[发明专利]高深宽比结构的刻蚀方法及MEMS器件的制作方法

权利要求书

1.一种高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S01，提供一半导体衬底；

步骤S02，执行主刻蚀工艺，刻蚀所述半导体衬底至目标深度的上方位置时停止以形成第一刻蚀孔，该主刻蚀工艺包括交替循环的刻蚀步骤和沉积步骤，所述第一刻蚀孔限定高深宽比结构的主体形状；

步骤S03，执行过渡刻蚀工艺，继续刻蚀所述半导体衬底至所述目标深度以形成关键尺寸小于第一刻蚀孔的第二刻蚀孔，该过渡刻蚀工艺包括交替循环的刻蚀步骤和沉积步骤，其中刻蚀步骤和沉积步骤的刻蚀/沉积速率比小于所述主刻蚀工艺中刻蚀步骤和沉积步骤的刻蚀/沉积速率比以增加形成在所述第二刻蚀孔侧壁的聚合物；以及

步骤S04，执行过刻蚀工艺，刻蚀所述第二刻蚀孔的侧壁以在所述半导体衬底中形成达到所述目标深度的、与所述第一刻蚀孔限定的主体形状一致的高深宽比结构。

2.根据权利要求1所述的高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，步骤S02中，所述主刻蚀工艺刻蚀所述半导体衬底至所述目标深度上方2-3μm的高度处停止。

3.根据权利要求2所述的高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，步骤S02中通过终点检测技术或工艺时间控制所述主刻蚀工艺的刻蚀深度。

4.根据权利要求1所述的高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，步骤S03中通过刻蚀终点检测技术或工艺时间控制所述过渡刻蚀工艺的刻蚀深度。

5.根据权利要求1所述的高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，步骤S01包括在所述半导体衬底上形成图形化的掩膜层；所述主刻蚀工艺、过渡刻蚀工艺和过刻蚀工艺均以所述图形化的掩膜层为刻蚀掩膜执行刻蚀工艺。

6.根据权利要求1所述的高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，所述主刻蚀工艺的刻蚀/沉积速率比为1:1～2:1；所述过渡刻蚀工艺的刻蚀/沉积速率比小于等于1:1。

7.根据权利要求1所述的高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，在进行所述主刻蚀工艺、过渡刻蚀工艺和过刻蚀工艺时，通入处理腔室的气体包括刻蚀气体和沉积气体，所述刻蚀气体为SF₆，所述沉积气体为C₄F₈。

8.根据权利要求7所述的高深宽比结构的刻蚀方法，其特征在于，所述主刻蚀工艺、过渡刻蚀工艺和过刻蚀工艺中所述处理腔室的压力、温度、气体流速和射频源功率均相同；其中刻蚀气体的流速为100～2000sccm，沉积气体的流速为100～2000sccm，处理腔室的压力范围为40～120毫托，源射频源的功率为1500～3000瓦，偏置射频源的功率以脉冲方式输出且大于300瓦。

9.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基体衬底，该基体衬底上沉积有氧化层；

提供一半导体衬底并将所述基体衬底与所述半导体衬底键合；

执行主刻蚀工艺，刻蚀所述半导体衬底至其底部的上方位置时停止以形成第一刻蚀孔，该主刻蚀工艺包括交替循环的刻蚀步骤和沉积步骤，所述第一刻蚀孔限定高深宽比结构的主体形状；

执行过渡刻蚀工艺，继续刻蚀所述半导体衬底直至暴露所述氧化层表面以形成关键尺寸小于所述第一刻蚀孔的第二刻蚀孔，该过渡刻蚀工艺包括交替循环的刻蚀步骤和沉积步骤，其中刻蚀步骤和沉积步骤的刻蚀/沉积速率比小于所述主刻蚀工艺中刻蚀步骤和沉积步骤的刻蚀/沉积速率比以增加形成在所述第二刻蚀孔侧壁的聚合物；以及

执行过刻蚀工艺，刻蚀所述第二刻蚀孔的侧壁以形成贯穿所述半导体衬底、与所述第一刻蚀孔限定的主体形状一致的的高深宽比结构。

10.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基体衬底，该基体衬底上形成一氧化层；

在所述基体衬底和氧化层中形成MEMS空腔；

提供一半导体衬底并将所述基体衬底与所述半导体衬底键合；

执行主刻蚀工艺，刻蚀所述半导体衬底至其底部的上方位置时停止以形成第一刻蚀孔，该主刻蚀工艺包括交替循环的刻蚀步骤和沉积步骤，所述第一刻蚀孔限定高深宽比结构的主体形状；

执行过渡刻蚀工艺，继续刻蚀所述半导体衬底至其底部以形成与所述MEMS空腔连通且关键尺寸小于所述第一刻蚀孔的第二刻蚀孔，该过渡刻蚀工艺包括交替循环的刻蚀步骤和沉积步骤，其中刻蚀步骤和沉积步骤的刻蚀/沉积速率比小于所述主刻蚀工艺中刻蚀步骤和沉积步骤的刻蚀/沉积速率比以增加形成在所述第二刻蚀孔侧壁的聚合物；以及

执行过刻蚀工艺，刻蚀所述第二刻蚀孔的侧壁以形成贯穿所述半导体衬底且与所述MEMS空腔连通、与所述第一刻蚀孔限定的主体形状一致的高深宽比结构。