Cis產品tsv孔底部pad表面絕緣層的刻蝕方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的發展，集成電路的特征尺寸不斷縮小，器件互連密度不斷提高。尤其是CIS產品，像素越來越大，從最初的百萬級到現在的千萬級，這樣傳統的二維封裝已經不能滿足業界的需求，因此基于TSV垂直互連的疊層封裝方式以其短距離互連和高密度集成的關鍵技術優勢，逐漸引領了封裝技術發展的趨勢。
[0003]TSV技術包括如下的關鍵工藝:通孔蝕刻，制作絕緣層，通孔填充，芯片減薄與堆疊等。其中制作絕緣層是不可被忽視的一步，這直接影響了 TSV的互聯特性。傳統的絕緣層制作一般是利用PECVD的方式在通孔內直接沉積絕緣材料，這樣本來應該用作互聯的PAD金屬也被絕緣層覆蓋住，因此必須利用后續刻蝕工藝對其表面進行絕緣層移除。
[0004]目前業界主要利用干法蝕刻的方式對PAD表面進行絕緣層去除，一般流程包括:光阻涂布，曝光顯影以及刻蝕等。這里會涉及到如下問題:
1)光阻涂布工藝一般利用噴膠的方式進行，此種方式會導致TSV孔底部，側壁和上面開口的邊緣部位的光阻厚度不一致，以至于在后續刻蝕工藝中不該被刻蝕的區域尤其是TSV孔上部開口的邊上因為光阻擋不住造成損傷；
2)隨著TSV孔的深度越來越深，孔徑越來越小，因此TSV孔底部PAD上面的曝光和顯影會變得越來越困難，并且顯影后也很難檢測底部是否顯影完全，而一旦有光阻殘留在PAD表面的絕緣層上，那么此次的絕緣層移除就會失敗，最終導致互聯的失效。
[0005]針對這個問題，目前業界針對深寬比小的簡單TSV工藝逐漸嘗試不用曝光顯影工藝，直接進行干法刻蝕，由于絕緣層沉積時存在負載效應，因此TSV孔底部、側壁、上開口處與晶圓背面的絕緣層厚度都不一樣，尤其是TSV孔底部PAD表面的絕緣層厚度與晶圓背面的差異較大，因此利用合適的干法刻蝕工藝可以使TSV底部絕緣層移除，還能在晶圓背部表面剩余適當厚度絕緣層。
干法刻蝕同樣存在負載效應，即晶圓背表面刻蝕速率快，TSV孔底部刻蝕速率慢，而為了保證TSV孔底部絕緣層被完全移除，就需要對TSV孔底部進行過刻蝕，而過刻蝕同樣會加快晶圓背表面的絕緣層的去除率，最終可能導致晶圓背表面某些區域尤其是TSV孔上部開口邊上的絕緣層被刻蝕掉，使絕緣失效，增加上表面覆蓋絕緣層的厚度，則TSV孔底部絕緣層厚度也會增加，增大了刻蝕工藝的難度。
【發明內容】
[0006]針對這個問題，本發明提供了一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，可以利用較強的過刻蝕工藝保證TSV孔底部PAD表面絕緣層被成功刻蝕，又有效避免了晶圓背表面的絕緣層被破壞，本發明工藝簡單，省去了工藝難度較高的黃光工藝，降低了刻蝕難度，節省了工藝成本。
[0007]一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其包括以下步驟:
(1)、在晶圓背表面沉積第一絕緣層；
(2)、通過黃光和蝕刻工藝刻蝕出TSV孔；
(3)、在TSV孔內和第一上沉積第二絕緣層；
(4)、對開TSV孔的一面進行整面刻蝕，將孔內PAD上面絕緣層去除。
[0008]其進一步改進在于:步驟(1)、步驟(3)中，所述第一絕緣層為具有絕緣能力的無機氧化物或者有機絕緣物質膜；所述無機氧化物為氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物；所述絕緣物質膜為涂布光阻、電泳漆、高分子薄膜、干膜；
步驟(2)中，黃光工藝包括光阻涂布、曝光顯影工藝，刻蝕采用干法刻蝕；
步驟(4)中，整面刻蝕為干法刻蝕；
第一絕緣層的刻蝕速率與晶圓體的刻蝕速率一致；
第一絕緣層與第二絕緣層采用不同的材料。
[0009]本發明所述的CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法的有益效果是:
1)本發明中兩次沉積的絕緣層厚度可以單獨調節，且可以是不同材質的薄膜，這樣在后續的PAD表面絕緣層去除中，就可以利用選擇比不同的蝕刻工藝來對PAD表面絕緣層進行過蝕刻且不用擔心晶圓背表面絕緣層被破壞；
2)省去了工藝難度較高的黃光工藝，節省了工藝成本；
3)TSV孔上開口邊上有絕緣層保護，保護了下面的硅面的TSV孔的上開口邊緣，使其不至于在干法刻蝕中被損傷到。
【附圖說明】
[0010]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0011]圖1為CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法流程圖；
圖2為晶圓背表面沉積第一絕緣層示意圖；
圖3為晶圓上刻蝕出TSV示意圖；
圖4為在TSV孔內和第一絕緣層上沉積第二絕緣層示意圖；
圖5為開TSV孔的一面進行整面刻蝕示意圖；
圖6為PAD上面絕緣層去除示意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。
[0013]圖1所示為本發明所涉及的CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法流程圖。
[0014]本發明一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其包括如下具體步驟:
(I)、見圖2，對要刻蝕TSV孔的晶圓I面先沉積一層第一絕緣層2 ；
對要開孔的TSV晶圓面先沉積一層第一絕緣層，該絕緣層可以是通過氣相或液相沉積法沉積的氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物等具有絕緣能力的無機氧化物，也可以是涂布光阻、電泳漆、高分子薄膜、干膜等有機絕緣物質膜；
薄膜厚度一般在10nm~10um，此處的第一絕緣層薄膜材料在TSV孔的刻蝕工藝中的刻蝕速率跟硅的刻蝕速率基本一致，這樣在TSV孔的刻蝕中(見圖3所示)，刻蝕氣體可以不用做轉換，刻出的TSV孔內壁不會出現較明顯的分界面；但是該絕緣層材料跟第二次沉積在TSV孔內的絕緣層最好不一樣，且兩種絕緣層對后續TSV孔底部PAD表面絕緣層移除工藝中的干法刻蝕有較大的選擇比。
[0015](2)、見圖3，通過黃光和蝕刻工藝刻蝕出TSV孔3，
用光刻和干法刻蝕工藝對沉積有第一絕緣層2的晶圓I面進行TSV孔3刻蝕，使PAD4金屬顯露出來，黃光包括光阻涂布、曝光顯影等工藝，刻蝕采用干法刻蝕；
(3)、見圖4，TSV孔3內和第一絕緣層上沉積第二絕緣層5，在晶圓I表面，TSV孔3側壁以及TSV孔3底部沉積一層第二絕緣層5，該絕緣層可以是氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物等具有絕緣能力的無機氧化物，也可以是涂布光阻、電泳漆、高分子薄膜、干膜等有機絕緣物質膜；
(4)、見圖5、圖6，對開TSV孔3的一面進行整面刻蝕，將TSV孔3內PAD4上面第二絕緣層5去除。
[0016]直接對TSV孔3的一面進行干法刻蝕，去除PAD4上面第二絕緣層5，使PAD4露出。為了保證第二絕緣層能夠被成功移除，此處應保證干法刻蝕的過蝕刻時間。因此此處絕緣層跟第一次沉積的絕緣層最好有較高的刻蝕比，這樣才能保證在此次絕緣層刻蝕中，晶圓上表面的第一絕緣層能夠不受損傷，該步驟中不采用黃光工藝，較好地節約了工藝成本。
[0017]該步驟最終結果如圖6所示，PAD表面的絕緣層被成功刻蝕掉，TSV孔內壁不受干法刻蝕的影響，而晶圓表面的第二層絕緣層可能會剩下，也可能會被完全剝去，最終在做背部互聯工藝時起絕緣作用的是第一次沉積的第一絕緣層。
[0018]本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0019]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0020]圖4中，6為負載晶圓。
【主權項】
1.一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于:其包括以下步驟: (1)、在晶圓背表面沉積第一絕緣層； (2)、通過黃光和蝕刻工藝刻蝕出TSV孔； (3)、在TSV孔內和第一上沉積第二絕緣層； (4)、對開TSV孔的一面進行整面刻蝕，將孔內PAD上面絕緣層去除。
2.根據權利要求1所述的一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層為具有絕緣能力的無機氧化物或者有機絕緣物質膜。
3.根據權利要求2所述的一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于，所述無機氧化物為氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物。
4.根據權利要求2所述的一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于，所述絕緣物質膜為涂布光阻、電泳漆、高分子薄膜、干膜。
5.根據權利要求1所述的一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于，步驟(2)中，黃光工藝包括光阻涂布、曝光顯影工藝，刻蝕采用干法刻蝕。
6.根據權利要求1所述的一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于，步驟(4)中，整面刻蝕為干法刻蝕。
7.根據權利要求1所述的一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于，第一絕緣層的刻蝕速率與晶圓體的刻蝕速率一致。
8.根據權利要求1-7任一所述的一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其特征在于，第一絕緣層與第二絕緣層采用不同的材料。
【專利摘要】本發明提供了一種CIS產品TSV孔底部PAD表面絕緣層的刻蝕方法，其包括以下步驟：（1）、晶圓背部TSV孔刻蝕前，先沉積一層第一絕緣層；（2）、然后繼續TSV孔的光刻和干法刻蝕工藝，刻出TSV孔；（3）、沉積TSV孔工藝后續第二絕緣層；（4）、對晶圓背整面進行干法刻蝕，直到將TSV孔底部PAD上面的絕緣層刻蝕完全。本發明的優點在于第一次沉積的第一絕緣層可以為后續的PAD上面的第二絕緣層去除做阻擋層，在后續的對PAD表面第二絕緣層進行過蝕刻時不用擔心晶圓背表面第一絕緣層被破壞，省去了工藝難度較高的光刻工藝，節省了工藝成本。
【IPC分類】H01L21-768
【公開號】CN104600026
【申請號】CN201510048223
【發明人】馮光建, 張文奇
【申請人】華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月30日