一種tsv通孔的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成封裝的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種TSV通孔的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，集成電路的特征尺寸不斷縮小，器件互連密度不斷提高。傳統(tǒng)的二維封裝已經(jīng)不能滿足業(yè)界的需求，因此基于TSV垂直互連的疊層封裝方式以其短距離互連和高密度集成的關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢，逐漸引領(lǐng)了封裝技術(shù)發(fā)展的趨勢。
[0003]TSV技術(shù)包括如下的關(guān)鍵工藝:通孔蝕刻，制作絕緣層，通孔填充等。其中通孔刻蝕是不可被忽視的一步，通孔的形貌直接影響了后續(xù)的絕緣層沉積和PAD表面絕緣層刻蝕工藝。傳統(tǒng)的TSV通孔刻蝕是直接在晶背表面進行黃光工藝定義出TSV通孔位置，然后通過干法刻蝕工藝移除硅得到通孔；或者黃光工藝之前，先沉積一層無機氧化物層，然后再進行黃光和刻蝕工藝。
[0004]在當前TSV的各向同性的干法刻蝕工藝中，TSV孔邊緣處會出現(xiàn)成突起部分，即快接近開口處的孔徑會小一點，當制作絕緣層，種子層和銅填充時，會形成一個多層結(jié)構(gòu)的“應(yīng)力集中”區(qū)，使此處的絕緣層與基底之間產(chǎn)生容易分層或裂紋；對于TSV孔與晶背表面交界的邊緣來說，由于孔是近乎垂直的，因為這里的邊緣會很尖銳，該部位沉積的絕緣層會相對薄一些，并且不利于光阻覆蓋，因此在后續(xù)的PAD表面絕緣層去除中，干法刻蝕很容易將該表面的絕緣層損傷到，造成TSV導(dǎo)電柱與晶背短路，當鍍上金屬線以后，該處的金屬線也往往在信賴性測試中產(chǎn)生斷裂。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對這個問題，本發(fā)明提供了一種新的TSV通孔的制備工藝，該工藝可以防止TSV孔形成突起部分，并且可以使孔與晶背表面交界的部分生產(chǎn)緩坡，使后續(xù)絕緣層和光阻的分布均勻，避免了干法刻蝕對該邊緣的損傷。
[0006]一種TSV通孔的制備工藝，其包括以下步驟:
(1)、在晶圓背表面沉積薄膜；
(2)、曝光顯影，顯露出TSV通孔區(qū)域；
(3)、對晶圓背表面對應(yīng)TSV通孔區(qū)域的薄膜進行刻蝕處理，使其處于TSV通孔的部位先被腐蝕掉；
(4)、對晶圓背進行干法刻蝕刻出TSV孔，去除光阻層，則TSV通孔制作完成。
[0007]其進一步改進在于:其還包括TSV孔沉積絕緣層并進行TSV互聯(lián)工藝；
步驟(I)中，沉積的薄膜為具有絕緣能力的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物，或者是無機物、有機高分子材料、半導(dǎo)體材料、金屬材料、陶瓷材料；沉積方式為氣相沉積，或者是直接粘附、涂布、液相沉積；
步驟(2)中，采用黃光工藝進行曝光顯影；所述黃光工藝是正光阻或者負光阻通過光阻涂布、曝光、顯影過程產(chǎn)生的圖形，所述光阻涂布包括噴膠、旋涂光阻和干膜直接貼附； 步驟(3)中，采用濕法工藝或者選擇刻蝕速率比很高的干法工藝對薄膜進行非等向刻蝕對薄膜進行刻蝕處理；
步驟(4)中，TSV通孔為孔或者溝槽，其形狀為圓形、方形的、倒梯形、或者倒錐形；
沉積絕緣層之前將步驟(I)沉積的薄膜去除；
所述絕緣層為具有絕緣能力的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物。
[0008]本發(fā)明TSV通孔的制備工藝的有益效果:
由于事先沉積一層絕緣層，在刻蝕TSV通孔時，TSV在通孔的上表面移除了部分絕緣層，并將其刻蝕出一定區(qū)域，因此后續(xù)的干法刻蝕氣體會作用到絕緣層開口范圍內(nèi)的硅，這樣在蝕刻完成后，TSV孔就變成了開口較大的結(jié)構(gòu)，使TSV通孔的上開口邊緣變得圓滑，所以該發(fā)明TSV通孔的制備工藝具有如下的有益效果:
1)該工藝可以防止TSV孔形成突起部分，消除了應(yīng)力集中區(qū)域，減小了TSV填料與孔壁的開裂幾率；
2)該工藝可以使孔與晶背表面交界的部分生產(chǎn)緩坡，使后續(xù)絕緣層和光阻的分布均勻，避免了干法刻蝕對該邊緣的損傷。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本發(fā)明TSV通孔的制備工藝流程圖；
圖2為晶背表面沉積薄膜示意圖；
圖3為曝光TSV通孔區(qū)域示意圖；
圖4為TSV通孔區(qū)域的薄膜刻蝕示意圖；
圖5、圖6為蝕刻制作TSV孔示意圖；
圖7為TSV孔沉積絕緣層示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0012]圖1所示為本發(fā)明所涉及的TSV通孔的制備工藝流程圖。
[0013]本發(fā)明一種TSV通孔的制備工藝，其包括如下步驟:
見圖2，
(I)、晶圓I背部TSV通孔刻蝕前，先在晶圓背表面沉積一層薄膜2 ;
沉積的薄膜可以是氧化物，也可以是氮化物、碳化物、氮氧化物等有絕緣能力的薄膜，也可以是無機物，有機高分子材料，半導(dǎo)體材料，金屬材料，陶瓷材料等薄膜；
沉積方式可以是氣相沉積，也可以是直接粘附、涂布、液相沉積等；
見圖3， (2)、曝光顯影，使TSV通孔區(qū)域3顯露出來；
通過黃光工藝定義TSV通孔并進行曝光顯影，黃光工藝可以是正光阻或者負光阻通過光阻涂布、曝光、顯影等過程產(chǎn)生的圖形，這里光阻涂布包括噴膠、旋涂光阻和干膜直接貼附等；
見圖4，
(3)、對晶圓I背表面的薄膜2進行刻蝕處理且不破壞光阻層8，使其處于TSV通孔的部位先被腐蝕掉；
刻蝕處理工藝可以采用濕法工藝如采用酸堿溶液浸泡步驟(I)中的薄膜，也可以是選擇刻蝕速率比很高的干法工藝對薄膜進行非等向刻蝕，刻蝕速率比就是同一種刻蝕氣體對不同物質(zhì)的刻蝕速率比越高，則刻蝕時一種材料被移除，另一種材料能最多的保留，該步驟可以控制作用時間來精確控制薄膜被移除區(qū)域的直徑，該步驟的刻蝕工藝不會對光阻層有損傷，這樣在刻蝕完成后，重新干燥晶圓，可以進行后續(xù)的干法刻蝕。
[0014]見圖5、圖 6，
(4)、對晶圓I背進行干法刻蝕刻出TSV通孔4，去除光阻，則TSV通孔制作完成；
刻蝕TSV通孔可以是孔，也可以是溝槽；孔可以是圓形的也可以是方形的、倒梯形、倒錐形等，其作用是在硅背面移除該區(qū)域的硅，使另一面的PAD露出來；該步驟通過干法刻蝕來移除TSV孔中的硅材料，但是由于事先已經(jīng)在TSV通孔的上表面移除了部分絕緣層，因此后續(xù)的干法刻蝕氣體會作用到絕緣層開口范圍內(nèi)的硅，這樣在蝕刻完成后，TSV孔就變成了開口較大的結(jié)構(gòu)；該干法刻蝕可以是直接從晶背刻蝕硅材料和晶圓表面的MD絕緣層5到達PAD6表面，也可以是只刻蝕晶背的硅材料，使刻蝕停留在MD絕緣層5上。
[0015]見圖7，
(5)、TSV通孔沉積絕緣層并進行后續(xù)的TSV互聯(lián)工藝；
去除光阻后，沉積TSV通孔絕緣層之前可以將TSV刻蝕之前沉積的那層薄膜先去除，再沉積TSV孔內(nèi)絕緣層，此處絕緣層可以是氧化物，也可以是氮化物、碳化物、氮氧化物等有絕緣能力的薄膜，因為開口處為緩坡，所以此處沉積絕緣層比較容易，對后續(xù)的光阻涂布，金屬沉積也有好處，也可以不去除TSV通孔刻蝕之前沉積的那層薄膜，或者只對那層薄膜進行減薄沉積絕緣層后，將TSV通孔底部PAD表面絕緣層去除就可以完成后續(xù)的TSV通孔互聯(lián)工藝。
[0016]本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0017]此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:其包括以下步驟: (1)、在晶圓背表面沉積薄膜； (2)、曝光顯影，顯露出TSV通孔區(qū)域； (3)、對晶圓背表面對應(yīng)TSV通孔區(qū)域的薄膜進行刻蝕處理，使其處于TSV通孔的部位先被腐蝕掉； (4)、對晶圓背進行干法刻蝕刻出TSV孔，去除光阻層，則TSV通孔制作完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:其還包括TSV孔沉積絕緣層并進行TSV互聯(lián)工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:步驟(I)中，沉積的薄膜為具有絕緣能力的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物，或者是無機物、有機高分子材料、半導(dǎo)體材料、金屬材料、陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:步驟(I)中，沉積薄膜方式為氣相沉積，或者是直接粘附、涂布、液相沉積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:步驟(2)中，采用黃光工藝進行曝光顯影。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:所述黃光工藝是正光阻或者負光阻通過光阻涂布、曝光、顯影過程產(chǎn)生的圖形，所述光阻涂布包括噴膠、旋涂光阻和干膜直接貼附。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:步驟(3)中，采用濕法工藝或者選擇刻蝕速率比很高的干法工藝對薄膜進行非等向刻蝕對薄膜進行刻蝕處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:步驟(4)中，TSV通孔為孔或者溝槽，其形狀為圓形、方形的、倒梯形、或者倒錐形。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:沉積絕緣層之前將步驟(I)沉積的薄膜去除。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或者9所述的一種TSV通孔的制備工藝，其特征在于:所述絕緣層為具有絕緣能力的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種TSV通孔的制備工藝，該工藝可以防止TSV孔形成突起部分，并且可以使孔與晶圓背表面交界的部分生產(chǎn)緩坡，使后續(xù)絕緣層和光阻的分布均勻，避免了干法刻蝕對該邊緣的損傷，其包括以下步驟：（1）、在晶圓背表面沉積薄膜，（2）、曝光顯影，顯露出TSV通孔區(qū)域，（3）、對晶圓背表面對應(yīng)TSV通孔區(qū)域的薄膜進行刻蝕處理，使其處于TSV通孔的部位先被腐蝕掉，（4）、對晶圓背進行干法刻蝕刻出TSV孔，去除光阻層，則TSV通孔制作完成，由于先沉積一層絕緣層，并將其刻蝕出一定區(qū)域，可以使TSV通孔的上開口邊緣變得圓滑，消除了TSV開口處的undercut（底切）問題和應(yīng)力集中問題，使后續(xù)TSV絕緣層沉積工藝和鍍銅工藝變得簡單，并且降低了TSV開口處絕緣層在后續(xù)干法刻蝕中的損傷風險。
【IPC分類】H01L21-768
【公開號】CN104600027
【申請?zhí)枴緾N201510051265
【發(fā)明人】馮光建, 張文奇
【申請人】華進半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月30日