离子注入型碲镉汞红外焦平面的光电p-n结修饰方法
专利汇可以提供离子注入型碲镉汞红外焦平面的光电p-n结修饰方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 离子注入 型碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面的光电p-n结修饰方法，它涉及光电探测器制造工艺技术。本发明采用直接将离子注入完的HgCdTe红外焦平面探测器光敏感元芯片放置在 真空 腔体内进行氢 等离子体 浴处理的光电p-n结列阵修饰的技术方案，有效解决了离子注入型光电p-n结常规修饰方法存在单步工艺时间长、操作复杂和 稳定性 较差，以及会影响红外光敏感元列阵芯片表面清洁度和介质膜 钝化 性能的问题。本发明方法具有工艺简单、操作快捷、稳定性高和与探测芯片工艺兼容性好的特点。，下面是离子注入型碲镉汞红外焦平面的光电p-n结修饰方法专利的具体信息内容。
1.一种离子注入型碲镉汞红外焦平面的光电p-n结修饰方法，其特征在于包括以下步骤：
A.采用传统的光刻技术，在HgCdTe红外焦平面探测芯片表面制作用于限定离子注入区域的光刻胶掩蔽膜图形，掩蔽膜厚度为1-6μm，掩蔽膜图形限定的离子注入区为正方形列阵，正方形边长为10-60μm；
B.在采用常规的制备碲镉汞红外焦平面探测器光敏感元列阵芯片的离子注入后，将光敏感元列阵芯片直接放置在普通的等离子体刻蚀机的真空样品台上；
C.启动等离子体，进行光敏感元列阵芯片的氢等离子体浴处理，工艺气体选用H2∶N2∶Ar，体积配比为1-5∶1-8∶10-20，等离子体产生功率为300-800W，控制等离子体刻蚀能量的射频功率为3-8W，腔体压力为2-8×10-3Torr，样品台温度为10-30℃；
D.从等离子体刻蚀机的真空样品台上取出完成氢等离子体浴处理的光敏感元列阵芯片，进行后续的碲镉汞红外焦平面探测器的制作。
技术领域
本发明涉及光电探测器件制造工艺技术，具体是指HgCdTe红外焦平面探测器离子注入型光敏感元芯片的光电p-n结列阵的低能等离子体修饰方法。
背景技术
在高级红外应用系统的大力驱动下，红外探测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，见S.Horn，P.Norton，T.Cincotta，A.Stoltz，et al，“Challenges for third-generation cooledimagers”，proceeding of SPIE，Vol.5074，2003，P44-51。高级红外成像的高分辨率探测迫使新一代红外焦平面探测器向大面阵、小型化趋势的发展，要求红外探测光敏感元列阵的像元尺寸不断缩小。这对离子注入型碲镉汞红外焦平面探测器而言，必须不断提高离子注入p-n结的电学特性，以提高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的等光电性能，进而确保小像元尺寸红外探测器在红外成像系统中的分辨率。
离子注入型碲镉汞红外焦平面探测器是由p型碲镉汞薄膜材料通过选择性离子注入来获得的。但光敏感元二极管列阵p-n结的n区不是由离子注入的杂质直接参与掺杂的，而是由在离子注入过程中物理损伤诱发的。这些电学n区的离子注入损伤会影响光敏感元二极管的电学特性，从而限制离子注入型碲镉汞红外焦平面探测器的响应率与探测率等光电性能。
虽然，高温退火作为一种常用的光电p-n结列阵修饰方法，能部分修复离子注入损伤和将光电二极管工作区往远离注入损伤区推进，以减小电学n区的离子注入损伤对光敏感元二极管的电学特性影响，从而提高离子注入型碲镉汞红外焦平面探测性能。但是，高温退火不仅存在单步工艺时间长、操作复杂和稳定性较差等不足，而且高温退火还会影响红外光敏感元列阵芯片的表面清洁度和探测器的介质膜钝化性能。
发明内容
为了达到上述目的，本发明采用直接将离子注入完的HgCdTe红外焦平面探测器光敏感元芯片放置在真空腔体内进行氢等离子体浴处理的光电p-n结列阵修饰的技术方案。
本发明光敏感元芯片在离子注入后直接进行氢等离子体浴处理，可将低能量和小体积的原子氢、离子氢选择性地植入到由光刻胶掩蔽膜图形限定的离子注入区域，以实现离子注入型红外焦平面光电p-n结列阵的修饰。由于可直接应用离子注入工艺步骤的光刻胶掩蔽膜图形，光电p-n结列阵氢等离子体浴处理的修饰方法可无需重复光刻，工艺相当方便。低能量和小体积的原子氢、离子氢在植入到离子注入区域后，不仅可以通过与离子注入导致的晶体内不饱和键形成氢键来修复离子注入损伤，而且离子氢还可以进入未受离子注入损伤的p区并钉扎p型掺杂的汞空位，从而将光电p-n结工作区向远离离子注入损伤区推进。所以，在离子注入后直接进行氢等离子体浴处理，可方便地达到修复离子注入损伤和优化光电p-n结工作区的碲镉汞红外焦平面光敏感元芯片修饰效果。
上述技术方案的碲镉汞光电p-n结列阵的修饰方法如下：
A.采用传统的光刻技术，在HgCdTe红外焦平面探测芯片表面制作用于限定离子注入区域的光刻胶掩蔽膜图形，掩蔽膜厚度为1-6μm，掩蔽膜图形限定的离子注入区为正方形列阵，正方形边长为10-60μm。
B.在采用常规的制备碲镉汞红外焦平面探测器光敏感元列阵芯片的离子注入后，将光敏感元列阵芯片直接放置在普通的等离子体刻蚀机的真空样品台上。
C.启动等离子体，进行光敏感元列阵芯片的氢等离子体浴处理。工艺气体选用H2∶N2∶Ar，体积配比为1-5∶1-8∶10-20，等离子体产生功率为300-800W，控制等离子体刻蚀能量的射频功率为3-8W，腔体压力为2-8×10-3Torr，样品台温度为10-30℃。
D.从等离子体刻蚀机的真空样品台上取出完成氢等离子体浴处理的光敏感元列阵芯片，进行后续的碲镉汞红外焦平面探测器的制作。
本发明的最大优点是：直接利用用于限定离子注入区域的光刻胶掩蔽膜图形，在离子注入后进行氢等离子体浴处理的碲镉汞红外焦平面探测芯片光电p-n结列阵修饰，具有工艺简单、操作快捷和稳定性高，以及对表面清洁度与钝化性能没有影响的特点。
附图说明
图1是本发明完成离子注入型碲镉汞红外焦平面探测芯片光电p-n结列阵修饰的工艺流程示意图。(a)图为由常规光刻技术获得的用于限定离子注入区域的光刻胶掩蔽膜图形情况；(b)图为常规离子注入工艺的情况；(c)图为在离子注入后进行光电p-n结列阵氢等离子体浴处理的情况；(d)图为清洗掉光刻胶掩蔽膜图形的碲镉汞红外焦平面探测芯片的情况。
图2是未进行氢等离子体浴处理的碲镉汞红外探测芯片光电p-n结I-V和R-V特性图。
图3是本发明经过氢等离子体浴处理的碲镉汞红外探测芯片光电p-n结I-V和R-V特性图。
具体实施方式
A.采用传统的光刻技术和商用光刻胶AZ4620，在碲镉汞红外焦平面探测芯片1表面制作用于限定离子注入和氢等离子体浴处理区域的光刻胶掩蔽膜图形2，掩蔽膜厚度为3μm，离子注入区正方形边长为30μm。
B.在采用常规的制备碲镉汞红外焦平面探测器光敏感元列阵芯片的离子注入后，将光敏感元列阵芯片直接放置在牛津仪器(OXFORD)公司的诱导耦合等离子体增强反应离子刻蚀机ICP System65的真空样品台上。
C.启动等离子体，进行光敏感元列阵芯片的氢等离子体浴处理。工艺气体选用H2∶N2∶Ar，体积配比为3∶5∶15，等离子体产生功率为600W，控制等离子体刻蚀能量的射频功率为5W，腔体压力为5×10-3Torr，样品台温度为20℃。
D.从等离子体刻蚀机的真空样品台上取出完成氢等离子体浴的光敏感元列阵芯片，进行后续的碲镉汞红外焦平面探测器的制作。
图2和图3分别为未经过和经过氢等离子体浴处理的碲镉汞红外探测芯片光电p-n结的I-V与R-V特性图。图2和图3样品仅有的差别是有无经过氢等离子体浴处理。如图2、3所示，经过氢等离子体浴处理的红外探测芯片光电p-n结的暗电流明显减小，相应的零偏动态阻抗提高了4-5倍。特别是图3在电压的反偏区域，动态阻抗提高的更加明显。这表明氢等离子体浴处理确实达到了对注入型碲镉汞红外焦平面探测芯片光电p-n结列阵进行修饰的目的。
由于本发明与离子注入型碲镉汞红外焦平面探测芯片加工工艺完全兼容，且具有工艺简单、操作快捷和稳定性高，以及对表面清洁度与钝化性能没有影响的特点，表明本发明进行氢等离子体浴处理的离子注入型碲镉汞红外焦平面探测芯片的光电p-n结修饰方法是可行的、合理的。
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