[发明专利]低成本TSV立体集成工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域。

背景技术

传统的TSV立体集成是在通孔侧壁绝缘工艺完成后，在通孔侧壁形成光刻胶保护，刻蚀掉底部绝缘层，然后制作阻挡层和种子层及电镀铜。例如IMEC公司发表的论文和已申请的专利（200910082236.3“一种TSV通孔的绝缘层的制造方法”）等。这种方法的特点是使得阻挡层及种子层与通孔侧壁之间保留绝缘膜，而底部除去绝缘膜，但是对于深数十微米的大深宽比通孔而言，普通光刻、涂胶设备很难对通孔侧壁形成良好的保护，且刻蚀TSV通孔底部绝缘层时，较难完整干净的去除底部绝缘膜，而之后的去胶工艺也是较大的挑战。目前通用的针对性的做法是，采用TSV专用喷胶设备、大景深曝光机、专用刻蚀和去胶设备，该流程的缺点是专用设备昂贵投入巨大、工艺繁琐、效率低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低成本TSV立体集成工艺技术，省去了侧壁涂胶、去除孔底绝缘膜等难度较大的工艺，使用现有的刻蚀，淀积，电镀及化学机械研磨等工艺技术，可以形成均一性很好的大深宽比的TSV孔，降低了成本，提高了效率。并结合立体集成工艺技术，在垂直方向将多层二维平面集成IC进行立体互连，极大提高了IC的容量及集成度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

（1）在硅片表面淀积1500A厚度的二氧化硅，在二氧化硅表面涂光刻胶，并曝光显影，露出需要刻蚀的二氧化硅窗口；

（2）在窗口刻蚀二氧化硅层，并刻蚀硅片衬底，形成一个深度为500000A～600000A的TSV深孔，SPM清洗，去除表面的光刻胶，使用BOE刻蚀液，去除硅片表面的二氧化硅层；

（3）在Si片表面淀积形成150A厚度的二氧化硅绝缘层；

（4）淀积150A的氮化钽阻挡层，淀积150A的铜种子层；

（5）在硅片表面涂光刻胶，曝光并光刻，形成需要电镀铜的窗口；

（6）在硅片表面电镀铜600000A～700000A，使用SPM清洗去除光刻胶；

（7）化学机械研磨，研磨至硅片的二氧化硅绝缘层表面；

（8）使用硅载片键合在已研磨过的硅片表面；

（9）硅片背面进行化学机械研磨，至TSV孔的底部铜表面露出；

（10）在硅片背面淀积150A的二氧化硅绝缘层，涂光刻胶、曝光、显影、露出需要淀积阻挡层的TSV孔底部，使用BOE刻蚀液，刻蚀掉孔内的150A的二氧化硅层，淀积150A的氮化钽阻挡层，然后淀积150A的铜种子层；

（11）在硅片背面涂光刻胶，曝光并显影，露出电镀铜的窗口；

（12）在硅片整个背面电镀15000A的铜，使用SPM清洗，去除光刻胶；

（13）在硅片表面的划片道进行划片，形成管芯；

（14）将管芯的背面对准键合在另一片硅片的表面；

（15）对被键合的硅片表面进行划片，去除不需要的部分；

（16）解除管芯表面的载片键合，去掉载片。

本发明的有益效果是：本发明所提出的低成本TSV立体集成工艺流程在TSV通孔侧壁绝缘层制作完成后直接进行制作阻挡层和种子层及电镀铜，与同传统TSV工艺流程相比，减少了涂胶、曝光、显影、CD测量、二氧化硅刻蚀、去胶6步工序，该流程在晶圆背面减薄时进行适度过减薄去除TSV通孔底部绝缘层（此工序为TSV工艺必备工序，不增加额外工艺步骤和设备）。工艺步骤如此调整后，所有工艺均基本处于同一平面内，避免了传统工艺流程必须对数十微米深TSV通孔底部绝缘层进行光刻、刻蚀，因此不需要对数十微米深TSV通孔底部进行工艺的专用喷胶设备、大景深曝光机、专用刻蚀和去胶设备等。本流程具有工艺流程短，省去了昂贵的专用设备，效率高、工艺成本低，是高效、低成本的TSV立体集成工艺技术。采用该工艺节省数千万专用设备投入，可以显著降低TSV立体集成器件成本，经济效益明显。

附图说明

图1：是传统的硅衬底的TSV孔刻蚀工艺方法的流程图

图2：是传统的硅衬底的TSV孔刻蚀工艺方法；

图中，（1）淀积二氧化硅及光刻，（2）刻蚀二氧化硅层及硅衬底，并去除二氧化硅层，（3）淀积绝缘层，并去除孔底部绝缘层，（4）淀积阻挡层及种子层，（5）光刻出电镀区域，（6）电镀铜，（7）化学机械研磨，（8）载片临时键合，（9）硅片背面减薄，（10）淀积绝缘层，阻挡层及种子层，（11）光刻出电镀区域，（12）电镀铜，（13）划片，（14）管芯与硅片对准键合，（15）划片，（16）解键合；