[發明專利]一種硅刻蝕方法

在審

• 申請號: 201610087506.X
• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105609416A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 徐麗華;李志琴;董鳳良;陳佩佩;褚衛國
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及半導體微納加工技術領域，尤其涉及一種硅刻蝕方法。

背景技術

在集成電路、微機電系統和光學器件制造領域，都希望能夠實現 單晶硅和多晶硅高深寬比結構的干法刻蝕。所以等離子體刻蝕技術不 僅要具備一定的刻蝕速率、刻蝕選擇比，還需要具備近乎完全可控的 各向異性側壁刻蝕。目前，一般所采用的各向異性干法刻蝕由于不可 避免地存在側壁上離子轟擊所引發的橫向刻蝕，而無法達到刻蝕高深 寬比結構所需的各向異性要求。因此，要獲得高深寬比的結構，可以 在刻蝕過程中的側壁表面上覆蓋一層阻蝕性薄膜以保護側壁不被橫向 刻蝕，由此得到縱向的刻蝕結果。

一般的阻蝕層是在刻蝕過程中化學淀積生成的有機聚合物薄膜， 為此反應氣體中需要引入C(碳)元素。引入CF類氣體與刻蝕氣體同 時產生等離子體進行刻蝕，不過由于有機聚合物的生成，受腔室內各 類物理和化學影響因素較多，要在刻蝕過程中實現足夠厚度并穩定可 靠的聚合物阻蝕層非常困難，往往達不到側壁質量較高的高深寬比結 構。針對這一點，研究人員研發出了Bosch刻蝕工藝，將聚合物阻蝕 層的淀積和對單晶硅的刻蝕分離為兩個獨立的加工過程并循環交替進 行，這樣就避免了淀積和刻蝕之間的相互影響，保證了阻蝕質量的穩 定可靠，從而能夠得到所需要的各向異性刻蝕，并具有較高的刻蝕速 率和選擇比。

Bosch刻蝕工藝也有其應用的局限性，例如側壁粗糙，有百納米級 的側鉆凹槽，因此Bosch刻蝕工藝較適用于微米級以上尺寸的刻蝕。 如果要得到側壁光滑的高深寬比的刻蝕結構，可以采用無機阻蝕層的 低溫等離子體刻蝕方法。低溫硅刻蝕的載片臺溫度一般為-150℃ ～-100℃，刻蝕氣體選擇F(氟)系氣體，在氧的參與下生成SiF_xO_y， 在常溫的腔體環境下易揮發，但在低溫時呈固態。通過降低表面反應 生成物質的揮發性，提升阻蝕層的厚度和可靠性，以阻止刻蝕過程中 對側壁的橫向刻蝕，可達到較高的深寬比刻蝕圖形，同時具有較高的 選擇比。

盡管低溫等離子體硅刻蝕工藝有如上所述的優點，但在實驗中常 規的低溫刻蝕中(下電極功率源的頻率是13.56MHz，屬于射頻RF： RadioFrequency)，刻蝕納米級的高深寬比的結構時，由于槽開口較窄， 活性化學反應物質擴散到深寬比較高的槽底相對比較困難，同時槽底 化學反應后所生成的揮發物也較難被抽離。也就是說，較窄槽開口附 近的反應物質濃度比槽底的反應物質濃度高，所以槽開口附近容易形 成內凹的側鉆現象，使得開口尺寸擴寬，最終使得整個槽的側壁不是 所需的各向異性。如圖1所示，圖1中硅基片上的電子束膠的槽開口 寬度為100nm，經刻蝕后槽開口的寬度為145.8nm，展寬了45.8nm。 刻蝕后槽底部的基線與刻蝕槽邊線的角度為92.6°，因此，刻蝕后的 槽底部窄了50nm，側壁陡直度不高。

另外，如果采用SiO₂等絕緣材料作為掩膜，此絕緣層尖端的放電 效應會形成局部電場，此微電場對向下轟擊的離子有偏轉作用，導致 掩膜下方側壁出現側鉆現象。所以在納米級的刻蝕中，類似的側鉆現 象會大大降低各種器件的性能。

發明內容

基于現有技術的缺陷，本發明提供一種硅刻蝕方法，以解決現有 技術在硅刻蝕過程中出現的側鉆現象。

為此目的，本發明提供一種硅刻蝕方法，包括以下步驟：

(1)在硅基片上制作刻蝕掩膜圖形；

(2)將制作好所述刻蝕掩膜圖形的硅基片放置在刻蝕機中進行刻 蝕；所述刻蝕機的下電極功率由100～1000Hz的脈沖電源產生，所述刻 蝕機的載片臺溫度為-120℃～-100℃。

優選地，上述方法還包括以下步驟：

(3)對刻蝕后的硅基片進行過刻蝕。

優選地，所述步驟(3)中所述刻蝕機的載片臺溫度與所述步驟(2) 中所述刻蝕機的載片臺溫度相同。

優選地，在所述刻蝕過程中，所述脈沖電源的功率為3～30W，產 生的脈沖信號的占空比為10％～50％，所述刻蝕機的上電極功率為 200～1000W，所述刻蝕機的真空室壓強為5～15mTorr，所述刻蝕機采用 的SF₆氣體的流量為20～40sccm，所述刻蝕機采用的O₂氣體的流量為 5～30sccm。