[发明专利]斜孔刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，特别是涉及一种干法等离子体的斜孔刻蚀方法。

背景技术

现有技术中，近年来，随着MEMS器件和MEMS系统被越来越广泛的应用于汽车和消费电子领域，以及TSV通孔刻蚀技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体深孔刻蚀工艺应用越来越多，逐渐成为MEMS加工领域中最炙手可热工艺之一。

在封装工艺中，目前有槽(Trench)和孔(Via)两种工艺形式。槽刻蚀由于只在深度一个维度上限制，刻蚀气体进出较容易，因此刻蚀工艺相对简单。而孔刻蚀在深度和宽度两个维度上均有限制，刻蚀气体进出孔较难，工艺比槽刻蚀难很多。但孔刻蚀相对浪费面积小，从成本上考虑是以后主要发展的技术。

孔刻蚀有垂直刻蚀和倾斜刻蚀两种工艺形式，请参阅图1和图2所示，图1为现有技术中垂直刻蚀的截面示意图，图2为现有技术中倾斜刻蚀的截面示意图，掩膜为光刻胶(PR)，晶圆为硅(Si)晶圆。垂直刻蚀一般使用刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环的工艺方法，一般在沉积步骤中采用C₄F₈气体，保护孔的侧壁，刻蚀步骤中采用SF₆气体，刻蚀孔的底部。

倾斜刻蚀无法使用上述工艺，因为垂直刻蚀的孔底部逐渐收拢的形貌很容易出现底部长草现象。目前倾斜刻蚀一般使用单步工艺，即通过在工艺过程中同时通入刻蚀气体和沉积气体，使垂直刻蚀和侧壁保护同时进行，并通过控制两者比例，实现一定的刻蚀倾斜角度。

倾斜刻蚀的侧壁形貌有利于后续沉积工艺，然而由于刻蚀和沉积比例不易控制，很难获得较高的刻蚀深宽比。并且受掩膜的阻挡，孔的顶部开口处会形成一个流场静止区，在该区域内反应物气体进入和生成物气体排出困难，导致气体在孔的顶部开口处滞留时间较长，各项同性刻蚀严重，极易在刻蚀顶部形成碗状(bowing)形貌。

鉴于上述缺陷，本发明人经过长时间的研究和实践终于获得了本发明创造。

发明内容

基于此，有必要提供一种实现较高的刻蚀深宽比，避免顶部形成碗状形貌的斜孔刻蚀方法。

本发明的一种斜孔刻蚀方法，包括以下步骤：

采用各向异性的单步刻蚀对晶圆进行刻蚀，直至达到斜孔所需的刻蚀深度；

去除晶圆表面的掩膜；

采用各向同性的单步刻蚀对斜孔的侧壁进行刻蚀，直至达到斜孔所需的侧壁角度。

作为一种可实施方式，晶圆表面的掩膜为硬掩模。

作为一种可实施方式，晶圆表面的掩膜为SiO₂或金属Al。

作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体为SF₆与O₂。

作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体还包括N₂或He。

作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中的气体压强为10mT～50mT。

作为一种可实施方式，去除晶圆表面的掩膜采用干法刻蚀，使用的刻蚀气体为CxFy。

作为一种可实施方式，去除晶圆表面的掩膜中使用的刻蚀气体还包括Ar。

作为一种可实施方式，各向同性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体为SF₆与CxFy。

作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中，静电卡盘的温度为-20℃～20℃，上电极功率为300W-1000W，下电极功率为10W-200W。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明采用各向异性的单步工艺刻蚀，获得一定的刻蚀深度，保证了较高的刻蚀深宽比。进行倾斜刻蚀工艺前先将晶圆表面的掩膜去除，避免了在倾斜刻蚀的单步工艺过程中形成碗状(bowing)形貌。

附图说明

图1为现有技术中垂直刻蚀的截面示意图；

图2为现有技术中倾斜刻蚀的截面示意图；

图3为本发明的各向异性的单步刻蚀后的形貌示意图；

图4为本发明的去除晶圆表面的掩膜后的形貌示意图；

图5为本发明的各向同性的单步刻蚀后的形貌示意图。

具体实施方式

为了解决很难获得较高的刻蚀深宽比，且顶部形成各向同性的碗状形貌的问题，提出了一种斜孔刻蚀方法来实现较高的刻蚀深宽比，避免顶部形成各向同性的碗状形貌。

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。