[发明专利]一种提高TSV热机械可靠性的复合结构及其制造方法

权利要求书

1.一种TSV复合结构，包括：

形成在晶圆上的盲孔；

设置在所述盲孔内表面上的绝缘层；以及

填充所述盲孔的导电金属，所述导电金属包括处于顶部的细晶区以及处于中部和底部为粗晶区，所述细晶区的晶粒直径不大于所述粗晶区的晶粒直径，所述细晶区内分散碳纳米管CNT。

2.如权利要求1所述的TSV复合结构，其特征在于，所述碳纳米管CNT是直径小于10nm，长度小于100nm。

3.如权利要求1所述的TSV复合结构，其特征在于，所述细晶区的晶粒直径在0.05～0.5微米的范围内，所述粗晶区的晶粒直径在0.5～5微米的范围内。

4.如权利要求1所述的TSV复合结构，其特征在于，所述细晶区的高度与TSV的直径的比值在0.2～2之间。

5.一种TSV复合结构的制造方法，包括：

在晶圆上制作TSV盲孔；

在所述TSV盲孔的内表面上形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成种晶层；

在所述种晶层上形成电镀掩膜；

进行电镀Cu，填充TSV的底部和中部区域，形成粗晶区；

进行Cu/碳纳米管CNT复合电镀，填充TSV的顶部区域，形成细晶区，其中所述细晶区的晶粒直径不大于所述粗晶区的晶粒直径；以及

去除掉干膜、绝缘层、种晶层和电镀溢出的Cu部分。

6.如权利要求5所述的TSV复合结构的制造方法，其特征在于，电镀Cu的工艺包括：

配置基础电镀液：电镀Cu镀液采用甲基磺酸体系，其中甲基磺酸铜80g/L，甲基磺酸20g/L，氯离子50ppm；

增加添加剂：加速剂DVF-B 5.5ml/L，抑制剂DVF-C 20ml/L，整平剂DVF-D5ml/L，并用磁控搅拌器进行搅拌；

对晶圆进行预浸润和抽真空处理；

将晶圆和Cu阳极平行放入镀液，电压10V，电流10mA/cm²，进行电镀；

待TSV底部和中部填充完毕后，取出晶圆并用去离子水冲洗。

7.如权利要求5所述的TSV复合结构的制造方法，其特征在于，所述Cu/碳纳米管CNT复合电镀工艺包括：

配置基础电镀液：电镀Cu镀液采用甲基磺酸体系，其中甲基磺酸铜80g/L，甲基磺酸20g/L，氯离子50ppm；

加入已分散在水中的CNT溶液，50ml/L，并用磁力搅拌器搅拌；

对晶圆进行预浸润和抽真空处理；

将晶圆和Cu阳极平行放入镀液，电压10V，电流30mA/cm²，进行电镀；

待填充完毕后，取出晶圆并清洗。

8.如权利要求5所述的TSV复合结构的制造方法，其特征在于，所述去除掉干膜、绝缘层、种晶层和电镀溢出的Cu部分包括：

使用氢氧化钠溶液去除干膜层并用去离子水清洗；

使用氨水和双氧水的混合液去除Cu种子层3并用去离子水清洗；

通过CMP工艺去除电镀溢出的Cu。

9.如权利要求5所述的TSV复合结构的制造方法，其特征在于，在所述TSV盲孔的内表面上形成绝缘层包括通过干氧热氧化的方式在晶圆表面以及盲孔的内表面上形成一层二氧化硅层作为绝缘层。