[發明專利]一種鈮酸鋰材料刻蝕及提高側壁角度的優化方法

有效

• 申請號: 202110059078.0
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112768348B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 江安全;陳一凡;莊曉;江鈞;汪超
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L21/3063;H01L21/3065;H01L21/308
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于存儲材料制備技術領域，具體為一種鈮酸鋰材料刻蝕及提高側壁角度的優化方法。本發明方法包括：硬掩膜制作、傾斜刻蝕、金屬黑化修正側壁以及濕法腐蝕清洗。與傳統的直接利用干法刻蝕鈮酸鋰圖形不同，本方法將干法刻蝕與濕法刻蝕相結合，不僅能夠獲得刻蝕角度陡直、側壁光滑的鈮酸鋰圖形，而且刻蝕效率也極高，同時可對鈮酸鋰圖形進行后期修正。本發明方法對基于鈮酸鋰材料的納米加工具有極大意義，并且不會破壞材料的鐵電特性。

技術領域

本發明屬于存儲材料制備技術領域，具體涉及一種鈮酸鋰材料刻蝕及提高側壁角度的優化方法。

背景技術

鈮酸鋰單晶材料因具有獨特的光電、壓電和鐵電等特性，在聲表面波器件、光電調制器、壓電傳感器和鐵電存儲器領域有著廣泛的應用?；趯щ姰牨诘脑恚免壦徜嚥牧现谱鞫傻姆且资澡F電疇壁存儲器和鐵電場效應管極大促進了納米疇壁電子學的發展。而且，利用離子刀（Smart Cut）方法，能夠制備亞微米厚度的鈮酸鋰單晶薄膜，然后與SiO₂/Si襯底或Si基讀寫電路基片鍵合到一起，使得大規模制造與CMOS工藝兼容的鐵電疇壁存儲器成為了可能，該存儲器有著巨大的市場應用前景。與沒有刻蝕的薄膜表面存儲單元相比，將鈮酸鋰薄膜表面刻蝕成凸塊結構的存儲單元有著更好的信息讀寫功能，且凸塊側邊的傾斜角越高，信息的保持性能會越好。但是對于高傾斜角的鈮酸鋰凸塊的加工仍然是一個國際難題。通常對于鈮酸鋰凸塊的制造，可以使用微機械加工、激光加工刻蝕、干法刻蝕、濕法刻蝕。其中濕法刻蝕與干法刻蝕是微電子集成電路中比較常用的兩種方法，但是濕法刻蝕具有很差的各項異性，并且刻蝕速率較慢。干法刻蝕需要用到氟基氣體，這必然會造成LiF的生成，從而阻礙對鈮酸鋰單元的進一步刻蝕。據文獻報道，可利用質子交換的方式改變鈮酸鋰的化學配比，形成新的化合物可以提高側壁的刻蝕角度，但是此方法會對材料的鐵電性造成不可逆的損害，無法實現信息存儲功能。作為存儲器及光電器件，鈮酸鋰的刻蝕角度對器件性能影響較大，所以探索一套新的刻蝕方案能夠刻蝕出陡直、光滑的鈮酸鋰圖形至關重要。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種鈮酸鋰材料刻蝕及提高側壁角度的優化方法。該方法由多種工藝步驟組成，通過這些工藝結合起來，可以刻蝕出側壁幾乎垂直的鈮酸鋰凸塊圖形。

本發明提供的鈮酸鋰材料刻蝕及提高側壁角度的優化方法，具體步驟為：

（1）在鈮酸鋰基片表面制作硬掩膜；

（2）通過干法刻蝕鈮酸鋰；

（3）利用金屬黑化，修正鈮酸鋰圖形的側壁；

（4）使用濕法腐蝕清洗刻蝕后的基片。

本發明中，所述鈮酸鋰材料包括但不限于鈮酸鋰單晶、鈮酸鋰薄膜、摻雜MgO、Mn₂O₅、或Fe₂O₃的鈮酸鋰鹽單晶或薄膜。

本發明中，所述在鈮酸鋰基片表面制作硬掩膜，具體流程為：

（1）在鈮酸鋰基片上生長種子層；

（2）使用光刻技術制作出所需的圖形；

（3）利用電鍍方法制備掩膜。

其中，所述種子層的材料是可導電的金屬，包括Cr、Au、Pt、Al或Ti。

其中，所述硬掩膜為耐刻蝕金屬，例如Ni、或Cu，厚度為10納米-20微米。

本發明中，所述干法刻蝕鈮酸鋰，可以采取傾斜樣品的方式進行刻蝕，其傾斜角度為1°-89°；優選傾斜角度為15°-70°。

其中，所述干法刻蝕鈮酸鋰，具體傾斜角度與傾斜刻蝕時間根據刻蝕速率與目標刻蝕深度決定。