[发明专利]一种硅通孔互连结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子封装领域，具体讲，涉及一种硅通孔互连(TSV)的制作方法。

技术背景

基于硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互连的三维集成技术可以提供垂直方向的电学信号互连，降低连线的寄生参数，提高系统的工作速度，降低功耗。另外，它还可以提供高密度的封装形式，减小微电子系统的面积、体积和重量，在便携式设备或对面积、体积和重量有苛刻要求的领域有广泛的应用前景。

硅通孔互连的制作工艺，包括硅通孔刻蚀、硅通孔侧壁绝缘层淀积、硅通孔填充以及凸点制作等步骤。目前公开的技术方案中，硅通孔侧壁绝缘层沉积方法有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，电感耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-CVD)等。硅通孔填充方法有自底向上电镀铜填充(Bottom-up)、电镀铜保型填充(conformal)、化学气相沉积钨填充等。电镀填充硅通孔工艺过程会产生铜凸起(overloading)，公开的技术方案中一般采用类似集成电路制造工艺中的铜大马士革工艺的方法去除铜凸起。与集成电路制造工艺的铜大马士革工艺相比，硅通孔电镀铜填充产生的铜凸起在几微米至几十微米量级，这给铜平坦化工艺带来较大的技术挑战，一方面要求铜平坦化工艺提供较高的去除速率，另一方面要求铜平坦化工艺尽量降低对其下的钝化层或衬底硅层的损伤，而这两方面的需求是彼此矛盾的。另外，如何对种子层沉积工艺、电镀铜填充工艺等工艺在线监测对提高成品率、降低成本具有重要意义。

发明内容

针对现有硅通孔互连制作工艺中铜平坦化工艺面临的技术挑战、硅通孔互连制作工艺监测困难，本发明的目的在于提供一种硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互连制作方法，如图1(a)所示，其步骤包括：

步骤1、提供一半导体晶圆，半导体晶圆一面已完成微电子电路制作。临时粘接硅晶圆正面至玻璃晶圆(硅晶圆正面指含有微电子电路芯片的一面)；

步骤2、减薄、抛光硅晶圆背面至一定厚度。制作硅通孔刻蚀掩膜，制作硅通孔；

步骤3、在硅晶圆背面沉积绝缘层、种子层；可以通过步骤1的玻璃晶圆，对种子层沉积效果进行监测；

步骤4、制作电镀铜掩膜；电镀铜填充硅通孔，去除光刻胶、种子层。可以通过步骤1的玻璃晶圆，对电镀铜填充效果进行监测；

步骤5、临时粘接硅晶圆背面至另一辅助晶圆，剥离玻璃-硅晶圆。在暴露的硅晶圆正面制作重新布线层，电连接硅通孔互连与微电子电路芯片，制作焊盘。

步骤6、剥离硅晶圆，分割微电子芯片。

优选地，步骤4，电镀铜后电镀锡、或电镀银锡、或电镀镍锡，制作铜锡、或者铜银锡微凸点。

优选地，步骤6包含将2个或以上的微电子电路芯片垂直堆叠，一微电子电路芯片铜微凸点与另一微电子电路芯片焊盘键合。

优选地，2个或2个以上的芯片堆叠之间存在高分子有机物填充。

优选地，采用一种有机高分子材料临时粘接硅晶圆。

优选地，采用机械减薄和化学机械抛光相结合的方法(CMP)减薄、抛光硅晶圆。

本发明公开了一种硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互连制作方法，如图1(b)所示，其步骤包括：

步骤1-1、提供一半导体晶圆，一面已经完成微电子电路制作。在半导体晶圆正面制作盲孔。半导体晶圆正面指含有微电子电路芯片的一面。

步骤1-2、沉积金属层至半导体晶圆正面，包括盲孔侧壁部分。图形化金属层，制作微电子芯片焊盘与盲孔侧壁之间的电连接。

步骤1、临时粘接半导体晶圆正面至玻璃晶圆(半导体晶圆正面指含有微电子芯片的一面)。

步骤2、减薄硅晶圆背面至一定厚度。制作硅通孔与半导体晶圆正面盲孔实现贯通。

步骤3、在硅晶圆背面沉积铜种子层；可以通过步骤1的玻璃晶圆，对种子层沉积效果进行监测。

步骤4、制作电镀铜掩膜；电镀铜填充硅通孔，去除光刻胶、种子层；可以通过步骤1的玻璃晶圆，对电镀铜填充效果进行监测。

步骤5、分离半导体晶圆与玻璃晶圆，分割微电子芯片。

优选地，步骤1-2包含在半导体晶圆正面沉积钝化层，图形化钝化层工艺。

优选地，步骤1-2半导体晶圆正面盲孔可以在半导体晶圆微电子电路芯片的互连钝化层；或穿通微电子电路芯片的互连钝化层至硅衬底一定深度；或穿通微电子电路芯片的互连钝化层和硅衬底。

优选地，步骤3包含沉积阻挡层的工艺。

优选地，步骤3包括硅通孔侧壁制作绝缘层工艺。