一种微米级单晶铜互连结构及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111952263A(43)申请公布日2020.11.17(21)申请号201910406707.5(22)申请日2019.05.16(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人张若浔李明王淑慧谭祾月(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人庄文莉(51)Int.Cl.H01L23/48(2006.01)H01L23/528(2006.01)H01L23/532(2006.01)H01L21/768(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种微米级单晶铜互连结构及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种微米级单晶铜互连结构及其制备方法，属于电子封装领域。所述结构主要包括基底、阻挡层、含磷铜种子层、铜针；所述基底为具有通孔和沟槽的介质层、具有盲孔的硅晶圆、具有铜柱窗口的半导体衬底中的一种；所述阻挡层设置在介质层的通孔和沟槽的内侧壁和底部、硅晶圆的盲孔的内侧壁和底部、或半导体衬底上的铜柱窗口底部；所述含磷铜种子层设置在与基底平行的阻挡层上方；所述铜针在含磷铜种子层上沉积得到。该结构在铜种子层中掺入磷元素，进行电镀时不需要添加剂的协助即可形成微米级单晶铜针，作为铜互连结构。本发明得到的铜互连结构，是完整的单晶结构，没有横向晶界的存在使得铜互连的传输性能显著提高。CN111952263ACN111952263A权利要求书1/1页1.一种微米级单晶铜互连结构，其特征在于，主要包括基底、阻挡层、含磷铜种子层、铜针；所述基底为具有通孔和沟槽的介质层、具有盲孔的硅晶圆、具有铜柱窗口的半导体衬底中的一种；所述阻挡层设置在介质层的通孔和沟槽的内侧壁和底部、硅晶圆的盲孔的内侧壁和底部、或半导体衬底上的铜柱窗口底部；所述含磷铜种子层设置在与基底平行的阻挡层上方；所述铜针在含磷铜种子层上沉积得到。2.根据权利要求1所述的微米级单晶铜互连结构，其特征在于，所述铜针的宽度范围为2～70μm，长度范围为5～700μm。3.根据权利要求1所述的微米级单晶铜互连结构，其特征在于，所述磷铜种子层中，磷含量为0.02％～0.075wt％。4.根据权利要求1所述的微米级单晶铜互连结构，其特征在于，所述阻挡层采用化学气相沉积法沉积得到；所述含磷铜种子层采用真空蒸镀法沉积得到；所述铜针采用电镀法沉积得到。5.根据权利要求1或4所述的微米级单晶铜互连结构，其特征在于，所述在含磷铜种子层上沉积得到铜针前，需对含磷铜种子层进行酸洗、活化的步骤。6.根据权利要求5所述的微米级单晶铜互连结构，其特征在于，所述酸洗采用体积分数15～30％的稀硫酸，酸洗时间为5～15s；所述活化的步骤具体为：根据所沉积的含磷铜种子层厚度，施加小于0.08A的电流持续100～3000s，使得种子层表面稍微溶解，避免在表面形成明显的黑色磷膜，进而达到活化的目的。7.根据权利要求4所述的微米级单晶铜互连结构，其特征在于，所述电镀法沉积得到铜针的步骤具体包括：以含磷铜种子层为阴极、铂电极或铜磷板为阳极进行电镀，采用的电镀液包括以下浓度的各组分：硫酸铜0.5～1.5mol/L、硫酸0.1～1mol/L、氯化钾0.0005～0.008mol/L。8.根据权利要求1所述的微米级单晶铜互连结构，其特征在于，所述介质层为氮化硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅的四层结构；所述硅晶圆的盲孔侧壁和底部与阻挡层之间还设置有绝缘层，所述绝缘层材料选自硅氧化物、硅氮化物、聚合物；所述半导体衬底为硅衬底、绝缘体上硅、硅锗化合物中的一种，所述半导体衬底上有一层绝缘层，所述绝缘层上设置有金属焊盘，所述半导体衬底所具有的铜柱窗口是由光刻胶通过光刻，在金属焊盘位置处形成的通孔。9.一种根据权利要求1所述的微米级单晶铜互连结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在介质层的通孔和沟槽的内侧壁和底部、硅晶圆的盲孔的内侧壁和底部、或半导体衬底上的铜柱窗口底部采用化学气相沉积法沉积阻挡层；B、在与基底平行的阻挡层上方采用真空蒸镀法沉积含磷铜种子层；C、在含磷铜种子层上采用电镀法沉积铜针。10.根据权利要求9所述的微米级单晶铜互连结构的制备方法，其特征在于，所述方法还包括采用化学机械抛光的方法对铜针进行磨短的步骤。2CN111952263A说明书1/6页一种微米级单晶铜互连结构及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及电子封装中的铜互连技术领域，尤其涉及一种微米级单晶铜互连结构及其制备方法，其基于电镀方法，采用无添加剂的简单酸性硫酸铜镀液，在含磷铜种子层上制备微米级单晶铜互连结构。该方法可适用于三维系统级封装中的大马士革技术、TSV(硅通孔)技术、铜柱凸点技术等。背景技术[0002]在深亚微米集