CN1851939A - 铟镓砷焦平面探测器的列阵微台面的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铟镓砷焦平面探测器的列阵微台面的制备方法，该方法先用Ar+离子干法刻蚀掉P型InP层，再用湿法化学腐蚀掉InGaAs吸收层，这样既可提高光敏面的图形保真度，又可减小InGaAs吸收层侧面损伤。并通过硫化处理，去掉表面氧化层，覆盖新的ZnS/聚酰亚胺双层钝化膜。ZnS层有效地起到抗反射和减小InP和InGaAs层表面态的作用，可以增加探测器的量子效率和减小暗电流，较厚聚酰亚胺层起到钝化加固和抗辐射作用，提高器件的长时间稳定性和可靠性。该工艺适用于均匀性要求高的大线列或面阵台面InGaAs焦平面探测器的研制。

Description

铟镓砷焦平面探测器的列阵微台面的制备方法
技术领域
本发明涉及铟镓砷(InGaAs)焦平面探测器的制备工艺，具体是指InP/InGaAs/InP焦平面探测器的列阵微台面的制备方法，该方法包括：列阵微台面的形成及在微台面上生成二层钝化层的方法。
背景技术
目前InP/InGaAs/InP焦平面探测器的列阵微台面大多采用选择性湿法化学腐蚀，少数采用干法刻蚀。湿法化学腐蚀：腐蚀InP层时，一般采用HCl/H2O系和HCl/H3PO4系腐蚀液，腐蚀InGaAs层时，一般采用H2SO4/H2O2/H2O系、H3PO4/H2O2/H2O系和酒石酸/H2O2/H2O系腐蚀液。试验表明腐蚀InP层时，由于采用强酸，对光刻胶有腐蚀作用，容易发生明显钻蚀，会导致腐蚀图案的分辨率降低，而且由于材料生长不均和颗粒玷污等因素，导致InP层腐蚀掉后，在InGaAs表面留下岛状物，表面不均匀，进而影响下一步InGaAs层的腐蚀。而InGaAs层所采用的腐蚀液对光刻胶作用小，并且腐蚀表面光滑，对表面不产生损伤，无明显钻蚀。干法刻蚀的优点是：图形转移精度高，各相异性和可控性好；但缺点是：干法刻蚀会造成材料晶格损伤，使器件性能降低。
微台面形成后，其钝化膜大多为聚酰亚胺、SiO2、SiNx等。虽然SiO2、SiNx无机介质膜与InP和InGaAs接触较好，可有效的减小少子表面复合，但由于生长条件等因素，往往台面表面生长层较厚，侧面生长层较薄，另外还由于腐蚀时，侧表面不光滑，所以侧面生长的钝化膜效果较差，不能有效的减小暗电流，不能保证器件长时间工作稳定性。有机介质膜聚酰亚胺有耐腐蚀、耐抗辐照、耐高温、黏附性好等优点，但钝化效果及抗反射效果差，这种方法钝化的器件对于探测率和响应率要求较高的空间遥感探测器，还相差甚远。
发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种干、湿法相结合的微台面形成及在微台面上生成复合钝化层的方法，以满足空间遥感探测用的器件。
本发明的制备方法包括以下步骤：
步骤1：在半绝缘InP衬底上依次生长N型InP层，InGaAs吸收层，P型InP层；
步骤2：掩膜光刻Ar+离子干法刻蚀掉台面以外的P型InP层；
步骤3：接着用湿法化学腐蚀掉台面以外的InGaAs吸收层，形成列阵微台面；
步骤4：硫化处理，去掉表面氧化层；
步骤5：用热蒸发方法在样品的整个表面生长ZnS抗反射钝化层；
步骤6：用匀胶甩胶法在ZnS抗反射钝化层上生长聚酰亚胺钝化层，构成一个由双层钝化层保护的InP/InGaAs/InP焦平面探测器的列阵微台面。
本发明结合湿法腐蚀和干法刻蚀的优点，先用Ar+离子干法刻蚀掉P型InP层，再用湿法化学腐蚀掉InGaAs吸收层，这样既可提高光敏面的图形保真度，又可减小InGaAs吸收层侧面损伤。并通过硫化处理，去掉表面氧化层，覆盖了新的ZnS/聚酰亚胺双层钝化膜，ZnS层有效的起到抗反射和减小InP和InGaAs层表面态的作用，可以提高探测器的探测率和减小暗电流，较厚聚酰亚胺层起到钝化加固和抗辐射作用，提高器件的长时间稳定性和可靠性。该工艺适用于均匀性要求高的大线列或面阵台面InGaAs焦平面探测器的研制。
附图说明
图1为外延材料结构示意图；
图2为台面制作及钝化后的结构示意图。
具体实施方法
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施办法作进一步的详细说明：
外延材料的制备：用分子束外延技术在厚度为350μm的半绝缘InP衬底1上依次生长厚度为1μm的N型InP层2，载流子浓度大于2×1018cm-3；厚度为2.5μm的In0.53Ga0.47As吸收层3；厚度为0.5μm的P型InP层4，载流子浓度大于2×1018cm-3。
微台面及钝化层的具体制备步骤如下：
1.对上述的外延材料依次用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇超声清洗，每次大于2分钟，氮气吹干。
2.正胶光刻，光刻后65℃烘干，时间40分钟；
3.Ar+刻蚀掉台面以外的P型InP层，离子能量为350eV，束流为80mA时，根据InP层的厚度为0.5μm，刻蚀时间为8分钟，为了确保刻蚀到InGaAs层，可以适当延长刻蚀时间2-5分钟；
4.采用选择性腐蚀溶液：50％酒石酸溶液∶H2O2＝5∶1(体积比)，湿法化学腐蚀掉台面以外的InGaAs吸收层，在35℃时，腐蚀速率约为0.3μm/min，根据InGaAs层厚度确定腐蚀时间，然后用去离子水冲洗，氮气吹干。
5.用丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干。
6.硫化：在60℃的(NH4)2S溶液中，硫化30分钟，去离子水清洗，氮气吹干。
7.退火：退火温度为300℃，退火时间为5分钟。
8.用热蒸发方法，在整个样品表面生长厚度为1630的ZnS抗反射钝化层5。
9.用常规的匀胶甩胶法在ZnS抗反射钝化层上生长聚酰亚胺钝化层6：样品先在65℃下加热15分钟，再甩聚酰亚胺膜，膜厚度约2μm；在65℃下，干燥60分钟；升温至125℃，预固化30分钟；正胶光刻开电极孔，65℃坚膜30分钟；乙醇去光刻胶；300℃固化1小时，然后降至室温。

Claims (1)

1.一种铟镓砷焦平面探测器的列阵微台面的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤A：在半绝缘InP衬底(1)上依次生长N型InP层(2)，InGaAs吸收层(3)，P型InP层(4)；
步骤B：掩膜光刻Ar+离子干法刻蚀掉台面以外的P型InP层(4)；
步骤C：接着用湿法化学腐蚀掉台面以外的InGaAs吸收层(3)，形成列阵微台面；
步骤D：硫化处理，去掉表面氧化层；
步骤E：用热蒸发方法在样品的整个表面生长ZnS抗反射钝化层；
步骤F：用匀胶甩胶法在ZnS抗反射钝化层上生长聚酰亚胺钝化层，构成一个由双层钝化层保护的InP/InGaAs/InP焦平面探测器的列阵微台面。
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