專利名稱：鈍化InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器制作方法
技術領域：
本發明屬于半導體光電子領域，尤其是指一種鈍化InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器制作方法。
背景技術：
最近幾年，InAs/GaSb 二類超晶格材料日益受到重視，因為InAs/feiSb 二類超晶格中的InAs的導帶底比InAs/feSb的價帶頂還要低，從而電子和空穴空間分離，俄歇復合率大大減小，載流子壽命較長，而且在長波及甚長波波段，InAs/GaSb 二類超晶格對俄歇復合的抑制作用也較明顯。基于以上無可比擬的優勢，InAs/feSb 二類超晶格探測器已經成為紅外探測方面最為活躍的領域，是第三代紅外焦平面探測器的理想代表之一。然而，相對Si、GaAs、InP等成熟材料，我們對這種新的材料系還知之不多，還有很多物理和工藝方面的問題需要去解決。例如和其他III-V族元素相比，GaSb的表面化學反應更活潑，當feSb表面暴露在空氣中時，形成的氧化物將引入了大量的表面態，加大了表面復合速度，形成表面電流泄漏的通道，極大程度地退化了器件的性能，這是長期困擾Sb 基器件的一個主要問題。另外，在工藝制作中，當周期性的晶體結構在半導體-空氣的界面上突然中止時，形成了大量的懸掛鍵和不飽和鍵。由于氧化物和前步工藝留下來的粘污物 (如光刻膠，水等)使這些懸掛鍵和不飽和鍵成為高反應的位置，導致能帶在界面上發生了彎曲，增加了陷阱輔助隧穿電流、輻射復合等表面泄漏電流，導致了暗電流電流的增加，表現為微分電阻與面積乘積(ROA)的減少(R0A是取得高探測率，低噪聲探測器的關鍵參數， ROA越大越好)。隨著探測波長增加，帶隙減少，特別當器件尺寸急劇減小時(例如對大面積焦平面列陣，其每個像元的尺度< 30X30 μ m)，表面泄漏電流成為限制探測器性能的一個最主要的因素。通過表面鈍化可以解決表面泄漏電流問題，所以尋找有效的鈍化技術和鈍化材料已經經成為InAs/feSb 二類超晶格焦平面芯片制備工藝中的重中之重，這對于使用 InAs/GaSb 二類超晶格材料來實現第三代高性能焦平面陣列成像系統具有是非常重要的意義。目前，見諸報道的InAs/feSb 二類超晶格材料鈍化方法和材料可以說是各種各樣，五花八門。每種鈍化似乎都有它的不足之處，就是同種鈍化方法也會在不同的實驗室而產生不同的鈍化效果，這也加劇了鈍化技術的困難。在III-V族材料光電器件工藝中，SW2 是最被普遍采用的鈍化材料，其工藝制作非常成熟。但是對InAs/feSb 二類超晶格材料，采用S^2作為鈍化材料，通常表面電阻大約能夠增加1個數量級。它的主要缺點就是為了得到致密的鈍化膜，通常采用PECVD在基片溫度300°C的條件下來淀積SiO2，超晶格材料暴露在這么高的溫度中，會導致了整個器件的性能的退化。所以，對于InAs/feSb探測器使用單獨S^2作為鈍化材料的并不多。而樹脂材料如常用的聚酰亞胺、負性光刻膠等具有良好的抗腐蝕能力、工藝制作簡單，可以和后續工藝兼容等優點，可以作為InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器的合適鈍化材料。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鈍化InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器制作方法，其是采用該制作方法鈍化的器件具有較低的暗電流，ROA增加。其具有制造工藝不復雜、鈍化膜強度大，鈍化效果好等特點。本發明提供一種鈍化InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器制作方法，包括如下步驟步驟1 采用金屬化學有機氣相沉積方法或分子束外延方法，在(iaSb襯底上依次生長P型(iaSb緩沖層、P型InAs/feiSb 二類超晶格層、本征InAs/feiSb 二類超晶格光吸收層、N型InAs/feiSb 二類超晶格層和N型InAs歐姆接觸層，形成外延片；步驟2 把外延片在超聲波下依次使用三氯乙烯、丙酮和甲醇在50°C條件下熱煮5 分鐘，然后使用異丙醇脫水，吹干，放在烘箱里烘干；步驟3 對外延片進行光刻，然后采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法，對外延片進行腐蝕或刻蝕；步驟4 在溫度為50°C的條件下，使用丙酮在超聲波下熱煮三遍，去掉光刻膠 ’然后使用負膠去膜劑在60-70°C條件下熱煮10分鐘，接著用去離子水沖洗10分鐘，使用異丙醇脫水，吹干，放在烘箱里烘干；步驟5 使用甩膠機在刻蝕后的外延片的表面上涂覆樹脂材料；步驟6 將涂覆樹脂材料的外延片，在烘箱或熱板上進行前烘，去除樹脂材料中的稀釋劑，進行曝光；步驟7 進行中烘，顯影，在涂覆樹脂材料的外延片上形成上電極和光進入窗口和下電極窗口，后烘固化；步驟8 在形成窗口的外延片上，制作電極材料；步驟9 對電極材料進行光刻，形成上電極和下電極，該上電極的中間為光進入窗 Π ；步驟10 去膠清洗，烘干，完成紅外探測器的工藝制作。其中所述的涂覆樹脂材料為SU-8負性光刻膠、聚酰亞胺或AZ系列負性光刻膠。其中所選擇的電極材料為Ti/Au。其中所述的腐蝕或刻蝕，其腐蝕或刻蝕的深度到達P型feiSb緩沖層之內。其中所述的吹干的氣體為N2。
為了進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖對本發明做一詳細地描述，其中圖1是發明中的InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器外延片的結構圖；圖2是光刻后，經過濕法腐蝕或干法刻蝕形成圖形的截面圖；圖3是涂覆樹脂材料包裹起整個外延片表面時的截面圖；圖4是顯影后形成的光注入窗口和電極窗口的截面圖；圖5是濺射電極后的圖形；圖6是腐蝕出電極材料，并留出電極和光注入窗口時的圖形。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發明提供一種一種鈍化InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器制作方法，包括如下步驟步驟1 采用金屬化學有機氣相沉積方法或分子束外延方法，在feiSb襯底1上依次生長P型feiSb緩沖層2、P型InAs/feiSb 二類超晶格層3、本征InAs/feiSb 二類超晶格光吸收層4、N型InAs/feiSb 二類超晶格層5和N型InAs歐姆接觸層6，形成外延片，其結構如圖1所示；步驟2 把外延片在超聲波下依次使用三氯乙烯、丙酮和甲醇在50°C條件下熱煮5 分鐘，然后使用異丙醇脫水，使用隊吹干，放在烘箱里烘干；步驟3 利用設計好的光刻版對外延片進行第一次光刻，然后采用檸檬酸⑴磷酸(1)雙氧水(1)去離子水的進行腐蝕，所述的腐蝕深度到達P型feiSb緩沖層2之內；步驟4 在溫度為50°C的條件下，使用丙酮在超聲波下熱煮三遍，去掉光刻膠；然后使用負膠去膜劑在60-70°C條件下熱煮10分鐘，接著用去離子水沖洗10分鐘，使用異丙醇脫水，N2吹干，放在烘箱里烘干，經腐蝕和去膠清洗后所形成圖形的橫截面如圖2所示； 具有潔凈的側壁及表面是取得好的鈍化效果的保證；步驟5 使用甩膠機在刻蝕后的外延片的表面上涂覆樹脂材料7，所述的涂覆樹脂材料7為SU-8-2002型號的負性光刻膠，勻膠機的轉數3千轉/每秒，較厚約為2微米左右， 制作的圖形橫截面如圖3所示；步驟6 將涂覆樹脂材料7的外延片，在烘箱或熱板上在95°C的溫度下前烘3分鐘，去除樹脂材料中的稀釋劑，進行曝光。根據所使用的光刻機的曝光強度，選定曝光時間為 85s ；步驟7 然后再在95°C熱板的上，進行中烘3-5分鐘；當烘烤1分鐘的時候能夠看到光刻圖形，證明曝光時間合適；接著使用SU-8專用顯影液顯20s左右后把外延片浸泡在異丙醇清洗，經顯影后在涂覆樹脂材料7的外延片上形成上電極和光進入窗口 71和下電極窗口 72。在140°C的烘箱中后烘(固化)15分鐘，所形成圖形的橫截面如圖4所示；步驟8 在形成窗口的外延片上，制作電極材料8，所選擇的電極材料8為Ti/Au， 如圖5所示；步驟9 對電極材料8進行光刻，形成上電極81和下電極82，該上電極81的中間為光進入窗口 83 ；步驟10 去膠清洗，烘干，完成紅外探測器的工藝制作，制作好的探測器的橫截面圖如圖6所示；盡管參照其特定的實施例詳細地展示和描述了本發明，但還應該指出，對于本專業領域的技術人員來說，可對其形式和細節進行各種改變，而不脫離所附權利要求限定的保護范圍。
權利要求
1.一種鈍化InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器制作方法，包括如下步驟步驟1 采用金屬化學有機氣相沉積方法或分子束外延方法，在feiSb襯底上依次生長P 型(iaSb緩沖層、P型InAs/feiSb 二類超晶格層、本征InAs/feiSb 二類超晶格光吸收層、N型 InAs/GaSb 二類超晶格層和N型InAs歐姆接觸層，形成外延片；步驟2 把外延片在超聲波下依次使用三氯乙烯、丙酮和甲醇在50°C條件下熱煮5分鐘，然后使用異丙醇脫水，吹干，放在烘箱里烘干；步驟3 對外延片進行光刻，然后采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法，對外延片進行腐蝕或刻蝕；步驟4 在溫度為50°C的條件下，使用丙酮在超聲波下熱煮三遍，去掉光刻膠；然后使用負膠去膜劑在60-70°C條件下熱煮10分鐘，接著用去離子水沖洗10分鐘，使用異丙醇脫水，吹干，放在烘箱里烘干；步驟5 使用甩膠機在刻蝕后的外延片的表面上涂覆樹脂材料；步驟6:將涂覆樹脂材料的外延片，在烘箱或熱板上進行前烘，去除樹脂材料中的稀釋劑，進行曝光；步驟7:進行中烘，顯影，在涂覆樹脂材料的外延片上形成上電極和光進入窗口和下電極窗口，后烘固化；步驟8 在形成窗口的外延片上，制作電極材料；步驟9 對電極材料進行光刻，形成上電極和下電極，該上電極的中間為光進入窗口 ；步驟10 去膠清洗，烘干，完成紅外探測器的工藝制作。
2.根據權利1要求所述的鈍化InAs/feSb二類超晶格紅外探測器的制作方法，其中所述的涂覆樹脂材料為SU-8負性光刻膠、聚酰亞胺或AZ系列負性光刻膠。
3.根據權利要求1所述的鈍化InAs/feSb二類超晶格紅外探測器制作方法，其中所選擇的電極材料為Ti/Au。
4.根據權利1要求所述的鈍化InAs/feSb二類超晶格紅外探測器制作方法，其中所述的腐蝕或刻蝕，其腐蝕或刻蝕的深度到達P型feiSb緩沖層之內。
5.根據權利1要求所述的鈍化InAs/feSb二類超晶格紅外探測器制作方法，其中所述的吹干的氣體為N2。
全文摘要
一種鈍化InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器制作方法，包括采用金屬化學有機氣相沉積方法或分子束外延方法，在襯底上依次生長緩沖層、二類超晶格層、本征二類超晶格光吸收層、N型二類超晶格層和N型歐姆接觸層，形成外延片；對外延片進行光刻，然后采用濕法腐蝕或干法刻蝕的方法，對外延片進行腐蝕或刻蝕；使用甩膠機在刻蝕后的外延片的表面上涂覆樹脂材料；進行曝光；進行中烘，顯影，在涂覆樹脂材料的外延片上形成上電極和光進入窗口和下電極窗口，制作電極材料；對電極材料進行光刻，形成上電極和下電極；本發明是采用該制作方法鈍化的器件具有較低的暗電流，ROA增加；其具有制造工藝不復雜、鈍化膜強度大，鈍化效果好等特點。
文檔編號H01L31/18GK102569521SQ201210023049
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月2日 優先權日2012年2月2日
發明者張艷華, 曹玉蓮, 馬文全 申請人:中國科學院半導體研究所