1.本发明涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用。
背景技术：
2.深硅刻蚀技术(deep silicon etch)是制备微机电系统(mems)中深槽结构和三维封装中硅通孔(tsv)结构的关键技术，当前主要由深等离子刻蚀(drie，“bosch”工艺)完成。以感应耦合等离子体刻蚀为例，通过机台中央上部的喷嘴喷入芯片加工所需的工艺气体，同时在机台上部线圈通入射频电源使得喷入腔室内部的工艺气体激发为等离子体，在支撑晶片的静电卡盘通入射频电源，产生偏置电压，使等离子体轰击晶片的表面，从而在晶片上刻蚀出所需的图形，并采用多次沉积和刻蚀工艺交替循环进行，使用c4f8气体实现沉积、sf6进行刻蚀，c4f8在解离成等离子体中形成碳化氟类高分子聚合物，沉积在硅表面形成阻隔物以阻止氟离子与硅反应，从而提高刻蚀的选择性；而sf6作为刻蚀气体，在等离子体中产生sxfy离子并在电场的作用下，以接近垂直的方向朝基体撞击形成深沟槽。但在刻蚀过程中，随着刻蚀深度的增大，深沟槽的侧壁暴露出来的硅与氟离子发生反应，使得侧壁被过度蚀刻，刻蚀宽度发生变化，刻蚀的均匀性下降，即深硅刻蚀技术本身就存在刻蚀均一性的问题。
3.而且，随着电子产品的小型化，与之相匹配的电子芯片也逐渐越来越薄。而硅晶元的厚度小于100微米时，在刻蚀加工过程中极易导致硅晶元弯曲变形，甚至破碎，从而极大增加工艺处理难度。现有技术中通常将该类晶圆片粘接在载体托片上进行刻蚀处理，不仅可以解决其弯曲变形或破碎问题，还能够有效防止晶圆片被刻穿后掉落在设备中。此外，刻蚀加工过程中还需要晶圆片与载体托片之间不能发生相对偏移，否则会影响晶圆片上刻蚀图案的精度，这就要求晶圆片与载体托片之间的粘合胶具有良好的粘接性能。
4.目前，一般采用光刻胶、环氧树脂塑封料、热固性丙烯酸或甲基丙烯酸等作为粘合胶使用以保证良好的粘接性能，例如现有技术中公开了一种压电石英结构的微加工工艺方法，以“硅基/紫外光固化胶/石英”的三明治式qos基片为基础进行加工，硅基底为后续步骤的减薄抛光和释放工艺提供支撑，采用硅基底支撑，通过减薄和抛光工艺降低压电石英层厚度，减薄的压电石英层可以通过石英干法刻蚀工艺刻穿；但上述常用粘合胶的导热性较差，在深硅刻蚀过程中无法及时散热，导致晶圆片的温度升高，进而影响刻蚀反应过程，造成刻蚀速率异常且结构陡直度变差，从而导致深硅刻蚀的均一性较差，影响器件性能以及合格率。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于克服现有深硅刻蚀工艺中常规粘合胶易导致刻蚀均一性差的缺陷或不足，提供一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用，将热解双面胶用于深硅刻蚀替代常规粘接剂，不仅可以提供良好的粘接性能以防止晶圆片与托片在刻蚀过程中
发生偏移，提高刻蚀精度；还可以增强晶圆片与托片之间的导热性能，使得晶圆片通过热解双面胶向托片快速传递扩散，从而提高刻蚀的均一性。
6.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
7.本发明保护一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用，该热解双面胶由聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜(pet)和涂覆于基膜两面的硅酮高分子聚合物弹性体层组成。
8.相较于常规的树脂类键合胶、光刻胶或硅油类粘合剂，本发明的热解双面胶在保证良好的粘接性能的同时，还能够通过增强晶圆片与托片之间的导热性能来提高刻蚀的均一性，而且还可以有效解决粘合剂溢出，可以更好地降低粘合剂对晶圆片的污染。
9.在具体实施方式中，所述热解双面胶的平均厚度为0.3～1mm；优选地，热解双面胶的平均厚度为0.5mm。
10.上述热解双面胶的厚度由pet基膜的厚度、涂覆于pet基膜两面的硅酮高分子聚合物弹性体层的厚度共同决定。当pet基膜的厚度一定时，热解双面胶的导热性能和粘接性能主要与硅酮高分子聚合物弹性体层厚度相关。研究发现，当热解双面胶的平均厚度为0.3～1mm时，可使其具备良好粘接性能的同时具有更好的导热性能。
11.具体地，所述应用的方法为：先将晶圆片背面通过热解双面胶与托片键合，然后进行深硅刻蚀处理。
12.在实际生产过程中可以采用贴膜机先将热解双面胶贴在晶圆片的背面，然后再将热解双面胶的另一面贴在托片上，然后放入深硅刻蚀设备中，选择相应程序进行作业，刻蚀完成后通过高温(90℃～240℃，优选120～140℃，更优选120℃)加热将晶圆片和托片分离。
13.其中，上述晶圆片的任意形状均可，托片优先采用与刻蚀设备治具相匹配的导热材料(例如不锈钢、陶瓷等材料)以保证良好的热传导来增强散热效果，降低热量对晶圆片的影响，从而提高深硅刻蚀均一性。
14.优选地，所述晶圆片的背面沉积金属膜。研究发现，在晶圆片的背面沉积一定厚度的金属膜不仅可进一步增强晶圆片的导热效果，还能够有效防止晶圆片刻穿。在具体实施方式中，可以采用电子束蒸发镀膜、测控溅射或电镀在晶圆片的背面镀金属膜。
15.具体地，晶圆片背面金属膜的平均厚度为1～5μm；优选地，所述金属膜的平均厚度为2μm。可选地，金属膜可以为铝膜(al)、钛膜(ti)、钨膜(w)、铬膜(cr)、铂膜(pt)和金膜(au)中的一种或几种。优选地，晶圆片背面的金属膜为铝膜，原因在于，相较于与其他金属膜，铝膜不仅具备高的导热系数以保证良好的导热效果，而且其价格低廉、易获得。
16.具体地，所述深硅刻蚀处理的深度为300～675μm。可选地，所述深硅刻蚀处理的深度为500μm。深硅刻蚀的深度可以根据实际应用需求进行选择。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明将热解双面胶用于深硅刻蚀，替代常规粘接剂，不仅可以提供良好的粘接性能以防止晶圆片与托片在刻蚀过程中发生偏移，提高刻蚀精度；还可以增强晶圆片与托片之间的导热性能，使得晶圆片通过热解双面胶向托片快速传递扩散，从而提高刻蚀的均一性。
附图说明
19.图1为本发明晶圆片与托片叠片之后的结构示意图。
20.图2为本发明完成深硅刻蚀后的晶圆片的检测点分布图。
21.图3为对比例1中完成深硅刻蚀后的晶圆片不同位置的sem图。
22.图4为实施例1中完成深硅刻蚀后的晶圆片不同位置的sem图。
具体实施方式
23.以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
24.除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
25.(1)热解双面胶1，厂家为苏州和昌电子材料有限公司，牌号为hbl-100m279；
26.(2)热解双面胶2，厂家为深圳市一中科技有限公司，牌号为tr1040d；
27.(3)光刻胶，厂家为北京科华微电子材料有限公司，牌号为kmp c7510。
28.实施例1
29.一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用，该应用的方法具体包括以下步骤：
30.将晶圆片与托片通过热解双面胶1粘接(如图1所示)，然后放入深硅刻蚀设备中，选择相应程序进行作业(具体刻蚀参数为：rf1＝2500w，rf2＝500w，ar＝300sccm，o2＝200sccm，c4f8＝300sccm，fs6＝50sccm，f＝25mtorr；设定刻蚀深度为500μm，刻蚀宽度为53μm)，刻蚀完成后在120℃下加热处理，即可将晶圆片与托片分离。
31.实施例2
32.一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用，该应用的方法具体包括以下步骤：
33.将晶圆片与托片通过热解双面胶2粘接，然后放入深硅刻蚀设备中，选择相应程序进行作业(具体刻蚀参数为：rf1＝2500w，rf2＝500w，ar＝300sccm，o2＝200sccm，c4f8＝300sccm，fs6＝50sccm，f＝25mtorr；设定刻蚀深度为500μm，刻蚀宽度为53μm)，刻蚀完成后在120℃下加热处理，即可将晶圆片与托片分离。
34.实施例3
35.一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用，该应用的方法具体包括以下步骤：
36.先采用电子束蒸发镀膜在晶圆片的背面沉积一层平均厚度为2μm的金属al膜，再将其与托片通过热解双面胶1粘接，然后放入深硅刻蚀设备中，选择相应程序进行作业(具体刻蚀参数为：rf1＝2500w，rf2＝500w，ar＝300sccm，o2＝200sccm，c4f8＝300sccm，fs6＝50sccm，f＝25mtorr；设定刻蚀深度为500μm，刻蚀宽度为53μm)，刻蚀完成后在120℃下加热处理，即可将晶圆片与托片分离。
37.实施例4
38.一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用，该应用的方法具体包括以下步骤：
39.先采用电子束蒸发镀膜在晶圆片的背面沉积一层平均厚度为2μm的金属cr膜，再将其与托片通过热解双面胶1粘接，然后放入深硅刻蚀设备中，选择相应程序进行作业(具
体刻蚀参数为：rf1＝2500w，rf2＝500w，ar＝300sccm，o2＝200sccm，c4f8＝300sccm，fs6＝50sccm，f＝25mtorr；设定刻蚀深度为500μm，刻蚀宽度为53μm)，刻蚀完成后在120℃下加热处理，即可将晶圆片与托片分离。
40.实施例5
41.一种热解双面胶在提高深硅刻蚀均一性中的应用，该应用的方法具体包括以下步骤：
42.先采用电子束蒸发镀膜在晶圆片的背面沉积一层平均厚度为5μm的金属al膜，再将其与托片通过热解双面胶1粘接，然后放入深硅刻蚀设备中，选择相应程序进行作业(具体刻蚀参数为：rf1＝2500w，rf2＝500w，ar＝300sccm，o2＝200sccm，c4f8＝300sccm，fs6＝50sccm，f＝25mtorr；设定刻蚀深度为500μm，刻蚀宽度为53μm)，刻蚀完成后在120℃下加热处理，即可将晶圆片与托片分离。
43.对比例1
44.一种深硅刻蚀的方法，具体包括以下步骤：
45.将晶圆片与托片通过光刻胶粘接，然后放入深硅刻蚀设备中，选择相应程序进行作业(具体刻蚀参数为：rf1＝2500w，rf2＝500w，ar＝300sccm，o2＝200sccm，c4f8＝300sccm，fs6＝50sccm，f＝25mtorr；设定刻蚀深度为500μm，刻蚀宽度为53μm)，刻蚀完成后在120℃下加热处理，即可将晶圆片与托片分离。
46.性能测试
47.将实施例1～5和对比例1中完成深硅刻蚀后的晶圆片分为如图2所示的上、中、下、左、右5个位置区域，除中心位置区域取1个点测试，其他位置区域均取2个点测试，并采用金刚笔将晶圆片相应位置裂开，再使用sem测量各个测试点(9个)的线宽，然后根据以下公式计算深硅刻蚀的均一性。
48.均一性＝(线宽的最大值-线宽的最小值)/线宽的平均值*100％，
49.其中，上述线宽的平均值＝各个测试点的线宽总和/测试点数量，测试结果如表1、图3和图4所示。
50.表1实施例1～5和对比例1中完成深硅刻蚀后的晶圆片的均一性
51.编号粘接剂金属膜及其厚度均一性实施例1热解双面胶1/3.6％实施例2热解双面胶2/4.2％实施例3热解双面胶1金属al膜-2μm2.2％实施例4热解双面胶1金属cr膜-2μm3.1％实施例5热解双面胶1金属al膜-5μm2.9％对比例1光刻胶/9.7％
52.根据表1的数据，由实施例1、实施例2和对比例1可看出，相较于光刻胶，采用热解双面胶作为晶圆片与衬片之间的粘合剂，可显著提高晶圆片的深硅刻蚀均一性。
53.由对比例1(如图3所示)可发现，当以光刻胶作为粘合剂时，晶圆片某个检测点上端的刻蚀宽度为61.24μm，下端的刻蚀宽度为51.22μm(图3a)，刻蚀宽度差为10.02μm；晶圆片另外一个检测点上端的刻蚀宽度为55.95μm，下端的刻蚀宽度为43.15μm(图3b)，刻蚀宽度差为12.8μm，充分说明采用光刻胶作为粘合剂，会导致深硅刻蚀的均一性较差。
54.由实施例1(如图4所示)可看出，当以热解双面胶为粘合剂时，晶圆片某个检测点上端的刻蚀宽度为52.20μm，下端的刻蚀宽度为51.29μm(图4a)，刻蚀宽度差仅为0.91μm；晶圆片另外一个检测点上端的刻蚀宽度为53.88μm，下端的刻蚀宽度为53.09μm(图4b)，刻蚀宽度差仅为0.79μm，充分证明采用热解双面胶作为粘合剂，可显著改善深硅刻蚀的均一性。
55.同时，由实施例1、实施例3、实施例4和实施例5可知，当晶圆片背面镀金属膜时，可以进一步提高其深硅刻蚀的均一性；还可发现，金属膜的种类和金属膜的厚度对晶圆片深硅刻蚀的均一性也有一定影响，相较于铬膜，铝膜更有利于深硅刻蚀均一性的提高。
56.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。