一种微孔刻蚀的刻蚀方法与流程

专利2026-06-13  0


本发明涉及半导体,更具体地说,涉及一种微孔刻蚀的刻蚀方法。


背景技术:

1、红外热成像仪在工业生产,安全防控,军事领域均有着广泛应用;其中一个重要的光学器件结构是光学玻璃片上的微孔,微孔的微纳加工工艺需要先通过光刻、纳米压印等技术在光学玻璃上实现目标微孔的图形化;再使用干法刻蚀技术实现目标微孔图形向光学玻璃的转移。

2、微孔刻蚀过程对于图案转移的要求较高,对于微孔孔径误差一般要求在±20nm之内,对于微孔孔深要求精确至±10nm;在采用集成电路加工过程中广泛应用的电感耦合等离子体刻蚀机(icp)进行微孔图形向光学玻璃转移时,存在诸多问题:首先,得到的微孔侧壁陡直度较差(<85°),刻蚀结果无法满足光学制造对于图案转移的高精度要求;其次,温度对微孔的刻蚀速率和微孔直径等指标影响较敏感,从而导致片与片之间或批与批之间刻蚀一致性难以控制;再次,传统的icp刻蚀工艺加工的微孔的底部常存在拱形或无序突起,同时微孔顶部的孔径相较于图形化微孔的孔径扩张明显。

3、因此,提供一种刻蚀方法来提高微孔的刻蚀精度是亟需解决的问题。


技术实现思路

1、有鉴于此,为解决上述问题,本发明提供一种微孔刻蚀的刻蚀方法,技术方案如下:

2、所述刻蚀方法包括:

3、提供一外延片;在所述外延片的一侧依次设置待刻蚀膜层以及掩膜层,所述掩膜层上具有多个第一微孔;所述第一微孔贯穿所述掩膜层;

4、将设置有所述待刻蚀膜层和所述掩膜层的外延片放置于刻蚀腔体中并通入第一刻蚀气体;

5、利用所述第一刻蚀气体,基于所述第一微孔对所述待刻蚀膜层进行干法刻蚀处理,使得所述待刻蚀膜层背离所述外延片一侧形成多个第二微孔;所述第二微孔与所述第一微孔一一对应;

6、在第一方向上,所述第二微孔的深度小于所述待刻蚀膜层的厚度;所述第一方向垂直于所述外延片所在平面。

7、可选的,在上述刻蚀方法中,所述待刻蚀膜层为sio2膜层。

8、可选的,在上述刻蚀方法中,设置所述掩膜层之前还包括:采用光刻或纳米压印或刻蚀的方法在所述掩膜层上形成多个所述第一微孔。

9、可选的,在上述刻蚀方法中,所述将设置有所述待刻蚀膜层和所述掩膜层的外延片放置于刻蚀腔体中并通入第一刻蚀气体包括:

10、提供一载片;

11、将导热介质涂抹在所述载片的第一区域;

12、将设置有所述待刻蚀膜层和所述掩膜层的外延片放置在所述第一区域上;

13、将放置有所述外延片的所述载片放置于所述刻蚀腔体中并通入所述第一刻蚀气体。

14、可选的,在上述刻蚀方法中,所述导热介质的材料为硅油或石蜡。

15、可选的,在上述刻蚀方法中,所述第一刻蚀气体为氟基气体与惰性气体的混合气体;

16、所述氟基气体在所述第一刻蚀气体中的比例为5%-60%;所述惰性气体在所述第一刻蚀气体中的比例大于40%。

17、可选的,在上述刻蚀方法中,对所述待刻蚀膜层进行干法刻蚀时,所述刻蚀腔体中的上射频功率为50w-300w,下射频功率为100w-600w;所述下射频功率大于所述上射频功率。

18、可选的,在上述刻蚀方法中,所述刻蚀腔体中下电极的温度为-20℃至40℃。

19、可选的,在上述刻蚀方法中,所述掩膜层的材料为光刻胶材料或压印胶材料或金属材料。

20、可选的,在上述刻蚀方法中,当所述掩膜层的材料为所述光刻胶或所述压印胶,在所述待刻蚀膜层背离所述外延片一侧设置所述掩膜层时,还在所述第一微孔中形成了第一凸起。

21、可选的,在上述刻蚀方法中,在通入第一刻蚀气体之前还包括:

22、在所述刻蚀腔体中通入第二刻蚀气体;

23、采用第二刻蚀气体刻蚀掉所述第一凸起。

24、可选的,在上述刻蚀方法中,所述第二刻蚀气体为氧气与惰性气体的混合气体;

25、所述氧气在所述第二刻蚀气体中的比例不小于20%。

26、可选的,在上述刻蚀方法中,对所述第一凸起进行刻蚀时,所述刻蚀腔体中的上射频功率为50w-600w,下射频功率为20w-200w。

27、可选的,在上述刻蚀方法中,,所述刻蚀腔体中的压力为5mtorr-80mtorr。

28、相较于现有技术,本发明实现的有益效果为:

29、本发明提供了一种微孔刻蚀的刻蚀方法,所述刻蚀方法包括:提供一外延片;在外延片的一侧依次设置待刻蚀膜层以及掩膜层,掩膜层上具有多个第一微孔;第一微孔贯穿掩膜层;将设置有待刻蚀膜层和掩膜层的外延片放置于刻蚀腔体中并通入第一刻蚀气体;利用第一刻蚀气体,基于第一微孔对待刻蚀膜层进行干法刻蚀处理,使得待刻蚀膜层背离外延片一侧形成多个第二微孔;第二微孔与第一微孔一一对应;在第一方向上,第二微孔的深度小于待刻蚀膜层的厚度;第一方向垂直于外延片所在平面。

30、在该刻蚀方法中,基于有多个第一微孔的掩膜层,利用第一刻蚀气体对待刻蚀膜层进行干法刻蚀,从而在待刻蚀膜层上形成了多个第二微孔,由于本发明中刻蚀得到的第二微孔采用了干法刻蚀与第一刻蚀气体,使得该第二微孔沿孔中心竖直方向的剖面边缘角度陡直(>88°);并且由第一微孔刻蚀形成第二微孔时,第二微孔的孔径相较于目标孔径的误差范围<±5%;此外,采用干法刻蚀形成的第二微孔底部平坦无凸起或倾斜,满足了光学应用的高精度要求。



技术特征:

1.一种微孔刻蚀的刻蚀方法,其特征在于,所述刻蚀方法包括:

2.根据权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述待刻蚀膜层为sio2膜层。

3.根据权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,设置所述掩膜层之前还包括:采用光刻或纳米压印或刻蚀的方法在所述掩膜层上形成多个所述第一微孔。

4.根据权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述将设置有所述待刻蚀膜层和所述掩膜层的外延片放置于刻蚀腔体中并通入第一刻蚀气体包括:

5.根据权利要求4所述的刻蚀方法,其特征在于,所述导热介质的材料为硅油或石蜡。

6.根据权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述第一刻蚀气体为氟基气体与惰性气体的混合气体;

7.根据权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,对所述待刻蚀膜层进行干法刻蚀时,所述刻蚀腔体中的上射频功率为50w-300w,下射频功率为100w-600w;所述下射频功率大于所述上射频功率。

8.根据权利要求7所述的刻蚀方法,其特征在于,所述刻蚀腔体中下电极的温度为-20℃至40℃。

9.根据权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述掩膜层的材料为光刻胶材料或压印胶材料或金属材料。

10.根据权利要求9所述的刻蚀方法,其特征在于,当所述掩膜层的材料为所述光刻胶或所述压印胶,在所述待刻蚀膜层背离所述外延片一侧设置所述掩膜层时,还在所述第一微孔中形成了第一凸起。

11.根据权利要求10所述的刻蚀方法,其特征在于,在通入第一刻蚀气体之前还包括:

12.根据权利要求10所述的刻蚀方法,其特征在于,所述第二刻蚀气体为氧气与惰性气体的混合气体;

13.根据权利要求11所述的刻蚀方法,其特征在于,对所述第一凸起进行刻蚀时,所述刻蚀腔体中的上射频功率为50w-600w,下射频功率为20w-200w。

14.根据权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述刻蚀腔体中的压力为5mtorr-80mtorr。


技术总结
本发明提供了一种微孔刻蚀的刻蚀方法,在该刻蚀方法中,基于有多个第一微孔的掩膜层,利用第一刻蚀气体对待刻蚀膜层进行干法刻蚀,从而在待刻蚀膜层上形成了多个第二微孔,由于本发明中刻蚀得到的第二微孔采用了干法刻蚀与第一刻蚀气体,使得该第二微孔沿孔中心竖直方向的剖面边缘角度陡直(>88°);并且由第一微孔刻蚀形成第二微孔时,第二微孔的孔径相较于目标孔径的误差范围<±5%;此外,采用干法刻蚀形成的第二微孔底部平坦无凸起或倾斜,满足了光学应用的高精度要求。

技术研发人员:冯英雄,戴海成,杜永权,郭春祥,任华,许开东
受保护的技术使用者:江苏鲁汶仪器股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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