CN103233273A - 一种等离子体刻蚀方法 - Google Patents

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江成龙
叶小辰
石剑舫
盛建明
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Abstract

本发明涉及一种等离子体刻蚀方法，包括以下步骤：1）将表面具有光胶刻图形的蓝宝石衬底装入ICP刻蚀设备中；2）通入三氯化硼和氢气的混合气体对蓝宝石衬底进行刻蚀；3）刻蚀完成后进行衬底表面的清洁。本发明中介绍的方法是一种新型干法刻蚀PSS技术，该方法的使用更加有利于其图案的可控性、均匀性改善。

Description

一种等离子体刻蚀方法
技术领域
本发明涉及一种干法刻蚀工艺，尤其是一种利用三氯化硼和氢气作为主要刻蚀气体的等离子体刻蚀方法。
背景技术
微电子机械***是近年来发展起来的高新技术，它采用先进的半导体工艺技术，把微机械结构和电路集成在一起，具有信息采集、处理与执行的功能，及其体积小、重量轻、功耗低的优点。刻蚀技术是微电子机械加工工艺中的重要部分，即在样品表面光刻图形后，通过刻蚀工艺将图形转移到光胶下边的层上，等离子体刻蚀技术（ICP）是刻蚀中的发展起来的一种干法刻蚀工艺目前在微电子技术中广泛被应用。
具体而言，在等离子体反应腔中，通过给反应气体施加强外加电场或磁场的方式产生等离子体。外加电场或磁场提供给电子足够的能量，使其与反应气体的原子、分子作用，产生化学活性粒子（自由基、离子、活化分子等基团），化学活性粒子的产生，使得原本需在高温下进行的化学反应得以在室温下进行，从而进行对材料的刻蚀。ICP刻蚀***的主要条件参数有：刻蚀气体的种类及其组分、气体流量、工作压强、ICP源功率、偏压源功率（或衬底直流偏压）、衬底温度等。ICP刻蚀***具有结构简单、性价比高、均匀性好、可独立控制离子密度和离子能量及操作简便等特点，已成为目前较为理想的干法刻蚀技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种采用三氯化硼和氢气作为混合刻蚀气体的干法刻蚀方法。
本发明所采用的技术方案为：一种等离子体刻蚀方法，包括以下步骤：
1）将表面具有光胶刻图形的蓝宝石衬底装入ICP刻蚀设备中；
2）通入三氯化硼和氢气的混合气体对蓝宝石衬底进行刻蚀；
3）刻蚀完成后进行衬底表面的清洁。
进一步的说，本发明所述的步骤2）中通入的三氯化硼的气体流量为50～70sccm；通入的氢气的气体流量为10～20sccm；所述的步骤2）中刻蚀时间为45～55min。
本发明所述的步骤1）中ICP刻蚀设备的腔体内具有上电极和下电极，所述的待刻蚀的蓝宝石衬底放置于上电极与下电极之间，并在电浆的作用下进行刻蚀。
本发明的目的是采用一种新的混合气体三氯化硼和氢气来实现等离子体刻蚀中PSS的加工。该方法中有效结合两种气体在刻蚀中分别与蓝宝石发生的化学和物理作用，实现了对蓝宝石的蚀刻以及其图案的控制。
其中三氯化硼和氢气在电浆作用下参与刻蚀的原理可以表述如下：
BCl3→BClX+Cl(x=0,1,2)
Al2O3+BCl3→Al+BOClY+Cl(y=1,2,3)                    （式1）
Al2O3+BClx→Al+BOClz+Cl(z=1,2,3)
Cl+Al→AlCl3
H2→2H
Al2O3+H→3O+2Al+H                                  （式2）
2H+O→H2O
H+Cl→HCl
从式1和式2可以清楚知道，三氯化硼在刻蚀中参与化学反应促使蓝宝石衬底发生蚀刻，氢气在刻蚀中主要是作为物理轰击，将氧化铝键断开，从而促进蓝宝石衬底发生蚀刻，这两种蚀刻方式的相互结合保证了PSS图案的可控性。
本发明的有益效果是：本发明同时使用能对蓝宝石进行化学刻蚀的三氯化硼和能进行物理轰击的氢气，有效地实现了目标产品稳定加工，并且能容易做到刻蚀图案的可控性，可以作为目前半导体加工中一种新型手段。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明ICP刻蚀腔体示意图；
图2为单一三氯化硼刻蚀图案；
图3为混合气体刻蚀图案；
图4为目标图案。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实例1
实例中将介绍在等离子体刻蚀中三氯化硼与氢气混合气体使用对PSS图案影响，通过改变两种气体流量来控制刻蚀中气体参与刻蚀的能力，但是预期目标得到的PSS图案应该是主视图为轮廓很锐利的三角形（图4）。实例1中采用氢气流量为0，三氯化硼气体流量为60sccm，其它辅助材料按照工艺要求配备，整个刻蚀时间50min，将刻蚀后的蓝宝石衬底在扫描电子显微镜下分析得到图2所示形貌。图2中用黑色圈出部分可以清晰看到图案轮廓呈一定弧形，两边都有弧形，出现这种情况原因是刻蚀中使用了单一气体三氯化硼，导致整个刻蚀均属于化学方式在进行，不容易得到预期图案。
实例2
本实例的流程与实例1相同，唯一不同的是刻蚀中增加了氢气的使用，将三氯化硼的流量维持60sccm，同时氢气流量改为15sccm，其它步骤和辅助材料与实例1中一样。刻蚀结束后，取出样品进行扫描电子显微镜分析，得到如图3所示的图案结果，从该图案可以清楚看到其两边轮廓比较锐利，不会出现图2中的弧形。图3中黑色圈出部分出现了些图案底部的变形，但是图案整体轮廓符合预期，后续可以容易通过刻蚀工艺调整解决。
实例3
本实例的流程与实例1和2均相同，尤其与实例2相近，唯一不同的是实例中通过刻蚀工艺调整消除了实例2中出现的图案底部变形情况，得到图4所示结果。图4为刻蚀开始前预期目标产品，通过利用刻蚀中三氯化硼和氢气流量的改变可以容易得到可控性较好的PSS产品。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (4)

1.一种等离子体刻蚀方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将表面具有光胶刻图形的蓝宝石衬底装入ICP刻蚀设备中；
2）通入三氯化硼和氢气的混合气体对蓝宝石衬底进行刻蚀；
3）刻蚀完成后进行衬底表面的清洁。
2.如权利要求1所述的一种等离子体刻蚀方法，其特征在于：所述的步骤2）中通入的三氯化硼的气体流量为50～70sccm；通入的氢气的气体流量为10～20sccm。
3.如权利要求1所述的一种等离子体刻蚀方法，其特征在于：所述的步骤2）中刻蚀时间为45～55min。
4.如权利要求1所述的一种等离子体刻蚀方法，其特征在于：所述的步骤1）中ICP刻蚀设备的腔体内具有上电极和下电极，所述的待刻蚀的蓝宝石衬底放置于上电极与下电极之间，并在电浆的作用下进行刻蚀。
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