[发明专利]一种氮化物紫外雪崩光电探测器及其制作方法

说明书

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种氮化物紫外雪崩光电探测器及其制作方法；所述氮化物紫外雪崩光电探测器的芯片结构包括：P型层、N型层、上电极和下电极，其中所述P型层设置于N型层上方，经刻蚀和光刻工艺露出部分N型层，所述上电极置于P型层上方，所述下电极置于N型层露出部分上方，所述上电极与下电极位于芯片同面，芯片表面除电极区域外均覆盖介质膜，所述介质膜为双层复合膜，由内至外分别为SiN_X介质膜和BCB介质膜；本发明利用SiN_X介质膜的致密性特点和BCB材料介电常数低的特点，完成对台阶侧壁和底部全覆盖，减少产生气泡和空洞等工艺问题；提高紫外探测器的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种氮化物紫外雪崩光电探测器及其制作方法。

背景技术

基于氮化物半导体制备的全固态紫外雪崩光电探测器(Avalanche PhotodiodeDetector，APD)用于探测极微弱的紫外光信号，具有体积小、重量轻、功耗低、成本低廉等优点，在军用和民用方面都具有重要的应用价值和发展前景，如紫外告警与制导、碳氢化合物燃烧火焰的探测、生化基因的检测、紫外天文学的研究、短距离的通信以及皮肤病的治疗等。

该类氮化物半导体APD器件必须使用台面型结构，且在台面刻蚀工艺后必须进行表面钝化和处理以减小刻蚀带来的表面及界面损伤。传统的处理方法是在台面刻蚀工艺和表面处理后，淀积复合结构的SiO₂/SiN_X介质膜或单层BCB膜钝化，这种处理方法能够适用于大部分低偏压工作的光电探测器，但对于在高电压(80-120伏特)、高频率条件下工作的紫外雪崩光电探测器而言，具有一定局限性，体现在以下几个方面：1)在高频工作时，淀积多层复合结构SiO₂/SiN_X复合介质膜的寄生电容对紫外雪崩探测器噪声产生较大影响；2)氮化物材料本身对介质膜表面应力更敏感，氧化硅(SiO₂)为疏松多孔结构，氮化硅(SiN_X)膜虽然较致密但随厚度增加时应力迅速增大，当紫外雪崩探测器在高电压下工作时，芯片自热效应明显，此时介质膜的应力和粘附性问题显得突出，3)SiO₂材料在空气中非常容易吸潮，严重影响钝化界面状态；4)当使用单层BCB膜时，易产生空洞和气泡，台阶覆盖率差。即使对材料表面进行硫化处理，也因硫化物化学稳定性较差，而导致器件存在可靠性问题。

综上所述，使用传统的介质膜结构和工艺方法制备的氮化物紫外雪崩光电探测器易出现暗电流大、噪声大、可靠性差等问题，影响了器件的灵敏度和环境适应性。

发明内容

为了解决上述传统复合结构的SiO₂/SiN_X介质膜或单层BCB膜钝化工艺技术造成的寄生电容高、厚膜应力大、吸潮等问题，本发明发现采用SiNx膜和BCB膜的组合可以克服单层BCB膜与材料本身粘附不好的问题；并且进一步发现SiNx膜在经六甲基二硅胺处理后和BCB膜的粘附性很好，同时利用SiNx具有台面覆盖性好的优点，采用“BCB+SiNx”膜的结构可以完成对台阶侧壁和底部全覆盖，不易产生气泡和空洞等工艺问题。本发明针对台面型紫外探测器，提出新的表面钝化工艺，提供一种氮化物紫外雪崩光电探测器及其制作方法。该方法利用BCB介电常数低、粘附性及热稳定性好，不吸潮的优点，采用氮化硅与BCB相结合的复合膜结构和工艺方法，克服采用传统的“氮化硅+二氧化硅”单层或复合介质膜寄生电容大、吸潮、高电压下稳定性差、厚膜应力大的缺陷，以及使用单层BCB膜时表面稳定性差等问题。

在本发明的第一方面，本发明提供了一种氮化物紫外雪崩光电探测器，所述氮化物紫外雪崩光电探测器的芯片结构包括：P型层、N型层、上电极和下电极，所述P型层设置于N型层上方，经刻蚀和光刻工艺露出部分N型层，所述上电极置于P型层上方，所述下电极置于N型层露出部分上方，所述上电极与下电极位于芯片同面，芯片表面除电极区域外均覆盖介质膜，所述介质膜为双层复合膜，由内至外分别为SiN_X介质膜和BCB介质膜。