Cis产品tsv孔底部pad表面绝缘层的刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，器件互连密度不断提高。尤其是CIS产品，像素越来越大，从最初的百万级到现在的千万级，这样传统的二维封装已经不能满足业界的需求，因此基于TSV垂直互连的叠层封装方式以其短距离互连和高密度集成的关键技术优势，逐渐引领了封装技术发展的趋势。
[0003]TSV技术包括如下的关键工艺:通孔蚀刻，制作绝缘层，通孔填充，芯片减薄与堆叠等。其中制作绝缘层是不可被忽视的一步，这直接影响了 TSV的互联特性。传统的绝缘层制作一般是利用PECVD的方式在通孔内直接沉积绝缘材料，这样本来应该用作互联的PAD金属也被绝缘层覆盖住，因此必须利用后续刻蚀工艺对其表面进行绝缘层移除。
[0004]目前业界主要利用干法蚀刻的方式对PAD表面进行绝缘层去除，一般流程包括:光阻涂布，曝光显影以及刻蚀等。这里会涉及到如下问题:
1)光阻涂布工艺一般利用喷胶的方式进行，此种方式会导致TSV孔底部，侧壁和上面开口的边缘部位的光阻厚度不一致，以至于在后续刻蚀工艺中不该被刻蚀的区域尤其是TSV孔上部开口的边上因为光阻挡不住造成损伤；
2)随着TSV孔的深度越来越深，孔径越来越小，因此TSV孔底部PAD上面的曝光和显影会变得越来越困难，并且显影后也很难检测底部是否显影完全，而一旦有光阻残留在PAD表面的绝缘层上，那么此次的绝缘层移除就会失败，最终导致互联的失效。
[0005]针对这个问题，目前业界针对深宽比小的简单TSV工艺逐渐尝试不用曝光显影工艺，直接进行干法刻蚀，由于绝缘层沉积时存在负载效应，因此TSV孔底部、侧壁、上开口处与晶圆背面的绝缘层厚度都不一样，尤其是TSV孔底部PAD表面的绝缘层厚度与晶圆背面的差异较大，因此利用合适的干法刻蚀工艺可以使TSV底部绝缘层移除，还能在晶圆背部表面剩余适当厚度绝缘层。
干法刻蚀同样存在负载效应，即晶圆背表面刻蚀速率快，TSV孔底部刻蚀速率慢，而为了保证TSV孔底部绝缘层被完全移除，就需要对TSV孔底部进行过刻蚀，而过刻蚀同样会加快晶圆背表面的绝缘层的去除率，最终可能导致晶圆背表面某些区域尤其是TSV孔上部开口边上的绝缘层被刻蚀掉，使绝缘失效，增加上表面覆盖绝缘层的厚度，则TSV孔底部绝缘层厚度也会增加，增大了刻蚀工艺的难度。
【发明内容】
[0006]针对这个问题，本发明提供了一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，可以利用较强的过刻蚀工艺保证TSV孔底部PAD表面绝缘层被成功刻蚀，又有效避免了晶圆背表面的绝缘层被破坏，本发明工艺简单，省去了工艺难度较高的黄光工艺，降低了刻蚀难度，节省了工艺成本。
[0007]一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其包括以下步骤:
(1)、在晶圆背表面沉积第一绝缘层；
(2)、通过黄光和蚀刻工艺刻蚀出TSV孔；
(3)、在TSV孔内和第一上沉积第二绝缘层；
(4)、对开TSV孔的一面进行整面刻蚀，将孔内PAD上面绝缘层去除。
[0008]其进一步改进在于:步骤(1)、步骤(3)中，所述第一绝缘层为具有绝缘能力的无机氧化物或者有机绝缘物质膜；所述无机氧化物为氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物；所述绝缘物质膜为涂布光阻、电泳漆、高分子薄膜、干膜；
步骤(2)中，黄光工艺包括光阻涂布、曝光显影工艺，刻蚀采用干法刻蚀；
步骤(4)中，整面刻蚀为干法刻蚀；
第一绝缘层的刻蚀速率与晶圆体的刻蚀速率一致；
第一绝缘层与第二绝缘层采用不同的材料。
[0009]本发明所述的CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法的有益效果是:
1)本发明中两次沉积的绝缘层厚度可以单独调节，且可以是不同材质的薄膜，这样在后续的PAD表面绝缘层去除中，就可以利用选择比不同的蚀刻工艺来对PAD表面绝缘层进行过蚀刻且不用担心晶圆背表面绝缘层被破坏；
2)省去了工艺难度较高的黄光工艺，节省了工艺成本；
3)TSV孔上开口边上有绝缘层保护，保护了下面的硅面的TSV孔的上开口边缘，使其不至于在干法刻蚀中被损伤到。
【附图说明】
[0010]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1为CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法流程图；
图2为晶圆背表面沉积第一绝缘层示意图；
图3为晶圆上刻蚀出TSV示意图；
图4为在TSV孔内和第一绝缘层上沉积第二绝缘层示意图；
图5为开TSV孔的一面进行整面刻蚀示意图；
图6为PAD上面绝缘层去除示意图。
【具体实施方式】
[0012]以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0013]图1所示为本发明所涉及的CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法流程图。
[0014]本发明一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其包括如下具体步骤:
(I)、见图2，对要刻蚀TSV孔的晶圆I面先沉积一层第一绝缘层2 ；
对要开孔的TSV晶圆面先沉积一层第一绝缘层，该绝缘层可以是通过气相或液相沉积法沉积的氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物等具有绝缘能力的无机氧化物，也可以是涂布光阻、电泳漆、高分子薄膜、干膜等有机绝缘物质膜；
薄膜厚度一般在10nm~10um，此处的第一绝缘层薄膜材料在TSV孔的刻蚀工艺中的刻蚀速率跟硅的刻蚀速率基本一致，这样在TSV孔的刻蚀中(见图3所示)，刻蚀气体可以不用做转换，刻出的TSV孔内壁不会出现较明显的分界面；但是该绝缘层材料跟第二次沉积在TSV孔内的绝缘层最好不一样，且两种绝缘层对后续TSV孔底部PAD表面绝缘层移除工艺中的干法刻蚀有较大的选择比。
[0015](2)、见图3，通过黄光和蚀刻工艺刻蚀出TSV孔3，
用光刻和干法刻蚀工艺对沉积有第一绝缘层2的晶圆I面进行TSV孔3刻蚀，使PAD4金属显露出来，黄光包括光阻涂布、曝光显影等工艺，刻蚀采用干法刻蚀；
(3)、见图4，TSV孔3内和第一绝缘层上沉积第二绝缘层5，在晶圆I表面，TSV孔3侧壁以及TSV孔3底部沉积一层第二绝缘层5，该绝缘层可以是氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物等具有绝缘能力的无机氧化物，也可以是涂布光阻、电泳漆、高分子薄膜、干膜等有机绝缘物质膜；
(4)、见图5、图6，对开TSV孔3的一面进行整面刻蚀，将TSV孔3内PAD4上面第二绝缘层5去除。
[0016]直接对TSV孔3的一面进行干法刻蚀，去除PAD4上面第二绝缘层5，使PAD4露出。为了保证第二绝缘层能够被成功移除，此处应保证干法刻蚀的过蚀刻时间。因此此处绝缘层跟第一次沉积的绝缘层最好有较高的刻蚀比，这样才能保证在此次绝缘层刻蚀中，晶圆上表面的第一绝缘层能够不受损伤，该步骤中不采用黄光工艺，较好地节约了工艺成本。
[0017]该步骤最终结果如图6所示，PAD表面的绝缘层被成功刻蚀掉，TSV孔内壁不受干法刻蚀的影响，而晶圆表面的第二层绝缘层可能会剩下，也可能会被完全剥去，最终在做背部互联工艺时起绝缘作用的是第一次沉积的第一绝缘层。
[0018]本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0019]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0020]图4中，6为负载晶圆。
【主权项】
1.一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于:其包括以下步骤: (1)、在晶圆背表面沉积第一绝缘层； (2)、通过黄光和蚀刻工艺刻蚀出TSV孔； (3)、在TSV孔内和第一上沉积第二绝缘层； (4)、对开TSV孔的一面进行整面刻蚀，将孔内PAD上面绝缘层去除。
2.根据权利要求1所述的一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为具有绝缘能力的无机氧化物或者有机绝缘物质膜。
3.根据权利要求2所述的一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于，所述无机氧化物为氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物。
4.根据权利要求2所述的一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于，所述绝缘物质膜为涂布光阻、电泳漆、高分子薄膜、干膜。
5.根据权利要求1所述的一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于，步骤(2)中，黄光工艺包括光阻涂布、曝光显影工艺，刻蚀采用干法刻蚀。
6.根据权利要求1所述的一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于，步骤(4)中，整面刻蚀为干法刻蚀。
7.根据权利要求1所述的一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于，第一绝缘层的刻蚀速率与晶圆体的刻蚀速率一致。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其特征在于，第一绝缘层与第二绝缘层采用不同的材料。
【专利摘要】本发明提供了一种CIS产品TSV孔底部PAD表面绝缘层的刻蚀方法，其包括以下步骤：（1）、晶圆背部TSV孔刻蚀前，先沉积一层第一绝缘层；（2）、然后继续TSV孔的光刻和干法刻蚀工艺，刻出TSV孔；（3）、沉积TSV孔工艺后续第二绝缘层；（4）、对晶圆背整面进行干法刻蚀，直到将TSV孔底部PAD上面的绝缘层刻蚀完全。本发明的优点在于第一次沉积的第一绝缘层可以为后续的PAD上面的第二绝缘层去除做阻挡层，在后续的对PAD表面第二绝缘层进行过蚀刻时不用担心晶圆背表面第一绝缘层被破坏，省去了工艺难度较高的光刻工艺，节省了工艺成本。
【IPC分类】H01L21-768
【公开号】CN104600026
【申请号】CN201510048223
【发明人】冯光建, 张文奇
【申请人】华进半导体封装先导技术研发中心有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月30日