[发明专利]TSV背部连接端的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TSV背部连接端的制造方法，属于半导体制造技术领域。

背景技术

在使用TSV（垂直硅通孔）进行三维集成封装时，需要对TSV衬底进行减薄使得TSV背面露头，实现TSV的背面导电引出，而在衬底减薄时，为了保证晶圆的安全，需要使用临时键合材料及承载衬底对要减薄的晶圆进行保护，这种情况下，TSV制造过程本身带来的TSV深度分布差异，临时键合材料的厚度分布差异，以及承载衬底的厚度分布差异，加上减薄过程本身存在的控制误差，使得TSV露头高度均匀性难以控制，很多时候甚至超过10um，严重制约TSV制造均匀性和成品率的提升。

现有技术需要优化TSV制程，临时键合胶涂覆制程，临时键合工艺，减薄工艺等，需要多个设备的精密控制和配合，非常困难。目前还没有很好的解决方案。

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TSV背部连接端的制造方法。

按照本发明提供的技术方案，所述TSV背部连接端的制造方法包括如下步骤：

步骤一，将已经完成TSV结构制造的衬底的背面减薄，使得TSV背面端头突出于衬底背部表面；

步骤二，在衬底背面涂覆聚合物材料并固化；

步骤三，采用表面机械刮平的方式，将衬底背部表面的聚合物材料去除一定厚度，从背面暴露出TSV内部导电材料。

进一步地，在步骤一衬底背面减薄之前在所述衬底正面键合一承载衬底。

进一步地，步骤二中衬底背面涂覆的聚合物材料可以是聚酰亚胺(PI)、聚对苯撑苯并双嗯唑(PBO)或苯并环丁烯(BCB)。

进一步地，步骤三刮平衬底背部表面时不损伤半导体衬底，在刮平后，在TSV之外区域的衬底背部表面还具有一层聚合物材料，厚度超过2微米，保持对衬底背面覆盖。

进一步地，步骤三对衬底背面进行表面刮平处理后，在TSV背部加工焊球，或者在所述衬底背面制作至少一层再布线层，然后在所述再布线层上加工焊球。

进一步地，步骤一的实现方法可以为机械研磨后结合干法刻蚀、或机械研磨后结合湿法腐蚀，或机械研磨后结合干法刻蚀和湿法腐蚀的方式。

本发明的优点是：在TSV露头并涂覆聚合物层后，采用表面机械刮平的方式，改善TSV露头高度一致性，降低工艺难度，提高成品率。

附图说明

图1是本发明提供的TSV背面连接端的制造方法的工艺流程框图。

图2是衬底中制作有TSV互连示意图。

图3是衬底背面减薄露出TSV背面端头示意图。

图4是衬底背面涂覆一层聚合物的示意图。

图5是背面机械刮平，露出TSV内部导电材料的示意图。

图6是在TSV背部加工焊球的示意图。

图7是衬底背面在加工焊球前加工一层RDL的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明提供的一种实施例的工艺流程框图如图1所示。下面分步骤进行详细介绍。

（1）S0：半导体衬底1中已经加工TSV互连，基本结构如图2所示，TSV内有导电材料3填充，在导电材料3和半导体衬底1之间，具有TSV侧壁隔离层2，该隔离层2包括绝缘层和扩散阻挡层。在加工完TSV结构后，衬底正面表面101还可能包括互连加工和凸点加工的步骤。102为减薄前衬底背面表面。

（2）S1：第一步，实施衬底减薄工艺，包括衬底研磨，干法刻蚀或湿法腐蚀等步骤，使得TSV背面端头突出于衬底背部表面，如图3所示。一种更为具体的减薄方法是：首先对衬底进行机械研磨，削减衬底厚度，研磨后衬底背面表面距离TSV背端在5~20微米范围；接着进行干法刻蚀，如使用SF6气体对衬底背面进行等离子刻蚀，直至所有TSV背端均突出于衬底背部表面，最小突出高度大于2微米。

上述减薄方法中，第二步干法刻蚀还可以替换为湿法腐蚀的方法，同样在腐蚀后，使得所有TSV背端均突出于衬底背部表面，最小突出高度大于2微米。湿法腐蚀可以使用氢氟酸-硝酸体系溶液或者四甲基氢氧化钾（TMAH）溶液体系。

上述减薄方法中，第二步干法刻蚀还可以使用干法刻蚀结合湿法腐蚀的组合方式，最终效果是使得所有TSV背端均突出于衬底背部表面，最小突出高度大于2微米。

进一步地，在衬底背面实施减薄工艺之前还可以将所述衬底正面键合一承载衬底，确保在减薄过程中或者减薄之后所述衬底的安全，不致在减薄过程中或者减薄之后实施其他工艺过程中发生碎裂。