一种红外探测器钝化膜的应力调节方法技术

本发明专利技术涉及一种

【技术实现步骤摘要】
一种红外探测器钝化膜的应力调节方法


[0001]本专利技术涉及一种
III
‑
V
族红外探测器钝化膜的应力调节方法，属于红外探测器

。

技术介绍

[0002]大多数短波红外探测器，如硫化铅
(PbS)、
砷化铟
(InAs)
等，制备方法复杂且工作温度需冷却至液氮以下，因此使得短波红外探测器不具备成本优势，不利于短波红外探测系统向小型化
、
轻量化
、
使用方便灵活等方向发展
。
而
III
‑
V
族三元化合物材料铟镓砷
(In
x
Ga1‑
x
As)
具有直接带隙结构，随着
x
的变化，其禁带宽度在
0.35eV
～
1.43eV
可调，可覆盖短波红外波段
(1
μ
m
～3μ
m)
，且铟镓砷红外探测系统可在近室温工作，表现出高探测率
、
高量子效率等特点，使得铟镓砷红外探测器在军用及民用领域应用越来越广泛，如手持式微光夜视仪
、
生物医学，环境监测等
。
[0003]随着应用要求越来越高，铟镓砷红外探测器中的焦平面探测器正向大面阵，小像元
、
高灵敏度方向发展，面阵器件目前已由小规模发展到中
、
大规模
(640
>×
512
元
)
，而对于
1024
×
1024
元以及更大规模的面阵器件，需开发高性能铟镓砷红外探测器，影响焦平面探测器中大规模的面阵器件性能的重要因素是钝化膜，因此对焦平面探测器所用的钝化膜的平面度
、
可靠性等要求越来越高，尤其在芯片与读出电路倒焊过程中，平面度如果误差较大会使得芯片发生翘曲，将直接导致芯片与读出电路之间连通率降低，造成芯片性能较差，成品率低等问题
。
[0004]目前，大多数焦平面探测器钝化膜，如氧化硅
、
氮化硅或是氧化硅
/
氮化硅叠层钝化膜时，生长采用感应耦合等离子化学气相沉积，通过交流电感应耦合磁场和电场，激发产生等离子体进行制备，这种沉积方式具有对样品的损伤相对较小，生长的薄膜均匀性好
、
覆盖性好等优点
。
但是感应耦合等离子化学气相沉积存在生长的薄膜应力大的缺点，致使钝化膜表面翘曲度大，器件性能下降，可靠性降低，并且应力较大的钝化膜容易出现脱落
、
开裂等现象
。
因此，为解决上述问题，调整钝化膜应力是关键
。
[0005]针对感应耦合等离子化学气相沉积生长钝化膜应力大的问题，现有技术中可通过优化工艺参数来实现，包括工艺气体流量
、
气体压强
、
功率大小等参数优化来解决
。
但是目前尚未见通过制备过渡膜层，解决
III
‑
V
族红外焦平面探测器的氧化硅和氮化硅叠层钝化膜制备中存在的应力问题的相关报道
。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种红外探测器钝化膜的应力调节方法
。
所述方法通过制备过渡膜层，在解决了
III
‑
V
族红外焦平面探测器的氧化硅和氮化硅叠层钝化膜制备过程中存在的应力问题，尤其适用于解决铟镓砷红外探测器的氧化硅和氮化硅叠层钝化膜制备过程中存在应力的问题，可调整钝化膜层的翘曲程度，提高器件的可靠性，降低芯片失效的风险
。
[0007]为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案
。
[0008]一种红外探测器钝化膜的应力调节方法，所述红外探测器为
III
‑
V
族红外焦平面探测器，优选为铟镓砷焦平面探测器；所述钝化膜为氧化硅和氮化硅叠层钝化膜；所述方法为感应耦合等离子化学气相沉积，步骤如下：
[0009](1)
制备氧化硅膜层
[0010]在感应耦合等离子化学气相沉积设备清洗后的腔室中，放入焦平面探测器所采用的衬底，采用本领域感应耦合等离子化学气相沉积设备沉积制备氧化硅膜层的常规技术，在衬底上制备得到厚度为
100nm
～
140nm
的氧化硅膜层
。
[0011]优选步骤
(1)
的制备方法如下：
[0012]保持腔室外壁温度为
40℃
～
60℃
，将腔室本底真空抽至1×
10
‑4Pa
以下，通入工艺气体
A
至腔室中的压强为
7Pa
～
12Pa
且压强稳定，开启射频电源，功率
160W
～
210W
，沉积温度为
60℃
～
80℃
，进行氧化硅膜层的沉积，整个沉积过程中压强稳定，在衬底上制备得到厚度为
100nm
～
140nm
的氧化硅膜层
。
[0013]其中，所述工艺气体
A
为氧气
(O2)、
氩气
(Ar)
和含有体积分数为5％的硅烷
(SiH4)
的氦气
(He)。
[0014]步骤
(1)
中，在沉积氧化硅膜层之前，对感应耦合等离子化学气相沉积设备的腔室进行清洗，所述清洗可采用本领域感应耦合等离子化学气相沉积设备沉积制备钝化膜的常规技术进行清洗；优选采用等离子清洗，具体清洗方法如下：
[0015]①
将所述腔室本底真空抽至1×
10
‑4Pa
以下，将腔室外壁温度设置为
40℃
～
60℃
；
[0016]②
向腔室中通入气体
O2、CF4和
Ar
至压强为
1Pa
～
3Pa
，开启射频电源，功率设置为
600W
～
900W
，持续运行
20min
～
40min。
[0017]③
关闭射频电源，停止通入气体，结束腔室清洗
。
[0018](2)
制备过渡膜层
[0019]氧化硅膜层制备完成后，保持腔室外壁温度为
40℃
～
60℃
，将腔室本底真空抽至1×
10
‑4Pa
以下，通入工艺气体
B
至腔室中的压强为
4Pa
～
6Pa
且压强稳定，开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种红外探测器钝化膜的应力调节方法，其特征在于：所述红外探测器为
III
‑
V
族红外焦平面探测器，所述钝化膜为氧化硅和氮化硅叠层钝化膜，步骤如下：
(1)
在感应耦合等离子化学气相沉积设备清洗后的腔室中，放入焦平面探测器所采用的衬底，在衬底上采用感应耦合等离子化学气相沉积制备得到厚度为
100nm
～
140nm
的氧化硅膜层；
(2)
保持腔室外壁温度为
40℃
～
60℃
，将腔室本底真空抽至1×
10
‑4Pa
以下，通入工艺气体
B
至腔室中的压强为
4Pa
～
6Pa
且压强稳定，开启射频电源，功率
180W
～
240W
，过程中不加热，进行过渡膜层的沉积，持续沉积
5min
～
10min
，整个沉积过程中压强稳定，在氧化硅膜层上制备得到过渡膜层；所述工艺气体
B
为氧气和氮气；
(3)
采用感应耦合等离子化学气相沉积，在过渡膜层上制备得到厚度为
200nm
～
260nm
的氮化硅膜层
。2.
根据权利要求1所述的一种红外探测器钝化膜的应力调节方法，其特征在于：所述红外探测器为铟镓砷焦平面探测器
。3.
根据权利要求1或2所述的一种红外探测器钝化膜的应力调节方法，其特征在于：步骤
(1)
的制备方法如下：保持腔室外壁温度为
40℃
～
60℃
，将腔室本底真空抽至1×
10
‑4Pa
以下，通入工艺气体
A
至腔室中的压强为
7Pa
～
12Pa
且压强稳定，开启射频电源，功率
160W
～
210W
，沉积温度为
60℃
～
80℃
，进行氧化硅膜层的沉积，整个沉积过程中压强稳定，在衬底上制备得到氧化硅膜层；所述工艺气体
A
为氧气
、
氩气和含有体积分数为5％的硅烷的氦气
。4.
根据权利要求1或2所述的一种红外探测器钝化膜的应力调节方法，其特征在于：步骤
(3)
的制备方法如下：保持腔室外壁温度为
40℃
～
60℃
，将腔室本底真空抽至1×
10
‑4Pa
以下，通入工艺气体
C
至腔室中的压强为
7Pa
～
12Pa
且压强稳定，开启射频电源，功率
160W
～
210W
，沉积温度为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆江伟，袁俊，龚晓霞，宋欣波，朱琴，白兰艳，黎秉哲，闫常善，
申请(专利权)人：云南昆物新跃光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：