[实用新型]高深宽比的硅基深槽结构

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体微电子技术领域，主要涉及作为微器件的基底的硅基片的刻蚀槽结构，具体就是一种高深宽比的硅基深槽结构。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)是近年来发展起来的高新技术，它采用先进的半导体工艺技术，把微机械结构和电路集成在一起，具有信息采集、处理与执行的功能，而且有体积小、重量轻、功耗低等优点。目前，随着集成工艺和微(纳)系统技术的发展，高深宽比微细结构(high aspect ratio mi-crostructures，HARMS)成为制作先进微器件的关键结构之一。该结构能显著改善微器件的驱动力、使用频率范围、灵敏度和位移量等技术指标而广泛应用于微光机电系统(MOEMS)、信息存储、光通讯、大功率器件和极紫外及软X射线光刻等诸多领域。干法刻蚀以其良好的各向异性，高刻蚀速率，精确的深度和线宽控制以及与半导体产业的兼容性等一系列优点，广泛应用于Si和常用的半导体、光电材料的深宽比结构的制作中。

目前，德国Bosch公司开发的交替符合深刻蚀技术应用广泛，工艺也较成熟。该技术的主要特点是在普通反应离子刻蚀工艺中加入交替的淀积过程，以实现保护侧壁不被过度刻蚀的目的，达到较大范围的垂直侧壁。主要采用碳氟气体作为钝化剂，SF₆作为刻蚀剂。在钝化过程中，反应室里通入碳氟气体气体，在等离子体的作用下完成等离子聚合过程。该过程具有高度的各向同性，因此会在硅片的表面和深槽内都均匀地覆盖一层聚合物保护膜。随后的刻蚀过程中，反应室内充入活性气体SF₆，并被分解为SF⁺₅和F^-，开启偏压，增加垂直方向的离子能量，使平行于基片表面的聚合物区域被优先去除。随着这种高的定向性，在深槽底部的硅表面优先暴露出来，与F^-反应生成SiF₄，从而被刻蚀。在硅深槽侧壁上的聚合物由于刻蚀速度较慢就起到了保护的作用，避免了侧壁上的硅表面被刻蚀。通过聚合和刻蚀过程的不断交替循环就实现了高深宽比的硅深刻蚀。首先，这种工艺一般都是基于ICP刻蚀系统对硅进行深层加工。如英国STS公司生产的多路ICP刻蚀系统(Multples-ICP)。这是一款自动化程度较高的刻蚀设备，其外部辅助设施和主控系统主要由带机械手的装片室、电路控制及计算机系统组成，整个工艺过程完全由计算机程序控制，有利于高深宽比微结构的加工。这种刻蚀设备的自动化要求高，要能够自动切换刻蚀气体并控制刻蚀时间，所以大多数从国外进口，价格昂贵。其次，作为钝化剂的碳氟气不仅价格昂贵，并且在刻蚀过程中产生的碳氟化合物也对人体有害。

此外，在硅深刻蚀中目前通常使用的掩蔽层材料为光刻胶、SiO₂、Al和Si₃N₄。在深刻蚀过程中，掩蔽层材料要求选择比高且能严格控制刻蚀轮廓。使用SF₆作为硅的刻蚀气体时，SiO₂和Si₃N₄的选择比只有15∶1，由于对硅的刻蚀深度大，当SiO₂和Si₃N₄的厚度过大时易造成薄膜脱落；使用光刻胶虽可保证刻蚀轮廓和刻蚀后的表面粗糙度，但其对Si的选择性很差；使用Al作为掩蔽层，选择性良好，但刻蚀后硅表面总存在一些金属残渣，易造成污染。

本实用新型项目组近期通过互联网以及图书馆现有的资料就本实用新型的主题对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本实用新型密切相关的和一样的报道或文献。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中硅基刻蚀槽的侧壁垂直度低，掩蔽层材料刻蚀选择比低且容易脱落的缺点，提供一种可重复性好，成本低，掩蔽层保护性良好且刻蚀后易于去除，对硅进行各向异性刻蚀且刻蚀速率快并能精确控制深度和线宽的适于大量应用的高深宽比的硅基深槽结构。

下面对本实用新型进行详细说明

本实用新型是一种高深宽比的硅深槽结构，包括硅基底.，在硅基底上有刻蚀的深槽，其特征在于：在硅基底上沉积MgO薄膜作为刻蚀掩蔽层，在硅基底.上刻蚀的槽具有高深宽比，槽深达420μm，深宽比为4∶1。

本实用新型通过刻蚀工艺实验和研究得出，MgO既有大的刻蚀选择比又能很好的控制刻蚀轮廓，并容易去除，可以作为理想的掩蔽层材料。