本发明属于半导体光敏器件的制造方法。 在本发明作出以前,用高电阻率N型硅单晶(例如,用电阻率为100欧姆·厘米左右的N型硅单晶)制造光敏三极管的平面工艺主要流程是:第一步,氧化;第二步,光刻出待扩硼的区域;第三步,扩硼及氧化;第四步,光刻出待扩磷的区域;第五步,背面磨片;第六步,扩磷及氧化;第七步,光刻出电极引出窗口;第八步,正面蒸铝;第九步,光刻出铝电极;第十步,背面蒸金;第十一步,合金化(温度范围为480℃至550℃);第十二步,用银浆烧结管芯到管座上(温度为400℃);第十三步,超声压焊引线;第十四步,封帽。
按上述流程制得的光敏三极管,当在标准测试条件(色温2856°K的钨灯,照度1000勒克司,工作电压10伏)下测量光电流,常有光敏三极管发生电流电压关系出现负阻区域,随后电流激剧增大的开通现象(见附图1),发生这一现象后电流的大小不再与光照度有关,而由该测试电路中的总串连电阻和工作电压决定,而且,在去掉光照后,这种开通状态继续保持。
灵敏度较高的管子,特别容易发生上述现象。灵敏度虽不是较高的管子,也有可能在更大照度的光照下(这时光电流更大)发生上述现象。由于上述现象使光敏三极管不能正常工作,所以,在标准测试条件下发生此种现象的管子,都要淘汰掉。卽使在标准测试条件下不发生此种现象的管子,在应用中,由于存在光照度较标准条件为大的可能,也就仍然可能发生此种现象,而使管子不能正常工作或损坏。因而。用高阻N型硅单晶制造光敏三极管时,一般控制其在标准测试条件下的光电流值在2毫安至4毫安的范围,以使制得的管子旣有一定灵敏度,又有较高的生产成品率和使管子在应用中有较高地可靠性所以,在本发明以前,用高阻N型硅单晶不能制造出灵敏度高光电流大的光敏三极管。在本发明以前,如要制得高灵敏度大电流的光敏三极管,必须用在低阻衬底(例如电阻率为10-3欧姆·厘米的N型硅单晶)上外延了高阻层(例如电阻率5欧姆·厘米以上,厚度为15至25微米的N型外延硅层)的外延片来制造,可以制得在标准测试条件下光电流达到10毫安以上的光敏三极管,不会发生前述不良现象。
本发明的目的,是采用新的工艺流程和工艺条件,用高电阻率N型硅单晶制出高灵敏度大电流的光敏三极管。
本发明的要点是:理论和实验均可证明,在高电阻率N型硅单晶中掺入(不论是用扩散法还是合金法)高浓度的金,可以使掺入了高浓度金的区域由原来的N型转变为弱P型的。在用高阻N型硅单晶制造光敏三极管时,当在背面蒸金后,进行合金化时,金层可以透过背面原有的薄的磷扩散N+层,达到高电阻率N型硅区域,使金达到的N型硅区域由N型转变为弱P型的。于是,就构成了发射区N-基区P-集电区N-转型区P这样一种NP NP四层结构,故能产生类似于晶闸管导通的开通现象。因而,采用原有工艺用高电阻率N型硅单晶制造光敏三极管时,在背面形成的结构,是PN结构,而不是欧姆接触。为了克服开通不良现象,必须把背面的结构真正制成N+N结构,从而实现欧姆接触。
为此,发明人提出如下技术解决方案:使背面磷扩层厚度加大到大于3微米,使金在合金化时不能透过该层。以达到消除不良现象的目的。
本发明提出的技术方案,适于利用电阻率为5欧姆·厘米以上的高电阻率N型硅单晶制造高灵敏度大电流的光敏三极管。
采用本发明提出的技术方案所制得的光敏三极管,不会发生前述开通的不良现象。因而,就可以制成高灵敏度大电流的光敏三极管。同时可以使制造管子的成品率明显提高,並提高了管子在应用中可靠性。由于制管成品率提高和单晶硅片比外延硅片便宜许多,所以制管成本可以降低。该方案也适用于不蒸金的工艺:例如底面镀镍工艺或底面旣不蒸金也不镀镍工艺。当采用不蒸金的方案,则还可以节约珍贵的黄金。而用高阻N型硅单晶制得的高灵敏度光敏三极管对近红外光(例如波长0.9微米的光)的分光灵敏度,也比用外延材料制得的高灵敏度光敏三极管的要高。
采用本发明提出的方案,用电阻率约为100欧姆·厘米的N型硅单晶,所制得的高灵敏度光敏三极管的光电流可以达到20毫安(在色温2856°K的钨灯,照度1000勒克司,工作电压10伏的标准测试条件下测得)。卽使在光照度仅为标准测试条件照度值十分之一的100勒克司光照下(其他条件不变),光电流也高达5毫安。而在500勒克司照度光照下(其他条件不变),光电流为15毫安·管子在光照下的典型伏安特性见附图2。
附图1是用过去的工艺,用电阻率为100欧姆·厘米左右的N型硅单晶制造的光敏三极管在灵敏度较高时,在标准测试条件下发生前述开通的不良现象的典型伏安特性曲线。
附图2是采用本发明提出的方案,用电阻率为100欧姆·厘米左右的N型硅单晶制造的高灵敏度光敏三极管,在标准测试条件下的典型伏安特性曲线。附图2与附图1所对应的两种光敏三极管管芯的有效光敏面积相同。
本发明的实施例
把本发明以前的工艺流程和工艺条件从第四步开始做出改变,第一步,氧化;第二步,光刻出待扩硼的区域;第三步,扩硼及氧化;第四步,背面磨片;第五步,背面扩磷,深度3微米以上;第六步,光刻出待正面扩磷的区域;第七步,正面扩磷及氧化;第八步,光刻出电极引出口窗;第九步,正面蒸铝;第十步,光刻出铝电极;第十一步,背面蒸金;第十二步,合金化,温度范围为480℃至550℃,第十三步,用银浆烧结管芯到管座上,烧结温度400℃;第十四步,超声压焊引线;第十五步,封帽。