[发明专利]一种显现碲锌镉红外衬底缺陷的等离子体刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器件材料的检测技术，具体是指红外焦平面列阵器件的光敏感元芯片红外衬底材料的缺陷显现方法。

背景技术

红外焦平面列阵器件是既具有红外信息获取又具有信息处理功能的先进的成像传感器，在空间对地观测、光电对抗、机器人视觉、搜索与跟踪、医用和工业热成像、以及导弹精确制导等军、民用领域有重要而广泛的应用。由于其不可替代的地位和作用，世界上的主要工业大国都将红外焦平面列阵器件制备技术列为重点发展的高技术项目。

在高级红外应用系统的大力驱动下，红外探测技术已进入了以大面阵、小型化和多色化等为特点的第三代红外焦平面探测器的重要发展阶段，见S.Horn，P.Norton，T.Cincotta，A.Stoltz，et al，“Challenges for third-generation cooledimagers”，proceeding of SPIE，Vol.5074，2003，P44-51。高级红外成像的高分辨率探测迫使新一代红外焦平面探测器向大面阵、小型化趋势的发展，要求红外探测光敏感元列阵的像元尺寸不断缩小。这对红外焦平面光伏探测器而言，必须减小红外碲锌镉(CZT)衬底以及相应的碲镉汞(HgCdTe)外延材料的缺陷密度，以减小高密度小像元尺寸红外探测器盲元率。

为此，如何抑制红外碲锌镉衬底以及相应的HgCdTe外延材料的缺陷密度是红外探测器领域的研究重点。而展开这类研究的关键是获得一种可靠的缺陷显现方法。通常采用湿化学腐蚀方法，来显现红外碲锌镉衬底以及HgCdTe外延材料的缺陷情况。但是，湿化学腐蚀的缺陷显现方法存在腐蚀深度不可控、轮廓菱角模糊的不足。

发明内容

基于上述已有红外焦平面列阵器件光敏感芯片红外衬底的缺陷显现方法存在的问题，本发明的目的是提供一种衬底去除深度精确可控、缺陷轮廓菱角清晰的红外衬底缺陷显现方法。

为实现上述目的，本发明采用高密度、低能量的诱导耦合等离子体(ICP)增强反应离子刻蚀(RIE)方法来显现红外CZT衬底缺陷的技术方案。

本发明方法是在微电子领域最新的技术产物ICP增强RIE设备上进行的。该设备包括：带真空系统1的腔体5，在腔体内自下而上置有控制等离子体刻蚀能量的RF源2，带控温系统的样品台3，下进气线圈7，产生等离子体浓度的RF源6，上进气线圈8，腔体5侧壁开有观察窗口501。在刻蚀时，刻蚀样品4固定在控温样品台3上，并可以通过观察窗口501来实时观察样品的刻蚀情况。

在本发明中，由于ICP增强RIE对红外CZT衬底正常区域和缺陷区域存在明显的选择性，致使刻蚀工艺在正常区域和缺陷区域的刻蚀速率很不一致，从而实现红外CZT衬底缺陷、位错以及夹杂物等的清晰显现。同时，红外CZT衬底的ICP增强RIE的刻蚀速率可控，有利于观察位错在衬底纵向、横向的迁徙特性的表征。

本发明的技术解决方案如下：

A.样品清洗：将CZT衬底刻蚀样品4分别置于65℃的三氯乙烯、丙酮和酒精三种有机溶剂中清洗。

B.使用真空油脂将CZT衬底刻蚀样品4粘贴在刻蚀样品台上，而后进行腔体的抽真空，直至真空度达到设定值，如3×10^-5Torr。

C.CZT衬底刻蚀样品4的ICP增强RIE的工艺气体选用CH₄、N₂和Ar，配比为1-3∶3-8∶15-30，并使其中的N₂、Ar从上进气线圈8进入腔体5，而CH₄从下进气线圈7进入腔体5。

D.等离子体刻蚀功率为300-800W，控制等离子体刻蚀能量的RF功率为5-30W，腔体压力为3-8×10^-3Torr，样品台温度为10-30℃。

本发明的最大优点是：该缺陷显现方法巧妙地运用了ICP增强RIE刻蚀速率的精确可控性，以及在红外CZT衬底正常区域和缺陷区域的不一致性，即刻蚀选择性，具有衬底去除深度精确可控和缺陷轮廓菱角清晰的特点。

附图说明

图1是ICP增强RIE设备结构示意图。

图2是ICP增强RIE刻蚀样品的扫描电子显微镜(SEM)形貌。

具体实施方式