[发明专利]一种预沉积扩散源制备铟镓砷光电探测器芯片的扩散方法

说明书

本发明公开了一种预沉积扩散源制备铟镓砷光电探测器芯片的扩散方法，它涉及化合物半导体器件制造的扩散工艺。其通过磁控溅射的方式在制备有氮化硅扩散掩膜的铟镓砷外延片上预沉积上一层锌扩散源，采用等离子增强化学气相沉积设备将锌扩散源覆盖起来，在快速退火炉中进行开管高温梯度扩散，完成化合物半导体铟镓砷外延片的锌扩散工艺。本发明扩散出的铟镓砷光电探测芯片光电性能片内、片间均匀性好、重复性好，可根据快速退火炉尺寸相应扩大铟镓砷外延片尺寸，特别适合三五族化合物半导体探测器芯片的生产。

技术领域

本发明属于化合物半导体掺杂的扩散方法领域，涉及铟镓砷光电探测器的光敏芯片pn结的制作方法，具体为一种预沉积扩散源制备铟镓砷光电探测器芯片的扩散方法。

背景技术

铟镓砷光电探测器可对0.9—1.7μm波长的光信号进行探测，在1.55—1.57μm波长具有良好响应，在该波段具有对人眼安全、大气传输性能好等特点，在军、民光电信号探测上获得了广泛的应用。

目前铟镓砷光电探测器主要分为台面型和平面型两类。台面型光电探测器往往是在外延片制备过程中就将器件芯片的pn结制备好，然后通过刻蚀的方法形成一个个的光电探测器光敏芯片。台面型光电探测器对制备工艺要求严苛，在台面刻蚀过程中容易引入杂质污染，且侧壁钝化难度大，导致光电器件暗电流较大、可靠性低、均匀性差。平面型铟镓砷光电探测器芯片是通过高温锌扩散的方式，在具有顶层磷化铟的铟镓砷外延片上制备出芯片的pn结，其具有工艺窗口范围宽、暗电流小、可靠性高等优点。传统平面型铟镓砷光电探测器芯片的pn结是将二磷化三锌(Zn₃P₂)和需扩散的铟镓砷外延片放置到石英管内，石英管抽高真空，高温熔封石英管，将石英管推入高温扩散炉中保温几分钟，拉出石英管冷却后开管取出完成制备的。

但是石英熔封闭管扩散存在以下问题：石英熔封闭管扩散适合小基片扩散，随着基片尺寸的扩大，熔封的石英管也随之增大，导致扩散均匀性变差。这主要是因为1)石英尺寸扩大后，导致石英管各部分的温场均匀性变差；2)Zn₃P₂扩散源是通过在高真空中升华形成饱和蒸气压实现Zn扩散的，Zn₃P₂为颗粒源，扩散空间的扩大导致石英管内存在明显的浓度梯度。InGaAs化合物的石英熔封闭管扩散，很难实现大面积、大批量、高成品率的生产。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种预沉积扩散源制备铟镓砷光电探测器芯片的扩散方法，用于实现铟镓砷光电探测器芯片大基片尺寸、高均匀性、高成品率的制作。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种预沉积扩散源制备光电探测器芯片的扩散方法，其采用磁控溅射镀膜设备，以磁控溅射的方式在需要光刻有扩散掩膜的InGaAs外延片表面预沉积上一层Zn₃P₂做为扩散源；采用等离子增强化学气相沉积设备沉积一层氮化硅将沉积的Zn₃P₂扩散源覆盖住，并在快速退火炉中进行高温梯度扩散；扩散完后采用感应耦合等离子刻蚀设备将覆盖的氮化硅刻蚀干净，InGaAs外延片表面剩余的Zn₃P₂扩散源采用盐酸溶液腐蚀干净；进行正电极和背电极制备。