[发明专利]深硅刻蚀方法、等离子体加工方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体加工技术领域，特别涉及一种深硅刻蚀方法、等离子体加工方法和系统。

背景技术

随着微电子机械器件和微电子机械系统(Micro Electromechanical System，MEMS)被越来越广泛的应用于汽车和消费电子等领域，以及TSV(ThroughSilicon Via)通孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景，深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS制造领域和TSV技术中最炙手可热工艺之一。

深硅刻蚀工艺实际上属于一种等离子体干法刻蚀工艺，相对于一般的硅刻蚀工艺，其主要区别在于：刻蚀深度远大于一般的硅刻蚀工艺。一般的硅刻蚀工艺的刻蚀深度通常小于1微米，而深硅刻蚀工艺的刻蚀深度则为几十微米甚至上百微米。因此，为获得良好的形貌，需要刻蚀去除深度为几十至上百微米的硅材料，就要求深硅刻蚀工艺具有更快的刻蚀速率，更高的选择比和更大的深宽比。

目前常用的深硅刻蚀工艺的主要特点为：整个刻蚀过程为一个工艺单元的多次重复，如图1所示，该工艺单元包括沉积步骤101、刻蚀面阻挡层去除步骤102和刻蚀步骤103，换言之，整个刻蚀过程是一次沉积和两次刻蚀的交替循环。其中，沉积步骤使用的工艺气体为C₄F₈，刻蚀面阻挡层去除步骤使用的工艺气体为Ar或O₂，刻蚀步骤使用的工艺气体为SF₆。

图2为传统的深硅刻蚀加工装置，如图1和图2所示，在沉积步骤101中，计算机216通过控制器205打开质量流量计211，工艺气体210经过管路流入工艺腔室201；同时，射频电源215通过线圈214将功率耦合到工艺腔室201内，工艺气体在射频功率的激发下产生等离子体，等离子体与硅片207反应形成的沉积物覆盖在刻蚀孔的侧壁上，起到保护作用。

在刻蚀面阻挡层去除步骤102中，计算机216首先通过控制器205关闭质量流量计211，之后打开质量流量计212，工艺气体209经过管路流入工艺腔室201；同时，射频电源215和203被加载，工艺气体在射频电源215的激发下产生等离子体，而射频电源203用于向工艺腔室201内的所述等离子体施加偏压功率，于是，所述等离子体在射频电源203的偏压功率的作用下，对硅片207产生轰击作用，所述轰击作用使得刻蚀面上的沉积物(即刻蚀面阻挡层)被清除掉。

接着，在刻蚀步骤103中，计算机216首先通过控制器205关闭质量流量计212，之后打开质量流量计213，工艺气体208经过管路流入工艺腔室201。同时，射频电源215和203被打开，工艺腔室内的刻蚀气体在射频电源215的激发下产生等离子体，所述等离子体在射频电源203的电场的作用下继续刻蚀所述阻挡层之下的硅片刻蚀面。

为保证刻蚀质量和生产效率，上述三个步骤紧密衔接循环进行，直到刻蚀达到设计的深度。实际上，每一步骤的对等离子体施加的偏压功率都是不同的，通常，工艺气体208、209、210由储气装置流经管路到达工艺腔室201均需要一定的时间，而偏压功率由射频电源203通过基座206瞬间就可以加载到工艺腔室内的硅片207上，于是就会存在工艺气体与偏压功率的同步问题，也即，执行特定步骤时，所需工艺气体为进入腔室而所需偏压功率已经加载，实际工艺腔室中还残留前一步骤的各种反应气体，从而影响刻蚀形貌和选择比。当单个工艺步骤的时间较短时，上述同步问题就更为突出。

为实现工艺气体与偏压功率同步，以上传统技术在射频电源203与控制器205之间设置有延迟模块204，在延迟模块204中预先设定施加偏压功率的延迟时间，通过延迟偏压功率加载到基座206的时间，来实现工艺气体与偏压功率的同步。

然而问题在于，上述方法实现同步的效果与预先设定的延迟时间的准确性密切相关，而所述延迟时间与工艺气体流量、质量流量计的响应时间和管路长度等因素有关，当其中某个因素发生变化时，工艺气体到达腔室所需的时间就会发生变化，延迟时间也就要做相应的调整。例如，每一产品都有特定的结构设计，实际深硅刻蚀的工艺参数也就各不相同，其中各个步骤可能需要不同的气体流量，因此就需要频繁的改变延迟模块中的延迟时间，而每一延迟时间均需要预先试验来确定，过程复杂而导致工作效率大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体加工方法和系统，能够更加简便的实现工艺气体与偏压功率的同步，提高工作效率。

本发明的另一目的是提供一种深硅刻蚀方法，可以更加简便的实现工艺气体与偏压功率的同步，提高工作效率。