[发明专利]金通硅掩模电镀

说明书

提供了用于蚀刻辅助的金(Au)通硅掩模电镀(EAG‑TSM)的方法的系统和方法。示例性方法包括在衬底上提供籽晶层并且在衬底上的籽晶层的至少一部分上提供硅掩模。硅掩模包括一个或多个待用金填充的通孔。有掩模的衬底经受至少一个处理循环，每个处理循环包括镀金子步骤和蚀刻处理子步骤。重复循环直到达到选定的通孔填充厚度。

优先权主张

本申请要求于2019年2月14日申请的、名称为“Gold Through Silicon MaskPlating”的美国临时专利申请No.62/805,604的优先权，其全部内容都通过引用合并于此。

技术领域

本公开内容整体上涉及金通硅掩模(TSM)电镀，特别是用于半导体制造中的衬底处理。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

在微米级形成金属结构最常通过使用一个或多个预先图案化的牺牲掩模执行的电镀操作来完成。一种方法使用有机光致抗蚀剂掩模。这种方法通常被称为通抗蚀剂电镀。晶片级封装(WLP)行业的一些制造商广泛使用此类方法来形成铜(Cu)和金(Au)重分布层(RDL)，以及铜、镍(Ni)和锡(Sn)合金焊料的倒装芯片凸点互连，并进行金凸点技术。甚至更复杂的结构，例如在微机电系统(MEMS)应用中发现的结构，也利用了通抗蚀剂电镀技术。

在提供另一种选择的同时，具有Au的TSM电镀也存在一些巨大的困难。Au金属很容易在Si掩模上虚假沉积，在通孔开口处更是如此。这种不希望有的在硅上的金沉积继续生长，通常在通孔入口处生长得更厚(intensely)，这可能会削弱所需的金通孔填充电镀图案。最终，通孔入口或通孔入口的至少一部分变得基本上封闭。这可能过早地不允许完全填充Au通孔。这些有缺陷的部分填充通孔通俗地称为空隙，根据封闭的性质，这些空隙可以具有各种形状、大小和位置。

发明内容

本公开内容试图解决上述困难中的至少一些。本公开内容提供了用于TSM电镀金(Au)的示例方法。此处的TSM与通硅通孔(TSV)方法的区别在于，在TSM中，Si通常是设置在金属籽晶层上方的牺牲层，因此沉积将仅发生在通孔中。然而，大量的金沉积仍然发生在Si场上，通常在通孔入口处发生得更严重。这种虚假沉积是不期望有的，并且在某些情况下，通孔入口的关闭可能会中断Au通孔填充过程。这种中断可能导致或留下有缺陷的结构或部分填充和/或空隙，以及高度不均匀的通孔填充。这些和其他问题在一些示例中通过循环沉积-蚀刻处理工艺解决，在本文中也称为蚀刻辅助的金通硅掩模(EAG-TSM)。在一些示例中，该工艺寻求最大限度地减少Si场电镀并保持通孔入口完整性，从而实现完整的通孔填充并消除封闭空隙，尤其是在高深宽比结构中。

因此，在一些示例中，一种蚀刻辅助的金(Au)通硅掩模电镀(EAG-TSM)的方法包括：在衬底上提供籽晶层；在所述衬底上的所述籽晶层的至少一部分上提供硅掩模，所述硅掩模包括待用Au填充的一个或多个通孔；使有掩模的所述衬底经受至少一个处理循环，每个处理循环包括电镀Au子步骤和蚀刻处理子步骤；以及重复所述至少一个处理循环，直到达到所选定的通孔填充厚度。

在一些示例中，通过蚀刻处理子步骤去除通过所述电镀子步骤沉积在通孔附近的残留Au。在一些示例中，通孔填充效率基于通孔填充程度与残余Au的程度的对比。

一些示例还包括基于在所述电镀子步骤中所述Au电镀溶液的化学成分中包含三氧化硫(SO₃)来调节所述通孔填充效率。一些示例还包括基于在所述电镀子步骤中在所述Au电镀溶液的化学成分中包含氰化物(CN)来调整所述通孔填充效率。

在一些示例中，所述蚀刻处理子步骤中的蚀刻剂包括摩尔比为6:1的I-/I2。在一些示例中，所述蚀刻处理子步骤中的蚀刻剂包括摩尔比为1:3的王水。