一种用于硅通孔的阻挡层和种子层一体化制备工艺研究.pdf

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1、2012年第31卷第5期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)55一种用于硅通孑L的阻挡层和种子层一体化制备工艺研究严春平，张从春，赵小林，丁桂甫(上海交通大学微纳科学与技术研究院微米／纳米加工技术重点实验室，上海200240)摘要：介绍了一种硅通孔中阻挡层和种子层制备的新型工艺方法。利用磁控溅射的方法在SiO上沉积lm的Ti膜。表层的膜湿法氧化后作为种子层，底层Ti膜作为阻挡层。填充材料选择cu，利用电镀的方法填充。利用热退火的方法来测试Cu的扩散性能，即Ti膜的阻挡特性，热退火试验选择350，400，4

2、50℃三种不同的温度。XPS结果表明：在400oC及以下温度阻挡层成功阻挡了Cu的扩散。目前已在硅通孔中初步实现此种结构并完成通孔中Cu的填充。关键词：硅通孔；阻挡层；种子层；Ti膜中图分类号：TN405．97文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)05-0055--03ResearchofanintegratedfabricationprocessofbarrierlayerandseedlayerusedinthroughsiliconviaYANChun—ping，ZHANGCong-chun，ZHAOXiao-lin，DINGGui—f

3、u(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonNano／MicroFabricationTechnology，ResearchInstituteofMiero／NanoScienceandTechnology，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Anovelprocessofbarrierlayerandseedlayerusedinthroughsiliconvia(TSV)ispresented．Throughmagnetrons

4、puttering，lmTimembraneisdepositedonSiO2．SurfaceofTimembraneisoxidizedforseedlayer．BottomofTimembraneistreatedasbarrierlayer．FillingmaterialisCu，whichisdepositedbyelectroplatingmethod．FormeasuringtheperformanceofCuasbarrierlayer，annealingtestiscarriedout．Threetemperaturesareselected

5、．thatiS350℃．400℃，450~C．XPSresultsindicatethatunder400oCbarrierlayersucessfullysuppressesthediffusionofCu．Now．thestructureisachievedinTSVandCufillingisrealized．Keywords：throughsiliconvia(TSV)；barierlayer；seedlayer；Timembrane0引言逐渐往低K介质发展。Cu在si和含si的介质层中有较强随着集成电路集成度的不断提高，特征尺寸降低至的扩散性，这样

6、cu在其中会产生陷阱，使器件性能退化，45nm以下，制造工艺的难度逐渐增大·，摩尔定律遇到了严所以，需要在绝缘层上制备一层阻挡层，阻挡层材料主要集峻的挑战。随之而来的互连延迟超过了门延迟，限制了集中在难熔金属Ru，Ta，Ti及其氮化物TaN，TiN，WN，以及其成度的增加。解决方法是3D封装技术，其中的主流是基三元化合物TaSiN，WNC上。种子层材料主要是Ti，w，也于硅通孔(throughsiliconvia，TSV)的cu互连技术，它不仅可以是复合阻挡层TiW／Cu，复合阻挡层主要是为了使深孔可以提高集成度，而且其短距离互连的优势可以降低互连电镀Cu时

7、空洞较少。填充材料主要是Cu，因为其抗电迁延迟。徙性强，导电性较好，而且电镀铜工艺成熟。J。目前，阻TSV封装全流程技术包括深孔刻蚀与填充，再分布与挡层和种子层主要采用两次干法溅射(PVD或者CVD)制凸点加工，过渡键合与分离，堆叠键合、填隙与分割等四大备，但这些方法工艺复杂，成本较高。此外，常规PVD制备工艺模块，其中深孔刻蚀与填充的成本大约占到总成本的的薄膜在深孔中台阶覆盖性差，不利于后续的电镀。43％。深孔刻蚀与填充步骤包括：深孔刻蚀、绝缘层制备、本文提出了一种新型的阻挡层和种子层制备方法，解阻挡层和种子层制备、深孔填充J。硅孔通过DRIE或者决了干法

8、溅射种子层台阶覆盖性差的问题。先在SiO上ICP刻蚀