[發明專利]用于TSV/MEMS/功率器件蝕刻的化學物質

在審

• 申請號: 202010698443.8
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN111816559A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 沈鵬;克里斯汀·杜斯拉特;柯蒂斯·安德森;拉胡爾·古普塔;文森特·M·歐馬杰;南森·斯塔福德
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/3213;H01L21/02;C09K13/00;C09K13/08
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 李穎;林柏楠

本發明涉及一種以類似速率蝕刻具有不同縱橫比的孔的方法，該方法包括：a.用含氟蝕刻流體等離子體蝕刻含硅基板，形成經蝕刻的含硅基板，該經蝕刻的含硅基板包括具有一種寬度的孔和具有不相同的寬度的孔；b.通過等離子體處理不飽和含氫聚合物沉積流體來產生C_aH_bF_c物種，這些物種的總量的大約50％至大約100％具有大于1:2的C:F比率，其中a＝1或2，b＝1或2且c＝1至3，從而在所述經蝕刻的含硅基板上沉積聚合物膜；c.重復步驟a和b以產生經蝕刻和聚合物沉積的含硅基板，其包括具有高縱橫比的孔和具有低縱橫比的孔。

本申請是申請號為201580031726.4的發明專利申請的分案申請，原申請的申請日為2015年6月17日，發明名稱為“用于TSV/MEMS/功率器件蝕刻的化學物質”。

技術領域

本申請要求2014年6月18日提交的美國臨時申請序列號62/013,959的權益，出于所有的目的將所述申請通過引用以其全文結合在此。

披露了波希(Bosch)蝕刻工藝中的cC₄F₈鈍化氣體的替代化學物質及使用這些化學物質的工藝。這些化學物質具有式C_xH_yF_z，其中1≤x7，1≤y≤13，且1≤z≤13并且優選2≤x4且1≤y≤2。這些替代化學物質減少反應性離子蝕刻滯后(RIE滯后)或縱橫比相關蝕刻(ARDE)。

背景技術

深度硅蝕刻對于3D集成電路(3D-IC)設計、微電子機械系統(MEMS)以及功率器件制造是重要的。對于3D-IC，多個芯片(器件)將被垂直堆疊以實現“最小尺寸”的器件。深度蝕刻目的是產生孔洞/通孔接著填充導電金屬以實現疊層之間的連通(也稱為硅通孔)。對于MEMS，不同種類的傳感器具有高縱橫比的不同結構。功率器件諸如超結二極管也需要深度溝槽蝕刻。

深度反應性離子蝕刻(DRIE)用于形成此類高縱橫比結構(通常15:1將是未來技術所需的)。工業上已采用可切換波希工藝，該工藝循環供應蝕刻氣體(SF₆)接著側壁鈍化氣體(cC₄F₈)(參見例如美國專利號5,501,893、6,531,068和6,284,148)。此工藝提供高選擇性和高蝕刻速率。然而，由于離子/物種到達未來技術(諸如3D-IC和MEMS)中所利用的高縱橫比孔洞/通孔底部的物理困難，在具有不同縱橫比的結構之間觀察到不均勻的蝕刻速率(也稱為RIE滯后或縱橫比相關蝕刻)。JVST A 24，1283，2006。較小尺寸開口也使得深度蝕刻更加困難。Owen等人，IEEE MEMS 2012。換言之，縱橫比越高且孔洞越窄，使用波希工藝的蝕刻速率越慢。波希工藝的另一個缺點是蝕刻后難以移除聚合物殘余物。韓國物理學會雜志(Journal of the Korean Physical Society)，49(2006)1991-1997。

在當前工業應用中，尤其是MEMS，可在硅層的底部提供蝕刻終止層以用物理方式達到用于不同開口尺寸的相同蝕刻深度。JVST A 24，1283，2006。

另一解決方案調整蝕刻參數。拉姆研究公司(LAM Research Corp)的WO 2009/036053披露了在波希工藝中改變基板偏壓作為RIE滯后的解決方案。WO 2009/036053還在波希工藝中用NF₃或CHF₃替代SF₆且用CF₄替代cC₄F₈。

Fuller等人的US 2013/105947披露了在各向異性蝕刻工藝中用作聚合物沉積氣體的氫氟碳氣體，該工藝在使用蝕刻劑氣體與聚合物沉積氣體之間交替以在半導體基板中蝕刻深溝槽。

與本申請具有相同受讓人的WO 2014/070838披露了用于在基板上的含Si層中等離子體蝕刻通道孔洞、柵極溝槽、階梯式接點、電容器孔洞、接觸孔洞等的蝕刻流體。