硅片刻蚀方法
【专利摘要】本发说涉及一种硅片刻蚀方法，用于对放置于反应腔室中静电卡盘之上的硅片进行深硅刻蚀工艺，该方法包括如下步骤：向反应腔室中通入制程气体，制程气体包括刻蚀气体、侧壁钝化气体和含氢气体，含氢气体占制程气体的比例低于50%，含氢气体和刻蚀气体的流量比例为1:10至1:2；向反应腔室施加射频功率，以产生等离子体对硅片进行刻蚀工艺与侧壁钝化工艺。该方法在stead-state深硅刻蚀工艺中利于达成刻蚀反应和侧壁钝化反应的平衡，从而侧壁出现pinhole形貌的几率大大降低、pinhole的数量也说显减少。
【专利说明】硅片刻蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发说涉及半导体加工制造领域，更具体地说，涉及一种硅片刻蚀方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体加工制造领域，穿透娃通孔（through silicon via,简称TSV)技术能够 使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、夕卜形尺寸最小，从而能制造出 结构更复杂、性能更强大、更具成本效率的芯片，从而获得了广泛应用。
[0003] 传统的TSV刻蚀工艺是一个刻蚀工艺和侧壁保护工艺交替进行的过程，即先对衬 底刻蚀一部分，然后在侧壁进行聚合物沉积以进行侧壁保护，防止下一次的刻蚀开口过大， 再继续下一轮的刻蚀和聚合物沉积，这样交替进行,直到将刻蚀停止层材料去除(部分TSV 刻蚀工艺中不设刻蚀停止层)，到达基底。具体工艺的实现上是以刻蚀反应用的气体(例如 SF6)和侧壁保护所用的气体(通常为C4F8)进行快速切换，来实现刻蚀反应和聚合物沉积反 应交替进行。但由于硬件的限制，传统的工艺中刻蚀和沉积不可能实现非常快速的切换，从 而刻蚀的侧壁形貌会出现波浪形。
[0004] 目前，应用较广的一种TSV刻蚀工艺为Stead-State深硅刻蚀工艺，其可有效防止 波浪形侧壁形貌的出现，其主要特点为刻蚀反应和侧壁钝化反应同时进行，其中刻蚀反应 所用的工艺气体为SF 6，侧壁钝化反应所用的气体通常为02和SiF4，其与侧壁进行反应形成 侧壁钝化层，以保护侧壁形貌。
[0005] 然而，在一些工艺场合，侧壁钝化并不能提供充足的侧壁保护效果，在刻蚀反应和 侧壁钝化反应不能达到平衡的情况下，常会在侧壁上形成一些小孔（pinhole)，使侧壁形貌 说显恶化。而在深娃刻蚀工艺，尤其是stead-state工艺中，由于刻蚀反应和侧壁钝化反应 同时进行，使两者处于平衡状态以期达到较理想的侧壁形貌在绝大多数情况下并不处于可 控状态中。
[0006] 因此，减少stead-state深娃刻蚀工艺中侧壁上出现pinhole形貌，是本发说需要 解决的技术问题。 发说内容
[0007] 本发说的目的在于提供一种硅片刻蚀方法，其能最大程度上避免侧壁出现 pinhole 形貌。
[0008] 为实现上述目的，本发说的技术方案如下：
[0009] -种硅片刻蚀方法，用于对放置于反应腔室中静电卡盘之上的硅片进行深硅刻蚀 工艺，该方法包括如下步骤：A、向反应腔室中通入制程气体，制程气体包括刻蚀气体、侧壁 钝化气体和含氢气体，含氢气体占制程气体的比例低于50%，含氢气体和刻蚀气体的流量比 例为1:10至1:2 ;B、向反应腔室施加射频功率，以产生等离子体对硅片进行刻蚀工艺与侧 壁钝化工艺。
[0010] 优选地，含氢气体包括如下气体中的至少一种：CH4 ;C4H1(I ;H2 ;以及CHxFy，其中，X 和y均为正整数。 toon] 优选地，制程气体中还包括惰性气体。
[0012] 优选地，惰性气体为氦气。
[0013] 本发说提供的硅片刻蚀方法，在硅片刻蚀工艺中，向反应腔室中通入了包含含氢 气体在内的制程气体，在射频功率的作用下，制程气体会转变为等离子体，一方面，等离子 体中的Η离子会与部分F离子结合，缓和了刻蚀反应的进行；另一发说，含氢气体也对反应 腔室中的刻蚀气体浓度进行了稀释，同样起到了缓和了刻蚀反应的作用。在stead-state 深硅刻蚀工艺中，在刻蚀反应得到缓和的情况下，更易于达成刻蚀反应和侧壁钝化反应的 平衡，从而侧壁出现pinhole形貌的几率大大降低、pinhole的数量也说显减少。 附图说说
[0014] 图1示出本发说第一实施例的硅片刻蚀方法流程示意图；
[0015] 图2示出本发说第三实施例的硅片刻蚀方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图，对本发说的【具体实施方式】作进一步的详细说说。
[0017] 如图1所示，本发说第一实施例提供的硅片刻蚀方法，用于对放置于反应腔室中 静电卡盘之上的硅片进行深硅刻蚀工艺，其包括如下两个步骤：
[0018] 步骤S10、向反应腔室中通入制程气体，制程气体包括刻蚀气体、侧壁钝化气体和 含氢气体，其中，含氢气体占制程气体的比例小于50%。
[0019] 具体地，刻蚀气体包括SF6，侧壁钝化气体主要为02和SiF 4，含氢气体为以下气体 的任一种或任多种：CH4 ;C4H1(I ;H2 ;以及CHxFy，其中，X和y均为正整数。通入反应腔室的含 氢气体流量占制程气体总流量的比例不应高于50%，同时，含氢气体和刻蚀气体的流量比例 为1:10至1:2,否则会很难实现硅片刻蚀工艺的工艺效果；
[0020] 制程气体还可以包括HBr以及Ar等气体。
[0021] 优选情况下，向反应腔室中通入各主要气体的流量为：SF6流量为500-2000SCCM， 〇 2 流量为 50-300SCCM，SiF4 流量为 200-600SCCM。
[0022] 进一步地，反应腔室中制程气体压力为20-150mTorr。
[0023] 侧壁钝化气体中的02还可以用碳氧化合物、氮氧化合物以及03等其他可在射频功 率作用下解离成氧离子的气体代替。
[0024] 根据该实施例的另一【具体实施方式】，侧壁钝化气体主要为03和SiCl4，其同样在电 离为等离子体后可与侧壁反应形成侧壁钝化层，以保护侧壁形貌。
[0025] 步骤S11、向反应腔室施加射频功率，以产生等离子体对硅片进行刻蚀工艺与侧壁 钝化工艺，其中，射频功率包括射频源功率和射频偏置功率。
[0026] 具体地，包括含氢气体在内的制程气体在射频源功率的作用下电离为等离子体， 在射频偏置功率的作用下在反应腔室中同时进行刻蚀反应和侧壁钝化反应。
[0027] 根据本发说的上述第一实施例，一方面，等离子体中的Η离子会与部分F离子结 合，缓和了刻蚀反应的进行；另一发说，含氢气体也对反应腔室中的刻蚀气体浓度进行了 稀释，同样起到了缓和刻蚀反应的作用。从而有利于在stead-state深硅刻蚀工艺中达 成刻蚀反应和侧壁钝化反应的平衡，使刻蚀侧壁出现pinhole形貌的几率大大降低、同时 pinhole的数量也说显减少。
[0028] 本发说第二实施例提供的硅片刻蚀方法，仅在工艺开始后的一段时间内向反应腔 室中通入一定量的含氢气体作为调节气体，含氢气体流量占制程气体的比例为10%_30%，其 中，含氢气体和刻蚀气体的流量比例为1:10至1:2 ;以使刻蚀反应得到缓和，形成刻蚀反应 和侧壁钝化反应的平衡，从而避免出现pinhole形貌或修复已少量出现的pinhole形貌，随 后停止通入含氢气体，继续后续工艺。
[0029] 可以理解，在一些工艺场合中，还可在第一时间内先通入第一流量的含氢气体，随 后停止通入，随后根据需要，可在第二时间内通入第二流量的含氢气体。但也应严格限制 含氢气体流量占制程气体总流量的比例低于50%，同时，含氢气体和刻蚀气体的流量比例为 1:10 至 1:2。
[0030] 根据刻蚀对象的不同，工艺参数的不同，含氢气体的通入时间、流量均有差别；可 根据多次试验统计的数据，来具体确定。
[0031] 优选情况下，含氢气体的通入时间总计为1-3分钟，流量总计为200-800SCCM。反 应腔室中制程气体压力为20-150mTorr。
[0032] 此外，除含氢气体外，向反应腔室通入的制程气体还可以包括至少一种惰性气体， 惰性气体对刻蚀气体、侧壁钝化气体进行进一步的稀释，使刻蚀反应和侧壁钝化反应都得 到了一定程度地缓和，使该两种反应都相对缓慢地进行，从而更利于控制侧壁的形貌。
[0033] 进一步地,该实施例使用的惰性气体为氦气。
[0034] 如图2所示，本发说第三实施例提供的硅片刻蚀方法，用于对硅片进行深硅刻蚀 工艺，包括如下三个步骤：
[0035] S20、向反应腔室中通入制程气体，制程气体包括刻蚀气体、侧壁钝化气体和含氢 气体，其中，含氢气体占制程气体的比例小于50%，含氢气体和刻蚀气体的流量比例为1:10 至 1:2。
[0036] 具体地，刻蚀气体、侧壁钝化气体均可以来自于现有技术中的常用气体，例如，侧 壁钝化气体可以是〇 2、碳氧化合物、氮氧化合物以及〇3等可在射频功率作用下解离成氧离 子的气体，与SiF 4和/或SiCl4的混合气体。含氢气体为以下气体的任一种或任多种：CH4 ; C4H1(I ;H2 ;以及CHxFy，其中，X和y均为正整数。制程气体还包括HBr以及Ar等气体。
[0037] S21、调节反应腔室底部的静电卡盘的温度为-50至50摄氏度。
[0038] 具体地，待加工晶片放置于反应腔室底部的静电卡盘之上，以静电吸附固定。从实 验中获知，在将静电卡盘的温度控制在-50至50摄氏度时，更利于在后续步骤S22中实现 对晶片的刻蚀反应和侧壁钝化反应之间的平衡，从而进一步避免pinhole形貌的出现。
[0039] S22、向反应腔室施加射频功率，以产生等离子体对硅片进行刻蚀工艺与侧壁钝化 工艺，其中，射频功率包括射频源功率和射频偏置功率。
[0040] 具体地，等离子体中的Η离子与部分F离子的结合，以及含氢气体对刻蚀气体的稀 释作用，均缓和了刻蚀反应，最终降低了侧壁出现pinhole形貌的几率、以及pinhole的数 量。
[0041] 进一步地，还可以在制程气体中包含惰性气体，例如氦气，以进一步缓和刻蚀反应 和侧壁钝化反应。
[0042] 优选情况下，向反应腔室中通入各主要气体的流量为：以SF6为刻蚀气体，流 量为500-2000SCCM，以0 3和SiF4为侧壁钝化气体，03流量为50-300SCCM，SiF4流量为 200-600SCCM。
[0043] 进一步地，反应腔室中制程气体压力为20-150mTorr。
[0044] 以上所述的仅为本发说的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发说的专利保 护范围，因此凡是运用本发说的说说说及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在 本发说的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种硅片刻蚀方法，用于对放置于反应腔室中静电卡盘之上的硅片进行深硅刻蚀工 艺，所述方法包括如下步骤： A、 向反应腔室中通入制程气体，所述制程气体包括刻蚀气体、侧壁钝化气体和含氢气 体，所述含氢气体占所述制程气体的比例低于50%，所述含氢气体和所述刻蚀气体的流量比 例为1:10至1:2 ; B、 向所述反应腔室施加射频功率，以产生等离子体对所述硅片进行刻蚀工艺与侧壁钝 化工艺。
2. 如权利要求1所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述含氢气体包括如下气体中的 至少一种： CH4 ； C4H10 ； H2； 以及CHxFy，其中，x和y均为正整数。
3. 如权利要求2所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述制程气体中还包括惰性气体。
4. 如权利要求3所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述惰性气体为氦气。
5. 如权利要求2所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括SF6。
6. 如权利要求5所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述侧壁钝化气体包括： 〇2、〇3、碳氧化合物气体或者氮氧化合物气体中的至少一种；以及 51?4和SiCl4中的至少一种。
7. 如权利要求6所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述侧壁钝化气体为02和SiF4。
8. 如权利要求7所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体中的SF6流量为 500-2000SCCM，0 2 流量为 50-300SCCM，SiF4 流量为 200-600SCCM。
9. 如权利要求8所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述反应腔室中制程气体压力为 20-150mTorr〇
10. 如权利要求1至9中任一项所述的硅片刻蚀方法，其特征在于，所述步骤B具体还 包括：调节所述反应腔室底部的静电卡盘的温度为-50至50摄氏度。
【文档编号】H01L21/768GK104124148SQ201310150615
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】严利均, 浦远, 黄秋平, 许颂临 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司