一种干法刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法技术

本发明专利技术公开了一种干法刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，该方法包括：S1、在半导体晶圆衬底上均匀涂覆聚酰亚胺并退火固化以形成聚酰亚胺层薄膜；S2、在聚酰亚胺层薄膜上淀积溅射铝膜；S3、在铝膜上涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光、显影；S4、继续刻蚀铝掩膜，使预定图形转移至铝掩膜上；S5、再分两步反应对涂覆光刻胶的牺牲层进行离子刻蚀；S6、依次用酸性溶液与碱性溶液交替洗涤，腐蚀铝掩膜，并去除氧化铝微掩膜；S7、清洗残留胶体。本发明专利技术采用金属Al与薄层光刻胶作为“双重掩膜”，解决了目前介质硬掩膜仍会出现钻刻无法形成良好的刻蚀形貌，不能有效控制关键尺寸，从而影响器件的性能及悬空结构稳固性的问题。稳固性的问题。稳固性的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种干法刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法


[0001]本专利技术属于聚酰亚胺的刻蚀
，具体涉及一种干法刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法。

技术介绍

[0002]聚酰亚胺(Polyimide,PI)是一类含有酰亚胺环和苯环构成的稳定共轭结构的高分子化学物质，其具有目前微电子广泛使用的沉积膜的一些特征如低应力、低吸水性、高模量和良好的延展性。同时，鉴于PI容易与氧气、氢氧化钠等发生化学反应而被刻蚀掉，因此常常被用作牺牲层来制备微机电系统(MEMS)中的悬空结构，比如非制冷红外焦平面探测器中的微桥结构，即是采用PI2600系列胶作为牺牲层材料来获得的。
[0003]为了降低黏附效应、降低失效的比例和风险，提高MEMS系统的良率，PI牺牲层通常采用干法等离子体刻蚀的开孔方法，然而在干法刻蚀的过程中，离子通常会对硅片上的光刻胶和其他材料同时进行轰击刻蚀。尤其是在氧气RIE反应离子刻蚀系统中，光刻胶与聚合物有着相近的反应速率，即便采用厚胶作为掩膜，依然会导致离子刻蚀后PI经常出现通孔周围粗糙、有毛刺等现象，与理论设计形状不符，严重影响后续沉积薄膜的连续性，从而导致牺牲层释放后探测单元支撑臂金属线条发生断裂，降低了整个器件的良率。
[0004]在RIE工艺中，通常采用O2与氟基混合气体作为刻蚀聚合物的刻蚀剂，对PI的刻蚀速率通常在0.13—0.2μm/min。当硬掩膜如介质层、金属层等覆盖于PI层上时，热传递会被阻挡，硬掩膜的温度高于PI牺牲层的温度，导致硬掩膜周围的刻蚀速率较快，因此可以有效提高PI刻蚀选择比。然而常用的介质硬掩膜，如SiN或SiO2等，仍然会出现钻刻无法形成良好的刻蚀形貌，不能有效控制关键尺寸，而影响器件的性能及悬空结构的稳固性等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种干法刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，解决了目前介质硬掩膜仍会出现钻刻无法形成良好的刻蚀形貌，不能有效控制关键尺寸，从而影响器件的性能及悬空结构稳固性的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种干法刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，该方法包括：
[0007]S1、在半导体晶圆衬底上均匀涂覆聚酰亚胺并退火固化以形成聚酰亚胺层薄膜。
[0008]S2、在步骤S1中得到的聚酰亚胺层薄膜上淀积溅射铝膜。
[0009]本专利技术采用磁控溅射法得到的铝膜比其他方法得到的铝膜更加致密；所述的铝膜的厚度为30～100nm。本专利技术采用磁控溅射法得到的铝膜比其他方法得到的铝膜更加致密，采用磁控溅射法得到的铝膜厚度与镀膜时间、功率等有关，但铝膜厚度超过100nm会导致铝掩模还未形成，光刻胶已经被全部刻蚀。
[0010]S3、在步骤S2中得到的铝膜上均匀涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光、显影，在所述的光刻胶上形成预定图形。
[0011]所述的光刻胶的厚度为1.0～3.0μm(如果低于1μm，在刻蚀过程中会起不到好的掩膜效果；对于该光刻胶厚度的上限是根据光刻胶与涂胶机台综合来判定的，目前常用的厚度一般不会高于3μm，厚度过厚造成浪费并延长刻蚀时间)；所述的光刻胶作为软掩膜，与所述的硬掩膜铝膜为聚酰亚胺牺牲层刻蚀的“双重掩膜”；由于硬掩模的存在，刻蚀过程中氧原子会在Al掩模表面形成钝化层，不会对掩模造成剧烈损伤。因此，无需采用传统的厚胶工艺。
[0012]S4、经步骤S3后，再刻蚀铝掩膜，使所述预定图形转移至铝掩膜上；
[0013]所述的刻蚀铝掩膜采用等离子体干法刻蚀的，所述的刻蚀的气体为Cl2、BCl3和N2混合气体；所述的Cl2与铝生成AlCl3；所述的BCl3进行各向异性刻蚀，并将铝的氧化层还原，促进刻蚀过程的继续进行。
[0014]本专利技术刻蚀铝掩膜采用等离子体干法刻蚀的，所述的刻蚀的气体为Cl2、BCl3和N2混合气体；Cl2是主要的刻蚀气体，与铝生成的可挥发的AlCl3被气流带出反应腔。BCl3可以提供BCl
3+
(混合气体被RF电源激发产生的)，垂直轰击硅片表面，实现各向异性刻蚀(水平方向和垂直方向刻蚀速率不同)，同时由于铝表面极易形成氧化铝钝化层，阻碍刻蚀进行，BCl3可将氧化层还原，促进刻蚀过程的继续进行，其反应方程式如下：Al2O3+3BCl3→
2AlCl3+3BOCl。
[0015]S5、待步骤S4结束后，分两步反应对涂覆光刻胶的牺牲层进行离子刻蚀；
[0016]所述的两步反应采用不同流量比的氟基气体和氧气进行刻蚀，形成所需图形。所述的氟基气体选自SF6、CF4、CHF3中的任意一种；当所述的氟基气体为SF6时，在第一步中O2与SF6的流量比不低于3：1，在第二步中O2与SF6的流量比不低于1：2；当所述的氟基气体为CF4时，在第一步中O2与CF4的流量比不低于2：1，在第二步中的O2与CF4的流量比不低于2：3；当所述的氟基气体为CHF3时，在第一步中的O2与CHF3的流量比不低于3：4，在第二步中的O2与CHF3的流量比不低于2:5。
[0017]第一步为主刻蚀，第二步为所需形貌的修饰，因此进一步的刻蚀，需要控制第一步中的氧气含量高于第二步中的氧气含量；若低于其流量比则刻蚀的形貌以及对应参数会达不到要求；三种氟基气体在对应的流量比例下，在刻蚀PI后其侧壁的坡度、形貌以及PI孔径等关键参数的表现结果都比较接近。
[0018]第一步的气体压强为100～200mTorr，射频功率为200～450W，刻蚀时间为30～100s；第二步的气体压强为150～400mTorr，射频功率为350～600W，刻蚀时间为60～200s；
[0019]在所述的压强、功率和刻蚀时间范围内，不仅可以很好的进行对硬掩模图形转移而且有利于后续工艺对残留光刻胶以及铝掩膜的去除。若不在所述的范围进行刻蚀可能会出现的问题有：(1)低于第一步和第二步的射频功率范围，刻蚀机台起辉异常；低于第一步和第二步的压强或时间范围均无法完成刻蚀工作；(2)高于第一步和第二步的射频功率范围，会导致Al掩膜的出现一定的横向腐蚀，导致开口掩膜孔径不均匀，也有可能会出现Al掩膜不能完全彻底去除；高于第一步和第二步的压强或时间范围也均会对刻蚀铝掩膜、PI膜和刻蚀形貌等有影响。
[0020]本专利技术采用RIE工艺进行牺牲层PI刻蚀，采用氟基气体与O2混合气体作为刻蚀气体。第一步刻蚀是光刻胶去除与牺牲层刻蚀同时进行的，氟元素可以促进O2的电离使得体系中氧原子浓度增加，加快氧化反应速率；同时活性较高的氟原子会与光刻胶中的氢元素
反应生成挥发性气体HF，被剥离氢元素的光刻胶获得更多的自由基位点，进一步与氧原子反应得到气相生成物达到去除光刻胶的目的。第二步是对牺牲层进一步刻蚀，其中氧原子与Al掩膜形成钝化层达到保护掩膜的目的，并能够与溅射出的Al原子形成侧壁保护层；氟原子能够激活PI表面并破坏其分子结构而产生更多自由基位点提高刻蚀速率。
[0021]S6、待步骤S5结束后，依次用酸性溶液与碱性溶液交替洗涤，腐蚀铝掩膜，并去除氧化铝微掩膜。
[0022]S7、清洗残本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干法刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，该方法包括：S1、在半导体晶圆衬底上均匀涂覆聚酰亚胺并退火固化以形成聚酰亚胺层薄膜；S2、在步骤S1中得到的聚酰亚胺层薄膜上淀积溅射铝膜；所述的铝膜的厚度为30～100nm；S3、在步骤S2中得到的铝膜上均匀涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光、显影，在所述的光刻胶上形成预定图形；所述的光刻胶的厚度为1.0～3.0μm；所述的光刻胶作为软掩膜；S4、经步骤S3后，再刻蚀铝掩膜，使所述预定图形转移至铝掩膜上；所述的刻蚀铝掩膜采用等离子体干法刻蚀的，所述的刻蚀的气体为Cl2、BCl3和N2混合气体；所述的Cl2与铝生成AlCl3；所述的BCl3进行各向异性刻蚀，并将铝的氧化层还原，促进刻蚀过程的继续进行；S5、待步骤S4结束后，分两步反应对涂覆光刻胶的牺牲层进行离子刻蚀；所述的两步反应采用不同流量比的氟基气体和氧气进行刻蚀，形成所需图形；所述的氟基气体选自SF6、CF4、CHF3中的任意一种；当所述的氟基气体为SF6时，在第一步中O2与SF6的流量比不低于3：1，在第二步中O2与SF6的流量比不低于1：2；当所述的氟基气体为CF4时，在第一步中O2与CF4的流量比不低于2：1，在第二步中的O2与CF4的流量比不低于2：3；当所述的氟基气体为CHF3时，在第一步中的O2与CHF3的流量比不低于3：4，在第二步中的O2与CHF3的流量比不低于2:5；第一步的气体压强为100～200mTorr，射频功率为200～450W，刻蚀时间为30～100s；第二步的气体压强为150～400mTorr，射频功率为350～600W，刻蚀时间为60～200s；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁秋雁，杜建林，陈环玉，左元呈，毛敏，
申请(专利权)人：成都市精鹰光电技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：