硅的刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種硅的刻蝕方法，用以在硅襯底上刻蝕不同寬度尺寸的硅槽，包括：S1、提供硅襯底；S2、在硅襯底上沉積掩膜層；S3、對掩膜層進(jìn)行腐蝕，形成不同寬度尺寸的窗口，其中至少在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層，以滿足S4步驟后，所有硅槽的深度相同；S4、對位于窗口底部的掩膜層和硅襯底進(jìn)行腐蝕，形成硅槽。本發(fā)明通過在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層，讓該一定厚度的掩膜層先保護(hù)住較大的窗口，讓小的窗口先刻，以實(shí)現(xiàn)最終獲得的硅槽的深度相同。
【專利說明】硅的刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)電子機(jī)械系統(tǒng)加工領(lǐng)域，尤其涉及一種在硅表面進(jìn)行刻蝕的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystems, MEMS)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微小型化系統(tǒng)，它是集物理、化學(xué)和生物的敏感器(執(zhí)行信息獲取功能)、執(zhí)行器與信息處理和存儲為一體的微型集成系統(tǒng)。采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光機(jī)電器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]光刻(photo lithograph)是MEMS器件制作過程中出現(xiàn)最多的工藝步驟，光刻質(zhì)量和精度直接影響后續(xù)工藝的質(zhì)量和精度，按其空間特性可以分為平面光刻和立體光刻。
[0004]MEMS光刻工藝是由在IC工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。首先在襯底上涂光抗蝕劑(即光刻膠，photoresist，PR)通過曝光、顯影等步驟將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上?？刮g劑的圖形可以作為后續(xù)工藝的掩膜，進(jìn)行刻蝕、離子注入等工藝，最后去除該層抗蝕劑。基于硅材料體硅工藝制作的MEMS微傳感器和微執(zhí)行器經(jīng)過幾十年的研究，已經(jīng)有比較成熟的設(shè)計(jì)方法和工藝基礎(chǔ)，并開始產(chǎn)業(yè)化。硅材料體硅工藝是MEMS研究的主要方向之一，而體硅工藝采用光刻工藝與IC采用光刻工藝有一定的差異。
[0005]在超大規(guī)模集成電路制造工藝中，硅的深槽隔離技術(shù)已成為推動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)向更高水平發(fā)展的一個(gè)必要手段。將深槽隔離技術(shù)應(yīng)用于CMOS電路，能有效地克服閂鎖效應(yīng)；應(yīng)用于雙極電路，能大大減小寄生電容，提高擊穿電壓；而在4兆以上的DRAM中，則需采用深槽技術(shù)制作存貯電容。所有這些應(yīng)用關(guān)鍵在于能否獲得深槽。
[0006]反應(yīng)離子深刻蝕(DRIE)可以得到表面平整的高深寬比結(jié)構(gòu)，因而這一微加工工藝成為MEMS制造等領(lǐng)域中的主流工藝之一。
[0007]在MEMS的DRIE腐蝕中，由于掩膜窗口的大小不同，腐蝕的深度不同。參圖1所示，用DRIE腐蝕Si，SiO2作為掩膜層，由于兩個(gè)窗口的尺寸不一樣(A>B)，通常A的腐蝕深度比B的腐蝕深度大，如果深度不同，會影響產(chǎn)品的性能。
[0008]有鑒于此，有必要提供一種硅的刻蝕方法，以使得所刻蝕的硅槽深度相同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種硅的刻蝕方法，以使得在硅襯底上刻蝕不同寬度尺寸的硅槽時(shí)，所獲得的硅槽深度相同。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0011]—種娃的刻蝕方法，用以在娃襯底上刻蝕不同寬度尺寸的娃槽，包括:
[0012]S1、提供硅襯底；[0013]S2、在娃襯底上沉積掩膜層；
[0014]S3、對掩膜層進(jìn)行腐蝕，形成不同寬度尺寸的窗口，其中至少在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層，以滿足S4步驟后，所有硅槽的深度相同；
[0015]S4、對位于窗口底部的掩膜層和娃襯底進(jìn)行腐蝕,形成娃槽。
[0016]優(yōu)選的，在上述的硅的刻蝕方法中，所述掩膜層為二氧化硅、SiN或者光刻膠。
[0017]優(yōu)選的，在上述的硅的刻蝕方法中，所述步驟S4中，采用DRIE的方法對位于窗口內(nèi)的掩膜層和硅襯底進(jìn)行腐蝕。
[0018]優(yōu)選的，在上述的硅的刻蝕方法中，所述步驟S4中，采用氟基氣體對位于窗口內(nèi)的掩膜層和硅襯底進(jìn)行腐蝕。
[0019]優(yōu)選的，在上述的硅的刻蝕方法中，所述步驟S4中，采用氯基氣體對位于窗口內(nèi)的掩膜層和硅襯底進(jìn)行腐蝕。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層，讓該一定厚度的掩膜層先保護(hù)住較大的窗口，讓小的窗口先亥|J，以實(shí)現(xiàn)最終獲得的硅槽的深度相同。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中硅槽光刻的示意圖；
[0023]圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中硅的刻蝕方法的流程圖；
[0024]圖3a至3c所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中硅槽刻蝕方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種硅的刻蝕方法，用以在硅襯底上刻蝕不同寬度尺寸的硅槽，包括:
[0026]S1、提供硅襯底；
[0027]S2、在硅襯底上沉積掩膜層；
[0028]S3、對掩膜層進(jìn)行腐蝕，形成不同寬度尺寸的窗口，其中至少在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層，以滿足S4步驟后，所有硅槽的深度相同；
[0029]S4、對位于窗口底部的掩膜層和硅襯底進(jìn)行腐蝕，形成硅槽。
[0030]上述步驟SI中，襯底在使用前需要對其進(jìn)行清洗，清洗可以采用RCA清洗工藝。
[0031]上述步驟S2中，掩膜層為二氧化硅層，結(jié)合器件制作工藝的需要，掩膜層也可以是SiN或者光刻膠。
[0032]本發(fā)明中，掩膜層優(yōu)選為二氧化硅層。二氧化硅層是一種物理和化學(xué)性能都十分優(yōu)良的介質(zhì)薄膜，具有介電性能優(yōu)良、介質(zhì)損耗小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體器件和集成電路中常作為隔離層、多晶硅和金屬間以及多層金屬布線間的絕緣層、MOS管的柵極介質(zhì)層、刻蝕及注入用掩膜等使用。二氧化硅層的制備方法可以采用現(xiàn)有的通用手段，例如等離子體體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)、高溫氧化或低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)方法。
[0033]上述步驟S3中，“至少在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層”包含以下兩種情況:
[0034]( I)在最小的窗口的底部也預(yù)留一定厚度的掩I吳層，此時(shí)其他所有窗口的底部都必須預(yù)留一定厚度的掩膜層，且窗口越大，預(yù)留的掩膜層越厚。
[0035](2)在最小的窗口的底部不預(yù)留一定厚度的掩膜層，即最小窗口的底部恰好露出硅襯底，此時(shí)其他窗口的底部必須要預(yù)留一定厚度的掩膜層。
[0036]預(yù)留的掩膜層形成方法包括兩種情況:一是在對掩膜層進(jìn)行腐蝕過程中，控制腐蝕的深度而保留的具有一定厚度的掩膜層；二是將掩膜層刻穿，然后在形成的窗口底部再沉積一定厚度的掩膜層，接著光刻并腐蝕尺寸大的窗口里的掩膜層。
[0037]預(yù)留的掩膜層的厚度，可以根據(jù)窗口的尺寸、掩膜層的腐蝕速率以及Si襯底的腐蝕速率進(jìn)行計(jì)算，窗口的尺寸與Si襯底的腐蝕速率的關(guān)系可通過實(shí)驗(yàn)測試獲得。
[0038]參圖1，關(guān)系式滿足:
[0039]Tsi02- (D「D2) *ESi02/ESi
[0040]其中，Tsi02: 二氧化硅厚度，Dl, D2為深槽厚度，Esi02, Esi分別為SiO2和Si的腐蝕速率。
[0041]上述步驟S4中，優(yōu)選采用DRIE的方法對窗口底部的掩膜層或硅襯底進(jìn)行腐蝕，在其他實(shí)施例中，也可采用RIE的方法，通用的，可以采用氟基氣體對窗口底部的掩膜層或硅襯底進(jìn)行腐蝕，也可以采用氯基氣體對窗口底部的掩膜層或硅襯底進(jìn)行腐蝕。
[0042]DRIE刻蝕技術(shù)通過物理作用和化學(xué)作用相結(jié)合的辦法來去除被刻蝕的薄膜，具有刻蝕速度快、選擇比高、刻蝕損傷小、大面積均勻性好、刻蝕斷面輪廓可控性高和刻蝕表面平整光滑等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于金屬及介質(zhì)薄膜的干法刻蝕中。DRIE刻蝕的各向異性高，因此側(cè)壁形貌較為陡直。
[0043]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044]由于DRIE腐蝕SiO2的速率較慢，在腐蝕較快區(qū)域，預(yù)留一定厚度的SiO2 (厚度根據(jù)A與B的腐蝕差異和DRIE對SiO2的腐蝕速率計(jì)算出)。這樣就需要做兩次光刻來分別腐蝕不同窗口對應(yīng)的SiO2。
[0045]參圖3a所示，在腐蝕前，在窗口 A的底部預(yù)留一定厚度的SiO2, B窗口的底部與Si襯底恰好接觸。
[0046]參圖3b所示，采用DRIE的方法對A和B窗口底部的SiO2和硅襯底進(jìn)行腐蝕，A窗口先對SiO2進(jìn)行腐蝕，同時(shí)B窗口開始對硅襯底進(jìn)行腐蝕，當(dāng)A窗口底部的SiO2腐蝕完畢后，B窗口底部的硅襯底已經(jīng)腐蝕了一定的深度。
[0047]參圖3c所示，A窗口底部的硅襯底開始腐蝕，且腐蝕速度大于B窗口底部硅襯底的腐蝕速度，在腐蝕結(jié)束后，A窗口下所獲得的硅槽的深度恰好等于B窗口下方對應(yīng)的硅槽的深度。[0048]綜上所述，本發(fā)明通過在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層，讓該一定厚度的掩膜層先保護(hù)住較大的窗口，讓小的窗口先刻，以實(shí)現(xiàn)最終獲得的硅槽的深度相問。
[0049]以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0050]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種娃的刻蝕方法，用以在娃襯底上刻蝕不同寬度尺寸的娃槽，其特征在于，包括: 51、提供娃襯底； 52、在硅襯底上沉積掩膜層； 53、對掩膜層進(jìn)行腐蝕，形成不同寬度尺寸的窗口，其中至少在非最小寬度尺寸窗口的底部，預(yù)留一定厚度的掩膜層，以滿足S4步驟后，所有硅槽的深度相同； 54、對位于窗口底部的掩膜層和娃襯底進(jìn)行腐蝕,形成娃槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅的刻蝕方法，其特征在于:所述掩膜層為二氧化硅、SiN或者光刻膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅的刻蝕方法，其特征在于:所述步驟S4中，采用DRIE的方法對位于窗口內(nèi)的掩膜層和娃襯底進(jìn)行腐蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅的刻蝕方法，其特征在于:所述步驟S4中，采用氟基氣體對位于窗口內(nèi)的掩膜層和娃襯底進(jìn)行腐蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅的刻蝕方法，其特征在于:所述步驟S4中，采用氯基氣體對位于窗口內(nèi)的掩膜層和娃襯底進(jìn)行腐蝕。
【文檔編號】C23F1/02GK103663357SQ201210346875
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月18日
【發(fā)明者】蘇佳樂 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司