紅外焦平面深微臺面列陣加工的光刻膠塗敷方法

2023-09-15 01:20:30

專利名稱：紅外焦平面深微臺面列陣加工的光刻膠塗敷方法
技術領域：
本發明涉及碲鎘汞(HgCdTe)紅外焦平面探測器工藝技術，具體是指 HgCdTe紅外焦平面探測器微臺面列陣加工的光刻膠塗敷方法。
背景技術：
紅外焦平面列陣器件是既具有紅外信息獲取又具有信息處理功能的先進 的成像傳感器，在空間對地觀測、光電對抗、機器人視覺、搜索與跟蹤、醫用 和工業熱成像、以及飛彈精確制導等軍、民用領域有重要而廣泛的應用。由於 其不可替代的地位和作用，世界上的主要工業大國都將碲鎘汞紅外焦平面列陣 器件製備技術列為重點發展的高技術項目。
在高級紅外應用系統的大力驅動下，紅外探測技術已進入了以大面陣、小 型化和多色化等為特點的第三代紅外焦平面探測器的重要發展階段，見S. Horn, P. Norton, T. Cincotta， A. Stoltz, et al， "Challenges for third-generation cooled imagers", proceeding of SPIE， Vol. 5074, 2003, P44-51 。隨著光敏感晶片結構的不 斷複雜，傳統的平面結探測器晶片工藝已經很難滿足新一代紅外焦平面探測器 的發展。由於垂直集成的雙色、多色光敏元列陣需要在空間上進行電學隔離， 而大面陣、小型化焦平面探測器也需要進行物理隔離來減小高密度光敏元之間 的電學串擾。為此，各個光敏元採用物理隔離的深微臺面列陣是發展新一代 HgCdTe紅外焦平面探測器的必然途徑，而深微臺面列陣加工的關鍵技術主要 有深微臺面列陣的高深寬比隔離、均衡鈍化與金屬化等。其中，深微臺面列陣的金屬化是在微臺面的頂部局部區域，以及溝槽底部 與側壁的局部區域生長歐姆接觸的金屬化層。該技術的首要難題就是微臺面列 陣的光刻膠塗敷技術。由於微臺面列陣加工獲得的微臺面側壁非常陡峭、隔離 溝槽即深又窄，所以採用常規的塗敷工藝，在勻膠後常出現深隔離溝槽光刻膠 堆積，而微臺面列陣頂部、特別是微臺面側壁的光刻膠又覆蓋得很薄。這不僅 會造成微臺面頂部、側壁和溝槽底部的曝光與顯影時間很難控制，而且會因為 微臺面列陣側壁光刻膠厚度很薄而導致覆蓋的光刻膠在開金屬化窗口時不能 有效地保護微臺面列陣側壁的鈍化層介質膜。
在日益發展的微機械加工領域，特別針對深微臺面加工的光刻膠塗敷工藝
研發了特殊的光刻膠SU-8和與之配合使用的噴膠機。雖然該類光刻膠能滿足 高深寬比微臺面列陣的加工應用，並基本能實現在微臺面列陣頂部、側壁和溝 槽頂部的光刻膠均勻塗敷，但是因為這類光刻膠的堅膜、後烘工藝需要較高的 工作溫度，通常大於12(TC，這與不能承受高溫操作的HgCdTe深微臺面列陣 加工技術不兼容。

發明內容
基於上述已有深微臺面列陣光刻膠塗敷工藝存在的問題，本發明的目的是 提供一種方便的、光刻膠無需高溫前烘與堅膜操作的和與後續光刻工藝兼容 的，以及能確保在深微臺面列陣頂部、側壁與溝槽底部的厚度分布均勻的光刻 膠塗敷方法。
為了達到上述目的，本發明採用先於HgCdTe紅外焦平面探測晶片表面旋 轉塗敷一層AZ系列光刻膠的稀釋劑以填充微臺面列陣隔離深溝槽的底部大部 分體積的物理空間，再在微臺面列陣晶片上旋轉塗敷HgCdTe紅外焦平面探測 晶片加工工藝常規使用的AZ系列光刻膠AZ1500的技術方案。本發明採用在旋轉塗敷與HgCdTe探測晶片工藝完全兼容的AZ1500光刻 膠之前，於微臺面列陣晶片表面進行AZ系列光刻膠稀釋劑的旋轉塗敷，是為 了在微臺面列陣隔離深溝槽底部大部分體積空間內先填充光刻膠稀釋劑。這是 因為在隔離深溝槽底部大部分體積空間內填充了光刻膠稀釋劑後，旋轉塗敷光 刻膠時就不再出現因為表面張力而導致光刻膠在微臺面列陣深隔離溝槽底部 出現大量堆積，而在微臺面側壁的頂部又沒有光刻膠覆蓋的現象。又由於光刻 膠的稀釋劑存在與光刻膠有較好的互溶性以及其自身的易揮發性，所以在塗敷 完光刻膠後的前烘過程中，光刻膠會隨著稀釋劑的不斷揮發漸漸地黏附在 HgCdTe微臺面列陣的表面，進而達到微臺面列陣晶片的微臺面頂部、側壁和 隔離溝槽底部光刻膠能相對均勻地分布。
上述技術方案的塗敷方法如下
A. 將有高深寬比溝槽隔離和表層長有鈍化膜介質層的HgCdTe深微臺面 列陣晶片，放置在乾燥烤箱內烘烤20-30分鐘，溫度為55-65'C。
B. 打開旋轉勻膠機電源、真空，將從乾燥烤箱內取出的HgCdTe深微臺 面列陣晶片，放置在旋轉勻膠機的樣品臺上，並在HgCdTe深微臺面列陣晶片 表面滴加2-6毫升(根據樣品的面積大小)AZ系列光刻膠稀釋劑，啟動旋轉 勻膠機的旋轉按鈕，開始在HgCdTe深微臺面列陣晶片表面旋轉塗敷光刻膠稀 釋劑，轉速為2000-4000轉，勻膠時間為20-40秒。
C. 再在塗敷有稀釋劑的HgCdTe深微臺面列陣晶片表面滴加2-6毫升(根 據樣品的面積大小)光刻膠AZ1500，啟動旋轉勻膠機的旋轉按鈕，開始在 HgCdTe深微臺面列陣晶片表面旋轉勻膠，轉速為2000-4000轉，勻膠時間為 20-40秒。
D. 將HgCdTe深微臺面列陣晶片從旋轉勻膠機的樣品臺上取下，並放入乾燥烤箱內進行前烘，時間為20-40分鐘，溫度為60-7(TC。
本發明的最大優點是巧妙地應用了光刻膠稀釋劑在塗敷光刻膠過程中存 在的物理空間體積以及與光刻膠的互溶性和自身的易揮發性，可方便地採用旋 轉勻膠法來實現HgCdTe深微臺面列陣的光刻膠均勻有效塗敷，具有HgCdTe 探測晶片常規光刻工藝完全兼容、無需高溫操作和低成本等特點。


圖l是HgCdTe深微臺面列陣形貌及其剖面示意圖。 圖2是常規方法獲得的光刻膠在深微臺面列陣表層的剖面分布圖。 圖3是本發明獲得的光刻膠在深微臺面列陣表層的剖面分布圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明
A. 將有高深寬比溝槽隔離和表層長有鈍化膜介質層的HgCdTe深微臺面 列陣晶片l，放置在乾燥烤箱內烘烤25分鐘，溫度為6(TC。 HgCdTe深微臺面 列陣1是由微臺面頂部101、微臺面側壁102和微臺面列陣的隔離溝槽103組 成。其中，微臺面列陣的隔離溝槽103是通過誘導耦合等離子體幹法刻蝕獲得 的，其深寬比為1: 1。
B. 打開旋轉勻膠機電源、真空，將從乾燥烤箱內取出的HgCdTe深微臺 面列陣晶片l，放置在旋轉勻膠機的樣品臺上，並在HgCdTe深微臺面列陣芯 片表面滴加4毫升光刻膠稀釋劑。啟動旋轉勻膠機的旋轉按鈕，開始在HgCdTe 深微臺面列陣晶片表面旋轉塗敷光刻膠稀釋劑，轉速為3000轉，勻膠時間為 30秒，此時光刻膠稀釋劑就塗敷在HgCdTe深微臺面列陣晶片1的表面。
C. 再在塗敷有光刻膠稀釋劑的HgCdTe深微臺面列陣晶片表面滴加4毫 升光刻膠。啟動旋轉勻膠機的旋轉按鈕，開始在HgCdTe深微臺面列陣晶片表面旋轉勻膠，轉速為3000轉，勻膠時間為30秒，此時光刻膠2就塗敷在表面 已覆蓋一層光刻膠稀釋劑的HgCdTe深微臺面列陣晶片1的表面。
由塗敷完光刻膠並前烘好的HgCdTe深微臺面列陣，經金剛刀解理後，採 用掃描隧道顯微鏡(SEM)觀察光刻膠在微臺面列陣表層的剖面分布。
圖2是常規方法獲得的光刻膠在微臺面列陣表層的剖面分布圖。如圖2所 示，光刻膠在微臺面頂部、溝槽底部和周側的分布很不均勻，尤其在微臺面頂 部的四周區域的光刻膠厚度非常薄。這不僅會造成不同區域的曝光時間、顯影 時間變得很難控制，且會因為微臺面列陣側壁光刻膠厚度很薄而導致覆蓋的光 刻膠在開金屬化時不能有效地保護微臺面列陣側壁的鈍化層介質膜。
圖3是本發明獲得的光刻膠在微臺面列陣表層的剖面分布圖。如圖3所示， 本發明獲得的光刻膠在微臺面頂部、溝槽底部和周側的分布很均勻，尤其在微 臺面頂部的四周區域的光刻膠厚度非常厚。這不僅有利於不同區域的曝光時 間、顯影時間的控制，而且能有效地保證微臺面列陣鈍化膜在開金屬化窗口時 不被腐蝕液破壞。
由於所使用的光刻膠與HgCdTe微臺面列陣加工工藝完全兼容，且塗敷後 光刻膠在微臺面列陣表層的均勻分布，表明本發明的光刻膠塗敷方法是可行 的、合理的。
權利要求
1. 一種紅外焦平面深微臺面列陣加工的光刻膠塗敷方法，其特徵在於它包括以下步驟A. 將有高深寬比溝槽隔離和表層長有鈍化膜介質層的碲鎘汞深微臺面列陣晶片，放置在乾燥烤箱內烘烤20-30分鐘，溫度為55-65℃；B. 將從乾燥烤箱內取出的碲鎘汞深微臺面列陣晶片，放置在旋轉勻膠機的樣品臺上，並在碲鎘汞深微臺面列陣晶片表面滴加2-6毫升光刻膠稀釋劑，啟動旋轉勻膠機的旋轉按鈕，開始在碲鎘汞深微臺面列陣晶片表面旋轉塗敷光刻膠稀釋劑，轉速為2000-4000轉，勻膠時間為20-40秒；C. 在塗敷有稀釋劑的碲鎘汞深微臺面列陣晶片表面滴加2-6毫升光刻膠，啟動旋轉勻膠機的旋轉按鈕，開始在碲鎘汞深微臺面列陣晶片表面旋轉勻膠，轉速為2000-4000轉，勻膠時間為20-40秒；D. 將碲鎘汞深微臺面列陣晶片從旋轉勻膠機的樣品臺上取下，並放入乾燥烤箱內進行前烘，時間為20-40分鐘，溫度為60-70℃。
2. 根據權利要求1所述的一種紅外焦平面深微臺面列陣加工的光刻膠塗 敷方法，其特徵在於所述的光刻膠是AZ1500光刻膠。
全文摘要
本發明公開了一種紅外焦平面深微臺面列陣加工的光刻膠塗敷方法，它涉及光電探測器製造工藝技術。本發明採用先於紅外焦平面探測晶片表面旋轉塗敷一層AZ系列光刻膠的稀釋劑以填充微臺面列陣隔離深溝槽的底部大部分體積的物理空間，再在微臺面列陣晶片上旋轉塗敷HgCdTe紅外焦平面探測晶片加工工藝常規使用的AZ系列光刻膠AZ1500的技術方案，有效解決了常規的塗敷工藝在勻膠後常出現深隔離溝槽光刻膠堆積，而微臺面列陣頂部、特別是微臺面側壁的光刻膠又覆蓋得很薄的問題。本發明方法具有與HgCdTe探測晶片常規光刻工藝完全兼容，無需高溫操作，低成本等特點。
文檔編號G03F7/16GK101414123SQ200810203390
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月26日 優先權日2008年11月26日
發明者葉振華, 周文洪, 尹文婷, 胡曉寧, 馬偉平, 建 黃 申請人:中國科學院上海技術物理研究所