[发明专利]一种台面型铟镓砷探测器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测器件制备工艺技术，具体是指一种台面型铟镓砷探测器制备方法，它适用于制备低暗电流、高可靠性的台面型铟镓砷探测器。

背景技术

铟镓砷短波红外探测器工作在较高温度下(比如说室温)，可以获得很好的性能，在民用、军事和航空航天领域有着广泛的应用前景。铟镓砷光电探测器有两种常用制备工艺，包括台面型工艺和平面型工艺。平面型工艺具有一些不可避免的缺点，包括光敏元横向扩大和锌(Zn)扩散造成的缺陷、横向扩散造成的串音、以及扩散工艺复杂等。另一方面，台面型制备工艺步骤简单、成本低，在实现系统的小型化、低功耗和低成本方面具有较强的竞争力。台面型铟镓砷探测器芯片结构如附图2所示，它由InP衬底1、N型InP层2、InGaAs吸收层3、P型InP帽层4、P电极区5、N电极区6和氮化硅钝化层7组成。现有的台面型探测器制备工艺方法(唐恒敬、张可峰、吴小利、朱慧、李永富、宁锦华、李淘、汪洋、李雪、龚海梅，背照射铟镓砷微台面探测器芯片及制备工艺，申请号：200710173512.8)主要包含5个大步骤：

步骤1.在外延片上通过刻蚀形成P-InP/i-InGaAs台面；

步骤2.在芯片的表面和侧壁覆盖氮化硅钝化膜7；

步骤3.在台面的P-InP局部区域上依次蒸镀Ti、Pt、Au金属膜作为接触电极区5；

步骤4.高温快速退火；

步骤5.在台面一侧的N-InP层上依次溅镀Cr、Au金属膜作为接触电极区6。

在现有台面型铟镓砷探测器制备工艺过程中，台面刻蚀造成表面态密度增大，限制了探测器暗电流性能的提高，另外在沉积氮化硅钝化膜之后，利用高温快速退火合金化的方法实现P-InP欧姆接触带来了新的问题，退火之后钝化膜可能会由于局部应力的释放而损坏，影响了长线列和面阵探测器制备的均匀性和成品率。

发明内容

基于上述台面型探测器制备工艺存在的问题，本发明的目的是提供一种台面型铟镓砷(InGaAs)探测器芯片制备方法，解决由于退火所引起的钝化膜损坏失效的问题，提高长线列和面阵探测器制备的均匀性和成品率，另外通过引入热处理、化学腐蚀去除表面氧化物和表面硫化的工艺过程，有效的减小离子刻蚀所引入的表面态密度，提高探测器的暗电流性能。

本发明的台面型铟镓砷探测器制备方法是在现有工艺流程的技术基础之上，将蒸镀P电极和高温快速退火置于刻蚀台面步骤之前；在刻蚀台面步骤之后引入热处理的工艺；在沉积氮化硅步骤之前引入化学腐蚀的步骤去除表面氧化物，并且采用硫化铵溶液进行硫化，然后才沉积氮化硅、溅镀N电极。如图1所示，具体工艺流程步骤如下：

1.外延片材料清洗，依次采用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，氮气吹干；

2.第一次光刻，开P电极孔，正胶光刻曝光显影后在65℃下烘烤20～30分钟；

3.采用电子束蒸发蒸镀金属膜，作为P-InP接触电极区5，在真空为2～4×10^-2Pa，电子束能量100eV的条件下，依次蒸镀Ti、Pt、Au金属膜，厚度依次为20、30、20nm；

4.采用丙酮进行光刻胶剥离，并依次采用分析级乙醇、MOS级乙醇清洗干净后在65℃下烘烤5～10分钟；

5.快速退火，在氮气保护气氛中，对于截止波长为1.7μm的In_0.53Ga_0.47As探测器芯片，退火温度为350～400℃，温度保持时间为60～90秒；而对于截止波长为2.4μm的In_0.78Ga_0.22As探测器芯片，退火温度为420～450℃，温度保持时间为45～60秒；

6.芯片表面沉积氮化硅，沉积衬底温度为330℃、RF功率为40W、SiH₄气流量50ml/min、N₂气流量为900ml/min，沉积厚度为400nm；

7.第二次光刻，显影后在80～85℃下坚膜40～60分钟；

8.采用氢氟酸缓冲液腐蚀氮化硅制备刻蚀掩膜，氢氟酸缓冲液溶液体积比配比为HF∶NH₄F∶H₂O＝3∶6∶10，腐蚀时缓冲液的温度保持在23～26℃；