專利名稱：碲鎘汞紅外焦平面芯片的碲化鎘原位鈍化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測器件制造工藝技術(shù)，具體是指碲鎘汞(HgCdTe)紅外焦平面 探測器探測芯片的碲化鎘原位鈍化方法。
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 彈精確制導等軍、民用領(lǐng)域有重要而廣泛的應用。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 。高級紅外成像的高分辨率探測迫使新一代 紅外焦平面探測器向大面陣、小型化趨勢的發(fā)展，要求紅外探測光敏感元列陣的像元尺寸 不斷縮小。這對碲鎘汞紅外焦平面光伏探測器而言，必須通過改善表面鈍化質(zhì)量來提高離 子注入P_n結(jié)的電學特性，以確保高密度小像元尺寸紅外探測器仍然有高的響應率和探測 率的等光電性能，進而確保小像元尺寸紅外探測器在紅外成像系統(tǒng)中的分辨率。
碲鎘汞紅外焦平面光伏探測器的表面鈍化是碲鎘汞紅外探測芯片表面生長介質(zhì) 膜鈍化層以起到絕緣的效果。而更為重要目的是通過表面鈍化層中和探測芯片在表面的懸 掛鍵，使探測芯片的能帶在表面處盡可能接近平帶。表面鈍化的質(zhì)量差會影響光敏感元二 極管的電學特性，從而限制探測器的響應率和探測率等光電性能。 由于晶格結(jié)構(gòu)與碲鎘汞近似，碲化鎘介質(zhì)膜是碲鎘汞紅外焦平面探測器非常理想 的鈍化選擇。碲鎘汞紅外焦平面探測器碲化鎘鈍化的傳統(tǒng)制作方法是在紅外探測芯片的制 作過程中，通過碲化鎘薄膜生長和電極開口的方法形成的。但是，碲鎘汞紅外探測芯片在 整個芯片制作過程中，其新鮮表面在生長碲化鎘鈍化膜之前會短暫地或長時間地暴露在空 氣，因而造成碲鎘汞探測芯片表面被氧化和沾污中。這會損失碲鎘汞紅外焦平面探測芯片 部分的鈍化性能，并影響器件工藝的穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有碲鎘滎紅外焦平面探測芯片碲化鎘鈍化方法存在的問題，本發(fā)明的 目的是提供一種工藝簡單、穩(wěn)定性高和鈍化效果好的碲鎘汞紅外焦平面探測芯片的碲化鎘 鈍化方法。 為了達到上述目的，本發(fā)明采用在由分子束外延生長碲鎘滎紅外探測材料的終點 時，于碲鎘汞薄膜表面先原位生長一層碲化鎘薄膜并在碲鎘汞紅外探測芯片制備過程中對 需要鈍化區(qū)域的碲化鎘薄膜不予以破壞的碲化鎘原位鈍化的技術(shù)方案。 本發(fā)明在碲化鎘原位鈍化的碲鎘汞紅外探測芯片的制作過程中，先采用光刻掩模和濕化學腐蝕技術(shù)來去除形成P_n結(jié)的離子注入?yún)^(qū)域碲化鎘薄膜，再進行成結(jié)的離子注入
和信號引出的金屬化。由于，離子注入型碲鎘汞紅外探測芯片p-n結(jié)面積明顯遠大于離子
注入面積。所以，探測芯片列陣信號引出的金屬化可以直接生長在離子注入?yún)^(qū)域，而非離子
注入?yún)^(qū)域未被破壞的原位碲化鎘薄膜也就可以作為碲鎘汞探測芯片的鈍化膜。 上述技術(shù)方案的碲鎘汞紅外焦平面探測芯片的碲化鎘原位鈍化方法如下 A.采用分子束外延技術(shù)，在生長碲鎘滎紅外探測材料的終點時，于碲鎘滎薄膜表
面先原位生長一層碲化鎘薄膜，薄膜厚度為1000- 4000A。 B.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限定離子注入?yún)^(qū)域的光刻膠掩蔽膜圖形，掩蔽膜厚度為l-3ym，掩蔽膜圖形限定的離子注入?yún)^(qū)為正方形列陣，正方形邊長為10-30 ii m。 C.利用濕化學腐蝕的方法，將光刻膠掩蔽膜圖形限定的離子注入?yún)^(qū)域原位碲化鎘
薄膜腐蝕掉，選用的腐蝕液是硝酸、氫氟酸和水混合液，它們間的體積配比硝酸氫氟酸水為5 : i : 100-300，腐蝕時間為5-io秒。 D.對已經(jīng)暴露出碲鎘汞的區(qū)域進行離子注入，離子注入的能量為100-300KeV，注入劑量為lX1015-5X1015cm—2。 E.采用雙離子束鍍膜方法，在離子注入?yún)^(qū)域制作信號引出的金屬化層，金屬化材料為金(Au)，厚度為100-300nm。 本發(fā)明的最大優(yōu)點是巧妙地利用離子注入p_n結(jié)面積遠大于注入面積大的特殊性，在制備碲鎘汞紅外焦平面探測芯片時，只去除離子注入?yún)^(qū)域的原位碲化鎘薄膜，而將非離子注入?yún)^(qū)域的原位碲化鎘薄膜直接作為碲鎘汞探測芯片的鈍化膜。這種碲鎘汞紅外焦平面探測芯片的碲化鎘原位鈍化方法，具有工藝簡單、操作便捷、穩(wěn)定性高和鈍化效果好的特點。
圖1是本發(fā)明完成碲化鎘原位鈍化的的工藝流程示意圖，(a)圖為碲鎘汞焦平面探測芯片原位生長有碲化鎘介質(zhì)膜的情況；(b)圖為獲得的用于限定離子注入?yún)^(qū)域的光刻膠掩蔽膜圖形情況；(c)圖為完成去除離子注入?yún)^(qū)域碲化鎘介質(zhì)膜的情況；(d)圖為碲鎘汞紅外焦平面探測芯片進行離子注入的情況；(e)圖為去除光刻膠掩蔽膜圖形后碲化鎘原位鈍化的碲鎘汞紅外焦平面探測芯片的情況。 圖2是采用碲化鎘非原位鈍化的碲鎘汞紅外探測芯片光電p-n結(jié)I-V和R-V特性圖。 圖3是本發(fā)明采用碲化鎘原位鈍化的碲鎘汞紅外探測芯片光電p_n結(jié)I-V和R-V特性圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明 A.采用分子束外延技術(shù)，在生長碲鎘滎紅外探測材料1的終點時，于碲鎘滎薄膜
102表面先原位生長一層碲化鎘薄膜2，薄膜厚度為2000A。 B.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限定離子注入?yún)^(qū)域的光刻膠掩蔽膜圖形3，掩蔽膜厚度為1-3 m，掩蔽膜圖形限定的離子注入?yún)^(qū)為 正方形列陣，正方形邊長為20 ii m。 C.利用濕化學腐蝕的方法，將光刻膠掩蔽膜圖形限定的離子注入?yún)^(qū)域原位碲化鎘
薄膜腐蝕掉，選用的腐蝕液是硝酸、氫氟酸和水混合液，它們間的體積配比硝酸氫氟酸 水為5 : i : 200，腐蝕時間為8秒。 D.對已經(jīng)暴露出碲鎘汞的區(qū)域進行離子注入，形成碲鎘汞紅外焦平面探測芯片的 p-n結(jié)103。其中，離子注入的能量為200KeV，注入劑量為3X1015cm—2。
E.采用雙離子束鍍膜方法，在離子注入?yún)^(qū)域制作信號引出的金屬化層104，金屬 化材料為金(Au)，厚度為200nm。然后，進行后續(xù)的碲鎘汞紅外焦平面探測器的制作。
圖2和圖3分別為碲化鎘常規(guī)鈍化和碲化鎘原位鈍化的碲鎘滎紅外焦平面探測芯 片光電P_n結(jié)的I-V與R-V特性圖。圖2和圖3樣品僅在制備碲化鎘鈍化膜的方法和相應 的工藝上有微小的差別。如圖2、3所示，碲化鎘原位鈍化的碲化鎘紅外焦平面探測芯片光 電p-n結(jié)的暗電流明顯減小，相應的零偏動態(tài)阻抗提高了 2-3倍。特別是圖3在電壓的反 偏區(qū)域，動態(tài)阻抗提高的更加明顯。這表明碲化鎘原位鈍化對提高碲鎘汞紅外焦平面探測 芯片光電性能有明顯的作用。 由于本發(fā)明與離子注入型碲鎘汞紅外焦平面探測芯片加工工藝完全兼容，且具有 工藝簡單、操作快捷和穩(wěn)定性高，表明本發(fā)明碲化鎘原位鈍化的碲鎘汞紅外焦平面探測芯 片的制作方法是可行的、合理的。
權(quán)利要求
一種碲鎘汞紅外焦平面芯片的碲化鎘原位鈍化方法，其特征在于包括以下步驟A.采用分子束外延技術(shù)，在生長碲鎘汞紅外探測材料的終點時，于碲鎘汞薄膜表面先原位生長一層碲化鎘薄膜，薄膜厚度為1000-B.采用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，在碲鎘汞紅外焦平面探測芯片表面制作用于限定離子注入?yún)^(qū)域的光刻膠掩蔽膜圖形，掩蔽膜厚度為1-3μm，掩蔽膜圖形限定的離子注入?yún)^(qū)為正方形列陣，正方形邊長為10-30μm；C.利用濕化學腐蝕的方法，將光刻膠掩蔽膜圖形限定的離子注入?yún)^(qū)域原位碲化鎘薄膜腐蝕掉，選用的腐蝕液是硝酸、氫氟酸和水混合液，它們間的體積配比硝酸∶氫氟酸∶水為5∶1∶100-300，腐蝕時間為5-10秒；D.對已經(jīng)暴露出碲鎘汞的區(qū)域進行離子注入，離子注入的能量為100-300KeV，注入劑量為1×1015-5×1015cm-2；E.采用雙離子束鍍膜方法，在離子注入?yún)^(qū)域制作信號引出的金屬化層，金屬化材料為金，厚度為100-300nm。F2009101989693C00011.tif
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碲鎘汞(HgCdTe)紅外焦平面芯片的碲化鎘原位鈍化方法，它涉及光電探測器制造工藝技術(shù)。本發(fā)明采用在由分子束外延生長碲鎘汞紅外探測材料的終點時，于碲鎘汞薄膜表面先原位生長一層碲化鎘薄膜，并在碲鎘汞紅外探測芯片制備過程中對需要鈍化區(qū)域的碲化鎘薄膜不予以破壞的碲化鎘原位鈍化的技術(shù)方案，有效解決了常規(guī)碲化鎘鈍化方法會造成碲鎘汞紅外焦平面探測芯片探測性能損失和工藝穩(wěn)定性低的問題。本發(fā)明方法具有工藝簡單、操作便捷、穩(wěn)定性高和鈍化效果好的特點。
文檔編號H01L31/18GK101740662SQ200910198969
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者丁瑞軍, 何力, 葉振華, 尹文婷, 廖清君, 林春, 胡偉達, 胡曉寧, 陳路, 黃建 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所