一種錳硅納米線紅外探測器及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種錳硅納米線紅外探測器，所述錳硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層、錳硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層，P型外延硅襯底層、錳硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層依次層疊在一起；所述錳硅薄膜光敏層即為錳硅納米線；所述錳硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。本發明的有益技術效果是：利用錳硅納米線可增加吸收率，同時，錳硅納米線頂端存在極大的邊緣場，產生雪崩倍增效應，大幅度提高錳硅紅外探測器的量子效率；增加P型多晶硅蓋帽層，可使光生熱空穴的逃逸機率增加一倍，并且阻止了減反射膜層內的可動電荷與光生自由電子交換，降低錳硅紅外探測器的噪聲及暗電流；探測器采用正照方式，大幅簡化了封裝工藝，提高了器件的可靠性。
【專利說明】
一種錳硅納米線紅外探測器及其制作方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種紅外探測器，尤其涉及一種錳硅納米線紅外探測器及其制作方法。
【背景技術】
[0002]采用PtSi/P-Si肖特基勢皇探測器制作的錳硅紅外焦平面陣列器件具有像元集成度高、光響應均勻性好、芯片穩定性好等特點，應用范圍十分廣泛，但與InSb、HgTeCd紅外探測器比較，錳硅紅外探測器量子效率低I個數量級以上；多年來，技術人員一直致力于提高錳硅紅外探測器量子效率的研究。
【發明內容】
[0003]針對【背景技術】中的問題，本發明提出了一種錳硅納米線紅外探測器，其結構為:所述錳硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層、錳硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層，P型外延硅襯底層、錳硅薄膜光敏層、P型多晶硅蓋帽層、減反射膜層依次層疊在一起;所述錳硅薄膜光敏層即為錳硅納米線;所述錳硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。
[0004]前述錳硅納米線紅外探測器的工作原理是:紅外輻射從正面入射，經減反射膜層透射后，光子能量小于Si禁帶寬度的紅外光穿過P型多晶硅蓋帽層到達錳硅薄膜光敏層，并在錳硅薄膜光敏層中激發出電子-空穴對，，進入P型外延硅襯底層和P型多晶硅蓋帽層，這就使得錳硅薄膜光敏層內有電子的積累，而P型外延硅襯底層和P型多晶硅蓋帽層內有空穴的積累，P型外延硅襯底層和P型多晶硅蓋帽層均接地，錳硅薄膜光敏層內積累的電子通過二極管收集，完成對紅外輻射的探測；由于紅外光線在錳硅薄膜光敏層內的錳硅納米線之間多次反射，增加了錳硅薄膜對紅外輻射的吸收率，納米結構的錳硅薄膜光敏層與P型外延硅襯底層形成肖特基勢皇接觸，存在較大的邊緣場效應，產生較大的邊緣電場，光生電子發生雪崩倍增效應，增加探測器的量子效率;在錳硅鈉米上增加一層P型多晶硅蓋帽層，可使光生熱空穴的逃逸機率增加一倍，并且阻止了減反射膜中的可動電荷與光生自由電子交換，降低錳硅紅外探測器的噪聲及暗電流；同時，本發明的探測器采用正照方式，可實現對紫外、可見光、中波紅外多光譜探測，與背照方式相比，除了存在前述優點外，還大幅簡化了封裝工藝，提高了器件的可靠性。
[0005]基于現有紅外探測器上的常規結構，本發明的錳硅納米線紅外探測器上也設置有輸出二極管、P+溝阻、電極引線、P+擴散地和N保護環。
[0006]為了進一步提高錳硅薄膜光敏層對紅外輻射的吸收率，所述P型外延硅襯底層表面還層疊有鋁反射鏡層;經P型外延硅襯底層透射出的未被錳硅薄膜光敏層吸收的紅外線，由鋁反射鏡層反射后，可以再次到達錳硅納米線光敏層并被其吸收。
[0007]優選地，所述減反射膜層采用氧化鉿薄膜。
[0008]基于前述器件，本發明還提出了一種錳硅納米線紅外探測器制作方法，其工藝步驟為:
[0009]I)提供P型外延硅襯底層；
[0010]2)在P型外延硅襯底層的上表面生長柵氧介質層，在柵氧介質層表面淀積氮化硅介質層；
[0011]3)采用硼擴散工藝在P型外延硅襯底層上形成P+溝阻和P+擴散地；
[0012]4)采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層上分別形成輸出二極管和N保護環；
[0013]5)采用等離子刻蝕工藝將光敏區范圍內的氮化硅介質層刻蝕掉;采用濕法腐蝕工藝將光敏區范圍內的柵氧介質層腐蝕掉;裸露出來的P型外延硅襯底層區域為光敏區窗口；
[0014]6)采用超高真空濺射工藝在光敏區范圍淀積鉑膜并原位退火;采用鉑輔助刻蝕工藝濕法腐蝕光敏區窗口，形成硅納米線，用王水腐蝕去掉鉑膜；
[0015]7)腐蝕掉硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在光敏區淀積氯化錳粉末并原位退火，在娃納米線上生成猛娃薄膜，形成猛娃納米線，猛娃納米線即為猛娃薄膜光敏層;用清洗液清洗去掉未反應的氯化錳粉末；
[0016]8)利用PECVD工藝在光敏區及光敏區外圍淀積低溫二氧化硅薄膜；
[0017]9)采用光刻工藝將光敏區范圍內的低溫二氧化硅薄膜腐蝕掉；
[0018]10)采用超高真空濺射工藝在光敏區及光敏區外圍淀積P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅蓋帽層。
[0019 ] 11)采用腐蝕剝離的方法，去掉光敏區外圍的低溫二氧化硅及P型多晶硅薄膜；
[0020]12)采用磁控濺射工藝在P形多晶硅蓋帽層上淀積氧化鉿減反射膜層；
[0021]13)采用光刻工藝形成引線孔；
[0022]14)利用磁控濺射工藝在探測器正面淀積鋁膜，光刻形成電極引線；
[0023]15)背面拋光，利用磁控濺射工藝在探測器背面淀積鋁膜，形成鋁反射鏡層。
[0024]本發明的有益技術效果是:利用錳硅納米線可增加吸收率，同時，錳硅納米線頂端存在極大的邊緣場，產生雪崩倍增效應，大幅度提高錳硅紅外探測器的量子效率;增加P型多晶硅蓋帽層，可使光生熱空穴的逃逸機率增加一倍，并且阻止了減反射膜層內的可動電荷與光生自由電子交換，降低錳硅紅外探測器的噪聲及暗電流;探測器采用正照方式，大幅簡化了封裝工藝，提高了器件的可靠性。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1、本發明的結構示意圖；
[0027]圖中:鋁反射鏡層1、P型外延硅襯底層2、錳硅薄膜光敏層3、P型多晶硅蓋帽層4、減反射膜層5、輸出二極管6、P+溝阻7、電極引線8、P+擴散地9、N保護環10、柵氧介質層11、氮化娃介質層12。
【具體實施方式】
[0028]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
[0029]—種錳硅納米線紅外探測器，其結構為:所述錳硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層2、錳硅薄膜光敏層3、P型多晶硅蓋帽層4、減反射膜層5，P型外延硅襯底層2、錳硅薄膜光敏層3、P型多晶硅蓋帽層4、減反射膜層5依次層疊在一起;所述錳硅薄膜光敏層3SP為錳硅納米線;所述錳硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。
[0030]進一步地，所述錳硅納米線紅外探測器上還設置有輸出二極管6、P+溝阻7、電極引線8、P+擴散地9和N保護環10。
[0031]進一步地，所述P型外延硅襯底層2背面還層疊有鋁反射鏡層I。
[0032]進一步地，所述減反射膜層5采用氧化鉿薄膜。
[0033]—種錳硅納米線紅外探測器制作方法，其步驟為:
[0034]I)提供P型外延硅襯底層2;
[0035]2)在P型外延硅襯底層2的上表面生長柵氧介質層11，在柵氧介質層11表面淀積氮化娃介質層12;
[0036]3)采用硼擴散工藝在P型外延硅襯底層2上形成P+溝阻7和P+擴散地9;
[0037]4)采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層2上分別形成輸出二極管6和N保護環10；
[0038]5)采用等離子刻蝕工藝將光敏區范圍內的氮化硅介質層12刻蝕掉;采用濕法腐蝕工藝將光敏區范圍內的柵氧介質層11腐蝕掉;裸露出來的P型外延硅襯底層2區域為光敏區窗口 ；
[0039]6)采用超高真空濺射工藝在光敏區范圍淀積鉑膜并原位退火;采用鉑輔助刻蝕工藝濕法腐蝕光敏區窗口，形成硅納米線，用王水腐蝕去掉鉑膜；
[0040]7)腐蝕掉硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在光敏區淀積氯化錳粉末并原位退火，在娃納米線上生成猛娃薄膜，形成猛娃納米線，猛娃納米線即為猛娃薄膜光敏層3;用清洗液清洗去掉未反應的氯化錳粉末；
[0041 ] 8)利用PECVD工藝在光敏區及光敏區外圍淀積低溫二氧化硅薄膜；
[0042]9)采用光刻工藝將光敏區范圍內的低溫二氧化硅薄膜腐蝕掉；
[0043]10)采用超高真空濺射工藝在光敏區及光敏區外圍淀積P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅蓋帽層4。
[0044]11)采用腐蝕剝離的方法，去掉光敏區外圍的低溫二氧化硅及P型多晶硅薄膜；
[0045]12)采用磁控濺射工藝在P形多晶硅蓋帽層4上淀積氧化鉿減反射膜層5;
[0046]13)采用光刻工藝形成引線孔；
[0047]14)利用磁控濺射工藝在探測器正面淀積鋁膜，光刻形成電極引線8;
[0048]15)背面拋光，利用磁控濺射工藝在探測器背面淀積鋁膜，形成鋁反射鏡層I。
[0049]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【主權項】
1.一種錳硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述錳硅納米線紅外探測器包括P型外延硅襯底層(2)、錳硅薄膜光敏層(3)、P型多晶硅蓋帽層(4)、減反射膜層(5)，P型外延硅襯底層(2)、錳硅薄膜光敏層(3)、P型多晶硅蓋帽層(4)、減反射膜層(5)依次層疊在一起;所述錳硅薄膜光敏層(3)即為錳硅納米線;所述錳硅納米線紅外探測器的工作模式采用正照方式。2.根據權利要求1所述的錳硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述錳硅納米線紅外探測器上還設置有輸出二極管(6)、P+溝阻(7)、電極引線(8)、P+擴散地(9)和N保護環(10)。3.根據權利要求1所述的錳硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述P型外延硅襯底層(2)背面還層疊有鋁反射鏡層(I)。4.根據權利要求1所述的錳硅納米線紅外探測器，其特征在于:所述減反射膜層(5)采用氧化鉿薄膜。5.—種猛娃納米線紅外探測器制作方法，其特征在于:按如下步驟制作猛娃納米線紅外探測器: 1)提供P型外延硅襯底層(2); 2)在P型外延硅襯底層(2)的上表面生長柵氧介質層(11)，在柵氧介質層(11)表面淀積氮化娃介質層(12)； 3)采用硼擴散工藝在P型外延硅襯底層(2)上形成P+溝阻(7)和P+擴散地(9); 4)采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層(2)上分別形成輸出二極管(6)和N保護環(10)； 5)采用等離子刻蝕工藝將光敏區范圍內的氮化硅介質層(12)刻蝕掉;采用濕法腐蝕工藝將光敏區范圍內的柵氧介質層(11)腐蝕掉;裸露出來的P型外延硅襯底層(2)區域為光敏區窗口； 6)采用超高真空濺射工藝在光敏區范圍淀積鉑膜并原位退火;采用鉑輔助刻蝕工藝濕法腐蝕光敏區窗口，形成硅納米線，用王水腐蝕去掉鉑膜； 7)腐蝕掉硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在光敏區淀積氯化錳粉末并原位退火，在娃納米線上生成猛娃薄膜，形成猛娃納米線，猛娃納米線即為猛娃薄膜光敏層(3);用清洗液清洗去掉未反應的氯化錳粉末； 8)利用PECVD工藝在光敏區及光敏區外圍淀積低溫二氧化硅薄膜； 9)采用光刻工藝將光敏區范圍內的低溫二氧化硅薄膜腐蝕掉； 10)采用超高真空濺射工藝在光敏區及光敏區外圍淀積P型多晶硅薄膜，原位退火，形成P型多晶硅蓋帽層(4); 11)采用腐蝕剝離的方法，去掉光敏區外圍的低溫二氧化硅及P型多晶硅薄膜； 12)采用磁控濺射工藝在P形多晶硅蓋帽層(4)上淀積氧化鉿減反射膜層(5); 13)采用光刻工藝形成引線孔； 14)利用磁控濺射工藝在探測器正面淀積鋁膜，光刻形成電極引線(8); 15)背面拋光，利用磁控濺射工藝在探測器背面淀積鋁膜，形成鋁反射鏡層(I)。
【文檔編號】H01L31/108GK105841823SQ201610235400
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】董友強
【申請人】董友強