Tsv盲孔的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于半導體制造領域，涉及一種TSV盲孔的制作方法。
【背景技術】
[0002] 采用硅通孔（TSV)技術的3D集成方法能提高器件的數據交換速度、減少功耗以 及提高輸入/輸出端密度等方面的性能。許多方法都可以實現硅通孔TSV集成工藝。最 為簡單的一種方法是采用一個硅中介層，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構，用來對彼此相 鄰放置的芯片形成電互連。采用中介層的方法使得終端產品設計者能迅速地把兩個芯片 集成在一起，而無需在單個芯片上制作TSV。迄今為止，TSV的發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] 在半導體三維集成電路技術中的TSV蝕刻技術是關鍵技術之一，目前業內普遍使 用Bosch蝕刻方法進行TSV蝕刻。Bosch工藝，也被稱作"切換式刻蝕工藝"，以氟的等離子 氣體化學方法刻蝕硅，在刻蝕過程中，加入刻蝕氣體刻蝕一段時間，然后再用碳氟等離子氣 體對刻蝕基底側壁鈍化，鈍化一段時間，之后再進行刻蝕，這樣循環地進行刻蝕和鈍化交替 加工；在實際刻蝕過程中，需要上百次的刻蝕與鈍化交替重復加工，來提高刻蝕的選擇性。
[0004] Bosch蝕刻方法的工藝特點通常會導致TSV盲孔側壁上部及底部存在環型扇貝花 紋（seallop)，扇貝花紋的尺寸在50nm~100nm左右，其會影響后續薄膜的沉積，形成缺陷， 導致電流泄露，最終影響到產品性能及可靠性。
[0005] 通常有兩種措施用以改善扇貝花紋現象：第一種是在完成TSV蝕刻之后增加額外 干法蝕刻步驟，對扇貝花紋進行處理；第二種是在TSV蝕刻之后，生長一層熱氧化層，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，該方法對扇貝花紋現象的改善程度為 20~30% ;對于形成并去除熱氧化層的方法，需要額外的熱預算，特別是對主要是后端制程 的3D-IC應用范圍受到限制，且目前的結果并不理想，改善程度小于10%。
[0006] 因此，提供一種新的TSV蝕刻方法以簡單有效的改善TSV側壁扇貝花紋現象、提高 后續薄膜工藝質量實屬必要。
【發明內容】
[0007] 鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種TSV盲孔的制作方 法，用于解決現有技術中TSV盲孔側壁具有環形扇貝花紋影響最終的產品性能及可靠性的 問題。
[0008] 為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種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第一預設時間，然后再用 碳氟等離子氣體對刻蝕表面進行鈍化并持續第二預設時間；
[0011] S3 :重復步驟S2若干次，循環地進行刻蝕和鈍化交替加工，直至刻蝕深度到達預 設深度，形成若干TSV盲孔；
[0012] S4 :將步驟S3獲得的結構浸泡在各向異性堿性蝕刻液中進行清洗。
[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，清洗時間是5分鐘。
[0019] 可選地，于所述步驟S3中，所述TSV盲孔側壁表面形成有環形扇貝花紋；于所述步 驟S4中采用各向異性堿性蝕刻液中進行清洗后，所述TSV盲孔側壁表面的環形扇貝花紋的 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盲孔側壁表面形成阻擋仔晶層的步 驟。
[0022] 如上所述，本發明的TSV盲孔的制作方法，具有以下有益效果：本發明在TSV干法 蝕刻步驟之后，利用堿性溶液對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盲孔側壁，從而得到 光滑的TSV側壁。本發明可以有效改善TSV側壁的環形扇貝花紋（seallop)現象，最終TSV 側壁的環形扇貝花紋高度小于10納米，改善程度大于80%，可以提高后續薄膜的工藝質量， 降低漏電流，提高產品的可靠性。
【附圖說明】
[0023] 圖1顯示為本發明的TSV盲孔的制作方法的工藝流程圖。
[0024] 圖2顯示為本發明的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顯示為本發明的TSV盲孔的制作方法中將圖3所示結構浸泡在各向異性堿性 蝕刻液中進行清洗后獲得的結構的剖面圖。
[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顯示為本發明的TSV盲孔的制作方法中步驟S3獲得的結構的SEM圖。
[0029] 圖10為圖9中虛線框所示區域的局部放大圖。
[0030] 圖11顯示為本發明的TSV盲孔的制作方法中步驟S4獲得的結構的SEM圖。
[0031] 圖12為圖11中虛線框所示區域的局部放大圖。
[0032] 元件標號說明
【主權項】
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第一預設時間，然后再用碳氟 等離子氣體對刻蝕表面進行鈍化并持續第二預設時間； 53 :重復步驟S2若干次，循環地進行刻蝕和鈍化交替加工，直至刻蝕深度到達預設深 度，形成若干TSV盲孔； 54 :將步驟S3獲得的結構浸泡在各向異性堿性蝕刻液中進行清洗。
2. 根據權利要求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. 根據權利要求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，清洗時間是5~30分鐘。
4. 根據權利要求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，清洗時間是10分鐘。
5. 根據權利要求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. 根據權利要求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，清洗時間是1~30分鐘。
7. 根據權利要求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，清洗時間是5分鐘。
8. 根據權利要求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盲孔側壁表面形成有環形扇貝花紋；于所述步驟S4中采用各向異性堿性蝕刻液中進行 清洗后，所述TSV盲孔側壁表面的環形扇貝花紋的高度小于10納米。
9. 根據權利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：于所述步驟S4后進一步 采用去離子水清洗。
10. 根據權利要求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盲孔側壁表面形成阻擋仔晶層的步驟。
【專利摘要】本發明提供一種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第一預設時間，然后再用碳氟等離子氣體對刻蝕表面進行鈍化并持續第二預設時間；S3：重復步驟S2若干次，循環地進行刻蝕和鈍化交替加工，直至刻蝕深度到達預設深度，形成若干TSV盲孔；S4：將步驟S3獲得的結構浸泡在各向異性堿性蝕刻液中進行清洗。本發明可以有效改善TSV側壁的環形扇貝花紋（scallop）現象，最終TSV側壁的環形扇貝花紋高度小于10納米，改善程度大于80%，可以提高后續薄膜的工藝質量，降低漏電流，提高產品的可靠性。
【IPC分類】H01L21-768
【公開號】CN104835776
【申請號】CN201410045878
【發明人】丁敬秀
【申請人】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
【申請日】2014年2月8日