CN104916731A - 一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，具体步骤如下：1)淀积氮化硅成结掩膜，2)光敏区成结，3)取样清洗，4)氮气氛围热处理，5)去表面损伤层。其优点在于：氮气氛围热处理一方面能够修复成结过程引入的晶格损伤,减小复合中心的密度，降低探测器的暗电流，另一方面能够激活受主离子，降低施主补偿作用，增加P区的空穴载流子浓度，有利于P电极欧姆接触的稳定性，减小串联电阻；去表面损伤层一方面可以有效去除表面氧化层，减少表面的复合中心，有利于表面钝化，提高探测器的性能，另一方面可以去除表面形成的离子富集层和表层损伤层。

Description

一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法
技术领域
本发明是关于红外探测器的制备技术，具体是指一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，它适用于制备高性能的短波红外铟镓砷探测器。
背景技术
在近室温环境下，短波红外铟镓砷探测器就拥有良好的性能，这使得其在民用、军事和航空航天领域有着广泛的应用价值。在铟镓砷短波红外探测器芯片的制备工艺中，p+n结的制备是最关键的工艺之一。因为成结工艺能给芯片带入比较大的损伤，所以，对短波红外铟镓砷探测器来说，优化成结方法对实现高性能、高可靠性等方面有着至关重要的作用。
铟镓砷探测器芯片的剖面结构如附图3所示，它由InP衬底1、InP缓冲层2、InGaAs吸收层3、InP帽层4、光敏区5、氮化硅钝化层6、P电极7和接触电极8组成。
目前，铟镓砷探测器的工艺主要包含6个大步骤：步骤1.在外延片上制备光敏区成结掩膜；步骤2.实施光敏区成结工艺技术；步骤3.通过刻蚀在外延片上开N槽；步骤4.进行钝化膜淀积；步骤5.在P区表面生长P电极；步骤6.在N区表面和P电极上制备接触电极。其中光敏区成结工艺是最关键的工艺步骤之一，成结的质量会直接影响到芯片的性能。因为P区基体里的离子元素也并非完全激活的状态，如图3所示，这些非激活状态包括元素离子的富集7、填隙原子8、以及电中性的化合物10等，这些状态不仅会抑制元素的激活，降低P区空穴载流子浓度，而且会给外延材料引入多的杂质缺陷和较大的晶格损 伤。此外，由于在样品表层富集大量的元素离子，这一方面会使得样品的表面受到比较大的晶格损伤；另一方面增加表面的非辐射复合中心密度。这些问题都会限制探测器性能的提高，因此需要在技术上做出进一步的改进和创新。
发明内容
基于上述探测器芯片制备工艺中存在的问题，本发明提出了一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，不仅能够解决了元素离子激活低，成结损伤偏大和电极串联电阻偏大的问题，而且增加了采用湿法腐蚀去除表面损伤的工艺，起到了去除离子富集层，减少复合中心，降低表面态密度，增强了后续钝化膜的钝化效果。
本发明所涉及的关键步骤有：1)淀积氮化硅成结掩膜，2)光敏区成结， 
3)取样清洗，4)氮气氛围热处理，5)去表面损伤层，如附图2所示。具体工艺流程步骤如下：
1.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅扩散掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；
2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；
3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，并用高纯氮气吹干。
4.氮气氛围热处理，将样品12放入热退火炉中，保持3～10L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30～120秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为420～500℃，时间为5～15分钟；
5.表面去扩散损伤层，采用湿法腐蚀，腐蚀液为体积比为15～25％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为2～6分钟；
本发明的优点在于：
A.成结工艺之后，适当的氮气氛围热处理能够激活受主离子元素，抑制补偿作用，增加P区的空穴载流子浓度，有利于降低器件的串联电阻，实现P电极欧姆接触的稳定性。
B.成结工艺之后，适当的氮气氛围热处理能够修复成结引入的体内和表面的晶格损伤，降低非辐射复合中心密度，有利于抑制暗电流的产生，为高性能线列和面阵探测器的研制提供良好的工艺基础；
C.表面去损伤层，会除去表面的杂质离子富集层或表面反型层，降低表面的非辐射复合中心密度，降低器件的表面态密度，抑制表面复合电流的产生，增强了后续的钝化效果。
附图说明
图1为本发明的石英腔体的横断界面图。
图2为本发明的铟镓砷探测器芯片成结技术流程图。
图3为本发明实施的样品的剖面结构示意图。
图中：
1——半绝缘InP衬底；
2——N型InP层；
3——铟镓砷本征吸收层；
4——N型InP帽层；
5——成结掩膜；
6——窗口； 
7——离子富集层；
8——填隙原子；
9——替位原子；
10——杂质离子化合物；
11——元素离子源；
12——外延片； 
13——石英腔； 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方法作详细的说明。
如附图3所示，本实施例所用的外延片为采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术，在厚度为350μm的半绝缘InP衬底1上，依次生长的InP缓冲层2，InGaAs吸收层3，InP帽层4。如图2所示，本实施例探测器芯片p+n结制备方法的具体工艺流程为：
实施例1
1.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅成结掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；
2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；
3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，并用高纯氮气吹干。
4.氮气氛围热处理，将样品12放入热退火炉中，保持10L/min的氮气流 量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为420℃，时间为15分钟；
4.表面去扩散损伤层，采用湿法腐蚀，腐蚀液为体积比为15％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为6分钟；
实施例2
1.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅成结掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；
2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；
3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，并用高纯氮气吹干。
4.氮气氛围热处理，将样品12放入热退火炉中，保持6.5L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气80秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为470℃，时间为10分钟；
5.表面去扩散损伤层，采用湿法腐蚀，腐蚀液为体积比为20％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为4分钟；
实施例3
1.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅成结掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；
2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源 11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；
3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，并用高纯氮气吹干。
4.氮气氛围热处理，将样品12放入热退火炉中，保持3L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气120秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为500℃，时间为5分钟；
5.表面去扩散损伤层，采用湿法腐蚀，腐蚀液为体积比为25％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为2分钟。

Claims (1)

1.一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，具体方法步骤如下：1)淀积氮化硅成结掩膜，2)光敏区成结，3)取样清洗，4)氮气氛围热处理，5)去表面损伤层，其特征在于：
步骤4)中所述的氮气氛围热处理方法为：将样品放入热退火炉中，保持3～10L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30～120秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为420～500℃，时间为5～15分钟；
步骤5)中所述的去表面损伤层的方法如下：损伤层去除采用湿法腐蚀方法，腐蚀液为体积比为15～25％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为2～6分钟。
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