[發明專利]一種TSV填孔方法

有效

• 申請號: 201811130680.3
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109273403B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 趙飛;賈世旺;黨元蘭;劉曉蘭;徐亞新;周擁華;龔孟磊;莊治學
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

本發明公開了一種TSV填孔方法，屬于微電子組件技術領域。該方法在硅基片上進行刻蝕盲孔、研磨拋光形成通孔，接著通過通孔濺射、前處理、階梯電鍍等工藝，獲得填充率可達100％的TSV銅孔。本發明方法具有過程簡便、填充率高的優點，且方法簡單易行、一致性好，便于批量化生產，特別適用于高密度電氣互連應用，是實現高速、高頻、高密度組件的關鍵技術。

技術領域

本發明屬于微電子組件技術領域，具體涉及一種TSV填孔方法。

背景技術

隨著應用需求的不斷增多，電子產品發展速度加快，對組件的傳輸速度、使用頻率、集成度等都提出的更高的要求。TSV(Through Silicon Via，穿硅過孔)作為一種新興技術，特別適用于高速、高頻、高密度要求的組件中，發揮著至關重要的作用。

在TSV的制備過程中，填孔工序是關鍵工序，其填充質量直接影響著傳輸特性、熱特性、集成特性，是研究中的重點。目前，常用的TSV填孔有盲孔填鍍、通孔填鍍兩種。盲孔填鍍難度大，往往需要突破性改進，如改變孔內絕緣層斜坡狀態、消除盲孔底部殘余氣泡、改善電鍍液成分等，這些改進耗時費力、效果不佳。相比之下，通孔填鍍難度較低、便于操作，但面臨著表面Cu層過厚、填充率低的問題?，F有技術通過底部鍵合、電化學鍍等方式可以改善填充效果，但是過程仍然相對繁瑣。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種TSV填孔方法，該方法簡單易行，能夠極大地提升TSV孔的填充率。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種TSV填孔方法，其包括以下步驟：

(1)在Si基片正面進行光刻和刻蝕，形成孔徑為5～150μm、深度為100～350μm的盲孔，然后去膠；

(2)將步驟(1)處理后的基片背面進行研磨、拋光處理直至露出刻蝕孔，然后進行清洗、烘干，接著雙面生長SiO₂層，所述SiO₂層覆蓋基片的正反面以及孔內壁；

(3)將步驟(2)處理后的基片進行背面貼膜處理；

(4)將步驟(3)處理后的基片進行正面濺射處理，依次濺射Ti和Cu，其中，Ti厚度為400nm～800nm，Cu厚度為100nm～500nm；

(5)對步驟(4)處理后的基片進行刻蝕處理，去除基片正面及孔內上部的Cu濺射層，并依次進行流水清洗、水槍沖洗和氮氣吹干；

(6)將步驟(5)處理后的基片進行背面曝光處理，采用紫外光曝光60秒以上，之后揭膜；

(7)將步驟(6)處理后的基片用稀酸進行超聲清洗，接著依次水洗、水超聲、水洗；

(8)將步驟(7)處理后的基片采用階梯電流密度進行鍍銅處理，完成TSV孔的填充。

可選的，步驟(3)所述的對步驟(2)處理后的基片進行背面貼膜處理，具體為：采用貼膜機在硅片背面貼UV膜，并沿硅片邊緣切去多余的膜，切去多余膜時在UV膜上多留出一個角，以便于后續揭膜。

可選的，步驟(5)所述對步驟(4)處理后的基片進行刻蝕處理，去除基片正面及孔內上部的Cu濺射層，并依次進行流水清洗、水槍沖洗和氮氣吹干，具體包括以下步驟：

(501)將Si基片正面向下，懸浮放置在Cu刻蝕液中，所述Cu刻蝕液為HCl和FeCl₃的混合溶液，其中FeCl₃的濃度為2～5mol/L，HCl的濃度為1％～5％；

(502)控制刻蝕Cu時間為5～20秒，使基片正面的Cu以及孔內距正面孔口不大于1/3處的Cu被刻蝕掉；

(503)將步驟(502)處理后的基片置于流動的去離子水中進行沖洗，沖洗時間不少于5分鐘；