[发明专利]使用化学镀液的贯通电极的形成方法

说明书

本发明提供使用化学镀液的贯通电极的形成方法，上述贯通电极的形成方法具有如下工序：对于形成于基板的孔的侧壁，(1)使用至少含有钴离子或镍离子、络合剂、还原剂以及pH调节剂的化学镀钴液或化学镀镍液，在前述孔的入口至前述孔的中央部形成作为防止铜扩散的层的金属合金膜的工序；(2)使用至少含有钴离子或镍离子、络合剂、还原剂、pH调节剂以及具有氨基的聚合物的化学镀钴液或化学镀镍液，在前述孔的中央部至前述孔的底形成作为防扩散层的金属合金膜的工序；以及(3)使用化学镀铜液，在(1)工序以及(2)工序形成的防扩散层上层叠铜晶种层的工序。

技术领域

本发明涉及在硅基板上形成贯通电极的方法，详细而言，涉及在形成于基板的孔的侧壁利用化学镀法形成防止铜扩散的层、进而在该防扩散层上层叠铜晶种层的方法。

背景技术

Si贯通电极(through-silicon via、TSV)是指作为电子部件的半导体的安装技术之一，垂直地贯通硅制半导体芯片的内部的电极。

为了对应安装面积的省空间化、处理速度的改善、消耗电量的降低的课题，提出了在硅、玻璃、陶瓷等中形成贯通电极，层叠半导体芯片的方法，其中，盛行以在基材中使用硅的硅贯通导通孔(TSV)为中心的研究。TSV通过如下而形成：在硅基板中开贯通孔之后，在贯通孔侧壁形成硅氧化膜、聚酰亚胺等绝缘层，并在贯通孔内填充作为导电体的铜。

图1中示出TSV形成工序的一个例子。首先，在形成有布线层的晶圆中由DRIE等形成导通孔(图1的a)、形成绝缘用氧化膜、势垒金属层、进而对导通用晶种进行成膜之后(图1的b)，通过电镀在导通孔内部填充铜(图1的c)。用CMP去除在晶圆表层析出的多余的铜并且平坦化(图1的d)，然后切削晶圆背面进行薄层化，形成贯通至背面的TSV(图1的e)。将其介由焊料等的接合层沉积从而制成一个封装体(图1的f)。

作为导电体的铜通常通过电镀铜而填充，因此为了用于开始电镀铜的铜晶种层的形成以及防止铜在硅内扩散，需要在绝缘层与铜晶种层之间形成钽(Ta)、钛(Ti)合金等的防扩散层。防扩散层通常通过物理沉积(PVD)、化学沉积(CVD)而成膜，但存在在贯通孔的上部金属容易沉积，膜的阶梯覆盖率(贯通孔底部的膜厚与孔上部的膜厚的比)低的问题，足够的阶梯覆盖率是必要的。

此外，作为代替PVD、CVD的方法，提出了基于化学镀法的对于贯通孔侧壁的防扩散层、铜晶种层的成膜方法(专利文献1)，但即便在化学镀法中，在贯通孔上部金属容易沉积的情况也未发生变化，阶梯覆盖率的改善是必要的。

为了使贯通孔侧壁的膜厚均匀、改善阶梯覆盖率，通常使用自下而上剂(bottom-up agent)。专利文献2中作为自下而上剂，使用双-(3-磺基丙基)二硫醚那样的硫系有机化合物。此外，专利文献3提出了在化学镀镍液中添加聚亚乙基亚胺的方法。

对于基于化学镀法的防扩散层，在专利文献4中边调整硫系自下而上剂的添加量边进行处理，从而可以在贯通孔侧壁形成均匀膜厚的层。但是，在防扩散层形成时使用硫系自下而上剂之后，作为下一工序层叠铜晶种层时，向防扩散层上的铜的化学沉积反应受到抑制，抑制与铜相比更容易氧化的金属钴合金或镍合金由于铜的氧化而溶解、成为防扩散层与铜晶种层的层叠不良的原因。因此，渴望不使防扩散层消失、并且用于层叠铜晶种层的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-203914号公报

专利文献2：日本特开2010-185113号公报

专利文献3：日本特表2014-513213号公报

专利文献4：日本特开2013-251344号公报

发明内容

发明要解决的问题