專利名稱：：碲鎘汞紅外探測(cè)芯片中碲化鎘鈍化膜的金屬化開口方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及碲鎘汞(HgCdTe)紅外焦平面探測(cè)器的制備工藝技術(shù)，具體包括HgCdTe探測(cè)芯片碲化鎘(CdTe)鈍化膜選擇性腐蝕液的配制以及利用該腐蝕液進(jìn)行探測(cè)器芯片金屬化開口的方法。
背景技術(shù)：
：作為窄禁帶寬度的半導(dǎo)體器件，碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)芯片表面的固定電荷會(huì)引起一個(gè)或者幾個(gè)禁帶寬度數(shù)量級(jí)的能帶彎曲，致使表面出現(xiàn)嚴(yán)重的積累、耗盡或反型，進(jìn)而大大降低紅外探測(cè)器的性能。因而，為獲得接近平帶的能帶結(jié)構(gòu)，HgCdTe紅外焦平面探測(cè)芯片需要有效地進(jìn)行表面鈍化。由于CdTe與HgCdTe材料的晶格匹配，可以降低HgCdTe/CdTe介面處的缺陷與固定電荷。而且，CdTe作為鈍化介質(zhì)膜具有非常好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。這些對(duì)于減少紅外焦平面探測(cè)芯片的暗電流和提高紅外焦平面探測(cè)器可靠性而言具有很大潛力。所以，CdTe鈍化或CdTe/ZnS雙層鈍化是碲鎘汞紅外光導(dǎo)和光伏器件鈍化工藝的主要發(fā)展方向。但是，采用CdTe鈍化的HgCdTe紅外探測(cè)芯片，會(huì)遇到金屬化開口的技術(shù)難題。這是因?yàn)镃dTe與HgCdTe物化性能極為相近，常規(guī)的溴基濕化學(xué)腐蝕或誘導(dǎo)耦合等離子體(ICP)干法刻蝕都不具有高的選擇性，難以控制金屬化開口終點(diǎn)；而采用浮膠剝離開電極孔的金屬化開口技術(shù)雖然可以避免腐蝕終點(diǎn)難控的缺點(diǎn)，但于鈍化前進(jìn)行額外的芯片光刻，不僅增加了工藝步驟，也極大地限制了鈍化前的表面處理選擇。因此，溴基濕化學(xué)腐蝕、ICP刻蝕和浮膠剝離方法開電極孔都會(huì)不可避免影響到鈍化效果乃至最終器件性能。隨著HgCdTe紅外焦平面技術(shù)的發(fā)展，表面漏電流已極大地影響著器件性能的進(jìn)一步提高。是否能解決好CdTe鈍化膜的金屬化開口的問題，對(duì)于CdTe鈍化能否成功應(yīng)用于焦平面器件工藝中至關(guān)重要，因而成為了這一領(lǐng)域工作者高度重視的問題。
發(fā)明內(nèi)容基于上述雙層鈍化電極孔工藝所存在的問題，為了獲得更好的CdTe鈍化效果和其后的金屬-半導(dǎo)體接觸性能，本發(fā)明提供了一種理想的CdTe腐蝕液配比以及一種最佳化利用該腐蝕液的雙層鈍化金屬化開口工藝。具體而言，本
發(fā)明內(nèi)容如下A.將氟塑料杯置于裝有冰水混合物的玻璃器皿中，放在磁力攪拌器上，等氟塑料杯的溫度達(dá)到穩(wěn)定，按照腐蝕液原液的配比加入所需氫氟酸，打開磁力攪拌器，緩緩加入重鉻酸鉀和硝酸，帶其充分溶解后加入乳酸；B.然后按照所需腐蝕鈍化層厚度(見表1)以及電極孔孔徑大小用去離子水稀釋腐蝕液原液，稀釋后的原液仍然保持在(TC左右，并用氟塑料器皿密封蓋住，以免溶質(zhì)揮發(fā)產(chǎn)生危險(xiǎn)并影響腐蝕液濃度；C.將光刻后的芯片樣品裝于自行設(shè)計(jì)的氟塑料腐蝕架上，使用純鹽酸進(jìn)行3~5秒腐蝕，完成腐蝕電極孔ZnS層后，用去離子水沖洗樣品表面1~2分鐘；D.最后在冰水混合物溫度下，使用磁力攪拌，用稀釋后的CdTe腐蝕液腐蝕CdTe層3~10秒，置于流動(dòng)的去離子水中沖洗5分鐘，完成整個(gè)雙層鈍化開電極孔工藝。該腐蝕液原液按照重鉻酸鉀:氫氟酸:乳酸硝酸比例5g:10ml:5ml:25ml配制。配制時(shí)由于氫氟酸會(huì)對(duì)玻璃器皿產(chǎn)生腐蝕，故需置于氟塑料杯中配制混合。整個(gè)配制過程將用于混合的氟塑料杯放置在裝有冰水混合物的大玻璃器皿中，目的是確保腐蝕液配制過程中溫度恒定，減少人為誤差，避免可能造成的腐蝕速率偏差。此外為使溶液混合均勻，溶液配制時(shí)使用了磁力攪拌器，目的是減少人為誤差以及手動(dòng)攪拌可能產(chǎn)生的安全問題。對(duì)于該腐蝕液的原理我們有以下推測(cè)首先利用重鉻酸根的氧化性對(duì)CdTe進(jìn)行氧化，分別產(chǎn)生Cd和Te的氧化物，并利用硝酸和氫氟酸混合液與之反應(yīng)，最終生成可溶物質(zhì)。而當(dāng)該腐蝕液與HgCdTe接觸時(shí)，會(huì)快速形成Hg的氧化沉淀物，使反應(yīng)終止。配方中的乳酸主要起緩沖作用，用以改善反應(yīng)后的電極孔形貌。相比于其他方法，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)對(duì)CdTe和HgCdTe材料具有高腐蝕選擇比；2)不會(huì)影響其他表面處理工藝；3)腐蝕速率可控、工藝穩(wěn)定便捷；4)溶液穩(wěn)定，對(duì)人體無毒無害。表l.稀釋時(shí)水與原液的比例參照下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖1為顯微鏡鏡檢觀察圖像，圖中a:CdTe腐蝕前(己去除ZnS層);b:腐蝕9秒；c:腐蝕12秒后。比較各圖可以發(fā)現(xiàn)，a圖電極孔區(qū)域ZnS已去除干凈，由于仍有CdTe層覆蓋，電極孔區(qū)域顯得較暗淡；b圖電極孔(較a圖)光亮，表示CdTe鈍化層已腐蝕干凈；c:由于腐蝕時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致電極孔開口擴(kuò)大。圖2中a圖、b圖為臺(tái)階儀測(cè)得鈍化層厚度，其中a為腐蝕8秒時(shí)鈍化層厚度(4300+750A，腐蝕液為原液l:4稀釋)，b為ll秒腐蝕后的厚度；從a圖可以看出，ZnS750A(左側(cè)臺(tái)階)與CdTe4300A(最大落差)厚度與生長(zhǎng)時(shí)的設(shè)定非常吻合，且橫向距離(約200-450微米)，與電極孔光刻孔徑大小相符，表示經(jīng)過8秒腐蝕CdTe層已去除干凈，且沒有產(chǎn)生橫向擴(kuò)散，b圖表示11秒過量腐蝕后只產(chǎn)生了橫向擴(kuò)散。綜上可以看出該腐蝕液僅對(duì)CdTe選擇性腐蝕，且腐蝕均勻易控。具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施做進(jìn)一步說明以一次CdTe/ZnS雙層鈍化樣品金屬化開口為例。樣品鈍化膜均采用電子束蒸發(fā)生長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率為CdTe1.5A/S，ZnS1.7A/S，最終生長(zhǎng)厚度顯示CdTe4305A，ZnS757A。各類化學(xué)均為MOS級(jí)，溶液配制使用的是精度達(dá)到O.lml的瓶口移液器，直接從試劑瓶中量取所需劑量。具體實(shí)施步驟如下A.首先在電子天平上放置干凈的培養(yǎng)皿和濾紙，并將顯示的質(zhì)量調(diào)零。將裝有重鉻酸鉀試劑瓶瓶口朝側(cè)下方對(duì)準(zhǔn)濾紙，輕巧瓶身使試劑均勻落入墊有濾紙的培養(yǎng)皿中。直至達(dá)到所需劑量。B.將氟塑料杯置于裝有冰水混合物的玻璃器皿中，放在磁力攪拌器上，并在杯中放入抗腐蝕的磁力振子。等溫度達(dá)到穩(wěn)定，使用瓶口移液器量取所需劑量的氫氟酸，注入氟塑料杯中。c.打開磁力攪拌器，使用同樣方法量取所需硝酸，并與之前所稱取的重鉻酸鉀同時(shí)緩緩加入氟塑料杯中。D.調(diào)節(jié)磁力攪拌器速率至中速并攪拌5分鐘以使試劑充分溶解混合。此后量取所需乳酸，緩緩加入并攪拌。完成腐蝕液原液配制后，蓋緊裝有原液的燒杯，以避免溶質(zhì)揮發(fā)產(chǎn)生危險(xiǎn)并影響腐蝕液濃度，注意蓋子也應(yīng)該不會(huì)被HF腐蝕。E.用量筒量取4體積的去離子水，置于另一個(gè)氟塑料杯中。使用瓶口移液器量取l體積的原液，與4體積的去離子水混合，按l:4體積比稀釋原液。稀釋后的腐蝕液同樣置于裝有冰水混合物的玻璃器皿中，等待溫度穩(wěn)定。F.將光刻后的芯片樣品裝于自行設(shè)計(jì)的氟塑料腐蝕架上，該塑料架可以方便調(diào)節(jié)芯片表面與水平面的角度，并且在晃動(dòng)中不會(huì)使芯片掉落或受損。在0"C溫度下使用純鹽酸進(jìn)行3~5秒腐蝕，具體腐蝕時(shí)間受電極孔面積與腐蝕手法有關(guān)，以顯微鏡檢測(cè)為準(zhǔn)。完成腐蝕電極孔ZnS層后，用去離子水沖洗樣品表面1~2分鐘。最后在冰水混合物溫度下，使用磁力攪拌，用稀釋后的CdTe腐蝕液腐蝕CdTe層810秒，置于流動(dòng)的去離子水中沖洗5分鐘，完成整個(gè)雙層鈍化開電極孔工藝。該步工藝腐蝕時(shí)間同樣受孔徑面積等影響,以鏡檢為準(zhǔn)。8權(quán)利要求1.一種碲鎘汞紅外探測(cè)芯片中碲化鎘鈍化膜的金屬化開口方法，其特征在于它包括以下步驟A.將氟塑料杯置于裝有冰水混合物的玻璃器皿中，放在磁力攪拌器上，等氟塑料杯的溫度達(dá)到穩(wěn)定，按照腐蝕液原液的配比加入所需氫氟酸，打開磁力攪拌器，緩緩加入重鉻酸鉀和硝酸，帶其充分溶解后加入乳酸；B.然后按照所需腐蝕鈍化層厚度以及電極孔孔徑大小用去離子水稀釋腐蝕液原液，稀釋后的原液仍然保持在0℃左右，并用氟塑料器皿密封蓋住，以免溶質(zhì)揮發(fā)產(chǎn)生危險(xiǎn)并影響腐蝕液濃度；C.將光刻后的芯片樣品裝于自行設(shè)計(jì)的氟塑料腐蝕架上，使用純鹽酸進(jìn)行3～5秒腐蝕，完成腐蝕電極孔ZnS層后，用去離子水沖洗樣品表面1～2分鐘；D.最后在冰水混合物溫度下，使用磁力攪拌，用稀釋后的CdTe腐蝕液按試驗(yàn)確定的腐蝕時(shí)間對(duì)芯片的CdTe層進(jìn)行腐蝕，腐蝕完畢后將芯片置于流動(dòng)的去離子水中沖洗5分鐘，完成整個(gè)雙層鈍化開電極孔工藝。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碲鎘汞紅外探測(cè)芯片中碲化鎘鈍化膜的金屬化開口方法，其特征在于，所述的腐蝕液原液的配比為-重鉻酸鉀:氫氟酸:乳酸硝酸比例=5g:10ml:5ml:25ml。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碲鎘汞紅外探測(cè)芯片中碲化鎘鈍化膜的金屬化開口方法，其特征在于步驟B中所述的離子水稀釋腐蝕液原液的比例以及步驟D中所述的按試驗(yàn)確定的腐蝕時(shí)間按以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定CdTe鈍化層厚度為5000A時(shí)，腐蝕原液與去離子水的稀釋的體積比的比例為1:2，腐蝕時(shí)間為8-10秒；CdTe鈍化層厚度為3000A時(shí)，腐蝕原液與去離子水的稀釋的體積比的比例為1:4，腐蝕時(shí)間為5-8秒；CdTe鈍化層厚度為1000A時(shí)，腐蝕原液與去離子水的稀釋的體積比的比例為l:8，腐蝕時(shí)間為2-4秒。全文摘要本發(fā)明公開了一種碲鎘汞紅外探測(cè)芯片中碲化鎘鈍化膜的金屬化開口方法。該方法涉及碲鎘汞(HgCdTe)紅外焦平面探測(cè)器的制備工藝，具體包括HgCdTe探測(cè)芯片碲化鎘(CdTe)鈍化膜選擇性腐蝕液的配制以及利用該腐蝕液進(jìn)行探測(cè)器芯片金屬化開口的方法。結(jié)果表明，該腐蝕液對(duì)CdTe和HgCdTe材料具有高腐蝕選擇比，且溶液穩(wěn)定，腐蝕速率可控。這是一種工藝穩(wěn)定便捷，不影響其他表面處理工藝的開口方法，有助于改善器件表明性能，提高工藝穩(wěn)定性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)CdTe鈍化應(yīng)用于焦平面器件工藝中至關(guān)重要。文檔編號(hào)H01L31/18GK101494254SQ20091004699公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2009年3月4日優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日發(fā)明者葉振華,春林,胡曉寧,屹鄧,陳興國(guó),陳新強(qiáng)申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所