斜孔刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種斜孔刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著MEMS器件和MEMS系統(tǒng)被越來越廣泛地應(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,干法等離子體深娃刻蝕工藝逐漸成為MEMS加工領(lǐng)域及TSV技術(shù)中最炙手可熱的工藝之一。例如，如圖1所示，在CIS封裝工藝中，首先將厚度為50?150um的硅片2鍵合在S12 (二氧化硅)襯底I上；然后采用刻蝕工藝在硅片2上刻蝕出斜孔21，要求該斜孔21完全貫穿硅片2的厚度，且傾斜角度達(dá)到80°，所謂傾斜角度，是指180°減去斜孔21的孔壁與底面之間的夾角a而獲得的差值，亦為斜孔21的孔壁與斜孔21的軸線之間的夾角b，且該斜孔21的上端開口大于下端開口。
[0003]目前主流的深硅刻蝕工藝為德國Robert Bosch公司發(fā)明的Bosch工藝或在Bosch工藝上進(jìn)行的優(yōu)化。其主要特點(diǎn)為:整個(gè)刻蝕過程為一個(gè)循環(huán)單元的多次重復(fù)，該循環(huán)單元包括刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)，即整個(gè)刻蝕過程是刻蝕作業(yè)與沉積作業(yè)的交替循環(huán)。常用的工藝參數(shù)如下:刻蝕作業(yè)與沉積作業(yè)交替循環(huán)150次，且在沉積作業(yè)中，刻蝕氣體為C4F8,且流量為lOOsccm ;腔室壓力為50mT ;激勵(lì)功率為2000W ;偏壓功率為OW (即，偏壓電源未開啟)；腔室溫度20°C ;單次作業(yè)的工藝時(shí)間為2s。在刻蝕作業(yè)中，刻蝕氣體為SF6，且流量為200sccm ;腔室壓力為50mT ;激勵(lì)功率為2000W ;偏壓功率為20W ;腔室溫度20°C ;單次作業(yè)的工藝時(shí)間為3s。
[0004]進(jìn)行Bosch工藝并采用上述工藝參數(shù)獲得的斜孔如圖2所示，由圖可知，斜孔內(nèi)底部出現(xiàn)“長草”現(xiàn)象。這是因?yàn)?上述Bosch工藝中沉積作業(yè)的時(shí)間相對于刻蝕作業(yè)較長，通過實(shí)驗(yàn)表明，這在斜孔的傾斜角度低于88°時(shí)均會(huì)出現(xiàn)“長草”現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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，其不僅能夠獲得傾斜角度小于90°的斜孔，而且還可以避免出現(xiàn)斜孔底部“長草”的現(xiàn)象。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種斜孔刻蝕方法，包括以下步驟:
[0007]SI，將硅片正面鍵合在S12襯底上，并通過光刻曝光在硅片背面上形成具有刻蝕圖形的預(yù)定厚度的掩膜；
[0008]S2，對所述硅片交替進(jìn)行刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)，同時(shí)減小單次沉積的工藝時(shí)間與單次刻蝕的工藝時(shí)間的比值，以在所述硅片背面上形成具有預(yù)設(shè)刻蝕深度且傾斜角度大于90°的斜孔；
[0009]S3，去除所述硅片背面上的掩膜，并將所述硅片正面與所述S12襯底去鍵合；然后，翻轉(zhuǎn)所述硅片且將其背面鍵合在S12襯底上；
[0010]S4，自所述硅片正面對所述硅片的厚度進(jìn)行整體減薄，以使所述斜孔的底部完全暴露。
[0011]優(yōu)選的，所述單次沉積作業(yè)的工藝時(shí)間與單次刻蝕作業(yè)的工藝時(shí)間的比值不大于2:5。
[0012]優(yōu)選的，在步驟SI中，所述硅片的厚度比實(shí)際需要的目標(biāo)厚度大10?100 μ m。
[0013]優(yōu)選的，所述沉積作業(yè)和所述刻蝕作業(yè)交替循環(huán)的次數(shù)為50?500次。
[0014]優(yōu)選的，在步驟S3中，采用丙酮濕法去膠或者采用等離子體去膠機(jī)進(jìn)行干法去膠的方式去除所述硅片背面上的掩膜。
[0015]優(yōu)選的，在步驟S4中，采用物理減薄自所述硅片正面對所述硅片的厚度進(jìn)行整體減薄。
[0016]優(yōu)選的，在步驟S4中，采用等離子體干法刻蝕工藝減薄的方式自所述硅片正面對所述硅片的厚度進(jìn)行整體減薄。
[0017]優(yōu)選的，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(lì)功率為2500W ;偏壓功率為50W ;工藝氣體為主刻蝕氣體和輔助氣體的混合氣體，其中，所述主刻蝕氣體為SF6,且SF6的流量為200sccm ;所述輔助氣體為O2，且O2的流量為50sccm ;腔室溫度為(TC。
[0018]優(yōu)選的，在步驟S2中，所述沉積作業(yè)的工藝參數(shù)包括:腔室壓力為50mT ;激勵(lì)功率為2000W ;偏壓功率為OW ;沉積氣體為C4F8，且C4F8的流量為lOOsccm ;工藝時(shí)間為2s ;循環(huán)次數(shù)為100次；腔室溫度為40°C;所述刻蝕作業(yè)的工藝參數(shù)包括:腔室壓力為50mT ;激勵(lì)功率為2000W ;偏壓功率為30W ;刻蝕氣體為SF6，且SF6的流量為200sCCm ;工藝時(shí)間為5s ;循環(huán)次數(shù)為100次；腔室溫度為40°C。
[0019]優(yōu)選的，在完成步驟S4之后，所述硅片的厚度為50?150 μ m。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法，其通過步驟SI將硅片正面鍵合在S12襯底上，并通過步驟S2對硅片交替進(jìn)行刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)，可以在硅片背面上形成具有預(yù)設(shè)刻蝕深度且傾斜角度大于90°的斜孔；然后，通過步驟S3將硅片正面與S12襯底去鍵合，可以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)硅片；最后，通過步驟S4自硅片正面對硅片的厚度進(jìn)行整體減薄，以使斜孔的底部完全暴露，即，斜孔貫穿硅片的厚度。由此可知，通過使整個(gè)刻蝕過程采用刻蝕作業(yè)與沉積作業(yè)的交替循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)自硅片背面刻蝕傾斜角度大于90°的斜孔，可以避免斜孔底部出現(xiàn)“長草”現(xiàn)象；在完成整個(gè)刻蝕過程之后，通過翻轉(zhuǎn)硅片即可獲得傾斜角度小于90°的斜孔。
【附圖說明】
[0022]圖1為封裝工藝中要求獲得的理想斜孔的截面圖；
[0023]圖2為采用現(xiàn)有Bosch工藝進(jìn)行刻蝕獲得的斜孔的電鏡掃描圖；
[0024]圖3為本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法的原理框圖；
[0025]圖4為在完成本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法的步驟SI之后斜孔的截面圖；
[0026]圖5A為在完成本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法的步驟S2之后斜孔的截面圖；
[0027]圖5B為在完成本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法的步驟S2之后斜孔的電鏡掃描圖；
[0028]圖6為在完成本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法的步驟S3之后斜孔的截面圖；以及
[0029]圖7為在完成本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法的步驟S4之后斜孔的截面圖。
【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)合附圖來對本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0031]下面針對本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。具體地，圖3為本發(fā)明提供的斜孔刻蝕方法的原理框圖。請參閱圖3，該斜孔刻蝕方法包括以下步驟:
[0032]SI，將硅片正面鍵合在S12襯底上，并通過光刻曝光在硅片背面上形成具有刻蝕圖形的掩膜；
[0033]S2，對硅片交替進(jìn)行刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)，同時(shí)，減小單次沉積作業(yè)的工藝時(shí)間與單次刻蝕作業(yè)的工藝時(shí)間的比值，以在硅片背面上形成具有預(yù)設(shè)刻蝕深度且傾斜角度大于90°的斜孔；
[0034]S3，去除硅片背面上的掩膜，并將硅片正面與S12襯底去鍵合；然后，翻轉(zhuǎn)硅片且將其背面鍵合在S12襯底上；
[0035]S4,自硅片正面對硅片的厚度進(jìn)行整體減薄，以使斜孔的底部完全暴露。
[0036]在步驟SI中，如圖4所示，首先采用鍵合機(jī)將硅片2的正面22鍵合在S12襯底I上，即，硅片2的正面22朝下，而硅片2的背面23朝上。其中，硅片正面即為完成斜孔刻蝕工藝之后需要朝上的硅片表面；而硅片背面即為背離正面的硅片表面。然后，通過光刻曝光在硅片背面23上形成具有刻蝕圖形的掩膜3 (例如光刻膠等)。
[0037]容易理解，由于在后續(xù)的步驟S4中需要對硅片的厚度進(jìn)行整體減薄，因此，在步驟SI中硅片的厚度Hl應(yīng)大于實(shí)際需要的目標(biāo)厚度H3 (如圖7所示)。所謂目標(biāo)厚度，是指在完成斜孔刻蝕工藝之后希望獲得的硅片厚度。優(yōu)選的，在步驟SI中，硅片的厚度Hl比所需的目標(biāo)厚度H3大10?100 μ m。
[0038]在步驟S2中，如圖5A所示,對硅片2交替進(jìn)行刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)。具體地,整個(gè)刻蝕過程為一個(gè)循環(huán)單元的多次重復(fù)，該循環(huán)單元包括刻蝕作業(yè)和沉積作業(yè)，即整個(gè)刻蝕過程是刻蝕作業(yè)與沉積作業(yè)的交替循環(huán)。其中，沉積作業(yè)用于在斜孔孔壁上沉積聚合物；刻蝕作業(yè)用于對斜孔孔壁進(jìn)行刻蝕。在實(shí)際應(yīng)用中，可以先進(jìn)行沉積作業(yè)，后進(jìn)行刻蝕作業(yè)；或者，也可以先進(jìn)行刻蝕作業(yè)，后進(jìn)行沉積作業(yè)，二者的先后順序可以根據(jù)具體情況設(shè)定。
[0039]具體地，在將設(shè)置有硅片的S12襯底放入反應(yīng)腔室之后，開始交替循環(huán)進(jìn)行沉積作業(yè)與刻蝕作業(yè)，直至在硅片背面上形成具有預(yù)設(shè)刻蝕深度的斜孔。優(yōu)選的，沉積作業(yè)和刻蝕作業(yè)交替循