專利名稱：形成晶圓穿通孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體形成領(lǐng)域，尤其涉及一種形成晶圓穿通孔的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，集成電路向著高集成度的方向發(fā)展。高集成度的要求使 半導(dǎo)體器件的線寬越來越小，線寬的減小對(duì)集成電路的形成工藝提出了更高的要求。蝕刻是集成電路形成工藝中最重要的步驟之一，在蝕刻過程中由于蝕刻方法、光 刻膠的性質(zhì)等原因，蝕刻出的圖形與理想圖形之間會(huì)有所偏離。以“孔”的圖形為例，參考 圖1A，示出了理想的孔的圖形，理想圖形中，孔002的側(cè)壁垂直于襯底001表面。參考圖IB 和1C，示出了實(shí)際蝕刻出的圖形，在蝕刻過程中由于對(duì)孔側(cè)壁有蝕刻，孔的側(cè)壁并不垂直于 襯底001表面，而是形成了一個(gè)斜面003 (004)。這種在蝕刻過程中產(chǎn)生的斜面003 (004)稱 為底切(undercut)，底切使蝕刻出的圖形不符合制造工藝要求。在專利號(hào)是ZL200410088040的中國(guó)專利公開了一種防止在有源區(qū)側(cè)壁下方產(chǎn)生 底切的方法。參考圖2，示出了所述方法形成的半導(dǎo)體器件的剖面圖。所述方法包括，提供 襯底602 ；在襯底602上依次形成深埋絕緣層604和外延層；圖案化所述外延層，形成多個(gè) 有源區(qū)606，并暴露出位于所述外延層下的深埋絕緣層604 ；在所述有源區(qū)606和暴露出的 所述深埋絕緣層604上覆蓋第一絕緣層；各向異性蝕刻所述第一絕緣層，在有源區(qū)606的側(cè) 壁上形成第一絕緣間隙壁610b ；之后，在有源區(qū)606上形成柵極介電層、柵極，在柵極間的 有源區(qū)形成源漏區(qū)。其中，所述在有源區(qū)606側(cè)壁上形成的絕緣間隙壁610b，可以防止后續(xù) 各種蝕刻步驟對(duì)暴露出的深埋絕緣層604產(chǎn)生的橫向蝕刻，進(jìn)而避免在有源區(qū)606的側(cè)壁 下方形成底切。目前，在晶圓穿通孔工藝中，也發(fā)現(xiàn)了底切現(xiàn)象。晶圓穿通孔(throughwafer hole)常用于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems)工藝中，采用 深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE，Deep Reactive Ion Etching)形成。晶圓穿通孔是微電子機(jī)械系 統(tǒng)工藝中最為關(guān)鍵的步驟之一。參考圖3，示出了采用現(xiàn)有技術(shù)形成的晶圓穿通孔的剖面示 意圖，可以看出，形成的晶圓穿通孔的底部出現(xiàn)底切101。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的是提供一種形成晶圓穿通孔的方法，防止在形成晶圓穿通孔過程中 產(chǎn)生底切。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種形成晶圓穿通孔的方法，所述方法包括提供晶 圓；在所述晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成第一硬掩模和第二硬掩模，所述第一硬掩模和 第二硬掩模的圖形關(guān)于所述晶圓對(duì)稱；以第一硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，在所述晶圓內(nèi) 形成凹槽，所述凹槽的深度小于晶圓厚度；在所述凹槽底部形成第一介質(zhì)層；以第二硬掩 模為掩模蝕刻所述晶圓，直到露出所述第一介質(zhì)層；去除第一介質(zhì)層及所述第一硬掩模和 第二硬掩模。
可選的，在所述晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成第一硬掩模和第二硬掩模步驟包 括在晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成第二介質(zhì)層；圖形化所述第二介質(zhì)層，在所述第二 介質(zhì)層中形成多個(gè)第一開口。可選的，所述第二介質(zhì)層的材料為二氧化硅，所述在晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別 形成第二介質(zhì)層步驟包括對(duì)晶圓進(jìn)行熱氧化，在晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成二氧化硅層?？蛇x的，所述晶圓是雙面晶圓?？蛇x的，所述第一介質(zhì)層通過等離子體化學(xué)氣相沉積在凹槽底部形成。可選的，所述第一介質(zhì)層的材料是二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅?？蛇x的，所述蝕刻是深反應(yīng)離子蝕刻。可選的，通過濕法蝕刻去除所述第一介質(zhì)層?？蛇x的，所述凹槽的深度大于晶圓厚度的一半。可選的，還包括在所述凹槽底部形成第一介質(zhì)層之后，在第一硬掩模表面貼敷膠 帶；以及在去除第一介質(zhì)層及所述第一硬掩模和第二硬掩模之前，先去除膠帶。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明形成硅片穿通孔的方法中，通過從晶圓相對(duì)的兩面進(jìn)行 蝕刻形成品圓穿通孔，先從晶圓的一面進(jìn)行蝕刻形成凹槽，之后在凹槽底部形成第一介質(zhì) 層，之后從晶圓相對(duì)的另一面進(jìn)行蝕刻，此時(shí)，所述第一介質(zhì)層起到了蝕刻停止層(Stop layer)的作用，可以防止離子束穿過晶圓穿通孔到達(dá)承載晶圓的吸盤(chuck)上引起濺 射，造成底切。


圖IA是理想的孔的示意圖；圖IB是現(xiàn)有技術(shù)一種具有底切的孔的示意圖；圖IC是現(xiàn)有技術(shù)另一種具有底切的孔的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中防止在有源區(qū)側(cè)壁下方產(chǎn)生底切的方法所形成的半導(dǎo)體器件 的剖面示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)形成的晶圓穿通孔的一種實(shí)施例的示意圖；圖4是本發(fā)明形成晶圓穿通孔方法第一種實(shí)施方式的流程示意圖；圖5至圖10是本發(fā)明形成晶圓穿通孔方法一種實(shí)施例示意圖；圖11是本發(fā)明形成晶圓穿通孔方法第二種實(shí)施方式的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式設(shè)計(jì)人發(fā)現(xiàn)通過現(xiàn)有技術(shù)形成晶圓穿通孔會(huì)出現(xiàn)底切現(xiàn)象，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)是由于 離子束透過晶圓穿通孔打到用于承載晶圓的吸盤上發(fā)生濺射，會(huì)橫向蝕刻晶圓穿通孔的側(cè) 壁，在晶圓穿通孔底部產(chǎn)生底切。設(shè)計(jì)人考慮在形成晶圓穿通孔過程中在晶圓穿通孔中形 成蝕刻停止層，所述蝕刻停止層可以避免離子束穿透晶圓穿通孔打到吸盤上，防止產(chǎn)生底 切。本發(fā)明提供的形成晶圓穿通孔的方法采用兩面蝕刻方法(dual-side etch)，即分 別從晶圓兩面進(jìn)行蝕刻形成晶圓穿通孔。參考圖4，示出了本發(fā)明形成晶圓穿通孔方法第一種實(shí)施方式的流程示意圖，所述方法包括以下步驟步驟1，提供晶圓；步驟2，在所述晶圓的兩個(gè)表面上分別形成第一硬掩模和第二硬掩模，所述第一硬 掩模和第二硬掩模的圖形關(guān)于晶圓對(duì)稱；步驟3，以第一硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，在晶圓內(nèi)形成凹槽，所述凹槽的深度 小于晶圓厚度；步驟4，在所述凹槽底部形成第一介質(zhì)層；步驟5，以第二硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，直到露出所述第一介質(zhì)層；步驟6，去除第一介質(zhì)層及所述第一硬掩模和第二硬掩模。上述步驟順序提供了依照本發(fā)明實(shí)施例的一種方法。其他的例如增加步驟，移除 一個(gè)或多個(gè)步驟，或者以不同順序排列的一個(gè)或多個(gè)步驟的實(shí)施例不會(huì)背離權(quán)利要求所限 定的范圍。在本說明書下文中可以發(fā)現(xiàn)本方法和結(jié)構(gòu)更詳細(xì)和具體的描述。參考圖5至圖10，示出了依照本發(fā)明形成晶圓穿通孔的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。示意圖 僅僅是示例，不能用于限定權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可識(shí)別出更多變形，替代和修 改。參考圖5，執(zhí)行步驟1，提供晶圓102，所述晶圓102可以是雙面晶圓，在其兩個(gè)表面 上均可以形成半導(dǎo)體器件。參考圖6，執(zhí)行步驟2，在所述晶圓102的兩個(gè)表面上分別形成第一硬掩模103和 第二硬掩模104，所述第一硬掩模103和第二硬掩模104的圖形關(guān)于晶圓102對(duì)稱。在所述 晶圓102的兩個(gè)表面上分別形成第一硬掩模103和第二硬掩模104包括先在晶圓102的 兩個(gè)表面上形成第二介質(zhì)層，之后分別圖形化兩個(gè)表面上的第二介質(zhì)層。所述第二介質(zhì)層的材料為是二氧化硅，在晶圓102的兩個(gè)表面上形成第二介質(zhì)層 包括通過反應(yīng)爐對(duì)晶圓102進(jìn)行熱氧化處理，在晶圓102的兩個(gè)表面上均形成二氧化硅。圖形化所述晶圓102兩個(gè)表面上的第二介質(zhì)層包括通過涂膠、曝光、顯影等的步 驟在一個(gè)第二介質(zhì)層上形成圖形化的光刻膠，再以所述圖形化的光刻膠為掩膜刻蝕該第二 介質(zhì)層，在所述第二介質(zhì)層上形成多個(gè)第一開口，所述第一開口的位置、形狀和尺寸與晶圓 穿通孔的設(shè)計(jì)規(guī)格值相符合，例如，晶圓穿通孔開口尺寸設(shè)計(jì)規(guī)格值和第一開口的開口尺 寸均為40 μ m。所述包括多個(gè)第一開口的第二介質(zhì)層形成第一硬掩模103。通過同樣的方 法，在晶圓102另一表面上形成第二硬掩模104，其中，所述第二硬掩模104的圖形與第一硬 掩模103的圖形關(guān)于晶圓102對(duì)稱。參考圖7，執(zhí)行步驟3，以第一硬掩模103為掩模蝕刻所述晶圓102，在晶圓102內(nèi) 形成凹槽105，所述凹槽105的深度小于晶圓102厚度。所述蝕刻采用深反應(yīng)離子蝕刻法。 所述凹槽105的深度是幾百微米。較佳的，凹槽105的深度大于晶圓102厚度的一半，例如， 若晶圓102厚度是725 μ m,凹槽105深度為450 μ m 550 μ m，這樣后續(xù)從晶圓102另一面 蝕刻的深度為175 μ m 275 μ m,后續(xù)蝕刻深度較小則蝕刻時(shí)離子束強(qiáng)度較小，避免大強(qiáng)度 離子束引起的濺射。參考圖8，執(zhí)行步驟4，在凹槽105底部形成第一介質(zhì)層106。所述第一介質(zhì)層106 的材料是二氧化硅，氮化硅或者氮氧化硅。具體地，通過等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)向 第一硬掩模103表面沉積介質(zhì)材料。由于所述凹槽105為高深寬比的凹槽，所以在等離子體化學(xué)氣相沉積中，有較少的材料能進(jìn)入凹槽105沉積到凹槽105的底部，所以在凹槽105 底部形成的第一介質(zhì)層106比較薄。若第一介質(zhì)層厚度太薄，不能起到蝕刻停止層的作用； 若第一介質(zhì)層厚度太厚，則會(huì)增加材料成本。根據(jù)凹槽的開口尺寸、凹槽的深度、第一介質(zhì) 層材料的不同，第一介質(zhì)層的厚度有所不同，通常第一介質(zhì)層106的厚度是20 60nm。由 于凹槽較深不容易測(cè)量第一介質(zhì)層的厚度，可以通過多次實(shí)驗(yàn)，獲得在不同凹槽105的開 口尺寸和深度的情況下，第一硬掩模103表面的介質(zhì)層和凹槽105底部第一介質(zhì)層106之 間厚度的關(guān)系，從而通過控制第一硬掩模103表面介質(zhì)層的厚度獲得所需的凹槽105底部 第一介質(zhì)層106厚度。例如，在凹槽105的開口尺寸是40 μ m,深度是500 μ m凹槽105的情 況下，當(dāng)?shù)谝挥惭谀?03表面介質(zhì)層厚度是2. 7 μ m 2. 9 μ m時(shí)，在凹槽105上形成的第一 介質(zhì)層106厚度是0. 04 μ m 0. 06 μ m。參考圖9，執(zhí)行步驟5，以第二硬掩模104為掩模從晶圓102的另一面蝕刻所述晶 圓102，直到露出所述第一介質(zhì)層106。所述蝕刻采用深反應(yīng)離子蝕刻，由于所述深反應(yīng)離 子蝕刻可以采用對(duì)于第一介質(zhì)層106和雙面晶圓102有較好選擇性的蝕刻氣體，位于凹槽 105底部的第一介質(zhì)層106不易被蝕刻，所以在蝕刻過程中，第一介質(zhì)層106不易被蝕刻。 所述第一介質(zhì)層106起到了蝕刻停止層的作用，可以阻擋離子束透過晶圓穿通孔打到吸盤 上產(chǎn)生濺射，進(jìn)而避免在晶圓穿通孔的側(cè)壁上產(chǎn)生底切。更進(jìn)一步的，離子束打到位于承載 晶圓102的吸盤上，會(huì)對(duì)吸盤造成損傷，而本發(fā)明中，第一介質(zhì)層106可以阻擋離子束，保護(hù) 吸盤。參考圖10，執(zhí)行步驟6，去除第一介質(zhì)層106及所述第一硬掩模103和第二硬掩模 104。通過濕法蝕刻去除第一介質(zhì)層106及第一硬掩模103和第二硬掩模104，最終形成晶 圓穿通孔。設(shè)計(jì)人還發(fā)現(xiàn)在蝕刻雙面晶圓過程中會(huì)產(chǎn)生硅碎片，所述硅碎片透過晶圓穿通孔 會(huì)落到吸盤上，損傷吸盤。為此，設(shè)計(jì)人對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行了優(yōu)化。參考圖11，示出了本發(fā)明形成晶圓穿通孔方法第二種實(shí)施方式的流程示意圖，所 述方法包括以下步驟步驟11，提供晶圓；步驟12，在所述晶圓的兩個(gè)表面上分別形成第一硬掩模和第二硬掩模，所述第一 硬掩模和第二硬掩模的圖形關(guān)于晶圓對(duì)稱；步驟13，以第一硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，在晶圓內(nèi)形成凹槽，所述凹槽的深度 小于晶圓厚度；步驟14，在所述凹槽底部形成第一介質(zhì)層；步驟15，在第一硬掩模表面貼敷膠帶；步驟16，以第二硬掩模為掩模從晶圓的另一面蝕刻所述晶圓，直到露出所述第一 介質(zhì)層；步驟17，去除膠帶，再去除第一介質(zhì)層及所述第一硬掩模和第二硬掩模。本發(fā)明第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的區(qū)別在于，在第一硬掩模表面貼敷膠帶， 所述膠帶一方面用于固定雙面晶圓，另一方面可以接住在蝕刻過程中跌落的硅碎片，防止 硅碎片對(duì)吸盤造成損傷?，F(xiàn)有技術(shù)中，膠帶貼敷于雙面晶圓表面上，由于蝕刻過程會(huì)溫度升高，硅的導(dǎo)熱系數(shù)(157W/m*K)較高，膠帶和高溫的雙面晶圓之間粘性很強(qiáng)，這樣，去除膠帶比較困難，并且 容易在雙面晶圓表面留下膠帶殘?jiān)?。在本發(fā)明中，膠帶貼敷于第一硬掩模上，以二氧化硅材 料的第一硬掩模為例，二氧化硅的導(dǎo)熱系數(shù)(1.4W/m*K)較低，這樣二氧化硅的表面溫度較 低，與膠帶之間粘性較弱，從而便于去除膠帶，可以得到干凈的雙面晶圓表面。
雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，所述方法包括 提供晶圓；在所述晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成第一硬掩模和第二硬掩模，所述第一硬掩模和 第二硬掩模的圖形關(guān)于所述晶圓對(duì)稱；以第一硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，在所述晶圓內(nèi)形成凹槽，所述凹槽的深度小于晶 圓厚度；在所述凹槽底部形成第一介質(zhì)層；以第二硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，直到露出所述第一介質(zhì)層； 去除第一介質(zhì)層及所述第一硬掩模和第二硬掩模。
2.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，在所述晶圓的兩個(gè)相對(duì)表 面上分別形成第一硬掩模和第二硬掩模步驟包括在晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成第二 介質(zhì)層；圖形化所述第二介質(zhì)層，在所述第二介質(zhì)層中形成多個(gè)第一開口。
3.如權(quán)利要求2所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的材料為 二氧化硅，所述在晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成第二介質(zhì)層步驟包括對(duì)晶圓進(jìn)行熱氧 化，在晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成二氧化硅層。
4.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，所述晶圓是雙面晶圓。
5.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層通過等離 子體化學(xué)氣相沉積在凹槽底部形成。
6.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的材料為 二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
7.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，所述蝕刻是深反應(yīng)離子蝕刻。
8.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，通過濕法蝕刻去除所述第一介質(zhì)層。
9.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，所述凹槽的深度大于晶圓厚度的一半。
10.如權(quán)利要求1所述形成晶圓穿通孔的方法，其特征在于，還包括在所述凹槽底部 形成第一介質(zhì)層之后，在第一硬掩模表面貼敷膠帶；以及在去除第一介質(zhì)層及所述第一硬 掩模和第二硬掩模之前，先去除膠帶。
全文摘要
一種形成晶圓穿通孔的方法，所述方法包括提供晶圓；在所述晶圓的兩個(gè)相對(duì)表面上分別形成第一硬掩模和第二硬掩模，所述第一硬掩模和第二硬掩模的圖形關(guān)于所述晶圓對(duì)稱；以第一硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，在所述晶圓內(nèi)形成凹槽，所述凹槽的深度小于晶圓厚度；在所述凹槽底部形成第一介質(zhì)層；以第二硬掩模為掩模蝕刻所述晶圓，直到露出所述第一介質(zhì)層；去除第一介質(zhì)層及所述第一硬掩模和第二硬掩模。其中第一介質(zhì)層起到了蝕刻停止層的作用，可以防止離子束穿透硅片穿通孔到達(dá)晶圓底部引起濺射，造成底切。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102120561SQ20101002257
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者傅煥松, 劉煊杰, 郭亮良, 陳曉軍 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司