用于等离子体蚀刻工件的方法及装置制造方法及图纸

根据本发明专利技术，提供了一种在硅基板中等离子体蚀刻一个或多个特征的方法，所述方法包括以下步骤：使用循环蚀刻工艺进行主蚀刻，在该循环蚀刻工艺中沉积步骤和蚀刻步骤交替重复；以及进行过蚀刻以完成所述特征的等离子体蚀刻；其中：该过蚀刻包括一个或多个第一类蚀刻步骤和一个或多个第二类蚀刻步骤，所述第一和第二类蚀刻步骤中的每个步骤都包括通过离子轰击所述硅基板来进行蚀刻；以及所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击具有向内的倾斜。本发明专利技术还提供了一种用上述方法蚀刻硅基板的装置。

The method and device for the plasma etching of the workpiece

According to the present invention provides a method for plasma etching of the silicon substrate in one or more features, the method comprises the following steps: main etching using cyclic etching process, the etching process in cyclic deposition step and etching steps and are alternately repeated; etching to complete the plasma characteristics among them: the etching; etching includes one or more first etching step and one or more of the second kinds of etching steps, each step of the first and second steps are included in etching the silicon substrate is etched by ion bombardment to; compared with the inward tilt ion during the a one or more first etching steps and the ion bombardment during one or more of the second kinds of etching step bombardment. The invention also provides a device for etching a silicon substrate by means of the above method.

【技术实现步骤摘要】
用于等离子体蚀刻工件的方法及装置
根据本专利技术，提供了用于等离子体蚀刻工件的方法及装置。
技术介绍
硅晶片的蚀刻是电子元件工业制造中的重要过程。蚀刻轮廓优选在晶片的整个表面上是均匀的。理想情况下，应该在晶片边缘的3mm内实现这种均匀且高质量的蚀刻，以防止不必要的晶片材料的浪费。目前，用于蚀刻硅晶片的方法包括使用通常称为“博世工艺(Boschprocess)”的循环技术的等离子体蚀刻。在这一技术中，循环地进行交替的沉积步骤和蚀刻步骤。博世工艺在本领域中是公知的，例如描述于US5501893中。然而，由于朝向晶片边缘的一些不连续性(如气流、温度和等离子体密度的变化)可能难以保持该等离子体蚀刻工艺的均匀性。控制等离子体均匀性并最小化这些边缘效应的方法包括使用静电卡盘(electrostaticchucks，ESC)、气流管理和大于晶片的台板组件。还可使用聚焦环(可为陶瓷或硅的环形环)来控制等离子体均匀性。然而，在等离子体蚀刻工艺期间，由于工艺条件(如RF电压和腔室压力)的波动情况下，等离子体均匀性可能会偏离。这可以导致等离子体蚀刻工艺中尤其是朝向晶片边缘的不对称，在晶片边缘离子轰击的入射角更难以控制和再现。图1中示出了在硅中蚀刻的通孔的底部处的这种不对称的SEM图像。这种不对称会导致有缺陷的模具。在硅晶片的等离子体蚀刻中，通常实现晶片表面的负极化，从而将来自等离子体的正离子吸引到晶片的表面。等离子体中正离子已被提取的区域称为等离子体壳层。正离子在大致垂直于等离子体壳层的方向上轰击晶片表面。因此，在厚度上的变形或等离子体壳层的偏斜将导致蚀刻表面的不均匀性。等离子体壳层的偏斜对应于离子轰击基板表面的入射角。该偏斜角度在离子的入射路径和晶片表面的法线之间测量。在晶片边缘处离子轰击的入射角可相对于在晶片中心处离子轰击的入射角发生偏斜。等离子体壳层的厚度和偏斜取决于等离子体密度、局部电势和晶片的拓扑结构。这些参数在整个处理室中是变化的并导致跨越晶片表面的等离子体壳层厚度的变化。这种等离子体壳层的变形在存在材料和机械不连续性的晶片边缘处最为明显。例如，在朝向晶片边缘的基板表面上通常存在局部的电压变化。这产生等离子体壳层厚度上的变形并可以导致非对称蚀刻或具有逐渐变小的轮廓的蚀刻。图2示出了在存在等离子体的情况下，放置在RF驱动的静电卡盘(ESC)22上的基板20的边缘的横截面，其中等离子体壳层34在基板20的边缘处具有向外的偏斜。基板20位于ESC22上并暴露于使用合适的蚀刻剂源气体产生的等离子体32。在该实例中，等离子体壳层34在基板20的边缘处具有向外的偏斜，使得离子轰击基板表面的入射角具有径向向外的分量。等离子体蚀刻工艺可涉及紧随主蚀刻的过蚀刻，通常一旦检测到终点条件即开始过刻蚀。主蚀刻循环也称为体蚀刻(bulketch)。主蚀刻可利用循环的沉积和蚀刻博世工艺。主蚀刻可用于形成沟槽或通孔，并进行过蚀刻循环来确保蚀刻轮廓在晶片表面上是均匀的和完整的，并从主蚀刻工艺形成的通孔来去除任何其它残留材料。还可进行初始的“突破”蚀刻步骤。通常，在突破蚀刻、博世主蚀刻和过蚀刻的连续事件期间，使用不同的蚀刻方案设计和工艺参数。可以在过蚀刻周期期间优化等离子体壳层的偏斜，使得过蚀刻尽可能与主蚀刻对准。通常，这涉及调整工艺参数以最小化主蚀刻循环和过蚀刻循环之间的等离子体变形，这通常是复杂的。尽管优化了工艺参数，但在主蚀刻和过蚀刻之间，等离子体壳层经常存在小的变化。然而，即使主蚀刻和过蚀刻之间偏斜上的小变化也可以导致过蚀刻的逐渐变小的轮廓或不对称轮廓。在诸如具有高纵横比的通孔的特征的底部，这种不对称将变得更为明显。这种不对称可导致有缺陷的模具。应当理解，除了上述特定问题之外，还存在改善等离子体蚀刻工艺的均匀性，特别是在晶片的外围的均匀性，及减少过蚀刻工艺后存在的不对称数量的普遍愿望和需求。本专利技术，至少在其一些实施方式中解决了这些问题、愿望和需求中的至少一些。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种在硅基板中等离子体蚀刻一个或多个特征的方法，所述方法包括以下步骤：使用循环蚀刻工艺进行主蚀刻，在所述循环蚀刻工艺中沉积步骤和蚀刻步骤交替重复；以及进行过蚀刻以完成所述特征的等离子体蚀刻；其中：所述过蚀刻包括一个或多个第一类蚀刻步骤和一个或多个第二类蚀刻步骤，所述第一和第二类蚀刻步骤中的每个步骤都包括通过离子轰击所述硅基板来进行蚀刻；以及所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击具有向内的倾斜。可在主蚀刻之前进行突破蚀刻步骤。进行主蚀刻以蚀刻硅基板中的一个或多个特征的主要部分。过蚀刻完成所述特征的等离子体蚀刻并从这些特征去除可能从主蚀刻残余的残留物。显而易见的是，所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间的离子轰击具有向外的倾斜。可以任何顺序进行所述一个或多个第一或第二类蚀刻步骤。向内的倾斜对应于具有径向向内分量的离子轰击。即，径向朝向硅基板的中心。向外的倾斜对应于具有径向向外分量的离子轰击。即，径向远离硅基板的中心。过蚀刻可进一步包括一个或多个第三类蚀刻步骤，所述一个或多个第三类蚀刻步骤包括通过离子轰击所述硅基板来进行蚀刻。所述一个或多个第三类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击可具有向外的倾斜。在这些实施方式中，所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击所具有的倾斜介于所述第二类蚀刻步骤中离子轰击的倾斜和所述第三类蚀刻步骤中离子轰击的倾斜之间。所述一个或多个第一类蚀刻步骤可构成对主蚀刻的优化或最佳拟合，使得如果过蚀刻仅由第一类蚀刻步骤构成，则所得特征的下端将具有最佳，或接近最佳的可能的对称度。然后可进行第二类蚀刻步骤和第三类型蚀刻步骤，以校正由所述一个或多个第一类蚀刻步骤引入的不对称性。本专利技术可以具体地改善朝向硅基板外围刻蚀的所述特征的对称性，尤其是位于靠近硅基板边缘的所述特征。可以任何顺序进行所述一个或多个第一、第二和第三类步骤。过蚀刻期间的离子轰击的倾斜可使用施加到基板以产生电偏压的电偏压电压来控制。电偏压电压可以是RF电压。不希望被任何具体理论或猜想所限制，据信通过改变作为等离子体蚀刻的一部分而产生的等离子体壳层的偏斜来控制离子轰击的倾斜。在所述一个或多个第一、第二和任选的第三类蚀刻步骤期间电偏压电压可以是脉冲的。在所述一个或多个第一、第二和任选的第三类蚀刻步骤期间，电偏压电压可以是以10％至50％范围内的占空比脉冲的。在所述一个或多个第一、第二和任选的第三类蚀刻步骤期间，可连续向基板施加电偏压电压。相对于在所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间施加的电偏压电压，通过减小电偏压电压的大小，可控制在所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间的离子轰击的向内的倾斜。相对于在所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间施加的电偏压电压，通过增加电偏压电压的大小，可控制在所述一个或多个第三类蚀刻步骤期间的离子轰击的向外的倾斜。可以其它方式(如通过将电信号施加到围绕硅基板的聚焦环)来控制过蚀刻期间的离子轰击的倾斜。所述特征可以是通孔。所述特征可以是穿硅通孔(TSV)。所述特征可具有至少5:1的纵横比。所述硅基板可包括外保护层，其中所述外保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅基板中等离子体蚀刻一个或多个特征的方法，所述方法包括以下步骤：使用循环蚀刻工艺进行主蚀刻，在所述循环蚀刻工艺中沉积步骤和蚀刻步骤交替重复；以及进行过蚀刻以完成所述特征的等离子体蚀刻；其中：所述过蚀刻包括一个或多个第一类蚀刻步骤和一个或多个第二类蚀刻步骤，所述第一和第二类蚀刻步骤中的每个步骤都包括通过离子轰击所述硅基板来进行蚀刻；以及所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击具有向内的倾斜。

【技术特征摘要】
2016.05.20 GB 1608926.01.一种在硅基板中等离子体蚀刻一个或多个特征的方法，所述方法包括以下步骤：使用循环蚀刻工艺进行主蚀刻，在所述循环蚀刻工艺中沉积步骤和蚀刻步骤交替重复；以及进行过蚀刻以完成所述特征的等离子体蚀刻；其中：所述过蚀刻包括一个或多个第一类蚀刻步骤和一个或多个第二类蚀刻步骤，所述第一和第二类蚀刻步骤中的每个步骤都包括通过离子轰击所述硅基板来进行蚀刻；以及所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击具有向内的倾斜。2.根据权利要求1所述方法，其中，所述过蚀刻进一步包括一个或多个第三类蚀刻步骤，所述一个或多个第三类蚀刻步骤包括通过离子轰击所述硅基板来进行蚀刻；且其中，所述一个或多个第三类蚀刻步骤期间的离子轰击相对于所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间的离子轰击具有向外的倾斜。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述过蚀刻期间的离子轰击的倾斜用电偏压电压来控制，所述电偏压电压施加到基板以产生电偏压。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电偏压电压是RF电压。5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中，在所述一个或多个第一、第二和第三类蚀刻步骤期间所述电偏压电压是脉冲的。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述一个或多个第一、第二和第三类蚀刻步骤期间，所述电偏压电压是以10％至50％范围内的占空比脉冲的。7.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中，在所述一个或多个第一、第二和第三类蚀刻步骤期间连续向基板施加所述电偏压电压。8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，相对于在所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间施加的电偏压电压，通过减小电偏压电压的大小控制在所述一个或多个第二类蚀刻步骤期间离子轰击的所述向内的倾斜。9.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其中，相对于在所述一个或多个第一类蚀刻步骤期间施加的电偏压电压，通过增加电偏压电压的大小控制在所述一个或多个第三类蚀刻步骤期间离子轰击的向外的倾斜。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述特征是通孔。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述特征是穿硅通孔(TSV)。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·洛奈，马克西姆·瓦瓦拉，
申请(专利权)人：SPTS科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB