以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法
2023-05-08 05:56:16
專利名稱：以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法
技術領域：
本發明涉及二氧化矽材料刻蝕技術領域，特別涉及一種使用互感耦合等離子體刻 蝕(ICP)以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法。
背景技術：
在Si02/Si光波導和矽基神經探針中，二氧化矽深刻蝕是非常重要的步驟。深達 幾微米甚至幾十微米，側壁垂直、光滑的二氧化矽深刻蝕一直是工藝的難點。互感耦合等離子體刻蝕(Inductively Coupled Plasma，ICP)，利用高密度等離子 體與刻蝕材料發生的化學反應和反應粒子轟擊產生的物理反應共同作用進行微細尺寸的 刻蝕。與溼法刻蝕及傳統的等離子刻蝕相比，具有以下優點刻蝕速率快，選擇比高，大面積 均勻性好，刻蝕剖面的各向異性刻蝕程度高，可進行高質量的精細線條刻蝕，獲得優異的刻 蝕形貌。因此在CMOS技術、微機械系統、集成光電子學等方面獲得了廣泛地應用。在深二氧化矽的幹法刻蝕中，一般採用多晶矽或金屬作為掩膜。這是因為光刻膠 抗刻蝕能力差，導致光刻膠與二氧化矽的選擇比低，在進行二氧化矽深刻蝕時不能有效掩 蔽，無法滿足刻蝕要求。但是採用多晶矽或金屬作為掩膜除了正常光刻，將增加製備多晶矽或金屬掩膜 層、掩膜層圖形化、清洗等多個步驟，不僅增加了工藝複雜性，還加大了工藝失敗率。此外，採用多晶矽或金屬作為掩膜還具有其他方面的不足。如果以多晶矽為掩膜， 製備多晶矽時需經過高溫過程，對於已經擴散或離子注入和已經進行金屬布線等情況將不 能適用。同時多晶矽的圖形化又有新的難題，如果使用溼法腐蝕，得到的掩膜表面形貌差， 會嚴重影響二氧化矽刻蝕後的表面形貌，使用幹法刻蝕得到的掩膜表面形貌較好，但工藝 複雜，成本過高。如果以金屬為掩膜，圖形化面臨著和多晶矽同樣的問題。而且在刻蝕過程中，金屬 掩膜在高能粒子的轟擊下四處散落，落在需要刻蝕的表面上形成微掩膜，造成刻蝕表面的 粗糙化。直接使用光刻膠作為掩膜進行二氧化矽深刻蝕不僅工藝簡單，而且側壁平整度也 較好。但是需要克服以下困難光刻膠抗刻蝕能力差，選擇比低，刻蝕剖面不夠陡直。
發明內容
(一)要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻 蝕的方法，工藝簡單，選擇比高，刻蝕深度可以超過25微米，而且刻蝕形貌好，側壁光滑陡直。(二)技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方 法，該方法包括
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步驟1 在二氧化矽樣品表面製備光刻膠掩膜；步驟2 對光刻膠掩膜進行梯度升溫堅膜；步驟3 採用ICP幹法刻蝕二氧化矽樣品。上述方案中，所述步驟1包括將二氧化矽樣品清洗後，經過勻膠、前烘、曝光、後 烘和顯影，製備出光刻膠掩膜。所述光刻膠採用厚膠，轉速2500 3000轉，光刻膠的厚度 為7 10微米。上述方案中，所述步驟2包括將二氧化矽樣品放置在烘箱中，120°C先堅膜60分 鍾以上，升溫至150°C再堅膜30 60分鐘。上述方案中，所述步驟3包括將二氧化矽樣品送入真空室，襯底溫度設在20°C， 並使用He氣冷卻，採用上電極功率為1000 1200W，下電極功率為280 320W，氣壓為 0. 5Pa，並添加10 15sccm的H2提高選擇比，刻蝕氣體C4F8為15 20sccm，稀釋氣體He 為170sccm，反應時間為1小時。(三)有益效果本發明以光刻膠為掩膜進行二氧化矽深刻蝕，具有工藝簡單快捷，選擇比高，刻蝕 深度可達25微米，刻蝕形貌好，側壁陡直等優點。
圖1是本發明提供的以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的工藝流程圖；圖2是本發明提供的以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕後樣品的掃描電鏡 (SEM)照片(已去除剩餘光刻膠)。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是本發明提供的以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的工藝 流程圖，該方法包括步驟1 在二氧化矽樣品表面製備光刻膠掩膜；在本步驟中，樣品清洗後，經過勻膠、前烘、曝光、後烘、顯影等工序製備出光刻膠 掩膜。採用厚膠，轉速2500 3000轉，光刻膠厚度7 10微米。刻蝕工藝本質上是一個掩膜轉移的過程，所以光刻膠掩膜的製作對二氧化矽的刻 蝕非常重要。首先，刻蝕深度較深，需要足夠厚度的光刻膠。其次，光刻膠的邊緣應比較光 滑，這樣才能保證二氧化矽刻蝕後側壁光滑。步驟2 對光刻膠掩膜進行梯度升溫堅膜；在本步驟中，採用梯度升溫的方法堅膜顯影后將樣品放置在烘箱中，120°C先堅 膜60分鐘以上，升溫至150°C再堅膜30 60分鐘。顯影后的堅膜烘焙能夠去除光刻膠中剩餘的溶劑，使光刻膠變硬，提高光刻膠的 抗高溫、抗刻蝕能力以及和襯底的附著力。即可以提高刻蝕時光刻膠對二氧化矽的選擇比。 常規工藝採用單一溫度堅膜，因為刻蝕深度較小，所需的光刻膠掩膜很薄，一般可以滿足要 求。但是，在二氧化矽深刻蝕中，需要相對較厚的光刻膠掩膜才能有效掩蔽。如果採用單一溫度堅膜，溫度低時光刻膠硬化程度不夠，溫度高時光刻膠表面迅速硬化，但內部依然很 軟，容易造成塌陷，引起光刻圖形的變形。梯度升溫堅膜的方法可以保證光刻膠從內到外被 充分加熱，從而保證良好的圖形和硬度。
步驟3 採用ICP幹法刻蝕二氧化矽樣品。在本步驟中，樣品送入真空室，襯底溫度設在20°C，並使用He氣冷卻。採用較高 的上下電極功率，較大的刻蝕氣體流量，較小的氣壓，並添加適量H2提高選擇比。上電極功 率1000 1200W，下電極功率280 320W，主要刻蝕氣體C4F815 20sccm，稀釋氣體He為 170sccm, H210 15sccm，氣壓0. 5Pa。反應1個小時，二氧化矽刻蝕深度可達25微米，選 擇比可達6 1，而且側壁光滑，陡直度接近90度。襯底使用He氣冷卻，將刻蝕過程中產生的熱量快速傳導出去，防止光刻膠在高溫 下炭化變形。提高上電極功率可以提高氣體的離化率，獲得更高密度的等離子體，從而提高刻 蝕的速度。提高下電極功率將提高離子的轟擊作用，增強刻蝕過程中的物理作用，使得刻蝕 的方向性更加明顯，易於獲得更加陡直的形貌，同時也可以增加刻蝕速率。缺點是同時加劇 了離子對光刻膠的轟擊作用，選擇比因此下降。增加C4F8的含量可以顯著增加刻蝕速率，從而提高選擇比。小氣壓易於獲得更加 陡直的形貌。添加H2將減小光刻膠和二氧化矽的刻蝕速率，在適量的H2濃度下，光刻膠的刻蝕 速率急劇下降，二氧化矽的刻蝕速率下降很小，因此適量添加H2可以有效提高光刻膠對二 氧化矽的選擇比。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護範圍之內。
權利要求
一種以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法，其特徵在於，該方法包括步驟1在二氧化矽樣品表面製備光刻膠掩膜；步驟2對光刻膠掩膜進行梯度升溫堅膜；步驟3採用ICP幹法刻蝕二氧化矽樣品。
2.根據權利要求1所述的以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法，其特徵在 於，所述步驟1包括將二氧化矽樣品清洗後，經過勻膠、前烘、曝光、後烘和顯影，製備出光刻膠掩膜。
3.根據權利要求2所述的以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法，其特徵在 於，所述光刻膠採用厚膠，轉速2500 3000轉，光刻膠的厚度為7 10微米。
4.根據權利要求1所述的以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法，其特徵在 於，所述步驟2包括將二氧化矽樣品放置在烘箱中，120°C先堅膜60分鐘以上，升溫至150°C再堅膜30 60分鐘。
5.根據權利要求1所述的以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法，其特徵在 於，所述步驟3包括將二氧化矽樣品送入真空室，襯底溫度設在20°C，並使用He氣冷卻，採用上電極功率 為1000 1200W，下電極功率為280 320W，氣壓為0. 5Pa，並添加10 15sccm的H2提高 選擇比，刻蝕氣體C4F8為15 20sccm，稀釋氣體He為170sccm，反應時間為1小時。
全文摘要
本發明公開了一種以光刻膠為掩膜對二氧化矽進行深刻蝕的方法，該方法包括步驟1在二氧化矽樣品表面製備光刻膠掩膜；步驟2對光刻膠掩膜進行梯度升溫堅膜；步驟3採用ICP幹法刻蝕二氧化矽樣品。本發明以光刻膠為掩膜進行二氧化矽深刻蝕，具有工藝簡單快捷，選擇比高，刻蝕深度可達25微米，刻蝕形貌好，側壁陡直等優點。
文檔編號G02B6/136GK101852893SQ20091008122
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者李豔, 楊富華, 裴為華 申請人:中國科學院半導體研究所