[发明专利]ICP等离子体处理腔室及其气体注入装置，硅通孔刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种ICP等离子体处理腔室及其气体注入装置，硅通孔刻蚀方法。

背景技术

半导体制造技术领域中，在MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）和3D封装技术等领域，通常需要对硅等材料进行深通孔刻蚀。例如，在体硅刻蚀技术中，深硅通孔(Through-Silicon-Via，TSV)的深度达到几百微米、其深宽比甚至远大于10，通常采用深反应离子刻蚀方法来刻蚀体硅形成。

现有技术中，TSV的深反应离子刻蚀通常Bosch工艺进行。如图1所示，其中，衬底硅为待刻蚀层，其上做掩膜层以形成图形，掩膜层通常为SiO₂或者Si₃N₄，主要在刻蚀过程起掩膜作用。具体深反应离子刻蚀方法包括以下步骤：（1）刻蚀步骤，通常用Ar、SF₆的混合气体进行等离子体刻蚀；（2）侧壁沉积步骤，通常用Ar和C₄F₈的混合气体在孔洞内侧面形成氟碳聚合物层，其厚度一般在纳米级，有时也称作该聚合物层为钝化层，（3）刻蚀步骤和侧壁沉积步骤交替进行，直到深硅通孔刻蚀完成，在刻蚀步骤中，由于孔洞的内表面、尤其是在孔洞内侧面沉积聚合物，垂直入射的等离子轰击底部的聚合物，使得垂直方向的刻蚀继续向下进行，而侧壁的由于聚合物的保留所以刻蚀率很低，从而保证了整个孔洞刻蚀过程的各向异性。

在现有技术中，刻蚀气体和侧壁沉积气体通过统一的气体注入口进入腔室内部，由于两种气体的重量不同，在两种气体交替重复通入腔室的过程中，会造成腔室内部压力产生较大变化。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种ICP等离子体处理腔室及其气体注入装置，硅通孔刻蚀方法。

本发明第一方面提供了一种用于所述电感耦合型等离子处理腔室的气体注入装置，其中，所述电感耦合型等离子体处理腔室包括一柱状腔室，所述气体注入装置是环状的，其设置于所述电感耦合型等离子处理腔室腔室侧壁外围上方，所述气体注入装置包括上下两层结构，在所述上下两层结构之中分别设置有贯穿至腔室内部的第一气体注入口和第二气体注入口，以向腔室内部供应制程反应气体。

进一步地，所述第一气体注入口和第二气体注入口分别向腔室内部供应第一反应气体和第二反应气体。

进一步地，所述第一反应气体为刻蚀气体，所述第二反应气体为侧壁沉积气体。

进一步地，所述刻蚀气体和侧壁沉积气体交替循环地通入腔室内部，其中，所述刻蚀气体和所述侧壁沉积气体的执行时间是相同的。

进一步地，所述刻蚀气体在每次侧壁沉积气体还在持续供应时通入腔室。

进一步地，所述刻蚀气体为C₄F₈，侧壁沉积气体为SF₆。

本发明第二方面提供了一种所述电感耦合型等离子处理腔室，所述电感耦合型等离子体处理腔室包括一柱状腔室，进一步地，所述电感耦合型等离子处理腔室包括本发明第一方面所述的气体注入装置，所述气体注入装置是环状的，其设置于所述电感耦合型等离子处理腔室腔室侧壁外围上方。

本发明第三方面提供了一种在电感耦合型等离子体处理腔室中执行的硅通孔刻蚀方法，所述电感耦合型等离子处理腔室包括本发明第一方面所述的气体注入装置，其中，所述硅通孔刻蚀方法包括包括多次重复执行的制程循环步骤，所述制程循环步骤包括刻蚀步骤和侧壁沉积步骤，执行刻蚀步骤时通入刻蚀气体，执行侧壁沉积步骤时通入侧壁沉积气体，所述刻蚀气体和所述侧壁沉积气体的执行时间是相同的，所述刻蚀气体在每次侧壁沉积气体还在持续供应时通入腔室。

进一步地，所述刻蚀气体和侧壁沉积气体通入的重叠时间的取值范围为小于200ms。

进一步地，所述刻蚀气体为C₄F₈，侧壁沉积气体为SF₆。

本发明提供的ICP等离子体处理腔室及其气体注入装置，硅通孔刻蚀方法能够在刻蚀和侧壁沉积交替重复执行的过程中保持腔室内部压力的稳定性，能够稳定腔室内压力，以及保证刻蚀图形质量。

附图说明

图1是现有技术的电感耦合型等离子体处理腔室的结构示意图；

图2是现有技术的深通孔刻蚀的气体通入时序图以及腔室压力波动图；

图3是根据本发明一个具体实施例的电感耦合型等离子体处理腔室的结构示意图；