本文選題：碲鎘汞(HgCdTe)　切入點(diǎn)：微臺(tái)面成形　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：碲鎘汞(HgCdTe,MCT)雙色器件是第三代紅外焦平面探測器的典型代表。無損或者低損的微臺(tái)面芯片陣列刻蝕是制備高性能雙色器件的關(guān)鍵技術(shù)。本文研究了碲鎘汞低溫刻蝕相關(guān)的掩膜圖形制備、工藝參數(shù)優(yōu)化、刻蝕損傷表征與修復(fù),進(jìn)行了30μm中心距、完全同步的320′256中波/長波雙色紅外焦平面探測器的研制與測試。其主要內(nèi)容如下:1.獲得了高深寬比、高選擇比和終點(diǎn)自動(dòng)控制的低溫刻蝕掩膜制備方法。分析了SiO_2作為低溫刻蝕掩膜,以及采用干法刻蝕形成SiO_2掩模圖形的必要性。采用CHF3/Ar刻蝕氣體、ICP刻蝕技術(shù),獲得了側(cè)壁陡直、底面平整的SiO_2刻蝕圖形�；赟iO_2和ZnS差異較大的干法刻蝕選擇比,獲得了終點(diǎn)自動(dòng)控制的SiO_2/ZnS復(fù)合掩膜技術(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HgCdTe的側(cè)壁傾斜度與SiO_2掩膜在刻蝕過程中的退縮密切相關(guān),主要受制于HgCdTe干法刻蝕的物理作用偏強(qiáng)。2.完成了HgCdTe低溫電感耦合等離子體(Inductively coupled plasma,ICP)刻蝕的工藝優(yōu)化。針對(duì)HgCdTe微臺(tái)面芯片成形的技術(shù)要求,分析了選用干法刻蝕、低溫刻蝕的必要性�；诔乜涛g與低溫刻蝕造成的HgCdTe形貌差異,進(jìn)行了HgCdTe低溫刻蝕工藝參數(shù)的優(yōu)化。掃描電子顯微鏡(SEM)形貌表明側(cè)壁平整、光滑,刻蝕底面無殘留,原子力顯微鏡(AFM)測試分析表明刻蝕區(qū)域的均方根粗糙度(Rq)為1.77nm,3英寸范圍內(nèi)的刻蝕非均勻性小于±4%,刻蝕深寬比可達(dá)1.7。3.完成了低溫刻蝕損傷評(píng)估以及損傷熱處理修復(fù)研究。研究了刻蝕工藝參數(shù)與刻蝕誘導(dǎo)損傷的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在低溫下刻蝕損傷非常小,超出了剝層HALL的能力。通過階梯腐蝕與激光束誘導(dǎo)電流(LBIC)的方法,測得-150℃刻蝕導(dǎo)致的電學(xué)反型厚度小于20nm�？涛g反型與溫度的強(qiáng)相關(guān)性說明了擴(kuò)散是反型的主導(dǎo)因素。建立了刻蝕反型的Hg填隙擴(kuò)散模型,擬合得到了刻蝕反型的擴(kuò)散系數(shù)遷移能為63meV。獲得了修復(fù)損傷的熱處理方法,工藝穩(wěn)定性、重復(fù)性較好。通過量化遷移率譜分析(QMSA)表明低溫刻蝕產(chǎn)生的n型載流子在150℃退火過程中逐漸減少、消失。完成了損傷修復(fù)的擴(kuò)散模型分析,提出了Hg填隙擴(kuò)散以及Hg空位生成共同作用的兩段式退火過程。4.完成了低溫刻蝕驗(yàn)證芯片以及30μm中心距中波/長波雙色探測器的制備,驗(yàn)證了低溫刻蝕和高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)的可行性。結(jié)果表明:將反型修復(fù)為p型并制得正常器件,需要較高溫度的熱處理。最終的低溫刻蝕、損傷修復(fù)技術(shù)獲得的中波驗(yàn)證芯片R0A能夠達(dá)到約5.5×106(Ω?cm2),與常規(guī)腐蝕的器件性能相當(dāng),其光譜特性也顯示出正常的中波響應(yīng)。制備了30μm中心距、完全同步的320′256中波/長波雙色紅外焦平面探測器,兩個(gè)波段的RV特性以及光譜響應(yīng)正常,驗(yàn)證了低溫刻蝕以及退火去損傷工藝制備中長波雙色探測器的可行性。針對(duì)雙色器件制備技術(shù)存在的問題,進(jìn)行了光刻、鈍化開孔、金屬化、In柱互聯(lián)等工藝的優(yōu)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 鹵 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 .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN215

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本文編號(hào)：1678600