一种红外探测器的电极接触孔的制作方法

本发明涉及红外焦平面探测器芯片制造、半导体微纳刻蚀工艺，具体涉及一种红外探测器的电极接触孔的制作方法。

背景技术：

1、碲镉汞（mct）、碲化镉（cdte）材料是制备红外焦平面探测器的核心半导体材料，凭借优异的红外光电响应特性、可调禁带宽度，广泛应用于军事探测、红外成像、安防监控等领域。电极接触孔是碲镉汞红外探测器的核心微结构，其侧壁陡直度、尺寸均匀性、界面损伤程度直接决定探测器的光电响应一致性、成像分辨率与长期工作稳定性。

2、目前行业内主流的mct/cdte材料接触孔制备工艺为低温icp刻蚀加湿法腐蚀的工艺。由于光刻胶材料在低温刻蚀环境下易发生碳化、开裂、脱落，无法作为有效掩膜，因此现有工艺必须提前生长一层sio2硬质介质掩膜，再通过二次光刻、掩膜刻蚀、去胶等多道工序完成图形转移后，方可进行低温icp刻蚀。该工艺存在明显缺陷，一是工艺流程繁琐，包含介质沉积、掩膜刻蚀、多次光刻对位等多余工序，生产周期长、制造成本高；二是低温刻蚀搭配高射频功率、大偏压参数，离子轰击强度大，极易在接触孔侧壁与凹面产生晶格缺陷、刻蚀损伤，增加器件暗电流，降低探测器性能，无法满足640×512规格及以上大面阵、高密度红外焦平面探测器的集成需求。

3、现有公开专利及文献中，暂无采用常温icp刻蚀体系、不需要sio2硬质介质掩膜制备高密度碲镉汞探测器的电极接触孔的完整工艺方案，也无适配常温低功率刻蚀的退火损伤修复一体化制程。针对现有技术工艺复杂、成本高、无法适配高密度集成的痛点，亟需开发一种工艺简化、低损伤、高均匀性的常温icp接触孔制作方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种红外探测器的电极接触孔的制作方法，克服了现有低温icp刻蚀加湿法腐蚀制备碲镉汞探测器接触孔工艺存在的流程复杂、极易在接触孔侧壁与凹面产生晶格缺陷、刻蚀损伤，增加器件暗电流，降低探测器性能，无法满足640×512规格及以上大面阵、高密度红外焦平面探测器的集成需求的缺陷，实现简化工艺流程、降低生产成本、减小刻蚀损伤、提升接触孔均匀性的技术效果，适配大面阵高密度红外焦平面探测器批量生产。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种红外探测器的电极接触孔的制作方法，用于高密度碲镉汞红外探测器的制作，制作过程中不需要在待加工的碲镉汞/碲化镉材料表面生长sio2硬质掩膜作为刻蚀掩膜，电极接触孔的制作采用常温icp刻蚀；具体包括以下步骤，

4、s1，光刻胶涂覆；选取适配红外探测的碲镉汞外延片，在待加工的碲镉汞/碲化镉材料表面均匀涂覆az4330正胶光刻胶，形成光刻胶薄膜；

5、s2，光刻图形转移，将涂胶后的外延片放入光刻机，通过光刻、曝光、显影工艺，在光刻胶薄膜上完成电极接触孔图形转移，暴露出待刻蚀的碲镉汞功能层区域。

6、s3，去底膜处理，采用等离子体去胶工艺去除图形开孔区域残留的光刻胶底膜，保证待刻蚀材料表面洁净无残留；

7、s4，粘片固定，将s3处理后的外延片采用真空吸附或高温粘片方式固定于icp刻蚀机托盘上，关闭腔体并抽真空完成腔体真空预处理；

8、s5，常温icp刻蚀，保持腔体温度为10~15℃，采用低射频功率、小基板直流偏压参数设置，通入刻蚀工艺气体，对暴露的外延片进行icp刻蚀，制备得到深度0.3~0.5μm的电极接触孔；

9、s6，退火损伤修复：将刻蚀完成的外延片取出，进行高温退火处理，消除icp刻蚀过程中产生的晶格损伤、界面缺陷与残余应力；

10、s7，光刻胶去除：采用等离子体去胶和湿法去胶结合的方式，彻底去除表面残留光刻胶，完成碲镉汞红外探测器的电极接触孔制作。

11、s1步骤中，采用旋涂工艺在外延片表面均匀涂覆az4330光刻胶，旋涂转速为3000rpm，旋涂时间为30s，烘干后形成厚度均匀的3~4μm光刻胶薄膜。

12、s3步骤中，将图形化后的外延片放入等离子体清洗机，采用氧气进行底膜去除处理，处理功率为300w，处理时间为5min。

13、s5步骤中，icp刻蚀工艺参数包括，icp源功率为800w，射频rf功率为10w，小基板偏压为22~25v；

14、刻蚀工艺气体包括主刻蚀气体与辅助气体，所述主刻蚀气体、辅助气体的气体种类及流量配比为ar:n2:ch4=30 sccm:5 sccm:1 sccm，刻蚀腔体真空压力为2.0mtorr，刻蚀时间为15min，刻蚀选择比pr：mct≈5:1，pr：cdte＞3:1。

15、s6步骤中，高温退火工艺是将外延片送入富汞退火炉，在饱和hg蒸气压氛围下进行，退火温度为265℃，退火保温时间为2h后自然降温。

16、s7步骤中，先通过等离子体去胶工艺彻底清除表面大部分剩余胶层和碳化层，再依次采用去胶液、丙酮、乙醇去除残余薄胶，最后采用溴甲醇漂洗去除表面损伤层，去离子水冲洗、氮气吹干后即完成电极接触孔制备。

17、s7步骤中制作的电极接触孔的侧壁陡直角≥85°，接触孔尺寸均匀性误差≤5%。

18、鉴于上述技术特征，本发明具有如下有益效果：1、本发明采用常温电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，icp)制备方法，工艺流程简化，成本大幅降低，摒弃传统工艺必须的sio2硬质掩膜沉积、掩膜刻蚀、二次光刻等工序，仅依靠单次光刻胶图形转移即可完成掩膜制备，工序减少40%以上，大幅缩短生产周期，降低设备与物料成本；2、本发明采用常温icp刻蚀体系，搭配低射频功率、低rf功率、小基板直流偏压、适配气体配比的刻蚀参数，降低高能离子对碲镉汞/碲化镉材料的轰击损伤，保证凹面完整性；3、直接以光刻图形转移后的3~4μm光刻胶az4330(pr)作为唯一刻蚀掩膜，无需沉积硬质介质掩膜，简化制备工艺流程，掩膜成型性好、图形精度高，可精准制备0.3~0.5μm接触孔；4、刻蚀完成后，配合后续饱和hg蒸气压氛围265℃保温2h退火损伤修复工艺，彻底消除刻蚀引入的晶格缺陷与残余应力，修复常温刻蚀产生的微量晶格缺陷与界面损伤，有效降低探测器暗电流，提升光电响应稳定性，刻蚀损伤极低，器件性能优异；5、接触孔质量高，适配高密度集成，光刻胶厚膜掩膜图形精度高，常温刻蚀各向异性优异，制备的0.3~0.5μm接触孔侧壁陡直、无坍塌、无毛刺，尺寸均匀性远优于传统工艺，可实现小中心距阵列排布，完美适配大面阵高密度碲镉汞红外探测器的集成需求；6、工艺稳定性强，适配批量生产：全程常温工艺，参数可控性强，规避低温工艺温度波动带来的工艺偏差，产品良率高，可实现工业化批量制备高性能碲镉汞红外探测器。

1.一种红外探测器的电极接触孔的制作方法，其特征在于：用于高密度碲镉汞红外探测器的制作，制作过程中不需要在待加工的碲镉汞/碲化镉材料表面生长sio2硬质掩膜作为刻蚀掩膜，电极接触孔的制作采用常温icp刻蚀；具体包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的电极接触孔的制作方法，其特征在于：s1步骤中，采用旋涂工艺在外延片表面均匀涂覆az4330光刻胶，旋涂转速为3000rpm，旋涂时间为30s，烘干后形成厚度均匀的3~4μm光刻胶薄膜。

3.根据权利要求1所述的电极接触孔的制作方法，其特征在于：s3步骤中，将图形化后的外延片放入等离子体清洗机，采用氧气进行底膜去除处理，处理功率为300w，处理时间为5min。

4.根据权利要求1所述的电极接触孔的制作方法，其特征在于：s5步骤中，icp刻蚀工艺参数包括，icp源功率为800w，射频rf功率为10w，小基板偏压为22~25v；

5.根据权利要求1所述的电极接触孔的制作方法，其特征在于：s6步骤中，高温退火工艺是将外延片送入富汞退火炉，在饱和hg蒸气压氛围下进行，退火温度为265℃，退火保温时间为2h后自然降温。

6.根据权利要求1所述的电极接触孔的制作方法，其特征在于：s7步骤中，先通过等离子体去胶工艺彻底清除表面大部分剩余胶层和碳化层，再依次采用去胶液、丙酮、乙醇去除残余薄胶，最后采用溴甲醇漂洗去除表面损伤层，去离子水冲洗、氮气吹干后即完成电极接触孔制备。

7.根据权利要求1所述的电极接触孔的制作方法，其特征在于：s7步骤中制作的电极接触孔的侧壁陡直角≥85°，接触孔尺寸均匀性误差≤5%。