光刻工艺对大面阵长波碲镉汞芯片性能的影响

张 轶,牛峻峰,龚志红,刘世光,吴 卿,王成刚

(1.华北光电技术研究所,北京 100015；2.空军装备部驻北京地区第七军事代表室,北京 100015)

1 引 言

碲镉汞红外探测器是红外光电探测领域中的核心器件,被广泛应用于工业生产、医疗、环境保护和国防领域[1]。由于大面阵长波碲镉汞材料制备难度大且物理化学性质不稳定,器件工艺更为复杂,使得大面阵长波碲镉汞红外探测器整体良品率远低于短、中波碲镉汞红外探测器,其主要表现为响应率非均匀性过或盲元率过高。因此需要从探测器制备工艺角度出发详细分析影响探测器像元性能的因素。

长波碲镉汞探测器芯片制备需要经历:表面钝化、光刻、离子刻蚀、离子注入、金属层生长等多道工艺,每道工艺由于其设备性能限制会产生工艺非均匀性,进而影响探测器的性能[2]。由于每次光刻工艺过程中芯片与掩膜版相对位置不变,且芯片方向不变,因此产生的工艺非均匀性会在同一位置相互叠加,并随着光刻工艺次数的增加而放大[3]。同时光刻工艺又是探测器芯片制备过程中重复次数最多的工艺,因此光刻工艺的非均匀性对探测器的性能影响最大,需要详细分析，如图1所示。

图1 光刻工艺非均匀性影响探测器性能

2 光刻工艺非均匀性分析

接触式光刻工艺具有实现简单、光刻效率高、设备成本低和对掩模版无损伤面等优点,是长波碲镉汞红外探测器制造的常用工艺。接触式光刻的原理可以理解成平行光垂直照射掩膜版,将掩膜版透光区域下的光刻胶进行曝光,然后使用显影液将发生光化学反应的光刻胶去除完成光刻图形转移，如图2所示。……