一种深硅刻蚀方法技术

本发明专利技术公开一种深硅刻蚀方法，其包括刻蚀步骤和沉积步骤，所述刻蚀步骤和所述沉积步骤交替循环直至刻蚀到预设深度，在所述沉积步骤中，通入沉积气体和由碳元素和氢元素组成的第一辅助气体进行沉积。通过上述深硅刻蚀方法，可以降低刻蚀图形顶部的线宽损失。

【技术实现步骤摘要】
一种深硅刻蚀方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种深硅刻蚀方法。
技术介绍
随着MEMS(微机电系统，Micro-Electro-MechanicalSystems)被越来越广泛的应用于汽车和消费电子领域，以及硅通孔(ThroughSiliconEtch，简称TSV)刻蚀技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中的主流工艺之一。深硅刻蚀工艺相对于一般的硅刻蚀工艺的主要区别在于：其一，深硅刻蚀工艺的刻蚀深度一般在几十微米甚至上百微米，其远大于一般的硅刻蚀工艺的小于1微米的刻蚀深度；其二，为了刻蚀厚度为几十微米以上的硅片，深硅刻蚀工艺则需要更快的刻蚀速率、更高的选择比及更大的深宽比。深硅刻蚀工艺按照刻蚀形貌一般包括深孔刻蚀工艺、深槽可以工艺和柱形刻蚀工艺等几大类型。深硅刻蚀工艺可采用Bosch工艺，如图1所示，在Bosch工艺中，整个刻蚀过程为沉积步骤101与刻蚀步骤102的交替循环，直至达到所需要的刻蚀深度。其中，沉积步骤101；沉积步骤101所采用的工艺气体通常为C4F8(四氟化碳)，C4F8在等离子状态下分解成离子态CFx+基、CFx-基和F-基，其中CFx+基和CFx-基与硅表面反应，形成nCF2高分子钝化膜，如下反应式(1)和式(2)所示。C4F8+e-→CFx++CFx-+F-+e-(1)CFx-→nCF2(2)刻蚀步骤102所采用的工艺气体通常为SF6(六氟化硫)，由SF6气体电离产生F自由基以及SxFy等离子体，首先，F自由基与nCF2反应刻蚀掉钝化膜，并生成挥发性气体CF2，这一过程中，虽然F自由基参与反应并起到了一定作用，但实际上起主要作用的是SxFy等离子体对钝化膜的轰击。之后进行Si基材刻蚀，对Si基材的刻蚀主要是以F自由基和Si反应生成SiFx，属于化学刻蚀，同时SxFy离子对Si有物理轰击作用，与F自由基刻蚀相比，SxFy离子的物理轰击对Si刻蚀的贡献小，因此这一过程中，起主要作用的是F自由基，如下反应式(3)、(4)、(5)所示。SF6+e-→SxFy++SxFy-+F-+e-(3)nCF2++F-→CFx-→CF2↑(4)Si+F-→SiFx(5)在上述柱形刻蚀工艺过程中发现以下问题：随着刻蚀深度地逐渐增加，产生的刻蚀副产物的排出速度逐渐降低，该刻蚀副产物与参与反应的SxFy离子和F自由基相碰撞的概率大大增加，这会导致参与反应的离子的自由程降低，因此，离子所具有的能量降低，离子愈发难以深入刻蚀最底部参与反应，这样，对于主要以SxFy离子的轰击作用为主的对沉积产生的nCF2高分子钝化膜的刻蚀，刻蚀深度越深，到达柱形最底部的离子的密度越少且能量越小，所以轰击效果显著降低，导致残留的钝化膜难以及时清除，在后续的沉积过程中不断累积，最终经过多次沉积和刻蚀交替循环后，会形成类似的“微掩膜”(micro-mask)，严重时甚至会形成硅草，如图2a和图2b所示。同时，随着刻蚀深度地不断增加，对Si基材起主要刻蚀作用的F自由基在柱形最底部的浓度逐渐降低，这导致硅柱整体刻蚀速率逐渐降低。为解决上述刻蚀工艺中出现的硅草现象，目前采用以下两种方式：第一种，采用较高的上射频功率和下射频功率。随着刻蚀深度加深，气压逐渐降低，使得粒子获得较大的自由程，使其具有较大的能量去刻蚀沉积产生的钝化膜，这在一定程度上减弱了刻蚀深度逐渐加深对离子能量带来的不利影响，能够有效解决硅草问题，但射频功率受功率源等硬件限制，存在一定的使用上限。第二种，在完成一个沉积/刻蚀循环后，在下一循环开始前，引入一步“底部平滑”步骤。在较低的工艺压力下，在工艺腔室中引入一定流量的含F气体，对沉积的钝化膜进行刻蚀，避免由于钝化膜残留导致的硅草现象的出现。然而，采用上述两种方法虽然能够解决硅草现象的出现，但是在刻蚀图形的底部增加了刻蚀作用,其会带来其他技术问题：如图3所示，因为在刻蚀底部硅草的同时,刻蚀图形的顶部比刻蚀图形的底部受到的横向等离子体轰击能量更强，因此，会使得刻蚀图形的形貌成正梯形，因而造成刻蚀图形的顶部的直径尺寸损伤较为严重，即造成线宽损失严重。
技术实现思路
本专利技术提供一种深硅刻蚀方法，可以降低刻蚀图形顶部的线宽损失。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了一种深硅刻蚀方法，其包括刻蚀步骤和沉积步骤，所述刻蚀步骤和所述沉积步骤交替循环直至刻蚀到预设深度，在所述沉积步骤中，通入沉积气体和由碳元素和氢元素组成的第一辅助气体进行沉积。优选地，在每个循环的所述沉积步骤和所述刻蚀步骤之间，还包括：过渡步骤；在所述过渡步骤中，通入刻蚀气体和第二辅助气体进行刻蚀，所述第二辅助气体含碳元素和氟元素。优选地，所述第二辅助气体中的碳元素和氟元素的原子个数比小于0.5。优选地，所述第一辅助气体为C2H4。优选地，所述第二辅助气体为CHF3。优选地，所述沉积步骤、所述刻蚀步骤和所述过渡步骤的工艺压强均随着刻蚀深度的增加在一定范围内逐渐降低。优选地，在所述沉积步骤、所述刻蚀步骤和所述过渡步骤中，所述工艺压强的初始值的范围为50mT～200mT，结束值的范围为10mT～30mT。优选地，在所述沉积步骤、所述刻蚀步骤和所述过渡步骤中，所述工艺压强的初始值的范围为50mT～80mT，结束值的范围为10mT～20mT。优选地，所述沉积步骤的工艺参数包括：所述沉积气体为C4F8，C4F8的气流量范围为100sccm～200sccm，C2H4的气流量的范围为50sccm～100sccm；激励功率的范围为1000W～2000W；偏压功率为0W；工艺时间2s～3s。优选地，所述过渡步骤的工艺参数包括：所述刻蚀气体为SF6，SF6的气流量范围为100sccm～200sccm，CHF3的气流量的范围为50sccm～100sccm；激励功率的范围在1000W～2000W；偏压功率的范围为30W～50W；工艺时间1s～2s。本专利技术的有益效果包括：本专利技术提供的深硅刻蚀工艺，由于在沉积步骤中还通入了碳元素和氢元素组成的第一辅助气体，这样，第一辅助气体离化后产生碳粒子、碳氢粒子，而不可能产生氟基，因此，极大提升了单位体积内碳元素和氟元素的含量比例，可有效地提高刻蚀图形的侧壁上钝化膜的生成效率，因而可使生成在刻蚀图形顶部的侧壁上的钝化膜抵挡离子的横向轰击，从而可以降低刻蚀图形顶部的线宽损失；而且还由于该碳粒子需要与沉积气体离化后的F基、硅表面反应生成钝化膜，即需要消耗掉沉积气体离化后的F基，因此，能够更有效地降低F基浓度，从而减小F基对刻蚀图形顶部的侧壁上钝化膜的影响，进一步地降低刻蚀图形顶部的线宽损失。附图说明图1为典型的Bosch工艺的流程图；图2a为采用图1所示刻蚀工艺进行工艺之后的第一种刻蚀图形的电镜扫描图；图2b为采用图1所示刻蚀工艺进行工艺之后的第二种刻蚀图形的电镜扫描图；图3为现有的刻蚀工艺进行工艺之后的刻蚀图形的电镜扫描图；图4为本专利技术实施例1提供的深硅刻蚀方法的流程图；图5为本专利技术实施例2提供的深硅刻蚀方法的流程图；图6为采用本专利技术实施例2提供的刻蚀工艺进行工艺之后的刻蚀图形的电镜扫描图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术实施例提供的深硅刻蚀方法进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深硅刻蚀方法，其包括刻蚀步骤和沉积步骤，所述刻蚀步骤和所述沉积步骤交替循环直至刻蚀到预设深度，其特征在于，在所述沉积步骤中，通入沉积气体以及由碳元素和氢元素组成的第一辅助气体进行沉积。

【技术特征摘要】
1.一种深硅刻蚀方法，其包括刻蚀步骤和沉积步骤，所述刻蚀步骤和所述沉积步骤交替循环直至刻蚀到预设深度，其特征在于，在所述沉积步骤中，通入沉积气体以及由碳元素和氢元素组成的第一辅助气体进行沉积。2.根据权利要求1所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，在每个循环的所述沉积步骤和所述刻蚀步骤之间，还包括：过渡步骤；在所述过渡步骤中，通入刻蚀气体和第二辅助气体进行刻蚀，所述第二辅助气体含碳元素和氟元素。3.根据权利要求2所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述第二辅助气体中的碳元素和氟元素的原子个数比小于0.5。4.根据权利要求1所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述第一辅助气体为C2H4。5.根据权利要求2或3所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述第二辅助气体为CHF3。6.根据权利要求2所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，所述沉积步骤、所述刻蚀步骤和所述过渡步骤的工艺压强均随着刻蚀深度的增加在一定范围内逐渐降低。7.根据权利要求6所述的深硅刻蚀方法，其特征在于，在所述沉积步骤、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：万宇，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11