專(zhuān)利名稱(chēng)：折射面入光探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種涉及高速、高響應(yīng)度、易 耦合的折射面入光探測(cè)器的制作方法。
背景技術(shù)：
高速高響應(yīng)度的光電探測(cè)器是高速光網(wǎng)絡(luò)的核心器件之一。同時(shí)提高 飽和輸出功率使得它有更廣泛的應(yīng)用，增大它的光耦合容差將大大簡(jiǎn)化封 裝，節(jié)省成本。因此，目前對(duì)光電探測(cè)器的研究集中在提高速度與響應(yīng)度、 增大耦合容差、提高飽和輸出功率這四方面上。面入射的光探測(cè)比波導(dǎo)型 結(jié)構(gòu)的光探測(cè)器的耦合容差大得多，但是為了達(dá)到較高的響應(yīng)度，需要增 加吸收區(qū)的材料厚度以增大光吸收的距離，這增大載流子渡越吸收區(qū)的時(shí) 間，從而降低器件速度和飽和功率。 一種新穎的折射面入射探測(cè)器被提出， 這種結(jié)構(gòu)中光通過(guò)折射以較小的角度通過(guò)吸收區(qū)，并經(jīng)過(guò)P電極金屬的發(fā) 射再次經(jīng)過(guò)吸收區(qū)。經(jīng)計(jì)算，在相同厚度的吸收區(qū)情況下，采用折射面入
射光經(jīng)過(guò)吸收區(qū)的路程約為吸收區(qū)厚度的4倍，這將大大緩解面入射探測(cè)
器響應(yīng)度和速度的矛盾。此類(lèi)器件難點(diǎn)在于刻蝕光滑的入射面，并鍍抗反 射膜的工藝實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)方法鮮有提及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種折射面入光探測(cè)器的制作方法，經(jīng)過(guò)多次實(shí)
驗(yàn)得到一種良好的腐蝕液配比和條件，腐蝕InxGa卜xAsyPh材料的(lll)面 平整光滑能達(dá)到折射鏡面要求，集成了鍍Si02反射膜的功能。
本發(fā)明提供一種折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在于，制作過(guò) 程包括如下步驟步驟1:在襯底上采用M0CVD的方法生長(zhǎng)探測(cè)器材料結(jié)構(gòu)； 步驟2:在探測(cè)器材料結(jié)構(gòu)的上面制作P型歐姆接觸； 步驟3:在p型歐姆接觸的周邊向下刻蝕，形成探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)； 步驟4:在步驟3形成的器件的上表面生長(zhǎng)第一Si02層； 步驟5:在探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的一側(cè)腐蝕掉部分第一Si02層，形成條形 掩模圖形結(jié)構(gòu)；
步驟6:在掩膜圖形結(jié)構(gòu)上，采用化學(xué)腐蝕的方法，向下腐蝕出燕尾
槽；
步驟7:腐蝕掉器件表面的第一Si02層，重新在整個(gè)器件的表面生長(zhǎng) 第二Si02層；
步驟8:在燕尾槽中填入聚合物，使得材料表面平整；腐蝕掉P歐姆
接觸上的第二Si02層；
步驟9:在探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的一側(cè)制作P型金屬電極；
步驟10:將襯底減薄，在襯底的背面制作金屬電極；
步驟11:清除掉燕尾槽中的聚合物，解理芯片，完成整個(gè)器件的制作。
其中所述的襯底的材料為n型(100) InP。
其中所述的探測(cè)器結(jié)構(gòu)的材料為InxGai—xAsyP卜y。
其中所述的條形掩模圖形結(jié)構(gòu)的寬度為20 30mn，長(zhǎng)邊方向是沿襯底 的[O， 1， 一1]晶向，與探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的距離為15 20um。
其中所述的化學(xué)腐蝕方法為采用溴一甲醇溶液，其中溴體積占1%; 腐蝕條件為溶液冰凍10 15分鐘到冰點(diǎn)，腐蝕時(shí)靜止不搖動(dòng)；腐蝕時(shí)間 為10 18分鐘。
其中所述生長(zhǎng)第二Si02層的方法為熱氧化淀積方法，溫度為350°C， 正面厚度為350nm 400nm之間，燕尾槽7中斜面的第二 Si02層的厚度在 180nm 200nm。
其中所述的聚合物是無(wú)光敏的聚合物，使光刻膠的顯影液對(duì)其無(wú)影響。


為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明
5詳細(xì)說(shuō)明如后，其中
圖l是器件整體原理示意圖2是步驟3刻蝕探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)后示意圖3是步驟4刻蝕條形第一 Si02層后形成掩模示意圖4是步驟5刻蝕形成燕尾槽示意圖5是步驟6重新生長(zhǎng)第二 Si02層形成入光面抗反射膜示意圖； 圖6是步驟7燕尾槽中填入聚合物后示意圖； 圖7是步驟7完成P型金屬電極示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先，如圖1所示，在n型InP襯底l上生長(zhǎng)探測(cè)器材料結(jié)構(gòu)2，探 測(cè)器材料結(jié)構(gòu)2包括500mn厚的n摻雜的InP緩沖層，它主要作用是調(diào) 節(jié)晶格失配；700nm的本征InGaAs吸收層，它的作用是吸收入射光產(chǎn)生載 流子；50nm本征的1.2Q層，作為能帶平滑層，減少空穴的堆積；400nmp 型摻雜的InP蓋層；lOOnm重?fù)诫sp型InGaAs接觸層(為現(xiàn)有技術(shù))，作用 是進(jìn)行P型歐姆接觸。然后，在探測(cè)器結(jié)構(gòu)2上熱蒸發(fā)上lOOnm的Au/Zn 合金作為P型歐姆接觸3，光刻出探測(cè)器圖形掩模；依次用碘化鉀腐蝕掉 Au/Zn，用Br2/HBr腐蝕液腐蝕到InP緩沖層，形成探測(cè)器結(jié)構(gòu)4如圖2 所示。其中，上述制作P型歐姆接觸3的方法，也可以采用帶膠剝離 Ti/Pt/Au的方法；探測(cè)器結(jié)構(gòu)2的刻蝕也可以采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的 方法形成。
如圖3，在以上步驟形成器件上用氣象外延沉積(PECVD)或者熱化學(xué)沉 積(CVD)的方法生長(zhǎng)第一Si02層5，厚度約為200nm，并腐蝕部分第一 Si02 層5形成條形掩模圖形結(jié)構(gòu)6;其中條形掩模圖形結(jié)構(gòu)6的長(zhǎng)邊沿
方向，距離探測(cè)器距離L 15um;再在條形掩模圖形結(jié)構(gòu)6內(nèi)進(jìn)行入光斜 面的腐蝕，條件為冰水中放12分鐘的1。％的溴-甲醇溶液，溶液靜止不晃 動(dòng)的腐蝕13分鐘；得到燕尾槽7如圖4所示，深度約為30iim，斜面長(zhǎng)度 約30um，斜面與豎直方向夾角約為25. 3度，這樣可以滿(mǎn)足側(cè)面光纖對(duì)準(zhǔn) 的要求。這里采用Si02作為溴-甲醇腐蝕溶液的掩模，是因?yàn)榧状际怯袡C(jī) 溶液，普通光刻膠都溶于甲醇溶液中。常見(jiàn)的刻蝕InP系材料(l，l，l)面的各種方法，比如用H3P04/H202/H20系溶液、檸檬酸/H202/H20系溶液以及溴
甲醇系溶液；但是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，(l，l，l)面?zhèn)缺谫|(zhì)量和溶液的百分比、刻
蝕時(shí)間、溫度、掩模圖形的形狀、腐蝕條件(晃動(dòng)或靜止)等關(guān)系密切。上
述試驗(yàn)的條件細(xì)節(jié)能刻蝕出光滑的InP材料(l， 1， l)表面，表面粗糙度 小于O. lum，可以當(dāng)作入光反射鏡面。
光由空氣入射到反射鏡面上，由于工nP材料折射率在通訊波長(zhǎng)約為 3.16，與空氣折射率差較大，會(huì)存在30%的反射。為了減小反射，需要進(jìn) 行抗反射膜的制作。為此，將上述第一Si02層5完全腐蝕干凈，再次利用 化學(xué)氣象沉積(CVD)的方法生長(zhǎng)第二 Si02層8，保證沉積在芯片正面的第 二 Si02層8厚度350 400nm之間，這樣斜面上生長(zhǎng)的第二 Si02層8厚度 約為180nm，經(jīng)過(guò)計(jì)算采用180nm的Si02材料作為單層反射膜能使得斜面 入射的1.55mn波長(zhǎng)的光反射最小。經(jīng)過(guò)摸索，采用CVD的方法沉積的第 二Si02層8，使燕尾槽7的入光斜面上附著的能力很好，正面沉積和斜面 沉積速度保持一定比例，約為2: 1，并且表面第二 Si02層8的材料平整 度很好。而采用PECVD生長(zhǎng)的第二Si02層8，燕尾槽7的入光斜面附著第 二 Si02層8的厚度約為正面附著厚度的1/4。
如圖6，燕尾槽7中填入聚酰亞胺9，采用普通的光刻工藝將除燕尾 槽7外其余地方的聚酰亞胺去掉，使得芯片表面較為平整。其目的是為了 防止后續(xù)工藝步驟中進(jìn)行光刻時(shí)光刻膠堆積到燕尾槽中影響光刻。其中， 燕尾槽7中填入的物質(zhì)作用就是為了使得芯片平整以方便后續(xù)工藝的進(jìn)
行，只要該物質(zhì)對(duì)光刻膠的顯影液無(wú)反應(yīng)且可以清洗，都能采用。
然后如圖7，采用普通的光刻工藝，腐蝕掉第二Si02層8位于探測(cè)器 頂層部分，再濺射TiAu電極，并刻蝕形成p型金屬電極10。同時(shí)由于燕 尾槽7中填入聚酰亞胺9，使得入光面不會(huì)附著上TiAu。接著將襯底1減 薄到IOO咖后，在芯片背面蒸發(fā)Au/Ge/Ni約200nm作為N型金屬電極11， 再利用丙酮浸泡去掉聚酰亞胺9，留下潔凈的入光斜面。最后將芯片進(jìn)行 解理，其中一個(gè)解理位置在燕尾槽7內(nèi)，露出入光面，工藝完成。
權(quán)利要求
1、一種折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在于，制作過(guò)程包括如下步驟步驟1在襯底上采用MOCVD的方法生長(zhǎng)探測(cè)器材料結(jié)構(gòu)；步驟2在探測(cè)器材料結(jié)構(gòu)的上面制作p型歐姆接觸；步驟3在p型歐姆接觸的周邊向下刻蝕，形成探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)；步驟4在步驟3形成的器件的上表面生長(zhǎng)第一SiO2層；步驟5在探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的一側(cè)腐蝕掉部分第一SiO2層，形成條形掩模圖形結(jié)構(gòu)；步驟6在掩膜圖形結(jié)構(gòu)上，采用化學(xué)腐蝕的方法，向下腐蝕出燕尾槽；步驟7腐蝕掉器件表面的第一SiO2層，重新在整個(gè)器件的表面生長(zhǎng)第二SiO2層；步驟8在燕尾槽中填入聚合物，使得材料表面平整；腐蝕掉p歐姆接觸上的第二SiO2層；步驟9在探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的一側(cè)制作p型金屬電極；步驟10將襯底減薄，在襯底的背面制作金屬電極；步驟11清除掉燕尾槽中的聚合物，解理芯片，完成整個(gè)器件的制作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在 于，其中所述的襯底的材料為n型(100)InP。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在 于，其中所述的探測(cè)器結(jié)構(gòu)的材料為InxGa卜xAsyP卜y。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在 于，其中所述的條形掩模圖形結(jié)構(gòu)的寬度為20 30um，長(zhǎng)邊方向是沿襯底 的[O， 1， 一1]晶向，與探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的距離為15 20um。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在 于，其中所述的化學(xué)腐蝕方法為采用溴一甲醇溶液，其中溴體積占1%;腐蝕條件為溶液冰凍10 15分鐘到冰點(diǎn)，腐蝕時(shí)靜止不搖動(dòng)；腐蝕時(shí)間 為10 18分鐘。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在 于，其中所述生長(zhǎng)第二Si02層的方法為熱氧化淀積方法，溫度為350。C， 正面厚度為350nm 400nm之間，燕尾槽7中斜面的第二 Si02層的厚度在 180nm 200nm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射面入光探測(cè)器的制作方法，其特征在 于，其中所述的聚合物是無(wú)光敏的聚合物，使光刻膠的顯影液對(duì)其無(wú)影響。
全文摘要
一種折射面入光探測(cè)器的制作方法，制作過(guò)程包括如下步驟步驟1在襯底上采用MOCVD的方法生長(zhǎng)探測(cè)器材料結(jié)構(gòu)；步驟2在探測(cè)器材料結(jié)構(gòu)的上面制作p型歐姆接觸；步驟3在p型歐姆接觸的周邊向下刻蝕，形成探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)；步驟4在步驟3形成的器件的上表面生長(zhǎng)第一SiO₂層；步驟5在探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的一側(cè)腐蝕掉部分第一SiO₂層，形成條形掩模圖形結(jié)構(gòu)；步驟6在掩膜圖形結(jié)構(gòu)上，采用化學(xué)腐蝕的方法，向下腐蝕出燕尾槽；步驟7腐蝕掉器件表面的第一SiO₂層，重新在整個(gè)器件的表面生長(zhǎng)第二SiO₂層；步驟8在燕尾槽中填入聚合物，使得材料表面平整；腐蝕掉p歐姆接觸上的第二SiO₂層；步驟9在探測(cè)器臺(tái)面結(jié)構(gòu)的一側(cè)制作p型金屬電極；步驟10將襯底減薄，在襯底的背面制作金屬電極；步驟11清除掉燕尾槽中的聚合物，解理芯片，完成整個(gè)器件的制作。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101609857SQ20081011518
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者帆 周, 廖栽宜, 張?jiān)葡? 圩 王, 趙玲娟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所