硅通孔的抛光方法
【专利摘要】本发明揭示了一种硅通孔的抛光方法，所述硅通孔的抛光方法包括：提供半导体基底，所述半导体基底上具有硅通孔，所述半导体基底上覆盖有一铜层，所述铜层填充所述硅通孔；对所述铜层进行第一抛光；对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力。本发明的硅通孔的抛光方法，分步对所述铜层进行抛光，并减小所述第二抛光的底下压力，可以减小对铜的研磨率，从而可以减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，从而提高器件的电学性能。
【专利说明】硅通孔的抛光方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，特别是涉及一种硅通孔的抛光方法。
【背景技术】
[0002]随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多。由此产生了许多新技术、新材料和新设计，例如，叠层芯片封装技术以及系统级封装等技术就是这些技术的典型代表。前者简称3D封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。
[0003]在众多的3D封装技术中，娃通孔(Through-Silicon Via,简称TSV)技术为现在研究的热点，TSV技术具有如下优势:互连长度可以缩短到与芯片厚度相等，采用垂直堆叠的逻辑模块取代水平分布的逻辑模块；显著减小RC延迟和电感效应，提高数字信号传输速度和微波的传输；实现高密度、高深宽比的连接。
[0004]在TSV的制作过程中，一般需要经历刻蚀、等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、电镀铜、化学机械研磨(CMP)等多个复杂工艺步骤。但是，由于TSV的深宽比较大，所以在进行电镀铜工艺后，在通孔上方的铜表面会出现的填充圆环，如图1所示，所述半导体基底100上具有硅通孔110，所述半导体基底100上覆盖有一铜层200，所述铜层200填充所述硅通孔110，所述铜层200上方的铜表面会具有的填充圆环210，图2为所述填充圆环210的扫面电子图片，再经过CMP工艺之后，所述填充圆环的位置会出现如图3所示的凹痕缺陷，从而影响器件的电学性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种硅通孔的抛光方法，能够减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，从而提高器件的电学性能。
[0006]为解决上述技术问题，一种硅通孔的抛光方法，包括:
[0007]提供半导体基底，所述半导体基底上具有硅通孔，所述半导体基底上覆盖有一铜层，所述铜层填充所述硅通孔；
[0008]对所述铜层进行第一抛光；
[0009]对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力。
[0010]进一步的，在所述对所述铜层进行第二抛光步骤之后，还包括:对所述半导体基底进行退火工艺。
[0011]进一步的，所述退火工艺包括:
[0012]进行第一升温，升温到第一温度后，保持第一时间；
[0013]进行第二升温，升温到第二温度后，保持第二时间；
[0014]进行自然冷却。
[0015]进一步的，所述第一升温的升温速率为0.5°C /min?1.5°C /min，所述第一温度为140°C?160°C，所述第一时间为2min?lOmin。
[0016]进一步的，所述第二升温的升温速率为2.5°C/min?3.5°C/min，所述第二温度为290°C?310°C，所述第二时间为20min?2h。
[0017]进一步的,所述第一抛光和所述第二抛光在同一抛光垫上进行抛光。
[0018]进一步的，所述第一抛光通过终点监测控制抛光终点。
[0019]进一步的，所述第一抛光的研磨衆料流速为100ml/min?200ml/min。
[0020]进一步的,所述第一抛光的底下压力为2psi?5psi。
[0021]进一步的，所述第一抛光的转速为50rpm?lOOrpm。
[0022]进一步的，所述第二抛光包括第二主抛光和第二过抛光，所述第二主抛光通过终点监测控制抛光终点，所述第二过抛光通过抛光时间控制抛光终点。
[0023]进一步的，所述第二主抛光和第二过抛光的研磨衆料流速均为100ml/min?200ml/mino
[0024]进一步的，所述第二主抛光和第二过抛光的底下压力均为0.5psi?2psi。
[0025]进一步的，所述第二主抛光和第二过抛光的转速均为50rpm?lOOrpm。
[0026]与现有技术相比，本发明提供的硅通孔的抛光方法具有以下优点:
[0027]1、在所述硅通孔的抛光方法中，先对所述铜层进行第一抛光，再对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力，与现有技术相比，分步对所述铜层进行抛光，并减小所述第二抛光的底下压力，可以减小对铜的研磨率，从而可以减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，从而提高器件的电学性能。
[0028]2、在所述硅通孔的抛光方法中，在所述对所述铜层进行第二抛光步骤之后，还包括对所述半导体基底进行退火工艺，较佳的，所述退火工艺为分步升温后自然退火，可以进一步减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，以进一步提高器件的电学性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为现有技术中硅通孔进行电镀铜工艺后铜表面填充圆环的示意图；
[0030]图2为现有技术中所述填充圆环的扫面电子图片；
[0031]图3为现有技术中硅通孔的凹痕缺陷的示意图；
[0032]图4为本发明一实施例中硅通孔的抛光方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合示意图对本发明的硅通孔的抛光方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0034]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0035]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0036]本发明的核心思想在于，提供一种硅通孔的抛光方法，所述硅通孔的抛光方法先对所述铜层进行第一抛光，再对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力，与现有技术相比，分步对所述铜层进行抛光，并减小所述第二抛光的底下压力，可以减小对铜的研磨率，从而可以减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，从而提高器件的电学性能。
[0037]结合上述核心思想，本发明提供的硅通孔的抛光方法，包括:
[0038]步骤S11，提供半导体基底，所述半导体基底上具有硅通孔，所述半导体基底上覆盖有一铜层，所述铜层填充所述硅通孔；
[0039]步骤S12，对所述铜层进行第一抛光；
[0040]步骤S13，对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力。
[0041]以下请结合图4，具体说明本发明的硅通孔的抛光方法。其中，图4为本发明一实施例中硅通孔的抛光方法的流程图。
[0042]首先，如图4所示，进行步骤S11，提供半导体基底，所述半导体基底上具有硅通孔，所述半导体基底上覆盖有一铜层，所述铜层填充所述硅通孔，由于所述硅通孔的深宽比较大，所以，所述铜层上方的铜表面会具有的填充圆环。
[0043]然后，进行步骤S12，对所述铜层进行第一抛光，以去除大部分的所述铜层，例如去除70%?90%的所述铜层。较佳的，所述第一抛光通过终点监测控制抛光终点，所述抛光终点由具体的工艺制程决定，例如，在本实施例中，所述抛光终点为去除80%的所述铜层。
[0044]较佳的，所述第一抛光的研磨衆料流速为100ml/min?200ml/min,优选为150ml/min。所述第一抛光的底下压力(downforce)为 2psi ?5psi (Pounds per square inch,磅/平方英寸)，例如，在本实施例中，进行所述第一抛光的抛光垫具有三个腔，则该三个腔的底下压力为4.2ps1、4.6psi和2.5psi。但进行所述第一抛光的抛光垫并不限于具有三个腔，也可以只有一个腔，亦在本发明的思想范围之内。较佳的，所述第一抛光的转速为50rpm?10rpm,例如,在本实施例中，所述抛光垫和研磨头都可以转动，贝U所述抛光垫的转速为87rpm，所述研磨头的转速为93rpm。但进行所述第一抛光并不限于所述抛光垫和研磨头都可以转动，也可以只有所述抛光垫转动，亦在本发明的思想范围之内。
[0045]接着，进行步骤S13，对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力。在本实施例中，所述第一抛光和所述第二抛光在同一抛光垫上进行抛光，所述第一抛光和所述第二抛光均在第一抛光垫上进行抛光，以节约工艺流程。
[0046]较佳的，所述第二抛光包括第二主抛光和第二过抛光，所述第二主抛光通过终点监测控制抛光终点，以控制将主要区域的所述铜层去除完全，所述第二过抛光通过抛光时间控制抛光终点，以控制将部分区域的所述铜层去除完全，其中，所述第二主抛光和所述第二过抛光的所述抛光终点由具体的工艺制程决定，例如，在本实施例中，所述第二主抛光的抛光终点为所述抛光液的变化小于80%，所述第二过抛光的抛光时间2min，具体不做限制。较佳的，所述第二主抛光和第二过抛光的研磨衆料流速为100ml/min?200ml/min,优选为150ml/min。所述第二主抛光和第二过抛光的底下压力为0.5psi?2psi,例如,在本实施例中，进行所述第二主抛光和第二过抛光的抛光垫具有三个腔，则该三个腔的底下压力为1.7ps1、l.7psi和1.0psi。但进行所述第二主抛光和第二过抛光的抛光垫并不限于具有三个腔，也可以只有一个腔，亦在本发明的思想范围之内。较佳的，所述第二主抛光和第二过抛光的转速为50rpm?10rpm,例如,在本实施例中，所述抛光垫和研磨头都可以转动，贝Ij所述抛光垫的转速为87rpm,所述研磨头的转速为93rpm。但进行所述第二主抛光和第二过抛光并不限于所述抛光垫和研磨头都可以转动，也可以只有所述抛光垫转动，亦在本发明的思想范围之内。
[0047]在本实施例中，在步骤S13之后，还包括:对所述半导体基底进行退火工艺。具体的，所述退火工艺包括:
[0048]进行第一子部:进行第一升温，升温到第一温度后，保持第一时间。较佳的，所述第一升温的升温速率为0.50C /min?1.5°C /min，优选为1°C /min，所述第一温度为140°C?160°C,优选为150°C,所述第一时间为2min?1min,优选为5min。
[0049]进行第二子部:进行第二升温，升温到第二温度后，保持第二时间。较佳的，所述第二升温的升温速率为2.50C /min?3.5°C /min，优选为3°C /min，所述第二温度为290°C?310°C，优选为300°C，所述第二时间为20min?2h，优选为lh。
[0050]进行第三子部:进行自然冷却。
[0051]经过上述退火工艺后，可以进一步减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，以进一步提高器件的电学性能。
[0052]综上所述，本发明提供一种硅通孔的抛光方法，包括:提供半导体基底，所述半导体基底上具有硅通孔，所述半导体基底上覆盖有一铜层，所述铜层填充所述硅通孔；对所述铜层进行第一抛光；对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力。
[0053]与现有技术相比，本发明提供的硅通孔的抛光方法具有以下优点:
[0054]1、在所述硅通孔的抛光方法中，先对所述铜层进行第一抛光，再对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层，其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力，与现有技术相比，分步对所述铜层进行抛光，并减小所述第二抛光的底下压力，可以减小对铜的研磨率，从而可以减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，从而提高器件的电学性能。
[0055]2、在所述硅通孔的抛光方法中，在所述对所述铜层进行第二抛光步骤之后，还包括对所述半导体基底进行退火工艺，较佳的，所述退火工艺为分步升温后自然退火，可以进一步减少或消除硅通孔中的凹痕缺陷，以进一步提高器件的电学性能。
[0056]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种娃通孔的抛光方法，包括: 提供半导体基底，所述半导体基底上具有硅通孔，所述半导体基底上覆盖有一铜层，所述铜层填充所述硅通孔； 对所述铜层进行第一抛光； 对所述铜层进行第二抛光，以形成铜导线层；其中，所述第二抛光的底下压力小于所述第一抛光的底下压力。
2.如权利要求1所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，在所述对所述铜层进行第二抛光步骤之后，还包括:对所述半导体基底进行退火工艺。
3.如权利要求2所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述退火工艺包括: 进行第一升温，升温到第一温度后，保持第一时间； 进行第二升温，升温到第二温度后，保持第二时间； 进行自然冷却。
4.如权利要求3所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述第一升温的升温速率为0.5°C /min?1.5°C /min,所述第一温度为140°C?16CTC ,所述第一时间为2min?lOmin。
5.如权利要求3所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述第二升温的升温速率为2.50C /min?3.5°C /min，所述第二温度为290°C?310°C，所述第二时间为20min?2h。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的娃通孔的抛光方法,其特征在于,所述第一抛光和所述第二抛光在同一抛光垫上进行抛光。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的娃通孔的抛光方法,其特征在于,所述第一抛光通过终点监测控制抛光终点。
8.如权利要求1-5中任意一项所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述第一抛光的研磨楽■料流速为100ml/min?200ml/min。
9.如权利要求1-5中任意一项所述的娃通孔的抛光方法,其特征在于,所述第一抛光的底下压力为2psi?5psi。
10.如权利要求1-5中任意一项所述的娃通孔的抛光方法,其特征在于,所述第一抛光的转速为50rpm?lOOrpm。
11.如权利要求1-5中任意一项所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述第二抛光包括第二主抛光和第二过抛光，所述第二主抛光通过终点监测控制抛光终点，所述第二过抛光通过抛光时间控制抛光终点。
12.如权利要求11所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述第二主抛光和第二过抛光的研磨衆料流速均为100ml/min?200ml/min。
13.如权利要求11所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述第二主抛光和第二过抛光的底下压力均为0.5psi?2psi。
14.如权利要求11所述的硅通孔的抛光方法，其特征在于，所述第二主抛光和第二过抛光的转速均为50rpm?lOOrpm。
【文档编号】H01L21/768GK104425353SQ201310365548
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】许金海, 丁宇杰 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司