半導體制造方法與流程

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本申請享有以日本專利申請2016-50105號(申請日：2016年3月14日)為基礎申請的優(yōu)先權(quán)。本申請通過參照該基礎申請而包含基礎申請的全部內(nèi)容。

本發(fā)明涉及一種半導體制造方法。

背景技術(shù)：

已知有將形成有半導體元件或集成電路的芯片在襯底上積層多段，而減小半導體裝置的占用面積的技術(shù)。有時為了謀求所積層的各芯片間的電導通，而形成被稱為tsv(throughsiliconvia：硅穿孔)的貫通電極。

對導孔填埋金屬通常是利用電場鍍覆等鍍覆處理進行。在貫通電極的鍍覆處理中，有時為了提高導電性或耐久性等，而積層多層金屬。在此情況下，重復進行如下處理：在浸沒在鍍覆液中形成一層量的金屬膜之后，用水清洗金屬膜的表面去除鍍覆液，然后，浸沒在下一鍍覆液中形成新的金屬膜。

然而，當用水清洗金屬膜的表面時，會在金屬膜的表面形成氧化膜。因此，必須在以某種方式去除氧化膜之后，形成下一金屬膜，但是依構(gòu)成金屬膜的金屬材料，有時難以去除氧化膜。在此情況下，變成在氧化膜之上，利用鍍覆處理形成新的金屬膜，但是因為氧化膜與金屬膜接觸性欠佳，所以有產(chǎn)生鍍覆遺漏不良的憂慮。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施方式提供一種不會產(chǎn)生鍍覆遺漏不良的半導體制造方法。

本發(fā)明的一形態(tài)的半導體制造方法具備如下步驟：在半導體晶片的一主面上，利用第1鍍覆處理形成第1金屬膜；

一邊從與所述半導體晶片的所述一主面離開配置的清洗器朝所述一主面上噴射清洗液，一邊使所述清洗器及所述半導體晶片的至少一個旋轉(zhuǎn)，而清洗所述第1金屬膜的表面；以及

在所述第1金屬膜上，利用第2鍍覆處理形成第2金屬膜；且

在所述清洗器，設有沿一方向配置的多個噴嘴；

所述多個噴嘴和與所述半導體晶片的中心位置對向的位置偏離配置，且在所述半導體晶片的周緣部側(cè)比所述半導體晶片的中心側(cè)配置更多；

配置在所述半導體晶片的周緣部側(cè)的噴嘴對從所述一方向傾斜的方向的第1范圍內(nèi)噴射所述清洗液；

配置在所述半導體晶片的中心側(cè)的噴嘴中的1個對包含所述半導體晶片的中心位置的第2范圍內(nèi)噴射所述清洗液。

附圖說明

圖1是清洗步驟所使用的清洗裝置的剖視圖。

圖2是表示本實施方式的清洗器的噴嘴的配置的圖。

圖3是表示從圖2的各噴嘴噴射的水的噴射范圍的圖。

圖4是表示一比較例的清洗器的噴嘴的配置的圖。

圖5是表示從圖4的各噴嘴噴射的水的噴射范圍的圖。

圖6是表示部分使用本實施方式的半導體制造方法制造的半導體裝置的概略構(gòu)成的剖視圖。

圖7是圖6所示的貫通電極的詳細剖視圖。

具體實施方式

以下，對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。本實施方式中，利用鍍覆處理形成在半導體晶片上形成的貫通電極或凸塊電極、接觸件等各種電極。更具體來說，本實施方式考慮利用鍍覆處理積層多層金屬膜而形成各種電極。在利用鍍覆處理積層多層金屬膜時，重復進行如下處理：在利用鍍覆處理形成一層量的金屬膜之后，進行水洗金屬膜的表面的清洗步驟，隨后利用鍍覆處理形成下一層金屬膜。

圖1是在所述清洗步驟使用的清洗裝置1的剖視圖。在圖1的清洗裝置1中，將半導體晶片2以其清洗對象面2a朝下的方式固定。清洗對象面2a是形成貫通電極或凸塊電極等的一主面。

半導體晶片2由支撐機構(gòu)從圖1的正背方向支撐，但是在圖1中省略支撐裝置的圖示。在半導體晶片2的上方配置有未圖示的上蓋，在清洗半導體晶片2時，將半導體晶片2密封在圖示的清洗腔室4內(nèi)，從而防止水飛濺至清洗裝置1的外側(cè)。

在清洗對象面2a的下方，配置有在一方向上延伸的線狀的清洗器5。在半導體晶片2與清洗器5之間，設有間隙。在清洗器5，沿一方向設有多個噴嘴6。各噴嘴6朝上方噴射清洗液(例如水)，而清洗對向配置的半導體晶片2的清洗對象面2a。

在清洗器5的長度方向(一方向)的中央部，安裝有旋轉(zhuǎn)軸7與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部8，清洗器5被設為繞旋轉(zhuǎn)軸7自由旋轉(zhuǎn)。也就是說，清洗器5以與半導體晶片2的清洗對象面2a維持固定的距離的狀態(tài)，沿清洗對象面2a旋轉(zhuǎn)。

將半導體晶片2以其中心位置的法線2b與清洗器5的旋轉(zhuǎn)軸7大致一致的方式定位并固定。由此，清洗器5繞半導體晶片2的中心位置旋轉(zhuǎn)。清洗器5一邊繞旋轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)，一邊從各噴嘴6朝半導體晶片2的清洗對象面2a噴射水，而對整個清洗對象面2a進行清洗。另外，旋轉(zhuǎn)軸7是只要清洗器5能夠繞半導體晶片2的中心位置相對地旋轉(zhuǎn)即可，也可將清洗器5固定并使半導體晶片2旋轉(zhuǎn)，或者也可使清洗器5與半導體晶片2雙方旋轉(zhuǎn)。

在清洗器5，安裝有用來對噴嘴6供給水的未圖示的供水管、或用來排出清洗后的水的未圖示的排出管、對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部8進行電源供給的未圖示的電源供給電纜等。

清洗器5的長度方向的全長雖然設計成略小于半導體晶片2的直徑，但是如后所述，因為各噴嘴6對特定的角度范圍噴射水量均勻的水，所以能夠清洗半導體晶片2的整個清洗對象面2a。

本實施方式的清洗器5的特征在于，能夠以固定的水量均勻地清洗半導體晶片2的整個清洗對象面2a。該特征是通過清洗器5的噴嘴6的配置與水從噴嘴6的噴射方向來實現(xiàn)。另外，從各噴嘴6噴射的每單位時間的水量能夠進行調(diào)整，但是水量的調(diào)整假定為以所有噴嘴6為對象進行，并不意圖針對各噴嘴6的每一個而個別地調(diào)整水量。

圖2是表示本實施方式的清洗器5的噴嘴6的配置的圖，圖3是表示從圖2的各噴嘴6噴射的水的噴射范圍的圖。在噴嘴6的上表面、也就是與半導體晶片2的清洗對象面2a對向的面，以不規(guī)則的間隔配置有多個噴嘴6。更具體來說，多個噴嘴6避開與半導體晶片2的中心位置對向的位置而配置。在圖2及圖3的例中，以配置在清洗器5的長度方向的中央的旋轉(zhuǎn)軸7的軸中心為基準點rp，在一側(cè)ls與另一側(cè)rs各配置相同數(shù)量的3個噴嘴6。一側(cè)ls的3個中的2個噴嘴6配置在半導體晶片2的周緣側(cè)，剩下的1個噴嘴6配置在半導體晶片2的中心側(cè)。同樣，另一側(cè)rs的3個中的2個噴嘴6配置在半導體晶片2的周緣側(cè)，剩下的1個噴嘴6配置在半導體晶片2的中心側(cè)。

此處，所謂基準點rp是清洗器5的旋轉(zhuǎn)軸7中心，理想為與通過半導體晶片2的中心位置的法線2b交叉的點。

如圖3所示，從基準點rp配置在一側(cè)ls的3個噴嘴6之中，半導體晶片2的周緣側(cè)的2個朝從清洗器5的長度方向(一方向)傾斜的方向的第1范圍r1內(nèi)噴射水，半導體晶片2的中心側(cè)的1個朝清洗器5的長度方向的第2范圍r2內(nèi)噴射水。同樣，從基準點rp配置在另一側(cè)rs的3個噴嘴6之中，半導體晶片2的周緣側(cè)的2個朝從清洗器5的長度方向傾斜的方向的第1范圍r1內(nèi)噴射水，半導體晶片2的中心側(cè)的1個朝清洗器5的長度方向的第2范圍r2內(nèi)噴射水。而且，在2個第2范圍r2中的至少一個第2范圍r2內(nèi)包含基準點rp。這樣一來，各噴嘴6對半導體晶片2的清洗對象面2a呈大致扇狀地噴射水。圖3所示的6個矩形范圍r1、r2表示水從各噴嘴6的噴射范圍的概略。

此外，在基準點rp的一側(cè)ls與另一側(cè)rs的任一側(cè)，水從周緣側(cè)的各2個噴嘴6的噴射方向皆相互平行。也就是說，周緣側(cè)的各2個噴嘴6朝從一方向傾斜相同角度的方向噴射水。由此，來自各噴嘴6的水彼此不會沖突，而能夠使飛濺到半導體晶片2的清洗對象面2a上的水量無論哪一部位皆為均勻。如果來自多個噴嘴6的水彼此沖突，那么水會不規(guī)則地飛濺到晶片的清洗對象面2a上，依部位不同而產(chǎn)生的水量不均也變大，但是在本實施方式中，能夠使水的飛濺范圍內(nèi)的水量為均勻。

進而，在基準點rp的一側(cè)ls與另一側(cè)rs的任一側(cè)，水從半導體晶片2的中心側(cè)的各1個噴嘴6的噴射范圍皆略微重合。此外，在基準點rp的一側(cè)ls與另一側(cè)rs的任一側(cè)，水從中心側(cè)的1個噴嘴6的噴射范圍皆與水從周緣側(cè)的2個噴嘴6的噴射范圍略微重合。由此，能夠極力抑制從多個噴嘴6噴射出的水彼此重合的范圍，而抑制附著在半導體晶片2的清洗對象面2a的水量依部位不同而產(chǎn)生的不均。

圖4是表示一比較例的清洗器5的噴嘴6的配置的圖，圖5是表示從圖4的各噴嘴6噴射的水的噴射范圍的圖。在圖4的例中，在半導體晶片2的中心側(cè)比周緣側(cè)配置有更多噴嘴6。此外，從位于清洗器5的長度方向的中央的基準點rp偏向另一側(cè)rs配置噴嘴6。進而，如圖5所示，各噴嘴6對從清洗器5的長度方向傾斜的方向的特定范圍r3內(nèi)噴射水。

由此，在一比較例的清洗器5中，半導體晶片2的清洗對象面2a的中央側(cè)的水量變得比周緣側(cè)多。此外，因為水從各噴嘴6的噴射方向共通，且各噴嘴6在清洗器5的長度方向上不規(guī)則地配置，所以半導體晶片2的清洗對象面2a內(nèi)的水量依部位而大幅度變動。因此，于在水量較多的清洗對象面2a的中心附近，存在應進行鍍覆處理的通孔的情況下，在該通孔內(nèi)的鍍覆金屬膜的表面形成較厚的氧化膜，從而與隨后利用鍍覆處理形成的新金屬膜的接觸性變差。

只要像一比較例這樣，在半導體晶片2的中心側(cè)配置更多噴嘴6，那么就難以使半導體晶片2的清洗對象面2a上的水量無論哪一部位皆均勻。因此，在本實施方式中，在半導體晶片2的中心側(cè)，盡量不配置噴嘴6。此外，使從各噴嘴6噴射的水彼此不沖突。

使用本實施方式的清洗裝置1，能夠以適度的水量，且不論哪一部位皆均勻的水量對利用鍍覆處理形成的金屬膜的整個表面進行清洗，而消除在金屬膜的表面局部附著過多的水分，從而在金屬膜的表面形成較厚的氧化膜的憂慮。

因此，即使在利用鍍覆處理形成多層金屬膜的情況下，在形成各金屬膜之后，也能夠?qū)⑿纬稍谧钌厦娴慕饘倌さ谋砻孢m度地清洗至不會形成較厚的氧化膜的程度，從而與利用下一步驟的鍍覆處理形成的金屬膜的密接性變好。因此，依據(jù)本實施方式，能夠高品質(zhì)且可靠性良好地制造積層有多層金屬膜的貫通電極或凸塊電極、接觸電極等。

圖6是表示部分使用本實施方式的半導體制造方法制造的半導體裝置21的概略構(gòu)成的剖視圖。圖6具備積層有多個半導體芯片22的芯片積層體23、貫通芯片積層體23的貫通電極24、供芯片積層體23安裝的安裝襯底25以及支撐芯片積層體23的支撐襯底26。安裝襯底25與支撐襯底26對向配置，在安裝襯底25與支撐襯底26之間配置有芯片積層體23，支撐襯底26與芯片積層體23的周圍被樹脂封裝部件27覆蓋。

半導體芯片22例如為nand(nor-and，與非)閃存型存儲芯片，但是半導體芯片22的具體種類并不特別限定。芯片積層體23介隔突出電極28倒裝安裝在安裝襯底25上。在安裝襯底25的背面?zhèn)龋渲糜型怀鲭姌O29。在所積層的貫通電極24的下方，配置有接口芯片30。

貫通電極24與突出電極28、29的至少一個能夠使用本實施方式的半導體制造方法，利用鍍覆處理制作。

圖7是圖6所示的貫通電極24的詳細剖視圖，表示設置在圖6的芯片積層體23中的一個半導體芯片22內(nèi)的貫通電極24的截面構(gòu)造。

半導體芯片22具有半導體襯底31、配置在半導體襯底31之上的層間絕緣膜32及配置在層間絕緣膜32之上的保護膜33。在半導體芯片22為nand閃存型存儲芯片的情況下，將存儲單元或周邊電路在層間絕緣膜32內(nèi)分離配置。

貫通電極24以貫通半導體襯底31的方式形成。在層間絕緣膜32內(nèi)，配置有多層配線層34。多層配線層34從半導體襯底31側(cè)朝向上方，具有最下層連接配線層35、下層連接配線層36、上層連接配線層37及最上層連接配線層38。

最下層連接配線層35為積層構(gòu)造，從半導體襯底31側(cè)朝向上方，依序積層有第1導電層39、第2導電層40及第3導電層41。第3導電層41的上表面與覆蓋絕緣層42相接，第3導電層41與下層連接配線層36是利用貫通覆蓋絕緣層42與層間絕緣膜32的多個接觸件43而電連接。

同樣，下層連接配線層36與上層連接配線層37是利用貫通層間絕緣膜32的多個接觸件44而電連接。此外，上層連接配線層37與最上層連接配線層38是利用貫通層間絕緣膜32的多個接觸件45而電連接。最上層連接配線層38與貫通保護膜33的表面電極46相接。

貫通電極24配置在貫通半導體襯底31的導孔的內(nèi)側(cè)部分。導孔的側(cè)壁被側(cè)壁絕緣膜47覆蓋。在側(cè)壁絕緣膜47之上，利用所述鍍覆處理，形成有金屬膜。通過進行所謂保形鍍覆作為鍍覆處理，能夠使金屬膜從導孔的底面?zhèn)扰c側(cè)壁側(cè)的雙方成長，而能夠在短時間內(nèi)以金屬膜填埋導孔內(nèi)。此時，雖然也有在導孔的中央部，形成在積層方向延伸的接縫狀的空間部，但是利用保形鍍覆，能夠以金屬膜確實地封閉空間部的上部側(cè)，而即使在導孔的內(nèi)部殘留有空間部，也不會成為電特性上的障礙。

導孔內(nèi)的金屬膜的材料例如為ni。貫通電極24的上部與第3導電層41相接。在貫通電極24的與第3導電層41的接觸部附近，能夠利用鍍覆處理形成例如銅的金屬膜，且在該銅的金屬膜之上，利用鍍覆處理形成例如錫的金屬膜。

這樣一來，在利用鍍覆處理使貫通電極24為例如鎳、銅及錫的積層構(gòu)造的情況下，在形成各金屬膜之后，必須使用所述清洗裝置1，清洗去除附著在金屬膜的表面的鍍覆液。此時，依據(jù)本實施方式的半導體制造方法，消除來自清洗器5的水過多地附著在金屬膜的表面的憂慮，而不會在金屬膜的表面形成較厚的氧化膜。因此，能夠提高構(gòu)成貫通電極24的金屬膜彼此的接觸性。

另外，在制造半導體裝置21時，在形成貫通電極24之后，存在進行熱處理的步驟。因為該熱處理，而配置在貫通電極24內(nèi)的空間部與側(cè)壁絕緣膜47之間的金屬膜產(chǎn)生裂痕，從而有貫通電極24的導電性能下降等，而貫通電極24的可靠性下降的憂慮。為了防止裂痕，只要將金屬膜的膜厚增大即可，但是為使貫通電極24用的導孔直徑微細化，不能過于增大。

本發(fā)明人對金屬膜的膜厚相對于貫通電極24的通孔直徑的比率進行各種改變，研究不產(chǎn)生裂痕的最小比率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其為15.6％。另外，該數(shù)字是將形成有貫通電極24的半導體裝置21在封裝后的狀態(tài)下驗證的值。如果將比率設為15.6％以上，那么即使進行了熱處理，也不會在金屬膜產(chǎn)生裂痕，而貫通電極24的可靠性提高。

這樣一來，在本實施方式中，在利用鍍覆處理積層多層金屬膜的情況下，每當在半導體晶片2上形成各金屬膜時，均以均勻且適度的水量清洗半導體晶片2的整個清洗對象面2a，因此，在進行下一鍍覆步驟前，不會在金屬膜的表面形成較厚的氧化膜，而金屬膜彼此的接觸性變好。由此，在例如在導孔內(nèi)積層多層金屬膜的情況下，能夠進行所謂保形鍍覆，而能夠在短時間內(nèi)進行多層金屬膜的積層。

更具體來說，在本實施方式中，具備在半導體晶片2的一方向上延伸，且長度方向的全長小于半導體晶片2的直徑的線狀的清洗器5，且通過將清洗器5的噴嘴6的配置設為像圖3那樣，而能夠以適度且均勻的水量清洗半導體晶片2的整個清洗對象面。

此外，在本實施方式中，在導孔內(nèi)形成金屬膜時，將金屬膜的厚度相對于導孔的孔徑的比率設為15.6％以上，因此，能夠防止金屬膜產(chǎn)生裂痕的不良狀況。

已對本發(fā)明的若干實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子而提出，并不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新穎的實施方式能以其他多種方式實施，能夠在不脫離發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進行各種省略、置換、變更。這些實施方式或其變化包含在發(fā)明的范圍或主旨中，并且包含在權(quán)利要求書所記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。

[符號的說明]

1清洗裝置

2半導體晶片

4清洗腔室

5清洗器

6噴嘴

7旋轉(zhuǎn)軸

8旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部

21半導體裝置

22半導體芯片

23芯片積層體

24貫通電極