[发明专利]一种变截面硅孔和硅通道的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及微米纳米级材料加工技术领域，尤其涉及一种变截面 硅孔和硅通道的刻蚀方法。

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，是利 用化学或物理的方法有选择性地从硅片表面去除不需要部分的过程。 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，硅刻蚀最为常见，除了应用在半导体 器件中，还广泛应用于生物微流体领域和仿生结构构筑领域。此领域 要求硅刻蚀不仅有一定的深度还要有特定的陡直度。

硅刻蚀陡直度的调整针对不同工艺有不同的调整方法，共同点都 是在刻蚀过程中生成一种聚合物沉积在侧壁形成钝化层阻止了横向刻 蚀，沉积速率和刻蚀速率决定了侧壁的陡直度。

目前，硅刻蚀的侧壁主要有两种：陡直度为90度的垂直结构，和 陡直度非90度的倾斜结构。特别是在生物仿生领域往往要求侧壁非单 一的陡直或倾斜，而是具有特定的曲率，即变截面结构。但是现有的 硅刻蚀方法很难实现在硅刻蚀的侧壁上刻蚀出具有变截面(如具有一 定弯曲度)的硅孔结构及硅槽微通道结构。

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种变截面硅孔和硅通 道的刻蚀方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种变截面硅孔和硅通道的刻 蚀方法，其工艺过程可控性强，具有良好的可重复性，刻蚀出的硅孔 或硅通道能满足微流体通道和仿生结构构筑领域的各项要求。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种变截面硅孔和硅通道 的刻蚀方法，包括以下各步骤：

S1、光刻：在硅片上旋涂一层光刻掩膜层，然后对所述硅片进行 光刻，得到具有图案化的硅片；

S2、第一次干法刻蚀：利用干法刻蚀方法对所述图案化的硅片进 行各向异性垂直刻蚀，得到具有垂直向下的等截面刻蚀柱孔的第一次 刻蚀硅片；

S3、沉积：对所述第一次刻蚀硅片进行各向同性沉积，得到具有 钝化层的沉积后的硅片；

S4、第二次干法刻蚀：利用干法刻蚀方法对所述沉积后的硅片进 行各向同性刻蚀，得到第二次刻蚀硅片；

所述第二次刻蚀硅片具有变截面刻蚀柱孔；

S5、去胶：对所述第二次刻蚀硅片进行清洗去胶，即得。

进一步的，所述步骤S1中，所述光刻是采用紫外光刻或电子束曝 光的方法使所述硅片的表面形成图案化的二维结构。

进一步的，所述步骤S2中，所述第一次干法刻蚀是通过等离子体 干法刻蚀的方法向所述图案化的硅片通入第一气体，以对所述图案化 的硅片进行各向异性的垂直向下的刻蚀。

进一步的，所述第一气体为SF₆、CHF₃、C₄F₈、O₂、Ar等气体中 的两种或三种混合，温度为小于或等于室温。

进一步的，所述步骤S3中，所述沉积是在刻蚀设备中通入第二气 体，使所述第二气体产生的等离子体在所述等截面刻蚀柱孔的内壁沉 积形成钝化层。

进一步的，所述第二气体为SF₆、CHF₃和C₄F₈气体的一种或几种 混合。

进一步的，所述步骤S4中，所述第二次干法刻蚀主要包括向所述 沉积后的硅片通入第三气体，所述第三气体与沉积后的第二次刻蚀硅 片产生化学反应，以对所述沉积后的硅片进行各向同性刻蚀。

进一步的，所述第三气体为SF₆、CHF₃、C₄F₈、O₂、Ar等气体中 的两种或三种混合。

进一步的，所述步骤S5中，所述去胶是利用丙酮或丁酮去除所述 第二次刻蚀硅片表面的光刻掩膜层，然后利用异丙醇或乙醇进行超声 清洗；所述光刻掩膜层为光刻胶或电子束胶。

(三)有益效果