刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于TSV(Through Silicon Via,娃通孔技術(shù))的集成電路3D封裝技術(shù)是目前最新的封裝技術(shù)。該技術(shù)能夠使封裝后的器件尺寸小、質(zhì)量輕,還能夠有效地降低寄生效應(yīng),改善芯片速度和降低功耗。TSV的技術(shù)原理為通過在芯片和芯片之間制作垂直或傾斜的通孔然后沉積導(dǎo)電材料以實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)通,從而實(shí)現(xiàn)芯片之間互聯(lián)?,F(xiàn)有TSV技術(shù)中在制作硅通孔后需要將孔底部絕緣層(Si02)去除以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)導(dǎo)通,并要求絕緣層刻蝕完成后孔的表層、側(cè)壁及底部應(yīng)當(dāng)盡可能地平整光亮,以免影響器件封裝后的導(dǎo)電性能。
[0003]C4F8是刻蝕Si02的最高效的刻蝕氣體之一,但是它在等離子體功率下極易發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生聚合物。副反應(yīng)過程如下:
[0004]C4F8 — n CF2
[0005]n CF2 — (CF2) n
[0006]因此,在刻蝕后的硅通孔的表面和底部易被碳氟類聚合物(CF2)n以及含碳化合物CF2覆蓋,粗糙度較差,容易導(dǎo)致在后續(xù)向通孔中填鍍導(dǎo)電金屬(例如Cu)時(shí)填充效果不佳,也容易導(dǎo)致后續(xù)填鍍金屬與通孔底部其他材料層(例如A1)接觸不良,最終嚴(yán)重影響產(chǎn)品導(dǎo)電性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決刻蝕圖形粗糙不平的技術(shù)問題之一。為此,本發(fā)明的目的在于提出一種改善刻蝕粗糙度的刻蝕方法。
[0008]有鑒于此,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法,用以去除孔底部的絕緣層,包括以下步驟:對(duì)孔底部進(jìn)行刻蝕;采用第一清理氣體,在第一壓力和第一偏壓射頻功率的條件下對(duì)所述孔進(jìn)行第一等離子體清理;以及采用第二清理氣體,在第二壓力和第二偏壓射頻功率的條件下對(duì)所述孔進(jìn)行第二等離子體清理,其中,所述第一壓力大于所述第二壓力,所述第一偏壓射頻功率小于所述第二偏壓射頻功率。
[0009]通過本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法形成的孔具有表面粗糙度低且損傷少的優(yōu)點(diǎn),且該方法工藝成本低。
[0010]另外,根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的刻蝕方法,還可具有如下附加的技術(shù)特征:
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述第一壓力為50-100mT,所述第二壓力為5_50mT。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述第一壓力為60-80mT,所述第二壓力為10_30mT。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述第一偏壓射頻功率為10-100W,所述第二偏壓射頻功率為50-1000W。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述第一偏壓射頻功率為20-50W,所述第二偏壓射頻功率為200-400W。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述絕緣層為Si02,所述對(duì)孔底部進(jìn)行刻蝕包括:采用C4F8和Ar的混合氣體對(duì)孔底部進(jìn)行刻蝕。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述第一清理氣體為02和Ar的混合氣體。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述02和Ar的混合氣體流量為50-500SCCm。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述第二清理氣體為02。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述02流量為50-500sccm。
[0020]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法的流程圖。
[0022]圖2是不同工藝形成的硅通孔的頂部和底部的光學(xué)顯微鏡形貌圖,其中(a)為現(xiàn)有工藝形成的硅通孔的頂部圖,(b)為現(xiàn)有工藝形成的硅通孔的底部圖,(c)為通過本發(fā)明實(shí)施例形成的硅通孔的頂部圖,(d)為通過本發(fā)明實(shí)施例形成的硅通孔的底部圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在本說明書的描述中,參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中,對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且,描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外,在不相互矛盾的情況下,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0024]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法,用以去除孔底部的絕緣層。如圖1所示,該實(shí)施例的刻蝕方法可以包括以下步驟:
[0025]A.對(duì)晶圓中孔底部進(jìn)行刻蝕以去除底部絕緣層。
[0026]需要說明的是,本發(fā)明中的“孔”作廣義理解,可以為通孔或盲孔,并且其形狀不限于傳統(tǒng)的圓孔、方孔等等,可以為任意刻蝕圖形,本發(fā)明不做限定。具體的刻蝕孔底絕緣層的方法可以為基于等離子體的干法刻蝕等等,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要靈活選擇,本發(fā)明不做限定。
[0027]B.采用第一清理氣體,在第一壓力和第一偏壓射頻功率的條件下對(duì)孔進(jìn)行第一等離子體清理。
[0028]C.采用第二清理氣體,在第二壓力和第二偏壓射頻功率的條件下對(duì)孔進(jìn)行第二等離子體清理,其中,第一壓力大于第二壓力,第一偏壓射頻功率小于第二偏壓射頻功率。
[0029]上述實(shí)施例的刻蝕方法中:第一等離子體清理的過程中采用高壓力、低偏壓射頻功率的工藝條件,有利于增加清理氣體的粒子數(shù)量并且減小粒子平均自由程,可以進(jìn)行淺表清潔。因此第一等離子體清理的主要目的是清除孔的表層的刻蝕殘余物。第二等離子體清理的過程中采用低壓力、高偏壓射頻功率的工藝條件,有利于增強(qiáng)清理氣體的粒子能量,從而能夠提高粒子平均自由程并增強(qiáng)其粒子運(yùn)動(dòng)的方向性,可以實(shí)現(xiàn)深層清潔。因此第二等離子體清理的主要目的是清除孔的側(cè)壁及底部的刻蝕殘余物。
[0030]由上可知,通過本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法形成的孔具有表面粗糙度低且損傷少的優(yōu)點(diǎn),且本發(fā)明實(shí)施例的方法工藝成本低。本發(fā)明實(shí)施例特別適用于加工孔深大于100 μ m的孔。
[0031]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,第一壓力約為50-100mT,優(yōu)選約為60_80mT ;第二壓力約為5-50mT,優(yōu)選約為10-30mT。申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),第一壓力和第二壓力處于上述取值范圍內(nèi)時(shí),能獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0032]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,第一偏壓射頻功率約為10-100W,優(yōu)選約為20-50W ;第二偏壓射頻功率約為50-1000W,優(yōu)選約為200-400W。申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),第一偏壓射頻功率和第二偏壓射頻功率處于上述取值范圍內(nèi)時(shí),能獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,采用刻蝕硅玻璃(Silicon on Glass, S0G)晶圓,且絕緣層為Si02時(shí),可以采用C4Fs和Ar的混合氣體對(duì)晶圓孔底部進(jìn)行刻蝕。第一清理氣體可以為02和Ar的混合氣體。其中02和Ar的混合氣體流量為50-500sccm。第二清理氣體為02,其中,02流量為0-500sCCm。第一等離子體清理和第二等離子體清理的過程中發(fā)生的反應(yīng)為:
[0034](CF2) n+02 — C02 f +C0 ? +C0F2 ?
[0035]其中,第一等離子體清理步驟的淺表清潔可以處理掉孔內(nèi)部的側(cè)壁和底部表面的碳氟聚合物(CF2)n以及含碳化合物CF2,但是無法完全清理掉側(cè)壁和底部的聚合物,因此,如果只進(jìn)行第一等離子體清理步驟容易造成孔內(nèi)部,側(cè)壁和底部仍有部分碳氟聚合物(CF2)n以及含碳化合物CF2殘留,從而導(dǎo)致后道工藝中側(cè)壁的粘附性不夠。第二等離子體清理步驟的深層清潔,粒子能量較高,長時(shí)間轟擊孔時(shí),容易造成孔內(nèi)部的側(cè)壁和底部的表面損傷。故采用了第一等離子體清理和第二等離子體清理的兩步驟清理法。
[0036]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,第一等離子體清理步驟中,用于將清理氣體激發(fā)為等離子體狀態(tài)的第一激發(fā)射頻功率約為500?3000W,優(yōu)選約為500?800W。第二等離子體清理步驟中,用于將清理氣體激發(fā)為等離子體狀態(tài)的第二激發(fā)射頻功率約為500?3000W,優(yōu)選約為500?100W。申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),第一射頻功率和第二射頻功率處于上述取值范圍內(nèi)時(shí),能獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0037]根據(jù)現(xiàn)有的單步加工孔的工藝得到的、未經(jīng)清理的硅通孔的頂部和底部的光學(xué)顯微鏡形貌圖分別如圖2(a)和圖2(b)所示。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行孔清理之后得到的硅通孔的頂部和底部的光學(xué)顯微鏡形貌圖分別如圖2(c)和圖2(d)所示。經(jīng)過對(duì)照比較可知,現(xiàn)有工藝完成底部刻蝕后的孔的表面黑色生成物多,且孔底部粗糙模糊無法聚焦,說明表面和底部粗糙度均不理想。而按照本發(fā)明技術(shù)方案刻蝕形成的孔的表面和底部具有平整光亮、粗糙度低的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)化了后道工藝向通孔中填鍍導(dǎo)電金屬(例如Cu)時(shí)的填充效果,避免了后續(xù)填鍍金屬與孔底部的其他材料層(例如A1)接觸不良,提升了產(chǎn)品導(dǎo)電性能。
[0038]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例,可以理解的是,上述實(shí)施例是示例性的,不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種刻蝕方法,用以去除孔底部的絕緣層,其特征在于,包括以下步驟: 對(duì)孔底部進(jìn)行刻蝕; 采用第一清理氣體,在第一壓力和第一偏壓射頻功率的條件下對(duì)所述孔進(jìn)行第一等離子體清理;以及 采用第二清理氣體,在第二壓力和第二偏壓射頻功率的條件下對(duì)所述孔進(jìn)行第二等離子體清理,其中,所述第一壓力大于所述第二壓力,所述第一偏壓射頻功率小于所述第二偏壓射頻功率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法,其特征在于,所述第一壓力為50-100mT,所述第二壓力為δ-δΟπιΤ。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刻蝕方法,其特征在于,所述第一壓力為60-80mT,所述第二壓力為KKBOmT。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法,其特征在于,所述第一偏壓射頻功率為10-100W,所述第二偏壓射頻功率為50-1000W。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的刻蝕方法,其特征在于,所述第一偏壓射頻功率為20-50W,所述第二偏壓射頻功率為200-400W。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法,其特征在于,所述絕緣層為Si02,所述對(duì)孔底部進(jìn)行刻蝕包括:采用C4Fs和Ar的混合氣體對(duì)孔底部進(jìn)行刻蝕。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法,其特征在于,所述第一清理氣體為02和Ar的混合氣體。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的刻蝕方法,其特征在于,所述02和Ar的混合氣體流量為50_500sccmo9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法,其特征在于,所述第二清理氣體為02。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法,其特征在于,所述02流量為50-500SCCm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種刻蝕方法,用以去除孔底部的絕緣層,包括以下步驟:對(duì)孔底部進(jìn)行刻蝕;采用第一清理氣體,在第一壓力和第一偏壓射頻功率的條件下對(duì)孔進(jìn)行第一等離子體清理;以及采用第二清理氣體,在第二壓力和第二偏壓射頻功率的條件下對(duì)孔進(jìn)行第二等離子體清理,其中,第一壓力大于第二壓力,第一偏壓射頻功率小于第二偏壓射頻功率。本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕方法具有簡單易行、得到的孔表面粗糙度低且損傷少等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L21/02
【公開號(hào)】CN105470104
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410456701
【發(fā)明人】周娜, 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】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2014年9月9日