專利名稱：碲銦汞光電探測器芯片制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于半導體光電探測器件制造技術(shù)領域，涉及一種碲銦汞光電探測器芯片制作方法。
背景技術(shù)：
對于制造光電探測的窄禁帶半導體碲銦汞光伏器件而言，半導體光電探測器件制作方法對器件性能影響很大。構(gòu)成肖特基勢壘的金屬和半導體之間引入適當厚度的絕緣介質(zhì)膜(氧化膜)，當改變金-半界面之間絕緣層的厚度與性質(zhì)，也可以達到改變肖特基勢壘的目的，從而提高器件的性能水平。一些具體的實驗結(jié)果也表明當金-半間的氧化層厚度從零增加到一定的厚度時，開路電壓和量子效率均由明顯增加。當氧化層厚度大于最佳厚度時，量子效率開始下降。計算表明適當?shù)难趸瘜幽苁剐ぬ亟Y(jié)的開路電壓比無氧化層增加30％，量子效率增加35％。其主要原因是界面層厚度的增加使二極管對氧化層的勢壘高度有所增加，使金-半之間勢壘高度Vb有所下降，而開路電壓有所提高。碲銦汞光電材料要想做成理想的肖特基結(jié)器件，氧化層的厚度的控制以及膜層的質(zhì)量非常關(guān)鍵，膜層的好壞直接影響肖特基勢壘高度，從而影響碲銦汞器件性能。依靠碲銦汞材料自身氧化所形成的絕緣層應該是最好的。通過自身氧化膜來完成表面鈍化的方法有陽極硫化、陽極氧化、陽極氟化、化學自身氧化。但使用陽極化和化學氧化所形成氧化物薄膜的均勻性很差，而且形成的膜層溫度穩(wěn)定性較差，不符合絕緣層的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碲銦汞光電探測器芯片制作方法，以便于在低溫環(huán)境下依靠晶片自身氧化生長出表面均勻，膜層致密，熱穩(wěn)定性好的氧化層。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了一種碲銦汞光電探測器芯片制作方法，經(jīng)過碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片表面處理、晶片表面生長氧化層、晶片表面的氧化層上生長鈍化保護層、去除探測器光敏區(qū)的鈍化層、在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜、在晶片表面蒸發(fā)或濺射上一層透明金屬電極(ITO)薄膜、利用光刻技術(shù)及剝離工藝，最后去除電極以外區(qū)域的ITO膜形成肖特基接觸電極結(jié)構(gòu)，在晶片表面生長氧化層以及在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜是利用等離子增強化學氣相淀積(PECVD)系統(tǒng)依靠自身氧化生長而成。
碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片表面處理是用0.2％溴甲醇溶液去除表面損傷層、殘留雜質(zhì)以及自然氧化層后，用甲醇及去離子水沖洗干凈。
所述的晶片表面生長氧化層是將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽真空度1-150帕并加熱晶片至40℃-200℃溫度，通入80sccm-20sccm氧氣(O2)或20sccm-5sccm一氧化二氮(N2O)并使之在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，產(chǎn)生的等離子氧與碲銦汞反應形成1nm-30nm氧化層。
晶片表面的氧化層上生長鈍化保護層是在20℃-200℃的溫度向PECVD反應室通入16--40sccm的硅烷(SiH4)與10--30sccm一氧化二氮(N2O)硅烷(SiH4)，抽真空度至1-150帕，在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，生長一層厚度不低于150nm的二氧化硅(SiO2)薄膜作為鈍化保護膜。
利用光刻技術(shù)及濕法腐蝕工藝形成肖特基接觸窗口。
在接觸窗口內(nèi)形成碲銦汞氧化膜是將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽真空度1-150帕并加熱晶片至40℃-200℃溫度，通入20sccm-80sccm氧氣(O2)或5sccm-20sccm一氧化二氮(N2O)并使之在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，產(chǎn)生的等離子氧與碲銦汞反應在光敏區(qū)形成5nm-30nm的碲銦汞等離子氧化膜。
在晶片表面蒸發(fā)或用磁控濺射系統(tǒng)濺射一層ITO作為肖特基結(jié)，射上的一層透明金屬電極(ITO)薄膜為60nm--160nm厚度的透明金屬電極(ITO)薄膜。
形成碲銦汞氧化膜的成分為35％--45％的In2O3、45％--55％TeO2TeO2，余下為HgO。
射頻電場頻率為13.56MHz、或70MHz或2.45GHz。
本發(fā)明使用等離子氧化所形成的膜層具有以下的特點1、能夠長時間存放，具有良好熱穩(wěn)定性。2、能夠與碲銦汞表面形成良好的接觸，有很好的黏附性。3、膜層有好的均勻性。4、在形成氧化膜的同時出去表面損傷層。5、為碲銦汞材料整體的一部分，可獲得優(yōu)良的界面，其電學性能滿足器件要求，表面固定電荷少。6、好的介電特性，高的電阻率、介電常數(shù)、折射率。
由于采用等離子氧化技術(shù)使得碲銦汞樣片氧化膜具有均勻、致密、穩(wěn)定等優(yōu)點提高肖特基勢壘，所以與ITO透明金屬電極形成肖特基結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了肖特基型光電探測器是一種多子器件的特性，沒有“少子”的存貯效應，開關(guān)時間短，具有良好的高頻特性和開光特性，而且提高開路電壓與效率。


圖1為本發(fā)明的碲銦汞光電探測器制作工藝路線。
圖1中，標號1為Hg3In2Te6晶片 標號2為SiO2鈍化保護層 標號3為Hg3In2Te6本征氧化層 標號4為ITO透明金屬電極具體實施方案如圖1所示，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明經(jīng)過碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片表面處理、晶片1表面生長氧化層、晶片表面的氧化層上生長鈍化保護層2、去除探測器光敏區(qū)的鈍化層、在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜3(Hg3In2Te6本征氧化層)、在晶片表面蒸發(fā)或濺射上一層透明金屬電極(ITO)薄膜4、利用光刻技術(shù)及剝離工藝，最后去除電極以外區(qū)域的ITO膜形成肖特基接觸電極結(jié)構(gòu)，在晶片表面生長氧化層以及在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜是利用等離子增強化學氣相淀積(PECVD)系統(tǒng)依靠自身氧化生長而成。碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片表面處理是將碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片去除表面損傷層、殘留雜質(zhì)以及自然氧化層后，沖洗干凈即可。碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片用0.2％溴甲醇溶液去除表面損傷層、殘留雜質(zhì)以及自然氧化層后，用甲醇及去離子水沖洗干凈。晶片表面生長氧化層是將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽真空度1-150帕并加熱晶片至40℃-200℃溫度，通入80sccm-20sccm氧氣(O2)或20sccm-5sccm一氧化二氮(N2O)并使之在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，產(chǎn)生的等離子氧與碲銦汞反應形成1nm-30nm氧化層。晶片表面的氧化層上生長鈍化保護層是在20℃-200℃的溫度向PECVD反應室通入16-40sccm的硅烷(SiH4)與10-30sccm一氧化二氮(N2O)硅烷(SiH4)，抽真空度1-150帕，在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，生長一層厚度不低于150nm的二氧化硅(SiO2)薄膜作為鈍化保護膜。在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜是將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽真空度1-150帕單位并加熱晶片至40℃-200℃溫度，通入80sccm-20sccm氧氣(O2)或20sccm-5sccm一氧化二氮(N2O)并使之在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，產(chǎn)生的等離子氧與碲銦汞反應在光敏區(qū)形成5nm-30nm的碲銦汞等離子氧化膜。利用光刻技術(shù)及濕法腐蝕工藝，去除探測器肖特基接觸窗口的鈍化層后，在晶片表面蒸發(fā)或用磁控濺射系統(tǒng)濺射一層ITO作為肖特基結(jié)，射上的一層透明金屬電極(ITO)薄膜為60nm--160nm厚度的透明金屬電極(ITO)薄膜。光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜的成分為35％-45％的In2O3、45％-55％TeO2，余下為HgO。射頻電場頻率為13.56MHz、或70MHz或2.45GHz。去除電極以外區(qū)域的ITO膜，與碲銦汞晶體材料形成對0.5～3.0μm波長范圍輻射透明的肖特基接觸電極結(jié)構(gòu)。最后通過晶片切割、測試篩選、引線焊接、封裝，形成碲銦汞光電探測器。
實施例1將碲銦汞晶片1先用溴甲醇清洗，用甲醇及去離子水沖洗干凈(圖1中步驟a)。
將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽高真空(1帕)并加熱晶片至150℃溫度，通入20sccm一氧化二氮(N2O)并在射頻電場頻率為13.56MHz下功率為30W放電電離2分鐘后，氧化一層厚度15nm為氧化膜。
在170℃溫度向反應室通入16sccm的硅烷(SiH4)與20sccm一氧化二氮(N2O)生長一層厚度為250nm二氧化硅(SiO2)薄膜作為鈍化保護膜(圖1中步驟b)。
利用光刻技術(shù)及濕法腐蝕工藝，開窗口去除探測器肖特基接觸窗口的鈍化層(圖1中步驟c)。
再次利用PECVD方法，將樣片加熱至100℃溫度，通入20sccm一氧化二氮(N2O)并在射頻電場頻率為13.56MHz下功率為30W放電電離4分鐘，在光敏區(qū)窗口底部晶體形成30nm的碲銦汞等離子氧化膜3(圖1中步驟d)。
利用磁控濺射方法，通入0.2sccm的氧氣，在晶片濺射上一層厚度約120nm透明金屬電極(ITO)薄膜4，從而與碲銦汞形成肖特基接觸(圖1中步驟e)。
利用光刻技術(shù)及剝離工藝，去除電極以外區(qū)域的ITO膜形成肖特基接觸電極結(jié)構(gòu)(圖1中步驟f)。
通過晶片切割、測試篩選、引線焊接、封裝形成碲銦汞光電探測器。
實施例2將碲銦汞晶片先用溴甲醇清洗，用甲醇及去離子水沖洗干凈。
將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽高真空并加熱晶片至160℃溫度，通入80sccm氧氣(O2)并在射頻電場頻率為13.56MHz下功率為30W放電電離4分鐘后氧化一層厚度15nm為氧化膜。
生長二氧化硅(SiO2)薄膜方法如實施例1。
利用光刻技術(shù)及濕法腐蝕工藝，去除探測器肖特基接觸區(qū)的鈍化層。
再次利用PECVD方法，將樣片加熱至100℃溫度，通入80sccm氧氣(O2)并在射頻電場頻率為13.56MHz下功率為30W放電電離6分鐘，在光敏區(qū)形成30nm的碲銦汞等離子氧化膜。
其余步驟同實施例1相同。
最后所應說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種碲銦汞光電探測器芯片制作方法，經(jīng)過碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片表面處理、晶片表面生長氧化層、晶片表面的氧化層上生長鈍化保護層、去除探測器光敏區(qū)的鈍化層、在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜、在晶片表面蒸發(fā)或濺射上一層透明金屬電極(ITO)薄膜、利用光刻技術(shù)及剝離工藝，最后去除電極以外區(qū)域的ITO膜形成肖特基接觸電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在晶片表面生長氧化層以及在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜是利用等離子增強化學氣相淀積(PECVD)系統(tǒng)依靠自身氧化生長而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片表面處理是將碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片去除表面損傷層、殘留雜質(zhì)以及自然氧化層后，沖洗干凈即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，碲銦汞(Hg3In2Te6)晶片用0.2％溴甲醇溶液去除表面損傷層、殘留雜質(zhì)以及自然氧化層后，用甲醇及去離子水沖洗干凈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，所述的晶片表面生長氧化層是將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽真空度1-150帕并加熱晶片至40℃-200℃溫度，通入80sccm-20sccm氧氣(O2)或20sccm-5sccm一氧化二氮(N2O)并使之在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，產(chǎn)生的等離子氧與碲銦汞反應形成1nm-30nm氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，晶片表面的氧化層上生長鈍化保護層是在20℃-200℃的溫度向PECVD反應室通入16-40sccm的硅烷(SiH4)與10-30sccm一氧化二氮(N2O)硅烷(SiH4)，抽真空度1-150帕，在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，生長一層厚度不低于0.15μm二氧化硅(SiO2)薄膜作為鈍化保護膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，在光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜是將表面清洗干凈的碲銦汞晶片放置到PECVD的反應室中，抽真空度1-150帕位并加熱晶片至40℃-200℃溫度，通入80sccm-20sccm氧氣(O2)或20sccm-5sccm一氧化二氮(N2O)并使之在射頻電場功率為10W-100W條件下放電電離，產(chǎn)生的等離子氧與碲銦汞反應在光敏區(qū)形成5nm-30nm的碲銦汞等離子氧化膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，在晶片表面蒸發(fā)或用磁控濺射系統(tǒng)濺射一層ITO作為肖特基結(jié)，射上的一層透明金屬電極(ITO)薄膜為60nm——160nm厚度的透明金屬電極(ITO)薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，光敏區(qū)形成碲銦汞氧化膜的成分為35％-45％的In2O3、45％-55％TeO2，余下為HgO。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲銦汞光電探測器芯片制作方法，其特征在于，射頻電場頻率為13.56MHz、70MHz或2.45GHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碲銦汞光電探測器芯片制作方法，經(jīng)過碲銦汞(Hg
文檔編號H01L31/18GK101060144SQ20061001766
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者孫維國, 魯正雄, 張亮, 趙嵐, 成彩晶, 趙鴻燕 申請人:中國空空導彈研究院