[发明专利]一种深硅通孔的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Aspect Ratio)，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3D IC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。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明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。

根据本发明的一个方面，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。