本專利涉及碲鎘汞紅外探測器芯片制造工藝技術(shù)，具體涉及一種可自動控制成形終點的碲鎘汞刻蝕掩膜及其去除方法。使用該掩膜可以將干法刻蝕技術(shù)應(yīng)用到碲鎘汞刻蝕掩膜的成形過程中，從而可以得到側(cè)壁垂直、均勻性好的二氧化硅掩膜圖形，并且不會對碲鎘汞材料形成損傷。后期的完全去除能夠保證碲鎘汞的表面狀態(tài)。

背景技術(shù)：

碲鎘汞探測器是用于獲取物體紅外信息，并同時進(jìn)行信息處理的成像傳感器，其在航空、航天、農(nóng)業(yè)和海洋等多個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。制備碲鎘汞探測器的核心之一就是碲鎘汞芯片制造工藝，包括鍍膜、濕法腐蝕、干法刻蝕、拋光、切割、光刻等。隨著碲鎘汞紅外焦平面探測器的像元中心距越來越小，要求溝槽的深寬比也越來越大。而常用的濕法腐蝕由于其顯著的各向同性而不能滿足這一要求。因此，干法刻蝕碲鎘汞已經(jīng)變成一項越來越不可或缺的技術(shù)。

隨著碲鎘汞探測器的進(jìn)一步發(fā)展，新一代碲鎘汞探測器向著大面陣、高工作溫度以及多波段方向發(fā)展，這就對碲鎘汞材料的干法腐蝕工藝提出了更高的要求。首先，要避免刻蝕帶來的晶格損傷以及電學(xué)損傷；其次，刻蝕得到的臺面圖形也要陡直，具有較大的深寬比。在干法刻蝕碲鎘汞的過程中，物理刻蝕始終占據(jù)較大的比重。因此為了達(dá)到以上的標(biāo)準(zhǔn)，就需要選擇比高、側(cè)壁陡直的高質(zhì)量掩膜圖形，見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。

其他材料體系中，硬質(zhì)介質(zhì)膜已經(jīng)被廣泛用作干法刻蝕的掩膜層，并且掩膜層的圖形定義都開始采用等離子刻蝕的方法。但在碲鎘汞體系中，硬質(zhì)介質(zhì)層掩膜應(yīng)用還很有限，利用等離子刻蝕定義掩膜圖形的手段也未有開發(fā)。主要原因是二氧化硅的刻蝕終點不能精準(zhǔn)的控制，而碲鎘汞的損傷閾值很低，等離子很容易在掩膜成形的最后階段直接接觸碲鎘汞，形成損傷。因此必須在掩膜的成形過程中能夠有效地控制掩膜材料刻蝕的終點，避免產(chǎn)生碲鎘汞損傷。另外一方面，掩膜的去除如果不徹底，會導(dǎo)致表面沾污，使得碲鎘汞表面退化。因此也必須能夠保證刻蝕后的碲鎘汞表面平整、潔凈，可使用于器件的制備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本專利的目的是提供一種可自動控制成形終點的碲鎘汞刻蝕掩膜，解決了在碲鎘汞材料上直接干法刻蝕掩膜圖形存在的終點不可控、造成碲鎘汞損傷的問題，實現(xiàn)了均勻性好、側(cè)壁陡直的掩膜制備；同時還解決了掩膜完全去除的問題。

本專利的掩膜包括硫化鋅、二氧化硅兩層，采用磁控濺射設(shè)備連續(xù)生長。硫化鋅厚度為50-200納米，二氧化硅厚度為0.5-2微米。在碲鎘汞襯底上采用該掩膜可以得到陡直掩膜。成形過程中，二氧化硅與犧牲層硫化鋅的高選擇比是自動停止功能的關(guān)鍵原理。在碲鎘汞刻蝕完成后，使用鹽酸浸泡即可完全去除掩膜整體。

上述技術(shù)方案中具有自動刻蝕停止功能的碲鎘汞刻蝕掩膜的制備方法如下：

1)采用磁控濺射設(shè)備在碲鎘汞表面生長硫化鋅、二氧化硅雙層掩膜；

2)采用AZ4330光刻膠光刻圖形；

3)使用電感耦合等離子體刻蝕二氧化硅掩膜圖形；

4)刻蝕碲鎘汞后，置于鹽酸中去除殘留的掩膜。

本專利的優(yōu)點是：掩膜的刻蝕終點易于控制，使得干法刻蝕掩膜技術(shù)可應(yīng)用于碲鎘汞襯底；掩膜的成形過程不會對碲鎘汞材料造成損傷；在刻蝕后，犧牲層的存在使得掩膜可以被很方便地完全去除。

附圖說明

圖1是具有自動停止功能的碲鎘汞掩膜成形工藝步驟的流程圖。

圖2是掩膜的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為二氧化硅掩膜，2為硫化鋅犧牲層，3為碲鎘汞材料。

具體實施方式

實施方式1

1)使用1％體積比的溴-乙醇腐蝕液漂洗碲鎘汞材料，得到潔凈的材料表面；

2)將材料放入磁控濺射設(shè)備(Ac450)生長50納米硫化鋅，氬氣束流為40立方厘米/分鐘，工作氣壓為6.0×10^-3毫巴,生長功率為50瓦，直流偏置為190伏，生長速率約為0.3埃/秒；

3)直接在Ac450磁控濺射設(shè)備中繼續(xù)生長500納米二氧化硅，氬氣束流為50立方厘米/分鐘，工作氣壓為6.0×10^-3毫巴,生長功率為150瓦，直流偏置為400伏，生長速率約為0.4埃/秒；

4)使用AZ4330常規(guī)光刻工藝光刻圖形，轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分鐘，時間30秒，65℃前烘30分鐘，MJB3光刻機汞燈I線曝光12秒，AZ300MIF顯影液顯影30秒，65℃堅膜30分鐘；

5)使用電感耦合等離子體設(shè)備(ICP180)刻蝕二氧化硅，氣體組分Ar:CHF₃＝38:12，刻蝕時間1.5分鐘(過刻)，刻蝕速率為350納米/分鐘?？涛g 過程會自動停止于硫化鋅犧牲層。

6)使用鹽酸腐蝕圖形區(qū)域的硫化鋅，使用MOS級濃鹽酸，冰水混合物水浴控溫，時間約1秒(過腐)，腐蝕速率為100納米/秒；

7)刻蝕碲鎘汞后，使用MOS級濃鹽酸剝離掩膜，冰水混合物水浴控溫，時間約60秒(過腐)，腐蝕速率為100納米/秒。

實施方式2

1)使用1％體積比的溴-乙醇腐蝕液漂洗碲鎘汞材料，得到潔凈的材料表面；

2)將材料放入磁控濺射設(shè)備(Ac450)生長100納米硫化鋅，氬氣束流為40立方厘米/分鐘，工作氣壓為6.0×10^-3毫巴,生長功率為50瓦，直流偏置為190伏，生長速率約為0.3埃/秒；

3)直接在Ac450磁控濺射設(shè)備中繼續(xù)生長1000納米二氧化硅，氬氣束流為50立方厘米/分鐘，工作氣壓為6.0×10^-3毫巴,生長功率為150瓦，直流偏置為400伏，生長速率約為0.4埃/秒；

4)使用AZ4330常規(guī)光刻工藝光刻圖形，轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分鐘，時間30秒，65℃前烘30分鐘，MJB3光刻機汞燈I線曝光12秒，AZ300MIF顯影液顯影30秒，65℃堅膜30分鐘；

5)使用電感耦合等離子體設(shè)備(ICP180)刻蝕二氧化硅，氣體組分Ar:CHF₃＝38:12，刻蝕時間3分鐘(過刻)，刻蝕速率為350納米/分鐘?？涛g過程會自動停止于硫化鋅犧牲層。

6)使用鹽酸腐蝕圖形區(qū)域的硫化鋅，使用MOS級濃鹽酸，冰水混合物水浴控溫，時間約2秒(過腐)，腐蝕速率為100納米/秒；

7)刻蝕碲鎘汞后，使用MOS級濃鹽酸剝離掩膜，冰水混合物水浴控溫，時間約60秒(過腐)，腐蝕速率為100納米/秒。

實施方式3

1)使用1％體積比的溴-乙醇腐蝕液漂洗碲鎘汞材料，得到潔凈的材料表面；

2)將材料放入磁控濺射設(shè)備(Ac450)生長180納米硫化鋅，氬氣束流為40立方厘米/分鐘，工作氣壓為6.0×10^-3毫巴,生長功率為50瓦，直流偏置為190伏，生長速率約為0.3埃/秒；

3)直接在Ac450磁控濺射設(shè)備中繼續(xù)生長2000納米二氧化硅，氬氣束流為50立方厘米/分鐘，工作氣壓為6.0×10^-3毫巴,生長功率為150瓦，直流偏置為400伏，生長速率約為0.4埃/秒；

4)使用AZ4330常規(guī)光刻工藝光刻圖形，轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分鐘，時間30秒，65℃前烘30分鐘，MJB3光刻機汞燈I線曝光12秒，AZ300MIF顯影液顯影30秒，65℃堅膜30分鐘；

5)使用電感耦合等離子體設(shè)備(ICP180)刻蝕二氧化硅，氣體組分Ar:CHF₃＝38:12，刻蝕時間6分鐘(過刻)，刻蝕速率為350納米/分鐘。刻蝕過程會自動停止于硫化鋅犧牲層。

6)使用鹽酸腐蝕圖形區(qū)域的硫化鋅，使用MOS級濃鹽酸，冰水混合物水浴控溫，時間約3秒(過腐)，腐蝕速率為100納米/秒；

7)刻蝕碲鎘汞后，使用MOS級濃鹽酸剝離掩膜，冰水混合物水浴控溫，時間約60秒(過腐)，腐蝕速率為100納米/秒。