[发明专利]半导体晶片激光刻蚀开沟方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，具体涉及一种在半导体晶片表面利用激光刻蚀开沟的方法。该方法不仅环保高效，同时简化了传统半导体表面开沟的加工工艺、提高了开沟精度、降低了成本。

背景技术

在半导体芯片加工工艺中，广泛应用氧化、淀积、光刻、刻蚀、离子注入和金属化等几个主要步骤，而在半导体晶片上开沟则是图形曝光后必不可少的工艺手段。

现有技术中，所谓开沟就是利用掩模版(Mask)上的几何图形，通过光化学反应将图形转移到半导体晶片上覆盖的感光薄膜(光刻胶)上，这些图形可以定义半导体加工的各种不同区域，比如离子注入区、接触窗和压焊垫等。为了最终形成需要的图形，还要再次将光刻胶上的图形转移到下层的半导体晶片上。这种图形转移是利用刻蚀工艺选择性地将晶片上未被光刻胶掩蔽的区域去除形成沟槽，而完成开沟过程。从而可以继续进行离子注入、钝化保护、金属化等过程，比如在GPP二极管的加工过程中，开沟后可以在PN结的表面进行化学气相沉积(CVD)和玻璃钝化处理，实现器件的高信赖性。

目前半导体晶片的开沟工艺主要有两大类，即湿法刻蚀和干法刻蚀，两者都是经过光刻胶的涂覆、烘烤、曝光、显影、烘烤等工序后，在光刻胶的保护下有选择性的进行刻蚀开沟。

湿法刻蚀是将晶片沉浸在化学刻蚀剂中或将化学刻蚀剂喷淋到晶片表面通过化学反应完成刻蚀开沟的技术。刻蚀时间、刻蚀液的浓度变化以及温度控制都决定着刻蚀的一致性，图形复制的精度则依赖于过蚀刻、内切、选择性和侧边的各向同性/异性刻蚀等工艺参数。干法刻蚀是以气体为主要媒体的刻蚀方法，其中，主要有等离子体刻蚀、离子束刻蚀和反应离子刻蚀方法。等离子体刻蚀是在真空反应室内充入反应气体，电源能量在反应室中创建一个高频电场，将混合气体激发成为等离子状态，通过化学反应完成刻蚀。离子束刻蚀也叫溅射刻蚀，它是一种物理工艺，刻蚀时晶片被固定在真空反应室内负极固定器上，随后向反应室内导入氩气流，氩气便受到一对阴阳极的高能电子束流的作用，被离子化为带正电荷的高能状态，从而被吸向负极固定器上晶片，并且不断被加速而轰击进入暴露的晶片部分，从晶片表面炸掉一小部分。反应离子刻蚀结合了等离子体刻蚀和离子束刻蚀的原理，系统结构上和等离子体刻蚀相似，同时具有离子打磨能力。

湿法刻蚀作为传统刻蚀方法至今一直被广泛使用，这种方法具有设备要求简陋，作业简单易于掌握，具有一定的批量生产能力，成本有效性好等优点。但是它也存在不少的局限性，比如仅适用于3微米以上的图案尺寸，属于各向同性蚀刻导致边侧形成斜坡，需要配合冲洗和干燥步骤，使用的化学品有污染，批量生产的一致性控制非常困难，以及由于光刻胶的黏结力失效会导致过蚀刻或底切等不良后果。

干法刻蚀适用于图形尺寸小于3微米的精细刻蚀，晶片不需要液体化学品或者冲洗。然而在干法刻蚀中，残留的氧气会刻蚀光刻胶，并且反应室内的温度可高达200℃，一定的高温可以把光刻胶烘焙至难以从晶片上去除的状态，光刻胶受温度影响也会因流动倾向而使图案变形，在等离子体刻蚀中一个不希望的影响是光刻胶甚至会成为边侧聚合物沉积在刻试图案的边侧，属于物理工艺的离子束刻蚀离子打磨的选择性很差，另外因为离子化而形成的辐射损害也是一个问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种在半导体晶片表面利用激光刻蚀开沟的新方法，克服以往利用湿法或干法刻蚀进行开沟所存在的不足，丰富半导体晶片表面刻蚀开沟的加工工艺。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半导体晶片激光刻蚀开沟方法，利用激光束垂直辐射半导体晶片表面，伴随激光束与半导体晶片之间的相对移动，在移动路径上激光束以熔化并蒸发的方式刻蚀辐射区表层的材料，以此在半导体晶片表面形成沟槽；所述激光束采用紫外激光，波长为200～400纳米，频率为30～50千赫，单脉冲能量为100～200微焦耳。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，关于激光刻蚀深度可以通过改变激光束单脉冲能量、频率和相对移动速度来控制辐射区表层材料每次的刻蚀深度，在同一位置上重复刻蚀其刻蚀深度叠加。一般情况下，激光束单脉冲能量和频率与刻蚀深度呈正比，而相对移动速度与刻蚀深度呈反比。

2、上述方案中，关于激光刻蚀宽度可以通过改变激光斑点大小来控制辐射区表层材料每次的刻蚀宽度，平移刻蚀路径其刻蚀宽度叠加。

3、上述方案中，所述激光束与半导体晶片之间的相对移动一般通过可以自动控制的高精度运动机构来实现，比如高精度X、Y、Z轴运动机构；高精度二维平台加高精度旋转平台等，这些都为现有技术所提供。