技术领域
[0001] 本申请涉及红外探测器芯片制备领域，特别是涉及一种碲镉汞红外探测器及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 红外探测器芯片的制备是红外探测技术的核心，制备芯片的工序主要有光刻、湿化学、离子注入、钝化、电极制备以及干法刻蚀等半导体工艺。
[0003] 离子注入工艺的目的是形成芯片的PN结，离子注入的过程是高能离子对材料表面轰击的过程，不可避免地对芯片表面复合钝化膜中的硫化锌膜层造成一定程度的损伤。受到损伤的硫化锌膜层与碲化镉膜层界面处会形成大量的表面态，这些表面态容易被作为电子空穴的复合中心，产生大量的表面漏电流，导致芯片性能变差，严重可致芯片像元失效。并且，在制作接触孔时，需要刻蚀硫化锌膜层、碲化镉膜层和碲镉汞三层材料，碲镉汞是一种较为敏感的光电材料，极易造成刻蚀损伤，干法刻蚀工艺的刻蚀偏压是造成刻蚀损伤的主要因素，若刻蚀偏压控制的很低，则刻蚀剂很难进入接触孔内，刻蚀表面硫化锌层的速率极低，工艺无法有效开展；若刻蚀偏压增大，则相应的刻蚀损伤增加，影响器件的光电性能。
接触孔深度均匀性会受到光刻一致性、表面钝化层均匀性的影响，同时考虑到干法刻蚀工艺本身对于多层材料刻蚀的差异，综合以上多个因素，制备的接触孔深度一致性存在差异，由于接触孔的底部已经刻至碲镉汞的n型区域，不同的孔深即会造成金属电极接触的差异及n型区的差异，这些因素均会导致探测器芯片的响应一致性变差。
[0004] 因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。
具体实施方式
[0043] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0044] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0045] 正如背景技术部分所述，相关技术中在制备碲镉汞红外探测器时，离子注入会对晶片表面的硫化锌膜层造成一定程度的损伤，导致硫化锌膜层与碲化镉膜层界面处会形成大量的表面态，进而产生漏电流，影响晶片的性能。
[0046] 有鉴于此，本申请提供了一种碲镉汞红外探测器的制备方法，请参考图1，该方法包括：
[0047] 步骤S101：准备经过离子注入的、表面分布有复合钝化层的碲镉汞晶片；所述复合钝化层包括在远离所述碲镉汞晶片表面方向上层叠的第一钝化层和第二钝化层。
[0048] 第二钝化层是一种绝缘膜层，作用是隔绝外界对碲镉汞材料性能的影响。
[0049] 作为一种可实施方式，第一钝化层可以为碲化镉层，第二钝化层可以为硫化锌层。
[0050] 作为一种可实施方式，准备经过离子注入的、表面分布有复合钝化层的碲镉汞晶片包括：
[0051] 在带有复合钝化层的碲镉汞晶片表面形成光刻离子注入的光刻胶图形，将碲镉汞晶片放入离子注入机中进行硼离子注入工艺，注入后将碲镉汞晶片表面的光刻胶去除。
[0052] 步骤S102：去除所述第二钝化层，得到处理后碲镉汞晶片。
[0053] 需要说明的是，本实施例中对第二钝化层的去除方式不做限定，可自行设置。
[0054] 作为一种可实施方式，可以采用湿法腐蚀的方式去除第二钝化层。腐蚀液对第二钝化层具有较高的选择比，可以通过控制腐蚀时间，使得腐蚀停止在第二钝化层与第一钝化层的界面处。
[0055] 作为一种可实施方式，当第二钝化层为硫化锌层时，去除所述第二钝化层包括：
[0056] 将所述碲镉汞晶片置于盐酸腐蚀液中，腐蚀去除所述第二钝化层。
[0057] 硫化锌与盐酸溶液发生反应，将硫化锌层完全腐蚀掉。
[0058] 步骤S103：在所述处理后碲镉汞晶片的表面制作图形化光刻胶，得到再处理碲镉汞晶片。
[0059] 在处理后碲镉汞晶片的表面涂覆形成光刻胶，然后经过曝光、显影形成图形化光刻胶。
[0060] 图形化光刻胶包括多个光刻胶圆柱，每个光刻胶圆柱对应位于碲镉汞晶片中n型区的正上方。光刻胶圆柱的直径范围可以为2μm 4μm，高度范围可以为4μm 5μm，包括端点~ ~值。
[0061] 步骤S104：在所述再处理碲镉汞晶片的表面制作新的第二钝化层，得到表面分布有新的复合钝化层的碲镉汞晶片。
[0062] 新的复合钝化层包括第一钝化层和新的第二钝化层。
[0063] 需要说明的是，本实施例中对新的第二钝化层的制备方式不做限定，视情况而定。
[0064] 作为一种可实施方式，当所述第二钝化层为硫化锌层，在所述再处理碲镉汞晶片的表面制作新的第二钝化层包括：
[0065] 采用磁控溅射方式，在所述再处理碲镉汞晶片的表面制作硫化锌层。
[0066] 其中，磁控溅射生长硫化锌时，生长温度范围可以为60℃ 80℃，溅射功率范围可~以为300W 400W。例如，温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃等，溅射功率可以为300W、~
330W、360W、400W等。
[0067] 步骤S105：去除所述图形化光刻胶，在所述新的第二钝化层中形成通孔。
[0068] 可以利用丙酮溶液去除图形化光刻胶，在去除图形化光刻胶时，图形化光刻胶上的新的第二钝化层一同被剥离去除。采用剥离方法去掉接触孔内的新的第二钝化层不仅简化了干法刻蚀制作接触孔的工艺复杂性，而且完全避免了新的第二钝化层对接触孔深度均匀性造成的影响。
[0069] 通孔为接触孔的一部分，采用剥离光刻胶的方式比较简单，无需对新的第二钝化层进行刻蚀，可以减少制作接触孔时刻蚀的层数，降低刻蚀难度，避免了刻蚀硫化锌引起的接触孔深度均匀性变差的问题，同时有利于实现低损伤刻蚀工艺。
[0070] 步骤S106：刻蚀位于通孔下方的所述第一钝化层和所述碲镉汞晶片，形成接触孔。
[0071] 对通孔底部的第一钝化层和碲镉汞晶片进行刻蚀形成接触孔，第一钝化层的材料为碲化镉时，碲化镉与碲镉汞材料相近，刻蚀也比较容易进行。
[0072] 步骤S107：在所述接触孔中制作电极，引出所述碲镉汞晶片的PN结的电学性能，得到碲镉汞红外探测器。
[0073] 作为一种可实施方式，在所述接触孔中制作电极，引出所述碲镉汞晶片的PN结的电学性能包括：
[0074] 步骤S1071：在具有接触孔的碲镉汞晶片的表面沉积电极层。
[0075] 电极层位于整个碲镉汞晶片的表面以及接触孔内。
[0076] 电极层可以为复合金属层，例如可以为Cr/Au/Pt复合金属电极层。
[0077] 步骤S1072：在所述电极层的表面制作图形化光刻胶。
[0078] 图形化光刻胶位于接触孔的上方。图形化光刻胶包括多个光刻胶圆柱，每个光刻胶圆柱对应位于一个接触孔的上方，光刻胶圆柱的直径范围可以为6μm 8μm，高度范围可以~为3μm 4μm。
~
[0079] 步骤S1073：以图形化光刻胶作为掩膜，刻蚀所述电极层形成电极。
[0080] 每个接触孔内均分布有电极，电极与碲镉汞晶片的N型区接触。
[0081] 步骤S1074：去除所述图形化光刻胶。
[0082] 可以利用丙酮溶液去除图形化光刻胶。
[0083] 本实施例的制备方法中表面分布有复合钝化层的碲镉汞晶片在经过离子注入后，将受到损伤的第二钝化层去除，在处理后碲镉汞晶片上制作图形化光刻胶，图形化光刻胶为了后续制作接触孔，然后制作新的第二钝化层，再制作接触孔和电极。新的第二钝化层没有被离子注入工艺损伤，所以第一钝化层和第一钝化层界面处不会形成表面态，进而避免产生表面漏电流，提升碲镉汞晶片的性能，从而提升碲镉汞红外探测器的性能。并且，本实施例中在生长新的第二钝化层之前制作图形化光刻胶，通过去除图形化光刻胶在新的第二钝化层中形成通孔，该通孔为接触孔的一部分，在制作接触孔时无需刻蚀新的第二钝化层，避免了刻蚀硫化锌引起的接触孔深度均匀性变差的问题，同时有利于实现低损伤刻蚀工艺，且仅刻蚀第一钝化层和碲镉汞即可，减少刻蚀的层数，降低刻蚀难度。
[0084] 请参考图2，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，碲镉汞红外探测器的制备方法包括：
[0085] 步骤S201：准备经过离子注入的、表面分布有复合钝化层的碲镉汞晶片；所述复合钝化层包括在远离所述碲镉汞晶片表面方向上层叠的第一钝化层和第二钝化层。
[0086] 步骤S202：去除所述第二钝化层，得到处理后碲镉汞晶片。
[0087] 步骤S203：在所述处理后碲镉汞晶片的表面制作图形化光刻胶，得到再处理碲镉汞晶片。
[0088] 步骤S204：在所述再处理碲镉汞晶片的表面制作新的第二钝化层，得到表面分布有新的复合钝化层的碲镉汞晶片。
[0089] 步骤S205：在所述新的第二钝化层的表面制作金属层。
[0090] 金属层的厚度范围可以为500Å 1000Å，例如，金属层的厚度可以为500Å、600Å、700~Å、800Å、900Å、1000Å等。
[0091] 金属层的作用是作为保护层，同时作为后续刻蚀形成接触孔的掩膜，相较于光刻胶作为掩膜，金属掩膜层的厚度远低于光刻胶厚度，刻蚀剂很容易进入通孔内，即可对碲化镉层（第一钝化层）及碲镉汞层采用低偏压进行刻蚀，制备出高均匀性且损伤较低的接触孔，且不会产生明显的刻蚀损伤，同时可实现刻蚀与电极沉积工艺的紧密衔接，提升碲镉汞材料与金属电极之间的欧姆接触。
[0092] 需要说明的是，本实施例中对金属层的种类不做限定。
[0093] 作为一种可实施方式，在所述新的第二钝化层的表面制作金属层包括：
[0094] 在所述新的第二钝化层的表面制作铬金属层。铬金属层的稳定性好，并且成本低。
[0095] 在本申请的其他实施方式中，金属层还可以为铂金属层、钯金属层等。
[0096] 还需要说明的是，本实施例中对金属层的制作方式不做限定。
[0097] 作为一种可实施方式，在所述新的第二钝化层的表面制作金属层包括：
[0098] 采用离子束沉积方式，在所述新的第二钝化层的表面制作金属层，其中，离子束流的范围为80mA 100mA，离子束压的范围为400V 500V。~ ~
[0099] 例如，离子束流可以为80mA、90mA、100mA等，离子束压可以为400V、450V、500V等。
[0100] 步骤S206：去除所述图形化光刻胶，在所述新的第二钝化层和所述金属层中形成通孔。
[0101] 去除图形化光刻胶时，图形化光刻胶上的新的第二钝化层和金属层一同被剥离掉，从而在新的第二钝化层和金属层中形成通孔。采用剥离方法去掉接触孔内的新的第二钝化层不仅简化了干法刻蚀制作接触孔的工艺复杂性，而且完全避免了新的第二钝化层对接触孔深度均匀性造成的影响。
[0102] 步骤S207：以所述金属层作为掩膜，利用干法刻蚀方式刻蚀位于通孔下方的所述第一钝化层和所述碲镉汞晶片，形成接触孔，所述接触孔所在区域包括所述图形化光刻胶所在区域。
[0103] 图形化光刻胶所在区域也即通孔所在的区域。
[0104] 干法刻蚀方式包括但不限于电感耦合等离子体刻蚀方式、离子束刻蚀方式、反应离子刻蚀方式。
[0105] 作为一种可实施方式，利用干法刻蚀方式刻蚀位于通孔下方的所述第一钝化层和所述碲镉汞晶片包括：
[0106] 采用电感耦合等离子体刻蚀方式，刻蚀位于通孔下方的所述第一钝化层和所述碲镉汞晶片，其中，刻蚀偏压范围为10V 20V，包括端点值。~
[0107] 电感耦合等离子体刻蚀时刻蚀气体可以为Ar、H2和CH4，其中，
[0108] Ar流量范围可以为15sccm（standard cubic centimeter per minute，标准立方厘米每分钟）~20sccm，包括端点值；H2流量范围可以为10sccm~15sccm，包括端点值；CH4流量范围可以为2sccm 5sccm，包括端点值。~
[0109] 刻蚀偏压可以为10V、12V、14V、16V、18V、20V等，具体可以根据情况进行设置。
[0110] 相较于离子束刻蚀方式、反应离子刻蚀方式，采用电感耦合等离子体刻蚀方式可以降低刻蚀损伤，同时还能保证较好的刻蚀速率。
[0111] 步骤S208：在所述接触孔中制作电极，引出所述碲镉汞晶片的PN结的电学性能，得到碲镉汞红外探测器。
[0112] 下面以一具体情况对本申请的碲镉汞红外探测器的制备方法进行介绍。
[0113] 步骤1：请参考图3，在带有双层复合钝化层（碲化镉层2和硫化锌层3）的碲镉汞晶片1表面光刻离子注入图形，即在碲镉汞晶片表面形成图形化光刻胶4，将碲镉汞晶片1放入离子注入机中进行硼离子注入工艺，注入后将碲镉汞晶片1表面的图形化光刻胶4去除；
[0114] 步骤2：请参考图4，把碲镉汞晶片1浸入盐酸腐蚀液中，将其表面被轰击过的硫化锌层3完全腐蚀掉；
[0115] 步骤3：请参考图5，在碲化镉层2表面光刻接触孔图形，即在碲化镉层2表面形成图形化光刻胶4，在对应n型区正上方制备一个直径为2 4μm、高度为4 5μm的光刻胶圆柱；~ ~
[0116] 步骤4：请参考图6，将光刻好的碲镉汞晶片1放入磁控溅射设备中，在其表面重新生长一层新的硫化锌层5，然后使用离子束沉积设备在新的硫化锌层5表面制备一层铬金属层6，铬金属层6厚度控制在500Å 1000Å；~
[0117] 步骤5：请参考图7，将碲镉汞晶片1放入丙酮中，剥离掉图形化光刻胶4表面的新的硫化锌层5和铬金属层6，在碲镉汞晶片1表面上新的硫化锌层5和铬金属层6中形成的通孔7；
[0118] 步骤6：请参考图8，将碲镉汞晶片1放入ICP刻蚀（电感耦合等离子体刻蚀）设备中，采用Ar/H2/CH4气体组合作为刻蚀气体，刻蚀偏压介于10V~20V之间，以低的刻蚀偏压刻蚀碲化镉层2及碲镉汞材料，同时不会产生明显的刻蚀损伤；
[0119] 步骤7：请参考图9，刻蚀完成后，直接将碲镉汞晶片1放入电极沉积设备中，生长Cr/Au/Pt复合金属电极层9，将碲镉汞晶片1的pn结电学性能引出；
[0120] 步骤8：请参考图10，复合金属电极层9完成生长后，在碲镉汞晶片1表面光刻电极图形，即在碲镉汞晶片1表面形成图形化光刻胶4，对应接触孔正上方制备一个直径为6 8μ~m、高度为3 4μm的光刻胶圆柱；
~
[0121] 步骤9：请参考图11，将光刻好电极图形的碲镉汞晶片1在离子束刻蚀设备中刻蚀掉未被图形化光刻胶覆盖的复合金属电极层9，形成电极10，使像元间形成隔离，最后将表面的光刻胶去除即完成碲镉汞器件制备。
[0122] 本申请中的制备方法具有以下优点：
[0123] 第一，重新生长硫化锌层，将轰击过的硫化锌层恢复至物理性质及化学性质稳定的状态，同时配合剥离工艺去除接触孔内的硫化锌层，简化了干法刻蚀接触孔内多层介质膜的工艺复杂性，完全避免了硫化锌层对接触孔深度均匀性造成的影响。第二，以铬金属层作为保护层同时作为掩膜，铬金属掩膜层厚度远低于光刻胶厚度，刻蚀剂很容易进入接触孔内，即可对碲化镉及碲镉汞层采用低偏压刻蚀，制备出高均匀性且损伤较低的接触孔，同时可实现刻蚀与电极沉积工艺的紧密衔接，提升碲镉汞材料与金属电极之间的欧姆接触，进而提升芯片的响应一致性，为探测器性能的一致性奠定坚实基础。
[0124] 本申请还提供一种碲镉汞红外探测器，所述碲镉汞红外探测器采用上述任一实施例所述的碲镉汞红外探测器的制备方法制得。
[0125] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
[0126] 以上对本申请所提供的碲镉汞红外探测器及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。
