[发明专利]一种利用电流变化检测刻蚀槽深的方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)加工工艺领域，通过在需要刻蚀深槽结构的硅片上设计检测区域，利用微小电流计器测量检测结构上通过的电流大小，并以此为标准，确定硅片上刻蚀的即时深度，达到时刻观察刻蚀槽深的目的。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)是微电子技术发展和应用的一个重要方向，而刻蚀技术是MEMS加工工艺中实现材料去除，图像转移以及核心结构制备的重要手段。现行的刻蚀技术主要分为湿法腐蚀和干法刻蚀，由于湿法腐蚀很难获得较高的深宽比，故在实现深槽结构时往往应用的是干法刻蚀技术。而在干法刻蚀技术中，现今最为广泛应用的是等离子反应刻蚀技术。此类刻蚀技术的反应过程是发生在特制的密闭刻蚀腔体内，由于等离子体自身性质和腔内电磁、流体环境的复杂，在反应过程中很难获得一个即时并且精确的刻蚀速率。因此，现阶段对刻蚀程度的估计主要依靠于以往的经验，并且在大致刻蚀时间完成后，将刻蚀硅片从刻蚀设备中取出，置于显微镜下观察，以此判别刻蚀是否完成。这种方法在操作上较为复杂，并且刻蚀硅片反复进出刻蚀设备，不仅可能使刻蚀硅片受到污染，还有可能想刻蚀腔体内引入污染源。同时随着刻蚀尺度逐渐减小，刻蚀深宽比逐渐增大，通过普通光学显微镜观察刻蚀槽深已经越发难以实现。而除此之外，在MEMS刻蚀过程中往往还会采用过刻手段，即在以往经验刻蚀速率的基础上，将刻蚀时间调整至略大于所需时间，以此来解决刻蚀深度不够的问题。而此种方法则明显会使刻蚀完成结果与设计结果间产生偏差。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用电流变化检测刻蚀槽深的方法，通过设计特殊检测区域来实现即时反映刻蚀深度的方法，在不中断刻蚀进程的同时，做到将刻蚀深度转化为电信号，并通过检测仪器进行即时读取。

本发明设计的利用电流变化检测刻蚀槽深的方法，包括下述步骤：

1)选择SOI硅片作为芯片基片；

2)在基片上光刻定义并刻蚀出与功能区域电学绝缘的独立的检测区域；

3)在上述检测区域制作成对的检测电极；

4)在检测电极上制作保护层；

5)在检测区域光刻出和功能区域刻蚀窗口一样大小和形状的检测刻蚀窗口；

6)在基片的功能区域和检测区域同时进行刻蚀；

7)刻蚀完成后利用电流表测量检测电极间电流大小；

8)将测量得到的电流大小和理论曲线对比，获取刻蚀槽深度。

上述步骤2)和6)中的刻蚀采用MEMS刻蚀工艺，选自反应离子刻蚀(RIE)、反应离子深刻蚀(DRIE)和先进硅刻蚀(ASE)技术手段中的一种。

上述步骤2)中，刻蚀深度值为SOI硅片正面硅层厚度，利用刻蚀工艺刻穿正面硅层。

上述步骤2)中，若功能区域存在多个不同大小刻蚀窗口，将刻蚀多个独立检测区域(如果功能区域存在多个相同大小的刻蚀窗口，则刻蚀一个与功能区域电学绝缘的独立检测区域即可)。

上述步骤3)中，通过光刻电极位置，采用低压化学气相淀积(LPCVD)方法制作检测电极，制作检测电极的材料优选为多晶硅(Poly‐Si)。

上述步骤4)中，通过在检测区域光刻，用光刻胶定义并保护检测电极，形成检测电极保护层。

上述步骤4)中，还包括在淀积检测电极保护层之后，将基片放于N₂气氛下退火。

上述步骤5)中，检测刻蚀窗口的数目由功能区域刻蚀窗口大小及形状决定，其数目与检测区域的数目一致，其中检测刻蚀窗口的位置位于两检测电极之间。

上述步骤8)中，采用分布方法对刻蚀槽深度对刻蚀槽间电流影响进行建模，得到理论曲线；具体的建模过程如下：其中刻蚀过程中各参数如图2和图3所示，其中h为刻蚀深度，U为所加电压，I为检测电流，r为体硅电阻率，W为刻蚀槽宽，L为区域长度，R为总体电阻，h0为SOI硅片上层硅层厚度，△h为刻蚀深度h分布步长，若Rn为第n步求解电阻大小，则区域总电阻可以通过以下过程编程实现求解：

R1＝r₁+r₂+r₁＝2r×(WL)/△h+r×(L△h)/W

R2＝2r₁+1/(1/r₂+1/R₁)

......

R＝Rn＝2r₃+1/(1/r₂+1/R_n－1)