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。晶圓電鍍后會在晶圓表面厚度一定厚度的Cu層，受通孔尺寸和電鍍時間控制，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]目前對于TSV工藝中晶圓表面Cu層均采用集成電路制造中標準化學機械拋光機臺進行。即在圓形轉(zhuǎn)動盤上貼附拋光墊，采用真空盤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用拋光液浸潤拋光墊，同時旋轉(zhuǎn)真空盤和轉(zhuǎn)動盤，達到去除Cu層目的，但其質(zhì)量無法保證穩(wěn)定和統(tǒng)一?；瘜W機械拋光機臺價格昂貴，且TSV工藝中形成的Cu層較厚，需要拋光時間長，采用該方法成本較高；且化學機械拋光機臺僅能拋光一種大尺寸晶圓，適應(yīng)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種簡單且經(jīng)濟有效，保證拋光質(zhì)量，能同時或分開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)明是通過以下技術(shù)方案來實現(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TSV盲孔電鍍晶圓表面的銅層進行腐蝕處理；然后采用熱剝離雙面膠帶將晶圓粘接到陶瓷盤上，進行晶圓制樣過程；再將晶圓整體放置于貼附拋光墊的轉(zhuǎn)動盤上進行拋光去除銅層；最后加熱取下陶瓷盤后采用Ta或Ti腐蝕液，去除TSV盲孔電鍍晶圓表面對應(yīng)的Ta或Ti阻擋層，完成對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TSV盲孔電鍍晶圓表面銅層腐蝕；其中H2SO4溶液為質(zhì)量分數(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上，之后整體放置于貼附拋光墊的轉(zhuǎn)動盤上；
[0010]步驟3，在陶瓷盤上加壓力，采用金屬銅拋光液，調(diào)節(jié)陶瓷盤和轉(zhuǎn)動盤轉(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TSV晶圓表面的拋光。
[0013]進一步，步驟I中，當銅層厚度小于等于10微米時，腐蝕時間為2-4分鐘；當銅層厚度大于10微米時，腐蝕時間為4-8分鐘。
[0014]進一步，步驟2中，采用壓力將晶圓壓緊粘接在陶瓷盤上，壓力最低為0.1Mpa，保壓時間最低為100s。
[0015]進一步，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，給陶瓷盤施加下壓力為4?6Kg，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)速控制為50?80rpm/min，陶瓷盤轉(zhuǎn)速控制為40?50rpm/min，轉(zhuǎn)動盤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，給陶瓷盤施加下壓力為2?3Kg，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)速控制為40?50rpm/min，陶瓷盤轉(zhuǎn)速控制為20?40rpm/min，轉(zhuǎn)動盤上表面滴加銅拋光液的速率為3 ?4.5ml/min。
[0018]進一步，步驟4中，熱剝離雙面膠帶時，控制溫度在70°C?150°C，保持時間為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為7_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為8g，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)明通過增加對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)，有利于對其表面銅的拋光，同時降低拋光的成本；不僅工藝操作簡單，成本低，而且能夠適用于不同尺寸晶圓及殘片；然后通過采用熱剝離雙面膠帶能提高晶圓制樣過程中厚度均勻性，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]進一步的，通過分別采用在高速高壓和低速低壓的條件下進行二次拋光銅工藝過程，即提高了拋光速度，又保證了 Cu拋光后晶圓表面質(zhì)量。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實例中TSV銅層拋光工藝流程框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實例中TSV盲孔電鍍晶圓示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實例中采用熱剝離雙面膠帶將晶圓粘接到陶瓷盤示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實例中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Ta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。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0032]實施例1:
[0033]本優(yōu)選實施例用于去除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)明具體實施步驟如下:
[0034]整個工藝流程參見圖1。
[0035]1.首先對TSV盲孔電鍍晶圓表面進行表面處理，參見圖2，采用H2SO4溶液和雙氧水混合溶液對厚Cu腐蝕；
[0036]2.接著進行晶圓制樣過程，采用熱剝離雙面膠帶將晶圓粘接到陶瓷盤上，參見圖3，之后整體放置于貼附拋光墊的轉(zhuǎn)動盤上；
[0037]3.在陶瓷盤上加壓力，采用金屬Cu拋光液，調(diào)節(jié)陶瓷盤和轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)速，先后采用高速高壓力和低速低壓力情況下去除Cu層，參見圖4 ；
[0038]4.加熱粘接晶圓的陶瓷盤，取下去除Cu層晶圓，參見圖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TSV盲孔電鍍晶圓表面Cu層腐蝕，H #04溶液為質(zhì)量分數(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，腐蝕時間4min。
[0042]步驟2.采用日東3139#膠帶熱剝離雙面膠帶對TSV盲孔電鍍晶圓進程粘片制樣，壓力為0.2Mpa，保壓時間為150s。
[0043]步驟3.—次高速拋光Cu層，施加下壓力為4Kg，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)速控制為60rpm/min，陶瓷盤轉(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為8g，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)動盤轉(zhuǎn)速控制為40rpm/min，陶瓷盤轉(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，晶圓與陶瓷盤一起放置于熱盤上，控制溫度為120°C，時間為8min。
[0046]步驟6.采用Ta腐蝕液，去除晶圓表面剩余阻擋層Ta。
[0047]實施例2:
[0048]本實施例用于去除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TSV盲孔電鍍晶圓表面Cu層腐蝕，H #04溶液為質(zhì)量分數(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，腐蝕時間8min。
[0050]步驟2.采用日東3139#膠帶熱剝離雙面膠帶對TSV盲孔電鍍晶圓進程粘片制樣，壓力為0.2Mpa，保壓時間為150s。
[0051]步驟3.—次高速拋光Cu層，施加下壓力為6Kg，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)速控制為70rpm/min，陶瓷盤轉(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為8g，余量為水。
[0052]步驟4.二次低速拋光C