一种干法刻蚀氮化硼薄膜的方法与流程

本发明涉及一种干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，h-bn因其薄膜性质稳定，化学惰性高，因此需要选择一种刻蚀速率高，对衬底损伤较小的干法刻蚀方法，icp刻蚀因其刻蚀速率高，对衬底损伤较小的优点，综合考虑选择icp刻蚀多层h-bn，重点研究了其刻蚀特性包括其刻蚀速率以及刻蚀影响因素。

背景技术：

1、氮化硼的刻蚀技术主要面临着精确定位与选择性、刻蚀速率与损伤控制以及所用刻蚀技术的配套设备要求等多方面的难点。在此背景下，该技术的发展趋势着重于提高刻蚀精度和兼容性，以及降低对材料的损伤。氮化硼的精密刻蚀要求在纳米尺度内精确控制刻蚀深度和位置，这对刻蚀设备的定位精度和刻蚀过程的可控性提出了很高要求。

2、同时，为了避免对邻近或底层材料造成损伤，刻蚀的选择性必须非常高。氮化硼的刻蚀速率直接关联到生产效率和成本。但过快的刻蚀速率可能会导致热效应、物理损伤或产生缺陷，影响材料性能。因此，如何实现高速而精确的刻蚀，并在此过程中控制与减少对材料自身的损伤，是技术人员需要面临的重要挑战。同时在刻蚀过程中，可能会产生残留物，这些需要在刻蚀后清除以避免影响氮化硼的性质和后续制程步骤。

3、干法刻蚀技术由于其更高的刻蚀速率和良好的定向性，仍然是研究和工业应用中发展的重点。高分辨率的掩膜技术，如电子束光刻，能够提供极高精度的图案。这对于实现纳米级别的氮化硼刻蚀具有重要意义。通过原位的诊断技术监测刻蚀过程，实现对刻蚀速率和末端点的精确定位控制。新的刻蚀工艺需降低对环境的影响，例如使用更加环保的刻蚀化学品或循环利用刻蚀物质。

4、综上所述，氮化硼的刻蚀技术正朝向更高的刻蚀精度、更低的损伤和更环保的方向发展。随着材料科学和微加工技术的进展，这一领域的技术壁垒有望不断被突破，从而推动氮化硼在半导体、光电、热管理等领域的更广泛应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种新的干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，对不同工艺刻蚀气体，icp源功率，rf偏压功率的变化对于刻蚀速率的影响做了详细的分析。最大适用8英寸晶圆片可以向下兼容6寸，3寸，4寸以及更小尺寸以及碎片，性能稳定。下电极配置水冷和he背冷装置，精确控制下电极工艺温度。3.反应腔室的基础真空度＜5×10-6 torr，反应腔室真空漏率＜1 mt/min，预真空室检漏率＜10 mt/min。系统启动30分钟内真空度<2×10-5torr。4.气路：o2，cf4,，chf3，sf6，ar。

2、相同条件下，增加chf3和cf4气体流量，腔室内部等离子密度增加，其刻蚀速率加快。除此以外还研究了o2的掺入对于刻蚀速率的影响，研究发现在chf3和cf4与o2气体比例为10:1时其刻蚀h-bn速率最大，随icp源功率和rf偏压功率的增加其刻蚀速率先加快后减慢，实验研究发现最佳icp刻蚀工艺即：chf3和cf4与o2气体比为10:1，icp源功率为150 w，rf偏压功率为50 w。

3、此外还探究了不同工艺气体和设备参数对于刻蚀速率的影响机制，通过刻蚀均匀性测试，发现其刻蚀厚度偏差小于2.5%，最后对h-bn进行了电学性能测试，其介电常数在5-6，其击穿电压为14.5 v，漏电电流密度为8.85 μa/cm-2，表明该h-bn薄膜具有优异的电学性能。未来可以利用icp刻蚀技术进一步实现对多层h-bn薄膜厚度精确控制，为多层h-bn的大规模应用打下坚实基础。

技术特征：

1.一种干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，其特征在于包括如下过程：

2.根据权利要求1所述的干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，其特征在于：对于第（1）步沉积氮化硼薄膜，所述的绝缘衬底包括玻璃、氧化铝、陶瓷、石英等绝缘体材料。

3.根据权利要求1所述的干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，其特征在于：对于第（1）步沉积氮化硼薄膜，所述的气相沉积法催化基底为镓、铟、镍、铁、钴等与硼形成的合金衬底材料。

4.根据权利要求1所述的干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，其特征在于：对于第（2）步匀胶，采用的光刻胶为正胶型号为 az5206（~ 0.6 μm），该胶最小线宽可到0.6 μm。

5.根据权利要求1所述的干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，其特征在于：对于第（3-5）步，采用的显影液为az300mif，该显影液具有以下优点：（1）分辨率高；（2）台阶覆盖好；（3）对比度好。

6.根据权利要求1所述的干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，其特征在于：第（5）步所述的刻蚀气氛包括chf3，cf4，o2。

技术总结本发明涉及一种干法刻蚀氮化硼薄膜的方法，利用电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术，引入CHF<subgt;3</subgt;，CF<subgt;4</subgt;，O<subgt;2</subgt;这一刻蚀剂体系，通过流量变化、ICP源功率、RF偏压功率的调控，实现氮化硼薄膜的可控刻蚀。与湿法刻蚀相比较，改方法具有很多优点：1.刻蚀精度高，在刻蚀时各个方向都异向，不会有横向打孔，且具有更高的刻蚀精确度；2.在刻蚀过程中可控性好，可以在通过调节刻蚀参数来调整刻蚀速率，比如刻蚀速率，刻蚀选择比等等；3.可规模化生产，具有很高的刻蚀性；4.工艺洁净度较高，在腐蚀过程中，不会产生大量废液，也不会产生强酸强碱等化学溶液。技术研发人员：吴天如受保护的技术使用者：苏州旌晖创半导体新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11