CN105206628A - 大直径多象限光电探测器制作方法 - Google Patents

Abstract

一种大直径多象限光电探测器制作方法，其步骤为：（A）按方法一制作出多象限光电探测器芯片，（B）对多象限光电探测器芯片进行检测，找出多象限光电探测器芯片上的不合格象限，（C）采用切割操作将不合格象限从多象限光电探测器芯片上切除，切除了不合格象限的多象限光电探测器芯片记为缺损件，（D）采用合格的象限与缺损件进行拼接，重新获得完整的多象限光电探测器芯片；本发明的有益技术效果是：使大直径、高性能的制导用多象限光电探测器可以采用拼接方式制作，避免多象限光电探测器因局部象限缺陷而整体报废，从而提高了成品率和优品率，降低了生产成本。

Description

大直径多象限光电探测器制作方法

技术领域

本发明涉及一种光电探测器制作技术，尤其涉及一种大直径多象限光电探测器制作方法。

背景技术

多象限光电探测器一般包括四象限探测器、八象限（双四象限）探测器、线阵探测器和阵列探测器，其光敏直径通常为10~16mm，但随着工程领域对器件要求的提高，目前又发展出了光敏直径达24mm的探测器；

本领域技术人员应该清楚，基于现有的工艺条件，在规模化生产过程中，芯片的面积越大，其成品率就相应越低，且在目前的工艺条件下，芯片面积增大与成品率降低之间的矛盾在短期内是不可调和的。

由于芯片制作成本较高，若因局部象限存在缺陷就将整个芯片报废的做法浪费较大，并且随着芯片光敏直径的增大，因芯片报废所导致的浪费也相应较大；为了解决浪费问题，一种较为有效的手段是：将存在缺陷的象限从芯片上切除，然后用符合要求的象限来与切割后的芯片进行拼接，避免将芯片整个报废，减少浪费；

对于一些低性能要求的探测器，前述思路不失为一种很好的降低成本的手段，但对于一些高性能要求的探测器，比如用于激光制导的四象限或八象限光电探测器，若单纯地采用前述手段进行拼接，所得到的器件就完全不能满足要求了，造成这种问题的原因是：高响应度是高性能探测器所必须具备的性能之一，在常规制作工艺中，为了使器件具备高响应度，一般要求横向耗尽层的厚度达到一定的数值，在对这类芯片进行切割拼接时，为了保证横向耗尽层具备必要的厚度，切割断面与pn结之间的间隔需要达到350μm以上才不致于伤及pn结，拼接处两侧的间隔总和就会达到700μm以上，将拼接后的器件投入工作时，前述的700μm的间隔就会在器件上形成700μm宽度的光电盲区（工程领域对于制导用光电探测器的光电盲区要求一般在200μm左右），700μm的光电盲区不仅会导致光能量严重损失，而且还会导致误码、甚至脱靶，所以前述的拼接手段并不能直接应用在性能要求较高的制导用光电探测器芯片上。

发明内容

在提出本发明之前，发明人曾经提出过另一项发明，专利号为：201010622540，该发明提出了一种无盲区、无光电串扰的硅象限光电探测器制作方法，其技术核心是：在光敏区外周设置一环极以形成光敏区pn结侧壁横向势垒，该光敏区pn结侧壁横向势垒与芯片背面的纵向势垒（也即由背面耗尽层所形成的势垒）通过引线连接构成一体，使每个象限的光敏元横向电场在环极处终止，解决了现有技术中需要增加象限之间隔离宽度才能实现有效隔离的问题；在前述发明提出之后，发明人又对其进行了深入研究，并发现，采用前述技术制作出的器件，由于不需要依赖较厚的隔离宽度来实现隔离，因此在对其进行切割时，不需要在象限外周保留较大的厚度，十分适合于进行象限拼接，于是本发明就应运而生了，其具体方案为：

一种大直径多象限光电探测器制作方法，其创新在于：（A）按方法一制作出多象限光电探测器芯片，（B）对多象限光电探测器芯片进行检测，找出多象限光电探测器芯片上的不合格象限，（C）采用切割操作将不合格象限从多象限光电探测器芯片上切除，切除了不合格象限的多象限光电探测器芯片记为缺损件，（D）采用合格的象限与缺损件进行拼接，重新获得完整的多象限光电探测器芯片；

所述方法一包括：1）提供硅衬底；2）在硅衬底表面生长SiO₂层；3）在硅衬底正面光刻出硼扩散区；4）对硼扩散区进行硼扩散，形成光敏区；5）在硅衬底正面淀积生长Si3N4层，然后在硅衬底正面光刻出磷扩散区；所述磷扩散区位于光敏区周围，磷扩散区的轮廓与光敏区轮廓匹配，磷扩散区与光敏区之间留有间隔；6）对硅衬底背面进行减薄抛光处理；7）对磷扩散区进行磷扩散处理，形成环极；对硅衬底背面进行磷扩散处理，形成n⁺接触层；8）在硅衬底表面生长氧化层；9）在光敏区上光刻出电极孔，同时，在环极上方光刻出与环极轮廓匹配的凹槽，然后去除硅衬底背面的氧化层，10）在硅衬底的正面和背面蒸发电极金属层；11）对硅衬底正面的电极金属层进行刻蚀分别形成金属电极和表面金属层，所述金属电极位于电极孔内，所述表面金属层位于环极上方的凹槽内；12）通过引线将表面金属层与硅衬底背面的电极金属连接；

所述多象限光电探测器的直径为16~24mm；多象限光电探测器上，在周向上相邻的两个光敏区之间的间隔小于或等于150μm；所述多象限光电探测器用于激光制导领域；在周向上相邻的两个环极之间的间隔为30μm，光敏区与对应环极之间的间隔为300μm，环极宽度为60μm；步骤（C）中切割操作所用切刀的厚度为30μm，切割操作时的切口位于相邻两个环极之间。

本发明的原理是：得益于前述的在先技术，采用该技术后，可以大幅缩减象限之间的间隔距离，通过在制作过程中对两个环极之间的间隔进行控制，使两个环极之间的间隔距离与切刀的厚度相同，后续切割工艺中，由切割操作所形成的切口可以将环极以外的区域全部切净（采用常规工艺制作出的探测器在进行拼接时，需要在其象限外围保留较大的厚度才能保证横向耗尽层的完好性），拼接后，象限之间的间隔距离几乎无变化，使得拼接后的光电探测器也具有良好的性能。

优选地，所述多象限光电探测器的象限数量为四个或八个。

本发明的有益技术效果是：使大直径、高性能的制导用多象限光电探测器可以采用拼接方式制作，避免多象限光电探测器因局部象限缺陷而整体报废，从而提高了成品率和优品率，降低了生产成本。

附图说明

图1、用于切割的光电探测器的结构剖面示意图（图中两条虚线之间的区域即为切割时的切口位置）；

图中各个标记所对应的名称分别为：SiO₂层1、衬底2、P⁺-Si层3、Si3N4层4、环极5、表面金属层6、金属电极7、n⁺接触层8、硅衬底背面的电极金属9、用于连接表面金属层和硅衬底背面的电极金属的导线10。

具体实施方式

一种大直径多象限光电探测器制作方法，其创新在于：（A）按方法一制作出多象限光电探测器芯片，（B）对多象限光电探测器芯片进行检测，找出多象限光电探测器芯片上的不合格象限，（C）采用切割操作将不合格象限从多象限光电探测器芯片上切除，切除了不合格象限的多象限光电探测器芯片记为缺损件，（D）采用合格的象限与缺损件进行拼接，重新获得完整的多象限光电探测器芯片；

所述方法一包括：1）提供硅衬底；2）在硅衬底表面生长SiO₂层；3）在硅衬底正面光刻出硼扩散区；4）对硼扩散区进行硼扩散，形成光敏区；5）在硅衬底正面淀积生长Si3N4层，然后在硅衬底正面光刻出磷扩散区；所述磷扩散区位于光敏区周围，磷扩散区的轮廓与光敏区轮廓匹配，磷扩散区与光敏区之间留有间隔；6）对硅衬底背面进行减薄抛光处理；7）对磷扩散区进行磷扩散处理，形成环极；对硅衬底背面进行磷扩散处理，形成n⁺接触层；8）在硅衬底表面生长氧化层；9）在光敏区上光刻出电极孔，同时，在环极上方光刻出与环极轮廓匹配的凹槽，然后去除硅衬底背面的氧化层，10）在硅衬底的正面和背面蒸发电极金属层；11）对硅衬底正面的电极金属层进行刻蚀分别形成金属电极和表面金属层，所述金属电极位于电极孔内，所述表面金属层位于环极上方的凹槽内；12）通过引线将表面金属层与硅衬底背面的电极金属连接；

所述多象限光电探测器的直径为16~24mm；多象限光电探测器上，在周向上相邻的两个光敏区之间的间隔小于或等于150μm；所述多象限光电探测器用于激光制导领域；在周向上相邻的两个环极之间的间隔为30μm，光敏区与对应环极之间的间隔为300μm，环极宽度为60μm；步骤（C）中切割操作所用切刀的厚度为30μm，切割操作时的切口位于相邻两个环极之间。

进一步地，所述多象限光电探测器的象限数量为四个或八个。

Claims (2)

1.一种大直径多象限光电探测器制作方法，其特征在于：（A）按方法一制作出多象限光电探测器芯片，（B）对多象限光电探测器芯片进行检测，找出多象限光电探测器芯片上的不合格象限，（C）采用切割操作将不合格象限从多象限光电探测器芯片上切除，切除了不合格象限的多象限光电探测器芯片记为缺损件，（D）采用合格的象限与缺损件进行拼接，重新获得完整的多象限光电探测器芯片；

所述方法一包括：1）提供硅衬底；2）在硅衬底表面生长SiO₂层；3）在硅衬底正面光刻出硼扩散区；4）对硼扩散区进行硼扩散，形成光敏区；5）在硅衬底正面淀积生长Si3N4层，然后在硅衬底正面光刻出磷扩散区；所述磷扩散区位于光敏区周围，磷扩散区的轮廓与光敏区轮廓匹配，磷扩散区与光敏区之间留有间隔；6）对硅衬底背面进行减薄抛光处理；7）对磷扩散区进行磷扩散处理，形成环极；对硅衬底背面进行磷扩散处理，形成n⁺接触层；8）在硅衬底表面生长氧化层；9）在光敏区上光刻出电极孔，同时，在环极上方光刻出与环极轮廓匹配的凹槽，然后去除硅衬底背面的氧化层，10）在硅衬底的正面和背面蒸发电极金属层；11）对硅衬底正面的电极金属层进行刻蚀分别形成金属电极和表面金属层，所述金属电极位于电极孔内，所述表面金属层位于环极上方的凹槽内；12）通过引线将表面金属层与硅衬底背面的电极金属连接；

所述多象限光电探测器的直径为16~24mm；多象限光电探测器上，在周向上相邻的两个光敏区之间的间隔小于或等于150μm；所述多象限光电探测器用于激光制导领域；在周向上相邻的两个环极之间的间隔为30μm，光敏区与对应环极之间的间隔为300μm，环极宽度为60μm；步骤（C）中切割操作所用切刀的厚度为30μm，切割操作时的切口位于相邻两个环极之间。

2.根据权利要求1所述的大直径多象限光电探测器制作方法，其特征在于：所述多象限光电探测器的象限数量为四个或八个。