[發明專利]免金屬CMP的TSV工藝方法

有效

• 申請號: 201310413914.6
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103474394A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 薛愷;于大全
• 申請（專利權）人: 華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種封裝技術，尤其是一種免金屬CMP的TSV工藝方法。

背景技術

目前硅通孔的填充的主流工藝是使用銅電鍍工藝，電鍍工藝需要的種子層及電鍍過程中在晶圓表面產生的銅層（面銅）及阻擋層使用化學機械拋光（CMP）的方式去除，然后重新淀積阻擋層制作再布線結構。由于CMP設備昂貴，阻擋層的去除和再淀積過程成本較高所以這種工藝方法的成本居高不下。專利公開號為：EP1382065?A1的《Electropolishing?metal?layers?on?wafers?having?trenches?or?vias?with?dummy?structure》中揭示了一種用于大馬士革工藝的電化學拋光技術，該專利主要闡述了半導體前道銅互連結構的形成方法，并沒有提及免金屬CMP的TSV工藝方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種免金屬CMP的TSV工藝方法,通過利用電化學拋光技術結合濕法刻蝕工藝去除晶圓表面的銅層和晶圓表面的阻擋層，能夠大幅降低工藝成本。本發明采用的技術方案是：

一種免金屬CMP的TSV工藝方法，包括以下步驟：

S1.提供晶圓作為襯底，在晶圓中形成盲孔，并在晶圓上表面和盲孔的內壁上制作絕緣層；

S2.在晶圓上表面和盲孔內壁的絕緣層上制作阻擋層和種子層；種子層位于阻擋層之外，種子層的材料為金屬；

S3.在盲孔中填充第二金屬材料，所采用的第二金屬材料和種子層的材料相同；

S4.利用電化學拋光技術去除步驟S3填充盲孔過程中在晶圓表面的第二金屬材料和所述種子層；并控制盲孔中填充的第二金屬材料的頂部和阻擋層之間的臺階高度在限定范圍之內；

S5.對晶圓進行退火工藝；然后用濕法刻蝕工藝去除晶圓表面的阻擋層；

S6.利用電化學拋光技術對盲孔中填充的第二金屬材料的頂部和晶圓表面之間的臺階進行修正，使得該臺階趨于消失；

S7.在晶圓表面均勻涂覆一層第一介質層；

S8.實現第一介質層的圖形化，在盲孔頂部位置形成第一介質層通孔；

S9.在第一介質層上和第一介質層通孔中利用電鍍工藝形成第一再布線結構。

S10.完成第一再布線結構后，在晶圓表面涂覆一層第二介質層；

S11.利用光刻工藝實現第二介質層的圖形化，在第二介質層中形成第二介質層通孔；

S12.在晶圓表面利用電鍍工藝制作微凸點結構，所述微凸點結構通過第二介質層通孔與第一再布線結構電連接。

所述步驟S9之后，還包括下述步驟：

S10.完成第一再布線結構后，在晶圓表面涂覆一層第二介質層；

S11.利用光刻工藝實現第二介質層的圖形化，在第二介質層中形成第二介質層通孔；

S12.在晶圓表面利用電鍍工藝制作微凸點結構，所述微凸點結構通過第二介質層通孔與第一再布線結構電連接。

所述步驟S1中，具體利用深反應離子刻蝕工藝在晶圓中形成盲孔。

所述步驟S2中，具體利用PVD工藝在晶圓上表面和盲孔內壁的絕緣層上淀積制作阻擋層和種子層。

所述阻擋層的材料選自鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、釩、氮化釩、鈮、氮化鈮中的一種。

所述種子層的材料和盲孔中填充的第二金屬材料均為銅。

所述步驟S3中，具體利用電鍍工藝在盲孔中填充第二金屬材料。

所述步驟S4中，控制盲孔中填充的第二金屬材料的頂部和阻擋層之間的臺階高度在-3um到3um之內。

所述步驟S5中，可以先用濕法刻蝕工藝去除晶圓表面的阻擋層然后再對晶圓進行退火工藝。

所述微凸點結構含兩部分，下部為銅柱，頂部為用于改善鍵合效果的蓋帽結構。

本發明的優點：本工藝方法可以在滿足TSV工藝集成要求的同時大幅降低TSV工藝的成本，降低TSV工藝產業化門檻和制造成本。

附圖說明

圖1為在晶圓中形成盲孔和制作絕緣層示意圖。

圖2為制作阻擋層和種子層示意圖。

圖3為在盲孔中填充第二金屬材料示意圖。

圖4為去除晶圓表面的種子層示意圖。

圖5為對晶圓進行退火工藝和去除晶圓表面的阻擋層示意圖。

圖6為對盲孔中填充的第二金屬材料的頂部和晶圓表面之間的臺階進行修正示意圖。

圖7為在晶圓表面涂覆第一介質層示意圖。

圖8為實現第一介質層的圖形化、形成第一介質層通孔示意圖。