CN106564855B - 一种深硅刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深硅刻蚀方法，涉及半导体技术领域，能够改善侧壁的形貌。该深硅刻蚀方法包括深硅刻蚀初始阶段，所述深硅刻蚀初始阶段包括交替进行的多个第一沉积步骤和多个第一刻蚀步骤，多个所述第一沉积步骤的沉积时间呈递减趋势，多个所述第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈递增趋势。本发明用于进行深硅刻蚀。

Description

一种深硅刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种深硅刻蚀方法。
背景技术
近年来，随着微电子技术的发展，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)受到各发达国家政府和科学家的高度重视。而深硅刻蚀技术作为实现MEMS的关键，越来越受到广泛关注。
目前，主要采用Bosch工艺进行深硅刻蚀，具体地，采用Bosch工艺进行深硅刻蚀的过程为刻蚀步骤与沉积步骤交替循环进行的过程，其中，沉积步骤的作用在于在沟槽的侧壁沉积一层聚合物作为保护层来保护侧壁不受侵蚀。
然而，本申请的发明人发现，在上述采用Bosch工艺进行深硅刻蚀的过程中，刻蚀初期刻蚀速率较快，各向同性刻蚀严重，容易导致沟槽的侧壁的顶部被刻蚀严重，进而使得刻蚀形成的沟槽的侧壁出现bowing(凸肚)，导致沟槽的侧壁的形貌不佳，会对后续的工艺产生不良影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深硅刻蚀方法，用于避免沟槽的侧壁出现bowing，改善侧壁的形貌。
为达到上述目的，本发明提供一种深硅刻蚀方法，采用如下技术方案：
一种深硅刻蚀方法包括深硅刻蚀初始阶段，所述深硅刻蚀初始阶段包括交替进行的多个第一沉积步骤和多个第一刻蚀步骤，多个所述第一沉积步骤的沉积时间呈递减趋势，多个所述第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈递增趋势。
本发明提供一种如上所述的深硅刻蚀方法，由于在本发明中的深硅刻蚀初始阶段中，多个第一沉积步骤的沉积时间呈递减趋势，多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈递增趋势，从而能够在越刻蚀初期第一沉积步骤的沉积时间越长，进而能够在侧壁形成越厚的保护层，增加对侧壁顶部的保护，降低对侧壁顶部的刻蚀，进而能够有效避免侧壁出现bowing，改善了沟槽的侧壁的形貌。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的深硅刻蚀方法的流程图；
图2为本发明实施例中的硅片的扫描电镜图；
图3为本发明实施例中图2中A区域的放大图；
图4为本发明实施例中图3中B区域的放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种深硅刻蚀方法，具体地，如图1所示，该深硅刻蚀方法包括深硅刻蚀初始阶段，深硅刻蚀初始阶段包括交替进行的多个第一沉积步骤和多个第一刻蚀步骤，其中，多个第一沉积步骤的沉积时间呈递减趋势，多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈递增趋势。因此，能够在越刻蚀初期第一沉积步骤的沉积时间越长，进而能够在侧壁形成越厚的保护层，增加对侧壁顶部的保护，降低对侧壁顶部的刻蚀，进而能够有效避免侧壁出现bowing，改善了沟槽的侧壁的形貌。
需要说明的是，上述“多个第一沉积步骤的沉积时间呈递减趋势”指的是“每个第一沉积步骤的沉积时间均大于下一个第一沉积步骤的沉积时间，即多个第一沉积步骤的沉积时间依次递减；或者，相邻几个第一沉积步骤分为一组，每组中的所有第一沉积步骤的沉积时间相同，每组中的第一沉积步骤的沉积时间均大于下一组第一沉积步骤的沉积时间，即多个第一沉积步骤的沉积时间呈台阶式递减”。本发明实施例中优选，多个第一沉积步骤的沉积时间依次递减，以使得深硅刻蚀的连续性好，进而能够进一步改善沟槽的侧壁的形貌。
示例性地，本发明实施例中的深硅刻蚀初始阶段包括20个第一沉积步骤，20个第一沉积步骤中，沉积气体均为八氟环丁烷，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1600W～1800W，下射频功率均为0W，工艺气压均为50mT～70mT，沉积温度均为10℃～20℃，第一个第一沉积步骤的沉积时间为4s，最后一个第一沉积步骤的沉积时间为2s，第i个第一沉积步骤的沉积时间为4s-2(i-1)/19s，其中，i为大于等于2且小于20的正整数。
类似地，上述“多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈递增趋势”指的是“每个第一刻蚀步骤的刻蚀时间均小于下一个第一刻蚀步骤的刻蚀时间，即多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间依次递增；或者，相邻几个第一刻蚀步骤分为一组，每组中的所有第一刻蚀步骤的刻蚀时间相同，每组中的第一刻蚀步骤的刻蚀时间均小于下一组第一刻蚀步骤的刻蚀时间，即多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈台阶式递增”。本发明实施例中优选，多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间依次递增，以使得深硅刻蚀的连续性好，进而能够进一步改善沟槽的侧壁的形貌。
示例性地，深硅刻蚀初始阶段包括20个第一刻蚀步骤，20个第一刻蚀步骤中，刻蚀气体均为六氟化硫，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1800W～2200W，下射频功率均为30W～60W，下射频频率均为1000Hz，下射频占空比均为30％，工艺气压均为50mT～70mT，刻蚀温度均为10℃～20℃，第一个第一刻蚀步骤的刻蚀时间为3s，最后一个第一刻蚀步骤的刻蚀时间为3.5s，第j个第一沉积步骤的沉积时间为3s+0.5(j-1)/19s，其中，j为大于等于2且小于20的正整数。
由于在本发明中的深硅刻蚀初始阶段中，多个第一沉积步骤的沉积时间呈递减趋势，多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈递增趋势，从而能够在越刻蚀初期第一沉积步骤的沉积时间越长，进而能够在侧壁形成越厚的保护层，增加对侧壁的保护，降低对侧壁的刻蚀，进而能够有效避免侧壁出现bowing，改善了沟槽的侧壁的形貌。
此外，由于深硅刻蚀初始阶段的刻蚀深度较小，为了达到更大的刻蚀深度，如图1所示，本发明实施例中的深硅刻蚀方法还包括位于深硅刻蚀初始阶段后的深硅刻蚀主阶段，深硅刻蚀主阶段包括交替进行的多个第二沉积步骤和多个第二刻蚀步骤，每个第二沉积步骤的沉积时间与多个第一沉积步骤的沉积时间中的最小值相等，每个第二刻蚀步骤的刻蚀时间与多个第一刻蚀步骤的刻蚀时间中的最大值相等。此时，深硅刻蚀主阶段和深硅刻蚀初始阶段在工艺上无跳跃式变化，二者的连续性好，进而使得刻蚀形成的沟槽的侧壁平直，进一步改善了沟槽的侧壁的形貌。
示例性地，深硅刻蚀主阶段包括120个第二沉积步骤，120个第二沉积步骤中，沉积气体均为八氟环丁烷，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1600W～1800W，下射频功率均为0W，工艺气压均为50mT～70mT，沉积温度均为10℃～20℃，沉积时间均为2s。
此外，本申请的发明人发现，在深硅刻蚀过程中，随着刻蚀形成的沟槽的深宽比的增大，或者说随着刻蚀深度的增加，刻蚀气体更难进入，同时刻蚀副产物更难挥发出来，加剧了对沟槽的侧壁顶部的横向刻蚀，进而更容易导致侧壁出现bowing，同时，还会导致侧壁顶部的刻蚀速率较底部快，侧壁出现较大的scallop(扇贝形)。为了解决上述问题，本发明实施例中优选，多个第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比呈递增趋势，进而能够逐渐增强提高刻蚀气体中粒子的能量，降低了刻蚀气体进入的难度和刻蚀副产物挥发的难度，进而能够有效避免侧壁出现bowing和较大的scallop，进一步了改善沟槽的侧壁的形貌。
类似地，上述“多个第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比呈递增趋势”指的是“每个第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比均小于下一个第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比，即多个第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比依次递增；或者，相邻几个第二刻蚀步骤分为一组，每组中的所有第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比相同，每组中的第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比均小于下一组第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比，即多个第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比呈台阶式递增”。本发明实施例中优选，多个第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比依次递增，以使得深硅刻蚀的连续性好，进而能够进一步改善沟槽的侧壁的形貌。
示例性地，深硅刻蚀主阶段包括120个第二刻蚀步骤，120个第二刻蚀步骤中，刻蚀气体均为六氟化硫，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1800W～2200W，下射频功率均为30W～60W，下射频频率均为1000Hz，工艺气压均为50mT～70mT，刻蚀温度均为10℃～20℃，刻蚀时间均为3.5s，第一个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为25％，最后一个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为30％，第k个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为0.25+0.05(k-1)/119，其中，k为大于等于2且小于120的正整数。
为了便于本领域技术人员理解和实施，下面本发明实施例提供一种最具体的深硅刻蚀方法：
该深硅刻蚀方法包括深硅刻蚀初始阶段和深硅刻蚀主阶段。
其中，深硅刻蚀初始阶段包括交替进行的20个第一沉积步骤和20个第一刻蚀步骤。
20个第一沉积步骤中，沉积气体均为八氟环丁烷，气体流量均为200sccm，上射频功率均为1600W，下射频功率均为0W，工艺气压均为50mT，沉积温度均为15℃，第一个第一沉积步骤的沉积时间为4s，最后一个第一沉积步骤的沉积时间为2s，第i个第一沉积步骤的沉积时间为4s-2(i-1)/19s，其中，i为大于等于2且小于20的正整数。
20个第一刻蚀步骤中，刻蚀气体均为六氟化硫，气体流量均为250sccm，上射频功率均为2000W，下射频功率均为55W，下射频频率均为1000Hz，下射频占空比均为30％，工艺气压均为50mT，刻蚀温度均为15℃，第一个第一刻蚀步骤的刻蚀时间为3s，最后一个第一刻蚀步骤的刻蚀时间为3.5s，第j个第一沉积步骤的沉积时间为3s+0.5(j-1)/19s，其中，j为大于等于2且小于20的正整数。
深硅刻蚀主阶段包括交替进行的120个第二沉积步骤和120个第二刻蚀步骤。
120个第二沉积步骤中，沉积气体均为八氟环丁烷，气体流量均为200sccm，上射频功率均为1600W，下射频功率均为0W，工艺气压均为50mT，沉积温度均为15℃，沉积时间均为2s。
120个第二刻蚀步骤中，刻蚀气体均为六氟化硫，气体流量均为250sccm，上射频功率均为2000W，下射频功率均为55W，下射频频率均为1000Hz，工艺气压均为50mT，刻蚀温度均为15℃，刻蚀时间均为3.5s，第一个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为25％，最后一个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为30％，第k个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为0.25+0.05(k-1)/119，其中，k为大于等于2且小于120的正整数。
采用上述深硅刻蚀方法对硅片进行刻蚀后，硅片的形貌如图2、图3和图4所示，从以上几幅图中可以明确看出，沟槽的侧壁几乎未出现bowing，侧壁光滑平直，且scallop的高度为33.1nm，小于34nm，而现有技术中的深硅刻蚀方法对硅片进行刻蚀后，沟槽的侧壁距离顶部0～5μm处会出现bowing，且侧壁不平直，scallop的高度为180nm，因此，本发明实施例中的深硅刻蚀方法能够有效避免沟槽的侧壁出现bowing，有效减小沟槽的侧壁出现的scallop，有效改善了沟槽的侧壁的形貌。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种深硅刻蚀方法，其特征在于，包括深硅刻蚀初始阶段，所述深硅刻蚀初始阶段包括交替进行的多个第一沉积步骤和多个第一刻蚀步骤，多个所述第一沉积步骤的沉积时间呈递减趋势，多个所述第一刻蚀步骤的刻蚀时间呈递增趋势；
所述深硅刻蚀方法还包括位于所述深硅刻蚀初始阶段后的深硅刻蚀主阶段，所述深硅刻蚀主阶段包括交替进行的多个第二沉积步骤和多个第二刻蚀步骤，每个所述第二沉积步骤的沉积时间与多个所述第一沉积步骤的沉积时间中的最小值相等，每个所述第二刻蚀步骤的刻蚀时间与多个所述第一刻蚀步骤的刻蚀时间中的最大值相等；
多个所述第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比呈递增趋势。
2.根据权利要求1所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，多个所述第一沉积步骤的沉积时间依次递减。
3.根据权利要求2所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述深硅刻蚀初始阶段包括20个第一沉积步骤，20个第一沉积步骤中，沉积气体均为八氟环丁烷，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1600W～1800W，下射频功率均为0W，工艺气压均为50mT～70mT，沉积温度均为10℃～20℃，第一个第一沉积步骤的沉积时间为4s，最后一个第一沉积步骤的沉积时间为2s，第i个第一沉积步骤的沉积时间为4s-2(i-1)/19s，其中，i为大于等于2且小于20的正整数。
4.根据权利要求1所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，多个所述第一刻蚀步骤的刻蚀时间依次递增。
5.根据权利要求4所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述深硅刻蚀初始阶段包括20个第一刻蚀步骤，20个第一刻蚀步骤中，刻蚀气体均为六氟化硫，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1800W～2200W，下射频功率均为30W～60W，下射频频率均为1000Hz，下射频占空比均为30％，工艺气压均为50mT～70mT，刻蚀温度均为10℃～20℃，第一个第一刻蚀步骤的刻蚀时间为3s，最后一个第一刻蚀步骤的刻蚀时间为3.5s，第j个第一刻蚀步骤的刻蚀时间为3s+0.5(j-1)/19s，其中，j为大于等于2且小于20的正整数。
6.根据权利要求1所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述深硅刻蚀主阶段包括120个第二沉积步骤，120个第二沉积步骤中，沉积气体均为八氟环丁烷，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1600W～1800W，下射频功率均为0W，工艺气压均为50mT～70mT，沉积温度均为10℃～20℃，沉积时间均为2s。
7.根据权利要求1所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，多个所述第二刻蚀步骤中下电极功率的占空比依次递增。
8.根据权利要求7所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述深硅刻蚀主阶段包括120个第二刻蚀步骤，120个第二刻蚀步骤中，刻蚀气体均为六氟化硫，气体流量均为200sccm～300sccm，上射频功率均为1800W～2200W，下射频功率均为30W～60W，下射频频率均为1000Hz，工艺气压均为50mT～70mT，刻蚀温度均为10℃～20℃，刻蚀时间均为3.5s，第一个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为25％，最后一个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为30％，第k个第二刻蚀步骤中的下射频占空比为0.25+0.05(k-1)/119，其中，k为大于等于2且小于120的正整数。
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