本發(fā)明屬于微電子加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深硅刻蝕工藝。

背景技術(shù)：

干法等離子體深硅刻蝕工藝逐漸成為MEMS加工領(lǐng)域和TSV技術(shù)中最炙手可熱的工藝之一。所謂深硅刻蝕工藝是指刻蝕深度要求一般為幾十微米甚至達到上百微米的刻蝕工藝，而一般的硅刻蝕工藝是指刻蝕深度要求小于1微米的刻蝕工藝。

目前，主流的深硅刻蝕工藝為Bosch工藝，其通過刻蝕步驟與沉積步驟的交替循環(huán)直至實現(xiàn)所需的刻蝕深度。典型的工藝配方包括：第一，沉積步驟的工藝參數(shù)，其工藝壓強Pressure為15mT，激勵功率SRF為1200W，偏壓功率BRF為0W，工藝氣體為C₄F₈，氣體流量為100sccm，工藝溫度為20℃，工藝時間為4s；第二，刻蝕步驟的工藝參數(shù)，其藝壓強Pressure為30mT，激勵功率SRF為2500W，偏壓功率BRF為20W；工藝氣體為SF₆，氣體流量為200sccm，工藝溫度為20℃，工藝時間為6s。采用上述典型工藝配方會發(fā)現(xiàn)：如圖1所示，單次刻蝕步驟在深度刻蝕過程中同時會對刻蝕槽10的側(cè)壁刻蝕，造成刻蝕槽10的側(cè)壁上出現(xiàn)凹槽11，稱之為扇貝效應(yīng)(即，Scallop)，單次刻蝕步驟的刻蝕深度約為500nm左右，而凹槽11的尺寸約為300nm，造成刻蝕槽10側(cè)壁的粗糙度較高，不能滿足后續(xù)需要填充金屬或者介質(zhì)材料的工藝的需求。

為此，現(xiàn)有技術(shù)中減少上述工藝配方中的沉積步驟的工藝時間為2s以及刻蝕步驟的工藝時間為3s，在此情況下，單次刻蝕步驟的刻蝕深度約為250nm，凹槽11的尺寸為150nm左右，這相對凹槽11尺寸為300nm而言，凹槽11尺寸降低了一半，但是，其單次刻蝕步驟的刻蝕深度也降低了一半，因此，可以說在同一刻蝕深度下凹槽11尺寸并 未得到改善，也即現(xiàn)有技術(shù)的方式未從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度。并且，采用這種方式具有以下問題：其一，受制于刻蝕步驟和沉積步驟之間的加載功率、工藝氣體的切換速度(或切換時間)，會造成刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度不可能過低；其二，刻蝕步驟和沉積步驟的工藝時間越少，總刻蝕步驟和沉積步驟越多，這樣，切換過程硬件不響應(yīng)的時間也會造成工藝時明顯拉長，也就造成刻蝕效率明顯降低。

因此，目前亟需一種能夠從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度的深硅刻蝕工藝，更亟需一種在能夠從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度，且同時能夠保證甚至提高刻蝕效率的深硅刻蝕工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種深硅刻蝕工藝，能夠從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度，從而能夠進一步降低粗糙度；甚至能夠在從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度的同時能夠保證甚至提高刻蝕效率。

為解決上述問題之一，本發(fā)明提供了一種深硅刻蝕工藝，包括交替執(zhí)行的刻蝕步驟和沉積步驟，所述刻蝕步驟的工藝壓強設(shè)置為預(yù)設(shè)壓強，用以提高工藝環(huán)境中自由基相對離子的比例；和/或，所述刻蝕步驟包括：通入刻蝕氣體和在當前工藝壓強下平均自由程在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的保護氣體，所述保護氣體用于阻擋所述刻蝕氣體對深度在所述預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的刻蝕槽側(cè)壁的刻蝕。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)壓強的取值范圍為200～250mT。

優(yōu)選地，所述保護氣體包括第一保護氣體，所述第一保護氣體在當前工藝壓強下的平均自由程的所述預(yù)設(shè)范圍在30～200微米。

優(yōu)選地，所述保護氣體還包括第二保護氣體，所述第二保護氣體在當前工藝壓強下的平均自由程的所述預(yù)設(shè)范圍不大于30微米。

優(yōu)選地，所述刻蝕氣體與所述第一保護氣體的氣體流量比的范圍為[3,5]。

優(yōu)選地，所述刻蝕氣體的氣體流量是所述第二保護氣體的氣體流量的10倍以上。

優(yōu)選地，在所述預(yù)設(shè)壓強的取值范圍為200～250mT下，所述第一保護氣體為O₂。

優(yōu)選地，在所述預(yù)設(shè)壓強的取值范圍為200～250mT下，所述第二保護氣體為C₄F₈或者C₂F₆。

優(yōu)選地，所述刻蝕氣體為SF6或者NF3。

優(yōu)選地，所述刻蝕步驟的工藝參數(shù)包括：所述工藝壓強的取值范圍為200～250mT；激勵功率為2500W；所述偏壓功率的取值范圍為100～200W；所述刻蝕氣體為SF₆，其氣體流量的取值范圍為300～400sccm；所述第一保護氣體為O₂，其氣體流量的取值范圍為50～150sccm；所述第二保護氣體為C₄F₈，其氣體流量的取值范圍20～100sccm；工藝溫度為20℃。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的深硅刻蝕工藝，其在刻蝕步驟中通入在當前工藝壓強下平均自由程在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的保護氣體，借助該保護氣體可對深度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的刻蝕槽側(cè)壁的刻蝕實現(xiàn)保護，使得刻蝕形貌偏向各向異性，這與現(xiàn)有技術(shù)刻蝕形貌偏向各向同性相比，可從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度，從而能夠進一步改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度；另外，借助在預(yù)設(shè)壓強下進行刻蝕，來提高工藝環(huán)境中自由基相對離子的比例，不僅能夠加強刻蝕槽側(cè)壁的保護，從而在根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度，而且還可保證甚至提高刻蝕效率。

附圖說明

圖1為刻蝕槽側(cè)壁出現(xiàn)扇貝效應(yīng)的形貌圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的深硅刻蝕工藝的流程圖；以及

圖3為執(zhí)行圖2中刻蝕步驟預(yù)設(shè)時長之后的刻蝕形貌圖。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明提供的深硅刻蝕工藝進行詳細描述。

圖2為本發(fā)明實施例提供的深硅刻蝕工藝的流程圖。請參閱圖1， 本發(fā)明實施例提供的深硅刻蝕工藝，包括交替執(zhí)行的刻蝕步驟和沉積步驟，其中，刻蝕步驟的工藝壓強設(shè)置為預(yù)設(shè)壓強，用以提高工藝環(huán)境中自由基相對離子的比例。另外，刻蝕步驟在該預(yù)設(shè)壓強下的其他參數(shù)(例如，激勵功率、偏壓功率等)根據(jù)經(jīng)驗進行設(shè)置。

并且，所述刻蝕步驟包括：通入刻蝕氣體和在當前工藝壓強下平均自由程在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的保護氣體，保護氣體用于阻擋刻蝕氣體對深度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的刻蝕槽的側(cè)壁的刻蝕。其中，刻蝕氣體具體為SF₆或者NF₃。

下面詳細描述本發(fā)明實施例提供的深硅刻蝕工藝的具體工作原理。首先，對現(xiàn)有技術(shù)中存在扇貝效應(yīng)的原因進行分析：由于刻蝕氣體與基片進行強烈化學(xué)反應(yīng)的氣體，使得刻蝕槽側(cè)壁的刻蝕形貌偏向各向同性，這就造成刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度較大。

接著，為改善上述扇貝效應(yīng)，本發(fā)明采用通入保護氣體和設(shè)置工藝壓強為預(yù)設(shè)壓強的兩種手段。第一種手段的工作原理為：借助在當前工藝壓強下平均自由程在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的保護氣體，可在刻蝕步驟中阻擋刻蝕氣體與深度在該預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的刻蝕槽側(cè)壁接觸，使得刻蝕形貌偏向各向異性，這與現(xiàn)有技術(shù)刻蝕形貌偏向各向同性相比，可從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度，從而能夠進一步改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度。

值的在此說明的是，保護氣體選用不與基片進行強烈化學(xué)反應(yīng)的氣體，以免類似于現(xiàn)有技術(shù)。

第二種手段的工作原理為：由于在其他條件一定的情況系下，工藝壓強越高，等離子體中自由基所占的比例提高，而離子所占的比例反而降低，因此，預(yù)設(shè)壓強采用相對現(xiàn)有技術(shù)(一般為50mT)較高的工藝壓強。而由于自由基對刻蝕基片起主要作用，刻蝕槽側(cè)壁上沉積有保護物需要離子才能刻蝕掉，因此，采用第二種手段不僅能夠加強刻蝕槽側(cè)壁的保護，從而可從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度；而且還會保證甚至提高刻蝕效率。

在本實施例中，深硅刻蝕工藝同時采用上述兩種手段，可以很好地從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度；并且，借助第二種手段還可補 償?shù)谝环N手段對刻蝕效率的影響，從而可以保證甚至略提高刻蝕效率。

在本實施例中，優(yōu)選地，預(yù)設(shè)壓強的取值范圍為200～250mT。

另外，優(yōu)選地，保護氣體包括第一保護氣體，第一保護氣體在當前工藝壓強下的平均自由程的預(yù)設(shè)范圍在30～200微米。可以理解，由于深硅刻蝕一般深度為幾十微米到上百微米，且刻蝕過程是向下刻蝕，借助該預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的第一保護氣體可隨著刻蝕步驟的進行主要保護刻蝕槽側(cè)壁的偏中下區(qū)域，因此，可以隨著刻蝕步驟的進行逐漸保護新刻蝕形成的側(cè)壁，這樣可在很大程度上降低側(cè)壁粗糙度。

優(yōu)選地，刻蝕氣體與第一保護氣體的氣體流量比的范圍為[3,5]。

具體地，在預(yù)設(shè)壓強的取值范圍為200～250mT情況下，第一保護氣體包括但不限于O₂。

進一步優(yōu)選地，保護氣體還包括第二保護氣體，第二保護氣體在當前工藝壓強下的平均自由程的預(yù)設(shè)范圍不大于30微米，這樣可保護刻蝕槽側(cè)壁的偏上區(qū)域，因而可以進一步改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度。

優(yōu)選地，第二保護氣體與刻蝕氣體的氣體流量比的范圍不超過0.1。

具體地，在預(yù)設(shè)壓強的取值范圍為200～250mT情況下，第二保護氣體包括但不限于C₄F₈或者C₂F₆。

下面通過僅執(zhí)行刻蝕步驟來實驗驗證上述刻蝕步驟能夠明顯改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度。具體地，刻蝕步驟的工藝參數(shù)包括：工藝壓強的取值范圍為200～250mT；激勵功率為2500W；偏壓功率的取值范圍為100～200W；刻蝕氣體為SF₆，其氣體流量的取值范圍為300～400sccm；第一保護氣體為O₂，其氣體流量的取值范圍為50～150sccm；第二保護氣體為C₄F₈，其氣體流量的取值范圍20～100sccm；工藝溫度為20℃。

為實現(xiàn)刻蝕形貌便于觀察，使刻蝕步驟執(zhí)行較長時間，執(zhí)行本發(fā)明上述刻蝕步驟出現(xiàn)如圖3所示的刻蝕形貌：圖3中刻蝕槽側(cè)壁幾乎無腐蝕效應(yīng)，因此，可驗證本發(fā)明實施例提供的深硅刻蝕工藝可明顯改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度。

值的在此說明的是，雖然在本實施例中同時采用了上述兩個手段，但是，本發(fā)明并不局限于此，在實際應(yīng)用中，還可單獨采用任何一種 手段，仍然相對現(xiàn)有技術(shù)中采用減少單步步驟工藝時間來說，可從根本上改善刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度；并且，針對單獨采用第二種手段，還能夠保證甚至提高刻蝕效率。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。