一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法技术

本发明专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法。该方法包括：在电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中，在设定的第一工艺环境下，采用设定的射频功率，对碲镉汞材料进行刻蚀，得到接触孔；在ICP的工艺腔室中，在设定的第二工艺环境下，采用零射频，对接触孔处理预设时间。借助于本发明专利技术的技术方案，可以解决单步干法刻蚀工艺后P型接触孔反型严重问题，避免湿法腐蚀工艺在小尺寸接触孔上的各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好等问题，有效的降低了刻蚀引入的表面损伤，同时又能实现较高的刻蚀速率和较好的刻蚀孔形貌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法。
技术介绍
红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点，广泛应用于预警探测、情报侦察、毁伤效果评估以及农牧业、森林资源的调查、开发和管理、气象预报、地热分布、地震、火山活动，太空天文探测等军事和民事领域。碲镉汞红外探测器芯片制备是红外探测技术的核心。制备芯片的工序主要有光刻、湿化学、离子注入、钝化、电极沉积以及干法刻蚀等半导体器件工艺。干法刻蚀工艺是碲镉汞焦平面探测器制备的关键工序之一，是在碲镉汞材料上形成碲镉汞芯片与外电路连接“通道”的主要手段，与传统湿法腐蚀相比，干法刻蚀有良好的选择性、均匀性、各向异性等优点。但是，P型碲镉汞材料是一种极易损伤的材料，Hg-Te键较弱致使碲镉汞材料的损伤阈值很小，在ICP干法刻蚀工艺制备P型接触孔的过程中，等离子体很容易在碲镉汞刻蚀区域的表面引起等离子体诱导损伤，汞空位P型碲镉汞材料经刻蚀后，会在表面形成N型反型层，直接产生一个反向PN结，反向PN结的出现严重可导致器件出现负开启现象，从而影响器件的光学和电学性能。图1为现有技术中碲镉汞器件反向寄生PN结电流电压特性示意图。在抑制和消除损伤的方法上，除了要在刻蚀工艺中抑制损伤的产生，也可利用后处理技术来消除已经产生的损伤。湿法腐蚀和热处理工艺是常用的两种后处理技术，结合后处理技术的刻蚀工艺称为混合型刻蚀技术，但是，湿法腐蚀在小尺寸接触孔上存在各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好等问题，热处理工艺会对器件本身性能产生一定的影响，因此，两种方法都存在一定的局限性，不能有效地应用在碲镉汞焦平面器件的制备过程中。因此，开发碲镉汞低损伤干法刻蚀技术对于碲镉汞焦平面器件具有极大的意义。
技术实现思路
本专利技术提供了一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，以降低刻蚀引入的表面损伤，得到较好的刻蚀孔形貌。本专利技术提供的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，包括以下步骤：在电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中，在设定的第一工艺环境下，采用设定的射频功率，对所述碲镉汞材料进行刻蚀，得到接触孔；在所述ICP的工艺腔室中，在设定的第二工艺环境下，采用零射频，对所述接触孔处理预设时间。本专利技术有益效果如下：本专利技术实施例通过在同一电感耦合等离子体对刻蚀得到的接触孔进行处理，可以解决单步干法刻蚀工艺后P型接触孔反型严重问题，避免湿法腐蚀工艺在小尺寸接触孔上的各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好等问题，有效的降低了刻蚀引入的表面损伤，同时又能实现较高的刻蚀速率和较好的刻蚀孔形貌。附图说明图1为现有技术中碲镉汞器件反向寄生PN结电流电压特性示意图；图2是PN结的器件结构示意图；图3是本专利技术方法实施例的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法的流程图；图4是根据本专利技术方法实施例的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法得到的接触孔的SEM形貌图；图5是P型孔的IV测试曲线示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。为了解决现有技术湿法腐蚀在小尺寸接触孔上存在各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好等问题，热处理工艺会对器件本身性能产生一定的影响，本专利技术提供了一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。根据本专利技术的方法实施例，提供了一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，图3是本专利技术方法实施例的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法的流程图，如图3所示，根据本专利技术实施例的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法包括如下处理：步骤301，在电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中，在设定的第一工艺环境下，采用设定的射频功率，对所述碲镉汞材料进行刻蚀，得到接触孔。具体的，所述射频功率为40W～80W。在本专利技术方法实施例中当射频功率为40W～80W时，产生的60～90V的自偏压。采用40W～80W的射频功率能够使接触孔在较短时间内刻蚀至要求的孔深，同时能够实现较好的孔底形貌和芯片孔深均匀性。具体的，所述接触孔的刻蚀深度为0.5～1.5um。具体的，所述第一工艺环境包括第一工艺气体、第一工作压力。更加具体的，所述第一工艺气体，按体积比CH4：H2：Ar＝1：3：3；所述第一工作压力为1～3mTorr。具体的，所述在电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中，在设定的第一工艺环境下，采用设定的射频功率，对所述碲镉汞材料进行刻蚀，得到接触孔包括以下步骤:用导热油脂将所述碲镉汞材料粘在所述ICP的样品盘上，将所述样品盘送入所述ICP的工艺腔室中；按照设定的第一工作压力在所述电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中通入第一工艺气体，设定所述电感耦合等离子体ICP的功率和射频功率，利用第一工艺气体对所述碲镉汞材料进行刻蚀，得到接触孔。步骤302，在所述ICP的工艺腔室中，在设定的第二工艺环境下，采用零射频，对所述接触孔处理预设时间。具体的，所述预设时间为60～120S。当处理时间为60～120S时，能将接触孔表面损伤清除，同时保证孔底形貌良好。所述第二工艺环境包括第二工艺气体、第二工作压力。更加具体的，所述第二工艺气体，按体积比CH4：H2：Ar＝1：3：4；所述第二工作压力为0.5～1.5mTorr。具体的，在所述ICP的工艺腔室中，在设定的第二工艺环境下，采用零射频，对所述接触孔处理预设时间包括以下步骤：按照设定的第二工作压力在所述电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中通入第二工艺气体，设定ICP的功率，利用所述第二工艺气体对所述接触孔处理预设时间。图4是根据本专利技术方法实施例的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法得到的接触孔的SEM形貌图。将干法混合刻蚀工艺刻蚀的P型接触孔与湿法腐蚀制备的P型Ground通过半导体参数测试仪进行测试，图5是P型孔的IV测试曲线示意图，如图5所示，反型现象已经完全消除，P型接触孔呈现欧姆接触特性，这说明该混合型干法刻蚀技术达到设计目的。为了更加详细的说明本专利技术方法实施例，给出实例1。实例1实例1中使用的碲镉汞材料为液相外延(LPE)工艺方法获得，所使用的碲锌镉衬底晶向分别为<111>，碲镉汞薄膜材料厚度为5～8微米，碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法使用ICP刻蚀设备，主要包括两步干法刻蚀工艺：第一步刻蚀工艺采用100W～200WICP功率，40W～80WRF功率、1～3mTorr工作压力，采用甲烷、氢气、氩气(CH4：H2：Ar＝1:3:3)等工艺气体，使用特定导热油脂将材料粘在样品盘上送入工艺腔室进行第一步刻蚀，保证刻蚀深度在0.5～1.5um之间。第二步刻蚀工艺采用100W～200WICP功率、0.5～1.5mTorr工作压力，采用甲烷、氢气、氩气(CH4：H2：Ar＝1:3:4)等工艺气体，将样品盘上再次送入工艺腔室进行刻蚀60～120s，刻蚀完成后，完成本刻蚀方法，并进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：在电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中，在设定的第一工艺环境下，采用设定的射频功率，对所述碲镉汞材料进行刻蚀，得到接触孔；在所述ICP的工艺腔室中，在设定的第二工艺环境下，采用零射频，对所述接触孔处理预设时间。

【技术特征摘要】
1.一种碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：在电感耦合等离子体ICP的工艺腔室中，在设定的第一工艺环境下，采用设定的射频功率，对所述碲镉汞材料进行刻蚀，得到接触孔；在所述ICP的工艺腔室中，在设定的第二工艺环境下，采用零射频，对所述接触孔处理预设时间。2.如权利要求1所述的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于，所述射频功率为40～80W。3.如权利要求1所述的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于，所述预设时间为60～120S。4.如权利要求1所述的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于,所述接触孔的刻蚀深度为0.5～1.5um。5.如权利要求1所述的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于，所述第一工艺环境包括第一工艺气体、第一工作压力；所述第二工艺环境包括第二工艺气体、第二工作压力。6.如权利要求5所述的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于：所述第一工艺气体，按体积比CH4：H2：Ar＝1：3：3；所述第一工作压力为1～3mTorr。7.如权利要求5所述的碲镉汞材料低损伤混合型干法刻蚀方法，其特征在于：所述第二工艺气体，按...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧卿，谭振，张敏，宁提，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11