專利名稱：一種控溫深硅刻蝕方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微納加工領域，特別是一種制作微機電系統(tǒng)(MEMS)的深硅刻蝕方法。
背景技術：
微納圖形加工技術，是制作所有芯片的重要手段，所以世界各國都很重視它的應用與發(fā)展。近年來，隨著各類電子產(chǎn)品的升級換代，對微納圖形加工技術提出了更高要求，特別是對干法刻蝕的線寬和深度提出了更新的要求(毫米級)。目前深硅刻蝕方法有兩種1)刻蝕和側壁保護循環(huán)交替進行，經(jīng)多次循環(huán)交替刻蝕實現(xiàn)深硅刻蝕的目的。這種深硅刻蝕方法應用比較廣泛。缺點側壁和刻蝕表面有花紋不光滑，刻蝕和保護垂直性難以控制，保護過頭了，刻蝕速率變慢，保護不夠側向刻蝕垂直度不好。2)冷凍刻蝕法，使用刻蝕的氣體是SF6,硅片背面用液氮冷卻，只有刻蝕一步就實現(xiàn)了垂直深硅刻蝕。這種方法的優(yōu)點是垂直刻蝕易控制，刻蝕速率也比較快。缺點是冷卻比較繁瑣，成本比較高，所以至今這種方法沒有用起來。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提高刻蝕速率和效果，并減少成本，提供一種控溫深硅刻蝕方法。本發(fā)明采用的技術方案是提供一種控溫深硅刻蝕方法，用于感應耦合等離子體刻蝕機，該方法包括正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟；其特征在于，該方法采用在所述刻蝕機的多處冷卻并采用低溫冷卻液作為循環(huán)冷卻液，從而獲得低溫，并且所述各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在刻蝕機的等離子體刻蝕室的低溫條件下完成的。進一步地，所述刻蝕室的低溫是0-7 °C。進一步地，所述刻蝕機包括主機、射頻電源柜、電控柜、氣柜、循環(huán)冷卻機、計算機及操作臺；其中主機的核心部件是等離子體源，它是由平面變距螺旋型電感線圈與高頻陶瓷介質(zhì)組成一體，所述陶瓷介質(zhì)下面是等離子體刻蝕室；在感應耦合等離子體電極(上電極)與射頻電極(下電極)之間安裝環(huán)形氣體流量分配器。進一步地，所述刻蝕機的多處冷卻是在射頻電極、刻蝕室側壁、刻蝕氣路管道設置冷卻管路。進一步地，所述冷卻管路中循環(huán)的是低溫冷卻液；所述低溫冷卻液采用的是乙二醇。進一步地，在硅片和射頻電極之間還放一層石墨氈利于導熱。進一步地，所述方法的具體步驟是
(O正性光刻膠圖形制作步驟
在厚度為400U 2英寸硅片上，涂上2 — IOu的光刻膠，曝光、顯影后在光刻膠上做出所需的圖形。
(2)各向異性刻蝕步驟:
把做好圖形的硅片放入所述感應耦合等離子體刻蝕機上的所述刻蝕室內(nèi)進行交替刻蝕，其中控溫刻蝕室工藝條件是溫度:1一31:，壓力:5 — 6Pa;刻蝕氣體SF6流量130—150sccm，上電極功率800— 900W，下電極功率40— 50W，刻蝕時間10 —14秒；
(3)各向同性淀積步驟:
淀積氣體C4F8和CHF3, C4F8流量:80—908(^111，(:冊3流量:5— 15sccm ;上電極功率500—700W,下電極功率O — 10W，淀積時間8 —10秒；
所述刻蝕步驟和淀積步驟交替循環(huán)進行，時間為18 — 24秒，交替循環(huán)30—150次。(4)去除光刻膠步驟:
將刻蝕好的硅片，放在丙酮溶液中超聲波清洗，將硅片清洗干凈，烘干。本發(fā)明的有益效果是控溫深硅刻蝕方法使交替刻蝕中的各向異性刻蝕步驟延長，各向同性淀積步驟縮短，從而提高刻蝕速率，垂直刻蝕易控制，并且使光刻膠的選擇比大大提聞。
圖1是本發(fā)明的工藝流程 圖2是本發(fā)明的控 溫刻蝕室示意 圖3是本發(fā)明的深硅刻蝕后的形貌 圖4是本發(fā)明中刻蝕后的側壁垂直度及光滑度示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的方法是使用感應耦合等離子體刻蝕機完成的，該刻蝕機是國產(chǎn)ICP設備最早進入生產(chǎn)線運行的。該刻蝕機結構包括:主機、射頻電源柜、電控柜、氣柜、循環(huán)冷卻機、計算機及操作臺。其中主機的核心部件是等離子體源，它是由平面變距螺旋型電感線圈與高頻陶瓷介質(zhì)組成一體，陶瓷介質(zhì)下面是等離子體刻蝕室。所述刻蝕室的圓桶形側壁埋入了密集的冷卻管路?？涛g室下部是埋入了冷卻管路的射頻電極，在射頻電極上面覆蓋一層導熱良好的石墨氈，構成了樣品臺。在感應耦合等離子體電極(上電極)與射頻電極(下電極)之間安裝環(huán)形氣體流量分配器。該機結構簡單性能優(yōu)良。本發(fā)明的工藝流程包括:正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟。其中各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在控溫刻蝕室的低溫條件下完成的工藝。控溫刻蝕室側壁和下電極內(nèi)部埋入了冷卻管路，刻蝕室外的刻蝕氣路外壁，也纏繞著冷卻管路。在以上冷卻管路中循環(huán)的不是水，而是低溫冷卻液(乙二醇)，它的特點是在0°C以下不結冰，這樣可獲得低溫(O—7°C)。它的參與使交替刻蝕中的各向異性刻蝕步驟延長，各向同性淀積步驟縮短，從而提高刻蝕速率，垂直刻蝕易控制，并且使光刻膠的選擇比大大提聞ο另外，為了解決長時間刻蝕在硅片上產(chǎn)生的熱積累，在硅片和射頻電極(下電極)之間放一層石墨氈(導熱材料)。本發(fā)明工藝簡單易控制?？涛g表面和側壁平整光滑。實施例1
該實施例包括以下步驟:
(O光刻膠圖形制作步驟:
在厚度為400u 2英寸硅片上，涂上光刻膠，厚度:2u，用光刻機曝光，顯影，在光刻膠上做出所需圖形；
(2)各向異性刻蝕步驟:
把做好圖形的硅片放入所述感應耦合等離子體刻蝕機上的控溫刻蝕室內(nèi)進行交替刻蝕，刻蝕室溫度為2V，壓力為5Pa。工藝條件:上電極功率850W，下電極功率40W，刻蝕氣體SF6流量140sccm，刻蝕時 間10秒。(3)各向同性等離子體淀積步驟:
該步驟用于制作側壁保護膜，其工藝條件:淀積氣體C4F8的流量是85SCCm和CHF3的流量是5sccm，上電極功率600W，下電極功率0W，淀積時間8秒。步驟(2)和(3)交替循環(huán)刻蝕，交替循環(huán)34次，刻蝕深度22u;
此實施例刻蝕未經(jīng)去膠，目的是觀察膠的形貌。如圖3所示；
實施例2，該實施例包括以下步驟:
(O光刻膠圖形制作步驟:
在厚度為400u 2英寸硅片上，涂上光刻膠，厚度:3.5 U，用光刻機曝光，在膠上做出所需圖形；
(2)各向異性刻蝕步驟:
把做好圖形的硅片放入感應耦合等離子體刻蝕機上的控溫刻蝕室內(nèi)進行交替刻蝕，刻蝕室內(nèi)溫度2°C，壓力5.5Pa。工藝條件:上電極功率900W，下電極功率45W，刻蝕氣體SF6,流量150sccm，刻蝕時間14秒。(3)各項同性等離子體淀積步驟:
該步驟用于制作側壁保護膜，其工藝條件淀積氣體C4F8和CHF3的流量分別為80SCCm和lOsccm，上電極功率700W，下電極功率0W，淀積時間10秒。步驟(2)和(3)交替循環(huán)刻蝕，交替循環(huán)125次。(4)去除光刻膠步驟:
把交替刻蝕好的硅片，放進丙酮溶液中，超聲波去膠，將硅片清洗干凈，烘干。用臺階儀測量刻蝕深度為105u，用SEM觀察剖面形貌。如圖4所示。本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:I)深硅刻蝕垂直度好；2)深硅垂直刻蝕控制精度高；3)深硅垂直刻蝕選擇比高；4)深硅垂直刻蝕深寬比高；5)應用于國產(chǎn)設備，性價比較高。
權利要求
1.一種控溫深硅刻蝕方法，用于感應耦合等離子體刻蝕機，該方法包括:正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟；其特征在于，該方法采用在所述刻蝕機的多處冷卻并采用低溫冷卻液作為循環(huán)冷卻液，從而獲得低溫，并且所述各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在刻蝕機的等離子體刻蝕室的低溫條件下完成的。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕室的低溫是0-7°C。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕機包括:主機、射頻電源柜、電控柜、氣柜、循環(huán)冷卻機、計算機及操作臺；其中主機的核心部件是等離子體源，它是由平面變距螺旋型電感線圈與高頻陶瓷介質(zhì)組成一體，所述陶瓷介質(zhì)下面是等離子體刻蝕室；在感應耦合等離子體電極(上電極)與射頻電極(下電極)之間安裝環(huán)形氣體流量分配器。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕機的多處冷卻是在射頻電極、刻蝕室側壁、刻蝕氣路管道設置冷卻管路。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷卻管路中循環(huán)的是低溫冷卻液。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述低溫冷卻液采用的是乙二醇。
7.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，在硅片和射頻電極之間還放一層石墨租利于導熱。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的具體步驟是: (O正性光刻膠圖形制作步驟: 在厚度為400u 2英寸硅片上，涂上2 — IOu的光刻膠，曝光、顯影后在光刻膠上做出所需的圖形； (2)各向異性刻蝕步驟: 把做好圖形的硅片放入所述感應耦合等離子體刻蝕機上的所述刻蝕室內(nèi)進行交替刻蝕，其中控溫刻蝕室工藝條件是溫度:1 一3°C，壓力:5 — 6Pa ;刻蝕氣體SF6流量130—150sccm，上電極功率800— 900W，下電極功率40— 50W，刻蝕時間10 —14秒； (3)各向同性淀積步驟: 淀積氣體C4F8和CHF3, C4F8流量:80—908(^111，(:冊3流量:5— 15sccm ;上電極功率500—700W,下電極功率O — 10W，淀積時間8 —10秒； 所述刻蝕步驟和淀積步驟交替循環(huán)進行，時間為18 — 24秒，交替循環(huán)30—150次； (4)去除光刻膠步驟: 將刻蝕好的硅片，放在丙酮溶液中超聲波清洗，將硅片清洗干凈，烘干。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控溫深硅刻蝕方法，用于感應耦合等離子體刻蝕機，該方法包括正性光刻膠圖形制作步驟，各向異性刻蝕步驟，各向同性淀積步驟，去除光刻膠步驟；其特征在于，該方法采用在所述刻蝕機的多處冷卻并采用低溫冷卻液作為循環(huán)冷卻液，從而獲得低溫，并且所述各向異性刻蝕步驟和各向同性淀積步驟交替循環(huán)刻蝕是在刻蝕機的等離子體刻蝕室的低溫條件下完成的。本發(fā)明的有益效果是控溫深硅刻蝕方法使交替刻蝕中的各向異性刻蝕步驟延長，各向同性淀積步驟縮短，從而提高刻蝕速率，垂直刻蝕易控制，并且使光刻膠的選擇比大大提高。
文檔編號H01J37/32GK103072939SQ20131000903
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權日2013年1月10日
發(fā)明者林紅 申請人:林紅