[发明专利]一种硅深孔刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属干微机电系统(MEMS)微纳加工领域,尤其涉及一种硅深孔刻蚀方法。

深孔或者深孔选择一个最合适的。

技术背景

近年来，计算机、通讯、汽车电子、航空航天工业和其他消费品对微电子封装提出了更高的要求,即更小、更薄、更轻、高可靠、多功能、低功耗和低成本,需要在硅圆片上制作出许多垂直互连深孔来实现不同芯片之间的电互连,因此硅深孔刻蚀工艺成为微机电系统(MEMS)纳加工领域一个重要技术。

在Si片上形成高深宽比沟槽或孔并具有垂直侧壁结构是现在先进MEMS器件或3DTSV封装常见工艺步骤。Bosch工艺是目前最常用的获得高深宽比刻蚀的方法。Bosch工艺，也被称作“切换式刻蚀工艺”,以氟的等离子气体化学方法刻硅,在刻蚀过程中,加入刻蚀气体刻蚀一段时间，然后再用碳氟等离子气体对刻蚀基底侧壁钝化,钝化一段时间，之后再进行刻蚀，这样循环地进行刻蚀和钝化交替加工；在实际刻蚀过程中,需要上百次的刻蚀与钝化交替重复加工,来提高刻蚀的选择性。该工艺主要存在的问题是刻蚀侧壁出现锯齿状表面(如示意图1)，随着器件尺寸的不断微缩，锯齿尖角形貌对于亚微米的微细结构的性能影响已成为不可忽略的因素。

通过对Bosch工艺沉积与刻蚀比例的调节优化，提高切换频率(缩短沉积与刻蚀切换周期)或弱化沉积与刻蚀比例，可以让亚微米级槽大部分表面相对光滑(锯齿高度小于10nm)，但是槽顶部一定高度还是会有明显的锯齿：因为顶部速率相对快(包括刻蚀与沉积)和绝缘掩膜下难以完全避免的刻蚀底切现象(undercut)，如图2，锐利的锯齿形貌在某些特殊应用领域严重影响器件的可靠性与寿命(当槽设计尺寸亚微米级时影响尤为明显)。

因此，亟需对现有工艺进行改进，获得整个槽侧壁非常光滑的深孔形貌。

发明内容

本发明提供了一种硅深孔刻蚀方法，包括：

a.在硅片上均匀涂覆掩膜，在掩膜上形成所需图形；

b.以光刻胶为掩膜，采用稳态工艺在所述硅片上刻蚀第一深孔；

c.在所述深孔的侧壁及底部形成钝化层；

d.去除位于所述所述深孔底部的钝化层；

e.采用bosch工艺进行交替深刻蚀，对第一深孔进行深化，得到深孔；

f.去除钝化层深孔深孔。

其中，所述第一深孔的深度为1um～100um，所述第二深孔的深度为10um～500um。

其中，所述掩膜为光刻胶掩膜或金属掩膜或介质类掩膜，其中，在所述步骤b中，采用SF₆/NF₃/C₄F₈/O₂/He/Ar中的一种和/或几种的组合气体稳态等离子刻蚀Si。

其中，所述步骤b的工艺条件为：压力：8～80mT，感应耦合等离子功率：100W～3000W，偏置功率：50W～200W，SF₆流量：10～2000sccm；O₂流量：3～1000sccm；He流量：100～2000sccm。

其中，在所述步骤c中，采用C_xH_yF_z气体作为等离子侧壁钝化气体，包括C₄F₈气体和/或其他气体。

其中，在所述步骤c中，钝化层的厚度为100～200nm。

其中，所述步骤c的工艺条件为：压力：20～300mT，感应耦合等离子功率：100W～3000W，偏置功率：0W～200W，C₄F₈流量：10sccm～2000sccm。

其中，在所述步骤d中，采用SF₆/CF₄/O₂气体作为底部钝化层等离子开启气体。

其中，所述步骤d的工艺条件为：压力：5～300mT，感应耦合等离子功率：100W～3000W，偏置功率：0W～200W，SF₆流量：10sccm～2000sccm；O₂流量：0～500sccm。

其中，在所述步骤e中，采用Bosch工艺进行深硅刻蚀包括钝化步和刻蚀步，其中，钝化步采用C₄F₈气体，刻蚀步采用SF₆气体。