穿透硅通孔结构制作方法技术

本发明专利技术公开了一种穿透硅通孔结构制作方法，包括如下步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有正面和与正面相对的背面，硅衬底的正面形成有通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层，然后向通孔内填充金属；对硅衬底的背面进行初步减薄；对硅衬底的背面进行湿法刻蚀，并在通孔底部处的介质层被暴露出来之前停止湿法刻蚀；对硅衬底的背面进行干法气相刻蚀，直至通孔底部处沉积的一部分的金属、阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起，其中通孔底部处的介质层被暴露出来；在硅衬底的背面除通孔底部外的部分沉积钝化层；去除通孔底部处的介质层；及采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层，通孔底部处的金属从硅衬底的背面露出。本发明专利技术通过采用干法气相刻蚀减薄硅衬底的背面及去除通孔底部处的阻挡层，提高了穿透硅通孔结构制作良率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造
，尤其涉及一种穿透硅通孔结构制作方法。
技术介绍
随着电子整机系统不断向轻、薄、小的方向发展，对集成电路的集成度要求也越来越高。目前，提高集成电路的集成度主要是采取减小特征尺寸，使得在给定区域能够集成更多的元件，属于二维集成。然而，当集成电路的结构日益复杂，所要求具备的功能日益强大时，二维集成技术的局限性逐渐凸显出来。因此，需寻求新的集成技术以提高集成电路的集成度。基于穿透硅通孔技术的三维集成技术已成为当下提高集成电路的集成度最引人注目的一种新技术。三维集成技术利用穿透硅通孔(TSV)实现集成电路中堆叠芯片的互连。TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且能够大大改善芯片速度和低功耗的性能。TSV结构制作工艺主要包括通孔的形成、硅衬底减薄及TSV键合。具体包括：在硅衬底的正面制作通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔内依次沉积介质层和阻挡层，然后在通孔内填充金属；将硅衬底的背面减薄至裸露出通孔底部处的介质层；最后依次去除通孔底部处的介质层和阻挡层，通孔底部处的金属从硅衬底的背面露出，以便与另一层芯片获得电连接，从而实现芯片间的互连。在上述TSV结构制作过程中，硅衬底减薄通常采用机械研磨和湿法刻蚀相结合的方式。具体地，先采用机械研磨进行初步减薄，由于机械研磨会对硅衬底表面产生刮痕，机械研磨之后，硅衬底表面状况不是很好，因而，需要再采用湿法刻蚀对硅衬底表面进行处理，改善硅衬底表面状况的同时对硅衬底进行一定程度的减薄至裸露出通孔底部处的介质层。湿法刻蚀的刻蚀液一般选用KOH、HF和硝酸的混合液以及TMAH溶剂等。该刻蚀液虽然能够去除硅衬底，但是对介质层材料的选择比较低，通常选取的介质层材料是氧化硅。因而，该刻蚀液容易对介质层产生刻蚀，甚至穿透介质层，导致TSV结构的制作良率降低。此外，通孔底部处的介质层和阻挡层的去除采用的是化学机械研磨(CMP)方法，该方法在去除阻挡层时，如果终点控制掌握不够精确，通孔中的金属也会被磨掉和侵蚀，被磨掉的金属混合在研磨液中从而会导致金属离子扩散到硅衬底中，进而造成TSV结构的失效。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
存在的缺陷提供一种能够提高TSV结构制作良率的TSV结构制作方法。为实现上述目的，本专利技术提供的一种穿透硅通孔结构制作方法，包括如下步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有正面和与正面相对的背面，硅衬底的正面形成有通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层，然后向通孔内填充金属；对硅衬底的背面进行初步减薄；对硅衬底的背面进行湿法刻蚀，并在通孔底部处的介质层被暴露出来之前停止湿法刻蚀；对硅衬底的背面进行干法气相刻蚀，直至通孔底部处沉积的一部分的金属、阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起，其中通孔底部处的介质层被暴露出来；在硅衬底的背面除通孔底部外的部分沉积钝化层；去除通孔底部处的介质层；及采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层，通孔底部处的金属从硅衬底的背面露出。在一实施例中，在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层后，在阻挡层上沉积应力吸收层，然后再向通孔内填充金属。在采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层时，进而将通孔底部处的应力吸收层去除。应力吸收层的材料是钨、氮化钨、钽或钛。在上述方案中，采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层的步骤进一步包括：采用二氟化氙气体去除通孔底部处的阻挡层。在上述方案中，去除通孔底部处的介质层的步骤进一步包括：采用HF气体去除通孔底部处的介质层。在上述方案中，钝化层的材料是SiC、SiN、SiCN或者它们的混合物。在上述方案中，对硅衬底的背面进行干法气相刻蚀直至通孔底部处沉积的一部分的金属、阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起的步骤进一步包括：采用二氟化氙气体或者二氟化氙气体同氮气、氟化氢气体或水蒸气的混合气体对硅衬底的背面进行气相刻蚀。在上述方案中，通孔底部处沉积的一部分的金属、阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起的高度采用终点控制的方法进行控制，其中当检测到介质层时，即为气相刻蚀的终点，然后再继续刻蚀一时间段，通过控制所述时间段来控制通孔从硅衬底的背面凸起的高度。综上所述，本专利技术通过采用干法气相刻蚀减薄硅衬底的背面及去除通孔底部处的阻挡层，能够很好的保护通孔内的介质层不受损伤及通孔内的金属不被磨掉或侵蚀，从而提高了TSV结构制作良率。附图说明图1为本专利技术穿透硅通孔结构制作方法的一实施例的流程图。图2至图8为本专利技术穿透硅通孔结构制作方法的一实施例的各工艺步骤的剖面结构示意图。图9为本专利技术穿透硅通孔结构制作方法的又一实施例的工艺步骤的剖面结构示意图。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。请参阅图1及图2至图8，揭示了本专利技术TSV结构制作方法的一实施例，根据该实施例，本专利技术TSV结构制作方法包括如下步骤：S001：如图2所示，首先提供一硅衬底100，硅衬底100具有正面和与正面相对的背面，硅衬底100的正面形成有通孔和集成电路器件，通孔向硅衬底100的背面延伸，在通孔的内壁依次沉积介质层101和阻挡层102，然后向通孔内填充金属103。其中，优选的，介质层101的材料为氧化硅，阻挡层102的材料为钽、氮化钽、钛、氮化钛或它们的混合物，金属103的材料为铜。为了进一步保证TSV结构的制作良率，通常还需要提供一硅片或玻璃片作为承载片200，承载片200与硅衬底100的正面粘合在一起，在制作TSV结构的过程中承载硅衬底100。使用TSV电连接上层芯片和下层芯片之前，将承载片200从硅衬底100上剥离。S002：如图3所示，对硅衬底100的背面进行初步减薄，通常采用机械研磨或化学机械研磨的方法将硅衬底100减薄至50-250微米，减薄后硅衬底100的厚度根据通孔的深度和其他参数不同要求而定。S003：如图4所示，初步减薄之后，对硅衬底100的背面进行湿法刻蚀，改善硅衬底100表面均匀性和粗糙度的同时，对硅衬底100的背面进行进一步减薄，此时，距离通孔底部处的介质层101仍有一定距离。湿法刻蚀的刻蚀液可以选用，例如，KOH，HF和硝酸的混合液，TMAH溶剂。在通孔底部处的介质层101被暴露出来之前，停止湿法刻蚀。S004：如图5所示，湿法刻蚀之后，对硅衬底100的背面进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿透硅通孔结构制作方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有正面和与正面相对的背面，硅衬底的正面形成有通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层，然后向通孔内填充金属；对硅衬底的背面进行初步减薄；对硅衬底的背面进行湿法刻蚀，并在通孔底部处的介质层被暴露出来之前停止湿法刻蚀；对硅衬底的背面进行干法气相刻蚀，直至通孔底部处沉积的一部分的金属、阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起，其中通孔底部处的介质层被暴露出来；在硅衬底的背面除通孔底部外的部分沉积钝化层；去除通孔底部处的介质层；及采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层，通孔底部处的金属从硅衬底的背面露出。

【技术特征摘要】
1.一种穿透硅通孔结构制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一硅衬底，硅衬底具有正面和与正面相对的背面，硅衬底的正面形成
有通孔，通孔向硅衬底的背面延伸，在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层，然后
向通孔内填充金属；
对硅衬底的背面进行初步减薄；
对硅衬底的背面进行湿法刻蚀，并在通孔底部处的介质层被暴露出来之前
停止湿法刻蚀；
对硅衬底的背面进行干法气相刻蚀，直至通孔底部处沉积的一部分的金属、
阻挡层和介质层从硅衬底的背面凸起，其中通孔底部处的介质层被暴露出来；
在硅衬底的背面除通孔底部外的部分沉积钝化层；
去除通孔底部处的介质层；及
采用干法气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层，通孔底部处的金属从硅衬底
的背面露出。
2.根据权利要求1所述的穿透硅通孔结构制作方法，其特征在于，进一步包括：
在通孔的内壁依次沉积介质层和阻挡层后，在阻挡层上沉积应力吸收层，然后再向
通孔内填充金属。
3.根据权利要求2所述的穿透硅通孔结构制作方法，其特征在于，在采用干法
气相刻蚀法去除通孔底部处的阻挡层时，进而将通孔底部处的应力吸收层去除。
4.根据权利要求2所述的穿透硅通孔结构制作方法，其特征在于，所述应力吸
收层的材料是钨...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坚，贾照伟，金一诺，王晖，
申请(专利权)人：盛美半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31