一種等離子刻蝕方法
【專利摘要】本發明提出了一種在反應腔室內對基片進行刻蝕的等離子刻蝕方法，包括如下步驟：S1：在第一沉積條件下利用沉積氣體對所述基片進行第一預定時間T1的沉積；S2：在第一刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第二預定時間T2的刻蝕；S3：循環步驟S1和S2第一預定次數N1；S4：在第二沉積條件下利用所述沉積氣體對所述基片進行第三預定時間T3的沉積；S5：在第二刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第四預定時間T4的刻蝕；和S6：循環步驟S4和S5第二預定次數N2。根據本發明實施例的刻蝕方法，可減小線寬損失且使得刻蝕側壁垂直且連續。
【專利說明】一種等離子刻蝕方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基片深刻蝕領域，尤其是涉及一種基片的等離子刻蝕方法。
【背景技術】
[0002]隨著MEMS (微機電系統)器件和MEMS系統被越來越廣泛的應用于汽車和消費電子領域，以及TSV通孔刻蝕(Through Silicon Etch)技術在未來封裝領域的廣闊前景,等離子深刻蝕工藝逐漸成為MEMS加工領域及TSV技術中最炙手可熱工藝之一。
[0003]深刻蝕工藝相對于一般的刻蝕工藝，主要區別在于:深刻蝕工藝的刻蝕深度遠大于一般的刻蝕工藝，深刻蝕工藝的刻蝕深度一般為幾十微米甚至可以達到上百微米，而一般刻蝕工藝的刻蝕深度則小于I微米。要刻蝕厚度為幾十微米的基片材料，就要求深刻蝕工藝具有更快的刻蝕速率，更高的選擇比及更大的深寬比。
[0004]現有的深刻蝕工藝的整個刻蝕過程一般為刻蝕步驟和沉積步驟的交替循環，且在沉積步驟中采用C4F8氣體，刻蝕步驟中采用SF6氣體。即在沉積條件下采用C4F8氣體對基片進行預定時間的沉積，在刻蝕條件下采用SF6氣體對基片進行預定時間的刻蝕，然后循環一定次數。在該刻蝕過程中會出現線寬損失效應，且如果基片的原始線寬較窄，刻蝕后會出現側壁通孔斷裂的現象。
[0005]為了減少線寬 損失，目前普遍采用的方法是在刻蝕過程的前幾次刻蝕步驟中通入少量的C4F8氣體作為刻蝕保護，使得初期的線寬損失效應得到一定的改善，但導致刻蝕側壁變細，出現側壁中段刻蝕斷續(Bowing)的現象,影響整體的垂直形貌。

【發明內容】

[0006]本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種可減小線寬損失且使得刻蝕側壁垂直且連續的在反應腔室內對基片進行刻蝕的等離子刻蝕方法。
[0007]根據本發明實施例的在反應腔室內對基片進行刻蝕的等離子刻蝕方法，包括如下步驟:S1:在第一沉積條件下利用沉積氣體對所述基片進行第一預定時間Tl的沉積；S2:在第一刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第二預定時間T2的刻蝕；S3:循環步驟SI和S2第一預定次數NI ；S4:在第二沉積條件下利用所述沉積氣體對所述基片進行第三預定時間T3的沉積；S5:在第二刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第四預定時間T4的刻蝕；S6:循環步驟S4和S5第二預定次數N2。
[0008]根據本發明實施例的刻蝕方法，通過在整個刻蝕過程通入沉積氣體作為刻蝕保護氣體，從而有效地減少了線寬損失，且基片的刻蝕側壁垂直，刻蝕側壁連續，不會出現側壁通孔斷裂現象，提高了刻蝕效果。
[0009]在本發明的一些實施例中，在步驟S6之后還包括步驟:S7:在第三沉積條件下利用所述沉積氣體對所述基片進行第五預定時間T5的沉積；S8:在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體對所述基片進行第六預定時間T6的刻蝕；和S9:循環步驟S7和S8第三預定次數N3。由此，可進一步使得基片的刻蝕側壁垂直且連續。
[0010]在本發明的另一些實施例中，在步驟S6之后還包括步驟:S7:在第三沉積條件下利用所述沉積氣體對所述基片進行第五預定時間T5的沉積；S8:在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第六預定時間T6的刻蝕；和S9:循環步驟S7和S8第三預定次數N3。由此，可得到更好的刻蝕側壁保護及獲得刻蝕側壁連續性。
[0011]進一步地，在循環執行步驟S4和S5的過程中所述第三預定時間T3逐漸減小。從而可得到更好的刻蝕側壁保護及獲得刻蝕側壁連續性。
[0012]具體地，所述第三預定時間T3從7秒逐漸減小到4秒。 [0013]進一步，所述第一預定時間Tl大于所述第二預定時間T2。從而通過采用長時間的沉積氣體，可進一步保證減小基片的掩膜開口，初步改善線寬損失。
[0014]具體地，所述沉積氣體為C4F8。
[0015]具體地，所述刻蝕氣體為SF6。
[0016]進一步，所述第一預定時間Tl為30秒且所述第一預定次數Nl=I。
[0017]進一步，所述第四預定時間T4為6秒，所述第二預定次數N2大于等于50且小于等于100。
[0018]具體地，所述第一沉積條件和所述第二沉積條件均為所述反應腔室內的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、所述沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
[0019]具體地，所述第一刻蝕條件和所述第二刻蝕條件均為所述反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給所述基片的射頻功率為20瓦、所述刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘且所述沉積氣體的流量為20標準毫升/分鐘。
[0020]在本發明的一些實施例中，所述第三刻蝕條件為:所述反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給所述基片的射頻功率為20瓦、所述刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘，所述第三沉積條件為所述反應腔室的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、所述沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
[0021]在本發明的另一些實施例中，所述第三刻蝕條件為所述反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給所述基片的射頻功率為20瓦、所述刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘且所述沉積氣體的流量為20標準毫升/分鐘；所述第三沉積條件為所述反應腔室的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、所述沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
[0022]可選地，所述刻蝕方法被用于進行MEMS器件的制作。
[0023]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0025]圖1是根據本發明一個實施例的刻蝕方法的流程圖；
[0026]圖2是根據本發明另一個實施例的刻蝕方法的流程圖；和
[0027]圖3是根據本發明再一個實施例的刻蝕方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0029]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0030]下面參考圖1-圖3描述根據本發明實施例的在反應腔室內對基片進行刻蝕的等離子刻蝕方法，例如，所述刻蝕方法被用于進行MEMS器件的制作。
[0031]如圖1所示，根據本發明一個實施例的等離子刻蝕方法包括如下步驟:
[0032]S1:在第一沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第一預定時間Tl的沉積。具體地，沉積氣體為C4F8。
[0033]S2:在第一刻蝕 條件下利用刻蝕氣體和沉積氣體對基片進行第二預定時間T2的刻蝕。具體地，刻蝕氣體為SF6。
[0034]S3:循環步驟SI和S2第一預定次數NI。可選地，第一預定時間Tl為30秒且第一預定次數Nl=I。
[0035]S4:在第二沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第三預定時間T3的沉積。
[0036]S5:在第二刻蝕條件下利用刻蝕氣體和沉積氣體對基片進行第四預定時間T4的刻蝕。和
[0037]S6:循環步驟S4和S5第二預定次數N2。可選地，第四預定時間T4為6秒，第二預定次數N2大于等于50且小于等于100。
[0038]具體而言，首先在第一階段中，在第一沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第一預定時間Tl的沉積，在第一刻蝕條件下采用刻蝕氣體和沉積氣體對基片進行第二預定時間T2的刻蝕，然后循環一定的次數。由于在第一刻蝕條件下通入了沉積氣體作為刻蝕保護氣體，可減小基片的掩膜開口，初步改善線寬損失。
[0039]然后，在第二階段中，在第二沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第三預定時間T3的沉積，在第二刻蝕條件下利用刻蝕氣體和沉積氣體對基片進行第四預定時間T4的刻蝕，然后循環一定的次數。由于線寬損失區域在整個刻蝕過程的前三分之一階段均會出現，且隨著刻蝕的槽深變深，各項同性刻蝕效率逐漸下降，線寬損失效應減緩，從而在第二刻蝕條件下通入了沉積氣體作為刻蝕保護氣體，可進一步改善線寬損失。
[0040]根據本發明實施例的刻蝕方法，通過在整個刻蝕過程均通入沉積氣體作為刻蝕保護氣體，從而有效減少線寬損失，可使得基片的刻蝕側壁垂直，刻蝕側壁連續。[0041 ] 在本發明的一個具體示例中，第一沉積條件和第二沉積條件可以均為反應腔室內的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
[0042]在本發明的一個具體示例中，第一刻蝕條件和第二刻蝕條件均為反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給基片的射頻功率為20瓦、刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘且沉積氣體的流量為20標
準毫升/分鐘。
[0043]如圖2所示，在本發明的一些實施例中，在步驟S6之后還包括步驟:
[0044]S7:在第三沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第五預定時間T5的沉積。
[0045]S8:在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體對基片進行第六預定時間T6的刻蝕。S9:循環步驟S7和S8第三預定次數N3。
[0046]換言之，本實施例提供的刻蝕方法還包括第三階段，在該階段中，在第三沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第五預定時間T5的沉積，在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體對基片進行第六預定時間T6的刻蝕，然后循環一定次數，從而通過延長沉積時間和刻蝕時間，可進一步使得基片的刻蝕側壁垂直且連續。
[0047]在本發明的一個具體示例中，第三刻蝕條件為:反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給基片的射頻功率為20瓦、刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘，第三沉積條件為反應腔室的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。`
[0048]如圖3所示，在本發明的另一些實施例中，在步驟S6之后還包括步驟:
[0049]S7:在第三沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第五預定時間T5的沉積。
[0050]S8:在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體和沉積氣體對基片進行第六預定時間T6的刻蝕。和
[0051]S9:循環步驟S7和S8第三預定次數N3。
[0052]換言之，在第三階段中，在第三沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第五預定時間T5的沉積，在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體和沉積氣體對基片進行第六預定時間T6的刻蝕，然后重復一定次數，從而通過延長沉積時間和刻蝕時間，且通過在第三刻蝕條件下采用沉積氣體作為刻蝕保護氣體，從而可得到更好的刻蝕側壁保護及獲得刻蝕側壁連續性。
[0053]在本發明的一個具體示例中，第三刻蝕條件為反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給基片的射頻功率為20瓦、刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘且沉積氣體的流量為20標準毫升/分鐘。第三沉積條件為反應腔室的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
[0054]進一步地，在循環執行步驟S4和S5的過程中所述第三預定時間T3逐漸減小。具體地，第三預定時間T3從7秒逐漸減小到4秒。換言之，重復在第二沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第三預定時間T3的沉積，和重復在第二刻蝕條件下利用刻蝕氣體和沉積氣體對基片進行第四預定時間T4的刻蝕的循環過程中，第三預定時間T3從7秒逐漸減小到4秒。即第一次在沉積條件下利用沉積氣體對基片進行沉積的沉積時間為7秒，然后循環N2次在沉積條件下利用沉積氣體對基片進行第三預定時間T3的沉積，在循環N2次的過程中，第三預定時間T3逐漸減小，第N2+1次在沉積條件下利用沉積氣體對基片進行沉積的沉積時間為4秒。從而可得到更好的刻蝕側壁保護及獲得刻蝕側壁連續性。
[0055]在本發明的進一步實施例中，第一預定時間Tl大于第二預定時間T2。從而通過采用長時間的沉積氣體，可進一步保證減小基片的掩膜開口，改善線寬損失。
[0056]在本發明的一些示例中，第二預定時間T2為6秒，第五預定時間T5為4秒，第六預定時間T6為6秒，且第三預定次數N3大于等于100且小于等于400。
[0057]根據本發明實施例的刻蝕方法，通過采用三個階段的刻蝕工藝，在第一個階段中將沉積工藝和刻蝕工藝交替進行I次，且沉積工藝的時間大于刻蝕工藝的時間，并且在第一階段中持續通入沉積氣體作為側壁保護氣體，從而減小原始線寬，抵消關鍵尺寸損失(⑶lost)效應，在第二階段中，沉積工藝和刻蝕工藝交替進行N2次，在沉積工藝中利用沉積氣體對基片進行第三預定時間T3的沉積，在交替進行N2次的過程中，第三預定時間T3逐漸減小，從而可減小線寬損失，使得刻蝕側壁垂直且連續。在第三階段中，繼續將沉積工藝和刻蝕工藝交替進行，且第三個階段的交替次數要大于第二個階段，即第三個階段是穩定刻蝕階段，并且依然采用在刻蝕工藝中加入C4F8氣體作為側壁保護氣體，從而可得到更好的刻蝕側壁保護及獲得刻蝕側壁連續性，通過上面提到的三個階段的刻蝕方法，從而使得該刻蝕方法能夠有效的減少線寬損失，得到連續且垂直的側壁刻蝕形貌。
[0058]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本 發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0059]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種在反應腔室內對基片進行刻蝕的等離子刻蝕方法，其特征在于，包括如下步驟: 51:在第一沉積條件下利用沉積氣體對所述基片進行第一預定時間Tl的沉積； 52:在第一刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第二預定時間T2的刻蝕； 53:循環步驟SI和S2第一預定次數NI ； 54:在第二沉積條件下利用所述沉積氣體對所述基片進行第三預定時間T3的沉積； S5:在第二刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第四預定時間T4的刻蝕；和 56:循環步驟S4和S5第二預定次數N2。
2.根據權利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，在步驟S6之后還包括步驟: 57:在第三沉積條件下利用所述沉積氣體對所述基片進行第五預定時間T5的沉積； 58:在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體對所述基片進行第六預定時間T6的刻蝕；和 59:循環步驟S7和S8第三預定次數N3。
3.根據權利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，在步驟S6之后還包括步驟: 57:在第三沉積條件下利用所述沉積氣體對所述基片進行第五預定時間T5的沉積； 58:在第三刻蝕條件下利用刻蝕氣體和所述沉積氣體對所述基片進行第六預定時間T6的刻蝕；和 59:循環步驟S7和S8第三預定次數N3。
4.根據權利要求1-3任一所述的刻蝕方法，其特征在于，在循環執行步驟S4和S5的過程中所述第三預定時間T3逐漸減小。
5.根據權利要求4所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第三預定時間T3從7秒逐漸減小到4秒。
6.根據權利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一預定時間Tl大于所述第二預定時間T2。
7.根據權利要求1-3任一所述的刻蝕方法，其特征在于，所述沉積氣體為C4F8。
8.根據權利要求1-3任一所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕氣體為SF6。
9.根據權利要求1-3任一所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一預定時間Tl為30秒且所述第一預定次數Nl=I。
10.根據權利要求5所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第四預定時間T4為6秒，所述第二預定次數N2大于等于50且小于等于100。
11.根據權利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一沉積條件和所述第二沉積條件均為所述反應腔室內的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、所述沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
12.根據權利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一刻蝕條件和所述第二刻蝕條件均為所述反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給所述基片的射頻功率為20瓦、所述刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘且所述沉積氣體的流量為20標準毫升/分鐘。
13.根據權利要求2所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第三刻蝕條件為:所述反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給所述基片的射頻功率為20瓦、所述刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘，所述第三沉積條件為所述反應腔室的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、所述沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
14.根據權利要求3所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第三刻蝕條件為所述反應腔室內的壓力為30毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述氣體激發為等離子體的功率為2500瓦，施加給所述基片的射頻功率為20瓦、所述刻蝕氣體的流量為200標準毫升/分鐘且所述沉積氣體的流量為20標準毫升/分鐘；所述第三沉積條件為所述反應腔室的壓力為15毫托且溫度為20攝氏度、用于將所述沉積氣體激發為等離子體的功率為1200瓦、所述沉積氣體的流量為100標準毫升/分鐘。
15.根據權利要求1-3任一所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕方法被用于進行MEMS器件的制作。`
【文檔編號】C23F4/00GK103628075SQ201210302440
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月23日 優先權日:2012年8月23日
【發明者】謝秋實 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司