[发明专利]深硅刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体加工技术领域，特别是涉及一种深硅刻蚀方法。

背景技术

MEMS(Micro Electric-Mechanical System，微电子机械系统)是指在微米量级内设计和制造、集成了许多元件，并适于低成本大量生产的系统。在21世纪，MEMS是具有战略意义的前沿高技术，是未来的主导产业之一。它以其微型化的优势，在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景。目前MEMS器件的主流加工技术是刻蚀工艺。其中干法刻蚀剖面各向异性可以实现微细图形的转换，满足越来越小的尺寸要求，已成为亚微米和深亚微米技术中必不可少的刻蚀方法。

等离子体刻蚀的基本过程为（以感应耦合等离子体刻蚀为例）：通过机台中央上部的喷嘴喷入芯片加工所需的工艺气体；同时在机台上部线圈通入射频电源使得喷入腔室内部的工艺气体激发为等离子体；在支撑晶片的静电卡盘通入射频电源，产生偏置电压，使等离子体轰击晶片的表面，从而在晶片上刻蚀出所需的图形。刻蚀过程中的生成物通过分子泵和干泵抽走。干泵为分子泵的前级泵。在刻蚀过程中，反应会放出或者吸收热量，因此静电卡盘底部需要接冷却器来保持温度，保证刻蚀的均匀性。

硅的深槽刻蚀是目前MEMS器件中常见的刻蚀工艺，基于不同的应用，对硅的刻蚀形貌存在不同的要求，以满足后续的其他工艺需求。

在硅的深槽刻蚀中，为获得顶部V型开口、中部和底部陡直、底部光滑的形貌，一般采用单步刻蚀法。其主要特点为：通过调节下电极功率(Bias Radio Frequency，BRF)获得不同侧壁形貌：采用较高的BRF可以获得较直的侧壁形貌，采用较低的BRF可以获得较倾斜的侧壁形貌。典型的工艺制程为：压力为33mT，上电极功率为500W，下电极功率为100W，通入的工艺气体为SF₆和O₂，且SF₆流量为105sccm，O₂流量为68sccm，刻蚀时间为600s。图1为使用上述典型的工艺制程获得的较典型的硅剖片的扫描电镜图，由图可知，该工艺无法有效控制开口的形貌，刻蚀底部横向特征尺寸收缩严重，且随着刻蚀时间的延长，刻蚀会终止，不能形成中部和底部陡直、底部光滑的形貌。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种深硅刻蚀方法，可获得顶部V型开口、中部和底部陡直、底部光滑的形貌。

本发明采用如下技术方案：

一种深硅刻蚀方法，包括如下步骤：

将涂有光刻胶的硅晶片放入刻蚀设备的腔室中，采用Bosh刻蚀工艺，获得具有陡直深沟槽形貌的硅晶片；

去除所述具有陡直深沟槽形貌的硅晶片表面剩余的光刻胶；

在所述刻蚀设备的腔室中对去除光刻胶的硅晶片进行顶部开口刻蚀，获得具有V型顶部形貌的硅晶片。

在其中一个实施例中，在Bosh刻蚀工艺过程中，所述刻蚀设备的腔室中压力为60mT～80mT。

在其中一个实施例中，所述Bosh刻蚀工艺包括沉积步和刻蚀步，二者交替进行；所述沉积步中通入的气体为C₄F₈，流量为180sccm～200sccm；所述刻蚀步中通入的气体为SF₆，流量为200sccm～220sccm。

在其中一个实施例中，所述沉积步采用的上电极功率为300W～5000W，下电极功率为0W；所述刻蚀步采用的上电极功率为300W～5000W，下电极功率为10W～30W。

在其中一个实施例中，采用化学试剂浸泡或者超声去除所述具有陡直深沟槽形貌的硅晶片表面剩余的光刻胶。

在其中一个实施例中，采用丙酮浸泡去除所述具有陡直深沟槽形貌的硅晶片表面剩余的光刻胶，包括以下步骤：将所述具有陡直深沟槽形貌的硅晶片在丙酮溶液中浸泡2min，取出后用去离子水清洗，再用N₂气枪吹干。

在其中一个实施例中，所述开口刻蚀采用单步刻蚀，所述单步刻蚀过程中，所述刻蚀设备的腔室中压力为140mT～160mT。

在其中一个实施例中，所述单步刻蚀中通入的气体为SF₆和O₂的混合气体，且SF₆的流量为500sccm～800sccm，O₂的流量为50sccm～60sccm。

在其中一个实施例中，所述单步刻蚀中，采用的上电极功率为300W～5000W，下电极功率为10W～50W。