[发明专利]改善深硅刻蚀晶圆硅柱缺陷的方法、结构及半导体器件

说明书

本发明涉及改善深硅刻蚀晶圆硅柱缺陷的方法、结构及半导体器件，其中结构包括晶圆衬底硅片，晶圆衬底硅片包括位于中部的有效图形区域和位于边缘的晶圆边缘去边区，有效图形区域内形成芯片单元阵列；有效图形区域形成对应于每个芯片单元的有效区硅通孔，晶圆边缘去边区形成阵列排布的去边区硅通孔，有效区硅通孔及去边区硅通孔通过BOSCH工艺同步刻蚀形成。本发明在晶圆边缘去边区增设去边区硅通孔，在对晶圆进行BOSCH刻蚀时，利用对去边区硅通孔的刻蚀去捕获更多的等离子体，令有效图形区域最外圈的有效区硅通孔刻蚀时的等离子体数量下降，提高了晶圆刻蚀速率的均匀性，减少了硅柱缺陷的形成，提升了可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及改善深硅刻蚀晶圆硅柱缺陷的方法、结构及半导体器件。

背景技术

深硅刻蚀工艺在硅上深沟槽、硅通孔（Through Silicon Vias,TSV）及等离子体切割等工艺中都有广泛的应用，特别是在MEMS器件加工过程中是一道重要的工艺。现有技术中的深硅刻蚀工艺通常采用BOSCH（博世）工艺，该工艺是一种周期性的加工工艺，即：刻蚀-钝化-刻蚀周期性交替进行，直至达到预设刻蚀深度。

BOSCH工艺刻蚀后的侧壁并不是光滑的，很容易产生硅柱缺陷，如图1所示，硅柱缺陷分为锯齿A和尖角B，因为刻蚀速率和钝化层沉积速率难以找到较好的平衡点，锯齿A和尖角B很难同时得以解决。当刻蚀速率大于钝化层沉积速率时，会加剧锯齿A的产生；当刻蚀速率小于钝化层沉积速率时，容易产生明显的尖角B。对于麦克风器件而言，衬底硅片100背面表面先用掩膜层200进行保护，在刻蚀区域开出刻蚀窗口，对刻蚀窗口进行深硅刻蚀以形成硅通孔100a，并通过硅通孔100a释放衬底硅片100和振膜之间的牺牲材料，形成振膜可动的背腔，每个刻蚀周期完成后对侧壁进行钝化层300沉积。一旦背腔的侧壁出现上述硅柱缺陷，该硅柱缺陷无论是锯齿还是尖角，均会对麦克风产品的可靠性造成影响。

为提高产量，一片晶圆的有效图形区域通常有多个芯片单元，这些芯片单元以阵列形式分布。有效图形区域位于晶圆的中部，有效图形区域的外圈（即晶圆边缘去边区）通常不设置芯片单元，晶圆边缘去边区在后续加工过程中会被进行去边处理。对于有效图形区域内的诸多芯片单元在深硅刻蚀过程中的刻蚀速率并不相同，越靠近晶圆中心的芯片单元刻蚀速率越小，越远离晶圆中心的芯片单元刻蚀速率越大，即分布在有效图形区域最外圈的芯片单元其刻蚀速率最大，这种刻蚀速率的差异化导致了最外圈的芯片单元硅柱缺陷最严重。

发明内容

本发明的目的是提高晶圆深硅刻蚀速率的均匀性，首先提出一种减少晶圆有效图形区域内形成硅柱缺陷的结构，有助于提升器件的良率及可靠性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

改善深硅刻蚀晶圆硅柱缺陷的结构，包括晶圆衬底硅片，所述晶圆衬底硅片包括位于中部的有效图形区域和位于边缘的晶圆边缘去边区，所述有效图形区域内形成芯片单元阵列；所述有效图形区域形成对应于每个芯片单元的有效区硅通孔，所述晶圆边缘去边区形成阵列排布的去边区硅通孔，所述有效区硅通孔及所述去边区硅通孔通过BOSCH工艺同步刻蚀形成。

进一步，所述去边区硅通孔沿晶圆的圆周周向间隔分布。

进一步，所述去边区硅通孔形成的同心圆阵列至少为一圈。

进一步，所述去边区硅通孔的截面积与所述有效区硅通孔的截面积相同。

进一步，所述去边区硅通孔的截面积大于所述有效区硅通孔的截面积。

进一步，所述去边区硅通孔形成的同心圆阵列至少为两圈。

进一步，所述有效区硅通孔为MEMS麦克风的背腔。

本发明还公开形成上述改善深硅刻蚀晶圆硅柱缺陷的结构的方法，包括：