1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种深硅刻蚀方法及设备。
背景技术：
2.近年来，随着微电子技术的发展，mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)受到各发达国家政府和科学家的高度重视。其中，深硅刻蚀技术作为实现mems的关键工艺，其采用含c及f的混合气体作为刻蚀气体，通过调整c/f的原子比例，可以调控工艺过程中的刻蚀作用和沉积作用，通过优化可以实现较大深宽比的硅刻蚀效果。通过深硅刻蚀方法刻蚀形成的硅通孔和沟槽栅等深硅结构可以显著提升器件的性能、降低器件功耗和体积。梳状换能器或mems开关等是典型的mems器件，这类可动且比较接近的电容结构在按传统工艺进行深硅刻蚀完成结构的释放时容易吸合粘连在一起，从而导致器件失效。
3.以梳状换能器为例，梳状换能器作为mems器件中一种重要器件，在加速度计、陀螺仪等器件中有广泛的使用。如图1所示，梳状换能器的传统深硅刻蚀方法主要工艺流程通常由soi硅片(a)开始，通过光刻及深硅刻蚀方法加工形成梳齿状结构(b)，并利用埋氧层(box)作为停止层，然后采用缓冲氢氟酸溶液或者气态氢氟酸对埋氧层进行腐蚀，最终完成结构的释放(c)。梳状换能器在完成结构释放后，梳齿间形成了较大的电容。通过施加电压至梳齿间可以产生静电吸合力(电容力)，驱动梳状换能器进行运动。然而当驱动电压大于阈值或者受外力作用，如图2所示，梳状换能器可能吸合在一起无法分开，从而导致梳状换能器失效。
4.为了解决上述问题，一些现有技术在梳状换能器等典型mems器件的结构形成后，利用mvd(分子气相沉积)技术在其侧壁上沉积一层聚四氟乙烯的防粘涂层，以防止在使用过程中出现如图2所示的吸合粘连失效情况。但是这样依然无法避免传统工艺流程中在结构释放后就产生的吸合粘连失效情况，导致器件的良品率较低。
技术实现要素：
5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种工艺简单、能够有效避免器件吸合粘连失效、提高器件良品率的深硅刻蚀方法。
6.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种深硅刻蚀方法，其包括以下步骤：
8.a、采用含有碳氟化合物c
xfy
的刻蚀气体对晶圆进行深硅刻蚀，以使反应过程中刻蚀反应和沉积反应同时进行，刻蚀完成后侧壁留下残留钝化层，排出反应气体；
9.b、通入高氟含量的刻蚀气体，使刻蚀反应达到最佳水平，同时通过控制器关闭背氦冷却系统，使晶圆温度升高，以加快对侧壁钝化层的刻蚀；对侧壁进行各向同性刻蚀，以去除侧壁的钝化层，排出反应气体；
10.c、通入c4f8气体，并通过icp将c4f8气体离子化，在器件表面沉积聚四氟乙烯防粘层，排出反应气体；
11.d、通入高氟含量的刻蚀气体，通过控制器打开背氦冷却系统并使其满功率工作，避免晶圆温度升高，以减少对侧壁防粘层的侵蚀；进行各向异性刻蚀，以去除sio2的防粘层，排出反应气体；
12.e、采用缓冲氢氟酸或气态氟化氢对sio2进行选择性各向同性腐蚀，释放出器件结构。
13.作为本发明优选的实施方式，步骤a中所述碳氟化合物c
xfy
中氟碳比y/x＞1。
14.作为本发明优选的实施方式，步骤a中所述刻蚀气体包括c
xfy
气体和o2，且c
xfy
气体与o2的混合比例为50～100％：0～50％；优选为70％：30％。
15.作为本发明优选的实施方式，步骤a中的真空度≤200mtorr，rf功率≥5000w。
16.作为本发明优选的实施方式，步骤b和d中所述高氟含量的刻蚀气体为sf6或c
xfy
，且c
xfy
中氟碳比y/x＞2；c
xfy
优选为cf4或c2f6。
17.作为本发明优选的实施方式，步骤b中晶圆温度＞80℃。
18.作为本发明优选的实施方式，步骤b中各向同性刻蚀的牵引功率＜100w。
19.作为本发明优选的实施方式，步骤c中rf功率《2000w，偏置功率为0。
20.作为本发明优选的实施方式，步骤d中rf功率》1200w，偏置功率》200w。
21.本发明还提供了一种深硅刻蚀设备，所述深硅刻蚀设备包括控制器，所述控制器被配置为执行如上所述的方法。
22.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
23.本发明通过在深硅刻蚀的钝化层形成过程中直接在侧壁上形成了聚四氟乙烯防粘层，不仅可以有效防止吸合粘连而导致失效的情况出现，还极大程度地简化了工艺步骤：本发明在深硅刻蚀方法中一次完成防粘层的沉积，而传统方法需要在完成深硅刻蚀和结构释放后再将晶圆送入额外购置的mvd设备进行沉积，因此本发明的方法相对于传统方法有效简化了工艺步骤、降低了生产成本。另外，由于本发明的方法先形成防粘层再进行结构释放工艺，很好地避免了传统工艺流程中在结构释放后就产生的吸合粘连失效情况发生，大大提高了工艺良品率。
附图说明
24.图1为现有技术中梳状换能器的工艺流程图；其中，(a)为设有埋氧层的soi硅片，(b)为经深硅刻蚀形成的梳齿状结构，(c)为埋氧层腐蚀后的梳状换能器；
25.图2为梳状换能器吸合粘连失效的结构示意图；
26.图3为本发明所述的深硅刻蚀方法的工艺流程图；其中，(a)为设有埋氧层的soi硅片，(b)为经深硅刻蚀形成的梳齿状结构，其侧壁上残留有钝化层，(c)为侧壁钝化层被腐蚀后的梳状换能器，(d)为侧壁和sio2上沉积有聚四氟乙烯防粘层的梳状换能器，(e)为sio2上的聚四氟乙烯防粘层被刻蚀掉的梳状换能器，(e)为埋氧层被刻蚀掉的梳状换能器；
27.图4为本发明实施例1经过步骤a刻蚀后获得的晶圆形貌。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
29.如图3所示，本发明所提供的的深硅刻蚀方法包括以下步骤：
30.a、采用含有碳氟化合物c
xfy
的刻蚀气体对晶圆进行深硅刻蚀，以使反应过程中刻蚀反应和沉积反应同时进行，真空度≤200mtorr，rf功率≥5000w，以保证刻蚀的垂直性和深宽比；刻蚀完成后侧壁留下残留钝化层(b)，排出反应气体；其中，碳氟化合物c
xfy
中氟碳比y/x＞1，使刻蚀反应大于沉积反应。刻蚀气体包括c
xfy
气体和o2，且c
xfy
气体与o2的混合比例为为50～100％：0～50％；优选为70％：30％；c
xfy
气体优选为c3f8。
31.b、通入高氟含量的刻蚀气体，使刻蚀反应达到最佳水平，同时通过控制器关闭背氦冷却系统(慢慢降低直至关闭)，使晶圆温度升高且晶圆温度＞100℃，以加快对侧壁钝化层的刻蚀；以牵引功率＜100w对侧壁进行各向同性刻蚀，以去除侧壁的钝化层，排出反应气体；
32.c、通入c4f8气体，并通过icp将c4f8气体离子化，rf功率《2000w，偏置功率为0，在器件表面沉积聚四氟乙烯防粘层，排出反应气体；其中，c4f8气体具有很低的氟碳比，能够确保沉积反应大于刻蚀反应。
33.d、通入高氟含量的刻蚀气体，开启射频线圈，rf功率》1200w，偏置功率》200w，通过控制器打开背氦冷却系统并使其满功率工作，尽可能保证晶圆温度不升高，以减少对侧壁防粘层的侵蚀；在以上参数下进行各向异性刻蚀，以去除sio2表面的防粘层，尽可能保护侧壁的防粘层，排出反应气体；
34.e、采用缓冲氢氟酸或气态氟化氢对sio2进行选择性各向同性腐蚀，释放出器件结构。其中，缓冲氢氟酸溶液为按1.1:10稀释的bhf溶液。
35.上述方法中，步骤b和d中所述高氟含量的刻蚀气体为sf6或c
xfy
，且c
xfy
中氟碳比y/x＞2；c
xfy
优选为cf4或c2f6。
36.上述方法中，在步骤a刻蚀-钝化结合的刻蚀过程中，会使侧壁上留下一层钝化层，但由于工艺参数的不同，导致该钝化层成分、厚度、上下均匀性都不同。因此在步骤a刻蚀完成后需要再进行一次各向同性刻蚀，以此确保侧壁的残留钝化层被清除干净，为后续步骤c的沉积工艺提供基础。之后只通入沉积气体，不通入刻蚀气体，以保证形成厚度均匀的聚四氟乙烯防粘层。但由于沉积过程中也在底部形成了聚四氟乙烯防粘层，使得后续工艺无法开展，因此必须通过再一次刻蚀将底部sio2暴露出来，同时为了不损伤侧壁的钝化层，因此进行一次离子轰击为主的各向异性刻蚀(步骤d)。sio2暴露出来后，在后续的湿法或者气态释放工艺中反应物才能够接触到sio2，由此完成结构的释放(步骤e)。
37.本发明还提供了一种深硅刻蚀设备，该深硅刻蚀设备包括控制器，该控制器被配置为执行如上所述的方法。
38.实施例1：
39.a、采用40sccm含有c3f8的刻蚀气体对晶圆进行深硅刻蚀，以使反应过程中刻蚀反应和沉积反应同时进行，且刻蚀反应大于沉积反应，真空度为100mtorr，rf功率为8000w，以保证刻蚀的垂直性和深宽比；刻蚀完成后侧壁留下残留钝化层(b)，通过分子泵或真空泵排出反应气体；其中，刻蚀气体包括c3f8气体和o2，且c3f8气体与o2的混合比例为70％：30％。
40.图4为经过本实施例步骤a刻蚀后的晶圆形貌，由图4可以看出，通过控制刻蚀气体中的o2比例并控制刻蚀参数，能够使刻蚀后的沟槽深宽比达到了3.52:1，侧壁垂直度接近90度。
41.b、通入350sccm刻蚀气体sf6，使刻蚀反应达到最佳水平，射频线圈功率1700w，同
时通过控制器关闭背氦冷却系统(慢慢降低直至关闭)，使晶圆温度升高且晶圆温度＞100℃，以加快对侧壁钝化层的刻蚀；以牵引功率75w对侧壁进行各向同性刻蚀，以去除侧壁的钝化层，通过分子泵或真空泵排出反应气体。
42.c、通入350sccm的c4f8气体，并通过icp将c4f8气体离子化，射频线圈功率为1600w，偏置功率为0，在器件表面沉积聚四氟乙烯防粘层，通过分子泵或真空泵排出反应气体；其中，c4f8气体具有很低的氟碳比，能够确保沉积反应大于刻蚀反应。
43.d、通入350sccm的刻蚀气体sf6，开启射频线圈，rf功率为1700w，偏置功率为245w，通过控制器打开背氦冷却系统并使其满功率工作，尽可能保证晶圆温度不升高，以减少对侧壁防粘层的侵蚀；在以上参数下进行各向异性刻蚀，以去除sio2表面的防粘层，尽可能保护侧壁的防粘层，通过分子泵或真空泵排出反应气体；
44.e、采用按1.1:10稀释的bhf溶液对sio2进行选择性各向同性腐蚀1min，释放出器件结构。
45.实施例2：
46.a、采用50sccm含有c4f8的刻蚀气体对晶圆进行深硅刻蚀，以使反应过程中刻蚀反应和沉积反应同时进行，且刻蚀反应大于沉积反应，真空度为100mtorr，rf功率为7000w，以保证刻蚀的垂直性和深宽比；刻蚀完成后侧壁留下残留钝化层(b)，通过分子泵或真空泵排出反应气体；其中，刻蚀气体包括c4f8气体和o2，且c4f8气体与o2的混合比例为80％：20％。
47.b、通入350sccm刻蚀气体c2f6，使刻蚀反应达到最佳水平，射频线圈功率1500w，同时通过控制器关闭背氦冷却系统(慢慢降低直至关闭)，使晶圆温度升高且晶圆温度＞80℃，以加快对侧壁钝化层的刻蚀；以牵引功率50w对侧壁进行各向同性刻蚀，以去除侧壁的钝化层，通过分子泵或真空泵排出反应气体。
48.c、通入350sccm的c4f8气体，并通过icp将c4f8气体离子化，射频线圈功率为1600w，偏置功率为0，在器件表面沉积聚四氟乙烯防粘层，通过分子泵或真空泵排出反应气体；其中，c4f8气体具有很低的氟碳比，能够确保沉积反应大于刻蚀反应。
49.d、通入350sccm的刻蚀气体c3f8，开启射频线圈，rf功率为1500w，偏置功率为300w，通过控制器打开背氦冷却系统并使其满功率工作，尽可能保证晶圆温度不升高，以减少对侧壁防粘层的侵蚀；在以上参数下进行各向异性刻蚀，以去除sio2表面的防粘层，尽可能保护侧壁的防粘层，通过分子泵或真空泵排出反应气体；
50.e、采用按1:10稀释的bhf溶液对sio2进行选择性各向同性腐蚀30s，释放出器件结构。
51.综上所述，本发明通过在深硅刻蚀的钝化层形成过程中直接在侧壁上形成了聚四氟乙烯防粘层，先形成防粘层再进行结构释放工艺，很好地避免了传统工艺流程中在结构释放后就产生的吸合粘连失效情况发生，大大提高了工艺良品率，有效简化了工艺步骤、降低了生产成本。
52.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。