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一种刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法及应用与流程

rf为500w,icp bias rf为230w，反应时间100s，反应气压为50mtor。
15.进一步地，如上所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，所述s6中，icp干法蚀刻的条件包括：蚀刻气体为ar2或者xe2与o2的混合气体；icp source rf为0w,icp bias rf为650w，反应时间300s,反应气压为50mtor。
16.进一步地，如上所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，当蚀刻气体为xe2与o2的混合气体时，气体流量比为6：1；混合气体的压强为10mtor-100mtor；流量分别为120sccm与20sccm。
17.进一步地，如上所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，步骤s1中，所述氮化硅介质薄膜的厚度为50-200nm。
18.进一步地，如上所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，步骤s2中，聚酰亚胺的固化的温度为350℃。
19.进一步地，如上所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，步骤s3中，所述硬掩膜的厚度为50-200nm；且沉积所述氮化硅介质的温度低于所述聚酰亚胺的固化温度。
20.进一步地，如上所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，步骤s4中，所述光刻胶的厚度与所述聚酰亚胺的厚度的比例是2：1。
21.进一步地，如上所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，步骤s7中，依次采用有机化学溶剂ekc265、异丙醇溶液以及去离子水清洗残留的光刻胶或者刻蚀后残留的聚酰亚胺。
22.一种刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法在非制冷红外焦平面探测器制造过程中的应用。
23.本发明提供的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，通过icp干法蚀刻掉部分所述硬掩膜，使所述掩模版上预定图形转移至剩余未被蚀刻掉的硬掩膜上；以及采用icp干法刻蚀氮化硅下层的牺牲层，使所述掩模版的图形转移到牺牲层上，使得本发明提供的方法能够有效控制关键尺寸，使得蚀刻后的聚酰亚胺牺牲层的刻蚀坡度接近垂直，从而解决了目前介质硬掩膜、光刻胶软掩膜等仍会出现钻刻的问题，从而提高了器件的性能及悬空结构稳固性。
附图说明
24.图1为本发明提供的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法流程图；
25.图2为本发明提供的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的效果流程图；
26.图3为对聚酰亚胺牺牲层刻蚀并清洗之后得到的形貌图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例：
29.图1为本发明提供的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法流程图，如图1所示，该方法包括：
30.s1、在半导体晶圆衬底或者硅基衬底上沉积一层氮化硅介质薄膜。
31.具体地，本发明采用免洗晶圆片或者硅基衬底片，直接进入到cvd设备中进行氮化硅薄膜的沉积。
32.本发明可以采用cvd(化学气相沉积)的方式沉积氮化硅，该氮化硅的厚度为50-200nm，对于该厚度低于50nm超过了cvd设备的沉积能力，高于该厚度则会造成工艺上的浪费。沉积该氮化硅介质薄膜主要是为了防止在刻蚀聚酰亚胺的最后阶段，会对底层介质有过刻蚀，而沉积的氮化硅介质恰好起到了阻挡作用。
33.在本实施例中，沉积的所述氮化硅介质薄膜的厚度为100nm，，沉积方式为业内常用pecvd的沉积方式，采用硅烷与氨气的混合气体，在反应温度280℃，气压5pa腔体内，射频电压为400w。3sih4(g)+4nh3(g)
→
si3n4(s)+12h2(g)为生成氮化硅薄膜的反应方程式。
34.s2、在所述氮化硅介质薄膜上均匀的涂覆聚酰亚胺并固化以形成聚酰亚胺牺牲层。
35.具体地，本发明聚酰亚胺可以采用hitachi 2600系列，依据粘度最后达到成膜的厚度的要求，本发明pi的厚度根据实际需要可对pi膜层厚度的调节，固化的温度一般选用350℃。
36.在本实施例中选用的聚酰亚胺型号为hitachi 2610，将沉积了氮化硅薄膜的晶圆片或者硅基衬底片放置在涂覆设备上，然后使用涂覆设备在晶圆片或者硅基衬底片上均匀的沉积pi牺牲层，在氮气氛围下180℃预烘60min，再在氮气氛围下350℃固化20min，测量固化后厚度为2.0um。
37.s3、在所述聚酰亚胺牺牲层上沉积一层氮化硅介质层作为硬掩模。
38.具体地，本发明采用cvd的方式，在聚酰亚胺牺牲层上沉积氮化硅介质，该氮化硅介质的厚度为50-200nm。对于该层的厚度实际要与步骤s1中氮化硅介质薄膜的沉积厚度一致，这样便于管理，工艺可重复性强。且要求沉积的温度一定要低于pi的固化温度，这样不会对聚酰亚胺牺牲层造成影响。在本实施例中，所述硬掩模的厚度为100nm，沉积方式为业内正常pecvd的沉积方式，采用硅烷与氨气的混合气体，在反应温度280℃，气压5pa腔体内，射频电压为400w。本步骤与步骤s1的沉积工艺相同，这样简化了工艺流程，从而提升了工艺的可重复性。
39.本发明沉积该介质薄膜的主要作用包括以下三个方面：
40.一是为了很好的将图形转移到下层的pi，二是起到了硬掩模的作用，三是因为现有的硬掩模是金属材料制备的(譬如al)，这种硬掩模反射不透光需要去除，而本发明提供的硬掩模是氮化硅，其具有透光性，因此不需要去除。而且，在后续的非制冷红外焦平面器件的制造中也是需要用到这一层厚度介质，所以该氮化硅介质在做完硬掩模是需要完保留的。
41.s4、在所述硬掩模上均匀的涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光、显影、烘焙，使所述的光刻胶上形成掩模版上预定图形。
42.具体地，本发明所述光刻胶的厚度与pi的厚度有关，涂覆光刻胶与pi厚度的比例是2：1。因为光刻胶与pi的刻蚀比例接近1.5：1的比例，如果低于这一比例，反应离子虽然化学刻蚀无法刻蚀光刻胶下层的介质薄膜，但是其物理刻蚀会轰击介质薄层，并且如果时间过长(物理刻蚀时间超过2min)可能会导致介质的粗糙度上升。如果高于这一比例厚度过厚不仅会造成光刻胶的浪费，增加了曝光要求，同样也会导致掩膜图形从光刻胶转移到介质薄膜上偏差会增大。
43.在本实施例中，所述光刻胶的厚度为4um的厚度，通过曝光、显影、烘焙等操作，最
后形成直径为1.8um的圆孔图形，完成了从掩模版到光刻胶的图形转移。
44.s5、刻蚀掉所述氮化硅介质构成硬掩膜，使所述掩模版上的预定图形转移至硬掩膜上。
45.具体地，本发明采用icp(电感耦合等离子体)干法刻蚀刻蚀所述硬掩膜。刻蚀气体为cf4与chf3的混合气体，流量分别为40sccm与20sccm，icp source rf为500w,icp bias rf为230w，反应时间100s,反应气压为50mtor。
46.刻蚀氮化硅的主要过程：chf3→
chf2＊，cf3＊，f＊，h＊；cf4→
cf3＊，cf2＊，cf＊，f＊f＊+f＊
→
hf(g)；si+f＊
→
sif4(g)；sin
x
+f＊
→
sif4(g)+n2(g)；式中有＊号的表示具有强化学反应活性的活性基。反应生成sif4(g)、hf(g)、n2(g)等为挥发性气体最终会被真空系统抽离反应腔体，完成最终对氮化硅的刻蚀。用于反应的活性基由射频rf激发，垂直轰击氮化硅介质，带有化学与物理的刻蚀，最终实现各向异性刻蚀。
47.s6、进一步刻蚀氮化硅下层的聚酰亚胺牺牲层。使所述掩模版的图案转移到牺牲层，直到将牺牲层刻蚀完成。
48.具体地，本发明采用icp(电感耦合等离子体)干法刻蚀所述牺牲层聚酰亚胺薄牺牲层。从产生plasma的方式来看，icp设备可以做到电场在水平和垂直方向上的独立控制，做到真正意义上的de-couple，因为可以独立控制plasma密度以及轰击能量，所以在本发明采用icp刻蚀。所述的刻蚀气体为ar2或者xe2与o2的混合气体，在刻蚀气体为xe2与o2的混合气体时，比例为6：1，混合气体的压强为10mtor-100mtor。
49.icp source rf为0-50w,icp bias rf为350w-800w，刻蚀时间为150s-400s。
50.本发明采用icp独有的低功率icpsource rf甚至是0功率的(source rf也叫离子源的功率，能够让腔体内产生更多的等离子体；bias rf是衬底偏置功率，该功率越大，越会增大等离子体对材料表面的轰击，增强等离子体的方向性)。同时，本发明在混合气体中加入高流量的惰性气体，惰性气体ar2或者xe2等离子体配合biasrf就具有非常好的垂直方向的刻蚀轰击能力，让刻蚀的角度变的垂直，而离化氧等离子体也是用来刻蚀牺牲层的。这样刻蚀得到的pi侧壁近乎垂直。并且该混合气体对氮化硅介质的硬掩模只会产生微量的物理刻蚀不会产生化学刻蚀，这样不仅兼容了硬掩模非常好的图形转移能力，同时也不会对硬掩模有化学刻蚀(包括横向与纵向，这就导致图形的转移精度会比较高，只要硬掩模能刻蚀得到的线宽，刻蚀pi也能得到同样的线宽)，并且在非制冷红外焦平面的制造过程中，该硬掩模是不需要去除，完整保留兼容后续的工艺。
51.在本实施例中，蚀刻气体为xe2与o2的混合气体，流量分别为120sccm与20sccm，icp source rf为0w,icp bias rf为650w，反应时间300s,反应气压为50mtor。
52.s7、清洗残留的光刻胶或者刻蚀后残留的聚酰亚胺。
53.具体地，本发明依次采用有机化学溶剂ekc 265、异丙醇溶液(ipa)以及去离子水对s6步骤结束以后残留的光刻胶或或者刻蚀后残留的聚酰亚胺进行清洗，其目的是依次去除光刻胶或者聚合物残留物、溶剂以及溶液。
54.本发明实施例采用的聚酰亚胺(polyimide，pi)型号为hitachi 2600系列；清洗用的化学溶剂的型号为dupont ekc265。
55.图2为本发明提供的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的效果流程图，如图2所示，其中(101)为硬掩模光刻前的各个膜层的剖面图；(102)为将掩模版图形转移到光刻胶上的剖面图；
(103)为掩模版的图形转移到硬掩模上的剖面图；(104)为牺牲层pi刻蚀后的剖面图；(105)为经过清洗以后的剖面图。
56.图3为对聚酰亚胺牺牲层刻蚀并清洗之后得到的形貌图，如图3所示，pi孔下沿孔径为1.8um，上沿孔径为1.8。较为光滑的侧壁形貌，形成坡度的大小接近90
°
。如果不采用本发明的方法，可能导致侧壁的坡度不够垂直，上沿开口小于下沿开口孔径，或者导致pi在刻蚀过程中出现内掏，这样非常不利于后续薄膜沉积工艺的进行。
57.本发明提供的方法，具有以下优势：
58.1、本发明采用氮化硅介质做为硬掩模，该硬掩模不仅可能保证高精度的图形转移，并且兼容非制冷红外焦平面等制造工艺，不需要去除，这样就没有去除硬掩模的多余步骤。
59.2、本发明采用的惰性气体ar2、xe2与o2的混合气体对牺牲层pi进行刻蚀，并且混合气体不会对硬掩模有化学刻蚀，面上的物理刻蚀在时间较短的情况(小于2min)其整体介质面上的刻蚀后的粗糙度可以忽略不计。
60.3、本发明采用icp(电感耦合等离子体)干法刻蚀技术，并且在icpsource rf采用低功率甚至零功率的方式，配合icpbias source rf可以得到垂直的等离子刻蚀方式，保证pi的刻蚀后的坡度近乎垂直。
61.4、本发明在刻蚀以后，由于不需要去除硬掩模且刻蚀过程也不会对硬掩模造成损伤，并且残留的光刻胶非常少。最后仅需要通过清洗工艺去除残留的光刻胶或者聚合物，省去了专门用于胶的灰化或湿法去胶工艺，简化了牺牲层刻蚀工艺，提高了该工序的稳定性和重复性。
62.5、本发明在刻蚀后，线宽或者孔洞的坡度是接近垂直的，对掩模版的图形是有着很好的转移特点，转移前后的线宽差距小。
63.本发明还提供一种刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法在非制冷红外焦平面探测器制造过程中的应用。
64.具体地，本发明采用硬掩模氮化硅薄膜，配合掩模版的图形，先转移到光刻胶上，在转移到硬掩模上，最终完成了pi的刻蚀，可以在刻蚀完成后无需去除该硬掩模，特别在以非制冷红外焦平面制造等制造技术层面。并且可以根据实际情况的使用，其厚度是可以调节的。经过清洗工艺以后，不会对后续的其他工艺造成影响。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，包括：s1、在衬底上沉积一层氮化硅介质薄膜；s2、在所述氮化硅介质薄膜上均匀的涂覆聚酰亚胺并固化以形成聚酰亚胺牺牲层；s3、在所述聚酰亚胺牺牲层上沉积一层氮化硅介质作为硬掩膜；s4、在所述硬掩膜上均匀的涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光、显影、烘焙，使光刻胶上形成掩模版上预定图形；s5、采用icp干法蚀刻掉部分所述硬掩膜，使所述掩模版上预定图形转移至剩余未被蚀刻掉的硬掩膜上；s6、采用icp干法刻蚀氮化硅下层的牺牲层，使所述掩模版的图形转移到牺牲层，直到将牺牲层刻蚀完成；s7、清洗残留的光刻胶或者刻蚀后残留的聚酰亚胺。2.根据权利要求1所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，所述步骤s5中，icp干法蚀刻的条件包括：蚀刻气体为cf4与chf3的混合气体，流量分别为40sccm与20sccm，icp source rf为500w,icp bias rf为230w，反应时间100s,反应气压为50mtor。3.根据权利要求1或2所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，所述s6中，icp干法蚀刻的条件包括：蚀刻气体为ar2或者xe2与o2的混合气体；icp source rf为0w,icp bias rf为650w，反应时间300s,反应气压为50mtor。4.根据权利要求3所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，当蚀刻气体为xe2与o2的混合气体时，气体流量比为6：1；混合气体的压强为10mtor-100mtor；流量分别为120sccm与20sccm。5.根据权利要求3所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，步骤s1中，所述氮化硅介质薄膜的厚度为50-200nm。6.根据权利要求3所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，步骤s2中，聚酰亚胺的固化的温度为350℃。7.根据权利要求3所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，步骤s3中，所述硬掩膜的厚度为50-200nm；且沉积所述氮化硅介质的温度低于所述聚酰亚胺的固化温度。8.根据权利要求3所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，步骤s4中，所述光刻胶的厚度与所述聚酰亚胺的厚度的比例是2：1。9.根据权利要求3所述的刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法，其特征在于，步骤s7中，依次采用有机化学溶剂ekc265、异丙醇溶液以及去离子水清洗残留的光刻胶或者刻蚀后残留的聚酰亚胺。10.一种刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法在非制冷红外焦平面探测器制造过程中的应用。

技术总结

本发明提供一种刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法与应用。该方法包括：在衬底上沉积一层氮化硅介质薄膜；在氮化硅介质薄膜上均匀的涂覆聚酰亚胺并固化以形成聚酰亚胺牺牲层；在聚酰亚胺牺牲层上沉积一层氮化硅介质作为硬掩膜；在硬掩膜上均匀的涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光、显影、烘焙，使光刻胶上形成掩模版上预定图形；采用ICP干法蚀刻掉部分硬掩膜，使掩模版上预定图形转移至剩余未被蚀刻掉的硬掩膜上；采用ICP干法刻蚀氮化硅下层的牺牲层，使掩模版的图形转移到牺牲层，直到将牺牲层刻蚀完成；清洗残留的光刻胶或者刻蚀后残留的聚酰亚胺。本发明提供的方法能够使聚酰亚胺牺牲层的刻蚀坡度达到接近垂直。蚀坡度达到接近垂直。蚀坡度达到接近垂直。