Development of deep silicon plasma etching for 3D integration technology
Разработка процесса глубокого плазменного травления кремния для технологии трехмерной интеграции кристаллов

А. А. Голишников, М. Г. Путря
2014 Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature  
В íàñòîÿщåå âðåмÿ дëÿ èзãîòîâëåíèÿ ïîëóïðîâîдíèêîâыõ ïðèбîðîâ óðîâíÿ «ñèñòåмà â êîðïóñå» àêòèâíî ðàзâèâàåòñÿ òåõíîëîãèÿ фîðмèðîâàíèÿ òðåõмåðíыõ èíòåãðàëьíыõ ñõåм è ñèñòåм èíòåãðàцèè êðèñòàëëîâ (3D-IC), ïîзâîëÿющàÿ óâåëèчèòь ïëîòíîñòь êîмïîíîâêè ýëåмåíòîâ, быñòðîдåéñòâèå èздåëèÿ, ñíèзèòь ïîòðåбëÿåмóю мîщíîñòь è зàщèòèòь ñõåмîòåõíèчåñêîå ðåшåíèå îò êîïèðîâàíèÿ [1, 2] . Одíîé èз âàжíåéшèõ òåõíîëîãèчåñêèõ îïåðàцèé òàêîé òåõíîëîãèè ÿâëÿåòñÿ ïðîцåññ ïëàзмåííîãî òðàâëåíèÿ (ÏÒ), èñïîëьзóåмыé дëÿ
more » ... ëьзóåмыé дëÿ ñîздàíèÿ ñêâîзíыõ îòâåðñòèé â êðåмíèè (through-silicon via, TSV) ïðè фîðмèðîâàíèè мåòàëëèчåñêèõ ñîåдèíåíèé мåждó ïàêåòèðîâàííымè ñõåмàмè 3D-IC [3]. Изâåñòíî íåñêîëьêî ñïîñîбîâ ïîëóчåíèÿ ãëóбîêèõ âåðòèêàëьíыõ îòâåðñòèé â êðåмíèè. Нàèбîëåå èñïîëьзóåмымè èз íèõ ÿâëÿюòñÿ ïëàзмåííыå мåòîды, òàê íàзыâàåмыé «Bosch»-ïðîцåññ è àëьòåðíàòèâíыé åмó êðèîïðîцåññ, ðåàëèзóåмыå â èñòîчíèêàõ âыñîêîïëîòíîé ïëàзмы, íàïðèмåð â èñòîчíèêàõ èíдóêòèâíî-è òðàíñфîðмàòîðíî-ñâÿзàííîé ïëàзмы. Эòè мåòîды ïîзâîëèëè зàмåíèòь èñïîëьзóåмыå дî íåдàâíåãî âðåмåíè мåòîды ãëóбîêîãî àíèзîòðîïíîãî жèдêîñòíîãî òðàâëåíèÿ. В îòëèчèå îò жèдêîñòíыõ àíèзîòðîïíыõ ïðîцåññîâ ïëàзмåííîå òðàâëåíèå íå ñòîëь чóâñòâèòåëьíî ê êðèñòàëëîãðàфèчåñêîé îðèåíòàцèè êðåмíèÿ, îíî мîжåò îбåñ ïåчèâàòь âыñîêóю ñåëåêòèâíîñòь ê мàòåðèàëó мàñêè è ÿâëÿåòñÿ зíàчèòåëьíî бîëåå âîñïðîèзâîдèмым è бåзîïàñíым. Хàðàêòåðíымè òðåбîâàíèÿмè ê ïðîцåññàм ïëàзмåííîãî òðàâëåíèÿ дëÿ фîðмèðîâàíèÿ ãëóбîêèõ îòâåðñòèé â Si ÿâëÿюòñÿ âыñîêàÿ ñêîðîñòь è ðàâíîмåðíîñòь òðàâëåíèÿ ïðè âыñîêîé ñåëåêòèâíîñòè òðàâëåíèÿ êðåмíèÿ ïî îòíîшåíèю ê мàñêèðóющåмó ïîêðыòèю. Êðîмå òîãî, íåîбõîдèмî îбåñïåчèòь âîзмîжíîñòь óïðàâëåíèÿ ïðîфèëåм фîðмèðóåмыõ îòâåðñòèé. Изâåñòíî, чòî îдíèм èз óзêèõ мåñò TSV-òåõíîëîãèè ÿâëÿåòñÿ Исследованы зависимости технологических характеристик процесса глубокого травления кремния от его операционных параметров. Разработан и оптимизирован процесс глубокого плазменного травления кремния для создания сквозных отверстий с управляемым профилем. Клþчевые слова: процесс глубокого травления кремния, сквозные отверстия в кремнии, TSV, источник трансформаторно-связанной плазмы, технология трехмерной интеграции кристаллов. îïåðàцèÿ зàïîëíåíèÿ îòâåðñòèé мåòàëëèчåñêèмè ïðîâîдÿщèмè ñëîÿмè. Òåõíîëîãèÿ бåñïóñòîòíîãî зàïîëíåíèÿ îòâåðñòèé, òàê жå êàê è ïëîòíîñòь ðàзмåщåíèÿ ñêâîзíыõ ïðîâîдíèêîâ, â ñâîю îчåðåдь îïðåдåëÿåòñÿ ïðîфèëåм òðàâëåíèÿ êðåмíèÿ [3][4][5]. Òàê, â ñëóчàå дîñòàòîчíî òîíêîé êðåмíèåâîé ïîдëîжêè, íàïðèмåð дî 30 мêм, ñêâîзíыå îòâåðñòèÿ ñ îдíîñëîéíîé мåòàëëèзàцèåé èз âîëьфðàмà èëè мåдè, êàê ïðàâèëî, мîжíî âыïîëíÿòь âåðòèêàëьíымè, à ïðè òîëщèíå ïëàñòèíы, íàïðèмåð, 100 мêм бîëåå ïðåдïîчòèòåëåí íàêëîííыé ïðîфèëь îòâåðñòèé, óïðîщàющèé èõ бåñïóñòîòíîå зàïîëíåíèå. Очåâèдíî, чòî òåõíîëîãèÿ èзãîòîâëåíèÿ ñêâîзíыõ îòâåðñòèé â êðåмíèè зàâèñèò îò мíîãèõ ïàðàмåòðîâ. В íàñòîÿщåé ðàбîòå ïðîâîдèëîñь èññëåдîâàíèå âëèÿíèÿ îïåðàцèîííыõ ïàðàмåòðîâ ïðîцåññà ãëóбîêîãî ïëàзмåííîãî òðàâëåíèÿ íà åãî òåõíîëîãèчåñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñ цåëью ðàзðàбîòêè è îïòèмèзàцèè ïðîцåññà òðàâëåíèÿ ñêâîзíыõ îòâåðñòèé ñ óïðàâëÿåмым ïðîфèëåм, èñïîëьзóåмîãî â òåõíîëîãèè òðåõмåðíîé èíòåãðàцèè êðèñòàëëîâ. Îборудование и методика проведения экспериментов Пðîцåññ ãëóбîêîãî ïëàзмåííîãî òðàâëåíèÿ (ÃÏÒ) êðåмíèÿ âыïîëíÿëñÿ ïî òåõíîëîãèè, ïðåдóñмàòðèâàющåé чåðåдîâàíèå ñòàдèé òðàâëåíèÿ è ïàññèâàцèè (ïîëèмåðèзàцèè). Нàчàëьíîé ÿâëÿåòñÿ ñòàдèÿ èзîòðîïíîãî òðàâëåíèÿ êðåмíèÿ, зàòåм -îñàждåíèå ïîëèмåðíîé ïëåíêè, êîòîðàÿ îбðàзóåòñÿ íà âñåõ ïîâåðõíîñòÿõ ðåëьåфà Si-ñòðóêòóðы. Äàëåå ñíîâà ïîâòîðÿåòñÿ ñòàдèÿ òðàâëåíèÿ, íà êîòîðîé ïðîèñõîдèò óдàëåíèå ïîëèмåðíîãî ñëîÿ ïðåèмóщåñòâåííî ñ ãîðèзîíòàëьíыõ ïîâåðõíîñòåé зà ñчåò èõ èîííîé бîмбàðдèðîâêè. Пðè ýòîм íà бîêîâыõ ñòåíêàõ îñòàåòñÿ ïàññèâèðóющèé ñëîé, ïðåïÿòñòâóющèé бîêîâîмó ðàñòðàâëèâàíèю.
doi:10.15222/tkea2014.1.36 fatcat:xaredod6hbfmhf4yo54hwspvuq