Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке



Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке
Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке
Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке

 


Владельцы патента RU 2629926:

Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") (RU)

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении 3D-устройств микросистемной техники и полупроводниковых приборов, содержащих в своей структуре металлизированные и/или неметаллизированные сквозные отверстия в кремнии различного функционального назначения. Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке включает формирование полиимидного покрытия из раствора полиамидокислоты на основе диангидрида и оксидианилина в полярном растворителе толщиной не менее 2 мкм с последующей сушкой при температуре 80–120оС и термоимидизацией при температуре не менее 350оС в течение не менее 30 минут, проведение «сухого» травления через маску алюминия толщиной не менее 1 мкм в два этапа последовательно реактивным ионным травлением и в «Бош»-процессе до образования положительного клина травления на границе раздела «кремниевая подложка - полиимидное покрытие» глубиной не менее 1 мкм, удаление маски и «стоп-слоя» проводят в едином цикле в щелочном травителе полиимида. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности и воспроизводимости при изготовлении сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении 3D-устройств микросистемной техники и полупроводниковых приборов, содержащих в своей структуре металлизированные и/или неметаллизированные сквозные отверстия в кремнии различного функционального назначения.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ формирования сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке, который включает формирование маски нитрида кремния на кремниевых подложках; формирование затравочных ямок при помощи травления кремния в 10% растворе KOH; формирование микроотверстий - макропор глубиной 200-300 мкм при помощи электрохимического анодирования кремния; вскрытие пор путем механической шлифовки кремниевых подложек с тыльной стороны; окисление кремниевой поверхности; нанесение меди на стенки полученного отверстия [Степанова Л.И. Формирование и металлизация сквозных пор в кремниевых подложках для трехмерных токопроводящих межсоединений: материалы V Международной научной конференции «Материалы и структуры современной электроники»/Л.И. Степанова и др. 10 – 11 октября 2012. Минск. 2012. C. 94].

К недостаткам известного способа относится низкая технологичность способа из-за невозможности получения вертикального профиля стенки формируемого отверстия, а также необходимость шлифовки кремниевых подложек с тыльной стороны для вскрытия отверстий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке и/или в слое полимера для оптических и электрических межсоединений, включающий последовательное формирование методами литографии маски для травления с одной стороны подложки, «стоп-слоя» на основе окисла кремния с маской или без маски с обратной стороны подложки, травление подложки через маску до «стоп-слоя», удаление маски и/или «стоп-слоя» и металлизацию микроотверстий и обратной стороны подложки с возможным последующим выравниванием поверхности обратной стороны [P.A.Thadesar, M.S.Bakir. Novel Photo-Defined Polymer-Enhanced Through-Silicon Vias for Silicon Interposers. IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, PACKAGING AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL. 3, NO. 7, JULY 2013. P. 1130-1137].

К недостаткам известного способа относятся низкая технологичность из-за образования острых кромок отверстий на обратной стороне подложки (что приводит к утонению металлизации), механической неустойчивости, образующейся в процессе изготовления покрытия на обратной стороне на основе окисла кремния, и в связи с этим низкой воспроизводимости процесса изготовления, в особенности отверстий относительно большого диаметра.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение технологичности и воспроизводимости при изготовлении сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке.

Технический результат достигается тем, что согласно заявленному способу при изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке используют полиимидное покрытие в качестве «стоп-слоя».

В предложенном способе:

– полиимидное покрытие формируют из раствора полиамидокислоты на основе диангидрида и оксидианилина в полярном растворителе толщиной не менее 2 мкм с последующей сушкой при температуре 80 – 120оС и термоимидизацией при температуре не менее 350оС в течение не менее 30 минут;

– «сухое» травление проводят в два этапа последовательно реактивным ионным травлением и в «Бош»-процессе до образования положительного клина травления на границе раздела «кремниевая подложка – полиимидное покрытие» глубиной не менее 1 мкм;

– в качестве маски для травления используют алюминий толщиной не менее 1 мкм;

– удаление маски и «стоп-слоя» проводят в едином цикле в щелочном травителе полиимида.

Краткое описание чертежей

Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.

На фиг.1 А-Е представлена последовательность операций по формированию сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке.

На фиг. 1 А-Е обозначены:

поз. 1 – исходная кремниевая подложка,

поз. 2 – сформированная методами литографии алюминиевая маска для травления,

поз.3 – сплошной «стоп-слой», в качестве которого используется полиимидное покрытие,

поз.4 – образовавшийся в результате реактивного ионного травления положительный клин травления на границе раздела «кремниевая подложка-маска»,

поз.5 – микроотверстия,

поз.6 – образовавшийся в результате травления в «Бош»-процессе положительный клин травления на границе раздела «кремниевая подложка - полиимидное покрытие»,

поз.7 – металлизация полученного микроотверстия.

На фиг.1 А представлена подвергнутая очистке кремниевая подложка (1).

На фиг.1 Б показана кремниевая подложка со сформированной методами литографии алюминиевой маской (2) для травления. Для формирования данной маски на кремниевую подложку магнетронным напылением наносится слой алюминия толщиной 0,3-0,5 мкм. Затем на алюминиевый слой наносили фоторезист толщиной 1,2 мкм, в котором формировали маску.

На фиг.1 В показана кремниевая подложка, на обратной стороне которой сформирован сплошной «стоп-слой» (3), в качестве которого используется полиимидное покрытие.

На фиг.1 Г показана кремниевая подложка, подвергнутая «сухому» травлению в два этапа последовательно реактивным ионным травлением до формирования положительного клина (4) на границе «кремниевая подложка- маска» глубиной не менее 1 мкм и в «Бош»-процессе до образования отверстия (5) с положительным клином травления (6) на границе раздела «кремниевая подложка – полиимидное покрытие» глубиной не менее 1 мкм.

На фиг.1 Д показана кремниевая подложка после удаления алюминиевой маски и «стоп-слоя» в щелочном травителе полиимида.

На фиг.1 Е показана кремниевая подложка, подвергнутая металлизации (7).

На фиг. 2 представлены РЭМ–изображения профилей микроотверстий, сформированных «сухим» травлением в два этапа – последовательно реактивным ионным травлением и в «Бош»-процессе без применения полиимидного покрытия (фиг.2 а) и с применением полиимидного покрытия (фиг.2б).

На фиг 2 а, б обозначены:

поз. 1 – образовавшийся в результате реактивного ионного травления положительный клин травления на границе раздела «кремниевая подложка-маска»;

поз. 2 – образовавшийся в результате травления в «Бош»-процессе положительный клин травления на границе раздела «кремниевая подложка – полиимидное покрытие».

На фиг. 3 представлены спектры состава поверхности стенки неметаллизированного микроотверстия в кремниевой подложке до удаления полиимидного покрытия и алюминия (фиг.3а) и после удаления полиимидного покрытия и алюминия и обработки в кислородсодержащей плазме (фиг.3б). На фиг 3в представлен спектр состава поверхности металлизированного отверстия.

Осуществление изобретения.

С применением предложенного способа в кремниевой высокоомной монокристаллической подложке с двусторонней полировкой диаметром 76 мм и толщиной 400±10 мкм были сформированы металлизированные медью микроотверстия диаметром 150 мкм.

Вначале на поверхности подложки методами магнетронного распыления алюминия толщиной не менее 1 мкм и фотолитографии формировался топологический рисунок микроотверстий. На обратной стороне подложки методом центрифугирования раствора формировалось полиимидное покрытие толщиной 3 мкм из раствора полиамидокислоты в полярном растворителе с последующей сушкой и термоимидизацией при температуре 350° С в течение не менее 30 минут. Для формирования положительного клина травления проводилось реактивное ионное травление подложки в плазме элегаза, с расходом 100 см3/мин при пониженном давлении 1 Па, в течение 6 мин. Образовавшийся в результате реактивного ионного травления положительный клин травления на границе раздела «кремниевая подложка-маска» показан на фиг.2 а, б, поз.1.

Затем без разгерметизации камеры проводилось травление подложки до формирования положительного клина травления на границе «кремниевая подложка - полиимидное покрытие». Образовавшийся в результате травления в «Бош»-процессе положительный клин травления на границе раздела «кремниевая подложка - полиимидное покрытие» показан на фиг.2б поз.2. Травление проводилось с использованием «Бош»-процесса при мощности источника индуктивно-связанной плазмы 1200 Вт и со смещением на подложку 40 В. Соотношение шага травления к пассивации составляло 3:1. Исходным реагентами являлись элегаз, с расходом 400 см3/мин, и хладон-318 с расходом 300 см3/мин. Удаление масок алюминия и полиимидного покрытия проводилось в щелочном травителе на основе моноэтаноламина, триэтаноламина, едкого кали и воды. Затем полученную структуру подвергали обработке в кислородсодержащей плазме в реакторе объемного типа при мощности 1 кВт в течение 30 минут.

Спектры состава поверхности стенки неметаллизированного микроотверстия в кремниевой подложке до удаления полиимидного покрытия и алюминия и после удаления полиимидного покрытия и алюминия и обработки в кислородсодержащей плазме представлены на фиг.3 а и б соответственно. Из спектров видно, что следы алюминия (маска), сформировавшиеся на стенках микроотверстий в процессе травления, исчезают после предложенных обработок. Затем полученную структуру подвергали термическому окислению до образования слоя термического окисла толщиной, превышающей величину микрошероховатости, образовавшейся в результате применения «Бош»-процесса, а затем образовавшийся окисел удаляли в плавиковой кислоте. Полученную структуру подвергали металлизации методом двустороннего магнетронного распыления или химического осаждения меди с применением палладиевого катализатора с последующим гальваническим наращиванием меди.

Измерение сопротивления сформированных пленок осуществляли мультиметром с двух металлизированных сторон подложки. Величина сопротивления металлизации составляла менее 0,01 Ом, т.е. мультиметр показывал короткое замыкание, что также дополнительно подтверждается спектром, представленным на фиг 3в.

Таким образом, при реализации заявленного способа повышается технологичность изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке путем формирования положительных клиньев травления с двух сторон подложки за счет применения полиимидного покрытия в качестве «стоп-слоя» (а также алюминия в качестве маски при травлении), в результате чего уменьшается количество высокотемпературных процессов, удаление «стоп-слоя» и маски происходит одновременно, как следствие, увеличивается процент выхода годных изделий и снижается количество дефектов, и повышается воспроизводимость формирования вертикальных сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке.

1. Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке, последовательно включающий очистку подложки, формирование методами литографии маски для травления с одной стороны подложки, сплошного «стоп-слоя» с обратной стороны подложки, «сухое» травление подложки через маску до «стоп-слоя», удаление маски, «стоп-слоя», подготовку поверхности перед металлизацией, металлизацию микроотверстий и формирование топологического рисунка на поверхностях подложки, отличающийся тем, что в качестве «стоп-слоя» используют полиимидное покрытие.

2. Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке по п. 1, отличающийся тем, что полиимидное покрытие формируют из раствора полиамидокислоты на основе диангидрида и оксидианилина в полярном растворителе толщиной не менее 2 мкм с последующей сушкой при температуре 80 – 120оС и термоимидизацией при температуре не менее 350оС в течение не менее 30 минут.

3. Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке по п. 1, отличающийся тем, что «сухое» травление проводят в два этапа последовательно реактивным ионным травлением и в «Бош»-процессе до образования положительного клина травления на границе раздела «кремниевая подложка – полиимидное покрытие» глубиной не менее 1 мкм.

4. Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке по п. 1, отличающийся тем, что в качестве маски для травления используют алюминий толщиной не менее 1 мкм.

5. Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке по п. 4, отличающийся тем, что удаление маски и «стоп-слоя» проводят в едином цикле в щелочном травителе полиимида.



 

Похожие патенты:

Использование: для изготовления пластины маски и подложки матрицы. Сущность изобретения заключается в том, что пластина маски включает рисунок веерных проводников, имеющий некоторое число линий веерного тиснения, при этом эффективная длина каждой линии веерного тиснения равна, и каждая линия веерного тиснения имеет заданную ширину линии, и каждая из нескольких линий веерного тиснения имеет по меньшей мере одну кривую часть, при этом у одной линии веерного тиснения, имеющей две или больше кривых частей, эти несколько кривых частей имеют S-образную форму и расположены непрерывно, и у одной линии веерного тиснения ширина линии по меньшей мере в одной кривой части меньше, чем заданная ширина линии веерного тиснения.

Изобретение относится к области технологии изготовления многоуровневой металлизации сверхбольших интегральных микросхем. В способе формирования системы многоуровневой металлизации для высокотемпературных интегральных микросхем, включающем операции нанесения диэлектрических и металлических слоев, фотолитографию и травление канавок в этих слоях, нанесение барьерного и зародышевого слоев, нанесение слоя металла и его ХМП, процесс формирования одного уровня металлической разводки включает следующую последовательность основных операций: на пластину кремния со сформированным транзисторным циклом наносится слой вольфрама для формирования горизонтальных проводников, проводится его ХМП и сквозное травления областей под заполнение проводящим барьерным слоем нитрида титана и диэлектриком, ХМП диэлектрика, нанесение барьерного слоя нитрида титана и слоя вольфрама для формирования вертикальных проводников, ХМП слоя вольфрама, сквозное травление областей под заполнение диэлектрическим барьерным слоем нитрида кремния и диэлектриком, ХМП диэлектрика с последующим покрытием полученной структуры проводящим барьерным слоем нитрида титана.

Изобретение относится к устройству (10) с переходными отверстиями в подложке, содержащему подложку (12), выполненную из материала подложки и имеющую первую поверхность (12а) подложки и вторую поверхность (12b) подложки, противоположную первой поверхности (12а) подложки.

Изобретение относится к технологии изготовления многоуровневой металлизации сверхбольших интегральных микросхем (СБИС). Способ изготовления медной многоуровневой металлизации СБИС многократным повторением процессов изготовления типовых структур, состоящих из медных горизонтальных и вертикальных проводников и окружающих их диэлектрических слоев с низким значением эффективной диэлектрической постоянной, включает нанесение на полупроводниковую пластину металлических слоев, фотолитографию, локальное электрохимическое нанесение меди и защитных слоев на ее поверхность.

Изобретение относится к способу выполнения отверстия в слое материала. Создают первые и вторые адгезивные области на поверхности подложки.

Изобретение относится к технологии изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС) в части формирования многоуровневых металлических соединений. Способ формирования многоуровневых медных межсоединений СБИС по процессу двойного Дамасцена через двухслойную жесткую маску включает нанесение слоя изолирующего диэлектрика на пластину, в теле которого будут формироваться проводники многоуровневой металлизации интегральной схемы, нанесение поверх изолирующего диэлектрика нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния и верхнего слоя двухслойной жесткой маски, формирование на верхнем слое двухслойной жесткой маски топологической маски из резиста, травление верхнего слоя двухслойной жесткой маски по топологической маске из резиста, удаление остаточного резиста с поверхности топологического рисунка, сформированного в верхнем слое двухслойной жесткой маски, травление нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния по топологическому рисунку верхнего слоя двухслойной жесткой маски, вытравливание траншей и переходных контактных окон в слое изолирующего диэлектрика по топологическому рисунку в двухслойной жесткой маске, заполнение сформированных траншей и переходных контактных окон слоем металлизации и удаление избыточного объема нанесенного металла с поверхности пластин, при этом в качестве материала верхнего слоя жесткой маски используют слой вольфрама.

Изобретение относится к подложке схемы, дисплейной панели и дисплейному устройству. .

Изобретение относится к подложке панели отображения и панели отображения на подложке. .

Один вариант воплощения изобретения включает в себя полупроводниковый аппарат, содержащий перераспределяющий слой (RDL-слой), включающий в себя рельефную токопроводящую дорожку перераспределяющего слоя, имеющую две боковые стенки перераспределяющего слоя, причем перераспределяющий слой, содержащий материал, выбранный из группы, содержащей Cu (медь) и Au (золото), защитные боковые стенки, непосредственно контактирующие с этими двумя боковыми стенками перераспределяющего слоя, затравочный слой, включающий в себя этот материал, и барьерный слой, при этом (а) токопроводящая дорожка перераспределяющего слоя имеет ширину токопроводящей дорожки перераспределяющего слоя, ортогональную по отношению к этим двум боковым стенками перераспределяющего слоя и простирающуюся между ними, и (b) затравочный и барьерный слои каждый включают в себя ширину, параллельную ширине токопроводящей дорожки перераспределяющего слоя и более широкую, чем эта ширина. Здесь же представлены и другие варианты воплощения изобретения. Изобретение обеспечивает сохранение перераспределяющих токопроводящих дорожек, имеющих мелкий шаг. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх