专利名称:碲镉汞红外双波段探测器深台面的腐蚀设备和方法
技术领域：
本发明涉及光电探测器的制备工艺，具体是指一种用于碲镉汞(HgCdTe)红外双波段探测器深台面的腐蚀设备和方法。
背景技术：
HgCdTe红外双波段探测器是由二个不同响应波段的p-n结组成的器件，这二个p-n结可以是同质结，也可以是异质结，因此在器件制备工艺过程中就涉及到不同掺杂浓度和不同材料的腐蚀问题。常规的腐蚀方法有湿化学腐蚀法和干法刻蚀，由于湿化学腐蚀法自身有钻蚀，腐蚀图形侧壁不够垂直、腐蚀的表面不够光滑及腐蚀深度极不均匀等缺点而不适合HgCdTe红外双波段探测器的深台面腐蚀。干法刻蚀因为Hg-Te键很弱，易造成断键，所以干法刻蚀易给材料表面带来损伤，由此而引起材料的组分、载流子浓度和迁移率发生变化。因此DOUGLAS MONTEA采用光湿化学腐蚀HgCdTe深台面，见US5418114专利，它的腐蚀液是盐酸(HCl)，是基于溶解的腐蚀原理。因为离子键化合物HgCdTe材料与极性的溶剂HCl接触，导致了HgCdTe的离子键削弱，以致溶解，而光照则进一步地削弱了离子键和加快了溶解。这种方法在制备单一波段的探测器是非常有利的。由于HgCdTe材料具有特殊性，不同组分、不同的导电类型和不同的掺杂浓度都会有不同的腐蚀速率。于是，此种利用极性腐蚀液的光化学腐蚀是不适合于制备HgCdTe红外双波段探测器的。
发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于HgCdTe红外双波段探测器深台面的腐蚀设备和方法来得到可重复的，光滑的，侧壁垂直且平底的HgCdTe红外双波段探测器的深台面腐蚀图形。
为了达到上述目的，本发明利用HgCdTe的含溴氧化剂作为腐蚀液，利用恒定光强照射来加快定向的腐蚀速率和根据需要可精确控制腐蚀时间，利用在不需腐蚀部分的HgCdTe表面生长反射膜来精确控制腐蚀图形，在腐蚀时旋转样品和利用冰水混合物来严格控制恒定的，可重复的腐蚀温度的技术方案。
化合物半导体腐蚀与许多固体的化学腐蚀一样，需要一定的能量打断晶格原子间的化学键。在半导体和含其氧化剂的腐蚀液系统中，氧化剂总是从半导体中获取电子，这导致半导体内的原子间化学键削弱而最终引起半导体的溶解。同时，半导体在溶解时又有带正电的离子进入溶解液，每个正离子就损失了一定数量的空穴。因此，有等量的电子和空穴同时进入溶解液，于是半导体和溶解液各自总能维持电中性，且溶解非常稳定。这种腐蚀通常速率较低，称为暗腐蚀速率，它是由半导体的少数载流子浓度决定的。无论是哪种类型的半导体和掺杂程度如何，当有强光照射且被吸收时，就产生大量的光生载流子，这将引起少数载流子的浓度增加和腐蚀速度加快。当光生少数载流子浓度远大于半导体材料自身的少数载流子浓度时，不同组分、不同导电类型和不同掺杂浓度的HgCdTe材料就有相同的腐蚀速率。总之，这种利用HgCdTe的含溴氧化剂作为腐蚀剂的光化学腐蚀方法，通过控制入射光的波长和强度，并要求光生少数载流子浓度远大于半导体材料自身的少数载流子浓度，就可以达到制备HgCdTe红外双波段探测器的目的。
本发明的具体技术方案如下一种用于HgCdTe红外双波段探测器深台面的腐蚀设备，包括入射光源，透明双层石英容器，石英容器的内底部置有旋转磁子，石英容器外层外底部置有磁力搅拌器，石英容器的内层口上置有样品架。所说的石英容器外层的高度为内层的三分之一到二分之一，为保证入射光垂直入射到样品上，面对入射光侧壁的内层为一平面。为使样品得到相对均匀的光照，所说的样品架带有一个使样品绕入射光轴旋转的装置。
利用所述设备对HgCdTe红外双波段探测器深台面进行腐蚀，其具体步骤如下a.利用光刻腐蚀磁控溅射和离子束方法在不需要腐蚀部分的样品表面生成ZnS钝化层，在ZnS钝化层上生成反射膜，这样就得到了准备腐蚀使用的样品。
b.将样品放置在样品架上，调节样品架，使样品表面与腐蚀液面保持80°---85°夹角，同时调节入射光，使入射光透过石英容器内层为平面的侧壁并垂直入射到样品表面。
c.将配制好的含溴半导体氧化剂作为腐蚀液倒入石英容器内层内，将冰水混合液倒入石英容器夹层中，然后启动磁力搅拌器和样品架的旋转装置进行样品的深台面腐蚀。
本发明的最大优点是采用含溴半导体的氧化剂作为腐蚀液，使不同组分、不同导电类型和不同掺杂浓度的HgCdTe材料都有相同的腐蚀速率。利用生长反射膜来保护不需腐蚀的部分，在需要腐蚀的部分受强光的照射，则加快了定向的腐蚀速率。利用磁力搅拌器来搅拌腐蚀液使腐蚀液均匀和旋转样品架使样品光照均匀，最终得到理想的腐蚀效果。
图1为HgCdTe样品腐蚀前结构示意图；图2为HgCdTe样品腐蚀后结构示意图；图3为腐蚀HgCdTe样品深台面的设备示意图。
具体实施方式
见图3，腐蚀HgCdTe样品深台面的设备示意图。石英容器1由外层102和内层101中间夹层盛有恒定腐蚀液温度的冰水混合物3构成。为保证入射光7垂直入射到样品上，面对入射光侧壁的内层101为一平面。石英容器的内层内盛有腐蚀液2。石英容器的内底部置有旋转磁子401，石英容器外层外底部置有磁力搅拌器4，其目的是使旋转磁子不断转动，来搅拌腐蚀液使腐蚀液均匀。石英容器口上置有一个样品架5，样品架5带有一个使样品6绕入射光轴旋转的装置501。由于入射光经容器侧壁折射后进入腐蚀液，在腐蚀液里经过的光程是不一致的，导致照射在样品表面的光强分布不均匀，通过旋转样品可以得到相对均匀的光照。另外，使用磁力搅拌器会引起各处的腐蚀液流动速度不一致，所以旋转样品还可以减少这个因素带来的影响。
我们以Hg1-xCdxTe(x＝0.3与x＝0.2)红外双波段探测器深台面腐蚀方法作一详细介绍a.样品制备利用光刻腐蚀磁控溅射和离子束方法在不需要腐蚀部分的样品表面生成ZnS钝化层602，在ZnS钝化层上生成金反射膜601。
b.采用含溴(Br2)的1％乙醇溶液作为腐蚀液。
c.入射光源采用波长为632.8nm的氦氖激光，功率密度为100W/cm2。
d.将样品安装在样品架上，调节样品架，使样品表面与腐蚀液面保持85°夹角8，目的是为了使样品深台面中的腐蚀生成物能流出来。同时调节入射光，使入射光透过石英容器内层为平面的侧壁并垂直入射到样品表面。
e.经多次实验，样品在上述条件下，腐蚀速率约达0.4微米/秒，对本实施要求12微米的深台面，腐蚀时间为30秒。
腐蚀结束后，我们将样品放在高放大倍率的显微镜下，观察到腐蚀的样品表面光滑。通过DEKTAK3台阶仪测量，我们发现Hg1-xCdxTe(x＝0.3与x＝0.2)样品有相同的腐蚀速率，即不同组分、不同导电类型和不同掺杂浓度的HgCdTe材料的腐蚀深度与腐蚀时间成正比，且纵向和横向的腐蚀速率比达到8∶1，达到侧壁垂直的理想效果。
权利要求
1.一种碲镉汞红外双波段探测器深台面的腐蚀设备，包括入射光源(7)，双层透明石英容器(1)，石英容器的内层(101)内底部置有旋转磁子(401)，石英容器外层外底部置有磁力搅拌器(4)，石英容器的内层口上置有样品架(5)，其特征在于所说的石英容器外层(102)的高度为内层(101)的三分之一到二分之一，面对入射光(7)侧壁的内层为一平面；所说的样品架(5)带有一个使样品(6)绕入射光轴旋转的装置(501)。
2.根据权利要求
1一种碲镉汞红外双波段探测器深台面的腐蚀设备，其特征在于所说的入射光源(7)为波长632.8nm的氦氖激光。
3.一种碲镉汞红外双波段探测器深台面的腐蚀方法，其特征在于具体步骤如下a.利用光刻 腐蚀 磁控溅射和离子束方法在不需要腐蚀部分的样品(6)表面生成ZnS钝化层(602)，在ZnS钝化层上生成反射膜(601)；b.将样品(6)放置在样品架上，调节样品架(5)，使样品表面与腐蚀液面保持80°---85°夹角，同时调节入射光(7)，使入射光透过石英容器内层(101)为平面的侧壁并垂直入射到样品(6)表面；c.将配制好的含溴半导体氧化剂作为腐蚀液(2)倒入石英容器内层内，将冰水混合液(3)倒入石英容器夹层中，然后启动磁力搅拌器和样品架的旋转装置进行样品的深台面腐蚀。
4.根据权利要求
3的一种碲镉汞红外双波段探测器深台面的腐蚀方法，其特征在于所说的含溴半导体氧化剂腐蚀液为含1％溴的乙醇溶液。
专利摘要
本发明公开了一种碲镉汞红外双波段探测器深台面的腐蚀设备和方法，其主要是利用碲镉汞的含溴氧化剂作为腐蚀液，利用恒定光强照射来加快定向的腐蚀速率和精确控制腐蚀时间，利用在不需腐蚀部分的碲镉汞表面生长反射膜来精确控制腐蚀图形，利用腐蚀时旋转样品和冰水混合物来严格控制恒定的，可重复的腐蚀温度，使其深台面的纵向和横向的腐蚀速率比达8∶1，最终得到不同组分、不同导电类型和不同掺杂浓度的碲镉汞样品深台面侧壁垂直的理想效果。
文档编号H01L31/18GKCN1187797SQ02136720
公开日2005年2月2日 申请日期2002年8月29日
发明者叶振华, 胡晓宁, 朱建妹, 何力 申请人:中国科学院上海技术物理研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan