一種半導(dǎo)體深孔刻蝕后的工藝監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別地，涉及一種半導(dǎo)體深孔刻蝕后的工藝監(jiān)控方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，多芯片疊層封裝已成為超越摩爾定律的一個(gè)重要應(yīng)用方向。其中，在多芯片疊層封裝工藝中，對(duì)娃片進(jìn)行深孔娃刻蝕(through silicon via, TSV)已成為必不可少的重要工藝之一。TSV刻蝕工藝形成的硅深孔結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。其中，在很多應(yīng)用要求硅刻蝕深度較大，縱寬比甚至達(dá)到20:1。如何對(duì)刻蝕的深度進(jìn)行有效表征，是TSV集成工藝面臨的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。
[0003]最直觀的方法是通過(guò)掃描電子顯微鏡看硅深孔刻蝕后的晶圓的橫截面，但這種方法對(duì)晶圓具有破壞性，并且反饋結(jié)果很慢，無(wú)法直接用于量產(chǎn)時(shí)對(duì)制程的有效監(jiān)控。為此，急需一種直觀的，對(duì)晶圓無(wú)損傷的快速監(jiān)控方法，來(lái)判斷硅深孔刻蝕后刻蝕的深度是否達(dá)到工藝要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體深孔刻蝕后的工藝監(jiān)控方法，采用無(wú)損傷的高精度質(zhì)量量測(cè)方法間接表征硅深孔刻蝕深度是否達(dá)到工藝要求，快速、準(zhǔn)確且不損傷晶圓結(jié)構(gòu)。具體的，該方法包括以下步驟:
[0005]a.提供具有預(yù)定形狀和尺寸的測(cè)試結(jié)構(gòu)；
[0006]b.測(cè)量所述測(cè)試結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，得到容差范圍；
[0007]c.測(cè)量待監(jiān)控晶圓的質(zhì)量，并與所述容差范圍進(jìn)行比較，若待監(jiān)控晶圓的質(zhì)量值在容差范圍內(nèi)，則認(rèn)為深孔的刻蝕深度已經(jīng)達(dá)到要求；若不在容差范圍內(nèi)，則深孔的刻蝕深度沒(méi)有達(dá)到工藝要求，需要對(duì)刻蝕工藝條件進(jìn)行調(diào)整。
[0008]其中，在步驟b前包括步驟b 1:對(duì)于給定型號(hào)的晶圓，通過(guò)掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析，確定晶圓硅深孔刻蝕后深度范圍是否達(dá)到工藝要求，若達(dá)到工藝要求，則進(jìn)行步驟b。
[0009]其中，所述步驟b的具體方法為:對(duì)于給定型號(hào)的晶圓，測(cè)量多批次該晶圓深孔刻蝕完成后的質(zhì)量，得到深孔刻蝕完成后的質(zhì)量的變化范圍，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果定義晶圓在深孔刻蝕后質(zhì)量的量測(cè)目標(biāo)及容差范圍。
[0010]本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體深孔刻蝕后的工藝監(jiān)控方法，包括以下步驟:
[〇〇11] a.提供具有預(yù)定形狀和尺寸的測(cè)試結(jié)構(gòu)；
[0012]b.測(cè)量所述測(cè)試結(jié)構(gòu)在深孔刻蝕完成前后的質(zhì)量差，得到容差范圍；
[0013]c.測(cè)量待監(jiān)控晶圓刻蝕前后的質(zhì)量差與所述容差范圍進(jìn)行比較，若待監(jiān)控晶圓刻蝕前后的質(zhì)量差在容差范圍內(nèi)，則認(rèn)為深孔的刻蝕深度已經(jīng)達(dá)到要求；若不在容差范圍內(nèi)，則深孔的刻蝕深度沒(méi)有達(dá)到工藝要求，需要對(duì)刻蝕工藝條件進(jìn)行調(diào)整。
[0014]其中，其中在步驟b前包括步驟bl:對(duì)于給定型號(hào)的晶圓，通過(guò)掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析，確定晶圓硅深孔刻蝕后深度范圍是否達(dá)到工藝要求，若達(dá)到工藝要求，則進(jìn)行步驟b。
[0015]其中，對(duì)于給定的晶圓，所述測(cè)試結(jié)構(gòu)在深孔刻蝕完成前后的質(zhì)量差的測(cè)量方法為:
[0016]dl.在深孔刻蝕前,測(cè)量晶圓質(zhì)量,得到晶圓質(zhì)量前值；
[0017]d2.在深孔刻蝕后,測(cè)量晶圓質(zhì)量,得到晶圓質(zhì)量后值；
[0018]d4.通過(guò)質(zhì)量量測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)算出質(zhì)量差值。
[0019]其中，在所述步驟b中，對(duì)于給定型號(hào)的晶圓，測(cè)量多批次該晶圓深孔刻蝕完成后的質(zhì)量差，得到深孔刻蝕完成后的質(zhì)量差的變化范圍，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果定義晶圓在深孔刻蝕后質(zhì)量的量測(cè)目標(biāo)及容差范圍。
[0020]本發(fā)明采用無(wú)損傷的高精度質(zhì)量量測(cè)方法，通過(guò)測(cè)量硅深孔硅刻蝕后的質(zhì)量，來(lái)間接表征硅深孔刻蝕深度是否達(dá)到工藝要求。晶圓整片測(cè)量，不需要特定測(cè)試結(jié)構(gòu)，方便快捷；且反饋結(jié)果直觀，快速，準(zhǔn)確，且對(duì)晶圓無(wú)損傷。
【附圖說(shuō)明】
[0021]通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中的測(cè)量結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供了半導(dǎo)體深孔刻蝕后的工藝監(jiān)控方法，采用無(wú)損傷的高精度質(zhì)量量測(cè)方法間接表征硅深孔刻蝕深度是否達(dá)到工藝要求，快速、準(zhǔn)確且不損傷晶圓結(jié)構(gòu)。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)描述。
[0024]下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0025]本發(fā)明采用無(wú)損傷的高精度質(zhì)量量測(cè)方法，通過(guò)測(cè)量硅深孔硅刻蝕后的質(zhì)量，來(lái)間接表征硅深孔刻蝕深度是否達(dá)到工藝要求，不需要破壞晶圓，簡(jiǎn)單迅速。本發(fā)明中的深孔刻蝕工藝包括但不限于集成電路芯片疊層封裝，任何特征滿足形成深孔結(jié)構(gòu)均可采用本發(fā)明中的方法進(jìn)行工藝監(jiān)控。由附圖1可以得知，在硅深孔刻蝕后，晶圓質(zhì)量將明顯減小，基于此種原理，本發(fā)明將通過(guò)測(cè)量晶圓在硅深孔刻蝕后的質(zhì)量，來(lái)監(jiān)控硅深孔刻蝕工藝是否達(dá)到工藝要求，進(jìn)而判斷該工藝是否合格。具體的，該方法包括以下步驟:
[0026]首先，提供具有預(yù)定形狀和尺寸的測(cè)試結(jié)構(gòu)。具體的，首先:在襯底上形成硅深孔刻蝕需要的硬掩膜或光刻膠層，常用的硬掩膜是氧化硅層；使用硬掩膜的目的在于獲得更大深度的硅深孔，否則需要非常厚的光刻膠，這在光刻工藝中是很難得到很好的刻蝕效果的；優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，所述掩膜采用的是硬掩膜；接下來(lái)，在所述硬掩膜上涂覆光刻膠并曝光顯影；而后進(jìn)行硬掩膜刻蝕，打開(kāi)硬掩膜，露出硅襯底；在后進(jìn)行硅深孔刻蝕，在去膠清洗后得到需要的硅深孔圖形。
[0027]接下來(lái)，測(cè)量所述測(cè)試結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，得到容差范圍。具體的，首先測(cè)量沒(méi)有圖形晶圓的質(zhì)量作為前置；而后制備測(cè)試用的晶圓(即不用于最后切割成芯片產(chǎn)品的備用晶圓)按流程形成硅深孔結(jié)構(gòu)；確定某一產(chǎn)品型號(hào)的晶圓在硅深孔刻蝕后(可以針對(duì)樣片做破壞性的SEM或TEM測(cè)試，選取那些硅深孔刻蝕后工藝已經(jīng)達(dá)到要求的晶圓作為樣本，這種實(shí)驗(yàn)性步驟可稱為D0E)晶圓的剩余質(zhì)量，測(cè)量多批次無(wú)圖形晶圓和硅深孔晶圓多片的數(shù)據(jù)后，得到硅深孔刻蝕達(dá)到工藝要求的晶圓質(zhì)量減少量或是質(zhì)量變化的差值；并確定晶圓硅深孔刻蝕后質(zhì)量減少量或是剩余質(zhì)量的變化范圍。
[0028]根據(jù)上述結(jié)果可合理定義晶圓質(zhì)量減少量或是剩