CN108682626A - 一种含铝材料的icp刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体行业的一种干法刻蚀,特别涉及一种含铝材料的ICP刻蚀方法,包括如下步骤:1)提供含铝材料的半导体芯片,对其表面进行清洗;2)采用化学气相沉积CVD方法在半导体芯片上生长一层掩膜层;3)在上述掩膜层上涂覆光刻胶并且制作出待刻蚀图形;4)采用RIE刻蚀掩膜层;5)去除RIE刻蚀后掩膜层表面的光刻胶;6)将经步骤5)处理后的半导体芯片放入ICP刻蚀设备中进行ICP刻蚀;ICP刻蚀的刻蚀条件为:刻蚀温度为20~60℃,刻蚀功率为1000~1500W,射频功率为50~200W,腔体压力为2~8mTorr,刻蚀气体为Cl2、H2、CH4的混合气体。本发明提供的含铝材料的ICP刻蚀方法解决了含铝材料的ICP刻蚀过程容易出现刻蚀速率慢、均匀性不好、形貌较差、表面不平坦、聚合物较多等问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体行业的一种干法刻蚀,特别涉及一种含铝材料的ICP刻蚀方法。
背景技术
当今社会是信息化社会,人们对信息获取的要求越来越高。人们会需要更高的传输带宽、更快的响应时间、更广泛的获取范围、更长的使用时间。这也是我们的移动通信技术从2G到目前的4G,并且5G网络也即将登场的背景原因。无论是在铺设光纤通信网络的骨干网、接入网,还是我们日常生活中接触得到或者接触不到的电子设备,其中有大量的半导体芯片,如激光器、探测器、IC芯片等等其他半导体有源或者无源芯片。
制作这些芯片的过程是十分复杂的,一般都包括外延生长、介质膜生长、光刻、刻蚀、清洗、溅射这些工艺,并且有些工艺过程是要重复很多次的。其中的刻蚀工艺包括湿法刻蚀和干法刻蚀,初期的刻蚀技术主要以湿法刻蚀为主,但是随着需求的不断提高,器件制作进入微米、亚微米时代,湿法刻蚀由于它本身的固有缺点,越来越不能满足科研和生产的需要,同时干法刻蚀技术取得了巨大进展,所以很多湿法刻蚀过程慢慢被已等离子体为基础的干法刻蚀所取代。
湿法刻蚀技术是通过化学方法去除不需要的部分薄膜,其过程容易是各项同性的,会导致横向钻蚀问题,这是湿法刻蚀最明显的一个缺点。而干法刻蚀一般通过化学方法和物理方法结合的方式实现对不需要部分的刻蚀,刻蚀具有各向异性,从而满足了尺寸更加微小的结构加工,制作出来的结构更加精确。
在干法刻蚀技术接近五十年的发展过程中,随着对刻蚀机理的研究和经验的不断深入,先后出现了各种机理和结构的干法刻蚀设备。其基础都是等离子体刻蚀(PE)技术和离子束刻蚀(IBE)技术,现在比较常用的至少有十几种。在如今的干法刻蚀技术中,电感耦合等离子(ICP)刻蚀技术具有刻蚀速度快、选择比高、各向异性高、刻蚀损伤小、大面积均匀性好、刻蚀断面轮廓可控性高和刻蚀表面平整光滑等优点,另外ICP结构简单、体积较小、操作简便、可以选择的机器型号较多、有较长的使用经验积累。因此近年来,ICP刻蚀技术被广泛应用于Si、SiO2、III-V族化合物等材料的刻蚀上,有较不错的刻蚀效果,满足了VLSI、MEMS、光电子器件等等的工艺要求。
在ICP刻蚀过程中,材料系是最需要考虑的一个因素。因为不同的材料系需要不同的刻蚀气体,并且不同的材料系需要对ICP的各项参数进行调制。随着学术上的深入,各种器件出现了很多理论上性能更加优秀的新材料,如APD中采用含铝的InAlAs材料。含铝材料的ICP刻蚀过程容易出现刻蚀速率慢、均匀性不好、形貌较差、表面不平坦、聚合物较多等问题, 因此我们需要有必要研究出一种针对含铝材料的ICP刻蚀方式,克服上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种含铝材料的ICP刻蚀方法,能够得到刻蚀速率高、均匀性好、形貌好、表面平坦、聚合物较小的干法刻蚀结果。
为实现上述目的,本发明的技术方案为一种含铝材料的ICP刻蚀方法,包括如下步骤:
1)提供含铝材料的半导体芯片,并对半导体芯片的表面进行清洗;
2)采用化学气相沉积CVD方法在半导体芯片表面上生长一层掩膜层,所述掩膜层为SiO2或SiNx;
3)在上述掩膜层上涂覆光刻胶,并且制作出待刻蚀图形;
4)采用RIE刻蚀掩膜层;
5)去除RIE刻蚀后掩膜层表面的光刻胶;
6)将经步骤5)处理后的半导体芯片放入ICP刻蚀设备中进行ICP刻蚀;
ICP刻蚀的刻蚀条件为:刻蚀温度为20~60℃,刻蚀功率为1000~1500W,射频功率为50~200W,腔体压力为2~8mTorr,刻蚀气体为Cl2、H2、CH4的混合气体。
进一步地,所述步骤6)中刻蚀气体中Cl2的气体流量为5-15sccm,H2的气体流量为15-25sccm,CH4的气体流量为5-15sccm。
进一步地,所述步骤6)中刻蚀气体中Cl2、H2、CH4的气体流量比为1:2:1。
进一步地,所述步骤6)中的ICP刻蚀完成后,半导体芯片表面的掩膜层的厚度不小于100nm。
进一步地,所述步骤3)的具体步骤为:对带有掩膜层的半导体芯片进行匀胶、烘烤、曝光、显影、后烘,制作出待刻蚀图形。
进一步地,所述步骤5)中采用去胶液、KOH溶液或丙酮去除掩膜层表面的光刻胶。
进一步地,所述步骤1)中采用缓冲氧化物刻蚀液、稀氢氟酸溶液或者稀盐酸溶液对半导体芯片的表面进行清洗,清洗完成后立即下一步。
进一步地,在ICP刻蚀前,对ICP刻蚀设备的腔体进行清洁。
进一步地,所述步骤6)中ICP刻蚀的刻蚀速度为0.45μm/min。
优选的,所述步骤6)中的ICP刻蚀完成后,半导体芯片表面的掩膜层的厚度为250nm-300nm。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供的含铝材料的ICP刻蚀方法解决了含铝材料的ICP刻蚀过程容易出现刻蚀速率慢、均匀性不好、形貌较差、表面不平坦、聚合物较多等问题;
(2)本发明提供的含铝材料的ICP刻蚀方法采用特定的工艺流程和刻蚀条件,可以得到刻蚀速率高、均匀性好、形貌好、表面平坦、聚合物较小的干法刻蚀结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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它的附图。
图1为本发明实施例提供的含铝材料ICP刻蚀方法的步骤示意图;
图2a-图2g为本发明实施例提供的用于含铝材料ICP刻蚀的工艺流程图;
图3a为采用本发明提供的含铝材料ICP刻蚀方法刻蚀后表面清洁平滑的暗场下的形貌图;
图3b为采用普通方法对含铝材料刻蚀后表面残留有聚合物的暗场下的形貌图;
图中:1、半导体芯片,2、掩膜层;3、光刻胶。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1、图2a-2g所示,本发明实施例提供一种一种含铝材料的ICP刻蚀方法,包括如下步骤:
1)提供含铝材料的半导体芯片,并对半导体芯片的表面进行清洗,采用缓冲氧化物刻蚀液、稀氢氟酸溶液或者稀盐酸溶液对半导体芯片的表面进行清洗,清洗完成后立即下一步;正常情况下停留时间不应超过10分钟。含铝材料,如AlInP、AlGaAs、InAlAs等及它们的四元材料,例如APD的含铝材料AlGaAs;
2)采用化学气相沉积CVD方法在半导体芯片表面上生长一层厚度为500nm-800nm的掩膜层,所述掩膜层为SiO2或SiNx;
3)在上述掩膜层上涂覆光刻胶,并且制作出待刻蚀图形;
4)采用RIE刻蚀掩膜层;刻蚀时间根据SiO2或者SiNx的刻蚀速率来计算;
5)采用去胶液、KOH溶液或丙酮去除RIE刻蚀后掩膜层表面残留的的光刻胶。
6)将经步骤5)处理后的半导体芯片放入ICP刻蚀设备中进行ICP刻蚀;
ICP刻蚀的刻蚀条件为:刻蚀温度为20~60℃,刻蚀功率为1000~1500W,射频功率为50~200W,腔体压力为2~8mTorr,刻蚀气体为Cl2、H2、CH4的混合气体。
其中Cl2、H2、CH4先混合稳定后,再通入ICP刻蚀设备中进行辉光放电产生等离子体进行刻蚀。
进一步地,所述步骤6)中刻蚀气体中Cl2的气体流量为10-15sccm,H2的气体流量为15-25sccm,CH4的气体流量为5-15sccm。优选的,Cl2的气体流量为10sccm,H2的气体流量为20sccm,CH4的气体流量为10sccm。
进一步地,所述步骤6)中刻蚀气体中Cl2、H2、CH4的气体流量比为1:2:1。
普通材料如InGaAs材料采用Cl2刻蚀时,Cl2的流量一般为8sccm;而由于含铝材料本身在刻蚀过程中就容易产生聚合物,会阻止后续的刻蚀反应,因此提高Cl2的流量,使铝更快反应掉,可以减少刻蚀过程中聚合物的产生。
进一步地,所述步骤6)中的ICP刻蚀完成后,半导体芯片表面的掩膜层的厚度不小于100nm。由于本发明的ICP刻蚀具有较高的选择比(被刻蚀材料的刻蚀速率与掩膜层材料的刻蚀刻蚀速率的比值)、较高的刻蚀速率,但是在深刻蚀过程中还是会对掩膜产生较多的消耗,例如当选择比为10:1时,在刻蚀深度为3um的含铝材料时,掩膜层被刻蚀掉了300nm;因此需要较厚的掩膜层,掩膜层的厚度可以根据目标深度、刻蚀速率、选择比来计算。优选的,所述步骤6)中的ICP刻蚀完成后,半导体芯片表面的掩膜层的厚度为250nm-300nm。
进一步地,所述步骤3)的具体步骤为:对带有掩膜层的半导体芯片进行匀胶、烘烤、曝光、显影、后烘,制作出待刻蚀图形。光刻胶的厚度应满足刻蚀完SiO2或SiNx后,SiO2或SiNx形貌清晰、刻蚀面笔直。
进一步地,在ICP刻蚀前,对ICP刻蚀设备的腔体进行清洁。由于反应产生的产物会影响刻蚀过程中的速率和效果,因此在刻蚀前对腔体进行清洁,使刻蚀环境保持清洁,并且对腔体进行清洁可以使每次刻蚀具有类似的环境,保证了刻蚀的重复性。在这个刻蚀过程中,还需要保持待刻蚀芯片清洁,表面无杂质颗粒,如果芯片放置时间较长,还需要对芯片表面进行再次清洁,如等离子去胶机进行辉光处理。
作为本发明实施例的一种实施方式,所述步骤1)中采用稀HF溶液对半导体芯片清洗3min,然后用去离子水冲洗干净。
进一步地,所述步骤6)中ICP刻蚀的刻蚀速度为0.45μm/min。由于相同条件下,含铝材料刻蚀速率会比普通材料的刻蚀速率低,容易导致表面产生聚合物、不平坦等缺陷,因此需要适当提高刻蚀功率,保证相对高的刻蚀速率。
ICP刻蚀的刻蚀效果体现在刻蚀后的芯片表面是否有聚合物、是否平坦、是否有划痕、侧面形貌是否平滑、是否达到目标深度等;采用本发明提供的含铝材料的ICP刻蚀方法与普通刻蚀方法对含铝材料刻蚀后表面的形貌图如图3a和图3b所示,其中采用本发明的刻蚀方法得到的表面干净,没有残余聚合物;而采用普通方法刻蚀方法得到的表面有许多残余的聚合物颗粒。
本实施例的ICP刻蚀方法对含铝材料的刻蚀速率高、均匀性好、形貌好、表面平坦、聚合物较小;解决了含铝材料的ICP刻蚀过程容易出现刻蚀速率慢、均匀性不好、形貌较差、表面不平坦、聚合物较多等问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)提供含铝材料的半导体芯片,并对半导体芯片的表面进行清洗;
2)采用化学气相沉积CVD方法在半导体芯片表面上生长一层掩膜层,所述掩膜层为SiO2或SiNx;
3)在上述掩膜层上涂覆光刻胶,并且制作出待刻蚀图形;
4)采用RIE刻蚀掩膜层;
5)去除RIE刻蚀后掩膜层表面的光刻胶;
6)将经步骤5)处理后的半导体芯片放入ICP刻蚀设备中进行ICP刻蚀;
ICP刻蚀的刻蚀条件为:刻蚀温度为20~60℃,刻蚀功率为1000~1500W,射频功率为50~200W,腔体压力为2~8mTorr,刻蚀气体为Cl2、H2、CH4的混合气体。
2.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:所述步骤6)中刻蚀气体中Cl2的气体流量为5-15sccm,H2的气体流量为15-25sccm,CH4的气体流量为5-15sccm。
3.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:所述步骤6)中刻蚀气体中Cl2、H2、CH4的气体流量比为1:2:1。
4.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:所述步骤6)中的ICP刻蚀完成后,半导体芯片表面的掩膜层的厚度不小于100nm。
5.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于,所述步骤3)的具体步骤为:对带有掩膜层的半导体芯片进行匀胶、烘烤、曝光、显影、后烘,制作出待刻蚀图形。
6.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:所述步骤5)中采用去胶液、KOH溶液或丙酮去除掩膜层表面的光刻胶。
7.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:所述步骤1)中采用缓冲氧化物刻蚀液、稀氢氟酸溶液或者稀盐酸溶液对半导体芯片的表面进行清洗,清洗完成后立即下一步。
8.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:在ICP刻蚀前,对ICP刻蚀设备的腔体进行清洁。
9.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:所述步骤6)中ICP刻蚀的刻蚀速度为0.45μm/min。
10.如权利要求1所述的一种含铝材料的ICP刻蚀方法,其特征在于:所述步骤6)中的ICP刻蚀完成后,半导体芯片表面的掩膜层的厚度为250nm-300nm。
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