CN1431686A - 高深宽比硅深刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高深宽比硅深刻蚀方法。采用具有双路气体自动切换功能的英国STS公司生产的STSMultiplex ICP高密度等离子刻蚀系统，采用如下的工艺条件：离子源功率：600W，承片台功率：12～14W，刻蚀气体流量：95sccm，刻蚀时间：13～15秒，钝化气体流量：95sccm，钝化时间：9～11秒，刻蚀与钝化重叠时间：0.5秒，反应压力：18～36mTorr，刻蚀样品：直径100毫米硅片，刻蚀掩膜：普通正性光刻胶。解决了硅深刻蚀过程中刻蚀速率随槽宽度变窄而降低的这一国际性难题，使采用复杂图形和梳齿图形的器件结构能够用高深宽比硅刻蚀技术来实现，为MEMS器件的制造提供了一种有效可行的加工手段。可广泛应用于微电子机械技术领域。

Description

高深宽比硅深刻蚀方法
技术领域：本发明涉及硅微电子机械系统(MEMS)技术领域，尤其涉及一种高深宽比硅深刻蚀方法。
背景技术：微电子机械系统(MEMS)是近十年发展起来的高新技术领域，以微电子工艺为基础的MEMS技术发展尤为迅速。在高深宽比硅刻蚀技术引入微电子工艺后，一系列新型传感器和执行器结构得以实现，使硅工艺成为MEMS的主流加工技术。
目前所有刻蚀设备生产商制造的硅深刻蚀系统都是BOSCH公司开发的硅深刻蚀技术(ASE)的硬件实现。但所有高深宽比刻蚀系统的工艺结果均存在刻蚀速率随槽宽度变窄而降低(lag效应)的问题，宽度小于10微米的窄槽结构刻蚀时问题尤为严重。例如：在英国Surface Technology System公司(简称STS公司)生产的STS MultiplexICP高密度等离子刻蚀系统(该型号设备约占全球硅深刻蚀设备市场的80％)使用常规深刻蚀工艺对宽度分别为6和50微米的槽进行深度为50微米的深刻蚀时，6微米宽槽的深度只有40微米左右，与宽槽的深度差约为20％。这一问题严重影响了高深宽比硅刻蚀技术的应用，很多微结构的设计因此而无法实现。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种解决硅深刻蚀过程中刻蚀速率随槽宽度变窄而降低的问题(lag效应)。
本发明的高深宽比硅深刻蚀方法，采用具有双路气体自动切换功能的高密度等离子刻蚀系统，采用如下的工艺条件：
离子源功率：          600W      承片台功率：  12～14W
刻蚀气体流量：        95sccm    刻蚀时间：    13～15秒
钝化气体流量：        95sccm    钝化时间：    9～11秒
刻蚀与钝化重叠时间：  0.5秒
反应压力：            18～36mTorr
刻蚀样品：            直径100毫米硅片
刻蚀掩膜：            普通正性光刻胶。
上述具有双路气体自动切换功能的高密度等离子刻蚀系统为英国STS公司生产的STS Multiplex ICP高密度等离子刻蚀系统或ALCATEL-601高密度等离子刻蚀系统。
在ASE工艺中影响刻蚀结果的因素很多，如：离子源功率、承片台功率、气体流量、反应压力、刻蚀时间、钝化时间、刻蚀与钝化重叠时间等。由于众多因素的影响，实际工艺结果通常会与常规推理分析的结果相去甚远。
本发明通过对上述因素经过理论推断与实验结果的反复对比分析，最终优化出本发明的工艺条件。
本发明解决了硅深刻蚀过程中刻蚀速率随槽宽度变窄而降低的这一国际性难题，使采用复杂图形和梳齿图形的器件结构能够用高深宽比硅刻蚀技术来实现，为MEMS器件的制造提供了一种有效可行的加工手段。
采用本发明提供的上述工艺条件进行直径100毫米硅片的深刻蚀时，刻蚀速率为每分钟1.5微米左右(与刻蚀的开口面积有关)、槽宽分别为小于10微米和50微米或更宽、刻蚀深度为不大于80微米时刻蚀深度的差距小于5％。
本发明与现有技术的效果对比如图1和图2所示。图1为常规高深宽比硅刻蚀的工艺结果照片，槽宽分别为6和50微米、刻蚀深度50微米时刻蚀深度的差距约20％；图2是采用本发明工艺条件的硅深刻蚀结果照片，槽宽分别为6和50微米、刻蚀深度为60微米时，刻蚀深度的差距小于5％。
附图说明：
图1常规高深宽比硅刻蚀的工艺结果照片
图2采用本发明工艺条件的硅深刻蚀结果照片
实施方案：
在STS Multiplex ICP高密度等离子刻蚀系统或其他具有双路气体自动切换功能的高密度等离子刻蚀系统(如：ALCATEL-601)中，按本发明的条件就能够实现窄槽时的刻蚀深度与同条件下的宽槽的刻蚀深度的差距减低。
本发明采用世界第一大硅深刻蚀设备生产商英国STS公司生产的STS MultiplexICP高密度等离子刻蚀系统，按照本发明的工艺条件，进行直径100毫米硅片的深刻蚀，刻蚀速率为每分钟1.5微米左右(与刻蚀的开口面积有关)，槽宽分别为6和50微米或更宽、刻蚀深度为60微米时刻蚀深度的差距小于5％，见图2。

Claims (3)

1、一种硅深刻蚀方法，采用具有双路气体自动切换功能的高密度等离子刻蚀系统，其特征在于采用如下的工艺条件：
离子源功率：          600W      承片台功率：     12～14W
刻蚀气体流量：        95sccm    刻蚀时间：       13～15秒
钝化气体流量：        95sccm    钝化时间：       9～11秒
刻蚀与钝化重叠时间：  0.5秒
反应压力：            18～36mTorr
刻蚀样品：            直径100毫米硅片
刻蚀掩膜：            普通正性光刻胶。
2、如权利要求1所述的硅深刻蚀方法，其特征在于所述具有双路气体自动切换功能的高密度等离子刻蚀系统为英国STS公司生产的STS Multiplex ICP高密度等离子刻蚀系统。
3、如权利要求1所述的硅深刻蚀方法，其特征在于所述具有双路气体自动切换功能的高密度等离子刻蚀系统为ALCATEL-601高密度等离子刻蚀系统。
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