CN104617184B - PIN台面型InGaAs红外探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PIN台面型InGaAs红外探测器及其制备方法。该方法包括：I、在N‑InP衬底上生长形成PIN型外延层；II、在步骤I所获器件的表面设置SiO2掩膜层，并采用光刻胶作为掩膜，湿法腐蚀SiO2掩膜层,从而在SiO2掩膜层中形成具有梯形截面的被刻蚀区域；III、利用经步骤II处理后的SiO2掩膜层，干法刻蚀器件而在其中形成具有梯形截面的隔离槽；IV、以(NH4)2S 钝化步骤III所获器件中的刻蚀侧壁之后，在器件表面沉积高k介质膜。进一步的，步骤III系采用包含Cl2、SiH4和钝化气体的刻蚀气体刻蚀所述器件而在其中形成具有梯形截面的隔离槽，并在刻蚀表面形成富硅钝化膜。本发明红外探测器的制备工艺简单，可控性好，易于实施，且所获器件具有良好结构特性以及优良检测性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电器件的制备方法，尤其涉及一种PIN台面型InGaAs红外探测器及其制备方法，属于半导体器件领域。
背景技术
近年来，随着光纤通讯技术的发展，InGaAs光电探测器作为光纤通讯的关键器件之一，其发展一直被人们重视。然而，传统的InGaAs光电探测器存在一些不足之处。在台面型InGaAs探测器的制备过程中，需要通过利用刻蚀的方法刻蚀出探测器单元之间的隔离槽，实现但元器件之间的隔离。然而，在刻蚀过程中，一方面采用ICP等离子体干法刻蚀后会造成刻蚀侧壁损伤，并且暴露在空气中容易被氧化，造成表面处形成大量表面态，从而减小InGaAs红外探测器件的暗电流；另一方面采用湿法腐蚀的方法刻蚀隔离槽，会因湿法腐蚀其自身各向同性腐蚀的特点，造成侧向钻蚀，同时腐蚀表面粗糙度过大，使得金属爬坡工艺无法完成，造成后续器件制备无法完成。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种PIN台面型InGaAs红外探测器及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其包括：
I、在N-InP衬底上生长形成PIN型外延层；
II、在步骤I所获器件的表面设置SiO2掩膜层，并采用光刻胶作为掩膜，湿法腐蚀SiO2掩膜层, 从而在SiO2掩膜层中形成具有梯形截面的被刻蚀区域；
III、利用经步骤II处理后的SiO2掩膜层，干法刻蚀所述器件，在所述器件中形成具有梯形截面的隔离槽；
IV、以(NH4)2S 钝化步骤III所获器件中的刻蚀侧壁之后，在器件表面沉积高k介质膜。
进一步的，步骤（1）包括：采用分子束外延工艺在N-InP衬底上生长形成PIN型外延层。
进一步的，所述PIN型外延层包括依次生长在N-InP衬底上的N-InP 缓冲层，N-InAlAs渐变层，N-InP层，i-InGaAs吸收层，P-InP层，P-InAlAs势垒层和P-InP帽层。
作为较佳实施方案之一，步骤II包括：采用BOE湿法腐蚀SiO2掩膜层，从而在SiO2掩膜层中形成具有梯形截面的被刻蚀区域。
作为较佳实施方案之一，步骤III包括：采用包含Cl2、SiH4和钝化气体的刻蚀气体，ICP刻蚀所述器件，在所述器件中形成具有梯形截面的隔离槽，并在刻蚀表面形成富硅钝化膜，所述钝化气体包括H2或Ar。
作为较佳实施方案之一，步骤IV包括：以60℃～70℃的(NH4)2S 钝化刻蚀侧壁之后，通过ALD的方法在器件表面沉积高k介质膜，所述高k介质膜包括Al2O3和/或HfO2薄膜。
进一步的，步骤IV还包括：通过PECVD 法在所述高k介质膜上沉积Si3N4隔离层。
进一步的，该制备方法还包括：
Ⅴ、在步骤IV所获器件上制作金属电极，包括采用磁控溅射法和/或电子束蒸发法在P-InGaAs接触层上制备P型电极以及在N-InP衬底上制备N型电极。
进一步的，该制备方法还包括：
Ⅵ、利用光学镀膜法在在步骤Ⅴ所获器件表面制作增透膜，所述增透膜的材料至少选自TiO2、SiO2。
由前述任一种方法制备的PIN台面型InGaAs红外探测器。
与现有技术相比，本发明的优点至少在于：该红外探测器的制备工艺简单，可控性好，易于实施，且所获器件具有良好结构特性以及优良检测性能和热稳定性。
附图说明
为使本领域技术人员更易于理解本发明技术方案的实质性特点及其所具的实用性，下面结合附图作进一步的详细说明。
图1是本发明一较佳实施例中一种PIN台面型InGaAs红外探测器的制备工艺流程图之一；
图2是本发明一较佳实施例中一种PIN台面型InGaAs红外探测器的制备工艺流程图之二；
图3是本发明一较佳实施例中一种PIN台面型InGaAs红外探测器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，以下结合一较佳实施例及相应附图对本发明的内容作进一步的详细说明。
请参阅图1-图2分别示出了系本发明的一较佳实施例中一种PIN台面型InGaAs红外探测器的整体制备工艺及部分关键工序的实施流程。进一步的，该红外探测器的制作工艺主要包括以下步骤：
步骤1、在外延层生长时，在N-InP衬底上倒置生长外延层，该外延层结构可参阅图3，其具体过程包括：利用分子束外延（MBE）设备在N-InP衬底上生长N-InP 缓冲层、N-InAlAs势垒层、N-InP层、i-InGaAs吸收层、P-InP层、P-InAlAs势垒层和P-InP帽层，其中通过引入InAlAs势垒层，使载流子远离界面，减小了载流子在界面处的复合，如图2中的（a）图所示。
步骤2、SiO2正梯形掩膜的制备：为了形成SiO2正梯形掩膜，首先利用PECVD方法在探测器表面生长一层致密的SiO2掩膜层；其次，通过匀胶、对准、曝光、显影等光刻标准工艺，在SiO2掩膜层表面形成图形化光刻胶掩膜层，最后在刻蚀SiO2掩膜层的过程中，为了避免传统的干法刻蚀各项异性形成陡直的SiO2侧壁，采用BOE湿法腐蚀的方法，利用湿法腐蚀具有各项同性的特点，在探测器表面形成正梯形SiO2掩膜层，如图2中的（b）图所示。
步骤3、借助SiO2正梯形掩膜，ICP干法刻蚀正梯形隔离槽侧壁。
在隔离槽刻蚀过程中，由于正梯形SiO2正梯形掩膜结构的作用，使得等离子体在刻蚀区域的流量，方向性以及分布差异有所不同，因此，隔离槽上部的刻蚀区域稍大于下部的刻蚀区域，从而使得隔离槽出现正梯形侧壁，这样，金属电极在进行爬坡时，不易脱落，从而保证后续工艺的有效进行，如图2中的（c）图所示。
步骤4、引入SiH4刻蚀气体，在隔离槽侧壁形成一层富硅钝化膜。
在刻蚀过程中，放弃了传统的Cl2、CH4、H2（或Ar）组合的刻蚀方法,原因主要在于，由于引入CH4气体，容易在刻蚀过程中产生有机聚合物，所以通常需要提高刻蚀温度来加速有机聚合物的挥发。而通过引入Cl2、SiH4、H2（或Ar）组合的方法来刻蚀，不仅避免了有机聚合物的产生，而且通过SiH4的引入，容易在刻蚀过程中形成一层富硅钝化膜，减小了侧壁漏电，有助于降低了探测器的暗电流，如图2中的（d）图所示。
步骤5、60～70℃(NH4)2S溶液钝化刻蚀侧壁，ALD 方法沉积Al2O3/HfO2钝化膜，PECVD方法制备Si3N4薄膜。在完成隔离槽刻蚀之后，一方面利用60℃的(NH4)2S溶液对探测器进行钝化，通过硫原子替换刻蚀区域表面的氧原子，减小表面的氧化，另一方面，利用ALD法在样品表面沉积一层致密的高介电常数的Al2O3/HfO2薄膜，使得钝化后的刻蚀侧壁在同样的温度下比传统的直接Si3N4钝化更稳定，不仅提高了探测器的热稳定性，更进一步减少刻蚀区域表面的缺陷和界面态，最后还可通过PECVD法淀积Si3N4隔离层，如图2中的（e）图所示。
步骤6、金属电极的制备和TiO2/SiO2增透膜的制备。在完成刻蚀钝化工艺后，通过磁控溅射方法在上P-InGaAs接触层上制备P型Pd/Zn/Pd/Au电极，电子束蒸发的方法在N-InP衬底上制备Ni/AuGe/Ni/AuN型电极。
进一步的，为了提高电池对光子的利用率，还可利用光学镀膜的方法在探测器表面制备TiO2/SiO2增透膜，籍以减小入射光在样品表面的反射率，从而提高光子的利用率。
需要指出的是，以上仅是本发明众多具体应用范例中的颇具代表性的一个实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于包括：
I、采用分子束外延工艺在N-InP衬底上生长形成PIN型外延层，所述PIN型外延层包括依次生长在N-InP衬底上的N-InP缓冲层，N-InAlAs渐变层，N-InP层，i-InGaAs吸收层，P-InP层，P-InAlAs势垒层和P-InP帽层；
II、在步骤I所获器件的表面设置SiO2掩膜层，并采用光刻胶作为掩膜，湿法腐蚀SiO2掩膜层，从而在SiO2掩膜层中形成具有梯形截面的被刻蚀区域；
III、利用经步骤II处理后的SiO2掩膜层，干法刻蚀所述器件，在所述器件中形成具有梯形截面的隔离槽；
IV、以(NH4)2S钝化步骤III所获器件中的刻蚀侧壁之后，在器件表面沉积高k介质膜。
2.根据权利要求1所述的PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于，步骤II包括：采用BOE湿法腐蚀SiO2掩膜层，从而在SiO2掩膜层中形成具有梯形截面的被刻蚀区域。
3.根据权利要求1所述的PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于，步骤III包括：采用包含Cl2、SiH4和钝化气体的刻蚀气体，ICP刻蚀所述器件，在所述器件中形成具有梯形截面的隔离槽，并在刻蚀表面形成富硅钝化膜，所述钝化气体包括H2或Ar。
4.根据权利要求1所述的PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于，步骤IV包括：以60℃～70℃的(NH4)2S钝化刻蚀侧壁之后，通过ALD的方法在器件表面沉积高k介质膜，所述高k介质膜包括Al2O3和/或HfO2薄膜。
5.根据权利要求1或4所述的PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于，步骤IV还包括：通过PECVD法在所述高k介质膜上沉积Si3N4隔离层。
6.根据权利要求1或4所述的PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于还包括：
Ⅴ、在步骤IV所获器件上制作金属电极，包括采用磁控溅射法和/或电子束蒸发法在P-InGaAs接触层上制备P型电极以及在N-InP衬底上制备N型电极。
7.根据权利要求6所述的PIN台面型InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于还包括：
Ⅵ、利用光学镀膜法在在步骤Ⅴ所获器件表面制作增透膜，所述增透膜的材料至少选自TiO2、SiO2。
8.由权利要求1-7中任一项方法制备的PIN台面型InGaAs红外探测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |