在矽基板中插塞通孔的方法
2023-07-05 10:38:41
專利名稱：在矽基板中插塞通孔的方法
技術領域：
本發明涉及在通孔中填充或插塞(plugging)金屬的方法，所述通孔形成在用於矽半導體器件、插入物(interposer)等的單晶矽基板中。
當在矽基板上三維地安裝部件時，最困難的事情是將形成在上表面上的電路布線與形成在矽基板下表面上的電路布線電連接。
例如，日本待審專利公開No.1-258457公開了一種半導體集成電路的製造方法，其中在單晶矽製成的矽安裝基板中形成通孔並且藉助熱氧化用絕緣膜塗覆單晶矽基板，以及用金屬插塞通孔。在專利公開的官方公報中，公開了將用於鍍覆的電極固定到矽安裝基板的主表面，通過鍍覆用金屬插塞通孔的技術。
根據矽基板中插塞通孔的以上常規方法，存在通過鍍覆在插塞到通孔內的金屬中產生小空隙的問題。因此，不可能精確並緻密地用金屬插塞通孔。為了防止產生以上的小空隙，現已研究了一種方法，其中通過鍍覆用金屬插塞通孔之後，矽基板的背面接地以露出插塞的金屬。然而，即使採用以上的對策，也不可能防止在插塞金屬中產生小空隙。因此，現已發現不可能得到由相當精確和緻密的金屬組成的栓塞。因此，在現有技術的方法中，半導體晶片上的通路布線的可靠性很低，並且成品率降低。
根據本發明，提供一種在矽基板中插塞通孔的方法，包括以下步驟提供具有第一和第二表面的矽基板，通孔從第一表面穿透到第二表面；用絕緣膜形成包括通孔內壁表面的矽基板的第一和第二表面；通過粘合劑將導體面粘結到矽基板的第二表面；從矽基板的第一表面處藉助通孔蝕刻粘結劑將粘結劑鑽孔，以便在通孔的內部露出導體面；使用導體面作為來自矽基板第一表面的電極，通過鍍覆金屬用金屬填充通孔；剝離掉導體面並平坦化包括填充金屬的矽基板的第一和第二表面；以及對矽基板進行高壓退火。
有利的是形成在包括通孔內壁表面的矽基板的第一和第二表面上的絕緣膜是通過化學汽相澱積(CVD)或熱處理形成的氧化膜(SiO2膜)。
有利之處還在於通過等離子體蝕刻進行粘結劑膜的蝕刻步驟。通過化學機械拋光(CMP)進行矽基板的第一和第二表面的平坦化步驟。
在150MPa的壓力下在350℃的溫度下在氬氣氛中進行對矽基板的高壓退火步驟。此外，粘結劑優選是粘結劑膜。金屬面優選是銅箔。
優選實施例的詳細說明參考附圖，下面詳細介紹本發明的一個實施例。
圖1示出了在單晶矽基板1中形成通孔2的步驟。此時，矽基板1可以是用做如半導體元件的電子器件的晶片的矽基板，或者是用做用於插入物的晶片的矽基板。矽基板1可以是厚度為幾百μm的厚矽基板或是厚度為幾十μm的薄矽基板。可以藉助如機械鑽孔或雷射束加工的公知方法或是通過如蝕刻的化學方法形成通孔2。
圖2示出了在包括通孔2內壁表面的矽基板1的正面和背面(第一和第二表面)的整個表面上形成絕緣膜3的步驟。該絕緣膜3可以形成為通過化學汽相澱積(CVD)形成的熱氧化膜(SiO2膜)或是在氣氛中通過熱處理氧化矽基板的表面時形成的熱氧化膜(SiO2膜)。
圖3示出了通過粘結樹脂膜4將金屬箔片或金屬片5粘附到矽基板1背面的步驟。金屬箔片5由如銅箔的金屬材料製成，當在以後步驟中進行電解電鍍時用做陰極。矽基板1、粘結劑膜4以及金屬箔5通過夾具6相互固定。
圖4示出了當矽基板1、粘結劑膜4以及金屬箔5通過夾具6相互固定時，從矽基板1的上表面對通孔2進行蝕刻以便在對應於通孔2的部分對粘結劑膜4進行鑽孔的狀態。此時，優選通過將等離子體照射到通孔2內的等離子體蝕刻進行蝕刻。當以此方式在粘結劑膜4上形成孔10時，對應於通孔2的一部分金屬箔片5暴露到通孔2內。因此，當在下一步驟中進行電解電鍍時，該金屬箔片5可以用做陰極。
圖5示出了夾具6浸泡在鍍液中並且進行電解電鍍，同時金屬箔片5用做以上提到的陰極，金屬11沉積在通孔中由此由該金屬插塞這些通孔的步驟。此時，優選鍍覆金屬11為銅，銅的導電性較高。如上所述，當金屬箔片或金屬片5粘附到矽基板1背面以使金屬箔片或金屬片5用做陰極時並且當陰極在對應於矽基板1上的通孔2的部分中露出時，可以僅在對應於通孔2的部分中沉積金屬11。
圖6示出了已被粘附到矽基板1背面的金屬箔片5被剝離並且平坦化包括插塞在通孔2中金屬11的矽基板的兩個表面的步驟。由於以上，矽基板變成具有條形的形狀9。在平坦化矽基板1的兩個表面的步驟中，優選採用化學機械拋光(CMP)。
圖7示出了在矽基板1上進行高壓退火的步驟。在矽基板1上進行高壓退火的步驟中，在高壓氬氣氛中進行熱處理。在退火的工藝中，加熱溫度適當設置為約350℃，並且壓力適當設置為約150Mpa。加熱溫度必須是充分低於銅和鋁熔點的值，當然矽基板1上的栓塞金屬(例如，銅)和鋁布線(未示出)不能熔化。處理時間必須是栓塞銅可以製得精確和緻密的時間周期。
如上所述，根據本發明，通過電解電鍍通孔2已插塞有金屬(銅)之後，進行高壓退火。由於以上，可以解決在栓塞金屬中形成小空隙的問題。因此，栓塞可以由精確和緻密的金屬組成。例如，在退火之前圖6所示的狀態中，由小空隙造成的小縫隙20存在於鍍覆金屬1和通孔2的內壁上氧化的絕緣膜3之間，然而，完成高壓退火之後，如圖7所示該縫隙被金屬22填充。由於以上，通路孔布線的可靠性增強，並且可以有效地防止成品率的降低。
當進行高壓退火時，通過高壓氣體的作用和高溫作用的共同合作可以由已填充在通孔中的栓塞金屬除去留在栓塞中的小空隙。因此，可以認為金屬可以緻密並且緊固地填充在通孔中。
參考附圖，已介紹了本發明的實施例。然而，應該注意本發明不限於以上提到的具體實施例。本領域中的技術人員可以不脫離本發明的精神和範圍做出變化、修改和修正。
如上所述，根據本發明，藉助電解電鍍用金屬(銅)插塞通孔之後，進行高壓退火。由於以上，可以解決在栓塞金屬中形成的小空隙的問題。因此，栓塞可以由精確和緻密的金屬組成。
由於以上，可以增強通路孔布線的可靠性，可以有效地防止成品率的降低。因此，在用做晶片級三維安裝的矽基板上，可以通過鍍覆銅插塞通孔。當實現晶片級三維安裝時，可以製造高性能的半導體晶片。此外，可以高速進行操作，並且可以進行緊密的安裝。
權利要求
1.一種在矽基板中插塞通孔的方法，包括以下步驟提供具有第一和第二表面的矽基板，通孔從第一表面穿透到第二表面；在包括通孔內壁表面的矽基板的第一和第二表面上形成絕緣膜；通過粘合劑將導體面粘結到矽基板的第二表面；從矽基板的第一表面處藉助通孔蝕刻粘結劑將粘結劑鑽孔，以便在通孔的內部露出導體面；使用導體面作為來自矽基板第一表面的電極，通過鍍覆金屬用金屬填充通孔；剝離掉導體面並平坦化包括填充金屬的矽基板的第一和第二表面；以及對矽基板進行高壓退火。
2.根據權利要求1中的插塞方法，其中形成在包括通孔內壁表面的矽基板的第一和第二表面上的絕緣膜是通過化學汽相澱積(CVD)或熱處理形成的氧化膜。
3.根據權利要求1中的插塞方法，其中通過等離子體蝕刻進行粘結劑膜的蝕刻步驟。
4.根據權利要求1中的插塞方法，其中通過化學機械拋光(CMP)進行矽基板的第一和第二表面的平坦化步驟。
5.根據權利要求1中的插塞方法，其中在150MPa的壓力下在350℃的溫度下氬氣氛中進行對矽基板的高壓退火步驟。
6.根據權利要求1中的插塞方法，其中粘結劑是粘結劑膜。
7.根據權利要求1中的插塞方法，其中金屬面是銅箔。
全文摘要
本發明公開了一種在矽基板中插塞通孔的方法。藉助電解電鍍用金屬11插塞矽基板1中的通孔2。拋光和平坦化矽基板的兩面之後，在矽基板上進行高壓退火以除去在插塞金屬中產生的小空隙，因此，增強了插塞金屬的精度和密度。
文檔編號H01L21/288GK1467819SQ0313767
公開日2004年1月14日 申請日期2003年6月18日 優先權日2002年6月19日
發明者真筱直寬 申請人:新光電氣工業株式會社