[发明专利]穿透硅通孔结构制作方法

说明书

本发明公开了一种穿透硅通孔结构制作方法，包括如下步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有正面和与正面相对的背面，硅衬底的正面形成有通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层，然后向通孔内填充金属；对硅衬底的背面进行初步减薄；对硅衬底的背面进行湿法刻蚀，并在通孔底部处的介质层被暴露出来之前停止湿法刻蚀；对硅衬底的背面进行干法气相刻蚀，直至通孔底部处沉积的一部分的金属、阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起，其中通孔底部处的介质层被暴露出来；在硅衬底的背面除通孔底部外的部分沉积钝化层；去除通孔底部处的介质层；及采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层，通孔底部处的金属从硅衬底的背面露出。本发明通过采用干法气相刻蚀减薄硅衬底的背面及去除通孔底部处的阻挡层，提高了穿透硅通孔结构制作良率。

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结构制作方法。

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。三维集成技术利用穿透硅通孔(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。具体包括：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处的介质层；最后依次去除通孔底部处的介质层和阻挡层，通孔底部处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，改善硅衬底表面状况的同时对硅衬底进行一定程度的减薄至裸露出通孔底部处的介质层。湿法刻蚀的刻蚀液一般选用KOH、HF和硝酸的混合液以及TMAH溶剂等。该刻蚀液虽然能够去除硅衬底，但是对介质层材料的选择比较低，通常选取的介质层材料是氧化硅。因而，该刻蚀液容易对介质层产生刻蚀，甚至穿透介质层，导致TSV结构的制作良率降低。

此外，通孔底部处的介质层和阻挡层的去除采用的是化学机械研磨(CMP)方法，该方法在去除阻挡层时，如果终点控制掌握不够精确，通孔中的金属也会被磨掉和侵蚀，被磨掉的金属混合在研磨液中从而会导致金属离子扩散到硅衬底中，进而造成TSV结构的失效。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷提供一种能够提高TSV结构制作良率的TSV结构制作方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种穿透硅通孔结构制作方法，包括如下步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有正面和与正面相对的背面，硅衬底的正面形成有通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层，然后向通孔内填充金属；对硅衬底的背面进行初步减薄；对硅衬底的背面进行湿法刻蚀，并在通孔底部处的介质层被暴露出来之前停止湿法刻蚀；对硅衬底的背面进行干法气相刻蚀，直至通孔底部处沉积的一部分的金属、阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起，其中通孔底部处的介质层被暴露出来；在硅衬底的背面除通孔底部外的部分沉积钝化层；去除通孔底部处的介质层；及采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层，通孔底部处的金属从硅衬底的背面露出。