[發(fā)明專利]碲鎘汞微臺面紅外探測芯片的光敏感元列陣成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910198967.4
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN101740502A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉振華;尹文婷;馬偉平;黃建;林春;胡曉寧;丁瑞軍;何力
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: H01L21/82
• 分類號: H01L21/82;H01L31/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測器制造工藝技術(shù)，具體是指HgCdTe紅外焦平面探測器微臺面芯片光敏感元列陣加工的高占空比成形方法。

背景技術(shù)

紅外焦平面列陣器件是既具有紅外信息獲取又具有信息處理功能的先進的成像傳感器，在空間對地觀測、光電對抗、機器人視覺、搜索與跟蹤、醫(yī)用和工業(yè)熱成像、以及導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等軍、民用領(lǐng)域有重要而廣泛的應(yīng)用。由于其不可替代的地位和作用，世界上的主要工業(yè)大國都將碲鎘汞紅外焦平面列陣器件制備技術(shù)列為重點發(fā)展的高技術(shù)項目。

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)已進入了以大面陣、小型化和多色化等為特點的第三代紅外焦平面探測器的重要發(fā)展階段，見S.Horn，P.Norton，T.Cincotta，A.Stoltz，et?al，“Challenges?for?third-generation?cooledimagers”，proceeding?of?SPIE，Vol.5074，2003，P44-51。隨著光敏感芯片結(jié)構(gòu)的不斷復(fù)雜，傳統(tǒng)的平面結(jié)探測器芯片工藝已經(jīng)很難滿足新一代紅外焦平面探測器的發(fā)展。由于垂直集成的雙色、多色光敏感元列陣需要在空間上進行電學(xué)隔離，而大面陣、小型化焦平面探測器也需要進行物理隔離來減小高密度光敏感元之間的電學(xué)串?dāng)_。為此，各個光敏感元采用物理隔離的深為10-30μm、大小為10×10-80×80μm²的深微臺面列陣芯片是發(fā)展新一代HgCdTe紅外焦平面探測器的必然途徑，而深微臺面列陣芯片加工的關(guān)鍵技術(shù)主要有深微臺面芯片光敏感元列陣的高占空比成形、復(fù)合介質(zhì)膜均衡鈍化與歐姆接觸金屬化等。

其中，深微臺面芯片光敏感元列陣的高占空比成形是在光敏感元列陣相互之間形成高深寬比隔離溝槽，以實現(xiàn)紅外焦平面微臺面芯片的光敏感元列陣分離。這要求隔離溝槽將原位摻雜p-n結(jié)材料完全被深溝槽隔斷成光敏感元光電二極管微臺面列陣，還需要確保微臺面光敏感元列陣的公共基區(qū)層仍然保持連通，以形成分離的光敏感元列陣與公共電極之間的電學(xué)接觸。這些光敏感元光電二極管列陣不僅相互之間是獨立的、分離的，而且它們的公共基區(qū)又是相連的。同時，光敏感元列陣成形的隔離溝槽還必須有高深寬比，以確保深微臺面列陣芯片光敏感元的高占空比。

雖然，等離子體干法刻蝕技術(shù)具有很好的各向異性，用以隔離深微臺面列陣芯片可獲得很高的光敏感元占空比。但是，干法刻蝕技術(shù)易導(dǎo)致在深微臺面列陣芯片隔離溝槽側(cè)壁產(chǎn)生電學(xué)損傷，從而對深微臺面紅外焦平面探測器電極接觸以及電學(xué)性能造成不良影響。而且，常規(guī)濕化學(xué)腐蝕方法是各向同性的，存在嚴(yán)重的橫向腐蝕。它即使不會引起隔離溝槽側(cè)壁電學(xué)損傷，但嚴(yán)重的橫向腐蝕使其不能滿足深微臺面列陣芯片的光敏感元高占空比隔離的要求。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述已有深微臺面芯片光敏感元列陣的成形方法存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種操作方便、深度可控與均勻、無電學(xué)損傷和無需昂貴裝置的深微臺面芯片光敏感元列陣的高占空比成形方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用先于HgCdTe紅外焦平面探測芯片表面制作用于形成深微臺面列陣芯片隔離溝槽的光刻膠掩蔽膜圖形，然后利用旋轉(zhuǎn)涂敷的方法往光刻膠掩蔽膜構(gòu)成的溝槽圖形內(nèi)填充一定數(shù)量的碲鎘汞材料的溴與氫溴酸混合腐蝕液，并通過控制光刻膠掩蔽膜形成的隔離溝槽圖形的深度和腐蝕時間來控制深微臺面列陣芯片所需的隔離溝槽深度的技術(shù)方案。

本發(fā)明在深微臺面列陣芯片隔離溝槽的濕化學(xué)腐蝕過程中，巧妙地應(yīng)用了碲鎘汞腐蝕液自身存在重量的特性和在腐蝕過程中腐蝕液不斷損失的客觀規(guī)律。這是由于腐蝕液因自身的重量在濕化學(xué)腐蝕過程中其液面不斷下降，致使已腐蝕的碲鎘汞列陣芯片溝槽側(cè)壁隨著濕化學(xué)腐蝕的繼續(xù)而不斷地露出碲鎘汞腐蝕液的液面，從而不斷阻止露出腐蝕液液面的隔離溝槽側(cè)壁的橫向腐蝕，進而提高深微臺面芯片光敏感元列陣的占空比。而且，在隔離溝槽內(nèi)的腐蝕液會隨著濕化學(xué)腐蝕的不斷進行而不斷減小，這可避免出現(xiàn)頂部窄、底部寬倒“喇叭口”的隔離溝槽，有利于進一步提高深微臺面芯片的光敏感元列陣占空比和光電探測性能。于是，通過合理地控制腐蝕時間和光刻膠掩蔽膜形成的隔離溝槽圖形的深度，可方便地實現(xiàn)高均勻性和無工藝誘導(dǎo)損傷的深微臺面芯片光敏感元列陣的高占空比成形。

上述技術(shù)方案的光敏感元列陣成形方法如下：

A.采用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，在HgCdTe紅外焦平面探測芯片表面制作用于形成深微臺面列陣芯片隔離溝槽的光刻膠掩蔽膜圖形，掩蔽膜厚度為1-6μm，掩蔽膜圖形開口寬度為1-8μm。