一种碲镉汞器件埋结工艺的制作方法与工艺

本发明专利涉及光电探测器件制备技术，具体是指一种高精度碲镉汞器件埋结工艺。

背景技术：
碲镉汞材料是一种理想的红外探测器材料，具有禁带宽度可调、内量子效率高、电子、空穴迁移率高等优点。随着Si基碲镉汞材料分子束外延制备技术的成熟，突破了材料尺寸的限制，使材料制备的成本得到降低，成品率逐渐提高。第三代碲镉汞探测器正向着大面阵、多色化、微型化和低成本方向发展。但随着面阵规模的扩大和像元中心距的减小，盲元问题成为一个制约器件性能的关键问题。传统的碲镉汞光伏器件多采用平面型器件结构，即利用离子注入方式形成的光敏元区位于材料表面，当进行后续的器件制备工艺时，如表面清洗、去胶等，极易在光敏元区引入缺陷造成性能降低，甚至形成盲元。通过微台面制备后将p-n结埋到腐蚀坑内部的方法可以避免制备工艺对光敏元区域的作用力导致的缺陷增值引起的探测器性能下降问题。在器件制备的过程中，将p-n结精确注入至腐蚀坑内部成为器件制备的关键。常规的离子注入方法采用先生长离子注入阻挡层后光刻注入孔再进行离子注入，由于极高的离子注入能量和较高的温度使光刻胶极易发生变性，注入后去胶存在困难影响后续工艺。

技术实现要素：
本工艺用于制备低损伤埋结式碲镉汞探测器芯片，其结构为：p型碲镉汞外延薄膜上具有与离子注入区大小相等的腐蚀坑，在腐蚀坑内部通过离子注入的方法形成n型区，p型和n型区碲镉汞表面上依次制备钝化膜、金属电极、铟柱阵列等结构。基于低损伤埋结式碲镉汞探测器芯片制备时离子注入区和腐蚀坑大小一致的需求，本发明提供一种碲镉汞器件埋结工艺，能够将p-n结精确注入至碲镉汞腐蚀坑内部，减弱离子注入对光刻胶的影响，对降低器件制备工艺对器件性能的影响有很大帮助。具体工艺步骤如下：(1)材料清洗。采用传统的光刻技术，在碲镉汞红外焦平面探测芯片表面制备用于限定离子注入区域的光刻胶掩膜。(2)利用湿化学腐蚀的方法，腐蚀光刻胶掩膜图形限定的区域内碲镉汞，腐蚀深度约为0.5～3.0μm，腐蚀液为氢溴酸和溴溶液的混合液，体积比为50:1～200:1，腐蚀时间5～50秒；(3)在样品表面热蒸发生长一层ZnS薄膜，厚度为后进行离子注入，离子注入能量为100～300Kev，注入剂量为：1×1015～5×1015cm－2；(4)利用有机溶剂丙酮、酒精将光刻胶掩膜去掉，利用纯盐酸将腐蚀坑内ZnS腐蚀后再进行钝化膜、金属化接触孔、金属电极、和互连铟柱的制备。本发明的优点：(1)腐蚀和离子注入共用一次光刻窗口，将p-n结注入至腐蚀孔内部，避免了两次光刻造成的注入偏差问题，精确限定了p-n结位置，简化了操作步骤。(2)离子注入前光刻胶上覆盖的ZnS阻挡层减弱了离子注入对光刻胶的改性作用，使光刻胶去除更加方便。这种碲镉汞器件埋结工艺具有工艺简单、稳定性高的特点。附图说明图1为本发明的碲镉汞器件埋结工艺流程示意图。(a)图为利用常规光刻工艺在碲镉汞材料表面制备光刻胶掩膜的情况；(b)图为利用腐蚀液在材料表面腐蚀出注入孔的情况；(c)图为生长离子注入阻挡层ZnS后进行离子注入的情况；(d)图为去掉注入阻挡层ZnS后，制备钝化介质膜的情况。图2为利用本发明制备的埋结式碲镉汞芯片的扫描电子显微镜图。图3为利用本发明制备的埋结式碲镉汞芯片的I-V和R-V测试结果。具体实施方式下面结合附图，对本专利的具体实施方式进行详细说明：实施案例1：(1)如图1所示，首先将碲镉汞红外材料1在60℃的水浴环境下利用有机溶剂三氯乙烯、乙醚、丙酮、酒精进行清洗。采用传统的光刻技术，在材料表面制备用于限定离子注入区域的光刻胶掩膜2。(2)利用氢溴酸和溴溶液的混合液(体积比为50:1)，在碲镉汞材料1表面腐蚀出与注入区大小相同的腐蚀坑。腐蚀时间5秒，腐蚀深度约为0.5μm；(3)在样品表面热蒸发生长一层ZnS薄膜3(厚度为)后进行离子注入，形成碲镉汞红外焦平面探测芯片的p-n结4，离子注入能量为100Kev，注入剂量为：1×1015cm－2；(4)利用有机溶剂丙酮、酒精将光刻胶掩膜去掉，利用盐酸将腐蚀坑内ZnS腐蚀后再采用电子束蒸发的方法进行钝化膜5的制备。然后进行后续碲镉汞红外焦平面探测器的制备。实施案例2：(1)如图1所示，首先将碲镉汞红外材料1在60℃的水浴环境下利用有机溶剂三氯乙烯、乙醚、丙酮、酒精进行清洗。采用传统的光刻技术，在材料表面制备用于限定离子注入区域的光刻胶掩膜2。(2)利用氢溴酸和溴溶液的混合液(体积比为100:1)，在碲镉汞材料1表面腐蚀出与注入区大小相同的腐蚀坑。腐蚀时间20秒，腐蚀深度约为1.0μm；(3)在样品表面热蒸发生长一层ZnS薄膜3(厚度为)后进行离子注入，形成碲镉汞红外焦平面探测芯片的p-n结4，离子注入能量为200Kev，注入剂量为：2×1015cm－2；(4)利用有机溶剂丙酮、酒精将光刻胶掩膜去掉，利用盐酸将腐蚀坑内ZnS腐蚀后再采用电子束蒸发的方法进行钝化膜5的制备。然后进行后续碲镉汞红外焦平面探测器的制备。实施案例3：(1)如图1所示，首先将碲镉汞红外材料1在60℃的水浴环境下利用有机溶剂三氯乙烯、乙醚、丙酮、酒精进行清洗。采用传统的光刻技术，在材料表面制备用于限定离子注入区域的光刻胶掩膜2。(2)利用氢溴酸和溴溶液的混合液(体积比为200:1)，在碲镉汞材料1表面腐蚀出与注入区大小相同的腐蚀坑。腐蚀时间50秒，腐蚀深度约为3.0μm；(3)在样品表面热蒸发生长一层ZnS薄膜3(厚度为)后进行离子注入，形成碲镉汞红外焦平面探测芯片的p-n结4，离子注入能量为300Kev，注入剂量为：5×1015cm－2；(4)利用有机溶剂丙酮、酒精将光刻胶掩膜去掉，利用盐酸将腐蚀坑内ZnS腐蚀后再采用电子束蒸发的方法进行钝化膜5的制备。然后进行后续碲镉汞红外焦平面探测器的制备。图2为利用本发明制备的埋结式碲镉汞芯片的扫描电子显微镜图。图3为利用本发明制备的埋结式碲镉汞芯片的I-V和R-V测试结果，可以看出利用本发明制备出的埋结式器件性能正常。由于本发明腐蚀和离子注入共用一次光刻窗口，能够成功将p-n结精确注入至腐蚀坑内部，降低了操作难度，且避免了离子注入对光刻胶性能的影响，提高了工艺的稳定性。