[发明专利]一种用于碲镉汞探测器N区横向展宽的变间距测量方法

说明书

技术领域：

本发明涉及红外探测器制造工艺技术，具体涉及碲镉汞红外焦平面探测器PN结的N区横向扩展宽度的测试方法。

背景技术：

红外焦平面阵列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、搜索与跟踪、已用和工业热成像以及导弹精确制导等军民用领域有着重要而广泛的应用。由于其不可替代的地位和作用，红外焦平面阵列器件制备技术被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，红外探测器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。新一代红外焦平面探测器向着大面阵、长线列以及智能化方向发展。随着探测器尺寸的扩大以及光敏元集成度的不断提高，要求红外探测器光敏感元阵列的像元尺寸不断缩小。这对红外焦平面光伏探测器而言，必须通过精确控制PN结的结构尺寸，以确保高密度、小像元尺寸红外探测器仍然有高的响应率和探测率等光电性能。因此，及时精确地测量和反馈PN结横向宽度对红外探测器的设计和工艺控制非常重要。

通常采用的激光束诱导电流方法，是一种能够精确测量PN结二维尺寸的方法。但是，该方法必须单独设计测试结构且要封装到测试杜瓦在液氮温度下进行测量，过程复杂周期较长，无法实现在线测试，从而影响红外焦平面探测器离子注入工艺的及时判断。在实际的HgCdTe红外探测器制备过程中，能够及时地测量和反馈PN结二维结构信息非常重要，对于提高工艺设计精确度和节约工艺制备成本具有非常重要的意义。但是，目前国内尚未见到有关碲镉汞红外焦平面探测器PN结宽在线测试方法的相关文献报道。

发明内容：

基于上述问题，本发明的目的是提供一种用于碲镉汞探测器N区横向展宽的变间距测量方法。

为实现上述目的，本发明首先采用已经制备ZnS阻挡层和对准标记的芯片；然后通过光刻工艺，设计一系列不同间距PN结的离子注入掩膜；离子注入后再通过常规工艺制备钝化层和金属化欧姆接触，剥离并获得一系列不同间距PN结展宽的测试图形；最后，用低温冷探针系统对每对PN结进行电流电压测试，并通过结合电流电压测试结果分析和每对PN结间距判断横向展宽宽度。

上述技术方案的碲镉汞红外探测器N区横向展宽的测试方法如下：

1)光刻离子注入孔：在已经制备ZnS阻挡层和对准标记的碲镉汞红外芯片上，采用正性光刻胶光刻获得一系列不同间距的离子注入孔对，每对离子注入孔间距从0μm变化10μm；

2)硼离子注入：离子能量为120-180KeV，剂量为1×10¹³-1×10¹⁵cm^-2，束流为50-200μA，注入后在丙酮中浸泡去除光刻胶，获得一系列间距从0μm变化10μm的PN结对；

3)钝化及腐蚀电极孔：采用常规CdTe和ZnS双层钝化工艺。再采用正性光刻胶光刻在每个PN注入孔上开出腐蚀电极孔，在冰点纯盐酸中腐蚀，吹干后在丙酮中浸泡钟去除光刻胶；

4)金属电极制备：采用正性光刻胶光刻在每个电极孔开出金属电极制备孔，使用电子束蒸发设备制备厚度分别为30nm、100nm的Sn和Au，取出样品后在丙酮中浸泡，剥离金属和去除光刻胶；

5)电流电压测试：使用Keithly 4200低温冷探针测试系统进行测试间距从0μm变化10μm每对PN结电流电压特性；

6)测试结果分析：分析间距从0μm变化10μm每对PN结电流电压特性的变化规律，如果动态阻抗随电压呈现一恒定值则判定为两个PN结连通，而动态阻抗随电压呈现出两个反向连接的PN结特性则判定为两个PN结未连通；

7)PN结N区横向展宽判断：通过结合不同间距每对PN结的连通性与每对PN结间距的关系，判断PN结N区的横向展宽宽度。

本发明的优点是：巧妙地通过设计每对光敏元间距，将尺度测试变为电学测试，能有效避免因尺度测试精度带来的误差。这种变间距测量方法，具有工艺简单、操作便捷、判定结果直观和可在线测试分析等特点。

附图说明：

图1为工艺流程图。

图2为变间距测量法不同间距PN对和金属化后的示意图，其中图2(a)为变间距测量法的每对不同间距N区示意图，图2(b)为带金属化电极的每对不同间距N区示意图。

图3为变间距测量法不同间距PN对在80K下冷探针电流电压特性测试结果，图3(a)不同注入条件下单个PN的电流电压特性测试结果，图3(b)不同间距PN对电流电压特性测试结果。