專利名稱：一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路及其制造領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的集成度不斷提高，半導(dǎo)體技術(shù)也持續(xù)的飛速發(fā)展。現(xiàn)有的集成度提高主要是采取減小最小特征尺寸，例如從最小特征尺寸為90納米減小至最小特征尺寸為45納米，使得在給定的區(qū)域內(nèi)能夠集成更多的元件。但上述的減小最小特征尺寸在實(shí)質(zhì)上基本都是二維(2D)集成，即被集成的元件都位于半導(dǎo)體晶圓(wafer)的表面，隨著集成電路技術(shù)進(jìn)入32納米甚至22納米技術(shù)平臺(tái)之后，其系統(tǒng)復(fù)雜性、設(shè)備投資成本等方面的急劇上升；因此，利用現(xiàn)代電子封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)高密度的三維(3D)集成，成為現(xiàn)今微電子電路 (包括MEMS)系統(tǒng)集成的重要技術(shù)途徑。在眾多的3D封裝技術(shù)中，由于硅通孔(Through -Silicon-Via，簡(jiǎn)稱TSV)具有互連長(zhǎng)度可以縮短到與芯片厚度相等，采用垂直堆疊的邏輯模塊取代水平分布的邏輯模塊， 且能顯著的減小RC延遲和電感效應(yīng)，提高數(shù)字信號(hào)傳輸速度和微波的傳輸，實(shí)現(xiàn)高密度、 高深寬比的連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多片全硅系統(tǒng)集成，且其密度比當(dāng)前用于先進(jìn)多片模塊的物理封裝高出許多倍，同時(shí)還更加節(jié)能，預(yù)期TSV能夠降低芯片功耗大約40%等優(yōu)勢(shì)，使得其已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。圖1-7是本發(fā)明背景技術(shù)中采用傳統(tǒng)硅通孔(TSV)填充方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1-7所示，傳統(tǒng)填充硅通孔的方法首先，在硅晶片1上設(shè)置硅通孔12 (Via !formation)，沉積絕緣阻擋層13覆蓋硅晶片1的上表面和硅通孔12的側(cè)壁及其底部(Insulation/Barrier deposition),沉積種子層 14 覆蓋絕緣阻擋層 13 (seed deposition)；然后，電鍍銅(Cu)覆蓋種子層14并充滿硅通孔12 (Cu plating)，形成銅金屬層15并在其上黏粘晶圓載體16 (wafer carrier attachment)；最后，減薄晶片1使得通孔12內(nèi)底部的填充物暴露(wafer thinning)，對(duì)剩余晶片11進(jìn)行底部處理(backside processing)后去除晶圓載體 16 (wafer carrier remove)。但是，TSV技術(shù)的最大難點(diǎn)在于硅通孔的填充，這主要是由于硅通孔的高深寬比所造成的。因?yàn)門SV技術(shù)中硅通孔的高深寬比，使得采用銅互連工藝所要求的阻擋層和種子層的臺(tái)階覆蓋性較差，從而易導(dǎo)致通孔的失效。而近幾年，導(dǎo)電水凝膠的研究熱點(diǎn)已經(jīng)從起始的聚電解質(zhì)導(dǎo)電水凝膠逐步過(guò)渡到無(wú)機(jī)物添加導(dǎo)電水凝膠及導(dǎo)電高分子基導(dǎo)電水凝膠，這主要是因?yàn)閱我坏木垭娊赓|(zhì)導(dǎo)電水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性都不能達(dá)到工藝的需求，而經(jīng)過(guò)無(wú)機(jī)物添加或者導(dǎo)電高分子材料復(fù)合的導(dǎo)電水凝膠不但具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，同時(shí)還具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，且由于在凝膠產(chǎn)生之前其為溶液，對(duì)通孔的填充具有天然的優(yōu)勢(shì)，這就使其在集成電路互連方面具有了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，包括以下步驟 步驟Sl 于一設(shè)置有硅通孔的硅晶片上淀積絕緣阻擋層覆蓋硅晶片的上表面和硅通
孔底部及其側(cè)壁；
步驟S2 制備導(dǎo)電聚合物凝膠覆蓋絕緣阻擋層并充滿硅通孔； 步驟S3 去除覆蓋在硅晶片上表面的導(dǎo)電聚合物凝膠和絕緣阻擋層； 步驟S4 依次采用金屬薄膜沉積和光刻刻蝕工藝于硅通孔上形成上部金屬凸起，該上部金屬凸起覆蓋剩余導(dǎo)電聚合物凝膠和剩余絕緣阻擋層的上表面；
步驟S5 減薄硅晶片并去除硅通孔底部的剩余絕緣阻擋層至硅通孔底部的導(dǎo)電聚合物凝膠，并采用金屬薄膜沉積和光刻刻蝕工藝于硅通孔暴露部分上形成下部金屬凸起，該下部金屬凸起覆蓋剩余導(dǎo)電聚合物凝膠和剩余覆蓋在硅通孔側(cè)壁上絕緣阻擋層的下表面。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，硅通孔的直徑為l-50um，深度為 10-500um。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，步驟Sl中采用化學(xué)氣相沉積工藝沉積絕緣阻擋層。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，絕緣阻擋層的材質(zhì)為二氧化硅， 厚度為5-500A。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，步驟S2中采用紫外線光引發(fā)聚合法制備導(dǎo)電聚合物凝膠。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，采用紫外線光引發(fā)聚合法制備導(dǎo)電聚合物凝膠，即
首先，配制含有交聯(lián)劑(NNMBA)、光引發(fā)劑丙酮二羧酸(OGA)、單體2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和苯胺的混合溶液，并均勻浸潤(rùn)硅晶片表面及硅通孔后，將該硅晶片在紫外光下照射；
然后，將該硅晶片浸入含有引發(fā)劑過(guò)硫酸銨的HCl溶液中制備具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物凝膠。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，紫外線的波長(zhǎng)(λ )為365nm。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，步驟S2中通過(guò)采用無(wú)機(jī)物或高分子添加也能形成導(dǎo)電聚合物凝膠。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，導(dǎo)電聚合物凝膠的電導(dǎo)率大于 100S/cm。上述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其中，上、下部金屬凸起的材質(zhì)為Al， 厚度為10-50nm。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，通過(guò)利用導(dǎo)電凝膠聚合之前為溶液，對(duì)硅通孔能實(shí)現(xiàn)良好填充的特性，在制備的絕緣阻擋層上形成充滿硅通孔的導(dǎo)電聚合物凝膠，并利用導(dǎo)電凝膠的高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性， 于硅通孔上表面及其底部形成上、下部金屬突起，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電互連，從而解決了因?yàn)楣柰?(TSV)的高深寬比，采用銅互連工藝所要求的阻擋層和種子層的臺(tái)階覆蓋性差，而導(dǎo)致硅通孔失效的問(wèn)題。


圖1-7是本發(fā)明背景技術(shù)中采用傳統(tǒng)硅通孔(TSV)填充方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8-14是本發(fā)明導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明
圖8-14是本發(fā)明導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖；如圖8-14所示，本發(fā)明一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法
首先，在設(shè)置有硅通孔22(Through -Silicon-Via,簡(jiǎn)稱TSV)的硅晶片2上采用化學(xué)氣相淀積(chemical vapor deposition,簡(jiǎn)稱CVD)工藝淀積絕緣阻擋層23，該絕緣阻擋層23 覆蓋硅晶片2的上表面和硅通孔22的底部及其側(cè)壁；其中，硅通孔22的直徑d為l-50um， 深度H為10-500um，而絕緣阻擋層23的材質(zhì)為二氧化硅，其厚度h為5-500A。其次，采用波長(zhǎng)λ為365nm的紫外線引發(fā)聚合法制備導(dǎo)電聚合物凝膠M，其覆蓋絕緣阻擋層23并充滿硅通孔22。具體的，配制含有交聯(lián)劑(NNMBA)、光引發(fā)劑丙酮二羧酸 (OGA)、單體2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和苯胺等的混合溶液，并將硅晶片2的表面及硅通孔22均勻浸潤(rùn)，以保證硅通孔22內(nèi)充滿該溶液；之后，將該硅晶片2在紫外光下照射，以使光引發(fā)劑在紫外光的作用下分解成自由基，而自由基再引發(fā)AMPS單體聚合， 并交聯(lián)成PAMPS水凝膠；再將該硅晶片2浸入含有引發(fā)劑過(guò)硫酸銨的HCl溶液中，以引發(fā)苯胺單體聚合，形成具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物凝膠M。其中，導(dǎo)電聚合物凝膠M的電導(dǎo)率大于100S/cm。進(jìn)一步的，通過(guò)采用無(wú)機(jī)物或高分子添加也能形成導(dǎo)電聚合物凝膠M。然后，去除覆蓋在硅晶片2的上表面部分的導(dǎo)電聚合物凝膠M和絕緣阻擋層23 ； 繼續(xù)依次采用金屬薄膜沉積和光刻刻蝕工藝于硅通孔22上形成上部金屬凸起25，該上部金屬凸起25覆蓋剩余導(dǎo)電聚合物凝膠241和剩余絕緣阻擋層231的上表面。最后，減薄硅晶片2并去除覆蓋在硅通孔22底部上部分的剩余絕緣阻擋層231至硅通孔底部的導(dǎo)電聚合物凝膠對(duì)1，并再次采用金屬薄膜沉積和光刻刻蝕工藝于此時(shí)硅通孔2暴露部分上形成下部金屬凸起沈，該下部金屬凸起沈覆蓋剩余導(dǎo)電聚合物凝膠241和剩余覆蓋在硅通孔22側(cè)壁上絕緣阻擋層2311的下表面。進(jìn)一步的，上部金屬凸起25和下部金屬凸起沈的材質(zhì)為Al，厚度均為10-50nm。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，通過(guò)利用導(dǎo)電凝膠聚合之前為溶液，對(duì)硅通孔能實(shí)現(xiàn)良好填充的特性，在制備的絕緣阻擋層上形成充滿硅通孔的導(dǎo)電聚合物凝膠，并利用導(dǎo)電凝膠的高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性， 于硅通孔上表面及其底部形成上、下部金屬突起，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電互連，從而解決了因?yàn)楣柰?(TSV)的高深寬比，采用銅互連工藝所要求的阻擋層和種子層的臺(tái)階覆蓋性差，而導(dǎo)致硅通孔失效的問(wèn)題。通過(guò)說(shuō)明和附圖，給出了具體實(shí)施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。 因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟Sl 于一設(shè)置有硅通孔的硅晶片上淀積絕緣阻擋層覆蓋硅晶片的上表面和硅通孔底部及其側(cè)壁；步驟S2 制備導(dǎo)電聚合物凝膠覆蓋絕緣阻擋層并充滿硅通孔；步驟S3 去除覆蓋在硅晶片上表面的導(dǎo)電聚合物凝膠和絕緣阻擋層；步驟S4 依次采用金屬薄膜沉積和光刻刻蝕工藝于硅通孔上形成上部金屬凸起，該上部金屬凸起覆蓋剩余導(dǎo)電聚合物凝膠和剩余絕緣阻擋層的上表面；步驟S5 減薄硅晶片并去除硅通孔底部的剩余絕緣阻擋層至硅通孔底部的導(dǎo)電聚合物凝膠，并采用金屬薄膜沉積和光刻刻蝕工藝于硅通孔暴露部分上形成下部金屬凸起，該下部金屬凸起覆蓋剩余導(dǎo)電聚合物凝膠和剩余覆蓋在硅通孔側(cè)壁上絕緣阻擋層的下表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，硅通孔的直徑為l_50um，深度為10-500um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，步驟Sl中采用化學(xué)氣相沉積工藝沉積絕緣阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，絕緣阻擋層的材質(zhì)為二氧化硅，厚度為5-500A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，步驟S2中采用紫外線光引發(fā)聚合法制備導(dǎo)電聚合物凝膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，采用紫外線光引發(fā)聚合法制備導(dǎo)電聚合物凝膠，即首先，配制含有交聯(lián)劑(NNMBA)、光引發(fā)劑丙酮二羧酸(OGA)、單體2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和苯胺的混合溶液，并均勻浸潤(rùn)硅晶片表面及硅通孔后，將該硅晶片在紫外光下照射；然后，將該硅晶片浸入含有引發(fā)劑過(guò)硫酸銨的HCl溶液中制備具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物凝膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，紫外線的波長(zhǎng)(λ )為365nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，步驟S2中通過(guò)采用無(wú)機(jī)物或高分子添加也能形成導(dǎo)電聚合物凝膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、5、6或8所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，導(dǎo)電聚合物凝膠的電導(dǎo)率大于lOOS/cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，其特征在于，上、下部金屬凸起的材質(zhì)為Al，厚度為10-50nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法。本發(fā)明一種導(dǎo)電聚合物凝膠填充硅通孔的方法，通過(guò)利用導(dǎo)電凝膠聚合之前為溶液，對(duì)硅通孔能實(shí)現(xiàn)良好填充的特性，在制備的絕緣阻擋層上形成充滿硅通孔的導(dǎo)電聚合物凝膠，并利用導(dǎo)電凝膠的高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，于硅通孔上表面及其底部形成上、下部金屬突起，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電互連，從而解決了因?yàn)楣柰椎母呱顚挶龋捎勉~互連工藝所要求的阻擋層和種子層的臺(tái)階覆蓋性差，而導(dǎo)致硅通孔失效的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102446844SQ20111035986
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者周軍 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司