TWI471930B - A Deep Hole Silicon Etching Method - Google Patents

A Deep Hole Silicon Etching Method Download PDF

Info

Publication number
TWI471930B
TWI471930B TW100123370A TW100123370A TWI471930B TW I471930 B TWI471930 B TW I471930B TW 100123370 A TW100123370 A TW 100123370A TW 100123370 A TW100123370 A TW 100123370A TW I471930 B TWI471930 B TW I471930B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
etching
sidewall
gas
deep hole
etch
Prior art date
Application number
TW100123370A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201225176A (en
Inventor
Kevin Pears
Original Assignee
Advanced Micro Fabrication Equipment Shanghai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Micro Fabrication Equipment Shanghai Co Ltd filed Critical Advanced Micro Fabrication Equipment Shanghai Co Ltd
Publication of TW201225176A publication Critical patent/TW201225176A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI471930B publication Critical patent/TWI471930B/zh

Links

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)

Description

一種深孔矽蝕刻方法
本發明屬於半導體製造技術領域，具體涉及深孔矽(through silicon Via，TSV)蝕刻技術，尤其涉及一種深孔矽蝕刻中側壁保護層的形成方法。
半導體製造技術領域中，在MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統)和3D封裝技術等領域，通常需要對矽等材料進行深通孔蝕刻。例如，在體矽蝕刻技術中，深矽通孔(Through-Silicon-Via，TSV)的深度達到幾百微米、其深寬比遠大於10，通常採用深反應離子蝕刻方法來蝕刻體矽形成。
圖1所示為現有技術深反應離子蝕刻方法示意圖。現有技術中，TSV的深反應離子蝕刻通常採用美國專利US5501893提出的Bosch工藝進行。如圖1所示，其中，12為襯底矽，11為掩膜層，13為聚合物層；掩膜層11通常為SiO2 或者Si3 N4 ，主要在蝕刻過程起掩膜作用。具體深反應離子蝕刻方法包括以下步驟：(1)蝕刻步驟，通常用Ar、O2 、SF6 的混合氣體進行等離子體蝕刻；(2)聚合物沉積步驟，通常用Ar和C4 F8 的混合氣體在孔洞內側面形成氟碳聚合物層，其厚度一般在納米級，有時也稱作該聚合物層為鈍化層，為使孔洞底部基本不形成氟碳聚合物層，該步驟中一般採用相對較低較的RF(Radio Frequency，射頻)頻率；(3)蝕刻步驟和聚合物沉積步驟交替進行，直到通孔蝕刻完成，在蝕刻步驟中， 由於孔洞的內表面、尤其是孔洞內側面沉積聚合物，垂直等離子蝕刻時，入射的離子不會對其內側面聚合物造成破壞側壁得以被保護，而垂直方向入射的離子會將孔洞底部的聚合物破壞使蝕刻反應得以向下繼續，從而保證了整個孔洞蝕刻過程的各向異性。特別是在蝕刻過程中，採用電容耦合等離子體源(Capacitive Coupled Plasma,CCP)技術，可以加快在垂直方向的蝕刻速度，各向異性特性更好。因此通過以上所述深反應離子蝕刻技術刻蝕TSV時，具有蝕刻速度快(一般能達到5-8μm/min以上)、側壁垂直度範圍在90±3度內、掩膜層與孔洞之間的底切(undercut)小於0.1μm的特點。在蝕刻步驟中少量氧氣的添加不能在側壁形成足夠的保護層所以蝕刻步驟會在側壁形成凹坑，然後在下一個聚合物沉積步驟中被聚合物保護，每個蝕刻和沉積步驟交替的週期都會在側壁形成一個凹坑，多個這種凹坑形成扇形側壁，降低深通孔的側壁的光滑度。由於蝕刻過程是等向性的，每個蝕刻步驟都會在側壁形成凹坑，凹坑的深度與向下蝕刻的深度接近。為了防止側壁凹坑的深度過大造成下一步處理步驟(如導體沉積)困難，所以採用傳統Bosch流程的蝕刻方法每個蝕刻步驟的蝕刻深度只能控制在1um。
在聚合物沉積步驟中形成的用於側壁保護的聚合物的厚度和成分可以進行選擇，既不不能太薄無法對下一步蝕刻步驟中的側壁進行保護又不至於太厚影響下一步的蝕刻效果。但是傳統Bosch蝕刻方法存在一個無法解決的問題前幾個循環形成的側壁保護聚合物(位於蝕刻開口的上端)在不停的 蝕刻-聚合物沉積的交替過程中會被逐漸破壞。蝕刻開口上端的蝕刻形狀無法得到保證。為了解決聚合物在長期蝕刻中容易被破壞的問題現有技術提出了一些解決方案，有在蝕刻進行到一定時間後再進行一次額外的聚合物沉積步驟以強化側壁的保護。也有在蝕刻進行到一定時候利用大量O2 將側壁的聚合物氧化分解掉，進一步的將蝕刻形成的溝槽或通孔側壁暴露出來的晶體矽氧化形成SiO2 。但是用氧氣分解聚合物並形成側壁保護的過程不僅時間長而且氧化矽形成的條件不易控制。氧氣要與側壁及底部的矽快速反應，除了要形成等離子體外，還需要額外的光線如紫外線(UV)照射或者加熱來使氧更有活性。由於需要使氧原子向晶體矽內擴散形成氧化矽，所以即使形成了氧化矽保護層，其厚度也不易控制，且過程緩慢。
綜上所述現有技術需要有效的方案實現在蝕刻速率與保護方面的平衡，使得深孔矽蝕刻能在向下蝕刻過程中側壁能夠獲得持續、有效的保護。
本發明要解決的技術問題是，避免深貴通孔蝕刻過程中通孔側壁光滑度降低、蝕刻效率降低的問題。
為解決以上技術問題，本發明提供的深矽通孔蝕刻方法包括多個循環進行的蝕刻週期，每個蝕刻週期包括一個蝕刻步驟和側壁保護步驟，其特徵在於：所述蝕刻步驟供應蝕刻反應氣體到放置有待蝕刻矽片的反應腔，蝕刻矽層並形成開口，所述側壁保護步驟供應側壁保護氣體，其中側壁保護氣 體包括含矽氣體SiF4 和含氧氣體反應並沉積在所述開口的側壁和底部形成氧化矽層。蝕刻氣體包括SiF4 和SF6 、NF3 之一。蝕刻氣體也可以包括少量CO2 或O2 使側壁更垂直更光滑，同時使每一個看蝕刻步驟可以蝕刻更大的深度如5-10um。蝕刻氣體包括SiF4 ，在蝕刻步驟到側壁保護步驟轉換時提高SiF4 的供氣量。
側壁保護氣體中的含矽氣體還包括SiH4 ，其中含氧氣體是氧氣。
本發明蝕刻方法的技術效果是，通過氣體連續調節方式在蝕刻階段供應SiF4 並在側壁保護階段通入大量O2 在側壁形成SiO2 保護層，從而更好的保護蝕刻形成的深孔側壁，採用本方法實現了蝕刻步驟和側壁保護步驟的平穩切換。其中蝕刻氣體還包括SF6 或NF3 和碳氧化合物使得側壁上的“扇形”基本消失，使其側壁具有良好的光滑度；同時，相比現有技術，在漸變轉換過程中，仍然等效存在蝕刻效果和聚合物沉積效果，因此，可相對減少切換時間，提高深孔矽蝕刻效率。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。圖2所示為本發明所用的等離子蝕刻用的反應腔結構圖。等離子反應腔包括腔體1，腔體內包括一放置加工基片的基座及下電極33，下電極33之上是用來固定待加工基片的裝置34，該裝置可以是靜電夾盤(ESC)。靜電夾盤上是待加工基片30，基片30的週邊還包括邊緣環36用以調節基片邊緣部分的電場及溫度分佈。與 待加工基片30對應的反應腔頂部包括一氣體分佈裝置10，如氣體噴淋頭。氣體噴淋頭將來自氣體供應裝置110的氣體根據需要的氣體混合比和流量的均勻分佈到待加工基片30表面。圖2所示的是典型的電容耦合型(CCP)等離子反應器，本發明方法也可應用於其他結構的等離子反應腔，比如電感耦合型反應腔(ICP)。
圖3所示為採用本發明方法加工基片時形成的基片結構圖。圖形化的掩膜層11下是襯底矽層12。如圖3a所示在深孔矽蝕刻過程的第一步，首先向反應腔1中通入蝕刻氣體，點燃等離子並蝕刻襯底矽層形成開口20，開口20具有第一深度，比如5-10um，該深度可以通過控制蝕刻氣體種類和其他參數的來調節。比如在蝕刻過程中添加CO2 ，CO2 氣體能和側壁的矽反應形成SiC和SiO2 從而可以保護側壁防止被蝕刻最後獲得側壁凹坑更小的蝕刻形狀。開口20具有一底面21和側壁22，蝕刻形成的開口20從圖3a中顯示的側壁是垂直的，實際蝕刻過程中隨著蝕刻氣體和其他參數的條件也可以是其他形狀的。側壁22的形狀可以是如圖1中現有技術提到的那種弧形，也可以在蝕刻過程中添加少量側壁保護氣體如氟碳化合物，或者添加能與側壁的矽反應的氣體如氧氣或二氧化碳從而使側壁相對現有技術具有更平滑更垂直的形狀。蝕刻氣體中也包括SiF4 ，SiF4 由於可以解離出F所以可以起一定的蝕刻作用，但是由於其分子本身含矽所以解離出來的矽又從新沉積到矽基片上，最終在蝕刻時添加SiF4 可以修飾側壁的形狀減輕一些側壁的弧度和蝕刻介面的底切(undercut)。 在蝕刻中通入SiF4 和CO2 等氣體可以使蝕刻過程中形成幾乎垂直的側壁，從而使得每個蝕刻步驟可以進行更長時間，每個蝕刻步驟形成的深度可以達到5-10um。本發明除了可以用於垂直側壁的蝕刻孔，也可以用於其他形狀的蝕刻孔形成過程。
如圖3b顯示在完成第一步蝕刻之後進入側壁保護步驟，在側壁保護步驟中通入含矽氣體如SiH4 或SiF4 ，同時通入含氧氣體如O2 。點燃等離子體後通過這含矽氣體和含氧氣體的反應在蝕刻開口20的底部和側壁上分別形成一層SiO2 層31，32。由於是通過外部氣體反應生成新的SiO2 層的保護層，所以新生成的側壁保護層厚度均勻，而且可以通過控制反應時間來獲得可控的保護層厚度。SiO2 相對現有技術中聚合物構成的側壁保護層更能耐受在蝕刻步驟中的離子轟擊，能夠在整個深孔矽蝕刻過程中保持完整，不需要像現有技術中那樣需要在進行多個蝕刻-聚合物沉積的循環後添加一個步驟強化側壁保護。SiO2 層的厚度選擇以能夠在整個深孔矽蝕刻中保護側壁，而又能很快在每一步蝕刻開始時被入射的離子轟擊使底部的31部分被迅速擊穿。由於在蝕刻步驟中有SiF4 作為蝕刻氣體成分，在側壁保護的沉積步驟中採用SiF4 作為SiO2 形成的矽來源時可以實現蝕刻步驟和側壁保護步驟的平穩過渡，只要逐漸提高SiF4 和氧氣的供氣量同時減少SF6 的供氣量即可。SiF4 也可以和SiH4 混合使用使SiO2 的形成速度加快，縮短側壁保護步驟所用時間，提高整體蝕刻速率。
圖3C顯示在第二個蝕刻步驟中底部的SiO2 層被高速入射 的等離子轟擊後蝕刻氣體得以繼續向下蝕刻到第二深度。圖3d顯示在蝕刻到第二深度後再次進行的氧化矽側壁保護步驟，形成新的側壁保護層32和底部保護層31以保護新蝕刻形成的深孔內壁。
如此進行多次蝕刻-側壁保護步驟的交替循環直到達到目標深度，完成整個深孔矽的蝕刻。採用本發明方法的側壁保護步驟可以在整個蝕刻過程中獲得更有效的側壁保護，同時減少額外側壁保護的步驟，加快整體的的蝕刻速率。由於本發明採用的更強的側壁保護，所以每一個蝕刻步驟可以持續更長時間而不會被破壞，所以本發明每一個蝕刻步驟可以蝕刻深度達到5-10um甚至更高。而且採用本發明方法形成側壁保護層的過程不需要額外的輻射或加熱裝置，可簡單有效的形成厚度可控的側壁保護層。
在不偏離本發明的精神和範圍的情況下還可以構成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發明不限於在說明書中所述的具體實施例。
1‧‧‧反應腔
10‧‧‧氣體分佈裝置
11‧‧‧掩膜層
110‧‧‧氣體供應裝置
12‧‧‧襯底矽層
20‧‧‧開口
21‧‧‧底面
22‧‧‧側壁
30‧‧‧基片
31‧‧‧SiO2 層
32‧‧‧SiO2 層
33‧‧‧下電極
34‧‧‧裝置
36‧‧‧邊緣環
圖1是現有技術BOSCH蝕刻方法示意圖；圖2是本發明等離子蝕刻裝置的示意圖；圖3a-3d是本發明交替進行蝕刻步驟和側壁保護步驟形成的矽基片結構圖。
11‧‧‧掩膜層
12‧‧‧襯底矽層
31‧‧‧SiO2 層
32‧‧‧SiO2 層

Claims (5)

  1. 一種深孔矽蝕刻方法，包括多個循環進行的蝕刻週期，每個蝕刻週期包括一個蝕刻步驟和側壁保護步驟，其中：所述蝕刻步驟供應蝕刻反應氣體到放置有待蝕刻矽片的反應腔，蝕刻矽層並形成開口；所述側壁保護步驟供應側壁保護氣體，其中側壁保護氣體包括含矽氣體SiF4 和含氧氣體反應並沉積在所述開口的側壁和底部形成氧化矽層；在所述蝕刻反應氣體中通入SiF4 ，在蝕刻步驟到側壁保護步驟轉換時提高SiF4 的供氣量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的深孔矽蝕刻方法，其中，所述蝕刻氣體還包括SF6 、NF3 之一或其混合物。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的深孔矽蝕刻方法，其中，所述蝕刻氣體還包括CO2 。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的深孔矽蝕刻方法，其中，所述側壁保護氣體中的含矽氣體還包括SiH4 ，其中含氧氣體是氧氣。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的深孔矽蝕刻方法，其中，所述每個蝕刻步驟的蝕刻形成的開口深度為5-10um。
TW100123370A 2010-09-14 2011-07-01 A Deep Hole Silicon Etching Method TWI471930B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102808787A CN101948494B (zh) 2010-09-14 2010-09-14 一种腺苷钴胺提取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201225176A TW201225176A (en) 2012-06-16
TWI471930B true TWI471930B (zh) 2015-02-01

Family

ID=43452135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100123370A TWI471930B (zh) 2010-09-14 2011-07-01 A Deep Hole Silicon Etching Method

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN101948494B (zh)
TW (1) TWI471930B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102321137B (zh) * 2011-07-25 2014-04-23 河北玉星生物工程有限公司 一种腺苷钴胺的制备方法
CN102391339A (zh) * 2011-09-14 2012-03-28 河北华荣制药有限公司 一种从好氧发酵液中提取腺苷钴胺的方法
CN105097440B (zh) * 2014-05-23 2018-02-09 中微半导体设备(上海)有限公司 一种深硅刻蚀方法
CN106378106B (zh) * 2016-08-31 2019-08-09 河北华荣制药有限公司 一种维生素b12专用层析树脂、展层剂及其精制方法
CN107236012B (zh) * 2017-06-13 2020-10-23 郑州大学 一种腺苷钴胺晶型及其制备方法与应用
CN110759959B (zh) * 2018-07-28 2023-04-07 广济药业（孟州）有限公司 一种从发酵液中分离提取维生素b12的方法
CN110563778B (zh) * 2019-08-28 2023-08-08 华北制药河北莱欣药业有限公司 一种维生素b12的制备方法
CN111808159B (zh) * 2020-07-23 2023-02-17 宁夏金维制药股份有限公司 一种腺苷钴胺粗品的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303512B1 (en) * 1997-02-20 2001-10-16 Robert Bosch Gmbh Anisotropic, fluorine-based plasma etching method for silicon
US20060046496A1 (en) * 2004-08-27 2006-03-02 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for etching material layers with high uniformity of a lateral etch rate across a substrate

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1315697A (en) * 1969-09-19 1973-05-02 Chinoin Gyogyszer Es Vegyeszet Process for the isolation of coenzyme b12
BE759614A (fr) * 1969-12-01 1971-06-01 Glaxo Lab Ltd Elimination d'ions cyanure de solutions de corrinoides
CN102131820A (zh) * 2008-06-03 2011-07-20 谢尔盖·尼科拉耶维奇·费多索夫 通过在含有羧基的不溶性材料上进行吸附来纯化天然钴胺素的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303512B1 (en) * 1997-02-20 2001-10-16 Robert Bosch Gmbh Anisotropic, fluorine-based plasma etching method for silicon
US20060046496A1 (en) * 2004-08-27 2006-03-02 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for etching material layers with high uniformity of a lateral etch rate across a substrate

Also Published As

Publication number Publication date
CN101948494B (zh) 2012-11-21
CN101948494A (zh) 2011-01-19
TW201225176A (en) 2012-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI471930B (zh) A Deep Hole Silicon Etching Method
CN102398887B (zh) 一种深孔硅刻蚀方法
Wu et al. High aspect ratio silicon etch: A review
JP5762491B2 (ja) エッチング方法
US8993449B2 (en) Etching method
JP6423534B2 (ja) 二酸化ケイ素基板のエッチング方法およびエッチング装置
JP2006507664A (ja) 任意ガススイッチング法を用いた高アスペクト比／深いエッチングの側壁平滑化
KR101276262B1 (ko) 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법
KR101276258B1 (ko) 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법
KR20080071525A (ko) 웨이퍼 후면 폴리머 제거와 웨이퍼 전면 제거제 플라즈마를위한 프로세스
JP2018006773A (ja) プラズマエッチング方法
KR20150115683A (ko) 에칭 방법
JP2010021196A (ja) テクスチャーの形成方法
TWI514470B (zh) Deep silicon etching method
CN112466749B (zh) 硅片的刻蚀方法
JP2005217240A (ja) ドライエッチング装置およびドライエッチング方法
TW201545232A (zh) 一種深矽蝕刻方法
JP2007141918A (ja) ドライエッチング方法
EP2579299B1 (en) Plasma etching method
TWI416624B (zh) An etching method for deep - through - hole
TW201442110A (zh) 一種在矽基底刻蝕通孔的方法
CN104752197B (zh) 基片刻蚀方法
CN105720003B (zh) 深硅孔刻蚀方法
CN101752285A (zh) 沟槽的形成方法
CN105329840A (zh) 斜孔刻蚀方法