3- SiO 2+2H20+4N02
[0029] Si02+6HF - H2SiF6+2H20
[0030] 对于21HN03(70% )与4HF(49% )混合的、温度为25°C的HN溶液，Si的刻蚀速率 大约为13. 8 μ m/min，SiO2的刻蚀速率大约为8. 39 μ m/min。对刻蚀速率的精确控制要求温 度控制在±0. 5 °C。
[0031] 第二刻蚀剂是一种强碱性物质（PH值大于12)，例如以KOH为基础的水溶液、 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)溶液或者EDP (Ethylenediamine Pyrocatechol) 溶液等。反应机理如下：
[0032] Si+40H - Si (OH) 4+4e
[0033] 由于硅原子的每一晶向的结合能量不同，K0H/TMAH硅刻蚀反应是由反应速率控制 而非扩散控制。硅刻蚀是高度各向异性。例如，硅的掺杂浓度也会对刻蚀造成很大的影响。 特别地，在刻蚀过程中，如果硼的掺杂浓度超过IO 19Cm 3，硼掺杂硅在硅片表面形成硼硅酸 盐玻璃，从而导致刻蚀停止。又例如，当晶向〈1〇〇>和〈11〇>被刻蚀时，晶向〈111>几乎不 会被第二刻蚀剂刻蚀。结果，浓度为44%、温度为85°C的KOH溶液刻蚀晶向〈100>、〈110>、 〈111>的刻蚀速率比为300 :600:1，晶向〈100>的刻蚀速率大约为1.4以111/1^11，3丨02的刻蚀 速率大约为14A/min，Si3N4的刻蚀速率小于1爲/min。浓度为25%、温度为8〇°c的TMH 溶液刻蚀晶向〈1〇〇>、〈11〇>、〈111>的刻蚀速率比为37:68:1，晶向〈100>的刻蚀速率大约 为0. 3-1 ym/min，Si02的刻蚀速率大约为2A/m:in，Si3N4的刻蚀速率小于?Λ/min:。115°C 的EDP溶液刻蚀晶向〈100>、〈110>、〈111>的刻蚀速率比为20:10:1，晶向〈100>的刻蚀速 率大约为1. 25 μ m/min，SiO2的刻蚀速率大约为之Λ/min，Si3N4的刻蚀速率小于?Λ/_ η。 对于这种高刻蚀选择比的特性，SiO2S Si xNy在以KOH为基础的溶液里可以用作硬掩膜层， 其中优选SixNy。SiOjP Si xNy在以TMH和EDP为基础的溶液里可以用作硬掩膜层。
[0034] 结合上述，下面将详细介绍根据本发明的一实施例的硅通孔背面露头的方法。
[0035] 参考图Ia所示，第一步，提供硅衬底101，硅衬底101具有若干硅通孔102。硅通 孔102内填满铜，铜被包覆在电介质隔离氧化物衬垫103内，以防止铜在后续工艺过程中扩 散。硅通孔102形成之后，紧接着进行标准完整的BEOL金属化处理，在硅衬底101中形成 器件104。接下来的工艺步骤是减薄硅衬底101的背面。为了保证薄的硅衬底101具有所 需的机械稳定性和硬度，临时粘合是一种常用的方法，如图Ia所示，硅衬底101的正面朝下 并通过粘合层105固定在承载片106上。承载片106可以选用硅片或玻璃片。
[0036] 参考图Ib所示，第二步，减薄硅衬底101的背面，并在电介质隔离氧化物衬垫103 露出来之前停止减薄。常用的减薄硅衬底101的背面的方法包括机械研磨。在本步骤中，为 了防止对电介质隔离氧化物衬垫103和填充在硅通孔102内的铜造成损坏，硅衬底101背 面研磨至只是接近但不接触电介质隔离氧化物衬垫103,因此，硅通孔102没有露出来。如 图Ib所示，硅衬底101的背面经过机械研磨后，硅衬底101的背面粗糙且被损坏。
[0037] 参考图Ic所示，第三步，使用第一刻蚀剂刻蚀硅衬底101的背面，并在电介质隔离 氧化物衬垫103露出来之前停止刻蚀。这是第一步湿法刻蚀，且大量的硅被快速刻蚀。第 一刻蚀剂是一种强酸性物质例如HN(册/圆0 3基）的溶液。该步骤用于去除硅通孔102底 部的硅，但是硅通孔102此时不会从硅衬底101的背面露出，其原因在于，第一刻蚀剂也能 刻蚀电介质隔离氧化物衬垫103。如图Ic所示，本步骤结束之后，得到的硅衬底101表面光 滑且洁净。
[0038] 参考图Id所示，第四步，使用第二刻蚀剂刻蚀硅衬底101的背面直至硅通孔102 从硅衬底101的背面露出。硅通孔102露头。这是第二步湿法刻蚀，此刻蚀步骤因其可实 现对硅的精确蚀刻控制而用以硅通孔的露出。第二刻蚀剂是一种强碱性物质例如TMH、 KOH或EDP溶液。第二刻蚀剂对硅和二氧化硅具有很高的刻蚀选择比，因此，第二刻蚀剂 能够被用来露头硅通孔102,而不会对电介质隔离氧化物衬垫103造成损害。如图Id所示， 经过两步湿法刻蚀之后，硅通孔102露出，同时在硅衬底表面形成微凸块。
[0039] 在两步湿法刻蚀步骤中，第一刻蚀剂和第二刻蚀剂均用于刻蚀硅衬底101的背 面。为了避免第一刻蚀剂和第二刻蚀剂刻蚀硅衬底101的正面，承载片106可以由保护性 液体例如去离子水或保护性气体例如氮气保护起来。
[0040] 与传统的通过CMP实现硅通孔背面露头的工艺相比，本发明采用两步湿法刻蚀工 艺实现硅通孔背面露头的优势如下：对硅和二氧化硅具有很高的刻蚀选择比、完全避免了 铜对硅衬底101造成污染、明显降低了成本、避免了 CMP先天存在的缺陷例如划痕、凹陷、腐 蚀等。然而，使用本发明的方法也存在巨大的挑战，第一个挑战是在湿法刻蚀过程中如何控 制硅总厚度偏差（TTV，Total Thickness Variation)，第二个挑战是如何确定已露头的硅 通孔102上没有硅残留。
[0041] 参考图2,揭示了硅衬底湿法刻蚀的传统方法。该传统方法包括：在湿法刻蚀过程 中顺时针旋转硅衬底101 ;及使用喷嘴110向硅衬底101的背面喷洒刻蚀剂111 (第一刻蚀 剂或第二刻蚀剂）。喷嘴Iio从硅衬底101的背面中心向硅衬底101的背面外边缘水平移 动。然而，这种传统湿法刻蚀工艺具有两大主要挑战：
[0042] 第一大挑战是，尽管喷嘴110能够水平越过硅衬底101的整个背面，由于从硅衬底 101的背面中心向硅衬底101的背面外边缘水平移动过程中线速度的变化，液体层厚度，液 体温度等等，硅衬底101的背面中心处硅的刻蚀速率较高，而硅衬底101的背面外边缘处硅 的刻蚀速率较低。结果，很难获得均匀一致的硅刻蚀速率，且很难控制整个硅衬底101的 TTVo
[0043] 第二大挑战是，时常有硅残留在已露头的硅通孔102上。在硅衬底湿法刻蚀的传 统方法中，硅衬底101只在一个方向旋转（顺时针或逆时针）。以顺时针旋转为例，在硅衬 底101背面流动的刻蚀剂111从硅衬底101的背面中心向硅衬底101的背面外边缘扩散， 因此，沿刻蚀剂111流动方向的刻蚀速率高于逆着刻蚀剂111流动方向的刻蚀速率。在中 心区域，硅通孔102的两侧都位于逆流区。在硅衬底101背面的右半部分区域，硅通孔102 的左侧位于顺流区，硅通孔102的右侧位于逆流区。在硅衬底101背面的左半部分区域，硅 通孔102的右侧位于顺流区，硅通孔102的左侧位于逆流区。如图2所示，将位于顺流区的 硅通孔102的一面定义为快速刻蚀区域，标号为108。将位于逆流区的硅通孔102的一面定 义为低速刻蚀区域，标号为109。采用传统的湿法刻蚀方法很容易在低速刻蚀区域109残 留硅。此外，当喷嘴110移动到硅衬底101背面的外边缘上方以刻蚀低速刻蚀区域109处 残留的硅时，如果硅衬底101的旋转速度不够高，喷洒在硅衬底101背面上的刻蚀剂111没 有足够的时间来达到与硅衬底101同步转速，从而导致刻蚀剂111直接飞出硅衬底101的 背面，位于硅衬底101背面的外边缘处的低速刻蚀区域109不能被均匀刻蚀。再则，硅衬底 101通常由数个定位销固定在卡盘装置上，如果刻蚀剂111飞出，刻蚀剂111可能会撞击在 定位销上，从而导致刻蚀剂111飞溅，如图5a所示。四处飞溅的刻蚀剂111容易弄脏工艺 腔室。
[0044] 为了克服上述挑战，本发明提出了改进方法。
[0045] 参考图3所示，所述改进方法包括使用喷嘴110向硅衬底101的背面喷洒刻蚀剂 111 (第一刻蚀剂或第二刻蚀剂）。喷嘴110从硅衬底101的背面中心向硅衬底101的背面 外边缘水平移动，且喷嘴110的水