CN103628075A - 一种等离子刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种在反应腔室内对基片进行刻蚀的等离子刻蚀方法，包括如下步骤：S1：在第一沉积条件下利用沉积气体对所述基片进行第一预定时间T1的沉积；S2：在第一刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第二预定时间T2的刻蚀；S3：循环步骤S1和S2第一预定次数N1；S4：在第二沉积条件下利用所述沉积气体对所述基片进行第三预定时间T3的沉积；S5：在第二刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第四预定时间T4的刻蚀；和S6：循环步骤S4和S5第二预定次数N2。根据本发明实施例的刻蚀方法，可减小线宽损失且使得刻蚀侧壁垂直且连续。

Description

一种等离子刻蚀方法
技术领域
本发明涉及基片深刻蚀领域，尤其是涉及一种基片的等离子刻蚀方法。
背景技术
随着MEMS（微机电系统）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，等离子深刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中最炙手可热工艺之一。
深刻蚀工艺相对于一般的刻蚀工艺，主要区别在于：深刻蚀工艺的刻蚀深度远大于一般的刻蚀工艺，深刻蚀工艺的刻蚀深度一般为几十微米甚至可以达到上百微米，而一般刻蚀工艺的刻蚀深度则小于1微米。要刻蚀厚度为几十微米的基片材料，就要求深刻蚀工艺具有更快的刻蚀速率，更高的选择比及更大的深宽比。
现有的深刻蚀工艺的整个刻蚀过程一般为刻蚀步骤和沉积步骤的交替循环，且在沉积步骤中采用C4F8气体，刻蚀步骤中采用SF6气体。即在沉积条件下采用C4F8气体对基片进行预定时间的沉积，在刻蚀条件下采用SF6气体对基片进行预定时间的刻蚀，然后循环一定次数。在该刻蚀过程中会出现线宽损失效应，且如果基片的原始线宽较窄，刻蚀后会出现侧壁通孔断裂的现象。
为了减少线宽损失，目前普遍采用的方法是在刻蚀过程的前几次刻蚀步骤中通入少量的C4F8气体作为刻蚀保护，使得初期的线宽损失效应得到一定的改善，但导致刻蚀侧壁变细，出现侧壁中段刻蚀断续(Bowing)的现象，影响整体的垂直形貌。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可减小线宽损失且使得刻蚀侧壁垂直且连续的在反应腔室内对基片进行刻蚀的等离子刻蚀方法。
根据本发明实施例的在反应腔室内对基片进行刻蚀的等离子刻蚀方法，包括如下步骤：S1：在第一沉积条件下利用沉积气体对所述基片进行第一预定时间T1的沉积；S2：在第一刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第二预定时间T2的刻蚀；S3：循环步骤S1和S2第一预定次数N1；S4：在第二沉积条件下利用所述沉积气体对所述基片进行第三预定时间T3的沉积；S5：在第二刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第四预定时间T4的刻蚀；S6：循环步骤S4和S5第二预定次数N2。
根据本发明实施例的刻蚀方法，通过在整个刻蚀过程通入沉积气体作为刻蚀保护气体，从而有效地减少了线宽损失，且基片的刻蚀侧壁垂直，刻蚀侧壁连续，不会出现侧壁通孔断裂现象，提高了刻蚀效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤S6之后还包括步骤：S7：在第三沉积条件下利用所述沉积气体对所述基片进行第五预定时间T5的沉积；S8：在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体对所述基片进行第六预定时间T6的刻蚀；和S9：循环步骤S7和S8第三预定次数N3。由此，可进一步使得基片的刻蚀侧壁垂直且连续。
在本发明的另一些实施例中，在步骤S6之后还包括步骤：S7：在第三沉积条件下利用所述沉积气体对所述基片进行第五预定时间T5的沉积；S8：在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第六预定时间T6的刻蚀；和S9：循环步骤S7和S8第三预定次数N3。由此，可得到更好的刻蚀侧壁保护及获得刻蚀侧壁连续性。
进一步地，在循环执行步骤S4和S5的过程中所述第三预定时间T3逐渐减小。从而可得到更好的刻蚀侧壁保护及获得刻蚀侧壁连续性。
具体地，所述第三预定时间T3从7秒逐渐减小到4秒。
进一步，所述第一预定时间T1大于所述第二预定时间T2。从而通过采用长时间的沉积气体，可进一步保证减小基片的掩膜开口，初步改善线宽损失。
具体地，所述沉积气体为C4F8。
具体地，所述刻蚀气体为SF6。
进一步，所述第一预定时间T1为30秒且所述第一预定次数N1=1。
进一步，所述第四预定时间T4为6秒，所述第二预定次数N2大于等于50且小于等于100。
具体地，所述第一沉积条件和所述第二沉积条件均为所述反应腔室内的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将所述沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、所述沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
具体地，所述第一刻蚀条件和所述第二刻蚀条件均为所述反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将所述气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给所述基片的射频功率为20瓦、所述刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟且所述沉积气体的流量为20标准毫升/分钟。
在本发明的一些实施例中，所述第三刻蚀条件为：所述反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将所述气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给所述基片的射频功率为20瓦、所述刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟，所述第三沉积条件为所述反应腔室的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将所述沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、所述沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
在本发明的另一些实施例中，所述第三刻蚀条件为所述反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将所述气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给所述基片的射频功率为20瓦、所述刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟且所述沉积气体的流量为20标准毫升/分钟；所述第三沉积条件为所述反应腔室的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将所述沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、所述沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
可选地，所述刻蚀方法被用于进行MEMS器件的制作。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的刻蚀方法的流程图；
图2是根据本发明另一个实施例的刻蚀方法的流程图；和
图3是根据本发明再一个实施例的刻蚀方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的在反应腔室内对基片进行刻蚀的等离子刻蚀方法，例如，所述刻蚀方法被用于进行MEMS器件的制作。
如图1所示，根据本发明一个实施例的等离子刻蚀方法包括如下步骤：
S1：在第一沉积条件下利用沉积气体对基片进行第一预定时间T1的沉积。具体地，沉积气体为C4F8。
S2：在第一刻蚀条件下利用刻蚀气体和沉积气体对基片进行第二预定时间T2的刻蚀。具体地，刻蚀气体为SF6。
S3：循环步骤S1和S2第一预定次数N1。可选地，第一预定时间T1为30秒且第一预定次数N1=1。
S4：在第二沉积条件下利用沉积气体对基片进行第三预定时间T3的沉积。
S5：在第二刻蚀条件下利用刻蚀气体和沉积气体对基片进行第四预定时间T4的刻蚀。和
S6：循环步骤S4和S5第二预定次数N2。可选地，第四预定时间T4为6秒，第二预定次数N2大于等于50且小于等于100。
具体而言，首先在第一阶段中，在第一沉积条件下利用沉积气体对基片进行第一预定时间T1的沉积，在第一刻蚀条件下采用刻蚀气体和沉积气体对基片进行第二预定时间T2的刻蚀，然后循环一定的次数。由于在第一刻蚀条件下通入了沉积气体作为刻蚀保护气体，可减小基片的掩膜开口，初步改善线宽损失。
然后，在第二阶段中，在第二沉积条件下利用沉积气体对基片进行第三预定时间T3的沉积，在第二刻蚀条件下利用刻蚀气体和沉积气体对基片进行第四预定时间T4的刻蚀，然后循环一定的次数。由于线宽损失区域在整个刻蚀过程的前三分之一阶段均会出现，且随着刻蚀的槽深变深，各项同性刻蚀效率逐渐下降，线宽损失效应减缓，从而在第二刻蚀条件下通入了沉积气体作为刻蚀保护气体，可进一步改善线宽损失。
根据本发明实施例的刻蚀方法，通过在整个刻蚀过程均通入沉积气体作为刻蚀保护气体，从而有效减少线宽损失，可使得基片的刻蚀侧壁垂直，刻蚀侧壁连续。
在本发明的一个具体示例中，第一沉积条件和第二沉积条件可以均为反应腔室内的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
在本发明的一个具体示例中，第一刻蚀条件和第二刻蚀条件均为反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给基片的射频功率为20瓦、刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟且沉积气体的流量为20标准毫升/分钟。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，在步骤S6之后还包括步骤：
S7：在第三沉积条件下利用沉积气体对基片进行第五预定时间T5的沉积。
S8：在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体对基片进行第六预定时间T6的刻蚀。S9：循环步骤S7和S8第三预定次数N3。
换言之，本实施例提供的刻蚀方法还包括第三阶段，在该阶段中，在第三沉积条件下利用沉积气体对基片进行第五预定时间T5的沉积，在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体对基片进行第六预定时间T6的刻蚀，然后循环一定次数，从而通过延长沉积时间和刻蚀时间，可进一步使得基片的刻蚀侧壁垂直且连续。
在本发明的一个具体示例中，第三刻蚀条件为：反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给基片的射频功率为20瓦、刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟，第三沉积条件为反应腔室的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
如图3所示，在本发明的另一些实施例中，在步骤S6之后还包括步骤：
S7：在第三沉积条件下利用沉积气体对基片进行第五预定时间T5的沉积。
S8：在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体和沉积气体对基片进行第六预定时间T6的刻蚀。和
S9：循环步骤S7和S8第三预定次数N3。
换言之，在第三阶段中，在第三沉积条件下利用沉积气体对基片进行第五预定时间T5的沉积，在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体和沉积气体对基片进行第六预定时间T6的刻蚀，然后重复一定次数，从而通过延长沉积时间和刻蚀时间，且通过在第三刻蚀条件下采用沉积气体作为刻蚀保护气体，从而可得到更好的刻蚀侧壁保护及获得刻蚀侧壁连续性。
在本发明的一个具体示例中，第三刻蚀条件为反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给基片的射频功率为20瓦、刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟且沉积气体的流量为20标准毫升/分钟。第三沉积条件为反应腔室的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
进一步地，在循环执行步骤S4和S5的过程中所述第三预定时间T3逐渐减小。具体地，第三预定时间T3从7秒逐渐减小到4秒。换言之，重复在第二沉积条件下利用沉积气体对基片进行第三预定时间T3的沉积，和重复在第二刻蚀条件下利用刻蚀气体和沉积气体对基片进行第四预定时间T4的刻蚀的循环过程中，第三预定时间T3从7秒逐渐减小到4秒。即第一次在沉积条件下利用沉积气体对基片进行沉积的沉积时间为7秒，然后循环N2次在沉积条件下利用沉积气体对基片进行第三预定时间T3的沉积，在循环N2次的过程中，第三预定时间T3逐渐减小，第N2+1次在沉积条件下利用沉积气体对基片进行沉积的沉积时间为4秒。从而可得到更好的刻蚀侧壁保护及获得刻蚀侧壁连续性。
在本发明的进一步实施例中，第一预定时间T1大于第二预定时间T2。从而通过采用长时间的沉积气体，可进一步保证减小基片的掩膜开口，改善线宽损失。
在本发明的一些示例中，第二预定时间T2为6秒，第五预定时间T5为4秒，第六预定时间T6为6秒，且第三预定次数N3大于等于100且小于等于400。
根据本发明实施例的刻蚀方法，通过采用三个阶段的刻蚀工艺，在第一个阶段中将沉积工艺和刻蚀工艺交替进行1次，且沉积工艺的时间大于刻蚀工艺的时间，并且在第一阶段中持续通入沉积气体作为侧壁保护气体，从而减小原始线宽，抵消关键尺寸损失（CDlost）效应，在第二阶段中，沉积工艺和刻蚀工艺交替进行N2次，在沉积工艺中利用沉积气体对基片进行第三预定时间T3的沉积，在交替进行N2次的过程中，第三预定时间T3逐渐减小，从而可减小线宽损失，使得刻蚀侧壁垂直且连续。在第三阶段中，继续将沉积工艺和刻蚀工艺交替进行，且第三个阶段的交替次数要大于第二个阶段，即第三个阶段是稳定刻蚀阶段，并且依然采用在刻蚀工艺中加入C4F8气体作为侧壁保护气体，从而可得到更好的刻蚀侧壁保护及获得刻蚀侧壁连续性，通过上面提到的三个阶段的刻蚀方法，从而使得该刻蚀方法能够有效的减少线宽损失，得到连续且垂直的侧壁刻蚀形貌。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种在反应腔室内对基片进行刻蚀的等离子刻蚀方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在第一沉积条件下利用沉积气体对所述基片进行第一预定时间T1的沉积；
S2：在第一刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第二预定时间T2的刻蚀；
S3：循环步骤S1和S2第一预定次数N1；
S4：在第二沉积条件下利用所述沉积气体对所述基片进行第三预定时间T3的沉积；
S5：在第二刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第四预定时间T4的刻蚀；和
S6：循环步骤S4和S5第二预定次数N2。
2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，在步骤S6之后还包括步骤：
S7：在第三沉积条件下利用所述沉积气体对所述基片进行第五预定时间T5的沉积；
S8：在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体对所述基片进行第六预定时间T6的刻蚀；和
S9：循环步骤S7和S8第三预定次数N3。
3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，在步骤S6之后还包括步骤：
S7：在第三沉积条件下利用所述沉积气体对所述基片进行第五预定时间T5的沉积；
S8：在第三刻蚀条件下利用刻蚀气体和所述沉积气体对所述基片进行第六预定时间T6的刻蚀；和
S9：循环步骤S7和S8第三预定次数N3。
4.根据权利要求1-3任一所述的刻蚀方法，其特征在于，在循环执行步骤S4和S5的过程中所述第三预定时间T3逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第三预定时间T3从7秒逐渐减小到4秒。
6.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一预定时间T1大于所述第二预定时间T2。
7.根据权利要求1-3任一所述的刻蚀方法，其特征在于，所述沉积气体为C4F8。
8.根据权利要求1-3任一所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体为SF6。
9.根据权利要求1-3任一所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一预定时间T1为30秒且所述第一预定次数N1=1。
10.根据权利要求5所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第四预定时间T4为6秒，所述第二预定次数N2大于等于50且小于等于100。
11.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一沉积条件和所述第二沉积条件均为所述反应腔室内的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将所述沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、所述沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
12.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀条件和所述第二刻蚀条件均为所述反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将所述气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给所述基片的射频功率为20瓦、所述刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟且所述沉积气体的流量为20标准毫升/分钟。
13.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第三刻蚀条件为：所述反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将所述气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给所述基片的射频功率为20瓦、所述刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟，所述第三沉积条件为所述反应腔室的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将所述沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、所述沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
14.根据权利要求3所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第三刻蚀条件为所述反应腔室内的压力为30毫托且温度为20摄氏度、用于将所述气体激发为等离子体的功率为2500瓦，施加给所述基片的射频功率为20瓦、所述刻蚀气体的流量为200标准毫升/分钟且所述沉积气体的流量为20标准毫升/分钟；所述第三沉积条件为所述反应腔室的压力为15毫托且温度为20摄氏度、用于将所述沉积气体激发为等离子体的功率为1200瓦、所述沉积气体的流量为100标准毫升/分钟。
15.根据权利要求1-3任一所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法被用于进行MEMS器件的制作。
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