CN110116986A - 一种mems加速器件的通孔刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，该方法至少包括以下步骤：步骤一、对硅片表面进行刻蚀，形成通孔；步骤二、对刻蚀后的硅片表面进行低温灰化；步骤三、对经过低温灰化后的硅片表面进行高温灰化；步骤四、对经过高温灰化后的硅片表面进行湿法清洗。本发明将灰化过程分开进行，通过低温灰化来避免刻蚀后光刻胶变硬以及聚合物变硬，使得后续高温灰化过程中光刻胶容易被去除，而残留的聚合物通过后续湿法清洗被有效清理，提高了产品的良率，节约了生产成本。

Description

一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法。
背景技术
对于微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)加速器件来说，在其制造过程中，对于大面积刻蚀率的硅片，整个硅片上绝大多数面积都被进行了通孔的等离子体刻蚀，刻蚀通孔(VIA)的过程中，由于刻蚀面积占比高，常常会在通孔(VIA)沟槽的侧壁严重残留有聚合物(Polymer)，如图1所示，图1显示为现有技术中的MEMS器件制造过程中通孔刻蚀后侧残留聚合物的显微镜图，如果所刻蚀通孔的关键尺寸(CD，CriticalDimension)在1微米以上也会使得通孔中严重残留有聚合物。如图2所示，图2显示为图1的局部放大图。可见，在以上情况下，通孔侧壁的聚合物残留特别严重。现有技术中，通常的做法是，先用等离子体刻蚀硅片形成通孔，然后进行灰化(ashing)，以去除刻蚀后的光刻胶，然后再进行湿法清洗，去除聚合物，但是，在灰化过程中，温度的选择尤其重要，并且现有技术中的灰化常常是进行高温灰化，剩余的光刻胶或残留的聚合物不能有效去除，以致硅片在后续制程中容易形成缺陷，极大降低了产品的良率。
因此，需要提出一种新的刻蚀方法来解决MEMS加速器件刻蚀过程中，通孔侧壁严重残留聚合物的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，用于解决现有技术中在制造由于MEMS加速器件过程中，硅片表面被大面积刻蚀或者所刻蚀通孔的关键尺寸较大时，通孔侧壁严重残留聚合物的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，该方法至少包括以下步骤：步骤一、对硅片表面进行刻蚀，形成通孔；步骤二、对刻蚀后的硅片表面进行低温灰化；步骤三、对经过低温灰化后的硅片表面进行高温灰化；步骤四、对经过高温灰化后的硅片表面进行湿法清洗。
优选地，步骤一中的通孔刻蚀方法为等离子体刻蚀。
优选地，所述步骤一中的等离子体刻蚀中通入反应腔中的气体为氧气和含氟气体和氧气。
优选地，所述含氟气体包括C4F8、C5F8中的至少一种。
优选地，步骤二中对硅片表面进行低温灰化需要的气体为氧气。
优选地，步骤二中的低温灰化过程中的温度取值范围为小于150摄氏度。
优选地，步骤三中高温灰化需要的气体为氧气。
优选地，步骤三中的高温灰化过程中的温度取值范围为大于200摄氏度。
优选地，步骤一中对所述硅片表面进行通孔刻蚀的刻蚀面积占比大于硅片表面面积的50％。
优选地，步骤一中所刻蚀形成的通孔，其关键尺寸大于1μm。
如上所述，本发明的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，具有以下有益效果：本发明将灰化过程分开进行，通过低温灰化来避免刻蚀后光刻胶变硬以及聚合物变硬，使得后续高温灰化过程中光刻胶容易被去除，而残留的聚合物通过后续湿法清洗被有效清理，提高了产品的良率，节约了生产成本。
附图说明
图1显示为现有技术中的MEMS器件制造过程中通孔刻蚀后侧残留聚合物的显微镜图；
图2显示为图1的局部放大图；
图3显示为本发明的MEMS加速器件的通孔刻蚀后的显微镜图；
图4显示为图3的局部放大图；
图5显示为本发明的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图5所示，图5显示为本发明的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法流程图。本发明提供一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、对硅片表面进行刻蚀，形成通孔；对于形成所述MEMS加速器件的过程中，需要对硅片表面薄膜进行通孔(VIA)的刻蚀，该薄膜可以是多晶硅，刻蚀后形成的通孔用于填充金属以形成金属互联结构。本发明优选地，步骤一中的通孔刻蚀方法为等离子体刻蚀。由于刻蚀前需要在硅片表面悬涂光刻胶，经过显影形成通孔图案，之后再按照该图案进行干法刻蚀，等离子体刻蚀属于干法刻蚀的一种，需要在反应腔中通入反应气体，本发明优选地，步骤一中的等离子体刻蚀中通入反应腔中的气体为含氟气体和氧气。其中含氟气体为氟基气体，本发明优选地，所述含氟气体包括C4F8、C5F8中的至少一种。本实施例中，步骤一中的含氟气体为C4F8(八氟环丁烷)，本发明中的含氟气体用于刻蚀形成通孔，同时氧气也具有清除多晶硅的作用。
由于通孔侧壁残留聚合物的情况大多发生在高刻蚀比的硅片表面，因此，本实施例优选地，步骤一中对所述硅片表面进行通孔刻蚀的刻蚀面积占比大于硅片表面面积的50％。也就是说，刻蚀通孔所占的硅片的面积大于整个硅片面积的50％。因为，高刻蚀比的情况更有可能在通孔的侧壁出现大量的聚合物而使得产品良率下降，因此，该情况更适用本发明的技术方案。
步骤二、对刻蚀后的硅片表面进行低温灰化；通常采用灰化(ashing)的过程是将硅片表面不需要的光刻胶去除，本实施例中优选地，对硅片表面进行低温灰化需要的气体为氧气。氧气是用于烧硅片表面的光刻胶，低温灰化的过程在本发明中的作用是采用较低的温度防止硅片表面的光阻变硬，以及防止硅片表面的聚合物变硬，以便后续程序中更有效的将光刻胶和聚合物清除，而在该步骤二中的低温灰化过程中，只是去除了一部分少量的光刻胶以及聚合物，主要是防止硅片表面光刻胶和聚合物变硬，光刻胶和聚合物的主要清除在后续的高温灰化过程中。
本发明优选地，步骤二中的低温灰化过程中的温度取值范围为小于150摄氏度。进一步地，本实施例中所述温灰化过程中的温度取值为110摄氏度。
步骤三、对经过低温灰化后的硅片表面进行高温灰化；由于在步骤二中的低温灰化是有效防止硅片表面的光刻胶和聚合物变硬，防止发生后续不能有效清除的问题。而该步骤三采用高温灰化的过程是将硅片表面的剩余的光刻胶和聚合物去除。本发明优选地，步骤三中高温灰化需要的气体为氧气。同时本发明优选地，步骤三中的高温灰化过程中的温度取值范围为大于200摄氏度。更进一步地，本实施例中步骤三中的高温灰化过程中的温度取值为350摄氏度。因此，该步骤三中在高温下采用通入氧气的方法，对硅片表面进行高温灰化，高温灰化与低温灰化的不同之处在于，高温灰化利用氧气烧硅片表面残留的光刻胶以及聚合物，经过低温灰化后，硅片表面的光刻胶和聚合物不会发硬，之后再经过高温灰化，光刻胶和聚合物可以被有效去除，因此，聚合物不会残留在通孔的侧壁，因而不会造成产品良率的下降。
步骤四、对经过高温灰化后的硅片表面进行湿法清洗。经过高温灰化后，硅片表面的光刻胶被氧气烧掉后，通孔侧壁的聚合物被剥离，本步骤四是采用湿法清洗的方法将硅片表面被剥离的聚合物进行清洗，使得硅片表面以及通孔侧壁不会残留聚合物。
实施例二
如图5所示，图5显示为本发明的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法流程图。本发明提供一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、对硅片表面进行刻蚀，形成通孔；对于形成所述MEMS加速器件的过程中，需要对硅片表面薄膜进行通孔(VIA)的刻蚀，该薄膜可以是多晶硅，刻蚀后形成的通孔用于填充金属以形成金属互联结构。本发明优选地，步骤一中的通孔刻蚀方法为等离子体刻蚀。由于刻蚀前需要在硅片表面悬涂光刻胶，经过显影形成通孔图案，之后再按照该图案进行干法刻蚀，等离子体刻蚀属于干法刻蚀的一种，需要在反应腔中通入反应气体，本发明优选地，步骤一中的等离子体刻蚀中通入反应腔中的气体为含氟气体和氧气。其中含氟气体为氟基气体，本发明优选地，所述含氟气体包括C4F8、C5F8中的至少一种。本实施例中，步骤一中的含氟气体包括C4F8(八氟环丁烷)和C5F8(八氟环戊烯)两种，本发明中的含氟气体用于刻蚀形成通孔，同时氧气也具有清除多晶硅的作用。
由于通孔侧壁残留聚合物的情况大多发生在高刻蚀比的硅片表面，因此，本实施例优选地，步骤一中对所述硅片表面进行通孔刻蚀的刻蚀面积占比大于硅片表面面积的50％。也就是说，刻蚀通孔所占的硅片的面积大于整个硅片面积的50％。因为，高刻蚀比的情况更有可能在通孔的侧壁出现大量的聚合物而使得产品良率下降，因此，该情况更适用本发明的技术方案。
另外，本实施例进一步优选地，步骤一中所刻蚀形成的通孔，其关键尺寸大于1μm。与硅片表面高刻蚀比相比较，如果单个通孔的尺寸大于1μm，也更容易导致通孔侧壁严重形成聚合物而使得产品良率下降，因此，通孔尺寸大于1μm的情况更适用本发明的技术方案。
步骤二、对刻蚀后的硅片表面进行低温灰化；通常采用灰化(ashing)的过程是将硅片表面不需要的光刻胶去除，本实施例中优选地，对硅片表面进行低温灰化需要的气体为氧气。氧气是用于烧硅片表面的光刻胶，低温灰化的过程在本发明中的作用是采用较低的温度防止硅片表面的光阻变硬，以及防止硅片表面的聚合物变硬，以便后续程序中更有效的将光刻胶和聚合物清除，而在该步骤二中的低温灰化过程中，只是去除了一部分少量的光刻胶以及聚合物，主要是防止硅片表面光刻胶和聚合物变硬，光刻胶和聚合物的主要清除在后续的高温灰化过程中。
本发明优选地，步骤二中的低温灰化过程中的温度取值范围为小于150摄氏度。进一步地，本实施例中所述温灰化过程中的温度取值为90摄氏度。
步骤三、对经过低温灰化后的硅片表面进行高温灰化；由于在步骤二中的低温灰化是有效防止硅片表面的光刻胶和聚合物变硬，防止发生后续不能有效清除的问题。而该步骤三采用高温灰化的过程是将硅片表面的剩余的光刻胶和聚合物去除。本发明优选地，步骤三中高温灰化需要的气体为氧气。同时本发明优选地，步骤三中的高温灰化过程中的温度取值范围为大于200摄氏度。更进一步地，本实施例中步骤三中的高温灰化过程中的温度取值为400摄氏度。因此，该步骤三中在高温下采用通入氧气的方法，对硅片表面进行高温灰化，高温灰化与低温灰化的不同之处在于，高温灰化利用氧气烧硅片表面残留的光刻胶以及聚合物，经过低温灰化后，硅片表面的光刻胶和聚合物不会发硬，之后再经过高温灰化，光刻胶和聚合物可以被有效去除，因此，聚合物不会残留在通孔的侧壁，因而不会造成产品良率的下降。
步骤四、对经过高温灰化后的硅片表面进行湿法清洗。经过高温灰化后，硅片表面的光刻胶被氧气烧掉后，通孔侧壁的聚合物被剥离，本步骤四是采用湿法清洗的方法将硅片表面被剥离的聚合物进行清洗，使得硅片表面以及通孔侧壁不会残留聚合物。
如图3和图4所示，图3显示为本发明的MEMS加速器件的通孔刻蚀后的显微镜图，图4显示为图3的局部放大图，可见，经过本发明的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法处理后，通孔侧壁的聚合物残留明显改善。
综上所述，本发明将灰化过程分开进行，通过低温灰化来避免刻蚀后光刻胶变硬以及聚合物变硬，使得后续高温灰化过程中光刻胶容易被去除，而残留的聚合物通过后续湿法清洗被有效清理，提高了产品的良率，节约了生产成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、对硅片表面进行刻蚀，形成通孔；
步骤二、对刻蚀后的硅片表面进行低温灰化；
步骤三、对经过低温灰化后的硅片表面进行高温灰化；
步骤四、对经过高温灰化后的硅片表面进行湿法清洗。
2.根据权利要求1所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤一中的通孔刻蚀方法为等离子体刻蚀。
3.根据权利要求2所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤一中的等离子体刻蚀中通入反应腔中的气体为含氟气体和氧气。
4.根据权利要求3所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述含氟气体包括C4F8、C5F8中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤二中对硅片表面进行低温灰化需要的气体为氧气。
6.根据权利要求1或5所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤二中的低温灰化过程中的温度取值范围为小于150摄氏度。
7.根据权利要求1所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤三中高温灰化需要的气体为氧气。
8.根据权利要求1或7所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤三中的高温灰化过程中的温度取值范围为大于200摄氏度。
9.根据权利要求1所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤一中对所述硅片表面进行通孔刻蚀的刻蚀面积占比大于硅片表面面积的50％。
10.根据权利要求1或9所述的MEMS加速器件的通孔刻蚀方法，其特征在于：步骤一中所刻蚀形成的通孔，其关键尺寸大于1μm。
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