一種深孔硅刻蝕方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種深孔硅刻蝕方法，其在等離子體刻蝕腔室中進(jìn)行，其中，包括如下步驟：步驟(a)，提供一硅襯底，供應(yīng)第一氣體至所述腔室，并在所述硅襯底上沉積圖形化的光刻膠層，形成開(kāi)口；步驟(b)，在所述開(kāi)口的底部和側(cè)壁以及光刻膠層上沉積氧化層；步驟(c)，供應(yīng)第二氣體至所述腔室，以所述氧化層和所述光刻膠層為掩膜繼續(xù)刻蝕所述硅襯底至預(yù)定深度。本發(fā)明能夠改善硅通孔的側(cè)壁圖形，并且改善側(cè)壁凹陷的缺陷。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種深孔硅刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種一種深孔硅刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】中，在MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微機(jī)電系統(tǒng))和3D封裝技術(shù)等領(lǐng)域，通常需要對(duì)硅等材料進(jìn)行深通孔刻蝕。例如，在體硅刻蝕技術(shù)中，深娃通孔(Through-Silicon_Via,TSV)的深度達(dá)到幾百微米、其深寬比甚至遠(yuǎn)大于10,通常采用深反應(yīng)離子刻蝕方法來(lái)刻蝕體硅形成。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，TSV的深反應(yīng)離子刻蝕通常Bosch工藝進(jìn)行。如圖1所示，其中，襯底硅為待刻蝕層，其上做掩膜層以形成圖形，掩膜層通常為Si02或者Si3N4，主要在刻蝕過(guò)程起掩膜作用。具體深反應(yīng)離子刻蝕方法包括以下步驟:(I)刻蝕步驟，通常用Ar、SF6的混合氣體進(jìn)行等離子體刻蝕，；(2)聚合物沉積步驟，通常用Ar和C4F8的混合氣體在孔洞內(nèi)側(cè)面形成氟碳聚合物層，其厚度一般在納米級(jí)，有時(shí)也稱作該聚合物層為鈍化層，(3)刻蝕步驟和聚合物沉積步驟交替進(jìn)行，直到深硅通孔刻蝕完成，在刻蝕步驟中，由于孔洞的內(nèi)表面、尤其是在孔洞內(nèi)側(cè)面沉積聚合物，垂直入射的等離子轟擊底部的聚合物，使得垂直方向的刻蝕繼續(xù)向下進(jìn)行，而側(cè)壁的由于聚合物的保留所以刻蝕率很低，從而保證了整個(gè)孔洞刻蝕過(guò)程的各向異性。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)如僅用聚合物層來(lái)做掩膜對(duì)硅襯底進(jìn)行刻蝕，則需要另外執(zhí)行一個(gè)側(cè)壁保護(hù)制程。或者，現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)反應(yīng)副產(chǎn)品來(lái)保護(hù)深孔硅的側(cè)壁，副產(chǎn)品質(zhì)地較軟，且由于是制程副產(chǎn)品，其厚度較薄，不足以保護(hù)側(cè)壁。
[0005]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的深孔硅刻蝕的示意圖。在硅襯底100上沉積圖形化的光刻膠層102，然后以所述光刻膠層為掩膜繼續(xù)刻蝕硅襯底100，以形成開(kāi)口 103。然而，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的深孔硅刻蝕機(jī)制會(huì)在孔的側(cè)壁形成一個(gè)較深的凹陷(bowing)，該凹陷是制程中不希望出現(xiàn)的。
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)【背景技術(shù)】中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種在等離子體刻蝕腔室中進(jìn)行的深孔硅刻蝕方法。
[0008]本發(fā)明提供了 一種在等離子體刻蝕腔室中進(jìn)行的深孔硅刻蝕方法，其中，包括如下步驟:
[0009]步驟(a)，提供一硅襯底，供應(yīng)第一氣體至所述腔室，并在所述硅襯底上沉積圖形化的光刻膠層，形成開(kāi)口 ；
[0010]步驟(b)，在所述開(kāi)口的底部和側(cè)壁以及光刻膠層上沉積氧化層；
[0011]步驟(C)，供應(yīng)第二氣體至所述腔室，以所述氧化層和所述光刻膠層為掩膜繼續(xù)刻蝕所述硅襯底至預(yù)定深度。[0012]進(jìn)一步地，所述第一氣體包括SiF4和02，或者SiH4和02。
[0013]進(jìn)一步地，所述第二氣體包括CF4。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(b)執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為15s至lmin，所述步驟(C)的執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為Imin至IOmin。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(b)和步驟(C)交替進(jìn)行。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(b)執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為IOs至30s，所述步驟(C)的執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為30s至2min。
[0017]進(jìn)一步地,所述側(cè)壁上沉積的氧化層的厚度的取值范圍為90nm至llOnm。
[0018]進(jìn)一步地,所述光刻膠側(cè)壁上的氧化層的厚度的取值范圍為90nm至llOnm。
[0019]進(jìn)一步地,所述氧化層包括Si02。
[0020]進(jìn)一步地，所述腔室壓力的取值范圍為IOOmt至300mt。
[0021]進(jìn)一步地，所述預(yù)定深度與關(guān)鍵尺寸條有關(guān)。
[0022]進(jìn)一步地，所述預(yù)定深度的取值范圍為IOmicro至300micro。
[0023]本發(fā)明提供的深孔硅刻蝕方法，由于采用氧化層做掩膜，其質(zhì)地較硬，能夠充分保護(hù)側(cè)壁。并且，由于氧化層是首先沉積在作為掩膜的光刻膠上，然后通過(guò)后刻蝕將其刻蝕掉一部分，其中會(huì)產(chǎn)生氧化層微粒，在刻蝕過(guò)程中粘附于深孔硅開(kāi)口的底部和側(cè)壁，以對(duì)側(cè)壁進(jìn)行保護(hù)。并且，本發(fā)明還可以改善硅通孔的側(cè)壁凹陷問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的深孔硅刻蝕的示意圖；
[0025]圖2(a)?圖2(d)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的深孔硅刻蝕的工藝步驟流程圖；
[0026]圖3(a)?圖3(e)是根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施例的深孔硅刻蝕的工藝步驟流程圖；
[0027]圖4(a)?圖4(b)是現(xiàn)有技術(shù)的硅通孔的剖面示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明的硅通孔的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明提供了一種在等離子體刻蝕腔室中進(jìn)行的深孔硅刻蝕方法。典型的，上述深孔硅刻蝕是在等離子體處理腔室中進(jìn)行制程的。
[0031]具體地，首先執(zhí)行步驟S11，提供一硅襯底200，向所述等離子體處理腔室中供應(yīng)第一氣體，并在所述娃襯底200上沉積光刻膠202,并對(duì)所述光刻膠202執(zhí)行一掩膜層對(duì)所述光刻膠202進(jìn)行刻蝕，以得到如圖2(a)所示的圖形化的光刻膠層202，以形成開(kāi)口。其中，所述第一氣體用于刻蝕光刻膠202并形成開(kāi)口 203。
[0032]然后執(zhí)行步驟S21，如圖1(b)所示，分別在所述開(kāi)口 203的底部和側(cè)壁以及光刻膠層202上沉積氧化層204 ；
[0033]需要說(shuō)明的是，所述氧化層204的厚度按照工藝需求來(lái)定，其與深孔硅的深度、腔室壓力、射頻功率、刻蝕速度等因素有關(guān)，其厚度至少應(yīng)該達(dá)到能夠在預(yù)定深度的深孔硅刻蝕完成后能夠持續(xù)保護(hù)其側(cè)壁不受侵蝕。
[0034]步驟S31，供應(yīng)第二氣體至所述腔室，以所述氧化層204和所述光刻膠層202為掩膜繼續(xù)刻蝕所述硅襯底200至預(yù)定深度。
[0035]可選地，本發(fā)明可一次性地沉積足夠量的氧化硅204于光刻膠202上，也可以重復(fù)地執(zhí)行沉積氧化硅204的步驟S21與刻蝕硅襯底200的步驟S31多次，以持續(xù)達(dá)到所需的氧化硅204。
[0036]在持續(xù)刻蝕過(guò)程中，硅襯底200逐漸達(dá)到如圖2 (d)所示的預(yù)定深度，同時(shí)，氧化層204收到等離子體的轟擊逐漸變薄，其中多余的氧化層產(chǎn)生的氧原子掉落在開(kāi)口 203中，粘附于開(kāi)口 203的側(cè)壁上并逐漸與硅襯底200進(jìn)行反應(yīng)，生成了氧化硅。氧化硅薄膜緊密貼合開(kāi)口 203的側(cè)壁，充當(dāng)了開(kāi)口 203的側(cè)壁的保護(hù)層。
[0037]需要說(shuō)明的是，雖然在深孔硅的刻蝕過(guò)程中，由于對(duì)硅襯底的不斷刻蝕，生成的氧化硅薄膜層也必然會(huì)被侵蝕，但是由于在光刻膠202上沉積了足夠厚度的氧化層，伴隨著氧化層的刻蝕，不斷有氧原子掉落在開(kāi)口 203中，持續(xù)與硅襯底200反應(yīng)，因此不斷地形成
氧化硅薄膜。
[0038]本發(fā)明提供的深孔硅刻蝕方法，不需要額外提供側(cè)壁保護(hù)步驟，因此節(jié)省了工藝時(shí)間和成本。此外，由于本發(fā)明在深孔硅側(cè)壁上持續(xù)形成的氧化硅保護(hù)層不是聚合物，其具有一定厚度，不易在氧化過(guò)程中被快速侵蝕。即使其隨著制程的進(jìn)行被蝕刻，也會(huì)適時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，因此能夠更有效地保護(hù)深孔硅側(cè)壁圖形，而不會(huì)產(chǎn)生凸起凹陷等缺陷。
[0039]圖3(a)?圖3(e)是根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施例的深孔硅刻蝕的工藝步驟流程圖，在本實(shí)施例中，本發(fā)明還在圖形化的光刻膠側(cè)壁保留一定厚度的氧化層，以作為深孔硅刻蝕的阻擋層，以解決深孔硅側(cè)壁凹陷(bowing)的問(wèn)題。
[0040]具體地，首先執(zhí)行步驟S12，提供一硅襯底300，向所述等離子體處理腔室中供應(yīng)第一氣體，并在所述娃襯底300上沉積光刻膠302,并對(duì)所述光刻膠302執(zhí)行一掩膜層對(duì)所述光刻膠302進(jìn)行刻蝕，以得到如圖3(a)所示的圖形化的光刻膠層302，以形成開(kāi)口。其中，所述第一氣體用于刻蝕光刻膠302并形成開(kāi)口 303。
[0041]然后執(zhí)行步驟S22，如圖1(b)所示，分別在所述開(kāi)口 303的底部和側(cè)壁以及光刻膠層302上沉積氧化層304 ；
[0042]需要說(shuō)明的是，所述氧化層304的厚度按照工藝需求來(lái)定，其與深孔硅的深度、腔室壓力、射頻功率、刻蝕速度等因素有關(guān)，其厚度至少應(yīng)該達(dá)到能夠在預(yù)定深度的深孔硅刻蝕完成后能夠持續(xù)保護(hù)其側(cè)壁不受侵蝕。
[0043]步驟S32，供應(yīng)第二氣體至所述腔室，以所述氧化層304和所述光刻膠層302為掩膜繼續(xù)刻蝕所述硅襯底200至預(yù)定深度。
[0044]可選地，本發(fā)明可一次性地沉積足夠量的氧化硅304于光刻膠302上，也可以重復(fù)地執(zhí)行沉積氧化硅304的步驟S22與刻蝕硅襯底200的步驟S32多次，以持續(xù)達(dá)到所需的氧化硅304。
[0045]在持續(xù)刻蝕過(guò)程中，硅襯底300逐漸達(dá)到預(yù)定深度，同時(shí)，氧化層304收到等離子體的轟擊逐漸變薄，其中多余的氧化層產(chǎn)生的氧原子掉落在開(kāi)口 303中，粘附于開(kāi)口 303的側(cè)壁上并逐漸與硅襯底200進(jìn)行反應(yīng)，生成了氧化硅。氧化硅薄膜緊密貼合開(kāi)口 303的側(cè)壁，充當(dāng)了開(kāi)口 203的側(cè)壁的保護(hù)層。[0046]此外，與上一實(shí)施例不同的是，本實(shí)施例在光刻膠302側(cè)壁部分沉積的氧化層304的厚度較大。由此，光刻膠302側(cè)壁部分上粘附的氧化層304可以用作深孔硅刻蝕的阻擋層，由此，如圖3(c)所示，由第二氣體激發(fā)產(chǎn)生的等離子體在刻蝕初始，也侵蝕掉距離較近的位于光刻膠302側(cè)壁的氧化層304。因此，由于該氧化層304消耗掉部分本來(lái)應(yīng)該由深孔硅側(cè)壁初始承受的等離子體，因此深孔硅側(cè)壁的凹陷程度會(huì)得到改善。
[0047]參見(jiàn)附圖3 (d)和3 (e)，隨著制程的進(jìn)行，位于光刻膠302側(cè)壁的氧化層304越來(lái)越薄，開(kāi)口 303的深度越來(lái)越大。最后，如附圖3(e)所示，開(kāi)口 303到達(dá)預(yù)定深度，獲得的深孔硅側(cè)壁雖然也有一定程度的凹陷，但是相較于現(xiàn)有技術(shù)已有較大改善。
[0048]進(jìn)一步地，所述第一氣體包括SiF4和02，或者SiH4和02。
[0049]進(jìn)一步地,所述第二氣體包括CF4。
[0050]進(jìn)一步地，所述步驟(b)執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為15s至lmin，所述步驟(C)的執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為Imin至IOmin。
[0051]進(jìn)一步地，所述步驟(b)和步驟(C)交替進(jìn)行。其中，所述步驟(b)執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為IOs至30s，所述步驟(c)的執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為30s至2min。
[0052]進(jìn)一步地,所述側(cè)壁上沉積的氧化層的厚度的取值范圍為90nm至llOnm。
[0053]進(jìn)一步地,所述光刻膠側(cè)壁上的氧化層的厚度的取值范圍為90nm至llOnm。
[0054]進(jìn)一步地,所述氧化層包括Si02。
[0055]進(jìn)一步地，所述腔室壓力的取值范圍為IOOmt至300mt。
[0056]進(jìn)一步地，所述預(yù)定深度與關(guān)鍵尺寸條有關(guān)。
[0057]進(jìn)一步地，所述預(yù)定深度的取值范圍為IOmicro至300micro。
[0058]圖4(a)是按照現(xiàn)有技術(shù)的深孔硅刻蝕機(jī)制獲得的硅通孔的剖面示意圖，圖4(b)是現(xiàn)有技術(shù)的采用聚合物作為深孔硅刻蝕的側(cè)壁保護(hù)層獲得的硅通孔的剖面示意圖，如圖4所示，其中，上述硅通孔的側(cè)壁圖形不夠均勻，呈現(xiàn)上大下小的形狀，尤其是在硅通孔側(cè)壁初始部分出現(xiàn)了極大的凹陷，這是制程需要避免的情況。圖5示出了按照本發(fā)明的深孔硅刻蝕機(jī)制獲得的硅通孔的剖面示意圖，該硅通孔的側(cè)壁表面均勻光滑，并未出現(xiàn)明顯的凹陷。這說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)越性。
[0059]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種在等離子體刻蝕腔室中進(jìn)行的深孔硅刻蝕方法，其中，包括如下步驟: 步驟(a)，提供一硅襯底，供應(yīng)第一氣體至所述腔室，并在所述硅襯底上沉積圖形化的光刻膠層，形成開(kāi)口 ； 步驟(b)，在所述開(kāi)口的底部和側(cè)壁以及光刻膠層上沉積氧化層； 步驟(C)，供應(yīng)第二氣體至所述腔室，以所述氧化層和所述光刻膠層為掩膜繼續(xù)刻蝕所述娃襯底至預(yù)定深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述第一氣體包括SiF4和02，或者 SiH4 和 02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述第二氣體包括CF4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述步驟(b)執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為15s至Imin,所述步驟(c)的執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為Imin至lOmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述步驟(b)和步驟(c)交替進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述步驟(b)執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為IOs至30s，所述步驟(c)的執(zhí)行時(shí)間的取值范圍為30s至2min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述側(cè)壁上沉積的氧化層的厚度的取值范圍為90nm至llOnm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述光刻膠側(cè)壁上的氧化層的厚度的取值范圍為90nm至llOnm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述氧化層包括Si02。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述腔室壓力的取值范圍為 IOOmt 至 300mt。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述預(yù)定深度與關(guān)鍵尺寸條有關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的深孔硅刻蝕方法，其特征在于，所述預(yù)定深度的取值范圍為 IOmicro 至 300micro。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103871956SQ201210528536
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】陶錚, 松尾裕史, 傅遠(yuǎn), 許頌臨, 尹志堯 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司