本发明涉及半导体器件制造，尤其涉及tsv(硅通孔)结构的平坦化工艺和装置。
背景技术
随着电子工业的快速发展，对电子产品提出微型、低功耗、高可靠性的要求是必然。基于摩尔定律，集成电路特征尺寸的减小接近瓶颈。近年来，晶圆级的垂直小型化3d硅通孔(tsv)和2.5d插件封装集成成为可选择的解决方案，通过降低设计、工艺和成本等突破摩尔定律的瓶颈。相应的，由于铜的高导电性、更好的抗电迁移能力，当制造tsv或插件时，铜被广泛用于填充通孔。
通常，铜金属层的沉积和平坦化工艺包括以下步骤：pvd(物理气相沉积)、ecp(电镀)、退火、cmp(化学机械平坦化)。tsv或插件中的通孔通常具有高深宽比，为了无空隙的填充深通孔，厚的铜覆盖层将通过电镀工艺沉积在晶圆表面。因此，大量的铜层需要通过cmp去除，从而使cmp工艺在3dtsv和2.5d插件封装集成中所占成本最高。例如，在中间通孔工艺中，cmp工艺占据了总成本的35％。另一方面，cu和si之间cte(热膨胀系数)的不匹配产生应力，表现为晶圆级翘曲。应力进一步诱发硅层的微裂纹、载体的移动变化和器件缺陷。经证实，退火温度越高、铜覆盖层越厚将导致晶圆级翘曲越高。在cmp工艺中，晶圆将被cmp的研磨头的下压力压平，外部的机械压力将与晶圆的内部应力冲突，从而导致晶圆裂化或产生缺陷。尽管优化了传统工艺流程并且在退火前铜覆盖层的厚度达到最小，可以在cmp工艺之前成功的消除应力并最小化晶圆翘曲，然而，3dtsv或2.5d插件是否可以快速产业化取决于能否解决降低成本和应力的问题。
技术实现要素：
在一种具体实施方式中，本发明提出一种tsv结构的平坦化工艺。tsv结构包括晶圆、晶圆上的通孔、晶圆上的氧化层、氧化层上及通孔的底部和侧壁上的阻挡层、通孔内及阻挡层上的金属层。tsv结构的平坦化工艺包括：采用无应力抛光工艺去除晶圆的非凹进区域上的全部金属层；采用化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余以及阻挡层。
在另一种具体实施方式中，本发明提出一种tsv结构的平坦化工艺。tsv结构包括晶圆、晶圆上的通孔、晶圆上的氧化层、氧化层上及通孔的底部和侧壁上的阻挡层、通孔内及阻挡层上的金属层。tsv结构的平坦化工艺包括：采用无应力抛光工艺去除晶圆的非凹进区域上的大部分金属层，并在非凹进区域上保留一定厚度的金属层；采用金属层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上余留的金属层；采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层。
在另一种具体实施方式中，本发明提出一种tsv结构的平坦化工艺。tsv结构包括晶圆、晶圆上的通孔、晶圆上的氧化层、氧化层上及通孔的底部和侧壁上的阻挡层、通孔内及阻挡层上的金属层。tsv结构的平坦化工艺包括：采用无应力抛光工艺去除晶圆的非凹进区域上的全部金属层；采用化学机械平坦化工艺去除非凹进区域上的金属层残余；采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的阻挡层。
在另一种具体实施方式中，本发明提出一种tsv结构的平坦化工艺。tsv结构包括晶圆、晶圆上的通孔、晶圆上的氧化层、氧化层上及通孔的底部和侧壁上的阻挡层、通孔内及阻挡层上的金属层。tsv结构的平坦化工艺包括：去除晶圆的非凹进区域上的大部分金属层，并在非凹进区域上保留一定厚度的金属层；采用化学机械平坦化工艺去除非凹进区域上余留的金属层；采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层。
在一种具体实施方式中，本发明提出一种tsv结构的平坦化装置。tsv结构包括晶圆、晶圆上的通孔、晶圆上的氧化层、氧化层上及通孔的底部和侧壁上的阻挡层、通孔内及阻挡层上的金属层。tsv结构的平坦化装置包括至少一个sfp模块、cmp模块和湿法刻蚀模块。sfp模块用于对晶圆进行无应力抛光工艺以去除晶圆的非凹进区域上的金属层。cmp模块用于对晶圆进行化学机械平坦化工艺以去除非凹进区域上的金属层。湿法刻蚀模块用于对晶圆进行化学湿法刻蚀工艺以去除非凹进区域上的金属层和/或阻挡层。
与传统的使用cmp工艺去除非凹进区域上的金属层和阻挡层的tsv结构的平坦化工艺相比，本发明利用无应力抛光工艺和化学湿法刻蚀工艺实现无应力的去除非凹进区域上的金属层和阻挡层，只保留通孔内的金属层和阻挡层，改善了金属层凹陷的均匀性，减少了平坦化过程中的应力，使晶圆微裂纹的可能性降至最低，并缩短了cmp工艺的持续时间，最终降低了平坦化工艺的成本以及减少了化学废液的排放。
附图说明
图1是tsv结构在实施平坦化工艺前的截面图；
图2是已经平坦化的tsv结构的截面图；
图3是本发明一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图；
图4是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图；
图5是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图；
图6是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图；
图7是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图；
图8是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图；
图9是湿法刻蚀脉冲模式处方的一种具体实施方式；
图10是本发明的tsv结构的平坦化装置的框图；
图11是一种晶圆传输顺序的框图；
图12是另一种晶圆传输顺序的框图。
具体实施方式
形成tsv结构的工艺步骤通常包括以下步骤：采用刻蚀在晶圆101上形成通孔102，其中，晶圆101的材料可以选用硅；采用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)在晶圆101上沉积氧化层103，其中，氧化层103的材料可以选用二氧化硅(sio2)；采用物理气相沉积(pvd)在氧化层103上及通孔102的底部和侧壁沉积阻挡层104，其中，阻挡层104的材料可以选用钛(ti)；采用电镀法在通孔102内沉积金属层105，其中，金属层105的材料可以选用铜。
由于tsv结构的通孔102通常具有高深宽比，因此，为了在通孔102内无空隙的沉积金属层105，采用电镀法在阻挡层104上沉积厚的金属覆盖层105。如图1所示是在实施平坦化工艺前的tsv结构的一种具体实施方式，沉积在非凹进区域上的金属层105的厚度为2μm-4μm，在通孔102内和非凹进区域上沉积金属层105后，接下来的步骤是去除沉积在非凹进区域上的金属层105和阻挡层104。
参考图3所示，图3是本发明一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图，用于去除非凹进区域上的金属层105和阻挡层104。该tsv结构的平坦化工艺包括以下步骤：
步骤301：采用无应力抛光工艺(sfp)去除非凹进区域上的全部金属层105。采用sfp过抛光控制通孔102内的金属层凹陷。sfp工艺为电化学工艺，晶圆101上的金属层105作为阳极，电解液喷头作为阴极。当阳极和阴极之间施加正电压时，金属层105被接触的电解液溶解、抛光。sfp工艺更详细的描述参见美国专利申请号10/590,460，标题为“controllingremovalrateuniformityofanelectropolishingprocessinintegratedcircuitfabrication”的专利，申请日为2005年2月23日，这件专利的全部内容都被引用到这里。
步骤303：采用金属层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余。sfp工艺完成后，非凹进区域上的阻挡层104上可能残留一些金属层，为了去除非凹进区域上的阻挡层104上残留的金属层，使用金属层化学湿法刻蚀工艺去除金属层残余。金属层105的材料优选用铜，相应的，用于去除铜残余的刻蚀剂主要包括双氧水(h2o2)、添加剂和氢氟酸，氢氟酸的浓度在2％-10％。在湿法刻蚀工艺中，刻蚀剂在脉冲模式下被喷到晶圆表面，如图9所示。一个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤，例如，首先对晶圆进行10秒钟的化学湿法刻蚀，然后，对晶圆进行5秒钟的去离子水处理。多个周期性的步骤形成湿法刻蚀工艺处方。周期性的湿法刻蚀工艺优化了凹进区域的铜凹陷，diw将会填满凹进区域并降低该区域的刻蚀速率。晶圆固定在卡盘上并与卡盘一起转动，有利于湿法刻蚀工艺的晶圆转速为200rpm-600rpm。不同半径上刻蚀率与转速有关，转速越高导致晶圆边缘去除率越高、晶圆中心去除率越低，相反的，转速越低导致晶圆边缘去除率越低、晶圆中心去除率越高。此外，刻蚀剂喷头在工艺过程中是可移动的，刻蚀率受喷头的扫描速度和扫描区域位置的影响，最优的扫描速度为40mm/sec-100mm/sec。
步骤305：采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的阻挡层104。非凹进区域上的阻挡层104的厚度为0.2μm-0.5μm，非凹进区域上的阻挡层104的厚度取决于工艺需求。阻挡层104的材料包含钛，相应的，用于阻挡层化学湿法刻蚀工艺的化学液主要包括氢氟酸(hf)和添加剂，氢氟酸的浓度为0.1％-1％。与铜湿法刻蚀工艺相似，在阻挡层湿法刻蚀工艺中，刻蚀剂在脉冲模式下被喷到晶圆表面，如图9所示。一个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤，例如，首先对晶圆进行10秒钟的化学湿法刻蚀，然后，对晶圆进行5秒钟的去离子水处理。多个周期性的步骤形成湿法刻蚀工艺处方。周期性的湿法刻蚀工艺优化了凹进区域侧壁上的阻挡层过刻。diw将会填满凹进区域并降低该区域的刻蚀速率。晶圆固定在卡盘上并与卡盘一起转动，有利于湿法刻蚀工艺的晶圆转速为200rpm-600rpm。不同半径上刻蚀率与转速有关，转速越高导致晶圆边缘去除率越高、晶圆中心去除率越低，相反的，转速越低导致晶圆边缘去除率越低、晶圆中心去除率越高。此外，刻蚀剂喷头在工艺过程中是可移动的，刻蚀率受喷头的扫描速度和扫描区域位置的影响，最优的扫描速度为40mm/sec-100mm/sec。
采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的阻挡层104后，阻挡层104下方的氧化层103暴露出来，氧化层103的材料为sio2，氧化层103的厚度大约为2μm。为了得到平坦的上表面，应用cmp工艺去除一部分的氧化层103。通常，去除的氧化层103厚度为0.2μm。cmp工艺在氧化层103和铜层105之间具有高选择比，比如100:1。cmp工艺可以修复通孔102内铜层105的粗糙度。
参考图4所示，图4是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图，用于去除非凹进区域上的金属层105和阻挡层104。该tsv结构的平坦化工艺包括以下步骤：
步骤401：采用无应力抛光工艺(sfp)去除非凹进区域上的全部金属层105。采用sfp过抛光控制通孔102内的金属层凹陷。sfp工艺为电化学工艺，晶圆101上的金属层105作为阳极，电解液喷头作为阴极。当阳极和阴极之间施加正电压时，金属层105被接触的电解液溶解、抛光。sfp工艺更详细的描述参见美国专利申请号10/590,460，标题为“controllingremovalrateuniformityofanelectropolishingprocessinintegratedcircuitfabrication”的专利，申请日为2005年2月23日，这件专利的全部内容都被引用到这里。
步骤403：采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104。在一种具体实施方式中，金属层105的材料是铜，阻挡层104的材料包括钛。用于阻挡层化学湿法刻蚀工艺的化学品主要包括氢氟酸(hf)和添加剂，氢氟酸的浓度为0.1％-1％。在阻挡层湿法刻蚀工艺中，刻蚀剂在脉冲模式下被喷到晶圆表面，如图9所示。一个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤，例如，首先对晶圆进行10秒钟的化学湿法刻蚀，然后，对晶圆进行5秒钟的去离子水处理。多个周期性的步骤形成湿法刻蚀工艺处方。周期性的湿法刻蚀工艺优化了凹进区域侧壁上的阻挡层过刻。diw将会填满凹进区域并降低该区域的刻蚀速率。晶圆固定在卡盘上并与卡盘一起转动，有利于湿法刻蚀工艺的晶圆转速为200rpm-600rpm。不同半径上刻蚀率与转速有关，转速越高导致晶圆边缘去除率越高、晶圆中心去除率越低，相反的，转速越低导致晶圆边缘去除率越低、晶圆中心去除率越高。此外，刻蚀剂喷头在工艺过程中是可移动的，刻蚀率受喷头的扫描速度和扫描区域位置的影响，最优的扫描速度为40mm/sec-100mm/sec。
采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104后，阻挡层104下方的氧化层103暴露出来，氧化层103的材料为sio2，氧化层103的厚度大约为2μm。为了得到平坦的上表面，应用cmp工艺去除一部分的氧化层103。通常，去除的氧化层103厚度为0.2μm。cmp工艺在氧化层103和铜层105之间具有高选择比，比如100:1。cmp工艺可以修复通孔102内铜层105的粗糙度。
参考图5所示，图5是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图，用于去除非凹进区域上的金属层105和阻挡层104。该tsv结构的平坦化工艺包括以下步骤：
步骤501：采用无应力抛光工艺去除非凹进区域上的大部分金属层105，并在非凹进区域上余留大约0.2μm-0.5μm的金属层105。sfp工艺为电化学工艺，晶圆101上的金属层105作为阳极，电解液喷头作为阴极。当阳极和阴极之间施加正电压时，金属层105被接触的电解液溶解、抛光。sfp工艺更详细的描述参见美国专利申请号10/590,460，标题为“controllingremovalrateuniformityofanelectropolishingprocessinintegratedcircuitfabrication”的专利，申请日为2005年2月23日，这件专利的全部内容都被引用到这里。
步骤503：采用金属层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上余留的金属层105。通过金属层化学湿法刻蚀工艺的过刻时间长度控制通孔102内的金属层凹陷。金属层105的材料为铜，用于铜金属层化学湿法刻蚀工艺的化学品主要包括双氧水(h2o2)、添加剂和氢氟酸，氢氟酸的浓度在2％-10％。在湿法刻蚀工艺中，刻蚀剂在脉冲模式下被喷到晶圆表面，如图9所示。一个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤，例如，首先对晶圆进行10秒钟的化学湿法刻蚀，然后，对晶圆进行5秒钟的去离子水处理。多个周期性的步骤形成湿法刻蚀工艺处方。周期性的湿法刻蚀工艺优化了凹进区域内的铜凹陷。diw将会填满凹进区域并降低该区域的刻蚀速率。晶圆固定在卡盘上并与卡盘一起转动，有利于湿法刻蚀工艺的晶圆转速为200rpm-600rpm。不同半径上刻蚀率与转速有关，转速越高导致晶圆边缘去除率越高、晶圆中心去除率越低，相反的，转速越低导致晶圆边缘去除率越低、晶圆中心去除率越高。此外，刻蚀剂喷头在工艺过程中是可移动的，刻蚀率受喷头的扫描速度和扫描区域位置的影响，最优的扫描速度为40mm/sec-100mm/sec。
步骤505：采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104。阻挡层104的材料包括钛，用于阻挡层化学湿法刻蚀工艺的化学品主要包括氢氟酸(hf)和添加剂，氢氟酸的浓度为0.1％-1％。在阻挡层湿法刻蚀工艺中，刻蚀剂在脉冲模式下被喷到晶圆表面，如图9所示。一个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤，例如，首先对晶圆进行10秒钟的化学湿法刻蚀，然后，对晶圆进行5秒钟的去离子水处理。多个周期性的步骤形成湿法刻蚀工艺处方。周期性的湿法刻蚀工艺优化了凹进区域侧壁上的阻挡层过刻。diw将会填满凹进区域并降低该区域的刻蚀速率。晶圆固定在卡盘上并与卡盘一起转动，有利于湿法刻蚀工艺的晶圆转速为200rpm-600rpm。不同半径上刻蚀率与转速有关，转速越高导致晶圆边缘去除率越高、晶圆中心去除率越低，相反的，转速越低导致晶圆边缘去除率越低、晶圆中心去除率越高。此外，刻蚀剂喷头在工艺过程中是可移动的，刻蚀率受喷头的扫描速度和扫描区域位置的影响，最优的扫描速度为40mm/sec-100mm/sec。
采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104后，阻挡层104下方的氧化层103暴露出来，氧化层103的材料为sio2，氧化层103的厚度大约为2μm。为了得到平坦的上表面，较佳的，应用cmp工艺去除一部分的氧化层103。通常，去除的氧化层103厚度为0.2μm。cmp工艺在氧化层103和铜层105之间具有高选择比，比如100:1。cmp工艺可以修复通孔102内铜层105的粗糙度。
参考图6所示，图6是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图，用于去除非凹进区域上的金属层105和阻挡层104。该tsv结构的平坦化工艺包括以下步骤：
步骤601：采用无应力抛光工艺(sfp)去除非凹进区域上的全部金属层105。采用sfp过抛光控制通孔102内的金属层凹陷。sfp工艺为电化学工艺，晶圆101上的金属层105作为阳极，电解液喷头作为阴极。当阳极和阴极之间施加正电压时，金属层105被接触的电解液溶解、抛光。sfp工艺更详细的描述参见美国专利申请号10/590,460，标题为“controllingremovalrateuniformityofanelectropolishingprocessinintegratedcircuitfabrication”的专利，申请日为2005年2月23日，这件专利的全部内容都被引用到这里。
步骤603：采用化学机械平坦化(cmp)工艺去除非凹进区域上的金属层残余。sfp工艺完成后，非凹进区域上的阻挡层104上可能还残留了一些金属层。为了去除金属层残余，向晶圆101应用化学机械平坦化工艺去除金属层残余。由于采用sfp工艺几乎去除了非凹进区域上全部的金属层，因此cmp工艺的工艺时间非常短，节约了成本的同时避免了对晶圆的损伤。
步骤605：采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的阻挡层104。非凹进区域上的阻挡层104的厚度为0.2μm-0.5μm，非凹进区域上的阻挡层104的厚度取决于工艺需求。阻挡层104的材料包含钛，相应的，用于阻挡层化学湿法刻蚀工艺的化学品主要包括氢氟酸(hf)和添加剂，氢氟酸的浓度为0.1％-1％。在阻挡层湿法刻蚀工艺中，刻蚀剂在脉冲模式下被喷到晶圆表面，如图9所示。一个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤，例如，首先对晶圆进行10秒钟的化学湿法刻蚀，然后，对晶圆进行5秒钟的去离子水处理。多个周期性的步骤形成湿法刻蚀工艺处方。周期性的湿法刻蚀工艺优化了凹进区域侧壁上的阻挡层过刻。diw将会填满凹进区域并降低该区域的刻蚀速率。晶圆固定在卡盘上并与卡盘一起转动，有利于湿法刻蚀工艺的晶圆转速为200rpm-600rpm。不同半径上刻蚀率与转速有关，转速越高导致晶圆边缘去除率越高、晶圆中心去除率越低，相反的，转速越低导致晶圆边缘去除率越低、晶圆中心去除率越高。此外，刻蚀剂喷头在工艺过程中是可移动的，刻蚀率受喷头的扫描速度和扫描区域位置的影响，最优的扫描速度为40mm/sec-100mm/sec。
采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的阻挡层104后，阻挡层104下方的氧化层103暴露出来，氧化层103的材料为sio2，氧化层103的厚度大约为2μm。为了得到平坦的上表面，较佳的，应用cmp工艺去除一部分的氧化层103。通常，去除的氧化层103厚度为0.2μm。cmp工艺在氧化层103和铜层105之间具有高选择比，比如100:1。cmp工艺可以修复通孔102内铜层105的粗糙度。
参考图7所示，图7是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图，用于去除非凹进区域上的金属层105和阻挡层104。该tsv结构的平坦化工艺包括以下步骤：
步骤701：采用无应力抛光工艺去除非凹进区域上的大部分金属层105，并在非凹进区域上余留大约0.2μm-0.5μm的金属层105。sfp工艺为电化学工艺，晶圆101上的金属层105作为阳极，电解液喷头作为阴极。当阳极和阴极之间施加正电压时，金属层105被接触的电解液溶解、抛光。sfp工艺更详细的描述参见美国专利申请号10/590,460，标题为“controllingremovalrateuniformityofanelectropolishingprocessinintegratedcircuitfabrication”的专利，申请日为2005年2月23日，这件专利的全部内容都被引用到这里。
步骤703：采用化学机械平坦化工艺去除非凹进区域上余留的金属层105。通过化学机械平坦化工艺的过刻时间长度控制通孔102内的金属层凹陷。金属层105的材料为铜。
步骤705：采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104。阻挡层104的材料包括钛，用于阻挡层化学湿法刻蚀工艺的化学品主要包括氢氟酸(hf)和添加剂，氢氟酸的浓度为0.1％-1％。在阻挡层湿法刻蚀工艺中，刻蚀剂在脉冲模式下被喷到晶圆表面，如图9所示。一个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤，例如，首先对晶圆进行10秒钟的化学湿法刻蚀，然后，对晶圆进行5秒钟的去离子水处理。多个周期性的步骤形成湿法刻蚀工艺处方。周期性的湿法刻蚀工艺优化了凹进区域侧壁上的阻挡层过刻。diw将会填满凹进区域并降低该区域的刻蚀速率。晶圆固定在卡盘上并与卡盘一起转动，有利于湿法刻蚀工艺的晶圆转速为200rpm-600rpm。不同半径上刻蚀率与转速有关，转速越高导致晶圆边缘去除率越高、晶圆中心去除率越低，相反的，转速越低导致晶圆边缘去除率越低、晶圆中心去除率越高。此外，刻蚀剂喷头在工艺过程中是可移动的，刻蚀率受喷头的扫描速度和扫描区域位置的影响，最优的扫描速度为40mm/sec-100mm/sec。
采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104后，阻挡层104下方的氧化层103暴露出来，氧化层103的材料为sio2，氧化层103的厚度大约为2μm。为了得到平坦的上表面，较佳的，应用cmp工艺去除一部分的氧化层103。通常，去除的氧化层103厚度为0.2μm。cmp工艺在氧化层103和铜层105之间具有高选择比，比如100:1。cmp工艺可以修复通孔102内铜层105的粗糙度。
参考图8所示，图8是本发明另一种具体实施方式的tsv结构的平坦化工艺的流程图，用于去除非凹进区域上的金属层105和阻挡层104。该tsv结构的平坦化工艺包括以下步骤：
步骤801：采用金属层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的大部分金属层105，并在非凹进区域上保留大约0.2μm-0.5μm的金属层。金属层105的材料优选为铜，相应的，用于铜化学湿法刻蚀工艺的化学液主要包括双氧水(h2o2)、添加剂和氢氟酸，氢氟酸的浓度在2％-10％。
步骤803：采用化学机械平坦化工艺去除非凹进区域上余留的金属层105。通过化学机械平坦化工艺的过刻时间长度控制通孔102内的金属层凹陷。
步骤805：采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104。阻挡层104的材料包括钛，用于阻挡层化学湿法刻蚀工艺的化学液主要包括氢氟酸(hf)和添加剂，氢氟酸的浓度为0.1％-1％。
采用阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层残余和阻挡层104后，阻挡层104下方的氧化层103暴露出来，氧化层103的材料为sio2，氧化层103的厚度大约为2μm。为了得到平坦的上表面，较佳的，应用cmp工艺去除一部分的氧化层103。通常，去除的氧化层103厚度为0.2μm。cmp工艺在氧化层103和铜层105之间具有高选择比，比如100:1。cmp工艺可以修复通孔102内铜层105的粗糙度。
参考图10所示，图10是本发明的tsv结构的平坦化装置的框图。装置包括efem(设备前端模块)1001、缓冲位1003、工艺机械手1005、叠放的两个sfp模块1007、cmp模块1009、测量模块1011、刷子清洗模块1013、湿法刻蚀模块1015和清洗模块1017。测量模块1011和刷子清洗模块1013叠放在一起，湿法刻蚀模块1015和清洗模块1017叠放在一起。该装置还包括电模块、气模块和管道模块。sfp模块1007用于对晶圆进行无应力抛光工艺去除晶圆的非凹进区域上的金属层。cmp模块1009用于对晶圆进行化学机械平坦化工艺去除非凹进区域上的金属层。湿法刻蚀模块1015用于对晶圆进行化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的金属层和/或阻挡层。化学湿法刻蚀工艺包括金属层化学湿法刻蚀工艺和/或阻挡层化学湿法刻蚀工艺。湿法刻蚀工艺采取脉冲模式，每个脉冲模式步骤包括一步刻蚀剂步骤和一步diw步骤。
参考图11，图11所示为一种晶圆传输顺序的框图。设备前端模块机械手从装载端取走一片未加工的晶圆并将晶圆传输到缓冲位1003，工艺机械手1005从缓冲位1003取走晶圆并传输到测量模块1011以测量金属层的厚度。测量模块1011测量完金属层厚度后，工艺机械手1005从测量模块1011取走晶圆并传输到其中一个sfp模块1007。在sfp模块1007中，对晶圆进行sfp工艺去除非凹进区域上全部的金属层。sfp工艺完成后，工艺机械手1005从sfp模块1007取走晶圆并传输到清洗模块1017清洗晶圆。然后机械手1005从清洗模块1017取走晶圆并传输到cmp模块1009。在cmp模块1009中，对晶圆进行cmp工艺去除非凹进区域上的金属层残余。cmp工艺完成后，工艺机械手1005从cmp模块1009取走晶圆并传输到刷子清洗模块1013清洗晶圆。然后工艺机械手从刷子清洗模块1013取走晶圆并传输到湿法刻蚀模块1015。在湿法刻蚀模块1015，对晶圆进行阻挡层化学湿法刻蚀工艺去除非凹进区域上的阻挡层。阻挡层化学湿法刻蚀工艺完成后，工艺机械手1005从湿法刻蚀模块1015取走晶圆并传输到清洗模块1017清洗晶圆，然后工艺机械手1005从清洗模块1017取走晶圆并传输到缓冲位1003，最后，设备前端模块机械手从缓冲位1003取走晶圆并传输到晶圆装载端。
如果cmp模块1009没有测量金属层厚度的功能，在对晶圆进行cmp工艺前，晶圆应当被传输到测量模块1001测量sfp工艺后的金属层厚度，如图12所示。
除了以上晶圆传输顺序，使用该装置的其他传输顺序可以根据不同的工艺需求实施。
综上所述，与传统使用cmp工艺去除非凹进区域上的金属层、阻挡层和一部分氧化层的tsv结构平坦化工艺相比，本发明利用sfp工艺、金属层化学湿法刻蚀工艺和阻挡层化学湿法刻蚀工艺无应力的去除非凹进区域上的金属层105和阻挡层104，仅保留通孔102内的金属层105和阻挡层104，如图2所示，改善了tsv结构金属层凹陷的均匀性，减少了平坦化工艺过程中的应力，使晶圆产生微裂纹的可能性降至最低，缩短了cmp工艺持续时间，最终降低了平坦化工艺的成本以及减少了化学废液的排放。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。