[发明专利]沟槽的干法刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沟槽的干法刻蚀工艺。

背景技术

硅通孔(through silicon via)工艺是一种新兴的集成电路制作工艺，适合用作多方面性能提升，用于无线局域网与手机中功率放大器，将极大的提高电路的频率特性和功率特性。硅通孔工艺将制作在硅片上表面的电路通过硅通孔中填充的金属连接至硅片背面，结合三维封装工艺，使得IC布局从传统二维并排排列发展到更先进三维堆叠，这样元件封装更为紧凑，芯片引线距离更短，从而可以极大的提高电路的频率特性和功率特性。

硅通孔工艺制作中，需要通过先进的刻蚀工艺在硅基体中制作出具有极大深宽比(有的甚至达到50～75)的深孔或深沟槽，深孔或深沟槽深度大致为100微米或以上。该深孔或深沟槽是通过干法刻蚀工艺得到，由于深宽比过大，在干法刻蚀后会有侧向开口(undercut)的问题(见图1)，侧向开口存在金属前介质层(PMD)与硅通孔之间，侧向开口会导致后续金属填充物无法填满硅通孔。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种沟槽的干法刻蚀方法，该方法能修复干法刻蚀带来的侧向开口问题。

为解决上述技术问题，本发明的沟槽的干法刻蚀方法，为在干法刻蚀形成沟槽之后，采用选择性外延工艺修复沟槽侧壁的开口。

本发明通过在干法刻蚀形成沟槽或通孔后计算出侧向开口的大小，然后根据侧向开口量进行选择性外延补偿，在外延过程中金属前介质层(氧化膜)可以阻止单晶硅在硅片表面的生长，硅通孔中每一个方向同时长单晶硅，单晶硅长的厚度与侧向开口量一致或更大，通过这种工艺可以有效的减少侧向开口的大小，增加后续金属填充工艺的窗口。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有工艺的沟槽形成后结构示意图；

图2为采用本发明的方法中沟槽形成后的结构示意图；

图3为本发明的一实施例流程示意图。

具体实施方式

本发明的沟槽的干法刻蚀方法，为在硅衬底内刻蚀形成沟槽后，采用选择性硅外延生长工艺，在沟槽侧壁形成一修复层，以补偿刻蚀中形成的侧向开口。

在一具体实施例中，沟槽刻蚀过程包括如下步骤(见图3)。

先采用光刻工艺在硅衬底上定义出沟槽的位置和尺寸。在此之前，硅衬底上通常淀积有氧化硅层。光刻工艺包括在硅衬底上涂光刻胶，采用光刻掩膜版曝光，后显影形成光刻胶图形。在具体实施中，光刻胶的厚度要尽量足够厚至抵挡后续的干法刻蚀。光刻胶厚度一般在3微米以上。

接着以光刻胶为刻蚀掩膜层，刻蚀氧化硅层。刻蚀通常采用干法刻蚀工艺。具体实施中，可采用氧化膜对光刻胶选择比高的干法刻蚀条件，以给后续的深沟槽干法刻蚀提供足够的工艺窗口。

而后刻蚀硅衬底形成沟槽。由于沟槽的深宽比较大(可达50以上)，一般的单步稳态干法刻蚀难以实现，目前通常采用多步淀积刻蚀交替循环干法刻蚀方法(BOSCH)来刻蚀形成深沟槽。在沟槽的深宽比大于50或更大的时候，在氧化硅层和硅表面之间会形成侧向开口，即刻蚀形成的沟槽侧向尺寸大于光刻胶的开口尺寸。在后续的金属淀积中可能不能完全填充。

接着去除剩余的光刻胶和刻蚀过程中所产生的聚合物。这步主要是去除干法刻蚀后遗留的聚合物以及残留的光刻胶。通过采用湿法刻蚀工艺，且在该步骤中要尽量的清洗干净，以增加后续外延的工艺窗口。

最后采用选择性硅外延工艺，在沟槽内壁生长一层硅单晶修复层(见图2)，以补偿硅衬底的侧向损失。在深沟槽内部生长一层单晶硅即和硅基板中的单晶硅一致，单晶硅的生长厚度与侧向开口的大小一致或更大，由于是选择性外延，且硅基板上有氧化膜保护，因此表面不会有单晶硅生长，只有深沟槽内部会有单晶硅生长，以此提高后续金属填充工艺能力。侧向开口的大小可通过断面确认。

该方法适用于包含硅通孔器件，但不仅限于这种器件。也适用于所有的包含深沟槽工艺的器件。