一种晶圆硅通孔填充方法

摘要

本发明公开了一种晶圆硅通孔填充方法，包括如下步骤：根据第一参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理，以填充所述晶圆硅通孔，其中第一参数包括至少一个第一电流值；根据第二参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理，以补充对晶圆硅通孔进行补充填充，其中第二参数包括至少一个第二电流值，且至少一部分第二电流值大于第一电流值。本发明对尚未完全填充的TSV实现最终的完全填充，降低材料损失，减少工艺成本。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种晶圆硅通孔填充方法。

背景技术

随着微电子技术的不断进步，集成电路的特征尺寸不断缩小，互连密度不断提高；同时用户对高性能低耗电的要求不断提高。硅通孔(ThroughSilicon Via，简称TSV)工艺以三维方向堆叠密度大、封装后外形尺寸小、功耗低等优点，被广泛认为是继键合、载带焊和倒装芯片之后的第四代封装技术，将逐渐成为高密度封装领域的主流技术，而TSV电镀铜填充技术是TSV工艺中的重要一环。

经过前期调试其电镀完全填充过程中电镀电流工艺菜单如表1：

表1电镀完全填充时电镀电流工艺菜单

电流值/A电镀时间/min0.24560.30960.37660.50460.63660.76860.89661.02761.15861.28761.41961.5496

X-Ray分别检测晶圆中心、晶圆中间和晶圆边缘，检测结果如图2A、图2B、图2C所示，晶圆的中心、中间和边缘的TSV均无无孔洞，完成填充，对上述电镀铜填充后的TSV晶圆。经光学轮廓仪量测TSV顶部铜凸起，得检测结果如图3A、图3B、图3C所示，其中，X轴代表沿着TSV孔平面的某一方向的坐标，Y轴是垂直于X轴的的方向的坐标，晶圆中心处，TSV顶部凸起0.8-0.9um，晶圆中间处，TSV顶部凸起0.8-1.0um，晶圆边缘处，TSV顶部凸起0.9-1.1um。由上可知，TSV已经自底向上完成完全填充。同时，对晶圆表面的铜厚进行四点探针量测，量测图如图4，晶圆表面电镀铜厚度均值为3.44um，均匀性为1.98％。

在TSV电镀铜填充工艺步骤中，由于不同开口率和尺寸的TSV电镀铜填充需要前期进行工艺调试，才确定最佳工艺菜单，在达致较优效果前，往往会产生调试过程中尚未完全填充的TSV；同时在TSV电镀铜工艺自动跑货过程中，可能由于外界或人为因素导致TSV电镀时只电镀了一部分Down机的情况，此时需要对这类状况的TSV晶圆进行处理。

现有技术中，针对未完全填充TSV采用处理方式为直接报废处理或者沿用尚未完成电镀的工艺菜单进行补镀、增加电镀液中浸泡时间，予以电镀液酸蚀铜氧化层处理，再进行电镀，但效果不佳。由于针对此类情形的TSV，尚未存在较好在处理方式，往往最终皆作为报废片处理，增加了工艺成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于对未完全填充的硅通孔实现完全填充。

为此，本发明实施例提供一种晶圆硅通孔填充方法，包括如下步骤：根据第一参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理，以填充所述晶圆硅通孔，其中所述第一参数包括至少一个第一电流值；根据第二参数对所述晶圆硅通孔进行第一次电镀处理，以补充对所述晶圆硅通孔进行补充填充，其中所述第二参数包括至少一个第二电流值，且至少一部分所述第二电流值大于所述第一电流值。

优选地，所述第一电流值和所述第二电流值均为多个，且均具有预定顺序，并按顺序逐渐增大，其中所述第二电流值中的最小值等于所述第一电流值中的最小值。

优选地，所述第二电流值中的次小值等于所述第一电流值中的最大值。

优选地，所述第一参数还包括与所述第一电流值相应的第一电镀持续时间，所述第二参数还包括与所述第二电流值相应的第二电镀持续时间。

优选地，在所述根据第一参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理之后，所述根据第二参数对所述晶圆硅通孔进行第一次电镀处理之前，还包括：利用蚀刻液对所述晶圆硅通孔进行处理。

优选地，所述利用氧化铜蚀刻液对所述晶元硅通孔进行处理包括：利用双氧水与硫酸的混合液，在预定转速下对所述晶圆硅通孔蚀刻预定时间。

优选地，所述预定转速为30RPM，所述预定时间为20s。

优选地，蚀刻厚度范围为10nm-100nm。

根据本发明提供的晶圆硅通孔填充方法，首先利用较小的电流值对晶圆硅通孔进行一次电镀处理，此时硅通孔可能并未被完全填充，在此基础上，利用较大的电流值对晶圆硅通孔进行二次补充电镀处理，以将尚未完全填充的晶圆硅通孔实现最终的完全填充，由此可以降低材料损失，减少工艺成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中晶圆硅通孔填充方法的一个具体示例的流程图；

图2A为背景技术中按调试好的工艺流程填充后，X-Ray填充检测晶圆中心的结果图。

图2B为背景技术中按调试好的工艺流程填充后，X-Ray填充检测晶圆中间的结果图。

图2C为背景技术中按调试好的工艺流程填充后，X-Ray填充检测晶圆边缘的结果图。

图3A为背景技术中按调试好的工艺流程填充后，光学轮廓仪检测晶圆中心的结果图；

图3B为背景技术中按调试好的工艺流程填充后，光学轮廓仪检测晶圆中间的结果图；

图3C为背景技术中按调试好的工艺流程填充后，光学轮廓仪检测晶圆边缘的结果图；

图4为背景技术中调试好的四点探针检测结果图；

图5A为本发明实施例中异常中止的X-Ray检测晶圆中心的结果图；

图5B为本发明实施例中异常中止的X-Ray检测晶圆中间的结果图；

图5C为本发明实施例中异常中止的X-Ray检测晶圆边缘的结果图；

图6A为本发明实施例中补镀后的X-Ray检测晶圆中心结果图；

图6B为本发明实施例中补镀后的X-Ray检测晶圆中间结果图；

图6C为本发明实施例中补镀后的X-Ray检测晶圆边缘结果图；

图7A为本发明实施例中补镀后的光学轮廓仪检测晶圆中心结果图；

图7B为本发明实施例中补镀后的光学轮廓仪检测晶圆中间结果图；

图7C为本发明实施例中补镀后的光学轮廓仪检测晶圆边缘结果图；

图8为本发明实施例中补镀后的四点探针检测结果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种晶圆硅通孔填充方法，本方法可以由电镀设备来执行，如图1所示，包括如下步骤：

S10：根据第一参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理，以填充晶圆硅通孔，其中第一参数包括至少一个第一电流值。

在硅通孔电镀填充工艺步骤中，由于不同开口率和尺寸的硅通孔电镀填充需要前期进行工艺调试，确定电镀的参数即确定电镀电流菜单，包含一个或多个电流值。电镀填充的金属有铜、金、钨等金属，一般采用电镀铜进行填充。

本实施例中选用10x100um TSV，直径是10um，深度是100um，其电镀开口率约为0.19％，所电镀的TSV晶圆制作流程如下所述：提供一晶圆，对其表面经SC1溶液清洗烘干；涂覆光刻胶AZ4620、曝光，显影；刻蚀10x100umTSV；去胶清洗；PECVD(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition)等离子体增强化学的气相沉积法制作SiO₂，其表面厚度约为2um；PVD(Physical>

本实施例中，电镀的过程如表2所示,相当于电镀设备按照如表2所示的工艺菜单进行第一次电镀，表2中行的顺序即为电镀设备对TSV所采纳参数的顺序。

表2电镀未完全填充时电镀电流工艺菜单

经过步骤S10处理后,由X-Ray检测得到如图5A、图5B、图5C所示的结果，如图所示,晶圆中心、晶圆中间和晶圆边缘的TSV皆未完全填充，自底向上填充程度一半左右。

引起不完全填充的原因有多种,例如在前期调试未达致较优效果前，往往会产生调试过程中尚未完全填充的硅通孔；同时在硅通孔电镀铜工艺自动跑货过程中，可能由于外界或人为因素导致硅通孔电镀时只电镀了一部分的情况，此时需要对这类状况的硅通孔晶圆进行补充填充,即执行步骤S20。

S20：根据第二参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理，以补充对晶圆硅通孔进行补充填充，其中所述第二参数包括至少一个第二电流值，且至少一部分第二电流值大于第一电流值。接下来需要对上述未完全填充的硅通孔进行补镀，建立的电镀补镀工艺菜单，是基于先前完整电镀时使用的工艺菜单在电镀电流编译程式上：增加一步或几步较电镀剩余未进行电镀的电流部分起始值小的电流，然后加上剩余未进行电镀的电流部分组合成一个补镀电流程式，以此工艺菜单进行补镀工艺。补镀工艺菜单如表3：

表3对未完全填充时补镀工艺菜单

经过步骤S20补镀后，X-Ray检测得如图6A、图6B、图6C所示，晶圆中心、晶圆中间和晶圆边缘的TSV已经完成完全填充。进一步的经光学轮廓仪，对TSV顶部进行量测得图7A、图7B、图7C所示，TSV已经自底向上完成完全填充，且与一次性完全填充的TSV铜凸起高度较一致，晶圆中心处，TSV顶部凸起约0.8-0.9um，晶圆中间处，TSV顶部凸起1.2-1.4um，晶圆边缘处，TSV顶部凸起1.1-1.2um。同时，对晶圆表面的铜厚进行四点探针量测，量测结果如图8，TSV晶圆表面铜厚均值为3.53um,均匀性为2.02％，其与一次性完全填充的TSV晶圆表面铜厚及均匀性亦具有较好的一致性。

根据本发明实施例提供的晶圆硅通孔填充方法，首先利用较小的电流值对晶圆硅通孔进行一次电镀处理，此时硅通孔可能并未被完全填充，在此基础上，利用较大的电流值对晶圆硅通孔进行二次补充电镀处理，以将尚未完全填充的晶圆硅通孔实现最终的完全填充，由此可以降低材料损失，减少工艺成本。

优选地，第一电流值和所述第二电流值均为多个，且均具有预定顺序，并按顺序逐渐增大，其中所述第二电流值中的最小值等于所述第一电流值中的最小值。

两次填充的电镀电流菜单里都包括多个电流值，并且电流按时间顺序逐渐递增，补镀时的初始电流值等于第一次电镀时的电流值。从上述电镀表单中可看出电流值都是依次递增，表3中初始电流和表2中初始电流相等。

优选地，所述第二电流值中的次小值等于所述第一电流值中的最大值。

作为可选择的实施例，补镀的电流的菜单的第二电流值可以选择异常中止菜单中任意一个电流值，但是为了更好的与补镀菜单衔接，优先选择中异常中止时的电流值。

优选地，第一参数还包括与第一电流值相应的第一电镀持续时间，第二参数还包括与所述第二电流值相应的第二电镀持续时间。

电镀菜单里还包括与每个电流值都对应电镀时间，时间值是根据产品TSV的开口率及深度，每一步的电流值情况有关系。表2和表3中的时间都是根据本实施例中的硅通孔的开口率和尺寸测试得出，不代表所有每一步电流值对应的时间值都相等。

优选地，在步骤S20之前还包括步骤S11，根据据第一参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理之后，根据第二参数对晶圆硅通孔进行第一次电镀处理之前，还包括：利用蚀刻液对晶圆硅通孔进行处理。

优选地，利用蚀刻液对所述晶元硅通孔进行处理包括：利用双氧水与硫酸的混合液，在预定转速下对所述晶圆硅通孔蚀刻预定时间。

优选地，所述预定转速为30RPM，所述预定时间为20s。

优选地，蚀刻厚度范围为10nm-100nm。

对上述TSV进行补镀工艺，在补镀电镀工艺前，用氧化铜蚀刻液进行处理，方案选用双氧水加硫酸混合液对TSV晶圆，在转速30RPM情况下蚀刻20s，进行微蚀刻处理，考虑到工艺成本，较佳铜蚀刻厚度范围可为10-100nm；在蚀刻完成后，进行补镀工艺。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。