Tsv背部連接端的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種TSV背部連接端的制造方法，其步驟為：將已經(jīng)完成TSV結(jié)構(gòu)制造的襯底的背面減薄，使得TSV背面端頭突出于襯底背部表面；在襯底背面涂覆聚合物材料并固化；采用表面機械刮平的方式，將襯底背部表面的聚合物材料去除一定厚度，從背面暴露出TSV內(nèi)部導(dǎo)電材料。本發(fā)明的優(yōu)點是：在TSV露頭并涂覆聚合物層后，采用表面機械刮平的方式，改善TSV露頭高度一致性，降低工藝難度，提高成品率。
【專利說明】TSV背部連接端的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種TSV背部連接端的制造方法，屬于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用TSV (垂直硅通孔)進行三維集成封裝時，需要對TSV襯底進行減薄使得TSV背面露頭，實現(xiàn)TSV的背面導(dǎo)電引出，而在襯底減薄時，為了保證晶圓的安全，需要使用臨時鍵合材料及承載襯底對要減薄的晶圓進行保護，這種情況下，TSV制造過程本身帶來的TSV深度分布差異，臨時鍵合材料的厚度分布差異，以及承載襯底的厚度分布差異，加上減薄過程本身存在的控制誤差，使得TSV露頭高度均勻性難以控制，很多時候甚至超過10um，嚴重制約TSV制造均勻性和成品率的提升。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)需要優(yōu)化TSV制程，臨時鍵合膠涂覆制程，臨時鍵合工藝，減薄工藝等，需要多個設(shè)備的精密控制和配合，非常困難。目前還沒有很好的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種TSV背部連接端的制造方法。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述TSV背部連接端的制造方法包括如下步驟: 步驟一，將已經(jīng)完成TSV結(jié)構(gòu)制造的襯底的背面減薄，使得TSV背面端頭突出于襯底背
部表面；
步驟二，在襯底背面涂覆聚合物材料并固化；
步驟三，采用表面機械刮平的方式，將襯底背部表面的聚合物材料去除一定厚度，從背面暴露出TSV內(nèi)部導(dǎo)電材料。
[0006]進一步地，在步驟一襯底背面減薄之前在所述襯底正面鍵合一承載襯底。
[0007]進一步地，步驟二中襯底背面涂覆的聚合物材料可以是聚酰亞胺(PI)、聚對苯撐苯并雙嗯唑(PBO)或苯并環(huán)丁烯(BCB)。
[0008]進一步地，步驟三刮平襯底背部表面時不損傷半導(dǎo)體襯底，在刮平后，在TSV之外區(qū)域的襯底背部表面還具有一層聚合物材料，厚度超過2微米，保持對襯底背面覆蓋。
[0009]進一步地，步驟三對襯底背面進行表面刮平處理后，在TSV背部加工焊球，或者在所述襯底背面制作至少一層再布線層，然后在所述再布線層上加工焊球。
[0010]進一步地，步驟一的實現(xiàn)方法可以為機械研磨后結(jié)合干法刻蝕、或機械研磨后結(jié)合濕法腐蝕，或機械研磨后結(jié)合干法刻蝕和濕法腐蝕的方式。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:在TSV露頭并涂覆聚合物層后，采用表面機械刮平的方式，改善TSV露頭高度一致性，降低工藝難度，提高成品率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明提供的TSV背面連接端的制造方法的工藝流程框圖。[0013]圖2是襯底中制作有TSV互連示意圖。
[0014]圖3是襯底背面減薄露出TSV背面端頭示意圖。
[0015]圖4是襯底背面涂覆一層聚合物的示意圖。
[0016]圖5是背面機械刮平，露出TSV內(nèi)部導(dǎo)電材料的示意圖。
[0017]圖6是在TSV背部加工焊球的示意圖。
[0018]圖7是襯底背面在加工焊球前加工一層RDL的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明提供的一種實施例的工藝流程框圖如圖1所示。下面分步驟進行詳細介紹。
[0020](I)SO:半導(dǎo)體襯底I中已經(jīng)加工TSV互連，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，TSV內(nèi)有導(dǎo)電材料3填充，在導(dǎo)電材料3和半導(dǎo)體襯底I之間，具有TSV側(cè)壁隔離層2，該隔離層2包括絕緣層和擴散阻擋層。在加工完TSV結(jié)構(gòu)后，襯底正面表面101還可能包括互連加工和凸點加工的步驟。102為減薄前襯底背面表面。
[0021](2) S1:第一步，實施襯底減薄工藝，包括襯底研磨，干法刻蝕或濕法腐蝕等步驟，使得TSV背面端頭突出于襯底背部表面，如圖3所示。一種更為具體的減薄方法是:首先對襯底進行機械研磨，削減襯底厚度，研磨后襯底背面表面距離TSV背端在5?20微米范圍；接著進行干法刻蝕，如使用SF6氣體對襯底背面進行等離子刻蝕，直至所有TSV背端均突出于襯底背部表面，最小突出高度大于2微米。
[0022]上述減薄方法中，第二步干法刻蝕還可以替換為濕法腐蝕的方法，同樣在腐蝕后，使得所有TSV背端均突出于襯底背部表面，最小突出高度大于2微米。濕法腐蝕可以使用氫氟酸-硝酸體系溶液或者四甲基氫氧化鉀(TMAH)溶液體系。
[0023]上述減薄方法中，第二步干法刻蝕還可以使用干法刻蝕結(jié)合濕法腐蝕的組合方式，最終效果是使得所有TSV背端均突出于襯底背部表面，最小突出高度大于2微米。
[0024]進一步地，在襯底背面實施減薄工藝之前還可以將所述襯底正面鍵合一承載襯底，確保在減薄過程中或者減薄之后所述襯底的安全，不致在減薄過程中或者減薄之后實施其他工藝過程中發(fā)生碎裂。
[0025]由于工藝控制等因素的限制，在減薄之后，在同一個襯底上不同位置處的TSV背面露頭的高度會存在一定差異，該差異一般會在2?15微米范圍。
[0026]圖3中103是減薄后襯底的背部表面。tl，t2分別表示TSV露頭后，導(dǎo)電材料柱體背端相對襯底背面的高度，tl, t2可以有差異，圖中僅僅畫出了 2個TSV，實際中襯底中會有很多TSV，每個TSV在背面露頭后，都對應(yīng)一個高度。
[0027](3) S2，第二步，如圖4所示，在襯底I背面涂覆一層聚合物材料4并固化，該聚合物材料4覆蓋襯底背部表面103和TSV背部端頭，形成對襯底I的背面鈍化。聚合物材料是但不限于是聚酰亞胺(PI)、聚對苯撐苯并雙嗯唑(ΡΒ0)、苯并環(huán)丁烯(BCB)。
[0028](4) S3，第三步，采用表面機械刮平的方式，對以上步驟形成的襯底背部表面進行處理，露出TSV內(nèi)部導(dǎo)電材料3，刮平過程不損傷半導(dǎo)體襯底1，如圖5所示，在刮平后，TSV內(nèi)部導(dǎo)電材料3暴露，在TSV之外區(qū)域的襯底背部表面103還具有一層聚合物材料4，剩余厚度超過2微米，保持對襯底背面覆蓋。[0029]表面機械刮平可以通過使用日本Disco公司提供的表面整平機(SurfacePlaner)實現(xiàn)，其刮平后表面粗糙度可以控制在20nm以下。
[0030]圖5中，t3是刮平后TSV之外區(qū)域襯底背面表面的聚合物層4的剩余厚度，該厚度在整個晶圓內(nèi)部會有不均勻性，但最薄位置的t3需要小于tl、t2中較小者，即保證在刮平處理后，所有TSV內(nèi)導(dǎo)電材料3均實現(xiàn)了背露。
[0031](5)在TSV內(nèi)部導(dǎo)電材料暴露后，即可實現(xiàn)在襯底背面對TSV的導(dǎo)電引出，包括再布線層(RDL)和凸點制造等。
[0032]圖6所示是一種加工結(jié)果，即直接在TSV背端加工凸點502，凸點502下面為凸點下金屬(UBM)層501。一種具體加工流程是:首先在完成TSV露頭的襯底背面沉積Ti/Cu種子層，厚度取0.lum/0.3um ;接著進行厚膠光刻工藝，如使用JSR THB151N光刻膠等，定義出加工焊球的位置；然后進行電鍍，一種材料組合是Cu/Sn，典型厚度可以取50um/30um ;最后去除光刻膠并把凸點之外區(qū)域的Ti/Cu種子層腐蝕掉，并做回流處理，完成凸點502的加工。
[0033]圖7所示是另一種可能的加工結(jié)果，在完成TSV露頭之后，而在背面加工凸點之前，至少加工一層再布線層(RDL)。圖7中還包括RDL金屬6，鈍化層7。一種具體加工流程是:在完成TSV露頭的襯底背面沉積Ti/Cu種子層，厚度取0.lum/0.3um ;進行光刻工藝，優(yōu)選厚度為5?10微米的光刻膠，定義出RDL線條；進行電鍍，優(yōu)選的材料為銅，典型電鍍厚度為3飛微米；去除光刻膠并把RDL線條之外區(qū)域的Ti/Cu種子層腐蝕掉，完成一層RDL的加工；表面旋涂聚合物層，如聚酰亞胺(PI)、聚對苯撐苯并雙嗯唑(ΡΒ0)、苯并環(huán)丁烯(BCB)等，并通過光刻顯影工藝實現(xiàn)其圖形化，該聚合物層構(gòu)成RDL鈍化層7 ;后續(xù)可以加工更多層RDL或者加工凸點502，所述步驟如前所述。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.TSV背部連接端的制造方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟一，將已經(jīng)完成TSV結(jié)構(gòu)制造的襯底的背面減薄，使得TSV背面端頭突出于襯底背部表面； 步驟二，在襯底背面涂覆聚合物材料并固化； 步驟三，采用表面刮平的方式，將襯底背部表面的聚合物材料去除一定厚度，從背面暴露出TSV內(nèi)部導(dǎo)電材料。
2.如權(quán)利要求1所述TSV背部連接端的制造方法，其特征是，在步驟一襯底背面減薄之前在所述襯底正面鍵合一承載襯底。
3.如權(quán)利要求1所述TSV背部連接端的制造方法，其特征是，步驟二中襯底背面涂覆的聚合物材料是聚酰亞胺、聚對苯撐苯并雙嗯唑或苯并環(huán)丁烯。
4.如權(quán)利要求1所述TSV背部連接端的制造方法，其特征是，步驟三刮平襯底背部表面時不損傷半導(dǎo)體襯底，在刮平后，在TSV之外區(qū)域的襯底背部表面還具有一層聚合物材料，厚度超過2微米，保持對襯底背面覆蓋。
5.如權(quán)利要求1所述TSV背部連接端的制造方法，其特征是，步驟三對襯底背面進行表面刮平處理后，在TSV背部加工焊球。
6.如權(quán)利要求1所述TSV背部連接端的制造方法，其特征是，步驟三對襯底背面進行表面刮平處理后，在所述襯底背面制作至少一層再布線層，并在所述再布線層上加工焊球。
7.如權(quán)利要求1所述TSV背部連接端的制造方法，其特征是，步驟一的實現(xiàn)方法為機械研磨后結(jié)合干法刻蝕、或機械研磨后結(jié)合濕法腐蝕、或機械研磨后結(jié)合干法刻蝕和濕法腐蝕的方式。
【文檔編號】H01L21/768GK103456684SQ201310418420
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】宋崇申, 張文奇 申請人:華進半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司