一种刻蚀通孔引出薄膜器件下电极的方法技术

本发明专利技术属于电子薄膜与元器件技术领域，具体为一种刻蚀通孔引出薄膜器件下电极的方法。本发明专利技术通过在薄膜器件下电极使用高选择比的金属材料形成保护层来保护薄膜器件下电极，防止刻蚀通孔时对下电极造成损伤；由于保护层区域和材料的设计，在刻蚀时可以使得通孔的形状更加精确，且能够更好的控制刻蚀速率和刻蚀深度。本发明专利技术极大的降低刻蚀对薄膜器件下电极的损伤，大幅提高了刻蚀通孔的完整性与稳定性，极大地降低了工艺系统误差对加工精度的影响，提高了容错率，可广泛的应用在薄膜器件制造领域，特别是要求高精度通孔的薄膜器件的制造领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种刻蚀通孔引出薄膜器件下电极的方法


[0001]本专利技术属于电子薄膜与元器件
，具体为一种刻蚀通孔引出薄膜器件下电极的方法。

技术介绍

[0002]在现代电子器件的制造过程中，薄膜器件已经成为了一种十分重要的器件类型，薄膜器件具有厚度小、占用空间小、工艺简单、性能优良等特点，被广泛应用于各种领域，如集成电路、太阳能电池、光电探测器等。在这些器件的制造过程中，下电极需要从薄膜器件底部引出至表面，以实现电路的连接。下电极的引出方式会影响电路的电学特性和稳定性，因此下电极的引出方法需要精心设计。
[0003]通常，引出下电极的方式为刻蚀通孔并填充金属，形成电极从而引出下电极。目前，反应离子刻蚀(RIE)是一种常用的干法刻蚀方法，然而，通常器件在刻蚀通孔引出下电极时既需要将功能薄膜层完全刻蚀穿透，同时又不能对电极区域产生损伤，而RIE刻蚀通孔的过程中，无法保证高精度的刻蚀通孔，往往会导致刻蚀深度不足或者过刻蚀导致电极受到损伤，影响到了薄膜器件的性能，使制备成功率降低。因此，需要一种更为稳定可控的方法来刻蚀通孔引出下层电极。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题或不足，为解决现有的薄膜器件下电极引出工艺中刻蚀通孔深度不足或者过刻蚀损伤电极的问题，本专利技术提供了一种刻蚀通孔引出薄膜器件下电极的方法，通过在薄膜器件需要保护的下电极表面采用金属材料作为保护层，避免刻蚀过程损伤到薄膜器件的下电极，提高刻蚀通孔工艺的完整性和稳定性，从而实现对薄膜器件下电极的保护，确保刻蚀过程穿透薄膜层并且不影响下电极导电功能，以大幅提升器件的制备成功率。
[0005]一种刻蚀通孔引出薄膜器件下电极的方法，具体步骤如下：
[0006]步骤1、在制备薄膜器件下电极时，在下电极与功能薄膜层之间的预打孔区域，制备一层保护层，保护层完全覆盖预打孔的平面区域。俯视图如图1所示，金属保护层(阴影部分)，完全覆盖预打孔区域(虚线部分)，截面图如图2所示。
[0007]针对器件的材料以及刻蚀气氛的需求，可以选择不同的金属材料作为下电极的保护层，并基于金属材料的选择比大小调整下电极保护层厚度。在制备薄膜器件下电极时，可以根据器件需求制备不同大小、尺寸、形状的下电极以及刻蚀孔洞的位置、形状和数目，制备下电极后的器件截面图如图3所示。
[0008]优选地的，所述保护层材料采用选择比≥4:1的金属材料，如Ti、W、Cr等。由于下电极的引出需要将功能薄膜层完全刻蚀穿透至下电极，容易导致下电极的烧损或者氧化，从而影响器件的性能，降低器件的寿命。因此当下电极与功能薄膜层的刻蚀通孔区域设计一层选择比大的保护层能有效解决这一问题，并且高的选择比会使得刻蚀效率降低，从而更
易于控制。
[0009]步骤2、制备功能薄膜层后，在功能薄膜层上再制备一层保护层，保护层设有一个孔洞，孔洞的区域被预打孔区域全覆盖，以使得后续刻蚀通孔时刻蚀气体和刻蚀物质的负面影响降低，对功能薄膜表面的损伤降低，从而对功能薄膜层形成保护。
[0010]制备的保护层图形的俯视图如图4所示，保护层的孔洞区域(空白部分)被预打孔区域(虚线部分)完全覆盖，截面图如图5所示。保护层需确保刻蚀过程不破坏保护层下方功能薄膜，常用的薄膜保护层材料有非晶硅(a
‑
Si)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、光刻胶等，也可以使用步骤1所述的金属材料(Ti、W、Cr)作为功能薄膜的保护层。
[0011]步骤3、对步骤2所得的薄膜器件进行刻蚀，刻蚀深度以功能薄膜层的厚度为基准，直至刻蚀显露出功能薄膜层通孔下的金属保护层，如图6所示。
[0012]步骤4、将步骤3所得薄膜器件表面的保护层全部去除(如图7所示)，如通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方法。
[0013]步骤5、在步骤4所得的功能薄膜层上制备上电极，同时完成对通孔的填充，得到最终的薄膜器件。
[0014]本专利技术的创新点在于在薄膜器件刻蚀通孔时引入了保护层来保护薄膜器件的下电极，确保了在刻蚀通孔时可以将孔洞完全刻蚀穿透，并且不会因为过刻蚀而损伤下电极。在本专利技术的方法中，通过在薄膜器件下电极处使用选择比大的金属材料作为保护层来保护薄膜器件，利用材料刻蚀速率慢、导电性良好的特性，在刻蚀通孔时可以将功能薄膜层完全刻蚀穿透而不会对下电极造成损伤。最后，通过将导电材料填充至通孔，可以保证引出的电极具有良好的电导性和可靠性。
[0015]综上所述，本专利技术具有精度高、容错率高等优点，能够有效提高薄膜器件的制造质量可靠性。本专利技术在薄膜器件制造领域具有广泛的应用前景，特别适用于要求高精度通孔的薄膜器件的制造。
附图说明
[0016]图1为本专利技术下电极生长保护层的俯视示意图；
[0017]图2为本专利技术下电极生长保护层的截面示意图；
[0018]图3为本专利技术制备下电极保护层和下电极的薄膜器件截面示意图；
[0019]图4为本专利技术功能薄膜层表面生成保护层的俯视图示意图；
[0020]图5为本专利技术生长了的功能薄膜表面保护层的薄膜器件截面示意图；
[0021]图6为本专利技术刻蚀通孔后的薄膜器件截面示意图；
[0022]图7为本专利技术去除表面保护层的薄膜器件截面示意图；
[0023]图8为实施例中制备的单晶LiNbO3薄膜器件结构示意图；
[0024]图9为实施例中制备了保护层后的LiNbO3薄膜器件截面示意图；
[0025]图10为实施例中RIE刻蚀通孔后的LiNbO3薄膜器件截面示意图；
[0026]图11为实施例中去除表面保护层的LiNbO3薄膜器件截面示意图；
[0027]图12为实施例中薄膜表面生长上电极及填充通孔的俯视示意图；
[0028]图13为实施例中填充通孔并生长上电级的LiNbO3薄膜器件截面示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0030]实施例：
[0031]制备如图6所示的LiNbO3薄膜器件，将下电极引出至薄膜表面。
[0032]步骤1、在制备LiNbO3薄膜器件底部Pt电极时，如图1所示，在阴影部分(预打孔的平面区域)制备Cr保护层，厚度为20nm，该保护层完全覆盖阴影部分，位于下电极预打孔连接处，用于刻蚀过程中保护下电极不被损坏。
[0033]步骤2、功能薄膜层(LiNbO3薄膜)厚度为300nm，如图2所示，在阴影部分生长Cr保护层，Cr厚度为90nm，截面图如图9所示，生长的Cr用于确保刻蚀过程中不会破坏保护层下方LiNbO3薄膜。
[0034]步骤3、对生长了Cr保护层的LiNbO3薄膜进行RIE刻蚀，ICP功率为1000W，RIE功率为150W，压强为6mtorr，SF6流量为20sccm，Ar流量为20sccm，RIE刻蚀LiNbO3速率为30nm/min，对300nm厚度的LiNbO3薄膜进行10分钟的RIE刻蚀，形成通孔，直至显露本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刻蚀通孔引出薄膜器件下电极的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、在制备薄膜器件下电极时，在下电极与功能薄膜层之间的预打孔区域，制备一层保护层，保护层完全覆盖预打孔的平面区域，保护层材料为金属材料；步骤2、制备功能薄膜层后，在功能薄膜层上再制备一层保护层，保护层设有一个孔洞，孔洞的区域被预打孔区域全覆盖；步骤3、对步骤2所得的薄膜器件进行RIE刻蚀，RIE刻蚀深度以功能薄膜层的厚度为基准，直至刻蚀显露出功能薄膜层通孔下的金属保护层；步骤4、将步骤3所得薄膜器件表面的保护层全部去除；步骤5、在步骤4所得的功能薄膜层上制备上电极，同时完成对通孔的填充，得到最终的薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴传贵，徐家琦，潘忻强，谢琴，帅垚，罗文博，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：