硅深刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种硅深刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]随着MEMS (现代微机电系统，Micro Electro Mechanical System)器件和 MEMS系统被越来越广泛的应用于汽车和消费电子领域，同时由于TSV (硅通孔刻蚀，ThroughSilicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景,干法等离子体娃刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中最炙手可热的工艺之一。硅的深槽刻蚀是一种常见的刻蚀工艺，根据不同的应用，对干法刻蚀形貌存在不同的要求，以满足后续其他工艺要求。
[0003]目前，常用的硅深刻蚀工艺之一为单步刻蚀，通过调节BRF(射频偏压，Bias Rad1Frequency)获得不同的娃槽的侧壁形貌,采用较高的BRF可以获得较直的娃槽的侧壁形貌，采用较低的BRF可以获得较倾斜的硅槽的侧壁形貌，但该技术不能有效控制硅槽的顶部开口的形貌，并且硅槽的底部⑶(工艺线宽，Critical Dimens1n)收缩严重，随着刻蚀时间的延长，刻蚀终止。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要针对无法控制硅槽的顶部开口形貌的问题，提供一种硅深刻蚀方法。
[0005]一种硅深刻蚀方法，包括以下步骤:
[0006]S100，采用各向同性刻蚀硅片，控制硅槽的顶部开口为预设的刻蚀形貌；
[0007]S200，通过聚合物沉积，在所述硅槽的内壁形成聚合物保护层；
[0008]S300，采用各向异性刻蚀所述硅槽的底部的聚合物保护层，将所述硅槽的底部的聚合物保护层刻蚀干净；
[0009]S400，采用各向异性刻蚀所述硅槽的底部，直至所述硅槽的深度为所需深度。
[0010]其中，所述步骤S100中，采用的刻蚀气体为含F较多的气体；
[0011]其中，所述采用各向同性刻蚀硅片时的上电极功率为300— 5000W，下电极功率为O—50ffo
[0012]其中，所述步骤S100还包括通入氧气的步骤，以及通入Ar、N2、He中的一种或几种气体作为载气的步骤；其中，所述氧气的流量比值小于或等于20%。
[0013]其中，所述步骤S200中，采用CxFy气体进行所述聚合物沉积；
[0014]其中，所述聚合物沉积的上电极功率为300— 500W，下电极功率为O — 50W。
[0015]其中，所述步骤S300中，采用CFX、CHxFy, Cl2, HBr, SF6中的一种或几种进行刻蚀；
[0016]其中，所述采用各向异性刻蚀所述硅槽的底部的聚合物保护层时的上电极功率为300— 5000W，下电极功率为10— 200W。
[0017]其中，所述步骤S300中，还包括通入Ar、N2、He、或O2中的一种或几种作为载气的步骤。
[0018]其中，所述步骤S400中，采用SF6和O2的混合气体，或NF3和O2的混合气体进行刻蚀；
[0019]其中，所述采用各向异性刻蚀所述硅槽的底部时的上电极功率为300— 5000W，下电极功率为10— 200W。
[0020]其中，所述步骤S400中，还包括通入HBrXl2作为辅助刻蚀气体的步骤，以及通入Ar、N2、He中的一种或几种气体作为载气的步骤。
[0021]其中，包括如下步骤:
[0022]S100’，采用各向同性刻蚀硅片；所采用的刻蚀气体为SF6，压力设置为50mT，上电极功率为2500W，下电极功率为0W，SF6气体流量设置为200SCCm，刻蚀时间为Imin ；
[0023]S200’，通过聚合物沉积，在硅槽的内壁形成聚合物保护层；采用C4F8气体进行所述聚合物沉积，压力设置为50mT，上电极功率为2000W，下电极功率为10W，C4F8气体流量为150sccm,沉积时间为30s ；
[0024]S300’，采用各向异性刻蚀所述硅槽的底部的聚合物保护层；采用的刻蚀气体为CF4，压力设置为10mT，上电极功率为800W，下电极功率为100W，CF4气体流量为lOOsccm，刻蚀时间为30s ；
[0025]S400’，采用各向异性刻蚀所述硅槽的底部，直至所述硅槽的深度为所需深度为止；所采用的刻蚀气体为SF6和O2的混合气体，压力设置为35mT，上电极功率为800W，下电极功率为80W，其中，SF6气体流量为lOOsccm，O2气体流量为60sccm，刻蚀时间为5min。
[0026]本发明提供的一种硅深刻蚀方法，在对硅片进行刻蚀过程中，首先通过各向同性刻蚀硅片，控制硅槽的顶部开口为预设的刻蚀形貌，然后通过增加聚合物沉积，在硅槽的内壁形成聚合物保护层的工艺，在对硅槽的底部的聚合物保护层进行刻蚀过程中，有选择的保护了硅槽的顶部开口形貌，最终在对硅片刻蚀后，获得了圆滑的顶部，陡直的侧壁，以及顶部和底部光滑的硅槽形貌，有效地解决了无法得到更为圆滑的硅槽的顶部开口形貌的问题。
【附图说明】
[0027]图1为硅深刻蚀方法流程图；
[0028]图2为硅深刻蚀方法一具体实施例待刻蚀硅片剖面示意图；
[0029]图3为硅深刻蚀方法一具体实施例采用各向同性刻蚀硅片后，形成的半圆形硅槽的顶部开口的硅片剖面示意图；
[0030]图4为硅深刻蚀方法一具体实施例通过聚合物沉积，在硅槽的内壁形成聚合物保护层后的硅片剖面示意图；
[0031]图5为硅深刻蚀方法一具体实施例采用各向异性刻蚀硅槽的底部的聚合物保护层后的硅片剖面示意图；
[0032]图6为娃深刻蚀方法一具体实施例米用各向异性刻蚀娃槽的底部后的娃片剖面示意图；
[0033]图7为硅深刻蚀方法一具体实施例得到的硅片扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0035]参见图1至图7，一种硅深刻蚀方法，包括以下步骤:
[0036]S100，采用各向同性刻蚀硅片200，控制硅槽320的顶部开口为预设的刻蚀形貌；
[0037]S200，通过聚合物沉积，在硅槽320的内壁形成聚合物保护层421 ；
[0038]S300，采用各向异性刻蚀硅槽320的底部522的聚合物保护层421，将硅槽320的底部522的聚合物保护层421刻蚀干净；
[0039]S400，采用各向异性刻蚀硅槽320的底部522，直至硅槽320的深度为所需深度。
[0040]本发明提供的一种硅深刻蚀方法，通过增加聚合物沉积，在硅槽320的内壁形成聚合物保护层421的工艺，在对硅槽320的底部522的聚合物保护层421进行刻蚀过程中，有选择的保护了硅槽320的顶部开口形貌，最终在对硅片200刻蚀后，获得了圆滑的顶部，陡直的中部，以及顶部和底部光滑的硅槽320形貌，有效地解决了无法得到更为圆滑的硅槽320的顶部形貌的问题。
[0041]作为一种可实施方式，步骤SlOO中，采用的刻蚀气体为含F较多的气体；
[0042]其中，采用各向同性刻蚀硅片200时的上电极功率为300— 5000W，下电极功率为O—50ffo
[0043]含F较多的气体如卻6、即3等，优选为SF6,同时，高的上电极功率使得刻蚀速率较快，而下电极功率则可以根据所需要的硅槽320的顶部开口形貌进行选择，较低的下电极功率有利于各向同性刻蚀中，硅槽320的顶部开口形貌更为圆滑。
[0044]较优的，作为一种可实施方式，步骤SlOO还包括通入氧气的步骤，以及通入Ar、N2、He中的一种或几种气体作为载气的步骤；其中，氧气的流量比值小于或等于20%。通过在对硅片200进行各向同性刻蚀过程中，通入少量氧气，可以增加SF6、NF3等刻蚀气体中F的解离程度，从而提高各向同性刻蚀速率；值的说明的是，通入氧气的流量在工艺过程中通入的所有气体中所占的比例小于或等于20%即可。
[0045]作为一种可实施方式，步骤S200中，采用CxFy气体进行聚合物沉积；
[0046]其中，聚合物沉积的上电极功率为300— 500W，下电极功率为O — 50W。
[0047]值的说明的是，CxFy气体中X小于y，如C4F8、C5F8等，C/F比值越高，聚合物沉积效果越明显；并且，聚合物沉积时间根据硅槽320的刻蚀深度决定，硅槽320的刻蚀深度越深，聚合