[发明专利]硅通孔背面导通的制造工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺，特别是一种硅通孔背面导通的制造工艺方法。

背景技术

硅通孔工艺是一种新兴的集成电路制作工艺，适合用作多方面性能提升，用于无线局域网与手机中功率放大器，将极大的提高电路的频率特性和功率特性。硅通孔工艺将制作在硅片正面的电路通过硅通孔(TSV：Through-Silicon-Via)中填充的金属连接至硅片背面，结合三维封装工艺，使得集成电路布局从传统二维排布发展到更先进的三维堆叠，这使得芯片引线距离更短，从而可以极大的提高电路的频率特性和功率特性。

硅通孔的制作工艺有很多种，其中一种是通过正面刻蚀深通孔或深沟槽、金属填充深通孔或深沟槽再加背面减薄和金属化来实现。这种硅通孔制作工艺对背面减薄和金属化工艺的挑战很高。深通孔的深度有一定的差异，而填充金属和硅衬底的硬度不同。传统的背面减薄工艺是采用机械研磨的方式，因此当研磨至部分硅通孔底部露出时，还有部分硅通孔底部尚未露出，而此时刀轮同时研磨硅和填充的金属，金属和硅的面积比在不停变化，设备容易报警，导致返工，且难于控制研磨终点。通常背面金属化之前需要用背面湿法刻蚀去除研磨产生的硅损伤层，防止背面金属剥落，而硅的湿法刻蚀液对于填充金属的选择比极高，会使得硅通孔的填充金属突出于硅衬底之上，后续的背面金属化会出现金属膜在某些区域断开的风险，影响导通。因此该工艺方法不能使用背面湿法刻蚀来去除硅损伤层，存在潜在的工艺风险。

上述硅通孔制作工艺，存在减薄工艺控制难度大，工艺返工率高的问题，还有硅通孔不能全部导通和背面金属容易剥落等潜在工艺风险。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种硅通孔背面导通的制造工艺方法，其包含如下工艺步骤：

步骤一，在硅片正面上制作沟槽，并淀积一层金属阻挡层；

步骤二，采用金属对硅片正面沟槽进行无缝填充；

步骤三，对硅片正表面进行化学机械研磨完全去除表面的填充金属及金属阻挡层，再完成正面金属互连线及正面常规后端工艺；

步骤四，采用传统的背面减薄工艺减薄硅片背面；

步骤五，进行硅片背面湿法刻蚀去除背面减薄工艺产生的硅损伤层；

步骤六，进行背面光刻，定义硅片背面所对应的的硅通孔导通区域；

步骤七，背面干法刻蚀去除硅通孔区域的硅，保证硅片背面所对应的硅通孔的底部全部露出；

步骤八，背面蒸镀金属，完成硅通孔的背面导通。

进一步地，所述步骤一中，硅正面刻蚀的沟槽深度为50～250微米，宽度为1.5～5微米，所述沟槽填充的金属阻挡层厚度为200～1500埃。

进一步地，所述步骤二中，沟槽填充金属包含钨和铜，实现沟槽的无缝填充。

进一步地，所述步骤四中，硅片背表面减薄到距离沟槽底部5～20微米。

进一步地，所述步骤五中，背面湿法刻蚀采用含氢氟酸和硝酸的混合酸液，刻蚀的硅损伤层厚度为3～15微米。

进一步地，所述步骤七中，背面干法刻蚀的刻蚀气体为含氟、氯卤素离子的气体，刻蚀量大于去除硅损伤层后硅片背表面与硅正面沟槽底部的距离，为2～5微米。

进一步地，所述步骤八中，背面淀积的金属包含铝、钛、镍、银、金，背面淀积金属的总厚度为1～3微米。

本发明硅通孔背面导通的制造工艺方法，用背面减薄、背面湿法刻蚀、背面光刻、背面干法刻蚀和背面金属化来实现硅通孔的背面导通，其湿法刻蚀去除了硅损伤层，防止了背面金属剥落，而干法刻蚀可精确控制刻蚀量保证所有硅通孔完全导通，提高了工艺可靠性及可控性。

附图说明

图1是硅片正面沟槽刻蚀后的剖面图；

图2是硅片正面沟槽金属无缝填充后的剖面图；

图3是硅片正面后端工艺完成的示意图；

图4是硅片背面减薄后的示意图；

图5是硅片背面湿法刻蚀后的示意图；

图6是硅片背面光刻后的示意图；

图7是硅片背面干法刻蚀之后的示意图；

图8是硅片背面金属化后的示意图；

图9是本制造工艺方法的总流程图。

附图标记说明

1是硅基片                2是沟槽

3是二氧化硅介质层        4是引线孔

5是金属阻挡层            6是填充金属

7是其他正面层            8是金属连线

9是硅损伤层              10是光刻胶