專利名稱：一種深硅通孔的刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Icon Etching, RIE)技術(shù)，尤其涉及一種深硅通孔的(Through-Silicon-Via，TSV)刻蝕方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域中，在MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系 統(tǒng))和3D封裝技術(shù)等領(lǐng)域，通常需要對硅等材料進行深通孔刻蝕。例如，在體硅刻蝕技術(shù) 中，深硅通孔(Through-Silicon-Via，TSV)的深度達到幾百微米、其深寬比甚至遠大于10， 通常采用反應(yīng)離子刻蝕方法來刻蝕體硅形成。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的深硅通孔的刻蝕方法示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)中，TSV的反應(yīng)離 子刻蝕通常采用美國專利US5501893提出的Bosch工藝進行。如圖1所示，其中，12為襯底 硅，11為掩膜層，13為聚合物層；掩膜層11通常為SiO2或者Si3N4，主要在刻蝕過程起掩膜 作用。具體反應(yīng)離子刻蝕方法包括以下步驟(1)刻蝕步驟，通常用Ar、SF6&混合氣體進行 等離子體刻蝕，；⑵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，有時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，從而保證了整個孔洞刻蝕過程的 各向異性。特別是在刻蝕過程中，采用電感耦合等離子體源(Inductive Coupled Plasma, CCP)技術(shù)，可以加快在垂直方向的刻蝕速度，各向異性特性更好。但是，采用圖1所示的方法刻蝕TSV時，在某一個刻蝕步驟時，在步驟中刻蝕形成 的深度范圍內(nèi)，其側(cè)壁是并沒有通過聚合物沉積步驟形成的聚合物來保護的，因此，對于單 獨的一個刻蝕步驟內(nèi)，其刻蝕是各向同性的?，F(xiàn)有技術(shù)的TSV刻蝕方法中，一般通過設(shè)置每 個刻蝕步驟時間為比較短(例如2秒鐘)，刻蝕深度也小于1 μ m,因為刻蝕步驟內(nèi)是各相同 性刻蝕所以單個刻蝕步驟的刻蝕深度越大則側(cè)壁的凹口也會越大，為了使整體刻蝕是各向 異性的，在完成一次刻蝕步驟后馬上切換進行一次聚合物沉積步驟，這樣，整體上使刻蝕過 程表現(xiàn)為各向異性。這樣的方法存在的弊端是(1)每個刻蝕步驟時間短，刻蝕步驟和聚合 物沉積步驟切換頻率高，刻蝕步驟的時間常常少于整個TSV刻蝕過程的時間的一半，刻蝕 的效率比較低，TSV刻蝕的速率也相對較低；(2)由于每個單獨的刻蝕步驟是相對各向同性 的，所以每個刻蝕步驟形成的側(cè)壁會形成弧形狀，刻蝕步驟和聚合物沉積步驟的交替處，會 形成一個小突起(高度約為200-500埃)，從而使DRIE刻蝕形成的TSV具有如圖1所示的 “扇形(Scalloping) ”側(cè)壁，降低深通孔的側(cè)壁的光滑度。除了上述Bosch刻蝕方法，現(xiàn)有技術(shù)還存在單步刻蝕方法，在用刻蝕氣體如SF6等 實現(xiàn)刻蝕的同時提供側(cè)壁保護氣體如聚合物沉積氣體C4F8或少量氧氣。采用單步刻蝕方 法由于一次刻蝕步驟要刻蝕的硅片的深度達到幾百微米，刻蝕孔的深寬比(aspect ratio) 大于20甚至100，所以要在一個刻蝕步驟中實現(xiàn)深孔硅的刻蝕必須要對側(cè)壁提供足夠的保護。對側(cè)壁更多的保護就會顯著的降低硅的刻蝕速度，同時側(cè)壁保護氣體如C4F8等會在側(cè) 壁積累，刻蝕時間越久積累越多，會在刻蝕硅孔的開口部位形成很厚的堆積層影響反應(yīng)氣 體的進入進一步降低了刻蝕速率。單步刻蝕方法需要在一個刻蝕過程中同時實現(xiàn)刻蝕要并 且保證在很長的刻蝕時間內(nèi)對側(cè)壁的保護，但是隨著刻蝕深度的增加聚合物的積累和刻蝕 速度的降低都會影響最終的表現(xiàn)，用單步刻蝕法很難實現(xiàn)高速刻蝕又對側(cè)壁進行足夠的保 護。所以工業(yè)界迫切需要一種簡單易行的既能實現(xiàn)快速刻蝕深孔硅又能保證刻蝕硅孔的側(cè) 壁足夠光滑的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提高深硅通孔的刻蝕效率并避免刻蝕所形成的深硅 通孔的“扇形”側(cè)壁出現(xiàn)。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的在電容耦合等離子反應(yīng)腔中進行深硅通孔的 刻蝕方法，包括采用反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕步驟和聚合物沉積步驟，所述刻蝕步驟和聚合物 沉積步驟交替進行，其特征在于，所述刻蝕步驟采用的氣體中包括用于化學(xué)反應(yīng)等離子刻 蝕硅的第一氣體和用于與硅反應(yīng)形成硅化物保護膜的第二氣體。根據(jù)本發(fā)明提供的深硅通孔的刻蝕方法，其中，所述聚合物沉積步驟采用的氣體 中包括用于離子反應(yīng)形成聚合物的第三氣體。所述第一氣體為SF6、NF3中的一種。所述第 二氣體為02、C02、N0、N2中的一種，或者為02、C02、N2的任何組合。所述第二氣體為O2時，硅 化物保護膜包括硅碳化合物、硅氧化合物和硅碳氧化合物。所述第二氣體為N2和O2的混合 氣體時，隊和02的氣體流量比為10 1，硅化物保護膜包括硅氮化合物、硅氧化合物和硅氮 氧化合物。根據(jù)本發(fā)明提供的深硅通孔的刻蝕方法，其中，所述第一氣體和第二氣體的氣體 流量比范圍為SF6 :300-500sccm, CO2 :400-600sccm刻蝕步驟的反應(yīng)離子刻蝕射頻功率條 件為1500W，600MHz，所述聚合物沉積步驟的射頻功率條件為1500W，60MHz或者2500W， 2MHz?？涛g步驟的反應(yīng)離子刻蝕氣壓條件為300mtorr或200-600mtorr，所述聚合物沉積 步驟的氣壓條件為300-450mtorr所述刻蝕步驟采用電容耦合等離子體源技術(shù)。所述刻蝕 步驟采用的氣體還包括氬。作為較佳技術(shù)方案，所述刻蝕步驟采用的氣體包括用于離子反應(yīng)形成聚合物的第 三氣體。所述第一氣體、第二氣體和第三氣體的氣體流量通過流量控制器控制。所述第三 氣體為c4F8、C4F6,CHF3、CH2F2中的一種。所述聚合物沉積步驟采用的氣體還包括氬。本發(fā)明的技術(shù)效果是，通過在刻蝕步驟中通入用于與硅反應(yīng)形成硅化物保護膜的 第二氣體，在第一氣體化學(xué)反應(yīng)離子刻蝕硅的同時，形成的硅化物保護膜覆蓋于已經(jīng)形成 的TSV的側(cè)壁，有利于提高刻蝕步驟中分別對底部和對側(cè)壁的刻蝕速率比，使刻蝕步驟各 向異性特性更好，從而可以延長每一步刻蝕步驟的時間。因此，使用該方法刻蝕形成TSV 時，具有刻蝕效率高、TSV通孔側(cè)壁光滑度好的特點。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的深硅通孔的刻蝕方法示意圖；圖2是本發(fā)明提供的第一實施例TSV刻蝕方法的流程示意圖3是本發(fā)明提供的第二實施例TSV刻蝕方法的流程示意圖。圖4是本發(fā)明具體實施例的刻蝕效果示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步 的詳細描述。圖2所示為本發(fā)明提供的第一實施例TSV刻蝕方法的流程示意圖。該第TSV刻蝕 方法中，用于對體硅進行刻蝕，具體要求刻蝕形成的TSV通孔的深度、寬度、孔徑等形狀參 數(shù)不受本發(fā)明限制，其可以根據(jù)不同工藝條件要求確定。在該實施例中，用于刻蝕60 μ m深 的TSV通孔。以下結(jié)合具體步驟對圖2所示第一實施例TSV刻蝕方法進行詳細說明。步驟101，刻蝕步驟通入SF6、CO2和Ar，對體硅進行反應(yīng)離子刻蝕。在該步驟中，采用反應(yīng)離子刻蝕對體硅進行刻蝕，體硅上存在如圖1的11所示的 掩膜層，用于對TSV進行構(gòu)圖。在該具體實施例中，刻蝕反應(yīng)腔采用電容耦合等離子體源技 術(shù)，由于電容耦合型反應(yīng)腔(CCP)氣壓相比電感耦合型反應(yīng)腔(ICP)比較高，大約有幾百 mtorr而電感耦合型只有幾十mtorr，所以在CCP反應(yīng)腔中頻繁切換的刻蝕步驟和反應(yīng)氣體 會花去更多時間來實現(xiàn)反應(yīng)氣體的置換。該發(fā)明的著重點在于刻蝕步驟的刻蝕氣體的選 擇，因此，對于刻蝕步驟的其它工藝條件不作詳細描述，其與傳統(tǒng)的Bosch工藝刻蝕TSV的 方法類似。我們定義SF6為用于化學(xué)反應(yīng)等離子體刻蝕硅的第一氣體。在該實施例中選擇 第一氣體為SF6,但并不限于此，第一氣體還可以是順3等。CO2氣體在等離子體作用下分解 形成C等離子體和0等離子體，C等離子體和0等離子體會與表面的硅作用，在硅表面形成 硅碳化合物(SiC)、硅氧化合物(SiO)和硅碳氧化合物(SiCO)的硅化物保護膜，在該實施 例中，硅化物保護膜中的主要成分是硅碳氧化合物。因此，我們定義CO2為刻蝕步驟中的用 于形成硅化物保護膜的第二氣體。在該實施例中第二氣體選擇為CO2,但并不限于此，第二 氣體還可以是CO、02、CO2, NO, N2的組合，例如，第二氣體選擇為N2和O2的混合氣體，N2和 O2的氣體流量比為10 1，此時形成的硅化物保護膜中包括硅氮化合物(SiN)、硅氧化合物 (SiO)和硅氮氧化合物(SiNO)。在其它具體實施例中，第二氣體一般不單獨選擇為O2、或者 一般不選擇大量的O2，這是因為O2作為第二氣體時，其與硅反應(yīng)的靈敏度高，其形成的硅化 物保護膜成分及厚度等難以控制?？涛g過程中，由于CO2這種第二氣體的存在，會在形成的 TSV的側(cè)壁形成納米級厚度的側(cè)壁保護層(形成于TSV底部的硅化物保護膜在垂直大功率 等離子體的刻蝕作用下馬上會去除掉)，即硅化物保護膜。這種硅化物保護膜能使第一氣 體產(chǎn)生的F等離子不會對其內(nèi)側(cè)壁產(chǎn)生刻蝕效果、或者大大減弱對側(cè)壁的刻蝕效果，這是 有由于這種硅化物保護膜相對于硅是不易于被第一氣體產(chǎn)生的等離子體所化學(xué)反應(yīng)刻蝕。 例如在該實施例中，刻蝕步驟中，垂直方向和側(cè)壁方向的刻蝕速率比可以達到100 1。因 此，CO2等第二氣體的存在能大大降低刻蝕步驟中對側(cè)壁的刻蝕，使該刻蝕步驟區(qū)域各向異 性，每個刻蝕步驟形成TSV的側(cè)壁相對垂直而不呈弧形狀。Ar氣體是一般反應(yīng)離子刻蝕 過程中都通入的氣體，其具體流量范圍不受本發(fā)明限制。在該實施例中，SF6的第一氣體與 CO2的第二氣體的氣體流量SF6為450sccm，C02為600sccm，Ar可以為300sccm，氣壓參數(shù)為 200-500mtorro步驟102，停止通入SF6、CO2,刻蝕步驟終止。
在該步驟中，可以通過MFC (Mass Flow Control，流量控制器)分別控制SF6、C02、 Ar的氣體流量，刻蝕步驟終止前，由于本發(fā)明實施例中刻蝕步驟具有很好的各向異性所以 不需要相現(xiàn)有技術(shù)那樣頻繁的進行刻蝕和聚合物沉積步驟的交替以保證側(cè)壁的扇形的深 度在可接受的范圍內(nèi)。所以本發(fā)明的刻蝕步驟執(zhí)行時間可以很長，刻蝕步驟維持的時間 (一般為5-30秒)相對于現(xiàn)有技術(shù)的Bosch工藝步驟中的刻蝕步驟時間(一般為1-5秒) 大大延長，因此，在該實施例中，一個刻蝕步驟可以完成TSV的10-15 μ m的深度的刻蝕。如 圖4所示，刻蝕形成的空洞的側(cè)壁是垂直的，與掩膜層110的垂直度基本一致，且由于對襯 底硅120向下刻蝕的速度遠大于向側(cè)壁的刻蝕速度(100 1)所以每個刻蝕步驟可以完成 比現(xiàn)有Bosch方法的1 μ m更深的深度比如大于2. 5 μ m或3 μ m達到同等深度的刻蝕也可 以用更少的刻蝕_沉積周期減少氣體切換次數(shù)，同時還能滿足對側(cè)壁光滑度的要求。每一 步的刻蝕深度可以根據(jù)具體產(chǎn)品加工需要自行選擇。步驟103，判斷TSV刻蝕是否結(jié)束，如果判斷為“是”，則TSV刻蝕過程結(jié)束，如果判 斷為“否”，則進入步驟104。在該實施例中，以TSV的深度是否達到預(yù)定的60 μ m作為判別 TSV刻蝕是否結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。步驟104，聚合物沉積步驟通入C4F8和Ar，在已刻蝕形成的TSV部分的側(cè)壁沉積
聚合物層薄膜。在該步驟中，在TSV的內(nèi)側(cè)面形成氟碳聚合物層，其厚度一般在納米級，有時也稱 作該聚合物層為鈍化層。我們定義C4F8氣體為用來形成聚合物的第三氣體，在該實施例中 第三氣體選擇為C4F8，但并不限于此，第三氣體還可以是C4F6、CHF3、CH2F2中的一種。通過 聚合物沉積步驟，可以在TSV的內(nèi)側(cè)面沉積形成聚合物薄層，在原有Si-O-C化合物側(cè)壁保 護層的基礎(chǔ)上添加另一層側(cè)壁保護，在后續(xù)的刻蝕步驟的垂直等離子刻蝕時，垂直方向的 刻蝕速度遠遠大于對側(cè)壁的刻蝕速度，從而進一步凸顯整個TSV刻蝕過程的各向異性的特 點ο步驟105，停止通入C4F8，聚合物沉積步驟終止。在該步驟中，可以通過MFC (Mass Flow Control，流量控制器)分別控制C4F8、Ar 的氣體流量，C4F8氣體流量終止，則表示聚合物沉積步驟終止。由于在后續(xù)的刻蝕步驟中還 需要使用Ar，Ar在此不立即終止，后續(xù)的刻蝕步驟中，調(diào)節(jié)Ar的氣體流量即可。在該實施 例中，聚合物沉積步驟的時間為1-3秒，刻蝕步驟的時間是聚合物沉積步驟的時間的10倍 或者10倍以上，因此，該TSV的刻蝕方法中，更多比例的時間用于硅的刻蝕，能大大提高TSV 的刻蝕效率。同時，也減小了刻蝕步驟和聚合物沉積步驟的切換頻率，相對易于控制。步驟105之后，重復(fù)進入步驟101，從而使刻蝕步驟和聚合物沉積步驟交替進行， 大概經(jīng)過6個循環(huán)以后，TSV的深度可以達到預(yù)定的60 μ m,該實施例的TSV刻蝕方法結(jié)束。圖3所示為本發(fā)明提供的第二實施例TSV刻蝕方法的流程示意圖。該TSV刻蝕方 法中，用于對體硅進行刻蝕，具體要求刻蝕形成的TSV通孔的深度、寬度、孔徑等形狀參數(shù) 不受本發(fā)明限制，其可以根據(jù)不同工藝條件要求確定。在該實施例中，用于刻蝕60 μ m深的 TSV通孔。以下結(jié)合具體步驟對圖3所示第二實施例TSV刻蝕方法進行詳細說明。步驟201，刻蝕步驟通入SF6、CO2、C4F8和Ar，對體硅進行反應(yīng)離子刻蝕。在該步驟中，采用反應(yīng)離子刻蝕對體硅進行刻蝕，體硅上存在如圖1的11所示的 掩膜層，用于對TSV進行構(gòu)圖。在該具體實施例中，該發(fā)明的著重點在于刻蝕步驟的刻蝕氣體的選擇，因此，對于刻蝕步驟的其他工藝條件不作詳細描述，其與傳統(tǒng)的Bosch工藝刻蝕 TSV的方法類似。我們定義SF6為用于化學(xué)反應(yīng)等離子體刻蝕硅的第一氣體。在該實施例中 選擇第一氣體為SF6,但并不限于此，第一氣體還可以是CF4、NF3等。CO2氣體在等離子體作用 下分解形成C等離子體和0等離子體，C等離子體和0等離子體會表明的硅作用，在硅表面 形成硅碳化合物(SiC)、硅氧化合物(SiO)和硅碳氧化合物(SiCO)的硅化物保護膜，在該實 施例中，硅化物保護膜中的主要成分是硅碳氧化合物。因此，我們定義CO2為刻蝕步驟中的 用于形成硅化物保護膜的第二氣體。在該實施例中第二氣體選擇為CO2，但并不限于此，第 二氣體可以是co、O2、CO2、NO、N2的組合，由于前述用純氧氣存在的問題，所以采用混合氣體 時氧氣含量要遠低于碳或氮的含量，例如，第二氣體選擇為N2和O2的混合氣體，N2和O2的氣 體流量比為10 1，此時形成的硅化物保護膜中包括硅氮化合物(SiN)、硅氧化合物(SiO) 和硅氮氧化合物(SiNO)。在其它具體實施例中，第二氣體一般不單獨選擇為O2、或者一般不 選擇大量的O2，這是因為O2作為第二氣體時，其與硅反應(yīng)的靈敏度高，其形成的硅化物保護 膜成分及厚度等難以控制。該實施例與圖2所示第一實施例的區(qū)別是，在刻蝕步驟中加入 聚合物沉積步驟所采用的C4F8氣體。我們定義C4F8氣體為用來形成聚合物的第三氣體，在 該實施例中第三氣體選擇為C4F8，但并不限于此，第三氣體還可以是C 4F6、CHF3、CH2F2中的 一種?？涛g過程中，由于CO2這種第二氣體的存在，會在形成的TSV的側(cè)壁形成納米級厚度 的側(cè)壁保護層(形成于TSV底部的硅化物保護膜在垂直大功率等離子體的轟擊作用下馬上 會去除掉)。這種側(cè)壁保護層能使第一氣體產(chǎn)生的F等離子不會對其內(nèi)側(cè)壁產(chǎn)生刻蝕效果、 或者大大減弱對側(cè)壁的刻蝕效果，這是有由于這種硅化物保護膜相對于硅是不易于被第一 氣體產(chǎn)生的等離子體所化學(xué)反應(yīng)刻蝕。例如在該實施例中，刻蝕步驟中，垂直方向和側(cè)壁方 向的刻蝕速率比可以達到1000 5。因此，CO2等第二氣體的存在能大大降低刻蝕步驟的 各向同性刻蝕效果，使該刻蝕步驟區(qū)域各向異性，每個刻蝕步驟形成TSV的側(cè)壁相對垂直 而不呈弧形狀。本實施例中在刻蝕階段添加C4F8氣體可以進一步提高側(cè)壁的保護能力使刻 蝕步驟進行更長時間再進入聚合物沉積步驟對側(cè)壁進行保護。同時C4F8在刻蝕步驟的加入 還可以使刻蝕步驟和聚合物沉積步驟更容易切換，等離子體在切換時更容易維持。Ar氣體 是一般反應(yīng)離子刻蝕過程中都通入的氣體，其具體流量范圍不受本發(fā)明限制。在該實施例 中，SF6的第一氣體為450sccm、C02的第二氣體為600sccm、C4F8的第三氣體為50_250sccm、 Ar流量為300sCCm。在具體不同的反應(yīng)腔中由于尺寸和氣壓的不同以上氣體流量參數(shù)會有 不同，但是只要符合本發(fā)明基本思路都屬于本發(fā)明保護范圍。在該步驟中，可以通過MFC (Mass Flow Control，流量控制器)分別控制SF6、C02、 C4F8^Ar的氣體流量，刻蝕步驟終止前，刻蝕步驟維持的時間(一般為5-30秒)相對于現(xiàn)有 技術(shù)的Bosch工藝步驟中的刻蝕步驟時間(一般為1-5秒)大大延長，因此，在該實施例中， 刻蝕步驟可以完成TSV的5-10 μ m的深度的刻蝕。步驟203，判斷TSV刻蝕是否結(jié)束，如果判斷為“是”，則TSV刻蝕過程結(jié)束，如果判 斷為“否”，則進入步驟204。在該實施例中，以TSV的深度是否達到預(yù)定的60 μ m作為判別 TSV刻蝕是否結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。步驟204，聚合物沉積步驟通入C4F8和Ar，在已刻蝕形成的TSV部分的側(cè)壁沉積
聚合物層薄膜。在該步驟中，在TSV的內(nèi)側(cè)面形成氟碳聚合物層，其厚度一般在納米級，有時也稱作該聚合物層為鈍化層。我們定義C4F8氣體為用來形成聚合物的第三氣體，在該實施例中 第三氣體選擇為C4F8，但并不限于此，第三氣體還可以是C4F6、CHF3、CH2F2中的一種。在該實 施例中，聚合物沉積步驟的氣壓條件為200-600mtorr。通過聚合物沉積步驟，可以在TSV的 內(nèi)側(cè)面沉積形成聚合物薄層，在后續(xù)的刻蝕步驟的垂直等離子刻蝕時形成側(cè)壁保護，垂直 方向的刻蝕速度遠遠大于對側(cè)壁的刻蝕速度，從而進一步凸顯整個TSV刻蝕過程的各向異 性的特點。步驟205，調(diào)整C4F8和Ar的氣體流量，聚合物沉積步驟終止。在該步驟中，可以通過MFC (Mass Flow Control，流量控制器)分別控制C4F8、Ar 的氣體流量，調(diào)整C4F8和Ar的氣體流量，接著開始通入刻蝕步驟的氣體，則表示聚合物沉積 步驟終止。由于在后續(xù)的刻蝕步驟中還需要使用C4F8、Ar，控制C4F8、Ar的氣體流量的MFC 不需要作開或者關(guān)的切換操作，防止控制C4F8氣體流量的MFC在聚合物沉積步驟與刻蝕步 驟之間的作開關(guān)轉(zhuǎn)換操作，降低刻蝕的設(shè)備成本要求。在該實施例中，聚合物沉積步驟的時 間為1-7秒，刻蝕步驟的時間是聚合物沉積步驟的時間的10倍或者10倍以上，因此，該TSV 的刻蝕方法中，更多比例的時間用于硅的刻蝕，能大大提高TSV的刻蝕效率。同時，也減小 了刻蝕步驟和聚合物沉積步驟的切換頻率，相對易于控制。步驟205之后，重復(fù)進入步驟201，從而使刻蝕步驟和聚合物沉積步驟交替進行， 大概經(jīng)過6個循環(huán)以后，TSV的深度可以達到預(yù)定的60 μ m, TSV刻蝕方法結(jié)束。該實施例 相對于圖2所示的第一實施例TSV刻蝕方法的主要區(qū)別在于刻蝕步驟中增加了 C4F8這種第 三氣體，因此，可以一方面增加操作空間使每一刻蝕步驟可以刻蝕到更深，另一方面幫助刻 蝕步驟和聚合物沉積步驟之間的迅速轉(zhuǎn)換，是兩步驟之間的轉(zhuǎn)換更加平滑，TSV側(cè)壁的小突 起相對更小，TSV的側(cè)壁的光滑度得到提高。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)在保證刻蝕速率的基礎(chǔ)上提高了硅孔側(cè)壁的光滑度，由于采 用多個刻蝕循環(huán)所以每個刻蝕循環(huán)中的刻蝕步驟可以允許一定程度的側(cè)壁刻蝕(如上面 所說的1000 5)以保證刻蝕速率，最終多個刻蝕循環(huán)的總體效果仍然是非等向性的。每 個刻蝕循環(huán)均包括一個聚合物沉積步驟可以保證刻蝕完成部分的側(cè)壁在下一個刻蝕循環(huán) 中不會被侵蝕掉。每個刻蝕循環(huán)包括一個刻蝕步驟可以清除側(cè)壁積累的多余聚合物，防止 聚合物在刻蝕到較深位置時在開口處堆積。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權(quán)利要求
1.一種深硅通孔的刻蝕方法，包括采用反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕步驟和聚合物沉積步驟， 所述刻蝕步驟和聚合物沉積步驟交替進行，其特征在于，所述刻蝕步驟采用的氣體中包括 用于等離子刻蝕硅的第一氣體和用于與硅反應(yīng)形成硅化物保護膜的第二氣體，其中刻蝕步 驟是各向異性的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述聚合物沉積步驟采用的氣體中 包括用于形成聚合物的第三氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕步驟采用的氣體還包括用 于形成聚合物的第三氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一氣體、第二氣體和第三氣體 的氣體流量通過流量控制器控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第三氣體為C4F8、C4F6、CHF3、CH2F2 中的一種或任意幾種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一氣體為SF6、NF3中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第二氣體包括C02、CO,NO, N2中 的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第二氣體為隊和&的混合氣體 時，隊和02的氣體流量比為10 1，硅化物保護膜包括硅氮化合物、硅氧化合物和硅氮氧化 合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕步驟的時間是所述聚合物 沉積步驟的時間的10倍或10倍以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一氣體和第二氣體的氣體流 量比小于1 1。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第二氣體和第三氣體的氣體流 量比范圍大于2 1。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，刻蝕步驟的反應(yīng)離子刻蝕氣壓條件 為200-600mtorr。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕步驟采用電容耦合等離子 體源技術(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕步驟采用的氣體還包括
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕步驟刻蝕時間大于聚合物 沉積步驟的時間3倍。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕步驟時間為5-15秒。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述每個刻蝕步驟刻蝕深度大于 2. 5 μ m0
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的刻蝕方法，其特征在于，所述每個刻蝕步驟刻蝕深度大于 3 μ m0
全文摘要
本發(fā)明提供一種深硅通孔的刻蝕方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明包括采用反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕步驟和聚合物沉積步驟，所述刻蝕步驟和聚合物沉積步驟交替進行，所述刻蝕步驟采用的氣體中包括用于化學(xué)反應(yīng)等離子刻蝕硅的第一氣體和用于與硅反應(yīng)形成硅化物保護膜的第二氣體。使用該方法刻蝕形成TSV時，具有刻蝕效率高、TSV通孔側(cè)壁光滑度好的特點。
文檔編號C30B33/12GK102031525SQ20091019678
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者嚴(yán)利均, 凱文·皮爾斯, 吳萬俊, 崔在雄, 雷本亮 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司