一種tsv晶圓表面拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體加工的工藝方法，具體為一種TSV晶圓表面拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在硅穿孔技術(shù)(TSV Jhrough Silicon Via)工藝中，晶圓形成通孔后，一般采用在通孔中電鍍金屬Cu形成垂直電互連。晶圓電鍍后會(huì)在晶圓表面厚度一定厚度的Cu層，受通孔尺寸和電鍍時(shí)間控制，晶圓表面Cu層厚度為十、幾十微米。晶圓表面上Cu層需要被去除，以便在晶圓表面進(jìn)行后續(xù)工藝，如涂膠、光刻等。較厚Cu層去除效果將直接影響晶圓表面后續(xù)工藝質(zhì)量。
[0003]目前對(duì)于TSV工藝中晶圓表面Cu層均采用集成電路制造中標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)臺(tái)進(jìn)行。即在圓形轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上貼附拋光墊，采用真空盤(pán)吸附晶圓背面壓在拋光墊上，給予晶圓背面一定下壓力，使用金屬Cu用拋光液浸潤(rùn)拋光墊，同時(shí)旋轉(zhuǎn)真空盤(pán)和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)，達(dá)到去除Cu層目的，但其質(zhì)量無(wú)法保證穩(wěn)定和統(tǒng)一?；瘜W(xué)機(jī)械拋光機(jī)臺(tái)價(jià)格昂貴，且TSV工藝中形成的Cu層較厚，需要拋光時(shí)間長(zhǎng)，采用該方法成本較高；且化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)臺(tái)僅能拋光一種大尺寸晶圓，適應(yīng)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)有效，保證拋光質(zhì)量，能同時(shí)或分開(kāi)處理不同尺寸晶圓或殘片的TSV晶圓表面拋光方法。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種TSV晶圓表面拋光方法，先用H2SO4溶液和雙氧水混合溶液對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓表面的銅層進(jìn)行腐蝕處理；然后采用熱剝離雙面膠帶將晶圓粘接到陶瓷盤(pán)上，進(jìn)行晶圓制樣過(guò)程；再將晶圓整體放置于貼附拋光墊的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上進(jìn)行拋光去除銅層；最后加熱取下陶瓷盤(pán)后采用Ta或Ti腐蝕液，去除TSV盲孔電鍍晶圓表面對(duì)應(yīng)的Ta或Ti阻擋層，完成對(duì)TSV晶圓表面的拋光。
[0007]優(yōu)選的，具體步驟如下，
[0008]步驟1，采用稀H2SO4溶液和雙氧水混合溶液對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓表面銅層腐蝕；其中H2SO4溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃H2SO4加入I?10倍體積比的H2O稀釋而成；雙氧水的體積為H2SO4溶液的I?5倍，腐蝕時(shí)間為2-8分鐘；
[0009]步驟2，TSV盲孔電鍍晶圓粘片制樣，采用熱剝離雙面膠帶一面粘接晶圓背面，另一面粘接在陶瓷盤(pán)上，之后整體放置于貼附拋光墊的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上；
[0010]步驟3，在陶瓷盤(pán)上加壓力，采用金屬銅拋光液，調(diào)節(jié)陶瓷盤(pán)和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速，拋光去除銅層；
[0011]步驟4，TSV盲孔電鍍晶圓拋光銅完成后，進(jìn)行高溫去膠帶黏性取下晶圓；
[0012]步驟5，采用Ta或Ti腐蝕液，去除晶圓表面剩余Ta或Ti阻擋層，完成對(duì)TSV晶圓表面的拋光。
[0013]進(jìn)一步，步驟I中，當(dāng)銅層厚度小于等于10微米時(shí)，腐蝕時(shí)間為2-4分鐘；當(dāng)銅層厚度大于10微米時(shí)，腐蝕時(shí)間為4-8分鐘。
[0014]進(jìn)一步，步驟2中，采用壓力將晶圓壓緊粘接在陶瓷盤(pán)上，壓力最低為0.1Mpa，保壓時(shí)間最低為100s。
[0015]進(jìn)一步，步驟3中，先后采用高速高壓力和低速低壓力分兩次拋光去除銅層，具體步驟如下，
[0016]步驟3.1，一次高速拋光銅層時(shí)，給陶瓷盤(pán)施加下壓力為4?6Kg，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為50?80rpm/min，陶瓷盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為40?50rpm/min，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上表面滴加銅拋光液的速率為2?3ml/min ；
[0017]步驟3.2，二次低速拋光銅層，給陶瓷盤(pán)施加下壓力為2?3Kg，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為40?50rpm/min，陶瓷盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為20?40rpm/min，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上表面滴加銅拋光液的速率為3 ?4.5ml/min。
[0018]進(jìn)一步，步驟4中，熱剝離雙面膠帶時(shí)，控制溫度在70°C?150°C，保持時(shí)間為7_10mino
[0019]優(yōu)選的，銅拋光液的組分如下，每配置IL溶液其中包括氧化劑雙氧水為150-250ml，絡(luò)合劑檸檬酸為7_9g，腐蝕抑制劑苯丙三唑?yàn)?_9g，余量為水。
[0020]優(yōu)選的，銅拋光液的組分如下，每配置IL溶液其中包括氧化劑雙氧水為200ml，絡(luò)合劑檸檬酸為8.5g，腐蝕抑制劑苯丙三唑?yàn)?g，余量為水。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0022]本發(fā)明通過(guò)增加對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓表面的微處理，改善盲孔電鍍晶圓表面狀態(tài)，有利于對(duì)其表面銅的拋光，同時(shí)降低拋光的成本；不僅工藝操作簡(jiǎn)單，成本低，而且能夠適用于不同尺寸晶圓及殘片；然后通過(guò)采用熱剝離雙面膠帶能提高晶圓制樣過(guò)程中厚度均勻性，提高TSV盲孔電鍍晶圓拋光后晶圓表面質(zhì)量；極大的提高了其拋光的質(zhì)量和表面處理的品質(zhì)。
[0023]進(jìn)一步的，通過(guò)分別采用在高速高壓和低速低壓的條件下進(jìn)行二次拋光銅工藝過(guò)程，即提高了拋光速度，又保證了 Cu拋光后晶圓表面質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明實(shí)例中TSV銅層拋光工藝流程框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)例中TSV盲孔電鍍晶圓示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)例中采用熱剝離雙面膠帶將晶圓粘接到陶瓷盤(pán)示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)例中TSV盲孔電鍍晶圓表面銅層拋光后示意圖。
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)例中TSV盲孔電鍍晶圓去熱雙面膠帶后示意圖。
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)例中TSV盲孔電鍍晶圓去阻擋層Ta或Ti后示意圖。
[0030]圖中:1為Si襯底，2未S12*緣層，3為T(mén)a或Ti粘附層，4為金屬銅層，5為熱剝離雙面膠帶，6為陶瓷盤(pán)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]本優(yōu)選實(shí)施例用于去除TSV盲孔電鍍晶圓表面金屬Cu和Ta，Cu層厚度為15 μm，Ta層厚度為lOOnm，拋光后晶圓表面盲孔處凹陷小于2 μπι。根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施步驟如下:
[0034]整個(gè)工藝流程參見(jiàn)圖1。
[0035]1.首先對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓表面進(jìn)行表面處理，參見(jiàn)圖2，采用H2SO4溶液和雙氧水混合溶液對(duì)厚Cu腐蝕；
[0036]2.接著進(jìn)行晶圓制樣過(guò)程，采用熱剝離雙面膠帶將晶圓粘接到陶瓷盤(pán)上，參見(jiàn)圖3，之后整體放置于貼附拋光墊的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上；
[0037]3.在陶瓷盤(pán)上加壓力，采用金屬Cu拋光液，調(diào)節(jié)陶瓷盤(pán)和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速，先后采用高速高壓力和低速低壓力情況下去除Cu層，參見(jiàn)圖4 ；
[0038]4.加熱粘接晶圓的陶瓷盤(pán)，取下去除Cu層晶圓，參見(jiàn)圖5 ;
[0039]5.采用Ta腐蝕液，去除TSV盲孔電鍍晶圓表面阻擋層，參見(jiàn)圖6。
[0040]具體工藝步驟如下:
[0041 ] 步驟1.H2SO4溶液和雙氧水混合溶液對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓表面Cu層腐蝕，H #04溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的濃H2SO4W入體積比7倍的H 20稀釋而成，&304溶液:雙氧水的體積比=1:2，腐蝕時(shí)間4min。
[0042]步驟2.采用日東3139#膠帶熱剝離雙面膠帶對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓進(jìn)程粘片制樣，壓力為0.2Mpa，保壓時(shí)間為150s。
[0043]步驟3.—次高速拋光Cu層，施加下壓力為4Kg，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為60rpm/min，陶瓷盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為40rpm/min，Cu拋光液2.4ml/min。自制Cu拋光液為:配置IL溶液，氧化劑雙氧水為200ml，絡(luò)合劑檸檬酸為8.5g，腐蝕抑制劑苯丙三唑?yàn)?g，余量為水。
[0044]步驟4.二次低速拋光Cu層，施加下壓力為2Kg，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為40rpm/min，陶瓷盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為20rpm/min，Cu拋光液3.6ml/min。
[0045]步驟5.TSV盲孔電鍍晶圓拋光Cu完成后，晶圓與陶瓷盤(pán)一起放置于熱盤(pán)上，控制溫度為120°C，時(shí)間為8min。
[0046]步驟6.采用Ta腐蝕液，去除晶圓表面剩余阻擋層Ta。
[0047]實(shí)施例2:
[0048]本實(shí)施例用于去除TSV盲孔電鍍晶圓表面金屬Cu和Ti，Cu層厚度為30 μ m，Ti層厚度為lOOnm，拋光后晶圓表面盲孔處凹陷小于2 μπι。根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施步驟如圖1到圖6所示，步驟如下。
[0049]步驟1.H2SO4溶液和雙氧水混合溶液對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓表面Cu層腐蝕，H #04溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的濃H2SO4W入體積比3倍的H 20稀釋而成，&304溶液:雙氧水的體積比=1:2，腐蝕時(shí)間8min。
[0050]步驟2.采用日東3139#膠帶熱剝離雙面膠帶對(duì)TSV盲孔電鍍晶圓進(jìn)程粘片制樣，壓力為0.2Mpa，保壓時(shí)間為150s。
[0051]步驟3.—次高速拋光Cu層，施加下壓力為6Kg，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為70rpm/min，陶瓷盤(pán)轉(zhuǎn)速控制為50rpm/min，Cu拋光液3ml/min。自制Cu拋光液為:配置IL溶液，氧化劑雙氧水為200ml，絡(luò)合劑檸檬酸為8.5g，腐蝕抑制劑苯丙三唑?yàn)?g，余量為水。
[0052]步驟4.二次低速拋光C