基片刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的基片刻蝕方法，其包括以下步驟：掩膜制作步驟，在基片的層間介質(zhì)表面上形成具有預(yù)定圖形的掩膜；加熱預(yù)處理步驟，加熱基片，以使掩膜的溝槽側(cè)壁傾斜；基片刻蝕步驟，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體，并開啟激勵(lì)電源和偏壓電源，以在層間介質(zhì)上刻蝕溝槽，從而將掩膜的圖形復(fù)制到層間介質(zhì)上。本發(fā)明提供的基片刻蝕方法，其可以在獲得理想的溝槽側(cè)壁的傾斜角度的前提下，提高刻蝕速率，從而可以提高工藝效率。
【專利說(shuō)明】基片刻蝕方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基片刻蝕方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著MEMS器件和MEMS系統(tǒng)被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于汽車和消費(fèi)電子領(lǐng)域，以及TSV通孔刻蝕(Through Silicon Etch)技術(shù)在未來(lái)封裝領(lǐng)域的廣闊前景,干法等離子體深硅刻蝕工藝逐漸成為MEMS加工領(lǐng)域及TSV技術(shù)中最炙手可熱工藝之一。在基片上刻蝕溝槽是一種常見的刻蝕工藝，而針對(duì)不同的應(yīng)用，對(duì)溝槽的刻蝕形貌的要求也不同。例如，在對(duì)基片的層間介質(zhì)(層間介質(zhì)的材料通常為二氧化硅或氮化硅)的刻蝕工藝中，基于不同的應(yīng)用，通常對(duì)溝槽側(cè)壁的傾斜角度的要求也不同，因此需要對(duì)溝槽側(cè)壁的傾斜角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0003]現(xiàn)有的一種基片刻蝕方法主要包括下述步驟:
[0004]掩膜制作步驟，在層間介質(zhì)表面上沉積光刻膠掩膜，并通過曝光和顯影使光刻膠掩膜形成所需的圖形，如圖1所示。
[0005]基片刻蝕步驟，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入CxFy類刻蝕氣體，并開啟激勵(lì)電源和偏壓電源，以在層間介質(zhì)上刻蝕溝槽，從而將光刻膠掩膜的圖形復(fù)制到層間介質(zhì)上。
[0006]在上述基片刻蝕步驟中，通過調(diào)節(jié)偏壓電源輸出的偏壓功率可以獲得不同的溝槽側(cè)壁的傾斜角度，即:偏壓功率越高，則溝槽側(cè)壁的傾斜角度越大，采用高偏壓功率獲得的基片形貌如圖2A所示；與之相反，偏壓功率越低，則溝槽側(cè)壁的傾斜角度越小，采用低偏壓功率獲得的溝基片形貌如圖2B所示。
[0007]雖然上述基片刻蝕方法通過調(diào)節(jié)偏壓電源輸出的偏壓功率可以獲得不同的溝槽側(cè)壁的傾斜角度，但是，較低的偏壓功率會(huì)導(dǎo)致刻蝕速率下降，尤其針對(duì)要求溝槽側(cè)壁的傾斜角度較小的應(yīng)用領(lǐng)域(傾斜角度一般要求在50?60°左右)，往往需要將偏壓功率降至很低的數(shù)值才能獲得所需的傾斜角度，這使得刻蝕速率大大降低，從而嚴(yán)重影響了工藝效率，降低了產(chǎn)能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]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，提出了一種基片刻蝕方法，其可以在獲得理想的溝槽側(cè)壁的傾斜角度的前提下，提高刻蝕速率，從而可以提高工藝效率。
[0009]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種基片刻蝕方法，包括以下步驟:
[0010]掩膜制作步驟，在基片的層間介質(zhì)表面上形成具有預(yù)定圖形的掩膜；
[0011]加熱預(yù)處理步驟，加熱所述基片，以使所述掩膜的溝槽側(cè)壁傾斜；
[0012]基片刻蝕步驟，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體，并開啟激勵(lì)電源和偏壓電源，以在所述層間介質(zhì)上刻蝕溝槽，從而將所述掩膜的圖形復(fù)制到所述層間介質(zhì)上。
[0013]其中，在所述加熱預(yù)處理步驟中，根據(jù)所需的層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁的傾斜角度，而調(diào)節(jié)加熱溫度。
[0014]其中，在所述加熱預(yù)處理步驟中，采用烘烤、熱傳導(dǎo)或熱輻射的方式加熱所述基片。
[0015]其中，在所述加熱預(yù)處理步驟中，加熱溫度的范圍在60?130°C。
[0016]其中，在所述基片刻蝕步驟中，所述刻蝕氣體包括CxFy類氣體、CxHyFz類氣體或二者的混合氣體。
[0017]優(yōu)選地，所述CxFy類氣體包括C4F8、C5F8或二者的混合氣體。
[0018]優(yōu)選地，所述CxHyFz類氣體包括CHF3、CH2F2或二者的混合氣體。
[0019]其中，在所述基片刻蝕步驟中，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體的同時(shí)，還通入輔助刻蝕氣體，以調(diào)節(jié)所述反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體分布。
[0020]其中,所述輔助刻蝕氣體包括氬氣或氦氣。
[0021]其中，在所述基片刻蝕步驟中，所述刻蝕氣體的流量為20?200sccm。
[0022]其中，在所述基片刻蝕步驟中，所述偏壓電源輸出的偏壓功率為200?1000W。
[0023]其中，所述偏壓電源輸出的偏壓功率為400?700W。
[0024]其中，在所述基片刻蝕步驟中，所述激勵(lì)電源輸出的激勵(lì)功率為500?5000W。
[0025]其中，在所述基片刻蝕步驟中，所述反應(yīng)腔室的腔室壓力為5?50mT。
[0026]優(yōu)選地，所述層間介質(zhì)的材料包括二氧化硅或氮化硅。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0028]本發(fā)明提供的基片刻蝕方法，其通過借助加熱預(yù)處理步驟加熱基片，可以使掩膜的溝槽側(cè)壁傾斜，傾斜的掩膜溝槽側(cè)壁有利于在后續(xù)的基片刻蝕步驟中，使層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁傾斜，即，本發(fā)明提供的基片刻蝕方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其在采用相同的偏壓功率的前提下，可以獲得傾斜角度更小的層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁，從而無(wú)需將偏壓功率降低至很低的數(shù)值就可以獲得所需的傾斜角度，進(jìn)而可以提高刻蝕速率，提高工藝效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為完成掩膜制作步驟之后獲得的基片形貌的剖視圖；
[0030]圖2A為采用高偏壓功率獲得的基片形貌的剖視圖；
[0031]圖2B為采用低偏壓功率獲得的基片形貌的剖視圖；
[0032]圖3為本發(fā)明提供的基片刻蝕方法的流程框圖；
[0033]圖4為本發(fā)明提供的基片刻蝕方法的流程示意圖；
[0034]圖5A為采用現(xiàn)有技術(shù)的基片刻蝕方法獲得的基片形貌的電鏡掃描圖；以及
[0035]圖5B為采用本發(fā)明提供的基片刻蝕方法獲得的基片形貌的電鏡掃描圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]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(lái)對(duì)本發(fā)明提供的基片刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037]圖3為本發(fā)明提供的基片刻蝕方法的流程框圖。圖4為本發(fā)明提供的基片刻蝕方法的流程示意圖。請(qǐng)一并參閱圖3和圖4，基片刻蝕方法包括以下步驟:
[0038]掩膜制作步驟，在基片的層間介質(zhì)表面上形成具有預(yù)定圖形的掩膜；
[0039]加熱預(yù)處理步驟，加熱基片，以使掩膜的溝槽側(cè)壁傾斜；
[0040]基片刻蝕步驟，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體，并開啟激勵(lì)電源和偏壓電源，以在層間介質(zhì)上刻蝕溝槽，從而將掩膜的圖形復(fù)制到層間介質(zhì)上。
[0041]通過借助加熱預(yù)處理步驟加熱基片，可以使掩膜的溝槽側(cè)壁傾斜，傾斜的掩膜溝槽側(cè)壁有利于在后續(xù)的基片刻蝕步驟中，使層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁傾斜，即，本發(fā)明提供的基片刻蝕方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其在采用相同的偏壓功率的前提下，可以獲得傾斜角度更小的層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁，從而無(wú)需將偏壓功率降低至很低的數(shù)值就可以獲得所需的傾斜角度，進(jìn)而可以提聞刻蝕速率，提聞工藝效率。
[0042]而且，在加熱預(yù)處理步驟中，可以根據(jù)所需的層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁的傾斜角度，而調(diào)節(jié)加熱溫度。通過實(shí)驗(yàn)可知，加熱溫度越高，層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁的傾斜角度越小，反之，則越大。因此，若需要傾斜角度較小的層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁，則可以增加加熱時(shí)間，以提高加熱溫度；若需要傾斜角度較大的層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁，則可以減少加熱時(shí)間，以降低加熱溫度。
[0043]當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，加熱溫度也不宜過高或過低，這是因?yàn)檫^高的加熱溫度可能會(huì)導(dǎo)致掩膜的特性改變或被碳化，而過低的加熱溫度又無(wú)法達(dá)到使層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁傾斜的效果，優(yōu)選地，加熱溫度的范圍可以在60?130°C。此外，可以采用烘烤、熱傳導(dǎo)或熱輻射的方式加熱基片。
[0044]在基片刻蝕步驟中，刻蝕氣體可以包括CxFy類氣體、CxHyFz類氣體或二者的混合氣體。其中，CxFy類氣體包括C4F8、C5F8或二者的混合氣體；CxHyFz類氣體包括CHF3、CH2F2或二者的混合氣體。優(yōu)選地，在基片刻蝕步驟中，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體的同時(shí)，還可以通入諸如氬氣或氦氣等的不與刻蝕氣體反應(yīng)的輔助刻蝕氣體，借助輔助刻蝕氣體，可以調(diào)節(jié)反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體分布，從而可以提高刻蝕均勻性。
[0045]另外，在基片刻蝕步驟中，可以在獲得理想的溝槽側(cè)壁的傾斜角度的前提下，適當(dāng)提高由激勵(lì)電源輸出的激勵(lì)功率以及由偏壓電源輸出的偏壓功率，以提高刻蝕速率。當(dāng)然，偏壓功率也不宜過高，否則會(huì)導(dǎo)致溝槽表面損傷，從而造成基片形貌粗糙。
[0046]優(yōu)選地，基片刻蝕步驟可以采用下述工藝參數(shù)，即:刻蝕氣體的流量為20?200sccm;偏壓電源輸出的偏壓功率為200?1000W，進(jìn)一步優(yōu)選地，偏壓功率為400?700W ;激勵(lì)電源輸出的激勵(lì)功率為500?5000W ;反應(yīng)腔室的腔室壓力為5?50mT。
[0047]下面對(duì)本發(fā)明提供的基片刻蝕工藝與現(xiàn)有的基片刻蝕工藝分別進(jìn)行刻蝕實(shí)驗(yàn)。其中，本發(fā)明提供的基片刻蝕工藝與現(xiàn)有的基片刻蝕工藝相比，二者的區(qū)別僅在于:本發(fā)明提供的基片刻蝕工藝在基片刻蝕步驟之前增設(shè)了加熱預(yù)處理步驟，除此之外，二者的其它工藝步驟以及所采用的工藝參數(shù)均相同。
[0048]具體地，在本發(fā)明提供的基片刻蝕工藝的刻蝕實(shí)驗(yàn)中，基片的材料為硅；基片的層間介質(zhì)的材料為二氧化硅；掩膜材料為光刻膠。而且，進(jìn)行加熱預(yù)處理步驟和基片刻蝕步驟所采用的工藝參數(shù)分別為:
[0049]加熱預(yù)處理步驟，加熱溫度為100°C ;加熱時(shí)間為5min ；
[0050]基片刻蝕步驟，刻蝕氣體為C4F8,且流量為50SCCm ;輔助刻蝕氣體為氬氣，且流量為10sccm ;激勵(lì)功率為2000W ;偏壓功率為500W ;反應(yīng)腔室的腔室壓力為1mT。
[0051]本發(fā)明提供的基片刻蝕工藝的刻蝕實(shí)驗(yàn)獲得的基片形貌如圖5A所示，由圖可知，獲得的基片層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁傾斜，且傾斜角度為56°左右；刻蝕速率達(dá)到700nm/min。
[0052]與之相比，在現(xiàn)有的基片刻蝕工藝的刻蝕實(shí)驗(yàn)中，沒有進(jìn)行加熱預(yù)處理步驟，SP，在完成掩膜制作步驟之后直接進(jìn)行基片刻蝕步驟，而其基片刻蝕步驟所采用的工藝參數(shù)與本發(fā)明提供的基片刻蝕工藝的刻蝕實(shí)驗(yàn)相同。現(xiàn)有的基片刻蝕工藝的刻蝕實(shí)驗(yàn)獲得的基片形貌如圖5B所示，由圖可知，在刻蝕速率為700nm/min的條件下，獲得的基片層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁的傾斜角度為80°左右。
[0053]有上述實(shí)驗(yàn)可知，本發(fā)明提供的基片刻蝕工藝可以在獲得理想的溝槽側(cè)壁的傾斜角度的前提下，提高刻蝕速率，從而可以提高工藝效率。
[0054]在實(shí)際應(yīng)用中，層間介質(zhì)的材料包括二氧化硅或氮化硅；掩膜的材料包括光刻膠。
[0055]可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)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(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基片刻蝕方法，其特征在于，包括以下步驟: 掩膜制作步驟，在基片的層間介質(zhì)表面上形成具有預(yù)定圖形的掩膜； 加熱預(yù)處理步驟，加熱所述基片，以使所述掩膜的溝槽側(cè)壁傾斜； 基片刻蝕步驟，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體，并開啟激勵(lì)電源和偏壓電源，以在所述層間介質(zhì)上刻蝕溝槽，從而將所述掩膜的圖形復(fù)制到所述層間介質(zhì)上。
2.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述加熱預(yù)處理步驟中，根據(jù)所需的層間介質(zhì)的溝槽側(cè)壁的傾斜角度，而調(diào)節(jié)加熱溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述加熱預(yù)處理步驟中，采用烘烤、熱傳導(dǎo)或熱輻射的方式加熱所述基片。
4.如權(quán)利要求1或3所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述加熱預(yù)處理步驟中，力口熱溫度的范圍在60?130°C。
5.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述基片刻蝕步驟中，所述刻蝕氣體包括CxFy類氣體、CxHyFz類氣體或二者的混合氣體。
6.如權(quán)利要求5所述的基片刻蝕方法，其特征在于，所述CxFy類氣體包括C4F8、C5F8或二者的混合氣體。
7.如權(quán)利要求5所述的基片刻蝕方法，其特征在于，所述CxHyFz類氣體包括CHF3XH2F2或二者的混合氣體。
8.如權(quán)利要求1或5-7任意一項(xiàng)所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述基片刻蝕步驟中，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體的同時(shí)，還通入輔助刻蝕氣體，以調(diào)節(jié)所述反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體分布。
9.如權(quán)利要求8所述的基片刻蝕方法，其特征在于，所述輔助刻蝕氣體包括氬氣或氦氣。
10.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述基片刻蝕步驟中，所述刻蝕氣體的流量為20?200sccm。
11.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述基片刻蝕步驟中，所述偏壓電源輸出的偏壓功率為200?1000W。
12.如權(quán)利要求11所述的基片刻蝕方法，其特征在于，所述偏壓電源輸出的偏壓功率為 400 ?700W。
13.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述基片刻蝕步驟中，所述激勵(lì)電源輸出的激勵(lì)功率為500?5000W。
14.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，在所述基片刻蝕步驟中，所述反應(yīng)腔室的腔室壓力為5?50mT。
15.如權(quán)利要求1所述的基片刻蝕方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)的材料包括二氧化硅或氮化硅。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104425240SQ201310399619
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】蔣中偉 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司