Tsv盲孔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及一種TSV盲孔的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用硅通孔（TSV)技術(shù)的3D集成方法能提高器件的數(shù)據(jù)交換速度、減少功耗以 及提高輸入/輸出端密度等方面的性能。許多方法都可以實(shí)現(xiàn)硅通孔TSV集成工藝。最 為簡(jiǎn)單的一種方法是采用一個(gè)硅中介層，在該中介層上先刻蝕出通孔并用金屬(通常是用 金屬銅）進(jìn)行填充。這種中介層也可以具有鑲嵌工藝形成的多層互連結(jié)構(gòu)，用來對(duì)彼此相 鄰放置的芯片形成電互連。采用中介層的方法使得終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)者能迅速地把兩個(gè)芯片 集成在一起，而無需在單個(gè)芯片上制作TSV。迄今為止，TSV的發(fā)展主要集中在了中通孔 (via-middle)方式和后通孔（via-last)這兩種方式上，這兩種方式都是在有源芯片上制 作形成TSV。在中通孔方案中，它是在金半接觸/晶體管形成以后，但是在后端工序（BE0L) 之前，在晶圓上刻蝕制作出TSV。在后通孔方案中，它是在后端工藝（BE0L)之后，再在減薄 晶圓的背面刻蝕制作出TSV。
[0003] 在半導(dǎo)體三維集成電路技術(shù)中的TSV蝕刻技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一，目前業(yè)內(nèi)普遍使 用Bosch蝕刻方法進(jìn)行TSV蝕刻。Bosch工藝，也被稱作"切換式刻蝕工藝"，以氟的等離子 氣體化學(xué)方法刻蝕硅，在刻蝕過程中，加入刻蝕氣體刻蝕一段時(shí)間，然后再用碳氟等離子氣 體對(duì)刻蝕基底側(cè)壁鈍化，鈍化一段時(shí)間，之后再進(jìn)行刻蝕，這樣循環(huán)地進(jìn)行刻蝕和鈍化交替 加工；在實(shí)際刻蝕過程中，需要上百次的刻蝕與鈍化交替重復(fù)加工，來提高刻蝕的選擇性。
[0004] Bosch蝕刻方法的工藝特點(diǎn)通常會(huì)導(dǎo)致TSV盲孔側(cè)壁上部及底部存在環(huán)型扇貝花 紋（seallop)，扇貝花紋的尺寸在50nm~100nm左右，其會(huì)影響后續(xù)薄膜的沉積，形成缺陷， 導(dǎo)致電流泄露，最終影響到產(chǎn)品性能及可靠性。
[0005] 通常有兩種措施用以改善扇貝花紋現(xiàn)象：第一種是在完成TSV蝕刻之后增加額外 干法蝕刻步驟，對(duì)扇貝花紋進(jìn)行處理；第二種是在TSV蝕刻之后，生長(zhǎng)一層熱氧化層，然后 去除該熱氧化層。然而此兩種方法效果并不理想，且有以下問題：對(duì)于增加額外干法蝕刻的 方法，需要選擇合適的氣體和條件，且均勻性將變差，該方法對(duì)扇貝花紋現(xiàn)象的改善程度為 20~30% ;對(duì)于形成并去除熱氧化層的方法，需要額外的熱預(yù)算，特別是對(duì)主要是后端制程 的3D-IC應(yīng)用范圍受到限制，且目前的結(jié)果并不理想，改善程度小于10%。
[0006] 因此，提供一種新的TSV蝕刻方法以簡(jiǎn)單有效的改善TSV側(cè)壁扇貝花紋現(xiàn)象、提高 后續(xù)薄膜工藝質(zhì)量實(shí)屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種TSV盲孔的制作方 法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中TSV盲孔側(cè)壁具有環(huán)形扇貝花紋影響最終的產(chǎn)品性能及可靠性的 問題。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種TSV盲孔的制作方法，至少包 括以下步驟：
[0009] S1 :提供一娃基板，在所述娃基板表面形成一掩膜層并圖形化，形成TSV盲孔掩模 圖形；
[0010] S2:以氟的等離子氣體干法刻蝕所述硅基板正面并持續(xù)第一預(yù)設(shè)時(shí)間，然后再用 碳氟等離子氣體對(duì)刻蝕表面進(jìn)行鈍化并持續(xù)第二預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0011] S3 :重復(fù)步驟S2若干次，循環(huán)地進(jìn)行刻蝕和鈍化交替加工，直至刻蝕深度到達(dá)預(yù) 設(shè)深度，形成若干TSV盲孔；
[0012] S4 :將步驟S3獲得的結(jié)構(gòu)浸泡在各向異性堿性蝕刻液中進(jìn)行清洗。
[0013] 可選地，所述各向異性堿性蝕刻液為TMAH溶液。
[0014] 可選地，所述TMAH溶液的濃度范圍是lwt%~5wt%，溫度范圍是15~50°C，清洗 時(shí)間是5~30分鐘。
[0015] 可選地，所述TMAH溶液的濃度是2. 7wt%，溫度是30°C，清洗時(shí)間是10分鐘。
[0016] 可選地，所述各向異性堿性蝕刻液為NH40H溶液。
[0017] 可選地，所述NH40H溶液的濃度范圍是0.Olwt%~5wt%，溫度范圍是15~50°C， 清洗時(shí)間是1~30分鐘。
[0018] 可選地，所述NH40H溶液的濃度是0. 05wt%，溫度是30°C，清洗時(shí)間是5分鐘。
[0019] 可選地，于所述步驟S3中，所述TSV盲孔側(cè)壁表面形成有環(huán)形扇貝花紋；于所述步 驟S4中采用各向異性堿性蝕刻液中進(jìn)行清洗后，所述TSV盲孔側(cè)壁表面的環(huán)形扇貝花紋的 高度小于10納米。
[0020] 可選地，于所述步驟S4后進(jìn)一步采用去離子水清洗。
[0021] 可選地，于所述步驟S4后，還包括在所述TSV盲孔側(cè)壁表面形成阻擋仔晶層的步 驟。
[0022] 如上所述，本發(fā)明的TSV盲孔的制作方法，具有以下有益效果：本發(fā)明在TSV干法 蝕刻步驟之后，利用堿性溶液對(duì)娃的各向異性蝕刻特性，使用TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide，氫氧化四甲基銨）溶液或NH40H(氫氧化銨）溶液清洗TSV盲孔側(cè)壁，從而得到 光滑的TSV側(cè)壁。本發(fā)明可以有效改善TSV側(cè)壁的環(huán)形扇貝花紋（seallop)現(xiàn)象，最終TSV 側(cè)壁的環(huán)形扇貝花紋高度小于10納米，改善程度大于80%，可以提高后續(xù)薄膜的工藝質(zhì)量， 降低漏電流，提高產(chǎn)品的可靠性。
【附圖說明】
[0023] 圖1顯示為本發(fā)明的TSV盲孔的制作方法的工藝流程圖。
[0024] 圖2顯示為本發(fā)明的TSV盲孔的制作方法中在硅基板表面形成掩膜層并圖形化的 示意圖。
[0025] 圖3顯示為本發(fā)明的TSV盲孔的制作方法中在硅基板正面形成若干TSV盲孔的示 意圖。
[0026] 圖4顯示為本發(fā)明的TSV盲孔的制作方法中將圖3所示結(jié)構(gòu)浸泡在各向異性堿性 蝕刻液中進(jìn)行清洗后獲得的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0027] 圖5至圖8顯示為硅的各向異性濕法蝕刻過程示意圖。
[0028] 圖9顯示為本發(fā)明的TSV盲孔的制作方法中步驟S3獲得的結(jié)構(gòu)的SEM圖。
[0029] 圖10為圖9中虛線框所示區(qū)域的局部放大圖。
[0030] 圖11顯示為本發(fā)明的TSV盲孔的制作方法中步驟S4獲得的結(jié)構(gòu)的SEM圖。
[0031] 圖12為圖11中虛線框所示區(qū)域的局部放大圖。
[0032] 元件標(biāo)號(hào)說明
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種TSV盲孔的制作方法，其特征在于，至少包括以下步驟： Sl :提供一娃基板，在所述娃基板表面形成一掩膜層并圖形化，形成TSV盲孔掩模圖 形； S2:以氟的等離子氣體干法刻蝕所述硅基板正面并持續(xù)第一預(yù)設(shè)時(shí)間，然后再用碳氟 等離子氣體對(duì)刻蝕表面進(jìn)行鈍化并持續(xù)第二預(yù)設(shè)時(shí)間； 53 :重復(fù)步驟S2若干次，循環(huán)地進(jìn)行刻蝕和鈍化交替加工，直至刻蝕深度到達(dá)預(yù)設(shè)深 度，形成若干TSV盲孔； 54 :將步驟S3獲得的結(jié)構(gòu)浸泡在各向異性堿性蝕刻液中進(jìn)行清洗。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述各向異性堿性蝕刻 液為TMH溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述TMH溶液的濃度范 圍是lwt%~5wt%，溫度范圍是15~50°C，清洗時(shí)間是5~30分鐘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述TMH溶液的濃度是 2. 7wt%，溫度是30°C，清洗時(shí)間是10分鐘。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述各向異性堿性蝕刻 液為NH4OH溶液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述NH4OH溶液的濃度范 圍是0.0 lwt%~5wt%，溫度范圍是15~50°C，清洗時(shí)間是1~30分鐘。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述NH4OH溶液的濃度是 0. 05wt%，溫度是30°C，清洗時(shí)間是5分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：于所述步驟S3中，所述 TSV盲孔側(cè)壁表面形成有環(huán)形扇貝花紋；于所述步驟S4中采用各向異性堿性蝕刻液中進(jìn)行 清洗后，所述TSV盲孔側(cè)壁表面的環(huán)形扇貝花紋的高度小于10納米。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：于所述步驟S4后進(jìn)一步 采用去離子水清洗。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：于所述步驟S4后，還包 括在所述TSV盲孔側(cè)壁表面形成阻擋仔晶層的步驟。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種TSV盲孔的制作方法，至少包括以下步驟：S1：提供一硅基板，在所述硅基板表面形成一掩膜層并圖形化，形成TSV盲孔掩模圖形；S2：以氟的等離子氣體干法刻蝕所述硅基板正面并持續(xù)第一預(yù)設(shè)時(shí)間，然后再用碳氟等離子氣體對(duì)刻蝕表面進(jìn)行鈍化并持續(xù)第二預(yù)設(shè)時(shí)間；S3：重復(fù)步驟S2若干次，循環(huán)地進(jìn)行刻蝕和鈍化交替加工，直至刻蝕深度到達(dá)預(yù)設(shè)深度，形成若干TSV盲孔；S4：將步驟S3獲得的結(jié)構(gòu)浸泡在各向異性堿性蝕刻液中進(jìn)行清洗。本發(fā)明可以有效改善TSV側(cè)壁的環(huán)形扇貝花紋（scallop）現(xiàn)象，最終TSV側(cè)壁的環(huán)形扇貝花紋高度小于10納米，改善程度大于80%，可以提高后續(xù)薄膜的工藝質(zhì)量，降低漏電流，提高產(chǎn)品的可靠性。
【IPC分類】H01L21-768
【公開號(hào)】CN104835776
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410045878
【發(fā)明人】丁敬秀
【申請(qǐng)人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2014年2月8日