一種變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微米納米級材料加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體材料的加工過程中，刻蝕是比較重要的加工手段，是利用化學(xué)或物理的方法有選擇性地從硅片表面去除不需要部分的過程。從工藝上區(qū)分，刻蝕可分為濕法刻蝕和干法刻蝕。濕法刻蝕的特點是各向同性刻蝕;干法刻蝕是利用等離子體來進行各向異性刻蝕。目前干法刻蝕工藝在半導(dǎo)體的制造工藝中較常見。
[0003]在半導(dǎo)體干法刻蝕工藝中，硅刻蝕最為常見，除了應(yīng)用在半導(dǎo)體器件中，還廣泛應(yīng)用于生物微流體領(lǐng)域和仿生結(jié)構(gòu)構(gòu)筑領(lǐng)域。此領(lǐng)域要求硅刻蝕不僅有一定的深度還要有特定的陡直度。
[0004]硅刻蝕陡直度的調(diào)整針對不同工藝有不同的調(diào)整方法，共同點都是在刻蝕過程中生成一種聚合物沉積在側(cè)壁形成鈍化層阻止了橫向刻蝕，沉積速率和刻蝕速率決定了側(cè)壁的陡直度。
[0005]目前，硅刻蝕的側(cè)壁主要有兩種:陡直度為90度的垂直結(jié)構(gòu)，和陡直度非90度的傾斜結(jié)構(gòu)。特別是在生物仿生領(lǐng)域往往要求側(cè)壁非單一的陡直或傾斜，而是具有特定的曲率，即變截面結(jié)構(gòu)。但是現(xiàn)有的硅刻蝕方法很難實現(xiàn)在硅刻蝕的側(cè)壁上刻蝕出具有變截面(如具有一定彎曲度)的硅孔結(jié)構(gòu)及硅槽微通道結(jié)構(gòu)。
[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一)要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法，其工藝過程可控性強，具有良好的可重復(fù)性，刻蝕出的硅孔或硅通道能滿足微流體通道和仿生結(jié)構(gòu)構(gòu)筑領(lǐng)域的各項要求。
[0009](二)技術(shù)方案
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法，包括以下各步驟:
[0011 ] S1、光刻:在硅片上旋涂一層光刻掩膜層，然后對所述硅片進行光刻，得到具有圖案化的硅片；
[0012]S2、第一次干法刻蝕:利用干法刻蝕方法對所述圖案化的硅片進行各向異性垂直刻蝕，得到具有垂直向下的等截面刻蝕柱孔的第一次刻蝕硅片；
[0013]S3、沉積:對所述第一次刻蝕硅片進行各向同性沉積，得到具有鈍化層的沉積后的娃片；
[0014]S4、第二次干法刻蝕:利用干法刻蝕方法對所述沉積后的硅片進行各向同性刻蝕，得到第二次刻蝕硅片；
[0015]所述第二次刻蝕硅片具有變截面刻蝕柱孔；
[0016]S5、去膠:對所述第二次刻蝕硅片進行清洗去膠，即得。
[0017]進一步的，所述步驟SI中，所述光刻是采用紫外光刻或電子束曝光的方法使所述硅片的表面形成圖案化的二維結(jié)構(gòu)。
[0018]進一步的，所述步驟S2中，所述第一次干法刻蝕是通過等離子體干法刻蝕的方法向所述圖案化的硅片通入第一氣體，以對所述圖案化的硅片進行各向異性的垂直向下的刻蝕。
[0019]進一步的，所述第一氣體為SF6、CHF3、C4F8、02、Ar等氣體中的兩種或三種混合，溫度為小于或等于室溫。
[0020]進一步的，所述步驟S3中，所述沉積是在刻蝕設(shè)備中通入第二氣體，使所述第二氣體產(chǎn)生的等離子體在所述等截面刻蝕柱孔的內(nèi)壁沉積形成鈍化層。
[0021 ] 進一步的，所述第二氣體為SF6XHF3和C4F8氣體的一種或幾種混合。
[0022]進一步的，所述步驟S4中，所述第二次干法刻蝕主要包括向所述沉積后的硅片通入第三氣體，所述第三氣體與沉積后的第二次刻蝕硅片產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以對所述沉積后的硅片進行各向同性刻蝕。
[0023]進一步的，所述第三氣體為SF6、CHF3、C4F8、02、Ar等氣體中的兩種或三種混合。
[0024]進一步的，所述步驟S5中，所述去膠是利用丙酮或丁酮去除所述第二次刻蝕硅片表面的光刻掩膜層，然后利用異丙醇或乙醇進行超聲清洗;所述光刻掩膜層為光刻膠或電子束膠。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果:本發(fā)明的變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法的工藝可控性強，可重復(fù)性好，通過光刻、各向異性垂直干法刻蝕、各向同性沉積、各向同性干法刻蝕、去膠步驟后，能得到變截面(如具有一定彎曲度)的硅孔結(jié)構(gòu)及硅槽等微通道結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在生物微流領(lǐng)域和仿生研究領(lǐng)域具有獨特的應(yīng)用前景;利用該變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法可以根據(jù)所需的變截面刻蝕柱孔的具體參數(shù)要求選取刻蝕工藝參數(shù)，從而可以穩(wěn)定精確的刻蝕出滿足要求的不同形狀的變截面硅孔結(jié)構(gòu)及硅槽等微通道結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例的變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法的流程框架圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例的步驟S2的工作原理圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例的步驟S3的工作原理圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實施例的步驟S4的工作原理圖；
[0031]圖5為本發(fā)明實施例的變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法制成的硅孔的刻蝕剖面掃描電鏡圖。
[0032]其中，1、光刻掩膜層;2、第一次刻蝕硅片;3、等截面刻蝕柱孔;4、鈍化層;5、第二次刻蝕硅片;6、變截面刻蝕柱孔。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0034]如圖1所示，本實施例的變截面硅孔和硅通道的刻蝕方法包括以下各個步驟:
[0035]S1、光刻:在硅片上旋涂一層光刻掩膜層I，然后對所述硅片進行光刻，得到具有圖案化的硅片。
[0036]本實施例中的光刻是采用紫外光刻或電子束曝光的方法使硅片的表面形成圖案化二維結(jié)構(gòu)，以便于后續(xù)對硅片進行定位準(zhǔn)確的刻蝕工藝。
[0037]S2、第一次干法刻蝕:利用干法刻蝕方法對所述圖案化的硅片進行各向異性垂直刻蝕，得到具有垂直向下的等截面刻蝕柱孔3的第一次刻蝕硅片2。等截面刻蝕柱孔2表示該刻蝕孔為柱體結(jié)構(gòu)，且其任意截面的形狀均相同、尺寸均相等。
[0038]本實施例中的第一次干法刻蝕是通過等離子體干法刻蝕的方法向圖案化的硅片上通入第一氣體，以對圖案化的硅片進行各向異性的垂直向下的刻蝕。為了確保第一次干法刻蝕時，光刻后的硅片與第一氣體進行反應(yīng)，優(yōu)選第一氣體為SF6、CHF3、C4F8、02、Ar等氣體中的兩種或三種混合，優(yōu)選溫度為室溫或低于室溫。
[0039]如圖2所示，步驟S2完成后，第一次刻蝕硅片2上旋涂一層有光刻掩膜層I，同時在第一次刻蝕硅片2上穿過光刻掩膜層I設(shè)有垂直向下的等截面刻蝕柱孔3。
[0040]S3、沉積:對所述第一次刻蝕硅片2進行各向同性沉積，得到具有鈍化層4的沉積后的硅片。
[0041]本實施例中的沉積是在刻蝕設(shè)備中通入第二氣體，使第二氣體產(chǎn)生的等離子體在等截面刻蝕柱孔3的內(nèi)壁沉積形成鈍化層4。為了保證第一次刻蝕硅片2的等截面刻蝕柱孔3能快速沉積鈍化層4，確保沉積后的鈍化層4穩(wěn)定，便于后續(xù)的橫向刻蝕準(zhǔn)確，優(yōu)選第二氣體為SF6、CHF3和C4F8氣體的一種或幾種混合。
[0042]如圖3所示，本實施例中，經(jīng)過沉積后的第一次刻蝕硅片2上的等截面刻蝕柱孔3上附著有一層鈍化層4，其材質(zhì)與第二氣體材質(zhì)相同。
[0043]S4、第二次干法刻蝕:利用干法刻蝕方法對所述沉積后的硅片進行各向同性刻蝕，得到第二次刻蝕硅片5;所述第二次刻蝕硅片5上設(shè)有變截面刻蝕柱孔6。變截面刻蝕柱孔6表示該刻蝕孔為柱體結(jié)構(gòu)，但其截面形狀是變化的，相鄰的兩個截面之間的形狀不同、尺寸不相等，如該變截面刻蝕柱孔6的側(cè)壁具有一定彎曲度。
[0044]第二次干法刻蝕主要包括向所述沉積后的硅片通入第三氣體，第三氣體與沉積后的硅片產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以對沉積后的硅片進行各向同性刻蝕，以便于使第二次刻蝕硅片5上貼覆有鈍化層4的等截面刻蝕柱孔3發(fā)生橫向刻蝕，使等截面刻蝕柱孔3的側(cè)壁被刻蝕為變截面刻蝕柱孔6。為了保證各向同性刻蝕反應(yīng)的效率和效果，優(yōu)選第三氣體為SF6