一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺制造技术

本申请涉及一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，包括如下步骤：在晶圆表面沉积扩散掩膜；光刻，以在扩散掩膜表面形成扩散窗口以及环绕扩散窗口的扩散环；在扩散窗口和扩散环内进行杂质扩散，以形成扩散区。本申请在通过在扩散窗口周围增设扩散环，扩散环起到辅助扩散作用，通过调整在不同区域像元的辅助扩散环的位置与大小，能够对晶圆不同区域的扩散深度进行修正和补偿，使得晶圆各区域的杂质扩散深度接近一致，进而提升制备出的单管器件在晶圆内各单元的一致性或提高阵列芯片各像元性能的一致性。性能的一致性。性能的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺


[0001]本申请涉及光电器件
，特别涉及一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺。

技术介绍

[0002]杂质扩散技术是形成pn结的重要方法之一，因此该技术成为一些光电子器件的标准制备工艺。为了实现杂质扩散，通常会在被扩散的晶体表面生长一层扩散掩膜，通过光刻、RIE刻蚀方法、去胶清洗等步骤形成扩散窗口。受主杂质或施主杂质通过扩散窗口扩散至晶体内部形成pn结。对于APD器件或者其他光电子器件而言，pn结深是一个重要参数，它决定着APD器件的反向开启电压Vpt及击穿电压Vbr等特征值大小。因此控制pn结深是实现高性能光电器件的关键技术。
[0003]通常APD器件或其他光电器件的扩散工艺由MOCVD、扩散炉等设备来完成，杂质的扩散速率受晶圆表面温度分布、气态杂质浓度分布等参数影响，同一片晶圆上不同区域由于受以上参数不一致影响从而得到不同大小的扩散深度，导致晶圆上制备出的单管器件(或阵列像元)性能一致性受限。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，以解决相关技术中晶圆杂质扩散不均匀的问题。
[0005]本申请提供的技术方案具体如下：
[0006]本申请提供了一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，包括如下步骤：
[0007]在晶圆表面沉积扩散掩膜；
[0008]光刻，以在扩散掩膜表面形成扩散窗口以及环绕扩散窗口的扩散环；
[0009]在扩散窗口和扩散环内进行杂质扩散，以形成扩散区。
[0010]一些实施例中，“光刻，以在扩散掩膜表面形成扩散窗口以及环绕扩散窗口的扩散环”具体包括：
[0011]在扩散掩膜表面旋涂光刻胶，依次经前烘、曝光、显影、坚膜和刻蚀工序，在扩散掩膜表面形成扩散窗口以及环绕扩散窗口的扩散环。
[0012]一些实施例中，“在扩散窗口和扩散环内进行杂质扩散”之前还包括如下步骤：
[0013]去除光刻胶。
[0014]一些实施例中，所述扩散掩膜为SiNx或SiO2介质膜，所述SiNx或SiO2介质膜的生长温度为200～300℃。
[0015]一些实施例中，所述晶圆由上至下依次包括帽层、电荷层、渐变层、吸收层、缓冲层及衬底，所述扩散区分布于所述帽层内。
[0016]一些实施例中，所述扩散窗口与所述扩散环同轴设置。
[0017]一些实施例中，前烘的温度为95
‑
100℃，时间为60s。
[0018]一些实施例中，曝光工序的光功率为12.5mw/cm2，时间为2s。
[0019]一些实施例中，显影时间为20
‑
25s；
[0020]和/或，坚膜工序的烘烤温度为105
‑
115℃，烘烤时间为90s。
[0021]一些实施例中，采用气态杂质源进行扩散。
[0022]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0023]本申请在通过在扩散窗口周围增设扩散环，扩散环起到辅助扩散作用，通过调整在不同区域像元的辅助扩散环的位置与大小，能够对晶圆不同区域的扩散深度进行修正和补偿，使得晶圆各区域的杂质扩散深度接近一致，进而提升了制备出的单管器件或阵列像元性能一致性。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本申请实施例提供的形成扩散窗口及扩散环后的晶圆俯视图；
[0026]图2为本申请实施例提供的形成扩散窗口及扩散环后的晶圆截面图；
[0027]图3为采用现有扩散工艺进行扩散后的晶圆的各像元Vpt分布图；
[0028]图4为本申请实施例提供的光刻工序的光刻版图；
[0029]图5为采用本申请实施例提供的工艺进行扩散后的晶圆的各像元Vpt分布图；
[0030]图6为中心距D与开启电压Vpt之间的关系；
[0031]图7为本申请实施例提供的InP/InGaAsAPD器件的外延结构示意图；
[0032]图8为倍增层厚度与开启电压Vpt之间的关系；
[0033]图9为本申请实施例提供的改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺的总流程图。
[0034]附图标记：1、晶圆；101、帽层；102、电荷层；103、渐变层；104、吸收层；105、缓冲层；106、衬底；107、扩散区；2、扩散窗口；3、扩散环；4、扩散掩膜。
具体实施方式
[0035]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0036]参见图1
‑
2和图9所示，本申请实施例提供了一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，包括如下步骤：
[0037]S1：在晶圆1表面沉积扩散掩膜4；
[0038]S2：光刻，以在扩散掩膜4表面形成扩散窗口2以及环绕扩散窗口2的扩散环3；
[0039]S3：在扩散窗口2和扩散环3内进行杂质扩散，以形成扩散区107。
[0040]具体的，所述扩散窗口2为圆形结构，所述扩散环3为圆环形结构，参见图2所示，图2展示了2寸晶圆采用现有扩散工艺进行扩散后得到的各像元Vpt分布图，从图示可以看出2
寸晶圆各像元之间的扩散深度一致性较差，分布规律呈现出从晶圆外侧至内侧扩散深度逐渐递减的关系。
[0041]本申请依据图2扩散结果采用本申请提供的工艺重新设计光刻版图，其中，扩散图形从外侧到内侧设计为3层，光刻版3层内的像元的扩散图形如图3所示，采用图3所示的光刻版图进行杂质扩散后的各像元Vpt分布图如图4所示，可以看出通过本申请工艺制备的晶圆各像元之间的扩散深度一致性具有显著提高。由于单位面积内的杂质总量一定，在进行选择性窗口扩散时，单位面积内的扩散掩膜窗口占比越小，则窗口内的扩散速率越快。而对整个晶圆进行扩散工艺时，温度和气流的片内分布不均匀，导致采用全部相同扩散窗口时(现有常规技术)，晶圆中心区域与边缘区域的扩散深度不一致。本专利技术提出采用位于中心有源区窗口周围的扩散环，通过在晶圆中心和边缘区域设置不同的扩散环面积，改变不同区域的扩散窗口占空比，中和气流和温度造成的差异，从而提高中心有源区窗口内的扩散深度一致性，由此提升制备出的单管芯片在晶圆内各单元的性能一致性或阵列芯片各像元的性能一致性。
[0042]进一步的，所述扩散环3的大小及在晶圆表面的位置可根据实际情况进行合理的设计，其中，扩散窗口2的半径与扩散环3的内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，其特征在于，包括如下步骤：在晶圆(1)表面沉积扩散掩膜(4)；光刻，以在扩散掩膜(4)表面形成扩散窗口(2)以及环绕扩散窗口的扩散环(3)；在扩散窗口(2)和扩散环(3)内进行杂质扩散，以形成扩散区(107)。2.如权利要求1所述的改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，其特征在于，“光刻，以在扩散掩膜(4)表面形成扩散窗口(2)以及环绕扩散窗口的扩散环(3)”具体包括：在扩散掩膜(4)表面旋涂光刻胶，依次经前烘、曝光、显影、坚膜和刻蚀工序，在扩散掩膜(4)表面形成扩散窗口(2)以及环绕扩散窗口(2)的扩散环(3)。3.如权利要求2所述的改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，其特征在于，“在扩散窗口(2)和扩散环(3)内进行杂质扩散”之前还包括如下步骤：去除光刻胶。4.如权利要求1所述的改善晶圆选择性窗口扩散均匀性的工艺，其特征在于，所述扩散掩膜(4)为SiNx或SiO2介质膜，所述SiNx或SiO2介质膜的生长温度为200～300℃。5.如权利要求1所述的改善晶圆选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾磊，杨简遥，张舟，熊祎灵，彭旭，
申请(专利权)人：武汉光谷量子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：