专利名称：深反应离子刻蚀方法及其气体流量控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及反应离子刻蚀(Reactivelcon Etching, RIE)技术，尤其涉及一种深反应离子刻蚀(De-coupled RIE，DRIE)方法及其气体 流量控制装置。
背景技术：
半导体制造技术领域中，在MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系 统)和3D封装技术等领域，通常需要对硅等材料进行深通孔刻蚀。例如，在体硅刻蚀技术 中，深硅通孔(Through-Silicon-Via，TSV)的深度达到几百微米、其深宽比大于10，通常采 用深反应离子刻蚀方法来刻蚀体硅形成。图1所示为现有技术深反应离子刻蚀方法示意图。现有技术中，TSV的深反应离 子刻蚀通常采用美国专利US5501893提出的Bosch工艺进行。如图1所示，其中，12为衬 底硅，11为掩膜层，13为聚合物层；掩膜层11通常为SiO2或者Si3N4，主要在刻蚀过程起掩 膜作用。具体深反应离子刻蚀方法包括以下步骤(1)刻蚀步骤，通常用Ar、02、SF6W混合 气体进行化学反应离子刻蚀；(2)聚合物沉积步骤，通常用Ar和C4F8的混合气体在孔洞内 侧面形成氟碳聚合物层，其厚度一般在纳米级，有时也称作该聚合物层为钝化层，为使孔洞 底部基本不形成氟碳聚合物层，该步骤中一般采用相对较低较的RF(Radic) Frequency，射 频)频率；(3)刻蚀步骤和聚合物沉积步骤交替循环进行，直到通孔刻蚀完成，在刻蚀步骤 中，由于孔洞的内表面、尤其是孔洞内侧面沉积聚合物，化学反应离子刻蚀时，SF6气体不会 对侧壁的聚合物刻蚀或者刻蚀速率非常慢，从而保证了整个孔洞刻蚀过程的各向异性。特 别是在刻蚀过程中，采用电容耦合等离子体源(Capacitive CoupledPlasma, CCP)技术，可 以加快在垂直方向的刻蚀速度，各向异性特性更好。因此通过以上所述深反应离子刻蚀技 术刻蚀TSV时，具有刻蚀速度快(一般能达到5-8 μ m/min以上)、侧壁垂直度范围在90士3 度内、掩膜层与孔洞之间的底切(undercut)小于0. 1 μ m的特点。图2所示为现有技术的气体流量控制装置的示意图。如图2所示，该气流控制装 置用于图1所示深反应离子刻蚀。101为反应离子刻蚀的腔室，其中形成等离子体，目标刻 蚀的晶圆置于腔室101中，102为通Ar气体的管路，103为通O2气体的管路，104为通SF6 气体的管路，105为通C4F8气体的管路，107为MFC (Mass Flow Control，流量控制器)，MFC 107和腔室101的之间的管路上，每个管路上分别设置一个气阀。首先MFC恒定设置每个 管路流过的气体流量，MFC恒定打开，管路102中通入定量的Ar气体，管路103中通入定量 的O2气体，管路104中通入定量SF6气体，管路105中通入定量的C4F8气体。刻蚀步骤和 聚合沉积步骤的气体变化通过管路上的气阀实现。图3所示为图1所示刻蚀步骤和聚合物沉积步骤两个过程的气体流量变换示意 图。采用图1所示深反应离子刻蚀技术刻蚀TSV时，均在同一刻蚀机台上完成，刻蚀步骤和 聚合物沉积步骤是两个不同的过程，刻蚀步骤采用的第一种工艺条件和聚合物沉积步骤采 用的第二种工艺条件也在刻蚀过程中交替变换。气流流量是工艺条件中的一个因素(还包括气压、射频功率等因素)。如图3所示，15为刻蚀步骤的气体流量，16为聚合物沉积步骤的 气体流量。例如，刻蚀步骤的气体流量参数可设置为02100sccm，Arl000sccm，SF6100sccm， 总共气体流量为1200sCCm，02、Ar与SF6的气体流量是同步瞬间关断与开启的；聚合物沉 积步骤的气体流量参数可设置为Arl000sCCm，C4F8500sCCm，总共气体流量为1500sCCm，Ar 与C4F8的气体流量是同步瞬间关断与开启的。为实现图3所示的气体流量变换控制，结合 图2所示，通过图2所示的气体流量控制装置，MFC 107预先设定好每个管路通过的气体流 量参数，每个管路的气体流量与开启通过管路上的阀门分别控制实现。例如在Tl时刻，管 路102、105上的阀门都关闭，腔室101中停止通入聚合物沉积步骤的其它气体，沉积步骤停 止；在T2时刻，管路102、103，104上的阀门都开启，腔室101中通入刻蚀步骤的气体(Ar、 02和SF6)；在T3时刻，管路102,103,104上的阀门都关闭，腔室101中停止供应刻蚀步骤 的气体。以上步骤交替进行，实现图3所示的方波气体流量图形。同时需要指出的是，其它 工艺条件因素(如气压、射频功率)是和气体流量同步瞬间转换的。由以上所述可知，在刻蚀步骤中少量氧气的添加不能在侧壁形成足够的保护层所 以刻蚀步骤会在侧壁形成凹坑，然后在下一个聚合物沉积步骤中被聚合物保护，每个刻蚀 和沉积步骤交替的周期都会在侧壁形成一个凹坑，多个这种凹坑形成扇形侧壁，降低深通 孔的侧壁的光滑度。以上的工艺条件转变过程具有不连续的特点，在两个步骤之间交替处 存在反应气体切换和等离子功率等重新调节的过程，Tl至T2时间段实际上是不进行任何 作用的，这样降低了深反应离子刻蚀的效率。在电容耦合型(CCP)等离子反应腔中由于本 身等离子电离率比较低，只有现有技术US5501893中所采用的电感耦合型反应腔的电离率 的约1/100，为了获得合适的等离子密度就需要更多的气体分子供应到反应腔中，所以采用 电容耦合型的(CCP)的气压可以达到300-800mtorr，而电感耦合型的只有约10_50mtorr。 在气体切换过程中由于CCP反应腔中气压高，在抽气能力一定情况下要比电感型反应腔多 花约10多倍的时间将原有气体排空，将下一步骤用的气体送入并达到反应所需的气压。这 一切换时间可以至少达到2秒以上，严重影响了整体的刻蚀速度。而且在刻蚀深度增加时 会出现反应速度降低的情况，这就需要随着刻蚀深度的增加调节刻蚀参数如气流大小，功 率大小等，由于上述现有技术中的MFC是以预定气体流量参数设置的无法作相应的调节。 综上所述现有技术需要有效的方案实现在刻蚀速率与侧壁光滑度方面的平衡，特别是应用 在CCP反应腔上。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，避免深反应离子刻蚀形成深通孔过程中通孔侧壁光 滑度降低、刻蚀效率降低的问题。为解决以上技术问题，本发明提供的深反应离子刻蚀方法包括多个循环进行的刻 蚀周期，每个刻蚀周期包括一个刻蚀步骤和聚合物沉积步骤，所述刻蚀步骤供应刻蚀反应 气体，聚合物沉积步骤供应侧壁保护气体，刻蚀步骤和聚合物沉积步骤之间的转换过程中， 刻蚀气体和侧壁保护气体供应时间存在重叠。根据本发明提供的深反应离子刻蚀方法，其中，在从刻蚀步骤到聚合物沉积步骤 转换过程中，在所述重叠的时间内，刻蚀气体逐渐减少同时侧壁保护气体逐渐增加；在从聚 合物沉积步骤到刻蚀步骤转换过程中，在所述重叠的时间内，刻蚀气体逐渐增加同时侧壁保护气体逐渐减少。所述重叠的时间大于刻蚀周期时间的20%，所述重叠的时间优选为刻 蚀周期时间的30%。所述重叠的时间范围可以为1到60秒。根据本发明提供的深反应离子刻蚀方法，其中，所述深反应离子刻蚀方法用于对 体硅材料或硅材料进行刻蚀形成深通孔。所述刻蚀气体包括CF4、SF6、NF3中的一种。所 述刻蚀气体还包括02、CO、C02、N2之一。所述刻蚀步骤中，刻蚀气体流量的参数范围为 300sccm-1600sccm,刻蚀步骤的功率的参数范围为900瓦-4500瓦，刻蚀步骤的气压的参数 范围为300-800毫托。根据本发明提供 的深反应离子刻蚀方法，其中，所述侧壁保护气体气体为氟碳化 合物，通过聚合物沉积步骤形成位于孔洞侧壁的氟碳聚合物保护层。所述侧壁保护气体包 括(/8、CHF3> CH2F2中的一种。所述侧壁保护气体的气体流量的参数范围为100-400SCCm， 聚合物沉积步骤的功率的参数范围为1000瓦-4500瓦，聚合物沉积步骤的气压的参数范围 为300-800毫托。根据本发明提供的深反应离子刻蚀方法，其中，所述刻蚀步骤的刻蚀气体流量和 聚合物沉积步骤的侧壁保护气体流量之间通过线性形式渐变转换.所述刻蚀步骤的刻蚀 气体流量和聚合物沉积步骤的侧壁保护气体流量之间通过曲线形式渐变转换.所述刻蚀 气体的气体流量和侧壁保护气体的气体流量通过气体流量控制器控制。作为较佳实施例，所述刻蚀步骤采用电容耦合等离子体源技术。所述刻蚀气体的 气体流量随着刻蚀深度的增加而增加。本发明同时提供一种气体流量控制装置，用于该发明的深反应离子刻蚀方法，该 装置包括多个用于通反应气体的管路，设置在每个管路上的气体流量控制器，以及，气体流量控制器控制模块；所述气体流量控制器控制模块通过控制每个气体流量控制器，实现对每个管路的 气体流量的独立控制；其中，所述深反应离子刻蚀包括多个循环进行的刻蚀周期，每个刻蚀 周期包括一个刻蚀步骤和聚合物沉积步骤，所述刻蚀步骤供应刻蚀反应气体，聚合物沉积 步骤供应侧壁保护气体，刻蚀步骤和聚合物沉积步骤之间的转换过程中，刻蚀气体和侧壁 保护气体供应时间存在重叠。根据本发明提供的气体流量控制装置，其中，所述深反应离子刻蚀的腔室是电容 耦合产生等离子的。所述刻蚀气体流量通过气体流量控制器控制模块的控制实现刻蚀气体 随着刻蚀深度的增加而增加。所述重叠的时间大于刻蚀周期时间的20% ；所述重叠的时间 优选为刻蚀周期时间的30%。本发明刻蚀方法的技术效果是，通过气体连续调节方式在刻蚀阶段供应侧壁保护 气体同时实现刻蚀和沉积步骤的切换，刻蚀步骤和聚合物沉积步骤之间的转换过程中，刻 蚀气体和侧壁保护气体供应时间存在重叠，从而实现减小刻侧壁上的小突起的高度，侧壁 上的“扇形”基本消失，使其侧壁具有良好的光滑度；同时，相比现有技术，在渐变转换过程 中，仍然等效存在刻蚀效果和聚合物沉积效果，因此，可相对减少切换时间，提高深反应离 子刻蚀效率。
图1是现有技术深反应离子刻蚀方法示意图；图2是现有技术的气体流量控制装置的示意图；图3是图1所示刻蚀步骤和聚合物沉积步骤两个过程的气体流量变换示意图；图4是本发明提供的气体流量控制装置示意图；图5是该发明提供的深反应离子刻蚀方法流程示意图；图6是第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第一实施例示意图；图7是第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第二实施例示意图；图8是第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第三实施例示意图；图9是第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第四实施例示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步 的详细描述。图4所示为本发明提供的气体流量控制装置示意图。如图4所示，该气体流量装 置包括腔室301、通Ar气体的管路302、通O2气体的管路303、通SF6气体的管路304、通C4F8 气体的管路305、MFC和MFC控制模块310，该气体流量控制装置用于深反应离子刻蚀过程 的气体流量控制，待刻蚀的晶圆置于腔室301中，管路中302、303、304、305中分别设置MFC 312、313、314、315，MFC 控制模块 310 可以同时控制 MFC 312、313、314、315，通过 MFC 控制 模块对MFC的控制，可以实现对每个管路中流过的气体流量的实时控制，因此，每个管路中 流过的气体流量、以及气体流量变化方式不受其它管路的影响。例如，通过在MFC控制模块 310中预先设置好SF6的气体流量和时间的变化关系曲线、以及C4F8的气体流量和时间的变 化关系曲线，MFC 314和MFC 315分别接受MFC控制模块310的控制命令后，流过MFC314 的SF6的气体流量按预先设定的曲线变化，流过MFC315的C4F8的气体流量按预先设定的曲 线变化。在该实施例中，只是列出了用于四种气体的流量控制的气体流量控制装置，其具体 气体的数量根据深反应刻蚀过程所选择的气体有关，数量不受本发明限制。通过控制模块 310也可是调节聚合物沉积步骤结束时间和刻蚀步骤开始时间之间的关系来控制刻蚀步骤 中的刻蚀速率，同时实现刻蚀和沉积步骤之间的逐渐切换；刻蚀步骤和聚合物沉积步骤之 间的逐渐切换过程中，刻蚀气体和侧壁保护气体供应时间存在重叠，从而减少侧壁上的扇 形纹路(scalloping)。通过控制模块310也可随着刻蚀的深度控制供气量以保证在刻蚀深 度增加时的刻蚀速率。图5所示为该发明提供的深反应离子刻蚀方法流程示意图。在该实施例中，以对 TSV通孔的深反应离子刻蚀为例。具体步骤包括如下步骤S100，进行采用第一工艺条件的刻蚀步骤。在该步骤中，首先提供包括硅衬底、以及覆盖于硅衬底上的掩膜层的TSV刻蚀样 品，掩膜层可以为SiO2或Si3N4等材料，在掩膜层层上构图暴露硅衬底，然后选择采用第一 工艺条件进行等离子体刻蚀。第一工艺条件的具体参数的选择与TSV通孔的具体要求有 关，其不受本发明限制，在该实施例中，由于是对体硅的刻蚀，一般采用SF6混和O2的方法进 行等离子刻蚀，在具体实际应用中，还包括Ar等惰性气体；第一工艺条件的因素包括气体
7流量(各种气体的气体流量)、气压、功率等参数。例如，具体第一工艺条件参数可以为气 压200mTorr、功率4000W、SF6, 02、Ar的气体流量之和为1200sccm, SF6, 02、Ar的流量比为 10 1 1，即5卩6气体流量 10008(；011、02气体流量1008(；011、六1~气体流量1008(；011，5卩6、02、 Ar的具体流量比不受本实施例限制。刻蚀步骤中，第一工艺条件的维持时间不受本发明限 制，例如，可以为1秒，也可以为lmin。在该实施例中，刻蚀步骤采用电容耦合等离子体源 (Capacitive Coupled Plasma, CCP)步骤S200，第一工艺条件以渐变方式转换至第二工艺条件。在该步骤中，具体的渐变转换方式与步骤S400中的渐变转换方式相同，将在步骤 S400中结合在一起说明。步骤S300，进行采用第二工艺条件的聚合物沉积步骤。在该步骤中，为使该实施例的深反应离子刻蚀具有良好的各向异性，通过聚合物 沉积步骤在TSV通孔的侧壁形成钝化层。第二工艺条件的具体参数的选择与TSV通孔的具 体条件要求有关，其不受本发明限制，在该实施例中，采用C4F8气体，在具体实际应用中，可 能还包括Ar等惰性气体。第二工艺条件的因素同样包括气体流量(各种气体的气体流量)、 气压、功率等参数。例如，具体第二工艺条件参数可以为气压300mTorr、功率3000W、C4F8 的气体流量200sCCm、Ar气体流量lOOsccm。该聚合物沉积步骤时间相对刻蚀步骤较短。在 该步骤后，会在通孔的底部和内侧面沉积厚度在纳米数量级的氟碳聚合物(fluoro-carbon polymer)层。步骤S400，第二工艺条件以渐变转换方式转换至第一工艺条件。在该步骤中，由于第一工艺条件和第二工艺条件的参数的差别，两个步骤之间需 要通过一个工艺条件转变过程实现渐变转换。在该实施例中，仅以气压、功率、气体流量三 个工艺条件因素作示意图性说明，气压、功率、气体流量均是渐变转换的。气压、功率、气体 流量之外的工艺条件因素的渐变转换可以以基本相同的原理或方式实现。相对于背景技术 中的突变式(工艺条件转换时间在1秒以内)的工艺条件转换，该发明采用“模拟式”的调 制来实现渐变式的工艺条件转换。图6所示为第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第一实施例示意 图。如图6所示(1)气体流量参数在第一工艺条件与第二工艺条件之间转换时，以曲线形 式转换；(2)第一工艺条件的气体流量归零转换过程和第二工艺条件的气体流量由零转换 至预订参数过程二者在交叉时间段进行，即工艺条件转换过程的tl与t2时间段之间、t3 与t4时间段之间、t5与t6的时间段之间存在第一工艺条件的刻蚀气体流量和第二工艺条 件的侧壁保护气体流量同时大于零的情况，SF6, O2、和C4F8的气体流量参数同时变化，在这 一交叉时间段里面，刻蚀和聚合物沉积两个过程可能同时进行，只是由于气体流量参数小， 两个过程进行得可能相对缓慢。其中在刻蚀步骤中由于部分时间段是与聚合物沉积过程重 叠的所以在这个时间段内刻蚀速率会下降，特别是对侧壁的刻蚀速率由于有了部分聚合物 保护层的存在明显降低，这样扇贝纹得以明显减轻其中，256为刻蚀步骤采用的第一工艺条 件，266为聚合物沉积步骤采用的第二工艺条件。图7所示为第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第二实施例示意 图。如图7所示，对比图6，该实施例与图6所示实施例的区别在于刻蚀步骤中，气体流量 在整个过程以正弦波函数形式变化。我们定义其流量最高点，即T4、T5时间点对应的气体流量，为第一工艺条件的气体流量的参数。在该实施例中，在T4至t2时间段内，既实现了气体流量工艺条件的渐变转换，又同时进行刻蚀步骤；同样，在t3至T5时间段内，既实现了 气体流量工艺条件的渐变转换，又同时进行刻蚀步骤。因此充分利用了工艺条件转换时间 段，能进一步提高深反应离子刻蚀的效率。其中，257为刻蚀步骤采用的第一工艺条件，267 为聚合物沉积步骤采用的第二工艺条件。从图中可见，采用这一方法可以获得不同的刻蚀 气体和侧壁保护气体重叠时间，在重叠时间内，从刻蚀步骤到聚合物沉积步骤转换过程中， 刻蚀气体流量逐渐下降，侧壁保护气体逐渐上升，在从聚合物沉积步骤到刻蚀步骤转换过 程中，刻蚀气体逐渐增加同时侧壁保护气体逐渐减少。不同的重叠时间长度可以获得不同 的刻蚀速率和侧壁形状，重叠时间在整个刻蚀周期中越长则刻蚀速率会略微降低，但是侧 壁形状却会显著改善。这是因为重叠时间增加就意味着刻蚀气体和侧壁保护气体同时供应 的时间增加，这样一来刻蚀通孔的侧壁就能得到聚合物的更多保护，侧壁就不会被等向性 的刻蚀。同时少量的聚合物沉积在刻蚀通孔的底部会被入射的高能等离子轰击所以能够继 续向下刻蚀。侧壁保护气体的存在会部分影响刻蚀气体如SF6到达底部待刻蚀硅的表面，所 以会部分影响刻蚀速率，在该实施方式中，可以随着刻蚀深度的增加而增加刻蚀步骤的刻 蚀气体流量。由于本发明可以省略两个步骤之间的切换时间，所以整体刻蚀速率相对现有 技术整体上仍然有优势。特别是应用在电容耦合型反应腔，由于气压高每个刻蚀周期有大 于四秒的时间用在气体切换上所以采用本发明后整体刻蚀速率并没有减少，但是侧壁形状 却能够得到很大的改善。本发明的刻蚀气体和侧壁保护气体重叠时间可以根据需要调节， 最大可以达到整个刻蚀周期的100%，最小重叠时间占整个刻蚀周期的比重大于20%时就 对侧壁形状具有显著地改善效果了。重叠时间等于30%能够取得较佳的刻蚀率与侧壁形状 的平衡。图8所示为第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第三实施例示意 图。如图8所示刻蚀步骤和聚合物沉积步骤中，第一工艺条件和第二工艺的气体流量、功 率、气压在整个过程中均以正弦波函数形式变化。我们定义T4、T5时间点对应的气体流量、 气压、功率，为第一工艺条件的参数；定义Τ6、Τ7时间点对应的气体流量、气压、功率，为第 二工艺条件的气体流量的参数。其中，259为刻蚀步骤采用的第一工艺条件，269为聚合物 沉积步骤采用的第二工艺条件。在该实施例中，每个步骤中的每个种气体的气体流量均是 按照图8中所示的曲线形式变化的，特别是对于刻蚀步骤的SF6气体和聚合物沉积步骤的 C4F8气体。图9所示为第二工艺条件和第一工艺条之间的渐变转换方式的第四实施例示意 图。对比图6和图9所示，其主要区别在于，刻蚀步骤和聚合物沉积步骤中，第一工艺条件 和第二工艺的气体流量、功率、气压在整个过程中均以线性的形式变化。需要指出的是，渐变转换方式过程中，线性形式、曲线形式的其它变换均不受本发 明限制。例如，通过阶梯方波的形式代替正弦波曲线形式，三角波形式代替正弦波形式等 等。因此，在该说明书中不作一一列举。各种渐变转换过程中，通过设置每个微小时间间隔 点(例如时间间隔为10毫秒、50毫秒、100毫秒等等)的参数，实现渐变转换过程的控制。以上工艺条件的渐变转换过程的实施例仅针对气体流量、功率、气压三者的相应 转换作说明，图6至图9实施例的工艺条件转换过程中，由于是渐变转换过程，区别于现有 技术的突变转换方式，在转换过程中，仍然等效存在刻蚀效果和聚合物沉积效果，因此，可相对减少刻蚀步骤与聚合沉积步骤的转换时间，提高深反应离子刻蚀效率同时减小侧壁粗 糙度。步骤S500，判断TSV通孔刻蚀是否结束，如果判断为“是”，则结束DRIE刻蚀过过 程；如果判断为“否”，返回至步骤S100，继续交替执行步骤SlOO和步骤S300。例如，如果以 步骤SlOO的刻蚀速率(若每分钟刻蚀20um)，通过10次步骤SlOO刻蚀过程就可以实现刻 蚀200um深的TSV。可以通过刻蚀机台的软件预先设置为10次，小于10次，则判断为“否”， 继续交替执行步骤SlOO和步骤S300。至此，图5所示实施例的DRIE过程结束。通过渐变方式实现第一工艺条件和第二 工艺条件之间转换，DRIE刻蚀形成的通孔在保证了刻蚀速率、侧壁垂直度、底切等条件要求 的情况下，侧壁上的“扇形”基本消失，从而使侧壁具有良好的光滑度。需要说明的是，图5实施例是针对体硅刻蚀的实施例，该发明的DRIE方法同样可 以用于其它材料的深通孔刻蚀，例如，可以在硅基片上刻蚀深刻宽比为10、深度达到200um 的深通孔，具体的气体的种类不同于刻蚀体硅的气体，刻蚀步骤中使用的刻蚀气体可以选 择使用CF4、SF6, NF3等气体(也可以混合02、Ar等气体)，聚合物沉积步骤可以选择使用 C4F8, CHF3, CH2F2等侧壁保护气体，具体气体流量大小、气压、功率等工艺参数可以根据具体 刻蚀要求做变换。刻蚀步骤的气压参数可以在300-800mTorr范围之间，功率参数可以在 3000-6000W之间，CF4的气体流量范围可以在300sccm-1600sccm ；聚合物沉积步骤的气压 参数可以在300-800mTorr范围之间，功率参数可以在2000-4000W之间，C4F8的气体流量范 围可以在100-400sCCm。本发明所述聚合物沉积步骤的 目的在于给刻蚀通孔侧壁提供保护 防止侧壁被刻蚀。基于这一目的，刻蚀步骤中刻蚀气体中的O2也具有一定的侧壁保护效果， 刻蚀气体的O2的替换气体也可以是CO、CO2, N2中的一种。。在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应 当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
权利要求
一种深反应离子刻蚀方法，包括多个循环进行的刻蚀周期，每个刻蚀周期包括一个刻蚀步骤和聚合物沉积步骤，其特征在于，所述刻蚀步骤供应刻蚀反应气体，聚合物沉积步骤供应侧壁保护气体，刻蚀步骤和聚合物沉积步骤之间的转换过程中，刻蚀气体和侧壁保护气体供应时间存在重叠。
2.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，在从刻蚀步骤到聚合物 沉积步骤转换过程中，在所述重叠的时间内，刻蚀气体逐渐减少同时侧壁保护气体逐渐增 加；在从聚合物沉积步骤到刻蚀步骤转换过程中，在所述重叠的时间内，刻蚀气体逐渐增加 同时侧壁保护气体逐渐减少。
3.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述重叠的时间大于刻 蚀周期时间的20%。
4.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述重叠的时间等于刻 蚀周期时间的30%。
5.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述深反应离子刻蚀方 法用于对体硅材料或硅材料进行刻蚀形成深通孔。
6.根据权利要求5所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括CF4、 SF6、NF3中的一种。
7.根据权利要求6所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体还包括02、 C0、C02、N2 之一。
8.根据权利要求6所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀步骤中，刻蚀气 体流量的参数范围为300SCCm-1600SCCm，刻蚀步骤的功率的参数范围为900瓦-4500瓦，刻 蚀步骤的气压的参数范围为300-800毫托。
9.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述侧壁保护气体气体 为氟碳化合物，通过聚合物沉积步骤形成位于孔洞侧壁的氟碳聚合物保护层。
10.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述侧壁保护气体包括 C4F8, CHF3 > CH2F2 中的一种。
11.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述侧壁保护气体的气 体流量的参数范围为100-400sCCm，聚合物沉积步骤的功率的参数范围为1000瓦-4500瓦， 聚合物沉积步骤的气压的参数范围为300-800毫托。
12.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀步骤的刻蚀气 体流量和聚合物沉积步骤的侧壁保护气体流量之间通过线性形式渐变转换.
13.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀步骤的刻蚀气 体流量和聚合物沉积步骤的侧壁保护气体流量之间通过曲线形式渐变转换。
14.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体的气体流 量和侧壁保护气体的气体流量通过气体流量控制器控制。
15.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀步骤采用电容 耦合等离子体源技术。
16.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述重叠的时间范围为 1至Ij 60秒。
17.根据权利要求1所述的深反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体的气体流量随着刻蚀深度的增加而增加。
18.一种气体流量控制装置，用于深反应离子刻蚀，其特征在于，包括多个用于通反应气体的管路，设置在每个管路上的气体流量控制器，以及，气体流量控制器控制模块；所述气体流量控制器控制模块通过控制每个气体流量控制器，实现对每个管路的气体 流量的独立控制；其中，所述深反应离子刻蚀包括多个循环进行的刻蚀周期，每个刻蚀周期 包括一个刻蚀步骤和聚合物沉积步骤，所述刻蚀步骤供应刻蚀反应气体，聚合物沉积步骤 供应侧壁保护气体，刻蚀步骤和聚合物沉积步骤之间的转换过程中，刻蚀气体和侧壁保护 气体供应时间存在重叠。
19.根据权利要求18所述的气体流量控制装置，其特征在于，所述深反应离子刻蚀的 腔室是电容耦合产生等离子的。
20.根据权利要求18所述的气体流量控制装置，其特征在于，所述刻蚀气体流量通过 气体流量控制器控制模块的控制实现刻蚀气体随着刻蚀深度的增加而增加。
21.根据权利要求18所述的气体流量控制装置，其特征在于，所述重叠的时间大于刻 蚀周期时间的20%。
22.根据权利要求21所述的气体流量控制装置，其特征在于，所述重叠的时间等于刻 蚀周期时间的30%。
全文摘要
一种深反应离子刻蚀方法，属于半导体制造技术领域。该方法包括多个循环进行的刻蚀周期，每个刻蚀周期包括一个刻蚀步骤和聚合物沉积步骤，所述刻蚀步骤供应刻蚀反应气体，聚合物沉积步骤供应侧壁保护气体，刻蚀步骤和聚合物沉积步骤之间的转换过程中，刻蚀气体和侧壁保护气体供应时间存在重叠。使用该发明的深反应离子刻蚀方法刻蚀的深通孔的侧壁具有良好的光滑度，并且刻蚀效率高。
文档编号G05D7/00GK101958244SQ20091005510
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者刘鹏, 吴万俊, 尹志尧 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司