Icp等離子體處理腔室及其氣體注入裝置,硅通孔刻蝕方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種ICP等離子體處理腔室及其氣體注入裝置，硅通孔刻蝕方法。
【背景技術】
[0002]半導體制造技術領域中，在MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微機電系統(tǒng))和3D封裝技術等領域，通常需要對硅等材料進行深通孔刻蝕。例如，在體硅刻蝕技術中，深娃通孔(Through-Silicon_Via,TSV)的深度達到幾百微米、其深寬比甚至遠大于10,通常采用深反應離子刻蝕方法來刻蝕體硅形成。
[0003]現(xiàn)有技術中，TSV的深反應離子刻蝕通常Bosch工藝進行。如圖1所示，其中，襯底硅為待刻蝕層，其上做掩膜層以形成圖形，掩膜層通常為S12或者Si3N4，主要在刻蝕過程起掩膜作用。具體深反應離子刻蝕方法包括以下步驟:(I)刻蝕步驟，通常用Ar、SF6的混合氣體進行等離子體刻蝕；(2)側壁沉積步驟，通常用Ar和C4F8的混合氣體在孔洞內側面形成氟碳聚合物層，其厚度一般在納米級，有時也稱作該聚合物層為鈍化層，(3)刻蝕步驟和側壁沉積步驟交替進行，直到深硅通孔刻蝕完成，在刻蝕步驟中，由于孔洞的內表面、尤其是在孔洞內側面沉積聚合物，垂直入射的等離子轟擊底部的聚合物，使得垂直方向的刻蝕繼續(xù)向下進行，而側壁的由于聚合物的保留所以刻蝕率很低，從而保證了整個孔洞刻蝕過程的各向異性。
[0004]在現(xiàn)有技術中，刻蝕氣體和側壁沉積氣體通過統(tǒng)一的氣體注入口進入腔室內部，由于兩種氣體的重量不同，在兩種氣體交替重復通入腔室的過程中，會造成腔室內部壓力產(chǎn)生較大變化。

【發(fā)明內容】

[0005]針對【背景技術】中的上述問題，本發(fā)明提出了一種ICP等離子體處理腔室及其氣體注入裝置，硅通孔刻蝕方法。
[0006]本發(fā)明第一方面提供了一種用于所述電感耦合型等離子處理腔室的氣體注入裝置，其中，所述電感耦合型等離子體處理腔室包括一柱狀腔室，所述氣體注入裝置是環(huán)狀的，其設置于所述電感耦合型等離子處理腔室腔室側壁外圍上方，所述氣體注入裝置包括上下兩層結構，在所述上下兩層結構之中分別設置有貫穿至腔室內部的第一氣體注入口和第二氣體注入口，以向腔室內部供應制程反應氣體。
[0007]進一步地，所述第一氣體注入口和第二氣體注入口分別向腔室內部供應第一反應氣體和第二反應氣體。
[0008]進一步地，所述第一反應氣體為刻蝕氣體，所述第二反應氣體為側壁沉積氣體。
[0009]進一步地，所述刻蝕氣體和側壁沉積氣體交替循環(huán)地通入腔室內部，其中，所述刻蝕氣體和所述側壁沉積氣體的執(zhí)行時間是相同的。
[0010]進一步地，所述刻蝕氣體在每次側壁沉積氣體還在持續(xù)供應時通入腔室。
[0011 ] 進一步地，所述刻蝕氣體為C4F8,側壁沉積氣體為SF6。
[0012]本發(fā)明第二方面提供了一種所述電感耦合型等離子處理腔室，所述電感耦合型等離子體處理腔室包括一柱狀腔室，進一步地，所述電感耦合型等離子處理腔室包括本發(fā)明第一方面所述的氣體注入裝置，所述氣體注入裝置是環(huán)狀的，其設置于所述電感耦合型等離子處理腔室腔室側壁外圍上方。
[0013]本發(fā)明第三方面提供了一種在電感耦合型等離子體處理腔室中執(zhí)行的硅通孔刻蝕方法，所述電感耦合型等離子處理腔室包括本發(fā)明第一方面所述的氣體注入裝置，其中，所述硅通孔刻蝕方法包括包括多次重復執(zhí)行的制程循環(huán)步驟，所述制程循環(huán)步驟包括刻蝕步驟和側壁沉積步驟，執(zhí)行刻蝕步驟時通入刻蝕氣體，執(zhí)行側壁沉積步驟時通入側壁沉積氣體，所述刻蝕氣體和所述側壁沉積氣體的執(zhí)行時間是相同的，所述刻蝕氣體在每次側壁沉積氣體還在持續(xù)供應時通入腔室。
[0014]進一步地，所述刻蝕氣體和側壁沉積氣體通入的重疊時間的取值范圍為小于200ms ο
[0015]進一步地，所述刻蝕氣體為C4F8，側壁沉積氣體為SF6。
[0016]本發(fā)明提供的ICP等離子體處理腔室及其氣體注入裝置，硅通孔刻蝕方法能夠在刻蝕和側壁沉積交替重復執(zhí)行的過程中保持腔室內部壓力的穩(wěn)定性，能夠穩(wěn)定腔室內壓力，以及保證刻蝕圖形質量。
【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術的電感耦合型等離子體處理腔室的結構示意圖；
[0018]圖2是現(xiàn)有技術的深通孔刻蝕的氣體通入時序圖以及腔室壓力波動圖；
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的電感耦合型等離子體處理腔室的結構示意圖；
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的電感耦合型等離子體處理腔室的氣體注入裝置的結構示意圖；
[0021]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的深通孔刻蝕的氣體通入時序圖以及腔室壓力波動圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[0023]要指出的是，“半導體工藝件”、“晶圓”和“基片”這些詞在隨后的說明中將被經(jīng)常互換使用，在本發(fā)明中，它們都指在處理反應室內被加工的工藝件，工藝件不限于晶圓、襯底、基片、大面積平板基板等。為了方便說明，本文在實施方式說明和圖示中將主要以“基片”為例來作示例性說明。
[0024]如圖1所示，電感耦合等離子體處理裝置100包括金屬側壁102和絕緣頂板104，構成一個氣密的真空封閉殼體，并且由抽真空泵(未示出)抽真空。所述絕緣頂板104僅作為示例，也可以采用其它的頂板樣式，比如穹頂形狀的，帶有絕緣材料窗口的金屬頂板等?；?06包括一靜電夾盤(未示出)，所述靜電夾盤上放置著待處理的基片W。偏置功率被施加到所述靜電夾盤上，以產(chǎn)生對基片W的夾持力。射頻電源108的射頻功率被施加到位于絕緣頂板104上的射頻功率發(fā)射裝置上。其中，在本實施例中，所述射頻發(fā)射裝置包括射頻線圈110。處理氣體從氣源經(jīng)過管線被供應到反應腔內，以點燃并維持等離子在基片W上方形成等離子體制程區(qū)域P，從而對基片W進行加工。
[0025]具體地，反應氣體從氣體注入口 112進入腔室。深反應離子刻蝕通常Bosch工藝時，需要刻蝕步驟和側壁沉積步驟交替重復地執(zhí)行。按照現(xiàn)有技術的硅通孔刻蝕機制，刻蝕步驟和側壁沉積步驟的執(zhí)行時間是相同的，在刻蝕步驟執(zhí)行完畢以后開始執(zhí)行側壁沉積步驟，同理側壁沉積步驟執(zhí)行完畢之后立刻執(zhí)行刻蝕步驟，如此重復循環(huán)地執(zhí)行若干次。其中，刻蝕步驟中需要通入刻蝕氣體，而側壁沉積步驟需要通入側壁沉積氣體。刻蝕氣體和側壁沉積氣體都通過統(tǒng)一的氣體注入口 112進入腔室，換言之，相當于氣體注入口 112在單位時間里可切換地通入刻蝕氣體和側壁沉積氣體。
[0026]圖2是現(xiàn)有技術的深通孔刻蝕的氣體通入時序圖以及腔室壓力波動圖。如圖2所示，Bosch工藝中通過刻蝕步驟和側壁沉積步驟兩步的快速切換來達到深孔刻蝕的目的。示例性地，刻蝕氣體是C4F8,側壁沉積氣體為SF6。如圖2所示，這兩種氣體通常在Is或更短的時間內切換以獲得較好的工藝效果。由于刻蝕氣體和側壁沉積氣體的分子量不同，在等離子體狀態(tài)下的解離程度不同等原因，在刻蝕氣體和側壁沉積氣體進入腔室的瞬間會引起腔室壓力Pl的變動。這種壓力的變化會導致工藝結果的不穩(wěn)定，引起刻蝕形狀不夠均勻，側壁不夠光滑等問題。特別是由于刻蝕終點(endpoint)檢測是利用光在刻蝕結構中的反射測得的，由于腔室內壓力不同，將對光信號產(chǎn)生影響，從而導致終點偵測困難的問題。
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的電感耦合型等離子體處理腔室的結構示意圖。圖1是現(xiàn)有技術的電感耦合型等離子體處理腔室的結構示意圖，其中的電感耦合等離子體處理裝置(ICP, Inductive Coupled Plasma Chamber) 200僅僅是不例性的,所述200實際上也可以包括更少或額外的部件，