用下对硅材料层404进行刻蚀，并刻蚀至一定深度，以露出一刻蚀界面406，所述刻蚀界面406包括侧壁404a。其中，所述第一反应气体包括刻蚀气体和侧壁保护气体，刻蚀气体用于将硅材料层刻蚀至预定深度，侧壁保护气体在刻蚀的过程中同时在刻蚀界面406的侧壁404a上做侧壁保护层。由于侧壁保护气体和刻蚀气体是同时作用的，因此侧壁404a上的侧壁保护层在该步骤中并不能保留下来，因为其会被刻蚀作用侵蚀掉，尽管如此，本步骤中在侧壁404a上的侧壁保护层还是中和了刻蚀作用横向上的作用力，又兼顾了刻蚀速度。
[0033]如图4b所示，然后执行侧壁保护步骤，提供第二反应气体，在等离子体作用下，在所述刻蚀界面406的侧壁形成侧壁保护层408，附着在所述刻蚀界406面的侧壁406a表面。其中，所述第二反应气体包括侧壁保护气体。侧壁保护层408能够对已经做好的刻蚀界面的横向扩散趋势进行保护和补偿，待下一步执行非等向性刻蚀步骤时不会破坏上一个非等向性刻蚀步骤已经做好的深度，还可以继续往下延伸，因而不会出现现有技术出现的刻蚀形貌呈现锥形的问题。
[0034]如图4c所示，继续执行第二次非等向性刻蚀步骤，提供第一反应气体在等离子体作用下对硅材料层404继续进一步地进行刻蚀，并刻蚀至一定更深的深度。其中，所述第一反应气体包括刻蚀气体和侧壁保护气体，刻蚀气体用于继续将硅材料层404刻蚀至预定深度，侧壁保护气体在刻蚀的过程中同时在刻蚀界面406的侧壁404a上继续做侧壁保护层。在此步骤中，前个侧壁保护步骤所沉积的侧壁保护层408会被同时刻蚀掉，但是补偿了刻蚀作用在已经做好的深度之横向刻蚀蔓延趋势。本步骤中在侧壁404a上同时新形成的侧壁保护层依然会负责中和刻蚀作用在本步骤所刻蚀的深度的横向上的作用力，并兼顾了刻蚀速度。
[0035]如图4d所示，继续执行第二次侧壁保护步骤，提供第二反应气体，在等离子体作用下，在所述刻蚀界面406的侧壁形成侧壁保护层408’，附着在所述刻蚀界406面的侧壁406a表面。其中，所述第二反应气体包括侧壁保护气体。接下来交替循环所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤，直到刻蚀到达目标深度。
[0036]进一步地，所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤如上文所述交替进行，两者的执行时间比为大于5:1。本发明在非等向性刻蚀步骤上设置较多时间，这样可以保持刻蚀速率，并且由于非等向性刻蚀步骤也有侧壁保护作用同时进行，所以也一定程度上保证了硅通孔/硅沟槽的形貌不会产生锥形，因此可以执行较多时间。
[0037]优选地，所述所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤的执行时间比为大于5:1，小于 20:1。例如，包括 6:1、7.2:1、9: 1、12: 1、13.5: 1、18:1 等。
[0038]进一步地，所述第一反应气体包括的刻蚀气体为SF6。
[0039]进一步地，所述第一反应气体包括的侧壁保护气体包括C4F8、02、SiF4。
[0040]进一步地，所述第一反应气体中的刻蚀气体和侧壁保护气体的比例为4:1至2:1，例如 3.8:1,3.2:1,2.35:1,2.58:1 等。
[0041]进一步地,所述第一反应气体包括的侧壁保护气体包括C4F8或者02。
[0042]进一步地，所述硅材料层上面还设置有掩膜层或者光刻胶层，用于作为掩膜对硅材料层进行刻蚀，从而形成硅通孔或者硅沟槽
[0043]进一步地，交替循环所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤，直到刻蚀到达目标深度以形成硅通孔或者沟槽400。
[0044]图5是根据本发明一个具体实施例的深硅刻蚀方法所制造的通孔/沟槽的形貌示意图。如图5所示，执行本发明的深硅刻蚀方法所得到的硅通孔/硅沟槽400深度深，并且其从上到下横向宽度都趋于一致，并未出现现有技术的侧壁呈现波浪形或者侧壁呈现锥形的问题。并且，本发明在兼顾硅通孔/硅沟槽400形貌的同时，保持了较高的刻蚀速度。
[0045]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
【主权项】
1.一种深硅刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法包括如下步骤: 非等向性刻蚀步骤，提供第一反应气体在等离子体作用下对硅材料层进行刻蚀，并刻蚀至一定深度，以露出一刻蚀界面，所述刻蚀界面包括侧壁，所述第一反应气体包括刻蚀气体和侧壁保护气体，所述侧壁保护气体用于补偿所述刻蚀气体对该侧壁在横向方向上的刻蚀作用； 侧壁保护步骤，提供第二反应气体，在等离子体作用下，在所述刻蚀界面的侧壁形成侧壁保护层，附着在所述刻蚀界面的侧壁表面，所述第二反应气体包括侧壁保护气体； 交替循环所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤，直到刻蚀到达目标深度。2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤的执行时间比为大于5:1。3.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤的执行时间比为大于5:1，小于20:1。4.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一反应气体包括的刻蚀气体为 sf6。5.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一反应气体包括的侧壁保护气体包括 C4Fs、02、SiF4。6.根据权利要求4或5所述的刻蚀方法,其特征在于，所述第一反应气体中的刻蚀气体和侧壁保护气体的比例为4:1至2:1。7.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第二反应气体包括的侧壁保护气体包括C4F8或者O2。8.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述硅材料层上面还设置有掩膜层或者光刻胶层。9.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，交替循环所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤，直到刻蚀到达目标深度以形成硅通孔或者沟槽。10.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法在电感耦合型等离子体刻蚀腔室中进行。
【专利摘要】本发明提供了一种深硅刻蚀方法，所述刻蚀方法包括如下步骤：非等向性刻蚀步骤，提供第一反应气体在等离子体作用下对硅材料层进行刻蚀，并刻蚀至一定深度，以露出一刻蚀界面，所述刻蚀界面包括侧壁，所述第一反应气体包括刻蚀气体和侧壁保护气体，所述侧壁保护气体用于补偿所述刻蚀气体对该侧壁在横向方向上的刻蚀作用；侧壁保护步骤，提供第二反应气体，在等离子体作用下，在所述刻蚀界面的侧壁形成侧壁保护层，附着在所述刻蚀界面的侧壁表面，所述第二反应气体包括侧壁保护气体；交替循环所述非等向性刻蚀步骤和侧壁保护步骤，直到刻蚀到达目标深度。本发明刻蚀速率快，并且制得的深硅通孔或者沟槽形貌好，深度深，不会产生侧壁呈现波浪形或者锥形的问题。
【IPC分类】H01L21/02, H01L21/3065
【公开号】CN105097440
【申请号】CN201410221761
【发明人】王红超, 刘身健, 严利均
【申请人】中微半导体设备(上海)有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月23日