[发明专利]制备电绝缘膜的方法及在通孔金属化中的应用

说明书

技术领域

总体而言，本发明涉及在质子介质中涂覆衬底表面的方法，特别是涂覆阻抗性硅基衬底的方法，所述硅基衬底具有能够被对抗铜扩散的阻挡层(copper diffusion barrier layer)涂覆的绝缘层。

背景技术

本发明的应用主要可用于微电子学领域，特别是用于使用铜对通孔(称为硅通孔或晶圆通孔或贯穿晶圆的互连线)进行金属化，这些通孔是电子芯片(或芯片块)三维(3D)集成或垂直集成的基础。本发明也可用于电子学的其它领域，在这些领域中，具有通孔的衬底需要使其电绝缘化并用铜层覆盖。在此上下文中，有可能会提到印刷电路板(或印刷线路板)中的互连元件的制造、或集成电路或微机电系统中的无源元件(比如电感器)或电磁元件的制造。

现代电子系统大多由多个集成电路或部件(components)组成，每个集成电路完成一种或多种功能。例如，计算机具有至少一个微处理器和多个存储电路。各个集成电路通常对应于在其自身封装(package)中的电子芯片。集成电路焊接或插入到例如在集成电路之间提供连接的印刷电路板(PCB)上。

依照第一种途径，对增大电子系统的功能密度的持续需求引发了片上系统的构思，执行所有系统功能所必需的所有部件和电路单元在相同的芯片上生产，而不使用印刷电路的支持。然而，实际上很难获得高性能的片上系统，因为制造例如逻辑电路和存储电路的方法实质上非常不同。因此，片上系统这一途径需要在同一芯片上产生的多种功能的性能之间接受折中。此外，此类芯片的尺寸及其制造效率将要达到其经济可行性的极限。

第二种途径在于在一个相同的封装内制造提供多个集成电路的互连的模块，该集成电路可以来自相同的半导体衬底或不同的衬底。如此获得的封装、或多芯片模块(MCM)是单元件的形式。MCM方式可以获得较高的互连密度，因此可以获得比传统的PCB方式更好的性能。然而，MCM方式与PCB方式并非从根本上不同。除封装的体积和重量外，MCM的性能还受限于寄生元件，该寄生元件和衬底的连接长度有关，并与将衬底或芯片连接至封装的引脚的引线接合(wire bonding)有关。

第三种途径称为三维(3D)集成或垂直集成，其特征在于芯片通过垂直互连层叠并连接在一起。所获得的层叠具有有源部件或芯片的多个层或阶层(strata)，且构成3D集成电路(或3D IC)。

3D集成的益处同时基于：

(1)性能改进，例如传输时间和耗散功率减少、与各个功能块之间的通讯加快相关的系统的运行速度的提高、各个功能块的通带增大、抗噪性(noise immunity)增大；

(2)成本改进，例如集成密度增大、由于使用了最适合于各个功能块的电子芯片的生产方法而使得制造产率更好、可靠性增大；以及

(3)通过层叠异质技术(或共集成)，即：使用不同的材料和/或不同的功能元件，提供了生产高度集成系统的可能性。

因此，3D集成如今已成为常规方式不可缺少的替代途径，常规方式就性能、功能多样化和生产成本而言将要达到它们的极限。3D集成的原理和优势已记载于例如：A.W.Topol等，“Three-dimensional integrated circuits”IBM Journal Res.& Dev.，no.4/5，2006年，7月/9月，50，491-506。

在层叠(例如通过结合)后，芯片可通过引线接合单独连接至封装的引脚。通常采用通孔进行芯片的彼此互连。

因此，用于生产3D集成电路所必需的基本技术特别包括硅晶圆的减薄、层之间的对准(alignment)、层的结合、各层内通孔的蚀刻和金属化。

硅晶圆的减薄可在制造通孔前进行(例如US No 7 060 624和US 7 148 565)。

或者，孔的蚀刻和金属化也可在减薄硅晶圆之前进行(例如US 7 060 624和US 7 101 792)。在此情况下，将封闭的孔(closed via)或盲孔(blind via)蚀刻至硅中，然后在减薄硅晶圆之前，将孔金属化至所需深度，由此获得通孔。

铜的良好导电性及其对电迁移现象(故障的主要原因)的高阻抗性(即在电流密度的影响下铜原子的低迁移性)使得铜特别成为用于通孔金属化的可选材料。

通常以类似于“镶嵌法(Damascene method)”(在微电子学领域中用于互连集成电路元件的制造)的方式生产3D集成电路的通孔，该方法包括以下一系列步骤：

-蚀刻进入硅晶圆的孔或穿过硅晶圆的孔；

-沉积绝缘电介质层；