[发明专利]二氧化碳缓冲硅片打孔装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺中硅片刻蚀技术领域，尤其涉及一种二氧化碳缓冲硅片打孔装置。

背景技术

在MEMS制造工艺中，硅的深刻蚀加工是常用的工艺。传统的干法刻蚀技术为等离子体刻蚀，比如RIE，ICP。刻蚀作用是通过化学和物理作用实现的。等离子体化学刻蚀是各向同性的，所以线宽控制比较差。物理刻蚀虽然是各向异性的，刻蚀速率也较快，但是选择比差，而且被轰击去除的元素是非挥发性的，容易沉积到硅片表面，引起颗粒污染。此外，由非均匀等离子体产生的电荷可引起硅片上敏感器件的失效。等离子体刻蚀设备价格昂贵，刻蚀选择比差，侧壁光滑度不高，容易带来器件损伤，不适合用于下一代半导体硅刻蚀。

利用三氟化氯气体对硅进行深刻蚀加工，是在无等离子体环境下实现的。通过控制气体压力和背景压力差，气体流量，缓冲剂(二氧化碳)，来调节刻蚀速率。这种刻蚀系统刻蚀速率快，可以达到40μm/min，比STS公司的Pegasus离子反应式深硅刻蚀机25μm/min的刻蚀速率更快。对材料的刻蚀选择比高，其中对光刻胶和硅的刻蚀选择比可以达到2000∶1。侧壁光滑度高，不会出现Bosch工艺中的锯齿状侧壁。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳缓冲硅片打孔装置，以实现对硅片进行打孔。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种二氧化碳缓冲硅片打孔装置，该装置包括二氧化碳流量控制器1、三氟化氯流量控制器2、混合器3、减压阀4、压力表5、真空泵6、真空腔室7、真空腔压力表8、喷头9、掩蔽板10、硅片架11、真空腔温度控制装置12、后级泵13和尾气处理装置14，其中：减压阀4、真空泵6、真空腔压力表8、真空腔温度控制装置12和后级泵13分别连接于真空腔室7，二氧化碳气体通过二氧化碳流量控制器1进入混合器3，三氟化氯气体通过三氟化氯流量控制器2进入混合器3，二氧化碳气体和三氟化氯气体在混合器3中进行混合，混合气体依次通过减压阀4和喷头9进入真空腔室7，然后经过掩蔽板10的掩蔽和束流汇聚调节，对硅片架11上的硅片进行打孔；真空腔室7通过真空腔温度控制装置12将温度控制在室温环境下，刻蚀完的尾气通过后级泵13抽出真空腔室7，并由后级泵13进入尾气处理装置14。

上述方案中，所述三氟化氯气体作为刻蚀反应气体，所述二氧化碳气体作为缓冲剂。

上述方案中，所述真空泵6对真空腔室7进行抽真空，将真空腔室7内的压力维持在10^-7atm，通过真空腔压力表8监视真空腔室7内的压力。

上述方案中，所述二氧化碳流量控制器1一端连接于存储二氧化碳气体的钢瓶，一端连接于混合器3；所述三氟化氯流量控制器2一端连接于存储三氟化氯气体的钢瓶，一端连接于混合器3。

上述方案中，所述二氧化碳和三氟化氯的混合气体经过减压阀4减压后压力减到10Pa，并通过压力表5指示压力，此时混合气体压力与背景压力比为1000。

上述方案中，所述二氧化碳和三氟化氯的混合气体从喷头9喷出，经过掩蔽板10的掩蔽和束流汇聚调节，打到硅片架11固定的硅片上，在三氟化氯气体的化学腐蚀的作用下，对硅片进行打孔。

上述方案中，所述尾气处理装置14采用氢氧化钙或小苏打对尾气进行吸收处理。

(三)有益效果

本发明提供的这种二氧化碳缓冲硅片打孔装置，设备简单，刻蚀速率快，侧壁光滑度好，选择比大，克服了传统等离子体刻蚀中设备昂贵，刻蚀选择比差，易给器件带来损伤的缺点，实现了对硅片进行打孔，改进了刻蚀系统的开发和研制，可以大大推动半导体深硅刻蚀工艺的发展。

附图说明

图1是本发明提供的二氧化碳缓冲硅片打孔装置的结构示意图。

图2是本发明提供的二氧化碳缓冲硅片打孔装置中真空腔室的结构示意图。

其中：1为二氧化碳流量控制器，2为三氟化氯流量控制器，3为混合器，4为减压阀，5为压力表，6为真空泵，7为真空腔室，8为真空腔压力表，9为喷头，10为掩蔽板，11为硅片架，12为真空腔温度控制装置，13为后级泵，14为尾气处理装置，15为掩蔽层(光刻胶)，16为硅片，17为三氟化氯气体，18为二氧化碳气体和干冰微粒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。