一种硅晶片的刻蚀方法和半导体结构与流程

本发明涉及半导体技术，具体而言，涉及一种硅晶片的刻蚀方法和半导体结构。

背景技术：

1、随着微加工技术的进步，微机电系统(mems)得到了迅速的发展。随着mems技术的发展，空心微针、微电极和微流体系统等应用领域都需要高深宽比(har)的环柱。深反应离子刻蚀(drie)是一种实现高深宽比结构的刻蚀方法，因为该刻蚀方法可以实现高各向异性和高选择性。bosch工艺由交替的碳氟化合物(通常为c4f8)沉积和六氟化硫(sf6)刻蚀组成，被认为是drie的先进技术。然而，bosch工艺的一个关键问题是，当柱结构周围有大的开口区域时，将导致负锥度，使得制造高深宽比的环柱变得困难。由于等离子体鞘层开始跟随刻蚀特征，离子将偏离垂直方向入射，从而产生更严重的底切刻蚀，因此，对于具有大间隙的柱阵列，在几百微米高度处控制轮廓被认为是非常具有挑战性的。

2、这种等离子体成型效应已被有利地用于刻蚀与高结构相邻的“弯曲”离子轨迹的倾斜结构。另一个导致负剖面刻蚀的因素是主要由离子在鞘层内沿着其路径的散射引起的离子到达角的分布。通常在bosch工艺中可以通过增加钝化半周期时间来改善轮廓角度。但是，这将大大降低刻蚀速率和选择性；而对于环形柱状结构，由于刻蚀的速度受刻蚀孔或槽深宽比影响(arde效应)，柱内部的孔的刻蚀将变得更加困难。arde效应是指对于孔或槽的刻蚀，随着深宽比的增大，刻蚀速率大大降低，甚至在某一高深宽比时，刻蚀会完全停止。这是由离子遮蔽效应和/或刻蚀物质向孔/沟槽底部的传输减少。对于drie，钝化时间的增加将会加剧arde效应，因为对于较高的深宽比，在孔底通过离子轰击去除碳氟聚合物会更加困难。离子轰击可以通过提高rf偏置功率来增强，但是代价是刻蚀速率选择性的降低和柱刻蚀锥角的进一步增大。

3、如图1所示，现有技术中，刻蚀宽间距结构时会发生严重的横向刻蚀，使其呈负锥形。也就是说，对于高深宽比环刻蚀，由于arde效应，外柱侧壁倾向于负锥形，而内孔侧壁倾向于正锥形；并且改善外表面轮廓角的努力通常会使内孔侧壁角恶化。

技术实现思路

1、因此，期望有一种替代方法。提出了在环形柱周围添加牺牲圆形结构。

2、本发明提出了一种硅晶片的刻蚀方法，包括：

3、提供硅晶片；

4、将所述硅晶片的一面涂覆光刻胶；

5、对所述硅晶片进行紫外直写或者利用光刻对准机进行紫外曝光并利用具有图案的光刻板，使得所述光刻胶形成待刻蚀图案区域，所述待刻蚀图案区域包括无法被显影剂去除的至少一个柱状结构图案和对应的至少一个牺牲结构图案，牺牲结构图案至少部分地围绕柱状结构图案；

6、对所述硅晶片进行显影处理，保留所述柱状结构图案以及围绕柱状结构的所述牺牲结构图案；

7、对所述硅晶片进行干性刻蚀，去除由所述牺牲结构图案限定的牺牲结构并保留由所述柱状结构图案限定的柱状结构，

8、其中，所述干性刻蚀为等离子刻蚀。

9、在一方面，所述牺牲结构图案包括围绕所述柱状结构图案并与所述柱状结构图案间隔开的圆环状牺牲结构图案，或者所述牺牲结构图案包括围绕在所述柱状结构图案的两侧的两个半圆环状牺牲结构图案，两个半圆环状牺牲结构图案与所述柱状结构图案间隔开并且两个半圆环状牺牲结构图案由两个间隙分隔。

10、在一方面，所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构并与所述柱状结构间隔开的圆环状牺牲结构，或者所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构的两侧的两个半圆环状牺牲结构，两个半圆环牺牲状结构与所述柱状结构间隔开并且两个半圆环状牺牲结构由两个间隙分隔。

11、在一方面，对所述硅晶片进行等离子体刻蚀，所述等离子体刻蚀进行1600-1800次bosch工艺循环，利用超声搅拌以去除所述牺牲结构，同时保留所述柱状结构。

12、在一方面，所述硅晶片的一面上涂覆有光刻胶，所述光刻胶的厚度为20-35μm。

13、在一方面，所述柱状结构的高度为400μm-600μm，所述柱状结构的外径为180μm-230μm，所述柱状结构的内部的孔的深度为265μm-560μm，所述孔的直径为75μm-100μm。

14、本发明还提供一种半导体结构，包括：

15、硅晶片；

16、光刻胶，所述光刻胶涂覆在所述硅晶片的一面，其中，所述光刻胶包括待刻蚀图案区域，所述待刻蚀图案区域包括无法被显影剂去除的至少一个柱状结构图案和对应的至少一个牺牲结构图案，牺牲结构图案至少部分地围绕柱状结构图案。

17、在一方面，所述牺牲结构图案包括围绕所述柱状结构图案并与所述柱状结构图案间隔开的圆环状牺牲结构图案，或者所述牺牲结构图案包括围绕在所述柱状结构图案两侧的两个半圆环状牺牲结构图案，两个半圆环状牺牲结构图案与所述柱状结构图案间隔开并且两个半圆环状牺牲结构图案由两个间隙分隔。

18、本发明还提供一种半导体结构，包括：

19、硅晶片；

20、光刻胶，所述光刻胶涂覆在所述硅晶片的一面，并覆盖至少一个柱状结构和对应的至少一个牺牲结构；

21、位于硅晶片上的至少一个柱状结构；

22、位于硅晶片上的至少部分地围绕至少一个柱状结构的至少一个牺牲结构。

23、在一方面，所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构并与所述柱状结构间隔开的圆环状牺牲结构，或者所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构两侧的两个半圆环状牺牲结构，两个半圆环状牺牲结构与所述柱状结构间隔开并且两个半圆环状牺牲结构由两个间隙分隔。。

24、根据本发明的刻蚀方法和半导体结构，环形的牺牲结构可保护柱状结构的侧壁不遭受横向刻蚀，从而确保垂直侧壁。同时，由于现在牺牲结构暴露于等离子体并因此经历严重的横向刻蚀，因此其被减薄并可在刻蚀工艺期间或之后被移除，留下具有几乎垂直侧壁的所需环形的柱状结构。

技术特征：

1.一种硅晶片的刻蚀方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲结构图案包括围绕所述柱状结构图案并与所述柱状结构图案间隔开的圆环状牺牲结构图案，或者所述牺牲结构图案包括围绕在所述柱状结构图案的两侧的两个半圆环状牺牲结构图案，两个半圆环状牺牲结构图案与所述柱状结构图案间隔开并且两个半圆环状牺牲结构图案由两个间隙分隔。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构并与所述柱状结构间隔开的圆环状牺牲结构，或者所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构的两侧的两个半圆环状牺牲结构，两个半圆环牺牲状结构与所述柱状结构间隔开并且两个半圆环状牺牲结构由两个间隙分隔。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，对所述硅晶片进行等离子体刻蚀，所述等离子体刻蚀进行1600-1800次bosch工艺循环，利用超声搅拌以去除所述牺牲结构，同时保留所述柱状结构。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述硅晶片的一面上涂覆有光刻胶，所述光刻胶的厚度为20-35μm。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述柱状结构的高度为400μm-600μm，所述柱状结构的外径为180μm-230μm，所述柱状结构的内部的孔的深度为265μm-560μm，所述孔的直径为75μm-100μm。

7.一种半导体结构，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述牺牲结构图案包括围绕所述柱状结构图案并与所述柱状结构图案间隔开的圆环状牺牲结构图案，或者所述牺牲结构图案包括围绕在所述柱状结构图案两侧的两个半圆环状牺牲结构图案，两个半圆环状牺牲结构图案与所述柱状结构图案间隔开并且两个半圆环状牺牲结构图案由两个间隙分隔。

9.一种半导体结构，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构并与所述柱状结构间隔开的圆环状牺牲结构，或者所述牺牲结构包括围绕所述柱状结构两侧的两个半圆环状牺牲结构，两个半圆环状牺牲结构与所述柱状结构间隔开并且两个半圆环状牺牲结构由两个间隙分隔。

技术总结本发明提供了一种硅晶片的刻蚀方法，包括：提供硅晶片；将硅晶片的一面涂覆光刻胶；对硅晶片进行紫外直写或者利用光刻对准机进行紫外曝光并利用具有图案的光刻板，使得光刻胶形成待刻蚀图案区域，包括无法被显影剂去除的至少一个柱状结构图案和对应的至少一个牺牲结构图案，牺牲结构图案至少部分地围绕柱状结构图案；对硅晶片进行显影处理，保留柱状结构图案以及围绕柱状结构的牺牲结构图案；对硅晶片进行干性刻蚀，去除由牺牲结构图案限定的牺牲结构并保留由柱状结构图案限定的柱状结构，其中，所述干性刻蚀为等离子刻蚀。本发明还提供半导体结构。利用本发明的方法，可以得到具有几乎垂直的侧壁的柱状结构。技术研发人员：胡文瀚,崔波,吴正国受保护的技术使用者：杭州泰新微纳科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29