專利名稱：以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化硅材料刻蝕技術(shù)領(lǐng)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(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法。
背景技術(shù)：
在Si02/Si光波導(dǎo)和硅基神經(jīng)探針中，二氧化硅深刻蝕是非常重要的步驟。深達(dá) 幾微米甚至幾十微米，側(cè)壁垂直、光滑的二氧化硅深刻蝕一直是工藝的難點(diǎn)?；ジ旭詈系入x子體刻蝕(Inductively Coupled Plasma，ICP)，利用高密度等離子 體與刻蝕材料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)粒子轟擊產(chǎn)生的物理反應(yīng)共同作用進(jìn)行微細(xì)尺寸的 刻蝕。與濕法刻蝕及傳統(tǒng)的等離子刻蝕相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行高質(zhì)量的精細(xì)線條刻蝕，獲得優(yōu)異的刻 蝕形貌。因此在CMOS技術(shù)、微機(jī)械系統(tǒng)、集成光電子學(xué)等方面獲得了廣泛地應(yīng)用。在深二氧化硅的干法刻蝕中，一般采用多晶硅或金屬作為掩膜。這是因?yàn)楣饪棠z 抗刻蝕能力差，導(dǎo)致光刻膠與二氧化硅的選擇比低，在進(jìn)行二氧化硅深刻蝕時(shí)不能有效掩 蔽，無法滿足刻蝕要求。但是采用多晶硅或金屬作為掩膜除了正常光刻，將增加制備多晶硅或金屬掩膜 層、掩膜層圖形化、清洗等多個(gè)步驟，不僅增加了工藝復(fù)雜性，還加大了工藝失敗率。此外，采用多晶硅或金屬作為掩膜還具有其他方面的不足。如果以多晶硅為掩膜， 制備多晶硅時(shí)需經(jīng)過高溫過程，對(duì)于已經(jīng)擴(kuò)散或離子注入和已經(jīng)進(jìn)行金屬布線等情況將不 能適用。同時(shí)多晶硅的圖形化又有新的難題，如果使用濕法腐蝕，得到的掩膜表面形貌差， 會(huì)嚴(yán)重影響二氧化硅刻蝕后的表面形貌，使用干法刻蝕得到的掩膜表面形貌較好，但工藝 復(fù)雜，成本過高。如果以金屬為掩膜，圖形化面臨著和多晶硅同樣的問題。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(jìn)行二氧化硅深刻蝕不僅工藝簡(jiǎn)單，而且側(cè)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(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻 蝕的方法，工藝簡(jiǎn)單，選擇比高，刻蝕深度可以超過25微米，而且刻蝕形貌好，側(cè)壁光滑陡直。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方 法，該方法包括
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步驟1 在二氧化硅樣品表面制備光刻膠掩膜；步驟2 對(duì)光刻膠掩膜進(jìn)行梯度升溫堅(jiān)膜；步驟3 采用ICP干法刻蝕二氧化硅樣品。上述方案中，所述步驟1包括將二氧化硅樣品清洗后，經(jīng)過勻膠、前烘、曝光、后 烘和顯影，制備出光刻膠掩膜。所述光刻膠采用厚膠，轉(zhuǎn)速2500 3000轉(zhuǎn)，光刻膠的厚度 為7 10微米。上述方案中，所述步驟2包括將二氧化硅樣品放置在烘箱中，120°C先堅(jiān)膜60分 鐘以上，升溫至150°C再堅(jiān)膜30 60分鐘。上述方案中，所述步驟3包括將二氧化硅樣品送入真空室，襯底溫度設(shè)在20°C， 并使用He氣冷卻，采用上電極功率為1000 1200W，下電極功率為280 320W，氣壓為 0. 5Pa，并添加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(yīng)時(shí)間為1小時(shí)。(三)有益效果本發(fā)明以光刻膠為掩膜進(jìn)行二氧化硅深刻蝕，具有工藝簡(jiǎn)單快捷，選擇比高，刻蝕 深度可達(dá)25微米，刻蝕形貌好，側(cè)壁陡直等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提供的以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的工藝流程圖；圖2是本發(fā)明提供的以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕后樣品的掃描電鏡 (SEM)照片(已去除剩余光刻膠)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的工藝 流程圖，該方法包括步驟1 在二氧化硅樣品表面制備光刻膠掩膜；在本步驟中，樣品清洗后，經(jīng)過勻膠、前烘、曝光、后烘、顯影等工序制備出光刻膠 掩膜。采用厚膠，轉(zhuǎn)速2500 3000轉(zhuǎn)，光刻膠厚度7 10微米?？涛g工藝本質(zhì)上是一個(gè)掩膜轉(zhuǎn)移的過程，所以光刻膠掩膜的制作對(duì)二氧化硅的刻 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(yīng)比較光 滑，這樣才能保證二氧化硅刻蝕后側(cè)壁光滑。步驟2 對(duì)光刻膠掩膜進(jìn)行梯度升溫堅(jiān)膜；在本步驟中，采用梯度升溫的方法堅(jiān)膜顯影后將樣品放置在烘箱中，120°C先堅(jiān) 膜60分鐘以上，升溫至150°C再堅(jiān)膜30 60分鐘。顯影后的堅(jiān)膜烘焙能夠去除光刻膠中剩余的溶劑，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(shí)光刻膠對(duì)二氧化硅的選擇比。 常規(guī)工藝采用單一溫度堅(jiān)膜，因?yàn)榭涛g深度較小，所需的光刻膠掩膜很薄，一般可以滿足要 求。但是，在二氧化硅深刻蝕中，需要相對(duì)較厚的光刻膠掩膜才能有效掩蔽。如果采用單一溫度堅(jiān)膜，溫度低時(shí)光刻膠硬化程度不夠，溫度高時(shí)光刻膠表面迅速硬化，但內(nèi)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(jiān)膜的方法可以保證光刻膠從內(nèi)到外被 充分加熱，從而保證良好的圖形和硬度。
步驟3 采用ICP干法刻蝕二氧化硅樣品。在本步驟中，樣品送入真空室，襯底溫度設(shè)在20°C，并使用He氣冷卻。采用較高 的上下電極功率，較大的刻蝕氣體流量，較小的氣壓，并添加適量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(yīng)1個(gè)小時(shí)，二氧化硅刻蝕深度可達(dá)25微米，選 擇比可達(dá)6 1，而且側(cè)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(chǎn)生的熱量快速傳導(dǎo)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(qiáng)刻蝕過程中的物理作用，使得刻蝕 的方向性更加明顯，易于獲得更加陡直的形貌，同時(shí)也可以增加刻蝕速率。缺點(diǎn)是同時(shí)加劇 了離子對(duì)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。小氣壓易于獲得更加 陡直的形貌。添加H2將減小光刻膠和二氧化硅的刻蝕速率，在適量的H2濃度下，光刻膠的刻蝕 速率急劇下降，二氧化硅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(duì)二 氧化硅的選擇比。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法，其特征在于，該方法包括步驟1在二氧化硅樣品表面制備光刻膠掩膜；步驟2對(duì)光刻膠掩膜進(jìn)行梯度升溫堅(jiān)膜；步驟3采用ICP干法刻蝕二氧化硅樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法，其特征在 于，所述步驟1包括將二氧化硅樣品清洗后，經(jīng)過勻膠、前烘、曝光、后烘和顯影，制備出光刻膠掩膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法，其特征在 于，所述光刻膠采用厚膠，轉(zhuǎn)速2500 3000轉(zhuǎn)，光刻膠的厚度為7 10微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法，其特征在 于，所述步驟2包括將二氧化硅樣品放置在烘箱中，120°C先堅(jiān)膜60分鐘以上，升溫至150°C再堅(jiān)膜30 60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法，其特征在 于，所述步驟3包括將二氧化硅樣品送入真空室，襯底溫度設(shè)在20°C，并使用He氣冷卻，采用上電極功率 為1000 1200W，下電極功率為280 320W，氣壓為0. 5Pa，并添加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(yīng)時(shí)間為1小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以光刻膠為掩膜對(duì)二氧化硅進(jìn)行深刻蝕的方法，該方法包括步驟1在二氧化硅樣品表面制備光刻膠掩膜；步驟2對(duì)光刻膠掩膜進(jìn)行梯度升溫堅(jiān)膜；步驟3采用ICP干法刻蝕二氧化硅樣品。本發(fā)明以光刻膠為掩膜進(jìn)行二氧化硅深刻蝕，具有工藝簡(jiǎn)單快捷，選擇比高，刻蝕深度可達(dá)25微米，刻蝕形貌好，側(cè)壁陡直等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/136GK101852893SQ20091008122
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者李艷, 楊富華, 裴為華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所