[實用新型]用于高能離子注入的復合掩膜

有效

• 申請號: 201520371989.7
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN204680649U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 施長治;林春
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L21/426
• 分類號: H01L21/426;H01L21/36;H01L21/027;H01L21/475;H01L21/471
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及微電子工藝中的掩膜技術，具體指一種用于高能離子注入的復合掩膜結構。

背景技術

基于碲鎘汞光電二極管的紅外焦平面陣列探測器已經廣泛應用于軍事安保、資源勘探、海洋監測及空間遙感等領域。按器件結構劃分，HgCdTe光電二極管可分為n-on-p型和p-on-n型。n-on-p工藝歷經幾十年的技術積累已經趨于成熟，基于該工藝的短波紅外(SWIR)和中波紅外(MWIR)HgCdTe?FPA器件已經具有較高的性能。然而，對于長波(LW)及甚長波(VLW)器件來說，為了獲得相應譜段的光譜響應，必須將HgCdTe基底材料的禁帶寬度進一步降低(＜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電阻，在長波/甚長波以及大面積碲鎘汞紅外焦平面陣列探測器應用方面具有n-on-p型器件不可比擬的優勢。p-on-n型探測器中的平面pn結工藝與臺面pn結工藝相比，具有工藝易實現、表面鈍化工藝簡單、器件一致性好的優點。其核心技術之一就是p型雜質的離子注入技術，摻雜劑為V族元素，以砷元素最為常用。砷的原子質量大、擴散系數很小，為了將砷離子注入到滿足器件性能要求的適合深度，必須采用高能量進行離子注入，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產生損傷缺陷，常規的光致抗蝕劑掩膜也無法承受，會發生變性和皸裂，從而導致工藝失敗和注入后無法徹底去除掩膜的問題。

目前，在硅基半導體器件工藝中，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題，一些半導體器件生產商提出了硬性掩膜方案，即以圖形化的硬介質薄膜作為注入掩膜。如，京東方科技提出在基板表面制備石墨薄膜，通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層(參考文獻：一種離子注入的方法.中國發明專利,CN103972062A)；華力微電子提出在襯底結構表面沉積非晶態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，通過光刻和多次圖形化刻蝕，獲得非晶態碳層掩膜(參考文獻：一種離子注入阻擋層的制作方法.中國發明專利,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題，但是其需要沉積額外的介質膜，并進行多步光刻及刻蝕，工藝復雜。硬性掩膜不適用于碲鎘汞器件的原因為：1)硬性掩膜層的沉積溫度遠超過碲鎘汞材料所能承受的溫度范圍(低于70℃)，而低溫生長(＜100℃)的介質薄膜多為柱狀多晶結構，表面存在針孔，嚴重影響薄膜的掩膜阻擋作用；2)現有工藝采用的硬性掩膜層(SiO₂、石墨、非晶態碳等)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，使小尺寸注入區的圖形精度難以保證。因此，必須考慮采用現有技術以外的工藝方案來解決碲鎘汞材料的高能離子注入掩膜的制備與去除問題。

發明內容

本專利的目的是提供一種用于高能離子注入的復合掩膜結構。

本專利中掩膜包括注入阻擋層1，光致抗蝕劑掩膜層2，犧牲介質層3；其結構為：復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，上層為犧牲介質層3；

所述的注入阻擋層1為20～200nm厚的介質膜層，采用與碲鎘汞材料晶格失配小的碲鋅鎘、碲化鋅或碲化鎘材料；

所述的犧牲介質層3為20～200nm厚的二氧化硅或硫化鋅薄膜層。

本專利中所述的復合掩膜結構的制備方法是指在生長有注入阻擋層介質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區掩膜圖形，采用正負傾角沉積方法在注入區、光致抗蝕劑掩膜側壁及頂部沉積犧牲介質膜，獲得復合注入掩膜。本專利中所述的復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膜的芯片清洗干凈并烘干，在芯片表面旋轉涂覆一層正性光致抗蝕劑，用光刻掩膜版對芯片進行曝光顯影及后烘堅膜，制備出光致抗蝕劑注入區掩膜圖形；

2)將已經制備好掩膜圖形的芯片裝載在樣品臺上，首先以0°傾角旋轉樣品臺，沉積總厚度20％～80％的犧牲介質膜；再以﹢20°～﹢50°傾角旋轉樣品臺，沉積總厚度10％～40％的犧牲介質膜；最后以﹣20°～﹣50°傾角旋轉樣品臺，沉積總厚度10％～40％的犧牲介質膜；最終獲得厚度為20～200nm的犧牲介質膜。

掩膜的去除方法的工藝步驟具體如下：