穿透硅通孔背面金属平坦化方法技术

本发明专利技术揭示了一种穿透硅通孔背面金属平坦化方法，包括步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有若干从硅衬底的背面露出的金属凸起；及以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起，以使从硅衬底的背面露出的金属凸起的高度齐平。本发明专利技术通过采用无应力电化学抛光的方式平坦化硅衬底背面的金属凸起，具体通过控制抛光电压和/或电流或硅衬底旋转速度及水平移动速度来精确控制金属凸起的去除厚度，从而实现硅衬底背面的金属凸起的平坦化。

【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背面金属平坦化方法。
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，二维集成技术应用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(TSV)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。具体地，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的介质层；最后依次去除通孔底部的介质层和阻挡层，通孔底部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，硅衬底背面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，改善硅衬底表面的同时对硅衬底进行一定程度的减薄至裸露出通孔底部的介质层。然后，采用化学机械研磨(CMP)依次去除通孔底部的介质层和阻挡层。由于对硅衬底背面减薄时的均匀度及平坦度控制难以做到精确，以及在硅衬底不同区域形成通孔的孔深有所差别，经过上述各工艺步骤后，从硅衬底背面露出的金属凸柱的高度会不一致。通常采用CMP将金属凸柱磨平或者采用其他物料切削的方法使金属凸柱高度一致。然而，无论是上述哪一种方法都会产生较强的机械应力，而通孔周围的介质层机械强度较弱，在研磨或切削过程中很容易对通孔肩部的介质层造成破坏或使其产生缺陷，进而影响通孔的电性能，使封装后的集成电路性能和寿命降低。除了通孔肩部的应力问题，CMP研磨以后还不可避免地产生碟形缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种穿透硅通孔背面金属平坦化方法，该方法实现穿透硅通孔背面金属平坦化的同时不会对穿透硅通孔内的介质层造成破坏，提高了封装后集成电路的性能和寿命。为实现上述目的，本专利技术提供的穿透硅通孔背面金属平坦化方法，包括步骤：提供一硅衬底，硅衬底具有若干从硅衬底的背面露出的金属凸起；及以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起，以使从硅衬底的背面露出的金属凸起的高度齐平。在一个实施例中，以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起的步骤进一步包括：1)将硅衬底置于可旋转、可竖直移动及可水平移动的卡盘上；2)使一抛光电源的阳极与硅衬底电导通并使该抛光电源的阴极与用于向硅衬底的背面喷射电解液的喷嘴电连接；以及3)在所述抛光电源的供电下，使电解液通过喷嘴喷射至硅衬底的背面，以使电解液与从硅衬底的背面露出的金属发生电化学反应。在一个实施例中，在所述步骤1)和步骤2)之间进一步包括：设置一承载片，其中该承载片的表面涂覆有导电层，导电层上涂覆有导电胶水，其中，设置该承载片包括将硅衬底的与背面相对的正面通过承载片的导电胶水粘贴在承载片的导电层上，以使所述抛光电源的阳极与承载片的导电层电连接。导电层的材料与金属凸起的材料相同。在一个实施例中，所述步骤3)进一步包括：在使电解液与从硅衬底的背面露出的金属发生电化学反应的过程中，通过控制抛光电压和/或电流来控制金属凸起的去除厚度，包括：获取硅衬底背面的金属凸起的形貌图；设定金属凸起的目标高度值；将硅衬底的背面划分为若干区域，计算出每一区域内金属凸起的去除厚度的平均值；以预设的速度移动卡盘，使硅衬底背面的一区域正对着喷嘴；查占空比表，根据该区域的金属凸起的去除厚度的平均值获得与该平均值相对应的占空比，其中所述占空比表是预先根据金属凸起的去除厚度值与占空比的一一对应关系而建立的；供应预设的脉冲电压和/或电流至硅衬底及喷嘴，抛光该区域内金属凸起的实际电压和/或电流等于与该区域的金属凸起的去除厚度的平均值相对应的占空比乘以预设的脉冲电压和/或电流。在一个实施例中，所述步骤3)进一步包括：在使电解液与从硅衬底的背面露出的金属发生电化学反应的过程中，通过控制卡盘的旋转速度及水平移动速度来控制金属凸起的去除厚度，包括：获取硅衬底背面的金属凸起的形貌图；设定金属凸起的目标高度值；将硅衬底的背面划分为若干区域，计算出每一区域内金属凸起的去除厚度的平均值；查转速表，根据每一区域内金属凸起的去除厚度的平均值获得与该平均值相对应的卡盘的实际转速，其中所述转速表是预先根据金属凸起的去除厚度值与卡盘的实际转速的一一对应关系而建立的；对应每一区域设置卡盘的水平移动速度及转速；将与同一半径上每一区域相对应的卡盘的实际转速与设置的转速比较，得到一转速比，并计算出同一半径上所有区域的平均转速比；将与同一半径上每一区域相对应的卡盘的设置的水平移动速度乘以与该区域相对应的平均转速比，得到与该区域相对应的卡盘的实际水平移动速度；当硅衬底背面的一区域正对着喷嘴时，供应预设的电压和/或电流至硅衬底及喷嘴，同时驱动卡盘以与该区域相对应的实际转速和实际水平移动速度旋转和水平移动。综上所述，本专利技术通过采用无应力电化学抛光的方式平坦化硅衬底背面的金属凸起，具体通过控制抛光电压和/或电流或硅衬底旋转速度及水平移动速度来精确控制金属凸起的去除厚度，从而实现硅衬底背面的金属凸起的平坦化。附图说明图1至图8B揭示了穿透硅通孔背面金属揭露方法的一实施例的各工艺步骤的剖面结构示意图。图9揭示了根据本专利技术的穿透硅通孔背面金属平坦化方法的一实施例的流程图。图10至图11揭示了根据本专利技术的穿透硅通孔背面金属平坦化方法的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。在详细说明本专利技术穿透硅通孔背面金属平坦化方法之前，先对穿透硅通孔背面金属揭露予以说明。穿透硅通孔背面金属揭露后，采用本专利技术对穿透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿透硅通孔背面金属平坦化方法，其特征在于，包括步骤：提供一硅衬底，所述硅衬底具有若干从硅衬底的背面露出的金属凸起；及以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起，以使从硅衬底的背面露出的金属凸起的高度齐平。

【技术特征摘要】
1.一种穿透硅通孔背面金属平坦化方法，其特征在于，包括步骤：
提供一硅衬底，所述硅衬底具有若干从硅衬底的背面露出的金属凸起；及
以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起，以
使从硅衬底的背面露出的金属凸起的高度齐平。
2.根据权利要求1所述的穿透硅通孔背面金属平坦化方法，其特征在于，所述
以无应力电化学抛光的方式平坦化所述从硅衬底的背面露出的金属凸起的步骤进
一步包括：
1)将硅衬底置于可旋转、可竖直移动及可水平移动的卡盘上；
2)使一抛光电源的阳极与硅衬底电导通并使该抛光电源的阴极与用于向硅衬
底的背面喷射电解液的喷嘴电连接；以及
3)在所述抛光电源的供电下，使电解液通过喷嘴喷射至硅衬底的背面，以使
电解液与从硅衬底的背面露出的金属发生电化学反应。
3.根据权利要求2所述的穿透硅通孔背面金属平坦化方法，其特征在于，在所
述步骤1)和步骤2)之间进一步包括：
设置一承载片，
其中该承载片的表面涂覆有导电层，导电层上涂覆有导电胶水，
其中，设置该承载片包括将硅衬底的与背面相对的正面通过承载片的导电胶
水粘贴在承载片的导电层上，以使所述抛光电源的阳极与承载片的导电层电连接。
4.根据权利要求3所述的穿透硅通孔背面金属平坦化方法，其特征在于，所述
导电层的材料与金属凸起的材料相同。
5.根据权利要求2所述的穿透硅通孔背面金属平坦化方法，其特征在于，所述
步骤3)进一步包括：在使电解液与从硅衬底的背面露出的金属发生电化学反应的

\t过程中，通过控制抛光电压和/或电流来控制金属凸起的去除厚度。
6.根据权利要求5所述的穿透硅通孔背面金属平坦化方法，其特征在于，所述
通过控制抛光电压和/或电流来控制金属凸起的去除厚度的步骤进一步包括：
获取硅衬底背面的金属凸起的形貌图；
设定金属凸起的目标高度值；
将硅衬底的背面划分为若干区域，计算出每一区域内金属凸...

【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