一种可自动控制成形终点的碲镉汞刻蚀掩膜及其去除方法与流程

本发明涉及碲镉汞红外探测器芯片制造工艺技术，具体涉及一种可自动控制成形终点的碲镉汞刻蚀掩膜及其去除方法。使用该掩膜可以将干法刻蚀技术应用到碲镉汞刻蚀掩膜的成形过程中，从而可以得到侧壁垂直、均匀性好的二氧化硅掩膜图形，并且不会对碲镉汞材料形成损伤。后期的完全去除能够保证碲镉汞的表面状态。

背景技术：

碲镉汞探测器是用于获取物体红外信息，并同时进行信息处理的成像传感器，其在航空、航天、农业和海洋等多个领域都有广泛应用。制备碲镉汞探测器的核心之一就是碲镉汞芯片制造工艺，包括镀膜、湿法腐蚀、干法刻蚀、抛光、切割、光刻等。随着碲镉汞红外焦平面探测器的像元中心距越来越小，要求沟槽的深宽比也越来越大。而常用的湿法腐蚀由于其显著的各向同性而不能满足这一要求。因此，干法刻蚀碲镉汞已经变成一项越来越不可或缺的技术。

随着碲镉汞探测器的进一步发展，新一代碲镉汞探测器向着大面阵、高工作温度以及多波段方向发展，这就对碲镉汞材料的干法腐蚀工艺提出了更高的要求。首先，要避免刻蚀带来的晶格损伤以及电学损伤；其次，刻蚀得到的台面图形也要陡直，具有较大的深宽比。在干法刻蚀碲镉汞的过程中，物理刻蚀始终占据较大的比重。因此为了达到以上的标准，就需要选择比高、侧壁陡直的高质量掩膜图形，见J.D.Benson,A.J.Stoltz,et al.,“Effect of photoresist-feature geometry on electron-cyclotron resonance plasma-etch reticulation of HgCdTe diodes”,Journal of Electronic Materials,Vol.31,2002,P822-826。

其他材料体系中，硬质介质膜已经被广泛用作干法刻蚀的掩膜层，并且掩膜层的图形定义都开始采用等离子刻蚀的方法。但在碲镉汞体系中，硬质介质层掩膜应用还很有限，利用等离子刻蚀定义掩膜图形的手段也未有开发。主要原因是二氧化硅的刻蚀终点不能精准的控制，而碲镉汞的损伤阈值很低，等离子很容易在掩膜成形的最后阶段直接接触碲镉汞，形成损伤。因此必须在掩膜的成形过程中能够有效地控制掩膜材料刻蚀的终点，避免产生碲镉汞损伤。另外一方面，掩膜的去除如果不彻底，会导致表面沾污，使得碲镉汞表面退化。因此也必须能够保证刻蚀后的碲镉汞表面平整、洁净，可使用于器件的制备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可自动控制成形终点的碲镉汞刻蚀掩膜及其去除方法，解决了在碲镉汞材料上直接干法刻蚀掩膜图形存在的终点不可控、造成碲镉汞损伤的问题，实现了均匀性好、侧壁陡直的掩膜制备；同时还解决了掩膜完全去除的问题。

本发明的掩膜包括硫化锌、二氧化硅两层，采用磁控溅射设备连续生长。硫化锌厚度为50-200纳米，二氧化硅厚度为0.5-2微米。在碲镉汞衬底上采用该掩膜可以得到效果如图3所示的陡直掩膜。成形过程中，二氧化硅与牺牲层硫化锌的高选择比是自动停止功能的关键原理。在碲镉汞刻蚀完成后，使用盐酸浸泡即可完全去除掩膜整体。

上述技术方案中具有自动刻蚀停止功能的碲镉汞刻蚀掩膜的制备方法如下：

1)采用磁控溅射设备在碲镉汞表面生长硫化锌、二氧化硅双层掩膜；

2)采用AZ4330光刻胶光刻图形；

3)使用电感耦合等离子体刻蚀二氧化硅掩膜图形；

4)刻蚀碲镉汞后，置于盐酸中去除残留的掩膜。

本发明的优点是：掩膜的刻蚀终点易于控制，使得干法刻蚀掩膜技术可应用于碲镉汞衬底；掩膜的成形过程不会对碲镉汞材料造成损伤；在刻蚀后，牺牲层的存在使得掩膜可以被很方便地完全去除。

附图说明

图1是具有自动停止功能的碲镉汞掩膜成形工艺步骤的流程图。

图2是掩膜的结构示意图。其中1为二氧化硅掩膜，2为硫化锌牺牲层，3为碲镉汞材料。

图3是电感耦合等离子体刻蚀500nm厚二氧化硅掩膜图形后的扫描隧道显微镜剖面图片。

图4是电感耦合等离子体刻蚀1000nm厚二氧化硅掩膜图形后的扫描隧道显微镜剖面图片。

图5是电感耦合等离子体刻蚀2000nm厚二氧化硅掩膜图形后的扫描隧道显微镜剖面图片。

具体实施方式

实施方式1

1)使用1％体积比的溴-乙醇腐蚀液漂洗碲镉汞材料，得到洁净的材料表面；

2)将材料放入磁控溅射设备(Ac450)生长50纳米硫化锌，氩气束流为40立方厘米/分钟，工作气压为6.0×10^-3毫巴,生长功率为50瓦，直流偏置为190伏，生长速率约为0.3埃/秒；

3)直接在Ac450磁控溅射设备中继续生长500纳米二氧化硅，氩气束流为50立方厘米/分钟，工作气压为6.0×10^-3毫巴,生长功率为150瓦，直流偏置为400伏，生长速率约为0.4埃/秒；

4)使用AZ4330常规光刻工艺光刻图形，转速4000转/分钟，时间30秒，65℃前烘30分钟，MJB3光刻机汞灯I线曝光12秒，AZ300MIF显影液显影30秒，65℃坚膜30分钟；

5)使用电感耦合等离子体设备(ICP180)刻蚀二氧化硅，气体组分Ar:CHF₃＝38:12，刻蚀时间1.5分钟(过刻)，刻蚀速率为350纳米/分钟。刻蚀过程会自动停止于硫化锌牺牲层。

6)使用盐酸腐蚀图形区域的硫化锌，使用MOS级浓盐酸，冰水混合物水浴控温，时间约1秒(过腐)，腐蚀速率为100纳米/秒；

7)刻蚀碲镉汞后，使用MOS级浓盐酸剥离掩膜，冰水混合物水浴控温，时间约60秒(过腐)，腐蚀速率为100纳米/秒。

实施方式2

1)使用1％体积比的溴-乙醇腐蚀液漂洗碲镉汞材料，得到洁净的材料表面；

2)将材料放入磁控溅射设备(Ac450)生长100纳米硫化锌，氩气束流为40立方厘米/分钟，工作气压为6.0×10^-3毫巴,生长功率为50瓦，直流偏置为190伏，生长速率约为0.3埃/秒；

3)直接在Ac450磁控溅射设备中继续生长1000纳米二氧化硅，氩气束流为50立方厘米/分钟，工作气压为6.0×10^-3毫巴,生长功率为150瓦，直流偏置为400伏，生长速率约为0.4埃/秒；

4)使用AZ4330常规光刻工艺光刻图形，转速4000转/分钟，时间30秒，65℃前烘30分钟，MJB3光刻机汞灯I线曝光12秒，AZ300MIF显影液显影30秒，65℃坚膜30分钟；

5)使用电感耦合等离子体设备(ICP180)刻蚀二氧化硅，气体组分Ar:CHF₃＝38:12，刻蚀时间3分钟(过刻)，刻蚀速率为350纳米/分钟。刻蚀过程会自动停止于硫化锌牺牲层。

6)使用盐酸腐蚀图形区域的硫化锌，使用MOS级浓盐酸，冰水混合物水浴控温，时间约2秒(过腐)，腐蚀速率为100纳米/秒；

7)刻蚀碲镉汞后，使用MOS级浓盐酸剥离掩膜，冰水混合物水浴控温，时间约60秒(过腐)，腐蚀速率为100纳米/秒。

实施方式3

1)使用1％体积比的溴-乙醇腐蚀液漂洗碲镉汞材料，得到洁净的材料表面；

2)将材料放入磁控溅射设备(Ac450)生长180纳米硫化锌，氩气束流为40立方厘米/分钟，工作气压为6.0×10^-3毫巴,生长功率为50瓦，直流偏置为190伏，生长速率约为0.3埃/秒；

3)直接在Ac450磁控溅射设备中继续生长2000纳米二氧化硅，氩气束流为50立方厘米/分钟，工作气压为6.0×10^-3毫巴,生长功率为150瓦，直流偏置为400伏，生长速率约为0.4埃/秒；

4)使用AZ4330常规光刻工艺光刻图形，转速4000转/分钟，时间30秒，65℃前烘30分钟，MJB3光刻机汞灯I线曝光12秒，AZ300MIF显影液显影30秒，65℃坚膜30分钟；

5)使用电感耦合等离子体设备(ICP180)刻蚀二氧化硅，气体组分Ar:CHF₃＝38:12，刻蚀时间6分钟(过刻)，刻蚀速率为350纳米/分钟。刻蚀过程会自动停止于硫化锌牺牲层。

6)使用盐酸腐蚀图形区域的硫化锌，使用MOS级浓盐酸，冰水混合物水浴控温，时间约3秒(过腐)，腐蚀速率为100纳米/秒；

7)刻蚀碲镉汞后，使用MOS级浓盐酸剥离掩膜，冰水混合物水浴控温，时间约60秒(过腐)，腐蚀速率为100纳米/秒。