專(zhuān)利名稱(chēng)：一種控溫深硅刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納加工領(lǐng)域，特別是一種制作微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的深硅刻蝕方法。
背景技術(shù)：
微納圖形加工技術(shù)，是制作所有芯片的重要手段，所以世界各國(guó)都很重視它的應(yīng)用與發(fā)展。近年來(lái)，隨著各類(lèi)電子產(chǎn)品的升級(jí)換代，對(duì)微納圖形加工技術(shù)提出了更高要求，特別是對(duì)干法刻蝕的線(xiàn)寬和深度提出了更新的要求(毫米級(jí))。目前深硅刻蝕方法有兩種1)刻蝕和側(cè)壁保護(hù)循環(huán)交替進(jìn)行，經(jīng)多次循環(huán)交替刻蝕實(shí)現(xiàn)深硅刻蝕的目的。這種深硅刻蝕方法應(yīng)用比較廣泛。缺點(diǎn)側(cè)壁和刻蝕表面有花紋不光滑，刻蝕和保護(hù)垂直性難以控制，保護(hù)過(guò)頭了，刻蝕速率變慢，保護(hù)不夠側(cè)向刻蝕垂直度不好。2)冷凍刻蝕法，使用刻蝕的氣體是SF6,硅片背面用液氮冷卻，只有刻蝕一步就實(shí)現(xiàn)了垂直深硅刻蝕。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是垂直刻蝕易控制，刻蝕速率也比較快。缺點(diǎn)是冷卻比較繁瑣，成本比較高，所以至今這種方法沒(méi)有用起來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提高刻蝕速率和效果，并減少成本，提供一種控溫深硅刻蝕方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種控溫深硅刻蝕方法，用于感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)，該方法包括正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟；其特征在于，該方法采用在所述刻蝕機(jī)的多處冷卻并采用低溫冷卻液作為循環(huán)冷卻液，從而獲得低溫，并且所述各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在刻蝕機(jī)的等離子體刻蝕室的低溫條件下完成的。進(jìn)一步地，所述刻蝕室的低溫是0-7 °C。進(jìn)一步地，所述刻蝕機(jī)包括主機(jī)、射頻電源柜、電控柜、氣柜、循環(huán)冷卻機(jī)、計(jì)算機(jī)及操作臺(tái)；其中主機(jī)的核心部件是等離子體源，它是由平面變距螺旋型電感線(xiàn)圈與高頻陶瓷介質(zhì)組成一體，所述陶瓷介質(zhì)下面是等離子體刻蝕室；在感應(yīng)耦合等離子體電極(上電極)與射頻電極(下電極)之間安裝環(huán)形氣體流量分配器。進(jìn)一步地，所述刻蝕機(jī)的多處冷卻是在射頻電極、刻蝕室側(cè)壁、刻蝕氣路管道設(shè)置冷卻管路。進(jìn)一步地，所述冷卻管路中循環(huán)的是低溫冷卻液；所述低溫冷卻液采用的是乙二醇。進(jìn)一步地，在硅片和射頻電極之間還放一層石墨氈利于導(dǎo)熱。進(jìn)一步地，所述方法的具體步驟是
(O正性光刻膠圖形制作步驟
在厚度為400U 2英寸硅片上，涂上2 — IOu的光刻膠，曝光、顯影后在光刻膠上做出所需的圖形。
(2)各向異性刻蝕步驟:
把做好圖形的硅片放入所述感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)上的所述刻蝕室內(nèi)進(jìn)行交替刻蝕，其中控溫刻蝕室工藝條件是溫度:1一31:，壓力:5 — 6Pa;刻蝕氣體SF6流量130—150sccm，上電極功率800— 900W，下電極功率40— 50W，刻蝕時(shí)間10 —14秒；
(3)各向同性淀積步驟:
淀積氣體C4F8和CHF3, C4F8流量:80—908(^111，(:冊(cè)3流量:5— 15sccm ;上電極功率500—700W,下電極功率O — 10W，淀積時(shí)間8 —10秒；
所述刻蝕步驟和淀積步驟交替循環(huán)進(jìn)行，時(shí)間為18 — 24秒，交替循環(huán)30—150次。(4)去除光刻膠步驟:
將刻蝕好的硅片，放在丙酮溶液中超聲波清洗，將硅片清洗干凈，烘干。本發(fā)明的有益效果是控溫深硅刻蝕方法使交替刻蝕中的各向異性刻蝕步驟延長(zhǎng)，各向同性淀積步驟縮短，從而提高刻蝕速率，垂直刻蝕易控制，并且使光刻膠的選擇比大大提聞。


圖1是本發(fā)明的工藝流程 圖2是本發(fā)明的控 溫刻蝕室示意 圖3是本發(fā)明的深硅刻蝕后的形貌 圖4是本發(fā)明中刻蝕后的側(cè)壁垂直度及光滑度示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法是使用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)完成的，該刻蝕機(jī)是國(guó)產(chǎn)ICP設(shè)備最早進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行的。該刻蝕機(jī)結(jié)構(gòu)包括:主機(jī)、射頻電源柜、電控柜、氣柜、循環(huán)冷卻機(jī)、計(jì)算機(jī)及操作臺(tái)。其中主機(jī)的核心部件是等離子體源，它是由平面變距螺旋型電感線(xiàn)圈與高頻陶瓷介質(zhì)組成一體，陶瓷介質(zhì)下面是等離子體刻蝕室。所述刻蝕室的圓桶形側(cè)壁埋入了密集的冷卻管路。刻蝕室下部是埋入了冷卻管路的射頻電極，在射頻電極上面覆蓋一層導(dǎo)熱良好的石墨氈，構(gòu)成了樣品臺(tái)。在感應(yīng)耦合等離子體電極(上電極)與射頻電極(下電極)之間安裝環(huán)形氣體流量分配器。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能優(yōu)良。本發(fā)明的工藝流程包括:正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟。其中各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在控溫刻蝕室的低溫條件下完成的工藝?？販乜涛g室側(cè)壁和下電極內(nèi)部埋入了冷卻管路，刻蝕室外的刻蝕氣路外壁，也纏繞著冷卻管路。在以上冷卻管路中循環(huán)的不是水，而是低溫冷卻液(乙二醇)，它的特點(diǎn)是在0°C以下不結(jié)冰，這樣可獲得低溫(O—7°C)。它的參與使交替刻蝕中的各向異性刻蝕步驟延長(zhǎng)，各向同性淀積步驟縮短，從而提高刻蝕速率，垂直刻蝕易控制，并且使光刻膠的選擇比大大提聞ο另外，為了解決長(zhǎng)時(shí)間刻蝕在硅片上產(chǎn)生的熱積累，在硅片和射頻電極(下電極)之間放一層石墨氈(導(dǎo)熱材料)。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易控制?？涛g表面和側(cè)壁平整光滑。實(shí)施例1
該實(shí)施例包括以下步驟:
(O光刻膠圖形制作步驟:
在厚度為400u 2英寸硅片上，涂上光刻膠，厚度:2u，用光刻機(jī)曝光，顯影，在光刻膠上做出所需圖形；
(2)各向異性刻蝕步驟:
把做好圖形的硅片放入所述感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)上的控溫刻蝕室內(nèi)進(jìn)行交替刻蝕，刻蝕室溫度為2V，壓力為5Pa。工藝條件:上電極功率850W，下電極功率40W，刻蝕氣體SF6流量140sccm，刻蝕時(shí) 間10秒。(3)各向同性等離子體淀積步驟:
該步驟用于制作側(cè)壁保護(hù)膜，其工藝條件:淀積氣體C4F8的流量是85SCCm和CHF3的流量是5sccm，上電極功率600W，下電極功率0W，淀積時(shí)間8秒。步驟(2)和(3)交替循環(huán)刻蝕，交替循環(huán)34次，刻蝕深度22u;
此實(shí)施例刻蝕未經(jīng)去膠，目的是觀察膠的形貌。如圖3所示；
實(shí)施例2，該實(shí)施例包括以下步驟:
(O光刻膠圖形制作步驟:
在厚度為400u 2英寸硅片上，涂上光刻膠，厚度:3.5 U，用光刻機(jī)曝光，在膠上做出所需圖形；
(2)各向異性刻蝕步驟:
把做好圖形的硅片放入感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)上的控溫刻蝕室內(nèi)進(jìn)行交替刻蝕，刻蝕室內(nèi)溫度2°C，壓力5.5Pa。工藝條件:上電極功率900W，下電極功率45W，刻蝕氣體SF6,流量150sccm，刻蝕時(shí)間14秒。(3)各項(xiàng)同性等離子體淀積步驟:
該步驟用于制作側(cè)壁保護(hù)膜，其工藝條件淀積氣體C4F8和CHF3的流量分別為80SCCm和lOsccm，上電極功率700W，下電極功率0W，淀積時(shí)間10秒。步驟(2)和(3)交替循環(huán)刻蝕，交替循環(huán)125次。(4)去除光刻膠步驟:
把交替刻蝕好的硅片，放進(jìn)丙酮溶液中，超聲波去膠，將硅片清洗干凈，烘干。用臺(tái)階儀測(cè)量刻蝕深度為105u，用SEM觀察剖面形貌。如圖4所示。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):I)深硅刻蝕垂直度好；2)深硅垂直刻蝕控制精度高；3)深硅垂直刻蝕選擇比高；4)深硅垂直刻蝕深寬比高；5)應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)設(shè)備，性?xún)r(jià)比較高。
權(quán)利要求
1.一種控溫深硅刻蝕方法，用于感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)，該方法包括:正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟；其特征在于，該方法采用在所述刻蝕機(jī)的多處冷卻并采用低溫冷卻液作為循環(huán)冷卻液，從而獲得低溫，并且所述各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在刻蝕機(jī)的等離子體刻蝕室的低溫條件下完成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕室的低溫是0-7°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕機(jī)包括:主機(jī)、射頻電源柜、電控柜、氣柜、循環(huán)冷卻機(jī)、計(jì)算機(jī)及操作臺(tái)；其中主機(jī)的核心部件是等離子體源，它是由平面變距螺旋型電感線(xiàn)圈與高頻陶瓷介質(zhì)組成一體，所述陶瓷介質(zhì)下面是等離子體刻蝕室；在感應(yīng)耦合等離子體電極(上電極)與射頻電極(下電極)之間安裝環(huán)形氣體流量分配器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕機(jī)的多處冷卻是在射頻電極、刻蝕室側(cè)壁、刻蝕氣路管道設(shè)置冷卻管路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷卻管路中循環(huán)的是低溫冷卻液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述低溫冷卻液采用的是乙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在硅片和射頻電極之間還放一層石墨租利于導(dǎo)熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的具體步驟是: (O正性光刻膠圖形制作步驟: 在厚度為400u 2英寸硅片上，涂上2 — IOu的光刻膠，曝光、顯影后在光刻膠上做出所需的圖形； (2)各向異性刻蝕步驟: 把做好圖形的硅片放入所述感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)上的所述刻蝕室內(nèi)進(jìn)行交替刻蝕，其中控溫刻蝕室工藝條件是溫度:1 一3°C，壓力:5 — 6Pa ;刻蝕氣體SF6流量130—150sccm，上電極功率800— 900W，下電極功率40— 50W，刻蝕時(shí)間10 —14秒； (3)各向同性淀積步驟: 淀積氣體C4F8和CHF3, C4F8流量:80—908(^111，(:冊(cè)3流量:5— 15sccm ;上電極功率500—700W,下電極功率O — 10W，淀積時(shí)間8 —10秒； 所述刻蝕步驟和淀積步驟交替循環(huán)進(jìn)行，時(shí)間為18 — 24秒，交替循環(huán)30—150次； (4)去除光刻膠步驟: 將刻蝕好的硅片，放在丙酮溶液中超聲波清洗，將硅片清洗干凈，烘干。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控溫深硅刻蝕方法，用于感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)，該方法包括正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟；其特征在于，該方法采用在所述刻蝕機(jī)的多處冷卻并采用低溫冷卻液作為循環(huán)冷卻液，從而獲得低溫，并且所述各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在刻蝕機(jī)的等離子體刻蝕室的低溫條件下完成的。本發(fā)明的有益效果是控溫深硅刻蝕方法使交替刻蝕中的各向異性刻蝕步驟延長(zhǎng)，各向同性淀積步驟縮短，從而提高刻蝕速率，垂直刻蝕易控制，并且使光刻膠的選擇比大大提高。
文檔編號(hào)H01J37/32GK103072939SQ20131000903
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者林紅 申請(qǐng)人:林紅