反應性離子蝕刻制造技術

本發明專利技術涉及反應性離子蝕刻。公開了一種反應性離子蝕刻基板46以形成至少第一和第二蝕刻形態(42，44)的方法。所述第一蝕刻形態(42)具有比所述第二蝕刻形態(44)更大的縱橫比(深度:寬度)。在第一蝕刻階段，蝕刻所述基板(46)以便只將所述第一形態(42)蝕刻至預定深度。此后在第二蝕刻階段，蝕刻所述基板(46)以便將所述第一和所述第二形態(42，44)均蝕刻至各自的深度。可貼掩模(40)以限定在形狀上與所述形態(42，44)相對應的孔口。在所述第一蝕刻階段期間用第二保護層(50)選擇性掩蔽所述基板(46)中要產生所述第二蝕刻形態(44)的區域。然后在所述第二蝕刻階段之前去除所述第二保護層(50)。

【技術實現步驟摘要】
反應性離子蝕刻
本專利技術涉及反應性離子蝕刻的方法并且尤其，但不完全地涉及深反應性離子蝕刻(DRIE)和類似工藝的改進。
技術介紹
在微機電系統(MEMS)領域中，可使用通常稱為“博世工藝(Bosch ProcessVIADRIE法實現硅和其它基板的各向異性蝕刻。例如這種工藝在美國專利5，501, 893中有描述并且牽涉硅等離子體蝕刻步驟(通常使用SF6)和包括含氟聚合物(通常為C4F8)的鈍化步驟之間的交替。鈍化步驟期間，使含氟聚合物沉積在所有樣品表面。蝕刻步驟期間，優先使用離子輔助等離子體蝕刻將含氟聚合物從蝕刻形態的底部去除，同時仍保留其在側壁上的保護作用。然后可蝕刻在所述形態底部暴露的硅，并且重復所述工藝直至達到所需深度。 DRIE固有的是稱為縱橫比依賴性蝕刻(ARDE)的現象，其中蝕刻速率與本文定義為形成形態的深度與寬度之比的縱橫比成反比。這導致稱為RIE延遲的觀察結果，借此同時蝕刻的較小形態比較大形態更淺。向下蝕刻多種形態幾何形狀至蝕刻停止層時，有必要過蝕刻更寬的形態。這可產生例如“立穩”(或開缺口)以及失去尺寸控制的影響。 在MEMS傳感器例如加速計的生產中尤其值得關注。在WO 2012/076837 Al中公開了 MEMS加速計的實例。在這種裝置中，硅晶片經顯微機械加工以提供具有多個指狀物的活動檢驗質量塊，指狀物與將在使用中固定的一部分晶片的指狀物相互交叉。任何指定檢驗質量塊指狀物的一側與相鄰固定指狀物之間的間隙與所述檢驗質量塊指狀物另一側及其相鄰固定指狀物之間的間隙不同。當檢驗質量塊移動時，所述檢驗質量塊指狀物與固定指狀物之間的間隙改變，這導致指狀物之間的容量變化。這可經測量和處理以計算加速度。在閉環系統中，間隙尺寸的變化產生阻礙檢驗質量塊運動的靜電力。在此類系統中，較寬間隙的寬度(例如15微米)與較窄間隙的寬度(例如5微米)之比大特別可取。可使用現有DRIE工藝，但是以指狀物節距增大為代價，使所述裝置更大以提供指定靜電力產生相對較大的比例。如果使所述裝置更小，則可能出現以上鑒定的立穩、開缺口和失去尺寸控制的問題。 當前補償延遲的建議牽涉主要通過降低壓力值優化蝕刻和鈍化步驟及參數。然而，補償DRIE延遲的當前技術以降低蝕刻速率為代價。
技術實現思路
本文公開了一種反應性離子蝕刻基板以形成至少第一和第二蝕刻形態的方法，其中所述第一蝕刻形態具有比所述第二蝕刻形態更大的縱橫比(深度:寬度)，所述方法包括以下步驟:在第一蝕刻階段，蝕刻所述基板以便只將所述第一蝕刻形態蝕刻至預定深度；和此后在第二蝕刻階段，蝕刻所述基板以便將所述第一和所述第二形態均蝕刻至各自的深度。 提供借此相對于低縱橫比形態，蝕刻所選高縱橫比形態更長時間的第一和第二蝕刻階段可能導致RIE延遲減少。 所述方法可包括將掩蔽材料貼到所述基板的表面以限定與所述第一和第二形態的所需形狀相對應的第一和第二孔口。所述第一蝕刻階段可包括僅通過所述第一孔口選擇性蝕刻所述基板以將所述第一蝕刻形態蝕刻至預定深度。此后所述第二蝕刻階段可包括通過所述兩個孔口蝕刻所述基板，從而將所述第一和第二形態均蝕刻至各自的深度。 可將每個形態蝕刻至基本上相同的深度或所選不同深度。 使用掩蔽時，所述第一蝕刻階段可包括堵塞所述第二孔口并且將所述基板暴露于反應性蝕刻工藝的步驟，借此在第一蝕刻階段中僅通過所述第一孔口進行蝕刻。 所述堵塞步驟可包括貼上另一種掩蔽材料覆蓋所述第二孔口，并且稍后在第二階段蝕刻工藝之前將所述另一種掩蔽材料從所述第二孔口去除。 在一個實施方案中，相對于所述基板材料，所述另一種掩蔽材料可具有高選擇性，以致其可基本上不受第一階段蝕刻工藝影響。可選地，在另一實施方案中，所述另一種掩蔽材料可選擇性較低并且對所述蝕刻工藝更敏感，以致逐漸變薄，然后暴露所述第二孔口，于是發生所述第二階段蝕刻。 雖然以上技術可用于不同蝕刻工藝，但是對各向異性反應性離子工藝有特殊應用，包括交替的蝕刻和鈍化步驟。 本專利技術還延伸到通過以上技術蝕刻的基板。 在實施方案中，較大縱橫比與較小縱橫比的比例可介于2.0和3.5之間，例如2.25至3.25，例如2.5至3.0，例如2.6至2.7。因此對于相等深度的形態，(通常是這種情況)較寬形態和較窄形態的相對寬度將具有這些值。 所述第二形態從其頂部到其底部寬度上的變化比例小于或等于0.015，例如小于或等于0.01。最小寬度通常將在所述形態的頂部而最大寬度在所述形態的底部，通常寬度從頂部到底部均勻增加。因此例如在100微米深的基板中，從頂部到底部的最大寬度差異可小于1.5微米(對應于0.015的比例)或小于1.0微米(對應于0.010的比例)。當然比例更低是可能的，例如小于或等于0.009,0.008或0.007。 所述形態可具有任何所需形狀。然而，通常，所述形態將呈在基板上形成的槽，更特別是直槽的形式。 所述形態可完全延伸通過所述基板或至其中預定的深度。 另外，雖然所述技術可應用于任何裝置的生產，但是對MEMS傳感器例如加速計的生產有特殊應用。 因此本專利技術還延伸為涵蓋通過以上技術生產的MEMS傳感器。 所述傳感器可包括多個相互交叉的指狀物，在相鄰指狀物間限定有通過以上工藝形成的間隙或槽。間隙的深度可能相同，但是間隙的寬度不同，以致各個間隙的縱橫比不同。以上對于間隙的相對縱橫比和較大縱橫比間隙的最大與最小寬度之比的范圍可能適用。通常，所述間隙將完全延伸通過所述基板并且所述基板將具有均勻深度。 因此廣義上講，本文還公開了 MEMS傳感器，其包括具有其中經蝕刻的第一和第二形態的基板，其中所述第一蝕刻形態具有比所述第二蝕刻形態更大的縱橫比(深度:寬度)，并且其中所述第二形態從其頂部到其底部寬度上的變化比例小于或等于0.015，例如小于或等于0.01。 因此例如在100微米深的基板中，所述形態寬度上的變化可小于1.5微米，例如小于1.0微米。通常寬度從頂部到底部可存在均勻增加。 較大縱橫比與較小縱橫比的比例可介于2.0和3.5之間，例如2.25至3.25，例如 2.5 至 3.0，例如 2.6 至 2.7。 【附圖說明】 現將根據附圖，僅以舉例的方式描述本專利技術的一些實施方案，其中:圖1說明了 MEMS加速計；圖2示出了圖1加速計的細節；其可受益于公開的工藝；圖3 (a)至(f)為解釋根據本專利技術所述的RIE工藝的第一實例的順序圖，并且圖4(a)至(c)為解釋根據本專利技術所述的RIE工藝的第二實例的順序圖。 【具體實施方式】 如以上所討論，可使用通常稱為“博世工藝”的DRIE法實現硅和其它基板的蝕刻。在美國專利5，501，893中描述了這種工藝。在典型工藝中，將耐反應性離子蝕刻工藝的材料例如S12或SiN的掩模貼到用具有對應于要在基板上蝕刻的形態，例如孔、溝等的孔口模式的掩模蝕刻的基板(通常為硅)上。可通過光刻法貼掩模。生產工藝牽涉交替的單獨蝕刻和沉積步驟。使用等離子體和適合的氣態蝕刻劑例如六氟化硫(SF6)進行蝕刻步驟。 沉積步驟期間，使用鈍化氣體例如八氟環丁烷(C4F8)。沉積步驟期間，含氟聚合物沉積在所有暴露的樣品表面。蝕刻步驟期間，優先使用離子輔助蝕刻將含氟聚本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種反應性離子蝕刻基板以形成至少第一和第二蝕刻形態的方法，其中所述第一蝕刻形態具有比所述第二蝕刻形態更大的縱橫比(深度:寬度)，所述方法包括以下步驟：在第一蝕刻階段，蝕刻所述基板以便只將所述第一形態蝕刻至預定深度；此后在第二蝕刻階段，蝕刻所述基板以便將所述第一和所述第二形態均蝕刻至各自的深度。

【技術特征摘要】
2013.07.22 GB 1313042.21.一種反應性離子蝕刻基板以形成至少第一和第二蝕刻形態的方法，其中所述第一蝕刻形態具有比所述第二蝕刻形態更大的縱橫比(深度:寬度)，所述方法包括以下步驟: 在第一蝕刻階段，蝕刻所述基板以便只將所述第一形態蝕刻至預定深度； 此后在第二蝕刻階段，蝕刻所述基板以便將所述第一和所述第二形態均蝕刻至各自的深度。2.根據權利要求1所述的方法，包括: 將掩蔽材料貼到所述基板的表面以限定與所述第一和第二形態的形狀相對應的第一和第二孔口； 在所述第一蝕刻階段，僅通過所述第一孔口選擇性蝕刻所述基板以將所述第一蝕刻形態蝕刻至預定深度； 此后在所述第二蝕刻階段，通過所述兩個孔口蝕刻所述基板，從而將所述第一和第二形態均蝕刻至各自的深度。3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中將每個形態蝕刻至基本上相同的深度。4.根據權利要求3所述的方法，其中通過所述基板的整個深度蝕刻每個形態。5.根據權利要求2至4中任一項所述的方法，其中所述第一蝕刻階段包括堵塞所述第二孔口并且將所述掩蔽基板暴露于反應性蝕刻工藝的步驟，借此僅通過所述第一孔口進行蝕刻。6.根據權利要求5所述的方法，其中所述堵塞步驟包括貼上另一種掩蔽材料以覆蓋所述第二孔口。7.根據權利要求6所述的方法，其包括在所述第一階段蝕刻工藝之后和所述第二階段蝕刻工藝之前將所述另一種掩蔽材料從所述第二孔口上去除。8.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T霍克，M韋納布萊斯，I斯特蘭，R埃利，
申請(專利權)人：大西洋慣性系統有限公司，
類型：發明
國別省市：英國;GB