一種臺(tái)面pin鈍化結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，包括在半絕緣InP襯底上依序生長(zhǎng)有緩沖層、N++型InP層、InGaAs吸收層和P++型CapInP層，其中：該半絕緣InP襯底上依序生長(zhǎng)的該緩沖層、N++型InP層、InGaAs吸收層和P++型CapInP層構(gòu)成了階梯層臺(tái)面，在該階梯層臺(tái)面的側(cè)壁上生長(zhǎng)有BCB層以及在該BCB層上生長(zhǎng)有保護(hù)該BCB層的SiO2鈍化層，藉由前述結(jié)構(gòu)或其構(gòu)造的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了該臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，從而達(dá)成了方便制成、電性接觸可靠性高、暗電流低以及使用時(shí)可降低能耗、延長(zhǎng)壽命的良好效果。
【專利說明】一種臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光通訊【技術(shù)領(lǐng)域】，尤指一種臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)光電轉(zhuǎn)化芯片器件的鈍化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，采用較多的鈍化方式分為生長(zhǎng)鈍化層法和spin-coating鈍化層的辦法。生長(zhǎng)鈍化層有:
[0003]1.用PECVD，生長(zhǎng)鈍化層Si02、SiNx等、缺點(diǎn)在于臺(tái)面材料本身晶格常數(shù)與Si02、SiNx較難形成匹配，而晶格缺陷的直接后果是漏電流偏大，同時(shí)，特別是Si02的生長(zhǎng)會(huì)引入氧化物導(dǎo)致側(cè)壁材料氧化，進(jìn)一步劣化了暗電流；
[0004]2.化學(xué)有機(jī)氣相沉積(MOCVD)腐蝕再生長(zhǎng)InP方法，對(duì)外延片再生長(zhǎng)前處理工藝要求較高，而且成本較大，同時(shí)，并沒有從根本上杜絕鈍化層InP和P++InP之間的寄生效應(yīng)；
[0005]3.磁控濺射A12N3的辦法，則由于其可重復(fù)性欠佳，則較少應(yīng)用于產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)過程中。
[0006]早期的Spin-coating主要用物質(zhì)聚酰亞胺(polimide)來(lái)實(shí)現(xiàn),其缺點(diǎn)在于即使獲得較低暗電流后，往往無(wú)法維持較長(zhǎng)的使用時(shí)間。隨著老化實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，劣化現(xiàn)象嚴(yán)重。同時(shí)由于聚酰亞胺的電特性欠佳，芯片器件以外的寄生效應(yīng)如電容比較明顯，無(wú)法與BCB(Benzocyclobutene)相提并論?？梢哉f聚酰亞胺的缺點(diǎn)正是BCB的長(zhǎng)處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，通俗地說，就是一種光電轉(zhuǎn)化芯片器件的鈍化技術(shù)結(jié)構(gòu)。
[0008]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明應(yīng)該的技術(shù)方案是:一種臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，包括在半絕緣InP襯底上依序生長(zhǎng)有緩沖層、N++型InP層、InGaAs吸收層和P++型CapInP層，其中:該半絕緣InP襯底上依序生長(zhǎng)的該緩沖層、N++型InP層、InGaAs吸收層和P++型CapInP層構(gòu)成了階梯層臺(tái)面，在該階梯層臺(tái)面的側(cè)壁上生長(zhǎng)有BCB層以及在該BCB層上生長(zhǎng)有保護(hù)該BCB層的Si02鈍化層。
[0009]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述的階梯層臺(tái)面為兩側(cè)壁構(gòu)成的正階梯形臺(tái)面。
[0010]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述的側(cè)壁與BCB之間還具有AP3000增強(qiáng)劑構(gòu)成的結(jié)合層。
[0011]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述的BCB層覆蓋該階梯層臺(tái)面全部側(cè)壁區(qū)域。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益的效果是:方便制成、電性接觸可靠性高、暗電流低以及使用時(shí)可降低能耗、延長(zhǎng)壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】[0013]圖1是本實(shí)施例中生長(zhǎng)后臺(tái)面PIN外延片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是圖1經(jīng)過臺(tái)面形成工藝后外延片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是圖2進(jìn)行BCB工藝后外延片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是圖3進(jìn)行鈍化層Si02生長(zhǎng)后外延片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5是本實(shí)施例中光刻過程示意圖。
[0018]圖6是本實(shí)施例中5000小時(shí)老化壽命實(shí)驗(yàn)曲線示意圖。
[0019]圖7是本實(shí)施例中臺(tái)面PIN芯片_3dB帶寬測(cè)試數(shù)據(jù)示意圖。
[0020]圖8是本實(shí)施例中BCB光刻發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程示意圖。 [0021]圖9是本實(shí)施例中BCB固化發(fā)生化學(xué)過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0023]請(qǐng)參閱圖1所述，為本實(shí)用新型之一種臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，包括半絕緣InP襯底60 上依序生長(zhǎng)有緩沖層(buffer layer) 50、N++型 InP 層 30、InGaAs 吸收層(absorptionlayer) 20以及P++型CapInP層10，其中:該半絕緣InP襯底60為Fe摻雜的InP襯底，藉此有效增加阻抗，避免襯底產(chǎn)生寄生效應(yīng)；該緩沖層50更好的匹配了半絕緣InP襯底60和N++型InP層30的晶格常數(shù)，并在兩者濃度差異上起到過度作用，以此確保外延片生長(zhǎng)質(zhì)量；該奸+型InP層30為正電位接入口，為使金屬電極和器件形成良好的歐姆接觸，盡量采取高濃度的S摻雜InP，進(jìn)而以最大限度地降低器件在高速型號(hào)工作時(shí)的功耗；該P(yáng)++型CapInP層10為負(fù)電位接入口，為了讓金屬電極和器件形成良好的歐姆接觸，盡量采取高濃度的Zn摻雜InP，進(jìn)而以最大限度地降低器件在高速型號(hào)工作時(shí)的功耗，同時(shí)常溫下InP禁帶帶隙寬度1.35eV大于或者相對(duì)于In0.52Ga0.47P禁帶帶隙寬度，以及非故意摻雜InGaAs吸收層20，有效的提高的器件的光響應(yīng)度Re≥0.9A/W。
[0024]在臺(tái)面制成中，先采用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)(RIE)，刻蝕如圖1中臺(tái)面PIN外延片，刻蝕完成后進(jìn)行Br-基溶劑腐蝕臺(tái)面PIN，待刻蝕物理?yè)p傷層完全修復(fù)后停止腐蝕，腐蝕后形狀如圖2所示；再通過調(diào)節(jié)刻蝕參數(shù)，確保形成的臺(tái)面為正梯形臺(tái)面，然后通過在刻蝕工程中加入氧氣輝光，調(diào)整輝光時(shí)間和功率，保證刻蝕產(chǎn)生有機(jī)雜質(zhì)的有效清理。然而，制成中，通過調(diào)整Br-系腐蝕液的時(shí)間和濃度，確保P++型CapInP層10和InGaAs吸收層20有相同的傾斜角，有利于后續(xù)工藝中臺(tái)面?zhèn)缺谂cBCB層40的良好接觸，同時(shí)在一定時(shí)間Br-系腐蝕液的腐蝕作用下將刻蝕當(dāng)中的物理?yè)p傷層去除，物理?yè)p傷層由于其有晶格破損、懸掛化學(xué)鍵等因素，在工作狀態(tài)的偏壓下，便成為臺(tái)面PIN暗電流的主要來(lái)源，同時(shí)空隙的存在也為臺(tái)面?zhèn)缺诒谎趸裣码[患。
[0025]BCB層40的制作工藝,制作采用spin-coating (懸涂法)的辦法完成,詳細(xì)流程如下:
[0026]第一步，增強(qiáng)劑涂覆:將臺(tái)面PIN，如圖2所示，用勻膠機(jī)以一定轉(zhuǎn)速旋涂增強(qiáng)劑AP3000，然后放在在熱板烘烤芯片；
[0027]第二步，BCB涂覆:承接“第一步”將臺(tái)面PIN用勻膠機(jī)以一定轉(zhuǎn)速旋涂BCB，然后放在熱板烘烤；
[0028]第三步，BCB光刻工藝:承接“第二步”將臺(tái)面PIN光刻成設(shè)定圖形，曝光，烘烤相應(yīng)時(shí)間，再用DS2100進(jìn)行顯影處理；
[0029] 第四步，BCB固化工藝:承接“第三步”將臺(tái)面PIN放在高真空退火系統(tǒng)中采用梯度升溫的方式高溫固化處理。
[0030]在上列步驟中，增強(qiáng)劑AP3000作用至關(guān)重要，BCB本身并不具有親近InP或者InGaAs的性質(zhì)。直接進(jìn)行BCB工藝，則缺乏一定粘滯力。臺(tái)面?zhèn)缺诒旧砺懵┑幕瘜W(xué)鍵，為暗電流的增大提供了潛在的風(fēng)險(xiǎn)。In-鍵和氧氣中O原子，較容易結(jié)合成In-O鍵，隨著時(shí)間的推移，In-O鍵的比例增多，進(jìn)一步增大了側(cè)壁的電導(dǎo)性。至于BCB光刻工藝，為光敏BCB光刻工藝過程，類似于普通光敏負(fù)膠，即曝光區(qū)域，最終BCB顯影后留下。主要過程包括甩膠、UV紫外光曝光、顯影液顯影，如圖5所示意。然而，光刻高阻抗的BCB光敏膠，通過光刻圖形控制和曝光顯影工藝參數(shù)的調(diào)整，控制BCB存在區(qū)域的大小，將整個(gè)BCB膠涂覆區(qū)域拓展到整個(gè)臺(tái)面?zhèn)缺诩爸獾膮^(qū)域。相對(duì)于之前臺(tái)面采用的非光敏BCB工藝來(lái)講，光敏BCB工藝更易于控制圖形和減少工藝難度很穩(wěn)定性。非光敏工藝往往需要單獨(dú)的RIE刻蝕工藝形成最終BCB圖形。而RIE刻蝕極易造成器件損傷，對(duì)暗電流和可靠性等特性造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，光敏BCB有效的避免了這一點(diǎn)。請(qǐng)參見圖3所示。
[0031]BCB中本身含有光敏因子，在一定功率的紫外光的照射下，發(fā)生反應(yīng)釋放出N2，并在與其他光敏因子鏈接的同時(shí)，與部分BCB多體發(fā)生鏈接。形成不溶于顯影液的聚合體。經(jīng)過顯影工藝仍然留在臺(tái)面的曝光區(qū)域，同時(shí)，非曝光區(qū)域的單體BCB則溶于顯影液，被清洗走。
[0032]請(qǐng)參見圖8所示，BCB詳細(xì)曝光化學(xué)過程如下:在固化過程中單體BCB苯環(huán)打開，首先由不同的單體小分子發(fā)生鏈接，隨著固化的進(jìn)行多個(gè)單體，又逐漸慢慢發(fā)生聚合反應(yīng)變成BCB多體。
[0033]請(qǐng)參見圖9所示，，BCB詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)過程如下:在此過程中，BCB的各項(xiàng)物理和化學(xué)性能逐漸達(dá)到最佳。首先多體不再溶解與丙酮酒精等有機(jī)化學(xué)溶劑，為后續(xù)各項(xiàng)工藝的實(shí)施提供了有利的條件。同時(shí)多體本身具有很強(qiáng)的化學(xué)惰性，即便長(zhǎng)期處在空氣中也不易氧化。良好的疏H20分子的性質(zhì)則杜絕了雜質(zhì)H20分子在側(cè)面p-n結(jié)交接面導(dǎo)通的可能性。
[0034]請(qǐng)參見圖4所示，最后生長(zhǎng)一 Si02鈍化層70，保護(hù)BCB和InP層在后續(xù)加工中受機(jī)械沖擊，同時(shí)為入射光進(jìn)入?yún)^(qū)域起到增加入射光透射的作用。
[0035]請(qǐng)參見圖6所示，本實(shí)用新型由于工作環(huán)境溫度和氣候的影響存在著自然老化的現(xiàn)象，可靠性的重要指標(biāo)是依靠外推壽命的數(shù)據(jù)，其可靠性好壞與否及其和壽命長(zhǎng)短直接衡量了鈍化技術(shù)的效果優(yōu)良。依據(jù)Be I coreGR-468-CORE和美軍標(biāo)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法，在145°C，-1OV條件下老化5024個(gè)小時(shí)，并在期間不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)試回到常溫時(shí)候的暗電流大小。以短期高溫工作情況來(lái)推算出室溫條件下長(zhǎng)期工作的數(shù)據(jù)，以50%失效比例和經(jīng)驗(yàn)公式τ ocexp (EaKj),再帶入激活能Ea的相應(yīng)數(shù)值(可靠性較差的Ea數(shù)值為ο.leV，可靠性越好^數(shù)值越高即1.1eV以上)。圖6中各實(shí)驗(yàn)樣品的老化后各個(gè)時(shí)間段測(cè)常溫暗電流，在5000小時(shí)內(nèi)沒有發(fā)生樣品退化，最大暗電流在0.05nA以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類型產(chǎn)品要求5nA以內(nèi)。帶入Ea = 0.6eV計(jì)算，室溫連續(xù)工作實(shí)踐將達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)，本試驗(yàn)已進(jìn)行到5000小時(shí)，仍沒有發(fā)現(xiàn)樣品退化，最后的中止壽命將超過15萬(wàn)小時(shí)。
[0036]圖7為3V電壓條件下，測(cè)試_3dB芯片帶寬。橫坐標(biāo)為輸入光信號(hào)頻率，縱坐標(biāo)為輸出電信號(hào)能量(采用dB單位制)。純芯片測(cè)試數(shù)據(jù)表明，我們的芯片在能量衰退到一半的信號(hào)頻率為12.8GHz左右。遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足IOG模塊數(shù)字通信中10.7Gbit/s的要求。同時(shí)，前
半段平坦的曲線區(qū)域較廣，表明芯片性能良好，并沒有隨著入射光頻率的增加而迅速下跌。
[0037]制作良好BCB各項(xiàng)性能參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，包括在半絕緣InP襯底上依序生長(zhǎng)有緩沖層、N++型InP層、InGaAs吸收層和P++型Cap InP層，其特征在于:該半絕緣InP襯底上依序生長(zhǎng)的該緩沖層、N++型InP層、InGaAs吸收層和P++型Cap InP層構(gòu)成了階梯層臺(tái)面,在該階梯層臺(tái)面的側(cè)壁上生長(zhǎng)有BCB層以及在該BCB層上生長(zhǎng)有保護(hù)該BCB層的Si02鈍化層。
2.如權(quán)利要求1所述的臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的階梯層臺(tái)面為兩側(cè)壁構(gòu)成的正階梯形臺(tái)面。
3.如權(quán)利要求2所述的臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的側(cè)壁與BCB之間還具有AP3000增強(qiáng)劑構(gòu)成的結(jié)合層。
4.如權(quán)利要求3所述的臺(tái)面PIN鈍化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的BCB層覆蓋該階梯層臺(tái)面全部側(cè)壁區(qū)域。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK203774339SQ201420134950
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】郭明瑋, 唐琦, 劉志峰 申請(qǐng)人:武漢華工正源光子技術(shù)有限公司