[发明专利]一种低频BOSCH深硅刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体微加工技术领域，尤其涉及一种低频BOSCH深硅刻蚀方法。

背景技术

在半导体材料的加工过程中，刻蚀是比较重要的加工手段，利用化学或物理的方法有选择性地从硅片表面去除不需要的部分。从工艺上区分，刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀的特点是各向同性刻蚀；干法刻蚀是利用等离子体来进行各向异性刻蚀。目前干法刻蚀工艺在半导体的制造工艺中较常见。在半导体干法刻蚀工艺中，根据刻蚀材料的不同可分为硅刻蚀，介质刻蚀和金属刻蚀。硅刻蚀工艺又可分为BOSCH工艺、低温工艺、HBr工艺、混合工艺等。

目前，BOSCH工艺作为硅的深刻蚀，在微机电系统MEMS领域和PDMS生物仿生结构领域应用比较广泛。在Bosch工艺中，由于刻蚀步骤的各向同性很难控制侧壁形貌，所以加入沉积步骤在侧壁沉积一层聚合物来保护侧壁不受侵蚀，整个刻蚀过程为刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环的过程。Bosch工艺刻蚀深度一般为几十微米甚至上百微米，为了刻蚀厚度为几十、上百微米的硅材料，所以BOSCH工艺具有刻蚀速率快、选择比高及深宽比大的特点。

尽管BOSCH工艺有如上所述的优点，但实验中常规的BOSCH工艺(下电极功率源的频率是13.56MHz，属于RF：Radio Frequency)侧壁垂直度在不同尺寸的图形刻蚀上偏差很大。另外，如果沉积过程中产生的聚合物没有完全刻蚀干净，经过多次沉积步骤和刻蚀步骤循环后，会形成微掩模出现长草现象，这种情况尤其容易出现在大面积的硅刻蚀面上。针对此问题目前的方法如CN103887164A公开的一种深硅刻蚀方法，加入了一步底部平滑工艺；还有CN103950887A公开了分几个阶段刻蚀增加下电极功率的方法，但其过程比较复杂。

发明内容

针对上述常规BOSCH工艺的侧壁垂直度在不同尺寸的图形刻蚀上偏差很大，以及易出现长草现象等问题，本发明提供了一种BOSCH工艺和低频(LF：Low Frequency)工艺相结合的深硅刻蚀方法，该方法中刻蚀机采用低频脉冲源作为下电极的轰击能量，与感应耦合等离子体上电极产生等离子体一起进行硅的刻蚀工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种BOSCH深硅刻蚀方法，该方法采用频率为200～1000Hz的低频功率源作刻蚀系统的下电极电源。

其包括以下步骤：

(1)光刻胶图形的制备：在硅片上制备出所需光刻胶图形。

(2)各向同性沉积：将制备好光刻胶图形的硅片置于刻蚀机中进行沉积，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为1～3W，下电极频率为200～500Hz；

具体的，上电极功率可为500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W、850W或900W等，优选700W；

下电极功率可为1W、1.3W、1.5W、1.7W、2W、2.3W、2.5W、2.7W或3W等，优选1W；

下电极频率可为200Hz、250Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz或500Hz等。

(3)各向异性刻蚀：沉积后的硅片在刻蚀机中进行刻蚀，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为7～10W，下电极频率为200～500Hz；

具体的，上电极功率可为500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W、850W或900W等，优选700W；

下电极功率可为7W、7.5W、8W、8.5W、9W、9.5W或10W等，优选8W；

下电极频率可为200Hz、250Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz或500Hz等。

(4)交替循环步骤(2)的沉积和步骤(3)的刻蚀过程，然后将刻蚀好的硅片去除光刻胶。

所述低频功率源为脉冲源，其占空比为10～50％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等。

所述步骤(1)中光刻胶图形的厚度为1～6μm，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、5μm或6μm等。