鉑硅納米線紅外探測器及其制作方法
【專利摘要】一種鉑硅納米線紅外探測器，所述鉑硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層、鉑硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層，P型外延硅襯底層、鉑硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層依次層疊在一起；所述鉑硅薄膜光敏層即為鉑硅納米線；所述鉑硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：利用鉑硅納米線可增加吸收率，同時，鉑硅納米線頂端存在極大的邊緣場，產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)，大幅度提高鉑硅紅外探測器的量子效率；增加P型多晶硅蓋帽層，可使光生熱空穴的逃逸機率增加一倍，并且阻止了減反射膜層內(nèi)的可動電荷與光生自由電子交換，降低鉑硅紅外探測器的噪聲及暗電流；探測器采用正照方式，大幅簡化了封裝工藝，提高了器件的可靠性。
【專利說明】鉑硅納米線紅外探測器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外探測器，尤其涉及一種鉬硅納米線紅外探測器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用PtSi/P-Si肖特基勢壘探測器制作的鉬硅紅外焦平面陣列器件具有像元集成度高、光響應(yīng)均勻性好、芯片穩(wěn)定性好等特點，應(yīng)用范圍十分廣泛，但與InSb、HgTeCd紅外探測器比較，鉬硅紅外探測器量子效率低I個數(shù)量級以上；多年來，技術(shù)人員一直致力于提聞鉬娃紅外探測器量子效率的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種鉬硅納米線紅外探測器，其結(jié)構(gòu)為:所述鉬硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層、鉬硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層，P型外延硅襯底層、鉬硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層依次層疊在一起；所述鉬硅薄膜光敏層即為鉬硅納米線；所述鉬硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。
[0004]前述鉬硅納米線紅外探測器的工作原理是:紅外輻射從正面入射，經(jīng)減反射膜層透射后，光子能量小于Si禁帶寬度的紅外光穿過P型多晶硅蓋帽層到達(dá)鉬硅薄膜光敏層，并在鉬硅薄膜光敏層中激發(fā)出電子-空穴對，能量超過勢壘高度的熱空穴越過PtSi/P-Si勢壘，進(jìn)入P型外延硅襯底層和P型多晶硅蓋帽層，這就使得鉬硅薄膜光敏層內(nèi)有電子的積累，而P型外延硅襯底層和P型多晶硅蓋帽層內(nèi)有空穴的積累，P型外延硅襯底層和P型多晶硅蓋帽層均接地，鉬硅薄膜光敏層內(nèi)積累的電子通過二極管收集，完成對紅外輻射的探測；由于紅外光線在鉬硅薄膜光敏層內(nèi)的鉬硅納米線之間多次反射，增加了鉬硅薄膜對紅外輻射的吸收率，納米結(jié)構(gòu)的鉬硅薄膜光敏層與P型外延硅襯底層形成肖特基勢壘接觸，存在較大的邊緣場效應(yīng)，產(chǎn)生較大的邊緣電場，光生電子發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，增加探測器的量子效率；在鉬硅鈉米上增加一層P型多晶硅蓋帽層，可使光生熱空穴的逃逸機率增加一倍，并且阻止了減反射膜中的可動電荷與光生自由電子交換，降低鉬硅紅外探測器的噪聲及暗電流；同時，本發(fā)明的探測器采用正照方式，可實現(xiàn)對紫外、可見光、中波紅外多光譜探測，與背照方式相比，除了存在前述優(yōu)點外，還大幅簡化了封裝工藝，提高了器件的可靠性。
[0005]基于現(xiàn)有紅外探測器上的常規(guī)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的鉬硅納米線紅外探測器上也設(shè)置有輸出二極管、P+溝阻、電極引線、P+擴散地和N保護(hù)環(huán)。
[0006]為了進(jìn)一步提高鉬硅薄膜光敏層對紅外輻射的吸收率，所述P型外延硅襯底層表面還層疊有鋁反射鏡層；經(jīng)P型外延硅襯底層透射出的未被鉬硅薄膜光敏層吸收的紅外線，由鋁反射鏡層反射后，可以再次到達(dá)鉬硅納米線光敏層并被其吸收。
[0007]優(yōu)選地，所述減反射膜層采用氧化鉿薄膜。
[0008]基于前述器件，本發(fā)明還提出了一種鉬硅納米線紅外探測器制作方法，其工藝步驟為:
1)提供P型外延硅襯底層；
2)在P型外延硅襯底層的上表面生長柵氧介質(zhì)層，在柵氧介質(zhì)層表面淀積氮化硅介質(zhì)
層；
3)采用硼擴散工藝在P型外延硅襯底層上形成P+溝阻和P+擴散地；
4)采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層上分別形成輸出二極管和N保護(hù)環(huán)；
5)采用等離子刻蝕工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的氮化硅介質(zhì)層刻蝕掉；采用濕法腐蝕工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的柵氧介質(zhì)層腐蝕掉；裸露出來的P型外延硅襯底層區(qū)域為光敏區(qū)窗口 ；
6)采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)范圍淀積鉬膜并原位退火；采用鉬輔助刻蝕工藝濕法腐蝕光敏區(qū)窗口，形成硅納米線，用王水腐蝕去掉鉬膜；
7)腐蝕掉硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)淀積鉬膜并原位退火，在硅納米線上生成鉬硅薄膜，形成鉬硅納米線，鉬硅納米線即為鉬硅薄膜光敏層；用王水腐蝕去掉未反應(yīng)的鉬膜；
8)利用PECVD工藝在光敏區(qū)及光敏區(qū)外圍淀積低溫二氧化硅薄膜；
9)采用光刻工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的低溫二氧化硅薄膜腐蝕掉；
10)采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)及光敏區(qū)外圍淀積P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅蓋帽層。
[0009]11)采用腐蝕剝離的方法，去掉光敏區(qū)外圍的低溫二氧化硅及P型多晶硅薄膜；
12)采用磁控濺射工藝在P形多晶硅蓋帽層上淀積氧化鉿減反射膜層；
13)采用光刻工藝形成引線孔；
14)利用磁控濺射工藝在探測器正面淀積鋁膜，光刻形成電極引線；
15)背面拋光，利用磁控濺射工藝在探測器背面淀積鋁膜，形成鋁反射鏡層。
[0010]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:利用鉬硅納米線可增加吸收率，同時，鉬硅納米線頂端存在極大的邊緣場，產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)，大幅度提高鉬硅紅外探測器的量子效率；增加P型多晶硅蓋帽層，可使光生熱空穴的逃逸機率增加一倍，并且阻止了減反射膜層內(nèi)的可動電荷與光生自由電子交換，降低鉬硅紅外探測器的噪聲及暗電流；探測器采用正照方式，大幅簡化了封裝工藝，提高了器件的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中各個標(biāo)記所對應(yīng)的名稱分別為:鋁反射鏡層1、P型外延硅襯底層2、鉬硅薄膜光敏層3、P型多晶硅蓋帽層4、減反射膜層5、輸出二極管6、P+溝阻7、電極引線8、P+擴散地9、N保護(hù)環(huán)10、柵氧介質(zhì)層11、氮化硅介質(zhì)層12。
【具體實施方式】
[0012]一種鉬硅納米線紅外探測器，其結(jié)構(gòu)為:所述鉬硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層2、鉬硅薄膜光敏層3、P型多晶硅蓋帽層4、減反射膜層5，P型外延硅襯底層2、鉬硅薄膜光敏層3、P型多晶硅蓋帽層4、減反射膜層5依次層疊在一起；所述鉬硅薄膜光敏層3即為鉬硅納米線；所述鉬硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。[0013]進(jìn)一步地，所述鉬硅納米線紅外探測器上還設(shè)置有輸出二極管6、P+溝阻7、電極引線8、P+擴散地9和N保護(hù)環(huán)10。
[0014]進(jìn)一步地，所述P型外延硅襯底層2背面還層疊有鋁反射鏡層I。
[0015]進(jìn)一步地，所述減反射膜層5采用氧化鉿薄膜。
[0016]一種鉬硅納米線紅外探測器制作方法，其步驟為:
1)提供P型外延硅襯底層2;
2)在P型外延硅襯底層2的上表面生長柵氧介質(zhì)層11，在柵氧介質(zhì)層11表面淀積氮化娃介質(zhì)層12 ；
3)采用硼擴散工藝在P型外延硅襯底層2上形成P+溝阻7和P+擴散地9；
4)采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層2上分別形成輸出二極管6和N保護(hù)環(huán)
10 ；
5)采用等離子刻蝕工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的氮化硅介質(zhì)層12刻蝕掉；采用濕法腐蝕工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的柵氧介質(zhì)層11腐蝕掉；裸露出來的P型外延硅襯底層2區(qū)域為光敏區(qū)
窗口 ；
6)采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)范圍淀積鉬膜并原位退火；采用鉬輔助刻蝕工藝濕法腐蝕光敏區(qū)窗口，形成硅納米線，用王水腐蝕去掉鉬膜；
7)腐蝕掉硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)淀積鉬膜并原位退火，在硅納米線上生成鉬硅薄膜，形成鉬硅納米線，鉬硅納米線即為鉬硅薄膜光敏層3 ；用王水腐蝕去掉未反應(yīng)的鉬膜；
8)利用PECVD工藝在光敏區(qū)及光敏區(qū)外圍淀積低溫二氧化硅薄膜；
9)采用光刻工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的低溫二氧化硅薄膜腐蝕掉；
10)采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)及光敏區(qū)外圍淀積P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅蓋帽層4。
[0017]11)采用腐蝕剝離的方法，去掉光敏區(qū)外圍的低溫二氧化硅及P型多晶硅薄膜；
12)采用磁控濺射工藝在P形多晶硅蓋帽層4上淀積氧化鉿減反射膜層5；
13)采用光刻工藝形成引線孔；
14)利用磁控濺射工藝在探測器正面淀積鋁膜，光刻形成電極引線8；
15)背面拋光，利用磁控濺射工藝在探測器背面淀積鋁膜，形成鋁反射鏡層I。
【權(quán)利要求】
1.一種鉬硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述鉬硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層(2)、鉬硅薄膜光敏層(3)、P型多晶硅蓋帽層(4)、減反射膜層(5)，P型外延硅襯底層(2)、鉬硅薄膜光敏層(3)、P型多晶硅蓋帽層(4)、減反射膜層(5)依次層疊在一起；所述鉬硅薄膜光敏層(3)即為鉬硅納米線；所述鉬硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述鉬硅納米線紅外探測器上還設(shè)置有輸出二極管(6)、P+溝阻(7)、電極引線(8)、P+擴散地(9)和N保護(hù)環(huán)(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述P型外延硅襯底層(2 )背面還層疊有鋁反射鏡層(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述減反射膜層(5)采用氧化鉿薄膜。
5.一種鉬硅納米線紅外探測器制作方法，其特征在于:按如下步驟制作鉬硅納米線紅外探測器: . 1)提供P型外延硅襯底層(2)； .2 )在P型外延硅襯底層(2 )的上表面生長柵氧介質(zhì)層(11)，在柵氧介質(zhì)層(11)表面淀積氮化硅介質(zhì)層(12)； . 3)采用硼擴散工藝在P型外延硅襯底層(2)上形成P+溝阻(7)和P+擴散地(9)； .4)采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層(2)上分別形成輸出二極管(6)和N保護(hù)環(huán)(10)； . 5)采用等離子刻蝕工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的氮化硅介質(zhì)層(12)刻蝕掉；采用濕法腐蝕工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的柵氧介質(zhì)層(11)腐蝕掉；裸露出來的P型外延硅襯底層(2)區(qū)域為光敏區(qū)窗口； . 6)采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)范圍淀積鉬膜并原位退火；采用鉬輔助刻蝕工藝濕法腐蝕光敏區(qū)窗口，形成硅納米線，用王水腐蝕去掉鉬膜； .7)腐蝕掉硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)淀積鉬膜并原位退火，在硅納米線上生成鉬硅薄膜，形成鉬硅納米線，鉬硅納米線即為鉬硅薄膜光敏層(3)；用王水腐蝕去掉未反應(yīng)的鉬膜； .8)利用PECVD工藝在光敏區(qū)及光敏區(qū)外圍淀積低溫二氧化硅薄膜； .9)采用光刻工藝將光敏區(qū)范圍內(nèi)的低溫二氧化硅薄膜腐蝕掉； .10)采用超高真空濺射工藝在光敏區(qū)及光敏區(qū)外圍淀積P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅蓋帽層(4); .11)采用腐蝕剝離的方法，去掉光敏區(qū)外圍的低溫二氧化硅及P型多晶硅薄膜； .12)采用磁控濺射工藝在P形多晶硅蓋帽層(4)上淀積氧化鉿減反射膜層(5)； .13)采用光刻工藝形成引線孔； .14)利用磁控濺射工藝在探測器正面淀積鋁膜，光刻形成電極引線(8)； .15)背面拋光，利用磁控濺射工藝在探測器背面淀積鋁膜，形成鋁反射鏡層(I)。
【文檔編號】H01L31/0352GK103794673SQ201410081602
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】李華高, 熊平, 鐘四成 申請人:中國電子科技集團公司第四十四研究所