一种改善延伸波长铟镓砷探测器刻蚀损伤的方法与流程

本发明涉及红外探测器，进一步来说，涉及短波红外铟镓砷探测器，尤其涉及改善延伸波长铟镓砷探测器刻蚀损伤的方法。

技术背景

众所周知，红外探测器(infrareddetector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。铟镓砷由于在进室温下具有低暗电流、高探测率、良好的抗辐照等特性，铟镓砷红外探测器显示出巨大的应用价值，广泛应用于航空航天和军事等领域。在延伸波长铟镓砷短波红外探测器芯片的制备中，台面成型工艺是最为关键的工艺之一。因为台面成型工艺对芯片材料带来较大的晶格损伤，造成芯片性能的恶化。所以，对于延伸波长铟镓砷探测器而言，优化台面成型工艺技术对实现高性能、高可靠的探测器有着至关重要的作用。在延伸波长铟镓砷探测器的生产工艺中，台面成型工艺是最为关键的工艺之一，台面刻蚀的好坏直接影响器件的性能。因为刻蚀会在台面侧壁形成悬挂键，从而增加表面态密度，导致更多漏电通道，增大器件暗电流。另外，由于采用物理隔离形成台面，必然会对材料造成晶格损伤，增加表面非辐射复合中心密度，降低器件的性能。

中国专利数据库中涉及铟镓砷探测器的专利有：zl022477632号《铟镓砷红外探测器》、zl2006100342860号《双色铟镓砷红外探测器及其制备方法和应用》、zl2012100197453号《一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片》、zl2016104071467号《一种铟镓砷短波红外探测器》、zl2016205590902号《铟镓砷短波红外探测器》等。这些专利技术公开了一些红外铟镓砷探测器，然而目前尚无改善铟镓砷探测器刻蚀损伤的申请件。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种改善延伸波长铟镓砷探测器刻蚀损伤的方法，以解决刻蚀形成悬挂键的问题，增强后续钝化膜钝化效果，提高器件的性能。

发明人针对延伸波长铟镓砷探测器芯片制备工艺中存在的问题，提供的改善延伸波长铟镓砷探测器刻蚀损伤的方法，是一整套芯片制备中的刻蚀工艺；要点是:⑴淀积氮化硅刻蚀掩摸，⑵氮气环境中热处理，⑶台面图形转移，⑷刻蚀n槽，⑸台面成型，⑹去刻蚀损伤；具体工艺步骤如下：

⑴淀积氮化硅刻蚀掩摸:

采用等离子体增强化学气相淀积（pecvd）技术淀积厚度600±20nm的氮化硅刻蚀掩摸；

⑵氮气环境中热处理

将淀积完氮化硅刻蚀掩摸1的样品放入快速热退火炉中，保持3～7l/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气，然后在充足的氮气环境下加热进行热处理；

⑶台面图形转移

将热处理完的样品进行光刻，光刻胶采用az1500,光刻结束后采用icp刻蚀机刻蚀外延片上生长的氮化硅刻蚀掩摸，完成图形转移;

⑷刻蚀n槽

对完成图形转移的样品进行n槽刻蚀，采用icp刻蚀机进行刻蚀，刻蚀完成后依次采用三氯乙烯、丙酮、mos级酒精进行清洗；

⑸台面成型

采用icp刻蚀机进行台面的刻蚀

⑹去刻蚀损伤

损伤层采用湿法腐蚀，腐蚀液采用磷酸与双氧水、去离子水配成的溶液，在室温条件下，腐蚀时间为5～10s;之后进行p电极和n电极生长，以及氮化硅钝化生长，得到成品。

上述第⑴步中，所述淀积氮化硅刻蚀掩摸的衬底温度为330℃±10℃，射频（rf）功率为40±5w。

上述第⑵步中，所述热处理的方法为：将淀积有氮化硅刻蚀掩摸的样品放入快速热退火炉中，保持3～7l/min的氮气流量，在启动加热之前，预先对退火炉冲氮气20～80s，然后在氮气环境中加热进行热处理；热处理条件为：温度420℃±5℃，时间为55～70s。

上述第⑷步中，所述n槽的刻蚀条件为：icp功率350w，射频（rf）功率130w，刻蚀气体流量为氯气（cl2）10ml/min、氮气（n2）60ml/min，工作气压4*10^-3*133.3pa（4mtorr），温度170℃，刻蚀时间310s～330s；

上述第⑸步中，所述台面成型方法为：采用感应耦合等离子刻蚀技术进行台面刻蚀，刻蚀样品的载片需要采用硅片，采用导热硅脂把样品粘结在载片上，在刻蚀进行之前，预先对icp刻蚀机进行试运行，然后在进行台面刻蚀，刻蚀条件为：刻蚀气体流量氯气（cl2）12ml/min、甲烷（ch4）10ml/min，icp刻蚀功率为1000w，射频（rf）功率为90w，刻蚀温度为200℃，刻蚀时间150s～165s，工作气压4×10^-3×133.3pa。

上述第⑹步中，所述去刻蚀损伤的方法为：损伤层去除采用湿法腐蚀的方法，腐蚀液的体积配比为浓度为85%h3po4的磷酸∶浓度为30%的双氧水∶去离子水=1∶3∶5。

本发明提供的方法优点在于：①氮化硅刻蚀掩摸淀积后，在氮气环境中进行热处理，一方面能够修复材料中的损伤，减少复合中心的密度，提高材料的质量，降低器件暗电流，另一方面能够增加p区的空穴载流子浓度，有利于p电极欧姆接触的稳定性，减小欧姆电阻。②台面成型工艺中采用氯气甲烷的刻蚀气体，在等离子刻蚀过程中甲烷分解的氢不仅可以钝化刻蚀形成的表面悬挂键，而且还可降低材料中的非辐射复合中心，有利于降低器件的暗电流。③去刻蚀损伤工艺，能够去除刻蚀形成的表面损伤层，降低表面的非辐射复合中心密度，降低器件的表面态密度，增强了后续钝化膜的钝化效果。

本发明适用于制备高性能的短波红外铟镓砷探测器。

附图说明

图1为延伸波长铟镓砷探测器芯片的剖面图；图2为本发明方法刻蚀工艺的框图。

图中：1为半绝缘inp衬底，2为n型inp缓冲层，3为n型inxal1-xas缓冲层，4为n型ingaas吸收层，5为p型inalas帽层，6为氮化硅钝化膜，7为p电极，8为n型接触电极，9为悬挂键。

具体实施方式

通过下列实施例详细说明本发明方法的具体实施方式：

如图1所示，实施例所用的外延片为采用分子束外延（mbe）技术，在厚度约为350μm的半绝缘inp衬底1上，依次生长inp缓冲层2，inxal1-xas缓冲层3，ingaas吸收层4，inalas帽层5。实施例探测器芯片主要的生产工艺步骤流程如图2所示。

实施例1

1．淀积氮化硅刻蚀掩摸，采用等离子体增强化学气相淀积（pecvd）技术淀积厚度600±20nm的氮化硅刻蚀掩摸，衬底温度为330℃±10℃，射频（rf）功率为40w；

2．氮气环境中热处理，将淀积完氮化硅刻蚀掩摸1的样品放入快速热退火炉中，保持5l/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30s，然后在充足的氮气环境下加热进行热处理，热处理条件：温度420℃，时间为60s。

3．台面图形转移，将热处理完的样品进行光刻，光刻胶采用az1500,光刻结束后采用icp刻蚀机刻蚀外延片上生长的氮化硅刻蚀掩摸，完成图形转移。

4．对完成图形转移的样品进行n槽刻蚀，采用icp刻蚀机进行刻蚀，刻蚀条件为：icp功率350w，射频（rf）功率130w，刻蚀条件为：刻蚀气体流量氯气（cl2）12ml/min、甲烷（ch4）10ml/min，icp刻蚀功率为1000w，射频（rf）功率为90w，刻蚀温度为200℃，刻蚀时间150s，工作气压4×10^-3×133.3pa。

5．台面成型，采用icp刻蚀机进行台面的刻蚀。刻蚀条件为：刻蚀气体流量氯气（cl2）12ml/min、甲烷（ch4）10ml/min，icp刻蚀功率为1000w，射频rf功率为90w，刻蚀温度为200℃，刻蚀时间2min30s，工作气压4×10^-3×133.3pa。

6．去刻蚀损伤，采用湿法腐蚀，腐蚀液采用磷酸溶液，其溶液的体积配比为浓度为85%h3po4的磷酸∶浓度为30%的双氧水∶去离子水=1∶3∶5，在室温条件下，腐蚀时间为5s;之后进行p电极和n电极生长，以及氮化硅钝化生长。

实施例2

1．淀积氮化硅刻蚀掩摸，采用等离子体增强化学气相淀积（pecvd）技术淀积厚度600±20nm的氮化硅刻蚀掩摸，衬底温度为330±10℃，射频（rf）功率为40w；

2．氮气环境中热处理，将淀积完氮化硅刻蚀掩摸1的样品放入快速热退火炉中，保持5l/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30s，然后在充足的氮气环境下加热进行热处理，热处理条件：温度420℃，时间为60s。

3．台面图形转移，将热处理完的样品进行光刻，光刻胶采用az1500,光刻结束后采用icp刻蚀机刻蚀外延片上生长的氮化硅刻蚀掩摸，完成图形转移。

4．对完成图形转移的样品进行n槽刻蚀，采用icp刻蚀机进行刻蚀，刻蚀条件为：icp功率350w，射频（rf）功率130w，刻蚀气体为氯气（cl2）10ml/min，氮气（n2）60ml/min，工作气压4×10^-3×133.3pa，温度170℃，刻蚀时间320s。刻蚀完成后依次采用三氯乙烯、丙酮、mos级酒精进行清洗，并用高纯氮气吹干。

5．台面成型，采用icp刻蚀机进行台面的刻蚀。刻蚀条件为：刻蚀气体流量氯气（cl2）12ml/min、甲烷（ch4）10ml/min，icp刻蚀功率为1000w，射频（rf）功率为90w，刻蚀温度为200℃，刻蚀时间158s，工作气压4×10^-3×133.3pa。

6．去刻蚀损伤，采用湿法腐蚀，腐蚀液采用磷酸溶液，其溶液的体积配比为浓度为85%h3po4的磷酸∶浓度为30%的双氧水∶去离子水=1∶3∶5，在室温条件下，腐蚀时间为7s;之后进行p电极和n电极生长，以及氮化硅钝化生长。

实施例3

1．淀积氮化硅刻蚀掩摸，采用等离子体增强化学气相淀积（pecvd）技术淀积厚度600±20nm的氮化硅刻蚀掩摸，衬底温度为330±10℃，射频（rf）功率为40w；

2．氮气环境中热处理，将淀积完氮化硅刻蚀掩摸的样品放入快速热退火炉中，保持5l/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30s，然后在充足的氮气环境下加热进行热处理，热处理条件：温度420℃，时间为60s。

3．台面图形转移，将热处理完的样品进行光刻，光刻胶采用az1500,光刻结束后采用icp刻蚀机刻蚀外延片上生长的氮化硅刻蚀掩摸，完成图形转移。

4．对完成图形转移的样品进行n槽刻蚀，采用icp刻蚀机进行刻蚀，刻蚀条件为：icp功率350w，射频（rf）功率130w，刻蚀气体为氯气（cl2）10sccm，氮气（n2）60ml/min，工作气压4×10^-3×133.3pa，温度170℃，刻蚀时间330s。刻蚀完成后依次采用三氯乙烯、丙酮、mos级酒精进行清洗，并用高纯氮气吹干。

5．台面成型，采用icp刻蚀机进行台面的刻蚀。刻蚀条件为：刻蚀气体氯气（cl2）∶甲烷（ch4）=12∶10ml/min，icp刻蚀功率为1000w，射频（rf）功率为90w，刻蚀温度为200℃，刻蚀时间165s，工作气压4×10^-3×133.3pa。

6．去刻蚀损伤，采用湿法腐蚀，腐蚀液采用磷酸溶液，其溶液的体积配比为浓度为85%的磷酸∶浓度为30%的双氧水∶去离子水=1∶3∶5，在室温条件下，腐蚀时间为10s;之后进行p电极和n电极生长，以及氮化硅钝化生长。