[发明专利]镀铜减薄一体化装置

说明书

本发明揭示了一种镀铜减薄一体化装置，包括基架，基架内设置有承载台、镀铜腔、快速清洗腔、抛铜腔及硅片夹持装置，硅片夹持装置从承载台上夹取硅片，然后携带硅片依次在镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔内进行镀铜工艺、快速清洗工艺及抛光减薄工艺，最后将完成镀铜工艺、快速清洗工艺及抛光减薄工艺的硅片卸载在承载台上。本发明通过将镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔集成在同一基架内，并由同一硅片夹持装置携带硅片依次在镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔内进行相对应的工艺加工，减少了机械手取、放硅片的次数，提高了工艺效率。

技术领域

本发明涉及三维集成电路制造领域，尤其涉及一种镀铜减薄一体化装置。

背景技术

基于硅穿孔(TSV)的三维方向堆叠的集成电路封装技术(3D IC Package)是目前最新的封装技术之一，其具有最小的尺寸和质量、有效降低寄生效应、改善芯片速度和降低功耗等优点。TSV技术是通过在芯片和芯片或硅片和硅片之间制作垂直导通孔，然后在导通孔中通过电镀等方式填充导电物质而实现互连的最新技术。作为引线键合的一种替代技术，形成穿透硅片的导通孔结构可以大大缩短互连的距离，从而消除芯片叠层在数量上的限制，使得芯片的三维叠层能在更广的领域中得到应用。

目前，在导通孔中填充的导电物质主要为金属铜。TSV正面端部互连工艺主要包括以下步骤：铜种子层物理气相沉积工艺(PVD)、铜膜电镀工艺(ECP)、退火工艺(Anneal)及化学机械平坦化工艺(CMP)。因为TSV技术中的导通孔通常具有较大的深宽比，一般为5：1到10：1，甚至20：1，大的深宽比会造成在镀铜工艺中，导通孔内的铜无法填满而形成空隙。经过优化后的电镀铜工艺虽然能够将深孔较好的填满，但是会造成硅片表面金属铜层过厚，通常达到3到5微米，而金属层内应力随着金属层厚度的增加而增大。TSV中硅片表面的金属层内应力会致使硅片翘曲。在随后的退火工艺中，由于金属层较厚，并且金属晶粒长大，深孔上方的金属会形成凸起。以上两点(硅片表面的金属层内应力大及深孔上方的金属凸起)会造成使用传统CMP平坦化硅片时使硅片破碎，以及无法有效的平坦化深孔上方的金属凸起。此外，较厚的金属层会增加CMP平坦化工艺的时间及工艺成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑的镀铜减薄一体化装置，该装置能够在硅片镀铜后，对硅片进行减薄，降低硅片表面金属铜层的厚度，且镀铜、减薄工艺均在同一装置内进行，减少了机械手取、放硅片的次数，提高了工艺效率。硅片减薄后再进行退火工艺，减小了退火工艺中所产生的应力以及硅片的通孔上方的金属凸起，提高了后续CMP工艺的良率，降低了CMP工艺时间和工艺成本。

为实现上述目的，本发明提出的镀铜减薄一体化装置，包括基架，基架内设置有承载台、镀铜腔、快速清洗腔、抛铜腔及硅片夹持装置，其中承载台放置硅片供硅片夹持装置夹取，供完成抛光减薄工艺后的硅片卸载在承载台上；硅片夹持装置从承载台上夹取硅片，携带硅片依次在镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔内操作；镀铜腔进行硅片的镀铜工艺；快速清洗腔进行硅片的快速清洗工艺；抛铜腔进行硅片的抛光减薄工艺。

在一个实施例中，承载台、镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔依次按圆形顺时针或逆时针排列。

在一个实施例中，承载台、镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔相邻两两之间的夹角为90度。

在一个实施例中，硅片夹持装置包括旋转支架及设置在旋转支架上的一个或一个以上的硅片夹持头，所述旋转支架绕其自身的中心轴旋转，所述旋转支架旋转的方向与所述承载台、镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔的排列顺序一致，旋转支架旋转带动硅片夹持头依次经过承载台、镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔。

在一个实施例中，硅片夹持头的数量与所述承载台、镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔的总数量一致，所述承载台、镀铜腔、快速清洗腔及抛铜腔分别对应一个硅片夹持头。