一種硅通孔刻蝕裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種深硅(TSV)通孔刻蝕裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，計算機、通訊、汽車電子、航空航天工業和其他消費類產品對微電子封裝提出了更高的要求，即更小、更薄、更輕、高可靠、多功能、低功耗和低成本，需要在硅晶圓上制備出許多垂直互連通孔來實現不同芯片之間的電互連，硅通孔刻蝕工藝逐漸成為微納加工領域的一個重要技術。而隨著微電子機械器件和微電子機械系統(MicroElectromechanical System, MEMS)被越來越廣泛的應用于汽車和電費電子等領域，以及TSV (Through Silicon Via)通孔刻蝕(Through Silicon Etch)技術在未來封裝領域的廣闊前景，深娃刻蝕工藝逐漸成為MEMS制造領域和TSV技術中最炎手可熱的工藝之一。
[0003]硅通孔刻蝕工藝是一種采用等離子體干法刻蝕的深硅刻蝕工藝，相對于一般的硅刻蝕工藝，其主要區別在于:刻蝕深度遠大于一般的硅刻蝕工藝。一般的硅刻蝕工藝的刻蝕深度通常小于I μ m,而深硅刻蝕工藝的刻蝕深度則為幾十微米甚至上百微米，具有很大的深寬比。因此，為獲得良好的深孔形貌，需要刻蝕去除深度為幾十甚至上百微米的硅材料，就要求深硅刻蝕工藝具有更快的刻蝕速率，更高的選擇比和更大的深寬比。為了獲得更快的刻蝕速率業界廣泛采用由博世公司(Bosch)發明交替進行刻蝕-沉積步驟的刻蝕方法，要實現博世刻蝕法需要高速交替通入刻蝕氣體和沉積氣體。刻蝕和沉積步驟轉換越快，刻蝕形成的通孔側壁的貝殼紋(scallop)粗糙度越小，所以要獲得更好側壁形貌的通孔需要更快的氣體切換速度。現有氣體切換器件中氣體閥門能夠獲得相應的切換速度，比如小于I秒，甚至能獲得低于0.5秒的切換速度。現有技術中氣體切換管路通常都是通過同一個進氣口通入反應腔的，如現有技術美國專利US6924235揭露了快速切換兩種氣體，并且在不向反應腔供氣時將反應氣體排出到抽真空泵，以維持氣體供應的穩定。在這種需要快速切換供應氣體的場合共用一跟供氣管道會帶來嚴重的問題:前一個處理步驟遺留在管道末端的氣體會在切換進入下一個處理步驟時進入反應腔，從而影響下一個處理步驟的處理效果。比如前一個處理步驟是刻蝕步驟，管道內殘余的刻蝕氣體混入沉積氣體會影響刻蝕通孔側壁聚合物的沉積，進而影響通孔側壁形貌。相反的沉積氣體被混入刻蝕步驟也會降低刻蝕步驟中的刻蝕速率。
[0004]所以業界需要一種新的刻蝕方法，能夠防止一個處理步驟完成后殘留在氣體管道中的反應氣體會影響下一個處理步驟的處理效果。
【發明內容】
[0005]本發明解決的問題是防止利用博世法交替通入刻蝕和沉積氣體對硅進行刻蝕時，前一步驟在完成時殘余在管道末端的氣體會在下一個步驟中被推送入反應腔造成處理效果受影響。
[0006]本發明提供一種硅通孔刻蝕裝置，包括:反應腔，基座，射頻功率發生裝置和反應氣體供氣系統；所述基座設置在反應腔內，反應氣體供氣系統供應刻蝕氣體和沉積氣體到反應腔內，射頻功率發生裝置施加射頻功率到反應腔內；待處理基片設置在所述基座上，其特征在于所述反應氣體供氣系統包括刻蝕氣體供應管道和沉積氣體供應管道，所述刻蝕氣體供應管道通過一個刻蝕氣體閥門連接到第一反應氣體輸入端；所述沉積氣體供應管道通過一個沉積氣體閥門連接到第二反應氣體輸入端；所述刻蝕氣體供應管道聯通到一個刻蝕氣體噴口向反應腔噴入刻蝕氣體，所述沉積氣體供應管道聯通到一個沉積氣體噴口，向反應腔噴入沉積氣體。所述刻蝕氣體或者沉積氣體噴口位于反應腔頂部或者位于反應腔側壁頂部，用于向待處理基片噴出刻蝕氣體。
[0007]第一反應氣體輸入端連接到第一反應氣體，所述第一反應氣體包括SF6 ;所述第二反應氣體輸入端連接到第二反應氣體，所述第二反應氣體包括C4F8。
[0008]其中第一反應氣體輸入端通過多個閥門或者氣體流量控制器連接到多個刻蝕氣體源。所述第一反應氣體輸入端也可以通過一個多通道閥門連接到一個或多個反應氣源，所述第二反應氣體輸入端通過所述多通道閥門連接到同樣的一個或多個反應氣源。
[0009]本發明刻蝕氣體閥門開通時，所述沉積氣體閥門關閉。
[0010]本發明還提供一種硅通孔刻蝕裝置，包括:反應腔，基座，射頻功率發生裝置和反應氣體供氣系統；所述基座設置在反應腔內，反應氣體供氣系統供應刻蝕氣體和沉積氣體到反應腔內，射頻功率發生裝置施加射頻功率到反應腔內；待處理基片設置在所述基座上，其特征在于所述反應氣體供氣系統包括刻蝕氣體供應管道和沉積氣體供應管道，所述刻蝕氣體供應管道通過一個刻蝕氣體閥門連接到一個共用反應氣體輸入端(10);所述沉積氣體供應管道通過一個沉積氣體閥門連接到所述共用反應氣體輸入端；所述刻蝕氣體供應管道聯通到一個刻蝕氣體噴口向反應腔噴入刻蝕氣體，所述沉積氣體供應管道聯通到一個沉積氣體噴口，向反應腔噴入沉積氣體，多個反應氣體源通過閥門選擇性的供應反應氣體到所述共用反應氣體輸入端。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明硅通孔刻蝕裝置第一實施例的結構示意圖；
[0012]圖2是本發明硅通孔刻蝕裝置第二實施例的結構示意圖；
[0013]圖3是本發明硅通孔刻蝕裝置第三實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]請參考圖1理解本發明硅通孔刻蝕裝置結構，本發明硅通孔刻蝕裝置包括等離子反應腔100，反應腔內包括基座120，基座內包括下電極。基座頂部固定有靜電夾盤121，靜電夾盤上設置有待處理基片，一個調節環105圍繞在靜電夾盤121或者基片122外圍，通過對調節環材料和形狀、尺寸的設計可以改善基片邊緣區域的電場分布，實現對刻蝕均勻性的改善。反應腔100頂部包括絕緣材料制成的絕緣窗實現對反應頂部的密封。絕緣窗上方包括至少一組電感線圈，通過導線連接到一個高頻射頻電源42用于形成并維持高濃度的等離子體，高頻射頻電源輸出13Mhz的射頻電源。一個偏置射頻電源40通過導線連接到一個匹配電路50，匹配電路50內具有可變阻抗，經過匹配電路調節后的射頻能量被輸出到基座內的下電極，通過調節偏置射頻電源調節入射到基片表面的等離子體的能量大小。反應腔下方還包括一個排氣口連接到抽真空泵，抽出反應腔內的反應氣體，排氣口上還設置有氣壓控制擺閥130。反應腔頂部還包括一個反應氣體噴口，該噴口通過第一噴氣管道20和閥門V22連接到至第一反應氣體輸入端12，多個種類的氣源E1、E2、E3分別通過閥門V13、V14、V15和各自的氣體管道連接到第一反應氣體輸入端12。反應腔側壁頂部還包括一個第二反應氣體噴口，該噴口通過第二噴氣管道21通過一個切換閥門V21連接到第二反應氣體輸出端11。多個種類的氣源Dl、D2分別通過閥門VI1、V12和各自的氣體管道連接到第二反應氣體輸入端11。
[0015]本發明第一實施例在工作時通過控制閥門VI1、V12來輸出多種氣體，在第二反應氣體輸入端11實現混合。這些混合形成的第二反應氣體可以是沉積氣體，在進入沉積步驟時開通切換閥門V21，使沉積氣體通過第二噴氣管道21從反應腔側壁頂部分布的多個氣體噴口流入反應腔。在沉積步驟結束時閥門V21關閉，由于閥門已經被關閉，上游第二反應氣體輸入端11處高壓氣體與反應腔內低氣壓互相隔離，所以第二噴氣管道21內的殘余沉積