硅通孔的拋光方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種硅通孔的拋光方法，所述硅通孔的拋光方法包括：提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上具有硅通孔，所述半導(dǎo)體基底上覆蓋有一銅層，所述銅層填充所述硅通孔；對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光；對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力。本發(fā)明的硅通孔的拋光方法，分步對(duì)所述銅層進(jìn)行拋光，并減小所述第二拋光的底下壓力，可以減小對(duì)銅的研磨率，從而可以減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，從而提高器件的電學(xué)性能。
【專利說明】硅通孔的拋光方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種硅通孔的拋光方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求向小型化、多功能、環(huán)保型等方向的發(fā)展，人們努力尋求將電子系統(tǒng)越做越小，集成度越來越高，功能越做越多。由此產(chǎn)生了許多新技術(shù)、新材料和新設(shè)計(jì)，例如，疊層芯片封裝技術(shù)以及系統(tǒng)級(jí)封裝等技術(shù)就是這些技術(shù)的典型代表。前者簡(jiǎn)稱3D封裝技術(shù)，是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個(gè)封裝體內(nèi)于垂直方向疊放兩個(gè)以上芯片的封裝技術(shù)。
[0003]在眾多的3D封裝技術(shù)中，娃通孔(Through-Silicon Via,簡(jiǎn)稱TSV)技術(shù)為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，TSV技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì):互連長(zhǎng)度可以縮短到與芯片厚度相等，采用垂直堆疊的邏輯模塊取代水平分布的邏輯模塊；顯著減小RC延遲和電感效應(yīng)，提高數(shù)字信號(hào)傳輸速度和微波的傳輸；實(shí)現(xiàn)高密度、高深寬比的連接。
[0004]在TSV的制作過程中，一般需要經(jīng)歷刻蝕、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍銅、化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)等多個(gè)復(fù)雜工藝步驟。但是，由于TSV的深寬比較大，所以在進(jìn)行電鍍銅工藝后，在通孔上方的銅表面會(huì)出現(xiàn)的填充圓環(huán)，如圖1所示，所述半導(dǎo)體基底100上具有硅通孔110，所述半導(dǎo)體基底100上覆蓋有一銅層200，所述銅層200填充所述硅通孔110，所述銅層200上方的銅表面會(huì)具有的填充圓環(huán)210，圖2為所述填充圓環(huán)210的掃面電子圖片，再經(jīng)過CMP工藝之后，所述填充圓環(huán)的位置會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的凹痕缺陷，從而影響器件的電學(xué)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種硅通孔的拋光方法，能夠減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，從而提高器件的電學(xué)性能。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，一種硅通孔的拋光方法，包括:
[0007]提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上具有硅通孔，所述半導(dǎo)體基底上覆蓋有一銅層，所述銅層填充所述硅通孔；
[0008]對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光；
[0009]對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力。
[0010]進(jìn)一步的，在所述對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光步驟之后，還包括:對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火工藝。
[0011]進(jìn)一步的，所述退火工藝包括:
[0012]進(jìn)行第一升溫，升溫到第一溫度后，保持第一時(shí)間；
[0013]進(jìn)行第二升溫，升溫到第二溫度后，保持第二時(shí)間；
[0014]進(jìn)行自然冷卻。
[0015]進(jìn)一步的，所述第一升溫的升溫速率為0.5°C /min?1.5°C /min，所述第一溫度為140°C?160°C，所述第一時(shí)間為2min?lOmin。
[0016]進(jìn)一步的，所述第二升溫的升溫速率為2.5°C/min?3.5°C/min，所述第二溫度為290°C?310°C，所述第二時(shí)間為20min?2h。
[0017]進(jìn)一步的,所述第一拋光和所述第二拋光在同一拋光墊上進(jìn)行拋光。
[0018]進(jìn)一步的，所述第一拋光通過終點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制拋光終點(diǎn)。
[0019]進(jìn)一步的，所述第一拋光的研磨衆(zhòng)料流速為100ml/min?200ml/min。
[0020]進(jìn)一步的,所述第一拋光的底下壓力為2psi?5psi。
[0021]進(jìn)一步的，所述第一拋光的轉(zhuǎn)速為50rpm?lOOrpm。
[0022]進(jìn)一步的，所述第二拋光包括第二主拋光和第二過拋光，所述第二主拋光通過終點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制拋光終點(diǎn)，所述第二過拋光通過拋光時(shí)間控制拋光終點(diǎn)。
[0023]進(jìn)一步的，所述第二主拋光和第二過拋光的研磨衆(zhòng)料流速均為100ml/min?200ml/mino
[0024]進(jìn)一步的，所述第二主拋光和第二過拋光的底下壓力均為0.5psi?2psi。
[0025]進(jìn)一步的，所述第二主拋光和第二過拋光的轉(zhuǎn)速均為50rpm?lOOrpm。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的硅通孔的拋光方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]1、在所述硅通孔的拋光方法中，先對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光，再對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力，與現(xiàn)有技術(shù)相比，分步對(duì)所述銅層進(jìn)行拋光，并減小所述第二拋光的底下壓力，可以減小對(duì)銅的研磨率，從而可以減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，從而提高器件的電學(xué)性能。
[0028]2、在所述硅通孔的拋光方法中，在所述對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光步驟之后，還包括對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火工藝，較佳的，所述退火工藝為分步升溫后自然退火，可以進(jìn)一步減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，以進(jìn)一步提高器件的電學(xué)性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中硅通孔進(jìn)行電鍍銅工藝后銅表面填充圓環(huán)的示意圖；
[0030]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中所述填充圓環(huán)的掃面電子圖片；
[0031]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中硅通孔的凹痕缺陷的示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中硅通孔的拋光方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的硅通孔的拋光方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0034]為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0035]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0036]本發(fā)明的核心思想在于，提供一種硅通孔的拋光方法，所述硅通孔的拋光方法先對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光，再對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力，與現(xiàn)有技術(shù)相比，分步對(duì)所述銅層進(jìn)行拋光，并減小所述第二拋光的底下壓力，可以減小對(duì)銅的研磨率，從而可以減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，從而提高器件的電學(xué)性能。
[0037]結(jié)合上述核心思想，本發(fā)明提供的硅通孔的拋光方法，包括:
[0038]步驟S11，提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上具有硅通孔，所述半導(dǎo)體基底上覆蓋有一銅層，所述銅層填充所述硅通孔；
[0039]步驟S12，對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光；
[0040]步驟S13，對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力。
[0041]以下請(qǐng)結(jié)合圖4，具體說明本發(fā)明的硅通孔的拋光方法。其中，圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中硅通孔的拋光方法的流程圖。
[0042]首先，如圖4所示，進(jìn)行步驟S11，提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上具有硅通孔，所述半導(dǎo)體基底上覆蓋有一銅層，所述銅層填充所述硅通孔，由于所述硅通孔的深寬比較大，所以，所述銅層上方的銅表面會(huì)具有的填充圓環(huán)。
[0043]然后，進(jìn)行步驟S12，對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光，以去除大部分的所述銅層，例如去除70%?90%的所述銅層。較佳的，所述第一拋光通過終點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制拋光終點(diǎn)，所述拋光終點(diǎn)由具體的工藝制程決定，例如，在本實(shí)施例中，所述拋光終點(diǎn)為去除80%的所述銅層。
[0044]較佳的，所述第一拋光的研磨衆(zhòng)料流速為100ml/min?200ml/min,優(yōu)選為150ml/min。所述第一拋光的底下壓力(downforce)為 2psi ?5psi (Pounds per square inch,磅/平方英寸)，例如，在本實(shí)施例中，進(jìn)行所述第一拋光的拋光墊具有三個(gè)腔，則該三個(gè)腔的底下壓力為4.2ps1、4.6psi和2.5psi。但進(jìn)行所述第一拋光的拋光墊并不限于具有三個(gè)腔，也可以只有一個(gè)腔，亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。較佳的，所述第一拋光的轉(zhuǎn)速為50rpm?10rpm,例如,在本實(shí)施例中，所述拋光墊和研磨頭都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，貝U所述拋光墊的轉(zhuǎn)速為87rpm，所述研磨頭的轉(zhuǎn)速為93rpm。但進(jìn)行所述第一拋光并不限于所述拋光墊和研磨頭都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以只有所述拋光墊轉(zhuǎn)動(dòng)，亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。
[0045]接著，進(jìn)行步驟S13，對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力。在本實(shí)施例中，所述第一拋光和所述第二拋光在同一拋光墊上進(jìn)行拋光，所述第一拋光和所述第二拋光均在第一拋光墊上進(jìn)行拋光，以節(jié)約工藝流程。
[0046]較佳的，所述第二拋光包括第二主拋光和第二過拋光，所述第二主拋光通過終點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制拋光終點(diǎn)，以控制將主要區(qū)域的所述銅層去除完全，所述第二過拋光通過拋光時(shí)間控制拋光終點(diǎn)，以控制將部分區(qū)域的所述銅層去除完全，其中，所述第二主拋光和所述第二過拋光的所述拋光終點(diǎn)由具體的工藝制程決定，例如，在本實(shí)施例中，所述第二主拋光的拋光終點(diǎn)為所述拋光液的變化小于80%，所述第二過拋光的拋光時(shí)間2min，具體不做限制。較佳的，所述第二主拋光和第二過拋光的研磨衆(zhòng)料流速為100ml/min?200ml/min,優(yōu)選為150ml/min。所述第二主拋光和第二過拋光的底下壓力為0.5psi?2psi,例如,在本實(shí)施例中，進(jìn)行所述第二主拋光和第二過拋光的拋光墊具有三個(gè)腔，則該三個(gè)腔的底下壓力為1.7ps1、l.7psi和1.0psi。但進(jìn)行所述第二主拋光和第二過拋光的拋光墊并不限于具有三個(gè)腔，也可以只有一個(gè)腔，亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。較佳的，所述第二主拋光和第二過拋光的轉(zhuǎn)速為50rpm?10rpm,例如,在本實(shí)施例中，所述拋光墊和研磨頭都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，貝Ij所述拋光墊的轉(zhuǎn)速為87rpm,所述研磨頭的轉(zhuǎn)速為93rpm。但進(jìn)行所述第二主拋光和第二過拋光并不限于所述拋光墊和研磨頭都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以只有所述拋光墊轉(zhuǎn)動(dòng)，亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。
[0047]在本實(shí)施例中，在步驟S13之后，還包括:對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火工藝。具體的，所述退火工藝包括:
[0048]進(jìn)行第一子部:進(jìn)行第一升溫，升溫到第一溫度后，保持第一時(shí)間。較佳的，所述第一升溫的升溫速率為0.50C /min?1.5°C /min，優(yōu)選為1°C /min，所述第一溫度為140°C?160°C,優(yōu)選為150°C,所述第一時(shí)間為2min?1min,優(yōu)選為5min。
[0049]進(jìn)行第二子部:進(jìn)行第二升溫，升溫到第二溫度后，保持第二時(shí)間。較佳的，所述第二升溫的升溫速率為2.50C /min?3.5°C /min，優(yōu)選為3°C /min，所述第二溫度為290°C?310°C，優(yōu)選為300°C，所述第二時(shí)間為20min?2h，優(yōu)選為lh。
[0050]進(jìn)行第三子部:進(jìn)行自然冷卻。
[0051]經(jīng)過上述退火工藝后，可以進(jìn)一步減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，以進(jìn)一步提高器件的電學(xué)性能。
[0052]綜上所述，本發(fā)明提供一種硅通孔的拋光方法，包括:提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上具有硅通孔，所述半導(dǎo)體基底上覆蓋有一銅層，所述銅層填充所述硅通孔；對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光；對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力。
[0053]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的硅通孔的拋光方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0054]1、在所述硅通孔的拋光方法中，先對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光，再對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層，其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力，與現(xiàn)有技術(shù)相比，分步對(duì)所述銅層進(jìn)行拋光，并減小所述第二拋光的底下壓力，可以減小對(duì)銅的研磨率，從而可以減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，從而提高器件的電學(xué)性能。
[0055]2、在所述硅通孔的拋光方法中，在所述對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光步驟之后，還包括對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火工藝，較佳的，所述退火工藝為分步升溫后自然退火，可以進(jìn)一步減少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，以進(jìn)一步提高器件的電學(xué)性能。
[0056]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種娃通孔的拋光方法，包括: 提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上具有硅通孔，所述半導(dǎo)體基底上覆蓋有一銅層，所述銅層填充所述硅通孔； 對(duì)所述銅層進(jìn)行第一拋光； 對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光，以形成銅導(dǎo)線層；其中，所述第二拋光的底下壓力小于所述第一拋光的底下壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，在所述對(duì)所述銅層進(jìn)行第二拋光步驟之后，還包括:對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火工藝。
3.如權(quán)利要求2所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述退火工藝包括: 進(jìn)行第一升溫，升溫到第一溫度后，保持第一時(shí)間； 進(jìn)行第二升溫，升溫到第二溫度后，保持第二時(shí)間； 進(jìn)行自然冷卻。
4.如權(quán)利要求3所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述第一升溫的升溫速率為0.5°C /min?1.5°C /min,所述第一溫度為140°C?16CTC ,所述第一時(shí)間為2min?lOmin。
5.如權(quán)利要求3所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述第二升溫的升溫速率為2.50C /min?3.5°C /min，所述第二溫度為290°C?310°C，所述第二時(shí)間為20min?2h。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的娃通孔的拋光方法,其特征在于,所述第一拋光和所述第二拋光在同一拋光墊上進(jìn)行拋光。
7.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的娃通孔的拋光方法,其特征在于,所述第一拋光通過終點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制拋光終點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述第一拋光的研磨楽■料流速為100ml/min?200ml/min。
9.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的娃通孔的拋光方法,其特征在于,所述第一拋光的底下壓力為2psi?5psi。
10.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的娃通孔的拋光方法,其特征在于,所述第一拋光的轉(zhuǎn)速為50rpm?lOOrpm。
11.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述第二拋光包括第二主拋光和第二過拋光，所述第二主拋光通過終點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制拋光終點(diǎn)，所述第二過拋光通過拋光時(shí)間控制拋光終點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求11所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述第二主拋光和第二過拋光的研磨衆(zhòng)料流速均為100ml/min?200ml/min。
13.如權(quán)利要求11所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述第二主拋光和第二過拋光的底下壓力均為0.5psi?2psi。
14.如權(quán)利要求11所述的硅通孔的拋光方法，其特征在于，所述第二主拋光和第二過拋光的轉(zhuǎn)速均為50rpm?lOOrpm。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104425353SQ201310365548
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】許金海, 丁宇杰 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司