[发明专利]一种硅通孔底部衬垫露出的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅通孔底部衬垫露出的检测方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，器件互连密度不断提高。同时用户对高性能、低功耗的要求不断提高。而传统的二维小型化策略已经达到了性能、功能多样性和制造成本的极限，其正在逐渐被三维半导体集成技术所取代。

在各种三维集成技术中，基于硅通孔垂直互连的叠层封装方式以其短距离互连和高密度集成的关键技术优势，引领三维封装技术发展的趋势。硅通孔技术包括如下的关键工艺：通孔蚀刻，制作绝缘层，通孔填充，芯片减薄与堆叠等。其中制作绝缘层是不可被忽视的一步，这直接影响了硅通孔的互联特性。氧化硅、氮化硅等都是半导体工艺中最常用的绝缘材料，传统的绝缘层制作一般是利用PECVD的方式在通孔内直接沉积绝缘材料，这样本来应该用作互联的衬垫金属也被绝缘层覆盖住，因此必须应用后续工艺对其表面进行绝缘层移除。

在衬垫表面绝缘层移除的时候还需要考虑到前面硅通孔的工艺，通常硅通孔的刻蚀工艺分两种情况：1）硅通孔的刻蚀直接刻蚀到衬垫表面，即通过一步或者多步刻蚀直接打通背部硅层和前面的IMD氧化层，刻蚀停在衬垫表面，这种刻蚀工艺因为要穿过的材料比较复杂，因此对工艺的要求较高；2）还有一种刻蚀工艺是只刻蚀硅，刻蚀最后停在衬垫上面IMD氧化层上，那么在硅通孔再沉积一层绝缘层后，硅通孔底部衬垫上面的绝缘层厚度就会增加，就要相应调整后续刻蚀方法和程式，这种刻蚀工艺对前面硅通孔的刻蚀要求降低了，但是因为后续沉积绝缘层后，衬垫表面既有绝缘层又有IMD氧化层，这样就增加了后续衬垫表面绝缘层刻蚀的难度；

现有技术中对衬垫表面绝缘层的移除用主要采用干法蚀刻，但因为氧化硅之类的绝缘层材料本身就是透明的，在光学显微镜下能够被光线透过，因此采用光学显微镜无法准确判断该绝缘层是否被完全移除，并且硅通孔直径很小，通常在1~100um之间，深度在10~400um之间，光学厚度测量设备无法对孔底进行直接的测试。目前，若采用扫描电镜，对孔底进行监控，资金投入较高，速度较慢；另一种方式就是直接切片，但该种方法破坏了晶圆，不能进行量产作业。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种方法简单、成本较低检测速度快且准确度高的硅通孔底部衬垫露出的检测方法。

本发明采用如下技术方案：一种硅通孔底部衬垫露出的检测方法，包括如下步骤：

（1）提供带有硅通孔结构的晶圆，对硅通孔底部沉积有绝缘层的衬垫进行刻蚀露出衬垫表面；

（2）采用金属溶液对衬垫进行表面染色处理或对衬垫表面直接氧化处理使衬垫进行表面改性；

（3）对表面改性处理后的衬垫采用光学仪器检测衬垫的颜色变化或是X射线衍射仪检测是否有新的金属元素；

（4）表面改性处理后的衬垫在光学仪器检测下颜色由亮白色变红或变暗，判断绝缘层去除完全；X射线衍射仪检测有新的金属元素出现判断绝缘层去除完全；

（5）若绝缘层未完全去除重复上述步骤直至去除完全。

进一步的，所述衬垫中的金属为铝、铜、锡、铟或银。

进一步的，所述刻蚀为直接刻蚀或光阻涂布、曝光、显影后的刻蚀。

进一步的，所述绝缘层为氧化物、氮化物、碳化物或氮氧化物形成的薄膜。

进一步的，所述硅通孔为圆形、方形、倒梯形或倒锥形。

进一步的，所述光阻涂布包括喷胶、旋涂光阻和干膜直接贴附。

进一步的，所述金属溶液为硫酸铜溶液、氯化铜溶液、硝酸铜溶液、镀镍溶液、硝酸银溶液或碱式碳酸铜的氨溶液。

进一步的，衬垫表面直接氧化处理时采用含有氧离子、氮离子、碳离子的等离子体处理5-30min。

进一步的，所述绝缘层的厚度为1-5μm。

本发明通过简单的化学或者物理方式对硅通孔底部衬垫或者晶圆表面的绝缘层进行表面改性，然后利用光学显微镜等较简单的设备对比改性前后衬垫表面的变化就能判断衬垫表面是否还有绝缘层残留，该种方法工艺简单且成本较低，操作方便准确度高。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：