CN114464525A - 金刚石薄膜加工的方法和三维集成电路 - Google Patents

金刚石薄膜加工的方法和三维集成电路 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种金刚石薄膜加工的方法和三维集成电路，属于半导体加工技术领域。所述方法包括：对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳；对所述金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理，去除所述不稳定态的碳；重复交替进行对所述目标区域的所述热改性处理和所述刻蚀处理，直到满足预设的结束条件。采用本申请，可以提高对金刚石薄膜加工的效率。

Description

金刚石薄膜加工的方法和三维集成电路
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，特别涉及一种金刚石薄膜加工的方法和三维集成电路。
背景技术
金刚石具有良好的导热性，随着金刚石化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)技术日趋成熟，金刚石薄膜作为散热介质的应用越来越广，金刚石薄膜穿孔加工技术也随之广泛应用。相关技术中金刚石薄膜穿孔加工是采用等离子体刻蚀的方式。
在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
金刚石的化学稳定性很强，采用等离子体刻蚀的方式对金刚石薄膜的加工效率较低。
发明内容
为了解决相关技术中对金刚石薄膜的加工效率较低的问题，本申请实施例提供了一种金刚石薄膜加工的方法和三维集成电路。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种金刚石薄膜加工的方法，该方法包括：对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳；对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理，去除不稳定态的碳；重复交替进行对目标区域的热改性处理和刻蚀处理，直到满足预设的结束条件。
其中，目标区域是预先设置的需要穿孔的区域。碳的形态有三种，金刚石、石墨和无定形碳，金刚石是稳定态的碳，石墨和无定形碳是不稳定态的碳。
本申请实施例所示的方案，在衬底上沉积金刚石薄膜。然后对金刚石薄膜第一表面的目标区域，进行热改性处理。热改性处理本质上是一种热处理，控制相应的能量密度，能够使目标区域的碳的形态发生变化，将稳定态的碳改性为不稳定态的碳，即将金刚石改性为石墨和无定形碳。热改性处理需要将能量密度控制在一定的范围内，该范围可与为1-100J/cm2。具体可以使用预设功率密度，对目标区域进行预设时长的辐射，预设功率密度与预设时长的乘积即为预设能量密度，其数值在上述范围内。将金刚石改性为不稳定态的碳后，可以对不稳定态的碳进行刻蚀，这样，就可以在金刚石薄膜第一表面的目标区域就会形成槽。重复交替执行热改性处理和刻蚀处理，直到满足结束条件后停止。这样，目标区域的槽就会越来越深。结束条件可以根据需求来制定，可以是达到重复次数，也可以是槽达到预设的深度，等等。
相对于刻蚀处理的时长来说，热改性处理的时长是非常短的，基本可以忽略不计，另外，因为不稳定态的碳相对于金刚石来说化学稳定性差很多，相对于刻蚀金刚石的速度，刻蚀不稳定态的碳的速度快很多，一般刻蚀金刚石的速度在10-20μm/h，刻蚀不稳定态的碳的速度在100μm/h以上，所以，通过上述方式可以提升对金刚石薄膜的加工效率。
在一种可能的实现方式中，预设的结束条件，包括：重复交替进行对目标区域的热改性处理和刻蚀处理，重复次数达到目标数值。
本申请实施例所示的方案，该目标数值可以基于金刚石薄膜的厚度与单次热改性处理中激光或离子辐射的能量密度来计算。首先，可以基于单次热改性处理的能量密度，确定单次热改性处理能够改性的金刚石的深度(能量密度与金刚石改性的深度的关系可以预先通过实验确定)，然后，用金刚石薄膜的厚度除以该深度，得到目标数值。为了防止衬底损伤，在进行重复交替的热改性处理和刻蚀处理时，可以在目标区域形成的槽的底部保留一定厚度的金刚石，后续可以再通过其它方式将槽打通以得到贯穿孔。这样计算目标数值时，可以使目标数值略小于金刚石薄膜的厚度与上述深度的商。
在一种可能的实现方式中，重复交替进行热改性处理和刻蚀处理，直到满足预设的结束条件之后，还包括：对金刚石薄膜的第二表面进行化学机械抛光CMP，使目标区域中形成贯通孔。
本申请实施例所示的方案，在重复交替对目标区域进行热改性处理和刻蚀处理并满足结束条件之后，可以采用背面研磨抛光设备去除衬底。然后，对金刚石薄膜的第二表面进行CMP，磨掉一定的厚度，使目标区域中形成贯通孔。这种最后通过打磨形成贯通孔的方法，可以有效的保护衬底和下方的设备，防止设备损坏。
在一种可能的实现方式中，重复交替进行对目标区域的热改性处理和刻蚀处理，直到满足预设的结束条件之后，还包括：对金刚石薄膜的第一表面进行CMP。
本申请实施例所示的方案，可以设置金属硬掩膜层也可以不设置金属硬掩膜层，对于不设置金属硬掩膜层的情况，在进行重复的热改性处理后，目标区域形成的槽的口部会形成敞口状斜面，可称作喇叭口。通过CMP可以消除喇叭口。
在一种可能的实现方式中，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理之前，还包括：在金刚石薄膜的第一表面上目标区域之外的区域设置金属硬掩膜层。
本申请实施例所示的方案，在金刚石薄膜的第一表面上沉积金属硬掩膜层。在金属硬掩膜层上涂覆光刻胶层。对光刻胶层与目标区域对应的部分进行曝光，曝光后使用显影液处理光刻胶层，经过曝光的目标区域对应的光刻胶就会与显影液发生化学反应后被去除，露出下层的金属硬掩膜层，而光刻胶层没有与目标区域对应的部分没有曝光，所以不会与显影液发生反映。经过这些加工处理后，就可以去除掉光刻胶层中与目标区域相对应的部分，也即，在光刻胶层上形成了加工图案。然后，对金属硬掩膜层与目标区域相对应的部分进行刻蚀处理。该工序可以采用干法各向异性刻蚀进行加工处理。因为光刻胶对应目标区域的部分已经被去除，所以金属硬掩膜层的上表面与目标区域对应的部分未覆盖光刻胶，而其他部分则覆盖有光刻胶。金属硬掩膜层未覆盖光刻胶的部分就会被刻蚀掉，露出下层的金刚石薄膜，金属硬掩膜层覆盖光刻胶的部分不会被刻蚀掉。最后，通过干法去胶设备或湿法去胶设备去除光刻胶层。这样，就在金属硬掩膜层上形成了加工图案。经过上述加工处理，就完成了在金刚石薄膜的第一表面上目标区域之外的区域设置金属硬掩膜层的工序。
在重复交替执行热改性处理和刻蚀处理并满足结束条件后，可以通过湿法刻蚀，使用金属腐蚀液去除金属硬掩膜层。
在一种可能的实现方式中，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，包括：使用预设能量密度的激光，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，其中，激光的照射面大于目标区域的面积。在一些实施例中，目标区域为圆形，激光的直径大于目标区域的直径。
在一种可能的实现方式中，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，包括：使用预设能量密度的离子辐射，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，其中，离子辐射的照射面大于所述目标区域的面积。在一些实施例中，目标区域为圆形，离子辐射的直径大于目标区域的直径。
本申请实施例所示的方案，上述的激光或离子辐射可以是大照射面的激光或离子辐射，使用大照射面的激光或离子辐射，在多层结构的上方按照一定移动轨迹对其进行扫描式的辐射。部分激光或离子辐射会被金属硬掩膜层挡住，所以金刚石薄膜第一表面被金属硬掩膜层遮挡的区域不会发生金刚石改性，而金刚石薄膜第一表面的目标区域是暴露在激光或离子辐射中的，在激光或离子辐射下，目标区域中的金刚石会发生改性，成为石墨和无定形碳。采用照射面尽量大的激光或离子辐射，可以提高加工速度。理论上如果激光或离子辐射的照射面与金刚石薄膜的面积相同，加工速度是最快的，这样，激光或离子辐射则无需进行扫描式的移动，辐射一个预设时长就可以完成加工。
采用大照射面的激光或离子辐射，结合金属硬掩膜层，可以降低对设备的精度要求，可以控制成本。
在一种可能的实现方式中，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，包括：使用分光得到的多束预设能量密度的激光，分别对金刚石薄膜的第一表面的每个目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，其中，每束激光的照射面与对应的目标区域的面积相等。
其中，能量密度为单位面积的能量。
本申请实施例所示的方案，使用激光设备，基于加工图案，对激光器发出的激光进行分光得到多束激光，并将多束激光分别射到金刚石薄膜第一表面中不同的目标区域。在金刚石薄膜上加工的孔是用于在孔中进行金属化处理形成导线，所以孔的截面形状(即目标区域的形状)一般可以为预设尺寸的圆形或方形等。这样，可以通过对激光器的选择，使分光得到的激光为预设尺寸的圆形或方形等形状。热改性处理需要将能量密度控制在一定的范围内，该范围可以为1-100J/cm2。在进行预设能量密度的辐射时，具体可以通过对激光器功率的设置使分光得到的每束激光的功率密度为预设功率密度，使用分光后的多束激光，分别对金刚石薄膜的第一表面的每个目标区域进行预设时长的辐射，预设功率密度与预设时长的乘积即为预设能量密度，其数值在上述范围内。其中，功率密度为单位面积的功率。
采用激光分光的方法，可以不用设置金属硬掩膜层，减少工序，而且无需上述大照射面激光需要进行的扫描，激光辐射只需要一个预设时长，能够提高加工效率，而且，可以提高能量利用率。
在一种可能的实现方式中，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理，包括：使用等离子体对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理。
在一种可能的实现方式中，等离子体的成分包括氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、氮气(N2)、六氟化硫(SF6)、氩气(Ar)中的一种或多种。
通过上述这些物质的等离子体对不稳定态的碳进行刻蚀，可以更有效的提升刻蚀速度。
在一种可能的实现方式中，重复交替进行对目标区域的热改性处理和刻蚀处理，直到满足预设的结束条件之后，还包括：对目标区域中形成的孔，进行金属化处理。
本申请实施例所示的方案，可以采用电镀的方式对孔进行金属化处理，在孔中形成导电金属，如铜。这样，就可以得到设置有导线的金刚石薄膜，而且导线是贯穿金刚石薄膜上下表面的，这样的金刚石薄膜可以用作芯片(die)之间的接合层，其中的导线可以用于die之间的电连接，金刚石薄膜具有良好的导热性，可以用于die的均温散热。
第二方面，提供了一种三维集成电路，该三维集成电路包括多层die和经过上述穿孔加工和金属化处理的金刚石薄膜，金刚石薄膜设置于不同的die之间。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本申请实施例中，相对于刻蚀处理的时长来说，热改性处理的时长是非常短的，基本可以忽略不计，另外，因为不稳定态的碳相对于金刚石来说化学稳定性差很多，所以相对于刻蚀金刚石的速度，刻蚀不稳定态的碳的速度快很多，因此，通过上述方式可以提升对金刚石薄膜的加工效率。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的方法流程图；
图2是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图4是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图5是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图6是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图7是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图8是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图9是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图10是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的方法流程图；
图11是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图12是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图13是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图14是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图15是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图16是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图17是本申请实施例提供的一种金刚石薄膜加工的示意图；
图18是本申请实施例提供的一种三维集成电路的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种金刚石薄膜加工的方法，该方法的执行主体可以是包括CVD设备、光刻设备、刻蚀(etch)设备、激光设备、化学机械抛光(Chemical MechanicalPolish，CMP)设备和电镀设备等设备的加工流水线，其中，光刻设备又可以包括涂胶设备、曝光设备和显影设备。此加工流水线可以是全自动流水线也可以是自动结合手动的流水线。
下面将结合具体实施方式，对图1所示的金刚石薄膜穿孔加工流程进行详细的说明，内容可以如下：
步骤101，在金刚石薄膜的第一表面上目标区域之外的区域设置金属硬掩膜层。
其中，目标区域是预先设置的需要穿孔的区域。
在实施中，技术人员可以设计加工图案，在加工图案中标记有需要穿孔的目标区域。一次加工过程所加工的金刚石薄膜的大概为直径100-300mm的圆，如直径150mm，其中可以包括多个需要穿孔的目标区域。当然金刚石薄膜中只包括一个目标区域在理论上也是可以的。加工流水线上的相关设备(如曝光设备)可以基于加工图案确定目标区域的位置，进行相应的加工处理。
在启动加工流程后，第一步，在衬底上沉积金刚石，形成金刚石薄膜。该工序可以采用CVD设备。金刚石薄膜的厚度可以预先设置。
第二步，在金刚石薄膜的第一表面上沉积金属硬掩膜层。该工序也可以采用CVD设备。第一表面即为金刚石薄膜的上表面。金属硬掩膜层采用高热稳定性的材料，在一定强度的激光或离子辐射下能够保持良好的形貌，而且还具有一定的化学稳定性，在对金刚石薄膜进行刻蚀时，不会与刻蚀使用的等离子体发生反映。金属硬掩膜层可采用金属或金属氧化物，候选材料可以为钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、二氧化钽(TaO2)、氮化钽(TaN)、碳化钨(WC)等物质，可以采用单一的物质，也可以采用多种物质的混合物。
第三步，在金属硬掩膜层上涂覆光刻胶层。该工序可以采用涂胶设备。经过多层沉积和涂覆得到的多层结构的可以如图2所示。
第四步，去除光刻胶层中与目标区域相对应的部分。具体可以对光刻胶层与目标区域对应的部分进行曝光，曝光后使用显影液处理光刻胶层，经过曝光的目标区域对应的光刻胶就会与显影液发生化学反应后被去除，露出下层的金属硬掩膜层，而光刻胶层没有与目标区域对应的部分没有曝光，所以不会与显影液发生反映。经过这些加工处理后，就可以去除掉光刻胶层中与目标区域相对应的部分，也即，在光刻胶层上形成了加工图案，如图3所示。曝光和显影的工序可以分别采用曝光设备和显影设备。
第五步，对金属硬掩膜层与目标区域相对应的部分进行刻蚀处理。该工序可以采用刻蚀设备，采用干法各向异性刻蚀进行加工处理。因为光刻胶对应目标区域的部分已经被去除，所以金属硬掩膜层的上表面与目标区域对应的部分未覆盖光刻胶，而其他部分则覆盖有光刻胶。金属硬掩膜层未覆盖光刻胶的部分就会被刻蚀掉，露出下层的金刚石薄膜，金属硬掩膜层覆盖光刻胶的部分不会被刻蚀掉。
第六步，去除光刻胶层。该工序可以采用干法去胶设备或湿法去胶设备。这样，就在金属硬掩膜层上形成了加工图案，如图4所示。经过上述加工处理，就完成了在金刚石薄膜的第一表面上目标区域之外的区域设置金属硬掩膜层的工序。
步骤102，使用预设能量密度的激光或离子辐射，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳。
其中，碳的形态有三种，金刚石、石墨和无定形碳，金刚石是稳定态的碳，石墨和无定形碳是不稳定态的碳。激光、离子辐射的照射面大于目标区域的面积。能量密度为单位面积的能量。
在实施中，热改性处理本质上是一种热处理，控制相应的能量密度，能够使目标区域的碳的形态发生变化，将稳定态的碳改性为不稳定态的碳，即将金刚石改性为石墨和无定形碳。热改性处理需要将能量密度控制在一定的范围内，过高可能会造成金属硬掩膜层损伤，过低则无法达到金刚石改性的目的，该范围可与为1-100J/cm2。具体可以使用预设功率密度的激光或离子辐射，对多层结构的上表面进行预设时长的辐射，预设功率密度与预设时长的乘积即为预设能量密度，其数值在上述范围内。其中，功率密度为单位面积的功率。部分激光或离子辐射会被金属硬掩膜层挡住，所以金刚石薄膜第一表面被金属硬掩膜层遮挡的区域不会发生金刚石改性，而金刚石薄膜第一表面的目标区域是暴露在激光或离子辐射中的，在激光或离子辐射下，目标区域中的金刚石会发生改性，成为石墨和无定形碳，如图5所示。该步骤中采用的激光或离子辐射，可以是大照射面的激光或离子辐射，使用大照射面的激光或离子辐射，在多层结构的上方按照一定移动轨迹对其进行扫描式的辐射。采用照射面尽量大的激光或离子辐射，可以提高加工速度。理论上如果激光或离子辐射的照射面与金刚石薄膜的面积相同，加工速度是最快的，这样，激光或离子辐射则无需进行扫描式的移动，辐射一个预设时长就可以完成加工。当然实际中可能激光或离子辐射的照射面可能没有那么大，这种情况，可以控制激光或离子辐射对金刚石薄膜进行移动式扫描。
步骤103，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理，去除不稳定态的碳。
在实施中，可以使用等离子体对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行干法刻蚀处理。将热改性处理后的金刚石薄膜，暴露于等离子体中，等离子体的成分可以包括O2、CO、CO2、H2、N2、SF6、Ar中的一种或多种。金属硬掩膜层的材料对于上述这些物质的等离子体具有化学稳定性，与之不会发生反映。这样，金刚石薄膜的第一表面覆盖有金属硬掩膜层的区域就不会受到等离子体的影响，金刚石薄膜第一表面的目标区域中的不稳定态的碳暴露在等离子体中，则会被快速刻蚀掉，露出下面的金刚石。这样，在金刚石薄膜第一表面的目标区域就会形成槽，如图6所示。该步骤可以采用刻蚀设备。
步骤104，重复交替进行对目标区域的热改性处理和刻蚀处理，直到满足预设的结束条件。
在实施中，重复交替进行上述步骤102的热改性处理和步骤103的刻蚀处理，如图7、图8所示，金刚石薄膜第一表面的目标区域形成的槽会越来越深。
在加工过程中上述的结束条件可以为重复次数达到目标数值。该目标数值可以基于金刚石薄膜的厚度与单次热改性处理中激光或离子辐射的能量密度来计算。首先，可以基于单次热改性处理的能量密度，确定单次热改性处理能够改性的金刚石的深度(能量密度与金刚石改性的深度的关系可以预先通过实验确定)，然后，用金刚石薄膜的厚度除以该深度，得到目标数值。为了防止衬底损伤，在进行重复交替的热改性处理和刻蚀处理时，可以在目标区域形成的槽的底部保留一定厚度的金刚石，如图9所示，后续可以再通过其它方式将槽打通以得到贯通孔。这样计算目标数值时，可以使目标数值略小于金刚石薄膜的厚度与上述深度的商。
另外，上述结束条件也可以是目标区域中槽的深度达到深度阈值。可以在重复交替进行热改性处理和刻蚀处理的过程中，对目标区域中槽的深度进行检测，当深度达到深度阈值时，则停止进行热改性处理和刻蚀处理。
步骤105，对金刚石薄膜的第二表面进行CMP，使目标区域中形成贯通孔。
在实施中，在重复交替对目标区域进行热改性处理和刻蚀处理并满足结束条件之后，可以通过上述的湿法刻蚀的方式，使用金属腐蚀液，去除金属硬掩膜层。然后可以移除金刚石薄膜下层的衬底，具体可以采用背面研磨抛光设备打磨，也可以采用化学方式去除衬底。目标区域中槽的底部保留了一定厚度的金刚石，可以对金刚石薄膜的第二表面(即下表面)进行CMP，磨掉一定的厚度，使目标区域中形成贯通孔。
在另一种可能的方案中，在进行步骤104的处理时，也可以直接通过重复交替的热改性处理和刻蚀处理将槽打通已得到贯通孔，这样就无需进行步骤105的处理。
相对于刻蚀处理的时长来说，热改性处理的时长是非常短的，基本可以忽略不计，另外，因为不稳定态的碳相对于金刚石来说化学稳定性差很多，相对于刻蚀金刚石的速度，刻蚀不稳定态的碳的速度快很多，所以，通过上述方式可以提升在金刚石薄膜上穿孔的加工效率。
下面将结合具体实施方式，对图10所示的金刚石薄膜穿孔加工流程进行详细的说明，内容可以如下：
步骤1001，使用分光得到的多束预设能量密度的激光，分别对金刚石薄膜的第一表面的每个目标区域进行热改性处理，将目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳。
其中，目标区域是预先设置的需要穿孔的区域。每束激光的照射面与对应的目标区域的面积相等。
在实施中，技术人员可以设计加工图案，在加工图案中标记有需要穿孔的目标区域。一次加工过程所加工的金刚石薄膜的大概为直径100-300mm的圆，如直径150mm，其中可以包括多个需要穿孔的目标区域。当然金刚石薄膜中只包括一个目标区域在理论上也是可以的。加工流水线上的相关设备(如曝光设备)可以基于加工图案确定目标区域的位置，进行相应的加工处理。
在启动加工流程后，首先，在衬底上沉积金刚石，形成金刚石薄膜。该加工工序可以采用CVD设备。金刚石薄膜的厚度可以预先设置。然后，使用激光设备，基于加工图案，对激光器发出的激光进行分光得到多束激光，并将多束激光分别射到金刚石薄膜第一表面中不同的目标区域，如图11所示。
在实际应用中，在金刚石薄膜上加工的孔是用于在孔中进行金属化处理形成导线，所以孔的截面形状(即目标区域的形状)一般可以为预设尺寸的圆形或方形等。这样，可以通过对激光器的选择，使分光得到的激光为预设尺寸的圆形或方形等形状。
另外，在前面内容中已经介绍，热改性处理本质上来说是一种热处理，使目标区域的碳的形态发生变化，将稳定态的碳改性为不稳定态的碳，即将金刚石改性为石墨和无定形碳。热改性处理需要将能量密度控制在一定的范围内，过高可能会造成金属硬掩膜层损伤，过低则无法达到金刚石改性的目的，该范围可以为1-100J/cm2。在进行预设能量密度的辐射时，具体可以通过对激光器功率的设置使分光得到的每束激光的功率密度为预设功率密度，使用分光后的多束激光，分别对金刚石薄膜的第一表面的每个目标区域进行预设时长的辐射，预设功率密度与预设时长的乘积即为预设能量密度，其数值在上述范围内。
激光对金刚石薄膜第一表面的目标区域进行辐射之后，目标区域中的金刚石会改性为不稳定态的碳，如图12和图13所示，图12为俯视图，图13为剖面图。因为激光只对目标区域进行辐射，所以目标区域之外的区域的金刚石是不会发生任何变化的。
步骤1002，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理，去除不稳定态的碳。
在实施中，可以使用等离子体对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理。将热改性处理后的金刚石薄膜，暴露于等离子体中，等离子体的成分可以包括O2、CO、CO2、H2、N2、SF6、Ar中的一种或多种。金刚石薄膜第一表面的目标区域中的不稳定态的碳暴露在等离子体中，则会被快速刻蚀掉，露出下面的金刚石。这里需要的刻蚀时长比较短，金刚石的化学稳定性比较强，在较短的时间内可以认为金刚石完全不会被刻蚀。这样，在金刚石薄膜第一表面的目标区域就会形成槽，如图14所示。该步骤可以采用刻蚀设备。
步骤1003，重复交替进行对目标区域的热改性处理和刻蚀处理，直到满足预设的结束条件。
在实施中，重复交替进行上述步骤1001的热改性处理和步骤1002的刻蚀处理，如图15、图16所示，金刚石薄膜第一表面的目标区域形成的槽会越来越深。
在加工过程中上述的结束条件可以为重复次数达到目标数值。该目标数值可以基于金刚石薄膜的厚度与单次热改性处理中激光的能量密度来计算。首先，可以基于单次热改性处理激光的能量密度，确定单次热改性处理能够改性的金刚石的深度(能量密度与金刚石改性的深度的关系可以预先通过实验确定)，然后，用金刚石薄膜的厚度除以该深度，得到目标数值。为了防止衬底损伤，在进行重复交替的热改性处理和刻蚀处理时，可以在目标区域形成的槽的底部保留一定厚度的金刚石，如图17所示，后续可以再通过其它方式将槽打通以得到贯通孔。这样计算目标数值时，可以使目标数值略小于金刚石薄膜的厚度与上述深度的商。
另外，上述结束条件也可以是目标区域中槽的深度达到深度阈值。可以在重复交替进行热改性处理和刻蚀处理的过程中，对目标区域中槽的深度进行检测，当深度达到深度阈值时，则停止进行热改性处理和刻蚀处理。
步骤1004，对金刚石薄膜的第一表面进行CMP。
在实施中，在重复交替进行热改性处理和刻蚀处理达到结束条件后，在金刚石薄膜的第一表面的目标区域的边缘上，可能会形成敞口状斜面，可称作喇叭口。这时，可以对第一表面进行CMP处理，打磨掉一定厚度的金刚石，以去除掉喇叭口。打磨的厚度可以由喇叭口的深度确定。
需要说明的是，本处理流程，在步骤1001之前也可以在金刚石薄膜的第一表面设置金属硬掩膜层，具体加工方式可以和前面一个流程的加工方式相同，如果设置金属硬掩膜层，则可以不进行步骤1004的CMP加工。如果不设置金属硬掩膜层的话，则执行步骤1004的CMP加工。
步骤1005，对金刚石薄膜的第二表面进行CMP，使目标区域中形成贯通孔。
在实施中，可以先移除金刚石薄膜下层的衬底，具体可以采用背面研磨抛光设备打磨，也可以采用化学方式去除衬底。目标区域中槽底部保留了一定厚度的金刚石，可以对金刚石薄膜的第二表面(即下表面)进行CMP，磨掉一定的厚度，使目标区域中形成贯通孔。
在另一种可能的方案中，在进行步骤1003的处理时，也可以直接通过重复交替的热改性处理和刻蚀处理将槽打通已得到贯通孔，这样就无需进行步骤1005的处理。
相对于刻蚀处理的时长来说，热改性处理的时长是非常短的，基本可以忽略不计，另外，因为不稳定态的碳相对于金刚石来说化学稳定性差很多，相对于刻蚀金刚石的速度，刻蚀不稳定态的碳的速度快很多，所以，通过上述方式可以提升在金刚石薄膜上穿孔的加工效率。
在经过上述任意流程的加工处理之后，就完成了对金刚石薄膜的穿孔加工，此后，还可以对金刚石薄膜的目标区域中形成的孔，进行金属化处理。
在实施中，可以采用电镀的方式对孔进行金属化处理，在孔中形成导电金属，如铜。这样，就可以得到设置有导线的金刚石薄膜，而且导线是贯穿金刚石薄膜上下表面的，这样的金刚石薄膜可以用作die之间的接合层，其中的导线可以用于die之间的电连接，金刚石薄膜具有良好的导热性，可以用于die的均温散热。
本申请实施例还提供一种三维集成电路(Three Dimensional IntegratedCircuit，3D IC)，三维集成电路包括多层die和经过上述穿孔并金属化处理后的金刚石薄膜，穿孔并金属化处理后的金刚石薄膜设置于不同的die之间。
一般die可以由硅衬底层和介质层组成，金刚石薄膜可以放置在两个相邻die的介质层之间，或者放置在一个die的硅衬底层和与另一个die的介质层之间，或者放置在两个相邻die的硅衬底层之间。图18给出了一种三维集成电路的结构示例。金刚石薄膜的穿孔加工方法可以采用上述实施例中提到的任意方法。金刚石薄膜的孔中金属化处理得到导线，可以用于两侧的die之间的数据传输。die在处理过程中会产生热量，而且在die表面的产热是不均匀的，金刚石薄膜具有良好的导热性，可以起到均温并散热的作用。
以上所述仅为本申请一个实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种金刚石薄膜加工的方法，其特征在于，所述方法包括：
对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳；
对所述金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理，去除所述不稳定态的碳；
重复交替进行对所述目标区域的所述热改性处理和所述刻蚀处理，直到满足预设的结束条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的结束条件，包括：
重复交替进行对所述目标区域的所述热改性处理和所述刻蚀处理，重复次数达到目标数值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重复交替进行所述热改性处理和所述刻蚀处理，直到满足预设的结束条件之后，还包括：
对所述金刚石薄膜的第二表面进行化学机械抛光CMP，使所述目标区域中形成贯通孔。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述重复交替进行对所述目标区域的所述热改性处理和所述刻蚀处理，直到满足预设的结束条件之后，还包括：
对所述金刚石薄膜的第一表面进行CMP。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理之前，还包括：
在所述金刚石薄膜的第一表面上所述目标区域之外的区域设置金属硬掩膜层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，包括：
使用预设能量密度的激光，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，其中，所述激光的照射面大于所述目标区域的面积。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，包括：
使用预设能量密度的离子辐射，对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，其中，所述离子辐射的照射面大于所述目标区域的面积。
8.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述对金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，包括：
使用分光得到的多束预设能量密度的激光，分别对金刚石薄膜的第一表面的每个目标区域进行热改性处理，将所述目标区域中的金刚石改性为不稳定态的碳，其中，每束激光的照射面与对应的目标区域的面积相等。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理，包括：
使用等离子体对所述金刚石薄膜的第一表面的目标区域进行刻蚀处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述等离子体的成分包括O2、CO、CO2、H2、N2、SF6、Ar中的一种或多种。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，所述重复交替进行对所述目标区域的所述热改性处理和所述刻蚀处理，直到满足预设的结束条件之后，还包括：
对所述目标区域中形成的孔，进行金属化处理。
12.一种三维集成电路，其特征在于，所述三维集成电路包括多层die和经过如权利要求11所述的方法加工后的金刚石薄膜，所述加工后的金刚石薄膜设置于不同的die之间。
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