[发明专利]用于在BOSCH蚀刻工艺后实现平滑的侧壁的方法

说明书

背景技术

深的深宽比硅蚀刻是目前在用的制造微结构设备的主要技术之一，是用于许多微机电系统（MEMS）应用的一项使能技术。常规使用的单晶硅深的深宽比蚀刻工艺基于循环的等离子体蚀刻/聚合物沉积的方法，也被称作快速交替参数（RAP）工艺或Bosch工艺。

图1A-1F示出了在Bosch工艺中蚀刻硅的惯用方法。

图1A示出了在惯用Bosch蚀刻工艺中的第一工序。

如图所示，硅层100具有顶面102，在顶面102上设置有光致抗蚀剂掩模104。光致抗蚀剂掩模104包括窗口106，表面102的一部分被暴露。

将带有光致抗蚀剂掩模104的硅层100放置在标准的硅蚀刻室中，以开始蚀刻工艺。

图1B示出了在惯用Bosch蚀刻工艺中的第二工序。

如图所示，通过窗口106暴露的硅层100的一部分被蚀刻，从而创制通孔（via）108。通孔108包括侧壁110和底表面112。

通孔108是通过在蚀刻室中产生蚀刻气体等离子体来创制的。用于蚀刻硅的一种样品气体是SF₆，但也可以使用其它气体。通过使硅层100处于特定电压或偏压下以特定流率和压强将气体引入蚀刻室持续一定时间、提供RF功率形成蚀刻等离子体来控制蚀刻深度。气体以各向同性的方式去除硅。各向同性是在所有方向上都是一致的。因此，蚀刻工艺是在所有方向上同等地去除硅。在三维空间中，各向同性去除的结果是球形孔。这在图中是以二维空间中的通孔108的侧壁110和底面112的圆形形状来表示的。

图1C示出了在惯用Bosch蚀刻工艺中的第三工序。

如图所示，保护层116被配置在光致抗蚀剂掩模104的顶面114以及通孔108的侧壁110和底面112上。

保护层116可以包括与垂直蚀刻相比减少横向蚀刻的聚合物。因此，通孔108的宽度在整个工艺中不增大。虽然也可以使用其它材料，但用于保护层的材料的一个非限定性的例子是C₄F₈。

图1D示出了在惯用Bosch蚀刻工艺中的第四工序。

如图所示，保护层116的大部分已被去除，以留下设置在通孔108的侧壁110上的保护表面118。保护表面118不覆盖底面112。因此，底面112通过保护表面118的窗口120而暴露。

为了继续垂直蚀刻到硅层100中而没有横向蚀刻，有必要从底面112上清除保护层116而在侧壁110上保持保护表面118。如果没有保护表面118，则由于蚀刻工艺的各向同性性质，额外的蚀刻工序将增大通孔108的宽度。保护层116可以使用已知的方法作为惯用Bosch工艺的一部分从底面112去除。

图1E示出了在惯用Bosch蚀刻工艺中的第五工序。

如图所示，硅层100已经被第二次蚀刻以创建具有侧壁110、122和底面124的通孔126。

由于蚀刻工艺的各向同性性质，第二次蚀刻工艺去除了保护层118，还创建了通孔126。由于蚀刻气体因保护层118而不接触侧壁110，所以，创建通孔126并不增大侧壁110的大小。

图1F示出了在惯用Bosch蚀刻工艺中通过多个周期产生的最终的通孔。

如图所示，硅层100已经被蚀刻多次，以创建通孔128。以交替的方式继续蚀刻和沉积的工艺，直至创建了所要深度的通孔为止。

蚀刻工艺的各向同性性质趋于创建大体上是半球形的通孔，这是因为蚀刻气体没有方向性的成分而同等地攻击所有表面。结果是，每一个蚀刻底切了先前的蚀刻，使得所形成的通孔的壁具有带有峰和槽的波状特征。峰和槽的集合被称作扇形部。根据加工参数，可以改变扇形部的深度和宽度。这将参照图2和图3更详细地进行说明。

图2示出了图1E的侧壁110和122的放大图。

如图2所示，侧壁110和122形成了包括峰204和206的扇形部202。扇形部202具有宽度W，其作为峰204或206和侧壁110之间的最长的水平距离来测量。扇形部202还具有深度D，其作为峰204和206之间的垂直距离来测量。宽度W和深度D是由用以创建通孔的工艺参数所控制的量。例如，对于给定时间，一个包括某些参数的工艺将创建特定大小的扇形部。保持所有其它参数不变而增加曝光时间将导致生成一个大扇形部。

如果执行较小攻击力的蚀刻工艺，在扇形部的峰和槽之间的相对的差就可能会减小。但是，将形成远远更多的扇形部以达到相同的深度。每次重复蚀刻工艺时，都形成另一个扇形部。这将参照图3进行说明。