CN103050503B - 量子阱红外探测器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种量子阱红外探测器的制作方法，通过引入自对准工艺，完成探测器芯片的上电极制备与台面制备。其制作方法包括以下步骤：1、光栅光刻与刻蚀；2、通过光刻、电子束蒸发与剥离形成金属上电极；3、利用上电极金属作为掩膜，刻蚀形成台面；4、钝化层制备；5、钝化层开孔；6、通过光刻、电子束蒸发与剥离形成金属下电极。本发明相对传统的先刻蚀台面隔离的制造方法，可省略电极金属与台面之间的对准光刻，大大降低了工艺难度，并且上下金属电极可分别控制金属成分与厚度，会提高后期芯片与In柱倒装的可靠性。

Description

量子阱红外探测器的制作方法

技术领域

本发明涉及一种半导体红外光电器件，具体涉及一种量子阱红外探测器(Quantum Well Infrared Photodetectors，简称为QWIP)的制作方法。

背景技术

红外焦平面探测器是一种集红外信息获取和信息处理于一体的先进成像传感器，第一代和第二代红外焦平面探测器已经在空间、军事和国民经济等应用领域发挥了重要的作用。1999年，唐纳德·里高等人提出了第三代红外成像探测器的概念，由高性能和低成本两个基本内涵构成，核心是要进一步提高远距离目标探测、识别能力以及提高成本可承受能力。

在长波大规模阵列探测器方面，GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器（QWIP）有很多潜在的优点，包括：基于GaAs材料的生长和工艺技术非常成熟、通过MBE技术可以在超过6英寸的晶圆上实现高均匀性和工艺精密控制，达到高良率和低成本，以及更好的热稳定性和抗外部辐射特性。QWIP可以满足第三代红外焦平面探测器高性能、低成本和多色化的发展需求，QWIP探测器有很大的发展潜力，是国内外研发的热点。

参图1所示，传统的量子阱红外探测器制造工艺，往往采取先刻蚀台面隔离，然后套刻光栅以及上电极的方法。由于目前红外探测器面阵的每个像元已经小至20微米左右，台面隔离槽2微米左右，因此对套刻的要求极高，工艺难度大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种量子阱红外探测器的制作方法，大大降低了工艺难度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种量子阱红外探测器的制作方法，包括如下步骤：

s1、在外延片上进行光栅光刻，形成光栅图形；

s2、在外延片上制作上电极；

s3、以上电极为掩膜，刻蚀形成台面；

s4、生长钝化层，并在钝化层上刻蚀出电极孔以露出上电极；

s5、制作下电极。

在上述量子阱红外探测器的制作方法中，所述外延片为GaAs外延片。

优选的，所述步骤s1具体为：以光刻胶作为掩膜在外延片上刻蚀出光栅图形，然后去除光刻胶。

进一步地，所述的光栅图形的刻蚀方式为ICP（(Inductively Coupled Plasma，感应耦合等离子体刻蚀），刻蚀气体为Cl₂与BCL₃的混合气体。

在上述量子阱红外探测器的制作方法中，所述上电极材料为AuGeNi/Au。

优选的，所述步骤s2具体为：先以光刻胶为掩膜光刻形成上电极图形，接着电子束蒸发AuGeNi/Au，最后溶解光刻胶以形成上电极。

在上述的量子阱红外探测器的制作方法中，所述钝化层为SiO₂或Si₃N₄，厚度为400~800nm。

本申请实施例还公开了一种外延片的制作方法，在衬底上依次生长第一接触层、量子阱结构和第二接触层。

在上述的外延片制作方法中，所述衬底为GaAs，所述量子阱结构为GaAs/AlGaAs，所述量子阱的周期数为30~60个，所述第一接触层和第二接触层均为n掺杂的GaAs，掺杂浓度为10¹⁷~10¹⁸/cm³。

本申请实施例还公开了一种量子阱红外探测器的制作方法，包括如下步骤：

a）制作GaAs外延片，即在GaAs衬底上外延生长GaAs/AlGaAs量子阱结构，量子阱上下两侧分别形成N型GaAs接触层；

b）在GaAs外延片上光刻形成光栅图形，以光刻胶作为掩膜在外延片上刻蚀出光栅图形，最后去除光刻胶；

c）光刻形成上电极图形，接着电子束蒸发AuGeNi/Au，最后溶解光刻胶以形成上电极；

d）用上电极作为掩膜，通过干法刻蚀形成台面；

e）采用PECVD方法生长钝化层；

f）光刻形成电极孔图形，以光刻胶作为掩膜在钝化层上刻蚀出电极孔；

g）光刻形成下电极图形，接着电子束蒸发AuGeNi/Au，最后溶解光刻胶以形成下电极。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采取不同的思路，先制作光栅与上电极，然后利用上电极金属作为刻蚀掩膜，刻蚀形成台面，即引入了自对准工艺，大大降低了工艺难度。另外，上下金属电极可分别控制金属成分与厚度，会提高后期芯片与In柱倒装的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为传统的量子阱红外探测器制造工艺示意图；

图2a至2f所示为本发明具体实施例中量子阱红外探测器的制造工艺示意图。

具体实施方式

传统的量子阱红外探测器制造工艺，往往采取先刻蚀台面隔离，然后套刻光栅以及上电极的方法。由于目前红外探测器面阵的每个像元已经小至20微米左右，台面隔离槽2微米左右，因此对套刻的要求极高，工艺难度大。

本发明采取不同的思路，先制作光栅与上电极，然后利用上电极金属作为刻蚀掩膜，刻蚀形成台面，即引入了自对准工艺，大大降低了工艺难度。另外，上下金属电极可分别控制金属成分与厚度，会提高后期芯片与In柱倒装的可靠性。

具体地，本发明实施例公开了一种量子阱红外探测器的制作方法，包括如下步骤：

1)、在外延片上进行光栅光刻，形成光栅图形；

2)、在外延片上制作上电极；

3)、以上电极为掩膜，刻蚀形成台面；

4)、生长钝化层，在钝化层上刻蚀出电极孔以露出上电极；

5)、在台面上制作下电极。

优选的，在上述的量子阱红外探测器的制作方法中，外延片采用MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition ，金属有机化合物化学气相沉淀）或者MBE（分子束外延生长）生长。

优选的，在上述的量子阱红外探测器的制作方法中， 钝化层可以是SiO₂，也可以是Si₃N₄，厚度400-800nm。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2a至2f所示为本发明具体实施例中量子阱红外探测器的制造工艺示意图。

以下结合图2a至2f，进一步介绍采用自对准工艺制造量子阱红外探测器的新方法：

步骤一，选取GaAs外延片11，即在GasAs衬底上外延生长GaAs/AlGaAs量子阱结构，量子阱两侧分别生长N型GaAs接触层。GaAs外延片11采用MOCVD生长，GaAs接触层为N型掺杂，浓度10¹⁷~10¹⁸/cm³，GaAs/AlGaAs量子阱周期数30~60个。

步骤二，如图2a所示，在GaAs外延片11上光刻形成光栅图形12，以光刻胶（AZ6130，厚度3.0微米）作为掩膜在外延片11上刻蚀出光栅图形12，最后用去胶液去除光刻胶。其中光栅刻蚀采用ICP刻蚀方式，采用Cl₂与BCL₃刻蚀气体。

步骤三，如图2b所示，光刻（光刻胶AZ5214，厚度1.8微米）形成电极图形，然后室温下电子束蒸发AuGeNi/Au，厚度分别为45/250nm，最后将样品在去胶液中浸泡，剥离去除光刻胶以及相应金属，形成上电极13。

步骤四，如图2c所示，将上电极13作为掩膜，ICP刻蚀出台面17，刻蚀深度2.5微米，露出GaAs接触层，刻蚀气体为Cl₂与BCL₃。

步骤五，如图2d所示，PECVD方法生长500nm厚SiO₂钝化层14，生长温度300℃。

步骤六，如图2e所示，光刻（光刻胶AZ5214，厚度1.8微米）形成电极孔图形，以光刻胶做掩膜，RIE刻蚀出电极孔15，刻蚀需要刻穿钝化层，刻蚀气体为CHF₃与SF₆。

步骤七，如图2f所示，光刻（光刻胶AZ5214，厚度1.8微米）形成电极图形，然后室温下电子束蒸发AuGeNi/Au，厚度分别为45/250nm，最后将样品在去胶液中浸泡，剥离去除光刻胶以及相应金属，形成下电极16。

综上所述，本发明采取不同的思路，先制作光栅与上电极，然后利用上电极金属作为刻蚀掩膜，刻蚀形成台面，即引入了自对准工艺，相对传统的先刻蚀台面隔离的制造方法，可省略电极金属与台面之间的对准光刻，大大降低了工艺难度。另外，上下金属电极可分别控制金属成分与厚度，会提高后期芯片与In柱倒装的可靠性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种量子阱红外探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、制作外延片，即在GaAs衬底上外延生长GaAs/AlGaAs量子阱结构，量子阱上下两侧分别形成N型GaAs接触层，所述量子阱的周期数为30~60个，所述GaAs接触层的掺杂浓度为10¹⁷~10¹⁸/cm³，然后在外延片上进行光栅光刻，形成光栅图形；

s2、在外延片上制作上电极；

s3、以上电极为掩膜，刻蚀形成台面；

s4、生长钝化层，并在钝化层上刻蚀出电极孔以露出上电极；

s5、制作下电极。

2.根据权利要求1所述的量子阱红外探测器的制作方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：以光刻胶作为掩膜在外延片上刻蚀出光栅图形，然后去除光刻胶。

3.根据权利要求2所述的量子阱红外探测器的制作方法，其特征在于，所述的光栅图形的刻蚀方式为ICP，刻蚀气体为Cl₂与BCL₃的混合气体。

4.根据权利要求1所述的量子阱红外探测器的制作方法，其特征在于，所述上电极材料为AuGeNi/Au。

5.根据权利要求4所述的量子阱红外探测器的制作方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：先以光刻胶为掩膜光刻形成上电极图形，接着电子束蒸发AuGeNi/Au，最后溶解光刻胶以形成上电极。

6.根据权利要求1所述的量子阱红外探测器的制作方法，其特征在于，所述钝化层为SiO₂或Si₃N₄，厚度为400~800nm。

7.一种量子阱红外探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）制作GaAs外延片，即在GaAs衬底上外延生长GaAs/AlGaAs量子阱结构，量子阱上下两侧分别形成N型GaAs接触层；

b）在GaAs外延片上光刻形成光栅图形，以光刻胶作为掩膜在外延片上刻蚀出光栅图形，最后去除光刻胶；

c）光刻形成上电极图形，接着电子束蒸发AuGeNi/Au，最后溶解光刻胶以形成上电极；

d）用上电极作为掩膜，通过干法刻蚀形成台面；

e）采用PECVD方法生长钝化层；

f）光刻形成电极孔图形，以光刻胶作为掩膜在钝化层上刻蚀出电极孔；

g）光刻形成下电极图形，接着电子束蒸发AuGeNi/Au，最后溶解光刻胶以形成下电极。