等离子体刻蚀方法技术

本发明专利技术涉及一种等离子体刻蚀方法，用于对放置在等离子体反应腔室中的晶片进行加工处理，包括如下步骤：向反应腔室通入制程气体，制程气体至少包括刻蚀气体和侧壁保护气体；在反应腔室中产生一功率呈脉冲式变化的射频电场，以使反应腔室中交替进行刻蚀制程与侧壁保护制程。其减少了刻蚀过程中侧壁上出现波浪形的形貌，结构简单，实施便利。

【技术实现步骤摘要】
等离子体刻蚀方法
本专利技术涉及半导体加工制造方法，更具体地说，涉及一种等离子体刻蚀方法。
技术介绍
穿透硅通孔(throughsiliconvia，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、外形尺寸最小，可以有效地实现这种3D芯片层叠，制造出结构更复杂、性能更强大、更具成本效率的芯片，从而成为了目前电子封装技术中最引人注目的技术之一。TSV刻蚀工艺是一个刻蚀工艺和聚合物沉积工艺交替进行的过程，即先对衬底刻蚀一部分，然后对侧壁进行聚合物沉积，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；TSV刻蚀工艺之后再进行CMP工艺和3D封装。聚合物沉积的作用是保护侧壁，减少侧壁上的开口，以期得到垂直的刻蚀形貌。具体工艺的实现上是以刻蚀反应用的气体和侧壁保护所用的气体进行快速切换，来实现刻蚀反应和聚合物沉积反应交替进行。当以更高的频率进行两种反应的交替时，侧壁的形貌会更接近于理想中的形态。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，如图1所示，波浪形的结构会影响后续填充金属的效果，影响电学性能。因此，避免或减少刻蚀过程中侧壁上出现波浪形的形貌，是本专利技术需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种等离子刻蚀方法，其能有效减少刻蚀过程中侧壁上出现波浪形的形貌。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种等离子体刻蚀方法，用于对放置在等离子体反应腔室中的晶片进行加工处理，包括如下步骤：a)、向反应腔室通入制程气体，制程气体至少包括刻蚀气体和侧壁保护气体；b)、在反应腔室中产生一功率呈脉冲式变化的射频电场，以使反应腔室中交替进行刻蚀制程与侧壁保护制程。优选地，射频电场由接入反应腔室的第一射频电源和第二射频电源共同作用于反应腔室而产生，第一射频电源用于通过电感耦合的方式使刻蚀气体、侧壁保护气体电离，第二射频电源用于产生对晶片的定向物理溅射轰击。优选地，射频电场功率在第一功率和第二功率之间交替变化，第一功率大于1000W，第二功率小于800w。优选地，第一、第二射频电源分别包括两个功率级，第一射频电源的功率在第一阈值和第二阈值之间交替变化，第二射频电源的功率在第三阈值和第四阈值之间交替变化。本专利技术提供的等离子刻蚀方法，不需交替向反应腔室中通入刻蚀气体和侧壁保护气体，而是通过在反应腔室中产生在第一功率和第二功率之间交替变化的射频电场，实现了刻蚀反应和沉积反应的快速切换，从而减少了刻蚀过程中侧壁上出现波浪形的形貌。其结构简单，实施便利。附图说明图1示出现有技术刻蚀过程中侧壁出现的波浪形形貌；图2示出本专利技术的等离子体刻蚀方法流程示意图；图3示出本专利技术第一实施例中第二射频电源的一种功率波形和对应的电压信号波形；图4示出本专利技术的刻蚀过程中侧壁最终的形貌；图5示出本专利技术第一实施例中第一射频电源和第二射频电源的功率波形；图6示出本专利技术第二实施例中第一射频电源和第二射频电源的功率波形。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，本专利技术不仅可应用于TSV刻蚀工艺中，还可应用到其他的等离子体刻蚀工艺中。如图2所示，本专利技术一实施例的等离子体刻蚀方法，包括如下两个主要步骤：S11、向反应腔室通入制程气体，制程气体至少包括刻蚀气体和侧壁保护气体。具体地，根据本专利技术的实施例，一并向反应腔室中通入制程气体，而不需要在刻蚀反应用的气体和沉积反应用的气体之间进行快速切换，从而避免了因快速切换气体而要求的硬件设计及开销。进一步地，制程气体中的刻蚀气体为SF6，侧壁保护气体为C4F8或其他可引起聚合物沉积反应的气体。制程气体还可以包括O2和Ar等，用于调节刻蚀气体和侧壁保护气体的浓度。S12、在反应腔室中产生一个功率呈脉冲式变化的射频电场，该射频电场的功率在第一功率和第二功率之间交替变化。其中，第一功率大于第二功率。具体地，第一功率可以为大于1000W，第二功率可以为小于800W。具体地，上述功率交替变化的射频电场可以由接入反应腔室中电极的第一射频电源和第二射频电源共同作用于反应腔室而产生。第一、第二射频电源为交流电源，第一射频电源产生源功率，第二射频电源产生偏置功率。一方面，第一射频电源通过电感耦合的方式使刻蚀气体、侧壁保护气体电离，产生活性游离基、亚稳态粒子、原子等高密度的等离子体，这些活性粒子与被刻蚀材料表面相互作用；等离子体在第二射频电源的作用下产生对衬底的定向物理溅射轰击，对化学反应具有明显的辅助作用，可以起到打断化学键、引起晶格损伤和促进衬底表面的化学反应等重要作用。当被刻蚀材料(晶片)与电离产生的自由基或正离子进行反应并生成可挥发的气态物质时，就达到了刻蚀反应的目的。另一方面，电离后的部分制程气体又会生成聚合物，并在侧壁表面沉积，从而起到了保护侧壁、防止刻蚀开口过大的作用。需要说明的是，刻蚀反应与沉积反应并不是不能共存的，只是在某一时刻，反应腔室中更多地进行刻蚀反应，而另一时刻，反应腔室中更多地进行沉积反应。本专利技术中的刻蚀反应、沉积反应即是指上述情况。下面以刻蚀气体为SF6，侧壁保护气体为C4F8为例，说明何种情况下反应腔室中以刻蚀反应为主，何种情况下反应腔室中以聚合物沉积反应为主。在反应腔室中射频电场强度较高的情况下(射频电场的功率大于1000W)，SF6解离形成大量的F的自由基进行刻蚀反应。这时C4F8同时解离并生成CF聚合物，沉积在侧壁，但由于大量F自由基的存在，部分CF聚合物(尤其是刻蚀开口底部的聚合物)会被物理轰击并被F自由基反应掉。因此在射频电场功率较高的情况下，反应腔室中主要进行等离子体的刻蚀反应。在射频电场强度较低的情况下(射频电场的功率小于800W)，S-F键难以断裂，SF6解离度较低，而此时C4F8会聚合形成大量的聚合物保护侧壁，也就是说，此时反应腔室中以聚合物沉积反应为主。从而，通过使反应腔室中射频电场的功率在第一功率和第二功率之间交替变化，就可以实现刻蚀反应和聚合物沉积反应的快速切换。根据本专利技术上述实施例的一种具体实施方式，第一、第二射频电源为交流电源，第一射频电源的频率可以为12-100MHZ，第二射频电源的频率可以为2-13MHZ。具体地，第一射频电源包括两个功率级，其功率在第一阈值和第二阈值之间交替变化，其中第一阈值大于第二阈值。例如，第一射频电源的功率波形呈方波变化，高电平对应第一阈值，低电平对应第二阈值。第二射频电源也包括两个功率级，其功率在第三阈值和第四阈值之间交替变化，其中第三阈值大于第四阈值。例如，第二射频电源的功率波形呈方波变化，高电平对应第三阈值，低电平对应第四阈值。进一步地，第一、第二、第三阈值、第四阈值的取值范围分别为1000-3000W、500-1000W、200-500W、0-300W。当第三阈值为500W，第四阈值为100W时，第二射频电源的功率波形如图3中a波形所示，其高电平对应于第三阈值、低电平对应于第四阈值，第二射频电源的电压信号波形可以如图3中b波形所示，电压信号频率可以为2-13MHZ。在功率不断变化的第一射频电源、第二射频电源的共同作用下，反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体刻蚀方法，用于对放置在等离子体反应腔室中的晶片进行加工处理，包括如下步骤：a)、向所述反应腔室通入制程气体，所述制程气体至少包括刻蚀气体和侧壁保护气体；b)、在所述反应腔室中产生一功率呈脉冲式变化的射频电场，以使所述反应腔室中交替进行刻蚀为主的制程与侧壁保护为主的制程；所述射频电场由接入所述反应腔室的第一射频电源和第二射频电源共同作用于所述反应腔室而产生，所述第一射频电源用于通过电感耦合的方式使所述刻蚀气体、侧壁保护气体电离，所述第二射频电源用于产生对所述晶片的定向物理溅射轰击；所述射频电场功率在第一功率和第二功率之间交替变化，所述第一功率大于1000W，所述第二功率小于800w；所述第一、第二射频电源分别包括两个功率级，所述第一射频电源的功率在第一阈值和第二阈值之间交替变化，所述第二射频电源的功率在第三阈值和第四阈值之间交替变化；所述第一射频电源与所述第二射频电源信号频率相同，所述第二射频电源的功率波形与所述第一射频电源的功率波形具有一相位差，所述相位差等于45度。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体刻蚀方法，用于对放置在等离子体反应腔室中的晶片进行加工处理，包括如下步骤：a)、向所述反应腔室通入制程气体，所述制程气体至少包括刻蚀气体和侧壁保护气体；b)、在所述反应腔室中产生一功率呈脉冲式变化的射频电场，以使所述反应腔室中交替进行刻蚀为主的制程与侧壁保护为主的制程；所述射频电场由接入所述反应腔室的第一射频电源和第二射频电源共同作用于所述反应腔室而产生，所述第一射频电源用于通过电感耦合的方式使所述刻蚀气体、侧壁保护气体电离，所述第二射频电源用于产生对所述晶片的定向物理溅射轰击；所述射频电场功率在第一功率和第二功率之间交替变化，所述第一功率大于1000W，所述第二功率小于800w；所述第一、第二射频电源分别包括两个功率级，所述第一射频电源的功率在第一阈值和第二阈值之间交替变化，所述第二射频电源的功率在第三阈值和第四阈值之间交替变化；所述第一射频电源与所述第二射频电源信号频率相同，所述第二射频电源的功率波形与所述第一射频电源的功率波形具有一相位差，所述相位差等于45度。2.如权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值的取值范围分别为1000-3000W、500-1000W、200-500W、0-300W。3.如权利要求2所述的等离子体刻蚀方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆祥，梁洁，杨平，李晶，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31