一種環形硅深孔及環形硅深孔電極的制備方法技術

本發明專利技術提供一種環形硅深孔及環形硅深孔電極的制備方法，包括：提供一硅襯底，于所述硅襯表面制作具有環形窗口的光刻掩膜；采用深度反應離子刻蝕工藝刻蝕所述環形窗口下方的硅襯底，形成環形硅深孔；于所述環形硅深孔的表面形成絕緣層及阻擋層；于所述絕緣層表面形成種子層；于所述種子層表面電鍍銅，直至將所述環形硅深孔填滿；采用機械化學拋光法對所述硅襯底表面進行拋光。本發明專利技術提供了一種環形硅深孔以及能有效地在環形硅深孔內制作銅電極的方法，可以有效避免銅與硅襯底的分層現象，獲得性能穩定的硅深孔電極結構。本發明專利技術工藝簡單，可以有效提高產品的良率，適用于工業生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及硅穿孔
，特別是涉及。
技術介紹
娃穿孔(Through Silicon Via, TSV),也叫娃通孔,是一種穿透娃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，TSV可堆棧多片芯片，其設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，娃晶圓上以蝕刻或雷射方式鉆孔(via),再以導電材料如銅、多晶娃、鶴等物質填滿。此一技術能夠以更低的成本有效提聞系統的整合度與效能。TSV技術在三維封裝和三維集成電路中具有重要應用，對于跨入3D IC相當具有優勢。2006年4月韓國三星(Samsung)表示成功的將TSV技術應用在“晶圓級堆棧封裝”(Wafer level process stack package, WSP) NAND Flash 堆找的技術，堆找八個 2Gb NANDFlash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技術應用在DRAM的產品，共堆棧了 4顆512Mb的DRAM芯片。到目前為止，硅穿孔技術已廣泛應用于CMOS (CIS)影像傳感器、MEMS器件等領域，并逐步向其他芯片領域發展。然而，硅穿孔技術還有很多有待解決的問題。其中一個重要的問題是，具有TSV制程的電極在后續的可靠性測試中發現有分層的問題，位置本身并不固定，隨機發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，在未填滿的狀態下,Cu的填充厚度為TSV孔徑的四分之一。在兩種狀態下比較了孔徑和深寬比對應力數值的影響，同時也對兩種填充狀態進行了比較。比較過程中選擇了四個點，分別為位于頂端的Cu和SiO2內部的A、B點，以及位于TSV中間的Cu和SiO2內部的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Cu填充厚度為TSV孔徑的四分之一時，四個研究點處的應力均有了大幅度下降。并且點A和B處的應力變化趨勢也發生了改變，當Cu填滿時，兩個研究點處的應力隨著孔徑的增加而增加，而當Cu未填滿時，則是隨著孔徑的增加而減小。這主要是因為當Cu未填滿時，在孔的內部可以給Cu的塑性形變提供較大的空間，有利于應力的釋放。而當孔徑變大時，內部的空間也會隨之變大，Cu可以獲得更多的變形空間，從而使得殘余應力隨著孔徑的增加而變小。TSV目前有分層及孔洞現象，主要原因為銅跟硅之間的熱膨脹系數差的比較大，具體數值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象的新型結構實屬必要。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供，用于解決現有技術中硅深孔中的銅電極容易出現分層的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種環形硅深孔的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:I)提供一娃襯底,于所述娃襯底表面制作具有環形窗口的光刻掩膜；2)采用深度反應離子刻蝕工藝刻蝕所述環形窗口下方的硅襯底，形成環形硅深孔。作為本專利技術的環形硅深孔的制備方法的一種優選方案，所述環形硅深孔的內徑為10-?5μπι，外徑為 16~25 μ m。作為本專利技術的環形硅深孔的制備方法的一種優選方案，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。本專利技術還提供一種環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:I)提供一娃襯底，于所述娃襯底表面制作具有環形窗口的光刻掩膜；2)采用深度反應離子刻蝕工藝刻蝕所述環形窗口下方的硅襯底，形成環形硅深孔；3)于所述環形硅 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，直至將所述環形硅深孔填滿；6)采用機械化學拋光法對所述硅襯底表面進行拋光。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，所述環形硅深孔的內徑為10~15 μ m,外徑為16~25 μ m。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，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。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，步驟3)所述的絕緣層為二氧化硅層，所述的阻擋層為氮化鉭層及鉭層組成的疊層。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，步驟4)中，采用濺射法形成所述種子層，并于所述濺射銅靶外側增加一與所述濺射銅靶表面呈15~30°夾角的環形銅靶。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，步驟5)中，采用脈沖電鍍法進行電鍍銅，每個電鍍周期包括用于電鍍銅的20(T300ms正向電壓、用于電解銅的5(T100ms反向電壓以及10(T200ms的零電壓。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，所述正向電壓和反向電壓逐漸增大。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，步驟5)中，采用Cu2+含量為7(T90g/L、H+含量為55~75g/L，CF含量為3(T60ppm的鍍液進行電鍍。作為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法的一種優選方案，所述鍍液還包括濃度為1.5^3ml/L的加速劑聚二硫二丙烷磺酸鈉、濃度為2.5^4ml/L的抑制劑聚乙二醇、以及濃度為0.2~lml/L的平整劑苯并三唑。如上所述，本專利技術的環形硅深孔及環形硅深孔電極的制備方法，包括:提供一硅襯底，于所述硅襯表面制作具有環形窗口的光刻掩膜；采用深度反應離子刻蝕工藝刻蝕所述環形窗口下方的硅襯底，形成環形硅深孔；于所述環形硅深孔的表面形成絕緣層及阻擋層；于所述絕緣層表面形成種子層；于所述種子層表面電鍍銅，直至將所述環形硅深孔填滿；采用機械化學拋光法對所述硅襯底表面進行拋光。本專利技術提供了一種環形硅深孔以及能有效地在環形硅深孔內制作銅電極的方法，可以有效避免銅與硅襯底的分層現象，獲得性能穩定的硅深孔電極結構。本專利技術工藝簡單，可以有效提高產品的良率，適用于工業生產。【附圖說明】圖1顯示為現有技術中的柱形硅深孔電極分層現象的SEM圖。圖2a~圖2b顯示為填滿的和未填滿的硅深孔電極示意圖。圖3顯示為柱狀硅深孔和不同內徑的環形硅深孔的裂縫長度及能量釋放率的關系曲線圖。 圖4-圖8顯示為本專利技術的環形硅深孔及環形硅深孔電極的制備方法各步驟所呈現的結構示意圖。圖9-圖13顯示為本專利技術的環形硅深孔電極的制備方法各步驟所呈現的結構示意圖。元件標號說明101 硅襯底102 光刻掩膜103 環形硅深孔104 絕緣層及阻擋層105 種子層106 環形硅深孔電極【具體實施方式】以下通過特定的具體實例說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優點與功效。本專利技術還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本專利技術的精神下進行各種修飾或改變。請參閱3~圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種環形硅深孔的制備方法，其特征在于，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形窗口的光刻掩膜；2）采用深度反應離子刻蝕工藝刻蝕所述環形窗口下方的硅襯底，形成環形硅深孔。

【技術特征摘要】
1.一種環形硅深孔的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟: 1)提供一娃襯底，于所述娃襯底表面制作具有環形窗口的光刻掩膜； 2)采用深度反應離子刻蝕工藝刻蝕所述環形窗口下方的硅襯底，形成環形硅深孔。2.根據權利要求1所述的環形硅深孔的制備方法，其特征在于:所述環形硅深孔的內徑為10-?5μπι，外徑為16~25 μ m。3.根據權利要求1所述的環形硅深孔的制備方法，其特征在于: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。4.一種環形硅深孔電極的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟: O提供一娃襯底， 于所述娃襯底表面制作具有環形窗口的光刻掩膜； 2)采用深度反應離子刻蝕工藝刻蝕所述環形窗口下方的硅襯底，形成環形硅深孔； 3)于所述環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，直至將所述環形硅深孔填滿； 6)采用機械化學拋光法對所述硅襯底表面進行拋光。5.根據權利要求4所述的環形硅深孔電極的制備方法，其特征在于:所述環形硅深孔的內徑為10-?5μL?，外徑為16~25 μ m。6.根據權利要求4所述的環形硅深孔電極的制備方法，其特征在于:步驟2)中，對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李廣寧，沈哲敏，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31