斜孔刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种斜孔刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]随着MEMS器件和MEMS系统被越来越广泛地应用于汽车和消费电子领域，以及TSV通孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景,干法等离子体深娃刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中最炙手可热的工艺之一。例如，如图1所示，在CIS封装工艺中，首先将厚度为50?150um的硅片2键合在S12 (二氧化硅)衬底I上；然后采用刻蚀工艺在硅片2上刻蚀出斜孔21，要求该斜孔21完全贯穿硅片2的厚度，且倾斜角度达到80°，所谓倾斜角度，是指180°减去斜孔21的孔壁与底面之间的夹角a而获得的差值，亦为斜孔21的孔壁与斜孔21的轴线之间的夹角b，且该斜孔21的上端开口大于下端开口。
[0003]目前主流的深硅刻蚀工艺为德国Robert Bosch公司发明的Bosch工艺或在Bosch工艺上进行的优化。其主要特点为:整个刻蚀过程为一个循环单元的多次重复，该循环单元包括刻蚀作业和沉积作业，即整个刻蚀过程是刻蚀作业与沉积作业的交替循环。常用的工艺参数如下:刻蚀作业与沉积作业交替循环150次，且在沉积作业中，刻蚀气体为C4F8,且流量为lOOsccm ;腔室压力为50mT ;激励功率为2000W ;偏压功率为OW (即，偏压电源未开启)；腔室温度20°C ;单次作业的工艺时间为2s。在刻蚀作业中，刻蚀气体为SF6，且流量为200sccm ;腔室压力为50mT ;激励功率为2000W ;偏压功率为20W ;腔室温度20°C ;单次作业的工艺时间为3s。
[0004]进行Bosch工艺并采用上述工艺参数获得的斜孔如图2所示，由图可知，斜孔内底部出现“长草”现象。这是因为:上述Bosch工艺中沉积作业的时间相对于刻蚀作业较长，通过实验表明，这在斜孔的倾斜角度低于88°时均会出现“长草”现象。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种斜孔刻蚀方法，其不仅能够获得倾斜角度小于90°的斜孔，而且还可以避免出现斜孔底部“长草”的现象。
[0006]为实现本发明的目的而提供一种斜孔刻蚀方法，包括以下步骤:
[0007]SI，将硅片正面键合在S12衬底上，并通过光刻曝光在硅片背面上形成具有刻蚀图形的预定厚度的掩膜；
[0008]S2，对所述硅片交替进行刻蚀作业和沉积作业，同时减小单次沉积的工艺时间与单次刻蚀的工艺时间的比值，以在所述硅片背面上形成具有预设刻蚀深度且倾斜角度大于90°的斜孔；
[0009]S3，去除所述硅片背面上的掩膜，并将所述硅片正面与所述S12衬底去键合；然后，翻转所述硅片且将其背面键合在S12衬底上；
[0010]S4，自所述硅片正面对所述硅片的厚度进行整体减薄，以使所述斜孔的底部完全暴露。
[0011]优选的，所述单次沉积作业的工艺时间与单次刻蚀作业的工艺时间的比值不大于2:5。
[0012]优选的，在步骤SI中，所述硅片的厚度比实际需要的目标厚度大10?100 μ m。
[0013]优选的，所述沉积作业和所述刻蚀作业交替循环的次数为50?500次。
[0014]优选的，在步骤S3中，采用丙酮湿法去胶或者采用等离子体去胶机进行干法去胶的方式去除所述硅片背面上的掩膜。
[0015]优选的，在步骤S4中，采用物理减薄自所述硅片正面对所述硅片的厚度进行整体减薄。
[0016]优选的，在步骤S4中，采用等离子体干法刻蚀工艺减薄的方式自所述硅片正面对所述硅片的厚度进行整体减薄。
[0017]优选的，所述等离子体干法刻蚀工艺的工艺参数包括:腔室压力为70mT ;激励功率为2500W ;偏压功率为50W ;工艺气体为主刻蚀气体和辅助气体的混合气体，其中，所述主刻蚀气体为SF6,且SF6的流量为200sccm ;所述辅助气体为O2，且O2的流量为50sccm ;腔室温度为(TC。
[0018]优选的，在步骤S2中，所述沉积作业的工艺参数包括:腔室压力为50mT ;激励功率为2000W ;偏压功率为OW ;沉积气体为C4F8，且C4F8的流量为lOOsccm ;工艺时间为2s ;循环次数为100次；腔室温度为40°C;所述刻蚀作业的工艺参数包括:腔室压力为50mT ;激励功率为2000W ;偏压功率为30W ;刻蚀气体为SF6，且SF6的流量为200sCCm ;工艺时间为5s ;循环次数为100次；腔室温度为40°C。
[0019]优选的，在完成步骤S4之后，所述硅片的厚度为50?150 μ m。
[0020]本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明提供的斜孔刻蚀方法，其通过步骤SI将硅片正面键合在S12衬底上，并通过步骤S2对硅片交替进行刻蚀作业和沉积作业，可以在硅片背面上形成具有预设刻蚀深度且倾斜角度大于90°的斜孔；然后，通过步骤S3将硅片正面与S12衬底去键合，可以实现翻转硅片；最后，通过步骤S4自硅片正面对硅片的厚度进行整体减薄，以使斜孔的底部完全暴露，即，斜孔贯穿硅片的厚度。由此可知，通过使整个刻蚀过程采用刻蚀作业与沉积作业的交替循环，可以实现自硅片背面刻蚀倾斜角度大于90°的斜孔，可以避免斜孔底部出现“长草”现象；在完成整个刻蚀过程之后，通过翻转硅片即可获得倾斜角度小于90°的斜孔。
【附图说明】
[0022]图1为封装工艺中要求获得的理想斜孔的截面图；
[0023]图2为采用现有Bosch工艺进行刻蚀获得的斜孔的电镜扫描图；
[0024]图3为本发明提供的斜孔刻蚀方法的原理框图；
[0025]图4为在完成本发明提供的斜孔刻蚀方法的步骤SI之后斜孔的截面图；
[0026]图5A为在完成本发明提供的斜孔刻蚀方法的步骤S2之后斜孔的截面图；
[0027]图5B为在完成本发明提供的斜孔刻蚀方法的步骤S2之后斜孔的电镜扫描图；
[0028]图6为在完成本发明提供的斜孔刻蚀方法的步骤S3之后斜孔的截面图；以及
[0029]图7为在完成本发明提供的斜孔刻蚀方法的步骤S4之后斜孔的截面图。
【具体实施方式】
[0030]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的斜孔刻蚀方法进行详细描述。
[0031]下面针对本发明提供的斜孔刻蚀方法进行详细的描述。具体地，图3为本发明提供的斜孔刻蚀方法的原理框图。请参阅图3，该斜孔刻蚀方法包括以下步骤:
[0032]SI，将硅片正面键合在S12衬底上，并通过光刻曝光在硅片背面上形成具有刻蚀图形的掩膜；
[0033]S2，对硅片交替进行刻蚀作业和沉积作业，同时，减小单次沉积作业的工艺时间与单次刻蚀作业的工艺时间的比值，以在硅片背面上形成具有预设刻蚀深度且倾斜角度大于90°的斜孔；
[0034]S3，去除硅片背面上的掩膜，并将硅片正面与S12衬底去键合；然后，翻转硅片且将其背面键合在S12衬底上；
[0035]S4,自硅片正面对硅片的厚度进行整体减薄，以使斜孔的底部完全暴露。
[0036]在步骤SI中，如图4所示，首先采用键合机将硅片2的正面22键合在S12衬底I上，即，硅片2的正面22朝下，而硅片2的背面23朝上。其中，硅片正面即为完成斜孔刻蚀工艺之后需要朝上的硅片表面；而硅片背面即为背离正面的硅片表面。然后，通过光刻曝光在硅片背面23上形成具有刻蚀图形的掩膜3 (例如光刻胶等)。
[0037]容易理解，由于在后续的步骤S4中需要对硅片的厚度进行整体减薄，因此，在步骤SI中硅片的厚度Hl应大于实际需要的目标厚度H3 (如图7所示)。所谓目标厚度，是指在完成斜孔刻蚀工艺之后希望获得的硅片厚度。优选的，在步骤SI中，硅片的厚度Hl比所需的目标厚度H3大10?100 μ m。
[0038]在步骤S2中，如图5A所示,对硅片2交替进行刻蚀作业和沉积作业。具体地,整个刻蚀过程为一个循环单元的多次重复，该循环单元包括刻蚀作业和沉积作业，即整个刻蚀过程是刻蚀作业与沉积作业的交替循环。其中，沉积作业用于在斜孔孔壁上沉积聚合物；刻蚀作业用于对斜孔孔壁进行刻蚀。在实际应用中，可以先进行沉积作业，后进行刻蚀作业；或者，也可以先进行刻蚀作业，后进行沉积作业，二者的先后顺序可以根据具体情况设定。
[0039]具体地，在将设置有硅片的S12衬底放入反应腔室之后，开始交替循环进行沉积作业与刻蚀作业，直至在硅片背面上形成具有预设刻蚀深度的斜孔。优选的，沉积作业和刻蚀作业交替循