CN109725375A - 一种ⅲ-ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法 - Google Patents

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刘昆
叶嗣荣
田坤
段利华
黄茂
莫才平
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Abstract

本发明属于纳米光栅制作领域，具体涉及一种Ⅲ‑Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法，包括采用干法刻蚀Ⅲ‑Ⅴ族材料晶圆，以将掩膜上的光栅图形转移到Ⅲ‑Ⅴ族材料晶圆上；使用氧气干法刻蚀晶圆表面；判断是否达到目标尺寸，若没达到则重复上述步骤，否则结束刻蚀；本发明在光栅刻蚀的时候，将光栅刻蚀过程分段，抑制刻蚀表面Ⅲ、Ⅴ族元素的大量累积，减少聚合物的生成，同时衬底温度不会有较大的升高；并在分段周期内引入表面清洗工艺，使用氧气干法刻蚀光栅表面，氧气与有机聚合物发生反应，生成可挥发生成物，有效去除刻蚀过程中产生的聚合物，使光栅表面光洁。

Description

一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法
技术领域
本发明属于纳米光栅制作领域，具体涉及一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法。
背景技术
现有技术中Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅制作过程中的材料刻蚀主要采用湿法腐蚀工艺和干法刻蚀工艺。湿法腐蚀工艺由于材料腐蚀过程中会产生严重的横向钻蚀而使Ⅲ-Ⅴ族材料的光栅深宽比无法满足设计要求；而干法刻蚀工艺在常温时由于材料刻蚀速率过快，无法精确控制光栅深度；并且会使用甲烷(CH4),大量的甲烷在材料界面处与材料中所含的Ⅲ、Ⅴ族元素在一定的浓度和较高的温度下会产生难以去除的聚合物，造成后续光栅表面外延生长困难；同时，材料界面处生成的非均匀分布聚合物会阻挡光栅刻蚀，造成刻蚀图形坑洼不平，图形尺寸可控性差。现有光栅刻蚀方法制备的光栅表面光洁度不佳，光栅尺寸误差大。激光器芯片的生产要求制备的Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅尺寸精确，同时光栅表面光洁度满足材料生长的要求。
发明内容
为了解决解决目前Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅表面光洁度不佳，光栅尺寸误差大的问题，本发明提出一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅低温刻蚀方法，包括：
S1、采用干法刻蚀Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆，以将掩膜上的光栅图形转移到Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆上；
S2、使用氧气干法刻蚀晶圆表面；
S3、判断是否达到目标尺寸，若没达到则重复步骤S1～S2，否则结束刻蚀。
优选的，在采用干法刻蚀Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆的过程中，将设定衬底温度为 10℃。
进一步的，材料刻蚀速度为20nm/min。
优选的，步骤S1中干法刻蚀的持续时间为15秒。
优选的，步骤S2中氧气干法刻蚀的持续时间为30秒。
本发明在光栅刻蚀的时候，将光栅刻蚀过程分段，抑制刻蚀表面Ⅲ、Ⅴ族元素的大量累积，减少聚合物的生成，同时衬底温度不会有较大的升高；并在分段周期内引入表面清洗工艺，使用氧气干法刻蚀光栅表面，氧气与有机聚合物发生反应，生成可挥发生成物，有效去除刻蚀过程中产生的聚合物，使光栅表面光洁；在衬底温度为10℃时，可以有效的抑制有机聚合物的生成，而且材料刻蚀速度达到20nm/min，可以有效的控制光栅深度，利用本发明制备的Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅满足激光器芯片的材料生长要求。
附图说明
图1为本发明一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅低温刻蚀方法流程图；
图2为利用本发明制备的光栅的正面电镜图；
图3为利用本发明制备的光栅的截面电镜图。
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做出创造性劳动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。
本发明提出一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅低温刻蚀方法，如图1，包括：
S1、采用干法刻蚀Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆，以将掩膜上的光栅图形转移到Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆上；
S2、使用氧气干法刻蚀晶圆表面；在刻蚀工艺分段周期内引入基于氧气的表面清洗工艺，去除光栅表面聚合物，使光栅表面光洁；在分段周期内引入表面清洗工艺，使用氧气干法刻蚀光栅表面，氧气与有机聚合物发生反应，生成可挥发生成物，有效去除刻蚀过程中产生的聚合物，使光栅表面光洁；
S3、判断是否达到目标尺寸，若没达到则重复步骤S1～S2，否则结束刻蚀。
优选的，在采用干法刻蚀Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆的过程中，将设定衬底温度为 10℃；在衬底温度为10℃时，可以有效的抑制有机聚合物的生成。
进一步的，材料刻蚀速度为20nm/min；材料刻蚀速度达到20nm/min，可以有效的控制光栅深度。
优选的，步骤S1中干法刻蚀的持续时间为15秒。
优选的，步骤S2中氧气干法刻蚀的持续时间为30秒。
根据本发明方法制备一Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅，制备的光栅的正面电镜图如图2所示，制备的光栅的截面电镜图如图3所示，图中Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅深度为93.2nm，线宽为117nm，从图中可以看出本发明制备的Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅的深宽比不仅满足激光器光栅设计要求，并且光栅光洁度达到了材料生长要求。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，不能理解为对发明的限制。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法，其特征在于，包括：
S1、采用干法刻蚀Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆，以将掩膜上的光栅图形转移到Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆上；
S2、使用氧气干法刻蚀晶圆表面；
S3、判断是否达到目标尺寸，若没达到则重复步骤S1～S2，否则结束刻蚀。
2.根据权利要求1所述的一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法，其特征在于，在采用干法刻蚀Ⅲ-Ⅴ族材料晶圆的过程中，将设定衬底温度为10℃。
3.根据权利要求1所述的一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法，其特征在于，材料刻蚀速度为20nm/min。
4.根据权利要求3所述的一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法，其特征在于，步骤S1中干法刻蚀的持续时间为15秒。
5.根据权利要求1所述的一种Ⅲ-Ⅴ族材料纳米光栅刻蚀方法，其特征在于，步骤S2中氧气干法刻蚀的持续时间为30秒。
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