一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102544222A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102544222A(43)申请公布日2012.07.04(21)申请号201210019114.1(22)申请日2012.01.20(71)申请人中国科学院上海技术物理研究所地址200083上海市虹口区玉田路500号(72)发明人邓洪海唐恒敬李淘李雪魏鹏朱耀明王云姬杨波龚海梅(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人郭英(51)Int.Cl.H01L31/18(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图22页(54)发明名称一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片制备方法(57)摘要本发明公开了一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片制备方法，其步骤包括：1)外延材料清洗，2)淀积氮化硅扩散掩膜，3)第一次光刻，4)开子像元扩散窗口，5)光刻胶剥离，6)闭管扩散，7)开管取片，8)第二次光刻，9)生长P电极，10)光刻胶剥离，11)淀积二氧化硅增透膜，12)P电极退火，13)第三次光刻，14)开P电极孔，15)光刻胶剥离，16)第四次光刻，17)加厚P电极，18)光刻胶剥离，19)背面抛光，20)生长N电极，21)划片。所制备的探测器在量子效率不降低的前提下，光敏元响应均匀，增加少数载流子的寿命、降低器件的暗电流；对于线列探测器，这种结构可以有效地降低盲元率，抑制光敏元扩大和串音。CN10254ACN102544222A权利要求书1/1页1.一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片制备方法，步骤包括：1)外延材料清洗，2)淀积氮化硅扩散掩膜，3)第一次光刻，4)开子像元扩散窗口，5)光刻胶剥离，6)闭管扩散，7)开管取片，8)第二次光刻，9)生长P电极，10)光刻胶剥离，11)淀积二氧化硅增透膜，12)P电极退火，13)第三次光刻，14)开P电极孔，15)光刻胶剥离，16)第四次光刻，17)加厚P电极，18)光刻胶剥离，19)背面抛光，20)生长N电极，21)划片，其特征在于：A.所述的步骤2)淀积氮化硅扩散掩膜，采用等离子体增强化学气相沉积工艺生长，生长条件为：衬底温度为300～330℃、RF功率为40～50W、气体流量SiH4∶N2＝50mL/min∶900mL/min；-4B.所述的步骤6)闭管扩散，采用粉末状Zn3As2作为扩散源，真空度为2～3×10Pa，扩散条件为：在300～350℃温度下保持时间10～12min，然后在500～550℃温度下保持6～13min；C.所述的步骤9)生长P电极、步骤17)加厚P电极、步骤20)生长N电极均采用离子束溅射工艺生长，分别为单层Au、双层Cr/Au、单层Au，生长条件为：真空度为2～4×10-2Pa，离子束能量为100eV；D.所述的步骤11)淀积二氧化硅增透膜，采用磁控溅射镀膜工艺生长，生长条件为：衬底温度为80～100℃，RF功率为350～400W；E.所述的步骤12)P电极退火，在氮气保护气氛中，退火温度为450～480℃，温度保持时间为10～15s。2CN102544222A说明书1/4页一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片制备方法技术领域[0001]本发明涉及的红外探测器芯片制备方法，具体是指一种正照射平面型铟镓砷(InGaAs)红外探测器芯片制备工艺。背景技术[0002]铟镓砷短波红外探测器可以在室温下工作，具有广泛的应用前景。目前PIN铟镓砷探测器主要分为平面型和台面型两类。台面型器件由于侧面钝化困难，导致器件可靠性降低、暗电流较大，这在很大程度上限制了器件探测率的提高。平面型探测器作为铟镓砷探测器的主流结构，具有钝化容易、暗电流低、可靠性高等优点，非常适用于航空遥感领域。但平面型器件存在光敏元扩大现象，且对线列探测器光敏元之间的串音较难抑制，因此需要一种抑制光敏元扩大和串音、进一步降低器件暗电流、提高器件探测率的新结构、新方法。发明内容[0003]本发明创新性地提出了一种基于子像元模式的平面型铟镓砷探测器新结构，即通过子像元模式实现器件的扩散成结和光敏元区域的均匀响应，并通过子像元结构的优化设计，达到有效抑制光敏元扩大和相邻光敏元串音的目的，同时进一步降低器件的暗电流，提高器件的探测率。[0004]本发明的新型平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片结构如附图2所示，它包括N型InP衬底1、N型InP层2、铟镓砷本征吸收层3、N型InP帽层4、氮化硅扩散掩膜层5、子像元扩散窗口区6、子像元PN结区7、载流子侧向收集区8、P电极9、二氧化硅增透层10、加厚电极11、N电极12。首先在N型InP衬底1上通过外延方法依次排列生长N型InP层2、铟镓砷本征吸收层3、N型InP帽层4，铟镓砷本征吸收层的厚度为1～3μ