InSb的电感耦合等离子体刻蚀技术研究

随着InSb红外焦平面探测器的发展,焦平面阵列规模越来越大,像元面积越来越小.湿法刻蚀因其各向同性的特点,导致像元钻蚀严重,越来越难满足大规格InSb焦平面器件的要求.研究了以Ar/CH4/H2作为刻蚀气体,利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀大规格InSb晶片的初步研究结果,研究不同RF功率、腔体压力和Ar的含量对刻蚀速率、表面形貌的影响及InSb表面残留聚合物的去除方法.     

电感耦合等离子体刻蚀InSb芯片工艺的研究

随着InSb红外焦平面阵列探测器的发展,焦平面阵列规模不断增大,像元面积越来越小.湿法刻蚀因为其各向同性刻蚀的特点,导致像元的钻蚀严重,已经难以满足大规格InSb焦平面器件的要求.采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀大规格InSb阵列芯片,研究不同腔体压力对刻蚀速率、表面形貌的影响及InSb表面残留聚合物的去除方法.     

台面PN结InSb红外探测器响应时间研究

分析了光伏InSb探测器响应时间与量子效率、反向饱和电流的关系,设计出量子效率为0.61～0.56、响应时间为20～60 ps的锑化铟(InSb)红外探测器,实验制备了台面p+-on-n结构的探测器.通过I-V、C-V测试验证了制备的器件物理参数与设计值吻合.采用脉冲响应测试了InSb探测器的响应时间(0.3?s),由于封装和其他分布电容的限制,响应时间测试值与理论计算值存在差距.     

碳化硅ICP刻蚀的掩膜材料北大核心

SiC材料由于具有非常强的化学稳定性与机械硬度,不能用酸或碱性溶液对其进行腐蚀,在MEMS制备工艺中,通常采用干法刻蚀来制备SiC结构。针对干法刻蚀中遇到的问题,比较了光刻胶、Al和Ni等多种掩膜材料对SiC刻蚀的影响以及SiC与掩膜材料的选择比。实验证明,光刻胶作为掩膜,与SiC的选择比约为1.67,并且得到的台阶垂直度较差。Al与SiC的选择比约为7,但是致密性差,并且有微掩膜效应。金属Ni与SiC的选择比约为20,并且得到的台阶比较垂直且刻蚀形貌良好。最后,使用Ni作为掩膜材料对SiC压阻式加速度传感器的背腔和压敏电阻进行了电感耦合等离子体(ICP)刻蚀。     

p-GaN在不同掩膜和刻蚀气体中的ICP刻蚀

p-GaN栅沟槽侧壁与AlGaN表面特性直接影响栅注入(GIT)型AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性及击穿特性.对比研究了两种刻蚀气体(SF6/BCl3和Cl2/N2/O2)及不同的刻蚀掩膜层(SiO2,Si3N4和光刻胶)对AlGaN上p-GaN的选择性刻蚀结果,利用原子力显微镜(AFM)对刻蚀沟槽的表面形貌进行表征,并通过I-V测试其电学性能.结果显示,以Cl2/N2/O2为刻蚀气体,且体积流量为18,10和2 cm3/min时,p-GaN刻蚀速率稳定且与AlGaN的刻蚀选择比较高(约30),并且可使p-GaN刻蚀自动停止在AlGaN界面处.此外,以Si3N4作为刻蚀掩膜,可以获得表面光滑、无微沟槽且侧壁垂直度较好的沟槽结构.采用上述刻蚀工艺制备的GIT结构器件的漏端关态电流相比肖特基栅降低约2个量级,阈值电压约为0.61 V,峰值跨导为36 mS/mm.     

利用CH4/H2/Ar及Cl2高密度等离子体对InSb的高速率刻蚀研究（英文）

利用感应耦合等离子体(ICP)进行了InSb刻蚀研究。为了实现高的刻蚀速率同时保证光滑的刻蚀表面,研究中在CH4/H2/Ar气氛中引入了Cl2。研究发现,对InSb的刻蚀速率随Cl2含量及ICP功率的升高而线性增加。当Cl2含量增加到超过12%或ICP功率大于900 W时,刻蚀表面变得粗糙,而易引起刻蚀损伤的直流偏压随ICP功率的升高而降低。此现象归因于刻蚀副产物InCl3在样品表面的聚集进而妨碍均匀刻蚀反应所致。当样品温度从20℃提高到120℃,刻蚀速率及表面粗糙度无明显变化。通过试验研究,实现了对InSb的高速率、高垂直度刻蚀,刻蚀速率大于500 nm/min,对SiO2掩模刻蚀选择比大于6,刻蚀表面光洁,刻蚀垂直度可达80°。     

ICP刻蚀技术及其在光电子器件制作中的应用

简单介绍了ICP(inductively coupled plasma)刻蚀设备的结构和刻蚀机理，报道了ICP刻蚀硅、二氧化硅和Ⅲ—Ⅴ族材料的一些最新进展，重点介绍ICP刻蚀技术在光电子器件制作方面的进展和应用前景。     

InSb阵列探测芯片的感应耦合等离子反应刻蚀研究

利用感应耦合等离子（ICP）反应刻蚀（RIE）进行了InSb阵列芯片台面刻蚀,并利用轮廓仪、SEM及XRD对台面形貌以及刻蚀损伤进行分析。采用优化的ICP刻蚀参数,实现的刻蚀速率为70~90 nm/min,刻蚀台阶垂直度~80°,刻蚀表面平整光滑、损伤低。与常规的湿法腐蚀相比,明显降低了侧向钻蚀。台面采用此反应刻蚀工艺,制备了具有理想I-V特性的320×256 InSb探测阵列芯片,在-500 mV到零偏压范围内,光敏元（面积23 μm×23 μm）的动态阻抗（Rd）大于100 MΩ。     

InSb 红外焦平面阵列探测器湿法刻蚀

随着大规模InSb 红外焦平面(FPA)器件的发展,探测器制备的传统湿法刻蚀工艺已越来越难以满足新工艺要求。介绍了一种用于制备InSb 红外焦平面探测器的新湿法刻蚀工艺:使用适当比例的柠檬酸/H2O2 系刻蚀剂代替现有乳酸/硝酸系刻蚀剂,同时采用N2 气泡搅拌刻蚀装置来辅助刻蚀。通过实验对比分析表明,新刻蚀工艺可以很好地解决原湿法刻蚀横向刻蚀和下切效应,提高了刻蚀均匀性和平整度,减小了表面粗糙度,并明显降低了InSb 器件的漏电流,提高了电性能。     

第三代红外焦平面基础技术的研究进展

叙述了围绕第三代红外焦平面的需求所进行的HgCdTe分子束外延以及台面结芯片技术研究的一些成果。对GaAs、Si基大面积异质外延、p型掺杂以及台面刻蚀等主要难点问题进行了阐述。研究表明,7.6 cm(3 in)材料的组分均匀性良好,晶格失配引发的孪晶缺陷可以通过合适的低温成核方法得到有效抑制。在GaAs和Si衬底上外延的HgCdTe材料的(422)X射线衍射半峰宽的典型值为55″~75″。对ICP技术刻蚀HgCdTe的表面形貌、刻蚀速率、反应微观机理、负载效应和刻蚀延迟效应以及刻蚀损伤进行了研究,得到了高选择比的掩模技术和表面光亮、各向异性较好的刻蚀形貌。采用HgCdTe多层材料试制了长波n?蛳on?蛳p以及p?蛳on?蛳n型掺杂异质结器件以及双色红外短波/中波焦平面探测器,取得了一些初步结果。     

InSb凝视红外焦平面组件研制和应用

研制成功了采用光伏InSb二极管列阵工艺、直接注入Si CMOS读出电路、微型玻璃杜瓦和微型节流制冷机的 6 4× 6 4元InSb红外焦平面组件。焦平面组件平均探测率约 1× 10 11cmHz1 2 W-1,平均量子效率约 72 %,响应率非均匀性约 18%,无效像元率约 0 .5 %。其性能参数满足红外成像制导的技术要求 ,已成功进行了凝视红外成像探测系统外场试验。     

InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面台面的 ICP 刻蚀研究

本文报道了采用Cl2/N2电感耦合等离子（ICP）组合体刻蚀工艺在InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面台面加工过程中的研究结果,实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长的PIN型超晶格材料。结果表明,气体流量比例直接对刻蚀速率和刻蚀形貌产生影响,氯气含量越高,刻蚀速率越大,当氮气含量增加,刻蚀速率降低并趋于一定值。当氯气和氮气的流量比例和等离子腔体内压力等参数一定时,随着温度升高,刻蚀速率和选择比在有限范围内同时线性增大,台面的倾角趋于直角,台面轮廓层状纹理逐渐消失,但沟道内变得粗糙不平,并出现坑点。在实验研究范围内,电感耦合等离子源的ICP功率和RF功率对刻蚀结果产生的影响较小。     

反应离子刻蚀InSb芯片引入的损伤研究

应用CH₄/H₂/Ar作为刻蚀气源对InSb微台面阵列进行了反应离子刻蚀,并对刻蚀后引入的损伤进行了分析。实验证实利用干法刻蚀与湿法腐蚀相结合的方法能有效地减少刻蚀引入的缺陷和损伤,获得较好的电学特性,达到低损伤刻蚀InSb材料的目的。     

台槽刻蚀对埋栅型静电感应晶体管特性的影响

对埋栅型SIT,为切断栅极和源极（或阴极）之间在外延过程中形成的连体,打开栅电极区,进行外延后的台面刻蚀,对台面刻蚀的深度和形状进行研究;为消除栅墙外划片边界造成的各种寄生效应,在有源区的外面挖深槽,以保证栅源击穿发生在内部、实现击穿接近理论值。对先刻蚀台面还是先刻蚀槽的问题做了实验对比,结果发现先台后槽更有利于器件特性的改善。     

InSb红外焦平面探测器结构应力的ANSYS分析

借助有限元软件系统分析了铟柱取不同直径时红外探测器整体结构的应力分布.模拟结果表明,在固定铟柱高度的前提下,当铟柱直径以2μm的步长从36μm减小到18μm的过程中,InSb芯片上的最大应力值呈现出先减小,后线性增加的趋势,但铟柱上应力最大值始终保持在15.7MPa左右,且分布几乎不变.S i读出电路上的应力小于InSb芯片上的应力值,变化趋势类同于InSb芯片上应力的变化趋势.铟柱直径取30μm时,InSb芯片和S i读出电路上的应力均达到最小值260MPa和140MPa,整个器件的应力分布在接触区呈现明显的集中性、均匀性,分布更合理.     

Si基InSb红外焦平面阵列探测器的研究

针对InSb 红外焦平面芯片中InSb 与Si 读出电路热膨胀系数不匹配导致芯片龟裂及铟柱断裂现象,开展了Si基InSb 红外焦平面探测器（FPA）的研究。运用磨抛减薄技术及金刚石点切削技术对芯片背面进行精确减薄,得到厚度为15m的InSb芯片;研究了在InSb芯片和Si片上溅射及蒸发减反膜工艺,得到InSb芯片和Si片粘贴后红外中短波光谱的透过率高达88%;对器件的整体工艺路线进行了探索,最终制备出Si基128128元InSb 红外焦平面探测器器件,测试结果表明:器件探测率、响应率及串音等性能指标达到传统工艺制备的器件性能指标;经温冲试验后测试器件结构保持完好,性能未发生变化,证明该工艺路线可解决芯片受应力冲击而产生的铟柱断裂及芯片龟裂的现象,可有效提高InSb焦平面探测器芯片的成品率。     

干法刻蚀InSb时Ar气含量的选取

感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术是目前国际制备InSb台面结型焦平面阵列技术的主流技术之一。文章研究采用ICP刻蚀技术,以CH4/H2/Ar刻蚀气体体系对InSb材料进行干法刻蚀时刻蚀气体体系中Ar气体积组分对材料刻蚀形貌及器件性能的影响。实验方案设置为在控制其他实验变量相同的情况下设置不同Ar气体积分数的刻蚀气体体系对InSb材料进行台面蚀刻,通过扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜考察台面刻蚀形貌,通过I-V测试得到的器件性能结果考察刻蚀损伤情况。从实验结果得到,Ar体积占据总气体体积的30%～35%时台面刻蚀形貌良好,表面损伤轻,器件性能良好,刻蚀工艺满足要求。