[发明专利]TSV电镀方法

说明书

本发明提供了一种TSV电镀方法，在电镀液中加入添加剂，对硅基底上的硅通孔及与其连通的沟槽进行电镀，通过调整电镀电流将电镀过程分为三个阶段，三个阶段的电镀电流分别为第一电流值、第二电流值第三电流值，其中，所述第一电流值小于所述第二电流值，所述第二电流值小于所述第三电流值，通过电镀电流的改变，硅通孔和与之连通的沟槽中的金属沉积速率发生变化，并且最终将硅通孔和沟槽填满，在电镀金属的顶部没有形成对应硅通孔的凹坑，在去除高于硅基底表面的过电镀层之后，可以得到具有平坦表面的TSV结构。

技术领域

本发明涉及电镀工艺，特别涉及TSV电镀方法。

背景技术

随着微电子技术的不断进步，集成电路的特征尺寸不断缩小，互连密度不断提高，同时用户对高性能低耗电的要求不断提高。在这种情况下，依靠进一步缩小互连线的线宽来提高性能的方式受到材料物理特性和设备工艺的限制，且二维互连线的RC(电阻电容)延迟逐渐成为限制半导体芯片性能提高的瓶颈。TSV(Through Silicon Via，硅通孔)工艺通过在晶圆中形成金属立柱，并配以金属凸点，可以实现晶圆(芯片)之间或芯片与基底间直接的三维互连，这样可以弥补传统半导体芯片二维布线的局限性。也就是说，TSV技术能提高集成电路的集成度，能大大缩短集成电路之间连线，进而使RC延迟和功耗都得到显著的减小，这种互连方式可以使集成电路的性能从多个方面得到很大的提升，同时，TSV技术还能把不同工艺材料和不同的功能模块集成到一起，给芯片整体性能优化带来很大方便。这些显著的优势都使得TSV技术近年来成为热门的研究领域。

TSV技术的关键之一是对半导体元件的沟道区的硅通孔和与硅通孔连通的沟槽进行金属电镀以实现电信号互连。现有的TSV电镀方法在填充硅通孔和与硅通孔连通的沟槽后，在电镀层表面对应于硅通孔的区域会形成凹坑，对该电镀层进行CMP工艺后此凹坑仍然存在，这种现象对于硅通孔的孔径大于1μm时尤其明显。图1是利用现有TSV工艺所形成的TSV结构的照片。如图1中，TSV结构(包括填充之后的硅通孔及与之连通的沟槽)在硅通孔的正上方表面形成有凹坑10，其存在对后续的再连线工艺以及半导体器件制作会造成影响。

发明内容

本发明要解决的问题是利用现有TSV电镀方法在TSV结构对应硅通孔的表面形成了凹坑的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种TSV电镀方法，其特征在于，包括：

提供一硅基底，所述硅基底上形成有硅通孔以及与所述硅通孔连通的沟槽，所述沟槽设置于所述硅基底的表面；在所述硅通孔和所述沟槽的内壁形成种子层；将所述硅基底浸入含有添加剂的电镀液，在第一电流值的条件下，电镀形成第一金属层，所述第一金属层覆盖所述种子层但并不填满所述硅通孔；在第二电流值的条件下，电镀形成第二金属层，所述第二金属层覆盖所述第一金属层但并不填满所述硅通孔；以及在第三电流值的条件下，电镀形成第三金属层，直至填满所述硅通孔及所述沟槽；其中，所述第一电流值小于所述第二电流值，所述第二电流值小于所述第三电流值。

可选的，所述添加剂包括平整剂、抑制剂和加速剂。所述平整剂在所述电镀液中的重量比例为4％～6％，所述抑制剂在所述电镀液中的重量比例为1.5％～3.5％，所述加速剂在所述电镀液中的重量比例为8％～12％。

可选的，将所述硅基底浸入含有添加剂的电镀液并静置，使得所述平整剂位于所述沟槽的开口处，所述抑制剂位于所述沟槽的底部以及所述加速剂位于所述硅通孔内。

可选的，所述第一电流值为3～5安培，所述第二电流值为5～8安培，所述第三电流值为10～15安培。

可选的，所述硅通孔的孔径大于1μm。在第一电流值下的电镀时间是2～6秒，在第二电流值下的电镀时间是1～2分钟，在第三电流值下的电镀时间是3～5分钟。

可选的，在形成所述种子层之前，还包括在所述硅通孔和所述沟槽的内壁形成金属阻挡层。