專利名稱：一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法。
背景技術：
紅外焦平面探測技術具有光譜響應波段寬、可獲得更多地面目標信息、能晝夜工作等顯著優(yōu)點，廣泛應用于預警探測、情報偵察、毀傷效果評估以及農牧業(yè)、森林資源的調查、開發(fā)和管理、氣象預報、地熱分布、地震、火山活動，太空天文探測等領域。碲鎘汞紅外探測器芯片是紅外探測技術的代表產(chǎn)品之一。制備這種芯片的工序非常多，有光刻、離子注入、鈍化、電極沉積以及刻蝕等半導體器件工藝。其中，刻蝕是在碲鎘汞材料上形成碲鎘汞芯片與外電路連接“通道”的主要手段。用于制備芯片的碲鎘汞材料由于自身化學鍵結合較脆弱，在接受外界離子作用時極易斷裂，造成表面原子化學配比失衡，嚴重時導致材料類型反型，其結果是在被刻蝕區(qū)域引入Pn結，從而降低器件性能。

發(fā)明內容
鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題的用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法。具體地，本發(fā)明所述用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法，包括:步驟1，在碲鎘汞薄膜的芯片上，按照刻蝕圖形要求進行光刻；步驟2，利用導熱冷卻液將芯片粘接在樣品盤上，并將其置入具備PTSA等離子源的ICP設備的刻蝕腔內，利用所述ICP設備進行刻蝕；步驟3，在刻蝕完成后，將芯片在去離子水中進行超聲浸潤；步驟4，將超聲浸潤后的芯片放入冰點溴-甲醇腐蝕液中進行輕腐蝕；步驟5，清洗經(jīng)過輕腐蝕后的芯片，刻蝕完成。可選地，本發(fā)明所述方法中，所述步驟3中，進行超聲浸潤的時間為3min 6min。可選地，本發(fā)明所述方法中，所述步驟4中，采用的冰點溴-甲醇腐蝕液的濃度為
0.1% 0.4%?？蛇x地，本發(fā)明所述方法中，所述步驟4中，進行輕腐蝕的腐蝕時間為IOs 20s。本發(fā)明有益效果如下:本發(fā)明所述方法，采用基于PTSA等離子源的ICP刻蝕，輔以特殊的高導熱率粘接齊U，保證了所需圖形的高選擇性高均勻性要求，同時結合超聲浸潤加冰點溴甲醇的輕腐蝕工藝，去除了碲鎘汞材 料在刻蝕過程中易產(chǎn)生的損傷層，實現(xiàn)了低損傷高均勻性刻蝕效果，本方法工藝實施可行，操作便捷，其結果有利于提高芯片性能。經(jīng)過試驗表明，利用本發(fā)明所述的工藝方法，顯著的提高刻蝕均勻性(Φ5μ，深1.4μ的孔)，明顯降低刻蝕中產(chǎn)生的損傷；刻蝕均勻性< 10%，刻蝕成型的芯片1-V特性良好，損傷極低，芯片性能優(yōu)良。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實施例中4片芯片的刻蝕深度對比圖；圖4為采用本發(fā)明所述的低損傷刻蝕方法的芯片的1-V曲線。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。為了確保碲鎘汞材料在刻蝕過程中不被刻蝕反型，本發(fā)明提出了一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性 的刻蝕方法，所述方法提出了一種基于PTSA等離子源的ICP刻蝕，結合了超聲浸潤加溴甲醇的輕腐蝕工藝，并輔以特殊的高導熱率粘接劑的刻蝕工藝，實現(xiàn)了在最大程度降低刻蝕過程中損傷程度的情況下，盡可能的控制損傷程度的一致性，保證損傷去除過程的均勻性，降低了芯片被刻蝕區(qū)域的非均勻性，實現(xiàn)了碲鎘汞芯片性能的提高。下面就通過幾個具體實施例對本發(fā)明所述方法進行詳細說明。實施例一本發(fā)明實施例提供一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法，如圖1所示，包括以下步驟:步驟S101，在碲鎘汞薄膜的芯片上，按照刻蝕圖形要求進行光刻；步驟S102，利用導熱冷卻液將芯片粘接在樣品盤上，并將其置入具備PTSA等離子源的ICP設備的刻蝕腔內，利用所述ICP設備進行刻蝕；步驟S103，在刻蝕完成后，將芯片在去離子水中進行超聲浸潤；優(yōu)選地，該步驟中，進行超聲浸潤時使用的超聲頻率為20kHz 80kHz，功率為50W 150W。優(yōu)選地，該步驟中，進行超聲浸潤的時間為3min 6min。步驟S104，將超聲浸潤后的芯片放入冰點溴-甲醇腐蝕液中進行輕腐蝕； 優(yōu)選地，該步驟中，采用的冰點溴-甲醇腐蝕液的濃度為0.1% 0.4%。優(yōu)選地，該步驟中，進行輕腐蝕的腐蝕時間為IOs 20s。優(yōu)選地，該步驟中，進行輕腐蝕時，將所述芯片置入夾具內，再將夾具放入腐蝕液中，攪拌腐蝕液，使芯片各處腐蝕液分布均勻。步驟S105，清洗經(jīng)過輕腐蝕后的芯片，刻蝕完成。
實施例二本發(fā)明實施例提供一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法，本實施例的基本原理與實施例一相同，是結合附圖對實施例一所述方法的進一步詳細闡述。本發(fā)明實施例所述方法主要融合了以下工藝技術:(I)使用采用PTSA (平板三螺旋天線)型離子源的ICP (電感耦合等離子體刻蝕)刻蝕設備進行芯片刻蝕。其中，PTSA型離子源具備在低射頻功率的情況下，提供更高效的射頻耦合，產(chǎn)生更高密度的等離子體，因此，降低了因高功率產(chǎn)生的熱量，使得工藝便于控制芯片表面溫度，避免因溫度不均勻性造成刻蝕均勻性降低；同時，PTSA型離子源產(chǎn)生的等離子體具有更低的能量(<20eV)，可以較好的降低刻蝕過程的損傷。(2)采用導熱冷卻液粘接芯片，采用這種液體的優(yōu)點有，粘接芯片更加簡單易行，有效接觸面積及接觸均勻性大幅提高，熱傳導效果優(yōu)于其他固體粘接劑。因此，采用此種粘接方法，使得芯片表面的熱傳遞更加迅速、更加均勻。所以，刻蝕速率相對穩(wěn)定，刻蝕均勻性有效提聞。(3)使用ICP設備刻蝕完成后，將芯片帶光刻膠，在去離子水氛圍充分超聲浸潤，保證腐蝕前被刻蝕區(qū)域處于相同的表面狀態(tài)，提高腐蝕均勻性；然后使用冰點溴甲醇進行刻蝕后的輕腐蝕?；谏鲜隹涛g改進工藝，下面對本實施例所述的刻蝕方法進行詳細闡述。本實施例中碲鎘汞材料薄膜生長在碲鋅鎘襯底上，所述碲鋅鎘襯底晶向為〈I11>或〈211>，其組分為Cda96Znatl4T^其中，碲鎘汞薄膜材料厚度為5微米 8微米；碲鎘汞薄膜生長在碲鋅鎘襯底表面的方式包括:采用液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)或金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)等方法獲得。如圖2所示，具體包括以下步驟:步驟1，按照 芯片的刻蝕圖形要求，在待刻蝕芯片上進行光刻；步驟2，通過導熱冷卻液將芯片粘接在樣品盤上，并將帶有芯片的樣品盤置入具備PTSA等離子源的ICP設備的刻蝕腔內；步驟3，設置ICP刻蝕設備的電感耦合等離子體射頻源功率為100W 200W，設置ICP刻蝕設備的下電極射頻源功率為40W 80W，采用的工藝氣體包括甲烷、氫氣和氬氣等工藝氣體。優(yōu)選地，CH4:H2=0.15 0.5 ;步驟4，利用ICP刻蝕設備對芯片進行刻蝕；步驟5，在刻蝕完成后，將芯片帶光刻膠轉移至超聲浸潤，使用超聲頻率為20kHz 80kHZ，功率為50W 150W，超聲時間為3min 6min ；步驟6，超聲浸潤后迅速使用冰點溴甲醇(濃度0.1% 0.4%)進行輕腐蝕(用以去除刻蝕過程中造成的損傷),腐蝕時間為IOs 20s ；優(yōu)選地，該步驟中將芯片置于夾具內，將夾具放入腐蝕液中并攪拌腐蝕液，保證芯片各處腐蝕液分布均勻，腐蝕速率一致。步驟7，將輕腐蝕后的芯片用去離子水進行沖洗，去除芯片表面殘留的腐蝕液。步驟8，刻蝕完成。為了更充分的說明本發(fā)明的技術效果，下面給出一組對比測試數(shù)據(jù)用以說明本發(fā)明刻蝕工藝較現(xiàn)有工藝的區(qū)別。如表I所示，為4片芯片的刻蝕深度及非均勻性對比，其中A、B未采用高均勻性刻蝕方法，C、D釆用本發(fā)明所述的高均勻性刻蝕方法。如圖3所示，為4片芯片的刻蝕深度對比圖。由表I可知，用本發(fā)明所述方法的刻蝕非均勻性< 10%，深度分布均勻性較好。如圖4所示，為釆用本發(fā)明所述的低損傷刻蝕方法的芯片的1-V曲線，可以看出其反向平直區(qū)域大，暗電流小，芯片中測性能較好。表I刻蝕非均勻性對比單位(μ m)
權利要求
1.一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法，其特征在于，包括: 步驟1，在碲鎘汞薄膜的芯片上，按照刻蝕圖形要求進行光刻； 步驟2，利用導熱冷卻液將芯片粘接在樣品盤上，并將其置入具備PTSA等離子源的ICP設備的刻蝕腔內，利用所述ICP設備進行刻蝕； 步驟3，在刻蝕完成后，將芯片在去離子水中進行超聲浸潤； 步驟4，將超聲浸潤后的芯片放入冰點溴-甲醇腐蝕液中進行輕腐蝕； 步驟5，清洗經(jīng)過輕腐蝕后的芯片，刻蝕完成。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，進行超聲浸潤時使用的超聲頻率為20kHz 80kHz，功率為50W 150W。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，進行超聲浸潤的時間為3min 6min。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4中，采用的冰點溴-甲醇腐蝕液的濃度為0.1% 0.4%ο
5.如權利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步驟4中，進行輕腐蝕的腐蝕時間為 IOs 20s。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟4中，進行輕腐蝕時，將所述芯片置入夾具內，再將夾具放入腐蝕液中，攪拌腐蝕液使芯片各處腐蝕液分布均勻，進行腐蝕。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中，利用所述ICP設備進行刻蝕時，所述ICP設備的電感耦合等離子體射頻源的功率為100W 200W，下電極射頻源的功率為40W 80W ;所述ICP設備采用的工藝氣體包括甲烷、氫氣和氬氣。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述甲烷:氫氣=0.15 0.5。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯片的襯底材料為碲鋅鎘，所述碲鋅鎘襯底材料的晶向為〈111〉或〈211〉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于碲鎘汞材料低損傷高均勻性的刻蝕方法，所述方法包括步驟1，在碲鎘汞薄膜的芯片上，按照刻蝕圖形要求進行光刻；步驟2，利用導熱冷卻液將芯片粘接在樣品盤上，并將其置入具備PTSA等離子源的ICP設備的刻蝕腔內，利用ICP設備進行刻蝕；步驟3，在刻蝕完成后，將芯片在去離子水中進行超聲浸潤；步驟4，將超聲浸潤后的芯片放入冰點溴-甲醇腐蝕液中進行輕腐蝕；步驟5，清洗經(jīng)過輕腐蝕后的芯片，刻蝕完成。本發(fā)明所述方法采用基于PTSA等離子源的ICP刻蝕，同時結合超聲浸潤加冰點溴甲醇的輕腐蝕工藝，輔以特殊的高導熱率粘接劑，去除了碲鎘汞材料在刻蝕過程中易產(chǎn)生的損傷層，實現(xiàn)了低損傷高均勻性刻蝕效果。
文檔編號H01L31/18GK103236468SQ20131013170
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權日2013年4月16日
發(fā)明者譚振, 陳慧卿, 史春偉, 李龍 申請人:中國電子科技集團公司第十一研究所