碲镉汞（Hg
1-x
Cd
x
Te）材料可以通过组分x值的改变来制备各种波段的红外探测器，在光电器件、传感器和环境检测等领域有着广泛的应用。随着近些年新一代HgCdTe焦平面探测器的崛起，使得碲镉汞探测器逐步向大规模、高集成发展。探测器光敏元尺寸和芯片线宽的日益减小，都需要高深宽比的沟槽隔离技术来实现，这对芯片成型工艺中重要的一环———离子束刻蚀工艺提出了更高的深宽比要求。
为实现这些列阵的有效隔离和达到高的深宽比，中国科学院上海技术物理研究所的贾嘉等研究人员进行了离子束刻蚀碲镉汞沟槽的工艺研究，重点分析了选用不同光刻胶型号、改变刻蚀角度以及使用三栅离子源对刻蚀深宽比的影响。
1、离子束刻蚀简介及评价参数
离子束刻蚀是通过物理溅射功能进行加工的离子铣。国内应用最广泛的双栅考夫曼刻蚀机通常由屏栅和加速栅组成离子光学系统，其工作台可以方便地调整倾角，使碲镉汞基片法线与离子束的入射方向成θ角，并绕自身的法线旋转，如图1所示。评价沟槽轮廓主要的参数有沟槽的开口宽度W
e
、沟槽的刻蚀深度H、台面的坡度角φ和沟槽底部的宽度W
b
。我们常用的深宽比（Aspectratio）是指槽深H和槽开口宽度W
e
的比值，本文中用R表示。深宽比是常用来作为衡量刻蚀工艺水平和刻蚀图形好坏的评价参数。本实验中使用的是北京埃德万斯离子束研究所股份有限公司生产的LKJ-1C-100型考夫曼Ar离子束刻蚀机。
图1 离子束刻蚀原理图
北京埃德万斯离子束技术研究所股份有限公司自主研发的Advanced LKJ系列离子束刻蚀系统，为通用离子束刻蚀系统，除了可进行传统微纳结构刻蚀外，还可实现离子束清洗、材料表面抛光和材料减薄等功能，还可实现化学辅助离子束刻蚀（CAIBE）与反应离子束刻蚀（RIBE）。
2、实验及结果
在本实验中设计了四条宽度分别为10um、8um、6um和4um的刻蚀槽，使用光刻胶作掩模，样品经过前烘、曝光、显影、定影和后烘的光刻标准工艺后在碲镉汞基片上形成需要的槽宽，然后在离子束刻蚀机上用常规刻蚀工艺条件（离子能量300eV、离子束流55mA、加速电压200～220V）进行Ar离子束的物理刻蚀，刻蚀时间都为3h。刻蚀结束后将碲镉汞基片取出，去胶后用红外物理国家重点实验室的扫描电子显微镜（SEM）测量这些刻蚀沟槽的参数并计算其深宽比。为了提高离子束刻蚀碲镉汞材料的深宽比，设计并尝试了三种方法，并通过实验验证了其可行性。实验1和实验2中使用的是传统的双栅离子源，实验3中使用的是三栅离子源。
图2 三栅离子束系统结构原理图
实验3中，尝试使用了三栅的考夫曼离子源。三栅的考夫曼离子源在加速栅后面还设置第三个栅极作为减速栅，如图2所示。本实验中的三栅离子源，其在常规刻蚀工艺条件下，与实验1和实验2中使用的双栅离子源对碲镉汞材料有着基本相同的刻蚀速率。图3（a）和（b）还分别给出了用AZ4620光刻胶做掩模的情况下双栅和三栅离子源刻蚀3小时后的SEM图像。
