一種不需使用cmp的tsv與第一層再布線層的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，包括以下步驟：對(duì)已經(jīng)完成TSV電鍍填充的襯底，采用機(jī)械刮平的方式處理襯底表面，消除表面金屬層的凸出或凹坑；采用濕法腐蝕或電化學(xué)拋光的方式，減薄襯底表面金屬層；光刻獲得第一層再布線層圖形，并以襯底表面剩余金屬層為種子層，電鍍獲得再布線金屬層；去除光刻膠，并腐蝕去除襯底表面金屬層和擴(kuò)散阻擋層，完成第一層再布線層的制造。優(yōu)點(diǎn)是：在電鍍填充后，采用機(jī)械刮平的方式處理表面，而后再減薄表面銅層，保留一層連續(xù)的薄銅層，作為后續(xù)第一層RDL加工的電鍍種子層，避免了CMP工藝并節(jié)省了再次的擴(kuò)散阻擋層、種子層沉積工藝，可大大降低工藝成本。
【專利說(shuō)明】—種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，屬于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的TSV制造包括孔刻蝕、絕緣層沉積、擴(kuò)散阻擋層/種子層沉積、電鍍填充和CMP平坦化等步驟，均需使用昂貴的設(shè)備，且需嚴(yán)格控制工藝質(zhì)量，在TSV加工完成之后，一般還需要加工再布線層(Re-Distribution Layer, RDL),這使得TSV用于產(chǎn)品時(shí)需增加很大成本，如何降低工藝成本和工藝難度，提高成品率，是TSV技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心。
[0003]由于TSV工藝的特殊性，在TSV電鍍填充后，TSV頂部的形貌會(huì)有很多種，典型的如:在TSV頂部存在銅凸出形貌或存在凹坑形貌，且電鍍后表面銅厚度在片內(nèi)和片間也會(huì)有一定差異，一般需要進(jìn)行CMP操作，徹底去除表面金屬層，再進(jìn)行后續(xù)如RDL層制造等工序。因而常規(guī)的TSV及第一層RDL加工流程，如圖1-5所示。
[0004](I)圖1是電鍍填充后剖面圖。使用傳統(tǒng)的工藝，完成硅襯底I的TSV電鍍和退火處理，在電鍍之前，還包括孔刻蝕，絕緣層沉積，擴(kuò)散阻擋層/種子層沉積等步驟。由于電鍍等工藝質(zhì)量，會(huì)存在凸出401和凹坑402等局部形貌。圖中包括:了5￥側(cè)壁絕緣層235￥側(cè)壁擴(kuò)散阻擋層3，填充TSV的金屬銅4，tl表示電鍍后襯底表面銅厚。
[0005](2)使用復(fù)雜的平坦化工藝，如CMP，或者結(jié)合其他技術(shù)，將表面金屬層和表面擴(kuò)散阻擋層全部去除，如圖2所示為TSV平坦化后的結(jié)果。
[0006](3)沉積擴(kuò)散阻擋層301和種子層302，如圖3所示。
[0007](4)光刻出再布線層圖形，并電鍍形成互連層，如圖4所示，其中包括光刻膠5，電鍍獲得的再布線金屬層6。
[0008](5)去除光刻膠5并刻蝕種子層302及擴(kuò)散阻擋層301，完成第一層再布線層制造,如圖5所示。
[0009]使用該類方法，在TSV電鍍填充前，沉積了一次擴(kuò)散阻擋層和種子層，在電鍍后，通過(guò)平坦化如CMP等的方式，將表面金屬層和擴(kuò)散阻擋層全部去除，為了加工再布線層，再次沉積擴(kuò)散阻擋層和種子層，使得工藝步驟多，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)特殊的加工流程，提供一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，使得TSV電鍍和第一層RDL制造所需擴(kuò)散阻擋層和種子層可以復(fù)用，且消除了 CMP拋光步驟，可以縮減工藝步驟，避免CMP工藝，從而大大降低整體工藝成本。
[0011]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法包括以下步驟:
第一步，對(duì)已經(jīng)完成TSV電鍍填充的襯底，采用機(jī)械刮平的方式處理襯底表面，消除表面金屬層的凸出或凹坑； 第二步，采用濕法腐蝕或電化學(xué)拋光的方式，減薄襯底表面金屬層；
第三步，光刻獲得第一層再布線層圖形，并以襯底表面剩余金屬層為種子層，電鍍獲得再布線金屬層；
第四步，去除光刻膠，并腐蝕去除襯底表面金屬層和擴(kuò)散阻擋層，完成第一層再布線層的制造。
[0012]作為優(yōu)選，在所述第一步機(jī)械刮平前，所述完成TSV電鍍填充的襯底已經(jīng)完成退火處理。
[0013]作為優(yōu)選，在所述第一步機(jī)械刮平前，在襯底表面涂覆一層聚合物層。
[0014]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述聚合物層是但不限于是光刻膠、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯等材料。
[0015]作為優(yōu)選，第二步將襯底表面金屬層減薄至厚度小于500nm大于50nm。
[0016]作為優(yōu)選，第一步中所述TSV由金屬銅填充，填充方式為電鍍。
[0017]作為優(yōu)選，所述襯底在完成TSV電鍍填充工藝之后，避免使用邊緣腐蝕的步驟，保留邊緣金屬層。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:在TSV電鍍填充后，采用機(jī)械刮平的方式處理表面，消除凸出、凹坑等局部平坦化問(wèn)題，而后再使用濕法腐蝕或電化學(xué)拋光的方式，減薄表面銅層，保留一層連續(xù)的薄銅層，作為后續(xù)第一層RDL加工的電鍍種子層，避免了 CMP工藝并節(jié)省了再次的擴(kuò)散阻擋層、種子層沉積工藝，可大大降低工藝成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1?5是常規(guī)的TSV及第一層RDL加工流程示意圖。其中，
圖1?5是常規(guī)的TSV及第一層RDL加工流程示意圖。
[0020]圖1是完成TSV電鍍填充后晶圓的剖面圖。
[0021]圖2是TSV平坦化后的剖面圖。
[0022]圖3是沉積擴(kuò)散阻擋層和種子層后的剖面圖。
[0023]圖4是光刻并電鍍，形成再布線層金屬后的剖面圖。
[0024]圖5是去除光刻膠并刻蝕種子層及擴(kuò)散阻擋層，完成第一層再布線層制造的剖面圖。
[0025]圖6?11是本發(fā)明的制造方法示意圖。其中，
圖6是本發(fā)明的制造方法流程圖。
[0026]圖7是已經(jīng)完成TSV電鍍填充和退火操作的襯底剖面圖。
[0027]圖8是采用機(jī)械刮平的方式處理襯底表面金屬層后的剖面圖。
[0028]圖9是使用濕法腐蝕或電化學(xué)拋光的方式減薄襯底表面金屬層后的剖面圖。
[0029]圖10是光刻獲得再布線層圖形，并以襯底表面剩余的金屬層為種子層，電鍍獲得再布線金屬層后的剖面圖。
[0030]圖11是去除光刻膠并將表面金屬層和擴(kuò)散阻擋層腐蝕去除，完成第一層再布線層加工的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]傳統(tǒng)的方法之所以沒(méi)有復(fù)用擴(kuò)散阻擋層和種子層，是CMP工藝無(wú)法控制剩余金屬層的厚度，無(wú)法保證在CMP處理后，表面均勻保留一層薄金屬，作為RDL電鍍的種子層，因而為保證性能，一般將表面金屬及擴(kuò)散阻擋層全部去除，之后再重新沉積。本發(fā)明設(shè)計(jì)特殊的加工流程，提供一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，具體實(shí)施例所用工藝流程框圖如圖6所示，下面針對(duì)每一個(gè)工藝步驟進(jìn)行介紹。
[0033](I)SO:如圖7所示，襯底I上已經(jīng)完成TSV電鍍填充和退火操作，填充材料為金屬銅4，填充方法為電鍍。在電鍍之前，還包括孔刻蝕，絕緣層沉積，擴(kuò)散阻擋層/種子層沉積(形成TSV側(cè)壁絕緣層2和TSV側(cè)壁擴(kuò)散阻擋層3)等步驟，后續(xù)需進(jìn)行TSV平坦化處理。由于工藝缺陷或電鍍不均勻性等，在電鍍和退火之后，在一些TSV頂部會(huì)具有凸出401或凹坑402形貌。電鍍和退火后表面銅層厚度為tl。
[0034](2) S1:對(duì)圖7所示的晶圓采用機(jī)械刮平的方式，處理襯底表面銅層，消除表面凸出或凹坑形貌，如圖8所示，刮平處理后，表面剩余的銅厚為t2，為消除表面凹陷，tl-t2數(shù)值大于最大凹陷深度。
[0035]可選的，在機(jī)械刮平前，可以在襯底表面涂覆一層聚合物層。該聚合物層可以是但不限于是光刻膠、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯等。在涂覆后并做固化處理，將表面凸出或凹坑形貌全部覆蓋，用以保護(hù)第一步機(jī)械刮平操作過(guò)程中晶圓表面不致產(chǎn)生較大的劃痕。所述機(jī)械刮平操作可以通過(guò)使用日本Disco公司提供的表面整平機(jī)(Surface Planer)實(shí)現(xiàn)，其刮平后表面平均粗糙度可以控制在20nm以下。
[0036](3) S2:使用濕法腐蝕或電化學(xué)拋光的方式處理襯底表面，減薄表面銅層，如圖9所示，處理后表面銅厚剩余厚度為t3，t3優(yōu)選小于500nm但大于50nm的數(shù)值，可以用作電鍍種子層。
[0037](4) S3:光刻獲得再布線層圖形，并以襯底表面剩余的銅層為種子層，電鍍獲得再布線金屬層6，如圖10所示。圖中還未去除光刻膠5。
[0038](5) S4:去除光刻膠5，并將表面銅層和表面的擴(kuò)散阻擋層腐蝕去除，完成第一層再布線層制造，如圖11所示。
[0039]本工藝還有一優(yōu)點(diǎn):再布線金屬層與填TSV充的金屬銅之間沒(méi)有阻擋層，為銅銅直接接觸，改善了接觸電阻。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，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)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，其特征是，包括以下步驟: 第一步，對(duì)已經(jīng)完成TSV電鍍填充的襯底，采用機(jī)械刮平的方式處理襯底表面，消除表面金屬層的凸出或凹坑； 第二步，采用濕法腐蝕或電化學(xué)拋光的方式，減薄襯底表面金屬層； 第三步，光刻獲得第一層再布線層圖形，并以襯底表面剩余金屬層為種子層，電鍍獲得再布線金屬層； 第四步，去除光刻膠，并腐蝕去除襯底表面的金屬層和擴(kuò)散阻擋層，完成第一層再布線層的制造。
2.如權(quán)利要求1所述的一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，其特征是，第一步機(jī)械刮平前，所述完成TSV電鍍填充的襯底已經(jīng)完成退火處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，其特征是，第一步機(jī)械刮平前，在襯底表面涂覆一層聚合物層。
4.如權(quán)利要求3所述的一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，其特征是，所述聚合物層材料是光刻膠、聚酰亞胺或苯并環(huán)丁烯。
5.如權(quán)利要求1所述的一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，其特征是，第二步將襯底表面金屬層減薄至厚度小于500nm大于50nm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，其特征是，第一步中所述TSV由金屬銅填充，填充方式為電鍍。
7.如權(quán)利要求1所述的一種不需使用CMP的TSV與第一層再布線層的制造方法，其特征是，所述襯底在完成TSV電鍍填充工藝之后，避免使用邊緣腐蝕的步驟，保留邊緣金屬層。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103456685SQ201310419865
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】宋崇申, 張文奇, 顧海洋 申請(qǐng)人:華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司