一种硅通孔刻蚀装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种深硅(TSV)通孔刻蚀装置。
【背景技术】
[0002]近年来，计算机、通讯、汽车电子、航空航天工业和其他消费类产品对微电子封装提出了更高的要求，即更小、更薄、更轻、高可靠、多功能、低功耗和低成本，需要在硅晶圆上制备出许多垂直互连通孔来实现不同芯片之间的电互连，硅通孔刻蚀工艺逐渐成为微纳加工领域的一个重要技术。而随着微电子机械器件和微电子机械系统(MicroElectromechanical System, MEMS)被越来越广泛的应用于汽车和电费电子等领域，以及TSV (Through Silicon Via)通孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景，深娃刻蚀工艺逐渐成为MEMS制造领域和TSV技术中最炎手可热的工艺之一。
[0003]硅通孔刻蚀工艺是一种采用等离子体干法刻蚀的深硅刻蚀工艺，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I μ m,而深硅刻蚀工艺的刻蚀深度则为几十微米甚至上百微米，具有很大的深宽比。因此，为获得良好的深孔形貌，需要刻蚀去除深度为几十甚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。为了获得更快的刻蚀速率业界广泛采用由博世公司(Bosch)发明交替进行刻蚀-沉积步骤的刻蚀方法，要实现博世刻蚀法需要高速交替通入刻蚀气体和沉积气体。刻蚀和沉积步骤转换越快，刻蚀形成的通孔侧壁的贝壳纹(scallop)粗糙度越小，所以要获得更好侧壁形貌的通孔需要更快的气体切换速度。现有气体切换器件中气体阀门能够获得相应的切换速度，比如小于I秒，甚至能获得低于0.5秒的切换速度。现有技术中气体切换管路通常都是通过同一个进气口通入反应腔的，如现有技术美国专利US6924235揭露了快速切换两种气体，并且在不向反应腔供气时将反应气体排出到抽真空泵，以维持气体供应的稳定。在这种需要快速切换供应气体的场合共用一跟供气管道会带来严重的问题:前一个处理步骤遗留在管道末端的气体会在切换进入下一个处理步骤时进入反应腔，从而影响下一个处理步骤的处理效果。比如前一个处理步骤是刻蚀步骤，管道内残余的刻蚀气体混入沉积气体会影响刻蚀通孔侧壁聚合物的沉积，进而影响通孔侧壁形貌。相反的沉积气体被混入刻蚀步骤也会降低刻蚀步骤中的刻蚀速率。
[0004]所以业界需要一种新的刻蚀方法，能够防止一个处理步骤完成后残留在气体管道中的反应气体会影响下一个处理步骤的处理效果。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是防止利用博世法交替通入刻蚀和沉积气体对硅进行刻蚀时，前一步骤在完成时残余在管道末端的气体会在下一个步骤中被推送入反应腔造成处理效果受影响。
[0006]本发明提供一种硅通孔刻蚀装置，包括:反应腔，基座，射频功率发生装置和反应气体供气系统；所述基座设置在反应腔内，反应气体供气系统供应刻蚀气体和沉积气体到反应腔内，射频功率发生装置施加射频功率到反应腔内；待处理基片设置在所述基座上，其特征在于所述反应气体供气系统包括刻蚀气体供应管道和沉积气体供应管道，所述刻蚀气体供应管道通过一个刻蚀气体阀门连接到第一反应气体输入端；所述沉积气体供应管道通过一个沉积气体阀门连接到第二反应气体输入端；所述刻蚀气体供应管道联通到一个刻蚀气体喷口向反应腔喷入刻蚀气体，所述沉积气体供应管道联通到一个沉积气体喷口，向反应腔喷入沉积气体。所述刻蚀气体或者沉积气体喷口位于反应腔顶部或者位于反应腔侧壁顶部，用于向待处理基片喷出刻蚀气体。
[0007]第一反应气体输入端连接到第一反应气体，所述第一反应气体包括SF6 ;所述第二反应气体输入端连接到第二反应气体，所述第二反应气体包括C4F8。
[0008]其中第一反应气体输入端通过多个阀门或者气体流量控制器连接到多个刻蚀气体源。所述第一反应气体输入端也可以通过一个多通道阀门连接到一个或多个反应气源，所述第二反应气体输入端通过所述多通道阀门连接到同样的一个或多个反应气源。
[0009]本发明刻蚀气体阀门开通时，所述沉积气体阀门关闭。
[0010]本发明还提供一种硅通孔刻蚀装置，包括:反应腔，基座，射频功率发生装置和反应气体供气系统；所述基座设置在反应腔内，反应气体供气系统供应刻蚀气体和沉积气体到反应腔内，射频功率发生装置施加射频功率到反应腔内；待处理基片设置在所述基座上，其特征在于所述反应气体供气系统包括刻蚀气体供应管道和沉积气体供应管道，所述刻蚀气体供应管道通过一个刻蚀气体阀门连接到一个共用反应气体输入端(10);所述沉积气体供应管道通过一个沉积气体阀门连接到所述共用反应气体输入端；所述刻蚀气体供应管道联通到一个刻蚀气体喷口向反应腔喷入刻蚀气体，所述沉积气体供应管道联通到一个沉积气体喷口，向反应腔喷入沉积气体，多个反应气体源通过阀门选择性的供应反应气体到所述共用反应气体输入端。
【附图说明】
[0011]图1是本发明硅通孔刻蚀装置第一实施例的结构示意图；
[0012]图2是本发明硅通孔刻蚀装置第二实施例的结构示意图；
[0013]图3是本发明硅通孔刻蚀装置第三实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]请参考图1理解本发明硅通孔刻蚀装置结构，本发明硅通孔刻蚀装置包括等离子反应腔100，反应腔内包括基座120，基座内包括下电极。基座顶部固定有静电夹盘121，静电夹盘上设置有待处理基片，一个调节环105围绕在静电夹盘121或者基片122外围，通过对调节环材料和形状、尺寸的设计可以改善基片边缘区域的电场分布，实现对刻蚀均匀性的改善。反应腔100顶部包括绝缘材料制成的绝缘窗实现对反应顶部的密封。绝缘窗上方包括至少一组电感线圈，通过导线连接到一个高频射频电源42用于形成并维持高浓度的等离子体，高频射频电源输出13Mhz的射频电源。一个偏置射频电源40通过导线连接到一个匹配电路50，匹配电路50内具有可变阻抗，经过匹配电路调节后的射频能量被输出到基座内的下电极，通过调节偏置射频电源调节入射到基片表面的等离子体的能量大小。反应腔下方还包括一个排气口连接到抽真空泵，抽出反应腔内的反应气体，排气口上还设置有气压控制摆阀130。反应腔顶部还包括一个反应气体喷口，该喷口通过第一喷气管道20和阀门V22连接到至第一反应气体输入端12，多个种类的气源E1、E2、E3分别通过阀门V13、V14、V15和各自的气体管道连接到第一反应气体输入端12。反应腔侧壁顶部还包括一个第二反应气体喷口，该喷口通过第二喷气管道21通过一个切换阀门V21连接到第二反应气体输出端11。多个种类的气源Dl、D2分别通过阀门VI1、V12和各自的气体管道连接到第二反应气体输入端11。
[0015]本发明第一实施例在工作时通过控制阀门VI1、V12来输出多种气体，在第二反应气体输入端11实现混合。这些混合形成的第二反应气体可以是沉积气体，在进入沉积步骤时开通切换阀门V21，使沉积气体通过第二喷气管道21从反应腔侧壁顶部分布的多个气体喷口流入反应腔。在沉积步骤结束时阀门V21关闭，由于阀门已经被关闭，上游第二反应气体输入端11处高压气体与反应腔内低气压互相隔离，所以第二喷气管道21内的残余沉积