等離子體處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明總體涉及等離子體處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]制造半導(dǎo)體裝置時(shí)，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的某些區(qū)域中形成凹槽是必要的。包含干法蝕刻技術(shù)例如等離子體蝕刻的方法通常用于形成凹槽，其可例如提供其中可形成接觸件的接觸件開(kāi)口?；蛘?，凹槽可形成通孔開(kāi)口，其可在層狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層之間提供互連的路徑。
[0003]為此，最近幾年在例如形成透過(guò)基材通孔(TSV)時(shí)，等離子體蝕刻方法例如反應(yīng)性離子蝕刻、RIE，或深度RIE已引起了極大的興趣。結(jié)果，可制造高密度的集成電路，其提供封裝中的3D系統(tǒng)(3D_SiP)應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，通孔可例如提供堆疊的相同或不同類型的管芯(die)之間的互連。
[0004]等離子體蝕刻方法還可用來(lái)選擇性地除去半導(dǎo)體層和/或介電層或這些層的一些部分。這樣的原因是等離子體蝕刻提供較高的蝕刻速率和良好的蝕刻深度均勻性。待蝕刻的半導(dǎo)體層和/或介電層可例如設(shè)置在于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成的凹槽之內(nèi)。當(dāng)待蝕刻的層設(shè)置在凹槽之內(nèi)時(shí)，位于更靠近凹槽的頂部的層的部分蝕刻得比位于更靠近凹槽的底部的層的部分更快。這是因?yàn)榈入x子體蝕刻的性質(zhì)而導(dǎo)致出現(xiàn)的，并導(dǎo)致不均勻的蝕刻，這進(jìn)而降低等離子體蝕刻的選擇性。因此，本領(lǐng)域需要改善的等離子體處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是改善上述技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)。
[0006]—個(gè)具體目的是提供等離子體處理方法，所述方法使得在單一等離子體處理步驟中選擇性蝕刻存在于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的開(kāi)口中的層。
[0007]通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的等離子體處理方法來(lái)獲得通過(guò)下述本發(fā)明的說(shuō)明書顯而易見(jiàn)的這些目標(biāo)以及優(yōu)勢(shì)和其它目標(biāo)以及優(yōu)勢(shì)。優(yōu)選的實(shí)施方式在所附權(quán)利要求書中定義。
[0008]因此，提供一種用于蝕刻存在于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中開(kāi)口的表面上的隔離層的部分的等離子體處理方法，所述方法包括:提供在外部表面中包含開(kāi)口的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中限定開(kāi)口的表面和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外部表面至少部分地被隔離層覆蓋，將處理氣體引至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和隔離層，該處理氣體包含在等離子體處理過(guò)程中形成保護(hù)性聚合物的第一組分以及在等離子體處理過(guò)程中蝕刻隔離層的第二組分，以及通過(guò)在處理氣體中誘導(dǎo)等離子體來(lái)處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和隔離層，從而在至少位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外部表面上的隔離層部分上形成保護(hù)性聚合物層以及在至少位于開(kāi)口的側(cè)壁的上部部分上的隔離層的部分上形成保護(hù)性聚合物層，由此保護(hù)形成保護(hù)性聚合物層之處的隔離層的部分免受等離子體影響，其中對(duì)暴露于等離子體的隔離層的部分進(jìn)行蝕刻。
[0009]通過(guò)本發(fā)明，能使用等離子體處理來(lái)選擇性地蝕刻存在于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的開(kāi)口的表面上的隔離層，從而在等離子體處理過(guò)程中除去或至少部分地除去層的所期望的部分，同時(shí)層的其它部分保持不受或基本上不受等離子體處理影響。這可通過(guò)在包含第一組分和第二組分的處理氣體中誘導(dǎo)等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中第一組分在等離子體處理過(guò)程中形成保護(hù)性聚合物，第二組分在等離子體處理過(guò)程中蝕刻層。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)誘導(dǎo)等離子體時(shí)，在至少存在于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外部表面上的隔離層的部分上和在至少存在于開(kāi)口的側(cè)壁的上部部分上的隔離層的部分上，開(kāi)始形成一層保護(hù)性聚合物或保護(hù)性聚合物層。因此，因處理氣體的第一組分而形成的該保護(hù)性聚合物導(dǎo)致其上形成聚合物的隔離層的表面或表面的部分受到保護(hù)或與等離子體隔離，在這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，等離子體不能到達(dá)形成保護(hù)性聚合物層之處的隔離層的表面或表面的部分。然而，不具有保護(hù)性聚合物(層)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的開(kāi)口中的隔離層的表面的其它部分或表面仍然暴露于等離子體。這意味著當(dāng)在處理氣體中誘導(dǎo)等離子體時(shí)，沒(méi)有提供保護(hù)性聚合物的隔離層的表面的部分或表面一定程度被處理氣體的第二組分蝕刻。隔離層的厚度可被完全地蝕刻，從而除去隔離層的全部厚度，或厚度可被部分地蝕刻，從而在等離子體處理之后，更薄的層得以保留。換句話說(shuō)，在等離子體處理過(guò)程中可完全地或部分地除去暴露于等離子體的隔離層的一個(gè)或多個(gè)部分。此外，可除去存在于開(kāi)口的表面上的隔離層的一個(gè)或多個(gè)部分，而隔離層的另外一個(gè)或多個(gè)部分盡管暴露于等離子體卻可以只稍微受到等離子體影響。此外，存在于另一表面例如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上的隔離層的一個(gè)或多個(gè)部分盡管暴露于等離子體卻可以只稍微受到等離子體影響。
[0010]對(duì)沒(méi)有提供保護(hù)性聚合物的隔離層的部分進(jìn)行的蝕刻水平取決于各種參數(shù)，例如隔離層的表面的取向。這將在【具體實(shí)施方式】部分更加詳細(xì)描述。因此，當(dāng)誘導(dǎo)等離子體時(shí)，保護(hù)性聚合物的形成和隔離層的蝕刻同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)榈谝唤M分和第二組分同時(shí)存在于處理氣體中。
[0011]應(yīng)指出，在本發(fā)明的語(yǔ)境中，術(shù)語(yǔ)“保護(hù)性聚合物”可為在等離子體處理過(guò)程中形成的任意聚合物，該聚合物保護(hù)在其上面形成或提供有所述聚合物的表面或表面的部分免受等離子體處理的等離子體作用，這意指考慮中的表面的部分或表面基本上不被等離子體蝕刻。
[0012]應(yīng)指出，在本發(fā)明的語(yǔ)境中，術(shù)語(yǔ)“保護(hù)性聚合物層”可為由該保護(hù)性聚合物形成的任意層。
[0013]應(yīng)指出，在本發(fā)明的語(yǔ)境中，術(shù)語(yǔ)“蝕刻”可指在等離子體處理過(guò)程中出現(xiàn)的任意機(jī)理，其中暴露于等離子體的材料受到蝕刻，就這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，從受到蝕刻的材料除去材料。
[0014]應(yīng)指出，在本發(fā)明的語(yǔ)境中，術(shù)語(yǔ)“處理氣體”可為其中可誘導(dǎo)等離子體來(lái)用于處理層、結(jié)構(gòu)等的任意氣體，在這個(gè)意義上，在處理過(guò)程中等離子體影響層或結(jié)構(gòu)自身或存在于層或結(jié)構(gòu)之上或附近的材料。
[0015]處理氣體可包含C4F6，CH4，C2H4和/SCH3F，其在等離子體處理過(guò)程中形成保護(hù)性聚合物。通過(guò)在處理氣體中引入C4F6，CH4，C2H4和/或CH3F，可在等離子體處理過(guò)程中以受控的方式形成所需的保護(hù)性聚合物。在等離子體處理過(guò)程中，用于提供保護(hù)性聚合物的氣體可單獨(dú)地或組合地使用。因此，氣體C4F6，CH4，C2H4和/或CH3F可用來(lái)以受控的方式形成保護(hù)性聚合物層，這導(dǎo)致在等離子體處理過(guò)程中提供有保護(hù)聚合物層的隔離層的部分被保護(hù)免受等離子體影響。
[0016]處理氣體可包含CF4，C4F8，CHF3和/^SF6，其在等離子體處理過(guò)程中蝕刻隔離層。通過(guò)在處理氣體中引入CF4，C4F8，CHF3和/^SF6，可在等離子體處理過(guò)程中以受控的方式實(shí)現(xiàn)所需的隔離層的蝕刻。在等離子體處理過(guò)程中，用于蝕刻的氣體可單獨(dú)地或組合地使用。因此，暴露于等離子體的隔離層的部分，即沒(méi)有被保護(hù)性聚合物覆蓋的隔離層的部分在等離子體處理過(guò)程中被蝕刻，這導(dǎo)致除去隔離層的材料。
[0017]在等離子體處理過(guò)程中，可改變處理氣體的第一組分和第二組分的比例。通過(guò)在等離子體處理過(guò)程中改變處理氣體的第一組分和第二組分的比例，可控制涉及蝕刻的進(jìn)行的保護(hù)性聚合物的量。換句話說(shuō)，因此能增加或降低形成的保護(hù)性聚合物的量或能增加或減少在等離子體處理過(guò)程中的蝕刻速度。例如，在等離子體處理過(guò)程中，在初始的時(shí)間段內(nèi)可優(yōu)選地增加形成的保護(hù)性聚合物的量。通過(guò)增加在初始的時(shí)間段內(nèi)形成的聚合物的量，不期望進(jìn)行蝕刻的隔離層的部分或表面可受到保護(hù)免受等離子體影響，并仍然只呈現(xiàn)很少的蝕刻或沒(méi)有呈現(xiàn)蝕刻。相反，在等離子體處理過(guò)程中，當(dāng)已形成保護(hù)性聚合物層時(shí)，可隨后優(yōu)選地增加蝕刻速度。此外，在等離子體處理過(guò)程中，可優(yōu)選地以循環(huán)的方式改變處理氣體的第一組分和第二組分的比例，從而在第一時(shí)間段中形成更多的保護(hù)性聚合物，然后在第二時(shí)間段中呈現(xiàn)更高的蝕刻速度，在所述第二時(shí)間段中形成更少的保護(hù)性聚合物，等等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解適用于等離子體處理過(guò)程中的實(shí)際一個(gè)或多個(gè)比例將根據(jù)在等離子體處理過(guò)程中使用的氣體和等離子體處理工具而變化。當(dāng)處理具有擁有較高深度_寬度長(zhǎng)徑比的開(kāi)口的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時(shí)，可優(yōu)選地如上所述以循環(huán)的方式進(jìn)行等離子體處理。
[0018]隔離層可包含5102，510)，51~或5^叱這是優(yōu)選的，因?yàn)榭色@得開(kāi)口和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的有效的電隔離，且同時(shí)在等離子體處理過(guò)程中可對(duì)隔離層的材料進(jìn)行蝕刻。
[0019]等離子體處理方法可為無(wú)掩模的方法，這是優(yōu)選的，因?yàn)樵诘入x子體處理過(guò)程中無(wú)需使用蝕刻掩模。無(wú)需使用蝕刻掩模的事實(shí)顯著降低了等離子體處理方法的復(fù)雜性。因?yàn)椴皇褂醚谀?，可省略用?lái)引入和后續(xù)地除去該掩模的任意加工步驟。此外，減少或甚至消除了涉及對(duì)齊蝕刻掩模的問(wèn)題。此外，省略蝕刻掩?？娠@著降低用于等離子體處理方法的成本以及時(shí)間。
[0020]該隔離層可為共形的(conformal)層，這是優(yōu)選的，因?yàn)?