銻化銦的電極因三維特性易產(chǎn)生側(cè)壁斷裂問題，互聯(lián)的銦柱會侵入電極內(nèi)部，影響銻化銦芯片的可靠性。銻化銦紅外探測器的電極常采用離子束沉積方法、熱蒸發(fā)方法等進行制備。制備時采用剝離工藝，即銻化銦芯片除電極孔與部分鈍化層外，其余部分均被光刻膠覆蓋（見圖1）；進行整片電極沉積后，通過濕化學(xué)處理將多余電極剝離去除。因為電極孔存在垂直坡度，電極與鈍化層側(cè)壁的接觸覆蓋尤為關(guān)鍵，電極側(cè)壁的斷裂會使互聯(lián)的銦柱侵入電極內(nèi)部，嚴重影響芯片的可靠性。

圖1 銻化銦電極制備示意圖

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，華北光電技術(shù)研究所和中國人民解放軍93160部隊的科研團隊在《紅外》期刊上發(fā)表了以“銻化銦紅外探測器的三維電極成型技術(shù)”為主題的文章。該文章第一作者為張澤群助理工程師，主要從事紅外探測器方面的研究工作。

本文通過對不同設(shè)備、不同條件下制備的銻化銦電極的三維覆蓋情況進行表征，探究可行的銻化銦電極制備方式。

實驗方案

通過對銻化銦單晶材料進行高溫?zé)釘U散處理來制備p-n結(jié)。經(jīng)正面減薄后，p型層的厚度減小。采用濕法腐蝕法制備臺面，隨后通過化學(xué)氣相沉積設(shè)備在銻化銦表面形成鈍化層，并使用濕法腐蝕得到電極接觸孔。接著利用離子束沉積設(shè)備、熱蒸發(fā)設(shè)備、磁控濺射設(shè)備分別進行相同電極體系的制備。電極制備完成后，通過FIB與SEM表征金屬電極在銻化銦上的三維覆蓋情況。表1列出了5組樣品的電極制備方式及工藝設(shè)備信息。

實驗結(jié)果與討論

熱蒸發(fā)制備

熱蒸發(fā)方法通過對金屬材料進行加熱，使其蒸發(fā)氣化并在芯片表面冷卻沉積，最終形成金屬薄膜。使用國產(chǎn)設(shè)備進行電極的熱蒸發(fā)制備。銻化銦芯片有光刻膠覆蓋，因此在工藝過程中不對樣品盤進行加熱。

完成熱蒸發(fā)電極制備后，在進行電極剝離工藝時會出現(xiàn)大部分電極脫落的情況。隨機選取兩個電極未脫落處正常像元的電極，并對其進行FIB處理。通過SEM表征電極的三維覆蓋情況（見圖2）。可以看出，金屬電極的三維覆蓋情況較好，未出現(xiàn)側(cè)壁斷裂的現(xiàn)象。

圖2 通過熱蒸發(fā)制備的電極經(jīng)FIB處理后的SEM圖像

與磁控濺射方法和離子束沉積方法相比，用熱蒸發(fā)方式制備的電極薄膜致密度相對較差，且制備時未對樣品盤進行加熱處理，加劇了電極金屬的脫落。因此，熱蒸發(fā)方式不適于用濕化學(xué)剝離法的銻化銦電極制備。

磁控濺射制備

使用多靶磁控濺射設(shè)備進行銻化銦的電極制備。制備完成后，在進行電極剝離工藝時，出現(xiàn)大范圍電極剝離殘留的現(xiàn)象。隨機選取兩處正常像元的電極進行FIB處理，并通過SEM表征電極的三維覆蓋情況（見圖3）?？梢钥闯?，金屬電極的三維覆蓋情況較好，未出現(xiàn)側(cè)壁斷裂的現(xiàn)象。

圖3 通過磁控濺射制備的電極經(jīng)FIB處理后的SEM圖像

但用磁控濺射法制備的電極剝離時存在殘留。在后續(xù)的器件工藝中，當(dāng)銻化銦芯片與硅讀出電路互聯(lián)時，殘留的金屬電極會與互聯(lián)使用的銦結(jié)合，造成部分像元互聯(lián)失敗等異常問題，存在較大的可靠性隱患。因此，磁控濺射不適于用濕化學(xué)剝離方法的銻化銦電極制備。

離子束沉積制備

離子束沉積設(shè)備通過離子源引出高能氬離子，使其撞擊金屬靶材后形成金屬粒子。金屬粒子經(jīng)過電場后沉積到位于樣品臺的銻化銦芯片表面。在離子束沉積金屬薄膜過程中，束壓是指從離子源射出的惰性氣體離子所攜帶的能量，束流是指單位時間、單位面積從離子源中發(fā)射的離子數(shù)量。較高的束壓與束流會對銻化銦表面造成損傷。實驗過程中，均采用低損傷條件的束壓和束流進行樣品制備?，F(xiàn)階段有兩臺用于銻化銦電極制備的離子束沉積設(shè)備（一號機和二號機）。

一號離子束沉積設(shè)備（一號機）

一號機設(shè)計較為特殊，樣品臺處于水平位置，且其工作角度無法調(diào)整。因此金屬粒子的入射分布固定，無法進行調(diào)節(jié)。

制備完成后，在不同位置隨機選取若干像元，通過SEM表征電極的三維覆蓋情況（見圖4）?？梢钥闯觯R化銦側(cè)壁電極與底面電極之間存在縫隙。這是由于樣品臺的角度固定，金屬粒子在側(cè)壁的沉積分布較差，無法實現(xiàn)電極側(cè)壁的完全沉積。

圖4 用一號機制備的銻化銦電極的三維覆蓋圖

二號離子束沉積設(shè)備（二號機）

二號機樣品臺的角度能夠任意調(diào)節(jié)，故可以通過調(diào)整樣品臺的角度改變金屬粒子的入射分布。該設(shè)備通過樣品臺的自轉(zhuǎn)滿足軸向位置的均勻性，并通過修正擋板滿足徑向位置的均勻性。制備時，裝配修正擋板，設(shè)置樣品臺與水平方向的夾角為15°。

制備完成后，在不同位置隨機選取若干像元，通過SEM表征電極的三維覆蓋情況（見圖5）?？梢钥闯?，當(dāng)樣品臺與水平方向存在一定角度時，銻化銦電極的側(cè)壁覆蓋要優(yōu)于一號機樣品，但在某些像元點仍有部分裂隙。

圖5 用裝配修正擋板的二號機制備的銻化銦電極的三維覆蓋圖

二號機在設(shè)計中采用修正擋板。它是一塊具有特定形狀的金屬片。當(dāng)樣品臺旋轉(zhuǎn)到修正擋板下時，金屬粒子均沉積到修正擋板上。通過改變修正擋板的形狀來實現(xiàn)徑向沉積厚度的一致性。但考慮到實際工藝情況，雖然金屬沉積的總量是一致的，但在經(jīng)過固定位置的修正擋板時，位于該處電極側(cè)壁的金屬沉積減少，造成電極斷裂。且在實施工藝時，只需保證芯片位置沉積厚度的一致性即可，無需保證整個樣品盤的一致性。

在保證其他工藝條件一致的前提下，移除修正擋板后進行樣品的制備。接著在不同位置隨機選取若干像元，通過SEM表征電極的三維覆蓋情況（見圖6）?？梢钥闯?，在相同的工藝條件參數(shù)下，用改造后的二號機制備的銻化銦電極的三維覆蓋效果得到了明顯的提升。該方法解決了電極裂縫問題，消除了芯片的工藝隱患，因此可以穩(wěn)定、批量地進行電極制備。

圖6 用移除修正擋板的二號機制備的銻化銦電極的三維覆蓋圖

結(jié)束語

本文分別采用熱蒸發(fā)、磁控濺射和離子束沉積等方式進行了銻化銦的電極制備，探究了不同方法、不同設(shè)備制備銻化銦三維電極的效果。結(jié)果表明，用熱蒸發(fā)、磁控濺射方式制備的電極三維覆蓋較好，但兩者分別存在電極脫落和剝離困難的問題，不適于銻化銦的電極剝離制備；使用一號離子束沉積設(shè)備進行制備時，由于樣品臺的角度無法調(diào)節(jié)，金屬粒子的入射角度不在最優(yōu)狀態(tài)，電極的三維覆蓋較差；使用二號離子束沉積設(shè)備進行制備時，通過移除修正擋板，解決了電極側(cè)壁斷裂的問題，實現(xiàn)了大批量銻化銦電極的穩(wěn)定制備。下一步將對采用電極刻蝕技術(shù)路線的電極制備方式進行探究。

審核編輯：劉清