一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法技术

本发明专利技术公开了一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，通过对被刻蚀硅在每次刻蚀前进行两次钝化，并且第一钝化步骤是在高压条件下进行，第二钝化步骤是在低压高偏置功率的条件下进行；通过第一钝化步骤能够确保聚合物快速地分布在被刻蚀硅的开口侧壁上，通过第二钝化步骤能够确保聚合物均匀地分布在被刻蚀硅的开口底部。本发明专利技术公开的一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，通过在每次刻蚀钱进行两次钝化，能够确保聚合物均匀分布在被刻蚀硅的开口侧壁、底部，从而确保再次刻蚀后的硅侧壁不会出现条纹状或洞状的粗糙面，提高了刻蚀后的硅的侧壁光滑度。

Method for improving sidewall etching effect in high aspect ratio silicon etching

The invention discloses a high aspect ratio of silicon etching method for improving sidewall etching effect, by means of etching of silicon two passivation in each etching, and the first passivation step is carried out in the high pressure condition, the second step is a passivation in high power low voltage bias through the first; to ensure that the polymer passivation step quickly distributed in the open sidewall etching of silicon, through second steps to ensure that the passivation polymers homogeneously distributed in the bottom of the opening etching of silicon. A high aspect ratio of silicon etching method for improving sidewall etching effect is disclosed, the two passivation in each etching money, can ensure the uniform distribution in the polymer is opening sidewall and bottom etching of silicon, silicon so as to ensure that the side wall will not appear again after etching striped or rough surface the hole shape, improve the etched silicon sidewall smoothness.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体设备制造领域中的硅晶体各向异性刻蚀深度的方法，具体涉及一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法。
技术介绍
博世刻蚀（BoschProcess）广泛应用于TSV（throughsiliconvia）制造领域，主要由于BoschProcess的高硅刻蚀率、掩膜的选择性，用于3-D集成电路、3-D包装应用。然而，特别是在高压刻蚀工艺如深孔硅的刻蚀中，在刻蚀孔侧壁上从顶部到底部钝化的不均匀性。当刻蚀气体及沉积气体快速交换时，由于沉积气体具有极低的停留时间，沉积率在通道顶部较高，随着刻蚀通孔的向下延伸，只有较少的沉积气体能够到达底部。因此，在BoschProcess中，会由于钝化层分布不一致，很容易地在通道侧壁形成具有类似孔、洞或条纹形状，使得侧壁粗糙不平。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，通过对被刻蚀硅在每次刻蚀前进行两次钝化，并且第一钝化步骤是在高压条件下进行，第二钝化步骤是在低压高偏置功率的条件下进行；通过第一钝化步骤能够确保聚合物快速地分布在被刻蚀硅的开口侧壁上，通过第二钝化步骤能够确保聚合物均匀地分布在被刻蚀硅的开口底部。本专利技术公开的一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，通过在每次刻蚀钱进行两次钝化，能够确保聚合物均匀分布在被刻蚀硅的开口侧壁、底部，从而确保刻蚀后的硅侧壁不会出现条纹状或洞状的粗糙面，提高了刻蚀后的硅的侧壁光滑度。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，该方法包含多个重复执行的刻蚀周期，每个刻蚀周期包括：S1，刻蚀步骤，对硅进行刻蚀，在硅表面形成开口；S2，第一钝化步骤，在所述开口内充入聚合物气体，对该开口进行第一次钝化；在第一钝化步骤内，所述等离子处理装置内的上述混合气体具有所述第二气压处的同时，该等离子处理装置施加一个第二偏压功率后进行第一次钝化处理，使得所述开口侧壁上部的聚合物多于开口底部的聚合物；S3，第二钝化步骤；在第二钝化步骤内，上述混合气体具有第三气压的同时，所述等离子处理装置施加一个第三偏压功率，使得所述开口侧壁底部的聚合物能够多于开口顶部的聚合物；其中，第二气压大于所述第三气压，第二偏压功率小于第三偏压功率；S4，重复执行步骤S1-S3，直至对硅的刻蚀深度达到目标要求。所述步骤S1包含：将等离子处理装置内充满处理气体，采用第一气压、第一偏压功率，利用所述处理气体在硅表面进行刻蚀形成所述开口。所述第一钝化步骤周期的时长大于所述第二钝化步骤周期的时长。所述混合气体中稀释气体用于促进该混合气体中聚合物气体扩散及均匀地分布在所述开口的内壁及底部，并促进所述第一钝化步骤、所述第二钝化步骤的进行。所述混合气体中聚合物气体为碳氟化物气体。所述第三偏压功率为脉冲偏置功率，该第三偏压功率能够允许高的尖峰偏置功率并保持平均功率。所述第二气压设置的范围是90mT-160mT；所述第二偏压功率的范围是0-10W；所述第三气压设置的范围是60mT-90mT；所述第三偏压功率设置的范围是50-200W。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术公开的一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，通过对被刻蚀硅在每次刻蚀前进行两次钝化，并且第一钝化步骤是在高压条件下进行，第二钝化步骤是在低压高偏置功率的条件下进行；通过第一钝化步骤能够确保聚合物快速地分布在被刻蚀硅的开口侧壁上，通过第二钝化步骤能够确保聚合物均匀地分布在被刻蚀硅的开口底部。本专利技术公开的一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，通过在每次刻蚀钱进行两次钝化，能够确保聚合物均匀分布在被刻蚀硅的开口侧壁、底部，从而确保刻蚀后的硅侧壁不会出现条纹状或洞状的粗糙面，使得刻蚀后的硅顶部至底部的均匀性更好。附图说明图1为本专利技术一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法的整体流程示意图。图2为本专利技术一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法的装置示意图。图3为本专利技术一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法的实施例示意图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。本专利技术公开的一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法采用如图2所示的电感耦合型等离子处理装置。该电感耦合型等离子处理装置包括一个反应腔100，反应腔内包括一个基座120，基座内包括下电极。基座上方包括静电夹盘121，待处理的硅晶片122设置在静电夹盘121上。一个具有较低频率（如2Mhz~400Khz）的射频电源40通过一个匹配器50连接到下电极。反应腔100顶部包括一个绝缘材料制成的顶板，一个电感线圈70设置在绝缘材料顶板上方展开。一个射频电源60通过匹配电路80连接到电感线圈70的，电感线圈70的另一端接地。一个供气喷头90通过一个阀门95与反应气源设备110相连接。电感线圈70可以是渐开线形或者同心圆形，或者是内外分区的多种线圈形状的组合等等。射频电流从线圈70的输入端流入电感线圈从另一端流入接地端。如图1所示，一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，该方法包含多个重复执行的刻蚀周期，每个刻蚀周期包括：S1，刻蚀步骤，对硅进行刻蚀，在硅表面形成开口。将等离子处理装置内充满处理气体，采用第一气压、第一偏压功率，利用处理气体在硅表面进行刻蚀形成开口。本专利技术中，待刻蚀硅晶片122通过静电夹盘121设置在基座120上。处理气体通过反应气源设备110、阀门95及供气喷头90充入反应腔100内，通过射频电源40为硅晶片122表面进行刻蚀提供第一气压、第一偏置功率。在本步骤中，硅晶片122的表面经刻蚀后形成一个开口。本实施例中，第一气压设置为120mT、第一偏置功率设置为80W、刻蚀气体为SF6混合稀有气体（例如He气等）对硅晶片122进行刻蚀。S2，第一钝化步骤，在开口内充入聚合物气体，对该开口进行第一次钝化。等离子处理装置将聚合物气体与稀释气体混合后，将混合气体充入开口内。本专利技术中，将聚合物气体与稀释气体形成的混合气体通过反应气源设备110、阀门95及供气喷头90充入反应腔100内。本专利技术中，混合气体中聚合物气体为碳氟化物气体。混合气体中稀释气体用于促进该混合气体中聚合物气体扩散及均匀地分布在开口的内壁及底部，并促进步骤S2的第一钝化步骤、步骤S3的第二钝化步骤的进行。在第一钝化步骤内，等离子处理装置对上述气体施加第二气压进行第一次钝化处理，确保聚合物均匀分布在开口内的侧壁上。本专利技术中，步骤S2还包含：在第一钝化步骤内，等离子处理装置内的上述混合气体具有第二气压处的同时，该等离子处理装置施加一个第二偏压功率后进行第一次钝化处理，使得开口侧壁上部的聚合物多于开口底部的聚合物。本专利技术中，第二气压的范围是90mT-160mT；第二偏压功率的范围是0-10W。采用上述钝化电压，能够实现对步骤S1中形成的开口的侧壁快速地覆盖混合气体中的聚合物，提高了钝化效率。S3，第二钝化步骤。在第二钝化步骤内，等离子处理装置对上述混合气体施加第三气压。在第二钝化步骤内，上述混合气体具有第三气压的同时，等离子处理装置施加一个第三偏压功率，使得开口侧壁底部的聚合物能够多于开口顶部的聚合物；其中，第二气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，其特征在于，该方法包含多个重复执行的刻蚀周期，每个刻蚀周期包括：S1，刻蚀步骤，对硅进行刻蚀，在硅表面形成开口；S2，第一钝化步骤，在所述开口内充入聚合物气体，对该开口进行第一次钝化；在第一钝化步骤内，所述等离子处理装置内的上述混合气体具有所述第二气压处的同时，该等离子处理装置施加一个第二偏压功率后进行第一次钝化处理，使得所述开口侧壁上部的聚合物多于开口底部的聚合物；S3，第二钝化步骤；在第二钝化步骤内，上述混合气体具有第三气压的同时，所述等离子处理装置施加一个第三偏压功率，使得所述开口侧壁底部的聚合物能够多于开口顶部的聚合物；其中，第二气压大于所述第三气压，第二偏压功率小于第三偏压功率；S4，重复执行步骤S1‑S3，直至对硅的刻蚀深度达到目标要求。

【技术特征摘要】
1.一种在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，其特征在于，该方法包含多个重复执行的刻蚀周期，每个刻蚀周期包括：S1，刻蚀步骤，对硅进行刻蚀，在硅表面形成开口；S2，第一钝化步骤，在所述开口内充入聚合物气体，对该开口进行第一次钝化；在第一钝化步骤内，所述等离子处理装置内的上述混合气体具有所述第二气压处的同时，该等离子处理装置施加一个第二偏压功率后进行第一次钝化处理，使得所述开口侧壁上部的聚合物多于开口底部的聚合物；S3，第二钝化步骤；在第二钝化步骤内，上述混合气体具有第三气压的同时，所述等离子处理装置施加一个第三偏压功率，使得所述开口侧壁底部的聚合物能够多于开口顶部的聚合物；其中，第二气压大于所述第三气压，第二偏压功率小于第三偏压功率；S4，重复执行步骤S1-S3，直至对硅的刻蚀深度达到目标要求。2.如权利要求1所述的在高宽比硅刻蚀中用于提高侧壁刻蚀效果的方法，其特征在于，所述步骤S1包含：将等离子处理装置内充满处理气体，采用第一气压、第一偏压功率，利用所述处理气体在硅表面进行刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：周虎，王红超，严利均，刘身健，
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