基片刻蚀方法
【专利摘要】本发明提供一种基片刻蚀方法，其包括以下步骤：沉积作业，用以在硅槽侧壁上沉积聚合物；刻蚀作业，用以对所述硅槽侧壁进行刻蚀；重复所述沉积作业和刻蚀作业至少两次；其中，在完成所述刻蚀作业的所有循环次数的过程中，反应腔室的腔室压力按预设规则由预设的最高压力值降低至最低压力值。本发明提供的基片刻蚀方法能够避免产生侧壁伤害的问题，从而可以使侧壁形貌光滑。
【专利说明】基片刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子【技术领域】，特别涉及一种基片刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]随着MEMS器件和MEMS系统被越来越广泛地应用于汽车和消费电子领域，以及TSV通孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景,干法等离子体深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。
[0003]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I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。
[0004]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:整个刻蚀过程为一个循环单元的多次重复，该循环单元包括刻蚀作业和沉积作业，即整个刻蚀过程是刻蚀作业与沉积作业的交替循环。其中刻蚀作业所采用的工艺气体为SF6,而且，在进行刻蚀作业的过程中，为了能够产生更多的活性自由基，以提高该工艺气体刻蚀硅基底的刻蚀速率，通常需要在进行刻蚀作业的过程中始终保持较高的腔室压力，然而，这会产生这样的问题，即:在较高的腔室压力下，刻蚀后产生的反应生成物不易从硅槽中排出，导致积压在硅槽中的反应生成物损伤硅槽的侧壁，从而使硅槽的侧壁形貌粗糙，进而使刻蚀方法的工艺结果不理想。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种基片刻蚀方法，其能够避免产生侧壁伤害的问题，从而可以使侧壁形貌光滑。
[0006]为实现本发明的目的而提供一种基片刻蚀方法，包括以下步骤:
[0007]沉积作业，用以在硅槽侧壁上沉积聚合物；
[0008]刻蚀作业，用以对所述硅槽侧壁进行刻蚀；
[0009]重复所述沉积作业和刻蚀作业至少两次；
[0010]并且，在完成所述刻蚀作业的所有循环次数的过程中，反应腔室的腔室压力按预设规则由预设的最高压力值降低至最低压力值。
[0011]其中，降低腔室压力的所述预设规则包括以下步骤:
[0012]在自第一次所述刻蚀作业开始的预定时间之内，所述腔室压力在进行刻蚀作业时保持所述的最高压力值不变；
[0013]在经过所述预定时间之后，所述腔室压力在完成后续的刻蚀作业的循环次数的过程中按函数关系自所述最高压力值降低至所述最低压力值。
[0014]其中，在经过所述预定时间之后，每次刻蚀作业所对应的腔室压力保持不变，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力按函数关系有所降低。[0015]其中，在经过所述预定时间之后，每次刻蚀作业所对应的腔室压力按函数关系逐渐降低，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力降低。
[0016]其中，降低腔室压力的所述预设规则包括以下步骤:在完成刻蚀作业的所有循环次数的过程中，所述腔室压力按预设的函数关系逐渐降低。
[0017]其中，所述函数关系包括线性、分段、指数或多项式。
[0018]其中，所述预定时间的范围在0.5?20s ;所述最高压力值的范围在20mT?200mT ;并且激励功率的范围在50?3000W ;偏压功率的范围在O?100W ;刻蚀气体的流量范围在50?lOOOsccm。
[0019]其中，所述预定时间的范围在I?IOs ;所述最高压力值的范围在40mT?120mT ；并且激励功率的范围在500?2000W ;偏压功率的范围在10?40W ;刻蚀气体的流量范围在200 ?700sccm。
[0020]其中，在经过所述预定时间之后，完成刻蚀作业的循环次数的时间范围在0.1?IOOs ;所述压力最低值为的范围在I?40mT ;并且激励功率的范围在50?3000W ;偏压功率的范围在O?IOOW ;所述刻蚀气体的流量范围在50?lOOOsccm。
[0021]本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明提供的基片刻蚀方法，其通过在完成刻蚀作业的所有循环次数的过程中，使反应腔室的腔室压力按预设规则由预设的最高压力值降低至最低压力值，可以使刻蚀后产生的反应生成物因腔室压力的降低而从硅槽中排出，从而可以避免出现硅槽侧壁出现损伤的问题，进而可以提高硅槽侧壁形貌的光滑性，提高工艺质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1本发明提供的基片刻蚀方法的流程图；
[0024]图2a为本发明第一实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图；
[0025]图2b为本发明第一实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图；
[0026]图2c为本发明第一实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图；
[0027]图3a为采用现有的基片刻蚀方法获得的硅槽侧壁形貌的扫描电镜图；
[0028]图3b为采用本发明提供的基片刻蚀方法获得的硅槽侧壁形貌的扫描电镜图；
[0029]图4a为本发明第二实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图；
[0030]图4b为本发明第二实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图；以及
[0031]图4c为本发明第二实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图。【具体实施方式】
[0032]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的基片刻蚀方法及基片处理设备进行详细描述。
[0033]根据本发明的实施例，沉积作业用于在硅槽侧壁上沉积聚合物；刻蚀作业用于对所述硅槽侧壁进行刻蚀；而且，在整个刻蚀工艺过程中，沉积作业和刻蚀作业交替循环至少两次。在实际应用中，可以先进行沉积作业，后进行刻蚀作业；或者，也可以先进行刻蚀作业，后进行沉积作业，二者的先后顺序可以根据具体情况设定。[0034]下面针对本发明提供的基片刻蚀方法进行详细的描述。具体地，图1为本发明提供的基片刻蚀方法的流程图。请参阅图1，该方法包括以下步骤:
[0035]步骤SI，将待处理的硅晶片等基片放入反应腔室。
[0036]步骤S2，进行沉积作业，该沉积作业的具体流程至少包括以下步骤:向反应腔室内输入沉积气体；开启激励电源(例如射频电源)，以在反应腔室内产生等离子体；开启偏压电源，以向待处理基片施加偏压功率。该沉积气体可以为C4F8或C2F4。
[0037]步骤S3，进行刻蚀作业，该刻蚀作业的具体流程至少包括以下步骤:停止向反应腔室内输入沉积气体，同时向反应腔室内输入刻蚀气体；开启激励电源(例如射频电源)，以在反应腔室内产生等离子体；开启偏压电源以向待处理基片施加偏压功率。该刻蚀气体可以为sf6。
[0038]步骤S4，重复上述步骤S2-S3，直至完成基片的刻蚀。
[0039]而且，在完成步骤S3的所有循环次数的过程中，反应腔室的腔室压力按预设规则由预设的最高压力值降低至最低压力值。此外，上述步骤S2和S3的先后顺序也可以调换，即:也可以先进行刻蚀作业，后进行沉积作业。
[0040]下面对降低腔室压力的几种预设规则进行详细地描述。具体地，图2a为本发明第一实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图。请参阅图2a，图2a中横坐标为刻蚀作业(即，上述步骤S3)的循环次数N，且N为大于O的整数；纵坐标为腔室压力值P(单位为mT，毫托)。在本实施例中，降低腔室压力的预设规则包括以下步骤:
[0041]步骤S30，在自第一次刻蚀作业开始的预定时间T之内，腔室压力保持最高压力值Pmax不变。
[0042]步骤S31，在经过预定时间T之后，腔室压力在完成后续的刻蚀作业的循环次数的过程中按线性的函数关系自最高压力值Pmax降低至最低压力值Pmin。最高压力值Pmax和最低压力值Pmin可以根据具体情况自由设定。
[0043]在步骤S31中，每次刻蚀作业所对应的腔室压力按线性关系逐渐降低，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力按线性关系有所降低。
[0044]需要说明的是，如图2b所示，在步骤S31中，每次刻蚀作业所对应的腔室压力也可以按分段函数的关系有所降低，而且，本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力也可以按分段函数的关系有所降低。当然，在实际应用中，还可以采用诸如指数或多项式等其他任意函数关系，其可以根据具体情况设定。
[0045]此外，如图2c所示，在步骤S31中，还可以使每次刻蚀作业所对应的腔室压力保持不变，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力按线性函数或分段函数等的关系有所降低。
[0046]为了验证本实施例提供的刻蚀基片方法是否能够改善硅槽的侧壁形貌的光滑性，下面针对本实施例提供的刻蚀基片方法和现有技术中采用保持高腔室压力不变的刻蚀基片方法分别进行基片刻蚀实验，在该基片刻蚀实验中，本实施例和现有技术所使用的基片处理设备除腔室压力不同之外，其余规格和参数均大致相同。
[0047]具体地，如图3a和图3b所示，分别为采用现有的基片刻蚀方法获得的硅槽侧壁形貌的扫描电镜图和采用本发明提供的基片刻蚀方法获得的硅槽侧壁形貌的扫描电镜图。比较图3a和图3b可以看出，在现有技术中，由于在进行刻蚀作业的过程中始终保持较高的腔室压力，因而刻蚀后产生的反应生成物不易从硅槽中排出，导致积压在硅槽中的反应生成物损伤硅槽的侧壁，从而使硅槽的侧壁形貌粗糙，进而使刻蚀方法的工艺结果不理想。与之相比，在本实施例提供的基片刻蚀方法，其通过在完成刻蚀作业的所有循环次数的过程中，使反应腔室的腔室压力按预设规则由预设的最高压力值降低至最低压力值，可以使刻蚀后产生的反应生成物因腔室压力的降低而从硅槽中排出，从而可以避免出现硅槽侧壁出现损伤的问题，进而可以提高硅槽侧壁形貌的光滑性，提高工艺质量。
[0048]图4a为本发明第二实施例提供的基片刻蚀方法的腔室压力降低规则的坐标图。请参阅图4a，图4a中横坐标为刻蚀作业(即，上述步骤S3)的循环次数N，且N为大于O的整数；纵坐标为腔室压力值P(单位为mT，毫托)。在本实施例中，降低腔室压力的预设规则包括以下步骤:
[0049]在完成刻蚀作业的所有循环次数的过程中，腔室压力P按线性关系逐渐降低。
[0050]需要说明的是，虽然在本实施例中，上述函数关系为线性函数，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以采用以下两种函数关系，即:第一种函数关系为:如图4b所示，每次刻蚀作业所对应的腔室压力保持不变，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力按分段函数的关系有所降低；第二种函数关系为:如图4c所示，每次刻蚀作业所对应的腔室压力按线性关系有所降低，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力按分段函数的关系有所降低。
[0051]优选地，预定时间T的范围可以在0.5?20s ;最高压力值的范围可以在20mT?200mT ;并且激励功率的范围可以在50?3000W ;偏压功率的范围可以在O?100W ;刻蚀气体的流量范围可以在50?lOOOsccm。
[0052]更优选地，预定时间T的范围在I?IOs ;最高压力值的范围在40mT?120mT ;并且激励功率的范围可以在500?2000W ;偏压功率的范围可以在10?40W ;刻蚀气体的流量范围在200?700SCCm。另外，经过预定时间T之后，完成后续的刻蚀作业的循环次数的时间可以在0.1-1OOs ;压力最低值的范围可以在I?40mT ;并且激励功率的范围在50?3000W ;偏压功率的范围在O?100W ;刻蚀气体的流量范围在50?lOOOsccm。
[0053]综上所述，本实施例提供的基片刻蚀方法，其通过在完成刻蚀作业的所有循环次数的过程中，使反应腔室的腔室压力按预设规则由预设的最高压力值降低至最低压力值，可以使刻蚀后产生的反应生成物因腔室压力的降低而从硅槽中排出，从而可以避免出现硅槽侧壁出现损伤的问题，进而可以提高硅槽侧壁形貌的光滑性，提高工艺质量。
[0054]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。
【权利要求】
1.一种基片刻蚀方法，包括以下步骤: 沉积作业，用以在硅槽侧壁上沉积聚合物； 刻蚀作业，用以对所述硅槽侧壁进行刻蚀； 重复所述沉积作业和刻蚀作业至少两次； 其特征在于，在完成所述刻蚀作业的所有循环次数的过程中，反应腔室的腔室压力按预设规则由预设的最高压力值降低至最低压力值。
2.如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，降低腔室压力的所述预设规则包括以下步骤: 在自第一次所述刻蚀作业开始的预定时间之内，所述腔室压力在进行刻蚀作业时保持所述的最高压力值不变； 在经过所述预定时间之后，所述腔室压力在完成后续的刻蚀作业的循环次数的过程中按函数关系自所述最高压力值降低至所述最低压力值。
3.如权利要求2所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在经过所述预定时间之后，每次刻蚀作业所对应的腔室压力保持不变，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力按函数关系有所降低。
4.如权利要求2所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在经过所述预定时间之后，每次刻蚀作业所对应的腔室压力按函数关系逐渐降低，且本次刻蚀作业所对应的腔室压力比前一次刻蚀作业所对应的腔室压力降低。
5.如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，降低腔室压力的所述预设规则包括以下步骤:在完成刻蚀作业的所有循环次数的过程中，所述腔室压力按预设的函数关系逐渐降低。
6.如权利要求2-5所述的基片刻蚀方法，其特征在于，所述函数关系包括线性、分段、指数或多项式。
7.如权利要求2-5所述的基片刻蚀方法，其特征在于，所述预定时间的范围在0.5?20s ;所述最高压力值的范围在20mT?200mT ;并且 激励功率的范围在50?3000W ;偏压功率的范围在O?100W ;刻蚀气体的流量范围在50 ?lOOOsccm。
8.如权利要求2-5所述的基片刻蚀方法，其特征在于，所述预定时间的范围在I?IOs ;所述最高压力值的范围在40mT?120mT ;并且 激励功率的范围在500?2000W ;偏压功率的范围在10?40W ;刻蚀气体的流量范围在200 ?700sccmo
9.如权利要求8所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在经过所述预定时间之后，完成刻蚀作业的循环次数的时间范围在0.1?IOOs ;所述压力最低值为的范围在I?40mT ;并且 激励功率的范围在50?3000W ;偏压功率的范围在O?100W ;所述刻蚀气体的流量范围在 50 ?lOOOsccm。
【文档编号】B81C1/00GK103832965SQ201210482401
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】蒋中伟 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司