CN101852893B - 以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法，该方法包括：步骤1：在二氧化硅样品表面制备光刻胶掩膜；步骤2：对光刻胶掩膜进行梯度升温坚膜；步骤3：采用ICP干法刻蚀二氧化硅样品。本发明以光刻胶为掩膜进行二氧化硅深刻蚀，具有工艺简单快捷，选择比高，刻蚀深度可达25微米，刻蚀形貌好，侧壁陡直等优点。

Description

以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法
技术领域
本发明涉及二氧化硅材料刻蚀技术领域，特别涉及一种使用互感耦合等离子体刻蚀(ICP)以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法。
背景技术
在SiO2/Si光波导和硅基神经探针中，二氧化硅深刻蚀是非常重要的步骤。深达几微米甚至几十微米，侧壁垂直、光滑的二氧化硅深刻蚀一直是工艺的难点。
互感耦合等离子体刻蚀(Inductively Coupled Plasma，ICP)，利用高密度等离子体与刻蚀材料发生的化学反应和反应粒子轰击产生的物理反应共同作用进行微细尺寸的刻蚀。与湿法刻蚀及传统的等离子刻蚀相比，具有以下优点：刻蚀速率快，选择比高，大面积均匀性好，刻蚀剖面的各向异性刻蚀程度高，可进行高质量的精细线条刻蚀，获得优异的刻蚀形貌。因此在CMOS技术、微机械系统、集成光电子学等方面获得了广泛地应用。
在深二氧化硅的干法刻蚀中，一般采用多晶硅或金属作为掩膜。这是因为光刻胶抗刻蚀能力差，导致光刻胶与二氧化硅的选择比低，在进行二氧化硅深刻蚀时不能有效掩蔽，无法满足刻蚀要求。
但是采用多晶硅或金属作为掩膜除了正常光刻，将增加制备多晶硅或金属掩膜层、掩膜层图形化、清洗等多个步骤，不仅增加了工艺复杂性，还加大了工艺失败率。
此外，采用多晶硅或金属作为掩膜还具有其他方面的不足。如果以多晶硅为掩膜，制备多晶硅时需经过高温过程，对于已经扩散或离子注入和已经进行金属布线等情况将不能适用。同时多晶硅的图形化又有新的难题，如果使用湿法腐蚀，得到的掩膜表面形貌差，会严重影响二氧化硅刻蚀后的表面形貌，使用干法刻蚀得到的掩膜表面形貌较好，但工艺复杂，成本过高。
如果以金属为掩膜，图形化面临着和多晶硅同样的问题。而且在刻蚀过程中，金属掩膜在高能粒子的轰击下四处散落，落在需要刻蚀的表面上形成微掩膜，造成刻蚀表面的粗糙化。
直接使用光刻胶作为掩膜进行二氧化硅深刻蚀不仅工艺简单，而且侧壁平整度也较好。但是需要克服以下困难：光刻胶抗刻蚀能力差，选择比低，刻蚀剖面不够陡直。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法，工艺简单，选择比高，刻蚀深度可以超过25微米，而且刻蚀形貌好，侧壁光滑陡直。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法，该方法包括：
步骤1：在二氧化硅样品表面制备光刻胶掩膜；
步骤2：对光刻胶掩膜进行梯度升温坚膜；
步骤3：采用ICP干法刻蚀二氧化硅样品。
上述方案中，所述步骤1包括：将二氧化硅样品清洗后，经过匀胶、前烘、曝光、后烘和显影，制备出光刻胶掩膜。所述光刻胶采用厚胶，转速2500～3000转，光刻胶的厚度为7～10微米。
上述方案中，所述步骤2包括：将二氧化硅样品放置在烘箱中，120℃先坚膜60分钟以上，升温至150℃再坚膜30～60分钟。
上述方案中，所述步骤3包括：将二氧化硅样品送入真空室，衬底温度设在20℃，并使用He气冷却，采用上电极功率为1000～1200W，下电极功率为280～320W，气压为0.5Pa，并添加10～15sccm的H2提高选择比，刻蚀气体C4F8为15～20sccm，稀释气体He为170sccm，反应时间为1小时。
(三)有益效果
本发明以光刻胶为掩膜进行二氧化硅深刻蚀，具有工艺简单快捷，选择比高，刻蚀深度可达25微米，刻蚀形貌好，侧壁陡直等优点。
附图说明
图1是本发明提供的以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的工艺流程图；
图2是本发明提供的以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀后样品的扫描电镜(SEM)照片(已去除剩余光刻胶)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的工艺流程图，该方法包括：
步骤1：在二氧化硅样品表面制备光刻胶掩膜；
在本步骤中，样品清洗后，经过匀胶、前烘、曝光、后烘、显影等工序制备出光刻胶掩膜。采用厚胶，转速2500～3000转，光刻胶厚度7～10微米。
刻蚀工艺本质上是一个掩膜转移的过程，所以光刻胶掩膜的制作对二氧化硅的刻蚀非常重要。首先，刻蚀深度较深，需要足够厚度的光刻胶。其次，光刻胶的边缘应比较光滑，这样才能保证二氧化硅刻蚀后侧壁光滑。
步骤2：对光刻胶掩膜进行梯度升温坚膜；
在本步骤中，采用梯度升温的方法坚膜：显影后将样品放置在烘箱中，120℃先坚膜60分钟以上，升温至150℃再坚膜30～60分钟。
显影后的坚膜烘焙能够去除光刻胶中剩余的溶剂，使光刻胶变硬，提高光刻胶的抗高温、抗刻蚀能力以及和衬底的附着力。即可以提高刻蚀时光刻胶对二氧化硅的选择比。常规工艺采用单一温度坚膜，因为刻蚀深度较小，所需的光刻胶掩膜很薄，一般可以满足要求。但是，在二氧化硅深刻蚀中，需要相对较厚的光刻胶掩膜才能有效掩蔽。如果采用单一温度坚膜，温度低时光刻胶硬化程度不够，温度高时光刻胶表面迅速硬化，但内部依然很软，容易造成塌陷，引起光刻图形的变形。梯度升温坚膜的方法可以保证光刻胶从内到外被充分加热，从而保证良好的图形和硬度。
步骤3：采用ICP干法刻蚀二氧化硅样品。
在本步骤中，样品送入真空室，衬底温度设在20℃，并使用He气冷却。采用较高的上下电极功率，较大的刻蚀气体流量，较小的气压，并添加适量H2提高选择比。上电极功率1000～1200W，下电极功率280～320W，主要刻蚀气体C4F8 15～20sccm，稀释气体He为170sccm，H2 10～15sccm，气压0.5Pa。反应1个小时，二氧化硅刻蚀深度可达25微米，选择比可达6∶1，而且侧壁光滑，陡直度接近90度。
衬底使用He气冷却，将刻蚀过程中产生的热量快速传导出去，防止光刻胶在高温下炭化变形。
提高上电极功率可以提高气体的离化率，获得更高密度的等离子体，从而提高刻蚀的速度。
提高下电极功率将提高离子的轰击作用，增强刻蚀过程中的物理作用，使得刻蚀的方向性更加明显，易于获得更加陡直的形貌，同时也可以增加刻蚀速率。缺点是同时加剧了离子对光刻胶的轰击作用，选择比因此下降。
增加C4F8的含量可以显著增加刻蚀速率，从而提高选择比。小气压易于获得更加陡直的形貌。
添加H2将减小光刻胶和二氧化硅的刻蚀速率，在适量的H2浓度下，光刻胶的刻蚀速率急剧下降，二氧化硅的刻蚀速率下降很小，因此适量添加H2可以有效提高光刻胶对二氧化硅的选择比。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：在二氧化硅样品表面制备光刻胶掩膜；所述光刻胶采用厚胶，转速2500～3000转，光刻胶的厚度为7～10微米；
步骤2：对光刻胶掩膜进行梯度升温坚膜；
所述对光刻胶掩膜进行梯度升温坚膜是将二氧化硅样品放置在烘箱中，120℃先坚膜60分钟以上，升温至150℃再坚膜30～60分钟；
步骤3：采用ICP干法刻蚀二氧化硅样品；
所述采用ICP干法刻蚀二氧化硅样品是将二氧化硅样品送入真空室，衬底温度设在20℃，并使用He气冷却，采用上电极功率为1000～1200W，下电极功率为280～320W，气压为0.5Pa，并添加10～15sccm的H2提高选择比，刻蚀气体C4F8为15～20sccm，稀释气体He为170sccm，反应时间为1小时。
2.根据权利要求1所述的以光刻胶为掩膜对二氧化硅进行深刻蚀的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
将二氧化硅样品清洗后，经过匀胶、前烘、曝光、后烘和显影，制备出光刻胶掩膜。
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