CN106356428A - 一种台面型探测器表面钝化层的生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种台面型探测器表面钝化层的生长方法，其包括：在低温环境下采用等离子体化学气相沉积工艺在晶圆的台面结构表面形成SiO2钝化膜；在SiO2钝化膜上涂覆聚酰亚胺膜并对聚酰亚胺膜进行梯度固化使聚酰亚胺膜致密；在聚酰亚胺膜上旋涂光刻胶形成光刻胶层，并在光刻胶层上形成曝光区域；对曝光区域的光刻胶层进行显影处理，并对曝光区域的聚酰亚胺膜进行腐蚀，然后去除光刻胶层；对聚酰亚胺膜进行亚胺化处理以使聚酰亚胺膜固定在SiO2钝化膜表面；对暴露出的SiO2钝化膜进行腐蚀以留出电极位置。本发明能够改进台面型探测器钝化质量，有效降低器件表面漏电流，防止器件提前击穿，同时提高器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体表面钝化领域，特别是涉及一种台面型探测器表面钝化层的生长方法。
背景技术
表面态是影响探测器性能的关键因素之一，为了提高器件的性能，需要减小表面态。表面钝化是抑制或减小表面态的有效手段。与平面型器件相比，台面型探测器表面积更大，台面周围的PN结暴露在外，这给器件表面钝化增加了难度，尤其是雪崩探测器(工作在高偏置状态)。因此，如何提高表面钝化质量，是台面型探测器的研制生产中所关注的重点，是台面型探测器的关键工艺，如果表面钝化效果不好，那么将使台面型探测器的表面漏电流增大，严重时使台面型探测器提前击穿而报废。
二氧化硅(SiO2)作为常用的钝化层材料，与半导体材料的结合性非常好。然而由于介质膜工艺是在器件有源区形成以后进行的，所以SiO2钝化层被限制于只能在低温下淀积，但是低温淀积的SiO2钝化层致密性较差，进一步由于构成台面型探测器的外延材料存在层错或位错，这进一步造成SiO2钝化层在层错或位错所在的地方容易出现针孔，且这些针孔是很难被发现的。在现有技术中，化合物半导体台面型探测器侧面的SiO2钝化层作为表面钝化的关键部分，通常仅用单层SiO2膜或单层聚酰亚胺(PI)膜进行钝化。用单层SiO2膜进行钝化会造成SiO2钝化层较薄，这也就导致了SiO2钝化层出现针孔的几率增大，很容易使钝化失效。虽然聚酰亚胺的粘附性能与流动性能优异，但直接用聚酰亚胺膜钝化台面时，在聚酰亚胺进行亚胺化时溶剂容易挥发而造成界面处孔缝增多，所以钝化效果也不理想。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种台面型探测器表面钝化层的生长方法，能够改进台面型探测器钝化质量，有效降低器件表面漏电流，防止器件提前击穿，同时提高器件的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种台面型探测器表面钝化层的生长方法，包括以下步骤：S1：在低温环境下采用等离子体化学气相沉积工艺在晶圆的台面结构表面形成SiO2钝化膜，其中，所述台面结构底面和顶面的SiO2钝化膜的厚度大于所述台面结构侧面的SiO2钝化膜的厚度；S2：在所述SiO2钝化膜上涂覆聚酰亚胺膜并对所述聚酰亚胺膜进行梯度固化使所述聚酰亚胺膜致密；S3：在所述聚酰亚胺膜上旋涂光刻胶形成光刻胶层，并在所述光刻胶层上形成曝光区域；S4：对所述曝光区域的光刻胶层进行显影处理，并对所述曝光区域的聚酰亚胺膜进行腐蚀以暴露出所述SiO2钝化膜，然后去除所述光刻胶层；S5：对所述聚酰亚胺膜进行亚胺化处理以使所述聚酰亚胺膜固定在所述SiO2钝化膜表面；S6：对所述暴露出的SiO2钝化膜进行腐蚀以留出电极位置。
其中，在所述步骤S1中，所述低温环境的温度为300～400℃，所述SiO2钝化膜的厚度为200～600nm。
其中，所述聚酰亚胺薄膜采用旋涂法涂覆，涂覆转速为3000～3500rpm，所述梯度固化的温度和时间为90℃和30～60min、120℃和50～80min以及90℃和30～60min。
其中，所述光刻胶的旋涂转速为2500～3000rpm。
其中，所述在所述光刻胶层上形成曝光区域的步骤具体为：对所述光刻胶层进行烘烤和曝光，以形成曝光区域。
其中，在去除光刻胶层时采用丙酮作为去胶剂，光刻胶层的显影时间为120～130s，聚酰亚胺膜的腐蚀时间为15～20s。
其中，所述亚胺化处理在氮气气氛中进行，处理温度为350～400℃，处理时间为30～35min。
其中，SiO2钝化膜的腐蚀温度和时间分别为38℃和30～40s。
其中，在所述步骤S1之前，所述生长方法还包括：采用丙酮、乙醇、去离子水依次清洗所述晶圆，并在清洗后进行干燥处理。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过结合传统的单层SiO2膜和单层聚酰亚胺膜的优势，在单层SiO2钝化膜上再涂覆聚酰亚胺膜，利用聚酰亚胺膜填充SiO2钝化膜的针孔和SiO2钝化膜无法覆盖的晶圆区域，同时使晶圆表面平坦化，有利于提高相关焦平面倒焊工艺的良品率，因而能够改进台面型探测器钝化质量，有效降低器件表面漏电流，防止器件提前击穿，同时提高器件的可靠性，可广泛应用于GaN基紫外探测器、InP基短波红外探测器及其焦平面阵列的研制生产。
附图说明
图1是采用本发明实施例的台面型探测器表面钝化层的生长方法得到的台面型探测器的结构示意图。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
本发明实施例的台面型探测器表面钝化层的生长方法包括以下步骤：
S1：在低温环境下采用等离子体化学气相沉积(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)工艺在晶圆的台面结构表面形成SiO2钝化膜，其中，台面结构底面和顶面的SiO2钝化膜的厚度大于台面结构侧面的SiO2钝化膜的厚度。
其中，SiO2钝化膜在低温下淀积形成。在本实施例中，低温环境的温度为300～400℃，SiO2钝化膜的厚度为200～600nm。
S2：在SiO2钝化膜上涂覆聚酰亚胺膜并对聚酰亚胺膜进行梯度固化使聚酰亚胺膜致密。
其中，涂覆聚酰亚胺膜后，台面结构基本被填平，即被平坦化。在本实施例中，聚酰亚胺膜采用旋涂法涂覆，涂覆转速为3000～3500rpm，需要注意的是，如果聚酰亚胺膜粘度过高会使涂覆后的台面结构非常不均匀，且厚度不容易控制，因此需要将聚酰亚胺稀释2倍。梯度固化可以在烘箱或退火炉中进行。梯度固化的目的是为了让聚酰亚胺膜中的溶剂在挥发时，产生的孔隙尽可能的小，然而，在梯度固化时，如果温度过高会使聚酰亚胺膜亚胺化，导致后续工艺无法利用显影液对聚酰亚胺膜进行腐蚀，如果温度过低则会导致后续工艺在采用丙酮去胶时因相似相溶原理使聚酰亚胺膜严重受损，影响绝缘性能。因而，在本实施例中，梯度固化的温度和时间为90℃和30～60min、120℃和50～80min以及90℃和30～60min。
S3：在聚酰亚胺膜上旋涂光刻胶形成光刻胶层，并在光刻胶层上形成曝光区域。
其中，光刻胶可以采用涂胶机旋转涂覆，在涂覆光刻胶时，应让光刻胶尽可能厚以便铺平表面，以便后续曝光。光刻胶的旋涂转速优选为2500～3000rpm。
在本实施例中，在光刻胶层上形成曝光区域的步骤具体为：对光刻胶层进行烘烤和曝光，以形成曝光区域。烘烤后可采用光刻机曝光。
S4：对曝光区域的光刻胶层进行显影处理，并对曝光区域的聚酰亚胺膜进行腐蚀以暴露出SiO2钝化膜，然后去除光刻胶层。
其中，在去除光刻胶层时采用丙酮作为去胶剂。优选地，光刻胶层的显影时间为120～130s，聚酰亚胺膜的腐蚀时间为15～20s。
S5：对聚酰亚胺膜进行亚胺化处理以使聚酰亚胺膜固定在SiO2钝化膜表面。
其中，可采用退火炉对聚酰亚胺膜进行亚胺化处理，经过亚胺化处理后，聚酰亚胺膜被钝化，从而能够固定在SiO2钝化膜表面。在本实施例中，亚胺化处理在氮气气氛中进行，处理温度为350～400℃，处理时间为30～35min。
S6：对暴露出的SiO2钝化膜进行腐蚀以留出电极位置。
其中，经过腐蚀后，电极位置处的SiO2钝化膜被腐蚀掉，从而留出电极位置。通常来说，电极位置包含台面结构上的电极位置以及台面结构周围的电极位置。在本实施例中，SiO2钝化膜的腐蚀温度和时间分别为38℃和30～40s。
经过上述步骤后，SiO2钝化膜与聚酰亚胺膜共同构成复合钝化层，从而能够改进台面型探测器钝化质量，有效降低器件表面漏电流，防止器件提前击穿，同时提高器件的可靠性。
在其他一些实施例中，考虑到晶圆的台面结构表面的杂质会影响到生长钝化层的质量，因此，在步骤S1之前，生长方法还可以包括：采用丙酮、乙醇、去离子水依次清洗晶圆，并在清洗后进行干燥处理。
本发明实施例的台面型探测器表面钝化层的生长方法可用于GaN基紫外探测器、InP基短波红外探测器及其焦平面阵列等的制备，下面，将以AlGaN日盲紫外探测器为实例，对本发明实施例的生长方法进行举例说明，在该实例中，生长方法包括：
S11：采用丙酮、乙醇、去离子水依次清洗晶圆，并在清洗后进行干燥处理。
其中，该晶圆由下至上依次包括衬底、N面接触层、光吸收层和P面接触层。P面接触层、光吸收层和部分N面接触层形成台面结构。
S12：在300～400℃下采用等离子体化学气相沉积工艺在晶圆的台面结构表面形成厚度为300～400nm的SiO2钝化膜。
S13：采用涂胶机在SiO2钝化膜上旋转涂覆厚度约1μm的聚酰亚胺膜。
S14：采用烘箱或退火炉对聚酰亚胺膜进行梯度固化使聚酰亚胺膜致密，梯度固化的温度和时间为90℃和45min、120℃和50min以及90℃和30min。
S15：采用涂胶机以2500rpm的旋转速度在聚酰亚胺膜上旋转涂覆厚度约1μm的光刻胶，并对光刻胶层进行烘烤后采用光刻机曝光，以形成曝光区域。
S16：采用显影机对曝光区域的光刻胶层进行显影处理，并对曝光区域的聚酰亚胺膜进行腐蚀以暴露出SiO2钝化膜，然后采用丙酮作为去胶剂去除光刻胶。
S17：采用退火炉在350℃温度下对聚酰亚胺膜进行亚胺化处理20min使聚酰亚胺钝化。
S18：在38℃下对暴露出的SiO2钝化膜腐蚀30～40s。
经过上述过程的曝光、显影、腐蚀、去胶后，台面结构顶端的光敏面和底部的电极位置被同时显露出来，在电极位置上形成电极后可得到AlGaN日盲紫外探测器，其结构如图1所示，图中，1为衬底、2为N面接触层、3为光吸收层、4为P面接触层、5为SiO2钝化膜、6为聚酰亚胺钝化膜、7为N电极、8为P电极。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种台面型探测器表面钝化层的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在低温环境下采用等离子体化学气相沉积工艺在晶圆的台面结构表面形成SiO2钝化膜，其中，所述台面结构底面和顶面的SiO2钝化膜的厚度大于所述台面结构侧面的SiO2钝化膜的厚度；
S2：在所述SiO2钝化膜上涂覆聚酰亚胺膜并对所述聚酰亚胺膜进行梯度固化使所述聚酰亚胺膜致密；
S3：在所述聚酰亚胺膜上旋涂光刻胶形成光刻胶层，并在所述光刻胶层上形成曝光区域；
S4：对所述曝光区域的光刻胶层进行显影处理，并对所述曝光区域的聚酰亚胺膜进行腐蚀以暴露出所述SiO2钝化膜，然后去除所述光刻胶层；
S5：对所述聚酰亚胺膜进行亚胺化处理以使所述聚酰亚胺膜固定在所述SiO2钝化膜表面；
S6：对所述暴露出的SiO2钝化膜进行腐蚀以留出电极位置。
2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述低温环境的温度为300～400℃，所述SiO2钝化膜的厚度为200～600nm。
3.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述聚酰亚胺薄膜采用旋涂法涂覆，涂覆转速为3000～3500rpm，所述梯度固化的温度和时间为90℃和30～60min、120℃和50～80min以及90℃和30～60min。
4.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述光刻胶的旋涂转速为2500～3000rpm。
5.根据权利要求4所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述在所述光刻胶层上形成曝光区域的步骤具体为：
对所述光刻胶层进行烘烤和曝光，以形成曝光区域。
6.根据权利要求5所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S4中，在去除光刻胶层时采用丙酮作为去胶剂，光刻胶层的显影时间为120～130s，聚酰亚胺膜的腐蚀时间为15～20s。
7.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述亚胺化处理在氮气气氛中进行，处理温度为350～400℃，处理时间为30～35min。
8.根据权利要求8所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S6中，SiO2钝化膜的腐蚀温度和时间分别为38℃和30～40s。
9.根据权利要求1至8任一项所述的生长方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，所述生长方法还包括：
采用丙酮、乙醇、去离子水依次清洗所述晶圆，并在清洗后进行干燥处理。
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