一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，具体步骤如下：1)淀积氮化硅成结掩膜，2)光敏区成结，3)取样清洗，4)氮气氛围热处理，5)去表面损伤层。其优点在于：氮气氛围热处理一方面能够修复成结过程引入的晶格损伤,减小复合中心的密度，降低探测器的暗电流，另一方面能够激活受主离子，降低施主补偿作用，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，减小串联电阻；去表面损伤层一方面可以有效去除表面氧化层，减少表面的复合中心，有利于表面钝化，提高探测器的性能，另一方面可以去除表面形成的离子富集层和表层损伤层。

【技术实现步骤摘要】
一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法
本专利技术是关于红外探测器的制备技术，具体是指一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，它适用于制备高性能的短波红外铟镓砷探测器。
技术介绍
在近室温环境下，短波红外铟镓砷探测器就拥有良好的性能，这使得其在民用、军事和航空航天领域有着广泛的应用价值。在铟镓砷短波红外探测器芯片的制备工艺中，p+n结的制备是最关键的工艺之一。因为成结工艺能给芯片带入比较大的损伤，所以，对短波红外铟镓砷探测器来说，优化成结方法对实现高性能、高可靠性等方面有着至关重要的作用。铟镓砷探测器芯片的剖面结构如附图3所示，它由InP衬底1、InP缓冲层2、InGaAs吸收层3、InP帽层4、光敏区5、氮化硅钝化层6、P电极7和接触电极8组成。目前，铟镓砷探测器的工艺主要包含6个大步骤：步骤1.在外延片上制备光敏区成结掩膜；步骤2.实施光敏区成结工艺技术；步骤3.通过刻蚀在外延片上开N槽；步骤4.进行钝化膜淀积；步骤5.在P区表面生长P电极；步骤6.在N区表面和P电极上制备接触电极。其中光敏区成结工艺是最关键的工艺步骤之一，成结的质量会直接影响到芯片的性能。因为P区基体里的离子元素也并非完全激活的状态，如图3所示，这些非激活状态包括元素离子的富集7、填隙原子8、以及电中性的化合物10等，这些状态不仅会抑制元素的激活，降低P区空穴载流子浓度，而且会给外延材料引入多的杂质缺陷和较大的晶格损伤。此外，由于在样品表层富集大量的元素离子，这一方面会使得样品的表面受到比较大的晶格损伤；另一方面增加表面的非辐射复合中心密度。这些问题都会限制探测器性能的提高，因此需要在技术上做出进一步的改进和创新。
技术实现思路
基于上述探测器芯片制备工艺中存在的问题，本专利技术提出了一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，不仅能够解决了元素离子激活低，成结损伤偏大和电极串联电阻偏大的问题，而且增加了采用湿法腐蚀去除表面损伤的工艺，起到了去除离子富集层，减少复合中心，降低表面态密度，增强了后续钝化膜的钝化效果。本专利技术所涉及的关键步骤有：1)淀积氮化硅成结掩膜，2)光敏区成结，3)取样清洗，4)氮气氛围热处理，5)去表面损伤层，如附图2所示。具体工艺流程步骤如下：1.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅扩散掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，并用高纯氮气吹干。4.氮气氛围热处理，将样品12放入热退火炉中，保持3～10L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30～120秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为420～500℃，时间为5～15分钟；5.表面去扩散损伤层，采用湿法腐蚀，腐蚀液为体积比为15～25％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为2～6分钟；本专利技术的优点在于：A.成结工艺之后，适当的氮气氛围热处理能够激活受主离子元素，抑制补偿作用，增加P区的空穴载流子浓度，有利于降低器件的串联电阻，实现P电极欧姆接触的稳定性。B.成结工艺之后，适当的氮气氛围热处理能够修复成结引入的体内和表面的晶格损伤，降低非辐射复合中心密度，有利于抑制暗电流的产生，为高性能线列和面阵探测器的研制提供良好的工艺基础；C.表面去损伤层，会除去表面的杂质离子富集层或表面反型层，降低表面的非辐射复合中心密度，降低器件的表面态密度，抑制表面复合电流的产生，增强了后续的钝化效果。附图说明图1为本专利技术的石英腔体的横断界面图。图2为本专利技术的铟镓砷探测器芯片成结技术流程图。图3为本专利技术实施的样品的剖面结构示意图。图中：1——半绝缘InP衬底；2——N型InP层；3——铟镓砷本征吸收层；4——N型InP帽层；5——成结掩膜；6——窗口；7——离子富集层；8——填隙原子；9——替位原子；10——杂质离子化合物；11——元素离子源；12——外延片；13——石英腔；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方法作详细的说明。如附图3所示，本实施例所用的外延片为采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术，在厚度为350μm的半绝缘InP衬底1上，依次生长的InP缓冲层2，InGaAs吸收层3，InP帽层4。如图2所示，本实施例探测器芯片p+n结制备方法的具体工艺流程为：实施例11.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅成结掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，并用高纯氮气吹干。4.氮气氛围热处理，将样品12放入热退火炉中，保持10L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为420℃，时间为15分钟；4.表面去扩散损伤层，采用湿法腐蚀，腐蚀液为体积比为15％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为6分钟；实施例21.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅成结掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS级乙醇清洗，并用高纯氮气吹干。4.氮气氛围热处理，将样品12放入热退火炉中，保持6.5L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气80秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为470℃，时间为10分钟；5.表面去扩散损伤层，采用湿法腐蚀，腐蚀液为体积比为20％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为4分钟；实施例31.淀积氮化硅扩散掩膜5，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术淀积厚度200±30nm的氮化硅成结掩膜5，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；2.先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术开窗口6，依次将元素离子源11、外延片12放入石英腔13源区和样品区，如图1所示，抽真空至3×10-4Pa以下，然后密封石英腔13，在550±20℃温度内，保持9±3min后，快速取出；3.取样清洗，打开石英腔13，取出外延片12，然后用三氯甲烷、乙醚、丙酮、MOS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，具体方法步骤如下：1)淀积氮化硅成结掩膜，2)光敏区成结，3)取样清洗，4)氮气氛围热处理，5)去表面损伤层，其特征在于：步骤4)中所述的氮气氛围热处理方法为：将样品放入热退火炉中，保持3～10L/min的氮气流量，在启动加热之前，对退火炉充氮气30～120秒，然后在充足的氮气氛围下加热进行热处理，热处理条件：温度为420～500℃，时间为5～15分钟；步骤5)中所述的去表面损伤层的方法如下：损伤层去除采用湿法腐蚀方法，腐蚀液为体积比为15～25％的盐酸溶液，在室温条件下，腐蚀时间为2～6分钟。

【技术特征摘要】
1.一种低损伤的铟镓砷探测器p+n结制备方法，具体方法步骤如下：1)淀积氮化硅成结掩膜，2)光敏区成结，3)取样清洗，4)氮气氛围热处理，5)去表面损伤层，其特征在于：步骤1)中所述的淀积氮化硅成结掩膜的方法为：采用等离子体增强化学气相淀积技术淀积厚度200±30nm的氮化硅扩散掩膜(5)，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；步骤2)中所述的光敏区成结的方法为：先采用感应耦合等离子体刻蚀技术开窗口(6)，依次将元素离子源(11)、外延片(12)放入石英腔(13)源区和样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹高奇，唐恒敬，程吉凤，石铭，王瑞，邵秀梅，李庆法，李雪，龚海梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31