剝蝕寬 度（例如，切口寬度）和深度的、用于工業(yè)應(yīng)用的有意義的工藝產(chǎn)量。如上所述，與基于皮 秒和基于納秒的激光剝蝕工藝相比，基于飛秒的激光更適于提供此類優(yōu)點(diǎn)。然而，即使在基 于飛秒的激光剝蝕的光譜中，某些波長(zhǎng)可提供比其他波長(zhǎng)更好的性能。例如，在一個(gè)實(shí)施例 中，具有更接近UV范圍或在UV范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的基于飛秒的激光工藝提供比具有更接近IR 范圍或在IR范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的基于飛秒的激光工藝更潔凈的剝蝕工藝。在特定的此類實(shí)施 例中，適用于半導(dǎo)體晶片或基板劃片的基于飛秒的激光工藝基于具有大約小于或等于540 納米的波長(zhǎng)的激光。在特定的此類實(shí)施例中，使用具有大約小于或等于540納米的波長(zhǎng)的 激光的大約小于或等于400飛秒的脈沖。然而，在替代的實(shí)施例中，可使用雙激光波長(zhǎng)（如， IR激光和UV激光的結(jié)合）。
[0036] 請(qǐng)參見圖1中的第三操作106,并且轉(zhuǎn)到相應(yīng)的圖2C，隨后對(duì)半導(dǎo)體晶片204進(jìn)行 等離子體蝕刻。如圖2C所示，等離子體蝕刻前緣繼續(xù)行進(jìn)穿過經(jīng)圖案化的掩模202中的間 隙。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，蝕刻半導(dǎo)體晶片204可包括：蝕刻并延伸以激光劃片工藝形成的 溝槽214,以便最終形成穿過半導(dǎo)體晶片204的經(jīng)延伸的溝槽216。在一個(gè)實(shí)施例中，各向 異的性蝕刻暴露半導(dǎo)體晶片或基板204上的背側(cè)膠帶210。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體蝕刻 操作可采用娃穿孔（through-siliconvia)類型的蝕刻工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用常 規(guī)的博世型（Bosch-type)沉積/蝕刻/沉積工藝來蝕刻穿過基板。一般而言，博世型工藝 由三個(gè)子步驟組成：沉積、方向性轟擊蝕刻以及各向同性的化學(xué)蝕刻，通過許多次迭代（循 環(huán)）來運(yùn)行所述博世型工藝，直到蝕穿硅為止。如圖2C中所示，作為博世工藝的結(jié)果，側(cè)壁 表面218具有粗糙的扇形結(jié)構(gòu)。這在激光劃片工藝生成了比顯影定義的蝕刻工藝所實(shí)現(xiàn)的 開放溝槽粗糙得多的開放溝槽的情況下尤其有影響。此類粗糙的管芯邊緣導(dǎo)致了低于預(yù)期 的管芯破裂強(qiáng)度。此外，博世工藝中的沉積子步驟生成富含氟的特氟龍型有機(jī)膜以保護(hù)已 經(jīng)被蝕刻的側(cè)壁，所述有機(jī)膜在蝕刻前緣行進(jìn)時(shí)不從側(cè)壁中被去除（一般而言，此類聚合 物僅周期性地從經(jīng)各向異性地蝕刻的溝槽的底部被去除）。
[0037] 在特定的實(shí)施例中，在蝕刻工藝期間，半導(dǎo)體晶片的硅材料的蝕刻速率大于每分 鐘25微米。超高密度等離子體源可用于管芯單片化工藝的等離子體蝕刻部分。適用于執(zhí) 行此類等離子體蝕刻工藝的工藝腔室的示例是可購自美國加州桑尼維爾市的應(yīng)用材料公 司的AppliedCentura?Silvia?Etch系統(tǒng)。AppliedCentura?Silvia?Etch系統(tǒng)組合 了電容式與電感式RF耦合，這給予比僅有電容式耦合（即便具由磁性增強(qiáng)提供的改進(jìn)）的 可能情況獨(dú)立得多的對(duì)離子密度和離子能量的控制。該組合允許從離子能量中對(duì)離子密度 的有效的去耦合，以便即便在非常低壓力下、在沒有高的、潛在的損害性DC偏壓等級(jí)下來 實(shí)現(xiàn)相對(duì)高密度的等離子體。多RF源配置也產(chǎn)生特別寬的工藝窗口。然而，也可使用能夠 蝕刻硅的任何等離子體蝕刻腔室。在示例性實(shí)施例中，使用深硅蝕刻來以大于大約為常規(guī) 的硅蝕刻速率（例如，40微米或更高）的40%的蝕刻速率來蝕刻單晶硅基板或基板204,同 時(shí)維持基本上精確的輪廓控制及實(shí)質(zhì)上不含扇形部的側(cè)壁。在特定的實(shí)施例中，使用硅穿 孔型蝕刻工藝。蝕刻工藝基于從反應(yīng)氣體生成的等離子體，所述反應(yīng)氣體通常是氟基氣體， 諸如，SF6、C4FS、CHF3、XeF2或能夠以相對(duì)快的蝕刻速率來蝕刻硅的任何其他反應(yīng)氣體。
[0038] 為了概述圖2A-2C，管芯單片化工藝包括：先進(jìn)行激光劃片，去除掩模層、鈍化層 和器件層，從而潔凈地暴露硅基板；接著進(jìn)行的等離子體蝕刻，用于劃切穿過硅基板。對(duì)于 蝕刻，可使用基于三個(gè)子步驟（即，沉積、方向性轟擊蝕刻和各向同性的化學(xué)蝕刻）的博世 工藝，并且運(yùn)行博世工藝多次迭代（循環(huán)），直到蝕穿硅為止。然而，如圖2C中所示，作為博 世工藝的結(jié)果，側(cè)壁表面具有粗糙的扇形結(jié)構(gòu)。特別是由于激光劃片工藝通常生成比顯影 工藝實(shí)現(xiàn)的開放溝槽粗糙得多的開放溝槽，因此側(cè)壁粗糙度相比其他硅蝕刻工藝可能高得 多。這導(dǎo)致低于預(yù)期的管芯破裂強(qiáng)度。此外，博世工藝中的沉積子步驟會(huì)生成富含氟的特 氟龍型有機(jī)膜以保護(hù)已經(jīng)被蝕刻的側(cè)壁。
[0039] 請(qǐng)參見圖1中的第四操作108,并且轉(zhuǎn)到相應(yīng)的圖2D，在各向異性的等離子體蝕刻 操作之后，集成電路是單片化的形式的。隨后，可利用各向同性的化學(xué)濕法蝕刻或等離子體 蝕刻以通過緩和地將基板（例如，硅）的薄層從側(cè)壁上蝕刻掉來使側(cè)壁平滑（以形成平滑 的側(cè)壁220)。在實(shí)施例中，蝕刻的各向同性部分基于由NFjP 組合所生成的等離子 體，所述即3和CF4作為用于側(cè)壁平滑化處理的蝕刻劑。并且，可使用諸如1000W的較高的 偏置功率。在實(shí)施例中，使用由即3和CF4(所述即3和CF4作為用于側(cè)壁平滑化處理的蝕 刻劑）的組合所生成的等離子體的優(yōu)點(diǎn)在于較低的各向同性蝕刻速率（~0. 15微米/分 鐘），因此，平滑化處理更可控。施加高偏置功率以實(shí)現(xiàn)相對(duì)高的方向性蝕刻速率，從而蝕刻 掉側(cè)壁218上的脊部（ridge)或凸緣（rim)以形成側(cè)壁220。
[0040] 在實(shí)施例中，例如緊接著各向異性的蝕刻操作的終止，在與各向異性的蝕刻相同 的腔室中執(zhí)行各向同性的蝕刻。在其他實(shí)施例中，在分離的腔室（諸如，本領(lǐng)域中已知的具 有下游等離子體源的腔室）中執(zhí)行各向同性的蝕刻。在實(shí)施例中，在發(fā)起各向同性的蝕刻 后，晶片溫度可能是相對(duì)高的（例如，80-100°C)，因?yàn)橐愿咚俾室约跋鄬?duì)長(zhǎng)的（例如，1-3 分鐘）各向異性的蝕刻來使用的高等離子體功率已加熱了晶片。已發(fā)現(xiàn)這樣的升高的晶片 溫度可增強(qiáng)各向同性特性以及在各向異性的蝕刻后立刻執(zhí)行的各向同性的蝕刻的蝕刻速 率。在實(shí)施例中，各向同性的蝕刻步驟去除通過各向異性的蝕刻沉積在管芯側(cè)壁上的富含 氟或富含碳的聚合物層。
[0041] 能以若干不同的方式來執(zhí)行基于由NFjPCF4 (所述NF#PCF4作為用于側(cè)壁平滑 化處理的蝕刻劑）的組合所生成的等離子體的蝕刻的各向同性部分。在第一實(shí)施例中，執(zhí) 行兩個(gè)操作的工藝。在第一操作中，可采用常規(guī)的博世工藝來蝕刻穿過硅基板。博世工藝 由三個(gè)子步驟（即，沉積、方向性轟擊蝕刻和各向同性的化學(xué)蝕刻）組成，并且運(yùn)行博世工 藝多次迭代（循環(huán)）直到蝕穿硅為止。作為博世工藝的結(jié)果，側(cè)壁表面具有粗糙的扇形結(jié) 構(gòu)。特別是由于激光劃片工藝通常生成比顯影工藝實(shí)現(xiàn)的開放溝槽粗糙得多的開放溝槽， 因此側(cè)壁粗糙度會(huì)高得多。這導(dǎo)致低于預(yù)期的管芯破裂強(qiáng)度。此外，博世工藝中的沉積子 步驟生成富含氟的特氟龍型有機(jī)膜以保護(hù)已經(jīng)被蝕刻的側(cè)壁。在第二操作中，在完全蝕刻 穿過硅基板且管芯被單片化之后，可施加使用以相對(duì)高的偏置功率（例如，1000W)而從nf3 和cf4的組合中生成的等離子體的第二等離子體蝕刻，以便通過緩和地蝕刻以將硅的薄層 從側(cè)壁上去除來使側(cè)壁平滑。在實(shí)施例中，第二操作的蝕刻時(shí)間一般被設(shè)置在1秒至90秒 內(nèi)，并且伴隨著取決于管芯厚度的其他合適的蝕刻工藝參數(shù)，從而使器件層/Si界面處的 下切最小化。在實(shí)施例中，第二操作也去除側(cè)壁上的富含氟或富含碳的沉積層。
[0042]在第二實(shí)施例中，執(zhí)行三個(gè)操作的工藝。在第一操作中，采用常規(guī)的博世工藝來蝕 刻穿過硅基板。博世工藝由三個(gè)子步驟（即，沉積、方向性轟擊蝕刻和各向同性的化學(xué)蝕 亥?組成，并且可運(yùn)行博世工藝許多個(gè)迭代（循環(huán)）直到蝕穿硅為止。在實(shí)施例中，作為博 世工藝的結(jié)果，側(cè)壁表面具有粗糙的扇形結(jié)構(gòu)。特別是由于激光劃片工藝通常生成比顯影 工藝實(shí)現(xiàn)的開放溝槽粗糙得多的開放溝槽，因此側(cè)壁粗糙度會(huì)高得多。這可導(dǎo)致低于預(yù)期 的管芯破裂強(qiáng)度。此外，博世工藝中的沉積子步驟生成富含氟的特氟龍型有機(jī)膜以保護(hù)已 經(jīng)被蝕刻的側(cè)壁。在第二操作中，在完全蝕刻穿過硅基板且管芯被單片化之后，可施加使用 3&的第一各向同性的化學(xué)等離子體蝕刻，以便通過緩和地從側(cè)壁上蝕刻掉硅的薄層而在 某種程度上平滑化側(cè)壁。在一個(gè)實(shí)施例中，以低于約150W的低偏置功率來執(zhí)行基于 第一各向同性的蝕刻。在第三操作中，使用基于NF3+CF4的等離子體作為用于進(jìn)一步側(cè)壁平 滑化的蝕刻劑來執(zhí)行第二各向同性的蝕刻。第二各向同性的蝕刻（NF3+CF4)可能較慢，因此 比第一各向同性的蝕刻（sf6)更可受控，使得第二各向同性的蝕刻成為合適的結(jié)尾工藝。
[0043]請(qǐng)參見圖4,工藝工具400可包括工廠接口 402 (FI)，所述工廠接口 402具有多個(gè) 與所述工廠接口 402耦接的負(fù)載鎖定件404。群集工具406與工廠接口 402耦接。群集工 具406包括一個(gè)或多個(gè)等離子體蝕刻腔室，諸如，各向異性等離子體蝕刻腔室408和各向同 性等離子體蝕刻腔室414。激光劃片設(shè)備410也耦接至工廠接口 402。如圖4中所描繪，在 一個(gè)實(shí)施例中，工藝工具400的整體覆蓋區(qū)域可為大約3500毫米（3. 5米）乘以大約3800 毫米（3. 8米）。
[0044]在實(shí)施例中，激光劃片設(shè)備410容納基于飛秒的激光。基于飛秒的激光適于執(zhí)行 混合式激光和蝕刻單片化工藝中的激光剝蝕部分（諸如，上述的激光剝蝕工藝）。在一個(gè)實(shí) 施例中，可移動(dòng)的臺(tái)也被包括在激光劃片設(shè)備400中，所述可移動(dòng)的臺(tái)經(jīng)配置以相對(duì)于基 于飛秒的激光來移動(dòng)晶片或基板（或晶片或基板的載具）。在特定的實(shí)施例中，基于飛秒的 激光也是可移動(dòng)的。如圖4中所描繪，在一個(gè)實(shí)施例中，激光劃片設(shè)備410的整體覆蓋區(qū)域 可為大約2240毫米乘以大約1270毫米。
[0045] 在實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)等離子體蝕刻腔室408經(jīng)配置以穿過經(jīng)圖案化的掩