[发明专利]一种用于双色碲镉汞器件的干法刻蚀方法及刻蚀装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体刻蚀技术领域，特别是涉及一种用于双色碲镉汞器件的干法刻蚀方法及刻蚀装置。

背景技术

双色红外焦平面探测技术具有双波段探测、可获得更多地面目标信息等显著优点，在目标搜寻、导弹预警探测、情报侦察等军事和相关的民用领域有着广阔的应用前景。

碲镉汞双色探测器件的干法刻蚀工艺是碲镉汞红外焦平面探测器的关键工艺之一，碲镉汞材料本身的特殊性使得器件的台面干法刻蚀工艺必须实现超低损伤。碲镉汞(HgCdTe)是一种II-VI族化合物半导体，该材料中汞(Hg)元素的价键较弱，很不稳定，对外部粒子轰击和工艺温度较为敏感。通常，在P型材料上，一定能量的粒子轰击到表面时，就会使材料表层的一些Hg原子价键断裂发生Hg移位，形成表面损伤甚至表面反型。此外，当温度较高时，材料中的Hg原子价键也极易发生断裂，造成Hg元素从表面逸出形成损伤。任何一种原因导致的器件损伤都会导致器件电学性能衰退甚至失效。

常规的台面成型工艺有湿法腐蚀和干法刻蚀两大类型，传统的湿法腐蚀工艺损伤较低，但是由于湿法腐蚀工艺存在着钻蚀严重、腐蚀深度重复性差、均匀性不好等缺点，难以适应较细和较深线宽图形的加工，不适合双色碲镉汞红外焦平面探测器的深台面成型加工工艺。

目前碲镉汞台面器件较为传统的干法刻蚀工艺主要有IBE、ECR和RIE等几种。IBE(Ion Beam Etch，离子束刻蚀)具有较好的方向性和较高的刻蚀速率，但是因为其离子能量较大，会造成碲镉汞材料表面处轰击损伤，很少在碲镉汞材料的刻蚀工艺中使用。ECR(Electron Cyclotron Resonance，电子回旋共振等离子体刻蚀)采用了将产生等离子体的功率源和下电极自偏压功率源相互独立的设计，利用电子回旋共振的原理，在反应室中产生高密度的等离子体，可以达到较高的刻蚀速率和较好的刻蚀形貌。但由于该类设备在工艺进行时有很明显的加热效应，易使基片温度急剧升高，造成材料热损伤。早期的RIE(Reactive Ion Etch，反应离子刻蚀)技术利用电容耦合方式，在设备的上下电极板间产生等离子体和一定的自偏压。这种较早期的技术其等离子体发生只靠一个单一的电容耦合装置，难以得到高浓度的等离子体，刻蚀速率较低。并且单一的电容耦合结构无法实现下电极自偏压和等离子体密度的单独控制。深台面刻蚀工艺需要较高的等离子体密度来实现高刻蚀速率，这时必须增大RF功率，但自偏压会随之上升，会对碲镉汞表面造成严重的轰击损伤。

发明内容

本发明提供一种低损伤的用于双色碲镉汞器件的干法刻蚀方法及刻蚀装置，用以解决现有技术中存在台面器件深台面成型工艺中的高损伤问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种用于双色碲镉汞器件干法刻蚀的刻蚀装置，所述装置包括两个独立的射频源，其中，一个射频源与环绕在反应腔室周围的电感耦合线圈相连，另一个射频源与反应室下端的下电极相连。

另一方面，本发明提供一种利用上述刻蚀装置进行干法刻蚀的方法，所述方法包括以下步骤：

在碲镉汞器件表面形成光刻胶掩膜图形；

将所述碲镉汞器件固定在刻蚀装置内，然后对所述刻蚀装置抽真空；

通入氩气、氢气和甲烷的混合气体，进行干法刻蚀。

其中，对所述刻蚀装置抽真空，要求真空度小于10nbar。

其中，所述氩气、氢气和甲烷的混合比例为：5～10∶5～10∶1～5。

其中，所述电感耦合线圈功率为150-300W，下电极处的射频功率为20-150W。

其中，通入混合气体后，反应腔室中的工作压力1-20mTorr。

其中，在干法刻蚀之后，还包括以下步骤：

将所述碲镉汞器件浸入丙酮溶液中，去除图形表面的光刻胶，再用去离子水将丙酮溶液冲洗干净；

将冲洗干净的所述碲镉汞器件放入溴甲醇溶液中，对其进行湿化学腐蚀，腐蚀结束后，再用去离子水将溴甲醇冲洗干净。

其中，在湿化学腐蚀之后，还包括：对所述碲镉汞器件进行钝化膜层生长。

其中，所述钝化膜层为的CdTe加的ZnS。

其中，对生长钝化膜层后的碲镉汞器件进行热处理，其中，热处理温度为200-300℃，热处理时间为5-20分钟。

本发明有益效果如下：