[发明专利]免金属CMP的TSV工艺方法有效

专利信息
申请号: 201310413914.6 申请日: 2013-09-11
公开(公告)号: CN103474394A 公开(公告)日: 2013-12-25
发明(设计)人: 薛恺;于大全 申请(专利权)人: 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司
主分类号: H01L21/768 分类号: H01L21/768
代理公司: 无锡市大为专利商标事务所 32104 代理人: 曹祖良
地址: 214135 江苏省无锡市新区太湖国*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 金属 cmp tsv 工艺 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种封装技术,尤其是一种免金属CMP的TSV工艺方法。

背景技术

目前硅通孔的填充的主流工艺是使用铜电镀工艺,电镀工艺需要的种子层及电镀过程中在晶圆表面产生的铜层(面铜)及阻挡层使用化学机械抛光(CMP)的方式去除,然后重新淀积阻挡层制作再布线结构。由于CMP设备昂贵,阻挡层的去除和再淀积过程成本较高所以这种工艺方法的成本居高不下。专利公开号为:EP1382065 A1的《Electropolishing metal layers on wafers having trenches or vias with dummy structure》中揭示了一种用于大马士革工艺的电化学抛光技术,该专利主要阐述了半导体前道铜互连结构的形成方法,并没有提及免金属CMP的TSV工艺方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种免金属CMP的TSV工艺方法,通过利用电化学抛光技术结合湿法刻蚀工艺去除晶圆表面的铜层和晶圆表面的阻挡层,能够大幅降低工艺成本。本发明采用的技术方案是:

一种免金属CMP的TSV工艺方法,包括以下步骤:

S1.提供晶圆作为衬底,在晶圆中形成盲孔,并在晶圆上表面和盲孔的内壁上制作绝缘层;

S2.在晶圆上表面和盲孔内壁的绝缘层上制作阻挡层和种子层;种子层位于阻挡层之外,种子层的材料为金属;

S3.在盲孔中填充第二金属材料,所采用的第二金属材料和种子层的材料相同;

S4.利用电化学抛光技术去除步骤S3填充盲孔过程中在晶圆表面的第二金属材料和所述种子层;并控制盲孔中填充的第二金属材料的顶部和阻挡层之间的台阶高度在限定范围之内;

S5.对晶圆进行退火工艺;然后用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面的阻挡层;

S6.利用电化学抛光技术对盲孔中填充的第二金属材料的顶部和晶圆表面之间的台阶进行修正,使得该台阶趋于消失;

S7.在晶圆表面均匀涂覆一层第一介质层;

S8.实现第一介质层的图形化,在盲孔顶部位置形成第一介质层通孔;

S9.在第一介质层上和第一介质层通孔中利用电镀工艺形成第一再布线结构。

S10.完成第一再布线结构后,在晶圆表面涂覆一层第二介质层;

S11.利用光刻工艺实现第二介质层的图形化,在第二介质层中形成第二介质层通孔;

S12.在晶圆表面利用电镀工艺制作微凸点结构,所述微凸点结构通过第二介质层通孔与第一再布线结构电连接。

所述步骤S9之后,还包括下述步骤:

S10.完成第一再布线结构后,在晶圆表面涂覆一层第二介质层;

S11.利用光刻工艺实现第二介质层的图形化,在第二介质层中形成第二介质层通孔;

S12.在晶圆表面利用电镀工艺制作微凸点结构,所述微凸点结构通过第二介质层通孔与第一再布线结构电连接。

所述步骤S1中,具体利用深反应离子刻蚀工艺在晶圆中形成盲孔。

所述步骤S2中,具体利用PVD工艺在晶圆上表面和盲孔内壁的绝缘层上淀积制作阻挡层和种子层。

所述阻挡层的材料选自钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、氮化钨、钒、氮化钒、铌、氮化铌中的一种。

所述种子层的材料和盲孔中填充的第二金属材料均为铜。

所述步骤S3中,具体利用电镀工艺在盲孔中填充第二金属材料。

所述步骤S4中,控制盲孔中填充的第二金属材料的顶部和阻挡层之间的台阶高度在-3um到3um之内。

所述步骤S5中,可以先用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面的阻挡层然后再对晶圆进行退火工艺。

所述微凸点结构含两部分,下部为铜柱,顶部为用于改善键合效果的盖帽结构。

本发明的优点:本工艺方法可以在满足TSV工艺集成要求的同时大幅降低TSV工艺的成本,降低TSV工艺产业化门槛和制造成本。

附图说明

图1为在晶圆中形成盲孔和制作绝缘层示意图。

图2为制作阻挡层和种子层示意图。

图3为在盲孔中填充第二金属材料示意图。

图4为去除晶圆表面的种子层示意图。

图5为对晶圆进行退火工艺和去除晶圆表面的阻挡层示意图。

图6为对盲孔中填充的第二金属材料的顶部和晶圆表面之间的台阶进行修正示意图。

图7为在晶圆表面涂覆第一介质层示意图。

图8为实现第一介质层的图形化、形成第一介质层通孔示意图。

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