[发明专利]一种深硅通孔刻蚀装置及其刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及深硅通孔刻蚀领域，尤其涉及的是一种深硅通孔刻蚀装置中的压力控制方法。

背景技术

在半导体器件的生产过程中，对反应腔室的压力控制至关重要。特别是在多步刻蚀工艺中，由于反应腔室的压力直接影响刻蚀的效果，因此，更需要精确控制反应腔室的压力，使腔室中的多个压力稳定地进行重复交替等。

例如，在采用多步刻蚀工艺形成硅通孔（TSV）的过程中，具体可以采用电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术或电容耦合等离子体（CCP）刻蚀技术，整个刻蚀过程包括多个周期，每个周期一般可以分为：刻蚀（Etch Step，ES）和沉积（Deposition Step，DS）三个步骤，其中，CS步骤和ES步骤中反应腔室的压力可以为第一压力，DS步骤中反应腔室的压力则需要调整为第二压力，因此反应腔室的压力需要在第一压力和第二压力之间交替变换。

现有技术中多步刻蚀工艺是在压力伺服模式（pressure servo model）下，通过摆阀（pendulum）进行反应腔室的压力控制。摆阀是一种可以根据设定气压来调节开启大小的阀门装置，反应腔室至少包括一个用于输入反应气体的气体扩散口和一个用于排出反应气体的气体排出口，摆阀可以设置在反应腔室的气体排出口处。当设定一个压力值后，通过气体扩散口向反应腔室通入一定量的气体，然后摆阀可以根据反应腔室内通入气体的流量和设定压力值来旋转，平移开气体排出口，通过控制摆阀的开启大小，控制反应腔室内的压力达到设定的压力值。由于气体的流量、腔室的压力、腔室的温度等都可能随时发生变化，从而气体排出口的开口宽度也不固定，是浮动变化的。

在完成TSV刻蚀后形成的通孔中会填入导体材料以形成IC电路中的导通路径。所以深硅通孔（TSV）的侧壁形貌就变得很重要，成为TSV刻蚀工艺的关键指标。比如，当硅通孔侧壁有凹口（bowing）或者侧壁呈上窄下宽时就很难将导体材料通过沉积或者铜电镀的方法填充入刻蚀形成的通孔中。为了精确控制深硅通孔（TSV）的侧壁形貌，刻蚀工艺中的参数随着刻蚀深度渐变是常用的手段，比如气体流量，源射频功率，偏置射频功率，温度等。但是这些手段也有一定的缺陷，在部分对气压变化比较敏感的加工流程中这些手段无论如何调效果也不是很明显。同时在调试过程中最佳的气压的获得也需要在锁定其它参数的情况下逐个尝试，然后比较不同气压下处理的效果获得最优化的气压参数。在尝试过程中每一个气压值都需要人员手动设定入控制系统，不仅费时费力，而且并不一定能找到最佳的气压值。

相对于现有的几个参数改变方法，实现气压在整个刻蚀过程中逐渐改变是最困难的，因为在Bosch刻蚀方法中刻蚀步骤和沉积步骤是快速切换的，这些刻蚀和沉积步骤最短只有0.5秒左右，现有的硬件反应速度和精度很难跟上如此快速而且要求精确的气压变化。因此，如何提高腔室压力的稳定性和准确性以形成最佳的刻蚀形貌就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种深硅通孔刻蚀方法，以得到更好的刻蚀通孔形貌。

为解决上述问题，本发明提供了一种深硅通孔刻蚀装置，一种深硅通孔刻蚀装置，所述刻蚀装置包括：一个反应腔，所述反应腔连接到反应气体供应装置，所述反应气体供应装置供应的反应气体通过反应腔上的一个排气口排出，所述排气口上还包括一个排气阀门，一个基片安装台，待处理基片放置在基片安装台上，一个控制装置控制所述深硅通孔刻蚀装置在多个刻蚀周期之间循环，每个刻蚀周期中向下刻蚀所述基片以增加通孔的深度，每个刻蚀周期包括至少一个刻蚀步骤和一个沉积步骤，所述控制装置同时控制所述排气阀门的开度以控制反应腔内的气压，其特征在于所述多个刻蚀周期中排气阀门的开度随基片上通孔的深度的增加而增加。其中排气阀门开度在刻蚀步骤和沉积步骤中同步增加。较佳的，刻蚀步骤中排气阀开度增加幅度大于在沉积步骤中的增加幅度。其中多个刻蚀周期构成一个刻蚀阶段，每个刻蚀阶段内具有稳定的阀门开度，多个刻蚀阶段完成对深硅通孔的刻蚀。

本发明还提供了一种深硅通孔刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：提供一个反应腔；放置待处理硅基片放置到反应腔内的基片安装台上；在待处理基片上形成带有刻蚀图形的开口；执行循环的多个刻蚀周期，每个刻蚀周期包括至少一个刻蚀步骤和一个沉积步骤，在刻蚀步骤中通入刻蚀气体，在沉积步骤中通入沉积气体，每个刻蚀周期都从所述开口向下刻蚀所述硅基片，直到形成目标深度的通孔；其特征在于刻蚀孔达到不同深度时所述刻蚀气体在反应腔内具有不同气压，其中刻蚀到达目标深度时的气压小于在刻蚀基片开口部分时的气压。