光伏型探測器陣列及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏型探測器陣列及其制作方法。該探測器陣列包括n型InSb襯底(1)和鈍化層(7)，n型InSb襯底(1)上刻蝕有t×t個臺面(2)，t為整數(shù)且t≥1；每個臺面(2)上部均淀積有陽極(5)，n型InSb襯底(1)邊緣上部淀積有“回”字形陰極(6)；所述n型InSb襯底(1)上部和每個臺面(2)側(cè)面淀積有保護(hù)層(4)，每個臺面(2)正下方的n型InSb襯底(1)內(nèi)設(shè)有m個相同的p型錐形摻雜區(qū)(3)，每個p型錐形摻雜區(qū)(3)均與n型InSb襯底(1)構(gòu)成pn結(jié)，m為大于或等于1的整數(shù)。本發(fā)明具有工藝簡單、量子效率高、串音低的優(yōu)點，可用于紅外偵查和紅外醫(yī)療領(lǐng)域。
【專利說明】光伏型探測器陣列及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光伏探測器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別設(shè)及光伏型探測器陣列，可用于 紅外偵查、紅外制導(dǎo)和紅外醫(yī)療。 技術(shù)背景
[0002] 紅外焦平面探測器陣列是紅外系統(tǒng)的核屯、元件，其功能是將紅外福射轉(zhuǎn)化成其它 我們能夠識別的信號。紅外焦平面陣列器件是既具有紅外信息獲取又具有信息處理功能的 先進(jìn)的成像傳感器。在空間對地觀測、光電對抗、機(jī)器人視覺、醫(yī)用和工業(yè)熱成像、捜索與跟 蹤、W及導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等軍、民領(lǐng)域有重要而廣泛的應(yīng)用，高性能大規(guī)模的紅外焦平面陣列 已經(jīng)大量應(yīng)用于各種重大國家安全項目和重要新型武器系統(tǒng)中。由于其具有不可替代的地 位和作用，世界上的主要工業(yè)大國都將紅外焦平面陣列器件制備技術(shù)列為重點發(fā)展的高技 術(shù)項目。
[0003] 紅外探測器的工作模式主要有光導(dǎo)型和光伏型兩種，而光伏型紅外探測器由于 存在內(nèi)建電場，暗電流較小，所W廣泛應(yīng)用于軍事中，其中光伏型In訊紅外探測器是目前 研究最多的一種光伏型探測器，該種探測器多數(shù)Wpn結(jié)為基礎(chǔ)，可W構(gòu)成光伏型焦平面陣 列。近年來，紅外焦平面陣列技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出規(guī)格越來越大、像元中屯、距越來越小、多光譜 探測應(yīng)用越來越多、新材料不斷涌現(xiàn)等的發(fā)展趨勢。在高級紅外應(yīng)用系統(tǒng)的大力驅(qū)動下，紅 外探測技術(shù)已經(jīng)從第一代的單元和線陣列，逐漸進(jìn)入了 W大面陣、小型化和多色化等特點 的第=代紅外焦平面探測器的發(fā)展階段。隨著航天和軍事領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對中波紅外探 測器件的性能要求越來越高，通過改善材料質(zhì)量來提高探測器性能已遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的應(yīng) 用需求，因此采用器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計來提高探測器性能已成為國內(nèi)外研究熱點。
[0004] 量子效率和串音是衡量光伏型探測器陣列性能的重要參數(shù)指標(biāo)，它們會影響探測 器陣列的探測率，在很大程度上決定著探測器的探測效果。1971年，Vernon L. Lambed等 人提出了一種臺面結(jié)構(gòu)的InSb紅外探測器陣列，提高了光生載流子的收集效率。為了進(jìn)一 步提高量子效率、減小串音，1981年，趙文琴首次提出在In訊陣列探測器中采用質(zhì)子注入 形成的高阻層進(jìn)行隔離的方法，制備的In訊陣列探測器的串音降低到1. 7?3. 76%，然而 量子效率的改善并不明顯，僅為45%，參見In訊質(zhì)子轟擊損傷的隔離效應(yīng)，趙文琴，半 導(dǎo)體學(xué)報，Vol. 2, No. 1，PP. 14-21，1981。2006年，葉振華等人報道了一種帶有增透會聚微 鏡的紅外焦平面探測器，有效地提高了探測器的光電流，可將串音減小到1%，參見專利CN 100433328C。然而，該發(fā)明是通過從外部引入新型的增透會聚微鏡來改善探測器的性能，一 方面，增透會聚微鏡的制備較為復(fù)雜，另一方面，該專利中在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)設(shè)計方面并沒 有本質(zhì)的創(chuàng)新。2011年，胡偉達(dá)等人報道了一種微透鏡列陣In訊紅外焦平面陣列的結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)是通過采用娃微透鏡結(jié)構(gòu)增加了光吸收，從而改善了器件性能，通過娃微透鏡結(jié)構(gòu) 優(yōu)化可W使串音降低到4. 2%，參見專利CN102201487B。然而，該發(fā)明需要在娃襯底上異質(zhì) 外延In訊材料，該將會導(dǎo)致n型In訊區(qū)域中尤其是娃襯底與n型In訊區(qū)域界面附近產(chǎn)生 大量位錯或缺陷，影響光生載流子的產(chǎn)生，并會俘獲大量光生載流子，此外該發(fā)明還需要制 備娃微透鏡，因此該發(fā)明實現(xiàn)難度較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種制造工藝簡單、串音小、量 子效率高的光伏型探測器陣列及其制作方法，W提高光伏型探測器陣列的性能。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種光伏型探測器陣列，該結(jié)構(gòu)自上而下包括： n型In訊襯底和純化層，n型In訊襯底上刻蝕有tXt個臺面，t為整數(shù)且t > 1 ;每個臺 面上部均淀積有陽極，n型In訊襯底邊緣上部淀積有"回"字形陰極；所述n型In訊襯底 上部和每個臺面?zhèn)让娴矸e有保護(hù)層，其特征在于：每個臺面正下方的n型In訊襯底內(nèi)均設(shè) 有m個相同的P型錐形滲雜區(qū)，每個P型錐形滲雜區(qū)均與n型In訊襯底構(gòu)成pn結(jié)，m為大 于或等于1的整數(shù)。
[0007] 作為優(yōu)選，所述的n型In訊襯底刻蝕前的厚度k為4. 4?22 y m，刻蝕后的厚度S 為4?14 y m，滲雜濃度為1X 1〇11畑1-3?1X 10 16畑1-3。
[000引作為優(yōu)選，所述的每個臺面的上、下表面均為正方形，正方形的邊長L為5? 52 ym，每個臺面的高度H均相同，H等于k減去S，且取值范圍為0. 4?8 ym。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的相鄰兩個臺面的間距為di，最邊緣臺面與n型In訊襯底邊緣之 間的距離為dg，di= dg，且取值范圍為1?50 ym。
[0010] 作為優(yōu)選，所述的每個臺面的下表面與其正下方的m個P型錐形滲雜區(qū)的底面相 接。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的該些P型錐形滲雜區(qū)均為相同的四棱錐，每個四棱錐的底面為 長方形，其底面長為L，寬為1，1 = L/m，高h(yuǎn)小于或等于n型In訊襯底刻蝕后的厚度S，且 h等于3e0'心1。
[0012] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的制作光伏型探測器陣列的方法，包括如下過程：
[0013] 第一步，在n型In訊襯底上第一次制作掩膜，利用該掩膜在n型In訊襯底上刻蝕 制作tXt個臺面；
[0014] 第二步，在n型In訊襯底上部、每個臺面上部和每個臺面?zhèn)让娴矸e厚度為3? 14 ym的介質(zhì)層；
[0015] 第S步，在介質(zhì)層上第二次制作掩膜，利用該掩膜在每個臺面上部的介質(zhì)層內(nèi)刻 蝕制作m個相同的錐形凹槽，錐形凹槽的深度小于或等于介質(zhì)層的厚度；
[0016] 第四步，對每個錐形凹槽下部的n型In訊材料進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入，實現(xiàn)對每 個臺面的P型滲雜，并在每個臺面下形成m個相同的P型錐形滲雜區(qū)，且P型錐形滲雜區(qū)的 底面為長方形，長為L，寬為1，1 = L/m，高h(yuǎn)小于或等于n型In訊襯底刻蝕后的厚度S，且 h等于3e〇.側(cè)1;
[0017] 第五步，在介質(zhì)層上第S次制作掩膜，利用該掩膜刻蝕去除n型In訊襯底上部、每 個臺面上部和每個臺面?zhèn)让娴慕橘|(zhì)層；
[0018] 第六步，在n型In訊襯底上部、每個臺面上部和每個臺面?zhèn)让娴矸e保護(hù)層，即用絕 緣介質(zhì)材料分別覆蓋n型InSb襯底上部、每個臺面上部和每個臺面?zhèn)让娴膮^(qū)域；
[0019] 第走步，在保護(hù)層上第四次制作掩膜，利用該掩膜刻蝕去除n型In訊襯底邊緣上 部和每個臺面上部的保護(hù)層；
[0020] 第八步，在每個臺面上和n型In訊襯底邊緣上第五次制作掩膜，利用該掩膜在每 個臺面上部淀積金屬制作陽極，同時在n型In訊襯底邊緣上部淀積金屬制作"回"字形陰 極；
[0021] 第九步，在n型In訊襯底的下部淀積純化層，即用透紅外福射絕緣介質(zhì)材料覆蓋 n型In訊襯底下部的區(qū)域，從而完成整個探測器陣列的制作。
[0022] 本發(fā)明陣列與傳統(tǒng)的光伏型探測器陣列比較具有W下優(yōu)點：
[0023] 1、本發(fā)明由于在每個臺面下的n型In訊襯底內(nèi)均形成了 m個相同的P型錐形滲 雜區(qū)，減小了 pn結(jié)結(jié)區(qū)與光生載流子產(chǎn)生區(qū)之間的距離，并增大了 pn結(jié)的結(jié)面積，從而增 強(qiáng)了 pn結(jié)結(jié)區(qū)抽取光生載流子的能力，有效抑制了光生載流子向其它探測單元的運動，因 此大大減小了光伏型探測器陣列的串音，顯著提高了量子效率。
[0024] 2、本發(fā)明通過在臺面下n型In訊襯底內(nèi)引入錐形滲雜區(qū)來改善光伏型探測器陣 列的性能，避免了在傳統(tǒng)光伏型探測器陣列制作工藝中光學(xué)微透鏡制備、異質(zhì)外延等所帶 來的工藝復(fù)雜化問題，降低了探測器陣列的制造難度。
[0025] 仿真結(jié)果表明，本發(fā)明光伏型探測器陣列的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的光伏型探測器陣 列的性能。
[0026] W下結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明光伏型探測器陣列的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是對圖1橫向AB的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3是對圖1縱向CD的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明中每個臺面下的m個P型錐形滲雜區(qū)的立體圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明的光伏型探測器陣列的工藝制作流程圖；
[0032] 圖6是本發(fā)明與傳統(tǒng)的光伏型探測器陣列的空穴濃度仿真對比圖；
[0033] 圖7是本發(fā)明與傳統(tǒng)的光伏型探測器陣列沿入射福射方向的縱向電場仿真對比 圖；
[0034] 圖8是本發(fā)明與傳統(tǒng)的光伏型探測器陣列沿入射福射方向的橫向電場仿真對比 圖。

【具體實施方式】
[0035] 參照圖1、圖2和圖3,本發(fā)明光伏型探測器陣列是基于In訊半導(dǎo)體材料的pn結(jié) 結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)自上而下包括；n型In訊襯底1和純化層7。
[0036] 所述n型In訊襯底1上刻蝕有tXt個臺面2, t為整數(shù)且t > 1，其中n型In訊襯底 1刻蝕前的厚度k為4. 4?22 y m，刻蝕后的厚度S為4?14 y m，滲雜濃度為1 X IQiicnT3? 1 X l〇i6cnT3;每個臺面2的上、下表面均為正方形，正方形邊長L為5?52 y m，每個臺面的 高度H均相同，H的取值范圍為0. 4?8 ym ;相鄰兩個臺面2的間距為di，最邊緣臺面與n 型In訊襯底1邊緣之間的距離為d2, di等于d 2,且取值范圍為1?50 ym。每個臺面2上 部淀積有陽極5。n型In訊襯底1的邊緣上部淀積有"回"字形陰極6,該"回"字形圖形各 內(nèi)邊長相等且各外邊長相等，其中外邊長為tXL+(t+l)Xdi，外邊長與內(nèi)邊長之間的距離 為d2/2。每個臺面2正下方的n型In訊襯底1內(nèi)均設(shè)有m個相同的p型錐形滲雜區(qū)3, m 為大于或等于1的整數(shù)，該些P型錐形滲雜區(qū)3均與n型In訊襯底1構(gòu)成pn結(jié)；每個臺面 2的下表面與該臺面正下方m個P型錐形滲雜區(qū)3的底面相接，該些P型錐形滲雜區(qū)3均為 四棱錐，如圖4所示，每個四棱錐的底面為長方形，其中長方形的長為L，寬為1，1 = L/m，高 h小于或等于n型比訊襯底1刻蝕后的厚度S，且h等于36*^。331。n型比訊襯底1上部和 每個臺面2側(cè)面淀積有保護(hù)層4。
[0037] 上述光伏型探測器陣列中的；保護(hù)層4采用Si〇2、ZnS、SiN、Al2〇3、Sc2〇3、Hf〇2、Ti〇2 或其它絕緣介質(zhì)材料，其厚度為0. 15?1. 5 ym ;陽極5和陰極6的厚度相同，且均采用相 同的化/Au金屬組合，金屬厚度為0. 04?0. 08 y m/0. 6?1. 2 y m，且下層金屬厚度小于上 層金屬厚度；純化層7采用化S、Si〇2、SiN、Al2〇3、冊〇2、Ti〇2或其它透紅外福射絕緣介質(zhì)材 料，其厚度為0.06?1.2 ym。
[003引參照圖5,本發(fā)明制作的光伏型探測器陣列給出如下S種實施例：
[0039] 實施例一；制作保護(hù)層為SiN，純化層為SiN，每個臺面正下方P型錐形滲雜區(qū)的個 數(shù)m = 4,陣列大小為50X50的光伏型探測器陣列。
[0040] 步驟1，在n型In訊襯底1上刻蝕制作50X50個臺面2,如圖5a。
[0041] la)在厚度k為22 ym、滲雜濃度為IX l〇i6cm-3的n型In訊襯底1上第一次制作 掩膜，該掩膜圖形是由50X50個邊長L為52 ym的正方形組成的陣列，相鄰兩個正方形之 間的距離di，W及最邊緣正方形與n型In訊襯底1邊緣之間的距離d2均為50 ym ;
[0042] 化）利用該掩膜采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在n型In訊襯底1上刻蝕制作50X50個 臺面2,其中每個臺面的高度H均為8 ym，n型In訊襯底1刻蝕后的厚度S為14 ym?？涛g 臺面采用的工藝條件為；Ar/CH4/H2流量比為1:2:6. 5,壓強(qiáng)為0. 33Pa，功率為490W。
[0043] 步驟2,在n型In訊襯底1上部、50X50個臺面2上部和50X50個臺面2側(cè)面淀 積介質(zhì)層8,如圖化。
[0044] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在n型In訊襯底1上部、50X50個臺面2上 部和50X50個臺面2側(cè)面淀積厚度為14 ym的Si化介質(zhì)層8。
[0045] 淀積介質(zhì)層采用的工藝條件為；馬0流量為950sccm，SiH4流量為250sccm，溫度為 290°C，RF 功率為 30W，壓強(qiáng)為 1300mTorr。
[0046] 步驟3,在介質(zhì)層8內(nèi)刻蝕制作錐形凹槽9,如圖5c。
[0047] 在介質(zhì)層8上第二次制作掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在50X50個臺面2上部的 介質(zhì)層8內(nèi)均刻蝕制作4個相同的錐形凹槽9,該些錐形凹槽9均為四棱錐，四棱錐底面為 長方形，長為52 y m，寬為13 y m，高為14 y m。
[0048] 刻蝕凹槽采用的工藝條件為；SFe流量為7. 6sccm，〇2流量為2. 6sccm，壓強(qiáng)為 ISmTorr，偏置電壓為130V。
[0049] 步驟4,對錐形凹槽9下部的n型In訊材料進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入，實現(xiàn)臺面2的 P型滲雜，并形成P型錐形滲雜區(qū)3,如圖5d。
[0化日]對每個錐形凹槽9下部的n型In訊材料進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入，實現(xiàn)對50 X 50個 臺面2的P型滲雜，同時在每個臺面2下部的n型In訊襯底1內(nèi)形成與介質(zhì)層8內(nèi)四個錐 形凹槽9形狀相似的P型錐形滲雜區(qū)3,該些P型錐形滲雜區(qū)3均為四棱錐，四棱錐的底面 為長方形，長方形的長L為52 ym，寬1為13 ym，高度h為14ym，其中滲雜雜質(zhì)為棚離子， 滲雜濃度為lXl〇i8cnT3。
[CK)5U 離子注入采用的工藝條件為：注入劑量為7X 10"cm-2,注入能量為8(K)keV。
[0化2] 步驟5,去除介質(zhì)層8,如圖5e。
[0053] 在介質(zhì)層8上第=次制作掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕去除n型In訊襯底1 上部、50X50個臺面2上部和50X50個臺面2側(cè)面的介質(zhì)層8。
[0化4] 刻蝕介質(zhì)層采用的工藝條件為；CF4流量為55sccm，〇2流量為8sccm，壓強(qiáng)為 ISmTorr，功率為 280W。
[0化5] 步驟6,在n型In訊襯底1上部、50X50個臺面2上部和50X50個臺面2側(cè)面淀 積保護(hù)層4,如圖5f。
[0化6] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在n型In訊襯底1上部、50X50個臺面2上 部和50X50個臺面2側(cè)面淀積厚度為1. 5 ym的SiN保護(hù)層4。
[0化7] 淀積保護(hù)層采用的工藝條件為；氣體為NH3、馬及SiH4,氣體流量分別為3sccm、 lOOOsccm 和 300sccm，溫度、RF 功率和壓強(qiáng)分別為 350°C、30W 和 lOOOmTorr。
[0化引步驟7,刻蝕去除n型In訊襯底1邊緣上部和50X50個臺面2上部的保護(hù)層4， 如圖5g。
[0059] 7a)在保護(hù)層4上第四次制作掩膜，該掩膜是由陽極掩膜圖形和陰極掩膜圖形構(gòu) 成，其中陽極掩膜圖形是由50X50個邊長L為52 ym的正方形所組成的陣列，相鄰兩個正 方形的間距di、最邊緣正方形與n型In訊襯底1邊緣之間的距離d2均為50 ym ;陰極掩 膜圖形為"回"字形圖形，該"回"字形圖形各內(nèi)邊長相等且各外邊長相等，其中外邊長為 5150 y m，外邊長與內(nèi)邊長的間距為25 y m ;
[0060] 7b)利用上述掩膜采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)去除n型In訊襯底1邊緣上部和50X50 個臺面2上部的保護(hù)層4?？涛g保護(hù)層采用的工藝條件為；CF4流量為45sccm，0 2流量為 5sccm，壓強(qiáng)為 ISmTorr,功率為 250W。
[0061] 步驟8,在臺面2上部淀積金屬制作陽極5,同時在n型In訊襯底1邊緣上部淀積 金屬制作"回"字形陰極6，如圖化。
[0062] 8a)在50X50個臺面2上和n型In訊襯底1邊緣上第五次制作掩膜，該掩膜圖形 與步驟7中第四次制作的掩膜圖形完全相同；
[0063] 8b)利用上述掩膜，采用電子束蒸發(fā)技術(shù)在每個臺面2上部和n型In訊襯底1邊 緣上部依次淀積化、Au金屬，制作陽極5和"回"字形陰極6,金屬厚度為0. 08 ym/1. 2 ym， 再在馬氣氛中進(jìn)行快速退火。
[0064] 淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1. 8 X 1(T中a,功率范圍為220?1020W， 蒸發(fā)速率小于3A/S;快速退火采用的工藝條件為；溫度為700°C，時間為30s。
[00化]步驟9,在n型In訊襯底1的下部淀積純化層7,如圖5i。
[0066] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在n型In訊襯底1的下部淀積厚度為 1. 2 ym的SiN純化層7,從而完成整個探測器陣列的制作。
[0067] 淀積純化層采用的工藝條件為；氣體為NH3、馬及SiH 4,氣體流量分別為2. 8sccm、 980sccm和280sccm，溫度、RF功率和壓強(qiáng)分別為330°C、28W和980mTorr。
[0068] 實施例二；制作保護(hù)層為Si化，純化層為Si化，每個臺面正下方p型錐形滲雜區(qū)的 個數(shù)m = 2,陣列大小為1024X 1024的光伏型探測器陣列。
[0069] 步驟一，在n型In訊襯底1上刻蝕制作1024X 1024個臺面2,如圖5a。
[0070] 在厚度k為14ym、滲雜濃度為IXloMcm-3的n型In訊襯底1上第一次制作掩 膜，采用感應(yīng)禪合等離子反應(yīng)刻蝕技術(shù)，在Ar/CH4/H2流量比為1:3:10,壓強(qiáng)為15化，功率為 600W的工藝條件下，在n型In訊襯底1上刻蝕制作1024X1024個臺面高度H為4 ym、上、 下表面均為正方形且邊長L為30 y m的臺面2,其中相鄰兩個臺面的間距di、最邊緣臺面與 n型In訊襯底邊緣之間的距離d2均為26 ym ;n型In訊襯底1刻蝕后的厚度S為10 ym。
[0071] 步驟二，在n型In訊襯底1上部、1024X1024個臺面2上部和1024X1024個臺面 2側(cè)面淀積介質(zhì)層8,如圖化。
[0072] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在氣體為畑3、馬及SiH 4,氣體流量分別為 2. 7sccm、960sccm和260sccm，溫度、RF功率和壓強(qiáng)分別為320°C、27W和960mTorr的工藝 條件下，在n型In訊襯底1上部、1024X 1024個臺面2上部和1024X 1024個臺面2側(cè)面淀 積厚度為9 y m的SiN介質(zhì)層8。
[0073] 步驟S，在介質(zhì)層8內(nèi)刻蝕制作錐形凹槽9,如圖5c。
[0074] 在介質(zhì)層8上第二次制作掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在CF4流量為45sccm，0 2流 量為5sccm，壓強(qiáng)為15mTorr，功率為250W的工藝條件下，在1024 X 1024個臺面2上部的介 質(zhì)層8內(nèi)刻蝕制作兩個相同的錐形凹槽9,該些錐形凹槽均為四棱錐，四棱錐的底面為長方 形，長方形的長為30 ym，寬為15 ym，錐形凹槽9的深度為7 ym。
[0075] 步驟四，對錐形凹槽9下部的n型In訊材料進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入，實現(xiàn)臺面2 的P型滲雜，并形成P型錐形滲雜區(qū)3,如圖5d。
[0076] 對每個錐形凹槽9下部的n型In訊材料，在注入劑量為4. 2 X 10"cm-2,注入能量 為55化eV的工藝條件下，進(jìn)行棚離子注入，實現(xiàn)對1024X 1024個臺面2的P型滲雜，同時 在每個臺面2下部的n型In訊襯底1內(nèi)形成與介質(zhì)層8內(nèi)兩個錐形凹槽9形狀相似的P 型錐形滲雜區(qū)3,該些P型錐形滲雜區(qū)3均為四棱錐，四棱錐的底面為長方形，長方形長L為 30ym，寬1為15ym，高h(yuǎn)為6. 5ym，其中滲雜濃度為lXl〇i7cm-3。
[0077] 步驟五，去除介質(zhì)層8,如圖5e。
[007引在介質(zhì)層8上第S次制作掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在CF4流量為25sccm，02流 量為5sccm，壓強(qiáng)為25mTorr，偏置電壓為150V的工藝條件下，刻蝕去除在n型In訊襯底1 上部、1024X 1024個臺面2上部和1024X 1024個臺面2側(cè)面的介質(zhì)層8。
[0079] 步驟六，在n型In訊襯底1上部、1024X1024個臺面2上部和1024X1024個臺面 2側(cè)面淀積保護(hù)層4,如圖5f。
[0080] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在N2O流量為860sccm，Si&流量為210sccm， 溫度為260°C，RF功率為26W，壓強(qiáng)為1200mTorr的工藝條件下，在n型In訊襯底1上部、 1024X 1024個臺面2上部和1024X 1024個臺面2側(cè)面淀積厚度為1 ym的Si化保護(hù)層4。
[0081] 步驟^;：，刻蝕去除n型111訊襯底1邊緣上部和1024X 1024個臺面2上部的保護(hù) 層4,如圖5g。
[0082] 在保護(hù)層4上第四次制作掩膜，其中該掩膜圖形包括陽極掩膜圖形和陰極掩膜圖 形兩部分，陽極掩膜圖形是由1024X 1024個邊長L為30 ym的正方形所組成的陣列，其中 相鄰兩個正方形的間距di、最邊緣正方形與n型In訊襯底1邊緣之間的距離d2均為26 y m ; 陰極掩膜圖形為"回"字形圖形，該"回"字形圖形各內(nèi)邊長相等且各外邊長相等，其中外 邊長為57370 y m，外邊長與內(nèi)邊長的間距為13 y m ;利用該掩膜采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在 CF4流量為20sccm，0 2流量為2sccm，壓強(qiáng)為20mTorr，偏置電壓為100V的工藝條件下，刻蝕 去除n型In訊襯底1邊緣上部和1024X 1024個臺面2上部的保護(hù)層4。
[0083] 步驟八，在臺面2上部淀積金屬制作陽極5,同時在n型In訊襯底1邊緣上部淀積 金屬制作"回"字形陰極6，如圖化。
[0084] 在1024X 1024個臺面2上和n型In訊襯底1邊緣上第五次制作掩膜，該掩膜圖 形與步驟走中第四次制作的掩膜圖形完全相同；利用該掩膜采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在真空 度小于1.8X10可a,功率范圍為320?1120W，蒸發(fā)速率小于3A/S的工藝條件下，在每個臺 面2上部和n型In訊襯底1邊緣上部依次淀積厚度為0. 06 y m/0. 9 y m的&、Au金屬，并 在溫度為750°C，時間為20s的工藝條件下進(jìn)行快速退火，制作陽極5和"回"字形陰極6。
[0085] 步驟九，在n型In訊襯底1的下部淀積純化層7,如圖5i。
[0086] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在馬0流量為SOOsccm，Si&流量為 150sccm，溫度為200°C，RF功率為20W，壓強(qiáng)為lOOOmTorr的工藝條件下，在n型In訊襯底 1的下部淀積厚度為0. 6 ym的Si〇2純化層7,從而完成整個探測器陣列的制作。
[0087] 實施例S ;制作保護(hù)層為SiN，純化層為Si〇2,每個臺面正下方P型錐形滲雜區(qū)的 個數(shù)m = 1，陣列大小為30000X30000的光伏型探測器陣列。
[008引 步驟A，在n型In訊襯底1上刻蝕制作30000X30000個臺面2,如圖5a。
[0089] 在厚度k為4. 4 ym、滲雜濃度為IX 1〇11畑1-3的n型In訊襯底1上第一次制作掩 膜，采用感應(yīng)禪合等離子反應(yīng)刻蝕技術(shù)在n型In訊襯底1上刻蝕制作30000X30000個邊 長為5 ym的正方形臺面2,相鄰兩個臺面2的間距di，最邊緣臺面2與n型In訊襯底1邊 緣之間的距離d2均為1 y m，每個臺面的高度H均為0. 4 y m，n型In訊襯底1刻蝕后的厚度 S為4 y m。刻蝕臺面的工藝條件為；Ar/CH4/H2流量比為1:4:12,壓強(qiáng)為10化，功率為500W。
[0090] 步驟B，在n型In訊襯底1上部、30000X30000個臺面2上部和30000X30000個 臺面2側(cè)面淀積介質(zhì)層8,如圖化。
[0091] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在n型In訊襯底1上部、30000X30000個 臺面2上部和30000X30000個臺面2側(cè)面淀積厚度為3 ym的Si化介質(zhì)層8。淀積介質(zhì) 層采用的工藝條件為；馬0流量為SOOsccm，SiH4流量為175sccm，溫度為225°C，RF功率為 22. 5W，壓強(qiáng)為 lOOOmTorr。
[0092] 步驟C，在介質(zhì)層8內(nèi)刻蝕制作錐形凹槽9,如圖5c。
[0093] 在介質(zhì)層8上第二次制作掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在30000X30000個臺面2 上部的介質(zhì)層8內(nèi)均刻蝕制作1個錐形凹槽9,錐形凹槽9均為正四棱錐，正四棱錐底面邊 長為5 y m，深度為3 y m?？涛g凹槽采用的工藝條件為；SFe流量為6sccm，0 2流量為3sccm， 壓強(qiáng)為12mTorr，偏置電壓為110V。
[0094] 步驟D，對錐形凹槽9下部的n型In訊材料進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入，實現(xiàn)臺面2的 P型滲雜，并形成P型錐形滲雜區(qū)3,如圖5d。
[0095] 對30000 X 30000個臺面2上部介質(zhì)層8內(nèi)1個錐形凹槽9下部的n型In訊材料 進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入，實現(xiàn)對每個臺面2的P型滲雜，同時在每個臺面下部的n型In訊襯 底1內(nèi)形成與介質(zhì)層8內(nèi)一個錐形凹槽9形狀相似的P型錐形滲雜區(qū)3,該些P型錐形滲雜 區(qū)均為正四棱錐，四棱錐底面邊長L為5ym，高h(yuǎn)為3y m，其中滲雜雜質(zhì)為儀離子，滲雜濃 度為lXl〇i6cnT3。離子注入采用的工藝條件為進(jìn)入劑量為8X109cnT 2,注入能量為50keV。
[0096] 步驟E，去除介質(zhì)層8,如圖5e。
[0097] 在介質(zhì)層8上第=次制作掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕去除在n型In訊襯底 1上部、30000X30000個臺面2上部和30000X30000個臺面2側(cè)面的介質(zhì)層8?？涛g介質(zhì) 層采用的工藝條件為；CF4流量為50sccm，〇2流量為3sccm，壓強(qiáng)為15mTorr，功率為250W。 [009引 步驟F，在n型In訊襯底1上部、30000X30000個臺面2上部和30000X30000個 臺面2側(cè)面淀積保護(hù)層4,如圖5f。
[0099] 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在n型In訊襯底1上部、30000X30000個臺 面2上部和30000 X 30000個臺面2側(cè)面淀積厚度為0. 15 y m的SiN保護(hù)層4。淀積保護(hù)層 采用的工藝條件為；氣體為畑3、馬及SiH 4,氣體流量分別為2. 5sccm、950sccm和250sccm， 溫度、RF功率和壓強(qiáng)分別為300 °C、2抓和950mTorr。
[0100] 步驟G，刻蝕去除n型In訊襯底1邊緣上部和30000 X 30000個臺面2上部的保護(hù) 層4,如圖5g。
[0101] 在保護(hù)層4上第四次制作掩膜，其中該掩膜圖形包括陽極掩膜圖形和陰極掩膜圖 形兩部分，陽極掩膜圖形是由30000 X 30000個邊長L為5 y m的正方形所組成的陣列，其中 相鄰兩個正方形的間距di、最邊緣正方形與n型In訊襯底1邊緣之間的距離d2均為1 y m ; 陰極掩膜圖形為"回"字形圖形，該"回"字形圖形各內(nèi)邊長相等且各外邊長相等，其中外邊 長為180001 y m，外邊長與內(nèi)邊長的間距為0. 5 y m ;利用該掩膜采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，刻 蝕去除n型In訊襯底1邊緣上部和30000 X 30000個臺面2上部的保護(hù)層4?？涛g保護(hù)層 采用的工藝條件為；CF4流量為40sccm，0 2流量為3sccm，壓強(qiáng)為1 ImTorr，功率為220W。
[0102] 步驟H，在臺面2上部淀積金屬制作陽極5,同時在n型In訊襯底1邊緣上部淀積 金屬制作"回"字形陰極6，如圖化。
[0103] 在30000X30000個臺面2上和n型In訊襯底1邊緣上第五次制作掩膜，該掩模 圖形與步驟G中第四次制作的掩膜圖形完全相同；利用該掩膜采用電子束蒸發(fā)技術(shù)在每個 臺面2上部和n型In訊襯底1邊緣上部依次淀積化、Au金屬，制作陽極5和"回"字形陰 極6,金屬厚度為0. 04 y m/0. 6 y m。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1. 8 X 1(T中a, 功率范圍為180?980W，蒸發(fā)速率小于3A/S;快速退火采用的工藝條件為；溫度為800°C，時 間為15s。
[0104] 步驟I，在n型In訊襯底1的下部淀積純化層7,如圖5i。
[01化]采用電子束蒸發(fā)技術(shù)在n型In訊襯底1的下部，淀積厚度為0. 06 ym的Si化 純化層7,從而完成整個探測器陣列的制作。淀積純化層采用的工藝條件為；真空度小于 1. 3 X 1〇-中a,功率小于55W，蒸發(fā)速率小于2.5A/S。
[0106] 本發(fā)明的效果可通過W下仿真進(jìn)一步說明。
[0107] 仿真中，傳統(tǒng)陣列和本發(fā)明陣列均采用5X5的陣列，n型In訊襯底刻蝕后的厚 度S均為10 ym，臺面大小L均為40 ym，臺面高度H均為5 ym，相鄰兩個臺面的間距diW 及最邊緣臺面與n型In訊襯底邊緣之間的距離d2均為20 ym，n型In訊滲雜濃度均為 1 X l〇i5cm-3, P型In訊滲雜濃度均為1 X IQiScm-3;本發(fā)明陣列中每個臺面下P型錐形滲雜 區(qū)的個數(shù)m = 1，P型錐形滲雜區(qū)為正四棱錐，正四棱錐的底面為正方形，正方形邊長1為 40 ym，高h(yuǎn)為10 ym ;仿真中的福射源從純化層一側(cè)，即W背入射方式，垂直照射最中屯、像 yn 〇
[0108] 仿真1 ;對傳統(tǒng)陣列與本發(fā)明陣列中沿入射福射方向在最中屯、像元中屯、處的空穴 濃度進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6。
[0109] 由圖6可W看出；沿入射福射方向在最中屯、像元中屯、處絕大部分范圍內(nèi)，本發(fā)明 陣列的空穴濃度均顯著高于傳統(tǒng)陣列的空穴濃度，說明本發(fā)明陣列收集載流子的能力明顯 高于傳統(tǒng)陣列。
[0110] 仿真2 ;對傳統(tǒng)陣列與本發(fā)明陣列最中屯、像元中屯、處沿入射福射方向的縱向電場 進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖7。
[0111] 由圖7可W看出；本發(fā)明陣列的電場在光生載流子的主要產(chǎn)生區(qū)域，即靠近純化 層附近的n型InSb襯底中，明顯大于傳統(tǒng)陣列的電場，說明本發(fā)明陣列光生載流子的主要 產(chǎn)生區(qū)域中在最中屯、像元中屯、處沿入射福射方向的縱向電場對光生載流子的抽取作用顯 著增強(qiáng)，該大大減小了光生載流子產(chǎn)生區(qū)域中光生電子空穴對的復(fù)合作用，并降低了光生 載流子產(chǎn)生區(qū)域中陷阱俘獲光生載流子的數(shù)量，使得絕大部分光生載流子都被中屯、像元收 集，而被其他像元收集的光生載流子數(shù)量大大減少，因此本發(fā)明陣列的量子效率和串音均 明顯優(yōu)于傳統(tǒng)陣列。
[0112] 仿真3 ;對傳統(tǒng)陣列與本發(fā)明陣列最中屯、像元中屯、處沿入射福射方向的橫向電場 進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖8。
[0113] 由圖8可W看出：本發(fā)明陣列的電場，尤其是光生載流子主要產(chǎn)生區(qū)域的電場，明 顯小于傳統(tǒng)陣列的電場，說明本發(fā)明陣列最中屯、像元中屯、處沿入射福射方向的橫向電場對 光生載流子的抽取作用顯著減小，結(jié)合圖7仿真結(jié)果可知，絕大部分光生載流子都被中屯、 像元沿入射福射方向的縱向強(qiáng)電場抽取，而被其他像元收集的光生載流子數(shù)量大大減少， 因此本發(fā)明陣列的量子效率和串音均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)陣列。
[0114] 對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本
【發(fā)明內(nèi)容】
和原理后，能夠在不背離本發(fā) 明的原理和范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是 該些基于本發(fā)明的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種光伏型探測器陣列，包括η型InSb襯底（1)和鈍化層（7)，η型InSb襯底（I) 上刻蝕有tXt個臺面（2)，t為整數(shù)且t彡1 ;每個臺面⑵上部均淀積有陽極（5)，η型 InSb襯底（1)邊緣上部淀積有"回"字形陰極（6);所述η型InSb襯底（1)上部和每個臺 面（2)側(cè)面淀積有保護(hù)層（4)，其特征在于：每個臺面（2)正下方的η型InSb襯底（1)內(nèi) 均設(shè)有m個相同的ρ型錐形摻雜區(qū)（3)，每個ρ型錐形摻雜區(qū)（3)均與η型InSb襯底（1) 構(gòu)成ρη結(jié)，m為大于或等于1的整數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏型探測器陣列，其特征在于η型InSb襯底（1)刻蝕 前的厚度k為4. 4?22μm，刻蝕后的的厚度s為4?14μm，摻雜濃度為IXIO11CnT3? IXIO16Cm3〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏型探測器陣列，其特征在于每個臺面（2)的上、下表面均 為正方形，正方形的邊長L為5?52μm，每個臺面的高度H均相同，H等于k減去s，且取 值范圍為〇. 4?8μπι。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏型探測器陣列，其特征在于相鄰兩個臺面（2)的間距為 (I1，最邊緣臺面（2)與η型InSb襯底（1)邊緣之間的距離為d2, (I1=d2，且取值范圍為1? 50μm〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏型探測器陣列，其特征在于每個臺面（2)的下表面與其 正下方的m個ρ型錐形摻雜區(qū)（3)的底面相接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏型探測器陣列，其特征在于ρ型錐形摻雜區(qū)（3)均為相 同的四棱錐，每個四棱錐的底面為長方形，其底面長為L，寬為1，I=L/m，高h(yuǎn)小于或等于 η型InSb襯底（1)刻蝕后的厚度s，且h等于3ea°3dl。
7. -種制作光伏型探測器陣列的方法，包括如下過程： 第一步，在η型InSb襯底（1)上第一次制作掩膜，利用該掩膜在η型InSb襯底（1)上 刻蝕制作tXt個臺面（2); 第二步，在η型InSb襯底（1)上部、每個臺面（2)上部和每個臺面（2)側(cè)面淀積厚度 為3?14μm的介質(zhì)層（8); 第三步，在介質(zhì)層（8)上第二次制作掩膜，利用該掩膜在每個臺面（2)上部的介質(zhì)層 (8)內(nèi)刻蝕制作m個相同的錐形凹槽（9)，錐形凹槽的深度小于或等于介質(zhì)層的厚度； 第四步，對每個錐形凹槽（9)下部的η型InSb材料進(jìn)行ρ型雜質(zhì)離子注入，實現(xiàn)對每 個臺面（2)的ρ型摻雜，并在每個臺面下形成m個相同的ρ型錐形摻雜區(qū)（3)，且ρ型錐形 摻雜區(qū)的底面為長方形，長為L，寬為1，I=L/m，高h(yuǎn)小于或等于η型InSb襯底（1)刻蝕 后的厚度s，且h等于3ea(1Ml; 第五步，在介質(zhì)層（8)上第三次制作掩膜，利用該掩膜刻蝕去除η型InSb襯底（1)上 部、每個臺面（2)上部和每個臺面（2)側(cè)面的介質(zhì)層（8); 第六步，在η型InSb襯底（1)上部、每個臺面（2)上部和每個臺面（2)側(cè)面淀積保護(hù) 層（4)，即用絕緣介質(zhì)材料分別覆蓋η型InSb襯底（1)上部、每個臺面（2)上部和每個臺面 (2)側(cè)面的區(qū)域； 第七步，在保護(hù)層（4)上第四次制作掩膜，利用該掩膜刻蝕去除η型InSb襯底（1)邊 緣上部和每個臺面（2)上部的保護(hù)層（4); 第八步，在每個臺面（2)上和η型InSb襯底邊緣（1)上第五次制作掩膜，利用該掩膜 在每個臺面（2)上部淀積金屬制作陽極（5)，同時在η型InSb襯底邊緣上部淀積金屬制作 "回"字形陰極（6); 第九步，在η型InSb襯底（1)的下部淀積鈍化層（7)，即用透紅外輻射絕緣介質(zhì)材料覆 蓋η型InSb襯底（1)下部的區(qū)域，從而完成整個探測器陣列的制作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述第四步對錐形凹槽（9)下部的η型 InSb材料進(jìn)行ρ型雜質(zhì)離子注入，摻雜濃度為IXIO16CnT3?IX10 18CnT3;;離子注入采用 的工藝條件為：注入劑量為8ΧIO9CnT2?7Χ10 13cnT2,注入能量為50keV?800keV。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述第八步制作的陽極（5)和陰極（6)，厚 度相同，均采用相同的Cr/Au兩層金屬組合，其厚度為0. 04?0. 08μm/0. 6?1. 2μm，且下 層金屬厚度小于上層金屬厚度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于： 所述保護(hù)層（4)采用Si02、ZnS、SiN、A1203、Sc203、Hf02、TiO2或其它絕緣介質(zhì)材料，其 厚度為〇· 15?L5μπι; 所述鈍化層⑵采用ZnS、Si02、SiN、A1203、Hf02、1102或其它透紅外輻射絕緣介質(zhì)材 料，其厚度為〇.〇6?1.2μm。
【文檔編號】H01L31/18GK104465812SQ201410668714
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】楊翠, 馬京立, 林宏杰, 張延濤, 馬琳, 張小雷, 孟超, 陳曉冬, 呂衍秋, 司俊杰 申請人:西安電子科技大學(xué)