[發明專利]深硅刻蝕方法

在審

• 申請號: 201310643211.2
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN104671193A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 周娜;蔣中偉
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 陳振

技術領域

本發明涉及等離子體加工技術領域，特別是涉及一種深硅刻蝕方法。

背景技術

MEMS(Micro?Electric-Mechanical?System，微電子機械系統)是指在微米量級內設計和制造、集成了許多元件，并適于低成本大量生產的系統。在21世紀，MEMS是具有戰略意義的前沿高技術，是未來的主導產業之一。它以其微型化的優勢，在汽車、電子、家電、機電等行業和軍事領域有著極為廣闊的應用前景。目前MEMS器件的主流加工技術是刻蝕工藝。其中干法刻蝕剖面各向異性可以實現微細圖形的轉換，滿足越來越小的尺寸要求，已成為亞微米和深亞微米技術中必不可少的刻蝕方法。

等離子體刻蝕的基本過程為（以感應耦合等離子體刻蝕為例）：通過機臺中央上部的噴嘴噴入芯片加工所需的工藝氣體；同時在機臺上部線圈通入射頻電源使得噴入腔室內部的工藝氣體激發為等離子體；在支撐晶片的靜電卡盤通入射頻電源，產生偏置電壓，使等離子體轟擊晶片的表面，從而在晶片上刻蝕出所需的圖形。刻蝕過程中的生成物通過分子泵和干泵抽走。干泵為分子泵的前級泵。在刻蝕過程中，反應會放出或者吸收熱量，因此靜電卡盤底部需要接冷卻器來保持溫度，保證刻蝕的均勻性。

硅的深槽刻蝕是目前MEMS器件中常見的刻蝕工藝，基于不同的應用，對硅的刻蝕形貌存在不同的要求，以滿足后續的其他工藝需求。

在硅的深槽刻蝕中，為獲得頂部V型開口、中部和底部陡直、底部光滑的形貌，一般采用單步刻蝕法。其主要特點為：通過調節下電極功率(Bias?Radio?Frequency，BRF)獲得不同側壁形貌：采用較高的BRF可以獲得較直的側壁形貌，采用較低的BRF可以獲得較傾斜的側壁形貌。典型的工藝制程為：壓力為33mT，上電極功率為500W，下電極功率為100W，通入的工藝氣體為SF₆和O₂，且SF₆流量為105sccm，O₂流量為68sccm，刻蝕時間為600s。圖1為使用上述典型的工藝制程獲得的較典型的硅剖片的掃描電鏡圖，由圖可知，該工藝無法有效控制開口的形貌，刻蝕底部橫向特征尺寸收縮嚴重，且隨著刻蝕時間的延長，刻蝕會終止，不能形成中部和底部陡直、底部光滑的形貌。

發明內容

基于上述問題，本發明提供了一種深硅刻蝕方法，可獲得頂部V型開口、中部和底部陡直、底部光滑的形貌。

本發明采用如下技術方案：

一種深硅刻蝕方法，包括如下步驟：

將涂有光刻膠的硅晶片放入刻蝕設備的腔室中，采用Bosh刻蝕工藝，獲得具有陡直深溝槽形貌的硅晶片；

去除所述具有陡直深溝槽形貌的硅晶片表面剩余的光刻膠；

在所述刻蝕設備的腔室中對去除光刻膠的硅晶片進行頂部開口刻蝕，獲得具有V型頂部形貌的硅晶片。

在其中一個實施例中，在Bosh刻蝕工藝過程中，所述刻蝕設備的腔室中壓力為60mT～80mT。

在其中一個實施例中，所述Bosh刻蝕工藝包括沉積步和刻蝕步，二者交替進行；所述沉積步中通入的氣體為C₄F₈，流量為180sccm～200sccm；所述刻蝕步中通入的氣體為SF₆，流量為200sccm～220sccm。

在其中一個實施例中，所述沉積步采用的上電極功率為300W～5000W，下電極功率為0W；所述刻蝕步采用的上電極功率為300W～5000W，下電極功率為10W～30W。

在其中一個實施例中，采用化學試劑浸泡或者超聲去除所述具有陡直深溝槽形貌的硅晶片表面剩余的光刻膠。

在其中一個實施例中，采用丙酮浸泡去除所述具有陡直深溝槽形貌的硅晶片表面剩余的光刻膠，包括以下步驟：將所述具有陡直深溝槽形貌的硅晶片在丙酮溶液中浸泡2min，取出后用去離子水清洗，再用N₂氣槍吹干。

在其中一個實施例中，所述開口刻蝕采用單步刻蝕，所述單步刻蝕過程中，所述刻蝕設備的腔室中壓力為140mT～160mT。

在其中一個實施例中，所述單步刻蝕中通入的氣體為SF₆和O₂的混合氣體，且SF₆的流量為500sccm～800sccm，O₂的流量為50sccm～60sccm。

在其中一個實施例中，所述單步刻蝕中，采用的上電極功率為300W～5000W，下電極功率為10W～50W。