接觸通孔蝕刻方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路器件制造領域，尤其涉及一種接觸通孔蝕刻方法。
【背景技術】
[0002]隨著技術發展的深入，半導體器件的特征尺寸現在已經變得非常小，希望在二維的封裝結構中增加半導體器件的數量變得越來越困難，因此三維封裝成為一種能有效提高芯片集成度的方法。目前的三維封裝包括基于金線鍵合的芯片堆疊(Die Stacking)、封裝堆疊(Package Stacking)和基于娃通孔(Through Silicon Via, TSV)的三維堆疊。其中，利用硅通孔的三維堆疊技術具有以下三個優點:(1)高密度集成；(2)大幅地縮短電互連的長度，從而可以很好地解決出現在二維系統級芯片(S0C)技術中的信號延遲等問題；(3)利用硅通孔技術，可以把具有不同功能的芯片(如射頻、內存、邏輯、MEMS等)集成在一起來實現封裝芯片的多功能。
[0003]目前，微機電系統部門為了滿足生產要求對蝕刻工藝提出了更高的要求，例如包括高深寬比、垂直剖面、良好的器件尺寸控制以及蝕刻均勻性等等方面。對于腔絕緣體上硅(Cavity SOI)的單元觸點蝕刻(Cel 1-Contact Etch，CCT-ET)工藝來說，特殊的應用要求蝕刻工藝穿過硅層(例如34um)并停止于下面的氧化物層。在Cavity SOI深硅觸點蝕刻工藝的發展過程中，技術人員發現所形成的接觸通孔具有底切的問題，即蝕刻形成的接觸通孔底部兩側出現凹口。即便通過博世技術(Botch Technique)來精調單元觸點蝕刻可以解決底切問題，但這樣又會引起整個蝕刻形貌粗糙度的劣化。上述的凹口和粗糙度都會不利地影響后續的CVD工藝，并且會引發電流泄露問題。
[0004]首先參考圖la-lc來簡單介紹現有技術的接觸通孔蝕刻方法的一個示例。例如，圖la示出了一器件100，其中由下至上依次包括襯底101、氧化物層102、硅層103、氧化物層104、氮化硅層105、氧化物層106以及光刻膠層107。首先，通過蝕刻打開硬掩模層0N0(即，氧化硅層106、氮化硅層105、氧化硅層104)，該蝕刻步驟停止于硅層103，然后干法灰化工藝和濕法清洗工藝去除光刻膠107，得到如圖lb所示的結構。其次，對圖lb所示的結構實施深硅孔單元觸點蝕刻，例如采用深反應離子蝕刻(DRIE)或博世(Bosch)蝕刻工藝來形成接觸通孔108。該博世蝕刻工藝包括三個步驟，即步驟1:用SF6作為蝕刻劑蝕刻硅層103 ;步驟2:在接觸通孔側壁上形成聚合物；步驟3:清洗聚合物。重復執行上述步驟1-步驟3 (例如145次循環)，以最終形成如圖lc所示的接觸通孔108。如圖lc所示，最終形成的接觸通孔108的底部存在底切的現象。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的上述技術問題，本發明旨在提供一種新穎的接觸通孔蝕刻方法。該接觸通孔蝕刻方法可以使得蝕刻得到的接觸通孔具有更好的形貌，消除凹口、降低粗糙度，并改善氧化物覆蓋，以利于后續的CVD工藝。
[0006]具體地，本發明提出了一種接觸通孔蝕刻方法，適用于至少由第一材料層和第二材料層堆疊形成的復合層結構，其中該第一材料層和第二材料層的材料不同，該接觸通孔蝕刻方法包括:
[0007]a.使用博世蝕刻工藝蝕刻第一材料層，以在該第一材料層內形成接觸通孔，其中該博世蝕刻工藝進一步包括:
[0008]al.在接觸通孔的側壁和底部形成聚合物；
[0009]a2.去除該接觸通孔的底部處的聚合物；
[0010]a3.在接觸通孔中蝕刻預定深度；
[0011]a4.重復執行上述步驟al_a3，直至該接觸通孔在該第一材料層內達到一指定深度；以及
[0012]b.使用不同于上述博世蝕刻工藝的另一蝕刻工藝來蝕刻已達到該指定深度的接觸通孔，使得該接觸通孔達到該第一材料層下面的第二材料層。
[0013]較佳地，在上述的接觸通孔蝕刻方法中，所述步驟b中的另一蝕刻工藝進一步包括:bl.利用第一蝕刻劑蝕刻穿過所述第一材料層上形成的自然氧化物層；b2.利用第二蝕刻劑蝕刻穿過所述第一材料層，以達到所述第二材料層。
[0014]較佳地，在上述的接觸通孔蝕刻方法中，所述第一材料層是硅層，且所述第二材料層是氧化物層。
[0015]較佳地，在上述的接觸通孔蝕刻方法中，所述第一蝕刻劑是CF4，且所述第二蝕刻劑是 CljPHBr。
[0016]較佳地，在上述的接觸通孔蝕刻方法中，所述步驟a3中采用的蝕刻劑不同于所述第二蝕刻劑，且所述第二蝕刻劑是Cl2和HBr。
[0017]較佳地，在上述的接觸通孔蝕刻方法中，所述步驟a3中采用的蝕刻劑是SF6。
[0018]較佳地，在上述的接觸通孔蝕刻方法中，在步驟b之后，所述接觸通孔蝕刻方法進一步包括去除所述接觸通孔中的有機副產物的步驟。
[0019]綜上所述，本發明的接觸通孔蝕刻方法組合了博世技術和非博世技術，從而有效消除了不同材料層之間的界面處的凹口和粗糙度高的問題。通過本發明的接觸通孔蝕刻方法蝕刻得到的接觸通孔具有更好的形貌，不再有底切或者粗糙度高的問題，并可以避免電流泄露的潛在風險。
[0020]應當理解，本發明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權利要求所述的本發明提供進一步的解釋。
【附圖說明】
[0021]包括附圖是為提供對本發明進一步的理解，它們被收錄并構成本申請的一部分，附圖示出了本發明的實施例，并與本說明書一起起到解釋本發明原理的作用。附圖中:
[0022]圖la-lc示出了現有技術的接觸通孔的蝕刻過程的一個示例。
[0023]圖2示出了根據本發明的接觸口蝕刻方法的基本步驟的流程圖。
[0024]圖3a-圖3c示出了本發明的接觸通孔的蝕刻過程的一個實施例。
[0025]圖4a-圖4d示出了本發明的接觸通孔的蝕刻過程的另一實施例。
【具體實施方式】
[0026]現在將詳細參考附圖描述本發明的實施例。現在將詳細參考本發明的優選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本發明中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本發明說明書中所提及的一些術語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本發明。
[0027]首先參考圖2-圖3c，其示出了根據本發明的接觸口蝕刻方法的基本步驟的流程圖。本發明的接觸通孔蝕刻方法200主要適用于至少由第一材料層和第二材料層堆疊形成的復合層結構，例如圖3a中所示的第一材料層301和第二材料層302所形成的復合層結構，其中該第一材料層301和第二材料層302的材料是不同的。
[0028]如圖所示，本發明的接觸通孔蝕刻方法200主要包括以下步驟:
[0029]步驟201:使用博世蝕刻工藝蝕刻第一材料層301，以在該第一材料層301內形成接觸通孔303 (參加圖3b)，其中該博世蝕刻工藝進一步包括:
[0030]步驟201-1:在經蝕刻形成的接觸通孔303的側壁和底部形成聚合物；
[0031]步驟201-2:去除該接觸通孔303的底部處的聚合物，以便于后續的蝕刻步驟；
[0032]步驟201-3:在接觸通孔303中蝕刻預定深度；
[0033]步驟201-4:重復執行上述步驟201-1-步驟201_3，直至該接觸通孔303在該第一材料層301內達到一指定深度，如圖3b所示。此時，接觸通孔303的該指定深度小于第一材料層301的厚度，但優選接近于第一材料層301和第二材料層302之間的界面。
[0034]步驟202:使用不同于上述博世蝕刻工藝的另一蝕刻工藝來蝕刻已達到該指定深度的接觸通孔303，使得該接觸通孔達到該第一材料層301下面的第二材料層302。如圖3c所示。根據本發明的一個優選實施例，該步驟202中的另一蝕刻工藝可以進一步包括:利用第一蝕刻劑蝕刻穿過該第一材料層上形成的自然氧化物層；以及利用第二蝕刻劑蝕刻穿過該第一材料層，以達