干式蚀刻法制造技术

公开了一种干式蚀刻方法，包括第一步骤和第二步骤。第一步骤包括从混合气体生成第一种等离子体，并用所述第一种等离子体在硅层(Ls)进行各向异性蚀刻在其上形成凹槽，所述混合气体包括氧化气体和含氟气体；第二步骤包括交替地重复使用第二种等离子体在凹槽内侧表面形成有机膜的有机膜形成过程以及使用第一种等离子体在覆盖了有机膜的凹槽中进行各向异性蚀刻的蚀刻过程。当蚀刻阻挡层(Lo)从第一步骤形成的凹槽底部表面的部分露出来时，将第一步骤切换至第二步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种干式蚀刻法，并且更具体地，涉及一种对硅层进行各向异性蚀刻的方法。
技术介绍
在现有技术中，举例来说，在生产包含微型机电元件的微机电系统(MEMS)设备时，经常使用干式蚀刻法来蚀刻微机电系统设备中的硅层。专利文献1描述了采用反应干蚀刻法通过穿孔等在微机电系统设备的硅层上进行蚀刻形成凹槽图案。现基于专利文献1 参考图4来介绍一下现有干式蚀刻法。如图4(a)所示，在干蚀刻中使用六氟化硫(SF6)气体的等离子体(等离子体)是在容纳待处理的基材S的真空容器中生成的包含氟自由基(F*)以及多种阳离子的蚀刻剂 54。基材S包括构成微机电系统设备的硅层52。该硅层52叠加在，例如，作为蚀刻阻挡层的氧化硅层51上面。在该硅层52表面52s上形成蚀刻掩膜层53。该蚀刻掩膜层53上具有露出硅层52蚀刻区域52a的图案。然后，如图4(b)所示，通过在基材S上施加偏置电势吸引至基材S中的阳离子与接触基材S表面的氟自由基推进蚀刻区域52a内的蚀刻反应并在蚀刻区域52a内形成一凹槽55。被吸引至基材S的阳离子在硅层52厚度方向推进蚀刻。但是，不定向自由基不仅在厚度方向上推进蚀刻，也会在与厚度方向交叉的方向上推进对硅层的蚀刻。在微机电系统设备中，硅层52的厚度是大约为几十微米到几百微米。所以，以这种自由基在整个硅层 52的厚度方向持续进行各向同性蚀刻，在硅层52中形成的凹槽55会不止在厚度方向扩展， 而且也会在与厚度方向交叉的方向上扩展。对于这样一个问题，上述专利文献所描述的干蚀刻法是以下面的方式来解决的。在这个方法中，如图4(b)所示，在硅层52厚度方向部分地形成凹槽55时暂时停止蚀刻反应。然后如图4(c)所示，将三氟化烃(CHF3)气体56引入真空容器，以便在整个基材S表面(包括凹槽55的内表面)上形成聚四氟乙烯((C2F2)n)保护膜57。然后，如图 4(d)所示，再将六氟化硫送入真空容器并等离子化以在硅层52的厚度方向再继续蚀刻。在这种状态下，形成于凹槽55侧表面的保护膜57主要只接触自由基。相反，形成于凹槽55底部表面的保护膜57不止接触自由基还有阳离子。因此，用蚀刻剂54去除凹槽 55底部表面的保护膜57的速度比去除凹槽55侧表面的速度快。于是，凹槽55侧表面受到保护薄膜57的保护，而凹槽55底部表面在硅层52厚度方向上被进一步蚀刻。然后，交替重复使用六氟化硫实施蚀刻步骤(图4(d))和使用三氟化烃实施保护薄膜形成步骤(图 4(c))直至凹槽55底部表面达到氧化硅层51表面。这会形成一个厚度为几十微米到几百微米穿透硅层52的穿孔H。现有技术专利文献1日本专利第4090492号。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题通过重复蚀刻步骤和保护膜生成步骤形成穿孔H时，硅层52下面的氧化硅层51 表面就会在最后的蚀刻工序中露出来。在这个状态，偏置电势还加在氧化硅层51上。因而， 除了硅层52之外蚀刻剂54中的阳离子还会被吸引到暴露出来的氧化硅层51表面上。 在这种情况下，氧化硅层51就不会被来自六氟化硫气体的蚀刻剂54蚀刻。所以， 被阳离子轰击的氧化硅层51表面带上了正电荷。以这种方式，当氧化硅层51带上了正电荷，在氧化硅层51表面附近，向氧化硅层51方向推进的阳离子，可能会偏向凹槽55的侧表面即硅层52，如图4(e)所示。所以，在最后一道蚀刻工序中，氧化硅层51连续暴露后，大部分向凹槽55底部表面推进的阳离子会改为向凹槽55侧表面推进。阳离子在凹槽55侧表面上的腐蚀增加，因而会在穿孔H的底部(侧表面下册)形成凹口 60。这就导致，穿孔H 在氧化硅层51表面的开口 Ha处将大于预期的尺寸。比如说，当穿孔H在微机电系统设备中被用作引导光线的光学通道时，在开口 Ha位置处可能得不到预期的光线反射。这就可能对微机电系统设备的功能有不利影响。用图4所示的干式蚀刻法，不仅在蚀刻微机电系统设备的硅层中，也会在蚀刻厚度只有几十到几百微米的叠在一层由电介质构成的蚀刻阻挡层上的硅层时出现这一问题。因此，本专利技术的目的在于提供一种干式蚀刻法能够在对硅层进行蚀刻的同时抑制不期望的硅层腐蚀，也就是说，能抑制在硅层和蚀刻停止层交界处产生凹口。解决问题的方法本专利技术一方面是一种干式蚀刻法。一种实行干式蚀刻的方法，通过设有开口的掩膜层，在包含由电介质构成的蚀刻阻挡层上叠着的硅层的基材上进行干式蚀刻，包括第一和第二步骤。该第一步骤包括从一种混合气体中生成一第一种等离子体，将处于负偏置电势的基材放在该第一种等离子体中，并用该第一种等离子体从掩膜层的开口处在硅层上进行各向异性蚀刻以形成凹槽，其中该混合气体包括氧化所述硅层的氧化气体和含氟气体。 该第二步骤包括交替性重复实施有机薄膜生成过程和蚀刻过程。该有机薄膜生成步骤包括生成一种用来形成可以用第一种等离子体来移除的有机膜的第二种等离子体，将处于负偏置电势的基材放在第二种等离子体中，并用该第二种等离子体将有机膜沉积于凹槽的内表面。该蚀刻工序还包括从混合气体生成第一种等离子体，将处于负偏置电势的基材放在该第一种等离子体中，并用该第一种等离子体通过掩膜层的开口在覆盖有机膜的凹槽中进行各向异性蚀刻。当蚀刻阻挡层从第一步骤形成的凹槽底部部分露出来时，由第一步骤切换至第二步骤。在上述方法中，在第一步骤，以第一种等离子体实行各向异性蚀刻在硅层中形成凹槽。该第一种等离子体是由含氧化硅层的氧化气体和含氟气体的混合气体生成的。因此， 含氟气体会蚀刻硅层，而氧化气体则会保护凹槽的内表面。这样，各向异性蚀刻被加强，而利用不定向自由基的各向同性蚀刻则被抑制。在第一步骤中，当蚀刻阻挡层从凹槽底部表面露出时，第一步骤完成而第二步骤开始。在第二步骤中，交替地重复以第二种等离子体完成有机薄膜生成工序并用第一种等离子体进行各向异性蚀刻工序。因此，当蚀刻阻挡层从凹槽底部表面的部分露出时，在暴露的蚀刻阻挡层被有机薄膜覆盖住的状态下在凹槽上进行各向异性蚀刻。在这种状态下，面向凹槽底部表面的阳离子(由第一等离子体的蚀刻剂)被用于移除覆盖在底部表面的有机薄膜。这在第二步骤中会抑制蚀刻阻挡层获得正电荷。 因而，就可抑制硅层上不被期望的腐蚀，即抑制硅层与蚀刻阻挡层交界处之间产生缺口。在上述干式蚀刻法中，第二步骤可多次交替重复利用第二种等离子体的有机薄膜形成工序和使用第一等离子体的蚀刻工序。在这个方法中，穿透硅层的凹槽可恰当地形成，并根据各种情况，例如基材的硅层厚度，凹槽的开口大小，以及蚀刻过程，以优选的方式抑制缺口的产生。在上述干式蚀刻方法中，该第一步骤包括基于在蚀刻中产生的蚀刻产物量的变化来测出蚀刻阻挡层从凹槽的底部表面的部分暴露。通常干蚀刻过程由用于蚀刻的蚀刻剂与被蚀刻物之间的反应生成蚀刻产物。蚀刻产物所产生的量是对应于蚀刻条件的唯一值的指示。举例来说，当蚀刻条件为单一蚀刻条件的情况下，蚀刻产物的生成反应以基本上一致的状态出现。因此，蚀刻产物的生成量从处理开始就是恒定的值。当蚀刻阻挡层从凹槽底部表面的部分暴露出来，一些引向凹槽底部表面的蚀刻剂击在蚀刻阻挡层而不是硅层上。因此，与所有蚀刻剂都击在凹槽底部表面的硅层表面不同， 用于蚀刻反应的蚀刻剂的量和硅层的量减少了。结果是，单位时间内在处理容器中的蚀刻剂量增加，而单位时间内在该处理容器内的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.26 JP 2010-0147921.一种穿过具有开口的掩膜层在包括设置在由电介质形成的蚀刻阻挡层上的硅层的基材上进行干式蚀刻的方法，所述方法包括第一步骤，从包含氧化所述硅层的氧化气体和含氟气体的混合气体生成第一等离子体，使所述基材维持在负偏置电势下处于所述第一等离子体中，并穿过所述掩膜层的开口以所述第一等离子体在所述硅层上进行各向异性蚀刻，以在所述硅层中形成凹槽；以及第二步骤，交替地重复实施有机膜形成过程和蚀刻过程，其中所述有机膜形成过程包括形成第二等离子体，该第二等离子体用于形成可以用第一等离子体去除的有机膜，使所述基材维持在负偏置电势下处于所述第二等离子体中，并用所述第二等离子体在所述凹槽的内表面上沉积所述有机膜，并且所述蚀刻过程包括自所述混合气体生成所述第一等离子体，将使基材维持在负偏置电势下处于所述第一等离子体中，并穿过所述掩膜层的开口以所述第一等离子体在由所述有机膜覆盖的所述凹槽中进行各向异性蚀刻；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉居学，渡边一弘，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：