一种低暗电流光电三极管的制造方法及结构与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种低暗电流光电三极管的制造方法及结构。


背景技术：

2.光电三极管芯片可以接收光信号产生光电流，再经过放大后进行电信号输出，从而实现光-电信号转换传输；具有灵敏度高、寿命长、抗干扰能力强等优点；主要应用于光电耦合器、安防、白板以及光轴等市场领域。其中以光电耦合器产品市场需求最庞大，因其与ir配套使用可实现电-光-电转换和电隔离，当前已广泛应用于家用电器、系统仪器、电源管理、mcu端口隔离等产品中。
3.现有的光电三极管芯片暗电流通常比较大，达到数10na级别甚至更大，高温下漏电性能会进一步恶化，导致高温下电流传输效率下降，无法满足高温场景应用需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低暗电流光电三极管的制造方法及结构，以解决背景技术中的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种低暗电流光电三极管的制造方法及结构，包括：
6.将n《111》单层或多层外延晶片清洗甩干，装入氧化工艺炉管内进行高温热氧化，形成介质氧化层；
7.对场氧化后的晶片旋涂光刻胶、浓硼区曝光、显影，在厚氧化层去除和薄氧生长后进行高剂量硼注入，注入后再进行950℃以上高温扩散，形成浓硼区；
8.对场氧化后的晶片旋涂光刻胶、浓硼区曝光、显影，在厚氧化层去除和薄氧生长后进行淡硼区中剂量硼注入，注入后再进行950℃以上高温扩散，形成淡硼基区；
9.对场氧化后的晶片旋涂光刻胶、发射区曝光、显影，在厚氧化层去除和薄氧生长后进行发射区高剂量磷注入，注入后再进行950℃以上高温扩散，形成发射区和外围的截止环区；
10.淀积一层预设厚度的sin薄膜，作为防止钝化的表面保护层，同时也用作光吸收增透膜；
11.对场氧化后的晶片旋涂光刻胶、接触孔区曝光、显影，再去除中间介质层，开出接触孔区；
12.对晶片进行金属淀积，再进行光刻胶旋涂、金属区曝光、显影，带胶进行金属刻蚀，刻蚀完去除表面光刻胶，形成金属焊盘区；
13.对晶片进行高温合金降低金半电阻。
14.在一种实施方式中，所述浓硼区设置在距离所述发射区至少2um的区域，所述浓硼区将所述发射区全包围；所述浓硼区与所述截至环区之间的横向间距不低于2um。
15.在一种实施方式中，所述浓硼区覆盖除所述发射区以外的淡硼基区。
16.在一种实施方式中，在开出接触孔区之后，对晶片预设增益值进行检测，若没有达到预设值，继续进行950℃以上高温扩散，直到达到预设值为止。
17.在一种实施方式中，所述介质氧化层的厚度不低于500nm；所述外延层的电阻率控制不超过12ohm
·
cm；所述高剂量硼注入的注入剂量不低于1e15；所述中剂量硼注入的注入剂量为1e14～1e15；所述高剂量磷注入的注入剂量不低于1e15。
18.在一种实施方式中，形成金属焊盘区工艺中，淀积的金属厚度至少为2000nm。
19.在一种实施方式中，合金的温度范围为380～530℃。
20.本发明还提供了一种低暗电流光电三极管结构，包括衬底、外延层、场氧化层、发射区、淡硼基区、浓硼区、截止环区、介质氧化层、发射区氧化层、接触孔区、表面保护层和金属焊盘区；
21.所述外延层设置在所述衬底的顶部外表面，所述场氧化层设置在所述外延层的顶部外表面，所述发射区设置在所述外延层的顶部内表面；所述淡硼基区设置在所述外延层的顶部内表面，并且完全包围所述发射区；所述浓硼区设置在所述外延层的顶部内表面，并且覆盖除所述发射区以外的淡硼基区，所述浓硼区与所述发射区之间留足横向间距；所述截止环区沿所述外延层一圈设置在所述外延层的顶部内表面，与所述浓硼区之间留足横向距离；所述介质氧化层设置在所述淡硼基区所处位置的外延层上表面；所述发射区氧化层设置在所述发射区的顶部外表面；所述接触孔区设置在所述发射区和所述淡硼基区上；所述表面保护层设置在除所述接触孔区之外的整个芯片表面；所述金属焊盘区设置在接触孔区上。
22.在本发明提供的低暗电流光电三极管的制造方法及结构中，通过设计优化和工艺改良，可以获得暗电流小于1na、电流传输效率高温温漂小于30％的低暗电流光电三极管芯片，提高芯片光电传输性能，实现高温领域应用需求。与现有技术相比，本发明适当降低了外延层的电阻率，提升了集电区一侧的掺杂浓度，有效减小了集电结漏电流；同时在芯片设计时增加了浓硼区结构，提升了集电结基区一侧的掺杂浓度，有效降低了集电结漏电流，提高了芯片暗电流性能。
附图说明
23.图1是本发明提供的一种低暗电流光电三极管的制造方法的流程示意图；
24.图2是本发明提供的一种低暗电流光电三极管的平面示意图；
25.图3是本发明提供的一种低暗电流光电三极管的剖面示意图。
具体实施方式
26.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种低暗电流光电三极管的制造方法及结构作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
27.本发明提供了一种低暗电流光电三极管结构的制备方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
28.将n《111》单层或多层外延晶片(包括衬底12和外延层11)清洗甩干，进行高温热氧化，形成厚度超过500nm的场氧化层9；
29.对场氧化后的晶片旋涂光刻胶、浓硼区曝光、显影，在厚氧化层去除和薄氧生长后进行高剂量硼注入，其中注入剂量≥1e15；注入后再进行950℃以上高温扩散，形成浓硼区6；
30.对晶片旋涂光刻胶、浓硼区曝光、显影，在厚氧化层去除和薄氧生长后进行淡硼区中剂量硼注入，其中注入剂量为1e14～1e15；注入后再进行950℃以上高温扩散，形成淡硼基区5；
31.对晶片旋涂光刻胶、发射区曝光、显影，在厚氧化层去除和薄氧生长后进行发射区高剂量磷注入，其中注入剂量≥1e15；注入后再进行950℃以上高温扩散，形成发射区2和外围的截止环区1；
32.淀积一层预设厚度的sin薄膜，作为防钝化的表面保护层8，同时也可以用作光吸收增透膜；
33.对晶片旋涂光刻胶、接触孔区曝光、显影，再去除中间介质层，开出接触孔区3，此时可以对晶片预设增益值检测，如果没有达到预设值，可继续进行950℃以上高温扩散，直到达到预设值为止；
34.选用溅射或蒸发工艺对晶片进行金属淀积，一般金属厚度不低于2000nm，再进行光刻胶旋涂、金属区曝光、显影，带胶进行金属刻蚀，刻蚀完去除表面光刻胶，形成金属焊盘区4；
35.对晶片进行高温合金降低金半电阻，合金温度一般不高于530℃，不低于380℃。
36.本发明另外提供一种低暗电流光电三极管结构，参照图2和图3，所述低暗电流光电三极管结构包括衬底12、外延层11、场氧化层9、发射区2、淡硼基区5、浓硼区6、截止环区1、介质氧化层7、发射区氧化层10、接触孔区3、表面保护层8和金属焊盘区4。所述外延层11设置在所述衬底12的顶部外表面，所述场氧化层9设置在所述外延层11的顶部外表面，所述发射区2设置在所述外延层11的顶部内表面；所述淡硼基区5设置在所述外延层11的顶部内表面，并且完全包围所述发射区2；所述浓硼区6设置在所述外延层11的顶部内表面，并且完全包围所述淡硼基区5，所述浓硼区6与所述发射区2之间留足横向间距；所述截止环区1沿所述外延层11一圈设置在所述外延层11的顶部内表面，与所述浓硼区6之间留足横向距离；所述介质氧化层7设置在所述淡硼基区5所处位置的外延层11上表面；所述发射区氧化层10设置在所述发射区2的顶部外表面；所述接触孔区3设置在所述发射区2和所述淡硼基区5上；所述表面保护层8设置在除所述接触孔区3之外的整个芯片表面；所述金属焊盘区4设置在接触孔区3上。
37.目前的光电三极管芯片通常暗电流比较大，高温下漏电性能会进一步恶化，导致高温下电流传输效率下降，无法满足高温场景应用需求。本发明通过设计浓硼区结构和工艺制造时适当降低外延材料电阻率，可以获得暗电流小于1na、电流传输效率高温温漂小于30％的低暗电流光电三极管芯片，有效解决了暗电流比较大的难题。
38.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。