CN102330089B - 硅片打孔系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅片打孔系统包括：提供氢氟酸的氢氟酸储罐、提供臭氧的臭氧发生器、提供CO2的二氧化碳气瓶，用于形成所述氢氟酸、所述臭氧及所述CO2的混合流体且使所述混合流体中的CO2达到超临界态的控制装置及用于对硅片打孔的反应腔室；所述氢氟酸储罐、所述CO2气瓶及所述臭氧发生器的出口与所述控制装置的入口连接，所述控制装置的出口与所述反应腔室的入口连接。本发明还公开了一种打孔方法包括：形成含超临界态CO2、氢氟酸及臭氧的混合流体；及使用所述混合流体对硅片进行打孔处理。根据本发明的硅片打孔系统及方法，在硅片打孔时，可降低对硅片的损伤。

Description

硅片打孔系统及方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种硅片打孔系统及方法。
背景技术
激光打孔是激光加工的主要应用领域之一。激光打孔是利用高能激光束照射在工件表面，这种具有相当能量的激光束就可直接烧蚀硅速的，从而达到切割工件的目的。激光打孔不需要特殊的气体环境，在厚度为100-200um的晶片上已成功打出了直径为8um的小孔。但是这会造成损伤(如破裂，硅渣，断层缺陷，空隙等)。而且激光打孔设备必须具备精密的瞄准装置，成本很高。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种降低在对硅片打孔时，对硅片造成损伤的硅片打孔系统及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种硅片打孔系统包括：提供氢氟酸的氢氟酸储罐、提供臭氧的臭氧发生器、提供CO2的二氧化碳气瓶，用于形成所述氢氟酸、所述臭氧及所述CO2的混合流体且使所述混合流体中的CO2达到超临界态的控制装置及用于对硅片打孔的反应腔室；所述氢氟酸储罐、所述CO2气瓶及所述臭氧发生器的出口与所述控制装置的入口连接，所述控制装置的出口与所述反应腔室的入口连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种硅片打孔方法包括：
形成含超临界态CO2、氢氟酸及臭氧的混合流体；及
使用所述混合流体对硅片进行打孔处理。
根据本发明提供的硅片打孔系统及方法，在硅片打孔时，可降低对硅片的损伤。
附图说明
图1是本发明实施例提供的硅片打孔系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的硅片打孔方法的原理图；
本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例提供的硅片打孔系统包括：用于刻蚀二氧化硅的氢氟酸储罐1、用于提供臭氧的臭氧发生器2(因臭氧具有较强氧化性，易将硅氧化成二氧化硅)、用于存储辅助载流体的CO2气瓶3(提供的CO2气体纯度达99.999％以上)、用于形成所述氢氟酸、所述臭氧及所述CO2的混合流体且使所述混合流体中的CO2达到超临界态的控制装置、用于对硅片打孔的反应腔室13、CO2回收装置及废液处理装置25。废液处理装置25(可以是碱性溶液储罐)的入口通过阀门12与反应腔室13底部的出口连接，对反应腔室13中的废液进行处理，避免对环境造成污染。
其中，控制装置包括平流泵7、高压泵8、流量控制装置、混合器10及使混合流体中的CO2达到超临界态的热交换器11。其中，流量控制装置包括流量计4及流量阀5。氢氟酸储罐1依次通过流量计4(用于控制氢氟酸的流量)、平流泵7与混合器10的入口连接。臭氧发生器2依次通过流量阀5(用于控制臭氧气体的流量)、高压泵8与混合器10的入口连接。CO2气瓶3依次通过流量阀5、高压泵8(用于控制CO2气体的流量)与混合器10的入口连接。混合气10实现CO2、臭氧和氢氟酸的预混合。混合器10的出口依次通过热交换器11(对二氧化碳进行加热，使其达到超临界状态)、阀门12与反应腔室13中的喷嘴15连接。
反应腔室13内设置有可以旋转和倾斜的卡盘14和一喷嘴15。该卡盘14用于固定硅片16。热交换器通过喷嘴15将含超临界态的CO2、臭氧及氢氟酸的混合流体喷射到涂有掩膜的硅片16上。反应腔室13还设置有实时测量显示腔室温度的温度传感器和实时测量显示腔室压力的压力传感器。
CO2回收装置包括过滤纯化装置19(可以是装有玻璃纤维纸、聚四氟纸或分子筛等的多孔网状结构)和冷却器23。过滤纯化装置19的入口依次通过一溢流腔18(缓冲从反应腔室13出来的气体)、一溢流阀17(使超过额定压力的气体被排出，维持腔室恒定压力)与反应腔室13的出口连接。过滤纯化装置19(对反应腔室13中排出的气体中的二氧化碳进行过滤和纯化)的出口依次通过一高压泵8、阀门12、冷却器23(将气态CO2液化，方便回收利用)与CO2气瓶3的入口连接。过滤纯化装置19的出口还依次通过一高压泵8、阀门12与混合器10的入口连接。
本发明实施例还提供一种打孔方法，包括以下步骤：
步骤S1、形成含超临界态CO2、氢氟酸及臭氧的混合流体。
步骤S2、使用所述混合流体对硅片进行打孔处理。其中，打孔处理的温度为35-100℃，打孔处理的压力为7-25MPa。
步骤S3、对进行打孔处理后的混合流体中所含的CO2进行回收。
基于图1所示的系统对该硅片打孔方法以一具体示例进行详细说明。该方法过程如下：反应腔室13中初始压力为7MPa，温度为40℃。调节并打开流量控制阀5，调节并打开流量计4；将硅片16放入卡盘14并固定，根据需要调节卡盘的角度，调节卡盘14的转速，对热交换器11进行加热，将温度设定在100℃；运行高压泵8对二氧化碳和臭氧进行加压，将二氧化碳和臭氧泵入混合器10。运行平流泵7将氢氟酸泵入混合器10。混合器10将二氧化碳、臭氧和氢氟酸预混合。当入口处气体压力达到8MPa时，打开阀门12，将超临界二氧化碳携带的氢氟酸和臭氧通过喷嘴15喷射到涂有掩膜的硅片16上。臭氧具有极强的氧化性，能将硅片氧化成二氧化硅，然后与氢氟酸反应生成可溶性的硅化合物；该过程按照掩膜层的图形完成打孔(具体过程可参看附图2)。混合流体通过喷嘴15喷入反应腔室13时，会与反应腔室13形成压力差，臭氧和氢氟酸有较大的动能喷射到硅片16上与之反应，反应生成的可溶性物质落入反应腔室13底部。当反应腔室13中压力超过溢流阀17的限定压力(例如，7MPa)时，溢流阀17就会打开，气体反应产物(包括氧气、二氧化碳或四氟化硅的浓烟雾)会溢流到溢流腔18中，从溢流腔18中出来的混合气体经过滤纯化装置19。从过滤纯化装置19中出来的二氧化碳经高压泵8加压后一路可回流到混合器10中进行循环利用，另一路则可通过冷却器23制冷后回流到二氧化碳气瓶3中，实现回收利用。按照上述过程重复进行一段时间，然后通入去离子水清洗硅片，并用压缩N2气吹干，就可以完成对硅片的打孔；最后，可以通过阀门12的控制将反应釜底部的废液排出，并经废液处理装置25进行处理，避免对环境造成污染。
图2示出了反应腔室13内对硅片打孔的原理图，从图中可看出来从喷嘴15喷射出的混合流体21，通过一掩蔽板31喷射到涂有掩膜层的待刻蚀硅片16，按照掩膜层61的图形对硅片16完成打孔。
本发明实施例提供的硅片打孔方法及其装置，利用超临界二氧化碳、氢氟酸和臭氧的混合物实现对硅片的刻蚀打孔，臭氧具有极强的氧化性，易使硅发生氧化形成氧化硅，生成的氧化硅薄层与氢氟酸中的氟离子反应生成可溶性的硅化物，从而实现对硅片的刻蚀打孔。超临界二氧化碳具有独特的扩散性能和无表面张力特性，使其作为辅助载流体不仅可以加快刻蚀速率，而且刻蚀出的孔更加均匀，孔径精度和光洁度也会大大提高；同时，二氧化碳的加入可以调节气路气体混合比，提高安全性。该方法还可以刻蚀出斜孔，从而为半导体制造工艺提供3D集成方案。
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。

Claims (6)

1.一种硅片打孔系统，其特征在于，包括：
提供氢氟酸的氢氟酸储罐、提供臭氧的臭氧发生器、提供CO2的二氧化碳气瓶，用于形成所述氢氟酸、所述臭氧及所述CO2的混合流体且使所述混合流体中的CO2达到超临界态的控制装置、用于对硅片打孔的反应腔室及废液处理装置；所述氢氟酸储罐、所述CO2气瓶及所述臭氧发生器的出口与所述控制装置的入口连接，所述控制装置的出口与所述反应腔室的入口连接；
所述控制装置包括高压泵、平流泵、混合器及使所述混合流体中的CO2达到超临界态的热交换器；所述高压泵的入口分别与所述臭氧发生器、所述二氧化碳气瓶的出口连接；所述高压泵的出口与所述混合器的入口连接；所述平流泵的入口与所述氢氟酸储罐的出口连接，所述平流泵的出口与所述混合器的入口连接；所述混合器的出口通过所述热交换器与所述反应腔室的入口连接；
所述废液处理装置的入口与所述反应腔室的出口连接；
所述反应腔室内设置有可以旋转的用于固定硅片的卡盘和一喷嘴；所述热交换器与所述喷嘴连接，将含超临界态的CO2、臭氧及氢氟酸的混合体通过所述喷嘴喷射到所述硅片上。
2.根据权利要求1所述的硅片打孔系统，其特征在于：
所述控制装置还包括用于控制所述臭氧、二氧化碳及氢氟酸的流量的流量控制装置；所述流量控制装置设置在所述高压泵与所述臭氧发生器、所述二氧化碳气瓶之间，及设置在所述平流泵与所述氢氟酸储罐之间。
3.根据权利要求2所述的硅片打孔系统，其特征在于：
所述流量控制装置包括流量计及流量阀；所述流量计一端与所述氢氟酸瓶的出口连接，另一端与所述平流泵的入口连接；所述流量阀的一端与所述臭氧发生器、二氧化碳气瓶的出口连接，另一端与所述高压泵的入口连接。
4.根据权利要求2或3任一项所述的硅片打孔系统，其特征在于：
还包括CO2回收装置，所述CO2回收装置包括过滤纯化装置和冷却器；所述过滤纯化装置的入口依次通过一溢流腔、一溢流阀与所述反应腔室的另一个出口连接；所述过滤纯化装置的出口依次通过一高压泵、所述冷却器与所述CO2气瓶的入口连接；所述过滤纯化装置的出口还依次通过一高压泵与所述混合器的入口连接。
5.一种采用权利要求1所述的硅片打孔系统对硅片打孔的方法，其特征在于，包括：
形成含超临界态CO2、氢氟酸及臭氧的混合流体；及
使用所述混合流体对硅片进行打孔处理；
所述打孔处理的温度为35-100℃，所述打孔处理的压力为7-25MPa。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
对进行打孔处理后的所述混合流体中所含的CO2进行回收。
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