[发明专利]硅深孔刻蚀方法

说明书

本发明提供的硅深孔刻蚀方法，其包括第一阶段，交替进行第一沉积步骤和第一刻蚀步骤至少一次；其中，通过提高第一沉积步骤和第一刻蚀步骤中的腔室压力，降低第一刻蚀步骤中的下电极功率，来提高刻蚀选择比；第二阶段，采用氧气进行干法清洗工艺，以去除第一阶段中残留的沉积物和反应产物；第三阶段，交替进行第二沉积步骤和第二刻蚀步骤至少一次；其中，通过降低第二沉积步骤和第二刻蚀步骤中的腔室压力，提高第二刻蚀步骤中的下电极功率，来获得所需的形貌和刻蚀深度。本发明提供的硅深孔刻蚀方法，其可以在获得理想的刻蚀形貌的前提下，提高刻蚀选择比。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种硅深孔刻蚀方法。

背景技术

近年来，随着MEMS器件和系统被越来越广泛地应用于汽车和消费电子领域，以及TSV(Through Silicon Etch，通孔刻蚀)在未来封装领域的广阔前景，深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中最炙手可热的工艺之一。深硅刻蚀工艺相对于一般的

深硅刻蚀工艺相对于一般的硅刻蚀工艺，主要区别在于：深硅刻蚀工艺的刻蚀深度远大于一般的硅刻蚀工艺，深硅刻蚀工艺的刻蚀深度一般为几十微米甚至可以达到上百微米，而一般硅刻蚀工艺的刻蚀深度则小于1微米。要刻蚀厚度为几十微米的硅材料，就要求深硅刻蚀工艺具有更快的刻蚀速率，更高的选择比及更大的深宽比。

目前主流的深硅刻蚀工艺为德国Robert Bosch公司发明的Bosch工艺或在Bosch工艺上进行的优化。其主要特点为：整个刻蚀过程是刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环。其中刻蚀步骤所采用的刻蚀气体为SF₆，并通过采用较高的腔室压力来增加活性自由基，从而有利于获得较高的刻蚀速率和刻蚀选择比(硅基底相对于掩膜)。沉积步骤所采用的沉积气体为C₄F₈，其可以在硅孔侧壁沉积一层聚合物保护膜来保护硅孔侧壁不被刻蚀，同时通过采用较低的腔室压力来增强刻蚀反应物的运输，从而避免刻蚀剖面硅孔侧壁损伤。在一般的Bosch工艺中，光刻胶对硅的选择比在50:1左右，该选择比限制了TSV及MEMS器件的刻蚀深度在250um以下，若要追求更高的刻蚀深度，就需要继续提高光刻胶对硅的选择比。

目前，为了获得选择比高的刻蚀工艺结果，通常可以采用提高沉积步骤的腔室压力和降低刻蚀步骤的下电极偏压这两种方法。但是，这两种方法都会引起硅孔底部收缩或长草，这是因为无论是提高沉积步骤的腔室压力，还是降低刻蚀步骤的下电极偏压，都会使单步沉积硅孔侧壁和硅孔底部聚合物加重，即，在沉积步骤获得较厚的聚合物保护层。随着刻蚀深度的增加，单步刻蚀速率减慢，在到达一定的刻蚀深度时，单步刻蚀除去硅孔侧壁和硅孔底部聚合物的速度跟不上单步沉积聚合物的速度，即已进入下一步循环，这会导致在下一步循环中刻蚀初始尺寸小，从而在经过多个循环之后，会出现硅孔底部收缩的现象，同时较高的腔室压力会引起硅孔底部长草的现象，如图1所示。

虽然可以通过增加刻蚀时间或提高下电极偏压的方法，使之后的沉积与刻蚀的循环重新进入正常的Bosch工艺的循环流程，以保证形貌恢复，但是，这会造成选择比恶化。例如，为了改善硅孔底部长草，在提高下电极偏压之后，选择比降低至30:1。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种硅深孔刻蚀方法，其可以在获得理想的刻蚀形貌的前提下，提高刻蚀选择比。

为实现本发明的目的而提供一种硅深孔刻蚀方法，包括：

第一阶段，交替进行第一沉积步骤和第一刻蚀步骤至少一次；其中，通过提高所述第一沉积步骤和第一刻蚀步骤中的腔室压力，降低所述第一刻蚀步骤中的下电极功率，来提高刻蚀选择比；

第二阶段，采用氧气进行干法清洗工艺，以去除所述第一阶段中残留的沉积物和反应产物；