[發(fā)明專利]一種在硅基底刻蝕通孔的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201310046733.4
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103972155A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許頌臨
• 申請（專利權(quán)）人: 中微半導(dǎo)體設(shè)備（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體基片處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種刻蝕硅基底基片的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要在硅襯底或者其它硅材料上構(gòu)圖刻蝕形成孔洞，現(xiàn)有技術(shù)中，通常都是采用干法的RIE刻蝕技術(shù)、通過含F(xiàn)元素的氣體產(chǎn)生F等離子體（Plasma）來刻蝕硅材料，例如，在MEMS（(Micro-Electro-Mechanical Systems，微機(jī)電系統(tǒng)）和3D封裝技術(shù)等領(lǐng)域，通常需要進(jìn)行體硅刻蝕形成深度達(dá)到幾百微米的深硅通孔(Through-Silicon-Via，TSV)，深硅通孔的刻蝕采用能產(chǎn)生氟離子的刻蝕氣體和能提供側(cè)壁保護(hù)的沉積氣體配合進(jìn)行。

半導(dǎo)體基片刻蝕前首先要在基片表面涂覆光刻膠，利用光刻膠的準(zhǔn)確曝光將所需的刻蝕圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體基片的刻蝕基底上，光刻膠可以作為掩膜覆蓋在刻蝕區(qū)以外的區(qū)域，保護(hù)刻蝕區(qū)以外的半導(dǎo)體基底不被刻蝕。在對以硅材料為基底的基片進(jìn)行深孔刻蝕時(shí)，通常需要采用能產(chǎn)生氟離子的氣體作為硅基底的刻蝕氣體，由于化學(xué)反應(yīng)不具有方向性，深孔刻蝕的過程中側(cè)壁形貌很難保證光滑。為了滿足深孔刻蝕的要求，通常需要在側(cè)壁沉積保護(hù)層，以防止化學(xué)反應(yīng)在通孔側(cè)壁的各個(gè)方向進(jìn)行。

為了在硅深孔側(cè)壁形成沉積保護(hù)層，現(xiàn)有技術(shù)中常采用硅的鹵化物如SiF4或SiCl4等與O2反應(yīng)生成氧化硅沉積在硅深孔側(cè)壁及底部，作為鈍化層，由于離子對側(cè)壁的轟擊強(qiáng)度較弱，F(xiàn)離子對硅深孔側(cè)壁鈍化層的刻蝕速率很慢，因此，在整個(gè)刻蝕過程中，橫向刻蝕速率慢，具有良好的各向異性的特點(diǎn)。由于氧氣極易與作為掩膜層的光刻膠發(fā)生反應(yīng)，會降低光刻膠與目標(biāo)刻蝕層的選擇比，不能順利的完成刻蝕工藝，為此，常在光刻膠與硅基底之間設(shè)置一層硬掩膜，如氧化硅層，先將待刻蝕圖形轉(zhuǎn)移到硬掩膜上，再將所述硬掩膜作為刻蝕硅基底的掩膜層。硬掩膜的制備需要較為復(fù)雜的步驟，首先在硅基底表面通過化學(xué)氣相沉積等方法制備一定厚度的硬掩膜，再在硬掩膜上方制備光刻膠涂層；在光刻膠表面準(zhǔn)確曝光得到所要刻蝕的圖形后，需要將所述圖形先轉(zhuǎn)移到所述硬掩膜上并對光刻膠進(jìn)行移除，然后以所述硬掩膜作為掩膜對硅基底進(jìn)行刻蝕，刻蝕完成后還需要將所述硬掩膜移除。上述工藝復(fù)雜且費(fèi)用高昂，不利于成本控制，而且多個(gè)掩膜層間的圖形轉(zhuǎn)移可能會造成關(guān)鍵尺寸的變化，影響基片刻蝕的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種在硅基底刻蝕通孔的方法，所述硅基底表面涂覆有光刻膠掩膜層，所述的刻蝕方法在等離子體刻蝕室內(nèi)進(jìn)行，所述方法包括下列步驟：提供含氟的第一氣體到等離子體刻蝕室內(nèi)，所述第一氣體用于對硅基底進(jìn)行刻蝕；提供含硅的第二氣體到等離子體刻蝕室內(nèi)，所述的第二氣體還包括碳氧化合物，所述第二氣體中O₂含量小于5%。

進(jìn)一步的，所述的碳氧化合物為CO、CO₂中的一種或兩種的混合氣體，所述CO或/和CO₂流量為50sccm-300sccm。

進(jìn)一步的，所述含氟的第一氣體包括SF₆或NF₃中的一種或兩種的混合氣體，所述SF₆或/和NF₃的氣體流量范圍為100sccm-500sccm。

進(jìn)一步的，所述第二氣體包括SiF₄、SiCl₄中的一種或兩種的混合氣體，所述SiF₄和/或SiCl₄的氣體流量范圍為50sccm-300sccm。

進(jìn)一步的，所述第二氣體中所述碳氧化合物氣體的比例和所述含硅氣體的比例為4:1-1:1。

進(jìn)一步的，所述第二氣體包括NO、NO₂中的一種或兩種的混合氣體。

進(jìn)一步的，所述第一氣體還包括Cl₂、HBr中的一種或兩種的混合氣體，所述Cl₂和/或HBr的氣體流量范圍為50sccm-200sccm。

進(jìn)一步的，所述的等離子體刻蝕室為電感耦合等離子體刻蝕室或電子回旋共振刻蝕室。

進(jìn)一步的，所述的等離子體刻蝕室內(nèi)的高頻功率源的功率范圍為500w-1000w，低頻功率源的功率范圍為50w-100w，所述等離子體刻蝕室內(nèi)的壓力范圍為20mT-100mT。

進(jìn)一步的，所述第一氣體和第二氣體同時(shí)注入等離子體刻蝕室內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述第一氣體和第二氣體交替注入等離子體刻蝕室內(nèi)。