一种低频BOSCH深硅刻蚀方法技术

本发明专利技术提供了一种低频BOSCH深硅刻蚀方法，该方法将BOSCH工艺和低频LF工艺相结合，采用低频脉冲功率源作为刻蚀工艺的下电极功率输入。该方法包括：紫外光刻胶图形的制备；各向异性刻蚀；各向同性沉积；刻蚀与沉积步骤交替进行N个周期；去除光刻胶。本发明专利技术的低频刻蚀工艺，能稳定地应用于不同图形、不同面积的硅的深刻蚀，能很好地控制刻蚀关键尺寸、陡直度，不宜出现长草现象，具有较高的选择比。

【技术实现步骤摘要】
一种低频BOSCH深硅刻蚀方法
本专利技术属于半导体微加工
，尤其涉及一种低频BOSCH深硅刻蚀方法。
技术介绍
在半导体材料的加工过程中，刻蚀是比较重要的加工手段，利用化学或物理的方法有选择性地从硅片表面去除不需要的部分。从工艺上区分，刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀的特点是各向同性刻蚀；干法刻蚀是利用等离子体来进行各向异性刻蚀。目前干法刻蚀工艺在半导体的制造工艺中较常见。在半导体干法刻蚀工艺中，根据刻蚀材料的不同可分为硅刻蚀，介质刻蚀和金属刻蚀。硅刻蚀工艺又可分为BOSCH工艺、低温工艺、HBr工艺、混合工艺等。目前，BOSCH工艺作为硅的深刻蚀，在微机电系统MEMS领域和PDMS生物仿生结构领域应用比较广泛。在Bosch工艺中，由于刻蚀步骤的各向同性很难控制侧壁形貌，所以加入沉积步骤在侧壁沉积一层聚合物来保护侧壁不受侵蚀，整个刻蚀过程为刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环的过程。Bosch工艺刻蚀深度一般为几十微米甚至上百微米，为了刻蚀厚度为几十、上百微米的硅材料，所以BOSCH工艺具有刻蚀速率快、选择比高及深宽比大的特点。尽管BOSCH工艺有如上所述的优点，但实验中常规的BOSCH工艺(下电极功率源的频率是13.56MHz，属于RF：RadioFrequency)侧壁垂直度在不同尺寸的图形刻蚀上偏差很大。另外，如果沉积过程中产生的聚合物没有完全刻蚀干净，经过多次沉积步骤和刻蚀步骤循环后，会形成微掩模出现长草现象，这种情况尤其容易出现在大面积的硅刻蚀面上。针对此问题目前的方法如CN103887164A公开的一种深硅刻蚀方法，加入了一步底部平滑工艺；还有CN103950887A公开了分几个阶段刻蚀增加下电极功率的方法，但其过程比较复杂。
技术实现思路
针对上述常规BOSCH工艺的侧壁垂直度在不同尺寸的图形刻蚀上偏差很大，以及易出现长草现象等问题，本专利技术提供了一种BOSCH工艺和低频(LF：LowFrequency)工艺相结合的深硅刻蚀方法，该方法中刻蚀机采用低频脉冲源作为下电极的轰击能量，与感应耦合等离子体上电极产生等离子体一起进行硅的刻蚀工艺。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种BOSCH深硅刻蚀方法，该方法采用频率为200～1000Hz的低频功率源作刻蚀系统的下电极电源。其包括以下步骤：(1)光刻胶图形的制备：在硅片上制备出所需光刻胶图形。(2)各向同性沉积：将制备好光刻胶图形的硅片置于刻蚀机中进行沉积，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为1～3W，下电极频率为200～500Hz；具体的，上电极功率可为500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W、850W或900W等，优选700W；下电极功率可为1W、1.3W、1.5W、1.7W、2W、2.3W、2.5W、2.7W或3W等，优选1W；下电极频率可为200Hz、250Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz或500Hz等。(3)各向异性刻蚀：沉积后的硅片在刻蚀机中进行刻蚀，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为7～10W，下电极频率为200～500Hz；具体的，上电极功率可为500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W、850W或900W等，优选700W；下电极功率可为7W、7.5W、8W、8.5W、9W、9.5W或10W等，优选8W；下电极频率可为200Hz、250Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz或500Hz等。(4)交替循环步骤(2)的沉积和步骤(3)的刻蚀过程，然后将刻蚀好的硅片去除光刻胶。所述低频功率源为脉冲源，其占空比为10～50％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等。所述步骤(1)中光刻胶图形的厚度为1～6μm，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、5μm或6μm等。所述步骤(2)同性沉积过程中沉积气体为C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2、C5F8或COS中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：C4F8和C4F6的组合，C4F6和CHF3的组合，CH2F2和C5F8的组合，C5F8和COS的组合，C4F8、C4F6和CHF3的组合，C4F6、CHF3、CH2F2和C5F8的组合，C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2、C5F8和COS的组合等，优选C4F8。所述步骤(2)同性沉积过程中沉积气体的流量为90～100sccm，例如90sccm、91sccm、92sccm、93sccm、94sccm、95sccm、96sccm、97sccm、98sccm、99sccm或100sccm等，优选100sccm。所述步骤(2)同性沉积过程中沉积时间为4～7s，例如4s、4.5s、5s、5.5s、6s、6.5s或7s等，优选5s。所述步骤(3)异性刻蚀过程中刻蚀气体为SF6和/或CF4，例如SF6和CF4的组合等，优选SF6。所述步骤(3)异性刻蚀过程中刻蚀气体的流量为90～100sccm，例如90sccm、91sccm、92sccm、93sccm、94sccm、95sccm、96sccm、97sccm、98sccm、99sccm或100sccm等，优选100sccm。所述步骤(3)异性刻蚀过程中刻蚀时间为8～13s，例如8s、9s、10s、11s、12s或13s等，优选12s。所述刻蚀机为感应耦合等离子体刻蚀机。所述刻蚀机的腔体压力为25～35mTorr，例如25mTorr、26mTorr、27mTorr、28mTorr、29mTorr、30mTorr、31mTorr、32mTorr、33mTorr、34mTorr或35mTorr等，优选30mTorr。所述刻蚀机的下电极载片台温度为10～20℃，例如10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃或20℃等，优选15℃。所述步骤(4)交替循环步骤(2)的沉积和步骤(3)的刻蚀过程50～200次，例如50次、60次、80次、100次、120次、140次、160次、180次或200次等。所述步骤(4)去除光刻胶包括：将刻蚀好的硅片依次用丙酮溶剂和异丙醇溶剂进行超声清洗，然后再用超纯水清洗后用氮气吹干。用丙酮溶剂超声清洗5～10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等。用异丙醇溶剂超声清洗5～10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等。有益效果：本专利技术采用BOSCH工艺和低频(LF：LowFrequency)工艺相结合的深硅刻蚀方法，刻蚀沉积步骤交替刻蚀一次性完成，工艺简单有效；在刻蚀底面不宜产生微掩模造成长草现象，如附图3中所示(其中左图为常规BOSCH工艺刻蚀结构图，右图为本专利技术低频BOSCH工艺刻蚀结果图)；本专利技术适用于各种结构(大尺寸、微米级小尺寸，大硅露面积、小硅露面积)同时刻蚀，侧壁陡直性可控；刻蚀硅材料底部不易沉积微掩模，具有很高的选择比。由于硅片刻蚀面积不同，导致刻蚀速率不同，所以选择比针对不同的图形有所变化，其范围在:50～80:1；能够有效减少关键尺寸偏差，刻蚀偏差小于1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低频BOSCH深硅刻蚀方法，其特征在于，该方法采用频率为200～1000Hz的低频功率源作刻蚀系统的下电极电源，其包括以下步骤：(1)光刻胶图形的制备：在硅片上制备出所需光刻胶图形；(2)各向同性沉积：将制备好光刻胶图形的硅片置于刻蚀机中进行沉积，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为1～3W，下电极频率为200～500Hz；(3)各向异性刻蚀：沉积后的硅片在刻蚀机中进行刻蚀，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为7～10W，下电极频率为200～500Hz；(4)交替循环步骤(2)的沉积和步骤(3)的刻蚀过程，然后将刻蚀好的硅片去除光刻胶。

【技术特征摘要】
1.一种低频BOSCH深硅刻蚀方法，其特征在于，该方法采用频率为200～1000Hz的低频功率源作刻蚀系统的下电极电源，所述低频功率源为脉冲源，其占空比为10～50％；其包括以下步骤：(1)光刻胶图形的制备：在硅片上制备出所需光刻胶图形；(2)各向同性沉积：将制备好光刻胶图形的硅片置于刻蚀机中进行沉积，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为1～3W，下电极频率为200～500Hz；(3)各向异性刻蚀：沉积后的硅片在刻蚀机中进行刻蚀，其中上电极功率为500～900W，下电极功率为7～10W，下电极频率为200～500Hz；(4)交替循环步骤(2)的沉积和步骤(3)的刻蚀过程，然后将刻蚀好的硅片去除光刻胶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中光刻胶图形的制备包括在硅胶片上涂胶、曝光和显影。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中光刻胶图形的厚度为1～6μm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)同性沉积过程中沉积气体为C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2、C5F8或COS中任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)同性沉积过程中沉积气体为C4F8。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)同性沉积过程中沉积气体的流量为90～100sccm。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)同性沉积过程中沉积气体的流量为100sccm。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)同性沉积过程中沉积时间为4～7s。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)同性沉积过程中沉积时间为5s。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)上电极功率为700W。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)下电极功率1W。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)异性刻蚀过程中刻蚀气体为SF6和/或CF4。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)异性刻蚀过程中刻蚀气体为SF6。14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)异性刻蚀过程中刻蚀气体的流量为90～100sccm。15.据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)异性刻蚀过程中刻蚀气体的流量为100sccm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丽华，褚卫国，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11