一种具有极紫外金属滤膜的SiC基极紫外探测器的制作方法

一种具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器
技术领域
1.本发明涉及一种具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器，属于宽禁带半导体光电探测器件技术领域。


背景技术：

2.极紫外光指电磁波谱中波长范围为121nm-10nm的电磁辐射，其光子能量从10.25ev到124ev，在光电子能谱、太阳成像和极紫外(euv)光刻等领域具有重要应用，其中，euv光刻机是半导体集成电路14nm、7nm、5nm的工艺制程的关键设备，其核心部件为13.5nm euv光源和euv探测器。为满足光刻需求，euv光源需具备高输出功率(百瓦量级)、小功率波动、高可靠性和稳定性的特性；euv探测器需具备高灵敏度、高抑制比、低噪声、高抗辐射能力、高稳定性的特性，euv探测器在13.5nm euv光刻系统中具有多个应用功能，包括：(1)光源功率标定(中心焦点13.5nm的euv光功率需达到250w，且13.5nm的euv光经过多次反射后会产生损耗，需进行功率标定与监控)；(2)光源光谱标定(即确定euv光源的出光波长为13.5nm)；(3)光源稳定性监控(euv探测器需具备长程稳定性)；(4)光斑定位。
3.目前，市场上常见的euv探测器为ird公司的硅(si)基探测器。si的禁带宽度为1.12ev，波段响应范围覆盖近红外-可见-紫外范围，对可见光具有强烈的响应；si材料对紫外及极紫外具有强烈的吸收效果，导致si探测器在紫外(200nm-400nm)与极紫外波段(10nm-121nm)的量子效率极低，在制备euv探测器时，需进行特殊的紫外与极紫外增强型结构设计以及特殊工艺流程设计和改进；且si的抗辐射能力较差。
4.以碳化硅(sic)和iii族氮化物为代表的宽禁带半导体是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料，具有禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强以及化学稳定性优等特点，用于耐高温、高效能的高频大功率器件以及工作于紫外与极紫外波段的光探测器件，具有显著的材料性能优势。
5.目前，市场上已出现商业化的gan和sic紫外探测器，主要探测的波长范围为200nm-400nm，结构以pin结构和schottky结构为主，在euv波段范围，亦有关于sic基极紫外探测器的研究，主要为schottky结构和薄欧姆接触层pin结构。由于sic材料的禁带宽度为3.26ev，这两种sic基极紫外探测器在紫外波段(200nm-380nm)都具有强烈的响应，且在100nm-20nm的euv波段亦有较高的量子效率，在用于13.5nm euv光刻系统中时，可能会存在光污染的情况，导致对13.5nm euv光强度的监控产生偏差。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器，目的是解决sic基schottky结构和pin结构用于13.5nm euv光刻系统中时，存在的光污染情况下，导致强度测量精度偏低的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器，4h-sic肖特基金属电极为金属
锆层或金属锆层与其它金属层的复合结构。
9.上述探测器对13.5nm euv光具有高选择性，对波长大于20nm的电磁辐射无响应。
10.4h-sic肖特基金属电极在蒸镀结束后，100-400℃低温退火30-180s，即可。
11.当4h-sic肖特基金属电极为金属锆层与其它金属层的复合结构时，金属锆层覆盖在表面，其它金属层的厚度为0.005-0.03微米。其它金属层为ni、au、ti或pt的单层或多层金属复合结构，进一步优选为ni/au合金层。
12.上述4h-sic肖特基金属电极优选为金属锆层。单层金属锆层时的量子效率优于复合结构。
13.上述具有金属滤膜的sic基极紫外探测器，不同于常规schottky结构4h-sic探测器，该探测器有效感光区域表面覆盖金属zr，利用金属zr的光学特性，在13.5nm处具有良好的透过性，带外具有良好的抑制，在保证4h-sic探测器在13.5nm处的响应外，有效抑制了该器件在紫外波段(200nm-380nm)、真空紫外波段(200nm-100nm)及极紫外波段(100nm-20nm)的量子效率，有效提升了该器件在13.5nm处的抑制比，降低了euv光刻系统中光学污染引起的噪声。该器件的肖特基电极可以是zr单层金属，也可以是ni、au、zr、ti、pt等多种金属的复合结构。
14.为保证该具有极紫外金属滤膜sic基极紫外探测器的综合性能，金属锆层的厚度为0.01-0.3微米。
15.作为其中一种具体的实现方案，上述具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器，从上到下依次包括金属pad、4h-sic肖特基金属电极、i型4h-sic光子吸收层、n型4h-sic欧姆接触层、n型4h-sic导电衬底和n型欧姆接触电极。
16.为了进一步确保探测器的测量精度，上述金属pad的厚度为1-3微米；i型4h-sic光子吸收层的厚度为0.5-5微米；n型4h-sic欧姆接触层的厚度为1-50μm；n型4h-sic导电衬底的厚度为300-400μm；n型欧姆接触电极的厚度为0.1-1μm。
17.进一步优选，i型4h-sic光子吸收层的平均掺杂浓度介于1
×
10
14-1
×
10
17
cm-3
之间；n型4h-sic欧姆接触层的掺杂浓度介于5
×
10
17-2
×
10
19
cm-3
之间；n型4h-sic导电衬底的掺杂浓度介于5
×
10
17-2
×
10
19
cm-3
之间。
18.上述n型欧姆接触电极为ti、al、ni、au、pt的单层或多层金属复合结构。
19.上述金属pad为ti、al、ni、au或pt的单层或多层金属复合结构。
20.本技术未提及的制备工艺参照现有4h-sic极紫外探测器等的制备工艺即可。
21.本发明未提及的技术均参照现有技术。
22.本发明具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器，改进了现有技术中用于13.5nm euv光刻系统中“4h-sic极紫外探测器在380nm-20nm波段范围有响应”的不足，通过实践验证，本发明的具有极紫外金属滤膜的4h-sic极紫外探测器与常规4h-sic极紫外探测器工艺兼容，在保证13.5nm处响应度的同时，有效抑制了带外波段的响应。
23.本发明提出的具有金属滤膜的sic基极紫外探测器，并不仅仅局限于sic基肖特基极紫外探测器，亦包含其他结构的sic基宽禁带半导体探测器，同时亦适用于禁带宽度大于3.0ev的宽禁带半导体极紫外探测器，包括gan、gao、金刚石等宽禁带半导体。
附图说明
24.图1为本发明实施例1中具有极紫外金属滤膜的4h-sic极紫外探测器的结构图；
25.图2为本发明实施例2中具有极紫外金属滤膜的4h-sic极紫外探测器的结构图；
26.图3为常规4h-sic极紫外探测器响应度与本发明4h-sic极紫外探测器响应度对比图。
27.图中，101为下金属接触电极，102为n型4h-sic导电衬底，103为均匀掺杂的下电极n型4h-sic欧姆接触层，104为i型4h-sic光子吸收层，105为上肖特基金属接触电极，106为zr金属层，107为金属pad。
具体实施方式
28.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本技术上、下等方位词指基于附图所示的位置关系。
29.实施例1：
30.如图1所示，一种具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器，该器件是制备在n型4h-sic衬底材料上，从下到上依次包括：下金属接触电极(n型欧姆接触电极)101、n型4h-sic导电衬底102，n型4h-sic欧姆接触层103，i型4h-sic光子吸收层104，4h-sic肖特基金属接触电极105，zr金属层106，金属pad 107。
31.实施例2：
32.如图2所示，一种具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器，该器件是制备在n型4h-sic衬底材料上，从下到上依次包括：下金属接触电极(n型欧姆接触电极)101、n型4h-sic导电衬底102，n型4h-sic欧姆接触层103，i型4h-sic光子吸收层104，zr金属层106，金属pad 107。
33.图1与图2分别为实施例1-2中的具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器的结构示意图，制备工艺包括：各层在衬底上依次生长、背面n型欧姆接触电极沉积、背面n型欧姆接触电极快速退火(800℃低温退火3min)、正面肖特基金属电极光刻、正面肖特基金属电极沉积、正面肖特基金属电极快速退火(200℃低温退火100s)、正面pad金属电极光刻、正面pad金属电极沉积。
34.图1器件的具体结构参数设置如下：n型欧姆接触电极为ni，厚度为200nm；n型4h-sic导电衬底的掺杂浓度1
×
10
19
cm-3
，厚度360μm；n型4h-sic欧姆接触层的掺杂浓度2
×
10
18
cm-3
，厚度2μm；i型4h-sic光子吸收层的掺杂浓度2
×
10
15
cm-3
，厚度3μm；4h-sic肖特基金属接触电极从下到上依次为ni/au合金层，ni/au为5/10nm(指ni层的厚度为5nm，au层的厚度为10nm)，zr金属层的厚度为50nm；金属pad电极从下到上依次为ti/ni/au合金层，ti/al/au为200/1000/1500nm(指ti层的厚度为200nm，al层的厚度为1000nm，au层的厚度为1500nm)。
35.图2器件的具体结构参数设置如下：n型欧姆接触电极为ni，厚度为200nm；n型4h-sic导电衬底的掺杂浓度1
×
10
19
cm-3
，厚度360μm；n型4h-sic欧姆接触层的掺杂浓度2
×
10
18
cm-3
，厚度2μm，i型4h-sic光子吸收层的掺杂浓度2
×
10
15
cm-3
，厚度3μm；zr金属层的厚度为50nm；金属pad电极从下到上依次为ti/ni/au合金层，ti/al/au为200/1000/1500nm(指ti层的厚度为200nm，al层的厚度为1000nm，au层的厚度为1500nm)。
36.图3所示为实施例1-2所提供具有极紫外金属滤膜的sic基极紫外探测器件与常规sic基极紫外探测器件在10-140nm波长范围内的量子效率曲线，由图3可见，本发明具有金属滤膜的sic基极紫外探测器件在20-380nm波长范围内具有良好的抑制性。