CN107359113B - 一种使用RIE设备刻蚀InP材料的方法及刻蚀InP材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用RIE设备刻蚀InP材料的方法及刻蚀InP材料，涉及半导体材料干法刻蚀领域，包括以下步骤：S1、在InP‑外延片上通过PECVD设备，生长一层SiO2薄膜；S2、通过光刻工艺，将掩膜版上的待蚀刻图形复制在光刻胶上；S3、将光刻后的样品光刻胶上的图形转移到SiO2阻挡层上；S4、通过湿法去胶，将光刻胶去除干净；S5、将待刻蚀的样品用KOH溶液清洗2～3分钟，清洗后冲水并干燥处理；S6、将样品载入RIE工艺腔体中进行刻蚀。本发明使用RIE设备刻蚀InP材料的方法通过对干法刻蚀工艺的改进，解决了反应离子刻蚀设备刻蚀InP过程中产生的聚合物副产物污染样品的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料干法刻蚀领域，具体涉及一种使用RIE设备刻蚀InP材料的方法及刻蚀InP材料。
背景技术
在半导体光电子领域，通常会使用III-V族材料InP作为原材料，因此在进行InP基芯片制作过程中，需要对InP基外延片进行刻蚀，刻蚀后图形线宽、侧壁角度以及刻蚀后图形表面的洁净程度，对半导体器件性能有着至关重要的影响。
目前在对InP进行刻蚀时，对刻蚀后图形线宽精度和刻蚀图形侧壁形貌要求不高时，会采用湿法对其进行刻蚀；湿法刻蚀的溶液主要为盐酸和磷酸的混合溶液，刻蚀速率较高，但刻蚀均匀性、图形线宽以及刻蚀后图形侧壁角度无法得到精确控制。
在需要对InP的刻蚀图形精度要求较高时，将无法采用湿法刻蚀，因此，干法刻蚀成为高精度InP刻蚀的主流手段；目前使用RIE设备刻蚀InP的方法采用CH4和H2气体，由于CH4气体含有C和H元素，在与InP材料反应过程中，会在设备腔体内部和晶圆表面形成一层复杂的聚合物，该聚合物在晶圆表面随刻蚀时间不断累积，导致后续刻蚀图形产生异常。
因此开发一种解决RIE设备刻蚀InP过程中产生的聚合物副产物污染样品的问题的工艺手段是实现批量工业化应用干法InP蚀刻技术的必要条件。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种使用RIE设备刻蚀InP材料的方法，解决RIE设备刻蚀InP过程中产生的聚合物副产物污染样品的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种使用RIE设备刻蚀InP材料的方法，包括以下步骤：
S1、在InP外延片上通过PECVD设备，生长一层SiO2薄膜；
S2、通过光刻工艺，将掩膜版上的待蚀刻图形复制在光刻胶上；
S3、将光刻后的样品使用干法或湿法刻蚀工艺，将光刻胶上的图形转移到SiO2阻挡层上，确保将需要刻蚀的SiO2刻蚀干净，并露出待刻蚀的InP衬底；
S4、通过湿法去胶，将光刻胶去除干净；
S5、将待刻蚀的样品用KOH溶液进行清洗2～3分钟，清洗后冲水并干燥处理；
S6、将样品载入RIE工艺腔体中进行刻蚀；
S7、用O2等离子体对腔体内部及晶圆表面进行清洁；
S8、连续重复步骤S6和步骤S7三到五次；
S9、取出样品，测量刻蚀深度，计算平均刻蚀速率；
S10、重复步骤S6-S9，直到达到刻蚀深度为止。
在上述技术方案的基础上，步骤S6中，控制邻接室压力为40mT，射频功率为200W，CH4流速为10sccm，H2流速为40sccm。
在上述技术方案的基础上，连续刻蚀时间不可超过5分钟。
在上述技术方案的基础上，蚀刻时间为240sec。
在上述技术方案的基础上，步骤S7中，控制清洁过程中邻接室压力75mT，射频功率120W，O2流速为30sccm，蚀刻时间为300sec。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中，生长的SiO2薄膜厚度为200～300nm。
在上述技术方案的基础上，在进行步骤S10时，根据之前得到的平均刻蚀速率控制刻蚀时长。
本发明还提供一种刻蚀InP材料，其由权利要求1所述的使用RIE设备刻蚀InP材料的方法制得。
在上述技术方案的基础上，所述刻蚀InP材料的纵横比大于5：1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的使用RIE设备刻蚀InP材料的方法，通过对刻蚀工艺的改进，在刻蚀前进行碱液清洗、在刻蚀后进行O2等离子体清洁，解决了反应离子刻蚀设备刻蚀InP过程中产生的聚合物副产物污染样品的问题。
(2)本发明的使用RIE设备刻蚀InP材料的方法在刻蚀图形精度及刻蚀深度可控的情况下，保证了刻蚀后晶圆表面清洁无污染和刻蚀图形异常，使得被刻蚀图形精度可控，适合精细化要求下的批量工业应用。
(3)本发明刻蚀方法制得的刻蚀InP材料图形精度高，可加工纵横比高，适用性强，能适应绝大多数情形下的应用需求。
附图说明
图1为现有技术中使用RIE设备刻蚀InP后刻蚀区域的显微镜图；
图2为本发明实施例使用RIE设备刻蚀InP材料的方法的工艺流程图；
图3为使用本发明实施例中刻蚀InP材料的方法刻蚀InP后刻蚀区域的显微镜图；
图4为使用本发明实施例中刻蚀InP材料的方法刻蚀InP的过程示意图；
图中：1-SiO2阻挡层，2-刻蚀后的InP侧壁，3-异常图形，4-未被刻蚀的InP基底，5-等离子体。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明中使用的主要设备及名词解释如下：
RIE，全称是Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀，是一种微电子工业干法腐蚀工艺。
反应离子刻蚀(RIE，Reactive Ion Etching)设备工作时，其通过在平板电极之间施加10～100MHZ的高频电压(RF，radio frequency)时会产生数百微米厚的离子层(ionsheath)，在其中放入试样，离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻。
等离子体增强化学的气相沉积(PECVD，Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)设备，其借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。
使用RIE设备和现有技术对InP材料进行刻蚀得到产品的刻蚀区域的显微镜图如图1所示，可见在刻蚀后的InP基底上出现了多个不规则分布的柱状异常图样，其表明此时InP基底存在杂质，其影响刻蚀后图形线宽、侧壁角度以及刻蚀后图形表面的洁净程度，对刻蚀得到的半导体器件性能有着较大的负面影响。
如图2所示，本发明实施例提供一种使用RIE设备刻蚀InP材料的方法，通过以下步骤进行：
S1、在InP外延片上通过PECVD设备，生长一层SiO2薄膜；
S2、通过光刻工艺，将掩膜版上的待蚀刻图形复制在光刻胶上；
S3、将光刻后的样品使用干法或湿法刻蚀工艺，将光刻胶上的图形转移到SiO2阻挡层上，确保将需要刻蚀的SiO2刻蚀干净，并露出待刻蚀的InP衬底；
S4、通过湿法去胶，将光刻胶去除干净；
S5、将待刻蚀的样品用KOH溶液进行清洗2～3分钟，清洗后冲水并干燥处理；
S6、将样品载入RIE工艺腔体中进行刻蚀，刻蚀过程中可控制邻接室压力为40mT，射频功率为200W，CH4流速为10sccm，H2流速为40sccm，蚀刻时间为240sec；
S7、用O2等离子体对腔体内部及晶圆表面进行清洁，可控制清洁过程中邻接室压力75mT，射频功率120W，O2流速为30sccm，蚀刻时间为300sec；
S8、连续重复步骤S6和步骤S7四次，此处次数可根据刻蚀速度和实际需求调节，一般控制在三到五次之间；
S9、取出样品，测量刻蚀深度，计算平均刻蚀速率；
S10、重复步骤S6-S9，直到达到刻蚀深度为止。
本发明的工作原理为：本发明通过对刻蚀工艺的改进，一方面通过PECVD设备增加了SiO2阻挡层；另一方面，在刻蚀前设置碱液清洗步骤、在刻蚀后设置O2等离子体清洁步骤并反复循环进行，解决了反应离子刻蚀设备刻蚀InP过程中产生的聚合物副产物污染样品的问题。
采用本发明实施例中使用RIE设备刻蚀InP材料的方法处理后的InP材料刻蚀区域的显微镜图如图3所示，可见其中InP基底光滑平整，且不存在现有技术处理后残留的异常图形，即可证明本发明实施例达到了解决反应离子刻蚀设备刻蚀InP过程中产生的聚合物副产物污染样品的问题的目的。
在进行刻蚀时，注意控制单次连续刻蚀时间不超过5分钟。
可控制步骤S1中，生长的SiO2薄膜厚度为200～300nm，既达到保护作用，又不会延长刻蚀时间和化学药品消耗。
在进行步骤S10时，可根据之前得到的平均刻蚀速率控制刻蚀时长，以控制刻蚀工艺进度，以达到更好的工艺精度和刻蚀效果。
本发明还提供一种刻蚀InP材料，其由上述的使用RIE设备刻蚀InP材料的方法制得。
可控制制得的刻蚀InP材料的纵横比大于5：1，较大的纵横比使得刻蚀得到的通孔深度增大，可适应更多情形下对InP材料刻蚀加工的需求，提升刻蚀产品的适用范围。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种使用RIE设备刻蚀InP材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在InP外延片上通过PECVD设备，生长一层SiO2薄膜；
S2、通过光刻工艺，将掩膜版上的待蚀刻图形复制在光刻胶上；
S3、将光刻后的样品使用干法或湿法刻蚀工艺，将光刻胶上的图形转移到SiO2阻挡层上，确保将需要刻蚀的SiO2刻蚀干净，并露出待刻蚀的InP衬底；
S4、通过湿法去胶，将光刻胶去除干净；
S5、将待刻蚀的样品用KOH溶液进行清洗2～3分钟，清洗后冲水并干燥处理；
S6、将样品载入RIE工艺腔体中进行刻蚀，刻蚀过程中可控制邻接室压力为40mT，射频功率为200W，CH4流速为10sccm，H2流速为40sccm，蚀刻时间为240sec；
S7、用O2等离子体对腔体内部及晶圆表面进行清洁，可控制清洁过程中邻接室压力75mT，射频功率120W，O2流速为30sccm，蚀刻时间为300sec；
S8、连续重复步骤S6和步骤S7三到五次；
S9、取出样品，测量刻蚀深度，计算平均刻蚀速率；
S10、重复步骤S6-S9，直到达到刻蚀深度为止。
2.如权利要求1所述的使用RIE设备刻蚀InP材料的方法，其特征在于：步骤S1中，生长的SiO2薄膜厚度为200～300nm。
3.如权利要求1所述的使用RIE设备刻蚀InP材料的方法，其特征在于：在进行步骤S10时，根据之前得到的平均刻蚀速率控制刻蚀时长。
4.一种刻蚀InP材料，其特征在于：其由权利要求1所述的使用RIE设备刻蚀InP材料的方法制得。
5.一种如权利要求4所述的刻蚀InP材料，其特征在于：所述刻蚀InP材料的纵横比大于5：1。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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