CN110335812A - 一种碲镉汞台面成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碲镉汞台面成型方法，所述方法包括：在待光刻的碲镉汞表面涂覆光刻胶，并进行光刻，形成阵列化的光刻胶图形；第一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面以形成腐蚀槽，腐蚀槽上方悬空有光刻胶，腐蚀槽的深度为h1；采用坚膜工艺对光刻胶热处理，以使腐蚀槽上方悬空的光刻胶恰好覆盖腐蚀槽的侧壁；第二次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面以形成隔离沟槽，隔离沟槽的深度为h2，其中，1/3≤h1/h2≤1/2；去除碲镉汞表面的光刻胶。采用本发明，不仅可以实现碲镉汞台面的无损伤制备，还可以实现对隔离沟槽的深宽比的控制，以解决碲镉汞台面侧向腐蚀严重的问题，从而可以保证碲镉汞台面的的占空比。

Description

一种碲镉汞台面成型方法
技术领域
本发明涉及半导体结构成型领域，尤其涉及一种碲镉汞台面成型方法。
背景技术
相关技术中，由于台面湿法腐蚀工艺可以实现无损伤地制备碲镉汞台面，因此被广泛应用。但在采用台面湿法腐蚀工艺实现碲镉汞台面异质结p-on-n的台面工艺制备的过程中，由于腐蚀的各项同性，侧向腐蚀宽度为腐蚀深度的两倍，导致侧向腐蚀较为严重，致使台面的占空比很难保证。
发明内容
本发明实施例提供一种碲镉汞台面成型方法，用以解决现有技术中侧向腐蚀严重、台面的占空比控制难的问题。
本发明实施例提供一种碲镉汞台面成型方法，包括：
在待光刻的碲镉汞表面的涂覆光刻胶，并进行光刻，形成阵列化的光刻胶图形；
第一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面以形成腐蚀槽，腐蚀槽上方悬空有光刻胶，腐蚀槽的深度为h1；
采用坚膜工艺对光刻胶热处理，以使腐蚀槽上方悬空的光刻胶恰好覆盖腐蚀槽的侧壁；
第二次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面以形成隔离沟槽，隔离沟槽的深度为h2，其中，1/3≤h1/h2≤1/2；
去除碲镉汞表面的光刻胶。
根据本发明的一些实施例，光刻胶包括AZ系列正性光刻胶。
根据本发明的一些实施例，光刻胶的厚度为a，0.1μm≤a≤4μm。
根据本发明的一些实施例，光刻后的光刻胶阵列图形包括但不限于方形、圆形、多边形等图形。
根据本发明的一些实施例，第一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面具体包括：
采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液第一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面。
进一步地，浓盐酸和浓硝酸的比例为n，0.5≤n≤5。
根据本发明的一些实施例，采用坚膜工艺对光刻胶热处理具体包括：
在第一预设时间t1内，采用温度95℃的热板加热光刻胶，其中，3min≤t1≤5min。
根据本发明的一些实施例，采用坚膜工艺对光刻胶热处理具体包括：
在第二预设时间t2内，采用温度65℃的烘箱加热光刻胶，其中，1.5h≤t2≤3h。
根据本发明的一些实施例，光刻胶在待光刻的碲镉汞表面阵列分布。
根据本发明的一些实施例，4μm≤h2≤6μm。
根据本发明的一些实施例，碲镉汞包括层叠排布的P型碲镉汞层和N型碲镉汞层，光刻胶涂覆于P型碲镉汞层远离N型碲镉汞层的表面。
根据本发明的一些实施例，光刻胶去除采用丙酮或其他光刻胶去除溶液浸泡的方式。
采用本发明实施例，不仅可以实现碲镉汞台面的无损伤制备，还可以实现对隔离沟槽的深宽比的控制，以解决碲镉汞台面侧向腐蚀严重的问题，从而可以保证碲镉汞台面的的占空比。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例中碲镉汞台面成型方法的流程图；
图2是本发明实施例中碲镉汞表面形成的阵列化的光刻胶图形的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1是本发明实施例中碲镉汞台面成型方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种碲镉汞台面成型方法，包括：
S101，在待光刻的碲镉汞表面涂覆光刻胶，并进行光刻，形成阵列化的光刻胶图形；
需要说明的是，通过涂覆光刻胶以及光刻可以对碲镉汞表面进行可控地腐蚀，碲镉汞表面没有被光刻胶图形覆盖的区域会被腐蚀液所腐蚀，涂覆有光刻胶的区域不会被腐蚀液所腐蚀。
图2是本发明实施例中碲镉汞表面形成的阵列化的光刻胶图形的示意图，如图2所示，光刻胶图形2在碲镉汞表面1阵列排布。
S102，第一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面以形成腐蚀槽，腐蚀槽上方悬空有光刻胶，腐蚀槽的深度为h1；
在步骤S102，通过对设有光刻胶图形的碲镉汞表面腐蚀，设有光刻胶图形的碲镉汞表面上没有涂覆光刻胶的部分会被腐蚀，相邻两块光刻胶图形之间的未覆盖区域被腐蚀后可以形成腐蚀槽，由于腐蚀的各向同性，腐蚀槽边缘出现侧向腐蚀区域，侧向腐蚀区域上方的光刻胶呈悬空状态。
S103，采用坚膜工艺对光刻胶热处理，以使腐蚀槽上方悬空的光刻胶恰好覆盖腐蚀槽的侧壁；
可以理解的是，S102中侧向腐蚀区域悬空的光刻胶恰好覆盖S102中的侧向腐蚀区域；
在在步骤S103，光刻胶通过坚膜工艺处理后可以形成具有一定流动性的半液体状态，在重力作用下，S102中侧向腐蚀区域上方悬空状态的半液态的光刻胶覆盖S102中的侧向腐蚀区，通过对坚膜工艺操作时间的控制，光刻胶在覆盖S102中的侧向腐蚀区后凝固，换言之光刻胶可以覆盖S102中的侧向腐蚀区且腐蚀槽的底部没有光刻胶。
S104，第二次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面以形成隔离沟槽，隔离沟槽的深度为h2，其中，1/3≤h1/h2≤1/2；
可以理解的是，在步骤S103后再一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面，腐蚀槽在第二次腐蚀的作用下变为隔离沟槽。在腐蚀过程中，由于S102中的侧向腐蚀区具有光刻胶的保护，S104的第二次腐蚀的侧向腐蚀作用得到了有效的控制。
S105，去除碲镉汞表面的光刻胶。
采用本发明实施例，通过对碲镉汞表面进行两次腐蚀，并配合坚膜工艺，可以实现对隔离沟槽的深宽比的控制，以解决碲镉汞台面侧向腐蚀严重的问题，从而可以保证碲镉汞台面的的占空比，而且整个工艺流程不会对碲镉汞形成损伤，可以实现碲镉汞台面的无损伤制备。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
根据本发明的一些实施例，光刻后的光刻胶阵列图形包括但不限于方形、圆形、多边形等图形。
根据本发明的一些实施例，光刻胶包括AZ系列正性光刻胶。
需要说明的是，光刻胶选用AZ系列正性光刻胶只是一种实施方式，不是对光刻胶类型的限定，具体实现中还可以采用其他类型的光刻胶。
根据本发明的一些实施例，光刻胶的厚度为a，0.1μm≤a≤4μm。
实验测得，将光刻胶的厚度控制在0.1μm至4μm，可以在节省光刻胶的前提下，保障光刻胶的抗腐蚀能力，使得光刻胶对其覆盖的碲镉汞表面起到保护作用。
根据本发明的一些实施例，第一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面具体包括：采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液第一次腐蚀设有光刻胶图形的碲镉汞表面。
需要说明的是，浓盐酸和浓硝酸的混合溶液作为腐蚀液只是一种具体的实施方式，不是对腐蚀液的具体限定，腐蚀液还可以选择其他类型，例如，腐蚀液还可以是溴水。
进一步地，浓盐酸和浓硝酸的比例可以为n，0.5≤n≤5。
根据本发明的一些实施例，采用坚膜工艺对光刻胶热处理具体包括：
在第一预设时间t1内，采用温度95℃的热板加热光刻胶，其中，3min≤t1≤5min。
根据本发明的一些实施例，采用坚膜工艺对光刻胶热处理具体包括：
在第二预设时间t2内，采用温度65℃的烘箱加热光刻胶，其中，1.5h≤t2≤3h。
根据本发明的一些实施例，光刻胶在待光刻的碲镉汞表面阵列分布。
例如，多个光刻胶在碲镉汞表面阵列排布，任意两块相邻光刻胶之间的缝隙宽度为1μm。
根据本发明的一些实施例，4μm≤h2≤6μm。需要说明的是，隔离沟槽的深度可以根据实际生产需求进行设置。
根据本发明的一些实施例，碲镉汞包括层叠排布的P型碲镉汞层和N型碲镉汞层，光刻胶涂覆于P型碲镉汞层远离N型碲镉汞层的表面。可以理解的是，碲镉汞为台面异质p-on-n型碲镉汞。
台面异质p-on-n型碲镉汞采用原位掺杂，激活率高，且结区面积小能够有效降低暗电流，而且由于像元台面之间物理隔离，能有效降低串音。台面异质p-on-n型碲镉汞层组分较高，隧穿电流低。为了降低暗电流，甚长波器件多工作在60K甚至40K的低温环境中，暗电流中隧穿电流占比增加，所以相比平面注入结，台面异质结在甚长波器件(截至波长≥14μm)中的优势较大。
根据本发明的一些实施例，光刻胶去除可采用丙酮或其他光刻胶去除溶液浸泡的方式。
需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
下面以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的碲镉汞台面成型方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
碲镉汞红外探测器由于其波长可调，量子效率高，器件性能好，成为高性能制冷型红外探测器的重要材料。经过几十年的发展，红外探测器已经发展到了第三代，在向着大面阵、长波长、双多色器件、高温工作器件等方向进一步拓展这红外器件的性能和探测能力。这其中对于长波长器件、高温工作器件，限制器件性能的主要因素是由于波长长或者温度高导致的少子寿命下降，引起暗电流增大，零偏阻抗降低等现象，最终导致探测器性能显著下降。
对于国内现有成熟的碲镉汞n-on-p注入平面结技术路线，大幅度跨数量级地降低暗电流提高零偏阻抗已不现实，需转变技术路线才能实现器件性能的显著提升。众多其他技术路线中，碲镉汞p-on-n以其性能提升明显，量子效率高最具有竞争力，p-on-n技术路线分为两种，注入同质结和台面异质结。
异质结材料采用原位掺杂，激活率高。台面结构的结区面积小能够有效降低暗电流,而且由于像元台面之间物理隔离，能有效降低串音。异质结材料p型层组分较高，隧穿电流低。为了降低暗电流，甚长波器件多工作在60K甚至40K的低温环境中，暗电流中隧穿电流占比增加，所以相比平面注入结，台面异质结在甚长波器件(截至波长≥14μm)中的优势较大。但是相比于平面注入结，台面异质结的台面器件制备的难度较大，主要是如何获得高深宽比的隔离槽，而又不会造成损伤。
台面干法刻蚀工艺可以得到高深宽比的隔离槽，但是刻蚀过程中的离子轰击会带来刻蚀损伤，尤其甚长波器件较为脆弱，损伤对器件性能的影响很大。台面湿法腐蚀工艺可以无损伤的制备台面，但是由于腐蚀的各项同性，侧向腐蚀较为严重，侧向腐蚀宽度为腐蚀深度的两倍，台面的占空比很难保证。
因此，本发明实施例提供一种碲镉汞台面成型方法，以避免相关技术中台面干法刻蚀工艺过程中高能量的等离子体对碲镉汞造成的刻蚀损伤，以及相关技术中台面湿法腐蚀工艺隔离沟槽侧向腐蚀严重、台面的占空比不能保证的问题。
具体地，碲镉汞台面成型方法包括：
步骤一，在碲镉汞的P型碲镉汞层表面涂覆光刻胶，，并进行光刻，形成阵列化的光刻胶图形，任意两块相邻的光刻胶图形之间的间距为1μm，光刻胶的厚度控制在2μm至4μm；
步骤二，采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液第一次腐蚀涂覆有光刻胶的碲镉汞表面，以在任意相邻两个光刻胶图形之间的区域形成腐蚀槽，腐蚀槽的深度为2.7μm，腐蚀槽的宽度为5μm；
步骤三，采用坚膜工艺对光刻胶热处理，以使部分光刻胶恰好覆盖步骤二中的侧向腐蚀区域；
步骤四，采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液第二次腐蚀坚膜工艺处理后的碲镉汞表面，腐蚀槽被腐蚀成隔离沟槽，隔离沟槽的深度为6.1μm，隔离沟槽的宽度为5μm；
步骤五，使用丙酮或其他光刻胶去除溶液去除碲镉汞表面的光刻胶。
采用本发明实施例，在第一次腐蚀过程中，腐蚀槽侧壁的单向腐蚀为2μm，但腐蚀槽宽度方向上具有两个方向的侧向腐蚀，因此腐蚀槽宽度方向的腐蚀达到4μm，远比腐蚀槽深度方向上的腐蚀深度2.7μm高，在第二次腐蚀过程中，腐蚀槽通过腐蚀后形成的隔离沟槽的深度达到为6.1μm时，隔离沟槽的宽度为5μm，在第二次腐蚀过程中，腐蚀槽在其宽度方向上没有增加。
显然，本发明实施例通过对碲镉汞表面进行两次腐蚀，并配合坚膜工艺，可以解决碲镉汞台面侧向腐蚀严重的问题，从而可以保证碲镉汞台面的的占空比，而且整个工艺流程不会对碲镉汞形成损伤，可以实现碲镉汞台面的无损伤制备。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碲镉汞台面成型方法，其特征在于，包括：
在待光刻的碲镉汞表面涂覆光刻胶，并进行光刻，形成阵列化的光刻胶图形；
第一次腐蚀设有所述光刻胶图形的碲镉汞表面以形成腐蚀槽，所述腐蚀槽上方悬空有所述光刻胶，所述腐蚀槽的深度为h1；
采用坚膜工艺对所述光刻胶热处理，以使所述腐蚀槽上方悬空的光刻胶恰好覆盖所述腐蚀槽的侧壁；
第二次腐蚀设有所述光刻胶图形的碲镉汞表面以形成隔离沟槽，所述隔离沟槽的深度为h2，其中，1/3≤h1/h2≤1/2；
去除所述碲镉汞表面的光刻胶。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻胶包括AZ系列正性光刻胶。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度为a，0.1μm≤a≤4μm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次腐蚀设有所述光刻胶图形的碲镉汞表面具体包括：
采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液第一次腐蚀设有所述光刻胶图形的碲镉汞表面。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述浓盐酸和所述浓硝酸的比例为n，0.5≤n≤5。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用坚膜工艺对所述光刻胶热处理具体包括：
在第一预设时间t1内，采用温度95℃的热板加热所述光刻胶，其中，3min≤t1≤5min。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用坚膜工艺对所述光刻胶热处理具体包括：
在第二预设时间t2内，采用温度65℃的烘箱加热所述光刻胶，其中，1.5h≤t2≤3h。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻胶在所述待光刻的碲镉汞表面阵列分布。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，4μm≤h2≤6μm。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碲镉汞包括层叠排布的P型碲镉汞层和N型碲镉汞层，所述光刻胶涂覆于所述P型碲镉汞层远离所述N型碲镉汞层的表面。
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