一种用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其中在通过波什刻蚀方式在晶圆的半导体衬底内形成侧壁形成有二氧化硅绝缘层的通孔之后依次执行下述步骤:第一步骤,用于在反应腔中产生刻蚀剂,其中半导体衬底布置在反应腔中的刻蚀初始位置;第二步骤,用于利用所产生的刻蚀剂在反应腔中对通孔侧壁形成的二氧化硅绝缘层进行刻蚀;第三步骤,用于使得晶圆进入反应腔中的加热位置;第四步骤,用于在大于100℃的温度下对晶圆加热以对晶圆执行退火工艺;第五步骤,用于在退火工艺之后抽走反应腔中的气体;第六步骤,用于利用氧气对晶圆执行等离子处理;第七步骤,用于使晶圆返回至反应腔中的刻蚀初始位置。
【专利说明】—种用于娃通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域,更具体地说,本发明涉及一种用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路的集成度的提高,利用现代电子封装技术实现高密度的集成(包括
2.5D,3D集成技术),成为集成电路系统级集成的重要技术途径。在众多封装技术中,硅通孔(Through-SiIicon-Via,TSV)技术成为目前研究的热点,TSV技术很多优势,例如:互连长度可以缩短到与芯片厚度相等,采用垂直堆叠的逻辑模块取代水平分布的逻辑模块;显著的减小RC延迟和电感效应等。TSV技术包括如下的关键工艺:提供半导体衬底,所述半导体衬底表面可以形成有芯片;在所述半导体衬底内形成通孔,所述形成通孔的工艺为等离子刻蚀工艺;在所述通孔的侧壁形成绝缘层;在侧壁形成有绝缘层的通孔沉积扩散阻挡层;在侧壁形成有绝缘层和扩散阻挡层的通孔填入导电物质;减薄所述半导体衬底并进行对应堆叠。
[0003]TSV技术中最为关键的是刻蚀,即TSV通孔的形成。半导体硅片衬底通常很厚(700um左右),目前业界常用的技术为波什刻蚀工艺(Bosch process),波什刻蚀能够形成深宽比相当高的垂直通孔。但是,由于在工艺过程中交替地使用含有不同等离子体的两步进行刻蚀,因此形成的通孔侧壁不光滑,凸凹不平,形似波浪,也被称为扇贝形貌(scalloping or roughness) 100,如图1所示。这将使得后续的在通孔侧壁形成的绝缘层的工艺相当困难。除此之外,还会对后续氧化硅绝缘层、铜阻挡层以及铜籽晶层的保形覆盖带来困难。进而影响整个TSV的互连特性,从而使整个器件失效。
[0004]SiCoNi蚀刻技术通常用于金属沉积前的预清洗,其作用是去除表面的氧化硅,降低接触电阻。最大的特点是Si02/Si的刻蚀选择比很高(>20:1)。SiCoNi反应腔的晶圆基板(Pedestal) —般温度保持在35°C左右,晶圆上方的展示头(Showerhead)具有加热功能,温度保持在180C左右。SiCoNi蚀刻过程的反应过程可以简述为三个主要步骤1.刻蚀剂形成;2.低温下刻蚀(所形成的刻蚀副产物为固态,会覆盖在表面阻挡进一步蚀刻);3.高温挥发去除刻蚀副产物。
[0005]但是,因为SiCoNi蚀刻技术对硅的刻蚀速率很低,所以无法直接用于TSV通孔侧壁的蚀刻。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷,提供一种用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,能够消除或减小波什刻蚀工艺在TSV通孔上形成的扇贝结构,得到平滑的硅通孔侧壁。
[0007]为了实现上述技术目的,根据本发明,提供了 一种用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其中在通过波什刻蚀方式在晶圆的半导体衬底内形成侧壁形成有二氧化硅绝缘层的通孔之后依次执行下述步骤:第一步骤,用于在反应腔中产生刻蚀剂,其中半导体衬底布置在反应腔中的刻蚀初始位置;第二步骤,用于利用所产生的刻蚀剂在反应腔中对通孔侧壁形成的二氧化硅绝缘层进行刻蚀;第三步骤,用于使得晶圆进入反应腔中的加热位置;第四步骤,用于在大于100°c的温度下对晶圆加热以对晶圆执行退火工艺;
[0008]第五步骤,用于在退火工艺之后抽走反应腔中的气体;第六步骤,用于利用氧气对晶圆执行等离子处理;第七步骤,用于使晶圆返回至反应腔中的刻蚀初始位置。
[0009]优选地,所述半导体衬底表面形成有芯片。
[0010]优选地,第一步骤通过下述化学反应产生刻蚀剂:
[0011]
【权利要求】
1.一种用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其特征在于在通过波什刻蚀方式在晶圆的半导体衬底内形成侧壁形成有二氧化硅绝缘层的通孔之后依次执行下述步骤: 第一步骤,用于在反应腔中产生刻蚀剂,其中半导体衬底布置在反应腔中的刻蚀初始位置; 第二步骤,用于利用所产生的刻蚀剂在反应腔中对通孔侧壁形成的二氧化硅绝缘层进行刻蚀; 第三步骤,用于使得晶圆进入反应腔中的加热位置; 第四步骤,用于在大于100°c的温度下对晶圆加热以对晶圆执行退火工艺; 第五步骤,用于在 退火工艺之后抽走反应腔中的气体; 第六步骤,用于利用氧气对晶圆执行等离子处理; 第七步骤,用于使晶圆返回至反应腔中的刻蚀初始位置。
2.根据权利要求1所述的用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其特征在于,所述半导体衬底表面形成有芯片。
3.根据权利要求1或2所述的用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其特征在于,第一步骤通过下述化学反应产生刻蚀剂:
4.根据权利要求1或2所述的用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其特征在于,第二步骤通过化学反应进行刻蚀:
NH4F+Si02 — (NH4) 2SiF6 (solid)+H2O 或
NH4F.HF+Si02 — (NH4)2SiF6(solid)+H20。
5.根据权利要求1或2所述的用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其特征在于,第四步骤通过化学反应进行退火工艺:
(NH4)2SiF6(Solid) — SiF4 (g)+NH3 (g)+HF (g)。
6.根据权利要求1或2所述的用于硅通孔形貌修正的SiCoNi蚀刻方法,其特征在于,第四步骤在160-200 V的温度下对晶圆加热以对晶圆执行退火工艺。
【文档编号】H01L21/02GK103972161SQ201410192806
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】雷通, 桑宁波 申请人:上海华力微电子有限公司