[发明专利]一种用于4μm NiCr合金薄膜的离子束干法刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体微细加工技术领域，是一种基于微机械加工技术的4μm合金薄膜刻蚀工艺。更具体地说，本发明涉及一种离子束干法刻蚀工艺，其刻蚀材料由Ni-Cr合金组成，并且能够刻蚀4μm NiCr合金薄膜。 

背景技术

NiCr合金是一种具有广泛应用的合金材料。高电阻率，低温度系数电阻(TCR)及较高的应变系数(GF)使得NiCr合金薄膜可应用于传统的电阻材料和压阻材料。同时，由于NiCr合金材料具有应变稳定性良好、不易氧化、热学性能好以及与下层基质附着性较好等优点，在半导体器件中常选择NiCr薄膜作为电阻材料。此外，NiCr薄膜还被用作红外与太赫兹波段传感与探测器件的反射层与吸收层。在这些应用中，NiCr薄膜的图形化至关重要。但由于Ni、Cr金属都是抗腐蚀的惰性元素，因此对NiCr合金的图形化工艺一直是半导体制造工艺技术的难点。 

目前，湿法刻蚀是较常用的刻蚀NiCr合金薄膜的方法(K.R.Williams，K.Gupta，and M.Wasilik，Etch Rates for Micromachining Processing—Part II，JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS，2003，12(6)，p 761-778)，但NiCr合金的湿法腐蚀溶液均含有硝酸、高氯酸等强酸性试剂，这种酸性腐蚀溶液各个方向的腐蚀速率均相同，属“各向同性”腐蚀，难以制备具有较高深宽比的NiCr合金薄膜，具有较差的片内、片间均匀性。且在湿法腐蚀过程中，这种酸性腐蚀溶液会破坏光刻胶与基底之间的附着力，产生浮胶现象，造成较为严重的表面钻蚀等。因此，湿法刻蚀图形转移精度较低，难以完成2μm以上NiCr合金薄膜图形的转移。 

专利CN103107085A公开了一种NiCr薄膜的干法刻蚀工艺，其采用的是反应离子刻蚀(RIE)工艺，是一种通过化学反应和物理离子轰击去除晶片表面材料的干法刻蚀技术，刻蚀具有各向异性，且对于被刻蚀材料与刻蚀掩膜的选择比较高，但是却有以下缺点： 

1)对被刻蚀材料有所要求，主要用于刻蚀氧化硅、氮化硅等材料，对于NiCr合金薄膜材料的刻蚀效果较差，尤其对于4μm NiCr合金薄膜的刻蚀来说，是很难完成的； 

2)相对于离子束刻蚀来说，反应离子刻蚀的射频等离子体的离化率较低，为了保持较高的刻蚀速度必须增大离子能量，由此导致高能离子轰击对器件表面产生的轰击损伤比较大，同时也会造成光刻胶掩膜材料急剧升温、变形，影响刻蚀精度； 

3)反应离子刻蚀(RIE)的工作气压较高，离子沾污较大，在刻蚀过程中，会造成样品表面污染严重，影响器件性能。 

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，主要解决如何进行4μm NiCr合金薄膜刻蚀的厚胶掩膜制备及采用何种方式成功实现4μm NiCr合金薄膜的高精度图形化的问题，提供一种用于4μm NiCr合金薄膜的离子束干法刻蚀方法。 

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为： 

所述用于4μm NiCr合金薄膜的离子束干法刻蚀方法包括如下步骤： 

(1)采用离子束溅射法在洗净的Al₂O₃基片表面制备厚度为4±0.05μm的NiCr合金薄膜层； 

(2)采用光刻法在NiCr合金薄膜层上制备光刻胶掩膜层，形成掩模图形；所述光刻胶掩膜层材料为SX AR-PC 5000； 

(3)将经步骤(2)处理后的Al₂O₃基片放入离子束刻蚀机，在Ar气环境下进行离子束刻蚀，刻蚀深度等于NiCr合金薄膜层厚度，刻蚀线宽为10±0.5μm； 

(4)将经步骤(3)处理后的Al₂O₃基片去胶、洗净、烘干。 

其中，步骤(3)所述离子束蚀刻机的离子束采用考夫曼离子源，离子源的束径Φ＝140mm—160mm，优选150mm，离子束的束流均匀性Φ＝120mm±5％。步骤(3)所述离子束刻蚀时过刻蚀时间与主刻蚀时间的比例为(5％—10％):1。步骤(3)所述离子刻蚀时刻蚀工件台转速为8rpm/min—12rpm/min，优选10rpm/min。步骤(4)所述去胶是丙酮湿法去胶、酒精湿法去胶或超声机湿法去胶。 

下面对本发明作进一步说明：