[发明专利]一种深硅刻蚀方法

说明书

本发明公开一种深硅刻蚀方法，其包括刻蚀步骤和沉积步骤，所述刻蚀步骤和所述沉积步骤交替循环直至刻蚀到预设深度，在所述沉积步骤中，通入沉积气体和由碳元素和氢元素组成的第一辅助气体进行沉积。通过上述深硅刻蚀方法，可以降低刻蚀图形顶部的线宽损失。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种深硅刻蚀方法。

背景技术

随着MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical Systems)被越来越广泛的应用于汽车和消费电子领域，以及硅通孔(Through Silicon Etch，简称TSV)刻蚀技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中的主流工艺之一。

深硅刻蚀工艺相对于一般的硅刻蚀工艺的主要区别在于：其一，深硅刻蚀工艺的刻蚀深度一般在几十微米甚至上百微米，其远大于一般的硅刻蚀工艺的小于1微米的刻蚀深度；其二，为了刻蚀厚度为几十微米以上的硅片，深硅刻蚀工艺则需要更快的刻蚀速率、更高的选择比及更大的深宽比。

深硅刻蚀工艺按照刻蚀形貌一般包括深孔刻蚀工艺、深槽可以工艺和柱形刻蚀工艺等几大类型。深硅刻蚀工艺可采用Bosch工艺，如图1所示，在Bosch工艺中，整个刻蚀过程为沉积步骤101与刻蚀步骤102的交替循环，直至达到所需要的刻蚀深度。其中，沉积步骤101；沉积步骤101所采用的工艺气体通常为C₄F₈(四氟化碳)，C₄F₈在等离子状态下分解成离子态CF_x⁺基、CF_x^-基和F-基，其中CF_x⁺基和CF_x^-基与硅表面反应，形成nCF₂高分子钝化膜，如下反应式(1)和式(2)所示。

C₄F₈+e^-→CF_x⁺+CF_x^-+F^-+e^- (1)

CF_x^-→nCF₂ (2)

刻蚀步骤102所采用的工艺气体通常为SF₆(六氟化硫)，由SF₆气体电离产生F自由基以及S_xF_y等离子体，首先，F自由基与nCF₂反应刻蚀掉钝化膜，并生成挥发性气体CF₂，这一过程中，虽然F自由基参与反应并起到了一定作用，但实际上起主要作用的是S_xF_y等离子体对钝化膜的轰击。之后进行Si基材刻蚀，对Si基材的刻蚀主要是以F自由基和Si反应生成SiF_x，属于化学刻蚀，同时S_xF_y离子对Si有物理轰击作用，与F自由基刻蚀相比，S_xF_y离子的物理轰击对Si刻蚀的贡献小，因此这一过程中，起主要作用的是F自由基，如下反应式(3)、(4)、(5)所示。

SF₆+e^-→S_xF_y⁺+S_xF_y^-+F^-+e^- (3)

nCF₂⁺+F^-→CF_x^-→CF₂↑ (4)

Si+F^-→SiF_x (5)