[發(fā)明專利]改善微機(jī)電系統(tǒng)傳感薄膜空腔側(cè)壁坡度的干法刻蝕方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010180072.0
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN102249179A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳智勇;方精訓(xùn)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 王函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，具體涉及一種干法刻蝕工藝方法，尤其涉及一種改善微機(jī)電系統(tǒng)傳感薄膜空腔側(cè)壁坡度的干法刻蝕方法。

背景技術(shù)

在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的一種壓敏傳感器件制程中，作為傳感薄膜的伸縮空間空腔(cavity)必須通過在晶圓表面的刻蝕(ETCH)工藝來完成。空腔側(cè)壁的坡度(profile?angle)是由干法刻蝕(DRY?ETCH)工藝控制的，空腔側(cè)壁的坡度直接影響到后續(xù)犧牲層的填充和濕法刻蝕工藝，坡度越小，后續(xù)的這兩項(xiàng)工藝窗口越大，犧牲層容易填充平緩，濕法刻蝕中藥液容易進(jìn)入腔體。干法刻蝕出平緩坡度的腔體后向空腔填充犧牲層，CMP平坦化，然后在空腔的周圍的犧牲層刻蝕一圈通孔用作為定錨，進(jìn)行定錨通孔填充和傳感薄膜淀積，刻蝕出傳感薄膜形狀，再通過濕法刻蝕工藝把所有犧牲層刻蝕干凈。

其中由于MEMES空腔的深度很深，一般大于或等于1.5微米，很難使腔體側(cè)壁坡度很小即側(cè)壁很傾斜。傳統(tǒng)的壓敏傳感器件空腔刻蝕方法中光刻曝光后如圖1所示，然后進(jìn)行干法刻蝕，干法刻蝕后空腔示意圖如圖2所示，就傳統(tǒng)的一步干法刻蝕只能獲得70度以上的坡度(見圖2)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)一步干法刻蝕工藝中，側(cè)壁的傾斜只能通過刻蝕打落的光刻膠和刻蝕過程中自己生成的聚合物保護(hù)側(cè)壁，雖然側(cè)壁很光滑，但是對于MEMS如此深的空腔，很難有足夠的聚合物把坡度做到70度以下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種改善微機(jī)電系統(tǒng)傳感薄膜空腔側(cè)壁坡度的干法刻蝕方法，該方法通過把微機(jī)電系統(tǒng)傳感薄膜空腔的側(cè)壁坡度做得平緩，擴(kuò)大后續(xù)犧牲層的填充和濕法刻蝕工藝的窗口，犧牲層容易填充平緩，濕法刻蝕中藥液容易進(jìn)入腔體。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種改善微機(jī)電系統(tǒng)傳感薄膜空腔側(cè)壁坡度的干法刻蝕方法，包括如下步驟：

第一步，在刻蝕微機(jī)電系統(tǒng)傳感薄膜空腔之前，預(yù)先將空腔在晶圓上圖形曝光的尺寸做的比設(shè)計(jì)尺寸小，進(jìn)行光刻曝光；

第二步，采用干法刻蝕把空腔刻蝕出一個淺槽；

第三步，在同一個刻蝕腔中各向同性刻蝕光刻膠；

第四步，循環(huán)使用第二步和第三步工藝；

第五步，滿足空腔的深度和開口度后停止刻蝕，形成有階梯的空腔。

第一步中，所述光刻曝光中光刻膠的厚度大于1微米。

第二步中，采用光刻膠對硅選擇比比較大的各向異性刻蝕方法把空腔刻蝕出一個淺槽。

第二步中，通過壓力為5mT～100mT、下部電極偏置功率為10W～350W的包含CL2，HBR或O2氣體的各向異性干法刻蝕硅基板。

第三步中，采用各向同性刻蝕光刻膠，橫向損失光刻膠，使光刻膠圖形的尺寸比第二步的淺槽尺寸大，形成階梯的首個臺階。

第三步中，采用對光刻膠和氧化膜刻蝕性很強(qiáng)的氣體(例如CF4)，并降低偏置功率為0W～50W的各向同性的刻蝕方法；或者使用O2氣體進(jìn)行各向同性刻蝕光刻膠，然后補(bǔ)充一步時(shí)間為5秒到10秒的含有CF4氣體的刻蝕步驟以去除自然氧化層。

在第三步和第四步之間還包括如下步驟A：在刻蝕腔中通惰性氣體；則第四步為循環(huán)使用第二步、第三步和步驟A工藝。

步驟A中，所述惰性氣體可以為氬氣，在刻蝕腔中通惰性氣體時(shí)把所有的電極功率設(shè)為零，以便帶走第二步和第三步刻蝕留在刻蝕腔內(nèi)的顆粒和漂浮聚合物。

第四步中，通過反復(fù)的刻蝕臺階，使微機(jī)電系統(tǒng)空腔開口從下往上的由小變大，側(cè)壁則形成階梯狀的爬坡。

第五步中，所述滿足空腔的深度和開口度后停止刻蝕，需合理計(jì)算出空腔深度和開口尺寸的關(guān)系，在干法刻蝕停止前深度和開口大小都能達(dá)到目標(biāo)。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明是通過多步的干法刻蝕把深度很大的腔體側(cè)壁做成階梯狀，總體的坡度將會變得平緩，本發(fā)明適用于光刻膠掩模干法刻蝕工藝而非硬掩模干法刻蝕工藝。本發(fā)明工藝通過把微機(jī)電系統(tǒng)傳感薄膜空腔的側(cè)壁坡度做得平緩，擴(kuò)大后續(xù)犧牲層的填充和濕法刻蝕工藝的窗口，犧牲層容易填充平緩，濕法刻蝕中藥液容易進(jìn)入腔體。通過此工藝可以有效把MEMS空腔的側(cè)壁坡度做到70度以下，并且可以根據(jù)需要合理調(diào)節(jié)坡度大小，臺階多少和大小。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的壓敏傳感器件空腔刻蝕方法中光刻曝光后的示意圖；

圖2是傳統(tǒng)的壓敏傳感器件空腔刻蝕方法中干法刻蝕后空腔的示意圖；

圖3是本發(fā)明方法第一步完成后的示意圖；

圖4是本發(fā)明方法第二步完成后的示意圖；