[发明专利]碲镉汞红外探测芯片中碲化镉钝化膜的金属化开口方法

说明书

技术领域

本发明涉及碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面探测器的制备工艺技术，具体包括HgCdTe探测芯片碲化镉(CdTe)钝化膜选择性腐蚀液的配制以及利用该腐蚀液进行探测器芯片金属化开口的方法。

背景技术

作为窄禁带宽度的半导体器件，碲镉汞红外焦平面探测芯片表面的固定电荷会引起一个或者几个禁带宽度数量级的能带弯曲，致使表面出现严重的积累、耗尽或反型，进而大大降低红外探测器的性能。因而，为获得接近平带的能带结构，HgCdTe红外焦平面探测芯片需要有效地进行表面钝化。

由于CdTe与HgCdTe材料的晶格匹配，可以降低HgCdTe/CdTe介面处的缺陷与固定电荷。而且，CdTe作为钝化介质膜具有非常好的化学和物理稳定性。这些对于减少红外焦平面探测芯片的暗电流和提高红外焦平面探测器可靠性而言具有很大潜力。所以，CdTe钝化或CdTe/ZnS双层钝化是碲镉汞红外光导和光伏器件钝化工艺的主要发展方向。

但是，采用CdTe钝化的HgCdTe红外探测芯片，会遇到金属化开口的技术难题。这是因为CdTe与HgCdTe物化性能极为相近，常规的溴基湿化学腐蚀或诱导耦合等离子体(ICP)干法刻蚀都不具有高的选择性，难以控制金属化开口终点；而采用浮胶剥离开电极孔的金属化开口技术虽然可以避免腐蚀终点难控的缺点，但于钝化前进行额外的芯片光刻，不仅增加了工艺步骤，也极大地限制了钝化前的表面处理选择。因此，溴基湿化学腐蚀、ICP刻蚀和浮胶剥离方法开电极孔都会不可避免影响到钝化效果乃至最终器件性能。

随着HgCdTe红外焦平面技术的发展，表面漏电流已极大地影响着器件性能的进一步提高。是否能解决好CdTe钝化膜的金属化开口的问题，对于CdTe钝化能否成功应用于焦平面器件工艺中至关重要，因而成为了这一领域工作者高度重视的问题。

发明内容

基于上述双层钝化电极孔工艺所存在的问题，为了获得更好的CdTe钝化效果和其后的金属-半导体接触性能，本发明提供了一种理想的CdTe腐蚀液配比以及一种最佳化利用该腐蚀液的双层钝化金属化开口工艺。

具体而言，本发明内容如下：

A.将氟塑料杯置于装有冰水混合物的玻璃器皿中，放在磁力搅拌器上，等氟塑料杯的温度达到稳定，按照腐蚀液原液的配比加入所需氢氟酸，打开磁力搅拌器，缓缓加入重铬酸钾和硝酸，带其充分溶解后加入乳酸；

B.然后按照所需腐蚀钝化层厚度(见表1)以及电极孔孔径大小用去离子水稀释腐蚀液原液，稀释后的原液仍然保持在0℃左右，并用氟塑料器皿密封盖住，以免溶质挥发产生危险并影响腐蚀液浓度；

C.将光刻后的芯片样品装于自行设计的氟塑料腐蚀架上，使用纯盐酸进行3～5秒腐蚀，完成腐蚀电极孔ZnS层后，用去离子水冲洗样品表面1～2分钟；

D.最后在冰水混合物温度下，使用磁力搅拌，用稀释后的CdTe腐蚀液腐蚀CdTe层3～10秒，置于流动的去离子水中冲洗5分钟，完成整个双层钝化开电极孔工艺。

该腐蚀液原液按照重铬酸钾∶氢氟酸∶乳酸∶硝酸比例5g∶10ml∶5ml∶25ml配制。配制时由于氢氟酸会对玻璃器皿产生腐蚀，故需置于氟塑料杯中配制混合。整个配制过程将用于混合的氟塑料杯放置在装有冰水混合物的大玻璃器皿中，目的是确保腐蚀液配制过程中温度恒定，减少人为误差，避免可能造成的腐蚀速率偏差。此外为使溶液混合均匀，溶液配制时使用了磁力搅拌器，目的是减少人为误差以及手动搅拌可能产生的安全问题。

对于该腐蚀液的原理我们有以下推测：首先利用重铬酸根的氧化性对CdTe进行氧化，分别产生Cd和Te的氧化物，并利用硝酸和氢氟酸混合液与之反应，最终生成可溶物质。而当该腐蚀液与HgCdTe接触时，会快速形成Hg的氧化沉淀物，使反应终止。配方中的乳酸主要起缓冲作用，用以改善反应后的电极孔形貌。

相比于其他方法，本发明具有以下优点：

1)对CdTe和HgCdTe材料具有高腐蚀选择比；

2)不会影响其他表面处理工艺；

3)腐蚀速率可控、工艺稳定便捷；

4)溶液稳定，对人体无毒无害。

表1.稀释时水与原液的比例参照下表

附图说明