微机电器件硅通孔的制作方法、及微机电器件

技术领域

本申请涉及硅通孔技术领域，具体而言，涉及一种微机电器件硅通孔的制作方法、及微机电器件。

背景技术

作为3D封装关键技术和典型应用，硅通孔技术(即TSV技术)已逐渐趋于成熟。硅通孔是一种垂直互联结构，能实现从电路层的一面到另一面的电气连接。硅通孔制造技术路线有许多种方案，但均涉及双面制程，需要先从正面制作得到硅通孔，然后再从背面进行露头工艺，即从背面对衬底进行减薄使得硅通孔的导电材料露出。由于硅通孔工艺复杂，工艺之间相互关联度高，在大规模量产时需要考虑到前后段工艺的一致性，尤其是金属制程对前段的污染，但在硅通孔制造过程中的背面露头工艺极易产生金属污染，尤其是容易对前段机台产生金属污染，使得无法满足量产的生产需求。

发明内容

本申请的实施例提供了一种微机电器件硅通孔的制作方法、及微机电器件，基于本申请提供的技术方案能避免在制作硅通孔的过程中进行背面露头工艺，进而能避免对前段机台产生金属污染，使得能实现大规模量产具有硅通孔结构的微机电器件。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种微机电器件硅通孔的制作方法，所述方法包括：提供一晶圆衬底，所述晶圆衬底包括相对的第一表面和第二表面；在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层；在所述刻蚀停止层上贴附保护层；在贴附保护层后，从所述晶圆衬底的第二表面形成贯穿所述晶圆衬底的硅通孔，所述硅通孔停止于所述刻蚀停止层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述刻蚀停止层包含有氮化硅或氧化硅，所述在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层，包括：采用化学气相沉积方法在所述晶圆衬底的第一表面形成所述刻蚀停止层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述刻蚀停止层包含有氮化硅或氧化硅，所述在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层，包括：采用氧化扩散生长方法在所述晶圆衬底的第一表面形成所述刻蚀停止层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述刻蚀停止层包含有聚酰亚胺光刻胶，所述在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层，包括：采用涂胶方法在所述晶圆衬底的第一表面形成所述刻蚀停止层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述刻蚀停止层的厚度大于或等于4微米。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，在从所述晶圆衬底的第二表面形成贯穿所述晶圆衬底的硅通孔之后，所述方法还包括：在所述硅通孔的底部和侧壁，以及所述晶圆衬底的第二表面沉积介质层；在所述介质层上沉积黏附阻挡层；在所述黏附阻挡层上沉积种子层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，在所述黏附阻挡层上沉积种子层之后，所述方法还包括：采用电镀填充方法，向所述硅通孔填充导电材料；在填充导电材料后，采用机械研磨机对所述晶圆衬底的第二表面进行平坦化处理；在平坦化处理后，去除在所述刻蚀停止层表面上贴附的所述保护层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，去除在所述刻蚀停止层表面上贴附的所述保护层之后，所述方法还包括：在所述刻蚀停止层上制作金属布线层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，去除在所述刻蚀停止层表面上贴附的所述保护层之后，所述方法还包括：对所述刻蚀停止层进行湿法刻蚀，以去除所述刻蚀停止层。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种微机电器件，所述微机电器件包括采用上述第一方面任一实施例所述的方法制作得到的硅通孔。

本申请的技术方案，在微机电器件硅通孔的制作过程中，首先提供包括相对的第一表面和第二表面的一晶圆衬底；其次，在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层；再次，在所述刻蚀停止层上贴附保护层；最后，在贴附保护层后，从所述晶圆衬底的第二表面形成贯穿所述晶圆衬底的硅通孔，所述硅通孔停止于所述刻蚀停止层。由此可见，基于本申请的技术方案，在晶圆衬底的第二表面制作硅通孔之前，先在晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层，使得在刻蚀停止层的作用下，能直接从晶圆衬底的第二表面形成贯穿晶圆衬底的硅通孔，后续在硅通孔中填充导电材料之后无需在晶圆衬底的第一表面进行露头工艺，即无需对晶圆衬底进行减薄处理，进而能避免对前段机台产生金属污染，使得能实现大规模量产具有硅通孔结构的微机电器件。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。在附图中：

图1示出了根据本申请一个实施例的微机电器件硅通孔的制作方法的流程示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的微机电器件硅通孔的制作流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。在本公开的上下文中，相似或者相同的部件可能会用相同或者相似的标号来表示。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，图1示出了根据本申请一个实施例的微机电器件硅通孔的制作方法的流程示意图，具体包括如下步骤110至步骤140：

步骤110，提供一晶圆衬底，所述晶圆衬底包括相对的第一表面和第二表面。

在本申请中，第一表面可以是晶圆衬底的正面，也可以是晶圆衬底的背面。如果第一表面为晶圆衬底的正面，那么第二表面为晶圆衬底的背面，如果第一表面为晶圆衬底的背面，那么第二表面为晶圆衬底的正面。

继续参见图1，步骤120，在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层。

在本实施例中，刻蚀停止层可以为硬掩模。

在本实施例中，刻蚀停止层可以为氧化硅薄膜介质层，也可以为氮化硅薄膜介质层，还可以是聚酰亚胺光刻胶介质层，即该刻蚀停止层可以是包含有氧化硅，也可以是包含有氮化硅，还可以是包含有聚酰亚胺光刻胶(即PI胶)，具体的，在本申请中，对于刻蚀停止层包含的材料的具体类型不做限定，可以根据实际所需进行选择。

在本实施例中，在晶圆衬底的第一表面形成的刻蚀停止层的厚度可以为大于或等于4微米。

在步骤120中，在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层的具体实施方式与刻蚀停止层包含的材料的类型相关。

如果刻蚀停止层包含有氮化硅或氧化硅，可以采用化学气相沉积方法在所述晶圆衬底的第一表面形成所述刻蚀停止层，即可以采用化学气相沉积的方法在晶圆衬底的第一表面上沉积得到氮化硅薄膜介质层或氧化硅薄膜介质层。

如果刻蚀停止层包含有氮化硅或氧化硅，还可以采用氧化扩散生长方法在所述晶圆衬底的第一表面形成所述刻蚀停止层，即可以采用氧化扩散生长的方法在晶圆衬底的第一表面上沉积得到氮化硅薄膜介质层或氧化硅薄膜介质层。

如果刻蚀停止层包含有聚酰亚胺光刻胶，可以采用涂胶方法在所述晶圆衬底的第一表面形成所述刻蚀停止层，即可以采用涂胶的方法在晶圆衬底的第一表面涂覆聚酰亚胺光刻胶，形成该刻蚀停止层。

继续参见图1，步骤130，在所述刻蚀停止层上贴附保护层。

在本实施例中，在刻蚀停止层上贴附的保护层可以是E-chunk吸附膜，也可以是其他的材料，具体的，本申请在此不做限定。

在本实施例中，需要说明的是，因为形成的刻蚀停止层存在一定的黏附性，因此在刻蚀停止层上贴附保护层不仅可以对刻蚀停止层起到保护作用，还可以作为深硅刻蚀机台及PVD机台的吸附层，进而对深硅刻蚀机台及PVD机台起到保护作用，防止其出现报警情况。

继续参见图1，步骤140，在贴附保护层后，从所述晶圆衬底的第二表面形成贯穿所述晶圆衬底的硅通孔，所述硅通孔停止于所述刻蚀停止层。

在本实施例中，需要说明的是，形成的硅通孔的数量可以是一个，也可以是多个，具体的，本申请对于形成的硅通孔的数量不做限定。

在步骤140中，从所述晶圆衬底的第二表面形成贯穿晶圆衬底的硅通孔的具体过程可以为：在晶圆衬底的第二表面涂覆光刻胶，之后对第二表面涂覆有光刻胶的晶圆衬底进行曝光处理，使得第二表面上需要刻蚀硅通孔的区域内的光刻胶变形，之后通过显影选择性的去除第二表面上变形的光刻胶，实现硅通孔版图的转移，之后可以采用深硅刻蚀机台在晶圆衬底的第二表面上未被光刻胶覆盖的区域进行深硅刻蚀，并且在深硅刻蚀过程中，如果刻蚀到刻蚀停止层处，停止刻蚀，使得形成的硅通孔停止于刻蚀停止层；在刻蚀得到硅通孔之后，去除晶圆衬底的第二表面上剩余的光刻胶。

在本申请中，在执行完成上述步骤140之后，还可以继续执行如下步骤150至步骤170：

步骤140，在所述硅通孔的底部和侧壁，以及所述晶圆衬底的第二表面沉积介质层。

在本实施例中，在硅通孔的底部，侧壁，以及晶圆衬底的第二表面沉积的介质层包含的材料可以与刻蚀停止层相同，也可以不同，具体的，本申请在此对于介质层的材料的类型不做限定。

在本实施例中，可以理解的是，沉积的介质层可以防止填充在硅通孔内的金属扩散至晶圆衬底中。

步骤150，在所述介质层上沉积黏附阻挡层。

在本实施例中，可以采用物理气相沉积机台在介质层上沉积黏附阻挡层。

在本实施例中，需要说明的是，沉积的黏附阻挡层可以防止填充在硅通孔内的金属扩散至晶圆衬底中，沉积的黏附阻挡层的材料可以是氮化钽/钽，也可以是钛，或者钨等其他的材料，具体的，本申请在此对于黏附阻挡层的具体材料不做限定。

步骤160，在所述黏附阻挡层上沉积种子层。

在本实施例中，可以理解的是，种子层能提供导电性，利于后续电镀顺利进行。种子层可以为铜种子层，也可以是其他金属种子层，具体的，本申请在此不做限定。

在本申请中，在执行完成上述步骤160之后，还可以继续执行如下步骤170至步骤190：

步骤170，采用电镀填充方法，向所述硅通孔填充导电材料。

在本实施例中，向硅通孔填充的导电材料可以是Cu、Zn、Al、W、Poly-Si等单元及多元复合材料，具体的，本申请在此不做限定。

步骤180，在填充导电材料后，采用机械研磨机对所述晶圆衬底的第二表面进行平坦化处理。

在本实施例中，可以理解的是，在对硅通孔填充导电材料过程中，会存在导电材料溢出冷却在晶圆衬底的第二表面上，因此通过机械研磨机能去除在晶圆衬底的第二表面上的导电材料，使得硅通孔内的导电材料露出。

步骤190，在平坦化处理后，去除在所述刻蚀停止层表面上贴附的所述保护层。

在执行完成步骤190后，可以在晶圆衬底上进行金属布线，实现硅通孔技术互连的结构，在金属布线过程中，之前在晶圆衬底的第一表面形成的刻蚀停止层，可以直接作为介质层进行版图设计，即可以在所述刻蚀停止层上制作金属布线层。

如果在金属布线过程中不需要之前在晶圆衬底的第一表面形成的刻蚀停止层，可以对所述刻蚀停止层进行湿法刻蚀，以去除所述刻蚀停止层。

由此可见，在晶圆衬底的第一表面上形成的刻蚀停止层不仅能避免进行背面露头工艺，还能作为介质层使用，能直接在其上进行金属布线层制作。

下面将结合图2对本申请的一些实施方式进行整体说明。

参见图2，示出了根据本申请一个实施例的微机电器件硅通孔的制作流程示意图。

第一步，提供一晶圆衬底10，包括相对的第一表面和第二表面，如图2(1)所示；

第二步，在晶圆衬底10的第一表面形成刻蚀停止层11，并在刻蚀停止层上贴附保护层，如图2(2)所示；

第三步，在晶圆衬底10的第二表面涂覆光刻胶12，如图2(3)所示；

第四步，对晶圆衬底10的第二表面上涂覆的光刻胶12进行曝光处理后，对变形的光刻胶进行选择性去除，得到的晶圆衬底如图2(4)所示；

第五步，对晶圆衬底10进行深硅刻蚀，形成贯穿晶圆衬底10的硅通孔13，如图2(5)所示；

第六步，在硅通孔13的底部，侧壁，以及晶圆衬底10的第二表面上沉积介质层，然后再在介质层上沉积黏附阻挡层，然后再在黏附阻挡层上沉积种子层14，如图2(6)所示；

第七步，在硅通孔13内填充导电材料15，如图2(7)所示；

第八步，采用机械研磨机对晶圆衬底10的第二表面进行平坦化处理后，并去除停止刻蚀层11上的保护层后，得到的晶圆衬底如图2(8)所示。

综上所述，通过本申请的技术方案，由于在刻蚀硅通孔之前在晶圆衬底的第一表面形成了刻蚀停止层，使得在硅通孔内填充导电材料之后，经过平坦化处理，直接可以在晶圆衬底上进行金属布线，而无需再进行对晶圆衬底进行减薄处理，使得不会对前段的减薄机台造成金属污染，能实现量产。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种微机电器件，该微机电器件包括采用前述微机电器件硅通孔的制作方法中任一实施例制作得到的硅通孔。

可以理解的是，由于在刻蚀硅通孔之前在晶圆衬底的第一表面形成了刻蚀停止层，使得在硅通孔内填充导电材料之后，经过平坦化处理，直接可以在晶圆衬底上进行金属布线，而无需再进行对晶圆衬底进行减薄处理，使得不会对前段的减薄机台造成金属污染，进而使得基于本申请的技术方案，能量产微机电器件。

由于本申请实施例所介绍的微机电器件中具有的硅通孔，是采用本申请实施例所介绍的微机电器件硅通孔的制作方法所制作得到的，该硅通孔的制作实现过程在前述第一方面的实施例中已做介绍，故在此不做赘述，凡是采用了本申请实施例的微机电器件硅通孔的制作方法所制备得到的微机电器件，都属于本申请所欲保护的范围。

本申请施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点。本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点。

在本申请的一些实施例所提供的技术方案中，在微机电器件硅通孔的制作过程中，首先提供包括相对的第一表面和第二表面的一晶圆衬底；其次，在所述晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层；再次，在所述刻蚀停止层上贴附保护层；最后，在贴附保护层后，从所述晶圆衬底的第二表面形成贯穿所述晶圆衬底的硅通孔，所述硅通孔停止于所述刻蚀停止层。由此可见，基于本申请的技术方案，在晶圆衬底的第二表面制作硅通孔之前，先在晶圆衬底的第一表面形成刻蚀停止层，使得在刻蚀停止层的作用下，能直接从晶圆衬底的第二表面形成贯穿晶圆衬底的硅通孔，后续在硅通孔中填充导电材料之后无需在晶圆衬底的第一表面进行露头工艺，即无需对晶圆衬底进行减薄处理，进而能避免对前段机台产生金属污染，使得能实现大规模量产具有硅通孔结构的微机电器件。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。