背面穿硅通孔与金属连线制法、和背面用的光掩模制法

背面穿硅通孔与金属连线制法、和背面用的光掩模制法
【专利摘要】本发明涉及背面穿硅通孔与金属连线制法、和背面用的光掩模制法。背面穿硅通孔与金属连线制法包括：将具有穿孔中间制作技术制得的穿硅通孔的半导体基板的正面形成一凸块并与载板结合、将半导体基板的背面薄化以露出穿硅通孔、于半导体基板的背面涂布光敏性介电层、将光敏性介电层图案化而具有开口露出穿硅通孔、形成凸块下金属层、于凸块下金属层上形成金属层、形成背面金属连线层图案、移除多余的凸块下金属层、以及将半导体基板与载板分开。将光敏性介电层图案化以具有开口露出穿硅通孔的方式，可经由利用背面用的光掩模达成。背面用的光掩模的穿硅通孔位置相关图案可经由利用半导体基板正面图案的镜像来获得。工艺处理温度低，整体工艺便利。
【专利说明】背面穿硅通孔与金属连线制法、和背面用的光掩模制法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集成电路的制法，特别涉及一种背面(backside)穿硅通孔(through silicon via, TSV)与金属连线(metal link)的制法、和背面(backside)用的光掩模(photomask)的制法。
【背景技术】
[0002]穿硅通孔是一种贯穿硅基材的导体结构，缩短芯片电极间的互连。采用这种方式可以大幅缩小芯片尺寸，提高芯片的晶体管密度，改善层间电气互联性能，提升芯片运行速度，降低芯片的功耗。现有技术的制造穿硅通孔结构的方法有穿孔优先制作(Via-First)、穿孔中间制作(Via-Middle)、或穿孔最后制作(Via-Last)技术。而形成背面连接的背面工艺仍需要较低的处理温度、较低的成本、以及与后段兼容的制造程序。
[0003]在一现有技术中，请参阅图1，在形成穿硅通孔结构2及进行晶片4薄化工艺后，于晶片4背面6沉积介电层8，进行微影与蚀刻工艺后，将介电层8蚀刻而图案化，由图案化介电层8的开口露出穿硅通孔结构2，进行金属镀层而于开口中填入金属层，并使金属层继续形成于介电层8上，及对介电层8上方的金属层进行蚀刻，形成晶片4的背面金属连线(backside metal link)10。对于沉积介电层所使用的温度有所限制，以避免损害已经在晶片4上形成的元件。

【发明内容】

[0004]本发明于是提供一种制造背面穿硅通孔与金属连线的方法，以解决先前工艺不够的方法。
[0005]根据本发明的一个优选实施例，本发明披露一种制造背面(backside)穿娃通孔与金属连线的方法。包括下述步骤。首先，进行穿孔中间制作工艺以于半导体基板中形成穿硅通孔结构。其次，于半导体基板的正面形成凸块(bump)。然后，将半导体基板与载板(carrier)结合。将半导体基板的背面薄化(thinning)以露出穿娃通孔结构。然后,于半导体基板的背面涂布光敏性(photosensitive)介电层。将光敏性介电层图案化而使它具有开口而露出穿娃通孔结构。然后，形成凸块下金属层(under bump metal)。然后，于凸块下金属层上形成一金属层，填满开口并覆盖于光敏性介电层上方。将金属层图案化形成背面金属连线。移除凸块下金属层。将半导体基板与载板分开。
[0006]根据本发明的另一个优选实施例，本发明披露一种制作背面用的光掩模的方法。包括下述步骤。首先，以上视图的视角获得半导体基板正面的穿硅通孔结构形状与位置及金属连线形状与位置的第一图案。然后，将第一图案取一镜像，产生以半导体基板背面的视角来看，穿硅通孔结构形状与位置和金属连线形状与位置的第二图案。然后，依据第二图案制作背面用的光掩模。
[0007]于根据本发明的制造背面穿硅通孔与金属连线的方法中，因为使用光敏性介电层取代以化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)艺形成的介电层,所以处理温度可较低，可与后段工艺相容且便利。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1例示一现有技术背面穿硅通孔与背面金属连线的结构的示意剖视图。
[0009]图2到图9例示根据本发明的制造背面穿硅通孔与金属连线的方法的实施例的示意剖视图。
[0010]图10例示于本发明中使用的背面用的光掩模的实施例的示意上视图。
[0011]其中，附图标记说明如下:
[0012]2 穿硅通孔结构4晶片
[0013]6 背面8介电层
[0014]10 背面金属连线20半导体基板
[0015]22 元件24 穿硅通孔结构
[0016]26 绝缘衬层 28导电层
[0017]30 正面 32凸块
[0018]34 载板 36黏着层
[0019]38 背面 40光敏性介电层
[0020]42 光掩模 43光线
[0021]44 开口 46凸块下金属层
[0022]48 金属层 48a金属连线层图案
[0023]50 光掩模 52穿硅通孔图案
[0024]54 金属连线图案
【具体实施方式】
[0025]图2至图9例示本发明于制造背面穿硅通孔与金属连线的方法的优选实施例。首先，请参考图2，提供半导体基板20。半导体基板20包括例如一硅层，但不限于此。有一些元件22,例如金氧半导体(metal-oxide-semiconductor, M0S)元件，已经形成于半导体基板20中或上。进行穿中间制作工艺，以于半导体基板20中形成穿硅通孔结构24。穿硅通孔结构24可包括绝缘衬层(insulation liner)26及导电层28。可于绝缘衬层26及导电层28间另包括阻障层。可利用例如现有技术形成穿硅通孔结构24。然后，请参考图3，于半导体基板20的正面30形成凸块32。将半导体基板20与载板34结合。可利用例如现有技术的黏着层36使二者黏合。
[0026]然后，请参考图4，将半导体基板20的背面薄化以露出穿硅通孔结构24。可利用例如现有技术如化学机械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)工艺进行薄化。
[0027]然后，请参考图5，于半导体基板20的背面38涂布光敏性介电层40。将光敏性介电层40图案化(patterning),而使它具有开口(opening)而露出穿娃通孔结构24。光敏性介电层40可包括例如聚酰亚胺(p0lyimide，PI)。涂布的方法可为旋涂布，形成旋涂式介电质(spin on dielectric, SOD)。
[0028]将光敏性介电层40图案化而使它具有一开口而露出穿硅通孔结构24的步骤可包括例如下列步骤。 对半导体基板20的背面38进行背面对准，以获取穿硅通孔结构24的位置。使用一背面用的光掩模42，位置与穿硅通孔结构24位置互相对准，通过背面用的光掩模42对光敏性介电层40照射光线43，以进行曝光。将光敏性介电层40显影，例如照射到光线处可被移除，形成开口(请参考图6的开口 44)，露出穿硅通孔结构24。可视情况，对半导体基板20进行湿式清洗。
[0029]然后,请参考图6,进行金属派射(sputtering)工艺,于光敏性介电层40及穿娃通孔结构24上形成凸块下金属层46。可使用的金属包括例如铜。
[0030]然后，请参考图7，进行金属镀层，例如电镀或溅射，于凸块下金属层46上形成金属层48,使金属层48不仅填满如图6所不的开口 44,还覆盖在光敏性介电层40上方。金属层48材料可包括铜。
[0031]然后，请参考图8，对金属层48进行图案化，例如覆盖图案化的掩模(mask)，例如图案化光致抗蚀刻层，进行蚀刻，以形成背面金属连线层图案48a。移除光致抗蚀刻层。金属连线层图案48a即包括背面金属连线和填入如图6所示的开口 44的背面穿硅通孔二个部分。
[0032]然后，请参考图9，移除凸块下金属层46多余的部分。将半导体基板20与载板34分开。可进一步移除黏着层36及凸块32。
[0033]再者，制作背面用的光掩模的方法，可包括下述步骤。以一上视图的视角，画出半导体基板正面的穿硅通孔形状与位置及预定的金属连线形状与位置的第一图案。将第一图案取镜像，产生对半导体基板背面的视角来看的穿硅通孔形状与位置和预定的金属连线形状与位置的第二图案。根据第二图案，以例如公知的技术来制作背面用的光掩模，使它具有对应于第二图案的图案，以便使光线通过它投射到标的物后，可以形成第二图案。图10例示使用依据本发明的制造背面用的光掩模的方法制得的背面用的光掩模50，具有穿硅通孔图案52及金属连线图案54。
[0034]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种制造背面穿硅通孔与金属连线的方法，其特征在于: 进行一穿孔中间制作工艺以于一半导体基板中形成一穿硅通孔结构； 于该半导体基板的正面形成一凸块； 将该半导体基板与一载板结合； 将该半导体基板的背面薄化以露出该穿硅通孔结构； 于该半导体基板的背面涂布一光敏性介电层； 将该光敏性介电层图案化而形成一开口而露出该穿硅通孔结构； 形成一凸块下金属层； 于该凸块下金属层上形成一金属层，填满该开口并覆盖于该光敏性介电层上方； 将该金属层图案化形成一背面金属连线； 移除多余的该凸块下金属层；以及 将该半导体基板与该载板分开。
2.根据权利要求1的制造背面穿硅通孔与金属连线的方法，其特征在于: 将该光敏性介电层图案化而形成该开口而露出该穿硅通孔结构的步骤包括下列步骤: 进行背面对准以取得穿硅通孔结构位置， 通过一与该穿硅通孔结构位置对准的光掩模对该光敏性介电层曝光，及 将该光敏性介电层显影，形成该开口以露出该穿硅通孔结构。
3.根据权利要求1的制造背面穿硅通孔与金属连线的方法，其特征在于: 于将该半导体基板的背面薄化以露出该穿硅通孔结构的步骤后，还包括: 对该半导体基板进行湿式清洗。
4.根据权利要求2的制造背面穿硅通孔与金属连线的方法，其特征在于: 以下述步骤制作该光掩模: 以一上视图的视角画出该半导体基板的穿硅通孔结构形状与位置及预定该背面金属连线形状与位置的第一图案； 将该第一图案取一镜像，以产生对该半导体基板背面的视角来看，该穿硅通孔结构形状与位置和预定该背面金属连线形状与位置的第二图案；以及根据该第二图案制作该光掩模。
5.根据权利要求1的制造背面穿硅通孔与金属连线的方法，其特征在于: 该金属层包括铜。
6.一种制作背面用的光掩模的方法，其特征在于: 以一上视图的视角获得一半导体基板正面的穿硅通孔结构形状与位置及一预定的背面金属连线形状与位置的第一图案； 将该第一图案取一镜像，产生由该半导体基板背面的视角来看，该穿硅通孔结构形状与位置和该预定的背面金属连线形状与位置的第二图案；以及根据该第二图案制作该背面用的光掩模。
【文档编号】G03F1/38GK103779266SQ201210404030
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月22日 优先权日:2012年10月22日
【发明者】陈逸男, 徐文吉, 叶绍文, 刘献文 申请人:南亚科技股份有限公司