Tsv盲孔的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体制造领域，涉及一种TSV盲孔的制作方法。
【背景技术】
[0002] 采用硅通孔（TSV)技术的3D集成方法能提高器件的数据交换速度、减少功耗以 及提高输入/输出端密度等方面的性能。许多方法都可以实现硅通孔TSV集成工艺。最 为简单的一种方法是采用一个硅中介层，在该中介层上先刻蚀出通孔并用金属(通常是用 金属铜）进行填充。这种中介层也可以具有镶嵌工艺形成的多层互连结构，用来对彼此相 邻放置的芯片形成电互连。采用中介层的方法使得终端产品设计者能迅速地把两个芯片 集成在一起，而无需在单个芯片上制作TSV。迄今为止，TSV的发展主要集中在了中通孔 (via-middle)方式和后通孔（via-last)这两种方式上，这两种方式都是在有源芯片上制 作形成TSV。在中通孔方案中，它是在金半接触/晶体管形成以后，但是在后端工序（BE0L) 之前，在晶圆上刻蚀制作出TSV。在后通孔方案中，它是在后端工艺（BE0L)之后，再在减薄 晶圆的背面刻蚀制作出TSV。
[0003] 在半导体三维集成电路技术中的TSV蚀刻技术是关键技术之一，目前业内普遍使 用Bosch蚀刻方法进行TSV蚀刻。Bosch工艺，也被称作"切换式刻蚀工艺"，以氟的等离子 气体化学方法刻蚀硅，在刻蚀过程中，加入刻蚀气体刻蚀一段时间，然后再用碳氟等离子气 体对刻蚀基底侧壁钝化，钝化一段时间，之后再进行刻蚀，这样循环地进行刻蚀和钝化交替 加工；在实际刻蚀过程中，需要上百次的刻蚀与钝化交替重复加工，来提高刻蚀的选择性。
[0004] Bosch蚀刻方法的工艺特点通常会导致TSV盲孔侧壁上部及底部存在环型扇贝花 纹（seallop)，扇贝花纹的尺寸在50nm~100nm左右，其会影响后续薄膜的沉积，形成缺陷， 导致电流泄露，最终影响到产品性能及可靠性。
[0005] 通常有两种措施用以改善扇贝花纹现象：第一种是在完成TSV蚀刻之后增加额外 干法蚀刻步骤，对扇贝花纹进行处理；第二种是在TSV蚀刻之后，生长一层热氧化层，然后 去除该热氧化层。然而此两种方法效果并不理想，且有以下问题：对于增加额外干法蚀刻的 方法，需要选择合适的气体和条件，且均匀性将变差，该方法对扇贝花纹现象的改善程度为 20~30% ;对于形成并去除热氧化层的方法，需要额外的热预算，特别是对主要是后端制程 的3D-IC应用范围受到限制，且目前的结果并不理想，改善程度小于10%。
[0006] 因此，提供一种新的TSV蚀刻方法以简单有效的改善TSV侧壁扇贝花纹现象、提高 后续薄膜工艺质量实属必要。
【发明内容】
[0007] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种TSV盲孔的制作方 法，用于解决现有技术中TSV盲孔侧壁具有环形扇贝花纹影响最终的产品性能及可靠性的 问题。
[0008] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种TSV盲孔的制作方法，至少包 括以下步骤：
[0009] S1 :提供一娃基板，在所述娃基板表面形成一掩膜层并图形化，形成TSV盲孔掩模 图形；
[0010] S2:以氟的等离子气体干法刻蚀所述硅基板正面并持续第一预设时间，然后再用 碳氟等离子气体对刻蚀表面进行钝化并持续第二预设时间；
[0011] S3 :重复步骤S2若干次，循环地进行刻蚀和钝化交替加工，直至刻蚀深度到达预 设深度，形成若干TSV盲孔；
[0012] S4 :将步骤S3获得的结构浸泡在各向异性碱性蚀刻液中进行清洗。
[0013] 可选地，所述各向异性碱性蚀刻液为TMAH溶液。
[0014] 可选地，所述TMAH溶液的浓度范围是lwt%~5wt%，温度范围是15~50°C，清洗 时间是5~30分钟。
[0015] 可选地，所述TMAH溶液的浓度是2. 7wt%，温度是30°C，清洗时间是10分钟。
[0016] 可选地，所述各向异性碱性蚀刻液为NH40H溶液。
[0017] 可选地，所述NH40H溶液的浓度范围是0.Olwt%~5wt%，温度范围是15~50°C， 清洗时间是1~30分钟。
[0018] 可选地，所述NH40H溶液的浓度是0. 05wt%，温度是30°C，清洗时间是5分钟。
[0019] 可选地，于所述步骤S3中，所述TSV盲孔侧壁表面形成有环形扇贝花纹；于所述步 骤S4中采用各向异性碱性蚀刻液中进行清洗后，所述TSV盲孔侧壁表面的环形扇贝花纹的 高度小于10纳米。
[0020] 可选地，于所述步骤S4后进一步采用去离子水清洗。
[0021] 可选地，于所述步骤S4后，还包括在所述TSV盲孔侧壁表面形成阻挡仔晶层的步 骤。
[0022] 如上所述，本发明的TSV盲孔的制作方法，具有以下有益效果：本发明在TSV干法 蚀刻步骤之后，利用碱性溶液对娃的各向异性蚀刻特性，使用TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide，氢氧化四甲基铵）溶液或NH40H(氢氧化铵）溶液清洗TSV盲孔侧壁，从而得到 光滑的TSV侧壁。本发明可以有效改善TSV侧壁的环形扇贝花纹（seallop)现象，最终TSV 侧壁的环形扇贝花纹高度小于10纳米，改善程度大于80%，可以提高后续薄膜的工艺质量， 降低漏电流，提高产品的可靠性。
【附图说明】
[0023] 图1显示为本发明的TSV盲孔的制作方法的工艺流程图。
[0024] 图2显示为本发明的TSV盲孔的制作方法中在硅基板表面形成掩膜层并图形化的 示意图。
[0025] 图3显示为本发明的TSV盲孔的制作方法中在硅基板正面形成若干TSV盲孔的示 意图。
[0026] 图4显示为本发明的TSV盲孔的制作方法中将图3所示结构浸泡在各向异性碱性 蚀刻液中进行清洗后获得的结构的剖面图。
[0027] 图5至图8显示为硅的各向异性湿法蚀刻过程示意图。
[0028] 图9显示为本发明的TSV盲孔的制作方法中步骤S3获得的结构的SEM图。
[0029] 图10为图9中虚线框所示区域的局部放大图。
[0030] 图11显示为本发明的TSV盲孔的制作方法中步骤S4获得的结构的SEM图。
[0031] 图12为图11中虚线框所示区域的局部放大图。
[0032] 元件标号说明
【主权项】
1. 一种TSV盲孔的制作方法，其特征在于，至少包括以下步骤： Sl :提供一娃基板，在所述娃基板表面形成一掩膜层并图形化，形成TSV盲孔掩模图 形； S2:以氟的等离子气体干法刻蚀所述硅基板正面并持续第一预设时间，然后再用碳氟 等离子气体对刻蚀表面进行钝化并持续第二预设时间； 53 :重复步骤S2若干次，循环地进行刻蚀和钝化交替加工，直至刻蚀深度到达预设深 度，形成若干TSV盲孔； 54 :将步骤S3获得的结构浸泡在各向异性碱性蚀刻液中进行清洗。
2. 根据权利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述各向异性碱性蚀刻 液为TMH溶液。
3. 根据权利要求2所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述TMH溶液的浓度范 围是lwt%~5wt%，温度范围是15~50°C，清洗时间是5~30分钟。
4. 根据权利要求2所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述TMH溶液的浓度是 2. 7wt%，温度是30°C，清洗时间是10分钟。
5. 根据权利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述各向异性碱性蚀刻 液为NH4OH溶液。
6. 根据权利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述NH4OH溶液的浓度范 围是0.0 lwt%~5wt%，温度范围是15~50°C，清洗时间是1~30分钟。
7. 根据权利要求6所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：所述NH4OH溶液的浓度是 0. 05wt%，温度是30°C，清洗时间是5分钟。
8. 根据权利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：于所述步骤S3中，所述 TSV盲孔侧壁表面形成有环形扇贝花纹；于所述步骤S4中采用各向异性碱性蚀刻液中进行 清洗后，所述TSV盲孔侧壁表面的环形扇贝花纹的高度小于10纳米。
9. 根据权利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：于所述步骤S4后进一步 采用去离子水清洗。
10. 根据权利要求1所述的TSV盲孔的制作方法，其特征在于：于所述步骤S4后，还包 括在所述TSV盲孔侧壁表面形成阻挡仔晶层的步骤。
【专利摘要】本发明提供一种TSV盲孔的制作方法，至少包括以下步骤：S1：提供一硅基板，在所述硅基板表面形成一掩膜层并图形化，形成TSV盲孔掩模图形；S2：以氟的等离子气体干法刻蚀所述硅基板正面并持续第一预设时间，然后再用碳氟等离子气体对刻蚀表面进行钝化并持续第二预设时间；S3：重复步骤S2若干次，循环地进行刻蚀和钝化交替加工，直至刻蚀深度到达预设深度，形成若干TSV盲孔；S4：将步骤S3获得的结构浸泡在各向异性碱性蚀刻液中进行清洗。本发明可以有效改善TSV侧壁的环形扇贝花纹（scallop）现象，最终TSV侧壁的环形扇贝花纹高度小于10纳米，改善程度大于80%，可以提高后续薄膜的工艺质量，降低漏电流，提高产品的可靠性。
【IPC分类】H01L21-768
【公开号】CN104835776
【申请号】CN201410045878
【发明人】丁敬秀
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2014年2月8日