CN107680906B - 一种衬底露头抛光方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种衬底露头抛光方法及其应用。本发明衬底露头抛光方法工艺简单，通过涂覆两层不同性质的材料，工艺的可操作空间更大，外层阻挡层更易于在后续抛光工艺中被除去，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本，适用于具有TSV结构的衬底的露头抛光。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种衬底露头抛光方法及其应用。
背景技术
随着微电子技术的发展，集成电路尺寸不断缩小，电子器件的整合度不断提高。传统的二维封装已经不能满足工业发展的需求，因此基于TSV垂直互连的叠层封装方式以其短距离互连和高密度集成的关键技术优势，得到了更广泛的应用。
TSV(Through Silicon Vias，中文意思为“穿过硅片通道”)是通过在衬底和衬底之间通过刻蚀、激光钻孔等方式制作垂直通孔，然后在通孔内通过电镀等方式沉积导电物质得到导线而实现互连的技术。而要实现不同TSV衬底的三维叠层互连，需要经过一个衬底露头的工艺。
相关技术中，为了防止离子迁移造成的损伤，会在衬底表面刻蚀后涂覆一层隔离层。直至隔离层将突出部分的导线完全覆盖，然后再进行CMP抛光，将导线与隔离层一起抛至合适的厚度。由于实际得到的每个导线的高度参差不齐，所以在涂覆隔离层的时候为了要保证覆盖所有的导线，就使得隔离层需要涂覆的非常厚。隔离层为了保证牢固稳定都具有优异的耐腐蚀性。这两方面导致在进行后续CMP工艺时需要的时间长，增加了工艺成本，降低了生产效率。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种衬底露头抛光方法，该方法工艺简单，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本。
本发明的第二目的在于提供一种所述的衬底露头抛光方法的应用，该方法可用于具有TSV结构的衬底的露头抛光，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种衬底露头抛光方法，在露出导线的衬底表面上依次涂覆至少两层阻挡层，所述至少两层阻挡层中，靠近衬底表面的阻挡层的抗腐蚀性优于远离衬底表面的阻挡层，之后进行抛光。
本发明衬底露头抛光方法工艺简单，通过涂覆两层不同性质的材料，工艺的可操作空间更大，外层阻挡层更易于在后续抛光工艺中被除去，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本。
可选地，最靠近衬底表面的阻挡层能够覆盖露出衬底的最短导线。
可选地，最远离衬底表面的阻挡层能够覆盖露出衬底的最长导线。
可选地，所述阻挡层包括聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层和紫外光刻胶阻挡层。
可选地，所述抗腐蚀性包括抗酸腐蚀性和/或抗碱腐蚀性。
可选地，所述露出导线的衬底表面上导线伸出8μm以上，优选为10μm以上。
可选地，减薄衬底至导线距穿过衬底露出还差1-3μm，优选为2μm，之后刻蚀得到露出导线的衬底表面。
可选地，所述抛光包括化学机械抛光。
可选地，抛光至最外层阻挡层完全消失。
可选地，在伸出导线的衬底表面上依次涂覆两层阻挡层。
可选地，在伸出导线的衬底表面上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，之后在聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层上涂覆紫外光刻胶阻挡层。
可选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆厚度为8-9μm，优选为8μm。
可选地，所述紫外光刻胶阻挡层的涂覆厚度为4-5μm，优选为5μm。
可选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆采用喷胶方式进行。
可选地，所述喷胶时所采用的聚甲基丙烯酸甲酯与稀释剂的体积比为1：15-25，优选为1：20。
可选地，所述喷胶流量为1-1.4mL/min，优选为1.2mL/min。
可选地，所述喷胶过程中加热盘的温度为45-55℃，优选为50℃。
可选地，所述紫外光刻胶阻挡层的涂覆采用旋涂方式进行。
上述的一种衬底露头抛光方法的应用，用于具有TSV结构的衬底的露头抛光。
本发明衬底露头抛光方法可用于具有TSV结构的衬底的露头抛光，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明衬底露头抛光方法工艺简单，通过涂覆两层不同性质的材料，工艺的可操作空间更大，外层阻挡层更易于在后续抛光工艺中被除去，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本，适用于具有TSV结构的衬底的露头抛光。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式的衬底露头抛光方法工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种衬底露头抛光方法，在露出导线的衬底表面上依次涂覆至少两层阻挡层，所述至少两层阻挡层中，靠近衬底表面的阻挡层的抗腐蚀性优于远离衬底表面的阻挡层，之后进行抛光。
本发明衬底露头抛光方法工艺简单，通过涂覆两层不同性质的材料，工艺的可操作空间更大，外层阻挡层更易于在后续抛光工艺中被除去，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述衬底为硅衬底。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述导线为铜导线。
本发明一种可选的具体实施方式中，最靠近衬底表面的阻挡层能够覆盖露出衬底的最短导线。
本发明一种可选的具体实施方式中，最远离衬底表面的阻挡层能够覆盖露出衬底的最长导线。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述阻挡层包括聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层和紫外光刻胶阻挡层。
涂覆在底层(衬底表面)的材料采用着力强稳定性好耐腐蚀不会出现离子迁移的材料。涂覆在上层(底层阻挡层上)的材料采用易抛光材料。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述抗腐蚀性包括抗酸腐蚀性和/或抗碱腐蚀性。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述露出导线的衬底表面上导线伸出8μm以上，优选为10μm以上(以露出衬底最短的导线计量，实际得到的露出导线长短不一)。
本发明一种可选的具体实施方式中，减薄衬底至导线(端点距衬底表面最近的导线)距穿过衬底露出还差1-3μm，优选为2μm，之后刻蚀得到露出导线的衬底表面。
所述减薄可采用常规减薄机进行，所述刻蚀采用刻蚀剂进行。
可选地，所述刻蚀剂可采用HF和HN03体积比为3:1-1:2的混合溶液。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述抛光包括化学机械抛光(CMP)。
可选地，所述化学机械抛光可采用以下条件进行：
Platen/Head rpm slurry flowrate
98/92 110mL/min
设备厂家：应用材料公司，型号：Mirra Mesa。
本发明一种可选的具体实施方式中，抛光至最外层阻挡层完全消失。
本发明一种可选的具体实施方式中，在伸出导线的衬底表面上依次涂覆两层阻挡层。
本发明一种可选的具体实施方式中，在伸出导线的衬底表面上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，之后在聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层上涂覆紫外光刻胶阻挡层。
第一层直接涂覆在衬底上的阻挡层使用附着力强稳定性好耐腐蚀不会出现离子迁移的材料，比如聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，第二层阻挡层是为了确保覆盖所有导线，使用耐腐蚀性相对较低，较易抛光的材料。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆厚度为8-9μm，优选为8μm，使聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层能够覆盖露出衬底最短的导线，此时仍可能有部分较长的导线露出聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述紫外光刻胶阻挡层的涂覆厚度为4-5μm，优选为5μm，使紫外光刻胶阻挡层能够覆盖露出衬底最长的导线，这样露出衬底较长的导线能够随紫外光刻胶阻挡层一起抛光，得到露出衬底导线长度一致的TSV结构。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆采用喷胶方式进行。
本发明具体实施方式中，所述喷胶采用KS-M200-1SP喷胶机(生产商为沈阳芯源微电子设备有限公司)进行。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述喷胶时所采用的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，品牌可为品牌MicroChem)与稀释剂(可采用二甲苯)的体积比为1：15-25，优选为1：20。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述喷胶流量为1-1.4mL/min，优选为1.2mL/min。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述喷胶过程中加热盘的温度为45-55℃，优选为50℃。
本发明一种可选的具体实施方式中，所述紫外光刻胶(品牌可为GES，型号可为GM1040)阻挡层的涂覆采用旋涂方式进行。
上述的一种衬底露头抛光方法的应用，用于具有TSV结构的衬底的露头抛光。
本发明衬底露头抛光方法可用于具有TSV结构的衬底的露头抛光，能够有效减少后续抛光所需时间，充分提高生产效率，降低生产成本。
实施例1
一种衬底露头抛光方法，包括如下步骤：
a.将具有TSV结构的衬底表面通过减薄机减薄至铜柱距穿过衬底露出还差1μm；
b.对步骤a减薄后的衬底表面进行刻蚀使铜柱露出衬底8μm以上(以露出衬底的最短铜柱长度计)；
c.采用喷胶机，在露出铜柱的衬底表面上雾化喷涂8μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，使聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层能够覆盖露出衬底最短的铜柱；
其中，所采用的聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂的体积比为1：15；
喷胶流量为1mL/min；
喷涂过程中加热盘的温度为45℃；
d.在甲基丙烯酸甲酯阻挡层上旋涂一层4μm厚的紫外光刻胶阻挡层，使紫外光刻胶阻挡层能够覆盖露出衬底最长的铜柱；
e.在紫外光刻胶阻挡层表面进行化学机械抛光，抛光至紫外光刻胶阻挡层完全消失。
实施例2
一种衬底露头抛光方法，包括如下步骤：
a.将具有TSV结构的衬底表面通过减薄机减薄至铜柱距穿过衬底露出还差3μm；
b.对步骤a减薄后的衬底表面进行刻蚀使铜柱露出衬底9μm以上(以露出衬底的最短铜柱长度计)；
c.采用喷胶机，在露出铜柱的衬底表面上雾化喷涂9μm的聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，使聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层能够覆盖露出衬底最短的铜柱；
其中，所采用的聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂的体积比为1：25；
喷胶流量为1.4mL/min；
喷涂过程中加热盘的温度为55℃；
d.在甲基丙烯酸甲酯阻挡层上旋涂一层5μm厚的紫外光刻胶阻挡层，使紫外光刻胶阻挡层能够覆盖露出衬底最长的铜柱；
e.在紫外光刻胶阻挡层表面进行化学机械抛光，抛光至紫外光刻胶阻挡层完全消失。
实施例3
一种衬底露头抛光方法，包括如下步骤：
a.将具有TSV结构的衬底表面通过减薄机减薄至铜柱距穿过衬底露出还差2μm；
b.对步骤a减薄后的衬底表面进行刻蚀使铜柱露出衬底10μm以上(以露出衬底的最短铜柱长度计)；
c.采用喷胶机，在露出铜柱的衬底表面上雾化喷涂8μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，使聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层能够覆盖露出衬底最短的铜柱；
其中，所采用的聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂的体积比为1：20；
喷胶流量为1.2mL/min；
喷涂过程中加热盘的温度为50℃；
d.在甲基丙烯酸甲酯阻挡层上旋涂一层5μm厚的紫外光刻胶阻挡层，使紫外光刻胶阻挡层能够覆盖露出衬底最长的铜柱；
e.在紫外光刻胶阻挡层表面进行化学机械抛光，抛光至紫外光刻胶阻挡层完全消失。
实施例4
一种衬底露头抛光方法，包括如下步骤：
a.将具有TSV结构的衬底表面通过减薄机减薄至铜柱距穿过衬底露出还差1μm；
b.对步骤a减薄后的衬底表面进行刻蚀使铜柱露出衬底10μm以上(以露出衬底的最短铜柱长度计)；
c.采用喷胶机，在露出铜柱的衬底表面上雾化喷涂9μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，使聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层能够覆盖露出衬底最短的铜柱；
其中，所采用的聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂的体积比为1：15；
喷胶流量为1.4mL/min；
喷涂过程中加热盘的温度为45℃；
d.在甲基丙烯酸甲酯阻挡层上旋涂一层5μm厚的紫外光刻胶阻挡层，使紫外光刻胶阻挡层能够覆盖露出衬底最长的铜柱；
e.在紫外光刻胶阻挡层表面进行化学机械抛光，抛光至紫外光刻胶阻挡层完全消失。
现有技术之采用一层阻挡层的弊端是，如果只有一层阻挡层就需要该阻挡层有附着力强、稳定性好、耐腐蚀、不会出现离子迁移的特性。然而这些特性导致在抛光时效率低下。如果使阻挡层具有易抛光性就会与本身作为阻挡层需要的特性矛盾需要有一定的取舍。而本发明采用的使用两种阻挡层的方法则可以避免以上的问题发生，并且在之后的工艺改进或升级中也有更大的操作空间。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (18)
1.一种衬底露头抛光方法，其特征在于，在伸出导线的衬底表面上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层，之后在聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层上涂覆紫外光刻胶阻挡层，之后进行抛光；
最靠近衬底表面的阻挡层能够覆盖露出衬底的最短导线；
最远离衬底表面的阻挡层能够覆盖露出衬底的最长导线；
所述阻挡层包括聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层和紫外光刻胶阻挡层。
2.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述露出导线的衬底表面上导线伸出8μm以上。
3.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述露出导线的衬底表面上导线伸出10μm以上。
4.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，减薄衬底至导线距穿过衬底露出还差1-3μm，之后刻蚀得到露出导线的衬底表面。
5.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，减薄衬底至导线距穿过衬底露出还差2μm，之后刻蚀得到露出导线的衬底表面。
6.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述抛光包括化学机械抛光，抛光至最外层阻挡层完全消失。
7.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆厚度为8-9μm。
8.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆厚度为8μm。
9.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述紫外光刻胶阻挡层的涂覆厚度为4-5μm。
10.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述紫外光刻胶阻挡层的涂覆厚度为5μm。
11.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆采用喷胶方式进行，所述喷胶时所采用的聚甲基丙烯酸甲酯与稀释剂的体积比为1：15-25。
12.根据权利要求11所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯阻挡层的涂覆采用喷胶方式进行，所述喷胶时所采用的聚甲基丙烯酸甲酯与稀释剂的体积比为1：20。
13.根据权利要求11所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述喷胶流量为1-1.4mL/min。
14.根据权利要求11所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述喷胶流量为1.2mL/min。
15.根据权利要求11所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述喷胶过程中加热盘的温度为45-55℃。
16.根据权利要求11所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述喷胶过程中加热盘的温度为50℃。
17.根据权利要求1所述的一种衬底露头抛光方法，其特征在于，所述紫外光刻胶阻挡层的涂覆采用旋涂方式进行。
18.如权利要求1-17任一所述的一种衬底露头抛光方法的应用，其特征在于，用于具有TSV结构的衬底的露头抛光。
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| CN1379446A (zh) * | 2001-03-30 | 2002-11-13 | 华邦电子股份有限公司 | 结合旋转涂布的化学机械研磨法 |
| CN103219282A (zh) * | 2013-05-03 | 2013-07-24 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种tsv露头工艺 |
| CN103367239A (zh) * | 2012-04-09 | 2013-10-23 | 南亚科技股份有限公司 | 显露穿硅通孔的方法 |
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| CN104952720A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-09-30 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种高度可控的导电柱背部露头的形成方法 |
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2017
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Patent Citations (6)
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