[发明专利]硅通孔侧壁的平坦化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工艺方法，尤其是一种硅通孔侧壁的平坦化方法，属于硅通孔加工的技术领域。

背景技术

硅通孔的加工技术是TSV结构工艺中非常重要的一项关键技术，硅通孔的加工工艺影响和决定最终TSV结构的性能和可靠性。目前，硅通孔结构的加工技术主要包括激光开孔、湿法各向异性刻蚀、反应离子刻蚀技术以及Bosch（博世）刻蚀工艺等。其中Bosch刻蚀工艺具有高的刻蚀速率、非常好的形貌控制性，并且对掩膜具有高的选择比，因此受到了人们的广泛关注，成为目前2.5D/3D封装技术中硅通孔加工的主流技术。

尽管Bosch工艺在硅通孔加工过程中具有很多的优点，但是由于其加工过程中刻蚀与钝化交替进行，因此在TSV通孔内侧壁产生贝壳状侧壁结构，该侧壁结构影响后续介质层、阻挡层、种子层的均匀沉积，进而影响铜电镀填充工艺以及器件性能。此外，贝壳状结构会导致TSV孔内工作过程中应力、电场不均匀分布，从而影响器件可靠性，加速器件失效。因此对TSV通孔内侧壁形貌的控制，制备具有光滑侧壁结构的TSV通孔结构具有非常重要的意义。

针对上述问题，公开号为102315157A文件中提出通过对TSV通孔进行热氧化处理，然后去除氧化硅层的方法对TSV孔内贝壳状侧壁结构进行修复，利用热氧化以后硅/氧化硅界面相对原贝壳状结构形貌大大改善。但是公开文件中提到工艺温度较高（900-1400℃），大大限制了该工艺的应用范围。因此，开发TSV孔内贝壳状形貌平坦化新工艺具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种硅通孔侧壁的平坦化方法，其工艺步骤简单，工艺温度低，能对TSV的侧壁进行有效平坦化，便于TSV内加工的可靠性，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，一种硅通孔侧壁的平坦化方法，所述侧壁平坦化方法包括如下步骤：

a、提供基板，并对所述基板进行刻蚀，以在所述基板内得到深孔；

b、对所述基板进行氧等离子体环境下的氧等离子体氧化或氧等离子体阳极氧化，以在所述深孔的侧壁上形成氧化绝缘层；所述氧等离子体的氧化过程中基板的温度为200℃~600℃；

c、利用等离子体刻蚀去除上述深孔侧壁的氧化绝缘层；

d、重复上述步骤b及步骤c，直至深孔侧壁达到所需的光滑度。

所述基板为硅基板。

所述基板利用光刻胶或硬模板为掩膜刻蚀得到深孔。

所述基板利用光刻胶为掩膜时，刻蚀得到深孔后，去除基板上的光刻胶，并对基板进行清洗。

所述氧化绝缘层为二氧化硅层，氧化绝缘层的厚度小于2μm。

所述基板利用硬掩膜为掩膜时，刻蚀得到深孔后，对基板进行清洗。

所述硬掩膜为氮化硅层。

深孔的侧壁达到所需的光滑度后，在深孔内设置侧壁氧化层、阻挡层、种子层以及金属导体，所述侧壁氧化层覆盖在深孔的侧壁，阻挡层位于种子层与侧壁氧化层间，金属导体填充在深孔内，种子层包裹在金属导体的外圈。

本发明的优点：采用等离子体氧化和等离子体刻蚀交替处理的方法，对TSV孔内结构进行平坦化处理，能大大改善贝壳状形貌，并能得到具有光滑侧壁结构的TSV硅通孔。根据工艺需要，上述等离子体氧化、刻蚀工艺可以多次重复交替进行，进一步优化侧壁结构。

本发明得到具有光滑侧壁结构的TSV硅通孔结构，从而降低后续TSV结构组装难度，例如介质层、阻挡层、种子层的均匀连续沉积。

本发明中等离子体氧化和等离子体刻蚀工艺可以在低温（200至600℃）条件下进行，从而本发明可以适合于转接板工艺、via first（先钻孔）工艺以及via middle（中间钻孔）工艺，具有重要的应用价值。

本发明采用等离子体氧化和等离子体刻蚀交替进行的方法，可以一定程度上避免等离子体氧化过程中形成的氧化硅层对后续氧化过程的抑制作用，提高氧化速率和效率。

本发明上述等离子体氧化和等离子体刻蚀工艺有利于在设备上实现工艺集成，降低工艺成本，提高效率。

附图说明

图1~图4为本发明实施例1的具体实施工艺步骤剖视图，其中

图1为本发明利用光刻胶为掩膜刻蚀得到深孔后的剖视图。

图2为本发明去除光刻胶后的剖视图。

图3为本发明得到氧化绝缘层后的剖视图。

图4为本发明去除氧化绝缘层以对降低深孔侧壁的粗造度的剖视图。

图5~图8为本发明实施例2的具体实施工艺步骤剖视图，其中