本发明属于半导体制造，尤其是涉及一种锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法。
背景技术：
1、由6.1家族的inas、gasb、alsb等材料组成的锑化物二类超晶格探测器以其晶格失配率低成为制备红外探测器过程中的重要材料选择。inas/gasb ii类超晶格具有其它先进红外材料体系如碲镉汞不具备的独特优势。与hgcdte红外探测器相比，ii类超晶格具有以下优点：1、材料稳定性好，产出率高，iii-v族化合物的化学键是较强的共价键，而ii-vi族半导体的化学键为键能较小的离子键；因此，与hgcdte相比，iii-v族材料具有更好的化学稳定性，降低了器件的制备难度，同时iii-v族化合物半导体更易于生长，可加工成大面积阵列，有效提高良率和产能，降低成本；2、能带可调范围广，由于其特殊的能带，只需简单地改变inas和gasb的厚度，就可以实现ii类超晶格能带宽度的调节，且不会产生明显的晶格失配。通过插入alsb层，ii类超晶格光电器件具有覆盖从短波红外到甚长波红外波段的探测能力。
2、现有技术中，inas/gasb ii类超晶格器件制备方法，其主要包括以下步骤：台面成形；钝化。上述的台面成形步骤，一般使用标准光刻胶工艺定义图形后，通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法形成光电二极管台面，完成物理隔离。上述的钝化步骤，一般采用介质膜钝化、有机材料钝化、硫族化合物钝化、电化学钝化等方式在清洁的台面表面沉积一层钝化膜，达到表面保护的效果。
3、在台面制备过程中，周期性晶体结构突然终止，导致形成不饱和的悬空化学键，悬挂键会在带隙内产生表面态。这些表面态导致在材料表面处带隙中心附近的费米能级被钉扎，从而增强了表面泄漏电流。此外，对于台面尺寸为15μm及以下的红外焦平面阵列，表面泄漏电流，尤其是侧壁漏电流成为暗电流的主要贡献者。因此，为了提高器件性能，必须为inas/gasb t2sls器件开发高台阶覆盖率的钝化工艺，抑制侧壁漏电。
4、现有的钝化工艺主要存在以下两方面的不足之处。
5、一方面，超晶格刻蚀过程中组成层(inas,gasb,insb,gaas)的不同蚀刻速率导致半导体-空气界面上的周期性晶格突然终止，形成不饱和的悬挂键和器件侧壁上出现波动效应。刻蚀完成后，器件从刻蚀设备的真空腔转移到钝化工艺的过程中不可避免的需要暴漏在空气中形成天然氧化物，包括ga2o3和sb的多种氧化物，天然氧化物和污染物会通过增加表面态密度来提高暗电流水平。位于带隙内的界面态减轻了载流子隧穿，诱发了表面复合，形成了陷阱辅助隧穿暗电流。并且，天然氧化物很容易在暴露的器件侧壁上生成，使悬垂键饱和并形成二级化合物。尽管这些工艺已经采取了各种方法降低器件在空气中暴露的时间以减小表面氧化过程，由于inas和gasb t2sls组成层的厚度为几十个原子层，而insb和gaas界面层的厚度通常被认为小于单层，因此在gasb和inas上不可避免的会形成天然氧化物，这对t2sls器件性能是有损益的。
6、另一方面，采用现有的钝化工艺对深沟道器件台面覆盖率较低。现有钝化工艺一般为介质膜钝化、有机材料钝化、硫族化合物钝化、宽禁带材料钝化等，这些钝化方式均需在器件表面采用物理或者化学沉积的方法在台面表面和侧壁沉积一层介质膜。这些成膜方法制备的薄膜在器件的上表面和侧壁均存在一定的厚度差，随着器件台面线宽的减小和台面深度的进一步增大，这些钝化工艺的包裹不均匀性将影响器件性能。例如，在台面深度大于8微米的inas/gasb ii类超晶格双色探测器的台面器件中，由于刻蚀侧壁面积较大，而且同时存在两个易产生表面漏电的空间电荷区，对钝化工艺的要求进一步提高。不仅如此，台面侧壁的覆盖效果还会影响焦平面组件的可靠性，在后道填充胶点胶工艺中，不均匀的表面钝化膜将会造成填充胶不均匀的现象，从而降低成像焦平面组件的响应非均匀性。
技术实现思路
1、为解决iii-v族锑化物二类超晶格红外探测器芯片钝化过程中容易引入不稳定的氧化物导致缺陷密度增加及钝化层温度稳定性差的问题，本发明的目的是提供一种锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其利用外源的n原子对表面原子结构的修饰，从而改变半导体表面的电子结构；采用原子层沉积钝化薄膜，实现对器件刻蚀过程中产生的表面悬挂键的饱和化，从而实现对深刻蚀台面器件的高台阶覆盖率表面钝化。
2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其包括以下步骤：
4、s1、将待处理芯片放入icp刻蚀设备中进行icp刻蚀，形成超晶格台面；
5、s2、对步骤s1处理后的芯片采用湿法腐蚀方法去损伤层；
6、s3、对步骤s2处理后的芯片进行涂胶保护；
7、s4、对步骤s3处理后的芯片进行o2等离子体去胶；
8、s5、对步骤s4处理后的芯片进行n2等离子体去氧化层；
9、s6、对步骤s5处理后的芯片采用ald沉积技术进行ald钝化膜生长并完成后续电极开孔；
10、s7、对步骤s6处理后的芯片进行金属化操作，完成后，芯片进行封装。
11、进一步地，上述的步骤s1中，icp刻蚀条件：刻蚀气体为cl2或bcl3，保护气体为ch4和h2，物理刻蚀气体为ar，刻蚀气体中ar：ch4：cl2/bcl3：h2的气体流量比为10～12:4～10:3～8:20～25，等离子射频功率为100～500w，刻蚀温度为180～300℃，刻蚀腔体压力为1.0～1.5pa。
12、进一步地，上述的步骤s5中，n2等离子去氧化层条件：n2流量为50～150sccm，等离子射频功率为10～200w，处理时间为2～5min。
13、进一步地，上述的步骤s6中，ald钝化膜生长条件：ald钝化薄膜包括氧化铝al2o3薄膜、氧化锑sb2o3薄膜、氮化铝薄膜中的一种或者其复合薄膜。
14、更进一步地，上述的步骤s6中，ald钝化膜制备过程中使用的前驱体为：氧源为h2o或o3，铝源为tma，锑源为sbcl3，氮源为n2/h2按照体积比1:1的混合物，多种载气交替进入反应腔，反应温度为220～250℃。
15、再进一步地，上述的步骤s6中，多种载气交替进入反应腔的步骤为：在ald沉积过程中，氧源气体与铝源和锑源气体交替进入反应腔，气体流量控制在30～150sccm之间，间隔通入惰性ar载气，一个脉冲周期包含了两种前驱体的吹扫和两次载气清洗过程，前驱体的吹扫时间控制在30～150ms之间。
16、进一步地，上述的步骤s6中，电极开孔过程采用干法刻蚀工艺在icp刻蚀腔体中完成，所述刻蚀气体为ar和ch3，刻蚀温度为20～50℃低温刻蚀，刻蚀气体中ar：ch3：h2的气体流量比为20～25:3～6:10～15；特征刻蚀等离子功率和偏压功率分别为150～250w和40～50w，ch3流量为10～30sccm。
17、进一步地，上述的步骤s4中的o2等离子体去胶过程、步骤s5中的n2等离子体去氧化层过程、步骤s6中的ald钝化膜生长过程均在ald设备中进行。
18、由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
19、该锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其刻蚀深度通过刻蚀时间和调节icp功率进行控制，最深达10um，能够满足双色超晶格台面器件的刻蚀深度要求；刻蚀完成的样品经过氮化物生长，表面氮化物生长过程中能够有效去除刻蚀过程带来的悬挂键和自然氧化层，对空气中放置时间并无特别要求，更加有利于实际器件制备工艺的进行；同时，生长的热ald钝化薄膜能够有效保证大于95％的台阶覆盖率，抑制双色超晶格器件的侧壁漏电，提高器件的可靠性；得到的芯片的钝化层为含有in-n键的高介电常数钝化膜，具有台面覆盖性好、耐高温性好的特点，为芯片制备后道工艺创造更大的工艺窗口。
20、该锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其处理后得到的的芯片具有以下优点：一、刻蚀完成后，器件不可避免的暴露在低真空环境中表面形成天然氧化物，包括ga2o3和sb的多种氧化物，在ald反应腔内被低能量、高等离子密度的n等离子有效去除，并在inas、gasb表面与n原子形成稳定的共价键，大大降低了表面态密度，抑制暗电流水平，减小了位于带隙内的界面态诱发的表面复合降低了陷阱辅助隧穿暗电流。并且，在这层氮化物表面沉积高致密性的ald薄膜，起到物理保护、化学保护、电学保护的作用。经本发明的钝化方法制备的截止波长为11.5μm的长波inas/gasb ii类超晶格器件与常规钝化方式的器件相比，暗电流密度从5×10-3a/cm2降低到7×10-4a/cm2。二、采用本发明的钝化工艺对深沟道器件台面覆盖率大于95％；随着器件台面线宽的减小和台面深度的进一步增大，器件对钝化工艺的包裹不均匀性的要求进一步提高；在台面深度大于8微米的inas/gasb ii类超晶格双色探测器的台面器件中，由于刻蚀侧壁面积较大，而且同时存在两个易产生表面漏电的空间电荷区，本发明的钝化方法能够起到良好的钝化效果。本发明的钝化方法对inas/gasb二类超晶格焦平面组件的可靠性方面有很大提升，由于本发明的钝化薄膜耐高温能力达到300摄氏度以上，对组件倒焊互连工艺流出了足够的工艺余量，在后道填充胶点胶工艺中，表面钝化膜有助于填充胶的均匀填充。采用本发明的钝化方法制备的焦平面组件的响应非均匀性优于常规钝化器件50％以上，且大大提高了组件的成品率。
1.一种锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：所述步骤s1中，icp刻蚀条件：刻蚀气体为cl2或bcl3，保护气体为ch4和h2，物理刻蚀气体为ar，刻蚀气体中ar：ch4：cl2/bcl3：h2的气体流量比为10～12:4～10:3～8:20～25，等离子射频功率为100～500w，刻蚀温度为180～300℃，刻蚀腔体压力为1.0～1.5pa。
3.根据权利要求1所述的锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：所述步骤s5中，n2等离子去氧化层条件：n2流量为50～150sccm，等离子射频功率为10～200w，处理时间为2～5min。
4.根据权利要求1所述的锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：所述步骤s6中，ald钝化膜生长条件：ald钝化薄膜包括氧化铝al2o3薄膜、氧化锑sb2o3薄膜、氮化铝薄膜中的一种或者其复合薄膜。
5.根据权利要求1或4所述的锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：所述步骤s6中，ald钝化膜制备过程中使用的前驱体为：氧源为h2o或o3，铝源为tma，锑源为sbcl3，氮源为n2/h2按照体积比1:1的混合物，多种载气交替进入反应腔，反应温度为220～250℃。
6.根据权利要求5所述的锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：所述步骤s6中，多种载气交替进入反应腔的步骤为：在ald沉积过程中，氧源气体与铝源和锑源气体交替进入反应腔，气体流量控制在30～150sccm之间，间隔通入惰性ar载气，一个脉冲周期包含了两种前驱体的吹扫和两次载气清洗过程，前驱体的吹扫时间控制在30～150ms之间。
7.根据权利要求1所述的锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：所述步骤s6中，电极开孔过程采用干法刻蚀工艺在icp刻蚀腔体中完成，所述刻蚀气体为ar和ch3，刻蚀温度为20～50℃低温刻蚀，刻蚀气体中ar：ch3：h2的气体流量比为20～25:3～6:10～15；特征刻蚀等离子功率和偏压功率分别为150～250w和40～50w，ch3流量为10～30sccm。
8.根据权利要求1所述的锑化物超晶格红外探测器芯片的钝化方法，其特征是：所述步骤s4中的o2等离子体去胶过程、步骤s5中的n2等离子体去氧化层过程、步骤s6中的ald钝化膜生长过程均在ald设备中进行。
