[發明專利]一種通過自底向上填充實現通孔互聯的方法及其產品

有效

• 申請號: 201310168540.6
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103325700A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 廖廣蘭;薛棟民;史鐵林;宿磊;獨莉;張昆
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L21/288;H01L21/74;H01L23/528;H01L23/532
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于半導體封裝技術領域，更具體地，涉及一種通過自底向上填充實現通孔互聯的方法及其產品。?

背景技術

在過去幾十年中，集成電路工藝技術遵循著摩爾定律始終保持著高速的發展，芯片的性能得到了極大地提升，功耗和成本也大幅度地下降，但是電子封裝技術的發展卻相對緩慢，逐漸成為限制半導體技術發展的瓶頸之一，傳統的二維集成形式已經無法滿足消費電子、航空航天等行業對集成電路的速度和體積越來越高的要求，因此三維集成技術受到越來越多的重視和研究。在眾多的三維集成技術中，硅通孔互連技術（TSV）是一種新型的解決方案，它通過在硅片上制作Z軸方向的通孔，通孔內填充導電物質來實現不同芯片之間的互連。這種垂直方向的互連技術能夠減少芯片之間互連線的長度，從而可以解決芯片之間的時延問題，縮小芯片面積，提高集成密度，超越平面集成的局限，讓微電子產業繼續按照摩爾定律發展。?

TSV技術的關鍵之一在于通孔的填充實現電信號互連?，F有技術中通常采用電鍍的方式來執行通孔填充，其中一種通孔電鍍方式是在通孔內壁上濺射種子層，然后進行電鍍；這種電鍍方法由于是整個通孔在縱向上同時電鍍，需要特殊的電鍍設備，而且電鍍速度慢，對電鍍液要求高，在硅片表面的鍍層較厚，且會存在通孔上下端口先封閉，導致銅柱內部有孔洞、空心等缺陷，同時降低芯片的電性能和密封性，影響器件壽命。?

另一種通孔電鍍方式是自底向上電鍍技術，電鍍過程是銅從TSV通孔的一端開始沉積，沿通孔向上生長，最終填充整個通孔。自底向上的電鍍?方法一般需要提供一個通孔，采用輔助圓片作為電鍍陰極，或利用電鍍橫向生長的特性在圓片一面封閉硅通孔，由此實現自底向上的電鍍。與保形電鍍相比，自底向上的電鍍不需要特殊設備，速度快，而且對電鍍液的要求低，硅片表面的鍍層也可以控制。但是，此方法種子層制作一般需要額外的工藝步驟，如制作輔助圓片、輔助圓片臨時鍵合；或需要在待電鍍圓片背面預先進行種子層填充、電鍍；因此存在工藝流程長，效率低下等缺陷。?

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種通過自底向上填充實現通孔互聯的方法及其產品，其目的在于通過對通孔填充材料的生長機理及過程進行研究并相應調整工藝步驟，能夠以便于操控、低成本、高效率的方式執行通孔電鍍過程，并獲得填充效果更好的通孔互聯結構產品。?

按照本發明的一個方面，提供了一種通過自底向上填充實現通孔互聯的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：?

（a）在基片的一個表面上加工制得盲孔，并使得盲孔的深度不小于其直徑；?

（b）在加工制得盲孔的整個基片表面上依次生長絕緣層、阻擋層和種子層；?

（c）向所述種子層的表面上涂布光刻膠并填平盲孔，然后對光刻膠執行曝光及顯影處理，以使光刻膠僅在處于盲孔底部的種子層表面上殘留；?

（d）對基片上未被光刻膠覆蓋的種子層執行去除處理，在此過程中，盲孔底部的種子層由于受殘留光刻膠的保護而不受影響；?

（e）去除盲孔底部殘留的光刻膠，露出其底部的種子層；?

（f）向盲孔中填充導電材料，在此過程中，以盲孔底部的種子層作為引導介質，利用導電材料在盲孔內種子層與阻擋層之間的生長差異性完成?自底向上的生長；?

（g）對基片未加工盲孔的另一表面執行減薄處理，直至盲孔被形成為通孔，由此完成通孔互聯過程并獲得所需的通孔互聯結構產品。?

作為進一步優選地，在步驟（a）中，通過深反應離子刻蝕、激光燒蝕或濕法腐蝕來加工制得盲孔；所述盲孔的數量為1個或多個，其中盲孔孔徑在1微米～1000微米之間，深度在10微米～1000微米之間，并且盲孔的深度為其直徑的1～50倍。?

作為進一步優選地，在步驟（b）中，所述絕緣層的材料選自二氧化硅、氮化硅、三氧化二鋁、聚酰亞胺、聚對二甲苯、聚苯并環丁烯或光刻膠以及上述材料的混合物或復合體，并優選采用熱氧化、物理氣相淀積或化學氣相淀積的方式形成；所述阻擋層為鈦阻擋層、鈦-鎢雙層阻擋層、鈦-氮化鈦雙層阻擋層或鉭-氮化鉭雙層阻擋層，并優選采用原子層淀積、物理氣相淀積或化學氣相淀積的方式形成；所述種子層為銅或金等材料構成，并優選采用化學鍍、電化學嫁接、原子層淀積、物理氣相淀積或化學氣相淀積的方式形成。?

作為進一步優選地，在步驟（c）中，當向基片淀積有種子層的表面涂布光刻膠并填平盲孔之后，將其整體置真空環境中執行抽真空處理，由此排出盲孔內部殘留的氣泡使得光刻膠在盲孔中獲得充分填充。?