专利名称：折射面入光探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种涉及高速、高响应度、易 耦合的折射面入光探测器的制作方法。
背景技术：
高速高响应度的光电探测器是高速光网络的核心器件之一。同时提高 饱和输出功率使得它有更广泛的应用，增大它的光耦合容差将大大简化封 装，节省成本。因此，目前对光电探测器的研究集中在提高速度与响应度、 增大耦合容差、提高饱和输出功率这四方面上。面入射的光探测比波导型 结构的光探测器的耦合容差大得多，但是为了达到较高的响应度，需要增 加吸收区的材料厚度以增大光吸收的距离，这增大载流子渡越吸收区的时 间，从而降低器件速度和饱和功率。 一种新颖的折射面入射探测器被提出， 这种结构中光通过折射以较小的角度通过吸收区，并经过P电极金属的发 射再次经过吸收区。经计算，在相同厚度的吸收区情况下，采用折射面入
射光经过吸收区的路程约为吸收区厚度的4倍，这将大大缓解面入射探测
器响应度和速度的矛盾。此类器件难点在于刻蚀光滑的入射面，并镀抗反 射膜的工艺实现，具体实现方法鲜有提及。
发明内容
本发明的目的是提供一种折射面入光探测器的制作方法，经过多次实
验得到一种良好的腐蚀液配比和条件，腐蚀InxGa卜xAsyPh材料的(lll)面 平整光滑能达到折射镜面要求，集成了镀Si02反射膜的功能。
本发明提供一种折射面入光探测器的制作方法，其特征在于，制作过 程包括如下步骤步骤1:在衬底上采用M0CVD的方法生长探测器材料结构； 步骤2:在探测器材料结构的上面制作P型欧姆接触； 步骤3:在p型欧姆接触的周边向下刻蚀，形成探测器台面结构； 步骤4:在步骤3形成的器件的上表面生长第一Si02层； 步骤5:在探测器台面结构的一侧腐蚀掉部分第一Si02层，形成条形 掩模图形结构；
步骤6:在掩膜图形结构上，采用化学腐蚀的方法，向下腐蚀出燕尾
槽；
步骤7:腐蚀掉器件表面的第一Si02层，重新在整个器件的表面生长 第二Si02层；
步骤8:在燕尾槽中填入聚合物，使得材料表面平整；腐蚀掉P欧姆
接触上的第二Si02层；
步骤9:在探测器台面结构的一侧制作P型金属电极；
步骤10:将衬底减薄，在衬底的背面制作金属电极；
步骤11:清除掉燕尾槽中的聚合物，解理芯片，完成整个器件的制作。
其中所述的衬底的材料为n型(100) InP。
其中所述的探测器结构的材料为InxGai—xAsyP卜y。
其中所述的条形掩模图形结构的宽度为20 30mn，长边方向是沿衬底 的[O， 1， 一1]晶向，与探测器台面结构的距离为15 20um。
其中所述的化学腐蚀方法为采用溴一甲醇溶液，其中溴体积占1%; 腐蚀条件为溶液冰冻10 15分钟到冰点，腐蚀时静止不摇动；腐蚀时间 为10 18分钟。
其中所述生长第二Si02层的方法为热氧化淀积方法，温度为350°C， 正面厚度为350nm 400nm之间，燕尾槽7中斜面的第二 Si02层的厚度在 180nm 200nm。
其中所述的聚合物是无光敏的聚合物，使光刻胶的显影液对其无影响。
为了进一步说明本发明的方法，下面结合附图和具体实施例对本发明
5详细说明如后，其中
图l是器件整体原理示意图2是步骤3刻蚀探测器台面结构后示意图3是步骤4刻蚀条形第一 Si02层后形成掩模示意图4是步骤5刻蚀形成燕尾槽示意图5是步骤6重新生长第二 Si02层形成入光面抗反射膜示意图； 图6是步骤7燕尾槽中填入聚合物后示意图； 图7是步骤7完成P型金属电极示意图。
具体实施例方式
首先，如图1所示，在n型InP衬底l上生长探测器材料结构2，探 测器材料结构2包括500mn厚的n掺杂的InP缓冲层，它主要作用是调 节晶格失配；700nm的本征InGaAs吸收层，它的作用是吸收入射光产生载 流子；50nm本征的1.2Q层，作为能带平滑层，减少空穴的堆积；400nmp 型掺杂的InP盖层；lOOnm重掺杂p型InGaAs接触层(为现有技术)，作用 是进行P型欧姆接触。然后，在探测器结构2上热蒸发上lOOnm的Au/Zn 合金作为P型欧姆接触3，光刻出探测器图形掩模；依次用碘化钾腐蚀掉 Au/Zn，用Br2/HBr腐蚀液腐蚀到InP缓冲层，形成探测器结构4如图2 所示。其中，上述制作P型欧姆接触3的方法，也可以采用带胶剥离 Ti/Pt/Au的方法；探测器结构2的刻蚀也可以采用反应离子刻蚀(RIE)的 方法形成。
如图3，在以上步骤形成器件上用气象外延沉积(PECVD)或者热化学沉 积(CVD)的方法生长第一Si02层5，厚度约为200nm，并腐蚀部分第一 Si02 层5形成条形掩模图形结构6;其中条形掩模图形结构6的长边沿
方向，距离探测器距离L 15um;再在条形掩模图形结构6内进行入光斜 面的腐蚀，条件为冰水中放12分钟的1。％的溴-甲醇溶液，溶液静止不晃 动的腐蚀13分钟；得到燕尾槽7如图4所示，深度约为30iim，斜面长度 约30um，斜面与竖直方向夹角约为25. 3度，这样可以满足侧面光纤对准 的要求。这里采用Si02作为溴-甲醇腐蚀溶液的掩模，是因为甲醇是有机 溶液，普通光刻胶都溶于甲醇溶液中。常见的刻蚀InP系材料(l，l，l)面的各种方法，比如用H3P04/H202/H20系溶液、柠檬酸/H202/H20系溶液以及溴
甲醇系溶液；但是经过试验表明，(l，l，l)面侧壁质量和溶液的百分比、刻
蚀时间、温度、掩模图形的形状、腐蚀条件(晃动或静止)等关系密切。上
述试验的条件细节能刻蚀出光滑的InP材料(l， 1， l)表面，表面粗糙度 小于O. lum，可以当作入光反射镜面。
光由空气入射到反射镜面上，由于工nP材料折射率在通讯波长约为 3.16，与空气折射率差较大，会存在30%的反射。为了减小反射，需要进 行抗反射膜的制作。为此，将上述第一Si02层5完全腐蚀干净，再次利用 化学气象沉积(CVD)的方法生长第二 Si02层8，保证沉积在芯片正面的第 二 Si02层8厚度350 400nm之间，这样斜面上生长的第二 Si02层8厚度 约为180nm，经过计算采用180nm的Si02材料作为单层反射膜能使得斜面 入射的1.55mn波长的光反射最小。经过摸索，采用CVD的方法沉积的第 二Si02层8，使燕尾槽7的入光斜面上附着的能力很好，正面沉积和斜面 沉积速度保持一定比例，约为2: 1，并且表面第二 Si02层8的材料平整 度很好。而采用PECVD生长的第二Si02层8，燕尾槽7的入光斜面附着第 二 Si02层8的厚度约为正面附着厚度的1/4。
如图6，燕尾槽7中填入聚酰亚胺9，采用普通的光刻工艺将除燕尾 槽7外其余地方的聚酰亚胺去掉，使得芯片表面较为平整。其目的是为了 防止后续工艺步骤中进行光刻时光刻胶堆积到燕尾槽中影响光刻。其中， 燕尾槽7中填入的物质作用就是为了使得芯片平整以方便后续工艺的进
行，只要该物质对光刻胶的显影液无反应且可以清洗，都能采用。
然后如图7，采用普通的光刻工艺，腐蚀掉第二Si02层8位于探测器 顶层部分，再溅射TiAu电极，并刻蚀形成p型金属电极10。同时由于燕 尾槽7中填入聚酰亚胺9，使得入光面不会附着上TiAu。接着将衬底1减 薄到IOO咖后，在芯片背面蒸发Au/Ge/Ni约200nm作为N型金属电极11， 再利用丙酮浸泡去掉聚酰亚胺9，留下洁净的入光斜面。最后将芯片进行 解理，其中一个解理位置在燕尾槽7内，露出入光面，工艺完成。
权利要求
1、一种折射面入光探测器的制作方法，其特征在于，制作过程包括如下步骤步骤1在衬底上采用MOCVD的方法生长探测器材料结构；步骤2在探测器材料结构的上面制作p型欧姆接触；步骤3在p型欧姆接触的周边向下刻蚀，形成探测器台面结构；步骤4在步骤3形成的器件的上表面生长第一SiO2层；步骤5在探测器台面结构的一侧腐蚀掉部分第一SiO2层，形成条形掩模图形结构；步骤6在掩膜图形结构上，采用化学腐蚀的方法，向下腐蚀出燕尾槽；步骤7腐蚀掉器件表面的第一SiO2层，重新在整个器件的表面生长第二SiO2层；步骤8在燕尾槽中填入聚合物，使得材料表面平整；腐蚀掉p欧姆接触上的第二SiO2层；步骤9在探测器台面结构的一侧制作p型金属电极；步骤10将衬底减薄，在衬底的背面制作金属电极；步骤11清除掉燕尾槽中的聚合物，解理芯片，完成整个器件的制作。
2、 根据权利要求1所述的折射面入光探测器的制作方法，其特征在 于，其中所述的衬底的材料为n型(100)InP。
3、 根据权利要求1所述的折射面入光探测器的制作方法，其特征在 于，其中所述的探测器结构的材料为InxGa卜xAsyP卜y。
4、 根据权利要求1所述的折射面入光探测器的制作方法，其特征在 于，其中所述的条形掩模图形结构的宽度为20 30um，长边方向是沿衬底 的[O， 1， 一1]晶向，与探测器台面结构的距离为15 20um。
5、 根据权利要求1所述的折射面入光探测器的制作方法，其特征在 于，其中所述的化学腐蚀方法为采用溴一甲醇溶液，其中溴体积占1%;腐蚀条件为溶液冰冻10 15分钟到冰点，腐蚀时静止不摇动；腐蚀时间 为10 18分钟。
6、 根据权利要求1所述的折射面入光探测器的制作方法，其特征在 于，其中所述生长第二Si02层的方法为热氧化淀积方法，温度为350。C， 正面厚度为350nm 400nm之间，燕尾槽7中斜面的第二 Si02层的厚度在 180nm 200nm。
7、 根据权利要求1所述的折射面入光探测器的制作方法，其特征在 于，其中所述的聚合物是无光敏的聚合物，使光刻胶的显影液对其无影响。
全文摘要
一种折射面入光探测器的制作方法，制作过程包括如下步骤步骤1在衬底上采用MOCVD的方法生长探测器材料结构；步骤2在探测器材料结构的上面制作p型欧姆接触；步骤3在p型欧姆接触的周边向下刻蚀，形成探测器台面结构；步骤4在步骤3形成的器件的上表面生长第一SiO<sub>2</sub>层；步骤5在探测器台面结构的一侧腐蚀掉部分第一SiO<sub>2</sub>层，形成条形掩模图形结构；步骤6在掩膜图形结构上，采用化学腐蚀的方法，向下腐蚀出燕尾槽；步骤7腐蚀掉器件表面的第一SiO<sub>2</sub>层，重新在整个器件的表面生长第二SiO<sub>2</sub>层；步骤8在燕尾槽中填入聚合物，使得材料表面平整；腐蚀掉p欧姆接触上的第二SiO<sub>2</sub>层；步骤9在探测器台面结构的一侧制作p型金属电极；步骤10将衬底减薄，在衬底的背面制作金属电极；步骤11清除掉燕尾槽中的聚合物，解理芯片，完成整个器件的制作。
文档编号H01L31/18GK101609857SQ20081011518
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者帆 周, 廖栽宜, 张云霄, 圩 王, 赵玲娟 申请人:中国科学院半导体研究所