CN104803347A - 一种Mo基金属薄膜刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，首先在半导体衬底上依次形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层和Mo基金属层；然后对形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底进行光刻工艺；其次采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀，刻蚀后的图形角度为10至45°；最后采用干法去胶和湿法去胶，清洗处理。本发明采用干法刻蚀小角度Mo基薄膜图形，与大角度图形相比，具有更好的台阶覆盖性和有益于优质AlN薄膜的生长，可促进FBAR器件性能的提高。

Description

一种Mo基金属薄膜刻蚀方法

技术领域

本发明涉及MEMS器件制造技术领域，特别涉及薄膜体声波滤波器(FBAR)器件研制中的一种Mo基金属薄膜刻蚀方法。

背景技术

FBAR是一种性能优良的RF滤波器，具有体积小、Q值高、工作频率高、承受功率大、换能效率高且与半导体工艺兼容等特点，更加符合现代无线通信领域应用的苛刻要求，成为近年来此类器件研究与开发的一个热点。

通过大量研究表明，无论是金属本身性能，还是与压电层AlN薄膜的匹配效果方面，Mo（金属钼）基金属是FBAR器件中较好的电极材料选择。现有Mo基金属薄膜刻蚀方法在FBAR器件研制过程中，常采用湿法腐蚀的方法或刻蚀较大角度的Mo基金属的方法，采用湿法腐蚀的方法存在刻蚀速率慢、不可控、侧壁角度较大、侧壁粗糙等缺陷，刻蚀较大角度的Mo基金属存在AlN薄膜覆盖性差、生长质量较差以及台阶处应力大等缺陷。

针对上述大角度Mo基金属薄膜刻蚀方法缺陷，现有的刻蚀方法并没有有效的解决途径，使得现有的Mo基金属薄膜刻蚀方法依然存在台阶覆盖较差，AIN薄膜生长较差的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明专利的目的在于怎么提供一种Mo基金属薄膜刻蚀方法，在形成完好FBAR器件结构前提下，具有更好的台阶覆盖和生长优质的AlN薄膜，同时能够提高FBAR器件性能，用于解决现有的Mo基金属薄膜刻蚀方法存的在台阶覆盖较差，AIN薄膜生长较差的问题。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种Mo基金属薄膜的刻蚀方法，首先在半导体衬底上依次形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层和Mo基金属层；然后对形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底进行光刻工艺；其次采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀，刻蚀后的图形角度为10°至45°；最后采用干法去胶和湿法去胶，清洗处理。

进一步，所述SiO₂绝缘层采用LPCVD工艺制备，其厚度为800至1200纳米。

进一步，所述硅基介质层由多晶硅、非晶硅、二氧化硅、氮化硅中的一种或多种薄膜材料组合形成；所述多晶硅采用LPCVD工艺生长，其厚度为500至1500纳米；所述非晶硅采用LPCVD工艺或者PECVD工艺生长，其厚度为500至1500纳米；所述二氧化硅采用LPCVD工艺或者PECVD工艺生长，其厚度为50至300纳米；所述氮化硅采用LPCVD或者PECVD工艺生长，其厚度为50至300纳米。

进一步，所述AlN层采用磁控溅射工艺制备，其厚度为50至150纳米。

进一步，所述的Mo基金属层由Mo、MoW、MoN、MoAlN中的一种或多种材料组合形成。

进一步，所述对形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底进行光刻工艺，其光刻胶类型为AZ系列，其厚度为1至5微米，后烘温度为110至160℃。

进一步，所述采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀，是采用氯基或者氟基刻蚀气体对Mo基金属层进行刻蚀。

进一步，所述氯基或氟基刻蚀气体为Cl₂、BCl₃、CHF₃、SF₆、CF₄、O₂、Ar中的一种或几种气体组合形成。

进一步，所述Cl₂流量为0至100sccm，所述BCl₃流量为0至100sccm，所述CHF₃流量为0至100sccm，所述SF₆流量为0至100sccm，所述CF₄流量为0至100sccm，所述O₂流量为0至200sccm，所述Ar流量为0至80sccm。

进一步，所述采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀的干法刻蚀工艺条件为：上电极功率为0至3000W，下电极功率为20至350W，压强为8至100mT，氯基或氟基气体总流量为50~200sccm，腔体和电极的温度为50至100摄氏度。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明采用干法刻蚀小角度Mo基薄膜图形，与大角度图形相比，具有更好的台阶覆盖性和有益于优质AlN薄膜的生长，可促进FBAR器件性能的提高。

2、本发明将干法刻蚀工艺应用于FBAR器件研制中的小角度Mo基薄膜刻蚀，与湿法腐蚀相比，刻蚀速率更快，侧壁更光滑，并且角度容易控制、可调。

3、本发明提出的FBAR器件研制中的一种小角度Mo基金属薄膜刻蚀方法，与现有的MEMS，半导体工艺兼容。

附图说明

图1是本发明提供的Mo基金属薄膜刻蚀方法的流程图。

图2是形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底的薄膜结构示意图。

图3是采用干法刻蚀Mo基金属薄膜后，半导体衬底的薄膜结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

一种Mo基金属薄膜的刻蚀方法，如图1所示步骤1：在半导体衬底上依次形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层和Mo基金属层；步骤2：对形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底进行光刻工艺；步骤3：采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀，刻蚀后的图形角度为10°至45°；步骤4：采用干法去胶和湿法去胶，清洗处理。其中，图2为形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底的薄膜结构示意图，5为硅基半导体衬底，6为SiO₂绝缘层，7为硅基介质层，8为AlN层，9为Mo基金属层。

本实施例中的小角度是指刻蚀后的图形角度为10°至45°。本实施例采用干法刻蚀小角度Mo基薄膜图形，与大角度图形相比，具有更好的台阶覆盖性和有益于优质AlN薄膜的生长，可促进FBAR器件性能的提高。另外，本发明将干法刻蚀工艺应用于FBAR器件研制中的小角度Mo基薄膜刻蚀，与湿法腐蚀相比，刻蚀速率更快，侧壁更光滑，并且角度容易控制、可调。

小角度的Mo基金属能够具有更好的台阶覆盖性和有益于优质AlN薄膜的生长原理：由于AlN为多晶结构，会垂直于下层薄膜表面生长，当下层Mo基金属侧壁角度较小时，AlN薄膜在台阶处的生长方向过度缓慢，连接性好，应力较小。当下层Mo基金属侧壁角度较大（传统的刻蚀方法中，刻蚀后的图形角度为90°）时，则AlN薄膜在台阶处的生长方向过度比较大，容易在台阶上部形成裂缝，不断有其他方向生长的AlN薄膜，应力较大，容易断裂，而在台阶下部容易形成折皱现象，应力较大，导致AlN薄膜取向较差。所以，小角度的Mo基金属能够具有更好的台阶覆盖性和有益于优质AlN薄膜的生长，从而促进FBAR器件性能的提高。

刻蚀后的图形角度之所以选择10°至45°是因为：小于10°的刻蚀角度在工艺上难以实现，且在后期应用时，薄膜侧面多余的边太长，占用面积较大。大于45°的刻蚀角度AlN薄膜容易在台阶上部形成裂缝，应力较大，容易断裂，而在台阶下部容易形成折皱现象，导致AlN薄膜取向较差。

所述SiO₂绝缘层采用LPCVD（即Low-pressure CVD的缩写，低压化学气相沉积法）工艺制备，其厚度为800至1200纳米。这样增大了接地电阻，减小器件工作时的能量损耗。

所述硅基介质层由多晶硅、非晶硅、二氧化硅、氮化硅中的一种或多种薄膜材料组合形成；所述多晶硅采用LPCVD工艺生长，其厚度为500至1500纳米；所述非晶硅采用LPCVD工艺或者PECVD（即Plasma-enhancedCVD的缩写，等离子增强化学气相沉积法）工艺生长，其厚度为500至1500纳米；所述二氧化硅采用LPCVD工艺或者PECVD工艺生长，其厚度为50至300纳米；所述氮化硅采用LPCVD或者PECVD工艺生长，其厚度为50至300纳米。

所述AlN层采用磁控溅射工艺制备，其厚度为50至150纳米，这样有利于Mo基金属生长取向选择，从而生长出优质的AlN薄膜，提高FBAR器件性能。

所述的Mo基金属层由Mo、MoW、MoN、MoAlN中的一种或多种材料组合形成。

所述对形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底进行光刻工艺，其光刻胶类型为AZ系列，其厚度为1至5微米，后烘温度为110至160℃。这样能更好地形成较小的光刻胶图形侧壁角度，从而使得小角度Mo基金属薄膜图形的实现更容易。

所述采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀，是采用氯基或者氟基刻蚀气体对Mo基金属层进行刻蚀。

所述氯基或氟基刻蚀气体为Cl₂、BCl₃、CHF₃、SF₆、CF₄、O₂、Ar中的一种或几种气体组合形成。

所述Cl₂流量为0至100sccm，所述BCl₃流量为0至100sccm，所述CHF₃流量为0至100sccm，所述SF₆流量为0至100sccm，所述CF₄流量为0至100sccm，所述O₂流量为0至200sccm，所述Ar流量为0至80sccm。上述气体流量的起点之所以为0，是因为有些设备和工艺过程可能不使用到该气体，而选择这些气体中的其他气体作为刻蚀工艺气体。

图3为采用干法刻蚀Mo基金属薄膜后，半导体衬底的薄膜结构示意图，5＇为刻蚀后的硅基半导体衬底，6＇为刻蚀后的SiO₂绝缘层，7＇为刻蚀后的硅基介质层，8＇为刻蚀后的AlN层，9＇为刻蚀后的Mo基金属层。

所述采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀的干法刻蚀工艺条件为：上电极功率为0至3000W，下电极功率为20至350W，压强为8至100mT，氯基或氟基气体总流量为50~200sccm，腔体和电极的温度为50至100摄氏度。上电极功率主要作用是离化通入设备腔体中的工艺气体，影响腔室中等离子体的浓度，对刻蚀效果会有一定的影响；下电极功率主要对离化后的离子起到加速的作用，同时也有一定的离化效果，功率太小或太大，会导致刻蚀角度偏小或偏大；腔体压强主要控制腔体内等离子体及气体的浓度大小，压强较小时，一方面影响气体离化起辉效果，另一方面会影响刻蚀作用离子的多少，对刻蚀图形角度有一定的影响；氯基或氟基气体总流量主要是起到刻蚀作用的气体源的选择，即必须要选择一定量的刻蚀气体；腔体和电极的温度主要为了对刻蚀样片和光刻胶的保护以及对工艺腔室环境的保障。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，首先在半导体衬底上依次形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层和Mo基金属层；然后对形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底进行光刻工艺；其次采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀，刻蚀后的图形角度为10°至45°；最后采用干法去胶和湿法去胶，清洗处理。

2.根据权利要求1所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述SiO₂绝缘层采用LPCVD工艺制备，其厚度为800至1200纳米。

3.根据权利要求1所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述硅基介质层由多晶硅、非晶硅、二氧化硅、氮化硅中的一种或多种薄膜材料组合形成；所述多晶硅采用LPCVD工艺生长，其厚度为500至1500纳米；所述非晶硅采用LPCVD工艺或者PECVD工艺生长，其厚度为500至1500纳米；所述二氧化硅采用LPCVD工艺或者PECVD工艺生长，其厚度为50至300纳米；所述氮化硅采用LPCVD或者PECVD工艺生长，其厚度为50至300纳米。

4.根据权利要求1所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述AlN层采用磁控溅射工艺制备，其厚度为50至150纳米。

5.根据权利要求1所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述的Mo基金属层由Mo、MoW、MoN、MoAlN中的一种或多种材料组合形成。

6.根据权利要求1所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述对形成SiO₂绝缘层、硅基介质层、AlN层、Mo基金属层后的半导体衬底进行光刻工艺，其光刻胶类型为AZ系列，其厚度为1至5微米，后烘温度为110至160℃。

7.根据权利要求1所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀，是采用氯基或者氟基刻蚀气体对Mo基金属层进行刻蚀。

8.根据权利要求7所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述氯基或氟基刻蚀气体为Cl₂、BCl₃、CHF₃、SF₆、CF₄、O₂、Ar中的一种或几种气体组合形成。

9.根据权利要求8所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述Cl₂流量为0至100sccm，所述BCl₃流量为0至100sccm，所述CHF₃流量为0至100sccm，所述SF₆流量为0至100sccm，所述CF₄流量为0至100sccm，所述O₂流量为0至200sccm，所述Ar流量为0至80sccm。

10.根据权利要求1所述的Mo基金属薄膜的刻蚀方法，其特征在于，所述采用干法刻蚀工艺对Mo基金属层进行刻蚀的干法刻蚀工艺条件为：上电极功率为0至3000W，下电极功率为20至350W，压强为8至100mT，氯基或氟基气体总流量为50~200sccm，腔体和电极的温度为50至100摄氏度。