[发明专利]一种不需使用CMP的TSV与第一层再布线层的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不需使用CMP的TSV与第一层再布线层的制造方法，属于半导体制造技术领域。

背景技术

传统的TSV制造包括孔刻蚀、绝缘层沉积、扩散阻挡层/种子层沉积、电镀填充和CMP平坦化等步骤，均需使用昂贵的设备，且需严格控制工艺质量，在TSV加工完成之后，一般还需要加工再布线层（Re-Distribution Layer， RDL），这使得TSV用于产品时需增加很大成本，如何降低工艺成本和工艺难度，提高成品率，是TSV技术产业化的核心。

由于TSV工艺的特殊性，在TSV电镀填充后，TSV顶部的形貌会有很多种，典型的如：在TSV顶部存在铜凸出形貌或存在凹坑形貌，且电镀后表面铜厚度在片内和片间也会有一定差异，一般需要进行CMP操作，彻底去除表面金属层，再进行后续如RDL层制造等工序。因而常规的TSV及第一层RDL加工流程，如图1～5所示。

(1)图1是电镀填充后剖面图。使用传统的工艺，完成硅衬底1的TSV电镀和退火处理，在电镀之前，还包括孔刻蚀，绝缘层沉积，扩散阻挡层/种子层沉积等步骤。由于电镀等工艺质量，会存在凸出401和凹坑402等局部形貌。图中包括：TSV侧壁绝缘层2，TSV侧壁扩散阻挡层3，填充TSV的金属铜4，t1表示电镀后衬底表面铜厚。

(2)使用复杂的平坦化工艺，如CMP，或者结合其他技术，将表面金属层和表面扩散阻挡层全部去除，如图2所示为TSV平坦化后的结果。

(3)沉积扩散阻挡层301和种子层302，如图3所示。

(4)光刻出再布线层图形，并电镀形成互连层，如图4所示，其中包括光刻胶5，电镀获得的再布线金属层6。

(5)去除光刻胶5并刻蚀种子层302及扩散阻挡层301，完成第一层再布线层制造，如图5所示。

使用该类方法，在TSV电镀填充前，沉积了一次扩散阻挡层和种子层，在电镀后，通过平坦化如CMP等的方式，将表面金属层和扩散阻挡层全部去除，为了加工再布线层，再次沉积扩散阻挡层和种子层，使得工艺步骤多，成本高。

发明内容

本发明通过设计特殊的加工流程，提供一种不需使用CMP的TSV与第一层再布线层的制造方法，使得TSV电镀和第一层RDL制造所需扩散阻挡层和种子层可以复用，且消除了CMP抛光步骤，可以缩减工艺步骤，避免CMP工艺，从而大大降低整体工艺成本。

按照本发明提供的技术方案，所述不需使用CMP的TSV与第一层再布线层的制造方法包括以下步骤：

第一步，对已经完成TSV电镀填充的衬底，采用机械刮平的方式处理衬底表面，消除表面金属层的凸出或凹坑；

第二步，采用湿法腐蚀或电化学抛光的方式，减薄衬底表面金属层；

第三步，光刻获得第一层再布线层图形，并以衬底表面剩余金属层为种子层，电镀获得再布线金属层；

第四步，去除光刻胶，并腐蚀去除衬底表面金属层和扩散阻挡层，完成第一层再布线层的制造。

作为优选，在所述第一步机械刮平前，所述完成TSV电镀填充的衬底已经完成退火处理。

作为优选，在所述第一步机械刮平前，在衬底表面涂覆一层聚合物层。

作为进一步的优选，所述聚合物层是但不限于是光刻胶、聚酰亚胺、苯并环丁烯等材料。

作为优选，第二步将衬底表面金属层减薄至厚度小于500nm大于50nm。

作为优选，第一步中所述TSV由金属铜填充，填充方式为电镀。

作为优选，所述衬底在完成TSV电镀填充工艺之后，避免使用边缘腐蚀的步骤，保留边缘金属层。

本发明的优点是：在TSV电镀填充后，采用机械刮平的方式处理表面，消除凸出、凹坑等局部平坦化问题，而后再使用湿法腐蚀或电化学抛光的方式，减薄表面铜层，保留一层连续的薄铜层，作为后续第一层RDL加工的电镀种子层，避免了CMP工艺并节省了再次的扩散阻挡层、种子层沉积工艺，可大大降低工艺成本。

附图说明

图1～5是常规的TSV及第一层RDL加工流程示意图。其中，

图1～5是常规的TSV及第一层RDL加工流程示意图。

图1是完成TSV电镀填充后晶圆的剖面图。

图2是TSV平坦化后的剖面图。

图3是沉积扩散阻挡层和种子层后的剖面图。

图4是光刻并电镀，形成再布线层金属后的剖面图。

图5是去除光刻胶并刻蚀种子层及扩散阻挡层，完成第一层再布线层制造的剖面图。

图6～11是本发明的制造方法示意图。其中，