CN111933723A - 透明场板结构的紫外探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于半导体技术领域，提供了一种透明场板结构的紫外探测器及其制作方法，所述制作方法包括：制备具有台面结构的紫外探测器，所述台面顶面上设置有第一欧姆电极；在所述台面的顶面和侧壁上生长场板介质，并刻蚀出所述第一欧姆电极；在所述场板介质和所述第一欧姆电极上生长ITO透明场板，得到透明场板结构的紫外探测器。本发明能够使紫外探测器的光子探测区域的电场分布均匀，大幅度提高紫外探测器的探测效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种透明场板结构的紫外探测器及其制作方法。
背景技术
紫外探测技术在医学、生物学和军事等领域都具有非常广阔的应用前景，对一个国家的国防和国民经济建设具有重要意义。而4H-SiC材料由于在紫外光探测方面具有高灵敏度、低噪声、低暗电流等优点，已经成为紫外探测器研究的热点。
目前，基于4H-SiC材料的紫外探测器通常为垂直结构，为了增加有效探测面积，紫外探测器顶部的欧姆电极尺寸一般不能做得太大，而这又使得光子探测区域的电场分布不均匀，紫外光子只能在电场强度大的区域发生雪崩，使得紫外探测器的探测效率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种透明场板结构的紫外探测器及其制作方法，以解决现有技术中的紫外探测器由于探测区域的电场分布不均匀，探测效率低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种透明场板结构的紫外探测器制作方法方法，包括：
制备具有台面结构的紫外探测器，该台面顶面上设置有第一欧姆电极；
在台面的顶面和侧壁上生长场板介质，并刻蚀出第一欧姆电极；
在场板介质和第一欧姆电极上生长ITO透明场板，得到透明场板结构的紫外探测器。
可选的，制备具有台面结构的紫外探测器，包括：
在衬底上依次生长第二欧姆接触层、中间层、第一欧姆接触层；
刻蚀第一欧姆接触层和中间层，得到包含第一欧姆接触层和中间层的台面结构；
在台面的第一欧姆接触层上制备第一欧姆接触电极，在第二欧姆接触层的裸露区域制备第二欧姆电极，得到具有台面结构的紫外探测器。
可选的，中间层为光吸收层，或光吸收层与倍增层形成的复合层。
可选的，场板介质的生长方法包括：热氧化法、低压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或原子层沉积法。
可选的，场板介质的材料包括：二氧化硅、氮化硅或三氧化二铝。
可选的，在场板介质和第一欧姆电极上生长ITO透明场板，包括：
利用高能Ar+离子轰击ITO靶材，溅射出ITO离子并均匀沉积到所述紫外探测器的上表面，形成覆盖紫外探测器上表面的ITO透明薄膜；
刻蚀掉台面以外区域的ITO透明薄膜，形成ITO透明场板。
可选的，ITO透明薄膜的刻蚀方法为等离子刻蚀法。
可选的，场板介质和ITO透明场板的厚度为20～50nm。
本发明实施例的第二方面提供了一种透明场板结构的紫外探测器，包括：
具有台面结构的紫外探测器，该台面顶面上设置有第一欧姆电极；
生长在台面的预设区域的场板介质；预设区域包括台面侧壁、以及台面顶面除第一欧姆电极外的区域；
覆盖于场板介质和第一欧姆电极上的ITO透明场板。
可选的，具有台面结构的紫外探测器包括：
在衬底上依次生长的第二欧姆接触层、中间层、第一欧姆接触层；其中，第一欧姆接触层和中间层形成台面结构；
位于台面的第一欧姆接触层上的第一欧姆电极，以及位于第二欧姆接触层的裸露区域上的第二欧姆电极。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明实施例提出的透明场板结构的紫外探测器制作方法，通过在紫外探测器台面的顶面和侧壁覆盖一层均匀的ITO透明场板，形成包围台面顶面和侧壁的三维电场，使整个光子探测区域的电场分布均匀，能够大幅度提高紫外探测器的探测效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的透明场板结构的紫外探测器制作方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的制备具有台面结构的紫外探测器的实现流程示意图；
图3是本发明实施例提供的具有台面结构的紫外探测器的制作步骤示意图；
图4是本发明实施例提供的透明场板结构的紫外探测器的制作步骤示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的透明场板结构的紫外探测器制作方法的实现流程示意图，详述如下：
步骤S101，制备具有台面结构的紫外探测器，该台面顶面上设置有第一欧姆电极。
可选的，参见图2，作为本发明实施例提供的透明场板结构的紫外探测器制作方法的一个具体实施方式，制备具有台面结构的紫外探测器具体可以包括以下步骤：
步骤S1011，在衬底上依次生长第二欧姆接触层、中间层、第一欧姆接触层，如图3a所示。
可选的，中间层为光吸收层，或光吸收层与倍增层形成的复合层。
在本发明实施例中，衬底30为n型重掺杂SiC衬底，可以通过PECVD设备在衬底30上依次外延生长第二欧姆接触层31、中间层32、第一欧姆接触层33。衬底外延从上至下可以为NiP、PiN、或SAM结构。若衬底外延为NiP结构，则第二欧姆接触层31为p型重掺杂SiC接触层、中间层32为本征SiC层、第一欧姆接触层33为n型重掺杂SiC接触层；若衬底外延为PiN结构，则第二欧姆接触层31为n型重掺杂SiC接触层、中间层32为本征SiC层、第一欧姆接触层33为p型重掺杂SiC接触层；若衬底外延为SAM结构，则第二欧姆接触层31为p型重掺杂SiC接触层、中间层32为n型轻掺杂SiC吸收层和n型次轻掺杂SiC倍增层形成的复合层、第一欧姆接触层33为n型重掺杂SiC接触层。
步骤S1012，刻蚀第一欧姆接触层和中间层，得到包含第一欧姆接触层和中间层的台面结构，如图3b所示。
在本发明实施例中，可以在第一欧姆接触层33的表面旋涂光刻胶，如4620、SU8等，通过接触式光刻曝光、显影得到台面图形，然后采用光刻胶回流技术，形成小角度掩膜层，最后采用ICP干法刻蚀形成包含第一欧姆接触层33和中间层32的小角度倾斜台面，实现器件间的隔离。
在本发明实施例中，ICP干法刻蚀的刻蚀气体为O2和SF6，掩膜层可以为光刻胶，也可以为其它抗刻蚀的金属或者介质材料，例如金属可以为Ni、Al，介质可以为SiO2、SiN。
步骤S1013，在台面的第一欧姆接触层上制备第一欧姆接触电极，在第二欧姆接触层的裸露区域制备第二欧姆电极，得到具有台面结构的紫外探测器，如图3c所示。
在本发明实施例中，第一欧姆电极34和第二欧姆电极35的制作过程为电极光刻、金属蒸发和快速退火，具体的，首先采用单层或者多层光刻胶光刻、显影得到第一欧姆电极和第二欧姆电极的电极图形，再采用电子束蒸发的方法，依次蒸发一定厚度的金属叠层，如Ni/Ti/Al/Au叠层、Ti/Al/Pt/Au叠层等，代表性厚度为50/100/200/150nm，经过剥离工艺得到第一欧姆电极34和第二欧姆电极35，最后采用快速退火工艺形成电极的欧姆接触，退火温度范围为800～1000℃，退火时间控制在2～5分钟。
在本发明实施例中，第一欧姆电极34和第二欧姆电极35的电极类型与其所在的欧姆接触层的类型相对应，例如，在NiP结构的紫外探测器中，第一欧姆接触层33为n型重掺杂SiC接触层，第二欧姆接触层31为p型重掺杂SiC接触层，则第一欧姆电极34为N型-欧姆电极，第二欧姆电极35为P型-欧姆电极。
步骤S102，在台面的顶面和侧壁上生长场板介质，并刻蚀出第一欧姆电极，如图4a所示。
可选的，场板介质的生长方法包括：热氧化法、低压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或原子层沉积法。
可选的，场板介质的材料包括：二氧化硅、氮化硅或三氧化二铝。
在本发明实施例中，可以在中间层32和第一欧姆接触层33所形成的台面的顶面和侧壁上生长一层场板介质以便于ITO透明场板依附，并通过刻蚀暴露出第一欧姆电极34。场板介质选取对紫外光不吸收且折射率小的材料，例如SiO2、SiN、Al2O3等，生长方法可以为热氧化法、低压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或原子层沉积法，场板介质也可以是采用多种方法生长的复合介质，其厚度控制在20-50nm。
步骤S103，在场板介质和第一欧姆电极上生长ITO透明场板，得到透明场板结构的紫外探测器，如图4b所示。
可选的，作为本发明实施例提供的透明场板结构的紫外探测器制作方法的一个具体实施方式，在场板介质和第一欧姆电极上生长ITO透明场板，可以详述为：
利用高能Ar+离子轰击ITO靶材，溅射出ITO离子并均匀沉积到紫外探测器的上表面，形成覆盖紫外探测器上表面的ITO透明薄膜；
刻蚀掉台面以外区域的ITO透明薄膜，形成ITO透明场板。
可选的，ITO透明薄膜的刻蚀方法为等离子刻蚀法。
锡掺杂氧化铟(ITO)是一种n型半导体材料，具有高的导电率、高的透光率、高的机械硬度和良好的化学稳定性。在本发明实施例中，可以通过磁控溅射法，利用被电场加速的高能Ar+离子轰击ITO靶材，能量交换后，靶材表面的原子脱离晶格逸出，均匀地沉积紫外探测器的上表面，形成覆盖紫外探测器上表面且与第一欧姆电极34形成良好接触ITO透明薄膜，采用等离子刻蚀法对ITO透明薄膜进行刻蚀，只保留场板介质41和第一欧姆电极上34的ITO透明薄膜，其余区域去除，形成ITO透明场板42，ITO透明场板的厚度可以控制在20-50nm。
需要注意的是，ITO透明场板的制备包括但不局限于磁控溅射法，也可以采用真空蒸发或化学气相沉积的方法制备，制备出的ITO透明场板厚度均匀可控，且易于图形化，技术可行性强，适用于大规模生产。本发明实施例提出的透明场板结构的紫外探测器制作方法可应用于任何材料的紫外探测器的制作中，如硅、氮化镓、氧化镓、氧化锌等，可以有效改善光子吸收区域的电场分布，从而提高紫外探测器的探测效率。
由以上内容可知，本发明实施例提出的透明场板结构的紫外探测器制作方法，通过在紫外探测器台面的顶面和侧壁覆盖一层均匀的ITO透明场板，形成包围台面顶面和侧壁的三维电场，使整个光子探测区域的电场分布均匀，能够大幅度提高紫外探测器的探测效率。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明实施例的第二方面提供了一种透明场板结构的紫外探测器，可参照图3和图4，该透明场板结构的紫外探测器由本发明实施例第一方面提供的透明场板结构的紫外探测器制作方法得到，该透明场板结构的紫外探测器包括：
具有台面结构的紫外探测器，其中台面顶面上设置有第一欧姆电极；
生长在台面的预设区域的场板介质；预设区域包括台面侧壁、以及台面顶面除第一欧姆电极外的区域；
覆盖于场板介质和第一欧姆电极上的ITO透明场板。
可选的，具有台面结构的紫外探测器包括：
在衬底上依次生长的第二欧姆接触层、中间层、第一欧姆接触层；其中第一欧姆接触层和中间层形成台面结构；
位于台面的第一欧姆接触层上的第一欧姆电极，以及位于第二欧姆接触层的裸露区域上的第二欧姆电极。
可选的，中间层为光吸收层，或光吸收层与倍增层形成的复合层。
可选的，场板介质的生长方法包括：热氧化法、低压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或原子层沉积法。
可选的，场板介质的材料包括：二氧化硅、氮化硅或三氧化二铝。
可选的，在场板介质和第一欧姆电极上生长ITO透明场板，包括：
利用高能Ar+离子轰击ITO靶材，溅射出ITO离子并均匀沉积到紫外探测器的上表面，形成覆盖紫外探测器上表面的ITO透明薄膜；
刻蚀掉台面以外区域的ITO透明薄膜，形成ITO透明场板。
可选的，ITO透明薄膜的刻蚀方法为等离子刻蚀法。
可选的，场板介质和ITO透明场板的厚度为20～50nm。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，包括：
制备具有台面结构的紫外探测器，所述台面顶面上设置有第一欧姆电极；
在所述台面的顶面和侧壁上生长场板介质，并刻蚀出所述第一欧姆电极；
在所述场板介质和所述第一欧姆电极上生长ITO透明场板，得到透明场板结构的紫外探测器。
2.如权利要求1所述的透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，所述制备具有台面结构的紫外探测器，包括：
在衬底上依次生长第二欧姆接触层、中间层、第一欧姆接触层；
刻蚀所述第一欧姆接触层和中间层，得到包含第一欧姆接触层和中间层的台面结构；
在所述台面的第一欧姆接触层上制备第一欧姆接触电极，在所述第二欧姆接触层的裸露区域制备第二欧姆电极，得到具有台面结构的紫外探测器。
3.如权利要求2所述的透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，所述中间层为光吸收层，或光吸收层与倍增层形成的复合层。
4.如权利要求1所述的透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，所述场板介质的生长方法包括：热氧化法、低压化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或原子层沉积法。
5.如权利要求4所述的透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，所述场板介质的材料包括：二氧化硅、氮化硅或三氧化二铝。
6.如权利要求1所述的透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，所述在所述场板介质和所述第一欧姆电极上生长ITO透明场板，包括：
利用高能Ar+离子轰击ITO靶材，溅射出ITO离子并均匀沉积到所述紫外探测器的上表面，形成覆盖紫外探测器上表面的ITO透明薄膜；
刻蚀掉台面以外区域的ITO透明薄膜，形成ITO透明场板。
7.如权利要求6所述的透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，所述ITO透明薄膜的刻蚀方法为等离子刻蚀法。
8.如权利要求1所述的透明场板结构的紫外探测器制作方法，其特征在于，所述场板介质和所述ITO透明场板的厚度为20～50nm。
9.一种透明场板结构的紫外探测器，其特征在于，包括：
具有台面结构的紫外探测器，其中所述台面顶面上设置有第一欧姆电极；
生长在所述台面的预设区域的场板介质；所述预设区域包括所述台面侧壁、以及所述台面顶面除第一欧姆电极外的区域；
覆盖于所述场板介质和所述第一欧姆电极上的ITO透明场板。
10.如权利要求9所述的透明场板结构的紫外探测器，其特征在于，所述具有台面结构的紫外探测器包括：
在衬底上依次生长的第二欧姆接触层、中间层、第一欧姆接触层；其中所述第一欧姆接触层和所述中间层形成台面结构；
位于所述台面的第一欧姆接触层上的第一欧姆电极，以及位于所述第二欧姆接触层的裸露区域上的第二欧姆电极。
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