[发明专利]基于硅片刻穿的体硅加工工艺

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件加工技术领域，更具体地，涉及一种基于硅片刻穿的体硅加工工艺。

背景技术

微电子机械系统（MEMS）是近几十年发展起来的高新技术领域，以微电子工艺为基础的MEMS技术发展尤为迅速。从开始的表面加工工艺到体加工工艺，随着小型化集成化发展的需要，深硅刻蚀工艺已经成为微电子器件制造技术中的关键工艺。深硅刻蚀的基本思想是反应离子刻蚀和表面钝化的交替过程，通过采用交替通入刻蚀气体与钝化气体达到各向异性刻蚀的目的。采用该技术可获得大深宽比，并且侧壁陡直的刻蚀结果。深硅刻蚀工艺的引入，使一系列新型传感器和执行器结构在微电子领域得以实现。

为了适用于惯性传感器，需要在敏感质量上镀上较厚的金属层以得到尽可能大的敏感质量。如果能够将硅片刻穿，获得极大深宽比体硅结构的微电子器件，在进行体加工工艺的同时增大敏感质量，就能有效地减小机械噪声，简化工艺步骤。同时，器件厚度的增加也能减小非敏感轴方向的交叉耦合，抑制非敏感轴方向的运动，获得尽可能大的器件分辨率。因此，基于硅片刻穿的体硅加工工艺对于加工高分辨率、高精度惯性测量器件具有重大意义。然而，现阶段受到工艺条件的限制，体加工的刻蚀深度一般停留在相对硅片的厚度而言较浅的阶段，深度较大时加工困难，且很难获得好的侧壁粗糙度与垂直度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于硅片刻穿的体硅加工工艺，能有效提高光刻胶的选择比，刻蚀深度以及刻蚀槽侧壁的垂直度，光刻胶的选择比大于1:100，刻蚀深度至少可达200μm，刻蚀深宽比为5～10:1，刻蚀槽侧壁的垂直度为90°±0.1°。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于硅片刻穿的体硅加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：（1）在硅片表面制备图形化的光刻胶掩膜；（2）在硅片背面镀金属膜；（3）用真空油将金属膜粘贴在托片上，托片为表面有氧化层的硅片；（4）用感应耦合等离子体干法刻蚀刻穿硅片，得到体硅微结构；感应耦合等离子体干法深硅刻蚀采用分阶段刻蚀的方法，包括多个刻蚀阶段，每个刻蚀阶段均在感应耦合等离子体机内，通过钝化、轰击和刻蚀三个步骤交替循环加工完成，随着刻蚀深度的增加，各刻蚀阶段中轰击步骤的轰击强度逐渐增强；（5）去除光刻胶掩膜和金属膜，释放体硅微结构。

优选地，所述步骤（4）包括第一刻蚀阶段和第二刻蚀阶段；

第一刻蚀阶段的刻蚀深度为120～180μm，其中，钝化步骤：离子源功率1500～2000W，下电极功率0W，腔体气压50～90mtorr，C₄F₈流量150～250sccm，SF₆流量0～20sccm，时间0.375～0.40s；轰击步骤：离子源功率2000～3000W，下电极功率50～75W，腔体气压15～30mTorr，C₄F₈流量0～20sccm，SF₆流量100～250sccm，刻蚀时间0.6～0.85s；刻蚀步骤：离子源功率3000～4000W，下电极功率0W，腔体气压80～140mTorr，C₄F₈流量0～20sccm，SF₆流量700～1200sccm，刻蚀时间1～1.5s；

第二刻蚀阶段的刻蚀深度为100～150μm，其中，钝化步骤：离子源功率1500～2000W，下电极功率0W，腔体气压50～90mTorr，C₄F₈流量150～250sccm，SF₆流量0～20sccm，刻蚀时间0.4～0.5s；轰击步骤：离子源功率2000～3000W，下电极功率100W，腔体气压15～30mTorr，C₄F₈流量0～20sccm，SF₆流量100～250sccm，刻蚀时间0.65～0.9s；刻蚀步骤：离子源功率3000～4000W，下电极功率0W，腔体气压80～140mTorr，C₄F₈流量0～20sccm，SF₆流量700～1200sccm，刻蚀时间1～1.5s。

优选地，所述步骤（4）还包括第三刻蚀阶段；