[發(fā)明專利]一種環(huán)形硅深孔及環(huán)形硅深孔電極的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201310048397.7
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103985666A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李廣寧;沈哲敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/28
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅穿孔技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種環(huán)形硅深孔及環(huán)形硅深孔電極的制備方法。

背景技術(shù)

硅穿孔(Through?Silicon?Via,TSV)，也叫硅通孔，是一種穿透硅晶圓或芯片的垂直互連。TSV是一種讓3D?IC封裝遵循摩爾定律（Moore's?Law）的互連技術(shù)，TSV可堆棧多片芯片，其設(shè)計概念來自于印刷電路板（PCB）,在芯片鉆出小洞（制程又可分為先鉆孔及后鉆孔兩種,ViaFist，Via?Last），從底部填充入金屬,硅晶圓上以蝕刻或雷射方式鉆孔（via），再以導(dǎo)電材料如銅、多晶硅、鎢等物質(zhì)填滿。此一技術(shù)能夠以更低的成本有效提高系統(tǒng)的整合度與效能。

TSV技術(shù)在三維封裝和三維集成電路中具有重要應(yīng)用，對于跨入3D?IC相當(dāng)具有優(yōu)勢。2006年4月韓國三星（Samsung）表示成功的將TSV技術(shù)應(yīng)用在“晶圓級堆棧封裝”（Wafer?level?process?stack?package,WSP）NAND?Flash堆棧的技術(shù)，堆棧八個2Gb?NAND?Flash芯片，以雷射鉆孔打造出TSV制程，高度是0.56mm。2007年4月三星公布其以WSP技術(shù)應(yīng)用在DRAM的產(chǎn)品，共堆棧了4顆512Mb的DRAM芯片。到目前為止，硅穿孔技術(shù)已廣泛應(yīng)用于CMOS（CIS）影像傳感器、MEMS器件等領(lǐng)域，并逐步向其他芯片領(lǐng)域發(fā)展。

然而，硅穿孔技術(shù)還有很多有待解決的問題。其中一個重要的問題是，具有TSV制程的電極在后續(xù)的可靠性測試中發(fā)現(xiàn)有分層的問題，位置本身并不固定，隨機發(fā)生在通孔的上部和底部，如圖1的SEM圖所示，可以清晰的看到，分層發(fā)生在通孔的上部。

如圖2a~圖2b所示，將TSV分為Cu填滿和未填滿狀態(tài)，在未填滿的狀態(tài)下，Cu的填充厚度為TSV孔徑的四分之一。在兩種狀態(tài)下比較了孔徑和深寬比對應(yīng)力數(shù)值的影響，同時也對兩種填充狀態(tài)進行了比較。比較過程中選擇了四個點，分別為位于頂端的Cu和SiO₂內(nèi)部的A、B點，以及位于TSV中間的Cu和SiO₂內(nèi)部的C、D點。通過對Cu全填充和未填滿的情況的對比可以看到，當(dāng)Cu填充厚度為TSV孔徑的四分之一時，四個研究點處的應(yīng)力均有了大幅度下降。并且點A和B處的應(yīng)力變化趨勢也發(fā)生了改變，當(dāng)Cu填滿時，兩個研究點處的應(yīng)力隨著孔徑的增加而增加，而當(dāng)Cu未填滿時，則是隨著孔徑的增加而減小。這主要是因為當(dāng)Cu未填滿時，在孔的內(nèi)部可以給Cu的塑性形變提供較大的空間，有利于應(yīng)力的釋放。而當(dāng)孔徑變大時，內(nèi)部的空間也會隨之變大，Cu可以獲得更多的變形空間，從而使得殘余應(yīng)力隨著孔徑的增加而變小。

TSV目前有分層及孔洞現(xiàn)象，主要原因為銅跟硅之間的熱膨脹系數(shù)差的比較大，具體數(shù)值Si大致是2.3，Cu大致是17左右，但是因為Cu具有更好的導(dǎo)電能力，所以我們不希望將Cu替換掉。因此，提供一種有效避免銅在硅深孔中分層現(xiàn)象的新型結(jié)構(gòu)實屬必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)形硅深孔及環(huán)形硅深孔電極的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中硅深孔中的銅電極容易出現(xiàn)分層的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種環(huán)形硅深孔的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟：

1）提供一硅襯底，于所述硅襯底表面制作具有環(huán)形窗口的光刻掩膜；

2）采用深度反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕所述環(huán)形窗口下方的硅襯底，形成環(huán)形硅深孔。

作為本發(fā)明的環(huán)形硅深孔的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述環(huán)形硅深孔的內(nèi)徑為10~15μm，外徑為16~25μm。

作為本發(fā)明的環(huán)形硅深孔的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2）中，對所述硅襯底交替進行刻蝕與鈍化，采用SF₆氣體作為刻蝕氣體對所述硅襯底進行刻蝕，采用C₄F₈作為鈍化氣體對所述硅襯底進行鈍化。

本發(fā)明還提供一種環(huán)形硅深孔電極的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟：

1）提供一硅襯底，于所述硅襯底表面制作具有環(huán)形窗口的光刻掩膜；

2）采用深度反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕所述環(huán)形窗口下方的硅襯底，形成環(huán)形硅深孔；

3）于所述環(huán)形硅深孔的表面形成絕緣層及阻擋層；

4）于所述絕緣層表面形成種子層；

5）于所述種子層表面電鍍銅，直至將所述環(huán)形硅深孔填滿；

6）采用機械化學(xué)拋光法對所述硅襯底表面進行拋光。