高深宽比孔刻蚀方法及半导体工艺设备与流程

1.本技术属于半导体技术领域，尤其涉及一种高深宽比孔刻蚀方法及半导体工艺设备。


背景技术：

2.从摩尔定律提出以来，晶体管尺寸不断减小，芯片性能不断提升，同时成本也逐渐降低。但晶体管特征尺寸已日益接近物理极限，从90nm缩小至7nm、5nm甚至3nm节点，量子效应和短沟道效应愈发严重。且随着晶体管特征尺寸逼近物理极限(达到原子尺度)，继续缩小晶体管尺寸变得愈发困难。因此研究者开始探索在不缩小晶体管尺寸的前提下亦可提升芯片性能的技术，即先进封装技术。目前，业界普遍将先进封装技术分类为3d芯片堆叠和2.5d硅中介层两种。此两种先进封装技术中主要通过硅通孔(through silicon via,tsv)将信号从芯片的正面传递到背面，从而降低芯片间联线长度提高数据传输效率和芯片集成度。
3.业界主流采用bosch刻蚀工艺进行tsv的加工。bosch工艺利用c4f8产生的聚合物进行侧壁保护并结合sf6的快速各向同性的刻蚀，能够满足tsv工艺对于刻蚀速率、形貌和尺寸的要求。量产上将关键尺寸(cd)、深度(depth)、侧壁损伤(damage)、条纹(striation)、扇贝(scallop)尺寸以及真圆度(true roundness)作为评价tsv质量的关键指标。在刻蚀工艺中深宽比(深度和关键尺寸的比值)影响刻蚀加工的难度。
4.在高深宽比tsv刻蚀中，目前面临的主要难题之一是随着深宽比增大，tsv真圆度变差。其中，真圆度(简称圆度)用于表示通孔实际轮廓相对于理想圆的径向偏移量，亦即相对于同一圆心之最大半径rmax与最小半径rmin的差值，差值越大表明通孔圆度越差。真圆度变差会导致cd偏移、漏电流增大、通孔与后续填孔材料间应力增大等问题，不利于后续整体器件的良率和稳定性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种高深宽比孔刻蚀方法及半导体工艺设备，以解决真圆度差影响器件良率和稳定性等问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
7.本技术实施例提供了一种高深宽比孔刻蚀方法，所述方法包括多个子工艺阶段，各个所述子工艺阶段的工艺参数独立调控，多个所述子工艺阶段包括第一子工艺阶段，所述第一子工艺阶段包括：
8.第一沉积步骤，通入第一气体，并向待刻蚀衬底施加下射频偏压，以在孔的底部和侧壁沉积聚合物层；
9.第一清洗步骤，通入第二气体，并向所述衬底施加下射频偏压，以去除所述孔底部的聚合物层；所述第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率大于所述第一沉积步骤中所施加的下射频偏压功率；
10.第一刻蚀步骤，通入刻蚀气体，并向所述衬底施加下射频偏压，用以刻蚀所述孔的底部，对所述孔进行深化；所述第一刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率小于所述第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率；
11.依次循环执行所述第一沉积步骤、第一清洗步骤和第一刻蚀步骤，以增加刻蚀深度。
12.本技术实施例还提供了一种半导体工艺设备，包括：工艺腔室、进气组件、射频线圈、承载基座、第一射频电源、第二射频电源和控制器，
13.所述进气组件用于向所述工艺腔室内提供工艺气体；
14.所述射频线圈设于工艺腔室的上部，所述第一射频电源通过所述射频线圈向所述工艺腔室施加射频功率，以在所述工艺腔室内产生等离子体；
15.所述承载基座设于所述工艺腔室内，用于承载晶圆，所述第二射频电源通过所述承载基座向所述晶圆施加下射频偏压；
16.所述控制器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行上述高深宽比孔刻蚀方法。
17.本技术实施例中，通过分割刻蚀工艺为多个子工艺阶段，并且各个子工艺阶段的工艺参数独立调控，从而可以单独控制各个子工艺阶段的等离子体方向性及均匀性，实现了通孔真圆度在各个深度的良好控制，同时维持了良好的侧壁形貌，并且，通过在第一沉积步骤中引入下射频偏压，有利于增加沉积效率，在第一清洗步骤中引入第二气体，并采用高于第一刻蚀步骤的下射频偏压功率，从而可以增加沉积物的刻蚀速率。本技术实施例中的高深宽比孔刻蚀方法可以有效缓解通孔真圆度差带来的关键尺寸偏移、通孔与后续填孔材料间应力增大的问题，从而可以提高器件的运行稳定性，有效延长产品的使用寿命。
附图说明
18.图1为bosch工艺示意图，其中左图为cf2.自由向孔内迁移的视图，右图为孔底部聚合物层及si的刻蚀视图；
19.图2为不同深度下tsv真圆度测试sem俯视图；
20.图3为中左侧为tsv孔sem图，右侧为tsv侧壁表面的起伏示意图；
21.图4为sf
x+
阳离子方向性提高后，底部裸露的si形状真圆度优化的示意图；
22.图5为sf
x+
阳离子方向性提高后，硅通孔sem对比图；
23.图6中左侧为高深宽比通孔剖面sem图，中间为硅通孔60微米深度处的sem俯视图，右侧为硅通孔90微米深度处的sem俯视图；
24.图7为真圆度定义的示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.图1为bosch工艺示意图，以待刻蚀衬底为硅衬底为例，其中左图为cf2.自由向孔
内迁移的视图，右图为孔底部聚合物层及si的刻蚀视图。通过不断循环可以实现高宽比通孔结构的刻蚀。
27.图2为不同深度下tsv真圆度测试sem俯视图，左图为h2深度下tsv sem俯视图，以cd在5-25μm的tsv工艺为例，h1与h2相差约30-60μm。随着硅通孔刻蚀的进行，tsv真圆度逐渐变差，h2深度下tsv已失去圆孔的形状。造成该问题的主要原因是等离子体方向性和均匀性不足导致的。发明人在研究中发现，等离子体方向性及均匀性不足可以论述为以下两点：
28.a：形成侧壁保护的cf-自由基方向性及均匀性不足，该问题的存在会导致cf-自由基形成的聚合物在孔内部分布不均匀，在下一步刻蚀过程中，聚合物薄弱保护不足，硅优先裸露出来，从而在此位置开始出现真圆度变差的情况。
29.b：用于刻蚀的cf-自由基方向性及均匀性不足，该特征的存在使得孔侧壁或底部某个位置的聚合物被优先打开，导致孔底部裸露出si真圆度变差，如图4所示。
30.以上两点问题的存在都将导致如图3所示的问题，其中，左侧为存在真圆度问题的tsv孔的sem图，其中白色标记的现象表示tsv孔真圆度较差，右侧的左边黑色标记处的局部放大后可以清晰地观察到侧壁存在较大的波浪形起伏。
31.因此，为解决上述问题，本技术实施例公开了一种高深宽比孔刻蚀方法，所公开的刻蚀方法包括多个子工艺阶段，各个子工艺阶段的工艺参数独立调控，且多个子工艺阶段包括第一子工艺阶段，该第一子工艺阶段包括：
32.第一沉积步骤，通入第一气体，并向待刻蚀衬底施加下射频偏压，以在孔的底部和侧壁沉积聚合物层；
33.第一清洗步骤，通入第二气体，并向衬底施加下射频偏压，以去除孔底部的聚合物层，其中，第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率大于第一沉积步骤中所施加的下射频偏压功率；
34.第一刻蚀步骤，通入刻蚀气体，并向衬底施加下射频偏压，用以刻蚀孔的底部，对孔进行深化，其中，第一刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率小于第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率；
35.依次循环执行第一沉积步骤、第一清洗步骤和第一刻蚀步骤，以增加刻蚀深度。
36.基于上述第一沉积步骤，可以在孔的底部和侧壁沉积出较为均匀的聚合物层(polymer)。以待刻蚀衬底为硅衬底为例，考虑到沉积步骤中通过c4f8电离出的cf
x
自由扩散在孔内侧壁沉积一层聚合物层，然而，该种方式导致沉积效率较低。基于此，本技术实施例中的第一沉积步骤中引入下射频偏压，使得cf
x
垂直加速向孔内迁移，增强了沉积效率以及孔内壁聚合物层均匀性的提高。
37.示例性地，第一沉积步骤中，向待刻蚀衬底施加的下射频偏压的功率范围可以为30w～100w，例如包括，30w、40w、50w、60w、70w、80w、90w、100w等，当然，还可以是其他功率数值，此处不作具体限定。
38.另外，第一沉积步骤中，第一气体可以包括惰性气体和沉积气体，通过惰性气体可以对沉积气体起到稀释作用。其中，惰性气体可以包括氦气或氩气中的至少一种，沉积气体包括c4f8。
39.基于上述设置，通过惰性气体的存在稀释了反应腔内部的工艺气体，降低了工艺气体的分压力，从而增强了沉积气体离子(如，cf-等)向孔内迁移的方向性以及聚合物层在
孔的底部和侧壁沉积的均匀性。
40.一些实施例中，第一沉积步骤中，惰性气体的流量占第一气体的总流量的5％～50％，例如包括，5％、10％、20％、30％、40％、50％等，当然，还可以是其他占比，此处不作具体限定，只要满足工艺需求即可。
41.基于上述第一清洗步骤，可以对孔底部的聚合物层进行去除，在此步骤使离子向孔底部迁移的方向性的控制至关重要。考虑到在方向性不足的情况下，会使sfx
+
阳离子向孔底部角(corner)轰击，使得裸露出的材料(如，si等)真圆度变差，继续向下刻蚀后，形成不规则的形状。因此，为保证每个循环过程中孔底部裸露出的材料(如，si等)呈规则圆孔，本技术实施例引入第一清洗步骤。
42.在第一清洗步骤中，可以通过以下手段中的至少一种来增强sf
x+
阳离子的方向性和均匀性：
43.1、在第一清洗步骤中通过增大向衬底施加的下射频偏压功率，以增强sf
x+
阳离子的方向性，而下射频偏压功率增大后，可以引导sf
x+
阳离子向下加速度增加，对孔底部的轰击增强，对第一沉积步骤沉积生成的聚合物层的刻蚀效率更高；并且，下射频偏压功率增大后，sf
x+
阳离子的方向性更好，可以提高孔底部裸露出材料(如，si等)的真圆度。
44.一些实施例中，第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率可以为第一刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率的1～2倍，例如包括，1倍、1.2倍、1.5倍、1.8倍、2倍等。
45.示例性地，第一清洗步骤中，下射频偏压的功率范围可以是200w～350w，例如包括，200w、250w、300w、350w等，当然，还可以是其他功率值，此处不作具体限定。
46.2、降低工艺压力增大等离子体的平均自由程及刻蚀的均匀性。示例性地，第一清洗步骤中的工艺压力可以比第一刻蚀步骤中的工艺压力低10mt～20mt，例如，包括10mt、12mt、15mt、18mt、20mt等，当然，还可以是其他差值，此处不作具体限定。
47.一些实施例中，第一清洗步骤中，反应腔的腔室压力的范围可以为40mt～70mt，例如包括，40mt、50mt、60mt、70mt等，当然，还可以是其他压力值，此处不作具体限定。
48.相应地，第一刻蚀步骤中，反应腔的腔室压力的范围可以为50mt～80mt，例如包括，50mt、60mt、70mt、80mt等，当然，还可以是其他压力值，此处不作具体限定。
49.基于上述设置，本技术实施例可以使第一刻蚀步骤中的工艺压力与第一清洗步骤中的工艺压力的压力差控制在10mt～20mt之间，以满足实际工艺需求。
50.另外，第一清洗步骤中反应腔的腔室压力可以低于第一刻蚀步骤中反应腔的腔室压力，以满足实际工艺需求。
51.一些实施例中，第一沉积步骤中，反应腔的腔室压力的范围为20mt～80mt，例如包括，20mt、30mt、40mt、50mt、60mt、70mt、80mt等，当然，还可以是其他压力值，此处不作具体限定。
52.3、在刻蚀气体(第二气体)中引入惰性气体，目的是降低刻蚀气体分压来提高第一清洗步骤中sf
x+
阳离子的均匀性。在一些实施例中，第一清洗步骤中，第二气体可以包括sf6。当然，在其他实施例中，第二气体还可以包括sf6和惰性气体，其惰性气体的流量占第二气体的总流量的0～30％。其中，惰性气体可以包括氦气或氩气中的至少一种。
53.基于上述参数的调节，可以提高sf
x+
的方向性和均匀性，使得sf
x+
均匀且垂直向孔底部轰击，保证了孔底部裸露出的材料(如，si等)呈规则圆形。基于上述第一沉积步骤和第
一清洗步骤，使得聚合物层的沉积效率和刻蚀效率有所增加，提高了整体刻蚀速率，有利于提升产能。
54.图4为sf
x+
阳离子方向性提高前后孔底部裸露的si形状真圆度优化的示意图，引入第一清洗步骤后，在第一清洗步骤运用较第一刻蚀步骤更高的下射频偏压功率，以及在第一清洗步骤中引入惰性气体后，可以提高sf
x+
阳离子方向性及均匀性，最终解决了白色mark位置的真圆度问题，如图5所示。
55.基于上述第一刻蚀步骤，通过sf
x+
阳离子对孔底部裸露的材料(如，si等)进行各向同性刻蚀。
56.考虑到第一清洗步骤将孔底部的聚合物层已均匀清除，但孔侧壁的聚合物层未被清除，使得只有孔底部裸露出的材料(如，si等)是真圆度满足需求的规则圆形。由于sf
x+
阳离子对孔底部材料(如，si等)的各向同性刻蚀的特性存在，使得第一刻蚀步骤可以将孔底部的材料(如si等)以规则圆形向下刻蚀，不会对真圆度造成较大影响。然而，需要注意的是，由于第一刻蚀步骤的刻蚀会减弱第一沉积步骤形成的孔侧壁处的聚合物层，甚至会造成孔侧壁损伤，由此，需要通过优化第一刻蚀步骤中所施加的下射频偏压、压力以及时间来实现孔侧壁沉积与刻蚀的平衡，从而来维持良好的侧壁形貌。
57.一些实施例中，第一刻蚀步骤中所施加的下电极偏压功率的范围可以是80w～140w；而压力相比于第一清洗步骤可以增高10mt～20mt。
58.另外，第一清洗步骤的工艺时间与第一刻蚀步骤的工艺时间可以相同，且第一清洗步骤的工艺时间与第一刻蚀步骤的工艺时间的总和不高于第一沉积步骤的工艺时间的2倍。
59.基于上述第一沉积步骤、第一清洗步骤和第一刻蚀步骤不断循环，以实现高深宽比孔的刻蚀。随着刻蚀的进行，孔的深宽比增大，可通过调节气体压力、加载在晶圆表面的偏压、调节单步骤时间、工艺气体中的惰性气体比例，来调节第一沉积步骤或第一清洗步骤中等离子的均匀性和方向性，从而可以达到孔深度增加但真圆度仍然维持较好的目的。
60.本领域技术人员应当理解，本发明实施例所提供的高深宽比孔刻蚀方法可以适用于各种衬底材料，通过第一沉积步骤、第一清洗步骤和第一刻蚀步骤不断循环来维持孔的真圆度，本领域技术人员可以根据不同的衬底材料合理调整具体的工艺配方(recipe)。
61.随着刻蚀深度的增加，深宽比不断增大，等离子体向孔内的迁移愈发困难，难以保证真圆度。在此情况下，本技术实施例引入第二子工艺阶段。具体地，多个子工艺阶段还包括第二子工艺阶段，该第二子工艺阶段在第一子工艺阶段之后执行，通过使第二子工艺阶段采用较第一子工艺阶段更低的腔室压力，来增加第二子工艺阶段可以增加等离子的平均自由程，以增强等离子体向孔底部的迁移能力。其中，第二子工艺阶段包括第二沉积步骤、第二清洗步骤和第二刻蚀步骤。
62.具体地，第二子工艺阶段中的第二沉积步骤、第二清洗步骤及第二刻蚀步骤各自中的反应腔的腔室压力分别低于第一子工艺阶段中的第一沉积步骤、第一清洗步骤及第一刻蚀步骤各自中的反应腔的腔室压力。
63.示例性地，第二沉积步骤中的反应腔的腔室压力低于第一沉积步骤中的反应腔的腔室压力5mt～15mt，例如包括5mt、8mt、10mt、12mt、15mt等。
64.第二清洗步骤中的反应腔的腔室压力低于第一清洗步骤中的反应腔的腔室压力
5mt～15mt，例如包括5mt、8mt、10mt、12mt、15mt等。
65.第二刻蚀步骤中的反应腔的腔室压力低于第一刻蚀步骤中的反应腔的腔室压力5mt～15mt，例如包括5mt、8mt、10mt、12mt、15mt等。
66.另外，第二子工艺阶段中的第二沉积步骤、第二清洗步骤及第二刻蚀步骤各自中所施加的下射频偏压功率分别高于第一子工艺阶段中的第一沉积步骤、第一清洗步骤及第一刻蚀步骤各自中所施加的下射频偏压功率。
67.示例性地，第二沉积步骤中所施加的下射频偏压功率高于第一沉积步骤中所施加的下射频偏压功率5w～20w，例如包括，5w、10w、15w、20w等。
68.第二清洗步骤中所施加的下射频偏压功率高于第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率30w～80w，例如包括，30w、40w、50w、60w、70w、80w等。
69.第二刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率高于第一沉积步骤中所施加的下射频偏压功率30w～80w，例如包括，30w、40w、50w、60w、70w、80w等。
70.基于上述设置，相比于第一子工艺阶段，第二子工艺阶段中的第二刻蚀步骤采用更高功率的下射频偏压来增强第二沉积步骤中的cf-自由基和第二清洗步骤中的sf
x+
正离子向下迁移的方向性及均匀性。
71.另外，第二子工艺阶段中的第二沉积步骤、第二清洗步骤及第二刻蚀步骤各自中惰性气体的流量占比分别高于第一子工艺阶段中的第一沉积步骤、第一清洗步骤及第一刻蚀步骤各自中惰性气体的流量占比。
72.示例性地，第二沉积步骤中惰性气体的流量占比高于第一沉积步骤中惰性气体的流量占比5％～20％，例如包括，5％、10％、15％、20％等。
73.第二清洗步骤中惰性气体的流量占比高于第一清洗步骤中惰性气体的流量占比5％～20％，例如包括，5％、10％、15％、20％等。
74.第二刻蚀步骤中惰性气体的流量占比高于第一刻蚀步骤中惰性气体的流量占比5％～20％，例如包括，5％、10％、15％、20％等。
75.其中，上述惰性气体包括氦气或氩气中的至少一种。
76.基于上述设置，通过增大惰性气体的比例来增强第二沉积步骤和第二清洗步骤中聚合物层的均匀性。
77.本技术实施例中，依次执行第二沉积步骤、第二清洗步骤和第二刻蚀步骤，直到达到所需的总刻蚀深度。基于此，通过上述多段工艺，并分步控制等离子的方向性，来实现对高深宽比下真圆度的优化，以满足产品需求。
78.本技术实施例中，随着深宽比增大，孔真圆度愈加难以维持，如此，上述采用的第二子工艺阶段中的第二沉积步骤、第二清洗步骤和第二刻蚀步骤需要相互匹配，通过优化工艺过程中的腔室压力、下射频偏压、惰性气体比例，另外，还可以通过优化第二沉积步骤、第二清洗步骤及第二沉积步骤的时间等参数，来实现沉积与刻蚀的平衡，在每一个循环里，聚合物层的沉积和清洗需尽可能的均匀，保证底部裸露出的材料(如，si等)真圆度满足要求，既可以保证高深宽比下通孔真圆度满足需求，又可以保证通孔侧壁形貌完好。
79.如图6所示，通过将高深宽比孔刻蚀工艺分为多个子工艺阶段，并且独立控制各个子工艺阶段的等离子体方向性及均匀性，通过调节刻蚀过程中的腔室压力、步骤时间、下射频偏压功率及气体流量等参数，实现了10:1深宽比在不同深度下孔的真圆度满足需求的目
标，与此同时，保证了孔侧壁形貌的完好性。
80.如表一，本技术实施例提供了各个步骤的工艺参数，包括第一沉积步骤、第一清洗步骤、第一刻蚀步骤、第二沉积步骤、第二清洗步骤和第二刻蚀步骤各自的工艺参数。
81.表一
[0082][0083]
基于上述参数，本技术实施例中的实施流程为：
[0084]
整个工艺过程分割为多个子工艺阶段，各个子工艺阶段独立且能够通过各自工艺参数的改变来控制等离子体的方向性和沉积的均匀性，从而实现孔真圆度的良好控制。
[0085]
通过沉积步骤(第一沉积步骤或第二沉积步骤)对深孔内聚合物层的沉积具有良好的均匀性和方向性，并引入下射频偏压和惰性气体，从而实现沉积步骤中对于等离子体方向性及均匀性的控制；
[0086]
通过清洗步骤(第一清洗步骤或第二清洗步骤)对孔底部聚合物层的清除具有很好地均匀性和垂直方向的方向性，可以保证孔底部裸露出材料(如，si等)具有良好的真圆度；
[0087]
通过刻蚀步骤(第一刻蚀步骤或第二刻蚀步骤)可以对清洗步骤后裸露出的材料(如，si等)具有优良的各向同性刻蚀。
[0088]
另外，沉积步骤的工艺参数为：反应腔的腔室气压为20mt～80mt，上射频功率为1500w～3000w，下射频功率为30w～100w，下射频脉冲频率为200hz～1000hz，下射频脉冲占空比为20％～70％，沉积步骤使用气体包括c4f8、ar、he等。
[0089]
清洗步骤的工艺参数为：反应腔的腔室气压为40mt～70mt，上射频功率为2000w～2500w，下射频功率为200w～350w，下射频脉冲频率为200hz～1000hz，下射频脉冲占空比为20％～70％，清洗步骤使用气体包括sf6、ar、he等。
[0090]
刻蚀步骤的工艺参数为：反应腔的腔室气压为50mt～80mt，上射频功率为2000w～3000w，下射频功率为80w～140w，下射频脉冲频率为200hz～1000hz，下射频脉冲占空比为20％～70％，刻蚀步骤使用气体包括sf6、nf3等。
[0091]
本技术实施例还公开了一种半导体工艺设备，包括工艺腔室、进气组件、射频线圈、承载基座、第一射频电源、第二射频电源和控制器，其中，进气组件用于向工艺腔室内提供工艺气体，射频线圈设于工艺腔室的上部，第一射频电源通过射频线圈向工艺腔室施加射频功率，以在工艺腔室内产生等离子体；承载基座设于工艺腔室内，用于承载晶圆，第二射频电源通过承载基座向晶圆施加下射频偏压；控制器包括存储器和处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行上述高深宽比孔刻蚀方法。
[0092]
本技术实施例中，工艺腔室的反应腔包含的射频系统分为上射频系统和下射频系统，第一射频电源和射频线圈称为上射频系统，第二射频电源和承载基座称为下射频系统，
本领域技术人员应当理解，上射频系统和下射频系统还可以包括匹配器，以实现射频电源的阻抗匹配。其中，上射频系统可以输出13.56mhz的连续波并维持反应气体的解离，下射频系统可以输出400khz的可调频率的脉冲波，脉冲频率范围可以是150-5000hz，占空比范围为10％-90％。下射频系统允许在晶圆上施加外置偏压，拉动上射频启辉产生的等离子体向晶圆表面移动，并通过软件可以实现外置偏压的斜坡(ramp)功能，即在工艺中逐渐改变外置偏压，实现等离子体方向性的控制。另外，反应腔还可以包含一个快速进气系统，可以在0.1秒内完成气体切换，通过软件可以实现气体流量、反应腔的腔室压力、下射频偏压的斜坡功能，即在工艺中逐渐改变气体流量、腔室压力和下射频偏压功率。
[0093]
上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。

技术特征：
1.一种高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述方法包括多个子工艺阶段，各个所述子工艺阶段的工艺参数独立调控，多个所述子工艺阶段包括第一子工艺阶段，所述第一子工艺阶段包括：第一沉积步骤，通入第一气体，并向待刻蚀衬底施加下射频偏压，以在孔的底部和侧壁沉积聚合物层；第一清洗步骤，通入第二气体，并向所述衬底施加下射频偏压，以去除所述孔底部的聚合物层；所述第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率大于所述第一沉积步骤中所施加的下射频偏压功率；第一刻蚀步骤，通入刻蚀气体，并向所述衬底施加下射频偏压，用以刻蚀所述孔的底部，对所述孔进行深化；所述第一刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率小于所述第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率；依次循环执行所述第一沉积步骤、第一清洗步骤和第一刻蚀步骤，以增加刻蚀深度。2.根据权利要求1所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一沉积步骤中，所述下射频偏压的功率范围为30w～100w；和/或，所述第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率为所述第一刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率的1～2倍。3.根据权利要求2所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一清洗步骤中，所述下射频偏压的功率范围为200w～350w；和/或，所述第一刻蚀步骤中，所述下射频偏压的功率范围为80w～140w。4.根据权利要求1所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一沉积步骤中，所述第一气体包括惰性气体和沉积气体，所述惰性气体的流量占所述第一气体的总流量的5％～50％；和/或，所述惰性气体包括氦气或氩气中的至少一种，所述沉积气体包括c4f8。5.根据权利要求1所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一清洗步骤中，所述第二气体包括sf6；或者，所述第二气体包括sf6和惰性气体，所述惰性气体包括氦气或氩气中的至少一种；所述惰性气体的流量占所述第二气体的总流量的0～30％。6.根据权利要求1所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一沉积步骤中，反应腔的腔室压力的范围为20mt～80mt；和/或，所述第一清洗步骤中的反应腔的腔室压力低于所述第一刻蚀步骤中反应腔的腔室压力。7.根据权利要求6所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一清洗步骤中，反应腔的腔室压力的范围为40mt～70mt；和/或，所述第一刻蚀步骤中，反应腔的腔室压力的范围为50mt～80mt。8.根据权利要求1所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一清洗步骤的工艺时间与所述第一刻蚀步骤的工艺时间相同，所述第一清洗步骤的工艺时间与所述第一刻蚀步骤的工艺时间的总和不高于所述第一沉积步骤的工艺时间的2倍。9.根据权利要求1至8中任意一项所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，多个所述子工艺阶段还包括第二子工艺阶段，所述第二子工艺阶段在所述第一子工艺阶段之后执
行；所述第二子工艺阶段包括：第二沉积步骤、第二清洗步骤和第二刻蚀步骤，其中：所述第二子工艺阶段中所述第二沉积步骤、所述第二清洗步骤及所述第二刻蚀步骤各自中的反应腔的腔室压力分别低于所述第一子工艺阶段中的所述第一沉积步骤、所述第一清洗步骤及所述第一刻蚀步骤各自中反应腔的腔室压力；和/或所述第二子工艺阶段中的所述第二沉积步骤、所述第二清洗步骤及所述第二刻蚀步骤各自中所施加的下射频偏压功率分别高于所述第一子工艺阶段中的所述第一沉积步骤、所述第一清洗步骤及所述第一刻蚀步骤各自中所施加的下射频偏压功率；和/或所述第二子工艺阶段中的所述第二沉积步骤、所述第二清洗步骤及所述第二刻蚀步骤各自中惰性气体的流量占比高于所述第一子工艺阶段中的所述第一沉积步骤、所述第一清洗步骤及所述第一刻蚀步骤各自中惰性气体的流量占比；依次循环执行所述第二沉积步骤、第二清洗步骤和第二刻蚀步骤，直至达到所需的总刻蚀深度。10.根据权利要求9所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第二沉积步骤中的反应腔的腔室压力低于所述第一沉积步骤中的反应腔的腔室压力5mt～15mt；和/或，所述第二清洗步骤中的反应腔的腔室压力低于所述第一清洗步骤中的反应腔的腔室压力5mt～15mt；和/或，所述第二刻蚀步骤中的反应腔的腔室压力低于所述第一刻蚀步骤中的反应腔的腔室压力5mt～15mt。11.根据权利要求9所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第二沉积步骤中所施加的下射频偏压功率高于所述第一沉积步骤中所施加的下射频偏压功率5w～20w；和/或，所述第二清洗步骤中所施加的下射频偏压功率高于所述第一清洗步骤中所施加的下射频偏压功率30w～80w；和/或，所述第二刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率高于所述第一刻蚀步骤中所施加的下射频偏压功率30w～80w。12.根据权利要求9所述的高深宽比孔刻蚀方法，其特征在于，所述第二沉积步骤中惰性气体的流量占比高于所述第一沉积步骤中惰性气体的流量占比5％～20％；和/或，所述第一清洗步骤和所述第二清洗步骤中的第二气体均包含惰性气体，所述第二清洗步骤中惰性气体的流量占比高于所述第一清洗步骤中惰性气体的流量占比5％～20％。13.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括：工艺腔室、进气组件、射频线圈、承载基座、第一射频电源、第二射频电源和控制器，所述进气组件用于向所述工艺腔室内提供工艺气体；所述射频线圈设于工艺腔室的上部，所述第一射频电源通过所述射频线圈向所述工艺腔室施加射频功率，以在所述工艺腔室内产生等离子体；所述承载基座设于所述工艺腔室内，用于承载晶圆，所述第二射频电源通过所述承载基座向所述晶圆施加下射频偏压；所述控制器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行权利要求1至12中任意一项所述的高深宽比孔刻蚀方法。

技术总结
本申请公开了一种高深宽比孔刻蚀方法及半导体工艺设备，属于半导体领域。一种高深宽比孔刻蚀方法，包括工艺参数独立调控的多个子工艺阶段，多个子工艺阶段包括第一子工艺阶段，第一子工艺阶段包括：第一沉积步骤，通入第一气体，向待刻蚀衬底施加下射频偏压，在孔底部和侧壁沉积聚合物层；第一清洗步骤，通入第二气体，向衬底施加下射频偏压，去除孔底部的聚合物层；第一清洗步骤施加的下射频偏压功率大于第一沉积步骤；第一刻蚀步骤，通入刻蚀气体，向衬底施加下射频偏压，以刻蚀孔底部；第一刻蚀步骤施加的下射频偏压功率小于第一清洗步骤；依次循环执行第一沉积步骤、第一清洗步骤和第一刻蚀步骤。本申请解决真圆度差影响器件良率等问题。件良率等问题。件良率等问题。


技术研发人员：张亮亮 童鑫 杨素素 张志学 赵俊祥 袁若乐
受保护的技术使用者：北京北方华创微电子装备有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/13