一种硅穿孔的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种硅穿孔(TSV)的制造方法，包含以下步骤：步骤1，提供一半导体硅基片，该硅基片具有正面和背面；在所述硅基片的正面形成硅穿孔图形；步骤2，在所述硅穿孔的底部形成研磨异质；步骤3，对所述硅穿孔进行填充和平坦化；步骤4，完成前道器件工艺和后道连线工艺，从所述硅基片的背面进行研削减薄工艺，减薄工艺接触到研磨异质后停止或者过研磨一定量，过研磨需要保留部分研磨异质；步骤5，去除研磨异质，调整硅穿孔突出或者凹陷的高度。本发明专利技术能改善TSV减薄工艺中的工艺波动，改善硅片间的厚度稳定性，同时解决TSV填充金属在研磨过程中的拉丝问题。

【技术实现步骤摘要】
一种硅穿孔的制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种硅穿孔（TSV）的制造方法。
技术介绍
随着电子产品向更轻，更薄的方向演化，芯片的面积也越来越小，封装的厚度越来越薄，基于TSV(硅穿孔，ThroughSivia)的3D封装可以解决这一问题。为了提高TSV的性能，TSV的深度需要尽量小，它带来的好处是工艺时间减短、填充难度降低，寄生电感和电阻下降，封装尺寸可以进一步减小。但是挑战是减薄工艺的难度增加。对于Viafirst或者Viamiddle的工艺步骤，TSV刻蚀和TSV填充是先于硅片减薄工艺的，在金属填充工艺和整个器件工艺结束以后，再对硅片进行贴膜，背面研磨，背面湿法刻蚀和处理以及蒸金或者其他bump相关工艺。在现有的TSV工艺中，如果减薄不接触TSV的填充金属，存在的一个问题是蓝膜，硅片的厚度以及研磨机台的工艺波动都会导致基片研磨后的厚度是在一定厚度范围内波动，而且还要考虑到TSV孔深的工艺波动，研磨面和TSV底部的距离很难控制。如果减薄是接触到TSV的填充金属，会导致磨轮阻力增加和钝化，连续作业多枚硅片以后存在金属拉丝问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种TSV的制造方法，以改善TSV减薄工艺中的工艺波动，改善硅片间的厚度稳定性，同时解决TSV填充金属在研磨过程中的拉丝问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种硅穿孔的制造方法，包含以下步骤：步骤1，提供一半导体硅基片，该硅基片具有正面和背面；在所述硅基片的正面形成硅穿孔图形；步骤2，在所述硅穿孔的底部形成研磨异质；步骤3，对所述硅穿孔进行填充和平坦化；步骤4，完成前道器件工艺和后道连线工艺，从所述硅基片的背面进行研削减薄工艺，减薄工艺接触到研磨异质后停止或者过研磨一定量，过研磨需要保留部分研磨异质；步骤5，去除研磨异质，调整硅穿孔突出或者凹陷的高度。步骤1中，所述硅穿孔的深度在30μm-150μm之间，关键尺寸在2μm-20μm之间。步骤2中，所述研磨异质是氧化膜或者掺杂的硅。所述研磨异质的厚度在0.1μm到2μm之间。步骤2中，所述在硅穿孔的底部形成研磨异质的方法一是：使用悬涂玻璃工艺，在所述硅基片表面和所述硅穿孔侧壁以及底部形成氧化膜，所述硅穿孔底部的氧化膜厚度远大于其他区域的氧化膜厚度；然后，采用各向同性的干法刻蚀或者湿法刻蚀工艺去除所述硅基片表面和所述硅穿孔侧壁的氧化膜。所述硅穿孔底部的氧化膜的厚度在0.1μm到2μm之间。步骤2中，所述在硅穿孔的底部形成研磨异质的方法二是：使用化学气相沉积法在所述硅穿孔侧壁和底部沉积一层氮化硅；然后使用各向异性的干法刻蚀打开所述硅穿孔底部的氮化硅；再使用热氧化方法在硅穿孔底部生长热氧化膜；再使用各向同性干法或湿法刻蚀去除所述硅穿孔侧壁的氮化硅。所述氮化硅厚度为200埃-2000埃。所述热氧化膜的厚度为1000埃-20000埃。步骤2中，所述在硅穿孔的底部形成研磨异质的方法三是：保留硅穿孔刻蚀的硬掩膜层，使用化学气相沉积或者热氧化工艺在所述硅穿孔的底部和侧壁生长一层注入阻挡层，使用注入工艺在所述硅穿孔下方形成掺杂的硅，去除硬掩膜层和注入阻挡层。在注入以后可以增加一步热扩散工艺，增加掺杂的硅的厚度和面积。所述注入阻挡层的厚度在100-1000埃。所述注入的元素是B，P，As，Sb,或Ge，掺杂体密度在1E19/cm3以上，注入层掺杂的硅的厚度在0.1μm-1μm。和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：对于Viafirst或者ViaMiddle的工艺，在TSV刻蚀之后和填充TSV材料之前，在沟槽底部形成一层研磨异质，这层研磨异质的要求是在后续的研削工艺时，刀轮对它和基片材料的研削能力有较大差异，同时不能造成刀轮的钝化。在研磨异质形成以后，按照原有的工艺流程进行硅片加工，在研削时，因为刀轮对研削异质的研磨能力和基片材料不同，造成马达电流的变化，设备软件通过设定可以在刀轮接触到研磨异质的时候停止或者从此时开始计时过研磨一段时间，最终达到改善因为基片和基片之间因为本身的厚度差异和不同基片间的研磨速率造成的最终厚度的差异。本专利技术可以解决TSV减薄工艺中的金属拉丝问题，改善硅片间的厚度稳定性，改善TSV减薄工艺中的工艺波动。附图说明图1A-图1E是本专利技术方法各步骤完成后的截面示意图；其中，图1A是本专利技术方法步骤1完成后的截面示意图；图1B是本专利技术方法步骤2完成后的截面示意图；图1C是本专利技术方法步骤3完成后的截面示意图；图1D是本专利技术方法步骤4完成后的截面示意图；图1E是本专利技术方法步骤5完成后的截面示意图；图2是本专利技术中TSV底部形成研磨异质的方法一的截面示意图；图3A-图3D是本专利技术中TSV底部形成研磨异质的方法二各步骤完成后的截面示意图；其中，图3A是方法二步骤1完成后的截面示意图；图3B是方法二步骤2完成后的截面示意图；图3C是方法二步骤3完成后的截面示意图；图3D是方法二步骤4完成后的截面示意图；图4A-图4B是本专利技术中TSV底部形成研磨异质的方法三各步骤完成后的截面示意图；其中，图4A是方法三注入完成后的截面示意图；图4B是方法三热扩散工艺完成后的截面示意图；图中附图标记说明如下：1-硅基片，2-硅穿孔，3-研磨异质，4-硅穿孔介质，5-硅穿孔底部的氧化膜，6-氮化硅，7-热氧化膜，8-硬掩膜层，9-注入阻挡层，10-掺杂的硅。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。为对本专利技术的
技术实现思路
、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述本专利的几个具体实施例：如图1A-图1E所示，本专利技术一种硅穿孔的制造方法，包括如下步骤：1.如图1A所示，在硅基片1上形成硅穿孔2（TSV）的图形，深度一般在30μm-150μm之间，关键尺寸在2μm-20μm之间。2.如图1B所示，在硅穿孔2底部形成研磨异质3，后面会详细描述形成方法。3.如图1C所示，填充硅穿孔介质4，例如掺杂的多晶硅或者金属钨或铜。对硅基片1的上表面进行回刻或者研磨进行平坦化；4.然后进行前道器件或者后道连线工艺到背面研削工艺（从所述硅基片的背面进行研削减薄工艺，减薄工艺接触到研磨异质后停止或者过研磨一定量，过研磨需要保留部分研磨异质），如图1D所示，在背面研削工艺中，因为有研磨异质3的存在，可以有效避免金属拉丝问题。同时因为研磨异质和基片材料的研削速率的差异，可以造成刀轮电机电流的变化，通过设备软件控制自动停止继续研削，对研削终点有判断，减小了基片与基片之间厚度的差异。5.如图1E所示，使用干法或者湿法工艺去除研磨异质3和部分基片材料，露出TSV填充物（即硅穿孔介质4），同时可以通过湿法或者干法对基片材料，研磨异质以及填充材料之间不同的刻蚀速率，调整最终TSV伸出或者低于基片背面的高度。之后，可以进行后续常规的背面金属化工艺。本专利技术对于Viafirst或者ViaMiddle的工艺，在TSV刻蚀之后和填充TSV材料之前，在沟槽底部形成一层研磨异质，这层研磨异质的要求是在后续的研削工艺时，刀轮对它和基片材料的研削能力有较大差异，也就是说在相同的研削参数设置(例如进刀速率，刀轮转速，吸盘转速)下，研削异质的研削速率和基片材料的研削速率有较大差异，同时不能造成刀轮的钝化（例如金属），例如这层研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅穿孔的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，提供一半导体硅基片，该硅基片具有正面和背面；在所述硅基片的正面形成硅穿孔图形；步骤2，在所述硅穿孔的底部形成研磨异质；步骤3，对所述硅穿孔进行填充和平坦化；步骤4，完成前道器件工艺和后道连线工艺，从所述硅基片的背面进行研削减薄工艺，减薄工艺接触到研磨异质后停止或者过研磨一定量，过研磨需要保留部分研磨异质；步骤5，去除研磨异质，调整硅穿孔突出或者凹陷的高度。

【技术特征摘要】
1.一种硅穿孔的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，提供一半导体硅基片，该硅基片具有正面和背面；在所述硅基片的正面形成硅穿孔图形；步骤2，在所述硅穿孔的底部形成研磨异质；方法是：使用悬涂玻璃工艺，在所述硅基片表面和所述硅穿孔侧壁以及底部形成氧化膜，所述硅穿孔底部的氧化膜厚度远大于其他区域的氧化膜厚度；然后，采用各向同性的干法刻蚀或者湿法刻蚀工艺去除所述硅基片表面和所述硅穿孔侧壁的氧化膜；步骤3，对所述硅穿孔进行填充和平坦化；步骤4，完成前道器件工艺和后道连线工艺，从所述硅基片的背面进行研削减薄工艺，减薄工艺接触到研磨异质后停止或者过研磨一定量，过研磨需要保留部分研磨异质；步骤5，去除研磨异质，调整硅穿孔突...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31