晶圆上刻蚀不同深度tsv孔的工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，器件互连密度不断提高。传统的二维封装已经不能满足业界的需求，因此基于TSV垂直互连的转接板封装方式以其短距离互连，高密度集成以及低成本的关键技术优势，逐渐引领了封装技术发展的趋势。
[0003]TSV刻孔目前工艺只是在晶圆表面刻蚀一种深度的TSV孔，如果涉及到刻蚀两种深度或者以上的孔时，因为孔的侧壁几乎垂直，第二次刻孔工艺的光刻涂胶会发生侧壁光刻胶脱落，孔底部曝光显影等不能保证效果，对最后的去胶清洗等工艺也较为不利。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，采用阻挡层先预留出第二 TSV孔位置凸点；先在晶圆上制作第一 TSV孔，然后通过CMP工艺对晶圆表面进行研磨，露出凸点材料，后续直接通过刻蚀工艺移除凸点材料，露出晶圆材质，再通过干法刻蚀工艺做出第二 TSV孔；本发明刻蚀第二 TSV孔时避免了涂胶和光刻，保证了工艺的稳定性。本发明采用的技术方案是:
一种晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，包括下述步骤:
步骤S1，提供一晶圆，在晶圆表面沉积阻挡层；
步骤S2，在晶圆表面进行光刻和刻蚀工艺，去除阻挡层的部分，留下阻挡层凸点；阻挡层凸点位置为TSV区域；
步骤S3，在晶圆表面沉积保护层；
步骤S4，通过光刻和刻蚀工工艺在晶圆表面刻蚀出第一 TSV孔；
步骤S5，对晶圆表面进行CMP研磨，去除阻挡层凸点上方的保护层，露出阻挡层凸点材料；
步骤S6，对露出的阻挡层凸点材料进行移除，在阻挡层凸点位置露出晶圆材质；
步骤S7，在原阻挡层凸点位置进行硅的干法刻蚀工艺，使得露出晶圆材质的位置被刻蚀形成第二 TSV孔。
[0005]可选地，步骤S4中，第一 TSV孔的孔深达到设计深度，则步骤S7中刻蚀第二 TSV孔之前需要使用保护层材料对第一 TSV孔进行覆盖保护。
[0006]可选地，第一 TSV孔在步骤S4中第一次刻蚀时还未达到设计深度，则在步骤S7中，在第二 TSV孔刻蚀时再同时增加第一 TSV孔的深度，达到设计深度。
[0007]进一步地，阻挡层凸点的材料为氧化硅，氮化硅，光阻，高分子薄膜，或金属材料。
[0008]进一步地，保护层材料是氧化硅，氮化硅，光阻，或高分子薄膜。
[0009]进一步地，步骤S6中，通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法对阻挡层凸点材料进行移除。
[0010]本发明的优点在于:现有的制作不同孔深的工艺，先用光刻和刻蚀制作出第一TSV孔后，接着用光刻和刻蚀工艺做第二 TSV孔，此时光刻胶涂布会进入第一 TSV孔里面，孔侧壁是垂直的，光刻胶挂不住，这样第一 TSV孔侧壁不能完全被保护住，在第二 TSV孔的刻蚀步骤中第一 TSV孔侧壁就会损伤。另外第一 TSV孔太深的话，如果后续制作第二 TSV孔时光刻胶用负胶，则第一 TSV孔底和孔壁的光刻胶不能被有效曝光，此处光刻胶在后续的显影过程中会被去除，则第一 TSV孔孔底和孔壁也不能被保护，在第二 TSV孔的刻蚀步骤中造成第一 TSV孔侧壁损伤；如果后续制作第二 TSV孔时光刻胶是正胶，则第一 TSV孔孔底不需曝光，但后续硬烤后，光阻固化，留在第一 TSV孔里，不能被去除。此外如果第一 TSV孔先刻蚀出来，则后续所有TSV孔的光刻工艺中的液体都会进入到第一 TSV孔里，很难去除干净，对后续工艺造成坏的影响。
[0011]本工艺在第二种以后的TSV孔制作中，不用光刻，避免了光刻工艺造成的影响。本工艺在第一 TSV孔制作前，预先做好阻挡层凸点，为后续第二种及以后的TSV孔用干法刻蚀制作做好了技术铺垫。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的工艺中沉积阻挡层示意图。
[0013]图2为本发明的工艺中制作阻挡层凸点示意图。
[0014]图3为本发明的工艺中沉积保护层示意图。
[0015]图4为本发明的工艺中刻蚀第一 TSV孔和CMP研磨示意图。
[0016]图5为本发明的工艺中移除露出的阻挡层凸点材料示意图。
[0017]图6为本发明的工艺中刻蚀第二 TSV示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0019]本发明提出的晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，包括下述步骤:
步骤S1，提供一晶圆1，在晶圆1表面沉积阻挡层2，如图1所示；
阻挡层2可以是氧化硅，氮化硅等无机材料，也可以是光阻，高分子薄膜等有机材料，也可以是铜锡钛等金属材料，或者是先沉积氧化硅做缓冲层再沉积铜锡钛等金属材料；该阻挡层2可以是一层，也可以是多层；该阻挡层2多层的沉积材料可以是不同种类的；
步骤S2，在晶圆1表面进行光刻和刻蚀工艺，去除阻挡层2的部分，留下阻挡层凸点201 ;如图2所示;
此步骤中，先对晶圆1表面进行光刻工艺，使要做TSV的区域有光刻胶保护，然后通过干法或者湿法刻蚀晶圆表面，使阻挡层2表面未被保护的区域整体被移除；去除光刻胶，则TSV区域只剩下阻挡层凸点201 ;
步骤S3，在晶圆1表面沉积保护层3 ;如图3所示；该保护层3材料可以是氧化硅，氮化硅等无机材料，也可以是光阻，高分子薄膜等有机材料；
步骤S4，通过光刻和刻蚀工工艺在晶圆1表面刻蚀出第一 TSV孔101 ;如图4所示；
此步骤中，先在保护层3上旋涂光刻胶，然后形成光刻胶开口图形，再把光刻胶开口图形转移至保护层3上(光刻是作用于保护层3);然后在保护层3的开口图形处对晶圆1表面进行刻蚀形成第一 TSV孔101 ;
此步骤中，如果第一 TSV孔101的孔深达到设计深度，则后续步骤刻蚀第二 TSV孔之前，需要使用保护层材料对第一 TSV孔101进行覆盖保护；
或者对第一 TSV孔101先刻蚀出一定深度，不做保护，在第二 TSV孔刻蚀时再同时增加第一 TSV孔的深度，达到设计深度；
步骤S5，对晶圆1表面进行CMP研磨，去除阻挡层凸点201上方的保护层3，露出阻挡层凸点材料；如图4所示；CMP即化学机械研磨；
此步骤中晶圆1表面的保护层3依然保留，只是阻挡层凸点201上方的保护层3材料被去除；
步骤S6，对露出的阻挡层凸点201材料进行移除，在阻挡层凸点位置露出晶圆1材质；此步骤中，可通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法对阻挡层凸点201材料进行移除，露出晶圆材质；如图5所不；
步骤S7，在原阻挡层凸点位置进行硅的干法刻蚀工艺，使得露出晶圆材质的位置被刻蚀形成第二 TSV孔102 ;
步骤S4中，若第一 TSV孔101的孔深达到设计深度，则刻蚀第二 TSV孔之前需要使用保护层材料对第一 TSV孔101进行覆盖保护；
若第一 TSV孔101在步骤S4中第一次刻蚀时还未达到设计深度，则在步骤S7中，在第二 TSV孔刻蚀时再同时增加第一 TSV孔的深度，达到设计深度。
[0020]后续可以用刻蚀工艺或者CMP工艺去除晶圆表面保护层，得到最终样品。
[0021]第一TSV孔和第二 TSV孔的深度可以不一致，以达到在晶圆上刻蚀不同深度的TSV孔的目的。
【主权项】
1.一种晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，其特征在于，包括下述步骤: 步骤S1，提供一晶圆(1)，在晶圆(1)表面沉积阻挡层(2); 步骤S2，在晶圆(1)表面进行光刻和刻蚀工艺，去除阻挡层(2)的部分，留下阻挡层凸点(201);阻挡层凸点(201)位置为TSV区域; 步骤S3，在晶圆⑴表面沉积保护层(3); 步骤S4，通过光刻和刻蚀工工艺在晶圆(1)表面刻蚀出第一 TSV孔(101); 步骤S5，对晶圆(1)表面进行CMP研磨，去除阻挡层凸点(201)上方的保护层(3)，露出阻挡层凸点材料； 步骤S6，对露出的阻挡层凸点(201)材料进行移除，在阻挡层凸点位置露出晶圆(1)材质； 步骤S7，在原阻挡层凸点位置进行硅的干法刻蚀工艺，使得露出晶圆材质的位置被刻蚀形成第二 TSV孔(102)。2.如权利要求1所述的晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，其特征在于: 步骤S4中，第一 TSV孔(101)的孔深达到设计深度，则步骤S7中刻蚀第二 TSV孔之前需要使用保护层材料对第一 TSV孔(101)进行覆盖保护。3.如权利要求1所述的晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，其特征在于: 第一 TSV孔(101)在步骤S4中第一次刻蚀时还未达到设计深度，则在步骤S7中，在第二 TSV孔(102)刻蚀时再同时增加第一 TSV孔的深度，达到设计深度。4.如权利要求1所述的晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，其特征在于: 阻挡层凸点(201)的材料为氧化硅，氮化硅，光阻，高分子薄膜，或金属材料。5.如权利要求1所述的晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，其特征在于: 保护层(3)材料是氧化硅，氮化硅，光阻，或高分子薄膜。6.如权利要求1所述的晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，其特征在于: 步骤S6中，通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法对阻挡层凸点(201)材料进行移除。
【专利摘要】本发明提供一种晶圆上刻蚀不同深度TSV孔的工艺方法，包括下述步骤：提供一晶圆，在晶圆表面沉积阻挡层；在晶圆表面进行光刻和刻蚀工艺，去除阻挡层的部分，留下阻挡层凸点；阻挡层凸点位置为TSV区域；在晶圆表面沉积保护层；通过光刻和刻蚀工工艺在晶圆表面刻蚀出第一TSV孔；对晶圆表面进行CMP研磨，去除阻挡层凸点上方的保护层，露出阻挡层凸点材料；对露出的阻挡层凸点材料进行移除，在阻挡层凸点位置露出晶圆材质；在原阻挡层凸点位置进行硅的干法刻蚀工艺，使得露出晶圆材质的位置被刻蚀形成第二TSV孔。本发明避免了第二次刻孔工艺时孔底部光刻胶曝光困难以及光刻胶在孔侧壁挂不住的问题。
【IPC分类】H01L21/304, H01L21/768, H01L21/3065
【公开号】CN105374747
【申请号】CN201510946129
【发明人】冯光建
【申请人】华进半导体封装先导技术研发中心有限公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月16日