【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体微纳加工，具体涉及一种具有高均一性的晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜及其干法刻蚀工艺。
技术介绍
1、随着第五代(5g)通信网络和物联网(iot)的快速发展，作为光子和电子元件基础的半导体钪(sc)掺杂氮化铝al1-xscxn薄膜材料已被证明是一个有前途的多功能平台。al1-xscxn是一种具有显著改善压电性能潜力的压电材料。随着sc掺杂浓度的提升，al1-xscxn不但继承了原始ain材料宽光学带隙、高纵向声速、高热稳定性等的优势，而且通过sc掺杂还有效的克服了ain材料压电系数低的缺陷。已经在半导体材料、未来传感器和微机电系统(mems)/纳机电系统(nems)等领域得到了广泛的应用。目前虽然对于各sc浓度的al1-xscxn的干法刻蚀均有研究报告，但都集中在刻蚀速率方面。
2、文献“kusano,y.,ishii,i.,kamiya,t.,et al.high-spl air-coupledpiezoelectric micromachined ultrasonic transducers based on 36％ scaln thin-film.ieee transactions on ultrasonics,ferroelectrics,and frequency control,2019,66(9)”中，采用传统cl基与惰性ar气体混合的单步刻蚀方案对sc浓度为0的纯ain和sc浓度36％的al0.64sc0.36n进行刻蚀实验，发现al0.64sc0.36n的刻蚀速率仅为纯ain的10％。
3、文献“wang,x.,lin,w.,yun,x.,et al.research of etching process ofal0.8sc0.2n based on icp etching equipment.2021 5th ieee electron devicestechnology&manufacturing conference(edtm),2021.”，同样采用传统的单步刻蚀方案对al0.8sc0.2n材料进行了刻蚀实验分析。通过对比试验详细报告了各干法刻蚀工艺参数(感应耦合等离子体功率、射频功率、腔压、气体流速)对al0.8sc0.2n材料刻蚀速率的影响。另外，这项工作还报道了各工艺参数下掺sc含量为20％的al0.8sc0.2n对光刻胶掩模的选择比。但遗憾的是该工作同样并未提及各工艺参数对刻蚀均一性的影响。
4、cn116072776a公开了一种图形化衬底的二次利用方法，该方法中所述待处理图形化衬底包括多个凸起结构，凸起结构包括由上至下层叠的第一部和第二部，第一部和第二部的材料不同；将待处理图形化衬底置于干法刻蚀设备内，利用主刻蚀气体和辅刻蚀气体的混合气体对待处理图形化衬底进行干法刻蚀，以调节凸起结构呈目标形状；通过辅刻蚀气体用于调节主刻蚀气体对第一部和/或第二部的刻蚀速率；其中，第一部2的材料可为氮化硅(si3n4)、二氧化硅(sio2)，第二部3的材料可为氮化铝(aln)、氮化镓(gan)、氧化铝(al2o3)等；主刻蚀气体可包括三氯化硼(bcl3)和/或氯气(cl2)等，辅刻蚀气体可包括氢气(h2)、氩气(ar2)、氟化碳(cfx)和/或三甲基铝(tma)等。该方法通过在刻蚀周期内调控添加辅刻蚀气体的时段，实现锥形凸起结构，但是其并未关注到添加辅助刻蚀气体后对于第一部和第二部的刻蚀均匀性影响，甚至其并未关注到每个凸起结构是否具有形貌一致性，并且未考虑到材料氧化层对刻蚀的影响，同时其同时通入主刻蚀气体和辅刻蚀气体，因此该方法难以实现刻蚀均一性的提升。
5、可见，目前为止，对于晶圆级al1-xscxn薄膜的刻蚀均一性研究极少，且并无一种有效的干法刻蚀方案可以提高al1-xscxn薄膜刻蚀均一性。而在晶圆代工厂的大批量生产中，往往使用较大面积的晶圆尺寸(如8inch、12inch)，相较于小尺寸晶圆，实现较高的刻蚀均一性则更富有挑战性。而al1-xscxn薄膜刻蚀均一性的优劣直接影响了最终晶圆良率。鉴于此，目前亟需一种可以提升al1-xscxn材料刻蚀均一性的干法刻蚀方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服目前晶圆级al1-xscxn薄膜干法刻蚀工艺研究中存在的不足，提供一种基于“预处理(bcl3/ar)+主刻蚀(cl2/ar)”的两步混合刻蚀方案，以提升刻蚀均一性，继而提高晶圆良率，利于大型晶圆代工厂的批量化生产。
2、本专利技术提供了一种高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其包括以下步骤：
3、a、预刻蚀：采用预刻蚀气体对al1-xscxn薄膜进行第一步等离子体干法刻蚀，得预刻蚀al1-xscxn薄膜；
4、b、主刻蚀：采用主刻蚀气体对预刻蚀al1-xscxn薄膜进行第二步等离子体干法刻蚀，即得高均一性晶圆级压电al1-xscxn薄膜；
5、所述预刻蚀气体为bcl3和ar的混合气体，且bcl3流速为1～300sccm，ar流速为1～150sccm；所述主刻蚀气体为cl2和ar的混合气体，且cl2流速为1～300sccm，ar流速为1～150sccm。
6、其中，上述干法刻蚀工艺中，预刻蚀气体中，bcl3流速为65～75sccm，ar流速为15～25sccm；主刻蚀气体中，cl2流速为85～95sccm，ar流速为15～25sccm。
7、其中，上述干法刻蚀工艺，步骤a中，所述al1-xscxn薄膜的厚度为0.1～100μm，x为0.01～0.45。
8、其中，上述干法刻蚀工艺，步骤a中，采用预刻蚀气体对al1-xscxn薄膜进行第一步等离子体干法刻蚀前，晶圆衬底上沉积al1-xscxn薄膜具备良好c轴(0002)晶向。
9、其中，上述干法刻蚀工艺，步骤a中，所述第一步等离子体干法刻蚀的时间为1～60s。
10、优选的，上述干法刻蚀工艺，步骤a中，所述第一步等离子体干法刻蚀的时间为30～60s。
11、其中，上述干法刻蚀工艺，步骤a中，第一步等离子体干法刻蚀时，控制腔体气压为1～100mtorr。
12、优选的，上述干法刻蚀工艺，步骤a中，第一步等离子体干法刻蚀时，控制腔体气压为5～20mtorr。
13、其中，上述干法刻蚀工艺，步骤b中，第二步等离子体干法刻蚀时，控制腔体气压为1～100mtorr。
14、优选的，上述干法刻蚀工艺，步骤b中，第二步等离子体干法刻蚀时，控制腔体气压为5～20mtorr。
15、其中，上述干法刻蚀工艺中，所述预刻蚀和主刻蚀步骤在等离子体刻蚀设备同一工艺腔体内进行。
16、其中，上述干法刻蚀工艺中，所述等离子体刻蚀设备为反应离子刻蚀机、电感耦合等离子刻蚀机或电子回旋共振等离子体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：预刻蚀气体中，BCl3流速为65～75sccm，Ar流速为15～25sccm；主刻蚀气体中，Cl2流速为85～95sccm，Ar流速为15～25sccm。
3.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：步骤A中，所述Al1-xScxN薄膜的厚度为0.1～100μm，x为0.01～0.45。
4.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：步骤A中，采用预刻蚀气体对Al1-xScxN薄膜进行第一步等离子体干法刻蚀前，晶圆衬底上沉积Al1-xScxN薄膜具备良好c轴(0002)晶向。
5.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：步骤A中，所述第一步等离子体干法刻蚀的时间为1～60s；优选为30～60s。
6.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级
7.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：步骤B中，第二步等离子体干法刻蚀时，控制腔体气压为1～100mTorr；优选为5～20mTorr。
8.根据权利要求1～7任一项所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：所述预刻蚀和主刻蚀步骤在等离子体刻蚀设备同一工艺腔体内进行。
9.根据权利要求8所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：所述等离子体刻蚀设备为反应离子刻蚀机、电感耦合等离子刻蚀机或电子回旋共振等离子体刻蚀机。
10.采用权利要求1～9任一项所述干法刻蚀工艺制备所得高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜。
...【技术特征摘要】
1.高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：预刻蚀气体中，bcl3流速为65～75sccm，ar流速为15～25sccm；主刻蚀气体中，cl2流速为85～95sccm，ar流速为15～25sccm。
3.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：步骤a中，所述al1-xscxn薄膜的厚度为0.1～100μm，x为0.01～0.45。
4.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：步骤a中，采用预刻蚀气体对al1-xscxn薄膜进行第一步等离子体干法刻蚀前，晶圆衬底上沉积al1-xscxn薄膜具备良好c轴(0002)晶向。
5.根据权利要求1所述的高均一性晶圆级压电钪掺杂氮化铝薄膜的干法刻蚀工艺，其特征在于：步骤a中，所述第一步等离子体干法刻...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫嘉晖，李子坚，闫晓剑，夏维高，王月，
申请(专利权)人：四川启睿克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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