[发明专利]一种通过自底向上填充实现通孔互联的方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，更具体地，涉及一种通过自底向上填充实现通孔互联的方法及其产品。 

背景技术

在过去几十年中，集成电路工艺技术遵循着摩尔定律始终保持着高速的发展，芯片的性能得到了极大地提升，功耗和成本也大幅度地下降，但是电子封装技术的发展却相对缓慢，逐渐成为限制半导体技术发展的瓶颈之一，传统的二维集成形式已经无法满足消费电子、航空航天等行业对集成电路的速度和体积越来越高的要求，因此三维集成技术受到越来越多的重视和研究。在众多的三维集成技术中，硅通孔互连技术（TSV）是一种新型的解决方案，它通过在硅片上制作Z轴方向的通孔，通孔内填充导电物质来实现不同芯片之间的互连。这种垂直方向的互连技术能够减少芯片之间互连线的长度，从而可以解决芯片之间的时延问题，缩小芯片面积，提高集成密度，超越平面集成的局限，让微电子产业继续按照摩尔定律发展。 

TSV技术的关键之一在于通孔的填充实现电信号互连。现有技术中通常采用电镀的方式来执行通孔填充，其中一种通孔电镀方式是在通孔内壁上溅射种子层，然后进行电镀；这种电镀方法由于是整个通孔在纵向上同时电镀，需要特殊的电镀设备，而且电镀速度慢，对电镀液要求高，在硅片表面的镀层较厚，且会存在通孔上下端口先封闭，导致铜柱内部有孔洞、空心等缺陷，同时降低芯片的电性能和密封性，影响器件寿命。 

另一种通孔电镀方式是自底向上电镀技术，电镀过程是铜从TSV通孔的一端开始沉积，沿通孔向上生长，最终填充整个通孔。自底向上的电镀 方法一般需要提供一个通孔，采用辅助圆片作为电镀阴极，或利用电镀横向生长的特性在圆片一面封闭硅通孔，由此实现自底向上的电镀。与保形电镀相比，自底向上的电镀不需要特殊设备，速度快，而且对电镀液的要求低，硅片表面的镀层也可以控制。但是，此方法种子层制作一般需要额外的工艺步骤，如制作辅助圆片、辅助圆片临时键合；或需要在待电镀圆片背面预先进行种子层填充、电镀；因此存在工艺流程长，效率低下等缺陷。 

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种通过自底向上填充实现通孔互联的方法及其产品，其目的在于通过对通孔填充材料的生长机理及过程进行研究并相应调整工艺步骤，能够以便于操控、低成本、高效率的方式执行通孔电镀过程，并获得填充效果更好的通孔互联结构产品。 

按照本发明的一个方面，提供了一种通过自底向上填充实现通孔互联的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤： 

（a）在基片的一个表面上加工制得盲孔，并使得盲孔的深度不小于其直径； 

（b）在加工制得盲孔的整个基片表面上依次生长绝缘层、阻挡层和种子层； 

（c）向所述种子层的表面上涂布光刻胶并填平盲孔，然后对光刻胶执行曝光及显影处理，以使光刻胶仅在处于盲孔底部的种子层表面上残留； 

（d）对基片上未被光刻胶覆盖的种子层执行去除处理，在此过程中，盲孔底部的种子层由于受残留光刻胶的保护而不受影响； 

（e）去除盲孔底部残留的光刻胶，露出其底部的种子层； 

（f）向盲孔中填充导电材料，在此过程中，以盲孔底部的种子层作为引导介质，利用导电材料在盲孔内种子层与阻挡层之间的生长差异性完成 自底向上的生长； 

（g）对基片未加工盲孔的另一表面执行减薄处理，直至盲孔被形成为通孔，由此完成通孔互联过程并获得所需的通孔互联结构产品。 

作为进一步优选地，在步骤（a）中，通过深反应离子刻蚀、激光烧蚀或湿法腐蚀来加工制得盲孔；所述盲孔的数量为1个或多个，其中盲孔孔径在1微米～1000微米之间，深度在10微米～1000微米之间，并且盲孔的深度为其直径的1～50倍。 

作为进一步优选地，在步骤（b）中，所述绝缘层的材料选自二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚苯并环丁烯或光刻胶以及上述材料的混合物或复合体，并优选采用热氧化、物理气相淀积或化学气相淀积的方式形成；所述阻挡层为钛阻挡层、钛-钨双层阻挡层、钛-氮化钛双层阻挡层或钽-氮化钽双层阻挡层，并优选采用原子层淀积、物理气相淀积或化学气相淀积的方式形成；所述种子层为铜或金等材料构成，并优选采用化学镀、电化学嫁接、原子层淀积、物理气相淀积或化学气相淀积的方式形成。 

作为进一步优选地，在步骤（c）中，当向基片淀积有种子层的表面涂布光刻胶并填平盲孔之后，将其整体置真空环境中执行抽真空处理，由此排出盲孔内部残留的气泡使得光刻胶在盲孔中获得充分填充。