通孔填充方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及在通孔制造过程中的一种通孔填充方法。
【背景技术】
[0002]随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多。由此产生了许多新技术、新材料和新设计，例如，叠层芯片封装技术以及系统级封装等技术就是这些技术的典型代表。前者简称3D封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。
[0003]在众多的3D封装技术中，娃通孔(Through-Silicon Via,简称TSV)技术为现在研究的热点，TSV技术具有如下优势:互连长度可以缩短到与芯片厚度相等，采用垂直堆叠的逻辑模块取代水平分布的逻辑模块；显著减小RC延迟和电感效应，提高数字信号传输速度和微波的传输；实现高密度、高深宽比的连接。
[0004]然而尽管TSV技术的引入带来了工艺的进步，如何利用这一优势进行填充，从而获得更好的效果，却依然未得到很好的解决。如图1所示，其为现有技术中进行通孔填充方法的流程图。包括:
[0005]步骤SI，通入WF6及SiH4气体，以反应形成一层金属膜；
[0006]步骤S2，改变WF6及SiH4的比例，增大WF6的用量，以继续形成一层金属膜。然而，通常在SI中形成的金属膜是不稳定的，而在S2中增大的WF6很容易冲击到刚形成的金属膜并造成破坏，之后与其他物质发生反应，从而产生附加产物，导致形成的互连线质量下降，使得阻值变高，因而影响了产品的良率。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种通孔填充方法，以改善现有技术中易导致形成的互连线质量差的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供一种通孔填充方法，包括:
[0009]提供前端结构，所述前端结构中形成有通孔；
[0010]按照第一比例通入第一气体与第二气体进行第一次反应；
[0011]通入缓冲气体；
[0012]按照第二比例通入第一气体与第二气体进行第二次反应，以形成金属膜。
[0013]可选的，对于所述的通孔填充方法，所述第一气体与第二气体分别是WF6及SiH4,所述第一比例为第一气体与第二气体的体积相同。
[0014]可选的，对于所述的通孔填充方法，所述第一次反应的持续时间为3-lOs。
[0015]可选的，对于所述的通孔填充方法，所述缓冲气体为SiH4，所述缓冲气体的流量为lO-lOOsccm，持续时间为 10-30s。
[0016]可选的，对于所述的通孔填充方法，所述第二比例为第一气体的体积是第二气体体积的三倍。
[0017]可选的，对于所述的通孔填充方法，所述第二反应的持续时间为5-20S。
[0018]可选的，对于所述的通孔填充方法，所述进行第一次反应、通入缓冲气体及进行第二次反应所处温度范围是400-500°C。
[0019]可选的，对于所述的通孔填充方法，在形成金属膜后，还包括:
[0020]在通孔中形成金属块。
[0021]可选的，对于所述的通孔填充方法，所述金属块的材料为钨，采用WF6与H2反应形成。
[0022]可选的，对于所述的通孔填充方法，还包括:
[0023]确保提供气体的喷淋头出气孔的直径小于等于430 μ m。
[0024]与现有技术相比，本发明提供的通孔填充方法中，在进行第一次反应和第二次反应之间，通入了缓冲气体，从而防止在第二次反应时，反应气体对第一次反应所形成的膜层造成损坏，也就杜绝了其他连锁反应的发生。相比现有技术，能够确保填充的质量，防止形成的互连线底部形成其他物质，也就使得阻值得到控制，提升了良率。
【附图说明】
[0025]图1为现有技术中通孔填充方法的流程图；
[0026]图2为本发明中通孔填充方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合示意图对本发明的通孔填充方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0028]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0029]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0030]本发明的核心思想在于，提供一种通孔填充方法。发明人在长期的工作中发现，采用现有技术的填充过程，尤其是对于具有高深宽比的通孔而言，制得的产品容易出现良率低，经深入分析发现，主要是由于互连线异常，而这是由于采用现有技术的方法时反应气体WF6破坏了刚形成的金属膜，并与其他层的物质反应所致。因此，发明人认为，应当在第一次反应完后，采取措施防止第二次中过量的WF6冲击通孔底部，则能够提高填充质量。
[0031]以下列举所述通孔填充方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
[0032]基于上述思想，本发明提供一种应用于通孔填充方法，包括:
[0033]步骤SlOl:提供前端结构，所述前端结构中形成有通孔；所述前端结构例如是包括形成在衬底上的CMOS器件，所述通孔连通所述CMOS器件的相应结构，所述通孔中用于形成有互连线，以达到电性导通。
[0034]步骤S102:按照第一比例通入第一气体与第二气体进行第一次反应；在本实施例中，利用WF6及SiH4分别作为第一气体与第二气体，通过二者的反应产生金属钨，作为第一层金属膜，从而使得后续的金属钨在此基础上继续形成。本实施例第一比例为第一气体与第二气体的体积相同，二者持续反应3-lOs的时间，以处于温度范围是400-500°C为宜，例如是持续反应5s，温度例如选择为400°C、425°C、440°C等。较佳的，在进行反应之前，可以预先使得SiH4预热分解为Si和H2，如此有利于反应的进行。
[0035]步骤S103:通入缓冲气体；该步骤主要是考虑到在步骤S102中进行的第一次反应很容易由于反应不充分而导致的第一层金属膜质量较差，在接下来进行的第二次反应中，会通入大量的WF6，从而大量的WF6能够使得步骤S102中形成的第一层金属膜被破坏，因此，通过通入缓冲气体，占据通孔的空间，就能够有效的防止WF6的进入通孔底部。在本实施例中，采用的缓冲气体为SiH4，如此避免了引入第三种气体，能够有效的起到保护作用，且也能够达到节省成本的效果。
[0036]优选的，所述缓冲气体的流量为lO-lOOsccm，持续时间为10_30s，温度范围在400-500°C为宜，例如通入流量为1sccm的WF6持续20s，反应温度保持在与进行第一次反应时相同或接近即可。
[0037]然后进行步骤S104:按照第二比例通入第一气体与第二气体进行第二次反应，以形成金属膜。在该步骤中，所述第二比例为第一气体的体积是第二气体体积的三倍，而由于缓冲气体的存在，即有效的阻挡了 WF6进入底部，又能够在阻挡之后与WF6反应，进而使得在第一金属膜上继续形成更多的金属，使得形成的金属膜质量更好，使得抵抗WF6冲击的能力得到提高，则在此基础上继续形成金属块就得到了保障。本实施例中，所述第二反应的持续时间为5-20s，例如1s时间，反应温度保持在与进行第一次反应时相同或接近即可。
[0038]接着，还包括步骤S105，在形成金属膜后，在通孔中形成金属块。所述金属块的材料为钨，本实施例采用WF6与H2反应形成。其中H2可以是在之前的反应中的产物，以节约成本。
[0039]经过发明人的进一步研究，发现提供气体的喷淋头出气孔的直径的大小也会影响填充过程，尤其是影响第一次反应和第二次反应，在此，本实施例将所述直径限制在小于等于430 μ m，从而控制流速。这一限制可以在设备的定期维护中加以检测，并随时更换。
[0040]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种通孔填充方法，其特征在于，包括: 提供前端结构，所述前端结构中形成有通孔； 按照第一比例通入第一气体与第二气体进行第一次反应； 通入缓冲气体； 按照第二比例通入第一气体与第二气体进行第二次反应，以形成金属膜。
2.如权利要求1所述的通孔填充方法，其特征在于，所述第一气体与第二气体分别是WF6及SiH4，所述第一比例为第一气体与第二气体的体积相同。
3.如权利要求2所述的通孔填充方法，其特征在于，所述第一次反应的持续时间为3_10s ο
4.如权利要求2所述的通孔填充方法，其特征在于，所述缓冲气体为SiH4，所述缓冲气体的流量为lO-lOOsccm，持续时间为10-30s。
5.如权利要求2所述的通孔填充方法，其特征在于，所述第二比例为第一气体的体积是第二气体体积的三倍。
6.如权利要求5所述的通孔填充方法，其特征在于，所述第二反应的持续时间为5_20s ο
7.如权利要求2-6中任意一项所述的通孔填充方法，其特征在于，所述进行第一次反应、通入缓冲气体及进行第二次反应所处温度范围是400-500°C。
8.如权利要求1所述的通孔填充方法，其特征在于，在形成金属膜后，还包括: 在通孔中形成金属块。
9.如权利要求8所述的通孔填充方法，其特征在于，所述金属块的材料为钨，采用WF6与H2反应形成。
10.如权利要求1所述的通孔填充方法，其特征在于，还包括: 确保提供气体的喷淋头出气孔的直径小于等于430 μ m。
【专利摘要】本发明揭示了一种通孔填充方法，包括提供前端结构，所述前端结构中形成有通孔；按照第一比例通入第一气体与第二气体进行第一次反应；通入缓冲气体；按照第二比例通入第一气体与第二气体进行第二次反应，以形成金属膜。通过在进行第一次反应和第二次反应之间，通入缓冲气体，能够防止在第二次反应时，反应气体对第一次反应所形成的膜层造成损坏，确保填充的质量，提升了良率。
【IPC分类】H01L21-768
【公开号】CN104701244
【申请号】CN201310661878
【发明人】刘超
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月9日