斜孔刻蚀方法技术

本发明专利技术涉及一种斜孔刻蚀方法，包括以下步骤：采用各向异性的单步刻蚀对晶圆进行刻蚀直至达到斜孔所需的刻蚀深度；去除晶圆表面的掩膜；采用各向同性的单步刻蚀对斜孔的侧壁进行刻蚀，直至达到斜孔所需的侧壁角度；从而在避免斜孔顶部形成碗状(bowing)形貌的同时，实现斜孔较高的刻蚀深宽比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体加工领域，特别是涉及一种干法等离子体的。
技术介绍
现有技术中，近年来，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，干法等离子体深孔刻蚀工艺应用越来越多，逐渐成为MEMS加工领域中最炙手可热工艺之一。在封装工艺中，目前有槽(Trench)和孔(Via)两种工艺形式。槽刻蚀由于只在深度一个维度上限制，刻蚀气体进出较容易，因此刻蚀工艺相对简单。而孔刻蚀在深度和宽度两个维度上均有限制，刻蚀气体进出孔较难，工艺比槽刻蚀难很多。但孔刻蚀相对浪费面积小，从成本上考虑是以后主要发展的技术。孔刻蚀有垂直刻蚀和倾斜刻蚀两种工艺形式，请参阅图1和图2所示，图1为现有技术中垂直刻蚀的截面示意图，图2为现有技术中倾斜刻蚀的截面示意图，掩膜为光刻胶(PR)，晶圆为硅(Si)晶圆。垂直刻蚀一般使用刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环的工艺方法，一般在沉积步骤中采用C4Fs气体，保护孔的侧壁，刻蚀步骤中采用SF6气体，刻蚀孔的底部。倾斜刻蚀无法使用上述工艺，因为垂直刻蚀的孔底部逐渐收拢的形貌很容易出现底部长草现象。目前倾斜刻蚀一般使用单步工艺，即通过在工艺过程中同时通入刻蚀气体和沉积气体，使垂直刻蚀和侧壁保护同时进行，并通过控制两者比例，实现一定的刻蚀倾斜角度。倾斜刻蚀的侧壁形貌有利于后续沉积工艺，然而由于刻蚀和沉积比例不易控制，很难获得较高的刻蚀深宽比。并且受掩膜的阻挡，孔的顶部开口处会形成一个流场静止区，在该区域内反应物气体进入和生成物气体排出困难，导致气体在孔的顶部开口处滞留时间较长，各项同性刻蚀严重，极易在刻蚀顶部形成碗状(bowing)形貌。鉴于上述缺陷，本专利技术人经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术创造。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种实现较高的刻蚀深宽比，避免顶部形成碗状形貌的。本专利技术的一种，包括以下步骤:采用各向异性的单步刻蚀对晶圆进行刻蚀，直至达到斜孔所需的刻蚀深度；去除晶圆表面的掩膜；采用各向同性的单步刻蚀对斜孔的侧壁进行刻蚀，直至达到斜孔所需的侧壁角度。作为一种可实施方式，晶圆表面的掩膜为硬掩模。作为一种可实施方式，晶圆表面的掩膜为Si02或金属A1。作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体为SF6与02。作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体还包括N2或He。作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中的气体压强为10mT?50mT。作为一种可实施方式，去除晶圆表面的掩膜采用干法刻蚀，使用的刻蚀气体为CxFy。作为一种可实施方式，去除晶圆表面的掩膜中使用的刻蚀气体还包括Ar。作为一种可实施方式，各向同性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体为SF6与CxFy。作为一种可实施方式，各向异性的单步刻蚀中，静电卡盘的温度为-20°C?20°C，上电极功率为300W-1000W，下电极功率为10W-200W。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于:本专利技术采用各向异性的单步工艺刻蚀，获得一定的刻蚀深度，保证了较高的刻蚀深宽比。进行倾斜刻蚀工艺前先将晶圆表面的掩膜去除，避免了在倾斜刻蚀的单步工艺过程中形成碗状(bowing)形貌。【附图说明】图1为现有技术中垂直刻蚀的截面示意图；图2为现有技术中倾斜刻蚀的截面示意图；图3为本专利技术的各向异性的单步刻蚀后的形貌示意图；图4为本专利技术的去除晶圆表面的掩膜后的形貌意图；图5为本专利技术的各向同性的单步刻蚀后的形貌示意图。【具体实施方式】为了解决很难获得较高的刻蚀深宽比，且顶部形成各向同性的碗状形貌的问题，提出了一种来实现较高的刻蚀深宽比，避免顶部形成各向同性的碗状形貌。以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。请参阅图3至图5所示，图3为本专利技术的各向异性的单步刻蚀后的形貌示意图，图4为本专利技术的去除晶圆表面的掩膜后的形貌示意图，图5为本专利技术的各向同性的单步刻蚀后的形貌示意图，本专利技术的，包括以下步骤:步骤S100，用各向异性的单步刻蚀对晶圆进行刻蚀，直至达到斜孔所需的刻蚀深度，形成侧壁的垂直形貌，如图3所示；步骤S200，去除晶圆表面的掩膜，如图4所示；步骤S300，采用各向同性的单步刻蚀对所述斜孔的侧壁进行刻蚀，直至达到斜孔所需的侧壁角度时停止刻蚀，最终形成倾斜的侧壁，如图5所示。本专利技术将垂直刻蚀与倾斜刻蚀两种工艺形式结合，首先在步骤S100中，采用各向异性的单步工艺刻蚀，获得一定的刻蚀深度，保证了较高的刻蚀深宽比。然后通过各向同性的单步工艺刻蚀，获得所需的侧壁角度。进行倾斜刻蚀工艺前先将晶圆表面的掩膜去除，即在步骤S300之前设置步骤S200，没有了掩膜的阻挡，反应物气体和生成物气体进出孔的顶部开口处不再受流场静止区的影响，不存在严重的各项同性刻蚀，避免了在倾斜刻蚀的单步工艺过程中形成碗状(bowing)形貌。作为一种可实施方式，在步骤S100中，各向异性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体为SF6 与 02。作为一种可实施方式，在步骤S100中，各向异性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体可以增加队或He作为载气。作为一种可实施方式，在步骤S100中，采用静电卡盘(ESC)的温度为_20°C?20°C，降低静电卡盘的温度有利于反应副产物沉积在侧壁上，形成侧壁保护，有利于各向异性的刻蚀，避免形成碗状(bowing)形貌。作为一种可实施方式，在步骤S100中，各向异性的单步刻蚀中的气体压强为10mT?50mT，较低的压强有利于各向异性的刻蚀，避免孔的底部长草。较优地，本专利技术采用上电极功率为300W?1000W，设置较高的上电极功率，可以使刻蚀速率较快。较优地，本专利技术采用下电极功率为10W?200W，设置较高的下电极功率，有利于各向异性刻蚀，避免孔的底部长草。较优地，步骤S100的刻蚀深度由晶圆所需要的孔的深度与步骤S300所刻掉的孔顶部的厚度决定，步骤S100中所刻蚀的孔的深度减去步骤S300中刻蚀掉的孔顶部的厚度等于晶圆所需要的孔的深度。作为一种可实施方式，在步骤S200中，晶圆表面的掩膜为硬掩模。因为硬掩膜对在步骤S100中，各向异性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体02的消耗量较少，在同样的掩膜厚度下，使用硬掩膜可以比使用光刻胶(PR)获得更高的刻蚀选择比，得到更大的刻蚀深度。作为一种可实施方式，在步骤S200中，晶圆表面的掩膜为Si02或金属A1。优先采用Si02掩膜。本实施例中，掩膜为Si02，晶圆为Si晶圆。作为一种可实施方式，在步骤S200中，去除晶圆表面的掩膜采用干法刻蚀，使用的刻蚀气体为CxFy。作为一种可实施方式，在步骤S200中，去除晶圆表面的掩膜中使用的刻蚀气体还可以增加Ar作为载气。作为一种可实施方式，在步骤S300中，各向同性的单步刻蚀中使用的刻蚀气体为其中，SF6为刻蚀气体，CxFy为保护气体，两种气体的比例由斜孔所需要的倾斜角度决定，刻蚀气体的比例较高可以获得更倾斜的侧壁角度。本实施例中，各步骤中的参数设置如下所述，步骤S100中，压强30mT，上电极功率700W，下电极功率50W，SF6流量50sccm，02流単30sccm，静电卡盘温度10 C ；步骤S200中，压强5mT，上电极功率1500W，下电极功率700W，C4FS流量30s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜孔刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：采用各向异性的单步刻蚀对晶圆进行刻蚀，直至达到斜孔所需的刻蚀深度；去除所述晶圆表面的掩膜；采用各向同性的单步刻蚀对所述斜孔的侧壁进行刻蚀，直至达到所述斜孔所需的侧壁角度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钦华林，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11