光電二極管的制備方法和光電二極管與流程

本發明涉及半導體芯片技術領域，具體而言，涉及一種光電二極管的制備方法和一種光電二極管。

背景技術：

在相關技術中，在光電二極管的制備過程中，在刻蝕接觸孔以形成金屬連接之前，光電二極管的離子摻雜區僅覆蓋有氧化層作為刻蝕掩蔽層。

如圖1所示，光電二極管包括：第一離子摻雜區101、分壓環102、第二離子摻雜區103、氧化層104(即氧化物隔離層)、氧化層透光窗口105、金屬電極106，其中，若采用干法刻蝕金屬層，則對氧化層104和氧化層透光窗口105造成離子損傷，進而可能造成晶格缺陷，若采用濕法刻蝕金屬層，則會對氧化層透光窗口105造成金屬沾污，影響光電二極管的氧化層透光窗口105的透光特性。

因此，如何設計一種新的光電二極管的制備方案，以降低金屬刻蝕過程對氧化物隔離層的污染和離子損傷成為亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明正是基于上述技術問題至少之一，提出了一種新的光電二極管的制備方案，通過在刻蝕接觸孔前形成介質層，以在刻蝕接觸孔和刻蝕金屬層時保護氧化物隔離層，并且通過濕法去除介質層，有效降低了金屬刻蝕過程對氧化物隔離層的污染和離子損傷，工藝集成度高，適于批量生產。

有鑒于此，本發明提出了一種光電二極管的制備方法，包括：在硅襯底的正側形成第一離子摻雜區、分壓環；在所述硅襯底的背側形成第二離子摻雜區；在形成所述分壓環的正側依次形成氧化物隔離層和介質層；對所述第一離子摻雜區上方的指定區域的所述氧化物隔離層和所述介質層進 行刻蝕，以形成金屬接觸孔；在形成所述金屬接觸孔的正側形成金屬層，并對所述金屬層進行刻蝕，以形成金屬電極；在形成所述金屬電極后，去除所述介質層，以完成所述光電二極管的制備過程，其中，所述第一離子摻雜區的離子類型和所述分壓環的離子類型相反，所述分壓環的離子類型和所述第二離子摻雜區的離子類型相同。

在該技術方案中，通過在刻蝕接觸孔前形成介質層，以在刻蝕接觸孔和刻蝕金屬層時保護氧化物隔離層及下側的氧化層，并且通過濕法去除介質層，有效降低了金屬刻蝕過程對氧化物隔離層的污染和離子損傷，工藝集成度高，適于批量生產。

具體地，若第一離子摻雜區為p型摻雜時，分壓環和第二離子摻雜區均為n型摻雜，若第一離子摻雜區為n型摻雜時，分壓環和第二離子摻雜區均為p型摻雜。

其中，介質層隔離了金屬層和氧化物隔離層，進而在刻蝕金屬層的過程中，降低了金屬刻蝕對氧化物隔離層的污染和離子損傷，另外，制備介質層和濕法去除介質層均兼容于cmos工藝等標準集成電路制造方法，采用上述光電二極管的制備方法進行批量生產。

在上述技術方案中，優選地，在硅襯底的正側形成第一離子摻雜區、分壓環，具體包括以下步驟：在所述硅襯底的正側形成氧化層，刻蝕待形成所述第一離子摻雜區的上方的所述氧化層至第一指定厚度，以形成第一注入窗口；通過所述第一注入窗口進行第一次離子注入的離子為硼離子，注入劑量范圍為1.0e12～1.0e14/cm²，注入能量范圍為40～150kev；在完成所述第一次離子注入后，進行驅入處理，其中，所述第一指定厚度大于或等于零。

在該技術方案中，通過形成第一注入窗口，并通過第一注入窗口進行第一次離子注入，形成了光電二極管的一個正側電極，奠定了光電二極管的結構基礎。

在上述技術方案中，優選地，在所述硅襯底上形成氧化層，刻蝕待形成所述第一離子摻雜區的上方的所述氧化層至第一指定厚度，以形成第一注入窗口，具體包括以下步驟：以溫度范圍為900～1200℃的熱氧化工藝在所述硅襯底的正側形成所述氧化層；圖形化刻蝕所述氧化層，以去除所 述第一離子摻雜區的上方的氧化層，以形成所述第一注入窗口。

在該技術方案中，通過以溫度范圍為900～1200℃的熱氧化工藝形成氧化層，提升了氧化層的致密性，進而提升了光電二極管的可靠性。

在上述任一項技術方案中，優選地，在硅襯底的正側形成第一離子摻雜區、分壓環，具體還包括以下步驟：刻蝕待形成所述分壓環的上方的所述氧化層至第二指定厚度，以形成第二注入窗口；通過所述第二注入窗口進行第二次離子注入的離子為磷離子或砷離子，注入劑量范圍為1.0e14～1.0e16/cm²，注入能量范圍為40～150kev，其中，所述第二指定厚度大于或等于零。

在該技術方案中，通過形成第二注入窗口，并通過第二注入窗口進行第二次離子注入，形成了光電二極管的一個分壓環，進一步地奠定了光電二極管的結構基礎。

在上述任一項技術方案中，優選地，在所述硅襯底的背側形成第二離子摻雜區，具體包括以下步驟：在所述硅襯底的背側進行第三次離子注入，所述第三次離子注入的離子為磷離子或砷離子，注入劑量范圍為1.0e14～1.0e16/cm²，注入能量范圍為40～150kev，以形成所述第二離子摻雜區。

在該技術方案中，通過第三次離子注入，形成了光電二極管的背側電極(作為地線)，更進一步地奠定了光電二極管的結構基礎。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述分壓環的正側依次形成氧化物隔離層和介質層，具體包括以下步驟：對形成所述第一離子摻雜區、所述分壓環和所述第二離子摻雜區的硅襯底進行驅入處理，所述驅入處理的溫度范圍為1000～1200℃，時間范圍為50～500分鐘，以激活所述第一離子摻雜區、所述分壓環和所述第二離子摻雜區，同時，形成了所述氧化物隔離層。

在該技術方案中，通過對第一離子摻雜區、分壓環和第二離子摻雜區進行驅入處理，實現了注入的離子與硅原子的鍵合，形成了光電二極管的pn結，保證了光電二極管可以感光工作。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述分壓環的正側依次形成氧化物隔離層和介質層，具體還包括以下步驟：在形成所述氧化物隔離 層的正側形成氮化硅層，以完成所述介質層的制備，形成所述氮化硅層的溫度范圍為600～900℃。

在該技術方案中，通過形成氮化硅層作為介質層，隔離了金屬層和氧化物隔離層，也即在刻蝕接觸孔和金屬層時，氮化硅層作為氧化物隔離層的保護屏障，避免了對氧化物隔離層的損傷和沾污，從而提升了器件可靠性。

值得特別強調的是，氮化硅層的制備兼容于標準cmos工藝，利于批量生產上述光電二極管。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述金屬接觸孔的正側形成金屬層，并對所述金屬層進行刻蝕，以形成金屬電極，具體包括以下步驟：通過金屬濺射工藝在形成所述金屬接觸孔的正側形成鋁-硅-銅合金層；對所述鋁-硅-銅合金層進行圖形化刻蝕，以形成所述金屬電極。

在該技術方案中，通過形成鋁-硅-銅合金層，兼容于cmos標準工藝且制造成本低，利于批量生產上述光電二極管。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述金屬電極后，去除所述介質層，以完成所述光電二極管的制備過程，具體包括以下步驟：在形成所述金屬電極后，采用磷酸溶液去除所述氮化硅層，所述磷酸溶液的溫度范圍為100～200℃。

在該技術方案中，通過磷酸溶液去除氮化硅層，由于磷酸溶液對氧化物隔離層不刻蝕，所以避免了干法刻蝕對氧化物隔離層的離子損傷，以及金屬刻蝕過程對第一離子摻雜區的氧化物隔離層的沾污，提高了第一離子摻雜區的透光性，進而提升了光電二極管的可靠性。

根據本發明的第二方面，還提出了一種光電二極管，采用如上述任一項技術方案所述的光電二極管的制備方法制備而成，因此，該光電二極管具有和上述技術方案中任一項所述的光電二極管的制備方法相同的技術效果，在此不再贅述。

通過以上技術方案，通過在刻蝕接觸孔前形成介質層，以在刻蝕接觸孔和刻蝕金屬層時保護氧化物隔離層，并且通過濕法去除介質層，有效降低了金屬刻蝕過程對氧化物隔離層的污染和離子損傷，工藝集成度高，適于批量生產。

附圖說明

圖1示出了相關技術中光電二極管的剖面結構示意圖；

圖2示出了根據本發明的實施例的光電二極管的制備方法的示意流程圖；

圖3至圖11示出了根據本發明的實施例的光電二極管的制備過程的剖面示意圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是，本發明還可以采用第三方不同于在此描述的第三方方式來實施，因此，本發明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

下面結合圖2至圖11對根據本發明的實施例的光電二極管的制備方法進行具體說明。

如圖2至圖11所示，根據本發明的實施例的光電二極管的制備方法，包括：步驟202，在硅襯底的正側形成第一離子摻雜區301、第二離子摻雜區303分壓環302；步驟204，在所述硅襯底的背側形成第二離子摻雜區303；步驟206，在形成所述第二離子摻雜區303分壓環302的正側依次形成氧化物隔離層304和介質層306；步驟208，對所述第一離子摻雜區301上方的指定區域的所述氧化物隔離層304和所述介質層306進行刻蝕，以形成金屬接觸孔307；步驟210，在形成所述金屬接觸孔307的正側形成金屬層，并對所述金屬層進行刻蝕，以形成金屬電極308；步驟212，在形成所述金屬電極308后，去除所述介質層306，以完成所述光電二極管的制備過程，其中，所述第一離子摻雜區301的離子類型和所述第二離子摻雜區303分壓環302的離子類型相反，所述第二離子摻雜區303分壓環302的離子類型和所述第二離子摻雜區303的離子類型相同。

在該技術方案中，通過在刻蝕接觸孔307前形成介質層306，以在刻蝕接觸孔307和刻蝕金屬層時保護氧化物隔離層304及下側的氧化層305，并且通過濕法去除介質層306，有效降低了金屬刻蝕過程對氧化物 隔離層304的污染和離子損傷，工藝集成度高，適于批量生產。

具體地，若第一離子摻雜區301為p型摻雜時，第二離子摻雜區303分壓環302和第二離子摻雜區303均為n型摻雜，若第一離子摻雜區301為n型摻雜時，第二離子摻雜區303分壓環302和第二離子摻雜區303均為p型摻雜。

其中，介質層306隔離了金屬層和氧化物隔離層304，進而在刻蝕金屬層的過程中，降低了金屬刻蝕對氧化物隔離層304的污染和離子損傷，另外，制備介質層306和濕法去除介質層306均兼容于cmos工藝等標準集成電路制造方法，采用上述光電二極管的制備方法進行批量生產。

在上述技術方案中，優選地，在硅襯底的正側形成第一離子摻雜區301、第二離子摻雜區303分壓環302，具體包括以下步驟：在所述硅襯底的正側形成氧化層305，刻蝕待形成所述第一離子摻雜區301的上方的所述氧化層305至第一指定厚度，以形成第一注入窗口；通過所述第一注入窗口進行第一次離子注入的離子為硼離子，注入劑量范圍為1.0e12～1.0e14/cm²，注入能量范圍為40～150kev；在完成所述第一次離子注入后，進行驅入處理，其中，所述第一指定厚度大于或等于零。

在該技術方案中，通過形成第一注入窗口，并通過第一注入窗口進行第一次離子注入，形成了光電二極管的一個正側電極，奠定了光電二極管的結構基礎。

在上述技術方案中，優選地，在所述硅襯底上形成氧化層305，刻蝕待形成所述第一離子摻雜區301的上方的所述氧化層305至第一指定厚度，以形成第一注入窗口，具體包括以下步驟：以溫度范圍為900～1200℃的熱氧化工藝在所述硅襯底的正側形成所述氧化層305；圖形化刻蝕所述氧化層305，以去除所述第一離子摻雜區301的上方的氧化層305，以形成所述第一注入窗口。

在該技術方案中，通過以溫度范圍為900～1200℃的熱氧化工藝形成氧化層305，提升了氧化層305的致密性，進而提升了光電二極管的可靠性。

在上述任一項技術方案中，優選地，在硅襯底的正側形成第一離子摻雜區301、第二離子摻雜區303分壓環302，具體還包括以下步驟：刻蝕待形成所述第二離子摻雜區303分壓環302的上方的所述氧化層305至第 二指定厚度，以形成第二注入窗口；通過所述第二注入窗口進行第二次離子注入的離子為磷離子或砷離子，注入劑量范圍為1.0e14～1.0e16/cm²，注入能量范圍為40～150kev，其中，所述第二指定厚度大于或等于零。

在該技術方案中，通過形成第二注入窗口，并通過第二注入窗口進行第二次離子注入，形成了光電二極管的一個分壓環302，進一步地奠定了光電二極管的結構基礎。

在上述任一項技術方案中，優選地，在所述硅襯底的背側形成第二離子摻雜區303，具體包括以下步驟：在所述硅襯底的背側進行第三次離子注入，所述第三次離子注入的離子為磷離子或砷離子，注入劑量范圍為1.0e14～1.0e16/cm²，注入能量范圍為40～150kev，以形成所述第二離子摻雜區303。

在該技術方案中，通過第三次離子注入，形成了光電二極管的背側電極(作為地線)，更進一步地奠定了光電二極管的結構基礎。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述第二離子摻雜區303分壓環302的正側依次形成氧化物隔離層304和介質層306，具體包括以下步驟：對形成所述第一離子摻雜區301、所述第二離子摻雜區303分壓環302和所述第二離子摻雜區303的硅襯底進行驅入處理，所述驅入處理的溫度范圍為1000～1200℃，時間范圍為50～500分鐘，以激活所述第一離子摻雜區301、所述第二離子摻雜區303分壓環302和所述第二離子摻雜區303，同時，形成了所述氧化物隔離層304。

在該技術方案中，通過對第一離子摻雜區301、第二離子摻雜區303分壓環302和第二離子摻雜區303進行驅入處理，實現了注入的離子與硅原子的鍵合，形成了光電二極管的pn結，保證了光電二極管可以感光工作。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述第二離子摻雜區303分壓環302的正側依次形成氧化物隔離層304和介質層306，具體還包括以下步驟：在形成所述氧化物隔離層304的正側形成氮化硅層，以完成所述介質層306的制備，形成所述氮化硅層的溫度范圍為600～900℃。

在該技術方案中，通過形成氮化硅層作為介質層306，隔離了金屬層和氧化物隔離層304，也即在刻蝕接觸孔307和金屬層時，氮化硅層作為氧化物隔離層304的保護屏障，避免了對氧化物隔離層304的損傷和沾 污，從而提升了器件可靠性。

值得特別強調的是，氮化硅層的制備兼容于標準cmos工藝，利于批量生產上述光電二極管。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述金屬接觸孔307的正側形成金屬層，并對所述金屬層進行刻蝕，以形成金屬電極308，具體包括以下步驟：通過金屬濺射工藝在形成所述金屬接觸孔307的正側形成鋁-硅-銅合金層；對所述鋁-硅-銅合金層進行圖形化刻蝕，以形成所述金屬電極308。

在該技術方案中，通過形成鋁-硅-銅合金層，兼容于cmos標準工藝且制造成本低，利于批量生產上述光電二極管。

在上述任一項技術方案中，優選地，在形成所述金屬電極308后，去除所述介質層306，以完成所述光電二極管的制備過程，具體包括以下步驟：在形成所述金屬電極308后，采用磷酸溶液去除所述氮化硅層，所述磷酸溶液的溫度范圍為100～200℃。

在該技術方案中，通過磷酸溶液去除氮化硅層，由于磷酸溶液對氧化物隔離層304不刻蝕，所以避免了干法刻蝕對氧化物隔離層304的離子損傷，以及金屬刻蝕過程對第一離子摻雜區301的氧化物隔離層304的沾污，如圖11所示的虛線箭頭為光入射軌跡，提高了第一離子摻雜區301的透光性，進而提升了光電二極管的可靠性。

以上結合附圖詳細說明了本發明的技術方案，考慮到相關技術中的光電二極管的可靠性問題，本發明提出了一種新的光電二極管的制備方案，通過在刻蝕接觸孔前形成介質層，以在刻蝕接觸孔和刻蝕金屬層時保護氧化物隔離層，并且通過濕法去除介質層，有效降低了金屬刻蝕過程對氧化物隔離層的污染和離子損傷，工藝集成度高，適于批量生產。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。