一种具有倾斜侧壁刻蚀孔的刻蚀方法技术

本发明专利技术提供一种具有倾斜侧壁的刻蚀孔刻蚀方法，所述刻蚀方法用于刻蚀的基片上依次形成有刻蚀停止层、刻蚀目标层和掩膜层，将待刻蚀基片放入等离子反应腔后以所述掩膜层为掩膜，以第一刻蚀工艺刻蚀目标材料层，形成刻蚀孔垂直于下方刻蚀停止层的刻蚀孔；以第二刻蚀工艺刻蚀去除所述掩膜层；以第三刻蚀工艺刻蚀所述去除掩膜层后的目标材料层，直到所述形成修正后的刻蚀孔，修正后的刻蚀孔侧壁与所述下方刻蚀停止层平面形成的夹角小于80度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体处理领域，尤其涉及一种对硅基片进行刻蚀获得具有倾斜侧壁的刻蚀孔刻蚀方法。 
技术介绍
半导体制造
中，在MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）和3D封装技术等领域，通常需要对硅等材料进行深刻蚀孔刻蚀。例如，在晶体硅刻蚀技术中，深硅刻蚀孔(Through-Silicon-Via，TSV)的深度达到几百微米、其深宽比甚至远大于10，通常采用深反应离子刻蚀方法来刻蚀体硅形成。所述的硅材料主要是单晶硅。在完成刻蚀后还有向刻蚀形成的孔或槽中填充导体材料如铜，填充方法可以是利用化学气相沉积（CVD）或者物理气象沉积（PVD）过程。由于上述沉积的铜材料是从上向下沉积的，所以刻蚀形成的TSV孔洞开口形状最佳需要梯形开口，有些场合这个梯形开口还要求要求刻蚀孔侧壁与倾斜的程度很大，比如需要使侧壁平面与刻蚀孔下方的刻蚀停止层平面之间的角度θ在45度到80度之间，如70度。 现有典型的刻蚀技术是利用交替进行的刻蚀-沉积步骤对硅进行快速刻蚀，这一刻蚀方法又叫Bosch刻蚀法。在采用bosch刻蚀法进行蚀刻时，可以通过在刻蚀过程中随着刻蚀深度的增加逐渐改变参数如：气压、气体成分、射频功率等获得一个向下开口逐渐变小的刻蚀孔。但是采用上述方式只能获得较小范围的倾斜角度，其侧壁平面与刻蚀孔下方的刻蚀停止层平面之间的角度θ通常只能在80-95゜之间。而且采用这种方法会在侧壁形成很多条纹导致刻蚀孔侧壁粗糙度很高。专利US2008061029对传统的Bosch刻蚀方法进行了改进，在向下刻蚀中在插入部分短时间的沉积步骤，最终获得所需要的刻蚀孔，但是由于这些刻蚀和沉积步骤任然是交替进行的，所以侧壁仍然存在很多高低不平的环状纹路，这些纹路会在进行后续的导体材料沉积步骤中影响最终器件的特性。而且为了获得所需要的刻蚀形貌也使整个控制较为 复杂。US2002166838介绍了另一种刻蚀形成倾斜侧壁刻蚀孔的办法。首先垂直向下刻蚀，然后使掩膜层刻蚀孔扩大，再进行下一个循环的垂直向下刻蚀和掩膜层扩大的循环。要获得垂直向下刻蚀的效果就会牺牲刻蚀速率，所以这种方法的刻蚀速率会很慢。要精确控制每一个循环中掩膜层孔洞扩大的幅度和形态也需要精确控制所有加工参数，所以该专利的垂直-扩大开口循环中每一步都需要精确控制，不仅速度慢而且控制难度大。同时这种方法刻蚀会在侧壁形成很多台阶状的环，所以侧壁光滑度也很差，要获得最终的光滑的侧壁就需要额外的步骤来消除这些台阶，而这又进一步降低了整体的加工效率。所以业界需要一种简单有效的刻蚀方法获得较佳的刻蚀形貌。 
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种深孔硅刻蚀方法形成具有倾斜侧壁的刻蚀孔。本专利技术实现具有倾斜侧壁的刻蚀孔刻蚀方法，包括：基片上依次形成一层刻蚀停止层、一层待刻蚀的目标材料层和一层图形化的掩膜层；以所述掩膜层为掩膜，以第一刻蚀工艺刻蚀目标材料层，形成刻蚀孔与下方刻蚀停止层形成第一夹角；以第二刻蚀工艺刻蚀去除所述掩膜层；以第三刻蚀工艺刻蚀所述去除掩膜层后的目标材料层，直到所述形成修正后的刻蚀孔，修正后的刻蚀孔侧壁与所述下方刻蚀停止层平面形成的第二夹角小于80度。其中目标材料层为晶体硅，第一刻蚀工艺为：交替通入刻蚀气体和聚合物形成气体直到形成第一深度的刻蚀孔；第二刻蚀工艺是通入含氧气体并形成等离子体；第三刻蚀工艺是通入刻蚀气体SF6和O2，SF6气体流量大于O2流量。 刻蚀停止层选自晶体硅、氮化硅、氧化硅之一或者也可以是有机材料层构成的填充物。 其中第一夹角大于85度小于95度，刻蚀孔侧壁与所述下方刻蚀停止层平面的第二夹角大于45度小于80度。第一刻蚀工艺形成的垂直刻蚀孔深度大于10um（如40-70um）且大于等于所述第三刻蚀工艺形成的修正后的刻蚀孔深度。 另一种本专利技术的实现方法：形成刻蚀孔与下方刻蚀停止层的刻蚀孔形成第一夹角，所述刻蚀孔具有第一口径；以第二刻蚀工艺刻蚀去除所述第一刻蚀孔周围掩膜层，使掩膜层上开口具有第二口径，所述第二口径大于第一口 径； 以第三刻蚀工艺刻蚀所述去除掩膜层后的目标材料层，直到所述形成修正后的刻蚀孔，修正后的刻蚀孔侧壁与所述下方刻蚀停止层平面形成的第二夹角小于80度，去除目标材料层上方的剩余掩膜层。 本专利技术所适用的刻蚀目标材料层为绝缘材料层或有机材料层，且所述刻蚀孔深度大于10um。所述修正后的刻蚀孔顶部包括一个台阶状刻蚀环围绕在刻蚀孔上端。所述第一夹角大于85度小于95度，刻蚀孔侧壁与所述下方刻蚀停止层平面的第二夹角大于45度小于80度。 通过本专利技术的多步法完成具有大角度倾斜侧壁的深孔刻蚀，不仅可以具有更快的刻蚀速率，控制方法简单而且刻蚀形成的刻蚀孔的侧壁非常光滑适合下一步的导体材料沉积等加工步骤。 附图说明图1a为本专利技术刻蚀方法第一步形成直孔的深硅刻蚀孔的整体示意图； 图1b为本专利技术刻蚀方法第二步去除掩膜层的示意图； 图1c为专利技术刻蚀方法第三步完成对整个刻蚀孔侧壁和顶面的修正后形成的深硅刻蚀孔示意图； 图2a为本专利技术第二实施例刻蚀方法第二步完成后示意图； 图2b为本专利技术第二实施例刻蚀方法第三步完成后示意图； 图3为本专利技术刻蚀方法完成后实际产品剖面图。 具体实施方式以下结合图1a～c，通过优选的具体实施例，详细说明本专利技术。 相对于现有技术一次性完成向下刻蚀和侧壁形貌的控制，本专利技术采用分步骤的方法分别完成向下刻蚀和侧壁形貌修正。如图1a所示为本专利技术刻蚀方法第一步形成直孔的深硅刻蚀孔的整体示意图。本专利技术刻蚀目标层20为晶体硅层，硅层上方是掩膜层20，掩膜层可以是传统的光刻胶（PR）材料也可以是其它有机材料的掩膜层。晶体硅层10下方是刻蚀停止层30。刻蚀停止层可以是与硅材料不同的材料层如SiO2、SiN，或者有机材料制成的胶体或者其它填充物，也可以是与硅材料相同的材料层。对硅材料的刻蚀进行到一定深度（停止层30处）时停止刻蚀。 本专利技术所述刻蚀孔不仅包括具有圆形或多边形外壁的刻蚀孔（Via），也包括刻蚀形成的长条形的槽（trench）。为了表述的方便下，文中均以刻蚀孔指代这种在目标材料层上刻蚀并形成剖面具有纵长性孔洞的刻蚀结构。 形成图1所示的垂直侧壁的开口可以采用业内广泛采用的Bosch刻蚀法，将待刻蚀基片放入等离子反应腔后交替进行等向性刻蚀和侧壁保护，多个刻蚀-保护周期之后达到所需要的刻蚀深度。在刻蚀步骤中反应腔的气压可以是100mT，源射频功率是2000W，基座内的偏置射频源的功率可以是100W，通入500sccm的SF6气体并持续1.5秒；侧壁保护步骤中，反应腔内气压可以是50mT，源射频功率为2000Ws，偏置射频源的功率为25Wb，通入200sccm的氟碳化合物气体，持续1秒。也可以是用非Bosch刻蚀法，同时通入刻蚀气体SF6和保护气体氟碳化合物，从掩膜处一直刻蚀到所需的深度。 在完成第一步刻蚀形成垂直侧壁的刻蚀孔后，通入含氧气体去除掩膜层20形成如图1b所示的结构。所述去除掩膜层如光刻胶也可以用湿法对光刻胶层进行去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有倾斜侧壁的刻蚀孔的刻蚀方法，所述刻蚀方法用于刻蚀基片，所述基片上包括依次叠层的一层刻蚀停止层（30），一层待刻蚀的目标材料层（10）和一层图形化的掩膜层（20），所述刻蚀方法包括：以所述掩膜层（20）为掩膜，以第一刻蚀工艺刻蚀目标材料层，形成刻蚀孔与下方刻蚀停止层（30）形成第一夹角；以第二刻蚀工艺刻蚀去除所述掩膜层（20）；以第三刻蚀工艺刻蚀所述去除掩膜层后的目标材料层，直到所述形成修正后的刻蚀孔，修正后的刻蚀孔侧壁与所述下方刻蚀停止层平面形成的第二夹角小于80度。

【技术特征摘要】
1.一种具有倾斜侧壁的刻蚀孔的刻蚀方法，所述刻蚀方法用于刻蚀基片，
所述基片上包括依次叠层的一层刻蚀停止层（30），一层待刻蚀的目标材
料层（10）和一层图形化的掩膜层（20），所述刻蚀方法包括：
以所述掩膜层（20）为掩膜，以第一刻蚀工艺刻蚀目标材料层，形成
刻蚀孔与下方刻蚀停止层（30）形成第一夹角；
以第二刻蚀工艺刻蚀去除所述掩膜层（20）；
以第三刻蚀工艺刻蚀所述去除掩膜层后的目标材料层，直到所述形成
修正后的刻蚀孔，修正后的刻蚀孔侧壁与所述下方刻蚀停止层平面形成的
第二夹角小于80度。
2.如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述目标材料层为晶体硅。
3.如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述修正后的刻蚀孔侧壁
与所述下方刻蚀停止层平面的第二夹角大于45度小于80度。
4.如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一夹角大于85度小
于95度。
5.如权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述的刻蚀停止层（30）选
自晶体硅、氮化硅、氧化硅之一。
6.如权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀停止层为有机材料
层构成的填充物。
7.如权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀工艺为：交替
通入刻蚀气体和聚合物形成气体直到形成第一深度的刻蚀孔；第二刻蚀工
艺是通入含氧气体并形成等离子体或者放入含氧化剂的光刻胶去除溶液。
8.如权利要求7所述的刻蚀方法，其特征在于所述第三刻蚀工艺是通入刻蚀
气体SF6和O2，SF6气体流量大于O2流量。
9.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：石刚，刘翔宇，许颂临，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：