n結制備方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于紅外探測器的制備技術，具體是指一種低損傷的銦鎵砷探測器p+n結制備方法，它適用于制備高性能的短波紅外銦鎵砷探測器。
【背景技術】
[0002]在近室溫環境下，短波紅外銦鎵砷探測器就擁有良好的性能，這使得其在民用、軍事和航空航天領域有著廣泛的應用價值。在銦鎵砷短波紅外探測器芯片的制備工藝中，P+n結的制備是最關鍵的工藝之一。因為成結工藝能給芯片帶入比較大的損傷，所以，對短波紅外銦鎵砷探測器來說，優化成結方法對實現高性能、高可靠性等方面有著至關重要的作用。
[0003]銦鎵砷探測器芯片的剖面結構如附圖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，銦鎵砷探測器的工藝主要包含6個大步驟:步驟1.在外延片上制備光敏區成結掩膜；步驟2.實施光敏區成結工藝技術；步驟3.通過刻蝕在外延片上開N槽；步驟4.進行鈍化膜淀積；步驟5.在P區表面生長P電極；步驟6.在N區表面和P電極上制備接觸電極。其中光敏區成結工藝是最關鍵的工藝步驟之一，成結的質量會直接影響到芯片的性能。因為P區基體里的離子元素也并非完全激活的狀態，如圖3所示，這些非激活狀態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，這些狀態不僅會抑制元素的激活，降低P區空穴載流子濃度，而且會給外延材料引入多的雜質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合中心密度。這些問題都會限制探測器性能的提高，因此需要在技術上做出進一步的改進和創新。

【發明內容】

[0005]基于上述探測器芯片制備工藝中存在的問題，本發明提出了一種低損傷的銦鎵砷探測器P+n結制備方法，不僅能夠解決了元素離子激活低，成結損傷偏大和電極串聯電阻偏大的問題，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，減少復合中心，降低表面態密度，增強了后續鈍化膜的鈍化效果。
[0006]本發明所涉及的關鍵步驟有:1)淀積氮化硅成結掩膜，2)光敏區成結，
[0007]3)取樣清洗，4)氮氣氛圍熱處理，5)去表面損傷層，如附圖2所示。具體工藝流程步驟如下:
[0008]1.淀積氮化硅擴散掩膜5，采用等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)技術淀積厚度200±30nm的氮化硅擴散掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0009]2.先采用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區和樣品區，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，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級乙醇清洗，并用高純氮氣吹干。
[0011]4.氮氣氛圍熱處理，將樣品12放入熱退火爐中，保持3?10L/min的氮氣流量，在啟動加熱之前，對退火爐充氮氣30?120秒，然后在充足的氮氣氛圍下加熱進行熱處理，熱處理條件:溫度為420?500°C，時間為5?15分鐘；
[0012]5.表面去擴散損傷層，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，腐蝕時間為2?6分鐘；
[0013]本發明的優點在于:
[0014]A.成結工藝之后，適當的氮氣氛圍熱處理能夠激活受主離子元素，抑制補償作用，增加P區的空穴載流子濃度，有利于降低器件的串聯電阻，實現P電極歐姆接觸的穩定性。
[0015]B.成結工藝之后，適當的氮氣氛圍熱處理能夠修復成結引入的體內和表面的晶格損傷，降低非輻射復合中心密度，有利于抑制暗電流的產生，為高性能線列和面陣探測器的研制提供良好的工藝基礎；
[0016]C.表面去損傷層，會除去表面的雜質離子富集層或表面反型層，降低表面的非輻射復合中心密度，降低器件的表面態密度，抑制表面復合電流的產生，增強了后續的鈍化效果O
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的石英腔體的橫斷界面圖。
[0018]圖2為本發明的銦鎵砷探測器芯片成結技術流程圖。
[0019]圖3為本發明實施的樣品的剖面結構示意圖。
[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；
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本發明的具體實施方法作詳細的說明。
[0035]如附圖3所示，本實施例所用的外延片為采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術，在厚度為350 μ m的半絕緣InP襯底I上，依次生長的InP緩沖層2，InGaAs吸收層3，InP帽層4。如圖2所示，本實施例探測器芯片p+n結制備方法的具體工藝流程為:
[0036]實施例1
[0037]1.淀積氮化硅擴散掩膜5，采用等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)技術淀積厚度200±30nm的氮化硅成結掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0038]2.先采用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區和樣品區，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，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級乙醇清洗，并用高純氮氣吹干。
[0040]4.氮氣氛圍熱處理，將樣品12放入熱退火爐中，保持10L/min的氮氣流量，在啟動加熱之前，對退火爐充氮氣30秒，然后在充足的氮氣氛圍下加熱進行熱處理，熱處理條件:溫度為420°C，時間為15分鐘；
[0041]4.表面去擴散損傷層，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，腐蝕時間為6分鐘；
[0042]實施例2
[0043]1.淀積氮化硅擴散掩膜5，采用等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)技術淀積厚度200±30nm的氮化硅成結掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0044]2.先采用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區和樣品區，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，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級乙醇清洗，并用高純氮氣吹干。
[0046]4.氮氣氛圍熱處理，將樣品12放入熱退火爐中，保持6.5L/min的氮氣流量，在啟動加熱之前，對退火爐充氮氣80秒，然后在充足的氮氣氛圍下加熱進行熱處理，熱處理條件:溫度為470°C，時間為10分鐘；
[0047]5.表面去擴散損傷層，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，腐蝕時間為4分鐘；
[0048]實施例3
[0049]1.淀積氮化硅擴散掩膜5，采用等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)技術淀積厚度200±30nm的氮化硅成結掩膜5，襯底溫度為330±20°C、RF功率為40 ± 1W ；
[0050]2.先采用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術開窗口 6，依次將元素離子源11、外延片12放入石英腔13源區和樣品區，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，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級乙醇清洗，并用高純氮氣吹干。
[0052]4.氮氣氛圍熱處理，將樣品12放入熱退火爐中，保持3L/min的氮氣流量，在啟動加熱之前，對退火爐充氮氣120秒，然后在充足的氮氣氛圍下加熱進行熱處理，熱處理條件:溫度為500°C，時間為5分鐘；
[0053]5.表面去擴散損傷層，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，腐蝕時間為2分鐘。
【主權項】
1.一種低損傷的銦鎵砷探測器P +n結制備方法，具體方法步驟如下:1)淀積氮化硅成結掩膜，2)光敏區成結，3)取樣清洗，4)氮氣氛圍熱處理，5)去表面損傷層，其特征在于:步驟4)中所述的氮氣氛圍熱處理方法為:將樣品放入熱退火爐中，保持3?10L/min的氮氣流量，在啟動加熱之前，對退火爐充氮氣30?120秒，然后在充足的氮氣氛圍下加熱進行熱處理，熱處理條件:溫度為420?500°C，時間為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，腐蝕時間為2?6分鐘。
【專利摘要】本發明公開了一種低損傷的銦鎵砷探測器p+n結制備方法，具體步驟如下：1)淀積氮化硅成結掩膜，2)光敏區成結，3)取樣清洗，4)氮氣氛圍熱處理，5)去表面損傷層。其優點在于：氮氣氛圍熱處理一方面能夠修復成結過程引入的晶格損傷,減小復合中心的密度，降低探測器的暗電流，另一方面能夠激活受主離子，降低施主補償作用，增加P區的空穴載流子濃度，有利于P電極歐姆接觸的穩定性，減小串聯電阻；去表面損傷層一方面可以有效去除表面氧化層，減少表面的復合中心，有利于表面鈍化，提高探測器的性能，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】CN104916731
【申請號】CN201510296103
【發明人】曹高奇, 唐恒敬, 程吉鳳, 石銘, 王瑞, 邵秀梅, 李慶法, 李雪, 龔海梅
【申請人】中國科學院上海技術物理研究所
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月2日