專利名稱：雙色紫光紅外光硅基復合光電探測器的制作方法
技術領域：
本發明是在信息領域涉及一種雙色(紫光和近紅外)硅基光電探測器的制作方法。用于雙色硅基復合光電探測器的制造。
背景技術：
由于半導體硅的光譜是0.4 1. Iym范圍，所以對于紫光和近紅外(0. 38 0. 43 μ m和0. 8 1. 064 μ m)的雙色光電探測器，均是硅或硅與氮化鎵材料分別為襯底制作而成的兩個分離的光電探測器，分別接收兩個光束的光，而不能接收來自同一光束的兩個波段的光，再分別輸出光信號。
發明內容
本發明目的針對目前紫光和近紅外雙色光電探測器的以上缺陷，特提出一種新方法，用此方法制作的雙色硅基復合光電探測器，能接收來自同一光束或同一光學系統所聚集的兩個波段的光束，分別輸出信號，從而簡化了光學系統，實現對煙霧、水氣較大場景目標更加準確探測和跟蹤。具體的技術方案在N型高阻硅單晶拋光面上，經氧化生長SiO2、光刻后高硼擴散1. 0 1. 5 μ m的結深，構成近紅外光電探測器的PN結；再在其表面，經腐蝕SW2薄層和氣相拋光處理后，再硅外延利用該高硼擴散層中的雜質進行反擴散自摻雜，夠成高阻P型，厚度< 3 μ m，成為紫光探測器的吸收層；再在其表面淀積SiO2光刻保護環后背面減薄拋光；其后進行磷擴散，形成正面紫光探測器的保護環(它是在近紅外光電探測器光敏區周邊小于100 200μπι的區域內進行)和近紅外光電探測器背面電極η+η高低結；再光刻紫外光敏區后進行高劑量 (IO16Cm-2)、低能(彡50kev)的磷離子注入、退火，以形成紫光探測器的n+p結；再淀積SW2 和Si3N4，如此，就構成n+-p-p+-n-n+五層重疊結構的兩個同心共軸pin光電探測器。其五層結構的中間一層P+層是兩個Pin光電探測器的公共P+層，它被隱埋在高阻P型層之下， 可以再經光刻，用等離子刻蝕法挖一環形槽(深度約大于外延層厚)以顯露P+層；再光刻 n+層電極窗口后，芯片正面和背面蒸鋁，并在正面光刻定域保留鋁，形成n+和ρ+電極，背面保留鋁也形成n+電極；硅鋁合金后，分離管芯；最后將芯片燒壓于具有4個管腳和粘有雙色 (紫光和近紅外光)窄帶濾光片的TO型管殼之中，便構成了雙色硅基復合光電探測器。
附圖1、本發明制作的雙色紫光近紅外光硅基復合光電探測器管芯示意圖，其中A 為側視圖，B為正視圖。附圖2、本發明制作的的雙色紫光近紅外光硅基復合光電探測器的制作工藝流程圖。圖中[η]是高阻N型硅(n-si)襯底；[p+]是硼擴散層；[ρ]是高阻P型硅外延層；[η+] 是高磷擴散和高磷離子注入層，其中[In+]是紫光探測器[n+p]結光敏結區，[2n+]為近紅外光電探測器芯片底面n+n高低結面。[1]是SiO2層，[2]是Si3N4層，[3]是電極金屬鋁層。
具體實施例方式下面結合圖2介紹本發明的一個實施例，該實施例是用本發明制造雙色(紫光和近紅外)硅基復合光電探測器的工藝過程。1、在N型高阻(電阻率彡3000 Ω -cm)硅襯底的拋光面上，氧化生長SiO2層[1]， 光刻硼擴散窗口 P+區后進行結深為1. 0 1. 5 μ m的高硼擴散，以形成近紅外光電探測器的P+n結；再進行氣相拋光(拋光厚度< 0. 2 μ m)和P型高阻(電阻率控制在彡100 Ω -cm) 硅外延，生長層厚度< 3 μ m，如圖2 (a)所示。2、在芯片表面低溫沉積SiO2,在近紅外光電探測器的光敏區周邊小于約200 μ m的區域刻出紫光探測器的光敏面的保護環窗口后，進行芯片背面減薄拋光，其后再進行正面和背面的磷擴散，再經紫光探測器的光敏區的光刻后，又進行低能、(結深<0.2μπ )高劑量的磷離子注入，并淀積S^2和Si3N4增透膜；最后將芯片退火處理，以分別形成紫光探測器的η+ρ結和近紅外光電探側器的背面的n+n高低結。用等離子刻蝕方法，刻掉紫光探測器光敏區周邊50 μ m以外的高阻P層，以顯露ρ+層。如圖2(b)所示。3、光刻紫光探測器的電極窗口后，芯片正反兩面蒸發金屬鋁，并在正面光刻鋁，以保留In+區、2n+區和ρ+環區的鋁層，再進行硅鋁合金后分離芯片。至此，芯片制作完畢，如 0 2(c)所示。以上是用N型高阻硅為襯底制作雙色硅基復合光電探測器的方法和過程，對于用 P型高阻硅為襯底而言，主要是把上述的硼擴散改為磷擴散，把P型高阻硅外延改為N型高阻硅外延，把磷擴散改為硼擴散，把磷離子注入改為硼離子注入即可，其它工藝過程均相同。
權利要求
1.本發明涉及一種雙色(紫光和近紅外)硅基復合光電探測器的制作方法，其在高阻 N型(或P型)硅襯底的拋光面上，定域高硼(或高磷)擴散，形成近紅外光電探測器PN 結；在其表面上經高阻硅外延后，再在芯片背面和正面分別進行高磷(或高硼)擴散和離子注入，形成紫光探測器n+p結和近紅外探測器的襯底接觸的高低結和紫光探測器的PN結， 構成n+-p-p+-n-n+ (或p+-n-n+-p-p+)的結構，分別構成兩個pin光電探測器。它們均加上反向偏置后，接收來自同一光束的雙色光信號時，將在兩個探測器的負載電阻上分別輸出該兩種光的信號電壓。
2.根據權利要求1所述的雙色(紫光和近紅外)硅基復合光電探測器的制作方法，其紫光探測器的高阻P型(或高阻N型)吸收層，是在芯片五層結構中的中間層(高硼或高磷)的表層雜質通過反擴散自行摻雜進行硅外延來實現的，其厚度精確控制在< 3μπι，以滿足吸收紫光的需要，而盡量減少近紅外光的吸收。
3.根據權利要求1所述的雙色(紫光和近紅外)硅基復合光電探測器的制作方法，其紫光探測器的保護環ηρ結(或ρη)結以及芯片背面η+η、(ρ+ρ)高低結是用磷(或硼)擴散而成，其光敏區則是用低能、高磷(或高硼)離子注入而成，并控制退火溫度和時間，保證結深(0. 15 0.2 μ m)，以減小“死層”，并防止高硼(或高磷)層的反擴散，從而提高紫光的響應度。
4.根據權利要求1所述的雙色(紫光和近紅外)硅基復合高阻光電探測器的制作方法，其芯片五層結構里的中間層P+(或n+)，是兩個光電探測器的公共電極，隱埋于高阻P層 (或高阻N層)之下，用等離子刻蝕，將離紫光探測器光敏區周邊> 50 μ m以外的高阻P層 (或N層)剝離，直至顯露出ρ+(或η+)層，形成電極窗口，再經電極金屬化后，實現該電極的低歐姆接觸以達高的導電能力。
全文摘要
本發明公開了一種雙色紫光和近紅外硅基復合光電探測器的制作方法。其特點在于在高阻n型硅單晶片上，氧化、光刻后用硼擴散等技術制作近紅外光電探測器的p+n結，再在其表進行高阻p型的硅外延。利用磷離子淺結注入制作紫光探測器。用等離子刻蝕掉p型高阻層，以便形成公共電極。如此，在硅基上制作的n+-p-p+-n-n+結構，實際就是兩個同心帶p+的兩個探測器件，它們均在反偏置電壓下工作，對來自同一光束的紫光和近紅外的雙色光分別吸收，并在各自輸出回路的負載上輸出光信號電壓。這對有較大煙霧、水氣等的場景，可以通過一個簡單光學系統，實現對特定的活動或固定目標，更加準確的探測、制導和跟蹤。
文檔編號H01L31/11GK102544196SQ20101062254
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者朱華海 申請人:重慶鷹谷光電有限公司