[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于高能離子注入的復(fù)合掩膜的去除方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510029323.8
• 申請(qǐng)日: 2015-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104616974B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施長(zhǎng)治;林春
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/02
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/02;H01L21/265;G03F7/42;G03F7/20
• 代理公司: 上海新天專(zhuān)利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子工藝中的掩膜技術(shù)，具體指一種用于碲鎘汞、注入能量大于200keV的高能離子注入復(fù)合掩膜結(jié)構(gòu)去除方法。

背景技術(shù)

基于碲鎘汞光電二極管的紅外焦平面陣列探測(cè)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事安保、資源勘探、海洋監(jiān)測(cè)及空間遙感等領(lǐng)域。按器件結(jié)構(gòu)劃分，HgCdTe光電二極管可分為n-on-p型和p-on-n型。n-on-p工藝歷經(jīng)幾十年的技術(shù)積累已經(jīng)趨于成熟，基于該工藝的短波紅外(SWIR)和中波紅外(MWIR)HgCdTe FPA器件已經(jīng)具有較高的性能。然而，對(duì)于長(zhǎng)波(LW)及甚長(zhǎng)波(VLW)器件來(lái)說(shuō)，為了獲得相應(yīng)譜段的光譜響應(yīng)，必須將HgCdTe基底材料的禁帶寬度進(jìn)一步降低(＜90meV)。在這樣窄的禁帶寬度下，器件暗電流中的隧穿電流分量將變得十分顯著。p-on-n型器件可以顯著抑制隧穿電流、降低暗電流并減小光吸收層的串聯(lián)電阻，在長(zhǎng)波/甚長(zhǎng)波以及大面積碲鎘汞紅外焦平面陣列探測(cè)器應(yīng)用方面具有n-on-p型器件不可比擬的優(yōu)勢(shì)。p-on-n型探測(cè)器中的平面pn結(jié)工藝與臺(tái)面pn結(jié)工藝相比，具有工藝易實(shí)現(xiàn)、表面鈍化工藝簡(jiǎn)單、器件一致性好的優(yōu)點(diǎn)。其核心技術(shù)之一就是p型雜質(zhì)的離子注入技術(shù)，摻雜劑為V族元素，以砷元素最為常用。砷的原子質(zhì)量大、擴(kuò)散系數(shù)很小，為了將砷離子注入到滿(mǎn)足器件性能要求的適合深度，必須采用高能量進(jìn)行離子注入，注入能量高于300KeV。在這樣高能量的重核離子轟擊下，不僅碲鎘汞材料表層會(huì)產(chǎn)生損傷缺陷，常規(guī)的光致抗蝕劑掩膜也無(wú)法承受，會(huì)發(fā)生變性和皸裂，從而導(dǎo)致工藝失敗和注入后無(wú)法徹底去除掩膜的問(wèn)題。

目前，在硅基半導(dǎo)體器件工藝中，為了避免光致抗蝕劑這樣的軟性掩膜在離子轟擊下的變性和易殘留的問(wèn)題，一些半導(dǎo)體器件生產(chǎn)商提出了硬性掩膜方案，即以圖形化的硬介質(zhì)薄膜作為注入掩膜。如，京東方科技提出在基板表面制備石墨薄膜，通過(guò)一次構(gòu)圖工藝形成石墨掩膜層(參考文獻(xiàn)：一種離子注入的方法.中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利,CN103972062A)；華力微電子提出在襯底結(jié)構(gòu)表面沉積非晶態(tài)碳層作為注入掩膜層，在其上沉積硬掩膜層，再覆蓋光致抗蝕劑，通過(guò)光刻和多次圖形化刻蝕，獲得非晶態(tài)碳層掩膜(參考文獻(xiàn)：一種離子注入阻擋層的制作方法.中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利,CN102683184A)。雖然硬性掩膜避免了光致抗蝕劑掩膜受轟擊變性及易殘留的問(wèn)題，但是其需要沉積額外的介質(zhì)膜，并進(jìn)行多步光刻及刻蝕，工藝復(fù)雜。硬性掩膜不適用于碲鎘汞器件的原因?yàn)椋?)硬性掩膜層的沉積溫度遠(yuǎn)超過(guò)碲鎘汞材料所能承受的溫度范圍(低于70℃)，而低溫生長(zhǎng)(＜100℃)的介質(zhì)薄膜多為柱狀多晶結(jié)構(gòu)，表面存在針孔，嚴(yán)重影響薄膜的掩膜阻擋作用；2)現(xiàn)有工藝采用的硬性掩膜層(SiO₂、石墨、非晶態(tài)碳等)與碲鎘汞材料存在較大的晶格失配，薄膜的附著性較差；3)硬性掩膜需要多步光刻及圖形化刻蝕，引入的圖形尺寸工藝誤差多，使小尺寸注入?yún)^(qū)的圖形精度難以保證。因此，必須考慮采用現(xiàn)有技術(shù)以外的工藝方案來(lái)解決碲鎘汞材料注入能量大于200keV的高能離子注入掩膜的制備與去除問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于碲鎘汞、注入能量大于200keV的高能離子注入復(fù)合掩膜的去除方法。

本發(fā)明中掩膜包括注入阻擋層1，光致抗蝕劑掩膜層2，犧牲介質(zhì)層3；其結(jié)構(gòu)為：復(fù)合掩膜的底層為注入阻擋層1，中部為具有掩膜圖形的光致抗蝕劑掩膜層2，上層為犧牲介質(zhì)層3；

所述的注入阻擋層1為20～200nm厚的介質(zhì)膜層，采用與碲鎘汞材料晶格失配較小的材料：碲鋅鎘、碲化鋅或碲化鎘；

所述的犧牲介質(zhì)層3為20～200nm厚的二氧化硅或硫化鋅薄膜層。

本發(fā)明中所述的復(fù)合掩膜結(jié)構(gòu)的制備方法是指在生長(zhǎng)有注入阻擋層介質(zhì)膜的碲鎘汞芯片表面采用正性光致抗蝕劑曝光光刻后獲得注入?yún)^(qū)掩膜圖形，采用正負(fù)傾角沉積方法在注入?yún)^(qū)、光致抗蝕劑掩膜側(cè)壁及頂部沉積犧牲介質(zhì)膜，獲得復(fù)合注入掩膜。本發(fā)明中所述的復(fù)合掩膜的去除方法是指依次采用濕法腐蝕、曝光顯影、濕法腐蝕的方法依次去除犧牲介質(zhì)膜、光致抗蝕劑以及注入阻擋層。

掩膜的制備方法的工藝步驟具體如下：

1)將已沉積注入阻擋層介質(zhì)膜的芯片清洗干凈并烘干，在芯片表面旋轉(zhuǎn)涂覆一層正性光致抗蝕劑，用光刻掩膜版對(duì)芯片進(jìn)行曝光顯影及后烘堅(jiān)膜，制備出光致抗蝕劑注入?yún)^(qū)掩膜圖形；