硅片刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，特別涉及一種硅片刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著MEMS器件和MEMS系統(tǒng)被越來越廣泛的應(yīng)用于汽車和消費(fèi)電子領(lǐng)域，以及TSV通孔刻蝕(Through Silicon Etch)技術(shù)在未來封裝領(lǐng)域的廣闊前景,干法等離子體深硅刻蝕工藝逐漸成為MEMS加工領(lǐng)域及TSV技術(shù)中最炙手可熱工藝之一。在硅片上刻蝕溝槽是一種常見的刻蝕工藝，而針對(duì)不同的應(yīng)用，對(duì)溝槽的刻蝕形貌的要求也不同。例如，在封裝領(lǐng)域中，通常需要獲得精確的斜坡尺寸和優(yōu)化的溝槽形貌，這就要求能夠?qū)涛g工藝進(jìn)行精確控制，而且還要求穩(wěn)定的刻蝕環(huán)境、簡(jiǎn)單易控的操作以及穩(wěn)定的設(shè)備維護(hù)。
[0003]現(xiàn)有的一種硅片刻蝕方法采用單步刻蝕的方式一次性完成溝槽的總刻蝕深度。該方法的一個(gè)典型的工藝制程為:采用SF6、C4F8和O2混合的氣體作為刻蝕氣體，其中，SF6的流量為700sccm ；C4F8的流量為180sccm ；02的流量為50sccm ;腔室壓力為150mT ;上電極功率為4000W ;下電極功率為20W ;腔室溫度未5°C。
[0004]圖1A為采用該工藝制程獲得的硅片刻蝕形貌的電鏡掃描圖。圖1B為側(cè)壁頂部的電鏡掃描圖。由圖1A和IB可以看出，溝槽側(cè)壁的頂部出現(xiàn)0Ver-hang(即掩膜開口尺寸小于溝槽開口尺寸，如圖2所示)以及頂部鋸齒的現(xiàn)象，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因在于:
[0005]其一，為了獲得較高的刻蝕速率，通常會(huì)采用較高的下電極功率刻蝕硅片，這使得各向同性刻蝕嚴(yán)重，從而容易出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒的現(xiàn)象。此外，較高的刻蝕速率還會(huì)使自晶片表面產(chǎn)生的熱量散發(fā)緩慢，導(dǎo)致光刻膠掩膜在高溫下軟化坍塌，這也會(huì)形成over-hang 現(xiàn)象。
[0006]其二，為了獲得精確的刻蝕形貌，需要嚴(yán)格控制刻蝕工藝參數(shù)，例如，下電極功率的控制范圍僅在O?50W之間，這使得刻蝕工藝參數(shù)的可調(diào)范圍極窄，從而不僅容易出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒的現(xiàn)象，而且還會(huì)造成工藝結(jié)果不穩(wěn)定，進(jìn)而給后續(xù)制程帶來惡劣影響。
[0007]另外，對(duì)于溝槽側(cè)壁的頂部出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒的現(xiàn)象目前沒有較好的補(bǔ)救措施，從而造成產(chǎn)品的良品率很難提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]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，提出了一種硅片刻蝕方法，其不僅可以避免出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒的現(xiàn)象，而且可以增大刻蝕工藝參數(shù)的可調(diào)范圍，從而可以提高工藝結(jié)果的穩(wěn)定性。
[0009]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種硅片刻蝕方法，包括以下步驟:
[0010]硅片刻蝕步驟，在具有預(yù)設(shè)厚度的硅片上表面刻蝕斜槽或斜孔，且所述預(yù)設(shè)厚度大于工藝所需的目標(biāo)厚度；
[0011]研磨步驟，自所述硅片上表面研磨所述硅片，以使所述硅片的厚度整體減薄至所述目標(biāo)厚度。
[0012]優(yōu)選的，在所述硅片刻蝕步驟中，刻蝕氣體包括CxFy類氣體、SF6和O2的混合氣體。
[0013]優(yōu)選的，通過調(diào)節(jié)所述CxFy類氣體的流量與SF6和O2的流量總和之間的比例，來調(diào)節(jié)側(cè)壁的傾斜角度。
[0014]優(yōu)選的，所述CxFy類氣體的流量與SF6和O2的流量總和之間的比例在1:10?1:1之間。
[0015]優(yōu)選的，所述CxFy類氣體的流量與SF6和O2的流量總和之間的比例在1:5?1:3之間。
[0016]優(yōu)選的，所述CxFy類氣體包括C4Fs、C5F8和C2F6中至少一種氣體。
[0017]優(yōu)選的，在所述硅片刻蝕步驟中，通過調(diào)節(jié)腔室壓力，來調(diào)節(jié)側(cè)壁傾斜角度和形貌。
[0018]優(yōu)選的，所述腔室壓力的取值范圍在100?200mT。
[0019]優(yōu)選的，在所述硅片刻蝕步驟中，上電極功率的取值范圍在2000?4000W。
[0020]優(yōu)選的，在所述硅片刻蝕步驟中，下電極功率的取值范圍在O?100W。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法，其采用單步刻蝕的方式對(duì)厚度大于工藝所需的目標(biāo)厚度的硅片上表面刻蝕斜槽或斜孔，并在完成刻蝕之后自該硅片上表面研磨硅片，以使硅片的厚度整體減薄至目標(biāo)厚度。也就是說，雖然在完成硅片刻蝕步驟之后，在側(cè)壁的頂部可能會(huì)出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒等缺陷，但是借助后續(xù)的研磨步驟，可以磨去側(cè)壁的頂部，即，磨去硅片自其上表面起多于目標(biāo)厚度的部分，從而可以消除over-hang以及頂部鋸齒等缺陷，進(jìn)而獲得筆直平整的側(cè)壁形貌。
[0023]而且，由于借助上述研磨步驟可以對(duì)刻蝕后的硅片刻蝕形貌進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)整，這不僅可以增大刻蝕工藝參數(shù)的可調(diào)范圍，從而可以提高工藝結(jié)果的穩(wěn)定性，而且還可以允許在硅片刻蝕步驟中采用較高的下電極功率，從而可以提高刻蝕速率，進(jìn)而可以提高工藝效率。
【附圖說明】
[0024]圖1A為采用現(xiàn)有的工藝制程獲得的硅片刻蝕形貌的電鏡掃描圖；
[0025]圖1B為側(cè)壁頂部的電鏡掃描圖；
[0026]圖2為溝槽側(cè)壁的頂部出現(xiàn)over-hang的示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法的流程框圖；
[0028]圖4為本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法的流程示意圖；以及
[0029]圖5采用發(fā)明提供的硅片刻蝕方法獲得的溝槽刻蝕形貌的電鏡掃描圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]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(duì)本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0031]圖3為本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法的流程框圖。圖4為本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法的流程示意圖。請(qǐng)一并參閱圖3和圖4，本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法包括以下步驟:
[0032]硅片刻蝕步驟，在具有預(yù)設(shè)厚度的硅片上表面刻蝕斜槽或斜孔，且該預(yù)設(shè)厚度大于工藝所需的目標(biāo)厚度；
[0033]研磨步驟，自硅片上表面研磨硅片，以使硅片的厚度整體減薄至目標(biāo)厚度。
[0034]具體地，在硅片刻蝕步驟中，硅片的預(yù)設(shè)厚度，S卩，待刻蝕硅片的厚度大于工藝所需的目標(biāo)厚度，以為后續(xù)的研磨步驟保留待減薄的厚度?？涛g硅片的工藝具體為:向反應(yīng)腔室通入刻蝕氣體，并開啟激勵(lì)電源(例如射頻電源)，激勵(lì)電源向反應(yīng)腔室施加上電極功率，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，偏壓電源向硅片施加下電極功率，以使等離子體刻蝕硅片，直至對(duì)硅片刻蝕預(yù)定刻蝕深度。
[0035]優(yōu)選的，刻蝕氣體包括CxFy類氣體、SF6和O2的混合氣體，其中，CxFy類氣體包括C4F8, C5F8和C2F6中至少一種氣體。通過調(diào)節(jié)CxFy類氣體的流量與SF6和O2流量總和之間的比例，可以調(diào)節(jié)斜槽或斜孔的側(cè)壁傾斜角度，以獲得工藝所需的側(cè)壁傾斜角度。優(yōu)選的，CxFy類氣體的流量與SF6和O2的流量總和之間的比例在1:10?1:1之間；進(jìn)一步優(yōu)選的，在1:5?1:3之間。此外，SF6的流量的取值范圍可以在300?lOOOsccm，優(yōu)選的，在500?700sccm ;氧氣的流量的取值范圍可以在10?10sccm,優(yōu)選的,在30?70sccm。
[0036]此外，還可以通過調(diào)節(jié)腔室壓力，來調(diào)節(jié)斜槽或斜孔的側(cè)壁傾斜角度和形貌。優(yōu)選的，腔室壓力的取值范圍在100?200mT。上電極功率的取值范圍在2000?4000W。
[0037]在研磨步驟中，可以采用機(jī)械研磨的方式研磨刻蝕后的硅片，以使該硅片獲得工藝所需的厚度和理想的刻蝕形貌。
[0038]借助該研磨步驟，可以允許在刻蝕后的側(cè)壁頂部出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒等缺陷，從而可以允許硅片刻蝕步驟采用較高的下電極功率，進(jìn)而可以提高刻蝕速率，以避免因粒子能量不足而造成刻蝕時(shí)間過長(zhǎng)。而且，由于借助上述研磨步驟可以對(duì)刻蝕后的硅片刻蝕形貌進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)整，這不僅可以增大刻蝕工藝參數(shù)的可調(diào)范圍，從而可以提高工藝結(jié)果的穩(wěn)定性。優(yōu)選的，下電極功率的取值范圍可以被擴(kuò)大至O?100W。
[0039]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的硅片刻蝕方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且采用下述工藝參數(shù)進(jìn)行硅片刻蝕步驟，即:上電極功率為2500W ;下電極功率為60W ;工藝壓力為160mT ;刻蝕氣體采用SF6X4F8和O2，其中，SF6的流量為800sccm ；C4F8的流量為200sccm ；02的流量為60sccm ；刻蝕時(shí)間為1min。
[0040]采用上述實(shí)驗(yàn)獲得的溝槽刻蝕形貌如圖5所示，由圖可知，側(cè)壁筆直平整，且其頂部沒有出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒等缺陷，因此，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的硅片刻蝕方法，可以獲得理想的刻蝕形貌。
[0041]本發(fā)明實(shí)施例提供的硅片刻蝕方法，其采用單步刻蝕的方式對(duì)厚度大于工藝所需的目標(biāo)厚度的硅片上表面刻蝕斜槽或斜孔，并在完成刻蝕之后自該硅片上表面研磨硅片，以使硅片的厚度整體減薄至目標(biāo)厚度。也就是說，雖然在完成硅片刻蝕步驟之后，在側(cè)壁的頂部可能會(huì)出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒等缺陷，但是借助后續(xù)的研磨步驟，可以磨去側(cè)壁的頂部，即，磨去硅片自其上表面起多于目標(biāo)厚度的部分，從而可以消除over-hang以及頂部鋸齒等缺陷，進(jìn)而獲得筆直平整的側(cè)壁形貌。
[0042]可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硅片刻蝕方法，其特征在于，包括以下步驟: 硅片刻蝕步驟，在具有預(yù)設(shè)厚度的硅片上表面刻蝕斜槽或斜孔，且所述預(yù)設(shè)厚度大于工藝所需的目標(biāo)厚度； 研磨步驟，自所述硅片上表面研磨所述硅片，以使所述硅片的厚度整體減薄至所述目標(biāo)厚度。2.如權(quán)利要求1所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，在所述硅片刻蝕步驟中，刻蝕氣體包括CxFy類氣體、SF6和O2的混合氣體。3.如權(quán)利要求2所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)所述CxFy類氣體的流量與SF6和O2的流量總和之間的比例，來調(diào)節(jié)側(cè)壁的傾斜角度。4.如權(quán)利要求2所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述CxFy類氣體的流量與SF6和O2的流量總和之間的比例在1:10?1:1之間。5.如權(quán)利要求4所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述CxFy類氣體的流量與SF6和O2的流量總和之間的比例在1:5?1:3之間。6.如權(quán)利要求3所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述CxFy類氣體包括C4Fs、C5F8和C2F6中至少一種氣體。7.如權(quán)利要求1所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，在所述硅片刻蝕步驟中，通過調(diào)節(jié)腔室壓力，來調(diào)節(jié)側(cè)壁傾斜角度和形貌。8.如權(quán)利要求7所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述腔室壓力的取值范圍在100?200mTo9.如權(quán)利要求1所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，在所述硅片刻蝕步驟中，上電極功率的取值范圍在2000?4000W。10.如權(quán)利要求1所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，在所述硅片刻蝕步驟中，下電極功率的取值范圍在O?100W。
【專利摘要】本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法，其包括以下步驟：硅片刻蝕步驟，在具有預(yù)設(shè)厚度的硅片上表面刻蝕斜槽或斜孔，且該預(yù)設(shè)厚度大于工藝所需的目標(biāo)厚度；研磨步驟，自硅片上表面研磨硅片，以使硅片的厚度整體減薄至目標(biāo)厚度。本發(fā)明提供的硅片刻蝕方法，其不僅可以避免出現(xiàn)over-hang以及頂部鋸齒的現(xiàn)象，而且可以增大刻蝕工藝參數(shù)的可調(diào)范圍，從而可以提高工藝結(jié)果的穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01L21/3065
【公開號(hào)】CN105097488
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410208594
【發(fā)明人】胡競(jìng)之, 蔣中偉
【申請(qǐng)人】北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月16日