本發明涉及電子電路領域,具體地,涉及一種硅基pin光電二極管、制作方法及電子器件。
背景技術:
1、硅基pin光電二極管是用來探測紫外、可見光以及紅外光范圍的半導體器件,其原理是利用硅的光電效應,光照射硅材料,當光子能量大于硅的禁帶寬度(約1.1ev)時,光子被硅材料吸收,價帶電子獲得能量躍遷至導帶,形成電子空穴對,在pn結空間電荷區電場作用下分離,形成光電流。pin光電二極管由p-i-n三層結構組成的光電二極管,在重摻雜的p+和n+區中間加入i層低阻區。加反偏電壓工作時,i區幾乎可以全部耗盡。
2、由于硅基半導體工藝成熟,硅基pin光電二極管在光電探測領域得到廣泛應用。隨著市場對硅基pin光電二極管探測靈敏度和響應度的要求越來越高,需要對其工藝和結構進行優化升級,以最大程度提高其性能參數。同時,市場端對芯片尺寸有要求,需要在結構上進行優化,提高芯片面積的利用率。
3、現有的硅基pin光電二極管主要利用成熟的硅基半導體平臺設計和生產,一般步驟如下:選擇高電阻率的n型晶圓,在正面形成厚的場氧層,光刻場氧層形成光敏區和截止區(隔離區),殘留的場氧區形成保護區,可以降低暗電流。光敏區摻雜硼,形成p+區。截止區(隔離區)摻雜磷,形成n+區。分別在p區和n區上光刻出接觸孔,沉積金屬,形成陽極和正面陰極。背面減薄,摻雜磷形成n+區,背面金屬化,可以作為背面陰極。
4、現有的硅基pin光電二極管生產工藝比較傳統,pn結的結深不能很好的控制,芯片減薄的厚度受到一定限制,從而光電性能的提升受到一定限制。同時芯片的面積利用率也受到制約。
技術實現思路
1、針對現有技術中的缺陷,本發明的目的是提供一種硅基pin光電二極管、制作方法及電子器件。
2、根據本發明提供的一種硅基pin光電二極管的制作方法,包括步驟:
3、場氧氧化:對fz單晶的晶圓采用濕氧氧化法,在晶圓正面得到預設厚度的場氧;
4、一次光刻:在晶圓的邊緣進行光刻,暴露晶圓上的截止區制備區域;
5、一次p注入/退火:在截止區制備區域離子注入p元素并退火,得到n-well截止區;
6、二次場氧氧化:繼續濕氧氧化,在晶圓正面得到預設厚度的場氧;
7、二次光刻:在晶圓的中部進行光刻暴露晶圓上的光敏區制備區域,在光敏區制備區域上通過干法氧化得到sio2薄膜層;
8、bf2注入/退火:在光敏區制備區域離子注入bf2元素并退火,得到光敏區;
9、三次光刻:在晶圓的邊緣進行光刻,暴露所述n-well截止區用于制作陰極接觸區的第一區域;
10、二次p注入/退火:在所述第一區域注入p元素并退火,得到陰極接觸區;
11、四次光刻:在晶圓的中部進行光刻,暴露局部的光敏區用于制作陽極接觸區的第二區域;
12、b注入/退火:在所述第二區域注入b元素并退火,得到陽極接觸區;
13、氮化硅沉積:在晶圓正面形成氮化硅薄膜;
14、五次光刻:在陽極接觸區和陰極接觸區上方進行光刻形成接觸孔;
15、金屬沉積:在晶圓正面沉積金屬;
16、六次光刻:對沉積的金屬進行光刻,得到陽極金屬、陰極金屬;
17、背面減薄:在晶圓的背面在預設范圍內進行減薄;
18、背面注入n+:在晶圓的背面注入p元素并退火,得到n+層。
19、進一步地,所述場氧氧化中,所述晶圓的晶向為(100),未經過中子輻射,電阻率范圍為1000-3000ohm-cm,所述晶圓采用gettering吸雜工藝進行吸雜,成為所述硅基pin光電二極管的n-區;
20、所述晶圓在980℃下濕氧氧化法,得到厚度5k??的場氧。
21、進一步地,所述sio2薄膜層厚度為100???-200??;
22、所述氮化硅薄膜的厚度在400??-800??。
23、進一步地,所述n-well截止區與所述光敏區之間的間距d1為30um-50um。
24、進一步地,所述n-well截止區的長度d2為20um-40um。
25、進一步地,所述光敏區結深0.5-0.7um,摻雜濃度1×?1016~1×?1019cm-3;
26、所述陽極接觸區結深0.8-1um,摻雜濃度1×?1019~1×?1020cm-3。
27、進一步地,所述背面減薄中,厚度d3為100um-220um。
28、進一步地,在所述背面注入n+之后,還包括:
29、背面金屬化:對晶圓的背面進行背面金屬化,形成背面電極;
30、合金化:形成歐姆接觸;
31、劃片:對晶圓進行劃片。
32、根據本發明提供的一種硅基pin光電二極管,采用所述的硅基pin光電二極管的制作方法制備得到。
33、根據本發明提供的一種電子器件,包括所述的硅基pin光電二極管。
34、與現有技術相比,本發明具有如下的有益效果:
35、本發明利用成熟的功率半導體生產線,對生產流程進行優化,設計得到一種優化的器件結構,能夠以相同的芯片尺寸下得到最大的光響應度和最小的暗電流,同時,降低寄生電容,提升光響應速度。
36、高可靠性:氮化硅層下面增加二氧化硅緩沖層,可以有效緩解硅-氮化硅表面應力不匹配的問題,提高芯片可靠性。
37、高響應度:通過p-層,n-層,以及芯片厚度d3調節,可以最大化光敏特性。
38、低暗電流:通過截止區,背面重摻雜以及光敏區和截止區之間間距d1、截止區長度d2距離調節,可以顯著降低暗電流。
39、高響應速度:通過芯片厚度d3調節,可以顯著提高響應速度。
1.一種硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,包括步驟:
2.根據權利要求1所述的硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,所述場氧氧化中,所述晶圓的晶向為(100),未經過中子輻射,電阻率范圍為1000-3000ohm-cm,所述晶圓采用gettering吸雜工藝進行吸雜,成為所述硅基pin光電二極管的n-區(3);
3.?根據權利要求1所述的硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,所述sio2薄膜層(7)厚度為100???-200??;
4.根據權利要求1所述的硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,所述n-well截止區(4)與所述光敏區(5)之間的間距d1為30um-50um。
5.根據權利要求1所述的硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,所述n-well截止區(4)的長度d2為20um-40um。
6.?根據權利要求1所述的硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,所述光敏區(5)結深0.5-0.7um,摻雜濃度1×?1016~1×?1019cm-3;
7.根據權利要求1所述的硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,所述背面減薄中,厚度d3為100um-220um。
8.根據權利要求1所述的硅基pin光電二極管的制作方法,其特征在于,在所述背面注入n+之后,還包括:
9.一種硅基pin光電二極管,其特征在于,采用權利要求1-8任一項所述的硅基pin光電二極管的制作方法制備得到。
10.一種電子器件,其特征在于,包括權利要求9所述的硅基pin光電二極管。