CN106501899A - 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。该刻蚀方法包括：第一步，对二氧化硅进行刻蚀以形成宽槽和窄槽，且宽槽的深度大于窄槽的深度；第二步，在所述宽槽和所述窄槽内均沉积刻蚀阻挡层，且所述宽槽内刻蚀阻挡层的厚度大于所述窄槽内刻蚀阻挡层的厚度；第三步，对所述宽槽内和所述窄槽内的刻蚀阻挡层进行刻蚀，直至所述宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，所述窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除；第四步，对所述宽槽和所述窄槽进行刻蚀。该刻蚀方法用于对二氧化硅光波导进行刻蚀。

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，用八氟环丁烷和氩气对二氧化硅进行刻蚀。其中，八氟环丁烷与二氧化硅发生化学反应，以刻蚀二氧化硅，并且氩气在刻蚀过程中形成的等离子体具有较高的轰击能量，等离子体轰击二氧化硅，以刻蚀二氧化硅。
本申请的发明人发现，在该刻蚀过程中，八氟环丁烷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，氩气形成的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的刻蚀速率较慢，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
本发明的目的在于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，本发明提供的二氧化硅的刻蚀方法采用如下技术方案：
一种二氧化硅的刻蚀方法包括：
第一步，对二氧化硅进行刻蚀以形成宽槽和窄槽，且宽槽的深度大于窄槽的深度；
第二步，在所述宽槽和所述窄槽内均沉积刻蚀阻挡层，且所述宽槽内刻蚀阻挡层的厚度大于所述窄槽内刻蚀阻挡层的厚度；
第三步，对所述宽槽和所述窄槽内的刻蚀阻挡层进行刻蚀，直至所述宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，所述窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除；
第四步，对所述宽槽和所述窄槽进行刻蚀。
优选地，在第一步中，所述宽槽和所述窄槽内沉积有反应副产物；在第二步中，所述刻蚀阻挡层与所述反应副产物为同种物质。
示例性地，在第二步中，在所述宽槽和所述窄槽内同时沉积刻蚀阻挡层，宽槽内刻蚀阻挡层的沉积速率为V1，窄槽内刻蚀阻挡层的沉积速率为V2，沉积时间为T1；
在第三步中，对所述宽槽和所述窄槽内的刻蚀阻挡层同时进行刻蚀，宽槽内刻蚀阻挡层的刻蚀速率为V3，窄槽内刻蚀阻挡层的刻蚀速率为V4，刻蚀时间为T2；
其中，T2＝V2*T1/V4，第三步结束后，宽槽内残留的刻蚀阻挡层的厚度为V1*T1-V2*T1*V3/V4，即(V1-V2*V3/V4)*T1。
进一步地，V1＝0.05μm/min，V2＝0.01μm/min，T1＝5min,V3＝2.5μm/min，V4＝2.2μm/min，T2＝5s。
进一步可选地，在第二步中，沉积刻蚀阻挡层的沉积条件为：反应气体压力为30mT-50mT，上电极射频功率为1000W-2000W，下电极射频功率为0W，沉积气体为八氟环丁烷，其中，八氟环丁烷的流量为100sccm-200sccm，沉积时间为5min。
进一步可选地，在第三步中，对刻蚀阻挡层进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为10mT-15mT，上电极射频功率为1000W-2000W，下电极射频功率为300W-500W，刻蚀气体包括氧气和氩气，其中，氧气的流量为100sccm，氩气的流量为50sccm，刻蚀时间为5s。
此外，在第一步中，对二氧化硅进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为3mT-5mT，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W，刻蚀气体包括八氟环丁烷和氩气，其中，八氟环丁烷的流量为30sccm-50sccm，氩气的流量为70sccm-90sccm，刻蚀时间为10min。
在第四步中，对宽槽和窄槽进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为3mT-5mT，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W，刻蚀气体包括八氟环丁烷和氩气，其中，八氟环丁烷的流量为30sccm-50sccm，氩气的流量为70sccm-90sccm。
具体地，第一步至第四步结束后，形成的窄槽的深度为6.91μm，形成的宽槽的深度为7.21μm，窄槽的深度和宽槽的深度之间的比值为96％。
第一步至第四步结束后，二氧化硅的线宽为7.01μm，线宽损失小于0.5μm。
本发明提供了一种如上所述的二氧化硅的刻蚀方法，由于对宽槽和窄槽内的刻蚀阻挡层进行刻蚀后，宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除，从而使得后续对宽槽和窄槽进行刻蚀时，宽槽底部的刻蚀阻挡层能够降低宽槽的刻蚀速率，进而能够有效减小宽槽和窄槽的深度差，减轻二氧化硅的刻蚀负载效应，进而改善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为二氧化硅的示意图；
图2为本发明实施例中的二氧化硅的刻蚀方法的流程图；
图3为本发明实施例中第一步结束后二氧化硅的示意图；
图4为本发明实施例中第二步结束后二氧化硅的示意图；
图5为本发明实施例中第三步结束后二氧化硅的示意图；
图6为本发明实施例中第四步结束后二氧化硅的示意图；
图7为本发明实施例中第一步至第四步结束后的二氧化硅的形貌图。
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，如图2所示，该刻蚀方法包括：
第一步，对二氧化硅进行刻蚀以形成宽槽和窄槽，且宽槽的深度大于窄槽的深度。
由于在对二氧化硅进行刻蚀的过程中，刻蚀气体容易进入宽槽内，且宽槽内的反应副产物容易挥发，从而使得宽槽的刻蚀速率较快，在对二氧化硅进行刻蚀的过程中存在刻蚀负载效应，进而使得第一步结束后，二氧化硅的结构如图3所示，宽槽1的深度大于窄槽2的深度。
第二步，在宽槽和窄槽内均沉积刻蚀阻挡层，且宽槽内刻蚀阻挡层的厚度大于窄槽内刻蚀阻挡层的厚度。
由于在沉积刻蚀阻挡层的过程中，沉积气体容易进入宽槽内，从而使得宽槽内的刻蚀阻挡层的沉积速率较快，使得在沉积刻蚀阻挡层过程中，存在沉积负载效应，进而使得第二步结束后，二氧化硅的结构如图4所示，宽槽1内刻蚀阻挡层3的厚度大于窄槽2内刻蚀阻挡层3的厚度。
第三步，对宽槽和窄槽内的刻蚀阻挡层进行刻蚀，直至宽槽内刻蚀阻挡层有残留，窄槽内刻蚀阻挡层完全去除。
由于在对刻蚀阻挡层进行刻蚀的过程中，刻蚀气体容易进入宽槽内，且宽槽内的反应副产物容易挥发，从而使得宽槽的刻蚀速率较快，在对刻蚀阻挡层进行刻蚀的过程中存在刻蚀负载效应，进而使得第三步结束后，二氧化硅的结构如图5所示，宽槽1底部的刻蚀阻挡层3有残留，窄槽2底部的刻蚀阻挡层3完全去除。
第四步，对宽槽和窄槽进行刻蚀。
由于在第三步结束后，宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除，在第四步中对宽槽和窄槽进行刻蚀时，宽槽中的刻蚀阻挡层能够降低宽槽的刻蚀速率，进而能够有效减小宽槽和窄槽的深度差，第四步结束后，二氧化硅的结构如图6所示，宽槽1和窄槽2的深度差较小。
本发明提供了一种如上所述的二氧化硅的刻蚀方法，由于对宽槽和窄槽内的刻蚀阻挡层进行刻蚀后，宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除，从而使得后续对宽槽和窄槽进行刻蚀时，宽槽底部的刻蚀阻挡层能够降低宽槽的刻蚀速率，进而能够有效减小宽槽和窄槽的深度差，减轻二氧化硅的刻蚀负载效应，进而改善二氧化硅光波导器件的性能。
进一步地，由于在第一步对二氧化硅进行刻蚀的过程中，宽槽和窄槽内沉积有反应副产物，该反应副产物对二氧化硅的刻蚀具有一定的阻挡作用，因此，本发明实施例中优选在第二步中，形成的刻蚀阻挡层与第一步中的反应副产物为同种物质，从而使得在沉积形成刻蚀阻挡层的过程中，不会在宽槽和窄槽内引入其他物质，且无需更换气体，进而能够简化二氧化硅的刻蚀方法。。
此外，为了保证第三步结束后，宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除，第二步中沉积刻蚀阻挡层时的沉积条件和第三步中对刻蚀阻挡层进行刻蚀时的刻蚀条件之间需要满足一定的关系。示例性地，当在第二步中，在宽槽和窄槽内同时沉积刻蚀阻挡层，宽槽内刻蚀阻挡层的沉积速率为V1，窄槽内刻蚀阻挡层的沉积速率为V2，沉积时间为T1，在第三步中，对宽槽和窄槽内的刻蚀阻挡层同时进行刻蚀，宽槽内刻蚀阻挡层的刻蚀速率为V3，窄槽内刻蚀阻挡层的刻蚀速率为V4，刻蚀时间为T2时，为使得第三步结束后，窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除，宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，T2需要满足以下关系：T2＝V2*T1/V4，此时，第三步结束后，宽槽底部残留的刻蚀阻挡层的厚度为V1*T1-V2*T1*V3/V4，即(V1-V2*V3/V4)*T1。
进一步地，本发明实施例中选择，V1＝0.05μm/min，V2＝0.01μm/min，T1＝5min,V3＝2.5μm/min，V4＝2.2μm/min，T2＝5s。
可选地，为了使在第二步中沉积刻蚀阻挡层的沉积条件满足以上要求，本发明实施例中选择，在第二步中，沉积刻蚀阻挡层的沉积条件为：反应气体压力为30mT-50mT，上电极射频功率为1000W-2000W，下电极射频功率为0W，沉积气体为八氟环丁烷，其中，八氟环丁烷的流量为100sccm-200sccm，沉积时间为5min，以使得宽槽内刻蚀阻挡层的沉积速率V1＝0.05μm/min，窄槽内刻蚀阻挡层的沉积速率V2＝0.01μm/min。采用以上沉积条件沉积形成的刻蚀阻挡层为(CF2)n的聚合物。
可选地，为了对上述刻蚀阻挡层进行刻蚀，且在第三步中对刻蚀阻挡层进行刻蚀的刻蚀条件满足以上要求，本发明实施例中选择，在第三步中，对刻蚀阻挡层进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为10mT-15mT，上电极射频功率为1000W-2000W，下电极射频功率为300W-500W，刻蚀气体包括氧气和氩气，其中，氧气的流量为100sccm，氩气的流量为50sccm，刻蚀时间为5s，以使得宽槽内刻蚀阻挡层的刻蚀速率V3＝2.5μm/min，窄槽内刻蚀阻挡层的沉积速率V4＝2.2μm/min。
以上仅提供了第二步中的沉积刻蚀阻挡层的沉积条件和第三步中对刻蚀阻挡层进行刻蚀的刻蚀条件，为了便于本领域技术人员实施本发明实施例中的二氧化硅的刻蚀方法，下面本发明实施例对第一步中和第四步中的刻蚀条件进行详细描述。
示例性地，在第一步中，对二氧化硅进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为3mT-5mT，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W，刻蚀气体包括八氟环丁烷和氩气，其中，八氟环丁烷的流量为30sccm-50sccm，氩气的流量为70sccm-90sccm，刻蚀时间为10min。在第一步中，对二氧化硅进行刻蚀的反应副产物包括(CF2)n的聚合物，因此，在第二步中采用以上所述的沉积条件沉积形成刻蚀阻挡层的过程中，不会在宽槽和窄槽内引入其他物质，且无需更换气体，进而能够简化二氧化硅的刻蚀方法。
示例性地，在第四步中，对宽槽和窄槽进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为3mT-5mT，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W，刻蚀气体包括八氟环丁烷和氩气，其中，八氟环丁烷的流量为30sccm-50sccm，氩气的流量为70sccm-90sccm。
当本发明实施例中的第一步至第四步均采用以上所述的工艺条件时，第一步至第四步结束后，刻蚀后二氧化硅的形貌如图7所示，宽槽1的深度h1为7.21μm，窄槽2的深度h2为6.91μm，窄槽2的深度h2和宽槽1的深度h1之间的比值为96％，由以上数值可知，采用本发明实施例中的二氧化硅的刻蚀方法刻蚀形成的窄槽2的深度和宽槽1的深度相差较小，很大程度上减轻了二氧化硅的刻蚀负载效应。
且如图7所示，第一步至第四步结束后，二氧化硅的线宽为7.01μm，采用的掩膜的线宽为7.4μm，二氧化硅的线宽损失小于0.5μm。其中，本发明实施例中二氧化硅的线宽损失较小的原因在于：由于对刻蚀阻挡层3进行刻蚀后，宽槽1底部的刻蚀阻挡层3有残留，窄槽2底部的刻蚀阻挡层3完全去除，从而使得后续对宽槽1和窄槽2进行刻蚀时，宽槽1底部的刻蚀阻挡层3能够降低宽槽1的刻蚀速率，进而能够有效减小宽槽1和窄槽2的深度差，减轻二氧化硅的刻蚀负载效应，从而无需通过提高氩气的流量的方式来减轻刻蚀负载效应，使得本发明实施例中氩气的流量较小，从而使得氩气形成的等离子体的轰击能量较小，从而减小了等离子体对掩膜肩部的轰击，使得掩膜的线宽的损失较小，进而使得二氧化硅的线宽损失较小，有利于进一步改善二氧化硅光波导器件的性能。
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 (10)

1.一种二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，包括：
第一步，对二氧化硅进行刻蚀以形成宽槽和窄槽，且宽槽的深度大于窄槽的深度；
第二步，在所述宽槽和所述窄槽内均沉积刻蚀阻挡层，且所述宽槽内刻蚀阻挡层的厚度大于所述窄槽内刻蚀阻挡层的厚度；
第三步，对所述宽槽和所述窄槽内的刻蚀阻挡层进行刻蚀，直至所述宽槽底部的刻蚀阻挡层有残留，所述窄槽底部的刻蚀阻挡层完全去除；
第四步，对所述宽槽和所述窄槽进行刻蚀。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，
在第一步中，所述宽槽和所述窄槽内沉积有反应副产物；
在第二步中，所述刻蚀阻挡层与所述反应副产物为同种物质。
3.根据权利要求1或2所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，
在第二步中，在所述宽槽和所述窄槽内同时沉积刻蚀阻挡层，宽槽内刻蚀阻挡层的沉积速率为V1，窄槽内刻蚀阻挡层的沉积速率为V2，沉积时间为T1；
在第三步中，对所述宽槽和所述窄槽内的刻蚀阻挡层同时进行刻蚀，宽槽内刻蚀阻挡层的刻蚀速率为V3，窄槽内刻蚀阻挡层的刻蚀速率为V4，刻蚀时间为T2；
其中，T2＝V2*T1/V4，第三步结束后，宽槽内残留的刻蚀阻挡层的厚度为V1*T1-V2*T1*V3/V4，即(V1-V2*V3/V4)*T1。
4.根据权利要求3所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，
V1＝0.05μm/min，V2＝0.01μm/min，T1＝5min,V3＝2.5μm/min，V4＝2.2μm/min，T2＝5s。
5.根据权利要求4所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，
在第二步中，沉积刻蚀阻挡层的沉积条件为：反应气体压力为30mT-50mT，上电极射频功率为1000W-2000W，下电极射频功率为0W，沉积气体为八氟环丁烷，其中，八氟环丁烷的流量为100sccm-200sccm，沉积时间为5min。
6.根据权利要求5所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，
在第三步中，对刻蚀阻挡层进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为10mT-15mT，上电极射频功率为1000W-2000W，下电极射频功率为300W-500W，刻蚀气体包括氧气和氩气，其中，氧气的流量为100sccm，氩气的流量为50sccm，刻蚀时间为5s。
7.根据权利要求6所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，
在第一步中，对二氧化硅进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为3mT-5mT，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W，刻蚀气体包括八氟环丁烷和氩气，其中，八氟环丁烷的流量为30sccm-50sccm，氩气的流量为70sccm-90sccm，刻蚀时间为10min。
8.根据权利要求7所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，
在第四步中，对宽槽和窄槽进行刻蚀的刻蚀条件为：反应气体压力为3mT-5mT，上电极射频功率为1500W，下电极射频功率为500W，刻蚀气体包括八氟环丁烷和氩气，其中，八氟环丁烷的流量为30sccm-50sccm，氩气的流量为70sccm-90sccm。
9.根据权利要求8所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，第一步至第四步结束后，形成的窄槽的深度为6.91μm，形成的宽槽的深度为7.21μm，窄槽的深度和宽槽的深度之间的比值为96％。
10.根据权利要求8所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，第一步至第四步结束后，二氧化硅的线宽为7.01μm，线宽损失小于0.5μm。
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