一種用于碲鎘汞探測器n區(qū)橫向展寬的變間距測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及紅外探測器制造工藝技術(shù)，具體涉及碲鎘汞紅外焦平面探測器PN結(jié)的N區(qū)橫向擴(kuò)展寬度的測試方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]紅外焦平面陣列器件是既具有紅外信息獲取又具有信息處理功能的先進(jìn)的成像傳感器，在空間對地觀測、光電對抗、搜索與跟蹤、已用和工業(yè)熱成像以及導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等軍民用領(lǐng)域有著重要而廣泛的應(yīng)用。由于其不可替代的地位和作用，紅外焦平面陣列器件制備技術(shù)被列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)項(xiàng)目。
[0003]在高級紅外應(yīng)用系統(tǒng)的大力驅(qū)動下，紅外探測器技術(shù)已進(jìn)入了以大面陣、小型化和多色化等為特點(diǎn)的第三代紅外焦平面探測器的重要發(fā)展階段。新一代紅外焦平面探測器向著大面陣、長線列以及智能化方向發(fā)展。隨著探測器尺寸的擴(kuò)大以及光敏元集成度的不斷提高，要求紅外探測器光敏感元陣列的像元尺寸不斷縮小。這對紅外焦平面光伏探測器而言，必須通過精確控制PN結(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸，以確保高密度、小像元尺寸紅外探測器仍然有高的響應(yīng)率和探測率等光電性能。因此，及時(shí)精確地測量和反饋PN結(jié)橫向?qū)挾葘t外探測器的設(shè)計(jì)和工藝控制非常重要。
[0004]通常采用的激光束誘導(dǎo)電流方法，是一種能夠精確測量PN結(jié)二維尺寸的方法。但是，該方法必須單獨(dú)設(shè)計(jì)測試結(jié)構(gòu)且要封裝到測試杜瓦在液氮溫度下進(jìn)行測量，過程復(fù)雜周期較長，無法實(shí)現(xiàn)在線測試，從而影響紅外焦平面探測器離子注入工藝的及時(shí)判斷。在實(shí)際的HgCdTe紅外探測器制備過程中，能夠及時(shí)地測量和反饋PN結(jié)二維結(jié)構(gòu)信息非常重要，對于提高工藝設(shè)計(jì)精確度和節(jié)約工藝制備成本具有非常重要的意義。但是，目前國內(nèi)尚未見到有關(guān)碲鎘汞紅外焦平面探測器PN結(jié)寬在線測試方法的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]基于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于碲鎘汞探測器N區(qū)橫向展寬的變間距測量方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先采用已經(jīng)制備ZnS阻擋層和對準(zhǔn)標(biāo)記的芯片；然后通過光刻工藝，設(shè)計(jì)一系列不同間距PN結(jié)的離子注入掩膜；離子注入后再通過常規(guī)工藝制備鈍化層和金屬化歐姆接觸，剝離并獲得一系列不同間距PN結(jié)展寬的測試圖形；最后，用低溫冷探針系統(tǒng)對每對PN結(jié)進(jìn)行電流電壓測試，并通過結(jié)合電流電壓測試結(jié)果分析和每對PN結(jié)間距判斷橫向展寬寬度。
[0007]上述技術(shù)方案的碲鎘汞紅外探測器N區(qū)橫向展寬的測試方法如下:
[0008]I)光刻離子注入孔:在已經(jīng)制備ZnS阻擋層和對準(zhǔn)標(biāo)記的碲鎘汞紅外芯片上，采用正性光刻膠光刻獲得一系列不同間距的離子注入孔對，每對離子注入孔間距從O μπι變化 10 μ m ;
[0009]2)硼離子注入:離子能量為120-180KeV，劑量為IX 113-1X 115Cm 2，束流為50-200 μ Α，注入后在丙酮中浸泡去除光刻膠，獲得一系列間距從O μ m變化10 μ m的PN結(jié)對；
[0010]3)鈍化及腐蝕電極孔:采用常規(guī)CdTe和ZnS雙層鈍化工藝。再采用正性光刻膠光刻在每個PN注入孔上開出腐蝕電極孔，在冰點(diǎn)純鹽酸中腐蝕，吹干后在丙酮中浸泡鐘去除光刻膠；
[0011]4)金屬電極制備:采用正性光刻膠光刻在每個電極孔開出金屬電極制備孔，使用電子束蒸發(fā)設(shè)備制備厚度分別為30nm、10nm的Sn和Au，取出樣品后在丙酮中浸泡，剝離金屬和去除光刻膠；
[0012]5)電流電壓測試:使用Keithly 4200低溫冷探針測試系統(tǒng)進(jìn)行測試間距從O μπι變化10 μ m每對PN結(jié)電流電壓特性；
[0013]6)測試結(jié)果分析:分析間距從O μ m變化10 μ m每對PN結(jié)電流電壓特性的變化規(guī)律，如果動態(tài)阻抗隨電壓呈現(xiàn)一恒定值則判定為兩個PN結(jié)連通，而動態(tài)阻抗隨電壓呈現(xiàn)出兩個反向連接的PN結(jié)特性則判定為兩個PN結(jié)未連通；
[0014]7)PN結(jié)N區(qū)橫向展寬判斷:通過結(jié)合不同間距每對PN結(jié)的連通性與每對PN結(jié)間距的關(guān)系，判斷PN結(jié)N區(qū)的橫向展寬寬度。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:巧妙地通過設(shè)計(jì)每對光敏元間距，將尺度測試變?yōu)殡妼W(xué)測試，能有效避免因尺度測試精度帶來的誤差。這種變間距測量方法，具有工藝簡單、操作便捷、判定結(jié)果直觀和可在線測試分析等特點(diǎn)。
【附圖說明】
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[0016]圖1為工藝流程圖。
[0017]圖2為變間距測量法不同間距PN對和金屬化后的示意圖，其中圖2(a)為變間距測量法的每對不同間距N區(qū)示意圖，圖2(b)為帶金屬化電極的每對不同間距N區(qū)示意圖。
[0018]圖3為變間距測量法不同間距PN對在80K下冷探針電流電壓特性測試結(jié)果，圖3(a)不同注入條件下單個PN的電流電壓特性測試結(jié)果，圖3(b)不同間距PN對電流電壓特性測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
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[0019]下面結(jié)合附圖，以實(shí)例對本發(fā)明的實(shí)施方式做詳細(xì)說明:
[0020]I)光刻離子注入孔:在已經(jīng)制備ZnS阻擋層和對準(zhǔn)標(biāo)記的碲鎘汞紅外芯片上，采用正性光刻膠光刻獲得一系列不同間距的離子注入孔對，每對離子注入孔間距從O μπι變化10 μ m，如圖2 (a)所示；
[0021]2)硼離子注入:離子能量為120-180KeV，劑量為IX 113-1X 1015cm 2，束流為50-200 μ A0注入后在丙酮中浸泡，去除光刻膠；
[0022]3)鈍化及腐蝕電極孔:采用常規(guī)CdTe和ZnS雙層鈍化工藝。再采用正性光刻膠光刻在每個PN注入孔上開出腐蝕電極孔。在冰點(diǎn)純鹽酸中腐蝕，吹干后在丙酮中浸泡去除光刻膠；
[0023]4)金屬電極制備:采用正性光刻膠光刻在每個電極孔開出金屬電極制備孔。使用電子束蒸發(fā)設(shè)備制備厚度分別為30nm、10nm的Sn和Au。取出樣品后在丙酮中浸泡，用針筒沖擊剝離金屬和去除光刻膠，獲得如圖2(b)所示；
[0024]5)電流電壓測試:使用Keithly 4200測試系統(tǒng)對每個PN結(jié)對進(jìn)行電流電壓特性測試，測試結(jié)果如圖3所示；
[0025]6)測試結(jié)果分析:分析間距從O μ m變化10 μ m每對PN結(jié)電流電壓特性的變化規(guī)律，如果動態(tài)阻抗隨電壓呈現(xiàn)一恒定值則判定為兩個PN結(jié)連通，而動態(tài)阻抗隨電壓呈現(xiàn)出兩個反向連接的PN結(jié)特性則判定為兩個PN結(jié)未連通；
[0026]7)PN結(jié)橫向展寬判斷:通過結(jié)合不同間距每對PN結(jié)的連通性與每對PN結(jié)間距的關(guān)系，判斷PN結(jié)N區(qū)的橫向展寬寬度。
[0027]從圖3 (a)每個PN結(jié)的電流電壓測試結(jié)果可以看出，不同注入條件的PN結(jié)性能無明顯差異；從圖3(b)每個PN結(jié)對的電流電壓測試結(jié)果，可判斷PN結(jié)對在間距為I μπι時(shí)，動態(tài)阻抗隨電壓變化為一恒定值；而間距大于2 μπι后，動態(tài)阻抗隨電壓變化呈現(xiàn)出兩個背對背的PN結(jié)特性。因此每個N區(qū)單側(cè)展寬應(yīng)小于0.5 μπι，每個N區(qū)橫向展寬小于I μπι。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于碲鎘汞探測器N區(qū)橫向展寬的變間距測量方法，其特征包括如下步驟: 1)光刻離子注入孔:在已經(jīng)制備ZnS阻擋層和對準(zhǔn)標(biāo)記的碲鎘汞紅外芯片上，采用正性光刻膠光刻獲得一系列不同間距的離子注入孔對，每對離子注入孔間距從O μπι變化.10 μ m ； .2)硼離子注入:離子能量為120-180KeV，劑量為IX 113-1 X 115Cm 2，束流為.50-200 μ Α，注入后在丙酮中浸泡去除光刻膠，獲得一系列間距從O μ m變化10 μ m的PN結(jié)對； . 3)鈍化及腐蝕電極孔:采用常規(guī)CdTe和ZnS雙層鈍化工藝。再采用正性光刻膠光刻在每個PN注入孔上開出腐蝕電極孔，在冰點(diǎn)純鹽酸中腐蝕，吹干后在丙酮中浸泡鐘去除光刻膠； . 4)金屬電極制備:采用正性光刻膠光刻在每個電極孔開出金屬電極制備孔，使用電子束蒸發(fā)設(shè)備制備厚度分別為30nm、10nm的Sn和Au，取出樣品后在丙酮中浸泡，剝離金屬和去除光刻膠； .5)電流電壓測試:使用Keithly4200低溫冷探針測試系統(tǒng)進(jìn)行測試間距從O μπι變化.10 μ m每對PN結(jié)電流電壓特性； .6)測試結(jié)果分析:分析間距從Oμ m變化10 μ m每對PN結(jié)電流電壓特性的變化規(guī)律，如果動態(tài)阻抗隨電壓呈現(xiàn)一恒定值則判定為兩個PN結(jié)連通，而動態(tài)阻抗隨電壓呈現(xiàn)出兩個反向連接的PN結(jié)特性則判定為兩個PN結(jié)未連通； . 7)PN結(jié)N區(qū)橫向展寬判斷:通過結(jié)合不同間距每對PN結(jié)的連通性與每對PN結(jié)間距的關(guān)系，判斷PN結(jié)N區(qū)的橫向展寬寬度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于碲鎘汞探測器N區(qū)橫向展寬的變間距測量方法，該方法是在已經(jīng)制備ZnS阻擋層和對準(zhǔn)標(biāo)記的碲鎘汞紅外芯片上，通過光刻工藝，設(shè)計(jì)一系列不同間距PN結(jié)的離子注入掩膜。離子注入后再通過常規(guī)工藝制備鈍化層和金屬化歐姆接觸，剝離并獲得一系列不同間距PN結(jié)展寬的測試圖形。最后，用低溫冷探針系統(tǒng)對每對PN結(jié)進(jìn)行電流電壓測試，并通過結(jié)合電流電壓測試結(jié)果分析和每對PN結(jié)間距判斷橫向展寬寬度。本發(fā)明方法操作簡單，便于實(shí)現(xiàn)在線分析PN結(jié)結(jié)寬。
【IPC分類】H01L21/66
【公開號】CN105047574
【申請?zhí)枴緾N201510295755
【發(fā)明人】周松敏, 翁彬, 劉丹, 林春, 徐剛毅, 李 浩
【申請人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月2日