CN111312656A - Tsv盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法 - Google Patents

Tsv盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法 Download PDF

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刘建军
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Abstract

本发明提供TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，包括如下步骤，步骤1，先在TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆的图形面喷涂一层光刻胶，再将所述晶圆的中心位置遮挡后进行定向曝光，该晶圆未曝光的区域为边缘区域，最后去除该晶圆边缘区域的光刻胶；步骤2，将步骤1得到的晶圆去胶处理后浸泡在腐蚀液中，得到去除面铜，以及铜凸点或铜凸块的晶圆；步骤3，将步骤2得到的晶圆图形面的光刻胶去除，并对所得晶圆的背面进行减薄处理，完成TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理。本发明将晶圆自身的硬翘曲转变为软翘曲，从而更容易实现晶圆与抛光垫的完全接触，实现全局平坦化。

Description

TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法
技术领域
本发明属于半导体与先进封装交叉技术领域，具体为TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法。
背景技术
在半导体TSV(英文全称为Through Silicon Via)互连工艺中，为了满足器件的导通需求，需要通过盲孔电镀铜工艺将硅通孔填充满来实现芯片正面与背面的电互连。在半导体TSV互连工艺中，硅通孔刻蚀的完成需要依次通过CVD工艺、PVD工艺完成阻挡层、种子层的制备，然后通过盲孔电镀铜工艺使金属铜沿孔壁内的种子层缓慢沉积，直至硅通孔内铜柱填充完全。
在CVD工艺、PVD工艺以及盲孔电镀铜工艺中，往往因表面沉积或电镀上不同厚度的介质层而产生应力，导致晶圆产生不同程度的硬翘曲。此外，由于在盲孔电镀铜工艺中，电流往往会在夹具与晶圆边缘接触的地方聚集，形成不规则的铜凸点或铜凸块，导致TSV盲孔电镀晶圆整面铜层厚度一致性差。
由于晶圆硬翘曲的大小不一，方向不可控，在化学机械抛光(简写为CMP)过程中无法保证晶圆工艺面与抛光垫完全接触，抛光后往往会出现抛光均匀性较差、局部严重过抛的现象，如果晶圆翘曲过大甚至会出现设备无法自动上料、晶圆裂片、漏电流偏大、抛光垫异常损坏或损耗的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，安全有效，方便地对TSV盲孔电镀后的晶圆进行硬翘曲消除，确保了后续的化学机械抛光露铜工艺能够顺利进行。
本发明是通过以下技术方案来实现：
TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，包括如下步骤，
步骤1，先在TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆的图形面喷涂一层光刻胶，再将所述晶圆的中心位置遮挡后进行定向曝光，该晶圆未曝光的区域为边缘区域，最后去除该晶圆边缘区域的光刻胶；
步骤2，将步骤1得到的晶圆去胶处理后浸泡在腐蚀液中，得到去除面铜，以及铜凸点或铜凸块的晶圆；
步骤3，将步骤2得到的晶圆图形面的光刻胶去除，并对所得晶圆的背面进行减薄处理，完成TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理。
优选的，步骤1中所述的光刻胶为正性光刻胶。
优选的，步骤1中所述边缘区域的尺寸为5-10mm。
优选的，步骤2中，采用等离子干法将步骤1得到的晶圆去胶。
优选的，步骤2中，所述的腐蚀液为过硫酸钠、硫酸铜和硫酸的混合溶液。
进一步，所述的腐蚀液中过硫酸钠的浓度为100-120g/L，硫酸铜的浓度为5-8g/L，硫酸的浓度为30-50g/L。
进一步，步骤2中，去胶处理后的晶圆浸泡在所述腐蚀液中的时间为1.0-1.5h。
优选的，步骤2中，去胶处理后的晶圆浸泡腐蚀液后，边缘区域的电镀铜露出下层介质。
优选的，步骤3中，使用去胶液对步骤2得到的晶圆图形面的光刻胶进行去除。
优选的，步骤3中，减薄处理后晶圆的厚度为400-450μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，先在光刻胶的保护下对边缘区域的晶圆进行去胶，在保证多数芯片处于被保护的情况下，消除边缘异常铜层对化学机械抛光工艺的影响，进一步削减整个图形面的胶层厚度，实现彻底去除边缘光刻胶的目的，之后通过腐蚀液对面铜，以及铜凸点或铜凸块进行腐蚀去除，最后通过对所得晶圆背面进行减薄，将晶圆自身的硬翘曲转变为软翘曲，从而更容易实现晶圆与抛光垫的完全接触，实现全局平坦化。本发明通过将光刻胶喷涂与晶圆减薄技术相结合，解决了晶圆硬翘曲和边缘异常铜层对化学机械抛光的影响，保证了化学机械抛光去除的均匀性，规避了设备无法自动上料、晶圆裂片、漏电流偏大、抛光垫异常损坏或损耗的风险。
附图说明
图1为本发明所述方法中使用光刻胶对晶圆进行喷胶后的示意图。
图2为本发明所述方法中使用显影液进行显影后的示意图。
图3为本发明所述方法中使用等离子干法去胶后的示意图。
图4为本发明所述方法中使用铜腐蚀液进行腐蚀后的示意图。
图5为本发明所述方法中使用去胶液进行湿法去胶后的示意图。
图6为本发明所述方法中进行晶圆背面减薄后的示意图。
图7为应用本发明所述方法进行化学机械抛光后的示意图。
图中，1-晶圆，2-盲孔电镀铜，3-光刻胶。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，包括如下步骤，
步骤1，在TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆的图形面喷涂一层正性光刻胶或负性光刻胶，将电镀后的面铜，及铜凸点或铜凸块完全覆盖住；
步骤2，通过配套掩模板将晶圆中心位置遮挡，漏出边缘区域；通过曝光机对晶圆边缘漏出区域进行定向曝光；用显影液对曝光后的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆边缘区域进行显影，去除该区域的光刻胶，露出边缘相应区域的面铜，及铜凸点或铜凸块；
当曝光区域选择晶圆的边缘距离为5-10mm时，可以达到减少芯片损失数量，最大程度上确保产品良率的目的；
步骤3，将边缘露出面铜，及铜凸点或铜凸块的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆进行等离子干法去胶，进一步削减整个图形面的胶层厚度，实现彻底去除边缘光刻胶的目的；
步骤4，将去胶后的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆整片浸泡在铜腐蚀液中，可实现边缘5-10mm面铜，及铜凸点或铜凸块的去除，其中铜腐蚀液为过硫酸钠、硫酸铜和硫酸的混合溶液，过硫酸钠的浓度为100-120g/L，硫酸铜的浓度为5-8g/L，硫酸的浓度为30-50g/L，在该铜腐蚀液下，浸泡的时间为1.0-1.5h，过硫酸钠、硫酸铜和硫酸通通过氧化和溶解作用实现了对面铜，及铜凸点或铜凸块的一步步腐蚀；
步骤5，使用去胶液去除TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆表面的光刻胶；
步骤6，对TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆的背面进行减薄，将最终厚度控制在一定范围内，这样便使晶圆的硬翘曲转化为软翘曲；
为有效控制翘曲晶圆在化学机械抛光工艺过程中产生碎片问题，减薄厚度控制在400-450μm；
上述步骤完成后即可进行TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆图形面的化学机械抛光工艺。
下面仅以边缘5mm曝光和400μm减薄厚度为代表例进行说明，因此可以代表本发明的方案和技术效果，具体的，包括如下步骤，
步骤1，如图1所示，通过在TSV盲孔电镀后的翘曲晶圆的图形面喷涂一层正性光刻胶，保证喷涂的胶层厚度足以覆盖电镀后的面铜及铜凸点；
步骤2，通过配套掩模板，对晶圆边缘5mm区域进行曝光，如图2所示，用显影液对曝光后的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆边缘5mm区域进行显影，去除该区域的光刻胶，露出边缘5mm面铜及铜凸点；
步骤3，如图3所示，将边缘露出的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆进行等离子干法去胶，进一步削减整面的胶层厚度，实现彻底去除边缘光刻胶的目的；
步骤4，如图4所示，将去胶后的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆整片浸泡入在铜腐蚀液中1h，其中铜腐蚀液为过硫酸钠、硫酸铜和硫酸的混合溶液，过硫酸钠的浓度为120g/L，硫酸铜的浓度为6g/L，硫酸的浓度为40g/L，此时腐蚀边缘5mm的电镀铜完全露出下层介质；
步骤5，如图5所示，使用去胶液去除TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆表面的光刻胶；
步骤6，如图6所示，对TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆的背面进行减薄，最终厚度控制在400μm，将晶圆的硬翘曲转化为软翘曲，至此完成了TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理；
将上述得到的软翘曲晶圆进行TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆图形化面的化学机械抛光工艺，如图7所示，最终得到的晶圆保证了化学机械抛光去除的均匀性，规避了设备无法自动上料、晶圆裂片、漏电流偏大、抛光垫异常损坏或损耗的风险。

Claims (10)

1.TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，先在TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆的图形面喷涂一层光刻胶，再将所述晶圆的中心位置遮挡后进行定向曝光，该晶圆未曝光的区域为边缘区域，最后去除该晶圆边缘区域的光刻胶；
步骤2，将步骤1得到的晶圆去胶处理后浸泡在腐蚀液中，得到去除面铜，以及铜凸点或铜凸块的晶圆；
步骤3，将步骤2得到的晶圆图形面的光刻胶去除，并对所得晶圆的背面进行减薄处理，完成TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理。
2.根据权利要求1所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤1中所述的光刻胶为正性光刻胶。
3.根据权利要求1所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤1中所述边缘区域的尺寸为5-10mm。
4.根据权利要求1所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤2中，采用等离子干法将步骤1得到的晶圆去胶。
5.根据权利要求1所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤2中，所述的腐蚀液为过硫酸钠、硫酸铜和硫酸的混合溶液。
6.根据权利要求5所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，所述的腐蚀液中过硫酸钠的浓度为100-120g/L，硫酸铜的浓度为5-8g/L，硫酸的浓度为30-50g/L。
7.根据权利要求6所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤2中，去胶处理后的晶圆浸泡在所述腐蚀液中的时间为1.0-1.5h。
8.根据权利要求1所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤2中，去胶处理后的晶圆浸泡腐蚀液后，边缘区域的电镀铜露出下层介质。
9.根据权利要求1所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤3中，使用去胶液对步骤2得到的晶圆图形面的光刻胶进行去除。
10.根据权利要求1所述的TSV盲孔电镀铜硬翘曲晶圆化学机械抛光前的预处理方法，其特征在于，步骤3中，减薄处理后晶圆的厚度为400-450μm。
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