专利名称：背照射铟镓砷微台面线列或面阵探测器芯片及制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外探测器件及其制造工艺技术，具体指一种背照射铟镓砷(InGaAs)微台面线列或面阵探测器芯片及制备工艺，它适用于制作高均匀性 长线列或面阵铟镓砷微台面焦平面探测器。
技术背景铟镓砷短波红外探测器可以在室温下工作，并且其性能优于短波锑镉汞 (HgCdTe)探测器，在军事和民用领域有广泛的应用前景。铟镓砷背照射长线 列和面阵探测器多采用平面结工艺，但平面结具有一些不可避免的缺点扩散 工艺复杂、光敏面扩大及锌(Zn)扩散会在磷化铟(InP)层中造成大量的缺 陷，这些限制了铟镓砷探测器性能的提高。台面型铟镓砷探测器是将外延材料 中的P型磷化铟/铟镓砷(p-InP/InGaAs)刻蚀成一个台面，这种结构的优点 是工艺较为简单，缺点是侧面和表面暴露会引入大量的界面态，这会限制了长 线列和大面阵器件均匀性的提高，而对于铟镓砷台面探测器常用的钝化膜(如 ZnS， Si02等)和工艺，很难得到高均匀性的器件，进而会影响器件的成像质量。 另外，在p-InP帽层上可靠地实现欧姆接触电极引出也是一个难题，在p-InP 层上增加一层P-InGaAs电极过渡层，使电子束蒸发生长的Ti/Pt/Au电极在不 退火的情况下实现欧姆接触，可以解决P型欧姆接触的问题(吕衍秋，韩冰， 唐恒敬，任仁，吴小利，乔辉，张可锋，李雪，龚海梅，硫化铟钝化铟镓砷线 列探测器的制备工艺，申请号200610118770.1)，但是在正照射结构下， p-InGaAs会吸收入射光，这使得器件的响应率和量子效率降低。 发明内容基于上述已有器件结构上存在的问题，本发明的目的是提供一种背照射p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs/n-InP台面线列或面阵红外探测器芯片，解决p-InP 的欧姆接触问题和正照射方式下p-InGaAs的吸收问题，同时通过改进的硫化 +31*钝化膜及退火工艺，有效减小表面和侧面的复合，提高器件探测率和均 匀性。本发明的背照射台面线列或面阵红外探测器芯片结构如附图l所示，它由 增透层10、 InP衬底1、 N型InP层2、铟镓砷吸收层3、 P型InP帽层4、 p-InGaAs层5、 Ti/Pt/Au电极区6、铟柱7、 N电极区8和氮化硅钝化层9组 成。器件的制备方法如下首先通过外延工艺将N型lnP层2、铟镓砷吸收层 3、 P型InP帽层4、 p-InGaAs层5沉积在InP衬底1上，然后在此 p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs/n-InP外延片上通过刻蚀形成线列或面阵 p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs微台面，在p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs微台面的局 部区域上置有与p- InGaAs欧姆接触的Ti/Pt/Au电极区6，在Ti/Pt/Au电极 区之上加In柱7，在线列或面阵微台面的一边有一刻蚀至n-InP层并置于n-InP 层上的公共电极区，即N电极区8，它延伸到与光敏元微台面等高的台面上， 以使P电极和N电极的In柱7在同一高度上，有利于倒焊互连。除P、 N电极 区外，整个外延片上，包括侧面覆盖有氮化硅钝化层9，最后，在衬底l的背 面镀低温增透层10。本发明的优点在于A. InGaAs吸收层厚度设计为1. 1 um至1. 5um，这样可以保证入射光的 充分吸收；又可以使产生的光生载流子被p-InP/i-InGaAs异质结收集。同时， InGaAs吸收层的铍掺杂浓度控制为3X 1016cm—3至5X 1016cm—3，试验证明由此掺 杂浓度材料制备的器件性能具有较高的响应率和探测率。B.采用硫化+SiNx钝化膜，并引入高温快速热退火工艺，可有效减小表 面和侧面的复合，降低SiNx/InP和SiNx/InGaAs界面的表面电荷密度和界面 态密度，进而减小暗电流，提高探测器的响应率和探测率。C. P型电极引出区生长有一层p-InGaAs电极过渡层，电子束蒸发生长的 Ti/Pt/Au电极与p-InGaAs接触在不退火的情况下都是很好的欧姆接触，小的 接触电阻提高了探测器的性能，并且这样可以避开复杂的p-InP的欧姆接触制 备工艺；同时采用背照射方式，入射光不会被P型电极引出层p-InGaAs吸收， 有利于提高器件的响应率。D. 背面采用低温淀积ZnS增透膜避免背面抛光过程中引入的正面蜡层的挥发。
图1为铟镓砷线列探测器的剖面结构示意图； 图中1——InP衬底；2——N型InP层;'3——铟镓砷吸收层；4——P型InP帽层；5—p-InGaAs层^6——Ti/Pt/Au电极区；7——铟柱；8——N电极区；9——氮化硅钝化层；10——增透层。图2至图7为工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方法作详细的说明。 如附图1所示，本实施例探测器所用的外延片为为MBE技术在厚度为 350 u m的半绝缘InP衬底1上依次生长厚度为1 P m的N型InP层2，载流子 浓度大于2X10'8cm—3; 厚度为1. ltim至1.5um的In(,.53Ga。.47As吸收层3，载 流子浓度为5X1016cm—3;厚度为0.5"m的P型InP帽层4，载流子浓度大于 2 X 1018cm—3;最上层生长厚度为20nm的p-InGaAs层5，载流子浓度为2 X 1018cm—3。 在外延片上通过刻蚀形成线列p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs微台面，在线列微台 面边上有与p-InGaAs欧姆接触的Ti/Pt/Au电极区6，其上为倒焊互连用的铟 柱7。在线列或面阵微台面的一边有一刻蚀至n-InP层并置于n-InP层上的CrAu 公共电极区，即N电极区8，它延伸到与光敏元微台面等高的台面上，以使P 电极和N电极的In柱7在同一高度上，有利于倒焊互连。除P、 N电极区外， 整个外延片上，包括侧面覆盖有氮化硅钝化层9。在器件的背面为ZnS低温增 透膜10。本实施例的芯片制备具体工艺过程为1. 依次用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇清洗外延片，氮气吹干；2. 正胶(厚胶)光刻，光刻后65'C烘干20分钟；3. Ar+刻蚀p-InGaAs/p-InP层，离子能量为300eV,束流为80cm—3时；然 后在35 'C时，使用50%酒石酸溶液HA二5:1选择性腐蚀溶液湿法化 学腐蚀InGaAs吸收层，去离子水冲洗，氮气吹干，形成 p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs微台面(见图2);4. 丙酮去光刻胶，乙醇清洗，去离子水冲洗，氮气吹干；5. 硫化在6(TC (NH4)2Sx溶液中，硫化30分钟，去离子水清洗，氮气吹 干；6. 采用PECVD法，对裸露的整个外延层表面和侧面生长厚度为2200A的SiNx 抗反射钝化层9 (见图3);7. 正胶(薄胶)光刻开电极孔，光刻后65-C烘干30分钟；8. 刻蚀p、n电极区的氮化硅钝化层:利用反应离子刻蚀(RIE)方法刻蚀SiNx(见图4);9. 利用分析乙醇浮胶，MOS乙醇清洗；10. 退火处理，400°C， 60秒快速热退火处理；11. 正胶(厚胶)光刻，光刻后65。C烘干20分钟；12. 利用空气等离子体清洗样品，然后电子束蒸发生长与p-InGaAs欧姆接触的Ti/Pt/Au (200/300/200 A)电极区6 (见图5);13. 利用分析乙醇浮胶，MOS乙醇清洗；14. 正胶(厚胶)光刻，光刻后65'C烘干20分钟；15. 离子束溅射生长Cr/Au (200/5000 A)N电极和延伸电极区8 (见图6)， 生长电极前首先用Ar+辅源清洗3分钟；16. 乙醇去光刻胶，MOS乙醇清洗，氮气吹干；17. 正胶(厚胶)光刻，光刻后65"C烘干30分钟；18. 离子束溅射生长In柱7 (见图7);19. 甩厚胶保护正面，然后进行背面抛光减薄；20. 在低温下，背面离子束溅射镀ZnS增透膜10; 2L划片，芯片抽测。
权利要求
1.一种背照射铟镓砷微台面探测器芯片，包括增透层(10)、InP衬底(1)、N型InP层(2)、铟镓砷吸收层(3)、P型InP帽层(4)、p-InGaAs层(5)、Ti/Pt/Au电极区(6)、铟柱(7)、N电极区(8)和氮化硅钝化层(9)，其特征在于A.铟镓砷吸收层(3)是厚度为1.1μm至1.5μm的In0.53Ga0.47As吸收层，铍掺杂浓度控制为3×1016cm-3至5×1016cm-3；B.氮化硅钝化层(9)是经高温退火处理的SiNx钝化膜；C.在电极区(6)和铟镓砷吸收层(3)之间有可以改善欧姆接触的p-InGaAs层(5)；D.增透层(10)是低温镀制的ZnS增透膜。
2. 根据权利要求1所述的一种背照射铟镓砷微台面探测器芯片，其特征 在于所说的氮化硅钝化层(9)在生长前对芯片进行硫化预处理，生长后对 膜层进行高温快速退火工艺处理，其退火温度为40(TC，保温时间为60秒。
3. 根据权利要求1所述的一种背照射铟镓砷微台面探测器芯片，其特征 在于所说的增透层(10)采用离子束溅射低温镀膜工艺。
全文摘要
本发明公开了一种背照射铟镓砷微台面探测器芯片及制备工艺，包括在p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs/n-InP外延片上刻蚀形成p-InGaAs/p-InP/i-InGaAs微台面，InGaAs吸收层厚度设计为1.1um至1.5um，掺杂浓度为3-5×10<sup>16</sup>cm<sup>-3</sup>，硫化+SiNx钝化膜并引入退火工艺，可达到有效减小表面和侧面的复合，降低界面态密度，提高器件探测率和均匀性的目的，p型电极引出区生长有一层p-InGaAs电极过渡层，电子束蒸发生长的Ti/Pt/Au电极与p-InGaAs接触是很好的欧姆接触，小的接触电阻提高了探测器的性能，同时采用背照射方式，入射光不会被p型电极引出层p-InGaAs吸收，有利于提高器件的响应率，背面低温淀积ZnS增透膜可以进一步提高器件的响应率和量子效率。
文档编号H01L31/18GK101241946SQ20071017351
公开日2008年8月13日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者吴小利, 唐恒敬, 宁锦华, 张可锋, 慧 朱, 淘 李, 雪 李, 李永富, 洋 汪, 龚海梅 申请人:中国科学院上海技术物理研究所