一种间接耦合的硅光敏器件制造技术

光敏ＰＮ结侧向注入电器件的间接耦合方法属于硅光敏管技术．以平面工艺制作的硅光敏器件，是把二极管、三极管等电器件直接做在接受入射光的ＰＮ结（简称光敏ＰＮ结）上的，这种方式称为光敏ＰＮ结与电器件的直接耦合．由于光敏ＰＮ结的面积较大，导至光敏器件电参数和成品率下降．我们利用开路ＰＮ结在光照下的侧向注入效应，实现了光敏ＰＮ结与电器件的间接耦合，不仅克服了光敏器件的上述缺点，也为制作击穿电压高暗电流小的新型光敏器件开辟了道路．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于硅光敏管技术。在本专利技术作出之前，硅光敏管是把二极管·三极管、达林顿管等电器件直接做在接收入射光的PN结(简称光敏PN结)上的，我们把这种形式叫做光敏PN结与电器件的直接耦合。这是一种理所当然的结构，所以它成为目前国内外硅光敏器件唯一的结构形式。由于光敏PN结面积大因而其电特性较差，直接耦合到电器件就造成整个光敏器件的暗电流、击穿电压等电参数恶化和成品率下降。针对这些缺点，本专利技术提出了光敏PN结与电器件实行间接耦合的方法。本专利技术的要点是，利用光敏PN结的侧向注入效应，实现它与电器件的间接耦合，从而达到把光敏PN结与电器件的直接耦合改为间接耦合的目的。光敏PN结是由大面积的开路PN结构成的。在光照稳定之后，其光电流特性可由下式表示Io(eq vocKT-1)=I1]]>式中I1是光敏PN结收集的光生电流，VOC]]>是它的开路电压，I0是其暗电流，q是电子电荷，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。上式表明，光敏PN结一方面收集光生电流I1，同时也存在注入电流Io(eq vocKT-1 )]]>。两者大小相等，方向相反。在光敏PN结的邻侧作一如图1所示的电器件，即能收集到它的注入电流，将其直接输出或进行放大后再输出，实现光敏PN结侧向注入电器件的间接耦合。其技术方案如下1.用电阻率为2-100Ωcm的N型硅单晶或外延片作光敏器件的衬底材料(8);2.按常规平面工艺氧化硅片，氧化层厚6000 以上(7);3.光刻互相分开的光敏区(1)和电器件区(3)，光敏区包围电器件区，它们的间距为7-15μm(2，5);4.硼扩散形成光敏PN结(4)和电器件区(6)，其掺杂浓度为5×1017-1019cm-3，结深3-4μm。5.根据需要，在电器件区可做二极管、三极管、达林顿管或他种电器件。利用本专利技术不仅能提高光敏器件的电参数和成品率，还可制作出一系列暗电流小和击穿电压高的特种光敏器件。图1是光敏PN结侧向注入电器件间接耦合方法的俯视图。1是光敏区，2是耦合区，3是电器件区。图2是光敏PN结侧向注入电器件间接耦合方法的剖视图。4是光敏PN结的P型区，5是耦合区，6是电器件区，7是氧化层，8是衬底N型区。图3是高反压光敏二极管的版图。9是光敏区，10是耦合区，11是二极管区，12是发射区铝电极。图4是高反压光敏二极管的剖视图。13是光敏PN结的P型区，14是耦合区，15是二极管发射区铝电极，16是二极管P型区，17是氧化层，18是光敏二极管N型衬底。图5是高反压光敏三极管的版图。19是光敏区，20是耦合区，21是三极管基区，22是三极管发射区，23是三极管发射区铝电极。图6是高反压光敏三极管的剖视图。24是光敏PN结的P型区，25是耦合区，26是三极管发射区铝电极，27是三极管发射区，28是三极管基区，29是氧化层，30是N型衬底。图7是高反压达林顿光敏管的版图。31是光敏区，32是耦合区，33是达林顿结构前级三极管的发射区，34是前级三极管的基区，35是连接前级三极管发射区到达林顿结构后级三极管基区的铝条，36是前后两级三极管的隔离区，37是后级三极管的基区，38是后级三极管的发射区，39是后级三极管发射区铝电极。图8是高反压达林顿光敏管的剖视图。40是光敏PN结的P型区，41是耦合区，42是达林顿结构前级三极管的发射区，43是连接前后两级三极管的铝条，44是前级三极管的基区，45是前后两级三极管的隔离区，46是后级三极管发射区铝电极，47是后级三极管的发射区，48是后级三极管的基区，49是氧化层，50是达林顿光敏管的N型衬底。本专利技术的实施例之一用光敏PN结侧向注入电器件的间接耦合方法，可以制作高反压光敏二极管。其技术方案如下1.用电阻率为10-100Ωcm的N型硅单晶作光敏二极管的衬底材料(18);2.按常规工艺氧化硅片，氧化层厚6000 以上(17);3.光刻如图3所示的光敏区(9)和二极管区(11)，光敏区包围二极管区，它们的间距为10-15μm(10，14)4.硼扩散形成如图4所示的光敏PN结(13)和二极管(16)，其掺杂浓度为1018-1019cm-3，结深是3-4μm;5.光刻二极管发射区的引线孔;6.蒸铝，反刻出发射区铝电极(12，15);7.以下工艺与制作通常硅光敏二极管相同。本专利技术的实施例之二。用光敏PN结侧向注入电器件的间接耦合方法可制作高反压光敏三极管，技术方案如下1.用电阻率为5-100Ωcm的N型硅单晶或外延片作光敏三极管的衬底材料(30);2.按常规平面工艺氧化硅片，氧化层厚6000 以上(29);3.光刻如图5所示的光敏区(19)和三极管区(21，22)，光敏区包围三极管区，它们的间距为10-15μm(20，25);4.硼扩散形成如图5和图6所示的光敏PN结(24)和三极管的基区(28)，其掺杂浓度为5×1017-5×1018cm-3，结深为3-4μm;5.光刻三极管的发射区(22，27)，然后进行磷扩散，使三极管的放大系数大于100;6.光刻出发射区的引线孔，蒸铝，然后反刻出发射区的铝电极(23，26);本专利技术的实施例之三。用光敏PN结侧向注入电器件的间接耦合方法可以制作高反压达林顿光敏管，其技术方案如下1.用电阻率为2-10Ωcm的N型外延片作达林顿光敏管的衬底材料(50);2.按常规平面工艺氧化硅片，氧化层厚6000 以上(49);3.光刻如图7所示的光敏区(31)和达林顿管区(33，34，36，37，38)，光敏区包围达林顿管区，它们的间距为7-10μm(32，41);4.硼扩散如图7和图8所示的光敏PN结(40)和达林顿管的两个基区(34，44，37，48)，其掺杂浓度为5×1017-5×1012cm-3结深为3-4μm;5.光刻达林顿管的两个发射区(33，42，38，47)，然后进行磷扩散，使每个三极管的放大系数大于100;6.光刻达林顿管两个发射区的引线孔和后级三极管基区的引线孔，蒸铝，反刻出达林顿管连接前后两级三极管的铝条(35，43)和后级三极管发射区铝电极(39，46);7.以下工艺与普通达林顿光敏管相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
光敏ＰＮ结侧向注入电器件的间接耦合方法，用电阻率为２－１００Ωｃｍ的Ｎ型硅单晶或外延片作光敏器件的衬底材料（８）；按常规平面工艺氧化硅片，氧化层厚６０００埃以上（７）；硼扩散形成光敏ＰＮ结（４）和电器件区（６），其掺杂浓度为５×１０↑［１７］－１０↑［１９］ｃｍ↑［－３］，结深３－４μｍ；其特征在于硼扩散以前，光刻出互相分开的光敏区（１）和电器件区（３），光敏区包围电器件区，它们的间距为７－１５μｍ（２，５）。

【技术特征摘要】
1.光敏PN结侧向注入电器件的间接耦合方法，用电阻率为2-100Ωcm的N型硅单晶或外延片作光敏器件的衬底材料(8)；按常规平面工艺氧化硅片，氧化层厚6000以上(7)；硼扩散形成光敏PN结(4)和电器件区(6)，其掺杂浓度为5×1017-1019cm-3，结深3-4μm；其特征在于硼扩散以前，光刻出互相分开的光敏区(1)和电器件区(3)，光敏区包围电器件区，它们的间距为7-15μm(2，5)。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何民才，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]