低溫無損傷深斜矽刻蝕系統的製作方法

2023-05-17 04:20:16

專利名稱：低溫無損傷深斜矽刻蝕系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體技術領域，具體而言，涉及一種低溫無損傷深斜矽刻蝕系 統。
背景技術：
半導體的刻蝕分為物理刻蝕和化學刻蝕，後者例如等離子體化學刻蝕。物理刻蝕 的優點在於它是各向異性的，刻蝕速率也較快；缺點是刻蝕選擇比差，並且反應產物不易揮 發，容易沉積到矽片表面，引起顆粒汙染。等離子體化學刻蝕是各向同性的，其線寬控制比 較差，又由於所需溫度高和產生離子、高能光子和軟X射線等會對矽片結構造成破壞，進而 對矽片造成損傷；並且，等離子體刻蝕設備價格昂貴，刻蝕選擇比差，刻蝕速率低，側壁光滑 度不高，容易對器件造成損傷。例如，目前的半導體刻蝕技術中普遍採用的反應離子刻蝕 (Reactive Ion Etcher，簡稱 RIE)、電感耦合等離子(Inductively Coupled Plasma，簡稱 I CP)等幹法刻蝕技術都為等離子體刻蝕，由於非均勻等離子體產生的電荷會引起矽片上敏 感器件的失效，因此利用這些技術容易使矽片及其結構遭到破壞。目前，還沒有合適的技術可以提供刻蝕速率高、刻蝕選擇比高的低溫無損 傷深斜矽刻蝕系統，因此難以滿足新一代半導體無等離子體刻蝕技術和微機電系統 (micro-electro-mechanical systems，簡稱MEMS)製造工藝中對半導體的深斜刻蝕加工的 要求。
發明內容針對相關技術中的矽刻蝕系統無法進行快速無損傷的刻蝕的問題而提出本實用 新型，為此，本實用新型的主要目的在於提供一種低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，以解決上述 多個問題中的至少一個問題。鑑於上述，本實用新型提供了一種低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，該系統包括容納 刻蝕材料的供料裝置；連接到供料裝置的刻蝕腔；刻蝕腔包括腔體；噴嘴，噴嘴固定於腔 體內的一側；支承待刻蝕矽片的支架，支架以角度可調整的方式固定於腔體內，並且位於噴 嘴相對的另一側；掩蔽板，掩蔽板位於噴嘴與支架之間，固定於腔體內壁，在掩蔽板上與噴 嘴對應的位置形成有供刻蝕材料穿過的孔或縫。通過本實用新型的上述技術方案，在室溫條件下對矽片進行各向異性的無等離子 刻蝕，通過在刻蝕腔內提供刻蝕用的氣體，調節壓力和溫度以對矽片進行各種角度的刻蝕， 可以解決目前的刻蝕技術中刻蝕選擇比差、速率低及易損傷等問題，能夠提高刻蝕速率，提 高材料的刻蝕選擇比，提供光滑度高的矽片側壁，並且提高了系統的安全性。

圖1為本實用新型一較佳實施例的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統的結構示意圖；圖2為本實用新型一較佳實施例的刻蝕腔的結構示意圖。
具體實施方式
在本實用新型實施例中，提供了低溫無損傷深斜矽刻蝕系統的實現方案，在該實 現方案中，利用該系統，在較低溫度下通過刻蝕氣體對矽片進行無損傷的刻蝕，特別是進行 深、斜刻蝕，形成所需結構的矽片。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相 互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。如圖1所示，本實用新型一較佳實施例的一種低溫無損傷深斜矽刻蝕系統包括如 下所述的部分。容納半導體刻蝕氣體的供料裝置，在本實施例中，供料裝置是由容納氬氣的第一 存儲罐16和容納七氟化氯的第二存儲罐17組成的，氬氣的作用是緩衝劑，可以起到防止 七氟化氯劇烈反應引起爆炸的作用；當然供料裝置可以是僅一個容納例如蝕刻氣體的存儲 罐，其由刻蝕所需條件決定。淨化裝置2通過質量流量控制器1連接供料裝置，本實施例 中，兩個質量流量控制器1分別連接到第一存儲罐16和第二存儲罐17，並且質量流量控制 器1調節由供料裝置供應的材料，也就是氬氣和七氟化氯的流量，淨化裝置2除去氣體中的 雜質等。氣體混合裝置3連接淨化裝置2，用於混合氬氣和七氟化氯兩種氣體，並隨後將已 混合的氣體送入刻蝕腔。實際應用中，如果只需要一種氣體作為刻蝕氣體，則可以不需要該 氣體混合裝置3，淨化裝置2可以直接將已淨化的氣體送入刻蝕腔。如圖2所示，刻蝕腔包括腔體5，用於容納刻蝕腔的各個裝置，其中在不同的階段 腔體5內的壓力不同，例如在腔體5被抽真空時，壓力幾乎為0. OOlPa，而混合氣體噴入腔 體5時，壓力會升高；噴嘴6，固定於腔體5的內側，角度固定，從而可以朝掩蔽板8的方向 向矽片10噴射刻蝕材料，刻蝕材料為刻蝕氣體七氟化氯22和作為保護性氣體的氬氣21， 進行刻蝕；支架11，支架11以角度可調整的方式固定於腔體5內，並且位於與噴嘴6相對 的另一側，其上用於支承待刻蝕的矽片10，支架11包括支撐架和託盤，兩者之間採用可轉 動結構，在具體的實施過程中，固定於腔體內壁的支撐架固定不動，託盤以角度可調整的方 式連接支撐架，需要蝕刻成角度的溝槽時，可以旋轉託盤，從而使得託盤與入射方向成一定 的角度，該角度可以是與入射方向成0-90°中的任一個，其為預先選擇出的最優的角度，從 而使得矽片10的待刻蝕部位與經由掩蔽板8的刻蝕氣體的出射方向相對應；掩蔽板8，用 於對噴嘴6噴出的刻蝕用的材料進行掩蔽和匯聚，掩蔽板8位於腔體5內，在噴嘴6與支架 11之間，在掩蔽板8上與噴嘴6相對應的位置具有孔，從而可以使得刻蝕用的材料穿過孔， 起到對蝕刻材料的匯聚調節的作用。在實際應用中，待刻蝕矽片10位於支架上，也就是沿 噴嘴6的噴出方向的掩蔽板8的後方，其表面塗覆有光刻膠9，光刻膠9覆蓋不需要被刻蝕 的部分，而暴露出待刻蝕的部分，如圖2所示，待刻蝕的部分已被刻蝕去除，形成溝槽。當然，腔體5外側也可以連接有功能不同的各個裝置，用以完成不同的功能。優選 地，腔體5還可以連接與腔體5內部連通的抽真空泵7，抽真空泵7用於在刻蝕過程之前對 腔體5抽真空。當然，抽真空的過程還可以由其他合適的裝置、以任意合適的方式完成，不 限於上述。優選地，腔體5的外側連接有與腔體5的內部連通的壓力檢測裝置13，例如真空 壓力儀，用於檢測腔體5內的壓力，特別是用於在刻蝕腔的腔體5被抽真空泵7抽真空後對 壓力的檢測。[0015]優選地，溫度控制裝置12與腔體5內部連通，用於在刻蝕過程中根據腔內的情況 控制腔體5內溫度，通過對溫度的控制可以調節腔體內的刻蝕速度。優選地，腔體5外側還可以通過排氣泵14連接尾氣處理裝置15，排氣泵14和尾氣 處理裝置最好是位於除噴嘴6所在一側以外的位置，由排氣泵14將刻蝕完成後的尾氣抽出 並由尾氣處理裝置15對尾氣進行處理。優選地，氣體混合裝置3和刻蝕腔的噴嘴6之間還連接有減壓閥4，對氣體混合裝 置3流出的混合氣體進行減壓，降低到與刻蝕腔的壓力成一定比例，例如10000 1，從而使 得七氟化氯的動能很大，足以對矽片進行刻蝕。本實用新型一較佳實施例的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，能夠通過採用混合氣 體，通過各個裝置對氣體的壓力、流量及溫度等進行控制，對矽片進行有針對性的不同方向 的刻蝕，形成具有角度的溝槽，並且可以提高刻蝕速率及刻蝕選擇比，增加矽片的刻蝕效 果，對反應後的產物進行收集處理，降低其對環境的影響，並且通過緩衝用氣體提高系統的 安全性。此外，該低溫無損傷深斜矽刻蝕系統成本較低，同時不會對矽片造成損壞。為了更好地理解本實用新型的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，現對利用本實用新型 的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統進行刻蝕的原理進行說明，主要包括以下處理過程。首先利用對刻蝕腔抽真空直到壓力達到所需水平，例如10_3Pa。而後，打開供料裝 置釋放氣體，並且通過設定控制氣體流量，從而調節混合比。而後，氣體經過淨化去除雜質， 再充分地、均勻地混合，隨後對混合的氣體減壓，減壓後混合的氣體的壓力與腔體內的壓力 比很大。而後，向腔體內噴出混合的氣體，經過掩蔽和束流匯聚調節，氣體匯聚併到達待蝕 刻的矽片，從而對矽片進行刻蝕。如果需要傾斜蝕刻，則通過轉動支架對矽片進行傾斜刻 蝕，從而刻蝕出不同角度的深溝槽。刻蝕完成後，將刻蝕後的尾氣排出並處理。通過上述實施例，利用低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，對矽片進行刻蝕，提高了刻蝕 的效率，刻蝕後的矽片可以形成具有所需角度的溝槽，並且側壁光滑度好，可以達到更嚴格 的矽片無損傷要求。同時採用緩衝氣體，緩衝了反應氣體的劇烈反應，增加了安全性。以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本 領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求一種低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述系統包括容納刻蝕材料的供料裝置；連接到所述供料裝置的刻蝕腔；所述刻蝕腔包括腔體；噴嘴，所述噴嘴固定於所述腔體內的一側；支承待刻蝕矽片的支架，所述支架以角度可調整的方式固定於所述腔體內，並且位於所述噴嘴相對的另一側；掩蔽板，所述掩蔽板位於所述噴嘴與所述支架之間，固定於所述腔體內壁，在所述掩蔽板上與所述噴嘴對應的位置形成有供刻蝕材料穿過的孔或縫。
2.根據權利要求1所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述待刻蝕矽片的 表面與所述掩蔽板相對，並且塗覆有光刻膠。
3.根據權利要求2所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述支架包括支撐 架和託盤，所述支撐架固定於腔體內壁，所述託盤以角度可調整的方式連接所述支撐架，並 且旋轉形成為與入射方向成0-90°中的一個角度。
4.根據權利要求3所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述刻蝕腔連接有 壓力檢測裝置和溫度控制裝置，所述壓力檢測裝置和溫度控制裝置連通所述腔體內部。
5.根據權利要求4所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述刻蝕腔連接有 排氣泵和尾氣處理裝置，所述尾氣處理裝置通過所述排氣泵連通所述腔體內部。
6.根據權利要求5所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述刻蝕腔連接有 抽真空泵，所述抽真空泵與所述腔體內部連通。
7.根據權利要求6所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述供料裝置和所 述刻蝕腔之間連接有淨化裝置和混合刻蝕材料的混合裝置。
8.根據權利要求7所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述供料裝置由容 納氬氣的第一存儲罐和容納七氟化氯的第二存儲罐組成，所述第一存儲罐和所述第二存儲 罐分別連接至所述淨化裝置。
9.根據權利要求8所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述混合裝置和所 述刻蝕腔之間連接有減壓閥。
10.根據權利要求8或9所述的低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，其特徵在於，所述第一存儲罐 與所述淨化裝置之間通過第一質量流量控制器連接和/或所述第二存儲罐與所述淨化裝 置之間通過第二質量流量控制器連接。
專利摘要本實用新型提供了一種低溫無損傷深斜矽刻蝕系統，屬於半導體技術領域。所述系統包括容納刻蝕材料的供料裝置；連接到所述供料裝置的刻蝕腔；所述刻蝕腔包括腔體；噴嘴，所述噴嘴固定於所述腔體內的一側；支承待刻蝕矽片的支架，所述支架以角度可調整的方式固定於所述腔體內，並且位於所述噴嘴相對的另一側；掩蔽板，所述掩蔽板位於所述噴嘴與所述支架之間，固定於所述腔體內壁，在所述掩蔽板上與所述噴嘴對應的位置形成有供刻蝕材料穿過的孔或縫。利用本實用新型，可以解決目前的刻蝕技術中刻蝕選擇比差、速率低等問題，能夠提高刻蝕速率和刻蝕選擇比，提供光滑度高、具有傾斜溝槽的矽片，並且能提高安全性。
文檔編號C23F1/12GK201581133SQ200920313340
公開日2010年9月15日 申請日期2009年10月27日 優先權日2009年10月27日
發明者景玉鵬, 王磊 申請人:中國科學院微電子研究所