一种基于合金层的提高种子层附着力的方法与流程

本发明涉及集成电路，更具体地，涉及一种基于合金层的提高种子层附着力的方法。

背景技术：

1、chiplet异质集成技术开发与整合的关键在于融合实现多尺度、多维度的芯片互连，从而提高电源效率并减小延迟，为高性能计算、人工智能和智慧终端等提供更小尺寸和更高性能的芯片。芯片的垂直方向互连主要依赖硅通孔(tsv)或玻璃通孔(tgv)等技术，水平方向上则主要通过重布线系统(rdl)技术进行互连。

2、tgv通孔和tsv通孔的金属填充，一般是先采用磁控溅射方式，在基板表面及通孔侧壁沉积cu种子层，然后再电镀cu，将通孔填充满cu。但是在沉积高深宽比(深宽比一般为3:1-20:1)的tgv基板时，溅射金属粒子到达侧壁的能量减弱，导致种子层和深孔侧壁之间的附着力低，存在剥离风险。

3、因此，亟需开发一种能够提高种子层附着力的方法，尤其适用于沉积高深宽比的tgv基板，避免种子层和深孔侧壁之间发生剥离风险。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于合金层的提高种子层附着力的方法。本发明通过离子注入的方式，在基板和通孔侧壁形成一层合金层，再沉积后续的屏障层、种子层，合金层大大增加了基板表面和种子层之间、通孔侧壁和种子层之间的附着力，降低了剥离风险。

2、本发明的第一方面提供一种基于合金层的提高种子层附着力的方法。

3、具体地，一种基于合金层的提高种子层附着力的方法，包括如下步骤：

4、(1)基板开通孔；

5、(2)采用离子注入的方式，将金属离子注入至所述基板的表面和所述通孔的侧壁，形成合金层；

6、(3)在所述合金层表面沉积屏障层；

7、(4)在所述屏障层表面沉积种子层；

8、(5)在所述基板上制作电镀光阻层(pr pattern)；

9、(6)在所述电镀光阻层表面沉积电镀cu，形成cu柱；

10、(7)剥离所述电镀光阻层(pr pattern)，得到含种子层的基板；

11、(8)将所述含种子层的基板进行刻蚀，至所述电镀光阻层原本所在位置的种子层被刻蚀完全，即结束刻蚀。

12、本发明在完成开通孔的基板表面，进行离子注入，使得金属离子被注入到基板表面和通孔侧壁，如此便在基板表面和通孔侧壁形成合金层(alloy层)，然后再依次沉积屏障层(barrier层)和种子层，由于基板和屏障层之间存在合金层，起到缓冲作用，合金层可以大幅地提升种子层和基板之间、种子层和通孔侧壁之间的附着力，且具有一定的导电性。然后再依次制作电镀光阻层、沉积电镀cu、剥离电镀光阻，最后刻蚀去除电镀光阻层原本所在位置的种子层，此时仍然保留了部分未被刻蚀完全的cu柱。

13、优选地，步骤(1)中，所述基板为tgv基板或tsv基板。

14、优选地，步骤(1)中，所述基板的厚度为0.1-1mm。

15、进一步优选地，步骤(1)中，所述基板的厚度为0.4-0.5mm。

16、优选地，步骤(1)中，开通孔后的基板中包括基板表面区和通孔侧壁，所述基板表面区为无通孔的平坦部分。

17、优选地，步骤(1)中，所述通孔的孔径为10-200μm，和/或所述通孔的深宽比为3:1-20:1。

18、进一步优选地，步骤(1)中，所述通孔的孔径为80-100μm，和/或所述通孔的深宽比为5:1-10:1。

19、优选地，步骤(2)中，所述离子注入为采用ti离子、mo离子、ni离子、ta离子中的一种注入。

20、进一步优选地，步骤(2)中，所述离子注入为ti离子注入，所述合金层为tisi合金层(tisi alloy层)。

21、优选地，步骤(2)中，所述离子注入的能量为1-3000kev。

22、进一步优选地，步骤(2)中，所述离子注入的能量为600-3000kev。

23、优选地，步骤(2)中，所述合金层的厚度为1-10nm。

24、进一步优选地，步骤(2)中，所述合金层的厚度为5-10nm。

25、优选地，步骤(3)、(4)和(6)中，通过磁控溅射进行沉积，所述磁控溅射的能量为200-700ev。

26、进一步优选地，步骤(3)、(4)和(6)中，通过磁控溅射进行沉积，所述磁控溅射的能量为300-600ev。

27、优选地，步骤(3)中，所述屏障层为ti层。作为cu种子层的barrier层。

28、优选地，步骤(3)中，所述屏障层沉积在基板表面和通孔侧壁。

29、优选地，步骤(3)中，所述基板表面的屏障层的厚度为30-200nm。

30、优选地，步骤(4)中，所述种子层为cu种子层。

31、优选地，所述ti层和所述cu种子层合并称为ticu种子层。

32、优选地，步骤(3)中，所述种子层覆盖基板表面和通孔侧壁。

33、优选地，步骤(4)中，所述基板表面的种子层的厚度为100-600nm。

34、优选地，步骤(5)中，通过涂布、曝光、显影方式在基板上制作电镀光阻图案。

35、优选地，步骤(6)中，通过电镀方式沉积电镀cu。

36、优选地，步骤(6)中，沉积电镀cu至通孔被完全覆盖，形成cu柱。

37、优选地，步骤(6)中，所述基板表面的电镀cu的厚度3-30μm。

38、优选地，步骤(7)中，采用剥离液，在35-45℃下，剥离所述电镀光阻层。

39、优选地，步骤(7)中，所述剥离液为乙二醇。

40、优选地，步骤(8)中，将含种子层的基板置于刻蚀液中进行刻蚀。

41、优选地，步骤(8)中，所述刻蚀液为含氟的h2o2刻蚀液。

42、优选地，步骤(8)中，结束刻蚀后，继续通过湿制程刻蚀方法进行过刻蚀，至所述电镀光阻层原本所在位置的合金层被刻蚀完全。如此可以避免tgv通孔cu柱间的信号干扰(如果不将电镀光阻层原本所在位置的合金层刻蚀掉，那么两个cu柱间的阻抗可能<1mω，造成电信号干扰)。

43、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

44、本发明先将基板开通孔，然后进行离子注入，使金属离子被注入到基板表面和通孔侧壁，形成合金层，然后依次沉积屏障层、种子层、制作电镀光阻层、沉积电镀cu、剥离电镀光阻，最后刻蚀去除合金层，避免tgv通孔cu柱间的信号干扰(如果不将合金层刻蚀掉，那么两个cu柱间的阻抗可能<1mω，造成电信号干扰)，由于本发明在基板和屏障层之间增加了合金层，起到缓冲作用，具有一定的导电性，可以提高屏障层和基板之间以及屏障层和通孔侧壁之间的附着力，避免种子层和深孔侧壁的附着力存在剥离风险。

技术特征：

1.一种提高种子层附着力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述基板为tgv基板或tsv基板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述通孔的孔径为10-200μm，和/或所述通孔的深宽比为3:1-20:1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述离子注入为采用ti离子、mo离子、ni离子、ta离子中的一种注入。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述离子注入为ti离子注入，所述合金层为tisi合金层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述离子注入的能量为1-3000kev。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述基板表面的屏障层的厚度30-200nm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述基板表面的种子层的厚度为100-600nm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中，沉积电镀cu至通孔被完全覆盖，形成cu柱。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(6)中，所述基板表面的电镀cu的厚度3-30μm。

技术总结本发明属于集成电路技术领域，提供了一种基于合金层的提高种子层附着力的方法。本发明先将的基板完成开通孔，然后进行离子注入，使金属离子被注入到基板表面和通孔侧壁，形成合金层，然后依次沉积屏障层、沉积种子层、制作电镀光阻层、沉积电镀Cu、剥离电镀光阻，最后刻蚀去除合金层，避免TGV通孔Cu柱间的信号干扰，由于本发明在基板和屏障层之间增加了合金层，起到缓冲作用，具有一定的导电性，还可以提高屏障层和基板之间以及屏障层和通孔侧壁之间的附着力，避免种子层和深孔侧壁的剥离风险。技术研发人员：胡小波,张晓军,李佳小龙,夏慧,谢明辉,冯俊杰受保护的技术使用者：深圳市矩阵多元科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29