一种深硅通孔的刻蚀方法技术

本发明专利技术提供一种深硅通孔的刻蚀方法，在硅衬底上形成掩膜层，采用交替进行的刻蚀步骤和聚合物沉积步骤刻蚀深硅通孔，其中，刻蚀步骤中通过第一组管道通入刻蚀气体，沉积步骤中通过第二组管道通入聚合物气体，所述刻蚀步骤结束后，关闭第一组管道的阀门，间隔一时间段之后，打开第二组管道的阀门；或者所述沉积步骤结束后，关闭第二组管道的阀门，间隔所述时间段之后，打开第一组管道的阀门，本发明专利技术通过控制阀门开闭时间来精确控制气体反应时间，并且随孔深增加而调节相应的刻蚀参数，以此来解决深孔刻蚀中随孔深增加刻蚀速率减弱的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种深硅通孔的刻蚀方法
本专利技术涉及深硅通孔的刻蚀方法，特别是一种随通孔深度增加而改进工艺参数的刻蚀方法。
技术介绍
硅通孔技术(TSV)为第4代封装技术，硅通孔技术(TSV，Through-Silicon-Via)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。TSV制作技术中首先应该做到的是刻蚀机台对不同材料刻蚀轮廓的控制。尽管可以笼统地认为TSV应用需要制作相对高的纵宽比(AspectRatio)，而业界对硅的深刻蚀原理和应用并不陌生，但是，实际上TSV对刻蚀的要求还是在许多方面超过了MEMS等应用领域。比如，被刻蚀材料的复杂程度、不同的3DIC的应用中TSV通孔的分布密度、尺寸(包括深度和直径)相当宽泛的分布等等。最佳的TSV技术必须能够满足轮廓控制(包括控制倾斜、斜差、侧壁粗糙度、底切度等)，同时又需要在工艺能力上具备灵活性，能够应对多种量级的通孔尺寸和各种多层材料，并具有高产量能力，能够处理300mm晶圆，具有工艺的重复性、实用性、可靠性，最后，还必须满足IC市场所要求的最好的性价比。中国专利公开号CN102031525A公开了一种深硅通孔的刻蚀方法，采用反应离子刻蚀的刻蚀步骤和聚合物沉积步骤，所述刻蚀步骤和聚合物沉积步骤交替进行，所述刻蚀步骤采用的气体中包括用于化学反应等离子刻蚀硅的第一气体和用于与硅反应形成硅化物保护膜的第二气体。使用该方法刻蚀形成TSV时，具有刻蚀效率高、TSV通孔侧壁光滑度好的特点。通常，在深刻蚀工艺中，采用刻蚀--沉积--刻蚀循环的工艺方法来进行深孔刻蚀。图1示出现有技术的深硅通孔刻蚀过程的流程图。如图1所示，其中，11为掩膜层，12为衬底硅，13为聚合物层。图1中显示了在深孔刻蚀中刻蚀步骤--聚合物沉积步骤--刻蚀步骤相互交替最后刻蚀形成孔洞的过程。图2示出现有技术的深硅通孔刻蚀过程中，反应腔室内刻蚀气体与聚合物气体变化的时序图。如图2所示，主要采用SF6气体来进行刻蚀步骤，采用C4F8气体来进行沉积步骤。由于每次的刻蚀和沉积的工艺参数都相同，但是随着孔深的增加，腔室内的其他工艺条件不变，气体要达到深孔底部的距离增加，因此刻蚀速率会降低，不能达到工艺预期。而且，工艺要求的气体反应时间通常很短，非常容易受到阀门时间误差之类的影响，无法保证气体反应时间的精确性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种深硅通孔的刻蚀方法，克服了现有技术的困难，通过控制阀门开闭时间来精确控制气体反应时间，并且随孔深增加而调节相应的刻蚀参数，以此来解决深孔刻蚀中随孔深增加刻蚀速率减弱的问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种深硅通孔的刻蚀方法，包括以下步骤：在硅衬底上形成掩膜层，采用交替进行的刻蚀步骤和聚合物沉积步骤刻蚀深硅通孔，其中，刻蚀步骤中通过第一组管道通入刻蚀气体，沉积步骤中通过第二组管道通入聚合物气体，所述刻蚀步骤结束后，关闭第一组管道的阀门，间隔一时间段之后，打开第二组管道的阀门；或者所述沉积步骤结束后，打开第一组管道的阀门，间隔所述时间段之后，关闭第二组管道的阀门；在所述时间段内调整刻蚀步骤中的轰击粒子的能量，所述刻蚀步骤中的轰击粒子的能量随硅通孔的深度增加而增强。优选地，所述刻蚀或者沉积步骤中的压强、射频功率以及刻蚀步骤的时间中的至少一项，随硅通孔的深度增加而改变。优选地，所述刻蚀或者沉积步骤中的压强随硅通孔的深度增加而减小，结束刻蚀时候的压力比初始刻蚀时候的压力减少5％至20％。优选地，所述刻蚀或者沉积的射频功率随硅通孔的深度增加而增加，结束刻蚀时候的射频功率比初始刻蚀时候的射频功率增加10％至30％。优选地，所述刻蚀步骤的时间随硅通孔的深度增加而增加，刻蚀结束时候的刻蚀步骤的时间比初始刻蚀时候的刻蚀步骤时间增长5％至20％。优选地，所述时间段为20毫秒至100毫秒。优选地，所述时间段为第一组管道或者第二组管道的阀门开关时间。优选地，所述时间段为第一组管道和第二组管道的阀门开关时间的平均值。优选地，所述第一组管道通入的气体包括SF6、NF3中的一种以及CO2、CO、NO、N2中的一种。优选地，所述第二组管道通入的气体包括C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2中的一种或任意几种的组合。与现有技术相比，本专利技术的深硅通孔的刻蚀方法通过控制阀门开闭时间来精确控制气体反应时间，并且随孔深增加而调节相应的刻蚀参数，以此来解决深孔刻蚀中随孔深增加刻蚀速率减弱的问题。每次刻蚀的通孔增加的深度都相同，且达到了预期的要求，没有因为通孔深度的增加而减弱刻蚀速率，最后得到的刻蚀深孔完全满足工艺要求。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出现有技术的深硅通孔刻蚀过程的流程图；图2示出现有技术的深硅通孔刻蚀过程中，反应腔室内刻蚀气体与聚合物气体变化的时序图；图3示出根据本专利技术的一个具体实施方式的，本专利技术的一种深硅通孔的刻蚀方法的流程图；以及图4示出根据本专利技术的一个具体实施方式的，本专利技术中的一种深硅通孔的刻蚀方法过程中，反应腔室内刻蚀气体与聚合物气体变化的时序图。附图标记11掩膜层12衬底硅13聚合物层Δt时间段具体实施方式本领域技术人员理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本专利技术的实质内容，在此不予赘述。本专利技术提供了一种深硅通孔的刻蚀方法，在硅衬底上形成掩膜层，采用交替进行的刻蚀步骤和聚合物沉积步骤刻蚀深硅通孔，其中，刻蚀步骤中通过第一组管道通入刻蚀气体，沉积步骤中通过第二组管道通入聚合物气体，所述刻蚀步骤结束后，关闭第一组管道的阀门，间隔一时间段之后，打开第二组管道的阀门；或者所述沉积步骤结束后，打开第一组管道的阀门，间隔所述时间段之后，关闭第二组管道的阀门。本专利技术通过控制阀门开闭时间来精确控制气体反应时间，以此避免阀门时间误差之类的影响，保证气体反应时间的精确性。为了进一步解决随着孔深的增加，深孔底部的受刻蚀的情况会逐渐减弱，不能达到工艺预期的问题，本专利技术采用了随孔深增加而调节相应的刻蚀参数的方式，具体表现为：所述刻蚀步骤中等离子体刻蚀的强度随硅通孔的深度变化而变化。在所述时间段内调整刻蚀步骤中的轰击粒子的能量，所述刻蚀步骤中的轰击粒子的能量随硅通孔的深度增加而增强。所述刻蚀或者沉积步骤中的压强、射频功率以及刻蚀步骤的时间中的至少一项，随硅通孔的深度增加而改变。所述刻蚀步骤中的轰击粒子的能量随硅通孔的深度增加而增强。在这个过程中，压强随硅通孔的深度增加而减小的方式可以是线性的，或是非线性的均可，根据实际刻蚀工艺的要求或是孔深变化对刻蚀速率的影响而定。所述刻蚀或者沉积步骤中的压强随硅通孔的深度增加而减小，结束刻蚀时候的压力比初始刻蚀时候的压力减少5％至20％。在这个过程中，压强随硅通孔的深度增加而减小的方式可以是线性的，或是非线性的均可，根据实际刻蚀工艺的要求或是孔深变化对刻蚀速率的影响而定。同样地，刻蚀或者沉积的射频功率随硅通孔的深度增加而增加，结束刻蚀时候的射频功率比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深硅通孔的刻蚀方法，包括以下步骤：在硅衬底上形成掩膜层，采用交替进行的刻蚀步骤和聚合物沉积步骤刻蚀深硅通孔，其中，刻蚀步骤中通过第一组管道通入刻蚀气体，沉积步骤中通过第二组管道通入聚合物气体，其特征在于：所述刻蚀步骤结束后，关闭第一组管道的阀门，间隔一时间段之后，打开第二组管道的阀门；或者所述沉积步骤结束后，关闭第二组管道的阀门，间隔所述时间段之后，打开第一组管道的阀门；在所述时间段内调整刻蚀步骤中的轰击粒子的能量，所述刻蚀步骤中的轰击粒子的能量随硅通孔的深度增加而增强。

【技术特征摘要】
1.一种深硅通孔的刻蚀方法，包括以下步骤：在硅衬底上形成掩膜层，采用交替进行的刻蚀步骤和聚合物沉积步骤刻蚀深硅通孔，其中，刻蚀步骤中通过第一组管道通入刻蚀气体，沉积步骤中通过第二组管道通入聚合物气体，其特征在于：所述刻蚀步骤结束后，关闭第一组管道的阀门，间隔一时间段之后，打开第二组管道的阀门；或者所述沉积步骤结束后，打开第一组管道的阀门，间隔所述时间段之后，关闭第二组管道的阀门；在所述时间段内调整刻蚀步骤中的轰击粒子的能量，所述刻蚀步骤中的轰击粒子的能量随硅通孔的深度增加而增强；所述刻蚀或者沉积步骤中的压强、射频功率以及刻蚀步骤的时间中的至少一项，随硅通孔的深度增加而改变；所述刻蚀或者沉积步骤中的压强随硅通孔的深度增加而减小，结束刻蚀时候的压力比初始刻蚀时候的压力减少5％至20％。2.如权利要求1所述的深硅通孔的刻蚀方法，其特征在于：所述刻蚀或者沉积的射频功率随硅通孔的深度增加而增加，结束刻蚀时候的射频功率比初始刻蚀时候的射频功率增加10...

【专利技术属性】
技术研发人员：严利均，倪图强，
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：上海;31