用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液及制备方法

摘要

用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液及制备方法，涉及一种可刻蚀高温晶化处理的BST薄膜的腐蚀液，属于微电子技术领域，特别涉及电子薄膜制备技术中的图形化过程。本发明其组分中含有HNO3，以体积比计算，BHF∶HNO3∶H2O＝a∶x∶b，其中0.5≤x≤3，1≤a≤2，5≤b≤6。本发明的有益效果是，本发明的腐蚀液能够较为彻底的腐蚀BST材料，并且边缘清晰，截面陡峭。

权利要求

1.用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液，其特征在于，其组分中含有HNO3，BHF∶HNO3∶H2O＝a∶x∶b；其中，BHF由HF∶H2O＝1∶1的HF溶液和NH4F∶H2O＝2∶3的NH4F溶液按照HF溶液∶NH4F溶液＝1∶5的比例构成；0.5≤x≤3，1≤a≤2，5≤b≤6；以上比例为体积比。

2.如权利要求1所述的用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液，其特征在于，a＝1，b＝5，x＝

2。

说明书

用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可刻蚀高温晶化处理的BST薄膜的腐蚀液，属于微电子技术领域，特别涉及电子薄膜制备技术中的图形化过程。

背景技术

[0002] 无线电通讯技术、雷达技术向更高频率，更大带宽和更大数据流量的方向发展，促进了高频器件的发展与革新。其中，作为下一代通讯和雷达系统的核心部件的可调谐高频器件以其优越的性能越来越受到人们的关注。钛酸锶钡(BST)薄膜因其高介电常数，高介电常数调谐率，低介电损耗和高击穿电场等性，可以在更小的电压驱动下获得与传统调谐电路相当甚至更高的调谐率，同时具有高开关速度，低驱动功率，尺寸小重量轻，成本低等优点，越来越多地被应用于延迟线，移相器，滤波器，谐振器等高频器件。

[0003] 目前，BST薄膜的制备主要采用化学气相沉积(MOCVD)、脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)等工艺。其中，磁控溅射是制备铁电薄膜最成熟的技术，它具有衬底温度低，制备的薄膜结晶性好；与集成电路工艺兼容性好；薄膜的铁电性好等优点。 [0004] 用上述方法制备的BST薄膜需经过晶化处理，随着晶化温度的提高BST薄膜的晶粒尺寸增加，其致密度随晶化温度的提高而提高，BST薄膜的电学及光学性能也随着晶化温度的提高而得到改善。晶化温度是对BST薄膜调谐率的提高起着关键的作用。实验表明晶化温度在800℃～1000℃之间的BST薄膜具有最佳的调谐率。

[0005] [0005] 微图形化是BST薄膜应用的关键技术之一，常用的BST薄膜微图形化方法为刻蚀。干法刻蚀BST薄膜具有图形转化精度高和极好的各向异性等特点，但所需设备昂贵，刻蚀速率低，对底电极Pt选择性差，且易导致光刻胶掩膜的炭化而难以去除。湿法刻蚀是一种成本低，刻蚀速率快的BST薄膜图形化方法，对于特征尺寸大于3μm的图形，湿法刻蚀不失为一种经济和实用的BST薄膜图形转化方法。

[0006] 传统的BST湿法腐蚀液使用氢氟酸和水的混合溶液，这种腐蚀液只能腐蚀采用溶胶凝胶法制备的BST薄膜以及晶化温度在600℃以下的磁控溅射制备的BST薄膜，极大限制了BST薄膜在可调谐高频器件中的应用。

[0007] 发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液及制备方法，采用本发明的腐蚀液刻蚀BST薄膜，BST薄膜的晶化温度高且边缘清晰，侧蚀比小。 [0009] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液，其组分中含有HNO3，BHF∶HNO3∶H2O＝a∶x∶b；其中，BHF由HF∶H2O＝1∶1的HF溶液和NH4F∶H2O＝2∶3的NH4F溶液按照HF溶液∶NH4F溶液＝1∶5的比例构成；0.5≤x≤3，1≤a≤2，5≤b≤6；以上比例为体积比。其最佳配比为，a＝1，b＝5，x＝2。 [0010] 所述BHF的组分以体积比计算，HF∶NH4F∶H2O＝d1∶d2∶d3，其中
0.5≤d1≤1，1.5≤d2≤2.5，3≤d3≤4。

[0011] 本发明还提供一种制备用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液的方法，包括 以下步骤： [0012] 第一步配制体积比为50％的HF溶液，HF∶H2O＝1∶1；

[0013] 第二步配制体积比为40％NH4F溶液，NH4F∶H2O＝2∶3；

[0014] 第三步配制缓冲氢氟酸溶液BHF，50％HF∶40％NH4F＝1∶5；

[0015] 第四步配制HNO3体积比范围为0.5～3的BST腐蚀液，组分为BHF∶HNO3∶H2O＝1∶x∶5其中0.5≤x≤3。

[0016] 本发明的有益效果是，本发明的腐蚀液能够较为彻底的腐蚀BST材料，并且边缘清晰，截面陡峭。

[0017] 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

[0018] 图1为BST薄膜EDS图，其中，(a)腐蚀前；(b)采用BHF腐蚀液腐蚀后；(c)采用BHF/HNO3/H2O腐蚀液腐蚀后。

[0019] 附图说明

[0020] 图2为本发明的腐蚀液腐蚀后的BST薄膜SEM图像。其中，图中1为铝酸镧基片，2为钛酸锶钡薄膜。

[0021] 图3为本发明的腐蚀液腐蚀后的BST薄膜截面SEM图像。其中，图中标识1为铝酸镧基片，2为钛酸锶钡薄膜。

[0022] 图4为BHF/HNO3/H2O腐蚀液HNO3体积比与腐蚀速率及晶化温度的关系曲线图。 [0023] 本发明提供一种用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液，其特征在于，其组分中含有HNO3，以体积比计算，BHF∶HNO3∶H2O＝a∶x∶b，其中0.5≤x≤3，1≤a≤2，5≤b≤6。 [0024] 具体实施方式

[0025] 其中，BHF的组分以体积比计算，HF∶NH4F∶H2O＝d1∶d2∶d3，其中0.5≤d1≤1，1.5≤d2≤2.5，3≤d3≤4。

[0026] 作为实施例，上述数值可分别取值如下：

[0027]x a b d1 d2 d3
实施例1 1 1 5 0.5 2 3.5
实施例2 1.5 1 5 1 2 3.5
实施例3 2 1 5 1 2.5 4

[0028] 本发明还提供一种制备用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0029] 第一步配制体积比为50％的HF溶液，HF∶H2O＝1∶1；

[0030] 第二步配制体积比为40％NH4F溶液，NH4F∶H2O＝2∶3；

[0031] 第三步配制缓冲氢氟酸溶液BHF，50％HF∶40％NH4F＝1∶5；

[0032] 第四步配制HNO3体积比范围为0.5～3的BST腐蚀液，组分为

[0033] BHF∶HNO3∶H2O＝1∶x∶5其中0.5≤x≤3。

[0034] 作为又一个实施例，本发明采用射频磁控溅射制备BST薄膜，溅射气压0.1Pa，气体流速比Ar∶O2＝1∶5，功率密度1.85W·cm-2，靶材Ba0.6Sr0.4TiO3，靶材尺寸φ120mm，溅射时基片温度400℃，基片Pt/LaAlO3(100)。晶化温度范围800℃～1000℃。BST薄膜制备阶段，腐蚀液可适用的BST薄膜组分Ba0.5Sr0.5TiO3，Ba0.6Sr0.4TiO3，Ba0.65Sr0.35TiO3。BST采用射频磁控溅射，基片在溅射过程中做公转加自转的行星轨道运行方式，采用这种方式提高了沉积薄膜的均匀性。BST薄膜溅射在铝酸镧基片(LAO)基片上。

[0035] 采用本发明的腐蚀液对BST薄膜加以腐蚀，在密闭塑料容器中，水浴加热50℃，采用密闭容器可以防止在加热腐蚀过程中HNO3的挥 发。溶液配制在室温下进行。 [0036] 如图1，在腐蚀前，BST薄膜各个组分均存在且没有杂质元素，采用BHF腐蚀液后BST薄膜中，Ba元素消失，但Ti和Sr元素未腐蚀干净，在BHF中添加HNO3后，BST所有元素都腐蚀干净。图2为经过本发明的BHF/HNO3/H2O腐蚀后的BST薄膜SEM图像，刻蚀边缘清晰，侧蚀比0.5∶1。

[0037] 图3为本发明的BHF/HNO3/H2O腐蚀后的BST薄膜截面SEM图像，可见刻蚀后BST薄膜截面陡峭。

[0038] 图4为腐蚀液HNO3体积比与腐蚀速率及晶化温度的关系。由图可知，腐蚀速率随HNO3体积比的增加而增加，随晶化温度的提高而降低。