[发明专利]一种TSV填孔方法

说明书

本发明公开了一种TSV填孔方法，属于微电子组件技术领域。该方法在硅基片上进行刻蚀盲孔、研磨抛光形成通孔，接着通过通孔溅射、前处理、阶梯电镀等工艺，获得填充率可达100％的TSV铜孔。本发明方法具有过程简便、填充率高的优点，且方法简单易行、一致性好，便于批量化生产，特别适用于高密度电气互连应用，是实现高速、高频、高密度组件的关键技术。

技术领域

本发明属于微电子组件技术领域，具体涉及一种TSV填孔方法。

背景技术

随着应用需求的不断增多，电子产品发展速度加快，对组件的传输速度、使用频率、集成度等都提出的更高的要求。TSV(Through Silicon Via，穿硅过孔)作为一种新兴技术，特别适用于高速、高频、高密度要求的组件中，发挥着至关重要的作用。

在TSV的制备过程中，填孔工序是关键工序，其填充质量直接影响着传输特性、热特性、集成特性，是研究中的重点。目前，常用的TSV填孔有盲孔填镀、通孔填镀两种。盲孔填镀难度大，往往需要突破性改进，如改变孔内绝缘层斜坡状态、消除盲孔底部残余气泡、改善电镀液成分等，这些改进耗时费力、效果不佳。相比之下，通孔填镀难度较低、便于操作，但面临着表面Cu层过厚、填充率低的问题。现有技术通过底部键合、电化学镀等方式可以改善填充效果，但是过程仍然相对繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种TSV填孔方法，该方法简单易行，能够极大地提升TSV孔的填充率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种TSV填孔方法，其包括以下步骤：

(1)在Si基片正面进行光刻和刻蚀，形成孔径为5～150μm、深度为100～350μm的盲孔，然后去胶；

(2)将步骤(1)处理后的基片背面进行研磨、抛光处理直至露出刻蚀孔，然后进行清洗、烘干，接着双面生长SiO₂层，所述SiO₂层覆盖基片的正反面以及孔内壁；

(3)将步骤(2)处理后的基片进行背面贴膜处理；

(4)将步骤(3)处理后的基片进行正面溅射处理，依次溅射Ti和Cu，其中，Ti厚度为400nm～800nm，Cu厚度为100nm～500nm；

(5)对步骤(4)处理后的基片进行刻蚀处理，去除基片正面及孔内上部的Cu溅射层，并依次进行流水清洗、水枪冲洗和氮气吹干；

(6)将步骤(5)处理后的基片进行背面曝光处理，采用紫外光曝光60秒以上，之后揭膜；

(7)将步骤(6)处理后的基片用稀酸进行超声清洗，接着依次水洗、水超声、水洗；

(8)将步骤(7)处理后的基片采用阶梯电流密度进行镀铜处理，完成TSV孔的填充。

可选的，步骤(3)所述的对步骤(2)处理后的基片进行背面贴膜处理，具体为：采用贴膜机在硅片背面贴UV膜，并沿硅片边缘切去多余的膜，切去多余膜时在UV膜上多留出一个角，以便于后续揭膜。

可选的，步骤(5)所述对步骤(4)处理后的基片进行刻蚀处理，去除基片正面及孔内上部的Cu溅射层，并依次进行流水清洗、水枪冲洗和氮气吹干，具体包括以下步骤：

(501)将Si基片正面向下，悬浮放置在Cu刻蚀液中，所述Cu刻蚀液为HCl和FeCl₃的混合溶液，其中FeCl₃的浓度为2～5mol/L，HCl的浓度为1％～5％；

(502)控制刻蚀Cu时间为5～20秒，使基片正面的Cu以及孔内距正面孔口不大于1/3处的Cu被刻蚀掉；

(503)将步骤(502)处理后的基片置于流动的去离子水中进行冲洗，冲洗时间不少于5分钟；