专利名称：形成导电层的方法及半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成导电层的方法和半导体器件，所述形成导电层的方法包含通过电
镀而在基板中形成的通孔的内部形成导电层的步骤。
背景技术：
迄今为止，已提出在绝缘材料制成的基板中或具有绝缘表面的基板中形成的通孔 (以下，在一侧具有开口的孔和在两侧具有开口的孔均被称为通孔)的内部形成导电层的 各种方法。 通过经由在通孔的内部形成的导电层使基板的前表面与后表面电连接，例如，该 导电层被用作用于基板层叠的贯通电极。作为形成导电层的方法，在多数情况下使用电镀。
在通孔中，特别是在具有大的纵横比(孔深/开口直径)的通孔中，导电层容易粘 附于通孔的开口的附近，并且，在通孔的底部通过电镀充分形成导电层之前开口闭塞，结果 是通孔的底部的导电层的膜厚变小。因此，出现电难以流过膜厚小的部分的导电层的问题。
为了解决上述的问题，已知存在关于利用促进剂或抑制剂的电镀液的方法以及关 于缓慢开始电镀电流值并在两个阶段中改变电镀电流值的电镀电流控制的方法。
作为关于电镀液的一种方法，提供向电镀液添加诸如聚乙二醇(polyethylene glycol)之类的添加剂的方法。该方法通过允许聚乙二醇的树脂成分被吸收到在开口的附 近电场集中的部分来防止开口闭塞，由此抑制开口的附近的电镀。 此外，作为关于电镀电流控制的一种方法，已知存在这样一种方法，在该方法中， 当电镀具有大的纵横比的通孔时，以比电镀平坦表面时的电流密度小的电流密度电镀通孔 的内部。因此，相对于镀层生长速率，通孔中的电镀液交换率被提高，并且，通孔底部的镀层 的粘附特性被提高(美国专利申请公开No. 2004/0262165A1)。
然而，这些常规的方法具有以下的问题。 在使用添加剂的方法中，在使用包含作为在关于电阻的电气可靠性和关于腐蚀的 化学可靠性方面最稳定并且最希望的金属的金的金电镀液的情况下，出现以下的问题。首 先，作为氰化物浴并且是通常使用的金电镀液的氰化金电镀液是非常稳定的溶液，因此，难 以获得添加剂的效果，并且，在镀层完全粘附于通孔的底部之前开口闭塞。此外，非氰化物 浴的液体状态是非常不稳定的，并且容易失去ph等的平衡。因此，可能发生析出效率的降 低、局部异常析出和诸如灼烧之类的电镀缺陷。此外，非氰化物浴的电镀液寿命明显地短， 因此，非氰化物浴是不实用的。 在关于电镀电流控制的方法中，当以推荐的电流密度(即，1/10或更小)执行电镀 时，可以在不闭塞开口的情况下执行电镀。然而，电流密度小，因此花费长的时间段(即，2 小时)，作为规模生产时的生产节拍(tact)，这是显著造成限制的条件。因此，不能采用这 种方法。当为了将生产节拍时间设为作为2小时的一半的1小时而以上述值的约两倍的电 流密度(即，1/5)执行电镀时，电场集中于开口部分中，并且，在对于通孔的底部完成电镀 之前开口闭塞。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，完成了本发明，并且因此，本发明的一个目的是提 供在通孔的内部形成导电层的方法以及半导体器件，在所述方法中，通孔的内部的镀层的 均匀粘接特性提高，并且生产节拍时间短。 为了实现上述的目的，根据本发明，提供一种形成导电层的方法，该方法包括通过 电镀在基板中形成的通孔的内部形成导电层的步骤，该方法包括第一 电镀步骤，在所述通 孔的内部形成第一电镀层；电镀抑制层形成步骤，在所述第一电镀步骤之后在所述通孔的 开口部分中形成电导率比所述第一电镀层的电导率低的电镀抑制层；以及第二电镀步骤， 在所述电镀抑制层形成步骤之后通过电镀在所述通孔的内部形成第二电镀层。
此外，根据本发明，提供一种半导体器件，所述半导体器件具有在基板中形成的通 孔的内部形成的导电层，该半导体器件包括在所述通孔的开口中形成的第一电镀层；在 所述第一电镀层上形成的电镀抑制层；以及在所述第一电镀层和所述电镀抑制层上形成的 第二电镀层。 根据本发明，即使在通孔的底部也能够以高的效率形成导电层。 通过参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
图1是示出根据本发明的第- 图2是示出根据本发明的第- 图3是示出根据本发明的第- 图4是示出根据本发明的第- 图5是示出根据本发明的第- 图6是示出根据本发明的第- 图7是示出根据本发明的第- 图8是示出根据本发明的第- 图9是示出根据本发明的第- 图10是示出根据本发明的第 图11是示出根据本发明的第
实施例的半导体器件的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
-实施例的形成导电层的方法的示意性截面图。
二实施例的半导体器件的示意性截面图。
具体实施例方式(第一实施例) 以下，参照附图描述根据本发明的形成导电层的方法。 图2 10各示出根据本发明的第一实施例的形成导电层的方法，这些图是主要过
程的中途的示意性截面图。(形成通孔的步骤) 首先，制备如图2所示的半导体基板1。作为半导体基板l，例如，可以使用包含诸 如硅、锗或硒之类的单质或诸如氧化物、硫化物、硒化物、碲化物、锑化物、砷化物或磷化物 之类的化合物作为主要成分的厚度为约200 i！ m的基板。在半导体基板1的表面(在半导体基板1上形成硅热氧化物膜6的情况下为硅热氧化物膜6的表面)上，设置预先在该半 导体基板表面上形成的电极焊盘7。此外，可通过电极焊盘7上的布线设置半导体元件(未 示出)。此外，可以通过树脂层在电极焊盘7上形成支撑构件(未示出)。支撑构件可以在 随后的步骤中被去除，或者不被去除而保留下来。在半导体基板1上，在与电极焊盘7对应 的位置处从半导体基板1的后表面侧形成贯通半导体基板1的通孔，以在半导体基板1中 形成通孔，并且，在通孔的底部露出电极焊盘7。为了形成所述通孔，首先施加抗蚀剂10，并 且，通过光刻对通孔的开口形状进行构图。 然后，如图3所示，通孔12被形成为具有开口。作为形成孔的方法，例如，可以使 用感应耦合等离子反应离子蚀刻(ICP-RIE)。因此，例如，形成开口直径为①50iim的通孔 12。在形成通孔12之后，去除抗蚀剂10。
(形成绝缘层的步骤) 然后，如图4所示，在通孔12的开口的内部形成绝缘层2。还在半导体基板1的后 表面上形成绝缘层2。绝缘层2可以是通过聚对二甲苯(parylene)成膜形成的有机绝缘 膜。聚对二甲苯膜厚可以为约lym 3ym。根据聚对二甲苯成膜，当选择在低压的反应 室中在成膜材料的气体的供给不在通孔2中变得过剩的同时长时间成膜的条件时，可更加 均匀地形成绝缘层。作为绝缘层，除了聚对二甲苯以外，还可以使用诸如聚酰亚胺树脂、顺 丁烯二酰亚胺树脂(maleimide resin)、聚酰胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂(polyimideamide resin)、聚酯树脂、聚醚树脂、双酚树脂(bisphenol resin)、改性的环氧树脂、改性的丙烯 酸树脂、硅树脂、氟树脂和三聚氰胺树脂之类的各种树脂，或通过适当地组合这些树脂获得 的树脂。(底部蚀刻步骤) 下面，如图5所示，为了使通孔12与电极焊盘7电连接，通过蚀刻去除通孔底部11
上的绝缘层2。这使得能够在通孔12的底部露出电极焊盘7。作为通过蚀刻去除绝缘层2
的方法，例如，使用干膜抗蚀剂形成被调整为通孔12的开口形状的用于聚对二甲苯底部蚀
刻的掩模13，以通过蚀刻去除绝缘层2。作为掩模13的材料，可以蒸镀诸如Ti之类的金属
膜，或者可以使用干膜抗蚀剂。在通过蚀刻去除绝缘层2之后，去除掩模13。 在通孔的内部以及在通孔的底部露出的电极焊盘上形成导电层，由此，半导体基
板的前表面和后表面相互电连接。以下描述形成导电层的步骤的一个实施例。在这种情况
下，描述由第一金属层、第二金属层、第一电镀层、电镀抑制层和第二电镀层制成的导电层。
但是，第一金属层和第二金属层可以是一个层，只要所述的一个层可使得绝缘层粘附于电
镀层并用作电镀层的籽层(seed layer)。(形成第一金属层的步骤) 下面，如图6所示，形成第一金属层3。第一金属层3具有作为粘接剂层的作用。 例如，无机材料相对于由聚对二甲苯制成的绝缘层2的粘接性差，例如，Au特别容易剥离。 因此，作为第一金属层3，例如，形成Ti层，并且，在上面形成由例如Au制成的金属层。第一 金属层3用作绝缘层2和由例如Au制成的金属层的粘接剂层。此外，第一金属层3具有作 为阻挡层以及粘接剂层的作用。通孔12的底部是电极焊盘7，并且，如果直接在电极焊盘7 上形成由例如Au制成的金属层，则发生腐蚀。为了防止腐蚀，在通孔12的底部上也形成第 一金属层3，并且该第一金属层3被形成作为电极焊盘7和由例如Au制成的金属层之间的阻挡层。以下描述形成第一金属层3的方法。如果基板在处理温度上没有约束，那么可以 通过诸如CVD或溅射之类的方法在通孔12的内部蒸镀第一金属层3。 在由于在半导体基板1上形成的其它的所用构件的特性而存在处理温度约束并 且不能使用温度上升到300°C 40(TC的CVD或溅射的情况下，可以使用称为离子镀的蒸 镀方法。根据离子镀，在真空中冷却待处理基板的同时，用电子束加热要被蒸镀的金属的 坩锅，并且施加高频等离子体和偏压，结果是可执行渐进的低温蒸镀。通过水平放置基板， 使得要被蒸镀的金属能够垂直入射以被蒸镀到通孔的底部，并且，通过旋转基板以倾斜该 基板，要被蒸镀的金属被蒸镀到通孔的侧壁。使用这些方法，例如，第一金属层3被蒸镀到 2000人。作为第一金属层3，可以使用诸如钛、铬、钨、钛钨(TiW)、氮化钛(TiN)或氮化钽 (TaN)之类的金属。
(形成第二金属层的步骤) 在第一金属层3由例如Ti制成的情况下，第一金属层3即使在单质的形式 (elemental form)下也是电阻很高的，并且，当在大气中被氧化时具有更高的电阻，结果是 电镀层(例如，Au镀层)不与其粘接。因此，以与第一金属层3相同的方式，蒸镀第二金属 层4(例如，由Au制成的层)。例如，可以以约4200l的厚度蒸镀第二金属层4。图7示出 其状态。第一金属层3或第二金属层4具有用于通过电镀在通孔12的内部形成由例如Au 制成的金属层的电镀籽层的作用。
(第一电镀步骤) 下面，如图8所示，使用在形成第一金属层的步骤中形成的第一金属层作为籽层， 通过电镀形成第一电镀层5。 第一电镀层5的镀层生长在通孔12的开口的附近较快，并且，镀层生长在通孔的 底部较慢。在具有大的纵横比(孔深度/开口直径)的通孔中，这种现象出现得特别显著。 从常规的导电层膜厚和理论值明确，如果镀层膜厚为0. liim则电阻就是足够的。因此，当 获得在开口中具有约1 P m的厚度的第一电镀层5时，中断电镀。
(形成电镀抑制层的步骤) 下面，如图9所示，在开口部分中的第一电镀层5上形成电导率低于第一电镀层5 的电导率的电镀抑制层8，使得不过度执行电镀。可以通过与第一金属层3和第二金属层4 的方法相同的方法形成电镀抑制层8。例如，可以使用称为离子镀的蒸镀方法。根据所述离 子镀，在真空中冷却待处理基板的同时，用电子束加热要被蒸镀的金属的坩锅，并且施加高 频等离子体和偏压，结果是可执行渐进的低温蒸镀。在旋转半导体基板l以倾斜该半导体 基板1并且调整倾角使得露出第一电镀层5的一部分的同时执行蒸镀，结果是第一电镀层 5可以在物理上和电气上与要接着形成的第二电镀层9连接。第一电镀层5的一部分仅需 要在通孔的内部露出可继续进行电镀的2 ii m或更大、优选5 ii m或更大。当露出尺寸小于 2 ii m时，变得难以电连接第一 电镀层5和要接着形成的第二电镀层9。艮卩，电难以向导电层 流动，并且，失去作为贯通电极的功能。对于电镀抑制层8，可以使用电导率低于第一电镀层 的电导率的材料。例如，可以使用诸如Ti、Cr、Ni或W之类的金属。此外，可以使用树脂材 料等。在使用钛的情况下，Ti的表面在大气中被氧化，并且具有更高的电阻。因此，要接着 形成的第二电镀层9变得难以粘附。
(第二电镀步骤)
下面，如图10所示，通过电镀形成第二电镀层9。通过形成电镀抑制层8，几乎不 在电镀抑制层8上执行电镀，并且，可有效地在通孔12的底部上执行电镀。以在通孔的底 部也获得约lPm的镀层厚度的状态完成形成导电层的过程。 下面，参照附图描述本发明的半导体器件，本发明的半导体器件包括在形成导电 层的上述方法中形成的贯通电极。 图1是示出根据本发明的一个实施例的半导体器件的截面图。在本发明的半导体 器件中形成贯通电极的通孔12。在半导体基板1的表面(在半导体基板1上形成硅热氧 化物膜6的情况下，为硅热氧化物膜6的表面)上，设置在该半导体基板的表面上形成的电 极焊盘7。半导体基板l的厚度为例如200ym。此外，电极焊盘可以与半导体元件(未示 出)或布线(未示出)等连接。电极焊盘的厚度为例如2. lym，并且，布线的厚度为例如 0.6iim。在与电极焊盘7对应的位置处，在半导体基板1中形成例如①50iim的通孔12。 通孔12的纵横比例如约为4。在除了通孔12的底部的一部分之外的通孔12的内部以及 半导体基板1的后表面上形成绝缘层2。作为绝缘层2，可以使用通过例如聚对二甲苯成 膜形成的有机绝缘膜。聚对二甲苯膜厚可以为约lym 3ym。作为绝缘层，除了聚对二 甲苯以外，可以使用诸如聚酰亚胺树脂、顺丁烯二酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚酰胺酰亚胺 (polyimideamide)树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、双酚树脂、改性的环氧树脂、改性的丙烯酸树 脂、硅树脂、氟树脂和三聚氰胺树脂之类的各种树脂，或通过适当地组合这些树脂获得的树 脂。在绝缘层2上形成导电层。导电层由例如第一金属层3、第二金属层4、第一电镀层5、 电镀抑制层8和第二电镀层9制成。第一金属层3和第二金属层4不需要形成为两个层，并 且，可以形成一个层，只要所述一个层可使得绝缘层粘附于电镀层并用作电镀层的籽层。在 绝缘层2上，形成第一金属层3。第一金属层3由诸如钛、铬、钨、钛钨(TiW)、氮化钛(TiN) 或氮化钽(TaN)之类的金属制成。在第一金属层3上形成由Au等制成的第二金属层4，并 且，在第二金属层4上形成由Au等制成的第一电镀层5。在通孔的开口部分中，在第一电 镀层5上形成电镀抑制层8。作为电镀抑制层8，使用电导率低于第一电镀层5的电导率的 材料。第一电镀层5的一部分从电镀抑制层8的端部形成到通孔的内部达2 ii m或更大、优 选5 ii m或更大。当露出尺寸比2 ii m小时，变得难以电连接第一电镀层5和第二电镀层9。 即，电难以向导电层流动。第二电镀层9在通孔的内部形成为与露出的第一电镀层5重叠。 例如，可以使用诸如Ti、Cr、Ni或W之类的金属。此外，可以使用树脂材料等。在使用钛的 情况下，Ti的表面在大气中被氧化，并且具有更高的电阻。因此，要接着形成的第二电镀层 9变得难以粘附。第一电镀层5和第二电镀层9由诸如金之类的金属形成。第一电镀层5 和第二电镀层9可以由相同的金属或不同的金属形成。第一电镀层5和第二电镀层9可以 由相同的金属形成的原因在于，其电导率相等，这有利于电的流动。第一电镀层5和第二电 镀层9中的每一个的膜厚可以为1 P m或更大。此外，导电层和电极焊盘7在通孔的底部相 互接触。即，导电层与在通孔12的底部露出的电极焊盘7电连接。如果需要的话，可以在 半导体基板的后表面上形成凸块等(未示出)。
(第二实施例) 图11是示出根据本发明的第二实施例的半导体器件的示意性截面图，其中，在通 孔12的两侧具有开口的半导体基板1上形成导电层。在图1所示的半导体器件中，电极焊 盘被置于通孔的表面上，并且，电极焊盘和导电层相互连接，结果是半导体基板的前表面和
7后表面被电连接。在本实施例中，从后表面到前表面形成导电层，并且，前表面和后表面通
过导电层被电连接。(第三实施例) 描述对于电镀抑制层8使用树脂材料的第三实施例。在形成第一电镀层5之后， 层叠干膜抗蚀剂。在施加热和压力的同时执行层叠，使得干膜附着于基板的表面上，并且， 干膜还被嵌入通孔中。在干膜被嵌入之后，形成曝光掩模以使得其在通孔壁侧露出约1 P m， 并且，通过曝光使干膜抗蚀剂固化，由此形成由树脂材料制成的电镀抑制层8。因此，可以在 不使用蒸镀步骤的情况下形成电镀抑制层8，因此可以更加容易地抑制电镀。由于使用填充 通孔的干膜抗蚀剂，因此本实施例可最优地应用于具有相对较大的开口直径的通孔。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性 实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这些变更方式和等同的结 构和功能。
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权利要求
一种在贯通基板的通孔的内部形成导电层的方法，包括形成贯通基板的通孔的步骤；第一电镀步骤，在所述通孔的内部形成第一电镀层；电镀抑制层形成步骤，在所述第一电镀步骤之后在所述通孔的开口部分中形成电导率小于所述第一电镀层的电导率的电镀抑制层；以及第二电镀步骤，在所述电镀抑制层形成步骤之后通过电镀而在所述通孔的内部形成第二电镀层。
2. 根据权利要求1所述的形成导电层的方法，其中，所述第一电镀层和所述第二电镀 层包含相同的材料。
3. —种半导体器件，所述半导体器件具有在贯通基板的通孔的内部形成的导电层，所 述半导体器件包括在所述通孔的开口中形成的第一电镀层；在 所述第一电镀层上形成的电镀抑制层；以及在所述第一 电镀层和所述电镀抑制层上形成的第二电镀层。
4. 根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述第一电镀层和所述第二电镀层包含 相同的材料。
5. 根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述电镀抑制层的电导率小于所述第一 电镀层的电导率。
全文摘要
本发明提供在通孔的内部形成导电层的方法以及半导体器件，在所述方法中，提高通孔的内部的镀层的均匀粘附特性，并且生产节拍时间短。所述形成导电层的方法包括第一电镀步骤，在所述通孔的内部形成第一电镀层；电镀抑制层形成步骤，在所述第一电镀步骤之后在所述通孔的开口部分中形成包括与所述第一电镀层的材料不同的材料的电镀抑制层；以及第二电镀步骤，在所述电镀抑制层形成步骤之后通过电镀而在所述通孔的内部形成第二电镀层。
文档编号H01L23/488GK101770963SQ20091026225
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月26日
发明者榊隆 申请人:佳能株式会社