[發明專利]一種各向異性干法刻蝕VO2的方法

有效

• 申請號: 201410450255.8
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104332392B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 史曄;雷述宇
• 申請（專利權）人: 北方廣微科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙)11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及微機電系統非制冷紅外探測器制造工藝技術領域，具體涉及一種各向異性干法刻蝕方法。

背景技術

紅外熱成像運用光電技術檢測超過絕對零度物體的熱輻射紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形。探測物體紅外熱輻射的探測器按工作原理分為：光子型紅外探測器和非制冷紅外探測器。

光子型紅外探測器采用窄禁帶半導體材料，如HgCdTe、InSb等，它是利用光電效應實現紅外信號向電信號的轉換，因而需要工作在77K或更低的溫度下，因此也稱之為制冷型紅外探測器。由于該類探測器體積大、價格昂貴、制備困難、兼容性差等缺點，只能用于高端領域，如航空、軍事等。而制冷型紅外探測器雖然在溫度分辨率等靈敏度方面與制冷型有一定差距，但它更具有一些突出的優點：不需制冷，成本低、功耗小、重量輕、小型化、啟動快、使用方便、靈活、消費比高等，從而在軍用和民用領域越來越廣泛，并伴隨著大規模非制冷焦平面陣列的發展，將在各領域慢慢替代制冷型探測器。

1978年美國Texas?Instruments在世界上首次研制成功第一個非制冷紅外熱像儀系統，主要紅外材料為α-Si(非晶硅)與BST(鈦酸鍶鋇)。1983年美國Honeywell開始研制室溫下以VO₂為熱敏材料的熱探測器，并使用硅微型機械加工技術，使熱隔離性提高，成本降低。199O-1994年美國很多公司從Honeywell獲技術轉讓，使以VO₂為探測材料的非制冷探測器得到了迅速廣泛發展。VO₂熱敏薄膜材料具有高的電阻溫度系數、高電阻率、低熱導率、低噪聲系數、高動態響應和線性響應等特性，因此VO₂作為目前首選的熱敏電阻型非制冷紅外焦平面陣列而制備紅外探測器。

目前VO₂的刻蝕各種專利及文獻提及的較少，一般有兩種方法，一種為濕法刻蝕，即溶劑刻蝕；另一種為干法刻蝕，即等離子刻蝕。由于濕法刻蝕有許多困難，如刻蝕端面不齊,浮膠和側蝕等,并且工藝復雜而較少被采用。干法等離子刻蝕由于工藝簡單,較濕法刻蝕其刻蝕效果較好而被業界廣泛采用，但由于VO₂的性質，干法刻蝕一般都需要SiN介質作為掩膜，然而SiN采用F基作為刻蝕劑，V與CL基反應，因此一般都采用不同刻蝕機臺分別進行刻蝕或使用同一機臺通入不同氣體分步刻蝕。盡管如此，仍然會出現鉆刻、無法形成良好的刻蝕形貌，不能有效控制關鍵尺寸，以及由于V的價態多變容易導致刻蝕殘留等，而影響紅外探測器的性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種有效控制刻蝕形貌、關鍵尺寸、防止鉆刻的各向異性VO₂的干法刻蝕方法。

具體的，本發明提供了一種各向異性干法刻蝕VO₂薄膜的方法，包括以下步驟：a、提供SiN作為襯底；b、在所述襯底上形成VO₂薄膜；c、在VO₂薄膜表面進行SiN的生長，形成SiN掩膜；d、在所述SiN掩膜上涂覆光刻膠，將SiN掩膜圖形化；e、依次對SiN掩膜和VO₂薄膜進行反應離子刻蝕,其中，SiN掩膜和VO₂薄膜均采用氟原子與碳原子的氣體流量配比小于4:1的氟基氣體進行刻蝕，在對VO₂薄膜進行刻蝕的過程中通入O₂；f、用干法去膠機去除殘余光刻膠；g、進行清洗和甩干去除反應殘余物。

可選地，在步驟a中，襯底的厚度為0.5um。

可選地，在步驟e中，先采用氟原子與碳原子的氣體流量配比小于4:1的氟基氣體及氬氣的混合氣體對SiN掩膜進行刻蝕，再采用氟原子與碳原子的氣體流量配比小于4:1的氟基氣體與氧氣的混合氣體對VO₂薄膜進行刻蝕。

可選地，所述氟基氣體及氬氣的混合氣體中，氟原子與碳原子的氣體流量配比為4:1～3:1，氟原子與氬原子的氣體流量配比為2:1～3:1；在所述氟基氣體與氧氣的混合氣體中，氟原子與碳原子的氣體流量配比為4:1～2:1，氟原子與氧氣的氣體流量配比為1:2～1:3。

可選地，在步驟e中，刻蝕的的氣體壓力為200～500mtoor，刻蝕的射頻功率為200～800W。