專利名稱：深蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深蝕刻方法，尤指 一種利用交替進行沉積工藝與等離 子體蝕刻工藝的深蝕刻方法。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(micro-electromechanical system, MEMS)是將立體狀的微細 結(jié)構(gòu)、電路、感測器(sensor)、傳動器(actuator)以微積化技術(shù)制作于硅晶片 上，它具有體積小、可作高難度動作等特征。由于MEMS是以半導(dǎo)體微積 電路技術(shù)為基礎(chǔ)，同時融合電子、機械、光學(xué)、材料等多種加工技術(shù)，因 此又稱為微機電技術(shù)。常見的微機電系統(tǒng)包含各種不同的微結(jié)構(gòu)，例如一 些不可動的探針、流道、孔穴等結(jié)構(gòu)，或是一些可動的(剛體運動或是撓性 形變)彈簧、連桿、齒輪等結(jié)構(gòu)，或?qū)⑸鲜霾煌慕Y(jié)構(gòu)，如利用芯片接合的 方式，整合體微加工(bulk micromachining)制造構(gòu)成多種不同的微流體系統(tǒng)， 并和相關(guān)的電路相互整合，即可構(gòu)成各種不同的應(yīng)用。目前，微機械技術(shù) 已進入商業(yè)化階段，典型的微機電商品有數(shù)字式微鏡片元件(digital micro-mirror device, DMD)、打印機噴頭(ink jet head)、加速感測器、血球數(shù) 量感測器等等。目前最常見的微結(jié)構(gòu)大多是以蝕刻硅晶片的方式制作，硅晶片的蝕刻 技術(shù)，主要是利用濕式的各向異性化學(xué)蝕刻(anisotropic wet chemical etching) 以及干式的深反應(yīng)性離子蝕刻(deep reactive ion etching,以下簡稱DRJE)。 其中DRIE則是近年來相當(dāng)受到重視的各向異性蝕刻技術(shù)，其特性和濕式各 向異性蝕刻有顯著的差異，在制作微元件時，DRIE的蝕刻技術(shù)常應(yīng)用于具 有高深寬比的流道蝕刻工藝。請參考圖1,圖1為利用現(xiàn)有DRIE工藝所蝕 刻出的流道結(jié)構(gòu)示意圖。提供一硅基底10,其表面覆蓋有一圖案化的硬掩 模層12藉以定義出欲蝕刻的流道結(jié)構(gòu)的位置，硅基底10經(jīng)現(xiàn)有DRIE工藝 蝕刻后，形成具有相當(dāng)深度的一流道結(jié)構(gòu)14?，F(xiàn)有的DRIE工藝雖可在硅 基底IO形成微機電元件的流道結(jié)構(gòu)14,卻也常因蝕刻參數(shù)設(shè)定不良、蝕刻
環(huán)境不穩(wěn)定或硅基底10本身晶格排列的影響，在流道結(jié)構(gòu)14的側(cè)壁上形成數(shù)個無法避免的缺陷，例如在硬掩模12下方因底切現(xiàn)象所造成的切口結(jié) 構(gòu)(notch-like feature) 16和弧形凹角(bowed-like feature) 18 ，都將造成流道結(jié) 構(gòu)14線寬過大、元件精密度降低等問題。發(fā)明內(nèi)容據(jù)此，本發(fā)明的一目的在于提供一種深蝕刻方法，特別是一種交替進 行沉積聚合物與各向異性等離子體蝕刻的制作方法，以形成具有親水性側(cè) 壁、高深寬比的流道。為達上述目的，本發(fā)明提供一種深蝕刻方法。首先提供一晶片，并形 成一掩模圖案于該晶片的 一表面，且該掩模圖案包含有至少 一開口曝露出 部分該晶片的該表面，接著進行一沉積工藝，于該掩模圖案上以及該晶片 的該表面形成一聚合物層，隨即進行一等離子體蝕刻工藝，透過該開口蝕 刻該半導(dǎo)體的該表面以形成一流道，并于進行該等離子體蝕刻工藝的過程 中一并通入氧氣，以于該流道的側(cè)壁形成氧化物，然后重復(fù)交替進行該沉 積工藝以及該等離子體蝕刻工藝直至該流道具有 一預(yù)定深寬比為止。本發(fā)明的深蝕刻方法具有良好的各向異性蝕刻效果、固定流道開口線 寬和容易調(diào)整工藝等特性，因此適合制作精細的微機電元件。


圖1為利用現(xiàn)有DRIE工藝所蝕刻出的流道結(jié)構(gòu)示意圖。圖2至圖5為本發(fā)明的深蝕刻方法的一較佳實施例的流程示意圖。圖6為本發(fā)明的深蝕刻方法的流程示意圖。附圖標(biāo)記i兌明10硅基底12硬掩模層14流道結(jié)構(gòu)16切口結(jié)構(gòu)18弧形凹角20晶片22表面24掩模圖案26開口28聚合物層30流道34側(cè)壁36氧化物
100、 102、 104、 106、 108、 100 流程步驟具體實施方式
為了突顯本發(fā)明的優(yōu)點及特征，下丈列舉本發(fā)明的數(shù)個優(yōu)選實施例， 并配合圖示作詳細說明如下。圖2至圖4為本發(fā)明的深蝕刻方法的一優(yōu)選實施例的方法示意圖。首 先，請參考圖2,提供一晶片20，并于晶片20的一表面22形成一掩模圖 案24，其中掩模圖案24包含有至少一開口 26定義欲蝕刻的流道位置及線 寬大小，且開口 26恰曝露出晶片的表面22。于本優(yōu)選實施例中，晶片20 為 一硅晶片，本發(fā)明不限制硅晶片的種類，即單晶硅(single crystalline silicon) 晶片、非晶硅(amorphous crystalline silicon)晶片或多晶珪(poly crystalline silicon)晶片均可適用。此外，覆蓋于晶片20的表面22的掩模圖案24利用 光致抗蝕劑、金屬、氮化硅(silicon nitride)、 四乙氧基硅烷 (tetra-ethyl-ortho-silicate， TEOS)或其他符合具有高選擇比、具各向異性的掩 模材料所形成。如圖3所示，接著將晶片20移至一反應(yīng)室的下電極上，進行一沉積工 藝。于本優(yōu)選實施例中，該沉積工藝利用八氟環(huán)丁烷(C4Fs)作為前驅(qū)物，藉 以在掩模圖案24上和開口 26所曝露出的部分晶片20的表面22形成一聚 合物層28，然而前驅(qū)物的種類并不限于此，而可選用其它如四氟化碳(CF4) 或其他可產(chǎn)生氟碳聚合物(nCFx)的氣體。進行該沉積工藝時，八氟環(huán)丁烷的 較佳氣體流量介于70-120每分鐘標(biāo)準毫升(standard cubic centimeter per minute, seem )間，該反應(yīng)室內(nèi)的較佳氣壓值介于35-55毫乇(mT)之間，此 外，較佳的上、下電極功率分別為500-1500瓦(W)和0W。在聚合物層28形成后，隨即進行一等離子體蝕刻工藝，是利用包含可 產(chǎn)生卣素離子的前驅(qū)物、增加離子轟擊的惰性氣體、以及可與硅晶片反應(yīng) 形成氧化物的氧氣的一混合氣體進行該等離子體蝕刻工藝。于本優(yōu)選實施 例中，可產(chǎn)生鹵素離子的前驅(qū)物為六氟化硫(SF6)、而較佳的惰性氣體則是 選擇氬氣(Ar)來增加物理性的離子轟擊效果，各氣體的較佳氣體流量分別是 六氟化硫180-260sccm、氧氣40-80sccm和氬氣100-400sccm,該反應(yīng)室內(nèi) 的較佳氣壓值介于35-55mT之間，且該等離子體蝕刻工藝的較佳上、下電 極功率分別為1500-2500W和18-30W。如圖4所示，在該等離子體蝕刻工 藝中，六氟化辟d皮分解成氟離子(F-),并配合大量的氬氣增加離子轟擊效果， 迅速移除于前一沉積工藝形成的聚合物層(未圖示)，再透過開口 26蝕刻晶片20的表面22形成一流道30,同時，混合氣體內(nèi)的氧氣將先與聚合物層(未 圖示)進行氧化反應(yīng)而移除之，之后氧氣將會和硅晶片20發(fā)生氧化反應(yīng)，在 流道30的一側(cè)壁34產(chǎn)生氧化物36，如珪氧化物(silicon oxide)。由于離子 轟擊屬于物理性的蝕刻方法，其特點在于可以有效移除與其轟擊方向垂直 的硅晶片20,但對于與其轟擊方向平行的側(cè)壁34和形成于側(cè)壁34上的聚 合物層(未圖示)或氧化物36的移除效果則較差，因此，在該等離子體蝕刻 工藝進行期間，仍可藉由氧化物36保護側(cè)壁34,避免蝕刻氣體侵蝕，以達 到各向異性蝕刻的目的。上述的沉積工藝與等離子體蝕刻工藝將輪流進行，并重復(fù)至流道30達 到預(yù)定的深度為止。如圖5所示，流道30在該沉積工藝與該等離子體蝕刻 工藝不斷交替進行后，形成近乎垂直的側(cè)壁34，且其深寬比約為10:1,甚 至可以達到35:1的比例。簡言之，本發(fā)明的深蝕刻方法先利用沉積工藝所 形成的保護層保護流道的側(cè)壁，再利用蝕刻的過程中所形成的氧化物，來 防止側(cè)壁被蝕刻，以達到各向異性蝕刻的目的，蝕刻后的結(jié)構(gòu)形狀，不會 受到晶格面的影響且沒有凸角底切的特性，因此可以蝕刻出具有高.深寬比 的流道或孔洞。為彰顯本發(fā)明的方法的特色，以下將本發(fā)明的步驟以流程圖加以說明。 請參考圖6，圖6為本發(fā)明的深蝕刻方法的流程示意圖。步驟100開始本發(fā) 明的流程步驟，接著在步驟102提供一上表面覆有一圖案化掩模的一晶片， 接著進行步驟104的沉積工藝，在該晶片的該上表面形成聚合物層，然后 到步驟106，利用等離子體蝕刻工藝蝕刻該晶片的該上表面形成流道，在步 驟108將進行判定，檢視蝕刻后的流道是否達到預(yù)定深度，若未達預(yù)定的 深度，將回到步驟104和步驟106并重復(fù)這兩個步驟，直到流道達到預(yù)定 的深度為止，最后在步驟110結(jié)束整個晶片的深蝕刻方法。由于本發(fā)明的 深蝕刻方法利用重復(fù)沉積、蝕刻的方式進行，因此在操作上，必須選用適 當(dāng)?shù)姆磻?yīng)氣體，達成二者的平衡而得到具有理想側(cè)壁的流道。本發(fā)明的該沉積工藝除了利用前述的八氟環(huán)丁烷、四氟化碳等前驅(qū)物 外，該沉積工藝亦可利用其他前驅(qū)物，如全氟化合物(perfluorinated compounds, PFC )、苯乙烯類的單體化合物(styrene-like monomer)、或醚類的
氟4匕合物(ether-like fluorine compounds)等可形成聚合物的前馬區(qū)物進4亍該沉 積工藝。此外，該等離子體蝕刻工藝所需的蝕刻氣體，除了前述的六氟化 碳夕卜，亦可利用三氟化氮(nitrogen trifluoride, NF3)、 四氟化碳 (tetrafluoromethane， CF》成其他可以戶生氟離子的氣休進桿該等離子休蝕刻 工藝，且該等離子體蝕刻工藝所需的卣素離子并不僅限于氟離子，其他種類的卣素離子，如氯離子(cr)亦可達成本發(fā)明所欲的蝕刻功效，所需的前驅(qū) 物則依參與蝕刻的卣素離子種類而定。如上所述，本發(fā)明提供一種深蝕刻方法，是于晶片表面重復(fù)交替進行 沉積與等離子體蝕刻工藝，沉積工藝所形成的聚合物層可提高光致抗蝕劑 和硅晶片間的蝕刻選擇比，配合等離子體蝕刻工藝其間形成的氧化物層，以形成具有高深寬比、有親水性側(cè)壁的流道，且流道的臨界尺寸(critical dimension)少有變異，可達到固定線寬的目的。本發(fā)明所述的深蝕刻方法除 具有各向異性蝕刻的特點外，進行沉積工藝與等離子體蝕刻工藝的各項參 數(shù)，端視晶片狀況、工藝需要而調(diào)整，因此兼具容易操作的優(yōu)點。值得注 意的是，依據(jù)本發(fā)明的深蝕刻方法蝕刻出的流道或孔洞，除了有前述筆直 的特征外，流道的側(cè)壁并具有親水性，特別適用于制作打印機噴頭、血球 數(shù)量感測器、生物芯片等具有流道結(jié)構(gòu)的微機電元件。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等 變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1. 一種深蝕刻方法，該深蝕刻方法包含 提供一晶片；形成一掩模圖案于該晶片的 一表面，且該掩模圖案包含有至少 一開口 曝露出部分該晶片的該表面；進行一沉積工藝，于該掩模圖案上以及該晶片的該表面形成一聚合物層；進行一等離子體蝕刻工藝，透過該開口蝕刻該半導(dǎo)體的該表面以形成 一流道，并于進行該等離子體蝕刻工藝的過程中一并通入氧氣，以于該流 道的側(cè)壁形成氧化物；以及重復(fù)交替進行該沉積工藝以及該等離子體蝕刻工藝直至該流道具有一 預(yù)定深寬比為止。
2. 如權(quán)利要求1的深蝕刻方法，其中該等離子體蝕刻工藝將移除該沉 積工藝所形成的該聚合物層。
3. 如權(quán)利要求1的深蝕刻方法，其中該聚合物層包含有氟碳聚合物。
4. 如權(quán)利要求1的深蝕刻方法，其中形成該聚合物層的一前驅(qū)物包含 八氟環(huán)丁烷。
5. 如權(quán)利要求1的深蝕刻方法，其中于進行該等離子體蝕刻反應(yīng)工藝 時將一并通入產(chǎn)生氟離子的 一前驅(qū)物。
6. 如權(quán)利要求5的深蝕刻方法，其中產(chǎn)生氟離子的該前驅(qū)物包含六氟化硫。
7. 如權(quán)利要求1的深蝕刻方法，其中于進行該等離子體蝕刻反應(yīng)工藝 時將一并通入氬氣。
8. 如權(quán)利要求1的深蝕刻方法，其中該流道的該預(yù)定深寬比大于10比1。
9. 如權(quán)利要求1的深蝕刻方法，其中該流道的側(cè)壁具有親水性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深蝕刻方法，首先提供一晶片，并于該晶片的一表面形成一掩模圖案層，該掩模圖案層具有至少一開口暴露該晶片的該表面；接著進行一沉積工藝，于該掩模圖案上和部分該晶片的該表面形成一聚合物層；隨即進行一等離子體蝕刻工藝，移除前一步驟所形成的聚合物層，并藉由該開口蝕刻該晶片以形成一流道，且該等離子體蝕刻工藝中將形成一氧化物于該流道的一側(cè)壁；重復(fù)該沉積工藝與該等離子體蝕刻工藝直到該流道具有一預(yù)定的深寬比為止，因此本發(fā)明的深蝕刻方法可有效地進行各向異性蝕刻，并形成具有親水性側(cè)壁的流道。
文檔編號B81C1/00GK101121499SQ20061011480
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者蔡德耕 申請人:探微科技股份有限公司