專利名稱：一種用于雙色碲鎘汞器件的干法刻蝕方法及刻蝕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于雙色碲鎘汞器件的 干法刻蝕方法及刻蝕裝置。
背景技術(shù)：
雙色紅外焦平面探測技術(shù)具有雙波段探測、可獲得更多地面目標(biāo)信息等顯 著優(yōu)點(diǎn)，在目標(biāo)搜尋、導(dǎo)彈預(yù)警探測、情報(bào)偵察等軍事和相關(guān)的民用領(lǐng)域有著 廣闊的應(yīng)用前景。
碲鎘汞雙色探測器件的干法刻蝕工藝是碲鎘汞紅外焦平面探測器的關(guān)鍵 工藝之一 ，碲鎘汞材料本身的特殊性使得器件的臺面干法刻蝕工藝必須實(shí)現(xiàn)超
低損傷。碲鎘汞(HgCdTe)是一種II-VI族化合物半導(dǎo)體，該材料中汞(Hg) 元素的價(jià)鍵較弱，很不穩(wěn)定，對外部粒子轟擊和工藝溫度較為敏感。通常，在 P型材料上， 一定能量的粒子轟擊到表面時(shí)，就會使材料表層的一些Hg原子 價(jià)鍵斷裂發(fā)生Hg移位，形成表面損傷甚至表面反型。此外，當(dāng)溫度較高時(shí)， 材料中的Hg原子價(jià)鍵也極易發(fā)生斷裂，造成Hg元素從表面逸出形成損傷。 任何一種原因?qū)е碌钠骷p傷都會導(dǎo)致器件電學(xué)性能衰退甚至失效。
常規(guī)的臺面成型工藝有濕法腐蝕和干法刻蝕兩大類型，傳統(tǒng)的濕法腐蝕工 藝損傷較低，但是由于濕法腐蝕工藝存在著鉆蝕嚴(yán)重、腐蝕深度重復(fù)性差、均 勻性不好等缺點(diǎn)，難以適應(yīng)較細(xì)和較深線寬圖形的加工，不適合雙色碲鎘汞紅 外焦平面探測器的深臺面成型加工工藝。
目前碲鎘汞臺面器件較為傳統(tǒng)的干法刻蝕工藝主要有IBE、 ECR和RIE等 幾種。IBE (Ion Beam Etch,離子束刻蝕)具有較好的方向性和較高的刻蝕速 率，但是因?yàn)槠潆x子能量較大，會造成碲鎘汞 料表面處轟擊損傷，很少在碲鎘汞材料的刻蝕工藝中使用。ECR ( Electron Cyclotron Resonance ，電子回旋共 振等離子體刻蝕)采用了將產(chǎn)生等離子體的功率源和下電極自偏壓功率源相互 獨(dú)立的設(shè)計(jì)，利用電子回旋共振的原理，在反應(yīng)室中產(chǎn)生高密度的等離子體， 可以達(dá)到較高的刻蝕速率和較好的刻蝕形貌。但由于該類設(shè)備在工藝進(jìn)行時(shí)有 很明顯的加熱效應(yīng)，易使基片溫度急劇升高，造成材料熱損傷。早期的RIE (Reactive Ion Etch ，反應(yīng)離子刻蝕)技術(shù)利用電容耦合方式，在設(shè)備的上下電 極板間產(chǎn)生等離子體和一定的自偏壓。這種較早期的技術(shù)其等離子體發(fā)生只靠 一個單一的電容耦合裝置，難以得到高濃度的等離子體，刻蝕速率較低。并且 單一的電容耦合結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)下電極自偏壓和等離子體密度的單獨(dú)控制。深臺 面刻蝕工藝需要較高的等離子體密度來實(shí)現(xiàn)高刻蝕速率，這時(shí)必須增大RF功 率，但自偏壓會隨之上升，會對碲鎘汞表面造成嚴(yán)重的轟擊損傷。

發(fā)明內(nèi)容
置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在臺面器件深臺面成型工藝中的高損傷問題。
為解決上述技術(shù)問題， 一方面，本發(fā)明提供一種用于雙色碲鎘汞器件干法 刻蝕的刻蝕裝置，所述裝置包括兩個獨(dú)立的射頻源，其中， 一個射頻源與環(huán)繞 在反應(yīng)腔室周圍的電感耦合線圈相連，另一個射頻源與反應(yīng)室下端的下電極相 連。
另一方面，本發(fā)明提供一種利用上述刻蝕裝置進(jìn)行干法刻蝕的方法，所述 方法包括以下步驟
在碲鎘汞器件表面形成光刻膠掩膜圖形；
將所述碲鎘汞器件固定在刻蝕裝置內(nèi)，然后對所述刻蝕裝置抽真空；
通入氬氣、氫氣和曱烷的混合氣體，進(jìn)行干法刻蝕。
其中，對所述刻蝕裝置抽真空，要求真空度小于lOnbar。
其中，所述氬氣、氫氣和曱烷的混合比例為5-10: 5~10: 1 ~ 5。
其中，所述電感耦合線圈功率為150-300W，下電極處的射頻功率為20-150W。
其中，通入混合氣體后，反應(yīng)腔室中的工作壓力1 -20mTorr。 其中，在干法刻蝕之后，還包括以下步驟
將所述碲鎘汞器件浸入丙酮溶液中，去除圖形表面的光刻膠，再用去離子
水將丙酮溶液沖洗干凈；
將沖洗干凈的所述碲鎘汞器件放入溴曱醇溶液中，對其進(jìn)行濕化學(xué)腐蝕，
腐蝕結(jié)束后，再用去離子水將溴曱醇沖洗干凈。
其中，在濕化學(xué)腐蝕之后，還包括對所述碲鎘汞器件進(jìn)行鈍化膜層生長。 其中，所述鈍化膜層為1000 A -5000入的CdTe加1000人-5000入的ZnS。 其中，對生長鈍化膜層后的碲鎘汞器件進(jìn)行熱處理，其中，熱處理溫度為
200 - 300°C ，熱處理時(shí)間為5 - 20分鐘。 本發(fā)明有益效果如下
在雙色碲鎘汞探測器的臺面成型工藝中，有效地地降低了深臺面雙色器件 表面的干法刻蝕損傷，從而在很大程度上降低了雙色器件臺面?zhèn)缺诘谋砻媛╇?流，解決了雙色碲鎘汞深臺面器件臺面成型工藝表面損傷高，造成器件電學(xué)性 能差、成品率低等一系列技術(shù)問題，對下一代雙色深臺面器件性能的提升、成 品率提高有較大貢獻(xiàn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種用于雙色碲鎘汞器件干法刻蝕的刻蝕裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種熱處理損傷消除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的雙色碲鎘汞臺面結(jié)構(gòu)刻蝕效果圖； 圖4是圖3的局部放大圖5是本發(fā)明實(shí)施例一種用于雙色碲鎘汞器件的干法刻蝕方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此 處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
本發(fā)明主要用于雙色碲鎘汞器件工藝中，解決深臺面成型工藝對材料表層 造成的高損傷問題。通過采用新型的刻蝕技術(shù)和專門開發(fā)用于低損傷、高速率 刻蝕的工藝條件，加上刻蝕后一系列的濕化學(xué)腐蝕和熱處理工藝，能夠很好地 降低和消除雙色碲鎘汞器件臺面成型工藝的損傷。
本發(fā)明通過采用新型的ICP (Inductive Coupled Plasma，電感耦合等離子 體刻蝕)干法刻蝕裝置，配合以專門設(shè)計(jì)開發(fā)、用于低損傷刻蝕的工藝條件來 最大程度上降低刻蝕損傷；配合干法刻蝕后的濕化學(xué)和熱處理工藝，來達(dá)到有 效消除損傷的效果，確保該深臺面成型方案能夠最大程度上保障并提高器件性 能。
ICP等離子干法刻蝕技術(shù)具有超低損傷、加工精度高、線條陡直度好、工 藝穩(wěn)定可控等諸多優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例的用于雙色碲鎘汞器件干法刻蝕的刻蝕裝置 包括采用兩個獨(dú)立射頻源，將等離子體產(chǎn)生的功率源和下電極的自偏壓功率源 相互獨(dú)立。其中， 一個射頻源與環(huán)繞在反應(yīng)腔室周圍的電感耦合線圈相連(ICP Power),作為等離子體產(chǎn)生裝置，單獨(dú)控制等離子體的密度。另一個獨(dú)立的射 頻源與反應(yīng)室下端的下電極相連(RF Power),通過改變射頻源功率來單獨(dú)控 制設(shè)備下電極處的自偏壓大小。因此能在下電極自偏壓很低的同時(shí)維持高密度 的等離子體，即在實(shí)現(xiàn)很低的轟擊損傷同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的刻蝕速率。如圖1所示， 等離子體反應(yīng)腔室4周圍設(shè)置有電感耦合線圈(ICP線圈)，電感耦合線圈與第 一射頻發(fā)生器l連接。等離子體反應(yīng)腔室4下端設(shè)置有下電極，下電極與第二 射頻發(fā)生器2連接，在下電極上部設(shè)置有晶片固定和背冷裝置3，用于固定晶 片和降低晶片溫度。等離子體反應(yīng)腔室4上部設(shè)置有工藝氣體近氣口 5。 如圖5所示，使用上述裝置進(jìn)行干法刻蝕包括以下步驟 步驟IOI，刻蝕器件制備利用光刻技術(shù)在^L刻碲鎘汞器件表面形成光刻膠掩膜圖形。
步驟102，將被刻蝕器件固定在晶片固定和背冷裝置3上(托盤)，然后對 刻蝕裝置進(jìn)行抽真空，達(dá)到設(shè)備預(yù)定的真空值，真空度要求小于10nbar。
步驟103，開始刻蝕工藝，工藝氣體選用氬氣Ar、氫氣H2和曱烷CH4混 合氣體，配比為5 10: 5-10: 1~5。三種工藝氣體均在混合后從設(shè)備上端的 工藝氣體近氣口 5通入等離子體反應(yīng)腔室4中。電感耦合線圈功率為 150-300W，下電極處的射頻功率為20-150W,等離子體反應(yīng)腔室4中的工作壓 力l-20mTorr。 ICP的工作氣壓通常在1 ~ 20mTorr,遠(yuǎn)低于RIE的工作氣壓， 能在工藝中有效降低氣體分子散射并使反應(yīng)生成物較易排出，實(shí)現(xiàn)較好的刻蝕 形貌和圖形側(cè)壁陡直度。
在干法刻蝕工藝進(jìn)行后，進(jìn)行相應(yīng)的濕化學(xué)腐蝕和熱處理工藝，去除一定
有效修復(fù)，最大程度地保證臺面器件刻蝕工藝的低損傷。具體步驟如下
步驟104,將刻蝕完成后的晶片從刻蝕設(shè)備的托盤上取下。浸入丙酮溶液 中，去除圖形表面的光刻膠。再用去離子水將晶片上的丙酮溶液沖洗干凈。
步驟105,濕化學(xué)腐蝕準(zhǔn)備溴曱醇腐蝕液，將潔凈的晶片放入溴曱醇溶 液中，對晶片進(jìn)行濕化學(xué)腐蝕，去除刻蝕過程中形成的表層損傷層。再用去離 子水將溴曱醇沖洗干凈。
步驟106，器件鈍化膜系生長對刻蝕后的臺面表層進(jìn)行鈍化膜層生長。 鈍化膜層為1000 A -5000人的CdTe力。1000人-5000人(A即埃，為厚度單位， lA=0.1nm)的ZnS。
步驟107，熱處理消除損傷本步驟通過熱處理損傷消除裝置實(shí)現(xiàn)，如圖 2所示，本實(shí)施例的熱處理損傷消除裝置包括熱源6、石英夾具7、石英滑塊8、 熱耦管9以及殼體，其中，熱源6位于殼體的最內(nèi)端，石英夾具7與石英滑塊 8連接，可隨石英滑塊8—起在殼體內(nèi)滑動。在石英夾具7—側(cè)設(shè)置有熱耦管 9。將生長鈍化膜層后的晶片安裝在熱處理裝置中的石英夾具7上，采用熱處理溫度200-300。C,熱處理時(shí)間5-20分鐘，對晶片進(jìn)行熱處理，使得干法 刻蝕過程中器件表層的受損晶格能夠得到一定程度的修復(fù)，并且使表層晶格能 夠與鈍化膜層晶格達(dá)到較好的匹配，從而進(jìn)一步消除刻蝕過程中材料表層處產(chǎn) 生的晶格損傷和表面漏電流。
該工藝條件下的HgCdTe材料刻蝕速率達(dá)到150nm/min,在刻蝕深度達(dá)到 10um時(shí)，臺面刻蝕形貌仍然較為理想(如圖3、圖4所示)?？涛g后的器件電 學(xué)測試結(jié)果表明，這種干、濕法結(jié)合，并配合相應(yīng)熱處理工藝的深臺面器件臺 面成型方案，能夠很好地避免和消除雙色深臺面器件的刻蝕損傷，從而能夠很 好地降低器件中的表面漏電流并最大限度地提高器件性能。
通過上述方法得到的刻蝕結(jié)果形貌較好、臺面?zhèn)缺诙钢?，在對器件濕化學(xué) 和熱處理后進(jìn)行電極引出，通過測量器件的I-V特性等一系列電學(xué)參數(shù)，驗(yàn)證 器件性能良好，說明該技術(shù)方案對碲鎘汞雙色深臺面器件具有較低的損傷。在 雙色碲鎘汞探測器的臺面成型工藝中，有效地地降低了深臺面雙色器件表面的 干法刻蝕損傷，從而在很大程度上降低了雙色器件臺面?zhèn)缺诘谋砻媛╇娏?，?決了雙色碲鎘汞深臺面器件臺面成型工藝表面損傷高，造成器件電學(xué)性能差、 成品率低等一系列技術(shù)問題，對下一代雙色深臺面器件性能的提升、成品率提 高有較大貢獻(xiàn)。
明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
9
權(quán)利要求
1、一種用于雙色碲鎘汞器件干法刻蝕的刻蝕裝置，其特征在于，所述裝置包括兩個獨(dú)立的射頻源，其中，一個射頻源與環(huán)繞在反應(yīng)腔室周圍的電感耦合線圈相連，另一個射頻源與反應(yīng)室下端的下電極相連。
2、 一種利用權(quán)利要求1所述的刻蝕裝置進(jìn)行干法刻蝕的方法，其特征在 于，所述方法包括以下步驟在碲鎘汞器件表面形成光刻膠掩膜圖形；將所述碲鎘汞器件固定在刻蝕裝置內(nèi)，然后對所述刻蝕裝置抽真空； 通入氬氣、氫氣和曱烷的混合氣體，進(jìn)行干法刻蝕。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對所述刻蝕裝置抽真空，要 求真空度小于10nbar。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氬氣、氫氣和曱烷的混 合比例為5 — 10: 5~10: 1~5。
5、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電感耦合線圈功率為 150-300W，下電極處的射頻功率為20-150W。
6、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通入混合氣體后，反應(yīng)腔室 中的工作壓力l-20mTorr。
7、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在干法刻蝕之后，還包括以 下步驟將所述碲鎘汞器件浸入丙酮溶液中，去除圖形表面的光刻膠，再用去離子 水將丙酮溶液沖洗干凈；將沖洗干凈的所述碲鎘汞器件放入溴曱醇溶液中，對其進(jìn)行濕化學(xué)腐蝕， 腐蝕結(jié)束后，再用去離子水將溴甲醇沖洗干凈。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在濕化學(xué)腐蝕之后，還包括 對所述碲鎘汞器件進(jìn)行鈍化膜層生長。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述鈍化膜層為1000人-5000入的CdTe加1000人-5000人的ZnS。
10、如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，對生長鈍化膜層后的碲鎘汞 器件進(jìn)行熱處理，其中，熱處理溫度為200 - 30CTC ,熱處理時(shí)間為5 - 20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于雙色碲鎘汞器件干法刻蝕的刻蝕方法及刻蝕裝置，所述裝置包括一個射頻源與環(huán)繞在反應(yīng)腔室周圍的電感耦合線圈相連，另一個射頻源與反應(yīng)室下端的下電極相連。所述方法包括以下步驟在碲鎘汞器件表面形成光刻膠掩膜圖形；將所述碲鎘汞器件固定在刻蝕裝置內(nèi)，然后對所述刻蝕裝置抽真空；通入氬氣、氫氣和甲烷的混合氣體，進(jìn)行干法刻蝕。本發(fā)明在雙色碲鎘汞探測器的臺面成型工藝中，有效地地降低了深臺面雙色器件表面的干法刻蝕損傷，從而在很大程度上降低了雙色器件臺面?zhèn)缺诘谋砻媛╇娏?，解決了雙色碲鎘汞深臺面器件臺面成型工藝表面損傷高，造成器件電學(xué)性能差、成品率低等一系列技術(shù)問題。
文檔編號H01L31/18GK101640230SQ200910092188
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者浩 孫, 朱西安, 震 李, 王成剛 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十一研究所