[发明专利]一种细节距高深宽比TSV种子层制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域一种制造或处理半导体或固体器件的方法, 具体涉及微电子加工工艺中的一种细节距高深宽比TSV种子层制作方法。

背景技术

随着半导体芯片特征尺寸遵循摩尔定律不断缩小，半导体器件的性能不断提高，但与此同时，互连性能却反而因为线宽的缩小而不断变差，使得互连线逐渐成为限制半导体芯片性能提高的瓶颈。硅穿孔或硅通孔（Through Silicon Via，TSV）有效使用半导体芯片的第三维，可以弥补传统半导体芯片仅二维布线的局限性，是解决半导体芯片互连瓶颈的重要方式。其制造工艺是通过在晶圆中形成金属立柱，并配以金属凸点，可以实现晶圆(芯片)之间或芯片与基板间直接的三维互连，这样可以弥补传统半导体芯片二维布线的局限性。这种互连方式与传统的堆叠技术如打线互联(Wire bonding)技术相比具有三维方向堆叠密度大、封装后外形尺寸小等优点，从而大大提高芯片的速度并降低功耗。因此，TSV技术已经被广泛认为是继键合、载带焊和倒装芯片之后的第四代封装技术，毫无疑问将逐渐成为高密度封装领域的主流技术。

TSV开发工艺包括在晶圆上通过刻蚀、激光钻孔等方式制作垂直导通孔，然后在导通孔内制作绝缘层、阻挡层和种子层沉积、填充金属、化学机械抛光、减薄以及随后的晶圆键合步骤。通过电镀工艺在TSV中填充金属时，通常必须先进行金属种子层的生成工艺，以防止出现孔洞等不连续现象。实践中该种子层的生成工艺使用较多的是利用物理气相淀积（PVD）技术。但是随着硅通孔的深宽比(Aspect Ratio)越来越大，利用物理气相淀积（PVD）工艺制作种子层的难度越来越大。比如，当深宽比>5:1时，PVD方式生成的种子层在硅通孔内连续性就会变差，甚至在接近TSV底部的侧壁处发生中断，影响电镀工艺效果。

针对上述问题，目前已知的技术有电离PVD或ALD，它们采用了纳米喷涂的方式，因此存在成本高的缺点。类似的技术还有电接枝技术，也是采用纳米技术在TSV的内壁形成表面活性共形膜，但该技术目前还不是很成熟。公开号为US20030139033A1的美国专利揭示了一种在介质层有凹槽(recessed region)情况下，在介质层上沉积铜时如何利用回流填充的工艺避免上述凹槽区域内出现孔洞的技术，以提高电互连的可靠性。但该技术中回流工艺的结果是铜将整个凹槽区域填平，不能满足沉积种子层的需要。

发明内容

针对上述对于TSV孔径较小时种子层沉积过程中容易发生的TSV口部封住的问题，本发明提供一种采用铜回流、等离子增强技术与PVD工艺相结合的种子层的制作方法。

一种细节距高深宽比TSV种子层制作方法，具体而言包括以下步骤： 

（1）在晶圆衬底上进行TSV制作和绝缘层淀积；

（2）利用PVD工艺在衬底表面和TSV孔内淀积铜种子层；

（3）将晶圆置于真空或低气压环境下加热至200-800℃进行回流，使铜种子层流动性增加，同时辅以等离子体轰击，在等离子体的轰击作用下，TSV口部的种子层会向下流动，同时TSV口部的种子层也会被反溅，使TSV口部被打开；

（4）继续利用PVD工艺在衬底表面和TSV孔内淀积铜种子层；

（5）再次进行第3步的回流和等离子体处理，促进铜种子层4向TSV中下部流动，TSV底部的铜被轰击后会反溅到种子层最薄弱的TSV中下部侧壁，使得铜种子层4在TSV孔内的连续性。

作为优选方案，上述TSV的孔径大小不超过10微米，深宽比不小于6:1范围。

上述低气压环境的气压值在小于10²Pa，回流温度在200-800℃范围。

在进行TSV孔内淀积铜种子层制程前，利用PVD工艺在TSV孔内先淀积一层阻挡层。

上述种子层在一定范围的低气压环境下还可以选择铜之外的金属，如钨、铝等。

与电离PVD或ALD等现有技术相比，本技术方案具有的技术优势在于，利用金属种子层在低气压环境下进行回流和等离子体处理，保证TSV口部不会被封住，实现多次种子层淀积。而且种子层的回流还能防止TSV内壁上因为刻蚀形成的扇形表面(scallop)对常规PVD工艺下种子层分布的影响，技术方案具有容易实现、成本低的明显优势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为已完成TSV刻蚀和绝缘层淀积的晶圆衬底；

图2为对图1所示的晶圆进行沉积金属种子层后的示意图；