[發明專利]反應性離子蝕刻

在審

• 申請號: 201410349234.7
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104326438A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: T.霍克;M.韋納布萊斯;I.斯特蘭;R.埃利
• 申請（專利權）人: 大西洋慣性系統有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;H01L21/3065
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔣駿;姜甜

技術領域

本發明涉及反應性離子蝕刻的方法并且尤其，但不完全地涉及深反應性離子蝕刻(DRIE)和類似工藝的改進。

背景技術

在微機電系統(MEMS)領域中，可使用通常稱為“博世工藝(Bosch?Process)”的DRIE法實現硅和其它基板的各向異性蝕刻。例如這種工藝在美國專利5,501,893中有描述并且牽涉硅等離子體蝕刻步驟(通常使用SF₆)和包括含氟聚合物(通常為C₄F₈)的鈍化步驟之間的交替。鈍化步驟期間，使含氟聚合物沉積在所有樣品表面。蝕刻步驟期間，優先使用離子輔助等離子體蝕刻將含氟聚合物從蝕刻形態的底部去除，同時仍保留其在側壁上的保護作用。然后可蝕刻在所述形態底部暴露的硅，并且重復所述工藝直至達到所需深度。

DRIE固有的是稱為縱橫比依賴性蝕刻(ARDE)的現象，其中蝕刻速率與本文定義為形成形態的深度與寬度之比的縱橫比成反比。這導致稱為RIE延遲的觀察結果，借此同時蝕刻的較小形態比較大形態更淺。向下蝕刻多種形態幾何形狀至蝕刻停止層時，有必要過蝕刻更寬的形態。這可產生例如“立穩”(或開缺口)以及失去尺寸控制的影響。

在MEMS傳感器例如加速計的生產中尤其值得關注。在WO?2012/076837?A1中公開了MEMS加速計的實例。在這種裝置中，硅晶片經顯微機械加工以提供具有多個指狀物的活動檢驗質量塊，指狀物與將在使用中固定的一部分晶片的指狀物相互交叉。任何指定檢驗質量塊指狀物的一側與相鄰固定指狀物之間的間隙與所述檢驗質量塊指狀物另一側及其相鄰固定指狀物之間的間隙不同。當檢驗質量塊移動時，所述檢驗質量塊指狀物與固定指狀物之間的間隙改變，這導致指狀物之間的容量變化。這可經測量和處理以計算加速度。在閉環系統中，間隙尺寸的變化產生阻礙檢驗質量塊運動的靜電力。在此類系統中，較寬間隙的寬度(例如15微米)與較窄間隙的寬度(例如5微米)之比大特別可取。可使用現有DRIE工藝，但是以指狀物節距增大為代價，使所述裝置更大以提供指定靜電力產生相對較大的比例。如果使所述裝置更小，則可能出現以上鑒定的立穩、開缺口和失去尺寸控制的問題。

當前補償延遲的建議牽涉主要通過降低壓力值優化蝕刻和鈍化步驟及參數。然而，補償DRIE延遲的當前技術以降低蝕刻速率為代價。

發明內容

本文公開了一種反應性離子蝕刻基板以形成至少第一和第二蝕刻形態的方法，其中所述第一蝕刻形態具有比所述第二蝕刻形態更大的縱橫比(深度:寬度)，所述方法包括以下步驟：

在第一蝕刻階段，蝕刻所述基板以便只將所述第一蝕刻形態蝕刻至預定深度；和

此后在第二蝕刻階段，蝕刻所述基板以便將所述第一和所述第二形態均蝕刻至各自的深度。

提供借此相對于低縱橫比形態，蝕刻所選高縱橫比形態更長時間的第一和第二蝕刻階段可能導致RIE延遲減少。

所述方法可包括將掩蔽材料貼到所述基板的表面以限定與所述第一和第二形態的所需形狀相對應的第一和第二孔口。所述第一蝕刻階段可包括僅通過所述第一孔口選擇性蝕刻所述基板以將所述第一蝕刻形態蝕刻至預定深度。此后所述第二蝕刻階段可包括通過所述兩個孔口蝕刻所述基板，從而將所述第一和第二形態均蝕刻至各自的深度。

可將每個形態蝕刻至基本上相同的深度或所選不同深度。

使用掩蔽時，所述第一蝕刻階段可包括堵塞所述第二孔口并且將所述基板暴露于反應性蝕刻工藝的步驟，借此在第一蝕刻階段中僅通過所述第一孔口進行蝕刻。

所述堵塞步驟可包括貼上另一種掩蔽材料覆蓋所述第二孔口，并且稍后在第二階段蝕刻工藝之前將所述另一種掩蔽材料從所述第二孔口去除。

在一個實施方案中，相對于所述基板材料，所述另一種掩蔽材料可具有高選擇性，以致其可基本上不受第一階段蝕刻工藝影響。可選地，在另一實施方案中，所述另一種掩蔽材料可選擇性較低并且對所述蝕刻工藝更敏感，以致逐漸變薄，然后暴露所述第二孔口，于是發生所述第二階段蝕刻。

雖然以上技術可用于不同蝕刻工藝，但是對各向異性反應性離子工藝有特殊應用，包括交替的蝕刻和鈍化步驟。

本發明還延伸到通過以上技術蝕刻的基板。

在實施方案中，較大縱橫比與較小縱橫比的比例可介于2.0和3.5之間，例如2.25至3.25，例如2.5至3.0，例如2.6至2.7。因此對于相等深度的形態，(通常是這種情況)較寬形態和較窄形態的相對寬度將具有這些值。