[发明专利]穿透硅通孔背面金属平坦化方法

说明书

本发明揭示了一种穿透硅通孔背面金属平坦化方法，包括步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有若干从硅衬底的背面露出的金属凸起；及以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起，以使从硅衬底的背面露出的金属凸起的高度齐平。本发明通过采用无应力电化学抛光的方式平坦化硅衬底背面的金属凸起，具体通过控制抛光电压和/或电流或硅衬底旋转速度及水平移动速度来精确控制金属凸起的去除厚度，从而实现硅衬底背面的金属凸起的平坦化。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种穿透硅通孔背面金属平坦化方法。

背景技术

随着电子整机系统不断向轻、薄、小的方向发展，对集成电路的集成度要求也越来越高。目前，提高集成电路的集成度主要是采取减小特征尺寸，使得在给定区域能够集成更多的元件，属于二维集成。然而，当集成电路的结构日益复杂，所要求具备的功能日益强大时，二维集成技术应用的局限性逐渐凸显出来。因此，需寻求新的集成技术以提高集成电路的集成度。

基于穿透硅通孔(TSV)技术的三维集成技术已成为当下提高集成电路的集成度最引人注目的一种新技术。三维集成技术利用TSV实现集成电路中堆叠芯片的互连。TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且能够大大改善芯片速度和低功耗的性能。

TSV结构制作工艺主要包括通孔的形成、硅衬底减薄及TSV键合。具体地，在硅衬底的正面制作通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔内依次沉积介质层和阻挡层，然后在通孔内填充金属；将硅衬底的背面减薄至裸露出通孔底部的介质层；最后依次去除通孔底部的介质层和阻挡层，通孔底部的金属从硅衬底的背面露出，以便与另一层芯片获得电连接，从而实现芯片间的互连。

在上述TSV结构制作过程中，硅衬底背面减薄通常采用机械研磨和湿法刻蚀相结合的方式。具体地，先采用机械研磨进行初步减薄，由于机械研磨会对硅衬底表面产生刮痕，机械研磨之后，硅衬底表面状况不是很好，因而，需要再采用湿法刻蚀对硅衬底表面进行处理，改善硅衬底表面的同时对硅衬底进行一定程度的减薄至裸露出通孔底部的介质层。然后，采用化学机械研磨(CMP)依次去除通孔底部的介质层和阻挡层。

由于对硅衬底背面减薄时的均匀度及平坦度控制难以做到精确，以及在硅衬底不同区域形成通孔的孔深有所差别，经过上述各工艺步骤后，从硅衬底背面露出的金属凸柱的高度会不一致。通常采用CMP将金属凸柱磨平或者采用其他物料切削的方法使金属凸柱高度一致。然而，无论是上述哪一种方法都会产生较强的机械应力，而通孔周围的介质层机械强度较弱，在研磨或切削过程中很容易对通孔肩部的介质层造成破坏或使其产生缺陷，进而影响通孔的电性能，使封装后的集成电路性能和寿命降低。除了通孔肩部的应力问题，CMP研磨以后还不可避免地产生碟形缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿透硅通孔背面金属平坦化方法，该方法实现穿透硅通孔背面金属平坦化的同时不会对穿透硅通孔内的介质层造成破坏，提高了封装后集成电路的性能和寿命。

为实现上述目的，本发明提供的穿透硅通孔背面金属平坦化方法，包括步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有若干从硅衬底的背面露出的金属凸起；及以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起，以使从硅衬底的背面露出的金属凸起的高度齐平。

在一个实施例中，以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起的步骤进一步包括：1)将硅衬底置于可旋转、可竖直移动及可水平移动的卡盘上；2)使一抛光电源的阳极与硅衬底电导通并使该抛光电源的阴极与用于向硅衬底的背面喷射电解液的喷嘴电连接；以及3)在所述抛光电源的供电下，使电解液通过喷嘴喷射至硅衬底的背面，以使电解液与从硅衬底的背面露出的金属发生电化学反应。