碲镉汞红外焦平面探测器的无损成形技术研究

发布时间：2018-03-28 23:37

本文选题：碲镉汞(HgCdTe)　切入点：微台面成形　出处：《中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)》2017年博士论文

【摘要】：碲镉汞(HgCdTe,MCT)双色器件是第三代红外焦平面探测器的典型代表。无损或者低损的微台面芯片阵列刻蚀是制备高性能双色器件的关键技术。本文研究了碲镉汞低温刻蚀相关的掩膜图形制备、工艺参数优化、刻蚀损伤表征与修复,进行了30μm中心距、完全同步的320′256中波/长波双色红外焦平面探测器的研制与测试。其主要内容如下:1.获得了高深宽比、高选择比和终点自动控制的低温刻蚀掩膜制备方法。分析了SiO_2作为低温刻蚀掩膜,以及采用干法刻蚀形成SiO_2掩模图形的必要性。采用CHF3/Ar刻蚀气体、ICP刻蚀技术,获得了侧壁陡直、底面平整的SiO_2刻蚀图形。基于SiO_2和ZnS差异较大的干法刻蚀选择比,获得了终点自动控制的SiO_2/ZnS复合掩膜技术。实验发现HgCdTe的侧壁倾斜度与SiO_2掩膜在刻蚀过程中的退缩密切相关,主要受制于HgCdTe干法刻蚀的物理作用偏强。2.完成了HgCdTe低温电感耦合等离子体(Inductively coupled plasma,ICP)刻蚀的工艺优化。针对HgCdTe微台面芯片成形的技术要求,分析了选用干法刻蚀、低温刻蚀的必要性。基于常温刻蚀与低温刻蚀造成的HgCdTe形貌差异,进行了HgCdTe低温刻蚀工艺参数的优化。扫描电子显微镜(SEM)形貌表明侧壁平整、光滑,刻蚀底面无残留,原子力显微镜(AFM)测试分析表明刻蚀区域的均方根粗糙度(Rq)为1.77nm,3英寸范围内的刻蚀非均匀性小于±4%,刻蚀深宽比可达1.7。3.完成了低温刻蚀损伤评估以及损伤热处理修复研究。研究了刻蚀工艺参数与刻蚀诱导损伤的关系,发现在低温下刻蚀损伤非常小,超出了剥层HALL的能力。通过阶梯腐蚀与激光束诱导电流(LBIC)的方法,测得-150℃刻蚀导致的电学反型厚度小于20nm。刻蚀反型与温度的强相关性说明了扩散是反型的主导因素。建立了刻蚀反型的Hg填隙扩散模型,拟合得到了刻蚀反型的扩散系数迁移能为63meV。获得了修复损伤的热处理方法,工艺稳定性、重复性较好。通过量化迁移率谱分析(QMSA)表明低温刻蚀产生的n型载流子在150℃退火过程中逐渐减少、消失。完成了损伤修复的扩散模型分析,提出了Hg填隙扩散以及Hg空位生成共同作用的两段式退火过程。4.完成了低温刻蚀验证芯片以及30μm中心距中波/长波双色探测器的制备,验证了低温刻蚀和高温热处理技术的可行性。结果表明:将反型修复为p型并制得正常器件,需要较高温度的热处理。最终的低温刻蚀、损伤修复技术获得的中波验证芯片R0A能够达到约5.5×106(Ω?cm2),与常规腐蚀的器件性能相当,其光谱特性也显示出正常的中波响应。制备了30μm中心距、完全同步的320′256中波/长波双色红外焦平面探测器,两个波段的RV特性以及光谱响应正常,验证了低温刻蚀以及退火去损伤工艺制备中长波双色探测器的可行性。针对双色器件制备技术存在的问题,进行了光刻、钝化开孔、金属化、In柱互联等工艺的优化。
[Abstract]:In this paper , a method for preparing high - performance dual - color infrared focal plane detector is studied by using CHF3 / Ar etching gas and ICP etching technology . The results show that the etching damage is very small at low temperature . The etching depth - width ratio is less than 卤 4 % . The etching depth - width ratio is 1.7 . 3 . The etching - back type Hg interstitial diffusion model is obtained . Optimization of processes such as passivation opening , metallization , In - pillar interconnection , etc .

【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN215

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