[發明專利]一種延伸波長的平面型銦鎵砷紅外探測器芯片制備方法

無效

• 申請號: 201310327079.4
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103413863A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 楊波;鄧洪海;朱龍源;邵秀梅;李雪;李淘;唐恒敬;魏鵬;王云姬;龔海梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及的紅外探測器芯片制備方法，具體是指一種背照射平面型銦鎵砷（InGaAs）紅外探測器芯片制備工藝。

背景技術

銦鎵砷探測器在室溫下有較高的量子效率，使其在軍事和商業領域得到廣泛的應用。襯底和帽層的吸收抑制了銦鎵砷探測器在可見光波段的量子效率。常規銦鎵砷探測器的響應光譜范圍在短波紅外波段范圍。對于某些需要同時探測可見光和短波紅外的應用，如微光夜視，需要采用兩個分離的探測器分別進行探測，成像系統復雜，系統尺寸和重量較大。本專利提出一種延伸波長的平面型銦鎵砷紅外探測器芯片制備方法，可以同時探測可見光和短波紅外輻射，同時保持和傳統銦鎵砷探測器相當的量子效率和暗電流。采用這種方法制備的銦鎵砷紅外探測器芯片，可以被應用于微光夜視等領域。

發明內容

本發明創新性地提出了采用具有阻擋層結構的銦鎵砷外延材料，通過一種干法和濕法相結合的新工藝，在利用常規工藝制備器件后實現磷化銦襯底的剝離，提高了探測器在可見光波段的量子效率，實現探測波段向短波方向延伸，同時在常規波段也能保持和傳統的銦鎵砷探測器一致的性能。

本發明所使用的銦鎵砷外延材料結構如附圖1所示，它包括半絕緣磷化銦襯底1、N型銦鎵砷腐蝕阻擋層2、N型磷化銦接觸層3、銦鎵砷本征吸收層4、N型磷化銦帽層5。本發明的延伸波長的平面型銦鎵砷紅外探測器芯片結構如附圖2所示，它包括N型磷化銦接觸層3、銦鎵砷本征吸收層4、N型磷化銦帽層5、氮化硅擴散掩膜層6、光敏元擴散區7、氮化硅鈍化層8、P電極9、加厚電極10、銦柱11、讀出電路12、環氧樹脂13。本發明的延伸波長的平面型銦鎵砷紅外探測器芯片制備工藝是在現有工藝基礎之上，在劃片后加入襯底減薄的工藝。將芯片與讀出電路倒焊，充膠，利用干法和濕法相結合的方法去除磷化銦襯底，然后通過選擇性濕法腐蝕去除銦鎵砷腐蝕阻擋層。如附圖3所示，具體的芯片制備工藝步驟流程如下：

1）在傳統的平面型銦鎵砷外延材料中生長一層銦鎵砷腐蝕阻擋層；

2）按常規工藝制備背照射平面型光敏芯片；

3）芯片清洗，依次使用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇、去離子水清洗外延片，氮氣吹干；

4）與讀出電路倒焊，將讀出電路12和芯片通過銦柱倒焊在一起；

5）充膠，在讀出電路和芯片之間充入環氧樹脂13，在50℃下固化48小時以上；

6）去除襯底，采用干法和濕法相結合的方法去除磷化銦襯底1，正面涂光刻膠保護后于65℃熱板上烘烤120min，采用化學機械拋光去除大部分磷化銦襯底，拋光轉速為12轉/分鐘，然后采用濕法腐蝕去除剩余的磷化銦襯底，腐蝕液采用36.5%鹽酸溶液和磷酸溶液的混合液，其體積配比為3：1，腐蝕溫度為25℃；

7）去除腐蝕阻擋層，濕法腐蝕銦鎵砷腐蝕阻擋層2，腐蝕液采用50%酒石酸溶液和雙氧水的混合液，其體積配比為5：1，腐蝕溫度為35℃；

8）光刻膠剝離，三氯乙烯浸泡，丙酮浮膠，乙醇清洗，氮氣吹干；

9）芯片測試。

本發明的優點在于：

A.采用一種低損傷的減薄工藝，利用干法和濕法相結合的方法去除磷化銦襯底，然后通過選擇性濕法腐蝕去除銦鎵砷腐蝕阻擋層，襯底減薄后器件表面晶格損傷較小，并且可以有效控制襯底減薄后InP層厚度，從而提高器件在可見波段的量子效率。

B．通過優化充膠工藝和化學機械拋光工藝，可以實現不同規格的延伸波長的平面型銦鎵砷紅外面陣探測器芯片制備。

C.在實現波長延伸的同時，在常規波段也能保持和傳統的銦鎵砷探測器相當的量子效率和暗電流。

附圖說明

圖1為本發明的銦鎵砷外延材料的結構圖。

圖2為本發明的平面型銦鎵砷探測器的剖面結構示意圖。

圖3為本發明的工藝步驟流程圖。

圖4為本發明的實施例工藝步驟流程圖。

圖中：

1——半絕緣InP襯底；

2——銦鎵砷腐蝕阻擋層；

3——N型InP接觸層；

4——銦鎵砷本征吸收層；

5——N型InP帽層；

6——氮化硅擴散掩膜層；

7——光敏元擴散區；

8——氮化硅鈍化層；

9——P電極；

10——加厚電極；

11——銦柱；

12——讀出電路；

13——環氧樹脂。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方法作進一步地詳細說明。