一種硅通孔底部襯墊露出的檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，包括步驟：（1）提供帶有硅通孔結構的晶圓，對硅通孔底部沉積有絕緣層的襯墊進行刻蝕露出襯墊表面；（2）采用金屬溶液對襯墊進行表面染色處理或對襯墊表面直接氧化處理使襯墊進行表面改性；（3）對表面改性處理后的襯墊采用光學儀器檢測襯墊的顏色變化或是X射線衍射儀檢測是否有新的金屬元素；（4）表面改性處理后的襯墊在光學儀器檢測下顏色由亮白色變紅或變暗，判斷絕緣層去除完全；X射線衍射儀檢測有新的金屬元素出現判斷絕緣層去除完全；（5）若絕緣層未完全去除重復上述步驟直至去除完全。本發明檢測方法簡單，檢測速度快且成本較低，操作方便準確度高。
【專利說明】一種硅通孔底部襯墊露出的檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，屬于半導體器件【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的發展，集成電路的特征尺寸不斷縮小，器件互連密度不斷提高。同時用戶對高性能、低功耗的要求不斷提高。而傳統的二維小型化策略已經達到了性能、功能多樣性和制造成本的極限，其正在逐漸被三維半導體集成技術所取代。
[0003]在各種三維集成技術中，基于硅通孔垂直互連的疊層封裝方式以其短距離互連和高密度集成的關鍵技術優勢，引領三維封裝技術發展的趨勢。硅通孔技術包括如下的關鍵工藝:通孔蝕刻，制作絕緣層，通孔填充，芯片減薄與堆疊等。其中制作絕緣層是不可被忽視的一步，這直接影響了硅通孔的互聯特性。氧化硅、氮化硅等都是半導體工藝中最常用的絕緣材料，傳統的絕緣層制作一般是利用PECVD的方式在通孔內直接沉積絕緣材料，這樣本來應該用作互聯的襯墊金屬也被絕緣層覆蓋住，因此必須應用后續工藝對其表面進行絕緣層移除。
[0004]在襯墊表面絕緣層移除的時候還需要考慮到前面硅通孔的工藝，通常硅通孔的刻蝕工藝分兩種情況:1)硅通孔的刻蝕直接刻蝕到襯墊表面，即通過一步或者多步刻蝕直接打通背部硅層和前面的MD氧化層，刻蝕停在襯墊表面，這種刻蝕工藝因為要穿過的材料比較復雜，因此對工藝的要求較高；2)還有一種刻蝕工藝是只刻蝕硅，刻蝕最后停在襯墊上面頂D氧化層上，那么在硅通孔再沉積一層絕緣層后，硅通孔底部襯墊上面的絕緣層厚度就會增加，就要相應調整后續刻蝕方法和程式，這種刻蝕工藝對前面硅通孔的刻蝕要求降低了，但是因為后續沉積絕緣層后，襯墊表面既有絕緣層又有IMD氧化層，這樣就增加了后續襯墊表面絕緣層刻蝕的難度；
現有技術中對襯墊表面絕緣層的移除用主要采用干法蝕刻，但因為氧化硅之類的絕緣層材料本身就是透明的，在光學顯微鏡下能夠被光線透過，因此采用光學顯微鏡無法準確判斷該絕緣層是否被完全移除，并且硅通孔直徑很小，通常在l~100um之間，深度在10~400um之間，光學厚度測量設備無法對孔底進行直接的測試。目前，若采用掃描電鏡，對孔底進行監控，資金投入較高，速度較慢；另一種方式就是直接切片，但該種方法破壞了晶圓，不能進行量產作業。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決上述問題，提供了一種方法簡單、成本較低檢測速度快且準確度高的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法。
[0006]本發明采用如下技術方案:一種硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，包括如下步驟:
(I)提供帶有硅通孔結構的晶圓，對硅通孔底部沉積有絕緣層的襯墊進行刻蝕露出襯墊表面； (2)采用金屬溶液對襯墊進行表面染色處理或對襯墊表面直接氧化處理使襯墊進行表面改性；
(3)對表面改性處理后的襯墊采用光學儀器檢測襯墊的顏色變化或是X射線衍射儀檢測是否有新的金屬元素；
(4)表面改性處理后的襯墊在光學儀器檢測下顏色由亮白色變紅或變暗，判斷絕緣層去除完全；X射線衍射儀檢測有新的金屬元素出現判斷絕緣層去除完全；
(5)若絕緣層未完全去除重復上述步驟直至去除完全。
[0007]進一步的，所述襯墊中的金屬為鋁、銅、錫、銦或銀。
[0008]進一步的，所述刻蝕為直接刻蝕或光阻涂布、曝光、顯影后的刻蝕。
[0009]進一步的，所述絕緣層為氧化物、氮化物、碳化物或氮氧化物形成的薄膜。
[0010]進一步的，所述硅通孔為圓形、方形、倒梯形或倒錐形。
[0011]進一步的，所述光阻涂布包括噴膠、旋涂光阻和干膜直接貼附。
[0012]進一步的，所述金屬溶液為硫酸銅溶液、氯化銅溶液、硝酸銅溶液、鍍鎳溶液、硝酸銀溶液或堿式碳酸銅的氨溶液。
[0013]進一步的，襯墊表面直接氧化處理時采用含有氧離子、氮離子、碳離子的等離子體處理 5_30min。
[0014]進一步的,所述絕緣層的厚度為1-5 μ m。
[0015]本發明通過簡單的化學或者物理方式對硅通孔底部襯墊或者晶圓表面的絕緣層進行表面改性，然后利用光學顯微鏡等較簡單的設備對比改性前后襯墊表面的變化就能判斷襯墊表面是否還有絕緣層殘留，該種方法工藝簡單且成本較低，操作方便準確度高。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合具體實施例對本發明作進一步的說明。
[0017]實施例一:
一種帶有圓形娃通孔結構的晶圓，娃通孔底部的襯墊上沉積有l-5um的二氧化娃材質的絕緣層，通過直接刻蝕的方法露出襯墊表面，襯墊為鋁金屬，在室溫條件下，將晶圓置于質量濃度為1%_30%的硫酸銅溶液中上下浮動5-30min，在頻率為200kHz超聲震蕩5min，取出晶圓，離子水沖洗2-3次，在溫度180°C下烘干后置于光學顯微鏡下拍圖，與處理前的襯墊圖片比較，處理前的襯墊表面在光學顯微鏡下為亮白色，當處理后的襯墊圖片反光系數減小，表面變為紅色或者變暗時，則證明硅通孔底部的絕緣層已經完全移除；若反光系數變化很小或者沒有變化，則證明硅通孔底部絕緣層未去除完全，則需要進行重復蝕刻。檢測時采用X射線衍射儀檢測，若檢測到硅通孔底部的襯墊上出現銅元素，即可證明絕緣層已移除，若襯墊上無銅元素出現重復刻蝕工藝步驟；
實施例二:
一種帶有方形硅通孔結構的晶圓，硅通孔底部的襯墊上沉積有l_5um的氮化硅材質的絕緣層，通過旋涂光阻、曝光、顯影后進行刻蝕露出襯墊表面，襯墊為鋁金屬，在25-90°C條件下，將晶圓置于鍍鎳溶液中上下浮動5-30min，頻率為200kHz超聲震蕩50min，取出晶圓，去離子水沖洗2-3次，在溫度180°C下烘干后置于光學顯微鏡下拍圖，與處理前的襯墊圖片比較，處理前的襯墊表面在光學顯微鏡下為亮白色，當處理后的襯墊圖片反光系數減小，表面變暗，即證明硅通孔底部絕緣層已經被移除，若反光系數變化很小或者沒有變化，則證明硅通孔底部絕緣層未完全移除，則需要進行重復蝕刻的流程。采用X射線衍射儀檢測時，若硅通孔底部襯墊上出現鎳元素，則證明絕緣層移除成功，若襯墊上無鑷元素出現重復刻蝕工藝步驟。
[0018]實施例三:
一種帶有倒梯形硅通孔結構的晶圓，硅通孔底部的襯墊上沉積有l_5um的碳化硅材質的絕緣層，通過噴膠、曝光、顯影后進行刻蝕露出襯墊表面，襯墊為鋁金屬，將晶圓置于含有氧離子的等離子體中5-30min，取出樣品，與未處理的襯墊圖片進行比較，未處理的襯墊表面在光學顯微鏡下顯示亮白色，當處理后圖片反光系數減小，表面變暗，則證明硅通孔底部絕緣層已經被成功移除，如果反光系數變化很小或者沒有變化，則證明硅通孔底部絕緣層沒有完全移除，或者蝕刻力度不夠，則需要進行重復蝕刻的流程。采用SEM觀察襯墊表面，若襯墊表面粗糙度增大，則說明絕緣層已被移除完全，若襯墊表面粗糙度不變，則需要重復蝕刻的流程。
[0019]實施例四:
一種帶有圓形硅通孔結構的晶圓，硅通孔底部的襯墊上沉積有l_5um氮化物材料的絕緣層，通過直接刻蝕的方法露出襯墊表面，襯墊為銅金屬，在室溫條件下，將晶圓置于40g/L的堿式碳酸銅的氨溶液中進行染色，在溶液中上下浮動5-30min，然后取出晶圓，去離子水沖洗2-3次，在溫度180°C下烘干后置于光學顯微鏡下拍圖，與未處理的襯墊圖片進行比較，未處理的襯墊表面在光學顯微鏡下顯示亮白色，若處理過的襯墊圖片顏色顯示染料顏色或變暗，則證明硅通孔底部絕緣層已經完全移除，如果反光系數沒有變化，則證明硅通孔底部絕緣層沒有移除完全，或者蝕刻力度不夠，則需要進行重復蝕刻的流程；
實施例五:
一種帶有倒錐形硅通孔結構的晶圓，硅通孔底部的襯墊上沉積有l_5um 二氧化硅材料的絕緣層，通過旋涂光阻、曝光、顯影后進行刻蝕露出襯墊表面，襯墊為銅金屬，將晶圓置于含有氧離子的等離子體中5-30min，取出晶圓，與未處理的襯墊圖片進行比較，未處理的襯墊表面在光學顯微鏡下顯示紅色或者暗紅色，如果處理過的襯墊圖片反光系數減小，表面變暗，則證明硅通孔底部絕緣層已經被完全移除，如果反光系數變化很小或者沒有變化，則證明硅通孔底部絕緣層沒有完全移除，或者蝕刻力度不夠，則需要進行重復蝕刻的流程；
實施例六:
一種帶有方形硅通孔結構的晶圓，硅通孔底部的襯墊上沉積有l_5um 二氧化硅材料的絕緣層，通過噴膠、曝光、顯影后進行刻蝕露出襯墊表面，襯墊為銅金屬，在25-90°C溫度條件下，將晶圓置于質量濃度為0.1%-10%的硝酸銀溶液中上下浮動5-30min，在20kHz超聲震蕩30min，取出晶圓，去離子水沖洗2-3次，在溫度180°C下烘干后置于光學顯微鏡下拍圖，然后跟未處理的襯墊圖片進行比較，未處理的襯墊表面在光學顯微鏡下顯示紅色或者暗紅色若處理過的襯墊圖片反光系數增大，則證明硅通孔底部絕緣層已完全移除，如果反光系數變化很小或者沒有變化，則證明硅通孔底部絕緣層沒有完全移除，或者蝕刻力度不夠，則需要進行重復蝕刻的流程。
【權利要求】
1.一種硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)提供帶有硅通孔結構的晶圓，對硅通孔底部沉積有絕緣層的襯墊進行刻蝕露出襯墊表面； (2)采用金屬溶液對襯墊進行表面染色處理或對襯墊表面直接氧化處理，使襯墊進行表面改性； (3)對表面改性處理后的襯墊采用光學儀器檢測襯墊的顏色變化或是X射線衍射儀檢測是否有新的金屬元素； (4)表面改性處理后的襯墊在光學儀器檢測下顏色由亮白色變紅或變暗，判斷絕緣層去除完全；X射線衍射儀檢測有新的金屬元素出現判斷絕緣層去除完全； (5)若絕緣層未完全去除重復上述步驟直至去除完全。
2.如權利要求1所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述襯墊中的金屬為鋁、銅、錫、銦或銀。
3.如權利要求1所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述刻蝕為直接刻蝕或光阻涂布、曝光、顯影后的刻蝕。
4.如權利要求1所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述絕緣層為氧化物、氮化物、碳化物或氮氧化物形成的薄膜。
5.如權利要求1所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述硅通孔為圓形、方形、倒梯形或倒錐形。
6.如權利要求3所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述光阻涂布包括噴膠、旋涂光阻和干膜直接貼附。
7.如權利要求1所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述金屬溶液為硫酸銅溶液、氯化銅溶液、硝酸銅溶液、鍍鎳溶液、硝酸銀溶液或堿式碳酸銅的氨溶液。
8.如權利要求1所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述對襯墊表面直接氧化處理時采用含有氧離子、氮離子、碳離子的等離子體處理5-30min。
9.如權利要求1所述的硅通孔底部襯墊露出的檢測方法，其特征在于:所述絕緣層的厚度為1-5 μ m。
【文檔編號】H01L21/66GK104465445SQ201410750522
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】馮光建 申請人:華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司