二氧化硅的刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种二氧化硅的刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]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(Through Silicon Etch)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技术中最炙手可热工艺之一。在二氧化硅上刻蚀沟槽是一种常见的刻蚀工艺，而针对不同的应用，对沟槽的刻蚀形貌的要求也不同。例如，某些应用会要求获得侧壁垂直的刻蚀形貌。
[0003]现有的二氧化硅的刻蚀方法通常采用碳氟类(CxFy)气体作为刻蚀气体对二氧化硅进行刻蚀，且刻蚀气体的总流量较小；并且，在刻蚀过程中，通常采用较低的腔室压力(4mT)和较高的偏压功率(1000W)。采用该二氧化硅的刻蚀方法获得的刻蚀形貌如图1所示，由图可知，侧壁的倾斜角度为80°，从而该二氧化硅的刻蚀方法无法获得侧壁垂直的刻蚀形貌。
[0004]另外，上述二氧化硅的刻蚀方法还存在以下问题，S卩:由于偏压功率较高，这会导致刻蚀选择比降低，从而无法满足对刻蚀深度要求较高的应用领域。此外，较高的偏压功率还会导致二氧化硅表面和侧壁损伤，从而使得制造对二氧化硅表面和侧壁形貌要求较高的器件时，产品的良品率较低。
【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，提出了一种二氧化硅的刻蚀方法，其可以在保证二氧化硅表面和侧壁形貌的前提下，获得侧壁垂直的刻蚀形貌。
[0006]为实现本发明的目的而提供一种二氧化硅的刻蚀方法，其包括以下步骤:
[0007]向反应腔室内通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源和偏压电源，以对二氧化硅进行刻蚀；其中，
[0008]所述刻蚀气体包括碳氟类气体或者碳氟氢类气体或者两种气体的组合；所述辅助气体包括氢气和気气；
[0009]所述反应腔室的腔室压力和所述偏压电源的偏压功率的设置方式为:通过提高所述腔室压力，同时降低所述偏压功率，而获得侧壁垂直的刻蚀形貌。
[0010]优选的，所述激励电源的激励功率的设置方式为:通过提高所述激励功率，而提高刻蚀速率。
[0011]优选的，所述氢气和氩气的混合比例为2?10。
[0012]优选的,所述碳氟类气体包括C4F8或者C5F8或者二者的混合气体。
[0013]优选的,所述碳氟氢类气体包括CHF3或者CH2F2或者二者的混合气体。
[0014]优选的，所述腔室压力的取值范围在6?20mT。
[0015]优选的，所述腔室压力的取值范围在7?10mT。
[0016]优选的，所述偏压功率的取值范围在300?1000W。
[0017]优选的，所述偏压功率的取值范围在400?700W。
[0018]优选的，所述激励功率的取值范围在1500?3000W。
[0019]优选的，所述激励功率的取值范围在1700?2500W。
[0020]本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明提供的二氧化硅的刻蚀方法，其采用碳氟类气体或者碳氟氢类气体或者两种气体的组合作为刻蚀气体，以及采用氩气和氢气作为辅助气体，其中，氢气不仅可以提高刻蚀选择比，而且由于氢、碳和氟容易产生碳氢氟类聚合物，并沉积在掩膜侧壁，因而可以起到保护掩膜侧壁的作用，同时氩气可以在刻蚀过程中加强物理刻蚀作用，以保证刻蚀速率。因此，上述刻蚀气体和辅助气体的组合有利于提高沟槽侧壁的垂直度。此外，反应腔室的腔室压力和偏压电源的偏压功率的设置方式为:提高腔室压力，同时降低偏压功率，即，相对于现有技术采用较高的腔室压力和较低的偏压功率进行刻蚀，较高的腔室压力有利于气体充分电离，从而可以生成更多的碳氟离子，这有助于提高沟槽侧壁的垂直度以及刻蚀速率。较低的偏压功率不仅可以提高刻蚀选择比，而且还可以防止沟槽侧壁和表面受到损伤，从而可以保证二氧化硅表面和侧壁形貌。
[0022]本发明提供的二氧化硅的刻蚀方法，其在上述刻蚀气体和辅助气体，以及较高的腔室压力和较低的偏压功率的综合作用下，最终可以在保证二氧化硅表面和侧壁形貌的前提下，获得侧壁垂直的刻蚀形貌。
【附图说明】
[0023]图1为采用现有的二氧化硅的刻蚀方法获得的刻蚀形貌的电镜扫描图；以及
[0024]图2为采用本发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法获得的刻蚀形貌的电镜扫描图。
【具体实施方式】
[0025]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二氧化硅的刻蚀方法进行详细描述。
[0026]发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法包括以下步骤:
[0027]向反应腔室通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源(例如射频电源)，激励电源用于向反应腔室施加激励功率，以使反应腔室内的刻蚀气体激发形成等离子体；开启偏压电源，偏压电源用于向二氧化硅施加偏压功率，以使等离子体刻蚀二氧化硅，直至对二氧化硅刻蚀预定刻蚀深度。
[0028]其中，刻蚀气体包括碳氟类气体或者碳氟氢类气体或者两种气体的组合，辅助气体包括氢气和氩气。其中，氢气不仅可以提高刻蚀选择比，而且由于氢、碳和氟容易产生碳氢氟类聚合物，并沉积在掩膜和沟槽侧壁，因而可以起到保护掩膜和沟槽侧壁的作用，同时氩气可以在刻蚀过程中加强物理刻蚀作用，以保证刻蚀速率。通过采用上述刻蚀气体和辅助气体的组合，可以对掩膜侧壁的保护作用增强，防止掩膜侧壁倾斜，从而有利于提高沟槽侧壁的垂直度。
[0029]优选的,碳氟类气体包括C4F8或者C5F8或者二者的混合气体。碳氟氢类气体包括CHF3或者CH2F2或者二者的混合气体。而且，刻蚀气体的流量的取值范围可以在50?10sccm0氢气的流量的取值范围可以在30?50sCCm ;氩气流量的取值范围可以在50?lOOsccm。
[0030]在进行刻蚀工艺之前，通常需要对刻蚀气体的种类和流量、激励功率、偏压功率、腔室压力以及工艺时间等的工艺参数进行设置，以满足不同的工艺要求。在本实施例中，反应腔室的腔室压力和偏压电源的偏压功率的设置方式为:提高腔室压力，同时降低偏压功率，即，相对于现有技术采用较高的腔室压力和较低的偏压功率进行刻蚀，较高的腔室压力有利于气体充分电离，从而可以增大等离子体的浓度，同时生成更多的碳氟离子，这有助于提高沟槽侧壁的垂直度以及刻蚀速率。较低的偏压功率不仅可以提高刻蚀选择比，而且还可以防止沟槽侧壁和表面受到损伤，从而可以保证二氧化硅表面和侧壁形貌。
[0031]优选的，氢气和IS气的混合比例为2?10。
[0032]优选的，腔室压力的取值范围在6?20mT，进一步优选的，为7?10mT。
[0033]优选的，偏压功率的取值范围在300?1000W，进一步优选的，为400?700W。
[0034]优选的，激励电源的激励功率的设置方式为:提高激励功率，即，相对于现有技术采用较高的激励功率，这可以使气体有效电离，从而可以增大等离子体的浓度，进而可以提高刻蚀速率。
[0035]优选的，激励功率的取值范围在1500?3000W，进一步优选的，激励功率的取值范围在 1700 ?2500W。
[0036]下面采用本发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法进行实验，实验所采用的工艺参数具体为:腔室压力为7mT ;激励功率为2500W ;偏压功率为700W ;刻蚀气体为C4F8，且流量为lOOsccm ;氢气的流量为30SCCm ;氩气的流量为60sCCm ;腔室温度为40°C;工艺时间为600so
[0037]采用本发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法以及上述工艺参数获得的刻蚀形貌如图2所示，显而易见，沟槽侧壁具有较高的垂直度。因此，该实验可以表明，本发明实施例提供的二氧化硅的刻蚀方法，其在上述刻蚀气体和辅助气体，以及较高的腔室压力和较低的偏压功率的综合作用下，最终可以在保证二氧化硅表面和侧壁形貌的前提下，获得侧壁垂直的刻蚀形貌。
[0038]需要说明的是，在实际应用中，为了保证在高腔室压力的条件下，气体能够正常启辉，就需要适当提高激励功率，换言之，在设置腔室压力和激励功率时，应对二者进行适应性调整，以在保证气体正常启辉的前提下，实现等离子体的浓度以及刻蚀速率的提高。
[0039]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。
【主权项】
1.一种二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，其包括以下步骤: 向反应腔室内通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源和偏压电源，以对二氧化硅进行刻蚀；其中， 所述刻蚀气体包括碳氟类气体或者碳氟氢类气体或者两种气体的组合；所述辅助气体包括氢气和IS气； 所述反应腔室的腔室压力和所述偏压电源的偏压功率的设置方式为:通过提高所述腔室压力，同时降低所述偏压功率，而获得侧壁垂直的刻蚀形貌。2.根据权利要求1所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述激励电源的激励功率的设置方式为:通过提高所述激励功率，而提高刻蚀速率。3.根据权利要求1所述的二氧化娃的刻蚀方法，其特征在于，所述氢气和IS气的混合比例为2?10。4.根据权利要求1所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述碳氟类气体包括C4F8或者C5F8或者二者的混合气体。5.根据权利要求1所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述碳氟氢类气体包括CHF3或者CH2F2或者二者的混合气体。6.根据权利要求1所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述腔室压力的取值范围在6?20mT。7.根据权利要求6所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述腔室压力的取值范围在7?1mT08.根据权利要求1所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述偏压功率的取值范围在300?100ff09.根据权利要求8所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述偏压功率的取值范围在400?700W。10.根据权利要求2所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述激励功率的取值范围在 1500 ?3000W。11.根据权利要求10所述的二氧化硅的刻蚀方法，其特征在于，所述激励功率的取值范围在1700?2500W。
【专利摘要】本发明提供的二氧化硅的刻蚀方法，其包括以下步骤：向反应腔室内通入刻蚀气体和辅助气体，并开启激励电源和偏压电源，以对二氧化硅进行刻蚀；其中，刻蚀气体包括碳氟类气体或者碳氟氢类气体或者两种气体的组合；辅助气体包括氢气和氩气；反应腔室的腔室压力和偏压电源的偏压功率的设置方式为：通过提高腔室压力，以增大刻蚀气体的等离子体密度，同时降低偏压功率，以提高刻蚀选择比，可以获得侧壁垂直的刻蚀形貌。本发明提供的二氧化硅的刻蚀方法，其可以在保证二氧化硅表面和侧壁形貌的前提下，获得侧壁垂直的刻蚀形貌。
【IPC分类】B81C1/00
【公开号】CN104925739
【申请号】CN201410101007
【发明人】李成强
【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
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年3月17日