本發(fā)明涉及微納加工，具體為一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法。

背景技術(shù)：

1、在微納加工領(lǐng)域，sio2溝槽的刻蝕是制備微電子器件、光電器件及傳感器等的關(guān)鍵步驟之一，傳統(tǒng)的sio2刻蝕方法往往面臨諸多挑戰(zhàn)，如刻蝕效率低下、側(cè)壁粗糙度高、形狀完整性差以及環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，這些問題不僅影響了器件的性能和可靠性，還增加了制造成本和工藝復(fù)雜度，傳統(tǒng)的刻蝕方法通常依賴單一氣體進(jìn)行刻蝕反應(yīng)，其刻蝕效率和效果往往受限，特別是在刻蝕sio2材料時(shí)，由于缺乏有效的側(cè)壁保護(hù)機(jī)制，側(cè)壁橫向刻蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致溝槽側(cè)壁粗糙度增加，形狀精度下降，難以滿足高精度微納加工的需求，為此，我們提出一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法。

2、以解決上述背景技術(shù)中提出的問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，包括以下步驟：

3、步驟一、材料檢測(cè)與處理，對(duì)準(zhǔn)備好的sio2襯底表面進(jìn)行觀察，檢測(cè)sio2襯底的厚度、電阻率和表面粗糙度，并對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的sio2襯底進(jìn)行處理；

4、步驟二、沉積掩膜層，在sio2襯底上形成一層掩膜；

5、步驟三、光刻處理、在掩膜層上涂布光刻膠，并利用掩模版對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，再將曝光后的襯底浸泡在顯影液中；

6、步驟四、刻蝕處理，將光刻處理后的sio2襯底置入等離子體刻蝕機(jī)的真空反應(yīng)室進(jìn)行刻蝕處理，并在刻蝕中，添加側(cè)壁保護(hù)氣體；

7、步驟五、去除掩膜層，利用有機(jī)溶劑去除光刻膠掩膜層；

8、步驟六、后期處理，對(duì)刻蝕后的sio2溝槽進(jìn)行清洗和整理；

9、步驟七、質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)刻蝕后的sio2溝槽深度、寬度和側(cè)壁粗糙度進(jìn)行檢測(cè)，并利用太赫茲波檢測(cè)方法對(duì)溝槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述步驟一中，關(guān)于材料檢測(cè)與處理的具體方式如下，運(yùn)用電子顯微鏡對(duì)sio2襯底進(jìn)行檢測(cè)，借助厚度計(jì)來測(cè)量sio2襯底的厚度，通過霍爾效應(yīng)測(cè)量儀測(cè)定sio2襯底的電阻率，利用原子力顯微鏡檢測(cè)其表面粗糙度，對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)的sio2襯底，先采用超聲波清洗的手段去除表面的污染物，接著對(duì)其表面實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光，以優(yōu)化表面平整度和光滑度，最后將其放入高溫烘箱中進(jìn)行烘烤，從而去除表面上的有機(jī)污染物，直至各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述步驟二中，沉積掩膜層的具體方式如下，將sio2襯底置入真空環(huán)境中，通過電場(chǎng)加速氬離子撞擊掩膜材料，使掩膜材料被濺射出并沉積在sio2襯底上形成薄膜。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述步驟三中，光刻處理的具體方式為，借助旋涂的手段，于掩膜層表面均勻涂布一層光刻膠，把帶有溝槽圖案的掩模板放置在光刻膠的上方，隨后使用紫外線進(jìn)行照射，以此改變光刻膠的溶解性，將曝光后的襯底浸泡于顯影液當(dāng)中，未曝光以及曝光不充分的光刻膠將會(huì)被溶解去除，而曝光充足的光刻膠則會(huì)得以保留，進(jìn)而在掩膜層上形成與溝槽圖案相對(duì)應(yīng)的圖形。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述步驟四中，刻蝕處理的具體方式為，將光刻處理后的sio2襯底置入等離子體刻蝕機(jī)的真空反應(yīng)室，通入cf4刻蝕氣體，并施加射頻電場(chǎng)，使氣體分子電離形成等離子體與sio2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成揮發(fā)性產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)刻蝕，刻蝕過程中，添加c4f8側(cè)壁保護(hù)氣體減緩側(cè)壁的橫向刻蝕。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述步驟五中，去除掩膜層的具體方式為，使用噴嘴將丙酮溶劑均勻噴灑在sio2溝槽的光刻膠掩膜層，實(shí)現(xiàn)快速溶解，使用原位激光氣體分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蝕刻速率和溶液濃度參數(shù)，并通過反饋控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)蝕刻條件，確保蝕刻過程的穩(wěn)定性和可控性。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：反饋控制系統(tǒng)由原位激光氣體分析儀、plc控制器、丙酮溶劑流量控制閥、溫度調(diào)節(jié)器組成，原位激光氣體分析儀實(shí)時(shí)采集蝕刻過程中的蝕刻速率、溶液濃度參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至plc控制器，plc控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算出控制量丙酮溶劑的流量和溫度數(shù)據(jù)，并通過丙酮溶劑流量控制閥和溫度調(diào)節(jié)器對(duì)蝕刻條件進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述步驟六中的，后期處理的具體方式為，使用去離子水和超聲清洗技術(shù)，對(duì)刻蝕后的sio2溝槽進(jìn)行清洗，去除溝槽內(nèi)殘留的雜質(zhì)和顆粒物，然后，通過干燥設(shè)備對(duì)襯底進(jìn)行干燥處理，防止水分殘留對(duì)后續(xù)工藝產(chǎn)生不利影響，在整理過程中，對(duì)溝槽的外觀進(jìn)行初步檢查，確保其沒有明顯的損傷。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述步驟七中，質(zhì)量檢測(cè)的具體方式為，運(yùn)用掃描電子顯微鏡對(duì)刻蝕后的sio2溝槽深度和寬度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，并評(píng)估其側(cè)壁粗糙度，同時(shí)，引入深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像識(shí)別與自動(dòng)測(cè)量，此外，利用太赫茲波檢測(cè)方法對(duì)溝槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開全面檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，判斷溝槽的質(zhì)量，對(duì)于不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的溝槽，結(jié)合該次刻蝕過程中各設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)深入剖析原因，并對(duì)刻蝕工藝加以優(yōu)化和改進(jìn)。

18、采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

19、1.本發(fā)明通過等離子體刻蝕機(jī)結(jié)合cf4和c4f8氣體的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了更加均勻和可控的刻蝕過程，cf4作為主要刻蝕氣體，與sio2發(fā)生高效的化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)溝槽的形成，同時(shí)，c4f8作為側(cè)壁保護(hù)氣體，在刻蝕過程中優(yōu)先吸附在側(cè)壁表面，形成一層保護(hù)層，有效阻擋了刻蝕氣體對(duì)側(cè)壁的進(jìn)一步侵蝕，這種雙重作用機(jī)制顯著提升了溝槽側(cè)壁的光滑度，減少了表面粗糙度和微缺陷；

20、2.本發(fā)明通過在去除掩膜層和后期處理步驟中，采用環(huán)保的丙酮溶劑和原位激光氣體分析儀監(jiān)控蝕刻過程，以及去離子水和超聲清洗技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光刻膠掩膜層的高效、無污染去除和對(duì)sio2溝槽的徹底清洗，這種環(huán)保高效的清洗技術(shù)不僅減少了有害化學(xué)品的使用，降低了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，還提高了清洗效率和效果；

21、3.本發(fā)明通過設(shè)置原位激光氣體分析儀和plc控制器的反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溶劑蝕刻過程中對(duì)流量和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)。這種智能化的處理策略大幅提升了蝕刻條件的可控性和穩(wěn)定性。同時(shí)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像識(shí)別與自動(dòng)測(cè)量，不僅提高了質(zhì)量檢測(cè)的效率，還增強(qiáng)了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為后續(xù)工藝的優(yōu)化和改進(jìn)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)特征：

1.一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：所述步驟一中，關(guān)于材料檢測(cè)與處理的具體方式如下，運(yùn)用電子顯微鏡對(duì)sio2襯底進(jìn)行檢測(cè)，借助厚度計(jì)來測(cè)量sio2襯底的厚度，通過霍爾效應(yīng)測(cè)量儀測(cè)定sio2襯底的電阻率，利用原子力顯微鏡檢測(cè)其表面粗糙度，對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)的sio2襯底，先采用超聲波清洗的手段去除表面的污染物，接著對(duì)其表面實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光，以優(yōu)化表面平整度和光滑度，最后將其放入高溫烘箱中進(jìn)行烘烤，從而去除表面上的有機(jī)污染物，直至各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：所述步驟二中，沉積掩膜層的具體方式如下，將sio2襯底置入真空環(huán)境中，通過電場(chǎng)加速氬離子撞擊掩膜材料，使掩膜材料被濺射出并沉積在sio2襯底上形成薄膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：所述步驟三中，光刻處理的具體方式為，借助旋涂的手段，于掩膜層表面均勻涂布一層光刻膠，把帶有溝槽圖案的掩模板放置在光刻膠的上方，隨后使用紫外線進(jìn)行照射，以此改變光刻膠的溶解性，將曝光后的襯底浸泡于顯影液當(dāng)中，未曝光以及曝光不充分的光刻膠將會(huì)被溶解去除，而曝光充足的光刻膠則會(huì)得以保留，進(jìn)而在掩膜層上形成與溝槽圖案相對(duì)應(yīng)的圖形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：所述步驟四中，刻蝕處理的具體方式為，將光刻處理后的sio2襯底置入等離子體刻蝕機(jī)的真空反應(yīng)室，通入cf4刻蝕氣體，并施加射頻電場(chǎng)，使氣體分子電離形成等離子體與sio2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成揮發(fā)性產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)刻蝕，刻蝕過程中，添加c4f8側(cè)壁保護(hù)氣體減緩側(cè)壁的橫向刻蝕。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：所述步驟五中，去除掩膜層的具體方式為，使用噴嘴將丙酮溶劑均勻噴灑在sio2溝槽的光刻膠掩膜層，實(shí)現(xiàn)快速溶解，使用原位激光氣體分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蝕刻速率和溶液濃度參數(shù)，并通過反饋控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)蝕刻條件，確保蝕刻過程的穩(wěn)定性和可控性。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：反饋控制系統(tǒng)由原位激光氣體分析儀、plc控制器、丙酮溶劑流量控制閥、溫度調(diào)節(jié)器組成，原位激光氣體分析儀實(shí)時(shí)采集蝕刻過程中的蝕刻速率、溶液濃度參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至plc控制器，plc控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算出控制量丙酮溶劑的流量和溫度數(shù)據(jù)，并通過丙酮溶劑流量控制閥和溫度調(diào)節(jié)器對(duì)蝕刻條件進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：所述步驟六中的，后期處理的具體方式為，使用去離子水和超聲清洗技術(shù)，對(duì)刻蝕后的sio2溝槽進(jìn)行清洗，去除溝槽內(nèi)殘留的雜質(zhì)和顆粒物，然后，通過干燥設(shè)備對(duì)襯底進(jìn)行干燥處理，防止水分殘留對(duì)后續(xù)工藝產(chǎn)生不利影響，在整理過程中，對(duì)溝槽的外觀進(jìn)行初步檢查，確保其沒有明顯的損傷。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刻蝕側(cè)壁光滑sio2溝槽的方法，其特征在于：所述步驟七中，質(zhì)量檢測(cè)的具體方式為，運(yùn)用掃描電子顯微鏡對(duì)刻蝕后的sio2溝槽深度和寬度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，并評(píng)估其側(cè)壁粗糙度，同時(shí)，引入深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像識(shí)別與自動(dòng)測(cè)量，此外，利用太赫茲波檢測(cè)方法對(duì)溝槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開全面檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，判斷溝槽的質(zhì)量，對(duì)于不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的溝槽，結(jié)合該次刻蝕過程中各設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)深入剖析原因，并對(duì)刻蝕工藝加以優(yōu)化和改進(jìn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種刻蝕側(cè)壁光滑SiO<subgt;2</subgt;溝槽的方法，本發(fā)明涉及微納加工技術(shù)領(lǐng)域，包括材料檢測(cè)與處理、沉積掩膜層、光刻處理、刻蝕處理、去除掩膜層、后期處理以及質(zhì)量檢測(cè)步驟，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：等離子體刻蝕機(jī)結(jié)合CF<subgt;4</subgt;和C<subgt;4</subgt;F<subgt;8</subgt;氣體的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了更加均勻和可控的刻蝕過程，CF<subgt;4</subgt;作為主要刻蝕氣體，與SiO<subgt;2</subgt;發(fā)生高效的化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)溝槽的形成，同時(shí)，C<subgt;4</subgt;F<subgt;8</subgt;作為側(cè)壁保護(hù)氣體，在刻蝕過程中優(yōu)先吸附在側(cè)壁表面，形成一層保護(hù)層，有效阻擋了刻蝕氣體對(duì)側(cè)壁的進(jìn)一步侵蝕，這種雙重作用機(jī)制顯著提升了溝槽側(cè)壁的光滑度，減少了表面粗糙度和微缺陷。

技術(shù)研發(fā)人員：劉曌宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海微蕓半導(dǎo)體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/28