一种台面pin钝化结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种台面PIN钝化结构，包括在半绝缘InP衬底上依序生长有缓冲层、N++型InP层、InGaAs吸收层和P++型CapInP层，其中：该半绝缘InP衬底上依序生长的该缓冲层、N++型InP层、InGaAs吸收层和P++型CapInP层构成了阶梯层台面，在该阶梯层台面的侧壁上生长有BCB层以及在该BCB层上生长有保护该BCB层的SiO2钝化层，藉由前述结构或其构造的结合，实现了该台面PIN钝化结构，从而达成了方便制成、电性接触可靠性高、暗电流低以及使用时可降低能耗、延长寿命的良好效果。
【专利说明】一种台面PIN钝化结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光通讯【技术领域】，尤指一种台面PIN钝化结构光电转化芯片器件的钝化技术。
【背景技术】
[0002]现有技术中的台面PIN钝化结构，采用较多的钝化方式分为生长钝化层法和spin-coating钝化层的办法。生长钝化层有:
[0003]1.用PECVD，生长钝化层Si02、SiNx等、缺点在于台面材料本身晶格常数与Si02、SiNx较难形成匹配，而晶格缺陷的直接后果是漏电流偏大，同时，特别是Si02的生长会引入氧化物导致侧壁材料氧化，进一步劣化了暗电流；
[0004]2.化学有机气相沉积(MOCVD)腐蚀再生长InP方法，对外延片再生长前处理工艺要求较高，而且成本较大，同时，并没有从根本上杜绝钝化层InP和P++InP之间的寄生效应；
[0005]3.磁控溅射A12N3的办法，则由于其可重复性欠佳，则较少应用于产品的大批量生产过程中。
[0006]早期的Spin-coating主要用物质聚酰亚胺(polimide)来实现,其缺点在于即使获得较低暗电流后，往往无法维持较长的使用时间。随着老化实验的进行，劣化现象严重。同时由于聚酰亚胺的电特性欠佳，芯片器件以外的寄生效应如电容比较明显，无法与BCB(Benzocyclobutene)相提并论。可以说聚酰亚胺的缺点正是BCB的长处。
【发明内容】
[0007]为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种台面PIN钝化结构，通俗地说，就是一种光电转化芯片器件的钝化技术结构。
[0008]为达成上述目的，本发明应该的技术方案是:一种台面PIN钝化结构，包括在半绝缘InP衬底上依序生长有缓冲层、N++型InP层、InGaAs吸收层和P++型CapInP层，其中:该半绝缘InP衬底上依序生长的该缓冲层、N++型InP层、InGaAs吸收层和P++型CapInP层构成了阶梯层台面，在该阶梯层台面的侧壁上生长有BCB层以及在该BCB层上生长有保护该BCB层的Si02钝化层。
[0009]在本实用新型实施例中，所述的阶梯层台面为两侧壁构成的正阶梯形台面。
[0010]在本实用新型实施例中，所述的侧壁与BCB之间还具有AP3000增强剂构成的结合层。
[0011]在本实用新型实施例中，所述的BCB层覆盖该阶梯层台面全部侧壁区域。
[0012]本发明与现有技术相比，其有益的效果是:方便制成、电性接触可靠性高、暗电流低以及使用时可降低能耗、延长寿命。
【专利附图】
【附图说明】[0013]图1是本实施例中生长后台面PIN外延片的截面结构示意图。
[0014]图2是图1经过台面形成工艺后外延片的截面结构示意图。
[0015]图3是图2进行BCB工艺后外延片的截面结构示意图。
[0016]图4是图3进行钝化层Si02生长后外延片的截面结构示意图。
[0017]图5是本实施例中光刻过程示意图。
[0018]图6是本实施例中5000小时老化寿命实验曲线示意图。
[0019]图7是本实施例中台面PIN芯片_3dB带宽测试数据示意图。
[0020]图8是本实施例中BCB光刻发生化学反应过程示意图。 [0021]图9是本实施例中BCB固化发生化学过程示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0023]请参阅图1所述，为本实用新型之一种台面PIN钝化结构，包括半绝缘InP衬底60 上依序生长有缓冲层(buffer layer) 50、N++型 InP 层 30、InGaAs 吸收层(absorptionlayer) 20以及P++型CapInP层10，其中:该半绝缘InP衬底60为Fe掺杂的InP衬底，藉此有效增加阻抗，避免衬底产生寄生效应；该缓冲层50更好的匹配了半绝缘InP衬底60和N++型InP层30的晶格常数，并在两者浓度差异上起到过度作用，以此确保外延片生长质量；该奸+型InP层30为正电位接入口，为使金属电极和器件形成良好的欧姆接触，尽量采取高浓度的S掺杂InP，进而以最大限度地降低器件在高速型号工作时的功耗；该P++型CapInP层10为负电位接入口，为了让金属电极和器件形成良好的欧姆接触，尽量采取高浓度的Zn掺杂InP，进而以最大限度地降低器件在高速型号工作时的功耗，同时常温下InP禁带带隙宽度1.35eV大于或者相对于In0.52Ga0.47P禁带带隙宽度，以及非故意掺杂InGaAs吸收层20，有效的提高的器件的光响应度Re≥0.9A/W。
[0024]在台面制成中，先采用反应离子刻蚀机(RIE)，刻蚀如图1中台面PIN外延片，刻蚀完成后进行Br-基溶剂腐蚀台面PIN，待刻蚀物理损伤层完全修复后停止腐蚀，腐蚀后形状如图2所示；再通过调节刻蚀参数，确保形成的台面为正梯形台面，然后通过在刻蚀工程中加入氧气辉光，调整辉光时间和功率，保证刻蚀产生有机杂质的有效清理。然而，制成中，通过调整Br-系腐蚀液的时间和浓度，确保P++型CapInP层10和InGaAs吸收层20有相同的倾斜角，有利于后续工艺中台面侧壁与BCB层40的良好接触，同时在一定时间Br-系腐蚀液的腐蚀作用下将刻蚀当中的物理损伤层去除，物理损伤层由于其有晶格破损、悬挂化学键等因素，在工作状态的偏压下，便成为台面PIN暗电流的主要来源，同时空隙的存在也为台面侧壁被氧化而埋下隐患。
[0025]BCB层40的制作工艺,制作采用spin-coating (悬涂法)的办法完成,详细流程如下:
[0026]第一步，增强剂涂覆:将台面PIN，如图2所示，用匀胶机以一定转速旋涂增强剂AP3000，然后放在在热板烘烤芯片；
[0027]第二步，BCB涂覆:承接“第一步”将台面PIN用匀胶机以一定转速旋涂BCB，然后放在热板烘烤；
[0028]第三步，BCB光刻工艺:承接“第二步”将台面PIN光刻成设定图形，曝光，烘烤相应时间，再用DS2100进行显影处理；
[0029] 第四步，BCB固化工艺:承接“第三步”将台面PIN放在高真空退火系统中采用梯度升温的方式高温固化处理。
[0030]在上列步骤中，增强剂AP3000作用至关重要，BCB本身并不具有亲近InP或者InGaAs的性质。直接进行BCB工艺，则缺乏一定粘滞力。台面侧壁本身裸漏的化学键，为暗电流的增大提供了潜在的风险。In-键和氧气中O原子，较容易结合成In-O键，随着时间的推移，In-O键的比例增多，进一步增大了侧壁的电导性。至于BCB光刻工艺，为光敏BCB光刻工艺过程，类似于普通光敏负胶，即曝光区域，最终BCB显影后留下。主要过程包括甩胶、UV紫外光曝光、显影液显影，如图5所示意。然而，光刻高阻抗的BCB光敏胶，通过光刻图形控制和曝光显影工艺参数的调整，控制BCB存在区域的大小，将整个BCB胶涂覆区域拓展到整个台面侧壁及之外的区域。相对于之前台面采用的非光敏BCB工艺来讲，光敏BCB工艺更易于控制图形和减少工艺难度很稳定性。非光敏工艺往往需要单独的RIE刻蚀工艺形成最终BCB图形。而RIE刻蚀极易造成器件损伤，对暗电流和可靠性等特性造成不可逆转的损伤，光敏BCB有效的避免了这一点。请参见图3所示。
[0031]BCB中本身含有光敏因子，在一定功率的紫外光的照射下，发生反应释放出N2，并在与其他光敏因子链接的同时，与部分BCB多体发生链接。形成不溶于显影液的聚合体。经过显影工艺仍然留在台面的曝光区域，同时，非曝光区域的单体BCB则溶于显影液，被清洗走。
[0032]请参见图8所示，BCB详细曝光化学过程如下:在固化过程中单体BCB苯环打开，首先由不同的单体小分子发生链接，随着固化的进行多个单体，又逐渐慢慢发生聚合反应变成BCB多体。
[0033]请参见图9所示，，BCB详细化学反应过程如下:在此过程中，BCB的各项物理和化学性能逐渐达到最佳。首先多体不再溶解与丙酮酒精等有机化学溶剂，为后续各项工艺的实施提供了有利的条件。同时多体本身具有很强的化学惰性，即便长期处在空气中也不易氧化。良好的疏H20分子的性质则杜绝了杂质H20分子在侧面p-n结交接面导通的可能性。
[0034]请参见图4所示，最后生长一 Si02钝化层70，保护BCB和InP层在后续加工中受机械冲击，同时为入射光进入区域起到增加入射光透射的作用。
[0035]请参见图6所示，本实用新型由于工作环境温度和气候的影响存在着自然老化的现象，可靠性的重要指标是依靠外推寿命的数据，其可靠性好坏与否及其和寿命长短直接衡量了钝化技术的效果优良。依据Be I coreGR-468-CORE和美军标相关实验方法，在145°C，-1OV条件下老化5024个小时，并在期间不同时间点测试回到常温时候的暗电流大小。以短期高温工作情况来推算出室温条件下长期工作的数据，以50%失效比例和经验公式τ ocexp (EaKj),再带入激活能Ea的相应数值(可靠性较差的Ea数值为ο.leV，可靠性越好^数值越高即1.1eV以上)。图6中各实验样品的老化后各个时间段测常温暗电流，在5000小时内没有发生样品退化，最大暗电流在0.05nA以内，远远低于同类型产品要求5nA以内。带入Ea = 0.6eV计算，室温连续工作实践将达到30万小时，本试验已进行到5000小时，仍没有发现样品退化，最后的中止寿命将超过15万小时。
[0036]图7为3V电压条件下，测试_3dB芯片带宽。横坐标为输入光信号频率，纵坐标为输出电信号能量(采用dB单位制)。纯芯片测试数据表明，我们的芯片在能量衰退到一半的信号频率为12.8GHz左右。远远满足IOG模块数字通信中10.7Gbit/s的要求。同时，前
半段平坦的曲线区域较广，表明芯片性能良好，并没有随着入射光频率的增加而迅速下跌。
[0037]制作良好BCB各项性能参数
【权利要求】
1.一种台面PIN钝化结构，包括在半绝缘InP衬底上依序生长有缓冲层、N++型InP层、InGaAs吸收层和P++型Cap InP层，其特征在于:该半绝缘InP衬底上依序生长的该缓冲层、N++型InP层、InGaAs吸收层和P++型Cap InP层构成了阶梯层台面,在该阶梯层台面的侧壁上生长有BCB层以及在该BCB层上生长有保护该BCB层的Si02钝化层。
2.如权利要求1所述的台面PIN钝化结构，其特征在于:所述的阶梯层台面为两侧壁构成的正阶梯形台面。
3.如权利要求2所述的台面PIN钝化结构，其特征在于:所述的侧壁与BCB之间还具有AP3000增强剂构成的结合层。
4.如权利要求3所述的台面PIN钝化结构，其特征在于:所述的BCB层覆盖该阶梯层台面全部侧壁区域。
【文档编号】H01L31/18GK203774339SQ201420134950
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】郭明玮, 唐琦, 刘志峰 申请人:武汉华工正源光子技术有限公司