一種電子轟擊型雪崩二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種能夠探測(cè)電子并具有雪崩放大效應(yīng)的電子轟擊型雪崩二極管，屬于光電探測(cè)與粒子探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光電探測(cè)領(lǐng)域憑借其廣泛的應(yīng)用前景和巨大的戰(zhàn)略價(jià)值，目前已經(jīng)成為各國(guó)大力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。在種類眾多的光電探測(cè)器中，混合型光電探測(cè)器是20世紀(jì)90年代才發(fā)展起來(lái)的一種新型光電探測(cè)器，它融合了真空光電器件與半導(dǎo)體光電器件的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了后兩類缺點(diǎn)與不足，廣泛應(yīng)用于高能物理、醫(yī)療儀器、生物檢測(cè)、量子通信、天文觀察以及激光測(cè)距等領(lǐng)域。
[0003]混合型光電探測(cè)器的整管結(jié)構(gòu)采用類似真空光電器件的金屬-陶瓷結(jié)構(gòu)，陰極采用真空器件的光電陰極，陽(yáng)極采用半導(dǎo)體探測(cè)器，工作時(shí)光電陰極上產(chǎn)生的光電子經(jīng)加速后轟擊在半導(dǎo)體材料的表面，產(chǎn)生數(shù)千倍的增益，轟擊產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)被半導(dǎo)體探測(cè)器結(jié)區(qū)收集后實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出。因此，混合型光電探測(cè)器兼具了真空器件光敏面面積大、靈敏度高、響應(yīng)速度快、噪聲低、增益高和半導(dǎo)體器件動(dòng)態(tài)范圍大、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]然而目前國(guó)內(nèi)外用于光電探測(cè)的雪崩二極管均為雪崩光電二極管(APD)，在器件結(jié)構(gòu)與制作工藝上與能用于混合型光電探測(cè)器中的半導(dǎo)體器件有著本質(zhì)的不同，傳統(tǒng)APD表面生長(zhǎng)有起鈍化與增透作用的鈍化層，因而半導(dǎo)體器件結(jié)區(qū)無(wú)法對(duì)陰極產(chǎn)生的光電子實(shí)現(xiàn)收集，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的是一種電子轟擊型雪崩二極管，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，針對(duì)器件工作特點(diǎn)，采用能對(duì)電子響應(yīng)的電子轟擊型雪崩二極管，對(duì)陰極光電子實(shí)現(xiàn)收集并放大輸出。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種電子轟擊型雪崩二極管，其特征在于:在η型Si襯底(6)上依次為p型Si外延層(4)、p型Si重?fù)诫s層(1)、正面電極(2)，Si02氧化層(5)位于P型Si外延層(4)和p型Si重?fù)诫s層(1)的表面和側(cè)面，玻璃鈍化層(3)位于3102氧化層(5)之上，背面電極(7)位于η型Si襯底(6)的下方。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本結(jié)構(gòu)的器件可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體結(jié)區(qū)對(duì)入射電子的收集，同時(shí)器件工作在雪崩電壓下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)區(qū)收集電子的雪崩放大，制備工藝簡(jiǎn)便，暗電流低，可靠性高，克服了傳統(tǒng)雪崩光電二極管無(wú)法實(shí)現(xiàn)電子探測(cè)的缺點(diǎn)，可用于混合型光電探測(cè)器的制備及入射信號(hào)為電子的直接探測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是一種電子轟擊型雪崩二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，一種電子轟擊型雪崩二極管，其特征在于:在η型Si襯底(6)上依次為p型Si外延層(4)、p型Si重?fù)诫s層(1)、正面電極(2)，Si02氧化層(5)位于p型Si外延層(4)和p型Si重?fù)诫s層(1)的表面和側(cè)面，玻璃鈍化層(3 )位于Si02氧化層(5 )之上，背面電極(7)位于η型Si襯底(6)的下方。
[0010]所述η型Si襯底(6)，電子濃度為lX10lscm3至1 X 10 19cm 3，厚度為200 μ m ; 所述P型Si外延層(4)，摻雜濃度為lX1014cm3至lX1015cm3，厚度為10-30 μπι； 所述Ρ型Si重?fù)诫s層(1)，采用熱擴(kuò)散或離子注入，摻雜濃度為5X10lscm3至
5X 1019cm 3，厚度為0.5-1.0 μ m，用于電子轟擊的表面無(wú)鈍化層覆蓋；
所述正面電極(2)，為T(mén)i/Pt/Au電極，形狀為環(huán)形電極，采用濺射方法制作在ρ型Si重?fù)诫s層(1)上；
所述Si02氧化層(5)，采用熱氧化方法生長(zhǎng)，厚度為200~500nm，該氧化層用于鈍化η型Si襯底(6)、p型Si外延層(4)及ρ型Si重?fù)诫s層(1)的表面與側(cè)面、降低暗電流；
所述玻璃鈍化層(3)，厚度為10~30μπι，該鈍化層用于加厚Si02氧化層并填充器件臺(tái)面臺(tái)階。
[0011]實(shí)施例1:電子轟擊型雪崩二極管的制作方法，包括
步驟1:在電子濃度lX10lscm3的η型Si襯底(6)外延生長(zhǎng)ρ型Si外延層(4)，外延層摻雜濃度為1 X 1014cm 3，外延厚度為10 μ m ;
步驟2:晶片清洗，進(jìn)行煮王水處理，去離子水沖洗，離心甩干；
步驟3:進(jìn)行第一步光刻，光刻出待刻蝕的圖形；
步驟4:采用ICP刻蝕方法，刻蝕出器件臺(tái)面，刻蝕深度15 μπι ;
步驟5:進(jìn)行第二次光刻，光刻出待生長(zhǎng)鈍化膜的圖形；
步驟6:采用摻氯氧化的方法在η型Si襯底(6)、p型Si外延層(4)及ρ型Si重?fù)诫s層(1)的表面與側(cè)面生長(zhǎng)一層Si02氧化層(5)，氧化層厚度200nm ；
步驟7:進(jìn)行第三次光刻，光刻出待擴(kuò)散摻雜的圖形；
步驟8:采用熱擴(kuò)散方法進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為5 X 1018cm 3，擴(kuò)散濃度為0.5 μ m ;
步驟9:進(jìn)行第四次光刻，光刻出待玻璃鈍化的圖形；
步驟10:采用高溫?zé)Y(jié)的方法在Si02氧化層(5)上生長(zhǎng)一層玻璃鈍化層(3)，厚度為16 μ m ；
步驟11:進(jìn)行第五次光刻，光刻歐姆接觸電極孔；
步驟12:采用濺射法在ρ型Si重?fù)诫s層(1)表面依次生長(zhǎng)Ti/Pt/Au環(huán)形電極，作為正面電極(2)；
步驟13:采用機(jī)械減薄的方法將η型Si襯底(6)減薄至200 μ m左右；
步驟14:晶片清洗，將減薄后的晶片依次用乙醇、丙酮、去離子水、乙醇超聲清洗；
步驟15:采用濺射法在η型Si襯底(6)背面依次生長(zhǎng)Ti/Pt/Au環(huán)形電極，作為背面電極(7);
步驟16:晶片劃片、焊接、封裝及測(cè)試。
[0012]實(shí)施例2:電子轟擊型雪崩二極管的制作方法，包括
步驟1:在電子濃度lX1019cm3的η型Si襯底(6)外延生長(zhǎng)ρ型Si外延層(4)，外延層摻雜濃度為1 X 1015cm 3，外延厚度為30 μ m ;
步驟2:晶片清洗，進(jìn)行煮王水處理，去離子水沖洗，離心甩干；
步驟3:進(jìn)行第一步光刻，光刻出待刻蝕的圖形；
步驟4:采用ICP刻蝕方法，刻蝕出器件臺(tái)面，刻蝕深度35 μ m ;。
[0013]步驟5:進(jìn)行第二次光刻，光刻出待生長(zhǎng)鈍化膜的圖形；
步驟6:采用摻氯氧化的方法在η型Si襯底(6)、p型Si外延層(4)及ρ型Si重?fù)诫s層(1)的表面與側(cè)面生長(zhǎng)一層Si02氧化層(5)，氧化層厚度500nm ；
步驟7:進(jìn)行第三次光刻，光刻出待擴(kuò)散摻雜的圖形；
步驟8:采用熱擴(kuò)散方法進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為5 X 1019cm 3，擴(kuò)散濃度為1.0 μ m ;
步驟9:進(jìn)行第四次光刻，光刻出待玻璃鈍化的圖形；
步驟10:采用高溫?zé)Y(jié)的方法在Si02氧化層(5)上生