CN105759356B - 一种二氧化硅的刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化硅的刻蚀方法，涉及刻蚀技术领域，能够减轻二氧化硅的刻蚀负载效应。本发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法，包括应用刻蚀气体对二氧化硅进行刻蚀，所述刻蚀气体包括八氟环丁烷气体，所述刻蚀气体还包括氧气，所述八氟环丁烷气体在刻蚀过程中生成的聚合物与所述氧气发生化学反应生成挥发性气体。

Description

一种二氧化硅的刻蚀方法
技术领域
本发明涉及刻蚀技术领域，尤其涉及一种二氧化硅的刻蚀方法。
背景技术
在光学领域，将若干光无源器件制作在同一基片上、再通过波导互连构成功能回路的光波导技术是一项非常实用化的技术。由于二氧化硅光波导具有良好的光学、电学、机械性能和热稳定性，且成本低廉，因此，二氧化硅光波导被广泛应用在光波导技术领域。
图1为现有技术中的二氧化硅光波导的局部截面示意图，二氧化硅光波导具有窄槽1和宽槽2。通常应用干法刻蚀方法对二氧化硅进行刻蚀以形成具有上述结构的二氧化硅光波导，例如，用八氟环丁烷(化学式为C4F8)气体和氩气(化学式Ar)对二氧化硅进行刻蚀。其中，C4F8通过化学反应的方式刻蚀二氧化硅，Ar为载气，并且Ar在刻蚀过程中形成的Ar等离子体具有较高的轰击能量，从而通过轰击的方式刻蚀二氧化硅。当刻蚀条件为刻蚀气体的压力为3-5mT，C4F8的流量为30-50sccm，Ar的流量为70-90sccm，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W时，刻蚀得到的窄槽1的深度h1为4.7μm，宽槽2的深度h2为7.0μm。在该刻蚀过程中，C4F8发生化学反应生成的聚合物沉积在窄槽1的底部，随着刻蚀深度的增大，Ar等离子体的轰击作用不能完全清除沉积在窄槽1底部的聚合物，导致沉积的聚合物增多，最终阻碍刻蚀反应的进行，使得窄槽1的刻蚀终止，窄槽1的深度h1偏小，从而使得窄槽1的深度h1和宽槽2的深度h2的差值较大，导致二氧化硅的刻蚀负载效应明显，影响二氧化硅光波导器件的性能。
发明内容
本发明的实施例提供一种二氧化硅的刻蚀方法，能够减轻二氧化硅的刻蚀负载效应。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种二氧化硅的刻蚀方法，包括应用刻蚀气体对二氧化硅进行刻蚀，所述刻蚀气体包括八氟环丁烷气体，所述刻蚀气体还包括氧气，所述八氟环丁烷气体在刻蚀过程中生成的聚合物与所述氧气发生化学反应生成挥发性气体。
所述氧气的流量为2-20sccm。
优选地，所述氧气的流量为2-10sccm。
进一步地，所述刻蚀气体还包括惰性气体。
所述惰性气体为氩气，所述氩气的流量为30-70sccm。
优选地，所述氩气的流量为40-70sccm。
所述刻蚀气体的压力为3-15mT。
所述刻蚀方法用于光波导领域的二氧化硅刻蚀，所述刻蚀后的二氧化硅线宽为7μm，线宽损失小于0.5μm。
所述刻蚀方法用于光波导领域的二氧化硅刻蚀，所述刻蚀后的二氧化硅的窄槽深度与宽槽深度比大于95％。
优选地，刻蚀气体的压力为8mT，刻蚀气体中八氟环丁烷气体的流量为35sccm，氧气的流量为4sccm，氩气的流量为50sccm，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W。
本发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法，应用刻蚀气体对二氧化硅进行刻蚀，八氟环丁烷气体在刻蚀过程中生成的聚合物与氧气发生化学反应生成挥发性气体，从而将沉积在窄槽底部的聚合物去除，使得刻蚀反应继续进行，最终使得窄槽的深度较大，窄槽和宽槽的深度差值减小，减轻二氧化硅的刻蚀负载效应，提高二氧化硅光波导器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为二氧化硅光波导的局部剖面示意图；
图2为本发明实施例提供的一种刻蚀后的二氧化硅光波导的形貌示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种二氧化硅的刻蚀方法，该刻蚀方法包括应用刻蚀气体对二氧化硅进行刻蚀，刻蚀气体包括八氟环丁烷气体，刻蚀气体还包括氧气，八氟环丁烷气体在刻蚀过程中生成的聚合物与氧气发生化学反应生成挥发性气体。
本发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法，应用刻蚀气体对二氧化硅进行刻蚀，八氟环丁烷气体在刻蚀过程中生成的聚合物与氧气发生化学反应生成挥发性气体，从而将沉积在窄槽底部的聚合物去除，使得刻蚀反应继续进行，最终使得窄槽的深度较大，窄槽和宽槽的深度差值减小，减轻二氧化硅的刻蚀负载效应，提高二氧化硅光波导器件的性能。
为了便于本领域技术人员理解，下面对上述包括八氟环丁烷气体和氧气的刻蚀气体进行详细的描述。
在刻蚀过程中，用具有对应窄槽和宽槽图案的掩膜遮挡二氧化硅，从而使二氧化硅形成窄槽和宽槽的结构。刻蚀气体在刻蚀二氧化硅的同时，也刻蚀掩膜。如果二氧化硅对掩膜刻蚀的选择比过小，则导致对掩膜的刻蚀速率较大，掩膜被刻蚀后覆盖的区域减小，二氧化硅原本被掩膜覆盖的区域暴露出来而被刻蚀，使得二氧化硅的线宽与目标值相差较大，即二氧化硅的线宽损失较大，从而影响二氧化硅光波导器件的性能。为了使二氧化硅对掩膜刻蚀的选择比较大，从而使二氧化硅的线宽损失较小，本发明实施例中刻蚀气体中氧气的流量为2-20sccm，优选为2-10sccm。
进一步地，本发明实施例中刻蚀气体还包括惰性气体。在刻蚀过程中，惰性气体形成的等离子体通过轰击的方式刻蚀二氧化硅，另外，惰性气体还可以稀释八氟环丁烷气体，从而使八氟环丁烷气体分布更均匀。
具体地，惰性气体可以为氦气或者氩气，由于氩气的分子量比氦气大，氩气在刻蚀过程中形成的等离子体具有较高的轰击能量，该等离子体可以轰击二氧化硅和沉积在窄槽底部的刻蚀反应产生的聚合物，从而增大二氧化硅的刻蚀速率，并且进一步促进窄槽内刻蚀反应的进行，因此，本发明实施例中惰性气体优选为氩气。
但是氩气在清除窄槽底部的聚合物的同时，也轰击掩膜，会造成二氧化硅的线宽损失，为了使二氧化硅的线宽损失较小，且使二氧化硅的刻蚀速率较大，从而减少刻蚀时间，本发明实施例中刻蚀气体中氩气的流量为30-70sccm，优选为40-70sccm。
另外，可以通过增大窄槽和宽槽的侧壁的垂直度的方式，提高二氧化硅光波导器件的性能。具体地，可以通过增大刻蚀气体的压力的方式增大窄槽和宽槽的侧壁的垂直度。本发明实施例中设定刻蚀气体的压力为3-15mT，优选5-10mT，以增大窄槽和宽槽的侧壁的垂直度。另外，刻蚀气体的压力较大，还可以使得二氧化硅的刻蚀速率较大。当在氧气及氩气的流量保证了二氧化硅较小的线宽损失的基础上，刻蚀气体的压力较大可以增大窄槽和宽槽的侧壁的垂直度，从而进一步提高二氧化硅光波导器件的性能。
此外，由于刻蚀气体中八氟环丁烷气体的流量对刻蚀速率的大小起重要作用，因此，为了使二氧化硅的刻蚀速率较大，本发明实施例中刻蚀气体中八氟环丁烷气体的流量为20-80sccm，优选为30-50sccm。
此外，由于上电极射频功率和下电极射频功率也会影响刻蚀速率，因此，本发明实施例中优选上电极射频功率为1200-2000W，下电极射频功率为300-600W，以使得刻蚀速率较大。
本发明实施例提供的刻蚀方法可用于光波导领域的二氧化硅刻蚀，可以使得刻蚀后的二氧化硅的线宽损失较小，窄槽深度与宽槽深度比大，提高了二氧化硅光波导器件的性能。具体地，当掩膜线宽为7.4μm时，刻蚀后的二氧化硅线宽为7μm，线宽损失小于0.5μm。刻蚀后的二氧化硅的窄槽深度与宽槽深度比大于95％。
进一步地，本发明实施例提供了一种具体的刻蚀条件，该刻蚀条件为：刻蚀气体的压力为8mT，刻蚀气体中氧气的流量为4sccm，氩气的流量为50sccm，八氟环丁烷气体的流量为35sccm，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W。采用该刻蚀条件刻蚀形成的二氧化硅光波导的形貌如图2所示，刻蚀得到的窄槽1刻蚀深度为6.91μm，宽槽2刻蚀深度为7.21μm，刻蚀后的二氧化硅的窄槽1深度与宽槽2深度比为95.8％，二氧化硅的线宽为7.01μm(掩膜线宽为7.4μm)，二氧化硅的刻蚀速率为500nm/min，二氧化硅对掩膜刻蚀的选择比为20:1。综上所述可知，采用该刻蚀条件刻蚀形成的窄槽1和宽槽2的深度差值较小，减轻了二氧化硅的刻蚀负载效应，并且二氧化硅的线宽损失也较小(小于0.5μm)，另外，二氧化硅的刻蚀速率较大，二氧化硅对掩膜刻蚀的选择比较大。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种二氧化硅的刻蚀方法，包括应用刻蚀气体对二氧化硅进行刻蚀，所述刻蚀气体包括八氟环丁烷气体，其特征在于，所述刻蚀气体还包括氧气，所述八氟环丁烷气体在刻蚀过程中生成的聚合物与所述氧气发生化学反应生成挥发性气体；其中，所述刻蚀气体还包括惰性气体，所述惰性气体为氩气；
刻蚀后的二氧化硅的窄槽深度为6.91μm，宽槽深度为7.21μm，所述窄槽深度与所述宽槽深度比为95.8％，所述刻蚀后的二氧化硅的线宽为7.01μm，二氧化硅的刻蚀速率为500nm/min，二氧化硅对掩膜的选择比为20:1；
形成所述刻蚀后的二氧化硅的刻蚀条件为：刻蚀气体的压力为8mT，刻蚀气体中八氟环丁烷气体的流量为35sccm，氧气的流量为4sccm，氩气的流量为50sccm，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W。
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