[发明专利]光分路器单晶硅回刻的干法刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别是涉及一种光分路器单晶硅回刻的干法刻蚀方法。

背景技术

在光分路器(Optical splitter)结构中，单晶硅衬底1被用来形成光通路，其工艺为：在硅衬底1上进行深沟槽4(深度1μm～10μm)的刻蚀，然后再进行单晶硅回刻(etch back)，形成有台阶的硅衬底1形貌来做光分路器，如图1～2所示。

上述方法在回刻过程中，由于保持轮廓侧壁的垂直度，刻蚀中的副产物即聚合物在侧壁会比较厚(厚度会超过)，并且不容易被刻蚀掉，而在水平方向的聚合物由于刻蚀速率快，因此不会有残留，经过单晶硅回刻后会在拐角处形成单晶硅围墙3，如图2所示，单晶硅围墙3的底部会随着深度的增加宽度也会相应的增大，这个单晶硅围墙3会影响光在单晶硅内部按方向传播。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光分路器单晶硅回刻的干法刻蚀方法，它可以降低单晶硅回刻过程中形成的单晶硅围墙的高度。

为解决上述技术问题，本发明的光分路器单晶硅回刻的干法刻蚀方法，包括步骤：

1)采用干法刻蚀方法，通过硬掩膜刻蚀出深沟槽；

2)采用湿法刻蚀方法，缩小硬掩膜的宽度；

3)采用各向异性刻蚀条件，进行单晶硅回刻；

4)采用各向同性刻蚀条件，进行侧壁聚合物的刻蚀；

5)重复步骤3)至4)。

所述步骤3)中，采用以SF₆和O₂为主的刻蚀气体。

所述步骤4)中，采用以CF₄为主的刻蚀气体。

较佳的，步骤4)之后，还可以再加入步骤：4’)打开步骤3)所用的刻蚀气体，并进行抽气。该步骤参与循环，即步骤5)为重复步骤3)至4’)。

与现有工艺相比，本发明的光分路器单晶硅回刻的干法刻蚀方法，通过在单晶硅回刻过程中反复掺入聚合物刻蚀步骤来去除轮廓侧壁的聚合物，减少了侧壁聚合物的生成量，从而降低了单晶硅回刻过程中形成的单晶硅围墙的高度，进而提高了光分路器的性能。

附图说明

图1是光分路器单晶硅回刻前的示意图；

图2是采用现有方法进行单晶硅回刻后的示意图；

图3是采用本发明的方法进行单晶硅回刻后的示意图。

图中附图标记说明如下：

1：硅衬底

2：硬掩膜

3：单晶硅围墙

4：沟槽

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式详述如下：

本实施例的光分路器单晶硅回刻的干法刻蚀方法，其具体工艺步骤如下：

步骤1，使用现有的干法刻蚀工艺，通过硬掩膜2刻蚀出深沟槽4。其中，硬掩膜2为S_iO₂氧化膜，并且具有足够的厚度，以避免因为干法刻蚀和后续的湿法刻蚀对硬掩膜2的顶部造成损失。

步骤2，使用氟化氨或者氢氟酸，通过湿法刻蚀方法，对硬掩膜2进行刻蚀，缩小硬掩膜2的宽度尺寸。

步骤3，采用以气体SF₆和O₂为主的各向异性刻蚀条件，在10毫托～60毫托压力下，并设定上部电极功率为300W～1200W，进行第一次单晶硅回刻。

这步单晶硅的刻蚀速率较快，但同时会在台阶的侧壁形成聚合物，聚合物在侧壁的淀积速率在左右，时间为20秒左右，时间可以根据需要调节。

步骤4，采用以气体CF₄为主的聚合物各向同性刻蚀条件，进行第一次聚合物各向同性刻蚀，去除侧壁的聚合物(包括侧壁的自然氧化层)。

该步骤的刻蚀时间为20秒左右，对聚合物的刻蚀速率在左右，目的是把步骤3中淀积在侧壁的聚合物刻蚀完，同时，最好再追加百分之百的过刻蚀。

此步刻蚀不采用以Cl₂或O₂为主的聚合物刻蚀条件，主要是考虑到这两种气体对侧壁的自然氧化层都有选择比，会影响单晶硅围墙3的高度和宽度，而CF₄对侧壁的聚合物和自然氧化层都没有选择比，因此不会影响单晶硅围墙3的高度和宽度。

步骤5，将压力设为0或气流阀门全开，所有功率都设为0，打开步骤3的刻蚀气体，抽气10秒钟左右(时间可以更长)，以尽量把前步残留的气体生成物抽走，减少后续步骤产生的聚合物。在考虑产能的情况下，可以省略此步。

循环进行步骤3至5，循环次数和各步骤的时间由单晶硅回刻的深度、产能以及单晶硅围墙的高度决定。本实施例中，2μm深度需要12次循环。