一种全耗尽型PIN光电二极管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种全耗尽型PIN光电二极管，具体涉及半导体器件技术领域，其技术方案是：包括衬底材料和P型埋层，所述衬底材料上端离子注入所述P型埋层，所述P型埋层上端淀积外延层，所述外延层上端离子注入N型保护环和有源区，所述外延层上端淀积氮化硅层，所述氮化硅层内壁设有正面电极，所述衬底材料下端设有背面电极，所述衬底材料设置为低电阻率的N型硅材料，所述P型埋层与所述衬底材料之间形成PN结，本实用新型专利技术有益效果是：通过P型埋层与衬底材料之间形成PN结，减小扩散区面积，具有增加硅基光电二极管响应速度的作用。增加硅基光电二极管响应速度的作用。增加硅基光电二极管响应速度的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种全耗尽型PIN光电二极管


[0001]本技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种全耗尽型PIN光电二极管。

技术介绍

[0002]硅基光电二极管由于其材料成本低，制造工艺简单，响应度峰值波长为940nm，在3Dsensor、红外测距、光通讯等领域有着广泛的应用，由于光在硅中的入射深度跟入射光波长相关，波长越长，入射深度越深，因此，为了提高长波响应度，传统光电二极管均选用高阻材料来提升耗尽区宽度，从而达到提高响应度的目的，另外，响应时间由光生载流子在耗尽区的漂移时间、耗尽区外的光生载流子的扩散时间以及RC延迟时间三部分组成，对于300um厚度的PIN光电二极管，漂移时间和RC延迟为纳秒级，扩散时间为微秒级，可见光电二极管的响应时间主要由耗尽区外光生载流子的扩散时间决定。
[0003]现有技术存在以下不足：由于材料为高阻材料，扩散区电阻率太高，导致扩散时间变长，从而导致光电二极管响应速度变慢。
[0004]因此，专利技术一种全耗尽型PIN光电二极管很有必要。

技术实现思路

[0005]为此，本技术提供一种全耗尽型PIN光电二极管，通过P型埋层与衬底材料之间形成PN结，减小扩散区面积，以解决扩散区电阻率太高，导致扩散时间变长，从而导致光电二极管响应速度变慢的问题。
[0006]为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种全耗尽型PIN光电二极管，包括衬底材料和P型埋层，所述衬底材料上端离子注入所述P型埋层，所述P型埋层上端淀积外延层，所述外延层上端离子注入N型保护环和有源区，所述外延层上端淀积氮化硅层，所述氮化硅层内壁设有正面电极，所述衬底材料下端设有背面电极。
[0007]优选的，所述衬底材料设置为低电阻率的N型硅材料。
[0008]优选的，所述P型埋层厚度采用5um。
[0009]优选的，所述P型埋层与所述衬底材料之间形成PN结。
[0010]优选的，所述P型埋层上端开设通孔。
[0011]优选的，所述正面电极下端插接在所述有源区内壁。
[0012]本技术的有益效果是：
[0013]所述衬底材料上端离子注入所述P型埋层，衬底材料不用额外背面注入，具有简化制作工艺的作用，P型埋层上端光刻孔，形成中心岛与边缘环形结构，形成电流通路，具有减小扩散区面积的作用，所述P型埋层上端淀积外延层，外延层内部设有耗尽区，外延层设置为高电阻，外延层的电阻率设置为500
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1000ohm cm，外延层厚度可根据耗尽区宽度计算得到，所述外延层上端离子注入N型保护环和有源区，N型保护环具有防护外延层的作用，离子注入退火形成有源区，有源区具有提高光电二极管响应速度的作用，所述外延层上端淀积氮化硅层，通过热氧化生成二氧化硅层，二氧化硅层上方淀积生长氮化硅层，氮化硅层内壁
刻出接触孔，然后溅射Al，所述氮化硅层内壁设有正面电极，接触孔内壁淀积反刻形成正面电极，正面电极不用进行背面处理，直接与金属形成良好的欧姆接触，所述衬底材料下端设有背面电极，背面电极内侧不用减薄注入，直接背面金属化形成背面电极，避免了加工过程中碎片的情况，简化了制作工艺，所述衬底材料设置为低电阻率的N型硅材料，具有减小扩散区电阻率的作用，所述P型埋层厚度采用5um，具有方便P型埋层重掺杂的作用，所述P型埋层与所述衬底材料之间形成PN结，PN结的耗尽区作为光生载流子底部收集区，耗尽区与二极管耗尽区交叠，扩大了有源区面积，减小了扩散区面积，提升了响应速度，所述P型埋层上端开设通孔，通过通孔形成电流路径，进一步增大耗尽区面积，提高了响应度，所述正面电极下端插接在所述有源区内壁，具有固定正面电极，避免背面处理的作用。
附图说明
[0014]图1为本技术提供的一种全耗尽型PIN光电二极管的结构图；
[0015]图2为本技术提供的一种全耗尽型PIN光电二极管中衬底材料结构图；
[0016]图3为本技术提供的一种全耗尽型PIN光电二极管中P型埋层连接示意图；
[0017]图4为本技术提供的一种全耗尽型PIN光电二极管中有源区和N型保护环结构图。
[0018]图中：101衬底材料、102P型埋层、103外延层、104N型保护环、105有源区、106氮化硅层、107正面电极、108背面电极、109PN结、110通孔。
具体实施方式
[0019]以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。
[0020]参照附图1
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图4，一种全耗尽型PIN光电二极管，包括衬底材料101和P型埋层102；
[0021]进一步地，所述衬底材料101上端离子注入所述P型埋层102，所述P型埋层102上端淀积外延层103，所述外延层103上端离子注入N型保护环104和有源区105，所述外延层103上端淀积氮化硅层106，所述氮化硅层106内壁设有正面电极107，所述衬底材料101下端设有背面电极108，衬底材料101不用额外背面注入，具有简化制作工艺的作用，P型埋层102上端光刻孔，形成中心岛与边缘环形结构，形成电流通路，具有减小扩散区面积的作用，外延层103内部设有耗尽区，外延层103设置为高电阻，外延层103的电阻率设置为500
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1000ohm cm，外延层103厚度可根据耗尽区宽度计算得到，N型保护环104具有防护外延层103的作用，离子注入退火形成有源区105，有源区105具有提高光电二极管响应速度的作用，通过热氧化生成二氧化硅层，二氧化硅层上方淀积生长氮化硅层106，氮化硅层106内壁刻出接触孔，然后溅射Al，接触孔内壁淀积反刻形成正面电极107，正面电极107不用进行背面处理，直接与金属形成良好的欧姆接触，背面电极108内侧不用减薄注入，直接背面金属化形成背面电极108，避免了加工过程中碎片的情况，简化了制作工艺。
[0022]进一步地，所述衬底材料101设置为低电阻率的N型硅材料，具有减小扩散区电阻率的作用；
[0023]进一步地，所述P型埋层102厚度采用5um，具有方便P型埋层102重掺杂的作用；
[0024]进一步地，所述P型埋层102与所述衬底材料101之间形成PN结109，PN结109的耗尽
区作为光生载流子底部收集区，耗尽区与二极管耗尽区交叠，扩大了有源区105面积，减小了扩散区面积，提升了响应速度；
[0025]进一步地，所述P型埋层102上端开设通孔110，通过通孔110形成电流路径，进一步增大耗尽区面积，提高了响应度；
[0026]进一步地，所述正面电极107下端插接在所述有源区105内壁，具有固定正面电极107，避免背面处理的作用。
[0027]本技术的使用过程如下：在使用本技术时，所述衬底材料101上端离子注入所述P型埋层102，衬底材料101不用额外背面注入，具有简化制作工艺的作用，P型埋层102上端光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全耗尽型PIN光电二极管，包括衬底材料（101）和P型埋层（102），其特征在于：所述衬底材料（101）上端离子注入所述P型埋层（102），所述P型埋层（102）上端淀积外延层（103），所述外延层（103）上端离子注入N型保护环（104）和有源区（105），所述外延层（103）上端淀积氮化硅层（106），所述氮化硅层（106）内壁设有正面电极（107），所述衬底材料（101）下端设有背面电极（108）。2.根据权利要求1所述的一种全耗尽型PIN光电二极管，其特征在于：所述衬底材料（101）设置为低...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炘，王康，
申请(专利权)人：西安迈驰半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：