件正面蒸锻Ti/Al双层金属膜；采用湿法腐蚀工艺，将电极区域W外的Ti/Al双层金属膜 腐蚀掉，形成P电极；
[0013] 10)对器件背面进行减薄抛光；
[0014] 11)采用电子束蒸发工艺在器件背面蒸锻&/Au双层金属膜，形成N电极。
[0015] 按前述方法制作出的娃基紫外增强型光电二极管，其响应波长范围为190nm~ 1100皿，并且对紫外波段（190皿~360nm)的量子效率达到50%~70%，在200皿波长处 的响应度约为0.10A/W，在性能方面，本发明所制备出的器件与进口产品不相伯仲，但工艺 却较为简单。
[0016] 优选地，步骤4)中，按如下工艺条件进行高浓度、深结棚渗杂操作；扩散温度为 950°C~1150°C，渗杂浓度为lXl〇i7cm3~5Xl〇27cm3,结深为 1.5ym~4.Oym。
[0017] 优选地，步骤6)中，按如下工艺条件进行浅结棚渗杂：注入能量为20KeV~ 60KeV，渗杂浓度为1Xl〇i6/cm3~1X10is/cm3,结深小于0. 1ym。按前述工艺条件进行浅结 棚渗杂，能有效提高紫外波段的响应度。
[0018] 优选地，步骤7)中，瞬态退火工艺的工艺条件为：退火温度1000°C~1200°C，退火 时间30s~90s。
[0019] 优选地，步骤8)中，低温阳CVD工艺的工艺条件为；淀积温度为300°C~400°C，二 氧化娃紫外增透膜厚度为60皿~150皿。低温阳CVD工艺采用前述工艺条件进行，能有效 提高紫外波段的透过率。
[0020] 优选地，步骤9)中，Ti/Al双层金属膜中的铁膜厚度为30皿~100皿，侣膜厚度为 500mn~1400打m。
[0021] 优选地，步骤11)中，化/Au双层金属膜中的铭膜厚度为30皿~lOOnm，金膜厚度 为lOOnm~200nm。
[0022] 本发明的有益技术效果是；采用全新工艺制作出了娃基紫外增强型光电二极管， 器件性能与进口产品相当，工艺简单、成本较低。
【附图说明】
[0023] 图1、娃基紫外增强型光电二极管结构示意图；
[0024] 图2、本发明的娃基紫外增强型光电二极管的量子效率测试图；
[0025] 图3、本发明的娃基紫外增强型光电二极管的响应度测试图；
[0026] 图中各个标记所对应的名称分别为；外延层1、保护环2、有源区3、衬底层4、二氧 化娃纯化层5、二氧化娃紫外增透膜6、P电极7、N电极8。
【具体实施方式】
[0027] 一种娃基紫外增强型光电二极管制作方法，其创新在于；所述方法的步骤为：
[002引 1)采用N型娃外延材料作衬底，包括衬底层4和外延层1，其中，衬底层4电阻率 小于0. 001Q?cm;外延层1的电阻率为20Q?cm~500Q?cm,厚度为20ym~100ym; 外延层1所在侧的器件端面记为正面，衬底层4所在侧的器件端面记为背面；
[0029] 2)采用高温氧化工艺，在器件表面形成二氧化娃纯化层5 ;
[0030] 3)采用光刻工艺在器件正面光刻出保护环渗杂区，采用湿法腐蚀工艺将保护环渗 杂区范围内的氧化层腐蚀掉；
[0031] 4)采用高温棚扩散工艺，对保护环渗杂区进行高浓度、深结棚渗杂，获得保护环 2 ；
[0032] 5)采用光刻工艺在器件正面光刻出有源区3,采用湿法腐蚀工艺对有源区3范围 内的二氧化娃纯化层5进行腐蚀使二氧化娃纯化层5减薄至40nm~120nm;减薄后的二氧 化娃纯化层5形成阻挡层；
[0033] 6)采用低能离子注入工艺，对有源区3进行浅结棚渗杂；浅结棚渗杂结束后，采用 湿法腐蚀工艺将阻挡层腐蚀掉；
[0034] 7)采用瞬态退火工艺，对有源区3渗杂离子进行激活；
[0035] 8)采用低温阳CVD工艺，在有源区3表面淀积二氧化娃紫外增透膜6;
[0036] 9)采用湿法腐蚀工艺，在保护环2正上方刻蚀出电极孔；采用电子束蒸发工艺，在 器件正面蒸锻Ti/Al双层金属膜；采用湿法腐蚀工艺，将电极区域W外的Ti/Al双层金属膜 腐蚀掉，形成P电极7 ;
[0037] 10)对器件背面进行减薄抛光；
[003引 11)采用电子束蒸发工艺在器件背面蒸锻化/Au双层金属膜，形成N电极8。
[0039] 进一步地，步骤4)中，按如下工艺条件进行高浓度、深结棚渗杂工艺；扩散温度为 950°C~1150°C，渗杂浓度为lXl〇i7cm3~5Xl〇27cm3,结深为 1.5ym~4.Oym。
[0040] 进一步地，步骤6)中，按如下工艺条件进行浅结棚渗杂工艺；注入能量为20KeV~ 60KeV，渗杂浓度为 1Xl〇i6/cm3~1X10is/cms，结深小于 0. 1ym。
[0041] 进一步地，步骤7)中，瞬态退火工艺的工艺条件为：退火温度1000°C~1200°C，退 火时间30s~90s。
[0042] 进一步地，步骤8)中，低温阳CVD工艺的工艺条件为；淀积温度为300°C~400°C， 二氧化娃紫外增透膜6厚度为60nm~150nm。
[004引进一步地，步骤9)中，Ti/Al双层金属膜中的铁膜厚度为30皿~100皿，侣膜厚度 为 500nm~1400nm。
[0044] 进一步地，步骤11)中，化/Au双层金属膜中的铭膜厚度为30皿~100皿，金膜厚 度为lOOnm~200nm。
[0045] 如图2所示，按本发明方法制得的器件在200nm~360nm紫外波段处的量子效 率达50 %~70% ;如图3所示，按本发明方法制得的器件在250皿波长处的响应度可达 0. 12A/W;按本发明方法制得的器件与国外主流产品的性能对比如下表所示：
[0046] 与国外同类产品的主要性能参数对比
[0047]
【主权项】
1. 一种硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：所述方法的步骤为： 1) 采用N型硅外延材料形成衬底层（4)和外延层（1)，其中，外延层（1)的电阻率为 20D?cnr^OOD?〇!!，外延层厚度为2〇1^111~10〇1^1]1;外延层（1)所在侧的器件端面记为正 面，衬底层（4)所在侧的器件端面记为背面； 2) 采用高温氧化工艺，在器件表面形成二氧化硅钝化层（5); 3) 采用光刻工艺在器件正面光刻出保护环掺杂区，采用湿法腐蚀工艺将保护环掺杂区 范围内的氧化层腐蚀掉； 4) 采用高温硼扩散工艺，对保护环掺杂区进行高浓度、深结硼掺杂，获得保护环（2); 5) 采用光刻工艺在器件正面光刻出有源区（3)，采用湿法腐蚀工艺对有源区（3)范围 内的二氧化硅钝化层（5)进行腐蚀使二氧化硅钝化层（5)减薄至40nm~120nm;减薄后的二 氧化硅钝化层（5)形成阻挡层； 6) 采用低能离子注入工艺，对有源区（3)进行浅结硼掺杂；浅结硼掺杂后，采用湿法腐 蚀工艺将阻挡层腐蚀掉； 7) 采用瞬态退火工艺，对有源区（3)掺杂离子进行激活； 8) 采用低温PECVD工艺，在有源区（3)表面淀积二氧化硅紫外增透膜（6); 9) 采用湿法腐蚀工艺，在保护环（2)正上方刻蚀出电极孔；采用电子束蒸发工艺，在器 件正面蒸镀Ti/Al双层金属膜；采用湿法腐蚀工艺，将电极区域以外的Ti/Al双层金属膜腐 蚀掉，形成P电极（7); 10) 对器件背面进行减薄抛光； 11) 采用电子束蒸发工艺在器件背面蒸镀Cr/Au双层金属膜，形成N电极（8)。
2. 根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤4) 中，按如下工艺条件进行高浓度、深结硼掺杂工艺：扩散温度为950°C~1150°C，掺杂浓度为 IXIO19 /cm3 ~ 5X1020 /cm3,结深为I. 5ym~ 4. 0ym。
3. 根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤6) 中，按如下工艺条件进行浅结硼掺杂工艺：注入能量为20KeV~60KeV，掺杂浓度为IXlO16/ cm3 ~IXIO18 /cm3,结深小于 0?Iym。
4. 根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤7) 中，瞬态退火工艺的工艺条件为：退火温度l〇〇〇°C~1200°C，退火时间30s~90s。
5. 根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤8) 中，低温PECVD工艺的工艺条件为：淀积温度为300°C~400°C，二氧化硅紫外增透膜（6)厚 度为 60nm~150nm。
6. 根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤9) 中，Ti/Al双层金属膜中的钛膜厚度为30nm~100nm，铝膜厚度为500nm~1400nm。
7. 根据权利要求1所述的硅基紫外增强型光电二极管制作方法，其特征在于：步骤11) 中，Cr/Au双层金属膜中的铬膜厚度为30nm~100nm，金膜厚度为IOOnm~ 200nm。
【专利摘要】本发明公开了一种硅基紫外增强型光电二极管制作方法，该方法中，通过较为简单的工艺制作出了硅基紫外增强型光电二极管，器件性能与进口产品不相伯仲；本发明的有益技术效果是：采用全新工艺制作出了硅基紫外增强型光电二极管，器件性能与进口产品相当，工艺简单、成本较低。
【IPC分类】H01L31-18
【公开号】CN104701420
【申请号】CN201510120667
【发明人】黄烈云, 王昊璇, 钟奇志, 向勇军, 韩恒利
【申请人】中国电子科技集团公司第四十四研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月19日