CN107342219A - 一种p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，包括：在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻，得到带有接触孔的衬底；将带有接触孔的衬底放置在盛有水的容器中进行第一次浸润，以消除接触孔内的气泡；在超声的条件下，将浸润好的衬底放入盛有腐蚀液的容器中进行腐蚀；将腐蚀完毕的衬底用水冲洗后放置在盛有水的容器中进行第二次浸润，以防止腐蚀液继续留在接触孔内。本发明提供的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法是一种超声辅助湿法腐蚀方法，超声过程产生上下运动的振动波，致使腐蚀液垂直方向运动远强于横向运动，有利于解决腐蚀过程中横向钻蚀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及平面探测器芯片领域，特别涉及一种p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法。
背景技术
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。如何在碲镉汞材料上形成碲镉汞芯片与外电路连接的接触孔是碲镉汞器件制备的关键问题。干法刻蚀工艺由于其良好的选择性、均匀性、各向异性等优点是制备碲镉汞焦平面探测器接触孔的关键手段之一。但是，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，在干法刻蚀过程中，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，造成正式pn结连接了一个不必要的反向寄生pn结，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。因此，研究如何制备无损伤或低损伤的碲镉汞焦平面器件p型接触孔具有重要的意义。
湿法腐蚀工艺及干法刻蚀工艺是制备碲镉汞焦平面器件p型接触孔的两种手段。干法刻蚀工艺由于在刻蚀过程中存在刻蚀偏压，不可避免的造成碲镉汞材料的侧壁及底面造成损伤，影响器件性能；湿法腐蚀工艺由于其完全是化学作用，在无损伤制备接触孔方面具备天然的优势，但是，湿法腐蚀工艺在小尺寸接触孔制备方面存在各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好等问题，在制备碲镉汞焦平面器件p型接触孔过程中存在较大难度，因此，如何进一步提升湿法腐蚀工艺的工艺效果，对于提升碲镉汞焦平面器件整体性能具有极大的意义。
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，传统的湿法腐蚀工艺存在各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好等缺点，其接触孔腐蚀效果如图1所示，该接触孔形貌很难应用于碲镉汞焦平面器件制备过程中。
发明内容
为了解决传统的湿法腐蚀工艺存在的各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好的问题，本发明提供了一种p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法。
本发明提供的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，包括：
在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻，得到带有接触孔的衬底；
将所述带有接触孔的衬底放置在盛有水的容器中进行第一次浸润，以消除所述接触孔内的气泡；
在超声的条件下，将浸润好的衬底放入盛有腐蚀液的容器中进行腐蚀；
将腐蚀完毕的衬底用水冲洗后放置在盛有水的容器中进行第二次浸润，以防止所述腐蚀液继续留在所述接触孔内。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，将所述带有接触孔的衬底放置在盛有水的容器中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下进行第一次浸润，所述第一次浸润的时间为90～150s。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下将浸润好的衬底放入盛有腐蚀液的容器中进行腐蚀，腐蚀时间为5～10s。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，将腐蚀完毕的衬底用水冲洗后放置在盛有水的容器中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下进行第二次浸润，所述第二次浸润的时间为30～60s。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，在进行第一次浸润、腐蚀和/或第二次浸润时，还包括将接触孔的正面朝上，将所述样品进行上下移动。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，所述腐蚀液按体积比包括：HCL:HNO3＝(4～6)：1。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻，得到带有接触孔的衬底，包括：
在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面涂光刻胶；利用光刻机对需要设置接触孔的部位的光刻胶进行曝光，并对曝光部位的光刻胶进行显影，得到带有接触孔的衬底。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻之前，还包括：
采用液相外延工艺在衬底上生长HgCdTe外延层，使用磁控溅射设备在所述HgCdTe外延层表面生长CdTe及ZnS复合钝化膜层，经过热处理后，形成p型HgCdTe复合膜层。
本发明提供的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法是一种超声辅助湿法腐蚀方法，超声过程产生上下运动的振动波，致使腐蚀液垂直方向运动远强于横向运动，有利于解决腐蚀过程中横向钻蚀的问题，能够有效地避免各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好的缺点，制备出形貌及均匀性较好的p型接触孔。
附图说明
图1是采用传统的湿法腐蚀工艺得到的接触孔腐蚀效果示意图；
图2是本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法的流程图；
图3为利用本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法得到的接触孔的腐蚀效果示意图；
图4为利用本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法得到的接触孔的SEM形貌示意图；
图5为利用对比例1的腐蚀方法得到的p型接触孔腐蚀效果示意图。
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。
为了解决传统的湿法腐蚀工艺存在的各向异性差、钻蚀严重、腐蚀深度重复性差和均匀性不好的问题，本发明提供了一种p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，以下结合附图对本发明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发明，并不限定本发明。
图2是本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法的流程图，如图2所示，本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，包括以下步骤：
S201：在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻，得到带有接触孔的衬底。
具体的，在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻，得到带有接触孔的衬底，包括：
在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面涂光刻胶；
利用光刻机对需要设置接触孔的部位的光刻胶进行曝光，并对曝光部位的光刻胶进行显影，得到带有接触孔的衬底。
S202：将所述带有接触孔的衬底放置在盛有水的容器中进行第一次浸润，以消除所述接触孔内的气泡。
进一步的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，将所述带有接触孔的衬底放置在盛有水的容器中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下进行第一次浸润，所述第一次浸润的时间为90～150s。
进一步的，在进行第一次浸润时，还包括将接触孔的正面朝上，将所述衬底进行上下移动。
步骤S202的具体操作方法如下：第一次浸润的主要目的是使去离子水在腐蚀前能够有效进入每一个接触孔中，将光刻完的衬底放置在花篮上，置于烧杯内，去离子水冲洗120～180s，并不断上下轻微滑动花篮，消除孔接触内的气泡；将烧杯及花篮整体转移至超声水槽内，设定超声频率140～190KHz，超声功率100～150W，浸润时间90～150s，超声时不断上下轻微滑动花篮，进一步消除接触孔内的气泡。
S203：在超声的条件下，将浸润好的衬底放入盛有腐蚀液的容器中进行腐蚀。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，所述腐蚀液按体积比包括：HCL:HNO3＝(4～6)：1。
具体的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下将浸润好的衬底放入盛有腐蚀液的容器中进行腐蚀，腐蚀时间为5～10s。
进一步的，在进行腐蚀时，还包括将接触孔的正面朝上，将所述衬底进行上下移动。
步骤S203的具体操作方法如下：腐蚀过程选择HCL:HNO3＝5：1的腐蚀液，将存放腐蚀液的烧杯放置在具有冰水混合物的容器中，将该容器整体放置于超声水槽内，超声参数设置保持不变(超声频率140～190KHz、超声功率100～150W)，将浸润好的衬底放入腐蚀液内，上下滑动花篮，腐蚀时间5～10s，腐蚀完毕后快速取出，在去离子水下冲洗5～10s。
S204：将腐蚀完毕的衬底用水冲洗后放置在盛有水的容器中进行第二次浸润，以防止所述腐蚀液继续留在所述接触孔内。
进一步的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，将腐蚀完毕的衬底用水冲洗后放置在盛有水的容器中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下进行第二次浸润，所述第二次浸润的时间为30～60s。
进一步的，在进行第二次浸润时，还包括将接触孔的正面朝上，将所述衬底进行上下移动。
步骤204的具体操作方法如下：第二次浸润的主要目的是控制腐蚀后残留在接触孔内的腐蚀液继续钻蚀接触孔。将冲洗后的衬底转移至水的烧杯内，该烧杯放置于超声水槽内，超声参数设置保持不变，浸润30～60s，超声时上下滑动花篮，时间到，取出衬底，氮气枪吹干。
进一步的，在本发明的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法中，在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻之前，还包括：
采用液相外延工艺在衬底上生长HgCdTe外延层，使用磁控溅射设备在所述HgCdTe外延层表面生长CdTe及ZnS复合钝化膜层，经过热处理后，形成p型HgCdTe复合膜层。
图3为利用本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法得到的接触孔的腐蚀效果示意图，图4为利用本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法得到的接触孔的SEM形貌示意图，由图3和图4可知，利用本发明实施例的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法得到的接触孔一致性好、形貌上佳。
本发明实施例主要有以下优点：(1)湿法腐蚀过程在超声辅助方式下完成，致使腐蚀液垂直方向运动远强于横向运动，有效的解决了接触孔在腐蚀过程中的最大问题横向钻蚀；(2)由于光刻胶为疏水材料，接触孔只有4um×4um，水或者腐蚀液不能快速在接触孔中进出，在超声辅助下完成腐蚀前后的浸润，能够有效避免腐蚀时腐蚀液不能进入孔中或腐蚀后腐蚀液继续在孔中钻蚀的现象，从而解决了腐蚀深度重复性差和均匀性不好的问题；(3)选择HCL:HNO3＝5：1的腐蚀液在冰点下完成腐蚀，可以实现ZnS、CdTe及HgCdTe三层材料同时腐蚀且速率可控，避免腐蚀后金属离子污染等问题。
对比例l
将光刻完的衬底放置在花篮上，置于烧杯内，去离子水冲洗120～180s，并不断上下轻微滑动花篮，消除孔内气泡；将烧杯及花篮整体转移至超声水槽内，不打开超声机，不断上下轻微滑动花篮90～150s，进一步消除孔内气泡。
选择HCL:HNO3＝5：1的腐蚀液。将存放腐蚀液的烧杯放置在具有冰水混合物的容器中，将浸润好的样品放入腐蚀液内，上下滑动花篮，腐蚀时间5～10s，腐蚀完毕后快速取出，在去离子水下冲洗5～10s。
将冲洗后的样品转移至水的烧杯内，该烧杯放置于超声水槽内，不打开超声机，上下滑动花篮30～60s，时间到，取出样品，氮气枪吹干，完成本湿法腐蚀工艺，并进行后续工艺。
以上一次浸润、腐蚀及二次浸润均没有超声辅助，腐蚀效果如下图5所示，效果极差，接触孔横向及纵向钻蚀严重，部分接触孔未腐蚀开。
对比例2
将光刻完的衬底放置在花篮上，置于烧杯内，去离子水冲洗120～180s，并不断上下轻微滑动花篮，消除孔内气泡；将烧杯及花篮整体转移至超声水槽内，设定超声频率140～190KHz，超声功率100～150W，超声时间90～150s，超声时不断上下轻微滑动花篮，进一步消除孔内气泡。
选择HCL:HNO3＝3：1的腐蚀液。将存放腐蚀液的烧杯放置在具有冰水混合物的容器中，将该容器整体放置于超声水槽内，超声参数设置保持不变，将浸润好的样品放入腐蚀液内，上下滑动花篮，腐蚀时间5～10s，腐蚀完毕后快速取出，在去离子水下冲洗5～10s。
将冲洗后的样品转移至水的烧杯内，该烧杯放置于超声水槽内，超声参数设置保持不变，超声30～60s，超声时上下滑动花篮，时间到，取出样品，氮气枪吹干，完成本湿法腐蚀工艺，并进行后续工艺。
通过激光扫描显微镜测试接触孔深度发现，该腐蚀液配比下接触孔深度已达4um，器件制备对接触孔的要求为1um左右，因此，要控制在要求以内需将腐蚀时间定在2s以内，考虑到人为操作的误差，该腐蚀液配比不具备工艺重复性。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，包括：
在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻，得到带有接触孔的衬底；
将所述带有接触孔的衬底放置在盛有水的容器中进行第一次浸润，以消除所述接触孔内的气泡；
在超声的条件下，将浸润好的衬底放入盛有腐蚀液的容器中进行腐蚀；
将腐蚀完毕的衬底用水冲洗后放置在盛有水的容器中进行第二次浸润，以防止所述腐蚀液继续留在所述接触孔内。
2.如权利要求1所述的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，将所述带有接触孔的衬底放置在盛有水的容器中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下进行第一次浸润，所述第一次浸润的时间为90～150s。
3.如权利要求1所述的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下将浸润好的衬底放入盛有腐蚀液的容器中进行腐蚀，腐蚀时间为5～10s。
4.如权利要求1所述的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，将腐蚀完毕的衬底用水冲洗后放置在盛有水的容器中，在超声频率140～190KHz、超声功率100～150W的条件下进行第二次浸润，所述第二次浸润的时间为30～60s。
5.如权利要求1所述的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，在进行第一次浸润、腐蚀和/或第二次浸润时，还包括将接触孔的正面朝上，将所述样品进行上下移动。
6.如权利要求1所述的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，所述腐蚀液按体积比包括：HCL:HNO3＝(4～6)：1。
7.如权利要求1所述的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻，得到带有接触孔的衬底，包括：
在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面涂光刻胶；
利用光刻机对需要设置接触孔的部位的光刻胶进行曝光，并对曝光部位的光刻胶进行显影，得到带有接触孔的衬底。
8.如权利要求1所述的p型HgCdTe复合膜层接触孔的湿法腐蚀方法，其特征在于，在衬底的p型HgCdTe复合膜层的表面进行光刻之前，还包括：
采用液相外延工艺在衬底上生长HgCdTe外延层，使用磁控溅射设备在所述HgCdTe外延层表面生长CdTe及ZnS复合钝化膜层，经过热处理后，形成p型HgCdTe复合膜层。
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