[发明专利]一种低温等离子体干法刻蚀方法及其应用

说明书

本发明涉及微加工刻蚀技术领域，尤其涉及一种低温等离子体干法刻蚀方法及其应用。该方法将完成光刻工艺后的脊型结构在ICP设备中进行干法刻蚀，刻蚀分四步，分别为刻蚀前去除残胶底膜、介质层上部干法刻蚀、介质层下部干法刻蚀、去除残胶以及聚合物。该刻蚀方法可以保持介质垂直刻蚀形貌并减小窗口基底受到的离子轰击，减小基底晶格损伤，从而提高载流子迁移率，减小器件的欧姆接触电阻率，该方法可应用于脊波导半导体激光器P型欧姆接触窗口的刻蚀。

技术领域

本发明涉及微加工刻蚀技术领域，尤其涉及一种低温等离子体干法刻蚀方法。

背景技术

二氧化硅(SiO₂)介质材料的刻蚀工艺广泛应用于半导体器件加工。为了满足微纳器件结构精度及光电性能的要求，往往需要精确控制刻蚀形貌并尽可能减小对基底的离子损伤。

感应耦合离子刻蚀(ICP)是目前在光电子器件制作工艺中广泛应用的一种等离子干法刻蚀技术，能够用于对二氧化硅等介质材料的刻蚀。ICP有两组电源，分别是上下电极组成的RF电源和腔周围螺旋LF电源，刻蚀中为了追求刻蚀速率以及控制刻蚀形貌，两组电源会配合使用，但会造成刻蚀后脊两侧产生介质残留“耳朵”，或由于此刻蚀方法对光刻胶刻蚀比较快而造成脊侧面的介质保护层被刻蚀，以及对窗口基底造成严重的离子损伤。脊两侧刻蚀后“耳朵”和脊两侧介质被刻蚀形貌分别见图1-a/1-b。若用于脊波导结构半导体激光器P型欧姆接触窗口的刻蚀，则会在退火后使P型欧姆接触电阻率增大至10^-5Ω·cm²。

发明内容

针对ICP可造成脊两侧产生介质残留“耳朵”、脊侧面的介质保护层被刻蚀以及对窗口基底造成离子损伤的问题，本发明提供一种低温等离子体干法刻蚀方法。

以及，本发明还提供上述低温等离子体干法刻蚀方法在窗口基底材质包括铟、镓和砷的脊型结构半导体激光器P型欧姆接触窗口的刻蚀工艺中的应用。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

一种低温等离子体干法刻蚀方法，对窗口基底材质包括铟、镓和砷的带有脊型结构的基片淀积介质层，对淀积介质层后的所述基片进行涂胶、曝光、显影和坚膜，使所述基片中所述脊型结构正上方的光刻胶显影掉，且所述脊型结构两侧槽内的光刻胶保留，用感应耦合离子刻蚀设备对坚膜后的所述基片进行干法刻蚀，所述干法刻蚀包括以下步骤：

S1、去除所述脊型结构正上方的残留胶膜；

S2、以第一工艺条件刻蚀，直至所述脊型结构正上方的所述介质层的剩余厚度为其中，所述第一工艺条件中物理刻蚀大于化学刻蚀；

S3、以第二工艺条件刻蚀，直至对所述脊型结构正上方的所述介质层过刻蚀，其中，所述第二工艺条件中化学刻蚀大于物理刻蚀；

S4、去除残胶以及刻蚀产物。

可选地，所述光刻胶的厚度为0.8μm～h，所述h为所述脊型结构中的脊高。

可选地，所述感应耦合离子刻蚀设备至少使用四种刻蚀气体，包括氧气(O₂)、三氟甲烷(CHF₃)、六氟化硫(SF₆)和氩气(Ar)；腔室压强为5mTorr～20mTorr。

可选地，所述感应耦合离子刻蚀设备以氦气为底盘冷却用气体。

可选地，所述气体的纯度≥99.999％。

可选地，S1中去除所述残留胶膜的参数为：RF功率：200W±10W；氦气流量：13sccm±2sccm；氧气流量50sccm±2sccm；腔室压强：15mTorr±2mTorr；底盘温度：25℃±2℃。