本發(fā)明涉及一種刻蝕方法。

背景技術(shù)：

微電子機(jī)械，是機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路集成在一起，具有信息采集、處理與執(zhí)行的功能，具有體積小、重量輕、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。刻蝕工藝是微電子機(jī)械加工工藝中的重要部分，即在樣品表面光刻圖形后，通過(guò)刻蝕工藝將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠下邊的層上。感應(yīng)耦合等離子體技術(shù)(Inductively Couple Plasma，ICP)是刻蝕中發(fā)展起來(lái)的一種干法刻蝕工藝，目前在微電子技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。

ICP刻蝕利用高密度等離子體與材料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)離子轟擊樣品表面產(chǎn)生的物理反應(yīng)的共同作用進(jìn)行微細(xì)尺寸的刻蝕。與濕法刻蝕及傳統(tǒng)的等離子體刻蝕相比，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程度高，可進(jìn)行高質(zhì)量的精細(xì)線(xiàn)條刻蝕，獲得優(yōu)異的刻蝕形貌。

光波導(dǎo)傳輸損耗的大小直接影響光波導(dǎo)在通信和信息處理領(lǐng)域的應(yīng)用，而波導(dǎo)側(cè)壁粗糙所引起的散射損耗是波導(dǎo)傳輸損耗中的主要來(lái)源。目前，對(duì)于在GeSbSe薄膜上制備光波導(dǎo)的ICP刻蝕工藝還不夠成熟，所制備的光波導(dǎo)的側(cè)壁不夠光滑，粗糙度較大，傳輸損耗較大，限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種采用三氟甲烷和四氟化碳作為混合刻蝕氣體來(lái)改善波導(dǎo)側(cè)壁的ICP刻蝕方法，以降低其傳輸損耗。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種改善波導(dǎo)側(cè)壁的ICP刻蝕方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)在Si/SiO₂基片上鍍上一層GeSbSe膜；

2)將清洗后的基片上涂覆光刻膠并且制備出光刻膠掩膜；

3)將帶有光刻膠掩膜的基片在ICP刻蝕機(jī)內(nèi)進(jìn)行刻蝕，刻蝕時(shí)同時(shí)通入四氟化碳?xì)怏w和三氟甲烷氣體；

該四氟化碳?xì)怏w和三氟甲烷氣體的氣體流量分別為5sccm-15sccm以及15sccm-30sccm；

4)刻蝕完成后去除殘膠。

優(yōu)選地，所述基片上的GeSbSe膜膜厚為800nm。

優(yōu)選地，上述步驟1)的具體步驟為，將GeSbSe粉末放入真空鍍膜機(jī)中的蒸發(fā)舟內(nèi)，將基片清洗烘干，然后固定在樣品旋轉(zhuǎn)架上，抽真空至5×10^-4Pa以下，先用Ar氣體清洗，然后對(duì)蒸發(fā)舟進(jìn)行預(yù)熱100℃，再逐級(jí)加熱到400℃，調(diào)節(jié)GeSbSe粉末的蒸發(fā)速率至5A/S左右直至加工結(jié)束。

優(yōu)選地，上述步驟2)的具體步驟為：對(duì)帶有GeSbSe膜的基片進(jìn)行勻膠、前烘、曝光、顯影、后烘和堅(jiān)膜。

優(yōu)選地，該步驟2)中的光刻膠為AZ5214，采用膠厚為1um-1.5um，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為4000-6000轉(zhuǎn)，光刻機(jī)紫外曝光時(shí)間8S-10S，所用顯影液為正膠顯影液RZX3038，顯影45S-60S，設(shè)置熱板為120℃，堅(jiān)膜時(shí)間為30min。

優(yōu)選地，上述步驟3)中的刻蝕步驟，刻蝕功率為150W-400W，射頻功率為80W-120W，刻蝕時(shí)間定為2min-6min。

優(yōu)選地，刻蝕功率為300W，射頻功率為100W，設(shè)置刻蝕時(shí)間為3min。

優(yōu)選地，上述步驟4)中，分別用NMP、丙酮、異丙醇清洗基片以去除殘膠。

優(yōu)選地，所述四氟化碳?xì)怏w流量為10sccm，三氟甲烷氣體流量為20sccm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用兩種氣體的合理配比和通入量，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)刻蝕的波導(dǎo)側(cè)壁的形貌的改善，并且降低波導(dǎo)的傳輸損耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法的步驟流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法所刻蝕出來(lái)的波導(dǎo)在掃面電子顯微鏡下的形貌示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明的刻蝕方法的具體步驟包括：把定量的GeSbSe粉末，例如小于2mm的GeSbSe粉末放入真空鍍膜機(jī)中的蒸發(fā)舟內(nèi)，然后將Si/SiO₂基片清洗、烘干，然后固定在樣品旋轉(zhuǎn)架上，抽真空至5×10^-4Pa以下。先用Ar氣清洗基片幾分鐘，然后對(duì)蒸發(fā)舟預(yù)加熱100℃，再逐級(jí)加熱到400℃。調(diào)節(jié)GeSbSe粉末的蒸發(fā)速率至5A/S左右，等基片上的膜厚達(dá)到800nm左右后結(jié)束加工。

利用光刻膠材料將上述GeSbSe薄膜進(jìn)行勻膠、前烘、曝光、顯影、后烘和堅(jiān)膜等工藝制備出光刻膠掩膜。光刻中所用正性光刻膠為AZ5214，采用膠厚為1um-1.5um，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為4000-6000轉(zhuǎn)，光刻機(jī)紫外曝光時(shí)間8S-10S，所用顯影液為正膠顯影液RZX3038，顯影45S-60S，設(shè)置熱板為120℃，堅(jiān)膜時(shí)間為30min。

本實(shí)例中將上述光刻好的樣片，即帶有光刻膠掩膜的基片，放入ICP刻蝕機(jī)腔室內(nèi)，抽真空至10^-3Pa以下，打開(kāi)氣體開(kāi)關(guān)，然后通入四氟化碳和三氟甲烷氣體，調(diào)節(jié)流量旋鈕至四氟化碳?xì)怏w流量為10sccm，三氟甲烷氣體流量為20sccm，然后調(diào)節(jié)刻蝕功率為300W，射頻功率為100W，設(shè)置刻蝕時(shí)間為3min，然后啟動(dòng)刻蝕按鈕?？涛g功率和射頻功率這樣設(shè)置有利于調(diào)節(jié)等離子體密度和轟擊強(qiáng)度，控制刻蝕速率，有利于改善波導(dǎo)側(cè)壁。時(shí)間設(shè)置為3min是為了使沒(méi)被光刻膠掩膜保護(hù)的部分充分刻蝕掉而又不過(guò)多地刻蝕基片。上述氣體四氟化碳?xì)怏w的流量還可以為5sccm-15sccm，三氟甲烷氣體流量為15sccm-30sccm。

刻蝕完成后，分別用NMP(N-甲基吡咯烷酮，一種強(qiáng)力去膠劑)，丙酮，異丙醇清洗基片幾分鐘以去除殘膠，最后得到的就是所需的GeSbSe波導(dǎo)，然后將刻蝕后清除殘膠的GeSbSe波導(dǎo)在掃面電子顯微鏡下分析得到如圖2所示形貌。圖2中可以看出CHF₃和CF₄混合氣體刻蝕所得波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度較低，與單一CF₄氣體刻蝕所得波導(dǎo)側(cè)壁的粗糙度相比明顯改善了很多，而且波導(dǎo)側(cè)壁的陡直度也較好，效果較理想。而且波導(dǎo)的側(cè)壁粗糙度和陡直度也可以通過(guò)改變氣體流量比來(lái)進(jìn)一步改善，以達(dá)到更好的效果。

本發(fā)明選擇合適的CHF₃和CF₄的氣體流量比，充分利用其各自的特性，CF₄可以提供較大的刻蝕速率，而CHF₃相對(duì)而言可以充當(dāng)保護(hù)氣體提供保護(hù)，這樣保護(hù)和刻蝕過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，相比保護(hù)和刻蝕過(guò)程交替進(jìn)行的刻蝕工藝，不需要交替轉(zhuǎn)換刻蝕氣體和保護(hù)氣體，可以避免由此造成的側(cè)壁的波紋效應(yīng)，使得工藝更簡(jiǎn)單易控制，可獲得更高的刻蝕效率。這樣也可以增大刻蝕選擇比，增加刻蝕速率，改善波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度和陡直度。

當(dāng)刻蝕氣體流量較小時(shí)，由于F原子的刻蝕占優(yōu)勢(shì)，刻蝕速率較高，沒(méi)有得到充分保護(hù)的側(cè)壁造成刻蝕邊緣是各向同性的，難以形成垂直的剖面，同時(shí)側(cè)壁很粗糙，呈顆粒狀。隨著刻蝕氣體流量的增大，聚合物的沉積占優(yōu)勢(shì)。由于側(cè)壁上增強(qiáng)的聚合物保護(hù)，刻蝕剖面由各向同性逐漸變得垂直，此時(shí)的鈍化也可使側(cè)壁變得光滑。隨著流速進(jìn)一步增大，過(guò)量的聚合物沉積會(huì)導(dǎo)致正斜率的側(cè)壁，并生成密集的微掩膜，形成雜草狀的刻蝕表面，刻蝕選擇比變小。所以刻蝕氣體CHF3和CF4的流量范圍分別為15-45sccm和5-30sccm比較合適。一般CHF3的流量要大于CF4。

刻蝕功率的大小決定了等離子體的產(chǎn)生速率和效率。當(dāng)刻蝕功率增大時(shí)，等離子體中的F原子、CFx基團(tuán)以及離子的相對(duì)密度均增大，導(dǎo)致F原子的刻蝕作用、聚合物的沉積保護(hù)作用以及離子的轟擊作用均增強(qiáng)。增強(qiáng)的離子轟擊加強(qiáng)了對(duì)表面沉積的聚合物的去除作用，使得F/CFx的比值隨之增大，此時(shí)F原子的侵蝕相對(duì)于聚合物層的保護(hù)來(lái)說(shuō)占優(yōu)勢(shì)，刻蝕速率隨之迅速增加。同時(shí)隨著F原子密度和離子轟擊能量的增加，兩者共同作用也使光刻膠的刻蝕速率迅速增加，相應(yīng)的刻蝕選擇比也隨之增大。在刻蝕過(guò)程中，若刻蝕功率過(guò)低,等離子體密度的降低會(huì)導(dǎo)致刻蝕很難進(jìn)行。但如果刻蝕功率過(guò)高，硫系材料處于高刻蝕速率區(qū)，此時(shí)的刻蝕是各向同性的，很難獲得垂直的側(cè)壁。而且由于光刻膠的抗轟擊能力限制，在過(guò)高的刻蝕功率下很容易碳化。

射頻功率關(guān)系到離子加速和轟擊能量，射頻功率升高使離子轟擊作用增強(qiáng)，此時(shí)激發(fā)的離子轟擊方向性較強(qiáng)，在垂直方向上增強(qiáng)的離子作用能有效去除聚合物形成的微掩膜效應(yīng)，使刻蝕順利進(jìn)行，而在側(cè)向相對(duì)較弱的離子轟擊可使側(cè)向的刻蝕得到抑制，獲得各向異性的刻蝕剖面。但增強(qiáng)的離子轟擊能量也會(huì)增強(qiáng)對(duì)光刻膠的侵蝕，使光刻膠的刻蝕速率變大，刻蝕選擇比變差。在硫系材料的刻蝕過(guò)程中，若射頻功率過(guò)低，則離子轟擊在垂直方向的動(dòng)能減弱,各向同性刻蝕的本質(zhì)就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。若刻蝕功率過(guò)高，由于對(duì)光刻膠的刻蝕作用加強(qiáng)，則刻蝕選擇比變差，刻蝕圖形會(huì)存在較大偏差。

所以本專(zhuān)利的刻蝕功率為150W-400W左右，射頻功率為80W-120W。

刻蝕時(shí)間要根據(jù)具體的薄膜厚度和氣體流量及刻蝕功率做相應(yīng)的調(diào)整，因?yàn)榭涛g速率較快，一般把沒(méi)有被光刻膠掩膜保護(hù)的薄膜刻蝕完就好。本專(zhuān)利的薄膜厚度為800nm左右，刻蝕時(shí)間太短，刻蝕不充分，一些殘留的聚合物會(huì)在樣品表面形成很多斑紋，樣品表面質(zhì)量不好；刻蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)在刻蝕完薄膜后繼續(xù)刻蝕硅片，導(dǎo)致光刻膠掩膜保護(hù)不充分，側(cè)壁粗糙度和選擇比降低。所以刻蝕時(shí)間定為2min-6min。

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(shuō)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)。