CN117092752B - 一种锗波导的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锗波导的制备方法，包括:S1、在硅衬底上外延生长锗，再在锗上沉积掩膜层，并图形化光阻掩膜；S2、干法蚀刻掩膜层，并去除光阻掩膜；S3、对锗进行蚀刻，整个表面形成一层氯化锗聚合物；S4、采用包含氟和氧的自由基去除氯化锗聚合物，并采用稀氢氟酸溶液清洗；S5、去除掩膜层，形成锗波导。本发明通过在锗波导刻蚀阶段控制聚合物的生成以及刻蚀后灰化过程中的特殊处理，后续通过现有常规的DHF清洗就可以去除反应副产物，不需采购新设备新材料，降低了成本，同时扩展现有工艺能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种锗波导的制备方法。
背景技术
在半导体领域中，专利“CN202211684030-一种MEMS空腔的制备方法”中公开了在高温下易溶于强酸和双氧水，因此形成锗波导后，不可以通过SPM(硫酸和双氧水)湿法清洗，需要采购专用的清洗液NE14来清洗，这就导致了设备和化学品使用成本的增加。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种锗波导的制备方法，通过在锗波导刻蚀阶段控制聚合物的生成以及刻蚀后灰化过程中的特殊处理，后续通过现有常规的DHF(Diluted HF solution，稀氢氟酸溶液)清洗就可以去除反应副产物，形成锗波导，节约了购买新设备和化学品成本。
本发明采用的技术方案如下：一种锗波导的制备方法，包括：
S1、在硅衬底上外延生长锗，再在锗上沉积掩膜层，并图形化光阻掩膜；
S2、干法蚀刻掩膜层，并去除光阻掩膜；
S3、对锗进行蚀刻，整个表面形成一层氯化锗聚合物；
S4、采用氟自由基和氧自由基去除氯化锗聚合物，并采用稀DHF清洗；
S5、去除掩膜层，形成锗波导。
作为一种优选方案，步骤S2中，采用轻聚合物气体配比刻蚀，蚀刻后灰化去胶，并用稀DHF清洗；其中，轻聚合物气体包四氟化碳和氩气，四氟化碳作为主刻蚀气体，适量的氩气产生离子轰击减轻反应中的聚合物。
作为一种优选方案，所述四氟化碳体积流量为10~60 SCCM，氩气体积流量为40~150 SCCM；氩气与四氟化碳流量比例为2~4:1。
作为一种优选方案，步骤S3中，采用氯气和溴化氢作为主蚀刻气体，氧气作为蚀刻过程中侧壁保护气体。需要注意的是，氯气和氧气两种气体比例需精确控制。
作为一种优选方案，所述氯气体积流量为6~50 SCCM，溴化氢体积流量为30~210SCCM，氧气体积流量为2~15 SCCM；氯气与氧气的流量比例为6~15:1。
作为一种优选方案，步骤S4中，采用氧气与四氟化碳的混合气体去除氯化锗聚合物，氟自由基的量需精确控制，过多会损伤锗波导侧壁。优选的，四氟化碳占总气体的比例为0.3%~5%。
作为一种优选方案，在步骤S5中，采用浓DHF或BOE(Buffered oxide etchant，缓冲氧化物腐蚀剂)去除掩膜层。
作为一种优选方案，所述稀DHF中，HF与H2O的体积比例为1:50或1:100。
作为一种优选方案，所述浓DHF中，HF与H2O的体积比例为1:10或1:20；所述BOE中，HF与NH4F的体积比例为1:6或1:10。
作为一种优选方案，所述掩膜层为二氧化硅、BARC（Bottom anti-reflectingcoating，底部抗反射层）、或氮氧化硅中任意一种。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为:本发明通过在锗波导刻蚀阶段控制聚合物的生成以及刻蚀后灰化过程中的特殊处理，后续通过现有常规的DHF清洗就可以去除反应副产物，不需采购新设备新材料，降低了成本，同时扩展现有工艺能力。
附图说明
图1为本发明提出的锗波导的制备方法流程图。
图2（a）~图2（e）为本发明提出的锗波导的制备方法的步骤S1~S5过程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
由于在现有的锗波导制备工艺中，锗波导的反应副产物需要采购专用的清洗液NE14进行清洗，这就导致了成本的增加。为了降低成本，请参考图1，本发明实施例提出了一种锗波导的制备方法，在锗波导蚀刻阶段控制聚合物的生成以及蚀刻后灰化过程中进行特殊处理，后续采用常规的DHF即可完成反应副产物的去除。具体方案如下:
步骤S1、在硅衬底上外延生长锗，再在锗上沉积掩膜层，并图形化光阻掩膜。
请参考图2（a），在该步骤中，硅衬底上外延生长一层锗之后，再在锗层表面沉积掩膜层，而后掩膜层上图形化光阻掩膜。
需要说明的是，掩膜层可以是BARC（Bottom anti-reflecting coating，底部抗反射层）、二氧化硅或氮氧化硅等中的一种。优选的，采用二氧化硅沉积掩膜层。
步骤S2、干法蚀刻掩膜层，并去除光阻掩膜。
请参考图2（b），本实施例中，采用轻聚合物气体配比进行蚀刻，四氟化碳作为主刻蚀气体，适量的氩气产生离子轰击减轻反应中的聚合物，刻蚀后灰化去胶并用稀DHF清洗。通过该轻聚合气体进行蚀刻可以保证掩膜层蚀刻后的蚀刻锗表面干净。
本实施例中，稀DHF中，HF与H2O的体积比例为1:50或1:100。
在实际制备过程中，干法蚀刻二氧化硅硬掩膜的工艺条件为:
压力:5~50毫托，功率:350~900W，偏置电压:30~250V，四氟化碳体积流量10~60SCCM，氩气体积流量40~150 SCCM；氩气与四氟化碳流量比例为2~4:1。
步骤S3、对锗进行蚀刻，整个表面形成一层氯化锗聚合物。
本实施例中，同样采用轻聚合物气体配比进行蚀刻，但与步骤S2的不同之处在于采用氯气和溴化氢作为主蚀刻气体，氧气作为蚀刻过程中侧壁保护气体，其中氯气和氧气的比例需要精确控制，蚀刻后，表面会生成一层氯化锗聚合物。
虽然，采用轻聚合物气体进行锗蚀刻同样会产生反应副产物，但相较于传统蚀刻方法，该蚀刻方式可以有效减少蚀刻过程中聚合物的产生，并且该副产物可以在灰化机采用氟自由基和氧自由基处理掉。
请参考图2（c），从下至上依次为硅衬底、锗层、掩膜层以及覆盖整个表面的氯化锗聚合物。
在实际制备过程中，干法蚀刻锗的工艺条件为:
压力:5~60毫托，功率:300~1100W，偏置电压:50~350V，氯气体积流量为:6~50SCCM，溴化氢体积流量为:30~210 SCCM，氧气体积流量为2~15 SCCM，氯气与氧气的流量比例为6~15:1。
步骤S4、采用包含氟和氧的自由基去除氯化锗聚合物，并采用稀DHF清洗。
该过程中灰化机中执行，在采用氟/氧的自由基来处理表面的氯化锗聚合物时，氟自由基的量需精确控制，过多会损伤锗波导侧壁。优选的，氯气与氧气的比例为6~15:1。
灰化特殊处理工艺条件为:
压力:0.6~1.6托，功率:700~1150 W，氧气体积流量为:600~1200 SCCM，四氟化碳体积流量为:2~30 SCCM，四氟化碳占总气体的比例为0.3%~5%。
请参考图2（d），在灰化处理后，得到从下依次往上为硅衬底、锗层、掩膜层的结构。
步骤S5、去除掩膜层，形成锗波导。
在本实施例中，采用浓DHF或BOE(Buffered oxide etchant，缓冲氧化物腐蚀剂)来去除表面掩膜层，得到最终的锗波导结构，如图2（e）所示。
在一个实施例中，浓DHF中，HF与H2O的体积比例为1:10或1:20。
在另一个实施例中，BOE中，HF与NH4F的体积比例为1:6或1:10。
本发明通过在锗波导刻蚀阶段控制聚合物的生成以及刻蚀后灰化过程中的特殊处理，后续通过现有常规的DHF 清洗就可以去除反应副产物，不需采购新设备新材料，降低了成本，同时也扩展了现有工艺能力。
实施例1
本实施例提出了一种锗波导的制备方法，包括:
S1、在硅衬底上外延生长锗，再在锗上沉积掩膜层，并图形化光阻掩膜；
S2、干法蚀刻掩膜层，并去除光阻掩膜；
S3、对锗进行蚀刻，整个表面形成一层氯化锗聚合物；
S4、采用氟自由基和氧自由基去除氯化锗聚合物，并采用稀DHF清洗；
S5、去除掩膜层，形成锗波导。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例步骤S2中，采用轻聚合物气体配比刻蚀，蚀刻后灰化去胶，并用稀DHF清洗；其中，轻聚合物气体包四氟化碳和氩气，四氟化碳作为主刻蚀气体，适量的氩气产生离子轰击减轻反应中的聚合物。
实施例3
在实施例2的基础上，本实施例四氟化碳体积流量为10~60 SCCM，氩气体积流量为40~150 SCCM；氩气与四氟化碳流量比例为2~4:1。
实施例4
在实施例2的基础上，本实施例步骤S3中，采用氯气和溴化氢作为主蚀刻气体，氧气作为蚀刻过程中侧壁保护气体。需要注意的是，氯气和氧气两种气体比例需精确控制。
实施例5
在实施例4的基础上，本实施例所述氯气体积流量为6~50 SCCM，溴化氢体积流量为30~210 SCCM，氧气体积流量为2~15 SCCM；氯气与氧气的流量比例为6~15:1。
实施例6
在实施例1的基础上，本实施例步骤S4中，采用氧气与四氟化碳的混合气体去除氯化锗聚合物，氟自由基的量需精确控制，过多会损伤锗波导侧壁。优选的，四氟化碳占总气体的比例为0.3%~5%。
实施例7
在实施例1的基础上，本实施例在步骤S5中，采用浓DHF或BOE去除掩膜层。
实施例8
在实施例1的基础上，本实施例所述稀DHF中，HF与H2O的体积比例为1:50或1:100。
实施例9
在实施例7的基础上，本实施例所述浓DHF中，HF与H2O的体积比例为1:10或1:20；所述BOE中，HF与NH4F的体积比例为1:6或1:10。
实施例10
在实施例1的基础上，本实施例所述掩膜层为二氧化硅、BARC或氮氧化硅中任意一种。
需要说明的是，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种锗波导的制备方法，其特征在于，包括:
S1、在硅衬底上外延生长锗，再在锗上沉积掩膜层，并图形化光阻掩膜；
S2、干法蚀刻掩膜层，并去除光阻掩膜；
S3、对锗进行蚀刻，整个表面形成一层氯化锗聚合物；
S4、采用氟自由基和氧自由基去除氯化锗聚合物，并采用稀DHF清洗；
S5、去除掩膜层，形成锗波导。
2.根据权利要求1所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用轻聚合物气体配比刻蚀，蚀刻后灰化去胶，并用稀DHF清洗；其中轻聚合物气体包含四氟化碳和氩气。
3.根据权利要求2所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述四氟化碳体积流量为10~60 SCCM，氩气体积流量为40~150 SCCM；氩气与四氟化碳流量比例为2~4:1。
4.根据权利要求1或2所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用氯气和溴化氢作为主蚀刻气体，氧气作为蚀刻过程中侧壁保护气体。
5.根据权利要求4所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述氯气体积流量为6~50SCCM，溴化氢体积流量为30~210 SCCM，氧气体积流量为2~15 SCCM；氯气与氧气的流量比例为6~15:1。
6.根据权利要求1所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用氧气与四氟化碳的混合气体去除氯化锗聚合物，其中，四氟化碳占总气体的比例为0.3%~5%。
7.根据权利要求1所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，采用浓DHF或BOE去除掩膜层。
8.根据权利要求1所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述稀DHF中，HF与H2O的体积比例为1:50或1:100。
9.根据权利要求7所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述浓DHF中，HF与H2O的体积比例为1:10或1:20；所述BOE中，HF与NH4F的体积比例为1:6或1:10。
10.根据权利要求1所述的锗波导的制备方法，其特征在于，所述掩膜层为二氧化硅、BARC或氮氧化硅中任意一种。
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