铂硅纳米线红外探测器及其制作方法
【专利摘要】一种铂硅纳米线红外探测器，所述铂硅纳米线红外探测器包括P型外延硅衬底层、铂硅薄膜光敏层、P型多晶硅盖帽层、减反射膜层，P型外延硅衬底层、铂硅薄膜光敏层、P型多晶硅盖帽层、减反射膜层依次层叠在一起；所述铂硅薄膜光敏层即为铂硅纳米线；所述铂硅纳米线红外探测器的工作模式采用正照方式。本发明的有益技术效果是：利用铂硅纳米线可增加吸收率，同时，铂硅纳米线顶端存在极大的边缘场，产生雪崩倍增效应，大幅度提高铂硅红外探测器的量子效率；增加P型多晶硅盖帽层，可使光生热空穴的逃逸机率增加一倍，并且阻止了减反射膜层内的可动电荷与光生自由电子交换，降低铂硅红外探测器的噪声及暗电流；探测器采用正照方式，大幅简化了封装工艺，提高了器件的可靠性。
【专利说明】铂硅纳米线红外探测器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种红外探测器，尤其涉及一种钼硅纳米线红外探测器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]采用PtSi/P-Si肖特基势垒探测器制作的钼硅红外焦平面阵列器件具有像元集成度高、光响应均匀性好、芯片稳定性好等特点，应用范围十分广泛，但与InSb、HgTeCd红外探测器比较，钼硅红外探测器量子效率低I个数量级以上；多年来，技术人员一直致力于提闻钼娃红外探测器量子效率的研究。
【发明内容】
[0003]针对【背景技术】中的问题，本发明提出了一种钼硅纳米线红外探测器，其结构为:所述钼硅纳米线红外探测器包括P型外延硅衬底层、钼硅薄膜光敏层、P型多晶硅盖帽层、减反射膜层，P型外延硅衬底层、钼硅薄膜光敏层、P型多晶硅盖帽层、减反射膜层依次层叠在一起；所述钼硅薄膜光敏层即为钼硅纳米线；所述钼硅纳米线红外探测器的工作模式采用正照方式。
[0004]前述钼硅纳米线红外探测器的工作原理是:红外辐射从正面入射，经减反射膜层透射后，光子能量小于Si禁带宽度的红外光穿过P型多晶硅盖帽层到达钼硅薄膜光敏层，并在钼硅薄膜光敏层中激发出电子-空穴对，能量超过势垒高度的热空穴越过PtSi/P-Si势垒，进入P型外延硅衬底层和P型多晶硅盖帽层，这就使得钼硅薄膜光敏层内有电子的积累，而P型外延硅衬底层和P型多晶硅盖帽层内有空穴的积累，P型外延硅衬底层和P型多晶硅盖帽层均接地，钼硅薄膜光敏层内积累的电子通过二极管收集，完成对红外辐射的探测；由于红外光线在钼硅薄膜光敏层内的钼硅纳米线之间多次反射，增加了钼硅薄膜对红外辐射的吸收率，纳米结构的钼硅薄膜光敏层与P型外延硅衬底层形成肖特基势垒接触，存在较大的边缘场效应，产生较大的边缘电场，光生电子发生雪崩倍增效应，增加探测器的量子效率；在钼硅钠米上增加一层P型多晶硅盖帽层，可使光生热空穴的逃逸机率增加一倍，并且阻止了减反射膜中的可动电荷与光生自由电子交换，降低钼硅红外探测器的噪声及暗电流；同时，本发明的探测器采用正照方式，可实现对紫外、可见光、中波红外多光谱探测，与背照方式相比，除了存在前述优点外，还大幅简化了封装工艺，提高了器件的可靠性。
[0005]基于现有红外探测器上的常规结构，本发明的钼硅纳米线红外探测器上也设置有输出二极管、P+沟阻、电极引线、P+扩散地和N保护环。
[0006]为了进一步提高钼硅薄膜光敏层对红外辐射的吸收率，所述P型外延硅衬底层表面还层叠有铝反射镜层；经P型外延硅衬底层透射出的未被钼硅薄膜光敏层吸收的红外线，由铝反射镜层反射后，可以再次到达钼硅纳米线光敏层并被其吸收。
[0007]优选地，所述减反射膜层采用氧化铪薄膜。
[0008]基于前述器件，本发明还提出了一种钼硅纳米线红外探测器制作方法，其工艺步骤为:
1)提供P型外延硅衬底层；
2)在P型外延硅衬底层的上表面生长栅氧介质层，在栅氧介质层表面淀积氮化硅介质
层；
3)采用硼扩散工艺在P型外延硅衬底层上形成P+沟阻和P+扩散地；
4)采用磷离子注入工艺在P型外延硅衬底层上分别形成输出二极管和N保护环；
5)采用等离子刻蚀工艺将光敏区范围内的氮化硅介质层刻蚀掉；采用湿法腐蚀工艺将光敏区范围内的栅氧介质层腐蚀掉；裸露出来的P型外延硅衬底层区域为光敏区窗口 ；
6)采用超高真空溅射工艺在光敏区范围淀积钼膜并原位退火；采用钼辅助刻蚀工艺湿法腐蚀光敏区窗口，形成硅纳米线，用王水腐蚀去掉钼膜；
7)腐蚀掉硅纳米线上的自然氧化层，采用超高真空溅射工艺在光敏区淀积钼膜并原位退火，在硅纳米线上生成钼硅薄膜，形成钼硅纳米线，钼硅纳米线即为钼硅薄膜光敏层；用王水腐蚀去掉未反应的钼膜；
8)利用PECVD工艺在光敏区及光敏区外围淀积低温二氧化硅薄膜；
9)采用光刻工艺将光敏区范围内的低温二氧化硅薄膜腐蚀掉；
10)采用超高真空溅射工艺在光敏区及光敏区外围淀积P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅盖帽层。
[0009]11)采用腐蚀剥离的方法，去掉光敏区外围的低温二氧化硅及P型多晶硅薄膜；
12)采用磁控溅射工艺在P形多晶硅盖帽层上淀积氧化铪减反射膜层；
13)采用光刻工艺形成引线孔；
14)利用磁控溅射工艺在探测器正面淀积铝膜，光刻形成电极引线；
15)背面抛光，利用磁控溅射工艺在探测器背面淀积铝膜，形成铝反射镜层。
[0010]本发明的有益技术效果是:利用钼硅纳米线可增加吸收率，同时，钼硅纳米线顶端存在极大的边缘场，产生雪崩倍增效应，大幅度提高钼硅红外探测器的量子效率；增加P型多晶硅盖帽层，可使光生热空穴的逃逸机率增加一倍，并且阻止了减反射膜层内的可动电荷与光生自由电子交换，降低钼硅红外探测器的噪声及暗电流；探测器采用正照方式，大幅简化了封装工艺，提高了器件的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1、本发明的结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为:铝反射镜层1、P型外延硅衬底层2、钼硅薄膜光敏层3、P型多晶硅盖帽层4、减反射膜层5、输出二极管6、P+沟阻7、电极引线8、P+扩散地9、N保护环10、栅氧介质层11、氮化硅介质层12。
【具体实施方式】
[0012]一种钼硅纳米线红外探测器，其结构为:所述钼硅纳米线红外探测器包括P型外延硅衬底层2、钼硅薄膜光敏层3、P型多晶硅盖帽层4、减反射膜层5，P型外延硅衬底层2、钼硅薄膜光敏层3、P型多晶硅盖帽层4、减反射膜层5依次层叠在一起；所述钼硅薄膜光敏层3即为钼硅纳米线；所述钼硅纳米线红外探测器的工作模式采用正照方式。[0013]进一步地，所述钼硅纳米线红外探测器上还设置有输出二极管6、P+沟阻7、电极引线8、P+扩散地9和N保护环10。
[0014]进一步地，所述P型外延硅衬底层2背面还层叠有铝反射镜层I。
[0015]进一步地，所述减反射膜层5采用氧化铪薄膜。
[0016]一种钼硅纳米线红外探测器制作方法，其步骤为:
1)提供P型外延硅衬底层2;
2)在P型外延硅衬底层2的上表面生长栅氧介质层11，在栅氧介质层11表面淀积氮化娃介质层12 ；
3)采用硼扩散工艺在P型外延硅衬底层2上形成P+沟阻7和P+扩散地9；
4)采用磷离子注入工艺在P型外延硅衬底层2上分别形成输出二极管6和N保护环
10 ；
5)采用等离子刻蚀工艺将光敏区范围内的氮化硅介质层12刻蚀掉；采用湿法腐蚀工艺将光敏区范围内的栅氧介质层11腐蚀掉；裸露出来的P型外延硅衬底层2区域为光敏区
窗口 ；
6)采用超高真空溅射工艺在光敏区范围淀积钼膜并原位退火；采用钼辅助刻蚀工艺湿法腐蚀光敏区窗口，形成硅纳米线，用王水腐蚀去掉钼膜；
7)腐蚀掉硅纳米线上的自然氧化层，采用超高真空溅射工艺在光敏区淀积钼膜并原位退火，在硅纳米线上生成钼硅薄膜，形成钼硅纳米线，钼硅纳米线即为钼硅薄膜光敏层3 ；用王水腐蚀去掉未反应的钼膜；
8)利用PECVD工艺在光敏区及光敏区外围淀积低温二氧化硅薄膜；
9)采用光刻工艺将光敏区范围内的低温二氧化硅薄膜腐蚀掉；
10)采用超高真空溅射工艺在光敏区及光敏区外围淀积P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅盖帽层4。
[0017]11)采用腐蚀剥离的方法，去掉光敏区外围的低温二氧化硅及P型多晶硅薄膜；
12)采用磁控溅射工艺在P形多晶硅盖帽层4上淀积氧化铪减反射膜层5；
13)采用光刻工艺形成引线孔；
14)利用磁控溅射工艺在探测器正面淀积铝膜，光刻形成电极引线8；
15)背面抛光，利用磁控溅射工艺在探测器背面淀积铝膜，形成铝反射镜层I。
【权利要求】
1.一种钼硅纳米线红外探测器，其特征在于:所述钼硅纳米线红外探测器包括P型外延硅衬底层(2)、钼硅薄膜光敏层(3)、P型多晶硅盖帽层(4)、减反射膜层(5)，P型外延硅衬底层(2)、钼硅薄膜光敏层(3)、P型多晶硅盖帽层(4)、减反射膜层(5)依次层叠在一起；所述钼硅薄膜光敏层(3)即为钼硅纳米线；所述钼硅纳米线红外探测器的工作模式采用正照方式。
2.根据权利要求1所述的钼硅纳米线红外探测器，其特征在于:所述钼硅纳米线红外探测器上还设置有输出二极管(6)、P+沟阻(7)、电极引线(8)、P+扩散地(9)和N保护环(10)。
3.根据权利要求1所述的钼硅纳米线红外探测器，其特征在于:所述P型外延硅衬底层(2 )背面还层叠有铝反射镜层(I)。
4.根据权利要求1所述的钼硅纳米线红外探测器，其特征在于:所述减反射膜层(5)采用氧化铪薄膜。
5.一种钼硅纳米线红外探测器制作方法，其特征在于:按如下步骤制作钼硅纳米线红外探测器: . 1)提供P型外延硅衬底层(2)； .2 )在P型外延硅衬底层(2 )的上表面生长栅氧介质层(11)，在栅氧介质层(11)表面淀积氮化硅介质层(12)； . 3)采用硼扩散工艺在P型外延硅衬底层(2)上形成P+沟阻(7)和P+扩散地(9)； .4)采用磷离子注入工艺在P型外延硅衬底层(2)上分别形成输出二极管(6)和N保护环(10)； . 5)采用等离子刻蚀工艺将光敏区范围内的氮化硅介质层(12)刻蚀掉；采用湿法腐蚀工艺将光敏区范围内的栅氧介质层(11)腐蚀掉；裸露出来的P型外延硅衬底层(2)区域为光敏区窗口； . 6)采用超高真空溅射工艺在光敏区范围淀积钼膜并原位退火；采用钼辅助刻蚀工艺湿法腐蚀光敏区窗口，形成硅纳米线，用王水腐蚀去掉钼膜； .7)腐蚀掉硅纳米线上的自然氧化层，采用超高真空溅射工艺在光敏区淀积钼膜并原位退火，在硅纳米线上生成钼硅薄膜，形成钼硅纳米线，钼硅纳米线即为钼硅薄膜光敏层(3)；用王水腐蚀去掉未反应的钼膜； .8)利用PECVD工艺在光敏区及光敏区外围淀积低温二氧化硅薄膜； .9)采用光刻工艺将光敏区范围内的低温二氧化硅薄膜腐蚀掉； .10)采用超高真空溅射工艺在光敏区及光敏区外围淀积P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅盖帽层(4); .11)采用腐蚀剥离的方法，去掉光敏区外围的低温二氧化硅及P型多晶硅薄膜； .12)采用磁控溅射工艺在P形多晶硅盖帽层(4)上淀积氧化铪减反射膜层(5)； .13)采用光刻工艺形成引线孔； .14)利用磁控溅射工艺在探测器正面淀积铝膜，光刻形成电极引线(8)； .15)背面抛光，利用磁控溅射工艺在探测器背面淀积铝膜，形成铝反射镜层(I)。
【文档编号】H01L31/0352GK103794673SQ201410081602
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】李华高, 熊平, 钟四成 申请人:中国电子科技集团公司第四十四研究所