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1、硅的深度反响离子刻蚀切割研究评估了使用深反响离子刻蚀工艺来进行晶圆的切割，用于替代传统的刀片机械切割方式。结果表明，使用深反响离子刻蚀工艺，晶圆划片道内的硅通过等离子化学反响生成气态副产物被去除，进而避免了芯片侧面的机械损伤。切割后整个晶圆没有出现颗粒沾污，芯片边缘没有崩角以及开裂等损伤。该工艺还能够适用于更窄的划片道切割要求。关键词：深反响离子刻蚀；刀片机械切割；崩角；开裂半导体行业一直使用刀片机械切割晶圆的方式，将芯片分离成单独的颗粒，这是目前业界的主流工艺。刀片切割经过中会产生碎屑，芯片侧壁受机械损伤会出现崩角以及开裂，影响到芯片的有效区域，造成电性能失效。硅的裂纹会出现延伸或传播，影响
2、芯片的可靠性以及使用寿命。伴随着半导体工业的发展，晶圆划片道宽度越来越窄。通常划片道宽度在60m下面时，刀片机械切割将出现工艺瓶颈，主要受限于刀片本身宽度。腐蚀技术分为干法腐蚀和湿法腐蚀。腐蚀具有各向同性腐蚀与各向异性腐蚀之分，还有选择性腐蚀与非选择性腐蚀之分。湿法腐蚀工艺技术是化合物半导体器件制作中一种重要的工艺技术；它是在具有高选择比掩蔽膜的保护下对介质膜或半导体材料进行腐蚀而得到所需图案的一种技术。湿法腐蚀是一种化学腐蚀方法，主要针对InP、GaAs基化合物半导体材料及SiO2的腐蚀。从图1能够看出，湿法腐蚀各向同性，其腐蚀偏差较大，腐蚀图形不可控，无法知足半导体芯片切割的要求。在湿法腐
3、蚀中,抗蚀剂与衬底交界面有腐蚀剂渗入的问题。为了抑制腐蚀液的渗入，显影后需要烙烘进行坚膜，由此经常引起抗蚀剂图形的变形，不利于微细加工1。干法刻蚀是在真空状态下通入一定量的反响气体，在射频电场作用下辉光放电，构成等离子体。等离子体中含有离子、电子及游离基等，可与被刻蚀晶圆外表的原子发生化学反响，构成挥发性物质，到达刻蚀样品表层的目的。同时，高能离子在一定的工作压力下，射向样品外表，进行物理轰击和刻蚀，使得反响离子刻蚀具有很好的各向异性，进而得到所需要的器件外形构造2。从图2能够看出，干法刻蚀由于各向异性，腐蚀偏差小，腐蚀图形可控，精度高,公害少,工艺清洁度高，对环境污染小。因而，在半导体制造中
4、，干法刻蚀越来越成为用来去除外表材料的主要刻蚀方法。干法刻蚀的各向异性能够实现细微图形的加工，知足越来越小的尺寸要求，已取代湿法刻蚀成为最主要的刻蚀方式3。目前干法刻蚀技术有离子刻蚀、等离子刻蚀、反响离子刻蚀、深度反响离子刻蚀几种类型，这几种刻蚀方法适用于不同的被刻蚀材料。其中，深反响离子刻蚀主要应用在去除硅的场合，在刻蚀SiO2时，DRIE的刻蚀速度更快。其刻蚀剖面各向异性，即刻蚀只在垂直于晶圆外表的方向进行，只要很少的横向刻蚀，能够获得901垂直度的侧壁，用于创立深沟或高纵深比构造。其刻蚀的各向异性能够实现细小图形的转换，知足较小尺寸的要求。深反响离子刻蚀因其具有较高的刻蚀速率、良好的方向
5、性和选择性而在各种各样的硅基微系统制造中得到大量的应用，不但广泛地应用在微电子领域，而且是集成光学器件及微光机电器件加工的重要手段4，7。2深度反响离子刻蚀的基本原理深度反响离子刻蚀也叫高密度等离子刻蚀或感应耦合等离子刻蚀，是一种采用化学反响和物理离子轰击去除晶圆外表材料的技术5。它将等离子的产生和自偏压的产生分别用两个独立的射频电源进行，有效避免了反响离子刻蚀中射频功率和等离子密度之间的矛盾。为实现刻蚀基进入高深宽比图形并使刻蚀生产物从高深宽比图形中出来，必须降低刻蚀系统的工作压力，以增加气体分子和离子的平均自由程。为避免因而导致的离子浓度变低而影响刻蚀速率，使用电感耦合等离子体产生高密度等
6、离子6。图3是电感耦合等离子刻蚀设备工艺腔简图。上电极由一个13.56MHz的射频电源通过匹配器接入线圈用于电离气体产生高密度等离子体，下电极由一个400kHz/13.56MHz的射频电源通过匹配器接入静电吸盘，在腔内产生自偏压。深度反响离子刻蚀采用刻蚀和钝化交替进行的博世工艺以实现对侧壁的保护，构成近90的垂直侧壁78。原理如下。通入C4F8气体电离，并发生聚合反响在沟槽侧壁以及底部沉积构成钝化层，由于自由基是中性，不受暗区电场的加速，没有方向性，所以沉积的Polymer在沟槽底部以及侧壁都是均匀的。参见图4。通入SF6气体电离，产生SxFy离子和F的活性自由基，SxFy离子在暗区电场作用下
7、加速轰击沟槽底部与侧壁的钝化层，于是钝化层被刻蚀。参见图5。由于暗区电场的加速作用，离子在垂直方向比在水平方向的轰击占优，沟槽底部钝化层比侧壁钝化层先一步被刻蚀去除，这时F的活性自由基与沟槽底部露出的硅反响产生SiF4气体被泵抽走(如图7)，实现对沟槽底部的刻蚀，直至侧壁钝化层也被刻蚀完毕再开场新的循环。从图6看出，由于暗区电场的作用，沟槽侧壁是最后被刻蚀完成的，故对侧壁起到了很好的保护作用，因而，纵向刻蚀距离大于横向刻蚀距离。相关化学反响的方程式如下：1各向同性Polymer沉积C4F8CFn2各向异性硅刻蚀+各向异性轰击SF6+eSF5+F(游离基)+2eF+SiSiF4(g)对于晶圆的切
8、割来讲，各向异性刻蚀的刻蚀速率快，能构成高纵深比的构造和准确的三维构造，没有负效应，能通过合理改变工艺参数知足特定应用的显微构造要求，使得深度反响离子刻蚀成为一个商业上可行的技术9。3试验准备晶圆在使用深度反响离子刻蚀工艺进行划片的工艺流程见图813。硅刻蚀使用深反响离子刻蚀工艺将硅刻穿，完成芯片的切割。把晶圆反面贴上划片膜，释放玻璃片，进而便于后续的编带，见图13。刻蚀后的晶圆如图14所示。干法刻蚀设备为SPPMUC21刻蚀机。该设备为ICP高密度等离子刻蚀机，刻蚀深度片内/片间均匀性误差5%，刻蚀角度901。4样品检验4.1测量设备测量设备为奥林巴斯光学显微镜和日立扫描电镜。4.2检验结果1等离子刻蚀后晶圆外表没有任何碎屑、沾污开裂等问题，见图15。2等离子刻蚀后晶圆划片道内没有任何残留以及沾污，刻蚀前光刻开口221m，刻蚀后划片道开口知足223m。见图16。3等离子刻蚀后取芯片做SEM，观察芯片侧壁，没有崩角或者开裂。见图17。4样品良品率大于98%。通过大量实验，确定深反响离子刻蚀能用于硅片的切割；切割效果能够知足规范要求。通过优化工艺流程、刻蚀速率和划片槽开口大小，能够获得理想的切割剖面，以确保深度反响离子切割是能够接受的。