[发明专利]碲镉汞微台面红外探测芯片的光敏感元列阵成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器制造工艺技术，具体是指HgCdTe红外焦平面探测器微台面芯片光敏感元列阵加工的高占空比成形方法。

背景技术

红外焦平面列阵器件是既具有红外信息获取又具有信息处理功能的先进的成像传感器，在空间对地观测、光电对抗、机器人视觉、搜索与跟踪、医用和工业热成像、以及导弹精确制导等军、民用领域有重要而广泛的应用。由于其不可替代的地位和作用，世界上的主要工业大国都将碲镉汞红外焦平面列阵器件制备技术列为重点发展的高技术项目。

在高级红外应用系统的大力驱动下，红外探测技术已进入了以大面阵、小型化和多色化等为特点的第三代红外焦平面探测器的重要发展阶段，见S.Horn，P.Norton，T.Cincotta，A.Stoltz，et al，“Challenges for third-generation cooledimagers”，proceeding of SPIE，Vol.5074，2003，P44-51。随着光敏感芯片结构的不断复杂，传统的平面结探测器芯片工艺已经很难满足新一代红外焦平面探测器的发展。由于垂直集成的双色、多色光敏感元列阵需要在空间上进行电学隔离，而大面阵、小型化焦平面探测器也需要进行物理隔离来减小高密度光敏感元之间的电学串扰。为此，各个光敏感元采用物理隔离的深为10-30μm、大小为10×10-80×80μm²的深微台面列阵芯片是发展新一代HgCdTe红外焦平面探测器的必然途径，而深微台面列阵芯片加工的关键技术主要有深微台面芯片光敏感元列阵的高占空比成形、复合介质膜均衡钝化与欧姆接触金属化等。

其中，深微台面芯片光敏感元列阵的高占空比成形是在光敏感元列阵相互之间形成高深宽比隔离沟槽，以实现红外焦平面微台面芯片的光敏感元列阵分离。这要求隔离沟槽将原位掺杂p-n结材料完全被深沟槽隔断成光敏感元光电二极管微台面列阵，还需要确保微台面光敏感元列阵的公共基区层仍然保持连通，以形成分离的光敏感元列阵与公共电极之间的电学接触。这些光敏感元光电二极管列阵不仅相互之间是独立的、分离的，而且它们的公共基区又是相连的。同时，光敏感元列阵成形的隔离沟槽还必须有高深宽比，以确保深微台面列阵芯片光敏感元的高占空比。

虽然，等离子体干法刻蚀技术具有很好的各向异性，用以隔离深微台面列阵芯片可获得很高的光敏感元占空比。但是，干法刻蚀技术易导致在深微台面列阵芯片隔离沟槽侧壁产生电学损伤，从而对深微台面红外焦平面探测器电极接触以及电学性能造成不良影响。而且，常规湿化学腐蚀方法是各向同性的，存在严重的横向腐蚀。它即使不会引起隔离沟槽侧壁电学损伤，但严重的横向腐蚀使其不能满足深微台面列阵芯片的光敏感元高占空比隔离的要求。

发明内容

基于上述已有深微台面芯片光敏感元列阵的成形方法存在的问题，本发明的目的是提供一种操作方便、深度可控与均匀、无电学损伤和无需昂贵装置的深微台面芯片光敏感元列阵的高占空比成形方法。

为了达到上述目的，本发明采用先于HgCdTe红外焦平面探测芯片表面制作用于形成深微台面列阵芯片隔离沟槽的光刻胶掩蔽膜图形，然后利用旋转涂敷的方法往光刻胶掩蔽膜构成的沟槽图形内填充一定数量的碲镉汞材料的溴与氢溴酸混合腐蚀液，并通过控制光刻胶掩蔽膜形成的隔离沟槽图形的深度和腐蚀时间来控制深微台面列阵芯片所需的隔离沟槽深度的技术方案。

本发明在深微台面列阵芯片隔离沟槽的湿化学腐蚀过程中，巧妙地应用了碲镉汞腐蚀液自身存在重量的特性和在腐蚀过程中腐蚀液不断损失的客观规律。这是由于腐蚀液因自身的重量在湿化学腐蚀过程中其液面不断下降，致使已腐蚀的碲镉汞列阵芯片沟槽侧壁随着湿化学腐蚀的继续而不断地露出碲镉汞腐蚀液的液面，从而不断阻止露出腐蚀液液面的隔离沟槽侧壁的横向腐蚀，进而提高深微台面芯片光敏感元列阵的占空比。而且，在隔离沟槽内的腐蚀液会随着湿化学腐蚀的不断进行而不断减小，这可避免出现顶部窄、底部宽倒“喇叭口”的隔离沟槽，有利于进一步提高深微台面芯片的光敏感元列阵占空比和光电探测性能。于是，通过合理地控制腐蚀时间和光刻胶掩蔽膜形成的隔离沟槽图形的深度，可方便地实现高均匀性和无工艺诱导损伤的深微台面芯片光敏感元列阵的高占空比成形。

上述技术方案的光敏感元列阵成形方法如下：

A.采用传统的光刻技术，在HgCdTe红外焦平面探测芯片表面制作用于形成深微台面列阵芯片隔离沟槽的光刻胶掩蔽膜图形，掩蔽膜厚度为1-6μm，掩蔽膜图形开口宽度为1-8μm。