用于反应离子刻蚀碲镉汞微台面列阵的掩膜层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于反应离子刻蚀碲镉汞微台面列阵的掩膜层及制备方法，掩膜层采用与反应离子束不会反应的无机二氧化硅（ＳｉＯ↓［２］）材料。ＳｉＯ↓［２］掩模层的制备方法是：先采用磁控溅射镀膜技术在ＨｇＣｄＴｅ材料表面生长ＳｉＯ↓［２］薄膜，再利用光刻技术和湿化学腐蚀技术将光刻版掩模图形转移到ＳｉＯ↓［２］薄膜上，从而在ＨｇＣｄＴｅ材料表面形成ＳｉＯ↓［２］掩模层。本发明专利技术的最大优点是：掩膜层具有高的刻蚀选择比，能避免用光刻胶作掩膜层会导致大量聚合物沉积、刻蚀停滞现象和刻蚀线宽损失的不足，并在掩模层的制作过程中无需经受高温处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面探测器的制备工艺，具体是指采用于法成形的反应离子刻蚀(RIE)HgCdTe焦平面探测器微台面列阵工艺过程中所用的掩膜层及制备方法。
技术介绍
HgCdTe焦平面探测器微台面列阵干法成形技术是发展大列阵、小型化、多色化和集成化的第三代红外焦平面探测器的关键技术之一(S.Horn，P.Norton，T.Cincotta，A.Stoltz，et al，“Challenges for third-generation cooled imagers”，proceeding of SPIE，Vol.5074，2003，P44-51)。由于湿法腐蚀存在各向同性、均匀性差以及单边或双边峰等一些不可避免的缺点，致使它不能满足高密度微台面列阵成形工艺的要求。又由于很强的物理作用，传统的离子束刻蚀(IBE，IonBeam Etching)和RIE技术，会造成HgCdTe材料严重的电学刻蚀损伤。而电子回旋共振(ECR，Electron Cyclotron Resonance)等离子体和诱导耦合等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)增强的新型反应离子刻蚀技术，将产生等离子体浓度的微波源或射频(RF，Radio Frequency)源和控制等离子体刻蚀能量的RF源分开，因此基本能满足HgCdTe材料低电学损伤刻蚀的要求，并有许多关于这方面研究的报道。在这些报道中，HgCdTe材料的反应离子刻蚀都是采用光刻胶作为掩膜的(J.D.Benson，A.J.Stoltz，et al，“Determination of the Ion Angular Distribution forElectron Cyclotron Resonance，Plasma-Etched HgCdTe Trences”，Journal ofElectronic Materials，Vol.33，No.6，June，2004，p543-551)。但是，光刻胶的掩膜方法在HgCdTe焦平面探测器微台面列阵干法成形的反应离子刻蚀工艺中存在以下四个方面的不足1 由于光刻胶是有机物，易与CH4气体产生的刻蚀等离子体反应生成聚合物，从而影响刻蚀的继续进行和刻蚀表面的清洁度；2 光刻胶与HgCdTe材料的反应离子刻蚀选择比差，深微台面的刻蚀要求很厚的光刻胶掩膜层，这增加了反应离子刻蚀的图形深宽比，从而导致刻蚀剂不能进入刻蚀沟槽而反应生成物又不能及时离开刻蚀表面(刻蚀微负载效应)，严重时还会出现刻蚀停滞现象；3 差的刻蚀选择比，会致使四周的掩模图形在刻蚀过程中不断地退缩而引起的其刻蚀侧壁不够垂直且呈锯齿阶梯状，并造成刻蚀图形线宽的严重损失；4 虽然通过升高光刻胶的坚膜温度可适度增加光刻胶的刻蚀选择比，但是高温工艺过程会影响HgCdTe焦平面探测器的性能。
技术实现思路
基于上述已有HgCdTe微台面列阵干法成形的反应离子刻蚀工艺过程中的掩膜层存在的问题，本专利技术的目的是提供一种不会在刻蚀过程中产生其它物质、高刻蚀选择比的、无线宽损失的和无需经受高温处理的掩膜层及制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的掩膜层采用与反应离子束不会反应的无机二氧化硅(SiO2)材料。所说的掩膜层是生长在带衬底的HgCdTe外延层表面。SiO2掩模层的制备方法是先采用磁控溅射镀膜技术在HgCdTe材料表面生长SiO2薄膜，再利用光刻技术和湿化学腐蚀技术将光刻版掩模图形转移到SiO2薄膜上，从而在HgCdTe材料表面形成SiO2掩模层。其具体步骤如下 A.HgCdTe样品清洗首先使用三氯乙烯及乙醚在65℃下清洗20分钟，然后分别在丙酮及乙醇中恒温65℃浸泡15分钟。以上试剂均为MOS纯，清洗后的样品表面清洁光亮。B.SiO2薄膜生长利用磁控溅射设备，在清洗完的样品表面生长SiO2薄膜。SiO2薄膜厚度为2000-3000，溅射功率为20-30W，样品温度55-65℃。采用小功率溅射的目的是为了减小沉积到HgCdTe材料表面的SiO2颗粒碰撞能量，以免造成材料表面的电学损伤；样品温度不宜超过65℃，是为了避免高温工艺过程会影响HgCdTe焦平面探测器的性能。C.SiO2掩模层的形成采用正胶AZ1500涂在SiO2薄膜上，进行掩模图形从掩模光刻版转移到光刻胶的光刻；采用标准配置的氢氟酸缓冲液，进行掩模图形从光刻胶转移到SiO2薄膜层的湿化学腐蚀；然后去除光刻胶，并用高纯度的去离子水冲洗样品直至样品上没有残留的有机物，从而完成了在HgCdTe材料表面形成SiO2掩模层。本专利技术的最大优点是采用无机物SiO2作掩膜层，该掩膜层具有高的刻蚀选择比，能避免用光刻胶作掩膜层会导致大量聚合物沉积、刻蚀停滞现象和刻蚀线宽损失的不足，并在掩模层的制作过程中无需经受高温处理。附图说明图1是HgCdTe样品刻蚀过程示意图，图中1为衬底、2为生长在衬底上的外延层、3为SiO2薄膜、4为光刻胶；(a)为掩模图形在光刻胶层的示意图，(b)掩模图形转移到SiO2薄膜后的示意图，(c)反应离子刻蚀完的刻蚀样品示意图，(d)去掉SiO2掩模图形后的刻蚀样品示意图。图2是HgCdTe材料的ICP增强RIE刻蚀样品的扫描电子显微镜形貌图，(a)图为光刻胶作为掩模的刻蚀样品的扫描电子显微镜形貌图，(b)图为SiO2薄膜作为掩模的刻蚀样品的扫描电子显微镜形貌图。具体实施例方式我们以生长在衬底上的p型Hg1-xCdxTe(x＝0.3)外延材料为例，对用于干法成形的反应离子刻蚀微台面列阵工艺的SiO2掩膜作进一步的详细说明本专利技术的SiO2掩膜层的生长是在法国Alliance公司型号为AC450的薄膜溅射系统上完成的。A.样品清洗首先使用三氯乙烯及乙醚在65℃下清洗20分钟，然后分别在丙酮及乙醇中恒温65℃浸泡15分钟。以上试剂均为MOS纯，清洗后的样品表面清洁光亮。B.SiO2薄膜生长在清洗完的样品表面生长厚度为2000的SiO2薄膜。先将样品固定在预抽室的样品架上，等预抽室的真空到达2×10-2mbar时，用机械手将样品连同样品架一起送入高真空镀膜腔体。当腔体真空到达1×10-6mbar，打开氩气进入腔体的气动开关并准备生长。在生长时，氩气的流量为5sccm，射频功率为20W，反射功率为2W，样品的生长温度控制在60℃，生长时间为50分钟。在SiO2薄膜生长完毕后，用机械手将样品连同样品架一起从高真空镀膜腔体传到预抽室，对预抽室放气并取出样品。C.光刻掩模图形采用正薄胶AZ1500光刻，光刻胶厚度为1.5μm，且前烘和坚膜温度都为65℃，时间为30分钟。D.转移掩模图形到SiO2薄膜采用氢氟酸缓冲液，进行掩模图形从光刻胶转移到SiO2薄膜层的湿化学腐蚀，然后去除光刻胶，并用高纯度的去离子水冲洗样品。所用腐蚀液是标准配置的氢氟酸缓冲液(HF∶NH4F∶H2O＝3∶6∶9)，采用水域控温的方法将腐蚀液的温度控制在30℃，腐蚀时间为4秒。在腐蚀完需刻蚀区域表面的SiO2薄膜后，用丙酮和乙醇去掉光刻胶，再将样品置于纯度为18M的流动的去离子水中，冲洗20分钟后取出并用高纯N2吹干。从而完成了在HgCdTe材料表面形成SiO2掩模层。我们对本专利技术的SiO2掩模层和用光刻胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于反应离子刻蚀碲镉汞微台面列阵的掩膜层，所说的掩膜层是生长在带衬底的ＨｇＣｄＴｅ外延层表面，其特征在于：掩膜层采用与反应离子束不会反应的无机二氧化硅薄膜材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于反应离子刻蚀碲镉汞微台面列阵的掩膜层，所说的掩膜层是生长在带衬底的HgCdTe外延层表面，其特征在于掩膜层采用与反应离子束不会反应的无机二氧化硅薄膜材料。2.一种用于反应离子刻蚀碲镉汞微台面列阵的掩膜层的制备方法，具体步骤如下A.HgCdTe样品清洗首先使用三氯乙烯及乙醚在65℃下清洗20分钟，然后分别在丙酮及乙醇中恒温65℃浸泡15分钟，以上试剂均为MOS纯；B.SiO2薄膜生长利用磁控溅射设备，在清洗完的样品表面生长SiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶振华，胡晓宁，陈兴国，丁瑞军，何力，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]