CN105097494B - 刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刻蚀方法，该刻蚀方法包括交替进行的以下步骤：初期沉积步骤，通入沉积气体，在基片的沟槽的底壁表面上和侧壁表面上形成第一保护层；初期刻蚀步骤，通入刻蚀气体，对所述沟槽的底壁表面上的第一保护层进行刻蚀，同时通入保护气体，该保护气体能够将基片氧化，以在所述沟槽的底壁表面上和侧壁表面的第一保护层上形成第二保护层。在本发明中，所述刻蚀方法能够在沟槽的侧壁表面上形成第一保护层和第二保护层，与现有技术相比，本发明提供的刻蚀方法能够降低横向刻蚀速度，从而能够有效地减少侧壁弯曲现象的发生，进而提高产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制作领域，具体地，涉及一种刻蚀方法。
背景技术
随着高深宽比各向异性刻蚀技术的突破和迅速发展，愈来愈多的微机电系统(MEMS)器件正朝着高深宽比结构发展。为实现高深宽比这一目标，通常使用干法刻蚀。但是在深硅刻蚀初期，由于硅槽顶部保护不够，常造成线宽损失或侧壁弯曲(bowing)现象，随着反应的进行，刻蚀深度不断增大，反应物与生成物的运输均受到阻碍，在窄槽空间内由于电场作用有相当一部分离子被吸引到侧壁造成纵向刻蚀速率下降而导致底部收缩。
目前普遍采用的方法分为两个阶段，第一阶段为前3～5个循环，沉积步骤中采用C4F8，刻蚀步骤中SF6和少量的C4F8。第二阶段为主刻蚀阶段，一般在沉积步骤中采用C4F8气体，只采用SF6气体而不加C4F8。这种工艺方法对顶部线宽可以起到一定的控制作用，但是由于气体通入时间较短，即使延长沉积步骤的时间，钝化效果也是有限的，不能充分对顶部侧壁起到很好的保护作用，侧向腐蚀依然存在。如图1所示的是这种工艺方法的刻蚀结果，沟槽的原始线宽约为1.0μm，刻蚀后顶部出现严重侧壁弯曲的现象，最宽处约为2.91μm，随着刻蚀深度的增加，底部呈收缩态势。
因此，如何防止侧壁弯曲现象的产生是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种刻蚀方法，能够有效地减少侧壁弯曲现象。
为了实现上述目的，本发明提供一种刻蚀方法，该刻蚀方法包括交替进行的以下步骤：
初期沉积步骤，通入沉积气体，在基片的沟槽的底壁表面上和侧壁表面上形成第一保护层；
初期刻蚀步骤，通入刻蚀气体，对所述沟槽的底壁表面上的第一保护层进行刻蚀，同时通入保护气体，该保护气体能够将基片氧化，以在所述沟槽的底壁表面上和侧壁表面的第一保护层上形成第二保护层。
优选地，所述初期刻蚀步骤包括：
S101、调节上射频电源和下射频电源的功率，通入所述刻蚀气体，将形成在所述沟槽底壁表面上的第一保护层刻蚀掉，露出所述基片的材料；
S102、调节上射频电源和下射频电源的功率，通入所述保护气体，将露出的所述基片的材料氧化，以在侧壁表面形成双层保护层。
优选地，当所述沟槽的深度达到预定深度时，所述刻蚀方法还包括以下步骤：
中期刻蚀步骤，交替通入所述沉积气体和所述刻蚀气体，且停止通入所述保护气体，以对所述沟槽进行刻蚀。
优选地，当所述沟槽的深宽比达到预定深宽比时，所述刻蚀方法还包括在所述中期刻蚀步骤之后进行的以下步骤：
后期刻蚀步骤，交替通入所述沉积气体和所述刻蚀气体，并且通入所述沉积气体的持续时间逐次减少，通入所述刻蚀气体的持续时间逐次增加，直至所述沟槽的深度达到目标深度。
优选地，所述刻蚀气体为SF6。
优选地，所述保护气体为O2。
优选地，所述刻蚀方法中的温度为20℃±1℃。
优选地，所述初期沉积步骤中的工艺参数为：压强为15mT～70mT；上射频电源功率为1000W～2000W；沉积气体流量为120sccm～200sccm；时间2s～6s。
优选地，所述刻蚀气体的流量为：200sccm～300sccm；所述保护气体的流量为：20sccm～30sccm。
优选地，所述刻蚀气体对所述第一保护层进行刻蚀时的工艺参数为：上射频电源的功率为2000W～2500W，下射频电源的功率为30W～60W，时间为1s～2s。
优选地，所述刻蚀气体对所述第一保护层下方的基片进行刻蚀时的工艺参数为：上射频电源的功率为2000W～2500W，下射频电源的功率为20W～10W，时间为3s～6s。
在本发明所提供的刻蚀方法中，通入的沉积气体在沟槽的底壁表面上和侧壁表面上形成第一保护层，通入的保护气体可以将基片氧化，以在沟槽的底壁表面上和侧壁表面的第一保护层上形成第二保护层，因而使得沟槽的侧壁表面上形成两层保护层，从而降低横向刻蚀速度，进而减少侧壁弯曲现象的发生；同时，当沟槽的深宽比大于预定深宽比时，通过增加对沟槽底部的刻蚀时间以减少沟槽底部收缩现象的发生，进而提高产品质量。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1所示的是现有的刻蚀方法的刻蚀结果示意图；
图2所示的是本发明所提供的刻蚀方法流程图；
图3所示的是本发明所提供的刻蚀方法中形成的第一保护层的结构示意图；
图4所示的是本发明所提供的刻蚀方法中沟槽底壁表面上的第一保护层被刻蚀的示意图；
图5所示的是本发明所提供的刻蚀方法中沟槽的侧壁上形成第一保护层和第二保护层的示意图；
图6所示的是本发明所提供的刻蚀方法的刻蚀结果示意图；
图7所示的是本发明所提供的刻蚀方法的另一刻蚀示意图。
附图标记说明
1：第一保护层；2：第二保护层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种刻蚀方法，如图2至图5所示，该刻蚀方法可以包括交替进行的以下步骤：
初期沉积步骤，通入沉积气体，在基片的沟槽的底壁表面和侧壁表面形成第一保护层1(如图3所示)；
初期刻蚀步骤，通入刻蚀气体，对所述沟槽的底壁表面的第一保护层进行刻蚀，同时通入保护气体，该保护气体能够将基片氧化，以在所述沟槽的底壁表面和侧壁表面的第一保护层上形成第二保护层。
本发明所提供的刻蚀方法尤其应用于深硅刻蚀，在初期沉积步骤中，向用于刻蚀的工艺腔内通入所述沉积气体(如，C4F8)，该沉积气体被电离为等离子后形成聚合物沉积在所述沟槽的底壁表面和侧壁表面，形成第一保护层1(如图3所示)；在初期刻蚀步骤中，所述刻蚀气体在上射极电源加电时被电离为等离子体，由于该等离子体的各向异性使得所述沟槽底壁表面的第一保护层被刻蚀，而沟槽侧壁表面的第一保护层不受影响或很少受到刻蚀(如图4所示)，第一保护层被刻蚀掉而露出的基片部分与通入的保护气体发生反应，氧化后的生成物附着在沟槽的底壁表面上和侧壁表面的第一保护层上，从而在沟槽的侧壁上形成双层保护层(如图5所示)。例如，当所述基片为硅片时，所述沟槽底壁表面上的第一保护层和侧壁表面上的第一保护层的一部分被刻蚀，相应区域的硅元素可以与保护气体接触而被氧化，氧化后的生成物(SiO2)附着在沟槽的底壁表面上和侧壁表面的第一保护层上。
在本发明中，通入刻蚀气体的同时通入保护气体，因而可以在沟槽的侧壁表面上形成第一保护层1和第二保护层2，与现有技术相比，沟槽的侧壁表面的保护层厚度增加，在第一保护层1和第二保护层2共同的保护作用下，横向刻蚀速度降低，从而有效地减少侧壁弯曲现象的发生，进而提高产品质量。
作为本发明的一种具体实施方式，所述刻蚀方法中的温度为20℃±1℃，所述初期沉积步骤中的工艺参数为：工艺腔室内的压强为15mT～70mT；上射频电源功率为1000W～2000W，以将所述沉积气体电离为等离子体；所述沉积气体的流量为120sccm～200sccm；沉积时间为2s～6s。
在本发明中，所述初期刻蚀步骤可以包括对沟槽的底壁表面上的第一保护层1刻蚀，当第一保护层1被刻蚀掉时，继续刻蚀第一保护层1下方的基片材料。即，所述初期刻蚀步骤可以包括：
S101、调节上射频电源和下射频电源的功率，通入所述刻蚀气体，将形成在所述沟槽底壁表面上的第一保护层1刻蚀掉，露出所述基片的材料；
S102、调节上射频电源和下射频电源的功率，通入所述保护气体，将露出的所述基片的材料氧化，以在侧壁表面形成双层保护层。在步骤S101和步骤S102中，所述上射频电源的作用在于对通入气体进行电离，以形成等离子体，所述下射频电源的作用在于，吸引所述等离子化的气体沿竖直方向进行刻蚀，以增大所述沟槽的深度。在工艺过程中，步骤S101中下射频电源的功率值可以与步骤S102中下射频电源的功率值不相同，以分别对所述沟槽底壁表面上的第一保护层1和所述基片进行刻蚀。
在实际工艺过程中，侧壁弯曲现象的产生与所述沟槽的深度有关，当所述沟槽达到一定深度时，极易出现侧壁弯曲现象，且侧壁弯曲的现象将随着刻蚀深度的增大而明显，此时，通入所述保护气体对侧壁弯曲现象的改善效果并不明显。为了防止所述保护气体造成的刻蚀速率的降低和不必要的浪费，更进一步地，当所述沟槽的深度达到预定深度时，刻蚀方法还可以包括交替进行的如下步骤：
中期刻蚀步骤，交替通入所述沉积气体和所述刻蚀气体，且停止通入所述保护气体，以对所述沟槽进行刻蚀。
在所述中期刻蚀步骤中，所述沉积气体形成的聚合物沉积在所述沟槽的底壁表面上和侧壁表面上；通入刻蚀气体后，该刻蚀气体可以将沟槽底壁表面上的第一保护层刻蚀掉，并对第一保护层下方的基片材料进行刻蚀，以增加所述沟槽的深度。由于未通入保护气体，因此刻蚀速率不会受到影响。
具体地，所述预定深度可以由实验确定，作为本发明的一种具体实施方式，所述预定深度为30μm±3μm。可以采用终点检测仪EPD检测Si元素的信号强度的方法来确定所述沟槽的深度。
应当理解的是，当所述沟槽的深宽比增大至预定深宽比并继续增大时，所述刻蚀气体到达所述沟槽底部的时间增加，刻蚀速度降低，且所述刻蚀气体对所述沟槽底部刻蚀过程中的生成物的抽离速度降低。为了防止深宽比增大时，所述沟槽的底部发生收缩现象，更进一步地，如图2所示，所述刻蚀方法还可以包括在所述中期刻蚀步骤之后进行的以下步骤：
后期刻蚀步骤，交替通入所述沉积气体和所述刻蚀气体，并且通入所述沉积气体的持续时间逐次减少，通入所述刻蚀气体的持续时间逐次增加，直至所述沟槽的深度达到目标深度。
所述“目标深度”是指，刻蚀工艺完成时所述沟槽的深度。可以理解的是，为了提高刻蚀效率，在所述后期刻蚀步骤中，通入所述沉积气体的持续时间可以逐次降低，并且通入所述刻蚀气体的持续时间可以逐次增加，即，第一次通入沉积气体的持续时间大于第二次通入沉积气体的持续时间，第一次通入刻蚀气体的持续时间小于第二次通入刻蚀气体的持续时间。这种设置方式可以使得通入沉积气体时沉积在沟槽底部的第一保护层的厚度逐次减小，以便于刻蚀气体对所述第一保护层的刻蚀，减少沟槽底部发生收缩现象的发生。
具体地，所述预定深宽比可以根据实验结果进行确定，作为本发明的一种具体实施方式，所述预定深宽比为10：1。
更进一步地，所述刻蚀气体可以为SF6，所述刻蚀气体的气体流量为200sccm～300sccm。
更进一步地，所述保护气体可以为O2，所述保护气体的气体流量为：20sccm～30sccm。
通入刻蚀气体可以对所述第一保护层和第一保护层下方的基片材料分别进行刻蚀，更进一步地，所述刻蚀气体对所述第一保护层进行刻蚀时的工艺参数为：上射频电源的功率为2000W～2500W，下射频电源的功率调节为30W～60W，刻蚀时间为1s～2s。所述第一保护层为所述初期沉积步骤、所述中期刻蚀步骤和所述后期刻蚀步骤中通入所述沉积气体时形成的聚合物。
所述刻蚀气体对第一保护层下方的基片材料进行刻蚀时的工艺参数为：上射频电源的功率调节为2000W～2500W，下射频电源的功率调节为10W～20W，时间为3s～6s。
下面结合图2至图5对本发明的一种优选实施方式进行介绍，如图2所示，该刻蚀方法包括交替进行的以下步骤：
初期沉积步骤，通入沉积气体C4F8，在基片的沟槽的底壁表面上和侧壁表面上形成第一保护层；
初期刻蚀步骤，通入刻蚀气体SF6，对所述沟槽的底壁表面的第一保护层进行刻蚀，同时通入保护气体O2，将基片氧化，以在所述沟槽的底壁表面上和侧壁表面的第一保护层1上形成第二保护层。
在初期沉积步骤中，沉积气体C4F8流量为150sccm，上射频电源功率1500W，下射频电源功率为0W，沉积时间为4s。
在初期刻蚀步骤中，刻蚀气体SF6的流量为200sccm，保护气体O2流量为20sccm，当刻蚀气体SF6对沟槽底壁表面上的第一保护层进行刻蚀时，上射频电源功率为2500W，下射频电源功率为30W，刻蚀时间为1s；当刻蚀气体SF6对第一保护层下方的基片材料进行刻蚀时，上射频电源功率为2500W，下射频电源功率为10W，刻蚀时间为3.3s。
当所述沟槽的深度达到30μm时，进行中期刻蚀步骤：交替通入沉积气体C4F8和所述刻蚀气体SF6，且停止通入所述保护气体O2，以对所述沟槽进行刻蚀。
当刻蚀气体SF6对沉积在沟槽底壁表面上的第一保护层进行刻蚀时，上射频电源为2500W，下射频电源功率为30W，刻蚀时间为1s；当刻蚀气体SF6对第一保护层下方的基片材料进行刻蚀时，上射频电源为2500W，下射频电源功率为10W，刻蚀时间为3.3s。
当所述沟槽的深宽比达到10：1时，进行后期刻蚀步骤：交替通入沉积气体C4F8和刻蚀气体SF6，其中通入沉积气体C4F8的持续时间为4s～3s，即，沉积时间逐次减少；当刻蚀气体SF6对第一保护层下方的基片材料进行刻蚀时，刻蚀气体SF6的通入时间为3.3s～3.8s，即，刻蚀时间逐次增加，其他工艺参数与所述中期刻蚀步骤中相同，这里不再赘述。
在上述优选实施方式中，工艺腔的压强为50mT，温度为20℃。本发明所提供的刻蚀方法的刻蚀结果如图6和图7所示，可以看出，刻蚀不同深度的沟槽时(l1＝23.6μm，l2＝53.8μm)，所述刻蚀方法均可以有效减少侧壁弯曲现象的发生。
在本发明中，刻蚀深度较小时，所述刻蚀气体中包括刻蚀气体和保护气体，从而在沟槽侧壁上形成第一保护层和第二保护层，与现有技术相比，可以降低横向刻蚀速度，因而可以有效地减少侧壁弯曲现象的发生；同时，当沟槽的深宽比大于预定深宽比时，通过增加刻蚀时间以减少沟槽底部收缩现象的发生，进而提供产品质量。
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。
Claims (10)
1.一种刻蚀方法，其特征在于，该刻蚀方法包括交替进行的以下步骤：
初期沉积步骤，通入沉积气体，在基片的沟槽的底壁表面上和侧壁表面上形成第一保护层；
初期刻蚀步骤，通入刻蚀气体，对所述沟槽的底壁表面上的第一保护层进行刻蚀，同时通入保护气体，该保护气体能够将基片氧化，以在所述沟槽的底壁表面上和侧壁表面的第一保护层上形成第二保护层；
当所述沟槽的深度达到预定深度时，还包括，中期刻蚀步骤，交替通入所述沉积气体和所述刻蚀气体，且停止通入所述保护气体，以对所述沟槽进行刻蚀。
2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述初期刻蚀步骤包括：
S101、调节上射频电源和下射频电源的功率，通入所述刻蚀气体，将形成在所述沟槽底壁表面上的第一保护层刻蚀掉，露出所述基片的材料；
S102、调节上射频电源和下射频电源的功率，通入所述保护气体，将露出的所述基片的材料氧化，以在侧壁表面形成双层保护层。
3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，当所述沟槽的深宽比达到预定深宽比时，所述刻蚀方法还包括在所述中期刻蚀步骤之后进行的以下步骤：
后期刻蚀步骤，交替通入所述沉积气体和所述刻蚀气体，并且通入所述沉积气体的持续时间逐次减少，通入所述刻蚀气体的持续时间逐次增加，直至所述沟槽的深度达到目标深度。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体为SF6。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述保护气体为O2。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法中的温度为20℃±1℃。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述初期沉积步骤中的工艺参数为：压强为15mT～70mT；上射频电源功率为1000W～2000W；沉积气体流量为120sccm～200sccm；时间2s～6s。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体的流量为：200sccm～300sccm；所述保护气体的流量为：20sccm～30sccm。
9.根据权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体对所述第一保护层进行刻蚀时的工艺参数为：上射频电源的功率为2000W～2500W，下射频电源的功率为30W～60W，时间为1s～2s。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体对所述第一保护层下方的基片进行刻蚀时的工艺参数为：上射频电源的功率为2000W～2500W，下射频电源的功率为20W～10W，时间为3s～6s。
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| CB02 | Change of applicant information |
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