一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法

本发明属于半导体刻蚀领域，具体涉及一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法。

背景技术：

1、伴随着微机电系统(英文全称micro electro mechanical system，简称mems)技术的发展，硅材料开始作为一种低成本、易加工的结构材料在微电子领域中兴起。但作为一种功能材料，硅材料的性能还有很多方面的不足，在新型mems器件——光电传输领域，其传输损耗较大，很多各种各样的材料显示出比硅更好的性能(品质因数q)。具体而言，在光波导、微波技术、传感器和生物芯片等技术领域，以氧化硅、石英和玻璃作基础材料的器件应运而生。

2、目前的现有氧化硅刻蚀技术所获得的高深宽氧化硅微结构远远不能满足mems领域的需求，另外，在对氧化硅进行等离子体刻蚀时也存在侧壁角度不垂直、侧壁粗糙度大等缺陷。

3、因此，针对上述问题，予以进一步改进。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，实现刻蚀出高深宽比、高绝对深度、侧壁角度垂直和侧壁光滑的刻蚀结构。

2、为达到以上目的，本发明提供一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：样片清洗(使用丙酮，酒精对样片进行清洗并氮气吹扫)；

4、步骤s2：芯层生长(pecvd生长深层氧化硅薄膜)；

5、步骤s3：pvd镀膜(在晶圆正反两面使用pvd镀上金属铬)；

6、步骤s4：掩膜层生长(后续再次使用pecvd生长一层浅层的氧化硅薄膜作为掩膜)；

7、步骤s5：掩膜层光刻(旋涂光刻胶并进行曝光，显影，烘干)；

8、步骤s6：通过第一刻蚀工艺刻蚀沟槽，所述第一刻蚀工艺包括第一刻蚀气体、第一icp功率和第一rf偏置功率

9、步骤s7：通过第二刻蚀工艺刻蚀沟槽，所述第二刻蚀工艺包括第二刻蚀气体、第二icp功率和第二rf偏置功率；

10、步骤s8：通过第三刻蚀工艺刻蚀沟槽，所述第三刻蚀工艺包括第三刻蚀气体、第三icp功率和第三rf偏置功率；并且判断刻蚀深度是否达到要求，如果达到则结束流程，否则继续通过第三刻蚀工艺刻蚀沟槽，直至达到要求的刻蚀深度。

11、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，第一刻蚀工艺的第一icp功率为1000～2000w，第一rf偏置功率为100～300w；第二刻蚀工艺的第二icp功率为100～600w，第二rf偏置功率为100～200w；第三刻蚀工艺的第三icp功率为1000～2000w，第三rf偏置功率为100～400w。

12、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对晶圆进行刻蚀并且需要刻蚀的晶圆自上而下依次包括浅层氧化硅、金属铬和深层氧化硅，第一刻蚀工艺为刻蚀第一层的浅层氧化硅薄膜，第二刻蚀工艺为刻蚀第二层的金属铬，第三课时工艺为刻蚀第三层的深层氧化硅，其中：

13、对于第一刻蚀工艺：通入第一氟基气体与其他气体组成的第一刻蚀气体，并且对浅层氧化硅进行刻蚀，随后更换腔体；

14、对于第二刻蚀工艺：通入第一氯基气体与其他气体的混合气体组成的第二刻蚀气体，并且对金属铬层进行刻蚀；

15、对于第三刻蚀工艺：在清洗过后，放入腔体内，通入第二氯基气体与其他混合气体组成的第三刻蚀气体，并且进行等离子体刻蚀，得到深层氧化硅的波导与沟槽。

16、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，第一刻蚀工艺的参数为：

17、上电极功率：1000～2000w；

18、下电极功率：100～300w；

19、腔体压力：5～10mt；

20、cf4流量为：20～40sccm；

21、c4f8流量为：40～80sccm；

22、ar流量为：10～40sccm。

23、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，第二刻蚀工艺的参数为：

24、上电极功率：100～600w；

25、下电极功率：100～200w；

26、腔体压力：5～10mt；

27、cl2流量为：20～40sccm；

28、o2流量为：10～40sccm。

29、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，第三刻蚀工艺的参数为：

30、上电极功率：1000～2000w；

31、下电极功率：100～400w；

32、腔体压力：5～10mt；

33、cf4流量为：10～80sccm；

34、chf3流量为：40～200sccm；

35、o2流量为：10～40sccm。

36、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，第一刻蚀工艺的第一氟基气体为cf4、chf3或c4f8，第一刻蚀工艺的其他气体为ar、n2；

37、第二刻蚀工艺的第一氯基气体为cl2或bcl3，第二刻蚀工艺的其他气体为o2；

38、第三刻蚀工艺的第二氟基气体为cf4、chf3或c4f8，第三刻蚀工艺的其他气体为ar、n2、o2中的一种或多种。

39、本发明的有益效果在于：

40、通过三个刻蚀步骤进行分步刻蚀转移图形。首先通过刻蚀步一，通入第一氟基气体与其他气体组成第一刻蚀气体，对浅层氧化硅进行刻蚀，随后更换腔体，通入第一氯基气体与其他气体的混合气体组成第二刻蚀气体，对金属铬层进行刻蚀。在清洗过后，放入腔体内，通入第二氟基气体与其他混合气体组成的第三刻蚀气体，进行等离子体刻蚀，得到深层的氧化硅波导与沟槽。同时本方法在等离子体刻蚀深层氧化硅时可以保持不同尺寸的波导与沟槽的深度保持一致。氧化硅层中刻蚀出高深宽比、高绝对深度、侧壁角度垂直和侧壁光滑的深层氧化硅刻蚀结构，从而提高mems器件的性能。

技术特征：

1.一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，其特征在于，第一刻蚀工艺的第一icp功率为1000～2000w，第一rf偏置功率为100～300w；第二刻蚀工艺的第二icp功率为100～600w，第二rf偏置功率为100～200w；第三刻蚀工艺的第三icp功率为1000～2000w，第三rf偏置功率为100～400w。

3.根据权利要求2所述的一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，其特征在于，对晶圆进行刻蚀并且需要刻蚀的晶圆自上而下依次包括浅层氧化硅、金属铬和深层氧化硅，第一刻蚀工艺为刻蚀第一层的浅层氧化硅薄膜，第二刻蚀工艺为刻蚀第二层的金属铬，第三课时工艺为刻蚀第三层的深层氧化硅，其中：

4.根据权利要求3所述的一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，其特征在于，第一刻蚀工艺的参数为：

5.根据权利要求3所述的一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，其特征在于，第二刻蚀工艺的参数为：

6.根据权利要求3所述的一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，其特征在于，第三刻蚀工艺的参数为：

7.根据权利要求3所述的一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，其特征在于，第一刻蚀工艺的第一氟基气体为cf4、chf3或c4f8，第一刻蚀工艺的其他气体为ar、n2；

技术总结本发明公开了一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，包括步骤S1：样片清洗；步骤S2：芯层生长；步骤S3：PVD镀膜；步骤S4：掩膜层生长；步骤S5：掩膜层光刻；步骤S6：通过第一刻蚀工艺刻蚀沟槽，所述第一刻蚀工艺包括第一刻蚀气体、第一ICP功率和第一RF偏置功率；步骤S7：通过第二刻蚀工艺刻蚀沟槽，所述第二刻蚀工艺包括第二刻蚀气体、第二ICP功率和第二RF偏置功率；步骤S8：通过第三刻蚀工艺刻蚀沟槽，所述第三刻蚀工艺包括第三刻蚀气体、第三ICP功率和第三RF偏置功率。本发明公开的一种深层氧化硅刻蚀的形貌优化方法，实现刻蚀出高深宽比、高绝对深度、侧壁角度垂直和侧壁光滑的刻蚀结构。技术研发人员：王曰海,邓李朋,戴庭舸受保护的技术使用者：浙江大学绍兴研究院技术研发日：技术公布日：2024/2/19