CN114530527A - 光电子器件台面的制备方法及台面型光电子器件的刻蚀结构 - Google Patents
光电子器件台面的制备方法及台面型光电子器件的刻蚀结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是针对现有技术在超晶格红外焦平面阵列制备过程中，在通过一次光刻后采用干法刻蚀易造成成像元间小间距和芯片间大间距的刻蚀深度不一致的问题提供一种光电子器件台面的制备方法及台面型光电子器件的刻蚀结构，制备方法指在大间距刻蚀区域设置刻蚀负载结构，通过刻蚀负载结构将大间距刻蚀区域分成至少两个分刻蚀区域，刻蚀结构包括大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域，在大间距刻蚀区域内设置有刻蚀负载结构，采用本发明提供的光电子器件台面的制备方法及台面型光电子器件的刻蚀结构减少了光刻次数，降低了工艺复杂程度，得到的光电子器件台面的尺寸和采用两次刻蚀工艺得到的光电子器件台面的尺寸精度一致。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，特别涉及一种光电子器件台面的制备方法及台面型光电子器件的刻蚀结构。
背景技术
台面型光电子器件一般通过刻蚀工艺来制备器件台面，在台面上下分别制备P型和N型接触金属，完成器件制作。在实际产品结构设计中，往往会存在刻蚀区域大小不一致的情况，例如为了提高器件量子效率，在芯片有效区域(Active Area)的两个相邻台面单元之间的刻蚀间距通常越小越好，一般控制在2-3um。但是在同一外延片上相邻的两个芯片晶粒 (die)之间，往往存在刻蚀间距大于5um的区域。或者在同一芯片上，由于图形不同，刻蚀间距也不同，此时，如果采用干法刻蚀工艺，由于两个刻蚀区域面积不同，刻蚀负载差距太大，会导致两个区域存在不同的刻蚀速率，最终结果是大刻蚀区域的刻蚀深度达到所需位置而小刻蚀区域的刻蚀深度却未到达所需的刻蚀位置，这样会对产品最终性能产生影响。而如果采用湿法腐蚀工艺，由于湿法腐蚀的各向同性，会使刻蚀区域的侧向腐蚀比较严重，使台面单元的有效区域减小，同样也会对产品最终性能产生影响。上述问题特别是在刻蚀间距小于10um时特别明显。为解决上述问题，现有技术分两次对器件进行刻蚀，先刻蚀大间距的区域再刻蚀小间距的区域，采用上述刻蚀工工艺，由于两次刻蚀使得效率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术在超晶格红外焦平面阵列制备过程中，在通过一次光刻后采用干法刻蚀易造成成像元间小间距和芯片间大间距的刻蚀深度不一致的问题，或采用湿法腐蚀易使刻蚀区域侧向腐蚀比较严重，使得台面单元的有效区域减小影响产品最终性能的技术问题提供一种光电子器件台面的制备方法及台面型光电子器件的刻蚀结构。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种光电子器件台面的制备方法，所述光电子器件包括大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域，在大间距刻蚀区域设置刻蚀负载结构，通过刻蚀负载结构将大间距刻蚀区域分成至少两个分刻蚀区域，将大刻蚀间距改变成与小刻蚀间距相同或相近的多个刻蚀间距，使各刻蚀区域的刻蚀负载相同或相近，以使刻蚀时各区域的刻蚀速率相同或相近，先进行干法刻蚀，在不同刻蚀区域获得深度位置基本一致的光电子器件台面，而后再通过湿法腐蚀去掉刻蚀负载结构，最后再通过清洗工艺去除剩余的光刻胶，获得设计尺寸的大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域；
所述的大刻蚀间距小于等于10um；
所述的湿法腐蚀中预留的台面光刻单元侧面的刻蚀余量的二倍及湿法腐蚀深度均大于或等于所述的刻蚀负载结构的宽度；
所述的大间距刻蚀区域由相邻芯片形成，小间距刻蚀区域由芯片上的像元阵列中的相邻像元形成或者，所述的大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域位于同一个芯片上 ，由相邻像元形成或由相邻图形形成。
一种台面型光电子器件的刻蚀结构，包括大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域，在大间距刻蚀区域内设置有刻蚀负载结构，所述刻蚀负载结构使大间距刻蚀区域的刻蚀间距减小、并使各刻蚀区域内的刻蚀负载一致或相近；
所述的刻蚀负载结构为光刻负载图形，所述光刻负载图形由图形单元阵列形成；
所述的大间距刻蚀区域位于相邻芯片间，所述的小间距刻蚀区域位于芯片上相邻像元间；
所述的大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域位于同一个芯片上 、由相邻像元或相邻图形形成；
所述的大间距刻蚀区域的大刻蚀间距小于等于10um；
刻蚀负载结构形成的刻蚀间距与小刻蚀间距相同或相近；刻蚀负载结构的宽度小于等于湿法腐蚀中预留的台面光刻单元侧面的刻蚀余量的二倍及湿法腐蚀深度。
本发明具有以下有益效果：
通过在大间距刻蚀区域增加刻蚀负载结构，使大间距刻蚀区域变成两个以上小间距刻蚀区域，刻蚀负载结构的宽度小于湿法腐蚀时台面光刻单元侧面的刻蚀余量的二倍同时小于等于湿法腐蚀的深度，保证在干法刻蚀过程中，两个区域间的刻蚀深度保持一致，然后再利用湿法腐蚀的各向同性，将位于大刻蚀间距区域内的刻蚀负载结构的材料腐蚀掉，最后通过清洗工艺去除剩余的光刻胶，此时，小间距刻蚀区域同步进行湿法腐蚀，该腐蚀还可以起到清除干法刻蚀表面态的作用，一举两得；本专利针对刻蚀工艺，通过在干法刻蚀时增加刻蚀负载，来平衡大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域的刻蚀速率，解决二者刻蚀速度不一致的问题；再通过湿法腐蚀的各向同性腐蚀掉增加的刻蚀负载，同时去除光刻胶和刻蚀损伤，最终达到通过一次光刻就能满足所有刻蚀需求，减少了光刻次数，降低了工艺复杂程度，得到的光电子器件台面的尺寸和采用两次刻蚀工艺得到的光电子器件台面的尺寸精度一致。
附图说明
图1是本发明一实施例的台面型光电子器件刻蚀结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1所述的刻蚀结构经过干法刻蚀后得到的刻蚀结构示意图；
图4为图1所述的刻蚀结构经过干法刻蚀再经湿法腐蚀后得到的刻蚀结构示意图。
图5为经本发明方法进行刻蚀后去除光刻胶后的产品实施例结构示意图；
图6为本发明另一实施例的台面型光电子器件刻蚀结构示意图，其中刻蚀负载结构为单个负载图形；
图7为本发明另一实施例的台面型光电子器件刻蚀结构示意图，其中刻蚀负载结构为单个负载图形。
附图标记说明，
1、台面光刻单元；2、刻蚀负载结构；3、晶圆；4、小间距刻蚀区域； 5、芯片; 6、图形单元；7、分刻蚀区域；8、大间距刻蚀区域；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制。
本发明提供了一种光电子器件台面的制备方法及台面型光电子器件的刻蚀结构。本发明光电子器件台面的制备方法中，当电子器件台面的刻蚀结构中不同刻蚀区域的刻蚀间距不同时，在刻蚀间距大的大间距刻蚀区域8内增加刻蚀负载结构2，将大刻蚀间距通过刻蚀负载结构分隔成至少两个分刻蚀区域7，分刻蚀区域7的宽度A与刻蚀间距小的台面光刻单元1间的小刻蚀间距H相等或接近，这样，在不同的区域，台面光刻单元间的间距、台面光刻单元与刻蚀负载结构间的间距均等于或接近于小刻蚀间距H,从而消除台面光刻单元间的刻蚀间距之间大的差异，使各刻蚀区域内的刻蚀负载基本相同，而后采用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的方法对刻蚀结构进行刻蚀，如图3所示，先通过干法刻蚀对刻蚀负载结构进行刻蚀，由于台面光刻单元间的间距、台面光刻单元与刻蚀负载结构间的间距相等或相近，因此，干法刻蚀及湿法腐蚀的刻蚀速率相同或相近，从而在不同刻蚀区域获得深度位置基本一致的光电子器件台面，而后再通过湿法腐蚀掉刻蚀负载结构并对台面光刻单元进行进一步各向同性刻蚀，由于刻蚀负载结构的宽度B小于等于台面光刻单元的湿法腐蚀余量的二倍，因此，在获得设计尺寸的小间距刻蚀区域4时刻蚀负载结构也被全部刻蚀掉，从而获得了大间刻蚀区域8。依据上述制备方法制备光电子器件台面，需预先对台面型光电子器件的刻蚀结构进行设计，其刻蚀结构中具有至少一个大刻蚀间距的大间距刻蚀区域8和至少一个小刻蚀间距的小间距刻蚀区域4，在大间距刻蚀区域内设置刻蚀负载结构2，该刻蚀负载结构与相邻的台面光刻单元间形成分刻蚀区域7，该项分刻蚀区域的宽度A等于或接近小刻蚀间距H，该刻蚀负载结构的宽度小于等于刻蚀结构的湿法腐蚀余量的二倍，该刻蚀负载结构为光刻负载图形，光刻负载图形居中位于大间距刻蚀区域内，与两侧相邻的台面光刻单元间的距离相等或相近，这样易使各刻蚀区域内的刻蚀速率保持一致，光刻负载图形可以是一个整体图形，最好为一个图形单元6阵列得到的图形陈列，此阵列称为光刻负载图形阵列，每个光刻负载图形阵列的图形单元与两侧相邻的台面光刻单元的距离保持相等，也就是光刻负载图形阵列的图形单元可以沿直线、曲线或环形进行单列或单行阵列，也可以为多列或多行阵列，图形单元可以为矩形结构、圆形结构或三角形等结构，图形单元的形状不限，当负载图形陈列中设置有两列或两行以上图形单元时，相邻负载图形间距等于或接近于小刻蚀间距。采用光刻负载图形阵列相比于单个光刻负载图形由于各图形单元间具有间距，因此在进行湿法腐蚀时刻蚀的总体时间短，效率高，可以减少湿法腐蚀时台面光刻单元的湿法腐蚀余量。当然，光刻负载图形是多个时，也可不是阵列的图形，可以是与台面光刻单元相似的排列结构，这样可以保证分刻蚀间与小刻蚀间距保持一致。
常见的结构中，台面型光电子器件包括至少两个芯片，相邻芯片间的间距为D，每个芯片上具有像元陈列，像元阵列的像元间的间距为H，其中相邻芯片间的间距为D大于像元阵列的像元间的间距H，也就是像元间的区域为小刻蚀间距区域4，相邻晶片间的区域为大间距刻蚀区域8，在相邻芯片间设置刻蚀负载结构2，该刻蚀负载结构2为单列或多列矩形结构的陈列。另一种常见的结构中，同一芯片上，不同的光刻图形间的间距不等，也造成具有大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域，此时，可采用此方法进行刻蚀，获得尺寸精度比较高的光电子器件台面。也就是说，本发明方法适用于各种光电子器件的台面制备，特别适用于光刻图形间的间距小于等于10um的光电子器件台面的制备。
实施例1
如图1至图5所示，为了表述简单，以芯片有源区3x3像元阵列举例，相邻芯片5之间的间距D大于5um。如图1和图2所示，首先，在超晶格材料晶圆3上进行光刻，其中像元阵列的像元间的间距H为2um，在两个相邻die之间同时光刻作为刻蚀负载结构2的负载图形阵列，该负载图形阵列中图形单元6为1umx2um的长条形，当光刻负载图形为由多列和/或多行图形单元6组成时，相邻图形单元间距A与像元1的间距H相等，为2um，图形单元6与相邻的像元之间的间距A与像元之间的间距H保持一致，也是2 um，并使图形单元的宽度B小于等于湿发刻蚀中需刻蚀掉的像元两侧侧壁的余量和。如图3所示，设置完刻蚀负载结构2后，通过干法刻蚀工艺对上述加有光刻负载图形的晶圆3进行干法刻蚀，刻蚀气体为Cl2/BCl3或CH4/H2等，刻蚀深度为H1。此时，由于各刻蚀区域的刻蚀间距均相同或相近，因此，各区域的刻蚀深度一致或相近。如图4所示，将干法刻蚀后的晶圆3进行湿法腐蚀，利用湿法各向同性的特点，在对像元进行刻蚀的同时将光刻负载结构处的材料腐蚀掉，腐蚀液可以为磷酸/柠檬酸/双氧水的混合溶液，也可以为其他溶液。此时材料整体刻蚀深度变为H2，像元间距也有所增加，像元间距的增加量及刻蚀深度的增加量与刻蚀负载的宽度B相同或略大于刻蚀负载的宽度B保证将刻蚀负载腐蚀掉,这样通过控制腐蚀液的比例和时间，可以控制像元间距和晶片间距在设定的范围内，比如可保证像元间距＜3um，满足产品要求。将腐蚀后的晶圆3放入有机清洗机内进行像元阵列的光刻胶去除，即可获得完整的像元阵列图形。该结构通过在晶圆刻蚀间距大于5um的区域增加刻蚀负载结构，改善刻蚀间距大、小区域的刻蚀负载差异，使刻蚀负载相等或接近，在刻蚀过程中，先用干法刻蚀，保证不同区域的刻蚀深度保持一致，在接近最终刻蚀深度时，通常预留的湿法腐蚀深度和台面刻蚀单元侧面的刻蚀余量的二倍均为刻蚀负载的宽度，再用湿法腐蚀，利用湿法腐蚀的各向同性，将大间距区域的刻蚀负载结构的材料腐蚀掉，最终保证不同区域的刻蚀深度基本一致，同时最大限度的保留有效区域的台面尺寸。此外，该方案在湿法腐蚀的过程中，还可以去除干法刻蚀的损伤层，消除表面态，降低器件暗电流。
本专利方法适用于其他台面型光电子器件，同时，本专利提到的干法刻蚀负载结构也不仅限于上述尺寸，同样也可以为1umx1um的方形或1umx3um的长方形等。
本发明方法特别适用于解决超晶格红外焦平面阵列制备过程中像元间小间距和芯片间大间距的刻蚀深度不一致的问题。还可用于解决同一芯片上图形间的间距不一致的问题，比如，台面型光电子器件上，同一个芯片上有两个区域图形间距大小不同，有些图形间的间距很近，一些图形间的间距很远。只要是台面型的光电子器件就行。
Claims (10)
1.一种光电子器件台面的制备方法，所述光电子器件包括大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域，其特征在于：在大间距刻蚀区域设置刻蚀负载结构，通过刻蚀负载结构将大间距刻蚀区域分成至少两个分刻蚀区域，将大刻蚀间距改变成与小刻蚀间距相同或相近的多个刻蚀间距，使各刻蚀区域的刻蚀负载相同或相近，以使刻蚀时各区域的刻蚀速率相同或相近，先进行干法刻蚀，在不同刻蚀区域获得深度位置基本一致的光电子器件台面，而后再通过湿法腐蚀去掉刻蚀负载结构，最后再通过清洗工艺去除剩余的光刻胶，获得设计尺寸的大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域。
2.根据权利要求1所述的光电子器件台面的制备方法，其特征在于：所述的大刻蚀间距小于等于10um。
3.根据权利要求1所述的光电子器件台面的制备方法，其特征在于：所述的湿法腐蚀中预留的台面光刻单元侧面的刻蚀余量的二倍及湿法腐蚀深度均大于或等于所述的刻蚀负载结构的宽度。
4.根据权利要求1所述的光电子器件台面的制备方法，其特征在于：所述的大间距刻蚀区域由相邻芯片形成，小间距刻蚀区域由芯片上的像元阵列中的相邻像元形成或者，所述的大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域位于同一个芯片上 ，由相邻像元形成或由相邻图形形成。
5.一种台面型光电子器件的刻蚀结构，其特征在于：包括大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域，在大间距刻蚀区域内设置有刻蚀负载结构，所述刻蚀负载结构使大间距刻蚀区域的刻蚀间距减小、并使各刻蚀区域内的刻蚀负载一致或相近。
6.如权利要求5所述的一种台面型光电子器件的刻蚀结构，其特征在于：所述的刻蚀负载结构为光刻负载图形，所述光刻负载图形由图形单元阵列形成。
7.如权利要求5所述的一种台面型光电子器件的刻蚀结构，其特征在于：所述的大间距刻蚀区域位于相邻芯片间，所述的小间距刻蚀区域位于芯片上相邻像元间。
8.如权利要求5所述的一种台面型光电子器件的刻蚀结构，其特征在于：所述的大间距刻蚀区域和小间距刻蚀区域位于同一个芯片上 、由相邻像元或相邻图形形成。
9.如权利要求5所述的一种台面型光电子器件的刻蚀结构，其特征在于：所述的大间距刻蚀区域的大刻蚀间距小于等于10um。
10.如权利要求5所述的一种台面型光电子器件的刻蚀结构，其特征在于：刻蚀负载结构形成的刻蚀间距与小刻蚀间距相同或相近；刻蚀负载结构的宽度小于等于湿法腐蚀中预留的台面光刻单元侧面的刻蚀余量的二倍及湿法腐蚀深度。
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