一种绝缘层平坦化方法技术

本申请涉及一种绝缘层平坦化方法，使用光刻胶做为牺牲层来实现局部平坦化，结合简单并且精确的激光反射强度曲线随刻蚀过程的变化曲线来判断刻蚀终止点，即判断刻蚀到下层Nb膜时停止刻蚀。本方法中只要保证光刻胶的厚度和刻蚀选择比，可以实现效果良好的局部平坦化。这个方法工艺简单，大大减少了工艺步骤，与未进行平坦化的工艺相比，实现了局部平坦化，消除了上层Nb膜的晶界裂纹问题，并且直接刻蚀到下电极处，可直接跳过过孔的光刻和刻蚀步骤，减少了工艺流程。相比化学机械抛光的全局平坦化的工艺，减少了两次光刻和化学机械抛光步骤，大大提高了工艺的效率，也减少了化学机械抛光引入的抛光液污染。抛光引入的抛光液污染。抛光引入的抛光液污染。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘层平坦化方法


[0001]本申请属于微电子
，尤其是涉及一种绝缘层平坦化方法。

技术介绍

[0002]在微电子行业，绝缘层(例如SiO2和SiN
x
等)被广泛使用于多层导电层之间的电学绝缘。在不同的器件中，通常根据不同的考虑对其覆盖形貌有特定的要求。例如在量子电压基准核心器件——大规模集成约瑟夫森结阵器件中，在器件的顶电极和底电极之间有一层SiO2绝缘层，这层绝缘SiO2薄膜对下方电极的台阶覆盖形貌会直接影响其上层Nb顶电极的连接质量，这是因为后续磁控溅射的Nb上电极层是微柱结构，易于在垂直的台阶附近出现晶界裂缝，对器件的稳定性造成威胁。此问题参看：“Low
‑
Temperature Deposition of High
‑
Quality SiO
2 Films with a Sloped Sidewall Profile for Vertical Step Coverage”[0003]Coatings 2022,12(10),1411中的图1。
[0004]为了解决晶界裂缝问题，使用化学机械抛光对SiO2层进行全局平坦化是一种有效的方法。但化学机械抛光需要专用的精密设备，且工艺相对复杂，也对SiO2表面造成污染。
[0005]现有技术存在哪些缺陷和不足：
[0006]1.现有牺牲层技术其刻蚀结束点不好确定，极易于出现过刻蚀或刻蚀不足等问题。过刻蚀会刻蚀到下层结构，如果过刻蚀时间太长可能会导致器件被损坏或者良率降低。刻蚀不足则会导致下电极上方的绝缘层没有去除干净，器件处于电学断路状态。
[0007]2.现有的解决方法是在沉积完SiO2之后，分别进行两次光刻和刻蚀后的SiO2层后器件表面宏观上是平整的，但是存在微观的边缘尖峰，此后再使用化学机械抛光进行全局平坦化，如图1所示。这种技术存在一些技术难题，不但需要使用专用的精密化学机械抛光设备，而且化学机械抛光工艺会也对器件表面造成污染，影响器件性能，降低良率，此外化学机械抛光之前的两次光刻，也增加了工艺的复杂度。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是：为了避免使用复杂的化学机械抛光技术，我们提出了使用刻蚀牺牲层+干法刻蚀+激光反射强度曲线技术来解决上层Nb膜的晶界裂缝问题。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0010]一种绝缘层平坦化方法，包括以下步骤：
[0011]S1，在具有绝缘层的器件表面涂一层牺牲层，随后进行烘干固化，使得整个衬底表面成为近似平面；
[0012]S2，使用干法刻蚀从上至下地刻蚀牺牲层和绝缘层；同时，获取干法刻蚀过程中的激光反射强度曲线，分析所述激光反射强度曲线的变化点，根据所述变化点调整干法刻蚀设备的运行模式；
[0013]S3，继续分析所述激光反射强度曲线的变化点，直到监测到激光反射强度曲线变
为平整的直线时判断为达到刻蚀工艺终点，停止刻蚀。
[0014]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，获取干法刻蚀过程中的激光反射强度曲线的方法为：在所述器件的约瑟夫森结区相同高度的位置设置激光反射强度曲线的采样点。
[0015]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，所述牺牲层采用光刻胶。
[0016]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，所述运行模式包括二个阶段：
[0017]第一阶段：干法刻蚀设备以刻蚀牺牲层的程序运行，相对较快的去除牺牲层；
[0018]第二阶段：干法刻蚀设备以刻蚀绝缘层与光刻胶速率较为接近的刻蚀程序运行，相对较慢的同时去除牺牲层和绝缘层。
[0019]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，所述第一阶段开启的时间是干法刻蚀工艺起点，所述第一阶段结束的时间是：监测到激光反射强度曲线首次波形变动。
[0020]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，所述第二阶段开启的时间是：监测到激光反射强度曲线首次波形变动，所述第二阶段结束的时间是：监测到激光反射强度曲线变为平整的直线。
[0021]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，还包括步骤S4，将多余的牺牲层残余材料去除。
[0022]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，所述刻蚀程序中，加快或减慢刻蚀的方法是调整刻蚀气体、腔室气压、刻蚀功率等工艺参数。
[0023]优选地，本专利技术的绝缘层平坦化方法，所述绝缘层为SiO2或SiNx。
[0024]本专利技术的有益效果是：利用薄膜干涉原理，监测激光反射强度与薄膜厚度的关系，通过监控激光反射强度曲线的变化，来判断刻蚀的进度，以便调整刻蚀的工艺参数，能够更加精确的得到刻蚀工艺终点，避免过刻蚀或刻蚀不足，提升产品良率。
附图说明
[0025]下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
[0026]图1是现有技术中绝缘层平坦化工艺的过程变化示意图；
[0027]图2是本申请实施例的绝缘层平坦化工艺的第一阶段开始前的示意图；
[0028]图3是本申请实施例的绝缘层平坦化工艺的第一阶段完成时的示意图；
[0029]图4是本申请实施例的绝缘层平坦化工艺的第二阶段中间过程的示意图；
[0030]图5是本申请实施例的绝缘层平坦化工艺的第二阶段完成时的示意图；
[0031]图6是本申请实施例的绝缘层平坦化工艺过程中监测激光反射强度曲线与工艺阶段对应关系的示意图。
具体实施方式
[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0034]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。本实施例中如涉及X、Y、Z方向或X、Y、Z轴，则均是基于笛卡尔坐标系。
[0035]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
[0036]实施例
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘层平坦化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在具有绝缘层的器件表面涂一层具有流动性牺牲层，随后进行烘干固化，使得整个衬底表面成为近似平面；S2，使用干法刻蚀从上至下地刻蚀牺牲层和绝缘层；同时，获取干法刻蚀过程中的激光反射强度曲线，分析所述激光反射强度曲线的变化点，根据所述变化点调整干法刻蚀设备的运行程序；S3，继续分析所述激光反射强度曲线的变化点，直到监测到激光反射强度曲线变为平整的直线时判断为达到刻蚀工艺终点，停止刻蚀。2.根据权利要求1所述的绝缘层平坦化方法，其特征在于，获取干法刻蚀过程中的激光反射强度曲线的方法为：在所述器件的约瑟夫森结区相同高度的位置设置激光反射强度曲线的采样点。3.根据权利要求2所述的绝缘层平坦化方法，其特征在于，所述牺牲层采用光刻胶。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的绝缘层平坦化方法，其特征在于，所述运行模式包括二个阶段：第一阶段：干法刻蚀设备以刻蚀牺牲层的程序...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟源，梁聪聪，李劲劲，钟青，曹文会，王雪深，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：