说明书一种去除深孔蚀刻后沟槽内残留物的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造方法，特别涉及一种去除深孔蚀刻后沟槽内残留物的方法。
背景技术
影像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓影像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。影像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程等等。影像传感器在人们的文化、体育、生产生活、科学研究中起到非常重要的作用。
硅蚀刻(SE)和深孔蚀刻(DV)是影像传感器，特别是超薄影像传感器制程中非常重要的步骤。超薄影像传感器的制程中，首先将区域二集成在一晶圆上形成第二片晶圆；将区域一集成在另一晶圆上，形成第一片晶圆；然后将第二片晶圆和第一片晶圆键合，并将所述第二片晶圆及第一片晶圆互连，形成超薄影像传感器，而在第二片晶圆和第一片晶圆的互连过程中，需要先在第一片晶圆的硅衬底上蚀刻形成沟槽，然后继续对沟槽进行蚀刻形成深孔，深孔即可连接第二片晶圆的金属层和第一片晶圆的金属层。采用现有的蚀刻技术，在深孔蚀刻后的缺陷检测中，会发现在沟槽内有严重的残留物，残留物经能量色散X射线光谱仪(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，简称为EDX)分析主要成分是Si和O，这些残留物对接下来的填铜阻挡层和填铜制程以及最终的可靠性有很大的影响，因此需要去除这些沟槽内的残留物。
经分析发现，DV蚀刻的薄膜中包含低介电层的薄膜，这种薄膜在高温的不含氟气体环境中会被破坏，因此DV蚀刻后的光阻去除不能使用高温去烧，只能用低温的蚀刻主机台，目前，低温的蚀刻主机台主要使用二氧化碳或低浓度的不含氟气体来去光阻。同时，DV蚀刻后,SE顶部的光阻残留小于SE沟槽内的光阻的厚度，在光阻的去除过程中,当SE沟槽顶部的光阻去除干净时，SE沟槽内仍有很厚的光阻残留,电浆轰击SE顶部的二氧化硅缓冲层将产生含硅和氧，硅和氧掉到SE沟槽内的光阻上,并且反应生成含硅和氧的聚合物，这种聚合物很难被有机化学品ST250清除。本发明的方法主要采用低浓度氟来阻止产生硅和氧的聚合物，从而达到去除DV蚀刻后SE沟槽内残留物，且由于氟的浓度低，不会大量蚀刻SE顶部的薄膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种去除深孔蚀刻后沟槽内残留物的方法，解决现有技术中DV蚀刻后沟槽后存在残留物的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种去除深孔蚀刻后沟槽内残留物的方法，包括以下步骤：
步骤1，提供晶圆键合结构；所述晶圆键合结构包括键合在一起的第一片晶圆和第二片晶圆，所述第一片晶圆顶部蚀刻形成沟槽，所述沟槽表面沉积有二氧化硅缓冲层，所述沟槽内蚀刻形成有用于连接所述第一片晶圆金属层和所述第二片晶圆金属层的深孔；所述沟槽顶部和沟槽内有残留有用于蚀刻所述深孔的光阻；
步骤2，在低温环境中，用不含氟气体去除所述沟槽顶部的光阻，至沟槽顶部的光阻消耗完露出所述二氧化硅缓冲层；
步骤3，继续在低温环境中通入低浓度含氟气体去除所述沟槽内的光阻，至沟槽内的光阻被去除干净；
步骤4，通入不含氟的反应气体去除所述沟槽内的残留光阻。
进一步，步骤3中，采用的含氟气体为CxHyFz(x,y,z＝0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)，所述含氟的浓度小于15％；所述反应温度小于80℃。
进一步，所述步骤3中，采用的含氟气体为氟化甲烷(CH3F)、三氟甲烷(CHF3)或二氟甲烷(CH2F2)的任意一种或几种混合。
进一步，所述步骤2和步骤4中，反应气体为氧气或二氧化碳。
进一步，所述氧气的气体流量为100～2500sccm，衬底温度小于100℃；所述二氧化碳的气体流量为100～2500sccm，衬底温度小于100℃。
进一步，所述步骤1中，在所述沟槽中形成深孔包括以下步骤：
步骤101提供第一片晶圆和第二片晶圆；所述第二片晶圆包括第一半导体衬底、形成在所述第一半导体衬底上的第一介电层以及形成在所述第一介电层中的第一金属层和形成在所述第一介电层表面的第一键合层，且所述第一金属层靠近所述第一键合层；所述第一片晶圆包括第二半导体衬底、形成在所述第二半导体衬底上的第二介电层以及形成在所述第二介电层中的第二金属层和形成在所述第二介电层表面的第二键合层，且所述第二金属层靠近所述第二键合层；所述第二片晶圆和第一片晶圆通过第一键合层和第二键合层键合在一起；
步骤102蚀刻部分第二半导体衬底，形成露出第二介电层的沟槽，并在第二半导体衬底和露出的第二介电层表面沉积二氧化硅缓冲层；
步骤103依次蚀刻部分二氧化硅缓冲层、第二介电层、第二金属层、第二键合层及部分第一键合层和第一金属层，形成用于连接所述第一金属层和第二金属层的深孔；所述沟槽顶部和沟槽内有残留有用于蚀刻所述深孔的光阻。
进一步，所述第一介电层和第二介电层为低K介电层。
进一步，所述第一半导体衬底和第二半导体衬底均为硅衬底。
本发明的有益效果是：本发明采用低浓度的含氟气体来阻止产生硅和氧的聚合物，不仅可以将DV蚀刻过程中沟槽内的残留物去除干净，而且含氟浓度适当，不会大量蚀刻沟槽顶部的薄膜，为后续填铜阻挡层和填铜制程提供良好的基础，大幅提高了影像传感器的可靠性。
附图说明
图1a～1c为本发明中蚀刻形成深孔的过程示意图；
图2为本发明一种去除深孔蚀刻后沟槽内残留物的方法的流程示意图；
图3a～3d为本发明方法各步骤的晶圆结构示意图；
图4为本发明一种去除深孔蚀刻后沟槽内残留物的方法的效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1a～1c所示，为本实施例中，在沟槽中蚀刻形成深孔的过程示意图，包括以下步骤：
步骤101提供第一片晶圆1和第二片晶圆2；所述第二片晶圆2包括第一半导体衬底3、形成在所述第一半导体衬底上的第一介电层4以及形成在所述第一介电层中4的第一金属层5和形成在所述第一介电层4表面的第一键合层6，所述第一金属层5靠近所述第一键合层6；所述第一片晶圆1包括第二半导体衬底7、形成在所述第二半导体衬底7上的第二介电层8以及形成在所述第二介电层8中的第二金属层9和形成在所述第二介电层8表面的第二键合层10，所述第二金属层9靠近所述第二键合层10；所述第二片晶圆2和第一片晶圆1通过第一键合层6和第二键合层10键合在一起， 如图1a所示；
步骤102蚀刻部分第二半导体衬底7，形成露出第二介电层8的沟槽，并在第二半导体衬底7和露出的第二介电层8表面沉积二氧化硅缓冲层11，如图1b所示；
步骤103依次蚀刻部分二氧化硅缓冲层11、第二介电层8、第二金属层9、第二键合层10及部分第一键合层6和第一金属层5，形成用于连接所述第一金属层5和第二金属层9的深孔；所述沟槽顶部和沟槽内有残留有用于蚀刻所述深孔的光阻12，如图1c所示。
本实施例中，所述第一半导体衬底3、第二半导体衬底7均为硅衬底，所述第一介电层4和第二介电层8均为低K介电层，优选的为黑钻石层(black diamond，简称BD)，黑钻石层含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物。
如图2所示，为本实施例中去除深孔蚀刻后沟槽内残留物的流程示意图，图3a～3d为各步骤的半导体元件结构示意图，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1，提供晶圆键合结构；所述晶圆键合结构包括键合在一起的第一片晶圆1和第二片晶圆2，所述第一片晶圆1顶部蚀刻形成沟槽，所述沟槽表面沉积有二氧化硅缓冲层11，所述沟槽内蚀刻形成有用于连接所述第一金属层5和所述第二金属层9的深孔；所述沟槽顶部和沟槽内有残留有用于蚀刻所述深孔的光阻12，如图3a所示；
步骤2，在低温环境中，用不含氟气体去除所述沟槽顶部的光阻12，至沟槽顶部的光阻消耗完露出所述二氧化硅缓冲层11，如图3b所示；本实施例中，采用的反应气体为氧气，所述氧气的气体流量为2000sccm，衬底温度为80℃，在其他实施例中，氧气的气体流量为100～2500sccm间的任意值，衬底温度小于100摄氏度即可去除沟槽顶部的光阻。在其他实施例中，还可以采用二氧化碳气体，二氧化碳气体的气体流量为100～2500sccm间的任意值，衬底温度小于100℃即可产生反应。
步骤3，继续在低温环境中通入低浓度含氟气体去除所述沟槽内的光阻12，至沟槽内的光阻12被去除干净，如图3c所示；本步骤中，采用的含氟气体为氟化甲烷(CH3F)、三氟甲烷(CHF3)或二氟甲烷(CH2F2)的任意一种，在其他实施例中，所述含氟气体为部分取代氟烷气体CxHyFz(x,y,z＝0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)的任意一种或几种混合，所述含氟的浓度小于15％；所述反应温度小于80℃即可，反应至沟槽内光阻被去除干净。
步骤4，通入不含氟气体去除所述沟槽内的残留光阻12，如图3d所示,实际效果图如图4所示。本实施例中，采用的反应气体为氧气，所述氧气的气体流量为2000sccm，衬底温度为80℃，在其他实施例中，氧气的气体流量为100～2500sccm间的任意值，衬底温度小于100摄氏度即可去除沟槽顶部的光阻。在其他实施例中，还可以采用二氧化碳气体，二氧化碳气体的气体流量为100～2500sccm间的任意值，衬底温度小于100℃即可产生反应。
本发明采用低浓度的含氟气体来阻止产生硅和氧的聚合物，不仅可以将DV蚀刻过程中沟槽内的残留物去除干净，而且含氟浓度适当，不会大量蚀刻沟槽顶部的薄膜，为后续填铜阻挡层和填铜制程提供良好的基础，大幅提高了影像传感器的可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。