專利名稱：雙色紫光紅外光硅基復(fù)合光電探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是在信息領(lǐng)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(fù)合光電探測器的制造。
背景技術(shù)：
由于半導(dǎo)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(gè)分離的光電探測器，分別接收兩個(gè)光束的光，而不能接收來自同一光束的兩個(gè)波段的光，再分別輸出光信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fù)合光電探測器，能接收來自同一光束或同一光學(xué)系統(tǒng)所聚集的兩個(gè)波段的光束，分別輸出信號(hào)，從而簡化了光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對煙霧、水氣較大場景目標(biāo)更加準(zhǔn)確探測和跟蹤。具體的技術(shù)方案在N型高阻硅單晶拋光面上，經(jīng)氧化生長SiO2、光刻后高硼擴(kuò)散1. 0 1. 5 μ m的結(jié)深，構(gòu)成近紅外光電探測器的PN結(jié)；再在其表面，經(jīng)腐蝕SW2薄層和氣相拋光處理后，再硅外延利用該高硼擴(kuò)散層中的雜質(zhì)進(jìn)行反擴(kuò)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(hù)環(huán)后背面減薄拋光；其后進(jìn)行磷擴(kuò)散，形成正面紫光探測器的保護(hù)環(huán)(它是在近紅外光電探測器光敏區(qū)周邊小于100 200μπι的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行)和近紅外光電探測器背面電極η+η高低結(jié)；再光刻紫外光敏區(qū)后進(jìn)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(jié)；再淀積SW2 和Si3N4，如此，就構(gòu)成n+-p-p+-n-n+五層重疊結(jié)構(gòu)的兩個(gè)同心共軸pin光電探測器。其五層結(jié)構(gòu)的中間一層P+層是兩個(gè)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(jīng)光刻，用等離子刻蝕法挖一環(huán)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(gè)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(gòu)成了雙色硅基復(fù)合光電探測器。


附圖1、本發(fā)明制作的雙色紫光近紅外光硅基復(fù)合光電探測器管芯示意圖，其中A 為側(cè)視圖，B為正視圖。附圖2、本發(fā)明制作的的雙色紫光近紅外光硅基復(fù)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(kuò)散層；[ρ]是高阻P型硅外延層；[η+] 是高磷擴(kuò)散和高磷離子注入層，其中[In+]是紫光探測器[n+p]結(jié)光敏結(jié)區(qū)，[2n+]為近紅外光電探測器芯片底面n+n高低結(jié)面。[1]是SiO2層，[2]是Si3N4層，[3]是電極金屬鋁層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖2介紹本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例是用本發(fā)明制造雙色(紫光和近紅外)硅基復(fù)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(kuò)散窗口 P+區(qū)后進(jìn)行結(jié)深為1. 0 1. 5 μ m的高硼擴(kuò)散，以形成近紅外光電探測器的P+n結(jié)；再進(jìn)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(qū)周邊小于約200 μ m的區(qū)域刻出紫光探測器的光敏面的保護(hù)環(huán)窗口后，進(jìn)行芯片背面減薄拋光，其后再進(jìn)行正面和背面的磷擴(kuò)散，再經(jīng)紫光探測器的光敏區(qū)的光刻后，又進(jìn)行低能、(結(jié)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(jié)和近紅外光電探側(cè)器的背面的n+n高低結(jié)。用等離子刻蝕方法，刻掉紫光探測器光敏區(qū)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(fā)金屬鋁，并在正面光刻鋁，以保留In+區(qū)、2n+區(qū)和ρ+環(huán)區(qū)的鋁層，再進(jìn)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(fù)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(kuò)散改為磷擴(kuò)散，把P型高阻硅外延改為N型高阻硅外延，把磷擴(kuò)散改為硼擴(kuò)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(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種雙色(紫光和近紅外)硅基復(fù)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(kuò)散，形成近紅外光電探測器PN 結(jié)；在其表面上經(jīng)高阻硅外延后，再在芯片背面和正面分別進(jìn)行高磷(或高硼)擴(kuò)散和離子注入，形成紫光探測器n+p結(jié)和近紅外探測器的襯底接觸的高低結(jié)和紫光探測器的PN結(jié)， 構(gòu)成n+-p-p+-n-n+ (或p+-n-n+-p-p+)的結(jié)構(gòu)，分別構(gòu)成兩個(gè)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(hào)時(shí)，將在兩個(gè)探測器的負(fù)載電阻上分別輸出該兩種光的信號(hào)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色(紫光和近紅外)硅基復(fù)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(jié)構(gòu)中的中間層(高硼或高磷)的表層雜質(zhì)通過反擴(kuò)散自行摻雜進(jìn)行硅外延來實(shí)現(xiàn)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(jù)權(quán)利要求1所述的雙色(紫光和近紅外)硅基復(fù)合光電探測器的制作方法，其紫光探測器的保護(hù)環(huán)ηρ結(jié)(或ρη)結(jié)以及芯片背面η+η、(ρ+ρ)高低結(jié)是用磷(或硼)擴(kuò)散而成，其光敏區(qū)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(shí)間，保證結(jié)深(0. 15 0.2 μ m)，以減小“死層”，并防止高硼(或高磷)層的反擴(kuò)散，從而提高紫光的響應(yīng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙色(紫光和近紅外)硅基復(fù)合高阻光電探測器的制作方法，其芯片五層結(jié)構(gòu)里的中間層P+(或n+)，是兩個(gè)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(qū)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(jīng)電極金屬化后，實(shí)現(xiàn)該電極的低歐姆接觸以達(dá)高的導(dǎo)電能力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙色紫光和近紅外硅基復(fù)合光電探測器的制作方法。其特點(diǎn)在于在高阻n型硅單晶片上，氧化、光刻后用硼擴(kuò)散等技術(shù)制作近紅外光電探測器的p+n結(jié)，再在其表進(jìn)行高阻p型的硅外延。利用磷離子淺結(jié)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(jié)構(gòu)，實(shí)際就是兩個(gè)同心帶p+的兩個(gè)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(fù)載上輸出光信號(hào)電壓。這對有較大煙霧、水氣等的場景，可以通過一個(gè)簡單光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對特定的活動(dòng)或固定目標(biāo)，更加準(zhǔn)確的探測、制導(dǎo)和跟蹤。
文檔編號(hào)H01L31/11GK102544196SQ20101062254
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者朱華海 申請人:重慶鷹谷光電有限公司