CN114823350A - 一种铌酸锂薄膜刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，包括硅衬底层、二氧化硅下包层、铌酸锂芯层、第一铬金属阻挡层；针对现有的干法刻蚀重新对氟基气体和氩离子刻蚀环节进行优化，以氟基气体为主的化学物理作用侧重于提高刻蚀效率和增加刻蚀深度，以氩离子为主的物理作用侧重于去除前一种刻蚀方法中生成的氟化锂固体沉积物，两者相互结合以实现铌酸锂薄膜的高效和高质量刻蚀。尤其是对于大膜厚的铌酸锂薄膜，在上述刻蚀方法的作用下，也可以起到明显的作用和效果。因此本发明的刻蚀方法适用于所有膜厚的铌酸锂薄膜，具有工艺方案改造成本低、兼容性高、可靠性好及实施便捷等优点。

Description

一种铌酸锂薄膜刻蚀方法
技术领域
本发明涉及集成光电领域，具体是一种铌酸锂薄膜刻蚀方法。
背景技术
在集成光电领域中，铌酸锂被誉为最具潜力的材料平台之一。铌酸锂相较于传统的硅、二氧化硅及磷化铟等材料更具优势，具有强大的光电效应、较大的折射率、较宽的透明波长窗口及优良的非线性光学特性等优点。铌酸锂薄膜不仅继承了体块铌酸锂的各项优良特性，而且支持兼容金属氧化物半导体制造工艺，由其制成的集成光电器件具备超低的传输损耗和极高的调制速度，因此对铌酸锂薄膜的刻蚀是十分重要的，铌酸锂薄膜的刻蚀目前主要包括了使用氟基气体的化学物理刻蚀、使用氩离子的物理刻蚀、使用精密机械加工(如磨削、铣削及金刚石切割等方式)的刻蚀等方法。上述各项技术各具特色，但由于铌酸锂薄膜本身具备稳定的物理和化学特性，因此已有的刻蚀方法在面临与日俱增且更为严格的加工制造要求时，始终无法从容应对。一方面，使用氟基气体进行刻蚀的过程中生成的氟化锂固体沉积物，会影响刻蚀效率、刻蚀深度、刻蚀选择性、侧壁倾角、表面粗糙度等；另一方面，氩离子的使用虽然可以凭借物理轰击的方式去除固体沉积物，但这种刻蚀方法选择性差且刻蚀效率较低。此外，随着铌酸锂集成光电器件的迅速发展，对于大膜厚(>900nm)铌酸锂薄膜的刻蚀技术也提出了要求。更大的刻蚀深度、更高的刻蚀效率、更直的侧壁倾角、可靠的加工精度及高质量的表面粗糙度等指标是衡量铌酸锂薄膜刻蚀方法的有效指标。
目前，现有额度铌酸锂薄膜刻蚀方法大都通过氟基气体或氩离子进行刻蚀，通过氟基气体进行刻蚀时，刻蚀深度和刻蚀效率受到较大限制，结构表面会受到侵蚀；使用氩离子进行刻蚀时，虽然刻蚀效率和深度得到了保障，但是氩离子无差别的物理轰击方式使得刻蚀过程的选择性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，包括硅衬底层、二氧化硅下包层、铌酸锂芯层、第一铬金属阻挡层、第一光刻胶层、第二光刻胶层、第二铬金属阻挡层、光功能微纳结构、氟化锂固体沉积物、氟基气体、气体产物、氩离子和氟化锂阻挡层碎片，其特征在于，所述方法步骤如下：
步骤一：选定需要刻蚀的铌酸锂薄膜基片并进行清洗；
步骤二：对准备好的铌酸锂薄膜基片镀上第一铬金属阻挡层；
步骤三：在第一铬金属阻挡层上涂覆第一光刻胶层；
步骤四：通过曝光、显影及光刻等操作将掩模版上的图形转移至第一光刻胶层上，得到转移了版图的第二光刻胶层。
步骤五：进行坚膜后对铬金属进行腐蚀，得到转移了版图的第二铬金属阻挡层；
步骤六：通过氟基气体对铌酸锂薄膜进行刻蚀，生成一部分气体产物和氟化锂固体沉积物，气体产物会被刻蚀系统带走，氟化锂固体沉积物在待刻蚀的铌酸锂薄膜上沉积形成一层阻挡层，通过氩离子轰击阻挡层，去除氟化锂阻挡层碎片，再次通过氟基气体对铌酸锂薄膜进行刻蚀后继续用氩离子轰击氟化锂固体沉积物形成的阻挡层，往复交替；
步骤七：去除剩余的第二铬金属阻挡层，获得预期的光功能微纳结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
针对现有的干法刻蚀重新对氟基气体和氩离子刻蚀环节进行优化，以氟基气体为主的化学物理作用侧重于提高刻蚀效率和增加刻蚀深度，以氩离子为主的物理作用侧重于去除前一种刻蚀方法中生成的氟化锂固体沉积物，两者相互结合以实现铌酸锂薄膜的高效和高质量刻蚀。尤其是对于大膜厚的铌酸锂薄膜，在上述刻蚀方法的作用下，也可以起到明显的作用和效果。因此本发明的刻蚀方法适用于所有膜厚的铌酸锂薄膜，具有工艺方案改造成本低、兼容性高、可靠性好及实施便捷等优点。
附图说明
图1为本发明中的工艺流程图。
图2为本发明中的脊型波导和条型波导结构示意图。
图3为本发明中的关键刻蚀方法示意图。
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。
请参阅图1～3，本发明实施例中：
一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，包括硅衬底层1、二氧化硅下包层2、铌酸锂芯层3、第一铬金属阻挡层4、第一光刻胶层5、第二光刻胶层6、第二铬金属阻挡层7、光功能微纳结构9、氟化锂固体沉积物12、氟基气体13、气体产物14、氩离子15和氟化锂阻挡层碎片16，其特征在于，所述方法步骤如下：
步骤一：选定需要刻蚀的铌酸锂薄膜基片并进行清洗；
步骤二：对准备好的铌酸锂薄膜基片镀上第一铬金属阻挡层4；
步骤三：在第一铬金属阻挡层4上涂覆第一光刻胶层5；
步骤四：通过曝光、显影及光刻等操作将掩模版上的图形转移至第一光刻胶层5上，得到转移了版图的第二光刻胶层6。
步骤五：进行坚膜后对铬金属进行腐蚀，得到转移了版图的第二铬金属阻挡层7；
步骤六：通过氟基气体13对铌酸锂薄膜进行刻蚀，生成一部分气体产物14和氟化锂固体沉积物12，气体产物14会被刻蚀系统带走，氟化锂固体沉积物12在待刻蚀的铌酸锂薄膜上沉积形成一层阻挡层，通过氩离子15轰击阻挡层，去除氟化锂阻挡层碎片16，再次通过氟基气体13对铌酸锂薄膜进行刻蚀后继续用氩离子15轰击氟化锂固体沉积物12形成的阻挡层，往复交替；
步骤七：去除剩余的第二铬金属阻挡层7，获得预期的光功能微纳结构9。
本发明的工作原理是：
本发明通过通过氟基气体13对铌酸锂薄膜进行刻蚀，生成一部分气体产物14和氟化锂固体沉积物12，气体产物14会被刻蚀系统带走，氟化锂固体沉积物12在待刻蚀的铌酸锂薄膜上沉积形成一层阻挡层，通过氩离子15轰击阻挡层，去除氟化锂阻挡层碎片16，再次通过氟基气体13对铌酸锂薄膜进行刻蚀后继续用氩离子15轰击氟化锂固体沉积物12形成的阻挡层，往复交替此操作，即可高效高质量的完成刻蚀工作。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (1)

1.一种铌酸锂薄膜刻蚀方法，包括硅衬底层1、二氧化硅下包层2、铌酸锂芯层3、第一铬金属阻挡层4、第一光刻胶层5、第二光刻胶层6、第二铬金属阻挡层7、光功能微纳结构9、氟化锂固体沉积物12、氟基气体13、气体产物14、氩离子15和氟化锂阻挡层碎片16，其特征在于，所述方法步骤如下：
步骤一：选定需要刻蚀的铌酸锂薄膜基片并进行清洗；
步骤二：对准备好的铌酸锂薄膜基片镀上第一铬金属阻挡层4；
步骤三：在第一铬金属阻挡层4上涂覆第一光刻胶层5；
步骤四：通过曝光、显影及光刻等操作将掩模版上的图形转移至第一光刻胶层5上，得到转移了版图的第二光刻胶层6。
步骤五：进行坚膜后对铬金属进行腐蚀，得到转移了版图的第二铬金属阻挡层7；
步骤六：通过氟基气体13对铌酸锂薄膜进行刻蚀，生成一部分气体产物14和氟化锂固体沉积物12，气体产物14会被刻蚀系统带走，氟化锂固体沉积物12在待刻蚀的铌酸锂薄膜上沉积形成一层阻挡层，通过氩离子15轰击阻挡层，去除氟化锂阻挡层碎片16，再次通过氟基气体13对铌酸锂薄膜进行刻蚀后继续用氩离子15轰击氟化锂固体沉积物12形成的阻挡层，往复交替；
步骤七：去除剩余的第二铬金属阻挡层7，获得预期的光功能微纳结构9。
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