[发明专利]晶圆刻蚀方法

说明书

本发明公开一种晶圆刻蚀方法，包括：预刻蚀步骤，刻蚀覆盖有图形化的掩膜层的晶圆，在晶圆的表面形成预设深度的刻蚀槽；氧化刻蚀步骤，对刻蚀槽的底部和侧壁表面进行氧化形成氧化层，刻蚀氧化层，获得光滑的沉积表面；沉积步骤，在光滑的沉积表面沉积聚合物层；刻蚀步骤，对刻蚀槽的底部和侧壁进行刻蚀；重复沉积步骤和刻蚀步骤直至形成目标深度的刻蚀槽。沉积步骤在刻蚀槽的底部和侧壁形成具有平滑界面的氧化层，刻蚀氧化层，获得光滑的沉积表面，有利于后续沉积得到均匀而连续的聚合物层，改善刻蚀工艺的均匀性，刻蚀氧化层还可以扩大刻蚀槽的深宽比，有利于反应物和副产物进出刻蚀槽的深硅结构。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，更具体地，涉及一种晶圆刻蚀方法。

背景技术

深硅刻蚀是工业生产中制造微结构的一种非常重要的工艺过程，可以 应用于微机电系统(MEMS)、微流体器件和先进封装等领域。而实际生产 中，在大体积腔室、大尺寸晶圆上提升刻蚀工艺性可以降低生产成本，例 如目前主流的生产线晶圆尺寸有6英寸、8英寸和12英寸等。

深硅刻蚀的工艺方法通常为bosch工艺法，即刻蚀-沉积循环的方法进 行刻蚀，沉积步骤中通入C₄F₈气体在刻蚀槽侧壁和底部形成一层保膜，刻 蚀步骤中将侧壁和底部保护膜去除，同时将底部露出的Si进行刻蚀，随着 循环的逐渐进行，刻蚀深度逐渐加大，直至目标刻蚀深度。随着晶圆尺寸 的增大，对刻蚀机的刻蚀均匀性提出了更大的挑战。其中，均匀性又可以 细分为刻蚀轮廓的均匀性和刻蚀深度的均匀性等。由于受边缘效应的影响， 电磁场在边缘处会产生畸变，使得边缘的刻蚀轮廓出现倾斜效应，降低了 整面刻蚀形貌的均匀性。另一方面，等离子体在气体流场作用下也会使刻 蚀角度发生倾斜。因此，电磁场和气体流场在刻蚀步骤中哪一个因素占比 更重，以及具体的定量关系是决定最终刻蚀形貌均匀性的关键所在。

现有的深硅结构中沉积聚合物的方法中，向腔室中通过CF类气体，如 C₄F₈，同时施加源射频功率，将CF气体激发为等离子体态后沉积在深硅结 构底部和侧壁。图1a示出了现有技术中对已形成深槽图形的结构的顶部和 侧壁进行碳氟聚合物沉积的示意图，图1b示出了现有技术中对已形成深槽 图形的结构的底部进行碳氟聚合物沉积的示意图，如图1a和图1b所示， 其成膜在深硅结构的底部成膜是连续的，但在侧壁位置不连续，侧壁无沉 积成膜的地方会造成Si的横向刻蚀。

在刻蚀机在刻蚀工艺进行的过程中，刻蚀机在会形成两个动态的场， 包括：电磁场和流场，对进入腔室的气体施加激励功率后会形成等离子体， 同时下电极施加垂直向下的牵引力，这两种功率的共同作用导致促使刻蚀 的持续进行。一方面，刻蚀工艺过程中在上下电极表面分布一定的电场， 通常中间强度较大且均匀，边缘强度较小且不均匀，电场的这种不均匀分 布导致了等离子体也是中心密度高，边缘密度低，且边缘位置因边缘效应而导致电场方向发生倾斜，图2示出了现有的刻蚀工艺中电磁场的分布示 意图，如图2所示，这种分布的电场必然导致刻蚀形貌的边缘倾斜。现有 的改善刻蚀形貌均匀性的方法也多是通过改变电场的不均匀分布而进行的。