[发明专利]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，特别涉及一种硅通孔刻蚀方法。

背景技术

硅通孔（TSV，Through-Silicon-Via）互连结构是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，硅通孔互连结构能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。

现有的硅通孔互连结构的形成方法可以参考公开号为CN101483150A的中国专利，包括如下步骤：步骤S11，在晶圆的表面刻蚀通孔；步骤S12，在通孔表面和底部形成绝缘层；步骤S13，采用导电物质填充所述通孔；步骤S14，从晶圆的背面减薄晶圆，直至暴露出导电物质。

但是，硅通孔互连结构面临的主要技术难点在于，需要刻蚀相对高的纵宽比（Aspect Ratio）的通孔以及对高的纵宽比的通孔的轮廓的控制，现有技术形成的硅通孔互连结构质量差，容易出现漏电。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种质量高、漏电小、纵宽比高且轮廓控制好的硅通孔刻蚀方法。

为解决上述问题，本发明提供一种硅通孔刻蚀方法，包括：提供待刻蚀硅衬底；采用第一刻蚀对所述硅衬底进行刻蚀，形成开口；采用钝化沉积在所述开口的侧壁和底部形成保护层；采用第二刻蚀对所述开口底部进行刻蚀，其中，所述第二刻蚀的刻蚀腔室压力小于第一刻蚀和钝化沉积的刻蚀腔室压力；依次循环采用所述第一刻蚀、钝化沉积和第二刻蚀，处理所述硅衬底，直至形成硅通孔。

可选的，所述第二刻蚀的刻蚀腔室压力小于第一刻蚀和钝化沉积的刻蚀腔室压力的同时，所述第二刻蚀的偏压射频电源功率大于所述第一刻蚀的偏压射频电源功率。

可选的，所述第一刻蚀工艺参数为：刻蚀腔室压力为50毫托至150毫托，刻蚀源射频电源功率为1000瓦至5000瓦，刻蚀偏压射频电源功率为0瓦至200瓦，刻蚀气体至少包括SF₆，其中SF₆的流量为500SCCM至2000SCCM，刻蚀时间为0.5秒至10秒。

可选的，所述第一刻蚀工艺参数为：刻蚀腔室压力为50毫托至100毫托，刻蚀源射频电源功率为1500瓦至3000瓦，刻蚀偏压射频电源功率为20瓦至100瓦，刻蚀气体至少包括SF₆，其中SF₆的流量为800SCCM至1200SCCM，所述刻蚀气体还包括帮助提高SF₆分解率的气体，提高SF₆分解率的气体与SF₆的流量比为5%～15%，刻蚀时间为1秒。

可选的，所述提高SF₆分解率的气体为O₂。

可选的，所述钝化沉积工艺参数为：刻蚀腔室压力为40毫托至100毫托，刻蚀源射频电源功率为1000瓦至5000，刻蚀偏压射频电源功率为0瓦-50瓦，钝化沉积气体至少包括C₄F₈，其中C₄F₈的流量为300SCCM至1000SCCM，钝化沉积时间为0.5秒至7.5秒。

可选的，所述钝化沉积工艺参数为：刻蚀腔室压力为40毫托至60毫托，刻蚀源射频电源功率为1500瓦至3000，刻蚀偏压射频电源功率为0瓦至20瓦，钝化沉积气体至少包括C₄F₈，其中C₄F₈的流量为500SCCM至800SCCM，钝化沉积时间为0.5秒至0.9秒。

可选的，所述第二刻蚀工艺参数为：刻蚀腔室压力为30毫托至100毫托，刻蚀源射频电源功率为1000瓦至5000瓦，刻蚀偏压射频电源功率为80瓦至1000瓦，所述刻蚀偏压射频电源功率为持续工作模式或脉冲工作模式，当刻蚀偏压射频电源功率为持续工作模式时，刻蚀偏压射频电源功率为80瓦至200瓦；当刻蚀偏压射频电源功率为脉冲工作模式时，刻蚀偏压射频电源功率为80瓦至1000瓦，其中脉冲工作模式的占空比为10%-50%，刻蚀气体至少包括SF₆，其中SF₆的流量为500SCCM至2000SCCM，刻蚀时间为0.5秒至5秒。