專利名稱：一種顯現(xiàn)碲鋅鎘紅外襯底缺陷的等離子體刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測(cè)器件材料的檢測(cè)技術(shù)，具體是指紅外焦平面列陣器件的光敏感元芯片紅外襯底材料的缺陷顯現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
紅外焦平面列陣器件是既具有紅外信息獲取又具有信息處理功能的先進(jìn)的成像 傳感器，在空間對(duì)地觀測(cè)、光電對(duì)抗、機(jī)器人視覺、搜索與跟蹤、醫(yī)用和工業(yè)熱成像、以及導(dǎo) 彈精確制導(dǎo)等軍、民用領(lǐng)域有重要而廣泛的應(yīng)用。由于其不可替代的地位和作用，世界上的 主要工業(yè)大國都將紅外焦平面列陣器件制備技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)項(xiàng)目。在高級(jí)紅外應(yīng)用系統(tǒng)的大力驅(qū)動(dòng)下，紅外探測(cè)技術(shù)已進(jìn)入了以大面陣、小型化 和多色化等為特點(diǎn)的第三代紅外焦平面探測(cè)器的重要發(fā)展階段，見S. Horn, P. Norton, Τ. Cincotta, A. Stoltz, et al, "Challenges for third-generation cooledimagers，，， proceeding of SPIE，Vol. 5074，2003，P44-51。高級(jí)紅外成像的高分辨率探測(cè)迫使新一代 紅外焦平面探測(cè)器向大面陣、小型化趨勢(shì)的發(fā)展，要求紅外探測(cè)光敏感元列陣的像元尺寸 不斷縮小。這對(duì)紅外焦平面光伏探測(cè)器而言，必須減小紅外碲鋅鎘(CZT)襯底以及相應(yīng)的 碲鎘汞(HgCdTe)外延材料的缺陷密度，以減小高密度小像元尺寸紅外探測(cè)器盲元率。為此，如何抑制紅外碲鋅鎘襯底以及相應(yīng)的HgCdTe外延材料的缺陷密度是紅外 探測(cè)器領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。而展開這類研究的關(guān)鍵是獲得一種可靠的缺陷顯現(xiàn)方法。通常采 用濕化學(xué)腐蝕方法，來顯現(xiàn)紅外碲鋅鎘襯底以及HgCdTe外延材料的缺陷情況。但是，濕化 學(xué)腐蝕的缺陷顯現(xiàn)方法存在腐蝕深度不可控、輪廓菱角模糊的不足。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有紅外焦平面列陣器件光敏感芯片紅外襯底的缺陷顯現(xiàn)方法存在的 問題，本發(fā)明的目的是提供一種襯底去除深度精確可控、缺陷輪廓菱角清晰的紅外襯底缺 陷顯現(xiàn)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用高密度、低能量的誘導(dǎo)耦合等離子體(ICP)增強(qiáng)反 應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法來顯現(xiàn)紅外CZT襯底缺陷的技術(shù)方案。本發(fā)明方法是在微電子領(lǐng)域最新的技術(shù)產(chǎn)物ICP增強(qiáng)RIE設(shè)備上進(jìn)行的。該設(shè)備 包括帶真空系統(tǒng)1的腔體5，在腔體內(nèi)自下而上置有控制等離子體刻蝕能量的RF源2，帶 控溫系統(tǒng)的樣品臺(tái)3，下進(jìn)氣線圈7，產(chǎn)生等離子體濃度的RF源6，上進(jìn)氣線圈8，腔體5側(cè) 壁開有觀察窗口 501。在刻蝕時(shí)，刻蝕樣品4固定在控溫樣品臺(tái)3上，并可以通過觀察窗口 501來實(shí)時(shí)觀察樣品的刻蝕情況。在本發(fā)明中，由于ICP增強(qiáng)RIE對(duì)紅外CZT襯底正常區(qū)域和缺陷區(qū)域存在明顯的 選擇性，致使刻蝕工藝在正常區(qū)域和缺陷區(qū)域的刻蝕速率很不一致，從而實(shí)現(xiàn)紅外CZT襯 底缺陷、位錯(cuò)以及夾雜物等的清晰顯現(xiàn)。同時(shí)，紅外CZT襯底的ICP增強(qiáng)RIE的刻蝕速率可 控，有利于觀察位錯(cuò)在襯底縱向、橫向的遷徙特性的表征。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下A.樣品清洗將CZT襯底刻蝕樣品4分別置于65°C的三氯乙烯、丙酮和酒精三種 有機(jī)溶劑中清洗。B.使用真空油脂將CZT襯底刻蝕樣品4粘貼在刻蝕樣品臺(tái)上，而后進(jìn)行腔體的抽 真空，直至真空度達(dá)到設(shè)定值，如3X10_5Torr。C. CZT襯底刻蝕樣品4的ICP增強(qiáng)RIE的工藝氣體選用CH4、N2和Ar，配比為 1-3 3-8 15-30，并使其中的N2、Ar從上進(jìn)氣線圈8進(jìn)入腔體5，而CH4從下進(jìn)氣線圈7 進(jìn)入腔體5。D.等離子體刻蝕功率為300-800W，控制等離子體刻蝕能量的RF功率為5-30W，腔 體壓力為3-8 X ICT3Torr，樣品臺(tái)溫度為10_30°C。本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)是該缺陷顯現(xiàn) 方法巧妙地運(yùn)用了 ICP增強(qiáng)RIE刻蝕速率的精 確可控性，以及在紅外CZT襯底正常區(qū)域和缺陷區(qū)域的不一致性，即刻蝕選擇性，具有襯底 去除深度精確可控和缺陷輪廓菱角清晰的特點(diǎn)。


圖1是ICP增強(qiáng)RIE設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是ICP增強(qiáng)RIE刻蝕樣品的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌。
具體實(shí)施例方式見圖1，本發(fā)明使用英國OXFORD公司型號(hào)為ICP65_80Plus的ICP增強(qiáng)RIE設(shè)備。 該設(shè)備包括帶真空系統(tǒng)1的腔體5，在腔體內(nèi)自下而上置有控制等離子體刻蝕能量的RF 源2，帶控溫系統(tǒng)的樣品臺(tái)3，下進(jìn)氣線圈7，產(chǎn)生等離子體濃度的RF源6，上進(jìn)氣線圈8。在 刻蝕時(shí)，刻蝕樣品4固定在控溫樣品臺(tái)3上，并可以通過觀察窗口 501來實(shí)時(shí)觀察樣品的刻 蝕情況。我們以CdhZnxTe (x = 0. 04)外延材料為樣品，對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說 明A.樣品清洗將CZT襯底樣品4分別置于65°C的三氯乙烯、丙酮和酒精三種有機(jī) 溶劑中清洗。B.使用真空油脂將CZT襯底樣品4粘貼在刻蝕樣品臺(tái)3上，而后進(jìn)行腔體5的抽 真空，直至真空度達(dá)到設(shè)定值，如3 X KT5Torr。C.刻蝕選用的工藝氣體為CH4/N2/Ar，配比為1.5 5 20 ；并使其中的N2/Ar從 上進(jìn)氣線圈8進(jìn)入腔體5，而CH4從下進(jìn)氣線圈7進(jìn)入腔體5，腔體壓力為5 X ICT3Torr。D.等離子體刻蝕功率為500W，控制等離子體刻蝕能量為20W，樣品臺(tái)溫度為20°C， 且表征等離子體刻蝕能量的刻蝕狀態(tài)參量——直流偏壓顯示為45V。為了得到紅外CZT襯底缺陷顯現(xiàn)的ICP增強(qiáng)RIE工藝，除了選擇合適的ICP功率、 RF功率和工藝氣體種類等工藝參數(shù)外，還要選擇合適的工藝氣體比例、腔體壓力和樣品溫 度等工藝參數(shù)。例如，CH4氣體的含量過高會(huì)導(dǎo)致刻蝕表面非常粗糙，而腔體壓力過大也會(huì) 出現(xiàn)刻蝕生成物不能及時(shí)被抽出而導(dǎo)致大量堆積，并影響后續(xù)的刻蝕?？傊t外襯底材料 的ICP增強(qiáng)RIE技術(shù)是非常復(fù)雜的工藝過程。上述工藝條件是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，得出的最佳實(shí)施方法，得到的樣品刻蝕表面非常清潔且光滑，顯現(xiàn)的缺陷輪廓清晰。圖2是樣品表面位 錯(cuò)的形貌，圖3是樣品表面夾雜物的形貌。
通過DEKTAK3臺(tái)階儀測(cè)量，得到上述條件的刻蝕速率為600A/min。如圖2、3所示， 樣品表面的位錯(cuò)、表面夾雜物等輪廓菱角非常清晰，表明上述條件已經(jīng)達(dá)到了襯底去除速 率可控、缺陷輪廓菱角清晰的要求。這說明采用該技術(shù)方案的缺陷顯現(xiàn)方法是合理的、可行 的。
權(quán)利要求
一種顯現(xiàn)碲鋅鎘紅外襯底缺陷的等離子體刻蝕方法，其特征在于包括以下步驟A.樣品清洗將CZT襯底刻蝕樣品(4)分別置于65℃的三氯乙烯、丙酮和酒精三種有機(jī)溶劑中清洗；B.使用真空油脂將CZT襯底刻蝕樣品(4)粘貼在刻蝕樣品臺(tái)上，而后進(jìn)行腔體的抽真空，直至真空度達(dá)到設(shè)定值3×10-5Torr；C.CZT襯底刻蝕樣品(4)的ICP增強(qiáng)RIE的工藝氣體選用CH4、N2和Ar，配比為1-3∶3-8∶15-30，并使其中的N2、Ar從上進(jìn)氣線圈(8)進(jìn)入腔體(5)，而CH4從下進(jìn)氣線圈(7)進(jìn)入腔體(5)；D.等離子體刻蝕功率為300-800W，控制等離子體刻蝕能量的RF功率為5-30W，腔體壓力為3-8×10-3Torr，樣品臺(tái)溫度為10-30℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顯現(xiàn)碲鋅鎘紅外襯底缺陷的等離子體刻蝕方法，它涉及光電探測(cè)器材料檢測(cè)技術(shù)。本發(fā)明采用高密度、低能量的誘導(dǎo)耦合等離子體(ICP)增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的方法，來顯現(xiàn)紅外CZT襯底缺陷的技術(shù)方案，巧妙地運(yùn)用了ICP增強(qiáng)RIE刻蝕速率的精確可控性，以及在紅外CZT襯底正常區(qū)域和缺陷區(qū)域的不一致性，有效解決了常規(guī)缺陷顯現(xiàn)方法存在去除襯底速率不可控、缺陷輪廓菱角模糊的問題。本發(fā)明方法具有工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好以及顯現(xiàn)清晰的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101872803SQ20101018227
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者丁瑞軍, 何力, 葉振華, 尹文婷, 方維政, 楊建榮, 林春, 王建新, 胡曉寧, 陳昱 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所