n結(jié)制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于紅外探測(cè)器的制備技術(shù)，具體是指一種低損傷的銦鎵砷探測(cè)器p+n結(jié)制備方法，它適用于制備高性能的短波紅外銦鎵砷探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在近室溫環(huán)境下，短波紅外銦鎵砷探測(cè)器就擁有良好的性能，這使得其在民用、軍事和航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在銦鎵砷短波紅外探測(cè)器芯片的制備工藝中，P+n結(jié)的制備是最關(guān)鍵的工藝之一。因?yàn)槌山Y(jié)工藝能給芯片帶入比較大的損傷，所以，對(duì)短波紅外銦鎵砷探測(cè)器來(lái)說(shuō)，優(yōu)化成結(jié)方法對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性等方面有著至關(guān)重要的作用。
[0003]銦鎵砷探測(cè)器芯片的剖面結(jié)構(gòu)如附圖3所示，它由InP襯底1、InP緩沖層2、InGaAs吸收層3、InP帽層4、光敏區(qū)5、氮化硅鈍化層6、P電極7和接觸電極8組成。
[0004]目前，銦鎵砷探測(cè)器的工藝主要包含6個(gè)大步驟:步驟1.在外延片上制備光敏區(qū)成結(jié)掩膜；步驟2.實(shí)施光敏區(qū)成結(jié)工藝技術(shù)；步驟3.通過(guò)刻蝕在外延片上開N槽；步驟4.進(jìn)行鈍化膜淀積；步驟5.在P區(qū)表面生長(zhǎng)P電極；步驟6.在N區(qū)表面和P電極上制備接觸電極。其中光敏區(qū)成結(jié)工藝是最關(guān)鍵的工藝步驟之一，成結(jié)的質(zhì)量會(huì)直接影響到芯片的性能。因?yàn)镻區(qū)基體里的離子元素也并非完全激活的狀態(tài)，如圖3所示，這些非激活狀態(tài)包括元素離子的富集7、填隙原子8、以及電中性的化合物10等，這些狀態(tài)不僅會(huì)抑制元素的激活，降低P區(qū)空穴載流子濃度，而且會(huì)給外延材料引入多的雜質(zhì)缺陷和較大的晶格損傷。此外，由于在樣品表層富集大量的元素離子，這一方面會(huì)使得樣品的表面受到比較大的晶格損傷；另一方面增加表面的非輻射復(fù)合中心密度。這些問(wèn)題都會(huì)限制探測(cè)器性能的提高，因此需要在技術(shù)上做出進(jìn)一步的改進(jìn)和創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述探測(cè)器芯片制備工藝中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種低損傷的銦鎵砷探測(cè)器P+n結(jié)制備方法，不僅能夠解決了元素離子激活低，成結(jié)損傷偏大和電極串聯(lián)電阻偏大的問(wèn)題，而且增加了采用濕法腐蝕去除表面損傷的工藝，起到了去除離子富集層，減少?gòu)?fù)合中心，降低表面態(tài)密度，增強(qiáng)了后續(xù)鈍化膜的鈍化效果。
[0006]本發(fā)明所涉及的關(guān)鍵步驟有:1)淀積氮化硅成結(jié)掩膜，2)光敏區(qū)成結(jié)，
[0007]3)取樣清洗，4)氮?dú)夥諊鸁崽幚恚?)去表面損傷層，如附圖2所示。具體工藝流程步驟如下:
[0008]1.淀積氮化硅擴(kuò)散掩膜5，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)淀積厚度200±30nm的氮化硅擴(kuò)散掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0009]2.先采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區(qū)和樣品區(qū)，如圖1所示，抽真空至3X10_4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20°C溫度內(nèi)，保持9±3min后，快速取出；
[0010]3.取樣清洗，打開石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS級(jí)乙醇清洗，并用高純氮?dú)獯蹈伞?br>[0011]4.氮?dú)夥諊鸁崽幚?，將樣?2放入熱退火爐中，保持3?10L/min的氮?dú)饬髁?，在啟?dòng)加熱之前，對(duì)退火爐充氮?dú)?0?120秒，然后在充足的氮?dú)夥諊录訜徇M(jìn)行熱處理，熱處理?xiàng)l件:溫度為420?500°C，時(shí)間為5?15分鐘；
[0012]5.表面去擴(kuò)散損傷層，采用濕法腐蝕，腐蝕液為體積比為15?25%的鹽酸溶液，在室溫條件下，腐蝕時(shí)間為2?6分鐘；
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014]A.成結(jié)工藝之后，適當(dāng)?shù)牡獨(dú)夥諊鸁崽幚砟軌蚣せ钍苤麟x子元素，抑制補(bǔ)償作用，增加P區(qū)的空穴載流子濃度，有利于降低器件的串聯(lián)電阻，實(shí)現(xiàn)P電極歐姆接觸的穩(wěn)定性。
[0015]B.成結(jié)工藝之后，適當(dāng)?shù)牡獨(dú)夥諊鸁崽幚砟軌蛐迯?fù)成結(jié)引入的體內(nèi)和表面的晶格損傷，降低非輻射復(fù)合中心密度，有利于抑制暗電流的產(chǎn)生，為高性能線列和面陣探測(cè)器的研制提供良好的工藝基礎(chǔ)；
[0016]C.表面去損傷層，會(huì)除去表面的雜質(zhì)離子富集層或表面反型層，降低表面的非輻射復(fù)合中心密度，降低器件的表面態(tài)密度，抑制表面復(fù)合電流的產(chǎn)生，增強(qiáng)了后續(xù)的鈍化效果O
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的石英腔體的橫斷界面圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的銦鎵砷探測(cè)器芯片成結(jié)技術(shù)流程圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施的樣品的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:
[0021]I——半絕緣InP襯底；
[0022]2——N 型 InP 層；
[0023]3--銅嫁神本征吸收層；
[0024]4——N型InP帽層；
[0025]5——成結(jié)掩膜；
[0026]6——窗口 ；
[0027]7——離子富集層；
[0028]8——填隙原子；
[0029]9——替位原子；
[0030]10——雜質(zhì)離子化合物；
[0031]11——元素離子源；
[0032]12——外延片；
[0033]13——石英腔；
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方法作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0035]如附圖3所示，本實(shí)施例所用的外延片為采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)，在厚度為350 μ m的半絕緣InP襯底I上，依次生長(zhǎng)的InP緩沖層2，InGaAs吸收層3，InP帽層4。如圖2所示，本實(shí)施例探測(cè)器芯片p+n結(jié)制備方法的具體工藝流程為:
[0036]實(shí)施例1
[0037]1.淀積氮化硅擴(kuò)散掩膜5，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)淀積厚度200±30nm的氮化硅成結(jié)掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0038]2.先采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區(qū)和樣品區(qū)，如圖1所示，抽真空至3X10_4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20°C溫度內(nèi)，保持9±3min后，快速取出；
[0039]3.取樣清洗，打開石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS級(jí)乙醇清洗，并用高純氮?dú)獯蹈伞?br>[0040]4.氮?dú)夥諊鸁崽幚?，將樣?2放入熱退火爐中，保持10L/min的氮?dú)饬髁?，在啟?dòng)加熱之前，對(duì)退火爐充氮?dú)?0秒，然后在充足的氮?dú)夥諊录訜徇M(jìn)行熱處理，熱處理?xiàng)l件:溫度為420°C，時(shí)間為15分鐘；
[0041]4.表面去擴(kuò)散損傷層，采用濕法腐蝕，腐蝕液為體積比為15%的鹽酸溶液，在室溫條件下，腐蝕時(shí)間為6分鐘；
[0042]實(shí)施例2
[0043]1.淀積氮化硅擴(kuò)散掩膜5，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)淀積厚度200±30nm的氮化硅成結(jié)掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0044]2.先采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區(qū)和樣品區(qū)，如圖1所示，抽真空至3X10_4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20°C溫度內(nèi)，保持9±3min后，快速取出；
[0045]3.取樣清洗，打開石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS級(jí)乙醇清洗，并用高純氮?dú)獯蹈伞?br>[0046]4.氮?dú)夥諊鸁崽幚?，將樣?2放入熱退火爐中，保持6.5L/min的氮?dú)饬髁?，在啟?dòng)加熱之前，對(duì)退火爐充氮?dú)?0秒，然后在充足的氮?dú)夥諊录訜徇M(jìn)行熱處理，熱處理?xiàng)l件:溫度為470°C，時(shí)間為10分鐘；
[0047]5.表面去擴(kuò)散損傷層，采用濕法腐蝕，腐蝕液為體積比為20%的鹽酸溶液，在室溫條件下，腐蝕時(shí)間為4分鐘；
[0048]實(shí)施例3
[0049]1.淀積氮化硅擴(kuò)散掩膜5，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)淀積厚度200±30nm的氮化硅成結(jié)掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0050]2.先采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區(qū)和樣品區(qū)，如圖1所示，抽真空至3X10_4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20°C溫度內(nèi)，保持9±3min后，快速取出；
[0051]3.取樣清洗，打開石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS級(jí)乙醇清洗，并用高純氮?dú)獯蹈伞?br>[0052]4.氮?dú)夥諊鸁崽幚?，將樣?2放入熱退火爐中，保持3L/min的氮?dú)饬髁浚趩?dòng)加熱之前，對(duì)退火爐充氮?dú)?20秒，然后在充足的氮?dú)夥諊录訜徇M(jìn)行熱處理，熱處理?xiàng)l件:溫度為500°C，時(shí)間為5分鐘；
[0053]5.表面去擴(kuò)散損傷層，采用濕法腐蝕，腐蝕液為體積比為25%的鹽酸溶液，在室溫條件下，腐蝕時(shí)間為2分鐘。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低損傷的銦鎵砷探測(cè)器P +n結(jié)制備方法，具體方法步驟如下:1)淀積氮化硅成結(jié)掩膜，2)光敏區(qū)成結(jié)，3)取樣清洗，4)氮?dú)夥諊鸁崽幚恚?)去表面損傷層，其特征在于:步驟4)中所述的氮?dú)夥諊鸁崽幚矸椒?將樣品放入熱退火爐中，保持3?10L/min的氮?dú)饬髁浚趩?dòng)加熱之前，對(duì)退火爐充氮?dú)?0?120秒，然后在充足的氮?dú)夥諊录訜徇M(jìn)行熱處理，熱處理?xiàng)l件:溫度為420?500°C，時(shí)間為5?15分鐘； 步驟5)中所述的去表面損傷層的方法如下:損傷層去除采用濕法腐蝕方法，腐蝕液為體積比為15?25%的鹽酸溶液，在室溫條件下，腐蝕時(shí)間為2?6分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低損傷的銦鎵砷探測(cè)器p+n結(jié)制備方法，具體步驟如下：1)淀積氮化硅成結(jié)掩膜，2)光敏區(qū)成結(jié)，3)取樣清洗，4)氮?dú)夥諊鸁崽幚恚?)去表面損傷層。其優(yōu)點(diǎn)在于：氮?dú)夥諊鸁崽幚硪环矫婺軌蛐迯?fù)成結(jié)過(guò)程引入的晶格損傷,減小復(fù)合中心的密度，降低探測(cè)器的暗電流，另一方面能夠激活受主離子，降低施主補(bǔ)償作用，增加P區(qū)的空穴載流子濃度，有利于P電極歐姆接觸的穩(wěn)定性，減小串聯(lián)電阻；去表面損傷層一方面可以有效去除表面氧化層，減少表面的復(fù)合中心，有利于表面鈍化，提高探測(cè)器的性能，另一方面可以去除表面形成的離子富集層和表層損傷層。
【IPC分類】H01L31/18, H01L31/101
【公開號(hào)】CN104916731
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510296103
【發(fā)明人】曹高奇, 唐恒敬, 程吉鳳, 石銘, 王瑞, 邵秀梅, 李慶法, 李雪, 龔海梅
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月2日