[发明专利]一种硅通孔工艺中籽晶层的形成方法

说明书

本发明提供了一种硅通孔工艺中籽晶层的形成方法，包括：向硅通孔中进行第一次籽晶层淀积过程，在硅通孔中及其顶部外表面形成第一籽晶层；对第一籽晶层进行回流过程，形成具有光滑表面的第一籽晶层；向硅通孔中进行第二次籽晶层淀积过程，在第一籽晶层表面形成第二籽晶层。由于所制备的籽晶层具有光滑的表面，从而为后续的铜电镀提供了有利条件，有效避免了填充的铜内部产生空洞缺陷，提高了铜电镀工艺质量，并保证了硅通孔的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种硅通孔工艺中籽晶层的形成方法。

背景技术

在超大规模集成电路的工艺发展中，随着摩尔定律的进一步发展，部分工艺参数已经接近物理极限，如光刻工艺中的分辨率、器件中的栅工艺中的介质厚度、互连中的阻挡层厚度等。硅通孔工艺能够减小硅片的使用面积，提供硅利用率并缩短互连长度，从而可以进一步延伸并扩展摩尔定律，硅通孔(Through Silicon Via:TSV)已经成为研究的热点。硅通孔技术有2.5D，3D等，其中2.5D是硅(Si)转接板(interposer)，将不同功能的芯片如CPU(中央处理器)、Memory(存储器)等集成在硅通孔的硅转接板上，现在硅通孔已经在图像传感器、MEMS、射频/分离器件得到应用，今后将在图像传感器、逻辑与存储器等不同应用的集成中得到应用、以及通过硅通孔技术实现存储器在硅片纵向上的存储容量增加方面得到应用。

硅通孔工艺方法有：通孔优先，通孔居中，通孔最后。通孔优先是在器件形成前，首先进行通孔的光刻、刻蚀、衬垫淀积，然后进行导体的填充，这是为了防止后续工艺的金属污染，比较多的是采用多晶硅填充的，由于多晶硅填充的电阻比金属填充的要大，目前芯片厂采用这种方法并不多。通孔居中是在前道器件完成且在接触孔完成后进行硅通孔工艺，其包含刻蚀、介质衬垫材料的淀积，阻挡层淀积、金属填充及随后的化学机械研磨等工艺，硅通孔工艺之后是互连金属的工艺，目前业界普遍采用的是铜互连工艺。通孔最后的工艺，通常是在封装厂里完成的，是在芯片完成后，进行通孔的光刻、刻蚀，此种方法，需要克服对不同膜质材料的刻蚀，对刻蚀工艺要求比较高。上述三种硅通孔工艺中，通孔居中工艺成为业界主流的硅通孔工艺。

在通孔居中的硅通孔工艺中，铜电镀工艺是关键工艺步骤之一，铜电镀工艺的目的是要在硅通孔中填充铜，在铜电镀之前要进行籽晶层淀积，所淀积的籽晶层的光滑度将会影响到硅通孔中铜的填充效果，例如，籽晶层在硅通孔拐角处聚集形成尖角，将会减小硅通孔的铜电镀工艺窗口，造成填充的铜内部出现空洞缺陷；籽晶层表面凹凸不平甚至不连续，将会造成铜填充具有不同的填充速率，从而也会在填充的铜内部产生空洞缺陷，空洞缺陷不仅会影响硅通孔电阻，而且会严重影响到硅通孔的可靠性。

并且，由于硅通孔特征尺寸在5um-10um，硅通孔的深度在50-100um左右，其深宽比在5-10左右甚至高达到20，因此，在如此高的深宽比硅通孔中进行薄膜淀积常常造成硅通孔顶部拐角处薄膜聚集形成凸起或尖角，从而减小了后续铜填充的工艺窗口，严重影响了铜的填充质量。

此外，硅通孔刻蚀通常采用博世(Bosch)工艺，包括：首先利用刻蚀气体刻蚀出硅通孔、然后采用钝化工艺对刻蚀的硅通孔侧壁进行保护，接下来重复交替进行硅通孔的刻蚀与钝化工艺，从而完成高深宽比的硅通孔的刻蚀。实际工艺生产中，由于Bosch刻蚀工艺本身的限制，经常出现硅通孔侧壁不光滑的现象，这将造成后续的薄膜淀积工艺很难形成良好的侧壁覆盖率，进一步造成后续形成的籽晶层表面凹凸不平或不连续，从而严重影响铜填充的效果，在填充的铜内部出现空洞缺陷。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在改进现有的籽晶层淀积工艺，以期形成具有光滑表面的籽晶层。

为了达到上述目的，本发明提供了一种硅通孔工艺中籽晶层的形成方法，采用一具有硅通孔的半导体衬底，其包括：

步骤S01：向所述硅通孔中进行第一次籽晶层淀积过程，在所述硅通孔中及其顶部外表面形成第一籽晶层；