CN114400273B - 一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，包括以下步骤：使用HSQ光刻胶在晶圆上进行旋涂然后完成电子束光刻；使用电感耦合等离子体刻蚀法进行垂直刻蚀；使用反应离子束刻蚀法刻蚀残留的HSQ光刻胶；沉积一层介质膜；使用热稳定负性光刻胶进行普通光刻曝光，完成器件隔离；使用BCB胶做平坦化处理；使用对电子敏感的ARP光刻胶再次进行电子束光刻曝光出P电极图型；使用电子束蒸镀系统蒸镀相应金属，然后进行光刻胶的剥离去除其他位置的金属；使用热稳定负性光刻胶对N台面进行光刻，曝光出N电极图形，电子束蒸镀系统蒸镀N台面上的金属，再使用丙酮完成剥离，完成器件制备。本发明提高了光电探测器成片的表面洁净度，同时兼顾台面刻蚀的质量。
Description
技术领域
本发明涉及光电器件制备技术领域，更具体地，涉及一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法。
背景技术
UTC-PD单行载流子光电探测器是通信系统的核心器件之一，用于高速探测系统、毫米波发生器、以及在光通信中取代后置电放大器共同组成光接收机。结构包括多层外延，通常分为P型或N型接触层、阻挡层、过渡层、吸收层、收集层等结构，参阅图1所示。通常采用金属有机气相沉积方法(MOCVD)进行一次性外延。该结构为一个台面结构，要形成特定结构就需要多次光刻、刻蚀、沉积以及平坦化，其中刻蚀步骤最为关键，决定了器件暗电流、漏电流等关键指标。
现有技术公开了一种Ge光电探测器及其制备方法，其中，Ge光电探测器包括热源层，进一步的还包括导热层；从而通过具有高阻值的热源层作为热源，以升高Ge吸收层的温度，使得Ge吸收层的禁带宽度降低，从而使得能量低于原Ge吸收层禁带宽度的光子被吸收，以增大Ge吸收层的吸收系数，实现Ge光电探测器探测范围的延伸，以扩大应用范围，以及通过位于Ge吸收层与热源层之间的具有较高热导率的导热层，有效地将热源层产生的热源传递到Ge吸收层，从而有效调整Ge光电探测器的响应度；该方案在刻蚀阶段使用各向异性的干法刻蚀(例如ICP电感耦合等离子体刻蚀Inductively Coupled Plasma Etching),干法刻蚀的特点是各向异性，使得台面深宽比较好。在工艺步骤上都使用硬掩模进行刻蚀，当刻蚀InP时，电感耦合等离子刻蚀系统(ICP)腔体内温度高，用于普通光学曝光机的光刻胶无法保持形貌以及不变性，干法刻蚀通常使用SiO2或者SiNx做硬掩模,需要CVD生长掩模，并且要做一次光刻先去刻蚀硬掩模，再去除光刻胶再刻蚀InP，在CVD生长的掩模上光刻再RIE刻蚀硬掩模，再使用丙酮去胶，然后ICP-RIE刻蚀InP，多次刻蚀以及使用丙酮去胶通常会使得表面不能保持洁净，影响芯片表面质量以及台面刻蚀质量。
传统光刻做掩模层刻蚀InP时，电感耦合等离子刻蚀系统(ICP)腔体内温度高，光刻胶无法保持形貌以及不变性，通常使用SiO2或者SiNx做硬掩模,通过传统光刻将图型转移至SiO2或者SiNx做保护，然后刻蚀InP，使用传统光刻生长硬掩模进行刻蚀的流程图参阅图5。然而多次刻蚀以及使用丙酮去胶通常会使得芯片表面不能保持洁净，影响芯片表面质量，使用硬掩模进行刻蚀后的光学显微镜图片，参阅图6。在台面型探测器制备中，存在微小P型台面的套刻，光刻精度要求高，而传统光刻分辨率低。
发明内容
本发明为克服上述现有的光电探测器制备工艺成片的表面洁净度低、台面刻蚀质量不高的缺陷，提供一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，包括以下步骤：
S1：使用对电子敏感的HSQ光刻胶在晶圆上进行光刻胶的旋涂，然后依次进行烘烤、电子束光刻及显影，完成光刻；
S2：使用电感耦合等离子体刻蚀法对芯片进行垂直刻蚀，刻蚀到芯片的N欧姆接触层的位置；
S3：使用反应离子束刻蚀法刻蚀残留的HSQ光刻胶，然后使用湿法刻蚀平整反应离子束刻蚀后的侧壁；
S4：利用化学气相沉积方法沉积一层介质膜；
S5：使用热稳定负性光刻胶进行普通光刻曝光，完成器件隔离；
S6：使用BCB胶做平坦化处理；
S7：使用对电子敏感的ARP光刻胶再次进行电子束光刻，曝光显影出P电极相应的窗口图型，使用反应离子束刻蚀相应位置BCB胶以及SiNx，漏出相应位置的P型欧姆接触层，再使用热稳定负性光刻胶使用普通光刻，曝光出P电极图型；
S8：使用电子束蒸镀系统蒸镀相应金属，使用丙酮完成热稳定负性光刻胶的剥离，去除其他位置的金属；
S9：使用热稳定负性光刻胶对N台面进行光刻胶曝光出N电极图形，电子束蒸镀系统蒸镀N台面上的金属，再使用丙酮完成剥离，完成器件制备。
进一步的，步骤S1中光刻胶旋涂的厚度为400-700um，烘烤的条件为90℃温度烘烤5分钟。
进一步的，步骤S1光刻中晶圆表面曝光的部分为圆形台面，曝光的图型尺寸与制备的光电探测器台面相同或稍大于制备的光电探测器台面。
进一步的，步骤S2中在进行电感耦合等离子体刻蚀时需要通过样片测试刻蚀速率，计算刻蚀时间，所述N欧姆接触层具有预设的厚度，刻蚀深度小于N欧姆接触层预设厚度。
进一步的，在步骤S3中采用反应离子束刻蚀法对残留的HSQ光刻胶进行多次刻蚀，每次刻蚀完成后观察光学显微镜，光刻胶本身为彩色，彩色完全消失即刻蚀完成。
进一步的，步骤S4中的介质膜为SiNx。
进一步的，步骤S5所述热稳定负性光刻胶为AZ nL0F2035光刻胶，具体过程为：
以AZ nLOF 2035光刻胶为掩模，使用反应离子束刻蚀相应位置SiNx，再通过丙酮、异丙醇、水，以及使用ICP-RIE打氧去除光刻胶，再使用没被刻蚀的SiNx再次做掩模刻蚀晶圆衬底直至到InP绝缘衬底，完成器件隔离。
进一步的，步骤S7中进行反应离子束刻蚀BCB胶和SiNx时，需要逐步增加刻蚀时间，每次完成短时间刻蚀后通过光学显微镜观察，BCB胶为彩色，SiNx为随厚度不同呈现均匀颜色，晶圆衬底为白色，直至观察到刻蚀出现均匀白色即为刻蚀完成。
进一步的，步骤S8中所述的金属包括：金、铂、钛，具体的蒸镀厚度分别为：240nm、40nm、20nm。
进一步的，步骤S9中所述热稳定负性光刻胶为AZ nLOF 2035光刻胶，具体步骤为：使用AZ nLOF 2035光刻胶，通过普通光刻显影出N电极窗口图型，并完成RIE刻蚀BCB胶以及SiNx，漏出相应位置的N型欧姆接触层，再使用AZ nLOF2035光刻胶曝光出N电极图型，电子束蒸镀系统蒸镀金、锗、镍，再使用丙酮完成剥离，自此完成器件制备。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过使用电子束光刻，提高了套刻精度，使得在P台面上制作微小电极能准确套刻，同时结合相应的电子束光刻胶HSQ，减少了制备硬掩模刻蚀InP的工艺流程，包括刻蚀InP时硬掩模层的形成方式以及去胶方式，在电子束光刻后HSQ光刻胶可以直接作为刻蚀的硬掩模层，并能通过RIE过刻实现完全去除，实现表面无残胶，提高成片的表面洁净度，同时也能兼顾台面刻蚀的质量。
附图说明
图1为本发明实施例InGaAs/InP单行载流子光电探测器基本外延结构示意图。
图2为本发明实施例InGaAs/InP单行载流子光电探测器整体工艺制备后的结构示意图。
图3为本发明实施例基于电子束光刻使用HSQ光刻胶进行刻蚀InP后在电子显微镜上侧视图。
图4为本发明实施例基于电子束光刻使用HSQ光刻胶进行刻蚀InP后在光学显微镜下的情况。
图5为本发明实施例基于普通光刻使用硬掩模进行刻蚀InP的方法流程图。
图6为本发明实施例基于普通光刻使用硬掩模进行刻蚀InP后在光学显微镜下的状态图。
图7为本发明实施例基于电子束光刻使用HSQ光刻胶进行刻蚀InP的方法流程图。
图8为本发明实施例刻蚀InP后过刻HSQ光刻胶进行去胶后在光学显微镜下的状态图。
图9为本发明实施例BCB平坦化后在电子显微镜下的状态图。
图10为本发明实施例蒸镀完P电极后探测器在光学显微镜下的状态图。
图11为本发明实施例基于普通光刻使用硬掩模的刻蚀方法与基于电子束曝光使用HSQ光刻胶进行刻蚀方法的过程对比图。
图12为本发明实施例对N电极开完窗口以及曝光N电极图型后探测器在光学显微镜下的状态图。
图13为本发明实施例基于电子束光刻的大功率单行载流子光电探测器的工艺制备流程图。
图14为本发明实施例一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图14所示，一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，包括以下步骤：
S1：使用对电子敏感的HSQ光刻胶在晶圆上进行光刻胶的旋涂，然后依次进行烘烤、电子束光刻及显影，完成光刻；
需要说明的是，普通光刻胶是树脂，是对光子产生反应的，电子束曝光的光刻胶是对电子敏感的材质，本发明使用对电子敏感的HSQ光刻胶在晶圆上进行光刻胶的旋涂，使得在晶圆上均匀覆盖一层HSQ光刻胶，以此充当硬掩模，所述HSQ光刻胶进行电子束曝光之后，被电子照射的部分会变成类似SiO2的成分，可以保护不需要刻蚀的部分，没有被电子束照射的部分经过显影之后去掉，裸露出晶圆衬底，这样去进行刻蚀的话，裸露的地方就被刻掉，有胶的地方被保护起来，旋涂的HSQ光刻胶其厚度在400-700um，旋涂完光刻胶后进行前烘烤，条件为90℃温度进行5分钟，然后进行电子束光刻(EBL,electron beamlithography)，完成后进行显影，完成光刻。所述显影即按照所画的版图，电子束光刻会将图案转移到光刻胶上，有图案的地方有光刻胶，没有图案的地方经过显影浸泡相应的显影液，上面光刻胶会被去除，此外通过烘烤使光刻胶中的溶剂进行一定的蒸发，使得光刻胶和晶圆衬底附着力更好。
需要说明的是，旋涂光刻胶时要保证光刻胶有一定的厚度，在后续进行InGaAs/InP刻蚀时，也会同时刻掉用来掩模的光刻胶，刻蚀InGaAs/InP的气体也会刻蚀这个光刻胶，要保证在有光刻胶的部分不被刻，就要保证上面用来保护的部分足够厚，所以要保证完成刻蚀后光刻胶还有一定的余量。
需要说明的是，在光刻的过程中晶圆表面曝光的部分为圆形台面，曝光的图型尺寸与制备的光电探测器台面相同或稍大于制备的光电探测器台面。所述的晶圆表面曝光部分即旋涂光刻胶后，晶圆表面会均匀的涂上光刻胶，曝光的部分指的是光刻机根据版图文件的图型，进行选择性的光照射，比如我在电脑程序上画了一个圆形，那么光刻机工作的时候就会在相应的圆形位置透过光线，光刻胶与光进行反应之后变硬，就不溶于显影液，从而形成一个圆柱形的光刻胶柱子，用来保护下面的晶圆不会被刻蚀，没有光照射的地方，就会被显影液洗去。
S2：使用电感耦合等离子体刻蚀法对芯片进行垂直刻蚀，刻蚀到芯片的N欧姆接触层的位置；
需要说明的是，在进行电感耦合等离子体刻蚀时没有被光刻胶保护的裸露区域被刻蚀，被保护的地方留下，刻蚀到N欧姆接触层的位置时停下(经过刻蚀以后就形成了高度差，此时形成了一个台面)，刻蚀后台面电镜图(设计的形状是圆柱体，电子显微镜侧视图是一个台阶，光学显微镜从上往下观察芯片，俯视图为圆形)参阅图3，刻蚀后芯片表面光学显微镜图，参阅图4。
在进行电感耦合等离子体刻蚀时通过样片测试刻蚀速率，计算刻蚀时间，所述N欧姆接触层具有预设的厚度，刻蚀深度小于N欧姆接触层预设厚度，也就是说在厚度范围内有一定的存留即可。此外，在观察刻蚀后的电子显微镜侧视图时应选择一定角度使得能观看到侧面的延伸，观察在当前刻蚀参数下刻蚀后的侧壁是否平整，没有较大区域的锯齿凹陷或者凸起，较少的不平整意味着刻蚀后缺陷损伤更少，侧壁凹凸不平会产生器件漏电流。
S3：使用反应离子束刻蚀法刻蚀残留的HSQ光刻胶，然后使用湿法刻蚀平整反应离子束刻蚀后的侧壁；
需要说明的是，本发明使用反应离子束刻蚀法刻蚀残留的HSQ光刻胶，刻蚀气体采用(Ar，CHF3)，刻蚀气体不会对InP进行刻蚀，因此过刻使得光刻胶完全去除。在一个具体的实施例中，在反应离子束刻蚀法刻蚀后，还可以采用湿法刻蚀进一步处理侧壁(用如盐酸+磷酸等化学试剂稍微浸泡一下，可以使刻蚀后的侧壁更平整一点)，通过湿法刻蚀可以使得干法刻蚀带来的带有锯齿的侧壁得到改善，降低漏电流，到这一步的流程图，参阅图7，过刻后芯片表面光学显微镜图，参阅图8。
需要说明的是，采用反应离子束蚀法对残留的HSQ光刻胶进行多次刻蚀，每次刻蚀完成后观察光学显微镜，光刻胶本身为彩色，彩色完全消失即刻蚀完成。
S4：利用化学气相沉积方法沉积一层介质膜；
需要说明的是，在步骤S3完成以后，用化学气相沉积(CVD，chemical vapordeposition)沉积一层介质膜保护器件，作用是在侧壁形成保护以及隔绝空气防止氧化，增加抗反射能力(如果器件裸露在空气中，P元素较为活泼比较容易使得InP氧化，并且该器件是属于光电器件，在光入射时存在反射和折射，增加一层介质膜可以减少反射折射)。优选介质膜使用SiNx，相较于SiO2有更好的抗反射效果。
S5：使用热稳定负性光刻胶进行普通光刻曝光，完成器件隔离；
需要说明的是，在具体的实施过程中，所述热稳定负性光刻胶可采用AZ nL0F2035光刻胶，使用AZ nLOF 2035光刻胶进行普通光刻曝光，通过刻蚀掉器件外的SiNx和N型欧姆接触层形成双台阶结构的图型，这一步是为了进一步隔绝每个器件之间的连接(不进行此步刻蚀时，最底层为N欧姆接触层，每个器件的底部都通过N欧姆接触层连接，这在一定程度上会漏电)，以AZ nLOF 2035光刻胶为掩模，使用反应离子束刻蚀(RIE，Reactive ion beametching)刻蚀相应位置SiNx，再通过丙酮、异丙醇、水，以及使用ICP-RIE打氧去除光刻胶。再使用没被刻蚀的SiNx再次做掩模刻蚀晶圆衬底直至到InP绝缘衬底(使用的SiNx做保护的方式就是传统硬掩模的方法，因为在刻蚀InP材料时，机器腔体内温度较高，光刻胶耐不了高温，所以得用介质来保护不需要刻蚀的地方，这里就是保护此前刻蚀形成的台面)，完成器件隔离。
S6：使用BCB胶做平坦化处理；
需要说明的是，经过的刻蚀之后，芯片表面存在高低差，不再是没有加工前平整的样子了，但是因为后续测试时需要电极在一个水平面上，这个步骤称为平坦化，即用BCB胶填充这些高度，为后续光刻减小误差以及引出GSG高频电极，在烘烤箱烘烤完BCB后，完成BCB的固化(BCB胶本身也是流动的，在烘烤箱中经过高温烘烤，溶剂被蒸发，它就固化了)，平坦化后的电子显微镜侧视图参阅图9。
S7：使用对电子敏感的ARP光刻胶再次进行电子束光刻，曝光显影出P电极相应的窗口图型，使用反应离子束刻蚀相应位置BCB胶以及SiNx，漏出相应位置的P型欧姆接触层，再使用热稳定负性光刻胶使用普通光刻，曝光出P电极图型；
需要说明的是，在进行反应离子束刻蚀BCB胶和SiNx时，需要逐步增加刻蚀时间，每次完成短时间刻蚀后通过光学显微镜观察，BCB胶为彩色，SiNx为随厚度不同呈现均匀颜色，晶圆衬底为白色，直至观察到刻蚀出现均匀白色即为刻蚀完成，然后可以采用AZ nLOF2035光刻胶进行普通光刻，曝光出P电极图型；
S8：使用电子束蒸镀系统蒸镀相应金属，使用丙酮完成热稳定负性光刻胶的剥离，去除其他位置的金属；
需要说明的是，本步骤中蒸镀金属为金、铂、钛，具体蒸镀厚度分别为240nm、40nm、20nm，其中，钛为了加强粘附力(纯金和衬底晶圆附着力比较差，容易掉)，铂防止金下渗(蒸镀是在一个比较高的温度下，这个温度下金会向器件内部渗透，铂就是阻止金属渗透下去)，使用丙酮完成热稳定负性光刻胶(如AZ nLOF 2035光刻胶)的剥离(蒸镀金属的时候，之所以前面要先做光刻，就是因为蒸镀是整个芯片都会被铺满金属，但这样就全部导电了，只希望在一定电极区域覆盖金属，所以上面要有一层光刻胶，在进行蒸镀的时候，需要的部分是没有光刻胶的，金属直接粘附到相应位置的表面，而不需要的位置有光刻胶，金属会粘附到光刻胶上，这样在蒸镀完成后，通过丙酮去除光刻胶时，光刻胶会带走上面相应的金属，而需要的位置下面是直接接触的就不会脱落。从而实现在特定区域有金属的要求)，去除其他位置的金属。完成剥离后器件的光学显微镜图，请参阅图10。
S9：使用热稳定负性光刻胶对N台面进行光刻胶曝光出N电极图形，电子束蒸镀系统蒸镀N台面上的金属，再使用丙酮完成剥离，完成器件制备。
需要说明的是，在步骤中，所述热稳定负性光刻胶为AZ nLOF 2035光刻胶，N台面由于精度要求不高，使用AZ nLOF 2035光刻胶，通过普通光刻显影出N电极窗口图型，并完成RIE刻蚀BCB胶以及SiNx，漏出相应位置的N型欧姆接触层，再使用AZ nLOF 2035光刻胶曝光出N电极图型，曝光完N电极图型后的光学显微镜图，参阅图11，最后电子束蒸镀系统蒸镀金、锗、镍，厚度与上面一致，镍起到粘附作用，锗同样是防止金属渗透，再使用丙酮完成剥离，自此完成器件制备，制备流程图参阅图12。需要说明的是，制备N电极流程和制备P电极的流程一致，只是因为要蒸镀不同金属所以分开做，不同金属是因为P、N电极的接触材料不同，P电极是InGaAs，N电极是InP，由于和不同金属形成欧姆接触的好坏不同，所以都优选的用了各自最好的，若为了简化工艺流程，可以使用金铂钛和P电极使用同种金属材料。
实施例2
本实施例结合图1-图13阐述本发明光电探测器制备流程。
图1为InGaAs/InP单行载流子光电探测器基本外延结构，P型欧姆接触层以及N型欧姆接触层是为了和金属电极形成良好欧姆接触，阻挡层是为了阻止器件中主要载流子电子被P电极收集，In0.53Ga0.47As吸收层是为了对应1550nm波段的光吸收，InGaAsP过渡层是为了平滑In0.53Ga0.47As与InP异质结的能带，从而增加电流输出，N型低掺InP收集层是为了使得器件在反偏工作状态时，偏压主要施加在收集层上，且InP材料的电子迁移率及饱和速度大，能显著改善带宽。
图2为InGaAs/InP单行载流子光电探测器整体工艺制备后的结构示意图，图中BCB胶是充当一个平坦化以及再次保护器件和空气接触的作用，P电极与N电极用于器件测试时与探针接触，SiNx为了保护器件和空气接触减少侧壁漏电流，器件结构为双台面结构，第二台面可以进一步隔绝各个器件，进一步减小暗电流。
图3为基于电子束曝光使用HSQ光刻胶进行刻蚀InP后在电子显微镜上侧视图，可以看到使用HSQ光刻胶充当硬掩模刻蚀InP后，光刻胶还有357nm的厚度保持，表示刻蚀InP体系与HSQ光刻胶的选择比较为优异。从侧壁以及垂直比来看，侧壁光滑，刻蚀侧壁较为抖直，符合设计的需求。
图4为基于电子束光刻使用HSQ光刻胶进行刻蚀InP后在光学显微镜下的情况，从图可以看出使用本方案进行刻蚀InP之后，表面洁净度高，图案清晰，且器件周围没有残胶。
图5为基于普通光刻使用硬掩模进行刻蚀InP的传统方法流程图，通过图示可以看出传统方法使用SiO2或者SiNx做硬掩模，这先要生长一层SiO2或者SiNx做硬掩模，然后进行一次甩胶、光刻，先将器件图案转移到光刻胶上，再通过光刻胶将图案转移到硬掩模上，然后去胶，通过硬掩模在芯片上完成图案转移。这里应指出的是，在使用普通光刻胶时，去胶通常为丙酮、异丙醇、超纯水，这通常不是一个最佳的去胶方式，会导致芯片表面有部分残胶。
图6为基于普通光刻使用硬掩模进行刻蚀InP后在光学显微镜下的情况，从图可以看到使用传统的方法进行掩模刻蚀之后，因为存在多步刻蚀以及丙酮去胶，导致芯片表面有光刻胶或者刻蚀残渣残留，表面洁净度较差。
图7为基于电子束光刻使用HSQ光刻胶进行刻蚀InP的方法流程图，本方案方法使用一种HSQ光刻胶做硬掩模，该光刻胶在曝光后呈现类似SiO2的性质，从而可以直接充当硬掩模，进行芯片的刻蚀。HSQ光刻胶在刻蚀完以后，可以通过RIE过度刻蚀去除，避免了浸泡相应的丙酮溶液。
图8为刻蚀InP后过刻HSQ光刻胶进行去胶后在光学显微镜下的情况，这一步采用RIE刻蚀进行过度刻蚀，从光学显微镜上可以看到器件表面本身的光刻胶被完全去除，芯片表面较为洁净，图型完整度较高。
图9为BCB胶在烘烤箱中进行固化后的电子显微镜情况，可以看到在梯形台阶上覆盖了BCB胶，使得胶填充了高度差，完成平坦化的步骤。
图10为蒸镀完P电极后探测器在光学显微镜下的情况，在探测器制备过程中，P台面因为面积小，并且需要有足够的区域照射光，作为光敏面，又要在P台面上引出P金属电极，因此对于这一步套刻需要十分高的精度，若精度低，容易导致P电极在光刻时，图型落在P台面外，使用电子束光刻后，套刻精度高，并且自动化程度高。
图11为基于普通光刻使用硬掩模的刻蚀方法与基于电子束曝光使用HSQ光刻胶进行刻蚀方法的过程对比，可以看出基于普通光刻使用硬掩模的刻蚀方法刻蚀InP需要5个步骤，而使用本方案方法只需要3个步骤，从对比中可以看出少了一步CVD生长硬掩模以及一步刻蚀硬掩模转移图型的过程，因此本方案减少了工艺步骤的链条，并在去胶时可以使用过刻去除HSQ胶，保证完全去除光刻胶。此外，与普通光刻对比，使用电子束曝光有着不需要掩膜版、分辨率高、真空内曝光污染低、由计算机控制自动化程度高等优点。
图12为对N电极开完窗口以及曝光N电极图型后探测器在光学显微镜下的情况，N台面上颜色不一致的半环为刻蚀BCB以及SiNx后漏出的N型InP欧姆接触层，N台面其余位置为在BCB胶上曝光出的N电极图型，可以看到在这一步套刻上也要求相当精度，保证在刻蚀出N电极窗口后再次套刻N电极图型时能有较好的对准。
图13为基于电子束光刻的大功率单行载流子光电探测器的工艺制备流程，可以看到总体流程步骤较多，通过电子束光刻以及HSQ光刻胶制备探测器可以减少工艺步骤，并为后续工艺保持洁净度。
需要说明的是，从InGaAs/InP外延片上开始刻蚀，就需要硬掩模去做刻蚀保护层，因为刻蚀InP时，电感耦合等离子刻蚀系统(ICP)腔体内温度高，用于普通光刻的光刻胶在此温度下无法保持形貌以及不变性，通常使用SiO2或者SiNx做硬掩模,需要化学气相沉积(CVD)生长硬掩模层，通过普通光刻转移图形至硬掩模层并去除光刻胶，才可以正式刻蚀InP。然而在多次刻蚀以及使用丙酮去胶通常会使得表面不能保持洁净，使用硬掩模进行刻蚀后芯片表面的光学显微镜图片，参阅图6。
本发明使用电子束光刻制备探测器，与普通光刻对比，使用电子束光刻有着不需要掩膜版、分辨率高、真空内曝光污染低、由计算机控制自动化程度高的优点，提高制备探测器的精度，减小套刻误差，特别在于P台面进行套刻时，因为P金属电极窗口尺寸小，大约是5-8um，P台面尺寸也在40um甚至更小，在进行套刻时容易出现套刻不准将P金属电极光刻到P台面外，而使用电子束光刻后的P金属电极光刻、蒸镀效果图参阅图10，可以达到很高的精度。
其次电子束HSQ光刻胶可以达到即做光刻胶又充当硬掩模的效果，去胶是通过RIE过刻实现，从而减少一次刻蚀和丙酮去胶，在完成第一台面刻蚀时表面洁净度高，使用HSQ胶结合电子束光刻进行刻蚀后的光学显微镜图片，参阅图8，刻蚀InP台面后的电镜图，参阅图3。从探测器制备步骤上，与普通光刻生长硬掩模的方案相比，本方案将工艺步骤从5步降低为3步，减少了工艺步骤的链条，工艺步骤详细对比参阅图10。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：使用对电子敏感的HSQ光刻胶在晶圆上进行旋涂，然后依次进行烘烤、电子束光刻及显影，完成光刻；
S2：使用电感耦合等离子体刻蚀法对步骤S1光刻后的芯片进行垂直刻蚀，刻蚀到芯片的N欧姆接触层的位置；
S3：使用反应离子束刻蚀法刻蚀残留的HSQ光刻胶，然后使用湿法刻蚀平整反应离子束方法刻蚀后的侧壁；
S4：利用化学气相沉积法沉积一层介质膜；
S5：使用热稳定负性光刻胶进行普通光刻曝光，完成器件隔离；
所述热稳定负性光刻胶为AZ nL0F2035光刻胶，具体过程为：
以AZ nLOF 2035光刻胶为掩模，使用反应离子束刻蚀刻蚀相应位置SiNx，再通过丙酮、异丙醇、水，以及使用ICP-RIE打氧去除光刻胶，再使用没被刻蚀的SiNx再次做掩模刻蚀晶圆衬底直至到InP绝缘衬底，完成器件隔离；
S6：使用BCB胶做平坦化处理；
S7：使用对电子敏感的ARP光刻胶再次进行电子束光刻，曝光显影出P电极相应的窗口图型，使用反应离子束刻蚀相应位置的BCB胶以及SiNx，漏出相应位置的P型欧姆接触层，再使用热稳定负性光刻胶进行普通光刻，曝光出P电极图型；
步骤S7中在进行反应离子束刻蚀BCB胶和SiNx时，需要逐步增加刻蚀时间，每次完成短时间刻蚀后通过光学显微镜观察，BCB胶为彩色，SiNx为随厚度不同呈现均匀颜色，晶圆衬底为白色，直至观察到刻蚀出现均匀白色即为刻蚀完成；
S8：使用电子束蒸镀系统蒸镀相应金属，使用丙酮完成热稳定负性光刻胶的剥离，去除其他位置的金属；
S9：使用热稳定负性光刻胶对N台面进行光刻胶曝光出N电极图形，电子束蒸镀系统蒸镀N台面上的金属，再使用丙酮完成剥离，完成器件制备。
2.根据权利要求1所述的一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，步骤S1中光刻胶旋涂的厚度为400-700um，烘烤的条件为90℃温度烘烤5分钟。
3.根据权利要求1所述的一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，步骤S1光刻中晶圆表面曝光的部分为圆形台面，曝光的图型尺寸与制备的光电探测器台面相同或稍大于制备的光电探测器台面。
4.根据权利要求1所述的一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，步骤S2中在进行电感耦合等离子体刻蚀时需要通过样片测试刻蚀速率，计算刻蚀时间，所述N欧姆接触层具有预设厚度，刻蚀深度小于N欧姆接触层预设厚度。
5.根据权利要求1所述的一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，在步骤S3中采用反应离子束刻蚀法对残留的HSQ光刻胶进行多次刻蚀，每次刻蚀完成后观察光学显微镜，光刻胶本身为彩色，彩色完全消失即刻蚀完成。
6.根据权利要求1所述的一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，步骤S4中的介质膜为SiNx。
7.根据权利要求1所述的一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，步骤S8中所述的金属包括：金、铂、钛，具体的蒸镀厚度分别为：240nm、40nm、20nm。
8.根据权利要求1所述的一种InGaAs/InP体系的单行载流子的光电探测器制备方法，其特征在于，步骤S9中所述热稳定负性光刻胶为AZ nLOF 2035光刻胶，具体步骤为：使用AZnLOF 2035光刻胶，通过普通光刻显影出N电极窗口图型，并完成反应离子束刻蚀BCB胶以及SiNx，漏出相应位置的N型欧姆接触层，再使用AZ nLOF 2035光刻胶曝光出N电极图型，电子束蒸镀系统蒸镀金、锗、镍，再使用丙酮完成剥离，自此完成器件制备。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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