一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器制造技术

一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器，探测器为金属‑半导体‑金属结构，在衬底上的Si面上外延生长N型SiC缓冲层并外延生长SiC非刻意掺杂i型层，刻蚀在i型层上形成斜面，在器件表面热生长二氧化硅层作为器件的钝化层；通过刻蚀钝化层形成叉指状电极窗口并制备Au或Pt高功函数金属电极，光刻、刻蚀和溅射形成面阵紫外探测器的64条金属‑半导体‑金属结构的SiC探测器像元独立电极焊盘和一条共用电极焊盘，在面阵器件上旋涂聚酰亚胺保护隔离层。对生长好的外延片进行RCA标准清洗，先后制备倾斜台面、钝化层、电极与焊盘，在面阵上旋涂聚酰亚胺，显影后去除光敏面与面阵焊盘的聚酰亚胺，烘烤。

A 8 * 8 two-dimensional planar array SiC ultraviolet photodetector

An 8 *8 two-dimensional array SiC ultraviolet photodetector is designed. The detector is metal_semiconductor_metal structure. The N-type SiC buffer layer is epitaxially grown on the Si surface of the substrate and the non-deliberately doped I-type SiC layer is epitaxially grown on the Si surface of the substrate. An interdigital electrode window is formed by etching the passivation layer and a high-power Au or Pt metal electrode is fabricated. 64 metal/semiconductor/metal-structured SiC detector pixel independent electrode pads and a common electrode pad are formed by photolithography, etching and sputtering. A polyimide protective isolation layer is rotated and coated on the surface array device. . The epitaxial sheets were cleaned by RCA standard. The tilted table, passivation layer, electrode and pad were prepared successively. The polyimide was coated on the surface array, and the polyimide of the photosensitive surface and pad was removed after development.

【技术实现步骤摘要】
一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器
本技术涉及紫外光电探测器，尤其是涉及利用SiC材料良好的紫外探测特性与平面结构的一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器。
技术介绍
如今紫外探测技术已经在高压电网、环境监测、火灾防护和医疗领域越来越显示出它的重要性，而紫外成像探测更是各相关行业需求的热点。SiC材料具有禁带宽度大(3.26eV)、物理化学性质稳定、高热导率、紫外吸收长度适中和材料质量高等优点，成为制备紫外探测器的首选材料，而采用高功函数的金属与SiC构成的金属-半导体-金属(MSM)器件像元，由于其平面器件结构，光生载流子在外加电场作用下位于器件表面薄层横向移动，移动距离短(2～10μm)从而具有响应速度快、量子效率高和制备工艺相对简单等优点而受到重视。目前研制的MSM结构SiC探测器均为像元器件，无法实现紫外成像探测。参考文献：[1]YangWeifeng，ZhangFeng，LiuZhuguang，LvYingandWuZhengyun.,Highresponsivity4H-SiCbasedmetal-semiconductor-metalultravioletphotodetectors[J].ScienceinChinaSeriesG:Physics,Mechanics&Astronomy,2008，51(11)：1616-1620。[2]FengZhang,WeifengYang,HuolinHuang,XiapingChen,ZhengyunWu,HuiliZhu,HongjiQi,JiankeYao,ZhengxiuFan,andJiandaShao.High-performance4H-SiCbasedmetal-semiconductor-metalultravioletphotodetectorswithAl2O3/SiO2films[J],AppliedPhysicsLetters,2008,92,251102(1-3)。
技术实现思路
本技术的目的是提供有效提高探测效率和响应速度，解决现有紫外探测成像难题的一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器。本技术为金属-半导体-金属(MSM)结构，设有在双抛的偏轴4°的4H-SiC导电衬底，在4H-SiC导电衬底上的Si面上外延生长N型SiC缓冲层，在N型SiC缓冲层上外延生长SiC非刻意掺杂i型层，采用ICP干法刻蚀在i型层上形成斜面，用于各个金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元的隔离和器件的边缘保护，在器件的表面热生长二氧化硅层作为器件的钝化层；通过刻蚀钝化层形成叉指状电极窗口，在叉指状电极窗口中制备Au或Pt高功函数金属电极，再通过光刻、刻蚀和溅射工艺形成面阵紫外探测器的64条金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元独立电极焊盘和一条共用电极焊盘，最后在面阵器件上旋涂聚酰亚胺保护隔离层。所述4H-SiC导电衬底可为在双抛的偏轴4°的4H-SiC导电衬底，所述N型SiC缓冲层的厚度可为0.5μm，其掺杂浓度可为2×1018cm-3，N型SiC缓冲层可有效抑制后续外延过程中产生的缺陷。所述i型层的厚度可为4～10μm，其掺杂浓度可为5×1014cm-3，作为器件的光子主要吸收层。所述8×8二维面阵SiC紫外光电探测器可包括64个金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元，面积可为200μm×200μm，每个金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元是通过叉指状金属电极与SiC表面形成的背靠背的肖特基接触，电极叉指间距可为2～8μm，实现对紫外信号的探测。通过8×8的排列方式，分别引出64个金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元的信号输出端至各自金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元的信号接触焊盘，并合理将64个金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元器件的接地端引出到共用电极焊盘，布线方案中总共65条金属布线，互不交叉影响。为了减小布线设计的工作量，在设计面阵版图时将这个面阵分为对称的4个包含16金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元(4×4)的小区域。对第一象限的小区域进行布线优化，设计金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元的间隔为50μm，MSM结构的SiC探测器像元之间的每条信号走线宽度约6～8μm，每个金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元之间最多安排5条走线的布线，将第一象限小区域中的布线方案进行拷贝旋转分贴到第二象限(逆时针90°)、第三象限(逆时针180°)和第四象限(逆时针270°)，形成对中心点对称的四个小区域组成的8×8二维面阵，将所有共用电极连在一起引入到共用焊盘，这样可以实现有效抑制金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元之间的信号串扰和提高成像分辨率的效果。在面阵制备过程中，通过减小金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元上间距、选择高功函数接触电极金属以及合理的面阵布线等工艺，提高8×8二维面阵SiC紫外光电探测器面阵的探测效率和响应速度及成像质量。对生长好的外延片进行RCA标准清洗，使用光刻胶在样品表面旋涂上一层厚的光刻胶作为干法刻蚀的阻挡层，采用ICP刻蚀，刻蚀气体为CF4或SF6，利用光刻胶和4H-SiC对刻蚀气体的刻蚀速率不同，使得i型层形成一斜面，用于各个金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元器件的隔离和器件的边缘保护，斜面深度约1.2～1.4μm斜面和水平面的夹角为θ，且夹角θ≤10°。金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元之间隔离宽度不能太大和太小，宽度太大会降低探测分辨率，太小会产生串扰，影响电极布线，金属-半导体-金属(MSM)结构的SiC探测器像元之间隔离宽度应为50μm左右。将刻蚀后的样品采用三号液除去前述工艺中可能残留的油污与光刻胶；再经RCA标准清洗装片到热氧化炉，生长的热氧化硅牺牲层，放入缓冲氢氟酸溶液中腐蚀去除干净，再次放进氧化炉进行第二次氧化，生成厚度约60nm的SiO2钝化层。本技术可采用以下方法制备：1)对生长好的外延片进行RCA标准清洗；2)制备倾斜台面，使用光刻胶在样品表面旋涂上一层光刻胶作为干法刻蚀的阻挡层，采用ICP刻蚀，刻蚀气体为CF4或SF6，利用光刻胶和4H-SiC对刻蚀气体的刻蚀速率不同，使i型层形成一倾斜台面，倾斜台面角度小于10°；3)制备钝化层，将刻蚀后的样品用250℃的三号液煮后，用热、冷去离子水冲洗，除去工艺中可能残留的油污与光刻胶；再经RCA标准清洗干燥后，装片到热氧化炉，第一次生长的氧化层作为牺牲层，取出样品，放入缓冲氢氟酸溶液中腐蚀，去除第一次生长的氧化层，用冷热去离子水冲洗干净并干燥后将样品再次放进氧化炉进行第二次氧化，采用干氧、湿氧、干氧和氮气氛围交替，生成SiO2钝化层；所述三号液按体积比的配比可为H2SO4∶H2O2＝4∶1。4)制备电极与焊盘，采用光刻工艺，以光刻胶为保护层，用缓冲氢氟酸在台阶上表面的i型层上SiO2钝化层刻蚀出叉指状电极区，然后通过光刻、磁控溅射和剥离工艺在叉指状电极区上制备Au或Pt薄膜金属，在经光刻工艺、磁控溅射工艺与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器，其特征在于为金属‑半导体‑金属结构，设有在双抛的偏轴4°的4H‑SiC导电衬底，在4H‑SiC导电衬底上的Si面上外延生长N型SiC缓冲层，在N型SiC缓冲层上外延生长SiC非刻意掺杂i型层，采用ICP干法刻蚀在i型层上形成斜面，用于各个金属‑半导体‑金属结构的SiC探测器像元的隔离和器件的边缘保护，在器件的表面热生长二氧化硅层作为器件的钝化层；通过刻蚀钝化层形成叉指状电极窗口，在叉指状电极窗口中制备Au或Pt高功函数金属电极，再通过光刻、刻蚀和溅射工艺形成面阵紫外探测器的64条金属‑半导体‑金属结构的SiC探测器像元独立电极焊盘和一条共用电极焊盘，最后在面阵器件上旋涂聚酰亚胺保护隔离层。

【技术特征摘要】
1.一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器，其特征在于为金属-半导体-金属结构，设有在双抛的偏轴4°的4H-SiC导电衬底，在4H-SiC导电衬底上的Si面上外延生长N型SiC缓冲层，在N型SiC缓冲层上外延生长SiC非刻意掺杂i型层，采用ICP干法刻蚀在i型层上形成斜面，用于各个金属-半导体-金属结构的SiC探测器像元的隔离和器件的边缘保护，在器件的表面热生长二氧化硅层作为器件的钝化层；通过刻蚀钝化层形成叉指状电极窗口，在叉指状电极窗口中制备Au或Pt高功函数金属电极，再通过光刻、刻蚀和溅射工艺形成面阵紫外探测器的64条金属-半导体-金属结构的SiC探测器像元独立电极焊盘和一条共用电极焊盘，最后在面阵器件上旋涂聚酰亚胺保护隔离层。2.如权利要求1所述一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器，其特征在于所述4H-SiC导电衬底为在双抛的偏轴4°的4H-SiC导电衬底。3.如权利要求1所述一种8×8二维面阵SiC紫外光...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正云，
申请(专利权)人：厦门芯荣光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35