[发明专利]原子尺度多层复合膜钝化的延伸波长铟镓砷探测器及方法

说明书

本发明公开了一种原子尺度多层复合膜钝化的延伸波长铟镓砷探测器及方法，其结构为：在半绝缘InP衬底上，依次为N⁺型InP层，组分渐变的N⁺型In_xAl_1‑xAs缓冲层，In_xGa_1‑xAs吸收层，P⁺型In_xAl_1‑xAs帽层，多层氧化铝和氮化硅复合膜，P电极，加厚电极。本发明的优点在于：原子层淀积生长的多层氧化铝薄膜具有优秀的台阶覆盖性，薄膜非常平滑且连续无针孔；原子层沉积具有自清洁作用，能去除表面侧面的自然氧化物，使得器件的表面侧面电流得到抑制；由于原子层沉积的自限制性，使得氧化铝生长速率缓慢，所以采用原子层沉积多层氧化铝和感应耦合等离子体沉积氮化硅结合的方式生长多层氧化铝和氮化硅复合膜作为钝化膜的结构，有利于改善台面型延伸波长铟镓砷探测器表面和侧面钝化。

技术领域

本发明涉及红外探测器的制备技术，具体是指一种原子尺度的多层复合膜钝化的延伸波长铟镓砷探测器及其制备方法，它适用于制备大面阵、小像元、高深宽比、高灵敏度、高可靠性的高密度台面型铟镓砷探测器焦平面。

背景技术

延伸波长铟镓砷焦平面探测器向大规模、高密度、高灵敏度的方向发展，对于1280×1024元及更大规模的面阵器件，光敏元尺寸≤15μm，台面型器件之间的刻蚀隔离槽≤2μm，为了解决高深宽比、高密度器件的钝化需求，进一步降低器件暗电流，需要开发在原子尺度上的器件钝化工艺新方法。

台面型延伸波长铟镓砷探测器的剖面结构如附图1所示，它由半绝缘InP衬底1、N⁺型InP层2、组分渐变的N⁺型In_xAl_1-xAs缓冲层3、In_xGa_1-xAs吸收层4、P⁺型In_xAl_1-xAs帽层5、多层氧化铝6和氮化硅7复合膜、P电极8、加厚电极9组成。目前，台面型铟镓砷探测器的工艺主要包括以下主要步骤：

步骤1.在外延片上沉积刻蚀掩膜；

步骤2.通过干法刻蚀和湿法腐蚀结合的方法形成台面；

步骤3.通过湿法腐蚀去除残留的氮化硅掩膜；

步骤4.通过湿法腐蚀在外延片上开N槽；

步骤5.在P孔表面电子束蒸发生长Ti/Pt/Au作为P电极；

步骤6.在器件表面淀积氮化硅钝化膜；

步骤7.通过干法刻蚀在外延片上开P、N电极孔；

步骤8.在P电极上和N区表面，溅镀Cr/Au金属膜作为加厚电极。

在现有的台面型铟镓砷焦平面探测器芯片制备工艺过程中，通常采用感应耦合等离子体化学气相沉淀积生长的氮化硅钝化膜实现台面型探测器的表面侧面钝化，该钝化方式对降低探测器暗电流密度发挥了较好的作用，钝化膜生长前表面处理和钝化膜生长流程控制是器件性能保障的关键。随着探测器向高密度、小像素、大面阵方向发展，高密度、高深宽比台面器件的表面侧面钝化面临新的问题，感应耦合等离子体化学气相沉淀积生长的氮化硅钝化膜在高密度、高深宽比台面侧面的覆盖性差。因此，需要针对性的发展一种台阶覆盖性好、表面侧面钝化效果好的适配高密度、高深宽比台面器件的钝化膜，从而降低延伸波长铟镓砷探测器的暗电流。

发明内容

基于上述高密度、高深宽比台面型探测器芯片制备工艺中存在的问题，本发明创新性地提出了一种原子尺度的多层复合膜钝化的延伸波长铟镓砷探测器及其制备方法，使得钝化膜的台阶覆盖性好，并且钝化膜的钝化效果好，器件暗电流密度小。