[发明专利]一种背照式BIB红外探测器硅外延片的制造方法

说明书

本发明涉及一种背照式BIB红外探测器用硅外延片的制造方法，选择N型100掺PH抛光片，电阻率＞10000Ω.cm，不背封衬底，减少衬底自掺杂影响。通过HCL原位高温抛光，以去除表面杂质和缺陷，改善衬底表面质量。通过大流量高温吹除工艺，减少炉腔内自掺杂影响。使用两步三层外延法，背电极层、低阻吸收层同步生长，本征阻挡层分步生长，两步之间大流量H2降温吹除；本征层外延装片前大流量气腐腔体，外延时低速低温生长。本发明通过特殊工艺，在高阻衬底上，制备出了薄层低浓度的背电极层，通过控制自掺杂使得过渡区较为陡直，且本征阻挡层有较宽平区，满足BIB器件设计的要求。

技术领域

本发明属于半导体基础材料硅外延片领域，具体而言，是关于一种背照式BIB远红外探测器硅外延片的制造方法。

背景技术

阻挡杂质带红外探测器(BIB)在天文光子和成像探测领域都有重要应用，具有覆盖波长宽、暗电流低、光电导增益高、响应速度快、抗辐照性能高的优点，是红外天文应用中探测波长大于5μm的首选探测器。BIB红外探测器利用电子吸收光子从杂质带跃迁到导带实现探测的，由于杂质电离能较小，因此能对远红外和太赫兹波段低能光子响应。传统非本征型光电导(ESPC)红外探测器需要高的掺杂浓度来改善吸收性能，但其最大掺杂浓度却受到由此产生的杂质带电导引起的过大暗电流的限制，阻挡杂质带红外探测器巧妙地在电极和红外吸收层之间引入一个本征层(阻挡层)来阻断杂质带内暗电流的传导，使之能够有更高的掺杂浓度。BIB器件阻挡层的结构设计大大降低了器件的暗电流，也因此BIB器件红外吸收层的杂质浓度可以比ESPC器件高1～2个数量级(可达1017数量级)，量子效率得到显著提升。另一方面，BIB器件掺杂浓度的提升和体积较ESPC器件的大为减小，增强了其对宇宙粒子冲击的调节能力，有利于天基天文红外探测。此外，由于BIB探测器中吸收层的高掺杂，杂质能级宽化形成杂质带及禁带宽度变窄，进一步减小了杂质电离能，因此BIB探测器可实现更长波长的红外线探测。

BIB探测器根据主材料和掺杂杂质的不同，可获得不同的光频响应。考虑到硅材料容易获得大直径高纯度的均匀硅单晶，且硅器件工艺成熟，对后期读出电路集成兼容有利，且具备更好的均匀性、稳定性，覆盖波长宽，使得硅类BIB焦平面器件跻身天文5μm以上主流探测器。

传统的BIB材料生长中，简并掺杂的背电极层通过离子注入实现，然而高能量大剂量的离子注入会损伤晶格衬底，引入大量的缺陷，导致器件局部击穿漏电效益，从而造成暗电流。暗电流会给器件带来噪声，从而降低器件的信噪比。同时，新型的BIB红外探测器为了保证探测的精准度，要求吸收层和本征层过渡区尽量窄，本征电阻率尽可能高，吸收层和本征层中掺杂浓度控制精确。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种背照式BIB红外探测器硅外延片的制造方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种背照式BIB红外探测器硅外延片的制造方法，包括以下步骤：

(1)、选择N型100掺PH抛光片，电阻率＞10000Ω.cm，不背封衬底，尺寸为直径10cm、局部平整度≤3μm；

(2)、利用HCL对桶式外延炉进行刻蚀；