基于硅片操作(厚度达到650um),通孔刻蚀的深度大约是全厚度的10%(图1),由于不采用终点监测方式,刻蚀完全由时间控制。
常用的深硅刻蚀
技术称为“Bosch(博氏)”工艺,由最初发明该项技术的公司命名。“Bosch工艺具备高刻蚀选择比,它能够在硅片内刻蚀形成很深的结构且图形侧墙近乎垂直,”Aviza Technology刻蚀产品部市场主管Dave Thomas说,“上述都是这项技术的优点;而不足之处在于由于它是分步式刻蚀技术,需要在各向同性刻蚀和沉积聚合物之间依次交替切换,这无疑降低了产能。”图2是深度为150um的通孔剖面图,其刻蚀速率约为20um/min。在接近通孔顶部处呈现扇贝形边纹,且中间处轻微肿胀(完全可以接受)。图3是扇贝形边纹的特写照片。“你希望
TSV刻蚀工艺获得最佳的性价比,但粗糙的表面形态以及扇贝形边纹是无法回避的问题。”Thomas说。
Lassig对此也表示赞同:“有时,Bosch工艺将导致严重的扇贝形边纹效应。而解决这一问题的前提是你需要对工艺本身完全的理解和掌握。现在我们已经可以彻底的解决这一问题了,而相关的工艺并不繁琐也易于将其集成在整个流程中。”
图4是Lam Research展示的TSV工艺,在硅片的中心和边缘通孔具有高度的均匀性。
刻蚀领域的专家指出尽管硅是主要的被刻蚀材料,但在整个刻蚀过程中都会或多或少的面对其它一些材料引发的问题。“TVS技术听上去似乎仅仅在刻蚀硅材料,其实不然,几乎在所有的刻蚀过程中,通孔刻蚀至少需要穿透一层厚度从0.5um到5um的绝缘层,甚至还会有导电层,”Lassig说。
Thomas补充道:“你想象一下由各种不同材料组成的具有11层布局的器件,当制造通孔时,就必须穿透这40多种不同材料,进而最终停止在硅片表面。”图5所示。“为了确保电学性能,通孔必须穿透氧化物绝缘层,”Butler说道:“从图5中可以发现,通孔的左右包围着10-11层金属以及90或65nm工艺制成的器件。我们成功地实现了穿过氧化物绝缘层到达硅衬底的通孔。”图中,表面覆盖物的功能是作为TSV刻蚀工艺的硬掩膜。
对于TSV刻蚀工艺的主要挑战也许并不仅仅存在于技术方面,如何平衡性价比也会是问题之一。“摆在业界面前的最大挑战是,如何让这项技术更有竞争力、更具有性价比?如何能获得更高的生产效率?毫无疑问,这方面硅片刻蚀是重要的一环,但是这还需要和其它环节共同合作来确定怎样的刻蚀形貌有利于金属填充不会产生空洞,并确保优良的电学性能表现,”Lassig说。