CN114477077B - 一种硅的深槽刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅的深槽刻蚀方法，涉及半导体技术领域。本发明包括以下步骤：S1：预热；S2：调整外部因素；S3：沉积；S4：刻蚀；S5：侧壁改善，然后通过第二沉积气体在刻蚀界面的侧壁形成第二保护层，附着在第一保护层的表面；S6：交替循环执行S3、S4、S5直到刻蚀达到预定的深度，且在交替循环过程中，第一沉积气体和第二沉积气体的各组分的混合量均随刻蚀深度的变化而动态调整；S7：结束刻蚀。本发明方法能应用于超高深宽比沟槽结构的刻蚀，通过将一个刻蚀循环分解为沉积、刻蚀以及侧壁改善三个子过程，双重侧壁沉积可大大改善侧壁的形貌，解决了现有的深槽刻蚀方法加工效率低下，且侧壁形貌不够理想的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种硅的深槽刻蚀方法。
背景技术
近年来，随着微电子技术的发展，MEMS受到各发达国家政府和科学家的高度重视，而深硅刻蚀技术作为实现MEMS的关键，越来越受到广泛关注，随着MEMS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，以及TSV通孔刻蚀技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中的主流工艺之一。
目前，主要采用Bosch工艺进行深硅刻蚀，具体地，采用Bosch工艺进行深硅刻蚀的过程为刻蚀步骤与沉积步骤交替循环进行的过程，其中，沉积步骤的作用在于在沟槽的侧壁沉积一层聚合物作为保护层来保护侧壁不受侵蚀，但现有的深槽刻蚀方法在实际使用中仍存在以下弊端：
1.现有的深槽刻蚀方法刻蚀的精确度不够高，刻蚀速率低下且侧壁形貌有待改善；
2.现有的深槽刻蚀方法的沉积层与硅材的接触紧密性不够，刻蚀出的深槽质量较差。
因此，现有的深槽刻蚀方法，无法满足实际使用中的需求，所以市面上迫切需要能改进的技术，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅的深槽刻蚀方法，本发明方法能应用于超高深宽比沟槽结构的刻蚀，通过将一个刻蚀循环分解为沉积、刻蚀以及侧壁改善三个子过程，双重侧壁沉积可大大改善侧壁的形貌，解决了现有的深槽刻蚀方法加工效率低下，且侧壁形貌不够理想的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种硅的深槽刻蚀方法，包括以下步骤：
S1：预热，对硅材以及第一沉积气体、第二沉积气体、刻蚀气体均预热至25～30℃；
S2：调整外部因素，控制外部刻蚀环境温度至25～30℃，外部环境湿度至40％～70％；
S3：沉积，通过第一沉积气体生成第一保护层以对刻蚀侧壁进行保护；
S4：刻蚀，通过刻蚀气体对刻蚀底部和刻蚀侧壁进行刻蚀；
S5：侧壁改善，提供第二沉积气体，并通过超声设备对第二沉积气体进行空化作用，然后通过第二沉积气体在刻蚀界面的侧壁形成第二保护层，附着在第一保护层的表面；
S6：交替循环执行S3、S4、S5直到刻蚀达到预定的深度，且在交替循环过程中，第一沉积气体和第二沉积气体的各组分的混合量均随刻蚀深度的变化而动态调整；
S7：结束刻蚀。
进一步地，所述第一沉积气体设置为SiF4和O2的混合物。
进一步地，所述第二沉积气体设置为C4F8和O2的混合物。
进一步地，所述刻蚀气体设置为SF6。
进一步地，所述第一沉积气体的流量为300sccm～350sccm，上射频功率为1200W～1400W，下射频功率为0W，工艺气压为80mT～120mT，沉积温度为15℃～20℃，沉积时间为4s。
进一步地，所述刻蚀气体的流量为300sccm～500sccm，上射频功率为1800W～2200W，下射频功率为30W～60W，下射频频率为1000Hz，下射频占空比为30％，工艺气压为50mT～80mT，刻蚀温度为15℃～20℃，刻蚀时间为3s。
进一步地，所述第二沉积气体的流量为100sccm～150sccm，上射频功率为600W～800W，下射频功率为0W，工艺气压为40mT～80mT，沉积温度为15℃～20℃，沉积时间为1s。
进一步地，所述侧壁改善步骤中，超声设备的功率设置为2.5KW，频率设置为35KHZ。
进一步地，所述S6交替循环执行过程中，第一沉积气体动态调整的第一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为3：7，最后一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为5：5，第N个沉积步骤的SiF4与O2的比例动态均匀改变。
进一步地，所述S6交替循环执行过程中，第二沉积气体动态调整的第一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为4：6，最后一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为7：3，第N个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例动态均匀改变。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明方法能应用于超高深宽比沟槽结构的刻蚀，本发明通过将一个刻蚀循环分解为沉积、刻蚀以及侧壁改善三个子过程，双重侧壁沉积可大大改善侧壁的形貌，且在侧壁改善过程中采用超声设备对第二沉积气体进行空化作用，增加第二沉积气体的活跃度，使其更加分散，加强等离子体垂直轰击能力，从而改善深槽侧壁的沉积情况，沉积的均匀性更好。
2、本发明通过对硅材以及第一沉积气体、第二沉积气体、刻蚀气体均预热，通过改善外部环境因素，优化工艺参数，可大大提高刻蚀速率，改善刻蚀形貌，且反应气体的配比基于深度值的变化而动态变化，使得反应气体能与基材充分接触。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
请参阅图1所示，本发明为一种硅的深槽刻蚀方法，包括以下步骤：
S1：预热，对硅材以及第一沉积气体、第二沉积气体、刻蚀气体均预热至25℃，其中，第一沉积气体设置为SiF4和O2的混合物，第二沉积气体设置为C4F8和O2的混合物，刻蚀气体设置为SF6；
S2：调整外部因素，控制外部刻蚀环境温度至25℃，外部环境湿度至40％；
S3：沉积，通过第一沉积气体生成第一保护层以对刻蚀侧壁进行保护，第一沉积气体的流量为300sccm，上射频功率为1200W，下射频功率为0W，工艺气压为80mT，沉积温度为15℃，沉积时间为4s；
S4：刻蚀，通过刻蚀气体对刻蚀底部和刻蚀侧壁进行刻蚀，刻蚀气体的流量为300sccm，上射频功率为1800W，下射频功率为30W，下射频频率为1000Hz，下射频占空比为30％，工艺气压为50mT，刻蚀温度为15℃，刻蚀时间为3s；
S5：侧壁改善，提供第二沉积气体，并通过超声设备对第二沉积气体进行空化作用，超声设备的功率设置为2.5KW，频率设置为35KHZ，然后通过第二沉积气体在刻蚀界面的侧壁形成第二保护层，附着在第一保护层的表面，第二沉积气体的流量为100sccm，上射频功率为600W，下射频功率为0W，工艺气压为40mT，沉积温度为15℃，沉积时间为1s；
S6：交替循环执行S3、S4、S5直到刻蚀达到预定的深度，且在交替循环过程中，第一沉积气体和第二沉积气体的各组分的混合量均随刻蚀深度的变化而动态调整，其中，第一沉积气体动态调整的第一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为3：7，最后一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为5：5，第N个沉积步骤的SiF4与O2的比例动态均匀改变，第二沉积气体动态调整的第一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为4：6，最后一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为7：3，第N个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例动态均匀改变，具体的，要刻蚀的深槽需要分五段进行刻蚀，则第一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为3：7，第二个沉积步骤的SiF4与O2的比例为3.5：6.5，第三个沉积步骤的SiF4与O2的比例为4：6，第四个沉积步骤的SiF4与O2的比例为4.5：5.5，最后一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为5：5，第一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为4：6，第二个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为4.75：5.25，第三个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为5.5：4.5，第四个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为6.25：3.75，最后一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为7：3；
S7：结束刻蚀。
实施例二
请参阅图1所示，本发明为一种硅的深槽刻蚀方法，包括以下步骤：
S1：预热，对硅材以及第一沉积气体、第二沉积气体、刻蚀气体均预热至30℃，其中，第一沉积气体设置为SiF4和O2的混合物，第二沉积气体设置为C4F8和O2的混合物，刻蚀气体设置为SF6；
S2：调整外部因素，控制外部刻蚀环境温度至30℃，外部环境湿度至70％；
S3：沉积，通过第一沉积气体生成第一保护层以对刻蚀侧壁进行保护，第一沉积气体的流量为350sccm，上射频功率为1400W，下射频功率为0W，工艺气压为120mT，沉积温度为20℃，沉积时间为4s；
S4：刻蚀，通过刻蚀气体对刻蚀底部和刻蚀侧壁进行刻蚀，刻蚀气体的流量为500sccm，上射频功率为2200W，下射频功率为60W，下射频频率为1000Hz，下射频占空比为30％，工艺气压为80mT，刻蚀温度为20℃，刻蚀时间为3s；
S5：侧壁改善，提供第二沉积气体，并通过超声设备对第二沉积气体进行空化作用，超声设备的功率设置为2.5KW，频率设置为35KHZ，然后通过第二沉积气体在刻蚀界面的侧壁形成第二保护层，附着在第一保护层的表面，第二沉积气体的流量为150sccm，上射频功率为800W，下射频功率为0W，工艺气压为80mT，沉积温度为20℃，沉积时间为1s；
S6：交替循环执行S3、S4、S5直到刻蚀达到预定的深度，且在交替循环过程中，第一沉积气体和第二沉积气体的各组分的混合量均随刻蚀深度的变化而动态调整，其中，第一沉积气体动态调整的第一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为3：7，最后一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为5：5，第N个沉积步骤的SiF4与O2的比例动态均匀改变，第二沉积气体动态调整的第一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为4：6，最后一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为7：3，第N个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例动态均匀改变；
S7：结束刻蚀。
实施例三
请参阅图1所示，本发明为一种硅的深槽刻蚀方法，包括以下步骤：
S1：预热，对硅材以及第一沉积气体、第二沉积气体、刻蚀气体均预热至23℃，其中，第一沉积气体设置为SiF4和O2的混合物，第二沉积气体设置为C4F8和O2的混合物，刻蚀气体设置为SF6；
S2：调整外部因素，控制外部刻蚀环境温度至23℃，外部环境湿度至60％；
S3：沉积，通过第一沉积气体生成第一保护层以对刻蚀侧壁进行保护，第一沉积气体的流量为330sccm，上射频功率为1300W，下射频功率为0W，工艺气压为100mT，沉积温度为18℃，沉积时间为4s；
S4：刻蚀，通过刻蚀气体对刻蚀底部和刻蚀侧壁进行刻蚀，刻蚀气体的流量为400sccm，上射频功率为2000W，下射频功率为50W，下射频频率为1000Hz，下射频占空比为30％，工艺气压为60mT，刻蚀温度为18℃，刻蚀时间为3s；
S5：侧壁改善，提供第二沉积气体，并通过超声设备对第二沉积气体进行空化作用，超声设备的功率设置为2.5KW，频率设置为35KHZ，然后通过第二沉积气体在刻蚀界面的侧壁形成第二保护层，附着在第一保护层的表面，第二沉积气体的流量为130sccm，上射频功率为700W，下射频功率为0W，工艺气压为60mT，沉积温度为17℃，沉积时间为1s；
S6：交替循环执行S3、S4、S5直到刻蚀达到预定的深度，且在交替循环过程中，第一沉积气体和第二沉积气体的各组分的混合量均随刻蚀深度的变化而动态调整，其中，第一沉积气体动态调整的第一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为3：7，最后一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为5：5，第N个沉积步骤的SiF4与O2的比例动态均匀改变，第二沉积气体动态调整的第一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为4：6，最后一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为7：3，第N个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例动态均匀改变；
S7：结束刻蚀。
以上仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，任何对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，对其中部分技术特征进行等同替换，所作的任何修改、等同替换、改进，均属于在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：预热，对硅材以及第一沉积气体、第二沉积气体、刻蚀气体均预热至25～30℃；
S2：调整外部因素，控制外部刻蚀环境温度至25～30℃，外部环境湿度至40％～70％；
S3：沉积，通过第一沉积气体生成第一保护层以对刻蚀侧壁进行保护；
S4：刻蚀，通过刻蚀气体对刻蚀底部和刻蚀侧壁进行刻蚀；
S5：侧壁改善，提供第二沉积气体，并通过超声设备对第二沉积气体进行空化作用，然后通过第二沉积气体在刻蚀界面的侧壁形成第二保护层，附着在第一保护层的表面；
S6：交替循环执行S3、S4、S5直到刻蚀达到预定的深度，且在交替循环过程中，第一沉积气体和第二沉积气体的各组分的混合量均随刻蚀深度的变化而动态调整；
S7：结束刻蚀。
2.根据权利要求1所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述第一沉积气体设置为SiF4和O2的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述第二沉积气体设置为C4F8和O2的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体设置为SF6。
5.根据权利要求1所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述第一沉积气体的流量为300sccm～350sccm，上射频功率为1200W～1400W，下射频功率为0W，工艺气压为80mT～120mT，沉积温度为15℃～20℃，沉积时间为4s。
6.根据权利要求1所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体的流量为300sccm～500sccm，上射频功率为1800W～2200W，下射频功率为30W～60W，下射频频率为1000Hz，下射频占空比为30％，工艺气压为50mT～80mT，刻蚀温度为15℃～20℃，刻蚀时间为3s。
7.根据权利要求1所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述第二沉积气体的流量为100sccm～150sccm，上射频功率为600W～800W，下射频功率为0W，工艺气压为40mT～80mT，沉积温度为15℃～20℃，沉积时间为1s。
8.根据权利要求1所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述侧壁改善步骤中，超声设备的功率设置为2.5KW，频率设置为35KHZ。
9.根据权利要求2所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述S6交替循环执行过程中，第一沉积气体动态调整的第一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为3：7，最后一个沉积步骤的SiF4与O2的比例为5：5，第N个沉积步骤的SiF4与O2的比例动态均匀改变。
10.根据权利要求3所述的一种硅的深槽刻蚀方法，其特征在于，所述S6交替循环执行过程中，第二沉积气体动态调整的第一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为4：6，最后一个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例为7：3，第N个侧壁改善步骤的C4F8与O2的比例动态均匀改变。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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