專利名稱：形成導電層的方法及半導體器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及形成導電層的方法和半導體器件，所述形成導電層的方法包含通過電
鍍而在基板中形成的通孔的內部形成導電層的步驟。
背景技術：
迄今為止，已提出在絕緣材料制成的基板中或具有絕緣表面的基板中形成的通孔 (以下，在一側具有開口的孔和在兩側具有開口的孔均被稱為通孔)的內部形成導電層的 各種方法。 通過經由在通孔的內部形成的導電層使基板的前表面與后表面電連接，例如，該 導電層被用作用于基板層疊的貫通電極。作為形成導電層的方法，在多數情況下使用電鍍。
在通孔中，特別是在具有大的縱橫比(孔深/開口直徑)的通孔中，導電層容易粘 附于通孔的開口的附近，并且，在通孔的底部通過電鍍充分形成導電層之前開口閉塞，結果 是通孔的底部的導電層的膜厚變小。因此，出現電難以流過膜厚小的部分的導電層的問題。
為了解決上述的問題，已知存在關于利用促進劑或抑制劑的電鍍液的方法以及關 于緩慢開始電鍍電流值并在兩個階段中改變電鍍電流值的電鍍電流控制的方法。
作為關于電鍍液的一種方法，提供向電鍍液添加諸如聚乙二醇(polyethylene glycol)之類的添加劑的方法。該方法通過允許聚乙二醇的樹脂成分被吸收到在開口的附 近電場集中的部分來防止開口閉塞，由此抑制開口的附近的電鍍。 此外，作為關于電鍍電流控制的一種方法，已知存在這樣一種方法，在該方法中， 當電鍍具有大的縱橫比的通孔時，以比電鍍平坦表面時的電流密度小的電流密度電鍍通孔 的內部。因此，相對于鍍層生長速率，通孔中的電鍍液交換率被提高，并且，通孔底部的鍍層 的粘附特性被提高(美國專利申請公開No. 2004/0262165A1)。
然而，這些常規的方法具有以下的問題。 在使用添加劑的方法中，在使用包含作為在關于電阻的電氣可靠性和關于腐蝕的 化學可靠性方面最穩定并且最希望的金屬的金的金電鍍液的情況下，出現以下的問題。首 先，作為氰化物浴并且是通常使用的金電鍍液的氰化金電鍍液是非常穩定的溶液，因此，難 以獲得添加劑的效果，并且，在鍍層完全粘附于通孔的底部之前開口閉塞。此外，非氰化物 浴的液體狀態是非常不穩定的，并且容易失去ph等的平衡。因此，可能發生析出效率的降 低、局部異常析出和諸如灼燒之類的電鍍缺陷。此外，非氰化物浴的電鍍液壽命明顯地短， 因此，非氰化物浴是不實用的。 在關于電鍍電流控制的方法中，當以推薦的電流密度(即，1/10或更小)執行電鍍 時，可以在不閉塞開口的情況下執行電鍍。然而，電流密度小，因此花費長的時間段(即，2 小時)，作為規模生產時的生產節拍(tact)，這是顯著造成限制的條件。因此，不能采用這 種方法。當為了將生產節拍時間設為作為2小時的一半的1小時而以上述值的約兩倍的電 流密度(即，1/5)執行電鍍時，電場集中于開口部分中，并且，在對于通孔的底部完成電鍍 之前開口閉塞。
發明內容
為了解決現有技術的上述問題，完成了本發明，并且因此，本發明的一個目的是提 供在通孔的內部形成導電層的方法以及半導體器件，在所述方法中，通孔的內部的鍍層的 均勻粘接特性提高，并且生產節拍時間短。 為了實現上述的目的，根據本發明，提供一種形成導電層的方法，該方法包括通過 電鍍在基板中形成的通孔的內部形成導電層的步驟，該方法包括第一 電鍍步驟，在所述通 孔的內部形成第一電鍍層；電鍍抑制層形成步驟，在所述第一電鍍步驟之后在所述通孔的 開口部分中形成電導率比所述第一電鍍層的電導率低的電鍍抑制層；以及第二電鍍步驟， 在所述電鍍抑制層形成步驟之后通過電鍍在所述通孔的內部形成第二電鍍層。
此外，根據本發明，提供一種半導體器件，所述半導體器件具有在基板中形成的通 孔的內部形成的導電層，該半導體器件包括在所述通孔的開口中形成的第一電鍍層；在 所述第一電鍍層上形成的電鍍抑制層；以及在所述第一電鍍層和所述電鍍抑制層上形成的 第二電鍍層。 根據本發明，即使在通孔的底部也能夠以高的效率形成導電層。 通過參照附圖閱讀示例性實施例的以下描述，本發明的其它特征將變得清晰。
圖1是示出根據本發明的第- 圖2是示出根據本發明的第- 圖3是示出根據本發明的第- 圖4是示出根據本發明的第- 圖5是示出根據本發明的第- 圖6是示出根據本發明的第- 圖7是示出根據本發明的第- 圖8是示出根據本發明的第- 圖9是示出根據本發明的第- 圖10是示出根據本發明的第 圖11是示出根據本發明的第
實施例的半導體器件的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
-實施例的形成導電層的方法的示意性截面圖。
二實施例的半導體器件的示意性截面圖。
具體實施例方式(第一實施例) 以下，參照附圖描述根據本發明的形成導電層的方法。 圖2 10各示出根據本發明的第一實施例的形成導電層的方法，這些圖是主要過
程的中途的示意性截面圖。(形成通孔的步驟) 首先，制備如圖2所示的半導體基板1。作為半導體基板l，例如，可以使用包含諸 如硅、鍺或硒之類的單質或諸如氧化物、硫化物、硒化物、碲化物、銻化物、砷化物或磷化物 之類的化合物作為主要成分的厚度為約200 i！ m的基板。在半導體基板1的表面(在半導體基板1上形成硅熱氧化物膜6的情況下為硅熱氧化物膜6的表面)上，設置預先在該半 導體基板表面上形成的電極焊盤7。此外，可通過電極焊盤7上的布線設置半導體元件(未 示出)。此外，可以通過樹脂層在電極焊盤7上形成支撐構件(未示出)。支撐構件可以在 隨后的步驟中被去除，或者不被去除而保留下來。在半導體基板1上，在與電極焊盤7對應 的位置處從半導體基板1的后表面側形成貫通半導體基板1的通孔，以在半導體基板1中 形成通孔，并且，在通孔的底部露出電極焊盤7。為了形成所述通孔，首先施加抗蝕劑10，并 且，通過光刻對通孔的開口形狀進行構圖。 然后，如圖3所示，通孔12被形成為具有開口。作為形成孔的方法，例如，可以使 用感應耦合等離子反應離子蝕刻(ICP-RIE)。因此，例如，形成開口直徑為①50iim的通孔 12。在形成通孔12之后，去除抗蝕劑10。
(形成絕緣層的步驟) 然后，如圖4所示，在通孔12的開口的內部形成絕緣層2。還在半導體基板1的后 表面上形成絕緣層2。絕緣層2可以是通過聚對二甲苯(parylene)成膜形成的有機絕緣 膜。聚對二甲苯膜厚可以為約lym 3ym。根據聚對二甲苯成膜，當選擇在低壓的反應 室中在成膜材料的氣體的供給不在通孔2中變得過剩的同時長時間成膜的條件時，可更加 均勻地形成絕緣層。作為絕緣層，除了聚對二甲苯以外，還可以使用諸如聚酰亞胺樹脂、順 丁烯二酰亞胺樹脂(maleimide resin)、聚酰胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂(polyimideamide resin)、聚酯樹脂、聚醚樹脂、雙酚樹脂(bisphenol resin)、改性的環氧樹脂、改性的丙烯 酸樹脂、硅樹脂、氟樹脂和三聚氰胺樹脂之類的各種樹脂，或通過適當地組合這些樹脂獲得 的樹脂。(底部蝕刻步驟) 下面，如圖5所示，為了使通孔12與電極焊盤7電連接，通過蝕刻去除通孔底部11
上的絕緣層2。這使得能夠在通孔12的底部露出電極焊盤7。作為通過蝕刻去除絕緣層2
的方法，例如，使用干膜抗蝕劑形成被調整為通孔12的開口形狀的用于聚對二甲苯底部蝕
刻的掩模13，以通過蝕刻去除絕緣層2。作為掩模13的材料，可以蒸鍍諸如Ti之類的金屬
膜，或者可以使用干膜抗蝕劑。在通過蝕刻去除絕緣層2之后，去除掩模13。 在通孔的內部以及在通孔的底部露出的電極焊盤上形成導電層，由此，半導體基
板的前表面和后表面相互電連接。以下描述形成導電層的步驟的一個實施例。在這種情況
下，描述由第一金屬層、第二金屬層、第一電鍍層、電鍍抑制層和第二電鍍層制成的導電層。
但是，第一金屬層和第二金屬層可以是一個層，只要所述的一個層可使得絕緣層粘附于電
鍍層并用作電鍍層的籽層(seed layer)。(形成第一金屬層的步驟) 下面，如圖6所示，形成第一金屬層3。第一金屬層3具有作為粘接劑層的作用。 例如，無機材料相對于由聚對二甲苯制成的絕緣層2的粘接性差，例如，Au特別容易剝離。 因此，作為第一金屬層3，例如，形成Ti層，并且，在上面形成由例如Au制成的金屬層。第一 金屬層3用作絕緣層2和由例如Au制成的金屬層的粘接劑層。此外，第一金屬層3具有作 為阻擋層以及粘接劑層的作用。通孔12的底部是電極焊盤7，并且，如果直接在電極焊盤7 上形成由例如Au制成的金屬層，則發生腐蝕。為了防止腐蝕，在通孔12的底部上也形成第 一金屬層3，并且該第一金屬層3被形成作為電極焊盤7和由例如Au制成的金屬層之間的阻擋層。以下描述形成第一金屬層3的方法。如果基板在處理溫度上沒有約束，那么可以 通過諸如CVD或濺射之類的方法在通孔12的內部蒸鍍第一金屬層3。 在由于在半導體基板1上形成的其它的所用構件的特性而存在處理溫度約束并 且不能使用溫度上升到300°C 40(TC的CVD或濺射的情況下，可以使用稱為離子鍍的蒸 鍍方法。根據離子鍍，在真空中冷卻待處理基板的同時，用電子束加熱要被蒸鍍的金屬的 坩鍋，并且施加高頻等離子體和偏壓，結果是可執行漸進的低溫蒸鍍。通過水平放置基板， 使得要被蒸鍍的金屬能夠垂直入射以被蒸鍍到通孔的底部，并且，通過旋轉基板以傾斜該 基板，要被蒸鍍的金屬被蒸鍍到通孔的側壁。使用這些方法，例如，第一金屬層3被蒸鍍到 2000人。作為第一金屬層3，可以使用諸如鈦、鉻、鎢、鈦鎢(TiW)、氮化鈦(TiN)或氮化鉭 (TaN)之類的金屬。
(形成第二金屬層的步驟) 在第一金屬層3由例如Ti制成的情況下，第一金屬層3即使在單質的形式 (elemental form)下也是電阻很高的，并且，當在大氣中被氧化時具有更高的電阻，結果是 電鍍層(例如，Au鍍層)不與其粘接。因此，以與第一金屬層3相同的方式，蒸鍍第二金屬 層4(例如，由Au制成的層)。例如，可以以約4200l的厚度蒸鍍第二金屬層4。圖7示出 其狀態。第一金屬層3或第二金屬層4具有用于通過電鍍在通孔12的內部形成由例如Au 制成的金屬層的電鍍籽層的作用。
(第一電鍍步驟) 下面，如圖8所示，使用在形成第一金屬層的步驟中形成的第一金屬層作為籽層， 通過電鍍形成第一電鍍層5。 第一電鍍層5的鍍層生長在通孔12的開口的附近較快，并且，鍍層生長在通孔的 底部較慢。在具有大的縱橫比(孔深度/開口直徑)的通孔中，這種現象出現得特別顯著。 從常規的導電層膜厚和理論值明確，如果鍍層膜厚為0. liim則電阻就是足夠的。因此，當 獲得在開口中具有約1 P m的厚度的第一電鍍層5時，中斷電鍍。
(形成電鍍抑制層的步驟) 下面，如圖9所示，在開口部分中的第一電鍍層5上形成電導率低于第一電鍍層5 的電導率的電鍍抑制層8，使得不過度執行電鍍。可以通過與第一金屬層3和第二金屬層4 的方法相同的方法形成電鍍抑制層8。例如，可以使用稱為離子鍍的蒸鍍方法。根據所述離 子鍍，在真空中冷卻待處理基板的同時，用電子束加熱要被蒸鍍的金屬的坩鍋，并且施加高 頻等離子體和偏壓，結果是可執行漸進的低溫蒸鍍。在旋轉半導體基板l以傾斜該半導體 基板1并且調整傾角使得露出第一電鍍層5的一部分的同時執行蒸鍍，結果是第一電鍍層 5可以在物理上和電氣上與要接著形成的第二電鍍層9連接。第一電鍍層5的一部分僅需 要在通孔的內部露出可繼續進行電鍍的2 ii m或更大、優選5 ii m或更大。當露出尺寸小于 2 ii m時，變得難以電連接第一 電鍍層5和要接著形成的第二電鍍層9。艮卩，電難以向導電層 流動，并且，失去作為貫通電極的功能。對于電鍍抑制層8，可以使用電導率低于第一電鍍層 的電導率的材料。例如，可以使用諸如Ti、Cr、Ni或W之類的金屬。此外，可以使用樹脂材 料等。在使用鈦的情況下，Ti的表面在大氣中被氧化，并且具有更高的電阻。因此，要接著 形成的第二電鍍層9變得難以粘附。
(第二電鍍步驟)
下面，如圖10所示，通過電鍍形成第二電鍍層9。通過形成電鍍抑制層8，幾乎不 在電鍍抑制層8上執行電鍍，并且，可有效地在通孔12的底部上執行電鍍。以在通孔的底 部也獲得約lPm的鍍層厚度的狀態完成形成導電層的過程。 下面，參照附圖描述本發明的半導體器件，本發明的半導體器件包括在形成導電 層的上述方法中形成的貫通電極。 圖1是示出根據本發明的一個實施例的半導體器件的截面圖。在本發明的半導體 器件中形成貫通電極的通孔12。在半導體基板1的表面(在半導體基板1上形成硅熱氧 化物膜6的情況下，為硅熱氧化物膜6的表面)上，設置在該半導體基板的表面上形成的電 極焊盤7。半導體基板l的厚度為例如200ym。此外，電極焊盤可以與半導體元件(未示 出)或布線(未示出)等連接。電極焊盤的厚度為例如2. lym，并且，布線的厚度為例如 0.6iim。在與電極焊盤7對應的位置處，在半導體基板1中形成例如①50iim的通孔12。 通孔12的縱橫比例如約為4。在除了通孔12的底部的一部分之外的通孔12的內部以及 半導體基板1的后表面上形成絕緣層2。作為絕緣層2，可以使用通過例如聚對二甲苯成 膜形成的有機絕緣膜。聚對二甲苯膜厚可以為約lym 3ym。作為絕緣層，除了聚對二 甲苯以外，可以使用諸如聚酰亞胺樹脂、順丁烯二酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰胺酰亞胺 (polyimideamide)樹脂、聚酯樹脂、聚醚樹脂、雙酚樹脂、改性的環氧樹脂、改性的丙烯酸樹 脂、硅樹脂、氟樹脂和三聚氰胺樹脂之類的各種樹脂，或通過適當地組合這些樹脂獲得的樹 脂。在絕緣層2上形成導電層。導電層由例如第一金屬層3、第二金屬層4、第一電鍍層5、 電鍍抑制層8和第二電鍍層9制成。第一金屬層3和第二金屬層4不需要形成為兩個層，并 且，可以形成一個層，只要所述一個層可使得絕緣層粘附于電鍍層并用作電鍍層的籽層。在 絕緣層2上，形成第一金屬層3。第一金屬層3由諸如鈦、鉻、鎢、鈦鎢(TiW)、氮化鈦(TiN) 或氮化鉭(TaN)之類的金屬制成。在第一金屬層3上形成由Au等制成的第二金屬層4，并 且，在第二金屬層4上形成由Au等制成的第一電鍍層5。在通孔的開口部分中，在第一電 鍍層5上形成電鍍抑制層8。作為電鍍抑制層8，使用電導率低于第一電鍍層5的電導率的 材料。第一電鍍層5的一部分從電鍍抑制層8的端部形成到通孔的內部達2 ii m或更大、優 選5 ii m或更大。當露出尺寸比2 ii m小時，變得難以電連接第一電鍍層5和第二電鍍層9。 即，電難以向導電層流動。第二電鍍層9在通孔的內部形成為與露出的第一電鍍層5重疊。 例如，可以使用諸如Ti、Cr、Ni或W之類的金屬。此外，可以使用樹脂材料等。在使用鈦的 情況下，Ti的表面在大氣中被氧化，并且具有更高的電阻。因此，要接著形成的第二電鍍層 9變得難以粘附。第一電鍍層5和第二電鍍層9由諸如金之類的金屬形成。第一電鍍層5 和第二電鍍層9可以由相同的金屬或不同的金屬形成。第一電鍍層5和第二電鍍層9可以 由相同的金屬形成的原因在于，其電導率相等，這有利于電的流動。第一電鍍層5和第二電 鍍層9中的每一個的膜厚可以為1 P m或更大。此外，導電層和電極焊盤7在通孔的底部相 互接觸。即，導電層與在通孔12的底部露出的電極焊盤7電連接。如果需要的話，可以在 半導體基板的后表面上形成凸塊等(未示出)。
(第二實施例) 圖11是示出根據本發明的第二實施例的半導體器件的示意性截面圖，其中，在通 孔12的兩側具有開口的半導體基板1上形成導電層。在圖1所示的半導體器件中，電極焊 盤被置于通孔的表面上，并且，電極焊盤和導電層相互連接，結果是半導體基板的前表面和
7后表面被電連接。在本實施例中，從后表面到前表面形成導電層，并且，前表面和后表面通
過導電層被電連接。(第三實施例) 描述對于電鍍抑制層8使用樹脂材料的第三實施例。在形成第一電鍍層5之后， 層疊干膜抗蝕劑。在施加熱和壓力的同時執行層疊，使得干膜附著于基板的表面上，并且， 干膜還被嵌入通孔中。在干膜被嵌入之后，形成曝光掩模以使得其在通孔壁側露出約1 P m， 并且，通過曝光使干膜抗蝕劑固化，由此形成由樹脂材料制成的電鍍抑制層8。因此，可以在 不使用蒸鍍步驟的情況下形成電鍍抑制層8，因此可以更加容易地抑制電鍍。由于使用填充 通孔的干膜抗蝕劑，因此本實施例可最優地應用于具有相對較大的開口直徑的通孔。
雖然已參照示例性實施例描述了本發明，但應理解，本發明不限于公開的示例性 實施例。以下的權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋以包含所有這些變更方式和等同的結 構和功能。
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權利要求
一種在貫通基板的通孔的內部形成導電層的方法，包括形成貫通基板的通孔的步驟；第一電鍍步驟，在所述通孔的內部形成第一電鍍層；電鍍抑制層形成步驟，在所述第一電鍍步驟之后在所述通孔的開口部分中形成電導率小于所述第一電鍍層的電導率的電鍍抑制層；以及第二電鍍步驟，在所述電鍍抑制層形成步驟之后通過電鍍而在所述通孔的內部形成第二電鍍層。
2. 根據權利要求1所述的形成導電層的方法，其中，所述第一電鍍層和所述第二電鍍 層包含相同的材料。
3. —種半導體器件，所述半導體器件具有在貫通基板的通孔的內部形成的導電層，所 述半導體器件包括在所述通孔的開口中形成的第一電鍍層；在 所述第一電鍍層上形成的電鍍抑制層；以及在所述第一 電鍍層和所述電鍍抑制層上形成的第二電鍍層。
4. 根據權利要求3所述的半導體器件，其中，所述第一電鍍層和所述第二電鍍層包含 相同的材料。
5. 根據權利要求3所述的半導體器件，其中，所述電鍍抑制層的電導率小于所述第一 電鍍層的電導率。
全文摘要
本發明提供在通孔的內部形成導電層的方法以及半導體器件，在所述方法中，提高通孔的內部的鍍層的均勻粘附特性，并且生產節拍時間短。所述形成導電層的方法包括第一電鍍步驟，在所述通孔的內部形成第一電鍍層；電鍍抑制層形成步驟，在所述第一電鍍步驟之后在所述通孔的開口部分中形成包括與所述第一電鍍層的材料不同的材料的電鍍抑制層；以及第二電鍍步驟，在所述電鍍抑制層形成步驟之后通過電鍍而在所述通孔的內部形成第二電鍍層。
文檔編號H01L23/488GK101770963SQ20091026225
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月22日 優先權日2008年12月26日
發明者榊隆 申請人:佳能株式會社