[發明專利]一種深硅刻蝕制作高精度通孔的方法

有效

• 申請號: 201710842404.9
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107818918B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 吳麗翔;王俊力;卓文軍;陳曦;王高峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/306;H01L21/768
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明提供一種深硅刻蝕制作高精度通孔的方法。現有方法刻蝕深度空間分布不均勻，從而改變硅通孔的側壁及底部輪廓。本發明方法首先在基底上依次制備SiO₂薄膜層和多晶硅薄膜，然后通過紫外光刻將所設計圓環相間的圖形轉移到裸硅片背面的光刻膠上，再按照圖案進行深硅刻蝕，將基底刻穿至刻蝕截止層，去除裸硅片背面殘余的光刻膠后重新旋涂光刻膠，將所設計的基準通孔圖案通過紫外光刻轉移到光刻膠上；顯影后，將整個硅片浸入氫氟酸溶液中，對截止層進行濕法腐蝕，基準通孔區域內的圓環完全脫落，形成高精度通孔。本發明方法可以解決深硅刻蝕過程中因負載效應所導致的通孔側壁輪廓形狀畸變問題，提高微型通孔的刻蝕精度。

技術領域

本發明涉及硅微機械加工技術，具體涉及一種深硅刻蝕制作高精度通孔的方法。

背景技術

深硅刻蝕技術(DRIE)是制作硅通孔、微陣列、高深寬比結構的常用微機械加工技術，在微機電系統(MEMS)中有重要應用。該技術最早起源于德國Robert Bosch公司開發的各向異性硅刻蝕工藝方法，也被稱為Bosch過程。該過程分為鈍化和刻蝕兩部分，在C₄F₈的鈍化作用下，因等離子聚合作用在表面和側壁產生了一層聚合物保護膜；在SF₆的刻蝕作用下，保護膜會被刻掉露出硅，進而繼續對硅進行刻蝕。在側面保護膜消失殆盡之時又堆積一層保護膜，如此交替鈍化與刻蝕過程，就可以達到高深寬比刻蝕的效果。

然而，深硅刻蝕技術也存在一些不足或難題，限制了其在高精度微納結構制作中的應用。負載效應(loading effect)就是一個典型的難題，其具體包括特征尺寸下的微負載效應和深寬比效應，以及芯片和晶圓級別的宏觀負載效應和剖面負載效應。負載效應的存在容易造成刻蝕速率隨器件結構發生變化和刻蝕深度空間分布不均勻，從而改變硅通孔的側壁及底部輪廓，降低硅通孔的制作精度，影響MEMS器件的性能。例如，在多晶硅振膜結構中，硅通孔的側壁輪廓和底部輪廓直接影響多晶硅振膜的形狀，可能導致其本征振動模態發生變化，偏離器件設計要求。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種深硅刻蝕制作高精度通孔的方法。

本發明方法的具體步驟是：

步驟1.采用化學氣相沉積技術、熱氧化法或正硅酸乙酯熱分解法在裸硅片正面淀積一層厚度為500～1500nm的SiO₂薄膜，作為背面深硅刻蝕截止層；

步驟2.在SiO₂薄膜層上采用化學氣相沉積技術淀積厚度為1～2μm的多晶硅,便于觀察深硅刻蝕的刻蝕深度空間分布均勻性；

步驟3.從裸硅片背面進行紫外光刻，將所設計圓環相間的圖形轉移到裸硅片背面的光刻膠上，形成多個圓環相間的圖案；每個圓環圖案中圓環的環寬W大于等于裸硅片厚度h與刻蝕深寬比r之比，即所設計圓環相間的圖形是指，根據步驟4中深硅刻蝕的離子束強度分布，設計每個圓環圖案中圓環的環寬W，使步驟4中所有圓環相間的圖案深硅刻蝕速率相同；

步驟4.紫外光刻完成后，按照多個圓環相間的圖案進行深硅刻蝕，將基底刻穿至刻蝕截止層，形成多個圓環溝槽；

步驟5.去除裸硅片背面殘余的光刻膠，然后在裸硅片背面旋涂光刻膠，所旋涂的光刻膠正對圓環溝槽圖案，多個圓環溝槽內充滿光刻膠；

步驟6.將所設計的基準通孔圖案通過紫外光刻轉移到光刻膠上；顯影后，基準通孔區域內表面及基準通孔區域內的圓環溝槽內的光刻膠被完全去除；

步驟7.將整個硅片浸入氫氟酸溶液中，對截止層進行濕法腐蝕，氫氟酸溶液從基準通孔區域內的圓環溝槽流入至截止層，基準通孔區域內的圓環溝槽對應的SiO₂材料腐蝕完以后，圓環完全脫落，形成通孔，高精度通孔制作完成。