一种探测碲镉汞芯片PN结有效结深的方法与流程

一种探测碲镉汞芯片pn结有效结深的方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种探测碲镉汞芯片pn结有效结深的方法。


背景技术：

2.红外焦平面探测器发展至今，碲镉汞在红外探测器技术领域一直处于主流地位，碲镉汞红外探测器覆盖了从短波到甚长波的整个红外波段，各个波段都展现出了较好的性能。
3.在碲镉汞红外探测器的制造工艺中，离子注入技术被广泛用于pn结成型。pn结成型是红外探测器芯片制备工艺中的关键一步，离子注入后的pn结深对后续刻蚀接触孔深和背减薄工艺起着重要的指导作用，pn结的结深直接影响探测器的量子效率、探测率、响应率等核心性能。
4.然而，因为碲镉汞材料的特殊性，碲镉汞离子注入工艺主要依靠损伤成结，碲镉汞损伤层往往比注入层更深。因此与硅这一类材料不同，依靠传统的二次离子质谱仪分析只能得到注入层深度，无法得到碲镉汞pn结的有效结深。
5.专利cn110676188a通过将形成了pn结结构的锑化铟材料浸入腐蚀剂中腐蚀形成腐蚀坡，根据所述腐蚀坡表面颜色的分界，测量腐蚀坡的第一宽度和腐蚀坡坡顶颜色分区的第二宽度，后续利用台阶仪测量所述腐蚀坡的高度求得pn结深；但是此发明只能得到注入层深度，无法用于碲镉汞离子注入后损伤层深度的表征。
6.专利cn110011617a采用剥层法，用氢氟酸溶液将氧化层去除，四探针测量电阻率，重复氧化层生成-测量膜厚-腐蚀氧化层-测量电阻率步骤，直到电阻率等于基片电阻。但是该方法很难用于碲镉汞材料，因为碲镉汞材料的n型与p型电阻率相差并不大，而且这种测量方式得到的电压电流曲线易受到基区影响，此方法不完全适用碲镉汞离子注入结深的测量。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是如何更便捷地探测碲镉汞芯片pn结有效结深。本发明提供一种探测碲镉汞芯片pn结有效结深的方法，包括：
8.选取经过离子注入退火成结工艺形成并且已经钝化后的碲镉汞芯片，此时，碲镉汞芯片的pn结已形成；
9.将所述碲镉汞芯片离子注入区分成多个区域，去除各区域内所述的钝化层及钝化层下方的部分离子注入区，并形成按预设深度梯度排列的多个接触孔；
10.在各所述接触孔上生长金属电极；
11.测量不同腐蚀深度下各所述金属电极的电压电流曲线；
12.当电压电流曲线由肖特基曲线转为线性时，判定对应的pn结结深为所述碲镉汞芯片的有效结深。
13.根据本发明的实施例，形成所设深度梯度排列的多个所述接触孔的深度范围为：1μm-4μm。
14.根据本发明的实施例，相邻所述接触孔间的深度差值为0.1μm-0.3μm。
15.根据本发明的实施例，采用湿法腐蚀液去除所述接触孔对应位置的钝化层。
16.根据本发明的实施例，湿法腐蚀液为盐酸或磷酸。
17.根据本发明的实施例，金属电极的生成采用如下方法之一：离子束沉积法、磁控溅射法及热蒸发法。
18.根据本发明的实施例，金属电极为采用如下材质之一：cr、au和pt。
19.根据本发明的实施例，碲镉汞芯片的离子注入在100kv-400kv条件下进行，离子注入计量范围为：1
×
10
14
～1
×
10
16
/cm3。
20.根据本发明的实施例，碲镉汞芯片的离子注入方法包括：采用光刻方法在所述碲镉汞芯片形成离子注入区；在所述离子注入区进行离子注入并退火。
21.根据本发明的实施例，在光刻前，采用酒精与丙酮清洗对所述碲镉汞芯片表面进行清洗。
22.本发明给出了一种表征碲镉汞离子注入有效结深的方法，可以应用于碲镉汞红外探测器制备的工艺生产过程中，实时监控离子注入后碲镉汞的有效结深，为后续工艺起着重要的指导作用，其有益效果包括：
23.一是该方法与碲镉汞原有的芯片制造工艺相同，可以在碲镉汞红外探测器的工艺生产过程中，实时监控离子注入后碲镉汞的有效结深，对后续工艺有重要的指导意义。
24.二是相比于传统的二次离子质谱仪分析以及扩展电阻法、磨角染色法等技术，本发明的方法能更精准表征碲镉汞的有效结深。
附图说明
25.图1为根据本发明实施例的探测碲镉汞芯片pn结有效结深的方法流程图；
26.图2为根据本发明实施例的经过离子注入退火成结工艺形成并且已经钝化后的碲镉汞芯片示意图；
27.图3为根据本发明实施例的去除接触孔位置处钝化层后的碲镉汞芯片示意图；
28.图4为根据本发明实施例的对多个接触孔位置处的钝化层和离子注入区的碲镉汞进行腐蚀后的碲镉汞芯片示意图；
29.图5为根据本发明实施例的在不同腐蚀深度处的各接触孔上生长金属电极后的碲镉汞芯片示意图；
30.图6为根据本发明实施例的腐蚀深度小于有效结深时的电压电流曲线；
31.图7为根据本发明实施例的腐蚀深度在有效结深及以上时的电压电流曲线。
32.附图标记：
33.基区100，离子注入区200，
34.钝化层300，接触孔400，
35.金属电极500，腐蚀深度h1。
具体实施方式
36.为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
37.如图1所示，根据本发明实施例提供的一种探测碲镉汞芯片pn结有效结深的方法，包括：
38.s110，选取经过离子注入退火成结工艺形成并且已经钝化后的碲镉汞芯片，此时，碲镉汞芯片的pn结已形成。本发明可选取钝化后的n型或p型碲镉汞芯片，采用光刻技术，光刻出离子注入区200，离子注入后再经退火处理，形成具有pn结的碲镉汞芯片。图2所示的是在p型碲镉汞芯片中注入n型碲镉汞离子，形成以p型碲镉汞芯片为基区100、n型碲镉汞离子为离子注入区200的pn型碲镉汞芯片，钝化后的钝化层300位于pn型碲镉汞芯片的上层。
39.s120，将碲镉汞芯片离子注入区200分成多个区域，去除各区域内的钝化层300及钝化层300下方的部分离子注入区200，形成按预设深度梯度排列的多个接触孔400，接触孔400主要用于在碲镉汞表面引出电极。图4显示的是对各区域内的钝化层300和离子注入区200的碲镉汞进行腐蚀后，多个接触孔400处于设定梯度范围内的深度。
40.s130，在各接触孔400上生长金属电极500。如图5所示，基区100各个电极和注入区电极需要分开，一般通过光刻与刻蚀技术将注入层内接触孔400的电极与基区100电极分开。
41.s140，测量不同腐蚀深度h1下各金属电极500的电压电流曲线。一般使用半导体参数仪来测量不同腐蚀深度h1的接触孔400至基区100的电压电流曲线。
42.s150，当电压电流曲线由肖特基曲线转为线性时，判定对应的pn结结深为所述碲镉汞芯片的有效结深。一般情况下，当腐蚀深度h1为连续性分布时，通过测量可以得到有效结深。
43.根据本发明所述测量碲镉汞材料pn结有效结深的方法，通过对比不同腐蚀深度h1的接触孔400至基区100的电压电流曲线，当腐蚀深度h1刚好超过有效结深时，电压电流曲线由肖特基结特性转变为线性，从而得到器件的有效结深。上述方法中，能保证与原本的芯片制造工艺相同，可精准测量每个像元的有效结深，实时监控离子注入后碲镉汞的有效结深，在碲镉汞红外探测器的工艺生产过程中有着重要的应用价值。
44.根据本发明的实施例，形成所设深度梯度排列的多个所述接触孔400的深度范围为：1μm-4μm。本实施例中，采用尺寸为25mm
×
25mm并经钝化后的p型碲镉汞，使离子注入区200的n型碲镉汞腐蚀深度h1分布在1μm-4μm。经测量，腐蚀深度h1为1μm～3.4μm区间内，电压电流曲线全部显示为肖特基结特性，图6为腐蚀深度h1为3.4μm的电压电流曲线；当腐蚀深度h1为3.6μm～4μm时，电压电流曲线全部为线性，图7为腐蚀深度h13.6μm的电压电流曲线。因此，本实施例中采用相关注入参数得到的有效结深为3.6μm。
45.根据本发明的实施例，相邻所述接触孔400间的深度差值为0.1μm-0.3μm。
46.根据本发明的实施例，采用湿法腐蚀液去除所述接触孔400对应位置的钝化层300。
47.根据本发明的实施例，湿法腐蚀液为盐酸或磷酸。
48.根据本发明的实施例，金属电极500的生成采用如下方法之一：离子束沉积法、磁控溅射法及热蒸发法。
49.根据本发明的实施例，金属电极500为采用如下材质之一：cr、au和pt。
50.根据本发明的实施例，碲镉汞芯片的离子注入条件为100kev-500kev能量，注入计量范围为：1
×
10
14
～1
×
10
16
/cm3。注入元素为b、as、be等。
51.根据本发明的实施例，碲镉汞芯片的离子注入方法包括：采用光刻方法在所述碲镉汞芯片形成离子注入区200；在所述离子注入区200进行离子注入并退火。
52.根据本发明的实施例，在光刻前，采用酒精与丙酮清洗对所述碲镉汞芯片表面进行清洗。例如，可以选取钝化后的p型或n型碲镉汞，在光刻出离子注入区200之前，采用酒精与丙酮清洗碲镉汞芯片表面。
53.综上，依照本发明的给出的通过对比不同腐蚀深度h1的注入区至基区100的电压电流曲线，从而得到器件的有效结深。该方法与碲镉汞原有的芯片制造工艺相同，可以应用于碲镉汞红外探测器的工艺生产过程中，实时监控离子注入后碲镉汞的有效结深，对后续工艺有重要的指导意义。
54.通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。