基片的刻蚀方法与流程

本发明涉及半导体加工技术领域，更具体地，涉及一种基片的刻蚀方法。

背景技术：

在硅材料的微机电系统(mems)器件制造工艺中，常需要制备硅斜台结构以作为悬梁臂的支撑结构，进而制造各类mems传感器。

现有技术是利用湿法刻蚀方法在硅片上形成斜台结构。由于硅材料具有一定晶向，通过沿某些特定晶向进行湿法刻蚀可以形成具有一定锥角的台面，工艺结果参见图1所示的扫描电镜测试图片。图1中的圆锥型结构即为湿法刻蚀出的硅斜台结构。

由于是采用湿法刻蚀的方法，只能沿硅的特定晶向进行刻蚀，斜台结构不理想，且刻蚀的斜台结构表面粗糙度大影响器件性能，工序复杂，制造成本高，工艺控制难度大。

技术实现要素：

本发明提供一种基片的刻蚀方法，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

本发明提供一种基片的刻蚀方法，所述刻蚀方法用于形成斜台结构，所述斜台结构的宽度从顶至底逐渐增大，其特征在于，所述基片的刻蚀方法包括：向刻蚀腔室内通入工艺气体，其中，所述工艺气体包括刻蚀气体和沉积气体；将所述刻蚀气体激发为等离子体，以对基片刻蚀形成所述斜台结构，同时，将所述沉积气体激发为等离子体，以在所述斜台结构的侧壁形成保护层。

可选地，所述基片为硅基片，所述刻蚀气体包括六氟化硫(sf6)，所述沉积气体包括八氟环丁烷(c4f8)。

进一步可选地，所述沉积气体还包括氧气(o2)。

可选地，向所述刻蚀腔室内通入所述工艺气体的步骤中，根据所述斜台结构的侧壁与底壁之间形成的预设角度确定所述工艺气体中所述刻蚀气体的含量，其中，所述预设角度与所述工艺气体中所述刻蚀气体的含量呈负相关。

可选地，向所述刻蚀腔室内通入所述工艺气体的步骤中，根据所述斜台结构的侧壁与底壁之间形成的预设角度确定所述工艺气体中所述沉积气体的含量，其中，所述预设角度与所述工艺气体中所述沉积气体的含量呈正相关。

可选地，在将所述刻蚀气体激发为等离子体，以对所述基片刻蚀形成所述斜台结构的步骤中，根据所述斜台结构的预设高度确定刻蚀的工艺时间，其中，所述预设高度与所述刻蚀的工艺时间呈正相关。

可选地，在将所述刻蚀气体激发为等离子体，以对所述基片刻蚀形成所述斜台结构的步骤中，根据所述斜台结构的预设高度确定所述工艺气体的压强，其中，所述预设高度与所述工艺气体的压强呈负相关。

可选地，所述工艺气体的压强范围为70mtorr～200mtorr。

可选地，上射频功率的范围为1500w～4000w。

可选地，下射频功率的范围为100w～500w之。

刻蚀过程中，刻蚀气体能够实现各向同性的刻蚀，沉积气体能够实现斜台结构的侧壁的保护，从而通过调整二者的比例实现斜台结构的侧壁与底壁之间的倾斜角度的可控，并且工艺简单、成本低、质量提高。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是依据现有湿法刻蚀得到的硅斜台结构的扫描电镜测试图；

图2是本发明的实施例的刻蚀方法的流程图；

图3是本发明的实施例得到的硅斜台结构的显微视图；

图4是本发明的另一个实施例得到的硅斜台结构的显微视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种基片的刻蚀方法，如图2所示，所述刻蚀方法用于形成斜台结构，所述斜台结构的宽度从顶至底逐渐增大。以图4为例，其中的斜台结构在底壁处的宽度为w，该斜台结构的高度为h，该斜台结构顶部的宽度几乎为0。图3所示的斜台结构中顶部仍保留一定的宽度。所述基片刻蚀方法包括：

在步骤s1中，向刻蚀腔室内通入工艺气体，其中，所述工艺气体包括刻蚀气体和沉积气体。

刻蚀气体的作用在于刻蚀工艺中对基片进行各向同性的刻蚀；沉积气体的作用在于，各向同性刻蚀进行的同时，在斜台结构的侧壁形成保护层。

以硅基片的刻蚀为例，可选地，所述刻蚀气体包括sf6，所述沉积气体包括c4f8。

进一步可选地，以硅基片的刻蚀为例，所述沉积气体还包括o2。o2的作用与c4f8作用相同，可以进一步起到辅助作用。

需要说明的是，在对基片进行刻蚀之间，还需要在该基片上形成掩模图案，该掩膜图形的形状与斜台结构的图形对应。

具体地，如图3所示，保留的掩膜图案1的位置和形状对应需要形成的斜台结构2的位置和形状。图3中的掩模图案为长条形，对应的斜台结构2也是长条形。

在步骤s2中，将所述刻蚀气体激发为等离子体，以对基片刻蚀形成所述斜台结构，同时，将所述沉积气体激发为等离子体，以在所述斜台结构的侧壁形成保护层。

对所述工艺气体进行等离子体化，以使得等离子体化的刻蚀气体对所述基片进行刻蚀，并且等离子体化后的沉积气体能够在接触到基片材料后形成沉积层。

此后，即对基片进行刻蚀。

以硅基片的刻蚀为例，具体的反应如下：c4f8被离化后在si层表面形成一层包含c和f的聚合物层，sf6与该聚合物层和硅均发生化学反应产生，其副产物被真空设备抽走，由于聚合物的沉积和聚合物及硅的刻蚀反应同时发生，从而可以通过控制其中的各项参数来控制斜台结构的的各项参数，例如其侧壁与底壁之间形成的夹角的角度等。

如图3所示，依据本发明的方法得到的硅的斜台结构2的侧壁21与底壁之间形成的夹角为60°。如图4所示，依据本发明的方法得到的硅的斜台结构2的侧壁21与底壁之间形成的夹角为70°。注意图3中的掩模图案1尚未被去除，而图4中的图片中掩模图案已被去除。

具体地，向所述刻蚀腔室内通入所述工艺气体的步骤中，根据所述斜台结构的侧壁与底壁之间形成的夹角的预设角度确定所述工艺气体中所述刻蚀气体的含量，其中，所述预设角度与所述工艺气体中所述刻蚀气体的含量呈负相关。

也就是通过增大刻蚀气体的含量比例可以使得得到的斜台结构的斜面的坡度更平缓。这主要是因为刻蚀气体的作用是各向同性地刻蚀，它的含量增大，则斜台结构从外侧壁向内部的刻蚀速率较大，横向的刻蚀效果较明显。

以硅斜台结构刻蚀为例，通过增大工艺气体中sf6的含量可以使得到的硅斜台结构的侧壁与底壁之间形成的夹角更小。

可选地，向所述刻蚀腔室内通入所述工艺气体的步骤中，

根据所述斜台结构的侧壁与底壁之间形成的夹角的预设角度确定所述工艺气体中所述沉积气体的含量，其中，所述预设角度与所述工艺气体中所述沉积气体的含量呈正相关。

以硅斜台结构刻蚀为例，也就是通过增大c4f8的含量比例可以使得得到的斜台结构的斜面的坡度更陡。这主要是因为c4f8在硅斜台结构的表面形成保护层，可以阻挡各向同性的工艺气体向斜台结构的内部刻蚀，从而纵向的刻蚀更加明显。

可选地，在将所述刻蚀气体激发为等离子体，以对所述基片刻蚀形成所述斜台结构的步骤中，根据所述斜台结构的预设高度确定刻蚀的工艺时间，其中，所述预设高度与所述刻蚀的工艺时间呈正相关。

工艺时间越长，则各向同性刻蚀向基片的内部刻蚀地越深，纵向的刻蚀的深度越大，当然刻蚀出的斜台就越高。

可选地，在将所述刻蚀气体激发为等离子体，以对所述基片刻蚀形成所述斜台结构的步骤中，根据所述斜台结构的预设高度确定所述工艺气体的压强，其中，所述预设高度与所述工艺气体的压强呈负相关。

工艺气体的气压越大，则其中离子的自由程越小，离子加速的距离更短，离子的能量越小，对基片刻蚀的深度越低，也就是斜台结构的高度越低。

可选地，在刻蚀工艺腔内的气压在70mt到200mt之间。

相对而言，该气压越大，则等离子体密度越大，横向刻蚀的效应越明显。实验确定，在这个气压范围内，硅基片的斜台结构的刻蚀效果较佳。

可选地，上射频功率(也称源射频功率)在1500w到4000w之间。

可选地，下射频功率(也称偏置射频功率)在100w到500w之间。

实验确定，在这个功率范围内，硅基片的斜台结构的刻蚀效果较佳。

参加图3和图4所示，依据本发明提供的方法制备得到的硅斜台结构。在这两个实例中，由于刻蚀气体sf6对硅基片的刻蚀是各向同性的，与硅基片的晶向无关，从而得到的斜台结构2的表面相对光滑，质量提高。并且由于整个方法可采用现有的半导体干法刻蚀工艺，仅对其中的工艺气体和沉积气体进行控制即可得到预期的斜台结构，工艺简单、成本低。

根据本发明所提供的刻蚀方法，以硅基片为例，可实现斜台结构侧壁与底壁夹角45°至90°的自由调整。实验表明，刻蚀速率大于10μm/min。相对于湿法刻蚀而言，刻蚀速度得到很大提升。

以下为本发明提供的3组实验数据，具体参数见下表。

通过以上数据可以发现：对于硅基片的刻蚀，应用本发明提供的方法，较小刻蚀气体sf6的比例可增大硅斜台结构中侧壁与底壁的夹角；增大沉积气体c4f8的比例可增大硅斜台结构中侧壁与底壁的夹角。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。