專利名稱:制造高靈敏度光敏三極管的方法
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光敏器件的制造方法。
在本發(fā)明作出以前，用高電阻率N型硅單晶(例如，用電阻率為100歐姆·厘米左右的N型硅單晶)制造光敏三極管的平面工藝主要流程是第一步，氧化;第二步，光刻出待擴(kuò)硼的區(qū)域;第三步，擴(kuò)硼及氧化;第四步，光刻出待擴(kuò)磷的區(qū)域;第五步，背面磨片;第六步，擴(kuò)磷及氧化;第七步，光刻出電極引出窗口;第八步，正面蒸鋁;第九步，光刻出鋁電極;第十步，背面蒸金;第十一步，合金化(溫度范圍為480℃至550℃);第十二步，用銀漿燒結(jié)管芯到管座上(溫度為400℃);第十三步，超聲壓焊引線;第十四步，封帽。
按上述流程制得的光敏三極管，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(色溫2856°K的鎢燈，照度1000勒克司，工作電壓10伏)下測量光電流，常有光敏三極管發(fā)生電流電壓關(guān)系出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)域，隨后電流激劇增大的開通現(xiàn)象(見附圖1)，發(fā)生這一現(xiàn)象后電流的大小不再與光照度有關(guān)，而由該測試電路中的總串連電阻和工作電壓決定，而且，在去掉光照后，這種開通狀態(tài)繼續(xù)保持。
靈敏度較高的管子，特別容易發(fā)生上述現(xiàn)象。靈敏度雖不是較高的管子，也有可能在更大照度的光照下(這時(shí)光電流更大)發(fā)生上述現(xiàn)象。由于上述現(xiàn)象使光敏三極管不能正常工作，所以，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下發(fā)生此種現(xiàn)象的管子，都要淘汰掉。卽使在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下不發(fā)生此種現(xiàn)象的管子，在應(yīng)用中，由于存在光照度較標(biāo)準(zhǔn)條件為大的可能，也就仍然可能發(fā)生此種現(xiàn)象，而使管子不能正常工作或損壞。因而。用高阻N型硅單晶制造光敏三極管時(shí)，一般控制其在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光電流值在2毫安至4毫安的范圍，以使制得的管子旣有一定靈敏度，又有較高的生產(chǎn)成品率和使管子在應(yīng)用中有較高的可靠性所以，在本發(fā)明以前，用高阻N型硅單晶不能制造出靈敏度高光電流大的光敏三極管。在本發(fā)明以前，如要制得高靈敏度大電流的光敏三極管，必須用在低阻襯底(例如電阻率為10-3歐姆·厘米的N型硅單晶)上外延了高阻層(例如電阻率5歐姆·厘米以上，厚度為15至25微米的N型外延硅層)的外延片來制造，可以制得在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下光電流達(dá)到10毫安以上的光敏三極管，不會(huì)發(fā)生前述不良現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的，是采用新的工藝流程和工藝條件，用高電阻率N型硅單晶制出高靈敏度大電流的光敏三極管。
本發(fā)明的要點(diǎn)是理論和實(shí)驗(yàn)均可證明，在高電阻率N型硅單晶中摻入(不論是用擴(kuò)散法還是合金法)高濃度的金，可以使摻入了高濃度金的區(qū)域由原來的N型轉(zhuǎn)變?yōu)槿鮌型的。在用高阻N型硅單晶制造光敏三極管時(shí)，當(dāng)在背面蒸金后，進(jìn)行合金化時(shí)，金層可以透過背面原有的薄的磷擴(kuò)散N+層，達(dá)到高電阻率N型硅區(qū)域，使金達(dá)到的N型硅區(qū)域由N型轉(zhuǎn)變?yōu)槿鮌型的。于是，就構(gòu)成了發(fā)射區(qū)N-基區(qū)P-集電區(qū)N-轉(zhuǎn)型區(qū)P這樣一種NP NP四層結(jié)構(gòu)，故能產(chǎn)生類似于晶閘管導(dǎo)通的開通現(xiàn)象。因而，采用原有工藝用高電阻率N型硅單晶制造光敏三極管時(shí)，在背面形成的結(jié)構(gòu)，是PN結(jié)構(gòu)，而不是歐姆接觸。為了克服開通不良現(xiàn)象，必須把背面的結(jié)構(gòu)真正制成N+N結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。
為此，發(fā)明人提出如下技術(shù)解決方案使背面磷擴(kuò)層厚度加大到大于3微米，使金在合金化時(shí)不能透過該層。以達(dá)到消除不良現(xiàn)象的目的。
本發(fā)明提出的技術(shù)方案，適于利用電阻率為5歐姆·厘米以上的高電阻率N型硅單晶制造高靈敏度大電流的光敏三極管。
采用本發(fā)明提出的技術(shù)方案所制得的光敏三極管，不會(huì)發(fā)生前述開通的不良現(xiàn)象。因而，就可以制成高靈敏度大電流的光敏三極管。同時(shí)可以使制造管子的成品率明顯提高，並提高了管子在應(yīng)用中可靠性。由于制管成品率提高和單晶硅片比外延硅片便宜許多，所以制管成本可以降低。該方案也適用于不蒸金的工藝?yán)绲酌驽冩嚬に嚮虻酌鏀徽艚鹨膊诲冩嚬に?。?dāng)采用不蒸金的方案，則還可以節(jié)約珍貴的黃金。而用高阻N型硅單晶制得的高靈敏度光敏三極管對(duì)近紅外光(例如波長0.9微米的光)的分光靈敏度，也比用外延材料制得的高靈敏度光敏三極管的要高。
采用本發(fā)明提出的方案，用電阻率約為100歐姆·厘米的N型硅單晶，所制得的高靈敏度光敏三極管的光電流可以達(dá)到20毫安(在色溫2856°K的鎢燈，照度1000勒克司，工作電壓10伏的標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測得)。卽使在光照度僅為標(biāo)準(zhǔn)測試條件照度值十分之一的100勒克司光照下(其他條件不變)，光電流也高達(dá)5毫安。而在500勒克司照度光照下(其他條件不變)，光電流為15毫安·管子在光照下的典型伏安特性見附圖2。
附圖1是用過去的工藝，用電阻率為100歐姆·厘米左右的N型硅單晶制造的光敏三極管在靈敏度較高時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下發(fā)生前述開通的不良現(xiàn)象的典型伏安特性曲線。
附圖2是采用本發(fā)明提出的方案，用電阻率為100歐姆·厘米左右的N型硅單晶制造的高靈敏度光敏三極管，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的典型伏安特性曲線。附圖2與附圖1所對(duì)應(yīng)的兩種光敏三極管管芯的有效光敏面積相同。
本發(fā)明的實(shí)施例
把本發(fā)明以前的工藝流程和工藝條件從第四步開始做出改變，第一步，氧化;第二步，光刻出待擴(kuò)硼的區(qū)域;第三步，擴(kuò)硼及氧化;第四步，背面磨片;第五步，背面擴(kuò)磷，深度3微米以上;第六步，光刻出待正面擴(kuò)磷的區(qū)域;第七步，正面擴(kuò)磷及氧化;第八步，光刻出電極引出口窗;第九步，正面蒸鋁;第十步，光刻出鋁電極;第十一步，背面蒸金;第十二步，合金化，溫度范圍為480℃至550℃，第十三步，用銀漿燒結(jié)管芯到管座上，燒結(jié)溫度400℃;第十四步，超聲壓焊引線;第十五步，封帽。
權(quán)利要求
1、一種制造高靈敏度光敏三極管的方法，它的工藝流程包括，第一步，氧化，第二步，光刻出待擴(kuò)硼的區(qū)域，第三步，擴(kuò)硼及氧化，本發(fā)明的特征在于，第四步，背面磨片，第五步，背面擴(kuò)磷，厚度在3微米以上，第六步，光刻出待正面擴(kuò)磷的區(qū)域，第七步，正面擴(kuò)磷及氧化，第八步，光刻出電極引出窗口，第九步，正面蒸鋁，第十步，光刻出鋁電極，第十一步，背面蒸金，第十二步，合金化，溫度范圍為480℃至550℃，第十三步，用銀漿燒結(jié)管芯到底座上，燒結(jié)溫度400℃，第十四步，超聲壓焊引線，第十五步，封帽。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種制造高靈敏度光敏三極管的方法，其特征在于，該方法適用于電阻率為5歐姆·厘米以上的N型硅單晶。
專利摘要
一種利用高電阻率N型硅單晶制造高靈敏度光敏三極管的方法。對(duì)原有的工藝流程和工藝條件做了改進(jìn)，消除了用原有工藝制出的光敏三極管存在的一種在光照下電流電壓關(guān)系出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)域，隨后電流激劇增大的開通現(xiàn)象。從而，可以制出高靈敏度大電流的光敏三極管，提高制管成品率，提高使用可靠性，比用外延片制造高靈敏度光敏三極管，成本低，對(duì)近紅外光(例如波長為0.9微米的光)的分光靈敏度高。本方法適用于電阻率5歐姆·厘米以上的N型硅單晶。
文檔編號(hào)H01L21/02GK85103782SQ85103782
公開日1986年11月12日 申請(qǐng)日期1985年5月9日
發(fā)明者張君和 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan