一种TSV通孔形貌及其刻蚀方法与流程

本发明涉及深硅刻蚀，具体涉及一种tsv通孔形貌及其刻蚀方法。

背景技术：

1、随着电子器件朝着小型化、多功能化、高功率密度方向发展，硅通孔(tsv)技术越来越受到业界的重视。硅通孔技术是用垂直硅通孔穿透基片完成电导通的方法，是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的核心工艺。

2、晶片上通孔的加工是tsv技术的核心。目前，通孔加工技术主要有两种：激光钻孔和深反应离子刻蚀，两者的特点见下表1所示：

3、表1不同通孔制作技术的热点

4、 制造工艺 孔径 伸宽比 粗糙度 均匀性 通孔角度 生产效率 成本 激光钻孔 ＞20μm ＞20 一般 差 约85度 低 一般 深硅刻蚀 ＜5μm 20 好 好 90度 高 高

5、激光技术作为一种不需掩膜的工艺，避免了光刻胶涂布、光刻曝光、显影和去胶等工艺步骤，已取得重大进展。但是激光钻孔也有不足，首先，无法满足更小孔径、高深宽比的通孔制作；其次硅融化后会快速凝固，易在通孔表面形成球形瘤，使得通孔内壁粗糙度较大，难以沉积连续绝缘层/种子层；再其次，激光技术中通孔内壁亚表面热损伤较大，影响填充后孔的可靠性，制作通孔尺寸精确度＜5μm。具体可参见图1、2，其中图1为激光钻孔形貌图，图2为激光钻孔亚表面热损伤区。

6、深硅刻蚀工艺包括湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法腐蚀工艺的优点是获得的结构几何尺寸较大、机械性能较好，湿法刻蚀凭借其工艺简单、成本较低等优势在加速度传感器、压力传感器等器件中有着广泛的应用。但是湿法腐蚀过程中需要使用大量的化学药品，会对环境产生污染，并且其只适合较粗的线宽(大于3μm)，同干法刻蚀的方向性好不同的是，由于湿法各项同性的刻蚀原理，最终也使得刻蚀图形的保真不理想。

7、深硅刻蚀工艺(bosch)干法刻蚀技术是当前主流的硅通孔刻蚀方法，深硅刻蚀能够形成深宽比相当高的垂直通孔。但是，由于在工艺过程中交替地使用含有不同等离子体的两步进行刻蚀，因此形成的通孔侧壁不光滑，凸凹不平，形似波浪，也被称为扇贝形貌(scalloping or roughness)，其尺寸一般在几十纳米到几百纳米不等。扇贝纹会导致后续填充的各层pvd种子层材料以及它们之间的界面不平滑，从而严重影响tsv的性能以及三维集成系统的可靠性。

8、为了解决上述问题，现有技术中常用的手段是对硅通孔侧壁进行平坦化处理，如公开号为cn103972161b的发明专利公开了一种用于硅通孔形貌修正的siconi蚀刻方法，公开号为cn105140174a的发明专利同样公开了一种tsv通孔侧壁的平坦化方法。对硅通孔侧壁进行平坦化处理已经被证明是一种可行的方案，并被业界普遍采用，但是该方法操作复杂，需要借助新的设备，增加新的操作步骤，制造成本高，效率低。

技术实现思路

1、基于此，本发明另辟蹊径，通过对深硅刻蚀贝壳纹的形貌进行重新设计来解决上述问题，且该结构仅仅通过改变传统bosch的参数即可实现，成本低，效率高。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种tsv通孔形貌，所述tsv通孔包括n个循环布设的“水滴形”贝壳纹，n≥1；

3、每个“水滴形”贝壳纹中，水平方向的最大刻蚀长度为x，垂直方向的刻蚀深度为y，x将垂直方向的刻蚀深度y一分为二，分别为y1和y2，其中，y1≤x＜y2；其中，所述水平方向为垂直通孔轴向的方向。

4、作为一种优选的实施方式，所述的tsv通孔，水平方向的刻蚀长度x为100nm，垂直方向的刻蚀深度y为250nm。

5、作为另一种优选的实施方式，水平方向的刻蚀长度x为100nm，垂直方向的刻蚀深度y为250nm，y1为100nm，y2为150nm。

6、进一步，水滴形”贝壳纹为上宽下窄结构或上窄下宽结构。

7、本发明还提供了上述tsv通孔形貌的刻蚀方法，具体为通过调整bosch工艺中的刻蚀参数实现。

8、本发明还提供了上述中所述的tsv通孔沉积电镀层的方法，优选的为pvd工艺。

9、进一步，当水滴形”贝壳纹为上窄下宽的结构，使用底部含有增强型负偏压的pvd机台进行沉积。

10、进一步，当水滴形”贝壳纹为上宽下窄的结构，使用底部不含有增强型负偏压的pvd机台进行沉积。

11、本发明通过将传统tsv通孔中的贝壳纹形貌进行改变，使其呈非对称“水滴纹”形貌，该改变仅仅通过调整刻蚀参数即可实现，且更有利于pvd和电镀工艺。

技术特征：

1.一种tsv通孔形貌，其特征在于，所述tsv通孔包括n个循环布设的“水滴形”贝壳纹，n≥1；

2.根据权利要求1所述的tsv通孔形貌，其特征在于，水平方向的刻蚀长度x为100nm，垂直方向的刻蚀深度y为250nm。

3.根据权利要求1所述的tsv通孔形貌，其特征在于，水平方向的刻蚀长度x为100nm，垂直方向的刻蚀深度y为250nm，y1为100nm，y2为150nm。

4.根据权利要求1所述的tsv通孔形貌，其特征在于，水滴形”贝壳纹为上宽下窄结构或上窄下宽结构。

5.权利要求1～4任一项所述的tsv通孔形貌的刻蚀方法，其特征在于，通过调整bosch工艺中的刻蚀参数实现。

6.权利要求1～4任一项中所述的tsv通孔沉积电镀层的方法，其特征在于，沉积工艺为pvd工艺。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当水滴形”贝壳纹为上窄下宽的结构，使用底部含有增强型负偏压的pvd机台进行沉积。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当水滴形”贝壳纹为上宽下窄的结构，使用底部不含有增强型负偏压的pvd机台进行沉积。

技术总结本发明涉及深硅刻蚀技术领域，具体涉及一种TSV通孔形貌及其刻蚀方法。该TSV通孔包括n个循环布设的“水滴形”贝壳纹，所述n≥1；每个“水滴形”贝壳纹中，水平方向的最大刻蚀长度为X，垂直方向的刻蚀深度为Y，X将垂直方向的刻蚀深度Y一分为二，分别为Y1和Y2，其中，Y1≤X＜Y2；其中，所述水平方向为垂直通孔轴向的方向。本发明另辟蹊径，通过对深硅刻蚀贝壳纹的形貌进行重新设计，即可解决后续PVD和电镀工艺难的问题，且该结构仅仅通过改变传统深硅刻蚀工艺(bosch)的参数即可实现，成本低，效率高。技术研发人员：葛晓明,郭峰,陶智坤,谭金萍受保护的技术使用者：湖北九峰山实验室技术研发日：技术公布日：2024/10/10