一种深硅刻蚀工艺的制作方法

本发明属于微电子技术领域，涉及一种深硅刻蚀工艺。

背景技术：

得益于高深宽比各向异性刻蚀技术(High Aspect Ratio SiliconEtch)的突破和迅速发展，愈来愈多的MEMS器件正朝着深硅结构发展，深硅刻蚀技术已成为实现先进MEMS器件的一个先决条件。干法等离子体深硅刻蚀工艺逐渐成为最炙手可热的工艺之一。深硅刻蚀工艺相对一般刻蚀工艺具有以下特点：1，刻蚀深度一般为几十微米甚至达到上百微米的刻蚀工艺，而一般硅刻蚀工艺的刻蚀深度要求小于1微米；2，具有较高的刻蚀速率和选择比。

目前，主流的深硅刻蚀工艺为Bosch工艺，其通过刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环直至实现所需的刻蚀深度。典型的工艺配方包括：第一，沉积步骤的工艺参数，其工艺压强(Pressure)为50mT，激励功率(SRF)为1200W，偏压功率(BRF)为0W，沉积气体为C₄F₈，气体流量为200sccm，工艺温度为20℃，工艺时间为2s；第二，刻蚀步骤的工艺参数，其工艺压强(Pressure)为50mT，激励功率(SRF)为1500W，偏压功率(BRF)为50W；刻蚀气体为SF₆，气体流量为200sccm，工艺温度为20℃，工艺时间为3s。

在实际应用中发现：在深硅刻蚀工艺中刻蚀槽的顶部开口处会产生Bowing形貌，如图1所示，并且，该Bowing形貌会随着工艺时间的增长愈发明显。

为此，目前亟需一种解决或者改善该Bowing形貌的深硅刻蚀工艺，以使刻蚀槽的侧壁平滑。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种深硅刻蚀工艺，解决刻蚀槽侧壁上形成Bowing形貌的问题，保证了刻蚀槽的侧壁平滑。

为解决本发明提供的上述技术问题，本发明提供了一种深硅刻蚀工艺，包括：S1，预刻蚀步骤，通入刻蚀气体、溴化氢和氧气进行刻蚀至预设深度，以在刻蚀槽的侧壁上形成含氧、溴和硅的聚合物；S2，刻蚀步骤，直至刻蚀深度满足要求。

具体地，所述刻蚀步骤包括：沉积子步骤；刻蚀子步骤；重复执行所述沉积子步骤和所述刻蚀子步骤直至刻蚀深度满足要求。

具体地，所述预刻蚀步骤的工艺参数包括：工艺压强的取值范围为30～50mT，激励功率的取值范围为1000～2000W，偏压功率的取值范围为50～100W；工艺温度的取值范围为10～20℃。

具体地，所述预刻蚀步骤的工艺参数还包括：工艺时间的取值范围为240～360s。

具体地，所述预刻蚀步骤，还包括：通入氦气。

具体地，所述沉积子步骤的工艺参数包括：工艺压强的取值范围为30～50mT，激励功率的取值范围为1000～2000W，偏压功率为0W；工艺温度的取值范围为10～20℃；工艺时间的取值范围为2～3s。

具体地，所述刻蚀子步骤的工艺参数包括：工艺压强的取值范围为30～50mT，激励功率的取值范围为1000～2000W，偏压功率的取值范围为50～100W；工艺温度的取值范围为10～20℃；工艺时间的取值范围为2～3s。

具体地，所述预刻蚀步骤的工艺参数包括：工艺压强为30mT，激励功率为1000W，偏压功率为50W；刻蚀气体为SF₆，气流量为100sccm；所述溴化氢的气流量为30sccm；所述氧气的气流量为50sccm；所述氦气的气流量为50sccm；工艺温度为20℃；工艺时间为240s。

具体地，所述沉积子步骤的工艺参数包括：工艺压强为50mT，激励功率为1500W，偏压功率为0W；工艺温度为20℃；工艺时间为2s；沉积气体为C₄F₈，气体流量为200sccm。

具体地，所述刻蚀子步骤的工艺参数包括：工艺压强为50mT，激励功率为2000W，偏压功率为50W；工艺温度为20℃；工艺时间为3s； 刻蚀气体为SF₆，气体流量为200sccm。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的深硅刻蚀工艺，第一，在预刻蚀步骤中采用高各向异性刻蚀的溴化氢，溴化氢并不会类似于现有技术中的刻蚀气体易在刻蚀槽顶部区域进行横向刻蚀，从而不易产生Bowing形貌；第二，在预刻蚀步骤中借助溴化氢、氧气和硅片反应可在刻蚀槽的容易形成Bowing形貌的侧壁区域上形成含氧、溴和硅的聚合物，该聚合物可以保护该侧壁区域，从而可以避免出现Bowing形貌，综上两方面也就解决现有技术中出现Bowing形貌的问题，实现刻蚀槽侧壁平滑的效果，从而给深宽比继续提升的目标奠定了基础。

附图说明

图1为Bowing形貌的电镜扫描图；

图2为本发明实施例提供的深硅刻蚀工艺的流程图；

图3a为图2中预刻蚀步骤完成之后刻蚀槽的电镜扫描图；

图3b为图3a所示的刻蚀槽的顶部的局部放大图；

图4a为该深硅刻蚀工艺结束之后刻蚀槽的电镜扫描图；以及

图4b为图4a所示的刻蚀槽的顶部的局部放大图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的深硅刻蚀工艺进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的深硅刻蚀工艺的流程图。请参阅图2，本发明实施例提供的深硅刻蚀工艺，包括：

S1，预刻蚀步骤，通入刻蚀气体、溴化氢(HBr)和氧气(O₂)进行刻蚀至预设深度，以刻蚀槽的侧壁上形成含氧、溴和硅的聚合物。

具体地，预设深度根据实际Bowing形貌出现的高度具体设置，一般预设深度应大于等于实际Bowing形貌出现的高度，以彻底避免Bowing形貌的产生；若实际Bowing形貌通常出现在0～5μm的深度位置处，则该预设深度设置为5μm，当然还可以大于5μm。

S2，刻蚀步骤，直至刻蚀深度满足要求。

在本实施例中，具体地，刻蚀步骤S2包括：

S21，沉积子步骤；

S22，刻蚀子步骤；

重复执行所述沉积子步骤和所述刻蚀子步骤直至刻蚀深度满足要求。

在此说明的是，虽然在本实施例中先执行沉积子步骤再执行刻蚀子步骤，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以先执行刻蚀子步骤再执行沉积子步骤。

本发明实施例提供的深硅刻蚀工艺，第一，在预刻蚀步骤中采用高各向异性刻蚀的溴化氢，溴化氢并不会类似于现有技术中的刻蚀气体易在刻蚀槽顶部区域进行横向刻蚀，从而不易产生Bowing形貌；第二，在预刻蚀步骤中借助溴化氢、氧气和硅片反应可在刻蚀槽的容易形成Bowing形貌的侧壁区域上形成含氧、溴和硅的聚合物，该聚合物可以保护该侧壁区域，从而可以避免出现Bowing形貌，也就解决现有技术中出现Bowing形貌的问题，实现刻蚀槽侧壁平滑的效果，从而给深宽比继续提升的目标奠定了基础。

优选地，上述预刻蚀步骤，还包括：通入氦气(He)，氦气作为良好的导热气体，可保证该步骤的刻蚀均匀性。

另外优选地，预刻蚀步骤的工艺参数包括：工艺压强的取值范围为30～50mT，激励功率的取值范围为1000～2000W，偏压功率的取值范围为50～100W；工艺温度的取值范围为10～20℃。

进一步优选地，预刻蚀步骤的工艺参数还包括：工艺时间的取值范围为240～360s。

再另外优选地，沉积子步骤的工艺参数包括：工艺压强的取值范围为30～50mT，激励功率的取值范围为1000～2000W，偏压功率为0W；工艺温度的取值范围为10～20℃；工艺时间的取值范围为2～3s。

刻蚀子步骤的工艺参数包括：工艺压强的取值范围为30～50mT，激励功率的取值范围为1000～2000W，偏压功率的取值范围为50～100W；工艺温度的取值范围为10～20℃；工艺时间的取值范围为 2～3s。

下面通过实验验证本发明提供的深硅刻蚀工艺。具体地，预刻蚀步骤的工艺参数包括：工艺压强为30mT，激励功率为1000W，偏压功率为50W；刻蚀气体为SF₆，气流量为100sccm；溴化氢的气流量为30sccm；氧气的气流量为50sccm；氦气的气流量为50sccm；工艺温度为20℃；工艺时间为240s。

在该预刻蚀步骤执行完之后，刻蚀槽的形貌如图3a所示，图3b为图3a所示的刻蚀槽的顶部的局部放大图，从图中可以看出：该刻蚀槽侧壁上并未形成Bowing形貌，刻蚀深度约为5μm。

上述刻蚀步骤中：沉积子步骤的工艺参数包括：工艺压强为50mT，激励功率为1500W，偏压功率为0W；工艺温度为20℃；工艺时间为2s；沉积气体为C₄F₈，气体流量为200sccm。

刻蚀子步骤的工艺参数包括：工艺压强为50mT，激励功率为2000W，偏压功率为50W；工艺温度为20℃；工艺时间为3s；刻蚀气体为SF₆，气体流量为200sccm。

并且，循环执行沉积子步骤和刻蚀子步骤的次数为200次。

在图3a所示的硅片上，继续执行刻蚀步骤，完成之后刻蚀槽的形貌如图4a所示，总刻蚀深度约80μm，其中，刻蚀步骤的刻蚀深度约为75μm，图4b为图4a所示的刻蚀槽的顶部的局部放大图，从图4b中可以直接看出：刻蚀槽侧壁的顶部区域并未出现Bowing形貌。

综上，通过实验可以验证本发明实施例提供的深硅刻蚀工艺可以解决现有技术中出现Bowing形貌的问题，实现刻蚀槽侧壁平滑的效果，从而给深宽比继续提升的目标奠定了基础。

需要说明得是，在本实施例中虽然刻蚀步骤包括重复执行的沉积子步骤和刻蚀子步骤；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，只要实现在任何实现深硅刻蚀的刻蚀步骤之前增设本发明上述预刻蚀步骤均属于本发明的保护范围。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出 各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。