利用湿式晶片背面接触进行铜镀硅穿孔的方法_3

文档序号:9553361阅读:来源:国知局
供晶片与电极之间的电流流动。 一种示例性的导电酸是氢氟酸。氢氟酸可为从10% (w/w)水溶液至约49% (w/w)水溶液。 湿式接触溶液可包含额外的盐,以便增加溶液的导电率。示例性的额外的盐包括氟化钾。在 一个实施方式中,湿式接触溶液包含氢氟酸溶液、水溶液(49% )和氟化钾。
[0034] 在一些实施方式中,湿式接触溶液包含导电碱。在一些实施方式中,导电碱为氢氧 化钾(Κ0Η)。诸如Κ0Η之类的导电碱通常不引起多孔硅的形成并且展示出针对111晶体取 向的硅的低蚀刻速率(46 1/分钟)。诸如Κ0Η之类的导电碱亦可在高温下用足以提供 湿式接触的~15A/分钟蚀刻Si02。实验结果证实了在基于Κ0Η的湿式接触溶液情况下随 时间变化的改良的电镀电流稳定性。相信使用导电碱(例如,Κ0Η)避免了在使用导电酸时 因在晶片背侧上形成多孔硅而可能发生的电镀电流损失。
[0035] 镀敷溶液:
[0036] 在一个实施方式中,镀敷溶液含有金属离子源和至少一种或更多种酸性溶液。在 一些实施方式中,镀敷溶液是电镀溶液。在其他实施方式中,镀敷溶液是无电镀敷溶液。适 当的酸性溶液包括例如无机酸,诸如硫酸、磷酸、焦磷酸、盐酸、高氯酸、乙酸、柠檬酸、上述 酸的组合,以及包括上述酸的铵盐和钾盐的酸性电解质衍生物。
[0037] 在一些实施方式中,镀敷溶液内的金属离子源是铜离子源。有用的铜源包括硫酸 铜(CuS04)、硫化铜(I) (Cu2S)、硫化铜(II) (CuS)、氯化铜(I) (CuCl)、氯化铜(II) (CuCl2)、 醋酸铜(Cu(C02CH3)2)、焦磷酸铜(Cu2P207)、氟硼酸铜(Cu(BF4)2)、醋酸铜((CH3C02)2Cu)、乙酰 丙酮铜((C5H702) 2Cu)、磷酸铜、硝酸铜、碳酸铜、氨基磺酸铜、磺酸铜、焦磷酸铜、氰化铜、上 述化合物的衍生物、上述化合物的水合物或上述化合物的组合。一些铜源通常可用作水合 物衍生物,诸如CuS045H20、CuC122H20及(CH3C02)2CuH20。电解质组成亦可基于碱性铜镀浴 (例如,氰化物、甘油、氨等)。在一个实施方式中,电解质中的铜离子浓度可为从约〇. 1M至 约1. 1M的范围。在一个实施方式中,电解质中的铜离子浓度可为从约0. 4M至约0. 9M的范 围。
[0038] 视情况,镀敷溶液可包括一种或更多种添加化合物。在一些实施方式中,镀敷溶液 含有氧化剂。如本文所使用的,氧化剂可用于将金属层氧化成对应的氧化物,例如将铜氧化 成氧化铜。合适的氧化剂的实例包括过氧化合物,例如,可经由羟基自由基分解的化合物, 诸如过氧化氢及包括脲过氧化氢的过氧化氢加合物、过碳酸盐和有机过氧化物,所述有机 过氧化物例如包括烷基过氧化物、环或芳基过氧化物、过氧化苯甲酰、过乙酸和二叔丁基过 氧化物。亦可使用硫酸盐和硫酸盐衍生物(诸如单过硫酸盐和二过硫酸盐),例如包括过二 硫酸铵、过二硫酸钾、过硫酸铵和过硫酸钾。亦可使用过氧化合物的盐,诸如过碳酸钠和过 氧化钠。在一些实施方式中,氧化剂可以范围介于约〇. 001体积或重量%与约90体积或重 量%之间的量存在于镀敷溶液中。在另一实施方式中,氧化剂可以范围介于约0. 01体积或 重量%与约20体积或重量%之间的量存在于镀敷溶液中。在又一实施方式中,氧化剂可以 范围介于约0. 1体积或重量%与约15体积或重量%之间的量存在于镀敷溶液中。
[0039] 在一些实施方式中,需要添加低成本的pH调节剂(诸如氢氧化钾(Κ0Η)或氢 氧化钠(NaOH)),以形成具有理想pH的便宜电解质,从而降低形成能量装置所需的购置 (ownership)成本。在一些实施方式中,需要使用氢氧化四甲铵(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)调节pH。
[0040] 在一些实施方式中,可需要将第二金属离子添加至含有主要金属离子的电解质浴 (例如,含有铜离子的浴)中,这些金属离子将析出或被并入生长电化学沉积层中或电化学 沉积层的颗粒边界上。形成含有一定百分比的第二元素的金属层可用于减小所形成层的本 征应力(intrinsicstress)和/或改良所形成层的电气特性和电迀移特性。在一个实施 方式中,电解质溶液内的金属离子源是选自包括银、锡、锌、钴、镍离子源和上述离子源的组 合的组的离子源。在一个实施方式中,电解质中的银(Ag)、锡(Sn)、锌(Zn)、钴(Co)或镍 (Ni)离子的浓度可为从约0. 1M至约0. 4M的范围。
[0041 ] 合适的镍源的实例包括硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、磷酸镍、上述化合物的衍生物、上 述化合物的水合物或上述化合物的组合。
[0042] 合适的锡源的实例包括可溶锡化合物。可溶锡化合物可为四价锡(stannic)盐或 二价锡(stannous)盐。四价锡盐或二价锡盐可为硫酸盐、烷基磺酸盐或烷醇磺酸盐。举例 而言,浴可溶锡化合物可为具有如下化学式的一种或更多种二价锡烷基磺酸盐:
[0043] (RS03)2Sn
[0044] 其中R是包括一个碳原子至十二个碳原子的烷基。二价锡烷基磺酸盐可为具有如 下化学式的二价锡甲烷磺酸盐:
[0045]
[0046] 并且浴可溶锡化合物亦可为具有如下化学式的硫酸锡:SnS04。
[0047] 可溶锡化合物的实例亦可包括有机磺酸(诸如甲磺酸、乙磺酸、2-丙磺酸、对-苯 酚磺酸和类似者)的锡(II)盐、氟硼化锡(II)、磺基琥珀酸锡(II)、硫酸锡(II)、氧化锡 (II) 、氯化锡(II)和类似者。可单独使用或以两种或更多种的组合使用这些可溶锡(II) 化合物。
[0048] 合适的钴源的实例可包括选自以下化合物的钴盐:硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、溴化 钴、碳酸钴、醋酸钴、乙二胺四乙酸钴、乙酰基丙酮酸钴(II)、乙酰基丙酮酸钴(III)、甘氨 酸钴(III)、焦磷酸钴和上述化合物的组合。
[0049] 镀敷溶液亦可含有一定浓度的猛或铁,所述浓度处于从约20ppm至约600ppm的范 围内。在另一实施方式中,镀敷溶液可含有一定浓度的猛或铁,所述浓度处于从约lOOppm 至约400ppm的范围内。可能的铁源包括氯化铁(II) (FeCl2)(包括水合物)、氯化铁(III) (FeCl3)、氧化铁(II) (FeO)、氧化铁(II,III) (Fe304)和氧化铁(III) (Fe203)。可能的锰源 包括氧化锰(IV) (Μη02)、硫酸锰(II)单水合物(MnS04 ·H20)、氯化锰(II) (MnCl2)、氯化锰 (III) (MnCl3)、氟化锰(MnF4)和磷酸锰(Μη3(Ρ04)2)〇
[0050]在一些实施方式中,镀敷溶液含有游离铜离子(freecopperion),而非铜源化合 物和络合(complexed)铜离子。
[0051] 在一些实施方式中,镀敷溶液亦可包含至少一种络合剂或螯合剂以与铜离子形成 络合物,同时在沉积工艺期间提供稳定性和控制。络合剂亦提供对于无电铜溶液的缓冲特 性。络合剂一般具有诸如羧酸、二羧酸、多聚羧酸、氨基酸、胺、二胺或多元胺之类的官能团。 针对无电铜溶液的有用的络合剂的具体实例包括乙二胺四乙酸(Η)ΤΑ)、乙二胺(EDA)、柠 檬酸、柠檬酸盐、乙醛酸盐、甘氨酸、氨基酸、上述化合物的衍生物、上述化合物的盐或上述 化合物的组合。在一个实施方式中,镀敷溶液可具有一定浓度的络合剂,所述浓度处于从 约50mM至约500mM的范围内。在另一实施方式中,镀敷溶液可具有一定浓度的络合剂,所 述浓度处于从约75mM至约400mM的范围内。在又一实施方式中,镀敷溶液可具有一定浓度 的络合剂,所述浓度处于从约lOOmM至约300mM的范围内(诸如约200mM)。在一个实施方 式中,将EDTA源用作镀敷溶液内的络合剂。在一个实例中,镀敷溶液含有约205mM的EDTA 源。EDTA源可包括EDTA、乙二胺四乙酸盐、上述化合物的盐、上述化合物的衍生物或上述化 合物的组合。
[0052] 在某些实施方式中,镀敷溶液含有至少一种还原剂。还原剂提供电子,以如 本文所描述在形成和沉积铜材料的同时诱发铜离子的化学还原。还原剂包括有机还 原剂(例如,乙醛酸或甲醛)、肼、有机肼(例如,甲基肼)、次磷酸盐源(例如,次磷酸 (Η3Ρ02)、次磷酸铵((ΝΗ4)4χΗχΡ02)或上述化合物的盐)、硼烷源(例如,二甲胺硼烷络 合物((CH3) 2NHBH3),DMA
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