一種高靈敏度光敏三極管及其制造方法與流程

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及到一種高靈敏度光敏三極管及其制造方法。

背景技術：

光敏三極管是一種常用的光電半導體器件，與普通三極管結構類似，它同樣由發射區、基區和集電區構成，不同之處在于普通三極管通過基極電流控制集電極電流，而光敏三極管通過光信號來控制集電極電流。光敏三極管有一個對光敏感的區域作為受光區，一般用集電結作為受光區，工作時光敏三極管集電結處于反偏狀態，特定波長的光照射到半導體基體的表面，一部分被反射，另一部分未被反射，未被反射的光子渡越光敏三極管的基區到集電結，在集電結空間電荷區產生電子-空穴對，受電場的作用光生電子被集電區收集，光生空穴則在基區積累，空穴的積累使發射結勢壘降低，發射區電子注入基區，并渡越基區被集電區收集從而產生集電極電流。

光敏三極管廣泛用于光強檢測、光電耦合電路中，能對特定波長、特定強度的光做出響應，將光信號轉化為電信號，實現光電控制和光電隔離。普通的光敏三極管為了提高靈敏度通常發射區結深較深而基區寬度較小以確保光敏三極管具有較高的放大倍數，但這種結構工藝控制十分困難，容易發生基區穿通，同時器件的擊穿電壓不容易做高，一般只能達到50V以內。

技術實現要素：

本發明提供的一種高靈敏度光敏三極管及其制造方法，目的在于增大擊穿電壓的數值，同時提高光敏三極管對微弱光的靈敏度。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種高靈敏度光敏三極管，包括基區、發射區、發射極金屬區、高阻區、鈍化區，所述基區由多個獨立基區組成，所述獨立基區構成元胞狀結構，所述發射區位于獨立基區內，所述發射極金屬區獨立位于所述發射區內，相連的所述發射極金屬區形成光敏三極管的發射極E，所述高阻區位于相互獨立基區之間，所述鈍化區位于獨立基區之間的高阻區上。

進一步地，多個所述獨立基區以及所述獨立基區之間的所述高阻區構成了三極管的受光區。

進一步地，當高靈敏度光敏三極管工作時在集電極C上加相對于發射極E為正的電壓，所述元胞結構的基區之間的高阻區處于耗盡狀態，耗盡層內的高電場有利于光生載流子的產生和分離，且阻斷狀態時具有70V以上的擊穿電壓。

一種高靈敏度光敏三極管的制造方法，包括如下步驟：

S1、選擇硅片，在襯底摻磷，在外延層摻磷；

S2、對基區進行光刻，再對基區進行硼離子注入摻雜，離子注入后對基區再分布推結；

S3、對發射區進行光刻，向發射區進行磷離子注入摻雜，離子注入后對發射區再分布推結；

S4、蝕刻出接觸孔，對互連金屬層進行淀積，在硅片雙面進行鋁PVD淀積，淀積后正面的厚度為5-6um，背面的厚度為2-3um；

S5、對金屬層光刻，刻蝕出區域3，再進行金屬層真空合金，最后在硅片背面進行Ti-Ni-Ag復合三層金屬的PVD沉積；

S6、硅片初測、切割、裝架、燒結、封裝測試。

進一步地，所述基區光刻及擴散摻雜后應確保各獨立基區之間的間距d為5-10μm。

本發明的有益效果：本發明中高阻區處于耗盡狀態時能夠能承受更高的耐壓，使得擊穿電壓能夠達到70V以上而不受光敏三極管電流放大倍數和工藝的限制；同時光敏三極管的基區由多個獨立的基區構成，且受光區位于基區和高阻區表面，具有更高的光吸收效率，對微弱的光能夠產生響應，具有光靈敏度高的特點。

附圖說明

為了便于本領域技術人員理解，下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

圖1為本發明一種高靈敏度光敏三極管結構示意圖；

圖2為本發明一種高靈敏度光敏三極管縱向結構示意圖。

具體實施方式

一種高靈敏度光敏三極管，如圖1、2所示，包含基區1、發射區2、發射極金屬區3、高阻區、鈍化區，基區1由多個獨立基區組成，獨立基區構成元胞狀結構，發射區2位于獨立基區內，發射極金屬區3獨立位于發射區2內，相連的發射極金屬區3形成光敏三極管的發射極E，高阻區位于相互獨立基區之間，鈍化區位于獨立基區之間的高阻區上。

高靈敏光敏三極管采用高阻n型外延片制作，多個獨立基區以及獨立基區之間的高阻區構成了三極管的受光區，相互獨立基區之間保持一優化的間距d，其優化值為5-10μm，硅片的背面形成金屬層成為光敏三極管的集電極C。

當光敏三極管工作時在集電極C上加相對于發射極E為正的電壓，由于獨立基區之間的間距為5-10μm，元胞結構的基區之間的高阻區處于耗盡狀態，耗盡層內的高電場有利于光生載流子的產生和分離，且阻斷狀態時具有70V以上的擊穿電壓，同時高阻區位于半導體基體的表面能更好地吸收光，吸收效率較高，因此入射到器件表面的光子不用渡越基區，能大部分被反偏集電結空間電荷區吸收并產生光生電子-空穴對，具有較高的量子效率，在集電結空間電場的作用下電子被集電區收集，空穴在基區積累使發射結勢壘降低，發射區向基區注入電子，注入基區的電子渡越基區后被集電區收集形成集電極電流，從而完成光電轉換。

高靈敏度光敏三極管的制造包括硅片制備、氧化、基區光刻、基區摻雜、發射區光刻、發射區摻雜、接觸孔光刻、金屬淀積、刻蝕、合金工藝步驟制備而成。

其具體制造方法如下：

S1、選擇缺陷較少的n型摻雜<100>晶向外延片，硅片厚為260μm，在襯底摻磷，使其電阻率為0.002-0.1Ω·cm；在硅片的外延層摻磷，使其電阻率為2-20Ω·cm，厚度為5-30μm；

S2、硅片表面經過氧化覆蓋有氧化層，先對元胞型基區進行光刻，再對基區進行硼離子注入摻雜，注入的能量為100-150keV，注入硼的劑量為1e14-2e15cm^-2，離子注入后對基區再分布推結，推結時的溫度為1230℃-1250℃，時間為60-300min，基區光刻及擴散摻雜后應確保各獨立基區之間的間距d控制在較優化的水平，d的典型數值為5-10μm；

S3、對發射區進行光刻，向發射區進行磷離子注入摻雜，注入的能量為80-120keV，注入磷的劑量為5e14-5e15cm^-2，離子注入后對發射區再分布推結，推結時的溫度為1210℃-1230℃，時間60-120min；發射區擴散后應確保基區寬度在0.5-1.5μm之間；

S4、在發射區蝕刻出接觸孔，對互連金屬層進行淀積，在硅片雙面進行鋁PVD淀積，淀積后正面的厚度為5-6um，背面的厚度為2-3um；

S5、對金屬層光刻，刻蝕出區域3，再進行金屬層真空合金，最后在硅片背面進行Ti-Ni-Ag復合三層金屬的PVD沉積；

S6、硅片初測、切割、裝架、燒結、封裝測試。

以上內容僅僅是對本發明的構思所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發明的構思或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。