一種斜孔刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種斜孔刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]娃通孔(Through Silicon Via,以下簡稱為TSV)技術(shù)是一種芯片互連技術(shù)，其用于實現(xiàn)芯片與芯片之間、晶圓和晶圓之間以及芯片與晶圓之間的線路導(dǎo)通。TSV技術(shù)能夠使芯片體積在三維方向得到延伸，從而可以減小封裝產(chǎn)品的外形尺寸，增大封裝產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)密度，進(jìn)而可以在實現(xiàn)更多的功能、更優(yōu)越的性能的同時，保持更低的成本。
[0003]TSV封裝工藝一般包括下述工序:①晶圓減薄，②粘結(jié)技術(shù)，③通孔制作，④電隔離層覆蓋，⑤阻擋層清除，⑥金屬化。其中，通孔的制作是非常關(guān)鍵的一個工序，制作獲得的通孔的側(cè)壁形狀一般垂直于通孔的底部或相對于通孔的底部傾斜，分別如圖1和圖2所示；而根據(jù)通孔側(cè)壁形狀的不同，可以將TSV封裝工藝分為垂直式TSV工藝和傾角式TSV工藝。
[0004]具體地，在垂直式TSV工藝中，一般通過博世(Bosch)工藝制作側(cè)壁垂直于底部的通孔，即:在刻蝕過程中快速循環(huán)地交替進(jìn)行刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)，將硅片I刻蝕至所需的深度，從而獲得側(cè)壁與底部垂直的通孔2，如圖1所示。
[0005]在傾角式TSV工藝中，一般采用常規(guī)的刻蝕方法制作側(cè)壁相對于底部傾斜的通孔，即:采用單步工藝的方式一次性完成預(yù)設(shè)的刻蝕深度，具體地，在刻蝕過程中，同時向反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體和沉積氣體，以使刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)同時進(jìn)行，并且，通過工藝程序控制刻蝕氣體和沉積氣體的比例，實現(xiàn)對刻蝕速率與沉積速率之比的控制，從而獲得有利于后續(xù)沉積工藝的傾角式通孔3，如圖2所示。典型的工藝參數(shù)可以為:腔室壓力為10mT,激勵功率為2000W，偏壓功率為20W，腔室溫度為5°C，刻蝕氣體為SF6，其流量為700SCCm，沉積氣體為C4F8，其流量為lOOsccm，輔助氣體為O2，其流量為50sCCm，在此情況下，可以獲得如圖3所示的通孔。
[0006]但是，在實際應(yīng)用中，由于刻蝕速率和沉積速率之比不易控制，容易導(dǎo)致通孔頂部區(qū)域的刻蝕速率大于沉積速率，進(jìn)而導(dǎo)致通孔頂部形成碗狀(Bowing)形貌；同時，在通孔頂部的開口尺寸較小時，由于掩膜阻擋，通孔頂部會形成流場靜止區(qū)，這樣會降低通孔頂部區(qū)域的沉積速率，進(jìn)一步增大通孔頂部區(qū)域的Bowing形貌，如圖3所示，還會使通孔側(cè)壁上的粗糙度隨之增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種斜孔刻蝕方法，其可以在較短的時間內(nèi)在硅片上刻蝕出碗狀形貌的厚度較小的斜孔。
[0008]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種斜孔刻蝕方法，包括下述步驟:SI，采用可提高沉積速率與刻蝕速率之比的第一偏壓功率，刻蝕硅片至第一預(yù)設(shè)深度，用以降低在斜孔側(cè)壁的頂部形成的碗狀形貌的厚度；S2，采用第二偏壓功率，繼續(xù)刻蝕硅片至第二預(yù)設(shè)深度，且所述第二偏壓功率大于所述第一偏壓功率，用以提高刻蝕速率。
[0009]其中，所述第二預(yù)設(shè)深度大于預(yù)設(shè)的所述斜孔的目標(biāo)深度；并且在所述步驟S2之后，還包括步驟S3，自所述硅片的上表面對所述硅片的厚度進(jìn)行整體減薄，以使所述斜孔的深度達(dá)到所述斜孔的目標(biāo)深度。
[0010]其中，對所述硅片減薄的厚度大于或等于斜孔刻蝕過程中形成的碗狀形貌的厚度。
[0011]其中，步驟SI中，所述第一偏壓功率的取值范圍為O?10W。
[0012]其中，步驟S2中，所述第二偏壓功率的取值范圍為10?30W。
[0013]其中，在步驟S3中，采用物理減薄對所述硅片的厚度進(jìn)行整體減薄。
[0014]其中，在步驟S3中，采用等離子體干法刻蝕工藝減薄的方式對所述硅片的厚度進(jìn)行整體減薄。
[0015]其中，所述等離子體干法刻蝕工藝的工藝參數(shù)包括:腔室壓力為70mT ;激勵功率為2500W ;偏壓功率為50W ;工藝氣體包括刻蝕氣體和輔助氣體，其中，所述刻蝕氣體的流量為100sccm ;所述輔助氣體的流量為50sccm。
[0016]其中，所述刻蝕氣體為SF6，所述輔助氣體為02。
[0017]其中，在步驟SI中，刻蝕工藝的參數(shù)包括:腔室壓力為60mT ;激勵功率為2000W，第一偏壓功率為OW ;工藝氣體包括刻蝕氣體、沉積氣體和輔助氣體，其中，刻蝕氣體為SF6,且SF6的流量為70SCCm ;沉積氣體為C4F8,且C4F8的流量為1sccm ;輔助氣體為02，且O2的流量為60sccm ;刻蝕時間為200s ;在步驟S2中，刻蝕工藝的參數(shù)包括:腔室壓力為60mT ；激勵功率為2000W，第二偏壓功率為15W;工藝氣體包括刻蝕氣體、沉積氣體和輔助氣體，其中，刻蝕氣體為SF6，且SF6的流量為70sccm ;沉積氣體為C4F8，且C4F8的流量為1sccm ;輔助氣體為O2，且O2的流量為60sccm ;刻蝕時間為400s。
[0018]其中，在步驟SI及S2中，向工藝腔室內(nèi)通入刻蝕工藝所需的工藝氣體，所述工藝氣體包括刻蝕氣體、沉積氣體和輔助氣體；且在刻蝕過程中，通過調(diào)節(jié)腔室壓力，以及調(diào)節(jié)刻蝕氣體、沉積氣體和輔助氣體之間的比例，控制所述斜孔側(cè)壁的傾斜角度。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法，其將刻蝕過程分為兩個步驟完成，其中，步驟SI通過在刻蝕硅片至第一預(yù)設(shè)深度的過程中，采用可提高沉積速率與刻蝕速率之比的第一偏壓功率，可以增強對側(cè)壁的保護(hù)作用，從而可以減小由等離子體中的自由基的各向同性刻蝕而在斜孔側(cè)壁的頂部形成的碗狀形貌的厚度。而后，步驟S2繼續(xù)刻蝕硅片至第二預(yù)設(shè)深度，并在此過程中通過采用大于第一偏壓功率的第二偏壓功率，可以提高刻蝕速率，尤其是在垂直方向上的刻蝕速率，從而可以快速獲得所需的刻蝕深度，進(jìn)而可以縮短刻蝕時間，提高工藝效率。由上可知，本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法借助上述步驟SI和步驟S2，可以在較短的時間內(nèi)刻蝕出頂部碗狀形貌較小的斜孔，從而在一定程度上改善了斜孔側(cè)壁的形貌。
【附圖說明】
[0021]圖1為垂直式通孔的示意圖；
[0022]圖2為傾角式通孔的示意圖；
[0023]圖3為根據(jù)常規(guī)刻蝕方式制作的傾角式通孔的電鏡掃描圖；
[0024]圖4為本發(fā)明第一實施例提供的斜孔刻蝕方法的流程框圖；
[0025]圖5為圖4所示實施例中步驟SI完成后的示意圖；
[0026]圖6為圖4所示實施例中步驟S2完成后的示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明第二實施例提供的斜孔刻蝕方法的流程框圖；
[0028]圖8為圖6所示實施例中步驟SlO和S20完成后的示意圖；
[0029]圖9為圖6所示實施例中步驟S30完成后的示意圖；以及
[0030]圖10為采用本發(fā)明第二實施例提供的斜孔刻蝕方法刻蝕獲得的斜孔的電鏡掃描圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032]本發(fā)明第一實施例提供的斜孔刻蝕方法，其用于在硅片上刻蝕出傾斜角度小于90° (該傾斜角度優(yōu)選在70°?85°的范圍內(nèi))的斜孔。需要說明的是，上述傾斜角度是側(cè)壁與底面之間的夾角的補角，即，傾斜角度等于180°減去側(cè)壁與底面之間的夾角。容易理解，側(cè)壁與底面之間的夾角為鈍角。
[0033]在刻蝕斜孔之前，首先在硅片表面上涂覆光刻膠，而后通過光刻曝光在硅片上形成具有刻蝕圖形的掩膜；然后，在硅片上表面上刻蝕斜孔。該刻蝕過程分為兩個步驟，并均采用下述硅片刻蝕工藝刻蝕硅片，二者僅是采用的工藝參數(shù)不同。
[0034]刻蝕過程的具體為，即:向工藝腔室內(nèi)通入工藝氣體，并開啟激勵電源(例如射頻電源)，激勵電源向反應(yīng)腔室施加激勵功率，以使反應(yīng)腔室內(nèi)的刻蝕氣體激發(fā)形成等離子體；開啟偏壓電源，偏壓電源向基片施加偏壓功率，以使等離子體刻蝕硅片，直至對硅片刻蝕預(yù)設(shè)深度。工藝參數(shù)主要包括工藝氣體的種類和流量、激勵功率、偏壓功率、工藝氣壓(即，反應(yīng)腔室的腔室壓力)以及刻蝕時間等。另外，上述工藝氣體包括刻蝕氣體、沉積氣體和輔助氣體，優(yōu)選的，刻蝕氣體為SF6，沉積氣體為C4F8 ;輔助氣體為氧氣，其在刻蝕過程中用于改善斜孔側(cè)壁的粗糙度。激勵電源加載的激勵功率為2000W。
[0035]當(dāng)完成上述刻蝕過程之后，通過丙酮濕法，或者采用等離子體去膠機(jī)去除硅片表面的光刻膠。
[0036]下面進(jìn)一步對上述刻蝕過程的兩個步驟進(jìn)行詳細(xì)描述。圖4為本發(fā)明第一實施例提供的斜孔刻蝕方法的流程框圖。圖5為圖4所示實施例中步驟SI完成后的示意圖。圖6為圖4所示實施例中步驟S2完成后的示意圖。請一并參閱圖4、圖5及圖6,本發(fā)明第一實施例提供的斜孔刻蝕方法具體包括下述步驟:
[0037]SI，采用可提高沉積速率與刻蝕速率之比的第一偏壓功率，刻蝕硅片10至第一預(yù)設(shè)深度，用以降低在斜孔11側(cè)壁的頂部形成的碗狀形貌的厚度；
[0038]S2，采用第二偏壓功率，繼續(xù)刻蝕硅片10至第二預(yù)設(shè)深度，且第二偏壓功率大于第一偏壓功率，用以提高刻蝕速率。
[0039]在步驟SI中，可提高沉積速率與刻蝕速率之比的第一偏壓功率為相對于現(xiàn)有技術(shù)較小的偏壓功率值。在刻蝕硅片10的工藝過程中，沉積速率不受偏壓功率大小的影響，而刻蝕速率則受到偏壓功率大小的顯著影響；具體地，偏壓功率小，則刻蝕速率較??；偏壓功率大，則刻蝕速率較大。從而，采用較小的偏壓功率值為