本申請(qǐng)涉及微電子制造，特別地，涉及一種用于垂直互聯(lián)晶圓的方法。

背景技術(shù)：

1、摩爾定律一直是指導(dǎo)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的定律，在如今的時(shí)代摩爾定律卻被賦予了新的定義。國(guó)際半導(dǎo)體發(fā)展藍(lán)圖提出了3d?ic的技術(shù)方案，來推進(jìn)到后摩爾時(shí)代。而基于硅通孔(through?silicon?via,tsv)的異質(zhì)多芯片間三維互連技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高速而靈活的芯片間信號(hào)傳輸，被視為先進(jìn)封裝的重要賦能技術(shù)。

2、tsv形成芯片間垂直互連，有助于三維集成技術(shù)克服平面集成固有的技術(shù)局限，實(shí)現(xiàn)更高集成密度、更短互連，最終提供更高數(shù)據(jù)速率和帶寬。tsv通孔的制造通常包含深孔刻蝕、側(cè)壁介質(zhì)層沉積、側(cè)壁種子層沉積，金屬填充、化學(xué)機(jī)械拋光平坦化等工藝。目前在實(shí)現(xiàn)通孔的工藝中，主要有盲孔制造工藝路線，以及通孔制造工藝路線。

3、在盲孔制造工藝過程中，通常需要光刻膠定義孔的形狀，并以光刻膠體作為掩膜進(jìn)行boach工藝刻蝕硅，然后達(dá)到一定深度后，經(jīng)濕法清洗以去除殘留在孔內(nèi)的有機(jī)物，以及修復(fù)側(cè)壁刻蝕損傷，接著側(cè)壁爐管熱氧生長(zhǎng)介質(zhì)層，pvd沉積黏附層金屬擴(kuò)散阻擋層，完成上述工藝后金屬沉積，最后再經(jīng)過背面化學(xué)機(jī)械拋光，露出tsv通孔完成通孔制造。

4、tsv通孔的制造是目前3d?ic中最核心的技術(shù)，但面臨著以下難點(diǎn)也是目前技術(shù)中普遍存在的問題。

5、首先是側(cè)壁種子層的沉積，由于通孔深度與孔徑比值很大(高深寬比)，這增加了pvd側(cè)壁沉積種子層的難度。從技術(shù)上來講，需要很高的共性能力，來實(shí)現(xiàn)側(cè)壁以及底部金屬化。但目前的技術(shù)中存在著側(cè)壁種子層厚度均勻性差、薄膜質(zhì)量粗糙、導(dǎo)電性差、以及種子層的不連續(xù)等技術(shù)問題，這將大大影響了后續(xù)通孔填充金屬的質(zhì)量。

6、其次是金屬填充問題。由于cu具有良好的導(dǎo)電性，常常采用電鍍的方式進(jìn)行金屬填充，然而由于盲孔填充，金屬自下而上地生長(zhǎng)，這就需要電鍍的生長(zhǎng)方式是超共形狀生長(zhǎng)，也就是說在金屬生長(zhǎng)過程中，要盡可能地降低側(cè)壁生長(zhǎng)速度，提高底部生長(zhǎng)速度，同時(shí)也有抑制通孔開口處金屬的生長(zhǎng)速度，只有這樣才能保證電鍍的通孔空隙少，缺陷少。電鍍過程中，通常通過工藝優(yōu)化，例如減小電流密度，采用雙脈沖電源電鍍的方式，以及通過調(diào)整電鍍過程中晶圓的轉(zhuǎn)速等手段，以及采取添加劑的方式，諸如整平劑、抑制劑、加速劑、光亮劑等控制底部跟側(cè)壁以及開口處的金屬生長(zhǎng)速度來達(dá)到無缺陷通孔金屬填充。盡管通過以上調(diào)整能夠在小深寬比的場(chǎng)景下應(yīng)用，但對(duì)于高深寬比，依舊困難重重，電鍍?nèi)毕莺芏?。電鍍過程中微觀機(jī)理極為復(fù)雜，至今仍在不斷研究中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種用于垂直互聯(lián)晶圓的方法，解決了10：1以上高深寬比垂直互連晶圓的制造中金屬填充的問題，大大降低了電鍍填金屬的難度，實(shí)現(xiàn)的垂直互聯(lián)晶圓具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，金屬填充缺陷少，互聯(lián)延遲時(shí)間短等特點(diǎn)。

2、本申請(qǐng)的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將通過下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過本申請(qǐng)的實(shí)踐而習(xí)得。

3、根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種用于垂直互聯(lián)晶圓的方法，所述方法包括：在晶圓上刻蝕通孔；對(duì)所述晶圓濕法清洗，在所述晶圓外側(cè)壁以及所述通孔內(nèi)側(cè)壁依次設(shè)置介質(zhì)保護(hù)層和擴(kuò)散阻擋層；在所述晶圓的第一側(cè)沉積黏附層，并在所述黏附層上沉積金屬種子層；在所述金屬種子層上和所述通孔的端部電鍍金屬層；在所述晶圓的第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)將所述通孔進(jìn)行預(yù)潤(rùn)濕處理；在所述晶圓的第二側(cè)對(duì)所述通孔電鍍金屬填充。

4、在一些實(shí)施例中，在晶圓上刻蝕通孔中，所述方法包括：將晶圓濕法清洗，在所述晶圓的第二側(cè)涂覆光刻膠，并基于所述通口進(jìn)行圖案化處理；刻蝕晶圓，以得到孔槽；經(jīng)濕法工藝去除光刻膠以及光刻膠之外的有機(jī)殘留物；將所述晶圓的第一側(cè)減薄至所述孔槽連通所述晶圓的兩側(cè)。

5、在一些實(shí)施例中，在所述晶圓的第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)將所述通孔進(jìn)行預(yù)潤(rùn)濕處理之前，所述方法還包括：在所述金屬層上涂覆光刻膠，并根據(jù)布線形狀進(jìn)行圖案化處理；在所述晶圓的第二側(cè)貼附保護(hù)薄膜，對(duì)所述金屬層進(jìn)行濕法刻蝕；經(jīng)濕法工藝去除光刻膠，并去除保護(hù)薄膜。

6、在一些實(shí)施例中，在所述金屬種子層上和所述通孔的端部電鍍金屬層中，所述方法包括：所述金屬種子層上的金屬層電鍍和所述通孔端部的金屬層封口電鍍同時(shí)完成。

7、在一些實(shí)施例中，在所述晶圓外側(cè)壁以及所述通孔內(nèi)側(cè)壁依次設(shè)置介質(zhì)保護(hù)層和擴(kuò)散阻擋層中，所述方法包括：通過熱氧化工藝在所述晶圓外側(cè)壁以及所述通孔內(nèi)側(cè)壁形成氧化硅介質(zhì)保護(hù)層；通過cvd工藝在介質(zhì)保護(hù)層上形成氮化硅擴(kuò)散阻擋層。

8、在一些實(shí)施例中，所述黏附層采用鈦。

9、在一些實(shí)施例中，在將所述晶圓的第一側(cè)減薄至所述孔槽連通所述晶圓的兩側(cè)之后，所述方法還包括：對(duì)所述晶圓進(jìn)行拋光處理。

10、在一些實(shí)施例中，所述晶圓采用p型的高阻單晶硅。

11、在一些實(shí)施例中，在所述金屬種子層上和所述通孔的端部電鍍金屬層中，所述方法包括：電鍍初期將電鍍的電流密度調(diào)至第一密度值；電鍍達(dá)到第一預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)時(shí)，將電鍍的電流密度調(diào)至第二密度值。

12、在一些實(shí)施例中，所述第一密度值為0.01asd，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)為10min。

13、由以上本申請(qǐng)的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著的有益效果在于：采用本申請(qǐng)制備的三維垂直互聯(lián)晶圓，工藝流程簡(jiǎn)單；采用本申請(qǐng)制造三維垂直互聯(lián)晶圓，巧妙避開了側(cè)壁種子層沉積的問題，也巧妙避開pvd臺(tái)階覆蓋性差、側(cè)壁種子層缺陷多、種子層不連續(xù)、薄膜粗糙等問題；采用本申請(qǐng)制造的與雙層大馬士革工藝有異曲同工之妙，在實(shí)現(xiàn)底部種子層沉積的同時(shí)，制造了底層布線，大大提高了生產(chǎn)效率，簡(jiǎn)化了工藝。采用本申請(qǐng)可實(shí)現(xiàn)高深寬比垂直互聯(lián)晶圓的制造，深寬比可到達(dá)到10：1以上。采用本申請(qǐng)制造的垂直互聯(lián)晶圓，填充金屬缺陷少。

14、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請(qǐng)。

技術(shù)特征：

1.一種用于垂直互聯(lián)晶圓的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在晶圓上刻蝕通孔中，所述方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述晶圓的第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)將所述通孔進(jìn)行預(yù)潤(rùn)濕處理之前，所述方法還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述金屬種子層上和所述通孔的端部電鍍金屬層中，所述方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述晶圓外側(cè)壁以及所述通孔內(nèi)側(cè)壁依次設(shè)置介質(zhì)保護(hù)層和擴(kuò)散阻擋層中，所述方法包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述黏附層采用鈦。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在將所述晶圓的第一側(cè)減薄至所述孔槽連通所述晶圓的兩側(cè)之后，所述方法還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶圓采用p型的高阻單晶硅。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述金屬種子層上和所述通孔的端部電鍍金屬層中，所述方法包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一密度值為0.01asd，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)為10min。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及微電子制造技術(shù)領(lǐng)域，揭示了一種用于垂直互聯(lián)晶圓的方法。方法包括：在晶圓上刻蝕通孔；對(duì)晶圓濕法清洗，在晶圓外側(cè)壁以及通孔內(nèi)側(cè)壁依次設(shè)置介質(zhì)保護(hù)層和擴(kuò)散阻擋層；在晶圓的第一側(cè)沉積黏附層，并在黏附層上沉積金屬種子層；在金屬種子層上和通孔的端部電鍍金屬層；在晶圓的第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)將通孔進(jìn)行預(yù)潤(rùn)濕處理；在晶圓的第二側(cè)對(duì)通孔電鍍金屬填充。本申請(qǐng)解決了10：1以上高深寬比垂直互連晶圓的制造中金屬填充的問題，大大降低了電鍍填金屬的難度，實(shí)現(xiàn)的垂直互聯(lián)晶圓具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，金屬填充缺陷少，互聯(lián)延遲時(shí)間短等特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王晨星,陸原,楊云春,張拴,于新元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京賽萊克斯國(guó)際科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19