專利名稱：一種硅通孔制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種娃通孔(TSV, Through SiliconVia)制作方法。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體集成電路(IC)制造主要在襯底的晶片(wafer)器件面上生長半導(dǎo)體器件并進(jìn)行互連。半導(dǎo)體器件制作在器件層中，以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)器件為例，MOSFET器件的主要結(jié)構(gòu)包括:有源區(qū)、源極、漏極和柵極，其中，所述有源區(qū)位于襯底中，所述柵極位于有源區(qū)上方，所述柵極兩側(cè)的有源區(qū)分別進(jìn)行離子注入后形成源極和漏極，所述柵極下方具有導(dǎo)電溝道，所述柵極和導(dǎo)電溝道之間有柵極電介質(zhì)層。在MOSFET器件所在的器件層制作完畢后，還要在器件層之上制作金屬互連層，由金屬互連層為MOSFET器件之間的電信號傳輸提供物理保證。最終形成1C。金屬互連層的制作稱為金屬互連層工藝(BEOL)?，F(xiàn)有技術(shù)中，BEOL通常是指在金屬間電介質(zhì)(MD)中刻蝕通孔(via)和溝槽并在其中填充金屬形成金屬襯墊(metal pad)和金屬連線，其中，IMD用于metalpad和金屬連線在金屬互連層中的電絕緣，根據(jù)IC設(shè)計由金屬連線將不同MOSFET器件的柵極、源極或者漏極連接到同一 metal pad。為了使得所制作的MOSFET器件可以被封裝，在MOSFET器件中需要制作TSV，也就是在襯底上制作完器件層以及金屬互連層后，再沉積金屬間電介質(zhì)層，光刻在金屬間電介質(zhì)層上的光刻膠層形成TSV圖形之后，以具有該TSV圖形的光刻膠層為掩膜，依次刻蝕金屬間電介質(zhì)層、金屬互連層、器件層及穿透襯底后，形成TSV，然后在TSV中填充金屬后，拋光至金屬互連層并退火形成導(dǎo)電連線，然后在導(dǎo)電連線在襯底背面的表面連接焊球，完成采用TSV封裝過程。圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的制作TSV方法流程圖，結(jié)合圖2a 圖2e所示的現(xiàn)有技術(shù)提供的制作TSV過程的剖面結(jié)構(gòu)圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。步驟101、如圖2a所示，半導(dǎo)體襯底10上已經(jīng)制作完器件層20及金屬互連層30，在金屬互連層30上制作刻蝕停止層41和金屬間電介質(zhì)層40 ；在本步驟中，刻蝕停止層41可以為氮化硅層，采金屬間電介質(zhì)層包括氧化硅層42 ；步驟102、如圖2b所示，采用光刻技術(shù)在金屬間電介質(zhì)層40上的光刻膠層50上形成TSV圖形；在本步驟中，光刻技術(shù)就是采用具有TSV圖形的掩膜版進(jìn)行曝光，將TSV圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層上后，光刻膠層經(jīng)過顯影后在光刻膠層形成TSV圖形；步驟103、如圖2c所示，以具有TSV圖形的光刻膠層為掩膜，依次刻蝕金屬間電介質(zhì)層40、刻蝕停止層41、金屬互連層30、器件層20及襯底10，形成TSV60 ；步驟104、如圖2d所示，在所形成的TSV60中填充金屬70 ；在本步驟中，填充金屬70的過程為:首先填充阻擋層金屬，比如鉭和氮化鉭，然后再沉積金屬銅或鎢；步驟105、如圖2e所示，采用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)方式拋光金屬70至刻蝕停止層41后,退火，在TSV中形成導(dǎo)電連線；在本步驟中，退火步驟就是為了減少拋光過程中造成的壓力。在根據(jù)圖1所述的過程完成后，在半導(dǎo)體襯底的背面上的導(dǎo)電連線連接焊球，完成封裝。圖1所述的過程是從半導(dǎo)體器件的襯底正面制作TSV，也可以從半導(dǎo)體器件的背面制作TSV，還可以在制作半導(dǎo)體器件的器件層過程中間制作TSV，這些過程與圖1的過程類似，這里不再贅述。按照圖1在TSV形成導(dǎo)線連線時，經(jīng)過了退火步驟，在高溫退火過程中，由于導(dǎo)電連線與金屬互連層的材質(zhì)不相同，所以會導(dǎo)致導(dǎo)電連線突出出平面，比如突出金屬互聯(lián)層及襯底背面表面，突出的高度達(dá)到I微米 130微米，如圖3所示的在TSV中導(dǎo)電連線突出平面示意圖，這會導(dǎo)致在導(dǎo)電連線上進(jìn)行后續(xù)封裝工藝時，造成連接短路或斷路，嚴(yán)重影響所制作的半導(dǎo)體器件良率。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種硅通孔的制作方法，該方法能夠保證在TSV所制作的導(dǎo)電連線與平面齊平，提高半導(dǎo)體器件良率。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種硅通孔的制作方法，在半導(dǎo)體器件的襯底上具有器件層和金屬互連層，在半導(dǎo)體器件表面沉積刻蝕停止層及金屬層間介質(zhì)層，在金屬層間介質(zhì)層上的光刻膠層上采用光刻技術(shù)形成硅通孔圖形；以具有該硅通孔圖形的光刻膠層為掩膜刻蝕金屬層間介質(zhì)層及刻蝕停止層，直到半導(dǎo)體襯底后，填充金屬；將金屬拋光至刻蝕停止層，退火，金屬突出于刻蝕停止層；將金屬拋光至半導(dǎo)體器件表面，形成導(dǎo)電連線。所述金屬為銅或鎢。所述采用背面硅通孔制作時，所述半導(dǎo)體器件表面為半導(dǎo)體器件的襯底背面；所述采用正面硅通孔制作時，所述半導(dǎo)體器件表面為金屬互連層表面。所述將金屬拋光至半導(dǎo)體器件表面時，拋光掉刻蝕停止層。所述拋光為采用化學(xué)機(jī)械平坦化方式進(jìn)行。從上述方案可以看出，本發(fā)明在按照現(xiàn)有技術(shù)制作TSV形成突出平面的金屬后，增加一個拋光步驟，將TSV中的突出金屬拋光齊平平面，這樣，就保證了在TSV所制作的導(dǎo)電連線與平面齊平，提高半導(dǎo)體器件良率。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的制作TSV方法流程圖；圖2a 圖2e為現(xiàn)有技術(shù)提供的制作TSV過程的剖面結(jié)構(gòu)示意；圖3為現(xiàn)有技術(shù)在TSV中導(dǎo)電連線突出平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明提供的制作TSV方法流程圖5a 圖5f為本發(fā)明提供的制作TSV過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。從背景技術(shù)可以看出，按照陷于技術(shù)制作TSV形成導(dǎo)電連線后，造成所形成的導(dǎo)電連線突出于平面，比如突出金屬互連層及襯底背面表面的原因是在拋光導(dǎo)電連線至平面后，進(jìn)行了退火步驟，在高溫退火處理時，導(dǎo)電連線與金屬互連層的材質(zhì)不相同。但是，退火步驟是為了釋放拋光壓力，不能取消，所以為了既不取消退火步驟，又克服按照現(xiàn)有技術(shù)在TSV中形成的導(dǎo)電連線突出于平面，增加一個拋光步驟，將TSV中的突出金屬拋光齊平平面，這樣，就保證了在TSV所制作的導(dǎo)電連線與平面齊平，提高半導(dǎo)體器件良率。圖4為本發(fā)明提供的制作TSV方法流程圖，結(jié)合圖5a 圖5f所示的本發(fā)明提供的制作TSV過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，進(jìn)行詳細(xì)說明:步驟401、如圖5a所示，半導(dǎo)體襯底10上已經(jīng)制作完器件層20及金屬互連層30，在金屬互連層30上制作刻蝕停止層41和金屬間電介質(zhì)層40 ；在本步驟中，刻蝕停止層41可以為氮化硅層，采金屬間電介質(zhì)層包括氧化硅層42 ；步驟402、如圖5b所示，采用光刻技術(shù)在金屬間電介質(zhì)層40上的光刻膠層50上形成TSV圖形；在本步驟中，光刻技術(shù)就是采用具有TSV圖形的掩膜版進(jìn)行曝光，將TSV圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層上后，光刻膠層經(jīng)過顯影后在光刻膠層形成TSV圖形；步驟403、如圖5c所示，以具有TSV圖形的光刻膠層為掩膜，依次刻蝕金屬間電介質(zhì)層40、金屬互連層30、器件層20及襯底10，形成TSV60 ；步驟404、如圖5d所示，在所形成的TSV60中填充金屬70 ；在本步驟中，填充金屬70的過程為:首先填充阻擋層金屬，比如鉭和氮化鉭，然后再沉積金屬銅或鎢；步驟405、如圖5e所示，采用CMP方式拋光金屬70至刻蝕停止層41后，退火，在TSV中形成導(dǎo)電連線；在本步驟中，退火步驟就是為了減少拋光過程中造成的壓力；步驟406、如圖5f所示，采用CMP方式將在TSV中形成的導(dǎo)電連線繼續(xù)拋光，去除刻蝕停止層41。采用圖4所述的過程，就可以使得在TSV所制作的導(dǎo)電連線與平面齊平，如圖5f所示的在TSV中導(dǎo)電連線齊平平面結(jié)構(gòu)示意圖。在根據(jù)圖4所述的過程完成后，在半導(dǎo)體襯底的背面上的導(dǎo)電連線連接焊球，完成封裝。圖4所述的過程是從半導(dǎo)體器件的襯底正面制作TSV，也可以從半導(dǎo)體器件的背面制作TSV，還可以在制作半導(dǎo)體器件的器件層過程中間制作TSV，這些過程與圖4的過程類似，這里不再贅述。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅通孔的制作方法，在半導(dǎo)體器件的襯底上具有器件層和金屬互連層，其特征在于， 在半導(dǎo)體器件表面沉積刻蝕停止層及金屬層間介質(zhì)層，在金屬層間介質(zhì)層上的光刻膠層上采用光刻技術(shù)形成硅通孔圖形； 以具有該硅通孔圖形的光刻膠層為掩膜刻蝕金屬層間介質(zhì)層及刻蝕停止層，直到半導(dǎo)體襯底后，填充金屬； 將金屬拋光至刻蝕停止層，退火，金屬突出于刻蝕停止層； 將金屬拋光至半導(dǎo)體器件表面，形成導(dǎo)電連線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬為銅或鎢。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用背面硅通孔制作時，所述半導(dǎo)體器件表面為半導(dǎo)體器件的襯底背面； 所述采用正面硅通孔制作時，所述半導(dǎo)體器件表面為金屬互連層表面。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將金屬拋光至半導(dǎo)體器件表面時，拋光掉刻蝕停止層。
5.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述拋光為采用化學(xué)機(jī)械平坦化方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅通孔(TSV，Through Silicon Via)制作方法，本發(fā)明提出一種新的TSV CMP技術(shù)。按照現(xiàn)有技術(shù)制作TSV形成突出平面的金屬后，增加一個拋光步驟，將TSV中的突出金屬拋光齊平平面并且去除刻蝕停止層，這樣，就保證了在TSV所制作的導(dǎo)電連線與平面齊平，提高半導(dǎo)體器件良率。
文檔編號H01L21/768GK103151298SQ201110404060
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者許金海, 李佩 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司