一种小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法

技术领域

本发明涉及红外芯片及其制备技术领域，尤其涉及一种小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法。

背景技术

为了满足装备高技术化、小型化的需求，碲镉汞红外探测器像元间距越来越小，中波探测器从2002年30μm发展到2020年5μm间距，长波探测器从2012年30μm间距发展到2021年10μm间距。而随着像元间距的不断减小，也给器件制备工艺带来了极大的挑战。其中接触孔制备(如图1)是碲镉汞红外探测器芯片制备的关键工艺之一，通过接触孔内的电极将光敏元信号引出，因此接触孔的均匀性及孔底形貌极大地影响着红外探测器的均匀性。

一般来说，接触孔的制备过程是以光刻胶做掩膜，ICP刻蚀工艺刻蚀出接触孔后将光刻胶掩膜去除后再做后续工艺(如图2)。由于需要考虑到碲镉汞材料本身存在Hg-Te键相对较弱，稳定性较差和机械强度弱等方面的缺点，且后续去胶的实际需求，因此本工艺采用的是厚光刻胶掩膜工艺。但这个工艺在小间距碲镉汞芯片制备过程中遇到了极大地挑战。

传统接触孔制备工艺遇到的挑战如下：

1)高深宽比图形的光刻难度大：厚胶工艺，加之碲镉汞材料面型起伏较大，使光刻工艺很难光刻出2um甚至更小的图形。

2)高深宽比图形的刻蚀难度大：一方面刻蚀剂很难进入孔中，导致刻蚀速率慢或者刻不动，另一方面生成物也很难排出，导致孔底形貌很差；

3)去除光刻胶难度大：随着图形尺寸的减小，刻蚀后变性的光刻胶去除更加困难，使得接触孔内残留光刻胶的概率也大大增加，影响电极接触，导致盲元产生。

因此，需要一种新的掩膜制备技术，来解决以上三个技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，如何克服光刻胶掩膜在小间距碲镉汞芯片制备过程中的技术问题。有鉴于此，本发明提供一种小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法。

本发明采用的技术方案是，所述一种小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法，包括：

步骤S1，在碲镉汞芯片的电极区域的一侧设置掩膜层，其中，所述掩膜层为CrAu掩膜层；

步骤S2，将所述掩膜层的表面设置一层在所述电极区域具有接触孔图形的光刻胶；

步骤S3，经由所述光刻胶的接触孔图形，去除对应的掩膜层部分，以暴露部分电极区域；

步骤S4，去除所述光刻胶；

步骤S5，经由暴露的电极区域部分，对所述碲镉汞芯片进行刻蚀，以使得在所述电极区域形成接触孔。

在一个实施方式中，所述CrAu掩膜层的组成为

在一个实施方式中，所述步骤S3中，是利用包括碘和碘化钾的腐蚀液腐蚀所述掩膜层中的Au层，利用包括氢氧化钠和高锰酸钾的腐蚀液腐蚀所述掩膜层中的Cr层。

本发明的另一方面还提供了一种碲镉汞芯片，所述碲镉汞芯片是经如上任一项所述的小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法制备得到的。

本发明的另一方面还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的碲镉汞芯片。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明提供的一种小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法，在整个工艺流程中，能够实现薄胶光刻，薄掩膜刻蚀，且后续不用去除掩膜。采用此技术能够制备出高均匀性好，质量好的接触孔。

附图说明

图1为碲镉汞红外探测器芯片结构示意图；

图2a至图2e为本领域中的光刻胶做掩膜制备接触孔的方法流程示意图；

图3为根据本发明实施例的小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法的方法流程图；

图4a至图4g为根据本发明实施例的小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法的流程实例示意图；

具体实施方式

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。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明中说明书中对方法流程的描述及本发明说明书附图中流程图的步骤并非必须按步骤标号严格执行，方法步骤是可以改变执行顺序的。而且，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

碲镉汞红外探测器芯片是由碲镉汞芯片和读出电路芯片通过In柱倒装焊接而成，其中碲镉汞芯片中的接触孔和电极结构起着将红外信号引出的关键作用，因此其制备工艺和方法也非常重要。

现有技术中，参考图2a至图2e，通常是获取芯片(图2(a))→光刻接触孔(图2(b))→刻蚀接触孔(图2(c))→Cr塞子生长(图2(d))→去除光刻胶、接触孔制备完成(图2(e))。

进一步地，对于光刻工艺来说，大间距芯片的图形均匀性好，而小间距芯片的均匀性差；

对于刻蚀工艺来说，大间距芯片的孔底形貌好，无生成物残留，而小间距芯片孔底和侧壁形貌差，孔底有生成物残留。

对于去胶工艺来说，大间距芯片不易塞胶，而小间距芯片易塞胶。

本发明实施例旨在克服上述技术中存在的技术问题。

本发明第一实施例，一种小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法，如图3所示，包括以下具体步骤：

步骤S1，在碲镉汞芯片的上表面沉积掩膜层，其中，掩膜层为CrAu掩膜层；

步骤S2，将掩膜层的表面光刻出接触孔图形；

步骤S3，经由光刻胶做掩膜，去除光刻接触孔内对应的掩膜层部分，以暴露部分接触孔区域；

步骤S4，去除光刻胶；

步骤S5，经由暴露的接触孔区域部分，对碲镉汞芯片进行刻蚀，以使得在碲镉汞材料中形成接触孔。

本实施例中，CrAu掩膜层的组成可以为

本实施例中，在碲镉汞材料表面形成一层掩膜层，如图4a至图4b所示。

进一步地，可以将掩膜层的表面设置一层具有接触孔图形的光刻胶，如图4b至图4c所示。光刻图形的形成方式为，在芯片表面涂一层光刻胶，并通过曝光和显影工艺将曝光处的光刻胶去除，未曝光区域的光刻胶被留存下来，因此形成了接触孔的光刻胶图形。

具体地，步骤S2中，光刻胶可以采用1um厚度左右的AZ1500等正性光刻胶，由于掩膜图形的制备方式采用了不会使光刻胶变性的湿法腐蚀工艺，因此可以采用相对较薄的光刻胶。

具体地，步骤S3中，可以是利用包括碘和碘化钾的腐蚀液腐蚀所述掩膜层中的Au层，利用包括氢氧化钠和高锰酸钾的腐蚀液腐蚀所述掩膜层中的Cr层，如图4c至图4d所示。

具体地，步骤S4中，可以使用丙酮、无水乙醇等化学试剂去除光刻胶。如图4d至图4e所示。

具体地，步骤S5中，如图4e至图4g所示，接触孔刻蚀工艺：采用ICP设备，利用Ar等离子体在电场的作用下，加速运动到芯片表面，达到芯片被刻蚀的目的。在本技术中，通过调整刻蚀气体的配比，使掩膜层中的Cr层的刻蚀速率远远小于碲镉汞的刻蚀速率，完成接触孔刻蚀。具体的气体配比为Ar:H

相较于现有技术，本实施例至少具备以下优点：

1)本发明提供的一种小间距碲镉汞芯片高均匀性接触孔制备方法，通过采用硬度高、抗刻蚀，且掩膜图形制备难度小的CrAu薄层金属作为刻蚀掩膜，可以在整个工艺流程中，实现薄胶光刻，薄掩膜刻蚀，且后续无需去除掩膜；

2)本实施例通过设置

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。