一种用于在衬底上沉积金属的设备制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种用于在衬底上电化学沉积金属的设备，所述设备具有：半导体器件衬底、衬底盒、衬底固持装置、第一机械手、第二机械手、第一装载台、第二装载台、电镀单元和电解液供给单元。本发明专利技术提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有多个电镀单元，每个电镀单元能同时处理多片衬底，减少了设备体积，提高了生产效率。并且在电化学沉积金属的过程中，衬底可以围绕阳极做圆周运动，提高了电镀均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于在衬底上沉积金属的设备
本专利技术涉及一种用于在衬底上沉积金属的设备，具体涉及一种可以同时在多片衬底上电化学沉积金属的设备。
技术介绍
近年来，随着芯片尺寸越来越小，集成度越来越高，计算机、通讯、汽车电子和其他消费类产品对集成电路芯片封装技术也提出了更高的要求。芯片封装比以前要求更小、更薄、具备高可靠性、多功能、低能耗和低成本。传统的锡铅凸块(solder bump)封装技术已经无法满足先进封装的要求，铜柱凸块技术(copper pillar)和娃通孔技术(throughsilicon via, TSV)逐渐成为先进封装技术中的两大热点。 和锡铅凸块一样，铜柱凸块也是应用于覆晶封装上连接芯片和载板的技术。但是与锡铅凸块比较，铜柱凸块具有更好的性能和更低的整体封装成本。与锡铅凸块在焊接回流过程中会塌陷成球状不同，铜柱凸块可以保持其形状，适合更小的线宽，满足高集成度芯片封装的要求。而且铜具有比锡铅合金更小的电阻和更高的热导率，铜柱凸块比锡铅凸块具有更好的导电性和导热性，能降低芯片的能耗和工作时产生的热量。电化学镀铜是制作铜柱凸块的合适工艺。铜柱凸块制作过程为:首先沉积一层籽晶层，然后在籽晶层上涂抹一层光胶并在光胶上形成图案，再在图案中利用电化学的方法沉积金属铜柱，最后去除多余的光胶得到铜柱凸块。 除了传统的平面式封装技术之外，先进的叠层式三维封装技术近几年来也已在集成电路制造行业中得到应用。三维封装技术使单个封装体内可以堆叠多个芯片，互连线长度显著降低，信号传输更快，成本更低；将多个不同功能的芯片堆叠在一起，使单个封装体实现更多的功能，并且尺寸和重量可以减小数十倍。硅通孔技术是实现三维封装的核心技术之一。硅通孔技术拥有以下几个潜在的优势:I)连接长度可以短至一个芯片的厚度，通过逻辑模块的纵向堆叠而不是横向展开可以大大的减小逻辑模块互连的导线长度；2)高密度高纵深比互连成为可能，将成功在硅片上实现复杂的多芯片系统，其物理集成密度将大大高于现在的多芯片模块(MCM) ；3)由于不同平面上的逻辑模块之间更近的电连接，RC延迟将得到极大的改善。三维芯片堆叠和硅通孔互连需要的关键工艺技术包括:a)形成通孔山)隔绝层，阻挡层和籽晶层的沉积；c)铜填充，去除和RDL ；d)硅片减薄；e)硅片/芯片的定位校准，连线和切割。在硅通孔中沉积铜也需要电化学沉积方法来实现。 铜柱凸块技术和硅通孔技术对电化学沉积设备具有相似的要求。首先铜柱凸块技术中铜柱的高度和硅通孔中沉积铜的深度都在30至150微米，远远大于芯片后端铜互连工艺中要求的沉积厚度，因此要求电化学沉积设备能达到较高的沉积速率，以实现较大的产率。通常应用于铜柱凸块技术和硅通孔技术要求电化学沉积设备具有不低于40硅片每小时的产率。其次要求电化学沉积设备能实现较好的均匀性。对于铜柱凸块技术，通常要求硅片内电镀形成的铜柱平面度小于5%，以满足后续封装工艺步骤的要求。而对硅通孔技术，通常要求硅片内电镀均匀性小于2%，以满足后续平坦化工艺的要求。而且要求电化学沉积设备具有尽可能低的成本。为了降低成本，电化学沉积设备一个电化学沉积腔体要求能同时处理多片硅片，从而减少电化学沉积腔体的数目和其他相应的硬件，例如电源。 目前已商业化的用于芯片封装的电化学金属沉积设备部分是基于芯片后端铜互连电化学沉积设备发展而来，一个电化学沉积腔体一次处理一片硅片，在电化学沉积过程中，硅片面水平向下浸于电镀液中并以一定速度旋转。这类设备通常可以实现较好的均匀性，但是由于硅片在电镀液中旋转速度不能过高，否则会引起电镀液飞溅，因此沉积速率通常比较低，约为I微米每小时。为了达到产率的要求，需要增加设备中电化学沉积腔体的数量，因此这类设备通常也具有较高的成本。另有部分电化学金属沉积设备采用硅片垂直浸入电镀液的设计，一个电化学沉积腔体能同时处理2片硅片，降低了成本。但是由于硅片在电化学沉积时静止，通常不能得到较好的均匀性。而且这些商业化电化学沉积设备中，一个阳极只面对一片硅片，同时需要一台控制系统在电化学沉积过程中控制该阳极和硅片之间的电流或电压。一台设备中通常需要十几台甚至几十台控制系统，显著增加了设备成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于在衬底上电化学沉积金属的设备，所述设备具有:半导体器件衬底，所述半导体器件衬底具有一待沉积面；衬底盒，所述衬底盒用以储存所述半导体器件衬底；衬底固持装置，所述衬底固持装置用以固持所述半导体器件衬底；第一机械手；第二机械手；第一装载台；第二装载台；电镀单元，所述电镀单元具有阳极；电解液，所述电解液具有金属离子和有机化合物；电解液供给单元，供给所述电解液至所述电镀单元；其特征在于:所述第一机械手在所述衬底盒与所述第一装载台间传输所述半导体器件衬底；所述第二机械手在第一装载台与所述第二装载台间传输所述衬底固持装置；所述第一装载台用于所述衬底固持装置水平装载与水平卸载所述半导体器件衬底；所述第一装载台具有翻转装置，用以在水平和竖直面间翻转所述第一装载台；所述第二装载台用于竖直装载与竖直卸载所述衬底固持装置；所述第二装载台具有升降装置，用以相对所述电镀单元升降所述第二装载台；所述第二装载台具有转动装置，用以相对所述电镀单元转动所述第二装载台；所述升降装置通过所述第二装载台带动所述衬底固持装置浸入所述电解液；所述转动装置通过所述第二装载台带动所述衬底固持装置在所述电镀单元中绕所述阳极做圆周运动。 本专利技术提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有多个电镀单元，每个电镀单元能同时处理多片衬底，减少了设备体积，提高了生产效率。并且在电化学沉积金属的过程中，衬底可以围绕阳极做圆周运动，提高了电镀均匀性。 【附图说明】 图1a为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备的示意图； 图1b为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备的俯视图； 图2为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的固持存储仓的示意图； 图3a为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第一装载台的示意图； 图3b为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第一装载台的主视图； 图3c为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第一装载台的另一不意图； 图3d为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第一装载台的另一不意图； 图4a为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第二机械手的不意图； 图4b为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第二机械手的主视图； 图5a为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第三机械手的不意图； 图5b为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的第三机械手的主视图； 图6a为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的电镀单元的不意图； 图6b为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的电镀单元的主视图； 图7a为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备具有的电镀单元的另一不意图； 图7b为本专利技术实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在衬底上电化学沉积金属的设备，所述设备具有：半导体器件衬底，所述半导体器件衬底具有一待沉积面；衬底盒，所述衬底盒用以储存所述半导体器件衬底；衬底固持装置，所述衬底固持装置用以固持所述半导体器件衬底；第一机械手；第二机械手；第一装载台；第二装载台；电镀单元，所述电镀单元具有阳极；电解液，所述电解液具有金属离子和有机化合物；电解液供给单元，供给所述电解液至所述电镀单元；升降装置；转动装置；其特征在于：所述第一机械手在所述衬底盒与所述第一装载台间传输所述半导体器件衬底；所述第二机械手在第一装载台与所述第二装载台间传输所述衬底固持装置；所述第一装载台用于所述衬底固持装置水平装载与水平卸载所述半导体器件衬底；所述第一装载台具有翻转装置，用以在水平和竖直面间翻转所述衬底固持装置；所述第二装载台用于竖直装载与竖直卸载所述衬底固持装置；所述升降装置用以相对所述电镀单元升降所述第二装载台，通过所述第二装载台带动所述衬底固持装置浸入或离开所述电解液；所述转动装置用以相对所述电镀单元转动所述第二装载台，通过所述第二装载台带动所述衬底固持装置在所述电镀单元中绕所述阳极做圆周运动。

【技术特征摘要】
1.一种用于在衬底上电化学沉积金属的设备，所述设备具有: 半导体器件衬底，所述半导体器件衬底具有一待沉积面； 衬底盒，所述衬底盒用以储存所述半导体器件衬底； 衬底固持装置，所述衬底固持装置用以固持所述半导体器件衬底； 第一机械手； 第二机械手； 第一装载台； 第二装载台； 电镀单元，所述电镀单元具有阳极； 电解液，所述电解液具有金属离子和有机化合物； 电解液供给单元，供给所述电解液至所述电镀单元； 升降装置； 转动装置； 其特征在于: 所述第一机械手在所述衬底盒与所述第一装载台间传输所述半导体器件衬底； 所述第二机械手在第一装载台与所述第二装载台间传输所述衬底固持装置； 所述第一装载台用于所述衬底固持装置水平装载与水平卸载所述半导体器件衬底； 所述第一装载台具有翻转装置，用以在水平和竖直面间翻转所述衬底固持装置； 所述第二装载台用于竖直装载与竖直卸载所述衬底固持装置； 所述升降装置用以相对所述电镀单元升降所述第二装载台，通过所述第二装载台带动所述衬底固持装置浸入或离开所述电解液； 所述转动装置用以相对所述电镀单元转动所述第二装载台，通过所述第二装载台带动所述衬底固持装置在所述电镀单元中绕所述阳极做圆周运动。2.权力要求I所述的设备，其特征在于，所述设备还具有固持存储仓，所述固持存储仓用于存储所述衬底固持装置。3.权力要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还具有第三机械手，所述第三机械手用于将所述衬底固持装置从所述固持存储仓传送到所述第一装载台上。4.权力要求I所述的设备，其特征在于，所述设备还具有电源，所述电源与所述电镀单元阳极和所述半导体器件衬底待沉积面电导通。5.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：马悦，何川，施广涛，黄允文，顾岩，
申请(专利权)人：马悦，何川，施广涛，黄允文，顾岩，
类型：发明
国别省市：美国;US