專利名稱：一種用于光伏型碲鎘汞探測器的延展電極及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于光伏型碲鎘汞探測器的電極薄膜制備技術，具體指一種用于光伏型碲鎘汞探測器的延展電極及制備方法。
背景技術：
紅外焦平面探測器是一種同時實現紅外信息的獲取和進行信息處理的成像傳感器，其在軍用民用等領域都有著廣泛的應用。碲鎘汞紅外焦平面探測器是目前國際上發展最迅速，需求最大的探測器，從第一代發展到以大列陣、小型化、多色化和集成化為特征的第三代焦平面。由于長波8 14微米是地表輻射探測的窗口，處于C02光譜吸收區，是地表目標熱成像的主要區域，同時由于長波探測器在空間應用和導彈防御計劃中的重要性，世界各國都加大了在長波探測器方面的研究。降低長波碲鎘汞紅外探測器的暗電流是提高器件工作性能的重要手段之一(參考文獻From LffIR to VLffIR FPAs made with HgCdTe at Defir.，Proc. Of SPIE Vol. 6361)。光伏型碲鎘汞紅外探測器的結構一般采用倒焊互聯的方式將碲鎘汞芯片和讀出電路用銦柱連接在一起，在倒焊過程中目前我們主要采用冷壓焊工藝，即將芯片和電路對準位置后施加一定的壓力，壓力使銦柱變形利用新鮮銦柱的粘性將芯片和電路互連在一起。銦柱如果直接生長在芯片光敏元上，則倒焊壓力受力點將直接作用于光敏元的pn結，在受力位置容易引起各種材料缺陷，長波探測器禁帶寬度小，更容易形成漏電流，使器件暗電流過大而降低器件性能。因此必須將倒焊受力點遠離光敏元pn 結注入區，有效避免倒焊對于長波探測器暗電流的影響，以滿足長波碲鎘汞紅外探測器的應用需求。碲鎘汞探測器電極制備的工藝一般是光刻后，選擇性腐蝕復合鈍化層，然后生長金屬薄膜。由于腐蝕位置的邊緣呈懸崖狀，采用該方法生長延展電極，在腐蝕孔邊緣處電極斷開，無法將pn結注入區處的電極延伸至其他位置，必須考慮其他方法來制備電極以實現電極延伸。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于光伏型碲鎘汞探測器的延展電極及制備方法。本發明中所述的電極是指一種延展電極，該電極從芯片注入區延展至非注入區， 電極與非注入區表面之間有鈍化層將電極與非注入區表面隔離，鈍化層為IOOnm厚的CdTe 和200nm厚的SiS的復合鈍化層。本發明中所述的電極的制備方法是指在生長ZnS保護層的碲鎘汞紅外芯片表面采用剝離法生長復合鈍化層，然后在pn結注入區和復合鈍化層表面生長電極。該方法采用負性光致抗蝕劑曝光光刻后獲得頂部大底部小的光刻膠臺面，利用薄膜生長時光刻膠臺面的圖形陰影效應，在碲鎘汞芯片表面pn結注入區周圍生長一層厚度緩變的復合鈍化層，在 pn結注入區和復合鈍化層表面生長一層電極，利用緩變結構以保證pn結注入區的電極與復合鈍化層表面電極的電學連通性。電極的制備方法的工藝步驟具體如下1.將已經制備保護層ZnS薄膜的經過離子注入后的碲鎘汞芯片清洗干凈，在芯片表面旋涂一層厚度為2 3微米厚的nl0f2035負性光致抗蝕劑。用光刻版對芯片進行曝光顯影，在光敏元上方獲得頂部大底部小的光刻膠臺面。2.將制備好光刻膠臺面的芯片放入冰點的鹽酸腐蝕液中腐蝕1 2秒，將光刻膠臺面以外區域的保護層ZnS腐蝕干凈。將腐蝕后的芯片放入電子束蒸發鍍膜設備中沉積 IOOnm厚的CdTe和200nm厚的SiS，得到復合鈍化層。剝離芯片上多余的復合鈍化層，獲得 pn結注入區周圍具備緩變結構的復合鈍化層。 3.在制備完復合鈍化層的芯片表面旋涂一層1 2微米厚的AZ1500光刻膠，用光刻版對芯片進行曝光顯影，獲得光刻后的電極腐蝕孔。4.光刻后的芯片放入冰點的鹽酸腐蝕液中腐蝕1 2秒，將pn結注入區表面的殘余ZnS去除干凈。將腐蝕后的芯片放入丙酮中去膠，再用無水乙醇清洗。5.將腐蝕后的芯片表面旋涂一層2 3微米厚的nl0f2035光刻膠，用光刻版對芯片進行曝光顯影，獲得光刻后的電極剝離孔。6.將樣品采用離子束濺射沉積鍍膜的方法沉積50 IOOnm厚的Sn和200 300nm厚的Au，得到電極。將制備好電極的芯片放入丙酮中浸泡60 90分鐘，再用無水乙醇清洗，剝離芯片上多余的電極層，獲得pn結注入區延伸至非注入區復合鈍化層表面的電極。本發明具有如下優點1.本發明制備的延展電極將電極從光伏型碲鎘汞紅外探測器的光敏元pn結注入區電極區延展至非注入區的復合鈍化層表面，可以將用于倒焊互連的銦柱制備在電極延伸處，遠離pn結注入區位置，保證互連倒焊時的壓力承受點遠離pn結注入區，特別適用于禁帶寬度窄的長波探測器的制備。2.本發明制備電極的方法通過改善底部復合鈍化層的邊緣形狀，保證了光敏元 pn結注入區延伸至非注入區復合鈍化層表面的延伸電極的電學連通性。
圖1是延展電極的結構示意圖。圖2是電極制備流程的示意3是采用腐蝕法生長的電極延伸爬坡的掃描電鏡圖，復合鈍化層腐蝕斷面處電極斷開。圖4(a)是采用剝離法生長復合鈍化層，再在pn結注入區和復合鈍化層表面生長的電極，Pn結注入區和復合鈍化層界面電極連續。圖4(b)是帶有銦柱的延展電極完整結構的掃描電鏡圖
具體實施例方式下面結合附圖，以中心距為28微米、銦柱陣列為256x1的芯片為實例對本發明的實施方式做詳細說明
本發明的實施例采用已經生長ZnS保護層的碲鎘汞紅外芯片生長延展電極。本發明中所述的延展電極的制備方法是指在需要制備電極的碲鎘汞紅外芯片上利用負性光致抗蝕劑曝光光刻后獲得頂部大底部小的光刻膠臺面，利用薄膜生長時光刻膠臺面的圖形陰影效應，在碲鎘汞芯片表面pn結注入區周圍生長一層厚度緩變的復合鈍化層，在pn結注入區和復合鈍化層表面生長一層電極，利用緩變結構以保證Pn結注入區內的電極與復合鈍化層表面電極的電學連通性。電極的結構示意圖如附圖1所示。采用本發明中所述的電極制備方法，在碲鎘汞紅外芯片表面進行光刻、復合鈍化層和電極的制備，制備的工藝流程示意圖如附圖2所示。首先將已經制備保護層ZnS薄膜的碲鎘汞芯片清洗干凈，在芯片表面旋涂一層厚度2 3微米厚的nl0f2035負性光致抗蝕劑，用光刻版對芯片進行曝光，顯影定影后在光敏元上方獲得頂部大底部小的光刻膠臺面。將制備好光刻膠臺面的芯片放入冰點的鹽酸腐蝕液中腐蝕1 2秒，將光刻膠臺面以外區域的保護層ZnS腐蝕干凈。將腐蝕后的芯片放入電子束蒸發鍍膜設備中沉積 IOOnm厚的CdTe和200nm厚的SiS，獲得復合鈍化層。剝離芯片上多余的復合鈍化層，獲得 pn結注入區周圍厚度緩變的復合鈍化層。在制備完厚度緩變的復合鈍化層的芯片表面旋涂一層厚度1 1. 5微米厚的 AZ1500光刻膠。用光刻版對芯片進行曝光顯影定影，獲得光刻后的電極腐蝕孔，光刻膠將復合鈍化層保護起來，將待腐蝕的ZnS薄膜露出。光刻后的芯片放入冰點的鹽酸溶液中腐蝕1 2秒，將pn結注入區表面的ZnS薄膜去除干凈。將腐蝕后的芯片放入丙酮中去膠， 再用無水乙醇清洗，獲得電極孔腐蝕干凈的芯片。將腐蝕后的芯片旋涂一層厚度為2 3微米厚的nl0f2035負性光致抗蝕劑，光刻曝光后獲得帶有電極剝離孔，光致抗蝕劑將不需要生長電極的區域保護起來，待生長電極的區域露出。將樣品采用離子束濺射沉積鍍膜的方法沉積IOOnm的Sn和200nm的Au，得到電極，將制備好電極的芯片放入丙酮中浸泡60 90分鐘，再用無水乙醇清洗，剝離芯片上多余的電極層，獲得pn結注入區延伸至非注入區復合鈍化層表面的電極。采用該結構在電極延伸處的一端即非注入區的復合鈍化層表面的電極位置制備了銦柱，對器件進行FPA測試，驗證電極連通性達到100%。獲得的帶有銦柱的延展電極的掃描電鏡圖片如圖4(b)所
7J\ ο圖3是采用腐蝕法獲得的延展電極的的掃描電鏡圖，從圖中可以看到腐蝕孔內生長的電極和周圍復合鈍化層表面的電極在爬坡的腐蝕斷面處是斷開的。通過測試也發現電極延伸后成功連通的概率很低。圖4(a)是采用本發明中所述的方法生長的延展電極的掃描電鏡圖，從圖中可以看出pn結注入區和復合鈍化層表面的電極連續，通過測試結果也驗證可以達到100%連通率。圖4(b)是帶有銦柱的延展電極完整結構的掃描電鏡圖。
權利要求
1.一種用于光伏型碲鎘汞紅外探測器的延展電極，其特征在于該電極從芯片注入區延展至非注入區，電極與非注入區表面之間有鈍化層將電極與非注入區表面隔離，所述的鈍化層為IOOnm厚的CdTe和200nm厚的ZnS的復合鈍化層。
2.一種如權利要求1所述的延展電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將已經制備保護層ZnS薄膜的經過離子注入后的碲鎘汞芯片清洗干凈，在芯片表面旋涂一層厚度為2 3微米厚的nl0f2035負性光致抗蝕劑，用光刻版對芯片進行曝光顯影，在光敏元上方獲得頂部大底部小的光刻膠臺面；2)將制備好光刻膠臺面的芯片放入冰點的鹽酸腐蝕液中腐蝕1 2秒，將光刻膠臺面以外區域的保護層ZnS腐蝕干凈；將腐蝕后的芯片放入電子束蒸發鍍膜設備中沉積IOOnm 厚的CdTe和200nm厚的SiS，得到復合鈍化層，剝離芯片上多余的復合鈍化層，獲得pn結注入區周圍具備緩變結構的復合鈍化層；3)在制備完復合鈍化層的芯片表面旋涂一層1 2微米厚的AZ1500光刻膠，用光刻版對芯片進行曝光顯影，獲得光刻后的電極腐蝕孔；4)光刻后的芯片放入冰點的鹽酸腐蝕液中腐蝕1 2秒，將pn結注入區處表面的殘余 ZnS去除干凈，將腐蝕后的芯片放入丙酮中去膠，再用無水乙醇清洗；5)將腐蝕后的芯片表面旋涂一層1 2微米厚的AZ1500光刻膠，用光刻版對芯片進行曝光顯影，獲得光刻后的電極剝離孔；將樣品采用離子束濺射沉積鍍膜的方法沉積50 IOOnm厚的Sn和200 300nm厚的 Au,得到電極，將制備好電極的芯片放入丙酮中浸泡60 90分鐘，再用無水乙醇清洗，剝離芯片上多余的電極層，獲得pn結注入區延伸至非注入區復合鈍化層表面的電極。
全文摘要
本發明公開了一種用于光伏型碲鎘汞探測器的延展電極及制備方法。本發明中的電極為一種延展電極，該電極將pn結注入區的電極延展至非注入區的復合鈍化層表面。該方法采用負性光致抗蝕劑光刻后獲得頂部大底部小的光刻膠臺面，利用薄膜生長時光刻膠臺面的圖形陰影效應，在碲鎘汞芯片pn結注入區周圍生長一層厚度緩變的復合鈍化層，然后生長一層電極，將電極延伸至遠離pn結注入區位置。采用本發明中的方法制備的電極可以保證pn結注入區內的電極與復合鈍化層表面電極的電學連通性達到100％，同時將用于倒焊互連的銦柱制備在電極的延伸處，遠離pn結注入區位置，保證倒焊互連時的壓力承受點遠離pn結，提高器件性能。
文檔編號H01L31/18GK102420270SQ20111035525
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者廖清君, 林春, 王建新, 胡曉寧, 邢雯, 陳昱, 馬偉平 申請人:中國科學院上海技術物理研究所