本發(fā)明涉及一種利用博世法進行刻蝕的方法，以提高工藝結(jié)果的穩(wěn)定性，還涉及一種改善博世法刻蝕工藝終點監(jiān)測準(zhǔn)確性的方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展，目前半導(dǎo)體器件的特征尺寸已經(jīng)變得非常小， 希望在二維的封裝結(jié)構(gòu)中增加半導(dǎo)體器件的數(shù)量變得越來越困難，因此三維封裝成為一種能有效提高芯片集成度的方法。目前的三維封裝包括基于金線鍵合的芯片堆疊（Die Stacking）、封裝堆疊（Package Stacking）和基于硅通孔 （Through Silicon Via，TSV）的三維（3D）堆疊。其中，利用硅通孔的三維堆疊技術(shù)具有以下三個優(yōu)點：（1）高密度集成；（2）大幅地縮短電互連的長度，從而可以很好地解決出現(xiàn)在二維系統(tǒng)級芯片（SOC）技術(shù)中的信號延遲等問題；（3）利用硅通孔技術(shù)，可以把具有不同功能的芯片（如射頻、內(nèi)存、 邏輯、MEMS等）集成在一起來實現(xiàn)封裝芯片的多功能。因此，所述利用硅通孔互連結(jié)構(gòu)的三維堆疊技術(shù)日益成為一種較為流行的芯片封裝技術(shù)。

在硅通孔技術(shù)應(yīng)用中，通常要對硅等材料進行深通孔刻蝕，通過刻蝕形成的深通孔在芯片和芯片之間、硅片與硅片之間制作垂直導(dǎo)通，從而實現(xiàn)芯片和芯片之間的互連。在大多數(shù)情況下，硅通孔制作都需要打通不同的材料層，而由此形成的通孔必須滿足輪廓控制要求（如側(cè)壁垂直度和粗糙度等）， 因此硅通孔刻蝕工藝成為硅通孔制作技術(shù)的關(guān)鍵。

為了提高通孔的側(cè)壁的垂直度和粗糙度的要求，現(xiàn)有刻蝕硅通孔時通常采用Bosch（博世）刻蝕工藝，其具體過程為：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有開口的光刻膠掩膜層；進行刻蝕步驟：向刻蝕腔室中通入刻蝕氣體（比如：SF6），刻蝕氣體被解離為等離子體，對所述半導(dǎo)體襯底進行刻蝕，形成刻蝕孔；進行沉積步驟：向刻蝕腔室中通入沉積氣體（比如： CF4），沉積氣體被解離為等離子體，在刻蝕孔的側(cè)壁形成聚合物，所述聚合物在下一刻蝕步驟時保護已形成的刻蝕孔的側(cè)壁不會被刻蝕到，從而保證整個Bosch（博世）刻蝕過程的各向異性；重復(fù)上述刻蝕步驟和沉積步驟，直至在半導(dǎo)體襯底中形成硅通孔。

但是，現(xiàn)有技術(shù)Bosch（博世）刻蝕過程中，刻蝕工藝的穩(wěn)定性仍有待改善。并且，隨著博世刻蝕工藝的持續(xù)改善，現(xiàn)有的監(jiān)測設(shè)備越來越難以準(zhǔn)確地判斷出刻蝕終點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種改善博世法刻蝕工藝終點監(jiān)測準(zhǔn)確性的方法，包括：

獲取博世法刻蝕工藝的工藝菜單；

更改工藝菜單中某些步驟的氣壓參數(shù)，以使該工藝菜單中刻蝕步驟與沉積步驟的氣壓相等；

對于氣壓參數(shù)被更改的步驟，調(diào)整工藝菜單中該步驟的其它參數(shù)，以補償其氣壓參數(shù)的更變；

根據(jù)該更改氣壓參數(shù)和調(diào)整其它參數(shù)的步驟，獲得新的工藝菜單；

執(zhí)行該新的工藝菜單，以進行刻蝕。

可選的，調(diào)整其它參數(shù)的步驟中，通過調(diào)整該步驟的執(zhí)行時長來補償氣壓參數(shù)的變更。

可選的，調(diào)整其它參數(shù)的步驟中，通過調(diào)整該步驟的射頻源功率來補償氣壓參數(shù)的變更。

可選的，調(diào)整其它參數(shù)的步驟中，通過同時調(diào)整該步驟的執(zhí)行時長和射頻源功率來補償氣壓參數(shù)的變更。

可選的，執(zhí)行該新的工藝菜單后，檢測刻蝕結(jié)果，假如發(fā)現(xiàn)該其它參數(shù)的調(diào)整未能完全補償該氣壓參數(shù)的變更，則繼續(xù)對該步驟的其它參數(shù)進行調(diào)整。

可選的，執(zhí)行該新的工藝菜單后，檢測刻蝕結(jié)果，假如發(fā)現(xiàn)該其它參數(shù)的調(diào)整的補償作用超出該氣壓參數(shù)的變更，則繼續(xù)對該步驟的其它參數(shù)進行調(diào)整。

可選的，采用光學(xué)發(fā)射光譜原位檢測技術(shù)對刻蝕終點進行監(jiān)測。

可選的，該工藝菜單中刻蝕步驟與沉積步驟采用不同的反應(yīng)氣體。

本發(fā)明還提供一種利用博世法進行刻蝕的方法，所述方法包括交替進行的刻蝕步驟和沉積步驟，其特征在于，所述刻蝕步驟與所述沉積步驟在同一氣壓值下進行。

本發(fā)明另提供一種利用博世法進行刻蝕的方法，包括設(shè)置工藝菜單的步驟與執(zhí)行該工藝菜單以進行刻蝕的步驟，所述工藝菜單中包含刻蝕步驟與沉積步驟；

其中，所述設(shè)置工藝菜單的步驟包括設(shè)置工藝參數(shù)的步驟，所述工藝參數(shù)包括可瞬變參數(shù)與漸變參數(shù)，在設(shè)置工藝參數(shù)的步驟中，將刻蝕步驟與沉積步驟的漸變參數(shù)設(shè)置為相同。

可選的，所述漸變參數(shù)包括反應(yīng)腔的氣壓。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于改善刻蝕終點監(jiān)測準(zhǔn)確性的一種實施方式的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

Bosch蝕刻方法的工藝特點通常會導(dǎo)致硅通孔的側(cè)壁上部及底部存在環(huán)型扇貝花紋 （scallop），扇貝花紋的尺寸在50nm～100nm左右，其會影響后續(xù)薄膜的沉積，形成缺陷， 導(dǎo)致電流泄露，最終影響到產(chǎn)品性能及可靠性。

通常有幾種措施可供選擇以改善扇貝花紋現(xiàn)象：第一種是在完成硅通孔蝕刻之后增加額外干法蝕刻步驟，對扇貝花紋進行處理；第二種是在硅通孔蝕刻之后，生長一層熱氧化層，然后去除該熱氧化層。然而此兩種方法效果并不理想，且有以下問題：對于增加額外干法蝕刻的方法，需要選擇合適的氣體和條件，且均勻性將變差，該方法對扇貝花紋現(xiàn)象的改善程度為20～30%；對于形成并去除熱氧化層的方法，需要額外的熱預(yù)算，特別是對主要是后端制程的三維封裝應(yīng)用范圍受到限制，且目前的結(jié)果并不理想，改善程度小于10%。

由于上述兩種方法成本高且改善效果不明顯，業(yè)界在實際生產(chǎn)中普遍會采用低成本的第三種措施：縮短每一刻蝕步驟和每一沉積步驟的執(zhí)行時長。大量的事實也一再表明：隨著刻蝕步驟與沉積步驟的時長變短，扇貝花紋的尺寸確實可大幅縮小。

穩(wěn)定性不佳的原因分析

然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，刻蝕步驟與沉積步驟所執(zhí)行時長的縮短也會導(dǎo)致一系列問題或者說使原本已存在的技術(shù)問題更加惡化：比如，刻蝕終點越來越難以準(zhǔn)確確定；又比如，刻蝕結(jié)果的穩(wěn)定性變得更差。盡管業(yè)界普遍認(rèn)為，刻蝕結(jié)果的不穩(wěn)定性、刻蝕終點監(jiān)測結(jié)果的不準(zhǔn)確性在很大程度上是由系統(tǒng)本身的復(fù)雜度決定的，而與刻蝕步驟、沉積步驟本身的執(zhí)行時長的相關(guān)性不大，但發(fā)明人卻持相反不同觀點，理由如下：

博世工藝的刻蝕步驟與沉積步驟雖是在同一反應(yīng)腔內(nèi)進行的，但它們所需的環(huán)境參數(shù)（比如，反應(yīng)腔氣壓、射頻源功率、通入的反應(yīng)氣體等）存在巨大差異，這使得從理想的刻蝕環(huán)境（指的是反應(yīng)腔的環(huán)境參數(shù)基本符合刻蝕步驟所需的參數(shù)要求）切換或轉(zhuǎn)換成理想的沉積環(huán)境（指的是反應(yīng)腔的環(huán)境參數(shù)基本符合沉積步驟所需的參數(shù)要求）的過程中，必然存在一個過渡階段，在該過渡階段，反應(yīng)腔的環(huán)境持續(xù)由適宜刻蝕轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜沉積。在上述過渡階段，聚合物沉積的速度是持續(xù)變化的（更準(zhǔn)確地講，是持續(xù)變大的），但其速度變化的快慢并無明顯的規(guī)律；在上述理想的沉積環(huán)境所持續(xù)存在的階段（以下簡稱“穩(wěn)定沉積階段”）內(nèi)，聚合物沉積的速度是所需的，也是大致恒定的。也就是說，在一個沉積步驟中，所沉積的聚合物的量（或者厚度）由兩部分（即，過渡階段所沉積的量、穩(wěn)定沉積階段所沉積的量）加總而成，其中，過渡階段所沉積的量是不固定的，也是沒法準(zhǔn)確預(yù)估的。

在通常情況（每一沉積步驟的執(zhí)行時間較長時）下，過渡階段所持續(xù)的時間會遠小于穩(wěn)定沉積階段所持續(xù)的時間，這就使得過渡階段所沉積的聚合物的量在該沉積步驟所形成的聚合物的總量中所占的比重很小，進而使得每一沉積步驟所形成的聚合物的量仍是大體穩(wěn)定/恒定的。然而，為抑制扇貝花紋而采取的大幅縮短沉積步驟的執(zhí)行時長這一措施，則會使得每一沉積步驟所形成的聚合物的量變得不穩(wěn)定。這是因為，在一個沉積步驟中，過渡階段的時長幾乎是恒定的或者是變化極小的，沉積步驟執(zhí)行時長的縮短會嚴(yán)重縮短穩(wěn)定沉積階段的時長，這使得過渡階段對沉積步驟的影響明顯加大（即，過渡階段所沉積的聚合物的量在該沉積步驟所形成的聚合物的總量中所占的比重較大），進而將過渡階段的不穩(wěn)定性傳導(dǎo)至沉積步驟（也就是說，一個沉積步驟所形成的聚合物的量相比于其它沉積步驟可能是明顯不同的）。

同樣的，從理想的沉積環(huán)境切換為理想的刻蝕環(huán)境也存在一個過渡階段，不同的是，在該過渡階段，反應(yīng)腔的環(huán)境持續(xù)由適宜沉積轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜刻蝕。在該過渡階段，刻蝕的速度是持續(xù)變化的，但其速度變化的快慢并無明顯的規(guī)律；在上述理想的刻蝕環(huán)境所持續(xù)存在的階段（以下簡稱“穩(wěn)定刻蝕階段”）內(nèi)，刻蝕的速度是所需的，也是大致恒定的。為抑制扇貝花紋而采取的大幅縮短刻蝕步驟的執(zhí)行時長這一措施，則會使得每一刻蝕步驟所去除物質(zhì)的量變得不穩(wěn)定。

由于每一刻蝕步驟和每一沉積步驟的作用結(jié)果均變得不穩(wěn)定，自然也會使得整個博世刻蝕工藝的結(jié)果變得不穩(wěn)定。

刻蝕終點監(jiān)測結(jié)果變得不準(zhǔn)確的原因分析

現(xiàn)有的刻蝕終點監(jiān)測設(shè)備通常是通過實時檢測反應(yīng)腔內(nèi)的參與反應(yīng)物或刻蝕副產(chǎn)物的存量的變化來判斷刻蝕終點的。反應(yīng)腔內(nèi)環(huán)境的變化（特別是反應(yīng)腔氣壓的變化）會嚴(yán)重影響到上述檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常而言，反應(yīng)腔內(nèi)氣壓越穩(wěn)定（比如，如前面所描述過的穩(wěn)定刻蝕階段或穩(wěn)定沉積階段）、穩(wěn)定的時間越長，越容易獲得精確的刻蝕終點。反之，假如反應(yīng)腔內(nèi)氣壓持續(xù)變化、且變化得無規(guī)律（比如，如前面所描述的過渡階段），就會導(dǎo)致很難判定出刻蝕終點，即便獲得刻蝕終點，其錯誤的幾率也很大。

為抑制扇貝花紋而采取的大幅縮短刻蝕步驟的執(zhí)行時長這一措施，使得環(huán)境不穩(wěn)定的過渡階段的時長顯著變長，環(huán)境穩(wěn)定的穩(wěn)定刻蝕階段的時長顯著縮短，這顯然有礙于獲取準(zhǔn)確的刻蝕終點。

發(fā)明人的改進思路及解決方案

由以上分析可知，上述問題產(chǎn)生的原因均在于，由刻蝕切換至沉積或由沉積切換至刻蝕的過程中，過渡階段所持續(xù)或占據(jù)的時間太長，或者說，過渡階段的時長占整個刻蝕步驟或整個沉積步驟的比重太大。并且，假如能夠大幅縮減甚或消除上述過渡階段，那么必然可大幅改善工藝結(jié)果的穩(wěn)定性和刻蝕終點監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

要從刻蝕步驟切換為沉積步驟或從沉積步驟切換為刻蝕步驟，反應(yīng)腔通常需經(jīng)歷幾個參數(shù)的變化，包括：（1）、需將反應(yīng)腔的氣體由一種反應(yīng)氣體（比如，刻蝕氣體）基本置換為另一種氣體（比如，沉積氣體）；（2）、需將反應(yīng)腔的腔內(nèi)氣壓由適宜沉積調(diào)整為適宜刻蝕或由適宜刻蝕調(diào)整為適宜沉積（刻蝕步驟的氣壓與沉積步驟的氣壓通常有較大差異）；（3）、將施加于反應(yīng)腔的射頻源功率（其用途是將反應(yīng)氣體解離為等離子體）由適宜刻蝕變更為適宜沉積，或由適宜沉積變更為適宜刻蝕；（4）、將施加于反應(yīng)腔的偏置源功率（其用途是控制帶電粒子運動的方向）由適宜刻蝕變更為適宜沉積，或由適宜沉積變更為適宜刻蝕。上述幾個變化通常是同時開始進行的。但是，參數(shù)（1）、（3）、（4）的調(diào)整速度遠快于參數(shù)（2）（即反應(yīng)腔氣壓）的調(diào)整速度。這決定了，加快在切換過程中反應(yīng)腔氣壓的調(diào)整速度必然可大幅縮減過渡階段的時長。

基于此，發(fā)明人提出以下解決方案：將博世刻蝕工藝中刻蝕步驟與沉積步驟的氣壓設(shè)置/設(shè)定/設(shè)計為相等，這樣就可大大降低過渡階段的時長，從而有效提高工藝結(jié)果的穩(wěn)定性和刻蝕終點監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。以下不同實施方式的檢測結(jié)果也充分驗證了上述功效。

實施方式1

本發(fā)明的實施方式1涉及一種改善博世法刻蝕工藝終點監(jiān)測準(zhǔn)確性的方法，該終點監(jiān)測可采用常用的光學(xué)發(fā)射光譜（OES）原位檢測技術(shù)或其它常規(guī)技術(shù)實施。所述改善終點監(jiān)測準(zhǔn)確性的方法，如圖1所示，包括：

步驟S1：獲取博世法刻蝕工藝的工藝菜單。

該工藝菜單可以是預(yù)先存取在刻蝕裝置內(nèi)、其有效性已經(jīng)驗證的工藝菜單，可通過該刻蝕裝置的操作界面調(diào)取、顯示該工藝菜單。后續(xù)步驟（如步驟S2、S3）對工藝菜單的更改、調(diào)整也均可通過該操作界面完成。

由于是博世法刻蝕工藝，該工藝菜單中至少存在交替往復(fù)的刻蝕步驟與沉積步驟。比如，從時刻T1時，采取措施M10、M11、M12等，以使反應(yīng)腔進入刻蝕步驟；從時刻T2時，停止措施M10、M11、M12等，并采取措施M20、M21、M22等，使反應(yīng)腔自刻蝕步驟切換為沉積步驟；從時刻T3起，停止措施M20、M21、M22等，并采取措施M10、M11、M12等，使反應(yīng)腔自沉積步驟切換為刻蝕步驟；以此順序來回往復(fù)，直至收到刻蝕終點監(jiān)測裝置發(fā)出的停止信號。其中，所采取的這些措施中，主要包括對反應(yīng)腔參數(shù)（或者說反應(yīng)腔環(huán)境參數(shù)）的調(diào)整或設(shè)置，比如，將反應(yīng)腔氣壓（以下“反應(yīng)腔氣壓”也可簡稱為“氣壓”）調(diào)整為某一特定值、以某一流速向反應(yīng)腔內(nèi)通入某一反應(yīng)氣體、將反應(yīng)腔的射頻源功率調(diào)整為某一特定值，以及將反應(yīng)腔的偏置源功率調(diào)整為某一特定值等。通常而言，該工藝菜單中刻蝕步驟與沉積步驟所采用的反應(yīng)氣體、反應(yīng)腔氣壓等均有巨大差異，以適應(yīng)不同反應(yīng)的需要。

步驟S2：更改工藝菜單中某些步驟的氣壓參數(shù)，以使該工藝菜單中刻蝕步驟與沉積步驟的氣壓相等。

通?？赏ㄟ^將工藝菜單中所有沉積步驟的反應(yīng)腔氣壓調(diào)整為與刻蝕步驟相同來實現(xiàn)，也可通過將工藝菜單中所有刻蝕步驟的反應(yīng)腔氣壓調(diào)整為與沉積步驟相同來實現(xiàn)。當(dāng)然，通過同時調(diào)整刻蝕步驟與沉積步驟的反應(yīng)腔氣壓也可使它們趨于相同。

步驟S3：對于氣壓參數(shù)被更改的步驟，調(diào)整工藝菜單中該步驟的其它參數(shù)，以補償其氣壓參數(shù)的更變。

氣壓參數(shù)的調(diào)整通常會對其所在步驟的結(jié)果帶來影響，比如，導(dǎo)致刻蝕速率變慢，或?qū)е鲁练e速率變快等。通過其它參數(shù)的相反調(diào)整可補償甚或消除該影響。通常，可通過調(diào)整該步驟的執(zhí)行時長來補償氣壓參數(shù)的變更，也可通過調(diào)整該步驟的射頻源功率來補償氣壓參數(shù)的變更，或者可通過同時調(diào)整該步驟的執(zhí)行時長和射頻源功率來補償氣壓參數(shù)的變更。另外，通常也要調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的流速（單位時間內(nèi)通入至反應(yīng)腔的流量）來平衡所述氣體參數(shù)的變更。

步驟S4：根據(jù)該更改氣壓參數(shù)和調(diào)整其它參數(shù)的步驟，獲得新的工藝菜單。

步驟S5：執(zhí)行該新的工藝菜單，以進行刻蝕。

另外，在執(zhí)行該新的工藝菜單后，可進一步檢測其刻蝕結(jié)果（即，觀察刻蝕最終所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)），假如發(fā)現(xiàn)該其它參數(shù)的調(diào)整未能完全補償該氣壓參數(shù)的變更，則繼續(xù)對該步驟的其它參數(shù)進行調(diào)整；假如發(fā)現(xiàn)該其它參數(shù)的調(diào)整的補償作用超出該氣壓參數(shù)的變更，則繼續(xù)對該步驟的其它參數(shù)進行反方向調(diào)整。

實施方式2

本發(fā)明的實施方式2涉及一種利用博世法進行刻蝕的方法，該刻蝕方法既可提高刻蝕結(jié)果的穩(wěn)定性，也方便刻蝕終點的監(jiān)測，從而可獲得更準(zhǔn)確的刻蝕終點。所述方法包括交替進行的刻蝕步驟和沉積步驟，其特征在于，所述刻蝕步驟與所述沉積步驟在同一氣壓值下進行。

實施方式2與實施方式1有很多的共同之處。因而，如何將它們的氣壓值調(diào)整為相同，以及如何對氣壓值的變更作出補償?shù)?，均可參考實施方?。

有必要補充一點，本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)作出改進的一個關(guān)鍵點是：大幅縮減過渡階段的時長。而過渡階段的時長是由變化最慢的參數(shù)決定的，具體到博世刻蝕工藝，就是由反應(yīng)腔氣壓的切換或變化速度決定的。通過使刻蝕步驟與沉積步驟的氣壓值保持恒定，自然可大大縮減過渡階段的時長。經(jīng)此改進后，過渡階段的時長通常會由反應(yīng)腔內(nèi)氣體的切換時間（因為它現(xiàn)在已是變化最慢的參數(shù)了）決定；這里所說的“反應(yīng)腔內(nèi)氣體的切換時間”指的是將反應(yīng)腔由充滿刻蝕氣體的狀態(tài)（更確切地講，是以刻蝕氣體為最主要部分的狀態(tài)）逐漸變換為充滿沉積氣體的狀態(tài)（更確切地講，是以沉積氣體為最主要部分的狀態(tài)）所需的時間，或是將反應(yīng)腔由充滿沉積氣體的狀態(tài)逐漸變換為充滿刻蝕氣體的狀態(tài)所需的時間。假如隨著刻蝕工藝的技術(shù)發(fā)展，需要在實施方式1、2的基礎(chǔ)上，進一步縮減過渡階段的時長，以進一步改善工藝結(jié)果的穩(wěn)定性和終點監(jiān)測的穩(wěn)定性，那么可通過優(yōu)化（或者說縮短）通氣和換氣的時間來實現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，一些縮短換氣時間的常用措施，如加大通氣速度、在MFC（Mass Flow Controller，質(zhì)量流量控制器）前設(shè)置氣體緩沖室等都可被應(yīng)用進來。

再說明一點，反應(yīng)腔內(nèi)氣壓的變化、反應(yīng)腔內(nèi)氣體種類及數(shù)量的轉(zhuǎn)化等之所以速度較慢，就在于反應(yīng)腔氣壓狀態(tài)、反應(yīng)腔內(nèi)氣體種類的狀態(tài)等均屬于漸變參數(shù)，即，只能因不斷的累積而變化，不會直接跳變。而施加在反應(yīng)腔的射頻源功率、偏置源功率卻可以是瞬變的。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然所述諸多實施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。