形成贯穿衬底的导通体的方法技术

本发明专利技术提供一种形成贯穿衬底的导通体的方法，所述方法包括单独电沉积铜和至少一种除铜以外的元素以填充衬底内所形成的贯穿衬底的导通体开口的剩余体积。使所述电沉积的铜和所述至少一种另一元素退火以形成所述铜与所述至少一种另一元素的合金，所述合金用于形成包括所述合金的导电性贯穿衬底的导通体结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种，所述方法包括单独电沉积铜和至少一种除铜以外的元素以填充衬底内所形成的贯穿衬底的导通体开口的剩余体积。使所述电沉积的铜和所述至少一种另一元素退火以形成所述铜与所述至少一种另一元素的合金，所述合金用于形成包括所述合金的导电性贯穿衬底的导通体结构。【专利说明】
本文揭示的实施例涉及。
技术介绍
贯穿衬底的导通体是完全穿过包含集成电路的衬底的垂直电连接。贯穿衬底的导通体可用于产生3D集成电路中的3D封装且由于贯穿衬底的导通体的密度可实质上更高，因此提高超过其它技术(例如封装上封装)。贯穿衬底的导通体借助内部布线提供垂直对准电子装置互连，此显著降低多芯片电子电路的复杂性和整体尺寸。常见贯穿衬底的导通体工艺包括形成穿过衬底的大部分、但并非全部厚度的贯穿衬底的导通体开口。接着使薄的介电衬垫沉积到贯穿衬底的导通体开口的电绝缘侧壁。可使粘着和/或扩散势垒材料沉积以内衬于电介质上。接着用导电材料填充贯穿衬底的导通体开口。从衬底的形成导通体开口的相对侧移除衬底材料以暴露导通体开口内的导电材料。一种高度期望的导电性贯穿衬底的导通体材料是通过电沉积沉积的元素铜。铜可通过最初在贯穿衬底的导通体开口内沉积晶种层、之后从电镀溶液电沉积元素铜来形成。实例性铜电镀溶液包括作为铜离子来源的硫酸铜、用于控制导电率的硫酸和用于使抑制分子成核的氯化铜。在衬垫和铜暴露穿过衬底的背侧之后，当前包括元素铜填料的贯穿衬底的导通体结构对介电导通体衬垫展现应力松弛损害。铜填料金属处于高应力下，同时约束于衬底内。然而，在铜和电介质从衬底的背侧暴露并突出时，铜变得不受约束，此导致铜结构的应力松弛和膨胀达到平衡、较低应力状态。随着铜扩展，介电导通体衬垫具有破裂的趋势，此产生铜迁移到衬底的短路的途径。【专利附图】【附图说明】图1是衬底片段在根据本专利技术的实施例的工艺中的图解性截面图。图2是图1衬底片段在图1之后的处理阶段中的视图。图3是图2衬底片段在图2之后的处理阶段中的视图。图4是图3衬底片段在图3之后的处理阶段中的视图。图5是图4衬底片段在图4之后的处理阶段中的视图。图6是图5衬底片段在图5之后的处理阶段中的视图。图7是衬底片段在根据本专利技术的实施例的工艺中的图解性截面图。图8是衬底片段在根据本专利技术的实施例的工艺中的图解性截面图。图9是图8衬底片段在图8之后的处理阶段中的视图。图10是图9衬底片段在图9之后的处理阶段中的视图。图11是图10衬底片段在图10之后的处理阶段中的视图。图12是图11衬底片段在图11之后的处理阶段中的视图。【具体实施方式】本专利技术实施例涵盖且包括单独电沉积铜和至少一种除铜以外的元素以填充衬底内所形成的贯穿衬底的导通体开口的剩余体积。使电沉积铜和至少一种另一元素退火以形成铜与至少一种另一元素的合金，所述合金用于形成包含所述合金的导电性贯穿衬底的导通体结构。参照图1到6描述最初实例性实施例。参照图1，衬底片段10包含具有相对侧16和18的衬底材料12。材料12可能为非均质的，具有构成已经制造或正处于制造工艺中的集成电路的一部分的多种材料、区域、层和结构。为方便起见，衬底侧16在本文中称作衬底12的第一侧且衬底侧18在本文中称作衬底12的第二侧。贯穿衬底的导通体开口 20已形成于衬底12中。在一个实施例中，开口 20部分延伸穿过衬底12且从第一衬底侧16形成。或者，贯穿衬底的导通体开口 20可完全延伸穿过衬底材料12和/或可从第二衬底侧16形成。无论如何，贯穿衬底的导通体开口 20可通过化学和/或物理方式形成，其中几个实例是化学蚀刻、钻孔和激光烧蚀。衬底材料12可包含硅。贯穿衬底的导通体在业内也称作贯穿硅导通体(TSV)。在此文件中，“贯穿衬底的导通体”涵盖贯穿硅导通体或对其是通用的，且贯穿衬底的导通体包括延伸穿过衬底材料的导电导通体，不管任何所述材料是否是硅。参照图2，贯穿衬底的导通体开口 20的侧壁内衬有电介质22。所述电介质可为均质或非均质的，实例是二氧化硅和/或氮化硅。已在贯穿衬底的导通体开口 20内的电介质22上方横向形成导电晶种材料衬里24。所述衬里可为均质或非均质的，且实例是铜。可在导电晶种材料24与电介质22之间提供铜扩散势垒材料(未显示)。所述材料可为均质或非均质的，其中钽、钽/钨、氮化钽或其它材料能够对铜迁移起势垒作用。扩散势垒材料可为介电或导电的，且如果导电，那么可起晶种材料24的作用或构成其一部分。参照图3，金属衬里26已在相应贯穿衬底的导通体开口 20内通过铜或除铜以外的元素中的一者的电沉积形成。所用电沉积技术可为任何现有或尚待研发的电沉积技术。衬底10可预先经遮蔽(未显示)以使金属衬里26在贯穿衬底的导通体开口 20内电沉积为分离的金属衬里(即，在任何单独开口 20之间不连续)。金属衬里26可为均质或非均质的，其包含一种以上除铜以外的元素且可呈元素和/或合金形式。除铜以外的实例性元素包括锌、锡和镍。无论如何，在一个实施例中，金属衬里26可视为在相应贯穿衬底的导通体开口 20内形成向外开口的空隙27。参照图4，电沉积铜或另一元素中的另一者28以填充空隙27。参照图5，电沉积铜和至少一种另一元素经退火以形成铜和至少一种另一元素的合金30。晶种材料24 (未显示)可固有地形成合金30 (如所显示)的一部分。合金30可为均质或非均质的。合金可具有比其它元素多或少的铜。在锌为另一元素的一个实施例中，合金具有比锌多的铜。举例来说，锌可以约0.5重量％至25重量％存在，其以铜一锌相图中的α相范围为目标，以便金属彼此呈固体溶液。合金中的铜和另一元素的量可由贯穿衬底的导通体开口 20内的电沉积材料26和28的量决定。除铜以外的金属的开始预退火厚度可随导通体开口直径变化以实现目标最终合金组成。举例来说，与较小直径的导通体开口相比，具有更多铜的大直径导通体开口可在退火之前使用较厚的其它元素层以实现目标合金组成。在一个实施例中，在惰性气氛中实施退火。在一个实施例中，在约150°C到450°C的温度下实施退火约0.5小时到约3小时，但可在远更短时间内发生足够退火。可使用大气压、低于大气压或高于大气压的压力。退火可为用于形成合金的目的的专门退火或可结合衬底的其它热处理发生。参照图6，衬底材料12已从第二衬底侧18移除以从第二衬底侧18暴露并突出包含合金30的导电性贯穿衬底的导通体结构32。所述移除可通过任何合适技术实施且对本专利技术实施例无关紧要。可如所示从衬底侧16移除材料30、24和22。可进行后续处理(未显示)以完成所要结构和电路，例如，其中移除从衬底侧18突出的至少一些介电材料22。可首先电沉积铜并电沉积一种或一种以上其它元素以填充空隙。或者，可首先电沉积一种或一种以上其它元素并电沉积铜以填充空隙。在一个实施例中且如所示，向外开口的空隙和经填充空隙可位于贯穿衬底的导通体开口 20内的径向中心。在一个实施例中，贯穿衬底的导通体开口 20内的所有导电材料基本上由合金30组成，但可能从所述合金向外径向存在的任何导电性铜扩散势垒材料(未显示)除外，且与经填充空隙是否位于贯穿衬底的导通体开口内的径向中心无关。第一电沉积材料26和第二电沉积材料28可具有相同横向厚度(未显不)或不同横向厚度(如所显示)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢克·G·英格兰德，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：
国别省市：