[發明專利]帶有應力平衡層的大規模銦鎵砷焦平面探測器及制備方法

有效

• 申請號: 201910618698.6
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110444607B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 程吉鳳;李雪;邵秀梅;鄧雙燕;陳郁;楊波;馬英杰;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: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/0224;H01L31/0216;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種帶有應力平衡層的大規模銦鎵砷焦平面探測器及制備方法，所述的大規模銦鎵砷焦平面探測器在半絕緣InP襯底的背面有應力平衡層。探測器制備的具體步驟如下：1)淀積氮化硅刻蝕掩膜，2)臺面刻蝕，3)開N槽，4)生長P電極，5)快速熱退火，6)淀積氮化硅鈍化膜，7)開P、N電極孔，8)生長加厚電極，9)生長應力平衡層，10)金屬化并生長銦柱，11)銦柱剝離并劃片。本發明的優點在于：大面陣焦平面探測器平面度好，銦柱形貌更均一，器件耦合連通率高，制備工藝更簡單，器件成品率高。

技術領域

本發明是關于焦平面探測器的制備技術，具體是指一種帶有應力平衡層的大規模銦鎵砷焦平面探測器及制備方法，它適用于制備高密度、高可靠性的臺面型銦鎵砷焦平面探測器。所述的大規模是指2000×2000元以上，所述的高密度是指中心距10μm及以下。

背景技術

短波紅外銦鎵砷探測器具有高探測率、高量子效率、室溫工作等優異性能，在軍事、民用以及航空航天領域有廣泛應用價值。隨著短波紅外成像技術向高分辨率發展的技術需求，需要開發高性能的大規模、高密度的銦鎵砷焦平面探測器的制備工藝方法。

銦鎵砷探測器芯片的剖面結構如附圖所示，它由半絕緣InP襯底(1)、N⁺型InP層(2)、組分漸變的N⁺型In_xAl_1-xAs緩沖層(3)、In_xGa_1-xAs吸收層(4)、P⁺型In_xAl_1-xAs帽層(5)、氮化硅SiN_x鈍化膜(6)、P電極(7)、加厚電極(8)、UBM Au電極(9)、銦柱(10)以及絕緣InP襯底(1)的背面的SiNx應力平衡層(11)組成；

目前，延伸波長銦鎵砷探測器的工藝主要包括以下主要步驟：

步驟1.在外延片上沉積刻蝕掩膜；

步驟2.通過干法刻蝕和濕法腐蝕結合的方法形成臺面；

步驟3.通過濕法腐蝕在外延片上開N槽；

步驟4.在P孔表面電子束蒸發生長T i/Pt/Au作為P電極；

步驟5.在器件表面淀積氮化硅鈍化膜；

步驟6.通過干法刻蝕在外延片上開P、N電極孔；

步驟7.在P電極上和N區表面，濺鍍Cr/Au金屬膜作為加厚電極；

步驟8.在加厚電極上光刻出金屬化孔，濺射Au金屬膜；

步驟9.在金屬化膜上光刻出銦孔，生長In柱。

步驟10.劃片

隨著延伸波長銦鎵砷焦平面向大規模、高密度、高靈敏度方向發展，在現有的延伸波長銦鎵砷焦平面探測器芯片制備工藝過程中，對于2000×2000元及更大規模的面陣器件，光敏元尺寸≤10μm，其材料尺寸較大，臺面密度較高，存在以下問題：

由于延伸波長材料晶格失配，材料外延層對基地表現為壓應力，材料外延層呈中心向外凸起的拱形形變；對于單元器件，器件平面度對性能不造成明顯影響，對于需要與電路耦合的面陣器件，器件平面度是關系要連通率的至關重要因素，尤其對于規模較大、尺寸較大的器件，材料應力帶來的器件平面度問題是阻礙連通率達標的難題；

在高密度小像素的光敏芯片陣列研制中，由于ICPCVD鈍化膜致密性較高，應力較大，該步驟工藝引入的應力會造成器件整體應力形變，加劇面陣器件的平面度問題；

在高密度大面陣器件的多道光刻工藝中，隨著光刻偏差的積累，后端光刻對準難度逐漸增大，尤其是末端的金屬化、生長銦柱的光刻對準偏差很大，銦孔與金屬的接觸面積降低，直接影響著銦柱的形貌、均勻性問題；