CN103681306A - 一种平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氮氧硅器件的制作工艺，具体涉及一种平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅刻蚀方法。该方法包括氮氧硅材料清洗、光刻、湿法腐蚀氮氧硅、干法刻蚀氮氧硅、去胶，关键的工艺改进是干法刻蚀与湿法腐蚀相结合。本发明改变了以往单独采用湿法腐蚀或干法刻蚀的工艺，从而解决了湿法腐蚀产生的侧蚀导致掩膜条宽变窄的问题和干法刻蚀工艺窗口较窄的问题，该方法可以有效便捷的获得平缓光滑侧壁的氮氧硅刻蚀形貌。
Description
技术领域
本发明涉及氮氧硅器件的制作工艺，具体涉及一种平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅刻蚀方法。
背景技术
半导体刻蚀既是半导体表面加工的一种方法，也是半导体器件制备工艺中很重要的图形化手段。
氧化硅或氮化硅是半导体制程中常用的薄膜材料,常作为绝缘钝化、绝缘隔离或刻蚀硬掩膜材料，氮氧硅因其不同组分可以很好的调节折射率而广泛应用在光波导中。在氮氧硅材料的刻蚀中，主要有干法和湿法两种方法，干法主要通过F基气体刻蚀，而湿法主要使用HF类酸液腐蚀。同样平缓台阶形貌的氮氧硅刻蚀工艺一般也有干法和湿法两种，基本工艺流程为氮氧硅材料清洗、光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀氮氧硅材料、去胶。其中采用湿法获得的台阶一般较平缓，但是特征线宽确由于侧向钻蚀而变细或加宽，因此对于器件的设计或者加工制备都增加了难度或不确定性。在氮氧硅高压器件中，特征线宽的改变会极大的影响器件的性能，如由于终端线宽的改变导致击穿电压降低、反向电流增加等。而干法要获得较平缓的台阶其工艺窗口非常窄，很难保证制作工艺的稳定性。因此保证设计尺寸精度的宽工艺窗口的平缓光滑氮氧硅刻蚀侧壁形貌是器件制备成功的基本保证。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅刻蚀方法，解决依靠湿法腐蚀掩膜层工艺带来的特征线宽改变的技术问题和突破干法刻蚀工艺窗口窄的技术障碍，实现图形精确传递的工艺技术，且该方法便捷快速，经济可靠。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅刻蚀方法，所述方法内包括依次进行的氮氧硅材料清洗、光刻和去胶步骤，其改进之处在于，在步骤光刻和去胶之间增加依次进行的湿法腐蚀氮氧硅材料和干法刻蚀氮氧硅材料步骤，通过控制起始氮氧硅材料腐蚀形貌，从而获得平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅材料。
进一步地，所述氮氧硅材料包括氧化硅、氮化硅和氮氧硅；
所述氮氧硅材料清洗包括如下清洗步骤：
（1）采用1#清洗液：氨水：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°，时间5分；2#清洗液：盐酸：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°时间5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用；或
（2）采用1#清洗液：氨水：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°，时间4分；2#清洗液：盐酸：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°时间6分；异丙醇超声5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用。
进一步地，所述光刻包括涂胶、前烘、曝光、后烘、显影和坚膜工艺步骤。
进一步地，所述湿法腐蚀氮氧硅材料包括采用BOE清腐蚀液对氮氧硅材料进行腐蚀，以使氮氧硅材料光滑。
进一步地，所述干法刻蚀氮氧硅材料包括反应离子刻蚀氮氧硅材料和感应耦合等离子体刻蚀氮氧硅材料。
进一步地，所述去胶包括丙酮浸泡、去胶剂去除、氧等离子体去胶、曝光后显影液去胶以及上述一种以上的组合去胶方式。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
本发明改变了以往单独采用湿法腐蚀或干法刻蚀的工艺，从而解决了湿法腐蚀产生的侧蚀导致掩膜条宽变窄的问题和干法刻蚀工艺窗口较窄的问题，该方法可以有效便捷的获得平缓光滑侧壁的氮氧硅刻蚀形貌，该方法解决传统方法的工艺缺陷，同时该方法工艺窗口很宽，且经济易行。
附图说明
图1是本发明提供的光刻后氮氧硅材料后的结构示意图；
图2是本发明提供的湿法腐蚀氮氧硅材料后的结构示意图；
图3是本发明提供的干法刻蚀氮氧硅材料后的结构示意图；
图4是本发明提供的去胶后的光滑侧壁形貌的结构示意图；
其中，1-待刻蚀的氮氧硅材料；2-光刻胶；3-衬底；
图5是本发明提供的制备平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅材料刻蚀方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明需要解决的技术问题是提供一种保持特征线宽的宽工艺窗口平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅刻蚀方法，解决依靠湿法腐蚀掩膜层工艺带来的特征线宽改变的技术问题和突破干法刻蚀工艺窗口窄的技术障碍，实现图形精确传递的工艺技术，且该方法便捷快速，经济可靠。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案的流程图如图5所示，包括氮氧硅材料清洗、光刻、湿法腐蚀氮氧硅、干法刻蚀氮氧硅、去胶，关键的工艺改进是干法刻蚀与湿法腐蚀相结合。本发明改变了以往单独采用湿法腐蚀或干法刻蚀的工艺，从而解决了湿法腐蚀产生的侧蚀导致掩膜条宽变窄的问题和干法刻蚀工艺窗口较窄的问题，该方法可以有效便捷的获得平缓光滑侧壁的氮氧硅刻蚀形貌。
氮氧硅材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧硅等，根据工艺需要选择不同材料。湿法腐蚀方法包括BOE、HF等腐蚀方法，根据不同材料选择不同浓度配比的腐蚀液，在较短时间内获得平缓台阶的起始氮氧硅材料台阶形貌，为下一步的干法刻蚀准备初始形貌特征。干法刻蚀方法包括RIE、ICP等刻蚀方法，将上述湿法腐蚀获得的初始台阶形貌延伸放大，达到所需的刻蚀深度，同时特征线宽保持基本不变。去胶方法包括有丙酮浸泡、去胶剂去除、氧等离子体去胶和曝光后显影液去胶等去胶方法，可以彻底去除光刻胶。
实施例一：
1）清洗氧化硅材料：
对待刻蚀的硅上500nm氧化硅1依次进行如下清洗步骤：
1#清洗液（氨水：双氧水：纯水=1:1:5），温度70°时间5分；2#清洗液（盐酸：双氧水：纯水=1:1:5），温度70°时间5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用。
2）光刻，工艺流程如下：
气相涂增粘剂；旋涂光刻胶3，胶型为5214，厚度1.6um；前烘95摄氏度90秒；SUSSMA6光刻机接触曝光7秒；3038显影液显影45s；110°，60s坚膜，见图1。
3）湿法腐蚀：
湿法腐蚀氧化硅1，达到平缓初始台阶的目的，具体工艺如下：
BOE清腐蚀液（氢氟酸：氟化铵=1:5）常温腐蚀15秒，腐蚀深度100nm，见图2.
4）干法刻蚀：
Tegal903e-RIE刻蚀机刻蚀掩膜层2，刻蚀参数如下：
CHF3流量20sccm，SF6流量6sccm，O2流量12sccm，刻蚀气压600mTorr，RF功率300W,刻蚀时间1.6分，见图3。
5）去胶：
去除光刻胶2，具体工艺如下：
丙酮70摄氏度超声5分；异丙醇常温超声5分；DI水冲洗5分，烘干，见图4。
实施例二：
1）清洗氮化硅材料：
对待刻蚀的硅上500nm氮化硅材料1依次进行如下清洗步骤：
1#清洗液（氨水：双氧水：纯水=1:1:6），温度70°时间4分；2#清洗液（盐酸：双氧水：纯水=1:1:7），温度70°时间6分；异丙醇超声5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用。
2）光刻，工艺流程如下：
气相涂增粘剂；旋涂光刻胶3，胶型为5214，厚度1.6um；前烘95摄氏度90秒；SUSSMA6光刻机接触曝光7秒；3038显影液显影45s；110°，60s坚膜，见图1。
3）湿法腐蚀：
湿法腐蚀氮化硅材料1，达到平缓初始台阶的目的，具体工艺如下：
BOE清腐蚀液（氢氟酸：氟化铵=1:5）常温腐蚀120秒，腐蚀深度100nm，见图2.
4）干法刻蚀氮化硅材料：
STS HRM-ICP刻蚀机台刻蚀待刻蚀的氮化硅材料1，具体工艺参数如下：
SF6流量20sccm，O2流量5sccm，RF功率250W，ICP功率1000W，刻蚀气压5mTorr，刻蚀时间4分。刻蚀形貌平缓光滑，见图3。
5）去胶：
去除光刻胶3，具体工艺如下：
氧等离子体去胶机200W去胶60秒；丙酮70摄氏度超声5分；异丙醇常温超声5分；DI水冲洗5分，烘干，见图4。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅刻蚀方法，所述方法内包括依次进行的氮氧硅材料清洗、光刻和去胶步骤，其特征在于，在步骤光刻和去胶之间增加依次进行的湿法腐蚀氮氧硅材料和干法刻蚀氮氧硅材料步骤，通过控制起始氮氧硅材料腐蚀形貌，从而获得平缓光滑侧壁形貌的氮氧硅材料。
2.如权利要求1所述的氮氧硅刻蚀方法，其特征在于，所述氮氧硅材料包括氧化硅、氮化硅和氮氧硅；
所述氮氧硅材料清洗包括如下清洗步骤：
（1）采用1#清洗液：氨水：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°，时间5分；2#清洗液：盐酸：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°时间5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用；或
（2）采用1#清洗液：氨水：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°，时间4分；2#清洗液：盐酸：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°时间6分；异丙醇超声5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用。
3.如权利要求1所述的氮氧硅刻蚀方法，其特征在于，所述光刻包括涂胶、前烘、曝光、后烘、显影和坚膜工艺步骤。
4.如权利要求1所述的氮氧硅刻蚀方法，其特征在于，所述湿法腐蚀氮氧硅材料包括采用BOE清腐蚀液对氮氧硅材料进行腐蚀，以使氮氧硅材料光滑。
5.如权利要求1所述的氮氧硅刻蚀方法，其特征在于，所述干法刻蚀氮氧硅材料包括反应离子刻蚀氮氧硅材料和感应耦合等离子体刻蚀氮氧硅材料。
6.如权利要求1所述的氮氧硅刻蚀方法，其特征在于，所述去胶包括丙酮浸泡、去胶剂去除、氧等离子体去胶、曝光后显影液去胶以及上述一种以上的组合去胶方式。
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