[发明专利]带有应力平衡层的大规模铟镓砷焦平面探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种带有应力平衡层的大规模铟镓砷焦平面探测器及制备方法，所述的大规模铟镓砷焦平面探测器在半绝缘InP衬底的背面有应力平衡层。探测器制备的具体步骤如下：1)淀积氮化硅刻蚀掩膜，2)台面刻蚀，3)开N槽，4)生长P电极，5)快速热退火，6)淀积氮化硅钝化膜，7)开P、N电极孔，8)生长加厚电极，9)生长应力平衡层，10)金属化并生长铟柱，11)铟柱剥离并划片。本发明的优点在于：大面阵焦平面探测器平面度好，铟柱形貌更均一，器件耦合连通率高，制备工艺更简单，器件成品率高。

技术领域

本发明是关于焦平面探测器的制备技术，具体是指一种带有应力平衡层的大规模铟镓砷焦平面探测器及制备方法，它适用于制备高密度、高可靠性的台面型铟镓砷焦平面探测器。所述的大规模是指2000×2000元以上，所述的高密度是指中心距10μm及以下。

背景技术

短波红外铟镓砷探测器具有高探测率、高量子效率、室温工作等优异性能，在军事、民用以及航空航天领域有广泛应用价值。随着短波红外成像技术向高分辨率发展的技术需求，需要开发高性能的大规模、高密度的铟镓砷焦平面探测器的制备工艺方法。

铟镓砷探测器芯片的剖面结构如附图所示，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)、氮化硅SiN_x钝化膜(6)、P电极(7)、加厚电极(8)、UBM Au电极(9)、铟柱(10)以及绝缘InP衬底(1)的背面的SiNx应力平衡层(11)组成；

目前，延伸波长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.通过湿法腐蚀在外延片上开N槽；

步骤4.在P孔表面电子束蒸发生长T i/Pt/Au作为P电极；

步骤5.在器件表面淀积氮化硅钝化膜；

步骤6.通过干法刻蚀在外延片上开P、N电极孔；

步骤7.在P电极上和N区表面，溅镀Cr/Au金属膜作为加厚电极；

步骤8.在加厚电极上光刻出金属化孔，溅射Au金属膜；

步骤9.在金属化膜上光刻出铟孔，生长In柱。

步骤10.划片

随着延伸波长铟镓砷焦平面向大规模、高密度、高灵敏度方向发展，在现有的延伸波长铟镓砷焦平面探测器芯片制备工艺过程中，对于2000×2000元及更大规模的面阵器件，光敏元尺寸≤10μm，其材料尺寸较大，台面密度较高，存在以下问题：

由于延伸波长材料晶格失配，材料外延层对基地表现为压应力，材料外延层呈中心向外凸起的拱形形变；对于单元器件，器件平面度对性能不造成明显影响，对于需要与电路耦合的面阵器件，器件平面度是关系要连通率的至关重要因素，尤其对于规模较大、尺寸较大的器件，材料应力带来的器件平面度问题是阻碍连通率达标的难题；

在高密度小像素的光敏芯片阵列研制中，由于ICPCVD钝化膜致密性较高，应力较大，该步骤工艺引入的应力会造成器件整体应力形变，加剧面阵器件的平面度问题；

在高密度大面阵器件的多道光刻工艺中，随着光刻偏差的积累，后端光刻对准难度逐渐增大，尤其是末端的金属化、生长铟柱的光刻对准偏差很大，铟孔与金属的接触面积降低，直接影响着铟柱的形貌、均匀性问题；