[發(fā)明專利]用于TSV絕緣層的超薄膜濕法制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010236669.2
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN101886286A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪紅;李光楊;丁桂甫;姚錦元;吳義伯;楊春生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C25D13/06
• 分類號: C25D13/06;C25D13/12
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微電子材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，特別是一種用于TSV(ThroughSilicon?Vias，硅通孔)絕緣層的超薄膜濕法制備方法。

背景技術(shù)

微電子工業(yè)的發(fā)展趨勢是提高性能、降低成本。傳統(tǒng)的二維小型化策略已經(jīng)達(dá)到了性能、功能多樣性和制造成本的極限，正在逐漸被三維半導(dǎo)體集成技術(shù)所取代。在各種3D集成技術(shù)中，基于TSV垂直互連的疊層封裝方式以其短距離互連和高密度集成的關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢，引領(lǐng)3D封裝技術(shù)發(fā)展的趨勢。TSV封裝包含一系列關(guān)鍵技術(shù)，硅深孔刻蝕成型，孔內(nèi)絕緣層、阻擋層和種子層的形成，以及硅通孔電鍍填充等。絕緣膜的存在可以防止互連材料銅和硅基底之間形成導(dǎo)電通道，從而提高芯片的電學(xué)可靠性和穩(wěn)定性。迄今為止，TSV互連結(jié)構(gòu)中的絕緣層、阻擋層以及種子層絕大多數(shù)采用干法工藝制備，到目前為止，用于產(chǎn)業(yè)化TSV互連技術(shù)中的絕緣層、阻擋層以及種子層幾乎都是采用干法技術(shù)。

干法技術(shù)存在的主要問題是集成成本過高，生長速度慢、不易和后續(xù)工藝兼容；另外，相關(guān)文獻(xiàn)指出，當(dāng)通孔的深寬比較大時，傳統(tǒng)的PVD(physical?vapor?deposition，物理氣相淀積)方法的臺階覆蓋性較差，因而難以在通孔內(nèi)部得到均勻的絕緣層、阻擋層和種子層，導(dǎo)致填充孔的導(dǎo)電膜品質(zhì)下降，雖然采用電離PVD系統(tǒng)可使深寬比較大的硅瞳孔覆蓋性能有所改善，但價(jià)格非常昂貴，同時也增加了工藝流程的復(fù)雜性。

濕法技術(shù)(包括電鍍、化學(xué)鍍、電泳涂裝)由于其工藝簡單、成本低及極好的臺階覆蓋率性，正受到越來越大的關(guān)注。

電泳鍍膜是一種濕法鈍化成膜技術(shù)，利用外加電場使懸浮于電泳液中的帶電微粒定向遷移并沉積于陰極或陽極基底表面。該技術(shù)具有阻斷導(dǎo)電通道，形成完整絕緣膜的能力，而且，絕緣層厚度可以通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)(電壓、電流、溫度)加以控制，因此，以電泳鍍膜方法制備硅通孔內(nèi)絕緣膜具有合理性和可行性。但是目前通用電泳鍍膜技術(shù)獲得的涂層厚度基本都在5p?m以上，過厚的絕緣層直接影響后續(xù)阻擋層和種子層的生長，由此可知現(xiàn)有的電泳鍍膜技術(shù)難以用于制備TSV絕緣層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)濺射方法在硅通孔表面生長絕緣層成本高、工藝復(fù)雜、臺階覆蓋性差的缺點(diǎn)，以及通用電泳鍍膜技術(shù)難以在深孔中獲得超薄絕緣層的種種不足，提供一種用于TSV絕緣層的超薄膜濕法制備方法。本發(fā)明工藝簡單、成本低廉、質(zhì)量良好的硅通孔絕緣層制造方法，通過電泳鍍膜技術(shù)，在外加超聲振蕩和旋轉(zhuǎn)電極的條件下，在硅表面生長不同材料的超薄絕緣膜，大大提高了硅通孔表面絕緣層的均勻性和絕緣性，工藝簡單，成本低。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明包括以下步驟：

<1>將經(jīng)過DRIE(deep?reaction?ion?etching，深反應(yīng)離子刻蝕)刻蝕的硅片與導(dǎo)電裝置連接為陽極或者陰極系統(tǒng)，作為導(dǎo)電裝置接電泳儀器的正極或者負(fù)極，構(gòu)成回路。

所述的硅片，經(jīng)過DRIE刻蝕出通孔的硅片，硅片的技術(shù)參數(shù)、DRIE的刻蝕參數(shù)隨著TSV的技術(shù)指標(biāo)變化而變化；所述的導(dǎo)電裝置具有良好的導(dǎo)電性，在電泳鍍膜過程中和電泳鍍膜溶液不發(fā)生反應(yīng)，而且能夠保證硅片表面電場分布均勻。

<2>將與導(dǎo)電裝置連接好的硅片放入電泳鍍膜溶液中。

所述的電泳鍍膜溶液，使用的電泳涂料的濃度為質(zhì)量百分比：10％-30％。

所述的電泳涂料為聚氨酯改性環(huán)氧樹脂、改性丙烯酸樹脂、改性丙烯酸聚氨酯樹脂、丙烯酸改性環(huán)氧樹脂的一種或兩種。

所述的電泳鍍膜，陰極電泳鍍膜中使用的陽極板或在陽極電泳鍍膜中使用的陰極板為不銹鋼、碳板、鈦件等表面不和電泳鍍膜液發(fā)生反應(yīng)的穩(wěn)定材料、惰性材料或者是經(jīng)過表面處理導(dǎo)電的非金屬材料等。

<3>打開電源開始電泳鍍膜。

其中所述的電泳電壓為30V-60V；電泳時間為：10S-60S；溫度25℃-32℃

其中所述的電泳鍍膜過程采用超聲振蕩，以及旋轉(zhuǎn)攪拌工藝，以保證電泳鍍膜溶液的均勻性，提高鍍膜液的傳質(zhì)能力，獲得超薄、均勻的電泳鍍膜。

<4>生長完畢后，關(guān)閉電源，將硅片從電泳鍍膜溶液中取出，用去離子水超聲清洗硅通孔，洗去懸浮涂料。

所述的超聲清洗的頻率為：25KHZ-68KHZ，旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)速為：50rmp-300rpm。

<5>將清洗干凈的電泳鍍膜硅片，進(jìn)行初次烘干、二次烘干處理。

其中所述的初次烘干溫度為：80℃-100℃；烘干時間為：10min-20min。